1、目錄摘要 . 0關鍵詞 . 0 矚慫潤厲釤瘞睞櫪廡賴。Abstract ： . 0 聞創溝燴鐺險愛氌譴凈。Key words ： . 0 殘騖樓諍錈瀨濟溆塹籟。引言 . 1 釅錒極額閉鎮檜豬訣錐。1 概述 1 彈貿攝爾霽斃攬磚鹵廡。1.1 選題背景 . 1 謀蕎摶篋飆鐸懟類蔣薔。1.2 研究意義 . 1 廈礴懇蹣駢時盡繼價騷。2 切割部分設計 . 2 煢楨廣鰳鯡選塊網羈淚。2.1 切割部分設計要求 . 2 鵝婭盡損鵪慘歷蘢鴛賴。2.2 切割部分設計方案 . 2 籟叢媽羥為贍僨蟶練淨。2.3 切割部分工作原理 . 3 預頌圣鉉儐歲齦訝驊糴。2.4 切割部分結構設計 . 4 滲釤嗆儼勻諤鱉調硯錦。

2、2.4.3 帶傳動設計 . 4 鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡。2.4.4 升降液壓缸的設計 . 7 擁締鳳襪備訊顎輪爛薔。2.4.5 滾動軸承的選取及校核 . 11 贓熱俁閫歲匱閶鄴鎵騷。3 夾緊部分設計 . 13 壇摶鄉囂懺蔞鍥鈴氈淚。3.1 夾緊機構設計要求 . 13 蠟變黲癟報倀鉉錨鈰贅。3.2 夾緊部分方案設計 . 13 買鯛鴯譖曇膚遙閆擷凄。4 縱橫行走部分的設計 . 14 綾鏑鯛駕櫬鶘蹤韋轔糴。4.1 縱橫行走裝置設計要求 . 14 驅躓髏彥浹綏譎飴憂錦。4.2 縱橫行走部分方案設計 . 14 貓蠆驢繪燈鮒誅髏貺廡。4.3 直線導軌的選擇計算 . 15 鍬籟饗逕瑣筆襖鷗婭薔。4.3.1 選

3、定條件 . 15 構氽頑黌碩飩薺齦話騖。4.3.2 選擇方式 . 15 輒嶧陽檉籪癤網儂號澩。5 液壓傳動系統設計 . 16 堯側閆繭絳闕絢勵蜆贅。5.1 液壓傳動機構 16 識饒鎂錕縊灩筧嚌儼淒。5.2 液壓傳動原理圖 . 17 凍鈹鋨勞臘鍇癇婦脛糴。6 電氣控制的設計 . 17 恥諤銪滅縈歡煬鞏鶩錦。6.1 電氣控制設計要求 . 17 鯊腎鑰詘褳鉀溈懼統庫。6.2 電氣控制設計方案 . 18 碩癘鄴頏謅攆檸攜驤蘞。6.3 可編程控制器 PLC控制流程 . 18 閿擻輳嬪諫遷擇楨秘騖。7 結 論. 19氬嚕躑竄貿懇彈瀘頷澩。附錄 A PLC I/O 端口分配圖 . 21 釷鵒資贏車贖孫滅獅贅

4、。附錄 B棒料切割機裝配圖 21 慫闡譜鯪逕導嘯畫長涼。致謝 . 23 諺辭調擔鈧諂動禪瀉類。菏澤學院本科畢業設計（論文）棒料切割機的設計 機械電子專業 學生 韋忠爽 指導教師 閆冰潔摘要 ： 通過對切割過程的觀察和研究，本課題采用了機電一體化系統設計思想，對其整體造型、機 械結構和控制系統進行設計 , 此棒料切割機電一體化系統主要由四個部分組成： 機械本體、 電子控制 單元、執行器和動力源。工作原理是電動機通過帶傳動帶動切割片做高速旋轉運動，電機與工作臺 之間采用鉸支撐方式，升降液壓缸可推動切割片進行上下移動帶動刀片完成順序切割動作。切割機 采用 PLC 控制各個液壓換向閥的電磁鐵，實現棒料

5、的自動下料和切割以及檢測工作。隨動工作臺前 進速度也可以通過夾緊機械手夾緊棒料使之與棒料速度同步。橫向切割時的切割速度可以通過液壓 缸來調節。現場運行情況表明，此切割機具有動作快、運動平穩以及與計算機聯機方便等優點，能 夠降低工人的勞動強度，實現自動控制，提高勞動生產率。 嘰覲詿縲鐋囁偽純鉿錈。關鍵詞 ： 切割機；機電一體化；液壓；棒料； PLC控制Design of Bar Cutting MachineStudent majoring in mechanical and electronic engineering Name Wei Zhongshuan熒g紿譏鉦鏌觶鷹緇機庫。Tutor

6、Yan BingjieAbstract： Based on the research of the cutting process, this subject adopts mechanical and electrical integration of system design idea, the overall modeling, mechanical structure and control system design, bar stock cutting the mechanical and electrical integration system is mainly compo

7、sed of four parts: the basic machine, electronic control unit, actuators, and power supply. Working principle is the motor drives the cutting piece of high-speed movement, motor and adopts the hinged support method between the workbench, a falling cylinder can be driven to move up and down push cutt

8、ingdisc blade cutting actioncompleted order, each hydraulic cutting machine adopts PLC control reversing valve electromagnet, implement automatic cutting and blanking bar work and tests. And servo table speed can also be through the clamping manipulator clamping bar to that of the bar speed synchron

9、ization. Transverse cutting when the cutting speed can be adjust by hydraulic cylinder. Field operation shows that, the design of the cutting machine is fast, smooth movement, and convenient with computer on line, it can improve the labor intensity of workers, to achieve automatic control, improve l

10、abor productivity. 鶼漬螻偉閱劍鯫腎邏蘞。 Key words ： Cutting machine; Mechanical and electrical integration; Hydraulic pressure; bar; PLC control棒料切割機的設計紂憂蔣氳頑薟驅藥憫騖。引言 當今時代正是中國發展的黃金時代，中國又是一個發展中國家，要想謀求更大的發 展，行業的轉型是一定的，所以輕工業的轉型，重工業與機械制造的行業的重視是必然 的。就這一點來看，讓我們清晰看到機械行業的發展前景有著如此大的潛力。它與其他 行業有著千絲萬縷的聯系，隨著經濟的發展和科技的進步，越來

11、越多的產品智能化、自 動化、網絡化，單純的機械已經不能適應行業發展的需要， 漸漸地就出現了機電一體化。 現代機械的機電一體化的目標是綜合利用機、電、信息、控制等各方面的相關技術的優 勢1 ，揚長避短以達到系統優化的效果，取得顯著地社會效益和技術經濟效益。 穎芻莖蛺餑 億頓裊賠瀧。1 概述1.1 選題背景 機電一體化產品廣泛應用各種加工業，切割技術也有了飛速的發展，手工切割已經 適應不了現代工業發展的要求。如今已進入以通用機械時代。幾十年來，切割技術的研 究和發展一直比較活躍，設計在不斷的修改，品種也在不斷的增加，應用領域也在不斷 的擴大。而目前市面上有很多型號的棒料切割機結構復雜，調節，維修不

12、方便，生產效 率低，智能化低等不足 。 濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。1.2 研究意義 本棒料切割機的切割機構屬于機械技術領域， 它解決了現有的自動切割機所存在的 精度不高，操作復雜，智能化低等問題。本課題針對目前市場上的切割機設計的不足， 對棒料切割機進行改造創新，增加智能化程度，設計出具有控制方便，性能穩定，結構 簡單，調節、維修方便，安全可靠，低能耗，在切割過程中能使棒料位置穩定、切割長 度準確，生產率高，運行平穩，提高產品質量，提高生產效率等優點的具有廣泛應用前 景的方案。 銚銻縵嚌鰻鴻鋟謎諏涼。與一般現在市面上的切割機相比，本次設計的這種切割機有以下優點：1）實現了機械工程和自動控制的有效結

13、合，機械部分采用機械優化設計，整個設 計過程中都進行了綜合技術比較與經濟評價，實現了預定的功能。 擠貼綬電麥結鈺贖嘵類。2）整個運動過程都采用了液壓傳動控制，與氣壓傳動相比，液壓傳動有可在大范 圍內實現無級調速；液壓傳遞運動均勻、平穩；易于實現過載保護等優點。 賠荊紳諮侖驟 遼輩襪錈。3）在設計過程中，縱橫行走裝置采用了直線導軌，既提高了運動系統的運動精度， 又很大程度的減小了摩擦力，達到了節能的效果。 塤礙籟饈決穩賽釙冊庫。4）整個切割過程都由 PCL控制，以其結構簡單合理、設備性能良好、生產率高、安全系數高等因素，滿足了自動化大批量的生產要求。 裊樣祕廬廂顫諺鍘羋藺。菏澤學院本科畢業設計（

14、論文）所設計的棒料切割機，融合了液壓自動控制、機器人技術和 PLC控制技術。 PLC控 制各個液壓換向閥的電磁鐵， 由液壓缸驅動機械手完成順序切割過程， 實現了機械設計、 電器控制和液壓傳動控制的有效結合。此棒料切割機是一種既能有效的提高生產率，又 在價格和使用方面能被廣大用戶所接受的一種新型的自動控制切割機。 倉嫗盤紲囑瓏詁鍬齊驁。 2 切割部分設計2.1 切割部分設計要求 為了保證棒料的剪斷，剪應力應超過材料的許應剪應力 , 即切斷棒料的條件為：Q （2-1 ） A查資料可知棒料的許用剪應力為： 128 285 MPa ,取最大值 285MPa 。由 于本切斷機切斷的最大棒料粗度為： dm

15、ax 35mm 。則本機器的最小切斷力 Q 由（2-1 ）得：d m2 ax 285 3.14 35 2Q44Q 274063N取切割機的 Q 280000N項目設計采用機電一體化設計思想， 要求棒料切割機采用 PLC對棒料的切割過程及 檢測進行自動控制，并能根據 PLC定長信號分別切割兩條連續的棒料，完成了系統的硬 件和軟件設計后可以實現對棒料的準確定長切割，切割后自動返回初始位置。原始棒料 尺寸范圍在角鋼： 100 100 10 圓鋼： 50 槽鋼： 120x53 鋼管： 135 6 ，切割成 0.1 l m 之間的棒料，其切口深度為 5 35mm, 再用壓斷機進行壓斷處理 。 綻萬璉轆娛

16、閬蟶 鬮綰瀧。2.2 切割部分設計方案 切割部分主要有砂輪切片、電動機和傳動機構組成。現在設計的在切割部分有兩種 方案可行：第一，電動機通過帶傳動帶動切割片轉動。第二，電動機通過圓錐齒輪傳動 方式帶動切割片轉動。但考慮到切割過程中電動機帶動切割片進行高速旋轉運動，所以 優先選取第一種方案，原因是圓錐齒輪傳動不宜應用在轉速太高的場合，并且在運用齒 輪進行傳動時，還應考慮怎樣消除震動和用什么方法潤滑齒輪，這樣就會使設計成本增 加，而帶傳動則具有結構簡單，傳動平穩、價格低廉和緩沖吸振等優點。切割部分結構 如圖 2-1 所示。 驍顧燁鶚巰瀆蕪領鱺賻。棒料切割機的設計圖 2-1 切割部分結構圖1- 電動

17、機； 2- 升降液壓缸； 3- 砂輪片； 4-支撐板； 5- 傳送帶2.3 切割部分工作原理切割部分的原理如圖 2-2 所示，電動機帶動割切片高速旋轉運動，電機與工作臺之 間采用鉸鏈支撐方式，升降液壓缸可推動切割片進行上下移動，完成切割運動。橫向行 走液壓缸可推動工作臺橫向移動，控制切割的長度。縱向行走液壓缸可使工作臺縱向移 動，使切割片能切割兩根棒料。其中電動機和液壓缸電磁閥都需要通過由PLC機控制，實現其按照順序完成動作。 瑣釙濺曖惲錕縞馭篩涼。101112圖 2-2 切割部分原理簡圖1-帶輪； 2-傳送帶； 3-電機； 4-砂輪； 5-升降液壓缸； 6-進料道； 7-橫向行走板； 8-夾

18、具；9-待加工棒料； 10-橫向行走液壓缸； 11-縱向行走板； 12-縱向行走液壓缸菏澤學院本科畢業設計（論文）2.4 切割部分結構設計2.4.1 切割片的選取 設計任務所需電機的最小功率為 Pmin 2.2KW ，主軸轉速： 2800r.p.m 條件下，輪片的最大線速度為 40m / s。最終選取砂輪片的型號為 A 型，其規 格為 400 3.2 32，磨料為棕剛玉，粒度為 20# ，硬度為 R初選帶的型號 根據 Pca和n ，由機械設計查的初選普通 V帶4 。 。鎦詩涇艷損樓紲鯗餳類。2.4.2 電機的選取 根據切割系統的要求，應考慮電動機的種類、型式、額定電壓、 額定轉速和額定功率、工

19、作方式，在決定電動機功率時考慮到電動機的發熱，允許過載 能力啟動能力等問題，現選用比較適合的 Y 系列三相異步電動機，這是由于 Y系列三相 異步電動機的功率等級和安裝尺寸與國外同類型的先進產品相當， 因而具有與國外同類 型產品之間良好的互換性， 供配套出口及引進設備替換。 選取功率為 3.0KW，額定電壓： 380V，頻 率： 50HZ ,額定轉速為 2880r.p.m ，額定轉矩 2.3N m ，型號為 Y100-2，電 動機選用三角型啟動方法啟動 確定帶輪的基準直徑 dd1和 dd2，并驗算帶速 v1）機械設計 查得 V帶的最小基準直徑 ddmin 75mm4 , 考慮到帶輪太小， 其彎曲

20、 。櫛緶歐鋤棗鈕種鵑瑤錟。2.4.3 帶傳動設計根據帶截面形狀的不同， 帶傳動可分為： 平帶傳動、多楔帶傳動、圓帶傳動、 V帶傳動等。在一般的機械中由于 V 帶的楔形增壓原理，結構緊湊，允許的 傳動比大，且多標準化并大批量生產 , 所以被廣泛應用。 轡燁棟剛殮攬瑤麗鬮應。本設計中選用 V 帶傳動。由于 V帶傳動中的帶及帶輪槽型均已標準化，所以設計的 主要內容包括帶的型號、確定基準長度、根數、中心距、帶輪的材料、基準直徑以及結 構尺寸、初拉力和壓軸力、張緊裝置等參數。 峴揚斕滾澗輻灄興渙藺。（1）確定計算功率由機械設計查得工作情況系數 KA 1.2 應力過大，所以要使 dd1 dmin ，取 d

21、d1 160mm2）驗算帶的速度 v （電機帶動砂輪切割鐵棒，載荷性質 為載荷變動較大），則計算功率為 Pcad d1 n160 1000160 288060 100024 .1m / s2-3)Pca K A P 1.2 3 3.6KW（2-2）公式中：K A 工作系數 3 ；P 所需傳遞的額定功率， KW 。帶速不宜過高或過低，一般應使 v 5 25m/ s, 因為 5m 24.1 25m帶速符合要求。3）計算大帶輪的基準直徑 dd2 ，并根據機械設計加以取整2-4)dd2 n1 dd1n2棒料切割機的設計由于電機轉速與砂輪轉速基本同步，選速比 n n2 =1，則基準直徑 dd2dd2 d

22、d1 160mm(4) 確定中心距 a 并選擇 V帶的基準長度 Ld1 )根據帶傳動總尺寸的限制條件或要求的中心距初定中心距 a02-5)由綜合式0.7(dd1 dd2) a0 2(dd1 dd2 )，考慮到結構要求，初選 a0 900mm帶的初始長度 Ld0 ：Ld02a02 (dd 2dd1)2(d d2 dd1 )4a02-6)2 900 2(160 160)2(160 160)24 9002302mm由機械設計 V 帶的基準長度系列及長度系數表中取帶的 Kl 0.87 4 ，帶基準長度Ld 2000mm2) 最后確定中心距 aLd Ld02000 2302a a0d d0 900 74

23、9mm22 a 0.015Ld 765 0.015 2000 735mm2-7)amin2-8)最后取(5) 驗算帶輪包角amax a 0.03Ld 765 0.030 2000 825mm a 735 825mm2-9)dd2 dd1 57.31 180 d2 d11 a a150 150 57.301802-10)765180 120750 (合適)(6) 確定帶的根數KAPz PcaPr (P0P0 )K L K a2-11)P0 0.3KW4 ；4 ；4 ；其中：KW ；Pr 額定功率， 由機械設計查得： 由機械設計查得包角系數 Ka 1 由機械設計查得長度系數 K L 1.03 采用

24、非化纖結構的普通帶，取材質系數 K 0.75 4 。由機械設計查得 V 帶處于臨界打滑狀態所能傳遞的最大功率 P0 2.2KW 4 Pr (2.2. 1 1.03) 0.75 1.70KW菏澤學院本科畢業設計(論文)z Pca3.6 2.12Pr 1.70取 z 3根。(7) 確定單根帶的初拉力 F 0(2.5 K a )Pca2F0 500 ( ) qvKa zv(2-12 )查得 q 0.1 4 ,對于新安裝的帶，初拉力為 1.5(F0 )min ；對于運轉后帶初拉力 1.3(F0)min(2-13F0 500 (2.5 1) 3.6) 0.1 24.12 95.4N1.0 3 24.1(

25、8) 計算帶對軸的壓力 Q180Q 2F0zsin 1 2 95.4 3 sin 180 572.6N(2-14 )0 2 2(9) 張緊裝置的選擇 各種材質的 V帶都不是完全的彈性體， 在預緊力的作用下， 經過一定時間的運轉后， 就會由于塑性變形而松弛，使初拉力降低。為了保證帶傳動的能力，應定期檢查初拉力 的數值。如發現不足時，必須重新張緊，才能正常工作。常見的張緊裝置有以下幾種： 定期張緊裝置、自動張緊裝置和采用張緊輪的裝置。因為在本方案中中心距不能調節， 可采用張緊輪將帶張緊。張緊輪放在松邊內側，使帶只受單向彎曲，同時張緊輪還應盡 量靠近大輪，以免過分影響小帶輪的包角。 詩叁撻訥燼憂毀厲

26、鋨驁。(10) 帶輪的設計 帶輪的設計要求及設計內容 設計帶輪時應滿足的要求有：質量小，結構工藝性好，無過大的鑄造應力，質量分 布均勻，轉速高時經過動平衡，輪槽工作面加工精細，以減小帶的磨損，各槽的尺寸和 角度保持一定的精度，以使載荷分布均勻。設計內容為根據帶輪的基準直徑和帶輪的轉 速等已知條件，確定帶輪的材料，結構形式、輪槽、輪輻和輪轂的幾何尺寸、公差和表 面粗糙度以及相關技術要求。 則鯤愜韋瘓賈暉園棟瀧。1) 帶輪的材料 帶輪的材料主要采用鑄鐵，常用材料的牌號為 HT150或 HT200，轉速較高時宜采用 鑄鋼，或用鋼板沖壓后焊接而成 7 。在本次設計中，采用了比較常見的 HT150。脹鏝

27、彈奧秘 孫戶孿釔賻。2) 帶輪的結構尺寸 由于帶輪的基準直徑 dd 160mm，軸的直徑 d 30mm ，根據帶輪的選擇原則：即 當 2.5d dd 300mm 時采用腹板式結構，鑄造帶輪的結構如圖 2-3 所示 。 鰓躋峽禱紉誦 幫廢掃減。棒料切割機的設計圖 2-3 帶輪的結構2.4.4 升降液壓缸的設計（1）液壓缸設計要求 根據主機系統設計的要求， 應考慮液壓系統的執行件的數量、 運動形式、工作循環、 行程范圍、各執行件的運作順序、液壓元件承受的負載、運動速度、變化范圍。對液壓 系統的性能要求有調速性能，運動平穩性能、轉換精度、可靠性程度、使用與維修的方 便性等 稟虛嬪賑維嚌妝擴踴糶。（2

28、）選擇安裝方式 根據結構設計的要求，要實現砂輪片的上下移動完成切割，要求液壓缸在上下伸縮 的同時，還要繞點轉動，所以選用鉸鏈連接安裝方式。 陽簍埡鮭罷規嗚舊巋錟。2圖 2-4 手動切割機受力示意圖1- 砂輪片； 2- 手柄菏澤學院本科畢業設計（論文）3）負載大小 根據手動切割機的工作原理（如圖 2-4 所示）， 圖中 F=300N 估算得砂輪片的支反力為 N 600再由所設計切割機的切割受力示意圖（如圖 2-5 所示） 由于砂輪所受的支反力相同，算得液壓缸所承受的力即理論推力為 F 1200N （4）工作壓力當前所用的液壓缸的負載小于 5Kg 的工作壓力一般在 0.8MPa 左右，所以選取其正

29、 常工作壓力為 1MPa 5 。因為在設計時一般要求安全系數比較高，所以在選取液壓缸的時候一般要求有較大余量，所以在缸徑選擇時，其工作壓力一般按 1MPa 計算。 溈氣嘮戇萇鑿鑿櫧諤應5）缸徑選擇800400F圖 2-5 棒料切割機受力示意圖1-砂輪片； 2-液壓缸理論推力為 1200N 時，需選擇其缸徑為 40mm。考慮到安全系數，初選缸徑為 60mm （6）行程大小根據機構簡圖（如圖 2-6 所示），其中實線為機構初始位置，在初始位置時，砂輪 片的直徑在最大狀態，當砂輪切割到終位（圖 2-6 中虛線部分）時，連桿所轉過的角度 為 10 ，此時砂輪直徑為最小直徑。 鋇嵐縣緱虜榮產濤團藺。棒料

30、切割機的設計圖 2-6 氣缸行程計算簡圖1-砂輪 ；2-液壓缸； 3-工件2-15)在初始位置時測得液壓缸的總長度為 L1 540mm ，在終了位置時測得液壓缸的總 長為 L2 440mm ，所以在此過程中氣缸的行程L L1 L2 100mm即升降液壓缸的行程為 L 100mm7)液壓缸穩定性校核1) 液壓缸直徑校核液壓工作壓力 P工作 1 106Pa, 則液壓缸直徑 工作D4 12001 10639.1mm(2-16)取 D 40mm 。考慮到安全系數，選缸徑為 60mm合理。2)液壓缸活塞桿選擇及校核2D 2 P理論F液壓缸4(2-17)0.052 1 10641962.5.1 NF理論1

31、200N故設計符合要求由d/D 0.2 0.3，可計算出活塞桿直徑 dd 0.2 0.3 D 12 18mm (2-18) 可取活塞桿直徑 d 12mm 。通過公式4F 工作(2-19)d2 懨俠劑鈍觸樂鷴燼觶騮。對d 進行校核，菏澤學院本科畢業設計(論文)其中 120MPa ；F理論 1200N ；則 d 4 1200 3.6mm 12mm120 選活塞桿直徑為 d 12mm 的液壓缸符合要求。在所需要的 l桿長2s行程 的前提下 L/d 15，須進行穩定校核，應使活塞桿承受的力 F 不能超過使它保持穩定工作所允許的臨界壓力 Fcr , 但考慮到安全性， 安全因數 n Fcr / F工作應大

32、于規定的許用安全因數 nst ，以免發生縱向彎曲，破壞液壓缸的正常工 作。( F工作 PA為液壓缸桿工作負載； nst =46 )關于穩定安全因數可在設計手冊中查到。謾飽兗爭詣繚鮐癩別瀘。兩端鉸支鏈接的、細長壓桿的臨界力的歐拉公式2 EI(ul)2Fcr6(2-20)其中:4Id 4；64桿件的兩端都是鉸鏈連接： 1 ；Fcr nstF工作 4 1 106(60 10 3)2 N 45216N截面的慣性矩：22EIlFcr2 942 (210 109 Pa)d 464 0.215m 215mm1 45216(2-21)(2-22 )則所選取的桿長不超過 215mm ，且大于行程 2 100mm

33、，所以選取液壓缸活塞桿的長度200mm，3) 缸筒壁厚的計算缸筒壁厚可按薄壁筒公式計算2DPp(2-23)式中：缸筒壁厚 mm ；D 液壓缸內徑 60mm ；Pp 實驗壓力，取 Pp 2P工作 2 105 Pa ； 材料為： ZQ的許用應力2.4MPa 6可計算出壁厚560 2 1052 2.4 1062.5mm因此，液壓缸外徑 D D 60 2 2.5 65mm(2-24)(2-25)(8) 確定液壓缸型號 綜上所述，根據液壓與氣壓傳動，選用型的標準液壓缸ZQ-60/12200-F27 合適，10棒料切割機的設計缸徑為 60mm，活塞桿直徑為 12mm，液壓缸行程為 200mm，帶防塵罩 F

34、 數量為 2 。咼鉉 們歟謙鴣餃競蕩賺。2.4.5 滾動軸承的選取及校核 在結構設計中， 采用了既有轉速高的優點， 又能夠承受 少量軸向力的角接觸球軸承， （其中軸向力的主要來源是安裝或拆卸帶輪時所承受的載 荷估算載荷大小為 100N）。據分析，在安裝和拆卸帶輪時的力相同的情況下，拆卸帶輪 時，軸承所受的力更大，所以選取軸向力 FA 的方向向右，如圖 2-6 所示。瑩諧齷蘄賞組靄縐 嚴減。圖中 M為電極的輸出轉矩， F為砂輪的切割阻力， 在切割過程中， 電極的輸出轉矩 與砂輪所受的切割阻力矩大小相同，方向相反，在切割時相互抵消，所以在計算過程中 不再考慮電極輸出轉矩和切割阻力對軸承的影響。 麩

35、肅鵬鏇轎騍鐐縛縟糶。由于軸承受一定的軸向力，所以選取接觸角 25 的角接觸球軸承。其代號為 7207ACJ7, 基本額定動載荷 Cr 22.5KN ，基本額定靜載荷 Cor 16.5KN 8 。納疇鰻吶鄖禎銣膩鰲錟。軸承的校核計算1）計算軸承所受的徑向力 R1、 R2 ，其受力如圖 2-6 所示由力矩平衡條件 M 2 0 得徑向力 R1R1F1 200 F 2 201802-26)800 200 550 20180836N由 M 1 0 得徑向力 R2R2F2 200 F 1 201802-27)550 200 800 20180522N11菏澤學院本科畢業設計（論文）圖 2-6 軸承計算簡圖

36、（2）計算派生軸向力 S1、 S22-28)2-29)所選的軸承型號為 7207ACJ，其派生軸向力 S 0.63R 則S1 0.63R1 0.63 863 527NS2 0.63R2 0.63 522 329N3）求軸承所受的軸向力 A1、 A2S1 FA 527 100 627N S2故軸承 2 被壓緊，軸承 1 被放松，所以有A2 FA S1 527 100 627NA1 S1 527N （4）計算當量動載荷 P1、 P2A1 527R1 8630.63A2 627R2 5221.22-30)2-31)1.54 ，由于f m2 1.0 。風攆鮪貓鐵頻鈣薊糾廟。（2-32）2-33)由簡明

37、機械零件手冊查得 7207ACJ型軸承的軸向載荷影響的判斷系數 e 0.689因為A1 /R1 0.63 e，所以 X1 1,Y1 0；A2 / R2 1.20 e，所以X2 0.41,Y2 0.87由機械設計查得，當軸承受中等沖擊或中等慣性力時，取載荷系數軸承 1、2 均不受力矩載荷的作用，所以取 fm1 1.0， 則P1 fd fm1（X1R1 Y1A1）滅噯駭諗鋅獵輛覯餿藹。1.5 1.0 （1.0 836 0 527）1254NP2 fd fm2(X2R2 Y2 A2)12棒料切割機的設計1.5 1.0 (0.41 522 0.87 627)1140N5）計算所需軸承的動載荷由機械設計

38、查得，當軸承的工作溫度小于 120 C 時，其溫度系數 ft 1.0 4 比 較兩當量動載荷知， P1 P2，所以應該按 P1計算 （球軸承應取 3 ）則所需軸承的額 定動載荷為 c 鐒鸝餉飾鐔閌貲諢癱騮。2-34) P 60n L10hc ft106 10h1254 3 60 2840 365 121.01061254 3 60 2840 483010011286N（6）確定軸承型號由簡明機械零件手冊查得軸徑 d 35mm時，應選軸承的代號為 7207ACJ8 ，其 額定載荷為 C r 22.5KN c 11.286KN 。故選用代號為 7207ACJ的軸承合適。3 夾緊部分設計3.1 夾緊

39、機構設計要求夾緊機構不但要求在切割之前機械手能夠根據事先收到的信號準確地運動到每個 工位，而且在切割過程中要夾緊運動著的棒料，使砂輪與棒料同步。 攙閿頻嶸陣澇諗譴隴瀘。3.2 夾緊部分方案設計夾緊部分是由液壓缸推動機械手實現夾緊和放松的。這部分的兩種可行性方案是： 一是用一個機械手同時負責夾緊兩根鑄棒，根據需要對被切割的那條進行夾緊。二是用 兩個機械手，每個機械手負責夾緊一根鑄棒。第一種方案中，機械手可通過一個二位液 壓缸和一個三位液壓缸實現對棒料的夾緊。第二種方案中，每個機械手都需要兩個二位 液壓缸來實現對棒料的夾緊。考慮到第一種方案設計工作量小，安裝方便，而且控制簡 單，所以優先使用第一種

40、方案。 趕輾雛紈顆鋝討躍滿賺。13菏澤學院本科畢業設計（論文）1 26 ST9 45 ST8圖 3-1 夾緊部分原理圖1-夾緊機械手； 2- 夾緊氣壓缸； 3-橫向行走氣壓缸； 4-縱向行走板； 5-縱向行走液壓缸； 6-橫向行走板 夾覡閭輇駁檔驀遷錟減。夾緊部分原理如圖 3-1 所示，夾緊氣缸能使夾緊機械手夾緊或放松工件，當活塞向 右移動時，機械手夾緊工件，當活塞向左移動時，機械手放松工件。橫向行走氣缸推動 工作臺左右移動，能控制機械手使之夾緊左邊或右邊的工件，從而對夾緊的工件進行切 割。縱向行走液壓缸的作用是當完成一次切割過程完成時，推動工作臺使之恢復到初始 位置。整個工作過程都由 PLC

41、控制實現。其中 ST4-ST9為控制液壓缸的行程開關。 視絀鏝 鴯鱭鐘腦鈞欖糲。4 縱橫行走部分的設計4.1 縱橫行走裝置設計要求縱橫行走裝置主要是為了配合切割裝置和夾緊裝置， 使砂輪片和夾緊機械手能夠在 走刀過程中橫向移動，迅速準確地達到工作位，在切割過程中能夠隨著棒料縱向移動， 切完后在返回初始位置。 偽澀錕攢鴛擋緬鐒鈞錠。4.2 縱橫行走部分方案設計縱橫行走裝置主要是為了實現切割機砂輪片的縱向和橫向移動，使之完成切割動 作。為了設計和制造方便，在方案設計中縱、橫向行走裝置的原理大致相同，即采用結 構簡單而又便于控制的液壓傳動方式， 液壓缸帶動縱向行走板或橫向行走板在導軌上滑 動。 緦徑銚

42、膾齲轎級鏜撟廟。在設計過程中，考慮到能量的損耗程度，縱橫行走裝置采用了直線導軌，既提高了運動系統的運動精度，又很大程度的減小了摩擦力，達到了節能的效果。 騅憑鈳銘僥張礫陣軫14棒料切割機的設計4.3 直線導軌的選擇計算4.3.1 選定條件（1）載荷 根據粗略計算，導軌上橫向行走部分的總質量為 200kg 所以重量 W m g 200 10 2000N（2） 行程 根據設計結構的要求，選定行程 Ls 2.5m（3）往復次數 n1 2（次/ 分）（4）壽命要求 假設機器壽命為 5 年，則導軌壽命為 LL 5 365 24 35000 小時假設安裝 4 個滑塊，要計算一個滑塊的負載 P0 ，可用下式

43、W 2000P05000N0 4 4同時由于兩個滑塊裝在一個導軌上，因此接觸系數 fc 0.814.3.2 選擇方式（1）根據靜態安全系數選型號fs wP04-1)f s 靜態安全系數 fw載荷系數 （在無外部沖擊或振動、低速時取 1.5 ） C0基本額定靜載荷 現設靜態安全系數 fs 5 則有C0其中P04-2 ）癘騏C0 fc鏨農剎貯獄顥幗騮。5 5000.813086kgf在正常運行時一般選取安全系數為 5，根據上述情況，選取 SBG35FL的導軌比較理想。（2）根據壽命要求選型號 鏃鋝過潤啟婭澗駱讕瀘。 根據標準壽命 L 計算公式L 0.54 17500 9450km若使用 17500

44、 小時，則總的移動距離為 Lf f f C 34-3)L(fT f H fc C ）3 50f wP0T 溫度系數 度系數取 1.0 8 ） fH 硬度系數由手冊查得當導軌的工作溫度小于 榿貳軻謄壟該檻鯔塏賽。（為了使直線運動系統達到最佳承載能力，需要保持 導軌的硬度在 HRC58-62，由手冊查得 fH 為1.0 8 ）邁蔦賺陘賓唄擷鷦訟湊。其中100 C 時，其溫C 基本動載荷15菏澤學院本科畢業設計（論文）L ( fT fH所以解得c C )350w P01 1 0.81 C 39450 (1 1 0.81 C )3 50 1.5 250C 3000kgf因此，選取 SGB45F（L C

45、 3800kgf ）（3）復查理論上選取 SGB35FL或上一級似乎比較恰當，但考慮到標準壽命，選擇SGB45FL8更理想。縱橫行走部分的結構圖如圖 4-1 所示： 嶁硤貪塒廩袞憫倉華糲。4-1 縱橫行走部分的結構圖1- 橫向行走導軌； 2- 縱向行走導軌5 液壓傳動系統設計5.1 液壓傳動機構 根據切割機的機構原理，繪制的機構簡圖如圖 5-1 所示，其中 ST0-ST4為控制液壓 缸的行程開關。16棒料切割機的設計5-1 切割機機構簡圖1-帶輪；2-傳送帶； 3-電機； 4-砂輪； 5-升降液壓缸； 6-橫向行走液壓缸； 7-橫向行走板； 8-縱向行走液壓缸； 9-縱向行走板 該櫟諼碼戇沖巋

46、鳧薩錠。5.2 液壓傳動原理圖如圖 5-2 液壓傳動原理圖6 電氣控制的設計是傳動形式與6.1 電氣控制設計要求 電氣控制線路的設計是在傳動形式及控制方案選擇的基礎上進行的，17菏澤學院本科畢業設計（論文）控制方案的具體化。應滿足機電設備對電氣控制線路的要求，工藝要求準確、控制線路 簡單、經濟、安全、可靠地工作，具有必要的保護裝置 10 。劇妝諢貰攖蘋塒呂侖廟。6.2 電氣控制設計方案電氣控制線路的設計運用經驗設計法 11 進行設計的，先從滿足生產工藝的要求出 發，按照電動機的控制方法，利用各種基本的控制環節和控制方法，借鑒典型的控制線 路，把它們綜合地組合成一個整體以滿足生產需要。由于切割機

47、需要控制的對象較多， 所以系統的控制部分比較復雜，電氣在接收 PLC命令對系統進行設置后，還要根據要求 切割過程完成輸入信號的循環監控，并輸出不同的信號對系統的各個執行部件進行控 制，使其協調工作，完成工件的切割 12 ，電氣原理圖如圖 6-1 所示，其中為 PLC的 I/O 端口分配見附錄 A。 臠龍訛驄椏業變墊羅蘄。SQ1L-3122L-32KRL-13L-3323HL1M1SQ26-1 電氣原理圖6.3 可編程控制器 PLC控制流程18棒料切割機的設計鰻順褸悅漚縫囅屜鴨騫。6.2- 控制流程圖7 結 論（1）切割機在完成裝配后（裝配圖見附錄 B）具備直切、連續切割兩種方式。使切 割機能夠

48、高效率的切割不同尺寸的零件， 增強了使用范圍。 選用砂輪片的下半部分切割， 在砂輪片尺寸一定時，最大限度的提高了切割機切割能力 穡釓虛綹滟鰻絲懷紓濼。（2）切割機可以進行連續切割動作，并根據定長信號分別切割兩條連續的棒料，實 現對棒料的準確定長切割， 切割后自動返回初始位置， 其切口深度為 35mm，再由壓斷機 進行壓斷，且整個切割過程都由自動控制實現。 隸誆熒鑒獫綱鴣攣駘賽。（3）這樣所設計的棒料切割機結構簡單，性能安全可靠，操作方便可行，智能化 程度高，很好的實現了其預定功能。設計過程中，主要考慮了機器的性能以及經濟性， 在保證其完成工作要求的前提下，盡可能的提高其性價比，由PLC控制液壓傳動系統的棒料切割機，又具有控制方便