机械毕业设计（论文）开题报告-液压棒料剪切机电气控制系统设计.doc

毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目： 机电液工程训练平台_ 液压棒料剪切机电气控制系统设计_ 学 院 名 称： 机械工程学院_专 业： 机械设计制造及其自动化_学 生 姓 名： 陈恩勇 学号： 08403010106_ 指 导 教 师： 杨超珍_ 2012年 5 月 4 日1. 选题的意义及研究状况在模锻件、辊锻件和冷、温状态挤压件等生产批量比较大的机器制造部门，棒料是主要的原材料。液压棒料剪切机就是为这些锻压工艺准备坯料的主要设备。现代工业发展到21世纪，精密锻造和挤压等少切削或无切削成形工艺得到越来越广泛的应用，从而对所需坯料的体积（重量）误差、端面形状及其他几何参数提出越来越高的要求，而现在的下料方法普遍存在能耗高、效率低、材料消耗大和下料质量差等问题。因而，寻求一种高质量、高效率、低消耗的精密下料方法就成为人们追求的目标。液压棒料剪切机是一种高生产率的剪切设备，对于大直径的棒料，分钟可剪切几件、十几件，小直径的棒料每分钟可剪切五六十件。以直径为中小尺寸的棒料为例，剪切与锯切的单件工时比率为1:20，剪切较锯切的材料利用率可提高25%。对于碳素钢或低合金钢，在冷状态或热状态下进行剪切，都较容易实现机械化与自动化，棒料剪切工艺较其他切断工艺具有明显的经济效果。精密剪切方法是各国竞相发展的一种下料方法，日本、美国、德国、英国、法国和意大利等国均研制生产了各种剪切机床或剪切模具，这些机具改变了普通剪切的一些缺陷。精密剪切方法研究和精密剪切设备的研制成为关注的热点问题。目前研究和逐步应用的精密剪切方法主要有：（1）径向夹紧剪切，即先将棒料加紧，然后完成棒料的剪切。径向夹紧剪切的优点在于，消除了普通剪切方法棒料产生倾斜的几何原因，消除了被剪切棒料所受的弯曲力矩，从而解决了坯料线弯曲后剪切的问题，但新的问题是改变了剪切区材料的应力状态，形成多向应力。（2）轴向加压剪切，即在坯料端面施加轴向应力，使剪切过程中棒料剪切区的轴向压力增加，实现材料塑性剪切分离。这种方法主要适用于钢、铝和低碳钢等软材料。由于在剪切过程中存在很大的压应力，剪刃和设备的工作环境恶化，而且实现机构复杂、昂贵。（3）氢脆温度热剪切，这种方法经常适用于低碳钢的剪切。剪切前将棒料预热至温热状态，利用这一温度区域钢的氢脆性进行剪切。虽然其剪切面的主要部分是剪切带，但凹凸较少，剪切面质量好，压塌量椭圆度都明显减小。该剪切方法适用于大直径棒料的剪切。（4）高速剪切，即通过高速加载提高坯料的剪切质量。在高速载荷下，被剪材料的韧性下降，脆性增大，剪切变形区域变窄，塑性变形小，从而提高了剪切质量。研究表明，在加载速度为4.5m/s以上时，剪切质量将得到明显提高。但高速剪切冲击力大，能耗高，设备受力状况恶劣。上述类型剪切机的共同特点就是增加了压紧力，尤其是被剪下端棒料的压紧力比原来剪切力大大增加了，从而在一定程度上提高了剪切断面的质量，这对热锻来说已经满足了要求。为了满足冷锻的备料需要，剪切断面的质量要比上述要求更提高一步，为此国内外进行了多方面的实验研究，结果表明下述两条途径是可行的：（1）使剪切区域成多向受力状态，提高剪切区的材料塑性，使断面产生纯剪切。（2）提高材料剪切时的脆性，当材料断裂时只产生少量的塑性变形。为了实现上述两种要求，设计和研制了两种新结构的棒料剪切机，他们大致可分为以下3种类型；（1）高速剪切机。实验证明，金属材料在应变速度达到一定值后会变脆，从而提高了临界剪切速度的概念，即材料有剪断和脆性断裂两种不同切断形式的速度界限。高速剪切机就是利用这个原理进行剪切的。济南铸锻研究所于1969年在济南汽车配件厂进行了高速剪切工艺试验，验证了这一理论。（2）渐进式剪切机。各种断面棒料经剪切后，其切口产生塑性变形，这种变形发生在横断面一边，其位置取决于在剪切过程中剪刀向棒料的施力方向，并且在横断面的周边上总有一个地方变形最大。为了使材料应力具有一定的均匀性，同时变形也较为对称，这样在剪切断面对称的棒料时剪切后的断面任然接近对称，需要是剪切力沿径向作用在棒料横断面圆周所有点上，而采用剪刀的渐进运动式可达到这个目的。1972年，济南铸锻机械研究所和上海轴承锻造厂一起设计了一台渐进式棒料剪切机。（3）轴向加压剪切机。轴向加压剪切机的实质在于设法给被剪棒料施加很大的轴向压力，使剪断区产生压应力超过被剪棒料的屈服极限，从而使整个剪切过程在塑性状态下进行。为了消除飞边和毛刺，剪切时给两刀片施以适当的压紧力，使得整个剪切过程在无轴向间隙的情况下完成。20世纪50年代末，匈牙利人进行了轴向加压剪切研究。1971年，布达斯机械制造学院研制了第一台工业用的液压传动剪切装置。这种方法的优点是剪切毛坯的精度高，缺点是剪切费用较高，采用此方法剪切贵重金属比较经济，若用此方法剪切一般软钢是否经济就值得研究了。国内外设计和制造了多种新结构的棒料剪切机，太原科技大学与20世纪90年代开始进行棒料高速剪切机的研制，开发了1kJ液压锤样机，充分利用锻压打击速度快、形程次数多、通用性强、结构简单、价格便宜等优点，在液压驱动液压锤上进行了大量的实验。通过该机所做的剪切实验表明：（1）由于采用液气高速剪切，机械效率极大提高，每分钟剪切30次；（2）高速剪切时，棒料断面不平度和倾斜度会大大减小。目前该校与长治锻压机床厂合作开发4kJ液气棒料精密剪切机。2. 主要内容我的设计任务是：1.完成继电器和PLC两种控制方式下的控制系统设计。2.已切断棒料的检测。3.液压系统和泵站的设计。4推料系统的设计。这些问题直接影响着棒料剪切的精度和剪切机的制造成本。3. 研究方法和思路方法：文献调查、小组分析和讨论、调研思路：根据设计要求，要实现这几个动作：棒料落料送料定位、夹紧切断检验分选（合格的推入料筐，不合格的推入废料筐）。而我要完成的是在棒料落到导轨上时，要用一个液压缸1将棒料送到工作台上。通过压力继电器和光电传感器共同来确认棒料被挡块挡住了。此时液压缸1停止伸缩。同时液压缸2开始夹紧动作，也通过压力继电器来确认棒料被夹紧。然后剪切刀具通过液压缸3将棒料切断。最后就是检测了，因为废品只有在棒料末尾才有可能出现。因此，我设想在靠近剪切刀具附近安装一个限位开关。当液压缸1没有压倒行程开关。此时，液压缸4将棒料推入合格框。当液压缸1压倒了限位开关。此时，液压缸5将棒料推入废料框。最后，在落料过程有可能棒料之间可能会卡住，不能顺利落下。因此，在落料过程中，安装一个翻料装置，用一个液压缸6来回往复运动。4. 总体安排和进度 2011.11.202011.12.24 接受任务，熟悉内容，完成文献综述和英文翻译；2011.12.252012.01.12 完成开题报告，毕业实习、方案确定；2012.02.132012.03.17 毕业实习并上交毕业实习报告；2012.02.132012.04.20 完成设计图样和说明书初稿；2012.04.202011.05.10 修改图样、说明书，全部资料，打印、上交资料； 2012.05.112011.05.25 准备论文答辩。5.论文提纲（1）摘要（2）引言（3）液压棒料剪切总体方案的确定（4）液压系统的设计（5）电气控制系统的设计（6）PLC控制系统的设计（7）结论（8）致谢（9）参考文献6.参考文献1 史国生.电气控制与可编程控制器技术(第3版) M.北京：化学工业出版社，2010.62 许立梓.实用电气工程师手册M. 广州：广东科学技术出版社，2001.103 韩毅礼.机床电气设计简明手册M.北京：机械工业出版社，1997.104 胡庆生.现代电气工程实用技术手册M.北京：机械工业出版社，1994.105 许福玲，陈尧明.液压与气压传动（第3版） M.北京：机械工业出版社，2010.76 Paul Kenneth.21st Century ManufacturingM.Prentice Hall and TingHua Univ