PLC與棒料切割機的結(jié)合應(yīng)用畢業(yè)論文

1、摘 要鑄棒線割機是一種既能有效的提高生產(chǎn)率，又在價格和使用方面能被廣大用戶所接受的一種新型的自動控制切割機。由PLC控制的氣動鑄棒切割機，其中融合了氣壓自動控制、機器人技術(shù)和PLC控制技術(shù)。PLC控制各個氣動換向閥的電磁鐵，由氣缸驅(qū)動機械手完成順序切割過程，實現(xiàn)了機械設(shè)計、電器控制和氣動控制的有效結(jié)合。這種切割機具有控制方便，性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)節(jié)、維修方便，生產(chǎn)率高等優(yōu)點，具有廣泛的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：自動控制控制方便結(jié)構(gòu)簡單 生產(chǎn)率 目 錄摘要 1第一章 切割部分設(shè)計1.1設(shè)計要求 71.2方案計設(shè) 71.3結(jié)構(gòu)設(shè)計 8第二章 行走裝置部分設(shè)計2.1設(shè)計要求 212.2方案設(shè)計 222.3

2、直線導(dǎo)軌的選擇計算 23第三章 夾緊部分設(shè)計 3.1設(shè)計要求 19 3.2方案設(shè)計 19第四章 PLC 概述3.1可編程控制器PLC的基本原理 243.2可編程控制器的特點 25第五章 電氣控制線路的設(shè)計4.1電氣控制線路設(shè)計的要求 304.2氣動原理圖的設(shè)計 32參考文獻 41第一章 切割部分設(shè)計1.1 設(shè)計要求項目要求切割機能夠根據(jù)定長信號分別切割兩條連續(xù)的鑄鐵棒，實現(xiàn)對鑄棒的準確定長切割，切割后自動返回初始位置。其切口深度為35mm。再由壓斷機進行壓斷。1.2 方案設(shè)計切割部分主要有砂輪、電動機和傳動機構(gòu)組成?，F(xiàn)在在切割部分有兩種可行的方案：第一，電動機通過帶傳動帶動砂輪片轉(zhuǎn)動。第二，電

3、動機通過圓錐齒輪傳動帶動砂輪片轉(zhuǎn)動?？紤]到切割過程中電動機帶動砂輪高速旋轉(zhuǎn)，所以優(yōu)先選取第一種方案，因為圓錐齒輪傳動不宜應(yīng)用在轉(zhuǎn)速太高的場合，而且運用齒輪傳動時，還要考慮到這樣消除震動和怎樣潤滑齒輪，這樣就增加了設(shè)計成本。 圖1-1 切割部分原理圖切割部分的原理如圖1-1所示，電動機帶動砂輪片高速旋轉(zhuǎn)，電機與工作臺之間采用鉸支撐，氣缸1可推動砂輪片上下移動，完成切割。氣缸2可推動工作臺橫向移動，控制切割的長度。氣缸3可使工作臺縱向移動，使砂輪片能分別切割兩根鑄棒。其中電動機和氣缸都通過電磁閥由PLC機控制，從而實現(xiàn)其動作。1.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計1.3.1砂輪片的選取經(jīng)過調(diào)研，切斷能力為50 的砂輪片

4、，其規(guī)格為mm，所需電機的最小功率為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為TL-001型，其磨料為棕剛玉，粒度為20#。1.3.2 電機的選取 根據(jù)砂輪片的要求，現(xiàn)選用比較常用的Y系列三相異步電動機，這是由于Y系列三相異步電動機的功率等級和安裝尺寸與國外同類型的先進產(chǎn)品相當，因而具有與國外同類型產(chǎn)品之間良好的互換性，供配套出口及引進設(shè)備替換。選取功率為3.0KW，滿載時的轉(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 帶傳動設(shè)計1.確定計算功率由機械設(shè)計第108頁表7-7查得工作情況系

5、數(shù)=1.2（電機帶動砂輪切割鐵棒，載荷性質(zhì)為載荷變動較大），則功率為 （1-1）2.初選帶的型號根據(jù)和，由機械設(shè)計書中第108頁圖7-14初選A型普通V帶。3.確定帶輪的基準直徑和1）由機械設(shè)計第109頁表7-8查得A型=75mm,考慮到帶輪太小，其彎曲應(yīng)力過大，所以要使，取=1502）驗算帶的速度 m/s （1-2）因為 5m/s 22.6m/s ，所以應(yīng)該按計算 （球軸承應(yīng)?。﹦t所需軸承的額定動載荷為 （1-19） （6）確定軸承型號由簡明機械零件手冊查得軸徑時，應(yīng)選軸承的代號為7207ACJ，其額定動載荷為=故選用代號為7207ACJ的軸承合適。第二章 行走裝置的設(shè)計2.1 設(shè)計要求行走

6、裝置主要是為了配合切割裝置和夾緊裝置，使砂輪片和夾緊機械手能夠在走刀過程中橫向移動，迅速準確地達到工作位，在切割過程中能夠隨著鑄棒縱向移動，切完后在返回初始位置。2.2方案設(shè)計 行走裝置主要是為了實現(xiàn)切割機砂輪片的縱向和橫向移動，使之完成切割動作。為了設(shè)計和制造方便，在方案設(shè)計中縱、橫行走裝置的原理大致相同，即采用結(jié)構(gòu)簡單而又便于控制的氣壓傳動方式，氣缸帶動縱向行走板或橫向行走板在導(dǎo)軌上滑動。在設(shè)計過程中，考慮到能量的損耗程度，縱橫行走裝置采用了直線導(dǎo)軌，既提高了運動系統(tǒng)的運動精度，又很大程度的減小了摩擦力，達到了節(jié)能的效果。2.3 直線導(dǎo)軌的選擇計算 2.3.1選定條件：1.載荷 根據(jù)粗略計

7、算，導(dǎo)軌上橫向行走部分的總重量為 2.行程 根據(jù)設(shè)計結(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)機器壽命為5年，則導(dǎo)軌壽命為 小時（H）假設(shè)安裝4個滑塊，要計算一個滑塊的負載，可用下式 同時由于兩個滑塊裝在一個導(dǎo)軌上，因此接觸系數(shù)。2.3.2選擇方式1.根據(jù)靜態(tài)安全系數(shù)選型號 （3-1）其中 靜態(tài)安全系數(shù) 載荷系數(shù) （在無外部沖擊或振動、低速時取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） 在正常運行時一般選取安全系數(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)壽命要求選型號根據(jù)標準壽命計算公式 若使用17500小時，則總的移動距

8、離為： （3-3）其中 溫度系數(shù) （由手冊查得當導(dǎo)軌的工作溫度小于100時，其溫度系數(shù)取1.0） 硬度系數(shù) （為了使直線運動系統(tǒng)達到最佳承載能力，需要保持導(dǎo)軌的硬度在HRC58-62，由手冊查得為1.0） 基本動載荷所以 解得 因此，選取SGB45FL（）第三章 夾緊部分設(shè)計3.1設(shè)計要求 夾緊機構(gòu)不但在切割之前機械手抓能夠根據(jù)事先收到的信號準確地運動到每個工位，而且在切割過程中要夾緊運動著的鑄鐵棒，使砂輪與鑄棒同步。3.2方案設(shè)計 夾緊部分是由氣缸推動機械手實現(xiàn)夾緊和放松的。用機械手負責夾緊一根鑄棒。 圖3-1 夾緊部分原理圖夾緊部分原理如圖3-1所示，夾緊氣缸能使夾緊機械手夾緊或放松工件，

9、當活塞向右移動時，機械手夾緊工件；當活塞向左移動時，機械手放松工件。橫向行走氣缸推動工作臺左右移動，能控制機械手使之夾緊左邊或右邊的工件，從而對夾緊的工件進行切割。縱向行走氣缸的作用是當完成一次切割過程完成時，推動工作臺使之恢復(fù)到初始位置。整個工作過程都由PLC控制氣缸使個部分移動來實現(xiàn)。第四章 PLC控制4.1 可編程控制器PLC的基本原理可編程控制器（Programmable Controller）簡稱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)備中有大量的開關(guān)量、數(shù)字量、脈沖量以及模擬量需要控制，例如，電機的啟停，電磁閥的開閉，產(chǎn)品的計數(shù)，溫度、壓力、流量的設(shè)定與控制

10、等。PLC是在繼電器控制基礎(chǔ)上以微處理器為核心，將自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)融為一體而發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動控制裝置。特點是由于PLC采用了依據(jù)繼電器控制原理而開發(fā)的梯形圖作為程序設(shè)計語言，使得不熟悉計算機的機電設(shè)計人員和工人中的技師均能較快的掌握梯形圖的編程方法，極大的促進了PLC在工業(yè)生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用。目前PLC已基本替代了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，成為工業(yè)自動化領(lǐng)域中最重要。應(yīng)用最多的控制裝置，居工業(yè)生產(chǎn)自動化三大支柱（可編程繼電器、機器人、計算機設(shè)計與制造）的首位。一般機械設(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。4.2 可編程控制器的特點可編程控制器實際是工業(yè)

11、專業(yè)控制計算機，也稱工控機，可編程序控制器具有以下特點：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、編程軟件簡單易學；4、擴充方便，組合靈活，可構(gòu)成各類控制系統(tǒng)；5、可將運行數(shù)據(jù)直接送入管理計算機，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)運行；6、設(shè)備體積小巧，維護方便，插件更換靈活。4.4 本控制系統(tǒng)的PLC選擇 對PLC的選擇，從上述PLC的性能指標可以看出要選擇一種合適的PLC要考慮很多因素，因本人對PLC了解的種類不是太多，我就選擇了我們學習的三菱FX系列，所以其中有的有些因素并不是本系統(tǒng)的最優(yōu)選擇，這個PLC可以進一步改進。但本系列的PLC也具備自己的特點，讓自動控制過程同樣可以順利

12、實現(xiàn) 在保證切割機的控制性能的基礎(chǔ)上，為了節(jié)約成本，本設(shè)計采用清華大學自行開發(fā)的用ATMEL89C2051仿真PLC（簡稱FZPLC）。ATMEL89C2051是20引腳的與8051兼容的8位高性能單片機。它內(nèi)部含有2KB閃速存儲器，正是閃存的特點，使得ATMEL89系列單片機具有讀寫容易、價格低、功耗低和掉電信息不丟等優(yōu)點，是一款不錯的單片機實驗芯片。圖4-1 FZPLC輸入電路圖4-1是FZPLC的輸入電路，它們由SB1SB4和R26R29以及作為輸入口的P3口組成，4個開關(guān)的狀態(tài)分別輸入到P3口的P3.3P3.5和P3.7。SB1和R26相連端是與引腳P3.3相連的，SB1未按下時，由于

13、下拉電阻R26接地，輸入到P3.3的是低電平；當SB1按下時，5V電壓就通過SB1加到了P3.3，輸入到P3.3的是高電平。圖中C6、C7和CR1晶體振蕩器與單片機內(nèi)部振蕩器組成的振蕩電路構(gòu)成了時鐘電路。C3、R4構(gòu)成了上電復(fù)位電路。SB5按鍵按下后，將引起按鍵復(fù)位 圖4-2 FZPLC的輸出電路圖4-2是FZPLC的輸出電路，P1是作為輸出口來使用的。P1.4的輸出電路由R15、R6、R16、R21、OPTOISO2光電隔離器U4、MC1416達林頓復(fù)合管U9A（每片內(nèi)部有7路達林頓復(fù)合管，每路均有二極管保護電路）、發(fā)光二極管D1、KM2組成。R15是拉升電阻給MC1416提供偏執(zhí)電流，最后

14、由MC1416達林頓復(fù)合管反相驅(qū)動控制繼電器線圈，從而再控制其觸電，使電磁閥動作。第五章 電氣控制線路的設(shè)計5.1 電氣控制線路設(shè)計的一般要求 電氣控制線路的設(shè)計是在傳動形式及控制方案選擇的基礎(chǔ)上進行的，是傳動形式與控制方案的具體化。 電氣控制線路根據(jù)用途的不同可能會有其特殊的要求，設(shè)計所需要遵循的一般要求是：1） 應(yīng)滿足機電設(shè)備對電氣控制線路的要求，按照工藝要求準確、可靠地工作。 2）在滿足生產(chǎn)要求的前提下，應(yīng)力求使控制線路簡單、經(jīng)濟，盡量選用經(jīng)過實際考驗過的線路。 3）保證控制的安全、可靠，具有必要的保護裝置和連鎖環(huán)節(jié)，誤操作時不至于發(fā)生重大事故。 4）盡量便于操作和維修。5.2 氣動原理

15、圖設(shè)計 根據(jù)切割機的機構(gòu)原理，繪制的機構(gòu)簡圖如圖5-2所示，其中ST0-ST9為控制氣缸的行程開關(guān)。 圖5-1 切割機機構(gòu)簡圖5.2.1 氣動原理圖 5.2.2控制流程圖參考文獻1 徐 灝. 機械設(shè)計手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，19912 Shigley J E, Uicher J J.Theory of machines and mechanisms .NewYork:McGraw-Hill Book Company,19803 蔡春源. 簡明機械零件手冊. 北京：冶金工業(yè)出版社，1996.34 王德璽，裴垠欣. 機械設(shè)計. 北京：煤炭工業(yè)出版社，1999 5 D Y Yang, C H Lee,Analysis of three-dimension-al extrusion of section through curle dies by con-formal transformationJ .Int