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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
設(shè)計(jì)（論文）題目： 棒料切割機(jī)
系 別： 機(jī)械工程系
專 業(yè)： 機(jī)械制造/計(jì)算機(jī)
班 級(jí)：04機(jī)/計(jì)（2）班
學(xué) 號(hào)： 110206215
姓 名： 劉 俊
指導(dǎo)教師： 宋曉英（副教授）
高 艷（助 教）
200X年 5月
引 言
機(jī)電一體化產(chǎn)品廣泛應(yīng)用各種加工業(yè)，切割技術(shù)也有了飛速的發(fā)展，手工切割已經(jīng)適應(yīng)不了現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的要求。同時(shí)，切割機(jī)的夾緊機(jī)構(gòu)也有了迅速的發(fā)展，一些簡(jiǎn)單的機(jī)械手已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。簡(jiǎn)單的機(jī)械手經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，如今已進(jìn)入以通用機(jī)械手為標(biāo)志的時(shí)代。幾十年來(lái)，這項(xiàng)技術(shù)的研究和發(fā)展一直比較活躍，設(shè)計(jì)在不斷的修改，品種也在不斷的增加，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷的擴(kuò)大。簡(jiǎn)單的機(jī)械手是一種仿人操作、自動(dòng)控制、的機(jī)電一體化自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對(duì)穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。
我們?cè)O(shè)計(jì)的鑄棒線切割機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能安全可靠，操作方便可行，很好的實(shí)現(xiàn)了其預(yù)定功能。鑄棒線切割機(jī)主要由三個(gè)大的部分組成，即切割部分、夾緊部分和縱橫行走部分。
切割部分是由電極帶動(dòng)砂輪旋轉(zhuǎn)，由氣缸控制砂輪上下移動(dòng)完成切割。夾緊部分主要采用了一個(gè)氣動(dòng)夾緊機(jī)械手，電磁閥控制氣缸活塞的伸縮來(lái)實(shí)現(xiàn)夾緊和放松?？v橫行走部分是由氣缸控制縱向、橫向行走板，使之沿直線導(dǎo)軌前進(jìn)或返回。
整個(gè)機(jī)器由PLC控制各個(gè)氣動(dòng)換向閥的電磁鐵，由氣缸驅(qū)動(dòng)完成順序切割動(dòng)作過(guò)程。而隨動(dòng)工作臺(tái)的隨動(dòng)前進(jìn)速度也可以通過(guò)夾緊機(jī)械手夾緊鑄棒使之與鑄棒速度同步。橫向切割時(shí)的切割速度可以通過(guò)氣缸來(lái)調(diào)節(jié)。
與一般的切割機(jī)相比，這種切割機(jī)有以下優(yōu)點(diǎn)：
一、實(shí)現(xiàn)了機(jī)械工程和自動(dòng)控制的有效結(jié)合，機(jī)械部分采用機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)，整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中都進(jìn)行了綜合技術(shù)比較與經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的功能。
二、整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程都采用了氣壓傳動(dòng)控制，與液壓傳動(dòng)相比，氣壓傳動(dòng)有無(wú)介質(zhì)費(fèi)用、處理方便、無(wú)泄露污染、無(wú)介質(zhì)變質(zhì)等優(yōu)點(diǎn)。
三、在設(shè)計(jì)過(guò)程中，縱橫行走裝置采用了直線導(dǎo)軌，既提高了運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)精度，又很大程度的減小了摩擦力，達(dá)到了節(jié)能的效果。
四、整個(gè)切割過(guò)程都由PCL控制，以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理、設(shè)備性能良好、使用壽命長(zhǎng)、安全系數(shù)高等因素，滿足了自動(dòng)化大批量的生產(chǎn)要求。
這種切割機(jī)具有控制方便，性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)、修改方便、生產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。
摘 要
???連續(xù)鑄造是一種先進(jìn)的鑄造方法，其原理是將熔融的金屬，不斷澆入一種叫做結(jié)晶器的特殊金屬型中，凝固（結(jié)殼）了的鑄件，連續(xù)不斷地從結(jié)晶器的另一端拉出，它可獲得任意長(zhǎng)或特定的長(zhǎng)度的鑄件。
連續(xù)鑄造在國(guó)內(nèi)外已被廣泛采用，例如連續(xù)鑄錠（鋼或有色金屬錠），連續(xù)鑄管等。連續(xù)鑄造和普遍鑄造法比較有下述優(yōu)點(diǎn)：
1.由于金屬被迅速冷卻，結(jié)晶致密，組織均勻，機(jī)械性能較好；
2.連續(xù)鑄造時(shí)，鑄件上沒(méi)有澆注系統(tǒng)的冒口，故連續(xù)鑄錠在軋制時(shí)不用切頭去尾，節(jié)約了金屬，提高了收得率；
3.簡(jiǎn)化了工序，免除造型及其它工序，因而減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度；所需生產(chǎn)面積也大為減少；
4.連續(xù)鑄造生產(chǎn)易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，鑄錠時(shí)還能實(shí)現(xiàn)連鑄連軋，大大提高了生產(chǎn)效率。
鑄棒線割機(jī)在連續(xù)的鑄造中工作，它的工作是由PLC控制電磁閥，使電磁閥控制氣缸，并由氣缸驅(qū)動(dòng)與其連接的部件，實(shí)現(xiàn)對(duì)鑄棒的準(zhǔn)確定長(zhǎng)切割，切割后自動(dòng)返回初始位置。一個(gè)切割機(jī)分別切割兩條鑄棒，其切口深度為35mm，然后由壓斷機(jī)進(jìn)行壓斷。
鑄棒線割機(jī)是一種既能有效的提高生產(chǎn)率，又在價(jià)格和使用方面能被廣大用戶所接受的一種新型的自動(dòng)控制切割機(jī)。由PLC控制的氣動(dòng)鑄棒切割機(jī)，其中融合了氣壓自動(dòng)控制、機(jī)器人技術(shù)和PLC控制技術(shù)。PLC控制各個(gè)氣動(dòng)換向閥的電磁鐵，由氣缸驅(qū)動(dòng)機(jī)械手完成順序切割過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械設(shè)計(jì)、電器控制和氣動(dòng)控制的有效結(jié)合。這種切割機(jī)具有控制方便，性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)、維修方便，生產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。
目 錄
引言
摘要
第一章 切割部分設(shè)計(jì)
1.1設(shè)計(jì)要求 ……………………………………………………………………… 6
1.2方案設(shè)計(jì) ……………………………………………………………………… 6
1.3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ……………………………………………………………………… 7
第二章 夾緊部分設(shè)計(jì)
2.1設(shè)計(jì)要求 ………………………………………………………………………18
2.2方案設(shè)計(jì) ………………………………………………………………………18
第三章 縱橫行走部分設(shè)計(jì)
3.1設(shè)計(jì)要求 ………………………………………………………………………20
3.2方案設(shè)計(jì) ………………………………………………………………………20
3.3直線導(dǎo)軌的選擇計(jì)算 …………………………………………………………20
第四章 PLC 概述
4.1可編程控制器PLC的基本原理 ………………………………………………23
4.2可編程控制器的特點(diǎn) …………………………………………………………24
第五章 電氣控制線路的設(shè)計(jì)
5.1電氣控制線路設(shè)計(jì)的一般要求 ………………………………………………25
5.2電氣控制線路的設(shè)計(jì)方法 ……………………………………………………25
5.3氣動(dòng)原理圖的設(shè)計(jì) ………………………………………………………… 26
結(jié) 論 …………………………………………………………………………… 30
謝 辭 …………………………………………………………………………… 31
參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………………… 32
第一章 切割部分設(shè)計(jì)
1.1 設(shè)計(jì)要求
項(xiàng)目要求切割機(jī)能夠根據(jù)定長(zhǎng)信號(hào)分別切割兩條連續(xù)的鑄鐵棒，實(shí)現(xiàn)對(duì)鑄棒的準(zhǔn)確定長(zhǎng)切割，切割后自動(dòng)返回初始位置。其切口深度為35mm。再由壓斷機(jī)進(jìn)行壓斷。
1.2 方案設(shè)計(jì)
切割部分主要有砂輪、電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成?，F(xiàn)在在切割部分有兩種可行的方案：第一，電動(dòng)機(jī)通過(guò)帶傳動(dòng)帶動(dòng)砂輪片轉(zhuǎn)動(dòng)。第二，電動(dòng)機(jī)通過(guò)圓錐齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)砂輪片轉(zhuǎn)動(dòng)?？紤]到切割過(guò)程中電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)砂輪高速旋轉(zhuǎn)，所以優(yōu)先選取第一種方案，因?yàn)閳A錐齒輪傳動(dòng)不宜應(yīng)用在轉(zhuǎn)速太高的場(chǎng)合，而且運(yùn)用齒輪傳動(dòng)時(shí)，還要考慮到這樣消除震動(dòng)和怎樣潤(rùn)滑齒輪，這樣就增加了設(shè)計(jì)成本。
圖1-1 切割部分原理圖
切割部分的原理如圖1-1所示，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)砂輪片高速旋轉(zhuǎn)，電機(jī)與工作臺(tái)之間采用鉸支撐，氣缸1可推動(dòng)砂輪片上下移動(dòng)，完成切割。氣缸2可推動(dòng)工作臺(tái)橫向移動(dòng)，控制切割的長(zhǎng)度。氣缸3可使工作臺(tái)縱向移動(dòng)，使砂輪片能分別切割兩根鑄棒。其中電動(dòng)機(jī)和氣缸都通過(guò)電磁閥由PLC機(jī)控制，從而實(shí)現(xiàn)其動(dòng)作。
1.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1.3.1砂輪片的選取
經(jīng)過(guò)調(diào)研，切斷能力為50 的砂輪片，其規(guī)格為mm，所需電機(jī)的最小功率為kw，轉(zhuǎn)速為=2840 r/min, 砂輪片的最大線速度為70m/s。
最終選取砂輪片的型號(hào)為T(mén)L-001型，其磨料為棕剛玉，粒度為20#。
1.3.2 電機(jī)的選取
根據(jù)砂輪片的要求，現(xiàn)選用比較常用的Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)，這是由于Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)的功率等級(jí)和安裝尺寸與國(guó)外同類型的先進(jìn)產(chǎn)品相當(dāng)，因而具有與國(guó)外同類型產(chǎn)品之間良好的互換性，供配套出口及引進(jìn)設(shè)備替換。選取功率為3.0KW，滿載時(shí)的轉(zhuǎn)速為2870r/min。額定電流6.39A，功率因數(shù)0.87，效率82%，額定轉(zhuǎn)矩2.3。
1.3.3 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)
1.確定計(jì)算功率
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第108頁(yè)表7-7查得工作情況系數(shù)=1.2（電機(jī)帶動(dòng)砂輪切割鐵棒，載荷性質(zhì)為載荷變動(dòng)較大），則功率為
（1-1）
2.初選帶的型號(hào)
根據(jù)和，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》書(shū)中第108頁(yè)圖7-14初選A型普通V帶。
3.確定帶輪的基準(zhǔn)直徑和
1）由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第109頁(yè)表7-8查得A型=75mm,考慮到帶輪太小，其彎曲應(yīng)力過(guò)大，所以要使，取=150
2）驗(yàn)算帶的速度
m/s （1-2）
因?yàn)? 5m/s < 22.6m/s < 25m/s
帶速符合要求。
3）計(jì)算
（1-3）
由于電機(jī)轉(zhuǎn)速與砂輪轉(zhuǎn)速基本同步，選速比 =1，則
==150 mm
4.確定中心距和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度
1）初選中心距
由0.7（+）2（+），考慮到結(jié)構(gòu)要求，初選=900 mm
（1-4）
mm
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第96頁(yè)表7-2取帶的標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)長(zhǎng)度 mm
2)最后確定中心距
mm （1-5）
則 mm （1-6）
mm （1-7）
最后取 mm。
5.驗(yàn)算帶輪包角
（1-8）
（合適）
6.確定帶的根數(shù)
（1-9）
其中：
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第107頁(yè)表7-5查得彎曲影響系數(shù)
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第107頁(yè)表7-5查得傳動(dòng)比系數(shù)
kw
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第107頁(yè)表7-6查得包角系數(shù)
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第106頁(yè)表7-4查得長(zhǎng)度系數(shù)
采用非化纖結(jié)構(gòu)的普通帶，取材質(zhì)系數(shù)
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第105頁(yè)圖7-13查得 kw。
kw
取根。
7.確定單根帶的初拉力
（1-10）
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第96頁(yè)表7-1查得
N （1-11）
8.計(jì)算帶對(duì)軸的壓力
N （1-12）
9.帶輪的設(shè)計(jì)
1） 帶輪的設(shè)計(jì)要求
設(shè)計(jì)帶輪時(shí)應(yīng)滿足的要求有：質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)工藝性好，無(wú)過(guò)大的鑄造應(yīng)力，質(zhì)量分布均勻，轉(zhuǎn)速高時(shí)經(jīng)過(guò)動(dòng)平衡，輪槽工作面加工精細(xì)，以減小帶的磨損，各槽的尺寸和角度保持一定的精度，以使載荷分布均勻。
2） 帶輪的材料
帶輪的材料主要采用鑄鐵，常用材料的牌號(hào)為HT150或HT200，轉(zhuǎn)速較高時(shí)宜采用鑄鋼，或用鋼板沖壓后焊接而成。在本次設(shè)計(jì)中，采用了比較常見(jiàn)的HT150。
3） 帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸
由于帶輪的基準(zhǔn)直徑，軸的直徑，根據(jù)帶輪的選擇原則：即當(dāng) 時(shí)采用腹板式結(jié)構(gòu)，鑄造帶輪的結(jié)構(gòu)如圖1-2所示。
圖1-2 帶輪的結(jié)構(gòu)
1.3.4 升降氣缸的選擇
1.選取氣缸類型
根據(jù)設(shè)計(jì)所用資料，現(xiàn)選取DNC標(biāo)準(zhǔn)氣缸。
2.選擇安裝方式
根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求，要實(shí)現(xiàn)砂輪片的上下移動(dòng)完成切割，要求氣缸在上下伸縮的同時(shí)，還要繞一點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，所以選用后絞式安裝方式。
圖1-3 手動(dòng)切割機(jī)受力示意圖
3.負(fù)載大小
根據(jù)手動(dòng)切割機(jī)的工作原理（如圖1-3所示），
圖中F=20 kg 估算得砂輪片的支反力為N=40kg。
再由所設(shè)計(jì)切割機(jī)的切割工作原理（如圖1-4所示）
由于砂輪所受的支反力相同，算得氣缸所承受的力即理論推力為F’=80 kg
合800N。
4.工作壓力
經(jīng)調(diào)查，當(dāng)前所用的氣缸的工作壓力一般在0.4MP左右，所以選取其正常工作壓力為0.4MP。氣動(dòng)元件一般要求安全系數(shù)比較高，所以在選取的時(shí)候一般要求有較大余量，所以在缸徑選擇時(shí)，其工作壓力一般按0.3 MP計(jì)算。
5.缸徑選擇
由《氣動(dòng)自動(dòng)化系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)》書(shū)中第46頁(yè)表2-7查得工作壓力為0.3 MP，
圖1-4 鑄棒切割機(jī)受力示意圖
圖1-5 氣缸行程計(jì)算簡(jiǎn)圖
理論推力為800N時(shí)，其缸徑為60mm。考慮到安全系數(shù)，初選缸徑為80mm。
6.行程大小
根據(jù)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖（如圖1-5所示），其中實(shí)線為機(jī)構(gòu)初位，在初位時(shí)，砂輪片的直徑在最大狀態(tài)，當(dāng)砂輪切割到終位（圖1-5中虛線部分）時(shí)，連桿所轉(zhuǎn)過(guò)的角度為，此時(shí)砂輪直徑為最小直徑。
在初位時(shí)測(cè)得氣缸的總長(zhǎng)度為，在終位時(shí)測(cè)得氣缸的總長(zhǎng)為，所以在此過(guò)程中氣缸的行程
即 升降氣缸的行程為
7.確定氣缸型號(hào)
綜上所述，根據(jù)《氣動(dòng)自動(dòng)化系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)》中第50-54頁(yè)查得，選用SNC-80-100-PPV型的標(biāo)準(zhǔn)氣缸合適。
1.3.5 滾動(dòng)軸承的選取及校核
1. 軸承的選擇
在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，我采用了既有轉(zhuǎn)速高的優(yōu)點(diǎn)，有能夠承受少量軸向力的角接觸球軸承，（其中軸向力的主要來(lái)源是安裝或拆卸帶輪時(shí)所承受的載荷估算載荷大小為100N。據(jù)分析，在安裝和拆卸帶輪時(shí)的力相同的情況下，拆卸帶輪時(shí)，軸承所受的力更大，所以選取軸向力的方向向右，如圖1-6所示）。
圖中M為電極的輸出轉(zhuǎn)矩，F(xiàn)為砂輪的切割阻力，在切割過(guò)程中，電極的輸出轉(zhuǎn)矩與砂輪所受的切割阻力矩大小相同，方向相反，在切割時(shí)相互抵消，所以在計(jì)算過(guò)程中不再考慮電極輸出轉(zhuǎn)矩和切割阻力對(duì)軸承的影響。
由于軸承受一定的軸向力，所以選取接觸角的角接觸球軸承。其代號(hào)為7207ACJ ，基本額定動(dòng)載荷，基本額定靜載荷 。
2. 軸承的校核計(jì)算
（1）計(jì)算軸承所受的徑向力、，其受力如圖1-6所示
由力矩平衡條件得
由得
圖1-6 軸承計(jì)算簡(jiǎn)圖
（2）計(jì)算派生軸向力、
所選的軸承型號(hào)為7207ACJ，其派生軸向力
則 （1-13）
（1-14）
（3）求軸承所受的軸向力、
故軸承2被壓緊，軸承1被放松，所以有
（4）計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷、
（1-15）
（1-16）
由《簡(jiǎn)明機(jī)械零件手冊(cè)》查得7207ACJ型軸承的軸向載荷影響的判斷系數(shù)
因?yàn)? ，所以 ；
，所以
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第262頁(yè) 表12-8查得，當(dāng)軸承受中等沖擊或中等慣性力時(shí)，取載荷系數(shù)，由于軸承1、2均不受力矩載荷的作用，所以取，。
則 （1-17）
（1-18）
（5）計(jì)算所需軸承的動(dòng)載荷
由由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第260頁(yè) 表12-6查得，當(dāng)軸承的工作溫度小于時(shí)，其溫度系數(shù)
比較兩當(dāng)量動(dòng)載荷知，>，所以應(yīng)該按計(jì)算 （球軸承應(yīng)取）則所需軸承的額定動(dòng)載荷為
（1-19）
（6）確定軸承型號(hào)
由《簡(jiǎn)明機(jī)械零件手冊(cè)》查得軸徑時(shí)，應(yīng)選軸承的代號(hào)為7207ACJ，其額定動(dòng)載荷為>=
故選用代號(hào)為7207ACJ的軸承合適。
第二章 夾緊部分設(shè)計(jì)
2.1設(shè)計(jì)要求
夾緊機(jī)構(gòu)不但在切割之前機(jī)械手抓能夠根據(jù)事先收到的信號(hào)準(zhǔn)確地運(yùn)動(dòng)到每個(gè)工位，而且在切割過(guò)程中要夾緊運(yùn)動(dòng)著的鑄鐵棒，使砂輪與鑄棒同步。
2.2方案設(shè)計(jì)
夾緊部分是由氣缸推動(dòng)機(jī)械手實(shí)現(xiàn)夾緊和放松的。這部分的兩種可行性方案是：一是用一個(gè)機(jī)械手同時(shí)負(fù)責(zé)夾緊兩根鑄棒，根據(jù)需要對(duì)被切割的那條進(jìn)行夾緊。二是用兩個(gè)機(jī)械手，每個(gè)機(jī)械手負(fù)責(zé)夾緊一根鑄棒。第一種方案中，機(jī)械手可通過(guò)一個(gè)二位氣缸和一個(gè)三位氣缸實(shí)現(xiàn)對(duì)鑄棒的夾緊。第二種方案中，每個(gè)機(jī)械手都需要兩個(gè)二位氣缸來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)鑄棒的夾緊?？紤]到第一種方案設(shè)計(jì)工作量小，安裝方便，而且控制簡(jiǎn)單，所以優(yōu)先使用第一種方案。
圖2-1 夾緊部分原理圖
夾緊部分原理如圖2-1所示，夾緊氣缸能使夾緊機(jī)械手夾緊或放松工件，當(dāng)活塞向右移動(dòng)時(shí)，機(jī)械手夾緊工件；當(dāng)活塞向左移動(dòng)時(shí)，機(jī)械手放松工件。橫向行走氣缸推動(dòng)工作臺(tái)左右移動(dòng)，能控制機(jī)械手使之夾緊左邊或右邊的工件，從而對(duì)夾緊的工件進(jìn)行切割?？v向行走氣缸的作用是當(dāng)完成一次切割過(guò)程完成時(shí)，推動(dòng)工作臺(tái)使之恢復(fù)到初始位置。整個(gè)工作過(guò)程都PLC由控制實(shí)現(xiàn)。
第三章 縱橫行走部分的設(shè)計(jì)
3.1 設(shè)計(jì)要求
縱橫行走裝置主要是為了配合切割裝置和夾緊裝置，使砂輪片和夾緊機(jī)械手能夠在走刀過(guò)程中橫向移動(dòng)，迅速準(zhǔn)確地達(dá)到工作位，在切割過(guò)程中能夠隨著鑄棒縱向移動(dòng)，切完后在返回初始位置。
3.2方案設(shè)計(jì)
縱橫行走裝置主要是為了實(shí)現(xiàn)切割機(jī)砂輪片的縱向和橫向移動(dòng)，使之完成切割動(dòng)作。為了設(shè)計(jì)和制造方便，在方案設(shè)計(jì)中縱、橫行走裝置的原理大致相同，即采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而又便于控制的氣壓傳動(dòng)方式，氣缸帶動(dòng)縱向行走板或橫向行走板在導(dǎo)軌上滑動(dòng)。
在設(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮到能量的損耗程度，縱橫行走裝置采用了直線導(dǎo)軌，既提高了運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)精度，又很大程度的減小了摩擦力，達(dá)到了節(jié)能的效果。
3.3 直線導(dǎo)軌的選擇計(jì)算
3.3.1選定條件：
1.載荷 根據(jù)粗略計(jì)算，導(dǎo)軌上橫向行走部分的總重量為
所以
2.行程 根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的要求，選定行程
3.往復(fù)次數(shù) （次/分）
4.壽命要求 假設(shè)機(jī)器壽命為5年，則導(dǎo)軌壽命為
小時(shí)（H）
假設(shè)安裝4個(gè)滑塊，要計(jì)算一個(gè)滑塊的負(fù)載，可用下式
同時(shí)由于兩個(gè)滑塊裝在一個(gè)導(dǎo)軌上，因此接觸系數(shù)。
3.3.2選擇方式
1.根據(jù)靜態(tài)安全系數(shù)選型號(hào)
（3-1）
其中 ——靜態(tài)安全系數(shù)
——載荷系數(shù) （在無(wú)外部沖擊或振動(dòng)、低速時(shí)取1.5）
——基本額定靜載荷
——沖擊載荷
現(xiàn)設(shè)靜態(tài)安全系數(shù)
則有 （3-2）
在正常運(yùn)行時(shí)一般選取安全系數(shù)為5，根據(jù)上述情況，選取SBG35FL（）的導(dǎo)軌比較理想。
2.根據(jù)壽命要求選型號(hào)
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)壽命計(jì)算公式
若使用17500小時(shí)，則總的移動(dòng)距離為：
（3-3）
其中 ——溫度系數(shù) （由手冊(cè)查得當(dāng)導(dǎo)軌的工作溫度小于100時(shí)，其溫度系數(shù)取1.0）
——硬度系數(shù) （為了使直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)達(dá)到最佳承載能力，需要保持導(dǎo)軌的硬度在HRC58-62，由手冊(cè)查得為1.0）
——基本動(dòng)載荷
所以
解得
因此，選取SGB45FL（）
3.復(fù)查
理論上選取SGB35FL或上一級(jí)似乎比較恰當(dāng)，但考慮到標(biāo)準(zhǔn)壽命，選擇SGB45FL更理想。
第四章 PLC概述
4.1 可編程控制器PLC的基本原理
可編程控制器(簡(jiǎn)稱PC或PLC)是發(fā)展極為迅速、應(yīng)用極廣泛的 工業(yè)控制裝置。在現(xiàn)代化生產(chǎn)設(shè)備中有大量的開(kāi)關(guān)量、數(shù)字量、脈沖量以及模擬量需要控制，例如，電機(jī)的啟停，電磁閥的開(kāi)閉，產(chǎn)品的計(jì)數(shù)，溫度、壓力、流量的設(shè)定與控制等。PLC是在固定接線式老裝置顯然不能適應(yīng)這種要求的情況下，按照成熟有效的繼器控制理念和設(shè)計(jì)思想，利用不斷發(fā)展的新技術(shù)、新電子器件，逐步形成了具有特色的各種系列產(chǎn)品。
一般機(jī)械設(shè)備的控制系統(tǒng)，由輸入設(shè)備、輸出設(shè)備和邏輯控制三部分組成。
1、輸入設(shè)備
輸入設(shè)備是電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)才的界面設(shè)備，完成人與機(jī)之間的信號(hào)采集和機(jī)與機(jī)之間的信號(hào)采集 。操作人員發(fā)出的主令信號(hào)通過(guò)按鈕、各類手動(dòng)開(kāi)關(guān)送入控制系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)運(yùn)行的控制信號(hào) 通過(guò)行程開(kāi)關(guān)等現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè) 設(shè)備送入控制系統(tǒng)。
2、輸出設(shè)備
輸出設(shè)備是用控制系統(tǒng)發(fā)出的控制信號(hào)去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)要求的運(yùn)動(dòng)的輸出和顯示設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)。被信號(hào)驅(qū)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)有繼電器、交流接觸器、控制液壓系統(tǒng)的電磁閥、信號(hào)顯示燈等。
3|、邏輯控制系統(tǒng)
邏輯控制系統(tǒng)根據(jù)給定的控制對(duì)輸入設(shè)備送來(lái)的控制、檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行計(jì)算處理，并將計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)換為控制信號(hào)經(jīng)輸出設(shè)備控制機(jī)械設(shè)備運(yùn)行。組成控制系統(tǒng)的器件有兩類：一是繼電器控制系統(tǒng)，其控制邏輯由硬件構(gòu)成，另一類為用可編程控制器構(gòu)成的控制系統(tǒng)，其控制邏輯由編程軟件構(gòu)成。
4.2 可編程控制器的特點(diǎn)
設(shè)備采用繼電器控制系統(tǒng)，設(shè)備的簡(jiǎn)單控制及設(shè)備復(fù)雜的自動(dòng)控制均能實(shí)現(xiàn)，但是復(fù)雜的控制系統(tǒng)中，由于繼電器控制系統(tǒng)本身的 特點(diǎn)而使設(shè)備運(yùn)行存在許多的問(wèn)題。問(wèn)題一是繼電器控制系統(tǒng)由分立元件 組成，因此，系統(tǒng)有較高的故障率；問(wèn)題二是繼電器控制系統(tǒng)采用固定的接線方式構(gòu)成控制邏輯，變更控制邏輯困難。問(wèn)題三是難以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制。
現(xiàn)在計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使得電氣控制元件和控制系統(tǒng)有了極大的改觀，繼電器控制系統(tǒng)的硬件邏輯可由邏輯函數(shù)表達(dá)式描述，該邏輯函數(shù)表達(dá)式描述的控制邏輯也可用軟件程序來(lái)實(shí)現(xiàn)，可編程控制器運(yùn)行軟件程序，即可完成繼電器控制硬件邏輯的控制功能。采用計(jì)算機(jī)技術(shù)的可編程控制器，不僅解決了分立元件的故障率問(wèn)題，也解決了固定控制的問(wèn)題，同時(shí)，為與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模自動(dòng)化生產(chǎn)和遠(yuǎn)程控制提供了可能性。兩類系統(tǒng)通過(guò)邏輯函數(shù)聯(lián)系起來(lái)，兩者均能完成相同要求的控制功能。
可編程控制器實(shí)際是工業(yè)專業(yè)控制計(jì)算機(jī)，也稱工控機(jī)，可編程序控制器具有以下特點(diǎn)：
1、具有很高的工作可靠性和抗干擾能力；
2、控制程序可變，具有很好的柔性；
3、程序簡(jiǎn)單，控制功能豐富，使用方便；
4、擴(kuò)充方便，組合靈活，可構(gòu)成各類控制系統(tǒng)；
5、可將運(yùn)行數(shù)據(jù)直接送入管理計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行；
6、設(shè)備體積小巧，維護(hù)方便，插件更換靈活。
以上特點(diǎn)使得可編程序控制器，在設(shè)備電氣控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。
第五章 電氣控制線路的設(shè)計(jì)
5.1 電氣控制線路設(shè)計(jì)的一般要求
電氣控制線路的設(shè)計(jì)是在傳動(dòng)形式及控制方案選擇的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，是傳動(dòng)形式與控制方案的具體化。
電氣控制線路根據(jù)用途的不同可能會(huì)有其特殊的要求，設(shè)計(jì)所需要遵循的一般要求是：
1） 應(yīng)滿足機(jī)電設(shè)備對(duì)電氣控制線路的要求，按照工藝要求準(zhǔn)確、可靠地工
作。
2）在滿足生產(chǎn)要求的前提下，應(yīng)力求使控制線路簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，盡量選用經(jīng)過(guò)實(shí)際考驗(yàn)過(guò)的線路。
3）保證控制的安全、可靠，具有必要的保護(hù)裝置和連鎖環(huán)節(jié)，誤操作時(shí)不至于發(fā)生重大事故。
4）盡量便于操作和維修。
5.2電氣控制線路的設(shè)計(jì)方法
電氣控制線路的控制方法有兩種：一種是經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法，另一種是邏輯設(shè)計(jì)法。
1. 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法
經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法先從滿足生產(chǎn)工藝的要求出發(fā)，按照電動(dòng)機(jī)的控制方法，利用各種基本的控制環(huán)節(jié)和控制方法，借鑒典型的控制線路，把它們綜合地組合成一個(gè)整體滿足生產(chǎn)需要。這種設(shè)計(jì)方法比較簡(jiǎn)單，但要求設(shè)計(jì)人員必須熟悉控制線路，掌握多種典型線路的設(shè)計(jì)資料，同時(shí)具有豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。另外，初步設(shè)計(jì)出來(lái)的控制線路可能有幾種，這時(shí)要加以比較分析，反復(fù)地修改簡(jiǎn)化，甚至要通過(guò)實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證，才能確定比較合理的設(shè)計(jì)方案。
2. 邏輯設(shè)計(jì)法
邏輯設(shè)計(jì)法是根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，利用邏輯代數(shù)方法這一數(shù)學(xué)工具來(lái)分析、化簡(jiǎn)、設(shè)計(jì)線路的。邏輯設(shè)計(jì)法設(shè)計(jì)的線路結(jié)構(gòu)比較合理，所用元件的數(shù)量較少，得到的設(shè)計(jì)方案是最佳的。但是當(dāng)設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)比較復(fù)雜時(shí)，這種方法就顯得比較煩瑣，工作量很大，而且容易出錯(cuò)。
5.3 氣動(dòng)原理圖設(shè)計(jì)
根據(jù)切割機(jī)的機(jī)構(gòu)原理，繪制的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖5-2所示，其中ST0-ST9為控制氣缸的行程開(kāi)關(guān)。
圖5-1 切割機(jī)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖
5.3.1 氣動(dòng)原理圖
5.3.2控制流程圖
結(jié) 論
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)從題目確定開(kāi)始，經(jīng)過(guò)查資料、調(diào)研、方案的提出及確定，再到完成總裝圖、部件圖，直到最后結(jié)束論文，才使本次畢業(yè)設(shè)計(jì)最終圓滿完成。
本次設(shè)計(jì)的題目是“鑄棒線切割機(jī)的機(jī)電一體化設(shè)計(jì)”。鑄棒線切割機(jī)是針對(duì)鑄鐵在連續(xù)鑄造過(guò)程中的切割而采用的一種專門(mén)的切割機(jī)。連續(xù)鑄造過(guò)程主要由保溫爐、牽棒機(jī)、切割機(jī)和壓斷機(jī)組成，在工作過(guò)程中拉棒機(jī)能從保溫爐中同時(shí)拉出兩條鑄鐵棒。題目要求切割機(jī)在連續(xù)鑄造過(guò)程中工作，并根據(jù)定長(zhǎng)信號(hào)分別切割兩條連續(xù)的鑄鐵棒，實(shí)現(xiàn)對(duì)鑄棒的準(zhǔn)確定長(zhǎng)切割，切割后自動(dòng)返回初始位置，其切口深度為35mm。再由壓斷機(jī)進(jìn)行壓斷。整個(gè)切割過(guò)程都由自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)。
此次設(shè)計(jì)的主要工作分為兩大部分，第一部分為切割機(jī)的機(jī)械設(shè)計(jì)，其中主要包括砂輪片的選擇、電機(jī)的選擇、砂輪片傳動(dòng)方式的選擇和優(yōu)化、電機(jī)和砂輪的安裝、各個(gè)氣缸力的計(jì)算及其參數(shù)選擇計(jì)算、滑動(dòng)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)以及其他部分和整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。最后完成總裝圖、部件圖和零件圖。第二部分為電氣原理及控制部分的設(shè)計(jì)，主要包括氣動(dòng)控制原理圖的設(shè)計(jì)、電氣原理圖的設(shè)計(jì)、配線圖的設(shè)計(jì)、控制柜的設(shè)計(jì)及電路控制面板的設(shè)計(jì)。
鑄棒線切割機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能安全可靠，操作方便可行，很好的實(shí)現(xiàn)了其預(yù)定功能。由PLC控制的氣動(dòng)隨動(dòng)鑄棒線切割機(jī)，由氣缸驅(qū)動(dòng)完成順序切割動(dòng)作過(guò)程。這種切割機(jī)具有控制方便，性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)、修改方便、生產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。
在本次設(shè)計(jì)過(guò)程中，經(jīng)過(guò)自己不懈的努力和指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)，各項(xiàng)任務(wù)都已經(jīng)順利完成并達(dá)到設(shè)計(jì)要求。但由于設(shè)計(jì)者經(jīng)驗(yàn)不足，知識(shí)能力有限，在設(shè)計(jì)過(guò)程中的錯(cuò)誤和疏漏再所難免，產(chǎn)品在性能方面也可能存在一些不足，欠妥之處，敬請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。
辭 謝
厲經(jīng)幾個(gè)月時(shí)間的努力，我順利完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)的全部?jī)?nèi)容。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我對(duì)并對(duì)本專業(yè)有了較深刻的認(rèn)識(shí)和理解，同時(shí)學(xué)到了更多的關(guān)于機(jī)械方面的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)以及電氣控制方面的 相關(guān)知識(shí)。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我大學(xué)四年學(xué)習(xí)的歸納和總結(jié)，對(duì)我今后的學(xué)習(xí)和工作有重要的指導(dǎo)意義和實(shí)踐意義。
當(dāng)然我之所以順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)主要因?yàn)橹笇?dǎo)老師的屢不厭煩的教導(dǎo)。我將特別感謝我的導(dǎo)師高燕老師，她治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，知識(shí)淵博，經(jīng)驗(yàn)豐富，不但給我悉心指導(dǎo)，還帶領(lǐng)我參觀調(diào)研，使我更加體會(huì)到了一個(gè)令人尊敬的老師對(duì)學(xué)生無(wú)微不至的關(guān)懷，也賦予了我進(jìn)一步努力、不斷進(jìn)取的熱情。
請(qǐng)?jiān)S我再次向高艷老師表示誠(chéng)摯的謝意，感謝各位老師批評(píng)斧正。并祝各位老師身體健康，工作順利！
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