机械毕业设计-棒料自动切割装置设计（全套含CAD图纸）
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编号： 桂林电子科技大学信息科技学院 毕业设计 (论文 )说明书 题 目： 棒料自动切割装配装置设计 系 别 ： 专 业： 学生姓名： 学 号： 指导教师 ： 职 称： 题目类型： 理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发 应用研究 2015 年 05 月 25日 摘 要 本次设计是对 棒料自动切割装配装置 的设计。 在这里 主要包括 :传动系统的设计、装夹部位 系统的设计、 切割片主轴部位 系统的设计这次毕业设计对设计工作的基本技能的训练，提高了分析和解决工程技术问题的能力，并为进行一般机械的设计创造了一定条件 。整机结构主要由电动机产生动力通过联轴器将需要的动力传递到丝杆上，丝杆带动丝杆螺母，从而带动整机运动，提高劳动生产率和生产自动化水平。更显示其优越性，有着广阔的发展前途。 本论文研究内容： (1) 棒料自动切割装配装置 总体结构设计。 (2) 棒料自动切割装配 装置 工作性能分析。 (3)电动机的选择。 (4) 棒料自动切割装配装置 的传动系统、执行部件及机架设计。 (5)对设计零件进行设计计算分析和校核。 (6)绘制整机装配图及重要部件装配图和设计零件的零件图。 关键词 ： 棒料自动切割装配装置； 联轴器； 滚珠丝杠 is of of of of of of on of to a is by to to of of (1) of (2) of of (3) of (4) of (5) of (6) to 目 录 摘 要 . . 录 . 引言 . 1 料自动切割机的研究目 的及意义 . 1 料自动切割机背景 . 1 义 . 1 究现状及发展趋势 . 1 课题研究的内容及方法 . 2 要的研究内容 . 2 计要求 . 2 键的技术问题 . 3 2 棒料自动切割装配装置总体结构设计 . 4 计的要求与数据 . 4 步带传动计算 . 5 步带计算选型 . 5 步带的主要参数（结构部分） . 8 同步带的设计 . 10 步带轮的设计 . 10 紧装置设计 . 11 3 X 结构及传动设计 . 13 向滚珠丝杆副的选择 . 14 程确定 . 14 定丝杆的等效转速 . 14 计工作台质量及负重 . 14 定丝杆的等效负载 . 14 定丝杆所受的最大动载荷 . 15 度的选择 . 16 择滚珠丝杆型号 . 16 核 . 17 界压缩负荷验证 . 17 界转速验证 . 18 杆拉压振动与扭转振动的固有频率 . 19 机的选择 . 19 机轴的转动惯量 . 20 机扭矩计算 . 21 4 Y 向 结构设计 . 23 轴滚动导轨副的计算、选择 . 23 珠丝杠计算、选择 . 24 进电机惯性负载的计算 . 27 5 主轴组件要求与设计计算 . 30 主轴的基本要求 . 30 旋转精度 . 30 刚度 . 30 抗振性 . 31 温升和热变形 . 31 耐磨性 . 32 轴组件的布局 . 32 轴结构的初步拟定 . 35 轴的材料与热处理 . 35 轴的技术要求 . 36 轴直径的选择 . 37 轴 前后轴承的选择 . 37 轴承的选型及校核 . 38 主轴前端悬伸量 . 41 主轴支承跨距 . 41 轴结构图 . 42 轴的校核 . 42 承寿命校核 . 45 主轴组件的润滑和密封 . 46 轴组件中相关部件 . 47 6 硬件电路设计 . 50 算机系统 . 50 片微机数控系统硬件电路设计内容 . 50 类芯片简介 . 51 031 芯片简介 . 51 73 芯片简介 . 52 264 芯片简介 . 52 764 芯片简介 . 52 155 芯片简介 . 52 255 芯片简介 . 53 储器扩展电 路设计 . 53 序存储器 扩展 . 53 据存储器 扩展 . 53 码电路的设计 . 54 ，生产过程中的自动化已成为突出的主题。各行各业的自动化水平越来越高，现代化加工车间，常配有自动化生产设备，用来提高生产效率，完成工人难以完成的或者危险的工作。当然，也不排除 的切割加工过程。我们发现切割技术已经渗透到各个领域并且被广泛使用。根据资料显示，我国每年钢铁的产量一般在 3 亿吨左右，其中有一半以上的钢有用到切割技术加工。我国每年的切割设备需求 量金额超过 50 亿元。既然切割机能够这么普遍地应用在各个领域，它肯定具备了很大的市场竞争力。 义 用方管对焊 的 结构，具有刚性好，精度高，自重轻，惯量小的特点。所有 的 切割件均 采用 振动时效去应力处理，有效的防止了结构变形； 向驱动：横向导轨 则 采用 了 台湾进口的直线 式 导轨，纵向导轨是由精密加工的特质钢轨制成 的 ，保证了切割机的运行平稳，精度高，且经久耐用，清洁美观； 究现状及发展趋势 激光切割机的切割速度快，精度和切割质量好等特点。在国家指定的长期发展规划时，又是将激光切割列入 了关键支撑技术。因其涉及国家安全、国防建设及高新技术的产业化和科技前沿的发展，所以要对激光切割有很高的重视程度，这就将激光切割机的制造和升级带来很大的商机。随着用户对激光切割技术特点的逐步了解和采用的示范性地深入，这就带动了国内企业开发、生产激光切割机。 我国从 20 世纪 80 年代开始进行大型机床等机械产品切割结构的研究， 20 多年来已取得长足的进步。切割结构已经在现代化的数控机床等大型机床上应用以焊代铸以焊代锻的结构设计和制造技术迅速发展。 在汽车制造工业方面，随着我国汽车产量的不断增加 20世纪 90年代开始从 国外陆续引进先进的切割设备。并在车转动轴、刹车蹄片、轮圈以及其他部件的制造过程中普遍采用各种先进的切割工艺，提高了切割效率和产品质量。切割在船舶、汽车、锅炉、压力容器制造行业中也成为主要的生产工艺手段之一 。目 前，已有 2 多种切割工艺方法获得各国船级社的认可而被应用于生产。自十一五期间开始进行高效切割技术的探索以来，至今已取得令人欣喜的成绩。 在当前，棒料自动 切割 机的机构设计绝大多数还是依据具体的情况来设计专用切割棒料自动 切割 机，称之为固定结构的传统棒料自动 切割 机，其运动特性使特定棒料自动切割 机仅能适应一定的 范围，花费成本较大，不利于棒料自动 切割 机的发展。 棒料自动切割机还有跟踪的功能 ,其不足之处就是在焊前必须通过人为的方式 ,帮助棒料自动 切割 机找到合适的位置并且放好，通过人工将棒料自动 切割 机本体、十字滑块等调整到合适的状态 ,这里所设计的移动棒料自动 切割 机是有轨移动切割棒料自动切割 机，也就是说棒料自动 切割 机的自主性还跟不上工业发展的脚步。 未来的发展趋势可分为以下三个方面： 1 选择视觉传感器来进行传感跟踪：因为与图象处理方面相关的技术得到发展； 2 采用多传感信息融合技术以 面对更为复杂的切割任务； 3 控制技术由经典控制到向智能控制技术的发展：这也将是移动切割棒料自动 切割 机的控制所采用。 课题研究的内容及方法 要的研究内容 在查阅了国内外大量的有关切割棒料自动 切割 机设计理论及相关知识的资料和文献基础上，综合考虑切割棒料自动 切割 机结构特点、具体作业任务特点以及切割棒料自动 切割 机的推广应用，分析确定使用切割棒料自动 切割 机配合生产工序，实现自动化切割的目的。 为了实现上述目标，本文拟进行的研究内容如下 : 1 根据现场作业的环境要求和棒料自动切割机本身的结构特 点，确定棒料自动切割机整体设计方案。 2 确定棒料自动切割机的性能参数，对初步模型进行静力学分析，根据实际情况选择电机。 3 从所要功能的实现出发，完成棒料自动切割机各零部件的结构设计； 4 完成主要零部件强度与刚度校核。 计要求 1 根据所要实现的功能，提出 棒料自动 切割 机的整体设计方案 ； 3 2 完成 棒料自动 切割 机结构的详细设计 ； 3 通过相关设计计算，完成电机选型； 4 完成 棒料自动 切割 机结构的设计； 绘 制棒料自动 切割 机结构总装配图、主要零件图 。 键的技术问题 1 方案选 择 2 整体的支撑架设计 3 机构设计 4 强度校核 4 2 棒料自动切割装配装置总体结构设计 计的要求与数据 要求： 1、该装置为加工自动线上的一个工位，应考虑装置与自动线的配合与衔接（如高度、完成 自动切割 的时间等）。 2、对 切割装置 的关键零件进行必要强度和刚度校核。 3、要求能捡测 棒料 是否准确到位，若 检测 棒料 没有准确到位，及时发出反馈信息，调整 棒料 位置。 4、要求根据 棒料材质不同切割速度 可调，并要求有自捡测功能。 5、要求该装置有一定适应性（ 棒料 直径尺寸等能在一 定范围内变动），具体变动范围通过调研后，与老师协商确定。 本文课题参数假定 切割棒料直径为 30-60 电机功率为 W,本文选用减速电机作为输送机床的驱动装置。查 速电机的规格表，选用如下减速电机。 表 选用的电机的详细参数 电机额定功率 Pm/出转速 r/输出扭矩 m 减速机 速比 i 输出轴许用径向载荷 使用系数 速机 型号 电机 型号 重量/6 47 870 4 此型号的电机在一定程度上保证了驱动功率有一定的盈余，因数在电机起动时，若输送机床上有工件，则此时的起动功率会比平时工作时的功率要大，且减速电机本身还有一定的使用系数。 切割片片选取切断能力为 50 的切割片片，其规格为 取切割片片的型号为 磨料为棕刚玉，粒度为 20#1 。 5 步带传动计算 步带计算选 型 设计功率是根据需要传递的名义功率、载荷性质、原动机类型和每天连续 工作的时间长短等因素共同确定的，表达式如下： d A P式中 需要传递的名义功率 工作情况系数，按 表 2 工作情况系数 表 d 1） 确定带的型号和节距 可根据同步带传动的设计功率 小带轮转速 同步带选型图中来确定所需采用的带的型号和节距。 其中 6表 3 36 选同步带的型号为 H：，节距为： ） 选择小带轮齿数 根据同步带的最小许用齿数确定。查表 3 查得小带轮最小齿数 14。 实际齿数应该大于这个数据 初步取值 4故大带轮齿数为： z2=i 4。 故 4， 4。 确定带 轮的节圆直径 带轮节圆直径 =34/带轮节圆直径 =34/7 验证带速 v 由公式 v= 0000 计算得， 2 7 0 060 0 060 s 0m/s,其中 0m/ a) 确定带长和中心矩 根据机械设计基础得 )(2)(所以有： 现在选取轴间间距为取 00、同步带带长及其齿数确定 0L=22 0 a( 21 ) = 2/) =1、带轮啮合齿数计算 有在本次设计中传动比为 1，所以啮合齿数为带轮齿数的一半，即7。 12、基本额定功率01000 )(20a 查基准同步带的许用工作压力和单位长度的质量表 4以知道m=m。 所以同步带的基准额定功率为 0P=1 0 0 0 0 0(2 = 4基准宽度同步带的许用工作压力和单位长度的质量 8 13、计算作用在轴上力 = 同步带的主要参数（结构部分） 1、同步带的节线长度 同步带工作时，其承载 中心线长度应保持不变，因此称此中心线为同步带的节线，并以节线周长作为带的公称长皮，称为节线长度。在同步带传动中，带节线长度是一个重要 参数。当传动的中心距已定时，带的节线长度过大过小，都会影响带齿与轮齿的正常啮合，因此在同步带标准中，对梯形齿同步带的各种哨线长度已规定公差值，要求所生产的同步带节线长度应在规定的极限偏差范围之内（见表 4 表 4节线长度表 9 2、带的节距 图 4步 带相邻两齿对应点沿节线量度所得约长度称为同步带的节距。带节距大小决定着同步带和带轮齿各部分尺寸的大小，节距越大，带的各部分尺寸越大，承载能力也随之越高。因此带节距是同步带最主要参数在节距制同步带系列中以不同节距来区分同步带的型号。在制造时，带节距通过铸造模具来加以控制。梯形齿标准同步带的齿形尺寸见表 4 3、带的齿根宽度 一个带齿两侧齿廓线与齿根底部廓线交点之间的距离称为带的齿根宽度，以 的齿根宽度大，则使带齿抗剪切、抗弯曲能力增强，相应就能传动较大的裁荷。 图 4带的标准尺 寸 表 4形齿标准同步带的齿形尺寸 4、带的齿根圆角 带齿齿根回角半径 大小与带齿工作时齿根应力集中程度有关 t 齿根圆角半径大，可减少齿的应力集中，带的承载能力得到提高。但是齿根回角半径也不宜过大，过大则使带 齿与轮齿啮合时的有效接触面积城小，所以设计时应选适当的数值。 5、带齿齿顶圆角半径八 带齿齿项圆角半径八的大小将影响到带齿与轮齿啮合时会否产生于沙。由于在同步 10 带传动中，带齿与带轮齿的啮合是用于非共扼齿廓的一种嵌合。因此在带齿进入或退出啮合时， 带齿齿顶和轮齿的顶部拐角必然会 超于重叠，而产生干涉，从而引起带齿的磨损。因此为使带齿能顺利地进入和退出啮合，减少带齿顶部的磨损，宜采用较大的齿顶圆角半径。但与齿根圆角半径一样，齿顶圆角半径也不宜过大，否则亦会减少带齿与轮齿问的有效接触面积。 6、齿形角 梯形带齿齿形角日的大小对带齿与轮齿的啮合也有较大影响。如齿形角霹过小，带齿纵向截面形状近似矩形，则在传动时带齿将不能顺利地嵌入带轮齿槽内，易产生干涉。但齿形角度过大，又会使带齿易从轮齿槽中滑出，产生带齿在轮齿顶部跳跃现象。 同步带 的设计 在这里，我们选用梯形带。带的尺寸如表 4的图形如图 4 表 4同步带尺寸 型号 节距 齿形角 齿根厚 齿高 齿根圆角半径 齿顶圆半径 H 8 40。 4步带 步带轮的设计 同步带轮的设计的基本要求 1、保证带齿能顺利地啮入与啮出 由于轮齿与带齿的啮合同非共规齿廓啮合传动，因此在少带齿顶部与轮齿顶部拐角处的干涉，并便于带齿滑入或滑出轮齿槽。 11 2、轮齿的齿廊曲线应能减少啮合变形，能获得大的接触面积，提高带齿的承载能力即在选探轮齿齿廓曲线时，应使带齿啮入或啮出时变形小，磨擦损耗小，并保证与带齿均匀接触，有较大的接触面积，使带齿能承受更大的载荷。 3、有良好的加了工艺性 加工工艺性好的带轮齿形可以减少刀具数量与切齿了作员，从而可提高生产率，降低制造成本。 4、具有合理的齿形角 齿形角是决定带轮齿形的重要的力学和几何参数，大的齿形角有利于带齿的顺利啮入和啮出，但易使带齿产生爬齿和跳齿现象；而齿形角过小，则会造成带齿与轮齿的啮合干涉，因此轮齿必须选用合理的齿形角。 同步带轮的设计结果 同步带轮用梯形齿，其图形如图 4 图 4步带轮 紧装置设计 夹紧机构不但在切割之前机械手抓能够根据事先收到的信号准确地运动到每个工位，而且在切割过程中要夹紧运动着的铸铁棒，使切割片与铸棒同步。 夹紧部分是由气缸推动机械手实现夹紧和放松的 1 。这部分的两种可行性方案是：一是用一个机械手同时负责夹紧两根铸棒，根据需要对被切割的那条进行夹紧。二是用 12 两个机械手，每个机械手负责夹紧一根铸棒。第一种方案中，机械手可通过一个二位气缸和一个三位气缸实现对铸棒的夹紧。第二种方案中，每个机械手都需要两个二位气缸来实现对铸棒的夹紧。考虑到第一种方案设计工作量小，安装方便，而且控制简单，所以优先使用第一种方案。 夹紧机械手 夹紧气缸横向行走气缸纵向行走板横向行走板纵向行走气缸图 2 夹 紧部分原理图 夹紧部分原理如图 2紧气缸能使夹紧机械手夹紧或放松工件，当活塞向右移动时，机械手夹紧工件；当活塞向左移动时，机械手放松工件。横向行走气缸推动工作台左右移动，能控制机械手使之夹紧左边或右边的工件，从而对夹紧的工件进行切割 8 。纵向行走的作用是当完成一次切割过程完成时，推动工作台使之恢复到初始位置。整个工作过程都 13 3 X 结构及传动设计 表 3支承方式 简图 特点 一端固定一端自由 结构简单，丝杆的压杆的稳定性和临界转速都较低设计时尽量使丝杆受拉伸。这种安装方式的承载能力小，轴向刚度底，仅仅适用于短丝杆。 一端固定一端游动 需保证螺母与两端支承同轴，故结构较复杂，工艺较困难，丝杆的轴向刚度与两端相同，压杆稳定性和临界转速比同长度的较高，丝杆有膨胀余地，这种安装方式一般用在丝杆较长，转速较高的场合，在受力较大时还得增加角接触球轴承的数量，转速不高时多用更经济的推力球轴承代替角接触球轴承。 两端固定 只有轴承无间隙，丝杆的轴向刚度为一端固定的四倍。一般情
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