中直縫焊接機(jī)設(shè)計(jì)【含CAD圖紙】

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機(jī)械傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì) 2 一、擬訂傳動(dòng)方案 2 二、絲杠螺母選擇 2 三、電動(dòng)機(jī)選擇 4第二章 機(jī)械減速器設(shè)計(jì) 6一、齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算 6 二、軸的設(shè)計(jì) 9 三、鍵的選擇與校核 12四、軸承的選擇與校核 13五、箱體結(jié)構(gòu)尺寸選擇 14第三章 焊接專(zhuān)用夾具設(shè)計(jì)（略） 15第四章 直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15一、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速原理 15二、直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖設(shè)計(jì) 16三、直流調(diào)速系統(tǒng)各組成電路設(shè)計(jì) 16四、晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)原理電路圖 22第五章 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22一、電氣控制系統(tǒng)概述 22二、可編程控制器的特點(diǎn) 22三、自動(dòng)直縫焊接設(shè)備電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23 第六章 設(shè)計(jì)總結(jié) 28 參考文獻(xiàn) 29概述 自動(dòng)控制氣體保護(hù)焊接是一種高效焊接方法，由于它具有氣體保護(hù)，所以用它能進(jìn)行高質(zhì)量焊接，又由于采用了PLC自動(dòng)控制，因而焊縫均勻。該方法自問(wèn)世以來(lái)!就一直受到人們的重視(1969年美國(guó) DEC公司研制出第一臺(tái) PLC用于GM公司生產(chǎn)線(xiàn)上并獲得成功。進(jìn)入 20 世紀(jì) 80年代!隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展!極大地推動(dòng)了PLC的發(fā)展。目前PLC已廣泛應(yīng)用于冶金、礦產(chǎn)、機(jī)械、輕工等領(lǐng)域!為工業(yè)自動(dòng)化提供了有力的工具!加速了機(jī)電一體化的實(shí)現(xiàn)。在自動(dòng)控制焊機(jī)中選擇PLC作為控制核心的原因有：a、可靠性高b、控制功能強(qiáng)c、編程方便d、適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境!抗干擾能力強(qiáng)e、具有各種接口!與外部設(shè)備連接非常方便f、維修方便等。正因?yàn)槿绱?，用PLC控制的氣體保護(hù)自動(dòng)焊機(jī)在我國(guó)被廣泛的應(yīng)用。第一章 機(jī)械傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì)一、擬訂傳動(dòng)方案根據(jù)設(shè)備技術(shù)要求及各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能制定傳動(dòng)方案如圖(1) 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案（1）傳動(dòng)方案分析：該設(shè)備用于管類(lèi)零件的直縫焊接，焊接的速度比較低，焊接的質(zhì)量取決與焊接的速度快慢與穩(wěn)定性。減速器采用單級(jí)圓柱直齒圓柱齒輪，大齒輪輸出軸作為減速器的低速軸，可以使輸出軸的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。整個(gè)系統(tǒng)傳動(dòng)不太大，電機(jī)須頻繁啟動(dòng)，對(duì)系統(tǒng)的調(diào)速性能要求高，為了實(shí)現(xiàn)較好的無(wú)級(jí)調(diào)速，選擇直流電動(dòng)機(jī)，利用直流電路調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。減速器采用單級(jí)圓柱直齒圓柱齒輪減速器可以得到一定的傳動(dòng)比，利用二者聯(lián)合調(diào)速可以得到較好的調(diào)速性能。二、絲杠螺母的選擇1、絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)的特點(diǎn)及應(yīng)用（1）用較小的扭矩轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠（或螺母）可使螺母（或絲杠）獲得較大的牽引力。（2）可達(dá)到較高的降速傳動(dòng)比，使降速機(jī)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，傳動(dòng)鏈得以縮短。（3）能達(dá)到較高的傳動(dòng)精度，用于進(jìn)給機(jī)構(gòu)還可用作測(cè)量元件，通過(guò)刻度盤(pán)讀出直線(xiàn)位移的尺寸，最小讀數(shù)值可達(dá)0.001mm。（4）傳動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)噪聲。（5）在一定條件下能自鎖，即絲杠螺母不能進(jìn)行逆?zhèn)鲃?dòng)，此特點(diǎn)特別適用于作部件升降傳動(dòng)，可防止部件因自重而自動(dòng)降落。鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，有參考文獻(xiàn)絲杠螺母的傳動(dòng)方式及其應(yīng)用見(jiàn)表5.7-1的絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)簡(jiǎn)圖（2）： 圖（2）絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)簡(jiǎn)圖2、絲杠螺母副的選擇由參考文獻(xiàn)表5.7-6初選絲杠螺母副絲杠螺母副的基本參數(shù)如表（1）：螺距（mm）絲杠(mm)絲杠螺母螺母(mm)絲杠斷面積A（）螺紋升角絲杠斷面極慣性矩（）絲杠斷面慣性矩I（）外徑d內(nèi)徑d1中徑d2（mm）外徑內(nèi)徑42015.51820.5161.8942460.56670.3341 表（1）絲杠螺母副絲杠螺母副的基本參數(shù)絲杠的傳動(dòng)效率：由參考文獻(xiàn)查得=0.7絲杠螺母強(qiáng)度的校核計(jì)算：由參考文獻(xiàn)式5.7-19的=其中P為絲杠所要的最大軸向力N。A絲杠內(nèi)經(jīng)的截面積由上表知=絲杠的內(nèi)徑mm絲杠的傳動(dòng)效率許用拉應(yīng)力由于螺紋所引起的應(yīng)力集中系數(shù)不能精確確定,因此取=，為材料的屈服點(diǎn)().=3.961.2=1.212=14.4mm 取15mm齒輪輪轂端面與內(nèi)箱壁距離 2=12mm 取15mm箱蓋、箱座肋厚 m10.851=0.8512=10.2mm m0.85=0.8512=10.2mm軸承端蓋凸緣厚度 t=(11.2)d3=112=12mm第四章 焊接專(zhuān)用夾具的設(shè)計(jì)（略）第五章 直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)一、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速原理直流電機(jī)是機(jī)械能和直流電能互相轉(zhuǎn)換的旋轉(zhuǎn)機(jī)械裝置。直流電機(jī)的調(diào)速性能好且啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，所以本焊接設(shè)備采用直流電機(jī)，可以得到較好的調(diào)速性能，且傳動(dòng)準(zhǔn)確，穩(wěn)定可靠。直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T與機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩T1及空載損耗轉(zhuǎn)矩T2相平衡。當(dāng)軸上的機(jī)械負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、電動(dòng)勢(shì)、電流及電磁轉(zhuǎn)矩會(huì)自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)負(fù)載的變化，保持新的平衡。電動(dòng)機(jī)的調(diào)速是指在同一負(fù)載下獲得不同的轉(zhuǎn)速，以滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。由直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性得他勵(lì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式：n=(U-IR)/K 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的接線(xiàn)圖如圖(5) 圖（5）電動(dòng)機(jī)的接線(xiàn)圖調(diào)速過(guò)程：當(dāng)磁通保持不變時(shí)，減小電壓U。由于轉(zhuǎn)速不會(huì)立即發(fā)生變化，反電動(dòng)勢(shì)E也暫不變化，于是電流I減小，轉(zhuǎn)矩T也減小。如果阻轉(zhuǎn)矩Tc未變，則TTc，轉(zhuǎn)速n下降。隨著n的降低，反電動(dòng)勢(shì)E減小。I和T也隨著增大，直到T=Tc時(shí)為止。但是這時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速已經(jīng)降低了。這種調(diào)速方法機(jī)械特性較硬,并且電壓降低后硬度不變,穩(wěn)定性良好;調(diào)速幅度較大,而且均勻調(diào)節(jié)電樞電壓,可得到平滑的無(wú)級(jí)調(diào)速二、直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖設(shè)計(jì)直流調(diào)速系統(tǒng)如用專(zhuān)用設(shè)備調(diào)節(jié)電壓,投資費(fèi)用較高,該設(shè)備利用晶閘管整流電源對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)壓以改變其轉(zhuǎn)速.在晶閘管調(diào)速系統(tǒng)中,電動(dòng)機(jī)是控制對(duì)象,轉(zhuǎn)速n是被調(diào)量.采用反饋控制可減小轉(zhuǎn)速降,提高機(jī)械特性的硬度,增大調(diào)速幅度.綜合考慮電機(jī)工作原理及晶閘管工作原理等模電知識(shí)設(shè)計(jì)如下小功率晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)示意圖：如圖（6） 圖（6）晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)示意圖三、直流調(diào)速系統(tǒng)各組成電路設(shè)計(jì) 單相半控橋式整流電路(主電路)單相半控橋式整流電路如圖(7): 圖（7）單相半控橋式整流電路 將單相不可控橋式整流電路其中兩個(gè)臂的二極管用晶閘管取代，就形成本電路。利用兩個(gè)二極管D1,D2和兩個(gè)晶閘管T1,T2的輪流導(dǎo)通，來(lái)得到一個(gè)脈動(dòng)的直流電。通過(guò)改變晶閘管控制極觸發(fā)脈沖到來(lái)的時(shí)間及改變晶閘管導(dǎo)通角的大小，來(lái)改變整流電路輸出電壓的平均值。因?yàn)楸驹O(shè)備的直流電機(jī)額定電壓為220V，固外部輸入電源為220V交流電。橋式整流電路輸出電壓和輸出電流的平均值為： Uo=0.9U（1+cos）/2 Io=0.9U/Rl（1+cos）/2另外，晶閘管承受過(guò)電壓和過(guò)電流的能力很差，為了保證電路不被損壞，設(shè)備正常運(yùn)行，采取以下措施： 在整流電路的輸入端接兩個(gè)快速熔斷器FU1，F(xiàn)U2。因?yàn)榫чl管的熱容量很小，一旦發(fā)生過(guò)電流，元件可能會(huì)被燒壞，內(nèi)部發(fā)生短路或開(kāi)路。選用專(zhuān)用于保護(hù)晶閘管的快速熔斷器，熔絲為銀質(zhì)熔絲，它在同樣的過(guò)電流倍數(shù)之下，可以在晶閘管熔壞之前熔斷。將其接在輸入端可同時(shí)對(duì)輸出端短路和元件短路實(shí)現(xiàn)保護(hù)。選擇熔斷器時(shí)其電流定額應(yīng)接近實(shí)際工作電流的有效值。 將阻容吸收元件R1，C1串聯(lián)之后并聯(lián)在整流電路的輸入端。晶閘管耐受過(guò)電壓的能力很差，當(dāng)電路中電壓超過(guò)其反向擊穿電壓時(shí)，時(shí)間很短，就會(huì)將元件損壞。因此在輸入端并聯(lián)電容來(lái)吸收晶閘管上出現(xiàn)的過(guò)電壓。就是將造成過(guò)電壓的能量變成電場(chǎng)能儲(chǔ)存到電容器中，然后釋放到電阻中去消耗掉，實(shí)現(xiàn)過(guò)電壓保護(hù)。 在整流電路輸出端即負(fù)載兩端并聯(lián)一個(gè)二極管D3。因?yàn)楸倦娐方佑须姍C(jī)勵(lì)磁繞組和電感濾波，整流電路在接電感性負(fù)載時(shí)，晶閘管的導(dǎo)通角將大于（180-）。在導(dǎo)通周期上，負(fù)載會(huì)承受負(fù)電壓，造成整流輸出電壓和電流的平均值會(huì)減小。將二極管并聯(lián)在負(fù)載兩端，利用二極管與負(fù)載形成回路，從而使晶閘管因承受反向電壓而截止。電感元件釋放的能量消耗在電阻上。 濾波電路(主電路) 整流電路是將將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，但是得到的輸出電壓是單向脈動(dòng)的。本焊接設(shè)備對(duì)工件的調(diào)速性能要求高而且平穩(wěn)性好，固加在電機(jī)兩端的電壓脈動(dòng)應(yīng)小，因此還需改善輸出電壓的脈動(dòng)程度。利用在整流電路中加接濾波器來(lái)改善輸出電壓波形。因本設(shè)備主電路輸入為晶閘管電源，對(duì)輸出電壓的脈動(dòng)程度要求不太高且負(fù)載變動(dòng)較大，固僅需在整流電路輸出端串連一個(gè)電感濾波器即可。 電機(jī)供電和反饋電路設(shè)計(jì)（主電路）觸點(diǎn)及反饋電路如圖（8）：他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞是分離的,在電路中分別用勵(lì)磁繞組電源電壓Uv和電樞電源電壓U兩個(gè)直流電源供電.勵(lì)磁繞組電壓用另一個(gè)整流器4D供電.利用交流接觸器的常開(kāi)主觸點(diǎn)的通斷來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)、停止.在本調(diào)速系統(tǒng)中利用電壓負(fù)反饋和電流正反饋來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的自動(dòng)調(diào)節(jié).電壓負(fù)反饋由電阻Rf來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)電阻Rf將本焊接系統(tǒng)電機(jī)電樞兩端的電壓的一部分經(jīng)過(guò)反饋回路轉(zhuǎn)化為輸入端信號(hào)Ui的變化。當(dāng)需要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速時(shí)，通過(guò)一個(gè)整流器和一個(gè)可變電阻來(lái)調(diào)節(jié)反饋回路中給定直流電Us的大小來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。 圖（8）供電和反饋電路 整流和穩(wěn)壓電路（控制電路） 在單結(jié)晶體管的兩個(gè)基極間和其一個(gè)基極與發(fā)射極端都需加直流電壓。所以在控制電路中根據(jù)電路調(diào)節(jié)幅度的大小，選用兩個(gè)整流器來(lái)得到脈動(dòng)的直流電。在整流器與交流電源之間接一個(gè)變壓器，根據(jù)需要得到的電壓值來(lái)選擇變壓器的型號(hào)。為了防止交流電源電壓的波動(dòng)和負(fù)載電流的變化引起電機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，需在整流電路后端加穩(wěn)壓電路。最簡(jiǎn)單的直流穩(wěn)壓是通過(guò)穩(wěn)壓管來(lái)穩(wěn)定電壓。即在整流電路和負(fù)載之間再經(jīng)過(guò)限流電阻R和穩(wěn)壓管Dz組成的穩(wěn)壓電路。這樣在輸出端就可得到一個(gè)比較穩(wěn)定的電壓。在選擇穩(wěn)壓管時(shí)，取 Uz=Uo Izm=(1.53)IomUi=(23)Uo 放大器和觸發(fā)電路放大器和觸發(fā)電路如下圖（9）： 圖（9）放大器和觸發(fā)電路本電路用于給晶閘管整流電路提供觸發(fā)脈沖，從而來(lái)控制晶閘管導(dǎo)通的時(shí)刻。該觸發(fā)電路為單結(jié)晶體管觸發(fā)電路，利用單結(jié)晶體管當(dāng)其發(fā)射極與第一基極之間電壓等于晶體管峰點(diǎn)電壓Up時(shí)，單結(jié)晶體管導(dǎo)通。導(dǎo)通之后，當(dāng)發(fā)射極電壓小于谷點(diǎn)電壓Uv時(shí)，單結(jié)晶體管就截止這個(gè)特點(diǎn)。該觸發(fā)電路前端帶有放大器。由晶體管T1和T2組成直接耦合直流放大電路。T1是NPN型管，T2是PNP型管。Ui是觸發(fā)電路的輸入電壓，由給定電壓Ug及反饋信號(hào)等疊加在一起而得。Ui經(jīng)T1放大后加到T2。當(dāng)Ui增大時(shí)，T1集電極電流Ic1也增大，從而使T1的集電極電位Vc1，即T2的基極電位Vb2降低，使T2導(dǎo)通，T2的集電極電流Ic2增大。因T2兩端電壓是不變的，這樣相當(dāng)于晶體管T2的電阻變小，從而使電容器C3的充電加快，充電時(shí)間常數(shù)等于（R7+R）C。使輸出脈沖前移，輸出脈沖直接從R8上引出，來(lái)觸發(fā)晶閘管導(dǎo)通，從而使晶閘管的導(dǎo)通角增大。同理，Ui減小時(shí)，T2電阻變大，T2電阻的變化對(duì)輸出脈沖起移相作用，達(dá)到調(diào)壓目的。另外，在電路中加入一些輔助元件，使電路更完善，如下所示：、在放大電路輸入信號(hào)Ui的給定信號(hào)Ug前端需接穩(wěn)壓管D，是為了將整流電路輸出的電壓變換為梯形波，使單結(jié)晶體管輸出的脈沖幅度和每半周產(chǎn)生第一個(gè)脈沖的時(shí)間不受交流電源電壓的波動(dòng)的影響。、通過(guò)變壓器將觸發(fā)電路與主電路接在同一電源上，使晶閘管的導(dǎo)通角和輸出電壓平均值保持不變。、晶體管T1輸入端的二極管D4用做負(fù)電壓限幅，以保護(hù)T1的發(fā)射極不致承受過(guò)高的反向電壓。R4和C2組成的濾波電路，是為了濾去晶體管輸入信號(hào)中的高頻干擾分量。四、晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)原理電路圖經(jīng)分析現(xiàn)選用晶閘管控制調(diào)速，用調(diào)節(jié)觸發(fā)電路的觸發(fā)脈沖來(lái)控制晶閘管的輸出電壓，從而調(diào)節(jié)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。本設(shè)備直流調(diào)速系統(tǒng)原理電路圖如下圖（10）： 圖（10） 晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)原理電路圖主電路 在主電路中采用的是單相半控橋式整流電路，核心元件是晶閘管，利用其導(dǎo)通時(shí)刻可調(diào)來(lái)工作。D3是續(xù)流二極管，L是濾波電抗器。KM3、KM4是電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)交流接觸器的觸點(diǎn)。電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組另有整流器供電。R1、c1是阻容吸收電路，F(xiàn)U1、FU2是快速熔斷器，分別作晶閘管的過(guò)電壓和過(guò)電流保護(hù)用。 放大器和觸發(fā)電路 圖中Us是給定電壓，由單獨(dú)的整流器供給，其值根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械所要求的轉(zhuǎn)速確定，可調(diào)節(jié)電位器Rp2來(lái)改變它的大小。從電位器Rp1和電阻R3上分別取得電壓負(fù)反饋電壓Ufu和電流正反饋電壓Ufi，它們?cè)诜糯笃鬏斎攵伺c給定電壓比較后，取得差值電壓Ud=Ui=Ug-Ufu+Ufi 作為晶體管T1的輸入電壓。放大器是晶體管T1和T2組成的直接耦合直流放大電路，在這里T2相當(dāng)一個(gè)可變電阻，利用電容器充電快慢來(lái)衡量單結(jié)晶體管輸出脈沖的時(shí)刻，從而改變晶閘管導(dǎo)通角的大小。3.晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)工作原理 工作時(shí)，首先根據(jù)負(fù)載所要求的轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)電位器Rp2，來(lái)調(diào)節(jié)觸發(fā)電路觸發(fā)脈沖到來(lái)的時(shí)刻，使晶閘管可控整流電路輸出電壓的平均值U，滿(mǎn)足電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的要求。根據(jù)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速原理n=（U-IaRa)/Ke。當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)載增大時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩增大，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比，所以電樞電流也增大；由于整流電源內(nèi)部壓降增大，使電動(dòng)機(jī)端電壓U降低，根據(jù)電機(jī)調(diào)速原理，轉(zhuǎn)速n也下降，然后通過(guò)電壓負(fù)反饋和電流正反饋回路UsUfuUfiUi反饋后，因Ufu減小，Ufi增大，在放大器輸入端與給定電壓比較后，得差值電壓Ui=Us-Ufu+Ufi，使差值電壓Ui增高，并作為晶體管T1的輸入電壓，Ui經(jīng)T1放大后加到T2，因Ui增大，使T1集電極電流Ic1也增大，從而使T1的集電極電位Vc1，即T2的基極電位Vb2降低，使T2導(dǎo)通，T2的集電極電流Ic2增大。因T2兩端電壓是不變的，由整流器42CP6C供給。這樣相當(dāng)于晶體管T2的電阻變小，從而使電容器C3的充電加快，充電時(shí)間常數(shù)等于（R7+R）C。使單結(jié)晶體管加快導(dǎo)通，輸出脈沖前移，輸出脈沖直接從R8上引出，加在晶閘管的控制極，晶閘管導(dǎo)通，從而使晶閘管的導(dǎo)通角增大。單相半控橋式整流電路輸出電壓的平均值也就增大，在一定程度上補(bǔ)償了電動(dòng)機(jī)電樞兩端電壓的下降，轉(zhuǎn)速的下降，使轉(zhuǎn)速得以自動(dòng)調(diào)節(jié)。但此時(shí)轉(zhuǎn)速已經(jīng)較先前較小了，達(dá)到平滑調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。第五章 PLC程序設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一、電氣控制系統(tǒng)概述在現(xiàn)代化生產(chǎn)過(guò)程中,許多自動(dòng)控制設(shè)備、自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn),均需要配備電氣控制裝置.電氣控制裝置的輸入輸出信號(hào)可分為兩類(lèi):一類(lèi)為, 開(kāi)關(guān)量或數(shù)字信號(hào),輸入信號(hào)有按鈕、開(kāi)關(guān)、時(shí)間繼電器、壓力繼電器、溫度繼電器、過(guò)電流過(guò)電壓繼電器;輸出信號(hào)有接觸器、繼電器、電磁閥.另一類(lèi)其輸入信號(hào)是壓力傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器等信號(hào),輸出信號(hào)是輸出電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)閥、距離、速度等控制信號(hào).以往的電氣控制裝置主要采用繼電器、接觸器、或電子元器件來(lái)實(shí)現(xiàn),由連接導(dǎo)線(xiàn)將這些元器件按照一定的工作程序組合在一起,以完成一定的控制功能,稱(chēng)為接線(xiàn)程序控制.接線(xiàn)程序控制的電氣裝置體積大,生產(chǎn)周期長(zhǎng),費(fèi)工費(fèi)時(shí),接線(xiàn)復(fù)雜,故障率高,可靠性差,需要經(jīng)常地、定時(shí)地進(jìn)行檢修維護(hù).控制功能略加變動(dòng),就需重新進(jìn)行硬件組合、增減元器件、改變接線(xiàn).由于生產(chǎn)的快速發(fā)展,人們對(duì)自動(dòng)控制裝置提出了更通用、更靈活、更可靠的要求.現(xiàn)在的工業(yè)控制系統(tǒng),可編程序控制器即PLC以廣泛取代接線(xiàn)程序控制系統(tǒng).PLC是利用計(jì)算機(jī)作為核心設(shè)備,用存儲(chǔ)的程序控制代替的原來(lái)的接線(xiàn)程序控制,并且有較大的存儲(chǔ)能力和功能很強(qiáng)的輸入輸出接口.這種系統(tǒng)不僅具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)、記數(shù)等功能,而且還能進(jìn)行中斷控制、智能控制、過(guò)程控制、遠(yuǎn)程控制等.通過(guò)網(wǎng)絡(luò)可以與上位機(jī)通信,配備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、彩色圖像系統(tǒng)的操縱臺(tái),可以管理、控制生產(chǎn)線(xiàn)、生產(chǎn)流程、生產(chǎn)車(chē)間或整個(gè)工廠,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化工廠的全面要求。二、可編程控制器的特點(diǎn)可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng),專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì).它采用可編程序的存儲(chǔ)器,用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令,并通過(guò)數(shù)字式、模擬式的輸入輸出,控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程.可編程控制器與其有關(guān)設(shè)備,都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體,易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì).PLC主要具有以下特點(diǎn).1、可靠性高PLC采用微電子技術(shù),大量開(kāi)關(guān)動(dòng)作由無(wú)觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來(lái)完成,平均無(wú)故障時(shí)間很長(zhǎng). 其完善的自診斷功能,能及時(shí)診斷出PLC系統(tǒng)的軟件、硬件故障,并能保護(hù)故障現(xiàn)場(chǎng),保證了PLC控制系統(tǒng)的工作安全性.利用存儲(chǔ)在其內(nèi)部的程序來(lái)實(shí)現(xiàn)控制,又進(jìn)一步加強(qiáng)了PLC的可靠性.2、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)PLC可應(yīng)用于十分惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng),具有很強(qiáng)的抗空間電磁干擾能力,抗峰值高達(dá)1000伏、脈寬10s的矩形波,電磁干擾,具有良好的抗振能力和抗沖擊能力. 一般在環(huán)境溫度-2065C情況下可正常工作.3、靈活通用首先PLC產(chǎn)品系列化,結(jié)構(gòu)形式多種多樣,有很大的選擇余地.其次,PLC利用應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)控制,在程序編制上有較大的靈活性.在實(shí)現(xiàn)不同的控制任務(wù)時(shí),PLC具有良好的通用性.4、使用方便、維護(hù)簡(jiǎn)單PLC控制模塊具有即插即卸功能,連接容易;PLC提供標(biāo)準(zhǔn)通訊接口,可以方便構(gòu)成PLC-PLC網(wǎng)絡(luò)或計(jì)算機(jī)-PLC網(wǎng)絡(luò);PLC應(yīng)用程序的編制和調(diào)試非常方便;PLC具有監(jiān)控和診斷功能,可以迅速查找到故障點(diǎn),對(duì)大多數(shù)故障都可以及時(shí)予以排除.三、自動(dòng)直縫焊接設(shè)備電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1、控制系統(tǒng)方案概述設(shè)備控制要求:本設(shè)備用于焊接直縫,焊接時(shí)工件固定不動(dòng)，送絲機(jī)構(gòu)、焊接電源兩者需同步啟動(dòng)、停止，且保護(hù)氣體要先于送絲機(jī)構(gòu)、焊接電源.且操作方式能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、自動(dòng)切換.焊接過(guò)程中,輸送二氧化碳?xì)怏w保護(hù)氣,有設(shè)備的氣路系統(tǒng)供應(yīng).控制方案:焊接設(shè)備控制系統(tǒng)原理圖,如圖（11） 圖（11）焊接設(shè)備控制系統(tǒng)原理圖動(dòng)作順序:（1）手從零件中取出工件放在V型塊上，然后用專(zhuān)用夾具夾緊，準(zhǔn)備焊接。（2）移動(dòng)焊槍,焊矩與工件位置由手輪調(diào)整.（3） 按動(dòng)啟動(dòng)按鈕,氣路系統(tǒng)開(kāi)始向焊接區(qū)送入二氧化碳保護(hù)氣體.兩秒鐘后,主電機(jī)、送絲機(jī)構(gòu)、焊接電源三者同時(shí)啟動(dòng),開(kāi)始焊接.（4） 在焊接過(guò)程中,由行程開(kāi)關(guān)檢測(cè)焊接終點(diǎn)位置,當(dāng)焊槍移動(dòng)到焊接終點(diǎn)位置時(shí),行程開(kāi)關(guān)給PLC一個(gè)信號(hào),主電機(jī)、送絲機(jī)構(gòu)、焊接電源停.（5）以上步驟全部正確操作完畢,此焊接工序結(jié)束.2、硬件設(shè)計(jì)這是一個(gè)單體控制的小系統(tǒng),沒(méi)有特殊的控制要求,開(kāi)關(guān)量輸入點(diǎn)有17個(gè)（自動(dòng)保護(hù)開(kāi)關(guān)、復(fù)位、手動(dòng)/自動(dòng)、手動(dòng)啟動(dòng)/停止、行程開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)），開(kāi)關(guān)量輸出點(diǎn)有10個(gè)（三個(gè)狀態(tài)指示燈、六個(gè)接觸器、四個(gè)時(shí)間繼電器等），輸入輸出點(diǎn)共為27個(gè)。據(jù)此，可以選用一般中小型控制器。本焊接設(shè)備需要不斷改進(jìn)，來(lái)提高焊接工藝。固在這里我們留出一些輸入輸出點(diǎn)，以備系統(tǒng)改進(jìn)用。本設(shè)備選用環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)的西門(mén)子公司（SIEMENS）生產(chǎn)的PLC，S7-200型。輸入/輸出點(diǎn)總共為40個(gè)，其中輸入點(diǎn)為24個(gè)，輸出點(diǎn)為16個(gè)。該設(shè)備的總體控制系統(tǒng)原理圖如附圖3、控制流程圖如圖（12） 本程序設(shè)計(jì)中不但要求能夠自動(dòng)控制,而且自動(dòng)/手動(dòng)可切換.本控制的原始條件是主電機(jī)、送絲機(jī)、焊接電源均未啟動(dòng),工作臺(tái)上沒(méi)裝工件,所有控制部分均處于原為狀態(tài),電源指示燈綠燈亮.這時(shí)如果把工件放在夾具上,并且?jiàn)A緊.接下來(lái)將控制系統(tǒng)調(diào)為自動(dòng),按啟動(dòng)按鈕,系統(tǒng)開(kāi)始處于工作狀態(tài),且啟動(dòng)氣路系統(tǒng).開(kāi)始在焊接區(qū)輸送保護(hù)氣體,以清除焊接區(qū)的雜質(zhì).此時(shí),若想手動(dòng)控制焊接啟動(dòng),只需將控制方式調(diào)為手動(dòng),利用啟動(dòng)按鈕實(shí)現(xiàn)控制.當(dāng)保護(hù)氣體輸出2秒以后,驅(qū)動(dòng)工件運(yùn)轉(zhuǎn)的主電機(jī)、送絲機(jī)構(gòu)、焊接電源,同時(shí)加載,開(kāi)始焊接,由行程開(kāi)關(guān)控制焊接工序結(jié)束,當(dāng)行程開(kāi)關(guān)感應(yīng)到時(shí),給PLC發(fā)出信號(hào),結(jié)束焊接.若焊接結(jié)束時(shí),行程開(kāi)關(guān)未感應(yīng)到,則會(huì)有限位開(kāi)關(guān)進(jìn)行保護(hù).焊接結(jié)束時(shí),焊接區(qū)由于快速冷卻,產(chǎn)生裂紋,固讓氣路系統(tǒng)在焊接結(jié)束兩秒后停止送氣.此時(shí),設(shè)備完全處于原為狀態(tài),一個(gè)焊接工序結(jié)束,等待再一次啟動(dòng).同時(shí)，該設(shè)備可以左右焊接。 圖（12）控制流程圖4、I/O分配表在這里為了便于編制、便于閱讀程序,建立一個(gè)I/O分配表,使輸入輸出變量所表示的內(nèi)容與其變量地址一一對(duì)應(yīng)起來(lái).在編程時(shí),將每個(gè)變量地址表示內(nèi)容注在注釋中.本焊接控制系統(tǒng)I/O分配表,見(jiàn)表(4). 序號(hào)名稱(chēng)地址注釋1急停I0.0“1”有效2過(guò)電流保護(hù)I0.1“1”有效3左限位開(kāi)關(guān)I0.2“1”有效4右限位開(kāi)關(guān)I0.3“1”有效5自動(dòng)開(kāi)關(guān)I0.4“1”有效6手動(dòng)開(kāi)關(guān)I0.5“1”有效7手動(dòng)送氣啟動(dòng)開(kāi)關(guān)I0.6“1”有效8手動(dòng)送氣停止開(kāi)關(guān)I0.7“1”有效9自動(dòng)左進(jìn)開(kāi)關(guān)I1.0“1”有效10左行程開(kāi)關(guān)I1.1“1”有效11自動(dòng)停止開(kāi)關(guān)I1.2“1”有效12左進(jìn)反接電阻信號(hào)I1.3“1”有效13手動(dòng)點(diǎn)動(dòng)左進(jìn)開(kāi)關(guān)I1.4“1”有效14自動(dòng)右進(jìn)開(kāi)關(guān)I1.5“1”有效15右行程開(kāi)關(guān)I1.6“1”有效16右進(jìn)反接電阻信號(hào)I1.7“1”有效17手動(dòng)點(diǎn)動(dòng)右進(jìn)開(kāi)關(guān)I2.0“1”有效18電源指示燈Q0.0“1”有效19自動(dòng)指示燈Q0.1“1”有效20手動(dòng)指示燈Q0.2“1”有效21手動(dòng)送氣Q0.3“1”有效22左進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)Q0.4“1”有效23自動(dòng)送氣延時(shí)停止Q0.5“1”有效24左進(jìn)切除反接電阻Q0.6“1”有效25右進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)Q0.7“1”有效26自動(dòng)送氣延時(shí)停止Q1.0“1”有效27右進(jìn)切除反接電阻Q1.1“1”有效 表（4）控制系統(tǒng)I/O分配表以上為本控制系統(tǒng)用到的所有內(nèi)存地址單元,為了便于閱讀程序,本程序采用梯形圖語(yǔ)言表示.采用的編程軟件STEP7-Micro/WIN32來(lái)編寫(xiě)程序.并且通過(guò)本編程軟件可以實(shí)現(xiàn)梯形圖與語(yǔ)句表兩種語(yǔ)言之間的轉(zhuǎn)換,可以更好的閱讀理解程序.6、程序設(shè)計(jì)(梯形圖)梯形圖程序:如圖附所示.第六章 設(shè)計(jì)小結(jié) 轉(zhuǎn)眼間，我已將告別三年的大學(xué)生活。畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們每個(gè)畢業(yè)生離學(xué)校前的一個(gè)必修課題。他對(duì)我們既是一個(gè)挑戰(zhàn)，也是一個(gè)機(jī)遇，畢業(yè)設(shè)計(jì)是立足于三年所學(xué)的基礎(chǔ)只上，對(duì)其進(jìn)行綜合利用，積累和創(chuàng)新的過(guò)程，他要求我們對(duì)三年來(lái)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，并運(yùn)用到設(shè)計(jì)過(guò)程中，是理論和實(shí)踐相結(jié)合的具體表現(xiàn)。 在此之前，我們所學(xué)的知識(shí)，比較零散，在大腦里面沒(méi)有理順，綜合運(yùn)用知識(shí)的能力比較差，在此通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程，通過(guò)對(duì)教材的復(fù)習(xí)和資料的查閱，使我們加深了對(duì)理論知識(shí)的深刻理解和熟練掌握初步鍛煉了自己獨(dú)立解決問(wèn)題的設(shè)計(jì)問(wèn)題的能力。 我們?cè)O(shè)計(jì)的題目消防筒罐體自動(dòng)焊接機(jī)，消防筒的自動(dòng)焊接可以分為機(jī)械和電器兩方面問(wèn)題，我們主要設(shè)計(jì)的是機(jī)械問(wèn)題，他是我們小組畢業(yè)之前是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，通過(guò)設(shè)計(jì)任務(wù)的完成，是我們明白了設(shè)計(jì)不是憑空捏造出來(lái)的，而是在大量數(shù)據(jù)，資料，精力是基礎(chǔ)之上的，綜合了設(shè)計(jì)者的思想，并通過(guò)理論經(jīng)驗(yàn)公式，教核和實(shí)踐檢驗(yàn)是不是可行，每一個(gè)步驟都要仔細(xì)檢查運(yùn)算和有關(guān)的數(shù)據(jù)，綜合協(xié)調(diào)個(gè)部分的關(guān)系，從而的出最佳的結(jié)論，畢業(yè)設(shè)計(jì)使我們明白了設(shè)計(jì)的一般步驟方法，這最我們即將走向工作崗位是很有益的。我們十分感謝在設(shè)計(jì)中給予我們大力幫助的姚老師和圖書(shū)館的老師的熱誠(chéng)幫助，由于我們的經(jīng)驗(yàn)不足，知識(shí)不很豐富，在實(shí)際設(shè)計(jì)中難免有一些不足和失誤的地方，望各位老師和同學(xué)給予指正以便以后進(jìn)一步提高。最后，我們?cè)僖淮胃兄x在設(shè)計(jì)中給予我們指導(dǎo)的姚老師以及全體評(píng)委老師，衷心希望學(xué)校能進(jìn)一步創(chuàng)造輝煌。第七章 參考資料1金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè) 范云漲 陳兆年主編 1993年8月2機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)2零件設(shè)計(jì) 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫(xiě)組編 1980年8月3交直流調(diào)速系統(tǒng) 史國(guó)生主編 2001年4月4機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 張培金 藺聯(lián)芳主編 1988年11月5實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) 李洪主編 1999年1月6數(shù)控技術(shù) 中國(guó)機(jī)械工業(yè)教育協(xié)會(huì)組編 2001年6月7機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì) 王昆 何小柏 汪信遠(yuǎn)主編 1995年9月8實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì) 劉明保 李宏德 王志偉主編 2003年3月9機(jī)械原理 馬永林主編 1991年7月10工廠電器控制技術(shù) 張運(yùn)波主編 2000年10月11可編程控制器原