智能石材切割液壓控制系統(tǒng)設計本科畢業(yè)設計題 目 智能石材切割液壓控制系統(tǒng)的設計 系 別 機械工程系 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 學生姓名 學 號 年級 級 指導教師 二 年 月 日 智能石材切割液壓控制系統(tǒng)設計摘 要 液 壓 工 業(yè) 是 一 個 國 家 的 重 要 產 業(yè) ， 液 壓 工 業(yè) 的 發(fā) 展 無 時 不 刻 都 在 影 響 著 國 家 經 濟的 發(fā) 展 ， 人 類 的 進 步 離 不 開 液 壓 工 業(yè) 的 發(fā) 展 。 在 全 球 經 濟 發(fā) 展 的 大 環(huán) 境 下 ， 中 國 各 個行 業(yè) 被 其 他 國 家 的 先 進 技 術 影 響 的 同 時 ， 越 來 越 多 的 外 國 企 業(yè) 和 品 牌 傳 播 到 中 國 已 經成 為 現(xiàn) 實 。 在 新 的 市 場 需 求 的 推 動 下 ， 對 智 能 石 材 切 割 機 進 行 改 良 和 優(yōu) 化 是 當 務 之 急 。有 大 型 智 能 石 材 切 割 機 生 產 設 備 企 業(yè) 對 設 備 的 安 全 指 標 的 有 著 一 定 生 產 的 嚴 格 要 求 。在 生 產 設 備 的 企 業(yè) ， 充 分 考 慮 到 在 設 備 運 行 中 可 能 出 現(xiàn) 的 問 題 ， 從 而 減 少 噪 聲 污 染 引起 的 振 動 或 不 當 操 作 設 備 的 現(xiàn) 象 等 。 國 內 智 能 石 材 切 割 機 的 研 發(fā) 及 制 造 要 與 全 球 號 召的 高 效 經 濟 、 安 全 穩(wěn) 定 主 題 保 持 一 致 。 智 能 石 材 切 割 機 的 發(fā) 展 與 人 類 社 會 的 進 步 和 科學 技 術 的 水 平 密 切 相 關 。 本 次 設 計 的 智 能 石 材 切 割 機 是 綜 合 運 用 所 學 的 基 本 理 論 、 基 本 知 識 和 相 關 的 液 壓系 統(tǒng) 專 業(yè) 知 識 ， 完 成 對 智 能 石 材 切 割 機 的 設 計 ， 并 繪 制 必 要 的 智 能 石 材 切 割 機 裝 配 圖 、液 壓 系 統(tǒng) 原 理 圖 。本 文 通 過 設 計 智 能 石 材 切 割 機 ， 分 析 智 能 石 材 切 割 機 的 工 作 原 理 和 動 作 過 程 ， 確定 液 壓 系 統(tǒng) 工 作 原 理 圖 ， 根 據(jù) 系 統(tǒng) 參 數(shù) 要 求 設 計 液 壓 缸 ， 完 成 智 能 石 材 切 割 機 的 裝 配圖 ， 并 且 能 夠 使 大 家 對 智 能 石 材 切 割 機 的 具 體 結 構 構 造 和 工 作 與 原 理 有 很 好 的 認 識 和了 解 。關鍵詞： 石材 石材加工設備 PLC 控制 自動化 智能石材切割液壓控制系統(tǒng)的設計IabsraotePneumatic manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something， aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety, Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors.This article is mainly of the pneumatic manipulator the overall design, and pneumatic design. This mechanism of manipulator includes cylinders and claws and connectors parts, it can move according to the due track on the movement of grabbing, carrying and unloading. The pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design a reasonable pneumatic control loop, by controlling and regulating pressure, flow and direction of the compressed air to make it get the necessary strength, speed and changed the direction of movement in the prescribed procedure work.It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety, Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic .The principle, technical pare-maters, transmiting system and main parts structure of mincing ma-chine were introduced.The productingcapacity was analysed.Keywords Mincing machine Holds plate Cutting blade Transfer augerFixture design process of drilling pump cover and reaming holes is designed with 18H7 include part machining process design, process design and fixture three. In process design should first of all parts for analysis, to understand part of the process to design blank structure, and choose the good parts machining datum, design the process routes of the parts; then the parts of each step in the process to the size calculation, the key is to determine the craft equipment and the cutting dosage of each working procedure design; then the special fixture, the fixture for the various components of the design, such as the connecting part positioning devices, clamping element, a guide element, fixture and machine tools and other components; positioning error calculated by the analysis of fixture, jig structure the rationality and the deficiency, pay attention to improving and will design in.Concurrent Engineering is the first to shorten product development cycles as a means to develop. Products will be characterized by the development, production engineering involved in the acts broken down into a series of tasks, such as market analysis, design, process design, production plans and equipment purchases, processing, quality assurance, testing and after sales service. These sub-tasks as far as possible and 智能石材切割液壓控制系統(tǒng)的設計IIconsider synchronous parallel to achieve improved design to shorten the cycle and improve quality, reduce costs, optimize the design purpose. It stressed that integrated, coordinated and parallel, namely: (1) management, design, production, and service of all project-related personnel and product information integration as a whole, and stressed that all relevant departments and the interests of the overall goal line. (2) to the establishment of a competent and reasonable charge of the project personnel structure of the working group coordinated management model, by the Working Group in the ministries responsible for project elements, and the promotion of the coordination of tasks.(3) parallel processing stages of the work. According to the project in the different tasks of the linkages between the different ministries mandate of the elements of the work process can be completely overlap or duplication. In accordance with these principles, formulate a reasonable, and optimize the work plan, and the location in which the necessary settings assessment, the Working Group by the project implementation so that all sub-tasks in parallel, to move forward in an orderly manner, so as to ensure the smooth implementation of the whole project .According to the traditional methods of work, the work of the various stages in a row serial. In such a product development approach, divorced from each other at various stages, are not related, resulting in increased design error, and difficult to discover such a design rework, to lengthen the development cycle, adding to the costs.This paper discusses the meat processing machinery - crusher working principle, main technical parameters, transmission system, the typical parts of the structure design and production capacity analysis.Small twisted paper broken machine for ordinary home, not only can be used for minced meat, can also be used with crushed peanuts, crushed ice, spices and other food, small power requirements, powered by the motor drive, reasonable structure design, can meet the family kitchen generally meat food consisting mainly of minced required.Key word: pneumatic manipulator cylinder pneumatic loop Four degrees of freedom智能石材切割液壓控制系統(tǒng)的設計III目 錄1 緒 論 91.1 課 題 的 來 源 與 研 究 的 目 的 與 意 義 .101.2 智 能 型 石 材 切 割 機 的 應 用 .111.3 智 能 型 石 材 切 割 機 的組成.1 21.4 石材切割機的發(fā)展現(xiàn)狀.1 31.5 石 材 切 割 機 的 分 類 142 智 能 石 材 切 割 機 液 壓 控 制 系 統(tǒng) 的 總 體 結 構 分 析 .15智能石材切割液壓控制系統(tǒng)的設計IV2.1 智 能 型 石 材 氣 割 機 的 結 構 設 計 .162.1.1 伺 服 電 機 的 選 擇 與 計 算 172.1.2 滾 珠 絲 桿 的 選 擇 與 計 算 193 升 降 液 壓 系 統(tǒng) 的 設 計 .223.1 執(zhí) 行 元 件 分 析 .233.1.1 執(zhí) 行 元 件 類 型 和 選 擇 .233.1.2 速 度 和 載 荷 計 算 233.1.3 執(zhí) 行 元 件 的 載 荷 計 算 及 變 化 規(guī) 律 .233.2 調 速 方 案 的 選 擇 .243.3 液 壓 系 統(tǒng) 原 理 圖 的 確 定 244 液 壓 缸 的 設 計 及 計 算 .254.1 液壓缸的類型及結構形式.264.2 液壓缸的工作壓力.264.3 液壓缸尺寸計算.274.4 液壓缸各工作階段的壓力、流量和功率計算274.5 繪制液壓缸的工況圖.275 擬定液壓系統(tǒng)圖285.1 選擇液壓基本回路.285.2 組成系統(tǒng)圖286 選擇液壓元件296.1 確定液壓泵的容量及電機功率.296.2 控制閥的選擇.306.3 確定油管直徑316.4 確定油箱容積327 液壓系統(tǒng)的性能驗算.327.1 液壓系統(tǒng)的壓力損失計算337.2 液壓系統(tǒng)的熱量溫升計算348 智 能 型 石 材 切 割 機 PLC 控 制 系 統(tǒng) 的 設 計 .368.1PLC 簡 介 378.2 可 編 程 控 制 器 的 發(fā) 展 史 428.3PLC 的 發(fā) 展 趨 勢 .438.4 智 能 型 石 材 切 割 PLC 軟 件 系 統(tǒng) 的 設 計 44結 論 .45智能石材切割液壓控制系統(tǒng)的設計V參 考 文 獻 .46致 謝 471 緒 論1.1 課 題 的 來 源 及 研 究 的 目 的 和 意 義石 材 切 割 機 作 為 加 工 石 材 的 不 可 或 缺 的 機 械 設 備 ， 在 當 代 加 工 工 業(yè) 占 據(jù) 著 非 常 重要 的 地 方 ， 隨 著 國 民 經 濟 的 飛 速 發(fā) 展 ， 石 材 加 工 設 備 也 在 不 斷 地 發(fā) 展 。石 材 切 割 機 首 先 是 從 美 國 開 始 研 制 的 。 1958 年 美 國 聯(lián) 合 控 制 公 司 研 制 出 第 一 臺石 材 切 割 機 。 日 本 是 石 材 切 割 機 發(fā) 展 最 快 、 應 用 最 多 的 國 家 。 自 1969 年 從 美 國 引 進二 種 典 型 石 材 切 割 機 后 ， 大 力 研 究 石 材 切 割 機 的 研 究 。 據(jù) 報 道 ， 1976 年 從 事 石 材 切割 機 的 研 究 工 作 的 大 專 院 校 、 研 究 單 位 多 達 50 多 個 。 1979 年 120 多 個 大 學 和 國 家研 究 部 門 用 在 石 材 切 割 機 的 研 究 費 用 42%。 1979 年 日 本 石 材 切 割 機 的 產 值 達 443億 日 元 ， 產 量 為 14535 臺 。 其 中 固 定 程 序 和 可 變 程 序 約 占 一 半 ， 達 222 億 日 元 ， 是智能石材切割液壓控制系統(tǒng)的設計VI1978 年 的 二 倍 。 具 有 記 憶 功 能 的 石 材 切 割 機 產 值 約 為 67 億 日 元 ， 比 1978 年 增 長50%。 智 能 石 材 切 割 機 約 為 17 億 日 元 ， 為 1978 年 的 6 倍 。 截 止 1979 年 ， 石 材 切割 機 累 計 產 量 達 56900 臺 。 在 數(shù) 量 上 已 占 世 界 首 位 ， 約 占 70%， 并 以 每 年50%～ 60%的 速 度 增 長 。 使 用 石 材 切 割 機 最 多 的 是 汽 車 工 業(yè) ， 其 次 是 電 機 、 電 器 。 預計 到 1990 年 將 有 55 萬 機 器 人 在 工 作 。第 三 代 石 材 切 割 機 則 能 獨 立 地 完 成 工 作 過 程 中 的 任 務 。 它 與 電 子 計 算 機 和 電 視 設備 保 持 聯(lián) 系 。 并 逐 步 發(fā) 展 成 為 柔 性 制 造 系 統(tǒng) FMS(Flexible Manufacturing system)和 柔 性 制 造 單 元 (Flexible Manufacturing Cell)中 重 要 一 環(huán) 。隨 著 石 材 切 割 機 的 研 究 制 造 和 應 用 的 擴 大 ， 國 際 性 學 術 交 流 活 動 十 分 活 躍 ， 歐 美各 國 和 其 他 國 家 學 術 交 流 活 動 開 展 很 多 。 當 代 科 技 發(fā) 展 越 來 越 迅 猛 ， 工 業(yè) 的 發(fā) 展 與 經濟 的 強 大 與 否 有 著 直 接 關 系 ， 所 以 迫 切 需 要 不 斷 地 研 發(fā) 出 新 型 的 適 合 多 種 類 型 石 材 的石 材 加 工 設 備 。1.2 石 材 切 割 機 的 應 用石 材 的 運 用 在 建 筑 領 域 十 分 的 廣 泛 ， 所 以 石 材 切 割 的 技 術 也 越 發(fā) 的 需 要 改 革 進 步 。傳 統(tǒng) 石 材 加 工 方 法 ： 采 用 鑿 子 和 鏨 子 等 工 具 進 行 剝 落 和 研 磨 手 工 方 式 來 進 行 ， 這 是 老一 套 的 做 法 。 但 是 ， 這 種 傳 統(tǒng) 方 法 由 于 粉 塵 和 勞 動 強 度 過 大 、 工 效 太 低 、 尺 寸 精 度 和表 面 質 量 很 差 而 逐 漸 的 被 淘 汰 了 。 目 前 中 國 陸 續(xù) 研 制 出 了 各 種 專 用 機 械 加 工 的 石 材 設備 ， 如 立 式 雕 刻 機 、 石 材 切 割 機 、 多 功 能 數(shù) 控 加 工 中 心 、 金 剛 石 繩 鋸 、 金 剛 石 鋸 切 機等 ， 它 們 的 工 作 效 率 大 大 超 過 手 工 加 工 ， 還 實 現(xiàn) 了 石 材 的 工 業(yè) 化 批 量 生 產 。1.3 石 材 切 割 機 的 組 成石 材 切 割 機 由 切 割 刀 組 、 石 料 輸 送 臺 、 定 位 導 板 及 機 架 組 成 .石 材 切 割 機 采 用 鐵制 作 適 合 干 切 ,濕 切 各 類 石 材 、 建 材 、 瓷 磚 、 花 崗 巖 、 大 理 石 、 水 泥 板 、 紅 磚 、 耐 火 磚等 ,.是 家 庭 裝 修 必 備 的 利 器 。石 材 切 割 機 可 分 別 對 石 料 進 行 不 同 深 度 的 切 割 加 工 ,可 對 小 于 1m3 以 下 的 石 料 進行 加 工 ,能 變 廢 為 寶 ,大 大 節(jié) 約 石 料 資 源 ,也 有 利 于 保 護 環(huán) 境 .可 對 各 種 類 型 的 石 料 進 行機 械 切 割 加 工 ,加 工 效 率 較 高 ,加 之 有 效 利 用 小 型 石 料 ,使 生 產 成 本 較 低 。1.4 石 材 切 割 機 的 發(fā) 展 現(xiàn) 狀智能石材切割液壓控制系統(tǒng)的設計VII在 我 國 輕 型 石 材 切 割 機 業(yè) 的 工 業(yè) 增 加 值 約 占 GDP 的 35%左 右 ， 超 過 三 分 之 一的 國 民 生 產 總 值 由 輕 型 石 材 切 割 機 業(yè) 創(chuàng) 造 。 機 械 科 學 研 究 院 提 出 了 由 多 層 次 技 術 群 構成 的 先 進 輕 型 石 材 切 割 機 技 術 體 系 圖 。第 一 個 層 次 是 優(yōu) 質 、 高 效 、 低 耗 、 清 潔 基 礎 輕 型 石 材 切 割 機 技 術 ， 它 是 先 進 輕 型 石材 切 割 機 技 術 的 核 心 。 它 在 鑄 造 、 鍛 壓 、 焊 接 、 熱 處 理 、 表 面 保 護 、 機 械 加 工 等 基 礎工 藝 中 大 量 采 用 。第 二 個 層 次 是 新 型 的 輕 型 石 材 切 割 機 單 元 技 術 。 這 是 在 市 場 需 求 及 新 興 產 業(yè) 的 帶 動下 ， 輕 型 石 材 切 割 機 技 術 與 電 子 、 信 息 、 新 材 料 、 新 能 源 、 環(huán) 境 科 學 、 系 統(tǒng) 工 程 、 現(xiàn)代 管 理 等 高 新 技 術 結 合 而 形 成 的 嶄 新 輕 型 石 材 切 割 機 技 術 ， 如 數(shù) 控 技 術 、 清 潔 生 產 技術 、 機 器 人 技 術 等 等 。第 三 個 層 次 是 先 進 輕 型 石 材 切 割 機 集 成 技 術 。 這 是 應 用 信 息 技 術 以 及 系 統(tǒng) 管 理 技 術 ，通 過 網 絡 與 數(shù) 據(jù) 庫 對 上 述 兩 個 層 次 的 技 術 集 成 而 形 成 的 。 如 FMS， CIMS， IMS 及虛 擬 技 術 等 。在 先 進 輕 型 石 材 切 割 機 技 術 及 其 制 造 趨 勢 一 文 中 指 出 了 先 進 輕 型 石 材 切 割 機 技 術 八個 方 面 的 制 造 趨 勢 以 及 特 色 ：① 數(shù) --是 輕 型 石 材 切 割 機 制 造 的 核 心 ；② 精 --是 制 造 的 關 鍵 ；③ 極 --是 輕 型 石 材 切 割 機 制 造 的 焦 點 ；④ 自 --是 制 造 的 條 件 ；⑤ 集 --是 制 造 的 方 法 ；⑥ 網 --是 輕 型 石 材 切 割 機 制 造 的 道 路 ；⑦ 智 --是 制 造 的 前 景 ；⑧ 綠 --是 輕 型 石 材 切 割 機 制 造 的 必 然 。并 指 出 數(shù) 、 精 、 極 、 自 、 集 、 網 、 智 、 綠 這 八 個 方 面 ， 彼 此 滲 透 ， 相 互 依 賴 ， 相 互促 進 ， 形 成 一 個 整 體 ； 要 扎 根 在 研 究 與 制 造 “機 械 ”本 身 與 “輕 型 石 材 切 割 機 ”本智能石材切割液壓控制系統(tǒng)的設計VIII身 的 理 論 與 機 理 ； 八 個 方 面 的 技 術 要 以 此 理 論 與 機 理 為 基 礎 來 研 究 、 開 發(fā) 、 制 造 ， 要與 此 基 礎 相 輔 相 成 ， 最 終 服 務 于 輕 型 石 材 切 割 機 業(yè) 的 制 造1.5 石材切割機的分類石 材 切 割 機 在 石 材 加 工 行 業(yè) 應 用 十 分 廣 泛 ， 根 據(jù) 當 前 的 發(fā) 展 狀 況 與 結 構 特 點 ， 通常 分 為 如 下 幾 類 ：1.單 臂 石 材 切 割 機 單 臂 石 材 切 割 機 憑 借 其 結 構 緊 湊 ， 工 作 平 穩(wěn) ， 操 縱 輕 便靈 活 ， 安 裝 維 修 方 便 的 特 點 在 石 材 加 工 中 得 到 廣 泛 地 應 用 。 該 機 主 要 用 于 小 型 石 材 加工 廠 ， 石 材 市 場 ， 板 材 經 銷 商 ， 現(xiàn) 場 加 工 及 建 筑 單 位 現(xiàn) 場 施 工 。2.移 動 式 石 材 切 割 機該 機 可 直 接 在 荒 山 礦 料 上 直 接 切 割 加 工 生 產 各 種 規(guī) 格 板 材 ， 可 徹 底 淘 汰 取 代 傳 統(tǒng)炸 藥 與 鑿 巖 等 開 采 方 式 。 該 機 可 直 接 安 裝 在 礦 床 上 ， 自 動 切 割 加 工 各 種 石 材 ， 效 果 與傳 統(tǒng) 鋸 石 機 完 全 一 樣 。 該 機 操 作 靈 活 ， 安 裝 方 便 ， 加 工 效 率 快 ， 板 材 成 品 率 高 。3.DBS-1 雙 向 石 材 切 割 機該 機 為 單 柱 臂 式 ， 工 作 臺 液 壓 推 進 ， 無 級 調 速 ， 結 構 先 進 合 理 ， 操 作 方 便 ， 維 修容 易 ， 適 于 切 割 塊 度 較 小 的 荒 料 ， 是 各 類 石 材 企 業(yè) ， 特 別 是 鄉(xiāng) 鎮(zhèn) 企 業(yè) 理 想 的 石 材 加 工設 備 。 切 割 荒 料 的 最 大 規(guī) 格 為 長 2.1 米 ， 寬 1.1 米 ， 高 1.3 米 ， 能 切 割 在 長 度 方 向 上拼 接 的 荒 料 。 該 機 主 要 切 割 大 理 石 ， 也 可 切 割 花 崗 石 等 材 料 。4.超 薄 型 石 材 切 割 機該 機 可 鋸 10mm 以 下 的 石 材 ， 該 機 具 有 手 動 和 自 控 兩 種 功 能 ， 可 任 意 選 擇 鋸 片 ， 工作 臺 移 動 行 程 大 ， 分 片 準 確 ， 板 面 誤 差 小 于 0.5mm， 鋸 片 最 小 厚 度 達 6mm。5.數(shù) 控 超 薄 型 天 然 復 合 石 材 切 割 機該 機 主 要 用 來 切 割 花 崗 巖 ， 大 理 石 ， 大 面 積 超 薄 型 石 材 ， 主 要 優(yōu) 點 ：1.運 動 平 穩(wěn) ，2.金 剛 石 工 具 刀 口 小 ， 石 材 利 用 率 高 ， 能 節(jié) 省 石 材 資 源 和 能 源 。3.石 材 表 面 切 割 質 量 好 尺 寸 精 度 高 ， 廢 品 率 低 .。4.綜 合 生 成 成 本 低 。5 能 切 割 高 檔 次 的 超 薄 型 天 然 復 合 材 。6.電 動 石 材 切 割 機該 機 適 用 于 建 筑 裝 潢 ， 石 材 加 工 ， 對 水 磨 石 ， 大 理 石 ， 花 崗 巖 ， 玻 璃 ， 水 泥 制 版 等智能石材切割液壓控制系統(tǒng)的設計IX含 硅 酸 鹽 的 非 金 屬 脆 性 材 料 進 行 切 割 ， 開 槽 作 業(yè) ， 它 具 有 切 削 效 率 高 ， 加 工 質 量 好 ，使 用 簡 便 ， 勞 動 強 度 低 的 特 點 。 綜 合 各 種 石 材 切 割 機 ， 我 所 設 計 的 石 材 切 割 機 采 用 全液 壓 系 統(tǒng) ， 設 備 由 操 作 面 板 ， 電 氣 控 制 裝 置 ， 動 力 裝 置 ， 機 械 裝 置 和 狀 態(tài) 檢 測 控 制 裝置 五 大 部 分 組 成 ， 機 械 裝 置 包 括 翻 轉 式 回 轉 工 作 臺 ， 床 身 平 移 裝 置 ， 橫 梁 ， 圓 鋸 片 拖板 等 構 成 ， 整 套 設 備 安 裝 在 鋼 筋 混 凝 土 造 成 的 基 礎 上 ， 床 身 平 移 行 走 和 切 割 ， ， 行 走通 過 電 動 機 ， 減 速 器 ， 齒 輪 ， 齒 條 嚙 合 傳 動 ， 圓 鋸 片 旋 轉 采 用 帶 輪 傳 動 ， 圓 鋸 片 升 降由 滑 板 升 降 液 壓 裝 置 實 現(xiàn) 精 準 控 制 ， 橫 梁 上 裝 有 可 調 位 置 的 行 程 開 關 ， 床 身 橫 移 切 割的 位 移 量 由 刻 度 尺 示 讀 床 身 平 移 導 軌 上 安 裝 有 磁 柵 尺 和 讀 數(shù) 頭 組 成 的 位 移 檢 測 裝 置 ，反 饋 床 身 的 位 移 數(shù) 據(jù) 由 PLC 實 現(xiàn) 分 片 控 制 ， 以 使 整 套 設 備 在 自 動 控 制 系 統(tǒng) 的 作 用 下按 程 序 完 成 加 工 工 序 。 在 操 作 過 程 中 分 為 手 動 和 自 動 ， 自 動 按 鈕 按 下 后 刀 盤 向 下 下 降一 個 切 削 量 ， 接 著 刀 盤 向 左 切 削 石 材 ， 刀 盤 到 達 左 限 位 開 關 時 ， 停 止 右 移 ， 又 下 降 一個 切 削 量 ， 如 此 反 復 ， 直 到 刀 盤 在 下 降 中 碰 到 下 限 位 開 關 時 ， 停 止 下 降 并 向 相 反 方 向切 割 最 后 一 刀 ， 以 保 證 石 材 根 部 切 割 完 整 。2 智 能 石 材 切 割 機 液 壓 控 制 系 統(tǒng) 結 構 的 總 體 結 構 分 析2.1 智 能 型 石 材 切 割 機 的 結 構 設 計本 機 器 適 用 于 各 類 石 材 的 加 工 ， 例 如 大 理 石 ， 花 崗 石 等 等 。 本 機 器 具 有 獨 立 的 動力 機 構 和 電 氣 系 統(tǒng) 。 采 用 按 鈕 集 中 控 制 ， 可 通 過 PLC 控 制 系 統(tǒng) 實 現(xiàn) 調 整 、 手 動 及 半自 動 三 種 操 作 方 式 。 其 中 ， 液 壓 缸 的 工 作 壓 力 、 空 載 快 速 下 行 和 減 速 的 行 程 范 圍 均 可根 據(jù) 工 藝 需 要 進 行 調 整 ， 并 能 完 成 不 同 大 小 厚 度 的 石 材 的 全 自 動 切 割 。 其 總 體 方 案圖 結 構 圖 如 下 ：智能石材切割液壓控制系統(tǒng)的設計X智能石材切割機總體方案與布局圖本 次 設 計 的 石 材 切 割 機 液 壓 控 制 系 統(tǒng) 的 設 計 主 要 是 為 石 材 的 加 工 而 做 的 ， 這 樣 ，只 有 當 需 要 切 割 石 材 時 ， 液 壓 缸 才 會 打 開 行 程 ， 切 割 機 開 始 工 作 。 設 計 中 采 用 PLC控 制 石 材 切 割 機 的 正 反 轉 動 作 ， 既 可 以 簡 化 控 制 線 路 ， 節(jié) 省 成 本 ， 又 可 以 提 高 勞 動 生產 率 。2.1.1 伺 服 電 機 的 選 擇 與 計 算已知整個切割機的切割機頭部重量 150KG,其他重量 50KG，我們取總重量為 150Kg，升降范圍為 50mm~300mm，移動速度為 1~2r/min。即：msG=mg20×1=NV-/in6.-3/具體的伺服電機設計計算如下:1、確定運行時間本次設計加速時間 01(t-)6?Vl負載速度（ m/min）Vl有速度可知每秒上升 50mm，0.312=.6???ls智能石材切割液壓控制系統(tǒng)的設計XI電機轉速電 機 ?VlnPBm為 絲 桿 導 程 ， 本 次 設 計 的 絲 桿 導 程 我 們 取 5，=5.0m240/in.5電 機 ?VlnrPB3.負載轉矩 0.3120.51.7329???BgMTLNm????式中： :0.32g.5m9摩 擦 系 數(shù) ， ?。?負 載 重 量 ，： 絲 桿 導 程 ，： 傳 動 效 率 ， 取 KPB??4.負載慣量上下垂直運動22 20.5().01679(.)????????PBJLMkgm?絲桿螺母慣量434527.8.23.0(.)322???BJDk?式中 :7.804m.2密 度 ， ?。?絲 桿 長 度 ， ?。?絲 桿 直 徑 ， 取BLD?總慣量23(.)??LMBJkg5.電機轉矩啟動轉矩智能石材切割液壓控制系統(tǒng)的設計XII12()263.9(0.32)1.5601??????SNMJLJMT Nmt??必須轉矩 ??.TSNmS 為安全系數(shù)，這里取 1.0。根據(jù)以上得出數(shù)據(jù)，我們選用直流無刷電機型號為 92BL-A，此無刷直流步進電機廠家為南京森宇機電的產品。根據(jù)電機的特性曲線以及參數(shù)表如下：智能石材切割液壓控制系統(tǒng)的設計XIII根據(jù)計算和特性曲線以及電機基本參數(shù)表，我們選用直流伺服電機型號為92BL-4030H1-LK-B，電機額定功率為 0.4KW，額定轉矩為 1.3N.m，最大轉矩為 2.6N.m，額定轉速為 3000r/min。電機大致圖如下：外形尺寸 92x92x86，電機輸出軸徑為 14mm。智能石材切割液壓控制系統(tǒng)的設計XIV2.1.2 滾 珠 絲 桿 選 擇 與 計 算1）確定滾珠絲杠副的導程因同步皮帶輪直徑相等，皮帶輪與絲杠直聯(lián)，i=1由表 1 查得V =8m/minmaxn =1000r/min代入得，P ≈1.516mmh由于計算出的 P 值應取較大值圓整，因此hP =1.5mmh2） 確定當量轉速與當量載荷（1）各種切削方式下，絲杠轉速由表 1 查得V =0.6 V =0.8 V =1 V =8 代入得234n =100 n =133 n =167 n =13331（2）各種切削方式下，絲杠軸向載荷智能石材切割液壓控制系統(tǒng)的設計XV由表 1 查得已知 W =3000N W =5000N12代入得（3）當量轉速由表 1 查得代入得n ≈267r/minm（3）當量載荷代入得F =1380Nm3）預期額定動載荷（1） 按預期工作時間估算智能石材切割液壓控制系統(tǒng)的設計XVI按表 9 查得：輕微沖擊取 fw=1.3按表 7 查得：1～3 取 按表 8 查得：可靠性 97%取 fc=0.44已知：Lh=20000 小時代入得C =27899Nm（2）擬采用預緊滾珠絲杠副，按最大負載 Fmax 計算：按表 10 查得：中預載取 Fe=4.5代入得取以上兩種結果的最大值C =27899Nm4）確定允許的最小螺紋底徑（1） 估算絲杠允許的最大軸向變形量① ≤（1/3～1/4）重復定位精度② ≤（1/4～1/5）定位精度: 最大軸向變形量 μm已知：重復定位精度 10μm, 定位精度 25μm① =3② =6取兩種結果的小值 =3μm(2）估算最小螺紋底徑智能石材切割液壓控制系統(tǒng)的設計XVII絲杠要求預拉伸，取兩端固定的支承形式(1.1～1.2)行程+（10～14）已知：行程為 1000mm, W =3000N ,μ =0.210代入得F =600N0D =20.04mmm25）確定滾珠絲杠副的規(guī)格代號（1）選內循環(huán)浮動式法蘭，直筒雙螺母型墊片預形式（2） 由計算出的 在樣本中取相應規(guī)格的滾珠絲杠副FFZD4008-5P =8mmhC =30700﹥C =27899aam6 確定滾珠絲杠副預緊力其中2.6.7 行程補償值與與拉伸力（1） 行程補償值智能石材切割液壓控制系統(tǒng)的設計XVIII式中：=（2～4）(2) 預拉伸力代入得2.6.8 滾珠絲杠副工作圖設計(1) 絲杠螺紋長度 Ls：Ls=Lu+2Le 由表二查得余程 Le=40繪制工作圖（2）兩固定支承距離 L1按樣本查出螺母安裝聯(lián)接尺寸絲杠全長 L（3）行程起點離固定支承距離 L0由工作圖得Ls=890L1=1000L=1000L0=30得 KC=920 N/ m2.6.9 剛度驗算及精度選擇已知 W1=5000 N ， =0.2F0=1000 N智能石材切割液壓控制系統(tǒng)的設計XIXF0 ： 靜摩擦力 N：靜摩擦系數(shù)W1 ：正壓力 N（2）驗算傳動系統(tǒng)剛度Kmin ：傳動系統(tǒng)剛度 N已知反向差值或重復定位精度為 10Kmin=222＞160（3）傳動系統(tǒng)剛度變化引起的定位誤差=1.7 m（4）確定精度 V300p ：任意 300mm 內的行程變動量對半閉環(huán)系統(tǒng)言，V300p≤0.8×定位精度-定位精度為 20 m/300V300p＜14.3 m絲杠精度取為 3 級V300p=12 m＜14.3(5)確定滾珠絲杠副的規(guī)格代號已確定的型號：WWCM公稱直徑：12 導程：3螺紋長度：900絲杠全長：1000P 類 3 級精度FFZD4010-3-P3 /1410×12902.6.10 驗算臨界壓縮載荷 Fc ： N絲杠所受最大軸向載荷 Fmax 小于絲杠預拉伸力 F 不用驗算。2.6.11 驗算臨界轉速智能石材切割液壓控制系統(tǒng)的設計XXnc=f ×10nc :臨界轉速 n/minf ：與支承形式有關的系數(shù)：絲杠底徑：臨界轉速計算長度 mm由表 14 得 f=21.9由樣本得 d2=34.3由工作圖及表 14 得：Lc2= L1- L04310＞nmax=15002.6.12 驗算：Dn=Dpw nmaxD pw ： 滾珠絲杠副的節(jié)圓直徑 mmnmax : 滾珠絲杠副最高轉速 n/minDpw≈41.4mm3 升 降 液 壓 系 統(tǒng) 的 設 計3.1.1 執(zhí) 行 元 件 類 型 和 選 擇表 3.1 執(zhí)行元件類型的選擇往復直線運動 回轉運動 往復擺動運動形式短行程 長行程 高速 低速執(zhí)行元件的類型 活塞缸柱塞缸 液壓馬達和絲杠螺母機構高速液壓馬達低速液壓馬達擺動液壓馬達據(jù)上表選擇執(zhí)行元件類型為活塞缸，再根據(jù)其運動要求進一步選擇液壓缸類型為雙作用單活塞桿無緩沖式液壓缸，其符號為：智能石材切割液壓控制系統(tǒng)的設計XXI圖 4.1 數(shù)量：該升降平臺為液壓滑臺結構，故其采用的液壓缸數(shù)量為 1 個液壓缸，其運動完全是同步的，但其精度要求不是很高。安裝位置：液壓缸的安裝方式為耳環(huán)型，尾部單耳環(huán)，氣缸體可以在垂直面內擺動，安裝的位置為圖 3.6 所示的前后兩固定支架之間的橫梁之上，橫梁和支架組成為一體，通過橫梁活塞的推力逐次向外傳遞，使升降機升降。3.1.2 速 度 和 載 荷 計 算參考國內升降臺類產品的技術參數(shù)可知。最大起升高度為 500mm 時，其平均起升時間為 15s，就是從液壓缸活塞開始運動到活塞行程末端所用時間大約為 15s，設本升降臺的最小氣升降時間為 10s,最大起升時間為 20s，由此便可以計算執(zhí)行元件的速度 v:tl?v式中： v 為執(zhí)行元件的速度（單位 m/s ）L 為液壓缸的行程 （單位 m）t 表示時間 （單位 s ）當 t=10s 時：stl/053.1.vminax?當 t=20s 時：smtl/0265vmaxin?液壓缸的速度在整個行程過程中都比較平穩(wěn)，無明顯變化，在起升的初始階段到運行穩(wěn)定階段，其間有一段加速階段，該加速階段加速度比較小，因此速度變化不明顯，形成終了時，有一個減速階段，減速階段加速度亦比較小，因此可以說升降機在整個工作過智能石材切割液壓控制系統(tǒng)的設計XXII程中無明顯的加減速階段，其運動速度比較平穩(wěn)。3.1.3 執(zhí) 行 元 件 的 載 荷 計 算 及 變 化 規(guī) 律執(zhí)行元件的載荷即為液壓缸的總阻力，油缸要運動必須克服其阻力才能運行，因此在次計算油缸的總阻力即可，油缸的總阻力包括：阻礙工作運動的切削力 ，運動部件切F之間的摩擦阻力 ，密封裝置的摩擦阻力 ，起動制動或換向過程中的慣性力 ，回磨F密F慣油腔因被壓作用而產生的阻力 ，即液壓缸的總阻力也就是它的最大牽引力： 背背慣密磨切 ???切（1）切削力。根據(jù)其概念：阻礙工作運動的力，在本設計中即為額定負載的重力和支架以及上頂板的重力：其計算式為： 上 頂 板支 架額 載切 FF??（2）摩擦力。各運動部件之間的相互摩擦力由于運動部件之間為無潤滑的鋼-鋼之間的接觸摩擦，取 ，0.15?其具體計算式為： ??額 載磨 GgmF????4321（3）密封裝置的密封阻力。根據(jù)密封裝置的不同，分別采用下式計算：O 形密封圈： 其中 F 為液壓缸的推力03.密Y 形密封圈： dhfpF??密f 表示摩擦系數(shù)，取 f0.1?p 表示密封處的工作壓力 單位 Pad 表示密封處的直徑 單位 m 表示密封圈有效高度 單位 m 1h密封摩擦力也可以采用經驗公式計算，一般取 ??F1.0-5?密（4）運動部件的慣性力。其計算式為： tvFtGF????gma切慣智能石材切割液壓控制系統(tǒng)的設計XXIII式中： G 表示運動部件的總重力 單位 Ng 表示重力加速度 單位 2m/s表示啟動或制動時的速度變量 單位 m/s v?表示起動制動所需要的時間 單位 st對于行走機械，本設計中取值為 。2/4.0s（5）背壓力。背壓力在此次計算中忽略，而將其計入液壓系統(tǒng)的效率之中。由上述說明可以計算出液壓缸的總阻力為： ????切切額 載額 載慣密磨切 FtvGGgFF 05.gmm3214321 ??????? ??=(204.8+316+120+188+2500)x9.8+0.15(204.8+316+120)x 9.8+(204.8+316+120+188+2500)x0.4+(204.8+316+120+188+2500) 9.8 0.05 =40KN液壓缸的總負載為 40KN，該系統(tǒng)中共有 2 個液壓缸個液壓缸，故每個液壓缸需要克服的阻力為 20KN。該升降臺的額定載荷為 100Kg ，其負載變化范圍為 0—100Kg，在工作過程中無沖擊負載的作用，負載在工作過程中無變化，也就是該升降臺受恒定負載的作用。3.2 調 速 方 案 的 選 擇調速方案對主機的性能起決定作用，選擇調速方案時，應根據(jù)液壓執(zhí)行元件的負載特性和調速范圍及經濟性等因素選擇。常用的調速方案有三種：節(jié)流調速回路，容積調速回路，容積節(jié)流調速回路。本升降機采用節(jié)流調速回路，原因是該調速回路有以下特點：承載能力好，成本低，調速范圍大，適用于小功率，輕載或中低壓系統(tǒng) ，但其速度剛度差，效率低，發(fā)熱大。3.3 液 壓 系 統(tǒng) 原 理 圖 的 確 定初步擬定液壓系統(tǒng)原理圖如下所示；見下圖：智能石材切割液壓控制系統(tǒng)的設計XXIV圖 4.2 液壓系統(tǒng)原理圖4 液壓缸的選型及設計4.1 液壓缸的類型及結構形式液壓缸有多種類型。按作用方式可分為單作用式和雙作用式兩種；按結構形式可分為活塞式、柱塞式、組合式和擺動式四大類。其中，單作用液壓缸分為：單活塞桿液壓缸、雙活塞桿液壓缸、柱塞式液壓缸、差動液壓缸和伸縮液壓缸。但是，差動式液壓缸和柱塞式液壓缸只能單作用而不能雙作用。組合液壓缸包括：彈簧復位式、齒條式、串聯(lián)式和增壓式四種。擺動液壓缸又分為：單葉片式和雙葉片式兩種。下面以一種典型液壓缸為例，說明液壓缸的基本組成。智能石材切割液壓控制系統(tǒng)的設計XXV空心活塞式液壓缸如上圖所示。它由缸筒 10，活塞 8，活塞桿 1、15，缸蓋18、24，密封圈 4、7、17，導向套 6、19，壓板 11、20 等主要零件組成。這種液壓缸活塞桿固定，缸筒帶動工作臺作往復運動?；钊缅F銷 9、22 與空心活塞桿連接，并用堵頭 2 堵死活塞桿的一頭。缸筒兩端外圓上套有鋼絲環(huán) 12、21，用于阻止壓板 11、20 向外移動，從而通過螺栓將缸蓋 18、24 與壓板相連（圖中沒有畫出），并把缸蓋壓緊在缸筒的兩端。為了減少泄漏，在液壓缸中可能發(fā)生泄漏的結合面安放了密封圈和紙墊?？招幕钊麠U和其上的油口 a、c 提供了液壓缸的進、出油口。當缸筒移動到左、右終端時，油口 a、c 的開度逐漸減小，造成回油阻力逐漸增大，對運動部件起到制動緩沖作用。在缸蓋上設有與排氣閥（圖中沒有畫出）相連的排氣孔 5、14，可以排出液壓缸中的空氣，使運動更加平穩(wěn)。表 2-1 液壓缸的類型和特點類型 速度 作用力 特點智能石材切割液壓控制系統(tǒng)的設計XXVI雙活塞桿液壓缸U=q/A3 F=p1A1活塞的兩側都裝有活塞桿，只能向活塞一側供給壓力油，由外力使活塞反向運動單活塞桿液壓缸U=q/A3 F1=p1A1 活塞僅單向運動，返回行程利用自重或負荷將活塞推回柱塞式液壓缸U=q/A3 F1=p1A1 柱塞僅單向運動，由外力使柱塞反向運動差動液壓缸U3=q/A3F3=p1A1 可使速度加快，但作用力相應減小單作用液壓缸伸縮液壓缸--- ---以短缸獲得長行程；缸由大到小逐節(jié)推出，靠外力由小到大逐節(jié)縮回雙作用液壓缸雙活塞桿液壓缸U1=q/A3U2=q/A2F1=（p1-p2）A1F2=（p2-p1）A2雙邊有桿，雙向液壓驅動，雙向推力和速度均相等智能石材切割液壓控制系統(tǒng)的設計XXVII單活塞桿液壓缸U1=q/A3U2=q/A2F1=（p1-p2）A1F2=（p2-p1）A2單邊有桿，雙向液壓驅動，u1〈V U2，F(xiàn)1〉F2伸縮液壓缸--- --- 雙向液壓驅動，由大到小逐節(jié)推出，由小到大逐節(jié)縮回彈簧復位液壓缸--- --- 單向由液壓驅動，回程彈簧復位串聯(lián)液壓缸U1=q/（A1+A2）U2=q2A2F1=p1（A1-A2）-2qA2F1=2p2A2-A2-q1（A1+A2）用于缸的直徑受限制，而長度不受限制處，可獲得在的推力增 壓 缸 --- ---由活塞缸和柱塞缸組合而成，低壓油送入 A腔，B 腔輸出高壓油組合液壓缸齒條液壓缸 --- ---活塞的移動通過傳動機構變成齒輪的往復回轉運動擺動液單葉片液壓缸W=8q/（b（D2-d2）T=p（D^2-d^2）b/8把液壓能變?yōu)榛剞D的機械能，輸出軸擺動角 300 度智能石材切割液壓控制系統(tǒng)的設計XXVIII壓缸雙葉片液壓缸W=4q/（b（D2-d2）T=p（D^2-d^2）b/4把液壓能變?yōu)榛剞D的機械能，輸出軸擺動角 150 度注：b—葉片寬度；D—葉片的底端 、頂端直徑；w—葉片軸的角速度；T-- 理論轉矩 4.2 液壓缸的工作壓力根據(jù)負載并查表，初選工作壓力P1=3MPa4.3 計算液壓缸尺寸鑒于動力滑臺要求快進、快退速度相等，可選用單桿式差動液壓缸。無桿腔工作面積A1，有桿腔工作面積 A2，且 A1=2A2，即活塞桿直徑 d 與缸筒直徑 D 呈 d=0.707D 的關系?；赜吐飞媳硥?P2取 0.8MPa油路壓力損失△P 取 0.5MPaA1=F/(P1-P2/2)=4