毕业设计（论文）-圆弧板切机的机构设计.doc

成都理工大学工程技术学院毕业论文圆弧板切机的机构设计作者姓名： 专业名称：机械工程及自动化指导教师：成都理工大学工程技术学院学位论文诚信承诺书本人慎重承诺和声明：1.本人已认真学习学位论文作假行为处理办法（中华人民共和国教育部第34号令）、成都理工大学工程技术学院学位论文作假行为处理实施细则（试行）（成理工教发201330号）文件并已知晓教育部、学院对论文作假行为处理的有关规定，知晓论文作假可能导致作假者被取消学位申请资格、注销学位证书、开除学籍甚至被追究法律责任等后果。2.本人已认真学习成都理工大学工程技术学院毕业设计指导手册，已知晓学院对论文撰写的内容和格式要求。3.本人所提交的学位论文（题目：圆弧板切机的机构设计），是在指导教师指导下独立完成，本人对该论文的真实性、原创性负责。若论文按有关程序调查后被认定存在作假行为，本人自行承担相应的后果。承诺人（学生签名）： 20 年 月 日 注：学位论文指向我校申请学士学位所提交的本科学生毕业实习报告、毕业论文和毕业设计报告。圆弧板切机的机构设计摘要随着硬性材料和脆性材料在各行各业中广泛的扩展应用，促使其切割加工的技术也在不停的发展，圆弧板切机就是此时代背景下蕴育形成的。在目前的市场上，应用比较多的是金刚石串珠绳切机，它的加工精度还是比较高，但是相对成本也不低，还有另外一种金刚石筒锯切机，其加工精度低，加工效率也相对低，为了能更好的满足生活生产中的各种加工的要求，提高加工的效率，也就被设计出了一种经济实用、高效率的圆弧板切机。整个的圆弧板切机采用的是龙门式，设计可以分为纵向移动系统，主切削系统和料车水平进给系统等等。其中，纵向移动系统由减速电机带动着丝杠做来回上下的进给运动。丝杠则被固定在横梁上，横梁的两端被固定在龙门式机架圆柱形立柱上，并且随着丝杠来回的进给带动刀具进退刀，主切削系统则是由主电动机通过v带的带动金刚石圆筒来实现回转切割的运动。金刚石圆筒与主轴上的法兰盘采用的是螺栓联接，圆筒刀具的下面有焊接着金刚石锯齿，金刚石锯齿会在电动机的带动下从而作旋转运动，实现对工件的加工。关键词：圆弧板切机 机构设计 纵向移动系统 导轨设计。- iv -abstractwith hard and brittle materials widely extended application in all walks of life, its cutting processing technology is also in constant development, the circular arc plate cutting machine is the possibilities to form under the background of the era. application, in the current market is more diamond beaded wire cutting machine, its machining precision is high, but the relative cost is not low, there is another type of diamond tube cutting machine, the machining accuracy is low, machining efficiency is relatively low, in order to better meet the requirements of life in the production of a variety of processing, improve the efficiency of processing, has been devised a economic and practical, high efficiency of arc plate cutting machine.the whole arc plate cutting machine adopts the gantry, design can be divided into vertical movement system, the main cutting system and feeding system of the skip level and so on. among them, the longitudinal mobile system driven by gear motor by the screw do feed movement up and down, back and forth. screw is fixed on the beam, the ends of the beam are fixed on the cylindrical gantry frame column, and feed back and forth with the lead screw drive tool cutting, the cutting system is composed of main motor by diamond v belt drive cylinder rotary cutting movement. diamond cylinder with flange on the main shaft adopts bolt connection, the bottom of the cylinder cutter with welding diamond blade, diamond saw in motor drive so as to make the rotary motion, realize the workpiece processing.keywords: circular plate cutting machine design longitudinal mobile guide system design 目录摘要iabstractii目录iii前言11 概述21.1国内外发展概况21.2课题背景21.3目的及意义31.4 本文的主要探究设计的内容32 设计内容52.1 理论依据52.2 方案实施52.1.1 方案比较72.1.1 方案的选定83 进给系统传动机构的设计93.1 电动机的选取93.1.1 方选择电动机类型93.1.2 确定电动机的功率和型号93.2 t型丝杠螺母的设计103.2.1 初始参数的确定103.2.2 尺寸选择及计算104 传动机构设计134.1 电动机的选取134.1.1 电动机的类型134.1.2 电动机的功率和型号134.2 普通v带传动的设计134.2.1 普通v带的选定及参数计算165 主轴设计185.1 主轴组件总体的布局185.2 主轴的结构设计195.2.1 主轴的材料和热处理195.2.2 主轴跨距l选择195.2.3 主轴结构的确定205.2.4 主轴的强度计算215.2.5 键的选择与校核235.3 轴承的选取与校核236 支撑件设计266.1 材料和实效处理266.2 壁厚的选择266.3 立柱266.4 滑板和工作台276.5 箱体276.5.1 箱体材料的选择276.5.2 铸铁的热处理286.5.3 横梁的加工287 导轨设计29总结31致谢34参考文献35附件1 系统安装说明36前言随着科学技术的飞速发展和现代工业的日渐成熟，硬、脆性材料的应用领域变得愈加广泛，促使硬脆性材料的加工技术也在不断的发展应用。在各种各样的硬脆性材料的加工方法之中，切割加工则占有相当重要的地位。20世纪八九十年代，锯切机就开始向着大规模自动化方向发展。圆弧板切机也正是顺应着发展的潮流和市场的需求从而被设计出来的，用不同直径的金刚石圆筒可以切割不同直径的花岗岩，这就属于建筑材料机械技术领域了。目前在市场上应用的比较多的属于金刚石串珠绳锯切机，主要是因为其加工精度较高，但这也导致它的成本就相对昂贵，还有另外的一种是金刚石筒锯切机，它有致命的弱点是加工精度比较差，出材率也相对较低，当然的有些厂家制作出售的圆弧板切机的性能各个方面都十分的良好，机身就是采用龙门式的结构，加工成本低，生产效率也高；但售价当然也不低。了解了这些市场的需求下，为了更好的满足各种层面的加工需求，实现精度高、效率高、成本低的最好局面，我开始尝试着这次的毕业设计任务，希望能设计出一种性能良好价格低廉的圆弧板切机。纸上谈来终觉浅，我个人觉得这次的毕业设计还是有特别的意义，不仅仅是实现前面所说的愿望，更是考验自己是否可以将所积累的知识运用生活生产实践之中去，也能够实现我的人生价值。能够解决一点点的实际问题，一直都是我努力前进的目标与动力。1 概述1.1国内外发展概况石材的加工有着悠久的历史，最初是用手工来完成的，一直到石材机械的出现，人类才开始彻底的摆脱了石材加工的体力劳动。科技飞速发展的今天，在国内也已经有很多种成形产品用于加工生产圆弧面等石料产品的坯料，改变了之前用人工来钻凿加工生产石材圆弧板的方法，产品的质量好，石材的利用率也高，刀片采用的是机械夹固定在刀体上，拆装起来很方便，制造也变得容易。不过，必须承认的是，从整体的加工生产过程以及生产线的自动化程度上说，我们还是与国外相比之下仍然有着差距，有些关键的生产环节还是需要靠人力来玩成作业，这就不但影响了生产的整体效率，而且还使得生产的质量与精度有着不稳定的隐患。在国外，从20世纪80年代末期开始，一系列的高科技在石材技术领域之中广泛的应用，使得石材的加工技术设备变得大型化、多功能化、以及自动化。20世纪末期，石材工业的领域最为突出的技术研究成果当然属于石材异型加工设备的问世。譬如：二柱龙门弧形板切石机、弧形板以及罗马柱毛坯切割的专用设备，在此基础之上，从中吸收了龙门式多种结构的优点从而相继研制出四柱弧形切石机。此系列的机型能够通过数字的控制实现对坯料的进行半自动的切割加工，同时也可以为生产厂家提供等厚的圆弧板刀桶， 这种切机不仅有着新颖美观的造型、性能好，而且还成本低。割切生产的效率也是直锯片切割生产弧形板的5-6倍左右。1.2课题背景在现如今物质产品已经非常发达的今天，人们对生活的品味和追求也变得越来越高，故而在家庭的装修方面也变得愈加重视，这就必然会导致石材行业的飞速发展，从而对石材加工的设备的需求自然是不言而喻了。对于各种各样的切机，市场上面可以看到的同类型产品，大多数都不是数控类这种比较先进的类型，反而应用的比较多的是金刚石串珠绳锯切机，虽然它加工的精度比较高，但成本也比较昂贵，还有另外的一种则是金刚石筒锯切机，它的加工的精度较差，出材率也比较低。有些机器的噪声比较大，产品的质量也不稳定，在此背景下，我要玩成的设计的是用来生产加工弧形板、圆柱、罗马柱、墓碑石等等的比较复杂形状的石材工件，这种板切机有着良好的结构性能，而且高效又实用，可以很好的改善和提高工人们生产加工的条件与效率。1.3目的及意义这次设计的主要目的就是对目前市场上常见的圆弧板切机使用中的一些不足的地方作一些改善，从而满足更多的复杂形状的石材加工需求，并且也对机床的实用性和高效性等方面有着考虑与改进，从而改善工人们的生产加工的条件和效率。这次设计的意义主要从以下几个方面体现：一：想要很好的设计出这种机械设备，必需首先要多了解一下石材行业这一领域。因此，这次的毕业设计很好的帮助了我认识熟悉了石材加工的设备以及石材行业领域，也让我更加深刻的体会到了本专业在生活生产中的广泛用途。二：从某种程度上来讲，汲取前人原有的成果和经验以及合理的设计成果，并对之不足的地方进行大胆的创新与改善，这本身就是一种进步。在整个机械史中，也正是因为有着这种不断改善，才会不断的进步。1.4 本文的主要探究设计的内容本次设计是改善目前市场之中存在的圆弧板切机的不足之处，为了更好的满足市场的需求，对圆弧切机作的一次全面的尝试改善，设计出一种具有经济实用并且高效率的圆弧板切机。本文的主要探究设计的内容为：1.为圆弧板切机的设计比较筛选出合理设计方案，并且根据市场的需求选定出合理的设计方案。2.根据已经确定的设计方案，进行逐步的设计与计算，从而完成整个圆弧板切机的机构设计，并且绘制出圆弧板切机的装配图和所涉及到的零件的零件图。2 设计内容2.1 理论依据本次设计主要可以分为结构方案的整体设计以及各零部件的设计计算和绘制装配图以及零件图。首先要确定整体的方案，然后再进行传动机构的总体设计（包括电机的选择、锥齿轮的设计、丝杠螺母等的设计）；其次是主轴组件的设计（包括基本结构的设计、传动方式的选择以及组件中轴承的选择、主轴箱的设计与制造、主轴的设计与制造等等）；再其次是支承件的设计（包括静刚度的考虑、形状的选择、结构的设计等等）；最后是导轨设计。最终根据相关的资料及手册查阅从而确定各零部件尺的寸，绘制出装配图以及各零件的零件图。用到的课本上的理论知识有：机械设计基础、机械创新设计、理论力学、材料力学、机械工程材料、机械制图、机械装备制造设计等。2.2 方案实施通过对石材加工中市场上常用切机的了解，分析了其中工作原理，并且参考和借鉴了相关的机床的结构特点，从而拟定出了以下三种不同的结构方案：图2.1方案一示意图 图2.2方案二示意图图2.3方案三示意图2.1.1 方案比较由上面各图可以看到，其中方案1中的使用的减速电动机带动着两对锥齿轮，螺母则固定在锥齿轮上，这就使得螺母会随着锥齿轮的旋转从而就会带动着丝杠做上下的来回移动，丝杠被固定在了横梁之上，横梁也伴随着运动进而带动刀具的进退刀，于此同时，使用的v带减速并带动刀具的旋转最终实现主切削运动，使用的手轮摇动，丝杠的旋转，则带动着被固定在工作台之上的螺母做来回运动，从而实现了工作台做直线运动。方案2中的使用的减速电动机带动着蜗轮蜗杆的减速，螺母被固定在横梁上面，丝杠的旋转，就会带动着螺母做上下的运动，从而使得横梁做上下运动并且带动着刀具的进退刀，于此同时，使用的齿轮传动减速并且带动着刀具的旋转实现主切削运动，所使用的电动机带动齿轮齿条来实现工作台最终的直线进给的运动。而方案3中，所使用的液压缸带动着横梁的上下移动来实现了进退刀，所使用的电动机带动着齿轮做减速运动并且带动着刀具做旋转的主切削运动，所使的用手轮摇动，来带动着丝杠的旋转最终带动着固定在工作台上面的螺母做来回的运动，从而实现了工作台的直线运动。上面的3种不同的方案的原理其实大致相同，都是基本上都能够实现所需的功能，但是，3种方案都使用减速电机来带动着传动机构，从而减速时所需的减速比较小。方案1中的锥型齿轮就可可以满足要求，并且相对方案2中的蜗轮蜗杆来说，制造比较简单，成本也低廉，在方案1中所使用的v带的传动可以比方案2中的齿轮的减速可以更好的实现过载保护，并且因为所需要的主轴的刀具转速无需多么的精确，因此v带就完全可以满足其要求，比之更加的经济实惠。因为石板的厚度比较大，加工的时间也长，因而用手动调整工作台就可以满足运动的要求。在方案3中所使用的是液压缸，因为其成本太昂贵，并且床身的结构也非常复杂，不予考虑。2.1.1 方案的选定综上所述，方案1中的设计既能很好地满足弧形板切机的各项运动需求，而且结构也比较简单，经济成本低廉。因此选用方案1作为本次设计的方案。设备的结构:方案1中所使用的减速电动机带动着两对锥型齿轮做运动，而螺母被固定在了锥齿轮之上，这就使得螺母会随着锥齿轮的运动而旋转，横梁被固定，则就限制了螺母的5个方向的自由度，同时，丝杠也被固定在了横梁上面，也就限制了丝杠的这5个方向的自由度。所以，螺母的旋转，带动着丝杠做上下移动，丝杠固定在了横梁上面，横梁会随之运动从而带动着主轴的运动和刀具的进退刀。主切削系统则直接由主电动机通过v带的带动金刚石圆筒来进行回转的切割运动，金刚石锯齿在电动机的带动下作旋转运动，实现对工件的加工切割。导轨则处在油槽之中，外部都采用良好的密封装置，从而减少了工作台与导轨之间的相互摩擦，使得切割变得更加顺利。3 进给系统传动机构的设计3.1 电动机的选取3.1.1 方选择电动机类型电动机的类型和结构的形式主要是要根据电源的种类（直流电和交流电）、工作的条件（环境和温度）、工作时间的长短（连续工作或者间歇工作）以及载荷的性质、大小、启动的性能和过载的情况等条件用来选取。因为在圆弧板切机中需要考虑到材料的刚度以及稳定性情况，因而需要两根丝杠来同时带动着横梁的垂直进给运动，同一电机带动，因为节拍长，垂直进给的速度就很小，可以兼顾到减速的效果，而采用空心轴的减速电机，同时满足空间的需要，安装起来方便，故而采用底角安装。3.1.2 确定电动机的功率和型号电动机功率的选择是否合理将对电动机的正常工作以及经济条件都有很大的影响，如果功率选择得过小，就不能完全保证设备的正常运行或着使电动机会长期处于过载工作使得过早的损坏，而如果电动机功率的选择过大的话，就会导致电动机的价格很高，并且长期不在满载工作下运行，电动机的效率和功率因数都变得较低，这就造成了很大的浪费。 本次设计中，电动机选用的规格为dr/dt/dv，电动机的型号为f67(m1) 4极，电动机的功率为1.1kw。 3.2 t型丝杠螺母的设计3.2.1 初始参数的确定t型丝杠的工进的速度为20，快进的速度为100，快退的速度为1003.2.2 尺寸选择及计算表3.1尺寸选择及计算计算项目单位计算公式说明初算导程-丝杠最大的移动速度-丝杠最大的转动速度（当量载荷最大载荷量最小载荷量当量转速估算丝杠允许的最大轴向变形量丝杠在横梁上的两处都需要定位，所以，应该属于重复定位，根据公式，取=重复定位的精度定位的精度取较小值估算丝杠的底径=1125.0=4500.0 一端被固定一端游动时为0.076导轨的静摩擦力-导轨的静摩擦因素-两轴支撑点的间距验算丝杠压杆的稳定性=-临界的压缩载荷-安全系数取0.5- 一端固定一端游动时取2-丝杠所承受的最大受压长度-丝杠所受的最大轴向载荷校验-丝杠副的公称直径-丝杠副的最大转速验算额定静载荷-丝杠副的轴向基本的额定静载荷量-静态的安全系数，有冲击或振动时取2-3-丝杠副的最大轴向载荷量验算丝杠轴拉压强度-丝杠轴的许用拉应力及压应力根据表3.1所述，t型丝杠螺母最终的型号选择是6308。4 传动机构设计本次设计中，设计的传动链为：电动机皮带轮主轴，因此传动部分就主要设计电动机和v带。4.1 电动机的选取4.1.1 电动机的类型电动机选择的类型以及结构形式主要是根据电源的种类（直流电源或者交流电源）、工作的条件（环境及温度）、工作的时间长短（连续工作或者间歇工作），以及考虑到载荷的性质、大小及启动性能、是否过载等条件来考虑选取。 考虑到以上的因素及圆弧板切机的工作性质，选取y系列相异步电动机。 4.1.2 电动机的功率和型号电动机功率的选择是否合理将对电动机的正常工作以及经济条件都有很大的影响，如果功率选择得过小，就不能完全保证设备的正常运行或着使电动机会长期处于过载工作使得过早的损坏，而如果电动机功率的选择过大的话，就会导致电动机的价格很高，并且长期不在满载工作下运行，电动机的效率和功率因数都变得较低，这就造成了很大的浪费。本次设计中，电动机选用的规格为dr/dt/dv，电动机的型号为f47(m1) 4极，电动机的功率为1.1kw。金刚石锯片的主电动机选用y132s4，额定功率为5.5kw。 4.2 普通v带传动的设计已知v带传递的功率为5.5kw，计算如下：表4.1 v带的尺寸参数设计及计算的项目设计及计算的依据结论方案一方案二方案三工况系数 机床的运动性质1.10计算功率 传递的功率1.105.5=6.0kw选择v带的型号、可由查图选定小轮的转速z型a型spz型小轮直径带轮寿命的推荐值80mm100mm80mm验算v带的带速6.05m/s7.52m/s6.07m/s大轮直径 传动比 ，大带轮角速度 弹性滑动率，一般情况下取=0.2查表：=202 mm查表：=235 mm查表：=202mm从动轮的转速575mm610mm575mm从动轮的转速误差-0.05+0.016-0.05中心距210mm260mm210mm初算v带的长度=2+ 880mm1070mm880mm选定v带的长度标准值900mm1120mm900mm中心距220mm285mm220mm安装时的最小中心距=a-0.01205mm270mm205mm最大中心距=a+0.02250mm320mm250mm小带轮的包角175.5152.5175.5v带的额定功率v带的型号查表得：=0.35kw查表得=1.35kw查表得：=1.55kw传动比2.552.352.55功率的 增量 弯曲影响系数， 传动比系数 查表得： =0.022kw查表得 =0.15kw查表得： =0.25kw长度系数查表可得1.050.950.85包角系数查表可得0.950.950.95所需带的根数16（15.8）5（4.88）4（3.85）v带单位长度的质量见下表0.070.12008单根v带的初拉力55n145n190n带轮对轴产生的压力 1280n1010n1250n整体情况的评价所需的带根数和初拉力等等不好较好好4.2.1 普通v带的选定及参数计算根据上面的分析，v带最终选取spz 900 gb/t 12370-1991,共4根。表4.2 v带的几何参数设计计算项目符号槽型基准宽度8.6mm基准线上的槽深2.2mm基准线下的槽深9.5mm槽的间距第一槽的对称面至端面的距离最小轮的缘厚5.4mm带轮宽小轮的外径大轮的外径小轮的孔径30.5mm整体的长度小轮的槽角大轮的槽角5 主轴设计5.1 主轴组件总体的布局主轴的组件是石材的机械领域的最为关键的部件之一，它的设计和制造的水平将会直接影响到主轴的旋转精度以及设备正常运行的稳定性，主轴组件的振动会直接影响到石材产品表面的加工质量以及刀具使用的寿命。圆弧板切机在工作的过程中，用主轴带动圆筒锯切刀具旋转来对石材进行切割和加工，主轴直接承受着切削力。并且刀片在工作的过程中，由于各刀片之间有间隙，因此切削力是一直不断的变化的，则使主轴组件会产生振动，水平方向与垂直方向晃动，进而就会使整个机组的振动从而影响到整机的精度。因此，设计主轴的组件时就必须要综合考虑到主轴组件中的各个零件对整机工作的性能的影响，并且尽可能的提高零件的设计水平和工艺水平。主轴组件主要包括主轴、轴承、横梁、轴承座、皮带轮以及圆筒状锯切刀具及附件等。主轴组件结构的形式可以初步的拟定为： 图5.1 主轴装配图5.2 主轴的结构设计在工作过程中主轴所承受的会是交变压力和应力以及扭转载荷，同时还会受到一定程度的冲击载荷，因此对材料要求就要满足既要有比较高的强度，又要有比较好的塑性，同时，还应有相当高韧性以及疲劳强度。主轴的头部结构，要满足便于v带的安装和卸取，还应该尽量的缩短主轴悬伸的长度。主轴的尾端应采用止口定位，要使刀具便于装卸，同时尽量的使其接触良好，另外，在主轴设计制造的过程中，非定位面与定位面应该严格的分开，应根据各轴段定位要求的不同，选取不同的粗糙度。在工艺条件可能允许的情况下应该适当的提高主轴的表面粗糙度，这样就可以增加它的耐磨性、接触刚度以及疲劳强度，提高精度的稳定性。5.2.1 主轴的材料和热处理主轴所能承受的载荷之后其允许的弹性变形量是非常小的，为了保证其有足够的耐磨性和冲击的韧性，因此主轴应采用45号钢并进行必要的调质处理，此外，局部的高频率淬火可以提高局部面的硬度，增加主轴的使用寿命。故主轴加工的主要工序步骤可以设定为：坯料粗加工调质精加工局部的高频淬火打磨5.2.2 主轴跨距l选择主轴间的跨距（前轴承盒后轴承之间的距离），将对主轴的组件的稳定性能有非常大的影响，主轴间的跨距越大，则主轴的刚度就越好，主轴的工作性能也就越好，但如果主轴越长，抗扭强度就变得越差，这就使在加工和热处理时主轴的尺寸精度以及稳定性就很难保证，因此，在设计的过程中必须要根据主轴上面所装配的各个零件以及主轴的结构尺寸来选择合适的主轴跨距。查阅相关的手册和资料之后，初步拟定主轴的跨距为270mm。5.2.3 主轴结构的确定主轴的结构以及形状这主要取定于安装在主轴上的传动件、轴承等零件，它们的类型、数量、位置以及安装的方法都会影响到主轴的结构。同时还应该考虑到主轴加工的工艺性以及装配的工艺性。为了更便于装配，经常会把主轴设计成阶梯状（如下图）。初步选定的，考虑到主轴各个零件的要求，初步可以确定主轴的结构为：图5.2 主轴的结构设计图各轴段的径确定：d1经过轴径计算得出，75mmd2轴肩的定位，取为85mmd3安装的轴承处，计算后取整数，取为100mmd4非加工面与加工面应该分开，取为90mmd5安装的轴承处，取为100mmd6轴肩的定位，计算取整为115mmd7法兰端，标准值，145mmd8法兰大端，标准值，280mmd9轴端的刀具定位止口，需要有足够的接触面，根据经验资料，取为185mm 各轴段长度的确定：l1由皮带轮以及装配的关系确定为58mml2由定位螺母以及装配的关系确定为47mml3,l5由滚动轴承以及装配的关系确定为68mml4由横梁的尺寸以及装配的关系确定为205mml6由压紧螺母以及装配的关系确定为38mml7，l8,l9法兰端，标准值，分别为45.5mm，47.5mm，25mml10刀具厚度的确定，取12mm 除此之外，还应该考虑到轴的结构的工艺性，应在轴的左端制成2个45的倒角，螺纹和车削加工的连接地方，应该有4个0.5的退刀槽。5.2.4 主轴的强度计算主轴不仅会受到扭转的载荷，而且还会受到因切削力而产生的交变压力以及应力，同时，还会受到一定程度的冲击载荷。所以，主轴的校验应该主要从以下两个方面进行。1. 对于交变应力的分析根据一般的情况下，圆筒刀具焊接的金刚石锯齿切入的石板的深度比较小，因而对其做受力分析时，就可以视为平面应力的问题来处理。金刚石圆筒和主轴上的法兰止口端应该采用螺栓联接，因此圆筒刀具中心孔受到5个自由度的限制。工作时，刀具对加工材料所产生的切割力主要有两个：一个是轴向力fn，而另一个是沿着线速度方向的切向力ft。其中，ft是切割力，将会影响到工作的功率。而轴向力fn则将会直接的影响到主轴的刚度、稳定性以及耐磨性等。刀具高速旋转对加工材料进行切割时，通常情况下，切割材料为花岗石时的线速度为2540ms，当主切削系统的电动机的功率确定了以后，切向力大小数值就会由锯的片线速度来决定。在这里暂时把线速度取值为30m/s，则可以计算得出：则可以根据经验来取值2.对于交变应力的验算主轴的材料选用的是45号钢，低碳钢在压缩的时候弹性模量e、屈服极限强度等都和在拉伸状态时的数值基本上是相同的。而在屈服阶段以后，就会随着外力的不断增加，试件就会越压越扁，横截面的面积也就不断的变大，所以，考虑到低碳钢的力学性能中抗压强度很大，比较适合用来做要经过锻压、冷加工、并且还要承受一定的冲击载荷的构件。可以从书本上查到;45号钢的 许用应力： 其中，为安全系数，（常温静载的情况下）。构件的强度条件：，因为考虑到的数值很小，就可以把主轴看做是轴向的拉伸和压缩时的等面杆，其强度的条件为： 其中为杆件的最大轴力，为横截面积除了在工作时会受到一定的交变的压应力，在静载的情况下也会因为刀具的自重从而产生了一定的拉应力，所以5.2.5 键的选择与校核在安装皮带轮处的键为为，标记到：圆头普通平键，皮带轮的轴段，键工作时的长度。键接触时的高度，键所传递的转矩=90.55n.m，可以从表中的参数得知，键在连接时的挤压的许用应力为=100=24000h,轴承的使用寿命符合要求。6 支撑件设计支承件的设计对于整个的机械设备的性能有着至关重要的影响，一般情况下切削的时候，刀具与石材之间的相互作用力沿着大部分的支承件逐个地传递并且使之产生变形，设备在运转的过程中，变动的切削力、往复的运动件的惯性以及旋转件的不平衡等，这就使支承件和整机随之产生振动。这就直接影响到加工石材的精度以及加工表面的质量，所有，支承件的设计对于整个的机械设备的性能有着至关重要的影响。6.1 材料和实效处理支承件的材料一般选择为铸铁和钢，在铸造或着焊接的过程中的残余应力，会使支承件将产生蠕变。因此，必须进行实效处理。6.2 壁厚的选择支承件的壁厚的选择应该根据工艺而选得比较薄一些，可以根据当量尺寸按照下表进行参照选择选择：当量尺寸（m）0.71.01.61.82.02.43.03.54.0壁厚（m）81012151618202325上表中的推荐值为最薄的尺寸，凸台和导轨的连接处等都应适当的进行加厚处理。6.3 立柱在本次的设计中所采用的设计形式为龙门式，设备所受到的外载荷是交变的拉压应力，与卧式床身进行比较，比较不利的地方是底部的固定的稳定性稍微差点，不过这也节省了一定的工作面积，同时，立柱与底座进行连接时就需要使用到轴承座，与横梁进行连接时就需要使用到立柱导套，而导套中必须加上套筒，这就便于进行维修和装卸处理。工作时应该进行加盖保护，并且用螺钉进行上紧，这就可以挡住外面的灰尘。6.4 滑板和工作台在本次的设计中，为了更好的实现工作台的水平进给的运动，从而设计了导轨。因为三角形以及矩形导轨都有着导向性好、制造方便、刚度高等的优点，所以选择此截面的形状。在设计时其高度可以根据结构的要求，从刚度方面进行考虑，滑板要比较厚一些，工作台上的三角形和矩形槽可以根据精度的要求，与导轨之间要留有一定大小的间隙，便于进行润滑。6.5 箱体箱体整体的刚度比较高，应该注意到提高箱壁的受载处的局部的刚度。经常用到的办法是在开孔处的地方加上 “脐子”和在轴承孔法兰处的地方进行加筋处理，箱盖用螺钉进行紧固，比用铰链进行连接，更能提高箱体的刚度。同时，还应该注意到箱体中一个很重要的部分就是要进行粗精分开处理，也就是要将加工面与分加工面进行严格的分开，则在配合面上，必须有8-10mm的凸台。6.5.1 箱体材料的选择本次机床中的箱体的设计主要是进行横梁的设计，总共有两个横梁，固定横梁以及移动横梁。固定横梁要用来安装丝杠螺母，主要是横梁壁上安装的轴承盖以及轴承座，用来支撑轴承；同样的，移动横梁则用来安装主轴，主要是用来横梁壁上对称的安装的两个轴承座，支承主轴的轴承，它的强度要求并不高，由于灰口铸铁所具有优良的铸造性能、切削加工性以及良好的耐磨性和消振性，故而此设计中箱体的材料选择为ht200。6.5.2 铸铁的热处理主轴的轴系中，主轴箱将会直接影响到主轴组件的旋转的精度，这就使得主轴箱的尺寸稳定性显得非常的重要，所以，必须对主轴箱进行比较彻底的热处理，从而保证主轴箱在使用过程中不变形，保持尺寸的稳定。在热处理中，退火则是非常重要的一项处理工序，若退火进行的不完全，在进行粗加工时就会使箱体铸件产生蠕变，所有必须进行彻底的退火处理来消除箱体的内应力，从而来保证箱体在精加工后使用时的尺寸的稳定。6.5.3 横梁的加工在横梁的设计过程中必须正确的选用轴承座、轴承以及配合的精度等级等，在进行加工时，箱体上前后的轴承座孔的同轴度显得非常的重要，轴承座孔的形位误差直接会影响到主轴的旋转的精度、刚度以及主轴轴系抗振性，所以处理时必须进行严格的控制。可以通过提高加工的装备的水平，利用专机或着加工中心去进行加工处理，就能够很好的提高设备的精度指标。同时，也应该适当的提高轴承座孔表面的粗糙度，这样做可以提高主轴箱的耐磨性，从而提高接触的刚度，配合时采用过盈配合，可以有效的减小工作过程中因受到冲击载荷从而产生主轴的晃动。7 导轨设计在本次的设计中导轨选用的是三角形和矩形（平面）的导轨组合，定位比较合理，并且当三角形的导轨面有了一定磨损情况下，工作台就会自动的下沉，从而补偿所磨损的量，而矩形导轨所具有刚度高的特性，有着在加工检验与维修的过程中都比较方便的特点，当然，不足的地方是其导向性比较差。此次设计中所采用的是型钢中的轻轨。设计结构如下图： 图7.1 矩形和三角形导轨示意图为了更好的提高机床的加工质量，这就必须来提高其精度的保持性即为耐磨性。从设计的角度考虑，就是要做到尽量的争取无磨损量，当然这也是不太现实的，但是在无法避免磨损时应该尽量的做到尽可能的减少磨损、均匀磨损和保证磨损后能够得到补偿，从而提高其质量。要做到尽可能的减少磨损，可以采用加大接触面以及减轻负载的方法来降低压力，从而减少单位面积上所承受到的摩擦力。当然的，导轨的加长和加宽这就必定会在工艺上增加困难，减轻导轨的负荷还可以采用卸掉一部分载荷的办法。还有，可以用滚动摩擦副来替换滑动摩擦副即可以降低摩擦系数也可以有效的减少摩擦力。除此之外，应该采用盖板式的防护装置来进行保护，也是可以有效的减少摩擦的一项措施。焊接支承件的导轨的材料选择，可以使用zg300或者使用ht200，在本次的设计中所采用的是zg300，固定方式一般用螺钉或者销等进行固定。总结经过数多天的不懈努力，我比较顺利的完成了此次的设计内容。事情的结果往往似乎显得不是那么的重要，更加重要的是去达成这个结果的过程，让我更好的体验到了纸上谈来终觉浅这个道理。在整个的过程之中，刚开始时可以说是对圆弧板切机是一无所知，甚至连它是什么样子都不太清楚，到了中期的逐渐进行不断的了解，再到后来不断的深入分析与查阅相关资料进行学习，可以说，在这个过程之中，我确实收货了很多，不仅仅是相关的知识，更为重要的是让我明白凡事说易做则难的道理。圆弧板切机显然已经是市场之上较为成型的一种产品，但是根据设计的要求，我还是仍然希望能够站在巨人的肩膀上，能够做出一定的改进和有效的创新。因此，在这段时间里，我始终都是一步一个脚印的，在老师的悉心指导之下，在同学的认真帮助之下，在自己的不懈努力之下，虽然在整个过程中也遇到了非常多的困难，也曾有过迷茫与不解，可谓众志成城，这些也都不是事了。可以说，在这过程中的点点滴滴对我来说都是一种成长与进步。刚开始做的时候是收集大量的相关资料，通过在网络和图书馆收集查阅相关的资料、书籍等。在老师悉心的指导之下，我开始有了基本的规划，并且对搜集到有用的资料进行了有效的分类和整理。整理之后我就发现，市场之上对圆弧板切机的需求还是比较大的，并且它们的使用需求都不一样。可以大致上分为以下两种情况：一是加工精度高、自动化程度高的；另一种是主要体现在出材率较高，但是设备简单，成本也相对低廉。市场上加工精度高、出材率高的成本都是相对来说很高昂的，如何才能更好的体现物美价廉的圆弧板切机，正是朝着这个方向我进行尝试创新设计，总体上来说还是比较成功的。资料收集完之后，便是要考虑具体的设计过程，有很多的知识需要去查阅相关的资料与书籍，也有很多的结构都是以前都没有接触过的，并且要考虑如何让理论结合到实际问题之上，这些都要感谢老师的正确指引。1首先的，在老师的指引之下我明白了在没有更好的结构时，能够适用的结构就是最好的。譬如：在设计过程中将水平方向的旋转运动改变为垂直方向的旋转运动的机构就涉及到了很多，还有，当锥齿轮和蜗轮蜗杆都可以使用设计时，但是在什么情况下要选择使用哪一个呢？这就要考虑到，蜗轮蜗杆的减速比其实是可以很大的，大至85-100，但是单级锥齿轮的减速比一般都是比较小的，然而锥齿轮的制造过程简单，成本也低廉，在能够满足减速的要求的情况之下，肯定选用更为经济的锥齿轮。2然后，在实际的绘图的过程之中，我更好的充分理解了融会贯通这个词的含义。可以说的是，六点定位原则、粗精分开原则等，这些原则我们早就在课本上已经学会，但是在运用到实际具体的问题上却觉得好像不是那么的简单的。譬如，主轴所做的唯一的运动就是旋转运动，这个时候我们就必须限制主轴除了旋转之外的其他的5个自由度，这就要求要去参阅书籍资料找出相关的限制自由度的方法。3同时，在整个的设计的过程之中，不仅要求考虑到设计的结构，还要能够考虑到加工以及装配起来的简便。譬如，横梁的设计加工，它的内部几乎是无法加工的，而且要去装卸v带的话更是不容易，所以只能安装轴承座或者在侧面进行安装。4. 当然，每一个学生在设计过程中都会出现或多或少的不足甚至是错误，这就要感谢指导教师的悉心指导，给予了我很大帮助。网络也帮了我不少的忙，特别是在前期的资料相关收集与