机械式拉丝模抛光机

1、第1章 绪论1.1 引言我国金属制品行业自建国以来有了很大的发展在金属制品拉拔行业中，拉丝模是非常重要的易耗工具，该工具经历了铸铁丝扳，合金钢模、钻石模、硬质合金模、聚晶模等发展阶段。无论是理论上，还是制造工艺方面，以及拉丝模具使用方面都发生了大的变革。而在抛光机方面，机械抛光是现阶段应用最为广泛的抛光方法，其正确的工艺和操作方法是在保证获得优质的型材和其他条件的情况下具有最高的抛光速率。选择可靠性高的试样抛光机，可以提高制样效率和质量，减少试样废品率，从而降低成本，提高经济效益，获得样品质量的高度一致性。我国目前采用的拉丝模研磨工艺是五十年代初从苏联引进的针磨工艺。这种工艺的可靠性不高，且生

2、产效率较低。机械式拉丝模抛光机设计正是为了提高拉丝模使用寿命、拉丝模内孔的抛光精度、抛光效率等而开发的。本课题设计的将是一种新型拉丝模线研磨抛光机，该机主要由卡具旋转机构、丝架往复运动机构两部分组成。该机特点在于可将拉丝模的内孔一次研磨抛光成型，使生产效率大大提高。丝架往复运动机构，采用配重平衡，从而使丝架高、低速运行平稳，加工范围增宽，加工精度提高，使加工小孔径拉丝模具成为现实。而机械式拉丝模抛光机设计主要有两个方面：一是抛光丝往复运动系统设计；二是卡具放置机构设计。1.2 课题研究的目的和意义1.2.1课题的来源及研究目前中国已经成为全球线材制品大国。但是从经济效益看，差距却很大。全行业各

3、类产品基本生存在上下游企业的夹缝中，长期以来在微利和亏损的边缘徘徊。这些必须引起全行业的高度关注。我国线材制品行业普遍面临成本压力，其根本出路还是加强科技进步和技术创新，增加高附加值产品的比重，同时进一步加强企业管理，节约资源，提高竞争力。预计2010年，国内中高碳线材制品的消费量将增长至865万吨（未包括净出口量）。“十一五”期间，我国中高碳线材制品消费量将持续增长，但增长率将有所下降。因为，中高碳线材（硬线）的制造成本与普通低碳钢线材的成本差距逐渐缩小，为进一步发展中高碳线材制品生产提供了条件。另外，随着中高碳线材制品生产成本的降低，特别是建筑行业用优质高强度钢丝及制品的价格与普通低碳钢丝

4、的差距逐渐缩小，为中高碳线材制品在建筑行业推广创造了条件，这将带动中高碳制品消费总量的持续增长。线材行业的不断发展对拉丝模提出了越来越多的要求，低成本高质量就要求拉丝模的使用寿命要更长，内孔精度要更高，总之就是要提高拉丝模的质量。拉丝模的内孔由圆柱面与圆锥面组成，见图1.1。圆锥面为对线材（工件）的压缩区，圆柱面为拉丝模的定径区（抛光区），其直径大小与线材尺寸相对应。拉丝模的质量直接辩证唯物线材的形状、尺寸、表面粗糙度及使用寿命。我国目前采用的拉丝模模孔研磨工艺是五十年代初从苏联引进的针磨工艺。它的工作原理是，模具旋转，针状磨头在磨孔内做微移动或摆动，以达到加工模孔的目的，见图1.2。这种工艺

5、的可靠性不高，且生产效率较低。针状磨头设计成锥状是为了使其在模也内穿进方便，同时在磨削过程中产生径向分力以提高磨削效果。但因此也带来很多弊端。首先，针状磨头的锥度使加工出来的模孔也具有锥度，使用有锥度的模孔拉丝时，起定径作用的仅仅是锥状模孔的小端（见图1.3）。定径区小，因而在抛光作业时的接触面积小，那么由于拉丝模工作过程中作用在磨擦表面微观体积上周期性的接触载荷或交变应力的存在，极易使表面或次表面形成裂纹。由此造成模孔剧烈磨损，线材抛光质量差。其次，针状磨头是手工修制的，磨头形状极难呈现理想圆锥形。因此，在研磨过程中，由于针磨头呈锥面，径向分力存在，且几乎不可能完全平衡，由此而产生的偏心力使

6、悬置的磨头呈现挠曲，从而加工出偏心的模孔。另一方面，由于模头的不规则，在磨削过程中出现高频交变应力，以致产生振动。对于一个“ 悬臂梁”结构，在加工过程中存在的振动，将对整个结构的寿命有所影响。图1.1 图1.2 图1.3图2.1拉丝模的拉拔过程从考核产品或设备可靠性的角度一看，主要指标是寿命和性能。显而易见，针磨工艺是比较落后的。所以就要求改进国内的拉丝模抛光技术，本课题就是在消化、吸收国外先进技术的基础上，研制出高速线抛光机。1.2.2 国内外拉丝模抛光机的发展现状研磨工艺是拉丝模成型的主要工序。它分为三个步骤，粗磨、细磨(精磨)、抛光。加工方法基本相似，但使用磨料不一。据中国机床商业网报道

7、，随着科学技术的不断发展，各种模具的加工工艺要求越来越高。提高模具抛光的速度和质量使我国模具制造工艺达到世界先进水平，已成为刻不容缓的重要课题。目前，国外拉丝模抛光效果最好的是日本、美国，而意大利、瑞典、丹麦等国抛光质量次之。机械式拉丝模抛光机是实用新型涉及一种抛光机。它包括机架、驱动电机、传动机构、直线往复运动的导杆、设置在导杆上的支架、抛光带；传动机构包括连接在电机轴上的偏心轮、铰接在偏心轮偏心轴上的曲柄；曲柄的另一端与导杆的一端铰连接；导杆通过一对同轴设置的导套连接在机架上；在导杆中部横向连接有支架，抛光带穿越拉丝模模孔连接在支架上。本实用新型用机械传动代替手工操作，通过曲柄连杆机构将电

8、机的旋转运动转化为导杆的直线往复运动；通过连接在导杆上相对于模孔做直线往复运动的抛光带，实现了对模孔的抛光加工。大大节约了加工时间、降低了劳动强度、提高了抛光质量、节约了研磨材料。我国拉丝模制造工业从八十年代起，发展较快，但总的来说与国外还有不小的差距，我国制模工业还比较落后，加强制模管理，提高拉丝模质量水平，推动制模工艺技术的进步，是当前的重要课题。本课题拉丝模抛光机设计就是着眼于用新型涉及一种对拉丝模具进行抛光加工的拉丝模具高速抛光机其特点是拉丝模具放置定位腔是一个由旋转端盖和旋转体构成的圆锥形空腔，改进后的拉丝模具定位腔具有通用性，电机激磁控制电路设置了激磁可调开关，在定时控制线路和振动

9、、旋转速度控制线路之间设置了一个启动保护电路，经过如此改进后的拉丝模具高速线抛光机往复振动从而实现抛光，改造简单，安全可靠。且大大的提高了劳动生产力。制订与国外等同的拉丝模产品标准，所以必须搞专业化管理，目前国内有必要成立专门的机构，以进一步加强拉丝模抛光机制造管理。机械式拉丝模抛光机是自己制模，并且同时实现抛光，太大地减少了拉丝厂辅助部门的人员和资金占用，提高了经济效益。1.3 课题研究内容与思路1.3.1 课题的研究内容本课题在结合中国的传统生产工艺的基础上，结合生产实践，开发一种高效、优质的拉丝模抛光生产设备，主要针对拉丝模抛光机的卡具旋转机构进行机械系统结构的反求设计，对抛光丝往复运动

10、的控制系统进行创新设计。本课题的卡具旋转机构是指夹持拉丝模，并带动拉丝模一起作回转运动，主要包括以下几个方面：其一，将拉丝模定位夹紧，要抛光拉丝模的内孔就必须要确保拉丝模的定位定心精度；其二，将带运动拉丝模一起作回转运动，该拉丝模抛光机的工作原理是利用抛光丝的往复运动及拉丝模的回转运动来对拉丝模内孔进行抛光的，所以该卡具机构的主要任务就是将拉丝模固定在一定的高度并且使其能够做旋转运动。所以课题根据拉丝模的主要工艺过程，设计出的卡具旋转机构主要有以下几个部分：夹紧、旋转。该课题的控制系统是指能使抛光丝作上下往复运动的系统。1.3.2课题的研究思路本课研究的主要设计思路是：（1）通过查资料、结合传

11、统的生产工艺的基础和机械线材行业的发展需要，设计拉丝模抛光机卡具旋转机构及抛光丝往复运动控制系统的大体部件。（2）采用UG软件初步设计出拉丝模抛光机的主体结构，以及各个附属机构。（3）根据零部件的设计计算，确定其结构并选定各零件的材料。（4）绘制主体结构的三维图纸和工程图纸，关键零件的三维图纸、工程图纸和有限元分析。（5）通过计算完成各个机构动作的自由度的分析和计算；分析各个动作的运动的方程。（8）根据要求和设计过程，编写设计说明书。1.4 小结结合三维实体建模技术、二维建模技术、优化设计技术等技术对原有的拉丝模抛光机进行整体反求创新改造设计，用液压系统来代替连杆机构对抛光丝往复运动进行控制，

12、同时，对操作人员进行必要的培训可以加速生产效率和质量。应用以上的分析我们设计的拉丝模抛光机一定能满足生产者的需求，在激烈的市场竞争中站稳脚步，获得更大的利润。第2章 设计方案的确定2.1 拉丝模的抛光过程分析根据本课题机械式拉丝模抛光机设计的要求及所要实现的加工功能，即，拉丝模的夹持旋转和抛光丝对拉丝模内孔抛光的上下往复运动。其整个拉丝模抛光机的抛光过程为：装夹拉丝模 装夹抛光丝 起动机器 抛光丝往复运动 抛光模孔从抛光过程可以看出，拉丝模抛光机的主要工作部件是抛光丝的往复移动和拉丝模的回转运动，抛光丝在控制系统的作用下在拉丝模内孔内上下移动，而拉丝模在夹持机构卡具旋转机构的固定下通过电机带动

13、作回转运动，抛光丝和拉丝模的相对运动产生磨擦，从而对模孔定径区进行抛光加工。2.2 课题方案的分析与确定根据拉丝模抛光机的抛光过程，设计了以下几个可行性方案，分别如下。2.2.1方案设计一抛光丝的往复运动采用电控（PLC）系统控制，这种控制系统要求操作人员要具有扎实的专业知识，能熟练掌握零件的工艺规程并且编制其加工程序，目前在国内的应用局限性还比较小。2.2.2方案设计二用磨液射流磨削抛光拉丝模模芯。磨液射流磨削抛光原理是磨液在高速气流的带动下，通过喷射，得到很高和速度。磨削抛光时，虽然磨粒的质量很小，但因速度很高，故磨料具有足够的动能对金属或非金属表面进行磨削抛光加工。磨削抛光时，作用于工件

14、表面上的冲击力可分解为水平分力Px和垂直分力Py（如下图所示）。a)受力图 b)抛光机的组成图2.2 磨液射流磨削抛光原理 这种抛光机主要适用于生产中的各种复杂曲表面的抛光。2.2.3方案设计三采用带传动来控制抛光丝的往复运动。带传动控制是工业中经常用到的一种控制方式，它采用轴完成传递转矩的过程。因为（PLC）控制方式的灵活性和便捷性，PLC控制在工业上受到广泛的重视。凸轮在带传动下做圆周运动从而带动导轨的做往复运动，而导轨通过丝夹头与抛光丝连接，并带动抛光丝作往复运动进而对拉丝模内孔进行抛光。这种控制系统既保证了拉丝模内孔的加工精度，同时结构简单，操作方便，对操作人员的专业要求不如数控系统的

15、高，而适用范围又比较广。所以，综上所述，该拉丝模抛光机抛光丝的往复运动采用电控（PLC）系统来控制。第3章 拉丝模抛光机系统运动机构设计综合拉丝模抛光机系统的原理图（图2.1）可知分为两种传动系统，一为拉丝模夹持机构采用直接驱动方式，由于是旋转，故选择带传动。这是根据给定条件、机构尽量简单明了、机构相容性等选择的方案。二为抛光丝的往复运动，由于抛光丝的往复运动速度比较快，采用曲柄滑块机构来驱动。原理是曲柄的摇摆动作转换成抛光丝的往复移动并对外做功。用电控系统控制的拉丝模抛光机其系统的运动平稳。拉丝模抛光机的原理图如3.1所示,三维造型如图3.2所示。图3.1机械式拉丝模抛光机原理图1- 异步电

16、动机 2-带传动 3-工件定位板 4-工件 5抛光丝夹头 6-导轨7-往复架 8-直流调速电动机 9-带传动 10-曲柄 11-连杆图3.2拉丝模抛光机三维图3.1 机械式拉丝模抛光机导轨设计简介3.1.1 机械式拉丝模抛光机导轨的设计特点 导向精度高，不会出现间隙，能自动补偿磨损。一般选取三角形顶角=90°,重型机械采用大顶角=110°120°。当水平力大于垂直力，V形导轨两侧受力不均匀时，采用不对称V形导轨。承载能力大，制造方便。必须留有侧向间隙。不能补偿磨损。用镶条调整时，会降低导向精度。需注意导轨的保护。尺寸紧凑，适用于要求高度小导轨层数多的场合。可构成闭

17、式导轨。用一根镶条可以调整各面的间隙。刚度比平面导轨小。制造简单，弯曲刚度小，主要用于受轴向载荷的导轨。适用于同时作直线和旋转运动的场合 3.1.2 机械式拉丝模抛光机导轨设计二维图第4章 拉丝模的相关设计4.1 带传动4.1.1概述如图带传动由主动轮1、从动轮2及紧套在其上的环形传动带3组成。环形传动带采用易弯曲的挠性材料制成。带传动按工作原理可分为摩擦带传动和啮合传动，本机构中采用的是摩擦带传动（V带传动）。图4.1带传动示意图4.1.2带传动的设计计算（1）选择V带型号根据要求选择所需电动机，查文献3选取型号为Y802-4，其额定功率为0.75KW，满载转速为1390r/min，同步转速

18、为1500 r/min，质量为18kg。确定计算功率，查文献10表4.6得工作情况系数K=1.4，则有按、=1390 r/min查文献6的图3.5-1，选O型V带。（2）确定带轮直径、选取小带轮直径：参考文献6的图3.5-1及表3.5-5，选取小带轮直径=71mm。验算带速：确定从动带轮直径：=，查表3.5-5取=112mm。计算实际传动比：验算从动轮实际转速：，（880-850）/850100%=3.5%,所以允许。（3）确定中心距和带长初选中心距：，取=250 mm。计算带的基准长度：由文献10的表4.2得=800 mm。计算中心距：确定中心距高速范围：4验算小带轮包角：，合适。（5）确定

19、V带根数z确定额定功率：由=71mm、=5m/s和=6m/s，查设计手册得Z型V带的额定功率分别为0.53KW和0.62KW，用线性插值法求=5.27m/s时的额定功率值，=确定V带根数z：（-包角系数，-长度系数），查文献6得=0.04KW,查表3.5-10得=0.98,表3.5-11得=1.0；所以z根，取z=2根。（6）计算单根V带初拉力 查文献6表3.5-1得单位长度质量q=0.0612kg/m,（7）计算对轴的压力（8）确定带轮的结构=71mm,采用实心式结构；=112 mm的带轮和拉丝模夹具体设计成一体，以便带动拉丝模一起作回转运动。根据上面3.1.2所计算出的带轮结构尺寸，利用P

20、ro/E三维实体建模可以得出带轮的结构图。其中小带轮图如图4.2,大带轮如图4.3:图4.2小带轮图图4.3大带轮图4.2电机的相关设计4.2.1确定小带轮与电机连接处的键电动机的主要外形尺寸和安装尺寸示意图，如图4.4所示。图4.4 电动机的外形和安装尺寸所选电动机的主要外形尺寸和安装尺寸，查手册3中表20-2，如表4-1和4-2所示。 表4-1电机安装尺寸(单位：)HABCDEFGGK801251005019406615510表4-2电机外形尺寸(单位：)ABADACHDAABBHAL160150851703413010285（1）键连接的选择键连接的选择包括类型选择和尺寸选择两个方面。由

21、于电机和小带轮的材料都已经确定了，据连接的结构特点、使用要求和式作重要条件来选择键连接的类型；键的尺寸则按符合标准规格和强度要求来取定。键的主要尺寸为截面尺寸b、h和长度L。由于电机是标准件，所以与之相关的键的基本尺寸b、h已经确定为6、6；长度L可参照轮毂长度B从标准中选取，一般取 L=B-（510）mm，由B=40 mm查标准取L=32 mm，初选A型平键，材料为45钢。（2）键连接的强度校核在传递转矩时，各零件的受力如图3.4所示。普通平键连接的主要失效形式是工作面的压溃，按工作面上的挤压应力进行强度校核计算；导向平键和滑键的主要失效形式是工作面的过度磨损，按工作表面上的压强进行条件性的

22、强度校核计算。只有在严重过载情况下，平键连接才有可能出现如图3.4沿a-a面的剪断。图4.5平键连接情况假设键的工作表面上载荷均匀分布,合成后的集中力F(圆周力)作用于接触面高度中点,参照图3.4,可得普通平键连接的挤压强度条件式中 T传递的转矩,单位为N. mm； k键与轮毂的接触高度，单位为mm； d轴的直径，单位为mm； l键的工作长度，单位为mm； 键、轴、轮毂3者中最弱材料的许用挤压应力，单位为MPa；由设计手册查得电机的相关参数为d=19mm、k=3mm、l=L-b=32-6=26 mm，查参考文献10的表12.1有=125150MPa，则有由以上可见所选键满足强度要求。4.2.2

23、电机的螺栓组连接设计已知工作载荷，力的作用线在垂直方向上，底板高，其余尺寸见图4.6。设计内容及设计结果见表4-2:图4.6电机螺栓组连接表4.2螺栓连接设计设计项目设计依据及内容设计结果（1）螺栓组受力分析 水平方向上分力 垂直方向上分力 翻转力矩由图4.6知方向上不受力（2）失效形式分析该连接可能出现以下几种失效形式:(1) 在作用下，电机可能向下滑移；(2) 最上边的受拉螺栓可能被拉断或产生塑性变形；为防止滑移，应保证有足够的预紧力。（3）计算作用下受力最大螺栓所受的最大工作拉力由文献10的式13.8（4）计算最大工作拉力（5）计算螺栓所受总拉力 计算预紧力 计算螺栓总拉力由底板不滑移条

24、件:,可得:查文献10的表13.9得,则,取,则设计时取可靠度系数；接合面间的摩擦因子，接合面干燥时，否则取；螺栓个数。（6）确定螺栓直径选螺栓材料35钢，性能等级4.6级,查表13.5得:,查表13.7取安全系数,螺栓材料的许用应力 由式13.21,，按GB196-81粗牙普通螺纹标准，当,其，可满足要求，故可选M8的螺栓。35钢，4.6级S=1.5（7）校核接合面工作能力:接合面上部不出现缝隙由式13.9,故不会出现缝隙（8）验算预紧力对碳素钢,要求预紧力符合要求所以电机的连接选用M8的普通螺栓连接。4.3 拉丝模夹具设计4.3.1 确定方案根据已经给定的未加工的硬质合金拉丝模，其上下两底

25、面和圆周面的尺寸和精度已经确定并加工好。该夹具是在拉丝模抛光时用来确定抛光丝与模孔的位置精度，并能使抛光丝对拉丝模中心孔进行研磨抛光的机构。4.3.2 确定要限制的自由度按照加工要求，拉丝模抛光机抛光模心时抛光丝做上下往复运动，并且拉丝模在上下方向上不应有相对运动，因此应限制拉丝模上下运动的自由度。拉丝模在异步电动机的带动下随模座做回转运动，相对模座来说还要限制X-Y方向上的转动自由度。另外两个方向上的转动和移动自由度已经随着拉丝模与模座的圆周面接触受到了限制。即加工拉丝模时应限制六个自由度，实现完全定位。4.3.3定位方案选择 拉丝模以其上下两底面及其圆周面为定位基准，夹具体加工出与其相配合

26、的孔用来定位拉丝模，利用压板、双头螺柱和滚花螺母相配合来限制其五个自由度，最后在压板上做一凸台，在拉丝模上做出与其相对应的孔，安装时两者配合限制其最后的转动自由度，实现完全定位。4.3.4 夹紧方案的确定根据工件夹紧的原则，如图4.6所示，将工件放入夹具体内，夹具体加工出与工件配合的孔用来定位工件，利用压板、圆柱头六角螺钉相配合来限制除转动自由度外的其它五个自由度，最后在压板上做一凸台，在工件上做出与其相对应的孔，安装时两者配合限制其转动自由度，实现完全定位。由于工件和其夹具体需要在电动机的带动下做回转运动，因此其夹紧装置不宜太复杂，为使加紧可靠，装拆方便,采用内六角圆柱头螺钉来固定。 夹具体

27、 压板 拉丝模 内六角头螺钉图4.6拉丝模夹具装配图4.3.5夹具体与定位键由于拉丝模形状规则，且要加工的内孔与抛光丝的位置已经确定，故不需要另加对刀块。夹具体时用来固定工件并和机床连接的装置。在该拉丝模抛光机中，夹具体和带动拉丝模转动的带轮做成一体，以简化机构，节约成本。夹具体与轴承等部件一起安装在夹具体座内，并通过夹具体底座固定在机床支承导轨上。这样工件就和机床连接在了一起。定位键是用来确定夹具与机床工作台之间正确相对位置的元件。在该机床中，压板上的凸台除了有限制其自由度的作用以外，还起到定位键的作用，确保拉丝模的中心与抛光丝的轴心在一条直线上。为保证拉丝模在夹具体内安装稳定，利用压板、内

28、六角圆柱头螺钉相配合把拉丝模固定在夹具体内，方便加工且提高精度，方便固定。4.3.5 电动机的选择工业上一般用三相交流电源，无特殊要求一般选用三相异步交流电动机。最常用Y型系列笼型三相异步电动机，其效率高、工作可靠、结构简单、维护方便，价格低，适用于不易燃、不易爆，无腐蚀性气体和无特殊要求的场合。由于启动性好，也适用于某些要求较高起动转矩的机械。需要经常起动、制动和反转的机械，要求电动机有较小转动惯量和较强的过载能力，应选用起重及冶金YZ（笼型）系列YZR（绕线型）系列异步电动机。电动机的结构形式，按安装位置不同，有卧式和立式两类；按防护不同有开启式、防护式（防滴式）、封闭式及防爆式等 。可根

29、据安装需要和防护要求选择电动机的结构形式。常用结构为卧式封闭式电动机。根据石材加工生产线生产的要求和工作条件的客观原因，决定选用一般的电动机即卧式封闭式电动机。割装置和抛磨装置选定的电机见下表3.1和表3.2。表4.3拉丝模装置选用的电动机类型、结构形式功率和转速电动机型号额定功率同步转速满载转速电动机质量最大转矩Y112M-24kw3000r/min2890r/min118Kg2.2表4.4抛光机装置选用的电动机类型、结构形式功率和转速电动机型号额定功率同步转速满载转速电动机质量最大转矩Y160M1-87.5kw750r/min720r/min119Kg2.04.3.6 转速的确定设计时，须

30、根据不同机构的性能要求，合理确定抛光机机构的最大工作能力，即主轴所能传递的最大功率或最大扭矩。对于所设计机构的传动件（如主轴、传动轴）尺寸，主要是根据它所传递的最大扭矩进行计算。传动件传递的扭矩大小与它所传递的功率和转速n两个参数有关。对于旋转运动的传动件，其额定扭矩（即需要传递的最大扭矩）按下式计算 （N m） (3.1)式中 传动件的计算转速（r/min）；传动件所传递的功率（kw）；主电动机的额定功率（kw）；从主电动机到该传动件的传动效率。由上式可知，当传动件的传递功率为一定时，若转速取得偏低，则传递的扭矩就偏大，使传动件尺寸不必要地增大。因此，须根据机构的实际工作情况，经济合理地确定

31、计算转速并计算传动件的尺寸是该机构设计工作的一个重要问题。主轴计算转速是主轴传递全部功率（此时电动机为满载）时的最低转速。从计算转速起至主轴最高速间的所有转速都能够传递全部功率，而扭矩则随着转速的增加而减少，此为恒功率工作范围。低于主轴计算转速的各级转速所能传递的扭矩与计算转速下的扭矩相等，它是该机床的最大传递扭矩（功率则随转速的降低而减少），此为恒扭矩工作范围。根据抛光机往复移动的速度为线速度，100-1000m/s,最后得到转速分别为：拉丝模轴 ,抛光机轴第5章 机械式拉丝模抛光机的PLC控制系统设计5.1 概述可编程控制器（PLC）是一种新型的通用自动化控制装置，它将传统的继电器控制技术

32、、计算机技术和通讯技术融为一体，具有控制功能强，可靠性高，使用灵活方便，易于扩展等优点而应用越来越广泛。机械式拉丝模抛光机设计的PLC控制系统必须具备控制拉丝模抛光机的全部功能和要求 。它的作用是按照控制装置的信号或指令作往返运动，以使机械式拉丝模抛光机能完成指定的动作。5.2 自动控制原理图5.1是本实用新型的自动控制电路原理图。 图5.1 自动控制原理图27-抛光机转动开关 28-抛光机复位开关 30-步进电机开关 31-电磁离合器开关 1、9、17、29-电控单元5.3 拉丝模抛光机逻辑可编程控制器5.3.1可编程控制器的基本概念1、可编程控制器的定义可编程控制器是一种数字运算操作系统，

33、专为工业环境下的应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型机械的生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都按易于与工业系统连成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。2、可编程控制器的特点（1）控制程序可变 其控制操作功能通过软件编制确定，在生产工艺改变或生产设备更新时，不必改变PLC硬件设备，只需要改变编程程序就能改变控制方案，具有良好的柔性。（2）采用面向过程语言，编程方便 可编程控制器用于代替继电器控制，而且其出现以后，大多数可采用类似继电器控制电路图形式的“梯形图”进行编程，控

34、制线路清晰直观，稍加培训即可进行编程，普遍受到欢迎。PLC与个人计算机连成网络或加入到集散控制系统之中时，通过在上位机上用梯形图编程，程序直接下装，使编程更加容易，更加方便。（3）功能完善 由于计算机的强运算处理能力，现代PLC不仅具有逻辑运算、计时、计数、步进控制功能，还能完成A/D，D/A转换、模拟量处理、高速计数、联网通信等功能，可以通过上位机进行显示、报警、记录、进行人机对话，使控制水平大大提高。（4）扩展灵活 PLC产品均带有扩展单元，可以方便地适应不同I/O点数及不同输入、输出方式的需求。模块式PLC，各种功能模块制成插板，可以根据需要灵活配置，从几个I/O点的最小型系统到几千个点

35、的超大型系统均可以实现，扩展灵活，组合方便。（5）系统结构简单，安装调试工作量少 当需要组成控制系统时，用简单的编程方法将程序存入存储器内，接上相应的输入、输出信号，便可以构成一个完整的控制系统，不需要继电器、转换开关等。它的输出可以直接驱动执行机构（负载电流一般可达2A），中间一般不需要设置转换单元，因此大大简化了硬件的接线，减少设计及施工工作量，同时，PLC又能事先进行模拟调试，更减少了现场的调试工作量，并且PLC的监视功能很强，模块化结构大大减少了维修量。（6）可靠性高 可编程控制器采用大规模集成电路，可靠性要比有接点的继电器系统高得多。同时，在其自身设计中，又采用了冗余措施和容错技术，

36、因此其平均无故障运行时间（MTBF）超过20000h，而平均修复时间（MTTR）则少于10min。另外，其输入输出采用了屏蔽、隔离、滤波、电源调整与保护措施，提高了抗工业环境干扰的能力，使PLC适用于工业环境使用，可靠性大大提高。3、可编程控制器的分类按容量大致可分为“小”、“中”、“大”三种类型。小型PLC的I/O点数在256点以下（其中把小于64点的PLC称为超小型机）；中型PLC的I/O点数在256以上，2048点以下，内存在8K以下；大型PLC的I/O点数在2048点以上。大型PLC可以和计算机系统结成一体，并增加刀具精确定位、机床速度和阀门控制等功能，可实现管理和控制一体化，可与办公

37、自动化系统联网，成为工厂自动化的重要设备。按硬件结构的不同，将PLC分为整体式结构、模块式PLC和叠装式PLC三类。5.3.2 可编程控制器的基本结构可编程控制器的基本结构如图5.2所示。其主体由三个部分组成，主要包括中央处理器CPU、存储系统输入/输出接口、存储器系统ROM和RAM等，系统电源在CPU模块内，也可单独视为一个单元。编程器一般看作PLC的外设。PLC内部采用总线结构，进行数据和指令的传输。图5.2 可变成控制器的结构这里可以把PLC作为一个系统。外部开关信号、模拟信号以及各种传感器检测的信号作为PLC的输入变量，它们经PLC的输入端子进入PLC的内部，经PLC的内部逻辑运算等各

38、种运算后，产生输送变量，送到输出端子作为输出，驱动外部设备。PLC可以被看作是控制系统的中间处理环节，它将输入变量经一定的控制方式转变成为输出变量。所以一个PLC控制系统可描述为：输入变量PLC输出变量。输入部分收集、暂存被控对象实际行动的数据和状态信息；PLC即逻辑部分，则是处理输入部分所取得的信息，并按被控对象实际动作要求产生输出结果；输出部分向被控设备提供实时操作与处理。其中逻辑部分采用了大规模集成电路构成的微处理器和存储器，并且生产厂家对微处理器进行了软件、硬件开发，为用户提供了大量的便于编程的逻辑部件，如继电器逻辑、定时器、计数器、触发器和寄存器等。同时，提供了描述这些逻辑部件的符号

39、和语言，即编辑语言。PLC的基本组成部分协调一致，可以实现对现场设备的控制。5.3.3 可编程控制器分类可编程控制器（PLC）分为内装型PLC和外置型（独立型）PLC两大类。内装型PLC安装在数控系统内部，具有如下特点：内装型PLC实际上是数控系统装置本身带有PLC功能，内装型PLC功能通常是作为可选功能提供给用户的；数控装置内部，内装型PLC可与数控系统共用一个CPU，也可以单独有一个专用的CPU；硬件电路可与数控系统电路制作在同一块印制电路板上，也可以单独制成一个附加板插于数控系统装置上，它的电源可以与数控系统共用，不需要专门配置；有些内装型PLC可以利用数控系统的显示器和键盘进行梯形图或

40、语言的编程调试，无需装配专门的编程设备。目前，绝大多数多数数控系统均可选择具有内装型PLC功能。由于大规模集成电路的采用，带与不带内装型PLC，数控系统的外形尺寸没有明显差别。内装型PLC与数控系统之间的信息交换是通过公用的RAM区完成的，因此内装型PLC与数控系统之间没有连线，信息交换量大，安装调试更加方便，且结构紧凑，可靠性好。与拥有数控系统后，再配置一台通用的PLC相比，无论在技术上还是在经济上对用户都是有利的。独立型PLC在数控系统外部，自身具备完备的软硬件功能，具备如下特点：（1）独立型PLC本身即是一个完整的计算机系统，其具备CPU、EPROM、RAM、I/O接口以及编程器等外部设

41、备的通信接口、电源等。（2）独立型PLC的I/O模块种类齐全，其输入、输出点数可以通过增减I/O模块灵活配置。（3）与内装型PLC相比，独立型PLC功能更强，但是一般要配置单独的编程设备。独立型PLC与数控系统之间的信息交换可通过I/O接口对接的方式，也可以采用通信方式。I/O对接方式就是将数控系统的输入、输出点通过连线与PLC的输入、输出点连接起来，适用于数控系统与各种PLC的信息交换。但由于每一点的信息传递需要一根信号线，所以这种方式连线多，信息交换量小。采用通信方式可克服上述I/O对接的缺点，但采用这种方式的数控系统与PLC必须采用同一通信协议。一般来说数控系统与PLC须是同一家公司的产

42、品。采用通信方式时，数控系统与PLC的连线少，信息交换量大而且非常方便。5.4 PLC控制系统设计5.4.1 可编程控制器选择在设计过程中，因为考虑到有5个输入点，7个输出点，故可以选择三菱公司推出的系列的一款芯片-32MR-001。这款芯片的输入点数为16，输出点数为16，故可以满足所需求的输入/输出点数。5.4.2 内部接线内部接线图如图5.3所示。 图5.3 内部接线图表5.1 可编程控制器输入/输出点对应功能输入点功能输出点功能X000启动按钮Y000控制电机X001正转按钮Y001控制抛光机正转X002反转按钮Y002控制抛光机反转X003限位开关Y003控制电磁离合器M0辅助继电器

43、Y004保证工作的动力源5.5 部分程序： ORG 0000H AJMP MAIN LJMP INT1S ORG 0030HMAIN: MOV SP,#60H MOV R0,30H SETB IT1 SETB EX1 SETB EA MOV DPRT,#7FF0HLOOP:MOVX DPTR,A;-BEGIN: JNB P1.5 BEGIN JNB P1.1 FUWEI ;判断是否复位WAIT: SJMP WAIT ;等待中断，读取A/D转换值 MOV A,R0 MOV B,#2 DIV AB MOV R0,A INC R0 MOV R0,AXUNFAN: ;给电机送脉冲信号 MOV DPTR

44、,#8400H MOVX A,#01H MOV DPTR,A ACALL DELAY MOVX A,#03H MOV DPTR,A ACALL DELAY MOVX A,#02H MOV DPTR,A ACALL DELAY MOVX A,#06H MOV DPTR,A ACALL DELAY MOVX A,#04H MOV DPTR,A ACALL DELAY MOVX A,#05H MOV DPTR,A ACALL DELAY MOV A,R0 DEC A MOV R0,A DJNZ XUNFAN FUWEI: ;复位子程序 ACALL XUNFAN2 JNB P1.1 FUWEI SJM

45、P WAITXUNFAN2: MOV DPTR,#8400H MOVX A,#01H MOV DPTR,A ACALL DELAY MOVX A,#05H MOV DPTR,A ACALL DELAY MOVX A,#04H MOV DPTR,A ACALL DELAY MOVX A,#06H MOV DPTR,A ACALL DELAY MOVX A,#02H MOV DPTR,A ACALL DELAY MOVX A,#03H MOV DPTR,A ACALL DELAY INT1S:MOVX A,DPTR MOV 30H,A RETI ;-WAIT2: 发送反向脉冲信号 JNB P1.2

46、 WAIT2JIXUN: MOV DPTR,#8400H MOVX A,#01H MOV DPTR,A ACALL DELAY MOVX A,#03H MOV DPTR,A ACALL DELAY MOVX A,#02H MOV DPTR,A ACALL DELAY MOVX A,#06H MOV DPTR,A ACALL DELAY MOVX A,#04H结论本课题在结合国内外拉丝模抛光机的发展现状和中国传统工艺和生产实践，创新设计机械式拉丝模抛光机。该拉丝模抛光机利用线抛光工艺代替传统的针磨工艺对拉丝模进行修整，这大幅度的提高设备的可靠性、修整质量和生产率，且延长模具的使用寿命。在这三个月

47、的毕业设计中，本设计在参考大量的文献基础之上，结合设计任务要求，主要完成了以下几个方面的工作：（1）拉丝模抛光机的总体方案设计和主要技术参数的确定；（2）采用了三维软件（UG）设计拉丝模抛光机的主体结构，以及各个附属机构； （3）拉丝模抛光机的机械系统、控制系统设计； （4）设计和绘制了主体结构的工程图纸，关键零部件的三维设计；（5）根据要求和设计过程，编写了设计说明书、绘制图纸。毕业设计是本科学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过这次比较完整的拉丝模抛光机的创新设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我综合运用所学专业基础知识解决实际工程问题的能力，同时也提高

48、我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升。这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在。虽然毕业设计内容繁多，过程繁琐但我的收获却更加丰富。各种系统的适用条件，各种设备的选用标准，各种管道的安装方式，我都是随着设计的不断深入而不断熟悉并学会应用的。和老师的沟通交流更使我从经济的角度对设计有了新的认识也对自己提出了新的要求。提高是有限的但提高也是全面的，正是这一次设计让我积累了无数实践经验，使我的头脑更好的被知识武装了起来，也必然会让我在未来的工作学习中表现出更高的应变能力，更强的沟通力和理解力。参考文献1 岑军健等.非标准设备设计手册.国防工业出版社. 1983年12月.2 王兰美.机械制图.高等教育出版社 2004年2月3 王昆，何小柏， 汪信远主编. 机械设计（机械设计基础）课程设计M. 北京：高等教育出版社，19954 龚庆寿，梁建明主编. 机械制造基础M. 北京：高等教育出版社，20065 机械