機械式拉絲模拋光機設計

1、<p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　引言</b></p><p>　　我國金屬制品行業(yè)自建國以來有了很大的發(fā)展在金屬制品拉拔行業(yè)中，拉絲模是非常重要的易耗工具，該工具經(jīng)歷了鑄鐵絲扳，合金鋼模、鉆石模、硬質(zhì)合金模、聚晶模等發(fā)展階段。無論是理論上，還是制造工藝方面，以及拉絲模具使用方面都發(fā)生了大的變革。而

2、在拋光機方面，機械拋光是現(xiàn)階段應用最為廣泛的拋光方法，其正確的工藝和操作方法是在保證獲得優(yōu)質(zhì)的型材和其他條件的情況下具有最高的拋光速率。選擇可靠性高的試樣拋光機，可以提高制樣效率和質(zhì)量，減少試樣廢品率，從而降低成本，提高經(jīng)濟效益，獲得樣品質(zhì)量的高度一致性。我國目前采用的拉絲模研磨工藝是五十年代初從蘇聯(lián)引進的針磨工藝。這種工藝的可靠性不高，且生產(chǎn)效率較低。</p><p>　　機械式拉絲模拋光機設計正是為了提高拉絲

3、模使用壽命、拉絲模內(nèi)孔的拋光精度、拋光效率等而開發(fā)的。本課題設計的將是一種新型拉絲模線研磨拋光機，該機主要由卡具旋轉機構、絲架往復運動機構兩部分組成。該機特點在于可將拉絲模的內(nèi)孔一次研磨拋光成型，使生產(chǎn)效率大大提高。絲架往復運動機構，采用配重平衡，從而使絲架高、低速運行平穩(wěn)，加工范圍增寬，加工精度提高，使加工小孔徑拉絲模具成為現(xiàn)實。而機械式拉絲模拋光機設計主要有兩個方面：一是拋光絲往復運動系統(tǒng)設計；二是卡具放置機構設計。</p&g

4、t;<p>　　課題研究的目的和意義</p><p>　　1.2.1課題的來源及研究</p><p>　　目前中國已經(jīng)成為全球線材制品大國。但是從經(jīng)濟效益看，差距卻很大。全行業(yè)各類產(chǎn)品基本生存在上下游企業(yè)的夾縫中，長期以來在微利和虧損的邊緣徘徊。這些必須引起全行業(yè)的高度關注。我國線材制品行業(yè)普遍面臨成本壓力，其根本出路還是加強科技進步和技術創(chuàng)新，增加高附加值產(chǎn)品的比重，同時進

5、一步加強企業(yè)管理，節(jié)約資源，提高競爭力。</p><p>　　預計2010年，國內(nèi)中高碳線材制品的消費量將增長至865萬噸（未包括凈出口量）?！笆晃濉逼陂g，我國中高碳線材制品消費量將持續(xù)增長，但增長率將有所下降。因為，中高碳線材（硬線）的制造成本與普通低碳鋼線材的成本差距逐漸縮小，為進一步發(fā)展中高碳線材制品生產(chǎn)提供了條件。另外，隨著中高碳線材制品生產(chǎn)成本的降低，特別是建筑行業(yè)用優(yōu)質(zhì)高強度鋼絲及制品的價格與普通低

6、碳鋼絲的差距逐漸縮小，為中高碳線材制品在建筑行業(yè)推廣創(chuàng)造了條件，這將帶動中高碳制品消費總量的持續(xù)增長。線材行業(yè)的不斷發(fā)展對拉絲模提出了越來越多的要求，低成本高質(zhì)量就要求拉絲模的使用壽命要更長，內(nèi)孔精度要更高，總之就是要提高拉絲模的質(zhì)量。</p><p>　　拉絲模的內(nèi)孔由圓柱面與圓錐面組成，見圖1.1。圓錐面為對線材（工件）的壓縮區(qū)，圓柱面為拉絲模的定徑區(qū)（拋光區(qū)），其直徑大小與線材尺寸相對應。拉絲模的質(zhì)量直接辯

7、證唯物線材的形狀、尺寸、表面粗糙度及使用壽命。我國目前采用的拉絲模?？籽心スに囀俏迨甏鯊奶K聯(lián)引進的針磨工藝。它的工作原理是，模具旋轉，針狀磨頭在磨孔內(nèi)做微移動或擺動，以達到加工?？椎哪康?，見圖1.2。這種工藝的可靠性不高，且生產(chǎn)效率較低。針狀磨頭設計成錐狀是為了使其在模也內(nèi)穿進方便，同時在磨削過程中產(chǎn)生徑向分力以提高磨削效果。但因此也帶來很多弊端。首先，針狀磨頭的錐度使加工出來的?？滓簿哂绣F度，使用有錐度的模孔拉絲時，起定徑作用的僅

8、僅是錐狀模孔的小端（見圖1.3）。定徑區(qū)小，因而在拋光作業(yè)時的接觸面積小，那么由于拉絲模工作過程中作用在磨擦表面微觀體積上周期性的接觸載荷或交變應力的存在，極易使表面或次表面形成裂紋。由此造成?？讋×夷p，線材拋光質(zhì)量差。其次，針狀磨頭是手工修制的，磨頭形狀極難呈現(xiàn)理想圓錐形。因此，在研磨過程中，由于針磨頭呈錐面，徑向分力存在，且?guī)缀醪豢赡芡耆胶猓纱硕a(chǎn)生的偏心力使懸置的磨頭呈現(xiàn)撓曲，從而加工出</p><p&g

9、t;　　圖1.1 圖1.2 圖1.3</p><p>　　圖2.1拉絲模的拉拔過程</p><p>　　從考核產(chǎn)品或設備可靠性的角度一看，主要指標是壽命和性能。顯而易見，針磨工藝是比較落后的。所以就要求改進國內(nèi)的拉絲模拋光技術，本課題就是在消化、吸收國外先進技術的基礎上，研制出高速線拋光機。</p><

10、p>　　國內(nèi)外拉絲模拋光機的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　研磨工藝是拉絲模成型的主要工序。它分為三個步驟，粗磨、細磨(精磨)、拋光。加工方法基本相似，但使用磨料不一。據(jù)中國機床商業(yè)網(wǎng)報道，隨著科學技術的不斷發(fā)展，各種模具的加工工藝要求越來越高。提高模具拋光的速度和質(zhì)量使我國模具制造工藝達到世界先進水平，已成為刻不容緩的重要課題。目前，國外拉絲模拋光效果最好的是日本、美國，而意大利、瑞典、丹麥等國拋光質(zhì)量次之

11、。</p><p>　　機械式拉絲模拋光機是實用新型涉及一種拋光機。它包括機架、驅動電機、傳動機構、直線往復運動的導桿、設置在導桿上的支架、拋光帶；傳動機構包括連接在電機軸上的偏心輪、鉸接在偏心輪偏心軸上的曲柄；曲柄的另一端與導桿的一端鉸連接；導桿通過一對同軸設置的導套連接在機架上；在導桿中部橫向連接有支架，拋光帶穿越拉絲模?？走B接在支架上。本實用新型用機械傳動代替手工操作，通過曲柄連桿機構將電機的旋轉運動轉化為

12、導桿的直線往復運動；通過連接在導桿上相對于?？鬃鲋本€往復運動的拋光帶，實現(xiàn)了對?？椎膾伖饧庸ぁ４蟠蠊?jié)約了加工時間、降低了勞動強度、提高了拋光質(zhì)量、節(jié)約了研磨材料。</p><p>　　我國拉絲模制造工業(yè)從八十年代起，發(fā)展較快，但總的來說與國外還有不小的差距，我國制模工業(yè)還比較落后，加強制模管理，提高拉絲模質(zhì)量水平，推動制模工藝技術的進步，是當前的重要課題。本課題拉絲模拋光機設計就是著眼于用新型涉及一種對拉絲模具進

13、行拋光加工的拉絲模具高速拋光機其特點是拉絲模具放置定位腔是一個由旋轉端蓋和旋轉體構成的圓錐形空腔，改進后的拉絲模具定位腔具有通用性，電機激磁控制電路設置了激磁可調(diào)開關，在定時控制線路和振動、旋轉速度控制線路之間設置了一個啟動保護電路，經(jīng)過如此改進后的拉絲模具高速線拋光機往復振動從而實現(xiàn)拋光，改造簡單，安全可靠。且大大的提高了勞動生產(chǎn)力。制訂與國外等同的拉絲模產(chǎn)品標準，所以必須搞專業(yè)化管理，目前國內(nèi)有必要成立專門的機構，以進一步加強拉絲模

14、拋光機制造管理。機械式拉絲模拋光機是自己制模，并且同時實現(xiàn)拋光，太大地減少了拉絲廠輔助部門的人員和資金占用，提高了經(jīng)濟效益。</p><p>　　1.3 課題研究內(nèi)容與思路</p><p>　　1.3.1 課題的研究內(nèi)容</p><p>　　本課題在結合中國的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝的基礎上，結合生產(chǎn)實踐，開發(fā)一種高效、優(yōu)質(zhì)的拉絲模拋光生產(chǎn)設備，主要針對拉絲模拋光機的卡具旋轉機

15、構進行機械系統(tǒng)結構的反求設計，對拋光絲往復運動的控制系統(tǒng)進行創(chuàng)新設計。</p><p>　　本課題的卡具旋轉機構是指夾持拉絲模，并帶動拉絲模一起作回轉運動，主要包括以下幾個方面：其一，將拉絲模定位夾緊，要拋光拉絲模的內(nèi)孔就必須要確保拉絲模的定位定心精度；其二，將帶運動拉絲模一起作回轉運動，該拉絲模拋光機的工作原理是利用拋光絲的往復運動及拉絲模的回轉運動來對拉絲模內(nèi)孔進行拋光的，所以該卡具機構的主要任務就是將拉絲模

16、固定在一定的高度并且使其能夠做旋轉運動。所以課題根據(jù)拉絲模的主要工藝過程，設計出的卡具旋轉機構主要有以下幾個部分：夾緊、旋轉。該課題的控制系統(tǒng)是指能使拋光絲作上下往復運動的系統(tǒng)。</p><p>　　1.3.2課題的研究思路</p><p>　　本課研究的主要設計思路是：</p><p>　?。?）通過查資料、結合傳統(tǒng)的生產(chǎn)工藝的基礎和機械線材行業(yè)的發(fā)展需要，設計拉

17、絲模拋光機卡具旋轉機構及拋光絲往復運動控制系統(tǒng)的大體部件。</p><p>　?。?）采用UG軟件初步設計出拉絲模拋光機的主體結構，以及各個附屬機構。</p><p>　?。?）根據(jù)零部件的設計計算，確定其結構并選定各零件的材料。</p><p>　?。?）繪制主體結構的三維圖紙和工程圖紙，關鍵零件的三維圖紙、工程圖紙和有限元分析。</p><p

18、>　?。?）通過計算完成各個機構動作的自由度的分析和計算；分析各個動作的運動的方程。</p><p>　　（8）根據(jù)要求和設計過程，編寫設計說明書。</p><p><b>　　1.4 小結</b></p><p>　　結合三維實體建模技術、二維建模技術、優(yōu)化設計技術等技術對原有的拉絲模拋光機進行整體反求創(chuàng)新改造設計，用液壓系統(tǒng)來代替連桿

19、機構對拋光絲往復運動進行控制，同時，對操作人員進行必要的培訓可以加速生產(chǎn)效率和質(zhì)量。應用以上的分析我們設計的拉絲模拋光機一定能滿足生產(chǎn)者的需求，在激烈的市場競爭中站穩(wěn)腳步，獲得更大的利潤。</p><p>　　第2章 設計方案的確定</p><p>　　2.1 拉絲模的拋光過程分析</p><p>　　根據(jù)本課題——機械式拉絲模拋光機設計的要求及所要實現(xiàn)的加工功能

20、，即，拉絲模的夾持旋轉和拋光絲對拉絲模內(nèi)孔拋光的上下往復運動。其整個拉絲模拋光機的拋光過程為：</p><p>　　裝夾拉絲模 裝夾拋光絲 起動機器 拋光絲往復運動 拋光?？?lt;/p><p>　　從拋光過程可以看出，拉絲模拋光機的主要工作部件是拋光絲的往復移動和拉絲模的回轉運動，拋光絲在控制系統(tǒng)的作用下在拉絲模內(nèi)孔內(nèi)上下移動，而拉絲模在夾持機構——卡具旋轉機構

21、的固定下通過電機帶動作回轉運動，拋光絲和拉絲模的相對運動產(chǎn)生磨擦，從而對模孔定徑區(qū)進行拋光加工。</p><p>　　2.2 課題方案的分析與確定</p><p>　　根據(jù)拉絲模拋光機的拋光過程，設計了以下幾個可行性方案，分別如下。</p><p>　　2.2.1方案設計一</p><p>　　拋光絲的往復運動采用電控（PLC）系統(tǒng)控制，這種

22、控制系統(tǒng)要求操作人員要具有扎實的專業(yè)知識，能熟練掌握零件的工藝規(guī)程并且編制其加工程序，目前在國內(nèi)的應用局限性還比較小。</p><p>　　2.2.2方案設計二</p><p>　　用磨液射流磨削拋光拉絲模模芯。磨液射流磨削拋光原理是磨液在高速氣流的帶動下，通過噴射，得到很高和速度。磨削拋光時，雖然磨粒的質(zhì)量很小，但因速度很高，故磨料具有足夠的動能對金屬或非金屬表面進行磨削拋光加工。磨削拋

23、光時，作用于工件表面上的沖擊力可分解為水平分力Px和垂直分力Py（如下圖所示）。</p><p>　　a)受力圖 b)拋光機的組成</p><p>　　圖2.2 磨液射流磨削拋光原理</p><p>　　這種拋光機主要適用于生產(chǎn)中的各種復雜曲表面的拋光。</p><p>　　2.2.3方案設計三&l

24、t;/p><p>　　采用帶傳動來控制拋光絲的往復運動。帶傳動控制是工業(yè)中經(jīng)常用到的一種控制方式，它采用軸完成傳遞轉矩的過程。因為（PLC）控制方式的靈活性和便捷性，PLC控制在工業(yè)上受到廣泛的重視。</p><p>　　凸輪在帶傳動下做圓周運動從而帶動導軌的做往復運動，而導軌通過絲夾頭與拋光絲連接，并帶動拋光絲作往復運動進而對拉絲模內(nèi)孔進行拋光。這種控制系統(tǒng)既保證了拉絲模內(nèi)孔的加工精度，同時

25、結構簡單，操作方便，對操作人員的專業(yè)要求不如數(shù)控系統(tǒng)的高，而適用范圍又比較廣。所以，綜上所述，該拉絲模拋光機拋光絲的往復運動采用電控（PLC）系統(tǒng)來控制。</p><p>　　第3章 拉絲模拋光機系統(tǒng)運動機構設計</p><p>　　綜合拉絲模拋光機系統(tǒng)的原理圖（圖2.1）可知分為兩種傳動系統(tǒng)，一為拉絲模夾持機構采用直接驅動方式，由于是旋轉，故選擇帶傳動。這是根據(jù)給定條件、機構盡量簡單明

26、了、機構相容性等選擇的方案。二為拋光絲的往復運動，由于拋光絲的往復運動速度比較快，采用曲柄滑塊機構來驅動。原理是曲柄的搖擺動作轉換成拋光絲的往復移動并對外做功。用電控系統(tǒng)控制的拉絲模拋光機其系統(tǒng)的運動平穩(wěn)。拉絲模拋光機的原理圖如3.1所示,三維造型如圖3.2所示。</p><p>　　圖3.1機械式拉絲模拋光機原理圖</p><p>　　異步電動機 2-帶傳動 3-工件定位板 4-工

27、件 5拋光絲夾頭 6-導軌</p><p>　　7-往復架 8-直流調(diào)速電動機 9-帶傳動 10-曲柄 11-連桿</p><p>　　圖3.2拉絲模拋光機三維圖</p><p>　　3.1 機械式拉絲模拋光機導軌設計簡介</p><p>　　3.1.1 機械式拉絲模拋光機導軌的設計特點</p><p>

28、　　導向精度高，不會出現(xiàn)間隙，能自動補償磨損。一般選取三角形頂角γ=90°,重型機械采用大頂角γ=110°～120°。當水平力大于垂直力，V形導軌兩側受力不均勻時，采用不對稱V形導軌。</p><p>　　承載能力大，制造方便。必須留有側向間隙。不能補償磨損。用鑲條調(diào)整時，會降低導向精度。需注意導軌的保護。</p><p>　　尺寸緊湊，適用于要求高度小﹑導軌

29、層數(shù)多的場合?？蓸嫵砷]式導軌。用一根鑲條可以調(diào)整各面的間隙。剛度比平面導軌小。</p><p>　　制造簡單，彎曲剛度小，主要用于受軸向載荷的導軌。適用于同時作直線和旋轉運動的場合 </p><p>　　3.1.2 機械式拉絲模拋光機導軌設計二維圖</p><p>　　第4章 拉絲模的相關設計</p><p><b>　　4.1

30、 帶傳動</b></p><p><b>　　4.1.1概述</b></p><p>　　如圖帶傳動由主動輪1、從動輪2及緊套在其上的環(huán)形傳動帶3組成。環(huán)形傳動帶采用易彎曲的撓性材料制成。帶傳動按工作原理可分為摩擦帶傳動和嚙合傳動，本機構中采用的是摩擦帶傳動（V帶傳動）。</p><p>　　圖4.1帶傳動示意圖</p>

31、;<p>　　4.1.2帶傳動的設計計算</p><p><b>　?。?）選擇V帶型號</b></p><p>　　根據(jù)要求選擇所需電動機，查文獻[3]選取型號為Y802-4，其額定功率為0.75KW，滿載轉速為1390r/min，同步轉速為1500 r/min，質(zhì)量為18kg。</p><p>　　確定計算功率，查文獻[10]

32、表4.6得工作情況系數(shù)K=1.4，則有</p><p>　　按、=1390 r/min查文獻[6]的圖3.5-1，選O型V帶。</p><p>　?。?）確定帶輪直徑、</p><p>　?、龠x取小帶輪直徑：參考文獻[6]的圖3.5-1及表3.5-5，選取小帶輪直徑=71mm。</p><p><b>　　②驗算帶速：</b&

33、gt;</p><p>　　③確定從動帶輪直徑：=，查表3.5-5取=112mm。</p><p><b>　?、苡嬎銓嶋H傳動比：</b></p><p>　?、蒡炈銖膭虞唽嶋H轉速：，（880-850）/850100%=3.5%,所以允許。</p><p>　?。?）確定中心距和帶長</p><p&g

34、t;<b>　?、俪踹x中心距：</b></p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　取=250 mm。</b></p><p>　?、谟嬎銕У幕鶞书L度：</p><p>　　由文獻[10]的表4.2得=800 mm。</p><p&g

35、t;<b>　?、塾嬎阒行木啵?lt;/b></p><p>　?、艽_定中心距高速范圍：</p><p>　　4．驗算小帶輪包角：</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　合適。</b></p><p>　?。?）確定V帶根數(shù)z&l

36、t;/p><p><b>　?、俅_定額定功率：</b></p><p>　　由=71mm、=5m/s和=6m/s，查設計手冊得Z型V帶的額定功率分別為0.53KW和0.62KW，用線性插值法求=5.27m/s時的額定功率值，</p><p><b>　　=</b></p><p>　?、诖_定V帶根數(shù)z：

37、（-包角系數(shù)，-長度系數(shù)），查文獻[6]得=0.04KW,查表3.5-10得=0.98,表3.5-11得=1.0；</p><p>　　所以z根，取z=2根。</p><p>　?。?）計算單根V帶初拉力</p><p>　　查文獻[6]表3.5-1得單位長度質(zhì)量q=0.0612kg/m,</p><p>　　（7）計算對軸的壓力</p

38、><p>　?。?）確定帶輪的結構</p><p>　　=71mm,采用實心式結構；=112 mm的帶輪和拉絲模夾具體設計成一體，以便帶動拉絲模一起作回轉運動。</p><p>　　根據(jù)上面3.1.2所計算出的帶輪結構尺寸，利用Pro/E三維實體建?？梢缘贸鰩л喌慕Y構圖。其中小帶輪圖如圖4.2,大帶輪如圖4.3:</p><p><b>

39、;　　圖4.2小帶輪圖</b></p><p><b>　　圖4.3大帶輪圖</b></p><p>　　4.2電機的相關設計</p><p>　　4.2.1確定小帶輪與電機連接處的鍵</p><p>　　電動機的主要外形尺寸和安裝尺寸示意圖，如圖4.4所示。</p><p>　　圖4

40、.4 電動機的外形和安裝尺寸</p><p>　　所選電動機的主要外形尺寸和安裝尺寸，查手冊[3]中表20-2，如表4-1和4-2所示。</p><p>　　表4-1電機安裝尺寸(單位：)</p><p>　　表4-2電機外形尺寸(單位：)</p><p><b>　?。?）鍵連接的選擇</b></p>&

41、lt;p>　　鍵連接的選擇包括類型選擇和尺寸選擇兩個方面。由于電機和小帶輪的材料都已經(jīng)確定了，據(jù)連接的結構特點、使用要求和式作重要條件來選擇鍵連接的類型；鍵的尺寸則按符合標準規(guī)格和強度要求來取定。鍵的主要尺寸為截面尺寸b、h和長度L。由于電機是標準件，所以與之相關的鍵的基本尺寸b、h已經(jīng)確定為6、6；長度L可參照輪轂長度B從標準中選取，一般取 L=B-（5～10）mm，由B=40 mm查標準取L=32 mm，初選A型平鍵，材料為4

42、5鋼。</p><p>　　（2）鍵連接的強度校核</p><p>　　在傳遞轉矩時，各零件的受力如圖3.4所示。普通平鍵連接的主要失效形式是工作面的壓潰，按工作面上的擠壓應力進行強度校核計算；導向平鍵和滑鍵的主要失效形式是工作面的過度磨損，按工作表面上的壓強進行條件性的強度校核計算。只有在嚴重過載情況下，平鍵連接才有可能出現(xiàn)如圖3.4沿a-a面的剪斷。</p><p&

43、gt;　　圖4.5平鍵連接情況</p><p>　　假設鍵的工作表面上載荷均勻分布,合成后的集中力F(圓周力)作用于接觸面高度中點,參照圖3.4,可得普通平鍵連接的擠壓強度條件</p><p>　　式中 T─傳遞的轉矩,單位為N. mm；</p><p>　　k─鍵與輪轂的接觸高度，單位為mm；</p><p>　　d─軸的直徑，單位為mm

44、；</p><p>　　l─鍵的工作長度，單位為mm；</p><p>　　[]─鍵、軸、輪轂3者中最弱材料的許用擠壓應力，單位為MPa；</p><p>　　由設計手冊查得電機的相關參數(shù)為d=19mm、k=3mm、l=L-b=32-6=26 mm，查參考文獻[10]的表12.1有[]=125～150MPa，則有</p><p>　　由以上可

45、見所選鍵滿足強度要求。</p><p>　　4.2.2電機的螺栓組連接設計</p><p>　　已知工作載荷，力的作用線在垂直方向上，底板高，其余尺寸見圖4.6。</p><p>　　設計內(nèi)容及設計結果見表4-2:</p><p>　　圖4.6電機螺栓組連接</p><p>　　表4.2螺栓連接設計</p>

46、<p>　　所以電機的連接選用M8的普通螺栓連接。</p><p>　　4.3 拉絲模夾具設計</p><p>　　4.3.1 確定方案</p><p>　　根據(jù)已經(jīng)給定的未加工的硬質(zhì)合金拉絲模，其上下兩底面和圓周面的尺寸和精度已經(jīng)確定并加工好。該夾具是在拉絲模拋光時用來確定拋光絲與?？椎奈恢镁龋⒛苁箳伖饨z對拉絲模中心孔進行研磨拋光的機構。&l

47、t;/p><p>　　4.3.2 確定要限制的自由度</p><p>　　按照加工要求，拉絲模拋光機拋光模心時拋光絲做上下往復運動，并且拉絲模在上下方向上不應有相對運動，因此應限制拉絲模上下運動的自由度。拉絲模在異步電動機的帶動下隨模座做回轉運動，相對模座來說還要限制X-Y方向上的轉動自由度。另外兩個方向上的轉動和移動自由度已經(jīng)隨著拉絲模與模座的圓周面接觸受到了限制。即加工拉絲模時應限制六個

48、自由度，實現(xiàn)完全定位。</p><p>　　4.3.3定位方案選擇</p><p>　　拉絲模以其上下兩底面及其圓周面為定位基準，夾具體加工出與其相配合的孔用來定位拉絲模，利用壓板、雙頭螺柱和滾花螺母相配合來限制其五個自由度，最后在壓板上做一凸臺，在拉絲模上做出與其相對應的孔，安裝時兩者配合限制其最后的轉動自由度，實現(xiàn)完全定位。</p><p>　　4.3.4 夾緊

49、方案的確定</p><p>　　根據(jù)工件夾緊的原則，如圖4.6所示，將工件放入夾具體內(nèi)，夾具體加工出與工件配合的孔用來定位工件，利用壓板、圓柱頭六角螺釘相配合來限制除轉動自由度外的其它五個自由度，最后在壓板上做一凸臺，在工件上做出與其相對應的孔，安裝時兩者配合限制其轉動自由度，實現(xiàn)完全定位。由于工件和其夾具體需要在電動機的帶動下做回轉運動，因此其夾緊裝置不宜太復雜，為使加緊可靠，裝拆方便,采用內(nèi)六角圓柱頭螺釘來固

50、定。</p><p>　　夾具體 壓板 拉絲模 內(nèi)六角頭螺釘</p><p>　　圖4.6拉絲模夾具裝配圖</p><p>　　4.3.5夾具體與定位鍵</p><p>　　由于拉絲模形狀規(guī)則，且要加工的內(nèi)孔與拋光絲的位置已經(jīng)確定，故不需要另加對刀塊。</p><p

51、>　　夾具體時用來固定工件并和機床連接的裝置。在該拉絲模拋光機中，夾具體和帶動拉絲模轉動的帶輪做成一體，以簡化機構，節(jié)約成本。夾具體與軸承等部件一起安裝在夾具體座內(nèi)，并通過夾具體底座固定在機床支承導軌上。這樣工件就和機床連接在了一起。</p><p>　　定位鍵是用來確定夾具與機床工作臺之間正確相對位置的元件。在該機床中，壓板上的凸臺除了有限制其自由度的作用以外，還起到定位鍵的作用，確保拉絲模的中心與拋光絲

52、的軸心在一條直線上。為保證拉絲模在夾具體內(nèi)安裝穩(wěn)定，利用壓板、內(nèi)六角圓柱頭螺釘相配合把拉絲模固定在夾具體內(nèi)，方便加工且提高精度，方便固定。</p><p>　　4.3.5 電動機的選擇</p><p>　　工業(yè)上一般用三相交流電源，無特殊要求一般選用三相異步交流電動機。最常用Y型系列籠型三相異步電動機，其效率高、工作可靠、結構簡單、維護方便，價格低，適用于不易燃、不易爆，無腐蝕性氣體和無特

53、殊要求的場合。由于啟動性好，也適用于某些要求較高起動轉矩的機械。</p><p>　　需要經(jīng)常起動、制動和反轉的機械，要求電動機有較小轉動慣量和較強的過載能力，應選用起重及冶金YZ（籠型）系列YZR（繞線型）系列異步電動機。</p><p>　　電動機的結構形式，按安裝位置不同，有臥式和立式兩類；按防護不同有開啟式、防護式（防滴式）、封閉式及防爆式等 。可根據(jù)安裝需要和防護要求選擇電動機的

54、結構形式。常用結構為臥式封閉式電動機。</p><p>　　根據(jù)石材加工生產(chǎn)線生產(chǎn)的要求和工作條件的客觀原因，決定選用一般的電動機即臥式封閉式電動機。割裝置和拋磨裝置選定的電機見下表3.1和表3.2。</p><p>　　表4.3拉絲模裝置選用的電動機類型、結構形式功率和轉速</p><p>　　表4.4拋光機裝置選用的電動機類型、結構形式功率和轉速</p&g

55、t;<p>　　4.3.6 轉速的確定</p><p>　　設計時，須根據(jù)不同機構的性能要求，合理確定拋光機機構的最大工作能力，即主軸所能傳遞的最大功率或最大扭矩。對于所設計機構的傳動件（如主軸、傳動軸）尺寸，主要是根據(jù)它所傳遞的最大扭矩進行計算。傳動件傳遞的扭矩大小與它所傳遞的功率和轉速n兩個參數(shù)有關。</p><p>　　對于旋轉運動的傳動件，其額定扭矩（即需要傳遞的最大

56、扭矩）按下式計算</p><p>　?。∟ m） (3.1)</p><p>　　式中 ——傳動件的計算轉速（r/min）；</p><p>　　——傳動件所傳遞的功率（kw）；</p><p>　　——主電動機的額定功率（kw）；</p><p>　　——從主電動機到該

57、傳動件的傳動效率。</p><p>　　由上式可知，當傳動件的傳遞功率為一定時，若轉速取得偏低，則傳遞的扭矩就偏大，使傳動件尺寸不必要地增大。因此，須根據(jù)機構的實際工作情況，經(jīng)濟合理地確定計算轉速并計算傳動件的尺寸是該機構設計工作的一個重要問題。</p><p>　　主軸計算轉速是主軸傳遞全部功率（此時電動機為滿載）時的最低轉速。從計算轉速起至主軸最高速間的所有轉速都能夠傳遞全部功率，而扭

58、矩則隨著轉速的增加而減少，此為恒功率工作范圍。低于主軸計算轉速的各級轉速所能傳遞的扭矩與計算轉速下的扭矩相等，它是該機床的最大傳遞扭矩（功率則隨轉速的降低而減少），此為恒扭矩工作范圍。</p><p>　　根據(jù)拋光機往復移動的速度為線速度，100-1000m/s,最后得到轉速分別為：拉絲模軸 ,拋光機軸</p><p>　　第5章 機械式拉絲模拋光機的PLC控制系統(tǒng)設計</p>

59、<p><b>　　5.1 概述</b></p><p>　　可編程控制器（PLC）是一種新型的通用自動化控制裝置，它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術、計算機技術和通訊技術融為一體，具有控制功能強，可靠性高，使用靈活方便，易于擴展等優(yōu)點而應用越來越廣泛。</p><p>　　機械式拉絲模拋光機設計的PLC控制系統(tǒng)必須具備控制拉絲模拋光機的全部功能和要求 。它的作用

60、是按照控制裝置的信號或指令作往返運動，以使機械式拉絲模拋光機能完成指定的動作。</p><p>　　5.2 自動控制原理</p><p>　　圖5.1是本實用新型的自動控制電路原理圖。</p><p>　　圖5.1 自動控制原理圖</p><p>　　27-拋光機轉動開關 28-拋光機復位開關 30-步進電機開關</

61、p><p>　　31-電磁離合器開關 1、9、17、29-電控單元</p><p>　　5.3 拉絲模拋光機邏輯可編程控制器</p><p>　　5.3.1可編程控制器的基本概念</p><p>　　1、可編程控制器的定義</p><p>　　可編程控制器是一種數(shù)字運算操作系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下的應用而設計。它采用了可編

62、程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機械的生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P外圍設備，都按易于與工業(yè)系統(tǒng)連成一個整體、易于擴充其功能的原則設計。</p><p>　　2、可編程控制器的特點</p><p>　　（1）控制程序可變 其控制操作功能通過軟件編制確定，在生產(chǎn)工藝改變或生產(chǎn)設備更新時，不必改

63、變PLC硬件設備，只需要改變編程程序就能改變控制方案，具有良好的柔性。</p><p>　?。?）采用面向過程語言，編程方便 可編程控制器用于代替繼電器控制，而且其出現(xiàn)以后，大多數(shù)可采用類似繼電器控制電路圖形式的“梯形圖”進行編程，控制線路清晰直觀，稍加培訓即可進行編程，普遍受到歡迎。PLC與個人計算機連成網(wǎng)絡或加入到集散控制系統(tǒng)之中時，通過在上位機上用梯形圖編程，程序直接下裝，使編程更加容易，更加方便。<

64、/p><p>　?。?）功能完善 由于計算機的強運算處理能力，現(xiàn)代PLC不僅具有邏輯運算、計時、計數(shù)、步進控制功能，還能完成A/D，D/A轉換、模擬量處理、高速計數(shù)、聯(lián)網(wǎng)通信等功能，可以通過上位機進行顯示、報警、記錄、進行人機對話，使控制水平大大提高。</p><p>　?。?）擴展靈活 PLC產(chǎn)品均帶有擴展單元，可以方便地適應不同I/O點數(shù)及不同輸入、輸出方式的需求。模塊式PLC，各種功能模

65、塊制成插板，可以根據(jù)需要靈活配置，從幾個I/O點的最小型系統(tǒng)到幾千個點的超大型系統(tǒng)均可以實現(xiàn)，擴展靈活，組合方便。</p><p>　?。?）系統(tǒng)結構簡單，安裝調(diào)試工作量少 當需要組成控制系統(tǒng)時，用簡單的編程方法將程序存入存儲器內(nèi)，接上相應的輸入、輸出信號，便可以構成一個完整的控制系統(tǒng)，不需要繼電器、轉換開關等。它的輸出可以直接驅動執(zhí)行機構（負載電流一般可達2A），中間一般不需要設置轉換單元，因此大大簡化了硬件的

66、接線，減少設計及施工工作量，同時，PLC又能事先進行模擬調(diào)試，更減少了現(xiàn)場的調(diào)試工作量，并且PLC的監(jiān)視功能很強，模塊化結構大大減少了維修量。</p><p>　?。?）可靠性高 可編程控制器采用大規(guī)模集成電路，可靠性要比有接點的繼電器系統(tǒng)高得多。同時，在其自身設計中，又采用了冗余措施和容錯技術，因此其平均無故障運行時間（MTBF）超過20000h，而平均修復時間（MTTR）則少于10min。</p>

67、<p>　　另外，其輸入輸出采用了屏蔽、隔離、濾波、電源調(diào)整與保護措施，提高了抗工業(yè)環(huán)境干擾的能力，使PLC適用于工業(yè)環(huán)境使用，可靠性大大提高。</p><p>　　3、可編程控制器的分類</p><p>　　按容量大致可分為“小”、“中”、“大”三種類型。小型PLC的I/O點數(shù)在256點以下（其中把小于64點的PLC稱為超小型機）；中型PLC的I/O點數(shù)在256以上，204

68、8點以下，內(nèi)存在8K以下；大型PLC的I/O點數(shù)在2048點以上。大型PLC可以和計算機系統(tǒng)結成一體，并增加刀具精確定位、機床速度和閥門控制等功能，可實現(xiàn)管理和控制一體化，可與辦公自動化系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，成為工廠自動化的重要設備。</p><p>　　按硬件結構的不同，將PLC分為整體式結構、模塊式PLC和疊裝式PLC三類。</p><p>　　5.3.2 可編程控制器的基本結構</p>

69、;<p>　　可編程控制器的基本結構如圖5.2所示。其主體由三個部分組成，主要包括中央處理器CPU、存儲系統(tǒng)輸入/輸出接口、存儲器系統(tǒng)ROM和RAM等，系統(tǒng)電源在CPU模塊內(nèi)，也可單獨視為一個單元。編程器一般看作PLC的外設。PLC內(nèi)部采用總線結構，進行數(shù)據(jù)和指令的傳輸。</p><p>　　圖5.2 可變成控制器的結構</p><p>　　這里可以把PLC作為一個系統(tǒng)。外部

70、開關信號、模擬信號以及各種傳感器檢測的信號作為PLC的輸入變量，它們經(jīng)PLC的輸入端子進入PLC的內(nèi)部，經(jīng)PLC的內(nèi)部邏輯運算等各種運算后，產(chǎn)生輸送變量，送到輸出端子作為輸出，驅動外部設備。PLC可以被看作是控制系統(tǒng)的中間處理環(huán)節(jié)，它將輸入變量經(jīng)一定的控制方式轉變成為輸出變量。所以一個PLC控制系統(tǒng)可描述為：輸入變量→PLC→輸出變量。</p><p>　　輸入部分收集、暫存被控對象實際行動的數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息；PL

71、C即邏輯部分，則是處理輸入部分所取得的信息，并按被控對象實際動作要求產(chǎn)生輸出結果；輸出部分向被控設備提供實時操作與處理。</p><p>　　其中邏輯部分采用了大規(guī)模集成電路構成的微處理器和存儲器，并且生產(chǎn)廠家對微處理器進行了軟件、硬件開發(fā)，為用戶提供了大量的便于編程的邏輯部件，如繼電器邏輯、定時器、計數(shù)器、觸發(fā)器和寄存器等。同時，提供了描述這些邏輯部件的符號和語言，即編輯語言。PLC的基本組成部分協(xié)調(diào)一致，可以

72、實現(xiàn)對現(xiàn)場設備的控制。</p><p>　　5.3.3 可編程控制器分類</p><p>　　可編程控制器（PLC）分為內(nèi)裝型PLC和外置型（獨立型）PLC兩大類。</p><p>　　內(nèi)裝型PLC安裝在數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部，具有如下特點：內(nèi)裝型PLC實際上是數(shù)控系統(tǒng)裝置本身帶有PLC功能，內(nèi)裝型PLC功能通常是作為可選功能提供給用戶的；數(shù)控裝置內(nèi)部，內(nèi)裝型PLC可與數(shù)控系

73、統(tǒng)共用一個CPU，也可以單獨有一個專用的CPU；硬件電路可與數(shù)控系統(tǒng)電路制作在同一塊印制電路板上，也可以單獨制成一個附加板插于數(shù)控系統(tǒng)裝置上，它的電源可以與數(shù)控系統(tǒng)共用，不需要專門配置；有些內(nèi)裝型PLC可以利用數(shù)控系統(tǒng)的顯示器和鍵盤進行梯形圖或語言的編程調(diào)試，無需裝配專門的編程設備。</p><p>　　目前，絕大多數(shù)多數(shù)數(shù)控系統(tǒng)均可選擇具有內(nèi)裝型PLC功能。由于大規(guī)模集成電路的采用，帶與不帶內(nèi)裝型PLC，數(shù)控系

74、統(tǒng)的外形尺寸沒有明顯差別。內(nèi)裝型PLC與數(shù)控系統(tǒng)之間的信息交換是通過公用的RAM區(qū)完成的，因此內(nèi)裝型PLC與數(shù)控系統(tǒng)之間沒有連線，信息交換量大，安裝調(diào)試更加方便，且結構緊湊，可靠性好。與擁有數(shù)控系統(tǒng)后，再配置一臺通用的PLC相比，無論在技術上還是在經(jīng)濟上對用戶都是有利的。獨立型PLC在數(shù)控系統(tǒng)外部，自身具備完備的軟硬件功能，具備如下特點：</p><p>　?。?）獨立型PLC本身即是一個完整的計算機系統(tǒng)，其具備

75、CPU、EPROM、RAM、I/O接口以及編程器等外部設備的通信接口、電源等。</p><p>　?。?）獨立型PLC的I/O模塊種類齊全，其輸入、輸出點數(shù)可以通過增減I/O模塊靈活配置。</p><p>　?。?）與內(nèi)裝型PLC相比，獨立型PLC功能更強，但是一般要配置單獨的編程設備。獨立型PLC與數(shù)控系統(tǒng)之間的信息交換可通過I/O接口對接的方式，也可以采用通信方式。I/O對接方式就是將

76、數(shù)控系統(tǒng)的輸入、輸出點通過連線與PLC的輸入、輸出點連接起來，適用于數(shù)控系統(tǒng)與各種PLC的信息交換。但由于每一點的信息傳遞需要一根信號線，所以這種方式連線多，信息交換量小。采用通信方式可克服上述I/O對接的缺點，但采用這種方式的數(shù)控系統(tǒng)與PLC必須采用同一通信協(xié)議。一般來說數(shù)控系統(tǒng)與PLC須是同一家公司的產(chǎn)品。采用通信方式時，數(shù)控系統(tǒng)與PLC的連線少，信息交換量大而且非常方便。</p><p>　　5.4 P

77、LC控制系統(tǒng)設計</p><p>　　5.4.1 可編程控制器選擇</p><p>　　在設計過程中，因為考慮到有5個輸入點，7個輸出點，故可以選擇三菱公司推出的系列的一款芯片——-32MR-001。這款芯片的輸入點數(shù)為16，輸出點數(shù)為16，故可以滿足所需求的輸入/輸出點數(shù)。</p><p>　　5.4.2 內(nèi)部接線</p><p>　　內(nèi)部

78、接線圖如圖5.3所示。 </p><p>　　圖5.3 內(nèi)部接線圖</p><p>　　表5.1 可編程控制器輸入/輸出點對應功能</p><p><b>　　5.5 部分程序：</b></p><p><b>　　ORG 0000H</b></p><p><b>

79、;　　AJMP MAIN</b></p><p>　　LJMP INT1S</p><p><b>　　ORG 0030H</b></p><p><b>　　MAIN:</b></p><p>　　MOV SP,#60H</p><p>　　MOV R0,30H

80、</p><p><b>　　SETB IT1</b></p><p><b>　　SETB EX1</b></p><p><b>　　SETB EA</b></p><p>　　MOV DPRT,#7FF0H</p><p>　　LOOP:MOVX

81、@DPTR,A</p><p>　　;-------------------</p><p>　　BEGIN: </p><p>　　JNB P1.5 BEGIN</p><p>　　JNB P1.1 FUWEI ;判斷是否復位</p><p><b>　　WAIT:&

82、lt;/b></p><p>　　SJMP WAIT ;等待中斷，讀取A/D轉換值</p><p><b>　　MOV A,@R0</b></p><p><b>　　MOV B,#2</b></p><p><b>　　DIV AB </b></

83、p><p><b>　　MOV @R0,A</b></p><p><b>　　INC R0</b></p><p><b>　　MOV @R0,A</b></p><p>　　XUNFAN: ;給電機送脈沖信號</p><p&g

84、t;　　MOV DPTR,#8400H</p><p>　　MOVX A,#01H</p><p>　　MOV @DPTR,A</p><p>　　ACALL DELAY</p><p>　　MOVX A,#03H</p><p>　　MOV @DPTR,A</p><p>　　ACALL DE

85、LAY</p><p>　　MOVX A,#02H</p><p>　　MOV @DPTR,A </p><p>　　ACALL DELAY</p><p>　　MOVX A,#06H</p><p>　　MOV @DPTR,A </p><p>　　ACALL DELAY</p>

86、<p>　　MOVX A,#04H</p><p>　　MOV @DPTR,A</p><p>　　ACALL DELAY</p><p>　　MOVX A,#05H</p><p>　　MOV @DPTR,A</p><p>　　ACALL DELAY</p><p><b&

87、gt;　　MOV A,@R0</b></p><p><b>　　DEC A</b></p><p><b>　　MOV @R0,A</b></p><p>　　DJNZ XUNFAN </p><p>　　FUWEI: ;復位子程序</p>

88、;<p>　　ACALL XUNFAN2</p><p>　　JNB P1.1 FUWEI</p><p><b>　　SJMP WAIT</b></p><p><b>　　XUNFAN2:</b></p><p>　　MOV DPTR,#8400H</p><p

89、>　　MOVX A,#01H</p><p>　　MOV @DPTR,A</p><p>　　ACALL DELAY</p><p>　　MOVX A,#05H</p><p>　　MOV @DPTR,A</p><p>　　ACALL DELAY</p><p>　　MOVX A,#04

90、H</p><p>　　MOV @DPTR,A </p><p>　　ACALL DELAY</p><p>　　MOVX A,#06H</p><p>　　MOV @DPTR,A </p><p>　　ACALL DELAY</p><p>　　MOVX A,#02H</p>&

91、lt;p>　　MOV @DPTR,A</p><p>　　ACALL DELAY</p><p>　　MOVX A,#03H</p><p>　　MOV @DPTR,A</p><p>　　ACALL DELAY </p><p>　　INT1S:MOVX A,@DPTR</p><p>

92、　　MOV @30H,A</p><p><b>　　RETI </b></p><p>　　;-----------------</p><p>　　WAIT2: 發(fā)送反向脈沖信號</p><p>　　JNB P1.2 WAIT2</p><p><b>　　

93、JIXUN:</b></p><p>　　MOV DPTR,#8400H</p><p>　　MOVX A,#01H</p><p>　　MOV @DPTR,A</p><p>　　ACALL DELAY</p><p>　　MOVX A,#03H</p><p>　　MOV @DP

94、TR,A</p><p>　　ACALL DELAY</p><p>　　MOVX A,#02H</p><p>　　MOV @DPTR,A </p><p>　　ACALL DELAY</p><p>　　MOVX A,#06H</p><p>　　MOV @DPTR,A </p>

95、<p>　　ACALL DELAY</p><p>　　MOVX A,#04H</p><p><b>　　結論</b></p><p>　　本課題在結合國內(nèi)外拉絲模拋光機的發(fā)展現(xiàn)狀和中國傳統(tǒng)工藝和生產(chǎn)實踐，創(chuàng)新設計機械式拉絲模拋光機。該拉絲模拋光機利用線拋光工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)的針磨工藝對拉絲模進行修整，這大幅度的提高設備的可靠性、修整

96、質(zhì)量和生產(chǎn)率，且延長模具的使用壽命。在這三個月的畢業(yè)設計中，本設計在參考大量的文獻基礎之上，結合設計任務要求，主要完成了以下幾個方面的工作：</p><p>　　（1）拉絲模拋光機的總體方案設計和主要技術參數(shù)的確定；</p><p>　?。?）采用了三維軟件（UG）設計拉絲模拋光機的主體結構，以及各個附屬機構； </p><p>　　（3）拉絲模拋光機的機械系統(tǒng)、控

97、制系統(tǒng)設計； </p><p>　　（4）設計和繪制了主體結構的工程圖紙，關鍵零部件的三維設計；</p><p>　?。?）根據(jù)要求和設計過程，編寫了設計說明書、繪制圖紙。</p><p>　　畢業(yè)設計是本科學習階段一次非常難得的理論與實際相結合的機會，通過這次比較完整的拉絲模拋光機的創(chuàng)新設計，我擺脫了單純的理論知識學習狀態(tài)，和實際設計的結合鍛煉了我綜合運用所學專業(yè)

98、基礎知識解決實際工程問題的能力，同時也提高我查閱文獻資料、設計手冊、設計規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升。這是我們都希望看到的也正是我們進行畢業(yè)設計的目的所在。</p><p>　　雖然畢業(yè)設計內(nèi)容繁多，過程繁瑣但我的收獲卻更加豐富。各種系統(tǒng)的適用條件，各種設

99、備的選用標準，各種管道的安裝方式，我都是隨著設計的不斷深入而不斷熟悉并學會應用的。和老師的溝通交流更使我從經(jīng)濟的角度對設計有了新的認識也對自己提出了新的要求。</p><p>　　提高是有限的但提高也是全面的，正是這一次設計讓我積累了無數(shù)實踐經(jīng)驗，使我的頭腦更好的被知識武裝了起來，也必然會讓我在未來的工作學習中表現(xiàn)出更高的應變能力，更強的溝通力和理解力。</p><p><b>

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