机械毕业设计（论文）-FRP工作台T形槽切割机的设计【全套图纸】

编编 号号 无锡太湖学院 毕毕业业设设计计（论论文文） 题目：题目： FRP 工作台工作台 T 形槽切割机的设计形槽切割机的设计 信机 系系 机械工程及自动化 专专 业业 学 号： 学生姓名： 指导教师： 2013 年 5 月 25 日 无锡太湖学院本科毕业设计（论文）无锡太湖学院本科毕业设计（论文） 诚诚 信信 承承 诺诺 书书 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） FRP 工作台 T 形槽切 割机的设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内 容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外， 本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作 品。 班 级： 机械 95 学 号： 0923207 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 无无锡锡太太湖湖学学院院 信信 机机 系系 机机械械工工程程及及自自动动化化 专专业业 毕毕 业业 设设 计计论论 文文 任任 务务 书书 一、题目及专题：一、题目及专题： 1、题目 FRP 工作台 T 形槽切割机的设计 2、专题 二、课题来源及选题依据二、课题来源及选题依据 FRP 材料制作的 Table top 是 Siemens 公司生产的医疗设备中的一个部 件，根据使用要求，必须在 Table top 上加工 T 形槽。为此，需要设计相应的专 用加工设备。 本课题以设计为主线，设计一台切割机，用于在 FRP 工作台上加工 T 形 槽。通过本设计不仅可以解决实际生产加工问题，而且可以使学生了解产品设 计过程，锻炼学生工程设计和解决实际问题的能力，为产品设计打下良好的基 础。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求：三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 1. 阅读外文资料，并翻译与所学专业或课题相关的外文文献 5000 字左右，语 句通顺、流畅、准确； 2. 根据加工产品上 T 形槽的具体结构和加工要求，拟定分析设备设计方案； 3. 运用三维软件进行三维造型设计、三维装配； 4. 绘制设备总装图和关键零部件二维工程图； II 5. 编写 1 万字以上的设计说明书一份，要求符合本科论文的格式要求，语言 简洁、流畅、层次分明； 四、接受任务学生：四、接受任务学生： 机械 95 班班 姓名姓名 五、开始及完成日期：五、开始及完成日期： 自自 2012 年年 11 月月 12 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六、设计（论文）指导（或顾问）：六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师指导教师 签名签名 签名签名 签名签名 教教研研室室主主任任 学科组组长研究所所长学科组组长研究所所长 签名签名 系主任系主任 签名签名 2012 年年 11 月月 12 日日 III 摘摘 要要 切割机分为火焰切割机、等离子切割机、激光切割机、水切割等。激光切割机的效率 最快，切割精度最高，切割厚度一般较小。等离子切割机切割速度也很快，切割面有一 定的斜度。火焰切割机针则是对于厚度较大的碳钢材质。水切割，又称水刀切割，是一 种利用高压水流切割的机器。在电脑的控制下能任意雕琢工件，而且受材料质地影响小。 自动切割相对手动和半自动切割方式来说，可有效地提高板材切割的效率、切割质 量，减轻操作者的劳动强度。目前在我国的一些中小企业甚至在一些大型企业中使用手 工切割和半自动切割方式还较为普遍。 本文针对工厂的实际生产需求，提出了设计题目。设计出符合要求的板材切割机， 并对机床的机械系统、气动系统、控制系统等方面进行了全面设计。 机械系统设计中，本文首先设计出加工过程中所需要的皮带型号、动力部分、导轨、 机械滑台等。此外，文中也对工件加工中所需的刀具以及工作台进行了简单的设计。 气动系统设计中，本文先对加工过程中所需的压力及杠杆原理进行综合利用，并以 此为基础，计算出此设计中所需要的气缸的缸径，并选择出适合要求的气缸型号。 最后，希望此次设计的板材切割机能满足预期的设计要求，并能在实际应用中取得 良好的效果。 关键词关键词：切割，机械系统，气动系统，控制系统 IV Abstract Cutting machine, plasma cutting machine is divided into flame, laser cutting machine, water cut, etc. Laser cutting machine for efficiency is highest, the fastest, precision cut thickness general lesser. Plasma cutting machine cutting speed is quick, cutting surface has certain Angle. Flame cutting carbon based on the qualitative thick.Water cut, also known as water knife cutting, is a kind of using high pressure water cutting machine. Under the control of the computer can carve any artifact, but also affected by the material quality little . Automatic cutting relative to manual and semi-automatic cutting way, can effectively improve the efficiency of plate cutting, cutting quality, reduce the labor intensity of operators. At present, some small and medium-sized enterprises in our country and even in some big companies using manual cutting and semi-automatic cutting way is also more common. Based on the actual production factory, puts forward the design demand topic. Designed to meet the requirements of sheet metal, and the mechanical system of machine tools, pneumatic system and control system of the overall design etc. Among the Mechanical system designing, this paper first designed the processing belt model, dynamic part of the process need, guide rail, mechanical sliding table and so on. In addition, the article also required in the processing of cutting tools and the workbench has carried on the simple designed. Pneumatic system design, this paper first needed to process the pressure and the lever principle for comprehensive utilization, and based on this, the design is calculated in the cylinder cylinder diamethe needs, and choose the suitable requirements of cylinder type. Finally, I hope this design sheet cutting function meets the design requirements and expectations in application of good effect.、 Keywords: cutting and mechanical system, pneumatic system, control system V 目目 录录 摘 要 .III AbstractIV 目 录.V 1 绪论 .1 1.1 本课题的研究内容和意义 1 1.2 国内外的发展概况 1 1.3 本课题应达到的要求 2 2 切割部分的选取及设计 .3 2.1 切屑工具的选取 .3 2.2 电机的选取 .3 2.3 同步齿形带传动设计 .3 2.4 气缸的选择 .5 2.4.1 气动系统的设计 5 2.4.2 设计依据和装置的工作要求6 2.4.3 气动元件及配管尺寸的确定 7 3 运动部分设计 .10 3.1 滚珠丝杠的计算与选用 .10 3.1.1 丝杠的计算选择 11 3.2 轴承的选择 .13 3.2.1 轴承的校核计算 14 3.2.2 轴承的润滑及密封 16 3.3 直线导轨的选择计算 .17 3.3.1 选定条件 17 3.3.2 选择方式 17 3.4 轴的结构设计 .18 4 零部件的结构作用 .20 4.1 直线导轨的作用 20 4.2 连接组件的结构设计 22 4.3 小滑台的结构设计 23 5 T 形槽加工工艺.20 5.1 刀具材料 .24 5.2 刀具选择 .24 5.3 加工工艺安排 .25 5.3.1 开直槽 .25 5.3.2 加工 T 型槽.25 VI 6 结论与展望 .27 6.1 结论 27 6.2 不足之处及未来展望 27 致谢 .29 参考文献 .30 FRP 工作台 T 形槽切割机的设计 1 1 绪论绪论 1.1 本课题的研究内容和意义本课题的研究内容和意义 本次毕业设计要求设计一种由电动机传动，以及气压系统固定夹紧的切割机，实现 FRP 工作台 T 行槽的切割，原理方案的功能实现，总体方案的设计，结构形式，结构参 数，工作参数的设计。研究内容如下： (1) 阅读外文资料，并翻译外文文献 5000 字左右，语句要求通顺、流畅、准确； (2) 根据加工产品上 T 形槽的具体结构和加工要求，拟定分析设备设计方案； (3) 运用三维软件进行三维的造型设计和三维装配； (4) 绘制设备总装图和关键零部件二维工程图； (5) 编写设计说明书，符合本科论文的格式要求，语言简洁、流畅、层次分明； 随着科技和经济的快速发展，社会对自动化设备的需求越来越大，FRP 板的切割也 不例外，它要求其实现的速度快，功能多，多方位切割，切割有力度，为此，FRP 板材 切割机也就被研发出来了。FRP-(Fiberglass-Reinforced Plastics )纤维增强复合塑料是由增 强纤维和基体两者共同组成。纤维（或称晶须） ，它的直径很小，一般都在 10m 以下， 缺陷较少而且较小，断裂应变约在千分之三十以内，是一种脆性材料，容易断裂、损伤 和腐蚀。基体相对于纤维来说，模量、强度都要低很多，但其可以经受住较大的应变， 往往具有较好的粘弹性和弹塑性，是一种韧性材料。所以 FRP 有如下特性：高强、耐腐 蚀性能好、轻质、电性能好、可设计性好、工艺性优良、热性能良好。 。 。 本课题以设计为主线，设计一台切割机，用于在FRP工作台上加工T形槽。通过本设 计不仅可以解决实际生产加工问题，而且可以了解产品设计过程，锻炼工程设计和解决 实际问题的能力，为产品设计打下良好的基础。 1.2 国内外的发展概况国内外的发展概况 现今为止，机电一体化产品已经广泛应用于各种加工业中。切割技术也有了突飞猛 进的发展。随着科技和经济的快速发展，社会对自动化设备的需求越来越大，FRP 板的切 割也不例外，它要求其实现的速度快，功能多，多方位切割，切割有力度，为此，FRP 板 材切割机也就被研发出来了。 FRP 工作台 T 形槽切割机是一种专用设备，可以提高生产效率，切割精度比较高，使 用轻巧简便，成本低廉。在能满足精度要求的前提下，不失为一种好的选择，应用前景 良好。设计方案有待完善，软件应用的熟练程度需要加强，刀具旋转精度与丝杠间隙的 精度尚需进一步分析提高。 整个结构过程都是由 PLC 控制的，其结构简单合理，设备性能良好，使用寿命长， 安全系数高等特点，满足了大批量自动化的生产要求。 1.3 本课题本课题应达到的要求应达到的要求 以电动机为动力源，结构紧凑，制造方便。割据角可调节，以适应要求形状的T形槽 无锡太湖学院学士学位论文 2 的加工。刀轮更换方便，刀具可自行润滑，加上传动装置可自动运行及停止功能。该切 割机具有手动和半自动相结合的特点，操作简便，灵活，运转平稳，从而使降低劳动强 度，提高生产效率。完成设备的机械部分、气动部分、电气部分的设计及相关计算，绘 制好机械部分设计的CAD三维图和主要二维图纸。 本次设计要求是在下图工作板上切割T型槽。 图 1.1 工作板 FRP 工作台 T 形槽切割机的设计 3 2 切割部分的选取及设计切割部分的选取及设计 2.1 切屑工具的选取切屑工具的选取 由于要切出 T 型槽，如何选择刀具是至关重要的,根据材料特性和加工要求的工作台， 可以选择两种类型的刀具进行处理：一个用于立式铣刀、直槽加工,可以选为钨钢刀具材 料，另一个为 T 形槽铣刀，根据要求加工,选择 T 形槽高速钢工具，但这种工具很容易损 坏，难以提高处理速度，延长刀具寿命，提高加工效率，刀具材料可以转换通用高速钢 粉末冶金高速钢取代，为了改善排屑性能，可适当减少齿数，可增大容屑空间。 2.2 电机的选取电机的选取 根据刀具的要求，先选用较常用的 Y 系列三相异步电动机这是由于安装尺寸 Y 系列 三相异步电动机和电力水平与国外先进的同类型产品的并驾齐驱,因此具有良好的国外同 类产品之间的兼容性，引进设备替换及供配套出口，选取功率为 3Kw，满载时的转速为 2840r/min.额定电流 6.3A，功率因数 0.87，效率为 82%，额定转矩为 32N 。 2.3 同步齿形带传动设计同步齿形带传动设计 同步带轮的优点： 1、传动准确，工作时无滑动，具有恒定的传动比； 2、传动平稳，具有缓冲、减振功能，噪音低； 3、传动效率高，最高可达98%，节能效果显著； 4、维护保养方便，无需润滑； 5、速比范围大，一般可达10，线速度可达50m/s，因此具有较大的功率传递范围，最 高可达到几百千瓦； 6、可用于长距离的传动，中心距可达10m 以上； 7、无污染,可在不允许有污染和工作环境较为恶劣的场所下正常工作。 1)设计功率 Pd 由机械手册表 14.1-55 查得 6 . 1 A K (2.1) PKP A d kw 8 . 436 . 1kw 2)选定带型和节距 根据kw 和 n1=2840r/min8 . 4 d P 由图 14.1-14 确定为 L 型。节距 Pb=9.6 3)确定小带轮齿数 z1 根据带型 L 和小带轮的带速 n,由表 14.1-56 查得小带轮的最小齿数 zmin=16,此处取 z1=20. 无锡太湖学院学士学位论文 4 4)确定小带轮的节圆直径 dp1 (2.2) b p pz d 1 1 mm 15.61 6 . 920 由表 14.1-60 查得其外径 da1=dp1-2=61.15-0.76=60.39mm 5)大齿轮齿数 z2 取传动比为 2:1 (2.3)izz 12 40220 6)大带轮节圆直径 (2.4) b p pz d 2 2 mm 3 . 122 6 . 940 由表 14.1-60 查得其外径 da2=dp2-2=121.54mm 7)选定带速 v (2.5) 100060 11 nd v m/s9 . 7 100060 248015.61 8)初定轴间距 a0 取mm450 0 a 9)带长及其齿数 (2.6) 0 2 21 2100 42 2 a dd ddaL aa aa 4504 39.60 3 . 122 93.1812 2 4502 2 mm1473 由表 14.1-51 查得应选用带长代号为 600 型的 L 型同步带。其节线长mm，1524 p L 节线上的齿数 z=160. 10) 实际轴间距 a (2.7) 2 0 0 LL aa P FRP 工作台 T 形槽切割机的设计 5 2 14731524 450 mm 5 . 475 11) 小带轮的啮合齿数 zm (2.8) 12 2 11 22 zz a zpz entz b m = 20 5 . 4752 206 . 9 2 20 2 ent =10 12) 基本额定功率 P0 (2.9) 1000 2 0 vmvT p a 由表 14.1-58 查得mkgmNTa/096 . 0 ,245 kwp 1000 9 . 79 . 7096 . 0 245 2 0 kw9 . 1 13) 所需带宽 bs 由表 14.1-57 查得 L 型带的1,10,4 .25 0 zms kzmmb (2.10) 14 . 1 0 0 pk p bb z d ss mm 14 . 1 9 . 11 8 . 4 4 . 25 mm 3 . 57 由表 14.1-52 查得，应选带宽代号为 200 的 L 型带，其mm。56 s b 14) 带轮的结构尺寸 传动选用的同步带为 600L200 GB/T11616-1989 型。 小带轮：mm,mm15.61,20 11 p dz15.61 1 a d 大带轮：mm,mm 3 . 122,40 21 p dz54.121 1 a d 2.4 气缸的选择气缸的选择 2.4.1 气动系统的设计气动系统的设计 无锡太湖学院学士学位论文 6 当 FRP 板材按正确位置放好后，采用杠杆原理与气动系统，使固定系统下移，将板 材压紧在切割机底座上，从而实现板材固定。切割完成后，气压系统松动，释放压力即 可 所谓程序控制系统就是根据生产过程中的物理量，例如：位移、时间、压力和温度 的变化，使控制对象的各个执行元件按照预定的顺序协调工作的一种自位等的动控制系 统，是工业生产领域，尤其是置中广泛应用的一种自动控制。 图2.2 气动原理图 2.4.2 设计依据和装置的工作要求设计依据和装置的工作要求 2.4.2.1 回路压力的确定回路压力的确定 回路压力的大小和执行元件、阀和配管的尺寸有关，需在元件尺寸计算前就决定下 来，回路压力受以下因素影响： （1）主厂主干管道已有的指定供气压力； （2）执行元件工作所必须的压力。 一般通用压缩机的额定压力为 0.70.8MPa,气源压力指定为 0.7MPa,则可确定回路压 力为 0.5MPa。 在这种系统中，每一个执行元件配有一个三位四通换向阀。当上一步程序动作结束 时，执行元件的对应定时器发出位置信号，该信号输入控制系统，通过逻辑运算，控制 系统输出下一步程序动作的执行信号，使相应执行元件的主控阀换向，进行下一步程序 动作。如此按顺序一步一步进行，直至完成全部预定动作为止，实现系统的顺序程序控 制。具有以下几个优点：体积小、重量轻、污染小、安装调试方便。 2.4.2.2 装置的工作要求装置的工作要求 （1）控制方式：采用三位四通阀； FRP 工作台 T 形槽切割机的设计 7 实现操作方式：手动、自动两种方式； 信号处理方式：PLC。 （2）气动控制具有结构简单、易于控制、维护方便、造价低等特点，是实现低成本 自动化；而且是速度高、响应快、无污染、标准化程度高。 （3） 动作时间和频率：每天工作 8 小时，每分钟平均动作 4 次（属于间歇动作） ； 使用标准：国家行业标准：GB；JB； 安全性：符合安全标准及其有关的安全规定。 （4）工作环境：标准厂房，室温 1535以下工作，周围无爆炸性气体。 2.4.3 气动元件及配管尺寸的确定气动元件及配管尺寸的确定 气缸是气动系统中的执行元件，气缸质量将直接影响所配套的设备的工作性能。气 动系统中应用最广的是普通单活塞杆双作用式气缸,本设计中采用以上形式的气缸。 2.4.3.1 气缸的计算与选择气缸的计算与选择 气缸的安装方式：采用固定式安装方式。 气动系统工作压力力的确定: 由于考虑到本设计中只是进行对工作台的加紧,压力具体要求不高,故该系统的气体 工作压力为 0.5MPa. 由于单活塞杆双作用气缸只在活塞一侧有活塞杆，所以压缩空气作用在活塞两侧的有效 面积不等，活塞发生一行程时活塞杆产生推力 F1，发生另一行程时活塞杆产生拉力 F2。 （2.11） pDF 2 1 4 （2.12） pdDF 22 2 4 式中：F1为活塞杆的推力(N)； F2为活塞杆的拉力(N)； D 为活塞的直径（m）； d 为活塞杆的直径（m）； p 为气缸的工作压力（N）,本次设计中为 0.5MPa； 为载荷率，一般取 =0.30.5，本次设计中为 0.4。 对于气缸，结合机械设计部分的夹紧力，可以选择其型号。 由式 4-1 得：当推力做功时： （2.13） )/(4 1 pFD )4 . 0105 . 0/(4404 6 =0.050m =52mm 再将计算缸径圆整为标准缸径（参考表 2-1），由此可得 D=50mm。 无锡太湖学院学士学位论文 8 表 2-1 缸筒内径系列（mm） 810121620253240 50 160 63 （180） 80 200 （90） （220） 100 250 （110） 320 125 400 （140） 500 注：无括号的数值为优先选用值。 活塞杆的直径 d 可以通过拉力做功求得，但此时由于拉力不好确定，所以估定活塞杆 直径可按 d/D=0.20.3 计算，易得 d =（0.20.3）D (2-14) =（0.20.3）50 =10mm15mm 再将计算活塞杆直径圆整为标准活塞杆径（参考表 2-2），由此可得 d=10mm。 表 2-2 活塞杆直径系列(mm) 所以参照气缸的标准，气缸可以选用 LCZ-63-1400-L 型号的气缸。 具体参数如下： 表 2-3 气缸参数 气缸 型号 缸径 （mm） 最大行程 （mm） 工作压力 （MPa） 使用温度 范围（） 工作介质润滑油 LCZ6314000.151.0-2580 洁净压缩 空气 需油润滑 安装尺寸如下(mm)： 表 2-4 气缸安装尺寸 缸 径 AMWHVDEHGAOZLSAXAXDZFTRAH 63323725644151621851901701965050 456810121416182022252832 36 180 40 200 45 220 50 250 56 280 63 320 70 360 80 400 90100110125140160 FRP 工作台 T 形槽切割机的设计 9 耗气量的计算： 根据液压气压与液力工程手册可知： 往复行程的压缩耗气量 （2-15） t LdD q 4 )2( 22 式中：D 为气缸的直径（m） ； d 为活塞杆的直径（m） ； L 为气缸的行程（m） ； T 为气缸一次往复行程所需的时间（s） ； v 为气缸的容积效率，通常取 0.90.95，本次设计取 0.9。 由上式可得： t LdD q 4 )2( 22 )5 . 05 . 0(9 . 04 5 . 0)010 . 0 050 . 0 2( 22 =4.910-3m3/s 注意事项: 1.气缸正常工作的条件:环境及工作介质温度-2580 C,工作压力为 0 0.20.8MPa； 2.安装前,应压力测试在 1.5 倍工作压力,不应出现渗漏现象; 3.除没油润滑气缸外,装配时所有的工作表面应涂以润滑脂； 4.在行程中有载荷变化时,应使用输出力充裕的气缸.并要附加缓冲装置,在开始工 作前,应将缓冲调至阻尼最小的位置,气缸正常工作后,再渐渐调节缓冲节流阀,增大缓 冲阻尼,直到最佳位置为止； 5.不使用满行程,特别是当活塞杆伸出时,防止活塞与缸筒头接触； 6.正确安装。 无锡太湖学院学士学位论文 10 3 运动部分设计运动部分设计 3.1 滚珠丝杠的计算与选用滚珠丝杠的计算与选用 滚珠丝杠是将回转运动转化成直线运动，或将直线运动转化成回转运动的产品。 滚珠丝杠由螺杆、螺母和滚珠共同组成。它的功能是将回转运动转化成直线运动， 这是滚珠螺丝的进一步发展和延伸，滚珠丝杠的重要意义就在于将轴承从滚动动作变成 滑动动作。由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠发展于各种工业设备和精密仪器中。 滚珠丝杠是工具机和精密机械上最常用的传动件，其主要功能是将旋转运动转换成 线性运动，或是将扭矩转换成轴向反覆作用力，同时具有高精度、可逆性和高效率的特 点。 （1）与滑动螺旋副传动转矩为三分之一 由于滚珠丝杠副的丝杠轴与丝母之间有很多滚珠在做滚动运动,所以能得到较高的运 动效率。与过去相比滑动螺杆对驱动力矩达到 1/3 以下,即达到同样运动结果所需的动力 为使用滚动丝杠副的 1/3,在节能方面是非常有用的。 （2）高的精度保证 滚珠丝杠副是用日本制造的世界高水平的机械设备连贯生产出来的，特别是在研磨， 切削、组装、检验各工序的工厂环境方面上,对温度,湿度进行了严格的控制，通过完美 的质量管理体系来保证其准确性。 （3）微进给 由于滚珠丝杠副是利用滚珠进行运动,所以启动力矩小,就不会出现滑动运动那样的 爬行现象,从而能保证实现精确的微进给。 （4）无侧隙、刚性高 滚珠丝杠副由于压力可使轴向间隙为负数,导致更高的刚性(通过对球轴承滚珠丝杆 的压力,在实际用于机械装备时,由于滚珠的斥力能使丝母部的刚性增强)。 （5）高速进给可能 由于滚珠丝杠发热小、运动效率高，因此可以实现高速进给运动。 根据本次设计的要求，选用两端支撑的支撑方式。 滚珠丝杆轴承以适应各种不同的目的,提供了一个标准化的各种产品。广泛应用与机 床，滚珠的循环方式有循环器式、循环导管式、端盖式。 预压方式有定位预压（双螺母方式、位预压方式） 、定压预压。可根据用途选择适当 类型。丝杆有高精度研磨加工的精密滚珠丝杠（精度分为从 CO-C7的6个等级）和高精度 冷轧加工成型的冷轧滚珠丝杠轴承（精度分为从 C7-C10的3个等级） 。另外，对轴端部进 行了加工的成品，可自由对轴端部进行追加工的半成品及冷轧滚珠丝杠轴承。作为此轴 承的周边零部件，在使用所必要的丝杠支撑单元、螺母支座、锁紧螺母等也已被标准化 了。 滚珠丝杆轴承根据多年来积累的产品技术,从材料,外面热,制造,检验和出货,都是基于 FRP 工作台 T 形槽切割机的设计 11 严格的质量保证体系来管理,因此具有高可靠性。 图 3.1 丝杠工作图 根据已选好的电机：电机的功率为 3Kw 电机的转速为 2840r/min 电机的额定电流为 6.3A 电机的功率因数为 0.87 电机的效率为 82% 电机的额定转矩为 32 2 mN 3.1.1 丝杠的计算选择丝杠的计算选择 3.1.1.1 确定滚珠丝杠副的导程计算确定滚珠丝杠副的导程计算 （3.1） max max ni v ph 其中： 表示工作台最高移动速度； max v 表示电机最高转速； max n I 表示传动比； 电机与丝杠间为齿轮连接式。 取 i=2 由上表查得=1.4m/min，=2840r/min max v max n 代入得0.5mm h p 查现代机床手册取 5mm h p 初选滚珠丝杠副，由公式现代机床设计手册 （3.724）知 FFZD4005-3-P3 无锡太湖学院学士学位论文 12 （3.2） 3 6 )( 60 10 w kaht m a m h f ffff F c n L 查现代机床设计手册表（3.751）,表（3.754） 得1，1，1，0.53，=1.3，10000h t f h f a f k f w f h L 代入数据可求得13272N=13.27KN a c 3.1.1.2 确定允许的最小螺纹底径确定允许的最小螺纹底径 (1)估算丝杠允许的最大轴向变形量 （1/31/4）重复定位精度 m (1/41/5 )定位精度 m ：最大轴向变形量 m m 已知 重复定位精度 10，定位精度 25， m m 3 m m 6 m m 选两种结果中的最小值3 m m （2）估算出最小的螺纹底径 丝杠要求预拉伸，取用两端固定的支承形式 （3.3） E LF d m m 0 2 10 10 m LF 0 039 . 0 ：最小的螺纹底径（mm） 2m d L（1.11.2）行程+(1014) h p 静摩擦力 100 WF 由于本次设计：取行程 2000mm，2000N, =0.2 1 W 0 代入数据得 L=2400mm，400N, =15mm 0 F 2m d （3）确定滚珠丝杠副的规格代号 FRP 工作台 T 形槽切割机的设计 13 可选内循环浮动式法兰，直筒螺母型垫片的预紧形式 由计算出的，在现代机床设计手册中选取相应规格的滚珠丝杠副Ph am c 2m d FFZD4005-5 =5, =22000N=13272NPh a c am c 确定滚珠丝杠副预紧力 = 其中2200 P F max 1 3 F max F 733N P F 滚珠丝杠的保护： 滚珠丝杠副的润滑可以用来提高其耐磨性和传输效率。分为两个主要的类别的润滑 油和润滑脂。 润滑油用机油、90180号透平油或140号主轴油。润滑脂可采用（锂基）油脂。润 滑脂加在螺纹滚道和安装螺母的壳体空间内，而润滑油通过壳体上的油孔注入到螺母空 间内。 滚珠丝杠副和其他滚动摩擦传动组件,只要避免磨料微粒和化学活性物质进入,它几乎 可以认为这些组件不是产生磨损的条件下工作。但如果在滚道上落入脏物，或使用肮脏 的润滑油，不仅会妨碍滚珠的正常运转，而且会增大磨损。 通常采用毛毡圈对螺母副进行密封，通常毛毡圈的厚度是螺距的23倍，而且做成 有螺纹形状的内孔，使丝杠被紧密地包住，并且装入螺母或套筒两端的槽孔内。密封圈 除了采用柔软的毛毡之外，还可以使用耐油橡胶或尼龙等材质。由于密封圈和丝杠直接 接触，所以防尘效果相对较好，同时也增加了滚珠丝杠螺母副的摩擦阻力矩。为了减少 这种摩擦阻力矩，可以采用较硬的塑料制作非接触式迷宫密封圈，做成与丝杠螺纹滚道 相反的内孔，并留有一定的间隙。 对于暴露在外面的丝杠，防护罩一般会采用螺旋刚带、锥形套筒、伸缩套筒以及折 叠式塑料或人造革等形式，用以减少粘附到丝杠表面的尘埃和磨粒。除与导轨的防护罩 相似外，这几种防护罩一端连接在滚珠螺母的端面，另一端固定在滚珠丝杠的支承座上。 这样就更加的牢固了。 3.2 轴承的选择轴承的选择 选择滚动轴承的类型，一般从载荷的大小、方向和性质入手。在外廓尺寸相同的条 件下，滚子轴承比球轴承承载能力大，适合用于载荷较大或有冲击的场合。当承受纯径 向载荷时，通常选用径向接触轴承或深沟球轴承；当承受纯轴向载荷时，通常选用推力 轴承；当承受较大径向载荷和一定轴向载荷时，可选用角接触球轴承。 根据轴的应用场合可知，轴主要受到径向力。查询常用滚动轴承的性能和特点，选 择深沟球轴承。深沟球轴承轴承的性能特点：主要承受径向负荷，当量摩擦系数最高。 无锡太湖学院学士学位论文 14 在结构设计中，我采用了既有转速高的优点，又能承受少量轴向力的角接触轴承 （其中轴向力的主要来源是安装或拆卸带轮时所承受的载荷，据分析，在安装和拆卸带 轮时的力相同的情况下，拆卸带轮时，轴承受的力更大，所以选取轴向力的方向向右， A F 如下图所示） 。 图 3.2 丝杠受力图 在切割过程中，电机的输出转矩与刀具所受的切割阻力矩大小相同，方向相反。在 切割时相互抵消，所以在计算过程中不再考虑电机输出转矩和切割阻力对轴承的影响。 由于轴承受一定的轴向力，所以选取接触角的角接触球轴承，其代号为 25 7202ACJ，基本额定动载荷.基本额定静载荷。KNcr 5 . 22KNcDr 5 . 16 3.2.1 轴承的校核计算轴承的校核计算 3.2.1.1 计算轴承所受的径向力计算轴承所受的径向力 21,R R 其受力如图所示 由力矩平衡条件，得 0 2 M （3.4） 2000 202000 21 1 FF R 2000 204402000733 N729 由，得 0 1 M （3.5） 2000 202000 12 2 FF R 2000 207332000440 N432 3.2.1.2 计算派生轴向力计算派生轴向力 21,S S 因为所选的轴承型号为 7207ACJ。其派生轴向力。RS63 . 0 FRP 工作台 T 形槽切割机的设计 15 则 （3.6） 11 63 . 0 RS N46072963 . 0 （3.7） 22 63 . 0 RS N27343263 . 0 3.2.1.3 求轴承所受派生轴向力求轴承所受派生轴向力 21, A A 因为 21 560100460SFS A 故轴承 2 被压紧，轴承 1 被放松，所以有 NSFA A 560460100 12 NSA460 11 3.2.1.4 计算当量动载荷计算当量动载荷 21, p p 3 . 1 432 560 63 . 0 729 460 2 2 1 1 R A R A 由机械手册查得 7207ACJ 型轴承的轴向载荷影响的判断系数68 . 0 e 因为 eRA63. 0/ 11 eRA3 . 1/ 22 所以 ; 0, 1 11 YX;87 . 0 ,41 . 0 22 YX 由就机械设计表 12-8 查得，当轴承受中等冲击或中等惯性力时，取载荷系数 ，由于轴承 1,2 均不受力载荷的作用。所以取。5 . 1 d f0 . 1, 0 . 1 21 mm ff （3.8）)( 111111 AYRXffp md )43207291 (15 . 1 N1094 （3.9）)( 222222 AYRXffp md )56087 . 0 43241 . 0 (15 . 1 N996 无锡太湖学院学士学位论文 16 3.2.1.5 计算所需轴承的动载荷计算所需轴承的动载荷 由机械设计表 12-6 查得，当轴承的工作温度小于 120时，其温度系数。0 . 1 t f 比较两当量载荷知：，所以应该按计算（球轴承应取）则所需轴承的 21 pp 1 p3 额定动载荷为 （3.10） 6 10 10 60 h t Ln f p C 3 6 10 12365284060 0 . 1 1094 3 1236528406010.94 =9924N 3.2.1.6 确定轴承型号确定轴承型号 由简明机械零件手册查得轴径时，应选轴承的代号为 7207ACJ。mmd35 其额定动载荷KNCKNCr924 . 9 5 .22 故选用代号为 7207ACJ 的轴承合适。 3.2.2 轴承的润滑及密封轴承的润滑及密封 轴承在运动过程中，轴承内外圈及滚动体之间必然会产生相对运动，这样运动之间 就要产生摩擦，消耗一部分动力，引起内外圈和滚动体之间发热、磨损。为了减少摩擦 阻力，减缓轴承的磨损速度并控制轴承的温升，进而提高轴承的使用寿命，在使用轴承 的机构设计中必须要考虑到轴承的自身润滑问题，而为了使轴承保持润滑，还必须考虑 轴承的密封。 本文的横封装置中，由于轴承的内径不大，所以选用润滑脂来进行润滑，润滑脂比 用润滑油温升低，且适用于不需要冷却的场合。脂润滑的结构比较简单，不会存在漏油 的问题。使用脂润滑进行润滑，润滑的填充量不宜太多，不宜把轴承填满。否则将引发 轴承发热并把润滑脂熔化流出，润滑效果适得其反。另外填充油脂时不要用手抹（因为 手上有汗，会腐蚀轴承） ，应使用针筒注入，从而使滚道和每个滚动体都粘上脂。 在此结构中，对脂润滑的轴承结构来说，由于脂不会外泄，主要是抵制屑末灰尘等 外物的进入。因此对于脂润滑密封结构的设计主要考虑的是有无外物的浸入。 滚动轴承与滑动轴承相比,具有下列优点: 1滚动轴承的摩擦系数比滑动轴承小,传动效率高。一般滑动轴承的摩擦系数为 0.08-0.12,而滚动轴承的摩擦系数仅仅为 0.001-0.005; 2滚动轴承已实现标准化、系列化、通用化,适于大批量生产和供应，使用和维修十 FRP 工作台 T 形槽切割机的设计 17 分方便； 3滚动轴承用轴承钢制造,并经过热处理,因此,滚动轴承不仅具有较高的机械性能和 较长的使用寿命,而且可以节省制造滑动轴承所用的价格较为昂贵的有色金属; 4滚动轴承内部间隙很小,各零件的加工精度较高,因此,运转精度较高。同时,可以通 过预加负荷的方法使轴承的刚性增加。这对于精密机械是非常重要的; 5某些滚动轴承可同时承受径向负荷和轴向负荷,因此,可以简化轴承支座的结构; 6由于滚动轴承传动效率高,发热量少,因此,可以减少润滑油的消耗,润滑维护较为省 事; 7滚动轴承可以方便地应用于空间任何方位的铀上。 3.3 直线导轨的选择计算直线导轨的选择计算 3.3.1 选定条件选定条件 1. 载荷 根据粗略计算，导轨上横向行走部分的总重量为 200kg。所以 NmgW200010200 2. 行程 根据设计结构的要求。选定行程mLs2 3. 往返次数 )/(2 1 分次n 4. 寿命要求 假设机器寿命为 5 年，则导轨寿命为假设安装hL35000243655 4 个滑块。要计算一个滑块的负载，可用下式 N W p500 4 2000 4 0 同时由于两个滑块装在一个导轨上，因此接触系数81. 0 c f 3.3.2 选择方式选择方式 1. 根据静态安全系数选型号 （3.11） s w c f fp fC 0 0 其中： 表示静态安全系数； s f 表示载荷系数（在无外部冲击或振动，低速时取 1.5） ； w f 表示基本额定静载荷； 0 C 表示冲击载荷； 0 p 现设静态安全系数5 s f 无锡太湖学院学士学位论文 18 则有 c s f pf C 0 0 81 . 0 5005 )(3086 kgf 在正常运行时，一般选取安全系数为 5.根据上诉情况，选取 SGB35FL()kgfC2855 0 的导轨比较理想。 2. 根据寿命要求选型号 根据标准寿命计算公式： )(94501750054. 0kmL 若使用 17500 小时，则总的移动距离为： （3.12）50)( 3 0 p C f fff L w cHr 其中： 表示温度系数（由手册查得当导轨的工作温度小于 100时，它的温度系 r f 数取 1.0） ； 表示硬度系数（为了使直线运动系统达到最佳承载能力，需要保持导轨 H f 的硬度在 HRC5862，由手册查得为 1.0） ； H f 表示基本动载荷；C 50)( 3 0 p C f fff L w cHr 50) 2505 . 1 81 . 0 11 (9450 3 C c kgfC3000 因此，选取 SGB45FL()kgfC3800 理论上选取 SGB35FL 或上一级似乎比较合适。但考虑到标准寿命。选择 SGB45FL 更理想。 3.4 轴的结构设计轴的结构设计 3.4.1 轴的种类和特点轴的种类和特点 FRP 工作台 T 形槽切割机的设计 19 轴是一个组成机械的重要零件。它支持与其他扶轮和传动转矩的旋转部件。同时， 它又通过轴承与机架连接。所有的轴零件都围绕轴心线作旋转运动，形成了一个以轴为 基准的组合体-轴承部件。所以，在设计轴不仅考虑到轴的本身,还必须和整个轴系部件 的结构密切相关。 在本次设计中，选用应用最广泛的材料-45 钢。轴的轴向固定方法选用圆螺母两端 固定。此方法固定可靠，装拆方便。可承受较大的轴向力。由于轴上切制螺纹，可使轴 的疲劳强度降低。 本次设计的具体结构如下图： 图3.3 总装图 无锡太湖学院学士学位论文 20 4 零部件的结构作用零部件的结构作用 4.1 直线导轨的作用直线导轨的作用 图 4.1 直线导轨零件图 直线运动导轨的作用是用来支撑和引导运动部件，按给定的方向做往复直线运动。 依按摩擦性质而定,直线轴承主要用在自动化机械上比较多,按给定的方向做往复直线运动。 依按摩擦性质而定。15 导轨的设计与要求： 当运动件沿着承导件作直线运动的时候，承导件上的导轨起到导向和支承的作用， 即导向运动件和支承运动件在外力（载荷及运动件本身的重量）的作用下，沿给定的方 向进行直线运动。对导轨的要求如下： 1. 要有一定的导向精度。运动部件沿导轨的直线性称为导向精度,包括彼此的位置精 度之间的基面。 2. 运动要轻便平稳。在导轨工作时，应当匀速、光节能、低速爬行现象不应该出现。 3. 具有良好的耐磨性。导轨的耐磨性是指在导轨长期使用后，依然能保持一定的使 用精度。导轨在使用过程中没有损耗,但应该让更少的损耗,还可以自动补偿磨损后或容易 调整。 4. 拥有足够的刚度。运动件所受到的外力，是由导轨面所承受的，故导轨应具有足 够的接触刚度。为此，可以减少导轨面压力,增加导轨面宽度;设置辅助导轨,能够承受外部 载荷。 5. 小的温度变化影响。应保证导轨在变化工作温度的条件下，仍能正常运使。 6. 要求结构工艺性能好。在保证导轨其它要求都满足的条件下，应使导轨