线切割机床走丝机构及控制系统设计的设计书.doc

线切割机床走丝机构及控制系统设计的设计方案第一章 概述一、课程设计的题目和要求1课程设计的题目线切割机床走丝机构及控制系统设计2. 课程设计的要求（1）掌握线切割机的工作原理、适用范围；（2）掌握走丝机构的结构和传动原理，PLC控制线切割机走丝机构运动的原理和方法；（3）进一步熟练应用CAD技术进行产品所开发设计；综合运用所学知识深入理解机电一体化概念。二、 课程设计的内容和资料1课程设计的内容（1）设计说明书一份：走丝机构的设计计算、控制系统设计等（2）绘制工程图a结构装配图（1张和全套零件图）b控制系统工程图（1号图1张）2课程设计的资料（1）机电一体化设计手册，图书馆（2）机械零件，教材（3）机电传动控制，教材（4）西门子PLC S7200说明书（电子版）第二章 走丝机构的设计一、 走丝机构简图二、工作原理走丝机构的功能是带动电极丝按一定的线速度往复运丝，并将电极丝整齐的排列绕在贮丝筒上，快速运丝在放电加工区，有利于排屑，吸附工作液进入放电区，克服集中放电，减小电极丝的损耗和燃烧。电机1，经联轴器2，传动轴4，带动贮丝筒3做正反高速旋转，使贮丝筒上的钼丝以一定的线速度作往复旋转运动。同时，在贮丝筒的另一端，通过三对齿轮5、6、7、8、9、10传动，经丝杠副11带动滑板移动，使贮丝筒作往复直线运动，以免发生叠丝现象，其往复行程大小视绕丝总长度而定，同时靠可调整位置的行程限位开关，实现拖动电机的换向。1.齿轮传动设计要求 （1）选用直齿圆柱齿轮；（2）根据齿数选取齿轮模数、齿顶高系数、径向间隙系数，计算分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径等。2.丝杠副传动设计要求 （1）丝杠螺距选取；（2）计算滑板使贮丝筒转一圈的移动距离，且滑板移动距离不超过钼丝最大宽度200mm。3.贮丝筒的技术要求在贮丝筒高速运转时，同时要进行相应的轴向移动，以保证不同的直径的电极丝能在贮丝筒上整齐排绕；为了保证电极丝的运行平稳，而且无跳动现象，要求贮丝筒的各项运动精度要求高，径向跳动小；贮丝筒具有正反向旋转功能，电极丝的走丝速度在6-11m/s范围内可调或恒速运转；走丝机构与床身相互绝缘。导轨、齿轮、丝杠要具备润滑措施。三、贮丝结构贮丝结构由电机、联轴器、贮丝筒、支承座、齿轮副（或带轮）、丝杠副、拖板、导轨、底座等部件组成。1.贮丝筒电机 目前多采用交流电机、直流调速电机，最高转速有两种，分别为：1400r/min和3000r/min。2.联轴器 由于贮丝筒在工作时频繁换向，联轴器在瞬间受到很大的剪切力，因此联轴器就成了重要的部件。本设计采用凸缘联轴器。3.贮丝筒它是电极丝高速运行与整齐排绕贮丝的关键部位之一，一般采用45钢、不锈钢和铝合金材料制作。为减小转动惯量，筒壁应尽量薄。用刚制作蛛丝同时，直径一般采用直径小于等于120mm；用铝合金材料制做贮丝筒时，直径在120-160mm之间。要求贮丝筒外表面粗糙度Ra0.8，贮丝筒组件要做动平衡试验，以保证运转平稳，延长轴承使用寿命。4.齿轮副与丝杠副贮丝机构的拖板传动是由两级减速齿轮和丝杠副组成。它使贮丝筒每转一圈时，拖板轴向移动0.25-0.3mm，为了保证直径在0.25mm以下的电极丝整齐的排绕在贮丝筒上。优点是传动平稳、噪声小。丝杠采用梯形螺纹，螺母采用小间隙结构。5.导轨在贮丝筒滑板与底座之间装有导轨。初期多采用V-平式的滑动导轨或贴塑导轨。要求摩擦力小，减震性能好。四、控制设计1控制原理 合上电源开关，按下启动按钮使电动机启动。当贮丝筒转动并移动到规定行程的某一段是碰撞限位开关，使贮丝筒反向转移并移动，当碰撞另一限位开关后使贮丝筒恢复原来的转动和移动方向。2. 控制要求 （1）选用贮丝筒拖动电机；（2）选用接触器、行程开关、保护电器等，设计并绘制电气原理图。第三章 部件的选择与计算一、总体的设计概况电机 联轴器 贮丝筒 工作台丝杠 三级减速装置 电动机 钼丝线速度 贮丝筒尺寸 钼丝直径 齿轮 传动比 丝杠转速 进给速度 丝杠螺距二、电动机的选择走丝机构整体重量轻，转速要求高，因此可选用高转速小功率电动机，查机械设计手册（五）（机械设计手册编委会，2004年机械工业出版社）3562页表35.1-52可选用YS-7114型电动机。特点：YS系列三相异步电动机功率小，适用于小型机床、泵、压缩机的驱动，接线盒均在电动机顶部。工作方式：连续使用，转向可逆。机座铁心级数功率转速7114250W1400r/min电动机伸出轴径d=14mm，长度l=30mm，键槽宽5mm，深3mm；查新编机械手册选用b*h=5*5普通平键。三、联轴器的选择查新编机械设计手册，选用GY1型凸缘联轴器。许用转速=12000r/min,d=14mm。它径向尺寸小，转动惯量小，适用于转矩不大，载荷变化较小，且无剧烈冲击的两轴连接。本结构轴承所受力较小，所以连接轴部分选用深沟球轴承。因为深沟球轴承坚实耐用，通用性强极低噪音运行，可在高速下运转和易于安装。单列深沟球轴承另有密封性设计，可以无需再润滑和保养。四、传动比的计算设电机的转速为n1，丝杆的转速为n2，选丝杠螺距为p=2mm。所以： p*n2=2d*n1（平移的转速相等） 2*n2=2*0.20*1400因此： i=n1/n2=p/2d=2/(2*0.20)=5根据传动比公式分配传动比：=因此：i1=1.53 i2=1.66 i3=1.96五、贮丝筒尺寸的计算因为 v=9.8m/s v=3.14dn1，所以 d=v/(3.14n1)=9800/(3.14*1400/60)=133.758mm。因为钼丝的总长度为200m，所以贮丝筒上钼丝宽度为：l=200000/(3.14d)*0.09=42.857mm。因为根据实际要求贮丝筒的宽度一边需长出5-10cm，所以贮丝筒的实际长度定为l=150mm。六、齿轮部分尺寸的计算初步设定：z1=40 m=1 c*=0.25 ha*=1（下同）所以： z2=i1z1=1.53*40=61 d1=mz1=1*40=40mmd2=mz2=1*61=61mmda1=d1+2ha=（z1+2ha*）m=42mmda2=d2+2ha=（z2+2ha*）m=63mma=（d1+d2）/2=(40+63) /2=51.5mmdf1=d1-2hf=（z1-2ha*-2c*）m=37.5mmdf2=d2-2hf=（z2-2ha*-2c*）m=58.5mmdb1=dcosx=d1cos20=37.6mmdb2=dcosx=d2cos20=57.3mm同理： z3=35 z4=58d3=mz3=1*35=35mmd4=mz4=1*58=58mmda3=d3+2ha=（z3+2ha*）m=37mmda4=d4+2ha=（z4+2ha*）m=60mma=（d3+d4）/2=(35+58) /2=46.5mmdf3=d3-2hf=（z3-2ha*-2c*）m=32.5mmdf4=d4-2hf=（z4-2ha*-2c*）m=55.5mmdb3=dcosx=d3cos20=32.889mmdb4=dcosx=d4cos20=54.502mm同理： z5=25 z6=49d5=mz3=1*25=25mmd6=mz4=1*49=49mmda5=d5+2ha=（z5+2ha*）m=17mmda6=d6+2ha=（z6+2ha*）m=51mma=（d5+d6）/2=(25+49) /2=37mmdf5=d5-2hf=（z5-2ha*-2c*）m=22.5mmdf6=d6-2hf=（z6-2ha*-2c*）m=46.5mmdb5=dcosx=d5cos20=23.492mmdb6=dcosx=d6cos20=46.045mm七、丝杠传动副1.丝杠选用Tr11X6LH具体参数如下：P=2mm 公称直径18mm 牙顶牙底间隙0.25mm 旋合长度130mm因为该机构要求正反转，所以牙型选用正反转平衡的梯形牙，又机构重量小，所以直径可以选择10 mm即可。2.丝母选用可自动消除轴向间隙的螺母丝母工作原理: 靠双螺母的调节和垫块的恢复力自动将两个螺母反向撑开, 以消除轴向间隙，性能稳定。由于丝杠部分主要受轴向力，所以选用背靠背角接触轴承。它可以同时承受较大的轴向负荷、径向负荷和倾覆力矩。转盘轴承一般都带有安装孔、内齿轮或外齿轮、润滑油孔和密封装置，因而能使主机设计结构紧凑，引导旋转方便，安装简便和维护容易。大径中径小径牙型高牙高内螺纹12mm11mm9.5mm1mm-外螺纹11.5mm11mm9mm-1.25mm八、导轨的选择导轨选用矩形和V形结合的形式，靠近工件的一边选V形，矩形导轨负担重量，V形导轨在运行时因为正反转，不同转向所受力方向不一样，这样正反转有一个面受主要力。V形角选90度。第四章 控制系统一、电路图中元件的选择1. 接触器的选择: TKC1交流接触器（以下简称接触器），适用于交流50Hz（60Hz），电压值660V（1000V），电流值800mA的电气线路中，供远距离接通和分断电路之用，并可与适当的热过载继电器组成电磁启动器，以保护可能发生操作过负荷的电路。2.熔断器的选择QGH30系列熔断器式隔离器,适用与额定绝缘电压AC690V,额定频率50HZ,额定工作电压AC400V,额定工作电流32A的配电电路和动力电路中,用作电源隔离器并作线路的过流和短路保护之用。 产品采用模块化设计,导轨安装；外表光亮,手感好,是进口同类产品的良好替代品。通过CCC认证的产品。3.继电器的选择（1）额定工作电压 是指继电器正常工作时线圈所需要的电压。根据继电器的型号不同，可以是交流电压，也可以是直流电压。（2）直流电阻 是指继电器中线圈的直流电阻，可以通过万能表测量。 （3）吸合电流 是指继电器能够产生吸合动作的最小电流。在正常使用时，给定的电流必须略大于吸合电流，这样继电器才能稳定地工作。而对于线圈所加的工作电压，一般不要超过额定工作电压的1.5倍，否则会产生较大的电流而把线圈烧毁。 （4）释放电流 是指继电器产生释放动作的最大电流。当继电器吸合状态的电流减小到一定程度时，继电器就会恢复到未通电的释放状态。这时的电流远远小于吸合电流。（5）触点切换电压和电流 是指继电器允许加载的电压和电流.它决定了继电器能控制电压和电流的大小，使用时不能超过此值，否则很容易损坏继电器的触点。 二、控制原理图1、线路图线路工作过程如下:自动档按下启动按钮SB2,KM1得电,工作台前进,当到达预定行程后(可通过调整挡块位置来调整行程),挡块1按下ST2,ST2动断触点断开,切断接触器KM1,同时ST2动合触点闭合,反向接触器KM2的电,工作台反向运行.当反向到位,挡块2压下ST1,工作台又转到正向运动,进行下一个循环。行程开关ST3为正向。反向终端保护行程开关,以防ST1、ST2失灵时,工作台从床身滑出的危险。手动用于对中和装丝。2、PLC接线图 （1）I/O分配表输入信号输出信号启动按钮SB2I0.1电动机正转Q0.0停止按钮SB1I0.0电动机反转Q0.2行程开关ST1（右）I0.2行程开关ST2（左）I0.3限位开关ST3I0.4（2）程序 （3）接线图3、PLC元器件的选择元件说明型号数量停止按钮手动正转手动反转手动反停手动正停自动停止自动启动行程开关行程开关限位保护熔断器保护电路刀开关启动电路热继电器保护电路机电一体化课程设计心得本次设计是对所学过的知识的依次综合应用检验与概况，在设计中加深了对以前学过知识的理解，同时有扩展了知识面。为毕业后工作提供了一点经验。在以后的工作中便有了一定的经验，不会不知从何下手。经过这次紧张而繁忙的设计，使我们收获很大，不但巩固了学的知识，还锻炼了独自解决问题的能力。对我以后的人生之路有很多影响。大学四年的生活即将结束，我觉得这次课程设计对我来说就像是一场工作演练，自己设计和绘图，一方面锻炼了自己独立思考的能力，另一方面对工作也产生了潜意识，虽然只有两周，但我学到了很多东西，也掌握了以后参加社会工作的方法及如何思考问题，处理问题等方面的能力。在这段时间里我们通过彼此之间的相互合作，交流学习，掌握了许多新知识，尤其对机械原理和机械设计有了系统的掌握。但由于时间有限，学习心得不够深刻，还不能对所学的知识达到熟练的运用，这就需要在今后不断的