935-棒料切割機（2）

935-棒料切割機（2）,切割機 1畢業(yè)設計(論文)設計（論文）題目： 內圓切割機的外圓切割功能改造設計 系 別： 機械工程系專 業(yè)： 機械制造/計算機班 級：04 機/計（2）班學 號： 110206215姓 名： 劉 俊指導教師： 宋曉英（副教授）高 艷（助 教）年月 引 言 2機電一體化產品廣泛應用各種加工業(yè)，切割技術也有了飛速的發(fā)展，手工切割已經適應不了現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的要求。同時，切割機的夾緊機構也有了迅速的發(fā)展，一些簡單的機械手已經得到廣泛的應用。簡單的機械手經過幾十年的發(fā)展，如今已進入以通用機械手為標志的時代。幾十年來，這項技術的研究和發(fā)展一直比較活躍，設計在不斷的修改，品種也在不斷的增加，應用領域也在不斷的擴大。簡單的機械手是一種仿人操作、自動控制、的機電一體化自動化生產設備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產。它對穩(wěn)定、提高產品質量，提高生產效率，改善勞動條件和產品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。我們設計的鑄棒線切割機結構簡單，性能安全可靠，操作方便可行，很好的實現(xiàn)了其預定功能。鑄棒線切割機主要由三個大的部分組成，即切割部分、夾緊部分和縱橫行走部分。切割部分是由電極帶動砂輪旋轉，由氣缸控制砂輪上下移動完成切割。夾緊部分主要采用了一個氣動夾緊機械手，電磁閥控制氣缸活塞的伸縮來實現(xiàn)夾緊和放松?？v橫行走部分是由氣缸控制縱向、橫向行走板，使之沿直線導軌前進或返回。整個機器由 PLC 控制各個氣動換向閥的電磁鐵，由氣缸驅動完成順序切割動作過程。而隨動工作臺的隨動前進速度也可以通過夾緊機械手夾緊鑄棒使之與鑄棒速度同步。橫向切割時的切割速度可以通過氣缸來調節(jié)。與一般的切割機相比，這種切割機有以下優(yōu)點：一、實現(xiàn)了機械工程和自動控制的有效結合，機械部分采用機械優(yōu)化設計，整個設計過程中都進行了綜合技術比較與經濟評價，實現(xiàn)了預定的功能。二、整個運動過程都采用了氣壓傳動控制，與液壓傳動相比，氣壓傳動有無介質費用、處理方便、無泄露污染、無介質變質等優(yōu)點。 三、在設計過程中，縱橫行走裝置采用了直線導軌，既提高了運動系統(tǒng)的運 3動精度，又很大程度的減小了摩擦力，達到了節(jié)能的效果。四、整個切割過程都由 PCL 控制，以其結構簡單合理、設備性能良好、使用壽命長、安全系數(shù)高等因素，滿足了自動化大批量的生產要求。這種切割機具有控制方便，性能穩(wěn)定，結構簡單，調節(jié)、修改方便、生產率高等優(yōu)點，具有廣闊的應用前景。摘 要 4連續(xù)鑄造是一種先進的鑄造方法，其原理是將熔融的金屬，不斷澆入一種叫做結晶器的特殊金屬型中，凝固（結殼）了的鑄件，連續(xù)不斷地從結晶器的另一端拉出，它可獲得任意長或特定的長度的鑄件。連續(xù)鑄造在國內外已被廣泛采用，例如連續(xù)鑄錠（鋼或有色金屬錠） ，連續(xù)鑄管等。連續(xù)鑄造和普遍鑄造法比較有下述優(yōu)點：1.由于金屬被迅速冷卻，結晶致密，組織均勻，機械性能較好；2.連續(xù)鑄造時，鑄件上沒有澆注系統(tǒng)的冒口，故連續(xù)鑄錠在軋制時不用切頭去尾，節(jié)約了金屬，提高了收得率；3.簡化了工序，免除造型及其它工序，因而減輕了勞動強度；所需生產面積也大為減少；4.連續(xù)鑄造生產易于實現(xiàn)機械化和自動化，鑄錠時還能實現(xiàn)連鑄連軋，大大提高了生產效率。內圓切割機的外圓切割功能改造設計在連續(xù)的鑄造中工作，它的工作是由PLC 控制電磁閥，使電磁閥控制氣缸，并由氣缸驅動與其連接的部件，實現(xiàn)對鑄棒的準確定長切割，切割后自動返回初始位置。一個切割機分別切割兩條鑄棒，其切口深度為 35mm，然后由壓斷機進行壓斷。內圓切割機的外圓切割功能改造設計是一種既能有效的提高生產率，又在價格和使用方面能被廣大用戶所接受的一種新型的自動控制切割機。由 PLC 控制的氣動鑄棒切割機，其中融合了氣壓自動控制、機器人技術和 PLC 控制技術。PLC控制各個氣動換向閥的電磁鐵，由氣缸驅動機械手完成順序切割過程，實現(xiàn)了機械設計、電器控制和氣動控制的有效結合。這種切割機具有控制方便，性能穩(wěn)定，結構簡單，調節(jié)、維修方便，生產率高等優(yōu)點，具有廣泛的應用前景。目 錄引言 5摘要一一一 切割部分設計1.1 設計要求 ……………………………………………………………………… 61.2 方案設計 ……………………………………………………………………… 61.3 結構設計 ……………………………………………………………………… 7第二章 夾緊部分設計2.1 設計要求 ………………………………………………………………………182.2 方案設計 ………………………………………………………………………18第三章 縱橫行走部分設計3.1 設計要求 ………………………………………………………………………203.2 方案設計 ………………………………………………………………………203.3 直線導軌的選擇計算 …………………………………………………………20第四章 PLC 概述4.1 可編程控制器 PLC 的基本原理 ………………………………………………234.2 可編程控制器的特點 …………………………………………………………24第五章 電氣控制線路的設計5.1電氣控制線路設計的一般要求 ………………………………………………255.2電氣控制線路的設計方法 ……………………………………………………255.3 氣動原理圖的設計 ………………………………………………………… 26結 論 …………………………………………………………………………… 30謝 辭 …………………………………………………………………………… 31參考文獻 ………………………………………………………………………… 32第一章 切割部分設計 61.1 設計要求項目要求切割機能夠根據(jù)定長信號分別切割兩條連續(xù)的鑄鐵棒，實現(xiàn)對鑄棒的準確定長切割，切割后自動返回初始位置。其切口深度為 35mm。再由壓斷機進行壓斷。1.2 方案設計切割部分主要有砂輪、電動機和傳動機構組成?，F(xiàn)在在切割部分有兩種可行的方案：第一，電動機通過帶傳動帶動砂輪片轉動。第二，電動機通過圓錐齒輪傳動帶動砂輪片轉動?？紤]到切割過程中電動機帶動砂輪高速旋轉，所以優(yōu)先選取第一種方案，因為圓錐齒輪傳動不宜應用在轉速太高的場合，而且運用齒輪傳動時，還要考慮到這樣消除震動和怎樣潤滑齒輪，這樣就增加了設計成本。業(yè) 業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)圖 1-1 切割部分原理圖 切割部分的原理如圖 1-1 所示，電動機帶動砂輪片高速旋轉，電機與工作臺之間采用鉸支撐，氣缸 1 可推動砂輪片上下移動，完成切割。氣缸 2 可推動工作 7臺橫向移動，控制切割的長度。氣缸 3 可使工作臺縱向移動，使砂輪片能分別切割兩根鑄棒。其中電動機和氣缸都通過電磁閥由 PLC 機控制，從而實現(xiàn)其動作。1.3 結構設計1.3.1 砂輪片的選取經過調研，切斷能力為 50 的砂輪片，其規(guī)格為 mm，所需電機32.40?的最小功率為 kw，轉速為 =2840 r/min, 砂輪片的最大線速度為2.min?P1n70m/s。最終選取砂輪片的型號為 TL-001 型，其磨料為棕剛玉，粒度為 20# 。]1[1.3.2 電機的選取根據(jù)砂輪片的要求，現(xiàn)選用比較常用的 Y 系列三相異步電動機，這是由于 Y系列三相異步電動機的功率等級和安裝尺寸與國外同類型的先進產品相當，因而具有與國外同類型產品之間良好的互換性，供配套出口及引進設備替換 。選取]2[功率為 3.0KW，滿載時的轉速為 2870r/min。額定電流 6.39A，功率因數(shù) 0.87，效率 82%，額定轉矩 2.3 。2mN?]3[1.3.3 帶傳動設計1.確定計算功率由《機械設計》第 108 頁表 7-7 查得工作情況系數(shù) =1.2（電機帶動砂AK輪切割鐵棒，載荷性質為載荷變動較大） ，則功率為（1-1）6.32.1????PKAca2.初選帶的型號 8根據(jù) 和 ，由《機械設計》書中第 108 頁圖 7-14 初選 A 型普通 V 帶。caP1n3.確定帶輪的基準直徑 和1d21）由《機械設計》第 109 頁表 7-8 查得 A 型 =75mm,考慮到帶輪太小，其彎mind曲應力過大，所以要使 ，取 =1501d?min12）驗算帶的速度m/s （1-2）6.2106845106?????Vd因為 5m/s ，所以應該按 計算 （球軸承應取 ）則1P21P3??所需軸承的額定動載荷為（1-19）?6'10' htLnfc??36102352840.15?3?N286（6）確定軸承型號由《簡明機械零件手冊》查得軸徑 時，應選軸承的代號為 7207ACJ，其md35?額定動載荷為 > =KCr.2'cN286.1故選用代號為 7207ACJ 的軸承合適。 18第二章 夾緊部分設計2.1 設計要求 夾緊機構不但在切割之前機械手抓能夠根據(jù)事先收到的信號準確地運動到每個工位，而且在切割過程中要夾緊運動著的鑄鐵棒，使砂輪與鑄棒同步。2.2 方案設計 夾緊部分是由氣缸推動機械手實現(xiàn)夾緊和放松的 。這部分的兩種可行性方]1[案是：一是用一個機械手同時負責夾緊兩根鑄棒，根據(jù)需要對被切割的那條進行夾緊。二是用兩個機械手，每個機械手負責夾緊一根鑄棒。第一種方案中，機械手可通過一個二位氣缸和一個三位氣缸實現(xiàn)對鑄棒的夾緊。第二種方案中，每個機械手都需要兩個二位氣缸來實現(xiàn)對鑄棒的夾緊?？紤]到第一種方案設計工作量小，安裝方便，而且控制簡單，所以優(yōu)先使用第一種方案。 19業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)圖 2-1 夾緊部分原理圖夾緊部分原理如圖 2-1 所示，夾緊氣缸能使夾緊機械手夾緊或放松工件，當活塞向右移動時，機械手夾緊工件；當活塞向左移動時，機械手放松工件。橫向行走氣缸推動工作臺左右移動，能控制機械手使之夾緊左邊或右邊的工件，從而對夾緊的工件進行切割 ?？v向行走氣缸的作用是當完成一次切割過程完成時，]8[推動工作臺使之恢復到初始位置。整個工作過程都 PLC 由控制實現(xiàn)。 20第三章 縱橫行走部分的設計3.1 設計要求縱橫行走裝置主要是為了配合切割裝置和夾緊裝置，使砂輪片和夾緊機械手能夠在走刀過程中橫向移動，迅速準確地達到工作位，在切割過程中能夠隨著鑄棒縱向移動，切完后在返回初始位置。3.2 方案設計縱橫行走裝置主要是為了實現(xiàn)切割機砂輪片的縱向和橫向移動，使之完成切割動作。為了設計和制造方便，在方案設計中縱、橫行走裝置的原理大致相同，即采用結構簡單而又便于控制的氣壓傳動方式，氣缸帶動縱向行走板或橫向行走板在導軌上滑動。在設計過程中，考慮到能量的損耗程度，縱橫行走裝置采用了直線導軌，既 21提高了運動系統(tǒng)的運動精度，又很大程度的減小了摩擦力，達到了節(jié)能的效果。3.3 直線導軌的選擇計算 3.3.1 選定條件：1.載荷 根據(jù)粗略計算，導軌上橫向行走部分的總重量為 kg20所以 NgmW201????2.行程 根據(jù)設計結構的要求，選定行程 mLs5.3.往復次數(shù) （次/分）21n4.壽命要求 假設機器壽命為 5 年，則導軌壽命為小時（H）30465??L假設安裝 4 個滑塊，要計算一個滑塊的負載，可用下式NWP520同時由于兩個滑塊裝在一個導軌上，因此接觸系數(shù) 。81.0?cf][3.3.2 選擇方式1.根據(jù)靜態(tài)安全系數(shù)選型號（3-1）swcfPC??0其中 ——靜態(tài)安全系數(shù)sf——載荷系數(shù) （在無外部沖擊或振動、低速時取 1.5）w——基本額定靜載荷0C 22——沖擊載荷0P現(xiàn)設靜態(tài)安全系數(shù) 5?sf則有 （3-2）csfPC00??81.5?)(306kgf在正常運行時一般選取安全系數(shù)為 5，根據(jù)上述情況，選取 SBG35FL（）的導軌比較理想 。kgfC2850?]10[2.根據(jù)壽命要求選型號根據(jù)標準壽命計算公式 )(9450175.0kmL???若使用 17500 小時，則總的移動距離為：（3-3）50)(3?PCfwcHT其中 ——溫度系數(shù) （由手冊查得當導軌的工作溫度小于 100 時，其Tf C?溫度系數(shù)取 1.0） ——硬度系數(shù) （為了使直線運動系統(tǒng)達到最佳承載能力，需要保Hf持導軌的硬度在 HRC58-62，由手冊查得 為 1.0） Hf——基本動載荷C所以 50)(3???PCfLwcHT)25.180(943 23解得 kgfC30?因此，選取 SGB45FL（ ）83.復查理論上選取 SGB35FL 或上一級似乎比較恰當，但考慮到標準壽命，選擇 SGB45FL更理想。第四章 PLC 概述4.1 可編程控制器 PLC 的基本原理可編程控制器(簡稱 PC 或 PLC)是發(fā)展極為迅速、應用極廣泛的 工業(yè)控制裝置。在現(xiàn)代化生產設備中有大量的開關量、數(shù)字量、脈沖量以及模擬量需要控制，例如，電機的啟停，電磁閥的開閉，產品的計數(shù)，溫度、壓力、流量的設定與控制等。PLC 是在固定接線式老裝置顯然不能適應這種要求的情況下，按照成熟有效的繼器控制理念和設計思想，利用不斷發(fā)展的新技術、新電子器件，逐步形成了具有特色的各種系列產品 。]1[一般機械設備的控制系統(tǒng)，由輸入設備、輸出設備和邏輯控制三部分組成。1、輸入設備輸入設備是電氣控制系統(tǒng)進行信號才的界面設備，完成人與機之間的信號采 24集和機與機之間的信號采集 。操作人員發(fā)出的主令信號通過按鈕、各類手動開關送入控制系統(tǒng)，現(xiàn)場自動運行的控制信號　通過行程開關等現(xiàn)場檢測　設備送入控制系統(tǒng)。2、輸出設備輸出設備是用控制系統(tǒng)發(fā)出的控制信號去控制執(zhí)行機構，實現(xiàn)要求的運動的輸出和顯示設備運行的狀態(tài)。被信號驅動的執(zhí)行機構有繼電器、交流接觸器、控制液壓系統(tǒng)的電磁閥、信號顯示燈等。3|、邏輯控制系統(tǒng)邏輯控制系統(tǒng)根據(jù)給定的控制對輸入設備送來的控制、檢測信號進行計算處理，并將計算結果轉換為控制信號經輸出設備控制機械設備運行。組成控制系統(tǒng)的器件有兩類：一是繼電器控制系統(tǒng)，其控制邏輯由硬件構成，另一類為用可編程控制器構成的控制系統(tǒng)，其控制邏輯由編程軟件構成。4.2 可編程控制器的特點設備采用繼電器控制系統(tǒng)，設備的簡單控制及設備復雜的自動控制均能實現(xiàn)，但是復雜的控制系統(tǒng)中，由于繼電器控制系統(tǒng)本身的 特點而使設備運行存在許多的問題。問題一是繼電器控制系統(tǒng)由分立元件 組成，因此，系統(tǒng)有較高的故障率；問題二是繼電器控制系統(tǒng)采用固定的接線方式構成控制邏輯，變更控制邏輯困難。問題三是難以實現(xiàn)網絡控制?，F(xiàn)在計算機技術的發(fā)展，使得電氣控制元件和控制系統(tǒng)有了極大的改觀，繼電器控制系統(tǒng)的硬件邏輯可由邏輯函數(shù)表達式描述，該邏輯函數(shù)表達式描述的控制邏輯也可用軟件程序來實現(xiàn)，可編程控制器運行軟件程序，即可完成繼電器控制硬件邏輯的控制功能。采用計算機技術的可編程控制器，不僅解決了分立元件的故障率問題，也解決了固定控制的問題，同時，為與計算機聯(lián)網，實現(xiàn)大規(guī)模 25自動化生產和遠程控制提供了可能性。兩類系統(tǒng)通過邏輯函數(shù)聯(lián)系起來，兩者均能完成相同要求的控制功能 。]12[可編程控制器實際是工業(yè)專業(yè)控制計算機，也稱工控機，可編程序控制器具有以下特點：1、具有很高的工作可靠性和抗干擾能力；2、控制程序可變，具有很好的柔性；3、程序簡單，控制功能豐富，使用方便；4、擴充方便，組合靈活，可構成各類控制系統(tǒng)；5、可將運行數(shù)據(jù)直接送入管理計算機，實現(xiàn)網絡運行；6、設備體積小巧，維護方便，插件更換靈活。以上特點使得可編程序控制器，在設備電氣控制系統(tǒng)中廣泛應用。第五章 電氣控制線路的設計5.1 電氣控制線路設計的一般要求電氣控制線路的設計是在傳動形式及控制方案選擇的基礎上進行的，是傳動形式與控制方案的具體化。電氣控制線路根據(jù)用途的不同可能會有其特殊的要求，設計所需要遵循的一般要求是：1）應滿足機電設備對電氣控制線路的要求，按照工藝要求準確、可靠地工作。2）在滿足生產要求的前提下，應力求使控制線路簡單、經濟，盡量選用經 26過實際考驗過的線路。 3）保證控制的安全、可靠，具有必要的保護裝置和連鎖環(huán)節(jié)，誤操作時不至于發(fā)生重大事故。4）盡量便于操作和維修 。]12[5.2 電氣控制線路的設計方法電氣控制線路的控制方法有兩種：一種是經驗設計法，另一種是邏輯設計法。1. 經驗設計法經驗設計法先從滿足生產工藝的要求出發(fā)，按照電動機的控制方法，利用各種基本的控制環(huán)節(jié)和控制方法，借鑒典型的控制線路，把它們綜合地組合成一個整體滿足生產需要。這種設計方法比較簡單，但要求設計人員必須熟悉控制線路，掌握多種典型線路的設計資料，同時具有豐富的設計經驗。另外，初步設計出來的控制線路可能有幾種，這時要加以比較分析，反復地修改簡化，甚至要通過實驗加以驗證，才能確定比較合理的設計方案 。]13[2. 邏輯設計法邏輯設計法是根據(jù)生產工藝的要求，利用邏輯代數(shù)方法這一數(shù)學工具來分析、化簡、設計線路的。邏輯設計法設計的線路結構比較合理，所用元件的數(shù)量較少，得到的設計方案是最佳的。但是當設計的控制系統(tǒng)比較復雜時，這種方法就顯得比較煩瑣，工作量很大，而且容易出錯 。]14[5.3 氣動原理圖設計根據(jù)切割機的機構原理，繪制的機構簡圖如圖 5-2 所示，其中 ST0-ST9 為控制氣缸的行程開關。 27業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)圖 5-1 切割機機構簡圖5.3.1 氣動原理圖 28業(yè)業(yè)07業(yè)業(yè)業(yè)業(yè) 業(yè)業(yè)業(yè) 業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)1業(yè) 業(yè)業(yè)1:業(yè)QDYL-0 DT5DT4DT3DT2DT1 返 回 走刀ST1 ST0ST9ST8ST7ST6ST5ST43ST2行走缸 隨動前進返 回松 開 夾緊夾緊缸落刀 抬刀 抬刀缸 295.3.2 控制流程圖業(yè) 業(yè)業(yè)07業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè) 業(yè)1業(yè)業(yè) 業(yè) 業(yè)初 位斷 電2位 走 刀 返 回1位 走 刀 返 回 斷 電 斷 電隨 動 返 回 斷 電上 電 保 持抬 刀落 刀隨 動上 電 保 持夾 緊 相 繼 上 電 保 持上 電 保 持 斷 電工 作 2位工 作 1位 待 命刀 走 30結 論本次畢業(yè)設計從題目確定開始，經過查資料、調研、方案的提出及確定，再到完成總裝圖、部件圖，直到最后結束論文，才使本次畢業(yè)設計最終圓滿完成。本次設計的題目是“鑄棒線切割機的機電一體化設計” 。鑄棒線切割機是針對鑄鐵在連續(xù)鑄造過程中的切割而采用的一種專門的切割機。連續(xù)鑄造過程主要由保溫爐、牽棒機、切割機和壓斷機組成，在工作過程中拉棒機能從保溫爐中同時拉出兩條鑄鐵棒。題目要求切割機在連續(xù)鑄造過程中工作，并根據(jù)定長信號分別切割兩條連續(xù)的鑄鐵棒，實現(xiàn)對鑄棒的準確定長切割，切割后自動返回初始位置，其切口深度為 35mm。再由壓斷機進行壓斷。整個切割過程都由自動控制實現(xiàn)。此次設計的主要工作分為兩大部分，第一部分為切割機的機械設計，其中主要包括砂輪片的選擇、電機的選擇、砂輪片傳動方式的選擇和優(yōu)化、電機和砂輪的安裝、各個氣缸力的計算及其參數(shù)選擇計算、滑動導軌的設計以及其他部分和整體結構的設計。最后完成總裝圖、部件圖和零件圖。第二部分為電氣原理及控制部分的設計，主要包括氣動控制原理圖的設計、電氣原理圖的設計、配線圖的設計、控制柜的設計及電路控制面板的設計。鑄棒線切割機結構簡單，性能安全可靠，操作方便可行，很好的實現(xiàn)了其預定功能。由 PLC 控制的氣動隨動鑄棒線切割機，由氣缸驅動完成順序切割動作過程。這種切割機具有控制方便，性能穩(wěn)定，結構簡單，調節(jié)、修改方便、生產率高等優(yōu)點，具有廣闊的應用前景。在本次設計過程中，經過自己不懈的努力和指導老師的悉心指導，各項任務都已經順利完成并達到設計要求。但由于設計者經驗不足，知識能力有限，在設計過程中的錯誤和疏漏再所難免，產品在性能方面也可能存在一些不足，欠妥之 31處，敬請各位老師批評指正。 辭 謝厲經幾個月時間的努力，我順利完成了畢業(yè)設計的全部內容。通過這次設計，我對并對本專業(yè)有了較深刻的認識和理解，同時學到了更多的關于機械方面的經驗知識以及電氣控制方面的 相關知識。此次畢業(yè)設計是對我大學四年學習的歸納和總結，對我今后的學習和工作有重要的指導意義和實踐意義。當然我之所以順利完成畢業(yè)設計主要因為指導老師的屢不厭煩的教導。我將特別感謝我的導師高燕老師，她治學嚴謹，知識淵博，經驗豐富，不但給我悉心指導，還帶領我參觀調研，使我更加體會到了一個令人尊敬的老師對學生無微不至的關懷，也賦予了我進一步努力、不斷進取的熱情。請許我再次向高艷老師表示誠摯的謝意，感謝各位老師批評斧正。并祝各位老師身體健康，工作順利！ 32參考文獻[1] 徐 灝. 機械設計手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，1991[2] Shigley J E, Uicher J J.Theory of machines and mechanisms .NewYork:McGraw-Hill Book Company,1980[3] 蔡春源. 簡明機械零件手冊. 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