江苏食品职业技术学院 2012届毕业项目
摘 要： 通过对切割过程的观察和研究，本课题采用了机电一体化系统设计思想，对其整体造型、机械结构和控制系统进行设计,此棒料切割机电一体化系统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。工作原理是电动机通过带传动带动切割片做高速旋转运动，电机与工作台之间采用铰支撑方式，升降液压缸可推动切割片进行上下移动带动刀片完成顺序切割动作。切割机采用PLC控制各个液压换向阀的电磁铁，实现棒料的自动下料和切割以及检测工作。随动工作台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液压缸来调节。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；机电一体化；液压；棒料；PLC控制
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目 录
1 切割部分设计 ......................................................... 1 1.1 切割部分设计要求 ................................................. 1
1.2 切割部分设计方案 ................................................. 1 1.3 切割部分工作原理 ................................................. 2 1.4 切割部分结构设计 ................................................. 3 1.4.1 带传动设计 .................................................... 3 1.4.2 升降液压缸的设计 ............................................. 3 1.4.3 滚动轴承的选取及校核 ......................................... 3 1.4.4 升降液压缸的设计 ............................................. 6 1.4.5 滚动轴承的选取及校核 ........................................ 10
2 夹紧部分设计 ........................................................ 13
2.1 夹紧机构设计要求 ................................................ 13 2.2 夹紧部分方案设计 ................................................ 13
3 纵横行走部分的设计 ................................................. 14 3.1 纵横行走装置设计要求 ........................................... 14 3.2 纵横行走部分方案设计 ........................................... 14 3.3 直线导轨的选择计算 ............................................. 14 3.3.1 选定条件 ..................................................... 14 3.3.2 选择方式 ..................................................... 14 4 液压传动系统设计 .................................................... 17 4.1液压传动机构 ..................................................... 17 4.2 液压传动原理图 .................................................. 17 5 电气控制的设计 ...................................................... 18 5.1 电气控制设计要求 ................................................ 18 5.2 电气控制设计方案 ................................................ 18
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5.3 可编程控制器PLC控制流程 ...................................... 19 参考文献 ............................................................... 20 致 谢 ............................................................... 21 附录A—PLC I/O端口分配图 ........................................... 22 附录B—棒料切割机装配图 ............................................. 23
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1 切割部分设计
1.1 切割部分设计要求
为了保证棒料的剪断，剪应力应超过材料的许应剪应力[?],即切断棒料的条件为： ??Q???? （2-1） A???128~285MPa,取最大值285MPa。由于本查资料可知棒料的许用剪应力为：?切断机切断的最大棒料粗度为：dmax?35mm。 则本机器的最小切断力Q由（2-1）得：
2?????dmaxQ?4Q?274063N285?3.14?352? 4取切割机的Q?280000N
项目设计采用机电一体化设计思想，要求棒料切割机采用PLC对棒料的切割过程及检测进行自动控制，并能根据PLC定长信号分别切割两条连续的棒料，完成了系统的硬件和软件设计后可以实现对棒料的准确定长切割，切割后自动返回初始位置。原始棒料尺寸范围在角钢：100?100?10 圆钢：??50 槽钢：120x53 钢管：?135?6，切割成0.1~l m之间的棒料，其切口深度为5 ~35mm,再用压断机进行压断处理。
1.2 切割部分设计方案
切割部分主要有砂轮切片、电动机和传动机构组成。现在设计的在切割部分有两种方案可行：第一，电动机通过带传动带动切割片转动。第二，电动机通过圆锥齿轮传动方式带动切割片转动。但考虑到切割过程中电动机带动切割片进行高速旋转运动，所以优先选取第一种方案，原因是圆锥齿轮传动不宜应用在转速太高的场合，并且在运用齿轮进行传动时，还应考虑怎样消除震动和用什么方法润滑齿轮，这样就会使设计成本增加，而带传动则具有结构简单，传动平稳、价格低廉和缓冲吸振等优点。切割部分结构如图2-1所示。
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54132图2-1 切割部分结构图
1-电动机；2-升降液压缸；3-砂轮片；4-支撑板；5-传送带
1.3 切割部分工作原理
切割部分的原理如图2-2所示，电动机带动割切片高速旋转运动，电机与工作台之间
采用铰链支撑方式，升降液压缸可推动切割片进行上下移动，完成切割运动。横向行走液压缸可推动工作台横向移动，控制切割的长度。纵向行走液压缸可使工作台纵向移动，使切割片能切割两根棒料。其中电动机和液压缸电磁阀都需要通过由PLC机控制，实现其按照顺序完成动作。
12 3 4 10 8 5 67 11912图2-2 切割部分原理简图
1-带轮；2-传送带；3-电机；4-砂轮；5-升降液压缸；6-进料道；7-横向行走板；8-夹具；9-待加工棒料；10-横向行走液压缸；11-纵向行走板；12-纵向行走液压缸
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