機械畢業(yè)設(shè)計（論文）-棒料切割機設(shè)計【全套圖紙】.doc

黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計 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(jié)晶器的特殊金屬型中，凝固（結(jié)殼）了的鑄件，連續(xù)不斷地從結(jié)晶器的另一端拉出，它可獲得任意長或特定的長度的鑄件。鑄棒切割機在連續(xù)的鑄造中工作，實現(xiàn)對鑄棒的準確定長切割。隨著國內(nèi)外機械行業(yè)的發(fā)展，對棒料切割機的要求越來越高，人們就將電器控制與棒料切割機有效的結(jié)合起來，研制了新型的棒料切割機。本論文設(shè)計了一種新型的自動控制切割機，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(qū)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。本設(shè)計擬定了棒料切割機的總體結(jié)構(gòu)方案，進行了相關(guān)參數(shù)的計算；完成了切割部分、夾緊部分、縱橫行走部分等結(jié)構(gòu)的設(shè)計。這種切割機具有控制方便，性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)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。關(guān)鍵詞：PLC；電磁閥；連續(xù)鑄造；棒料切割；氣動全套圖紙，加153893706 ABSTRACT Continuous casting is an advanced method of casting, the principle is to melt the metal, constantly pouring into a mold known as a special type of metal, the solidification (crust) of the casting, continuous from the other side of mold out, it will be any particular length or the length of the casting. Casting rod cutting machine that works in the continuous casting can achieve the exact fixed-length cutting. With the development of the domestic machinery industry, the demand of the bar cutting machine is higher and higher, people will combine electrical control with bar cutting machine effectively. So a new type bar cutting machine is developed.A new automotive control cutting machine is designed in this paper, the principle is that the PLC controls solenoid valve, the solenoid valve controls cylinder and the cylinder drives its connecting parts to achieve accurate casting rods fixed-length cutting, it can return to initial position automatically after cutting. This design includes the overall structure design of bar cutting machine, the calculation of the relevant parameters, and the design of cutting, clamping, vertical and horizontal walking part. This cutting machine has a convenient control, stable performance, simple structure, regulation, maintenance convenience, high productivity, a wide range of applications.Keywords: PLC; Electromagnetic Valve; Continuous Casting; Bar Cutting; Pneumatic 38第1章 緒論 1.1 棒料切割機的設(shè)計目的和意義 隨著國內(nèi)外機械行業(yè)的發(fā)展，對棒料切割的要求越來越高 ，人們就將電器控制與棒料切割機有效的結(jié)合起來，研制了新型的棒料切割機。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)品快速更新?lián)Q代起著十分重要的作用。機電一體化產(chǎn)品廣泛應用各種加工業(yè)，切割技術(shù)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(gòu)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(shù)的研究和發(fā)展一直比較活躍，設(shè)計在不斷的修改，品種也在不斷的增加，應用領(lǐng)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(shè)備。 目前，我國機械工業(yè)鋼材使用量已達到3億噸以上，鋼材的切割量非常大；隨著現(xiàn)代機械工業(yè)的發(fā)展，對板材切割加工的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量的要求也同時提高。因而棒料切割機的市場潛力還是很大、市場前景尤為樂觀,棒料切割機的不斷改進對社會的發(fā)展尤為重要。棒料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。它解決了現(xiàn)有的棒料切割機的切割裝置需要人類操作而且對物料定長切割時需要進行測量特效切割速度慢的技術(shù)問題，具有廣泛的應用前景。棒線切割機結(jié)構(gòu)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。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(jié)晶器的特殊金屬型中，凝固（結(jié)殼）了的鑄件，連續(xù)不斷地從結(jié)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(jié)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。棒料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(shù)和PLC控制技術(shù)。PLC控制各個氣動換向閥的電磁鐵，由氣缸驅(qū)動機械手完成順序切割過程，實現(xiàn)了機械設(shè)計、電器控制和氣動控制的有效結(jié)合。這種切割機具有控制方便，性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)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。1.2 棒料切割機的現(xiàn)狀發(fā)展概況經(jīng)過幾十年的發(fā)展，各類型切割機在切割能源和數(shù)控控制系統(tǒng)兩方面取得了長足的發(fā)展，切割能源已由單一的火焰能源切割發(fā)展為目前的多種方式(砂輪、火焰、等離子、激光、高壓水射流)切割方式；切割機的控制系統(tǒng)已由當初的簡單功能、復雜編程和輸入方式、自動化程度不高發(fā)展到具有功能完善、智能化、圖形化、網(wǎng)絡(luò)化的控制方式； 驅(qū)動系統(tǒng)也從的步進驅(qū)動、模擬伺服驅(qū)動到今天的全數(shù)字式伺服驅(qū)動；棒料切割機也已步入技術(shù)簡單穩(wěn)定高效率的智能化的時代。機電一體化產(chǎn)品廣泛應用各種加工業(yè)，切割技術(shù)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(gòu)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(shù)的研究和發(fā)展一直比較活躍，設(shè)計在不斷的修改，品種也在不斷的增加，應用領(lǐng)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(shè)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。 目前，我國機械工業(yè)鋼材使用量已達到3億噸以上，鋼材的切割量非常大；隨著現(xiàn)代機械工業(yè)的發(fā)展，對板材切割加工的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量的要求也同時提高。因而棒料切割機的市場潛力還是很大、市場前景尤為樂觀,棒料切割機的不斷改進對社會的發(fā)展非常重要。棒料切割機結(jié)構(gòu)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。它解決了現(xiàn)有的棒料切割機的切割裝置需要人力操作而且對物料定長切割時需要進行測量導致切割作業(yè)速度慢的技術(shù)問題。隨著國內(nèi)外機械行業(yè)的發(fā)展，對棒料切割機的要求越來越高，人們就將電器控制與棒料切割機有效的結(jié)合起來，研制了新型的棒料切割機。切割機應用各種加工業(yè)，切割技術(shù)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(gòu)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(shù)的研究和發(fā)展一直比較活躍，設(shè)計在不斷的修改，品種也在不斷的增加，應用領(lǐng)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(shè)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1.3 課題的設(shè)計內(nèi)容棒料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(zhuǎn)，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。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(qū)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。本設(shè)計擬定了棒料切割機的總體結(jié)構(gòu)方案，進行了相關(guān)參數(shù)的計算；完成了切割部分、夾緊部分、縱橫行走部分等結(jié)構(gòu)的設(shè)計。我設(shè)計的棒料切割機結(jié)構(gòu)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。它解決了現(xiàn)有的棒料切割機的切割裝置需要人力操作而且對物料定長切割時需要進行測量導致切割作業(yè)速度慢的技術(shù)問題。本棒料切割機包括電機、通過傳動機構(gòu)與電機相連接的砂輪片，傳動機構(gòu)與推動機構(gòu)相聯(lián)接，推動機構(gòu)由控制電路控制，夾緊機械手與砂輪片的距離固定，切割機切割下棒料的長度也就確定了。本棒料切割機的切割裝置對棒料能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)、定長切割，具有不需要人力操作，節(jié)省勞動力的特點。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(jié)合，機械部分采用機械優(yōu)化設(shè)計，整個設(shè)計過程中都進行了綜合技術(shù)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(shè)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(jié)構(gòu)簡單合理、設(shè)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。本棒料切割機包括電機、通過傳動機構(gòu)與電機相連接的砂輪片，傳動機構(gòu)與推動機構(gòu)相聯(lián)接，推動機構(gòu)由控制電路控制，夾緊機械手與砂輪片的距離固定，切割機切割下棒料的長度也就確定了。棒料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)第2章 切割部分設(shè)計2.1 切割部分設(shè)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。2.2 切割部分方案設(shè)計切割部分主要有砂輪、電動機和傳動機構(gòu)組成?，F(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(zhuǎn)動。第二，電動機通過圓錐齒輪傳動帶動砂輪片轉(zhuǎn)動?？紤]到切割過程中電動機帶動砂輪高速旋轉(zhuǎn)，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(zhuǎn)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(shè)計成本。 圖2.1 切割部分原理圖 切割部分的原理如圖2.1所示，電動機帶動砂輪片高速旋轉(zhuǎn)，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。2.3 切割部分結(jié)構(gòu)設(shè)計2.3.1 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(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為TL-001型，其磨料為棕剛玉，粒度為20#。2.3.2 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(shè)備替換。選取功率為3.0KW，滿載時的轉(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。2.3.3 帶傳動設(shè)計1 確定計算功率由參考文獻14第153頁表8.9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 2 初選帶的型號根據(jù)和，由參考文獻14書中第154頁圖8.12初選A型普通V帶。3 確定帶輪的基準直徑和1）由參考文獻14第145頁表8.4查得A型=75mm,考慮到帶輪太小，其彎曲應力過大，所以要使，取=1502）驗算帶的速度 m/s 因為 5m/s 22.6m/s ，所以應該按計算 （球軸承應?。﹦t所需軸承的額定動載荷為 （2.8） （6）確定軸承型號由參考文獻7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。2.4 本章小結(jié)本章我們主要設(shè)計的是切割部分，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、氣缸力的計算及其參數(shù)選擇計算，通過計算我們選定了電動機通過帶傳動帶動砂輪片進行切割的計算。第3章 夾緊部分設(shè)計和縱橫行走部分設(shè)計3.1 夾緊部分設(shè)計要求 夾緊機構(gòu)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。3.2 夾緊部分方案設(shè)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：一是用一個機械手分別負責夾緊兩根鑄棒，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(shè)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。縱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。整個工作過程都由PLC控制實現(xiàn)。3.3 縱橫行走部分設(shè)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。3.4 縱橫行走部分方案設(shè)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(shè)計和制造方便，在方案設(shè)計中縱、橫行走裝置的原理大致相同，即采用結(jié)構(gòu)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(shè)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。3.5 縱橫行走部分直線導軌的選擇計算 3.5.1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(shè)計結(jié)構(gòu)的要求，選定行程 3 往復次數(shù) （次/分）4 壽命要求 假設(shè)機器壽命為5年，則導軌壽命為 小時（H）假設(shè)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)。3.5.2選擇方式1 根據(jù)靜態(tài)安全系數(shù)選型號 （4.1）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(shè)靜態(tài)安全系數(shù)則有 （4.2） 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： （4.3）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。3.6 本章小結(jié)夾緊裝置部分通過大量資料的記敘，綜合實際情況，通過機械手的夾緊方案選定了一個機械手同時負責夾緊兩根棒料的設(shè)計方案，這種方案工作量小安裝方便，控制簡單?？v橫行走裝置是為了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的目的，我們選用了直線導軌和便于控制的氣壓傳動方式。第4章 電氣控制線路的設(shè)計4.1 電氣控制線路設(shè)計的一般要求 電氣控制線路的設(shè)計是在傳動形式及控制方案選擇的基礎(chǔ)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(shè)計所需要遵循的一般要求是：1） 應滿足機電設(shè)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。4.2 電氣控制線路的設(shè)計方法電氣控制線路的控制方法有兩種：一種是經(jīng)驗設(shè)計法，另一種是邏輯設(shè)計法。1 經(jīng)驗設(shè)計法經(jīng)驗設(shè)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(shè)計方法比較簡單，但要求設(shè)計人員必須熟悉控制線路，掌握多種典型線路的設(shè)計資料，同時具有豐富的設(shè)計經(jīng)驗。另外，初步設(shè)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(shè)計方案。 2 邏輯設(shè)計法邏輯設(shè)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(shè)計線路的。邏輯設(shè)計法設(shè)計的線路結(jié)構(gòu)比較合理，所用元件的數(shù)量較少，得到的設(shè)計方案是最佳的。但是當設(shè)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。4.3 氣動原理圖設(shè)計 根據(jù)切割機的機構(gòu)原理，繪制的機構(gòu)簡圖如圖6.1所示，其中ST0-ST9為控制氣缸的行程開關(guān)。(1)(2) 圖6.1 切割機機構(gòu)簡圖4.3.1 氣動原理圖 圖6.2 氣動原理圖4.3.2控制流程圖圖6.3 控制流程圖4.4本章小結(jié)通過切割機機構(gòu)簡圖、氣動原理圖、控制流程圖更清晰的理解棒料切割機的工作原理。結(jié)論本次設(shè)計的題目是“棒料切割機設(shè)計”。棒料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(shè)計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(shè)計以及其他部分和整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計。最后完成總裝圖、部件圖和零件圖。整個機器由PLC控制各個氣動換向閥的電磁鐵，由氣缸驅(qū)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)。鑄棒切割機在連續(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(qū)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。參考文獻1徐灝.機械設(shè)計手冊M. 北京：機械工業(yè)出版社，2009.2Shigley J E, Uicher J J.Theory of machines and mechanismsJ. NewYork:McGraw-Hill Book Company,2010.3蔡春源. 簡明機械零件手冊M. 北京：冶金工業(yè)出版社，2008.3.4王德璽，裴垠欣.機械設(shè)計M. 北京：煤炭工業(yè)出版社，2007.5唐克中，朱同鈞.畫法幾何及工程制圖M.北京：高等教育出版社，2012.8.6范永勝，王岷.電氣控制與PLC應用M.北京：中國電力出版社，2011.7陸鑫盛，周洪.氣動自動化系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計M.上海：上?？茖W技術(shù)文獻出版社， 2008.8Nikravesh PE. Computer-aided analysis of mechanical systemsJ. NewYork:Prentice-Hall Inc,2003.9殷玉楓，苗淑杰.機械設(shè)計課程設(shè)計M.北京：機械工業(yè)出版社，2012.6.10周軍，海心.氣動控制及PLCM. 北京：機械工業(yè)出版社，2011.8.11朱善君等.可編程序控制系統(tǒng)M. 北京：清華大學出版社，2012.12孫桓，陳作模. 機械原理M. 第五版.北京：高等教育出版社，2011.13馬秋生，楊建偉，王寧俠.機械設(shè)計基礎(chǔ)M.北京：機械工業(yè)出版社，2010.12.14明仁雄，萬會雄.液壓與氣壓傳動M. 北京：國防工業(yè)出版社，2009.15崔鐵慶.節(jié)能環(huán)保型切割機的研究與設(shè)計D.河北：河北農(nóng)業(yè)大學，2011.16吳元修.可編程控制系統(tǒng)設(shè)計與實訓M. 北京：北京師范大學出版社， 2011.6.1.17白柳.液壓與氣壓傳動M.北京：機械工業(yè)出版社，2009.08.18崔鐵慶,孫維連,王會強,孫鉑,邢艷秋.農(nóng)機金相切割機的設(shè)計與研究J.農(nóng)機 化研究.2011（4）：58-68.19Emily W.Ellis. Adjustable cuttion machine.NewYork，2009.06.20Kai Yang.jiangsu(CN); Kenji Abe.Anjo-shi(JP). Cuttion. machine,2009.05.21任意，石小英，曾勝.全自動型材切割機設(shè)計與實現(xiàn)J.電機與控制應用，2008.22康文明,張洪潤,王軍莉.淺談數(shù)控切割機在制造工業(yè)中的應用J. 中國科技 產(chǎn)業(yè), 2009.致謝厲經(jīng)幾個月時間的努力，我順利完成了畢業(yè)設(shè)計的全部內(nèi)容。通過這次設(shè)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(guān)于機械方面的經(jīng)驗知識以及電氣控制方面的 相關(guān)知識。此次畢業(yè)設(shè)計是對我大學四年學習的歸納和總結(jié)，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(shè)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付彥虹老師，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(lǐng)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(guān)懷，也賦予了我進一步努力、不斷進取的熱情。請許我再次向付彥虹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！附錄高速切削加工的發(fā)展及需求高速切削加工是當代先進制造技術(shù)的重要組成部分，擁有高效率、高精度及高表面質(zhì)量等特征。本文介紹此技術(shù)的定義、發(fā)展現(xiàn)狀、適用領(lǐng)域以及中國的需求情況。高速切削加工是面向21世紀的一項高新技術(shù)，它以高效率、高精度和高表面質(zhì)量為基本特征，在汽車工業(yè)、航空航天、模具制造和儀器儀表等行業(yè)中獲得了愈來愈廣泛的應用，并已取得了重大的技術(shù)經(jīng)濟效益，是當代先進制造技術(shù)的重要組成部分。高速切削是實現(xiàn)高效率制造的核心技術(shù)，工序的集約化和設(shè)備的通用化使之具有很高的生產(chǎn)效率?？梢哉f，高速切削加工是一種不增加設(shè)備數(shù)量而大幅度提高加工效率所必不可少的技術(shù)。高速切削加工的優(yōu)點主要在于：提高生產(chǎn)效率、提高加工精度及降低切削阻力。有關(guān)高速切削加工的含義，目前尚無統(tǒng)一的認識，通常有如下幾種觀點：切削速度很高，通常認為其速度超過普通切削的5-10倍；機床主軸轉(zhuǎn)速很高，一般將主軸轉(zhuǎn)速在10000-20000r/min以上定為高速切削；進給速度很高，通常達15-50m/min，最高可達90m/min；對于不同的切削材料和所釆用的刀具材料，高速切削的含義也不盡相同；切削過程中，刀刃的通過頻率(Tooth Passing Frequency)接近于“機床刀具工件”系統(tǒng)的主導自然頻率(Dominant Natural Frequency)時，可認為是高速切削?？梢姼咚偾邢骷庸な且粋€綜合的概念。1992年，德國Darmstadt工業(yè)大學的H. Schulz教授在CIRP上提出了高速切削加工的概念及其涵蓋的范圍，如圖1所示。認為對于不同的切削對象，圖中所示的過渡區(qū)(Transition)即為通常所謂的高速切削範圍，這也是當時金屬切削工藝相關(guān)的技術(shù)人員所期待或者可望實現(xiàn)的切削速度。高速切削加工對機床、刀具和切削工藝等方面都有一些具體的要求。下面分別從這幾個方面闡述高速切削加工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢?，F(xiàn)階段，為了實現(xiàn)高速切削加工，一般釆用高柔性的高速數(shù)控機床、加工中心，也有釆用專用的高速銑、鉆床。這些設(shè)備的共同之處是：必須同時具有高速主軸系統(tǒng)和高速進給系統(tǒng)，才能實現(xiàn)材料切削過程的高速化。高速切削與傳統(tǒng)切削最大的區(qū)別是，“機床刀具工件”系統(tǒng)的動態(tài)特性對切削性能有更強的影響力。在該系統(tǒng)中，機床主軸的剛度、刀柄形式、刀長設(shè)定、主軸拉刀力、刀具扭力設(shè)定等，都是影響高速切削性能的重要因素。在高速切削中，材料去除率(Metal Removal Rate，MRR)，即單位時間內(nèi)材料被切除的體積，通常受限于“機床-刀具-工件”工藝系統(tǒng)是否出現(xiàn)“顫振”。因此，為了滿足高速切削加工的需求，首先要提高機床動靜剛度尤其是主軸的剛度特性。現(xiàn)階段高速切削之所以能夠成功，一個很關(guān)鍵的因素在于對系統(tǒng)動態(tài)特性問題的掌握和處理能力。為了更好地描述機床主軸的剛度特性，工程上提出新的無量綱參數(shù)DN值，用以評價機床的主軸結(jié)構(gòu)對高速切削加工的適應性。所謂DN值即“主軸直徑與每分鐘轉(zhuǎn)速之積”。新近開發(fā)的加工中心主軸DN值大都已超過100萬。為了減輕軸承的重量，還釆用了比鋼制品要輕得多的陶瓷球軸承；軸承潤滑方式大都釆用油氣混合潤滑方式。在高速切削加工領(lǐng)域，目前已開發(fā)空氣軸承和磁軸承以及由磁軸承和空氣軸承合并構(gòu)成的磁氣/空氣混合主軸。 在機床進給機構(gòu)方面，高速切削加工所用的進給驅(qū)動機構(gòu)通常都為大導程、多頭高速滾珠絲槓，滾珠釆用小直徑氮化硅（Si3N4）陶瓷球，以減少其離心力和陀螺力矩；釆用空心強冷技術(shù)來減少高速滾珠絲槓運轉(zhuǎn)時由于摩擦產(chǎn)生溫升而造成的絲槓熱變形。近幾年來，用直線電機驅(qū)動的高速進給系統(tǒng)問世，這種進給方式取消了從電動機到工作臺溜板之間的一切中間機械傳動環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了機床進給系統(tǒng)的零傳動。由于直線電機沒有任何旋轉(zhuǎn)元件，不受離心力的作用，可以大大提高進給速度。直線電機的另一大優(yōu)點是行程不受限制。直線電機的次極是一段一段連續(xù)鋪在機床的床身上。次極鋪到哪里，初極工作臺就可運動到哪里，而且對整個進給系統(tǒng)的剛度沒有任何影響。釆用高速絲槓或直線電機，能夠大大提高機床進給系統(tǒng)的快速響應。直線電機最高加速度可達2-10G(G為重力加速度)，最大進給速度可達60-200m/min或更高。2002年舉世矚目的上海浦東磁懸浮列車工程中的磁浮軌道鋼梁加工，釆用沈陽機床控股有限公司集團中捷友誼公司廠生產(chǎn)的超長進給系統(tǒng)高速大型加工中心實現(xiàn)。該機床的進給系統(tǒng)為直線導軌和齒輪齒條傳動，工作臺最大進給速度60m/min，快速行程100m/min，加速度2g，主軸最高轉(zhuǎn)速20000r/min，主電機功率80kW。其X軸的行程長達30m，切削25m長的磁浮軌道鋼梁誤差小于0.15mm，為磁懸浮列車工程的順利竣工提供了有力的技術(shù)保證。此外，機床的運動性能也將直接影響加工效率和加工精度。在模具及自由曲面的高速切削加工中，主要釆用小切深大進給的加工方法。要求機床在大進給速度條件下，應具有高精度定位功能和高精度插補功能，特別是圓弧高精度插補。圓弧加工是釆用立銑刀或螺紋刀具加工零部件或模具時，必不可少的加工方法。刀具材料的發(fā)展：高速切削技術(shù)發(fā)展的歷史，也就是刀具材料不斷進步的歷史。高速切削的代表性刀具材料是立方氮化硼（CBN）。端面銑削使用CBN刀具時，其切削速度可高達5000m/min，主要用于灰口鑄鐵的切削加工。聚晶金剛石（PCD）刀具被稱之為21世紀的刀具，它特別適用于切削含有SiO2的鋁合金材料，而這種金屬材料重量輕、強度高，廣泛地應用于汽車、摩托車發(fā)動機、電子裝置的殼體、底座等方面。目前，用聚晶金剛石刀具端面銑削鋁合金時，5000m/min的切削速度已達到實用化水平，此外陶瓷刀具也適用于灰口鑄鐵的高速切削加工；涂層刀具：CBN和金剛石刀具盡管具有很好的高速切削性能，但成本相對較高。釆用涂層技術(shù)能夠使切削刀具既價格低廉，又具有優(yōu)異性能，可有效降低加工成本?，F(xiàn)在高速加工用的立銑刀，大都釆用TiAIN系的復合多層涂鍍技術(shù)進行處理，如目前在對鋁合金或有色金屬材料進行干式切削時，DLC（Diamond Like Carbon）涂層刀具就受到極大的關(guān)注，預計其巿場前景十分可觀；刀具夾持系統(tǒng)：刀具的夾持系統(tǒng)是支撐高速切削的重要技術(shù)，目前使用最為廣泛的是兩面夾緊式工具系統(tǒng)。已作為商品正式投放巿場的兩面夾緊式工具系統(tǒng)主要有：HSK、KM、Bigplus、NC5、AHO等系統(tǒng)。在高速切削的情況下，刀具與夾具回轉(zhuǎn)平衡性能的優(yōu)劣，不僅影響加工精度和刀具壽命，而且也會影響機床的使用壽命。因此，在選擇工具系統(tǒng)時，應盡量選用平衡性能良好的產(chǎn)品。高速加工的切削速度為常規(guī)切速的10倍左右。為了使刀具每齒進給量基本保持不變，以保證零件的加工精度、表面質(zhì)量和刀具的耐用度，則進給量也必須相應提高10倍左右，達到60m/min以上，有的甚至高達120m/min。因此，高速切削加工通常是釆用高轉(zhuǎn)速、大進給和小切深的切削工藝參數(shù)。由于高速切削的切削余量往往很小，所形成的切屑很薄很輕，把切削時產(chǎn)生的熱量很快帶走；若釆用全新耐熱性更好的刀具材料和涂層，釆用干切削工藝也是高速切削加工的理想工藝方案。 用高速加工中心組成高效率的柔性生產(chǎn)線(FTL或FML)，具有小型化、柔性突出以及易于變更加工內(nèi)容等顯著特點。圖2為上汽集團某發(fā)動機公司利用該生產(chǎn)線加工發(fā)動機機體、汽缸蓋、濾清器座等工件的實例。為了盡快適應新車型的需要，汽車車身覆蓋件模具和樹脂防沖擋的成形模具等，均必須縮短制作周期和降低生產(chǎn)成本，因此，必須下大力推進模具生產(chǎn)高速化的進程。上汽集團所屬各公司認為：與過去的精加工相比，進一步實現(xiàn)高精度化；同時必須滿足表面粗糙度、彎曲度的精度要求，為此應施以適當?shù)氖止ぞ藜庸?，由于切削速度的極大提高，與過去的精加工工序相比，加工周期應大幅度縮短。為了發(fā)揮以車削加工中心和鏜銑類加工中心為代表的高速切削加工技術(shù)和自動換刀功能的優(yōu)勢，提高加工效率，對復雜零件的加工應盡可能釆用集中工序的原則，即要求在一次裝夾中實現(xiàn)多道工序的集中加工，淡化傳統(tǒng)的車、銑、鏜、螺紋加工等不同切削工藝的界限，充分發(fā)揮設(shè)備和刀具的高速切削功能，是當前提高數(shù)控機床效率、