棒料切割机的机电一体化设计概要

第1章绪论

1.1 前言

机电一体化产品广泛应用各种加工业,切割技术也有了飞速的发展,手工切割已经适应不了现代工业发展的要求。同时,切割机的夹紧机构也有了迅速的发展,一些简单的机械手已经得到广泛的应用。简单的机械手经过几十年的发展,如今已进入以通用机械手为标志的时代。几十年来,这项技术的研究和发展一直比较活跃,设计在不断的修改,品种也在不断的增加,应用领域也在不断的扩大。简单的机械手是一种仿人操作、自动控制、的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量,提高生产效率,改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。

1.2 选题背景

我们设计的棒料切割机结构简单,性能安全可靠,操作方便可行,很好的实现了其预定功能。棒料切割机主要由三个大的部分组成,即切割部分、夹紧部分和纵横行走部分。

切割部分是由电机带动砂轮旋转,由气缸控制砂轮上下移动完成切割。夹紧部分主要采用了一个气动夹紧机械手,电磁阀控制气缸活塞的伸缩来实现夹紧和放松。纵横行走部分是由气缸控制纵向、横向行走板,使之沿直线导轨前进或返回。

整个机器由PLC控制各个气动换向阀的电磁铁,由气缸驱动完成顺序切割动作过程。而随动工作台的随动前进速度也可以通过夹紧机械手夹紧铸棒使之与铸棒速度同步。横向切割时的切割速度可以通过气缸来调节。

与一般的切割机相比,这种切割机有以下优点:

一、实现了机械工程和自动控制的有效结合,机械部分采用机械优化设计,整个设计过程中都进行了综合技术比较与经济评价,实现了预定的功能。

二、整个运动过程都采用了气压传动控制,与液压传动相比,气压传动有无介质费用、处理方便、无泄露污染、无介质变质等优点。

三、在设计过程中,纵横行走装置采用了直线导轨,既提高了运动系统的运动精度,又很大程度的减小了摩擦力,达到了节能的效果。

四、整个切割过程都由PCL控制,以其结构简单合理、设备性能良好、使用寿命长、安全系数高等因素,满足了自动化大批量的生产要求。

1.3 研究意义

这种切割机具有控制方便,性能稳定,结构简单,调节、修改方便、生产率高等优点,具有广阔的应用前景。

1.4 本文的结构

本文在现有的棒料切割系统进行分析的基础上,根据棒料切割系统的总体结构,从机械和电气控制两方面对系统各个部分的设计分章节展开了详细的介绍。

第二章切割部分设计

2.1 设计要求

项目要求切割机能够根据定长信号分别切割两条连续的铸铁棒,实现对铸棒的准确定长切割,切割后自动返回初始位置。其切口深度为35mm 。再由压断机进行压断。

2.2 方案设计

切割部分主要有砂轮、电动机和传动机构组成。现在在切割部分有两种可行的方案:第一,电动机通过带传动带动砂轮片转动。第二,电动机通过圆锥齿轮传动带动砂轮片转动。考虑到切割过程中电动机带动砂轮高速旋转,所以优先选取第一种方

案,因为圆锥齿轮传动不宜应用在转速太高的场合,而且运用齿轮传动时,还要考虑到这样消除震动和怎样润滑齿轮,这样就增加了设计成本。

横向行走板

纵向行走板

砂轮片

升降气缸

纵向行走气缸

横向行走气缸

带轮

带

电机

图1-1 切割部分原理图

切割部分的原理如图1-1所示,电动机带动砂轮片高速旋转,电机与工作台之间采用铰支撑,开降气缸可推动砂轮片上下移动,完成切割。横向行走气缸可推动工作台横向移动,控制切割的长度。纵向行走气缸可使工作台纵向移动,使砂轮片能分别切割两根铸棒。其中电动机和气缸都通过电磁阀由PLC 机控制,从而实现其动作。

2.3 结构设计 2.

3.1砂轮片的选取

经过调研,切断能力为50 的砂轮片,其规格为322.3400⨯⨯mm ,所需电机的最小功率为

2.2min =P kw ,转速为1n =2840 r/min, 砂轮片的最大线速度为70m/s 。

最终选取砂轮片的型号为TL-001型,其磨料为棕刚玉,粒度为20#

]

1[。

2.3.2 电机的选取

根据砂轮片的要求,现选用比较常用的Y 系列三相异步电动机,这是由于Y 系列三相异步电动机的功率等级和安装尺寸与国外同类型的先进产品相当,因而具有与国外同类型产品之间良好的互换性,供配套出口及引进设备替换

]

2[。选取功率为3.0KW ,满载时的转速为2870r/min 。额定电流6.39A ,功率

因数0.87,效率82%,额定转矩2.32m

N ⋅]

3[。

2.3.3 带传动设计

根据带截面形状的不同,带传动可分为:平带传动、V 带传动(及窄V 带传动、多楔带传动、同步带传动等。在一般的机械中由于V 带的楔形增压原理,结构紧凑,且多标准化并大批量生产,所以被广泛应用。

本设计中选用V 带传动。由于V 带传动中的带及带轮槽型均已标准化,所以带传动设计的主要任务就是满足工作要求的带类型(或截面尺寸、大小带轮的基准直径、带的基准长度、带传动的中心距、小轮包角、带根数、压轴力等参数。 1.确定计算功率

由《机械设计教程》第43页表2-9查得工作情况系数A K =1.2(电机带动砂轮切割铁棒,载荷

性质为载荷变动较大,则功率为

6.332.1=⨯=⋅=P K P A ca KW (1-1 2.初选带的型号

根据ca P 和1n ,由《机械设计教程》书中第44页图2-8初选A 型普通V 带。

3.确定带轮的基准直径1d d 和2d d

1由《机械设计教程》第37页表2-4查得A 型min d d =75mm,考虑到带轮太小,其弯曲应力过大,所以要使1d d ≥min d d ,取1d d =160mm 2验算带的速度

7.23100

602840

160100

601

1

n d V d m/s (1-2

因为 5m/s < 23.7m/s < 25m/s 带速符合要求。

3计算2d d

12

1

2d d d n n d ⋅=

(1-3 由于电机转速与砂轮转速基本同步,选速比 21n n =1,则