1、鄭州雨辰學院畢業設計（論文） 棒料切割機的結構設計*大學畢業設計說明書（雨）（全套圖紙）專業： 學號： 1334095854 姓名： 指導教師： 雨辰 完成日期： 摘要   通過對切割過程的觀察和研究，本課題采用了機電一體化系統設計思想，對其整體造型、機械結構和控制系統進行設計,此棒料切割機電一體化系統主要由四個部分組成：機械本體、電子控制單元、執行器和動力源。工作原理是電動機通過帶傳動帶動切割片做高速旋轉運動，電機與工作臺之間采用鉸支撐方式，升降氣壓缸可推動切割片進行上下移動帶動刀片完成順序切割動作。切割機采用PLC控制各個氣壓換向閥的電磁鐵，實現棒料的自動下料

2、和切割以及檢測工作。隨動工作臺前進速度也可以通過夾緊機械手夾緊棒料使之與棒料速度同步。橫向切割時的切割速度可以通過氣壓缸來調節。現場運行情況表明，此切割機具有動作快、運動平穩以及與計算機聯機方便等優點，能夠降低工人的勞動強度，實現自動控制，提高勞動生產率。鑄棒線割機在連續的鑄造中工作，它是一種既能有效的提高生產率，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，

3、性能穩定，結構簡單，調節、維修方便，生產率高等優點，具有廣泛的應用前景。關鍵詞：切割機 機電一體化 氣壓 棒料 PLC控制IIIAbstractBased on the research of the cutting process, this subject adopts mechanical and electrical integration of system design idea, the overall modeling, mechanical structure and control system design, bar stock cutting the mechanica

4、l and electrical integration system is mainly composed of four parts: the basic machine, electronic control unit, actuators, and power supply. Working principle is the motor drives the cutting piece of high-speed movement, motor and adopts the hinged support method between the workbench, a falling c

5、ylinder can be driven to move up and down push cutting disc blade cutting action completed order, each hydraulic cutting machine adopts PLC control reversing valve electromagnet, implement automatic cutting and blanking bar work and tests. And servo table speed can also be through the clamping manip

6、ulator clamping bar to that of the bar speed synchronization. Transverse cutting when the cutting speed can be adjust by hydraulic cylinder. Field operation shows that, the design of the cutting machine is fast, smooth movement, and convenient with computer on line, it can improve the labor intensit

7、y of workers, to achieve automatic control, improve labor productivity. Casting rod wire cutting machine in continuous casting, it is a can effectively improveproductivity, but also in terms of price and use can be accepted by the majority of usersof a new automatic control cutting machine. PLC cont

8、rolled pneumatic casting rodcutting machine, which combines automatic pressure control, robotics and PLC control technology. PLC control various pneumatic solenoid valve, cylinder driven by a robot to complete the sequence of the cutting process, to achieve an effective combination of mechanical des

9、ign, electrical controls and pneumatic controls. This cutting machine haseasy to control, stable performance, simple structure, regulation, easy maintenance,high productivity advantages, has broad application prospects.Keywords:Cutting machine Mechanical and electrical integratio

10、n Air pressure Bar PLC control目錄緒論1第一章 切割部分設計21.1切割部分設計要求21.2切割部分方案設計21.3切割部分結構設計31.3.1砂輪片的選取31.3.2電機的選取31.3.3帶傳動設計31.3.4升降氣缸的選擇71.3.5滾動軸承的選取及校核10第二章 夾緊部分設計132.1夾緊部分設計要求132.2夾緊部分方案設計13第三章 縱橫行走部分的設計143.1設計要求143.2方案設計143.3直線導軌的選擇計算143.3.1選定條件143.3.2選擇方式14第四章 PLC概述174.1可編程控制器PLC的基本原理174.2可編程控

11、制器的特點17第五章 電氣控制線路的設計195.1電氣控制線路設計的一般要求195.2電氣控制線路的設計方法195.3氣動原理圖設計195.3.1氣動原理圖215.3.2控制流程圖22結論23致謝24參考文獻25III緒論機電一體化產品廣泛應用各種加工業，切割技術也有了飛速的發展，手工切割已經適應不了現代工業發展的要求。同時，切割機的夾緊機構也有了迅速的發展，一些簡單的機械手已經得到廣泛的應用。簡單的機械手經過幾十年的發展，如今已進入以通用機械手為標志的時代。幾十年來，這項技術的研究和發展一直比較活躍，設計在不斷的修改，品種也在不斷的增加，應用領域也在不斷的擴大。簡單的機械手是一種仿人操作、自

12、動控制、的機電一體化自動化生產設備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產。它對穩定、提高產品質量，提高生產效率，改善勞動條件和產品的快速更新換代起著十分重要的作用。我們設計的鑄棒線切割機結構簡單，性能安全可靠，操作方便可行，很好的實現了其預定功能。鑄棒線切割機主要由四個大的部分組成，即切割部分、夾緊部分、縱橫行走部分和電氣控制部分。切割部分是由電極帶動砂輪旋轉，由氣缸控制砂輪上下移動完成切割。夾緊部分主要采用了一個氣動夾緊機械手，電磁閥控制氣缸活塞的伸縮來實現夾緊和放松。縱橫行走部分是由氣缸控制縱向、橫向行走板，使之沿直線導軌前進或返回。整個機器由PLC控制各個氣動換向閥的電磁鐵，由氣缸驅動完成

13、順序切割動作過程。而隨動工作臺的隨動前進速度也可以通過夾緊機械手夾緊鑄棒使之與鑄棒速度同步。橫向切割時的切割速度可以通過氣缸來調節。與一般的切割機相比，這種切割機有以下優點：（1）實現了機械工程和自動控制的有效結合，機械部分采用機械優化設計，整個設計過程中都進行了綜合技術比較與經濟評價，實現了預定的功能。（2）整個運動過程都采用了氣壓傳動控制，與液壓傳動相比，氣壓傳動有無介質費用、處理方便、無泄露污染、無介質變質等優點。 （3）在設計過程中，縱橫行走裝置采用了直線導軌，既提高了運動系統的運動精度，又很大程度的減小了摩擦力，達到了節能的效果。（4）整個切割過程都由PCL控制，以其結構簡單合理、設

14、備性能良好、使用壽命長、安全系數高等因素，滿足了自動化大批量的生產要求。這種切割機具有控制方便，性能穩定，結構簡單，調節、修改方便、生產率高等優點，具有廣闊的應用前景。第一章 切割部分設計1.1切割部分設計要求為了保證棒料的剪斷，剪應力應超過材料的許應剪應力,即切斷棒料的條件為： 查資料可知棒料的許用剪應力為：,取最大值。由于本切斷機切斷的最大棒料粗度為：。則本機器的最小切斷力由上公式得： 取切割機的項目設計采用機電一體化設計思想，要求棒料切割機采用PLC對棒料的切割過程及檢測進行自動控制，并能根據PLC定長信號分別切割兩條連續的棒料，完成了系統的硬件和軟件設計后可以實現對棒料的準確定長切割，

15、切割后自動返回初始位置。原始棒料尺寸范圍在角鋼： 圓鋼： 槽鋼： 鋼管：，切割成之間的棒料，其切口深度為,再用壓斷機進行壓斷處理。1.2切割部分方案設計切割部分主要有砂輪切片、電動機和傳動機構組成。現在設計的在切割部分有兩種方案可行：第一，電動機通過帶傳動帶動沙輪切割片轉動。第二，電動機通過圓錐齒輪傳動方式帶動砂輪切割片轉動。由于考慮到切割過程中電動機帶動砂輪切割片進行高速旋轉運動，所以優先選取第一種方案，原因是圓錐齒輪傳動不宜應用在轉速太高的場合，并且在運用齒輪進行傳動時，還應考慮怎樣消除震動和用什么方法潤滑齒輪，這樣就會使設計成本增加，而帶傳動則具有結構簡單，傳動平穩、價格低廉和緩沖吸振等

16、優點。圖1-1 切割部分原理簡圖 切割部分的原理如圖1-1所示，電動機帶動砂輪切割片高速旋轉，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，從而實現其動作。1.3切割部分結構設計1.3.1砂輪片的選取經過調研，切斷能力為50 的砂輪片，其規格為mm，所需電機的最小功率為kw，轉速為=2840 r/min, 砂輪片的最大線速度為70m/s。最終選取砂輪片的型號為TL-001型，其磨料為棕剛玉，粒度為20#。1.3.2電機的選取根據砂輪片

17、的要求，應考慮電動機的種類、型式、額定電壓、額定轉速和額定功率、工作方式，在決定電動機功率時考慮到電動機的發熱，允許過載能力啟動能力等問題，現選用比較常用的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品相當，因而具有與國外同類型產品之間良好的互換性，供配套出口及引進設備替換。選取功率為3.0KW，滿載時的轉速為2870r/min。額定電流為6.39A，頻率為50HZ ,功率因數為0.87，為效率82%，額定轉矩2.3，型號為Y100-2，電動機選用三角型啟動方法啟動。1.3.3帶傳動設計根據帶截面形狀的不同，帶傳動可分為：平帶傳動、多楔帶傳動、圓帶

18、傳動、V帶傳動等。在一般的機械中由于V帶的楔形增壓原理，結構緊湊，允許的傳動比大，且多標準化并大批量生產,所以被廣泛應用。本設計中選用V帶傳動。由于V帶傳動中的帶及帶輪槽型均已標準化，所以設計的主要內容包括帶的型號、確定基準長度、根數、中心距、帶輪的材料、基準直徑以及結構尺寸、初拉力和壓軸力、張緊裝置等參數。（1）確定計算功率 由機械設計第108頁表7-7查得工作情況系數=1.2（電機帶動砂輪切割鐵棒，載荷性質為載荷變動較大），則功率為 （1-1）公式中：工作系數； 所需傳遞的額定功率，單位。 （2）初選帶的型號根據和，由機械設計書中第108頁圖7-14初選A型普通V帶。（3）確定帶輪的基準直

19、徑和 由機械設計第109頁表7-8查得A型=75mm,考慮到帶輪太小，其彎曲應力過大，所以要使，取=150驗算帶的速度 m/s （1-2）輸入設備是電氣控制系統進行信號才的界面設備，完成人與機之間的信號采集和機與機之間的信號采集 。操作人員發出的主令信號通過按鈕、各類手動開關送入控制系統，現場自動運行的控制信號通過行程開關等現場檢測設備送入控制系統。（2）輸出設備輸出設備是用控制系統發出的控制信號去控制執行機構，實現要求的運動的輸出和顯示設備運行的狀態。被信號驅動的執行機構有繼電器、交流接觸器、控制液壓系統的電磁閥、信號顯示燈等。（3）邏輯控制系統邏輯控制系統根據給定的控制對輸入設備送來的控制

20、、檢測信號進行計算處理，并將計算結果轉換為控制信號經輸出設備控制機械設備運行。組成控制系統的器件有兩類：一是繼電器控制系統，其控制邏輯由硬件構成，另一類為用可編程控制器構成的控制系統，其控制邏輯由編程軟件構成。4.2可編程控制器的特點設備采用繼電器控制系統，設備的簡單控制及設備復雜的自動控制均能實現，但是復雜的控制系統中，由于繼電器控制系統本身的 特點而使設備運行存在許多的問題。問題一是繼電器控制系統由分立元件 組成，因此，系統有較高的故障率；問題二是繼電器控制系統采用固定的接線方式構成控制邏輯，變更控制邏輯困難。問題三是難以實現網絡控制。現在計算機技術的發展，使得電氣控制元件和控制系統有了極

21、大的改觀，繼電器控制系統的硬件邏輯可由邏輯函數表達式描述，該邏輯函數表達式描述的控制邏輯也可用軟件程序來實現，可編程控制器運行軟件程序，即可完成繼電器控制硬件邏輯的控制功能。采用計算機技術的可編程控制器，不僅解決了分立元件的故障率問題，也解決了固定控制的問題，同時，為與計算機聯網，實現大規模自動化生產和遠程控制提供了可能性。兩類系統通過邏輯函數聯系起來，兩者均能完成相同要求的控制功能。可編程控制器實際是工業專業控制計算機，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）程序簡單，控制功能豐富，使用方便；（4）擴充方便，組

22、合靈活，可構成各類控制系統；（5）可將運行數據直接送入管理計算機，實現網絡運行；（6）設備體積小巧，維護方便，插件更換靈活。以上特點使得可編程序控制器，在設備電氣控制系統中廣泛應用。第五章 電氣控制線路的設計5.1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）在滿足生產要求的前提下，應力求使控制線路簡單、經濟，盡量選用經過實際考驗過的線路。 （3）保證控制的安全、可靠，具有

23、必要的保護裝置和連鎖環節，誤操作時不至于發生重大事故。（4）盡量便于操作和維修。5.2電氣控制線路的設計方法電氣控制線路的控制方法有兩種：一種是經驗設計法，另一種是邏輯設計法。（1）經驗設計法經驗設計法首先要從滿足生產工藝的要求出發，按照電動機的控制方法，利用各種基本的控制環節和控制方法，借鑒典型的控制線路，把它們綜合地組合成一個整體滿足生產需要。這種設計方法比較簡單，但要求設計人員必須熟悉控制線路，掌握多種典型線路的設計資料，同時具有豐富的設計經驗。另外，初步設計出來的控制線路可能有幾種，這時要加以比較分析，反復地修改簡化，甚至要通過實驗加以驗證，才能確定比較合理的設計方案。由于切割機需要控

24、制的對象較多，所以系統的控制部分比較復雜，電氣在接收PLC命令對系統進行設置后，還要根據要求切割過程完成輸入信號的循環監控，并輸出不同的信號對系統的各個執行部件進行控制，使其協調工作，完成工件的切割12，電氣原理圖如圖4-1所示。（2）邏輯設計法邏輯設計法是根據生產工藝的要求，利用邏輯代數方法這一數學工具來分析、化簡、設計線路的。邏輯設計法設計的線路結構比較合理，所用元件的數量較少，得到的設計方案是最佳的。但是當設計的控制系統比較復雜時，這種方法就顯得比較煩瑣，工作量很大，而且容易出錯。5.3氣動原理圖設計根據切割機的機構原理，繪制的機構簡圖如圖5-1所示，其中ST0-ST9為控制氣缸的行程開

25、關。圖A 圖B圖5-1 切割機機構簡圖5.3.1氣動原理圖 5.3.2控制流程圖結論本次畢業設計從題目確定開始，經過查資料、調研、方案的提出及確定，再到完成總裝圖，直到最后結束論文，才使本次畢業設計最終圓滿完成。本次設計的題目是“棒料切割機結構設計”。鑄棒線切割機是針對鑄鐵在連續鑄造過程中的切割而采用的一種專門的切割機。連續鑄造過程主要由保溫爐、牽棒機、切割機和壓斷機組成，在工作過程中拉棒機能從保溫爐中同時拉出兩條鑄鐵棒。題目要求切割機在連續鑄造過程中工作，并根據定長信號分別切割兩條連續的鑄鐵棒，實現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。整個切

26、割過程都由自動控制實現。此次設計的主要工作分為兩大部分，第一部分為切割機的機械設計，其中主要包括砂輪片的選擇、電機的選擇、砂輪片傳動方式的選擇和優化、電機和砂輪的安裝、各個氣缸力的計算及其參數選擇計算、滑動導軌的設計以及其他部分和整體結構的設計。最后完成總裝圖、部件圖和零件圖。第二部分為電氣原理及控制部分的設計，主要包括氣動控制原理圖的設計、電氣原理圖的設計、配線圖的設計、控制柜的設計及電路控制面板的設計。鑄棒線切割機結構簡單，性能安全可靠，操作方便可行，很好的實現了其預定功能。由PLC控制的氣動隨動鑄棒線切割機，由氣缸驅動完成順序切割動作過程。這種切割機具有控制方便，性能穩定，結構簡單，調節

27、、修改方便、生產率高等優點，具有廣闊的應用前景。在本次設計過程中，經過自己不懈的努力和指導老師的悉心指導，各項任務都已經順利完成并達到設計要求。但由于設計者經驗不足，知識能力有限，在設計過程中的錯誤和疏漏再所難免，產品在性能方面也可能存在一些不足，欠妥之處，敬請各位老師批評指正。 致謝時光飛逝，四年的大學生活即將伴隨著本次畢業論文的完成而畫上完美的句號。而厲經幾個月時間的努力我也順利完成了畢業設計的全部內容。通過這次畢業設計的鍛煉，使我們運用專業知識的能力得到了進一步提高，知識得到了鞏固，使我們對設備的整體設計思想有了更進一步的需要請咨詢學號數字企鵝認識，同時學到了更多的關于機械方面的經驗知識

28、以及電氣控制方面的相關知識。通過對棒料切機的設計，我運用了各門專業課程，再一次夯實了我的知識。它是對我大學四年學習的歸納和總結，對我今后的學習和工作有重要的指導意義和實踐意義。我之所以順利完成畢業設計主要因為指導老師的屢不厭煩的教導。首先感謝張千老師在本次論文設計中對我在本次論文全套圖紙和論文咨詢企鵝壹叁叁肆零玖伍捌伍肆的寫作過程中得到許多同學的幫助，同時也向我提出了許多的寶貴意見，在此也表示衷心的感謝。的悉心指導，不論是從課題選擇到具體的寫作過程，還是論文初稿與定稿，都透露出老師的心血和汗水。在本次畢業論文設計期間，張千老師一絲不茍的工作作風，治學嚴謹的態度，讓我受益匪淺，深受感動。多謝老師

29、在專業知識上的指導和提出的一些富于創造性的建議，在這樣無私的幫助和熏陶下，我終于順利完成了我的畢業設計。 在此，向老師至于我深深地感謝和崇高的敬意。借此畢業之際，向各位給予我悉心教誨的老師表示真誠的謝意。感謝他們四年來對我的辛勤栽培，讓我能很好的掌握和運用專業知識，并在設計中得以體現，順利完成此次論文。最后，謝謝幫助我的同學和舍友，感謝你們給我的啟發、提出的寶貴意見。參考文獻1 徐灝.機械設計手冊M.北京：機械工業出版社，19912 Shigley J E, Uicher J J.Theory of machines and mechanisms .NewYork:McGraw-Hill Book Company,19803 蔡春源.簡明機械零件手冊M.北京：冶金工業出版社，1996.34 王德璽，裴垠欣.機械設計.北京：煤炭工業出版社，1999 5 D Y Yang, C H Lee,Analysis of three-dimension-al extrusion of section through c