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畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 1 摘 要 本論文涉及的是圓鋼外圓銑削加工設(shè)備上料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 論文首先對(duì)整個(gè)設(shè)備的 設(shè)計(jì)背景 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 技術(shù)性能及市場(chǎng)前景等進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹 突出了該設(shè)備在加 工細(xì)長(zhǎng)圓鋼桿件外圓表面時(shí)的優(yōu)越性 此設(shè)備采用銑削而非傳統(tǒng)的車削方式 加工自 動(dòng)化程度高 被加工工件成品表面質(zhì)量好 填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)在該設(shè)備研制上的空白 圓鋼外圓銑削加工設(shè)備上料機(jī)構(gòu)作為該設(shè)備及其重要的一部分 論文介紹了它獨(dú)特 的上料 進(jìn)給 定位夾緊方式 并對(duì)構(gòu)成上料機(jī)構(gòu)的部分主要零部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)和結(jié) 構(gòu)工藝性分析 關(guān)鍵詞 傳動(dòng)原理 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析 設(shè)備的組成 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2 Abstract The paper talks about the design of the feeding mechanism in the round steel outer annulus milling processing equipment Paper simply introduces the design background of entire equipment the feature of structure the technical performance and the market prospect and so on first It has highlighted the superiority in processing the surface of tall and slender round steel member outer annulus This equipment works in milling but the non traditional turning way The automaticity of processing is high and product surface of processed workpiece is good It has filled the blank domestically in this equipment development As a important part of the round steel outer annulus milling equipment The paper introduced the feeding mechanism s unique way of feeding table traveling and locating It analyses the design and the structure technology capability of the main spare parts In order to cause the explanation to be convenient and imaginable Keywords drive principle Design and Analysis of materials equipment components 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 3 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 緒 論 1 1 圓鋼外圓銑削加工設(shè)備機(jī)理 2 1 1 圓鋼外圓銑削加工設(shè)備的結(jié)構(gòu) 3 1 2 主要技術(shù)性能 4 1 3 銑削棒料生產(chǎn)流程 5 1 4 加工材料及技術(shù)要求 5 1 5 設(shè)備用途 6 1 6 存在問題和解決途徑 6 2 圓鋼外圓銑削加工設(shè)備上料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析 9 2 1 支承座 9 2 2 軸及軸上零件 10 2 2 1 軸 10 2 2 2 軸上零件 11 2 3 固定托輥槽鋼 12 2 4 蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì) 12 2 5 升降與導(dǎo)向裝置 17 2 6 托輥機(jī)構(gòu) 18 2 7 塔架 19 2 8 氣缸 20 2 9 其他零件部件 20 2 10 上料機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)工藝性分析 21 結(jié) 論 22 致 謝 23 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 4 參考文獻(xiàn) 24 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 5 緒 論 圓鋼表面銑削加工設(shè)備最直接有效地用于鋼廠軋制圓鋼的外圓表面加工 由于 一 軋制圓鋼在軋制過程中存在表面缺點(diǎn) 在此設(shè)備研制前一般采用酸洗的辦法來解決 這就帶來了污染環(huán)境的問題 而且效果不好 如產(chǎn)生表面凸凹等 二 軋制的圓鋼較 長(zhǎng) 一般 6m 左右 對(duì)于這樣細(xì)長(zhǎng)桿的加工一般是存在切削加工困難的問題 由于軸承 行業(yè) 彈簧行業(yè)對(duì)軋制圓鋼的大量需求 他們加工細(xì)長(zhǎng)桿件是需要這樣的設(shè)備 通過 該設(shè)備可以直接加工軸承的輥珠 彈簧 在冶金行業(yè) 剛生產(chǎn)的圓鋼表面存在著裂紋 折疊 結(jié)巴及氧化皮等缺陷 大大影響了鋼材的表面質(zhì)量 而國(guó)外同類鋼材都經(jīng)過 了特殊的處理 其表面光潔度相當(dāng)高 這些鋼料可以直接應(yīng)用在各類生產(chǎn)中而不需要 重新處理 這大大提高了工作效率 因此 想要提高我國(guó)同類產(chǎn)品的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力 就 必須清除其表面缺陷 提高其尺寸精度 但目前這類圓鋼多為細(xì)長(zhǎng)件 傳統(tǒng)的方法 一般采用主要由床身 夾緊傳動(dòng)裝置 刀架裝置 走刀裝置及走刀機(jī)構(gòu)構(gòu)成的普通車床來加工圓鋼表面 圓鋼被夾緊在車頭 盤 三爪或四爪卡盤 與車尾架 在車頭盤的帶動(dòng)下作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 刀具裝置與走刀絲 杠相連 作直線運(yùn)動(dòng) 用普通車床對(duì)圓鋼進(jìn)行剝皮車削的缺點(diǎn)主要是 車削速度慢 效率低 圓鋼長(zhǎng)度短 且卡盤夾緊處的圓鋼表面不能車削 除非掉頭再車 特別是在 圓鋼表面存在彎曲度的情況下 為了保證圓鋼表面質(zhì)量 切削量就要大于或等于彎曲 和表面缺陷深度之和 從而降低了圓鋼銑削后的成材率 而這類鋼材又往往為批量生 產(chǎn) 因此必需引入新的加工機(jī)械來解決這一難題 德國(guó)李林格公司以及日本的三鈴重工公司早在上世紀(jì) 50 年代就已生產(chǎn)該設(shè)備用于 軋制圓鋼的表面處理 實(shí)際上國(guó)內(nèi)的鋼廠及軸承和彈簧生產(chǎn)廠家也急需這樣的設(shè)備 一般他們采用進(jìn)口設(shè)備的辦法 現(xiàn)在只有二 三家鋼鐵企業(yè)擁有該設(shè)備 其中大連鋼 廠在上世紀(jì) 80 年代初花了近 400 萬(wàn)馬克進(jìn)口了一臺(tái)設(shè)備 這類設(shè)備進(jìn)口價(jià)格昂貴 且 調(diào)試機(jī)械需外國(guó)專家指導(dǎo) 因此 國(guó)內(nèi)迫切需要設(shè)計(jì)此類圓鋼外圓銑削加工設(shè)備來解 決這一難題 填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 6 1 圓鋼外圓銑削加工設(shè)備機(jī)理 1 1 圓鋼外圓銑削加工設(shè)備的結(jié)構(gòu) 該設(shè)備由上料臺(tái)架 上料裝置 前導(dǎo)向裝置 空心軸 牽引車 下料臺(tái)架 潤(rùn)滑 裝置 冷卻系統(tǒng) 排屑裝置 液壓氣動(dòng)裝置 進(jìn)給和主傳動(dòng)裝置等組成 圖 1 1 在 本次設(shè)計(jì)的上料機(jī)構(gòu)中 上料時(shí) 鋼料放在儲(chǔ)料架上 通過撥料桿將鋼料撥到上料臺(tái) 架上 在上料架上有滾動(dòng)的小輪帶動(dòng)鋼料沿著軌道前進(jìn) 送到刀架后被夾緊銑削 加 工完的棒料被導(dǎo)向小車夾拉到下料臺(tái)架 當(dāng)整根棒料都置于下料臺(tái)架后 通過下料臺(tái) 架下的氣壓缸將其推翻 從而實(shí)現(xiàn)下料 在切削刀架后有一個(gè)激光檢測(cè)頭隨時(shí)測(cè)量棒 料的直徑 當(dāng)直徑發(fā)生變化時(shí) 它會(huì)發(fā)出脈沖信號(hào)通知刀架進(jìn)行調(diào)整 從而控制直徑 在允許的范圍內(nèi) 1 上料臺(tái)架 2 主傳動(dòng)及床身 3 電氣裝置 4 上料裝置 5 前導(dǎo)向裝置 6 空心軸 7 牽引裝置 8 下料臺(tái)架 9 潤(rùn)滑裝置 10 冷卻系統(tǒng) 11 排屑裝置 12 液壓站 13 進(jìn)給傳動(dòng)裝置 圖 1 1 圓鋼外圓銑削加工設(shè)備布局 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 7 1 圓鋼外圓銑削加工設(shè)備的傳動(dòng)系統(tǒng) 棒料從儲(chǔ)料架被撥到上料機(jī)構(gòu) 上料進(jìn)給動(dòng)力及速度由進(jìn)給傳動(dòng)電機(jī) Z4 132 2 型直流電動(dòng)機(jī) 15KW 440V 39 5A 1510rpm 提供 通過齒輪減速器 ZDY 100 5 1 型單級(jí)圓柱齒輪減速器 和減速機(jī)構(gòu)雙重減速 達(dá)到上料進(jìn)給所需速度 棒料的銑削過程由主傳動(dòng)電機(jī) Z 200 21 型直流電動(dòng)機(jī) 75KW 440V 188A 額定轉(zhuǎn)速 1500rpm 最高轉(zhuǎn)速 3000rpm 控制 銑削時(shí) 棒料只作直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 刀具 作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 與傳統(tǒng)的加工方法截然不同 下料時(shí)由進(jìn)給傳動(dòng)電機(jī)和返回電機(jī) 德國(guó) SEW 公司 RF62DV132S12 2BMG 斜齒 輪減速交流鼠籠雙速制動(dòng)電動(dòng)機(jī) 420 2860rpm 0 5 3 0KW 2 3 6 0A 輸出轉(zhuǎn)速 45 303rpm 交替控制 未加工完時(shí) 由進(jìn)給傳動(dòng)電機(jī)控制 加工完瞬間 進(jìn)給傳動(dòng)電 機(jī)斷開 返回電機(jī)控制卸料小車卸料并送出 接著返回 斷開 進(jìn)給傳動(dòng)電機(jī)開始工 作 1 齒輪減速器 2 進(jìn)給傳動(dòng)電機(jī) 3 減速機(jī)構(gòu) 4 銑削機(jī)構(gòu) 5 返回電機(jī) 6 下料機(jī)構(gòu) 7 主傳動(dòng)電機(jī) 8 上料機(jī)構(gòu) 圖 1 2 傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 8 2 工藝及其特點(diǎn) 被加工的棒料在上料架上被撥料桿撥入輥道 驅(qū)動(dòng)輥?zhàn)訉袅纤偷竭M(jìn)給裝置中 隨后通過夾緊架夾緊并被拉出 由下料裝置上的兩組驅(qū)動(dòng)輥?zhàn)油ㄟ^氣缸夾緊后送出 最后由卸料桿將棒料收集于下料臺(tái)架中 圓鋼外圓銑削加工設(shè)備生產(chǎn) n5 5 n80mm 剝皮棒料和剝皮盤圓半成品 棒材進(jìn)給速 度為 4 40 米 分 切削頭轉(zhuǎn)速 180 2460 轉(zhuǎn) 分 該設(shè)備的工藝特點(diǎn)是集多工序?yàn)橥还?序連續(xù)完成 省工省料 高質(zhì)量高效率 3 銑削加工方式 圓鋼外圓銑削加工設(shè)備采用的是銑削加工方式 而不是傳統(tǒng)的對(duì)外圓工件進(jìn) 行車削 在銑削過程中 工件作直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 銑刀高速旋轉(zhuǎn)多刃切削 相對(duì)于車削 時(shí)工件旋轉(zhuǎn) 車刀單刃車削來說 在細(xì)長(zhǎng)桿件的加工中 采用銑削方式加工速度快 加工件表面質(zhì)量高 1 2 主要技術(shù)性能 1 加工范圍 加工直徑 n9 n81mm 2 棒料長(zhǎng)度 2 6m 使用短棒線路 2 2 2m 使用測(cè)量?jī)x 3 8 6m 3 主傳動(dòng)功率 75KW 直流 采用可控硅控制的直流電機(jī) 4 主軸轉(zhuǎn)速 200 2000r min 5 切削速度 最大 40m min 無(wú)級(jí)調(diào)速 6 切削量 0 5 2mm 直徑 7 切削刀具調(diào)節(jié)量 每按一次按鈕 進(jìn)給量為 0 01mm 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 9 8 電器設(shè)備 A 總電機(jī)容量 直流 135KW 交流 53KW B 操作電壓 380V 50HZ C 控制電壓 220V 50HZ D 電磁閥控制電壓 24V 直流 E 允許電壓波動(dòng) 10 F 氣動(dòng)壓縮空氣 壓力 0 4 0 45MP 耗氣量 1500L min G 冷卻液每三個(gè)月更換一次 用量大約 8000L H 機(jī)器壽命 在正常的維護(hù)條件下 每天三班倒 使用壽命約為 30 年 I 銑削后的棒料公差 達(dá)到 ISO 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) h9 的技術(shù)要求 直徑公差 n 9 n 18mm 0 n 0 043mm n 18 n 30mm 0 n 0 053mm n 30 n 50mm 0 n 0 062mm n 50 n 81mm 0 n 0 071mm 橢圓度 最大 0 030mm 平直度 最大 3mm m 取決于棒料平直度 表面粗糙度 最高 1 6 m J 設(shè)備總重量 22 噸 1 3 銑削棒料生產(chǎn)流程 棒料熱扎 或退火 矯直 銑削棒皮 檢驗(yàn) 打包 過磅 入庫(kù) 1 4 加工材料及技術(shù)要求 1 材料 軸承鋼 GCr15 GCr15SiMn 不銹鋼 1Gr18Ni9Ti 2Cr13 高速工具鋼 W6Mo5CrV2 W18Cr4V 碳素結(jié)構(gòu)鋼 合金結(jié)構(gòu)鋼 彈簧鋼 合金工具鋼等 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 10 2 銑削前棒料平直度 3mm m 3 棒料加工狀態(tài) 退火 熱扎態(tài) 1 5 設(shè)備用途 目前國(guó)內(nèi)鋼廠在軋制細(xì)長(zhǎng)圓鋼時(shí) 一般存在切削加工困難的問題 而軸承行業(yè) 彈簧行業(yè)對(duì)這種軋制圓鋼的需求非常大 圓鋼外圓加工設(shè)備能方便 快速的加工細(xì)長(zhǎng) 類圓鋼 加工質(zhì)量好 生產(chǎn)效率高 能滿足這些鋼廠急于想獲得該類設(shè)備的要求 1 6 存在問題和解決途徑 1 刀片 本設(shè)備的銑削刀片極易磨損消耗 需求量大 德國(guó)同類刀片加工壽命為 80 支棒 料 每片刀片價(jià)格 18 40 馬克 目前 株洲硬質(zhì)合金廠可生產(chǎn)此類刀片 2 潤(rùn)滑油 潤(rùn)滑劑有以下這些用途 1 減少摩擦力 2 防止磨損 3 防止黏附力 4 有利于 裝卸 5 冷卻運(yùn)動(dòng)熱 6 防止腐蝕 通過這么多年的發(fā)展 潤(rùn)滑劑的原料來源變得 越來越廣泛 除油和油膏之外的許多塑料和固體甚至氣體都充當(dāng)了這個(gè)角色 唯一的 局限是許多這些材料在它們重新補(bǔ)充自己的過程中吸收摩擦熱 他們對(duì)高溫度環(huán)境敏 感 只能在較穩(wěn)定的環(huán)境里 由于潤(rùn)滑材料的選擇范圍廣 重要的是材料的選擇和方法 的應(yīng)用 以下類型潤(rùn)滑劑是可利用的 1 石油流體 2 綜合性流體 3 油膏 4 固體脂 5 動(dòng)態(tài)流體 6 氣體 7 塑料 8 動(dòng)物脂 9 金屬和礦物脂 10 植 物油 應(yīng)用最多和最好的潤(rùn)滑劑是礦物油 在同時(shí)提供機(jī)械和水力元素設(shè)計(jì)的應(yīng)用中 油被認(rèn)為是最可靠的潤(rùn)滑劑 一致認(rèn)為 它提供更寬的選擇 滿足了具體應(yīng)用的要求 銷售的潤(rùn)滑劑一般都含有添加劑 這些 添加劑包裹 是一個(gè)石油公司的銷售工 程師為一些特殊條件下的應(yīng)用而研究出來的 下列這些是有共同點(diǎn)的類型添加劑 1 防摩擦劑 2 氧化作用抗化劑 3 鐵銹抗化劑 4 洗滌分散劑 5 黏度改 良劑 6 抗扭屈劑 7 節(jié)點(diǎn)抑制劑 添加劑的最新領(lǐng)域 是當(dāng)加熱到溫度足夠高后蒸發(fā)或燒掉基本的油而不留下灰的 一系列有機(jī)化合物 最初在內(nèi)燃機(jī)的應(yīng)用中 他們發(fā)現(xiàn)金屬或礦物元素會(huì)促進(jìn)催化作 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 11 用 重組或?qū)C(jī)械材料的退化作用 添加劑通常不穩(wěn)定于整個(gè)溫度和修剪范圍時(shí) 認(rèn)為可被基本的儲(chǔ)備油應(yīng)用 因此 疊加性型油必須仔細(xì)地被監(jiān)測(cè)以保證安全 當(dāng)儲(chǔ)備油減少了或耗盡了之后 裝置不能繼 續(xù)使用 更加重要的是 當(dāng)洗滌劑 分散劑 添加劑都存在時(shí) 起作用的是某種產(chǎn)品 還是他們同時(shí)作用 雖然由于材料而導(dǎo)致潤(rùn)滑油的需求量大幅減少 但是被潤(rùn)滑件運(yùn) 動(dòng)速度的加快而導(dǎo)致它們消耗加速 同時(shí) 揮發(fā)和泄漏也具有明顯的影響 黏度指數(shù)的改良調(diào)整潤(rùn)滑油使它的黏度在操作溫度范圍內(nèi)減少 這些材料也可用 來改進(jìn)重油或輕油 但是以前的儲(chǔ)備油傾向于恢復(fù)對(duì)高溫或?qū)Ω呒羟新释ǔT谟龅捷S 承和齒輪裝載的區(qū)域 在重工業(yè)設(shè)施 它一般適當(dāng)選擇更重或高度提煉的潤(rùn)滑劑 價(jià) 格一般是較昂貴的 而不是依靠一個(gè)較不穩(wěn)定的黏度指數(shù)改良產(chǎn)品 這些潤(rùn)滑劑一般 應(yīng)用于剪切率在 1000000 相秒以下時(shí)依照以下公式 剪切率 每秒 tDN60 其中 D 是直徑 單位 英寸 N 是轉(zhuǎn)速 單位 RPM t 是厚度 單位 英寸 此類機(jī)械用油一般為德國(guó)進(jìn)口 也可用國(guó)產(chǎn)油代替 A 德國(guó) TELLVS127 中心注油器用油 用國(guó)產(chǎn) N32 抗磨液壓油代替 B 德國(guó) OMALA100 齒輪油 用國(guó)產(chǎn) N100 中極壓工業(yè)用油代替 C 德國(guó) VITREA100 機(jī)械油 用國(guó)產(chǎn) 100 號(hào)機(jī)械油代替 D 德國(guó) 68OMALA 齒輪油 用國(guó)產(chǎn) N68 中極壓工業(yè)用油代替 E 德國(guó) TELLVS146 液壓油 用國(guó)產(chǎn) 30 40 抗磨液壓油代替 3 棒材平直度 此設(shè)備要求被銑削棒材平直度小于 3mm m 一般多輥型矯直機(jī)不易達(dá)到 但在 實(shí)際中 平直度大于 3mm m 還是可以加工的 4 銑削量 本設(shè)備技術(shù)參數(shù)中最小銑削量為 0 5mm 直徑 實(shí)際中 因?yàn)闊嵩鷪A鋼的橢圓 度和彎曲度大都超過要求 實(shí)際銑削量一般控制在 1mm 左右 1 7 生產(chǎn)情況 圓鋼外圓銑削加工設(shè)備主要生產(chǎn)以下幾種情況的棒料 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 12 1 冷沖壓專用軸承鋼 可供軸承廠直接進(jìn)行剪切 冷頂墩 冷沖壓加工零件 成品規(guī)格 n28mm 每年生 產(chǎn)量約 600 噸 2 外貿(mào)出口鋼材 只對(duì)表面質(zhì)量要求較高的模具進(jìn)行削皮加工 鋼種 D2 SKD11 等 3 改變規(guī)格 挽救不合格品 對(duì)具有一定批量 高合金鋼 200kg 以上 優(yōu)質(zhì)鋼 300kg 以上 的因公差尺寸或表 面缺陷 裂紋 雀皮 折疊 過燒等 較嚴(yán)重而不合標(biāo)準(zhǔn)的棒材 可重新改削成直徑 減小 1 3mm 規(guī)格的棒材 重新利用不合格品 減少損失 4 特殊要求的棒材 如代替進(jìn)口用于電機(jī)貫穿螺栓的 n38 5800 5900mm 1Cr18Mn12Ni 無(wú)磁不銹鋼棒 直徑尺寸公差要求 0 20mm 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 13 2 圓鋼外圓銑削加工設(shè)備上料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析 圓鋼外圓銑削加工設(shè)備上料機(jī)構(gòu)總長(zhǎng) 8100mm 高 1182mm 由于結(jié)構(gòu)空間大 本設(shè) 備中應(yīng)用了較多的細(xì)長(zhǎng)軸類構(gòu)件和板類構(gòu)件 而且好多件都是多次使用 減少了構(gòu)件 加工數(shù)量 使設(shè)備結(jié)構(gòu)不因?yàn)轶w積大而變得復(fù)雜 同時(shí)降低了設(shè)備的生產(chǎn)成本 本上料機(jī)構(gòu)的上料自動(dòng)化程度較高 沒有傳統(tǒng)的夾緊定位過程 節(jié)省了大量的加 工準(zhǔn)備時(shí)間 提高了生產(chǎn)率 增強(qiáng)了整個(gè)銑削加工設(shè)備的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力 2 1 支撐座 在本設(shè)計(jì)中 支撐基座由六塊板類零件焊接而成 如圖 2 1 左 而不是采用常用 的鑄造方法 這是考慮到支撐基座頂上的軸座做成鑄件后 給軸座上孔的加工帶來一 定難度 難以保證尺寸精度要求 各件尺寸 基座 355mm 355mm 25mm 支撐板 600mm 230mm 16mm 軸座 258mm 255mm 25mm 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 14 圖 2 1 支撐座 各件焊接關(guān)系和焊接方式如圖 2 1 右 支撐板交叉焊接在基座正中央 軸座對(duì)稱焊接在 支撐板上 2 2 軸及軸上零件 2 2 1 軸 如圖 2 2 所示 1 2 3 4 是上料機(jī)構(gòu)上四根主要的軸 其中 1 3 4 為細(xì)長(zhǎng)光軸 規(guī)格為 1 軸 35mm 4448mm 直徑 高 3 軸 45mm 4448mm 4 軸 45mm 4380mm 軸上分布有供固定軸上零件用的螺紋孔和供傳感器 電路等線路通過的通孔 4 軸主要起連接 固定上擋料板的作用 它沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng) 1 軸和 3 軸不僅有連接和固定的作用 它們還傳遞繞軸向的上料運(yùn)動(dòng) 它們通過帶 座軸承架在固定架上 減少相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦 所需的動(dòng)力由氣缸提供 2 軸相當(dāng)于鏈輪和托輥之間的橋梁 被加工棒料的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)經(jīng)過鏈輪再通過它傳到 托輥 從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)給 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 15 圖 2 2 軸及其附件 2 2 2 軸上零件 圖 2 2 中 1 3 4 軸上主要零件 圖 2 3 有固定架 1 5 擋料板 2 6 上料擋桿 3 7 上料擋桿 4 8 具體尺寸見零件圖 通過兩個(gè)圖的對(duì)比我們可以看出 每種零件都有兩種形式 即主要特征尺寸一致 在需要連接動(dòng)力源的零件上設(shè)計(jì)有連接部位 如擋料桿 它固定在 4 軸上 有 2 和 6 兩種形式 其中 2 有一個(gè)件 6 有五個(gè)件 在上料時(shí)擋料桿擋住工件的沖擊力 減少上 料擋桿 上的沖擊 當(dāng)加工不同的工件時(shí) 即工件的直徑發(fā)生變化 通過調(diào)整支撐桿 圖 2 3 上 2 件下面連接的是支撐桿 控制擋料桿 2 上擋料面的角度 擋料桿 2 通過 軸 4 帶動(dòng) 6 的變動(dòng) 六個(gè)件一起工作 從而適應(yīng)工件變化要求 上料擋桿 上料擋桿 也是通過一個(gè)件帶動(dòng)其它五個(gè)件 它的動(dòng)力分別由一個(gè) 氣缸提供 兩個(gè)氣缸通過協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)控制上料過程 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 16 1 5 固定架 2 6 料擋桿 3 7 上料擋桿 4 8 上料擋桿 圖 2 3 軸上零件 2 3 固定托輥槽鋼 固定托輥槽鋼 總長(zhǎng) 8100mm 是所有零件中最長(zhǎng)的零件 它起到了固定 支撐托 輥 固定架 以及承受各軸 擋料桿 上料擋桿等的重力 之所以選擇它作為支撐 連接件 是考慮到本機(jī)構(gòu)較長(zhǎng)而且龐大 細(xì)長(zhǎng)的槽鋼重量輕 所占空間小 適于鉆孔 圖 2 4 固定托輥槽鋼 2 4 蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì) 蝸輪蝸桿的工作環(huán)境 手工驅(qū)動(dòng) 載荷平穩(wěn) 單向工作 輸入功率 P 0 01KW 輸入轉(zhuǎn)速 58r min 傳動(dòng)比 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 17 為 29 三班倒 工作壽命 30 年 設(shè)計(jì)步驟 1 選擇材料及確定許用應(yīng)力 蝸桿材料用 45 鋼 蝸桿螺旋部分表面淬火 齒面硬度 45 55HRC 蝸輪齒圈用鑄鋁 青銅 ZCuAl Mn 砂模鑄造 輪芯用鑄鐵 HT150 采用齒圈靜配式結(jié)構(gòu) 92 取蝸輪材料的許用接觸應(yīng)力 H 172MPa 許用彎曲應(yīng)力 f 80MPa 2 選擇蝸桿頭數(shù) Z1和蝸輪齒數(shù) Z2 根據(jù)傳動(dòng)比 i 29 取 Z1 1 Z 2 iZ1 29 3 按蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 蝸桿轉(zhuǎn)矩 T 1 9 55 10 P n 61 9 55 10 0 01 58 1646 6N mm 經(jīng)估算 取 0 7 蝸輪轉(zhuǎn)矩 T2 i T1 29 0 7 1646 6 33426N mm 因?yàn)檩d荷平穩(wěn) 取 K 1 0 K 1 1 K 1 0 AV 則 K K K KAV 1 0 1 1 1 0 1 1 H H 8 710N 其中 N 60jn L 2h 60 1 2 30 300 24 0 864 10 7 所以 H 172 871064 175 2MPa 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 18 F F 8 710N 80 8764 81 5MPa 根據(jù)公式 m d KT 21 2 496HZ 2 其中 KT 1 1 33426 2 496HZ 2 2 175649 350 4mm 2 取 m 3 15 d 40mm1 則 m d 3 15 40 396 9 350 4 滿足要求22 蝸桿導(dǎo)程角 arctan 1dmZ arctan 405 3 5 07 蝸輪圓周速度 V 23106 nd 34 4 2 m s10 蝸桿分度圓直徑 d 40mm 1 蝸輪分度圓直徑 d mZ 3 15 29 91 35mm2 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 19 傳動(dòng)中心距 a d d 40 91 35 65 675mm21 2 4 驗(yàn)算蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 查得蝸輪齒形系數(shù) Y 2 522Fa 則 F Y mdKT21cos53 2Fa 5 94007 s6 52 12 3 因?yàn)?F F 81 5MPa 所以 滿足齒根彎曲疲勞強(qiáng)度要求 5 主要幾何尺寸計(jì)算 分度圓直徑 d 40mm1 d 91 35mm2 中心距 a 65 675mm 模數(shù) m 3 15 蝸桿導(dǎo)程角 5 07 齒頂圓直徑 d d 2m 40 2 46 3mm1a15 3 d d 2m 91 35 2 97 65mm2 齒根圓直徑 d d 2 4m 40 2 4 32 44mm1f d d 2 4m 91 35 2 4 83 79mm2f 153 齒矩 p p m 3 14 3 15 9 896mm1x 分度圓上齒厚 S S 0 5 m 0 5 3 14 3 15 4 948mmt2t 蝸輪最大外圓直徑 d d 1 5m 97 65 1 5 3 15 102 375mme a 取 d 354mm2 蝸輪齒頂圓半徑 R m 3 15 16 85mma140 蝸輪齒寬 b 0 75d 0 75 46 3 34 725mm 1 取 b 32mm 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 20 蝸輪齒寬角 2arcsin 2arcsin 106 15 37 1db4032 6 精度及齒面粗糙度選擇 選 8 級(jí)粗糙度 標(biāo)記為 8CGB10089 88 蝸桿齒面粗糙度 R 3 2 m1a 蝸輪齒面粗糙度 R 3 2 m 7 壓桿的穩(wěn)定校核 6Kg25710FKg2576130MPaAF 243a68 52P3041ba ba7 018iLh63AIi 286a1028 PE 10n123m60L GPa2EMa280Pa5045crmaxsr scr21 269p21 stpss s 所 以 臨 界 壓 力 是 小 柔 度 壓 桿 可 見 活 塞 桿 的 柔 度 得算 臨 界 壓 力 由 公 式所 以 不 能 用 歐 拉 公 式 計(jì) 柔 度 為截 面 為 矩 形 槽 鋼 端 自 由 取 長(zhǎng) 度 因 數(shù)由 于 支 座 一 端 固 定 兩 安 全 系 數(shù) 取 厚 度 寬 長(zhǎng)長(zhǎng) 度 鋼 制 成 棒 料 剝 皮 機(jī) 的 活 塞 桿 由 8 潤(rùn)滑油選擇 力速度因子 20 3N min m 1Vs32naT5867 43 2 40 C 時(shí)運(yùn)動(dòng)黏度為 220 N min m 選用 G N220N 蝸輪蝸桿油 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 21 9 蝸輪蝸桿工程圖 圖 2 5 是蝸輪蝸桿的裝配型式簡(jiǎn)圖 具體工程圖見零件圖 蝸輪中央螺旋狀的是與絲杠配合內(nèi)絲杠紋 整個(gè)蝸輪通過單向推力球軸承支撐 蝸桿一端連接手輪 另一端通過聯(lián)軸器和軸與相對(duì)應(yīng)的另一對(duì)同樣的蝸輪蝸桿相連 它們一起調(diào)節(jié)槽鋼的升降以滿足不同工件的直徑變化產(chǎn)生的對(duì)刀偏差 圖 2 5 蝸輪 蝸桿 2 5 升降與導(dǎo)向裝置 如前面所介紹 被加工工件直徑發(fā)生變化時(shí) 必需控制托輥的高低以調(diào)節(jié)工件中 心與旋轉(zhuǎn)刀具中心在一條直線上 通常的工件加工大都是批量生產(chǎn) 不用經(jīng)常調(diào)節(jié)中 心 所以本設(shè)備采用手動(dòng)控制調(diào)節(jié) 通過手輪將位 移量傳遞到蝸桿 再到蝸輪 最后到絲杠 絲杠推動(dòng)支座上的槽鋼向上或向下運(yùn)動(dòng) 由槽鋼的升降來控制工件的升降 由于整個(gè)機(jī)構(gòu)跨度較長(zhǎng) 升降的過程中難以保證槽鋼的平直度 所以本機(jī)構(gòu)采用 了導(dǎo)向裝置來提高調(diào)節(jié)的精度要求 整個(gè)導(dǎo)向裝置的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單 就由一個(gè)導(dǎo)套和 導(dǎo)向桿組成 導(dǎo)套用螺栓固定在支撐座上 為了減少摩擦和提高精度 導(dǎo)套內(nèi)圈嵌有 一個(gè)薄銅套 銅套內(nèi)圈與導(dǎo)向桿是間隙配合關(guān)系 圖 2 6 左即為導(dǎo)向桿 導(dǎo)向桿被焊接 在固定托輥槽鋼上 而圓柱上被削掉的地方就是焊接面 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 22 圖 2 6 裝置 在本上料機(jī)構(gòu)的兩個(gè)支撐座上各有一套 所有的零件都是成對(duì)使用 提高了零件利用率 減少了零件的設(shè)計(jì)數(shù)量 1 導(dǎo)套 2 導(dǎo)向桿 左圖 3 固定托輥槽鋼 4 支座 5 絲杠 右圖 圖 2 6 升降調(diào)節(jié)裝置 2 6 托輥機(jī)構(gòu) 托輥機(jī)構(gòu)主要由軸 鏈輪 托輥 軸承座 軸承 鍵 擋圈 軸套等組成 如圖 2 7 圖 2 8 在這兩個(gè)類型差不多的托輥機(jī)構(gòu)中 托輥機(jī)構(gòu) 是主動(dòng)件 托輥機(jī)構(gòu) 是從動(dòng)件 托輥轉(zhuǎn)動(dòng)所需要的動(dòng)力通過聯(lián)軸器傳遞過來 通過軸 鍵連接帶動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng) 各鏈輪 經(jīng) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 23 圖 2 7 托輥機(jī)構(gòu) 爆炸圖 圖 2 8 托輥機(jī)構(gòu) 爆炸圖 鏈條同步帶動(dòng) 托輥機(jī)構(gòu) 中 鏈輪是雙排的 它的兩邊輪齒都可以連入鏈條 當(dāng)一邊磨損后 可以換用另一面 增加了鏈輪的使用壽命 鏈輪用鍵進(jìn)行定位固定 軸向用擋圈限制 自由度 托輥的定位和固定和鏈輪是一樣的 應(yīng)用的也是鍵和擋圈 整個(gè)機(jī)構(gòu)都是通 過軸承座固定在固定托輥槽鋼上 軸由一對(duì)角接觸軸承支撐在軸承座上 托輥機(jī)構(gòu) 中 基本零件和托輥機(jī)構(gòu) 是一樣的 不同的是軸的左端連入了聯(lián)軸器 右端的鏈輪 結(jié)構(gòu)工藝性發(fā)生了變化 但主要技術(shù)參數(shù)是一樣的 由于圓鋼外圓銑削加工設(shè)備加工的工件一般都較長(zhǎng) 需要的托輥比較多 這種托 輥機(jī)構(gòu)在本設(shè)備上一共應(yīng)用了 20 套 上料機(jī)構(gòu) 下料機(jī)構(gòu)各 10 套 在上料機(jī)構(gòu)中 作為主動(dòng)件的托輥機(jī)構(gòu) 用了 3 套 托輥機(jī)構(gòu) 用了 7 套 2 7 塔架 塔架的結(jié)構(gòu)不規(guī)則 因此應(yīng)用的是鑄件 規(guī)格 250mm 155mm 102mm 它通過螺栓固定在支撐座上 中間大孔容納絲杠 而蝸輪則套在絲杠上 它們之 間傳遞位移和力 蝸桿通過角接觸軸承套在橫臥的通孔中 所有的開口都被密封 塔架的主要作用是支撐固定托輥槽鋼 保護(hù)蝸輪 蝸桿 絲杠不受外界環(huán)境的干 擾 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 24 圖 2 9 塔架 2 8 氣缸 圓鋼外圓銑削加工設(shè)備上料機(jī)構(gòu)之所以選擇氣缸而不選擇液壓缸 是由上料工作 環(huán)境確定的 上料的要求就是把工件從儲(chǔ)料架上送到托輥上 不要求精確的定位和位 移 氣缸傳動(dòng)就能保證要求 而且氣缸沒有液壓油的泄漏 工作環(huán)境衛(wèi)生環(huán)保 符合 了現(xiàn)在機(jī)器設(shè)計(jì)環(huán)?;内厔?shì) 2 9 其他零部件 和在生活中很多事都有主次之分一樣 機(jī)械設(shè)計(jì)的零部件也有重要零部件和輔助 零部件之分 但事情也不都是絕對(duì)的 每個(gè)零部件都有它的特定作用 看起來不起眼 的零部件 但失去了它 可能導(dǎo)致整個(gè)設(shè)備使用不方便或者失去作用 端蓋 圖 2 10 密封軸 防止灰塵進(jìn)入和潤(rùn)滑油漏出 支撐桿 圖 2 11 它是一個(gè)可伸縮的構(gòu)件 通過構(gòu)件上的螺母調(diào)節(jié)支撐桿的長(zhǎng)度 進(jìn)而調(diào)節(jié)擋料桿的擋料角度 適應(yīng)工件直徑的變化要求 手輪 圖 2 12 調(diào)整固定托輥槽鋼時(shí)傳動(dòng)位移 與蝸桿采用內(nèi)凹四方體連接 不 用時(shí)也可以卸下來 使用方便 軸座 圖 2 13 固定軸的作用 在無(wú)法從下面支撐軸的時(shí)候 采用這種結(jié)構(gòu)的軸 座能很好的解決問題 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 25 圖 2 10 端蓋 圖 2 11支撐桿 圖 2 12 手輪 圖 2 13 軸座 還有很多零件 如套筒 軸套 擋板等設(shè)計(jì) 以及軸承 擋圈 墊圈 螺釘 螺 栓 螺母 鍵 銷等標(biāo)準(zhǔn)件的選用 都必須考慮整個(gè)上料機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)工藝性和裝配工 藝性 2 10 上料機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)工藝性分析 組裝完畢的上料模擬圖如圖 2 14 圖 2 15 所示 雖然從側(cè)視圖看上去各構(gòu)件比較 錯(cuò)綜復(fù)雜 但從主視圖可看出 各構(gòu)件不是分散分布在固定托輥槽鋼上 而是由能單 獨(dú)完成一個(gè)上料演示的各個(gè)構(gòu)件組合在一起 然后按一定比例裝配在固定托輥槽鋼上 從主視圖中可以看出此機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)層次性較強(qiáng) 而且構(gòu)成本機(jī)構(gòu)的各個(gè)零件都比較簡(jiǎn) 單 圖 2 14 圓鋼外圓銑削加工設(shè)備上料機(jī)構(gòu)主視圖 很多件都是多次應(yīng)用 比如說固定架 擋料桿 上料擋桿 托輥等 零件的設(shè)計(jì) 制 造簡(jiǎn)單 結(jié)構(gòu)工藝性好 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 26 由于本上料機(jī)構(gòu)體積龐大 為了減少零件的復(fù)雜性 機(jī)構(gòu)中采用了大量的焊接件 組合件 雖然降低了機(jī)構(gòu)的精度和強(qiáng)度 但本機(jī)構(gòu)的上料對(duì)精度的要求較低 且承受 的沖擊力小 足以滿足設(shè)計(jì)要求 結(jié) 論 經(jīng)過一段時(shí)間的艱苦努力 終于比較圓滿的完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)的各項(xiàng)任務(wù) 通過本 次畢業(yè)設(shè)計(jì) 我不但豐富了自己的機(jī)械理論知識(shí) 還充實(shí)了自己的實(shí)踐知識(shí) 同時(shí)也 培養(yǎng)了我的認(rèn)真務(wù)實(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度 理論聯(lián)系實(shí)際 專研創(chuàng)新與實(shí)事求是相結(jié)合 的工作態(tài)度 在設(shè)計(jì)過程中我也發(fā)現(xiàn)了我很多不足的地方 我也做了認(rèn)真的總結(jié) 希望對(duì)我未 來的工作能夠有所幫助 我再理論知識(shí)上還是存在缺陷 我想真的應(yīng)該重視基礎(chǔ)理論 知識(shí) 只有牢固掌握專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)上 才能有創(chuàng)新和發(fā)展 還有以前我并不重視對(duì) 資料的查詢 但通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì) 我學(xué)會(huì)了收集 查閱和綜合分析各種資料 正確 應(yīng)用各種標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)和工具書籍 進(jìn)一步提高了自己分析 計(jì)算等基本技能 同時(shí)我的 CAD 繪圖能力也得到了大幅的提升 很多了解不全面的地方通過學(xué)習(xí)完善了 這點(diǎn)也是 對(duì)我受益匪淺的 還有對(duì)一些公式的運(yùn)用計(jì)算和書寫 使我了解了設(shè)計(jì)論文的規(guī)范和 要求 為我將來工作做了很好的鋪墊 2011 5 20 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 27 致 謝 大學(xué)學(xué)習(xí)時(shí)光已經(jīng)接近尾聲 在此我想對(duì)我的母校 我的父母 親人們 我的老 師和同學(xué)們表達(dá)我由衷的謝意 感謝我的家人對(duì)我大學(xué)學(xué)習(xí)的默默支持 感謝我的母 校沈陽(yáng)理工給了我在大學(xué)深造的機(jī)會(huì) 讓我能繼續(xù)學(xué)習(xí)和提高 感謝沈陽(yáng)理工的老師 和同學(xué)們這幾年來的關(guān)心和鼓勵(lì) 老師們課堂上的激情洋溢 課堂下的諄諄教誨 同 學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)中的認(rèn)真熱情 生活上的熱心主動(dòng) 所有這些都讓我充滿了感動(dòng) 這次畢 業(yè)論文設(shè)計(jì)我得到了很多老師和同學(xué)的幫助 其中我的論文指導(dǎo)老師張福老師對(duì)我的 關(guān)心和支持尤為重要 每次遇到難題 我最先做的就是向張老師尋求幫助 而張老師 每次不管忙或閑 總會(huì)抽空來找我面談 然后一起商量解決的辦法 張老師平日里工 作繁多 但我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段 從選題到查閱資料 論文提綱的確定 中期論 文的修改 后期論文格式調(diào)整等各個(gè)環(huán)節(jié)中都給予了我悉心的指導(dǎo) 這幾個(gè)月以來 張老師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo) 同時(shí)還在思想給我以無(wú)微不至的關(guān)懷 在此謹(jǐn) 向張老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意 感謝在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)期間和我密切合作的同 學(xué) 和曾經(jīng)在各個(gè)方面給予過我?guī)椭幕锇閭?在此 我再一次真誠(chéng)地向幫助過我的 老師和同學(xué)表示感謝 宋雨澤 2011 5 20 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 28 參考文獻(xiàn) 1 毛謙德 李振清主編 袖珍設(shè)計(jì)師手冊(cè) 第二版 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2000 2 莫榮主編 產(chǎn)品三維 CAD 工具 Unigraphics NX 基礎(chǔ)與應(yīng)用 北京 機(jī)械工業(yè)出版 社 2004 3 孫恒 陳作模主編 機(jī)械原理 第七版 北京 高等教育出版社 2006 4 吳宗澤主編 機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè) 下冊(cè) 第一版 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2002 5 張玉 劉平主編 幾何量公差與測(cè)量技術(shù) 沈陽(yáng) 東北大學(xué)出版社 2006 6 劉鴻文主編 材料力學(xué) 第四版 北京 高等教育出版社 2004 7 李波 張?jiān)平苤骶?Unigraphics 工程制圖與裝配 北京 北京大學(xué)出版社 2003 8 賈春德 姜增輝主編 車銑原理 北京 國(guó)防工業(yè)出版社 2003 9 上海金屬切削技術(shù)協(xié)會(huì) 金屬切削手冊(cè) M 上海 上??茖W(xué)技術(shù)出版社 1984 10 周永強(qiáng) 高等學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo) M 北京 中國(guó)建材工業(yè)出版社 2002 11 廖念釗 莫雨松 李碩根 互換性與技術(shù)測(cè)量 M 中國(guó)計(jì)量出版社 2000 9 19 12 樂兌謙 金屬切削刀具 機(jī)械工業(yè)出版社 2005 4 17 13 周廣林 機(jī)械工程基礎(chǔ) 哈爾濱 黑龍江人民出版社 2000 108 235 14 田克華 互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ) 哈爾濱 哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 1996 15 龔桂義 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)圖冊(cè) 北京 高等教育出版社 1994 155 198 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 29 16 費(fèi)業(yè)泰 誤差理論與數(shù)據(jù)處理 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1999 45 96 17 邱宣懷 機(jī)械設(shè)計(jì) 第 4 版 北京 高等教育出版社 1997 49 71 18 王承鋼 量塊檢定參考資料 北京 中國(guó)計(jì)量出版社 1987 23 69 19 常寶印 漸開線花鍵標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用手冊(cè) 北京 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社 1997 63 92 20 呂林森 公差原則與級(jí)和精度設(shè)計(jì) 北京 國(guó)防工業(yè)出版社 1989 95 118 21 甘永力 形狀和位置誤差檢測(cè) 北京 國(guó)防工業(yè)出版社 1995 34 52 22 徐灝 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 第 3 版 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2000 2 32 23 范順成 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第 3 版 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2003 56 95 外文翻譯資料
機(jī)電一體化技術(shù)及其應(yīng)用研究
1 機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展
機(jī)電一體化是機(jī)械、微、控制、機(jī)、信息處理等多學(xué)科的交叉融合,其發(fā)展和進(jìn)步有賴于相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展,其主要發(fā)展方向有數(shù)字化、智能化、模塊化、化、人性化、微型化、集成化、帶源化和綠色化。
1.1 數(shù)字化
微控制器及其發(fā)展奠定了機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎(chǔ),如不斷發(fā)展的數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人;而計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速崛起,為數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造鋪平了道路,如虛擬設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)集成制造等。數(shù)字化要求機(jī)電一體化產(chǎn)品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護(hù)性、自診斷能力以及友好人機(jī)界面。數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)將便于遠(yuǎn)程操作、診斷和修復(fù)。
1.2 智能化
即要求機(jī)電產(chǎn)品有一定的智能,使它具有類似人的邏輯思考、判斷推理、自主決策等能力。例如在CNC數(shù)控機(jī)床上增加人機(jī)對(duì)話功能,設(shè)置智能I/O接口和智能工藝數(shù)據(jù)庫(kù),會(huì)給使用、操作和維護(hù)帶來極大的方便。隨著模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色、小波理論、混沌與分岔等人工智能技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展,為機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展開辟了廣闊天地。
1.3 模塊化
由于機(jī)電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多,研制和開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、動(dòng)力接口、環(huán)境接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元模塊是一項(xiàng)復(fù)雜而有前途的工作。如研制具有集減速、變頻調(diào)速電機(jī)一體的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)單元;具有視覺、圖像處理、識(shí)別和測(cè)距等功能的電機(jī)一體控制單元等。這樣,在產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí),可以利用這些標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元迅速開發(fā)出新的產(chǎn)品。
1.4 網(wǎng)絡(luò)化
由于網(wǎng)絡(luò)的普及,基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾。而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品,現(xiàn)場(chǎng)總線和局域網(wǎng)技術(shù)使家用電器網(wǎng)絡(luò)化成為可能,利用家庭網(wǎng)絡(luò)把各種家用電器連接成以計(jì)算機(jī)為中心的計(jì)算機(jī)集成家用電器系統(tǒng),使人們?cè)诩依锟沙浞窒硎芨鞣N高技術(shù)帶來的好處,因此,機(jī)電一體化產(chǎn)品無(wú)疑應(yīng)朝網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。
1.5 人性化
機(jī)電一體化產(chǎn)品的最終使用對(duì)象是人,如何給機(jī)電一體化產(chǎn)品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來愈重要,機(jī)電一體化產(chǎn)品除了完善的性能外,還要求在色彩、造型等方面與環(huán)境相協(xié)調(diào),使用這些產(chǎn)品,對(duì)人來說還是一種享受,如家用機(jī)器人的最高境界就是人機(jī)一體化。
1.6 微型化
微型化是精細(xì)加工技術(shù)發(fā)展的必然,也是提高效率的需要。微機(jī)電系統(tǒng)(Micro Electronic Mechanical Systems,簡(jiǎn)稱MEMS)是指可批量制作的,集微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號(hào)處理和控制電路,直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。自1986年美國(guó)斯坦福大學(xué)研制出第一個(gè)醫(yī)用微探針,1988年美國(guó)加州大學(xué)Berkeley分校研制出第一個(gè)微電機(jī)以來,國(guó)內(nèi)外在MEMS工藝、材料以及微觀機(jī)理方面取得了很大進(jìn)展,開發(fā)出各種MEMS器件和系統(tǒng),如各種微型傳感器(壓力傳感器、微加速度計(jì)、微觸覺傳感器),各種微構(gòu)件(微膜、微粱、微探針、微連桿、微齒輪、微軸承、微泵、微彈簧以及微機(jī)器人等)。
1.7 集成化
集成化既包含各種技術(shù)的相互滲透、相互融合和各種產(chǎn)品不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與復(fù)合,又包含在生產(chǎn)過程中同時(shí)處理加工、裝配、檢測(cè)、管理等多種工序。為了實(shí)現(xiàn)多品種、小批量生產(chǎn)的自動(dòng)化與高效率,應(yīng)使系統(tǒng)具有更廣泛的柔性。首先可將系統(tǒng)分解為若干層次,使系統(tǒng)功能分散,并使各部分協(xié)調(diào)而又安全地運(yùn)轉(zhuǎn),然后再通過軟、硬件將各個(gè)層次有機(jī)地聯(lián)系起來,使其性能最優(yōu)、功能最強(qiáng)。
1.8 帶源化
是指機(jī)電一體化產(chǎn)品自身帶有能源,如太陽(yáng)能電池、燃料電池和大容量電池。由于在許多場(chǎng)合無(wú)法使用電能,因而對(duì)于運(yùn)動(dòng)的機(jī)電一體化產(chǎn)品,自帶動(dòng)力源具有獨(dú)特的好處。帶源化是機(jī)電一體化產(chǎn)品的發(fā)展方向之一。
1.9 綠色化
技術(shù)的發(fā)展給人們的生活帶來巨大變化,在物質(zhì)豐富的同時(shí)也帶來資源減少、生態(tài)環(huán)境惡化的后果。所以,人們呼喚保護(hù)環(huán)境,回歸,實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲中應(yīng)運(yùn)而生。綠色產(chǎn)品是指低能耗、低材耗、低污染、舒適、協(xié)調(diào)而可再生利用的產(chǎn)品。在其設(shè)計(jì)、制造、使用和銷毀時(shí)應(yīng)符合環(huán)保和人類健康的要求,機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指在其使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境,產(chǎn)品壽命結(jié)束時(shí),產(chǎn)品可分解和再生利用。
2 機(jī)電一體化技術(shù)在鋼鐵中應(yīng)用
在鋼鐵企業(yè)中,機(jī)電一體化系統(tǒng)是以微處理機(jī)為核心,把微機(jī)、工控機(jī)、數(shù)據(jù)通訊、顯示裝置、儀表等技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來,采用組裝合并方式,為實(shí)現(xiàn)工程大系統(tǒng)的綜合一體化創(chuàng)造有力條件,增強(qiáng)系統(tǒng)控制精度、質(zhì)量和可靠性。機(jī)電一體化技術(shù)在鋼鐵企業(yè)中主要應(yīng)用于以下幾個(gè)方面:
2.1 智能化控制技術(shù)(IC)
由于鋼鐵具有大型化、高速化和連續(xù)化的特點(diǎn),傳統(tǒng)的控制技術(shù)遇到了難以克服的困難,因此非常有必要采用智能控制技術(shù)。智能控制技術(shù)主要包括專家系統(tǒng)、模糊控制和神經(jīng)等,智能控制技術(shù)廣泛于鋼鐵的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、控制、設(shè)備與產(chǎn)品質(zhì)量診斷等各個(gè)方面,如高爐控制系統(tǒng)、電爐和連鑄車間、軋鋼系統(tǒng)、煉鋼———連鑄———軋鋼綜合調(diào)度系統(tǒng)、冷連軋等。
2.2 分布式控制系統(tǒng)(DCS)
分布式控制系統(tǒng)采用一臺(tái)中央機(jī)指揮若干臺(tái)面向控制的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控計(jì)算機(jī)和智能控制單元。分布式控制系統(tǒng)可以是兩級(jí)的、三級(jí)的或更多級(jí)的。利用計(jì)算機(jī)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制。隨著測(cè)控技術(shù)的,分布式控制系統(tǒng)的功能越來越多。不僅可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程控制,而且還可以實(shí)現(xiàn)在線最優(yōu)化、生產(chǎn)過程實(shí)時(shí)調(diào)度、生產(chǎn)計(jì)劃統(tǒng)計(jì)管理功能,成為一種測(cè)、控、管一體化的綜合系統(tǒng)。DCS具有特點(diǎn)控制功能多樣化、操作簡(jiǎn)便、系統(tǒng)可以擴(kuò)展、維護(hù)方便、可靠性高等特點(diǎn)。DCS是監(jiān)視集中控制分散,故障面小,而且系統(tǒng)具有連鎖保護(hù)功能,采用了系統(tǒng)故障人工手動(dòng)控制操作措施,使系統(tǒng)可靠性高。分布式控制系統(tǒng)與集中型控制系統(tǒng)相比,其功能更強(qiáng),具有更高的安全性。是當(dāng)前大型機(jī)電一體化系統(tǒng)的主要潮流。
2.3 開放式控制系統(tǒng)(OCS)
開放控制系統(tǒng)(Open Control System)是計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展所引出的新的結(jié)構(gòu)體系概念?!伴_放”意味著對(duì)一種標(biāo)準(zhǔn)的信息交換規(guī)程的共識(shí)和支持,按此標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)不同廠家產(chǎn)品的兼容和互換,且資源共享。開放控制系統(tǒng)通過工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)使各種控制設(shè)備、管理計(jì)算機(jī)互聯(lián),實(shí)現(xiàn)控制與經(jīng)營(yíng)、管理、決策的集成,通過現(xiàn)場(chǎng)總線使現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制室的控制設(shè)備互聯(lián),實(shí)現(xiàn)測(cè)量與控制一體化。
2.4 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)
鋼鐵企業(yè)的CIMS是將人與生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)、生產(chǎn)管理以及過程控制連成一體,用以實(shí)現(xiàn)從原料進(jìn)廠,生產(chǎn)加工到產(chǎn)品發(fā)貨的整個(gè)生產(chǎn)過程全局和過程一體化控制。目前鋼鐵企業(yè)已基本實(shí)現(xiàn)了過程自動(dòng)化,但這種“自動(dòng)化孤島”式的單機(jī)自動(dòng)化缺乏信息資源的共享和生產(chǎn)過程的統(tǒng)一管理,難以適應(yīng)鋼鐵生產(chǎn)的要求。未來鋼鐵企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)是多品種、小批量生產(chǎn),質(zhì)優(yōu)價(jià)廉,及時(shí)交貨。為了提高生產(chǎn)率、節(jié)能降耗、減少人員及現(xiàn)有庫(kù)存,加速資金周轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、管理整體優(yōu)化,關(guān)鍵就是加強(qiáng)管理,獲取必須的效益,提高了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。美國(guó)、日本等一些大型鋼鐵企業(yè)在20世紀(jì)80年代已廣泛實(shí)現(xiàn)CIMS化。
2.5 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)(FBT)
現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)(Fied Bus Technology)是連接設(shè)置在現(xiàn)場(chǎng)的儀表與設(shè)置在控制室內(nèi)的控制設(shè)備之間的數(shù)字式、雙向、多站通信鏈路。采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)取代現(xiàn)行的信號(hào)傳輸技術(shù)(如4~20mA,DC直流傳輸)就能使更多的信息在智能化現(xiàn)場(chǎng)儀表裝置與更高一級(jí)的控制系統(tǒng)之間在共同的通信媒體上進(jìn)行雙向傳送。通過現(xiàn)場(chǎng)總線連接可省去66%或更多的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)連接導(dǎo)線。現(xiàn)場(chǎng)總線的引入導(dǎo)致DCS的變革和新一代圍繞開放自動(dòng)化系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線化儀表,如智能變送器、智能執(zhí)行器、現(xiàn)場(chǎng)總線化檢測(cè)儀表、現(xiàn)場(chǎng)總線化PLC(Programmable Logic Controller)和現(xiàn)場(chǎng)就地控制站等的發(fā)展。
2.6 交流傳動(dòng)技術(shù)
傳動(dòng)技術(shù)在鋼鐵工業(yè)中起作至關(guān)重要的作用。隨著電力技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展,交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展非常迅速。由于交流傳動(dòng)的優(yōu)越性,電氣傳動(dòng)技術(shù)在不久的將來由交流傳動(dòng)全面取代直流傳動(dòng),數(shù)字技術(shù)的發(fā)展,使復(fù)雜的矢量控制技術(shù)實(shí)用化得以實(shí)現(xiàn),交流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速性能已達(dá)到和超過直流調(diào)速水平。現(xiàn)在無(wú)論大容量電機(jī)或中小容量電機(jī)都可以使用同步電機(jī)或異步電機(jī)實(shí)現(xiàn)可逆平滑調(diào)速。交流傳動(dòng)系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)中一出現(xiàn)就受到用戶的歡迎,應(yīng)用不斷擴(kuò)大。
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