鋸條齒部刃磨機(jī)設(shè)計(jì)【6張CAD圖紙及說(shuō)明書全套】【YC系列】

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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 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(jiǎn)介及存在問題 2 1.3.1現(xiàn)有鋸條刃磨機(jī)簡(jiǎn)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 3.3.4螺母高度的計(jì)算 12 3.3.5基本牙型高度 12 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 IV 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(lái)說(shuō)，工廠會(huì)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(lái)一直為鋼鐵行業(yè)提供金屬冷熱切圓鋸條，對(duì)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(lái)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(guó)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(duì)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(chǎng)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(shì)，鋸齒磨削機(jī)產(chǎn)生了。采用PLC作為控制核心，能夠充分利用其豐富軟件功能來(lái)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(lái)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(guó)，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(tái)機(jī)器來(lái)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(lái)自進(jìn)口，我國(guó)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(zhǎng)期進(jìn)口的影響，采用國(guó)產(chǎn)磨削機(jī)的還是比較少。[6] 從現(xiàn)在存在的問題來(lái)看，我國(guó)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(lái)實(shí)現(xiàn)，國(guó)產(chǎn)機(jī)器本來(lái)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(chǎng)。第三，提高集成度，目前多采用多臺(tái)機(jī)器磨削鋸齒，我們可以想辦法用一臺(tái)機(jī)器來(lái)代替，從而降低成本，提高簡(jiǎn)潔性和實(shí)用性。[7] 1.3現(xiàn)有鋸條刃磨機(jī)簡(jiǎn)介及存在問題 1.3.1現(xiàn)有鋸條刃磨機(jī)簡(jiǎn)介 目前，國(guó)內(nèi)外鋸條刃磨機(jī)生產(chǎn)廠家眾多：國(guó)外廠家主要有德國(guó)瓦格納、Vollmer以及法國(guó)、韓國(guó)、日本等廠家；國(guó)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(guó)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(guó)等國(guó)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(guó)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)?，F(xiàn)階段，國(guó)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(chǎng)，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 ①對(duì)鋸類工具特別是鋸條市場(chǎng)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； ②設(shè)計(jì)一臺(tái)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80x1.6（寬*厚）2/3；（前面的參數(shù)你再落實(shí)一下） ③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； ④撰寫電子、紙質(zhì)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書； ⑤綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)、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。 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(lái)看，作為優(yōu)點(diǎn)，它具有對(duì)鋼材的通用性更強(qiáng)的特點(diǎn)?，F(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(duì)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(shì)。原來(lái)在切斷方法依賴于弓鋸床、圓盤鋸的歐洲，特別是在德國(guó)，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(hào)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(shuō)明帶鋸條鋸切的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。 以目前市場(chǎng)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 ①帶鋸條的構(gòu)成 齒寬：又稱為等高。從齒的尖端到背部的長(zhǎng)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(duì)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(lái)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(duì)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。 ②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(zhǎng)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(zhǎng)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)。 ③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(duì)帶鋸條的切削會(huì)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(shuō)：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(lái)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(shuō)材料對(duì)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(lái)說(shuō)帶鋸條對(duì)硬度高的材料會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)摩擦和摩擦熱，造成切削性能相對(duì)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(lái)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?？紤]其排屑通暢的因素，齒距也相應(yīng)放大。 （3）鋸條參數(shù)如下： ①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 ②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 ③齒型和齒距的對(duì)照表 齒距單位：mm 齒型 3Z 4Z 6Z 8Z 5/8Z 4/6Z 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(lái)表示；GB/T2477-1983中規(guī)定了砂輪分為41個(gè)粒度號(hào)，如“60#、80#、120#、”等。粒度號(hào)越大砂輪越細(xì)，反之粒度號(hào)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(hào)小的砂輪；精磨鋸條時(shí)使用粒度號(hào)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(wú)級(jí)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(duì)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(jiǎn)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 2.4.1齒輪齒條機(jī)構(gòu) 此機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是制造簡(jiǎn)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?jìng)鲃?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(wú)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?jìng)鲃?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(tái)、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。 圖2-1導(dǎo)向原理 對(duì)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(zhǎng)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(lái)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(jiǎn)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(jiǎn)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： 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。 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80x1.6（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：； 式中：--砂輪架電動(dòng)機(jī)功率, Kw --磨削功率, Kw --損耗功率, Kw 根據(jù)對(duì)設(shè)計(jì)提出的要求，本設(shè)計(jì)磨削機(jī)上采用GBDABW125x63x25砂輪，砂輪線速度V=35 m/s；磨削深度t從0.02 mm—0.1mm。=0.6~0.7。 代入計(jì)算公式計(jì)算： Kw 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 Kw 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(hào)：YS-71L 1-2。上海革新電機(jī)廠。 防護(hù)等級(jí)IP44，工作方式，冷卻方法IOC41,絕緣等級(jí)E級(jí)。 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。 3.3.3確定螺紋中徑 式中：F——為軸向載荷，N [p]——為許用比壓，， 因?yàn)槭钦w式螺母，取 故初選 3.3.4螺母高度的計(jì)算 3.3.5基本牙型高度 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： 這個(gè)Q力可使螺母獲得軸向牽引力W： 考慮摩擦力，則 將Q帶入，得 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 —螺旋升角，“+”號(hào)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。 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， 所以，。 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： 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(duì)絲杠的剛度影響很大，采用兩端固定的支承方式并對(duì)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： 式中 E——材料的彈性模量E鋼=2.1×1011(N/m2)； L0——最大受壓長(zhǎng)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)： 式中 d0——絲杠公稱直徑(mm)； 經(jīng)過設(shè)計(jì)論證絲杠全長(zhǎng)為 可見遠(yuǎn)大于，臨界壓縮負(fù)荷滿足要求。 3.4.2臨界轉(zhuǎn)速 式中 A——絲杠最小橫截面： ——臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度： 取 ， ——安全系數(shù)，一般取 ； ——材料的密度：； ——絲杠支承方式系數(shù)，查表得， 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： 式中 Ke ——絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度(N/μm)； KH——螺母座的剛度(N/μm)； Kc——絲杠副內(nèi)滾道的接觸剛度(N/μm)； KS——絲杠本身的拉壓剛度(N/μm)； KB——軸承的接觸剛度(N/μm)。 （1）絲杠副內(nèi)滾道的接觸剛度可查絲杠副型號(hào)樣本； （2）軸承的接觸剛度可查軸承型號(hào)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(duì)絲杠支承組合方式為兩端固定的方式： 式中 A——絲杠最小橫截面，； E——材料的彈性模量，E=2.11011(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，絲杠的最小拉壓剛度，螺母座剛度。 絲杠系統(tǒng)軸向拉壓振動(dòng)的固有頻率： 式中 m——絲杠末端的運(yùn)動(dòng)部件與工件的質(zhì)量和(N/μm)； Ke——絲杠系統(tǒng)的軸向拉壓系統(tǒng)剛度(N/μm)。 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： 式中 ——絲杠平均直徑： L——絲杠長(zhǎng)度 扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率: 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： 絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 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(zhǎng)度上多少個(gè)孔眼的數(shù)字作為表示符號(hào)。例如60粒度是指磨粒剛可通過每英寸長(zhǎng)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(hào)數(shù)小的砂輪，精磨鋸條應(yīng)選號(hào)數(shù)大( 即磨粒細(xì)) 的砂輪。船上常用的粒度為46 號(hào)—臺(tái)0 號(hào)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(hào)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(hào)為GBD），硬度為中軟(符號(hào)為)，陶瓷（符號(hào)為A）黏結(jié)劑。結(jié)構(gòu)參數(shù)為：外徑125mm。厚度：63mm，內(nèi)徑25mm。具體的砂輪型號(hào)為：GBDABW125x63x25。 圖3-2 碗形砂輪GBDABW125x63x25 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(duì)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(huì)產(chǎn)生震動(dòng)，從而影響加工質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)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： ① 出砂輪的重心所在的直徑AB。 ② 重心的位置加上平衡塊C，并使A和B兩點(diǎn)位置不變。 ③ 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。 ④ 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。 ⑤ 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(lái)平衡砂輪。 3.5.3砂輪的修整 砂輪工作一段時(shí)間后，工作表面會(huì)出現(xiàn)磨粒鈍化，表面堵塞，外形失真等現(xiàn)象，將會(huì)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(duì)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TH24CYASF20x150-200。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(tái)、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。 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(duì)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(duì)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(shí)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(zhǎng)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。 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(lái)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(lái)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(lái)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(lái)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： 圖4-1 操作面板 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(duì)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(hào)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(hào)來(lái)控制它們。[12] 系統(tǒng)總體的框架如圖4-3所示： 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(duì)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(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行分析，把I/O點(diǎn)數(shù)數(shù)出來(lái)。通過前面的分析，我們知道我們的控制對(duì)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(hào)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(hào)作用 輸入信號(hào) 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 （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(lái)越多。近年來(lái)，從國(guó)外引進(jìn)的PLC產(chǎn)品，國(guó)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(hào)。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(chǎng)合也各有側(cè)重。因此，合理選擇PLC對(duì)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(duì)我們的系統(tǒng)進(jìn)行PLC的選型。[13] ①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(duì)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(duì)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(hào)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(lái)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(duì)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。 ②容量選擇 PLC的容量指I/O點(diǎn)數(shù)和用戶存儲(chǔ)的存儲(chǔ)容量（字?jǐn)?shù)）兩方面的含義。在選擇PLC型號(hào)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(chǔ)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(chǔ)器一般可按照實(shí)際需要的25~30%考慮裕量。[14] ③I/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)輸入點(diǎn)，8個(gè)輸出點(diǎn)。再結(jié)合市場(chǎng)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(tái)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(chǔ)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(lái)回掃瞄方式，程序語(yǔ)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(tái)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(hào)，一個(gè)是驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的信號(hào)，一個(gè)是控制步進(jìn)電機(jī)方向的信號(hào)。在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器1中選用Y6作為控制信號(hào)，Y7作為方向控制信號(hào)。A,A`，B,B`用來(lái)連接步進(jìn)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] 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(hào)，控制步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器，達(dá)到對(duì)距離、速度、方向控制的目的。 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： 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(duì)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(yǔ)言，而常常采用面向控制過程、面向問題的“自然語(yǔ)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(guó)際電工委員會(huì)）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(yǔ)言的表達(dá)方式：[16] ①梯形圖； ②語(yǔ)句表； ③功能塊圖； ④結(jié)構(gòu)文本； ⑤順序功能圖 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(lái)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(yǔ)言。它的主要特點(diǎn)有： ①PLC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(chǔ)器中元件映像寄存器的一個(gè)存儲(chǔ)單元相對(duì)應(yīng)。以輔助繼電器M0為例，如果對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)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。 ②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(duì)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(lái)進(jìn)行的。 ③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(wú)限多次的使用。 ④輸入繼電器的狀態(tài)唯一地取決于對(duì)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(duì)象的情況，諸如生產(chǎn)工藝、技術(shù)特性、工作環(huán)境，及其對(duì)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(hào)、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(yǔ)言，對(duì)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： ①熟悉被控對(duì)象； ②熟悉編程器和編程語(yǔ)言； ③參數(shù)表的定義； ④程序框圖的設(shè)計(jì)； ⑤程序的編寫； ⑥程序的調(diào)試； ⑦程序說(shuō)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 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 C0 C#3 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(yǔ)言錯(cuò)誤，完成之后下載到PLC，PLC不直接和各種現(xiàn)場(chǎng)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。 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(shuō)是我們大學(xué)所學(xué)專業(yè)知識(shí)的一次綜合考察和評(píng)定.通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我們對(duì)以前所學(xué)的專業(yè)知識(shí)有了一個(gè)總體的認(rèn)識(shí)與融會(huì)貫通.例如我們?cè)谠O(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(shí).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(shí)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)問題恰恰是決定我們是否能夠成為一名合格的機(jī)械技術(shù)人才的關(guān)鍵所在。 此外，我感覺兩個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)極大的豐富了我們的知識(shí)面，使我學(xué)到了許多知識(shí)，不僅僅局限于多學(xué)的專業(yè)知識(shí).在做設(shè)計(jì)的過程中，由于需要用到課本外的知識(shí)，這要求我們上網(wǎng)或者到圖書館等查閱資料。例如在設(shè)計(jì)方案時(shí)就需要我們對(duì)卸豬機(jī)設(shè)計(jì)的工作環(huán)境和工作能力等由一定的了解才能選用合適的方案。由于以前沒有注意此方面的問題，所以必須通過實(shí)踐認(rèn)識(shí)和查閱資料才能做到更好。 參考文獻(xiàn) [1] 韓會(huì)杰，郭繼富，張艷龍，郭穎．金屬熱切圓鋸條裂紋產(chǎn)生原因分析及預(yù)防[J]．機(jī)電設(shè)備，2008(1)：35-36 [2] 郭繼富，李永佳，萬(wàn)紅俠．金屬冷熱切圓鋸條瓢曲變形原因初探[J]．軋鋼，2006(8)：60-62 [3] 田湛，李應(yīng)強(qiáng)．基于ADAMS的鋸條磨齒機(jī)撥齒機(jī)構(gòu)接觸仿真[J]．冶金設(shè)備，2006(1)：27-28 [5] 高學(xué)滿 主編.