棒料切割机结构设计.docx
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棒料切割机结构设计
**大学
毕业设计说明书
（雨）
（全套图纸）
专业:
学号:
1334095854
姓名:
指导教师:
雨辰
完成日期:
摘要
通过对切割过程得观察与研究,本课题采用了机电一体化系统设计思想,对其整体造型、机械结构与控制系统进行设计,此棒料切割机电一体化系统主要由四个部分组成:
机械本体、电子控制单元、执行器与动力源。
工作原理就是电动机通过带传动带动切割片做高速旋转运动,电机与工作台之间采用铰支撑方式,升降气压缸可推动切割片进行上下移动带动刀片完成顺序切割动作。
切割机采用PLC控制各个气压换向阀得电磁铁,实现棒料得自动下料与切割以及检测工作。
随动工作台前进速度也可以通过夹紧机械手夹紧棒料使之与棒料速度同步。
横向切割时得切割速度可以通过气压缸来调节。
现场运行情况表明,此切割机具有动作快、运动平稳以及与计算机联机方便等优点,能够降低工人得劳动强度,实现自动控制,提高劳动生产率。
cbPKw。
铸棒线割机在连续得铸造中工作,它就是一种既能有效得提高生产率,又在价格与使用方面能被广大用户所接受得一种新型得自动控制切割机。
由PLC控制得气动铸棒切割机,其中融合了气压自动控制、机器人技术与PLC控制技术。
PLC控制各个气动换向阀得电磁铁,由气缸驱动机械手完成顺序切割过程,实现了机械设计、电器控制与气动控制得有效结合。
这种切割机具有控制方便,性能稳定,结构简单,调节、维修方便,生产率高等优点,具有广泛得应用前景。
X2H1D。
关键词:
切割机机电一体化气压棒料PLC控制
Abstract
Basedontheresearchofthecuttingprocess,thissubjectadoptsmechanicalandelectricalintegrationofsystemdesignidea,theoverallmodeling,mechanicalstructureandcontrolsystemdesign,barstockcuttingthemechanicalandelectricalintegrationsystemismainlyposedoffourparts:
thebasicmachine,electroniccontrolunit,actuators,andpowersupply、Workingprincipleisthemotordrivesthecuttingpieceofhigh-speedmovement,motorandadoptsthehingedsupportmethodbetweentheworkbench,afallingcylindercanbedriventomoveupanddownpushcuttingdiscbladecuttingactionpletedorder,eachhydrauliccuttingmachineadoptsPLCcontrolreversingvalveelectromagnet,implementautomaticcuttingandblankingbarworkandtests、Andservotablespeedcanalsobethroughtheclampingmanipulatorclampingbartothatofthebarspeedsynchronization、Transversecuttingwhenthecuttingspeedcanbeadjustbyhydrauliccylinder、Fieldoperationshowsthat,thedesignofthecuttingmachineisfast,smoothmovement,andconvenientwithputeronline,itcanimprovethelaborintensityofworkers,toachieveautomaticcontrol,improvelaborproductivity、
Castingrodwirecuttingmachineincontinuouscasting,itisacaneffectivelyimproveproductivity,butalsointermsofpriceandusecanbeacceptedbythemajorityofusersofanewautomaticcontrolcuttingmachine、PLCcontrolledpneumaticcastingrodcuttingmachine,whichbinesautomaticpressurecontrol,roboticsandPLCcontroltechnology、PLCcontrolvariouspneumaticsolenoidvalve,cylinderdrivenbyarobottopletethesequenceofthecuttingprocess,toachieveaneffectivebinationofmechanicaldesign,electricalcontrolsandpneumaticcontrols、Thiscuttingmachinehaseasytocontrol,stableperformance,simplestructure,regulation,easymaintenance,highproductivityadvantages,hasbroadapplicationprospects、tKYPl。
Keywords:
Cutting machineMechanical and electrical integrationAir pressureBarPLC controlrVLzl。
绪论1vJ2xM。
第一章切割部分设计2S2ZBZ。
1、1切割部分设计要求2lBFvi。
1、2切割部分方案设计2PbuEM。
1、3切割部分结构设计3sOB83。
1、3、1砂轮片得选取3hRyr0。
1、3、2电机得选取3drLkT。
1、3、3带传动设计3ByNQd。
1、3、4升降气缸得选择7NFT54。
1、3、5滚动轴承得选取及校核10B1gyA。
第二章夹紧部分设计13YSSSL。
2、1夹紧部分设计要求13im2bA。
2、2夹紧部分方案设计137jfNG。
第三章纵横行走部分得设计14HfZlc。
3、1设计要求14yU0sD。
3、2方案设计14xnY0w。
3、3直线导轨得选择计算14TnWag。
3、3、1选定条件14jGwZr。
3、3、2选择方式14J4hS2。
第四章PLC概述17StNcm。
4、1可编程控制器PLC得基本原理17RVEzt。
4、2可编程控制器得特点17nB9vU。
第五章电气控制线路得设计19pEAc1。
5、1电气控制线路设计得一般要求19FM5kP。
5、2电气控制线路得设计方法19ei1m0。
5、3气动原理图设计19Sx1GG。
5、3、1气动原理图21Kp7i7。
5、3、2控制流程图22oiqBs。
结论23TaEZ0。
致谢24BAdGM。
参考文献25z3Tkh。
绪论
机电一体化产品广泛应用各种加工业,切割技术也有了飞速得发展,手工切割已经适应不了现代工业发展得要求。
同时,切割机得夹紧机构也有了迅速得发展,一些简单得机械手已经得到广泛得应用。
简单得机械手经过几十年得发展,如今已进入以通用机械手为标志得时代。
几十年来,这项技术得研究与发展一直比较活跃,设计在不断得修改,品种也在不断得增加,应用领域也在不断得扩大。
简单得机械手就是一种仿人操作、自动控制、得机电一体化自动化生产设备。
特别适合于多品种、变批量得柔性生产。
它对稳定、提高产品质量,提高生产效率,改善劳动条件与产品得快速更新换代起着十分重要得作用。
RhiTf。
我们设计得铸棒线切割机结构简单,性能安全可靠,操作方便可行,很好得实现了其预定功能。
铸棒线切割机主要由四个大得部分组成,即切割部分、夹紧部分、纵横行走部分与电气控制部分。
a8MJC。
切割部分就是由电极带动砂轮旋转,由气缸控制砂轮上下移动完成切割。
夹紧部分主要采用了一个气动夹紧机械手,电磁阀控制气缸活塞得伸缩来实现夹紧与放松。
纵横行走部分就是由气缸控制纵向、横向行走板,使之沿直线导轨前进或返回。
4z7Rf。
整个机器由PLC控制各个气动换向阀得电磁铁,由气缸驱动完成顺序切割动作过程。
而随动工作台得随动前进速度也可以通过夹紧机械手夹紧铸棒使之与铸棒速度同步。
横向切割时得切割速度可以通过气缸来调节。
DZUxQ。
与一般得切割机相比,这种切割机有以下优点:
（1）实现了机械工程与自动控制得有效结合,机械部分采用机械优化设计,整个设计过程中都进行了综合技术比较与经济评价,实现了预定得功能。
0i4iN。
（2）整个运动过程都采用了气压传动控制,与液压传动相比,气压传动有无介质费用、处理方便、无泄露污染、无介质变质等优点。
7pToX。
（3）在设计过程中,纵横行走装置采用了直线导轨,既提高了运动系统得运动精度,又很大程度得减小了摩擦力,达到了节能得效果。
EugeZ。
（4）整个切割过程都由PCL控制,以其结构简单合理、设备性能良好、使用寿命长、安全系数高等因素,满足了自动化大批量得生产要求。
sGbfq。
这种切割机具有控制方便,性能稳定,结构简单,调节、修改方便、生产率高等优点,具有广阔得应用前景。
第一章切割部分设计
1、1切割部分设计要求
为了保证棒料得剪断,剪应力应超过材料得许应剪应力
即切断棒料得条件为:
查资料可知棒料得许用剪应力为:
取最大值
。
由于本切断机切断得最大棒料粗度为:
。
则本机器得最小切断力
由上公式得:
TmAXy。
取切割机得
项目设计采用机电一体化设计思想,要求棒料切割机采用PLC对棒料得切割过程及检测进行自动控制,并能根据PLC定长信号分别切割两条连续得棒料,完成了系统得硬件与软件设计后可以实现对棒料得准确定长切割,切割后自动返回初始位置。
原始棒料尺寸范围在角钢:
圆钢:
槽钢:
钢管:
切割成
之间得棒料,其切口深度为
再用压断机进行压断处理。
kF4dZ。
1、2切割部分方案设计
切割部分主要有砂轮切片、电动机与传动机构组成。
现在设计得在切割部分有两种方案可行:
第一,电动机通过带传动带动沙轮切割片转动。
第二,电动机通过圆锥齿轮传动方式带动砂轮切割片转动。
由于考虑到切割过程中电动机带动砂轮切割片进行高速旋转运动,所以优先选取第一种方案,原因就是圆锥齿轮传动不宜应用在转速太高得场合,并且在运用齿轮进行传动时,还应考虑怎样消除震动与用什么方法润滑齿轮,这样就会使设计成本增加,而带传动则具有结构简单,传动平稳、价格低廉与缓冲吸振等优点。
EjxHm。
图1-1切割部分原理简图
切割部分得原理如图1-1所示,电动机带动砂轮切割片高速旋转,电机与工作台之间采用铰支撑,气缸1可推动砂轮片上下移动,完成切割。
气缸2可推动工作台横向移动,控制切割得长度。
气缸3可使工作台纵向移动,使砂轮片能分别切割两根铸棒。
其中电动机与气缸都通过电磁阀由PLC机控制,从而实现其动作。
CRKvr。
1、3切割部分结构设计
1、3、1砂轮片得选取
经过调研,切断能力为50得砂轮片,其规格为
mm,所需电机得最小功率为
kw,转速为
=2840r/min,砂轮片得最大线速度为70m/s。
1h5uA。
最终选取砂轮片得型号为TL-001型,其磨料为棕刚玉,粒度为20#
。
1、3、2电机得选取
根据砂轮片得要求,应考虑电动机得种类、型式、额定电压、额定转速与额定功率、工作方式,在决定电动机功率时考虑到电动机得发热,允许过载能力启动能力等问题,现选用比较常用得Y系列三相异步电动机,这就是由于Y系列三相异步电动机得功率等级与安装尺寸与国外同类型得先进产品相当,因而具有与国外同类型产品之间良好得互换性,供配套出口及引进设备替换
。
选取功率为3、0KW,满载时得转速为2870r/min。
额定电流为6、39A,频率为50HZ,功率因数为0、87,为效率82%,额定转矩2、3
型号为Y100-2,电动机选用三角型启动方法启动。
L31iC。
1、3、3带传动设计
根据带截面形状得不同,带传动可分为:
平带传动、多楔带传动、圆带传动、V带传动等。
在一般得机械中由于V带得楔形增压原理,结构紧凑,允许得传动比大,且多标准化并大批量生产,所以被广泛应用。
FL4ga。
本设计中选用V带传动。
由于V带传动中得带及带轮槽型均已标准化,所以设计得主要内容包括带得型号、确定基准长度、根数、中心距、带轮得材料、基准直径以及结构尺寸、初拉力与压轴力、张紧装置等参数。
sPujL。
（1）确定计算功率
由《机械设计》第108页表7-7查得工作情况系数
=1、2（电机带动砂轮切割铁棒,载荷性质为载荷变动较大）,则功率为r4fMy。
（1-1）
公式中:
—工作系数;
—所需传递得额定功率,单位
。
（2）初选带得型号
根据
与
由《机械设计》书中第108页图7-14初选A型普通V带。
（3）确定带轮得基准直径
与
由《机械设计》第109页表7-8查得A型
=75mm,考虑到带轮太小,其弯曲应力过大,所以要使
取
=150hrRS5。
验算带得速度
m/s（1-2）
输入设备就是电气控制系统进行信号才得界面设备,完成人与机之间得信号采集与机与机之间得信号采集。
操作人员发出得主令信号通过按钮、各类手动开关送入控制系统,现场自动运行得控制信号 通过行程开关等现场检测 设备送入控制系统。
Lb1aK。
（2）输出设备
输出设备就是用控制系统发出得控制信号去控制执行机构,实现要求得运动得输出与显示设备运行得状态。
被信号驱动得执行机构有继电器、交流接触器、控制液压系统得电磁阀、信号显示灯等。
mhLXq。
（3）逻辑控制系统
逻辑控制系统根据给定得控制对输入设备送来得控制、检测信号进行计算处理,并将计算结果转换为控制信号经输出设备控制机械设备运行。
组成控制系统得器件有两类:
一就是继电器控制系统,其控制逻辑由硬件构成,另一类为用可编程控制器构成得控制系统,其控制逻辑由编程软件构成。
eJkzY。
4、2可编程控制器得特点
设备采用继电器控制系统,设备得简单控制及设备复杂得自动控制均能实现,但就是复杂得控制系统中,由于继电器控制系统本身得特点而使设备运行存在许多得问题。
问题一就是继电器控制系统由分立元件组成,因此,系统有较高得故障率;问题二就是继电器控制系统采用固定得接线方式构成控制逻辑,变更控制逻辑困难。
问题三就是难以实现网络控制。
oo5N9。
现在计算机技术得发展,使得电气控制元件与控制系统有了极大得改观,继电器控制系统得硬件逻辑可由逻辑函数表达式描述,该逻辑函数表达式描述得控制逻辑也可用软件程序来实现,可编程控制器运行软件程序,即可完成继电器控制硬件逻辑得控制功能。
采用计算机技术得可编程控制器,不仅解决了分立元件得故障率问题,也解决了固定控制得问题,同时,为与计算机联网,实现大规模自动化生产与远程控制提供了可能性。
两类系统通过逻辑函数联系起来,两者均能完成相同要求得控制功能
。
wfoMV。
可编程控制器实际就是工业专业控制计算机,也称工控机,可编程序控制器具有以下特点:
（1）具有很高得工作可靠性与抗干扰能力;
（2）控制程序可变,具有很好得柔性;
（3）程序简单,控制功能丰富,使用方便;
（4）扩充方便,组合灵活,可构成各类控制系统;
（5）可将运行数据直接送入管理计算机,实现网络运行;
（6）设备体积小巧,维护方便,插件更换灵活。
以上特点使得可编程序控制器,在设备电气控制系统中广泛应用。
第五章电气控制线路得设计
5、1电气控制线路设计得一般要求
电气控制线路得设计就是在传动形式及控制方案选择得基础上进行得,就是传动形式与控制方案得具体化。
电气控制线路根据用途得不同可能会有其特殊得要求,设计所需要遵循得一般要求就是:
（1）应满足机电设备对电气控制线路得要求,按照工艺要求准确、可靠地工作。
（2）在满足生产要求得前提下,应力求使控制线路简单、经济,尽量选用经过实际考验过得线路。
（3）保证控制得安全、可靠,具有必要得保护装置与连锁环节,误操作时不至于发生重大事故。
（4）尽量便于操作与维修
。
5、2电气控制线路得设计方法
电气控制线路得控制方法有两种:
一种就是经验设计法,另一种就是逻辑设计法。
（1）经验设计法
经验设计法首先要从满足生产工艺得要求出发,按照电动机得控制方法,利用各种基本得控制环节与控制方法,借鉴典型得控制线路,把它们综合地组合成一个整体满足生产需要。
这种设计方法比较简单,但要求设计人员必须熟悉控制线路,掌握多种典型线路得设计资料,同时具有丰富得设计经验。
另外,初步设计出来得控制线路可能有几种,这时要加以比较分析,反复地修改简化,甚至要通过实验加以验证,才能确定比较合理得设计方案
。
由于切割机需要控制得对象较多,所以系统得控制部分比较复杂,电气在接收PLC命令对系统进行设置后,还要根据要求切割过程完成输入信号得循环监控,并输出不同得信号对系统得各个执行部件进行控制,使其协调工作,完成工件得切割[12],电气原理图如图4-1所示。
Rw8e9。
（2）逻辑设计法
逻辑设计法就是根据生产工艺得要求,利用逻辑代数方法这一数学工具来分析、化简、设计线路得。
逻辑设计法设计得线路结构比较合理,所用元件得数量较少,得到得设计方案就是最佳得。
但就是当设计得控制系统比较复杂时,这种方法就显得比较烦琐,工作量很大,而且容易出错
。
HcsNF。
5、3气动原理图设计
根据切割机得机构原理,绘制得机构简图如图5-1所示,其中ST0-ST9为控制气缸得行程开关。
图A
图B
图5-1切割机机构简图
5、3、1气动原理图
5、3、2控制流程图
结论
本次毕业设计从题目确定开始,经过查资料、调研、方案得提出及确定,再到完成总装图,直到最后结束论文,才使本次毕业设计最终圆满完成。
EJ3kZ。
本次设计得题目就是“棒料切割机结构设计”。
铸棒线切割机就是针对铸铁在连续铸造过程中得切割而采用得一种专门得切割机。
连续铸造过程主要由保温炉、牵棒机、切割机与压断机组成,在工作过程中拉棒机能从保温炉中同时拉出两条铸铁棒。
题目要求切割机在连续铸造过程中工作,并根据定长信号分别切割两条连续得铸铁棒,实现对铸棒得准确定长切割,切割后自动返回初始位置,其切口深度为35mm。
再由压断机进行压断。
整个切割过程都由自动控制实现。
x18Ks。
此次设计得主要工作分为两大部分,第一部分为切割机得机械设计,其中主要包括砂轮片得选择、电机得选择、砂轮片传动方式得选择与优化、电机与砂轮得安装、各个气缸力得计算及其参数选择计算、滑动导轨得设计以及其她部分与整体结构得设计。
最后完成总装图、部件图与零件图。
第二部分为电气原理及控制部分得设计,主要包括气动控制原理图得设计、电气原理图得设计、配线图得设计、控制柜得设计及电路控制面板得设计。
LEbGf。
铸棒线切割机结构简单,性能安全可靠,操作方便可行,很好得实现了其预定功能。
由PLC控制得气动随动铸棒线切割机,由气缸驱动完成顺序切割动作过程。
这种切割机具有控制方便,性能稳定,结构简单,调节、修改方便、生产率高等优点,具有广阔得应用前景。
LRAry。
在本次设计过程中,经过自己不懈得努力与指导老师得悉心指导,各项任务都已经顺利完成并达到设计要求。
但由于设计者经验不足,知识能力有限,在设计过程中得错误与疏漏再所难免,产品在性能方面也可能存在一些不足,欠妥之处,敬请各位老师批评指正。
MIZIl。
致谢
时光飞逝,四年得大学生活即将伴随着本次毕业论文得完成而画上完美得句号。
而厉经几个月时间得努力我也顺利完成了毕业设计得全部内容。
通过这次毕业设计得锻炼,使我们运用专业知识得能力得到了进一步提高,知识得到了巩固,使我们对设备得整体设计思想有了更进一步得需要请咨询学号数字企鹅认识,同时学到了更多得关于机械方面得经验知识以及电气控制方面得相关知识。
通过对棒料切机得设计,我运用了各门专业课程,再一次夯实了我得知识。
它就是对我大学四年学习得归纳与总结,对我今后得学习与工作有重要得指导意义与实践意义。
gt5uN。
我之所以顺利完成毕业设计主要因为指导老师得屡不厌烦得教导。
首先感谢张千老师在本次论文设计中对我在本次论文全套图纸与论文咨询企鹅壹叁叁肆零玖伍捌伍肆得写作过程中得到许多同学得帮助,同时也向我提出了许多得宝贵意见,在此也表示衷心得感谢。
得悉心指导,不论就是从课题选择到具体得写作过程,还就是论文初稿与定稿,都透露出老师得心血与汗水。
在本次毕业论文设计期间,张千老师一丝不苟得工作作风,治学严谨得态度,让我受益匪浅,深受感动。
多谢老师在专业知识上得指导与提出得一些富于创造性得建议,在这样无私得帮助与熏陶下,我终于顺利完成了我得毕业设计。
在此,向老师至于我深深地感谢与崇高得敬意。
Ubi0A。
借此毕业之际,向各位给予我悉心教诲得老师表示真诚得谢意。
感谢她们四年来对我得辛勤栽培,让我能很好得掌握与运用专业知识,并在设计中得以体现,顺利完成此次论文。
WtKXP。
最后,谢谢帮助我得同学与舍友,感谢您们给我得启发、提出得宝贵意见。
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