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文檔包括:
說明書一份,32頁,10100字左右.
英文翻譯一份.
答辯稿一份.
圖紙共5張:
A0-總裝配圖.dwg
A0-電氣原理圖.dwg
A0-切割裝置裝配圖.dwg
A1-縱橫行走裝置圖.dwg
A2-氣動原理圖.dwg
畢業(yè)設計實習報告
隨著科學技術的不斷進步，機械制造技術的水平在不斷的提高，特別是隨著機電一體化技術、計算機輔助技術和信息技術的發(fā)展，當今世界機械制造業(yè)已將進入全盤自動化的時代。采用自動化技術，不僅可以大大降低勞動強度，而且還可以提高產(chǎn)品質(zhì)量，改善制造系統(tǒng)適應市場變化的能力，從而提高企業(yè)的市場競爭能力。作為制造業(yè)自動化主要組成部分的機械制造自動化是企業(yè)實現(xiàn)自動化生產(chǎn)、參與市場競爭的基礎。對機械制造過程各個環(huán)節(jié)自動化技術的了解，即在熟悉掌握機械制造的基本理論和技術的基礎上，了解掌握現(xiàn)代機械制造的新手段、新方法、新技術，即自動化的基本理念，是適應現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)對機械類專業(yè)人才培養(yǎng)需求以及自身適應能力增強的必然需求。為了適應機械類專業(yè)人才培養(yǎng)的發(fā)展，系統(tǒng)的掌握有關機械制造自動化方面的基本原理，了解機械制造中各主要單元和系統(tǒng)的．自動化方法以及各種自動化裝置的工作原理和特點，并提高其應用管理能力，我們在即將畢業(yè)時去揚州海威機械廠參觀實習。
海威機械廠，國家認定的高新技術企業(yè)、全國用戶滿意企業(yè)、國家CIMS工程典型應用企業(yè)、航空工業(yè)十佳企業(yè)，擁有博士后流動工作站，“海威”品牌被評為中國馳名商標。機械工業(yè)信息中心對“全國機械制造業(yè)企業(yè)銷售收入前100位”的統(tǒng)計結果表明，海威機械廠有限公司在全國機械制造業(yè)系統(tǒng)萬家企業(yè)排序中處于第53位；在汽車工業(yè)行業(yè)排序處于第38位；在江蘇?。ㄖ陛犑?、自治區(qū)）排序處于第7位。海威主要從事航空附件、摩托車和工程液壓等產(chǎn)品的研制及銷售，同時經(jīng)營進出口貿(mào)易和第三產(chǎn)業(yè)，具有獨立的外經(jīng)、外貿(mào)和外事權，出口創(chuàng)匯多年位居行業(yè)前列。
在航空產(chǎn)品的研制領域，海威具有雄厚的實力，產(chǎn)品被廣泛應用于飛機的液壓操縱、應急動力、起動機、電源、燃油供輸、機輪和剎車等系統(tǒng)，多項技術和產(chǎn)品填補了國內(nèi)空白。新中國成立后，國產(chǎn)的每一架飛機上都有海威的產(chǎn)品。其麾下的揚州航空機電液壓工程研究中心是中國航空機電液壓工程的專業(yè)研制中心，一流的硬件設施和高素質(zhì)的科研隊伍，使海威在產(chǎn)品研制、開發(fā)等方面將更具實力。
???? 海威利用航空高尖端技術，相繼開發(fā)了摩托車、高壓葉片泵、電動及液壓絞盤等民品。海威全面實施了CIMS工程，并作為全國唯一的示范企業(yè)參加國家“863計劃”十五周年成就展。改革開放以來，海威引進外資1億多美元，先后與日本、馬來西亞、德國、英國、意大利等國家的企業(yè)和研究機構建立了合資與合作關系。經(jīng)過54年的發(fā)展，海威現(xiàn)擁有包括合資企業(yè)在內(nèi)的參控股公司40余家，取得了良好的社會和經(jīng)濟效益。
海威機械廠共有下屬企業(yè)15家，我們參觀了其中的揚州海威機械廠有限公司。揚州海威機械有限公司是由海威機械廠有限公司與馬來西亞金獅集團共同合資興建，投資總額1.5億美元，注冊資本1.18億美元，主要從事摩托車及其發(fā)動機的研發(fā)、制造和銷售。公司生產(chǎn)的摩托車發(fā)動機一部分裝配使用，一部分出口歐美和日本等地。由于時間緊張我們由海威的吳工程師帶領參觀了34分廠和35分廠。34分廠進行發(fā)動機加工，有多條FIMS生產(chǎn)線。我們參觀了其中的兩條生產(chǎn)線。35分廠從事發(fā)動機裝配。有六條裝配線。由于最近銷售行情不太好，海威機械廠有限公司就開了其中的四條裝配線。
34分廠主要從事的是發(fā)動機的加工制造。它采用的是具有國際九十年代先進水平的柔性生產(chǎn)制造系統(tǒng)。柔性制造系統(tǒng)是由若干臺柔性加工設備、物料運儲裝置和計算機控制系統(tǒng)組成，并能根據(jù)制造任務或生產(chǎn)品種的變化迅速進行調(diào)整，以適應多品種、中小批量生產(chǎn)的自動化制造系統(tǒng)。我們所參觀的一條柔性制造系統(tǒng)（FMS），是海威機械廠于1998年花費200萬美元從日本引進，由4臺臥式加工中心、一部有軌自動運輸小車組成，此外還有托盤緩沖站、工件裝卸站、中央刀庫、刀具預調(diào)儀、刀具進出站、工件輸送機械手等。在工件裝卸站由操作者將工件毛坯安裝在托盤夾具上，由自動運輸小車將毛坯連同托盤夾具送到加工中心，如機床正在加工，則把毛坯送至托盤緩沖站進行暫時存儲，等待加工；一旦機床加工單元空閑，便由機械手將工件輸送到空閑的機床上進行切削加工；加工完畢后，再由機械手將加工完成的工件取下由自動運輸小車送至另一臺加工中心進行下一道工序的加工。如此連續(xù)運行，直到完成最后一道加工工序為止。整個加工過程由PLC控制。加工中心的刀庫可儲存60把刀具，換刀由機械手來完成，每次換刀時間僅僅需要2秒鐘，提高了生產(chǎn)的效率。另一條生產(chǎn)線是在1995年時從美國引進的，該條生產(chǎn)線由多臺立式加工中心、鏈式輸送帶、托盤緩沖站、夾具裝卸站組成。生產(chǎn)線采用網(wǎng)絡式輸送方式，工件夾具裝在輸送帶上，由輸送帶將工件送入托盤緩沖站，托盤緩沖站將工件送入加工中心加工，加工完成后再取出工件，在由輸送帶送入下一個加工中心進行下一道工序加工。在輸送帶上和加工中心里安裝了傳感器，能夠判斷加工中心現(xiàn)在是否在加工工件，傳感器將數(shù)據(jù)傳送給PLC，由PLC處理數(shù)據(jù)后返回，這樣就可以將工件分別送入空閑的加工中心，這樣提高了生產(chǎn)線的柔性，提高了生產(chǎn)效率。
35分廠主要從事的是摩托車發(fā)動機的裝配。它有六條流水生產(chǎn)線，每條生產(chǎn)線大約有二三十個工人，每條生產(chǎn)線可加工出不同型號的發(fā)動機。采用流水線式裝配發(fā)動機，每個工人只完成一道裝配工序，這樣可提高生產(chǎn)效率，加快了裝配的時間，而且裝配工人技術要求不高，這樣大大降低了生產(chǎn)成本。裝配線每隔30～40秒便有一臺發(fā)動機下線。每條生產(chǎn)線裝配好的發(fā)動機經(jīng)傳輸帶運輸?shù)桨l(fā)動機檢驗處，檢驗處工人檢測發(fā)動機能否正常啟動，判斷是否發(fā)動機合格。由于每臺發(fā)動機的試驗時間約為3分鐘，而每臺發(fā)動機僅需30-40秒就下線，所以采用多條檢驗線同時檢驗，多個工人同時檢驗一種型號發(fā)動機的檢驗方法，加快檢驗速度，提高了生產(chǎn)效率。
這次在揚州海威有限公司參觀的收獲是很多的。首先，它開拓了我們的知識面，使我們了解到了很多在書本上學不到的知識，增長了我們的知識面，如對柔性制造系統(tǒng)、裝配流水線等有了一定程度的了解；第二，我們所做的畢業(yè)設計都是一些理論上的知識，而此次參觀所學到的都是些實踐方面的知識，所以充分做到了理論與實踐的相結合；第三，我們都即將踏上工作崗位，我們中有些人也將從事這個方面的工作，所以說這次的參觀應該可以為將來的工作做一下鋪墊。
引 言
機電一體化產(chǎn)品廣泛應用各種加工業(yè)，切割技術也有了飛速的發(fā)展，手工切割已經(jīng)適應不了現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的要求。同時，切割機的夾緊機構也有了迅速的發(fā)展，一些簡單的機械手已經(jīng)得到廣泛的應用。簡單的機械手經(jīng)過幾十年的發(fā)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(fā)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、自動控制、的機電一體化自動化生產(chǎn)設備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q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(xiàn)了其預定功能。鑄棒線切割機主要由三個大的部分組成，即切割部分、夾緊部分和縱橫行走部分。
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(xiàn)夾緊和放松?？v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(diào)節(jié)。
與一般的切割機相比，這種切割機有以下優(yōu)點：
一、實現(xiàn)了機械工程和自動控制的有效結合，機械部分采用機械優(yōu)化設計，整個設計過程中都進行了綜合技術比較與經(jīng)濟評價，實現(xiàn)了預定的功能。
二、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(zhì)費用、處理方便、無泄露污染、無介質(zhì)變質(zhì)等優(yōu)點。
三、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(tǒng)的運動精度，又很大程度的減小了摩擦力，達到了節(jié)能的效果。
四、整個切割過程都由PCL控制，以其結構簡單合理、設備性能良好、使用壽命長、安全系數(shù)高等因素，滿足了自動化大批量的生產(chǎn)要求。
這種切割機具有控制方便，性能穩(wěn)定，結構簡單，調(diào)節(jié)、修改方便、生產(chǎn)率高等優(yōu)點，具有廣闊的應用前景。
2
目 錄
引言
摘要
第一章 切割部分設計
1.1設計要求 ……………………………………………………………………… 6
1.2方案設計 ……………………………………………………………………… 6
1.3結構設計 ……………………………………………………………………… 7
第二章 夾緊部分設計
2.1設計要求 ………………………………………………………………………18
2.2方案設計 ………………………………………………………………………18
第三章 縱橫行走部分設計
3.1設計要求 ………………………………………………………………………20
3.2方案設計 ………………………………………………………………………20
3.3直線導軌的選擇計算 …………………………………………………………20
第四章 PLC 概述
4.1可編程控制器PLC的基本原理 ………………………………………………23
4.2可編程控制器的特點 …………………………………………………………24
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 ………………………………………………25
5.2電氣控制線路的設計方法 ……………………………………………………25
5.3氣動原理圖的設計 ………………………………………………………… 26
結 論 …………………………………………………………………………… 30
謝 辭 …………………………………………………………………………… 31
參考文獻 ………………………………………………………………………… 32
1
畢業(yè)設計說明書的概要
我是機（2）班的XX，通過3個月的努力完成了這套畢業(yè)設計，在此我要感謝我的指導老師高艷老師和單位的各位幫助我完成的師傅們。當然能夠順利的完成這套設計與本人的努力是分不開的。
我們設計的鑄棒線切割機主要由三個大的部分組成，即切割部分、夾緊部分和縱橫行走部分。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(xiàn)夾緊和放松?？v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(diào)節(jié)。
與一般的切割機相比，這種切割機有以下優(yōu)點：
一、實現(xiàn)了機械工程和自動控制的有效結合，機械部分采用機械優(yōu)化設計，整個設計過程中都進行了綜合技術比較與經(jīng)濟評價，實現(xiàn)了預定的功能。
二、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(zhì)費用、處理方便、無泄露污染、無介質(zhì)變質(zhì)等優(yōu)點。
三、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(tǒng)的運動精度，又很大程度的減小了摩擦力，達到了節(jié)能的效果。
四、整個切割過程都由PCL控制，以其結構簡單合理、設備性能良好、使用壽命長、安全系數(shù)高等因素，滿足了自動化大批量的生產(chǎn)要求。
這種切割機具有控制方便，性能穩(wěn)定，結構簡單，調(diào)節(jié)、修改方便、生產(chǎn)率高等優(yōu)點，具有廣闊的應用前景。
鑄棒線切割機在連續(xù)的鑄造中工作，它的工作是由PLC控制電磁閥，使電磁閥控制氣缸，并由氣缸驅動與其連接的部件，實現(xiàn)對鑄棒的準確定長切割，切割后自動返回初始位置。一個切割機分別切割兩條鑄棒，其切口深度為35mm，然后由壓斷機進行壓斷。
鑄棒線切割機是一種既能有效的提高生產(chǎn)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(xiàn)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，性能穩(wěn)定，結構簡單，調(diào)節(jié)、維修方便，生產(chǎn)率高等優(yōu)點，具有廣泛的應用前景。
切割部分主要有砂輪、電動機和傳動機構組成。切割方案：電動機通過帶傳動帶動砂輪片轉動。夾緊機構不但在切割之前機械手抓能夠根據(jù)事先收到的信號準確地運動到每個工位，而且在切割過程中要夾緊運動著的鑄鐵棒，使砂輪與鑄棒同步。夾緊部分是由氣缸推動機械手實現(xiàn)夾緊和放松的。它是用一個機械手同時負責夾緊兩根鑄棒，根據(jù)需要對被切割的那條進行夾緊?？v橫行走裝置主要是為了配合切割裝置和夾緊裝置，使砂輪片和夾緊機械手能夠在走刀過程中橫向移動，迅速準確地達到工作位，在切割過程中能夠隨著鑄棒縱向移動，切完后在返回初始位置?？v橫行走裝置主要是為了實現(xiàn)切割機砂輪片的縱向和橫向移動，使之完成切割動作。
鑄棒線切割機是針對鑄鐵在連續(xù)鑄造過程中的切割而采用的一種專門的切割機。連續(xù)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(xù)鑄造過程中工作，并根據(jù)定長信號分別切割兩條連續(xù)的鑄鐵棒，實現(xiàn)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。整個切割過程都由自動控制實現(xiàn)。
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(yōu)化、電機和砂輪的安裝、各個氣缸力的計算及其參數(shù)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(xiàn)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(wěn)定，結構簡單，調(diào)節(jié)、修改方便、生產(chǎn)率高等優(yōu)點，具有廣闊的應用前景。
畢業(yè)設計(論文)
設計（論文）題目： 棒料切割機
系 別： 機械工程系
專 業(yè)： 機械制造/計算機
班 級：04機/計（2）班
學 號： 110206215
姓 名： 劉 俊
指導教師： 宋曉英（副教授）
高 艷（助 教）
200X年 5月
引 言
機電一體化產(chǎn)品廣泛應用各種加工業(yè)，切割技術也有了飛速的發(fā)展，手工切割已經(jīng)適應不了現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的要求。同時，切割機的夾緊機構也有了迅速的發(fā)展，一些簡單的機械手已經(jīng)得到廣泛的應用。簡單的機械手經(jīng)過幾十年的發(fā)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(fā)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、自動控制、的機電一體化自動化生產(chǎn)設備。特別適合于多品種、變批量的柔性生產(chǎn)。它對穩(wěn)定、提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，改善勞動條件和產(chǎn)品的快速更新?lián)Q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(xiàn)了其預定功能。鑄棒線切割機主要由三個大的部分組成，即切割部分、夾緊部分和縱橫行走部分。
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(xiàn)夾緊和放松?？v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(diào)節(jié)。
與一般的切割機相比，這種切割機有以下優(yōu)點：
一、實現(xiàn)了機械工程和自動控制的有效結合，機械部分采用機械優(yōu)化設計，整個設計過程中都進行了綜合技術比較與經(jīng)濟評價，實現(xiàn)了預定的功能。
二、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(zhì)費用、處理方便、無泄露污染、無介質(zhì)變質(zhì)等優(yōu)點。
三、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(tǒng)的運動精度，又很大程度的減小了摩擦力，達到了節(jié)能的效果。
四、整個切割過程都由PCL控制，以其結構簡單合理、設備性能良好、使用壽命長、安全系數(shù)高等因素，滿足了自動化大批量的生產(chǎn)要求。
這種切割機具有控制方便，性能穩(wěn)定，結構簡單，調(diào)節(jié)、修改方便、生產(chǎn)率高等優(yōu)點，具有廣闊的應用前景。
摘 要
???連續(xù)鑄造是一種先進的鑄造方法，其原理是將熔融的金屬，不斷澆入一種叫做結晶器的特殊金屬型中，凝固（結殼）了的鑄件，連續(xù)不斷地從結晶器的另一端拉出，它可獲得任意長或特定的長度的鑄件。
連續(xù)鑄造在國內(nèi)外已被廣泛采用，例如連續(xù)鑄錠（鋼或有色金屬錠），連續(xù)鑄管等。連續(xù)鑄造和普遍鑄造法比較有下述優(yōu)點：
1.由于金屬被迅速冷卻，結晶致密，組織均勻，機械性能較好；
2.連續(xù)鑄造時，鑄件上沒有澆注系統(tǒng)的冒口，故連續(xù)鑄錠在軋制時不用切頭去尾，節(jié)約了金屬，提高了收得率；
3.簡化了工序，免除造型及其它工序，因而減輕了勞動強度；所需生產(chǎn)面積也大為減少；
4.連續(xù)鑄造生產(chǎn)易于實現(xiàn)機械化和自動化，鑄錠時還能實現(xiàn)連鑄連軋，大大提高了生產(chǎn)效率。
鑄棒線割機在連續(xù)的鑄造中工作，它的工作是由PLC控制電磁閥，使電磁閥控制氣缸，并由氣缸驅動與其連接的部件，實現(xiàn)對鑄棒的準確定長切割，切割后自動返回初始位置。一個切割機分別切割兩條鑄棒，其切口深度為35mm，然后由壓斷機進行壓斷。
鑄棒線割機是一種既能有效的提高生產(chǎn)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(xiàn)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，性能穩(wěn)定，結構簡單，調(diào)節(jié)、維修方便，生產(chǎn)率高等優(yōu)點，具有廣泛的應用前景。
目 錄
引言
摘要
第一章 切割部分設計
1.1設計要求 ……………………………………………………………………… 6
1.2方案設計 ……………………………………………………………………… 6
1.3結構設計 ……………………………………………………………………… 7
第二章 夾緊部分設計
2.1設計要求 ………………………………………………………………………18
2.2方案設計 ………………………………………………………………………18
第三章 縱橫行走部分設計
3.1設計要求 ………………………………………………………………………20
3.2方案設計 ………………………………………………………………………20
3.3直線導軌的選擇計算 …………………………………………………………20
第四章 PLC 概述
4.1可編程控制器PLC的基本原理 ………………………………………………23
4.2可編程控制器的特點 …………………………………………………………24
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 ………………………………………………25
5.2電氣控制線路的設計方法 ……………………………………………………25
5.3氣動原理圖的設計 ………………………………………………………… 26
結 論 …………………………………………………………………………… 30
謝 辭 …………………………………………………………………………… 31
參考文獻 ………………………………………………………………………… 32
第一章 切割部分設計
1.1 設計要求
項目要求切割機能夠根據(jù)定長信號分別切割兩條連續(xù)的鑄鐵棒，實現(xiàn)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。
1.2 方案設計
切割部分主要有砂輪、電動機和傳動機構組成。現(xiàn)在在切割部分有兩種可行的方案：第一，電動機通過帶傳動帶動砂輪片轉動。第二，電動機通過圓錐齒輪傳動帶動砂輪片轉動。考慮到切割過程中電動機帶動砂輪高速旋轉，所以優(yōu)先選取第一種方案，因為圓錐齒輪傳動不宜應用在轉速太高的場合，而且運用齒輪傳動時，還要考慮到這樣消除震動和怎樣潤滑齒輪，這樣就增加了設計成本。
圖1-1 切割部分原理圖
切割部分的原理如圖1-1所示，電動機帶動砂輪片高速旋轉，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(xiàn)其動作。
1.3 結構設計
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，其規(guī)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(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(chǎn)品相當，因而具有與國外同類型產(chǎn)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6.39A，功率因數(shù)0.87，效率82%，額定轉矩2.3。
1.3.3 帶傳動設計
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(shù)=1.2（電機帶動砂輪切割鐵棒，載荷性質(zhì)為載荷變動較大），則功率為
（1-1）
2.初選帶的型號
根據(jù)和，由《機械設計》書中第108頁圖7-14初選A型普通V帶。
3.確定帶輪的基準直徑和
1）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
2）驗算帶的速度
m/s （1-2）
因為 5m/s < 22.6m/s < 25m/s
帶速符合要求。
3）計算
（1-3）
由于電機轉速與砂輪轉速基本同步，選速比 =1，則
==150 mm
4.確定中心距和帶的基準長度
1）初選中心距
由0.7（+）2（+），考慮到結構要求，初選=900 mm
（1-4）
mm
由《機械設計》第96頁表7-2取帶的標準基準長度 mm
2)最后確定中心距
mm （1-5）
則 mm （1-6）
mm （1-7）
最后取 mm。
5.驗算帶輪包角
（1-8）
（合適）
6.確定帶的根數(shù)
（1-9）
其中：
由《機械設計》第107頁表7-5查得彎曲影響系數(shù)
由《機械設計》第107頁表7-5查得傳動比系數(shù)
kw
由《機械設計》第107頁表7-6查得包角系數(shù)
由《機械設計》第106頁表7-4查得長度系數(shù)
采用非化纖結構的普通帶，取材質(zhì)系數(shù)
由《機械設計》第105頁圖7-13查得 kw。
kw
取根。
7.確定單根帶的初拉力
（1-10）
由《機械設計》第96頁表7-1查得
N （1-11）
8.計算帶對軸的壓力
N （1-12）
9.帶輪的設計
1） 帶輪的設計要求
設計帶輪時應滿足的要求有：質(zhì)量小，結構工藝性好，無過大的鑄造應力，質(zhì)量分布均勻，轉速高時經(jīng)過動平衡，輪槽工作面加工精細，以減小帶的磨損，各槽的尺寸和角度保持一定的精度，以使載荷分布均勻。
2） 帶輪的材料
帶輪的材料主要采用鑄鐵，常用材料的牌號為HT150或HT200，轉速較高時宜采用鑄鋼，或用鋼板沖壓后焊接而成。在本次設計中，采用了比較常見的HT150。
3） 帶輪的結構尺寸
由于帶輪的基準直徑，軸的直徑，根據(jù)帶輪的選擇原則：即當 時采用腹板式結構，鑄造帶輪的結構如圖1-2所示。
圖1-2 帶輪的結構
1.3.4 升降氣缸的選擇
1.選取氣缸類型
根據(jù)設計所用資料，現(xiàn)選取DNC標準氣缸。
2.選擇安裝方式
根據(jù)結構設計的要求，要實現(xiàn)砂輪片的上下移動完成切割，要求氣缸在上下伸縮的同時，還要繞一點轉動，所以選用后絞式安裝方式。
圖1-3 手動切割機受力示意圖
3.負載大小
根據(jù)手動切割機的工作原理（如圖1-3所示），
圖中F=20 kg 估算得砂輪片的支反力為N=40kg。
再由所設計切割機的切割工作原理（如圖1-4所示）
由于砂輪所受的支反力相同，算得氣缸所承受的力即理論推力為F’=80 kg
合800N。
4.工作壓力
經(jīng)調(diào)查，當前所用的氣缸的工作壓力一般在0.4MP左右，所以選取其正常工作壓力為0.4MP。氣動元件一般要求安全系數(shù)比較高，所以在選取的時候一般要求有較大余量，所以在缸徑選擇時，其工作壓力一般按0.3 MP計算。
5.缸徑選擇
由《氣動自動化系統(tǒng)優(yōu)化設計》書中第46頁表2-7查得工作壓力為0.3 MP，
圖1-4 鑄棒切割機受力示意圖
圖1-5 氣缸行程計算簡圖
理論推力為800N時，其缸徑為60mm?？紤]到安全系數(shù)，初選缸徑為80mm。
6.行程大小
根據(jù)機構簡圖（如圖1-5所示），其中實線為機構初位，在初位時，砂輪片的直徑在最大狀態(tài)，當砂輪切割到終位（圖1-5中虛線部分）時，連桿所轉過的角度為，此時砂輪直徑為最小直徑。
在初位時測得氣缸的總長度為，在終位時測得氣缸的總長為，所以在此過程中氣缸的行程
即 升降氣缸的行程為
7.確定氣缸型號
綜上所述，根據(jù)《氣動自動化系統(tǒng)優(yōu)化設計》中第50-54頁查得，選用SNC-80-100-PPV型的標準氣缸合適。
1.3.5 滾動軸承的選取及校核
1. 軸承的選擇
在結構設計中，我采用了既有轉速高的優(yōu)點，有能夠承受少量軸向力的角接觸球軸承，（其中軸向力的主要來源是安裝或拆卸帶輪時所承受的載荷估算載荷大小為100N。據(jù)分析，在安裝和拆卸帶輪時的力相同的情況下，拆卸帶輪時，軸承所受的力更大，所以選取軸向力的方向向右，如圖1-6所示）。
圖中M為電極的輸出轉矩，F(xiàn)為砂輪的切割阻力，在切割過程中，電極的輸出轉矩與砂輪所受的切割阻力矩大小相同，方向相反，在切割時相互抵消，所以在計算過程中不再考慮電極輸出轉矩和切割阻力對軸承的影響。
由于軸承受一定的軸向力，所以選取接觸角的角接觸球軸承。其代號為7207ACJ ，基本額定動載荷，基本額定靜載荷 。
2. 軸承的校核計算
（1）計算軸承所受的徑向力、，其受力如圖1-6所示
由力矩平衡條件得
由得
圖1-6 軸承計算簡圖
（2）計算派生軸向力、
所選的軸承型號為7207ACJ，其派生軸向力
則 （1-13）
（1-14）
（3）求軸承所受的軸向力、
故軸承2被壓緊，軸承1被放松，所以有
（4）計算當量動載荷、
（1-15）
（1-16）
由《簡明機械零件手冊》查得7207ACJ型軸承的軸向載荷影響的判斷系數(shù)
因為 ，所以 ；
，所以
由《機械設計》第262頁 表12-8查得，當軸承受中等沖擊或中等慣性力時，取載荷系數(shù)，由于軸承1、2均不受力矩載荷的作用，所以取，。
則 （1-17）
（1-18）
（5）計算所需軸承的動載荷
由由《機械設計》第260頁 表12-6查得，當軸承的工作溫度小于時，其溫度系數(shù)
比較兩當量動載荷知，>，所以應該按計算 （球軸承應?。﹦t所需軸承的額定動載荷為
（1-19）
（6）確定軸承型號
由《簡明機械零件手冊》查得軸徑時，應選軸承的代號為7207ACJ，其額定動載荷為>=
故選用代號為7207ACJ的軸承合適。
第二章 夾緊部分設計
2.1設計要求
夾緊機構不但在切割之前機械手抓能夠根據(jù)事先收到的信號準確地運動到每個工位，而且在切割過程中要夾緊運動著的鑄鐵棒，使砂輪與鑄棒同步。
2.2方案設計
夾緊部分是由氣缸推動機械手實現(xiàn)夾緊和放松的。這部分的兩種可行性方案是：一是用一個機械手同時負責夾緊兩根鑄棒，根據(jù)需要對被切割的那條進行夾緊。二是用兩個機械手，每個機械手負責夾緊一根鑄棒。第一種方案中，機械手可通過一個二位氣缸和一個三位氣缸實現(xiàn)對鑄棒的夾緊。第二種方案中，每個機械手都需要兩個二位氣缸來實現(xiàn)對鑄棒的夾緊。考慮到第一種方案設計工作量小，安裝方便，而且控制簡單，所以優(yōu)先使用第一種方案。
圖2-1 夾緊部分原理圖
夾緊部分原理如圖2-1所示，夾緊氣缸能使夾緊機械手夾緊或放松工件，當活塞向右移動時，機械手夾緊工件；當活塞向左移動時，機械手放松工件。橫向行走氣缸推動工作臺左右移動，能控制機械手使之夾緊左邊或右邊的工件，從而對夾緊的工件進行切割?？v向行走氣缸的作用是當完成一次切割過程完成時，推動工作臺使之恢復到初始位置。整個工作過程都PLC由控制實現(xiàn)。
第三章 縱橫行走部分的設計
3.1 設計要求
縱橫行走裝置主要是為了配合切割裝置和夾緊裝置，使砂輪片和夾緊機械手能夠在走刀過程中橫向移動，迅速準確地達到工作位，在切割過程中能夠隨著鑄棒縱向移動，切完后在返回初始位置。
3.2方案設計
縱橫行走裝置主要是為了實現(xiàn)切割機砂輪片的縱向和橫向移動，使之完成切割動作。為了設計和制造方便，在方案設計中縱、橫行走裝置的原理大致相同，即采用結構簡單而又便于控制的氣壓傳動方式，氣缸帶動縱向行走板或橫向行走板在導軌上滑動。
在設計過程中，考慮到能量的損耗程度，縱橫行走裝置采用了直線導軌，既提高了運動系統(tǒng)的運動精度，又很大程度的減小了摩擦力，達到了節(jié)能的效果。
3.3 直線導軌的選擇計算
3.3.1選定條件：
1.載荷 根據(jù)粗略計算，導軌上橫向行走部分的總重量為
所以
2.行程 根據(jù)設計結構的要求，選定行程
3.往復次數(shù) （次/分）
4.壽命要求 假設機器壽命為5年，則導軌壽命為
小時（H）
假設安裝4個滑塊，要計算一個滑塊的負載，可用下式
同時由于兩個滑塊裝在一個導軌上，因此接觸系數(shù)。
3.3.2選擇方式
1.根據(jù)靜態(tài)安全系數(shù)選型號
（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、低速時取1.5）
——基本額定靜載荷
——沖擊載荷
現(xiàn)設靜態(tài)安全系數(shù)
則有 （3-2）
在正常運行時一般選取安全系數(shù)為5，根據(jù)上述情況，選取SBG35FL（）的導軌比較理想。
2.根據(jù)壽命要求選型號
根據(jù)標準壽命計算公式
若使用17500小時，則總的移動距離為：
（3-3）
其中 ——溫度系數(shù) （由手冊查得當導軌的工作溫度小于100時，其溫度系數(shù)取1.0）
——硬度系數(shù) （為了使直線運動系統(tǒng)達到最佳承載能力，需要保持導軌的硬度在HRC58-62，由手冊查得為1.0）
——基本動載荷
所以
解得
因此，選取SGB45FL（）
3.復查
理論上選取SGB35FL或上一級似乎比較恰當，但考慮到標準壽命，選擇SGB45FL更理想。
第四章 PLC概述
4.1 可編程控制器PLC的基本原理
可編程控制器(簡稱PC或PLC)是發(fā)展極為迅速、應用極廣泛的 工業(yè)控制裝置。在現(xiàn)代化生產(chǎn)設備中有大量的開關量、數(shù)字量、脈沖量以及模擬量需要控制，例如，電機的啟停，電磁閥的開閉，產(chǎn)品的計數(shù)，溫度、壓力、流量的設定與控制等。PLC是在固定接線式老裝置顯然不能適應這種要求的情況下，按照成熟有效的繼器控制理念和設計思想，利用不斷發(fā)展的新技術、新電子器件，逐步形成了具有特色的各種系列產(chǎn)品。
一般機械設備的控制系統(tǒng)，由輸入設備、輸出設備和邏輯控制三部分組成。
1、輸入設備
輸入設備是電氣控制系統(tǒng)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(fā)出的主令信號通過按鈕、各類手動開關送入控制系統(tǒng)，現(xiàn)場自動運行的控制信號 通過行程開關等現(xiàn)場檢測 設備送入控制系統(tǒng)。
2、輸出設備
輸出設備是用控制系統(tǒng)發(fā)出的控制信號去控制執(zhí)行機構，實現(xiàn)要求的運動的輸出和顯示設備運行的狀態(tài)。被信號驅動的執(zhí)行機構有繼電器、交流接觸器、控制液壓系統(tǒng)的電磁閥、信號顯示燈等。
3|、邏輯控制系統(tǒng)
邏輯控制系統(tǒng)根據(jù)給定的控制對輸入設備送來的控制、檢測信號進行計算處理，并將計算結果轉換為控制信號經(jīng)輸出設備控制機械設備運行。組成控制系統(tǒng)的器件有兩類：一是繼電器控制系統(tǒng)，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(tǒng)，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(tǒng)，設備的簡單控制及設備復雜的自動控制均能實現(xiàn)，但是復雜的控制系統(tǒng)中，由于繼電器控制系統(tǒng)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(tǒng)由分立元件 組成，因此，系統(tǒng)有較高的故障率；問題二是繼電器控制系統(tǒng)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(xiàn)網(wǎng)絡控制。
現(xiàn)在計算機技術的發(fā)展，使得電氣控制元件和控制系統(tǒng)有了極大的改觀，繼電器控制系統(tǒng)的硬件邏輯可由邏輯函數(shù)表達式描述，該邏輯函數(shù)表達式描述的控制邏輯也可用軟件程序來實現(xiàn)，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(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)大規(guī)模自動化生產(chǎn)和遠程控制提供了可能性。兩類系統(tǒng)通過邏輯函數(shù)聯(lián)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(yè)專業(yè)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，組合靈活，可構成各類控制系統(tǒng)；
5、可將運行數(shù)據(jù)直接送入管理計算機，實現(xiàn)網(wǎng)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(tǒng)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(jù)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(chǎn)要求的前提下，應力求使控制線路簡單、經(jīng)濟，盡量選用經(jīng)過實際考驗過的線路。
3）保證控制的安全、可靠，具有必要的保護裝置和連鎖環(huán)節(jié)，誤操作時不至于發(fā)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(jīng)驗設計法，另一種是邏輯設計法。
1. 經(jīng)驗設計法
經(jīng)驗設計法先從滿足生產(chǎn)工藝的要求出發(fā)，按照電動機的控制方法，利用各種基本的控制環(huán)節(jié)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(chǎn)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(jīng)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。
2. 邏輯設計法
邏輯設計法是根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求，利用邏輯代數(shù)方法這一數(shù)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(shù)量較少，得到的設計方案是最佳的。但是當設計的控制系統(tǒng)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(jù)切割機的機構原理，繪制的機構簡圖如圖5-2所示，其中ST0-ST9為控制氣缸的行程開關。
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(yè)設計從題目確定開始，經(jīng)過查資料、調(diào)研、方案的提出及確定，再到完成總裝圖、部件圖，直到最后結束論文，才使本次畢業(yè)設計最終圓滿完成。
本次設計的題目是“鑄棒線切割機的機電一體化設計”。鑄棒線切割機是針對鑄鐵在連續(xù)鑄造過程中的切割而采用的一種專門的切割機。連續(xù)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(xù)鑄造過程中工作，并根據(jù)定長信號分別切割兩條連續(xù)的鑄鐵棒，實現(xiàn)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。整個切割過程都由自動控制實現(xiàn)。
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(yōu)化、電機和砂輪的安裝、各個氣缸力的計算及其參數(shù)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(xiàn)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(wěn)定，結構簡單，調(diào)節(jié)、修改方便、生產(chǎn)率高等優(yōu)點，具有廣闊的應用前景。
在本次設計過程中，經(jīng)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(jīng)順利完成并達到設計要求。但由于設計者經(jīng)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(chǎn)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。
辭 謝
厲經(jīng)幾個月時間的努力，我順利完成了畢業(yè)設計的全部內(nèi)容。通過這次設計，我對并對本專業(yè)有了較深刻的認識和理解，同時學到了更多的關于機械方面的經(jīng)驗知識以及電氣控制方面的 相關知識。此次畢業(yè)設計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。
當然我之所以順利完成畢業(yè)設計主要因為指導老師的屢不厭煩的教導。我將特別感謝我的導師高燕老師，她治學嚴謹，知識淵博，經(jīng)驗豐富，不但給我悉心指導，還帶領我參觀調(diào)研，使我更加體會到了一個令人尊敬的老師對學生無微不至的關懷，也賦予了我進一步努力、不斷進取的熱情。
請許我再次向高艷老師表示誠摯的謝意，感謝各位老師批評斧正。并祝各位老師身體健康，工作順利！
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