PLC与棒料切割机的结合应用毕业论文.doc

摘 要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。关键词：自动控制控制方便结构简单 生产率 目 录摘要 1第一章 切割部分设计1.1设计要求 71.2方案计设 71.3结构设计 8第二章 行走装置部分设计2.1设计要求 212.2方案设计 222.3直线导轨的选择计算 23第三章 夹紧部分设计 3.1设计要求 19 3.2方案设计 19第四章 plc 概述3.1可编程控制器plc的基本原理 243.2可编程控制器的特点 25第五章 电气控制线路的设计4.1电气控制线路设计的要求 304.2气动原理图的设计 32参考文献 41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。 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mm，所需电机的最小功率为kw，转速为=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y系列三相异步电动机，这是由于y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。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。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=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 （1-1）2.初选带的型号根据和，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和1）由机械设计第109页表7-8查得a型=75mm,考虑到带轮太小，其弯曲应力过大，所以要使，取=1502）验算带的速度 m/s （1-2）因为 5m/s 22.6m/s ，所以应该按计算 （球轴承应取）则所需轴承的额定动载荷为 （1-19） （6）确定轴承型号由简明机械零件手册查得轴径时，应选轴承的代号为7207acj，其额定动载荷为=故选用代号为7207acj的轴承合适。第二章 行走装置的设计2.1 设计要求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。2.2方案设计 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，即采用结构简单而又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，又很大程度的减小了摩擦力，达到了节能的效果。2.3 直线导轨的选择计算 2.3.1选定条件：1.载荷 根据粗略计算，导轨上横向行走部分的总重量为 2.行程 根据设计结构的要求，选定行程 3.往复次数 （次/分）4.寿命要求 假设机器寿命为5年，则导轨寿命为 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。2.3.2选择方式1.根据静态安全系数选型号 （3-1）其中 静态安全系数 载荷系数 （在无外部冲击或振动、低速时取1.5） 基本额定静载荷 冲击载荷现设静态安全系数则有 （3-2） 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（）的导轨比较理想。2.根据寿命要求选型号根据标准寿命计算公式 若使用17500小时，则总的移动距离为： （3-3）其中 温度系数 （由手册查得当导轨的工作温度小于100时，其温度系数取1.0） 硬度系数 （为了使直线运动系统达到最佳承载能力，需要保持导轨的硬度在hrc58-62，由手册查得为1.0） 基本动载荷所以 解得 因此，选取sgb45fl（）第三章 夹紧部分设计3.1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。3.2方案设计 夹紧部分是由气缸推动机械手实现夹紧和放松的。用机械手负责夹紧一根铸棒。 图3-1 夹紧部分原理图夹紧部分原理如图3-1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。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。整个工作过程都由plc控制气缸使个部分移动来实现。第四章 plc控制4.1 可编程控制器plc的基本原理可编程控制器（programmable controller）简称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是在继电器控制基础上以微处理器为核心，将自动控制技术、计算机技术和通信技术融为一体而发展起来的一种新型工业自动控制装置。特点是由于plc采用了依据继电器控制原理而开发的梯形图作为程序设计语言，使得不熟悉计算机的机电设计人员和工人中的技师均能较快的掌握梯形图的编程方法，极大的促进了plc在工业生产中的推广应用。目前plc已基本替代了传统的继电器控制系统，成为工业自动化领域中最重要。应用最多的控制装置，居工业生产自动化三大支柱（可编程继电器、机器人、计算机设计与制造）的首位。一般机械设备的控制系统，由输入设备、输出设备和逻辑控制三部分组成。4.2 可编程控制器的特点可编程控制器实际是工业专业控制计算机，也称工控机，可编程序控制器具有以下特点：1、具有很高的工作可靠性和抗干扰能力；2、控制程序可变，具有很好的柔性；3、编程软件简单易学；4、扩充方便，组合灵活，可构成各类控制系统；5、可将运行数据直接送入管理计算机，实现网络运行；6、设备体积小巧，维护方便，插件更换灵活。4.4 本控制系统的plc选择 对plc的选择，从上述plc的性能指标可以看出要选择一种合适的plc要考虑很多因素，因本人对plc了解的种类不是太多，我就选择了我们学习的三菱fx系列，所以其中有的有些因素并不是本系统的最优选择，这个plc可以进一步改进。但本系列的plc也具备自己的特点，让自动控制过程同样可以顺利实现 在保证切割机的控制性能的基础上，为了节约成本，本设计采用清华大学自行开发的用atmel89c2051仿真plc（简称fzplc）。atmel89c2051是20引脚的与8051兼容的8位高性能单片机。它内部含有2kb闪速存储器，正是闪存的特点，使得atmel89系列单片机具有读写容易、价格低、功耗低和掉电信息不丢等优点，是一款不错的单片机实验芯片。图4-1 fzplc输入电路图4-1是fzplc的输入电路，它们由sb1sb4和r26r29以及作为输入口的p3口组成，4个开关的状态分别输入到p3口的p3.3p3.5和p3.7。sb1和r26相连端是与引脚p3.3相连的，sb1未按下时，由于下拉电阻r26接地，输入到p3.3的是低电平；当sb1按下时，5v电压就通过sb1加到了p3.3，输入到p3.3的是高电平。图中c6、c7和cr1晶体振荡器与单片机内部振荡器组成的振荡电路构成了时钟电路。c3、r4构成了上电复位电路。sb5按键按下后，将引起按键复位 图4-2 fzplc的输出电路图4-2是fzplc的输出电路，p1是作为输出口来使用的。p1.4的输出电路由r15、r6、r16、r21、optoiso2光电隔离器u4、mc1416达林顿复合管u9a（每片内部有7路达林顿复合管，每路均有二极管保护电路）、发光二极管d1、km2组成。r15是拉升电阻给mc1416提供偏执电流，最后由mc1416达林顿复合管反相驱动控制继电器线圈，从而再控制其触电，使电磁阀动作。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 电气控制线路的设计是在传动形式及控制方案选择的基础上进行的，是传动形式与控制方案的具体化。 电气控制线路根据用途的不同可能会有其特殊的要求，设计所需要遵循的一般要求是：1） 应满足机电设备对电气控制线路的要求，按照工艺要求准确、可靠地工作。 2）在满足生产要求的前提下，应力求使控制线路简单、经济，尽量选用经过实际考验过的线路。 3）保证控制的安全、可靠，具有必要的保护装置和连锁环节，误操作时不至于发生重大事故。 4）尽量便于操作和维修。5.2 气动原理图设计 根据切割机的机构原理，绘制的机构简图如图5-2所示，其中st0-st9为控制气缸的行程开关。 图5-1 切割机机构简图5.2.1 气动原理图 5.2.2控制流程图参考文献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，1999 5 d y yang, c h lee,analysis of three-dimension-al extrusion of section through curle dies by con-formal transformationj .inter