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风机筒形零件成型专用设备总体结构及控制设计论文.doc
JD01-119@风机筒形零件成型专用设备总体结构及控制设计
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机械毕业设计全套
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JD01-119@风机筒形零件成型专用设备总体结构及控制设计,机械毕业设计全套
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毕业论文（设计）附件 目录： 学 院： 机械工程 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 号： 0408014319 学生姓名： 李英 指导教师： 张霞 2008年 6月 17日 1、 附件 3 毕业论文 (设计 )开题报告 （ 1）份 2、 附件 4 毕业论文（设计）任务书 （ 1）份 3、 附件 6 毕业论文（设计） 中期汇报表 (学生用 ) （ 1）份 4、 附件 7 毕业论文（设计） 中期检查表 （教师用） （ 1）份 5、 附件 8 毕业论文（设计）结题验收表 （ 1）份 6、 附件 2-3 毕业论文 (设计 )成绩评分表 （指导教师用） （ 1）份 7、 附件 2-4 毕业论文 (设计 )成绩评分表 （评阅人用） （ 1）份 8、 附件 2-5 毕业论文 (设计 )成绩评分表 (答辩小组用 ) （ 5）份 9、 附件 2-6 毕业论文（设计）成绩统计表 （ 1）份 nts附件 3 佳 木 斯 大 学 毕业论文 (设计 )开题报告 论文题目： 风机筒形 零件成型专用设备总体结构及控制设计 学 院： 机械工程 专 业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名： 李英 学 号： 0408014319 指导教师： 张霞 职 称： 讲师 2008 年 4 月 25 日 nts开题报告填写要求 1开题报告作为毕业设计 （论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见审查后生效。 2开题报告内容必须按文档标准格式打印或用黑墨水笔工整书写， 禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。 3学生查阅资料的参考文献应在 10 篇及以上 ，其中外文参考文献不少于 2篇 （不包括辞典、手册），开题报告的字数要在 1000 字以上。 4 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 GB/T 7408 94数据元和交换格式、信息交换 、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“ 2006 年 3 月 27 日”或“ 2006-03-27”。 nts毕 业 论 文 开 题 报 告 1、 本课题的研究意义 （ 选题依据 ,课题来源 ,学术价值和对社会、经济发展和 科技进步的意义） ： 风机主要是在大型电厂、矿山以及锅炉里用来排除气体、烟尘以及往锅炉里通入空气的设备。圆台筒形零件是连接排气孔与烟筒或排气通道的一个零件，一般这个 零件都是双曲面形的，这样符合气体流动学的原理。 本次业设计就是设计一种加工这种零件的 成型设备 。 现在公司里还是用传统的手工方法加工，主要 是加热工件后再用棍子压制加工成型。效率低、成品率低，而且工人劳动条件差。本次设计目的就是设计出一种近似于小型旋压设备，常温下完成零件的成型加工即冷轧机。 本次毕业设计的任务是完成成型设备的总体结钩设计及控制系统自动化的设计，大大提高生产效率 ，减轻工厂加工的工作量，将工人从繁重的工作中解脱出来，对于 工业化进程具有重大的促进作用。 2、本课题的基本内容简介 （ 拟解决的主要学术或技术问题和关键技术及难点 ,拟采取的技术手段及实施方案、预计可获得的成果 ,可能取得的创新之处） ： 通过分析零件的形状，设计加工用 的滚子。完成加工过程设计，加工设备的结构设计。考虑到零件要加紧所以要设计加紧机构，包括定位设计和加紧设计，同时完成加紧机构和工作机构的装配。要提高加工效率，减轻劳动量，设计自动控制系统完成加工。 本设计是实际工厂中所遇到的问题，零件的成型加工就是旋压的生产过程。工件的变形很大而且是不同尺寸系列，这样对加工设备的要求很多。工件加工过程最大的变形量达 70，最高的工件与最低工件高度差是 300，最小直径与最大直径差 1500，这样在一个设备上完成加工对设备的尺寸及控制要求很高。同时加工过程中褶皱，撕裂等还有许多未知因 素。这样都是设计中的难题。同时本设计是机床类设计，在设计中的要求是能完成工作过程前提下可以适当放大设计安全系数，保证安全。 nts毕 业 论 文 开 题 报 告 3、论文提纲： 第 1 章 绪论 第 2 章 工件分析 第 3 章 工作部分 第 4 章 夹紧部分设计 第 5 章 设备的总体结构设计 第 6 章 控制系统的设计 结论 致谢 参考文献 4、研究进程计划及时间安排（计划进度、预计完成的日期 ,阶段性成果的形式）： 1 周 调查研究、收集设计资料 23 周 分析零工件选择合适的加工工序 49 周 设计滚子的形状，选择滚子的支撑机构，设计工作 机构，设计加紧机构，进行总体结构设计，分析工作过程完成自动控制。 10 周 工作部分装配图和总装图 11 周 编写设计说明书 12 周 准备答辩 nts毕 业 论 文 开 题 报 告 5、参考文献目录： 1 许廖，王淑英 .电器控制与 PLC 控制技术 .机械工业出版社， 2006 1-200。 2 余广业，李景学 .可编程控制器原理与应用 .电子工业出版， 2004 25-69。 3 梁爱生，孙武煜，李玉贵，杨晓明 .轧钢生产新技术 600 问 .冶金工业出版社， 2003 56-85。 4 小型钢连扎生产工艺与设备编写组 小型钢连扎生产工艺与设备 .冶金工业出版社， 2001 1-300。 5 赵元国 .轧钢生产机械设备操作与自动化控制技术实用手册 . 中国科技文化出版社 ，2005 6 康永林 .轧制工程学 .冶金工业出版社， 2004 5-45。 7 中国纺织大学，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， 1979 1-200。 8 吴余泽 .机械零件设计手册 .机械工业出版社， 2001 25-65。 9 摩具设计与制造技术教育丛书编委会 .模具结构设计 .机械工业出版社， 2001 1-55。 10 李少珍 .机械制图 .机械工业出版社， 2003 6-85。 11 石森森 .固体润滑技术 .化学工业出版社， 2002 8-125。 12 庞志成 .液体静压轴承 .哈尔滨工业大学出版社， 1988。 13 M.J.Usher and D.A .Keating. Sensors and Tranducers, Second Edition . London: MACHILLAN PRESS LTD, . 2004 14 Joseph E Shigley , Charles R Mischke . Mechanical Engineering Design .McGraw-Hill Companies , Inc . 2001 15 Processding of the 44th National conference on Fluid Power ,1992. Madison :Omnipress ,1992 6、指导教师审阅意见： nts附件 4 佳 木 斯 大 学 毕业 论文（设计）任务书 学 院 机械工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 三班 学生姓名 李 英 学 号 0408014319 指导教师 张霞 2008 年 3 月 31 日 nts 1 佳 木 斯 大 学 毕 业 论 文 (设 计 ) 任 务 书 毕业论文（设计）题 目 ： 风机筒形 零件成 型专用设备总体结构及控制设计 nts 2 论文（设计）研究目的与内容： 设计目的： 毕业设计是学生在校学习的最后一个教学环节， 它是学生在全面、综合运用本专业相关理论知识的一次实践演练。 该毕业设计的目的是培养学生综合运用本学科的基本理论、专业知识和基本技能，提高分析与解决实际机械工程技术问题的能力。 本次毕业设计主要任务是通过自己所学的知识，完成风机的一个筒形零件的成型设备的结构设计以及控制系统的设计。通过分析工件的变形情况，工作的过程，设计出工作部分的各个部件，包括工作部分和夹紧部分的设计，同时还要分析工作情况设计出能够 实现自动控制的系统，并且完善对整个设备的优化设计。 并通过采用计算机绘图和翻译一篇与本专业相关的外文资料，提高计算机应用能力和专业 英 语水平。 设计内容： 1、 通过分析零件的形状，设计加工用的滚子。 2、 完成加工过程设计，加工设备的结构设计 3、 完成加紧机构和工作机构的装配 4、设计自动控制系统完成加工 5、 翻译一篇与专业相关的英文资料 nts 3 具体要求：（原始数据、试验方案、手段及预期结果） 生产规模 ： 大 批 量 生产 原始资料 ： 风机筒形 零件 最小的工件直径 700mm，最大的工件直径 2000mm， 最高的工件与 最低工件高度差是 300， 工件为薄板形的，工件的厚度很薄为 6mm 设计要求 ： 工作部分 装配图 夹紧部分装配 图 零件 图 总装图 控制原理图以及接线图 设计说明书 一份 英 文翻译 一篇 主要参考资料： 机械制图 机床夹具设计手册 机械制造工艺设计手册 小型钢连扎生产工艺与设备 机械设计手册 机床夹具图册 可编程控制器原理与应用 电器控 制与 PLC 控制技术 进度安排： 1 周 调查研究、收集设计资料 23 周 分析零工件选择合适的加工工序 49 周 设计滚子的形状，选择滚子的支撑机构，设计工作机构，设计 夹紧机构，进行总体结构设计，分析工作过程完成自动控制。 10 周 工作部分装配图和总装图 11 周 编写设计说明书 12 周 准备答辩 nts 4 指导教师 签字 ： 教研室主任 签字 ： nts 题 目： 风机筒形 零件成型专用设备总体结构及控制设计 姓 名： 班级学号： 指导教师： nts毕业论文（设计）用纸 -I- 摘 要 国内有很多 生产大型风机的企业， 风机主要是在大型电厂、矿山以及锅炉里用来排除气体、烟尘以及往锅炉里通入空气的设备。 本次毕业设计主要任务是通过自己所学的知识，完成风机的一个筒形零件的成型设备的结构设计以及控制系统的设计。 通过分析工件的变形情况，工作的过程，设计出工作部分的各个部件，包括 工作部分和夹紧部分的设计，同时还要分析工作情况设计出能够实现自动控制的系统，并且完善对整个设备的优化设计。 关键词 ： 风机 ；筒形；专用设备 nts毕业论文（设计）用纸 -II- Abstract There are many large-scale production of domestic enterprises Air blower, Air blower mainly in large-scale power plants, mines and boiler, used to rule out the gas, dust and to the boiler into the air in the equipment this graduation project primary mission is a knowledge which studies through oneself, completes the air blower tubular components to take shape the equipment structural design as well as the control system design. Through the analysis work piece distortion situation, the work process, designs the effective range each part, and clamps partially including the effective range designs, meanwhile must analyze the working condition to design can realize the automatic control system, and consummates to the entire equipment optimized design. Key words: Air blower， Tubular， Special purpose equipment 目 录 nts毕业论文（设计）用纸 -III- 摘 要 . I Abstract . II 第 1 章 绪论 . 1 1.1 立题依据： . 1 1.2 研究目标： . 1 1.3 研究内容： . 1 1.4 解决的关键问题： . 1 1.5 总体进度： . 2 第 2 章 工件分析 . 3 2.1 工件的分析及辊子的确定 . 3 2.1.1 工件分析： . 3 2.1.2 辊子的设计： . 5 第 3 章 工作部分 . 7 3.1 方案的确定 . 7 3.2工作部分结构及零件 设计： . 8 3.2.1 工作轴的设计： . 8 3.2.2 工作轴箱的设计校核： . 11 3.2.3 导轨设计： . 11 3.2.4 工作部分床身的设计： . 14 3.2.5 工作部分设计总结： . 15 第 4 章 夹紧部分设计 . 17 4.1 夹紧部分设计的方案： . 17 4.1.1 定位机构方案： . 17 4.1.2 夹紧机构方案设计： . 17 4.2 夹紧部分结构及零件设计： . 18 4.2.1 定位机构设计： . 18 4.2.2 夹紧机构设计： . 20 4.2.3 夹紧部分总体设计： . 25 第 5 章 设备的总体结构设计 . 28 第 6 章 控制系统的设计 . 29 6.1 控制系统的设计方案 ： . 29 6.2 工作过程的分析以及流程图： . 29 6.3 PLC选型以及 PLC地址分配： . 30 6.4 PLC的程序编写以及接线： . 31 结 论 . 32 致 谢 . 33 参考文献 . 34 附录 1 . 错误 !未定义书签。 nts毕业论文（设计）用纸 -IV- 附录 2 . 错误 !未定义书签。 nts毕业论文 （ 设计 ） 用纸 第 1 页 第 1 章 绪论 1.1 立题依据： 风机主要是在大型电厂、矿山以及锅炉里用来排除气体、烟尘以及往锅炉里通入空气的设备。圆台筒形零件是连接排气孔与烟筒或排气通道的一个零件， 一般这个零件都是双曲面形的，这样符合气体流动学的原理。 本次业设计就是设计一种加工这种零件的成 型设备 。（如图 1-1）： 图 1-1 加工零件示意图 1.2 研究目标： 现在公司里还是用传统的手工方法加工，主要是加热工件后再用棍子压制加工成型。效率低、成品率低，而且工人劳动条件差。本次设计目的就是设计出一种近似于小型旋压设备，常温下完成零件的成型加工即冷轧机。 本次毕业设计的任务是完成成型设备的总体结钩设计及控制系统自动化的设计，大大提高生产效率，减轻工厂加工的工作量，将工人从繁重的工作中解脱出来，对于工业化进程具有重大的促进作用。 1.3 研究内容： 通过分析零件的形状，设计加工用的滚子。完成加工过程设计，加工设备的结构设计。考虑到零件要加紧所以要设计加紧机构，包括定位设计和加紧设计，同时完成加紧机构和工作机构的装配。要提高加工效率，减轻劳动量，设计自动控制系统完成加工。 1.4 解决的关键问题 ： 本设计是实际工厂中所遇到的问题，零件的成型加工就是旋压的生产过程。工件的变形很大而且是不同尺寸系列，这样对加工设备的要求很多（如图 1-2）。工件加工过程nts毕业论文 （ 设计 ） 用纸 第 2 页 最大的变形量达 70，最高的工件与最低工件高度差是 300，最小直径与最大直径差 1500，这样 在一个设备上完成加工对设备的尺寸及控制要求很高。同时加工过程中褶皱，撕裂等还有许多未知因素。这样都是设计中的难题。同时本设计是机床类设计，在设计中的要求是能完成工作过程前提下可以适当放大设计安全系数，保证安全。 图 1-2 工件变形图 1.5 总体进度： 分析零工件选择合适的加工工序，设计滚子的形状（查阅小型轧制装备），选择滚子的支撑机构（查阅机械机构设机及小型轧制机械装备），设计工作机构，设计加紧机构，进行总体结构设计，分析工作过程完成自动控 制。 nts毕业论文 （ 设计 ） 用纸 第 3 页 第 2 章 工件分析 2.1 工件的分析及辊子的确定 2.1.1 工件分析： 图 2-1 工件变形应力图 如图 2-1所示，本工作过程是将一个圆筒形的薄板压制成双曲面形的零件，分析它的受力： 应力的大小应当是在大于弹性变形而小于塑性变形的范围内，这样保证加工过程实现并且安全。但是辊子的受力范围大约是一条曲线，所以很难有准确的计算公式或经验公式计算来测算出这个力，也不可能采用实验来实地测量这个力。 这样查找类似的书籍环件轧制理论和技术得到 与此很相似的加工过程公式 ,这样来计算工件在加工过程中的受力： 轧制受力的分析： 如图 2-2： nts毕业论文 （ 设计 ） 用纸 第 4 页 图 2-2 轧制变形受力分析图 环形轧制力能参数计算方法： 公式 : p=n sbl (2-1) M=M 辗 +M 形 +M 摩 (2-2) 211221 22 M LhR hRRP辗(2-3) 31m a x1m i n31m i n1m a xm i nm a x18 =MhDhDhDhDDDRM 弯行(2-4) 125.0M bhs弯(2-5) 5.121106.1M 摩磨 FRR S (2-6) 1F hhLLh kk 磨 (2-6) 这样得出 ： p=18.3KN约 20KN； F=3.8KN 约 4KN； P-轧制力； F-径向力。 这是最大的工件受力，而且是在工件变形最大的时候受力最大，如果对此工件加工安全那么所有的工件都会安全，因此以后的所有零件的设计、校核都是按照此力计算的。 nts毕业论文 （ 设计 ） 用纸 第 5 页 2.1.2辊子的设计： 辊子的凸凹曲率应当和工件的曲率形状差不多，这样才能完成工件的成型加工，但是同时 辊子的曲率应当比工件的曲率大一些，这样以抵消一部分弹性变形产生的形变反弹（如图 2-3）。 R1R2 图 2-3 辊子形状图 辊子受力主要的是压力而且体积很大，根据工作的状况以及查阅资料分析，常用的轧辊材料有合金、锻钢、合金铸钢和铸铁等。根据我国金属机械材料标准中规定JB/ZQ4289-86标准中列出了热轧和冷轧轧辊用钢。热轧为 55Mn2、 55Cr、 60CrMNMO、 60Si MnMO等。冷轧有 9Cr、 9CrV、 60CrMNV等 轧钢生产 新技术 600问冶金工业出版社出版一书中提到“一般用于薄板、中板、中型、型钢札机的精轧机及四辊机支撑辊为肖氏硬度为 60-85的硬面辊；肖氏硬度约为85-100的特硬辊用于冷轧机。” 分析本毕业设计的加工过程为类似于冷轧的加工过程，并且工件为薄板形的，但是工件的厚度很薄为 6mm,所以选择辊子用材料没有必要为特硬面，选用肖氏硬度为 60-85的铬合金钢既可以达到工作的要求。 同时考虑由于工件的高度不是唯一的，而是一系列的，所以辊子也是一系列的。同时还要压住辊子，所以还设计一些压块，保证完成所有工件的加工。 nts毕业论文 （ 设计 ） 用纸 第 6 页 如图 2-4： 图 2-4 压块图 压块 nts毕业论文 （ 设计 ） 用纸 第 7 页 第 3 章 工作部分 3.1 方案的确定 工件是圆筒形的 ,而且加工过程在转动的情况下进行成型加工的，那么加工方式可以是工件横着放置（卧式）也可以是工件竖着放置（立式），这是两种不同的设计方案。如图 3-1（竖放）、图 3-2（横放）。 分析以上两种方案，第一种方案占地面积小，加紧部分空间位置合适而且简单，但是辊子安装更换很不方便，工件安装不方便，同时夹紧机构即不能满足所有系列的而且实际上根本不能实现夹紧 工作。第二种方案设计出来占地面积大并且加紧结构复杂，但是便于工件安装，辊子更换，而且很容易完成各个系列工件的加工。综合以上两种方案，考虑到实际的生产实际，这种大型工件的生产设备可以不太计较空间的大小，而且是大批量的生产，所以选定第二种方案作为本毕业设计的最终方案。 图 3-1 方案 1 nts毕业论文 （ 设计 ） 用纸 第 8 页 图 3-2 方案 2 3.2工作部分结构及零件设计： 3.2.1工作轴的设计： 图 3-3 轴受力图 分析轴上所受到的力，首先受到很大的弯扭组合力，同时加工用的辊子及轴又有很nts毕业论文 （ 设计 ） 用纸 第 9 页 大的重力（如图 3-3），这样采用上端为深沟球轴承，下端为圆锥滚子轴承（压力角 250）。同时考虑到轴向要固定，上端采用单向推力球轴承。同时为了安装与更 换辊子方便，轴与辊子配合的地方为方形，上边用 螺母拧紧。以下为轴的各部分校： 轴的校核： 轴承轴承图 3-4 工作轴弯矩扭矩图 轴受到弯扭组合力加上辊子及轴自身重力产生的压力，压力对轴的安全性影响很小，故此轴只要进行弯扭组合产生的应力校核就行，而且工件要求的精度不高，变形不必考虑：如图 3-4 Mmax=20000X0.250=5000NM Tmax=4000X0.250=1000NM 轴的最细端为 110mm 224 TWTWM （ 3-1） 6.0 W=0.1d3 wT=0.2 d3 nts毕业论文 （ 设计 ） 用纸 第 10 页 这样求出 BMP 50 另外一段只有弯矩而且直径为 80mm 为扭转校核 MPdWTT8.92.01000 3 （ 3-2） 所以整根轴都是安全的。 3.轴承的校核： 深沟球轴承： P=30KN C=238KN 查机械设计手册 年1241010 6 pfCfnL pTh （ 3-3） 所以轴承安全。 角接触滚子轴承： 辊子和轴的质量估算为 2 吨 =20KN Fa=20KN=2000N Fr=10000N eFFra 2 所以 X=0.41 Y=0.87 P=XFr+YFa=21500N C=438KN 年1 6 81010 6 PfCfnL PTh （ 3-4） 所以轴承安全。 以上所有的计算都是在最大的工件加工和在最大的受力情况下计 算校核的，在这种情况下安全的话，那么在所有情况下应当都会安全，所以轴以及轴承这样设计确定安全。 nts毕业论文 （ 设计 ） 用纸 第 11 页 3.2.2 工作轴箱的设计校核： 轴箱完全是根据轴以及轴承的尺寸，同时考虑工作过程进行设计。 如图 3-5: 图 3-5 工作轴箱图 轴箱的径向尺寸是根据轴承制定的，轴承已经是安全的了，轴箱是不转动的只受到压力的作用，所以应当是安全的，而且这也只是暂时的尺寸，加上导轨及机床床身其他部分，尺寸应当比这个大许多，根据开始的设计理念，应当安全可靠。 3.2.3导轨设计： 辊子以及轴的重量很大，而且最大的工件加工用的辊子体积很大，这样整个轴箱加上辊子形状是头大脚轻的整体，这样一般的机床上的定位导轨很不稳定。 采用大宽度的燕尾槽，这样工作过程中稳定性好，并且加工过程中要求的精度不高，所以这样完全可以满足要求。同时考虑为了便于床身的加工，设计燕尾槽的不是一个整体的，而是由两块压块组成的，一边是固定的，另一边是可以有很大的间隙调节的，这样既方便加工又方便安装。同时工作时便与滴入润滑油，更加方便加工。 nts毕业论文 （ 设计 ） 用纸 第 12 页 如图 3-6： 图 3-6 导轨图 固定块是很大的铸铁，这样需要校核的是固定的螺栓，现在选择的是 M24的长螺栓，以下是螺栓的校核： 导轨及螺栓的校核： 在工作过程中，由于进给方向的摩擦力相对于轧制力很小，并且受力方向与轧制力相同，所以可以忽略不计。这样实际上在工作过程中只受到翻转力矩， 如图 3-7： 图 3-7 受力图 Mmax=20KNX0.3m=6KNm 其实际上三角形分布受力在32处总体力之和。 F 轨 X2/3X0.426/2=Mmax F 轨 =42253N 校核导轨螺栓受力： Fx=42253N Fy=42253N M=8450.6NM nts毕业论文 （ 设计 ） 用纸 第 13 页 （ 1）确定受力最大螺栓轴向工作载荷： 首先确定在 Fx作用下每个螺栓受到的轴向工作载荷 NPF p 52818422538 在 M 作用下每个螺栓受到的工作载荷 NLMLFiim 176046086045.82812m a x （ 3-5） Fmax=17604+5281=22885N （ 2）确定螺栓的预紧力 F ： 8fF =KsPy pmbbm FCC CFFFF 1 （ 3-6） pmbbys FCC CfPKF 18 （ 3-7） Py=42253N Fp=22885N f=0.15 Ks=1.2 NF 51412228852.0115.08 422532.1 计算 NFCC CFmbb51412228852.046830F0 （ 3-8） （ 3）确定 d1: 03.14d1 F （ 3-9） s=360 3S nts毕业论文 （ 设计 ） 用纸 第 14 页 所以 MP1203360 mm8.182120 514123.14d1 所以取 M24 是安全的 根据最大工件的变形量为 75mm，以及安装工件 拆卸工件的要求进给量为变行量的3 倍，选择导轨的长度为为 726mm，进给的行程为 300mm,这样导轨就能符合工作的要求了。 3.2.4 工作部分床身的设计： 综合以前的工作轴箱和进给的设计尺寸，以及最大辊子凹凸模的尺寸，考虑留出以后设计加紧机构的空间，同时考虑传动系统中有锥齿轮转换方向，轴和齿轮所占的空间，轴及轴承安装的空间，以及减速器传入机床转动的连轴器空间，这样就可以设计出床身总体的结构。 如图 3-8： 深图 3-8 床身图 由于整个机床的重量 很大，而且考虑到震动对工件加工的影响不大，而且电机和减速器都是在外边安装的，所以整个机床可以直接放在工作车间里，不必固定在地面上。 考虑液压缸的安装，以及液压回路接线接管的考虑，留出一部分空间来安装驱动的nts毕业论文 （ 设计 ） 用纸 第 15 页 元器件，这样机床床身就可以设计出来了。 3.2.5 工作部分设计总结： 综合以上的各个部分设计，选择各个部分的零件，标准件，加工件，以及参考驱动系统的设计，进给液压缸的选择，现在可以把各个部分组合起来，把工作部分的结构设计出来，参看装配图； 如图 3-9： 图 3-9 工作部分装配图 工作的过程是先把工件放到加工的位置，然后液压缸快速进给，把工件夹紧。然后在加紧部分工作完成后进行成型加工，成型加工过程中液压缸微量，同时电动机转动带动工件转动，完成工件整周的成型加工。同时在工作过程中液压缸、电机可以随时暂停工作便于随时检查工件的加工情况。当检测到工件加工的尺寸达到要求时液压缸、电动机停止工作，等到夹紧机构松开以后，液压缸快速退回到起始位置，这样便是工作部分nts毕业论文 （ 设计 ） 用纸 第 16 页 的工作过程。 nts毕业论文 （ 设计 ） 用纸 第 17 页 第 4 章 夹紧部分设计 4.1 夹紧部分设计的方案： 夹紧部分分为定位机构和夹紧机构 两部分，首先确定定位机构和夹紧机构的方法和机构。 4.1.1定位机构方案： 首先确定定位机构，工件的加工过程是水平，而且要求工件在工作过程中转动以便于整周加工均匀。这样参照工厂里薄板卷板生产设备中的定位机构，采用大平面定位方法，同时考虑到加工过程中工件要转动，采用滚子在下边随着工件转动，这样既可以满足定位要求又可以减少摩擦。 4.1.2 夹紧机构方案设计： 确定夹紧机构的方案，首先要确定夹紧的位置，有 3种选择。 如图 4-1 凸模 凹模工件A BCC图 4-1 加紧位置 示意图 从图上可以看出有 A、 B、 C 3个地方可以夹紧， 在 A的地方夹紧结构简单，控制方便。但是只能实现工件比辊子高的工件加工，不能实现随意系列工件加工，而且没有空间安装夹紧机构，所以这种方案不行。在 B处夹紧是一种方案，这样空间上允许，结构更加简单，而且可以对任意尺寸的工件夹紧，但是在这个位置夹紧对于整个工作工程根本没有什么作用，所以这种方案也不行。在 C处夹紧，两个对称的位置施力，这样 完nts毕业论文 （ 设计 ） 用纸 第 18 页 全可以夹紧，而且可以满足所有工件工作要求，而且还有足够得空间来安装夹紧机构。 这样确定夹紧部分的最终方案，定位机构为大平面， 夹紧机构用滚子夹住。 4.2 夹紧部分结构及零件设计： 4.2.1 定位机构设计： 根据前面确定的方案，定位机构采用大平面定位，根据工作部分和最小最大工件的位置确定定位机构的大小选择。最小的工件直径 700mm，最大的工件直径 2000mm,按照最大的直径设计确定大平面的大体面积，同时考虑到还要留出夹紧机构位置 ,现在先设计定位用的滚子。 从传动系统计算出来的夹紧力为 2000N，在底面上最少有 3个滚子同时工作，考虑工作过程中有震动以及其他的因素影响，安全系数取 S=1.5，这样分到每个滚子上的力为 1000N，同时滚子要在工件转动时随着工件转动，以减少摩擦力这样用滚动轴承支撑滚子，这样设计出滚子的结构； 如图 4-2： 图 24-2 定位滚子图 滚子及轴承的校核：单个滚子受到的最大的力为 1000N,当滚子最危险的时候是作用力在滚子最中间的时候，那样滚子中间受到最大的弯矩，而且变形最大。在这里变形对工件的加工影响不大，所以不用校核挠度。当作用力作用在轴承位置时，轴承受到最大力 1000N，这样是轴承最危险的时候，这样校核轴承的安全性 . 如图 4-3： nts毕业论文 （ 设计 ） 用纸 第 19 页 轴承最危险时受力位置轴最危险时受力位置图 4-3 定位滚子受力图 滚子轴的校核：轴受到弯矩和扭矩，扭矩是由于摩擦产生的，在整个加工过程中相对于弯矩可以忽略不考虑，所以轴的校核只进行弯曲校核。如图 4-4 NF 1000max mNM 75.532215.0500m a x 4.341.0 73.53 3 MpdWM （ 4-1） 所以滚子的轴是安全的。 轴承校核：最危险的时候是作用力作用在轴承上的时候力为 1000N P=1KN C=4.7KN fT=1.5 fC=1.2 Pf CfnL PTh 10106（ 4-2） n=2000/50=40 3 图 4-4 定位滚子弯扭力图 NhL h 10087600611 7.45.14010 10 36 所以说轴承绝对安全 nts毕业论文 （ 设计 ） 用纸 第 20 页 同时支撑整个滚子轴、轴承的支架都是受到压力，轴和轴承已经安全了，那么支架也是安全的。连接定位机构和定位平板的螺钉基 本上不受到力，所以不用校核，这样定位机构设计完成。 4.2.2 夹紧机构设计： 根据先前确定夹紧机构位置的方案，选择夹紧位置为在两边的侧面，这样的夹紧位置既可以满足工作的需要，又可以满足不同工件的夹紧要求，同时还可以有足够的空间来安放加紧机构。但是考虑到有两个夹紧位置，两个夹紧机构要同时到达夹紧位置同时加紧，这样就要设计一个同步进给机构。采用丝杠带动导块，到块上有一根棍子，同时带动两个夹紧机构沿着导轨方向进给。设计出工作原理简图，如图 4-5： 电机减速器导向块丝杠导向棍导轨夹紧机构图 4-5 夹紧机构进给图 由 于工件是转动的，所以夹紧的部件也要随着工件转动而转动，这样才能减少摩擦力，保证工作顺利。这样夹紧部件必须是能滚动的，所以采用圆柱形的压紧滚子。同时要随着工件转动，滚子要和轴作成一体的，这样才能同时转动，同时轴要转动必须有轴承来支撑，采用深沟球轴承。加工的工件是一系列的，最大工件夹紧时只要移动很少的nts毕业论文 （ 设计 ） 用纸 第 21 页 距离很小，最小的工件高度很低，夹紧时要移动很大的距离。这样夹紧最少移动 300mm以上，这样必须采用导轨使加紧能够移动，这样夹紧滚子必须是独立的，于是采用独立的一个箱体来安装滚子， 如图 4-6： 图 4-6 夹紧滚子箱体 以下是对轴以及轴承的校核： 滚子轴最危险的时候是力离轴承最远端时候，夹紧力为 1000N，安全系数为 3，这样计算载荷为 3000N，这样对轴及轴承校核。 分析受力如图 4-7 4-7 夹紧滚子受力图 NFP 1 0 7 0 41 1 11 1 12 8 5 （ 4-3） F=3000N 轴的校核 :轴最细端为 70mm ，最危险的地方是轴承的位置。 855285.03000m a x MN nts毕业论文 （ 设计 ） 用纸 第 22 页 2507.01.0 855 3 MpWM （ 4-4） 所以轴是安全的。 轴承校核：上边计算到 P=10.704KN C=60KN 工作时温度基本上不会升的很高，所以 fT=1.0 工作时有震动这样 fP=1.5 采用的是深沟球轴承，所以 3 转动速度 n=2000/70=30 这样计算出 nhPfCfnL PTh366117 0 333 2305.1600.13010101010 366 （ 4-5） 这样轴承绝对安全。 接下来是夹紧进给问题，夹紧结构以及箱已经设计完成，那么怎样完成夹紧的进给设计，依然参照工作部分设计的方法，采用大的燕尾槽形的结构，用液压缸驱动他进行工作，这样设计导轨和安装液压缸的位置。 如图 4-8： 在工作过程中，由于进给方向的摩擦力相对于轧制力很小，并且受力方向与轧制力相同，所以可以忽略不计。这样实际上在工作过程中只受到翻转力矩。一切都是按照工作部分进行设计的。 导轨受到压力，整体都是 受到压力，而且零件都是铸铁的，能够承受到很大的压力，并且夹紧零件的体积比燕尾槽的体积大多了，所以只要进行螺栓的校核就行了。以下就是螺钉的校核： nts毕业论文 （ 设计 ） 用纸 第 23 页 图 4-8 夹紧机构导轨图 F=3000N Mma x=3KNX0.3m=900Nm=0.9KN 其实际上三角形分布受力在32处总体力之和。 F 轨 X2/3X0.170/2=M max F 轨 =15882N 校核导轨螺栓受力 Fx=15882N Fy=15882N M=635.28NM （ 1）确定受力最大螺栓轴向工作载荷。 首先确定在 Fx 作用下每个螺栓受到的轴向工作载荷 NPF p 9 9 2161 5 8 8 216 在 M 作用下每个螺栓受到的工作载荷 NLMLFiim 620101610992.02812m a x （ 4-6） Fma x=15882+620=16400N （ 2）确定螺栓的预紧力 F 16fF =KsPy pmbbm FCC CFFFF 1 （ 4-7） pmbbys FCC CfPKF 116 （ 4-8） Py=15882N Fp=16400N f=0.15 nts毕业论文 （ 设计 ） 用纸 第 24 页 Ks=1.2 NF 2 1 0 6 11 6 4 0 02.0115.016 1 5 8 8 22.1 计算 NFCCCFmbb 24341164002.021061F0 （ 3）确定 d1 03.14d1 F （ 4-9） 360s S=3 所以 : MP1203360 mm2.16120243413.14d1 所以取 M20 的螺钉是安全的。 同时有两个夹紧机构要移动到工作位置，根据设计原理中采用丝杠带动导向块在工作方向进给，导向块上固定导向棍随着导向块一起进给，导向棍带动夹紧机构沿着 45 度方向移动到要夹紧的位置。这样夹紧机构要沿着一个轨迹移动，还有夹紧机构进给的导轨设计，进给时需要很小的力就能，所以都采用直线轴承，这样摩擦 力很小。这样导轨就采用双直线棍子，如图 4-9： 图 4-9 进给导轨图 nts毕业论文 （ 设计 ） 用纸 第 25 页 导轨校核： 夹紧机构的重量为 1.036X0.5X0.2X7.9X103=800Kg，重量对应的重力为 8000N,这样作用在每根导轨上的重力为 4000N,最危险的时候是在中间的时候，这时候弯矩最大，变形最大。 P=4000N Mmax4000X0.6=1200Nm 导轨的直径为 60mm,这样校核导轨的安全性能。 551.012 00 3 MpdWM 轴的强度足够 了。 挠度 xaEIpx 36212max （ 4-10） x=a=0.6m p=4000N E=210Gp 4I3d 这样算出来是 3mm，工件允许的变形范围是 5mm，所以整个导轨系统都是安全的。丝杠以及导块都是进给系统设计，同时导轨里都是用的直线滚珠轴成，都是标准件而且受到的力很小，所以都是安全的。这样夹紧系统设计完成夹紧部件的结构设计。 如图 4-10 图 4-10 加紧机构总装图 4.2.3 夹紧部分总体设计： 现在已经把定位机构和夹紧机构设计完成，以下的任务是把定位机构和夹紧机构nts毕业论文 （ 设计 ） 用纸 第 26 页 组合起来，并且还要和工作部分组合起来成为一部完整的机床。 这样采用定位机构在上边，把定位机构都安装在一块大平板上，这样所有的定位机构就形成一个大的平面，把工件平放到上边，这样工件定位完成。夹紧机构安装在定位机构的下边，也是有一个大的平板，这样夹紧机构和驱动夹紧机构的丝杠、电机以及减速器都可以安装在这个平板上。同时定位机构的平板留出一部分空间 ，夹紧机构从下边的平板驱动，穿过定位机构的平板在上边完成夹紧工作。这样夹紧部分实际上是由两层组成的，两层之间的支撑采用柱子样式。 如图 4-11： 图 4-11 夹紧部分总装图 同时还要与工作台配合完成整体的工作，这样支撑就是两个阶梯形的圆柱柱子。下边的阶梯支撑来承受加紧部分的重量，上边的阶梯来承受定位机构的重量。整个夹紧部分的面积很大，这样平板的中间部分有可能会向下弯曲，这样在中间的位置也加上支撑，这样有 5个支撑整个夹紧部分不会有向下塌陷的问题 。夹紧部分和工作部分的连接nts毕业论文 （ 设计 ） 用纸 第 27 页 采用螺钉连接，工作部分已经固定了，加紧部分也是固定稳定的，而且工作部分和夹紧部分的重量很大，不会再水平方向上有很大的作用力，采用螺栓连接是安全的。夹紧部分的结构。 夹紧部分的工作方式，当工作部分夹紧完成的时候，夹紧部分的夹紧机构开始沿着导轨向工件移动，当到达工件一定的距离时，传感器测量到信号，便把夹紧机构停止，然后液压缸拉动滚子到要夹紧的位置，等到夹紧了液压缸保持恒压然后工作部分开始正式的工作。等到成型加工完成以后，液压缸上升到最高位置停止不动，然后加紧机构开始后退到最开始的位置， 这样就完成的夹紧工作的整个过程。 nts毕业论文 （ 设计 ） 用纸 第 28 页 第 5 章 设备的总体结构设计 整个设备的工作部分和夹紧部分都已经设计完成，这样设备的总体设计自然水到渠成，把工作部分和夹紧部分安装起来就是设备的总体结构。 如图 5-1 图 5-1 总装图 nts毕业论文 （ 设计 ） 用纸 第 29 页 第 6 章 控制系统的设计 6.1 控制系统的设计方案： 分析工作过程，有夹紧过程和工作过程两部分组成，在工作部分液压缸要实现快速夹紧慢速工作进给然后快速松开，夹紧部分是 2维控制的传感器很多，这样至少有 8个被控制量而且信息 量也有 10个以上的信号，这样多的检测信息和控制量选择 PLC控制是最简单而且相对便宜的方法，所以整个控制过程选用 PLC控制。 6.2 工作过程的分析以及流程图： 工作过程是：开始时点击夹紧给与信号工作部分液压缸快速进给，夹紧工件时输出信号，过一小段时间夹紧部分的夹紧机构开始进给，到达工件一定距离时传感器发出信号，再过一段时间夹紧机构的液压缸收缩，当液压缸夹紧输出信号这样夹紧工作完成；工作时点击工作按钮时电机转动带动工件转动，同时液压缸进给，点击暂停时，工作部分停止随时检查工件是否加工合格，这是工作部分；当工件 加工合乎要求时，点击松开按钮开始松开工件，先是夹紧机构的液压缸松开，到了最顶上的时候传感器输出信号液压缸停止运动，过一段时间夹紧机构开始退回，到达初始位置时输出信号停止运动，过一段时间工作部分的液压缸缩回到初始位置时停止工作。这是工件加工的全过程，详细过程参看流程图。 如图 6-1： nts毕业论文 （ 设计 ） 用纸 第 30 页 停止工作部分松开夹紧机构移动夹紧机构松开Y松开按钮检测合格暂停按钮工作工作按钮夹紧机构夹紧开始夹紧机构运动工作部分夹紧夹紧按钮N图 6-1 流程图 6.3 PLC选型以及 PLC地址分配： 输入输出信号都有 10 多个，那么选择 PLC 为 OMR6N PLC CPM2A 20 端子的型号这样可以 满足控制的信号数量了。 表 6-1 地址分配表 输入信号 地 址 输出信号 地 址 开始按钮 0000 运行空端子 2000 夹紧按钮 0001 运行灯 1000 传感器 1 0002 夹紧 1 1001 传感器 2 0003 夹紧 2 1002 传感器 3 0004 夹紧 3 1003 工作按钮 0005 工 作 1004 暂停按钮 0006 松开 1 1005 松开按钮 0007 松开 2 1006 nts毕业论文 （ 设计 ） 用纸 第 31 页 停止按钮 0100 松开 3 1007 传感器 4 0101 传感器 5 0102 传 感器 6 0103 传感器 1：工作部分夹紧时液压回路流量开关输出的信号。 传感器 2：夹紧机构进给到合适位置距离传感器输出的信号。 传感器 3：夹紧机构液压缸夹紧时液压回路流量开关输出的信号。 传感器 4：夹紧机构液压缸松开到达最顶端时液压回路里流量开关的输出信号。 传感器 5：夹紧机构退回是到达初始位置距离传感器输出的信号。 传感器 6:工作部分液压缸退回到初始位置时液压回路里流量开关的输出信号。 夹 紧 1：
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