自动裁线机毕业论文

来源:建设工程网 发布时间:2020-11-29 点击:

2013级毕业论文 课 题:
自 动 裁 线 机 班 级:
电气自动化技师班 姓 名:
学 号:
指导教师:
2013年X月X日 XX技师学院 摘要 随着国内外科技水平的提高,自动化设备慢慢进入人们的生活。智能洗衣机、恒温系统、楼宇灯自动控制系统、大型的产品生产机床等等自动化设备走进了我们的工作、生活中,使我们的生活、工作变得更加的方便快捷。本产品的灵感来源于生活,现在电子产品更新换代的相当之快,而且有大批的产品中需要用到长短不一的导线,这些产品通常都不是只生产一两个,而是大批量生产。这个时候人工裁线就显的相当低效,于是就需要一台可以自动裁剪规定长度的裁线机来完成这些工作,使之能更加高效的完成裁剪工作节省人力物力。

自动裁线机采用一台PLC控制两台步进电动机,一台用以带动两个输送轮旋转进行线的输送,一台用以带动线槽旋转,使线槽中的成品可以倾倒于下方成品槽中。裁剪方面由气泵提供动力,PLC控制电磁阀向气缸供给动力,使其下压裁断。

关键词:自动化 PLC 裁线机 目录 摘要 -------------------------------------------------- 2 第一章 绪论 1.1 选题背景 -------------------------------------- 5 1.2 设计要求 -------------------------------------- 5 1.3 研究意义 -------------------------------------- 5 第二章 框架设计 2.1 框架设计 -------------------------------------- 5 第三章 输送装置 3.1 步进电机 -------------------------------------- 7 3.2 步进电机工作原理 ----------------------------- 7 3.3 步进驱动器 ------------------------------------- 8 3.4 步进驱动器原理 -------------------------------- 8 3.5 步进驱动器拨码细分 ---------------------------- 9 3.6 输送轮 --------------------------------------- 10 3.7 走线槽 --------------------------------------- 10 第四章 裁剪装置 4.1 电磁阀 ---------------------------------------- 10 4.2 迷你气缸 -------------------------------------- 11 4.3 刀具 ----------------------------------------- 11 第五章 PLC控制 5.1 PLC简介 --------------------------------------- 12 5.2 PLC选用 -------------------------------------- 12 5.3 流程图 -------------------------------------- 13 5.4 I/O口分配 ------------------------------------ 14 5.5 PLC程序 ------------------------------------ 15 第六章 实物拼装 6.2 裁剪装置 -------------------------------------- 16 6.3 输送装置 -------------------------------------- 16 第七章 心得、总结 7.1 心得与体会 ------------------------------------ 17 7.2 感谢 ------------------------------------------ 18 7.3 参考文献 -------------------------------------- 18 附录 ------------------------------------------ 19 第一章 绪论 1.1 选题背景 现在电子产品更新换代的相当之快,而且有大批的产品中需要用到长短不一的导线,这些产品通常都不是只生产一两个,而是大批量生产。这个时候人工裁线就显的相当低效,于是就需要一台可以自动裁剪规定长度的裁线机来完成这些工作,使之能更加高效的完成裁剪工作节省人力物力。于是关于自动裁线机的设想就确定下来。

1.2 设计要求 产品可以自动进行裁剪,可以根据给予的脉冲数量改变所裁剪导线的长短,根据PLC程序计数来裁剪出规定数量的导线,通过改变步进驱动器细分选择改变导线的输送速度进而改变单个流程的所用时间。

1.3 研究意义 尽可能整合学校所学的知识,加以熟悉运用,最大化巩固知识,并加以扩展学习。锻炼自身自主学习、团队合作能力,提升解决问题的能力。尽量整合在校期间所学的知识,制作一台简易的自动化设备,可以对学习的知识进行巩固并加以运用,能更深入的了解、学习。也希望自己所学的知识能够有所作用,研究出的产品能够在一些场合有实际作用。

第二章 框架设计 2.1 框架设计 外观框架初始思路为长方体,由3030工业铝型材搭建而成。铝型材是现在社会生产中比较常见的一种材料,在航空、建筑、冷凝器、汽车零件、等行业有着广泛的用途,其优良的性能和众多的优点,在广大行业中深受青睐。这个项目采用这种材料是为了方便构架框架,也更方便于后期的改装。

框架设计(如图1)
(图1)
1 步进电机1 步进驱动器 5 输送轮 2 走线槽 6 步进电机2 步进驱动器 3 成品槽 7 原料点 4 刀具 8 PLC、电源等 实物框架(如图2)
(图2)
第三章 输送装置 3.1 步进电机 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度,称为“步距角”,它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;
同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加 速度,从而达到调速的目的。

选择步进电机是因为步进电机可以根据程序与步进驱动器从而控制电机转动的角度或步数。经过计算设计,可以使步进电机所带动的线槽每次得电旋转90°,也可以使其带动的输送轮根据程序旋转一定圈数,从而控制所裁剪的成品导线的长度。可根据程序改变输送长度与旋转角度就是选择步进电机的原因。

步进电机有步距角(涉及到相数)、静转矩、及电流三大要素组成。一旦三大要素确定,步进电机的型号便确定下来了。本产品采用的是 3.0A 1.8N.M 两相四线制的57步混合式步进电机。

3.2 步进电机工作原理  步进电机是一种感应电机,它的工作原理是利用电子电路,将直流电变成分时供电的,多相时序控制电流,用这种电流为步进电机供电,步进电机才能正常工作,驱动器就是为步进电机分时供电的,多相时序控制器。

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲:当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(即步进角)。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;
同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。

3.3 步进驱动器 步进电机是一种作为控制用的特种电机, 它的旋转是以固定的角度(称为“步距角“)一步一步运行的, 其特点是没有积累误差(精度为100%), 所以广泛应用于各种开环控制。步进电机的运行要有一电子装置进行驱动, 这种装置就是步进电机驱动器, 步进驱动器是步进系统中的核心组件之一。它按照控制器发来的脉冲/方向指令(弱电信号)对电机线圈电流(强电)进行控制,从而控制电机转轴的位置和速度。

步进驱动器的选用主要根据以下三个方面:
(1)驱动器的电流 (2)驱动器供电电压 (3)驱动器的细分 本产品采用的是MB450A细分型两相混合式步进电机驱动器,采用直流18~50V供电,适合驱动电压24V~50V,电流小于4.2A外径42~86毫米的两相混合式步进电机。此驱动器采用交流伺服驱动器的电流环进行细分控制,电机的转矩波动很小,低速运行很平稳,几乎没有振动和噪音。高速时力矩也大大高于其它二相驱动器,定位精度高。

3.4 步进驱动器原理 步进驱动器是把控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移, 或者说: 控制系统每发一个脉冲信号, 通过驱动器就使步进电机旋转一步距角。所以步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。所以,控制步进脉冲信号的频率,可以对电机精确调速;
控制步进脉冲的个数,可以对电机精确定位目的。

本项目使用的步进驱动器细分最大是400,即400个脉冲输送给步进电机的话,步进电机会转动一圈,800脉冲就是两圈,以此类推。假设步进电机所带动的输送轮转一圈是5cm,而所裁的导线需要40cm,只需要输送3200个脉冲给步进电机就能达到规定长度。通过改变输送的脉冲或者步进驱动器的细分就可以控制所要裁剪的导线长度。

3.5 步进驱动器拨码细分 MB450A步进驱动器拨码细分(如图3)
(图3)
(1)电流设定 SW1、SW2、SW3是步进驱动器输出电流设定,这里是根据步进驱动器所接的步进电机的额定电流来决定的,本项采用的步进电机额定电流是3.0A,只需调节拨码使步进驱动器输出电流为3.0即可。

(2)半/全流模式设定 OFF表示静态电流设为动态电流的一半,ON表示静态电流与动态电流相同。一般情况下应把SW4设为OFF,使得电机与驱动器的发热减少,可靠性提高。脉冲串停止后0.4秒左右电流自动减至一半左右(实际值60%),发热量理论上减至36%。

(3)细分设定 SW5、SW6、SW7、SW8是步进驱动器的细分设定,这款步进驱动器最大细分是400,最小是25000,因为是大批量的裁剪,所要求的精度也不是很高,这里就使用最大的细分,一圈400个脉冲。

综合上述,本项目所用步进驱动器的拨码见(表1)详细拨码细分见附录。

电流设定 SW1 SW2 SW3 2.84A ON ON OFF 细分设定 SW5 SW6 SW7 SW7 400 ON OFF OFF OFF (表1)
3.6 输送轮 输送轮采用的是两个万向轮改装而成,一个固定于 可调高度的框架上,一个由步进电机带动旋转。并与另 一个输送轮以类似啮合的形式完成线的输送。这种方法 相比于初始时想到的机械手抓取来说,性价比更高, 成本低,效率更快输送轮(如图4)
(图4)
3.7 走线槽 走线槽的是由一根45cm的3030工业铝型材改装而成的,四面都有凹槽,一端固定,一端由一台步进电机带动旋转,将线槽中裁剪完成的线倾倒于线槽下方的成品槽中。走线槽可以保证线在输送时不会毫无章法的乱跑,甚至于挤压在一起,并且能保证裁剪完成的线可以倾倒至成品槽。

走线槽(如图5)
(图5)
第四章 裁剪装置 4.1 电磁阀 电磁阀是用电磁控制的工业设备,用在工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和其他的参数。电磁阀可以配合不同的电路来实现预期的控制,而控制的精度和灵活性都能够保证。本产品用PLC控制电磁阀, 以气泵为动力,所以选用的是DC24V 4.8W 空气介质型 内部先导式 五口二位电磁阀。

电磁阀(如图6)
(图6)
4.2 迷你气缸 气缸是将压缩空气的压力能转换为机械能,驱动机构作直线往复运动、摆动和旋转运动。引导活塞在其中进行直线往复运动的圆筒形金属机件。工质在发动机气缸中通过膨胀将热能转化为机械能;
在项目中气缸前端连接上刀具,将气缸垂直固定,由气缸带动刀具自上而下运动裁断导线。,选用气缸时考虑到气缸的大小不应过大,行程不能长,经过测量筛选最终采用的是内置磁环、缸径16MM、行程75MM的标准型气缸CDJ2B-16-75(如图7)
(图7)
4.3 刀具 刀头由一个Y型接头与保安刀片制作而成,用螺栓和螺母固定住刀片。将刀具连接至针形气缸上由其带动自上而下进行运动,下压由刀片将导线裁断。

刀头(如图8)
(图8)
第五章 PLC控制 5.1 PLC简介 PLC英文全称Programmable Logic Controller ,中文全称为可编程逻辑控制器,PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩展其功能的原则而设计。

PLC的特点 (1)可靠性高,抗干扰能力强 (2)配套齐全,功能完善,适用性强 (3)易学易用,深受工程技术人员欢迎 (4)系统的设计、建造工作量小,维护方便,容易改造 (5)体积小,重量轻,能耗低 5.2 PLC选用 随着PLC的推广普及,PLC产品的种类和数量越来越多,而且功能也日趋完善。近年来,从美国、日本、德国等国引进的PLC产品及国内厂家组装或自行开发的产品已有几十个系列、上百种型号。PLC的品种繁多,其结构型式、性能、容量、指令系统、编程方法、价格等各不相同,适用场合也各有侧重。因此,合理选择PLC,对于提高PLC在控制系统中的应用起着重要作用。

选型时应考虑两个方面,即机型的选择与输入/输出的选择。

本产品采用的是晶体管PLC,相对于继电器PLC而言,晶体管PLC的响应速度更快,响应速度快就代表着在程序运行时控制角度会更加精准。输入/输出不多,所以相应的可以选取端口少的PLC。

5.3 流程图 运行流程图(如图9)
(图9)
5.4 I/O分配 I/O分配图(图10)
(图10)
(1) X1启动是模式1,所裁剪的长度40cm,数量为10根 (2) X2启动是模式2,所裁剪的长度20cm,数量为20根 (3)
X3 循环是模式3,所裁剪的长度30cm,数量循环不定量 输入/输出分配表(如表2)
输入 端口 输出 端口 启动,模式1 X1 电机1 Y0 启动,模式2 X2 电机2 Y1 循环,模式3 X3 电磁阀 Y4 停止 X4 (表2) 5.5 PLC程序 本项目用的是步进电机,步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构,所以需要用到脉冲输出指令PLSY 例如: [ PLSY K1000 K2000 Y0] 这条指令中,PLSY代表的是连续执行型脉冲输出指令,K1000代表的是脉冲频率,K2000代表的是输出的脉冲数,Y0代表的是脉冲输出端子。即以1000HZ的脉冲频率向Y0输送2000个脉冲。控制输出脉冲的数量可以改变步进电机所转动的圈数,从而控制其输送的导线长短,调节脉冲频率可以改变步进电机的工作时间。

在脉冲输出指令后面使用了一个特殊辅助继电器M8029, M8029在程序中的作用是在一个指令执行完成后可以用M8029来启动下一个指令。

例如下图这条指令(如图11)
(图11)
前一条就是脉冲输出指令,当其中的2000个脉冲输出完毕后,M8029得电一次,跳转到下一步,执行S0中的程序。

裁线机除了需要裁减不同长度的导线外,还需要裁减规定数量的导线,这里就需要用到PLC的内部计数器C。

例如:
(C0 K10)
这条指令中K10 是代表所需计数的次数,计数10次后计数器动作。详细程序(见附录)
第六章 实物拼装 6.1 裁剪装置 本项目的裁剪主要是由气泵供给动力,针形气缸带动其前端连接的刀具自上而下运动完成裁剪工作。气缸是固定在两块有机玻璃上的孔中,两点固定保证 气缸不会因为裁剪时的震动发生偏转位移。将有机玻璃两端用直角件固定在铝合金框架上完成裁剪装置的固定。

裁剪装置(如图12)
(图12)
6.2 输送装置 输送装置是由两台步进电机及其步进驱动器、一对输送轮、一个走线槽构成的。其中一台步进电机带动一个输送轮旋转,另一个输送轮起到摩擦作用,通过步进驱动器输出脉冲的多少来改变其输送导线的长短。

另一台步进电机带动走线槽旋转,走线槽 四面都有凹槽,且有一定高度,保证导线输送到 走线槽时不会乱走。这台步进电机每次得电只让 它转过90°,使得走线槽也翻转90°,通过翻转 将走线槽中所裁剪完成的导线倾倒于下方成品槽中。

(如图13)
(图13)
第七章 心得体会 7.1 心得体会 当我接到这个课题的时候,第一感觉就是这个课题貌似有些简单,但当项目真正开始着手实施的时候我才发现,理想永远是美好的,偏偏又不容易实现。

我遇到的第一个问题就是关于线的输送方式,受到机电一体化机床的灵感,最初是想利用机械手抓取,水平移动线的长短。但是希望将它付诸实施的时候却犯了难!找不到合适的机械手,而且机械手的价格也让人望而却步。正当我一筹莫展的时候,老师给我们提了个方案,用两个轮子以摩擦的形式进行输送,相对于机械手的昂贵价格,这种方案更加的经济,也更加的方便快捷。但是具有一定摩擦力的又符合要求的轮子实在是太难找了,实在找不到现成的输送轮,那么就只能自己改装制作,最终选用了两个小型万向轮改装制作成现在的输送轮。

我的走线槽是有一根45cm的3030铝型材与一根50cm的毛细钢管改装而成,一共有四条凹槽,是将裁好的线倾倒于走线槽下方的成品槽中,这里实用步进电机带动成品槽旋转一定角度完成倾倒工作。实际安装调试的时候导线总会跑出走线槽,苦恼了半天后决定加高凹槽,使的导线无法跑出走线槽。对于如何控制步进电机旋转90°的问题上我也犯了难,以前并没有接触过着方面的东西,只好翻阅各种资料,寻求帮助,一点点吸收消化步进电机与步进驱动器的使用方法,配合PLSY脉冲输出指令终于把它实现,攻克它的感觉还真是令人难忘。

裁剪的方式灵感来源于机电一体化机床的气缸打料,将前端的圆柱换成刀头就好了,刀头的改装方案是在淘宝上偶然看到的一个Y型接头,感觉这个非常适合改造成刀头,于是找到了可以与之相配合的保安刀片,用一枚螺栓固定在安装到气缸上就是一个整体的裁剪装置。裁断方式是垂直下压,气缸的固定上除了些问题,淘宝上没有找到合适的固定件,实体店里的固定件大小也不合适,项目一度卡在这里,也曾到处寻求帮助,但都没有一个完整的解决方法。

后来是受其他项目中有机玻璃的启发,用两根长短适宜的有机玻璃钻孔以两点固定的方式将气缸固定到有机玻璃上,再将有机玻璃固定至框架上。

书写指令的时候发现自己并不清楚脉冲输出指令完成后该如何自动跳转至下一步,查阅了很多资料才了解到M8029特殊辅助继电器的用法,它可以在脉冲输出完成后得电一次,使程序跳转到下一步。

在调试的时候发现自己所编写的程序中输出的脉冲数太多,原先并没有去考虑脉冲输出数与步进驱动器细分的配合,使得输送的长度不符合原先的设想。知道了原因后经过反复的计算调试,使得输送的长度精准度大大的提高。

一个项目下来大事没有,小事不断,在这条路上遇到很多零零碎碎的问题,一路跌跌撞撞的闯过来,到头才发现,这条路虽然艰苦,但是收获颇丰。在这短时间里学会了更多关于专业的知识,也明白了团队合作的重要,一人计短,两人计长,只有相互互补才能走的更远,现在终于明白技师研修的意义,要的并不是结果,而是过程,这段时间中学到多少也并不重要,重要的是会学习了么,学习方法,学习的态度等等。那些阻碍让我明白,信念付诸于实施就需要坚持! 7.2 感谢 这几个月相当不容易,感谢这段时间里帮助过我的老师和同学。在我毫无头绪的时候为我带来一丝灵感,在我不懂的事物上全力的帮助我,在我摇摆不定的时候坚定我的信念。在此谨向他们致以诚挚的谢意! 7.3 参考文献 (1) MB450A步进驱动器使用说明 http://detail.china.alibaba.com/offer/1221971652.html (2)
PLSY指令详解 http://wenku.baidu.com/view/8de260afd1f34693daef3e17.html (3)张梦欣.可编程控制器及其应用.北京:中国劳动社会保障出版社,2007 附录:
PLC程序(梯形图)
步进驱动器拨码细分 电流设定 SW1 SW2 SW3 1.00A ON ON ON 1.46A OFF ON ON 1.92A ON OFF ON 2.37A OFF OFF ON 2.84A ON ON OFF 3.32A OFF ON OFF 3.76A ON OFF OFF 4.20A OFF OFF OFF 细分设定 SW5 SW6 SW7 SW8 400 OFF ON ON ON 800 ON OFF ON ON 1600 OFF OFF ON ON 3200 ON ON OFF ON 6400 OFF ON OFF ON 12800 ON OFF OFF ON 25600 OFF OFF OFF ON 1000 ON ON ON OFF 2000 OFF ON ON OFF 4000 ON OFF ON OFF 5000 OFF OFF ON OFF 8000 ON ON OFF OFF 10000 OFF ON OFF OFF 20000 ON OFF OFF OFF 25000 OFF OFF OFF OFF

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