毕业设计无卡轴木材旋切机进给控制系统

1、本科生毕业设计本科生毕业设计 无卡轴木材旋切机进给控制系统 feed control system of log-core veneer lathe 学生姓名 所在专业机械设计制造及其自动化 所在班级机制 10752 申请学位 指导教师职称副教授 副指导教师职称 答辩时间 2011 年 6 月 7 日 目目 录录 设计总说明书 .i introduction.ii 1绪论.1 2总体设计方案.2 2.1无卡轴旋切机工作原理.2 2.2进给系统设计.2 2.3控制设计.2 3无卡轴旋切机变速进给系统设计.2 3.1无卡轴旋切机的工作原理.2 3.2无卡轴旋切机单板旋切厚度.2 3.3恒线速旋切时

2、旋切进给.3 3.3.1旋切刀进给速度.3 3.3.2恒线速旋切时旋切轨迹.4 3.4进给系统丝杠的选择与计算.8 3.4.1滚珠丝杠动载荷验算.8 3.4.2传动效率计算.9 3.4.3滚珠丝杠刚度验算.9 3.4.3.1滚珠丝杠在工作载荷下的拉压变形量.9 3.4.3.2滚珠与螺纹滚道间的接触变形量.9 3.4.3.3压杆稳定性验算.10 3.5直齿锥齿轮的选择与计算.11 3.5.1选定齿轮的类型、精度等级、材料及齿数.11 3.5.2按齿面接触强度计算.12 3.5.2.1确定公式内各计算数值.12 3.5.2.2计算.13 3.5.3直齿锥齿轮的几何尺寸计算.13 3.5.4按齿根弯

3、曲强度进行校验.14 3.6齿轮轴的计算与校核.15 3.6.1齿轮轴的强度计算.15 3.6.2齿轮轴的刚度验算.15 3.7减速器的选择与计算.16 3.8进给电机的选择与计算.16 3.8.1进给电机类型的选择.16 3.8.2永磁同步交流伺服电动机的选型.17 3.8.3电机的工作情况.17 3.8.4电机的安装尺寸.17 3.8.5电机的转速.18 4 无卡轴旋切机控制部分设计.18 4.1 控制系统流程图.18 4.2 拉线式位移传感器的选型与计算.18 4.3 单片机的选择、计算、程序编写以及接线.19 4.3.3 矩阵键盘输入板厚、直径、延时.20 4.3.4 进给电机的正反转

4、控制.21 4.3.5 电机的开启、暂停、停止与急停以及电压放大器与继电器的选型.21 4.3.5.1 进给电机的控制.21 4.3.5.2 三个主运动电机的控制.22 4.3.5.3 电压放大器选型.22 4.3.5.4 继电器选型与计算.22 4.3.5 输入功能切换.23 4.4 变频器的选择.23 4.4.1 变频器的输出.23 4.4.2 压尺辊安装高度与刀架进给原点的设定.23 4.4.3 旋切机工作循环周期.25 4.4.3.1 在原点疾速时间计算.25 4.4.3.2 进给时间计算.25 4.4.3.3 操作人员反应时间.25 4.4.3.4 快退时间计算.26 4.4.3.5

5、 旋切机的工作效率.26 4.5 位移频率对照表制作.26 4.5.1 相关公式.26 4.6 计数器与定时器的初值计算.28 4.6.1 进给计数器 t0 初值计算 .28 4.6.2 快退计数器 t0 初值计算 .28 4.6.3 定时数器 t1 初值计算 .28 4.6.4 确定技术定时器工作方式.29 4.7 程序编写.29 5 结论.34 鸣 谢.35 参考文献.36 设计总说明书设计总说明书 单板旋切机研究的关键是提高木材利用率和提高加工精度，只有这样，才能缓解 木材供需的矛盾，使各大木材加工厂在激烈的竞争中站稳脚跟。在工业发达国家，单 板旋切机的研究已经达到了较高的水平，单板的制

6、造精度和加工质量越来越好，我国 继续向世界发达国家看齐。传统的单板旋切机，由于其剩余木芯直径大，浪费了宝贵 的森林资源。为了提高木材利用率，许多厂家都开发了无卡轴旋切机。但无卡轴旋切 机的单板旋切厚度不易保证。本设计通过对无卡轴旋切机原理和旋切曲线的研究，推 导出了变速进给系统的数学模型，以保证所旋切的单板厚度均匀。此外，当旋切大厚 度的单板时，对该数学模型进行了修正，以减小单板的厚度偏差。该数学模型进行旋 切，其单板厚度公差能够满足要求，符合刀架进给要求，所以可用该数学模型指导无 卡轴旋切机进给系统的设计。 关键词:旋切、无卡轴旋切机、单板旋切厚度、进给模型 introduction ven

7、eer peeling machine of the key is to improve wood utilization and higher precision. the only way to ease the contradiction between supply and demand of wood, so that the major wood processing plants in the fierce competition foothold. in industrialized countries, veneer peeling machine research has

8、reached a high level of accuracy and veneer manufacturing process quality and more, in line with china continued to developed countries. the traditional veneer lathe wastes precious forest reserves because of its large diameter of the long core. to improve the utilization ratio of timber，many compan

9、ies have developed long core veneer lathe. but the veneer peeling thickness of log-core veneer lathes are not easy to guarantee. based on the study of the lathe principle and peeling curve the thesis developed mathematical model of variable-speed feeding system to guarantee the even veneer thickness

10、. additionally when the very thick veneer is peeled，the mathematical model has been corrected so that the deviation of veneer thickness is decreased，the mathematical model of peeling, the veneer thickness tolerances to meet the requirements, in line with turret feed requirements, so there can be no

11、card of the mathematical model to the log-core veneer lathe feeding system design. key words: peeling，log-core veneer lathe，veneer peeling thickness, feeding mo 无卡轴旋切机进给控制设计 机械设计制造及其自动化，20711411519，刘敏鑫 指导教师：赵仑 1绪论 旋切是单板和胶合板生产的一个重要工序，在很大程度上决定了单板和胶合板的 质量，旋切机是胶合板生产中的关键设备。近年来，随着新型人造板品种的不断诞生， 以及单板综合利用的不断

12、发展，这些都为单板的加工利。但是，我国是一个木材资源 非常匾乏的国家，随着木材工业的发展，天然木材资源严重枯竭，出现了木材长期供 不应求的局面。据统计，我国木材年平均产量是 6500 多万扩，木材的综合利用率仅为 60%左右，与有些国家相比差距很大，世界发达国家木材利用率一般均在 8 既以上，有 的国家如瑞典可达 90%以上。据此推测，如果旋出单板的出材率提高 1%，每年可节省 23 万立方米木材，其经济效益和社会效益十分显著。由此可见，单板旋切机研究的关 键是提高木材利用率和提高加工精度，只有这样，才能缓解木材供需的矛盾，使各大 木材加工厂在激烈的竞争中站稳脚跟。 传统的木材旋切单板采用有卡

13、轴旋切，这些机械式的单卡轴旋切机，由于存在卡 芯，小于一定直径木材就无法旋切，木段旋切后的剩余木芯直径大，一般为 7omm 左右。 卡头直径越大，木段旋切后的剩余木芯直径也越大，这无疑是给日趋枯竭的木材资源 雪上加霜。如果采用卡头直径小，在旋切大直径木段时，由于木段和卡头的接触面太 小，木段承受不了切削所需的扭矩，而使木段拧芯出现打滑现象。近年来，我们已明 显意识到森林资源的危困，我国的旋切机的研究正在木材高效利用方面做文章，研制 出了木材利用率高的旋切机，即无卡轴旋切机，这种旋切机与传统的旋切机不同，没 有用来夹持原木的卡轴，靠驱动辊驱动原木进行旋切，由于没有卡轴，减小了剩余木 芯直径，使木

14、材利用率提高 10%以上，可把木段最小直径旋到 28mm 左右。 无卡轴旋切机研制成功大大提高了木材的利用率，但由于起步较晚，在技术先进 性和产品质量可靠性方面，都存在一定问题。由于旋切过程中木段直径的变化、后角 的变化等，都造成单板的厚度难以保证。如果单板厚薄不均，压制胶合板时，必然要 用较大的压力，才能使单板表面之间紧密接触，这样就增大了木材压缩损失;单板厚度 偏差大，热压胶合后，合板各处压缩率不同，各处强度也不一样，胶层厚薄也不均匀， 胶固化干缩时就会在合板内产生很大内应力，容易变形，降低产品质量;单板厚度的不 均匀还给胶合板表面的精加工(砂光)带来很大困难，即由于板材厚度不均，造成砂削

15、 受力不均匀，使砂光机砂架产生一定的振颤，影响砂光质量(易产生波度)，在这种情 况下，若保证胶合板的名义尺寸，旋切机旋切时则必须适当增大单板厚度，这样不仅 浪费了大量珍贵的木材，而且砂光量过大还增加了砂光机的负荷甚至需要二次砂光。 由此可见，如何提高无卡轴旋切机的加工精度，特别是单板厚度的均匀性，现己引起 人们极大关注。因此，该种旋切机所旋切的单板厚度均匀性的研究是提高旋切机质量 的关键。 2总体设计方案 2.1无卡轴旋切机工作原理 无卡轴木材旋切机的工作原理是通过木材旋转和刀台直线进给完成旋切目的，在 旋切过程中，单双辊转速恒定，木材直径是不断变化的，工作台进给通过位移传感反 馈给变频器，变

16、频器输出相应频率从而改变伺服电机输出转速完成切削过程。 2.2进给系统设计 进给系统是木材旋切机的核心所在，它实现切刀与给进压尺辊的变速给进,由给进 电机通过丝杆带动进退.丝杆驱动轴安装有位置坐标传感器,驱动轴每转一周,输出一个 位置脉冲.对位置脉冲计数,根据电机与丝杆之间的传动比,就可计算出刀具台的位置坐 标. 2.3控制设计 8031 单片机有5 个功能模块，即输入、调速、输入模式、主运动电机以及进给电机的 启动暂停停止。由输入模块输入板厚、进给原点和延时时间，通过单片机闭环回路实 现自动调速循环进给快退，通过手动可以对主运动电机和进给电机进行操作以及切换 输入模式。 3无卡轴旋切机变速进

17、给系统设计 3.1无卡轴旋切机的工作原理 如图 11 所示,驱动辊 1、2 和压尺辊 3 逆时针旋转,固定在刀刃上的旋切刀片以 速度 v(mm/min)进给。当驱动辊 1、2 和压尺辊 3 以恒定的转速旋转时,驱动圆木以转速 n(r/min)旋转,圆木的转速 n(r/min)是变化的。假设驱动辊与圆木间无相对滑动,那么 圆木表面的线速度恒定。因此,为了旋切出厚度 m 均匀的单板,要求刀刃进给速度 v 在 旋切过程中必须以一定的规律连 续变化。 3.2无卡轴旋切机单板旋切厚度 如图 1 一 2 所示，传统的有卡轴旋切机的木段作定轴回转运动，刀刃平行于木材 纤维，作垂直木材纤维长度方向上的进给运动

18、，即主运动是等角速度回转，在木段的 回转运动和旋刀的进给运动之间，有着严格的运动学关系。如图 1 一 1 所示，无卡轴 旋切机与传统的有卡轴旋切机截然不同，没有用于夹紧木段并使其旋转的卡轴，在旋 切过程中，木段 4 被三角布置的三个辊筒抱住，其中摩擦辊 1 驱动木段旋转，辊 3 起 压尺和支承作用。显然，无卡轴旋切机的主运动是恒线速回转，即在旋切过程中，随 着木段直径的减小，木段的转速逐渐增大。这种旋切机旋切终了时，两摩擦辊可以靠 得很近，因而旋切后剩余的木芯可以很小，直径一般不大于 30ni 功37，提高了木 材的利用率。这种旋切机还可以旋切空心材、腐裂材及环裂材等，扩大了对劣质材的 利用范

19、围。 旋切时，旋刀从木段上旋切出连续带状的单板，单板名义厚度是木段旋转一周时 旋刀的进给量。 图 3.11 无卡轴旋切机工作原理图 图 3.21 单卡轴旋切机工作原理图 3.3恒线速旋切时旋切进给 3.3.1 旋切刀进给速度 无卡轴旋切机的工作原理如图 3.3.1 一 1 所示，旋切刀把薄板从圆木上刨出来。 刀具的进给运动采用调速电机通过丝杆驱动，解决单板厚薄均匀性的关键在于建立进 给系统的变速进给模型。 设现定: x(mm) 刀尖到两驱动辊中心线中点的位移 no(r/min) 驱动辊转速(恒定不变) r(mm) 驱动辊半径(常数) dl(mm) 驱动辊直径(常数) n(r/niin) 木段转

20、速(随圆木直径变小而变大) h(mm) 装刀高度(常数) r(mm) 圆木瞬时半径(随切削的进行而不断变小) d(mm) 圆木瞬时直径(随切削的进行而不断变小) h1（mm） 驱动辊 1、2 中心距(常数) m（mm） 单板名义厚度(切削过程中应保持恒定) v(mm/min) 驱动辊与圆木线速度(恒定不变) vt(mm/min)旋切刀的进给速度(在切削过程中是变化的) 假定驱动辊与圆木之间无相对滑动，即其表面线速度相同，亦即: （3.11） 0 22vrnrn 在旋切过程中，旋刀刀刃的水平坐标为: （3.12） 2222 1 ()() 2 h xrhrr 其中 x、r 是随着切削过程的变化而变

21、化的。 把上式两边对时间 t 求导得: 22 22 1 ()() 2 xr t ddrrr dtdh rh rr 故： （3.13） 22 22 1 ()() 2 xr t t ddrrr v dtdh rh rr 3.3.2 恒线速旋切时旋切轨迹 旋切轨迹：切过程中，旋刀刀刃 a 在木段横截面上移动的轨迹称为旋切曲线。 由于无卡轴旋切机是恒线速旋切，木段的转速随着木段直径的减小逐渐增大，但 其运动学关系与恒转速旋切的有卡轴旋切机是一样的，即木段转一周，旋刀前 3.3.11 无卡轴木材旋切机工作原理图 进的距离为单板的名义厚度 m。 如:当=ho 时，工件每转一周，旋刀前进的距离是相等的，即:

22、 3124 =a 2222 ssss 每一瞬间时， 3124 124 3 ssss =常数 因此，可以认为恒转速旋切的旋切轨迹同样适用于恒线速旋切48，故可用 木段恒转速回转推导无卡轴旋切机的旋切曲线。 如图 3.3.2 一 1、3.3.2 一 2、3.3.2 一 3 所示，在旋切过程中，旋刀刀刃由 a 点走到 b 点，同时木段做顺时针回转运动。 现设定: 一木段转过的极角( ) h 一旋刀安装高度，旋刀刀刃距木段轴线水平面的距离，刀刃高于轴线为正值，低 于轴线为负值(mm)。 r 一木段的瞬时半径(mm)。 如图 3.2 一 2 所示，在旋切过程中，木段顺时针恒转速旋转，木段每转一周，旋 切

23、刀进给量为 m。进给方向线始终与装刀高度 h 为半径的圆相切，形成直角三角形 aob，ab 土 b0，ob=h。现假定木段不动，则旋切刀刃口 a 沿 ab 方向(进给方向)作进给 运动的同时，切线 ab 绕以 h 为半径的圆周逆时针转动，半径 b0 也随之绕圆心 o 逆时 针转动，直到刀刃 a 沿进给方向舱移动到 b 点。 3.3.21 圆木旋切轨迹 3.3.22 旋切刀运动图 3.3.23 旋切轨迹图 为了便于列出旋切轨迹方程，如图 3.3 一 2 所示，假定刀刃从 b 点反向移 a 点， 切线 ab 沿圆周顺时针转动，b0 顺时针转过了中角，则: m = 2 ab 设 则： m a= 2

24、aab 由此得出旋切刀刃口 a 点的参数方程为: x=hsin+a cos y=hcos-a sin 把两式两边平方，然后相加得: 2222222 xy =hsina coshcosa sin=ah （+）（-） 即旋切曲线极坐标方程为: （ 3.21） 2222 arh 即： 222 arh 求导得： 22 222222 2 2 aa r ahah （3.22） 42 2 222 a r ah 在旋切曲线中作弧长的微分，设 为旋切曲线的弧长，则: l （由中国科教创新导刊关于弧微分公式的 推导有： 22 dlrr d 转化为极坐标函数：代入即： 222 dldxdycos ;sinxryr

25、；得：即： dxcossindrr dysincosdrr 22222 dlr dr d ） 22 dlrr d 代入（ 3.21） 、 （3.22）则有： （ 3.23） 又，无卡轴旋切机主运动 42 222 222 a dlahd ah 线速度保持恒定 故: （3.24） dlv dt 由（ 3.23） 、 （3.24）有： 42 222 222 a v dtahd ah 即： (3.25) 42 222 222 dv dt a ah ah 式（ 3.21）两边同时对 求导，则： l 2 22 drd ra dtdt 故： 2 drad dtrdt 把式 (3.25)代入上式有： （3.2

26、6） 2 42 222 222 drav dtr a ah ah 由式（ 3.21）有： 22 2 2 a rh 即： 22 2 a rh 把上面两式代入（3.26）得 （3.27） 22 2 2 22 4 22 2 22 222 22 2 4 2 22 a a a a 1 rh a drv dtr rh a rh ah rh ah av r a rh 把上式代入（3.13）得： 4 22 2 22 1 22 1 ()() 2 t rrr vav rh rh arr rh 把上式代入（3.11）得： 04 22 2 22 1 22 1 2 ()() 2 t rrr varn rh rh arr

27、 rh 上式中即为刀具的变速进给模型，其中： 2 m a 如果从交流调速电机到丝杆的传动比为常数 k，丝杆的螺距为 t，则交流调速电机 的输出转速 nt 为: 0 4 22 2 2200 1 22 21 ()() 2 t t vkarn krrr n rllh rh arr rh 由于驱动辊的半径 r、装刀高度 h、单板名义厚度 m、驱动辊中心距 h1、驱 动辊转速 n。 、传动比 k 及丝杆螺距 l0 为常数，故进给电机的转速只与圆木 r 有关，在 切削过程中，r 越来越小，进给电机转速越来越大。 01 80 / min,30,0.5 2.5,74,2, 20 200(10 100) nrr

28、mm mmm hmm hmm dmm rmm 取： 又 2 m a 当 m 取最大值 d 取最小值时，vt 最大 故： max v1923.27/ min t mm 当 m 取最小值 d 取最大值时，vt 最小 故： max v57.11/ min t mm 3.4进给系统丝杠的选择与计算 3.4.1 滚珠丝杠动载荷验算 由专业课程课程设计指导书式 214 有滚珠丝杠最大运载荷: （4.11） mm fflc 3 其中 c:滚珠丝杠最大动载荷 :运转状态系数 m f ：滚珠丝杠工作载荷 m f l：工作寿命， ，单位 6 60 10 n t l 6 10 r 由经验取丝杠工作载荷为20000/

29、 210000 m fnn 查专业课程课程设计指导书预选滚珠丝杠 fynd4010-4 查专业课程课程设计指导书表 2-7 额定动载荷 a 38.639ckn 6 max 0 60 : 10 60 60 1923.27 1.2 10000 10 36.18 mm t mm a n t cff vt ff l t knc 故 故丝杠 fynd40104 的动载荷符合要求。 3.4.2 传动效率计算 查专业课程课程设计指导书滚珠丝杠螺母副的传动效率为 ： 查得 )( tg tg 002909 . 0 10 0 10 arctanarctan4.55 40 l d 故： tan4.55 0.965

30、tan(4.5510) 3.4.3 滚珠丝杠刚度验算 3.4.3.1 滚珠丝杠在工作载荷下的拉压变形量 滚珠丝杠的拉伸变形量： 1 m fl ea 其中滚珠丝杠的长度取： 500lmm 滚珠丝杠的负载为：20000/ 210000 m fn 滚珠丝杠按内径确定的面积： 2 2 405 962.11 2 amm 故： 1 4 10000 500 0.025 20.6 10962.11 m fl mm ea 3.4.3.2 滚珠与螺纹滚道间的接触变形量 查专业课程课程设计指导书式 2-16 有： 3 2 2 0013 . 0 zfd f yjw m 滚珠丝杠有预紧力，且预紧力为工作载荷的，值可减小

31、一半左右 1 3 2 其中为滚珠直径， w d5 w dmm 40 3322 5 m w d z d 为滚珠总数量 z22 4 188zz 圈数列数粒 m 10000 9.8 f kg f 10000 9.8 3 yj f kg f 故： 2 2 3 479.630/9.8 0.00130.0028 10000 588 9.8 3 mm 则有：丝杠总变形量 12 0.0250.00280.0275mm 总 变形量要少于定位精度得一半，又0.1mm 故：，滚珠丝杠 fynd40104 的刚度符合要求 2 总 3.4.3.3 压杆稳定性验算 本设计滚珠丝杠的支撑方式为:一段固定，一端自由 查专业课

32、程课程设计指导书表 2-11 得0.25 z f 由专业课程课程设计指导书式 2-18 失稳时的临界载荷为 k f 2 z k fei f l 其中丝杠截面惯量矩： 4 0 64 d i 4 mm 支撑方式系数： 0.25 z f 刚的弹性模量： 4 20.6 10e mpa 丝杠的最大工作长度：500lmm 故： 4 4 2 3.14 40 0.25 3.14 20.6 10 64 81243.10 500 k fn 一般稳定性安全系数，取 2.5 4 k n 4 k n 稳定性安全系数 81243.10 8.124 10000 k kk m f nn f 故丝杠 fynd40104 的稳定

33、性符合要求 3.5直齿锥齿轮的选择与计算 3.5.1 选定齿轮的类型、精度等级、材料及齿数 如图 51 所示的传动方案，选用直齿锥齿轮传动 图 3.51 锥齿轮传动 图 3.5.31 锥齿轮结构图 旋切机进的进给系统，速度不搞，故选用 7 级精度 选择材料： 相关参数选择:由机械设计108（一）设计参数可选： 1 3 r b r 故:齿宽系数： 1 3 r 传动比：1 工作寿命 15 年（设每年工作 300 天，每天工作 16h） 以下设计引用如果没有特殊说明都来自机械设计 由表 101，选择 4 个锥齿轮的材料为 45 钢（调质后表面淬火） 硬度为 250hbs，由于 4 个锥齿轮受力大致相

34、同，故以相同计算 选择齿轮齿数： 取40z 由 108(一)设计参数式(f)： cos v v v dz z m 式（d）：1 0.5 mr dd 故：当量齿数： 40 56.6 cos45 v v v d z m 3.5.2 按齿面接触强度计算 由设计计算公式（1026）进行运算，即： 2 3 2 2.92 1 0.5 e h rr zkt d 3.5.2.1 确定公式内各计算数值 试选载荷系数，取1.3 t k 计算锥齿轮的传动扭矩 丝杠的驱动扭矩为: 0 2 m fl t 其中： 20000 10000 2 m fn 0 10lmm 0.965 故： 10000 10 16501.10

35、2 3.14 0.965 tn mm 故锥齿轮的传动扭矩为： 4 1.65 10ttn mm 锥 由 108(一)中相关资料取齿宽系数： 1 3 r b r 由表 106 查得材料的弹性影响系数 1 2 189.8a e zmp 由图 1021e 按齿面硬度查得接触疲劳强度极限 lim=1100 a h mp 由式 1013 计算应循环次数 h 60n j ln 其中： tmax 0 n192.327r/min v l h l16 300 1572000h 故： 8 60 192.496 1 72000=8.229 10n 3.5.2.2 计算 试算锥齿轮： 2 3 2 2 4 2 3 d2.

36、92 1 0.5 189.81.3 1.65 10 2.92 1067 11 1 0.51 33 41.793 e t h rr zkt d mm 11 1 0.541.7931 0.534.828 33 mt ddmm 计算圆周速度： 3.14 34.828 192.327 0.35/ 60 100060 1000 m m d n vm s 计算载荷系数： 由表 102 查得1.5 a k 由图 108 查得动载荷系数：1.03 v k 齿间动载荷分配系数取 1，即：1 hh kk 查表 109 得轴承系数：1.25 h be k 故齿间载荷分布系数为：1.5 1.03 1 1.8752.8

37、97 avhh kk k kk 按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式 1026 有： 54.59 1.36 40 d mmm z 查机械原理表 106，取1.375mmm 故：1.375 4055dmzmm 3.5.3 直齿锥齿轮的几何尺寸计算 如图 3.5.31，已知：55dmm 故： 1 551 0.545.83 3 m dmm 由机械原理表 107 有： 1.375 a hmmm 1.21.65 f hmmm 由 90 45 2 55 22 38.89 sin2 2 d rmm 又： 1 3 b r 齿宽为： 1 12.96 3 br 3.5.4 按齿根弯曲强度进行校验 由式 10

38、24： 3 2 22 4 1 0.51 fasa f rr y ykt m z 2 322 4 1 0.51 fasa f rr kty y mz 有： 由 3.5.2.2 载荷计算的相关参数可知 1.5 1.03 1 1.8752.897 avff kk k kk 载荷系数： 由 3.5.2.2 计算齿轮的传动扭矩相关参数可知 扭矩： 4 1.65 10tn mm 108: cos v v m dz fz m 又由一（一）中式子有： 40 56.57 cos45 v z 按当量齿数查表 105 得 v z=2294 fa y=1.720 sa y 查图 1020（d）得=600a f mp

39、4 2 322 4 1.65 102.897 2.294 1.770 = 11 1.3751 0.54011 33 =554.05 f f 故： 故锥齿轮的齿根弯曲强度符合要求，选择该齿轮 3.6齿轮轴的计算与校核 3.6.1 齿轮轴的强度计算 4 2 0.98 0.99, 0.97 =0.97=11.65 10mm p=p9550000 n tn p t 由直齿锥齿轮的传动效率为：加上轴承的传动效率取传动效率 为 故：， 由：， 故齿轮轴的扭矩为： 4 4 22 1.65 10 1.75 10mm 0.97 t tn 由于齿轮轴受到的弯矩较小，故可按扭矩强度条件计算 材料选择:选用 45 号

40、钢 查机械设计表 153，取 =40a t mp 故齿轮轴的强度计算处截面为： 4 3 3 1.75 10 d12.98mm 0.20.2 40 t t 取 d=20mm 3.6.2 齿轮轴的刚度验算 由机械设计式 1512 有当量直径为： 4 4 44444 4 =1 1698 d26.6 35 1706610 1051 511355 2018242530 vi i i i l mm l d 由式 1515： 4 5.73 10 p t ai 4 4 4 t1.75 10 8.1 10 32 p n mm gmpa d i 其中： 解得：0.25 / m 1.698 =10=0.012mm

41、360 轴 由 3.3 滚珠丝杠的刚度验算由： 12 =0.025=0.0028， 故： 12 =+=0.0250.00280.012=0.0398mm ; = (2 4)(1/2) + ( + 35)2 372)(1/2) = (,) = (2 4)(1/2) + ( + 35)2 1369)(1/2) = 2 + 1/70/(4 2 4900) (4 2 10360 + 140 (2 + 296)(1/2) 2 1/70 2 2 + 1/70/(4 2 4900) (4 2 10360 140 (2 + 296)(1/2) 2 1/70 2 经过验算 r 的两个式子第二个式子出现负值，而

42、r、x 都是正数，故舍去。 如此先对隐函 2222 1 ()() 2 h xrhrrrx进行运算，得到对的函数 然后对函数在 x=229.81/214.81/199.81/184.81/169.81/154.81/139.81/124.81/ 109.81/94.81/79.81/64.81/49.81 的 13 组数据进行如下赋值，可求出直径 = (2 + (1/70)/(4 2 4900) (4 2 10360 + 140 (2 + 296)(1/2) ) 2 1/70 (2 ) ); (,229.81) = 99.9997 4.3.4进给电机的正反转控制 4.3.41 正反转电路 电动机

43、定子三相绕组任意两相调换一下接到电源上去电动机定子相序即可改变， 从而电动机就可以变旋转方向了。如图 3.41 所示接口连接电压放大器，控 0.00.6 pp、 制电两个继电器开关实现正反转。当分别输出高电平、低电平时电机正转，当 0.00.6 pp、 分别输出低电平、高电平时电机反转。 0.00.6 pp、 4.3.5电机的开启、暂停、停止与急停以及电压放大器与继电器的选型 4.3.5.1进给电机的控制 开启：如图 4.3.21 所示，经过一个按钮与拉高电压相连，当按下按钮连接 p0.1 时，接受一个高电平，用这个电平控制电机的开启； p0.1 暂停：如图 3.21 所示，经过一个按钮与拉高

44、电压相连，当按下按钮断开时， p0.1 接受一个高电平，用这个电平控制电机的暂停； p0.1 停止：如图 3.21 所示，经过一个按钮与拉高电压相连，当按下按钮断开时， p0.2 接受一个高电平，用这个电平控制电机的停止； p0.2 急停：当遇到突发事件而继续停机的时候，使用电磁继电器直接断开电机的三相 供电。 4.3.5.2三个主运动电机的控制 开启：如图 4.3.21 所示，单片机通过发送一个高电平，通过电压放大器， p0.1 继电器接受到工作电压闭合开关，从而启动电机； 暂停：如图 4.3.21 所示，单片机通过发送一个低电平，通过电压放大器， p0.1 继电器接受到电压不足而开启开关，

45、从而停止电机。 4.3.5.3电压放大器选型 选择中慧 adbz2141 电压放大器 输出电流：10ma 输出电压：倍攻五档，5 倍输出可调 10200 电压出入范围：0.110 4.3.5.4继电器选型与计算 选择东莞市金源利自动化器材有限公司的供应固态继电器 55 输入电压：525 触发电流：10 输出电压：24380 输出电流： 55 驱动辊驱动电机参数 额定功率：44kw 额定电压：10ma 型号：三相异步电动机 112 4 故三台电机的总输入电流为 4 1000 331.5855 380 iaa 故继电器可选用 55 4.3.6输入功能切换 如图，是切换功能接口，通过拉高电平与按钮可

46、以选择三种输入 3.2 1 0.4 、 0.5 模式。 4.4变频器的选择 4.4.1变频器的输出 由 2222 1 ()() 2 h xrhrr 0 4 22 2 2200 1 22 21 ()() 2 t t vkarn krrr n rllh rh arr rh 6060 7.5 8 ff nf p 可知当 r=100mm 时，m 最大即 m=2.5mm 时 f 取得最大值 1 19.04fhz 初选威科达公司的变频器，型号为：vec -v8-015v3b v8查威科达公司系列变频器手册有可知相关参数： 0.00 650.00fhz输出频率范围： 15kw输出功率： 380v输出电压：三

47、相 =10.0 ,=10.0sts t 加减 加速与减速取出厂默认值，即 变频器上有多功能数字输入可编程端口，供单片机输入 4.4.2压尺辊安装高度与刀架进给原点的设定 当材料加工到镜头时，如图所示 4.4.21 压尺辊高度 4.4.22 三辊竖直开口 由几何关系有： 2 222 22222 3735 103735 103770caby 09.87y解得： 取 y=4mm 当材料开始加工时，如图所示 4.4.21 所示： 为三辊竖直方向开口的大小 l 由几何关系有： 22 22 223742 35194.77lcrabrrrrrmm 此时 x=229.81mm，d=200mm 设设刀架的进给原

48、点与此时的刀尖位置的距离为 x,则有： =200 194.77=5.23mmxdl 为了方便操作人员操作，应取较大的 x值 故去 x=20mm 则进给刀架的进给原点为： 20 mmxx 4.4.3旋切机工作循环周期 此处以进给原点位移最大，板厚为 2.5mm，延时 5s 计算，从代数问题上看进 给速度与电机转速 n 紫数值上相等，后面用到电机转速的直接取用进给速度。 图 4.4.3.11 变频器加减速时间 4.4.3.1在原点疾速时间计算 如图 3.4.11 所示变频器的出厂默认加减速时间为 10.0s： 1 11 maxmax 1 max 1 max 19.0419 19 10 =0.29s

49、 650 fhz ft ft f t t f 由： 即： 4.4.3.2进给时间计算 2 119 7.5 0.290.34 260 lmm 原点加速位移为： 2 2 2 200.34 t =8.28 19 7.6 60 t xl s v 匀速进给时间： 工进部分看成匀加速进给，则工进时间为： maxmin 3 maxmin 229.81 35.41 =11.39 1923.2760 19 7.560 22 tt xx ts vv 123 =19.96ttts 进 故进给时间为：t 4.4.3.3操作人员反应时间 根据生理学的一些资料，一般复杂程度的行为反应时间是 45s，本设计取反应时 间可调

50、，范围是 015s，此处取反应时间为 5s。 4.4.3.4快退时间计算 在进给尽头反转后的加速时间计算 4 44 maxmax 4 max 4 max 1900 253 7.5 253 10 =3.89s 650 fhz ft ft f t t f 即： 快退到原点的减速时间计算 5 3 :3.89 1 1900603.893.89123.18 2 ts ls 同上有 加减速快退位移： 匀速快退时间计算 min3 6 249.81 35.41 123.18 2.88 190060190060 xxl ts 原 故快退总时间为： 456 =10.66tttts 退 4.4.3.5旋切机的工作效

51、率 =35.62tttts 退进总反应 以每天 8h 计算每台旋切机每天的加工量为： 8 3600 808.53s 35.62 =808 n n 天 天 取整得：（段） 效率符合要求故选取该变频器。 4.5位移频率对照表制作 4.5.1相关公式 2222 1 ()() 2 h xrhrr 0 4 22 2 2200 1 22 21 ()() 2 t t vkarn krrr n rllh rh arr rh 6060 7.5 8 ff nf p 代入参数联合以上三式可计算出频率对于板厚与位移的函数： 5.11 222 4(35)37xrr 5.12 2 2 2 42 35 373.33 (72

52、)(2) 4 4 39.48 rrr fm mrr r rr 式子 3.6.11 明显是 x 对于 r 的隐函数，本设计使用商业数软件 matlab 求解隐 函数。 编程： syms r x;f=(r2-4)(1/2)+(r+35)2-372)(1/2)-x r=solve(f,r) r = 2+1/70/(4*x2-4900)*(4*x2-10360+140*(x2+296)(1/2)*x2-1/70*x2 2+1/70/(4*x2-4900)*(4*x2-10360-140*(x2+296)(1/2)*x2-1/70*x2 经过验算 r 的两个式子的第二个式子出现负值，而 r、x 都是正数

53、故舍去。 故：r = 2+1/70/(4*x2-4900)*(4*x2-10360+140*(x2+296)(1/2)* x2-1/ 70*x2 4.3.13 2.5.2 联合式子 5.12、5.13 编写程序使用 matlab 软件计算 r=sym(2+1/70/(4*x2-4900)*(4*x2-10360+140*(x2+296)(1/2)*x2- 1/70*x2); f=sym(373.33*2.5*(r/(r2-4)(1/2)+(35+r)/(r+72)(r-2)(1/2)*(r2-4)/(r4- 2.52/39.48*(r2-4); f=solve(f,x) subs(f,x,22

54、9.81) 最后一个是赋值语句，只要连续赋值各参数就可以求出对应的 f 值 4.6计数器与定时器的初值计算 4.6.1进给计数器 t0 初值计算 由 222 4(35)37xrr maxmin =229.81mm=35.41mmxx有：， 229.812035.41 n=10720= 29 0 0.02 h e 计算计数次数： 1316 1316 22000,210000 229 02 hh h e 故选则 t0 工作方式 1 t029 0620e hdh的初始值为：10000h - 4.6.2快退计数器 t0 初值计算 123.18 229.812035.41 2 n=7640= 18 0.

55、02 h dd 计算计数次数： 1316 1316 22000,210000 2182 hh h dd 故选则 t0 工作方式 1 t018228dd heh的初始值为：10000h - 4.6.3定时数器 t1 初值计算 6 12 121 10mhzs 一次计数时间： 6 6 5 6 1 1s= 1 10 n=5 10 =350 20 1 10 1 10 h c 延时计算次数： 延时分为20次计算，每次计数次数： 1316 1316 22000,210000 23502 hh h c 故选则 t0 工作方式 1 t018228dd heh的初始值为：10000h - 4.6.4确定技术定时器

56、工作方式 tmod=15h 4.7程序编写 org 1000h mov tmod , 45h lcall jian ；调用键盘低扫描 mov a , p0.4 jnz jing ；跳转到直径输入 mov a , p0.5 jz yan ；跳转到延时输入 ban: mov a , r4 ；板厚输入 mov r1 , a ajmp qi yan: mov a ,r4 ；延时输入 cjnz a , #77h , yan0 cjnz a , #b7h , yan1 cjnz a , #d7h , yan2 cjnz a , #e7h , yan3 cjnz a , #7bh , yan4 cjnz a

57、 , #bbh , yan5 cjnz a , #dbh , yan6 cjnz a , #ebh , yan7 cjnz a , #7dh , yan8 cjnz a , #bdh , yan9 cjnz a , #ddh , yana cjnz a , #edh , yanb cjnz a , #7eh , yanc cjnz a , #beh , yand cjnz a , #deh , yane cjnz a , #eeh , yanf yan0: mov r6 ,#00h ajmp qi yan1: mov r6 ,#01h ajmp qi yan2: mov r6 ,#02h aj

58、mp qi yan3: mov r6 ,#03h ajmp qi yan4: mov r6 ,#04h ajmp qi yan5: mov r6 ,#05h ajmp qi yan6: mov r6 ,#06h ajmp qi yan7: mov r6 ,#07h ajmp qi yan8: mov r6 ,#08h ajmp qi yan9: mov r6 ,#09h ajmp qi yana: mov r6 ,#0ah ajmp qi yanb: mov r6 ,#0bh ajmp qi yanc: mov r6 ,#0ch ajmp qi yand: mov r6 ,#0dh ajmp

59、qi yane: mov r6 ,#0eh ajmp qi yanf: mov r6 ,#0fh ajmp qi jing: mov a ,r4 ；段直径输入 mov r7 a mov r3 ,#00h cjnz r7 ,#77 ,qu inc r3 cjnz r7 ,#b7 ,qu inc r3 cjnz r7 ,#d7 ,qu inc r3 cjnz r7 ,#e7 ,qu inc r3 cjnz r7 ,#7b ,qu inc r3 cjnz r7 ,#bb ,qu inc r3 cjnz r7 ,#db ,qu inc r3 cjnz r7 ,#eb ,qu inc r3 cjnz r

60、7 ,#7d ,qu inc r3 cjnz r7 ,#bd ,qu inc r3 cjnz r7 ,#dd ,qu inc r3 cjnz r7 ,#ed ,qu inc r3 cjnz r7 ,#7e ,qu inc r3 qu: mov r7 ,r3 qi： mov a ,r0 jz key jian: mov p2.4 ，#01 ；矩阵键盘低扫描 mov p2,5，#01 mov p2.6 ，#01 mov p2.7 ，#01 key1: mov p2.4 ,#00h mov a ,p1 subb a ,#f0h jc shuju mov p2.4 ,#01h key2: mov p2