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1、 论文题目：钢管旋切机设计 控制部分设计 所学专业： 机电技术教育 摘 要 本设计通过对薄壁钢管的工艺性分析和无削切削工艺方案的分析，确定采 用理论与实际相结合的方式并利用现有的条件来设计旋切机，在此基础上对钢 管旋切机电气控制系统进行设计，从而得出整体结构方案。通过主要技术指标 对钢管和选择，最终确定其装配总图。通过此次设计，掌握了机床电控的相关 知识以及 plc 自动控制的知识，对于 ProE3.0/AutoCAD 等软件的应用方面有 了进一步的提高。旋切机的电控部分进行选择和安装，然后对钢管旋切机的其 它主要零件进行设计 关键词：电气控制，薄壁钢管，无屑切削，自动切割，旋切机，plc.
2、Abstract The design of thin-walled tube through analysis of technology and no cutting process analysis and determination by combining theory with practice and use the existing conditions of the way to design the cutting machine, on the basis of steel lathe cutting electrical control system design, a
3、nd the whole structure scheme. Through the main technical indexes of steel tube and selection, determine the general assembly. Through the design, master knowledge of electric machine and PLC automatic control of knowledge, for ProE3.0 / AutoCAD software applications have further improved. Part of t
4、he electronic spin machine, and then choose to install and steel lathe cutting machine of the other major parts design Keywords: electrical control, tubes, without crumbs cutting, automatic lathe cutting machine, cutting, PLC 目 录 1 绪论1 2 设计要求1 3 主要技术指标1 4 现有钢管旋切机的原理、特点及优缺点1 4.1 国内外研究现状.2 4.2 现有钢管旋切机
5、的工作原理2 4.3 特点及优缺点2 5 钢管旋切机改进方案2 6 切割工艺分析.2 6.1 工艺特点2 6.2 钢管轧切过程.3 6.3 钢管轧切时的变形分析.5 6.4 各参数对轧切工艺的影响.6 6.4.1 压下量的影响.6 6.4.2 轧切速度的影响.6 6.5 刀具参数的影响.6 6.6 结论7 7 旋切机的自动控制.7 7.1 贮料与上料部分.7 7.2 装料与进料部分.7 7.3 轧切部分.8 8 电控系统.8 8.1 系统构成.8 8.2 程序设计思想9 8.3 割刀运动控制9 8.4 卸料运动控制10 8.5 钢管旋切机传感器及行程开关的选择10 8.6 电气控制系统电器的选
6、择.11 8.7 旋切机自动控制 PLC 系统原理.12 8.8 故障保护.15 致谢.15 参考文献16 1 1 绪论 目前我国机械工业钢管使用量已达到数千吨以上，钢管的切割量非常大； 但就目前钢管旋切技术过于陈旧落后，自动化程度不高，加工精度低，噪声 环境污染严重，随着国内 plc 和变频技术的不断发展，为钢管旋切机的改进提 供了技术支持，此设计通过 plc 技术和传感技术对钢管的从上料到切断完全实 现了机电一体化和自动控制，不尽节省了人的体力劳动，而且提高了生产率， 节约了钢材的浪费。 在设计的过程中，能培养我综合运用所学知识，分析和解决实际中所遇到的 问题，并且能巩固和深化我所学的专业
7、知识，使我在调查研究和收集资料等方面 有了显著的提高，对所学过的一些东西又有了许多新的认识，同时在理解分析能 力、制定设计或试验方案能力、设计计算和绘图能力方面有较大的进步；另外我 的技术分析和组织工作的能力也有了一定程度的提高。希望在此次毕业设计中， 能充分发挥出我们的创新能力和团队精神，树立良好的学术思想和工作作风，牢 牢把握住这次在走上岗位之前的实践机会，充分提高自己的实际动手能力，增强 自己的工作能力。 2 设计要求 钢管旋切机的具体设计要求为： （1）对现有钢管旋切机的原理、特点及优缺点进行分析，拟定改进方案。 （2）进行钢管旋切机的工作原理设计。 （3）对钢管旋切机的结构进行设计。
8、 （4）对钢管旋切机的控制系统进行设计。 （5）利用 Pro/ENGINEER 软件设计出钢材旋切机各主要涉及部件的形状及 钢管旋切机的总体形状。 3 主要技术指标 （1） 切管直径 5080mm （2） 割管壁厚 1.55mm （3） 割管长度 201000mm （4） 钢管长度 6m （5） 轧切精度0.15mm （5） 液压工作压力 7.85MPa （7） 压缩空气压力 0.49MPa 4 现有钢管旋切机的原理、特点及优缺点 旋切机的发展状况国内和国外有很大差别，主要原因是自动控制技术和传感 技术以及 plc 和变频技术的落后。 2 4.1 国内外研究现状 国外旋切技术已经相当成熟，无论
9、从机械部分还是自动控制部分，随着传感 技术和变频技术的不断发展，机电一体化技术日趋完善，国内旋切技术也一定的 提高，但和外国相比还有很大差距。 4.2 现有钢管旋切机的工作原理 主运动：一台主电机加一组减速机构和一组切割片。主电机通过减速装置进 而带动切割片旋转。 进给运动：主电机装在一机架上，通过移动机架，使切割片对固定的壁钢管 进行切割。 4.3 特点及优缺点 优点：工作原理简单，工作可靠，使用维护方便，便于携带运输，价格便宜， 适用于加工精度不高的场合。 缺点：加工精度不高，对环境污染严重，生产效率低，浪费资源，不宜与实 现自动化，劳动强度大。 5 钢管旋切机改进方案 根据现在旋切机加工
10、精度不高，对环境污染严重，生产效率低，浪费资源， 不宜与实现自动化，劳动强度大的缺点，做如下改进：采用无屑轧切工艺，生产 效率高管材利用好，可对不同直径，壁厚和长度的钢管作定长切断，钢管自动上 料，自动切断，是一种典型的机电一体化产品，有可编程控制器对液压缸，电机， 电磁阀，传感器等系统进行控制，从上料、装料、定位、进料到轧切，整个加工 过程完全实现了自动化。该设备还装有累加计数和预置计数装置，分别对切断的 工件进行累计和设定计数，便于统计产量和计数更换刀具。 6 切割工艺分析 此钢管切割机是利用金属材料的塑性，对钢管进行塑性切断，以此来满足下 道加工工序要求的、符合规定形状和尺寸的坯件。 6
11、.1 工艺特点 此设备是利用管料塑性轧制切断，简称塑性轧切工艺它具有如下特点： （1） 效率高-轧切速度为 12mm/s，与普通车削工艺相比，可提高功效 10 倍以上。 （2） 材料利用率高-因为无屑切削，切断过程中不产生切屑，管材可得 3 到充分利用。同有屑切断工艺相比，材料利用率可提高 13%左右，割管长度越短， 效果越为明显。 （3） 精度高-采用专门的机械定位装置，切割长度偏差不超过士 0.15mm， 表面粗糙度Ra可达1.6。m （4） 断口直接成形凡对断口形状有一定要求的工件，利用刀具刀刃形状， 就可一次直接成形。 （5） 刀具形状简单与斜轧或楔横轧所用的轧辊相比，本工艺所用刀具形
12、 状简单，因而易于制造，成本低廉，且安装、调整方便。 在轧切工艺中，各工艺参数、刀具形状参数及轧切温度等因素对轧切过程与 轧切质量均有较大的影响。 6.2 钢管轧切过程 6.2.1 切割阶段分析 如图1 所示，被轧切的管子2置于一对托轮3上，首先刀具1先旋转，随后液 压缸带动连杆迫使刀具向下运动进行切割。整个切割过程可分为三个阶段： (1) 切入阶段旋转的刀具开始切入静止的管子，并通过摩擦力带动管子 转动； (2) 轧切阶段刀具在带动管子转动的同时，继续向下运动轧切工件，此 时管子材料因屈服而产生塑性变形，刀具刃口下部的管材沿径向、轴向和切向三 个方向产生流动，使管壁厚度逐渐减小。 (3) 切
13、断阶段在刀具持续轧切下，管壁越来越薄，直到管子被切断为止。 图 1 管子扎切示意 1刀具；2工件；3托盘 4 6.2.2 管子的旋转条件 为使旋转的刀具压住管子后能带动它转动，某些工艺参数和刀具参数必须满 足一定条件，称之为旋转条件。轧切初期，沿刀刃和管子之间的接触圆弧A B ， 工件受到刀刃所加的压力，该 压力是一种分布载荷，同时工 件还与刀刃处于转动接触状态， 而受到摩擦力的作用，如图2 所示。为简化分析起见，作如 下两点假设。 (1) 刀刃作用于工件的分布压力 和刀刃与工件间的摩擦力均看 作为集中力，它们均作用于接 触弧的中点C；刀刃对工件的压 力以P 表示, 其方向为沿刀具法 向；摩擦
14、力以T 表示，方向沿 刀具的切向，顺转向为正。 图2 中 a T 力离工件中心的垂直 距离； bP 力离工件中心的垂直距离； 接触弧A B 所对应的刀具圆 心角； r0 工件入口处的半径； r 工件出口处的半径； R 刀具半径； Z 压下量； (2) 工件在转动过程中所受的其他阻力忽略不计。 由图2 可知，作用于管子的力P 与T 分别产生轧制力矩Mp和摩擦力矩Mt，为满 足旋转条件，Mp必须大于或等于Mt，即 MtMp ，或T a P b 6-1 因T = P ，得到b/a 其中为摩擦系数。 由图2分析可得cos/2=a+R/R+r 推出a=rcos/2-Rcos/2(1/cos/2-1) 图
15、 2 轧切力分析 5 于是可得a=r-R(1/cos/2-1)cos/2 6-2 将b = (R + r) sin/2， 及a = r - R ( 1/cos/2- 1) cos/2 6-3 代入上式，且当 0 时，cos/2 1 ， 可得 (1 + R/r) tg/2 经变换，上式可简化为2 (1 +d/D)( Z/d) 或Z/d(1 + d/D) 6-4 2 2 由上式可见，值越大，旋转条件越容易满足，这是很显然的。当摩擦系数 ，管子与刀具直径之比d/D 一定时，存在有一个相应的满足旋转条件的极限相 对压下量Z/d 。当管子与刀具直径之比d/D较大时，相对压下量必须取较小的值， 而d/D
16、较小时，则允许的相对压下量就比较大。 当刀具直径D = 300mm，管子直径d = 70mm， 根据设备的实际工况取摩擦系数= 0.1时，可算出极限压下量Zmax = 0. 6mm。而设备工作时的实际压下量仅0.10.2mm，故旋转条件能充分得到满足。 6.3 钢管轧切时的变形分析 轧切时，随着楔形刀刃的轧入，钢管在径向压力的作用下，产生剧烈而复 杂的变形，这种变形，是由刀刃刃口及两侧作用于钢管所引起的。刃口作用于钢 管主要产生径向压缩、切向扩展及轴向延伸等变形。其中径向压缩包括钢管的径 向压缩和材料本身的径向压缩，前者指材料向钢管内部流动产生的减径作用后者 则是轧切的主要变形，唯此钢管才得以被塑性切断。刀刃轧入工件后，部分材料 沿切向流动，使工件呈椭圆状。刀刃下部的材料还会沿轴向延
