机械毕业设计（论文）-固体燃料切断机设计【全套图纸】 .doc

引 言目前，切断机已经在各个行业得到了广泛的应用，有关系到民生建设的钢筋材料的切断，也有与人们日常生活相关的水果、蔬菜的切削。这次我所设计的是固体燃料切断机，该设计是通过刀具的纵向往复运动，达到对材料的切断、剖切、切条的加工。本机器结构简单，操作方便，易保养、维修。这次所设计机器的主要特点是：刀具的运动是由液压系统控制，能够保证良好的切削力，同时也能实现刀具的快速运动，具有良好的调速、调压功能；工作台的进给是通过滚珠丝杠由步进电机所控制，能够达到很高的切断精度。由于所设计的切断机具有自动进给功能，能够使人在安全的距离内操作，使人身安全得到了很好的保证。目前切断机发展的方向是：（1）提高效率，降低能耗；（2）提高切削精度；（3）提高设备的安全性；（4）结构合理，操作方便，自动化程度高。第1章 概述1.1固体燃料的概念及特点 固体燃料是燃料的一大类。能产生热能或动力的固态可燃物质。大都含有碳或碳氢化合物。天然的有木材、泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤、油页岩等。经过加工而成的有木炭、焦炭、煤砖、煤球等。此外，还有一些特殊品种，如固体酒精、固体火箭燃料。与液体燃料或气体燃料相比，一般固体燃料燃烧较难控制，效率较低，灰分较多。可直接用作燃料，也可用作制造液体燃料和气体燃料的原料或化工产品的原料。固体燃料是一种新型燃料，它用一根火柴便可点燃，能加热食品，引燃蜂窝煤，携带方便，很受人们欢迎。随着旅游业的日益发展，人们生活水平的不断提高，固体燃料无疑会有很大的市场。1.2切断机的概念及应用领域切断机是指利用直线切断刀具对毛坯（待加工工件）进行切断操作，从而得到较高精度的条形零件的加工设备。他可用来对钢筋、塑料、直板、橡胶等的加工。本次的设计是用来切断块状或片状的固体燃料。1.3切断机的原理切断机原理如图，毛坯用小液压机带动单刃切刀进行切割，由于采用滚动导轨可步进电机进行进给控制，可以有效地提高零件加工的精度。并且加工的速度比较高，工作中机械的摩擦阻力比较低。图1.1 毛坯的切断、剖切、切条14国内外切断机的比较 1)国外切断机偏心轴的偏心距较大，如日本立式切断机偏心距24mm，而国内一般为17mm看似省料、齿轮结构偏小些，但给用户带来麻烦，不易管理因为在由切大料到切小料时，不是换刀垫就是换刀片，有时还需要转换角度。 2)国外切断机的机架都是钢板焊接结构，零部件加工精度、粗糙度尤其热处理工艺过硬，使切断机在承受过载荷、疲劳失效、磨损等方面都超过国产机器 3)国内切断机刀片设计不合理，单螺栓固定，刀片厚度够薄，40型和50型刀片厚度均为17mm；而国外都是双螺栓固定，2527mm厚，因此国外刀片在受力及寿命等综合性能方面都较国内优良。 4)国内切断机每分钟切断次数少国内一般为2831次，国外要高出1520次，最高高出30次，工作效率较高。 5)国外机型一般采用半开式结构，齿轮、轴承用油脂润滑，曲轴轴径、连杆瓦、冲切刀座、转体处用手工加稀油润滑国内机型结构有全开、全闭、半开半闭3种，润滑方式有集中稀油润滑和飞溅润滑2种。 6)国内切断机外观质量、整机性能不尽人意；国外厂家一般都是规模生产，在技术设备上舍得投入，自动化生产水平较高，形成一套完整的质量保证加工体系。尤其对外观质量更是精益求精，外罩一次性冲压成型，油漆经烤漆喷涂处理，色泽搭配科学合理，外观看不到哪儿有焊缝、毛刺、尖角，整机光洁美观。而国内一些一些厂家虽然生产历史较长，但没有一家形成规模，加之设备老化，加工过程拼体力、经验，生产工艺几十年一贯制，所以外观质量粗糙、观感较差【15】。第2章 切断机液压系统的拟定与计算切断机的刀具做纵向的直线往复运动，采用液压系统控制。选用液压传动具有以下的一些优点：（1）在同等的体积下，液压装置能比电气装置产生更大的动力。在同等的功率下，液压装置的体积和质量小，即其规律密度大，结构紧凑。（2）液压装置工作比较平稳。（3）液压装置能在大范围内实现无级调速（调速范围可达2000），它还可以在运行的过程中进行调速。（4）液压传动易于对液体压力、流量或流动的方向进行调节或控制。（5）液压装置易于实现过载保护。（6）由于液压元件已经实现了标准化、系列化和通用化，液压系统的设计、制造和使用都比较方便。（7）用液压传动来实现直线运动远比用机械传动简单。2.1液压系统原理图拟定1溢流阀 2换向阀 3单向节流阀 4液控单向阀 图2.1 系统原理图 该系统确保了在液压缸不动或仅有微小的位移下稳定的维持住压力，刀具有足够的时间在空中停留，同时，使液压执行元件获得所需的高速，缩短机械空程运动时间，提高了系统的工作效率。刀具切断工件时，电磁换向阀2ya通电，使三位四通换向阀右位接入回路，液压油由液压泵输出，通过单向调速阀3及液控单向阀4到达液压缸，推动活塞使刀具向前运动。其中，刀具的运行速度可通过改变单向节流阀开口的大小来得到实现。刀具做回程运动时，电磁换向阀1ya通电，使三位四通换向阀左位接入回路，液压油由液压泵输出，直接到达液压缸，推动活塞使刀具做回程运动。系统动作循环表如下：表2.1 系统动作循环表动作名称电磁铁状态动作说明1ya2ya1-+ 液压泵工作，油液通过三位四通换向阀阀右位流经节流阀，经调速后通过液控单向阀，到达液压缸的上腔，推动活塞杆向下运动，液压缸下腔油液流回油箱。2- 三位四通换向阀此时处于中位，液压泵流出的油液直接流回油箱。3+-液压泵工作，油液通过三位四通换向阀左位到达液压缸的下腔，推动活塞杆向上做快速回程运动，液压缸上腔的油液通过液控单向阀及单向节流阀流回油箱。4-三位四通换向阀此时处于中位，液压泵流出的油液直接流回油箱。2.2液压系统的计算与原件的选型表2.2 按负载选执行文件的工作压力负载/n50005001000010000200002000030000300005000050000工作压力/mpa0.811.522.5334455表2.3 按机械类型选执行文件的工作压力机械类型机 床农业机械工程机械磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力/mpaa235881010162032由表2.1、表2.2初选液压缸的工作压力为2mpa,活塞杆所承受的负载为4000n。2.2.1液压缸的设计计算图2.2 液压缸受力图本机构采用的是单活塞杆液压缸，由液压缸的缸筒内径计算公式：f液压缸的理论推力，np供油压力，mpa故：液压缸活塞往复运动时的速度之比：其速比的 取值范围如下表：表2.4公称压力/map1012.520201.331.46、22则活塞杆直径根据文献【】对活塞缸直径及活塞杆直径取整后得：d=50mm，d=25mm。由此求得液压缸的实际有效面积为：初定液压缸快速空程时速度=0.03m/s，液压缸切断时速度=0.01m/s，液压缸回程时速度=0.06m/s。液压缸快速空程时流量液压缸切断时的流量液压缸回程时的流量活塞杆强度的校核：活塞杆在稳定的情工况下，只受轴向推力或拉力，可以近似地用直杆承受拉压载荷的简单强度计算公式进行计算：材料的许用应力，无缝钢管=100110mpa，中碳钢（调质）=400mpa即由上式计算可得，活塞杆的强度满足要求。2.2.2液压泵的计算选择表2.5 常用中、低压各类阀的压力损失（）阀名pn(105pa)阀名pn(105pa)阀名pn(105pa)阀名pn(105pa)单向阀0.30.5背压阀38行程阀1.52转阀1.52换向阀1.53节流阀23顺序阀1.53调速阀35初定液压缸的工作压力位3mpa，考虑到进出油路上阀和管道的压力损失为1mpa（含回油路上的压力损失折算到进油腔），则液压泵的最高工作压力为：上述计算所得的是系统的静态压力，考虑到系统在各种工况的过渡阶段出现的动态压力往往超过静态压力，另外考虑到一定压力贮备量，并确保液压泵的寿命，其正常工作压力为泵的额定压力的80%左右因此，选泵的额定压力应满足：根据文献【】p21-129，选取外啮合单机齿轮泵bbxq，排量为16ml/r，额定压力为5mpa，最高压力为6mpa，额定转速为1500r/min，最高转速为2500r/min，容积效率为90%。液压泵的驱动功率计算公式：式中：液压泵的额定压力，pa；液压泵的额定流量，/s；液压泵的总效率，从规格表中查出；转换系数，一般液压泵，=/；恒功率变量液压泵，=0.4；限压式变量叶片泵，=0.85/；液压泵的实际使用的最大工作压力，pa。即液压泵的驱动功率为：选用转速为1000r/min的电动机，根据文献【】p17-54，可选用与液压泵相匹配的电动机为：y112m-6，额定功率为2.2kw，满载时额定电流为5.6a，转速为940r/min，效率为80.5%，功率因素为0.74，质量为45kg。2.2.3阀类原件及辅助原件的选择1对液压阀的基本要求：（1）动作灵敏，使用可靠，工作时冲击和振动小。油液流过时压力损失小。（2）密封性能好。结构紧凑，安装、调整、使用、维护方便，通用性大。2根据液压系统的工作压力和通过各个阀类元件及辅助元件型号和规格主要依据是根据该阀在系统工作的最大工作压力和通过该阀的实际流量，其他还需考虑阀的动作方式，安装固定方式，压力损失数值，工作性能参数和工作寿命等条件来选择标准阀类的规格，如下表所示：表2.6 各类阀的规格序号元件名称型号规格1先导式溢流阀s-bt-03-l-32最大流量100l/min，调压范围25mpa，质量1.5kg2三位四通电磁换向阀s-dsg-01-3c3-n1-50最高使用压力16mpa，最大流量40l/min，质量2.2kg3单向节流阀srct-03-50额定流量30l/min，最小稳定流量3l/min，最高使用压力25mpa，质量1.5kg4液控单向阀cpt-03-e-04-50额定流量40l/min,最高使用压力25mpa，开启压力0.04mpa，质量3.0kg第三章 切断机自动进给装置的分析与计算3.1进给机构的运动方式和控制系统的选择由于进给机构的系统要求精度比较高，对定位的要求也比较高，所以我决定采用步进电机自动进给的方式进行控制，步进电机的控制方式采用单片机进行步进控制。3.2进给机构的机械传动方式的选择为了实现设计要求的分辨率，采用步进电机传动丝杠，为了保证一定的传动精度和传动平稳性，尽量减小摩擦力，选用滚珠丝杠螺母副。同时，为提高传动刚度和消除传动间隙，采用有预加负荷的结构。3.3机床进给伺服系统机械部分设计计算参数设计参数：工作台台面尺寸：400mm*600mm工作台移动尺寸：300mm夹具和工作台总重：最高运行速度：步进电动机运行方式：空载：15m/min：切削：0.6m/min；系统分辨率：半闭循环模式 0.005mm/step；系统定位精度：半闭循环模式 0.01mm；工作台面一侧局部设有“t”形槽。3.4滚珠丝杠螺母副的计算与选型3.4.1计算进给牵引力f： 作用在滚珠丝杠上的进给牵引力主要为工作台和加工的工件的重力作用在导轨上所产生的摩擦力。因而其数值的大小与导轨的型式有关，由于在设计中采用的是加有导轨块的滚动导轨，所以选择的计算公式为综合导轨的计算公式。计算公式为： 式中 、-切削分力（n）； -移动部件上的重量（n）； -主轴上的扭矩（ncm）； -导轨上的摩擦系数，随导轨型式而不同； -考虑颠复力矩影响的实验系数；综合导轨的 在进给牵引力计算中：式中，选取，代入计算3.4.2计算最大动载荷c 选用滚珠丝杠副的直径时，必须保证在一定轴向载荷作用下，丝杠在回转100万转（106转）后，在它的滚道上不产生点蚀现象。这个轴向负载的最大值即称为该滚珠丝杠能承受的最大动负载，用下式计算选择： 式中 -寿命，以10转为一单位， -丝杠转速，用下式计算 -为最大进给速度， -丝杠导程，； -为使用寿命，对于数控机床取； -为运转系数；初选导程=4，假定工作台的最高移动速度，则因此，代入公式可计算得丝杠转速 =150代入公式可计算得寿命 把丝杠转速，寿命代入公式计算可得 根据以上算得的最大动负载在设计指导书中的附录a表2中选用型号为w1l2004的滚珠丝杠，其名义直径为,滚珠的排列为2.5圈1列，额定动载荷为，满足前面进给方向的要求。3.4.3传动效率计算滚珠丝杠螺母副的传动效率： 式中-丝杠螺旋升角； -摩擦角，滚珠丝杠的滚动摩擦系数，其摩擦角约等于。由选用的w1l2004的滚珠丝杠的相关资料可知丝杠螺旋升角，则代入上面的公式可算得滚珠丝杠螺母副的传动效率3.4.4刚度的验算滚珠丝杠副的轴向变行会影响进给系统的定位精度及运动的平稳性，因此应考虑以下引起轴向变形的因素：1、丝杠的拉伸或压缩变形量：在总的变形量中占的比重较大。可以用计算方法或查图表的方法决定，在这里我选用的是计算的方法，先用下式计算滚珠丝杠受工作负载的作用引起的导程的变化量再计算滚珠丝杠总长度上的拉伸或压缩变形量，公式如下： 式中 -在工作负载fm作用下引起每一导程的变化量，; -工作负载，即进给牵引力，;-滚珠丝杠的导程，; -材料弹性模数，对钢 e=20.6,(); -滚珠丝杠截面积（按内径确定）. “+”号用于拉伸，“-”号用于压缩。再计算滚珠丝杠总长度上拉伸或压缩的变形量 式中 -滚珠丝杠在支撑间的受力长度，. 根据设计行程、滚珠丝杠副的最大长度、防护罩的极限距离、以及轴承一半的长度，以上几项之和确定滚珠丝杠在支撑间的受力最大长度。则根据公式可算得，其中，由可计算滚珠丝杠总长度上的拉伸或压缩变形量的值，把相应的数值代入公式中算得。2、 滚珠与螺纹滚道间接触变形：当对丝杠加有预紧力，且预紧力为轴向最大负载的1/3时， 之值可减少一半；此变形可根据我所选用的滚珠丝杠在指导书中的图4-7中查到其值为，虽然有预紧但不做减半的处理，用其查出的值。3、 支撑滚珠丝杠的轴承的轴向接触变形：不同类型的轴承的接触变形量可用不同的公式计算，我选用的是推力球轴承则公式如下：式中的 -轴承所受轴向载荷，； -轴承的滚动体数目； -轴承滚动体直径，； 由于其中的一些数据无法获得准确值只能作粗略的估算，式中轴承所受轴向载荷，轴承的滚动体数目，轴承滚动体直径，代入算得，则mm。这里因为滚珠丝杠的扭转变形引起导程的变化量占的比重比较小忽略不计，螺母座变形及轴承座变形的变形量计算比较困难，在结构上作了相应的处理所以也不作计算。 根据以上计算可知总的变形量，代入计算可得远远小于我们需要的定位精度所以满足设计的要求。如图：图3.1 导程精度测试条件3.4.5稳定性验算 对已选定尺寸的丝杠在给定的支承条件下，承受最大轴向负载时，应验算其有没有产生纵向弯曲（失稳）的危险，产生失稳的临界负载用下式计算： 式中 -丝杠材料弹性模量，对钢; -截面惯性矩,丝杠截面惯性矩 (为丝杠螺纹的底径)；-丝杠两支承端距离；-丝杠的支承方式系数。根据前面的相关资料可知上式中的截面惯性矩： 丝杠两支承端距离，我所选用滚珠丝杠的支承方式是一端固定一端自由则查指导书中的表4-13可知则代入数据算得，临界负载与最大工作负载之比称为稳定性安全系数,如果，则丝杠不致失稳。为许用稳定性安全系数，一般 ，在我所设计的方案中最大的，则满足设计要求到此滚珠丝杠螺母副的计算和选择结束。3.5滚珠丝杠长度的确定螺纹的有效行程l0=300mm；螺母及其连结装置的长度l1=95mm；单侧丝杠防护罩的长度lmin=30mm；固定支撑座的厚度b=45mm；游动端支撑座的l2=30mm；电机连接端长度l3=35mm；手柄连接端长度l4=20mm；由以上的数据得丝杠的总长度l=l0 +l1 +2lmin+b+ l2+ l3 +l4 =585（mm）。如下表：表3.1名称符号w1l2004螺纹滚道公称直径20导程4接触角3.39钢球直径3.175滚道法面半径1.239偏心角0.034螺纹升角3.39螺杆螺杆外径20.1螺杆内径19.6螺杆接触直径20.2螺母螺母螺纹直径20.3螺母内径20.13.6滚动导轨的计算与选择目前，滚动导轨在数控机床上应用非常广泛，因为其摩数=；动、静摩擦系数很接近，几乎不受运动速度的变化的影响，运动轻便、灵活，所需驱动功率小，摩擦发热小，磨损小，精度保持性好；低度运动时不易出现爬行现象，因而定位精度高，所以选用滚动导轨。3.6.1滚动导轨的额定动载荷的计算：由于要计算额定动载荷首先需要计算出作用在滚动导轨副上的载荷由资料文献可知作用在滚动导轨副上的载荷计算公式如下： 其中的、为下图中所示的尺寸：图3.2 导轨块图式中的为作用于同一平面内的若干套导轨副的总载荷在这里我的设计任务中指出了，则，式中、分别取其最大值即为极限位置时的载荷，将上面的数据代入相应的公式中可得到，对于全行程来讲还应算出载荷，对于我的任务书来讲载荷呈线性变化则其计算公式如下： 根据上面的计算结果可以选出，代入上式可计算得到，计算出这些后根据额定寿命计算的公式可算出额定动载荷，其计算公式如下： 式中的相关系数：-额定寿命；-额定动载荷；-计算载荷；-温度系数；-接触系数；-精度系数；-载荷系数；-硬度系数；由于产品的技术要求规定，滚道硬度不得低于hrc58故通常取，根据运行时的温度小于100查相关数据可的；根导轨上的滑块数为2查相关资料；精度等级为4级查相关资料；无明显冲击和震动，中速运动场合速度在15-60m/min之间查相关数据，式中的额定寿命这里把机床的使用寿命作为其额定寿命来代入计算，综合上面的数据可计算出额定动载荷，根据计算出的额定动载荷查相关的资料选用了型号为hjd-25型的滚动导轨副，其额定动载荷为，远大于计算值，符合设计要求，如下表：表3.2结构尺寸k6导轨尺寸ddh7118h112h230额定动载荷c（kn）17.5h316额定静载荷co（kn）26l180额定力矩ma（nm）198l259mb（nm）198c145mc(nm)2883.6.2滚动导轨副的扭矩校核为了满足设计要求应按极限位置对滚动导轨副的扭矩进行校核，但是由于我们的工作台仅受到上面刀具的垂直的作用力，所以不受到扭矩的作用。所以选用的滚动导轨是符合要求的。到此滚动导轨的计算与选用结束。3.7步进电机的计算与选择1.两相步进电机的工作原理示意图如下，它有2 个绕组。当一个绕组通电后，其定子磁极产生磁场， 将转子吸合到此磁极处。若绕组在控制脉冲的作用下， 通电方向顺序按照aa bb aa b b 四个状态周而复始进行变化，电机可顺时针转动；通电时序为aa bb aa bb 时，电机就逆时针转动。控制脉冲每作用一次，通电方向就变化一次，使电机转动一步，即90 度。4 个脉冲，电机转动一圈。脉冲频率越高，电机转动越快，实际电机的节构要比模型复杂，并且每转一步，一般为1-8。图3.3 两相步进电机原理图步进电机的输出力矩与电机的有效体积、线圈匝数、磁通量、电流成正比，因此，电机有效体积越大，励磁安匝数越大，定转子间气隙越小，电机力矩越大，反之越小。2.步进电机的驱动器原理步进电机必须有驱动器和控制器才能正常工作。驱动器的作用是对控制脉冲进行环形分配、功率放大，使步进电机绕组按一定顺序通电。图3.4 步进电机控制系统以两相步进电机为例，当给驱动器一个脉冲信号和一个正方向信号时，驱动器经过环形分配器和功率放大后，给电机绕组通电的顺序为aa bb aa b b ，其四个状态周而复始进行变化， 电机顺时针转动； 若方向信号变为负时， 通电时序就变为aa bb aa bb ，电机就逆时针转动。选用步进电机时，必须首先根据机械设计结构草图计算器械传动装置及负载折算到电机轴上的等效惯量，分别计算各种条件下所需的等效力矩，再根据步进电机最大转矩选择合适的步进电机。3.7.1转动惯量的计算由于用步进电机则省去了齿轮的传动比，以及齿轮的转动惯量的计算所以只要计算丝杠本身的转动惯量即可，虽然丝杠上有阶梯但为了计算方便按一个圆柱体来计算它的转动惯量，而且丝杠与步进电机直接相连则传动比可近似为一，下面首先计算丝杠的转动惯量，公式如下： 式中 -圆柱体直径； -圆柱体长度或原度； -钢材的密度 在我以上所设计的零件中可知丝杠的公称直径为2cm，把丝杠近似的看成一个圆柱体则，考虑到我的任务书中的尺寸比较大，对与丝杠支撑端以外的丝杠对总体的影响较小所以忽略不记，则取。根据以上的资料代入公式算得。 其次要计算工作台折算到丝杠上的转动惯量其公式为： 式中 -工作台重量； -重力加速度（9.8m/s2）； -丝杠导程 在上面的设计中可知道，工作台重量，丝杠导程代入上公式计算可得。 丝杠传动时传动系折算到电机上的总的转动惯量其求解公式： 式中 -丝杠的转动惯量； -工作台折算到丝杠上的转动惯量 由以上的数据可计算得。在这里为了计算折算到电机上的总的转动惯量就必须考虑到电机转子的转动惯量，所以初选一个步进电机，如下表所示系列：表3.3 技术参数根据设计任务的情况初选电机为36bf002-其惯性矩为，最大转速为，根据总的转动惯量的计算公式：代入相应的数值计算得/=0.66 所以满足条件。3.7.2电机的力矩的计算电机的负载力矩在各种情况下是不同的，下面分别对快速空载起动时所需要的力矩、快速进给时所需要的力矩、最大切削负载时所需要的力矩等几部分进行计算。1快速空载起动时所需力矩 式中 -快速空载起动力矩； -空载起动时折算到电机上的加速力矩； -折算到电机轴上的摩擦力矩； -由于丝杠欲紧时折算到电机轴上的附加摩擦力矩其中 式中 -传动系统折算到电机轴上的总的等校转动惯量； -电机的最大转速； -运动部件动停止起动加速到最快进给速度所需时间式中资料分别为，起动加速时间代入上式可知。折算到电机轴上的摩擦力矩： =0.145式中 -导轨的摩擦力； =1.5-运动部件的总重量；-导轨的摩擦系数；-齿轮降速比，这里无齿轮既； -传动链总效率，这里取0.9；先根据前面的已知数据算出，再代入求解，代入数据求解，附加摩擦力：式中 -滚珠丝杠预加负荷，一般取，为进给率引力但是由于我们设计的进给机构在切削中不工作仅起定位作用所以取100n；-滚珠丝杠导程；-滚珠丝杠未欲紧时的传动效率；根据前面的计算结果为0.956，则代入算得根据上面的计算结果可得到，比初选的电机的最大转矩小符合设计要求。2快速进给时所需力矩： 综合以上数据可求得快速进给时所需力矩，比初选电机的额定转矩小，符合要求。3最大切削时所需力矩 ： 由于我们选用的步进电机仅仅用于工作过程中的加工平台的移动和定位，不受到切削力大小的影响，并且在切削过程中它不需要工作，所以不需要计算它在最大切削力下的力矩。通过以上的演算可知，所选的电机满足设计要求。3.7.3计算步进电机空载起动频率和切削时的工作频率： 式中 -运动部件最快进给速度； -脉冲当量。 由任务书可知运动部件最快进给速度，脉冲当量，代入计算得。36bf002-型启动矩频特性36bf002-型运行矩频特性 图3.5 90bf001型启动矩频特性第四章 切断机其它结构设计4.1刀具直线运动导轨副的确定4.1.1导轨副的作用、组成、种类及其应满足的要求：1.作用：支承和限制运动部件按给定的运动要求和规定的运动方向运动，这样的运动通常被称为导轨副，简称导轨。运动方向为直线的被称为直线运动导轨副；运动方向为回转的被称为回转运动导轨副。2.组成：导轨副主要由承导体1与运动件2组成，如下图所示：图 4.1 导轨副的组成3.种类：常用的导轨副可按摩擦性质和结构特点分类。按摩擦性质分为： 滑动导轨：两导轨工作面的摩擦性质为滑动摩擦。 滚动导轨：两导轨导向面之间放置滚珠、滚柱或滚针等。 气（液）体导轨：导轨的运动件与导向支撑件之间充有压力油或气。按结构特点分为：开式导轨：借助重力或弹簧弹力保证运动件和承载面接触。闭式导轨：靠导轨本身形状保证运动件和承载面接触。常用导轨副的结构原理如下图，其性能比较见表3.1图4.2 导轨副结构原理图表4.1 常用导轨性能比较4.导轨的基本要求：导向精度高刚度好：运动轻便平稳：耐磨性好：温度变化影响小：工艺性好：导向精度高：导轨按给定方向运动的准确程度要高；导向精度的高低，主要取决于导轨的结构类型、导轨的几何精度和接触精度、导轨的配合间隙、油膜厚度和油膜刚度、导轨和基础件的刚度和热变形等。几何精度： 导轨在垂直平面内的直线度； 导轨在垂直平面内的直线度； 两导轨面间的平行度。 对精度要求高的直线运动导轨，还要求导轨的承载面和运动面严格分开；当运动件较重时必须设有卸荷装置，运动件的支撑，必须符合三点定位的原理。图4.3 三点定位原理图刚度好：导轨抵抗载荷的能力强。在恒定载荷作用下，导轨刚度一般有自身、局部和接触三种刚度；可用加大尺寸、添加辅助导轨或施加预载荷等方法提高刚度；运动轻便平稳：工作时轻便省力，低速时无爬行现象（其主要原因是摩擦系数随运动速度的变化和传动系统刚性不足）。为防止爬行现象的出现，可采用滚动导轨、静压导轨、卸荷导轨、贴塑料层导轨等或在普通滑动导轨上使用含有极性添加剂的导轨油；提高传动系统的刚度（用减小结合面、增大结构尺寸、缩短传动链、减少传动副等方法）。耐磨性好：导轨在长时间使用后，仍能保持一定导向精度的能力；导轨的耐磨性，主要取决于导轨的结构、材料、摩擦性质、表面粗糙度、表面硬度、表面润滑及受力情况等；为此需要对导轨进行正确的润滑与保护。可采用独立的润滑系统自动润滑，采用多层金属薄板伸缩式防护罩进行防护；温度变化影响小：导轨在环境温度变化的情况下仍能正常工作，既不卡死，也不影响系统的精度；导轨对温度变化的敏感性，主要取决于导轨材料和导轨配合间隙的选择；工艺性好：结构简单，制造容易，装拆、调整、维修及检测方便。通过对这些导轨需要满足的要求并且结合我们设计中的实际需求和成本等原因，使我最终选择了滚动导轨副作为我们的导轨副。在对滚动导轨进行选择时，我们最终选择了直线运动球轴承，因为我们的导轨是立式，所以会造成两个导轨副产生精度干涉。可能会严重影响工作寿命，并且由于相对位置误差影响到工作时的磨擦阻力。这些都是我们要考虑到的，所以最后我们选择了直线运动球轴承。直线运动球轴承负载滚珠与导轨轴外圆作凸圆之间的点接触，因此许用载荷较小，由于我们的导轨副受力较小，所以符合条件。还有这种轴承运动轻便、灵活，精度较高，价格较低，维护方便，更换省事。4.1.2强度和寿命的计算由于工作时导轨副仅起导向作用，基本上受力很小，而且由于工作中无明显冲击振动，加工时工作速度较低，所以强度和寿命都符合要求。安装与调整：组装前必须清洗干净轴承内部，然后涂抹润滑脂。直线运动球轴承的安装：轴承在压入轴承座孔时，应采用专用安装工具压靠外圆端面，不允许直接敲打轴承，不允许转动，以免变形，损坏轴承。轴承压入轴承孔后，引用螺钉调整间隙，应注意不要预压过大。直线运动球轴承选用弹性卡簧固定。直线运动球轴承支座应直接连接到刀架，如果有间隙请用垫片进行调整。4.1.3刀具的导轨副个数的确定 由于考虑到刀具工作中受到的切削力有可能是不平均的，有可能一侧的力比较大，而另一侧相对较少，这样就会使滑动导轨副承受较大的扭矩，这样会加剧滑动导轨的磨损，使其寿命降低。所以我选用单侧用两个滑动导轨副连接的方式，这样就可以让刀具在受力不平均而产生扭矩时，滑动导轨副不至于受到很大的扭矩，影响其寿命。而且还能保证刀具的定位精度。4.1.4支撑导轨的固定问题支撑导轨的固定将直接影响到导轨的工作时的工作精度，和导轨之间的相对位置关系，以及导轨的位置误差产生的导轨的内应力。支撑导轨的固定形式有两种选择：第一种是通过锥形孔连接，这样连接方式能保证良好的对中以及较高的强度，但是缺点是不能保证良好的轴向精度；第二种连接结构是通过轴肩保证轴向定位通过两端的铰制孔连接方式保证导轨与上下机架的良好的位置关系，所以最终选择了阶梯孔的连接方式作为切削运动的导轨的固定方式。4.2机架的确定1.机架设计的准则：工况要求任何机架的设计首先必须保证机器的特定工作要求。例如，保证机架上安装的零部件能顺利运转，机架的外形或内部结构不质有阻碍运动件通过的突起：设置执行某一工况所必须的平台：保证上下料的要求、人工操作的方便及安全等。刚度要求在必须保证特定外形条件下，对机架的主要要求是刚度。例如机床的零部件中，床身的刚度则决定了机床的生产率和加工产品的精度；在齿轮减速器中，箱壳的刚度决定了齿轮的啮合性及运转性能。 强度要求对于一般设备的机架，刚度达到要求，同时也要满足强度的要求。但对于重载设备的强度要求必须引起足够的重视。其准则是在机器运转中可能发生的最大载荷情况下，机架上任何点的应力都不得大于允许应力。此外，还应满足疲劳强度的要求。对于某些机器的机架尚需满足振动或抗振的要求。 稳定性要求对于细长的或薄壁的受压结构受弯-压结构存在失稳问题，某些板壳结构也存在失稳问题或局部失稳问题。失稳对结构会产生很大的破坏，设计时必须校核。 美观目前对机器的要求不仅能完成特点的工作，还有使外形美观。 其他如散热的要求；防腐蚀及特定环境的要求；对于精密机械、仪表等热变形小的要求等。2机架设计的一般要求：在满足机架设计准则的前提下，必须根据机架的不同用途和所处环境，考虑下列各项要求，并有所偏重。 机架的重量轻，材料选择合适，成本低。 结构合理，便于制造。 结构应使机架上的零部件安装、调整、维修和更换都方便。 结构设计合理，工艺性好，还应使机架本身的内应力小，由温度变化引起的变形应力小。 抗振性能好。 耐腐蚀，使机架结构在服务期限内尽量少维修。 有导轨的机架要求导轨面受力合理，耐磨性良好。4.2.1刀具支架的确定因为刀具承受着所有的切削力，所以刀具的支架必须要有较高的刚度，才能确定切条机能一次性的把需要的工件一次成型全部切断，如果刀具支架的刚度不够，这样就会导致中间部分工件完全切断，而两边的工件还没有切断的现象，直接影响到切条机的正常工作，所以刀具支架必须要有良好的刚度，所以我在支架和油缸的连接处设计一个凸台以用来使支架上能够有足够的条件以安放肋板加强刀具支架的刚度。根据刀具的大小确定刀具支架的基本大小，然后预留固定刀具的联接螺栓的位置，滚动导轨的联接位置，最后确定刀具支架的确定尺寸。并且为了增加支架的刚度提高设备整体的加工精度，所以在刀具支架上设计肋板。具体设计如图所示：图4.4 刀具支架图4.4.2刀具底板和刀具支架连接结构的确定刀具底板和刀具支架连接结构选用的是螺栓连接，初步考虑时曾经考虑到刀具底板和刀具支架的连接选用两侧用楔块夹紧的方式连接。但是后来考虑到定位和结构的紧凑性方面放弃了这个方案。还有这个方案楔块连接必定没有螺栓连接的刚度高和定位性能好。4.2.3上机架的结构的确定由于工作用的冲切力是由安放在上机架上的液压油缸提供的所以上机架受到了很大的弯矩，有可能导致上机架出现弹性形变，如果上机架出现弹性形变，会导致两侧导轨向中间靠拢，使导轨副受到很大的压力，可能直接损坏导轨副，或者加剧导轨副的磨损，并且由于导轨副的压力增大，使得导轨的摩擦力增大，使得液压油缸的工作压力增大，导致上机架出现更严重的变形。这样就会陷入使导轨磨损加剧的恶性循环中去。所以我们必须要加强上机架的刚度，具体做法是为上机架安装肋板，使得其受到工作阻力时有较高的刚度。图4.5 上机架的结构图4.3夹具体设计夹紧装置的设计和选用是否正确合理，对于保证加工质量、提高生产率、减轻工人劳动强度有很大的影响。为此，夹具体的设计应满足如下的要求： 夹紧力应有助于定位，而不应破坏单位； 夹紧力的大小应能保证加工过程中工件不发生移动或振动，并能在一定范围内调节； 工件在夹紧后的变形和受压表面的损伤不应超出许用范围； 应有足够的夹紧行程，手动时应有一定的自锁作用；