金属棒料切割机

1、毕业设计设计（论文）题目：金属棒料切割机姓 名：专 业：机电一体化指导教师：2020年 月 日摘 要持续铸造是一种先进的铸造方式，其原理是将熔融的金属，不断浇入一 种叫做结晶器的特殊金属型中，凝固（结壳）了的铸件，持续不断地从结晶器的 另一端拉出，它可取得任意长或特定的长度的铸件。持续铸造在国内外已被普遍采纳，例如持续铸锭（钢或有色金属锭），持续铸 管等。持续铸造和普遍铸造法比较有下述优势：1 .由于金属被迅速冷却，结晶致密，组织均匀，机械性能较好；2 .连续铸造时，铸件上没有浇注系统的冒口，故连续铸锭在轧制时不用切头 去尾，节约了金属，提高了收得率；3 .简化了工序，免除造型及其它工序，因而

2、减轻了劳动强度；所需生产面积 也大为减少；4 .连续铸造生产易于实现机械化和自动化，铸锭时还能实现连铸连轧，大大 提高了生产效率。金属棒切割机在持续的铸造中工作，它的工作是由PLC控制电磁阀，使电磁 阀操纵气缸，并由气缸驱动与其连接的部件，实现对金属棒的准确信长切割，切 割后自动返回初始位置。一个切割机别离切割两条金属棒，其切口深度为35mm, 然后由压断机进行压断。金属棒切割机是一种既能有效的提高生产率，乂在价钱和利用方面能被广大 用户所同意的一种新型的自动操纵切割机。由PLC操纵的气动金属棒切割机，其 中融合了气压自动操纵、机械人技术和PLC操纵技术。PLC操纵各个气动换向阀的 电磁铁，由

3、气缸驱动机械手完成顺序切割进程，实现了机械设计、电器操纵和气 动操纵的有效结合。这种切割机具有操纵方便，性能稳固，结构简单，调剂、维 修方便，生产率高等优势，具有普遍的应用前景。关键字：自动操纵切割，PLCABSTRACTContinuous casting is an advanced casting methods, the principle is to molten metal, continuously poured into a mold called the special metal mold, the solidification (crust) of the casting

4、, continuous from the other side of mold pulled out, it will be of arbitrary length or a specific length of the castings.Continuous Casting at home and abroad have been widely used, such as continuous ingot (ingot steel or non-ferrous metals), such as continuous cast pipe. Continuous casting and gen

5、eral casting method has the following advantages:1. Because of the metal by rapidly cooling, the crystallization of dense, homogeneous, good mechanical properties;2. Continuous casting, the casting gating system is not on the riser, so continuous ingot rolling at the first go, when not cut tail, sav

6、ed the metal, improve the yield;3. Simplified the process, remove the forms and other processes, thus reducing the labor intensity; required for the production area has been greatly reduced;4. Easy to achieve continuous casting production mechanization and automation, when the ingot casting and roll

7、ing can achieve significantly, improved production efficiency.Casting rod line cutting continuous casting machine at work, it is handled by the PLC control solenoid valve, so that the solenoid valve control cylinder by cylinder drive connected components, implementation of accurate casting rods fixe

8、d-length cutting, cutting return to initial position automatically. A cutting machine cutting two separately-cast rods, the incision depth of 35mm, then by breaking machine is breaking.Casting rod is a line cutting machine can effectively enhance the productivity, but also in terms of price and use

9、the vast numbers of users can be accepted by a new type of automatic cutting machine. By the PLC-controlled pneumatic cutting machine casting rod, one of the convergence of air pressure automatic control, robotics and PLC control technology. PLC control of all pneumatic solenoid directional valve, c

10、ylinder drive machinery by hand to complete the order of cutting process, implementation of mechanical design, electrical control and effective integration of pneumatic control. This cutting machine has a convenient control, stable performance, simple structure, regulation, maintenance convenience,

11、high productivity, has broad application prospects.Keyword： Automatic Control cut plc目录摘要错误!未定义书签。第一章绪论8前言8选题背景8研究意义9设计要求错误!未定义书签。方案设计错误!未定义书签。结构设计错误!未定义书签。砂轮片的选取错误!未定义书签。电机的选取错误!未定义书签。带传动设计错误!未定义书签。起落气缸的选择错误!未定义书签。转动轴承的选取及校核错误!未定义书签。第三章夹紧部份设计错误!未定义书签。文本结构错误!未定义书签。第二章切割部份设计方案设计错误!未定义书签。第四章 纵横行走部份的设计

12、错误!未定义书签。设计要求错误!未定义书签。方案设计错误!未定义书签。直线导轨的选择计算错误!未定义书签。选定条件错误!未定义书签。选择方式错误!未定义书签。第五章 PLC概述错误!未定义书签。可编程操纵器PLC的大体原理错误!未定义书签。可编程操纵器的特点错误!未定义书签。第六章 电气操纵线路的设计错误!未定义书签。电气操纵线路设计的一样要求错误!未定义书签。电气操纵线路的设计方式错误!未定义书签。气动原理图设计错误!未定义书签。结 论错误!未定义书签。辞 谢错误!未定义书签。参考文献错误!未定义书签。第1章绪论1 X -刖 百机电一体化产品普遍应用各类加工业，切割技术也有了飞速的进展，手工

13、切 割已经适应不了现代工业进展的要求。同时.，切割机的夹紧机构也有了迅速的进 展，一些简单的机械手已经取得普遍的应用。简单的机械手通过几十年的进展， 现在已进入以通用机械手为标志的时期。儿十年来，这项技术的研究和进展一直 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、自动操纵、的机电一体化自动化生产设备。专门 适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳固、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。选题背景咱们设计的金属棒切割机结构简单，性能平安靠得住，操作方即可行，专门 好的实现了其预定功能。金属棒切割

14、机要紧由三个大的部份组成，即切割部份、 夹紧部份和纵横行走部份。切割部份是由电极带动砂轮旋转，由气缸操纵砂轮上下移动完成切割。夹紧 部份要紧采纳了一个气动夹紧机械手，电磁阀操纵气缸活塞的伸缩来实现夹紧和 放松。纵横行走部份是由气缸操纵纵向、横向行走板，使之沿直线导轨前进或返 回。整个机械由PLC操纵各个气动换向阀的电磁铁，由气缸驱动完成顺序切割动 作进程。而随动工作台的随动前进速度也能够通过夹紧机械手夹紧金属棒使之与 金属棒速度同步。横向切割时的切割速度能够通过气缸来调剂。与一样的切割机相较，这种切割机有以下优势：一、实现了机械工程和自动操纵的有效结合，机械部份采纳机械优化设计， 整个设计进程

15、中都进行了综合技术比较与经济评判，实现了预定的功能。二、整个运动进程都采纳了气压传动操纵，与液压传动相较，气压传动有无介质费用、处置方便、无泄露污染、无介质变质等优势。三、在设计进程中，纵横行走装置采纳了直线导轨，既提高了运动系统的运 动精度，又专门大程度的减小了摩擦力，达到了节能的成效。四、整个切割进程都由PCL操纵，以其结构简单合理、设备性能良好、利用 寿命长、平安系数高等因素，知足了自动化大量量的生产要求。研究意义这种切割机具有操纵方便，性能稳固，结构简单，调剂、修改方便、生产率高 等优势，具有广漠的应用前景。本文的结构本文在现有的棒料切割系统进行分析的基础上，依照棒料切割系统的整体 结

16、构，从机械和电气操纵两方面对系统各个部份的设计分章节展开了详细的介 绍。第二章切割部份设计设计要求项目要求切割性能够依照定长信号别离切割两条持续的铸铁棒，实现对铸棒 的准确信长切割，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。方案设计切割部份要紧有砂轮、电动机和传动机构组成。此刻在切割部份有两种可行 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。考虑到切割进程中电动机带动砂轮高速旋转，因此优先选 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，还要考虑到如此排除震动和如何润滑齿轮，如此就增加了设

17、计本钱。切割部份的原理如图1-1所示，电动机带动砂轮片高速旋转，电机与工作台 之间采纳较支撑，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，操纵切割的长度。气缸3可使工作台纵向移动，使砂轮片能别离切 割两根铸棒。其中电动机和气缸都通过电磁阀由PLC机操纵，从而实现其动作。结构设计2. 3.1砂轮片的选取通过调研，切断能力为50的砂轮片，其规格为400x3.2x32mm,所需电机 的最小功率为匕m=2.2kw,转速为产2840 r/min,砂轮片的最大线速度为 70m/so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#川。2. 3. 2电机的选取依照砂轮片

18、的要求，现选用比较经常使用的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品级和安装尺寸与国外同类型的先进产品相当， 因此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，满教时的转速为2870r/min。额定电流6. 39A,功率因数，效率82%, 额定转矩N /。2. 3. 3带传动设计1 .确信计算功率由机械设计第108页表7-7查得工作情形系数Ka=(电机带动砂轮切 割铁棒，载荷性质为载荷变更较大)，那么功率为匕=(P= 1.2x3 = 36(1-1)2 .初选带的型号依照匕和勺，由机械设计书中第108页图7-14初选A型一般V带。3 .确信带轮

19、的基准直径和（21）由机械设计第109页表7-8查得A型乙皿75mm,考虑到带轮过小，其弯曲应力过大,因此要使dTddmin，取4,尸1502）验算带的速度血八”xl50x2840/(1-2)V =9= 22.6m/s60x10060x100因为5m/s 22. 6m/s 120（适合）6 .确信带的根数匕P。(1-9)其中:M = K/i(l-年)A .由机械设计第107页表7-5查得弯曲阻碍系数勺=1.03x10-3由机械设计第107页表7-5查得传动比系数（=1.054=1.03xICT，x2880 x（l-） = 0kw由机械设计第107页表7-6查得包角系数K“=l采纳非化纤结构的一

20、般带，取材质系数K=0.75由机械设计第5页图7T3查得州=2.2 kwoPo = (2.2xlxl.O3)xO.75=1.7 kw取z = 3根。7 .确信单根带的初拉力入=50&停-1) +川叫 K”(1-10)由机械设计第96页表7T查得夕= 0.1R =500xx(-1) + O.lx22.62 =91N22.6x31.0(1-11)8 .计算带对轴的压力Q = 2E)zsing = 2x91x3xsin- = 546N(1-12)9 .带轮的设计1) 带轮的设计要求设计带轮时应知足的要求有：质量小，结构工艺性好，无过大的铸造应力， 质量散布均匀，转速高时通过动平稳，轮槽工作面加工精细

21、，以减小带的磨损， 各槽的尺寸和角度维持必然的精度，以使载荷散布均匀阳。2) 带轮的材料带轮的材料要紧采纳铸铁，经常使用材料的牌号为HT150或HT200,转速较 高时宜采纳铸钢，或用钢板冲压后焊接而成。在本次设计中，采纳了比较常见 的 HT150。3) 带轮的结构尺寸由于带轮的基准直径4/=150?，轴的直径d =30，依照带轮的选择原那么：即当（2.53）乙430007时采纳腹板式结构，铸造带轮的结构如图1-2所示。其余图1-2 带轮的结构2.3.4升降气缸的选择1 .选取气缸类型依照设计所用资料，现选取DNC标准气缸。2 .选择安装方式依照结构设计的要求，要实现砂轮片的上下移动完成切割，

22、要求气缸在上下 伸缩的同时，还要绕一点转动，因此选用后绞式安装方式。手柄图1-3 手动切割机受力示用意3 .负载大小依照手动切割机的工作原理（如图1-3所示），图中F=20 kg估算得砂轮片的支反力为二40kg。再由所设计切割机的切割工作原理（如图1-4所示）由于砂轮所受的支反力相同，算得气缸所经受的力即理论推力为F二80 kg 合 800No4 .工作压力经调查，当前所用的气缸的工作压力一样在左右，因此选取其正常工作压力 为。气动元件一样要求平安系数比较高，因此在选取的时候一样要求有较大余量, 因此在缸径选择时，其工作压力一样按MP计算网。5 .缸径选择由气动自动化系统优化设计书中第46页表

23、2-7查得工作压力为MP,N图1-5 气缸行程计算简图理论推力为800N时，其缸径为60mm。考虑到平安系数，初选缸径为80mm。6 .行程大小依照机构简图（如图所示），其中实线为机构初位，在初位时，砂轮片的直径在最大状态，当砂轮切割到终位（图1-5中虚线部份）时，连杆所转过的角 度为10。，现在砂轮直径为最小直径。在初位时测得气缸的总长度为右=540?，在终位时测得气缸的总长为4 =440?，因此在此进程中气缸的行程L=匕Lq = T 00/777/即起落气缸的行程为L = 1007 .确信气缸型号综上所述，依照气动自动化系统优化设计中第50-54页查得，选用 SNC-80-100-PPV型

24、的标准气缸适合。2.3.5转动轴承的选取及校核1 .轴承的选择在结构设计中，我采纳了既有转速高的优势，有能够经受少量轴向力的角接 触球轴承,（其中轴向力的要紧来源是安装或拆卸带轮时所经受的载荷估算载荷大 小为100N。据分析，在安装和拆卸带轮时的力相同的情形下，拆卸带轮时，轴承 所受的力更大，因此选取轴向力匕的方向向右，如图1-6所示）。图中M为电极的输出转矩，F为砂轮的切割阻力，在切割进程中，电极的输 出转矩与砂轮所受的切割阻力矩大小相同，方向相反，在切割时彼此抵消，因此 在计算进程中再也不考虑电极输出转矩和切割阻力对轴承的阻碍。由于轴经受必然的轴向力，因此选取接触角，= 25。的角接触球轴

25、承。其代号 为7207ACJ ,大体额定动教荷Cr= 22.5KN ,大体额定静载荷Cor = 165KN 131。2 .轴承的校核计算（1）计算轴承所受的径向力曷、&，其受力如图厂6所示山力矩平稳条件EM? =0得P-0式 *2&+丫八)(1-18)由EM】=。得n x 200-F7x20 & =180800x200-550x20= 836N180E x 200-尸乂20180550x200-800x20180= 522N图1-6轴承计算简图（2）计算派生轴向力S1、S2所选的轴承型号为7207ACJ,其派生轴向力S =0.63那 么S =0.63鸟=0.63x863= 527N(3)求轴承

26、所受的轴向力4、4S, + Fa =527+100= 627N S?故轴承2被压紧，轴承1被放松，因此有A2=Fa+S =527+100= 627NA =Si =527N(4)计算当量动载荷耳、外A _ 527-863=0.63522(1-15)(1-16)由简明机械零件手册查得7207ACJ型轴承的轴向载荷阻碍的判定系数e = 0.68因为Ag=0.63ve,因此X, =1,匕=0；AJR. =1.20e,因此%2 = 0.41Y1 =0.87由机械设计第262页 表12-8查得,当轴经受中等冲击或中等惯性力时,取载荷系数人=1.5,由于轴承一、2均不受力矩载荷的作用，因此取/川=1.0,=

27、 1 0。巴=力川/内+匕4)(1-17)=1.5 x 1.0 x (1.0x836+0x527) = 1254N= 1.5x1.0x（0.41x522+0.87x627）= U40N（5）计算所需轴承的动载荷由由机械设计第260页 表12-6查得，当轴承的工作温度小于第0时, 其温度系数/= 1.0比较两当量动载荷知，PP,因此应该按巴计算（球轴承应取=3）那么所需轴承的额定动载荷为尸)6。10人T, io6_ 1254d160x2840x365x12-To-V io1754 =_ 60x2840x4830100= 11286N（6）确信轴承型号由简明机械零件手册查得轴径d= 35时，应选轴

28、承的代号为7207ACJ,其额定动载荷为C, =22.5KNc=l 1.286 KN应选用代号为7207ACJ的轴承适合。图2-1夹紧部份原理图第三章夹紧部份设计设计要求夹紧机构不但在切割之前机械手抓能够依照事前收到的信号准确地运动到每 一个工位，而且在切割进程中要夹紧运动着的铸铁棒，使砂轮与铸棒同步。方案设计夹紧部份是由气缸推动机械手实现夹紧和放松的。这部份的两种可行性方 案是：一是用一个机械手同时负责夹紧两根铸棒，依照需要对被切割的那条进行 夹紧。二是用两个机械手，每一个机械手负责夹紧一根铸棒。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铸棒的夹紧。第二种方案中，每 一个机

29、械手都需要两个二位气缸来实现对铸棒的夹紧。考虑到第一种方案设计工 作量小，安装方便，而且操纵简单，因此优先利用第一种方案。夹紧机械手夹紧气缸横向行走板/一纵回行典/ /”纵向行走气缸幺久;T”、夹紧部份原理如图2-1所示，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 行走气缸推动工作台左右移动，能操纵机械手使之夹紧左侧或右边的工件，从而 对夹紧的工件进行切割。纵向行走气缸的作用是当完成一次切割进程完成时， 推动工作台使之恢复到初始位置。整个工作进程都PLC由操纵实现。第四章纵横行走部份的设计设计要求纵横行走装置主若是为了配合切

30、割装置和夹紧装置，使砂轮片和夹紧机械手 能够在走刀进程中横向移动，迅速准确地达到工作位，在切割进程中能够随着铸 棒纵向移动，切完后在返回初始位置。方案设计纵横行走装置主若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、横行走装置的原理大致相同, 即采纳结构简单而乂便于操纵的气压传动方式，气缸带动纵向行走板或横向行走 板在导轨上滑动。在设计进程中，考虑到能量的损耗程度，纵横行走装置采纳了直线导轨，既 提高了运动系统的运动精度，乂专门大程度的减小了摩擦力，达到了节能的成效。直线导轨的选择计算4.3. 1选定条件：1 .载荷 依照粗略计算，导轨上横向行

31、走部份的总重量为20(Kg因此W = mg= 200x 10 = 200QV2.行程依照设计结构的要求，选定行程 =2.5/3.往复次数4.寿命要求假设机械寿命为5年，那么导轨寿命为L = 5x365x24 = 35000 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2000= 5000N同时由于两个滑块装在一个导轨上，因此接触系数Z =0.811101 o4. 3. 2选择方式1 .依照静态平安系数选型号(3-1)其中fs静态平安系数fw载荷系数(在无外部冲击或振动、低速时取)Co一大体额定静载荷P.冲击载荷现设静态平安系数九=5那么有C。之会也fe(3-2)_ 5x5000.

32、81= 3086(奴0 在正常运行时一样选取平安系数为5,依照上述情形，选取SBG35FL(。0 =285%灯)的导轨比较理想现。2 .依照寿命要求选型号依照标准寿命计算公式L = 0.54x 17500= 945q%)假设利用17500小时，那么总的移动距离为:L = C/7 X Z/X/ x-)3x5Ofw /(3-3)其中fr一温度系数(由手册查适当导轨的工作温度小于100。时，其温度系数取)fn一一硬度系数(为了使直线运动系统达到最正确承载能力，需要维持导轨的硬度在HRC58-62,由手册查得fn为)C大体动载荷因此L =)3x509450 = (lxlx0 81 x )3 x501.

33、5250解得C = 3003g/因此,选取SGB45FL ( C = 380伏力)3 .复查理论上选取SGB35FL或上一级似乎比较适当，但考虑到标准寿命，选择SGB45FL 更理想。设备采纳继电器操纵系统，设备的简单操纵及设备复杂的自动操纵均能实现, 可是复杂的操纵系统中，由于继电器操纵系统本身的特点而使设备运行存在许多 的问题。问题一是继电器操纵系统由分立元件 组成，因此，系统有较高的故障率; 问题二是继电器操纵系统采纳固定的接线方式组成操纵逻辑,变更操纵逻辑困难。 问题三是难以实现网络操纵。此刻运算机技术的进展，使得电气操纵元件和操纵系统有了极大的改观，继 电器操纵系统的硬件逻辑可由逻辑

34、函数表达式描述，该逻辑函数表达式描述的操 纵逻辑也可用软件程序来实现，可编程操纵器运行软件程序，即可完成继电器操 纵硬件逻辑的操纵功能。采纳运算机技术的可编程操纵器，不仅解决了分立元件 的故障率问题，也解决了固定操纵的问题，同时，为与运算机联网，实现大规模 自动化生产和远程操纵提供了可能性。两类系统通过逻辑函数联系起来，二者均 能完成相同要求的操纵功能g。可编程操纵器实际是工业专业操纵运算机，也称工控机，可编程序操纵器具有 以下特点：一、具有很高的工作靠得住性和抗干扰能力；二、操纵程序可变，具有专门好的柔性；3、程序简单，操纵功能丰硕，利用方便；4、扩充方便，组合灵活，可组成各类操纵系统；五、

35、可将运行数据直接送入治理运算机，实现网络运行；六、设备体积小巧，保护方便，插件改换灵活。以上特点使得可编程序操纵器，在设备电气操纵系统中普遍应用。第六章电气操纵线路的设计电气操纵线路设计的一样要求电气操纵线路的设计是在传动形式及操纵方案选择的基础上进行的，是传 动形式与操纵方案的具体化。电气操纵线路依照用途的不同可能会有其特殊的要求，设计所需要遵循的 一样要求是：1） 应知足机电设备对电气操纵线路的要求，依照工艺要求准确、靠 得住地工作。2）在知足生产要求的前提下，应力求使操纵线路简单、经济，尽可能选用 通过实际考验过的线路。3）保证操纵的平安、靠得住，具有必要的爱惜装置和连锁环节，误操作时

36、不至于发生重大事故。4）尽可能便于操作和维修网。电气操纵线路的设计方式电气操纵线路的操纵方式有两种：一种是体会设计法，另一种是逻辑设计 法。1.体会设计法体会设计法先从知足生产工艺的要求动身，依照电动机的操纵方式，利用 各类大体的操纵环节和操纵方式，借鉴典型的操纵线路，把它们综合地组合成一 个整体知足生产需要。这种设计方式比较简单，但要求设计人员必需熟悉操纵线 路，把握多种典型线路的设计资料，同时具有丰硕的设计体会。另外，初步设计 出来的操纵线路可能有几种，这时要加以比较分析，反复地修改简化，乃至要通过实验加以验证，才能确信比较合理的设计方案网2.逻辑设计法逻辑设计法是依照生产工艺的要求，利用逻辑代数方式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, 取得的设计方案是最正确的。可是当设计的操纵系统比较复杂时，这种方式就显 得