智能石材切割液压控制系统设计【优秀机械毕业设计论文】【有三维图纸】
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四川大学锦城学院本科毕业设计 智能石材切割液压控制系统的设计 四川大学锦城学院 本科毕业设计 题 目 智能石材切割液压控制系统的设计 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 四川大学锦城学院本科毕业设计 智能石材切割液压控制系统的设计 I 摘 要 液压工业是一个国家的重要产业，液压工业的发展无时不刻都在影响着国家经济的发展，人类的进步离不开液压工业的发展。在全球经济发展的大环境下，中国各个行业被其他国家的先进技术影响的同时，越来越多的外国企业和品牌传播到中国已经成为现实。在新的市场需求的推动下，对智能石材切割机进行改良和优化是当务之急。有大型智能石材切割机生产设备企业对设备的安全指标的有着一定生产的严格要求。在生产设备的企业，充分考虑到在设备运行中可能出现的问题，从而减少噪声污染引起的振动或不当操作设备的现象等。国内智 能石材切割机的研发及制造要与全球号召的高效经济、安全稳定主题保持一致。智能石材切割机的发展与人类社会的进步和科学技术的水平密切相关。 本次设计的智能石材切割机是综合运用所学的基本理论、基本知识和相关的液压系统专业 知识，完成对智能石材切割机的设计，并绘制必要的智能石材切割机 装配图、液压系统原理图。 本文通过设计智能石材切割机，分析智能石材切割机的工作原理和动作过程，确定液压系统工作原理图，根据系统参数要求设计液压缸，完成智能石材切割机的装配图，并且能够使大家对智能石材切割机的具体结构构造和工作与 原理有很好的认识和了解。 关键词： 石材 石材加工设备 制 自动化 四川大学锦城学院本科毕业设计 智能石材切割液压控制系统的设计 II 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 is to as a to be by in a of as as as 川大学锦城学院本科毕业设计 智能石材切割液压控制系统的设计 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 of 川大学锦城学院本科毕业设计 智能石材切割液压控制系统的设计 录 1 绪论 . 9 题的来源与研究的目的与意义 .能型石材切割机的应用 .能型石材切割机 的组成 . 材切割机的发展现状 .材切割机的分类 . 智能石材切割机液压控制系统的总体结构分析 .川大学锦城学院本科毕业设计 智能石材切割液压控制系统的设计 V 能型石材气割机的结构设计 . 16 服电机的选择与计算 . 滚珠丝杆的选择与计算 . 升降液压系统的设计 .行元件分析 . 执行元件类型和选择 . 速度和载荷计算 . 执行元件的载荷计算及变化规律 .速方案的选择 .压系统原理图的确定 . 液 压缸的设计及计算 .压缸的工作压力 .压缸尺寸计算 .量和功率计算 .制液压缸的工况图 . 拟定液压系统图 .择液压基本回路 .成系统图 . 选择液压元件 .定液压泵的容量及电机功率 .制阀的选择 .定油管直径 .定油箱容积 . 液压系统的性能验算 .压系统的压力损失计算 .压系统的热 量温升计算 . 智能型石材切割机 制系统的设计 .介 .编程控制器的发展史 .发展趋势 .能型石材切割 件系统的设计 .论 . 45 四川大学锦城学院本科毕业设计 智能石材切割液压控制系统的设计 考文献 . 46 致谢 . 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 1978四川大学锦城学院本科毕业设计 智能石材切割液压控制系统的设计 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、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 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 型的石料进行机械切割加工 ,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 四川大学锦城学院本科毕业设计 智能石材切割液压控制系统的设计 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。 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 键； 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”本四川大学锦城学院本科毕业设计 智能石材切割液压控制系统的设计 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，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 型天然复合石材切割机 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。 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，水泥制版四川大学锦城学院本科毕业设计 智能石材切割液压控制系统的设计 X 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 能型石材切割机的结构设计 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： 四川大学锦城学院本科毕业设计 智能石材切割液压控制系统的设计 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 材切割机的正反转 动作，既可以简化控制线路，节省成本，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 智能石材切割液压控制系统的设计 机转速 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： : 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 四川大学锦城学院本科毕业设计 智能石材切割液压控制系统的设计 2 ( ) 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： 四川大学锦城学院本科毕业设计 智能石材切割液压控制系统的设计 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： 外形尺寸 92机输出轴径为 14 四川大学锦城学院本科毕业设计 智能石材切割液压控制系统的设计 滚珠丝杆选择与计算 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， 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 四川大学锦城学院本科毕业设计 智能石材切割液压控制系统的设计 表 1查得 已知 3000N 5000N 代入得 （ 3）当量转速 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 四川大学锦城学院本科毕业设计 智能石材切割液压控制系统的设计 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 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 四川大学锦城学院本科毕业设计 智能石材切割液压控制系统的设计 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 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 四川大学锦城学院本科毕业设计 智能石材切割液压控制系统的设计 中： =（ 2 4） (2) 预拉伸力 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 ， =川大学锦城学院本科毕业设计 智能石材切割液压控制系统的设计 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 （ 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 四川大学锦城学院本科毕业设计 智能石材切割液压控制系统的设计 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 ：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四川大学锦城学院本科毕业设计 智能石材切割液压控制系统的设计 用单活塞杆无缓冲式液压缸，其符号为： 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
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