1、沈阳理工大学应用技术学院毕业设计说明书1第 1 章 概 述1.1 钢板定长剪切机简介近年来，随着大规模集成电路的发展，使得以微处理器机为核心组成的可编程序控制器得到了迅速的发展，并广泛用于各种领域中，以满足现代化生产中的高效的、大量的自动化要求。可编程序控制器（PLC）因其简单、易用、可靠性高，同时具有较大的灵活性，广泛用于工业自动控制中，用其完成钢板定长剪切就是一个工程实例。定长剪切机是由电动机经过减速器减速后，减速器与夹送辊同轴相连。具体工作原理如图1.1所示，减速机的减速比是K，电机每转K圈，夹送辊旋转一圈，带动钢板向前运动 D mm（D为夹送辊的直径）。当钢板向前运动L mm，即剪切尺
2、寸到触碰到开关SQ3，PLC控制电磁阀得电来实现气缸向下运动完成钢板剪切动作，剪切到位后行程开关SQ2得电，使气缸向上运动即抬剪动作。抬剪到位后行程开关SQ1得电，接通电动机，使夹送辊带动钢板向前运动L mm，准备下一次剪切动作。沈阳理工大学应用技术学院毕业设计说明书2图1.1（a） 定长剪切原理示意图图1.1（b） 定长剪切原理示意图1.2 钢板定长剪切控制系统总体方案设计本机构由电动机提供动力，通过减速器减速后带动夹送辊使钢板向前运动，PLC利用电动机发出的脉冲对钢板进行定位、剪切。1.3 主要技术要求1）长度设定：1000 mm ；2）钢板速度为 5-30 m/min， 加速度 a 1-
3、3 m/s ；23）辊轮直径D 50-160 mm ；4）减速比K 1-15 ；沈阳理工大学应用技术学院毕业设计说明书35）定尺精度 0.1 mm ；6）钢板的宽度 15mm ；7）钢板的厚度 3mm 。第 2 章 整体机械机构设计2.1 夹送辊机构设计及参数计算2.1.1 辊轮的设计在工作过程中支撑轮的主要失效形式是磨损，所以材料必须有很好的耐磨性和较高的强度、硬度。比较各材料的特性，选择 45 钢并进行高频淬火处理。夹送辊根据实际情况选用橡胶摩擦轮，可以增大与钢板间的摩擦力，更好的传递转矩。1. 辊轮的结构设计辊轮传动的受力分析，如图2.1所示。图2.1 辊轮传动原理图沈阳理工大学应用技术
4、学院毕业设计说明书42. 辊轮受力分析根据要求设计钢板通过夹送辊机构最大的长度为 2000mm，宽度为 150mm，厚度为3mm，夹送辊直径定为 160 mm。查机械设计手册可知，钢材的密度为，37.8410kg/m由 m/v2.1得 3=v7.84102.5037.6kgmg6981GN根据设计在传送机构在长度 2m 范围内共有 10 个支撑辊，则每个承受的正压力为 69.1N W支撑辊总的摩擦力阻力s1fFWA2.2式中: 钢与钢之间的摩擦系数s1f查机械设计手册(软件版)V3.0 版，摩擦轮材料的摩擦系数如表 2.1 所示。表 2.1 不同材料间的摩擦系数查表 2.1，取 =0.20s1
5、f代人公式（1.2） sf6910.2138FWNA沈阳理工大学应用技术学院毕业设计说明书5此处已删除，完整版加 153893706图 3.4 I/O 端子分配图本系统中共有 11 个输入信号，6 个输出信号，I/O 分配表如表 3.1 所示。 表 3.1 输入输出信号表板 号 端子号 代 号 信号名称00000 SB1 启动按钮00001 SB2 停止按钮00002 SK1 手动操作00003 SK2 单周期00004 SK3 连续00005 SB3 手动正转00006 SB4 手动反转输 入00007 SB5 手动抬剪沈阳理工大学应用技术学院毕业设计说明书600008 SB6 手动落剪00
6、009 SQ1 抬剪到位行程开关00010 SQ2 落剪到位行程开关00011 SQ3 钢板到位行程开关01001 H1 抬剪到位信号灯01002 YA2 抬剪信号01003 YA1 落剪信号01004 H2 落剪到位信号灯01005 KM1 电机正转输出01006 KM2 电机反转3.1.4 PLC 模块选择1. CPU 选择型号：CPM2A30CDRA；通信：外设端口，RS232C 和模拟量设定；存储器：7.2K 字程序存储器，6K 字 DM ；点数：30 个 I/O 点（18 点输入，12 点输出） 。2. 电源输入端子 型号：DC 型主机规格：端子编号为 +、- ,输入电压为 DC 2
7、4V 。 3. 输入单元选择名称：直流输入单元型号：CQM1ID212规格：16 点，24 伏直流4. 输出单元选择名称：晶体管输出单元型号：CQM1OD211规格：8点，2A（每单元8安）5. 外围设备选择（1）编程器沈阳理工大学应用技术学院毕业设计说明书7型号：CQM1PR001E规格：附 2m 连接电缆（2）梯形图支持软件型号：C500SF312EV3规格：3.5，2DD IBM PC/AT 兼容（3）连接电缆型号：CQM1CIF02规格：连接IBM PC/AT或兼容计算机与外设端口3.2 气压回路设计空气由空气压缩机经空气过滤器过滤后进入气压回路。当 YA1 得电时，三位四通电磁阀右移
8、换向空气经左路进入气缸的上腔，使缸向下运动，从而带动剪往下走，即实现落剪。当钢管剪切完毕，压动行程开关 SQ2 时，YA1 断电，YA2 得电。同时三位四通阀左移换向，空气经右路进入气缸的下腔，使缸向上运动，从而带动剪往上走，即实现抬剪。当抬剪到位时，压动行程开关 SQ1，YA2 断电。与此同时，三位四通换向阀复位到中位，气缸停止工作。图 3.5 气压回路原理图沈阳理工大学应用技术学院毕业设计说明书8气缸工作状态如表 3.2 所示。抬剪动作 落剪动作 YA1 YA2 气缸上升 气缸下降 表 3.2 气缸工作状态3.3 梯形图设计3.3.1 系统总流程设计1. 系统总流程图设计钢板定长剪切控制系
9、统主要有连续操作，单周期和手动操作三部分。总的流程如图 3.6 所示。图 3.6 程序总流程图沈阳理工大学应用技术学院毕业设计说明书92. 系统总程序结构设计在钢板定长剪切控制系统中主要有连续操作、手动操作、单周期操作等功能。为了使程序简介明了，主程序尽量短，在总结构中设计跳转程序，即根据所选用的工作模式进行选择，总程序结构如图 3.7 所示。图 3.7 总程序结构图3.3.2 手动程序设计手动程序用来实现连续与单周期前的准备动作，将钢板移动到剪切位置，即钢板到位行程开关 SQ3 的位置，以便开始自动运行。手动程序包括钢板前进、钢板后退，手动落剪、手动抬剪功能。当钢板位于钢板到位行程开关 SQ
10、3 的前方时，需要将钢板前移，这时按下钢板前进，电机正转带动钢板向前运动，直到触碰到钢板到位行程开关 SQ3 时自动停止，这时钢板到位指示灯亮起。反之按下钢板后退按钮，实现钢板的到位。在执行手动程序时电机的速度和加速度是很小的以保证在电机停止时，夹送钢板机构能几乎同时停下来。手动抬剪、落剪也是按下按钮时，实现气缸的上下动作，松开时停止动作。沈阳理工大学应用技术学院毕业设计说明书103.3.3 连续与单周期程序设计1. 连续与单周期程序流程设计考虑到实际工程中，剪没抬到位的情况下启动电机可能对机器设备造成不必要的损害。在连续操作方式启动时，系统首先进行抬剪是否到位判断，若抬剪没到位（即行程开关
11、SQ1 没有信号） ，首先执行抬剪到位动作，抬剪到位后启动电机。电机分为三个运动过程，先是加速启动，之后是匀速转动，最后是减速停止。加速、匀速、减速转动时间由定时器设定。电机停止后执行落剪动作，落剪到位后，执行抬剪动作，抬剪到位后自动接通电机加速启动进入第二次循环，在整个动作过程中，若按下停止按钮后，直接停止。单周期操作与连续操作的程序相同，只是在程序执行一遍后不接通加速启动 20000辅助继电器。下图是连续程序流程如图 3.8 所示。沈阳理工大学应用技术学院毕业设计说明书11图 3.8 连续程序流程图2. 连续操作下启动时抬剪到位设计在自动操作方式下启动后，系统首先进行抬剪到位判断，若没有抬
12、到位先进行抬剪到位动作。若自动状态启动没有抬剪到位即 SQ1 没有信号（OFF 状态） ，则按下启动按钮后接通 01002，执行抬剪动作，当抬剪到位后，SQ1 为 ON 状态，可以启动电动机。若抬剪到位行程开关 SQ2 有信号（ON 状态） ，则说明剪切剪已经在原位，直接由辅助继电器 20000 启动电动机。图 3.9 连续操作启动时抬剪到位程序沈阳理工大学应用技术学院毕业设计说明书12结 论毕业设计是大学中最重要的组成部分，它能为我们今后更好地适应工作打下坚实的基础，同时锻炼了实际动手的能力。随着微电子技术的发展，以微处理机为核心的可编程序控制器已经广泛应用到各个领域中，以满足高效自动的要求
13、。本课题正是为了解决传统切割机效率不高而提出的，在实际生产中有广泛的应用。 钢板定长剪切机及 PLC 控制系统设计综合了大学阶段的机电传动控制 、 液压与气压传动 、 机床计算机控制技术 、 电子技术等专业课程，较好将机械与电子技术控制融合在一起。通过这次毕业设计，使我增强了对书本知识的领悟，提高了解决实际问题的能力。在毕业设计即将结束时，我感到自己知识的欠缺，只是精通了自己做的课题方向的知识，还有很多知识需要学习。大学生活即将结束了，但学习却没有结束，工作中还有更多的知识等待着自己去学习。沈阳理工大学应用技术学院毕业设计说明书13致 谢通过这次毕业设计，使我对机械知识及 PLC 的应用有了更
14、深一步的理解，在感性认识上又提高了一步。在仲兴国老师的细心指导我学得了许多书本上学不到知识，受益非浅，明白了做工程要考虑到每一个细节，提高了实际动手能力。这次毕业设计，使我对生产实际经常遇到的实际问题有了较全面的认识，为今后的工作和学习打下了坚实的基础。在这次毕业设计的过程中，仲老师给予了细心讲解和指导，因此我才顺利完成设计任务。如果没有仲老师的严格要求和指导，可能就没有现在的成果。在设计过程中每次有问题时，仲老师总能不厌其烦地讲解，他敬业的精神深深地感动了我。在学问上来不得半点马虎，他严谨的治学作风将影响我一生。再次感谢在毕业设计过程中给予我帮助的老师和同学。沈阳理工大学应用技术学院毕业设计
15、说明书14参考文献1机电一体化教研室. 机电一体化产品设计概论 沈阳理工大学 20082吴宗泽，罗圣国. 机械设计课程设计手册 第 3 版 北京：高等教育出版社 19993陈白宁，段智敏，刘文波. 机电传动控制 沈阳：东北大学出版社 20024陈立德. 机械设计基础 北京：高等教育出版社 20045郝桐生. 理论力学 第 3 版 北京：高等教育出版社 20036 上海欧姆龙公司. OMRON 可编程序手册. SYSMAC CPM2A 编程手册 7 王卫兵,高俊山. SYSMAC CPM2A 8 左健民. 液压与气压传动 机械工业出版社9 金大鹰. 机械制图 第 3 版 北京：机械工业出版社 200110 张东力. 可编程序控制器原理及应用 北京：机械工业出版社 11 王兆义. 小型可编程序控制器实用技术 北京：机械工业出版社 12 王炳实. 机床电气控制 北京：机械工业出版社13 张秉荣,张剑青.工程力学 北京：机械工业出版社14 机械设计手册编委会. 机械设计手册 新版 北京：机械工业出版社15 陈立福. 机械设计基础 北京：高等教育出版社16 曹辉，霍罡. 可编程控制器系统原理及应用 电子工业出版社17 袁中凡. 机电一体化 电子工业出版社
