PLC與棒料切割機(jī)的結(jié)合應(yīng)用畢業(yè)論文

1、摘 要鑄棒線割機(jī)是一種既能有效的提高生產(chǎn)率，又在價(jià)格和使用方面能被廣大用戶所接受的一種新型的自動(dòng)控制切割機(jī)。由plc控制的氣動(dòng)鑄棒切割機(jī)，其中融合了氣壓自動(dòng)控制、機(jī)器人技術(shù)和plc控制技術(shù)。plc控制各個(gè)氣動(dòng)換向閥的電磁鐵，由氣缸驅(qū)動(dòng)機(jī)械手完成順序切割過程，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械設(shè)計(jì)、電器控制和氣動(dòng)控制的有效結(jié)合。這種切割機(jī)具有控制方便，性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)、維修方便，生產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：自動(dòng)控制控制方便結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 生產(chǎn)率 目 錄摘要 1第一章 切割部分設(shè)計(jì)1.1設(shè)計(jì)要求 71.2方案計(jì)設(shè) 71.3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 8第二章 行走裝置部分設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)要求 212.2方案設(shè)計(jì) 222.3

2、直線導(dǎo)軌的選擇計(jì)算 23第三章 夾緊部分設(shè)計(jì) 3.1設(shè)計(jì)要求 19 3.2方案設(shè)計(jì) 19第四章 plc 概述3.1可編程控制器plc的基本原理 243.2可編程控制器的特點(diǎn) 25第五章 電氣控制線路的設(shè)計(jì)4.1電氣控制線路設(shè)計(jì)的要求 304.2氣動(dòng)原理圖的設(shè)計(jì) 32參考文獻(xiàn) 41第一章 切割部分設(shè)計(jì)1.1 設(shè)計(jì)要求項(xiàng)目要求切割機(jī)能夠根據(jù)定長(zhǎng)信號(hào)分別切割兩條連續(xù)的鑄鐵棒，實(shí)現(xiàn)對(duì)鑄棒的準(zhǔn)確定長(zhǎng)切割，切割后自動(dòng)返回初始位置。其切口深度為35mm。再由壓斷機(jī)進(jìn)行壓斷。1.2 方案設(shè)計(jì)切割部分主要有砂輪、電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成?，F(xiàn)在在切割部分有兩種可行的方案：第一，電動(dòng)機(jī)通過帶傳動(dòng)帶動(dòng)砂輪片轉(zhuǎn)動(dòng)。第二，電

3、動(dòng)機(jī)通過圓錐齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)砂輪片轉(zhuǎn)動(dòng)?？紤]到切割過程中電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)砂輪高速旋轉(zhuǎn)，所以優(yōu)先選取第一種方案，因?yàn)閳A錐齒輪傳動(dòng)不宜應(yīng)用在轉(zhuǎn)速太高的場(chǎng)合，而且運(yùn)用齒輪傳動(dòng)時(shí)，還要考慮到這樣消除震動(dòng)和怎樣潤(rùn)滑齒輪，這樣就增加了設(shè)計(jì)成本。 圖1-1 切割部分原理圖切割部分的原理如圖1-1所示，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)砂輪片高速旋轉(zhuǎn)，電機(jī)與工作臺(tái)之間采用鉸支撐，氣缸1可推動(dòng)砂輪片上下移動(dòng)，完成切割。氣缸2可推動(dòng)工作臺(tái)橫向移動(dòng)，控制切割的長(zhǎng)度。氣缸3可使工作臺(tái)縱向移動(dòng)，使砂輪片能分別切割兩根鑄棒。其中電動(dòng)機(jī)和氣缸都通過電磁閥由plc機(jī)控制，從而實(shí)現(xiàn)其動(dòng)作。1.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.3.1砂輪片的選取經(jīng)過調(diào)研，切斷能力為50 的砂輪片

4、，其規(guī)格為mm，所需電機(jī)的最小功率為kw，轉(zhuǎn)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(hào)為tl-001型，其磨料為棕剛玉，粒度為20#。1.3.2 電機(jī)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(dòng)機(jī)，這是由于y系列三相異步電動(dòng)機(jī)的功率等級(jí)和安裝尺寸與國(guó)外同類型的先進(jìn)產(chǎn)品相當(dāng)，因而具有與國(guó)外同類型產(chǎn)品之間良好的互換性，供配套出口及引進(jìn)設(shè)備替換。選取功率為3.0kw，滿載時(shí)的轉(zhuǎn)速為2870r/min。額定電流6.39a，功率因數(shù)0.87，效率82%，額定轉(zhuǎn)矩2.3。1.3.3 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)1.確定計(jì)算功率由機(jī)械設(shè)計(jì)第108頁表7-7查得工作情況系

5、數(shù)=1.2（電機(jī)帶動(dòng)砂輪切割鐵棒，載荷性質(zhì)為載荷變動(dòng)較大），則功率為 （1-1）2.初選帶的型號(hào)根據(jù)和，由機(jī)械設(shè)計(jì)書中第108頁圖7-14初選a型普通v帶。3.確定帶輪的基準(zhǔn)直徑和1）由機(jī)械設(shè)計(jì)第109頁表7-8查得a型=75mm,考慮到帶輪太小，其彎曲應(yīng)力過大，所以要使，取=1502）驗(yàn)算帶的速度 m/s （1-2）因?yàn)?5m/s 22.6m/s ，所以應(yīng)該按計(jì)算 （球軸承應(yīng)?。﹦t所需軸承的額定動(dòng)載荷為 （1-19） （6）確定軸承型號(hào)由簡(jiǎn)明機(jī)械零件手冊(cè)查得軸徑時(shí)，應(yīng)選軸承的代號(hào)為7207acj，其額定動(dòng)載荷為=故選用代號(hào)為7207acj的軸承合適。第二章 行走裝置的設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)要求行走

6、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(jī)械手能夠在走刀過程中橫向移動(dòng)，迅速準(zhǔn)確地達(dá)到工作位，在切割過程中能夠隨著鑄棒縱向移動(dòng)，切完后在返回初始位置。2.2方案設(shè)計(jì) 行走裝置主要是為了實(shí)現(xiàn)切割機(jī)砂輪片的縱向和橫向移動(dòng)，使之完成切割動(dòng)作。為了設(shè)計(jì)和制造方便，在方案設(shè)計(jì)中縱、橫行走裝置的原理大致相同，即采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而又便于控制的氣壓傳動(dòng)方式，氣缸帶動(dòng)縱向行走板或橫向行走板在導(dǎo)軌上滑動(dòng)。在設(shè)計(jì)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(dǎo)軌，既提高了運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)精度，又很大程度的減小了摩擦力，達(dá)到了節(jié)能的效果。2.3 直線導(dǎo)軌的選擇計(jì)算 2.3.1選定條件：1.載荷 根據(jù)粗略計(jì)

7、算，導(dǎo)軌上橫向行走部分的總重量為 2.行程 根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的要求，選定行程 3.往復(fù)次數(shù) （次/分）4.壽命要求 假設(shè)機(jī)器壽命為5年，則導(dǎo)軌壽命為 小時(shí)（h）假設(shè)安裝4個(gè)滑塊，要計(jì)算一個(gè)滑塊的負(fù)載，可用下式 同時(shí)由于兩個(gè)滑塊裝在一個(gè)導(dǎo)軌上，因此接觸系數(shù)。2.3.2選擇方式1.根據(jù)靜態(tài)安全系數(shù)選型號(hào) （3-1）其中 靜態(tài)安全系數(shù) 載荷系數(shù) （在無外部沖擊或振動(dòng)、低速時(shí)取1.5） 基本額定靜載荷 沖擊載荷現(xiàn)設(shè)靜態(tài)安全系數(shù)則有 （3-2） 在正常運(yùn)行時(shí)一般選取安全系數(shù)為5，根據(jù)上述情況，選取sbg35fl（）的導(dǎo)軌比較理想。2.根據(jù)壽命要求選型號(hào)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)壽命計(jì)算公式 若使用17500小時(shí)，則總的移動(dòng)距

8、離為： （3-3）其中 溫度系數(shù) （由手冊(cè)查得當(dāng)導(dǎo)軌的工作溫度小于100時(shí)，其溫度系數(shù)取1.0） 硬度系數(shù) （為了使直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)達(dá)到最佳承載能力，需要保持導(dǎo)軌的硬度在hrc58-62，由手冊(cè)查得為1.0） 基本動(dòng)載荷所以 解得 因此，選取sgb45fl（）第三章 夾緊部分設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)要求 夾緊機(jī)構(gòu)不但在切割之前機(jī)械手抓能夠根據(jù)事先收到的信號(hào)準(zhǔn)確地運(yùn)動(dòng)到每個(gè)工位，而且在切割過程中要夾緊運(yùn)動(dòng)著的鑄鐵棒，使砂輪與鑄棒同步。3.2方案設(shè)計(jì) 夾緊部分是由氣缸推動(dòng)機(jī)械手實(shí)現(xiàn)夾緊和放松的。用機(jī)械手負(fù)責(zé)夾緊一根鑄棒。 圖3-1 夾緊部分原理圖夾緊部分原理如圖3-1所示，夾緊氣缸能使夾緊機(jī)械手夾緊或放松工件，

9、當(dāng)活塞向右移動(dòng)時(shí)，機(jī)械手夾緊工件；當(dāng)活塞向左移動(dòng)時(shí)，機(jī)械手放松工件。橫向行走氣缸推動(dòng)工作臺(tái)左右移動(dòng)，能控制機(jī)械手使之夾緊左邊或右邊的工件，從而對(duì)夾緊的工件進(jìn)行切割?？v向行走氣缸的作用是當(dāng)完成一次切割過程完成時(shí)，推動(dòng)工作臺(tái)使之恢復(fù)到初始位置。整個(gè)工作過程都由plc控制氣缸使個(gè)部分移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。第四章 plc控制4.1 可編程控制器plc的基本原理待添加的隱藏文字內(nèi)容3可編程控制器（programmable controller）簡(jiǎn)稱plc是發(fā)展極為迅速、應(yīng)用極廣泛的 工業(yè)控制裝置。在現(xiàn)代化生產(chǎn)設(shè)備中有大量的開關(guān)量、數(shù)字量、脈沖量以及模擬量需要控制，例如，電機(jī)的啟停，電磁閥的開閉，產(chǎn)品的計(jì)數(shù)，溫度、

10、壓力、流量的設(shè)定與控制等。plc是在繼電器控制基礎(chǔ)上以微處理器為核心，將自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)融為一體而發(fā)展起來的一種新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。特點(diǎn)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(shè)計(jì)語言，使得不熟悉計(jì)算機(jī)的機(jī)電設(shè)計(jì)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(jìn)了plc在工業(yè)生產(chǎn)中的推廣應(yīng)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(dòng)化領(lǐng)域中最重要。應(yīng)用最多的控制裝置，居工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化三大支柱（可編程繼電器、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與制造）的首位。一般機(jī)械設(shè)備的控制系統(tǒng)，由輸入設(shè)備、輸出設(shè)備和邏輯控制三部分組成。4.2 可編程控制器的特點(diǎn)

11、可編程控制器實(shí)際是工業(yè)專業(yè)控制計(jì)算機(jī)，也稱工控機(jī)，可編程序控制器具有以下特點(diǎn)：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(jiǎn)單易學(xué)；4、擴(kuò)充方便，組合靈活，可構(gòu)成各類控制系統(tǒng)；5、可將運(yùn)行數(shù)據(jù)直接送入管理計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行；6、設(shè)備體積小巧，維護(hù)方便，插件更換靈活。4.4 本控制系統(tǒng)的plc選擇 對(duì)plc的選擇，從上述plc的性能指標(biāo)可以看出要選擇一種合適的plc要考慮很多因素，因本人對(duì)plc了解的種類不是太多，我就選擇了我們學(xué)習(xí)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(gè)plc可以進(jìn)一步改進(jìn)。但本系列的plc也具備自己的特點(diǎn)，讓自

12、動(dòng)控制過程同樣可以順利實(shí)現(xiàn) 在保證切割機(jī)的控制性能的基礎(chǔ)上，為了節(jié)約成本，本設(shè)計(jì)采用清華大學(xué)自行開發(fā)的用atmel89c2051仿真plc（簡(jiǎn)稱fzplc）。atmel89c2051是20引腳的與8051兼容的8位高性能單片機(jī)。它內(nèi)部含有2kb閃速存儲(chǔ)器，正是閃存的特點(diǎn)，使得atmel89系列單片機(jī)具有讀寫容易、價(jià)格低、功耗低和掉電信息不丟等優(yōu)點(diǎn)，是一款不錯(cuò)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)芯片。圖4-1 fzplc輸入電路圖4-1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(gè)開關(guān)的狀態(tài)分別輸入到p3口的p3.3p3.5和p3.7。sb1和r26相連端是與引腳p3.3相連的

13、，sb1未按下時(shí)，由于下拉電阻r26接地，輸入到p3.3的是低電平；當(dāng)sb1按下時(shí)，5v電壓就通過sb1加到了p3.3，輸入到p3.3的是高電平。圖中c6、c7和cr1晶體振蕩器與單片機(jī)內(nèi)部振蕩器組成的振蕩電路構(gòu)成了時(shí)鐘電路。c3、r4構(gòu)成了上電復(fù)位電路。sb5按鍵按下后，將引起按鍵復(fù)位 圖4-2 fzplc的輸出電路圖4-2是fzplc的輸出電路，p1是作為輸出口來使用的。p1.4的輸出電路由r15、r6、r16、r21、optoiso2光電隔離器u4、mc1416達(dá)林頓復(fù)合管u9a（每片內(nèi)部有7路達(dá)林頓復(fù)合管，每路均有二極管保護(hù)電路）、發(fā)光二極管d1、km2組成。r15是拉升電阻給mc14

14、16提供偏執(zhí)電流，最后由mc1416達(dá)林頓復(fù)合管反相驅(qū)動(dòng)控制繼電器線圈，從而再控制其觸電，使電磁閥動(dòng)作。第五章 電氣控制線路的設(shè)計(jì)5.1 電氣控制線路設(shè)計(jì)的一般要求 電氣控制線路的設(shè)計(jì)是在傳動(dòng)形式及控制方案選擇的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，是傳動(dòng)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(huì)有其特殊的要求，設(shè)計(jì)所需要遵循的一般要求是：1） 應(yīng)滿足機(jī)電設(shè)備對(duì)電氣控制線路的要求，按照工藝要求準(zhǔn)確、可靠地工作。 2）在滿足生產(chǎn)要求的前提下，應(yīng)力求使控制線路簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，盡量選用經(jīng)過實(shí)際考驗(yàn)過的線路。 3）保證控制的安全、可靠，具有必要的保護(hù)裝置和連鎖環(huán)節(jié)，誤操作時(shí)不至于發(fā)生重大事故。 4）盡量便于操作和

15、維修。5.2 氣動(dòng)原理圖設(shè)計(jì) 根據(jù)切割機(jī)的機(jī)構(gòu)原理，繪制的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖5-2所示，其中st0-st9為控制氣缸的行程開關(guān)。 圖5-1 切割機(jī)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖5.2.1 氣動(dòng)原理圖 5.2.2控制流程圖參考文獻(xiàn)1 徐 灝. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè). 北京：機(jī)械工業(yè)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(jiǎn)明機(jī)械零件手冊(cè). 北京：冶金工業(yè)出版社，1996.34 王德璽，裴垠欣. 機(jī)械設(shè)計(jì). 北京：煤炭工業(yè)出版社，1999 5 d y yang, c h lee,analysis of three-dimension-al extrusion of section through curle dies by con-formal transformationj .in