棒料切割機(jī)的設(shè)計(jì).

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1、江蘇食品職業(yè)技術(shù)學(xué)院2012屆畢業(yè)項(xiàng)FI 摘要: 通過對(duì)切割過程的觀察和研究，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)之間采用錢 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)速度也可以通過夾緊機(jī)械手夾緊棒料使 之與棒料速度同步。橫向切割吋的切割速度可以通過液壓缸來調(diào)節(jié)。現(xiàn)場(chǎng)

2、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)牛產(chǎn)率。 關(guān)鍵詞： 切割機(jī)；機(jī)電一體化；液壓；棒料；PLC控制 1切割部分設(shè)計(jì) I 1.1切割部分設(shè)計(jì)要求 I 1.2切割部分設(shè)計(jì)方案 1 1.3切割部分工作原理 2 1.4切割部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3 1.4.1帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 3 1.4.2升降液壓缸的設(shè)計(jì) 3 1.4.3滾動(dòng)軸承的選取及校核 3 1.4.4升降液壓缸的設(shè)計(jì) 6 1.4.5滾動(dòng)軸承的選取及校核 10 2夾緊部分設(shè)計(jì) 13 2.1夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求 13 2.2夾緊部分方案設(shè)計(jì) 13 3縱橫行走

3、部分的設(shè)計(jì) 14 3.1縱橫行走裝置設(shè)計(jì)要求 14 3.2縱橫行走部分方案設(shè)計(jì) 14 3.3直線導(dǎo)軌的選擇計(jì)算 14 3.3.1選定條件 14 3.3.2選擇方式 14 4液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 4.1液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 17 4.2液壓傳動(dòng)原理圖 17 5電氣控制的設(shè)計(jì) 18 5」電氣控制設(shè)計(jì)要求 18 5.2電氣控制設(shè)計(jì)方案 18 5.3可編程控制器PLC控制流程 19 參考文獻(xiàn) 20 致 謝 21 附錄A—PLC I/O端口分配圖 22 附錄B—棒料切割機(jī)裝配圖 23 江蘇食品職業(yè)技術(shù)學(xué)院2012屆畢業(yè)項(xiàng)FI 1切割部分設(shè)計(jì) 1.1切割部分設(shè)計(jì)要求

4、 為了保證棒料的剪斷，剪應(yīng)力應(yīng)超過材料的許應(yīng)剪應(yīng)力［刃，即切斷棒料的條件為： r = y <［r］ (2-1) 查資料可知棒料的許用剪應(yīng)力為：［刁=128 - 285 MPa，取最大值285MPa。由于本 切斷機(jī)切斷的最大棒料粗度為：= 35mm。 則木機(jī)器的最小切斷力Q由(2-1)得： 0 二 kb 切二 _ 285 x 3.14 x 35 2 幺 4 4 Q > 274063N 取切割機(jī)的Q = 280000N 項(xiàng)H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)棒料的切割過程及檢 測(cè)進(jìn)行口動(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)的碩件和 軟件

5、設(shè)計(jì)后可以實(shí)現(xiàn)對(duì)棒料的準(zhǔn)確定長(zhǎng)切割，切割后動(dòng)返回初始位置。原始棒料尺寸范 圍在角鋼：100x100x10圓鋼:<050槽鋼:120x53鋼管:0135x6,切割成0.1?］m之 間的棒料，其切口深度為5?35mm,再用壓斷機(jī)進(jìn)行壓斷處理。 1.2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)通過帶傳動(dòng)帶動(dòng)切割片轉(zhuǎn)動(dòng)。第二，電動(dòng)機(jī)通過圓錐齒輪傳動(dòng)方式 帶動(dòng)切割片轉(zhuǎn)動(dòng)。但考慮到切割過程屮電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)切割片進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所以優(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)吋，還應(yīng)考慮怎

6、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。 3 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 1.3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 采用較鏈支撐方式，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。其屮電動(dòng)機(jī)和液壓缸電磁閥都需要通過由PLC機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)

7、其按 照順序完成動(dòng)作。 I 2 3 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-縱向行走液圧缸 1.4切割部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1.4.1切割片的選取 設(shè)計(jì)任務(wù)所需電機(jī)的最小功率為Pmin=2.2KW，主軸轉(zhuǎn)速： 2800r-Pm條件下，輪片的最大線速度為40加/$。最終選取砂輪片的型號(hào)為A型,其規(guī)格 為400x3.2x32,磨料為棕剛玉,粒度為20# ,硬度為R［2］。 1.4.2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、型式、

8、額定電壓、 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，允許過載能 力啟動(dòng)能力等問題，現(xiàn)選用比較適合的Y系列三相杲步電動(dòng)札 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)外同類型的先進(jìn)產(chǎn)品相當(dāng)，因而具有與國(guó)外同類型產(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2.3N?加，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］。 1.4.3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)械屮由于

9、V帶的楔形增壓原理，結(jié)構(gòu)緊湊，允許的傳 動(dòng)比大，且多標(biāo)準(zhǔn)化并大批量牛產(chǎn)，所以被廣泛應(yīng)用。 本設(shè)計(jì)屮選用V帶傳動(dòng)。由于V帶傳動(dòng)屮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)、屮心距、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)Ka=1?2［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 P(l =心?P = 1.2x3 = 3.6KW (2-2) 公式中： Ka—工作系數(shù)［3］； P—所需傳遞的額定功率，KW。 (2) 初選帶的型號(hào) 根據(jù)心和由《

10、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〃也和心2,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^-=75〃加［4］,考慮到帶輪太小，其彎曲應(yīng)力 過大，所以要使為皿取ddx=l60mm 7 2）驗(yàn)算帶的速度- _ 7iddx -/Z] _ ,/r x 160 x 2880 V — — 60x1000 60x1000 =24.1m / 5 (2-3) 帶速不宜過高或過低，一般應(yīng)使心5?25加/$,因?yàn)?/n < 24」5 25力帶速符合要求。 3）計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑心J并根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》加以取整 刃2 (2-4) 由于電機(jī)轉(zhuǎn)速與砂輪

11、轉(zhuǎn)速基本同步，選速比化/二1,則基準(zhǔn)直徑 d 2 = cldx = 160mm ⑷確定屮心距Q并選擇V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度6 1）根據(jù)帶傳動(dòng)總尺寸的限制條件或要求的小心距初定小心距。 由綜合式 0.7（〃右 +心2）- - 2（〃di +心2）， （2-5） 考慮到結(jié)構(gòu)要求，初選^o=9OO/mn 帶的初始長(zhǎng)度。： 2 厶 do = 2。0 + 彳（〃“2 +〃/）+ （2-6） 2 4aQ = 2x900 + -（160+160） + ^（^（）^ 2 4 + 900 =2302 mm 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)表小取帶的^=0*87 [4],帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度

12、Ld = 2000 mm 2）最后確定中心距。 Lz-L/0 “c 2000 - 2302 八 a = + = 900 H = 149 mm 2 2 amin = a - 0.015 Lj = 765 - 0.015 x 2000 = 735m/n 最后取 67max =a + 0.03L(/ = 765 一 0.030 x 2000 = 825/nm a = 735 ?825/n/n (2-7) (2-8) (2-9) （5）驗(yàn)算帶輪包角⑦ d -d a嚴(yán)180。-仏迫 a 57.3 x a (2-10) = 180- 150-150 57

13、.3 x 765 750 = 180 >120 （合適） （6）確定帶的根數(shù)z 一 P— KaP (2-11) 其中: 匕一額定功率，KW ； 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得：A^=O.3WC＜； 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得包角系數(shù)心=1"； 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得長(zhǎng)度系數(shù)心=1.03工； 采用非化纖結(jié)構(gòu)的普通帶，取材質(zhì)系數(shù)K = ().75⑷。 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P. = 22KW [4 Pf = (22 xlxl.03) x 0.75 = 1.70K W Pr 1.70 取z=3根。 ⑺確定單根帶的初拉力Fo 花=500x((2?5_

14、KJP(t * qy K-zv (2-12) 查得q=0.L,對(duì)于新安裝的帶，初拉力為1?5(坨馬；對(duì)于運(yùn)轉(zhuǎn)后帶初拉力1.3(^)mill R=500x((2” I )x3.6 +o」x24.12 = 95.47V (2-13) 0 1.0x3x24.1 (8) 計(jì)算帶對(duì)軸的壓力Q a I QAO Q = 2F(憶 sin 乞=2 x 95.4 x 3 x sin ——=572.6N (2-14) 2 2 (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)過一定吋間的運(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

15、拉力的 數(shù)值。如發(fā)現(xiàn)不足吋，必須重新張緊，才能正常工作。常見的張緊裝置有以下幾種：定期 張緊裝置、口動(dòng)張緊裝置和采用張緊輪的裝置。因?yàn)樵诒痉桨稿木嗖荒苷{(diào)節(jié)，可采用 張緊輪將帶張緊。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)滿足的要求有：質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)工藝性好，無過大的鑄造應(yīng)力，質(zhì)量分布 均勻，轉(zhuǎn)速高吋經(jīng)過動(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)速等己 知條件，確定帶輪的材料，結(jié)構(gòu)形

16、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)速較高吋宜采用鑄 鋼，或用鋼板沖壓后焊接而成⑺。在本次設(shè)計(jì)小，采用了比較常見的HT150o 2) 帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸 由于帶輪的基準(zhǔn)巨徑dd = 160mm,軸的直徑d = 30mm ,根據(jù)帶輪的選擇原則：即當(dāng) 2.5f/ < di( < 30()m/w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) 1.4.4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

17、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，要求液壓缸在丄下伸縮的 同吋，還要繞點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，所以選用較鏈連接安裝方式。 2 圖2~4 手動(dòng)切割機(jī)支力不意圖 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|> F=300N估算得砂輪片的支反力為7V=600o 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）

18、 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F = 1200N （4） 工作壓力 當(dāng)前所用的液壓缸的負(fù)載小于5Kg的工作壓力一般在O.SMPa左右，所以選取其正常 工作壓力為\MPa[5]o因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)吋一般要求安全系數(shù)比較高，所以在選取液壓缸的吋候一 般要求有較大余量，所以在缸徑選擇吋，其工作壓力一般按IMP。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1200N時(shí)，需選擇其缸徑為40/nm □考慮到安全系數(shù)，初選缸徑為60加n。(6) 行程大小 根據(jù)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖(如圖2-6所示)，其屮實(shí)線為機(jī)構(gòu)初始位置，在初

19、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 虛線部分)吋，連桿所轉(zhuǎn)過的角度為10。， 此時(shí)砂輪直徑為最小直徑。 卜砂輪:2-液壓缸；3-1# 在初始位置時(shí)測(cè)得液壓缸的總長(zhǎng)度為厶=540mm,在終了位置時(shí)測(cè)得液壓缸的總長(zhǎng)為 厶廠440肋2,所以在此過程中氣缸的行程 L = L、一 L2 = lOOm/n (2~15)即 升降液壓缸的行程為L(zhǎng) = 100加加 (7) 液壓缸穩(wěn)定性校核 1)液壓缸直徑校核 液壓工作壓力J ixlOUa,則液壓缸直徑 (2-16) 仃理論力 I 4x1200 一 . 二 11 = 39.1 mm 龍 xP| 作

20、V^-xlxlO6 取D = 40mm o考慮到安全系數(shù)，選缸徑為60加加合理。 2)液丿*缸活塞桿選擇及校核 倫壓缸 (2-17) 乃 X 0.052 X lx 1()6 4 =1962.5.1(N)〉F理論=1200N 64 9 故設(shè)計(jì)符合要求。 由d70 = 0.2-0.3,可計(jì)算出活塞桿直徑〃 (2-18) (2-19) (0.2-0.3)D = 12-18mm 可取活塞桿直徑〃 = 12mm。 通過公式 4尸：什 < [o-] /rd 2 對(duì)〃進(jìn)行校核， 其屮 [cr]= 120MPa ； F理論=1200/V : 貝lj d > 1

21、2()()_ 3 6mm < 12mm V x 120 選活塞桿直徑為〃 =12mm的液壓缸符合要求。 在所需要的如長(zhǎng)2行程的前提下L/d>l5，須進(jìn)行穩(wěn)定校核，應(yīng)使活塞桿承 受的力F不能超過使它保持穩(wěn)定工作所允許的臨界壓力巴「，但考慮到安全性，安全因數(shù) " = 工作應(yīng)大于規(guī)定的許用安全因數(shù),以免發(fā)?？v向彎曲，破壞液壓缸的正常工作。 (厲作二"為液壓缸桿工作負(fù)載；心二4[6])關(guān)于穩(wěn)定安全因數(shù)可在設(shè)計(jì)手冊(cè)屮查到。 兩端較支鏈接的、細(xì)長(zhǎng)壓桿的臨界力的歐拉公式[6] (2-20) =於EI cr = W 其中： 截面的慣性矩：I=—d\ 江蘇食品職業(yè)技術(shù)學(xué)院2012屆畢業(yè)項(xiàng)FI

22、 桿件的兩端都是較鏈連接：// = !; (2-21) Fcl = g & 竹=4 x 1 x 1 ()6 x 乃 x (60 x 10』)$ N = 45216N 0.215m = 215mm (2-22) # 則所選取的桿長(zhǎng)不超過215加加，且大于行程2x100mm,所以選取液壓缸活塞桿的長(zhǎng)度 3）缸筒壁厚的計(jì)算 (2-23) (2-24) (2-25) 缸筒壁厚nJ按薄壁筒公式計(jì)算: 式中: 8 缸筒壁厚（mm）； D 液壓缸內(nèi)徑（60mm）； Pp——實(shí)驗(yàn)壓力,取Pp=2P,作=2x10認(rèn); 材料為:ZQ的許用應(yīng)力[cr]= 2AMPa⑹ 可

23、計(jì)算出壁厚》 60x2xl05 _ o u — —厶 3 mm 2x2.4xl06 因此，液壓缸外徑D > = 60 + 2 x 2.5 = 65mm (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-60/12X200-F2[7]合適, 缸徑為60加加，活塞桿直徑為nmm ,液壓缸行程為20（）m/n ,帶防塵罩F數(shù)量為2。 1.4.5滾動(dòng)軸承的選取及校核 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)屮，采用了既有轉(zhuǎn)速高的優(yōu)點(diǎn)，乂能夠承受 少量軸向力的角接觸球軸承，（其屮軸向力的主要來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

24、的情況下，拆卸帶輪時(shí)， 軸承所受的力更大，所以選取軸向力心的方向向右，如圖2-6所示。 圖屮M為電極的輸出轉(zhuǎn)矩，F(xiàn)為砂輪的切割阻力，在切割過程屮，電極的輸出轉(zhuǎn)矩與砂輪 所受的切割阻力矩大小和同，方向和反，在切割吋相互抵消，所以在計(jì)算過程屮不再考慮 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Q = 25。的角接觸球軸承。其代號(hào)為7207ACJE7], 基木額定動(dòng)載荷C—2.5KN ,基本額定靜載荷C“=16?5KN[8]。 軸承的校核計(jì)算 (1) 計(jì)算軸承所受的徑向力&、凡，其受力如圖2-6所示 由力矩平衡條件工“2 =得徑向力尺 廠 F, x20

25、0 -F.x20 & = —— 180 _ 800x200-550x20 (80 = 8362 由工Mi =0得徑向力/?2 口 _ F2 x200^)X20 — ~ 180 _ 550x200-800x20 180 (2-26) (2-27) = 522N II 20 180 20 I R. R , 1 —- 2 1 1 ■ > , F (2-28) (2-29) 圖2-6軸承計(jì)算簡(jiǎn)圖 （4）

26、計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷人、P2 15 527 0.63 863 (2-30) (2-31) A2 _ 627 522 由《簡(jiǎn)明機(jī)械零件于冊(cè)》查得7207ACJ型軸承的軸向載荷影響的判斷系數(shù)= 0.68⑼ 因?yàn)?AJRX =0.63 所以 /=1,乙=0； AJR2 =1.20>e,所以 X2 =0.41,r2 =0.87 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)力=出[4],由于 軸承1、2均不受力矩載荷的作用，所以取九廣1?,九2"?。 則 （2-32） = 1.5x1.0x（1.0x836 + 0x527） = I254N

27、^=Z/xL2（W2+M2） （2-33） = 1.5xl.0x （0.41x522 + 0.87 x 627） = 1140N （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匕。。。時(shí)，其溫度系數(shù)/>1[4]比較兩當(dāng) 量動(dòng)載荷知，人>卩2，所以應(yīng)該按片計(jì)算（球軸承應(yīng)取 = 3 ）則所需軸承的額定動(dòng)載荷 (2-34) _ _1254 3 60x2840x365x12 ~To~v io5 =匚里 #60x2840x4830 100 = 11286N （6）確定軸承型號(hào) 由《簡(jiǎn)明機(jī)械零件手冊(cè)》查得軸徑〃 =35加加時(shí)，應(yīng)選軸承的代號(hào)為7207ACJ[

28、8],其額 定載荷為G = 22.5KN >c =11.286KN 故選用代號(hào)為7207ACJ的軸承合適。 2夾緊部分設(shè)計(jì) 2.1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，而且在切割過程屮要夾緊運(yùn)動(dòng)著的棒料，使砂輪與棒料同步。 2.2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)械手同吋負(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，毎個(gè)機(jī)械手負(fù)責(zé)夾緊一根鑄棒。第一種方案屮，機(jī)械手可通過一個(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。第二種方案小

29、，每個(gè)機(jī)械手都需要兩個(gè)二位液壓缸來 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，而且控制簡(jiǎn)單，所以優(yōu) 先使用第一種方案。 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)吋，機(jī)械手夾緊工件，當(dāng)活塞向左移動(dòng)吋，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Z夾緊左邊或右邊的工件，從血對(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)工作過程都由PLC控制實(shí)現(xiàn)

30、。其屮ST4-ST9為控制液壓缸的行程開關(guān)。 3縱橫行走部分的設(shè)計(jì) 3.1縱橫行走裝置設(shè)計(jì)要求 縱橫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 刀過程屮橫向移動(dòng)，迅速準(zhǔn)確地達(dá)到工作位，在切割過程屮能夠隨著棒料縱向移動(dòng)，切完 后在返回初始位置。 3.2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)屮縱、橫向行走裝置的原理大致和同，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)過程小，考慮到能量的損耗程度，縱橫行走裝置

31、采用了直線導(dǎo)軌，既提高了運(yùn) 動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)精度，乂很大程度的減小了摩擦力，達(dá)到了節(jié)能的效果。 3.3直線導(dǎo)軌的選擇計(jì)算 3. 3. 1選定條件 （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2檢 所以重量 W =200x10 = 2000N （2） 行程 根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的要求，選定行程Ls = 2.5m （3） 往復(fù)次數(shù)4=2 （次/分） （4） 壽命要求 假設(shè)機(jī)器壽命為5年，則導(dǎo)軌壽命為厶 厶= 5x365x24 = 35000 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)載人，可用下式 巴亠‘000N 4 4 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)=0.8

32、1 o 3. 3. 2選擇方式 （1）根據(jù)靜態(tài)安全系數(shù)選型號(hào) G) X fc〉f (4-1) 其小 人一靜態(tài)安全系數(shù) 幾一載荷系數(shù)（在無外部沖擊或振動(dòng)、低速吋取1.5） C。一基本額定靜載荷 現(xiàn)設(shè)靜態(tài)安全系數(shù)人=5 則有 Co > ls X (4-2) fc _ 5x500 0.81 =3086切 在正常運(yùn)行吋一般選取安全系數(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L計(jì)算公式 L = 0.54 x 17500 = 9450肋2 若使用17500小時(shí)，則總的移動(dòng)距離為厶 L =(.心仏X L X )3 X

33、50 (4-3) 其川 fr——溫度系數(shù)(由手冊(cè)查得當(dāng)導(dǎo)軌的工作溫度小于100C吋，其溫度系 數(shù)取 1.0[8]) fH——硬度系數(shù) (為了使直線運(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)查得幾為1. 0涇) C—基本動(dòng)載荷 fT x /? x f C . L = ( ——— X—)3 x50 所以 九 & 1x1x0.81 C 3 5 9450 = ( x ——)? x 50 1.5 250 解得 C = 3000矽 因此，選取 SGB45FL ( C = 3800^ ) (3) 復(fù)查 理論上選取SGB35FL或上一級(jí)似乎比較恰當(dāng)，

34、但考慮到標(biāo)準(zhǔn)壽命，選擇SGB45FL[8]更理想。 縱橫行走部分的結(jié)構(gòu)圖如圖4-1所示： 江蘇食品職業(yè)技術(shù)學(xué)院2012屆畢業(yè)項(xiàng)FI # 2 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 4液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4.1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? |> ST0-ST4為控制液壓缸 的行程開關(guān)。 5-

35、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 4.2液壓傳動(dòng)原理圖 如圖5-2液壓傳動(dòng)原理圖 17 江蘇食品職業(yè)技術(shù)學(xué)院2012屆畢業(yè)項(xiàng)FI 5電氣控制的設(shè)計(jì) 5.1電氣控制設(shè)計(jì)要求 電氣控制線路的設(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)滿足機(jī)電設(shè)備對(duì)電氣控制線路的要求，工藝耍求準(zhǔn)確、控制線路簡(jiǎn)單、 經(jīng)濟(jì)、安全、可靠地工作，具有必要的保護(hù)裝置［10］。 5.2電氣控制設(shè)計(jì)方案 電氣控制線路的設(shè)計(jì)運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法［11］進(jìn)

36、行設(shè)計(jì)的，先從滿足牛產(chǎn)工藝的要求出發(fā), 按照電動(dòng)機(jī)的控制方法，利用各種基本的控制環(huán)節(jié)和控制方法，借鑒典型的控制線路，把 它們綜合地組合成一個(gè)整體以滿足牛產(chǎn)需要。由于切割機(jī)需要控制的對(duì)彖較多，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［⑵,電氣原理圖如圖6-1所示,其中為PLC的I/O端口分配見附錄 Ao 3Q1 3.0KW 6-1電氣原理圖 I8 5.3可編程控制器PLC控制流程 6. 2-控制流程圖

37、 21 參考文獻(xiàn) ［1］ 梁景凱，蓋玉先.機(jī)電一體化技術(shù)與系統(tǒng)皿］?北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012. 1. ［2］ 徐 澈.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991. ［3］ 陸鑫盛，周洪.氣動(dòng)自動(dòng)化系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)［M］?上海：上海科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)岀版社, 1995. ［4］ 濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)［M］. 8版.北京：高等教育出版社，2006. 5. ［5］ 劉延俊.液壓與氣

38、壓傳動(dòng)［M］. 1版.北京：清華大學(xué)出版社，2012. 12. ⑹ 劉鴻文.材料力學(xué)［M］?4版.北京：高等教育出版社，2004. 5. ［7］孫恒.機(jī)械原理［M］. 8版.北京：高等教育岀版社，2008. 5. ［8］蔡春源.簡(jiǎn)明機(jī)械零件手冊(cè)［M］?北京：冶金工業(yè)出版ft, 1996. 3. ⑼ 李紅萍?工控組態(tài)技術(shù)及應(yīng)用一組態(tài)王［M］.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2011. 5. ［10］ 黃大宇，梅瑛.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)［M］.吉林：吉林大學(xué)岀版社，2006. 12. ［11］ 王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)［M］. 2版.北京：北京航空大學(xué)出版社, 2008. 2.

39、 ［12］陳建嘰電氣控制與PLC應(yīng)用練習(xí)與實(shí)踐［M］. 4版.北京：電子工業(yè)出版社,2006. 2. 時(shí)光飛逝，四年的大學(xué)牛活將隨著本次畢業(yè)論文的完成而畫上完美的句號(hào)。 感謝李宏老師在木次論文設(shè)計(jì)屮對(duì)我的悉心指導(dǎo)，不論是從課題選擇到具體的寫作過程， 還是論文初稿與定稿，都透露出老師的心血和汗水。在本次畢業(yè)論文設(shè)計(jì)期間，閆冰潔老 師一絲不茍的工作作風(fēng)，治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，讓我受益匪淺，深受感動(dòng)。多謝老師在專業(yè)他 識(shí)上的指導(dǎo)和提出的一些富于創(chuàng)造性的建議，在這樣無私的幫助和熏陶下，我終于順利完 成了我的畢業(yè)設(shè)計(jì)。在此，向老師至于我深深地感謝和祟高的敬意。 借此畢業(yè)Z際，向各位給予我悉心教誨的老師表

40、示真誠(chéng)的謝意。感謝他們四年來對(duì)我的辛 勤栽培，讓我能很好的掌握和運(yùn)用專業(yè)知識(shí)，并在設(shè)計(jì)屮得以體現(xiàn)，順利完成此次論文。 通過畢業(yè)設(shè)計(jì)的鍛煉，使我們運(yùn)用專業(yè)知識(shí)的能力得到了進(jìn)一步提高，知識(shí)得到了鞏 固，使我們對(duì)設(shè)備的整體設(shè)計(jì)思想有了更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，通過對(duì)棒料切機(jī)的設(shè)計(jì)，我運(yùn)用 了各門專業(yè)課程，再一次夯實(shí)了我的知識(shí)。 最后，謝謝幫助我的同學(xué)和舍友，感謝你們給我的啟發(fā)、提出的寶貴意見。 Mf^A——PLC 抬刀換向閥DTI 走刀1換向閥I)T2 走刀2換向閥DT3 夾緊換向閥DT4 隨動(dòng)換向閥DTB 初位指示燈HL2 白動(dòng)指示燈HL3 1位指示燈11L4 2位指示燈HL5

41、 電機(jī)啟動(dòng)KH1 七si初位邕號(hào) 舟ST 0抬刀缸原位 2 呂) 茫t抬飢終位 辰ST 2走少［1終位 當(dāng)ST3走刀 密ST4走坐［2原位 ST 5走少〔2終位 密ST6夾鑒［原位 茫ST7夾瘞［終位 g ST8行生穌原位 己ST9行辱［終位 電SB1啟翌停止 刃SB2自塑手動(dòng) 汶SB3抬少落刀 已SB4走丿衛(wèi)步［前進(jìn)/返冋 羽SB5走與［前進(jìn)/返冋 5 SB6夾氐祐 ? V. SB7隨動(dòng)/返回 20 一 2J1.卡巨昌zn -、0匾口步亀因

42、 3 i 附錄B—棒料切割機(jī)裝配圖 23 C IT ■CX 匸 002 uonL 02巴 b a 〔用一 1??0 1SQQ 1700 I. WW^OKW.烏疏.加加n 2- 0別&2用：700322「如玻 :為佗p.少M(fèi)mT7亦" 附錄-B棒料切割機(jī)裝配圖 (2) 計(jì)算派生軸向力、2 3 * 52 所選的軸承型號(hào)為7207ACJ,其派牛軸向力5 = 0.63/? 則 5, = 0.63/?, = 0.63 x 863 = 521N S2 = 0.63/?2 = 0.63 x 522 = 329N (3) 求軸承所受的軸向力人、仏 S] + Fa = 527 + 100 = 627N > S2 故軸承2被壓緊，軸承1被放松，所以有 A? = Fa +5, =527 + 100 = 627 N A, =S| = 5277V