气动式定尺飞锯机的结构设计（含CAD图纸源文件）
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气动式定尺飞锯机的结构设计（含CAD图纸源文件）,气动式,定尺飞,锯机,结构设计,源文件
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气动式定尺飞锯机的结构设计 机械工程及自动化 沈立 指 导 老 师 吴晟 摘要 本设计是关于气动式定尺飞锯 机 的结构设计。设计内容包括总体方案制定、飞锯小车运动设计、结构方案设计、导轨的设计、行走小车的结构方案等。在设计中结合我们的专业知识，在老师的指导下，完成设计任务。 关键词 飞锯机 飞锯小车 锯切系统 1 绪论 气动式飞锯机的功用 在线定长切割飞锯机是冶金企业连续轧制各种型材、管材等生产线上不可缺少的重要设备，用于连续生产中将无限长的钢管按预定的长度在线自动切断。定尺飞锯 机在生产中决定着管材的质量、长度等。它的精度保证了管材的精度 1。 本设计的目的与意义 气动式飞锯机具有成本低、寿命长、工作可靠、使用维修方便的特点，其定尺精度也足以满足要求，固市场前景广阔 2， 结合我国的国情 ， 选定了“气动式定尺飞锯机” 作 为毕业设计的攻关课题。 设备简介 飞锯主要技术参数： 型材生产速度： 60m/ 锯切精度： 5 锯切长度： 4m 6m 锯切次数： 10 次 /分 15次 /分 锯切 型材径向尺寸 ： 12 90 外型：长宽 =） 设 计中需注意的问题 锯切小车与定尺小车之间要刚性联接且稳定。锯切小 车 规格钢管需要增加防弯压辊 ， 设备运行可靠 等 。 2 气动式定尺飞锯机总体设计方案 气动式定尺飞锯机应实现的功能 本机适用于型材行走速度为 60m/锯切 型材径向尺寸范围为 12 90 ，锯切长度为 4m 6m 的型材生产线，其设计使用 锯切精度为 4锯切次数 为 10 次 /分 15次 /分 。 气动式定尺飞锯机的总体方案设计 图 1 控制原理图 3 气动式定尺飞锯机的设 计计算 飞锯小车运动描述 飞锯小 车的运动可分为以下七个阶段（见 图 2）。 （ 1）等待段 如图 2中 （ 2）追踪段 如图 2中 （ 3）同步段 如图 2中 （ 4） 正向减速段 如图 2 中 （ 5）反向运行段 图 2中 图 2 飞锯车速度示意图 确定飞锯小车各段运动曲线 （ 1）追踪段 追踪段的运动曲线非常重要 ， 我们采用数控技 术 ， 当二阶 系统输入管移动锯车原位 管移动锯车返回 管移动锯车与管同步 管移动锯 车同步跟踪夹紧落锯 管移动锯车同步跟踪松夹 管移动锯车同步跟踪抬锯 管移动锯车移动 零点 到位 抬锯 到位 松夹 到位 阶跃信号时 ， 二阶系统对应的阶跃响应为 )()s 11)(2 21 21 （ 2） 正向减速段 该段采用的是等减速曲线 ， 其运动方程为 221 （ 3） 反向运行段 当反向行程结束时 ， 飞锯小车正好返回到原点 。 4 气动式定尺飞锯机结构方案设计 气动式定尺飞锯机的整体结构方案 本次设计的气 动式定尺飞锯机 主要有飞锯床身，主传动系统，行走小车，锯切系统，夹紧装置等几部分组成，其外形如图 7所示： 图 7 气动式定尺飞锯机总装图 导轨的设计 导轨设计非常简单 ，简单的螺钉固定，起了很大的作用。如图 8所示： 图 8 气动式定尺飞锯机 导轨连接图 气动式定尺飞锯机的行走小车的结构方案 气 动式定尺 飞锯机的行走小车的结构形式如图 9所示： 图 9 行走小车结构示意图 气 动式定尺 飞锯机的行走小车的结构方案：用四个支撑轮将行走小车底盘支撑起来，在行走小车底盘下面焊接连接体，在行走小车底盘上面安装电机，夹紧装置，锯切系统，防护罩，管材的支撑辊以及拖链的连接板。 气动式定尺飞锯机的床身的结构方案 气 动式定尺 飞锯床身是焊接的，床身前后两侧支撑导轨，床身中 部安装主传动系统。床身外侧 焊接有 的筋板， 顶部安装有支撑板，床身有吊装孔孔等。 5 气 动式定尺飞锯机的 锯切系统的 设计 与计算 气 动式 定尺 飞锯机 锯切系统整体结构方案设计 锯切机构的基本组成包括：气缸，用于推动锯臂作摆切动作；锯臂，连接气缸和锯切主轴；主轴，连接小带轮和锯片，用于传动；锯臂支座，支撑锯臂；气缸支座，支撑气缸；其他。 锯切方式 选用下摆式 锯切 方式。 气动式定尺飞锯机的锯切系统的结构方案 方案一 ：采用“ V”字形摆臂， 这种形式可用图 10来示意。 图 10 采用“ V”字形摆臂锯切示意 图 方案二：采用“一”字形摆臂，这种形式可用图 11来示意 3。 图 11 “一”字形摆臂锯切示意图 气动式定尺飞锯机锯切系统的结构方案的比较优化 方案一和方案二都采用的是下摆式锯切方式， “ V”字形摆臂在锯切中 更容易实现摆切动作，并且对气缸推力的要求比较小 。 最后，我 确定使用 “ V”字形摆臂形式的锯切方式。 6 主要零部件的设计 电机的选择 根据电动机的工作环境 、 生产机械的负载性质选择电动机类型 ，接下来 选择电动机额定电压 、 额定转速 等。 确定 主要参数如下： 额定功率： 15 同步转速： 3000r/载时， 额定电流： 转速： 2930 r/率： 功率因数： 量： 125 带传动设计 计成的带轮形状如图 14所示 : 图 14 主轴的设计计算 设计轴系结构，确定轴的受力简图、弯矩图、合成弯矩图、转矩图和当量弯矩图 。确定 已知轴材料为 45钢调质， 并 校核轴径 ，验证轴的刚度 ，并选用适当轴承。 7 锯切气 缸的设计 锯切气缸的计算 初步选择气缸 ， 计算 气缸的拉力 ， 计算气缸直径 ，计算 活塞杆 等。 选用缓冲装置为用内缓冲装置 。 连接与密封 （ 1） 缸筒与缸盖的连 接 缸筒与缸盖的连接型式采用的是拉杆式螺栓连接 。 （ 2） 密封 我设计的活塞的密封结构采用的是 O 型密封圈， 活塞杆的密封采用的也是 密封可靠，结构简单，摩擦阻力小 5。 8 总结 本篇论文介绍了 气动式定尺飞锯机及锯切系统的设计。 包括对飞锯机总 体方案的设计、确定飞锯小车的运动、结构方案的设计、锯切系统的设计计算、主要零部件的设计及锯切气缸的设计。 在锯切装置的设计中，采用“ V”字形摆臂，夹紧缸的添加大大的提高了锯切精度；导轨的设计非常简洁、非常实用。 本次设计的飞锯机虽然在精度上不及电脑据，但在应用上已有很大领域。 参 考 文 献 1 孙瑞岐，崔芸 噪音滚压式飞锯焊管 J 1999 (9)： 38 2 任翀，郝勇，李艳菲 机控制定尺飞锯系统定尺精度分析 J包头钢铁学院学报， 2003（ 3）： 63 3 程武 型飞锯机 J焊管， 1993(6) 4 鼓志瑾电气传动与调速系统 M北京：北京理工大学出版社， 1988： 20 5 倪振亚，姚燕顺，李林杰，魏雪冬，章凤翎新型 J 2000(7)： 40 南京理工大学泰州科技学院 学生毕业设计（论文）中期检查表 学生姓名 沈立 学 号 05010224 指导教师 武培军 吴晟 选题情况 课题名称 气动式定尺飞锯机的结构设计 难易程度 偏难 适中 偏易 工作量 较大 合理 较小 符合规范化的要求 任务书 有 无 开题报告 有 无 外文翻译质量 优 良 中 差 学习态度、出勤情况 好 一般 差 工作进度 快 按计划进行 慢 中期工作汇报及解答问题情况 优 良 中 差 中期成绩评定： 良 所在专业 意见： 学习较主动、积极，态度认真，阶段成果较明显。 负责人： 年 月 日 南京理工大学泰州科技学院 毕业设计（论文）任务书 系 部 ： 机械工程系 专 业 ： 机械工程及自动化 学 生 姓 名： 沈立 学 号： 05010224 设计 (论文 )题目 ： 气动式定尺飞锯机的结构设计 起 迄 日 期 : 2009 年 3 月 9 日 6 月 14 日 设计 (论文 )地点 : 南京理工大学泰州科技学院 指 导 教 师 : 武培军 吴 晟 专业 负责 人 : 龚光容 发任务书日期 : 2009 年 2 月 26 日 毕 业 设 计（论 文）任 务 书 1本毕业设计（论文）课题应达到的目的： 飞锯机适用于连续轧制各种管材、型材生产线，如焊管、钢筋、铝管、合金管的生产线。飞锯机 可用于高速跟踪自动切割钢管、型材等 。具有定尺精度高，设备可靠性高，结构简单，易于维修等特点。 通过 对 气动式定尺飞锯机的结构设计 ，可以有效培养学生综合应用机械设计制造知识，并根据工程实际要求，进行问题的分析解决，从而提高独立工作的能力，适应社会需求。 2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）： 机械制造中采用自动化技术，可以有 效地改善劳动条件，提高劳动生产率和产品质量，缩短生产周期，并能显著降低制造成本。具体内容及任务如下： 1、 气动式定尺飞锯机 的 整体 结构 方案设计； 2、 锯切系统的设计与计算 ； 3、 相关主要零部件的设计。 应达到的技术要求如下： 1、 型材生产速度： 60m/ 2、 锯切精度： 5 3、 锯切长度： 4m 6m； 4、 锯切 型材径向尺寸 ： 1290 毕 业 设 计（论 文）任 务 书 3对本毕业设计（论文）课题成果的要求包括毕业设计论文、图表、实物样品等： 1、相关资料的英文翻译 与文献综述； 2、 气动式定尺飞锯机的整体结构方案设计 ； 3、 锯切系统 设计 及相关零件图、装配图 ； 4、毕业设计论文。 毕业设计成果以设计图样和说明书形式提交。要求图样规范，符合国家标准；说明书层次分明、论据可靠、计算正确、图标规范、语句通顺。 4主要参考文献： 1 朱光力专用自动钻床液压传动系统设计 北京： 机床与液压， 2004 年第一期，9799 2 徐灏 主编机械设计手册北京： 机械工业出版社， 1991 3 王卫兵等可编程序控制器原理及应用北京： 机械工业出版社， 1998 4 许福玲，陈尧明主编液压与气压传动北京： 机械工业出版社， 2004 5 邱宣怀主编机械设计北京： 高等教育出版社， 1997 6 王伯平主编互换性与测量技术基础北京： 机械工业出版社， 2000 毕 业 设 计（论 文）任 务 书 5本毕业设计（论文）课题工作进度计划： 起 迄 日 期 工 作 内 容 2009 年 3 月 9 日 3 月 23 日 3 月 24 日 4 月 6 日 4 月 7 日 5 月 11 日 5 月 12 日 5 月 31 日 6 月 1 日 6 月 9 日 6 月 10 日 6 月 14 日 熟悉课题，准备相关资料，完成资料翻译 完 成 文 献 综 述 ， 撰 写 开 题 报 告 ， 熟 悉 绘图软件 掌握 飞锯机 的结构设计原理，完成 气动式定尺飞锯机 的 整体方案 设计 完成 锯切系统的设计与计算 ，画出相关的零件图和装配图 撰写并打印设计说明书，整理相关资料 准备论文答辩 所在专业审查意见： 负责人： 2008 年 月 日 系部意见： 系部主任： 2008 年 月 日 - 1 - 南京理工大学 泰州科技学院 本科 优秀毕业设计（论文）推荐表 系部 ： 机械工程系 填表日期： 年 月 日 学生 姓名 沈立 性别 男 类别 A 入学 年级 专业名称 机械工程及自动化 专业所属 一级门类 专业所属 二级类 指导教师 毕业设计（论文） 总周数 14 姓名 专业技术职务 年龄 所在单位 吴晟 助教 毕业设计（论文）题目 气动式定尺飞锯机的结构设计 毕业设计（论文）主要涉及研究方向 1、 气动式定尺飞锯机的 整体结构方案设计 ； 2、锯切系统的设计与计算； 3、相关主要零部件的设计。 毕业设计（论文）选题依据及背景 学校中期检查情况 毕业设计（论文）的水平与特色 - 2 - 毕业设计（论文）有何实验、实践或实习基础 学生毕业设计（论文）期间的研读书目 机械设计手册、机械设计、互换性与测量技术基础 指导教师评语及推荐意见（包括学生的工作态度、知识与能力、成果与水平、设计（论文）质量等几方面） 指导教师签字： 年 月 日 指导教师对申报材料真实性的意见 指导教师签字： 年 月 日 毕业设计（论文）获奖后，指导教师是否同意公开交流 ? 同意请指导教师签名： 系 部 推荐意见 （公章） 年 月 日 注： 1.“类别”栏请填写 “ A”（本科毕业设计）、“ B”（本科毕业论文）。 推荐省级优秀毕业设计（论文）者填写 )。 南京理工大学泰州科技学院 毕业设计 (论文 )前期工作材料 学生姓名 : 沈立 学 号： 05010224 系 部 : 机械工程系 专 业 : 机械工程及自动化 设计 (论文 )题目 : 气动式定尺飞锯机的结构设计 指导教师 : 武培军 高级工程师 吴晟 助教 材 料 目 录 序号 名 称 数量 备 注 1 毕业设计 (论文 )选题、审题表 1 2 毕业设计 (论文 )任务书 1 3 毕业设计 (论文 )开题报告含文献综述 1 4 毕业设计 (论文 )外文资料翻译含原文 1 5 毕业设计（论文）中期检查表 1 2009 年 5 月 南京理工大学泰州科技学院 毕业设计 (论文 )外文资料翻译 系 部： 机械工程系 专 业： 机械工程及自动化 姓 名： 沈立 学 号： 05010224 外文出处： of a 附 件： 指导教师评语： 签名： 年 月 日 注： 请将该封面与附件装订成册。 (用外文写 ) 附件 1：外文资料翻译译文 新型的动力学旋转机械手 1 导言 如今在不同 的 轮式移动机器人（简称为 应用 领域 都需 考虑 到价格适中 、实用性高和操作简单，例如 ： 家用机器人 ； 流动 、 挑战性工作的辅助装置 ； 娱乐机器人 ； 用于星际探索的机器 人 ； 用于材料处理的工业机器人。 新型轮式移动机器人 用于 以上所述的所有领域。 ：两个驱动轮和中部的载体。该机器人正在设计中，其新颖之处在 于 它能够被轻松操作。这是通过赋予机器人 一种 实现的，为了完成 机器人 的重心 要 垂直穿过中点线并连接 到 转轮中心。 并 且， 为了克服它的不稳定性 ，中部机体的重心需要放在上述 两条 交叉线 的 下方。 除了赋予机器人 性之外，其 机架机构 还 要 使 够转弯 从而 来 避免碰撞。 该机器人的两个主要任务是：在中间机体的 支撑 下，能够对有效荷载 进行 定位和定向（运动任务） ，并 使中间机体稳定不摆动（稳定工作）。 一份 关于 两轮机器人 的 文献 阐述了 三 种 不同的系统： , 3, 。与 的是， 为它依赖 第三 支撑 点， 从而 来保证它 能够与有效载荷 垂直 于 同一方向。此外，机器人的重心被置于 交叉 线的下方 并 和车轮中心 相连 ，从而 无需使用任何 检测 中间机体倾斜的陀螺仪， 操作系统绝对要比 单的多 。 数学模型 中 的力学系统是至关重要的，为使 机器人 的 模拟 行为能 够 被精确控制和预测。我们用公式加以表明，在拉格朗日式的框架 下 ， 数学模型表现 为 一个双输入三输出的非线性动力系统。这种 验证 模式， 是 通过模拟和分析不同的投 入和最初条件 来 做出 的 动态响应系统。 该项分析的结果对于机器人的坚稳设计和控制是至关重要的。它解 决了能够马上完成这两个任务的主要问题：中间机体振动。因此，校正 设计，并 且 考虑 使 用一个合适的控制算法，以便使机器人的性能更加优越，对障碍物 能够 更加敏感。 2 数学模型 2 1 运动学限制 两轮式移动机器人，它由两个独立的马达驱动 ，两个 对称 的轮子和一个中间机体组成，其中还包含控制系统，驱动系统，电力供应 系统 和传动装置 ; 机器人轮子是常规型式 的 。 根据机器人的数学模型，我们假设它水平的 运动 平面 为 B， 并且 ，在移动过程中机器人轮子假定总是与 图 1所示的是该机器人简化模型。我们定义 为穿过轮子中心 的 轴线 ， 平行并通过中间机体的 中心 间机体的底盘由一个圆柱轴 垂直 我们 定义 三个 标准 正交 三 维 向量 ： k, e; f ; k 和 e; h; n。 k定义为 以 O 为 原 点的三维坐标系 ， 向 为 垂直方向向上。 e; f ; k定义为 原 点在 两个轮子 的 质心 连接线的 中点 的坐标系 ； 需要注意的是 ， 平行 。 e; h; n的 坐标 系定义在 中间机体 上 ，并以 点 点 ， 与 此同时 n 要 平行 于 图 1 图中所示的 1 和 2 分别 是 轮 1和 轮 2的 角位移，而 C 是 点 置矢量 ， 我们定义3为中间机体 转 角 。 定义 l： 作为 两轮 的 中心距离， 子 半径，并假定轮 子 在平面 滚动 没有滑动 ，我们限制 其中 1 为矢量 ， 而 是定向角， 即0i到 结合 等式（ 1）中的第二个关系 式 我们 得到 ： 我们假定 当 我们 定义 作为 向量的广义坐标。 直到 我们 可以用等式 （ 2 ） 中的 和 来表达 ， 而 没有出现广义坐标 中的向量 ， 系统的动态 约束方程从而 简化为等式 （ 1） 。 这个方程可以改写为， 是 k 维零向量 ， 并且 当 A 定义为 的 约束矩阵 时 ， 就 是 的单位矩阵 。该机器人有一个 6 的自由度 ，这与中 间机体旋转的简化模型相反， 因为 它没有考虑到 这个因素 。 完整测试 如果我们 定义一个 独立广义速度矢量 ， ，然后 可以很容易的得到 一个正交 矩阵 ， 为了获得一个完整 的 矩阵 ，我们需要求出 和 然后便可以很容易的利用图 1 和等式（ 2）求出结果，即 显然， 可以 从 上 述 方 程 得出 因此个 近乎 完整的机器人 ，这并 不让人惊讶 。 近乎完整 现在，我们 可以验证 否 近乎完整 （ 。系统 的 总动能是由提供 是 额外轮子的动能 ， 即 轮子在它轴 的驱动 下而转动 ， 提供中间机体所需的动能 ， 它 包括驱动系统， 传动装置 ， 电池和控制 部件 。 它 可 以 非 常 容 易 地 展示出 右侧的 等式 （ 3 ）m 表示 为每 个 增 加 轮 子 的 质 量 。 所需的动能由提供。 表示的是中间机体的质量 （ 即 要 考虑到有效载荷） ， 表示的是中间机体重心的速度 ，表示的是 中间 机体与 轴有关的转动惯量 ， 同时 是 中间机体关于 的转动惯量 。 此外， 可以由 求得，因此如果 不 用 考 虑 常 数 项 ， 该 系 统 的 势能为其中 是 和 之间的距离， 因此 ， 该 系统 的 拉格朗日 算法 为其中 ， 且 ， 因此，广义动量的 计算公式 是其中 ， 符号 表示 利用等式 来代替 。 于是 ，运动的不 完整 性 可以由 来表示 ， 因此，该系统是 近乎完整的 。 这个系统的数学模型可以缩减成 其中 是 该 系统的拉格朗日 约束。 其中 是无显著特点的动力矢量，也就是电动机的转力矩。这两个力矩 则 传送到两个正在感应无显著特点力的轮子。即， 因此 。 等式 （ 5） 可以分为以下三个部分 此时 这个方程可以写成 以下 的矩阵型式 ： 图 2 仿真 结构图 此时 ，当 是惯性矩阵时，它由提供。 是 我们指定 的 二次惯性项 的一个三维向量， 即其中 仿真 为了使上面的数学模型 可 用， 研究报告 反映 ，一方面系统在不同的投入和不同的初始条件 下 ，模拟了运行仿真 模拟输入，如 仿真 图表 2中所示 的 是被分配到轮子上的扭矩，用来解决直接动力。这个方程转换了惯性矩阵 ， 并且回到了普遍重力加速度矢量 ,因此综合 两个 之后可以得 到 速度和并列向量。机器人 具有 相同的以及他们第一和第二个 任务就是模拟 信号 的输出。 信号 输入后便解决了直接运动学的问题。特别注意的是，后者计算了机器人的方向角度和器械所反映出的他第一次和第二次任务的几何约束，以及 在以 参考位置 ， 使用运动约束下的速度和重力加速度。 从而 获得点的位置 矢量， 完成虚拟输出， 是一个综合的数字。 真结果 我们已经对动力系统的 三个输入 反 应 进行了研究，对每个系统的仿真 ， 一开始都被认为是静止的，值得注意的是仿真并不考虑外力的浪费 ， 比如轮子和地面的摩擦以及内力 的损耗 ，比如轴承的摩擦。而且输入将会表现在 扭矩脉冲上。启动轮子，持续时间 ，为了避免在读取输出图表时 ， 靠近 的区域内发生 误差 。 每个仿真用时秒，但是大部分的输出图 在时间表上 为 秒到秒 时 ，响应时间比较短。 三个操作已经实现了 (1)直线运动 ,保持 一定 的运动角度 (2)纯旋转 , ,旋转 轴穿过 即 ：只变换垂直角度 而不改变 （ 3）圆形运动，并不是前面所有的操作都 使用 同样的精确度，对系统执行 的 影响 的 分析 ，将会提供 更 有效的运算法则 来 选择和创新机器人设计。 直线运动 在 这个 模拟运 动 中 ，适用于车轮 的 两个 相同 的转矩脉冲振幅 为 米 。 如图 3 6所示。 正如我们可以从 图 3 图 4 中 推断， 如果 负荷条件对称 ， 和 的 一阶导数是 相 等的。 此外， 通过观察图 4，我们可 知 ， 和 周期信号都是 由 产生 的 ， 因为 它们和 有相同的周 期 。 在图 3中 ， 由一个周期信号 表示 ， 我们可以推断出 中间机体的 振荡 频率稳 定保持在 和 之间 ;当然，这 种 振荡 不需要保持稳定 ，因为它的 振幅并没有 大到足以干扰 任务顺利完成 （见 截面 1）。但是， 不可以为零 ，因为 它 为零 会导致在 组装 和 制造 过程中出错 ;此外，机器人 走过的现实 表面确实略有倾斜。因此， 保持稳定 是必要的， 控制算法会计算出一个合适值 。 在直线轨迹 时 需要 保证 高 精度， 如图 5所示 。当然， 在现实中 车轮永远不会具 有 相同的扭矩，它 需要 一个合适的控制算法 来 完成 运动任务。此外， 还需要 使用另一个 控制算法 ， 因为 沿 直线轨迹 运动时，速度不会处于稳定状态 ， 如图 6所示 。 纯滚动 两个相等扭矩的脉冲频率为 ， 符号相反 ， 却同样 适用于车轮。 输出 如图 7和图 10。 轨迹图在这里 没有 表示出来 ， 减少 一点 使之与 惯性 坐标 的 原点 相 吻合 ;此外，角速度 会 保持为 一个固定常数 ，如图 10 所示 。 总之 ， 由 于 那 些已经在上一节 提到的 ， 有关影响机器人 结构的 错误， 使 在现实中 C 点轨迹不 成 一个 点 ;因此，完成任务 需要用到 控制算法。 对于 已知的 初始条件和 输入 类型， 如果完全模拟，那么 的 一阶导数和二阶 导数将全为 零， 且 和 他们的 一阶导数的振幅 都是 相等且 符号相反 的 ，如图 7和图 8所示 。 圆周运动 两个扭矩 脉冲分别为 和 ， 并且符号相 同 ， 而且 适用于车轮。如图 11和图 13所示 。 所有的广义速度信号，类似我们 先前 看到 的 纯 移动 ，如图 11所示 ，但 因为 输入值不 等 ， 所以 和 不相等。 另一个重要 的注意点是点 度 ;因为 不是定值 ， 如图 13所示， 周期信号 与 谐波 和 ，如 图 12 表示 。 通过观察 图 11 a， 我们可以 证明 ，上述周期信号是由 产生 ， 直到两个 信号具有相同的周期 秒 时 ， 值得一提的是， 在 直线运动 的情况下 ， 这两个周期信号 和 都 是 由 信号 产生 ， 如图 11所示 。 4 结论 这里所讨论的是 一种新型 的趋于完整 的移动机器人。我们 用公式表明了该系统的 数学模型，并提供了验证它 的 数 据 。数 据 模拟显示 了 每一个系统变量 下的 动态行为， 这也是 需要 被 控制的。这项工作 在 设计和控制 该 系统 中是 至关重要 的 。 南京理工大学泰州科技学院 本科生毕业设计（论文）选题、审题表 系 部 机械工程系 指导 教师 姓 名 吴 晟 专业技术职 务 助 教 课题名称 气动式定尺飞锯机的结构设计 适用专业 机械工程及自动化 课题性质 A B C D E 课题来源 A B C D 课题预计 工作量大小 大 适中 小 课题预计 难易程度 难 适中 易 课题简介 飞锯机 可用于高速跟踪自动切割钢管、型材等 。具有定尺精度高，设备可靠性高，结构简单，易于维修等特点。 本 课题紧密结合学生所学的机械技术课程，它能强化提高学生所学的知识和提高学生的初步设计能力，通过完成该课题，可以使学生理解 机械装置的运动 原理和应用范围，对 机械设计 过程有更深入的认识了解。 课题应完成的任务和对学生的要求 1、 在了解 气动式定尺飞锯机 的 结构特点 和设计原理的基础上，完成 结构设计，画出相关的零件图和总装配图； 2、 完成锯切系统的设计和计算； 3、 3000 字以上的英文翻译； 4、 撰写设计说明书。 要求学生具备机械设计的基本能力，能将所学知识综合应用于实际生产制造中。 所在专业审定意见： 专业负责人 (签名 )： 年 月 日 注：本课题由 沈 立 同学选定，学号： 05010224 注： 1该表由指导教师填写，经所在专业负责人签名后生效，作为该专业学生毕业设计（论文）选题使用； 2有关内容的填写见背面的 填表说明 ，并在表中相应栏内打“ ”； 3课题一旦被学生选定，此表须放在学生“毕业设计（论文）资料袋”中存档。 南京理工大学泰州科技学院 毕业设计说明书 (论文 ) 作 者 : 沈立 学 号： 05010224 系 部 : 机械 工程 系 专 业 : 机械工程及自动化 题 目 : 气动式定尺飞锯机的结构设计 指导者： (姓 名 ) (专业技术职务 ) 评阅者： (姓 名 ) (专业技术职务 ) 2009 年 6 月 毕业设计说明书（论文）中文摘要 本设计是关于气动式定尺飞锯的结构设计。气动式定尺飞锯机可用于高速跟踪自动切割钢管、型材等。具有定尺精度高，设备可靠性高，结构简单，易于维修等特点。针对大量中小企业这一中低端市场， 结合我国的国情 , 选定了“气动式定尺飞锯机”做为毕业设计的攻关课题。设计内容包括总体方案制定、飞锯小车运动设计、结构方案设计、导轨的设计、行走小车的结构方案等。在设计中结合我们的专业知识，在老师的指导下，完成设计任务。 关键词 飞锯 锯切 飞锯小车 毕业设计说明书（论文）外文摘要 he is on be so so in to a of as a of of as In of to 南京理工大学泰州科技学院 毕业设计 (论文 )开题报告 学 生 姓 名： 沈立 学 号： 05010224 专 业 ： 机械工程及自动化 设计 (论文 )题目 ： 气动式定尺飞锯机的结构设计 指 导 教 师 : 武培军 吴晟 2009 年 3 月 22 日 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 文 献 综 述 摘要 本文献综述介绍了气动式飞锯机在 连续轧制各种型材、管材等生产线上 的重要功用 ,它能保证一定的精度 与其它 飞锯机相比 ,它成本低 ,满足精度要求 ,适合中小企业的优点 ,所以本文献通过介绍几种飞锯机的特点不同 ，说明了气动飞锯机的优点，以及介绍了该飞锯 机 的 工作过程、控制系统特点、 设计路线和注意的问题等 等 。 关键词 定尺飞锯 气动式飞锯机 气动 1 气动式飞锯机的功用 随着国民经济的发展，现代化的大型厂房、大跨度的展览场馆、体育运动场馆、大型仓储、桥梁、机场、起重、运输、车辆等各行各业广泛地采用钢结构，使得钢结构需求量大幅度增加，对钢结构钢材材质、规格品种也提出了更高的要求。 2001 年我国冷弯型钢生产 30 万吨 （不包括钢管和涂层板）。据中国钢协冷弯型钢分会统计 2001 产量约有 70 万吨，加上其他行业（农机、水电、汽车、机械等）约有 150万吨，占全国钢材产量的 1 左右，而国外工业发达国家冷弯型钢占全国钢材的 。冷弯型钢的特点： 可生产各种复杂的断面与热轧型钢相比具有断面形状合理、重量轻，强度高的优点，又在冷弯加工中提高了强度。 。 在线定长切割飞锯机是冶金企业连续轧制各种型材、管材等生产线上不可缺少的重要设备，用于连续生产中将无限长的钢管按预定的长度在线 自动切断。定尺飞锯机在生产中决定着管材的质量、长度等。它的精度保证了管材的精度 1。 2 定尺飞锯机的国内外现状 在国外定尺飞锯机的发展很快，基本上都能达到国际标准。我国焊管生产设备起步较晚，一些关键设备比较陈旧。随着钢铁行业的飞速发展，对钢铁加工行业提出了要求。全国各地加工业也开始着眼于技术开发。就定尺飞锯机来说，从技术含量较低的液压传 动，气动传动，发展到如今的微机控制定尺飞锯机，电液数控飞锯机等。 下面介绍几种现代主要应用生产中的飞锯机： 微机控制定尺飞锯机 微机控制定尺飞锯机是由微机控制 系统、大功率可逆伺服系统、机械液压、气路系统所组成的机电一体化高技术产品焊管、冷弯生产线的关键组成设备，可用于高速跟踪自动切割钢管、型材等 14。 电液数控飞锯机 电液数控飞锯机是由微机控制电子液压传动，一般包括液压箱，电子计算机，软件等几部分组成，采用半开环控制无参数调整，电路简单，性能稳定，故障率低。机床可实现程序锯切，预设多种锯切定尺与其根数，自动转换可不停车，改变定尺要求，也可人为暂时中断运行 15。 伺服飞锯机 伺服飞锯机是于 2002 年面世的一种新型飞锯机，锯切长度 6m 时，锯切精度为 0+5于国际上通用的英国 准 (0+6锯切精度提高了 且在这方面处于国际先进的水平 1。 3 气动式定尺飞锯的工作过程 气动式定尺飞锯 机是 为 由光电脉冲编码器 1L 、 2L 分别测出型钢的长度及速度和锯切小车的位移量，由 型钢长度 (以切口为零点 )等于设定长度减去残长， 推缸、长缸气阎合上，推动锯切小车作加速运动，再经过 t (这时残长为零 )， 切小车完成夹紧、铝切，抬锯，橙夹等动作，当 出长缸气阀换向接通命令，锯切小车在长缸推力下返回原点，等待下一次锯切。 4 气动式定尺飞锯的 控制系统的特点 （ 1） 全部保留了原来机械定尺飞锯装鬣的气动小车锯切机构及传动方式不变，有利于者设备的技术改造，上马快，投资省。机组还保留了原有的操作习惯，工人易掌握 (即人机亲善性好 )，日常维修很方便。 （ 2） 控制系统依据我们研究的控制模塑，充分运用 分考虑 到。气源压力波动和气动执行元件的离散性对定尺精度的影响。 在低挡 路高速脉冲输入、运算，比较等要在高档 能在 20m 50m 到较高精度。本系统电气控制部分定尺精度 l 1 180生产线上的试生产，抽拴结果，其定尺精度较高，平均绝对误差 5我们所知的气动飞锯能达到前较高精度 13。 （ 3） 本系统设计运用了系统可靠性理论， 在满足系统功能的条件下，硬件尽可能简化，装宦上一体化。关键元器件选用可靠性很高的元器件 (即提高系统瓶颈的可靠度 )，本系统主控回路平均无故障工作时间 大于 时 。 （ 4） 关键元件如脉冲编码器等设有自检功能。 5 本设计的目的与意义 目前市场上大量应用的在线定尺飞锯机主要有气动式飞锯机，液动式飞锯机，电脑锯等几种形式。其中，气动式飞锯机的锯切割装置，夹紧装置，主传动装置都是气动的，与近些年市场上推广的电脑锯相比，气动式飞锯机 本低 (只有微机控制飞锯的 1 5，进口机组的 1 15)，安装使用方便 (只有一只程控柜位于生产线旁，无需专用机房 )，定尺精度较高，其平均绝对锯切误差 5靠性好，主机的平均无故障工作时间大于 作维护方便，只要电工即可承担，是改造国内钢管、型钢生产线的优良机组，有广泛的推广前景 ，但是，电脑锯它也存在着一定的缺陷 ,例如： (1)价格偏高，一台设备近 30万元。一次性投资很大，一般中小厂家难以承受； (2)微机抗干扰性能差，使得控制设备结构复杂。现场安装要求高； (3)调试以及维修保养困难，需专门人员维护，一旦发生故障很难立即排除。但它也具有一定的缺陷，噪音大，利用率低，无功 损耗大，工作速度不稳定，零部件损坏的概率大等。而气动式飞锯机恰恰具有成本低、寿命长、工作可靠、使用维修方便的特点，其定尺精度也足以满足要求，固市场前景广阔 2。 因此，针对大量中小企业这一中低端市场，结合我国的国情 ,选定了 “ 气动式定尺飞锯机 ” 作 为毕业设计的攻关课题。 参 考 文 献 1 孙瑞岐，崔芸 噪音滚压式飞锯焊管 J 1999 (9)： 38 2 任翀，郝勇，李艳菲 机控制定尺飞锯系统定尺精度分析 J包头钢铁学院学报， 2003（ 3）： 63 3 倪振亚，姚燕顺，李林杰，魏雪冬，章凤翎新型 锯机 J 2000(7)： 40 4 王懋瑶液压传动与控制教程 M天津：天津大学出版社， 1995 5 何绪节凡曾发祚 M成都：成都电子科技大学出版社， 1995 6 李宗林电流断续的调速系统 J1985(6) 7 张键快速数字直流传动系统中的若干问题 J1989(2) 8 鼓志瑾电气传 动与调速系统 M北京：北京理工大学出版社， 1988： 20 9 唐济扬以太网与现场总线技术 J国内外机电一体化技术， 2002， 5(5)： 7 10 冯冬芹 ， 金建祥，周小文，等 E J国内外机电一体化技术， 2003(5)： 38 11 张浩 ， 谭克勤，朱守云现场总线与工业以太网络应用技术手册 M上海：上海科学技术出版社， 2002 12 马忠梅，徐英慧，叶勇建 ， 等 M北京：航空航天大学出版社， 2003 13 左健民液压与气动传动 M北京：机械工业出版社 ， 1992 14 程东等上海金属 J 1992(2)： 49 15 程武 型飞锯机 J焊管， 1993(6) 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）： 设计中需注意的问题 1）锯切小车与定尺小车之间要刚性联接且稳定，一般多采用 50管制作。 2）锯切小规格钢管时因钢管刚性差，易弯曲，从而影响定尺精度，需要 增加防弯压辊。 3）气压源压力要稳定可靠，才能准确、协调完成飞锯机的各项动作，保证定尺精度的准确和生产的连续。 4）在夹紧、锯切到松夹的过程中，飞锯小车的行走速度应与焊管轧制速度基本同步。 5）锯切精度要满足焊管产品标准要求。 6）由于飞锯是生产线上的一个重要环节，因此要求设备运行可靠， 否则一出故障将全线停产。 7）控制系统的关键问题是在小车与轧管速度同步的瞬间，如何使锯片与管端间的距离正好是定尺钢管的设定长度。 采用的手段 1 在学校图书馆查阅相关资料。 2 在工厂的实践毕业实习。 3 通过老师和工程师的指导 。 4 通过浏览因特网上的相关资料。 通过对相关资料和数据的理论计算和分析。 工作路线： 1) 设计准备 了解设计任务书，明确设计要求、工作条件、设计内容的步骤；通过查阅有关设计资料，参观实物征询操作人员的建议等，了解设计对象的性能、结构及工艺性；准备好设计需要资料、绘图工具；拟定设计计划等。 2) 草图设计 绘制装配草图；进行总体结构设计和部件设计。 3) 编写设计说明书 写明整个设计的主要计算和一些技术说明。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 指导教师意见 ： 1对“文献综述”的评语： 2对本课 题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测： 指导教师： 年 月 日 所在专业审查意见： 负责人： 年 月 日 本科毕业设计说明书（论文） 第 页 共 页 目 录 1 引言 1 气动式飞锯机的功用 1 定尺飞锯机的国内外现状 1 本设计的目的与意义 2 设备简介 2 设计中需注意的问题 2 2 气动式定尺飞锯机总体设计方案 4 气动式定尺飞锯机应实现的功能 4 气动式定尺飞锯机的总体方案制定 4 气动式定尺飞锯机的总体方案设计 5 3 气动式定尺飞锯机的设计计算 7 飞锯小车运动描述 7 确定飞锯小车各段运 动曲线 8 4 气动式定尺飞锯机结构方案设计 11 气动式定尺飞锯机的整体结构方案 11 导轨的设计
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