棒料切割机设计分析

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，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：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。四、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。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（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采用，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. 由于金属被迅速冷却，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工作，它的工作是由PLC 控制电磁阀，使电磁阀控制气缸，并由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，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。目录引言摘要第一章 切割部分设计1.1设计要求 61.2方案设计 61.3结构设计 7第二章 夹紧部分设计2.1设计要求 182.2方案设计 18第三章 纵横行走部分设计3.1设计要求 203.2方案设计 203.3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 23244.2 可编程控制器的特点第五章 电气控制线路的设计5.1电气控制线路设计的一般要求 255.2电气控制线路的设计方法 255.3气动原理图的设计 26结论 30谢辞 31参考文献 32第一章 切割部分设计1.1 设计要求项目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。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。砂轮片升降气缸横向行走板纵向行走板横向行走气缸纵向行走气缸图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 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400 3.2 32mm所需电机的 最小功率为Pmin 2.2 kw,转速为m=2840 r/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，现选用比较常用的丫系列三相异步电动机，这是由于 丫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2。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 N m2。1.3.3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Ka=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PCa Ka P 1.2 3 3.6（ 1-1）2. 初选带的型号根据Pea和n1，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dd1和dd2 1）由机械设计第109页表7-8查得A型ddmin =75mm考虑到带轮太小，其弯曲应力过大，所以要使 dd1 ddmin，取dd1 =1502）验算带的速度因为dd160 100150 284060 10022.6 m/s(1-2)5m/s 22.6m/s 5. 验算带轮包角d d ?ddi(I-8)I80 咚 60aI80I80I20（合适）6. 确定带的根数Pea(1-9)其中：P0 (昵心P)KPoP0K b ni (11由机械设计第107页表7-5查得弯曲影响系数Kb1.03 10dd2 150 idd1150由机械设计第107页表7-5查得传动比系数Ki 1.0531P01.03 102880 (1)0 kw1.0由机械设计第107页表7-6查得包角系数Ka 1由机械设计第106页表7-4查得长度系数Kl 1.03采用非化纤结构的普通带，取材质系数 K 0.75由机械设计第105页图7-13查得R 2.2 kw。P0(2.2 1 1.03) 0.751.7 kwPca3.6zP01.72.12取z 3根。7.确定单根带的初拉力F。50吟?空 1) qv2(1-10)由机械设计第96页表7-1查得q 0.1Fo 50036（空 1） 0.1 22.62 91 N（1-11 ）22.6 31.08. 计算带对轴的压力180Q 2F0zsi n12 91 3 sin546N（1-12）2 29. 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5。在本次设计中，采用了比较常见的HT1503）带轮的结构尺寸由于带轮的基准直径dd 150mm，轴的直径d 30mm，根据带轮的选择原则：即当（2.53）d dd 3000mm时采用腹板式结构，铸造带轮的结构如图1-2所示。65-05-Q43-5.9-2X451度 斜512 8 936 Y.6叫23 -2 324-oo+30 ?图1-2 带轮的结构1.3.4 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，要求气缸在上下伸此处省略 NNNNMgRNYMNNNNNNNNMMNN字。如需要完整说明书和CAI）图纸等互联网腾讯公司Q二四七五九五九零九八认准小麦设计o本设计已通过答辩！长期有效5.3.2 控制流程图LTOJJT.DTG.ETS初位控制沈阳工业大学机自0007班流程图数量 重量 比例1标记 处数 分 区 更改文件号 批号 年月 日 设计石建科制图石建科审校工艺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、部件图，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“铸棒线切割机的机电一体化设计” 。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。辞谢厉经几个月时间的努力，我顺利完成了毕业设计的全部内容。通 过这次设计，我对并对本专业有了较深刻的认识和理解，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。此次毕业设计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。当然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。我将特别感谢我的导师高燕老师，她治学严谨，知识渊博，经 验丰富，不但给我悉心指导，还带领我参观调研，使我更加体会到了 一个令人尊敬的老师对学生无微不至的关怀， 也赋予了我进一步努力、 不断进取的热情。请许我再次向高艳老师表示诚挚的谢意， 感谢各位老师批评斧正。 并祝各位老师身体健康，工作顺利！参考文献1 徐 灏 . 机械设计手册 . 北京：机械工业出版社， 19912 Shigley J E, Uicher J J.Theory of machines and mechanisms .NewYork:McGraw-Hill Book Company,19803 蔡春源 . 简明机械零件手册 . 北京：冶金工业出版社， 1996.34 王德玺，裴垠欣 . 机械设计 . 北京：煤炭工业出版社， 19995 D Y Yang, C H Lee,Analysis of three-dimension-al extrusion of section through curle dies by con-formal transformationJ .International journal of Mechanics science,1978,(20)6 Design and Performance of the Cycloid Speed Reducer. Machine Design. June,28 No13,19567 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， 19958 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， 2000.510 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， 2001.812 朱善君等 . 可编程序控制系统 . 北京：清华大学出版社， 199413 孙 桓，陈作模 . 机械原理 . 第五版 . 北京：高等教育出版社， 199614 Mattnies, Hans Jurgen.Einfuhrung in die plhydralik.Stuttgert,B.G.Toubner,1984