走絲機(jī)構(gòu)150的XY工作臺

1、吉林化工學(xué)院本科課程設(shè)計(jì)吉林化工學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書教 學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院系 別：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化學(xué)生學(xué)號：09410307學(xué)生姓名：馮杰專業(yè)班級：機(jī)自0903指導(dǎo)教師：關(guān)金貴職 稱：講師起止日期：2012.12.242013.1.8吉 林 化 工 學(xué) 院Jilin Institute of Chemical Technology 目錄第一章 概述（3）一、課程設(shè)計(jì)的題目和要求（3）二、課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和資料（3）第二章 走絲機(jī)構(gòu)的簡介（3）一、走絲機(jī)構(gòu)原理（3）二、貯絲筒結(jié)構(gòu)（3）第三章 走絲機(jī)構(gòu)傳動設(shè)計(jì)（4）一、工作原理（4）二、齒輪傳動設(shè)計(jì)要求（4）三、絲杠副傳動設(shè)計(jì)要求（4）四、

2、走絲機(jī)構(gòu)控制設(shè)計(jì)（4）五、已知條件（5）第四章 部件選擇與計(jì)算 (5 )一、貯絲筒電動機(jī)的選擇（5）二、聯(lián)軸器的選擇（5）三、軸承的選擇（6）四、傳動比的計(jì)算（6）五、貯絲筒尺寸的計(jì)算（6）六、齒輪部分計(jì)算（7）七、絲杠傳動副（8）八、導(dǎo)軌部分（8）九、行程開關(guān)（9）第五章 線切割機(jī)床床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（9）一、 控制任務(wù)（9）二、工作臺工作過程如圖所示 （9）三、I/O地址的分配及接線 （11）四、電氣控制圖（12）五、控制梯形圖（12）六、PLC及元器件選型（12） 七、設(shè)計(jì)說明（13）機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)心得（14）參看文獻(xiàn)（15） 第一章 課程設(shè)計(jì)的目的課程設(shè)計(jì)是學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的重要實(shí)踐教

3、學(xué)環(huán)節(jié)，是對學(xué)生進(jìn)行的一次綜合性專業(yè)設(shè)計(jì)訓(xùn)練。通過課程設(shè)計(jì)使學(xué)生獲得以下幾方面能力，為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）奠定基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)目的：1、掌握線切割機(jī)的工作原理、適用范圍；走絲機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及傳動原理。2、掌握采用PLC、繼電器來控制線切割機(jī)走絲機(jī)構(gòu)運(yùn)動的原理和方法。3、設(shè)計(jì)線切割機(jī)走絲機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和控制方法。4、綜合運(yùn)用所學(xué)知識深入理解機(jī)電一體化的概念。 第二章 走絲機(jī)構(gòu)的簡介1、走絲機(jī)構(gòu)的原理：走絲機(jī)構(gòu)的功能是帶動電極絲按一定的線速度往復(fù)運(yùn)絲，并將電極絲整齊地排繞在儲絲筒上，快速運(yùn)絲在放電加工區(qū)，有利于排屑，吸附工作液進(jìn)入放電區(qū)，克服集中放電，減小電極絲的損耗和燒斷。2、貯絲筒結(jié)構(gòu)：（1）對貯絲筒的技術(shù)要求

4、：在貯絲筒高速轉(zhuǎn)動時(shí)，同時(shí)要進(jìn)行相應(yīng)的軸向移動，以保證不同的直徑的電極絲能在貯絲筒上整齊排繞；為了保證電極絲的運(yùn)行平穩(wěn)無跳動現(xiàn)象，要求貯絲筒的各項(xiàng)運(yùn)動精度要高，徑向跳動小；貯絲筒具有正反向旋轉(zhuǎn)功能，電極絲的走絲速度在6-11m/s范圍內(nèi)可調(diào)或恒速運(yùn)轉(zhuǎn)；走絲機(jī)構(gòu)與床身相互絕緣；導(dǎo)軌，齒輪，絲杠要具備潤滑措施。（2）貯絲筒電機(jī)：目前多數(shù)采用一般異步電動機(jī)。（3）聯(lián)軸器：由于儲絲筒在工作時(shí)頻繁換向，聯(lián)軸器瞬間受到很大的剪切力，因此，聯(lián)軸器就成了重要的部件，本設(shè)計(jì)采用凸緣聯(lián)軸器。（4）貯絲筒：它是電極絲高速運(yùn)行與整齊排繞貯絲的關(guān)鍵部件之一，一般采用45#鋼、不銹鋼和鋁合金材料制作。為減小轉(zhuǎn)動慣量，筒壁

5、應(yīng)盡量薄。用鋼制作儲絲筒時(shí)，直徑一般采用ø120mm；用鋁合金材料制作儲絲筒時(shí)，直徑在ø 120-ø160mm之間。要求儲絲筒外表面粗糙度Ra0.8µm，貯絲筒組件要做動平衡試驗(yàn)，以保證運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，延長軸承使用壽命。（5）齒輪副與絲杠副：貯絲機(jī)構(gòu)的拖板傳動是由兩級減速齒輪和絲杠副組成。它使貯絲筒每轉(zhuǎn)一圈時(shí)，拖板軸向移動0.25-0.3mm，保證直徑ø0.25mm以下的電極絲整齊地排繞在貯絲筒上。優(yōu)點(diǎn)是傳動平穩(wěn)、噪聲小，絲杠采用梯形螺紋，螺母采用消間隙結(jié)構(gòu)。（6）導(dǎo)軌：在儲絲筒滑板與底座之間裝有導(dǎo)軌。初期多采用V-平式的滑動導(dǎo)軌或貼塑導(dǎo)軌，要求摩擦

6、力小，減振性能好。（7）貯絲筒的工作原理及計(jì)算：見機(jī)械設(shè)計(jì)任務(wù)書原理圖所示。電動機(jī)通過聯(lián)軸器驅(qū)動貯絲筒，貯絲筒轉(zhuǎn)動帶動電極絲運(yùn)行，并通過齒輪副減速驅(qū)動絲杠副，絲杠副帶動拖板作軸向移動。使電極絲按規(guī)律排列在貯絲筒上，以避免發(fā)生疊絲現(xiàn)象。第三章 走絲機(jī)構(gòu)傳動設(shè)計(jì)1、工作原理：電動機(jī)1 聯(lián)軸器2 傳動軸3 儲絲筒4正反轉(zhuǎn) 三對齒輪嚙合傳動 絲杠副6帶動滑扳7移動 行程開關(guān) 電動機(jī)正反轉(zhuǎn) 2、齒輪傳動設(shè)計(jì)要求： （1）對走絲機(jī)構(gòu)的傳動齒輪實(shí)測齒數(shù)。 （2）根據(jù)齒數(shù)選取齒輪模數(shù)、齒頂高系數(shù)、徑向間隙系數(shù)、計(jì)算分度圓直徑、 齒頂圓直徑、齒根圓直徑。 3、絲杠副傳動設(shè)計(jì)要求： （1）絲杠螺距選取。 （2）計(jì)

7、算滑板使儲絲筒轉(zhuǎn)一圈的移動距離，且滑板移動距離不超過鉬絲最大寬度20mm。4、走絲機(jī)構(gòu)控制設(shè)計(jì)： （1）控制原理：合上電源開關(guān)，按下起動按鈕使電動機(jī)啟動。當(dāng)貯絲筒轉(zhuǎn)動并移動到規(guī)定行程的某一端時(shí)碰撞限位開關(guān)，使儲絲筒反向轉(zhuǎn)動并移動，當(dāng)碰撞另一限位開關(guān)后使貯絲筒恢復(fù)原來的轉(zhuǎn)動和移動方向。（2）走絲機(jī)構(gòu)控制要求：選擇儲絲筒拖動電機(jī)；選擇接觸器、行程開關(guān)、保護(hù)電器等，設(shè)計(jì)并繪制電氣原理圖。5、已知條件：電機(jī)轉(zhuǎn)速n=1400r/min、PLC控制、鉬絲的直徑d=0.20mm、儲絲筒有效長度150mm-300mm、鉬絲線速度9.81m/s、鉬絲長度l=150m。第四章 部件的選擇與計(jì)算1、貯絲筒電動機(jī)的選

8、擇： 由于走絲機(jī)構(gòu)整體重量輕，轉(zhuǎn)速要求高，因此可選用一般異步電動機(jī)查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊*單行本*減（變）速器*電機(jī)與電器2004年版化學(xué)工業(yè)出版社成大先主編，16-36頁，可選Y2-711-4型電動機(jī)。電動機(jī)伸出軸徑14mm、長度30mm、鍵槽寬5mm、深3mm。查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)第107頁表11-28選用b*h=5*5平鍵。參數(shù)：16-46表16-1-24機(jī)座鐵心級數(shù)功率轉(zhuǎn)速7114250W1400r/min2、聯(lián)軸器的選擇：查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊*單行本*軸及其連接2004年版化學(xué)工業(yè)出版社成大先主編，5-63頁，可選凸緣聯(lián)軸器YL2基本型、鐵質(zhì)。聯(lián)軸器用螺栓：8*M6。（特點(diǎn)：不能減振、緩沖，結(jié)構(gòu)簡單

9、、成本低、用于振動很小的工況條件。） 參數(shù)：L=32mm L1=22mm D=80mm D1=64mm L0=68mm公稱轉(zhuǎn)矩許用轉(zhuǎn)矩軸孔直徑軸孔長度16N*m12000r/min14mm32mm3、軸承的選擇：查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊*單行本*軸承2004年版化學(xué)工業(yè)出版社成大先主編，6-243頁，可選深溝球軸承，型號6203。參數(shù)：d mmD mmB mm潤滑方式極限轉(zhuǎn)速r/min代號173510脂潤滑1600062034、傳動比的計(jì)算：設(shè)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為n1,絲杠的轉(zhuǎn)速為n2.選絲杠螺距為2 mm。所以，p*n2=2d*n1(平移的轉(zhuǎn)速相等) 2* n2=2*0.20*1400所以，n2=280r/

10、min 所以，i=n1/n2=(1400r/min)/（280r/min）=5 根據(jù)傳動比公式分配傳動比： 所以， i1=1.49 i2=1.67 i3=2.015、貯絲筒尺寸的計(jì)算：（1）計(jì)算貯絲筒直徑D：設(shè)儲絲筒半徑為R、取鉬絲線速度V=9.81m/s、儲絲筒周長L=2R=D、儲絲筒轉(zhuǎn)速即為電機(jī)的轉(zhuǎn)速r=1400r/min=23r/s。 所以，L=V/r=D 所以：D=V/r=(9810mm/S)/(23r/s*3.14)=135.8mm 取D=136mm。因?yàn)?，鉬絲的總長度為150m，所以貯絲筒上鉬絲寬度為b=（150000mm/3.14D)*0.20mm=50mm。因?yàn)椋鶕?jù)實(shí)際要求貯

11、絲筒的寬度一邊須長出510cm，所以貯絲筒的實(shí)際總長度B定為B=240mm。6、齒輪部分計(jì)算：（初步設(shè)定：Z1=40、 m=1 、C*=0.25 、ha*=1）Z2=Z1*i1=40*1.49=59.660d1=m*Z1=40mm d2=m*Z2=60mmda1=d1+2ha=（Z1+2ha*）m=42mmda2=d2+2ha=（Z1+2ha*）m=62mma=（d1+d2）/2=（40+60/2=50mmdf1=d1-2hf=（Z1-2ha*-2C*）m=（40-2-2*0.25）=37.5mmdf2=d2-2hf=（Z2-2ha*-2C*）m=（60-2-2*0.25）=57.5mmdb1

12、=dCosx=d1Cos20。=40*0.939=37.56mmdb2=dCosx=d2Cos20。=60*0.939=56.34mm=0.540=20mm（）同理：Z3=36 Z4=Z3*i2=36*1.67=60d3=36mm d4=60mmda3=38mmda4=62mma2=48mmdf3=33.5mmdf4=57.5mmdb3=33.80mmdb4=56.34mm=0.536=18mm（）Z5=27 Z6=Z5*i3=27*2.01=54d5=27mm d6=54mmda5=29mmda6=56mma3=40.5mmdf5=24.5mmdf6=51.5mmdb5=25.37mmdb6

13、=50.71mm=0.529=14.5mm（）7、絲杠傳動副：絲杠選用Tr11X6LH型，絲母選用可自動消除軸向間隙的螺母。 參數(shù)：P=2mm、公稱直徑16mm、牙頂牙底間隙0.25mm 、旋合長度130mm、線數(shù)1。大徑中徑小徑牙型高牙高內(nèi)螺紋 16.5mm 15mm14mm1mm1.25mm外螺紋 16mm 15mm 13.6mm1mm1.25mm絲母工作原理:靠彈簧的張力自動將兩個螺母反向撐開, 以消除軸向間隙，性能穩(wěn)定?？咳斯ざㄆ谡{(diào)整雙螺母，將螺旋的兩個螺母定期沿軸向壓緊，消除軸向間隙，調(diào)整后前后間隙不同。由于絲杠部分主要受軸向力，所以選用背靠背角接觸軸承。它可以同時(shí)承受較大的軸向負(fù)荷

14、、徑向負(fù)荷和傾覆力矩。轉(zhuǎn)盤軸承一般都帶有安裝孔、內(nèi)齒輪或外齒輪、潤滑油孔和密封裝置，因而能使主機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊，引導(dǎo)旋轉(zhuǎn)方便，安裝簡便和維護(hù)容易。8、導(dǎo)軌部分：坐標(biāo)工作臺的X、Y拖板是沿著兩條導(dǎo)軌往復(fù)運(yùn)動的，因此機(jī)床對導(dǎo)軌的精度、剛度和耐磨性要求教高，導(dǎo)軌直接影響X、Y坐標(biāo)工作臺的運(yùn)動精度。導(dǎo)軌與拖板固定，保證運(yùn)動靈活、平穩(wěn)。目前，電火花線切割機(jī)床普遍采用滾動導(dǎo)軌副，因?yàn)闈L動摩擦系數(shù)?。╢=0.0025-0.005），需要的驅(qū)動力小，運(yùn)動輕便，反應(yīng)靈敏，定位精度和重復(fù)定位精度高。滾動導(dǎo)軌采用鋼制淬硬，耐磨性高，精度壽命長，使用壽命周期可達(dá)10-15年，能使工作臺實(shí)現(xiàn)精確的微量移動，并且潤滑方法簡

15、單。滾動導(dǎo)軌有滾珠導(dǎo)軌、滾柱導(dǎo)軌和直線滾動導(dǎo)軌等幾種形式。在滾珠導(dǎo)軌中，鋼珠與導(dǎo)軌是點(diǎn)接觸，承載能力不能過大；在滾柱導(dǎo)軌中，滾柱與導(dǎo)軌是線接觸，有較大的承載能力；直線滾動導(dǎo)軌有滾珠和滾柱兩種形式，運(yùn)動精度高剛性強(qiáng)，承載能力大，能夠承受四方向等載荷，是數(shù)控機(jī)床發(fā)展的方向。9、行程開關(guān)：查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 中國科技出版社參數(shù)：名稱型號產(chǎn)品大類產(chǎn)品系列行程開關(guān)XZ-8/107行程開關(guān)系列XZ-8/型第五章 線切割機(jī)床床控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1 控制任務(wù)（1）.工作臺電機(jī)正轉(zhuǎn)啟動由按鈕SB2控制，行程開關(guān)ST1控制工作臺正向移動工作位置，限位開關(guān)ST3限制工作臺正向移動最大行程位置。（2）.工作臺電機(jī)反轉(zhuǎn)啟動由按鈕

16、SB3控制，行程開關(guān)ST2控制工作臺反向移動工作位置，限位開關(guān)ST4限制工作臺反向移動最大行程位置。（3）.工作臺電機(jī)停止轉(zhuǎn)動由按鈕SB1控制2 工作臺工作過程如圖所示：3 I/O地址的分配及接線3.1PLC的輸入/輸出點(diǎn)分配表輸入信號名稱代號輸入點(diǎn)編號正向啟動按鈕SB1I0.0反向啟動按鈕SB2I0.1停止按鈕SB3I0.2熱鍵電器FRI0.3正向行程開關(guān)ST1I0.4反向行程開關(guān)ST2I0.5正向限位開關(guān)ST3I0.6反向限位開關(guān)ST4I0.7輸出信號名稱代號輸入點(diǎn)編號正向轉(zhuǎn)動線圈KM1Q0.0反向轉(zhuǎn)動線圈KM2Q0.1正向工作指示燈HL1Q0.2反向工作指示燈HL2Q0.33.2PLC控

17、制接線圖4 電氣控制圖附圖紙5 控制梯形圖6 PLC及元器件選型元件型號數(shù)量4熔斷器4刀開關(guān)熱繼電器7 設(shè)計(jì)說明7.1 控制方案選擇控制繼電器存在的缺點(diǎn)：控制繼電器存在的缺點(diǎn)在工作條件表現(xiàn)出來的，如容易損壞，而且繼電器的觸點(diǎn)容易產(chǎn)生電弧，甚至?xí)墼谝黄甬a(chǎn)生誤操作，絕大多數(shù)控制繼電器多是長期磨損和疲勞引起嚴(yán)重的后果。再者，對一個具體使用的裝有上百個幾點(diǎn)起的設(shè)備，其控制箱將是龐大而笨重的。在全負(fù)和荷運(yùn)載的情況下，大的繼電器將產(chǎn)生大量的熱及噪聲，同時(shí)也消耗了大量的電能，并且繼電器控制系統(tǒng)必須是手工接線、安裝，如果有簡單的改動，也需要花費(fèi)大量時(shí)間及人力和物力去改進(jìn)、安裝和調(diào)試?？删幊炭刂破鞯膬?yōu)勢、特點(diǎn)

18、及功能：可編程控制以體積小功能強(qiáng)大所著稱，它不但可以很容易地完成順序邏輯、運(yùn)動控制、定時(shí)控制、計(jì)數(shù)控制、數(shù)字運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理等功能，而且可以通過輸入輸出接口建立與各類生產(chǎn)機(jī)械數(shù)字量和模擬量的聯(lián)系。從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動控制。特別是現(xiàn)在由于信息技術(shù)的不斷更新進(jìn)步，拓展了PLC的功能，使它具有很強(qiáng)的聯(lián)網(wǎng)通訊能力，從而更廣泛地應(yīng)用于眾多行業(yè)。可編程控制器PLC是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機(jī)械觸點(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn)，又兼顧到現(xiàn)場電氣操作維修人員的技能與習(xí)慣，特別是PLC的程序編制，不需要專門的計(jì)算機(jī)

19、編程語言知識，而是采用了一套一繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的見到指令形式，是用戶程序編制形象、直觀、方便易學(xué)；調(diào)試與查錯也很方便。用戶在購買所需的PLC后，只需按說明書或使用手冊的提示，做少量的接線和簡易的用戶程序編制工作，就可靈活方便地將PLC應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。所以選擇PLC控制。7.2 PLC選型S7-200 是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此S7-200系列具有極高的性能/價(jià)格比。適用范圍：S7-200系列在集散自動化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電

20、器的簡單控制到更復(fù)雜的自動化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動檢測，自動化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械，中央空調(diào)，電梯控制，運(yùn)動系統(tǒng)CPU單元設(shè)計(jì)：集成的24V負(fù)載電源：可直接連接到傳感器和變送器（執(zhí)行器），CPU 221，222具有180mA輸出， CPU 224，CPU 224XP，CPU 226分別輸出280，400mA。可用作負(fù)載電源。 不同的設(shè)備類型 CPU 221226各有2種類型CPU，具有不同的電源電壓和控制電壓。CPU 224 ：本機(jī)集成14輸入/10輸出共24個數(shù)字量I/O

21、點(diǎn)。可連接7個擴(kuò)展模塊，最大擴(kuò)展至168路數(shù)字量I/O點(diǎn)或35路模擬量I/O 點(diǎn)。13K字節(jié)程序和數(shù)據(jù)存儲空間。6個獨(dú)立的30kHz高速計(jì)數(shù)器，2路獨(dú)立的20kHz高速脈沖輸出，具有PID控制器。1個RS485通訊/編程口，具有PPI通訊協(xié)議、MPI通訊協(xié)議和自由方式通訊能力。I/O端子排可很容易地整體拆卸。是具有較強(qiáng)控制能力的控制器。 7.3分析所編的程序并闡述系統(tǒng)的工作原理本次課程設(shè)計(jì)的控制部分主要實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)控制，用以驅(qū)動線切割機(jī)走絲機(jī)構(gòu)的直線往復(fù)運(yùn)動，并同時(shí)帶動儲絲筒轉(zhuǎn)動收放鉬絲。有編制的梯形圖可知，當(dāng)常開觸點(diǎn)I0.0有脈沖信號輸入時(shí)，I0.2，I0.3，I0.4，I0.7，Q0.1為常閉觸點(diǎn)信號導(dǎo)通線圈Q0.0得電，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)和指示燈1亮的控制，并采取自鎖方式控制脈沖信號的長期有效，又通過聯(lián)動開關(guān)使脈沖信號中斷的同時(shí)使常開觸點(diǎn)I0.1獲得信號，同理如上達(dá)到電機(jī)反轉(zhuǎn)的目的，即正反轉(zhuǎn)自動循環(huán)控制。詳細(xì)動作分析：當(dāng)SB2按鈕閉合，線圈KM1得點(diǎn)，電機(jī)開始正轉(zhuǎn)，指示燈HL1亮起，而KM1的動何觸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)互鎖，電機(jī)將一直工作，直到反向行程開關(guān)ST2被撞塊出發(fā)，線圈KM1斷電，而線圈KM2得電，電機(jī)開