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畢業(yè)設(shè)計(論文)
方案論證
題 目: 裁斷機設(shè)計
立式
院系名稱： 機電工程學(xué)院 專業(yè)班級：
學(xué)生姓名：
指導(dǎo)教師：
一、裁斷機簡述：
本次的設(shè)計的題目是立式裁斷機，其主要功能是把事先壓制好的成型砂帶，分切成有一定尺寸要求的、適合使用的、有一定規(guī)格的砂帶。
設(shè)計這種機械裝置的目的是為了提高加工的效率，減少工人的勞動強度實現(xiàn)加工成本的降低。本次設(shè)計為了提高工作的效率和減輕工作人員的勞動強度，考慮人機的合理化布局，對刀具、張緊軸的動作采用氣動進(jìn)行控制。
裁斷機是用來切割壓制好的桶型砂帶，切割砂帶的目的是為了滿足用戶對砂帶寬度的要求。設(shè)備應(yīng)操作方便、省力、容易掌握和不易發(fā)生故障和操作錯誤。這樣不僅可以減少工人的疲勞、保證工人和機床的安全，還能提高生產(chǎn)效率。在滿足以上條件的情況下，設(shè)備的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡單，工藝性要好，容易制造和裝配，維修方便等。所以，在設(shè)計時主體結(jié)構(gòu)一般采用焊接的形式。
設(shè)計思路是運用刀具的旋轉(zhuǎn)切割砂帶，而刀具的旋轉(zhuǎn)是被動跟著主軸的旋轉(zhuǎn)。它們之間的相對運動是通過刀具對主軸落刀的壓力來實現(xiàn)的。砂筒在切割前撐緊，只有這樣砂帶才能被切割下來。其中砂筒的張緊和刀具的落下由汽缸活塞的運動來實現(xiàn)，主軸的轉(zhuǎn)動由電機帶動。
設(shè)計思路是運用刀具的旋轉(zhuǎn)切割砂帶，而刀具的旋轉(zhuǎn)是被動跟著主軸的旋轉(zhuǎn)。它們之間的相對運動是通過刀具對主軸落刀的壓力來實現(xiàn)的。砂筒在切割前撐緊，只有這樣砂帶才能被切割下來。其中砂筒的張緊和刀具的落下由汽缸活塞的運動來實現(xiàn)，主軸的轉(zhuǎn)動由電機帶動。
二、方案分析：
下面就一些系統(tǒng)和零件的選擇方案作簡單的分析。
根據(jù)設(shè)計的實際情況，設(shè)計的內(nèi)容可以分為：傳動系統(tǒng)設(shè)計、支架設(shè)計、漲緊裝置設(shè)計、切割裝置設(shè)計、氣壓系統(tǒng)設(shè)計等。
傳動系統(tǒng)設(shè)計：
傳動系統(tǒng)由：電機、各個軸、帶輪、軸承等組成。
1、電機的選擇
由于此機床的工作環(huán)境具有粉塵多、傳動精度及穩(wěn)定性要求不太高，在室溫下工作的特點。所以選擇的電機是Y系列三相異步電動機。因為Y系列三相異步電機是按照國際電工委員會（IEC）標(biāo)設(shè)計的，具有國際互換性的特點。其中Y 系列電動機為一般用途全閉自扇冷式籠型三相異步電機，具有防止灰塵、鐵屑或其它雜物侵電機內(nèi)部之特點，B級絕緣，工作環(huán)境不超過四十?dāng)z氏度，相對濕度不超過95%，海拔不超過1000m，額定電壓380v，頻率50HZ。適于無特殊要求的機械上，本次設(shè)計的裁斷機就符合此類條件，故Y列的電機就符合要求。
設(shè)計裁斷機的目的是為了提高工作的效率，因此在電機的轉(zhuǎn)速應(yīng)該是其最普遍的轉(zhuǎn)速1400r/min。所以選擇Y系列90L-4型號的電機。這樣不僅可以提高工作效率，還可以節(jié)約成本，及免去設(shè)計及按裝減速裝置的麻煩。使機床看起來更簡潔，并且易于維護(hù)。
在考慮到電機的力傳動時，有兩種方案：即帶輪傳動和齒輪傳動。由于本設(shè)備對傳動比沒有要求，帶輪傳動能緩和載荷沖擊，對中心距適應(yīng)能力強，且結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、無噪聲等優(yōu)點，所以選擇帶傳動。在電機的安裝實際設(shè)計的需要，裝在支架的下面。這樣做可以減少設(shè)備的體積，也便于在運輸過程中方便，所以將電機安放在支架下面，與支架相連接。
在滿足使用要求的前提下,機器的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡單,工藝性好,容易制造和裝配,維修方便等.機器的系列化、零部件的通用化和標(biāo)準(zhǔn)化，對機床的結(jié)構(gòu)、制造與維修有直接的影響。機床的系列化可以用最少的平中滿足各種不同的需要，又可使同類型機床結(jié)構(gòu)典型化，以減少設(shè)計的勞動量。部件的通用化和零件的標(biāo)準(zhǔn)化既可縮短新機床的設(shè)計周期和制造成本。通用化和標(biāo)準(zhǔn)化程度的提高，使得使用方容易買到易損件，維修時就可以不制造或少制造備件。
其安裝的位置如下：
2、傳動裝置的設(shè)計
由于此產(chǎn)品需要高速的切削，要求工作效率比較高。也就是說在瞬間就可以完成所有的工作，因此在所有傳動部分要求盡量的短 。在傳動部分的采用一對齒數(shù)相同的齒輪，有電機直接到主軸上。
由于盡可能的將設(shè)備做的比較小，符合在一般比較小的廠礦，所以在電機的安裝應(yīng)該裝在箱體上，同時也便于在運輸過程中方便。由于齒輪本身承載力，而且工作環(huán)境也是不太惡劣。所以在齒輪的選材上一般的45鋼就行。
3、主軸的選擇和校荷
作為本次設(shè)計中受力最大的部件，不僅承受來自砂帶的張緊力，還有本身的重力，同時還有來自刀具的向下壓力。所以在主軸的選擇上應(yīng)采用一根實心軸。由于一般的材料不能保證在落刀的壓力下，且在堅硬的刀具面前不受到損壞，所以要選用超硬材料，但同時如果整體的材料采用超硬材料，必將把成本隨之提上去，由于在本身設(shè)計是沒有那么多的經(jīng)費的，所以只好采用在一根普通的軸外面包一層特殊的材料做成的耐磨套，以保證在設(shè)備進(jìn)行切割的過程中不受到太大磨損。故主軸的材料為普通的45鋼，而耐磨套的材料則為低碳鋼。由于要保證耐磨套和主軸的同軸度，同時也要有一定的承載能力，所以在耐磨套的制作過程是比較麻煩的，除了正常的熱處理外，在最后還應(yīng)該有一次滲碳處理，以保證在工作過程有足夠的硬度才行。同時由于有配合精度和同軸度的要求，所以在制作時并不是采用整體式，而是分成幾段制作。這樣保證加工比較容易，同時也為在耐磨套和主軸配合時，便于裝夾。
主軸本身要求承載一定的力，所以要求有一定的剛度。
根據(jù)相關(guān)設(shè)備的數(shù)據(jù)知道，此次設(shè)計中應(yīng)該采用直徑為65mm的，而耐磨套本身則采用外徑為90mm的比較合適。
刀具、耐磨套的選擇及安裝：
由于砂帶上面的砂粒，硬度很高，一般的刀具對于它沒有什么用，而且非常容易磨損，所以在刀具的選擇上采用一種特殊的材料制成。如果用這種材料制成刀具，會使成本成倍增長。所以在設(shè)計刀具時，采用在刀具的表面鑲上一層硬質(zhì)合金材料。在刀具總體設(shè)計時，我們考慮由于砂帶的寬度不一樣，同時再考慮裝卸方便的同時，我們只將刀片鑲嵌在隔套之間。砂帶的寬度要求是10—650mm之間，所以在制做隔套時，并不是每一個尺寸都要求做出來。我們采用一系列的不同尺寸的隔套，在不同尺寸要求，只許將其組合而成。
選擇耐磨套時考慮到刀具的作用，其硬度要比刀具的高；不然會發(fā)生刀具把耐磨套切割的事情，并影響加工。因為如果耐磨套上有被切割的印記（小溝槽）就有會使刀具切不下工件，而是把工件積壓到溝槽當(dāng)中。故耐磨套的材料為滲碳鋼。其個數(shù)由刀具的個數(shù)和加工的具體情況決定。
下圖為刀具的安裝圖：
其各個部分的作用如下：
刀具起切割作用；
隔套是用來決定分條的寬度，用各個不同尺寸的隔套隔出不同的工件加工尺寸，使加工的范圍擴(kuò)大；
軸承是支持刀具的轉(zhuǎn)動，使刀具的轉(zhuǎn)動更順利；刀具的轉(zhuǎn)動是在落刀壓力的作用下跟著主軸一起轉(zhuǎn)動，是被動的；
鎖緊螺母是用來壓緊隔套的，這樣作的目的是為了使刀具不會在落刀壓力下產(chǎn)生竄動；
裝刀軸是用來裝刀具的；
支撐軸是用來支撐其他部分的，使其不會掉下。
耐磨套的安裝圖如下：
其各個部分的作用：
擋圈是起耐磨套的定位作用；
耐磨套是起保護(hù)主軸、輔助加工的作用；
壓緊板是起緊固耐磨套的位置的作用；
主動軸旋轉(zhuǎn)帶動刀具及工件運動完成加工。
刀具和耐磨套的配合，即實現(xiàn)了切割砂帶的工作，使刀具和主軸的磨損減小到最小，而且大大降低了成本。
軸承的選擇：
由于該設(shè)備在工作過程，并沒有太大的沖擊力，同時也沒有軸向力，所以在軸承的選擇上采用根據(jù)經(jīng)驗選擇。又由于機床易裝拆，維修方便，因此選用的軸承是一般的深溝球軸承。當(dāng)軸承壽命結(jié)束時，換一下就可以，成本不會太高，又不會影響加工。
其選用的軸承型號如下：
主軸軸承型號 6007
刀具軸承型號 6250
氣缸的選擇
本次設(shè)計中的刀具抬起和落下，以及砂帶的張緊都是自動完成。而實現(xiàn)這個動作的用的是汽缸。由于在切削的過程中，只是很短時間內(nèi)完成的，同時在減輕工人勞動強度的前提下。實現(xiàn)高的勞動效率。
由于落刀的壓力和張緊力都是已知的，因此可以算出所需要汽缸的內(nèi)徑，并通汽缸標(biāo)準(zhǔn)就找到能所需要的汽缸。
控制系統(tǒng)設(shè)計：
本次設(shè)計所采用的是電氣控制系統(tǒng)，所采用的電器有接觸器、電壓、電流繼電器、時間繼電器等。由于接觸器可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，所以用來控制電機；電壓、電流繼電器的作用是用來保護(hù)電路的安全，當(dāng)電壓或電流不在安全使用范圍時能夠迅速將電路切斷，又能在電壓或電流穩(wěn)定是自動接通電路。
時間繼電器的作用是對電機的起動、反接制動，進(jìn)行延時控制；及對兩個加工循環(huán)之間實現(xiàn)延時控制。這樣就可以實現(xiàn)半自動化加工，就是在工人按下開始按鈕后，工人只需要裝卸工件其他的就由機床自己解決。它的優(yōu)點是能降低工人操作復(fù)雜程度，減少誤操作，提高工作效率。
裁斷機的動作過程為：
按下開始按鈕 張緊汽缸開始工作（到位后）
電機轉(zhuǎn)動
切割砂帶 刀具抬起
刀具落下
電機停轉(zhuǎn) 張緊汽缸放松 裝卸工件
三、方案總結(jié)：
設(shè)計立式裁斷機這種機械裝置的目的是為了提高加工的效率，減少工人的勞動強度實現(xiàn)加工成本的降低。在設(shè)計的過程中，我們采取了機電一體化的綜合設(shè)計，即設(shè)計不僅包含機械部分，還有電路部分，綜合考慮了機電的結(jié)合。
本次設(shè)計主要是運用機械切割原理、氣動原理、機構(gòu)的設(shè)計、刀具的設(shè)計及電氣控制等知識。在設(shè)計的過程中，還用到了零件的加工工藝，機構(gòu)的裝配工藝。本次設(shè)計涉及得知識范圍廣泛，包含了，機械制造、電氣控制、氣壓傳動等機電一體化知識。