棒料切割机设计.docx

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棒料切割机设计

毕业设计（论文）

设计（论文）题目：

棒料切割机

系

别：

机械工程系

专

业：

机械制造/计算机

班

级：

学

号：

姓

名：

引言

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。

简单的机械手经过儿十年的发展，如今已进入以通用机械手为标志的时代。

儿十年来，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，性能安全可鼎，操作方便可行，很好的实现了其预定功能。

铸棒线切割机主要山三个大的部分组成，即切割部分、夹紧部分和纵横行走部分。

切割部分是由电极带动砂轮旋转，山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。

纵横行走部分是山气缸控制纵向、横向行走板，使之沿直线导轨前进或返回。

整个机器山PLC控制各个气动换向阀的电磁铁，山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：

一、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。

二、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。

三、在设计过程中，纵横行走装置釆用了直线导轨，既提高了运动系统的运动精度，乂很大程度的减小了摩擦力，达到了节能的效果。

四、整个切割过程都IIIPCL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。

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（结壳）了的铸件，连续不断地从结晶器的另一端拉出，它可获得任意长或特定的长度的铸件。

连续铸造在国内外已被广泛釆用，例如连续铸锭（钢或有色金属锭），连续铸

管等。

连续铸造和普遍铸造法比较有下述优点:

1.山于金属被迅速冷却，结晶致密，组织均匀，机械性能较好；

2.连续铸造时，铸件上没有浇注系统的冒口，故连续铸锭在轧制时不用切头去尾,节约了金属，提高了收得率；

3.简化了工序，免除造型及其它工序，因而减轻了劳动强度；所需生产面积也大为减少；

4.连续铸造生产易于实现机械化和自动化，铸锭时还能实现连铸连轧，大大提高了生产效率。

铸棒线割机在连续的铸造中丄作，它的工作是IIIPLC控制电磁阀，使电磁阀控制气缸，并山气缸驱动与其连接的部件，实现对铸棒的准确定长切割，切割后自动返回初始位置。

一个切割机分别切割两条铸棒，其切口深度为35mm,然后由压断机进行压断。

铸棒线割机是一种既能有效的提高生产率，乂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。

111PLC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,山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。

引言

摘要

第一章切割部分设计

1.1设计要求6

1.2方案设计6

1.3结构设计7

第二章夹紧部分设计

2」设计要求18

2.2方案设计18

第三章纵横行走部分设计

3.1设计要求20

3.2方案设计20

3.3直线导轨的选择计算20

第四章PLC概述

4.1可编程控制器PLC的基本原理23

4.2可编程控制器的特点24

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25

5.2电气控制线路的设计方法25

5.3气动原理图的设计26

30

谢辞

参考文献

31

32

第一章切割部分设计

1.1设计要求

项U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。

再山压断机进行压断。

1.2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，还要考虑到这样消除震动和怎样润滑齿轮，这样就增加了设计成本。

图1-1切割部分原理图

切割部分的原理如图1-1所示，电动机带动砂轮片高速旋转，电机与工作台之间采用狡支撑，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IIIPLC机控制，从而实现其动作。

1•3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400x3.2x32mm,所需电机的

最小功率为Pmin=2.2kw,转速为n,=2840r/min,砂轮片的最大线速度为70m/so

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#⑴。

1.3.2电机的选取

此处删减NNNNNNNNNNNNNNNN字

需要整套设计请联系q：

99872184c

=1254N

Pi=f^fin2^2R2+Y2A2）（1-18）

=1.5xl.0x（0.41x522+0.87x627）

=1140N

（5）计算所需轴承的动载荷

由由《机械设计》第260页表12-6查得，当轴承的工作温度小于12（TC时,

其温度系数/,=1.0

比较两当量动载荷知，PJP"所以应该按片计算（球轴承应取£=3）则

所需轴承的额定动载荷为

（1-19）

P』60”•人（：

Zvio6

=]254（160x2840x365x12

_To-\淤

=匕¥"60x2840x4830

100

=112867V

（6）确定轴承型号

由《简明机械零件手册》查得轴径d=35〃”时，应选轴承的代号为7207ACJ,

其额定动载荷为C,.=22.5KN>c二11.286KV

故选用代号为7207ACJ的轴承合适。

第二章夹紧部分设计

2.1设计要求

夹紧机构不但在切割之前机械手抓能够根据事先收到的信号准确地运动到每个工位，而且在切割过程中要夹紧运动着的铸铁棒，使砂轮与铸棒同步。

2.2方案设计

夹紧部分是山气缸推动机械手实现夹紧和放松的川。

这部分的两种可行性方案是：

一是用一个机械手同时负责夹紧两根铸棒，根据需要对被切割的那条进行夹紧。

二是用两个机械手，每个机械手负责夹紧一根铸棒。

第一种方案中，机械手可通过一个二位气缸和一个三位气缸实现对铸棒的夹紧。

第二种方案中，每个机械手都需要两个二位气缸来实现对铸棒的夹紧。

考虑到第一种方案设计工作量小，安装方便，而且控制简单，所以优先使用第一种方案。

图2-1夹紧部分原理图

夹紧部分原理如图2-1所示，夹紧气缸能使夹紧机械手夹紧或放松工件，当活塞向右移动时，机械手夹紧工件；当活塞向左移动时，机械手放松工件。

横向行走气缸推动工作台左右移动，能控制机械手使之夹紧左边或右边的工件，从而对夹紧的工件进行切割凶。

纵向行走气缸的作用是当完成一次切割过程完成时，推动工作台使之恢复到初始位置。

整个工作过程都PLC111控制实现。

第三章纵横行走部分的设计

3.1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动，切完后在返回初始位置。

3.2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，即釆用结构简单而乂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，乂很大程度的减小了摩擦力，达到了节能的效果。

3.3直线导轨的选择计算

3.3.1选定条件:

1.载荷根据粗略讣算，导轨上横向行走部分的总重量为200蚣

所以W=in・g=200x10=2000N

2.行程根据设计结构的要求，选定行程厶=2.5/»

3•往复次数小=2（次/分）

4.寿命要求假设机器寿命为5年，则导轨寿命为

£=5x365x24=35000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A=0.811,01o

3.3.2选择方式

1.根据静态安全系数选型号

（3-1）

G）x£

AXfw

其中A——静态安全系数

几一一载荷系数（在无外部冲击或振动、低速时取1・5）

Co——基本额定静载荷

Po——冲击载荷

现设静态安全系数fs=5

_5x500

0.81

=308“劝）

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

（Co=2855k”）的导轨比较理想何o

2.根据寿命要求选型号

根据标准寿命计算公式L=0.54x17500=9450（^）

若使用17500小时，则总的移动距离为:

度系数取1・0）

（为了使直线运动系统达到最佳承载能力，需要保

C——基本动载荷

因此，选取SGB45FL（C=3800fc对）

3.复查

理论上选取SGB35FL或上一级似乎比较恰当，但考虑到标准寿命，选择SGB45FL

更理想。

第四章PLC概述

4.1可编程控制器PLC的基本原理

可编程控制器（简称PC或PLC）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冋。

一般机械设备的控制系统，山输入设备、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