高档数控机床和成套成线设备的开发机械刀具-毕业论文

哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） - 1 - 第第 1 章章绪论绪论 1.11.1 课题研究课题研究现状现状, ,选题的选题的目的目的和意义和意义 我国目前高档数控机床和成套成线设备的开发、生产能力，在品种、质 量和数量上还不能适应市场需要。拿汽车工业、航空航天工业来说，目前急 需的高档数控机床设备有：高速加工中心、多轴联动加工中心、双主轴车削 中心和车铣中心、精密磨床和复合磨床、精密电加工机床、精密大型龙头镗 铣床和精密落地镗铣床、高效数控专机等，而这些设备国内企业还不能很好 满足，产业化水平尚待提高。 随着我国制造业的发展，告诉简板机床的发展越来越成为机械制造行业 中的中流砥柱，通用型高性能简板机，广泛适用于航空、汽车、农机、电机、 电器、仪器仪表、医疗器械、家电、五金等行业。 通过对算选课题的全面研究及所给参数的分析确定告诉剪板机的整体方 案，并进行主轴组件的设计计算和主轴箱的整体结构安排，最终完成高速剪 板机的设计从而全面培养学生综合运用所学的基础理论，分析解决实际问题 的能力；为以后更好的走向工作岗位打下坚实的基础。 我国机床产量居世界第四，但高档数控机床仍主要靠进口。专家指出， 要使我国机床水平得到整体提升，就要加大数控机床的研发力度。近年来， 我国数控机床一直保持两位数增长。去年产值达260亿元，产。但与发达国家 相比，我国机床数控化率还不高，目前生产产值数控化率还不到30%；消费值 数控化率还不到50%，而发达国家大多在70%左右。拿金切机床来说，我国去 年产量为23万台，其中数控机床只有2.4万台，仅为产量的1/10强。高档次的 数控机床及配套部件只能靠进口。 信息产业是我国增长最快的先导产业，必将为我国机床业发展提供有力 支持。以新材料、新能源、自动化等为特征的高新技术产业也将成为我国经 济发展的新亮点，其发展需要大量高精、复合、智能、多轴控制、自动化高 档机床。国家许多重点项目引发的机床需求也颇为可观。传统产业技术改造 的步伐加快，制造装备水平和数控化程度的要求越来越高。 专家指出， 以我国目前高档数控机床和成套成线设备的开发、 生产能力， 在品种、质量和数量上还不能适应市场需要。拿汽车工业、航空航天工业来 说，目前急需的高档数控机床设备有：高速加工中心、多轴联动加工中心、 双主轴车削中心和车铣中心、精密磨床和复合磨床、精密电加工机床、精密 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） - 2 - 大型龙头镗铣床和精密落地镗铣床、高效数控专机等，而这些设备国内企业 还不能很好满足，产业化水平尚待提高。 所以从整体上提高我国机床水平刻不容缓。当前需要特别注意的是，必 须快速提高数控机床产品的自主开发、制造能力。为此，要建立有效的数控 技术开发中心，加强对重点工艺的研究、试验，形成成套开发能力；同时， 通过国际合作生产、合资经营，实现主流产品生产的高起点、成量、专业化。 提升机床质量，必须建立新型的机床企业发展模式。业内人士认为，机 床企业要“收缩阵线” ，精化主业，掌握关键件、关键工序的核心技术。一 般的零件加工可以充分实施国际化采购。同时，要加强企业发展战略联盟， 为了更快得到最新技术，企业可直接与国内外科研院所“联姻” 。 相对数控机床主机来说，我国功能部件生产企业的发展更显滞后。但功 能部件不仅决定着机床的整机性能， 还占到整机成本的60%左右， 其发展状况 直接关系到机床的竞争力水平。目前，我国的功能部件生产企业规模普遍较 小，布局分散，有些还依附于主机厂或研究所。理顺功能部件生产企业的体 制，做大做强一批功能部件生产企业，已迫在眉睫。 在很大程度上取决于数控系统的性能和水平，而数控系统的发展及其技 术基础离不开微电子技术和计算机技术。随着计算机及其软硬件技术的飞速 发展，数控系统的硬件平台趋于一致化，而控制系统软件的竞争日益加剧。 我国的数控系统经过“六五”期间的引进， “七五”期间的数控系统开发， “八 五”期间的数控应用技术研究以及“九五”期间的主数控系统软件开发应用， 已逐步形成了以航天数控、蓝天数控、华中数控和中华数控为主的数控系统 产业。 1.21.2 国内外在该方向的研究现状及分析国内外在该方向的研究现状及分析 随着渗透和交叉融合，推动了先进冲压成形技术的形成和发展。近十多 年来，随着对发展先进制造技术的重要性获得前所未有的共识，冲压成型技 术无论在深度和广度上都取得了前所未有的进展， 其特征是与高新技术结合， 在方法和体系上发生很大变化。计算机技术、信息技术、现代测控技术。 在汽车、航空航天、电子和家用电器领域，需要大量的金属板壳零件， 特别是随着电子业的发展，小型电子零件的需求日趋高涨，促进了高精度、 高效率的高速剪板机的发展。目前日本已成为高速剪板机技术的领军，在 100KN压力、8mm冲程下，滑块速度可达4000次/min。我国金丰、江苏扬锻、 高将精机、江苏扬力、徐锻和西安通力等公司都有高速剪板机产品。2004年 已开发出了速度达1200次/min的SH-25开式高速精密剪板机。其他还有VH形 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） - 3 - 式、JF75G闭式系列高速剪板机。这些剪板机广泛应用于电子和微电子行业， 全面提高了行业技术装备水平，替代了大量的进口机床。 近年来，我国数控机床的产量持续增长，数控化率也显著提高。另一方 面我国数控产品的技术水平和质量也不断提高。目前我国一部分普及型数控 机床的生产已经形成一定规模，产品技术性能指标较为成熟，价格合理，在 国际市场上具有一定的竞争力。我国数控机床行业所掌握的五轴联动数控技 术较成熟，并已有成熟商品走向市场。 我国数控机床行业近年来大力推广应用CAD等信息技术， 很多企业已开始 和计划实施应用ERP、MRP和电子商务。如，济南第二机床集团有限公司的 CAD普及率达100%，是国家级“CAD示范企业” ，企业的MRP系统应用也非常 成功，现代化管理水平较高。但是和发达国家相比，我国数控机床行业在信 息化技术应用上仍然存在很多不足。 一、信息化技术基础薄弱，对国外技术依存度高。我国数控机床行业总 体的技术开发能力和技术基础薄弱，信息化技术应用程度不高。行业现有的 信息化技术来源主要依靠引进国外技术，对国外技术的依存度较高，对引进 技术的消化仍停留在掌握已有技术和提高国产化率上，没有上升到形成产品 自主开发能力和技术创新能力的高度。具有高精、高速、高效、复合功能、 多轴联动等特点的高性能数控机床基本上还得依赖进口。 二、 产品成熟度较低， 可行性不高。 国外数控系统平均无故障时间在10000 小时以上， 国内自主开发的数控系统仅3000-5000小时； 整机平均无故障工作 时间国外达800小时以上，国内最好只有300小时。 三、创新能力低，市场竞争力不强。我国生产数控机床的企业虽达百余 家，但大多数未能形成规模生产，信息化技术利用不足，创新能力低，制造 成本高，产品市场竞争能力不强。 高速度、高精度化。速度和精度是数控机床的两个重要指标，它直接关 系到加工效率和产品质量。目前，我国生产的第六代数控机床系统均采用位 数、频率更高的处理器，以提高系统的基本运算速度，使得高速运算、模块 化及多轴成组控制系统成为可能。 发展可靠性最大化。数控机床的可靠性一直是用户最关心的主要指标。 新一代的数控系统将采用更高集成度的电路芯片，利用大规模或超大规模的 专用及混合式集成电路，减少元器件的数量，从而提高可靠性。同时通过自 动运行诊断、在线诊断、离线诊断等多种诊断程序，实现对系统内硬件、软 件和各种外部设备进行故障诊断和报警。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） - 4 - 第第2 2章章剪板机的结构设计与校核计算剪板机的结构设计与校核计算 2.12.1 总体技术参数的确定总体技术参数的确定 本机器用于剪切厚度为0.8-6mm，最大宽度为2000mm，最大长度为800mm 的钢板。 被剪钢板（Q235）强度以 2 /450mmN为准，如需剪切其他强度的板料时， 可相应的改变被剪板料的厚度。 2.22.2 总体结构的确定总体结构的确定 本设计的剪板机正面看呈龙门式， 侧面看呈C字形， 主要如图2.1.01 构， 为了节省材料横梁和侧板等支撑结构均采用空心钢板焊接结构。 图2-1-1 总体结构图 2.2.12.2.1 主要技术要求主要技术要求 1.有足够的强度，能长期承受最高工作压力及短期动态试验压力而不会 产生永久变形。 2.有足够的刚度，能承受油缸的作用力，不至于产生弯曲。 3. 焊接结构的焊接处不应产生裂纹或有过大的变形。 2.2.22.2.2 侧板的校核计算侧板的校核计算 侧板是缸体的固定部分它承受着主要动力，是本设计的主要受力部分， 它的计算是否满足要求至关重要，涉及到精度、材料力学的性能。为了节省 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） - 5 - 材料本设计的结构多数采用空心焊板结构具体如图2-1-2 图2-1-2 侧板受力主要为来自剪切时的剪切力，其主要计算公式为 A F 公式（2-2-1） 式中一一工作时最大剪切应力 F一一工作时最大工作压力 500KN A一一受的剪切面积 ( 2 mm) 一一剪切极限应力， 取 =300MPa MPa m N A F 6 .16 03. 0 500000 2 满足要求 由于最危险的截面在喉口，所以在喉口处加厚一肋板结构如图所示 图2-1-3 肋板的固定 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） - 6 - 2.2.32.2.3 横梁的设计计算横梁的设计计算 横梁主要是用于支撑油缸的耳环、支撑油箱和电机和泵等液压系统元件 和连接侧板的，起主要计算涉及到剪切计算和挠度的计算。 剪切的计算在前面已经计算过在此不祥述了。 这里主要进行挠度的计算。 其挠度主要由两部分合成计算公式如下 21 公式（2-2-2） EI Gl 48 3 1 公式（2-2-3） EI al 384 5 4 2 公式（2-2-4） 式中：总挠度之和 1 ：横梁内的元件重力产生的挠度 2 ：横梁自重产生的挠度 q：横梁重力产生的均布载荷 E：弹性模量，去E=210GPa G：横梁内的元件重力 l：横梁的长度 I：惯性矩，矩形的惯性矩为 12 3 hb I 公式 （2-2-5） 式中 h：矩形的高 b：矩形的宽 m EI Gl 00013. 0 48 3 1 m EI ql 00008. 0 384 5 4 2 mmm021. 000021. 0 21 挠度为 0.021mm 对工作没有大的影响，满足挠度要求。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） - 7 - 2.32.3 上刀架的设计计算上刀架的设计计算 上刀架是直接的受力体，所以对上刀架的要求很严格的，即要满足力学 性能要求，还要满足受挠度的影响。而且还和精度有很大的联系。所以上刀 架应满足下面的要求。 2.3.12.3.1 上刀架的主要技术要求上刀架的主要技术要求 1. 有足够的强度， 能长期承受最高工作压力及短期动态试验压力而不会 产生永久变形 2. 有足够的挠度， 能承受或缓解两个油缸的不均衡作用力，不至于产生 弯曲甚至扭断上刀架。 3. 有足够的精度，上刀架是安装上刀片的装置，上刀的安装是确定精 度的一个重要部件，所以上到因该有足够的精度才能满足要求。 2.3.22.3.2 上刀架的受力计算和校核上刀架的受力计算和校核 上刀架的主要力源是来自液压缸和切削工件时带来的剪切力。起计算公 式为 A F 公式 （2-3-1） 式中一一工作时最大剪切应力 F 工作时最大工作压力 500KN A 受的剪切面积 ( 2 m) 一一剪切极限应力，取MPa300 MPa A F 06. 2 力学强度满足要求。 2.3.32.3.3 上刀架的挠度校核上刀架的挠度校核 由于采用的是两个油缸，所以两个油缸产生的压力不可避免的产生偏差 这个偏差的比值称为不均衡系数，在这个过程中上刀架产生了挠度。 其挠度主要由两部分合成计算公式如下 21 公式（2-3-2） 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） - 8 - EI Gl 48 3 1 公式（2-3-3） EI al 384 5 4 2 公式（2-3-4） 式中：总挠度之和 1 一一横梁内的元件重力产生的挠度 2 一一横梁自重产生的挠度 12 3 hb I 公式（2-2-5） 式中 h 一一矩形的高 b 一一矩形的宽 m EI Gl 000043. 0 48 3 1 m EI ql 000094. 0 384 5 4 2 000137. 0000094. 0000043. 0 21 满足要求。 2.42.4 进给系统设计与计算进给系统设计与计算 2.42.4 .1.1 主传动系统功用及设计要求主传动系统功用及设计要求 该剪板机机床主传动系统是实现机床主进给的传动系统,属于外联系传 动链,其功用是:将一定的动力由动力源传递给后挡料能够方便地实现运动的 开停、换向和制动。 设计要求： 1. 主传动的有关结构，特别是主轴组件要有足够的精度、抗振性、温升 和噪声要小，传动效率要高，以满足机床的工作性能要求。 2. 操纵灵活可靠，调整维修方便，润滑密封良好，以满足机床的使用 要求。 3. 结构简单紧凑，工艺性好，成本低，以满足经济性要求。 2.4.22.4.2 主传动系统方案的确定主传动系统方案的确定 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） - 9 - 传动方式的选择 图3 . 2 - 1 导轨和工作台侧视图 在工作台和底座之间有长2100m m,宽1400 mm， 高750mm 的长方体空间。 考虑到安装空间的限制和传动平稳性的要求。可以在蜗轮蜗杆和丝杠螺母两 种传动方式中选择。 现将两种传动方式的特点作以对比： A 蜗轮蜗杆传动特点： （1）传动比小，可以代替几对减速齿轮。 （2）运转平稳，噪声小。 （3）机械效率低。 （4）制造困难，要用专门的蜗轮滚刀。 B 螺旋传动 (1) 滑动螺旋； 摩擦阻力大，传动效率低； 结构简单，易于自锁； 运转平稳； 定位精度和轴向精度较差； 磨损快。 （2）滚动螺旋： 摩擦阻力小,传动效率高； 结构复杂，制造困难； 具有传动可逆性 （可将转动变成直线运动， 又可将直线运动变为转动） 为了避免螺旋副受载后逆转，必须设置防逆转机构； 运转平稳，低速不爬行； 工作寿命长，不易发生故障； 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） - 10 - 抗 冲 击 性 能 较 差。 本设计中的主传动系统要求运动平稳，结构简单。因此选择滑动螺旋副 进行传动。 (1)尺寸 螺旋中径 d2=42mm 螺旋小径 d1=35mm 螺旋大径 d=48mm 旋向 右旋 螺纹 30度梯形螺纹 (2)材料为45号钢。 2.4.32.4.3 螺母的选择与计算螺母的选择与计算 (1)材料 7级或7级以上精度丝杠的螺母常用锡青铜。 8级或8级以下精度丝杠的螺母常用耐磨铸铁。 对于本机床,由于是精确传动,要求7级精度，选择材料为45号钢。 (2)结构尺寸 确定了螺母的具体结构和尺寸如下: 该螺母 长 120mm 宽 80 mm 高 105mm 2.4.42.4.4 丝杠的校核与计算丝杠的校核与计算 丝杠的工作载荷主要是扭矩,拉力和压力。 为控制齿面压强,必须对丝杠进行耐磨性计算;为保证丝杠传动精度要进 行刚度计算;由于丝杠的长径比较大,应进行压杆稳定性计算。 具体较核步骤: (1)丝杠受力分析 工作台和底座重量的计算 挡料板共9个，它们都是大小相同。 设下工作台的体积是 1 V，挡料板的体积为 2 V，则整体体积V，工作台宽 120mm，高90mm，长2010mm。底座高95mm,宽800mm,长2240mm，壁厚15mm。上 挡料高95mm，宽90mm,长120mm。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） - 11 - 2 1 2718cm201090120V 2 2 10261209095cmV 2 21 374410262718cmVVV公式 （2-4-1） Vm公式 （2-4-2） 3 /8 . 7cmg kgm2 .298 . 73744 丝杠牵引力 对于燕尾型导轨,滑动导轨进给牵引力的计算公式为: Q=kPx+f(Pz+G)公式 （2-4-3） 式中 G一一移动部件的重量 Px一一沿进给方向的分力 Pz一一竖直方向上的分力 F一一当量摩擦系数 K一一考虑颠覆力矩影响的系数 对Px=FH公式 （2-4-4） Pz=Fv公式 （2-4-5） 对于燕尾型导轨，取k=1.15，f=0.18 这里G应取工作台和底座重量的 二倍。则G=29.29.8=286.19N A 工进时牵引力 Q=kFH+f(Fv+G) =1.15436.008+0.18(1035.5+286.19)=1321.69N B 快进或快退时丝杠牵引力 此时,FVFV=0 FH=0 Q=Gf =0.18286.19=51.5N 螺旋副摩擦转矩 tan 21 dFT )(V公式 （2-4-6） 式中T1-螺旋副摩擦转矩 Nmm F一一作用于螺旋上的轴向力 N 2 d一一螺旋中径 mm 一一螺旋导程角 V一一当量摩擦角 S一一导程 mm 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） - 12 - -螺纹半角 F=5772.3992 d2=42mm=15oS=12mm 196. 54214. 3/12arctanarctan 2 d s 19. 55 . 7cos/09. 0arctan 2 cos arctan f V T1=5722.399242/2tan(5.2+5.19)=10402.49Nmm=10.4Nm (2)耐磨性计算 螺纹工作面上的平均压强 P=dhlkQT/（公式2.4.7） Q-丝杠最大牵引力 d-螺纹中径 h-螺纹工作面高度,等于螺纹高度减去螺纹顶隙 T-丝杠螺纹的导程 k-螺纹头数 L-螺母的长度 Q=51.5N T=12mm d=4 8mm h=7mm L=50mm k=1 P=51.5/(3.142487501)=9762Pa 表 2-1许用压强p（MPa） 应 用 范 围 丝 杠 螺 母 材 料 钢 （ 不 淬 硬 ） 铸 铁 钢（ 不 淬 硬 ） 青 铜 钢（ 淬 硬 抛 光 ） 青 铜 精密 传 动 2 3 6 一般 传 动 5 11 15 由表可知P1632（MP）时b=1.4，d=54 尺寸R的确定dR =30(耳环不带轴套) 尺寸L的确定L=1.2,d=45 3.43.4 活塞杆的设计计算与校核活塞杆的设计计算与校核 1结构 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） - 19 - 端部结构： 活塞杆的端部包括内端部结构和外端部结构。 内端部结构 与活塞联接，外端部结构与负载结构件联接。本设计均采用螺纹联接。 由于活塞杆为螺纹联结，所以螺纹退刀槽处为活塞杆的危险截面，其拉 应力为 6 2 1 10 4 d KF 公式（3-4-1） 6 2 1 10 4 d KF 公式（3-4-2） 其切应力为 6 3 1 0 10 2 . 0 d FdK 公式 （3-4-3） 式中F 液压缸的输出拉力（N） NpdDF 522 1078. 3 4 p 系统工作压力（Pa） D 缸筒内径（m） d 活塞杆直径（m） K 螺纹拧紧系数，静载时取K=1.25-1.5 动载时，取2.5-4 螺纹摩擦因数，一般取=0.12 活塞杆的叙用应力（MPa）为 n s 公式（3-4-4） s 活塞杆材料的屈服强度MPa n 安全系数，取为n =3 其拉应力 MPa d KF 27.12310 4 6 2 1 其切应力为 MPa d FdK 85.31410 2 . 0 6 3 1 0 其合成压力为MPa n 01.5593 22 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） - 20 - 杆体结构 (1) 活塞杆的杆体有实心杆和空心杆两种， 本设计采用实心杆材料,实心 活塞杆一般取材料35，45钢，本设计采用活塞杆的材料是45钢。 (2)强度及稳定性计算 本设计属于短程活塞缸，主要演算拉压强度： 6 10 s s Fn d F 活塞缸的最大推力 N d 活塞杆直径 m s n 安全系数，42 s n s 活塞杆材料的屈服强度MPa m Fn d s s 0325. 0 10 2 6 我取活塞杆直径60mm，经验算满足条件。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） - 21 - 第第4 4章章电机的选择电机的选择 合理选用三相异步电机电机是比较复杂的问题，需要根据电机在整个系 统中的实际工作情况，经过分析后才能正确选择。对于异步电动机来说，其 故障形式主要分为绕组损坏和轴承损坏两方面。因此选择三相异步电动机主 要考虑他们两种方式。 造成绕组损坏的主要原因有： (1)由于电源电压太低使得电动机不能顺利启动，或者短时间内重复启 动，使得电动机因长时间的大启动电流而过热。 (2)长期受电、 热、 机械或化学作用,使绕组绝缘老化和损坏,形成相间或 对地短路。 (3)因机械故障造成电动机转子堵转。 (4)三相电源电压不平衡或波动太大，或者电动机断相运行。 (5)冷却系统故障或环境温度过高。 造成电动机轴承损坏的原因主要是机械负荷太大、润滑剂不合适，或者 恶劣的工作环境，如多尘、腐蚀性气体等给轴承带来的损坏。 由于电动机的微机保护主要通过测量电量(电流、电压以及开关状态等) 来监测电动机的运行状况，因此面对的主要是绕组故障。 电动机损耗增加，发热严重而损坏电机。 电动机长时间运行所能承担的恒定负载（即额定负载）受其本身发热量 的限制。电动机在工作运行时有铜损、铁损和机械损耗，这些损耗转变成热 能散失到周围空气中。由电动机损耗所产生的热量，在起初阶段中大部分使 电动机温度升高，而少部分散失到空气中，随着电动机温度升高，热量的分 配发生变化，小部分热量使电动机温度升高，大部分散失到空气中；最后在 恒定负载情况下，电动机温度达到了稳定值。 1.引起电动机铜损增加的原因。 电动机在下列情况下运行时将引起铜损的增加。 （1）电动机过载运行。电动机过载是电动机运行中经常出现的一种非正 常运行状态，长期过载或严重过载运行是电动机损坏的主要原因之一。电动 机过载运行由以下几中原因造成：负荷增加；机械设备故障或尚未安装 好；电动机本身机械故障；电动机容量选择偏小；电动机修理时绕组 线径选择偏小；双机拖动负荷分配不均；电动机端电压过底造成电动机 电流过大。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） - 22 - （2）电动机断相运行。电动机断相运行是电动机运行当中经常出现的故 障之一，造成此种故障的原因有以下几种：由于熔丝选择或安装不当引起 一相熔丝熔断；电动机短路过载造成一相熔丝熔断；接触器或热继电器 触头闭合不好；供电线路或电动机内部导线机械折断或连接不良等。 （3）电动机空载电流太大。当电流电压过高、绕组接法错误（星形误接 成三角形） 、电动机修理时使气隙增加等造成空载电流太大，引起铜损增加。 （4）电动机的操作方式或工作方式不正确，如电动机频繁启动或点动、 负载的工作方式不一致（如短时或继续工作制电动机拖动连续工作方式负 载） 、电动机启动方式不合适或操作方法不合适等。 2.引起铁损增加的原因 电源电压过高、绕组接法错误，以及电动机在修理时定子绕组匝数不够引起 铁芯磁密度过高；电动机在修理过程中因工艺不当，损坏了铁芯片间的缘， 使涡流损耗增加、铁芯磁性下降等都引起铁损增加。 3.引起机械损耗增加的原因一般为电动机的机械故障， 如轴承内有异物； 轴承与轴、轴承与端盖配合过松或过紧；润滑脂过多或过少，油脂不良；电 动机定转子相摩擦，风扇叶与片罩相摩擦等。 （二）散热不良，电动机温度升高烧损电动机 电动机散热的主要途径是对流和辐射，而且在通风散热中以对流起主要 作用，散热能力与风速有直接关系。当电动机全部或部分被埋、风扇损坏或 风道被堵赛、水冷电动机水道部分全部堵塞以及环境温度过高等都将造成电 动机温度升高。 （三）电动机绝缘电阻降低，正常负载下电动机绕组烧损。 引起电动机绝缘电阻降低的原因有：电动机绕组内浸入油污或水，绕 组受潮；电动机长期过载运行，电动机使用期过长；电动机定子绕组缘 老化等。 热敏电阻的使用 我首先针对电动的的常见问题过载、短路等等能引起电动机温度升高的 等问题进行了对温度监控。电动机在工作的同时有铜损、铁损和机械损耗产 生，它们转变为热量，一部分通过机体散失到周围空气中，一部分积存在机 体加热电动机，使其温度上升。单位时间内加给电动机的热量，决定于电动 机的损耗。 针对这一点我在电动机的定子中安装了6枚AD590热敏电阻并通过多路模 拟开关时刻对6枚热敏电阻进行导通，从而达到时刻对电动机的温度进行检 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） - 23 - 测，一旦温度升高超过了预先设定的温度并达到一定时间，那么这时候温度 传感器通过多路模拟开关传送到运算放大器经过运算放大器对模拟信号进行 放大， 之后传送到A/D转换器进行数模转换， 最后传送到单片机进行数据运算 和判断是否符合断路要求， 一旦符合要求单片机通过输出高电平控制SCR （固 态继电器）关段，来达到对外围继电器的控制。 对于电动机的保护 1 启动阶段： 电动机在启动阶段通常持续有几十秒几分钟的起动过电流，该电流随 着电动机正常工作后逐渐恢复到正常值，即是说，正常起动时，电动机电流 经电流互感器,V/F电路,单片机转换后获得的电流I会在约定时间内逐步减小 到整定窗口（I+、I-）内，单片机程序设计时，延时程序可确保在约定启动 时间内保护器不会因起动电流大而误动作。 若电动机起动后，电动机堵转或缺相（缺A或缺B） ，过电流不会在约定 时间内恢复到正常值。以YB系列2.2kW电动机为例，额定电流6A，缺相起动电 流11A，空载电流为3A，设定I+=10A、I=4A。起动后，约2030s后，电流I 若仍超过I+， 单片机系统经程序判定后， 通过I/O输出高电平， 固态继电器SCR 关断，主控制回路交流接触器线圈失电,系统停车。若缺C相，因电流I为0， 低于电流整定下界I-， 单片机系统立即判断出电机缺相起动， I/O口输出高电 平，SCR截止，系统立即停车。 2 工作阶段： 在电动机正常工作时，电机电流为正常值，则保护器检测电路获得的电 流I在整定窗口（I+、I-)内，单片机I/O口输出低电平，SCR导通，电机正常 工作。若偶然因素造成电机缺相（缺A或缺B相）或过载，电机电流上升，在 2030s后，I超过上边界I+而使SCR截止，系统停车。缺C相时，则电流I立即 降至下边界I-之下，系统立即停车。 3 空载节能保护： 电动机空载时，电流低于正常值，电流I降至窗口比较电路的下边界电 平I-之下，系统停车。需要说明的是，空载节能保护并非所有应用场合必备 功能，可通过合理整定下边界电平I-低于电机实际空载电流而对此项功能予 以取舍。 4 此外还要有漏电保护等注意事项。 现仅就三相异步电机电机最基本的原则介绍如下： （1）距角步距角应满足： min 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） - 24 - 式中i传动比 min 系统对三相异步电机所驱动部件的最小转角 （2） 精度 三相异步电机的精度可用步距误差或积累误差衡量。 积累误差 是指转子从任意位置开始，经过任意步后，转子的实际转角与理论转角之差 的最大值，用积累误差衡量精度比较实用。所选用的三相异步电机应满足 iQ 式中 m 步进电机的积累误差 s 系统对三相异步电机驱动部分允许的角度误差 （3）转矩 为了使三相异步电机正常运行（不失步，不越步） ，正常启动 并满足对转速的要求，必须考虑：启动转距一般启动力矩选取为： 5 . 03 . 0/ MlMq 式中Mq电动机启动力矩 Mq电动机静负载力矩 根据三相异步电机的相数和拍数，选取启动力矩。 在要求的运行频率内，电动机力矩应大于电动机的静载力矩与电动机转 动惯量（包括负载的转动惯量）引起的惯性矩之和。 （4） 启动频率 由于三相异步电机的启动频率随着负载力矩和转动惯量的 增大而降低，因此相应负载力矩和转动惯量的极限启动频率应满足： m t fopf 式中 t f极限启动频率 mfop要求三相异步电机最高启动频率 根据曹宏主编机床设计手册选择功率为KW5 .18，转速为min/3000r 型号为2160 LY的Y系列三相异步电动机。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） - 25 - 第第5 5章章 经济预算经济预算 预算可以确定设计。 如在机械设计在中，经费预算是非常必要的，根据经济预算可以确定设 计所需的大致费用，确切的经济预算能够减少不必要的费用甚至浪费。根据 经济预算的结果可以考虑该产品是否内容能够走向市场，营取利润。具体的 费用如下： 1. 调研差旅费 0.2万元 2. 实验材料费 0.4万元 3. 资料费 0.5万元 4. 实验费 0.6万元 5. 仪器费 1.2万元 6. 协作费 0.5万元 7. 管理费 0.2万元 8. 其他 0.2万元 9. 材料费 3.5万元 10. 液压器件费 2.5万元 总计金额 9.1万元 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） - 26 - 结论结论 通过在这次毕业设计我复习了以前学习中的主要知识点，并对机械 设计有了更深一层的掌握。在设计中经常遇到问题苦难，但是在老师们 的指导和同学的帮助，克服了这些苦难。由此也总结了许多学习和设计 中得经验，会对以后生活与工作有很多帮助。 本文的主要工作总结如下 1.介绍了目前国内外木工机械的发展状况及发展趋势。 2.对剪板机的机构进行了设计，尤其对其主要零件如刀架、电机、 液压系统等进行了相关计算与校核。 此次毕业设计是我们从大学毕业生走向未来工程师重要的一步。从最初 的选题，开题到计算、绘图直到完成设计。其间，查找资料，老师指导，与 同学交流，反复修改图纸，每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实。 但是毕业设计也暴露出自己专业基础的很多不足之处。比如缺乏综合应 用专业知识的能力，对材料的不了解，等等。设计中一定存在不少问题，请 老师和同学批评指正。通过这次实践，锻炼了工程设计实践能力，培养了自 己独立设计能力。此次毕业设计是对我专业知识和专业基础知识一次实际检 验和巩固，同时也是走向工作岗位前的一次热身。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） - 27 - 致谢致谢 首先要感谢的是我的指导老师敖宏瑞老师，没有他的及时督促和悉 心指导，设计不可能顺利完成。无论在毕业设计中遇到什么样的问题敖 老师都会耐心地给我讲解和指导。不仅在设计知识方面，在做人做事方 面，老师教导我们要具有踏实、严谨的精神，具有高尚的思想道德品质。 所以，在这里我向敖老师致以我最真挚的谢意。 同时感谢同窗学友们的全力帮助。感谢学校在四年中对我的培养， 感谢四年中辛苦栽培我的所有老师，感谢无私帮助我的所有同学， 最后祝各位老师和同学身体健康，工作学习事事顺心！ 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） - 28 - 参考文献参考文献 1. 戴世杰,李铁军,李概,师战群,岳宏 .一种多功能液压折弯机 .河 北工业大学机器人及自动化研究所,2000.09. 2. 王懋瑶. 液压传动与控制:天津大学出版社,1987.1. 3. 邓彬,熊约.剪板机的PLC .控制系统:湖南理工大学出版社m2006.03. 4. 李成全,彭贵生.BJ1113.齿形剪板机的应用.河南省木工机械有限公 司,2003.05. 5. 余志合,李庆煜,剪板 机液压压料装置的改造 .宜昌学院工学 院,2004.12. 6. 孔顺富,中板斜刃剪板机的改造方案及实施效果.马鞍山钢铁股份有 限公司,2004.11. 7. 郭健.剪板机方键离合器常见故障原因分析与改进方式:矿山机械出 版社,2003.01. 8. 陈尚贵.两种剪板机液压系统的性能比较.广船国际南海机电分公 司,2003.05. 9. 朱蔚,菜城.开卷线液压剪板机的设计要点.江苏亚威赛力玛锻压机械 有限公司,2005.05. 10. 张耀,赵光宙,徐宵风.剪板机的数控系统设计.浙江机电技术学 院 ,2001.09. 11. 李国仪,成涛,亚萍,卜魏,满志英.剪板机剪切能力的对数图算法:内 蒙古工业大学工学院,2002.12. 12. 陈其卫 张亚彬 张忠绣 螺旋焊管机组剪板机压脚结构的改进华北 石油钢管有先公司 2004.09 13. 李英卓,王毅坚,张欣宇,关金鬼,何森.PLC在液压剪板机的应用.吉 林化工学院,吉化建筑公司,2004.06. 14. 周横,陈玲,胡建民.摆式剪板机刀架设计济南二机床集团公司 2004.01. 15. 黎启博.液压元件手册:冶金工业出版社,机械工业出版社. 16. 孙恒,陈作模.机械原理:高等教育出版社. 17. 曹宏.机床设计手册:辽宁科学技术出版社. 18. 上海纺织工学院，哈尔滨工业大学，天津大学，机床设计图册，上 海科学技术出版社. 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） - 29 - 19. 徐颖.机械设计手册（第3 册）:机械工业出版社,2000.01. 20. 成大先.机械设计图册:化学工业出版社,2003.01. 21. 徐颖,机械设计手册（第2 册）:机械工业出版社,2000.01. 22. 徐颖,机械设计手册（第5 册）:机械工业出版社,2000.01. 23. K.Yim et al, A Real-Time Reconfigurable Entrance Control System,IEEE,TransactionsonConsumerElectronics,Vo1.42,No.2,May,1996, pp.244-251. 24.Ditzhuijzen,A Combinationof PhysicalModeling Control Problemand Practical.A daption,IEEE,TransactionsonAutomatic Control, Vo1.38,No.7, July 1993, pp.1060-1065. 25. Senetal, Microprocessor Control of an Induction Motor with FluxRegulation,IEEETransactions,ElectronicsandControlInstrumentati on,Vol. IECI-28, No.l，February, 1981，pp.17-23. 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） - 30 - 附录附录1 1 专题设计：专题设计： 剪板机液压系统的设计剪板机液压系统的设计 图 1 剪板机液压系统图 液压元件选择: 我们将介绍一下在系统图中所选用的一些液压元件 （1）液压泵：液压泵的选择主要根据系统的工况来选择液压泵。泵的主 要参数有压力、流量、转速、效率。为了保证系统正常运转和泵的使用寿命， 一般在固定设备系统中，正常工作压力为泵的额定压力的80%左右；要求工 作可靠性较高的系统或运动的设备，系统工作压力为泵的额定压力的60%左 右。泵的流量要大于系统工作的最大流量。为了延长泵的寿命，泵最高压力 与最高转速不宜同时使用。 由表4-1可以看出液压缸的最高工作压力出现在带负载冲击阶段，p =18.22MPa。估取进油路压力损失为p=0.5MPa。则泵的最高工作压力为 MPapp75.185 . 022.18 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） - 31 - min/288.13408.1221 . 1Lqp 所以应首选柱塞泵，查机械设计手册软件版R2.0根据所需的压力与 流量选择由天津高压泵阀厂生产的斜盘式轴向柱塞泵型号为250MCY141B。 此泵为定量泵，排量为250ml/r，额定压力为32Mpa，最大转速为1000r/min。 经计算泵的流量和额定压力均满足设计要求。 由表4-1可知，最大功率出现在带负载冲击阶段，由此时的液压缸工作 压力和流量可算出此时液压泵的最大理论功率。 KWWqpP ppt 5179. 29 .2517288.13475.18 取泵的总效率为p=0.85，则液压泵的实际功率，即所需电动机功率为 KWPP ptp 9622. 2/ 查机械设计手册表22-1-28选用规格相近的Y132M1-6型三相异步电 机，其额定功率为4.0KW，额定转速为960r/min。 按所选电动机的转速和液压泵的排量，液压泵的最大理论流量为 min/240min/240000250960lmlnvqt 大于计算所需流量134L/min，满足使用要求。 （2）滤油器：当工作介质被各种杂质污染时，液压元件和系统的可靠性 将下降，寿命缩短。并造成液压滑阀阀芯的卡死，以及节留缝隙和其他小截 面油道的堵塞等事故。另外，悬浮在工作油液中的污染微粒对一些具有分配 窗口作用的刃边起磨料作用，从而使遮盖度逐渐减少，造成操作失灵。油液 的污染还促使液压本身的恶化变质。所以，保持工作介质的清洁度是很重要 的。 滤油器在液压系统中，就是滤除外部混入的或系统运转中内部产生在液 压油中的固体杂质，使液压油保持清洁，延长液压元件使用寿命，保持液压 系统的工作可靠性。一般认为75%以上的液压系统故障是由于液压油的污染 所造成的。因此，过滤器对液压系统来说是不可缺少的重要组成部分。 过滤是从液压油中分离非溶性的固体威力的过程。它是在压力差的作用 下，迫使液压油通过多孔介质（过滤介质） ，液压油中的固体微粒被截留在过 滤介质上，从而达到从液压油中分离固体微粒的目的。 由于滤油器装在液压泵的吸油管路上，为了保护液压泵，要求通油能力 大（为油泵流量的两倍以上） ，阻力小（不超过0.01Mpa0.02Mpa） 。高压工 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） - 32 - 况下一般多用精滤油器。 因此查 机械设计手册 第四版第四卷表17-8-132 选 择纸质过滤器型号为ZUH400X20FS，额定压力为32Mpa，过滤精度为20 m,流量为 400L/min。 （3）油箱：油箱在系统中的功能，主要是储油和散热，也起着分离油液 中的气体及沉淀污物的作用。因此，在设计时应考虑： 1）油箱必须有足够大的容积，以满足散热要求，停车时能容纳液压系统 的所有油液，而工作时又保证适当的油位要求。 2）为保持油液清洁，吸、排油口应该放置过滤器，安装位置便于拆卸和 清洗。油箱应有密封的顶盖，顶盖上应设有带滤油网的注油口，带空气过滤 器的通气口。有时通气口和注油口可以通用。 3） 吸油口及回油管应插入最底油面以下， 以防吸油管吸空和回油冲溅产 生气泡。管口一般与箱底、箱壁的距离不小于管径的3倍。吸、回油口须斜切 45并面向箱壁，这样增大了回油和吸油截面，可有效的防止回油冲击油箱 底部的沉淀物， 4）吸、 回油口距离应该尽量远一些， 中间设置隔板， 将吸、 回油口隔开， 以增加油的循环时间和距离，增大散热效果。并使油中的气泡和杂质有较长 时间的分离和沉淀，隔板的高度约为油面高度的2/3，另外还根据需要在隔板 上按装过滤网。 5）为便于放油，箱底应倾斜，在最底处，装设放油塞或阀，以边放油和 污物能顺利地从放油口留出。 6）油箱的底部距离地面150mm以上。以便于散热、放油和搬移。为了 防锈、防凝水，油箱内部应涂耐油防锈涂料。 7）油箱壁上应该安装油面指示器以及油箱上安装温度计等。 8）为防止油泵吸空，提高油泵转速，可设计充压油箱。特别对于自吸 能力较差的油泵而又无设辅助泵时，用充压油箱能改善其自吸能力。一般充 压气压为70kPa。根据系统的具体条件，合理选用油箱的容积、形式和附件， 以使油箱充分挥作用。油箱容积按下式估算V = p q 式中；V油箱的有效容积； 与系统压力有关的经验数字；高压系统=1012 p q液压泵的额定流量 V=12240=2880L 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） - 33 - 根据机械设计手册表17-8-160选用AB40-02/3000油箱。 （4）单向阀：单向阀安装在液压泵的出口处以防止油液倒流。根据系统 工作压力、流量和压力损失来选择合适的单向阀。 主要性能要求： 1)正向最小开启压力,国产单向阀的开启压力有0.04MPa和0.4MPa，通过更换 弹簧，改变刚度k 来改变开启压力的大小。 2）反向密封性好。 3）正向留阻小。 4）动作灵敏。 应用：主要用于不允许液流反向的的场合 1）单独用于油泵出口，防止由于系统压力突升油液倒流而损坏油泵。 2）隔开油路不必要的联系。 3）配合蓄能器实现保压。 4）作为旁路与其