数控石材切割设计

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，改善劳动块件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。我们设计的数控石材切割机结构简单，性能安全可靠，操作方便可行，很好的实现了其预定功能。数控石材切割机主要由三个大的部分组成，即切割部分、夹紧部分和纵横进给部分。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。纵横进给部分是由气缸控制纵向、横向进给板，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石材使之与石材速度同步。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，纵横进给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 要数控石材切割机在连续的石材制造中工作，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，实现对石材的准确定长切割，切割后自动返回初始位置。切割机切割石材，其切口深度为35mm。数控石材切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控制的气动数控石材切割机，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。关键词：石材；自动控制；驱动；切割机AbstractCNC stone cutting machine in the continuous stone manufacturing work, its work is controlled by PLC solenoid valve, so that the solenoid valve control cylinder, and driven by the cylinder and its connected parts, to achieve the accurate determination of the long stone cutting, cutting automatic return to the initial position. The cutting machine cuts the stone with a depth of 35mm.CNC stone cutting machine is a new type of automatic control cutting machine which can not only effectively improve productivity, but also be accepted by the majority of users in terms of price and use. Pneumatic CNC stone cutting machine controlled by PLC, which integrates pneumatic automatic control, robot technology and PLC control technology. PLC control each pneumatic reversing valve electromagnet, driven by the cylinder manipulator to complete the sequential cutting process, to achieve the effective combination of mechanical design, electrical control and pneumatic control. This cutting machine has the advantages of convenient control, stable performance, simple structure, convenient adjustment and maintenance, high productivity, and has a wide application prospectKeywords: Stone; Automatic control; Drive; Cutting machine目 录引言摘要第一章 切割部分设计1.1设计要求 61.2方案设计 61.3结构设计 7第二章 夹紧部分设计2.1设计要求 182.2方案设计 18第三章 纵横进给部分设计3.1设计要求 203.2方案设计 203.3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 234.2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 255.2电气控制线路的设计方法 325.3气动原理图的设计 34结 论 36致谢 38参考文献 39第一章 绪论1.1本课题的研究内容和意义本次毕业设计要求设计一种由电动机传动，以及气压系统固定夹紧的切割机，实现对石材的切割，原理方案的功能实现，总体方案的设计，结构形式，结构参数，工作参数的设计。研究内容如下： (1) 根据加工石材特点设计具体结构和加工要求，拟定分析设备设计方案； (4) 绘制设备总装图和关键零部件二维工程图；(5) 编写设计说明书，符合本科论文的格式要求，语言简洁、流畅、层次分明；随着科技和经济的快速发展，社会对自动化设备的需求越来越大，石材的切割也不例外，它要求其实现的速度快，功能多，多方位切割，切割有力度，为此，石材材切割机也就被研发出来了本课题以设计为主线，设计一台切割机，用于在工作台上加工石材。通过本设计不仅可以解决实际生产加工问题，而且可以了解产品设计过程，锻炼工程设计和解决实际问题的能力，为产品设计打下良好的基础。1.2国内外的发展现状现今为止，机电一体化产品已经广泛应用于各种加工业中。切割技术也有了突飞猛进的发展。随着科技和经济的快速发展，社会对自动化设备的需求越来越大，石材的切割也不例外，它要求其实现的速度快，功能多，多方位切割，切割有力度，为此，石材材切割机也就被研发出来了。FRP工作台T形槽切割机是一种专用设备，可以提高生产效率，切割精度比较高，使用轻巧简便，成本低廉。在能满足精度要求的前提下，不失为一种好的选择，应用前景良好。设计方案有待完善，软件应用的熟练程度需要加强，刀具旋转精度与丝杠间隙的精度尚需进一步分析提高。整个结构过程都是由PLC控制的，其结构简单合理，设备性能良好，使用寿命长，安全系数高等特点，满足了大批量自动化的生产要求。 1.2.1 切割行业的现状 我国切割行业主要有以下几类生产企业组成1、门式切割机；2、小车式切割机及割嘴；3、等离子切割电源及割嘴；4、手工焊割炬及焊割嘴等。切割行业经过几十年的发展，其产品从单一的手工割炬发展成为一个门类较为齐全的产业。近年来，我国门式数控切割机生产技术的发展尤为迅速。a. 门式切割机现代仿形切割仍以门式数控切割机为主，因为只有这种数控切割方式，才能有效地保证切割过程中的工序完全自动化。我国数控切割技术发展比较晚，但其发展速度非常快。在八十年代以前，在我国，板材下料主要是以手工或半自动小车下料为主。进入八十年，随着企业改革的不断深入，人们认识到；利用先进的切割技术，不仅是保证产品焊接质量的关键，同时也使得板材利用率大幅度提高。在一些板材用量较大的企业，由于板材利用率的提高，缩短了数控切割机的设备投资回收期，并取得了良好的经济效益。因此，数控切割机的市场需求量逐年上升。从而推动了我国切割行业的飞速发展。数控门式自动焊机利用焊缝同步跟踪系统，已成功地运用在挂车变截面底梁的自动焊接生产中。使得挂车变截面底梁由原来的分段焊接，实现了一次连续焊接成形。这样不仅使产品的焊接质量有了很大的提高，而且生产效率成倍提高。目前，已有近十家挂车生产企业在使用这一设备，并取得了很好的经济效益。作为一个有较大市场的新产品，它在今后几年中会将得到很大的发展。b. 小车式切割机及割嘴小车式切割机，作为切割行业传统的板材下料设备，由于操作简便、使用灵活等特点，所以在各个行业中应用非常广泛。这几年在技术上和品种上虽没有很大的发展，但产品质量总体趋于稳定。在我国，每年仍有相当部分的板材还是采用小车下料，因此目前市场需求量不会有很大的波动。我国小车式切割机和割嘴生产厂家，大多是一些老企业，加工设备比较落后，总体自动化程度不高，生产形式仍以单件多工序加工为主，生产效率低，产品质量不易控制。而发达国家生产此类产品，均采用自动化或半自动化设备进行生产。特别是割嘴生产，大多采用自动化生产线进行生产。因此产品质量在生产过程中得到了严格的控制。各企业应加快设备更新换代，降低劳动生产率，不断开发新品提高产品质量。目前，小车切割机市场非常活跃，为了应对市场，参与竞争。一些企业根据自身的特点，对企业现有的技术、资金和人员进行重组。产品向“专、精、特”方向发展，并取得了成功。这几年，我国的割嘴生产规模有了很大的发展，全国割嘴年产量约在200多万只，其中每年有几十万只割嘴出口中东和东南亚地区。由于割嘴的加工工序较多，生产工艺较复杂，影响产品质量的因素也很多，所以产品质量不易控制。各生产企业经过技术改造，生产工艺改进，使得产品质量有了一定提高，加之价格的优势，产量逐年上升，出口量不断增加。国内割嘴生产，主要以宁波金风焊割机械制造有限公司等企业为代表。c. 等离子切割电源及割嘴等离子切割技术发展的历史不长，但其发展的速度非常快。等离子切割是利用高温等离子电弧的热量使工件切口处的金属局部熔化（和蒸发），并借高速等离子的动量排除熔融金属以形成切口的一种加工方法。等离子切割配合不同的工作气体可以切割各种氧气切割难以切割的金属，尤其是对于有色金属（不锈钢、铝、铜、钛、镍）切割效果更佳；其主要优点在于切割厚度不大的金属的时候，等离子切割速度快，尤其在切割普通碳素钢薄板时，速度可达氧切割法的5到6倍、切割面光洁、热变形小、几乎没有热影响区。等离子切割发展到现在，可采用的工作气体（工作气体是等离子弧的导电介质，又是携热体，同时还要排除切口中的熔融金属）对等离子弧的切割特性以及切割质量、速度都有明显的影响。常用的等离子弧工作气体有氩、氢、氮、氧、空气、水蒸气以及某些混合气体。等 离子切割机广泛运用于汽车、机车、压力容器、化工机械、核工业、通用机械、工程机械、钢结构等各行各业。等离子切割由于切割速度快、热变形小、表面切口好等特点，因此被广泛用于25mm以下的碳钢和各种有色金属及不锈钢的切割。由于在等离子切割过程中会产生大量的烟尘、粉尘、弧光和噪声，这会给整个工作环境带来一定的污染。目前通过水下等离子切割和底抽式排气等除尘方式，使等离子切割产生的环境污染问题得到有效的控制。国内一些知名企业生产的各类数控等离子切割机，已达到国外同类产品的技术水平。随着等离子精细切割技术的快速发展，精细圆孔切割技术及标准化集成系统已逐步完善，这样精细等离子切割将逐步成为碳钢中厚板切割的主流，市场需求量将逐年增加。 1.2.2 切割行业的发展趋势我国经济近十年来的发展迅速，带动了我国焊接行业的发展。我国成为世界上消耗钢材最多的国家。随着技术进步焊接结构件在建筑、工程机械、船舶、交通运输、冶金、石化、电力、压力容器等行业得到广泛的运用。切割是焊接成品加工过程中的首要步骤，也是焊接质量的重要保证。利用先进的现代切割技术，不但可以保证产品的焊接质量，提高劳动生产率，同时也使得企业产品的制造成本大幅度下降，缩短了产品生产周期。新工艺、新技术的广泛运用，智能化精密切割已成为切割机具行业发展的趋势。这样就对我们切割行业提出了新的课题和新的设计理念。a.提高切割前工件的准备质量对钢结构生产企业来说，材料在切割前必须进行表面预处理。在板材切割过程中，有大量焊接轮廓线和后道工序标记需要进行划线、定位。在板材切割、划线和焊接过程中，必须除去表面防护层和锈迹。这样才能提高切割速度和焊接质量。如果不去除这些防护层和锈迹，将会使得切割速度下降，在一些情况下还会产生切割表面缺陷，而需要修补。在焊接过程中，还会导致角焊缝超标，造成不可预测的变形和以后表面位置偏差，生产代价昂贵的不良后果。同时还会使得表面划线变得模糊不清。影响了后道工序的正常进行。要解决这些问题有许多种方法。目前常用的方法，主要是在切割机上安装喷砂装置，这一方法是用细砂高速喷射在切割、划线表面，从而起到清洁金属表面的作用，在以后的工序中，可以或多或少地起到清洁焊接表面的作用。但现今掌握的喷砂技术其工作速度只能达到4m/min，表面清洁率为75%。这一速率只能满足切割的要求，而目前喷粉划线、等离子弧划线和喷墨划线已达到了20m/min速度。显然采用这一方法，已不能完全适应高速切割的工艺要求。要掌握一种装置，使其表面处理的速率与划线速度相匹配，这样才能使得生产效率得到提高。目前，国外已研制出一种高速打磨装置，使得表面处理速度达到了20m/min，表面清洁率为925，从而真正实现了高速自动化的切割方法。b.型钢切割和空间曲线切割在现代化的工业设计中，运用了大量型钢焊接方式。型钢切割成为切割行业技术发展的一个新的热点。近几年，关于工业上型钢切割的想法和报道很多。我们这里所指的工业用型钢，主要是指变截面，扁球面及球形截面型材。大多数型钢切割后将直接用于焊接，因为型钢切割后再进行表面加工是非常困难的，而且效率低下，质量不易控制。但目前所使用的型钢切割方法，其切割轮廓线的正确性和生产效率，远没有达到现代平面切割的水平。目前比较有效的方法是采用机器人切割方法，通过离线编程、软件编程（也可采用示教编程）等方法可实现不同规格、不同形状零件的加工。通过配备火焰切割系统、等离子切割电源，光纤激光器等切割方法；可实现多种材质的型钢如（角钢、槽钢、H型钢、球扁钢）等进行空间直线、斜线、曲线及坡口等多种方式的切割。未来市场前景良好。金属加工在线关注行业技术发展。c.切割工具的改进及应用由于计算机设计在工业设计中得到了广泛地运用。原先在板材切割后，很多相贯切割面，需后面多道加工工序，才能得以实现最终焊接面，现在要求在板材切割过程中，要求完成这些相贯面的切割，这样不仅可以减掉多道工序，而且保证了焊接质量。等离子切割有其独特的优点，利用等离子进行坡口切割，以经济角度来看，变得越来越重要。因此，许多门式数控切割机上都安装了等离子坡口切割装置。在切割过程中，只需启动与之相关切割“窗口”，输入必要切割参数即可进行自动切割。等离子割炬有许多电缆和软管，为了防止这些电缆和软管在切割过程中缠绕。目前国外主要采用“防缠绕技术”和“柔性切割技术”，这些技术的运用，使的等离子变坡口切割得以实现。d. 激光切割技术的发展 自上世纪七十年代初，激光切割技术投入生产应用以来，发展速度非常快，技术日趋完善。目前工业发达国家对这一技术的运用较为广泛。激光切割机具有以下特性：采用全封闭防护，减少粉尘的污染；选用性能优越的伺服和丝杆传动导向结构，高精密滚珠丝杠，低噪音滚珠导轨，高精密轴承；激光束聚焦光斑直径小，从而加工工件的切缝窄小；采用专业软件可随意设计各种图形或文字即时加工，加工灵活，操作简单、方便；无接触切割，切边受热影响很小，基本没有工件热变形，切割工件质量好，切缝一般不需要二次加工；不受工件外形的影响，激光加工柔性好，可以加工任意图形，可以切割钣金、薄板及其他异型材；切割精度高，切缝平滑，切割效率高于其它激光切割机；可选配高度跟踪系统，实时自动对焦，克服板材不平整现象；可选配专业，激光功率跟随切割速度实时调整。鉴于以上优点，促使激光切割技术得到更多广泛的使用。从现今人们所掌握的各种切割技术来看，激光切割技术无疑是最好的切割方法。随着人们环保意识的不断增强，加之激光源制造成本的下降，这样激光切割技术优势更为突出。利用激光切割技术替代火焰和等离子切割，将成为今后切割技术发展的趋势。 1.2.3 切割机发展存在的问题 切割机分为火焰切割机、等离子切割机、激光切割机、水切割、砂轮切割等。激光切割机为效率最快，切割精度最高，切割厚度一般较小。等离子切割机切割速度也很快，切割面有一定的斜度。火焰切割机针对于厚度较大的碳钢材质。切割机应用目前有金属和非金属行业,一般来说,非金属行业分的比较细致,像有切割石材的数控石材切割机,水切割机,锯齿切割机,切割布料和塑料,化纤制品用的激光切割机,刀片式,切割机,切割金属材料的则有火焰切割面,等离子切割机,火焰切割机里面又分数控火焰切割机,和手动的两大类,手动的类别有,小跑车,半自动,纯手动,数控的有,龙门式数控切割机,悬臂式数控切割机,台式数控切割机,相贯线数控切割机等等。 全国生产切割机的企业40多家，以民营、个体、股份制企业居多。焊割机具在2000年的统计为：门式切割机380台、小车式切割机14650台、等离子切割机10500台、焊割炬250万套，割嘴189万只。我国数控切割行业发展比较晚，国内有十几家数控切割机生产厂家，每年市场需求量约在350-400台，基本满足国内市场需求，进口产品不足市场总量的10。目前国内数控切割机生产厂家主要有上海伊萨切割机械有限公司、梅塞尔切割焊接有限公司(昆山)，他们在技术上得到了国外技术的大力支持，因此产品在国内处于领先地位。而哈尔滨四海数控设备有限公司、哈尔滨焊接切割成套设备有限公司、哈尔滨电机有限责任公司机械电子设备制造厂、中船总公司船舶工艺研究所、深圳博利昌数控切割设备公司、无锡华联焊割设备厂等企业，则利用各自企业自身的优势，在技术上发展也很快，产品满足了不同用户的需求。我国切割行业的产品发展打破了焊接与切割之间的传统界线，其产品已跨接焊接、切割两大行业，有很多企业同时生产焊接和切割设备。切割机行业存在问题：a. 市场无序竞争，表现在互相贬低、互相压价、互相挖人； b. 研发投入少，或根本没有投入；c. 在机械和控制水平上与国外产品差别不大，但对国外控制系统了解不透，只停留在会应用的水平；企业间没有合作，不能联合起来开辟市场，比如在配套件的采上企业集中起来会降低成本。d. 一些技术含量低的同类产品处于低水平、低价格的竞争，使企业陷入利润极低的状况，很难再自我发展。e. 有较强综合实力，能为推动行业发展，在行业自律中发挥积极作用的企业少。f. 业整体协调能力差。现代切割机技术在工业领域中的运用将是多方面的，以上仅是对现代切割技术,在提高切割工艺水平和提高焊接质量等方面，介绍了国外一些切割技术的发展趋势和动态。今后我们切割行业还有很多工作要做，如非金属切割技术，大功率激光切割技术，全自动切割流水线等项目的研制开发。只有通过不断努力，不断拓宽我们的工作思路，切割行业将在新形势下得到进一步的发展。1.3 方案设计项目要求切割机能够根据定长信号分别切割两块连续的石材，实现对石材的准确定长切割，切割后自动返回初始位置。其切口深度为35mm。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石材。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，工作台尺寸450mm1000mm.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=1502）验算带的速度 m/s （1-2）因为 5m/s 22.6m/s ，所以应该按计算 （球轴承应取）则所需轴承的额定动载荷为 （1-19） （6）确定轴承型号由简明机械零件手册查得轴径时，应选轴承的代号为7207ACJ，其额定动载荷为=故选用代号为7207ACJ的轴承合适。第二章 夹紧部分设计2.1设计要求 夹紧机构不但在切割之前机械手抓能够根据事先收到的信号准确地运动到每个工位，而且在切割过程中要夹紧运动着的石材，使砂轮与石材同步。2.2方案设计 夹紧部分是由气缸推动机械手实现夹紧和放松的。这部分的两种可行性方案是：一是用一个机械手同时负责夹紧两根石材，根据需要对被切割的那块进行夹紧。二是用两个机械手，每个机械手负责夹紧一根石材。第一种方案中，机械手可通过一个二位气缸和一个三位气缸实现对石材的夹紧。第二种方案中，每个机械手都需要两个二位气缸来实现对石材的夹紧。考虑到第一种方案设计工作量小，安装方便，而且控制简单，所以优先使用第一种方案。夹紧部分原理，夹紧气缸能使夹紧机械手夹紧或放松工件，当活塞向右移动时，机械手夹紧工件；当活塞向左移动时，机械手放松工件。横向进给气缸推动工作台左右移动，能控制机械手使之夹紧左边或右边的工件，从而对夹紧的工件进行切割。纵向进给气缸的作用是当完成一次切割过程完成时，推动工作台使之恢复到初始位置。整个工作过程都PLC由控制实现。第三章 纵横进给部分的设计3.1 设计要求纵横进给装置主要是为了配合切割装置和夹紧装置，使砂轮片和夹紧机械手能够在走刀过程中横向移动，迅速准确地达到工作位，在切割过程中能够随着石材纵向移动，切完后在返回初始位置。3.2方案设计 纵横进给装置主要是为了实现切割机砂轮片的纵向和横向移动，使之完成切割动作。为了设计和制造方便，在方案设计中纵、横进给装置的原理大致相同，即采用结构简单而又便于控制的气压传动方式，气缸带动纵向进给板或横向进给板在导轨上滑动。在设计过程中，考虑到能量的损耗程度，纵横进给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。3.3 直线导轨的选择计算 3.3.1选定块件：1.载荷 根据粗略计算，导轨上横向进给部分的总重量为 所以 2.行程 根据设计结构的要求，选定行程 3.往复次数 （次/分）4.寿命要求 假设机器寿命为5年，则导轨寿命为 小时（H）假设安装4个滑块，要计算一个滑块的负载，可用下式 同时由于两个滑块装在一个导轨上，因此接触系数。3.3.2选择方式1.根据静态安全系数选型号 （3-1）其中 静态安全系数 载荷系数 （在无外部冲击或振动、低速时取1.5） 基本额定静载荷 冲击载荷现设静态安全系数则有 （3-2） 在正常运行时一般选取安全系数为5，根据上述情况，选取SBG35FL（）的导轨比较理想。2.根据寿命要求选型号根据标准寿命计算公式 若使用17500小时，则总的移动距离为： （3-3）其中 温度系数 （由手册查得当导轨的工作温度小于100时，其温度系数取1.0） 硬度系数 （为了使直线运动系统达到最佳承载能力，需要保持导轨的硬度在HRC58-62，由手册查得为1.0） 基本动载荷所以 解得 因此，选取SGB45FL（）3.复查理论上选取SGB35FL或上一级似乎比较恰当，但考虑到标准寿命，选择SGB45FL更理想。第四章 PLC概述4.1 可编程控制器PLC的基本原理可编程控制器(简称PC或PLC)是发展极为迅速、应用极广泛的 工业控制装置。在现代化生产设备中有大量的开关量、数字量、脉冲量以及模拟量需要控制，例如，电机的启停，电磁阀的开闭，产品的计数，温度、压力、流量的设定与控制等。PLC是在固定接线式老装置显然不能适应这种要求的情况下，按照成熟有效的继器控制理念和设计思想，利用不断发展的新技术、新电子器件，逐步形成了具有特色的各种系列产品。一般机械设备的控制系统，由输入设备、输出设备和逻辑控制三部分组成。1、输入设备输入设备是电气控制系统进行信号才的界面设备，完成人与机之间的信号采集和机与机之间的信号采集 。操作人员发出的主令信号通过按钮、各类手动开关送入控制系统，现场自动运行的控制信号通过行程开关等现场检测设备送入控制系统。2、输出设备输出设备是用控制系统发出的控制信号去控制执行机构，实现要求的运动的输出和显示设备运行的状态。被信号驱动的执行机构有继电器、交流接触器、控制液压系统的电磁阀、信号显示灯等。3|、逻辑控制系统逻辑控制系统根据给定的控制对输入设备送来的控制、检测信号进行计算处理，并将计算结果转换为控制信号经输出设备控制机械设备运行。组成控制系统的器件有两类：一是继电器控制系统，其控制逻辑由硬件构成，另一类为用可编程控制器构成的控制系统，其控制逻辑由编程软件构成。4.2 可编程控制器的特点设备采用继电器控制系统，设备的简单控制及设备复杂的自动控制均能实现，但是复杂的控制系统中，由于继电器控制系统本身的 特点而使设备运行存在许多的问题。问题一是继电器控制系统由分立元件 组成，因此，系统有较高的故障率；问题二是继电器控制系统采用固定的接线方式构成控制逻辑，变更控制逻辑困难。问题三是难以实现网络控制。现在计算机技术的发展，使得电气控制元件和控制系统有了极大的改观，继电器控制系统的硬件逻辑可由逻辑函数表达式描述，该逻辑函数表达式描述的控制逻辑也可用软件程序来实现，可编程控制器运行软件程序，即可完成继电器控制硬件逻辑的控制功能。采用计算机技术的可编程控制器，不仅解决了分立元件的故障率问题，也解决了固定控制的问题，同时，为与计算机联网，实现大规模自动化生产和远程控制提供了可能性。两类系统通过逻辑函数联系起来，两者均能完成相同要求的控制功能。可编程控制器实际是工业专业控制计算机，也称工控机，可编程序控制器具有以下特点：1、具有很高的工作可靠性和抗干扰能力；2、控制程序可变，具有很好的柔性；3、程序简单，控制功能丰富，使用方便；4、扩充方便，组合灵活，可构成各类控制系统；5、可将运行数据直接送入管理计算机，实现网络运行；6、设备体积小巧，维护方便，插件更换灵活。以上特点使得可编程序控制器，在设备电气控制系统中广泛应用。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 电气控制线路的设计是在传动形式及控制方案选择的基础上进行的，是传动形式与控制方案的具体化。 电气控制线路根据用途的不同可能会有其特殊的要求，设计所需要遵循的一般要求是：1） 应满足机电设备对电气控制线路的要求，按照工艺要求准确、可靠地工作。 2）在满足生产要求的前提下，应力求使控制线路简单、经济，尽量选用经过实际考验过的线路。 3）保证控制的安全、可靠，具有必要的保护装置和连锁环节，误操作时不至于发生重大事故。 4）尽量便于操作和维修。5.2电气控制线路的设计方法 电气控制线路的控制方法有两种：一种是经验设计法，另一种是逻辑设计法。 1. 经验设计法 经验设计法先从满足生产工艺的要求出发，按照电动机的控制方法，利用各种基本的控制环节和控制方法，借鉴典型的控制线路，把它们综合地组合成一个整体满足生产需要。这种设计方法比较简单，但要求设计人员必须熟悉控制线路，掌握多种典型线路的设计资料，同时具有丰富的设计经验。另外，初步设计出来的控制线路可能有几种，这时要加以比较分析，反复地修改简化，甚至要通过实验加以验证，才能确定比较合理的设计方案。2. 逻辑设计法逻辑设计法是根据生产工艺的要求，利用逻辑代数方法这一数学工具来分析、化简、设计线路的。逻辑设计法设计的线路结构比较合理，所用元件的数量较少，得到的设计方案是最佳的。但是当设计的控制系统比较复杂时，这种方法就显得比较烦琐，工作量很大，而且容易出错。5.3 气动原理图设计 根据切割机的机构原理，绘制的机构简图如图5-2所示，其中ST0-ST9为控制气缸的行程开关。 图5-1 切割机机构简图5.3.1 气动原理图 5.3.2控制流程图毕业设计说明书的概要 我是04机/计（2）班的刘俊，通过3个月的努力完成了这套毕业设计，在此我要感谢我的指导老师高艳老师和单位的各位帮助我完成的师傅们。当然能够顺利的完成这套设计与本人的努力是分不开的。我们设计的石材线切割机主要由三个大的部分组成，即切割部分、夹紧部分和纵横进给部分。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。纵横进给部分是由气缸控制纵向、横向进给板，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石材使之与石材速度同步。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，纵横进给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。石材线切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，实现对石材的准确定长切割，切割后自动返回初始位置。一个切割机分别切割两块石材，其切口深度为35mm，然后由压断机进行压断。石材线切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控制的气动数控石材切割机，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