異型石材加工中心工作頭部件設(shè)計(jì)

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XX大學(xué)XX學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 異型石材加工中心工作頭部件設(shè)計(jì) XX學(xué)院 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 題 目 異型石材加工中心工作頭部件的設(shè)計(jì) 系 別 機(jī)械工程系 　 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名 　 學(xué) 號(hào) 年級(jí) 級(jí) 指導(dǎo)教師 　 二 年 月 日 摘 要 在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中，石材是不可或缺的基礎(chǔ)原材料。作為重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，石材行業(yè)的發(fā)展程度成為一個(gè)國(guó)家社會(huì)發(fā)展水平和綜合實(shí)力的重要衡量指標(biāo)。我國(guó)經(jīng)濟(jì)正處于高速發(fā)展期，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成為國(guó)內(nèi)投資最主要的方式。因此，石材作為最主要的原材料之一，必然也處于擴(kuò)張階段水泥生產(chǎn)過(guò)程中，大部分原料要進(jìn)行石材切割，石材是生產(chǎn)水泥磚，柱子用量最大的原料，開采后的面積較大，硬度較高，因此石材的切割在石材加工廠家中占有比較重要的地位。在新的市場(chǎng)需求的驅(qū)動(dòng)下，石材開采設(shè)備的更新和優(yōu)化升級(jí)更加迫切。國(guó)內(nèi)石材切割設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)充分挖掘市場(chǎng)潛力，大力發(fā)展大型環(huán)保節(jié)能的石材切割機(jī)械設(shè)備，在綠色環(huán)?；拈_采的轉(zhuǎn)變中揮積極作用。一般生產(chǎn)大型石材氣割機(jī)設(shè)備的企業(yè)對(duì)設(shè)備環(huán)保指數(shù)上都有嚴(yán)格的要求。各企業(yè)在生產(chǎn)設(shè)備時(shí)，都充分考慮到設(shè)備在運(yùn)行中可能會(huì)出現(xiàn)的種題。 液壓系統(tǒng)自世紀(jì)問(wèn)世以來(lái)發(fā)展很快，在工作中的廣泛適應(yīng)性，使其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門獲得了廣泛的應(yīng)用。由于液壓缸在結(jié)構(gòu)方面，功能方面，已經(jīng)比較成熟，目前國(guó)內(nèi)外液壓缸的發(fā)展不僅體現(xiàn)在控制系統(tǒng)方面，也主要表現(xiàn)在高速化、高效化、低能耗；機(jī)電液一體化，以充分合理利用機(jī)械和電子的先進(jìn)技術(shù)促進(jìn)整個(gè)液壓系統(tǒng)的完善；自動(dòng)化、智能化，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的自動(dòng)診斷和調(diào)整，具有故障預(yù)處理功能；液壓元件集成化、標(biāo)準(zhǔn)化，以有效防止泄露和污染等四個(gè)方面。作為液壓缸兩大組成部分的控制元件和執(zhí)行元件，由于技術(shù)發(fā)展趨于成熟，國(guó)無(wú)較大差距，主要差別在于加工工藝和安裝方面。良好的工藝使液壓缸在過(guò)濾、冷卻及防止沖擊和振動(dòng)方面，有較明顯改善。在油路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，國(guó)內(nèi)外液壓缸都趨向于集成化、封閉式設(shè)計(jì)，插裝閥、疊加閥和復(fù)合化元件及其本身在液壓系統(tǒng)中得到較廣泛的應(yīng)用作為現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)與控制的重要技術(shù)手段，液壓技術(shù)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。與其他傳動(dòng)控制技術(shù)相比，液壓技術(shù)具有能量密度高﹑配置靈活方便﹑調(diào)速范圍大﹑工作平穩(wěn)且快速性好﹑易于控制并過(guò)載保護(hù)﹑易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和機(jī)電體化整合﹑系統(tǒng)設(shè)計(jì)制造和使用維護(hù)方便等多種顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，因而使其成為現(xiàn)代機(jī)械工程的基本技術(shù)構(gòu)成和現(xiàn)代控制工程的基本技術(shù)要素。智能石材切割機(jī)是加工各種石材的主要設(shè)備，適用于各類石材廠的石材的加工，如下料、開孔、開槽、拉伸等。本文根據(jù)智能石材切割機(jī)的用途﹑特點(diǎn)和要求，利用液壓傳動(dòng)的基本原理，擬定出合理的液壓系統(tǒng)圖，再經(jīng)過(guò)必要的計(jì)算來(lái)確定液壓系統(tǒng)的參數(shù)，然后按照這些參數(shù)來(lái)選用液壓元件的規(guī)格和進(jìn)行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。智能石材切割機(jī)的液壓系統(tǒng)呈長(zhǎng)方形布置，外形新穎美觀，動(dòng)力系統(tǒng)采用液壓系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、動(dòng)作靈敏可靠。該機(jī)并設(shè)有腳踏開關(guān)，可實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)工藝動(dòng)作的循環(huán)。液壓傳動(dòng)和氣壓傳動(dòng)稱為流體傳動(dòng)，是根據(jù)17世紀(jì)帕斯卡提出的液體靜壓力傳動(dòng)原理而發(fā)展起體傳動(dòng)技術(shù)水平的高低已成為一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志。由此可見，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，液壓技術(shù)將獲得進(jìn)一步發(fā)展，在各種機(jī)械設(shè)備上的應(yīng)用將更加廣泛。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提要求也進(jìn)一步提高，因此作為高檔次的居家裝修材料——石材的需求量也逐年增加，由于天然石材的不規(guī)則性和石材資源的有限性使用使得石材的合理使用方法——石材切割技術(shù)得到迅速的發(fā)展，并通過(guò)PLC控制系統(tǒng)來(lái)控制整個(gè)石材機(jī)械的動(dòng)作，使石材的加工得到自動(dòng)化的水平。因此石材切割機(jī)的需求量也大量增加，國(guó)內(nèi)外各種高性能的石材切割機(jī)種類很多，但是價(jià)格也極為昂貴. 關(guān)鍵詞： 石材 石材加工設(shè)備 PLC控制 自動(dòng)化 43 absraote Pneumatic 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 consider 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 目 錄 1緒論 9 1.1課題的來(lái)源與研究的目的與意義..........................................................................10 1.2異型石材加工中心的應(yīng)用........................................................................................10 1.3異型石材加工中心的組成........................................................................................10 1.4 石材加工機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀.......................................................................................10 1.4.1石材加工機(jī)械的分類.....................................................................................10 2智能石材切割機(jī)液壓控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)分析.........................................................10 2.1 異型石材加工中心工作頭部件的方案的確定...............................................10 2.2 異型石材加工中心工作頭部件的工作原理....................................................10 3機(jī)械傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)計(jì)算......................................................................................................10 3.1橫向伺服電機(jī)的選擇與計(jì)算....................................................................................10 3.2滾珠絲桿的選擇與計(jì)算.............................................................................................10 3.3齒輪選擇計(jì)算與校核..................................................................................................10 3.4直線導(dǎo)桿的選型計(jì)算..................................................................................................10 3.5垂直升降伺服電機(jī)的選型計(jì)算...............................................................................10 4 各主要零部件強(qiáng)度的校核....................................................................................................10 4.1滾珠絲桿強(qiáng)度的校核...................................................................................................10 4.2軸承強(qiáng)度的校核.............................................................................................................10 4.3機(jī)架強(qiáng)度的校核............................................................................................................10 結(jié)論 45 參考文獻(xiàn) 46 致謝........................................................................................................................................................10 1緒論 1.1課題的來(lái)源及研究的目的和意義 石材切割機(jī)作為加工石材的不可或缺的機(jī)械設(shè)備，在當(dāng)代加工工業(yè)占據(jù)著非常重要的地方，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，石材加工設(shè)備也在不斷地發(fā)展。 石材切割機(jī)首先是從美國(guó)開始研制的。1958年美國(guó)聯(lián)合控制公司研制出第一臺(tái)石材切割機(jī)。日本是石材切割機(jī)發(fā)展最快、應(yīng)用最多的國(guó)家。自1969年從美國(guó)引進(jìn)二種典型石材切割機(jī)后，大力研究石材切割機(jī)的研究。據(jù)報(bào)道，1976年從事石材切割機(jī)的研究工作的大專院校、研究單位多達(dá)50多個(gè)。1979年120多個(gè)大學(xué)和國(guó)家研究部門用在石材切割機(jī)的研究費(fèi)用42%。1979年日本石材切割機(jī)的產(chǎn)值達(dá)443億日元，產(chǎn)量為14535臺(tái)。其中固定程序和可變程序約占一半，達(dá)222億日元，是1978年的二倍。具有記憶功能的石材切割機(jī)產(chǎn)值約為67億日元，比1978年增長(zhǎng)50%。智能石材切割機(jī)約為17億日元，為1978年的6倍。截止1979年，石材切割機(jī)累計(jì)產(chǎn)量達(dá)56900臺(tái)。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(zhǎng)。使用石材切割機(jī)最多的是汽車工業(yè)，其次是電機(jī)、電器。預(yù)計(jì)到1990年將有55萬(wàn)機(jī)器人在工作。 第三代石材切割機(jī)則能獨(dú)立地完成工作過(guò)程中的任務(wù)。它與電子計(jì)算機(jī)和電視設(shè)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(jī)的研究制造和應(yīng)用的擴(kuò)大，國(guó)際性學(xué)術(shù)交流活動(dòng)十分活躍，歐美各國(guó)和其他國(guó)家學(xué)術(shù)交流活動(dòng)開展很多。當(dāng)代科技發(fā)展越來(lái)越迅猛，工業(yè)的發(fā)展與經(jīng)濟(jì)的強(qiáng)大與否有著直接關(guān)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(shè)備。 1.2 石材切割機(jī)的應(yīng)用 石材的運(yùn)用在建筑領(lǐng)域十分的廣泛，所以石材切割的技術(shù)也越發(fā)的需要改革進(jìn)步。傳統(tǒng)石材加工方法：采用鑿子和鏨子等工具進(jìn)行剝落和研磨手工方式來(lái)進(jìn)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(dòng)強(qiáng)度過(guò)大、工效太低、尺寸精度和表面質(zhì)量很差而逐漸的被淘汰了。目前中國(guó)陸續(xù)研制出了各種專用機(jī)械加工的石材設(shè)備，如立式雕刻機(jī)、石材切割機(jī)、多功能數(shù)控加工中心、金剛石繩鋸、金剛石鋸切機(jī)等，它們的工作效率大大超過(guò)手工加工，還實(shí)現(xiàn)了石材的工業(yè)化批量生產(chǎn)。 1.3石材切割機(jī)的組成 石材切割機(jī)由切割刀組、石料輸送臺(tái)、定位導(dǎo)板及機(jī)架組成.石材切割機(jī)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(jī)可分別對(duì)石料進(jìn)行不同深度的切割加工,可對(duì)小于1m3以下的石料進(jìn)行加工,能變廢為寶,大大節(jié)約石料資源,也有利于保護(hù)環(huán)境.可對(duì)各種類型的石料進(jìn)行機(jī)械切割加工,加工效率較高,加之有效利用小型石料,使生產(chǎn)成本較低。 1.4石材切割機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 在我國(guó)輕型石材切割機(jī)業(yè)的工業(yè)增加值約占 GDP 的35%左右，超過(guò)三分之一的國(guó)民生產(chǎn)總值由輕型石材切割機(jī)業(yè)創(chuàng)造。機(jī)械科學(xué)研究院提出了由多層次技術(shù)群構(gòu)成的先進(jìn)輕型石材切割機(jī)技術(shù)體系圖。 第一個(gè)層次是優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔基礎(chǔ)輕型石材切割機(jī)技術(shù)，它是先進(jìn)輕型石材切割機(jī)技術(shù)的核心。它在鑄造、鍛壓、焊接、熱處理、表面保護(hù)、機(jī)械加工等基礎(chǔ)工藝中大量采用。 第二個(gè)層次是新型的輕型石材切割機(jī)單元技術(shù)。這是在市場(chǎng)需求及新興產(chǎn)業(yè)的帶動(dòng)下，輕型石材切割機(jī)技術(shù)與電子、信息、新材料、新能源、環(huán)境科學(xué)、系統(tǒng)工程、現(xiàn)代管理等高新技術(shù)結(jié)合而形成的嶄新輕型石材切割機(jī)技術(shù)，如數(shù)控技術(shù)、清潔生產(chǎn)技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)等等。 第三個(gè)層次是先進(jìn)輕型石材切割機(jī)集成技術(shù)。這是應(yīng)用信息技術(shù)以及系統(tǒng)管理技術(shù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)上述兩個(gè)層次的技術(shù)集成而形成的。如 FMS，CIMS，IMS 及虛擬技術(shù)等。 在先進(jìn)輕型石材切割機(jī)技術(shù)及其制造趨勢(shì)一文中指出了先進(jìn)輕型石材切割機(jī)技術(shù)八個(gè)方面的制造趨勢(shì)以及特色： ①數(shù)--是輕型石材切割機(jī)制造的核心； ②精--是制造的關(guān)鍵； ③極--是輕型石材切割機(jī)制造的焦點(diǎn)； ④自--是制造的條件； ⑤集--是制造的方法； ⑥網(wǎng)--是輕型石材切割機(jī)制造的道路； ⑦智--是制造的前景； ⑧綠--是輕型石材切割機(jī)制造的必然。 并指出數(shù)、精、極、自、集、網(wǎng)、智、綠這八個(gè)方面，彼此滲透，相互依賴，相互促進(jìn)，形成一個(gè)整體；要扎根在研究與制造“機(jī)械”本身與“輕型石材切割機(jī)”本身的理論與機(jī)理；八個(gè)方面的技術(shù)要以此理論與機(jī)理為基礎(chǔ)來(lái)研究、開發(fā)、制造，要與此基礎(chǔ)相輔相成，最終服務(wù)于輕型石材切割機(jī)業(yè)的制造 1.5石材切割機(jī)的分類 石材切割機(jī)在石材加工行業(yè)應(yīng)用十分廣泛，根據(jù)當(dāng)前的發(fā)展?fàn)顩r與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通常分為如下幾類： 1.單臂石材切割機(jī)單臂石材切割機(jī)憑借其結(jié)構(gòu)緊湊，工作平穩(wěn)，操縱輕便 靈活，安裝維修方便的特點(diǎn)在石材加工中得到廣泛地應(yīng)用。該機(jī)主要用于小型石材加工廠，石材市場(chǎng)，板材經(jīng)銷商，現(xiàn)場(chǎng)加工及建筑單位現(xiàn)場(chǎng)施工。 2.移動(dòng)式石材切割機(jī) 該機(jī)可直接在荒山礦料上直接切割加工生產(chǎn)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(jī)可直接安裝在礦床上，自動(dòng)切割加工各種石材，效果與傳統(tǒng)鋸石機(jī)完全一樣。該機(jī)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(jī) 該機(jī)為單柱臂式，工作臺(tái)液壓推進(jìn)，無(wú)級(jí)調(diào)速，結(jié)構(gòu)先進(jìn)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(shè)備。切割荒料的最大規(guī)格為長(zhǎng)2.1米，寬1.1米，高1.3米，能切割在長(zhǎng)度方向上拼接的荒料。該機(jī)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(jī) 該機(jī)可鋸10mm以下的石材，該機(jī)具有手動(dòng)和自控兩種功能，可任意選擇鋸片，工作臺(tái)移動(dòng)行程大，分片準(zhǔn)確，板面誤差小于0.5mm， 鋸片最小厚度達(dá)6mm。 5.數(shù)控超薄型天然復(fù)合石材切割機(jī) 該機(jī)主要用來(lái)切割花崗巖，大理石，大面積超薄型石材，主要優(yōu)點(diǎn)： 1.運(yùn)動(dòng)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(zhì)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(fù)合材。 6.電動(dòng)石材切割機(jī) 該機(jī)適用于建筑裝潢，石材加工，對(duì)水磨石，大理石，花崗巖，玻璃，水泥制版等含硅酸鹽的非金屬脆性材料進(jìn)行切割，開槽作業(yè)，它具有切削效率高，加工質(zhì)量好，使用簡(jiǎn)便，勞動(dòng)強(qiáng)度低的特點(diǎn)。綜合各種石材切割機(jī)，我所設(shè)計(jì)的石材切割機(jī)采用全液壓系統(tǒng)，設(shè)備由操作面板，電氣控制裝置，動(dòng)力裝置，機(jī)械裝置和狀態(tài)檢測(cè)控制裝置五大部分組成，機(jī)械裝置包括翻轉(zhuǎn)式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，床身平移裝置，橫梁，圓鋸片拖板等構(gòu)成，整套設(shè)備安裝在鋼筋混凝土造成的基礎(chǔ)上，床身平移行走和切割，，行走通過(guò)電動(dòng)機(jī)，減速器，齒輪，齒條嚙合傳動(dòng)，圓鋸片旋轉(zhuǎn)采用帶輪傳動(dòng)，圓鋸片升降由滑板升降液壓裝置實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，橫梁上裝有可調(diào)位置的行程開關(guān)，床身橫移切割的位移量由刻度尺示讀床身平移導(dǎo)軌上安裝有磁柵尺和讀數(shù)頭組成的位移檢測(cè)裝置，反饋床身的位移數(shù)據(jù)由PLC實(shí)現(xiàn)分片控制，以使整套設(shè)備在自動(dòng)控制系統(tǒng)的作用下按程序完成加工工序。在操作過(guò)程中分為手動(dòng)和自動(dòng)，自動(dòng)按鈕按下后刀盤向下下降一個(gè)切削量，接著刀盤向左切削石材，刀盤到達(dá)左限位開關(guān)時(shí)，停止右移，又下降一個(gè)切削量，如此反復(fù)，直到刀盤在下降中碰到下限位開關(guān)時(shí)，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(jī)液壓控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的總體結(jié)構(gòu)分析 2.1異型石材加工中心的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本機(jī)器適用于各類石材的加工，例如大理石，花崗石等等。本機(jī)器具有獨(dú)立的動(dòng)力機(jī)構(gòu)和電氣系統(tǒng)。采用按鈕集中控制，可通過(guò)PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)調(diào)整、手動(dòng)及半自動(dòng)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(jìn)行調(diào)整，并能完成不同大小厚度的石材的全自動(dòng)切割。其總體方案圖結(jié)構(gòu)圖如下： 智能石材切割機(jī)總體方案與布局圖 本次設(shè)計(jì)的石材切割機(jī)液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是為石材的加工而做的，這樣，只有當(dāng)需要切割石材時(shí)，液壓缸才會(huì)打開行程，切割機(jī)開始工作。設(shè)計(jì)中采用PLC控制石材切割機(jī)的正反轉(zhuǎn)動(dòng)作，既可以簡(jiǎn)化控制線路，節(jié)省成本，又可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。 2.1.1伺服電機(jī)的選擇與計(jì)算 已知整個(gè)切割機(jī)的切割機(jī)頭部重量150KG,其他重量50KG，我們?nèi)】傊亓繛?50Kg，升降范圍為50mm~300mm，移動(dòng)速度為1~2r/min。即： 具體的伺服電機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算如下: 1、確定運(yùn)行時(shí)間 本次設(shè)計(jì)加速時(shí)間 負(fù)載速度（m/min） 有速度可知每秒上升50mm， 電機(jī)轉(zhuǎn)速 3.負(fù)載轉(zhuǎn)矩 式中： 4.負(fù)載慣量 上下垂直運(yùn)動(dòng) 絲桿螺母慣量 式中 總慣量 5.電機(jī)轉(zhuǎn)矩 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 必須轉(zhuǎn)矩 S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(wú)刷電機(jī)型號(hào)為92BL-A，此無(wú)刷直流步進(jìn)電機(jī)廠家為南京森宇機(jī)電的產(chǎn)品。根據(jù)電機(jī)的特性曲線以及參數(shù)表如下： 根據(jù)計(jì)算和特性曲線以及電機(jī)基本參數(shù)表，我們選用直流伺服電機(jī)型號(hào)為 92BL-4030H1-LK-B， 電機(jī)額定功率為0.4KW，額定轉(zhuǎn)矩為1.3N.m，最大轉(zhuǎn)矩為2.6N.m， 額定轉(zhuǎn)速為 3000r/min。電機(jī)大致圖如下： 外形尺寸92x92x86，電機(jī)輸出軸徑為14mm。 2.1.2滾珠絲桿選擇與計(jì)算 1）確定滾珠絲杠副的導(dǎo)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/min n=1000r/min 代入得， P≈1.516mm 由于計(jì)算出的P值應(yīng)取較大值圓整，因此 P=1.5mm 2） 確定當(dāng)量轉(zhuǎn)速與當(dāng)量載荷 （1）各種切削方式下，絲杠轉(zhuǎn)速 由表1查得 V=0.6 V=0.8 V=1 V=8 代入得 n=100 n=133 n=167 n=1333 （2）各種切削方式下，絲杠軸向載荷 由表1查得 已知W=3000N W=5000N 代入得 （3）當(dāng)量轉(zhuǎn)速 由表1查得 代入得 n≈267r/min （3）當(dāng)量載荷 代入得 F=1380N 3）預(yù)期額定動(dòng)載荷 （1） 按預(yù)期工作時(shí)間估算 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(shí) 代入得 C=27899N （2）擬采用預(yù)緊滾珠絲杠副，按最大負(fù)載Fmax計(jì)算： 按表10查得：中預(yù)載取 Fe=4.5 代入得 取以上兩種結(jié)果的最大值 C=27899N 4）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(fù)定位精度 ② ≤（1/4～1/5）定位精度 : 最大軸向變形量 m 已知：重復(fù)定位精度10m, 定位精度25m ① =3 ② =6 取兩種結(jié)果的小值 =3m (2）估算最小螺紋底徑 絲杠要求預(yù)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=0.2 代入得 F=600N D=20.04mm 5）確定滾珠絲杠副的規(guī)格代號(hào) （1）選內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)式法蘭，直筒雙螺母型墊片預(yù)形式 （2）由計(jì)算出的在樣本中取相應(yīng)規(guī)格的滾珠絲杠副 FFZD4008-5 P=8mm C=30700﹥C=27899 6 確定滾珠絲杠副預(yù)緊力 其中 2.6.7 行程補(bǔ)償值與與拉伸力 （1） 行程補(bǔ)償值 式中： =（2～4） (2) 預(yù)拉伸力 代入得 2.6.8 滾珠絲杠副工作圖設(shè)計(jì) (1) 絲杠螺紋長(zhǎng)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(zhǎng)L （3）行程起點(diǎn)離固定支承距離L0 由工作圖得 Ls=890 L1=1000 L=1000 L0=30 得KC=920 N/m 2.6.9 剛度驗(yàn)算及精度選擇 已知W1=5000 N ， =0.2 F0=1000 N F0 ： 靜摩擦力 N ：靜摩擦系數(shù) W1 ：正壓力 N （2）驗(yàn)算傳動(dòng)系統(tǒng)剛度 Kmin ：傳動(dòng)系統(tǒng)剛度 N 已知反向差值或重復(fù)定位精度為10 Kmin=222＞160 （3）傳動(dòng)系統(tǒng)剛度變化引起的定位誤差 =1.7m （4）確定精度 V300p ：任意300mm內(nèi)的行程變動(dòng)量對(duì)半閉環(huán)系統(tǒng)言， V300p≤0.8定位精度- 定位精度為20m/300 V300p＜14.3m 絲杠精度取為3級(jí) V300p=12m＜14.3 (5)確定滾珠絲杠副的規(guī)格代號(hào) 已確定的型號(hào)：WWCM 公稱直徑：12 導(dǎo)程：3 螺紋長(zhǎng)度：900 絲杠全長(zhǎng)：1000 P類3級(jí)精度 FFZD4010-3-P3 /14101290 2.6.10 驗(yàn)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(yù)拉伸力F不用驗(yàn)算。 2.6.11 驗(yàn)算臨界轉(zhuǎn)速 nc=f10 nc :臨界轉(zhuǎn)速 n/min f ：與支承形式有關(guān)的系數(shù) ：絲杠底徑 ：臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)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- L0 4310＞nmax=1500 2.6.12 驗(yàn)算： Dn=Dpw nmax Dpw ： 滾珠絲杠副的節(jié)圓直徑 mm nmax : 滾珠絲杠副最高轉(zhuǎn)速 n/min Dpw≈41.4mm 3升降液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 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 運(yùn)動(dòng)形式 往復(fù)直線運(yùn)動(dòng) 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 往復(fù)擺動(dòng) 短行程 長(zhǎng)行程 高速 低速 擺動(dòng)液壓馬達(dá) 執(zhí)行元件的類型 活塞缸 柱塞缸 液壓馬達(dá)和絲杠螺母機(jī)構(gòu) 高速液壓馬達(dá) 低速液壓馬達(dá) 據(jù)上表選擇執(zhí)行元件類型為活塞缸，再根據(jù)其運(yùn)動(dòng)要求進(jìn)一步選擇液壓缸類型為雙作用單活塞桿無(wú)緩沖式液壓缸，其符號(hào)為： 圖4.1 數(shù)量：該升降平臺(tái)為液壓滑臺(tái)結(jié)構(gòu)，故其采用的液壓缸數(shù)量為1個(gè)液壓缸，其運(yùn)動(dòng)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(nèi)擺動(dòng)，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(guò)橫梁活塞的推力逐次向外傳遞，使升降機(jī)升降。 3.1.2 速度和載荷計(jì)算 參考國(guó)內(nèi)升降臺(tái)類產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)可知。最大起升高度為500mm時(shí)，其平均起升時(shí)間為15s，就是從液壓缸活塞開始運(yùn)動(dòng)到活塞行程末端所用時(shí)間大約為15s，設(shè)本升降臺(tái)的最小氣升降時(shí)間為10s,最大起升時(shí)間為20s，由此便可以計(jì)算執(zhí)行元件的速度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(shí)間 （單位s ） 當(dāng) t=10s時(shí)： 當(dāng) t=20s時(shí)： 液壓缸的速度在整個(gè)行程過(guò)程中都比較平穩(wěn)，無(wú)明顯變化，在起升的初始階段到運(yùn)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(shí)，有一個(gè)減速階段，減速階段加速度亦比較小，因此可以說(shuō)升降機(jī)在整個(gè)工作過(guò)程中無(wú)明顯的加減速階段，其運(yùn)動(dòng)速度比較平穩(wěn)。 3.1.3 執(zhí)行元件的載荷計(jì)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(yùn)動(dòng)必須克服其阻力才能運(yùn)行，因此在次計(jì)算油缸的總阻力即可，油缸的總阻力包括：阻礙工作運(yùn)動(dòng)的切削力，運(yùn)動(dòng)部件之間的摩擦阻力，密封裝置的摩擦阻力，起動(dòng)制動(dòng)或換向過(guò)程中的慣性力，回油腔因被壓作用而產(chǎn)生的阻力，即液壓缸的總阻力也就是它的最大牽引力： （1）切削力。根據(jù)其概念：阻礙工作運(yùn)動(dòng)的力，在本設(shè)計(jì)中即為額定負(fù)載的重力和支架以及上頂板的重力： 其計(jì)算式為： （2）摩擦力。各運(yùn)動(dòng)部件之間的相互摩擦力由于運(yùn)動(dòng)部件之間為無(wú)潤(rùn)滑的鋼-鋼之間的接觸摩擦，取， 其具體計(jì)算式為： （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(jì)算： O形密封圈： 其中F為液壓缸的推力 Y形密封圈： f 表示摩擦系數(shù)，取 p 表示密封處的工作壓力 單位Pa d 表示密封處的直徑 單位m 表示密封圈有效高度 單位m 密封摩擦力也可以采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，一般取 （4）運(yùn)動(dòng)部件的慣性力。 其計(jì)算式為： 式中： G 表示運(yùn)動(dòng)部件的總重力 單位N g 表示重力加速度 單位 表示啟動(dòng)或制動(dòng)時(shí)的速度變量 單位m/s 表示起動(dòng)制動(dòng)所需要的時(shí)間 單位s 對(duì)于行走機(jī)械，本設(shè)計(jì)中取值為。 （5）背壓力。背壓力在此次計(jì)算中忽略，而將其計(jì)入液壓系統(tǒng)的效率之中。 由上述說(shuō)明可以計(jì)算出液壓缸的總阻力為： =(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)9.80.05 =40KN 液壓缸的總負(fù)載為40KN，該系統(tǒng)中共有2個(gè)液壓缸個(gè)液壓缸，故每個(gè)液壓缸需要克服的阻力為20KN。 該升降臺(tái)的額定載荷為100Kg ，其負(fù)載變化范圍為0—100Kg，在工作過(guò)程中無(wú)沖擊負(fù)載的作用，負(fù)載在工作過(guò)程中無(wú)變化，也就是該升降臺(tái)受恒定負(fù)載的作用。 3.2 調(diào)速方案的選擇 調(diào)速方案對(duì)主機(jī)的性能起決定作用，選擇調(diào)速方案時(shí)，應(yīng)根據(jù)液壓執(zhí)行元件的負(fù)載特性和調(diào)速范圍及經(jīng)濟(jì)性等因素選擇。 常用的調(diào)速方案有三種：節(jié)流調(diào)速回路，容積調(diào)速回路，容積節(jié)流調(diào)速回路。本升降機(jī)采用節(jié)流調(diào)速回路，原因是該調(diào)速回路有以下特點(diǎn)：承載能力好，成本低，調(diào)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： 圖4.2 液壓系統(tǒng)原理圖 4液壓缸的選型及設(shè)計(jì) 4.1液壓缸的類型及結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)形式可分為活塞式、柱塞式、組合式和擺動(dòng)式四大類。 其中，單作用液壓缸分為：?jiǎn)位钊麠U液壓缸、雙活塞桿液壓缸、柱塞式液壓缸、差動(dòng)液壓缸和伸縮液壓缸。但是，差動(dòng)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(fù)位式、齒條式、串聯(lián)式和增壓式四種。擺動(dòng)液壓缸又分為：?jiǎn)稳~片式和雙葉片式兩種。下面以一種典型液壓缸為例，說(shuō)明液壓缸的基本組成。 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(dǎo)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(dòng)工作臺(tái)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)?；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(dòng)，從而通過(guò)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(jié)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(jìn)、出油口。當(dāng)缸筒移動(dòng)到左、右終端時(shí)，油口a、c的開度逐漸減小，造成回油阻力逐漸增大，對(duì)運(yùn)動(dòng)部件起到制動(dòng)緩沖作用。在缸蓋上設(shè)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(yùn)動(dòng)更加平穩(wěn)。 表2-1液壓缸的類型和特點(diǎn) 類型 速度 作用力 特點(diǎn) 單 作 用 液 壓 缸 雙活塞桿液壓缸 U=q/A3 F=p1A1 活塞的兩側(cè)都裝有活塞桿，只能向活塞一側(cè)供給壓力油，由外力使活塞反向運(yùn)動(dòng) 單活塞桿液壓缸 U=q/A3 F1=p1A1 活塞僅單向運(yùn)動(dòng)，返回行程利用自重或負(fù)荷將活塞推回 柱塞式液壓缸 U=q/A3 F1=p1A1 柱塞僅單向運(yùn)動(dòng)，由外力使柱塞反向運(yùn)動(dòng) 差動(dòng)液壓缸 U3=q/A3 F3=p1A1 可使速度加快，但作用力相應(yīng)減小 伸縮液壓缸 --- --- 以短缸獲得長(zhǎng)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/A3 U2=q/A2 F1=（p1-p2）A1 F2=（p2-p1）A2 雙邊有桿，雙向液壓驅(qū)動(dòng)，雙向推力和速度均相等 單活塞桿液壓缸 U1=q/A3 U2=q/A2 F1=（p1-p2）A1 F2=（p2-p1）A2 單邊有桿，雙向液壓驅(qū)動(dòng)，u1〈V U2，F(xiàn)1〉F2 伸縮液壓缸 --- --- 雙向液壓驅(qū)動(dòng)，由大到小逐節(jié)推出，由小到大逐節(jié)縮回 組 合 液 壓 缸 彈簧復(fù)位液壓缸 --- --- 單向由液壓驅(qū)動(dòng)，回程彈簧復(fù)位 串聯(lián)液壓缸 U1=q/（A1+A2） U2=q2A2 F1=p1（A1-A2）-2qA2 F1=2p2A2-A2-q1（A1+A2） 用于缸的直徑受限制，而長(zhǎng)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 齒條液壓缸 --- --- 活塞的移動(dòng)通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)變成齒輪的往復(fù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 擺動(dòng)液壓缸 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(zhuǎn)的機(jī)械能，輸出軸擺動(dòng)角 < 300度 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(zhuǎn)的機(jī)械能，輸出軸擺動(dòng)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(zhuǎn)矩 4.2液壓缸的工作壓力 根據(jù)負(fù)載并查表，初選工作壓力 P1=3MPa 4.3計(jì)算液壓缸尺寸 鑒于動(dòng)力滑臺(tái)要求快進(jìn)、快退速度相等，可選用單桿式差動(dòng)液壓缸。無(wú)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(guān)系。 回油路上背壓P2取0.8MPa 油路壓力損失△P取0.5MPa A1=F/(P1-P2/2)=418210-6/(3-0.8/2)m2=0.0016m2 D==45.13mm d=0.707D=31.91mm 按GB/T2348-2001將直徑元整成就進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)值 D=50mm d=35mm; 液壓缸兩腔的實(shí)際有效面積為： A1=πD2/4=19.6310-4m2 A2=π(D2-d2)/4=10.0110-4m2 根據(jù)上述D與d的值，可估算液壓缸在各個(gè)工作階段中的壓力 4.4液壓缸各工作階段的壓力、流量和功率計(jì)算 工況 推力 F/N 回油腔壓力P2/MPa 進(jìn)油腔壓力P1/MPa 輸入流量 輸入功率 計(jì)算公式 快進(jìn) 啟動(dòng) 1289 0 1.86 — - 加速 1193 △P=0.5 1.76 — - 恒速 645 1.29 4.81 0.10 工進(jìn) 4182 0.8 2.54 1.57～0.098 0.07 快退 啟動(dòng) 1289 0 1.29 — - 加速 1193 0.5 2.17 — - 恒速 645 1.62 5.01 0.135 4.5液壓缸工況圖 5擬定液壓系統(tǒng)圖 5.1 選擇液壓基本回路 選擇調(diào)速回路。該系統(tǒng)的流量、壓力較小，可選用定量泵和溢流閥組成的供油源，液壓系統(tǒng)功率小，滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度低，工作負(fù)載變化小，銑床加工有順銼和逆銼之分，可采用進(jìn)流口節(jié)流的調(diào)速形式，具有承受負(fù)切削的能力，如圖（a） (a) 選擇快速運(yùn)動(dòng)回路和換向回路。系統(tǒng)采用節(jié)流調(diào)速回路后，不管采用什么油源形式都必須有單獨(dú)的油路直接通向液壓缸兩腔，以實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)動(dòng)。在本系統(tǒng)中，單桿液壓缸要作差動(dòng)連接，為保證換向平穩(wěn)，采用電液換向閥式換接回路，如圖（b） （b） 選擇速度換接回路。避免液壓沖擊，宜選用行程閥來(lái)控制速度換接，如圖（c） （c） 5.2 組成液壓系統(tǒng)圖 根據(jù)各液壓基本回路組成液壓系統(tǒng)圖,如圖（d） 系統(tǒng)油