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锯条齿部刃磨机设计【全套cad图纸和文档】,全套cad图纸和文档,锯条,齿部刃磨机,设计,全套,cad,图纸,文档
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这是学校给的任务书！这是学校给的任务书！毕业论文（设计）题目审核表毕业论文（设计）题目审核表 院 （系） 专业 年级指导教师张建平职称副教授填报时间2015.12课题名称锯条齿部刃磨机设计理工类A 工程设计 B 理论研究 C 实验研究 D 计算机软件 E 综合论文F 其它课题性质文管类A 专题 B 论辩 C 综述 D 综合论文 E 其它课题来源A 科研题目 B 生产现场 C 教学 D 其它 E 自拟题目成果类别A 论文型 B 设计型完成课题所需时间2015.12-2016.5.10所需学生人数1实习（考察）地点论文（设计） （设计）地点学生应具备的条件立题依据（主要指研究设计该课题的背景介绍及目的、意义）锯条是一种本制或金属制品的切割工具，其齿部需要精确刃磨，设计一台齿部自动刃磨设备，可提高效率与精度，属机械制造领域的机电一体化设备，通过对此类设备的设计，可全面提高学生所学知识的综合能力。 本设计具有实用价值与综合能力提升的目的。本课题预期目标：（含：本课题应完成的工作，课题预期目标和课题价值估计，工作量大小、难易程度） 设计一台锯条齿部刃磨机，要求结构合理、紧凑、全自动，能对不同尺寸参数的锯齿进行磨削。 具体要求：绘制此设备的安装总图、部件装配图及部分零件图，对相关零件进行设计计算或校核，设计相应电器及连接电路系统；编制设计说明书。难度：中等。工作量适中。提供的外部条件： 类似商品的使用演示主要参考资料：1 毛谦德，李振清主编. 袖珍机械设计师手册 第 2 版M. 北京：机械工业出版社,20052 王侃夫.数控机床控制技术与系统 第 2 版M. 北京：机械工业出版社,2007.093 金钰.伺服系统设计指导M. 北京：北京理工大学出版社,20004 /v_show/id_XMjk0OTUxMzcy.html?from=y1.2-1-176.3.6-1.1-1-1-5-0相邻课题情况或子课题情况：填报人（签字）： 填报日期： 年 月 日院（系）教研室审核意见： 院（系）教研室主任（签字）： 年 月 日院（系）毕业设计（论文（设计） ）工作领导小组审核意见： 院（系） （签章） 组长（签字）： 年 月 日注：1. 本表用于各专业教师拟订毕业论文（设计）课题和毕业论文（设计）工作领导小组审核毕业论文（设计）课题的可行性用。 2. 根据教师拟订该毕业论文（设计）课题所需学生人数，应在“相邻课题情况或子课题情况”栏内填写出每个学生应做的子课题情况，保证一生一题。 3. 每个论文（设计）课题应填写该表一份。各教研室分专业整理存档。 这是指导老师整理的任务书！锯条磨齿机设计/index.php#锯条规格1、课题研究的主要内容及基本要求：对锯类工具特别是锯条市场并加工现状进行全方位调研，写出此类工具及加工设备、加工方法的综述村料；设计一台锯条齿部自动刃磨机，锯条参数如下锯切普通碳钢带锯条，带锯条的齿尖是齿尖是HSS-M42HSS-M42的材料，其最大参数为80x1.6（宽*厚）2/3；（前面的参数你再落实一下）完成此设备的结构设计及相关计算，完成控制系统的选型或设计，绘制其装配图与部分零件图，图纸量符合第2项要求；撰写电子、纸质设计计算说明书；综合运用所学专业知识、参考相关资料，按时独立保质保量完成毕业设计课题。2、对毕业设计（论文）成果要求：工程图：规范的装配图不少于1张，主要零件的零件图不少于4张（图幅自定），电气原理图一套；电子、纸质设计说明书1份（大于40页）文献综述1份；刻录光盘1张（内容：题目审核表、文献综述、设计说明书、工程图）3、主要参考文献与本科毕业设计（论文）题目审核表中主要参考文献一致。毕业设计（论文）毕业设计（论文）题题 目：目： 锯条齿部刃磨机设计 学学 院：院： 专专 业：业： 学生姓名：学生姓名： 指导教师：指导教师： I摘 要为了切断工件，在锯齿的尖部，需要加工出锋利的齿尖刃口，但是经过一段时间的磨损，锯齿刃口变钝，锯切后的工件端面质量变差，甚至不能满足供货要求，这时就要换下锯条进行修磨。本文讲述了锯条刃磨机的设计。首先，通过对锯类工具特别是锯条市场并加工现状进行全方位调研，在此基础上提出了本锯条刃磨机方案；接着，设计计算了各主要构成件的结构尺寸；然后，对电气控制系统进行了设计；最后，通过 AutoCAD 制图软件绘制了本锯条刃磨机装配图、主要零件图及电气原理图。通过本次设计，巩固了大学所学专业知识，如：机械原理、机械设计、材料力学、公差与互换性理论、机械制图等；掌握了起重机械产品的设计方法并能够熟练使用AutoCAD 制图软件，对今后的工作于生活具有极大意义。关键字：关键字：锯条，刃磨机，砂轮，拨齿IIAbstractIn order to cut off the workpiece. In the tip of the sawtooth, need to process a sharp cusps blade outlet, but after a period of time of wear and tear, serrated cutting edge blunt, after sawing the workpiece surface quality becomes poor, even cant meet the supply requirements, then we must change the saw blade grinding. This paper describes the design of saw blade grinder. Firstly, based on sawing tools especially blade market and processing status of a full range of research, based on proposed the saw blade grinding machine scheme; then, design and calculation of the size of the structure of the major components; then, on the electrical control system design. Finally, through the AutoCAD drawing software drawn the saw blade grinding machine assembly drawing, part drawings and electrical schematics. Through the design, the consolidation of the University of the professional knowledge, such as: mechanical principles, mechanical design, mechanics of materials, tolerance and interchangeability theories, mechanical drawing; master the design method of hoisting machinery products and be able to skillfully use AutoCAD drawing software, for the future work in life is of great significance. Keywords: Blade,Grinding, Grinding wheel, Gear shiftingIII目 录摘 要.IAbstract.II第 1 章 绪 论.11.1 研究背景及意义.11.2 锯条刃磨机研究及发展现状.11.2.1 锯齿磨削的现状.11.2.2 锯齿磨削机的现状与发展前景.11.3 现有锯条刃磨机简介及存在问题.21.3.1 现有锯条刃磨机简介.21.3.2 现有锯条刃磨机存在问题.21.4 主要内容及基本要求.3第 2 章 总体方案设计.42.1 锯条概述.42.2 砂轮类型选取.62.3 砂轮驱动形式的选取.72.4 进给传动装置的选取.72.4.1 齿轮齿条机构.72.4.2 丝杠螺母机构.82.5 导轨的选取.82.6 总体的设计.9第 3 章 结构设计计算.113.1 主要技术参数的确定.113.2 电机的选取.113.3 进给丝杠的计算.113.3.1 拟定设计参数.113.3.2 确定工作负载.123.3.3 确定螺纹中径.12IV3.3.4 螺母高度的计算.123.3.5 基本牙型高度.121H3.3.6 手轮驱动力计算.123.4 丝杠的校核.133.4.1 临界压缩负荷.143.4.2 临界转速.143.4.3 固有频率.153.4.4 扭转刚度.163.5 砂轮的设计.173.5.1 砂轮的选择.173.5.2 砂轮的平衡方法.183.5.3 砂轮的修整.193.6 底座机架的设计.203.6.1 机架结构类型.203.6.2 机架结构的选择.203.6.3 机架的确定.21第 4 章 电气控制系统设计.224.1 刃磨工艺流程分析.224.2 硬件设计.234.2.1 硬件部分总体分析、设计.234.2.2 PLC 选型.234.2.3 其它硬件的选型、设计.264.3 软件设计.274.3.1 PLC 软件设计.274.3.2 PLC 程序调试.31总 结.33参考文献.34致 谢.351第 1 章 绪 论1.1 研究背景及意义为了切断工件，在锯齿的尖部，需要加工出锋利的齿尖刃口，但是经过一段时间的磨损，锯齿刃口变钝，锯切后的工件端面质量变差，甚至不能满足供货要求，这时就要换下锯条进行修磨。一般来说，工厂会采用不同种类的锯条刃磨机进行磨削，但是，不论哪种机器，其砂轮的磨削进给方向都是沿着锯条半径方向刃磨，砂轮的圆弧形状都要留在锯齿的根部和尖部，使横刃变成一条弧线，而且刃口较虚，在齿尖淬火时容易烧损，降低锯条的使用寿命1,2。我公司多年来一直为钢铁行业提供金属冷热切圆锯条，对它的使用状况和修复后存在的问题进行过深入分析，仿照新锯条铣齿加工的原理，特别设计、制造了轴向磨削式锯条刃磨机，修磨后的锯齿形状与新锯条非常相近，经过生产实践证明可以大大提高修复锯条的使用效果，能够给用户带来良好的经济效益。1.2 锯条刃磨机研究及发展现状1.2.1 锯齿磨削的现状随着我国木材加木工业的不断发展，各木材制造生产厂商不断涌现，对硬质合金锯条的需求量不断增加，因而硬质合金锯条的市场潜力很大，许多锯条专业生产厂商都在不断更新设备，以提高生产效率和增加经济效益。然而，在实际锯材生产中，由于磨削技术水平低和使用不当，往往使锯条达不到工艺质量要求，使用寿命不到设计的一半。这不仅仅影响产品质量，而且增加了费用支出。通常锯条的磨削工作是由维修工完成的，由于这项工作技术性很强，又属于辅助工序，而且操作时间不固定，因此磨削工作往往是锯材加工生产管理中比较薄弱的环节。1.2.2 锯齿磨削机的现状与发展前景鉴于锯条磨削比较困难，需要专业人员进行，磨削不好不但起不到提高工作效率，提高加工质量的效果，还将直接影响到锯条使用寿命。同时，为了降低加工成本，提高效率，更考虑到数控技术发展的大趋势，锯齿磨削机产生了。采用 PLC 作2为控制核心，能够充分利用其丰富软件功能来达到控制目的，从而克服原控制部分因由传统的继电器和接触器组成，触点多、线路复杂而带来的种种弊端。锯齿磨削机的产生极大的提高了效率，但是，在我国，由于人力资源丰富，最主要是磨齿机价格比较高，初期投资比较大，锯齿的磨削要几台机器来完成，集成度不够高，这些因素直接影响到了磨齿机的推广与应用。所以目前为止磨齿机的应用还是比较局限的。另外一方面，目前所用的锯齿磨削机主要来自进口，我国在该方向上的研究比较少，技术不够成熟，虽然也有厂家生产出了技术含量很高的机器，但是受长期进口的影响，采用国产磨削机的还是比较少。6从现在存在的问题来看，我国锯齿磨削机的研究需要解决以下几个方面的问题，以便达到广泛应用，提高效率，精度，取代进口的目的。第一，精度上要加强，达不到精度要求的机器没有实用性。第二，降低成本，当然这不能通过降低质量来实现，国产机器本来在质量上就不比别人强，如果质量上有问题，那就彻底没有了市场。第三，提高集成度，目前多采用多台机器磨削锯齿，我们可以想办法用一台机器来代替，从而降低成本，提高简洁性和实用性。71.3 现有锯条刃磨机简介及存在问题1.3.1 现有锯条刃磨机简介目前，国内外锯条刃磨机生产厂家众多：国外厂家主要有德国瓦格纳、Vollmer以及法国、韩国、日本等厂家；国内厂家多而杂，部分设备为自行改造加工而成，通过文献资料可知，国内最主要的有北京科技大学臧勇等人设计制造的锯条刃磨机，其糅合了日本、德国等国外设备的优点研制而成，功能强大，应用范围广3。其他较为正规的厂家有武汉机床厂，从上世纪 50 年代开始仿制了国外的两款机型，分别是 M6620 和 M6615，至今一直在生产，并且没有明显的改进。现阶段，国内外众多锯条刃磨机除了拨齿机构有些区别以外，磨削原理大同小异，都是砂轮沿着锯条的半径方向从外向内磨削，向外退刀。这些设备广泛应用于锯条生产行业及轧钢企业生产厂现场，是金属冷热切圆锯条重磨加工过程中的重要装备。1.3.2 现有锯条刃磨机存在问题在刃磨工艺方面，上边介绍过的众多锯条刃磨机中，砂轮的进给方式多为沿锯3条半径方向的径向进给，砂轮在图 2 中所示位置 1、2 间往复运动，导致修磨后的锯齿刃部存在轴向圆弧，在使用过程中，齿顶部轴向圆弧的两个端点在齿尖淬火时易烧损，且在切削过程中极易磨损或崩刃，从而改变锯齿实际切削部位，影响锯条的锯切效果。目前采用径向进给方式修磨出的锯条，在实际使用中的切割寿命远不如新片，仅为新片的 5070%，且径向进给式锯条刃磨机只能修复部分齿形，应用范围受限。在设备结构方面，现有刃磨机虽外形构造有多不同，但砂轮进给导轨均采用普通滑动式，磨损较快，设备精度低，且砂轮旋转方向面向操作者，危险性较大。1.4 主要内容及基本要求对锯类工具特别是锯条市场并加工现状进行全方位调研，写出此类工具及加工设备、加工方法的综述村料；设计一台锯条齿部自动刃磨机，锯条参数如下锯切普通碳钢带锯条，带锯条的齿尖是 HSS-M42 的材料，其最大参数为80x1.6（宽*厚）2/3；（前面的参数你再落实一下）完成此设备的结构设计及相关计算，完成控制系统的选型或设计，绘制其装配图与部分零件图，图纸量符合第 2 项要求；撰写电子、纸质设计计算说明书；综合运用所学专业知识、参考相关资料，按时独立保质保量完成毕业设计课题。4第 2 章 总体方案设计2.1 锯条概述（1）带锯条切削的特点从带锯条切断的比较来看，作为优点，它具有对钢材的通用性更强的特点。现在明显地看出使用带锯条几乎可切断所有类型的钢材。从材料利用率方面比较其优越性的话，如下所示，材料利用率与锯缝的大小密切相关，对切断成本有着很大的影响。在节省资源的今天，使用带锯床和带锯条有着明显的优势。原来在切断方法依赖于弓锯床、圆盘锯的欧洲，特别是在德国，能够看到带锯床在显著普及，这充分证明了带锯床的优越性。 利用率实例比较 材料： 45 号钢 尺寸： 100mm 参数： 按 61.23KGM 计算 切断数 10000 个切缝尺寸每 10000 个切缝的重量带 锯1.6mm979.68KG弓 锯2.5mm1530.75KG圆盘锯3.0mm1836.90KG由此可见，光从切缝所节约的材料费用就可以说明带锯条锯切的绝对优势。以目前市场迅速扩张的为例（273407N）：锯条厚度（0.9mm）+分齿量（0.34mm）2=1.58mm（锯口宽度）（2）带锯条的选定方法为了进行高效率切断，选择与被切削材料材质相适应的锯条品种及依据材料形状大小，选择适宜的齿形是至关重要的带锯条的构成5齿宽：又称为等高。从齿的尖端到背部的长度称为齿宽。宽度越大带锯条强度越高，越能进行高精度切削。齿厚：带锯条的板厚。厚度越大带锯条的钢性越强，从而能进行重力切削。但随着厚度的增加，回转曲率也相应增加，带锯条易产生疲劳。齿型：又称为齿节。是指在 1 英寸（25.4mm）范围内所容纳的齿数。齿形的选择对切削作业有着直接的影响。锯齿与齿沟的组合变化可防止切削中铁屑的阻塞。齿距：相邻两齿顶之间的距离。齿槽：又称为齿沟。是齿尖之间的空间。是为把切削时所产生的切屑完全排除到被切削材料之外而不可缺少的空间。齿深：从齿顶到齿沟最低部位的距离。前面：切屑在上面流过的刀齿表面。后面：工件上加工出来的表面在其上通过的刀具表面。切削刃：用以进行切削的前面边缘。它由前面和后面的交线构成。齿底圆弧半径：连接刀齿前面和前一齿后面的圆弧半径。基面：通过切削刃上选定点并垂直于背边的平面。前角：假定未分齿的前面和基面间的夹角。楔角：未分齿前面和后面之间的夹角。分齿量：为形成切削间隙而使锯齿向侧面的凸出量。总分齿量：考虑到每一侧的分齿量，在两个相对刀齿之间的锯条总厚度，这一厚度决定锯条切削时的总宽度。齿型的种类等齿：以锯条原始齿节 1 英寸为基准规定齿数，齿尖之间的长度都是相同尺寸。变齿：这是为大幅度地减轻切断的振动、噪音而开发的锯条。使齿尖的长度和齿高变化，以独特的错齿型（耙形定向+直线定向）构成。因抑制了切削中的振动，故没有韧性翻卷，可高速切削。与常规齿节相比，适应材料的直径范围增大，因此，通用性更强。材料的特性与锯条的切断范围虽然被切削材料的形状、材质决定带锯条的选择和切削条件，但由于切削材料6硬度差别的影响，带锯条往往难以充分地发挥其作用。尽管材料内部和外部硬度值相同，但由于生产产家的不同，材料组织、内部应力、机械性质等有差异，对带锯条的切削会产生直接或间接的影响切削与材料的硬度有密切的联系。我们经常说：这种材料有点硬，但这跟锯条还可以切。那么怎么抓住“软”和“硬”这两个概念进行顺利地切削？我们通常用“硬度”来表示材料的这一概念。所谓硬度就是金属材料抵抗压入物压陷能力的大小，也可以说材料对局部朔变形的抗力。常用的硬度制标有：布氏硬度（HB） 、洛氏硬度(HRC)和维氏硬度（HV）总的来说带锯条对硬度高的材料会产生滑动摩擦和摩擦热，造成切削性能相对较差。这就是硬的材料比较难切的道理。我们应该根据被切削材料的硬度来选择切削条件，如果被切削材料硬度低，就要提高锯条的线速度，切削效率也可以提高。同时，考虑其排屑通畅的因素，齿距也可相应放大。但是切削不锈钢等硬度低、粘性较大的材料时，锯条线速度要放慢，并且切削效率也要相应降低。考虑其排屑通畅的因素，齿距也相应放大。（3）锯条参数如下：各种齿形分齿量的参数齿型分齿量（mm）8Z、58Z0.320.05 6Z、4Z、46Z、34Z、0.340.0523Z、 0.370.05 12Z 0.480.05 11Z0.520.05 各种规格锯条的厚度表规 格M19M27M34M41M54M67厚 度0.9mm0.9mm1.06mm1.25mm1. 6mm1.6mm齿型和齿距的对照表 齿距单位：mm齿型3Z4Z6Z8Z5/8Z4/6Z7齿距8.56.44.23.24.15.1齿型3/4Z2/3Z1/1Z齿距7.310.219.52.2 砂轮类型选取目前常用的砂轮有两种；一种是氧化铝砂轮，氧化铝砂轮多呈白色其砂粒韧性好，比较锋利，但硬度稍低（即砂轮磨粒容易从砂轮上脱落） ，适用于刃磨高速钢锯条和硬质合金锯条的齿柄部分，氧化铝砂轮又称白刚玉砂轮；另一种是碳化硅砂轮，其砂粒硬度高，切削性能好，但较脆，适用于刃磨硬质合金材料的锯条，该砂轮外表颜色一般是绿色。砂轮的粗细以粒度来表示；GB/T2477-1983 中规定了砂轮分为 41 个粒度号，如“60#、80#、120#、 ”等。粒度号越大砂轮越细，反之粒度号越小则砂轮越粗。粗磨锯条的齿柄时一般应选用 60#以下砂轮，精磨锯条的硬质合金时应选 80#或 120#砂轮（即粗磨锯条时使用粒度号小的砂轮；精磨锯条时使用粒度号大的砂轮） 。2.3 砂轮驱动形式的选取目前机械设备的主要驱动形式有三大类：液压驱动、气动驱动和电机驱动。液压驱动具有输出功率大、控制精度高、可无级调速，反应灵敏，可实现连续轨迹控制等优点。但是液压传动有较多的能量损失(泄漏损失、压力损失等)，传动效率相对低。液压传动需要配套设备如：液压站、各种液压控制阀等，它适用于重载、低速驱动，成本较高。这种驱动方式显然不适合。气动驱动功率/质量比大，体积小，结构紧凑，密封问题较小，成本低。但是由于气体压缩性大，精度低，低速时不易控制，需要专门的气源输送站。所以这种驱动方式和液压驱动一样，不适合。电机驱动与气动驱动和液压驱动相比，具有能精确定位，反应灵敏，可实现高速、高精度的连续轨迹控制，伺服性好等优点；另外结构简单、易于控制、使用维修方便、不污染环境，因此本设备采用电机驱动。2.4 进给传动装置的选取82.4.1 齿轮齿条机构此机构的特点是制造简单，成本低。一般由于结构上和降速的需要，齿轮的齿数都做得很少（如在 C620-1 型车床上用 12 齿） ，因此啮合系数小，加上有齿侧间隙，所以传动的平稳性较差，特别在速度很低时更为明显。它主要用于速度比较高些，而精度又不需要太高的普通机床进给系统中。齿轮齿条由于不能自锁，在垂直移动时用它不可靠。有的机构，如龙门铣床，为了提高它的平稳性，才用蜗杆和斜齿条传动。不适合本次设计。2.4.2 丝杠螺母机构丝杠螺母传动的特点有如下几点：（1）本身降速比大，因此在中速和低速移动部件上，无需采用降速很大的减速机构。但是由于本身降速比大，这就不适合于高速运动。如果移动速度较高时，丝杠转速高，磨损就快。因此这种机构使用于中、低速的机床上。（2）能传递较大的轴向力。因本身的转速比大，因而传递的力大，而回转丝杠所需的里比较小，适用于重型机床和加紧机构。（3）移动准确，运动平稳。因丝杠和螺母接触面积大，且连续接触，故传递比较平稳。提高丝杠的精度比提高齿条的精度容易。因此，易作为精密机床的执行机构和调整机构。（4）传递效率低，能自锁。传递的效率一般为 50%左右，因此不宜用在主传动中。丝杠螺母机构用于垂直移动部件能有自锁作用，防止部件下滑。因此本次刃磨机选用丝杠螺母传动形式。2.5 导轨的选取机床的工作部件是沿着导轨的表面运动的。导轨是保证工作台、刀架、溜板等运动方向的导向面，为了使工作部件沿着一定的方向运动和承受一定的力矩，一般机床都是二根导轨组合而成，某些大型机床为了保证工作部件的刚度，也有用三根导轨的（如大型的龙门刨床等） 。机床上常用的导轨通常都是由二根导轨组成，而且常常配置着镶条或压板，以调整导轨面的间隙或防止颠覆。9图 2-1 导向原理对于直线运动的导轨，为了使运动部件只沿着一个方向运动，导轨必须限制运动部件绕 X、Y、Z 三根轴线的转动和两个方向的移动。并且导轨必须只具有单方向的导向性。由平面所组成的导轨。每根导轨都是由二个窄长的平面组成，他限制了 X 向和Z 向的移动及 Z 轴和 X 轴的转动。但由于导轨面很窄，所以还不能限制绕 Y 轴的转动。为此，我们通常增加了一个平面或加宽一个导轨面来限制其绕 Y 轴转动。由圆柱所组成的导轨。单根圆柱只能限制 X 向和 Z 向的移动及绕 X 轴和 Z 轴的转动。加键以后可以限制绕 Y 轴的转动。一般情况都采用双圆柱式，这样即满足了导向要，同时受力情况也好。2.6 总体的设计该机器是属于小型的工具机械，设计要求机构简单、结构紧凑、外形小、体积小、质量轻、方便搬运、操作简单，使得加工效果好、效率高。其结构总图如下图2-2 所示：10图 2-2 总体布局图砂轮直接连接在电机主轴上，电机座通过三角形导轨、丝杠螺母和手轮实现前后方向移动，同时还可以实现俯仰运动。锯条移动过程中推动拨齿机构上下跳动带动砂轮俯仰进给，本装置的优点是可以适应不同形式的锯条。11第 3 章 结构设计计算3.1 主要技术参数的确定锯条参数为：锯切普通碳钢带锯条，带锯条的齿尖是 HSS-M42 的材料，其最大参数为 80x1.6（宽*厚）2/3。3.2 电机的选取合理地确定磨床的电动机功率砂轮架电动机功率，若功率选的过大，则消耗电力多，造成浪费；选用的过小，则又使机床的使用效能受到限制。在确定电动机功率时，选用公式：；NNN切损电式中：-砂轮架电动机功率, KwN电 -磨削功率, KwN切 -损耗功率, KwN损12根据对设计提出的要求，本设计磨削机上采用 GBDABW125x63x25 砂#801ZR轮，砂轮线速度 V=35 m/s；磨削深度 t 从 0.02 mm0.1mm。=0.60.7。zp代入计算公式计算： Kw.0.6*350.7*350.2 0.23102102102zp VN切根据经验公式，估计空载时所消耗的功率 0.010.02kw; 则 =0.230.25 KwNNN切损电根据上述的估算，并考虑机床的效率，应选用 0.25 Kw 的电动机比较合适。选取电动机型号：YS-71L 1-2。上海革新电机厂。防护等级 IP44，工作方式，冷却方法 IOC41,绝缘等级 E 级。1S3.3 进给丝杠的计算3.3.1 拟定设计参数估算砂轮结构总重量：50KG手轮直径：90mm有效传动距离：270mm3.3.2 确定工作负载工作负载是指机器工作时，实际作用在滚珠丝杠上的轴向压力。选定导轨为滑动导轨，取摩擦系数为 0.05。 max00.05 500 25NFFG拉 3.3.3 确定螺纹中径2250.80.82.3 2 1.5Fdmmp式中：F为轴向载荷，N13 p为许用比压，2/N mm 1.5p 因为是整体式螺母，取2故初选210,4dmm pmm3.3.4 螺母高度的计算22 1836Hdmm3.3.5 基本牙型高度1H10.50.5 42HPmm3.3.6 手轮驱动力计算图 3-1 丝杠受力图丝杠传递力的计算如图所示，当用 P 力去转动半径为 R 的手轮时，所产生的扭距 M 使丝杠中径 r 出产生切向力 Q ,计算公式计算如下：*MP RrrQ 这个 Q 力可使螺母获得轴向牵引力 W：*wQ ctg 考虑摩擦力，则 *()wQ ctg 将 Q 带入，得*()P RrQctg 式中： W轴向牵引力，N P转动手轮的力,N r丝杠中径,mm14 螺旋升角， “+”号表示右旋螺纹逆时针旋转， “-”表示右旋螺纹顺时针旋转。 -摩擦角，以知梯形螺纹摩擦角。cos()farctg 查表得，丝杠螺母的摩擦系数 f=0.15，梯形螺纹的齿形半角=15 ，o所以，。0.15cos15()8 50arctg又因为，丝杠中径 r=10mm,螺距 S=4mm，手轮半径 R=20mm，则螺母的轴向牵引力为：1*20.(8 50)11.7102SWctgarctgkgr当时，丝杠螺母机构具有自锁性，它能使导轨不因为振动而造成偏移。3.4 丝杠的校核丝杠副的拉压系统刚度影响系统的定位精度和轴向拉压振动固有频率，其扭转刚度影响扭转固有频率。承受轴向负荷的丝杠副的拉压系统刚度 Ke 由丝杠本身的拉压刚度 Ks，丝杠副内滚道的接触刚度 Kc，轴承的接触刚度 KB，螺母座的刚度KH，按不同支承组合方式的计算而定。扭转刚度按丝杠的参数计算。 3.4.1 临界压缩负荷丝杠的支承方式对丝杠的刚度影响很大，采用两端固定的支承方式并对丝杠进行预拉伸，可以最大限度地发挥丝杠的潜能。临界压缩负荷按下式计算：211max20crfEIFKFNL式中 E材料的弹性模量 E 钢=2.11011(N/m2)； L0最大受压长度(m)； K1安全系数，取 K1=1/3； Fmax最大轴向工作负荷(N)； f1丝杠支承方式系数；(支承方式为双固双固时，f1=4，f2=4.730) I丝杠最小截面惯性矩(m4)：154420(1.2)6464wIddd式中 d0丝杠公称直径(mm)；412843.14(14 1.2 3.969)102.7 1064Im经过设计论证丝杠全长为 mm500L 2118max264 3.142.1 102.7 1012554.325500103NFNcr F可见远大于，临界压缩负荷满足要求。crFmaxF3.4.2 临界转速222222max22309910crccff dEInknLAL式中 A丝杠最小横截面：2642221.9 107.8 1044Adm 临界转速计算长度：cL取 ，10.4cLLm安全系数，一般取 ；2k20.8k 材料的密度：；337.85 10/kg m丝杠支承方式系数，查表得，2f24.730f max22crnminr23650101. 0730. 49910n满足要求。3.4.3 固有频率丝杠系统的轴向拉压系统刚度 Ke 的计算公式：两端固定：111111(/)4eBcHSNmKKKKK16式中 Ke 丝杠副的拉压系统刚度(N/m)； KH螺母座的刚度(N/m)；Kc丝杠副内滚道的接触刚度(N/m)；KS丝杠本身的拉压刚度(N/m)；KB轴承的接触刚度(N/m)。（1）丝杠副内滚道的接触刚度可查丝杠副型号样本；（2）轴承的接触刚度可查轴承型号样本；（3）螺母座的刚度可近似估算为 1000；（4）丝杠本身的拉压刚度。对丝杠支承组合方式为两端固定的方式： 610/sAElKNmala式中 A丝杠最小横截面，；222()4AdmmE材料的弹性模量，E=2.1 1011(N/m2)；l两支承间距(m)；a螺母至轴向固定处的距离(m)。已知：轴承的接触刚度，丝杠螺母的接触刚度mNKB1080，丝杠的最小拉压刚度，螺母座刚度mNKC7 .716mNKs2 .545min。mNKH1000111114 1080716.710004 545.2eK324/eKNm丝杠系统轴向拉压振动的固有频率：/eBKrad sm式中 m丝杠末端的运动部件与工件的质量和(N/m)；17Ke丝杠系统的轴向拉压系统刚度(N/m)。1203srad1260300103248 . 9mKw6eB显然，能满足要求。3.4.4 扭转刚度丝杠的扭转刚度按下式计算：47.84mTdKL式中 丝杠平均直径：mdL丝杠长度rmN97365009 .2184. 7K4T扭转振动的固有频率:()3TTswzKJJJ式中 JW运动部件质量换算到丝杠轴上的转动惯量(kgm2)； JZ丝杠上传动件的转动惯量(kgm2)； JS丝杠的转动惯量(kgm2)。由文献7，8得：平移物体的转动惯量为：2422000 0.01()5.2 109.812Jkg mA丝杠转动惯量：24432s2s2ssskggm1064.4025.045.11085.714.3321)Ld41(d81dm81J421.6 10zJkg mA18min/ r42297s/rad1 .442710364. 46 . 12 . 597364T显然，可以满足设计要求。3.5 砂轮的设计3.5.1 砂轮的选择砂轮的特性由磨料、粒度、硬度、结合剂和组织 5 个因素决定。1) 磨料，常用的磨料有氧化物系、碳化物系和高硬磨料系 3 种。船上和工厂常用的是氧化铝砂轮和碳化硅砂轮。氧化铝砂轮磨粒硬度低(HV2000-HV2400)、韧性大，适用刃磨高速钢锯条，其中白色的叫做白刚玉，灰褐色的叫做棕刚玉。碳化硅砂轮的磨粒硬度比氧化铝砂轮的磨粒高(Hv2800 以上) 。性脆而锋利，并且具有良好的导热性和导电性，适用刃磨硬质合金。 其中常用的是黑色和绿色的碳化硅砂轮。而绿色的碳化硅砂轮更适合刃磨硬质合金锯条。2) 粒度：粒度表示磨粒大小的程度。以磨粒能通过每英寸长度上多少个孔眼的数字作为表示符号。例如 60 粒度是指磨粒刚可通过每英寸长度上有 60 个孔眼的筛网。因此，数字越大则表示磨粒越细。 粗磨锯条应选磨粒号数小的砂轮，精磨锯条应选号数大( 即磨粒细) 的砂轮。船上常用的粒度为 46 号台 0 号的中软或中硬的砂轮。3) 硬度：砂轮的硬度是反映磨粒在磨削力作用下，从砂轮表面上脱落的难易程度。 砂轮硬，即表面磨粒难以脱落；砂轮软，表示磨粒容易脱落。 砂轮的软硬和磨粒的软硬是两个不同的概念，必须区分清楚。 刃磨高速钢锯条和硬质合金锯条时应选软或中软的砂轮.另外，在选择砂轮时还应考虑砂轮的结合剂和组织。 船上和工厂一般选用陶瓷结合剂(代号 A)和中等组织的砂轮。综上所述，我们应根据锯条材料正确选用砂轮。选择砂轮如图所示。采用碗型(BW)砂轮端面刃磨法，选择砂轮的粒度 80，磨料为单晶白刚玉（符号为 GBD） ，硬度为中软(符号为)，陶瓷（符号为 A）黏结剂。结构参数为：外径 125mm。厚度：1ZR1963mm，内径 25mm。具体的砂轮型号为：GBDABW125x63x25。#801ZR图 3-2 碗形砂轮 GBDABW125x63x25#801ZR3.5.2 砂轮的平衡方法砂轮的中心与它的回转轴线不重合时，砂轮就不平衡。引起砂轮不平衡的原因是：砂轮几何形状不对称；砂轮个部分的密度不平衡；以及安装时偏心等。不平衡的砂轮在高速回转时会产生震动，从而影响加工质量，严重时还会造磨床损坏和砂轮碎裂。因此，使用直径大于 125 毫米的砂轮必须进行平衡。（1）砂轮平衡的方法自动平衡法：在机床上装的传感器，仪表显示出旋转时砂轮的不平衡量（包括砂轮卡盘） ，通过手柄或按钮，调整平衡块的方位与距离，同时观察仪显示的数值，使其调整到最小的不平衡量。静平衡法： 出砂轮的重心所在的直径 AB。 重心的位置加上平衡块 C，并使 A 和 B 两点位置不变。 加上平衡块 D、E，并使 A 和 B 位置不变；若有变动可以调整 D、E,使A、B 两点恢复原位。此时砂轮左右已平衡。 将砂轮转动 90 度，若不平衡，将 D、E 两平衡块同时向一个方向移动，只动平衡为止。 经过上述反复后，一般砂轮在八个方位都能保持平衡。综合考虑个方面因素，本设计中采用静平衡法来平衡砂轮。3.5.3 砂轮的修整20砂轮工作一段时间后，工作表面会出现磨粒钝化，表面堵塞，外形失真等现象，将会影响磨削工作的正常进行，而且直接影响被加工工件的表面质量。所以，砂轮必须定期修整，以保持磨粒的锋利，以避免产生烧伤退火及磨削裂纹。对于本设计中的碗形砂轮端面，一般采用油石手工修整，使其呈现内凹的锥面，如图 3-3 所示。图 3-3 油石修整砂轮油石的硬度要比砂轮硬，一般可采用 TH24CYASF20x150-200。如果用砂轮的外圆锥面或外圆柱面为磨削工作面时，特别是锯条的几何形状精度及表面光洁度要求较高时，手工修整较难满足要求，一般采用金刚石笔借助修整夹具修整。3.6 底座机架的设计在机器中支承或容纳零部件称为机架。如支承罐的塔架、容纳传动齿轮的减速器的壳体，机床的床身等等统称为机架。3.6.1 机架结构类型（1）按机架外形分类按机架外形分类：网架式、框架式、梁柱式、板块式和箱壳式。（2）按机架的制造方法和材料分类按制造方法，机架可分为铸造机架、焊接机架和螺栓或铆接机架。按机架材料可分为金属机架、非金属机架。非金属机架又可分为混凝土机架、素混凝土机座平台、花岗岩机架、塑料机架等。铸造机架常用材料为铸铁、铸钢和铸铝。小型设备（如仪表等）的机架则有铜制或塑料制造。213.6.2 机架结构的选择进行机架结构形式的选择是一个较复杂的过程，对结构形式、构件截面和结点构造等均需要结合具体的情况进行仔细的分析。对结构方案要进行技术经济比较。由于各种设备有不同的规范和要求，制定统一的机架结构选择方法较困难。但是，可以利用结构力学的知识提出下列一般的规则。这些规则是为了节约材料在选择形式时应遵守的一般规律。（1）结构的内力分布情况要与材料的性能相适应，以便发挥材料的优点。轴力较弯矩能更充分地利用材料。杆件受轴力作用时，截面上的材料分布是均匀的，所有材料都能得到充分利用。但在弯矩作用下截面的应力分布是不均匀的，所以材料的应力分布不够经济。机械结构中许多构件所受的都是沿垂直于杆轴的方向作用的。弯矩沿杆变化很迅速。有垂直载荷处，弯矩曲线有曲率，且曲率与载荷集度成正比。最大的弯矩限于一小段内，在较长段内材料不能充分利用，这是弯曲构件不经济的另一原因。（2）结构的作用在于把载荷由施力点传到基础。载荷传递的路程愈短，结构使用的材料愈省。（3）结构的连续性可以降低内力，节省材料。3.6.3 机架的确定综合考虑机器的工作时所受的力，我选用机体材料 HT200 铸造机架，力学性能：=200MPa, =340MPa.适于制造箱体、底座类零件。bs22第 4 章 电气控制系统设计4.1 刃磨工艺流程分析本锯条刃磨机主要用来磨削锯齿，要完成这一任务磨齿机必须有以下功能：8（1）手动功能：主要用来调试拨齿、夹片、进刀、砂轮/水泵、磨进、磨退、是否按设定的正常运行。9（2）设定功能：主要用来设定总齿数、水口槽数、AC 距离、OA 速度进、BA速度磨进、AB 退速度、AO 退速度、拨齿时间、磨削次数、OA 距离、AB 距离等参数。（3）自动功能：用来自动完成圆锯条的锯齿侧角磨削过程。根据锯条侧角磨削机的手动、设定、自动功能可以把侧角磨齿机的操作面板分为显示界面、电源指示灯、手动设定按钮、自动按钮、急停按钮、启动按钮，如图4-1 所示。侧角磨齿机的总体功能图如图 4-2 所示：23图 4-1 操作面板设定手动自动总齿数AC设定F2磨进速度F3F1拨齿F2夹片F3进刀F5砂轮F6磨进F7磨退功能磨削次数拨齿时间水口槽数AC距离OA速度进BA速度磨进AB退速度AO退速度磨退速度F4F5OA距离AB距离距离设定F6齿数F1磨削次数F4退刀F8水泵图 4-2 总体功能图4.2 硬件设计4.2.1 硬件部分总体分析、设计通过前文对锯条侧角磨削机的工艺流程分析知道，我们的主要控制点有：用于压片、拨齿、上片的三个气动阀，控制砂轮启停的继电器，控制的水泵启停的继电器，控制异步电机启停的信号线等。这些控制点都是开关量，由 PLC 发出开或关的指令信号来控制它们。1224系统总体的框架如图 4-3 所示：人机界面（提供LCD显示和各功能键）PLC(提供输入输出所需控制点)通信RS232输入节点输出节点接近开关、按键等各继电器、控制步进电机等图 4-3 锯条侧角磨削机系统框图PLC 是整个控制系统的硬件核心，下面我们对 PLC 进行选型。4.2.2 PLC 选型（1）控制点确定为了确定 PLC 的容量，方便选型，我们需要对控制点进行分析，把 I/O 点数数出来。通过前面的分析，我们知道我们的控制对象是锯条侧角磨削机，控制范围包括用于夹片、拨齿、上片的三个气动阀，控制砂轮的继电器，控制水泵的继电器，交流接触器，控制异步电机的信号线等。根据系统 I/O 控制点，作出详细的 I/O 点数分配表，如表 4-1 所示：表 4-1 I/O 点数分配信号作用输入信号控制输出过程电源启动限位开关磨刀在初始点磨削到位砂轮在初始点模件旋转到位完成I0I1I2I3I4I5I6I7开砂轮水泵磨刀进磨削磨刀退磨齿旋转磨进/磨退Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q725（2）PLC 选型随着 PLC 的推广普及，PLC 产品的种类和数量越来越多。近年来，从国外引进的 PLC 产品，国内厂家组装或自行开发的产品已经有几十个系列，上百个型号。PLC 的品种繁多，其结构形式、性能、容量、指令系统、编程方法、价格等各有不同，适用场合也各有侧重。因此，合理选择 PLC 对于提高 PLC 控制系统的技术经济指标起着重要作用。PLC 的选择应包括机型选择、容量选择、I/O 模块选择、电源模块等几个方面，我们这里分别介绍并对我们的系统进行 PLC 的选型。13机型选择机型选择的基本原则是在功能满足要求的前提下，保证可靠、维护使用发表改变以及最佳的性价比。具体应该考虑：结构上合理，安装要方便，对于复杂高要求的系统一般选择模块式 PLC，否则选整体式，价格比较低；功能上要相当，对于开关量控制的设备，一般的小型 PLC 即可，而不应该去选择增强型功能的 PLC；机型上应统一，一个企业用的 PLC 型号最好统一，方便互用；是否在线编程，这要根据被控设备工艺要求来决定，工艺不常变动的设备，应选用离线编程的 PLC，反之用在线；是否满足响应时间的要求；对联网通信功能的要求，看是否需要纳入工厂自动控制网络决定。容量选择PLC 的容量指 I/O 点数和用户存储的存储容量（字数）两方面的含义。在选择PLC 型号时不应盲目追求过高的性能指标，但是在 I/O 点数和存储器容量方面除了要满足控制系统要求外，还应留有裕量，以做备用或系统扩展时使用。I/O 点数通常可按实际需要的 1015%考虑裕量。存储器一般可按照实际需要的 2530%考虑裕量。14I/O 模块的选择I/O 部分的价格占 PLC 价格的一半以上。不同的 I，O 模块，其电路和性能不同，它直接影响着 PLC 的应用范围和价格，应根据实际情况合理选择。根据以上标准，考虑到我们的控制系统都是开关量的控制，可以考虑小型 PLC，该系统有 8 个输入26点，8 个输出点。再结合市场情况，考察 PLC 生产厂家的产品及其售后服务、技术支持、网络通信等综合情况，我们选择了工作稳定、可靠、抗干扰性能好且性价比较高的台达 DVP32ES 型 PLC。其基本性能有：输入 16 点,输出 16 点，辅助继电器一般用 512 点 M0M511，程序容量：内置 RAM 存储器(1808 步)，命令种类基本命令(顺序命令)32 个(含步进阶梯命令)，输入/输出控制方式结束再生方式，演算控制方式内存程序往返式来回扫瞄方式，程序语言指令加阶梯图定时器 100ms64 点，计数器 112 点。图 4-4 是 PLC 外部接线图：图 4-4 PLC 外部接线图4.2.3 其它硬件的选型、设计我们这里主要介绍一下步进电机的选择及 PLC 控制步进电机的方式。（1）在这个系统中选用和步进电机配套的 SH-2H090MH 型步进电机驱动器。该驱动器需要 5V 电源和的 60V 交流电源，整台机子用的是 380V 交流电。其中包括报警灯等已用了交流 380V 转换成交流 220V 的变压器，这里还用了一个交流220V 转交流 60V 的变压器。如果要改变步进电机的转向，另外有两个控制信号，一个是驱动步进电机运转的信号，一个是控制步进电机方向的信号。在步进电机驱动器 1 中选用 Y6 作为控制信号，Y7 作为方向控制信号。A,A，B,B用来连接步进27电机，不同的组合能使步进电机产生不同转向，接线如图 4-5 所示：15步进电机驱动器AABBCP+DIR+CP-DIR-EN+EN-AC60PLC_Y6PLC_Y7DC2_5V+DC2_5V+J19J20J21J22J17J18图 4-5 步进电机驱动器连线图（2）PLC 控制步进电机的方式：PLC 控制步进电机系统的示意图如图 4-6 所示。在控制面板上设定移动距离、速度和方向等参数。PLC 读入这些设定值后，通过运算产生脉冲、方向信号，控制步进电机的驱动器，达到对距离、速度、方向控制的目的。脉冲信号输入输出控制面板位置速度方向启/停驱动器步进电机方向信号图 4-6 PLC 控制步进电机系统示意图根据磨削机控制性能的要求，结合使用元器件的特性，所设计的锯条侧角磨削机控制系统的外部电路电气连接图如图 4-7 所示：28空气开关保险丝AC380VAC220VAC60V步进电机驱动器24V开关电源气动阀1人机界面KM1(交流接触器)KM3(总控交流接触器)电源急停MMKM2(交流接触器)砂轮电机水泵电机AC380VAC220V工作台灯(35W)报警灯AC220VAC12VKJ1（继电器）KJ2（继电器）KJ6（继电器）+5VGNDPLC_Y6PLC_Y7AABBcpdir-去步进电机PLC_C0+24VGND气动阀2气动阀3PLC_Y3PLC_Y4PLC_Y5PLC_C1+PLC继电器KJ3继电器KJ4继电器KJ5C+C-H1H2K1K224V限位图 4-7 锯条刃磨机电气系统连接图4.3 软件设计4.3.1 PLC 软件设计（1）编程软件选型及介绍PLC 是专门为工业自动控制而开发的装置，主要使用对象是广大工程技术人员及操作维护人员，为了满足他们的传统习惯和掌握能力，PLC 通常不直接采用微机的编程语言，而常常采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程。为电子技术所以领域制定全球性标准的世界性组织 IEC（国际电工委员会）于1994 年 5 月公布了可编程控制器标准（IEC1131） ，该标准鼓励不同种类的 PLC 制造厂商提供在外观上和操作上相似的指令。该标准中定义了 5 种 PLC 编程语言的表达方式：16梯形图；语句表；功能块图；结构文本；顺序功能图29其中，梯形图是在传统的电器控制系统电路图的基础上演变而来的，在形式上类似于电器控制电路，由触点、线圈和用方框表示的功能块等组成。所以梯形图成了使用最广泛的 PLC 图形编程语言。它的主要特点有：PLC 梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称，但是他们不是真实的物理继电器（即硬件继电器） ，而是软件中使用的编程元件。每一编程元件与 PLC存储器中元件映像寄存器的一个存储单元相对应。以辅助继电器 M0 为例，如果对应的存储单元为 0 状态，梯形图中 M0 的线圈“断电”，其常开触点断开，常闭触点闭合，称 M0 为 0 状态，或者称为 OFF。反之为 1 状态，或 ON。根据梯形图中各触点的状态和逻辑关系，求出与图中各线圈对应的编程元件的 ON/OFF 状态，称为梯形图的逻辑解算。逻辑解算是按梯形图中从上到下、从左到右的顺序进行的。解算的结果，马上可以被后面的逻辑解算所利用。逻辑解算是根据输入映像寄存器中的值，而不是根据解算瞬时外部输入触点的状态来进行的。梯形图中各编程元件的常开触点和常闭触点均可以无限多次的使用。输入继电器的状态唯一地取决于对应的外部输入电路的通断状态，因此在梯形图中不能出现继电器的线圈。（2）PLC 程序设计应用程序的设计是 PLC 控制系统设计的核心。要设计好 PLC 的应用程序，首先必须充分了解被控对象的情况，诸如生产工艺、技术特性、工作环境，及其对控制的要求等。据此，设计出 PLC 控制系统，包括设计出控制系统图、选出合适的PLC 型号、确定 PLC 的输入器件和输出执行器、确定接线方式等，这些内容在前面已经分析过了。本章就是在上述工作的基础上，详细介绍 PLC 应用程序的设计。17与一般的计算机应用程序设计类似，PLC 的应用程序设计是根据控制系统硬件结构和工艺要求，在软件系统规格书的基础上，使用相应的编程语言，对用户控制程序的编制和相应文件的形成过程。设计流程应该包括：熟悉被控对象；熟悉编程器和编程语言；参数表的定义；程序框图的设计；30程序的编写；程序的调试；程序说明书的编写。前三步已经完成，程序框图我们只把其中最重要的部分自动执行过程的部分画出框图，还有两个部分是设定/手动，可以在程序开始后复位，然后选择程序走向即可。那两个部分用于调试，故障的时候，平时都是自动执行。图 4-8 是自动执行部分的流程图：图 4-8 自动磨削流程图下表 4-2 为 PLC 控制指令表 4-2 PLC 控制指令程序地址指令操作数0LD M0.01ANDI0.02ANDI0.33ANDI0.54SM0.15R M0.06LDM0.17ANDI0.18SM0.29SM0.53110RM0.111LDM0.212AND I0.213SM0.314RM0.215LDM0.516ANDI0.317SM0.418RM0.319LD M0.520ANDI0.421SM0.622RM0.523LDM0.624ANDI0.525SM0.726R M0.627LDM0.728CDC029LDM0.430AND
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