棒料切割机

目  录

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

2.1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

结 论     …………………………………………………………………………… 30

谢 辞     …………………………………………………………………………… 31

参考文献    ………………………………………………………………………… 32

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  ……………………………………………………………………… 6

1.2方案设计  ……………………………………………………………………… 6

1.3结构设计  ……………………………………………………………………… 7

第二章  夹紧部分设计

2.1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

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。

                       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 =150

2）验算带的速度

               m/s            （1-2）

因为             5m/s < 22.6m/s < 25m/s

带速符合要求。

3）计算                      

                        （1-3）

由于电机转速与砂轮转速基本同步，选速比  =1，则

= =150 mm

4.确定中心距和带的基准长度

1）初选中心距

由0.7（ + ）   2（ + ），考虑到结构要求，初选 =900 mm

                  （1-4）

 mm

由《机械设计》第96页表7-2取带的标准基准长度  mm

2)最后确定中心距

               mm       （1-5）

则              mm      （1-6）

               mm      （1-7）

最后取            mm。

5.验算带轮包角

                                       （1-8）

                       （合适）

6.确定带的根数

                                                         （1-9）

其中：                  

由《机械设计》第107页表7-5查得弯曲影响系数

由《机械设计》第107页表7-5查得传动比系数

             kw

由《机械设计》第107页表7-6查得包角系数

由《机械设计》第106页表7-4查得长度系数

采用非化纤结构的普通带，取材质系数

由《机械设计》第105页图7-13查得  kw。

 kw

取 根。

7.确定单根带的初拉力

                                       （1-10）

由《机械设计》第96页表7-1查得

             N          （1-11）

8.计算带对轴的压力

             N             （1-12）

9.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 。在本次设计中，采用了比较常见的HT150。

3）带轮的结构尺寸

由于带轮的基准直径 ，轴的直径 ，根据带轮的选择原则：即当   时采用腹板式结构，铸造带轮的结构如图1-2所示。

                       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，要求气缸在上下伸缩的同时，还要绕一点转动，所以选用后绞式安装方式。

                        图1-3   手动切割机受力示意图

3.负载大小

根据手动切割机的工作原理（如图1-3所示），

图中F=20 kg 估算得砂轮片的支反力为N=40kg。

再由所设计切割机的切割工作原理（如图1-4所示）

由于砂轮所受的支反力相同，算得气缸所承受的力即理论推力为F’=80 kg    

合800N。

4.工作压力

经调查，当前所用的气缸的工作压力一般在0.4MP左右，所以选取其正常工作压力为0.4MP。气动元件一般要求安全系数比较高，所以在选取的时候一般要求有较大余量，所以在缸径选择时，其工作压力一般按0.3 MP计算 。