线切割机床走丝机构及控制系统设计.docx

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1、机电一体化课程设计任务书一、题目：线切割机床走丝机构及控制系统设计二、目的要求：1 .掌握线切割机的工作原理、适用范围；2 .掌握走丝机构的结构和传动原理，PLC控制线切割机走丝机构运动的原理和方法；3 .进一步熟练应用CAD技术进行产品所开发设计；4 .综合运用所学知识深入理解机电一体化概念。三、设计内容：（具体附页）1 .设计说明书一份：走丝机构的设计计算、控制系统设计等；2 .绘制工程图：a、装配图（AI图张）和全套零件图（要求至少出图：贮丝筒、传动轴和一个齿轮的零件图）；b、控制系统工程图（A2图1张）。四、设计资料1 .机电一体化设计手册，图书馆2 .机械零件，教材3 .机电传动控制

2、，教材4 .西门子PLCS7200说明书（电子版）5 、说明书（或论文）结构及要求（1）封面包括：题目、院系、班级、学生签字、指导教师签字及时间（年、月、日）。（2）任务书（由指导教师填写）（3）摘要摘要是论文内容的简短陈述，一般不超过400字。关键词应为反映论文主题内容的通用技术词汇，一般为4个左右，一定要在摘要中出现。（4）目录目录要层次清晰，要给出标题及页次，目录的最后一项为哪一项无序号的“参考文献资料。（5）正文正文应按目录中编排的章节依次撰写，要求计算正确，论述清楚，文字简练通顺，插图简明，书写整洁。文中图、表及公式不能徒手绘制和书写。（6）参考文献（资料）附页1 .走丝机构原理：工

3、作原理：电机1,经联轴器2,传动轴4,带动贮丝筒3做正反高速旋转，使贮丝筒上的铝丝以一定的线速度作往复旋转运动。同时，在贮丝筒的另一端，通过三对齿轮5、6、7、8、9、10传动，经丝杠副11带动滑板移动，使贮丝筒作往复直线运动，以免发生叠丝现象，其往复行程大小视绕丝总长度而定，同时靠可调整位置的行程限位开关，实现拖动电机的换向。2 .设计参数：电机转速1400rmin铝丝线速度9.81ms铝丝直径d=0.09mm;0.12mm;0.14mm;0.16mm;0.18mm;0.20mm钥丝最大长度3 .控制设计前言机电一体化课程设计经历了两周多的时间，主要完成线切割机床走丝机构及其控制系统设计，其

4、中包括具体的工作台机械传动结构设计和PLC控制电机正反转设计。是对学生进行的一次综合性专业设计训练，也是把理论知识应用于实践的重要教学环节，为以后的毕业设计（论文）奠定根底。主要通过本次课程设计，掌握线切割机的走丝机构的结构及传动原理，以及PLC控制线切割机走丝机构运动的原理和方法。这次课程设计经多位老师的指导，并提出许多珍贵意见，在此表示真挚的感谢！参加本次课程设计限于设计者水平有限，设计说明书中的错误和不妥之处,请各位老师批评指教。目录前言2第一章课程设计的目的3第二章走丝机构简介33.1 走丝机构的原理32. 2贮丝筒结构4第三章走丝机构传动设计53.1工作原理53. 2齿轮传动设计要求

5、53. 3丝杠副传动设计要求53. 4走丝机构控制设计53. 5条件5第四章部件的选择与计算64.1储丝筒电动机的选择64. 2联轴器的选择64. 3轴承的选择64. 4传动比的计算74. 5储丝筒尺寸的计算74. 6齿轮局部计算74. 7丝杠传动副84. 8导轨局部84. 9行程开关9第五章线切割机床床控制系统设计95. 1控制任务96. 2工作台工作过程如下图97. 31/0地址的分配及接线95.4电气控制图IO5.6PLC及元器件选型IO5.7设计说明11设计总结12参考文献13第一章课程设计的目的课程设计是学生理论联系实际的重要实践教学环节，是对学生进行的一次综合性专业设计训练。通过课

6、程设计使学生获得以下几方面能力，为毕业设计1论文）奠定根底。设计目的：1、掌握线切割机的工作原理、适用范围；2、走丝机构的结构及传动原理，掌握采用PLC、继电器来控制线切割机走丝机构运动的原理和方法；3、进一步熟练应用CAD技术进行产品所开发设计；4、综合运用所学知识深入理解机电一体化的概念。第二章走丝机构简介1.1 走丝机构的原理快走丝机构快走丝机构的电极丝材料一般采用铝丝，细而长的铝丝以一定张力平整地卷绕在贮丝筒上，贮丝筒通过弹性联轴器与驱动电机相连，作旋转运动，同时沿轴向移动，走丝速度等于贮丝筒周边的线速度。为重复使用该段铝丝，贮丝筒下方的走丝溜扳上置有左、右行程撞块，当贮丝筒轴向运动到

7、铝丝供丝端终端时，行程撞块碰到行程开关，立即控制贮丝筒反转，使供丝端成为收丝端，钥丝反向移动，如此循环交替运转，实现钥丝的往复运动。在运动过程中，相丝由丝架支撑，并依靠上、下导轮形成锯弓状慢走丝机构慢走丝机构主要包括供丝绕线轴、伺服电机恒张力控制装置、电极丝导向器和电极丝自动卷绕机构。电极丝材料一般采用成卷的黄铜丝，可达数千米长、数十公斤重，预装在供丝绕线轴上，为防止电极丝散乱，轴上装有力矩很小的预张力电机。切割时电极丝的走行路径为：整卷的电极丝由供丝绕线轴送出，经一系列轮组、恒张力控制装置、上部导向器引至工作台处，再经下部导向器和导轮走向自动卷绕机构，被拉丝卷筒和压紧卷筒夹住，靠拉丝卷筒的等

8、速回转使电极丝缓慢移动。在运行过程中，电极丝由丝架支撑，通过电极丝自动卷绕机构中两个卷筒的夹送作用，确保电极丝以一定的速度运行；并依靠伺服电机恒张力控制装置，在一定范围内调整张力，使电极丝保持一定的直线度，稳定地运行。电极丝经放电后就成为废弃物，不再使用，被送到专门的收集器中或被再卷绕至收丝卷筒上回收。走丝机构的功能是带动电极丝按一定的线速度往复运丝，并将电极丝整齐地排绕在贮丝筒上，快速运丝在放电加工区，有利于排屑，吸附工作液进入放电区，克服集中放电，减小电极丝的损耗和烧断。本次课程设计的走丝机构选定为快走丝机构。快走丝机构示意图2. 2贮丝筒结构(1)对贮丝筒的技术要求：在贮丝筒高速转动时，

9、同时要进行相应的轴向移动，以保证不同的直径的电极丝能在贮丝筒上整齐排绕；为了保证电极丝的运行平稳无跳动现象，要求贮丝筒的各项运动精度要高，径向跳动小；贮丝筒具有正反向旋转功能，电极丝的走丝速度在6-llm/s范围内可调或恒速运转；走丝机构与床身相互绝缘；导轨、齿轮、丝杠等要具备润滑措施。(2)贮丝筒电机：目前多数一般采用三相异步电动机。考虑在实际传动过程中所承当的负载不是很大，优先考虑功率较小的微型电动机。(3)联轴器：由于贮丝筒在工作时频繁换向，联轴器瞬间受到很大的剪切力，因此，联轴器就成了重耍的部件，本设计采用凸缘联轴器。且为适应电机伸出轴的轴径大小以及整体结构尺寸选择刚性联轴器，其本身有

10、结构简单，制造方便，本钱低，拆装维护简便，传递转矩较大，常用于载荷平稳、无冲击、传递精度要求高的传动。(4)贮丝筒：它是电极丝高速运行与整齐排绕贮丝的关键部件之一，一般采用45#钢、不锈钢和铝合金材料制作。为减小转动惯量，筒壁应尽量薄。用钢制作贮丝筒时，直径一般采用W012Omm;用铝合金材料制作贮丝筒时，直径在0120-016Onlm之间。要求贮丝筒外外表粗糙度RaWO.8m,贮丝筒组件要做动平衡试验，以保证运转平稳，延长轴承使用寿命。(5)齿轮副与丝杠副：走丝机构的拖板传动是由三级减速齿轮和丝杠副组成。它使贮丝筒每转一圈时，拖板轴向移动0.25-0.3mm,保证直径。0.25mm以下的电极

11、丝整齐地排绕在贮丝筒上。优点是传动平稳、噪声小，丝杠采用梯形螺纹，螺母采用消间隙结构。(6)导轨：在贮丝筒滑板与底座之间装有导轨。初期多采用V-平式的滑动导轨或贴塑导轨，要求摩擦力小，减振性能好。(7)贮丝筒的工作原理及计算：见机械设计任务书原理图所示。电动机通过联轴器驱动贮丝筒，贮丝筒转动带动电极丝运行，并通过齿轮副减速驱动丝杠副，丝杠副带动拖板作轴向移动。使电极丝按规律排列在贮丝筒上，以防止发生叠丝现象。第三章走丝机构传动设计2.1 工作原理电动机，土联轴器传动轴。土储丝筒正反转三对齿轮啮合传动丝杠副带动滑扳移动7行程开关8T电动机正反转3. 2齿轮传动设计要求(1)对走丝机构的传动齿轮实

12、测齿数。12)根据齿数选取齿轮模数、齿顶高系数、径向间隙系数、计算分度圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径。4. 3丝杠副传动设计要求(1)丝杠螺距选取。(2)计算滑板使储丝筒转一圈的移动距离，且滑板移动距离不超过钥丝最大宽度20mmo5. 4走丝机构控制设计(1)控制原理：合上电源开关，按下起动按钮使电动机启动。当贮丝筒转动并移动到规定行程的某一端时碰撞限位开关，使储丝筒反向转动并移动，当碰撞另一限位开关后使贮丝筒恢复原来的转动和移动方向。(2)走丝机构控制要求：选择储丝筒拖动电机；选择接触器、行程开关、保护电器等，设计并绘制电气原理图。3. 5条件电机转速r=1400rminPLC控制、钥丝的直

13、径d=0.16mm、贮丝筒有效长度15Omm-30OmIn、铜丝线速度v=9.81m/s、铝丝长度l=400m0第四章部件的选择与计算4.1储丝筒电动机的选择由于走丝机构整体重量轻，转速要求高，因此可选用一般异步电动机查机械设计手册*单行本*减（变）速器*电机与电器2004年版化学工业出版社成大先主编，16-35页，可选Y2-711-4型电动机。电动机伸出轴径14mm、长度30mms键槽宽5mm、深3mm。参数：16-46表16-1-24平键的选择查机械设计课程设计第3版，华中科技大学出版社第107页表机座铁心级数功率转速轴颈D长度E键槽宽FG键槽深F-G7114250w1400rmin14m

14、m30mm5mmHmm3mm1128选用b*h=5*5平键轴键深度公称直径d公称尺寸b*h轴t公称尺寸毂tl公称尺寸12175*53.02.34.2联轴器的选择由于贮丝筒在工作时频繁换向，联轴器瞬间受到很大的剪切力，因此，联轴器就成了重要的部件，本设计采用凸缘联轴器。查机械设计手册*单行本*轴及其连接2004年版化学工业出版社成大先主编，5-63页，可选凸缘联轴器YL2根本型、铁质。联轴器用螺栓：8*M6o（特点：不能减振、缓冲，结构简单、本钱低、用于振动很小的工况条件。）参数：L=32mmLl=22mmD=80mmDl=64mmL0=68mm公称转矩许用转矩轴孔直径轴孔长度16N*m7200

15、rmin14mm32mm4.3轴承的选择轴承主要受径向载荷且转速较高，则选择深沟球轴承，查机械设计手册*单行本*轴承2004年版化学工业出版社成大先主编，6-243页，可选型号6302的深沟球轴承。参数：dmmDmmBmm润滑方式极限转速r/min代号154213脂润滑1600063024.4传动比的计算设电动机的转速为nl,丝杠的转速为n2.选丝杠螺距为p=2mm。s=np(s:导程、n：线数、p：螺距)。所以，s*n2=d*nl(平移的转速相等)2*n2=0.16*1400所以，n2=112rmin所以，i=n1/n2=(1400rmin)/(112rmin)=12.5根据传动比公式分配传动比：所以，il=l.749i2=2.162i3=3.306i=il*i2*i3=12.54. 5储丝筒尺寸的计算