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1、个人资料整理仅限学习使用摘要连续铸造是一种先进的铸造方法，其原理是将熔融的金属，不断浇入一种叫做结晶器的特殊金属型中，凝固 of the casting, continuous from the other side of mold pulled out, it will be of arbitrary length or a specific length of the castings.Casting rod line cutting continuous casting machine at work, it is handled by the PLC control solenoid
2、valve, so that the solenoid valve control cylinder by cylinder drive connected components, implementation of accurate casting rods fixed-length cutting, cutting return to initial position automatically. A cutting machine cutting two separately-cast rods, the incision depth of 35mm, then by breaking
3、machine is breaking.Casting rod is a line cutting machine can effectively enhance the productivity, but also in terms of price and use the vast numbers of users can be accepted by a new type of automatic cutting machine. By the PLC-controlled pneumatic cutting machine casting rod, one of the converg
4、ence of air pressure automatic control, robotics and PLC control technology. PLC control of all pneumatic solenoid directional valve, cylinder drive machinery by hand to complete the order of cutting process, implementation of mechanical design, electrical control and effective integration of pneuma
5、tic control. This cutting machine has a convenient control, stable performance, simple structure, regulation, maintenance convenience, high productivity, has broad application prospects.Keywords：Automatic ；Control ；cut ；plc 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 32 页个人资料整理仅限学习使用目录第一章绪论
6、 . 11.1 前言 1 1.2 选题背景 . 1 1.3 主要特点 . 21.4 文章的结构 . 2 第二章 PLC 概述 . 3 2.1 可编程控制器的特点. 3 2.2 可编程控制器 PLC的基本原理 . 3 第三章切割部分设计 . 5 3.1 设计要求 . 5 3.2 方案设计 . 5 3.3 结构设计 . . .63.3.1 机电的选取 . .63.3.2 砂轮片的选取 . .63.3.3 升降气缸的选取 .63.3.4 带传动的设计 .93.3.5 滚动轴承的选取及校核 .13 第四章 纵横行走部分的设计 . 17 4.1 设计要求 17 精选学习资料 - - - - - - -
7、- - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 32 页个人资料整理仅限学习使用4.2 方案设计 . 17 4.3 直线导轨的选择计算. 17 4.3.1 选定条件 17 4.3.2 选择方式 18 第五章夹紧部分设计 . 20 5.1 设计要求 . 20 5.2 方案设计 . 20 第六章电气控制线路的设计22 6.1 电气控制线路设计的一般要求22 6.2 电气控制线路的设计方法22 6.3气动原理图设计 236.3.1 气动原理图 .256.3.2 控制流程图 .26结论 . 27 致谢 . 28 参考文献 . 29精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归
8、纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 32 页个人资料整理仅限学习使用第一章绪论1.1 前言机电行业的有关技术在现代的科学技术发展中得到了广泛的应用，一些简单的机械手已经得到广泛的应用。简单的机械手经过几十年的发展，如今已进入以通用机械手为标志的时代。近年来，这项技术的研究和发展一直比较活跃，设计在不断的修改，品种也在不断的增加，应用领域也在不断的扩大。简单的机械手是一种仿人操作、自动控制、的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。切割技术也有了广阔的发展前景，现如今手工
9、切割技术已经适应不了现代工业发展的要求。，切割机的夹紧机构也有了迅速的发展。他们过硬的技术含量为科学发展奠定了坚实的基础。1.2 选题背景金属棒切割机主要由三个大的部分组成，即切割部分、夹紧部分和纵横行走部分。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的伸缩来实现夹紧和放松。切割部分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。纵横行走部分是由气缸控制纵向、横向行走板，使之沿直线导轨前进或返回。整个机器由 PLC控制各个气动换向阀的电磁铁，由气缸驱动完成顺序切割动作过程。而随动工作台的随动前进速度也可以通过夹紧机械手夹紧金属棒使之与金属棒速度同步。横向切割时的切割速度可以
10、通过气缸来调节。与一般的切割机相比，这种切割机有以下优点：1）、实现了机械工程和自动控制的有效结合，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，实现了预定的功能。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。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 32 页个人资料整理仅限学习使用3）、在设计过程中，纵横行走装置采用了直线导轨，既提高了运动系统的运动精度，又很大程度的减小了摩擦力，达到了节能的效果。4）、整个切割过程都由PCL控制，
11、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的生产要求。1.3 主要特点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，具有广阔的应用前景。1.4 文章的结构本文在现有的棒料切割系统进行分析的基础上，根据棒料切割系统的总体结构，从机械和电气控制两方面对系统各个部分的设计分章节展开了详细的介绍。第二章 PLC概述2.1 可编程控制器的特点可编程控制器是在继电器控制技术和计算机控制技术的基础上发展开发出来的。并逐步发展成为了以微处理器为核心、集计算机技术、自主控制技术、通信技术于一体的的一种新兴工业控制装置。设备采用继电器控制系统，设
12、备的简单控制及设备复杂的自动控制均能实现，但是复杂的控制系统中，由于继电器控制系统本身的特点而使设备运行存在许多的问题。问题一是继电器控制系统由分立元件 组成，因此，系统有较高的故障率；问题二是继电器控制系统采用固定的接线方式构成控制逻辑，变更控制逻辑困难。问题三是难以实现网络控制。现在计算机技术的发展，使得电气控制元件和控制系统有了极大的改观，继电器控制系统的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的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，即可完成继电器控精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 32
13、 页个人资料整理仅限学习使用制硬件逻辑的控制功能。采用计算机技术的可编程控制器，不仅解决了分立元件的故障率问题，也解决了固定控制的问题，同时，为与计算机联网，实现大规模自动化生产和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的控制功能。可编程控制器实际是工业专业控制计算机，也称工控机，具有以下特点：1、可靠性强、抗干扰能力强；2、控制程序可变，具有很好的柔性；3、程序简单，使用方便；4、扩充方便，配置灵活，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
14、泛应用。2.2 可编程控制器PLC的基本原理PLC 分为固定式和组合式 是发展极为迅速、应用极广泛的工业控制装置。在现代化生产设备中有大量的开关量、数字量、脉冲量以及模拟量需要控制，例如，电机的启停，电磁阀的开闭，产品的计数，温度、压力、流量的设定与控制等。 PLC 是在固定接线式老装置显然不能适应这种要求的情况下，按照成熟有效的继器控制理念和设计思想，利用不断发展的新技术、新电子器件，逐步形成了具有特色的各种系列产品。一般机械设备的控制系统，由输入设备、输出设备和逻辑控制三部分组成。1、输入设备输入设备是电气控制系统进行信号才的界面设备，完成人与机之间的信号采精选学习资料 - - - - -
15、 - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 32 页个人资料整理仅限学习使用集和机与机之间的信号采集。操作人员发出的主令信号通过按钮、各类手动开关送入控制系统，现场自动运行的控制信号通过行程开关等现场检测设备送入控制系统。2、输出设备输出设备是用控制系统发出的控制信号去控制执行机构，实现要求的运动的输出和显示设备运行的状态。被信号驱动的执行机构有继电器、交流接触器、控制液压系统的电磁阀、信号显示灯等。3| 、逻辑控制系统逻辑控制系统根据给定的控制对输入设备送来的控制、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。组成控制系统的器件有两
16、类：一是继电器控制系统，其控制逻辑由硬件构成，另一类为用可编程控制器构成的控制系统，其控制逻辑由编程软件构成。第三章切割部分设计3.1 设计要求工程要求切割机能够根据定长信号分别切割两条连续的铸铁棒，实现对铸棒的准确定长切割，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。3.2 方案设计切割部分主要有砂轮、电动机和传动机构组成。现在在切割部分有两种可行的方案：第一，电动机通过带传动带动砂轮片转动。第二，电动机通过圆锥齿轮传动带动砂轮片转动。考虑到切割过程中电动机带动砂轮高速旋转，所以优先选取第一种方案，因为圆锥齿轮传动不宜应用在转速太高的场合，而且运用齿轮传动时，还要考虑
17、到这样消除震动和怎样润滑齿轮，这样就增加了设计成本。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 32 页个人资料整理仅限学习使用图 3-1 切割部分原理图切割部分的原理如图3-1 所示，电动机带动砂轮片高速旋转，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，控制切割的长度。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。其中电动机和气缸都通过电磁阀由PLC机控制，从而实现其动作。3.3 结构设计3.3.1 电机的选取根据砂轮片的要求，现选用比较常用的Y系列三相异步电动机，这
18、是由于Y系列三相异步电动机的功率等级和安装尺寸与国外同类型的先进产品相当，因而具有与国外同类型产品之间良好的互换性，供配套出口及引进设备替换。选取功率为 3.0KW ，满载时的转速为2870r/min 。额定电流 6.39A，功率因数 0.87 ，效率82% ，额定转矩 2.3。3.3.2 砂轮片的选取经过调研，切断能力为50 的砂轮片，其规格为mm ，所需电机精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 32 页个人资料整理仅限学习使用的最小功率为kw，转速为=2840 r/min, 砂轮片的最大线速度为70m/s。最终选取砂轮片的
19、型号为TL-001 型，其磨料为棕刚玉，粒度为20#。3.3.3 升降气缸的选择1. 选取气缸类型根据设计所用资料，现选取DNC 标准气缸。2. 选择安装方式根据结构设计的要求，要实现砂轮片的上下移动完成切割，要求气缸在上下伸缩的同时，还要绕一点转动，所以选用后绞式安装方式。3. 负载大小根据手动切割机的工作原理如图 3-2 所示），图中 F=20 kg 估算得砂轮片的支反力为N=40kg 。再由所设计切割机的切割工作原理如图 3-3 所示）由于砂轮所受的支反力相同，算得气缸所承受的力即理论推力为F=80 kg 合 800N。图 3-2 手动切割机受力示意图精选学习资料 - - - - - -
20、 - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 32 页个人资料整理仅限学习使用4. 工作压力经调查，当前所用的气缸的工作压力一般在0.4MP左右，所以选取其正常工作压力为0.4MP 。气动元件一般要求安全系数比较高，所以在选取的时候一般要求有较大余量，所以在缸径选择时，其工作压力一般按0.3 MP 计算。5. 缸径选择由气动自动化系统优化设计书中第46 页表 2-7 查得工作压力为0.3 MP ，理论推力为 800N时，其缸径为 60mm 。考虑到安全系数，初选缸径为80mm 。6. 行程大小根据机构简图 如图 3-4 所示），其中实线为机构初位，在初位时，砂轮片的直
21、径在最大状态，当砂轮切割到终位图 3-4 中虚线部分）时，连杆所转过的角度为，此时砂轮直径为最小直径。在初位时测得气缸的总长度为，在终位时测得气缸的总长为，所以在此过程中气缸的行程即升降气缸的行程为精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 32 页个人资料整理仅限学习使用图 3-3 铸棒切割机受力示意图图 3-4 气缸行程计算简图在初位时测得气缸的总长度为，在终位时测得气缸的总长为，所以在此过程中气缸的行程精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 32 页个人资料
22、整理仅限学习使用即升降气缸的行程为7. 确定气缸型号综上所述，根据气动自动化系统优化设计中第50-54 页查得，选用 SNC-80-100-PPV型的标准气缸合适3.3.4 带传动设计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 1-1）2. 初选带的型号根据和，由机械设计书中第108 页图 7-14 初选 A型普通 V带。3. 确定带轮的基准直径和1）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=1502）验算带的速度m/s 1-2）因为5m/s
23、 22.6m/s 25m/s 带速符合要求。3）计算 1-3）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 32 页个人资料整理仅限学习使用由于电机转速与砂轮转速基本同步，选速比=1，则=150 mm 4. 确定中心距和带的基准长度1）初选中心距由 0.7+）2+），考虑到结构要求，初选=900 mm 最后确定中心距mm 1-5）则 mm 1-6） mm 1-7）最后取 mm 。5. 验算带轮包角 1-8） 合适）6. 确定带的根数精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页
24、，共 32 页个人资料整理仅限学习使用 1-9）其中：由机械设计第107页表 7-5 查得弯曲影响系数由机械设计第107页表 7-5 查得传动比系数kw 由机械设计第107页表 7-6 查得包角系数由机械设计第106页表 7-4 查得长度系数采用非化纤结构的普通带，取材质系数由机械设计第105页图 7-13 查得 kw。 kw 取根。7. 确定单根带的初拉力 1-10）由机械设计第96页表 7-1 查得精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 32 页个人资料整理仅限学习使用N 1-11）8. 计算带对轴的压力N 1-12 ）9
25、. 带轮的设计1）带轮的设计要求设计带轮时应满足的要求有：质量小，结构工艺性好，无过大的铸造应力，质量分布均匀，转速高时经过动平衡，轮槽工作面加工精细，以减小带的磨损，各槽的尺寸和角度保持一定的精度，以使载荷分布均匀。2）带轮的材料带轮的材料主要采用铸铁，常用材料的牌号为HT150或 HT200 ，转速较高时宜采用铸钢，或用钢板冲压后焊接而成。在本次设计中，采用了比较常见的HT150 。3）带轮的结构尺寸由于带轮的基准直径，轴的直径，根据带轮的选择原则：即当时采用腹板式结构，铸造带轮的结构如图1-5 所示。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - -
26、-第 16 页，共 32 页个人资料整理仅限学习使用两处0.01A0.02A3.23.2A1.63.26.36.333.3+0.209.5368.612 8?5556.36.32X45其余6.36.33.23.280.02斜度1：25?12084056?156?150?42?30+0. 0210图 3-5 带轮的结构3.3.5 滚动轴承的选取及校核1.轴承的选择在结构设计中，我采用了既有转速高的优点，有能够承受少量轴向力的角接触球轴承， 其中轴向力的主要来源是安装或拆卸带轮时所承受的载荷估算载荷大小为 100N 。据分析，在安装和拆卸带轮时的力相同的情况下，拆卸带轮时，轴承所受的力更大，所以选
27、取轴向力的方向向右，如图1-6 所示）。图中 M为电极的输出转矩， F 为砂轮的切割阻力，在切割过程中，电极的输出转矩与砂轮所受的切割阻力矩大小相同，方向相反，在切割时相互抵消，所以在计算过程中不再考虑电极输出转矩和切割阻力对轴承的影响。由于轴承受一定的轴向力，所以选取接触角的角接触球轴承。其代号 为7207ACJ ， 基 本 额 定 动 载 荷， 基 本 额 定 静 载 荷。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 32 页个人资料整理仅限学习使用2.轴承的校核计算1）计算轴承所受的径向力、，其受力如图 3-6 所示由力矩平衡
28、条件得由得图 3-6 轴承计算简图2）计算派生轴向力、所选的轴承型号为7207ACJ ，其派生轴向力则 1-13）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 32 页个人资料整理仅限学习使用 1-14）3）求轴承所受的轴向力、故轴承 2 被压紧，轴承 1 被放松，所以有4）计算当量动载荷、 1-15） 1-16）由简明机械零件手册查得7207ACJ 型轴承的轴向载荷影响的判断系数因为，所以；，所以由机械设计第262 页 表 12-8 查得，当轴承受中等冲击或中等惯性力时，取载荷系数，由于轴承 1、2 均不受力矩载荷的作用，所以取，
29、。则 1-17）精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 32 页个人资料整理仅限学习使用 1-18），所以应该按计算 球轴承应取）则所需轴承的额定动载荷为 1-19）=故选用代号为 7207ACJ的轴承合适。第四章纵横行走部分的设计4.1 设计要求纵横行走装置主要是为了配合切割装置和夹紧装置，使砂轮片和夹紧机械手精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 32 页个人资料整理仅限学习使用能够在走刀过程中横向移动，迅速准确地达到工作位，在切割过程中能够随着铸棒纵向移
30、动，切完后在返回初始位置。4.2 方案设计纵横行走装置主要是为了实现切割机砂轮片的纵向和横向移动，使之完成切割动作。为了设计和制造方便，在方案设计中纵、横行走装置的原理大致相同，即采用结构简单而又便于控制的气压传动方式，气缸带动纵向行走板或横向行走板在导轨上滑动。在设计过程中，考虑到能量的损耗程度，纵横行走装置采用了直线导轨，既提高了运动系统的运动精度，又很大程度的减小了摩擦力，达到了节能的效果。4.3 直线导轨的选择计算4.3.1 选定条件：1. 载荷根据粗略计算，导轨上横向行走部分的总重量为所以2. 行程根据设计结构的要求，选定行程3. 往复次数次/ 分）4. 寿命要求假设机器寿命为 5
31、年，则导轨寿命为小时H ）假设安装 4 个滑块，要计算一个滑块的负载，可用下式同时由于两个滑块装在一个导轨上，因此接触系数。4.3.2 选择方式精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 32 页个人资料整理仅限学习使用1. 根据静态安全系数选型号 3-1）其中静态安全系数载荷系数 在无外部冲击或振动、低速时取1.5 ）基本额定静载荷冲击载荷现设静态安全系数则有 3-2）在 正 常 运 行 时 一 般 选 取 安 全 系 数 为5 ， 根 据 上 述 情 况 ， 选 取SBG35FL）的导轨比较理想。2. 根据寿命要求选型号根据标
32、准寿命计算公式若使用 17500小时，则总的移动距离为： 3-3）其中温度系数 由手册查得当导轨的工作温度小于100时，精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页，共 32 页个人资料整理仅限学习使用其温度系数取 1.0 ）硬度系数 为了使直线运动系统达到最佳承载能力，需要保持导轨的硬度在 HRC58-62 ，由手册查得为 1.0 ）基本动载荷所以解得因此，选取 SGB45FL6 Design and Performance of the Cycloid Speed Reducer. Machine Design. June,28 N
33、o13,19567 陆鑫盛，周洪. 气动自动化系统的优化设计. 上海：上海科学技术文献出版社， 1995 8 Nikravesh P E. Computer-aided analysis of mechanical systems.s.l:Prentice-Hall Inc,19889 许福玲，陈尧明 . 液压与气压传动 . 北京： 机械工业出版社， 2000.5 10 国科精工 上海）有限公司 . 自润滑式线性导轨11 周军，海心. 气动控制及 PLC. 北京： 机械工业出版社， 2001.8 12 朱善君等 . 可编程序控制系统 . 北京：清华大学出版社， 1994 13 孙桓，陈作模 . 机械原理 . 第五版 . 北京：高等教育出版社，1996 14 Mattnies, Hans Jurgen.Einfuhrung in die plhydralik.Stuttgert,B.G .Toubner,1984精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 32 页，共 32 页
