1、引 言目前，切斷機已經在各個行業得到了廣泛的應用，有關系到民生建設的鋼筋材料的切斷，也有與人們日常生活相關的水果、蔬菜的切削。這次我所設計的是固體燃料切斷機，該設計是通過刀具的縱向往復運動，達到對材料的切斷、剖切、切條的加工。本機器結構簡單，操作方便，易保養、維修。這次所設計機器的主要特點是：刀具的運動是由液壓系統控制，能夠保證良好的切削力，同時也能實現刀具的快速運動，具有良好的調速、調壓功能；工作臺的進給是通過滾珠絲杠由步進電機所控制，能夠達到很高的切斷精度。由于所設計的切斷機具有自動進給功能，能夠使人在安全的距離內操作，使人身安全得到了很好的保證。目前切斷機發展的方向是：（1）提高效率，降

2、低能耗；（2）提高切削精度；（3）提高設備的安全性；（4）結構合理，操作方便，自動化程度高。第1章 概述1.1固體燃料的概念及特點 固體燃料是燃料的一大類。能產生熱能或動力的固態可燃物質。大都含有碳或碳氫化合物。天然的有木材、泥煤、褐煤、煙煤、無煙煤、油頁巖等。經過加工而成的有木炭、焦炭、煤磚、煤球等。此外，還有一些特殊品種，如固體酒精、固體火箭燃料。與液體燃料或氣體燃料相比，一般固體燃料燃燒較難控制，效率較低，灰分較多。可直接用作燃料，也可用作制造液體燃料和氣體燃料的原料或化工產品的原料。固體燃料是一種新型燃料，它用一根火柴便可點燃，能加熱食品，引燃蜂窩煤，攜帶方便，很受人們歡迎。隨著旅游業

3、的日益發展，人們生活水平的不斷提高，固體燃料無疑會有很大的市場。1.2切斷機的概念及應用領域切斷機是指利用直線切斷刀具對毛坯（待加工工件）進行切斷操作，從而得到較高精度的條形零件的加工設備。他可用來對鋼筋、塑料、直板、橡膠等的加工。本次的設計是用來切斷塊狀或片狀的固體燃料。1.3切斷機的原理切斷機原理如圖，毛坯用小液壓機帶動單刃切刀進行切割，由于采用滾動導軌可步進電機進行進給控制，可以有效地提高零件加工的精度。并且加工的速度比較高，工作中機械的摩擦阻力比較低。圖1.1 毛坯的切斷、剖切、切條14國內外切斷機的比較 1)國外切斷機偏心軸的偏心距較大，如日本立式切斷機偏心距24mm，而國內一般為1

4、7mm看似省料、齒輪結構偏小些，但給用戶帶來麻煩，不易管理因為在由切大料到切小料時，不是換刀墊就是換刀片，有時還需要轉換角度。 2)國外切斷機的機架都是鋼板焊接結構，零部件加工精度、粗糙度尤其熱處理工藝過硬，使切斷機在承受過載荷、疲勞失效、磨損等方面都超過國產機器 3)國內切斷機刀片設計不合理，單螺栓固定，刀片厚度夠薄，40型和50型刀片厚度均為17mm；而國外都是雙螺栓固定，2527mm厚，因此國外刀片在受力及壽命等綜合性能方面都較國內優良。 4)國內切斷機每分鐘切斷次數少國內一般為2831次，國外要高出1520次，最高高出30次，工作效率較高。 5)國外機型一般采用半開式結構，齒輪、軸承用

5、油脂潤滑，曲軸軸徑、連桿瓦、沖切刀座、轉體處用手工加稀油潤滑國內機型結構有全開、全閉、半開半閉3種，潤滑方式有集中稀油潤滑和飛濺潤滑2種。 6)國內切斷機外觀質量、整機性能不盡人意；國外廠家一般都是規模生產，在技術設備上舍得投入，自動化生產水平較高，形成一套完整的質量保證加工體系。尤其對外觀質量更是精益求精，外罩一次性沖壓成型，油漆經烤漆噴涂處理，色澤搭配科學合理，外觀看不到哪兒有焊縫、毛刺、尖角，整機光潔美觀。而國內一些一些廠家雖然生產歷史較長，但沒有一家形成規模，加之設備老化，加工過程拼體力、經驗，生產工藝幾十年一貫制，所以外觀質量粗糙、觀感較差【15】。第2章 切斷機液壓系統的擬定與計算

6、切斷機的刀具做縱向的直線往復運動，采用液壓系統控制。選用液壓傳動具有以下的一些優點：（1）在同等的體積下，液壓裝置能比電氣裝置產生更大的動力。在同等的功率下，液壓裝置的體積和質量小，即其規律密度大，結構緊湊。（2）液壓裝置工作比較平穩。（3）液壓裝置能在大范圍內實現無級調速（調速范圍可達2000），它還可以在運行的過程中進行調速。（4）液壓傳動易于對液體壓力、流量或流動的方向進行調節或控制。（5）液壓裝置易于實現過載保護。（6）由于液壓元件已經實現了標準化、系列化和通用化，液壓系統的設計、制造和使用都比較方便。（7）用液壓傳動來實現直線運動遠比用機械傳動簡單。2.1液壓系統原理圖擬定1溢流閥

7、2換向閥 3單向節流閥 4液控單向閥 圖2.1 系統原理圖 該系統確保了在液壓缸不動或僅有微小的位移下穩定的維持住壓力，刀具有足夠的時間在空中停留，同時，使液壓執行元件獲得所需的高速，縮短機械空程運動時間，提高了系統的工作效率。刀具切斷工件時，電磁換向閥2ya通電，使三位四通換向閥右位接入回路，液壓油由液壓泵輸出，通過單向調速閥3及液控單向閥4到達液壓缸，推動活塞使刀具向前運動。其中，刀具的運行速度可通過改變單向節流閥開口的大小來得到實現。刀具做回程運動時，電磁換向閥1ya通電，使三位四通換向閥左位接入回路，液壓油由液壓泵輸出，直接到達液壓缸，推動活塞使刀具做回程運動。系統動作循環表如下：表2

8、.1 系統動作循環表動作名稱電磁鐵狀態動作說明1ya2ya1-+ 液壓泵工作，油液通過三位四通換向閥閥右位流經節流閥，經調速后通過液控單向閥，到達液壓缸的上腔，推動活塞桿向下運動，液壓缸下腔油液流回油箱。2- 三位四通換向閥此時處于中位，液壓泵流出的油液直接流回油箱。3+-液壓泵工作，油液通過三位四通換向閥左位到達液壓缸的下腔，推動活塞桿向上做快速回程運動，液壓缸上腔的油液通過液控單向閥及單向節流閥流回油箱。4-三位四通換向閥此時處于中位，液壓泵流出的油液直接流回油箱。2.2液壓系統的計算與原件的選型表2.2 按負載選執行文件的工作壓力負載/n5000500100001000020000200

9、0030000300005000050000工作壓力/mpa0.811.522.5334455表2.3 按機械類型選執行文件的工作壓力機械類型機 床農業機械工程機械磨床組合機床龍門刨床拉床工作壓力/mpaa235881010162032由表2.1、表2.2初選液壓缸的工作壓力為2mpa,活塞桿所承受的負載為4000n。2.2.1液壓缸的設計計算圖2.2 液壓缸受力圖本機構采用的是單活塞桿液壓缸，由液壓缸的缸筒內徑計算公式：f液壓缸的理論推力，np供油壓力，mpa故：液壓缸活塞往復運動時的速度之比：其速比的 取值范圍如下表：表2.4公稱壓力/map1012.520>201.331.46、2

10、2則活塞桿直徑根據文獻【】對活塞缸直徑及活塞桿直徑取整后得：d=50mm，d=25mm。由此求得液壓缸的實際有效面積為：初定液壓缸快速空程時速度=0.03m/s，液壓缸切斷時速度=0.01m/s，液壓缸回程時速度=0.06m/s。液壓缸快速空程時流量液壓缸切斷時的流量液壓缸回程時的流量活塞桿強度的校核：活塞桿在穩定的情工況下，只受軸向推力或拉力，可以近似地用直桿承受拉壓載荷的簡單強度計算公式進行計算：材料的許用應力，無縫鋼管=100110mpa，中碳鋼（調質）=400mpa即由上式計算可得，活塞桿的強度滿足要求。2.2.2液壓泵的計算選擇表2.5 常用中、低壓各類閥的壓力損失（）閥名pn(&#

11、215;105pa)閥名pn(×105pa)閥名pn(×105pa)閥名pn(×105pa)單向閥0.30.5背壓閥38行程閥1.52轉閥1.52換向閥1.53節流閥23順序閥1.53調速閥35初定液壓缸的工作壓力位3mpa，考慮到進出油路上閥和管道的壓力損失為1mpa（含回油路上的壓力損失折算到進油腔），則液壓泵的最高工作壓力為：上述計算所得的是系統的靜態壓力，考慮到系統在各種工況的過渡階段出現的動態壓力往往超過靜態壓力，另外考慮到一定壓力貯備量，并確保液壓泵的壽命，其正常工作壓力為泵的額定壓力的80%左右因此，選泵的額定壓力應滿足：根據文獻【】p21-129，

12、選取外嚙合單機齒輪泵bbxq，排量為16ml/r，額定壓力為5mpa，最高壓力為6mpa，額定轉速為1500r/min，最高轉速為2500r/min，容積效率為90%。液壓泵的驅動功率計算公式：式中：液壓泵的額定壓力，pa；液壓泵的額定流量，/s；液壓泵的總效率，從規格表中查出；轉換系數，一般液壓泵，=/；恒功率變量液壓泵，=0.4；限壓式變量葉片泵，=0.85/；液壓泵的實際使用的最大工作壓力，pa。即液壓泵的驅動功率為：選用轉速為1000r/min的電動機，根據文獻【】p17-54，可選用與液壓泵相匹配的電動機為：y112m-6，額定功率為2.2kw，滿載時額定電流為5.6a，轉速為940

13、r/min，效率為80.5%，功率因素為0.74，質量為45kg。2.2.3閥類原件及輔助原件的選擇1對液壓閥的基本要求：（1）動作靈敏，使用可靠，工作時沖擊和振動小。油液流過時壓力損失小。（2）密封性能好。結構緊湊，安裝、調整、使用、維護方便，通用性大。2根據液壓系統的工作壓力和通過各個閥類元件及輔助元件型號和規格主要依據是根據該閥在系統工作的最大工作壓力和通過該閥的實際流量，其他還需考慮閥的動作方式，安裝固定方式，壓力損失數值，工作性能參數和工作壽命等條件來選擇標準閥類的規格，如下表所示：表2.6 各類閥的規格序號元件名稱型號規格1先導式溢流閥s-bt-03-l-32最大流量100l/mi

14、n，調壓范圍25mpa，質量1.5kg2三位四通電磁換向閥s-dsg-01-3c3-n1-50最高使用壓力16mpa，最大流量40l/min，質量2.2kg3單向節流閥srct-03-50額定流量30l/min，最小穩定流量3l/min，最高使用壓力25mpa，質量1.5kg4液控單向閥cpt-03-e-04-50額定流量40l/min,最高使用壓力25mpa，開啟壓力0.04mpa，質量3.0kg第三章 切斷機自動進給裝置的分析與計算3.1進給機構的運動方式和控制系統的選擇由于進給機構的系統要求精度比較高，對定位的要求也比較高，所以我決定采用步進電機自動進給的方式進行控制，步進電機的控制方式

15、采用單片機進行步進控制。3.2進給機構的機械傳動方式的選擇為了實現設計要求的分辨率，采用步進電機傳動絲杠，為了保證一定的傳動精度和傳動平穩性，盡量減小摩擦力，選用滾珠絲杠螺母副。同時，為提高傳動剛度和消除傳動間隙，采用有預加負荷的結構。3.3機床進給伺服系統機械部分設計計算參數設計參數：工作臺臺面尺寸：400mm*600mm工作臺移動尺寸：300mm夾具和工作臺總重：最高運行速度：步進電動機運行方式：空載：15m/min：切削：0.6m/min；系統分辨率：半閉循環模式 0.005mm/step；系統定位精度：半閉循環模式 0.01mm；工作臺面一側局部設有“t”形槽。3.4滾珠絲杠螺母副的計

16、算與選型3.4.1計算進給牽引力f： 作用在滾珠絲杠上的進給牽引力主要為工作臺和加工的工件的重力作用在導軌上所產生的摩擦力。因而其數值的大小與導軌的型式有關，由于在設計中采用的是加有導軌塊的滾動導軌，所以選擇的計算公式為綜合導軌的計算公式。計算公式為： 式中 、-切削分力（n）； -移動部件上的重量（n）； -主軸上的扭矩（n·cm）； -導軌上的摩擦系數，隨導軌型式而不同； -考慮顛復力矩影響的實驗系數；綜合導軌的 在進給牽引力計算中：式中，選取，代入計算3.4.2計算最大動載荷c 選用滾珠絲杠副的直徑時，必須保證在一定軸向載荷作用下，絲杠在回轉100萬轉（106轉）后，在它的滾道

17、上不產生點蝕現象。這個軸向負載的最大值即稱為該滾珠絲杠能承受的最大動負載，用下式計算選擇： 式中 -壽命，以10轉為一單位， -絲杠轉速，用下式計算 -為最大進給速度， -絲杠導程，； -為使用壽命，對于數控機床取； -為運轉系數；初選導程=4，假定工作臺的最高移動速度，則因此，代入公式可計算得絲杠轉速 =150代入公式可計算得壽命 把絲杠轉速，壽命代入公式計算可得 根據以上算得的最大動負載在設計指導書中的附錄a表2中選用型號為w1l2004的滾珠絲杠，其名義直徑為,滾珠的排列為2.5圈1列，額定動載荷為，滿足前面進給方向的要求。3.4.3傳動效率計算滾珠絲杠螺母副的傳動效率： 式中-絲杠螺旋

18、升角； -摩擦角，滾珠絲杠的滾動摩擦系數，其摩擦角約等于。由選用的w1l2004的滾珠絲杠的相關資料可知絲杠螺旋升角，則代入上面的公式可算得滾珠絲杠螺母副的傳動效率3.4.4剛度的驗算滾珠絲杠副的軸向變行會影響進給系統的定位精度及運動的平穩性，因此應考慮以下引起軸向變形的因素：1、絲杠的拉伸或壓縮變形量：在總的變形量中占的比重較大。可以用計算方法或查圖表的方法決定，在這里我選用的是計算的方法，先用下式計算滾珠絲杠受工作負載的作用引起的導程的變化量再計算滾珠絲杠總長度上的拉伸或壓縮變形量，公式如下： 式中 -在工作負載fm作用下引起每一導程的變化量，; -工作負載，即進給牽引力，;-滾珠絲杠的導

19、程，; -材料彈性模數，對鋼 e=20.6,(); -滾珠絲杠截面積（按內徑確定）. “+”號用于拉伸，“-”號用于壓縮。再計算滾珠絲杠總長度上拉伸或壓縮的變形量 式中 -滾珠絲杠在支撐間的受力長度，. 根據設計行程、滾珠絲杠副的最大長度、防護罩的極限距離、以及軸承一半的長度，以上幾項之和確定滾珠絲杠在支撐間的受力最大長度。則根據公式可算得，其中，由可計算滾珠絲杠總長度上的拉伸或壓縮變形量的值，把相應的數值代入公式中算得。2、 滾珠與螺紋滾道間接觸變形：當對絲杠加有預緊力，且預緊力為軸向最大負載的1/3時， 之值可減少一半；此變形可根據我所選用的滾珠絲杠在指導書中的圖4-7中查到其值為，雖然有

20、預緊但不做減半的處理，用其查出的值。3、 支撐滾珠絲杠的軸承的軸向接觸變形：不同類型的軸承的接觸變形量可用不同的公式計算，我選用的是推力球軸承則公式如下：式中的 -軸承所受軸向載荷，； -軸承的滾動體數目； -軸承滾動體直徑，； 由于其中的一些數據無法獲得準確值只能作粗略的估算，式中軸承所受軸向載荷，軸承的滾動體數目，軸承滾動體直徑，代入算得，則mm。這里因為滾珠絲杠的扭轉變形引起導程的變化量占的比重比較小忽略不計，螺母座變形及軸承座變形的變形量計算比較困難，在結構上作了相應的處理所以也不作計算。 根據以上計算可知總的變形量，代入計算可得遠遠小于我們需要的定位精度所以滿足設計的要求。如圖：圖3

21、.1 導程精度測試條件3.4.5穩定性驗算 對已選定尺寸的絲杠在給定的支承條件下，承受最大軸向負載時，應驗算其有沒有產生縱向彎曲（失穩）的危險，產生失穩的臨界負載用下式計算： 式中 -絲杠材料彈性模量，對鋼; -截面慣性矩,絲杠截面慣性矩 (為絲杠螺紋的底徑)；-絲杠兩支承端距離；-絲杠的支承方式系數。根據前面的相關資料可知上式中的截面慣性矩： 絲杠兩支承端距離，我所選用滾珠絲杠的支承方式是一端固定一端自由則查指導書中的表4-13可知則代入數據算得，臨界負載與最大工作負載之比稱為穩定性安全系數,如果，則絲杠不致失穩。為許用穩定性安全系數，一般 ，在我所設計的方案中最大的，則滿足設計要求到此滾珠

22、絲杠螺母副的計算和選擇結束。3.5滾珠絲杠長度的確定螺紋的有效行程l0=300mm；螺母及其連結裝置的長度l1=95mm；單側絲杠防護罩的長度lmin=30mm；固定支撐座的厚度b=45mm；游動端支撐座的l2=30mm；電機連接端長度l3=35mm；手柄連接端長度l4=20mm；由以上的數據得絲杠的總長度l=l0 +l1 +2lmin+b+ l2+ l3 +l4 =585（mm）。如下表：表3.1名稱符號w1l2004螺紋滾道公稱直徑20導程4接觸角3.39鋼球直徑3.175滾道法面半徑1.239偏心角0.034螺紋升角3.39螺桿螺桿外徑20.1螺桿內徑19.6螺桿接觸直徑20.2螺母螺母

23、螺紋直徑20.3螺母內徑20.13.6滾動導軌的計算與選擇目前，滾動導軌在數控機床上應用非常廣泛，因為其摩數=；動、靜摩擦系數很接近，幾乎不受運動速度的變化的影響，運動輕便、靈活，所需驅動功率小，摩擦發熱小，磨損小，精度保持性好；低度運動時不易出現爬行現象，因而定位精度高，所以選用滾動導軌。3.6.1滾動導軌的額定動載荷的計算：由于要計算額定動載荷首先需要計算出作用在滾動導軌副上的載荷由資料文獻可知作用在滾動導軌副上的載荷計算公式如下： 其中的、為下圖中所示的尺寸：圖3.2 導軌塊圖式中的為作用于同一平面內的若干套導軌副的總載荷在這里我的設計任務中指出了，則，式中、分別取其最大值即為極限位置時

24、的載荷，將上面的數據代入相應的公式中可得到，對于全行程來講還應算出載荷，對于我的任務書來講載荷呈線性變化則其計算公式如下： 根據上面的計算結果可以選出，代入上式可計算得到，計算出這些后根據額定壽命計算的公式可算出額定動載荷，其計算公式如下： 式中的相關系數：-額定壽命；-額定動載荷；-計算載荷；-溫度系數；-接觸系數；-精度系數；-載荷系數；-硬度系數；由于產品的技術要求規定，滾道硬度不得低于hrc58故通常取，根據運行時的溫度小于100查相關數據可的；根導軌上的滑塊數為2查相關資料；精度等級為4級查相關資料；無明顯沖擊和震動，中速運動場合速度在15-60m/min之間查相關數據，式中的額定壽

25、命這里把機床的使用壽命作為其額定壽命來代入計算，綜合上面的數據可計算出額定動載荷，根據計算出的額定動載荷查相關的資料選用了型號為hjd-25型的滾動導軌副，其額定動載荷為，遠大于計算值，符合設計要求，如下表：表3.2結構尺寸k6導軌尺寸d×d×h7×11×8h112h230額定動載荷c（kn）17.5h316額定靜載荷co（kn）26l180額定力矩ma（nm）198l259mb（nm）198c145mc(nm)2883.6.2滾動導軌副的扭矩校核為了滿足設計要求應按極限位置對滾動導軌副的扭矩進行校核，但是由于我們的工作臺僅受到上面刀具的垂直的作用力，所

26、以不受到扭矩的作用。所以選用的滾動導軌是符合要求的。到此滾動導軌的計算與選用結束。3.7步進電機的計算與選擇1.兩相步進電機的工作原理示意圖如下，它有2 個繞組。當一個繞組通電后，其定子磁極產生磁場， 將轉子吸合到此磁極處。若繞組在控制脈沖的作用下， 通電方向順序按照aa ® bb ® aa ® b b 四個狀態周而復始進行變化，電機可順時針轉動；通電時序為aa ® bb ® aa ® bb 時，電機就逆時針轉動。控制脈沖每作用一次，通電方向就變化一次，使電機轉動一步，即90 度。4 個脈沖，電機轉動一圈。脈沖頻率越高，電機轉動越快，

27、實際電機的節構要比模型復雜，并且每轉一步，一般為1-8°。圖3.3 兩相步進電機原理圖步進電機的輸出力矩與電機的有效體積、線圈匝數、磁通量、電流成正比，因此，電機有效體積越大，勵磁安匝數越大，定轉子間氣隙越小，電機力矩越大，反之越小。2.步進電機的驅動器原理步進電機必須有驅動器和控制器才能正常工作。驅動器的作用是對控制脈沖進行環形分配、功率放大，使步進電機繞組按一定順序通電。圖3.4 步進電機控制系統以兩相步進電機為例，當給驅動器一個脈沖信號和一個正方向信號時，驅動器經過環形分配器和功率放大后，給電機繞組通電的順序為aa ® bb ® aa ® b b

28、，其四個狀態周而復始進行變化， 電機順時針轉動； 若方向信號變為負時， 通電時序就變為aa ® bb ® aa ® bb ，電機就逆時針轉動。選用步進電機時，必須首先根據機械設計結構草圖計算器械傳動裝置及負載折算到電機軸上的等效慣量，分別計算各種條件下所需的等效力矩，再根據步進電機最大轉矩選擇合適的步進電機。3.7.1轉動慣量的計算由于用步進電機則省去了齒輪的傳動比，以及齒輪的轉動慣量的計算所以只要計算絲杠本身的轉動慣量即可，雖然絲杠上有階梯但為了計算方便按一個圓柱體來計算它的轉動慣量，而且絲杠與步進電機直接相連則傳動比可近似為一，下面首先計算絲杠的轉動慣量，公式

29、如下： 式中 -圓柱體直徑； -圓柱體長度或原度； -鋼材的密度 在我以上所設計的零件中可知絲杠的公稱直徑為2cm，把絲杠近似的看成一個圓柱體則，考慮到我的任務書中的尺寸比較大，對與絲杠支撐端以外的絲杠對總體的影響較小所以忽略不記，則取。根據以上的資料代入公式算得。 其次要計算工作臺折算到絲杠上的轉動慣量其公式為： 式中 -工作臺重量； -重力加速度（9.8m/s2）； -絲杠導程 在上面的設計中可知道，工作臺重量，絲杠導程代入上公式計算可得。 絲杠傳動時傳動系折算到電機上的總的轉動慣量其求解公式： 式中 -絲杠的轉動慣量； -工作臺折算到絲杠上的轉動慣量 由以上的數據可計算得。在這里為了計算

30、折算到電機上的總的轉動慣量就必須考慮到電機轉子的轉動慣量，所以初選一個步進電機，如下表所示系列：表3.3 技術參數根據設計任務的情況初選電機為36bf002-其慣性矩為，最大轉速為，根據總的轉動慣量的計算公式：代入相應的數值計算得/=0.66 所以滿足條件。3.7.2電機的力矩的計算電機的負載力矩在各種情況下是不同的，下面分別對快速空載起動時所需要的力矩、快速進給時所需要的力矩、最大切削負載時所需要的力矩等幾部分進行計算。1快速空載起動時所需力矩 式中 -快速空載起動力矩； -空載起動時折算到電機上的加速力矩； -折算到電機軸上的摩擦力矩； -由于絲杠欲緊時折算到電機軸上的附加摩擦力矩其中 式

31、中 -傳動系統折算到電機軸上的總的等校轉動慣量； -電機的最大轉速； -運動部件動停止起動加速到最快進給速度所需時間式中資料分別為，起動加速時間代入上式可知。折算到電機軸上的摩擦力矩： =0.145式中 -導軌的摩擦力； =1.5-運動部件的總重量；-導軌的摩擦系數；-齒輪降速比，這里無齒輪既； -傳動鏈總效率，這里取0.9；先根據前面的已知數據算出，再代入求解，代入數據求解，附加摩擦力：式中 -滾珠絲杠預加負荷，一般取，為進給率引力但是由于我們設計的進給機構在切削中不工作僅起定位作用所以取100n；-滾珠絲杠導程；-滾珠絲杠未欲緊時的傳動效率；根據前面的計算結果為0.956，則代入算得根據上

32、面的計算結果可得到，比初選的電機的最大轉矩小符合設計要求。2快速進給時所需力矩： 綜合以上數據可求得快速進給時所需力矩，比初選電機的額定轉矩小，符合要求。3最大切削時所需力矩 ： 由于我們選用的步進電機僅僅用于工作過程中的加工平臺的移動和定位，不受到切削力大小的影響，并且在切削過程中它不需要工作，所以不需要計算它在最大切削力下的力矩。通過以上的演算可知，所選的電機滿足設計要求。3.7.3計算步進電機空載起動頻率和切削時的工作頻率： 式中 -運動部件最快進給速度； -脈沖當量。 由任務書可知運動部件最快進給速度，脈沖當量，代入計算得。36bf002-型啟動矩頻特性36bf002-型運行矩頻特性

33、圖3.5 90bf001型啟動矩頻特性第四章 切斷機其它結構設計4.1刀具直線運動導軌副的確定4.1.1導軌副的作用、組成、種類及其應滿足的要求：1.作用：支承和限制運動部件按給定的運動要求和規定的運動方向運動，這樣的運動通常被稱為導軌副，簡稱導軌。運動方向為直線的被稱為直線運動導軌副；運動方向為回轉的被稱為回轉運動導軌副。2.組成：導軌副主要由承導體1與運動件2組成，如下圖所示：圖 4.1 導軌副的組成3.種類：常用的導軌副可按摩擦性質和結構特點分類。按摩擦性質分為： 滑動導軌：兩導軌工作面的摩擦性質為滑動摩擦。 滾動導軌：兩導軌導向面之間放置滾珠、滾柱或滾針等。 氣（液）體導軌：導軌的運動

34、件與導向支撐件之間充有壓力油或氣。按結構特點分為：開式導軌：借助重力或彈簧彈力保證運動件和承載面接觸。閉式導軌：靠導軌本身形狀保證運動件和承載面接觸。常用導軌副的結構原理如下圖，其性能比較見表3.1圖4.2 導軌副結構原理圖表4.1 常用導軌性能比較4.導軌的基本要求：導向精度高剛度好：運動輕便平穩：耐磨性好：溫度變化影響小：工藝性好：導向精度高：導軌按給定方向運動的準確程度要高；導向精度的高低，主要取決于導軌的結構類型、導軌的幾何精度和接觸精度、導軌的配合間隙、油膜厚度和油膜剛度、導軌和基礎件的剛度和熱變形等。幾何精度： 導軌在垂直平面內的直線度； 導軌在垂直平面內的直線度； 兩導軌面間的平

35、行度。 對精度要求高的直線運動導軌，還要求導軌的承載面和運動面嚴格分開；當運動件較重時必須設有卸荷裝置，運動件的支撐，必須符合三點定位的原理。圖4.3 三點定位原理圖剛度好：導軌抵抗載荷的能力強。在恒定載荷作用下，導軌剛度一般有自身、局部和接觸三種剛度；可用加大尺寸、添加輔助導軌或施加預載荷等方法提高剛度；運動輕便平穩：工作時輕便省力，低速時無爬行現象（其主要原因是摩擦系數隨運動速度的變化和傳動系統剛性不足）。為防止爬行現象的出現，可采用滾動導軌、靜壓導軌、卸荷導軌、貼塑料層導軌等或在普通滑動導軌上使用含有極性添加劑的導軌油；提高傳動系統的剛度（用減小結合面、增大結構尺寸、縮短傳動鏈、減少傳動

36、副等方法）。耐磨性好：導軌在長時間使用后，仍能保持一定導向精度的能力；導軌的耐磨性，主要取決于導軌的結構、材料、摩擦性質、表面粗糙度、表面硬度、表面潤滑及受力情況等；為此需要對導軌進行正確的潤滑與保護。可采用獨立的潤滑系統自動潤滑，采用多層金屬薄板伸縮式防護罩進行防護；溫度變化影響小：導軌在環境溫度變化的情況下仍能正常工作，既不卡死，也不影響系統的精度；導軌對溫度變化的敏感性，主要取決于導軌材料和導軌配合間隙的選擇；工藝性好：結構簡單，制造容易，裝拆、調整、維修及檢測方便。通過對這些導軌需要滿足的要求并且結合我們設計中的實際需求和成本等原因，使我最終選擇了滾動導軌副作為我們的導軌副。在對滾動導

37、軌進行選擇時，我們最終選擇了直線運動球軸承，因為我們的導軌是立式，所以會造成兩個導軌副產生精度干涉。可能會嚴重影響工作壽命，并且由于相對位置誤差影響到工作時的磨擦阻力。這些都是我們要考慮到的，所以最后我們選擇了直線運動球軸承。直線運動球軸承負載滾珠與導軌軸外圓作凸圓之間的點接觸，因此許用載荷較小，由于我們的導軌副受力較小，所以符合條件。還有這種軸承運動輕便、靈活，精度較高，價格較低，維護方便，更換省事。4.1.2強度和壽命的計算由于工作時導軌副僅起導向作用，基本上受力很小，而且由于工作中無明顯沖擊振動，加工時工作速度較低，所以強度和壽命都符合要求。安裝與調整：組裝前必須清洗干凈軸承內部，然后涂

38、抹潤滑脂。直線運動球軸承的安裝：軸承在壓入軸承座孔時，應采用專用安裝工具壓靠外圓端面，不允許直接敲打軸承，不允許轉動，以免變形，損壞軸承。軸承壓入軸承孔后，引用螺釘調整間隙，應注意不要預壓過大。直線運動球軸承選用彈性卡簧固定。直線運動球軸承支座應直接連接到刀架，如果有間隙請用墊片進行調整。4.1.3刀具的導軌副個數的確定 由于考慮到刀具工作中受到的切削力有可能是不平均的，有可能一側的力比較大，而另一側相對較少，這樣就會使滑動導軌副承受較大的扭矩，這樣會加劇滑動導軌的磨損，使其壽命降低。所以我選用單側用兩個滑動導軌副連接的方式，這樣就可以讓刀具在受力不平均而產生扭矩時，滑動導軌副不至于受到很大的

39、扭矩，影響其壽命。而且還能保證刀具的定位精度。4.1.4支撐導軌的固定問題支撐導軌的固定將直接影響到導軌的工作時的工作精度，和導軌之間的相對位置關系，以及導軌的位置誤差產生的導軌的內應力。支撐導軌的固定形式有兩種選擇：第一種是通過錐形孔連接，這樣連接方式能保證良好的對中以及較高的強度，但是缺點是不能保證良好的軸向精度；第二種連接結構是通過軸肩保證軸向定位通過兩端的鉸制孔連接方式保證導軌與上下機架的良好的位置關系，所以最終選擇了階梯孔的連接方式作為切削運動的導軌的固定方式。4.2機架的確定1.機架設計的準則：工況要求任何機架的設計首先必須保證機器的特定工作要求。例如，保證機架上安裝的零部件能順利

40、運轉，機架的外形或內部結構不質有阻礙運動件通過的突起：設置執行某一工況所必須的平臺：保證上下料的要求、人工操作的方便及安全等。剛度要求在必須保證特定外形條件下，對機架的主要要求是剛度。例如機床的零部件中，床身的剛度則決定了機床的生產率和加工產品的精度；在齒輪減速器中，箱殼的剛度決定了齒輪的嚙合性及運轉性能。 強度要求對于一般設備的機架，剛度達到要求，同時也要滿足強度的要求。但對于重載設備的強度要求必須引起足夠的重視。其準則是在機器運轉中可能發生的最大載荷情況下，機架上任何點的應力都不得大于允許應力。此外，還應滿足疲勞強度的要求。對于某些機器的機架尚需滿足振動或抗振的要求。 穩定性要求對于細長的

41、或薄壁的受壓結構受彎-壓結構存在失穩問題，某些板殼結構也存在失穩問題或局部失穩問題。失穩對結構會產生很大的破壞，設計時必須校核。 美觀目前對機器的要求不僅能完成特點的工作，還有使外形美觀。 其他如散熱的要求；防腐蝕及特定環境的要求；對于精密機械、儀表等熱變形小的要求等。2機架設計的一般要求：在滿足機架設計準則的前提下，必須根據機架的不同用途和所處環境，考慮下列各項要求，并有所偏重。 機架的重量輕，材料選擇合適，成本低。 結構合理，便于制造。 結構應使機架上的零部件安裝、調整、維修和更換都方便。 結構設計合理，工藝性好，還應使機架本身的內應力小，由溫度變化引起的變形應力小。 抗振性能好。 耐腐蝕

42、，使機架結構在服務期限內盡量少維修。 有導軌的機架要求導軌面受力合理，耐磨性良好。4.2.1刀具支架的確定因為刀具承受著所有的切削力，所以刀具的支架必須要有較高的剛度，才能確定切條機能一次性的把需要的工件一次成型全部切斷，如果刀具支架的剛度不夠，這樣就會導致中間部分工件完全切斷，而兩邊的工件還沒有切斷的現象，直接影響到切條機的正常工作，所以刀具支架必須要有良好的剛度，所以我在支架和油缸的連接處設計一個凸臺以用來使支架上能夠有足夠的條件以安放肋板加強刀具支架的剛度。根據刀具的大小確定刀具支架的基本大小，然后預留固定刀具的聯接螺栓的位置，滾動導軌的聯接位置，最后確定刀具支架的確定尺寸。并且為了增加

43、支架的剛度提高設備整體的加工精度，所以在刀具支架上設計肋板。具體設計如圖所示：圖4.4 刀具支架圖4.4.2刀具底板和刀具支架連接結構的確定刀具底板和刀具支架連接結構選用的是螺栓連接，初步考慮時曾經考慮到刀具底板和刀具支架的連接選用兩側用楔塊夾緊的方式連接。但是后來考慮到定位和結構的緊湊性方面放棄了這個方案。還有這個方案楔塊連接必定沒有螺栓連接的剛度高和定位性能好。4.2.3上機架的結構的確定由于工作用的沖切力是由安放在上機架上的液壓油缸提供的所以上機架受到了很大的彎矩，有可能導致上機架出現彈性形變，如果上機架出現彈性形變，會導致兩側導軌向中間靠攏，使導軌副受到很大的壓力，可能直接損壞導軌副，

44、或者加劇導軌副的磨損，并且由于導軌副的壓力增大，使得導軌的摩擦力增大，使得液壓油缸的工作壓力增大，導致上機架出現更嚴重的變形。這樣就會陷入使導軌磨損加劇的惡性循環中去。所以我們必須要加強上機架的剛度，具體做法是為上機架安裝肋板，使得其受到工作阻力時有較高的剛度。圖4.5 上機架的結構圖4.3夾具體設計夾緊裝置的設計和選用是否正確合理，對于保證加工質量、提高生產率、減輕工人勞動強度有很大的影響。為此，夾具體的設計應滿足如下的要求： 夾緊力應有助于定位，而不應破壞單位； 夾緊力的大小應能保證加工過程中工件不發生移動或振動，并能在一定范圍內調節； 工件在夾緊后的變形和受壓表面的損傷不應超出許用范圍； 應有足夠的夾緊行程，手動