摘要鑄棒線割機是一種既能有效的提高生產(chǎn)率，又在價格和使用方面能被廣大用戶所接受的一種新型的自動控制切割機。由PLC控制的氣動鑄棒切割機，其中融合了氣壓自動控制、機器人技術和PLC控制技術。PLC控制各個氣動換向閥的電磁鐵，由氣缸驅動機械手完成順序切割過程，實現(xiàn)了機械設計、電器控制和氣動控制的有效結合。這種切割機具有控制方便，性能穩(wěn)定，結構簡單，調(diào)節(jié)、維修方便，生產(chǎn)率高等優(yōu)點，具有廣泛的應用前景。關鍵詞自動控制控制方便結構簡單生產(chǎn)率目錄摘要1第一章切割部分設計11設計要求712方案計設713結構設計8第二章行走裝置部分設計21設計要求2122方案設計2223直線導軌的選擇計算23第三章夾緊部分設計31設計要求1932方案設計19第四章PLC概述31可編程控制器PLC的基本原理2432可編程控制器的特點25第五章電氣控制線路的設計41電氣控制線路設計的要求3042氣動原理圖的設計32參考文獻41第一章切割部分設計11設計要求項目要求切割機能夠根據(jù)定長信號分別切割兩條連續(xù)的鑄鐵棒，實現(xiàn)對鑄棒的準確定長切割，切割后自動返回初始位置。其切口深度為35MM。再由壓斷機進行壓斷。12方案設計切割部分主要有砂輪、電動機和傳動機構組成?，F(xiàn)在在切割部分有兩種可行的方案第一，電動機通過帶傳動帶動砂輪片轉動。第二，電動機通過圓錐齒輪傳動帶動砂輪片轉動?？紤]到切割過程中電動機帶動砂輪高速旋轉，所以優(yōu)先選取第一種方案，因為圓錐齒輪傳動不宜應用在轉速太高的場合，而且運用齒輪傳動時，還要考慮到這樣消除震動和怎樣潤滑齒輪，這樣就增加了設計成本。業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)圖11切割部分原理圖切割部分的原理如圖11所示，電動機帶動砂輪片高速旋轉，電機與工作臺之間采用鉸支撐，氣缸1可推動砂輪片上下移動，完成切割。氣缸2可推動工作臺橫向移動，控制切割的長度。氣缸3可使工作臺縱向移動，使砂輪片能分別切割兩根鑄棒。其中電動機和氣缸都通過電磁閥由PLC機控制，從而實現(xiàn)其動作。13結構設計131砂輪片的選取經(jīng)過調(diào)研，切斷能力為50的砂輪片，其規(guī)格為MM，所需電機3240的最小功率為KW，轉速為2840R/MIN,砂輪片的最大線速度為2MINP1N70M/S。最終選取砂輪片的型號為TL001型，其磨料為棕剛玉，粒度為20。1132電機的選取根據(jù)砂輪片的要求，現(xiàn)選用比較常用的Y系列三相異步電動機，這是由于Y系列三相異步電動機的功率等級和安裝尺寸與國外同類型的先進產(chǎn)品相當，因而具有與國外同類型產(chǎn)品之間良好的互換性，供配套出口及引進設備替換。選取2功率為30KW，滿載時的轉速為2870R/MIN。額定電流639A，功率因數(shù)087，效率82，額定轉矩23。2MN3133帶傳動設計1確定計算功率由機械設計第108頁表77查得工作情況系數(shù)12（電機帶動砂AK輪切割鐵棒，載荷性質(zhì)為載荷變動較大），則功率為（11）6321PKACA2初選帶的型號根據(jù)和，由機械設計書中第108頁圖714初選A型普通V帶。CAP1N3確定帶輪的基準直徑和1D21）由機械設計第109頁表78查得A型75MM,考慮到帶輪太小，其彎MIND曲應力過大，所以要使，取1501DMIN12）驗算帶的速度M/S（12）62106845106VD因為5M/S，所以應該按計算（球軸承應?。﹦t1P21P3所需軸承的額定動載荷為（119）610HTLNFC36102352840153N286（6）確定軸承型號由簡明機械零件手冊查得軸徑時，應選軸承的代號為7207ACJ，其MD35額定動載荷為KCR2CN2861故選用代號為7207ACJ的軸承合適。第二章行走裝置的設計21設計要求行走裝置主要是為了配合切割裝置和夾緊裝置，使砂輪片和夾緊機械手能夠在走刀過程中橫向移動，迅速準確地達到工作位，在切割過程中能夠隨著鑄棒縱向移動，切完后在返回初始位置。22方案設計行走裝置主要是為了實現(xiàn)切割機砂輪片的縱向和橫向移動，使之完成切割動作。為了設計和制造方便，在方案設計中縱、橫行走裝置的原理大致相同，即采用結構簡單而又便于控制的氣壓傳動方式，氣缸帶動縱向行走板或橫向行走板在導軌上滑動。在設計過程中，考慮到能量的損耗程度，縱橫行走裝置采用了直線導軌，既提高了運動系統(tǒng)的運動精度，又很大程度的減小了摩擦力，達到了節(jié)能的效果。23直線導軌的選擇計算231選定條件1載荷根據(jù)粗略計算，導軌上橫向行走部分的總重量為KG20NGMW2012行程根據(jù)設計結構的要求，選定行程MLS53往復次數(shù)（次/分）21N4壽命要求假設機器壽命為5年，則導軌壽命為小時（H）3502465L假設安裝4個滑塊，要計算一個滑塊的負載，可用下式NWP0同時由于兩個滑塊裝在一個導軌上，因此接觸系數(shù)。810CF232選擇方式1根據(jù)靜態(tài)安全系數(shù)選型號（31）SWCFPC0其中靜態(tài)安全系數(shù)SF載荷系數(shù)（在無外部沖擊或振動、低速時取15）W基本額定靜載荷0C沖擊載荷P現(xiàn)設靜態(tài)安全系數(shù)5SF則有（32）CSFPC00815306KGF在正常運行時一般選取安全系數(shù)為5，根據(jù)上述情況，選取SBG35FL（）的導軌比較理想。KGFC285082根據(jù)壽命要求選型號根據(jù)標準壽命計算公式94501750KML若使用17500小時，則總的移動距離為（33）503PCFLWCHT其中溫度系數(shù)（由手冊查得當導軌的工作溫度小于100時，其TFC溫度系數(shù)取10）硬度系數(shù)（為了使直線運動系統(tǒng)達到最佳承載能力，需要保HF持導軌的硬度在HRC5862，由手冊查得為10）HF基本動載荷C所以503PCFLWCT25180943解得KGFC3因此，選取SGB45FL（）80第三章夾緊部分設計31設計要求夾緊機構不但在切割之前機械手抓能夠根據(jù)事先收到的信號準確地運動到每個工位，而且在切割過程中要夾緊運動著的鑄鐵棒，使砂輪與鑄棒同步。32方案設計夾緊部分是由氣缸推動機械手實現(xiàn)夾緊和放松的。用機械手負責夾緊一根1鑄棒。業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)圖31夾緊部分原理圖夾緊部分原理如圖31所示，夾緊氣缸能使夾緊機械手夾緊或放松工件，當活塞向右移動時，機械手夾緊工件；當活塞向左移動時，機械手放松工件。橫向行走氣缸推動工作臺左右移動，能控制機械手使之夾緊左邊或右邊的工件，從而對夾緊的工件進行切割?？v向行走氣缸的作用是當完成一次切割過程完成時，推動工作臺使之恢復到初始位置。整個工作過程都由PLC控制氣缸使個部分移動來實現(xiàn)。第四章PLC控制41可編程控制器PLC的基本原理可編程控制器（PROGRAMMABLECONTROLLER）簡稱PLC是發(fā)展極為迅速、應用極廣泛的工業(yè)控制裝置。在現(xiàn)代化生產(chǎn)設備中有大量的開關量、數(shù)字量、脈沖量以及模擬量需要控制，例如，電機的啟停，電磁閥的開閉，產(chǎn)品的計數(shù)，溫度、壓力、流量的設定與控制等。PLC是在繼電器控制基礎上以微處理器為核心，將自動控制技術、計算機技術和通信技術融為一體而發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動控制裝置。特點是由于PLC采用了依據(jù)繼電器控制原理而開發(fā)的梯形圖作為程序設計語言，使得不熟悉計算機的機電設計人員和工人中的技師均能較快的掌握梯形圖的編程方法，極大的促進了PLC在工業(yè)生產(chǎn)中的推廣應用。目前PLC已基本替代了傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，成為工業(yè)自動化領域中最重要。應用最多的控制裝置，居工業(yè)生產(chǎn)自動化三大支柱（可編程繼電器、機器人、計算機設計與制造）的首位。9一般機械設備的控制系統(tǒng)，由輸入設備、輸出設備和邏輯控制三部分組成。42可編程控制器的特點可編程控制器實際是工業(yè)專業(yè)控制計算機，也稱工控機，可編程序控制器具有以下特點1、具有很高的工作可靠性和抗干擾能力；2、控制程序可變，具有很好的柔性；3、編程軟件簡單易學；4、擴充方便，組合靈活，可構成各類控制系統(tǒng)；5、可將運行數(shù)據(jù)直接送入管理計算機，實現(xiàn)網(wǎng)絡運行；6、設備體積小巧，維護方便，插件更換靈活。44本控制系統(tǒng)的PLC選擇對PLC的選擇，從上述PLC的性能指標可以看出要選擇一種合適的PLC要考慮很多因素，因本人對PLC了解的種類不是太多，我就選擇了我們學習的三菱FX系列，所以其中有的有些因素并不是本系統(tǒng)的最優(yōu)選擇，這個PLC可以進一步改進。但本系列的PLC也具備自己的特點，讓自動控制過程同樣可以順利實現(xiàn)在保證切割機的控制性能的基礎上，為了節(jié)約成本，本設計采用清華大學自行開發(fā)的用ATMEL89C2051仿真PLC（簡稱FZPLC）。ATMEL89C2051是20引腳的與8051兼容的8位高性能單片機。它內(nèi)部含有2KB閃速存儲器，正是閃存的特點，使得ATMEL89系列單片機具有讀寫容易、價格低、功耗低和掉電信息不丟等優(yōu)點，是一款不錯的單片機實驗芯片。圖41FZPLC輸入電路圖41是FZPLC的輸入電路，它們由SB1SB4和R26R29以及作為輸入口的P3口組成，4個開關的狀態(tài)分別輸入到P3口的P33P35和P37。SB1和R26相連端是與引腳P33相連的，SB1未按下時，由于下拉電阻R26接地，輸入到P33的是低電平；當SB1按下時，5V電壓就通過SB1加到了P33，輸入到P33的是高電平。圖中C6、C7和CR1晶體振蕩器與單片機內(nèi)部振蕩器組成的振蕩電路構成了時鐘電路。C3、R4構成了上電復位電路。SB5按鍵按下后，將引起按鍵復位圖42FZPLC的輸出電路圖42是FZPLC的輸出電路，P1是作為輸出口來使用的。P14的輸出電路由R15、R6、R16、R21、OPTOISO2光電隔離器U4、MC1416達林頓復合管U9A（每片內(nèi)部有7路達林頓復合管，每路均有二極管保護電路）、發(fā)光二極管D1、KM2組成。R15是拉升電阻給MC1416提供偏執(zhí)電流，最后由MC1416達林頓復合管反相驅動控制繼電器線圈，從而再控制其觸電，使電磁閥動作。第五章電氣控制線路的設計51電氣控制線路設計的一般要求電氣控制線路的設計是在傳動形式及控制方案選擇的基礎上進行的，是傳動形式與控制方案的具體化。電氣控制線路根據(jù)用途的不同可能會有其特殊的要求，設計所需要遵循的一般要求是1）應滿足機電設備對電氣控制線路的要求，按照工藝要求準確、可靠地工作。2）在滿足生產(chǎn)要求的前提下，應力求使控制線路簡單、經(jīng)濟，盡量選用經(jīng)過實際考驗過的線路。3）保證控制的安全、可靠，具有必要的保護裝置和連鎖環(huán)節(jié)，誤操作時不至于發(fā)生重大事故。4）盡量便于操作和維修。52氣動原理圖設計根據(jù)切割機的機構原理，繪制的機構簡圖如圖52所示，其中ST0ST9為控制氣缸的行程開關。業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)圖51切割機機構簡圖521氣動原理圖業(yè)業(yè)07業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)1業(yè)業(yè)業(yè)1業(yè)QDYL0DT5DT4DT3DT2DT1返回走刀ST1ST0ST9ST8ST7ST6ST5ST43ST2行走缸隨動前進返回松開夾緊夾緊缸落刀抬刀抬刀缸522控制流程圖業(yè)業(yè)業(yè)07業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)1業(yè)業(yè)業(yè)業(yè)初位斷電2位走刀返回1位走刀返回斷電斷電隨動返回斷電上電保持抬刀落刀隨動上電保持夾緊相繼上電保持上電保持斷電工作2位工作1位待命刀走參考文獻1徐灝機械設計手冊北京機械工業(yè)出版社，19912SHIGLEYJE,UICHERJJTHEORYOFMACHINESANDMECHANISMSNEWYORKMCGRAWHILLBOOKCOMPANY,19803蔡春源簡明機械零件手冊北京冶金工業(yè)出版社，199634王德璽，裴垠欣機械設計北京煤炭工業(yè)出版社，19995DYYANG,CHLEE,ANALYSISOFTHREEDIMENSIONALEXTRUSIONOFSECTION