圆棒铝锭切割控制系统的设计

1、 摘要本次设计是通过对锯床进行了解之后，设计了圆棒铝锭切割控制系统，本文对圆棒铝锭切割控制系统进行了总体方案设计，对该控制系统的机械手上/下料、辊道送料、锯床切割铝锭进行了系统的设计。并按照锯床的技术参数进行设计。圆棒铝锭切割控制系统采用PLC为控制核心，按照工艺过程进行设计，圆棒铝锭的切割过程是流水线模式即：上料机械手将待切割的圆棒铝锭放到前辊道后向后辊道方向运动，当圆棒铝锭运动到锯片的位置时停止，液压压紧装置将圆棒铝锭压紧，锯片机向下运动开始锯切，锯切完成后锯片机后退，料头料尾翻转机构动作以卸去切下的料头，园棒铝锭继续向下游传送辊道运动直到遇到定尺装置停止，再次重复液压压紧、锯切和卸去切下

2、的料尾的工序，这样就完成了按照规定长度的料头料尾锯切，然后圆棒铝锭沿下游辊道输送并由下料机械手下料，至此，就完成了一根圆棒铝锭料头料尾的锯切工作循环。利用可编程序控制器对圆棒切割控制系统控制，选取了合适的PLC型号，根据切割的工作流程制定了可编程序控制器的控制方案，画出了梯形图，并编制了可编程序控制器的控制程序。关键词: 圆棒铝锭切割控制系统；可编程控制器（PLC）；机械手；锯床AbstractAfter learning about this design is based on the sawing machine, aluminum ingots of round cutting con

3、trol system was designed, in this paper, the aluminum ingots of round cutting control system overall scheme design, the control system of mechanical hand/blanking, a roller table conveying, sawing machine for cutting aluminum for the design of the system. And shall be carried out in accordance with

4、the technical parameters of the sawing machine design.Aluminum ingots of round cutting control system used PLC as the control core, carried out in accordance with the process design, the cutting process of aluminum ingots is a line of round mode: feeding manipulator will stay before cutting aluminum

5、 ingots of round into the table after table backwards direction, when aluminum ingots of round movement to the position of the saw blade stops, the hydraulic pressure equipment will be round rods aluminum clamp, saw blade machine movement began cutting down, after the completion of the saw blade saw

6、ing machine back, turn head material end agency action to cut material discharge head, garden bar aluminum ingots to continue moving downstream transmission roller until meet scale device stops, repeat hydraulic pressure, cutting and discharge cutting material process, thus complete the tail length

7、of the head material cutting in accordance with the relevant provisions, and aluminum ingots of round along the downstream of the roller conveyor and by the mechanical hand material, at this point, just completed a round bar aluminum ingots head material cutting work cycle of the tail. Using program

8、mable controller to control the cutting control system of round, selected the suitable PLC models, according to working process of cutting the programmable controller's control scheme, draw the ladder diagram, and the programmable controller's control program is compiled.Key Words： Aluminum

9、ingots of round cutting control system; Programmable controller (PLC); Manipulator; Sawing machine目录第一章 绪论11.1课题研究的背景及意义11.2设计任务、设计要求及设计参数11.3基于PLC圆棒铝锭切割系统的提出21.4论文主要工作31.5本章小结3第二章 圆棒铝锭切割控制系统的总体方案设计52.1圆棒铝锭切割控制系统的结构52.2圆棒铝锭锯切数控系统技术要求52.3圆棒铝锭切割控制系统方案设计62.4本章小结7第三章 圆棒铝锭切割控制系统的组成及硬件设计83.1圆棒铝锭切割控制系统的组成8

10、3.1.1机械手上/下料装置113.1.2前后辊道送料装置153.1.3锯床173.2核心器件的选型173.2.1PLC控制系统173.2.2传感器的选型233.2.3电机的选型253.3变频器选择和参数设置263.3.1变频器的选择263.3.2变频调速原理293.3.3变频器的工作原理293.4圆棒铝锭切割控制系统的硬件设计293.5保护电路的选型313.6直流电源的设计34第四章 软件设计与调试364.1软件流程图364.2 PLC编程软件的安装和使用394.3梯形图设计42第五章 组态设计555.1组态王简介555.2组态王的设计56第六章 总结和体会58参考文献60外文原文和译文61

11、致谢75附录77第一章 绪论1.1课题研究的背景及意义装备制造业是为国民经济各行业以及国防建设提供装备的战略性产业，是国家综合实力的集中体现。其中机床制造业在装备制造业占有重要地位，而数控机床又是机床制造业中高附加值的核心产品，机床的自动化程度，对机床的加工速度、加工效率、加工精度等性能影响比较大，也是机床划分档次的一个重要参数。所以应该加快机床产品数控化发展步伐，数控系统作为数控机床的“心脏”，起到了全关重要的作用。20世纪50年代末起至今是综合自动化时期，这一时期空间技术迅速发展，迫切需要解决多变量系统的最优控制问题。于是诞生了现代控制理论。“自动化(Automation)”是美国人D.S

12、.Harder于1936年提出的他认为在一个生产过程中，机器之间的零件转移不用人去搬运就是“自动化”。自动化的概念是一个动态发展过程。过去，人们对自动化的理解或者说自动化的功能目标是以机械的动作代替人力操作，自动地完成特定的作业。这实质上是自动化代替人的体力劳动的观点。后来随着电子和信息技术的发展，特别是随着计算机的出现和广泛应用，自动化的概念已扩展为用机器(包括计算机)不仅代替人的体力劳动而且还代替或辅助脑力劳动，以自动地完成特定的作业。自动化的广义内涵至少包括以下几点：在形式方面，制造自动化有三个方面的含义：代替人的体力劳动，代替或辅助人的脑力劳动，制造系统中人机及整个系统的协调、管理、控

13、制和优化。在功能方面，自动化代替人的体力劳动或脑力劳动仅仅是自动化功能目标体系的一部分。自动化的功能目标是多方面的，已形成一个有机体系。在范围方面，制造自动化不仅涉及到具体生产制造过程，而是涉及产品生命周期所有过程。1.2设计任务、设计要求及设计参数一、设计任务1、熟悉题目要求，查阅相关科技文献2、方案设计（包括方案论证与确定、技术经济分析等内容）3、硬件和软件设计（其中还包括理论分析、设计计算、实验及数据处理、设备及元器件选择等）4、撰写设计说明书（毕业论文），绘制图纸5、指定内容的外文资料翻译6、其它二、毕业设计（论文）的主要内容、功能及技术指标毕业设计（论文）的主要内容查阅资料，按任务要

14、求设计方案，确定PLC控制系统的配置，完成硬件设计，完成梯形图与软件流程的设计及仿真，设计控制系统的组态王，并撰写设计说明书。设计实现的主要功能：主要设计部分包括：（1）上料装置设计；（2）送料装置设计；（3）专用夹具设计；1、控制要求接通电源后，圆棒铝锭切割机自动复位上料装置上料圆棒铝锭运动到锯片的位置液压压紧装置将圆棒铝锭压紧切割机动作切割完成后切割机上升料头料尾翻转机构动作圆棒铝锭送至下料装置。2、通过组态实现上位监控；主要技术指标（1）系统的电源为220V/50HZ的工频交流电。（2）PLC的型号：FX系列PLC（3）切割机选用带锯；（4）锯片往复一个周期的时间；（5）铝锭经过每个工艺

15、时会有限位开关，然后做出相应的动作。1.3基于PLC圆棒铝锭切割系统的提出日前锯切在很多行业都有应用，采用的数控系统多种多样，采用的技术也是多种多样。通过阅读锯切的文献得到目前采用的技术主要是采用PLC作为核心处理器、采用单片机作为核心处理器、采用DSP作为核心处理器、采用PC为核心处理器等形式。（1）采用16位单片机作为核心处理器，设计了基于单片机的定尺飞锯切割机控制系统，采用了增量式光电编码器来实现位置的检测，80C196KB单片机采用增量式位置PID控制算法，通过计算钢管定尺点与锯片的位置差来判断锯车的启动、加速。（2）采用DSP芯片为控制器设计了采用DSP的定尺飞锯控制系统。他在比较指

16、数加减速、直线加减速、S曲线加减速等电机加减速控制策略的基础上提出了一种基于多项式逼近的三角函数加减速速度控制策略，采用矢量控制算实现变频器控制。在基于T1公司TMS230F2407芯片为核心处理器设计了飞锯控制器采用液晶显示屏为上位机界面显示。（3）采用PLC与E位机作为系统的核心，设计新型数控仿形锯切机的控制系统，首先利用工业计算机（PC)对要加的数据进行处理，当上位机处理完的运算结果与控制信息发送到PLC中，然后PLC给执行元件发出控制指令，控制变频器、伺服驱动器等执行元件工作，最后控制锯片进行锯切加工。检测传感器实时检测状态，然后将信息反馈给上位机，上位机经过程序处理后，再发出相应指令

17、，实时的控制执行机构运动。同时上位机采用图形显示的形式显示状态，方便操作人员实时监控设备。在分析往复锯切机的进给运动与传动运动的规律机床上，设计了以工控机、运动控制卡、步进电机为硬件基础的数控曲线往复锯机的专用数控系统，PC机根据锯切加工要求发出相应控制指令，然后根据锯切命令向各进给电机发出控制信号，控制驱动器控制电机运动与定位，同时上位机PC检测运动控制卡的各种状态信号，进行诊断和处理。在分析锯切加工设备的市场与目前铝锭加工设备数控系统采用的技术，本文开发一种基于PLC的经济性数控系统，既能解决目前加工设备的数控程度低的问题，又能提高铝锭加工速度、加工精度等性能指标。通过市场调研与分析开发这

18、样的专用行业数控系统，具有较好的学术意义与社会意义。通过前面调研与分析无论是国内的还是国外的锯切机床人机交互都比较差，针对这个问题可以设计上位监控系统，减轻工人的劳动强度。增加系统操作方便性。1.4论文主要工作本文是在相关文献的查阅与深入到企业考察与调研的基础上，针对目前铝型材锯切机床的现状，综合比较相关技术后采用PLC作为控制核心开发的铝锭锯切数控系统。该控制系统主要研究一下几个部分：（1）铝锭切割控制系统的电气部分设计：通过对铝锭切割控制系统的工艺的分析，圆棒铝锭的切割工艺过程如下：首先上料机械手将生产好的铝锭送到给进单元即前辊道，前辊道检测到铝锭后开始向前运动，铝锭运动到锯片的位置时停止

19、，夹紧装置动作，铝锭固定后，锯切机动作，完成切割动作，切割完成后，夹紧装置动作松开铝锭，继续由前辊道向后辊道输送，同时切下的料头料尾翻转机处理，后辊道检测到铝锭时，后辊道动作，并由定长装置控制铝锭的长度，运动到定长限位时，夹紧装置动作，固定好铝锭，锯切机动作将料尾切掉，切割完成后由下料机械手下料，这样就完成了铝锭的定长切割。通过对铝锭切割工艺的分析，画出铝锭切割的电气主接线图。（2）铝锭切割控制系统的软件部分设计：在对铝锭切割工艺的了解之后，画出PLC的I/O分配表，并在三菱编程软件GX-DEVELOPER下编写程序，实现控制。（3）铝锭切割控制系统的上位监控设计：完成铝锭切割控制系统的硬件设

20、计和软件设计之后，在组态王环境下实现上位监控。1.5本章小结本章主要介绍了课题的背景意义，对国内外铝锭加工设备的发展状况进行了概述，分析了未来铝型材切割加工设备的发展趋势，同时也根据相关研究综述了目前切割数控系统采用的技术与方法，在分析目前我们的铝锭加工设备的市场前景以及现在存在的问题，提出了一种基于PLC为控制核心的圆棒铝锭切割机控制系统。第二章 圆棒铝锭切割控制系统的总体方案设计2.1圆棒铝锭切割控制系统的结构 圆棒铝锭锯切机床主要是由机械本体与数控系统构成，其中机械部分结构示意图如图2-1所示。机械部分主要是锯床，锯床主要部件有底坐、床身、立柱；锯梁和传动机构；导向装置；工件夹紧；张紧装

21、置；送料架；液压传动系统；电气控制系统；润滑及冷却系统；机床切割锯头、机床床身、丝杠导轨等组成。铝型材锯切机床的运动主要是分为主运动与进给运动，主运动是电机带动锯片转动，实现切割功能。锯切机床的切割机头可以随着工作台一起运动。铝型材锯切机床上电后进行系统初始化，第二步机床工作时操作人员控制数控系统读取加工程序，第三步数控系统根据程序要求发送驱动命令给伺服单元，伺服单元控制电机运动带动锯切机头运动到程序控制的位置，第四步数控系统再发送命令控制锯片切割型材，实现一个锯切流程。在进给运动中电机驱动辊道运行。2.2圆棒铝锭锯切数控系统技术要求传统意义上的金属锯切常被认为是简单的切断下料工序，随着现代制

22、造工业朝着高效、高精度和经济性的方向发展，锯切作为金切加工的起点，已成为零件加工过程中重要的组成环节。锯切可以节约材料，减少二次加工量和提高生产效率，因此锯床特别是自动化锯床已广泛地应用于钢铁。机械、汽车、造船、石油、矿山和航天等国民经济各个领域。金属带锯床作为机械加工制造的第一道工序所需设备，其加工精度和自动化程度直接关系到后续工序的效率和质量。本文设计的液压金属带锯床在工作过程中，锯头的上升、下降、锯切材料的夹紧、松开，及送料过程全部通过液压系统驱动和PLC自动控制实现。本课题通过让学生对液压带锯床机械传动系统的学习，对液压传动系统及控制系统的综合设计，使其进一步巩固所学专业知识，理解PL

23、C的设计思路，培养对PLC的分析解读能力，培养初步的数控机床的设计能力，为以后工作打下一定的基础。综合考虑各方面要求，提出铝锭数控锯切系统技术要求：本设计是针对卧式带锯机床设计的，最大切割尺寸410mm，采用变频电机控制切割速度。设计的基本参数如表1-1所示：表1-1本设计中锯床的基本参数序号基本参数单位规格1最大切割规格（最大直径）mmø4102带锯条规格（宽度×厚度×长度）mm34×1.06×45853锯轮直径mmø 5304锯条速度m/min20/35/50/705主电机功率KW4.06液压电机功率KW1.57冷却电机功率KW0

24、.09数控锯切系统技术要求:（1） 系统的电源为220V/50HZ的工频交流电。（2） PLC的型号：FX系列PLC（3） 切割机选用管排锯；（4） 锯片往复一个周期的时间；（5） 铝锭经过每个工艺时会有限位开关，然后做出相应的动作。2.3圆棒铝锭切割控制系统方案设计方案一：基于单片机的定尺飞锯切割机控制系统，采用了增量式光电编码器来实现位置的检测，80C196KB单片机采用增量式位置PID控制算法，通过计算钢管定尺点与锯片的位置差来判断锯车的启动、加速。方案二：采用DSP芯片为控制器设计了采用DSP的定尺飞锯控制系统。在比较指数加减速、直线加减速、S曲线加减速等电机加减速控制策略的基础上提出

25、了一种基于多项式逼近的三角函数加减速速度控制策略，采用矢量控制算实现变频器控制。方案三：采用PLC为控制核心实现数控系统的方案该方案是采用PLC来实现所有的数控功能，主要完成技术要求的功能要求，限位开关还有传感器检测信息通过PLC实现圆棒铝锭的定长切割。该方案采用流水线工作模式，理解简单，并且可以方便的在现场进行程序的更改，丰富的诊断功能，迅速的排除故障，多种监控及调试功能，并可通过网络完成。综合分析课题技术要求与上述三种方案，以及目前锯切机床的技术开发平台，我们采用第三种方案。利用PLC为控制核心的数控机床的方法，开发经济性铝锭锯切数控系统，开发的这种数控系统采用流水线的设计思想，便于后续功

26、能的扩展及满足开放性要求。方案中数控系统具有人际交互界面显示功能，能够清晰的显示加工信息与加工状态，方便操作2.4本章小结本章主要是对铝锭锯切机床的工作原理进行详细介绍，然后根据目前圆棒铝锭锯切机床的技术水平与发展趋势提出了铝锭锯切数控系统的技术要求，根据这一要求提出了系统的整体设计方案，适合铝锭锯切机床的功能要求与技术创新。第三章 圆棒铝锭切割控制系统的组成及硬件设计硬件是数控系统实现其功能的基础，硬件设计的好坏关系到系统的稳定性与可靠性，以及系统的抗干扰能力。在硬件设计之前，首先要按照系统设计方案的要求，选择实现该模块功能的元件。本章主要是按照系统方案对系统的各个模块进行分析与设计。3.1

27、圆棒铝锭切割控制系统的组成圆棒铝锭切割控制系统的组成单元包括：上料装置、前辊道送料装置、锯切系统、冷却系统、液压系统、后辊道送料装置、下料机械手。机械部分：主要部件有：底坐、床身、立柱、锯梁和传动机构、导向装置、工件夹紧、张紧装置、送料架、床身是焊接结构用以支撑机床的各个部件，并将机床紧固在地基上。工作台紧固于床身上面,位于工作台面上的虎钳,在其夹紧油缸的作用下,沿水平方向运动以夹紧或松开工件。液压、冷却系统：液压系统由泵、阀、油缸、油箱、管路等元辅件组成的液压回路，电气控制系统；液压装置设在机床的左侧面,液压泵、液压阀、集成块均安装在床身上。冷却:本设计中的冷却液冷却系统由冷却池、冷却电泵和

28、管路组成。将冷却液倒入床身冷却液箱内,直至冷却液油标3/4高度为止。注意:冷却箱内没有冷却液时,不允许启动冷却泵,并要定期检查冷却液油标高度、清洁度。电气控制系统：电气箱、控制箱、接线盒、行程开关、电磁铁等组成的控制回路，用来控制锯条的回转、锯梁的升降、工件的夹紧等，使之按一定的工作程序来实现正常切削循环。机床所用电源为350hz 380v。机床设置的SQ6为带锯条下降位行程开关,SQ8为锯条上升位行程开关。锯架：锯架为一个“凹“形焊接结构,整个锯架与垂直进刀方向成35° 倾斜,右端背面与蜗轮箱相连接。主动锯轮安装在蜗轮减速机的输出轴上,从动锯轮位于锯架的左端。在两锯轮中间两导向臂,

29、右导向臂固定,左导向臂可以沿其导轨面横向滑动,随工仵大小而调整。锯条导向座起到将锯条垂直于工作台面,扭转的同时,给锯条以适当的压力。扭转是以左右两对(共计四个)“ 导轮”进行预约束,再用两对“移动、固定导向块”夹住,保持垂直度。另外,在导向座内,有浮动“支撑滚轮”,支撑锯条的背部。立柱安装在床身上,锯架滑套紧固在锯架凹处右端,锯架沿立柱外圆做升降运动。为保证机床上下运动的稳定性,在另端装有辅助支撑导柱,锯架的升降可以实现锯切工作的进给和退刀。托料架:该装置位于工作台后方,送料时托料辊在油缸作用下向上升起的同时,将被切材料托起,起辅助送料作用,当被切材料需要微动时,可通过该装置上的手轮调整。锯床

30、以圆锯片、锯带或锯条等为刀具，锯切金属圆料、方料、管料和型材等的机床。锯床的加工精度一般都不很高，多用于备料车间切断各种棒料、管料等型材。由主动轮和从动轮带动锯条运转，锯条断料方向由导轨控制架控制。通过调整自转轴承将带锯条调正调直经过扫削器将锯削扫掉。由液压油缸活塞杆支撑导轨控制架下落进锯断料，带锯床上装有手动或液压油缸夹料锁紧机构，以及液压操作阀开关等。1、几种常用锯床的介绍(1)圆锯床：圆锯片作旋转的切削运动，同时随锯刀箱作进给运动，圆锯床按锯片进给方向又分为卧式(水平进给)、立式(垂直进给)和摆式（绕一支点摆动进给）3种。此外还有各种专用圆锯床，如用于切割大型铸件浇冒口的摇头锯床；用于钢

31、轨锯切和钻孔的锯钻联合机床。 (2)带锯床 ：环形锯带张紧在两个锯轮上，并由锯轮驱动锯带进行切割。带锯床主要有立式和卧式两种。立式带锯床的锯架垂直设置，切割时工件移动，用以切割板料和成形零件的曲线轮廓，还可把锯带换成锉链或砂带，进行修锉或打磨。卧式带锯床的锯架水平或倾斜布置，沿垂直方向或绕一支点摆动的方向进给，锯带一般扭转40°，以保持锯齿与工件垂直。卧式又分为剪刀式、双立柱、单立柱式带锯床；根据使用情况分为手动型（经济型手动送料手动切割物料）、自动型；根据使用控制器的自动化程序可分为手动型（半自动手动送料）全自动型（自动送料自动切割）；根据切割角度要求分为角度锯

32、床（能锯切角度90度45度）无角度即90度垂直切割。(3)弓锯床 ：装有锯条的锯弓作往复运动，以锯架绕一支点摆动的方式进给，机床结构简单，体积小，但效率较低。弓锯床锯条的运动轨迹有直线和弧线两种。弧线运动时锯弓绕一支点摆动一小角度，每个锯齿的切入量较大，排屑容易，效率较高，新式弓锯床大多采用这种方式。 2、锯床的机械结构锯床主要部件有底坐；床身、立柱；锯梁和传动机构；导向装置；工件夹紧；张紧装置；送料架；液压传动系统；电气控制系统；润滑及冷却系统； 底座 底座为钢板焊接而成的箱形结构,床身、立柱固定其上， 圆锯床底座内腔有较大空间，前左侧为电气按钮控制箱

33、，右侧为电气配电板箱，中间由钢板焊成的液压油箱，腔内装有液压泵站，液压管路，右侧为冷却切削液箱及水泵，底四角有地脚螺栓孔。 床身：床身为铸铁件，固定在底座上，立柱由一大小圆柱组成，大圆立柱作为锯架动的导轨，是用以支撑锯梁上下升降运动，并保证精确的导向，小圆柱起辅助作用，从而保证锯条的正常切削。中间为夹料虎钳和手动送料机构，虎钳前方连接有承接成品件的工作台，左侧的夹紧装置为夹紧丝杆穿过液压夹紧油缸杆内孔，转动手轮或按动按钮，使左钳口左右运动。 锯梁和传动机构 ：由厚钢板切割成形焊接而成，具有较强的刚性，其右后侧固定有蜗轮箱，箱内的蜗轮与锯梁上面的主动轮固接，二者同步

34、旋转，左侧为被动轮和锯条张紧位置。锯条的回转运动由主电机、皮带轮、蜗轮付经两级变速将驱动为传递到主动轮，再由主动轮、锯条驱动被动轮来实现的，锯条运转速度共三档。 锯条导向装置 ：安装在锯梁支板的导向装置由左、右导向臂与导向头组成，左、右导向臂都可沿燕尾榫移动（或右导向臂固定在立柱套上），调整两导向臂间距离比工件尺寸宽40mm左右。导向装置用于改变锯条的安装角，使锯条与工作台垂直，为保证锯条的切削精度，减少振动，在左右导向臂各装有一组导向轮（滚动轴承）和耐磨的导向块，锯条背部也有耐磨合金的导向块。 夹紧机构 ：右虎钳固定在床身上，夹紧丝杆穿过液压夹紧油缸内

35、孔， 液压锯床由丝杆连接左虎钳沿导轨左右移动，当左虎钳距离工件10-30MM时连接。手按控制面板的钳紧或钳松按钳，使工件夹紧或松开。张紧装置：张紧装置是由滑板座、滑板、丝杆等组成，当要将锯条张紧时，用扭力扳手按顺时针方向旋转可张紧锯条，处于工作状态。如锯床处于长时间停机状态，扭力扳手向逆时针方向旋转锯条松开，松开锯条后可更换新锯条。 3、工作原理（1）液压传动系统由泵、阀、油缸、油箱、管路等元辅件组成的液压回路，在电气控制下完成锯梁的升降，工件的夹紧。通过调速阀可实行进给速度的无级调速，达到对不同材质工件的锯切需要。电气控制系统由电气箱、控制箱、接线盒、行程开关、电磁铁等组成的控制回

36、路，用来控制锯条的回转、锯梁的升降、工件的夹紧等，使之按一定的工作程序来实现正常切削循环。（2）润滑系统开车前必须按机床润滑部位（钢丝刷轴、蜗轮箱、主动轴承座、蜗杆轴承、升降油缸上下轴、活动虎钳滑动面夹紧丝杆）要求加油。蜗轮箱内的蜗轮、蜗杆采用30号机油油浴润滑，由蜗轮箱上部的油塞孔注入，箱仙面备有油标，当锯梁位于最低位置时，油面应位于油标的上、下限之间。试用一个月后应换油，以后每隔36个月换油1次，蜗轮箱下部设有放油塞。 （3）锯条传动安装在蜗轮箱上的电动机通过皮带轮，三角胶带驱动蜗轮箱内的蜗杆和蜗轮，带动主动轮旋转，再驱动绕在主动被动轮缘上的锯条进行切削回转运动。锯条进给运动由升降油缸和调

37、速阀组成的液压循环系统，控制锯梁下降速度从而控制锯条的进给（无级调速）运动。锯刷旋转在锯条出屑的地方，并随着锯条走锯的方向旋转，并由冷却泵供冷却液清洗，清除锯齿上的切屑。冷却液在底座的右侧冷却切削液箱里，由水泵直接驱动供冷却液。（4）按紧停（停止）按钮，顺时针方向旋转，油泵电机工作，齿轮泵工作，油液经过滤网进入管路，调节溢流阀使系统工作压力达要求。反之按钮向内压，所有电机停止工作。工件夹紧按钳紧按钮，电磁阀工作，液压油进入夹油缸左边，右边液压油回油箱，左钳向工件夹紧。锯梁下降按工作按钳，液压油通过电磁阀进入升降油缸有杆腔；无杆腔液压油通过电磁阀，单向调速阀回油箱。锯梁快降按下降按钮，液压通过电

38、磁阀工作，油进入升降油缸有杆腔，无杆腔油通过电磁阀回油箱。锯梁上升按上升按钮，液压油通过电磁阀进入升降油缸的无杆腔；有杆腔油经过电磁阀回油箱。工件松开按钳松按钮，液压油通过电磁阀进入夹紧油缸右边；左边液压油能过电磁阀回油箱，左钳口向左运动工件松开。系统的模拟输入输出模块，使锯削过程的监控具有广泛的意义，如：锯床只要增加锯条变形的反馈，即可对锯削速度进行自适应调整。增加伺服阀，即可对锯削过程的速度和位置控制进行优化。系统的管理功能使材料和工件的管理更方便。系统的中文界面和实时的图形状态显示，使操作更友好更直观。由于系统采用标准PC，使锯削的网络化管理更便捷。 3.1.1机械手上/下料装

39、置机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。生产中应用机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率:可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全生产;尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的引用.机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程

40、序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。1、机械手的组成机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等所组成。各系统相互之间的关系如方框图3-1所示。图3-1机械手的组成方框图（一）执行机构包括手部、手腕、手臂和立柱等部件，有的还增设行走机构。手部：即与物件接触的部件。由于与物件接触的形式不同，可分为夹持式和吸附式手部。夹持式手部由手指(或手爪)和传力机构所构成。手指是与物件直接接触的构件，常用的手指运动形式有回转型和平移型。回转型手指结构简单

41、，制造容易，故应用较广泛。平移型应用较少，其原因是结构比较复杂，但平移型手指夹持圆形零件时，工件直径变化不影响其轴心的位置，因此适宜夹持直径变化范围大的工件。手指结构取决于被抓取物件的表面形状、被抓部位(是外廓或是内孔)和物件的重量及尺寸。常用的指形有平面的、V形面的和曲面的:手指有外夹式和内撑式;指数有双指式、多指式和双手双指式等。而传力机构则通过手指产生夹紧力来完成夹放物件的任务。传力机构型式较多，常用的有:滑槽杠杆式、连杆杠杆式、斜面杠杆式、齿轮齿条式、丝杠螺母弹簧式和重力式等。吸附式手部主要由吸盘等构成，它是靠吸附力(如吸盘内形成负压或产生电磁力)吸附物件，相应的吸附式手部有负压吸盘和

42、电磁盘两类。对于轻小片状零件、光滑薄板材料等，通常用负压吸盘吸料。造成负压的方式有气流负压式和真空泵式。对于导磁性的环类和带孔的盘类零件，以及有网孔状的板料等，通常用电磁吸盘吸料。电磁吸盘的吸力由直流电磁铁和交流电磁铁产生。用负压吸盘和电磁吸盘吸料，其吸盘的形状、数量、吸附力大小，根据被吸附的物件形状、尺寸和重量大小而定。此外，根据特殊需要，手部还有勺式(如浇铸机械手的浇包部分)、托式(如冷齿轮机床上下料机械手的手部)等型式.手腕：是连接手部和手臂的部件，并可用来调整被抓取物件的方位(即姿势)。手臂：手臂是支承被抓物件、手部、手腕的重要部件。手臂的作用是带动手指去抓取物件，并按预定要求将其搬运

43、到指定的位置.工业机械手的手臂通常由驱动手臂运动的部件(如油缸、气缸、齿轮齿条机构、连杆机构、螺旋机构和凸轮机构等)与驱动源(如液压、气压或电机等)相配合，以实现手臂的各种运动。手臂在进行伸缩或升降运动时，为了防止绕其轴线的转动，都需要有导向装置，以保证手指按正确方向运动。此外，导向装置还能承担手臂所受的弯曲力矩和扭转力矩以及手臂回转运动时在启动、制动瞬间产生的惯性力矩，使运动部件受力状态简单。导向装置结构形式，常用的有:单圆柱、双圆柱、四圆柱和V形槽、燕尾槽等导向型式。立柱：立柱是支承手臂的部件，立柱也可以是手臂的一部分，手臂的回转运动和升降(或俯仰)运动均与立柱有密切的联系。机械手的立往通

44、常为固定不动的，但因工作需要，有时也可作横向移动，即称为可移式立柱。行走机构：当工业机械手需要完成较远距离的操作，或扩大使用范围时，可在机座上安装滚轮、轨道等行走机构，以实现工业机械手的整机运动。滚滚轮轮式式布行走机构可分为有轨的和无轨的两种。驱动滚轮运动则应另外增设机械传动装置。机座：机座是机械手的基础部分，机械手执行机构的各部件和驱动系统均安装于机座上，故起支撑和连接的作用。(二)驱动系统驱动系统是驱动工业机械手执行机构运动的动力装置，通常由动力源、控制调节装置和辅助装置组成。常用的驱动系统有液压传动、气压传动、电力传动和机械传动。(三)控制系统控制系统是支配着工业机械手按规定的要求运动的

45、系统。目前工业机械手的控制系统一般由程序控制系统和电气定位(或机械挡块定位)系统组成。控制系统有电气控制和射流控制两种，它支配着机械手按规定的程序运动，并记忆人们给予机械手的指令信息(如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间)，同时按其控制系统的信息对执行机构发出指令，必要时可对机械手的动作进行监视，当动作有错误或发生故障时即发出报警信号。(四)位置检测装置控制机械手执行机构的运动位置，并随时将执行机构的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整，从而使执行机构以一定的精度达到设定位置。2、机械手的分类工业机械手的种类很多，关于分类的问题，目前在国内尚无统一的分类标准

46、，在此暂按使用范围、驱动方式和控制系统等进行分类。(一)按用途分机械手可分为专用机械手和通用机械手两种:1、专用机械手它是附属于主机的、具有固定程序而无独立控制系统的机械装置。专用机械手具有动作少、工作对象单一、结构简单、使用可靠和造价低等特点，适用于大批量的自动化生产，如自动机床、自动线的上、下料机械手和“加口工中心”附属的自动换刀机械手。2、通用机械手它是一种具有独立控制系统的、程序可变的、动作灵活多样的机械手。在规格性能范围内，其动作程序是可变的，通过调整可在不同场合使用，驱动系统和控制系统是独立的。通用机械手的工作范围大、定位精度高、通用性强，适用于不断变换生产品种的中小批量自动化的生

47、产。通用机械手按其控制定位的方式不同可分为简易型和伺服型两种:简易型以 “开一关”式控制定位，只能是点位控制: 伺服型具有伺服系统定位控制系统，可以是点位的，也可以实现连续轨迹控制，一般的伺服型通用机械手属于数控类型。(二)按驱动方式分1、液压传动机械手是以液压的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:抓重可达几百公斤以上、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏。但对密封装置要求严格，不然油的泄漏对机械手的工作性能有很大的影响，且不宜在高温、低温下工作。若机械手采用电液伺服驱动系统，可实现连续轨迹控制，使机械手的通用性扩大，但是电液伺服阀的制造精度高，油液过滤要求严格，成本高。2、气压传动机械手是

48、以压缩空气的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特点是:介质李源极为方便，输出力小，气动动作迅速，结构简单，成本低。但是，由于空气具有可压缩的特性，工作速度的稳定性较差，冲击大，而且气源压力较低，抓重一般在30公斤以下，在同样抓重条件下它比液压机械手的结构大，所以适用于高速、轻载、高温和粉尘大的环境中进行工作。3、机械传动机械手即由机械传动机构(如凸轮、连杆、齿轮和齿条、间歇机构等)驱动的机械手。它是一种附属于工作主机的专用机械手，其动力是由工作机械传递的。它的主要特点是运动准确可靠，动作频率大，但结构较大，动作程序不可变。它常被用于工作主机的上、下料。4、电力传动机械手即有特殊结构的感应电

49、动机、直线电机或功率步进电机直接驱动执行机构运动的机械手，因为不需要中间的转换机构，故机械结构简单。其中直线电机机械手的运动速度快和行程长，维护和使用方便。此类机械手目前还不多，但有发展前途。如图3-2所示为工业机械手示意图。是由电力驱动的。图 3-2机械手示意图机械手从A点抓取工件右行到B点，放下工件，然后返回到A点，抓取下件工件，依此反复。步进电机作为机械手上行，下行和左行、右行的动力机构。因为步进电机具有以下特点：1)即使不用传感器，也能精确定位；2)根据给定的脉冲周期，能够以任意速度转动：3)即使处于停止状态，对定子励磁也能保持制动转矩。本设计是将堆垛好的铝锭放到前辊道，三种上料装置比

50、较后选用上料机械手，而按机械手手臂的不同运动形式及其组合情况，其座标型式可分为直角座标式、圆柱座标式、球座标式和关节式。由于本机械手在上下料时手臂具有升降、收缩，无旋转，因此，可采用直角座标型式。本课题要抓取的是一圆柱形物体，所以可采用夹持式手部，直接采取气爪即可。被抓取工件是水平放置，手腕无需设有回转运动。因此，手腕设计并无太大要求，只需连接手臂与手部即可。按照抓取工件的要求，本机械手的手臂有三个自由度，即手臂的伸缩、左右回转和升降(或俯仰)运动。手臂的回转和升降运动是通过立柱来实现的，立柱的横向移动即为手臂的横移。手臂的各种运动由气缸来实现。以液压的压力来驱动执行机构运动的机械手。其主要特

51、点是:抓重可达几百公斤以上、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏。但对密封装置要求严格，不然油的泄漏对机械手的工作性能有很大的影响，且不宜在高温、低温下工作。3.1.2前后辊道送料装置在铝厂中，辊道是用来纵向运输轧件的。铝锭铸造后，一般都通过辊道将铸造好的坯料送往轧机轧制或切割机切割等。在一些精整作业线上，轧件的纵向运输也往往由辊道进行。辊道是实现车间机械化的一种重要运输设备，广泛地用于各种作业线上。辊道长度往往贯穿整个生产作业线，设备重量大，占车间设备总重量的2030，有的车间甚至达到40%60 %。而且，铝锭切割机前后的辊道运转情况还直接影响铝锭的产量。因此，正确合理地设计和维护辊道，对于减轻车间

52、设备重量和提高轧钢机产量具有重要意义。根据工作性质的不同，辊道主要分为两大类。(1)运输辊道 ：运输辊道的主要作用是运输轧件。图1是某初轧车间的辊道布置简图。其中，受料辊道1是用来接受运锭车送来的铝锭，并将其送往铝锭旋转台辊道2上。根据需要，铝锭在旋转台上旋转1800后，通过辊道2和输入辊道3送往初轧机7轧制。由初轧机轧出的轧件，则通过轧机输出辊道11输往剪切机。上述辊道都是用来运送钢锭或轧件的，称为运输辊道。 1、受料辊道；2、铝锭旋转台辊道；3、切割机/轧机输入辊道；4、5、9、10工作辊道6、8、机架辊；7、初轧机；11、轧机输出辊道图3-3 初轧/切割车间辊道布置简图(2)工作辊道 工

53、作辊道直接布置在轧钢机工作机座前后。工作辊道，除了在轧制前将输入辊道送来的铝锭送往锯切机以及在切割后将铝锭送往输出辊道，还直接参加轧件的轧制工作，即在轧制过程中，这些辊道还要运转，故称为工作辊道。其中，辊道的辊子直接安装在初轧机机架上，称为机架辊；在轧制的每一道次中，它们都要运转，称为主要工作辊道。运输辊道：根据辊子传动方式，运输辊道可分为集体驱动、单独驱动以及没有驱动的空转辊道三种。集体驱动辊道由410个辊子组成一组，这些辊子都由一个电动机驱动。集体驱动辊道主要用来运输短而重的轧件，或用在辊道工作条件较繁重的场合。由于轧件重量集中作用在几个辊子上，每个辊子承受较大负荷，采用集体驱动可以减少辊

54、道电动机功率。单独驱动辊道的每一个辊子(或每两个辊子)都由各自的电动机驱动，一般用来运输长轧件。此时，由于每个辊子承受较小的负荷，采用单独驱动辊道可使辊道结构简单。空转辊道由一组没有驱动装置的辊子组成，一般用在加热炉出口侧。这种辊道与地平面倾斜布置，轧件从加热炉出来后，靠轧件重力作用向下移动。这种辊道也称为重力辊道。 辊道机是属于物流机械设备中的机电一体化技术的范畴，通过运用PLC的编程方法和人机界面的应用方法,实现对物流设备辊道机中有关的机械设备实施电气控制来实现调频调速。辊道式输送机是一种重要的连续输送机械，具有以下几个特点：（1）可以不间断的搬运货物；（2）沿固定的路线输送货物，动作单一

55、，故结构简单，便于实现自动控制；通用性较差；（3）大多说连续输送机不能自行取货，因而需要采用一定的供料设备。大多说连续输送机不能自行取货，因而需要采用一定的供料设备。通过PLC技术和现场总线控制技术在物流机械辊道机中的应用，即对辊道机中的有关机械电气设备进行调速控制，可以大大加快物品的输送、加工、归类速度。实现物流管理运输更加完善先进，提高国家物流事业的水平。3.1.3锯床锯削下料长度通过调节标尺与返回到位开关的相对位置来实现，下料数量由计数器实现，各动作的完成由到位开关检测。锯床上装配光栅尺进行位置测量锯削速度由变频器进行控制。各动作的逻辑关系由继电器完成，驱动由动力油缸、异步电机完成，控制

56、由电磁阀完成。3.2核心器件的选型3.2.1PLC控制系统在PLC系统设计时，确定了系统的设计方案后，下一步就是PLC工程设计选型，工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。PLC及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩充其功能的原则选型所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求想适应。熟悉可编程控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应祥细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求，估算输入输出点数、所需

57、存储容量、确定PLC的功能、外部设备特性、外部设备特性等，最后选择有较高性能价格比的PLC和设计相应的控制系统。1、PLC介绍输入输出（I/O）接口I/O接口是PLC与工业现场的输入输出设备之间的连接部件，包括数字I/O和模拟I/O两种。I/O接口一般都具有光电隔离和滤波部件，其作用是把PLC与外部电路隔离开，以提高PLC的抗干扰能力。PLC采用扫描工作方式，通过“采集输入量，执行程序，输出控制量”的循环扫描方式实现程序的运行，扫描就是从第一条指令开始，在无中断或跳转控制的情况下，按程序存储的地址号执行指令，直至最后一条指令，然后再从头开始扫描，如此循环。从“输入采样-执行程序-输出刷新”所用

58、的时间称为一个扫描周期（1）输入采样阶段在输入采样阶段，PLC以扫描方式按顺序对所有输入端的输入状态进行采样，并存入输入状态寄存器中，接着进入程序执行阶段，在程序执行阶段或输出阶段，即使输入状态发生变化，输入状态寄存器中的内容也不会改变，输入状态的变化要到下一步扫描周期的输入采样阶段才能被读入。（2）程序执行阶段在程序执行阶段，PLC对程序按顺序逐行进行扫描并执行，在梯形图中，程序总是按先上后下，先左后右的顺序进行，CPU执行程序是根据输入状态寄存器中的内容按用户编好的程序要求进行运算处理，运算结果存入输出状态寄存器中，在这个阶段CPU与输入输出端的状态无联系。（3）输出刷新阶段 当程序执行完毕后，输出状态寄存器中的内容转存到输出锁存器输出，驱动外部负载。由于PLC对输入状态的采样只在输入采样阶段进行，当PLC进行程序执行阶段后输入端的状态变化CPU无法读取，要到下一扫描周期开始的输入采样