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论文胶芯裁断机自动化改造
学士学位论文
系别:
机电工程系
学科专业:
机械设计制造及自动化
姓名:
2011年5月
胶芯裁断机自动化改造
系别:
机电工程系
学科专业:
机械设计制造及其自动化
姓名:
指导教师:
2011年5月
设计总说明
本设计是对三角集团生产一线三车间自主研发设计的胶芯裁断机进行自动化改造。
胶芯裁断机主要应用在橡胶行业,在胶芯裁断机未设计出之前,胶芯的裁断全靠工人用剪刀自己去剪断到所需要的长度,长时间的工作会使工人的手部疲劳,严重时会造成手部的变形,而且工作效率低。
基于这方面的考虑,设计裁断机的目的就是代替手工劳动,减少工人的疲劳,提高工作效率。
但是在设备设计中,主要是以手动控制为主,裁断精度不是很高,所以在胶带的使用过程中会造成浪费及需要二次裁剪。
因此对设备进行自动化改造,运用PLC技术,在手动操作功能的基础上增加自动化控制,并对部分机械结构做简单的调整,从而减少原材料的浪费,进一步提高生产效率。
论文的具体内容主要包括:
首先对现有胶芯裁断机存在的问题进行分析,机械部分的设计改动主要来源于三个方面:
在裁断过程中经常出现挤胶的现象,原因分析为在裁刀切断时,胶芯很容易和裁刀黏合在一起,当裁刀被抬起时胶芯也随着被抬起,胶芯再次进给时,便会出现挤胶,解决的办法为设计一个挡板,在裁刀抬起过程中使两者能自动分离;定位精度不高,胶芯长度的裁断是按照不同轮胎的规格来确定的,在现场中定位的方式主要是靠目测来判断,这样容易造成材料的浪费,通过设计一种方便快捷的可移动的精确定位装置来解决这个问题;气缸存在的隐患,由于气缸上面连接有裁刀不管在工作还是非工作状态一直都在充气,这样就会给操作人员在处理故障或者维修设备是带来安全隐患,更换气动电磁阀不仅可以消除安全隐患,同时还有利于节约能源。
在机械部分的设计中始终遵循结构简单、操作方便、易于改装、节约成本的原则。
接着对改动中所涉及的电机的制动、气缸的控制以及光电开关的选择做出分析和选择。
通过接触器-继电器控制和PLC控制的比较,最终采用日本三菱公司生产的FX2N-32MR型PLC作为核心控制。
在对胶芯裁断机电气系统使用PLC的的基础上,设计了电气控制系统的总体方案,结合生产过程画出PLC功能图和梯形图,绘制电气原理图。
最后对所编写的PLC程序进行仿真测试,由于学校设备有限,需要将三菱的程序转换成欧姆龙的程序,遵循程序步骤和结构方式不变,运用欧姆龙的PLC进行实验仿真。
仿真实验结果表明:
本次控制系统的设计具有控制可靠,裁剪精度高,反应灵敏,生产效率高的特点,能达到设计的要求。
因此本文提出的自动化改造方案可对胶芯裁断机进一步提高生产效率,为三角集团节约成本提供了可行的方案。
本设计技术资料来源:
设备专利说明书和与裁断机相关的专著,以及机械手册等。
关键词:
胶芯裁断机,自动化,PLC
RUBBERCOERCUTTINGMACHINEAUTOMATIONRECONSTRUCTION
ABSTRACT
Rubbercorecuttingmachineismainlyusedinrubberindustry,thetopicfromTriangleGroupproductionsiteandindependentresearchanddesign.Inrubbercorecuttingmachinenotdesignedbefore,Therubbercorecutsallbyworkerswithscissorshimselftocuttothedesiredlength,longtimeworkwillmakeworkershandfatigue,whenthedeformationcausedbyseverehandandworkefficiencylow.Basedonthisconsideration,thepurposeofdesigncuttingmachineisinsteadofmanuallabor,reduceworkersfatigueandimproveefficiency.Butintheequipmentdesign,ismainlybymanualcontrolisgivenpriorityto,thecuttingprecisionisnotveryhigh,sotheuseprocessintapecancausesecondarycuttingwasteandneeds.Therefore,toequipmentautomationreconstructionusingPLCtechnology,onthebasisofmanualoperationofpart,increasedautomationcontrolmechanicalstructuredosimpleadjustment,thusreducingthewasteofrawmaterials,furtherimprovetheproductionefficiency.Thespecificcontentofthethesismainlyincludes:
Firsttoexistingrubbercorecuttingmachineandtheanalysisofexistingproblems,thedesignofmechanicalpartmainlycomefromthethreeaspects:
changesincuttingprocessoftenappearcrowdedgluephenomenon,causeanalysisforcuttingknifecutin,rubbercoreeasilyandcuttingknifestickingtogether,whencuttingknifewasraisedbythecorewithadhesivewhenraised,rubbercorefeed,theyagainappearcrowdedglue,thesolutiontodesignapaddle,intheprocessofcuttingknifeenablebothliftcanautomaticallyseparation;Positioningaccuracyisnothigh,rubbercorecuttingisthelengthofthespecificationsaccordingtodifferenttyrestodeterminethepositionofthesite,thewaytojudgeismainlybyvisual,soeasytocausethematerialwaste,throughdesignandaquickandconvenientportableprecisepositioningdevicetosolvethisproblem;Thehiddentroubleincylinder,becausecylinderconnectedwiththecuttingknifeaboveinworkorwhateverhasbeeninflatednon-workstate,whichwillgiveoperatorsintroubleshootingormaintenanceequipmentisbringsafehiddentrouble,replacethepneumaticelectromagneticvalvecannotonlyeliminatesafetyconcerns,butalsoconducivetosaveenergy.Inthedesignofmechanicalpartalwaysfollowprinciplesarethesimplestructure,convenientoperation,easilymodifiedandcostsaving.
Secondlytoneedtoimprovemechanicalpartsdesignanalysisandparametersetting,finallydrawdetaildrawings.Inautomaticcontrol,inthedesignprocessofautomationcontroldeterminefirst,drawflowcharts,thenchooseautomaticcontrolsystem.
Thenthechangesofmotorinvolvedinthebraking,cylindercontrolandphotoelectricswitchchoicetomakeanalysisandchoice.Throughthecontactor-relaycontrolandPLCcontrolcomparison,finallytoadoptMitsubishiJapanproductionFX2N-32MRtypePLCasthecorecontrol.IncuttingofrubbercoresystemUSESPLCelectromechanicalgas,onthebasisoftheelectricalcontrolsystemdesign,combinedwiththeoverallschemeoftheproductionprocessdrawPLCfunctionchartandladderdiagram,drawelectricaldiagram.
IntheendthePLCprogramwrittenbythesimulationtest,becausetheschoolequipmentlimited,needwillMitsubishi'sprogramconvertOmronprogram,followtheproceduresandstructuralmodeischangeless,useOmronPLCforsimulation.Simulationresultsshowthatthiscontrolsystemdesignhascontrolofreliable,cuttingprecision,sensitivereaction,theproductionefficiencyishighcharacteristic,canmeetthedesignrequirements.Thereforethispaperproposesautomationreconstructionplanforrubbercorecanfurtherimprovetheproductionefficiencycuttingmachine,costsavingstotheTriangleGroupprovidesafeasiblescheme.
Thedesigntechnologysource:
equipmentpatentspecificationandtherelatedwithcuttingmachine,andthebookofmechanicalmanuals,etc.
Keywords:
Rubbercorecuttingmachine,Automation,PLC
目录
第一章绪论1
1.1选题的目的及意义1
1.2三角集团的简介1
1.3裁断机在国内外的现状及发展趋势2
第二章胶芯裁断机的介绍5
2.1胶芯裁断机的用处和在系统中地位5
2.2胶芯裁断机的工作原理6
第三章现在使用过程中存在的问题8
3.1机械部分分析8
3.2在控制过程中存在的问题9
第四章机械改动部分的设计10
4.1胶芯挡板的设计10
4.2光电开关定位装置的设计11
第五章自动化改造方案的确定13
5.1自动化控制方案13
5.2自动化控制方案的选择15
5.2.1继电-接触器控制的优缺点15
5.2.2PLC控制的特点16
5.2.3选定的控制系统方案简介18
第六章PLC的选型19
6.1PLC的选型19
6.2FX2N-32MR21
第七章电机制动、电磁阀及光电开光的选择24
7.1电机的制动24
7.2气动电磁阀25
7.3光电开关27
7.3.1光电开关工作原理27
7.3.2E3JK-DS3029
第八章PLC系统设计31
8.1功能表图31
8.2PLC输入/输出端口分配31
8.3PLC的梯形图32
8.5PLC指令表35
第九章电气原理图和电气控制箱39
9.1电气原理图39
9.2控制箱的设计及绘图39
9.3电气控制箱布局图40
第十章胶芯裁断机控制系统的实验仿真42
10.1仿真的条件和选用设备42
10.2实验步骤42
10.3实验结果46
第十一章总结47
参考文献48
致谢49
第一章绪论
1.1选题的目的及意义
在三角集团中,机械设备主要是对橡胶进行加工处理,越来越多的设备取代了繁杂的笨重的体力劳动。
所以胶芯裁断机的设计开发就是这样产生的,使生产效率有了很大的提高,人为地体力劳动也减轻的许多。
胶芯的裁断是生产轿车和轻型卡车轮胎中的一道工序。
(注:
轮胎的生产主要工序为炼胶—压出—压延—裁断—成型—硫化)胶芯裁断机的使用主要是用来对钢圈外面所包的胶进行一定长度的裁剪,裁剪长度即为钢圈的周长。
钢圈被放在轮胎的两侧用来提高轮胎的强度和刚度,提高载荷的能力。
在胶芯裁断机未设计出之前,胶芯的裁断全靠工人用剪刀自己去剪断到所需要的长度,长时间的工作会使工人的手部很疲劳,甚至会造成手部的变形,而且工作效率低。
基于这方面的考虑,设计裁断机的目的就是代替手工劳动,减少工人的疲劳,提高工作效率。
但是在设备设计中,裁断机的裁断精度不是很高,所以在胶带的使用过程中会造成浪费及需要二次裁剪(裁断的胶带的长度在110cm到130cm的范围内不同的需要)。
在此基础上进行改造,增加自动化控制。
提高裁断的精度,减少半成品的浪费,进一步提高生产效率。
因此对已有的胶芯裁断机进行自动化改造并对部分机械设计,使其增加自动化控制功能,胶芯的长度由以前的人为地判断尺寸改为自动控制尺寸,从而提高精度,减少胶芯在下一道工序使用中不必要的浪费,也进一步提到生产效率。
在自动化改造的过程中要保留原先的手动操作,分为自动和手动两种选择。
增加自动化控制,对部分机械结构需要简单改造,从而实现最终需要的目的。
1.2三角集团的简介
三角集团始建于1976年,具有30多年专业生产制造轮胎的历史。
主要产品包括轿车和轻卡子午胎、卡客车子午胎、工程子午胎、巨型工程子午胎、巨型斜交工程胎和普通斜交胎等产品,年生产能力2200多万套,其中子午胎1800万套,同时具备炼胶能力40万吨,轮胎翻新能力50万条,以及独立的研发能力,建有国家级技术开发中心和博士后科研工作站,是全国最大的综合性供产销研一体化轮胎企业。
三角还获得了来自60个经济体或国家覆盖全球所有国家和地区的官方产品认证,其中包括CCC、ECE、DOT、E-SOUND、INMETRO、LATU、GSO、SNI等,以及固特异、卡特彼勒、沃尔沃等公司的苛刻的技术性能测试,成为其全球战略合作伙伴。
在中国国内,三角处于市场领先位置,同时在重汽、一汽、二汽、上海通用、通用五菱、奇瑞、长安、临工、山工、徐工等50多家汽车制造企业提供配套服务。
三角集团始终秉持“为消费者提供最有价值的产品和服务,坚持社会责任和综合社
会效益协调与可持续增长为基础,激励和发展员工为目标”,全力推进企业的国际化进程,向全球轮胎领域领先行列迈进。
轿车和轻卡生产第一线三车间主要生产半钢子午胎,拥有一整套的生产设备,年生产量可达250万条,生产的轮胎规格有155/65R13、165/65R13、165/70R13、195/60R14等30多种不同规格,主要使用在轿车和轻型卡车上。
1.3裁断机在国内外的现状及发展趋势
裁断机主要应用于皮革加工、制衣业、制鞋业、箱包业、包装业、玩具业、文具业、汽车工业使用成型刀模对皮革、橡胶、塑料、纸板、布料、泡绵、尼龙、人造革、PVC板等物料之裁断作业[1]。
对于传统观念来说,裁断机是借助于机器运动的作用力加压于刀模,对材料进行切割加工的机器。
近代随着裁断机不断地更新变化,开始将高压水束、超声波等先进技术是用在了皮革冲切技术中。
自动化程度高的裁断设备有:
由电脑控制的动头式裁断机、激光裁断机(振荡刀具)、高压水束切割机和电脑裁断机等。
另外,意大利和英国USM公司生产一种投影裁断机,这种设备的下料台上设有振荡型刀具及目视观察装置,用于对皮革进行轮廓扫描,或在皮革上进行投影以引导裁断工安排下料样板在皮革上的套排。
目前在中国市场上有国内外不同厂家生产的各种型号的裁断机,现根据其产品性能,可以从以下几个方面进行分类:
一、根据它们的传动方式、结构和用途分类如下:
1、按照传动形式分:
A、机械传动裁断机:
是比较老型的机器。
B、液压传动裁断机:
是现代比较通用的裁断机。
C、全自动滚压式裁断机:
用三文治的方法进行加工整张皮料或者纺织品等。
D、电脑控制水束裁断机:
是现代比较先进的裁断机,无须使用刀模,冲切源为高压水束发生器,根据输入程序进行裁断。
。
E、电脑控制超声波裁断机:
控制形式和水束裁断机相似,冲切源为超声波发生器。
2.按照结构方式分:
A、摇臂式裁断机:
冲切部件为可以摆动的摇臂,适合于天然材料的冲切
B、龙门式裁断机:
冲切部件为可以沿着横梁左右移动的冲切头,刀模可以固定在冲切头上,也可以放在被加工物上。
大型电脑控制的龙门裁断机冲头上安装着旋转的刀模架,可以根据程序选择相应的刀具排版,当然相应需配备自动送料机构。
C、平板式裁断机:
它与龙门式裁断机的区别在于横梁直接进行冲切,没有可以移动的冲切头。
平板裁断机又分为:
横梁固定或横梁可前后移动及工作台滑板可前后移动的两大类。
D、四柱式裁断机:
机械上下冲压行程由多支油缸推动四支导向钢柱,自动平衡连杆机构装置确保裁断区域之平面精度,能提供良好的冲裁动作及较大的裁断力输出。
如图1-1为半自动精密四柱裁断机
图1-1
3、按照加工部件用途分:
A、专用裁断机:
适合于特殊零部件的裁断机。
B、卧式裁断机:
适合于加工轮胎材料。
二.机械传动裁断机:
一般机械传动的裁断机速度较快,运转稳定(调整好后,冲程下限不会发生变化),冲切力较大;其最大的缺点是噪音较大。
所以自60年代以来逐步被液压传动的裁断机所取代。
三、液压传动裁断机:
判断液压裁断机的主要依据是:
冲切力大小和冲切速度。
冲切力很大,但冲切速度很低,或者冲切速度很高,但冲切力很小的机器,都不能顺利地完成冲切任务。
对于机械传动的裁断机一般冲切速度都较高,约为250次/分;其冲切速度是变值,平均冲切速度为:
200毫米/秒。
液压裁断机的冲切速度一般为:
大于75毫米/秒。
机械传动的裁断机和液压传动的裁断机不同点,主要由两种传动的不同的特性所决定的:
机械传动是刚性传动,而液压传动确有一定的柔性。
液压裁断机的特点是:
当冲切头通过刀模作用于被加工物的瞬时,作用油缸内的压力并未达到额定压力,压力将随着接触(切入工作物)的时间增加而增加,直到电磁换向阀接收到信号,换向阀换向,冲切头开始复位;这时油缸内的压力由于受到进入油缸的压力油时间的限制,可能并未达到设定的额定压力值;也就是说,系统压力未达到设计值,冲切就已经完成。
四、裁断机使用现状:
1.机械传动的裁断机,现在只有一些小型、个体厂商仍在使用,但这种形式的裁断机势必将走向淘汰。
2.液压传动的裁断机,现在仍然处于主流地位。
在液压裁断机中,吨位在14-18吨的摇臂式裁断机大量被采用。
平板式和龙门裁断机多数用于比较大型的生产厂家,更适合于对人造材料的冲切。
3.全自动裁断机在我国已经开始使用,由于制造业工业现代化程度的提高,在不久的将来可能会有一定的市场。
但在近期,它将不可能替代液压裁断机。
胶芯裁断机是属于板带材纵横裁剪机系列的一种。
国产板带材纵横裁剪机列的装备水平普遍偏低,但经济、实用普遍受到欢迎。
对于质量要求苛刻的板带产品和自动化生产企业,难于与国外同类装备抗衡。
作为板带材主要精整设备的纵横裁剪机列,如何替代进口设备,做到专业化、规模化、大卷重,提高产品精度和生产效率,还有许多工作要做。
我国纵横裁剪机装备水平的发展方向是:
1、设备装备水平高,加工产品质量好。
设计科学、配置合理,不仅采用数字控制,更加注重智能化,适应大规模高效率的产业生产。
采用电脑配刀,达到最优刃口间隙;采用液压锁紧刀轴,控制不同的毛刺要求;采取先进补偿手段,达到刀轴无窜动,精密定位;从进料、剪切、卸料、包装以及在线检查、报警实现自动化作业;机列周围设置光栅、安全影像设备等,最大限度降低人身事故。
为适应特殊行业需要,开发自动化控制激光技术剪切不同形状带料。
2、最大限度减少操作辅助时间,设计人性化。
设备从上料到成品,尽可能减少辅助时间及操作劳动强度、且维修方便。
例如:
带料自动定位、引带;刀具快速定位、锁紧;多工位开卷、剪切、收料、分拣,提高生产效率。
3、针对不同品质带材、不同应用领域,适应专业化生产。
国产装备应当在这方面加大力度,这些年板带材行业更加细分,如电子行业、框架材料、异型带材、水箱材料、各种焊管行业、家电、建材、汽车行业等必须进一步提高装备水平,适应市场专业化。
市场普遍要求剪切带材毛刺小,表面无损伤,尺寸精确、成品率高。
对于不同的行业,有不同的侧重点,可配套各种专业生产线。
国内生产的纵横裁剪机列,装备技术还徘徊在相对落后的水平。
如何摆脱关键技术依赖进口的被动局面,尽快顺应市场发展需求,开发研究剪切过程的新理论、新工艺、新技术及相应的控制手段和自动化系统,提高国产金属带材的水平和档次,迎头赶上是摆在我们装备制造企业面前的课题。
目前国内外带材裁剪机列虽然在性能、配置、控制等方面有较大差别。
在功能上自动化程度上都达到了很高的水平。
第二章胶芯裁断机的介绍
2.1胶芯裁断机的用处和在系统中
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