资料全套-全自动铝型材切割机主机系统的设计【含CAD图纸】
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- 内容简介：
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毕业设计(论文)设计（论文）题目： 全自动铝型材切割机系的主机系统设计系 别： x专 业： x班 级： x学 号： x姓 名： x指导教师： xxxxxx年x月 目录摘 要4关键词4ABSTRACT5Keyword5第1章 引 言6第2章 总体设计82.1 设计要求82.2 方案设计82.3 结构设计92.3.1砂轮片的选取92.3.2 电机的选取92.3.3 带传动设计102.3.4 气缸的选择13第三章 滚珠丝杠163.1滚珠丝杠副特性173.2滚珠丝杠的设计与计算18第四章 台达PLC介绍254.1台达PLC概述254.2台达PLC的特点25结 论28辞 谢29参考文献30摘 要随着机械制造业的不断发展，社会对生产率的要求也越来越高，因此，大批量、自动化安全生产成为了时代的要求，而全自动铝型材切割机就可以满足着一需求，我们有必要来研究它。通过自动控制和机械制造我们可以高效、准确、省时、省力的完成对铝型材的切割工作。另外，PLC控制技术也广泛的应用于当今世界的制造业。由主机系统、送料定位夹紧系统和自动控制系统等组成，集机械、气动和PLC控制技术为一体的整体系统设计，可以更好的达成高质量、高效率，减轻工人劳动强度，因此为了满足企业工厂的实际需要，我们有必要对全自动铝型材切割机送料定位与夹紧系统进行研究设计。关键词：全自动、铝型材切割机、PLCABSTRACTWith the continuous development of machinery manufacturing industry, the social requirements of productivity is more and more high, therefore, high-volume, automated production safety has become the requirement of the times, and the full-automatic aluminum cutting machine can meet a demand, it is necessary for us to study it. Through the automatic control and mechanical manufacturing we can be efficiently, accurate, time-saving, labor-saving on aluminium profile cutting. In addition, the PLC manufacturing control technology is widely used in the world today. By the host system, feeding and positioning clamping system and automatic control system composition, design of the whole system set mechanical, pneumatic and PLC control technology, can better achieve high quality, high efficiency, reduce the labor intensity of workers, so in order to meet the actual needs of enterprises factory, we have the necessity to full-automatic aluminum cutting machine feeding positioning and clamping system research and design.Keyword: Full automatic, aluminum profile cutting machine, PLC第1章 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。第2章 总体设计2.1 设计要求机械制造毕业设计涉及的内容比较多，它是基础课、技术基础课以及专业课的综合，是在学完机械制造技术基础和全部专业课以及进行了毕业实习的基础上进行的，是我们对所有课程的一次深入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。本次毕业设计使我们能综合运用机械制造的基本理论，并结合生产实践中学到的技能知识，独立地分析和解决工艺问题，初步具备设计一个中等复杂程度自动定位夹紧和送料系统的能力和运用PLC控制的设计的基本原理和方法，拟定自动化系统设计方案，完成自动送料系统，气动系统控制自动定位和夹紧，可自动定尺寸锯切，精度为0.5mm。此次设计研究过程，也是熟练和运用有关手册、图标等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次实践机会。2.2 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。 1. 45度夹角的两个切刀，切出铝型材为梯形底角452. 送料步骤为：预送料，将铝型材送至刀1下方，挡块抵住定位，夹具夹紧切割第一刀 控制材料退回设定长度（此长度为材料切割成型后的要求长度）再次送料，长度为设定值，夹具夹紧，两个刀一起切割，然后推送。一次反复。送料需要用滚珠丝杠保证精度。3.方案设计：1动作节拍 2送料系统方案选择：1）工件采用气动技术。送料夹紧、切割夹紧2）工件送料采用滚珠丝杠步进电机传动3）动作节拍控制采用PLC技术4）工件安装4.料长5米，成型材聊为梯形，底边245mm，底角45全自动切割机如图所示，电动机带动砂轮片高速旋转，切割片与轴线成45度夹角，切割气缸可推动砂轮片上下移动，完成切割。步进电机带动滚珠丝杠旋转，可推动工作台横向移动，4套夹紧气缸夹紧后，通过工作台移动，控制切割的长度。6套定位气缸，固定铝合金型材。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。2.3 结构设计2.3.1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#。2.3.2 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。2.3.3 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 =13589N6)确定滚珠丝杠副预紧力= 其中2200733N7)行程补偿值与拉伸力（1）行程补偿值C=11.8式中查现代机床设计手册500110，（24）15温差取代入数据得C=32(2)预拉伸力1.95 代入得4807N8）确定滚珠丝杠副支承用得轴承代号，规格（1）轴承所承受得最大轴向载荷480722007007（2）轴承类型两端固定的支承形式，选背对背60角接触推力球轴承（3） 轴承内径d略小于40，=，取d30带入数据得2336N（4） 轴承预紧力：预力负荷（5） 按现代机床设计手册选取轴承型号规格当d30mm，预加负荷为：所以送7602030TVP轴承d30，预加负荷为29002336N9)滚珠丝杠副工作图设计(1)丝杠螺纹长度由表查得余程（2）两固定支承距离，丝杠L(3)行程起点离固定支承距离1290，13501410，3010）传动系统刚度（1）丝杠抗压刚度1）丝杠最小抗压刚度6.6:丝杠底径：固定支承距离代入数据782N/2）丝杠最大抗压刚度 6 .6代入数据得9000 N/（2）支承轴承组合刚度1）一对预紧轴承的组合刚度：滚珠直径mm， Z：滚珠数：最大轴向工作载荷N ：轴承接触角由现代机床设计手册查得7602030TVP轴承是预加载荷得3倍8700N/ =375 N/ 2）支承轴承组合刚度 750 N/3)滚珠丝杠副滚珠和滚道的接触刚度 ：现代机床设计手册上的刚度2150 N/, =2200N, =733N代入数据得1491 N/11）刚度验算及精度选择=3.5，Z17，（1） 代入前面所算数据得 代入前面所算数据得已知800N, =0.2, =160N:静摩擦力，：静摩擦系数，：正压力（2）验算传动系统刚度；已知反向差值或重复定位精度为103025.6（3）传动系统刚度变化引起得定位误差（），代入5（4）确定精度：任意300mm内行程变动量对系统而言0.8定位精度定位精度为20/30014.3,丝杠精度取为3级12=1500第四章 台达PLC介绍台达PLC，是台达Programmable Logic Controller的缩写，又名台达可编程、台达可编程控制器、台达可编程序控制等，是台达为工业自动化领域专门设计的、实现数字运算操作的电子装置。 台达PLC采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。4.1台达PLC概述台达PLC及其有关的外围设备都是按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。4.2台达PLC的特点台达PLC以高速、稳健、高可靠度而著称，广泛应用于各种工业自动化机械；台达PLC除了具有快速执行程序运算、丰富指令集、多元扩展功能卡及高性价比等特色外，并且支持多种通讯协议，使工业自动控制系统联成一个整体。台达PLC的特点为适应工业环境使用，与一般控制装置相比较，PLC机有以下特点：1. 可靠性高，抗干扰能力强工业生产对控制设备的可靠性要求：平均故障间隔时间长故障修复时间（平均修复时间）短任何电子设备产生的故障，通常为两种：偶发性故障。由于外界恶劣环境如电磁干扰、超高温、超低温、过电压、欠电压、振动等引起的故障。这类故障，只要不引起系统部件的损坏，一旦环境条件恢复正常，系统也随之恢复正常。但对PLC而言，受外界影响后，内部存储的信息可能被破坏。永久性故障。由于元器件不可恢复的破坏而引起的故障。如果能限制偶发性故障的发生条件，如果能使PLC在恶劣环境中不受影响或能把影响的后果限制在最小范围，使PLC在恶劣条件消失后自动恢复正常，这样就能提高平均故障间隔时间；如果能在PLC上增加一些诊断措施和适当的保护手段，在永久性故障出现时，能很快查出故障发生点，并将故障限制在局部，就能降低PLC的平均修复时间。为此，各PLC的生产厂商在硬件和软件方面采取了多种措施，使PLC除了本身具有较强的自诊断能力，能及时给出出错信息，停止运行等待修复外，还使PLC具有了很强的抗干扰能力。硬件措施：主要模块均采用大规模或超大规模集成电路，大量开关动作由无触点的电子存储器完成，I/O系统设计有完善的通道保护和信号调理电路。 屏蔽对电源变压器、CPU、编程器等主要部件，采用导电、导磁良好的材料进行屏蔽，以防外界干扰。 滤波对供电系统及输入线路采用多种形式的滤波，如LC或型滤波网络，以消除或抑制高频干扰，也削弱了各种模块之间的相互影响。 电源调整与保护对微处理器这个核心部件所需的+5V电源，采用多级滤波，并用集成电压调整器进行调整，以适应交流电网的波动和过电压、欠电压的影响。 隔离在微处理器与I/O电路之间，采用光电隔离措施，有效地隔离I/O接口与CPU之间电的联系，减少故障和误动作；各I/O口之间亦彼此隔离。 采用模块式结构这种结构有助于在故障情况下短时修复。一旦查出某一模块出现故障，能迅速更换，使系统恢复正常工作；同时也有助于加快查找故障原因。软件措施：有极强的自检及保护功能。故障检测软件定期地检测外界环境，如掉电、欠电压、锂电池电压过低及强干扰信号等。以便及时进行处理。信息保护与恢复当偶发性故障条件出现时，不破坏PLC内部的信息。一旦故障条件消失，就可恢复正常，继续原来的程序工作。所以，PLC在检测到故障条件时，立即把现状态存入存储器，软件配合对存储器进行封闭，禁止对存储器的任何操作，以防存储信息被冲掉。设置警戒时钟WDT（看门狗）如果程序每循环执行时间超过了WDT规定的时间，预示了程序进入死循环，立即报警。加强对程序的检查和校验一旦程序有错，立即报警，并停止执行。对程序及动态数据进行电池后备停电后，利用后备电池供电，有关状态及信息就不会丢失。PLC的出厂试验项目中，有一项就是抗干扰试验。它要求能承受幅值为1000V，上升时间1nS，脉冲宽度为1S的干扰脉冲。一般，平均故障间隔时间可达几十万上千万小时；制成系统亦可达45万小时甚至更长时间。2 .通用性强，控制程序可变，使用方便PLC品种齐全的各种硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变PLC的硬设备，只需改编程序就可以满足要求。因此，PLC除应用于单机控制外，在工厂自动化中也被大量采用。3.功能强，适应面广现代PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具有数字和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能。既可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。4.编程简单，容易掌握目前，大多数PLC仍采用继电控制形式的“梯形图编程方式”。既继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平，所以非常容易接受和掌握。梯形图语言的编程元件的符号和表达方式与继电器控制电路原理图相当接近。通过阅读PLC的用户手册或短期培训，电气技术人员和技术工很快就能学会用梯形图编制控制程序。同时还提供了功能图、语句表等编程语言。PLC在执行梯形图程序时，用解释程序将它翻译成汇编语言然后执行（PLC内部增加了解释程序）。与直接执行汇编语言编写的用户程序相比，执行梯形图程序的时间要长一些，但对于大多数机电控制设备来说，是微不足道的，完全可以满足控制要求。5.减少了控制系统的设计及施工的工作量由于PLC采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。同时，PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，更减少了现场的调试工作量。并且，由于PLC的低故障率及很强的监视功能，模块化等等，使维修也极为方便。6.体积小、重量轻、功耗低、维护方便PLC是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧凑，坚固，体积小，重量轻，功耗低。并且由于PLC的强抗干扰能力，易于装入设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。以三菱公司的F1-40M型PLC为例：其外型尺寸仅为305110110mm，重量2.3kg，功耗小于25VA；而且具有很好的抗振、适应环境温、湿度变化的能力。现在三菱公司又有FX系列PLC，与其超小型品种F1系列相比：面积为47%,体积为36%，在系统的配置上既固定又灵活，输入输出可达24128点。结 论本次毕业设计从题目确定开始，经过查资料、调研、方案的提出及确定，再到完成总装图、部件图，直到最后结束论文，才使本次毕业设计最终圆满完成。本次设计的题目是“铸棒线切割机的机电一体化设计”。铸棒线切割机是针对铸铁在连续铸造过程中的切割而采用的一种专门的切割机。连续铸造过程主要由保温炉、牵棒机、切割机和压断机组成，在工作过程中拉棒机能从保温炉中同时拉出两条铸铁棒。题目要求切割机在连续铸造过程中工作，并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。整个切割过程都由自动控制实现。此次设计的主要工作分为两大部分，第一部分为切割机的机械设计，其中主要包括砂轮片的选择、电机的选择、砂轮片传动方式的选择和优化、电机和砂轮的安装、各个气缸力的计算及其参数选择计算、滑动导轨的设计以及其他部分和整体结构的设计。最后完成总装图、部件图和零件图。第二部分为电气原理及控制部分的设计，主要包括气动控制原理图的设计、电气原理图的设计、配线图的设计、控制柜的设计及电路控制面板的设计。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。由PLC控制的气动随动铸棒线切割机，由气缸驱动完成顺序切割动作过程。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。在本次设计过程中，经过自己不懈的努力和指导老师的悉心指导，各项任务都已经顺利完成并达到设计要求。但由于设计者经验不足，知识能力有限，在设计过程中的错误和疏漏再所难免，产品在性能方面也可能存在一些不足，欠妥之处，敬请各位老师批评指正。 辞 谢厉经几个月时间的努力，我顺利完成了毕业设计的全部内容。通过这次设计，我对并对本专业有了较深刻的认识和理解，同时学到了更多的关于机械方面的经验知识以及电气控制方面的 相关知识。此次毕业设计是对我大学四年学习的归纳和总结，对我今后的学习和工作有重要的指导意义和实践意义。当然我之所以顺利完成毕业设计主要因为指导老师的屡不厌烦的教导。我将特别感谢我的导师高燕老师，她治学严谨，知识渊博，经验丰富，不但给我悉心指导，还带领我参观调研，使我更加体会
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