异型石材加工中心工作头部件的设计【优秀机械毕业设计】【有三维图】
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学 院本科毕业设计 异型石材加工中心工作头部件设计 本科毕业设计 题 目 异型石材加工中心工作头部件的设计 系 别 机械工程系 专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 学 号 年级 级 指导教师 二 年 月 日 学 院本科毕业设计 异型石材加工中心工作头部件设计 I 摘 要 在国民经济建设中，石材是不可或缺的基础原材料。作为重要的基础产业，石材行业的发展程度成为一个国家社会发展水平和综合实力的重要衡量指标。我国经济正处于高速发展期，基础设施建设成为国内投资最主要的方式。因此，石材作为最主要的原材料之一，必然也处于扩张阶段水泥生产过程中，大部分原料要进行石材切割，石材是生产水泥砖，柱子用量最大的原料，开采后的面积较大，硬度较高，因此石材的切割在石材加工厂家中占有比较重要的地位。在新的市场需求的驱动下，石材开采设备的更新和优化升级更加迫切。国内石材切割设备 生产企业充分挖掘市场潜力，大力发展大型环保节能的石材切割机械设备，在绿色环保化石材开采的转变中挥积极作用。一般生产大型石材气割机设备的企业对设备环保指数上都有严格的要求。各企业在生产设备时，都充分考虑到设备在运行中可能会出现的种题。 液压 系统自 世纪问世以来发展很快，在工作中的广泛适应性，使其在国民经济各部门获得了广泛的应用。由于 液压缸在 结构方面， 功能方面， 已经比较成熟，目前国内外液压缸 的发展不仅体现在控制系统方面，也主要表现在高速化、高效化、低能耗；机电液一体化，以充分合理利用机械和电子的先进技术促进整个液 压系统的完善；自动化、智能化，实现对系统的自动诊断和调整，具有故障预处理功能；液压元件集成化、标准化，以有效防止泄露和污染等四个方面。作为液压 缸 两大组成部分的 控制元件 和 执行元件 ，由于技术发展趋于成熟，国无较大差距，主要差别在于加工工艺和安装方面。良好的工艺使 液压缸在过滤、冷却及防止冲击和振动方面，有较明显改善。在油路结构设计方面，国内外液压缸 都趋向于集成化、封闭式设计，插装阀、叠加阀和复合化元件及 其本身 在液压系统中得到较广泛的应用 作为现代机械设备实现传动与控制的重要技术手段， 液压技术在国民经济各领域得到了广 泛的应用。与其他传动控制技术相比，液压技术具有能量密度高配置灵活方便调速范围大工作平稳且快速性好易于控制并过载保护易于实现自动化和机电体化整合系统设计制造和使用维护方便等多种显著的技术优势，因而使其成为现代机械工程的基本技术构成和现代控制工程的基本技术要素。 智能石材切割机是加工各种石材 的主要设备，适用于 各类石材厂的石材的加工， 如 下料 、 开孔 、 开槽 、拉伸等。本文根据 智能石材切割机 的用途特点和要求，利用液压传动的基本原理，拟定出合理的液压系统图，再经过必要的计算来确定液压系统的参数，然后按照这些参数 来选用液压元件的规格和进行系统的结构设计。 智能石材切割机 的液压系统呈长方形布置，外形新颖美观，动力系统采用液压系统，结构简单、紧凑、动作灵敏可靠。该机并设有脚踏开关，可实现半学 院本科毕业设计 异型石材加工中心工作头部件设计 动工艺动作的循环。 液压传动和气压传动称为流体传动，是根据 17 世纪帕斯卡提出的液体静压力传动原理而发展起体传动技术水平的高低已成为一个国家工业发展水平的重要标志。由此可见，随着科学技术的迅速发展，液压技术将获得进一步发展，在各种机械设备上的应用将更加广泛。随着经济的发展和人们生活水平的提要求也进一步提高，因此作为高档次的居家装修材料 石材的需求量也逐年增加，由于天然石材的不规则性和石材资源的有限性使用使得石材的合理使用方法 石材切割技术得到迅速的发展 ，并通过制系统来控制整个石材机械的动作，使石材的加工得到自动化的水平 。因此石材切割机的需求量也大量增加，国内外各种高性能的石材切割机种类很多，但是价格也极为昂贵 . 关键词： 石材 石材加工设备 制 自动化 学 院本科毕业设计 异型石材加工中心工作头部件设计 1 is a to do to a to or It in to in to in is of of it to on of of is to a by of to it of in in to in to in of of is 8H7 In of to of to of of in to is to of of as a by of to 学 院本科毕业设计 异型石材加工中心工作头部件设计 2 is to as a to be by in a of as as as to to It (1) of as a of (2) to of a of of by in of of (3) of to in of of of be or In a in by so in to in an so as to of to of of in a In a at in to a to to of be be by of 学 院本科毕业设计 异型石材加工中心工作头部件设计 3 of X 大学 院本科毕业设计 异型石材加工中心工作头部件设计 4 目 录 1 绪论 . 9 题的来源与研究的目的与意义 .型石材加工中心的应用 .型石材加工中心的组成 . 材加工机械的发展现状 . 石材加工机械的分类 . 智能石材切割机液压控制系统的总体结构分析 .型石材加工中心工作头部件的方案的确定 .型石材加工中心工作头部件的工作原理 .机械传动部分的设计计算 .向伺服电机的选择与计算 . 珠丝杆的选择与计算 .轮选择计算与校核 .线导杆的选型计算 . 直升降伺服电机的选型计算 . 各主要零部件强度的校核 .架强度的校核 .论 . 45 参考文献 . 46 致谢 .X 大学 院本科毕业设计 异型石材加工中心工作头部件设计 5 1 绪论 题的来源及研究的目的和意义 石材切割机作为加工石材的不可或缺的机械设备，在当代加工工业占据着非常重要的地方，随着国民经济的飞速发展，石材加工设备也在不断地发展 。 石材切割机 首先是从美国开始研制的。 1958 年美国联合控制公司研制出第一台 石材切割机 。日本是 石材切割机 发展最快、应用最多的国家。自 1969 年从美国引进二种典型 石材切割机 后，大力研究 石材切割机 的研究。据报道， 1976年从事 石材切割机 的研究工作的大专院校、研究单位多达 50 多个。 1979 年 120多个大学和国家研究部门用在 石材切割机 的研究费用 42%。 1979 年日本 石材切割机 的产值达 443 亿日元，产量为 14535 台。其中固定程序和可变程序约占一半，达 222 亿日元，是 1978 年的二倍。具有记忆功能的 石材切割机 产值约为 67 亿日元，比 1978 年增长 50%。智能 石材切割机 约为 17 亿日元，为 1978年的 6 倍。截止 1979 年， 石材切割机 累计产量达 56900 台。在数量上已占世界首位，约占 70%，并以每年 50% 60%的速度增长。使用 石材切割机 最多的是汽车工业，其次是电机、电器。预计到 1990 年将有 55 万机器人在工作。 第三代 石材切割机 则能独立地完成工作过程中的 任务。它与电子计算机和电 视 设 备 保 持 联 系 。 并 逐 步 发 展 成 为 柔 性 制 造 系 统 柔性制造单元 (重要一环。 随着 石材切割机 的研究制造和应用的扩大，国际性学术交流活动十分活跃，欧美各国和其他国家学术交流活动开展很多。 当代科技发展越来越迅猛，工业的发展与经济的强大与否有着直接关系，所以迫切需要不断地研发出新型的适合多种类型石材的石材加工设备。 材切割机的应用 石材的运用在建筑领域十分的广泛， 所以石材切割的技术也越发的需要改革进步。传统石材加工方法：采用凿子和錾子等工具进行剥落和研磨手工方式来进行，这是老一套的做法。但是，这种传统方法由于粉尘和劳动强度过大、学 院本科毕业设计 异型石材加工中心工作头部件设计 6 工效太低、尺寸精度和表面质量很差而逐渐的被淘汰了。目前中国陆续研制出了各种专用机械加工的石材设备，如立式雕刻机、石材切割机、多功能数控加工中心、金刚石绳锯、金刚石锯切机等，它们的工作效率大大超过手工加工，还实现了石材的工业化批量生产。 材切割机的组成 石材切割机由切割刀组、石料输送台、定位导板及机架组成 合干切 ,湿切各类石材、建材、瓷砖、花岗岩、大理石、水泥板、红砖、耐火砖等 , 石材切割机可分别对石料进行不同深度的切割加工 ,可对小于 1下的石料进行加工 ,能变废为宝 ,大大节约石料资源 ,也有利于保护环境 加工效率较高 ,加之有效利用小型石料 ,使生产成本较低 。 材切割机的发展现状 在我国轻型石材切割机业的工业增加值约占 35%左右，超过三分之一的国民生产总值由轻型石材切割机业创造。机械科学研究院提出了由多层次技术群构成的先进轻型石材 切割机技术体系图。 第一个层次是优质、高效、低耗、清洁基础轻型石材切割机技术，它是先进轻型石材切割机技术的核心。它在铸造、锻压、焊接、热处理、表面保护、机械加工等基础工艺中大量采用。 第二个层次是新型的轻型石材切割机单元技术。这是在市场需求及新兴产业的带动下，轻型石材切割机技术与电子、信息、新材料、新能源、环境科学、系统工程、现代管理等高新技术结合而形成的崭新轻型石材切割机技术，如数控技术、清洁生产技术、机器人技术等等。 第三个层次是先进轻型石材切割机集成技术。这是应用信息技术以及系统管理技术，通过网络与数 据库对上述两个层次的技术集成而形成的。如 虚拟技术等。 学 院本科毕业设计 异型石材加工中心工作头部件设计 7 在先进轻型石材切割机技术及其制造趋势一文中指出了先进轻型石材切割机技术八个方面的制造趋势以及特色： 数 精 极 自 集 网 智 绿 并指出数、精、极、自、集、网、智、绿这八个方面，彼此渗透，相互依赖，相互促进，形 成一个整体；要扎根在研究与制造“机械”本身与“轻型石材切割机”本身的理论与机理；八个方面的技术要以此理论与机理为基础来研究、开发、制造，要与此基础相辅相成，最终服务于轻型石材切割机业的制造 石材切割机在石材加工行业应用十分广泛，根据当前的发展状况与结构特点，通常分为如下几类： 作平稳，操纵轻便 灵活，安装维修方便的特点在石材加工中得到广泛地应用。该机主要用于小型石材加工厂，石材市场，板材经销商，现场加工及建筑单位现场施工。 该机可直接在荒山矿料上直接切割加工生产各种规格板材，可彻底淘汰取代传统炸药与凿岩等开采方式。该机可直接安装在矿床上，自动切割加工各种石材，效果与传统锯石机完全一样。该机操作灵活，安装方便，加工效率快，学 院本科毕业设计 异型石材加工中心工作头部件设计 8 板材成品率高。 向石材切割机 该机为单柱臂式，工作台液压推进，无级调速，结构先进合理，操作方便，维修容易，适于切割块度较小的荒料，是各类石材企业，特别是乡镇企业理想的石材加工设备。切割荒料的最大规格为长 ，宽 ，高 ，能切割在长度方向上拼接 的荒料。该机主要切割大理石，也可切割花岗石等材料。 该机可锯 10下的石材，该机具有手动和自控两种功能，可任意选择锯片，工作台移动行程大，分片准确，板面误差小于 锯片最小厚度达 6 该机主要用来切割花岗岩，大理石，大面积超薄型石材，主要优点： 材利用率高，能节省石材资源和能源。 品率低 .。 5 能切割高档次的超薄型天然复合材。 石材切割机 该机适用于建筑装潢，石材加工，对水磨石，大理石，花岗岩，玻璃，水泥制版等含硅酸盐的非金属脆性材料进行切割，开槽作业，它具有切削效率高，加工质量好，使用简便，劳动强度低的特点。综合各种石材切割机，我所设计的石材切割机采用全液压系统，设备由操作面板，电气控制装置，动力装置，机械装置和状态检测控制装置五大部分组成，机械装置包括翻转式回转工作台，床身平移装置，横梁，圆锯片拖板等构成，整套设备安装在钢筋混凝土造成的基础上，床身平移行走和切割，行走通过电动机，减速器，齿轮，齿条啮合传动，圆锯片旋转 采用带轮传动，圆锯片升降由滑板升降液压装置实现精准控制，横梁上装有可调位置的行程开关，床身横移切割的位移量由刻度尺示读床身平移导轨上安装有磁栅尺和读数头组成的位移检测装置，反馈床身的位移数据由 现分片控制，以使整套设备在自动控制系统的作用下按程序完成加学 院本科毕业设计 异型石材加工中心工作头部件设计 9 工工序。在操作过程中分为手动和自动，自动按钮按下后刀盘向下下降一个切削量，接着刀盘向左切削石材，刀盘到达左限位开关时，停止右移，又下降一个切削量，如此反复，直到刀盘在下降中碰到下限位开关时，停止下降并向相反方向切割最后一刀，以保证石材根部切割完整 。 2 智 能石材切割机液压控制系统结构的总体结构分析 型石材加工中心的结构设计 本机器适用于 各类石材的加工，例如大理石，花岗石等等 。本机器具有独立的动力机构和电气系统。采用按钮集中控制，可 通过 制系统 实现调整、手动及半自动三种操作方式。 其中，液压缸 的工作压力、空载快速下行和减速的行程范围均可根据工艺需要进行调整，并能完成 不同大小厚度的石材的全自动切割 。 其总体方案图结构图如下： 智能石材切割机总体方案与布局图 本 次 设计的 石材切割机液压控 制系统的设计主要是为石材的加工而做的，这样，只有当需要切割石材时，液压缸才会打开行程，切割机开始工作 。设计中采用 制 石材切割机的正反转 动作，既可以简化控制线路，节省成本，学 院本科毕业设计 异型石材加工中心工作头部件设计 10 又可以提高劳动生产率。 服电机的选择与计算 已知整个 切割机的切割机头部 重量 150他重量 50们取总重量为150升降 范围为 5000动速度为 12r/： m m m g = 2 0 0 1 0 = 2 0 0 0 1 - 2 m / m i n = 1 6 . 6 - 3 3 . 3 / 具体的 伺服 电机设计计算如下 : 1、确定运行时间 本次设计加速时间 01(t 60 载速度（ m/ 有速度可知每秒上升 50 . 0 3 31 . 2 = 1 . 23 6 0 电 机 杆 导 程 ， 本 次 设 计 的 丝 杆 导 程 我 们 取 5 ，2 4 0 0 / m i 0 0 5电 机 0 . 3 1 0 2 0 0 0 . 0 0 5 1 . 7 3 0 . 9 N m 式中： 学 院本科毕业设计 异型石材加工中心工作头部件设计 11 : 0 . 32 0 0 0 0 5 9摩 擦 系 数 ， 取： 负 载 重 量 ，： 丝 杆 导 程 ，： 传 动 效 率 ， 取上下垂直运动2220 . 0 0 5( ) 2 0 0 0 . 0 0 0 1 2 6 7 7 9 ( . )22 M M k g m丝杆螺母惯量4 3 4 5 27 . 8 7 1 0 0 . 4 0 . 2 3 . 7 2 1 0 ( . )3 2 3 2 L D k g m式中 : 7 . 8 70 . 4 0 2 ， 取： 丝 杆 长 度 ， 取： 丝 杆 直 径 ， 取惯量20 . 0 0 0 3 2 ( . ) L L M J k g 启动转矩 12 ( ) 2 6 3 6 . 9 ( 0 . 0 0 0 3 2 ) 1 . 2 5 6 0 1 . 2 J M J L J 必须转矩 2 . 3 6 . T M T L T S S N m 里取 根据以上得出数据，我们选用直流无 刷电机型号为 92无刷直流 步进 电机厂家为南京森宇机电的产品。根据电机的特性曲线以及参数表如下： 学 院本科毕业设计 异型石材加工中心工作头部件设计 12 根据计算和特性曲线以及电机基本参数表，我们选用直流 伺服 电机型号为 92 电机额定功率为 定转矩为 大转矩为 额定转速为 3000r/机大致图如下： 学 院本科毕业设计 异型石材加工中心工作头部件设计 13 外形尺寸 92机输出轴径为 14 珠丝杆选择与计算 1） 确定滚珠丝杠副的导程 因同步皮带轮直径相等，皮带轮与丝杠直联， i=1 由表 1查得 8m/1000r/入得， 学 院本科毕业设计 异型石材加工中心工作头部件设计 14 于计算出的 此 ） 确定当量转速与当量载荷 （ 1）各种切削方式下，丝杠转速 由表 1查得 1 8 代入得 100 33 167 n 4 =1333 （ 2）各种切削方式下，丝杠轴向载荷 由表 1查得 已知 3000N 5000N 代入得 （ 3）当量转速 学 院本科毕业设计 异型石材加工中心工作头部件设计 15 由表 1查得 代入得 267r/ 3）当量载荷 代入得 1380N 3） 预期额定动载荷 （ 1） 按预期工作时间估算 按表 9查得：轻微冲击取 表 7查得： 1 3取 按表 8查得：可靠性 97%取 知： 0000 小时 代入得 27899N （ 2）拟采用预紧滚珠丝杠副，按最大负载 学 院本科毕业设计 异型石材加工中心工作头部件设计 16 按表 10查得：中预载取 入得 取以上两种结果的最大值 27899N 4） 确定允许的最小螺纹底径 （ 1） 估算丝杠允许的最大轴向变形量 （ 1/3 1/4）重复定位精度 （ 1/4 1/5）定位精度 : 最大轴向变 形量 m 已知：重复定位精度 10m, 定位精度 25m =3 =6 取两种结果的小 值 =3m (2）估算最小螺纹底径 丝杠要求预拉伸，取两端固定的支承形式 (程 +（ 10 14） 已知：行程为 10003000N , 0 =入得 学 院本科毕业设计 异型石材加工中心工作头部件设计 17 600N ） 确定滚珠丝杠副的规格代号 （ 1）选内循环浮动式法兰，直筒双螺母型垫片预形式 （ 2） 由计算出的 在样本中取相应规格的滚珠丝杠副 h=8a =30700 27899 6 确定滚珠丝杠副预紧力 其中 程补偿值与与拉伸力 （ 1） 行程补偿值 式中： =（ 2 4） (2) 预拉伸力 学 院本科毕业设计 异型石材加工中心工作头部件设计 18 代入得 珠丝杠副工作图设计 (1) 丝杠螺纹长度 u+2由表二查得余程 0 绘制工作图 （ 2）两固定支承距离 样本查出螺母安装联接尺寸 丝杠全长 L （ 3）行程起点离固定支承距离 工作图得 90 000 L=1000 0 得 20 N/ m 刚度验算及精度选择 已知 000 N ， =0=1000 N ： 静摩擦力 N ：静摩擦系数 ：正压力 N （ 2）验算传动系统刚度 传动系统刚度 N 已知反向差值或重复定位精度为 10 22 160 学 院本科毕业设计 异型石材加工中心工作头部件设计 19 （ 3）传动系统刚度变化引起的定位误差 =1.7 m （ 4）确 定精度 ：任意 300 位精度 - 定位精度为 20 m/300 14.3 m 丝杠精度取为 3级 2 m 5)确定滚珠丝杠副的规格代号 已确定的型号： 称直径： 12 导程： 3 螺纹长度： 900 丝杠全长： 1000 级精度 1290 验算临界压缩载荷 ： N 丝杠所受最大轴向载荷 不用验算。 算临界转速 nc=f 10 :临界转速 n/f ：与支承形式有关的系数 学 院本科毕业设计 异型石材加工中心工作头部件设计 20 ：丝杠底径 ：临界转速计算长度 表 14得 f=样本得 工作图及表 14得： 0 4310 500 算： pw 滚珠丝杠副的节圆直径 mm 滚珠丝杠 副最高转速 n/ 升降液压系统的设计 行元件类型和选择 表 行元件类型的选择 运动形式 往复直线运动 回转运动 往复摆动 短行程 长行程 高速 低速 摆动液压马达 执行元件的类型 活塞缸 柱塞缸 液压马达和丝杠螺母机构 高速液压马达 低速液压马达 据上表选择执行元件类型为活塞缸，再根据其运动要求进一步选择液压缸类型为双作用单活塞杆无缓冲式液压缸，其符号为： 学 院本科毕业设计 异型石材加工中心工作头部件设计 21 图 数量：该升降平台为 液压滑台 结构，故其采用的液压缸数量为 1个 液压缸，其运动完全是同步的，但其精度要求不是很高。 安装位置：液压缸的安装方式为耳环型，尾部单耳环，气缸体可以在垂直面内摆动，安装的位置为图 示的前后两固定支架之间的横梁之上，横梁和支架组成为一体，通过横梁活塞的推力逐次向外传递，使升降机升降。 度和载荷计算 参考国内升降台类产品的技术参数可知。最大起升高度为 500，其平均起升时间为 15s，就是从液压缸活塞开始运动到活塞行程末端所用时间大约为 15s，设本升降台的最小气升降时间为 10s,最大起升时间为 20s，由此便可以计算执行元件的速度 v: tlv 式中： v 为执行元件的速度（单位 m/s ） L 为液压缸的行程 （单位 m） t 表示时间 （单位 s ） 当 t=10 0 5 a x 当 t=20 0 2 6 a xm 液压缸的速度在整个行程过程中都比较平稳，无明显变化，在起升的初始阶段到运学 院本科毕业设计 异型石材加工中心工作头部件设计 22 行稳定阶段，其间有一段加速阶段，该加速阶段加速度比较小，因此速度变化不明显，形成终了时，有一个减速阶段，减速阶段加速度亦比较小，因此可以说升降机在整个工作过程中无明显的加减速阶段，其运动速度比较平稳。 行元件的载荷计算及变 化规律 执行元件的载荷即为液压缸的总阻力，油缸要运动必须克服其
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