线切割机床走丝机构及控制系统设计（PLC）.doc
JD01-093@线切割机床走丝机构及控制系统设计
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机械毕业设计全套
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JD01-093@线切割机床走丝机构及控制系统设计,机械毕业设计全套
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机电一体化课程设计 I 机电一体化课程设计任务书 题 目：线切割机床走丝机构及控制系统设计 一、 设计要求 （一） 线切割机走丝机构设计 1 工作原理： 图 a 机床外形 图 b 机床结构原理图 电火花线切割机床 1-走丝溜板 2-卷丝筒 3-电极丝 4-丝架 5-下丝臂 6-上丝臂 7-导丝纶 8-工作液喷嘴 9-工件 10-绝缘垫块 11、 16-伺服电机 12-工作台 13-溜板 14-伺服电机电源 15-数控装置 17-脉冲电源 2 齿轮传动设计要求 （ 1）实际考察走丝机构的传动结构； （ 2）根据齿数选取齿轮模数、顶高系数、向间隙系数、算分度圆直径、顶圆直径、根圆直径。 3 丝杠副传动设计要求 （ 1）丝杠螺距选取； （ 2）计算当卷丝筒每转一周溜板移动距离。 （二）走丝机构控制设计 1 控制原理 nts机电一体化课程设计 II 合上电源开关，按下启动按钮时电动机启动。当溜板移动到规定行程的某一端时碰撞限位开关 -卷丝筒反向转动并移动；当碰撞另一端限位开关时溜板恢复原来移动方向。 2 走丝机构控制要求 （ 1）选择卷丝筒拖动电机； （ 2）选择接触器、行程开关、保护电器等，设计并描绘制电气原理图。 二、设计要求 （ 1）机械本体装配图 1 张（ A1）； （ 2）编写 PLC、继电器控制程序，绘制梯形图； （ 3）设计说明书一份（ 2000 3000 字）。 三、设计时间及进度安排 设计时间： 1718 两周（ 2007.12.14 2007.12.28）。 具体安排如下表： 设计内容 设计时间 第一周 观察实验设备，根据数据进行设计计算和安排，完成机械和控制部分的设计和零件的选择 2007.12.142007.12.23 第二周 进行 CAD 做图，编辑说明书，完成并提交设计作品及课程设计说明书，课程设计答辩 2007.12.242007.12.28 五、指导教师评语及学生成绩 指导教师评语： 成绩 指导教师（签字）： nts机电一体化课程设计 III 目 录 第一章 课程设计的目的 错误 !未定义书签。 第二章 走丝机构简介 1 1、走丝机构的原理 1 2、储丝筒结构 1 第三章 走丝机构传动设计 2 1、工作原理 2 2、齿轮传动设计要求 错误 !未定义书签。 3、丝杠副传动设计要求 错误 !未定义书签。 4、走丝机构控制设计 2 5、已知条件 错误 !未定义书签。 第四章 部件的选择与计算 3 1、 储丝筒电动机的选择 3 2、 联轴器的选择 3 3、 轴承的选择 4 4、 传动比的计算 4 5、 储丝筒尺寸的计算 4 6、 齿轮部分计算 5 7、 丝杠传动副 6 8、导轨部分 6 9、行程开关 7 10、 控制部分 示意图 7 11、 控制部分说明 8 设计小结 9 nts机电一体化课程设计 IV 参考文献 9 nts机电一体化课程设计 第一章 课程设计的目的 课程设计是学生理论联系实际的重要实践教学环节，是对学生进行的一次综合性专业设计训练。通过课程设计使学生获得以下几方面能力，为毕业设计（论文）奠定基础。 设计目的： 1、掌握线切割机的工作原理、适用范围；走丝机构的结构及传动原理。 2、掌握采用 PLC、继电器来控制线切割机走丝机构运动的原理和方法。 3、设计线切割机走丝机构的结构和控制方法。 4、综合运用所学知识深入理解机电一体化的概念。 第二章走丝机构简介 1、走丝机构的原理： 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 将电极丝整齐地排绕在储丝筒上，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烧断。 2、储丝筒结构： （ 1）对储丝筒的技术要求：在储丝筒高速转动时，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储丝筒上整齐排绕；为了保证电极丝的运行平稳无跳动现象，要求储丝筒的各项运动精度要高，径向跳动小；储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。 （ 2） 储丝筒电机：目前多数采用一般 异步电动机。 （ 3）联轴器：由于储丝筒在工作时频繁换向，联轴器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。 （ 4）储丝筒：它是电极丝高速运行与整齐排绕储丝的关键部件之一，一般采用 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。用钢制作储丝筒时，直径一般采用 120mm；用铝合金材料制作储丝筒时，直径在 120-160mm 之间。要求储丝筒外表面粗糙度 Ra 0.8m，储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。 （ 5）齿轮副与丝杠副：储丝机构 的拖板传动是由两级减速齿轮和丝杠副组成。它使储丝筒每转一圈时，拖板轴向移动 0.25-0.3mm，保证直径 0.25mm 以下的电极丝整齐地排绕在储丝筒上。优点是传动平稳、噪声小，丝杠采用梯形螺纹，螺母采用消间隙结构。 （ 6）导轨：在储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，减振性能好。 （ 7）储丝筒的工作原理及计算： 见机械设计任务书原理图所示。电动机通过联轴器驱动储丝筒，储丝筒转动带动电极丝运行，并通过齿轮副减速驱动丝杠副，丝杠副带动拖板作轴向移动。使电极 丝按规律排 列在储丝筒上，以避免发生叠丝现象。 1nts机电一体化课程设计 1 第三章 走丝机构传动设计 1、工作原理： 电动机 1 联轴器 2 传动轴 3 储丝筒 4正反转 三对 齿轮啮合传动 丝杠副 6带动滑扳 7移动 行程开关 电动机正反转 2、齿轮传动设计要求： （ 1）对走丝机构的传动齿轮实测齿数。 （ 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。 3、丝杠副传 动设计要求： （ 1）丝杠螺距选取。 （ 2）计算滑板使储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 20mm。 4、走丝机构控制设计： （ 1）控制原理：合上电源开关，按下起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端时碰撞限位开关，使储丝筒反向转动并移动，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。 nts机电一体化课程设计 （ 2）走丝机构控制要求：选择储丝筒拖动电机；选择接触器、行程开关、保护电器等，设计并绘制电气原理图。 5、已知条件： 电机转速 r=900r/min、 PLC 控制、钼丝的直径 d=0.20mm、储丝筒有效长度150mm-300mm、钼丝线速度 6-11m/s、钼丝长度 l=200m。 第四章部件的选择与计算 1、储丝筒电动机的选择： 由于走丝机构整体重量轻，转速要求高，因此可选用一般异步电动机查机械设计手册 *单行本 *减（变）速器 *电机与电器 2004年版化学工业出版社成大先主编， 16-36页，可选 Y2-701-6型电动机。电动机伸出轴径 14mm、长度 30mm、键槽宽 5mm、深 3mm。 查机械设计课程设计第 107 页表11-28 选用 b*h=5*5 平键。 参数： 16-46表 16-1-24 机座 铁心 级数 功率 转速 71 1 6 180W 900r/min 2、联轴器的选择： 查机械设计手册 *单行本 *轴及其连接 2004年版化学工业出版社成大先主编， 5-63 页，可选凸缘联轴器 YL2 基本型、铁质。联轴器用螺栓： 8*M6。（特点：不能减振、缓冲，结构简单、成本低、用于振动很小的工况条件。） 参数： L=32mm L1=22mm D=80mm D1=64mm L0=68mm 公称转矩 许用转矩 轴孔直径 轴孔长度 16N*m 7200r/min 14mm 32mm 3 nts机电一体化课程设计 1 3、轴承的选择： 查机械设计手册 *单行本 *轴承 2004年版化学工业出版社成大先主编， 6-243页，可选深沟球轴承，型号 6302。 参数： d mm D mm B mm 润滑方式 极限转速 r/min 代号 15 42 13 脂润滑 16000 6302 4、传动比的计算： 设电动机的转速为 n1,丝杠的转速为 n2.选丝杠螺距为 2 mm。 S=nt(s：导程、 n：线数、 t：螺距 )。 所以， p*n2=2d*n1(平移的转速相等 ) 2* n2=2*0.20*900 所 以， n2=180r/min 所以， i=n1/n2=(900r/min)/（ 180r/min） =5 根据传动比公式分配传动比： 12 1)12(2 1212 2 nnn ii n 1222/1)2(2 nknkii 所以， i1=1.525 i2=1.806 i3=1.816 5、储丝筒尺寸的计算： （ 1）计算贮丝筒直径 D：设储丝筒半径为 R、取钼丝线速度 V=7m/s、储丝筒周长 L=2 R= D、储丝筒转速即为电机的转速 r=900r/min=15r/s。 4 nts机电一体化课程设计 所以， L=V/r= D 所以： D=V/ r=(7000mm/S)/(15r/s*3.14)=148.6mm 取 D=150mm。 因为，钼丝的总长度为 200m， 所以贮丝筒上钼丝宽度为 b=（ 200000mm/3.14D)*0.20=85mm。 因为，根据实际要求贮丝筒的宽度一边须长出 510cm，所以贮丝筒的实际总长度 B 定为B=240mm。 6、齿轮部分计算： （ 初步设定： Z2=30、 m=1 、 C*=0.25 、 ha*=1） Z2=Z1*i1=30*1.525=45.75 46） d1=M*Z1=30mm d2=M*Z2=46mm da1=d1+2ha=（ Z1+2ha*） m=32mm da2=d2+2ha=（ Z1+2ha*） m=48mm a=（ d1+d2） /2=（ 30+46） /2=38mm df1=d1-2hf=（ Z1-2ha*-2C*） m=（ 30-2-2*0.25） =27.5mm df2=d2-2hf=（ Z2-2ha*-2C*） m=（ 46-2-2*0.25） =43.5mm db1=dCosx=d1Cos20。 =30*0.939=28.19mm db2=dCosx=d2Cos20。 =46*0.939=43.23mm 同理： Z3=38 Z4=Z3*i2=38*1.806=69 d3=38mm d4=69mm da3=40mm da4=71mm a2=53.5mm df3=35.5mm df4=66.5mm db3=35.71mm db4=64.84mm Z5=27 Z6=Z5*i3=27*1.816=50 d5=27mm d6=50mm da5=29mm da6=52mm 5 nts机电一体化课程设计 1 a3=38.5mm df5=24.5mm df6=47.5mm db5=25.37mm db6=46.98mm 7、丝杠传动副： 丝杠选用 Tr11X6LH型，丝母选用可自动消除轴向间隙的螺母。 参数： P=2mm、公称直径 18mm、牙顶牙底间隙 0.25mm 、旋合长度 130mm、线数 1。 大径 中径 小径 牙型高 牙高 内螺纹 17mm 15mm 14mm 1mm - 外螺纹 18mm 17mm 15.5mm - 1.25mm 丝母工作原理 :靠弹簧的张力自动将两个螺母反向撑开 , 以消除轴向间隙， 性能稳定。靠人工定期调整双螺母，将螺旋的两个螺母定期沿轴向压紧，消除轴向间隙，调整后前后间隙不同。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。 8、导轨部分： 坐标工作台的 X、 Y 拖板是沿着两条导轨往复运动的，因此机床对导轨的精度、刚度和耐磨性要求教高，导轨直接影响 X、 Y 坐标工作台的运动精度。导轨与拖板固定，保证运动灵活、平稳。目前，电火花线切割机床普遍采用滚动导轨副，因为滚动摩擦系数小（ f=0.0025-0.005），需要的驱动力小，运动轻便，反应灵敏，定位精度和重复定位精度高。滚动导轨采用钢制淬硬，耐磨性高，精度寿命长，使用寿命周期可达 10-15 年，能使工作台实现精确的微量移动，并且润滑方法简单。 6 nts机电一体化课程设计 滚动导轨有滚珠导轨、滚柱导轨和直线滚动导轨等几种形式。在滚珠导轨中，钢珠与导轨是点接触，承载能力不能过大；在滚柱导轨中，滚柱与导轨是线接触，有较大的承载能力；直线滚动导轨有滚珠和滚柱两种形式，运动精度高刚性强，承载能力大，能 够承受四方向等载荷，是数控机床发展的方向。 9、行程开关： 查机械设计手册 中国科技出版社 参数： 名称 型号 产品大类 产品系列 行程开关 XZ-8/107 行程开关系列 XZ-8/型 10、控制部分 示意图： 7 nts机电一体化课程设计 1 11、控制部分说明： 三相异步电动机正、反转控制的主电路， PLC 外部接线及控制程序如上图所示。图中， SB1 为正向启动按钮， SB2为反向启动按钮， SB3为停止按钮， KM1为正向接触器， KM2为反向接触器。三相异步电动机的正、反 转是通过正、反接触器改变定子绕组的相序来实现的，其中一个很重要的问题就是必须保证任何时候、任何条件下正、反接触器都不能同时接通，为此，在梯形图中采用了正、反按钮互锁，即将动断触点 400串入输出继电器 431的驱动回路，将动断触点 401串入输出继电器 8 nts机电一体化课程设计 430 的驱动回路，和两个输出继电器 430、 431 的动断触点互锁，这样能够保证输出继电器 430 和431不同时接通。但实际运行中由于输出锁存器中的变量是同时（并行）输出的，即 430和 431的状态变换是同时完成的，例如，由正转切换到反转， KM1的断电释放和 KM2的得电吸合即同时动作，有可能在 KM1断开其触点、电弧尚未熄灭时， KM2的触点已闭合，造成电源相间瞬时短路。为了避免这种情况，在梯形图中增加了两个定时器 450和 451，使正、反切换过程中，被切断的接触器瞬时动作，而被接通的接触器则要延时一段时间才动作，以保证系统工作可靠。 设计小结 经
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