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

   通过对切割过程的观察和研究，本课题采用了机电一体化系统设计思想,对其整体造型、机械结构和控制系统进行设计，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、执行器和动力源。

工作原理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的电磁铁,实现棒料的自动下料和切割以及检测工作.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。

横向切割时的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,能够降低工人的劳动强度，实现自动控制,提高劳动生产率。

铸棒线割机在连续的铸造中工作,它是一种既能有效的提高生产率，又在价格和使用方面能被广大用户所接受的一种新型的自动控制切割机。

由PLC控制的气动铸棒切割机，其中融合了气压自动控制、机器人技术和PLC控制技术.PLC控制各个气动换向阀的电磁铁,由气缸驱动机械手完成顺序切割过程，实现了机械设计、电器控制和气动控制的有效结合。

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，具有广泛的应用前景。

关键词：

切割机机电一体化气压棒料PLC控制

Abstract

Basedontheresearchofthecuttingprocess,thissubjectadoptsmechanicalandelectricalintegrationofsystemdesignidea,theoverallmodeling，mechanicalstructureandcontrolsystemdesign,barstockcuttingthemechanicalandelectricalintegrationsystemismainlycomposedoffourparts:

thebasicmachine，electroniccontrolunit，actuators,andpowersupply.Workingprincipleisthemotordrivesthecuttingpieceofhigh-speedmovement，motorandadoptsthehingedsupportmethodbetweentheworkbench,afallingcylindercanbedriventomoveupanddownpushcuttingdiscbladecuttingactioncompletedorder,eachhydrauliccuttingmachineadoptsPLCcontrolreversingvalveelectromagnet,implementautomaticcuttingandblankingbarworkandtests.Andservotablespeedcanalsobethroughtheclampingmanipulatorclampingbartothatofthebarspeedsynchronization.Transversecuttingwhenthecuttingspeedcanbeadjustbyhydrauliccylinder。

Fieldoperationshowsthat,thedesignofthecuttingmachineisfast,smoothmovement，andconvenientwithcomputeronline,itcanimprovethelaborintensityofworkers，toachieveautomaticcontrol,improvelaborproductivity。

Castingrodwirecuttingmachineincontinuouscasting,itisacaneffectivelyimproveproductivity，butalsointermsofpriceandusecanbeacceptedbythemajorityofusersofanewautomaticcontrolcuttingmachine。

PLCcontrolledpneumaticcastingrodcuttingmachine，whichcombinesautomaticpressurecontrol，roboticsandPLCcontroltechnology.PLCcontrolvariouspneumaticsolenoidvalve，cylinderdrivenbyarobottocompletethesequenceofthecuttingprocess，toachieveaneffectivecombinationofmechanicaldesign,electricalcontrolsandpneumaticcontrols。

Thiscuttingmachinehaseasytocontrol，stableperformance,simplestructure，regulation，easymaintenance，highproductivityadvantages,hasbroadapplicationprospects.

Keywords：

Cutting machineMechanical and electrical integrationAir pressureBarPLC control

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的发展,手工切割已经适应不了现代工业发展的要求。

同时，切割机的夹紧机构也有了迅速的发展，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.几十年来，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。

我们设计的铸棒线切割机结构简单，性能安全可靠，操作方便可行，很好的实现了其预定功能。

铸棒线切割机主要由四个大的部分组成，即切割部分、夹紧部分、纵横行走部分和电气控制部分.

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。

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。

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铸棒使之与铸棒速度同步。

横向切割时的切割速度可以通过气缸来调节。

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.

（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，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。

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。

第一章切割部分设计

1。

1切割部分设计要求

为了保证棒料的剪断,剪应力应超过材料的许应剪应力

即切断棒料的条件为：

查资料可知棒料的许用剪应力为:

，取最大值

。

由于本切断机切断的最大棒料粗度为：

。

则本机器的最小切断力

由上公式得：

取切割机的

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对棒料的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的棒料,完成了系统的硬件和软件设计后可以实现对棒料的准确定长切割，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

之间的棒料，其切口深度为

，再用压断机进行压断处理。

1.2切割部分方案设计

切割部分主要有砂轮切片、电动机和传动机构组成。

现在设计的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，原因是圆锥齿轮传动不宜应用在转速太高的场合，并且在运用齿轮进行传动时，还应考虑怎样消除震动和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、价格低廉和缓冲吸振等优点。

图1—1切割部分原理简图

切割部分的原理如图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.

1。

3切割部分结构设计

1.3.1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,所需电机的最小功率为

kw，转速为

=2840r/min,砂轮片的最大线速度为70m/s。

最终选取砂轮片的型号为TL-001型,其磨料为棕刚玉，粒度为20#

.

1。

3.2电机的选取

根据砂轮片的要求，应考虑电动机的种类、型式、额定电压、额定转速和额定功率、工作方式，在决定电动机功率时考虑到电动机的发热，允许过载能力启动能力等问题，现选用比较常用的Y系列三相异步电动机，这是由于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。

1.3。

3带传动设计

根据带截面形状的不同，带传动可分为：

平带传动、多楔带传动、圆带传动、V带传动等。

在一般的机械中由于V带的楔形增压原理，结构紧凑,允许的传动比大，且多标准化并大批量生产,所以被广泛应用。

本设计中选用V带传动。

由于V带传动中的带及带轮槽型均已标准化，所以设计的主要内容包括带的型号、确定基准长度、根数、中心距、带轮的材料、基准直径以及结构尺寸、初拉力和压轴力、张紧装置等参数.

（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）

公式中：

—工作系数；

—所需传递的额定功率，单位

。

（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

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

=150

验算带的速度

m/s（1-2）

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.

4。

2可编程控制器的特点

设备采用继电器控制系统,设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，可编程序控制器具有以下特点：

（1）具有很高的工作可靠性和抗干扰能力；

（2）控制程序可变,具有很好的柔性;

（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的设计

5.1电气控制线路设计的一般要求

电气控制线路的设计是在传动形式及控制方案选择的基础上进行的,是传动形式与控制方案的具体化。

电气控制线路根据用途的不同可能会有其特殊的要求,设计所需要遵循的一般要求是：

（1）应满足机电设备对电气控制线路的要求，按照工艺要求准确、可靠地工作。

（2）在满足生产要求的前提下,应力求使控制线路简单、经济，尽量选用经过实际考验过的线路。

（3）保证控制的安全、可靠,具有必要的保护装置和连锁环节,误操作时不至于发生重大事故。

（4）尽量便于操作和维修

。

5。

2电气控制线路的设计方法

电气控制线路的控制方法有两种：

一种是经验设计法，另一种是逻辑设计法。

（1）经验设计法

经验设计法首先要从满足生产工艺的要求出发，按照电动机的控制方法,利用各种基本的控制环节和控制方法，借鉴典型的控制线路，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,掌握多种典型线路的设计资料，同时具有丰富的设计经验.另外，初步设计出来的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，才能确定比较合理的设计方案

。

由于切割机需要控制的对象较多，所以系统的控制部分比较复杂，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的循环监控，并输出不同的信号对系统的各个执行部件进行控制，使其协调工作，完成工件的切割[12］，电气原理图如图4-1所示.

（2）逻辑设计法

逻辑设计法是根据生产工艺的要求,利用逻辑代数方法这一数学工具来分析、化简、设计线路的。

逻辑设计法设计的线路结构比较合理，所用元件的数量较少，得到的设计方案是最佳的。

但是当设计的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

。

5.3气动原理图设计

根据切割机的机构原理，绘制的机构简图如图5-1所示，其中ST0-ST9为控制气缸的行程开关。

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、方案的提出及确定，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。

本次设计的题目是“棒料切割机结构设计"。

铸棒线切割机是针对铸铁在连续铸造过程中的切割而采用的一种专门的切割机。

连续铸造过程主要由保温炉、牵棒机、切割机和压断机组成，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。

整个切割过程都由自动控制实现。

此次设计的主要工作分为两大部分，第一部分为切割机的机械设计，其中主要包括砂轮片的选择、电机的选择、砂轮片传动方式的选择和优化、电机和砂轮的安装、各个气缸力的计算及其参数选择计算、滑动导轨的设计以及其他部分和整体结构的设计.最后完成总装图、部件图和零件图.第二部分为电气原理及控制部分的设计,主要包括气动控制原理图的设计、电气原理图的设计、配线图的设计、控制柜的设计及电路控制面板的设计。

铸棒线切割机结构简单，性能安全可靠，操作方便可行,很好的实现了其预定功能。

由PLC控制的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，具有广阔的应用前景.

在本次设计过程中，经过自己不懈的努力和指导老师的悉心指导，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,在设计过程中的错误和疏漏再所难免，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。

致谢

时光飞逝,四年的大学生活即将伴随着本次毕业论文的完成而画上完美的句号。

而厉经几个月时间的努力我也顺利完成了毕业设计的全部内容。

通过这次毕业设计的锻炼，使我们运用专业知识的能力得到了进一步提高，知识得到了巩固,使我们对设备的整体设计思想有了更进一步的需要请咨询学号数字企鹅认识，同时学到了更多的关于机械方面的经验知识以及电气控制方面的相关知识.通过对棒料切机的设计，我运用了各门专业课程，再一次夯实了我的知识。

它是对我大学四年学习的归纳和总结，对我今后的学习和工作有重要的指导意义和实践意义。

我之所以顺利完成毕业设计主要因为指导老师的屡不厌烦的教导。

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和论文咨询企鹅壹叁叁肆零玖伍捌伍肆的写作过程中得到许多同学的帮助，同时也向我提出了许多的宝贵意见,在此也表示衷心的感谢。

的悉心指导，不论是从课题选择到具体的写作过程,还是论文初稿与定稿,都透露出老师的心血和汗水。

在本次毕业论文设计期间，张千老师一丝不苟的工作作风,治学严谨的态度，让我受益匪浅,深受感动。

多谢老师在专业知识上的指导和提出的一些富于创造性的建议,在这样无私的帮助和熏陶下，我终于顺利完成了我的毕业设计。

在此，向老师至于我深深地感谢和崇高的敬意.

借此毕业之际,向各位给予我悉心教诲的老师表示真诚的谢意。

感谢他们四年来对我的辛勤栽培，让我能很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现，顺利完成此次论文。

最后,谢谢帮助我的同学和舍友，感谢你们给我的启发、提出的宝贵意见。

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