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金属切割机_外文翻译-陈东辉.doc

仿形数控切割系统的设计【优秀含5张CAD图纸+数控切割设备全套课程毕业设计】

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关键词：: 形数切割系统机械设计数控设备毕业设计仿形数控切割系统的设计数控切割设备全套课程毕业设计

资源描述：

仿形数控切割系统的设计【优秀含5张CAD图纸+数控切割设备全套课程毕业设计】

【带任务书+开题报告+中期检查表+文献综述+外文翻译】【21页@正文6900字】【详情如下】【需要咨询购买全套设计请加QQ1459919609】

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任务书

毕业设计（论文）题目仿行数控切割系统设计

毕业设计（论文）主要内容和要求：

仿形切割机是按照工件的形状制成样板,使割炬按照样板的形状轨迹运行而进行自动切割的一种高效切割工具,由于采用样板仿形,可以很方便地切割各种形状的工件,特别适用于批量生产各种不规则形状和内外同心的各种形状的工件。这种机器特别适宜于野外工作，同时也适宜于大、中、小型工厂使用。

请设计一款仿形切割机，主要指标如下：（1）切割厚度：8-60mm；（2）切割速度：50-750mm/min；（3）切割圆直径：600mm（CG2-150A型为直径1800mm）；（4）切割最大正方尺寸：500×500mm；（5）切割长方形尺寸：400×900mm，450×750mm；（6）切割直线长度：1200mm；（7）输入电压：AC220V/50Hz；（8）电动机:ZYT261/A5，DC110V24W,3600r/min.

设计该款仿行切割机机械传动部分，完成方案规划，设计计算，图纸绘制。

毕业设计（论文）主要参考资料：

[1] 徐铭，琚海，经济型数控雕刻机的控制系统研究[J]，制造技术与机床，2012（9）：74-81.

[2] 李绍林，低成本数控微雕机控制系统研究开发[D].济南：山东大学，2012

[3] 王金娥等，机电一体化课程设计指导书[M]，北京大学出版社，2012.

毕业设计（论文）应完成的主要工作：

1、了解本课题的研究意义，调研本课题国内外烟具情况及存在的问题；写出调研报告。

2、记性课题方案的规划和详细设计，完成全部设计。

3、撰写设计计算说明书，要求正文字数不少于5000字，且打印输出并装订、格式一律参照“中国地质大学毕业论文（设计）撰写规范”要求，提交毕业设计Word文档电子版并打印；

4、提交AutoCAD图纸电子版并打印图纸。

毕业设计（论文）进度安排：

序号毕业设计（论文）各阶段内容时间安排备注

1查阅资料，准备开题20141215——20150104

2总体方案的分析、比较、论证及确定20150215——20150315

3机械系统设计20150315——20150405

4数控系统设计20150405——20150425

5整理归纳，准备答辩20150425——20150510

摘要

随着科学技术的发展和专业化程度的提高，很多企业的产品产量越来越大。采用手动切割、半自动切割的常用切割方式不能很好地满足其生产要求。

数控仿形切割机的出现不但可以切割出多种多样形状不同的工件，而且切割起来相当方便，同时也能解决某些工件的产量大的问题，另一方面由于其轻巧而且移动方便，特适合野外作业。如今，该切割机广泛的用于各种工厂企业。

机械设计的目的就是从社会的需求出发；创造性的设计出具有特定功能的新机械或者改进原有机械的性能，以此来满足人们在生活和生产之中的需要。

通过本毕业课题设计，掌握机械设计的一般方法，培养完善的设计思路，锻炼分析问题、解决问题的能力，特别是掌握总体设计和零部件设计的的方法与技巧。机械的综合运用和机械原理的目的就是让我们在日常的生产生活中合理的分析和解决问题，做到实践是检验真理的唯一标准。进一步巩固自己所学到的知识。

关键词:仿形切割；设计；生产

ABSTRACT

With the development of science and technology and to improve the degree of specialization, many companies are increasing product yield. Manual cutting, cutting methods used semi-automatic cutting can not satisfy their production requirements.

CNC profile cutting machine appears not only can easily cut a variety of shapes of the workpiece, is more suitable for mass production, but also especially suitable for field work and for play, medium and small plants.

The purpose of the mechanical design is starting from the needs of the community; creative design of new machinery has a specific function or improve the mechanical properties of the original, in order to meet people's needs in life and production among.

Through this graduation design issues, the general method of mechanical design mastery, training perfect design ideas, exercise to analyze problems, problem-solving skills, especially methods and techniques to master the overall design and components designed for. Integrated use of mechanical design and principles and other relevant expertise to analyze and solve problems in life and work, so that theory with practice, to further consolidate their acquired knowledge.

Keywords: design； production； profile cutting

1绪论1

1.1 仿形切割机的概况1

1.2仿形切割机的特点与简介1

2仿形切割机设计参数的确定2

2.1总体方案的确定3

2.2.1机械传动部分的计算的选用与选型3

3仿形切割机各个设计计部分的算4

3.1 机架的选材及设计4

3.1.1 机架设计的准则4

3.1.2机架的分类4

3.1.3力的基本类型4

3.2机架的材料及制造方法6

3.2.1立柱的选择7

3.2.2轴的设计8

3.2.3精确的校核该轴的疲劳强度9

3.2.4轴的支撑座的设计10

3.2.5机臂结构的设计10

3.2.6对本设计的机臂进行强度校核12

3.3割炬12

3.3.1管道的设计13

4结论15

参考文献16

致谢17

1绪论

1.1 仿形切割机的概况

机械设计的任务是从社会生产的需求方面出发；创新设计的新机械有某些特定功能或改进了原有的机械设计，以此来满足人们在日常生活中逐步增大的生活和生产方面的需要；机械的功能取决于设计的机械的质量。机械的性能和成本也主要是在设计之初的阶段决定的；而该机械的出现，就是要实现制造它时所规定的质量。

本人的毕业设计的课程题目是仿型数控切割机系统设计，该仿形切割机是一种靠模版生产的半自动气割机器，从字面上来理解该切割机就和配钥匙的原理一样，并且对各种形状都能够做到很方便的切割。适用于批量生产,类似于CG2-150型切割机。

该仿形切割机机不仅体积较小，自身重量轻，而且切割范围大，尤其是适合在野外工作；它广泛地被大中小型工厂使用。

该切割机的最显著的特点是切割厚度大，切割方便在相同的工作量下与其他气割相比较如手动切割，能够缩短的工时将近手动切割时间的2倍，并且有效的克服了以前用气割来割不同工件时的切割面不光滑平整的现象，以此造成的材料浪费和尺寸误差大的问题，而且有时候会因氧气回火出现操作人员受伤的现象等弊端，给电气焊工方面带来了很大地方便。

1.2仿形切割机的特点与简介

??（1）调速系统：

??? a、能在规定的范围内均匀调整切割速度，且电动机的性能不会发生变化，能够很好的对切割速度进行控制而且控制平稳。

?? b、可以通过对电压的调姐直接控制电动机的转速，控制能的损耗很小。

c、电气系统部分的温度的提升对电动机影响很小，其寿命长，且方便维修。

d、由于其采用了集成电路控制器，在控制方面具有优越性。

??（2）割炬位于基臂下面，当基臂沿着样板移动时，割炬可以正确地割出与样板相同的割件。

??? a、机体小巧，而且重量轻，不仅移动方便而且其操作更简洁。

??? b、主轴固定在机座上，可以作为主臂的支点，因为设有平衡装置。可使在允许的切割幅度限度内任意移动且保持平衡状态。

??? c、采用滚动轴承作为机器的传动部分，可以使机器平稳的运转。

??? d、机座下部装有螺柱的固定套筒，可以固定机身并且移动机身的高度。

??（3）电动机与减速机构，电动机采用的直流伺服电动机为永磁型，采用三级减速器传动，传动的速度比为：1/175。

??（4）直径为10毫米永久磁铁磁滚轮。

参考文献

[1] 陈国定，吴立言等.机械设计第九版.北京：高等教育出版社，2013.

[2] 袁祖强.机械设计基础课程设计指导书.北京航空航天大学出版社.2013.

[3] 周伯英.工业机器人设计[M].北京:机械工业出版社,1995.

[4] 蔡自兴.机械人学的发展趋势和发展战略,机械人技术.北京:机械工业出版社,2001

[5] 王守城,容一鸣.液压与气动传动[M].北京:北京大学出版社,2008.

[6] 毛谦德,李振清.机械设计课程设计手册第三版[M].北京:机械工业出版社,2006.

[7] 刘鸿文.材料力学第四版[M].北京:高等教育出版社,2007.

[8] 张建明.机电一体化系统设计第三版[M].北京:高等教育出版社,2009.

[9] 濮良贵,纪名刚.机械设计第八版[M].北京:高等教育出版社,2006.

[10] 尹志强.系统设计课程设计指导书第一版[M].北京:机械工业出版社, 2008.

[11] 秦曾煌.电工学上册[M].北京:高等教育出版社,2006.

[12] 秦曾煌.电工学下册[M].北京:高等教育出版社,2006.

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内容简介：: 附表 3 毕业论文（设计）教师指导记录表毕业论文（设计）题目仿型数控切割系统设计学生姓名陈东辉系（部）工程技术系学生学号 05211523 专业班级机械设计制造及其自动化指导教师姓名杨运强职称教授主要指导内容：对主要要进行的工作进行指导，告诉我们该从哪些方面着手，可以参考的文献资料等。指导时间： 2015 年 1 月 23 日主要指导内容：对于仿形切割机主要传动方面结构进行讲解指导时间： 2015 年 2 月 19 日主要指导内容：对于该切割机的工作原理进行详解指导时间： 2015 年 3 月 8 日主要指导内容：对该切割机的机械手臂主轴等的工艺进行指导，并整体设计做出指导。指导时间： 2015 年 3 月 14 日注：此表由指导教师按毕业论文（设计）的主要工作阶段填写主要指导内容。系主任签字（盖章）： nts附表 2：长城学院本科毕业设计（论文）中期检查表系：工程技术系专业：机制检查日期： 2015/4/7 学生姓名陈东辉论文题目仿行数控切割机系统设计任务书已完成（），进行中（）参考文献 14 篇：其中外文文献 0 篇外文翻译已完成（），进行中（）；完成字数约： 1120 字（翻译成的汉字字数）开题报告已完成（），进行中（）；完成字数约： 1268 字正文已完成（），进行中（）；完成比比例： 55 % 已完成的任务目前已完成开题报告，任务书，外文翻译的撰写，通过对相关文献资料的收集整理，完成了部分设计说明书的撰写。待完成的任务对完成的设计说明书进行修改并撰写未完成的设计说明书，在指导教师的指导下完成说明书，并进行手工绘图。存在的问题说明书的部分工作数据不好查找，对部分结构比较模糊，一些零部件不好计算。采取的办法多查阅相关资料，多请教其他同学和老师，仔细修改完成的部分和一些细节错误，通过与其他同学讨论交流来解决问题。指导教师意见指导教师签名：注：按表中的要求填写，选项打钩（）； nts 中国地质大学（北京）长城学院本科毕业设计（论文）任务书学生姓名陈东辉班级机制五班专业机械设计制造及其自动化导师姓名杨运强职称教授单位中国地质大学（北京）工程学院毕业设计（论文）题目仿行数控切割系统设计毕业设计（论文）主要内容和要求：仿形切割机是按照工件的形状制成样板 ,使割炬按照样板的形状轨迹运行而进行自动切割的一种高效切割工具 ,由于采用样板仿形 ,可以很方便地切割各种形状的工件 ,特别适用于批量生产各种不规则形状和内外同心的各种形状的工件。这种机器特别适宜于野外工作，同时也适宜于大、中、小型工厂使用。请设计一款仿形切割机，主要指标如下：（ 1）切割厚度： 8-60mm；（ 2）切割速度：50-750mm/min；（ 3）切割圆直径： 600mm（ CG2-150A 型为直径 1800mm）；（ 4）切割最大正方尺寸： 500 500mm；（ 5）切割长方形尺寸： 400 900mm， 450 750mm；（ 6）切割直线长度：1200mm；（ 7）输入电压： AC220V/50Hz；（ 8）电动机 :ZYT261/A5， DC110V24W,3600r/min. 设计该款仿行切割机机械传动部分，完成方案规划，设计计算，图纸绘制。毕业设计（论文）主要参考资料： 1 徐铭，琚海，经济型数控雕刻机的控制系统研究 J，制造技术与机床， 2012（ 9）： 74-81. 2 李绍林，低成本数控微雕机控制系统研究开发 D.济南：山东大学， 2012 3 王金娥等，机电一体化课程设计指导书 M，北京大学出版社， 2012. 毕业设计（论文）应完成的主要工作： 1、了解本课题的研究意义，调研本课题国内外烟具情况及存在的问题；写出调研报告。 2、记性课题方案的规划和详细设计，完成全部设计。 3、撰写设计计算说明书，要求正文字数不少于 5000 字，且打印输出并装订、格式一律参照“中国地质大学毕业论文（设计）撰写规范”要求，提交毕业设计 Word 文档电子版并打印； 4、提交 AutoCAD 图纸电子版并打印图纸。 nts 毕业设计（论文）进度安排：序号毕业设计（论文）各阶段内容时间安排备注 1 查阅资料，准备开题 20141215 20150104 2 总体方案的分析、比较、论证及确定 20150215 20150315 3 机械系统设计 20150315 20150405 4 数控系统设计 20150405 20150425 5 整理归纳，准备答辩 20150425 20150510 课题信息：课题性质：设计论文课题来源：教学科研生产其它发出任务书日期：指导教师签名：年月日教研室意见：教研室主任签名：年月日学生签名： nts nts 中国地质大学长城学院毕业设计开题报告学生姓名陈东辉学号 05211523 专业班级机制 5 班指导教师杨运强职称教授单位中国地质大学（北京）课题性质设计论文课题来源科研教学生产其它毕业设计题目仿型数控切割系统设计一、研究目的及意义随着科学技术的发展和专业化程度的提高，很多企业的产品产量越来越大。采用手动切割、半自动切割的常用切割方式不能很好地满足其生产要求。数控仿形切割机的出现不但可以方便的切割各种形状的工件，更适合用于批量生产，同时也特别适用于与野外工作，适合打、中、小型工厂使用。通过本毕业课题设计，掌握机械设计的一般方法，培养完善的设计思路，锻炼分析问题、解决问题的能力，特别是掌握总体设计和零部件设计的的方法与技巧。综合运用机械设计与原理及其他有关的专业知识，去分析和解决生活工作中的问题，做到理论联系实际，进一步巩固自己所学到的知识。二、研究现状经过几十年的发展，数控切割机在切割能源和数控控制系统两方面取得了长足的发展，切割能源已由单一的火焰能源切割发展为目前的多种能源 (火焰、等离子、激光、高压水射流 )切割方式；数控切割机控制系统已由当初的简单功能、复杂编程和输入方式、自动化程度不高发展到具有功能完善、智能化、图形化、网络化的控制方式。数控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地效率、切割质量，减轻操作者地劳动强度。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。目前，我国机械工业钢材使用量已达到 3 亿吨以上，钢材的切割量非常大；随着现代机械工业的发展，对板材切割加工的工作效率和产品质量的要求也同时提高。因而数控切割机的市场潜力还是很大、市场前景比较乐观。 nts 三、研究内容 1 设计方案的拟定 2 电机的选择 3 基臂机架的设计 4 割据的设计四、研究方案 1 查阅并收集整理相关资料并确定设计任务书 2确定机器的工作原理合计数要求 3各传动机构的合理设计 4电机的正确选择 5受力分析与计算 6 机架的材料选择 7 格局的计算 8 五、整个设计具体时间安排 1 2015 年 1 月 -2015 年 1 月初确定毕业设计题目，查阅并收集资料 2. 2015 年 2 月初 -2015 年 2 月中旬调整资料，讨论设计方案，绘制结构草图等 3 2015 年 3 月中旬 -2015 年 4 月中旬设计阶段绘制零件图 4 2015 年 4 月中旬 -2015 年 5 月初编写设计说明书，请指导老师审查情况进行修改和完善 5 2015 年 5 月论文结题、答辩 nts 六、预期结果完成毕业设计，并满足设计要求，掌握仿形切割机设计的方法和步骤，并且掌握使用 CAD 绘图软件。七、参考文献 1 徐铭，琚海，经济型数控雕刻机的控制系统研究 J，制造技术与机床， 2012（ 9）：74-81. 2 李绍林，低成本数控微雕机控制系统研究开发 D.济南：山东大学， 2012 3 王金娥等，机电一体化课程设计指导书 M，北京大学出版社， 2012. nts 指导教师意见：指导教师签名：年月日教研室意见：审查结果：同意不同意教研室主任签名：年月日 nts中国地质大学长城学院本科毕业设计文献综述系别工程技术系学生姓名陈东辉专业机械设计制造及其自动化学号 05211523 指导教师杨运强职称教授 2015 年 4 月 20 日 nts自动切割机综述一、前言随着自动行业的发展，在生活生产中到处都出现了不同种类的自动化设备。在当今的工业领域中，板材管料切割是成品加工过程中最为重要的步骤。也是保证成品质量的重要工序。利用先进的现代切割技术，不但可以保证产品的质量，提高劳动生产率，同时也使得企业产品的制造成本大幅度下降，缩短了产品生产周期。随着新产品、新工艺、新技术的广泛运用。二、自动切割机的发展状况和发展趋势 1、 PLC 发展的潮流目前，国外 PLC 制造商不断推出新产品。西门子最初推出 S5 系列，然后推出 S7 系列；三菱开始是 F 系列， FX 系列，现在是 A 系列 (A1、 A2、 A2X)。大趋势是功能越来越多，集成度越来越高，网络功能越来越强。特别是网络，因为联网是一个大潮流。现在各种 PLC 都在发展自己的网络，一般从结构上有两种，一种在 PLC 模块上做了一个通信输出口，可以直接与计算机联接实现点对点通信（ RS232 联接）；另一种是通过多点联接（ RS485 联接），这适用于多层 PLC。这方面，西门子的产品具有代表性，它具有自己的 PROFIBUS 协议的网络标准，现在已经被世界上绝大多数国家接受，几乎已经成为国际标准，获得广泛的应用。目前网络是一个发展趋势。网络的控制中心一般有两台计算机，通过电缆与现场的 PLC 站相连，每个站就放在被控设备的附近，从设备到 PLC 站之间的电缆很短，从 PLC 站到控制中心只需一根电缆线，这样成本就大大降低了。 2、 PLC 的最新发展动态一是 PLC 网络化技术的发展，其中有两个趋势，一方面， PLC 网络系统已经不再是自成体系的封闭系统，而是迅速向开放式系统发展，各大品牌 PLC 除了形成自己各具特色的 PLC 网络系统，完成设备控制任务之外，还可以与上位计算机管理系统联网，实现信息交流，成为整个信息管理系统的一部分。另一方面，现场总线技术得到广泛的采用， PLC 与其他安装在现场的智能化设备，比如智能化仪表，传感器，智能型电磁阀，智能型驱动执行机构等，通过一根传输介质（比如双绞线，同轴电缆，光缆）连接起来，并按照同一通信规约互相传输信息，由此构成一个现场工业控制网络，这种网络与单纯的 PLC 远程网络相比，配置更灵活，扩容更方便，造价更低，性能价格比更好，也更具开放意义。具有高速计数、nts斜坡、交替输出及 16 位四则运算等能力，还具有可调电位器时间设定功能。 PLC已不再是早期那种只能进行开关量逻辑运算的产品了，而是具有越来越强的模拟量处理能力，以及其他过去只有在计算机上才能具有的高级处理能力，如浮点数运算， PID 调节，温度控制，精确定位，步进驱动，报表统计等。从这种意义上说， PLC 系统与 DCS（集散控制系统）的差别已经越来越小了。用 PLC 同样可以构成一个过程控制系统。数控切割机 (CNC Cutting Machine )就是用数字程序驱动切割机床运动，随着机床运动，切割机配带的切割工具对工件进行切割。这种机电一体化的切割机就称之为数控切割机。 3、数控切割机在切割加工中的地位在机械加工过程中，经常需要对板材进行切割操作，板材切割常用方式有手工切割、半自动切割机切割及数控切割机切割。手工切割灵活方便，但手工切割质量差、材料浪费大、尺寸误差大、后续加工工作量大，同时往往工作条件恶劣，生产效率低。半自动切割机中仿形切割机，切割工件的质量较好，由于其使用切割模具，不适合于单件、小批量和大工件切割。其它类型半自动切割机虽然降低了工人劳动强度，但其功能简单，只适合一些较规则形状的零件切割。数控切割机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切割质量、效率，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。随着现代机械工业的发展，对板材切割加工的工作效率和产品质量的要求也同时提高，因而数控切割机得到了快速的发展。 4、数控切割机的分类数控切割机从切割方式来分有以下几种：数控火焰切割机、数控等离子切割机、数控水下等离子切割机、类激光切割机（数控精细等离子切割机）、激光切割机等。数控火焰切割机：切割具有大厚度碳钢切割能力，切割费用较低，但存在切割变形大，切割精度不高，而且切割速度较低，切割预热时间、穿孔时间长，较难适应全自动化操作的需要。它的应用场合主要限于碳钢、大厚度板材切割，在中、薄碳钢板材切割上逐渐会被等离子切割代替。数控等离子切割机：等离子切割具有切割领域宽，可切割所有金属板材，切割速度快，效率高，切割速度可达 10m/min 以上。数控水下等离子切割机在水下切割能消除切割时产生的噪声，粉尘、有害气 nts体和弧光的污染，有效地改善工作场合的环境。采用精细等离子切割已使切割质量接近激光切割水平，目前随着大功率等离子切割技术的成熟，切割厚度已超过 150mm，拓宽了数控等离子切割机切割范围。数控激光切割机：具有切割速度快，精度高等特点，激光切割机价格昂贵，切割费用高，目前只适合于薄板切割、精度要求高的场合。 5、国外切割机发展现状国外生产制造切割机或拥有切割机技术的有：西波列斯 (SIPOREX)公司、求劳克斯 (DUROX)公司、伊通 (YTONG)公司、司梯玛 (STEMA)公司、海波尔 (HEBEL)公司、道斯腾 (DORSTENER)公司、威汉 (Vv3EHRHAHN)公司、乌尼泊尔 (UNIPOL)公司、赫腾 (HETEN)公司等。按坯体切割时的姿态可分为两类： 1、保持浇注硬化时的水平状态进行切割。 2、将坏体翻转 90。侧立后进行切割。前者有西波列克(SLPOREX)技术、求劳克斯 (DUROX)技术、海波尔 (HEBEL)技术、乌尼泊尔 (UNIPOL)技术、司梯玛 (STEMA)技术、威汉 (WEHRHAHN)第一代技术；后者有伊通 (YTONG)技术、完全仿制 YTONG 的道斯腾 (DORSTENER)技术以及对 YTONG 技术进行了简化并改动的赫腾 (HETEN)技术。另外，还有将中国地面翻转技术与 YTONG 技术结合而成的威汉 (WF HRHAHN)第二代技术 1。 6、国内切割机发展现状在当今的工业领域中，板材切割是成品加工过程中最为重要的步骤。也是保证成品质量的重要工序。利用先进的现代切割技术，不但可以保证产品的质量，提高劳动生产率，同时也使得企业产品的制造成本大幅度下降，缩短了产品生产周期。随着新产品、新工艺、新技术的广泛运用。智能化精密切割将成为切割行业今后发展的趋势。我国切割行业主要有以下几类生产企业组成 (1)门式切割机；(2)小车式切割机及割嘴； (3)等离子切割电源及割嘴； (4)手工焊割炬及焊割嘴等。切割行业经过几十年的发展，其产品从单一的手工割炬发展成为一个门类较为齐全的产业。产品基本能满足国内市场的需求，并有部分产品进入国际市场。近年来，我国数控切割机生产技术的发展尤为迅速。现代仿形切割仍以数控切割机为主，因为只有这种数控切割方式，才能有效地保证切割过程中的工序完全自动化。我国数控切割技术发展比较晚，但其发展速度非常快。在八十年代以前，在我国，板材下料主要是以手工或半自动小车下料为主。进入八十年，随着企业改革的不断深入，人们认识到；利用先进的切割技术，不仅是保证产品质量的关键，同时也使得板材利用率大幅度提高。在一些板材用量较大的企业，由于板材利用率的提高，缩短了数控切割机的设备投资回收期，并取得了良好的经济效益。因此，数控切割机的市场需求量逐年上升。从而推动了我国切割行业的飞速发展。目前，国内企业生产的各类数控切割机，均能满足国内各行业的需求，并有一定nts数量的产品出口。与八十年代相比，当时国内的大型精密数控切割机，主要依赖进口产品。九十年代以来，进口产品呈逐年下降的趋势。目前，我国进口的数控切割机，主要是一些技术比较先进的产品。如大型水下等离子切割机、精细等离子切割机和激光切割机等，进口量仅占我国切割机市场总量的 10。三、总结目前随着生产生活的需要，可编程控制系统在各个方面都应用广泛。自动化切割机和传统手动切割机相比精确度更高、操作更方便、安全系数更高。企业生产的各类数控切割机，均能满足国内各行业的需求。利用先进的现代切割技术，不但可以保证产品的质量，提高劳动生产率，同时也使得企业产品的制造成本大幅度下降，缩短了产品生产周期。随着新产品、新工艺、新技术的广泛运用。进入新世纪以来，切割行业又有了新的发展，原来我国出口的数控切割机主要销到一些发展中国家。国内其他切割机制造企业产品的出口量也逐步增加，这也标志着我国切割行业的切割机的制造水平上了一个新台阶。 nts六、参考文献 1 陶有生国内外切割机研究与发展现状简介 .加气混凝土 J 2005， (2) 2 潘勇，高俊雄，王耘波 .PLC 的应用和发展 .计算机与数字工程 J 2007， (2) 3 杨晖，张凤言大规模可编程逻辑器件与数字系统设计 M北京：北京航天航空大学出版社， 2001 4 王卫兵，高俊山等。可编程控制器原理及应用 M.2 版 .北京：机械工业出版社， 2002. 5 程子华 .PLC 原理与编程实例分析 M.北京：国防工业出版社， 2007. 6 方承远 .工厂电气控制技术 M. 北京：机械工业出版社， 2000. 7 陈立定 .电气控制与可编程控制器 M. 北京：高等教育出版社， 2002. 8 范永胜，王岷 .电气控制与 PLC 原理及应用 M. 北京：中国电力出版社， 2005 9 MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION.FX-PCS/WIN-C 软件手册， 1997. 10 MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION.FX1N 使用手册， 2000. 11 MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION.FX1S FX1N FX2N FX2NC 编程手册 . nts 中国地质大学长城学院本科毕业设计题目仿形数控切割系统的设计系别工程技术系学生姓名陈东辉专业机械设计制造及其自动化学号 05211523 指导教师杨运强职称教授 2015 年 4 月 20 日 nts摘要随着科学技术的发展和专业化程度的提高，很多企业的产品产量越来越大。采用手动切割、半自动切割的常用切割方式不能很好地满足其生产要求。数控仿形切割机的出现不但可以切割出多种多样形状不同的工件，而且切割起来相当方便，同时也能解决某些工件的产量大的问题，另一方面由于其轻巧而且移动方便，特适合野外作业。如今，该切割机广泛的用于各种工厂企业。机械设计的目的就是从社会的需求出发；创造性的设计出具有特定功能的新机械或者改进原有机械的性能，以此来满足人们在生活和生产之中的需要。通过本毕业课题设计，掌握机械设计的一般方法，培养完善的设计思路，锻炼分析问题、解决问题的能力，特别是掌握总体设计和零部件设计的的方法与技巧。机械的综合运用和机械原理的目的就是让我们在日常的生产生活中合理的分析和解决问题，做到实践是检验真理的唯一标准。进一步巩固自己所学到的知识。关键词 :仿形切割；设计；生产 ntsABSTRACT With the development of science and technology and to improve the degree of specialization, many companies are increasing product yield. Manual cutting, cutting methods used semi-automatic cutting can not satisfy their production requirements. CNC profile cutting machine appears not only can easily cut a variety of shapes of the workpiece, is more suitable for mass production, but also especially suitable for field work and for play, medium and small plants. The purpose of the mechanical design is starting from the needs of the community; creative design of new machinery has a specific function or improve the mechanical properties of the original, in order to meet peoples needs in life and production among. Through this graduation design issues, the general method of mechanical design mastery, training perfect design ideas, exercise to analyze problems, problem-solving skills, especially methods and techniques to master the overall design and components designed for. Integrated use of mechanical design and principles and other relevant expertise to analyze and solve problems in life and work, so that theory with practice, to further consolidate their acquired knowledge. Keywords: design； production； profile cutting nts目录 1 绪论 . 1 1.1 仿形切割机的概况 . 1 1.2仿形切割机的特点与简介 . 1 2 仿形切割机设计参数的确定 . 2 2.1总体方案的确定 . 3 2.2.1机械传动部分的计算的选用与选型 . 3 3 仿形切割机各个设计计部分的算 . 4 3.1 机架的选材及设计 . 4 3.1.1 机架设计的准则 . 4 3.1.2机架的分类 . 4 3.1.3力的基本类型 . 4 3.2机架的材料及制造方法 . 6 3.2.1立柱的选择 . 7 3.2.2轴的设计 . 8 3.2.3精确的校核该轴的疲劳强度 . 9 3.2.4轴的支撑座的设计 . 10 3.2.5机臂结构的设计 . 10 3.2.6对本设计的机臂进行强度校核 . 12 3.3割炬 . 12 3.3.1管道的设计 . 13 4 结论 . 15 参考文献 . 16 致谢 . 17 nts中国地质大学长城学院 2015 年毕业设计 1 1 绪论 1.1 仿形切割机的概况机械设计的任务是从社会生产的需求方面出发；创新设计的新机械有某些特定功能或改进了原有的机械设计，以此来满足人们在日常生活中逐步增大的生活和生产方面的需要；机械的功能取决于设计的机械的质量。机械的性能和成本也主要是在设计之初的阶段决定的；而该机械的出现，就是要实现制造它时所规定的质量。本人的毕业设计的课程题目是仿型数控切割机系统设计，该仿形切割机是一种靠模版生产的半自动气割机器，从字面上来理解该切割机就和配钥匙的原理一样，并且对各种形状都能够做到很方便的切割。适用于批量生产 ,类似于 CG2-150型切割机。该仿形切割机机不仅体积较小，自身重量轻，而且切割范围大，尤其是适合在野外工作；它广泛地被大中小型工厂使用。该切割机的最显著的特点是切割厚度大，切割方便在相同的工作量下与其他气割相比较如手动切割，能够缩短的工时将近手动切割时间的 2倍，并且有效的克服了以前用气割来割不同工件时的切割面不光滑平整的现象，以此造成的材料浪费和尺寸误差大的问题，而且有时候会因氧气回火出现操作人员受伤的现象等弊端，给电气焊工方面带来了很大地方便。 1.2 仿形切割机的特点与简介（ 1）调速系统： a、能在规定的范围内均匀调整切割速度，且电动机的性能不会发生变化，能够很好的对切割速度进行控制而且控制平稳。 b、可以通过对电压的调姐直接控制电动机的转速，控制能的损耗很小。 c、电气系统部分的温度的提升对电动机影响很小，其寿命长，且方便维修。 d、由于其采用了集成电路控制器，在控制方面具有优越性。（ 2）割炬位于基臂下面，当基臂沿着样板移动时，割炬可以正确地割出与样板相同的割件。 a、机体小巧，而且重量轻，不仅移动方便而且其操作更简洁。 b、主轴固定在机座上，可以作为主臂的支点，因为设有平衡装置。可使在允许的切割幅度限度内任意移动且保持平衡状态。 c、采用滚动轴承作为机器的传动部分，可以使机器平稳的运转。 d、机座下部装有螺柱的固定套筒，可以固定机身并且移动机身的高度。（ 3）电动机与减速机构，电动机采用的直流伺服电动机为永磁型，采用三级减速器传动，传动的速度比为： 1/175。（ 4）直径为 10毫米永久磁铁磁滚轮。（ 5）压力开关是自动开闭系统中不可缺少的，当切割气流过时，电器陆续被接通，nts中国地质大学长城学院 2015 年毕业设计 2 使主轴转动。其外形结构如下图： 2 仿形切割机设计参数的确定本人主要侧重于该切割机机械传动部分的设计。任何的仿形切割机都会有转动系统，模板是固定在主轴上的型臂上，磁滚轮的吸力大于 16N，可以很好地吸附在模板上，磁滚轮的转动由直流伺服电机通过三级减速器而带动，当磁滚轮转动时会沿着模板的周边形状移动，而割炬就会随着其运动的轨迹来割出同样的工件。基座是固定主轴的，也是整个机身的指点，同时会设有平衡装置。主轴固定在机座上，作为基壁地支点；设有平衡装置，与主壁上安装地磁滚轮，割炬保持平衡运动，底座下部装有螺杆可以在垂直方向调节割炬地升降位置，在垂直的方向上对机臂进行调节。型臂是套装在轴的上端，而且其可以在水平和垂直两方面进行调节。 nts中国地质大学长城学院 2015 年毕业设计 3 技术参数表 2-1 名称仿形切割机气割钢板厚度范围 8-60mm 气割最大圆周直径 600mm 气割最大正（长方形） 500*500mm 400 900mm 450 750mm；气割最大长度 1200mm 气割速度 50-750mm/min 电动机 ZYT261/A5 DC110V24W 3600R/min 输入电压 AC220V/50HZ 表 2-2 2.1 总体方案的确定 2.2.1 机械传动部分的计算的选用与选型 1) 减速装置的选用选择了步进电动机以后，降低运动部件折算到电动机转轴上的转动惯量，可能需要减速装置。为此决定采用无间隙齿轮传动减速箱。 2) 伺服电动机的选用选用任务书规定的电动机。 3) 选用的外形与 cg2-150型切割机的外形设计大体一致。 4) 对于该机械的受力分析与材料的选择，并计算过程。型号 150型机器外型尺寸 1190*335*800mm 净重 52kg nts中国地质大学长城学院 2015 年毕业设计 4 3 仿形切割机各个设计计部分的算 3.1 机架的选材及设计 3.1.1 机架设计的准则机架是众多机械地基本部件，它的最基本作用是支撑整个机体。机架的第二个作用是基准作为基准，以此来保证机械各零部件之间相对位置的准确，并且使整个机器组成一个整体。其次在工件本身的重量，而且足够的强度是重中之重，而且要最大的保证机器的任何机架的设计首先必须要考虑大保证机器的特定工作要求。其次在保证了特定的外形条件情况下，刚度应该是对机架最主要的要求，对于一般设备的机架，只要刚度达到了要求，对于强度的要求也就达到了。对于那些重载设备的强度，必须要引起足够的重视。其准则是在机器运转中可能发生的最大载荷情况下，机架上任何一点受到的应力值都不得大于允许值。此外，还应该满足疲劳强度的要求。再者还应该考虑到机架的阻尼，热变形性，尺寸稳定性，疲劳强度等等。还有对于移动式机器的机架则要求重量轻；而且对于不同的工作环境要有想对应的抗性，来保证机器的正常运行目前对机器的要求不仅要能完成特定的工作，还要使外形美观。 3.1.2 机架的分类按机架外形分类：网架式、框架式、梁柱式、板块式、箱壳式按材料分类：金属机架、非金属机架 a、金属机架分：铸造机架、焊接机架、组合机架 b、非金属机架分：花岗岩机架、混凝土机架、塑料机架、碳素纤维机架和其他机架。本此设计的机架按照机架设计准则选择金属板块式单立柱铸造机架。由于本设计要求重量轻，强度高，通过材料查找采用了具有高强度的铝锭合金材料。单立柱式的选择与 CG2-150型切割机一样，其结构简单操作时零件所受到的弯矩大。 3.1.3 力的基本类型由于机架是众多机械地基本部件所以机架上能够承受各种各样的力和力矩，但基本可以分为几类，如下：工艺力：是最基本的，也是最重要的力。它是在工艺过程中产生的，如切削力，轧制力，轧制力矩和锻压件塑性成型力等。对于同一台机器；由于完成的工艺不同，工艺力也是会相应的出现变化。 nts中国地质大学长城学院 2015 年毕业设计 5 在同一道工序中，变形力会随着工作行程变化而变化，锻件的厚度与变形力是成反比的，如图 3-1所示：图 3-1 在众多机械中，工艺力会随着各种因素的变化而变化。因此，额定负载是机架进行受力分析主要考虑的。超过此负荷时相应的保险机构就要起到作用，以此来防止事故的发生。此外还应该注意，由于工艺力作用点的位置或作用的方式不同，机架所承受的力情况也会随之而改变。预紧力：预紧力与工作载荷不是简单的叠加关系，在工作载荷的作用下，预紧力会减少。辅助工艺力：这是指工件在主要的工艺完成过程之中所需的主要辅助动作产生的力量。重力：当然是指工件和机器部件自身的重量。惯性力：机械的运动部分运动时，都会或多或少的会产生相应的惯性力，并作用于机架上。冲击或振动干扰力：从外部而来的撞击，旋转部件的离心力，以及往复运动是产生的惯性冲击，等都会对机架产生干扰力。如图 3-2 nts中国地质大学长城学院 2015 年毕业设计 6 图 3-2 3.2 机架的材料及制造方法在选择机架的材料时我选择碳素钢，以下就对此材料进行分析。由于构件壁的疲劳强度在实际中比实验室的尺寸要大的多，所以疲劳极限和表面系数都可以在机械工程手册中查大对于钢材的对于钢，值可参考下图 3-3： nts中国地质大学长城学院 2015 年毕业设计 7 图 3-3 表面系数 1 抛光 2 磨削 3 精车 4 粗车 5 轧制加工表面 6 淡水腐蚀表面 7 海水腐蚀表面 3.2.1 立柱的选择本次设计中，立柱我选用一根主轴，其连接机臂，使整个机械工作部分全靠此轴固定在基座上。接下来我们对该轴进行受力分析如图 3-4：图 3-4 1、主壁 2、基壁 3、立柱 4、底座设该轴的横截面为 m-m以截面的形心 O 为原点选取坐标系如上图 Fy=0， F+Fn=0 （公式 3-1） Mo=0， Fa-M=0 （公式 3-2）由此可以求出该立柱所受的内力 Fn 和 M Fn=F, nts中国地质大学长城学院 2015 年毕业设计 8 M=Fa=F(a+b) F是机臂的自重与受到的外界的最大力的和 3.2.2 轴的设计设机臂大致的重量为 m 小 =12kg， m 大 =15kg 由于本设记的轴材料使用的是钢材，而钢材的稳定系数为 1.5-3.0之间。所以我在确定机架最大高度时，必须要首先计算出稳定安全数：查表得立柱稳定系数为 =7.87 立柱稳定安全系数公式 =P0/P= 0 (材料稳定系数 ) 所以： = 0 即 7.87=1.5-3.0 图 3-5 平台临界载荷 P0= El/L2=100kg Fi=Pl3/3EL=42mm Fd=(1+ 1+2L/Fd )Fi=64mm 平台得最大高度 hmax=Pl/W=fd/fi=800mm 由于材料为钢材选用常见的 45 钢，其 s=350MPa, p=280Mpa,E=210Gpa。长度L=800mm，直径 d=64mm，最大载荷 P0=100kg，安全因数为 nst=8 10。由于 1= E/ p （公式 3-3）所以 1= E/ p= 210 109Pa/280 106Pa=86.0 该轴简化成两段铰支杆， =1。截面为圆形， i= I/A=d/4. 柔度为 = l/i= l/d/4=62.5 1 所以不能用欧拉公式来计算临界压力。为确定 2，查表得优质碳钢的 a 和 b 分别为 :a=461Mpa,b=2.568Mpa.由式 2=a- s/b得， 2=a- s/b=（ 461-350） Mpa/2.568Mpa=43.2 （公式 3-4）可见该杆为中等柔度压杆。由直线公式求出临界力为 cr=a-b =(461MPa)-(2.568MPa) 62.5=301Mpa （公式 3-5）临界压力是 Fcr= crA=(301 106Pa) /4（ 45 10-3m） 2=478kN （公式 3-6） nts中国地质大学长城学院 2015 年毕业设计 9 该杆的工作安全系数为 n=Fcr/Fmax=11.7 nst 所以满足稳定要求此支柱已经满足了稳定要求，所以我将此立柱设计为轴的设计，并且其与机臂的链接选用滚动轴承来完成。下面进行该轴的计算。已知的该轴一段的直径为 R2=64mm，所以可以初步选择滚动轴承，以此来连接机臂与该轴。该设计的轴所在的轴承应该承受的力为径向力和轴向力，所以选用推力球轴承。根据轴的直径 d=65mm，由轴承产品目录中选取的轴承型号为 51213，其尺寸为 65 100 27 由于机臂的高度较高为 175mm，所以我选用两个轴承，上端轴承的端盖总宽度为 20mm，由于轴的直径为 d=64mm，所以其孔的直径为 65mm.因为轴承的定位轴肩高度 h=7mm，因此轴的 L2处直径为 78mm。长度定为长为 200mm，该轴的最宽处可以作为套筒使用，又因为L2=78mm,所以选择的第二轴承型号为 51216，其尺寸为 80 115 28 所以，轴各部分长度为 L1=400mm， L2=145,L3=200 按弯扭合成应力校核的强度，只校核该轴上承受的最大弯矩和扭矩的截面的强度，取=0.6，计算 ca= M12+(T3)3/W=1.86MPa （公式 3-7）前面已选定轴的材料为 45钢，调制处理，且查表得 ca -1=60mpa，所以安全。 3.2.3 精确的校核该轴的疲劳强度由于该轴只有两部分，所以较细的部分属于危险部分，所以只校核细轴部分。截面左侧抗弯截面系数 W=0.1d3=0.1 653=27463mm3 （公式 3-8）抗扭截面系数 WT=0.2d3=0.2 653=54925mm3 （公式 3-9）界面上的扭矩 T3=14000N.mm （公式 3-10）截面上的弯曲应力 b=M/W=24500N.mm/27463=0.892mpa （公式 3-11）截面上的扭转切应力 T=T3/WT=14000/54925=0.255MPa （公式 3-12）轴的材料选的为 45号钢，调质处理。所以查表得 b=640mpa， -1=275mpa， -1=155mpa 截面上的理论应力系数为和查表可得 r/d=2.0/65=0.031、 D/d=70/65=1.08 经插值后可得 =2.0， =1.31，又因为轴的敏性系数为 q =0.82， q =0.85 所以，有效应力集中系数为 k =1.82， k =1.26 nts中国地质大学长城学院 2015 年毕业设计 10 查的尺寸系数为 0.67;扭转尺寸系数为 0.82 轴安磨削加工，所以其表面质量系数为 0.92 由于轴未经表面强化处理于是计算安全系数 sca值为 10.21.5 所以该轴是安全的。 3.2.4 轴的支撑座的设计图 3-6 如图 3-6轴的支撑座的材料选择 HT150，上缘壁厚为 =10mm，由经验公式得 D13=D8=D9=86mm, H 选取 150mm， D12=85+20=106mm 底座的直径为 D10=130mm。 3.2.5 机臂结构的设计 nts中国地质大学长城学院 2015 年毕业设计 11 图 3-7 如图 3-7，该款仿形切割机的机臂可以看做为悬臂梁结构。所以在 x的截面上的弯矩为 M=qx2/2+px （公式 3-13）因为常见的机臂结构为 T型结构，所以见图图 3-8 因为截面 x 腹板的高度为 h1；其厚度为 b； hz为型芯轴高度。所以他们的关系为 A0（ h1-hz） +b（ h1-h） 2/2=A1hz+bh2z/2 （公式 3-14） hz=(bh12+2 A0h1)/2(bh1+A0+A1) （公式 3-15）参考弹性力学可以推导出在 x 处的切应力最大为： M=2 (A1hz+bh2z/0.3) （公式 3-16） =(qx2+2px)/(A1hZ+bhz2/0.3) （公式 3-17）因为 hZ的变化通常比较小，所以设其为常数，对（ 1）求导得：， =(qx+p)/2(A1hZ+bhz2/0.3)0 （公式 3-18）所以此机械臂的最大应力应该产生在根部。 nts中国地质大学长城学院 2015 年毕业设计 12 已知去 q， A1,b， p均为已知数据（根据生产经验来确定的大概值）。通常情况上 x 的跨距比 hz大 4倍以上所以在 p=0时 X=h1(1+A0/bh1+A0) （公式 3-19）将数据带入以上公式可以求出该机械臂的 h=175mm。 3.2.6 对本设计的机臂进行强度校核由弯曲正应力的强度条件 Mmax W 可知 ,机臂能够承受的 Mmax与抗弯截面系数 W成正比，为了使该机械臂有很好的抗弯能力我选用工字型截面。由材料力学可知悬臂梁的最大弯矩产生在其最左端的截面处由重力产生的弯矩 M1=ql2/2 （公式 3-20）外界给与的载荷产生的弯矩为 M2=pl （公式 3-21）所以该段机臂所受的弯矩为 M=ql2/2+pl （公式 3-22）又因为 max=MMAX/wz （公式 3-23） WZ=bh2/6 （公式 3-24）本机臂采用的材料为铝合金其额定拉压强度为 =310MPa 主臂的质量 m 小 =12kg（含电动机和减速器的质量）副臂的质量 m 大 =15kg 所以大臂的受力载荷为 q=375N/m， p=120N， l=0.4m， b=0.008m， h=0.175m 由公式 20-24 得 WZ=bh2/6=0.008 (0.175)2/6=4.083 10-5m3 M=ql2/2+pl=78N.m max=MMAX/wz =310MPa 所以满足强度要求小臂的校核同大臂校核一样 q=285.7N/m， p=20N， l=0.35m， b=0.008m， h=0.045m 由公式 20-24 得 WZ=bh2/6=0.008 (0.045)2/6=2.7 10-6m3 M=ql2/2+pl=24.5N.m max=MMAX/wz =310MPa 所以满足强度要求 3.3 割炬割炬部分是由乙炔调节阀，预热氧调节阀，切割氧调节阀，压力开关，夹迟器，管子，火口螺母和割嘴组成，当点火时氧气和乙炔是在由管道来到火口，从而火口出产生一定的压力，如果压力在nts中国地质大学长城学院 2015 年毕业设计 13 到达一定程度时，可可以通过调节压力开关来释放气体，点燃，产生高温气锋，以此来切割钢板。基壁、主壁的气割范围：基壁

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