DJ-01棒料切割机设计

摘要

本次设计主要做出了DJ-01棒料切割机切割部分、夹紧部分、纵横行走部分等机械部分，切割机的电气控制线路和PLC自动控制等控制部分，切割机的气压系统等传动部分的设计。为了降低生产成本，提高生产效率要求切割机必须能够实现较高精度的定长切割，必须有较快的运动速度及运动精度，在这样的要求下我及我公司多位同仁的共同努力下，经过多次的实验改进终于做出了DJ-01这台较优秀的金属棒料切割机，它的工作是由PLC控制电磁阀，使电磁阀控制气缸，并由气缸驱动与其连接的部件，实现对棒料的准确定长切割，切割后自动返回初始位置。一个切割机分别切割两条钨棒，其切口深度为35mm，然后由压断机进行压断。从我们的实际使用情况来看这台机器操作简便，运行稳定、维护方便等优点，大大的提高了生产效率。该产品性能良好，不但能切钨棒，还可以切割其他的金属棒料并且功耗小可以广泛应用。

关键词：自动控制，切割，PLC

DJ-01 BAR CUTTING MACHINE DESIGN

ABSTRACT

This design made the DJ-01 main bar cutting machine to cut parts, clamping parts, mechanical parts such as vertical and horizontal moving parts, cutting machines electrical control circuits and PLC automatic control, control parts, cutting machine pneumatic systems, transmission parts design. In order to reduce production costs, improve production efficiency requirements cutting machine must be able to achieve higher precision fixed-length cutting, there must be a faster movement speed and movement precision, such a request in for me and my company the joint efforts of many colleagues, After several experiments to improve the DJ-01 has finally made this station a more excellent cutting machine metal sticks, which is handled by the PLC control solenoid valve, solenoid valve to control the cylinder by cylinder drive connected components, to achieve the accuracy of the bar fixed-length cutting, cutting back to initial position automatically. A cutting machine cutting two tungsten rods, respectively, the incision depth of 35mm, then the pressure off machine pressure off. From our perspective the actual use of the machine easy to operate, stable running, easy maintenance and so greatly improved the production efficiency. Good performance of the product, not only can cut tungsten rod, you can also cut the other Metal Rod and power consumption can be widely used.

KEY WORDS: Automatic Control, cut, PLC

前言 (1)

第1章切割机的整体结构 (2)

第2章切割部分设计 (3)

2.1设计要求 (3)

2.2 方案设计 (3)

2.3 结构设计 (4)

2.3.1 砂轮片的选取 (4)

2.3.2 电机的选取 (4)

2.3.3 带传动设计 (4)

2.3.4 升降气缸的选择 (8)

2.3.5滚动轴承的选取及校核 (10)

第3章夹紧部分设计 (14)

3.1设计要求 (14)

3.2方案设计 (14)

第4章纵横行走部分的设计 (16)

4.1 4.1 设计要求 (16)

4.2方案设计 (16)

4.3 直线导轨的选择计算 (16)

4.3.1 选定条件： (16)

4.3.2 选择方式 (17)

第5章控制部分的设计 (19)

5.1 电气控制线路的设计 (19)

5.2 气动原理图设计 (19)

5.3 PLC自动控制电路设计 (21)

5.3.1PLC的组成 (21)

5.3.2 可编程控制器的特点 (22)

结论 (24)

谢辞 (26)

参考文献 (27)

附录 (28)

外文资料翻译 ................................................... 错误！未定义书签。

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。

选题背景

由于钨棒无法做得太长不能满足加工需要，必须使其焊接才能继续后边的加工工序。但是由于钨棒两端晶粒组织不均匀，焊接后拉丝时容易断丝，增加了工艺难度、提高了生产成本，所以钨棒两端必须切头至组织晶粒均匀处才能够焊接，以致必须实现定长切割。普通切割机切割准确度不高、生产效率低，不能满足加工要求，我们必须做出更准确、更高效的棒料切割机已满做生产需要。

第1章切割机的整体结构

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。

切割部分包括砂轮片、轴、轴承、气压缸等零件的设计、选型、校核等。夹紧部分由气压缸带动机械手进行加紧控制，纵横行走部分的自动进给同样由气压缸控制。

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棒料使之与棒料速度同步，横向切割时的切割速度可以通过气缸来调节。所以切割机的设计主要有切割部分的设计、加紧部分的设计、从横行走不分的设计及控制电路设计和PLC自动控制系统的设计几大部分组成。

第2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。

图2-1 切割部分原理图

切割部分的原理如图2-1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 （2-1）

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

a 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

b 验算带的速度 7.23100602840

160100601

1=???=??=ππn d V d m/s （2-2）

因为 5m/s < 23.7m/s < 25m/s

带速符合要求。

c 计算2

d d 12

12d d d n n d ?= （2-3）由于电机转速与砂轮转速基本同步，选速比 21n n =1，则

2d d =1d d =160 mm

4.确定中心距和带的基准长度

a 初选中心距

由0.7（1d d +2d d ）≤0a ≤2（1d d +2d d ），考虑到结构要求，初选0a =900 mm

带的初始长度：

2121204)()(22'a d d d d a L d d d d d -+++=π （2-4） 9004)160160()160160(290022

+-+++?=π

2302= mm

由《机械设计教程》第37页表2-5取带的标准基准长度2000=d L mm b 最后确定中心距

7492

230220009002'0=-+=-+=d d L L a a mm （2-5）

则 7352000015.0765015.0min =?-=-=d L a a mm （2-6） 8252000030.0765030.0max =?-=+=d L a a mm （2-7）最后取 825~735=a mm 。

5.验算带轮包角 ??--?=60180121a

d d d d α （2-8） ??--?=60765150

150180

?>?=120180 （合适）

6.确定带的根数 0

'P P z ca

≥

（2-9）其中： K P K K P P L a )('000?+= )1

1(10i

b K n K P -=?

由《机械设计教程》第41页表2-7查得： 3.00=?P kw

由《机械设计教程》第42页表2-8查得包角系数1=a K 由《机械设计教程》第37页表2-5查得长度系数03.1=L K 采用非化纤结构的普通带，取材质系数75.0=K 由《机械设计教程》第41页表2-6查得06.40=P kw 。 13.375.0)03.1106.4('0=???=P KW 15.113

.36.3'0==≥P P z ca

取2=z 根。

7.确定单根带的初拉力 20)15

(500qv K vz P F a

ca +-?=

（2-10）查得1.0=q