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无心外圆砂带磨床控制系统设计【5张CAD图纸和说明书】

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毕业设计
沈凯
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大四 课程设计
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无心 磨床 控制系统 设计 5张 cad 图纸 说明书
资源描述:

目  录


摘 要................................................................Ⅰ


Abstract.............................................................Ⅱ


第1章  绪论..........................................................1

 1.1 本课题研究的背景..........................................1

        1.2 本课题研究的内容和方法....................................1

        1.3国内外的发展现状...........................................1

        1.31液压传动发展现状..........................................1

        1.3.2 PLC的发展现状...........................................2


第2章 液压传动系统的设计

        2.1液压系统工况的分析.........................................2

        2.1.1 位移循环图L—t..........................................3.

        2.1.2速度循环图v—t...........................................3

        2.2液压缸的设计................................................3

        2.2.1液压缸的负载分析..........................................3

        2.2.2初步确定液压缸的工作压力..................................4

        2.2.3液压缸的尺寸计算..........................................5

        2.2.4 液压缸流量的计算..........................................5

        2.3液压泵的确定与所需功率的计算................................5

        2.4阀类元件的选择..............................................6

        2.5滤油器的选型................................................8

        2.6油箱的设计..................................................8

        2.6.1油箱设计要点 .............................................9

        2.6.2油箱容量计算..............................................9



第 3 章 滚轮电机的选择和调速 ...........................................9

3.1滚轮电机的选型及计算.........................................9

        3.2变频器的选用................................................11

        3.3滚轮电机的调速..............................................12

        3.3.1三相异步的调速方式........................................12

        3.3.2变频器的调速原理..........................................15


第4章  PLC的控制设计..................................................16

        4.1 PLC的特点..................................................16

        4.2 PLC的选型原则..............................................16

        4.3机型的选择.................................................17

        4.4控制要求...................................................17

        4.5电气原理图..................................................18

        4.6I/O端口分配表..........................................20

       4.7电器元件的选型.........................................21 

      4.8程序设计与系统流程图...................................23

       4.9程序设及分析...............................................25


第5章  三菱编程软件和仿真软件.........................................29

        5.1三菱编程软件...............................................35

        5.2三菱仿真软件...............................................30

结论...................................................................42

致谢...................................................................43

参考文献...............................................................44

第1章    绪论 


1.1 本课题研究的背景

    心外圆砂带磨床适用于管材、棒材等工件的外圆磨削和抛光,可磨削金属、木材、玻璃、橡胶等材料。随着市场经济的高速发展,对生产的要求也不断提高,对于磨床磨削的要求越来越高,砂带磨床的加工工效甚至超过了普通常规加工工艺,砂带越来越宽,加工精度越来越高,已达到和超过砂轮磨床。如今,由于可编程控制器(PLC)在无心外圆砂带磨床控制系统中的应用范围越来越广泛,为了提高生产效率,PLC控制液压系统对工件上下料在各种机床上也得到了广泛的应用。

1.2 本课题研究的内容和方法

本课题主要是研究PLC控制液压系统,从而在加工生产中实现工件的上下料自动化。而且,这个课题主要是采用实例分析,结合阅读大量的文献和查找资料,寻求出最佳的设计方案。

1.3  国内外的发展现状

1.31  液压传动发展现状

液压传动与控制是以液体(油、高水基液压油、合成液体)作为介质来实现各种机械量的输出(力、位移或速度等)的。它与单纯的机械传动、电气传动和气压传动相比,具有传递功率大,结构小、响应快等特点,因而被广泛的应用于各种机械设备及精密的自动控制系统。液压传动技术是一门新的学科技术,它的发展历史虽然较短,但是发展的速度却非常之快。自从1795年制成了第一台压力机起,液压技术进入了工程领域;1906年开始应用于国防战备武器。

第二次世界大战期间,由于军事工业迫切需要反应快、精度高的自动控制系统,因而出现了液压伺服控制系统。从60年代起,由于原子能、空间技术、大型船舰及电子技术的发展,不断地对液压技术提出新的要求,从民用到国防,由一般的传动到精确度很高的控制系统,这种技术得到更加广泛的发展和应用。

在国防工业中:海、陆、空各种战备武器均采用液压传动与控制。如飞机、坦克、舰艇、雷达、火炮、导弹及火箭等。

在民用工业中:有机床工业、冶金工业、工程机械、农业方面,汽车工业、轻纺工业、船舶工业。

另外,近几年又出现了太阳跟踪系统、海浪模拟装置、飞机驾驶模拟、船舶驾驶模拟器、地震再现、火箭助飞发射装置、宇航环境模拟、高层建筑防震系统及紧急刹车装置等,均采用了液压技术。

总之,一切工程领域,凡是有机械设备的场合,均可采用液压技术。它的发展如此之快,应用如此之广,其原因就是液压技术有着优异的特点,归纳起来液压动力传动方式具有显著的优点:其单位重量的输出功率和单位尺寸输出功率大;液压传动装置体积小、结构紧凑、布局灵活,易实现无级调速,调速范围宽,便于与电气控制相配合实现自动化;易实现过载保护与保压,安全可靠;元件易于实现系列化、标准化、通用化;液压易与微机控制等新技术相结合,构成“机-电-液-光”一体化便于实现数字化


内容简介:
1目录第一部分 课程设计前言2一、 课程设计目的2二、设计任务2三、设计内容2第二部分 传动装置的总体设计3一、传动方案3二、电动机的选择24三、计算传动装置的运动和动力参数5四、传动装置的选择与校核5第三部分 控制系统的总体设计7 一、控制装置的选择7二、控制系统设计11第四部分 心得体会17第五部分 参考文献173第一部分 课程设计前言一、课程设计目的1学习机电一体化系统总体设计方案的拟定。2 通过机械系统的设计,掌握几种典型传动元件与导向元件的工作原理、设计计算方法与选用原则。3 通过进给伺服系统的设计,掌握常用伺服电动机的工作原理、计算选择方法与控制驱动方式。4 通过控制系统的设计,掌握一些典型控制系统的设计方法和控制软件的设计思路。5 培养学生独立分析问题和解决问题的能力,并培养系统设计的思想。6 提高学生应用手册和标准、查阅文献资料以及撰写科技论文的能力。2、设计任务:设计一种供带式运输机使用的传动系统。三、设计内容1,电动机选型 2,PLC 和变频器选择3. 传动系统设计:1) 机械部分设计:传动系统与运输机的联接设计42) 控制部分设计:控制装置及控制设计第二部分 传动装置的总体设计 一、 传动方案1主要设计参数 (1)运输带工作拉力:2300(N)(2)运输带传输速度: 1.82.0(m/s)(3)卷筒直径: 290(mm)(4)运输机工作条件:在不同速度下连续运转,载荷平稳,空载起动,两班制工作,使用期 5 年。运输带速度允许误差 5%.2、电动机直接与皮带轮连接,皮带轮与卷筒连接。3、方案简图如下:确定传动方案:采用 V 带传动5图 1 传动方案图二、电动机的选择1、选择电动机的类型按工作要求和条件,选用三相笼型异步电动机,封闭式结构,电压 380V,Y 型2、选择电动机的功率由电动机至运输带的传动总效率为:321a( 分别是带传动、轴承和卷筒的传动效率)、 321分别取 =0.96、 =0.98、 =0.96123=0.996.0*8.96.0a所以 KWVF1.59.0121max a 6.4.83*0in3、 确定电动机的转速:卷筒轴的工作转速为min13229016106max r*DVn i8.in按指导书表取 V 带的传动比 ,故电动机转速的可选范围5imn6059)1328(5r)(*nid =0.9aKW6.415minaxn=118-132r/min电动机型号6根据转速和功率,取电动机型号:Y160M2-8 电动机的具体参数如下表:3、计算传动装置的运动和动力参数1、计算轴转速 min13229016106max r*DVn 2、 计算轴输入功率KWF6.41023max3、 计算轴输入转矩NMdT5.3293*4、传动装置的选择与校核1、轴的设计选择轴的材料:选取 40Cr 钢,调质处理。2、初步计算轴的最小直径用初步估算的方法,即按纯扭矩并降低许用扭转切应力确定轴径 d,计算公式: ,选用 40Cr 调质钢,查机设30nPAd书 P370 表 15-3,得 160Y160M2-8min720rnmin132maxrnKWP6.4maxNMT5.37md6.3412.063故初选 md5in3、轴的结构设计(1)拟定轴上零件的装配方案,经分析比较,选用如下方案:图 2 卷筒轴4、确定滚动轴承因轴承受径向力和轴向力作用大,转速较小,载荷大,故选用角接触球轴承 7212AC, ,mBDd2106故 。md60315、确定 V 带和带轮直径(1)工作情况系数: 2.1AK(2) 计算功率: KWPc 12.65*(3)选带型号:B 型(4)小带轮的直径:查表得 。 ,取md01md60md50in2.1AKWPc6md108大带轮,由于传动比 所以取 ,圆整为5i mD80516D=800mm。验证带速 Vsmdnv /5.1064.3106因为 ,故带速合适。svsm/5(5)计算带长初取中心距 ma70计算带所需的基准长度:madDaL 2.31640)8()1680(27)2020 选带的基准长度为 L35计算实际中心距mLa6942107200中心距的变化范围为 646mm-788mm。(6)验算小带轮上的包角 901.276943.5)108(3.57)(180 adD(7)计算带的根数查表得 kwP09.2kwP2.085.0K07.1l于是 WKpLr 1.7.85).(计算 V 带的根数mD80v=5.5m/smL3150a=694mm1.279,故取 3 根91.2.6rcaPZ第三部分 控制系统的总体设计一、控制装置的选择1、变频器的选择由电动机的功率 ,并且运输带属于恒转矩负载,KWP5.根据变频器型号表可以选出,所需变频器型号为 EV1000-4T0055G.变频器具体参数如下:变频器型号 额定容量 (KVA)额定输入电流(A)额定输出电流(A)适配电机(KW)EV1000-4T0055G 8.9 14.6 13.0 5.5Z=3变频器型号为EV1000-4T0055G10图 3 变频器的外形图11图 4 变频器安装示意图2、PLC 的选择PLC 的选择主要应从 PLC 的机型、容量、I/O 模块、电源模块、特殊功能模块、通信联网能力等方面加以综合考虑。PLC 机型选择的基本原则是在满足功能要求及保证可靠、维护方便的前提下,力争最佳的性能价格比。选择时应主要考虑到合理的结构型式,安装方式的选择,相应的功能要求,响应速度要求,系统可靠性的要求,机型尽量统一等因素。PLC 型号为EC10-1614BTA12综合以上选型基本原则,选择的 PLC 为 EC10-1614BTA图 5 EC10-1614BTA 主模块外形结构及端口分布13EC10-1614BTA 的具体参数如下表型号电源电压 Vac输入/输出点数数字量输入信号电压数字量输出类型数字量输入端/公共端数字量输出端/公共端EC10-1614BTA85-264 16/14 24Vdc晶体管16/1 14/42、控制系统设计1,PLC 与变频器自由口协议通讯(1)组网方式:单机 RS485 连接图 6 PLC 与变频器组网方式(2)关键参数设置变频器功能码 名称 设定范围最小单位设定值F0.00 频率给定通道0:数字给定 1,LED 键显示 1 2F0.0=2F0.03=2FF.00=001514选择 1:数字给定 2,端子 UP/DN 调节2:数字给定 3,串行口给定3:VCI 模拟给定(VCI-GND)4:CCI 模拟给定(CCI-GND)5:端子脉冲(PULSE)给定6:LED 键盘显示单元电位计给定F0.03运行命令通道选择0:LED 键盘显示单元运行命令通道1:端子运行命令通道2:串行口运行命令通道1 2FF.00通讯配置LED 个位:波特率选择0:300BPS1:600BPS2:1200BPS3:2400BPS4:4800BPS5:9600BPS6: 19200BPS7:38400BPSLED 十位:数据格式1 0015FP.01=0FP.02=0150:1-8-1 格式,无校验1:1-8-1 格式,偶校验2:1-8-1 格式,奇校验LED 百位:虚拟输入端0:无效1:有效LED 千位:接线方式0:直接电缆连接(RS485)1:MODEM 连接方式(需 RS485-RS232 适配器转换)FP.01参数写入保护0:全部参数允许被改写;1:除设定频率(F0.02)和本功能码外,其它功能码参数禁止改写2:除本功能码外,全部禁止改写1 0FP.02参数初始化0:无动作1:清除故障记录(FL.14FL.19)2:恢复出厂设定值1 0PLC16在 Controlstar“系统块”的“通讯口”选项卡中设置相应的通讯参数,包括波特率,起始位,数据位,停止位, 校验位和 PLC 站地址。(3)PLC 与变频器通过 RS485 接口连接。图 7 电气原理图(4)根据所需的速度分配变频器控制电动机的频率。传送带速度m/s大带轮转速r/min电动机转速r/min电动机频率HZ1.8 118.60 593.02 39.531.84 121.24 606.19 40.411.88 123.87 619.37 41.291.92 126.51 632.55 42.171.96 129.15 645.73 43.052 131.78 658.91 43.9317(5)连接按钮与 PLC 的输入端并分配各按钮的功能。按钮 SB1 SB2 SB3 SB4 SB5 SB6 SB7PLC 输入端口X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6功能正转速度1正转速度2正转速度3正转速度 4正转速度 5停止反转速度 1(6) 在 Controlstar 编程环境中编写课程设计程序。图 8 Controlstar 主界面18编写的程序如下:1920第四部分 心得体会机电一体化课程设计是机械专业机电一体化方向学习当中一个重要环节。本次课程设计与我们的专业综合实验联系在一起,在做课程设计期间,我们同时进行了实验操作及对课程设计所设计的内容进行了验证。本次课程设计,完成了传动方案设计,电机选择,PLC 选择,变频器选择以及 PLC 系统设计选型,IO 端口数确定,地址分配,变频器基本参数设定以及程序调试等一系列的工作。在设计的过程中,培养了我综合应用机械设计课程,机电传动控制及其他课程的理论知识和应用生产实际知识解决工程实际问题的能力,通过这次设计再次熟悉了 AUTOCAD 绘图软件和 microsoft word 文字处理软件,在设计与实验的过程中还培养出了我们的团队精神。实验中,我们五个人为一组,大家互相帮助,集思广益,互补缺点,共同解决很多难题。在这些过程中我们深刻地认识到了自己在知识的理解和接受应用方面的不足,在今后的学习过
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