棒料切割機(jī)的設(shè)計(jì)(共24頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上目 錄專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)棒料切割機(jī)的設(shè)計(jì)機(jī)械電子專(zhuān)業(yè) 學(xué)生 韋忠爽指導(dǎo)教師 閆冰潔摘要：通過(guò)對(duì)切割過(guò)程的觀(guān)察和研究，本課題采用了機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想，對(duì)其整體造型、機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì),此棒料切割機(jī)電一體化系統(tǒng)主要由四個(gè)部分組成：機(jī)械本體、電子控制單元、執(zhí)行器和動(dòng)力源。工作原理是電動(dòng)機(jī)通過(guò)帶傳動(dòng)帶動(dòng)切割片做高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，電機(jī)與工作臺(tái)之間采用鉸支撐方式，升降液壓缸可推動(dòng)切割片進(jìn)行上下移動(dòng)帶動(dòng)刀片完成順序切割動(dòng)作。切割機(jī)采用PLC控制各個(gè)液壓換向閥的電磁鐵，實(shí)現(xiàn)棒料的自動(dòng)下料和切割以及檢測(cè)工作。隨動(dòng)工作臺(tái)前進(jìn)速度也可以通過(guò)夾緊機(jī)械手夾緊棒料使之與棒料速度同步。橫向切

2、割時(shí)的切割速度可以通過(guò)液壓缸來(lái)調(diào)節(jié)?，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況表明，此切割機(jī)具有動(dòng)作快、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)以及與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)方便等優(yōu)點(diǎn)，能夠降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。關(guān)鍵詞：切割機(jī)；機(jī)電一體化；液壓；棒料；PLC控制Design of Bar Cutting MachineStudent majoring in mechanical and electronic engineering Name Wei Zhongshuang Tutor Yan Bingjie Abstract：Based on the research of the cutting process, this subject

3、 adopts mechanical and electrical integration of system design idea, the overall modeling, mechanical structure and control system design, bar stock cutting the mechanical and electrical integration system is mainly composed of four parts: the basic machine, electronic control unit, actuators, and p

4、ower supply. Working principle is the motor drives the cutting piece of high-speed movement, motor and adopts the hinged support method between the workbench, a falling cylinder can be driven to move up and down push cutting disc blade cutting action completed order, each hydraulic cutting machine a

5、dopts PLC control reversing valve electromagnet, implement automatic cutting and blanking bar work and tests. And servo table speed can also be through the clamping manipulator clamping bar to that of the bar speed synchronization. Transverse cutting when the cutting speed can be adjust by hydraulic

6、 cylinder. Field operation shows that, the design of the cutting machine is fast, smooth movement, and convenient with computer on line, it can improve the labor intensity of workers, to achieve automatic control, improve labor productivity.Key words：Cutting machine; Mechanical and electrical integr

7、ation; Hydraulic pressure; bar; PLC control引言 當(dāng)今時(shí)代正是中國(guó)發(fā)展的黃金時(shí)代，中國(guó)又是一個(gè)發(fā)展中國(guó)家，要想謀求更大的發(fā)展，行業(yè)的轉(zhuǎn)型是一定的，所以輕工業(yè)的轉(zhuǎn)型，重工業(yè)與機(jī)械制造的行業(yè)的重視是必然的。就這一點(diǎn)來(lái)看，讓我們清晰看到機(jī)械行業(yè)的發(fā)展前景有著如此大的潛力。它與其他行業(yè)有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，越來(lái)越多的產(chǎn)品智能化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化，單純的機(jī)械已經(jīng)不能適應(yīng)行業(yè)發(fā)展的需要，漸漸地就出現(xiàn)了機(jī)電一體化?，F(xiàn)代機(jī)械的機(jī)電一體化的目標(biāo)是綜合利用機(jī)、電、信息、控制等各方面的相關(guān)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)1，揚(yáng)長(zhǎng)避短以達(dá)到系統(tǒng)優(yōu)化的效果，取得顯著地社會(huì)效益

8、和技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。1概述1.1 選題背景機(jī)電一體化產(chǎn)品廣泛應(yīng)用各種加工業(yè)，切割技術(shù)也有了飛速的發(fā)展，手工切割已經(jīng)適應(yīng)不了現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的要求。如今已進(jìn)入以通用機(jī)械時(shí)代。幾十年來(lái)，切割技術(shù)的研究和發(fā)展一直比較活躍，設(shè)計(jì)在不斷的修改，品種也在不斷的增加，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷的擴(kuò)大。而目前市面上有很多型號(hào)的棒料切割機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)節(jié)，維修不方便，生產(chǎn)效率低，智能化低等不足。1.2 研究意義本棒料機(jī)的切割機(jī)構(gòu)屬于機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，它解決了現(xiàn)有的自動(dòng)切割機(jī)所存在的精度不高，操作復(fù)雜，智能化低等問(wèn)題。本課題針對(duì)目前市場(chǎng)上的切割機(jī)設(shè)計(jì)的不足，對(duì)棒料切割機(jī)進(jìn)行改造創(chuàng)新，增加智能化程度，設(shè)計(jì)出具有控制方便，性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

9、，調(diào)節(jié)、維修方便，安全可靠，低能耗，在切割中能使棒料位置穩(wěn)定、切割長(zhǎng)度準(zhǔn)確，生產(chǎn)率高，運(yùn)行平穩(wěn)，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率等優(yōu)點(diǎn)的具有廣泛應(yīng)用前景的方案。與一般現(xiàn)在市面上的切割機(jī)相比，本次設(shè)計(jì)的這種切割機(jī)有以下優(yōu)點(diǎn)：1）實(shí)現(xiàn)了機(jī)械工程和自動(dòng)控制的有效結(jié)合，機(jī)械部分采用機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)，整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中都進(jìn)行了綜合技術(shù)比較與經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的功能。2）整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程都采用了液壓傳動(dòng)控制，與氣壓傳動(dòng)相比，液壓傳動(dòng)有可在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速；液壓傳遞運(yùn)動(dòng)均勻、平穩(wěn)；易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。 3）在設(shè)計(jì)過(guò)程中，縱橫行走裝置采用了直線(xiàn)導(dǎo)軌，既提高了運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)精度，又很大程度的減小了摩擦力，達(dá)到了節(jié)能的效

10、果。4）整個(gè)切割過(guò)程都由PCL控制，以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理、設(shè)備性能良好、生產(chǎn)率高、安全系數(shù)高等因素，滿(mǎn)足了自動(dòng)化大批量的生產(chǎn)要求。所設(shè)計(jì)的棒料切割機(jī)，融合了液壓自動(dòng)控制、機(jī)器人技術(shù)和PLC控制技術(shù)。PLC控制各個(gè)液壓換向閥的電磁鐵，由液壓缸驅(qū)動(dòng)機(jī)械手完成順序切割過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械設(shè)計(jì)、電器控制和液壓傳動(dòng)控制的有效結(jié)合。此棒料切割機(jī)是一種既能有效的提高生產(chǎn)率，又在價(jià)格和使用方面能被廣大用戶(hù)所接受的一種新型的自動(dòng)控制切割機(jī)。2 切割部分設(shè)計(jì)2.1 切割部分設(shè)計(jì)要求為了保證棒料的剪斷，剪應(yīng)力應(yīng)超過(guò)材料的許應(yīng)剪應(yīng)力,即切斷棒料的條件為： （2-1） 查資料可知棒料的許用剪應(yīng)力為：,取最大值。由于本切斷機(jī)切斷

11、的最大棒料粗度為：。則本機(jī)器的最小切斷力由（2-1）得： 取切割機(jī)的項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用機(jī)電一體化設(shè)計(jì)思想，要求棒料切割機(jī)采用PLC對(duì)棒料的切割過(guò)程及檢測(cè)進(jìn)行自動(dòng)控制，并能根據(jù)PLC定長(zhǎng)信號(hào)分別切割兩條連續(xù)的棒料，完成了系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)后可以實(shí)現(xiàn)對(duì)棒料的準(zhǔn)確定長(zhǎng)切割，切割后自動(dòng)返回初始位置。原始棒料尺寸范圍在角鋼： 圓鋼： 槽鋼： 鋼管：，切割成之間的棒料，其切口深度為,再用壓斷機(jī)進(jìn)行壓斷處理。2.2 切割部分設(shè)計(jì)方案切割部分主要有砂輪切片、電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成?，F(xiàn)在設(shè)計(jì)的在切割部分有兩種方案可行：第一，電動(dòng)機(jī)通過(guò)帶傳動(dòng)帶動(dòng)切割片轉(zhuǎn)動(dòng)。第二，電動(dòng)機(jī)通過(guò)圓錐齒輪傳動(dòng)方式帶動(dòng)切割片轉(zhuǎn)動(dòng)。但考慮到切割過(guò)

12、程中電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)切割片進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所以?xún)?yōu)先選取第一種方案，原因是圓錐齒輪傳動(dòng)不宜應(yīng)用在轉(zhuǎn)速太高的場(chǎng)合，并且在運(yùn)用齒輪進(jìn)行傳動(dòng)時(shí)，還應(yīng)考慮怎樣消除震動(dòng)和用什么方法潤(rùn)滑齒輪，這樣就會(huì)使設(shè)計(jì)成本增加，而帶傳動(dòng)則具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)平穩(wěn)、價(jià)格低廉和緩沖吸振等優(yōu)點(diǎn)。切割部分結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。圖2-1 切割部分結(jié)構(gòu)圖 1-電動(dòng)機(jī)；2-升降液壓缸；3-砂輪片；4-支撐板；5-傳送帶2.3 切割部分工作原理 切割部分的原理如圖2-2所示，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)割切片高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，電機(jī)與工作臺(tái)之間采用鉸鏈支撐方式，升降液壓缸可推動(dòng)切割片進(jìn)行上下移動(dòng)，完成切割運(yùn)動(dòng)。橫向行走液壓缸可推動(dòng)工作臺(tái)橫向移動(dòng)，控制切割的長(zhǎng)度?？v向

13、行走液壓缸可使工作臺(tái)縱向移動(dòng)，使切割片能切割兩根棒料。其中電動(dòng)機(jī)和液壓缸電磁閥都需要通過(guò)由PLC機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)其按照順序完成動(dòng)作。 圖2-2 切割部分原理簡(jiǎn)圖 1-帶輪；2-傳送帶；3-電機(jī)；4-砂輪；5-升降液壓缸；6-進(jìn)料道；7-橫向行走板；8-夾具；9-待加工棒料；10-橫向行走液壓缸；11-縱向行走板；12-縱向行走液壓缸2.4 切割部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.4.1 切割片的選取 設(shè)計(jì)任務(wù)所需電機(jī)的最小功率為，主軸轉(zhuǎn)速：條件下，輪片的最大線(xiàn)速度為。最終選取砂輪片的型號(hào)為A型，其規(guī)格為，磨料為棕剛玉，粒度為，硬度為R2。2.4.2 電機(jī)的選取 根據(jù)切割系統(tǒng)的要求，應(yīng)考慮電動(dòng)機(jī)的種類(lèi)、型式、額定電壓、

14、額定轉(zhuǎn)速和額定功率、工作方式，在決定電動(dòng)機(jī)功率時(shí)考慮到電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱，允許過(guò)載能力啟動(dòng)能力等問(wèn)題，現(xiàn)選用比較適合的Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)，這是由于Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)的功率等級(jí)和安裝尺寸與國(guó)外同類(lèi)型的先進(jìn)產(chǎn)品相當(dāng)，因而具有與國(guó)外同類(lèi)型產(chǎn)品之間良好的互換性，供配套出口及引進(jìn)設(shè)備替換。選取功率為3.0KW，額定電壓：380V，頻 率：50HZ ,額定轉(zhuǎn)速為2880r.p.m，額定轉(zhuǎn)矩，型號(hào)為Y100-2，電動(dòng)機(jī)選用三角型啟動(dòng)方法啟動(dòng)3。2.4.3 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 根據(jù)帶截面形狀的不同，帶傳動(dòng)可分為：平帶傳動(dòng)、多楔帶傳動(dòng)、圓帶傳動(dòng)、V帶傳動(dòng)等。在一般的機(jī)械中由于V帶的楔形增壓原理，結(jié)構(gòu)緊湊，允許的傳動(dòng)比大，

15、且多標(biāo)準(zhǔn)化并大批量生產(chǎn),所以被廣泛應(yīng)用。本設(shè)計(jì)中選用V帶傳動(dòng)。由于V帶傳動(dòng)中的帶及帶輪槽型均已標(biāo)準(zhǔn)化，所以設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括帶的型號(hào)、確定基準(zhǔn)長(zhǎng)度、根數(shù)、中心距、帶輪的材料、基準(zhǔn)直徑以及結(jié)構(gòu)尺寸、初拉力和壓軸力、張緊裝置等參數(shù)。(1)確定計(jì)算功率由機(jī)械設(shè)計(jì)查得工作情況系數(shù)4（電機(jī)帶動(dòng)砂輪切割鐵棒，載荷性質(zhì)為載荷變動(dòng)較大），則計(jì)算功率為 （2-2）公式中： 工作系數(shù)3； 所需傳遞的額定功率，。 (2)初選帶的型號(hào)根據(jù)和，由機(jī)械設(shè)計(jì)查的初選普通V帶4。(3)確定帶輪的基準(zhǔn)直徑和，并驗(yàn)算帶速1)機(jī)械設(shè)計(jì)查得V帶的最小基準(zhǔn)直徑4,考慮到帶輪太小，其彎曲應(yīng)力過(guò)大，所以要使，取2）驗(yàn)算帶的速度 （2-3）

16、帶速不宜過(guò)高或過(guò)低，一般應(yīng)使,因?yàn)?帶速符合要求。3）計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑，并根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)加以取整 （2-4）由于電機(jī)轉(zhuǎn)速與砂輪轉(zhuǎn)速基本同步，選速比 =1，則基準(zhǔn)直徑 (4)確定中心距并選擇V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 1）根據(jù)帶傳動(dòng)總尺寸的限制條件或要求的中心距初定中心距由綜合式 ， （2-5）考慮到結(jié)構(gòu)要求，初選帶的初始長(zhǎng)度： （2-6）由機(jī)械設(shè)計(jì)V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度系列及長(zhǎng)度系數(shù)表中取帶的4，帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度 2)最后確定中心距 （2-7）則 （2-8） （2-9）最后取 (5)驗(yàn)算帶輪包角 （2-10） （合適）(6)確定帶的根數(shù) （2-11）其中： 額定功率，； 由機(jī)械設(shè)計(jì)查得： 4；由機(jī)械設(shè)計(jì)查得包角系數(shù)4

17、；由機(jī)械設(shè)計(jì)查得長(zhǎng)度系數(shù)4；采用非化纖結(jié)構(gòu)的普通帶，取材質(zhì)系數(shù)4。由機(jī)械設(shè)計(jì)查得V帶處于臨界打滑狀態(tài)所能傳遞的最大功率4 取根。(7)確定單根帶的初拉力 （2-12）查得4,對(duì)于新安裝的帶，初拉力為；對(duì)于運(yùn)轉(zhuǎn)后帶初拉力 (2-13） (8)計(jì)算帶對(duì)軸的壓力 （2-14）(9)張緊裝置的選擇各種材質(zhì)的V帶都不是完全的彈性體，在預(yù)緊力的作用下，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)后，就會(huì)由于塑性變形而松弛，使初拉力降低。為了保證帶傳動(dòng)的能力，應(yīng)定期檢查初拉力的數(shù)值。如發(fā)現(xiàn)不足時(shí)，必須重新張緊，才能正常工作。常見(jiàn)的張緊裝置有以下幾種：定期張緊裝置、自動(dòng)張緊裝置和采用張緊輪的裝置。因?yàn)樵诒痉桨钢兄行木嗖荒苷{(diào)節(jié)，可采用張

18、緊輪將帶張緊。張緊輪放在松邊內(nèi)側(cè)，使帶只受單向彎曲，同時(shí)張緊輪還應(yīng)盡量靠近大輪，以免過(guò)分影響小帶輪的包角。(10)帶輪的設(shè)計(jì)帶輪的設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)帶輪時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足的要求有：質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)工藝性好，無(wú)過(guò)大的鑄造應(yīng)力，質(zhì)量分布均勻，轉(zhuǎn)速高時(shí)經(jīng)過(guò)動(dòng)平衡，輪槽工作面加工精細(xì)，以減小帶的磨損，各槽的尺寸和角度保持一定的精度，以使載荷分布均勻。設(shè)計(jì)內(nèi)容為根據(jù)帶輪的基準(zhǔn)直徑和帶輪的轉(zhuǎn)速等已知條件，確定帶輪的材料，結(jié)構(gòu)形式、輪槽、輪輻和輪轂的幾何尺寸、公差和表面粗糙度以及相關(guān)技術(shù)要求。1)帶輪的材料帶輪的材料主要采用鑄鐵，常用材料的牌號(hào)為HT150或HT200，轉(zhuǎn)速較高時(shí)宜采用鑄鋼，或用鋼板沖壓后焊接而成7。

19、在本次設(shè)計(jì)中，采用了比較常見(jiàn)的HT150。2)帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸由于帶輪的基準(zhǔn)直徑，軸的直徑，根據(jù)帶輪的選擇原則：即當(dāng) 時(shí)采用腹板式結(jié)構(gòu)，鑄造帶輪的結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。 圖2-3 帶輪的結(jié)構(gòu)2.4.4 升降液壓缸的設(shè)計(jì) （1）液壓缸設(shè)計(jì)要求根據(jù)主機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，應(yīng)考慮液壓系統(tǒng)的執(zhí)行件的數(shù)量、運(yùn)動(dòng)形式、工作循環(huán)、行程范圍、各執(zhí)行件的運(yùn)作順序、液壓元件承受的負(fù)載、運(yùn)動(dòng)速度、變化范圍。對(duì)液壓系統(tǒng)的性能要求有調(diào)速性能，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性能、轉(zhuǎn)換精度、可靠性程度、使用與維修的方便性等（2）選擇安裝方式根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求，要實(shí)現(xiàn)砂輪片的上下移動(dòng)完成切割，要求液壓缸在上下伸縮的同時(shí)，還要繞點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，所以選用鉸鏈連接安裝

20、方式。 圖2-4 手動(dòng)切割機(jī)受力示意圖 1-砂輪片；2-手柄（3）負(fù)載大小根據(jù)手動(dòng)切割機(jī)的工作原理（如圖2-4所示），圖中F=300N 估算得砂輪片的支反力為。再由所設(shè)計(jì)切割機(jī)的切割受力示意圖（如圖2-5所示）由于砂輪所受的支反力相同，算得液壓缸所承受的力即理論推力為（4）工作壓力當(dāng)前所用的液壓缸的負(fù)載小于的工作壓力一般在左右，所以選取其正常工作壓力為5。因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)時(shí)一般要求安全系數(shù)比較高，所以在選取液壓缸的時(shí)候一般要求有較大余量，所以在缸徑選擇時(shí)，其工作壓力一般按計(jì)算。（5）缸徑選擇 圖2-5 棒料切割機(jī)受力示意圖1-砂輪片；2-液壓缸理論推力為時(shí)，需選擇其缸徑為?？紤]到安全系數(shù)，初選缸徑為

21、。（6）行程大小根據(jù)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖（如圖2-6所示），其中實(shí)線(xiàn)為機(jī)構(gòu)初始位置，在初始位置時(shí)，砂輪片的直徑在最大狀態(tài)，當(dāng)砂輪切割到終位（圖2-6中虛線(xiàn)部分）時(shí)，連桿所轉(zhuǎn)過(guò)的角度為，此時(shí)砂輪直徑為最小直徑。 圖2-6 氣缸行程計(jì)算簡(jiǎn)圖1-砂輪 ；2-液壓缸；3-工件在初始位置時(shí)測(cè)得液壓缸的總長(zhǎng)度為，在終了位置時(shí)測(cè)得液壓缸的總長(zhǎng)為，所以在此過(guò)程中氣缸的行程 （2-15）即升降液壓缸的行程為（7）液壓缸穩(wěn)定性校核 1) 液壓缸直徑校核液壓工作壓力,則液壓缸直徑 = (2-16)取?？紤]到安全系數(shù)，選缸徑為合理。 2)液壓缸活塞桿選擇及校核 (2-17) =故設(shè)計(jì)符合要求。由，可計(jì)算出活塞桿直徑 (2-18)

22、可取活塞桿直徑。通過(guò)公式 (2-19)對(duì)進(jìn)行校核，其中 ； ；則 選活塞桿直徑為的液壓缸符合要求。 在所需要的的前提下，須進(jìn)行穩(wěn)定校核，應(yīng)使活塞桿承 受的力F不能超過(guò)使它保持穩(wěn)定工作所允許的臨界壓力,但考慮到安全性，安全因數(shù)應(yīng)大于規(guī)定的許用安全因數(shù)，以免發(fā)生縱向彎曲，破壞液壓缸的正常工作。（為液壓缸桿工作負(fù)載；=46）關(guān)于穩(wěn)定安全因數(shù)可在設(shè)計(jì)手冊(cè)中查到。 兩端鉸支鏈接的、細(xì)長(zhǎng)壓桿的臨界力的歐拉公式6 (2-20)其中: 截面的慣性矩： ；桿件的兩端都是鉸鏈連接：； (2-21) (2-22）則所選取的桿長(zhǎng)不超過(guò)，且大于行程，所以選取液壓缸活塞桿的長(zhǎng)度， 3) 缸筒壁厚的計(jì)算缸筒壁厚可按薄壁筒公

23、式計(jì)算: (2-23)式中： 缸筒壁厚； 液壓缸內(nèi)徑； 實(shí)驗(yàn)壓力，??；材料為：ZQ的許用應(yīng)力6可計(jì)算出壁厚 (2-24)因此，液壓缸外徑 (2-25)(8)確定液壓缸型號(hào)綜上所述，根據(jù)液壓與氣壓傳動(dòng)，選用型的標(biāo)準(zhǔn)液壓缸ZQ-60/12×200-F27合適，缸徑為，活塞桿直徑為，液壓缸行程為，帶防塵罩F數(shù)量為。2.4.5 滾動(dòng)軸承的選取及校核 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，采用了既有轉(zhuǎn)速高的優(yōu)點(diǎn)，又能夠承受少量軸向力的角接觸球軸承，（其中軸向力的主要來(lái)源是安裝或拆卸帶輪時(shí)所承受的載荷估算載荷大小為100N）。據(jù)分析，在安裝和拆卸帶輪時(shí)的力相同的情況下，拆卸帶輪時(shí)，軸承所受的力更大，所以選取軸向力的方向

24、向右，如圖2-6所示。圖中M為電極的輸出轉(zhuǎn)矩，F(xiàn)為砂輪的切割阻力，在切割過(guò)程中，電極的輸出轉(zhuǎn)矩與砂輪所受的切割阻力矩大小相同，方向相反，在切割時(shí)相互抵消，所以在計(jì)算過(guò)程中不再考慮電極輸出轉(zhuǎn)矩和切割阻力對(duì)軸承的影響。由于軸承受一定的軸向力，所以選取接觸角的角接觸球軸承。其代號(hào)為7207ACJ7,基本額定動(dòng)載荷，基本額定靜載荷 8。軸承的校核計(jì)算（1）計(jì)算軸承所受的徑向力、，其受力如圖2-6所示由力矩平衡條件得徑向力 （2-26） 由得徑向力 （2-27） 圖2-6 軸承計(jì)算簡(jiǎn)圖（2）計(jì)算派生軸向力、所選的軸承型號(hào)為7207ACJ，其派生軸向力則 （2-28） （2-29）（3）求軸承所受的軸向力

25、、 故軸承2被壓緊，軸承1被放松，所以有 （4）計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷、 （2-30） （2-31）由簡(jiǎn)明機(jī)械零件手冊(cè)查得7207ACJ型軸承的軸向載荷影響的判斷系數(shù)9因?yàn)?，所以 ； ，所以 由機(jī)械設(shè)計(jì)查得，當(dāng)軸承受中等沖擊或中等慣性力時(shí)，取載荷系數(shù)4，由于軸承1、2均不受力矩載荷的作用，所以取，。則 （2-32） （2-33） （5）計(jì)算所需軸承的動(dòng)載荷由機(jī)械設(shè)計(jì)查得，當(dāng)軸承的工作溫度小于時(shí)，其溫度系數(shù)4 比較兩當(dāng)量動(dòng)載荷知，所以應(yīng)該按計(jì)算 （球軸承應(yīng)取）則所需軸承的額定動(dòng)載荷為 （2-34） （6）確定軸承型號(hào) 由簡(jiǎn)明機(jī)械零件手冊(cè)查得軸徑時(shí)，應(yīng)選軸承的代號(hào)為7207ACJ8，其額定載荷為。故選用

26、代號(hào)為7207ACJ的軸承合適。 3 夾緊部分設(shè)計(jì)3.1 夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求 夾緊機(jī)構(gòu)不但要求在切割之前機(jī)械手能夠根據(jù)事先收到的信號(hào)準(zhǔn)確地運(yùn)動(dòng)到每個(gè)工位，而且在切割過(guò)程中要夾緊運(yùn)動(dòng)著的棒料，使砂輪與棒料同步。3.2 夾緊部分方案設(shè)計(jì) 夾緊部分是由液壓缸推動(dòng)機(jī)械手實(shí)現(xiàn)夾緊和放松的。這部分的兩種可行性方案是：一是用一個(gè)機(jī)械手同時(shí)負(fù)責(zé)夾緊兩根鑄棒，根據(jù)需要對(duì)被切割的那條進(jìn)行夾緊。二是用兩個(gè)機(jī)械手，每個(gè)機(jī)械手負(fù)責(zé)夾緊一根鑄棒。第一種方案中，機(jī)械手可通過(guò)一個(gè)二位液壓缸和一個(gè)三位液壓缸實(shí)現(xiàn)對(duì)棒料的夾緊。第二種方案中，每個(gè)機(jī)械手都需要兩個(gè)二位液壓缸來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)棒料的夾緊?？紤]到第一種方案設(shè)計(jì)工作量小，安裝方便，而

27、且控制簡(jiǎn)單，所以?xún)?yōu)先使用第一種方案。 圖3-1 夾緊部分原理圖1-夾緊機(jī)械手；2-夾緊氣壓缸；3-橫向行走氣壓缸；4-縱向行走板；5-縱向行走液壓缸；6-橫向行走板夾緊部分原理如圖3-1所示，夾緊氣缸能使夾緊機(jī)械手夾緊或放松工件，當(dāng)活塞向右移動(dòng)時(shí)，機(jī)械手夾緊工件，當(dāng)活塞向左移動(dòng)時(shí)，機(jī)械手放松工件。橫向行走氣缸推動(dòng)工作臺(tái)左右移動(dòng)，能控制機(jī)械手使之夾緊左邊或右邊的工件，從而對(duì)夾緊的工件進(jìn)行切割?？v向行走液壓缸的作用是當(dāng)完成一次切割過(guò)程完成時(shí)，推動(dòng)工作臺(tái)使之恢復(fù)到初始位置。整個(gè)工作過(guò)程都由PLC控制實(shí)現(xiàn)。其中ST4-ST9為控制液壓缸的行程開(kāi)關(guān)。4 縱橫行走部分的設(shè)計(jì)4.1 縱橫行走裝置設(shè)計(jì)要求縱橫

28、行走裝置主要是為了配合切割裝置和夾緊裝置，使砂輪片和夾緊機(jī)械手能夠在走刀過(guò)程中橫向移動(dòng)，迅速準(zhǔn)確地達(dá)到工作位，在切割過(guò)程中能夠隨著棒料縱向移動(dòng)，切完后在返回初始位置。4.2 縱橫行走部分方案設(shè)計(jì) 縱橫行走裝置主要是為了實(shí)現(xiàn)切割機(jī)砂輪片的縱向和橫向移動(dòng)，使之完成切割動(dòng)作。為了設(shè)計(jì)和制造方便，在方案設(shè)計(jì)中縱、橫向行走裝置的原理大致相同，即采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而又便于控制的液壓傳動(dòng)方式，液壓缸帶動(dòng)縱向行走板或橫向行走板在導(dǎo)軌上滑動(dòng)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮到能量的損耗程度，縱橫行走裝置采用了直線(xiàn)導(dǎo)軌，既提高了運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)精度，又很大程度的減小了摩擦力，達(dá)到了節(jié)能的效果。4.3 直線(xiàn)導(dǎo)軌的選擇計(jì)算 4.3.1選定

29、條件 （1）載荷 根據(jù)粗略計(jì)算，導(dǎo)軌上橫向行走部分的總質(zhì)量為所以重量 （2)行程 根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的要求，選定行程 (3)往復(fù)次數(shù) （次/分） (4)壽命要求 假設(shè)機(jī)器壽命為5年，則導(dǎo)軌壽命為 小時(shí)假設(shè)安裝4個(gè)滑塊，要計(jì)算一個(gè)滑塊的負(fù)載，可用下式 同時(shí)由于兩個(gè)滑塊裝在一個(gè)導(dǎo)軌上，因此接觸系數(shù)。4.3.2選擇方式 （1）根據(jù)靜態(tài)安全系數(shù)選型號(hào) （4-1）其中 靜態(tài)安全系數(shù) 載荷系數(shù) （在無(wú)外部沖擊或振動(dòng)、低速時(shí)取1.5） 基本額定靜載荷現(xiàn)設(shè)靜態(tài)安全系數(shù)則有 （4-2） 在正常運(yùn)行時(shí)一般選取安全系數(shù)為5，根據(jù)上述情況，選取SBG35FL的導(dǎo)軌比較理想。（2）根據(jù)壽命要求選型號(hào)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)壽命計(jì)算公式 若使

30、用17500小時(shí)，則總的移動(dòng)距離為 （4-3）其中 溫度系數(shù) （由手冊(cè)查得當(dāng)導(dǎo)軌的工作溫度小于100時(shí)，其溫度系數(shù)取1.08） 硬度系數(shù) （為了使直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)達(dá)到最佳承載能力，需要保持導(dǎo)軌的硬度在HRC58-62，由手冊(cè)查得為1.08） 基本動(dòng)載荷所以 解得 因此，選取SGB45FL（）（3）復(fù)查理論上選取SGB35FL或上一級(jí)似乎比較恰當(dāng)，但考慮到標(biāo)準(zhǔn)壽命，選擇SGB45FL8更理想?？v橫行走部分的結(jié)構(gòu)圖如圖4-1所示： 4-1縱橫行走部分的結(jié)構(gòu)圖 1-橫向行走導(dǎo)軌；2-縱向行走導(dǎo)軌5 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 根據(jù)切割機(jī)的機(jī)構(gòu)原理，繪制的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖5-1所示，其中ST0-ST4

31、為控制液壓缸的行程開(kāi)關(guān)。5-1切割機(jī)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 1-帶輪；2-傳送帶；3-電機(jī)；4-砂輪；5-升降液壓缸；6-橫向行走液壓缸；7-橫向行走板；8-縱向行走液壓缸；9-縱向行走板5.2 液壓傳動(dòng)原理圖 如圖5-2液壓傳動(dòng)原理圖6 電氣控制的設(shè)計(jì)6.1 電氣控制設(shè)計(jì)要求電氣控制線(xiàn)路的設(shè)計(jì)是在傳動(dòng)形式及控制方案選擇的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，是傳動(dòng)形式與控制方案的具體化。應(yīng)滿(mǎn)足機(jī)電設(shè)備對(duì)電氣控制線(xiàn)路的要求，工藝要求準(zhǔn)確、控制線(xiàn)路簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、安全、可靠地工作，具有必要的保護(hù)裝置10。6.2 電氣控制設(shè)計(jì)方案 電氣控制線(xiàn)路的設(shè)計(jì)運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法11進(jìn)行設(shè)計(jì)的，先從滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝的要求出發(fā)，按照電動(dòng)機(jī)的控制方法，利用各種基

32、本的控制環(huán)節(jié)和控制方法，借鑒典型的控制線(xiàn)路，把它們綜合地組合成一個(gè)整體以滿(mǎn)足生產(chǎn)需要。由于切割機(jī)需要控制的對(duì)象較多，所以系統(tǒng)的控制部分比較復(fù)雜，電氣在接收PLC命令對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置后，還要根據(jù)要求切割過(guò)程完成輸入信號(hào)的循環(huán)監(jiān)控，并輸出不同的信號(hào)對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)執(zhí)行部件進(jìn)行控制，使其協(xié)調(diào)工作，完成工件的切割12，電氣原理圖如圖6-1所示，其中為 PLC的I/O端口分配見(jiàn)附錄A。 6-1 電氣原理圖6.3可編程控制器PLC控制流程待命 走刀工作1位工作2位夾緊隨動(dòng)落刀抬刀隨動(dòng)返回1位走刀返回2位走刀返回DT2斷電DT2,DT1/斷電/、13DT1,DT2,DT5,DT7,DT9斷電9DT2上電保持DT2,DT3相繼上電DT4上電保持DT1上電保持DT5斷電DT1斷電DT3，DT4,DT6,DT8初位6.2-控制流程圖7 結(jié) 論（1） 切割機(jī)在完成裝配后（裝配圖見(jiàn)附錄B）具備直切、連續(xù)切割兩種方式。使切割機(jī)能夠高效率的切割不同尺寸的零件，增強(qiáng)了使用范圍。選用砂輪片的下半部分切割，在砂輪片尺寸一定時(shí)，最大限度的提高了切割機(jī)切割能力（2） 切割機(jī)可以進(jìn)行連續(xù)切割動(dòng)作，并根據(jù)定長(zhǎng)信號(hào)分別切割兩條連續(xù)的棒料，實(shí)現(xiàn)對(duì)棒料的準(zhǔn)確定長(zhǎng)切割，切割后自動(dòng)返回初始位置，其切口深度為35mm，再由壓斷機(jī)進(jìn)行壓斷，且