1、郑州雨辰学院本科生毕业设计（论文）题 目： 棒料切割机的设计 指导教师： 职称： 讲师 学生姓名： 学号：1334095854专 业： 机械设计制造及其自动化 院 （系）： 机电工程学院 答辩日期： 20 年 6 月 18 日 20 年 6 月 12 日郑州雨辰学院毕业设计（论文） 棒料切割机的设计I摘 要本文通过对切割过程的观察和研究，对其整体造型、机械结构和控制系统进行分析,分析表明棒料切割机主要由四个部分组成：机械本体、电子控制单元、执行器和动力源。本设计拟定了棒料切割机的总体结构设计；确定了切割机砂轮片、电机、气缸等各部件的选择和选取方法；确定了由 PLC 控制电磁阀，电磁阀控制气缸，
2、并由气缸驱动与其连接需要请咨询学号数字企鹅的部件，实现对棒料的定长准确切割，切割后并使其自动返回初始位置的方案；随动工作台前进速度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。现场运行情况表明，此切割机具有动作快、运动平稳以及与计算机联机方便等优点，能够降低工人的劳动强度，实现自动控制，提高劳动生产率。关键词：切割机 PLC 控制 电磁阀 棒料 气动郑州雨辰学院毕业设计（论文） 棒料切割机的设计IIAbstractBased on the research of the cutting process in the paper, Through to t
3、he analysis of the overall modeling, mechanical structure and control system design, bar stock cutting system is mainly composed of four parts: the basic machine, electronic control unit, actuators, and power supply. This design and formulate the overall structure design of bar cutting machine, dete
4、rmine the cutter grinding wheel piece, the choice of motor, cylinder parts and the selection method. Confirmed by PLC control electromagnetic valve, electromagnetic valve control cylinder, and driven by cylinder parts, they are connected to realize the casting rods fixed-length cutting accurately, a
5、nd make it automatic return to the initial position after cutting. And servo table speed can also be through the clamping manipulator clamping bar to that of the bar speed synchronization. Transverse cutting when the cutting speed can be adjust by pneumatic cylinder. Field operation shows that, the
6、design of the cutting machine is fast, smooth movement, and convenient with computer on line, it can improve the labor intensity of workers, to achieve automatic control, improve labor productivity.KeyWords: Cutting machine; PLC control ; Elcetromagnetic Valve; Bar; Pneumatic;郑州雨辰学院毕业设计（论文） 棒料切割机的设计
7、III目 录摘 要 IAbstract II目 录 .III1 绪论 .11.1 棒料切割机的背景 11.2 棒料切割机的概述 21.3 本课题的研究意义 22 切割部分设计 .42.1 设计要求 42.2 方案设计 42.3 结构设计 42.3.1 砂轮片的选取 .42.3.2 电机的选取 52.3.3 带传动设计 52.3.4 升降气缸的选择 82.3.5 滚动轴承的选取及校核 113 夹紧部分设计 .143.1 设计要求 .143.2 方案设计 .144 纵横行走部分的设计 .154.1 设计要求 154.2 方案设计 .154.3 直线导轨的选择计算 154.3.1 选定条件： .15
8、4.3.2 选择方式： .155 PLC 概述 175.1 可编程控制器 PLC 的基本原理 175.1.1 输入设备 .175.2.2 输出设备 175.3.3 逻辑控制系统 175.2 可编程控制器的特点 186 电气控制线路的设计 .20郑州雨辰学院毕业设计（论文） 棒料切割机的设计IV6.1 电气控制线路设计的一般要求 206.2 电气控制线路的设计方法 .206.2.1. 经验设计法 206.2.2. 逻辑设计法 216.3 气动原理图设计 216.3.1 气动原理图 236.3.2 控制流程图 .247 结论 .25致 谢 .26参考文献 .27郑州雨辰学院毕业设计（论文） 棒料切
9、割机的设计11 绪论1.1 棒料切割机的背景近年来，国内外机械行业对棒料的切割要求越来越高，随着经济的发展和科技的进步，越来越多的产品向智能化、自动化、网络化发展，单纯的机械已经不能适应行业发展的需要，渐渐地就出现了机电一体化。随着机电一体化产品在加工业的广泛应用，人们将电器控制和棒料切割机技术结合起来，研究新型切割机以适应多品种，变批量的柔性生产。它对提高产品质量，提升生产效率，改善劳动条件和促进产品的更新换代有着极其重要的作用。经过几十年的发展，切割机的夹紧机构有了迅速的发展，一些简单的机械手已经得到了更广泛的应用，如今已进入简单的机械手被通用机械手代替的时代。几十年来，机械手的研究和发展
10、一直比较活跃，设计在不断修改，品种也在不断增加，应用领域也不断的在扩大。与此同时，切割技术也逐渐有了飞速发展，各类切割机在切割能源和数控控制系统这两方面都取得了长足的发需要请咨询学号数字企鹅展。连续铸造技术的发展也是一种突破。它是一种较为先进的铸造方法，其原理就是将熔融的金属不断灌入一种叫做结晶器的特别的金属型中，凝固、结壳了的一个铸件，连续不断的从结晶器的另一端拉出，它可获得特定或任意长度的铸件。连续铸造与普遍铸造法相比较有很多优点： 1) 由于金属被迅速冷却，使其结晶致密，组织均匀，机械性能非常好； 2) 在连续铸造时，铸件上没有浇注留下的冒口，在连续铸锭在轧制时可以不用切头去尾，节约了金
11、属，从而提高了收得率； 3) 简化了工序，免除造型，减轻了劳动强度；所需生产面积也大为减少； 4) 连续铸造易于实现机械化和自动化，铸锭时可实现连铸连轧，提高生产效率。 切割机的改造设计在连续铸造中工作，它的工作是由 PLC 控制电磁阀，使得电磁阀控制气缸，并由气缸驱动与其连接的部件，进一步实现对铸棒的准确定长切割，切割后自动返回初始位置。一个切割机分别切割两条铸棒，然后由压断机进行压断。它是一种能有效的提高生产率，又在价格和使用方面能被广大用户所接受的一种新型的自动控制切割机。由 PLC 控制的气动铸棒切割机，其中融合了气压自动控制、机器人技术和 PLC 控制技术。PLC 控制各个气动换向阀
12、的电磁铁，由气缸驱动机械手完成顺序切割过程，实现了机械设计、电器控制和气动控制的有效结合。这种切割机具有控制方便，性能稳定，结构简单，调节、维修方便，生产率高等优点，具有广泛的应用前景。这也为切割机的设计提供了新的要求。此外，切割能源也由单一的火焰切割发展为目前的砂轮、火焰、等离子、激郑州雨辰学院毕业设计（论文） 棒料切割机的设计2光、高压水射流等多种方式；切割机的控制系统也由当初的简单功能、自动化程度不高发展到功能完善、智能化、图形化、网络化的控制方式；驱动系统也从以前的步进驱动、模拟伺服驱动民展到了今天的全数字化伺服驱动，切割技术的飞速发展已使传统手工切割适应不了现代工业发展的要求，新型切
13、割机的时代已经到来。1.2 棒料切割机的概述棒料切割机是为满足日常生产生活及工业应用要求对棒料进行切割使其分段达到方便使用要求的一种机械设备。它一般采用物理方法和化学方法进行切割，常见的切割机种类有数控切割机、等离子切割机、火焰切割机、激光切割机、线切割机等等。它们都有各自的优点与缺点。随着工业机械手的发展，切割体系各系统的不断发展与完善，以及连续铸造这一先进的铸造方法的使用，切割机的设计与改进就有了新的意义，这也给机械行业提供了新的挑战。随着科技的发展，各种切割机陆续登上了舞台。我们了解的棒料切割机有浙江顺信机械有限公司的 YJ-70CNC 型棒料切割机、浙江阿波罗工具有限公司的 APOLO
14、R JG-50 型圆锯棒料切割机、宁波精业机械有限公司的圆锯切割机、上海冈枞公司的 SB-50CN 型调整切割机、淅江力扬自动化设备厂的 LY-2550D 型棒料切割机等等多种不同品牌设备。图 1.2-1 棒料切割机 LY-2550D1.3 本课题的研究意义郑州雨辰学院毕业设计（论文） 棒料切割机的设计3随着科技的进步和机械行业从业者对切割机的的需求的进一步的提高，设计新的切割机是十分必要的。本课题针对目前市场上的切割机设计的不足，对棒料切割机进行改造创新，增加智能化程度，设计出具有控制方便，性能稳定，结构简单，调节、维修方便，生产率高等优点，而且又是在价格和使用方面都能被广大用户所接受的一种
15、新型的自动控制切割机，具有广泛的应用前景，具有非常重大的意义。所以铸棒线切割机应运而生。我们设计的铸棒线切割机由 PLC 控制的气动切割机，其中融合了气压自动控制、机器人技术和 PLC 控制技术等专业技术。PLC 控制各个气动换向阀的电磁铁，由气缸驱动机械手完成顺序切割过程，实现了机械设计、电器控制和气动控制的有效结合。铸棒线切割机其工作是由 PLC 控制电磁阀，电磁阀控制气缸，并由气缸驱动与其连接的部件，实现对铸棒的定长准确切割，切割后并使其自动返回初始位置。一个切割机可分别切割两条铸棒，其切口深度为 35mm，然后由压断机进行压断。它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
16、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：1) 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。2) 整个运动过程
17、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。 3) 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。4) 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。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。郑州雨辰学院毕业设计（论文） 棒料切割机的设计42 切割部分设计2.1 设计要求根据项目要求切割机能够依据定长信号分别切割两条连续的铸铁铁棒，实现对铸棒
18、的准确定长切割，切割后能自动返回初始位置。其切口深度为 35mm。再由压断机进行压断，从而完成切割过程。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。现在切割部分设计的方案主要有两种可行：第一种，电动机通过带传动带动砂轮片转动。第二种，电动机通过圆锥齿轮传动带动砂轮切割片转动。但是考虑到切割过程中电动机要带动砂轮高速旋转，所以优先选取第一种设计方案，因为圆锥齿轮传动不宜应用于转速太高的场合，而且运用齿轮传动时，还要考虑到要怎样消除震动和用何种方法润滑齿轮，这样就增加了设计成本。而带传动则具有结构简单，价格低廉，传动平稳和缓冲吸振等优点。业 业业业业业业图 2.2-1 切割部分原理图
19、 切割部分的原理如图 2.2-1 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，升降气缸可推动砂轮片上下移动，完成切割。纵向气缸可推动工作台纵向移动，控制切割的长度。横向气缸可使工作台横向移动，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，切断能力应为 50 的砂轮片，其规格为 mm，设计所32.40郑州雨辰学院毕业设计（论文） 棒料切割机的设计5需的电机最小功率为 kw，主轴的转速为 =2840 r/min, 砂轮片的最大2.minP1n线速度为 70m/s。最终选取砂轮片的型号为
20、TL-001 型，其磨料为棕刚玉，粒度为 20#，硬度为 R 。12.3.2 电机的选取根据砂轮片和切割系统的要求，应综合考虑电动机的种类、型式、工作方式、额定电压、额定转速和额定功率，在决定电动机功率时发考虑到电动机的发热，允许过载能力和启动能力等问题，现选用比较常用的 Y 系列三相异步电动机 。2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，可供配套出口及引进设备替换。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 2.3 。2mN32.
21、3.3 带传动设计1） 确定计算功率由机械设计第 108 页表 7-7 查得工作情况系数 =1.2（电机带动砂AK轮切割铁棒，载荷性质为载荷变动较大） ，则功率为（2-6.32.1PKAca1）公式中：工作系数 ；A4所需传递的额定功率，单位 。 PKW2） 初选带的型号根据 和 ，由机械设计书中第 108 页图 7-14 初选 A 型普通 V 带。ca1n3） 确定带轮的基准直径 和1d2（1） 由机械设计第 109 页表 7-8 查得 A 型 =75mm,考虑到带轮太小，mind其弯曲应力过大，所以要使 ，取 =150 mm。1dmin1d（2） 验算带的速度m/s (2-6.206845
22、061Vd2）因为 5m/s 22.6m/s 25m/s带速符合要求。（3） 计算 2d郑州雨辰学院毕业设计（论文） 棒料切割机的设计6（2-12ddn3） 由于电机转速与砂轮转速基本同步，选速比 =1，则21n= =150 mm2d14） 确定中心距和带的基准长度（1） 初选中心距由 0.7（ + ） 2（ + ） ，考虑到结构要求，初选 =900 mmd20a1d2 0a（2-0214)()( adL4） 904)15()15(2902mm7地排除故障。6) 可将运行数据直接送入管理计算机，实现网络运行；以上特点使得可编程序控制器，在设备电气控制系统中广泛应用。郑州雨辰学院毕业设计（论文）
23、 棒料切割机的设计76 电气控制线路的设计6.1 电气控制线路设计的一般要求电气控制线路的设计是在传动形式及控制方案选择的基础上进行的，是传动形式与控制方案的具体化。电气控制线路根据用途的不同可能会有其特殊的要求，设计所需要遵循的一般要求是：1）应满足机电设备对电气控制线路的要求，按照工艺要求准确、可靠地工作。2）在满足生产要求的前提需要请咨询学号数字企鹅下，应力求使控制线路简单、经济，尽量选用经过实际考验过的线路。 3）保证控制的安全、可靠，具有必要的保护装置和连锁环节，误操作时不至于发生重大事故。4）尽量便于操作和维修 。266.2 电气控制线路的设计方法电气控制线路的控制方法一般有两种：
24、一种是经验设计法，另一种是逻辑设计法。6.2.1. 经验设计法经验设计法顾名思义就是在长期的工作过程中，依据平时经验的积累，例如根据以前所用过的 PLC 性能来完成更多的实际功用解决更多的实际功用问题。一般表现为利用经验可不画顺序功能图，不用 STL、起保停和转换为中心编程，直接画梯形图进行编程。该方法先从满足生产工艺的要求出发，按照电动机的控制方法，利用各种基本的控制环节和控制方法，借鉴典型的控制线路，把它们综合地组合成一个整体满足生产需要。该方法的优点有：1) 速度快 采用这种设计方法设计，设计者往往要依赖以前的工作经验，含正面经验和反面教训，对于那些经验丰富或有过类似经验的设计者来说，如
25、果采用的结构是熟悉的，他们就轻车熟路，依样画葫芦，设计自然速度快。2) 质量可靠 设计者以前设计过类似产品，那些产品在生产制造和使用中被证明是合理的，将这种经验用于新产品的设计，无疑不会产生大的问题。可有效的保证质量。3) 便于改进质量 以往的设计中，设计者总会有不成熟或失败的设计，在总结这些反面教训的时候，设计者也从中得到了经验，对从事类似设计会有很大帮助，可避免类似错误。这种设计方法比较简单，但要求设计人员必须熟悉控制线路，掌握多种典型郑州雨辰学院毕业设计（论文） 棒料切割机的设计8线路的设计资料，同时具有丰富的设计经验。另外，初步设计出来的控制线路可能有几种，这时要加以比较分析，反复地修
26、改简化，甚至要通过实验加以验证，才能确定比较合理的设计方案 。 276.2.2. 逻辑设计法逻辑设计法是根据生产工艺的要求，利用逻辑代数方法这一数学工具来分析、化简、设计线路的。该方法从生产工艺出发，在状态波形图的基础上，将电气控制线路中的线圈通电与断电，接触器，触头的断开与闭合和主令元件的通断等均看成逻辑变量，全面考虑各逻辑变量的关系，按一定的方法与步骤设计出合理的控制电路。逻辑设计法的一般步骤为：按工艺要求列出工作循环图。1) 按工作循环图画出各主令元件,检修元件和执行元件的状态波形图。2) 根据状态波形图,列出执行元件的逻辑函数式。 3) 根据所列逻辑函数式画出电路结构图。 4) 进一步
27、检查,化简并完善电路,增加必要的联锁,保护等辅助环节。逻辑设计法设计的线路结构比较合理，所用元件的数量较少，得到的设计方案是最佳的。这种设计比较直观、简便，设计出的线路合理、可靠且精炼，能发挥元件的作用。当给定的条件改变时，它也能找出电路变化的内在规律，因此在对复杂的控制线路进行设计时，这种逻辑设计便可显示出它的优点。但是当设计的控制系统比较复杂时，这种方法就显得比较烦琐，工作量很大，而且容易出错。286.3 气动原理图设计根据切割机的机构原理 ，绘制的机构简图如图 6.3-1 所示，其中 ST0-29ST9 为控制气缸的行程开关。行程开关控制切割机的切割长度。郑州雨辰学院毕业设计（论文） 棒
28、料切割机的设计9业业业业业业业业业业业业图 6.3-1 切割机机构简图郑州雨辰学院毕业设计（论文） 棒料切割机的设计106.3.1 气动原理图 业业07业业业业 业业业 业业业业1业 业业1:业QDYL-0 DT5DT4DT3DT2DT1 返 回 走刀ST1 ST0ST9ST8ST7ST6ST5ST43ST2行走缸 随动前进返 回松 开 夹紧夹紧缸落刀 抬刀 抬刀缸郑州雨辰学院毕业设计（论文） 棒料切割机的设计116.3.2 控制流程图业 业业07业业业业业 业1业业 业 业初 位断 电2位 走 刀 返 回1位 走 刀 返 回 断 电 断 电随 动 返 回 断 电上 电 保 持抬 刀落 刀随
29、动上 电 保 持夹 紧 相 继 上 电 保 持上 电 保 持 断 电工 作 2位工 作 1位 待 命刀 走郑州雨辰学院毕业设计（论文） 棒料切割机的设计127 结论本次毕业设计从题目确定开始，经过查资料、调研、方案的提出及确定，再到完成总装图、部件图，直到最后结束论文，才使本次毕业设计最终圆满完成。切割机在完成装配后具备直切、连续切割两种方式。使切割机能够高效率的切割不同尺寸的零件，增强了使用范围。选用砂轮片的下半部分切割，在砂轮片尺寸一定时，最大限度的提高了切割机切割能力。切割机可以进行连续切割动作，并根据定长信号分别切割两条连续的棒料，实现对棒料的准确定长切割，切割后自动返回初始位置，其切
30、口深度为 35mm，再由压断机进行压断，且整个切割过程都由自动控制实现。本次设计的题目是“棒料切割机的设计” 。所设计的铸棒线切割机是针对铸铁在连续铸造过程中的切割而采用的一种专门的切割机。连续铸造过程主要由保温炉、牵棒机、切割机和压断机组成，在工作过程中拉棒机能从保温炉中同时拉出两条铸铁棒。题目要求切割机在连续铸造过程中工作，并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。整个切割过程都由自动控制实现。此次设计的主要工作分为两大部分，第一部分为切割机的机械设计，其中主要包括砂轮片的选择、电机的选择、砂轮片传
31、动方式的选择和优化、电机和砂轮的安装、各个气缸力的计算及其参数选择计算、滑动导轨的设计以及其他部分和整体结构的设计。最后完成总装图、部件图和零件图。第二部分为电气原理及控制部分的设计，主要包括气动控制原理图的设计、电气原理图的设计、配线图的设计、控制柜的设计及电路控制面板的设计。这样所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。由 PLC 控制的气动随动铸棒线切割机，由气缸驱动完成顺序切割动作过程。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。郑州雨辰学院毕业设计（论文） 棒料切割机的设计13致 谢几个月的时间
32、转瞬既逝，历经了这段时间的努力，我顺利完成了毕业设计的全部内容。四年的大学生活也将随着本次毕业设计论文的完成而画上完美的句号。感谢赵永涛老师在本次论文设计中对我的悉心指导，不论是从课题选择还是到具体的写作过程，还是论文的初稿与定稿，都透露了老师的心血和汗水。老师一丝不苟的工作作风，严谨的治学态度，使我在本次论文全套图纸和论文咨询企鹅壹叁叁肆零玖伍捌伍肆的写作过程中得到许多同学的帮助，同时也向我提出了许多的宝贵意见，在此也表示衷心的感谢。受益匪浅，深受感动。我特别感谢我的导师，他知识渊博，经验丰富，不但给我悉心指导，还带领我参观调研，使我更加体会到了一个令人尊敬的老师对学生无微不至的关怀，也赋予
33、了我进一步努力、不断进取的热情。在此，向老师至于我深深地感谢和崇高的敬意。同时，还要谢谢帮助我的同学和舍友，感谢你们给我的启发、提出的宝贵意见。通过这次设计，我对并对本专业有了较深刻的认识和理解，对以前学习的各门专业知道有了更加深入的学习和巩固，同时学到了更多的关于机械方面的经验知识以及电气控制方面的相关知识，再一次夯实了我的知识。此次毕业设计是对我大学四年学习的归纳和总结，对我今后的学习和工作有重要的指导意义和实践意义。借此毕业之际，向各位给予我悉心教诲的老师表示真诚的谢意。感谢他们四年来对我的辛勤栽培，让我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现，顺利完成此次论文。当然我之所以顺利
34、完成毕业设计主要因为指导老师的屡不厌烦的教导。请许我再次向老师表示诚挚的谢意，感谢各位老师批评斧正。并祝各位老师身体健康，工作顺利！郑州雨辰学院毕业设计（论文） 棒料切割机的设计14参考文献1 梁景凯 盖玉先.机电一体化技术与系统M.北京：机械工业出版社，201212 吴承彪.车床变速操纵机构的改进J.机械制造，2000，13 Shigley J E, Uicher J J.Theory of machines and mechanisms .NewYork:McGraw-Hill Book Company,2005.4 刘延俊.液压与气压传动M1 版.北京：清华大学出版社，2012125 杜
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38、1郑州雨辰学院毕业设计（论文） 棒料切割机的设计1524 蔡春源.简明机械零件手册. 北京：冶金工业出版社，1996.325 邱宣怀.机械设计M. 高等教育出版社，199726 G. G. Poznyak, V. A. Rogov, E. A. Elmoushi and Y. M. Hamdan.Static and dynamic simulation of the base of an ultrasonic broaching latheJ.Russian Engineering Research,2007,927 Mattnies, Hans Jurgen.Einfuhrung in d
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