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畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 題 目 鋸條齒部刃磨機(jī)設(shè)計(jì) 學(xué) 院 專 業(yè) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 I 摘 要 為了切斷工件 在鋸齒的尖部 需要加工出鋒利的齒尖刃口 但是經(jīng)過一段時(shí)間 的磨損 鋸齒刃口變鈍 鋸切后的工件端面質(zhì)量變差 甚至不能滿足供貨要求 這時(shí) 就要換下鋸條進(jìn)行修磨 本文講述了鋸條刃磨機(jī)的設(shè)計(jì) 首先 通過對鋸類工具特別是鋸條市場并加工現(xiàn) 狀進(jìn)行全方位調(diào)研 在此基礎(chǔ)上提出了本鋸條刃磨機(jī)方案 接著 設(shè)計(jì)計(jì)算了各主要 構(gòu)成件的結(jié)構(gòu)尺寸 然后 對電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì) 最后 通過 AutoCAD 制圖軟 件繪制了本鋸條刃磨機(jī)裝配圖 主要零件圖及電氣原理圖 通過本次設(shè)計(jì) 鞏固了大學(xué)所學(xué)專業(yè)知識 如 機(jī)械原理 機(jī)械設(shè)計(jì) 材料力學(xué) 公差與互換性理論 機(jī)械制圖等 掌握了起重機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法并能夠熟練使用 AutoCAD 制圖軟件 對今后的工作于生活具有極大意義 關(guān)鍵字 鋸條 刃磨機(jī) 砂輪 撥齒 II Abstract In order to cut off the workpiece In the tip of the sawtooth need to process a sharp cusps blade outlet but after a period of time of wear and tear serrated cutting edge blunt after sawing the workpiece surface quality becomes poor even can t meet the supply requirements then we must change the saw blade grinding This paper describes the design of saw blade grinder Firstly based on sawing tools especially blade market and processing status of a full range of research based on proposed the saw blade grinding machine scheme then design and calculation of the size of the structure of the major components then on the electrical control system design Finally through the AutoCAD drawing software drawn the saw blade grinding machine assembly drawing part drawings and electrical schematics Through the design the consolidation of the University of the professional knowledge such as mechanical principles mechanical design mechanics of materials tolerance and interchangeability theories mechanical drawing master the design method of hoisting machinery products and be able to skillfully use AutoCAD drawing software for the future work in life is of great significance Keywords Blade Grinding Grinding wheel Gear shifting III 目 錄 摘 要 I Abstract II 第 1 章 緒 論 1 1 1 研究背景及意義 1 1 2 鋸條刃磨機(jī)研究及發(fā)展現(xiàn)狀 1 1 2 1 鋸齒磨削的現(xiàn)狀 1 1 2 2 鋸齒磨削機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展前景 1 1 3 現(xiàn)有鋸條刃磨機(jī)簡介及存在問題 2 1 3 1 現(xiàn)有鋸條刃磨機(jī)簡介 2 1 3 2 現(xiàn)有鋸條刃磨機(jī)存在問題 2 1 4 主要內(nèi)容及基本要求 3 第 2 章 總體方案設(shè)計(jì) 4 2 1 鋸條概述 4 2 2 砂輪類型選取 6 2 3 砂輪驅(qū)動(dòng)形式的選取 7 2 4 進(jìn)給傳動(dòng)裝置的選取 7 2 4 1 齒輪齒條機(jī)構(gòu) 7 2 4 2 絲杠螺母機(jī)構(gòu) 8 2 5 導(dǎo)軌的選取 8 2 6 總體的設(shè)計(jì) 9 第 3 章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 11 3 1 主要技術(shù)參數(shù)的確定 11 3 2 電機(jī)的選取 11 3 3 進(jìn)給絲杠的計(jì)算 11 3 3 1 擬定設(shè)計(jì)參數(shù) 11 3 3 2 確定工作負(fù)載 12 3 3 3 確定螺紋中徑 12 IV 3 3 4 螺母高度的計(jì)算 12 3 3 5 基本牙型高度 121H 3 3 6 手輪驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 12 3 4 絲杠的校核 13 3 4 1 臨界壓縮負(fù)荷 14 3 4 2 臨界轉(zhuǎn)速 14 3 4 3 固有頻率 15 3 4 4 扭轉(zhuǎn)剛度 16 3 5 砂輪的設(shè)計(jì) 17 3 5 1 砂輪的選擇 17 3 5 2 砂輪的平衡方法 18 3 5 3 砂輪的修整 19 3 6 底座機(jī)架的設(shè)計(jì) 20 3 6 1 機(jī)架結(jié)構(gòu)類型 20 3 6 2 機(jī)架結(jié)構(gòu)的選擇 20 3 6 3 機(jī)架的確定 21 第 4 章 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 4 1 刃磨工藝流程分析 22 4 2 硬件設(shè)計(jì) 23 4 2 1 硬件部分總體分析 設(shè)計(jì) 23 4 2 2 PLC 選型 23 4 2 3 其它硬件的選型 設(shè)計(jì) 26 4 3 軟件設(shè)計(jì) 27 4 3 1 PLC 軟件設(shè)計(jì) 27 4 3 2 PLC 程序調(diào)試 31 總 結(jié) 33 參考文獻(xiàn) 34 致 謝 35 1 第 1 章 緒 論 1 1 研究背景及意義 為了切斷工件 在鋸齒的尖部 需要加工出鋒利的齒尖刃口 但是經(jīng)過一段時(shí) 間的磨損 鋸齒刃口變鈍 鋸切后的工件端面質(zhì)量變差 甚至不能滿足供貨要求 這時(shí)就要換下鋸條進(jìn)行修磨 一般來說 工廠會采用不同種類的鋸條刃磨機(jī)進(jìn)行磨 削 但是 不論哪種機(jī)器 其砂輪的磨削進(jìn)給方向都是沿著鋸條半徑方向刃磨 砂 輪的圓弧形狀都要留在鋸齒的根部和尖部 使橫刃變成一條弧線 而且刃口較虛 在齒尖淬火時(shí)容易燒損 降低鋸條的使用壽命 1 2 我公司多年來一直為鋼鐵行業(yè) 提供金屬冷熱切圓鋸條 對它的使用狀況和修復(fù)后存在的問題進(jìn)行過深入分析 仿 照新鋸條銑齒加工的原理 特別設(shè)計(jì) 制造了軸向磨削式鋸條刃磨機(jī) 修磨后的鋸 齒形狀與新鋸條非常相近 經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐證明可以大大提高修復(fù)鋸條的使用效果 能夠給用戶帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益 1 2 鋸條刃磨機(jī)研究及發(fā)展現(xiàn)狀 1 2 1 鋸齒磨削的現(xiàn)狀 隨著我國木材加木工業(yè)的不斷發(fā)展 各木材制造生產(chǎn)廠商不斷涌現(xiàn) 對硬質(zhì)合 金鋸條的需求量不斷增加 因而硬質(zhì)合金鋸條的市場潛力很大 許多鋸條專業(yè)生產(chǎn) 廠商都在不斷更新設(shè)備 以提高生產(chǎn)效率和增加經(jīng)濟(jì)效益 然而 在實(shí)際鋸材生產(chǎn) 中 由于磨削技術(shù)水平低和使用不當(dāng) 往往使鋸條達(dá)不到工藝質(zhì)量要求 使用壽命 不到設(shè)計(jì)的一半 這不僅僅影響產(chǎn)品質(zhì)量 而且增加了費(fèi)用支出 通常鋸條的磨削 工作是由維修工完成的 由于這項(xiàng)工作技術(shù)性很強(qiáng) 又屬于輔助工序 而且操作時(shí) 間不固定 因此磨削工作往往是鋸材加工生產(chǎn)管理中比較薄弱的環(huán)節(jié) 1 2 2 鋸齒磨削機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展前景 鑒于鋸條磨削比較困難 需要專業(yè)人員進(jìn)行 磨削不好不但起不到提高工作效 率 提高加工質(zhì)量的效果 還將直接影響到鋸條使用壽命 同時(shí) 為了降低加工成 本 提高效率 更考慮到數(shù)控技術(shù)發(fā)展的大趨勢 鋸齒磨削機(jī)產(chǎn)生了 采用 PLC 作 2 為控制核心 能夠充分利用其豐富軟件功能來達(dá)到控制目的 從而克服原控制部分 因由傳統(tǒng)的繼電器和接觸器組成 觸點(diǎn)多 線路復(fù)雜而帶來的種種弊端 鋸齒磨削機(jī)的產(chǎn)生極大的提高了效率 但是 在我國 由于人力資源豐富 最 主要是磨齒機(jī)價(jià)格比較高 初期投資比較大 鋸齒的磨削要幾臺機(jī)器來完成 集成 度不夠高 這些因素直接影響到了磨齒機(jī)的推廣與應(yīng)用 所以目前為止磨齒機(jī)的應(yīng) 用還是比較局限的 另外一方面 目前所用的鋸齒磨削機(jī)主要來自進(jìn)口 我國在該 方向上的研究比較少 技術(shù)不夠成熟 雖然也有廠家生產(chǎn)出了技術(shù)含量很高的機(jī)器 但是受長期進(jìn)口的影響 采用國產(chǎn)磨削機(jī)的還是比較少 6 從現(xiàn)在存在的問題來看 我國鋸齒磨削機(jī)的研究需要解決以下幾個(gè)方面的問題 以便達(dá)到廣泛應(yīng)用 提高效率 精度 取代進(jìn)口的目的 第一 精度上要加強(qiáng) 達(dá) 不到精度要求的機(jī)器沒有實(shí)用性 第二 降低成本 當(dāng)然這不能通過降低質(zhì)量來實(shí) 現(xiàn) 國產(chǎn)機(jī)器本來在質(zhì)量上就不比別人強(qiáng) 如果質(zhì)量上有問題 那就徹底沒有了市 場 第三 提高集成度 目前多采用多臺機(jī)器磨削鋸齒 我們可以想辦法用一臺機(jī) 器來代替 從而降低成本 提高簡潔性和實(shí)用性 7 1 3 現(xiàn)有鋸條刃磨機(jī)簡介及存在問題 1 3 1 現(xiàn)有鋸條刃磨機(jī)簡介 目前 國內(nèi)外鋸條刃磨機(jī)生產(chǎn)廠家眾多 國外廠家主要有德國瓦格納 Vollmer 以及法國 韓國 日本等廠家 國內(nèi)廠家多而雜 部分設(shè)備為自行改造加工而成 通過文獻(xiàn)資料可知 國內(nèi)最主要的有北京科技大學(xué)臧勇等人設(shè)計(jì)制造的鋸條刃磨機(jī) 其糅合了日本 德國等國外設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)研制而成 功能強(qiáng)大 應(yīng)用范圍廣 3 其他 較為正規(guī)的廠家有武漢機(jī)床廠 從上世紀(jì) 50 年代開始仿制了國外的兩款機(jī)型 分別 是 M6620 和 M6615 至今一直在生產(chǎn) 并且沒有明顯的改進(jìn) 現(xiàn)階段 國內(nèi)外眾多 鋸條刃磨機(jī)除了撥齒機(jī)構(gòu)有些區(qū)別以外 磨削原理大同小異 都是砂輪沿著鋸條的 半徑方向從外向內(nèi)磨削 向外退刀 這些設(shè)備廣泛應(yīng)用于鋸條生產(chǎn)行業(yè)及軋鋼企業(yè) 生產(chǎn)廠現(xiàn)場 是金屬冷熱切圓鋸條重磨加工過程中的重要裝備 1 3 2 現(xiàn)有鋸條刃磨機(jī)存在問題 在刃磨工藝方面 上邊介紹過的眾多鋸條刃磨機(jī)中 砂輪的進(jìn)給方式多為沿鋸 3 條半徑方向的徑向進(jìn)給 砂輪在圖 2 中所示位置 1 2 間往復(fù)運(yùn)動(dòng) 導(dǎo)致修磨后的鋸 齒刃部存在軸向圓弧 在使用過程中 齒頂部軸向圓弧的兩個(gè)端點(diǎn)在齒尖淬火時(shí)易 燒損 且在切削過程中極易磨損或崩刃 從而改變鋸齒實(shí)際切削部位 影響鋸條的 鋸切效果 目前采用徑向進(jìn)給方式修磨出的鋸條 在實(shí)際使用中的切割壽命遠(yuǎn)不如 新片 僅為新片的 50 70 且徑向進(jìn)給式鋸條刃磨機(jī)只能修復(fù)部分齒形 應(yīng)用范 圍受限 在設(shè)備結(jié)構(gòu)方面 現(xiàn)有刃磨機(jī)雖外形構(gòu)造有多不同 但砂輪進(jìn)給導(dǎo)軌均采用普 通滑動(dòng)式 磨損較快 設(shè)備精度低 且砂輪旋轉(zhuǎn)方向面向操作者 危險(xiǎn)性較大 1 4 主要內(nèi)容及基本要求 對鋸類工具特別是鋸條市場并加工現(xiàn)狀進(jìn)行全方位調(diào)研 寫出此類工具及加 工設(shè)備 加工方法的綜述村料 設(shè)計(jì)一臺鋸條齒部自動(dòng)刃磨機(jī) 鋸條參數(shù)如下 鋸切普通碳鋼帶鋸條 帶鋸條的齒尖是 HSS M42 的材料 其最大參數(shù)為 80 x1 6 寬 厚 2 3 前面的參數(shù)你再落實(shí)一下 完成此設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及相關(guān)計(jì)算 完成控制系統(tǒng)的選型或設(shè)計(jì) 繪制其裝 配圖與部分零件圖 圖紙量符合第 2 項(xiàng)要求 撰寫電子 紙質(zhì)設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識 參考相關(guān)資料 按時(shí)獨(dú)立保質(zhì)保量完成畢業(yè)設(shè)計(jì)課 題 4 第 2 章 總體方案設(shè)計(jì) 2 1 鋸條概述 1 帶鋸條切削的特點(diǎn) 從帶鋸條切斷的比較來看 作為優(yōu)點(diǎn) 它具有對鋼材的通用性更強(qiáng)的特點(diǎn) 現(xiàn) 在明顯地看出使用帶鋸條幾乎可切斷所有類型的鋼材 從材料利用率方面比較其優(yōu)越性的話 如下所示 材料利用率與鋸縫的大小密 切相關(guān) 對切斷成本有著很大的影響 在節(jié)省資源的今天 使用帶鋸床和帶鋸條有 著明顯的優(yōu)勢 原來在切斷方法依賴于弓鋸床 圓盤鋸的歐洲 特別是在德國 能 夠看到帶鋸床在顯著普及 這充分證明了帶鋸床的優(yōu)越性 利用率實(shí)例比較 材料 45 號鋼 尺寸 100mm 參數(shù) 按 61 23KG M 計(jì)算 切斷數(shù) 10000 個(gè) 切縫尺寸 每 10000 個(gè)切縫的重量 帶 鋸 1 6mm 979 68KG 弓 鋸 2 5mm 1530 75KG 圓盤鋸 3 0mm 1836 90KG 由此可見 光從切縫所節(jié)約的材料費(fèi)用就可以說明帶鋸條鋸切的絕對優(yōu)勢 以目前市場迅速擴(kuò)張的為例 273407N 鋸條厚度 0 9mm 分齒量 0 34mm 2 1 58mm 鋸口寬度 2 帶鋸條的選定方法 為了進(jìn)行高效率切斷 選擇與被切削材料材質(zhì)相適應(yīng)的鋸條品種及依據(jù)材料形 狀大小 選擇適宜的齒形是至關(guān)重要的 帶鋸條的構(gòu)成 5 齒寬 又稱為等高 從齒的尖端到背部的長度稱為齒寬 寬度越大帶鋸條強(qiáng)度 越高 越能進(jìn)行高精度切削 齒厚 帶鋸條的板厚 厚度越大帶鋸條的鋼性越強(qiáng) 從而能進(jìn)行重力切削 但 隨著厚度的增加 回轉(zhuǎn)曲率也相應(yīng)增加 帶鋸條易產(chǎn)生疲勞 齒型 又稱為齒節(jié) 是指在 1 英寸 25 4mm 范圍內(nèi)所容納的齒數(shù) 齒形的選 擇對切削作業(yè)有著直接的影響 鋸齒與齒溝的組合變化可防止切削中鐵屑的阻塞 齒距 相鄰兩齒頂之間的距離 齒槽 又稱為齒溝 是齒尖之間的空間 是為把切削時(shí)所產(chǎn)生的切屑完全排除 到被切削材料之外而不可缺少的空間 齒深 從齒頂?shù)烬X溝最低部位的距離 前面 切屑在上面流過的刀齒表面 后面 工件上加工出來的表面在其上通過的刀具表面 切削刃 用以進(jìn)行切削的前面邊緣 它由前面和后面的交線構(gòu)成 齒底圓弧半徑 連接刀齒前面和前一齒后面的圓弧半徑 基面 通過切削刃上選定點(diǎn)并垂直于背邊的平面 前角 假定未分齒的前面和基面間的夾角 楔角 未分齒前面和后面之間的夾角 分齒量 為形成切削間隙而使鋸齒向側(cè)面的凸出量 總分齒量 考慮到每一側(cè)的分齒量 在兩個(gè)相對刀齒之間的鋸條總厚度 這一 厚度決定鋸條切削時(shí)的總寬度 齒型的種類 等齒 以鋸條原始齒節(jié) 1 英寸為基準(zhǔn)規(guī)定齒數(shù) 齒尖之間的長度都是相同尺寸 變齒 這是為大幅度地減輕切斷的振動(dòng) 噪音而開發(fā)的鋸條 使齒尖的長度和 齒高變化 以獨(dú)特的錯(cuò)齒型 耙形定向 直線定向 構(gòu)成 因抑制了切削中的振動(dòng) 故沒有韌性翻卷 可高速切削 與常規(guī)齒節(jié)相比 適應(yīng)材料的直徑范圍增大 因此 通用性更強(qiáng) 材料的特性與鋸條的切斷范圍 雖然被切削材料的形狀 材質(zhì)決定帶鋸條的選擇和切削條件 但由于切削材料 6 硬度差別的影響 帶鋸條往往難以充分地發(fā)揮其作用 盡管材料內(nèi)部和外部硬度值 相同 但由于生產(chǎn)產(chǎn)家的不同 材料組織 內(nèi)部應(yīng)力 機(jī)械性質(zhì)等有差異 對帶鋸 條的切削會產(chǎn)生直接或間接的影響 切削與材料的硬度有密切的聯(lián)系 我們經(jīng)常說 這種材料有點(diǎn)硬 但這跟鋸條 還可以切 那么怎么抓住 軟 和 硬 這兩個(gè)概念進(jìn)行順利地切削 我們通常用 硬度 來表示材料的這一概念 所謂硬度就是金屬材料抵抗壓入物 壓陷能力的大小 也可以說材料對局部朔變形的抗力 常用的硬度制標(biāo)有 布氏硬 度 HB 洛氏硬度 HRC 和維氏硬度 HV 總的來說帶鋸條對硬度高的材料會產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦和摩擦熱 造成切削性能相對 較差 這就是硬的材料比較難切的道理 我們應(yīng)該根據(jù)被切削材料的硬度來選擇切 削條件 如果被切削材料硬度低 就要提高鋸條的線速度 切削效率也可以提高 同時(shí) 考慮其排屑通暢的因素 齒距也可相應(yīng)放大 但是切削不銹鋼等硬度低 粘 性較大的材料時(shí) 鋸條線速度要放慢 并且切削效率也要相應(yīng)降低 考慮其排屑通 暢的因素 齒距也相應(yīng)放大 3 鋸條參數(shù)如下 各種齒形分齒量的參數(shù) 齒型 分齒量 mm 8Z 5 8Z 0 32 0 05 6Z 4Z 4 6Z 3 4Z 0 34 0 05 2 3Z 0 37 0 05 1 2Z 0 48 0 05 1 1Z 0 52 0 05 各種規(guī)格鋸條的厚度表 規(guī) 格 M19 M27 M34 M41 M54 M67 厚 度 0 9mm 0 9mm 1 06mm 1 25mm 1 6mm 1 6mm 齒型和齒距的對照表 齒距單位 mm 齒型 3Z 4Z 6Z 8Z 5 8Z 4 6Z 7 齒距 8 5 6 4 4 2 3 2 4 1 5 1 齒型 3 4Z 2 3Z 1 1Z 齒距 7 3 10 2 19 5 2 2 砂輪類型選取 目前常用的砂輪有兩種 一種是氧化鋁砂輪 氧化鋁砂輪多呈白色其砂粒韌性 好 比較鋒利 但硬度稍低 即砂輪磨粒容易從砂輪上脫落 適用于刃磨高速鋼鋸 條和硬質(zhì)合金鋸條的齒柄部分 氧化鋁砂輪又稱白剛玉砂輪 另一種是碳化硅砂輪 其砂粒硬度高 切削性能好 但較脆 適用于刃磨硬質(zhì)合金材料的鋸條 該砂輪外 表顏色一般是綠色 砂輪的粗細(xì)以粒度來表示 GB T2477 1983 中規(guī)定了砂輪分為 41 個(gè)粒度號 如 60 80 120 等 粒度號越大砂輪越細(xì) 反之粒度號越小則砂輪越粗 粗磨鋸 條的齒柄時(shí)一般應(yīng)選用 60 以下砂輪 精磨鋸條的硬質(zhì)合金時(shí)應(yīng)選 80 或 120 砂輪 即粗磨鋸條時(shí)使用粒度號小的砂輪 精磨鋸條時(shí)使用粒度號大的砂輪 2 3 砂輪驅(qū)動(dòng)形式的選取 目前機(jī)械設(shè)備的主要驅(qū)動(dòng)形式有三大類 液壓驅(qū)動(dòng) 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng) 液壓驅(qū)動(dòng)具有輸出功率大 控制精度高 可無級調(diào)速 反應(yīng)靈敏 可實(shí)現(xiàn)連續(xù) 軌跡控制等優(yōu)點(diǎn) 但是液壓傳動(dòng)有較多的能量損失 泄漏損失 壓力損失等 傳動(dòng) 效率相對低 液壓傳動(dòng)需要配套設(shè)備如 液壓站 各種液壓控制閥等 它適用于重 載 低速驅(qū)動(dòng) 成本較高 這種驅(qū)動(dòng)方式顯然不適合 氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)功率 質(zhì)量比大 體積小 結(jié)構(gòu)緊湊 密封問題較小 成本低 但是由 于氣體壓縮性大 精度低 低速時(shí)不易控制 需要專門的氣源輸送站 所以這種驅(qū) 動(dòng)方式和液壓驅(qū)動(dòng)一樣 不適合 電機(jī)驅(qū)動(dòng)與氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)相比 具有能精確定位 反應(yīng)靈敏 可實(shí)現(xiàn)高 速 高精度的連續(xù)軌跡控制 伺服性好等優(yōu)點(diǎn) 另外結(jié)構(gòu)簡單 易于控制 使用維 修方便 不污染環(huán)境 因此本設(shè)備采用電機(jī)驅(qū)動(dòng) 2 4 進(jìn)給傳動(dòng)裝置的選取 8 2 4 1 齒輪齒條機(jī)構(gòu) 此機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是制造簡單 成本低 一般由于結(jié)構(gòu)上和降速的需要 齒輪的齒 數(shù)都做得很少 如在 C620 1 型車床上用 12 齒 因此嚙合系數(shù)小 加上有齒側(cè)間隙 所以傳動(dòng)的平穩(wěn)性較差 特別在速度很低時(shí)更為明顯 它主要用于速度比較高些 而精度又不需要太高的普通機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中 齒輪齒條由于不能自鎖 在垂直移動(dòng) 時(shí)用它不可靠 有的機(jī)構(gòu) 如龍門銑床 為了提高它的平穩(wěn)性 才用蝸桿和斜齒條 傳動(dòng) 不適合本次設(shè)計(jì) 2 4 2 絲杠螺母機(jī)構(gòu) 絲杠螺母傳動(dòng)的特點(diǎn)有如下幾點(diǎn) 1 本身降速比大 因此在中速和低速移動(dòng)部件上 無需采用降速很大的減速 機(jī)構(gòu) 但是由于本身降速比大 這就不適合于高速運(yùn)動(dòng) 如果移動(dòng)速度較高時(shí) 絲 杠轉(zhuǎn)速高 磨損就快 因此這種機(jī)構(gòu)使用于中 低速的機(jī)床上 2 能傳遞較大的軸向力 因本身的轉(zhuǎn)速比大 因而傳遞的力大 而回轉(zhuǎn)絲杠 所需的里比較小 適用于重型機(jī)床和加緊機(jī)構(gòu) 3 移動(dòng)準(zhǔn)確 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn) 因絲杠和螺母接觸面積大 且連續(xù)接觸 故傳遞比 較平穩(wěn) 提高絲杠的精度比提高齒條的精度容易 因此 易作為精密機(jī)床的執(zhí)行機(jī) 構(gòu)和調(diào)整機(jī)構(gòu) 4 傳遞效率低 能自鎖 傳遞的效率一般為 50 左右 因此不宜用在主傳動(dòng) 中 絲杠螺母機(jī)構(gòu)用于垂直移動(dòng)部件能有自鎖作用 防止部件下滑 因此本次刃磨機(jī)選用絲杠螺母傳動(dòng)形式 2 5 導(dǎo)軌的選取 機(jī)床的工作部件是沿著導(dǎo)軌的表面運(yùn)動(dòng)的 導(dǎo)軌是保證工作臺 刀架 溜板等 運(yùn)動(dòng)方向的導(dǎo)向面 為了使工作部件沿著一定的方向運(yùn)動(dòng)和承受一定的力矩 一般 機(jī)床都是二根導(dǎo)軌組合而成 某些大型機(jī)床為了保證工作部件的剛度 也有用三根 導(dǎo)軌的 如大型的龍門刨床等 機(jī)床上常用的導(dǎo)軌通常都是由二根導(dǎo)軌組成 而且常常配置著鑲條或壓板 以 調(diào)整導(dǎo)軌面的間隙或防止顛覆 9 圖 2 1 導(dǎo)向原理 對于直線運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌 為了使運(yùn)動(dòng)部件只沿著一個(gè)方向運(yùn)動(dòng) 導(dǎo)軌必須限制運(yùn) 動(dòng)部件繞 X Y Z 三根軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)和兩個(gè)方向的移動(dòng) 并且導(dǎo)軌必須只具有單方向 的導(dǎo)向性 由平面所組成的導(dǎo)軌 每根導(dǎo)軌都是由二個(gè)窄長的平面組成 他限制了 X 向和 Z 向的移動(dòng)及 Z 軸和 X 軸的轉(zhuǎn)動(dòng) 但由于導(dǎo)軌面很窄 所以還不能限制繞 Y 軸的轉(zhuǎn) 動(dòng) 為此 我們通常增加了一個(gè)平面或加寬一個(gè)導(dǎo)軌面來限制其繞 Y 軸轉(zhuǎn)動(dòng) 由圓柱所組成的導(dǎo)軌 單根圓柱只能限制 X 向和 Z 向的移動(dòng)及繞 X 軸和 Z 軸 的轉(zhuǎn)動(dòng) 加鍵以后可以限制繞 Y 軸的轉(zhuǎn)動(dòng) 一般情況都采用雙圓柱式 這樣即滿足 了導(dǎo)向要 同時(shí)受力情況也好 2 6 總體的設(shè)計(jì) 該機(jī)器是屬于小型的工具機(jī)械 設(shè)計(jì)要求機(jī)構(gòu)簡單 結(jié)構(gòu)緊湊 外形小 體積 小 質(zhì)量輕 方便搬運(yùn) 操作簡單 使得加工效果好 效率高 其結(jié)構(gòu)總圖如下圖 2 2 所示 10 圖 2 2 總體布局圖 砂輪直接連接在電機(jī)主軸上 電機(jī)座通過三角形導(dǎo)軌 絲杠螺母和手輪實(shí)現(xiàn)前 后方向移動(dòng) 同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)俯仰運(yùn)動(dòng) 鋸條移動(dòng)過程中推動(dòng)撥齒機(jī)構(gòu)上下跳動(dòng)帶 動(dòng)砂輪俯仰進(jìn)給 本裝置的優(yōu)點(diǎn)是可以適應(yīng)不同形式的鋸條 11 第 3 章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 3 1 主要技術(shù)參數(shù)的確定 鋸條參數(shù)為 鋸切普通碳鋼帶鋸條 帶鋸條的齒尖是 HSS M42 的材料 其最大 參數(shù)為 80 x1 6 寬 厚 2 3 3 2 電機(jī)的選取 合理地確定磨床的電動(dòng)機(jī)功率 砂輪架電動(dòng)機(jī)功率 若功率選的過大 則消耗 電力多 造成浪費(fèi) 選用的過小 則又使機(jī)床的使用效能受到限制 在確定電動(dòng)機(jī)功率時(shí) 選用公式 N 切 損電 式中 砂輪架電動(dòng)機(jī)功率 KwN電 磨削功率 Kw切 損耗功率 Kw損 12 根據(jù)對設(shè)計(jì)提出的要求 本設(shè)計(jì)磨削機(jī)上采用 GBD ABW125x63x25 砂 801ZR 輪 砂輪線速度 V 35 m s 磨削深度 t 從 0 02 mm 0 1mm 0 6 0 7 zp 代入計(jì)算公式計(jì)算 Kw 06 35 7 0 2 3121zpVN 切 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式 估計(jì)空載時(shí)所消耗的功率 0 01 0 02kw 則 0 23 0 25 KwN 切 損電 根據(jù)上述的估算 并考慮機(jī)床的效率 應(yīng)選用 0 25 Kw 的電動(dòng)機(jī)比較合適 選取電動(dòng)機(jī)型號 YS 71L 1 2 上海革新電機(jī)廠 防護(hù)等級 IP44 工作方式 冷卻方法 IOC41 絕緣等級 E 級 1S 3 3 進(jìn)給絲杠的計(jì)算 3 3 1 擬定設(shè)計(jì)參數(shù) 估算砂輪結(jié)構(gòu)總重量 50KG 手輪直徑 90mm 有效傳動(dòng)距離 270mm 3 3 2 確定工作負(fù)載 工作負(fù)載是指機(jī)器工作時(shí) 實(shí)際作用在滾珠絲杠上的軸向壓力 選定導(dǎo)軌為滑 動(dòng)導(dǎo)軌 取摩擦系數(shù)為 0 05 max0 5 2NFG 拉 3 3 3 確定螺紋中徑2 250 8 3 1Fdmp 式中 F 為軸向載荷 N 13 p 為許用比壓 2 Nm 1 5p 因?yàn)槭钦w式螺母 取 故初選 210 4dmp 3 3 4 螺母高度的計(jì)算 21836Hd 3 3 5 基本牙型高度 1H10 5 42Pm 3 3 6 手輪驅(qū)動(dòng)力計(jì)算 圖 3 1 絲杠受力圖 絲杠傳遞力的計(jì)算如圖所示 當(dāng)用 P 力去轉(zhuǎn)動(dòng)半徑為 R 的手輪時(shí) 所產(chǎn)生的扭 距 M 使絲杠中徑 r 出產(chǎn)生切向力 Q 計(jì)算公式計(jì)算如下 PRQ 這個(gè) Q 力可使螺母獲得軸向牽引力 W wctg 考慮摩擦力 則 wctg 將 Q 帶入 得 PRr 式中 W 軸向牽引力 N P 轉(zhuǎn)動(dòng)手輪的力 N r 絲杠中徑 mm 14 螺旋升角 號表示右旋螺紋逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) 表示右旋螺紋順時(shí)針 旋轉(zhuǎn) 摩擦角 以知梯形螺紋摩擦角 cos fartg 查表得 絲杠螺母的摩擦系數(shù) f 0 15 梯形螺紋的齒形半角 15 o 所以 0 15cos 8 artg 又因?yàn)?絲杠中徑 r 10mm 螺距 S 4mm 手輪半徑 R 20mm 則螺母的軸向牽 引力為 1 20 85 1 72SWctgarctgkg 當(dāng) 時(shí) 絲杠螺母機(jī)構(gòu)具有自鎖性 它能使導(dǎo)軌不因?yàn)檎駝?dòng)而造成偏移 3 4 絲杠的校核 絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度影響系統(tǒng)的定位精度和軸向拉壓振動(dòng)固有頻率 其扭轉(zhuǎn) 剛度影響扭轉(zhuǎn)固有頻率 承受軸向負(fù)荷的絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度 Ke 由絲杠本身的 拉壓剛度 Ks 絲杠副內(nèi)滾道的接觸剛度 Kc 軸承的接觸剛度 KB 螺母座的剛度 KH 按不同支承組合方式的計(jì)算而定 扭轉(zhuǎn)剛度按絲杠的參數(shù)計(jì)算 3 4 1 臨界壓縮負(fù)荷 絲杠的支承方式對絲杠的剛度影響很大 采用兩端固定的支承方式并對絲杠進(jìn) 行預(yù)拉伸 可以最大限度地發(fā)揮絲杠的潛能 臨界壓縮負(fù)荷按下式計(jì)算 211max0crfEIFKFNL 式中 E 材料的彈性模量 E 鋼 2 1 1011 N m2 L0 最大受壓長度 m K1 安全系數(shù) 取 K1 1 3 Fmax 最大軸向工作負(fù)荷 N f1 絲杠支承方式系數(shù) 支承方式為雙固 雙固時(shí) f1 4 f2 4 730 I 絲杠最小截面慣性矩 m4 15 4420 1 2 6wIdd 式中 d0 絲杠公稱直徑 mm 412843 1 396 704I m 經(jīng)過設(shè)計(jì)論證絲杠全長為 5L218max6 0 254 325NF cr F 可見 遠(yuǎn)大于 臨界壓縮負(fù)荷滿足要求 rmax 3 4 2 臨界轉(zhuǎn)速 222max30910crccffdEInknLAL 式中 A 絲杠最小橫截面 2642 7 84d 臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長度 cL 取 10 4m 安全系數(shù) 一般取 2k20 8k 材料的密度 37 51 gm 絲杠支承方式系數(shù) 查表得 2f 24 70fmax2cr nir3610 3 4910n 滿足要求 3 4 3 固有頻率 絲杠系統(tǒng)的軸向拉壓系統(tǒng)剛度 Ke 的計(jì)算公式 兩端固定 111 4eBcHSNmKK 16 式中 Ke 絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度 N m KH 螺母座的剛度 N m Kc 絲杠副內(nèi)滾道的接觸剛度 N m KS 絲杠本身的拉壓剛度 N m KB 軸承的接觸剛度 N m 1 絲杠副內(nèi)滾道的接觸剛度可查絲杠副型號樣本 2 軸承的接觸剛度可查軸承型號樣本 3 螺母座的剛度可近似估算為 1000 4 絲杠本身的拉壓剛度 對絲杠支承組合方式為兩端固定的方式 610 sAElKNma 式中 A 絲杠最小橫截面 2 4Ad E 材料的彈性模量 E 2 1 1011 N m2 l 兩支承間距 m a 螺母至軸向固定處的距離 m 已知 軸承的接觸剛度 絲杠螺母的接觸剛度mNKB 108 絲杠的最小拉壓剛度 螺母座剛度mNKC 7 16 s 2 54in H0114876 045 2e 32 KNm 絲杠系統(tǒng)軸向拉壓振動(dòng)的固有頻率 eBrads 式中 m 絲杠末端的運(yùn)動(dòng)部件與工件的質(zhì)量和 N m 17 Ke 絲杠系統(tǒng)的軸向拉壓系統(tǒng)剛度 N m 1203srad6301248 9mKweB 顯然 能滿足要求 3 4 4 扭轉(zhuǎn)剛度 絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度按下式計(jì)算 47 8mTdKL 式中 絲杠平均直徑 L 絲杠長度 rmN973650 21847KT 扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率 3TTswzJ 式中 JW 運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量換算到絲杠軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 kg m2 JZ 絲杠上傳動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 kg m2 JS 絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 kg m2 由文獻(xiàn) 7 8 得 平移物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 2420 1 5 098Jkgm A 絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 24 432s2s2sskgm106 05 4 1085 73 Ld dJ zJA 18 min r4297s rad1 4271036 42 597T 顯然 可以滿足設(shè)計(jì)要求 3 5 砂輪的設(shè)計(jì) 3 5 1 砂輪的選擇 砂輪的特性由磨料 粒度 硬度 結(jié)合劑和組織 5 個(gè)因素決定 1 磨料 常用的磨料有氧化物系 碳化物系和高硬磨料系 3 種 船上和工廠常 用的是氧化鋁砂輪和碳化硅砂輪 氧化鋁砂輪磨粒硬度低 HV2000 HV2400 韌性 大 適用刃磨高速鋼鋸條 其中白色的叫做白剛玉 灰褐色的叫做棕剛玉 碳化硅砂輪的磨粒硬度比氧化鋁砂輪的磨粒高 Hv2800 以上 性脆而鋒利 并且具有良好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性 適用刃磨硬質(zhì)合金 其中常用的是黑色和綠色的 碳化硅砂輪 而綠色的碳化硅砂輪更適合刃磨硬質(zhì)合金鋸條 2 粒度 粒度表示磨粒大小的程度 以磨粒能通過每英寸長度上多少個(gè)孔眼的 數(shù)字作為表示符號 例如 60 粒度是指磨粒剛可通過每英寸長度上有 60 個(gè)孔眼的篩 網(wǎng) 因此 數(shù)字越大則表示磨粒越細(xì) 粗磨鋸條應(yīng)選磨粒號數(shù)小的砂輪 精磨鋸條 應(yīng)選號數(shù)大 即磨粒細(xì) 的砂輪 船上常用的粒度為 46 號 臺 0 號的中軟或中硬 的砂輪 3 硬度 砂輪的硬度是反映磨粒在磨削力作用下 從砂輪表面上脫落的難易程 度 砂輪硬 即表面磨粒難以脫落 砂輪軟 表示磨粒容易脫落 砂輪的軟硬和 磨粒的軟硬是兩個(gè)不同的概念 必須區(qū)分清楚 刃磨高速鋼鋸條和硬質(zhì)合金鋸條時(shí) 應(yīng)選軟或中軟的砂輪 另外 在選擇砂輪時(shí)還應(yīng)考慮砂輪的結(jié)合劑和組織 船上和工廠一般選用陶瓷 結(jié)合劑 代號 A 和中等組織的砂輪 綜上所述 我們應(yīng)根據(jù)鋸條材料正確選用砂輪 選擇砂輪如圖所示 采用碗型 BW 砂輪端面刃磨法 選擇砂輪的粒度 80 磨料為單晶白剛玉 符號為 GBD 硬 度為中軟 符號為 陶瓷 符號為 A 黏結(jié)劑 結(jié)構(gòu)參數(shù)為 外徑 125mm 厚度 1ZR 19 63mm 內(nèi)徑 25mm 具體的砂輪型號為 GBD ABW125x63x25 801ZR 圖 3 2 碗形砂輪 GBD ABW125x63x25 801ZR 3 5 2 砂輪的平衡方法 砂輪的中心與它的回轉(zhuǎn)軸線不重合時(shí) 砂輪就不平衡 引起砂輪不平衡的原因 是 砂輪幾何形狀不對稱 砂輪個(gè)部分的密度不平衡 以及安裝時(shí)偏心等 不平衡的砂輪在高速回轉(zhuǎn)時(shí)會產(chǎn)生震動(dòng) 從而影響加工質(zhì)量 嚴(yán)重時(shí)還會造磨 床損壞和砂輪碎裂 因此 使用直徑大于 125 毫米的砂輪必須進(jìn)行平衡 1 砂輪平衡的方法 自動(dòng)平衡法 在機(jī)床上裝的傳感器 儀表顯示出旋轉(zhuǎn)時(shí)砂輪的不平衡量 包括 砂輪卡盤 通過手柄或按鈕 調(diào)整平衡塊的方位與距離 同時(shí)觀察儀顯示的數(shù)值 使其調(diào)整到最小的不平衡量 靜平衡法 出砂輪的重心所在的直徑 AB 重心的位置加上平衡塊 C 并使 A 和 B 兩點(diǎn)位置不變 加上平衡塊 D E 并使 A 和 B 位置不變 若有變動(dòng)可以調(diào)整 D E 使 A B 兩點(diǎn)恢復(fù)原位 此時(shí)砂輪左右已平衡 將砂輪轉(zhuǎn)動(dòng) 90 度 若不平衡 將 D E 兩平衡塊同時(shí)向一個(gè)方向移動(dòng) 只 動(dòng)平衡為止 經(jīng)過上述反復(fù)后 一般砂輪在八個(gè)方位都能保持平衡 綜合考慮個(gè)方面因素 本設(shè)計(jì)中采用靜平衡法來平衡砂輪 3 5 3 砂輪的修整 20 砂輪工作一段時(shí)間后 工作表面會出現(xiàn)磨粒鈍化 表面堵塞 外形失真等現(xiàn)象 將會影響磨削工作的正常進(jìn)行 而且直接影響被加工工件的表面質(zhì)量 所以 砂輪 必須定期修整 以保持磨粒的鋒利 以避免產(chǎn)生燒傷退火及磨削裂紋 對于本設(shè)計(jì) 中的碗形砂輪端面 一般采用油石手工修整 使其呈現(xiàn)內(nèi)凹的錐面 如圖 3 3 所示 圖 3 3 油石修整砂輪 油石的硬度要比砂輪硬 一般可采用 TH24CYASF20 x150 200 如果用砂輪的 外圓錐面或外圓柱面為磨削工作面時(shí) 特別是鋸條的幾何形狀精度及表面光潔度要 求較高時(shí) 手工修整較難滿足要求 一般采用金剛石筆借助修整夾具修整 3 6 底座機(jī)架的設(shè)計(jì) 在機(jī)器中支承或容納零部件稱為機(jī)架 如支承罐的塔架 容納傳動(dòng)齒輪的減速 器的殼體 機(jī)床的床身等等統(tǒng)稱為機(jī)架 3 6 1 機(jī)架結(jié)構(gòu)類型 1 按機(jī)架外形分類 按機(jī)架外形分類 網(wǎng)架式 框架式 梁柱式 板塊式和箱殼式 2 按機(jī)架的制造方法和材料分類 按制造方法 機(jī)架可分為鑄造機(jī)架 焊接機(jī)架和螺栓或鉚接機(jī)架 按機(jī)架材料 可分為金屬機(jī)架 非金屬機(jī)架 非金屬機(jī)架又可分為混凝土機(jī)架 素混凝土機(jī)座平 臺 花崗巖機(jī)架 塑料機(jī)架等 鑄造機(jī)架常用材料為鑄鐵 鑄鋼和鑄鋁 小型設(shè)備 如儀表等 的機(jī)架則有銅 制或塑料制造 21 3 6 2 機(jī)架結(jié)構(gòu)的選擇 進(jìn)行機(jī)架結(jié)構(gòu)形式的選擇是一個(gè)較復(fù)雜的過程 對結(jié)構(gòu)形式 構(gòu)件截面和結(jié)點(diǎn) 構(gòu)造等均需要結(jié)合具體的情況進(jìn)行仔細(xì)的分析 對結(jié)構(gòu)方案要進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較 由于各種設(shè)備有不同的規(guī)范和要求 制定統(tǒng)一的機(jī)架結(jié)構(gòu)選擇方法較困難 但是 可以利用結(jié)構(gòu)力學(xué)的知識提出下列一般的規(guī)則 這些規(guī)則是為了節(jié)約材料在選擇形 式時(shí)應(yīng)遵守的一般規(guī)律 1 結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布情況要與材料的性能相適應(yīng) 以便發(fā)揮材料的優(yōu)點(diǎn) 軸力 較彎矩能更充分地利用材料 桿件受軸力作用時(shí) 截面上的材料分布是均勻的 所 有材料都能得到充分利用 但在彎矩作用下截面的應(yīng)力分布是不均勻的 所以材料 的應(yīng)力分布不夠經(jīng)濟(jì) 機(jī)械結(jié)構(gòu)中許多構(gòu)件所受的都是沿垂直于桿軸的方向作用的 彎矩沿桿變化很 迅速 有垂直載荷處 彎矩曲線有曲率 且曲率與載荷集度成正比 最大的彎矩限 于一小段內(nèi) 在較長段內(nèi)材料不能充分利用 這是彎曲構(gòu)件不經(jīng)濟(jì)的另一原因 2 結(jié)構(gòu)的作用在于把載荷由施力點(diǎn)傳到基礎(chǔ) 載荷傳遞的路程愈短 結(jié)構(gòu)使 用的材料愈省 3 結(jié)構(gòu)的連續(xù)性可以降低內(nèi)力 節(jié)省材料 3 6 3 機(jī)架的確定 綜合考慮機(jī)器的工作時(shí)所受的力 我選用機(jī)體材料 HT200 鑄造機(jī)架 力學(xué)性能 200MPa 340MPa 適于制造箱體 底座類零件 b s 22 第 4 章 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 1 刃磨工藝流程分析 本鋸條刃磨機(jī)主要用來磨削鋸齒 要完成這一任務(wù)磨齒機(jī)必須有以下功能 8 1 手動(dòng)功能 主要用來調(diào)試撥齒 夾片 進(jìn)刀 砂輪 水泵 磨進(jìn) 磨退 是否按設(shè)定的正常運(yùn)行 9 2 設(shè)定功能 主要用來設(shè)定總齒數(shù) 水口槽數(shù) AC 距離 OA 速度進(jìn) BA 速度磨進(jìn) AB 退速度 AO 退速度 撥齒時(shí)間 磨削次數(shù) OA 距離 AB 距離等 參數(shù) 3 自動(dòng)功能 用來自動(dòng)完成圓鋸條的鋸齒側(cè)角磨削過程 根據(jù)鋸條側(cè)角磨削機(jī)的手動(dòng) 設(shè)定 自動(dòng)功能可以把側(cè)角磨齒機(jī)的操作面板分 為顯示界面 電源指示燈 手動(dòng) 設(shè)定按鈕 自動(dòng)按鈕 急停按鈕 啟動(dòng)按鈕 如圖 4 1 所示 側(cè)角磨齒機(jī)的總體功能圖如圖 4 2 所示 23 圖 4 1 操作面板 設(shè)定 手動(dòng) 自動(dòng) 總 齒 數(shù) A C 設(shè)定 F 2 磨進(jìn)速 度 F 3 F 1 撥 齒 F 2 夾 片 F 3 進(jìn) 刀 F 5 砂 輪 F 6 磨 進(jìn) F 7 磨 退 功能 磨 削 次 數(shù) 撥 齒 時(shí) 間 水 口 槽 數(shù) A C 距 離 O A 速 度 進(jìn) B A 速 度 磨 進(jìn) A B 退 速 度 A O 退 速 度 磨退速 度 F 4 F 5 O A 距 離 A B 距 離 距離設(shè) 定 F 6 齒數(shù) F 1 磨削次 數(shù) F 4 退 刀 F 8 水 泵 圖 4 2 總體功能圖 4 2 硬件設(shè)計(jì) 4 2 1 硬件部分總體分析 設(shè)計(jì) 通過前文對鋸條側(cè)角磨削機(jī)的工藝流程分析知道 我們的主要控制點(diǎn)有 用于 壓片 撥齒 上片的三個(gè)氣動(dòng)閥 控制砂輪啟停的繼電器 控制的水泵啟停的繼電 器 控制異步電機(jī)啟停的信號線等 這些控制點(diǎn)都是開關(guān)量 由 PLC 發(fā)出開或關(guān)的 指令信號來控制它們 12 24 系統(tǒng)總體的框架如圖 4 3 所示 人機(jī)界 面 提供L C D 顯示和各功 能鍵 P L C 提 供輸 入輸出所 需控 制點(diǎn) 通 信 R S 2 3 2 輸入 節(jié)點(diǎn) 輸出 節(jié)點(diǎn) 接近 開關(guān) 按鍵等 各繼電 器 控制步 進(jìn)電機(jī)等 圖 4 3 鋸條側(cè)角磨削機(jī)系統(tǒng)框圖 PLC 是整個(gè)控制系統(tǒng)的硬件核心 下面我們對 PLC 進(jìn)行選型 4 2 2 PLC 選型 1 控制點(diǎn)確定 為了確定 PLC 的容量 方便選型 我們需要對控制點(diǎn)進(jìn)行分析 把 I O 點(diǎn)數(shù)數(shù) 出來 通過前面的分析 我們知道我們的控制對象是鋸條側(cè)角磨削機(jī) 控制范圍包 括用于夾片 撥齒 上片的三個(gè)氣動(dòng)閥 控制砂輪的繼電器 控制水泵的繼電器 交流接觸器 控制異步電機(jī)的信號線等 根據(jù)系統(tǒng) I O 控制點(diǎn) 作出詳細(xì)的 I O 點(diǎn) 數(shù)分配表 如表 4 1 所示 表 4 1 I O 點(diǎn)數(shù)分配 信號作用 輸入信號 控制 輸出過程 電源 啟動(dòng) 限位開關(guān) 磨刀在初始點(diǎn) 磨削到位 砂輪在初始點(diǎn) 模件旋轉(zhuǎn)到位 完成 I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 開砂輪 水泵 磨刀進(jìn) 磨削 磨刀退 磨齒 旋轉(zhuǎn) 磨進(jìn) 磨退 Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 25 2 PLC 選型 隨著 PLC 的推廣普及 PLC 產(chǎn)品的種類和數(shù)量越來越多 近年來 從國外引進(jìn) 的 PLC 產(chǎn)品 國內(nèi)廠家組裝或自行開發(fā)的產(chǎn)品已經(jīng)有幾十個(gè)系列 上百個(gè)型號 PLC 的品種繁多 其結(jié)構(gòu)形式 性能 容量 指令系統(tǒng) 編程方法 價(jià)格等各有不 同 適用場合也各有側(cè)重 因此 合理選擇 PLC 對于提高 PLC 控制系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng) 濟(jì)指標(biāo)起著重要作用 PLC 的選擇應(yīng)包括機(jī)型選擇 容量選擇 I O 模塊選擇 電 源模塊等幾個(gè)方面 我們這里分別介紹并對我們的系統(tǒng)進(jìn)行 PLC 的選型 13 機(jī)型選擇 機(jī)型選擇的基本原則是在功能滿足要求的前提下 保證可靠 維護(hù)使用發(fā)表改 變以及最佳的性價(jià)比 具體應(yīng)該考慮 結(jié)構(gòu)上合理 安裝要方便 對于復(fù)雜高要求的系統(tǒng)一般選擇模塊式 PLC 否則 選整體式 價(jià)格比較低 功能上要相當(dāng) 對于開關(guān)量控制的設(shè)備 一般的小型 PLC 即可 而不應(yīng)該去選 擇增強(qiáng)型功能的 PLC 機(jī)型上應(yīng)統(tǒng)一 一個(gè)企業(yè)用的 PLC 型號最好統(tǒng)一 方便互用 是否在線編程 這要根據(jù)被控設(shè)備工藝要求來決定 工藝不常變動(dòng)的設(shè)備 應(yīng) 選用離線編程的 PLC 反之用在線 是否滿足響應(yīng)時(shí)間的要求 對聯(lián)網(wǎng)通信功能的要求 看是否需要納入工廠自動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)決定 容量選擇 PLC 的容量指 I O 點(diǎn)數(shù)和用戶存儲的存儲容量 字?jǐn)?shù) 兩方面的含義 在選擇 PLC 型號時(shí)不應(yīng)盲目追求過高的性能指標(biāo) 但是在 I O 點(diǎn)數(shù)和存儲器容量方面除了 要滿足控制系統(tǒng)要求外 還應(yīng)留有裕量 以做備用或系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)使用 I O 點(diǎn)數(shù)通常 可按實(shí)際需要的 10 15 考慮裕量 存儲器一般可按照實(shí)際需要的 25 30 考慮裕量 14 I O 模塊的選擇 I O 部分的價(jià)格占 PLC 價(jià)格的一半以上 不同的 I O 模塊 其電路和性能不同 它直接影響著 PLC 的應(yīng)用范圍和價(jià)格 應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理選擇 根據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn) 考慮到我們的控制系統(tǒng)都是開關(guān)量的控制 可以考慮小型 PLC 該系統(tǒng)有 8 個(gè)輸入 26 點(diǎn) 8 個(gè)輸出點(diǎn) 再結(jié)合市場情況 考察 PLC 生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品及其售后服務(wù) 技術(shù) 支持 網(wǎng)絡(luò)通信等綜合情況 我們選擇了工作穩(wěn)定 可靠 抗干擾性能好且性價(jià)比 較高的臺達(dá) DVP32ES 型 PLC 其基本性能有 輸入 16 點(diǎn) 輸出 16 點(diǎn) 輔助繼電器 一般用 512 點(diǎn) M0 M511 程序容量 內(nèi)置 RAM 存儲器 1808 步 命令種類基本命 令 順序命令 32 個(gè) 含步進(jìn)階梯命令 輸入 輸出控制方式結(jié)束再生方式 演算控制 方式內(nèi)存程序 往返式來回掃瞄方式 程序語言指令加階梯圖定時(shí)器 100ms64 點(diǎn) 計(jì) 數(shù)器 112 點(diǎn) 圖 4 4 是 PLC 外部接線圖 圖 4 4 PLC 外部接線圖 4 2 3 其它硬件的選型 設(shè)計(jì) 我們這里主要介紹一下步進(jìn)電機(jī)的選擇及 PLC 控制步進(jìn)電機(jī)的方式 1 在這個(gè)系統(tǒng)中選用和步進(jìn)電機(jī)配套的 SH 2H090MH 型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 該驅(qū)動(dòng)器需要 5V 電源和的 60V 交流電源 整臺機(jī)子用的是 380V 交流電 其中包 括報(bào)警燈等已用了交流 380V 轉(zhuǎn)換成交流 220V 的變壓器 這里還用了一個(gè)交流 220V 轉(zhuǎn)交流 60V 的變壓器 如果要改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向 另外有兩個(gè)控制信號 一個(gè)是驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的信號 一個(gè)是控制步進(jìn)電機(jī)方向的信號 在步進(jìn)電機(jī)驅(qū) 動(dòng)器 1 中選用 Y6 作為控制信號 Y7 作為方向控制信號 A A B B 用來連接步進(jìn) 27 電機(jī) 不同的組合能使步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生不同轉(zhuǎn)向 接線如圖 4 5 所示 15 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 A A B B C P D I R C P D I R E N E N A C 6 0 P L C Y 6 P L C Y 7 D C 2 5 V D C 2 5 V J 1 9 J 2 0 J 2 1 J 2 2 J 1 7 J 1 8 圖 4 5 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連線圖 2 PLC 控制步進(jìn)電機(jī)的方式 PLC 控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)的示意圖如圖 4 6 所示 在控制面板上設(shè)定移動(dòng)距離 速度和方向等參數(shù) PLC 讀入這些設(shè)定值后 通過運(yùn) 算產(chǎn)生脈沖 方向信號 控制步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器 達(dá)到對距離 速度 方向控制的 目的 脈沖信號 輸 入 輸 出 控 制 面 板 位置 速度 方向 啟 停 驅(qū) 動(dòng) 器 步 進(jìn)電機(jī) 方向信號 圖 4 6 PLC 控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)示意圖 根據(jù)磨削機(jī)控制性能的要求 結(jié)合使用元器件的特性 所設(shè)計(jì)的鋸條側(cè)角磨削 機(jī)控制系統(tǒng)的外部電路電氣連接圖如圖 4 7 所示 28 空氣開關(guān) 保險(xiǎn)絲 A C 3 8 0 V A C 2 2 0 V A C 6 0 V 步進(jìn)電機(jī) 驅(qū)動(dòng)器 2 4 V 開關(guān) 電源 氣動(dòng)閥 1 人機(jī) 界面 K M 1 交流接觸器 K M 3 總控交流接觸器 電源急停 M M K M 2 交流接觸器 砂輪電機(jī) 水泵電機(jī) A C 3 8 0 V A C 2 2 0 V 工作 臺燈 3 5 W 報(bào)警燈 A C 2 2 0 V A C 1 2 V K J 1 繼電器 K J 2 繼電器 K J 6 繼電器 5 V G N D P L C Y 6 P L C Y 7 A A B B c p d i r 去步進(jìn) 電機(jī) P L C C 0 2 4 V G N D 氣動(dòng)閥 2 氣動(dòng)閥 3 P L C Y 3 P L C Y 4 P L C Y 5 P L C C 1 P L C 繼電器 K J 3 繼電器 K J 4 繼電器 K J 5 C C H 1 H 2 K 1 K 2 2 4 V 限位 圖 4 7 鋸條刃磨機(jī)電氣系統(tǒng)連接圖 4 3 軟件設(shè)計(jì) 4 3 1 PLC 軟件設(shè)計(jì) 1 編程軟件選型及介紹 PLC 是專門為工業(yè)自動(dòng)控制而開發(fā)的裝置 主要使用對象是廣大工程技術(shù)人員 及操作維護(hù)人員 為了滿足他們的傳統(tǒng)習(xí)慣和掌握能力 PLC 通常不直接采用微機(jī) 的編程語言 而常常采用面向控制過程 面向問題的 自然語言 編程 為電子技術(shù)所以領(lǐng)域制定全球性標(biāo)準(zhǔn)的世界性組織 IEC 國際電工委員會 于 1994 年 5 月公布了可編程控制器標(biāo)準(zhǔn) IEC1131 該標(biāo)準(zhǔn)鼓勵(lì)不同種類的 PLC 制 造廠商提供在外觀上和操作上相似的指令 該標(biāo)準(zhǔn)中定義了 5 種 PLC 編程語言的表 達(dá)方式 16 梯形圖 語句表 功能塊圖 結(jié)構(gòu)文本 順序功能圖 29 其中 梯形圖是在傳統(tǒng)的電器控制系統(tǒng)電路圖的基礎(chǔ)上演變而來的 在形式上 類似于電器控制電路 由觸點(diǎn) 線圈和用方框表示的功能塊等組成 所以梯形圖成 了使用最廣泛的 PLC 圖形編程語言 它的主要特點(diǎn)有 PLC 梯形圖中的某些編程元件沿用了繼電器這一名稱 但是他們不是真實(shí)的 物理繼電器 即硬件繼電器 而是軟件中使用的編程元件 每一編程元件與 PLC 存儲器中元件映像寄存器的一個(gè)存儲單元相對應(yīng) 以輔助繼電器 M0 為例 如果對 應(yīng)的存儲單元為 0 狀態(tài) 梯形圖中 M0 的線圈 斷電 其常開觸點(diǎn)斷開 常閉觸點(diǎn) 閉合 稱 M0 為 0 狀態(tài) 或者稱為 OFF 反之為 1 狀態(tài) 或 ON 根據(jù)梯形圖中各觸點(diǎn)的狀態(tài)和邏輯關(guān)系 求出與圖中各線圈對應(yīng)的編程元件 的 ON OFF 狀態(tài) 稱為梯形圖的邏輯解算 邏輯解算是按梯形圖中從上到下 從左 到右的順序進(jìn)行的 解算的結(jié)果 馬上可以被后面的邏輯解算所利用 邏輯解算是 根據(jù)輸入映像寄存器中的值 而不是根據(jù)解算瞬時(shí)外部輸入觸點(diǎn)的狀態(tài)來進(jìn)行的 梯形圖中各編程元件的常開觸點(diǎn)和常閉觸點(diǎn)均可以無限多次的使用 輸入繼電器的狀態(tài)唯一地取決于對應(yīng)的外部輸入電路的通斷狀態(tài) 因此在梯 形圖中不能出現(xiàn)繼電器的線圈 2 PLC 程序設(shè)計(jì) 應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)是 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心 要設(shè)計(jì)好 PLC 的應(yīng)用程序 首 先必須充分了解被控對象的情況 諸如生產(chǎn)工藝 技術(shù)特性 工作環(huán)境 及其對控 制的要求等 據(jù)此 設(shè)計(jì)出 PLC 控制系統(tǒng) 包括設(shè)計(jì)出控制系統(tǒng)圖 選出合適的 PLC 型號 確定 PLC 的輸入器件和輸出執(zhí)行器 確定接線方式等 這些內(nèi)容在前面 已經(jīng)分析過了 本章就是在上述工作的基礎(chǔ)上 詳細(xì)介紹 PLC 應(yīng)用程序的設(shè)計(jì) 17 與一般的計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)類似 PLC 的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)是根據(jù)控制系統(tǒng)硬件 結(jié)構(gòu)和工藝要求 在軟件系統(tǒng)規(guī)格書的基礎(chǔ)上 使用相應(yīng)的編程語言 對用戶控制 程序的編制和相應(yīng)文件的形成過程 設(shè)計(jì)流程應(yīng)該包括 熟悉被控對象 熟悉編程器和編程語言 參數(shù)表的定義 程序框圖的設(shè)計(jì) 30 程序的編寫 程序的調(diào)試 程序說明書的編寫 前三步已經(jīng)完成 程序框圖我們只把其中最重要的部分 自動(dòng)執(zhí)行過程的部 分畫出框圖 還有兩個(gè)部分是設(shè)定 手動(dòng) 可以在程序開始后復(fù)位 然后選擇程序走 向即可 那兩個(gè)部分用于調(diào)試 故障的時(shí)候 平時(shí)都是自動(dòng)執(zhí)行 圖 4 8 是自動(dòng)執(zhí) 行部分的流程圖 圖 4 8 自動(dòng)磨削流程圖 下表 4 2 為 PLC 控制指令 表 4 2 PLC 控制指令程序 地址 指令 操作數(shù) 0 LD M0 0 1 AND I0 0 2 AND I0 3 3 AND I0 5 4 S M0 1 5 R M0 0 6 LD M0 1 7 AND I0 1 8 S M0 2 9 S M0 5 31 10 R M0 1 11 LD M0 2 12 AND I0 2 13 S M0 3 14 R M0 2 15 LD M0 5 16 AND I0 3 17 S M0 4 18 R M0 3 19 LD M0 5 20 AND I0 4 21 S M0 6 22 R M0 5 23 LD M0 6 24 AND I0 5 25 S M0 7 26 R M0 6 27 LD M0 7 28 CD C0 29 LD M0 4 30 AND M0 7 31 AND C0 32 S M1 0 33 R M0 4 34 R M0 7 35 LD M0 1 36 AND I0 6 37 S M0 2 38 S M0 5 39 R M0 1 40 LD M0 4 41 AND M0 7 42 ANI C0 43 S M1 1 44 R M0 4 45 R M0 7 46 LD M1 1 47 AND I0 7 48 S M0 0 49 R M1 1 50 LD M0 0 51 SC C0C 3 32 52 LD M0 1 53 OUT Q4 0 54 OUT Q3 7 55 LD M0 2 56 OUT Q4 1 57 LD M0 3 58 OUT Q4 2 59 LD M0 5 60 OUT Q4 3 61 LD M0 6 62 OUT Q4 4 63 LD M1 0 64 OUT Q4 5 65 LD M1 1 66 OUT Q4 6 67 END 至此 PLC 軟件設(shè)計(jì)完成 4 3 2 PLC 程序調(diào)試 PLC 程序的調(diào)試有好幾種方法 一種是編程軟件自帶仿真器 可以給指定地址 輸入值 然后觀察輸出是否符合設(shè)計(jì)要求 如果不符合 檢查程序 排解錯(cuò)誤 這 種方法不用和 PLC 進(jìn)行實(shí)際連接進(jìn)行 直接在 PC 上完成調(diào)試 相當(dāng)方便 也可以 避免出錯(cuò) 調(diào)試好以后下載到 PLC 上再執(zhí)行 如果沒有得到正確結(jié)果 那就要仔細(xì) 檢查硬件了 這個(gè)時(shí)候硬件的可疑性比較大 另外一種方法是先仔細(xì)檢查程序 沒 問題之后進(jìn)行編譯 修正語言錯(cuò)誤 完成之后下載到 PLC PLC 不直接和各種現(xiàn)場 設(shè)備連接 而是在輸入處連接開關(guān) 輸出處可以連接發(fā)光二極管 當(dāng)然電路上要注 意 不要燒掉設(shè)備 這種調(diào)試方法主要應(yīng)用在開關(guān)量為主的系統(tǒng) 否則的話就不怎 么實(shí)用了 而我們的鋸片側(cè)角磨削機(jī)控制系統(tǒng)正符合這樣的條件 進(jìn)刀 退刀 開 關(guān)砂輪 水泵都是開關(guān)量 所以我們先把通過 WPLSoft 2 08 編寫 編譯過的程序下 載到 PLC 上面 連接開關(guān) 顯示輸出狀態(tài)的發(fā)光二極管進(jìn)行調(diào)試 不斷修正程序直 到符合設(shè)計(jì)要求 最后再把機(jī)械裝置連接上進(jìn)行調(diào)試 這樣可以很好的保護(hù)設(shè)備 33 總 結(jié) 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)幾乎用到了我們大學(xué)所學(xué)的所有專業(yè)課程 可以說是我們大學(xué)所 學(xué)專業(yè)知識的一次綜合考察和評定 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì) 使我們對以前所學(xué)的專業(yè)知 識有了一個(gè)總體的認(rèn)識與融會貫通 例如我們在設(shè)計(jì)過程當(dāng)中需要用到所學(xué)的工程制 圖 材料力學(xué) 機(jī)械工程材料 機(jī)械設(shè)計(jì) 極限配合與公差以及 CAD 計(jì)算機(jī)輔助制 圖等基礎(chǔ)的專業(yè)知識 在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中 不僅使我們熟悉了舊的的知識點(diǎn) 還 使我們發(fā)現(xiàn)了許多以前沒有注意的細(xì)節(jié)問題 而這些細(xì)節(jié)