1、引 言目前，切斷機(jī)已經(jīng)在各個行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，有關(guān)系到民生建設(shè)的鋼筋材料的切斷，也有與人們?nèi)粘Ｉ钕嚓P(guān)的水果、蔬菜的切削。這次我所設(shè)計的是固體燃料切斷機(jī)，該設(shè)計是通過刀具的縱向往復(fù)運(yùn)動，達(dá)到對材料的切斷、剖切、切條的加工。本機(jī)器結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，易保養(yǎng)、維修。這次所設(shè)計機(jī)器的主要特點是：刀具的運(yùn)動是由液壓系統(tǒng)控制，能夠保證良好的切削力，同時也能實現(xiàn)刀具的快速運(yùn)動，具有良好的調(diào)速、調(diào)壓功能；工作臺的進(jìn)給是通過滾珠絲杠由步進(jìn)電機(jī)所控制，能夠達(dá)到很高的切斷精度。由于所設(shè)計的切斷機(jī)具有自動進(jìn)給功能，能夠使人在安全的距離內(nèi)操作，使人身安全得到了很好的保證。目前切斷機(jī)發(fā)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(shè)備的安全性；（4）結(jié)構(gòu)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(chǎn)生熱能或動力的固態(tài)可燃物質(zhì)。大都含有碳或碳?xì)浠衔铩Ｌ烊坏挠心静摹⒛嗝骸⒑置骸熋骸o煙煤、油頁巖等。經(jīng)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(chǎn)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(yè)

3、的日益發(fā)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(jī)的概念及應(yīng)用領(lǐng)域切斷機(jī)是指利用直線切斷刀具對毛坯（待加工工件）進(jìn)行切斷操作，從而得到較高精度的條形零件的加工設(shè)備。他可用來對鋼筋、塑料、直板、橡膠等的加工。本次的設(shè)計是用來切斷塊狀或片狀的固體燃料。1.3切斷機(jī)的原理切斷機(jī)原理如圖，毛坯用小液壓機(jī)帶動單刃切刀進(jìn)行切割，由于采用滾動導(dǎo)軌可步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行進(jìn)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(jī)械的摩擦阻力比較低。圖1.1 毛坯的切斷、剖切、切條14國內(nèi)外切斷機(jī)的比較 1)國外切斷機(jī)偏心軸的偏心距較大，如日本立式切斷機(jī)偏心距24mm，而國內(nèi)一般為1

4、7mm看似省料、齒輪結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)換角度。 2)國外切斷機(jī)的機(jī)架都是鋼板焊接結(jié)構(gòu)，零部件加工精度、粗糙度尤其熱處理工藝過硬，使切斷機(jī)在承受過載荷、疲勞失效、磨損等方面都超過國產(chǎn)機(jī)器 3)國內(nèi)切斷機(jī)刀片設(shè)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(nèi)優(yōu)良。 4)國內(nèi)切斷機(jī)每分鐘切斷次數(shù)少國內(nèi)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(jī)型一般采用半開式結(jié)構(gòu)，齒輪、軸承用

5、油脂潤滑，曲軸軸徑、連桿瓦、沖切刀座、轉(zhuǎn)體處用手工加稀油潤滑國內(nèi)機(jī)型結(jié)構(gòu)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(nèi)切斷機(jī)外觀質(zhì)量、整機(jī)性能不盡人意；國外廠家一般都是規(guī)模生產(chǎn)，在技術(shù)設(shè)備上舍得投入，自動化生產(chǎn)水平較高，形成一套完整的質(zhì)量保證加工體系。尤其對外觀質(zhì)量更是精益求精，外罩一次性沖壓成型，油漆經(jīng)烤漆噴涂處理，色澤搭配科學(xué)合理，外觀看不到哪兒有焊縫、毛刺、尖角，整機(jī)光潔美觀。而國內(nèi)一些一些廠家雖然生產(chǎn)歷史較長，但沒有一家形成規(guī)模，加之設(shè)備老化，加工過程拼體力、經(jīng)驗，生產(chǎn)工藝幾十年一貫制，所以外觀質(zhì)量粗糙、觀感較差【15】。第2章 切斷機(jī)液壓系統(tǒng)的擬定與計算

6、切斷機(jī)的刀具做縱向的直線往復(fù)運(yùn)動，采用液壓系統(tǒng)控制。選用液壓傳動具有以下的一些優(yōu)點：（1）在同等的體積下，液壓裝置能比電氣裝置產(chǎn)生更大的動力。在同等的功率下，液壓裝置的體積和質(zhì)量小，即其規(guī)律密度大，結(jié)構(gòu)緊湊。（2）液壓裝置工作比較平穩(wěn)。（3）液壓裝置能在大范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速（調(diào)速范圍可達(dá)2000），它還可以在運(yùn)行的過程中進(jìn)行調(diào)速。（4）液壓傳動易于對液體壓力、流量或流動的方向進(jìn)行調(diào)節(jié)或控制。（5）液壓裝置易于實現(xiàn)過載保護(hù)。（6）由于液壓元件已經(jīng)實現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，液壓系統(tǒng)的設(shè)計、制造和使用都比較方便。（7）用液壓傳動來實現(xiàn)直線運(yùn)動遠(yuǎn)比用機(jī)械傳動簡單。2.1液壓系統(tǒng)原理圖擬定1溢流閥

7、2換向閥 3單向節(jié)流閥 4液控單向閥 圖2.1 系統(tǒng)原理圖 該系統(tǒng)確保了在液壓缸不動或僅有微小的位移下穩(wěn)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(zhí)行元件獲得所需的高速，縮短機(jī)械空程運(yùn)動時間，提高了系統(tǒng)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(diào)速閥3及液控單向閥4到達(dá)液壓缸，推動活塞使刀具向前運(yùn)動。其中，刀具的運(yùn)行速度可通過改變單向節(jié)流閥開口的大小來得到實現(xiàn)。刀具做回程運(yùn)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(dá)液壓缸，推動活塞使刀具做回程運(yùn)動。系統(tǒng)動作循環(huán)表如下：表2

8、.1 系統(tǒng)動作循環(huán)表動作名稱電磁鐵狀態(tài)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(jīng)節(jié)流閥，經(jīng)調(diào)速后通過液控單向閥，到達(dá)液壓缸的上腔，推動活塞桿向下運(yùn)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(dá)液壓缸的下腔，推動活塞桿向上做快速回程運(yùn)動，液壓缸上腔的油液通過液控單向閥及單向節(jié)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(tǒng)的計算與原件的選型表2.2 按負(fù)載選執(zhí)行文件的工作壓力負(fù)載/n5000500100001000020000200

9、0030000300005000050000工作壓力/mpa0.811.522.5334455表2.3 按機(jī)械類型選執(zhí)行文件的工作壓力機(jī)械類型機(jī) 床農(nóng)業(yè)機(jī)械工程機(jī)械磨床組合機(jī)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(fù)載為4000n。2.2.1液壓缸的設(shè)計計算圖2.2 液壓缸受力圖本機(jī)構(gòu)采用的是單活塞桿液壓缸，由液壓缸的缸筒內(nèi)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(fù)運(yùn)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(jù)文獻(xiàn)【】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(qiáng)度的校核：活塞桿在穩(wěn)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(qiáng)度計算公式進(jìn)行計算：材料的許用應(yīng)力，無縫鋼管=100110mpa，中碳鋼（調(diào)質(zhì)）=400mpa即由上式計算可得，活塞桿的強(qiáng)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(zhuǎn)閥1.52換向閥1.53節(jié)流閥23順序閥1.53調(diào)速閥35初定液壓缸的工作壓力位3mpa，考慮到進(jìn)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(jìn)油腔），則液壓泵的最高工作壓力為：上述計算所得的是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過渡階段出現(xiàn)的動態(tài)壓力往往超過靜態(tài)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(yīng)滿足：根據(jù)文獻(xiàn)【】p21-129，

12、選取外嚙合單機(jī)齒輪泵bbxq，排量為16ml/r，額定壓力為5mpa，最高壓力為6mpa，額定轉(zhuǎn)速為1500r/min，最高轉(zhuǎn)速為2500r/min，容積效率為90%。液壓泵的驅(qū)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(guī)格表中查出；轉(zhuǎn)換系數(shù)，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(qū)動功率為：選用轉(zhuǎn)速為1000r/min的電動機(jī)，根據(jù)文獻(xiàn)【】p17-54，可選用與液壓泵相匹配的電動機(jī)為：y112m-6，額定功率為2.2kw，滿載時額定電流為5.6a，轉(zhuǎn)速為940

13、r/min，效率為80.5%，功率因素為0.74，質(zhì)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(jié)構(gòu)緊湊，安裝、調(diào)整、使用、維護(hù)方便，通用性大。2根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力和通過各個閥類元件及輔助元件型號和規(guī)格主要依據(jù)是根據(jù)該閥在系統(tǒng)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(shù)值，工作性能參數(shù)和工作壽命等條件來選擇標(biāo)準(zhǔn)閥類的規(guī)格，如下表所示：表2.6 各類閥的規(guī)格序號元件名稱型號規(guī)格1先導(dǎo)式溢流閥s-bt-03-l-32最大流量100l/mi

14、n，調(diào)壓范圍25mpa，質(zhì)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(zhì)量2.2kg3單向節(jié)流閥srct-03-50額定流量30l/min，最小穩(wěn)定流量3l/min，最高使用壓力25mpa，質(zhì)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(zhì)量3.0kg第三章 切斷機(jī)自動進(jìn)給裝置的分析與計算3.1進(jìn)給機(jī)構(gòu)的運(yùn)動方式和控制系統(tǒng)的選擇由于進(jìn)給機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)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(jìn)電機(jī)自動進(jìn)給的方式進(jìn)行控制，步進(jìn)電機(jī)的控制方式

15、采用單片機(jī)進(jìn)行步進(jìn)控制。3.2進(jìn)給機(jī)構(gòu)的機(jī)械傳動方式的選擇為了實現(xiàn)設(shè)計要求的分辨率，采用步進(jìn)電機(jī)傳動絲杠，為了保證一定的傳動精度和傳動平穩(wěn)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(yù)加負(fù)荷的結(jié)構(gòu)。3.3機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計計算參數(shù)設(shè)計參數(shù)：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(yùn)行速度：步進(jìn)電動機(jī)運(yùn)行方式：空載：15m/min：切削：0.6m/min；系統(tǒng)分辨率：半閉循環(huán)模式 0.005mm/step；系統(tǒng)定位精度：半閉循環(huán)模式 0.01mm；工作臺面一側(cè)局部設(shè)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(jìn)給牽引力f： 作用在滾珠絲杠上的進(jìn)給牽引力主要為工作臺和加工的工件的重力作用在導(dǎo)軌上所產(chǎn)生的摩擦力。因而其數(shù)值的大小與導(dǎo)軌的型式有關(guān)，由于在設(shè)計中采用的是加有導(dǎo)軌塊的滾動導(dǎo)軌，所以選擇的計算公式為綜合導(dǎo)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(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)，隨導(dǎo)軌型式而不同； -考慮顛復(fù)力矩影響的實驗系數(shù)；綜合導(dǎo)軌的 在進(jìn)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(zhuǎn)100萬轉(zhuǎn)（106轉(zhuǎn)）后，在它的滾道

17、上不產(chǎn)生點蝕現(xiàn)象。這個軸向負(fù)載的最大值即稱為該滾珠絲杠能承受的最大動負(fù)載，用下式計算選擇： 式中 -壽命，以10轉(zhuǎn)為一單位， -絲杠轉(zhuǎn)速，用下式計算 -為最大進(jìn)給速度， -絲杠導(dǎo)程，； -為使用壽命，對于數(shù)控機(jī)床取； -為運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù)；初選導(dǎo)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(zhuǎn)速 =150代入公式可計算得壽命 把絲杠轉(zhuǎn)速，壽命代入公式計算可得 根據(jù)以上算得的最大動負(fù)載在設(shè)計指導(dǎo)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(jìn)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(shù)，其摩擦角約等于。由選用的w1l2004的滾珠絲杠的相關(guān)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(jìn)給系統(tǒng)的定位精度及運(yùn)動的平穩(wěn)性，因此應(yīng)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(fù)載的作用引起的導(dǎo)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(fù)載fm作用下引起每一導(dǎo)程的變化量，; -工作負(fù)載，即進(jìn)給牽引力，;-滾珠絲杠的導(dǎo)

19、程，; -材料彈性模數(shù)，對鋼 e=20.6,(); -滾珠絲杠截面積（按內(nèi)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(jù)設(shè)計行程、滾珠絲杠副的最大長度、防護(hù)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(jù)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(yīng)的數(shù)值代入公式中算得。2、 滾珠與螺紋滾道間接觸變形：當(dāng)對絲杠加有預(yù)緊力，且預(yù)緊力為軸向最大負(fù)載的1/3時， 之值可減少一半；此變形可根據(jù)我所選用的滾珠絲杠在指導(dǎo)書中的圖4-7中查到其值為，雖然有

20、預(yù)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(shù)目； -軸承滾動體直徑，； 由于其中的一些數(shù)據(jù)無法獲得準(zhǔn)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(shù)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(zhuǎn)變形引起導(dǎo)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(jié)構(gòu)上作了相應(yīng)的處理所以也不作計算。 根據(jù)以上計算可知總的變形量，代入計算可得遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于我們需要的定位精度所以滿足設(shè)計的要求。如圖：圖3

21、.1 導(dǎo)程精度測試條件3.4.5穩(wěn)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(fù)載時，應(yīng)驗算其有沒有產(chǎn)生縱向彎曲（失穩(wěn)）的危險，產(chǎn)生失穩(wěn)的臨界負(fù)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(shù)。根據(jù)前面的相關(guān)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(dǎo)書中的表4-13可知則代入數(shù)據(jù)算得，臨界負(fù)載與最大工作負(fù)載之比稱為穩(wěn)定性安全系數(shù),如果，則絲杠不致失穩(wěn)。為許用穩(wěn)定性安全系數(shù)，一般 ，在我所設(shè)計的方案中最大的，則滿足設(shè)計要求到此滾珠

22、絲杠螺母副的計算和選擇結(jié)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(jié)裝置的長度l1=95mm；單側(cè)絲杠防護(hù)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(jī)連接端長度l3=35mm；手柄連接端長度l4=20mm；由以上的數(shù)據(jù)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(dǎo)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(nèi)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(nèi)徑20.13.6滾動導(dǎo)軌的計算與選擇目前，滾動導(dǎo)軌在數(shù)控機(jī)床上應(yīng)用非常廣泛，因為其摩數(shù)=；動、靜摩擦系數(shù)很接近，幾乎不受運(yùn)動速度的變化的影響，運(yùn)動輕便、靈活，所需驅(qū)動功率小，摩擦發(fā)熱小，磨損小，精度保持性好；低度運(yùn)動時不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，因而定位精度高，所以選用滾動導(dǎo)軌。3.6.1滾動導(dǎo)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(dǎo)軌副上的載荷由資料文獻(xiàn)可知作用在滾動導(dǎo)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(dǎo)軌塊圖式中的為作用于同一平面內(nèi)的若干套導(dǎo)軌副的總載荷在這里我的設(shè)計任務(wù)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(shù)據(jù)代入相應(yīng)的公式中可得到，對于全行程來講還應(yīng)算出載荷，對于我的任務(wù)書來講載荷呈線性變化則其計算公式如下： 根據(jù)上面的計算結(jié)果可以選出，代入上式可計算得到，計算出這些后根據(jù)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(guān)系數(shù)：-額定壽命；-額定動載荷；-計算載荷；-溫度系數(shù)；-接觸系數(shù)；-精度系數(shù)；-載荷系數(shù)；-硬度系數(shù)；由于產(chǎn)品的技術(shù)要求規(guī)定，滾道硬度不得低于hrc58故通常取，根據(jù)運(yùn)行時的溫度小于100查相關(guān)數(shù)據(jù)可的；根導(dǎo)軌上的滑塊數(shù)為2查相關(guān)資料；精度等級為4級查相關(guān)資料；無明顯沖擊和震動，中速運(yùn)動場合速度在15-60m/min之間查相關(guān)數(shù)據(jù)，式中的額定壽

25、命這里把機(jī)床的使用壽命作為其額定壽命來代入計算，綜合上面的數(shù)據(jù)可計算出額定動載荷，根據(jù)計算出的額定動載荷查相關(guān)的資料選用了型號為hjd-25型的滾動導(dǎo)軌副，其額定動載荷為，遠(yuǎn)大于計算值，符合設(shè)計要求，如下表：表3.2結(jié)構(gòu)尺寸k6導(dǎo)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(dǎo)軌副的扭矩校核為了滿足設(shè)計要求應(yīng)按極限位置對滾動導(dǎo)軌副的扭矩進(jìn)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(dǎo)軌是符合要求的。到此滾動導(dǎo)軌的計算與選用結(jié)束。3.7步進(jìn)電機(jī)的計算與選擇1.兩相步進(jìn)電機(jī)的工作原理示意圖如下，它有2 個繞組。當(dāng)一個繞組通電后，其定子磁極產(chǎn)生磁場， 將轉(zhuǎn)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(tài)周而復(fù)始進(jìn)行變化，電機(jī)可順時針轉(zhuǎn)動；通電時序為aa ® bb ® aa ® bb 時，電機(jī)就逆時針轉(zhuǎn)動。控制脈沖每作用一次，通電方向就變化一次，使電機(jī)轉(zhuǎn)動一步，即90 度。4 個脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)動一圈。脈沖頻率越高，電機(jī)轉(zhuǎn)動越快，

27、實際電機(jī)的節(jié)構(gòu)要比模型復(fù)雜，并且每轉(zhuǎn)一步，一般為1-8°。圖3.3 兩相步進(jìn)電機(jī)原理圖步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩與電機(jī)的有效體積、線圈匝數(shù)、磁通量、電流成正比，因此，電機(jī)有效體積越大，勵磁安匝數(shù)越大，定轉(zhuǎn)子間氣隙越小，電機(jī)力矩越大，反之越小。2.步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動器原理步進(jìn)電機(jī)必須有驅(qū)動器和控制器才能正常工作。驅(qū)動器的作用是對控制脈沖進(jìn)行環(huán)形分配、功率放大，使步進(jìn)電機(jī)繞組按一定順序通電。圖3.4 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)以兩相步進(jìn)電機(jī)為例，當(dāng)給驅(qū)動器一個脈沖信號和一個正方向信號時，驅(qū)動器經(jīng)過環(huán)形分配器和功率放大后，給電機(jī)繞組通電的順序為aa ® bb ® aa ® b b

28、，其四個狀態(tài)周而復(fù)始進(jìn)行變化， 電機(jī)順時針轉(zhuǎn)動； 若方向信號變?yōu)樨?fù)時， 通電時序就變?yōu)閍a ® bb ® aa ® bb ，電機(jī)就逆時針轉(zhuǎn)動。選用步進(jìn)電機(jī)時，必須首先根據(jù)機(jī)械設(shè)計結(jié)構(gòu)草圖計算器械傳動裝置及負(fù)載折算到電機(jī)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(jù)步進(jìn)電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩選擇合適的步進(jìn)電機(jī)。3.7.1轉(zhuǎn)動慣量的計算由于用步進(jìn)電機(jī)則省去了齒輪的傳動比，以及齒輪的轉(zhuǎn)動慣量的計算所以只要計算絲杠本身的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動慣量，而且絲杠與步進(jìn)電機(jī)直接相連則傳動比可近似為一，下面首先計算絲杠的轉(zhuǎn)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(shè)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(wù)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(jù)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(zhuǎn)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(dǎo)程 在上面的設(shè)計中可知道，工作臺重量，絲杠導(dǎo)程代入上公式計算可得。 絲杠傳動時傳動系折算到電機(jī)上的總的轉(zhuǎn)動慣量其求解公式： 式中 -絲杠的轉(zhuǎn)動慣量； -工作臺折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動慣量 由以上的數(shù)據(jù)可計算得。在這里為了計算

30、折算到電機(jī)上的總的轉(zhuǎn)動慣量就必須考慮到電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，所以初選一個步進(jìn)電機(jī)，如下表所示系列：表3.3 技術(shù)參數(shù)根據(jù)設(shè)計任務(wù)的情況初選電機(jī)為36bf002-其慣性矩為，最大轉(zhuǎn)速為，根據(jù)總的轉(zhuǎn)動慣量的計算公式：代入相應(yīng)的數(shù)值計算得/=0.66 所以滿足條件。3.7.2電機(jī)的力矩的計算電機(jī)的負(fù)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(jìn)給時所需要的力矩、最大切削負(fù)載時所需要的力矩等幾部分進(jìn)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(jī)上的加速力矩； -折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩； -由于絲杠欲緊時折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩其中 式

31、中 -傳動系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上的總的等校轉(zhuǎn)動慣量； -電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速； -運(yùn)動部件動停止起動加速到最快進(jìn)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(jī)軸上的摩擦力矩： =0.145式中 -導(dǎo)軌的摩擦力； =1.5-運(yùn)動部件的總重量；-導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)；-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(jù)前面的已知數(shù)據(jù)算出，再代入求解，代入數(shù)據(jù)求解，附加摩擦力：式中 -滾珠絲杠預(yù)加負(fù)荷，一般取，為進(jìn)給率引力但是由于我們設(shè)計的進(jìn)給機(jī)構(gòu)在切削中不工作僅起定位作用所以取100n；-滾珠絲杠導(dǎo)程；-滾珠絲杠未欲緊時的傳動效率；根據(jù)前面的計算結(jié)果為0.956，則代入算得根據(jù)上

32、面的計算結(jié)果可得到，比初選的電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩小符合設(shè)計要求。2快速進(jìn)給時所需力矩： 綜合以上數(shù)據(jù)可求得快速進(jìn)給時所需力矩，比初選電機(jī)的額定轉(zhuǎn)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(jìn)電機(jī)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(jī)滿足設(shè)計要求。3.7.3計算步進(jìn)電機(jī)空載起動頻率和切削時的工作頻率： 式中 -運(yùn)動部件最快進(jìn)給速度； -脈沖當(dāng)量。 由任務(wù)書可知運(yùn)動部件最快進(jìn)給速度，脈沖當(dāng)量，代入計算得。36bf002-型啟動矩頻特性36bf002-型運(yùn)行矩頻特性

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

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

35、行度。 對精度要求高的直線運(yùn)動導(dǎo)軌，還要求導(dǎo)軌的承載面和運(yùn)動面嚴(yán)格分開；當(dāng)運(yùn)動件較重時必須設(shè)有卸荷裝置，運(yùn)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(dǎo)軌抵抗載荷的能力強(qiáng)。在恒定載荷作用下，導(dǎo)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(dǎo)軌或施加預(yù)載荷等方法提高剛度；運(yùn)動輕便平穩(wěn)：工作時輕便省力，低速時無爬行現(xiàn)象（其主要原因是摩擦系數(shù)隨運(yùn)動速度的變化和傳動系統(tǒng)剛性不足）。為防止爬行現(xiàn)象的出現(xiàn)，可采用滾動導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、卸荷導(dǎo)軌、貼塑料層導(dǎo)軌等或在普通滑動導(dǎo)軌上使用含有極性添加劑的導(dǎo)軌油；提高傳動系統(tǒng)的剛度（用減小結(jié)合面、增大結(jié)構(gòu)尺寸、縮短傳動鏈、減少傳動

36、副等方法）。耐磨性好：導(dǎo)軌在長時間使用后，仍能保持一定導(dǎo)向精度的能力；導(dǎo)軌的耐磨性，主要取決于導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)、材料、摩擦性質(zhì)、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(dǎo)軌進(jìn)行正確的潤滑與保護(hù)。可采用獨(dú)立的潤滑系統(tǒng)自動潤滑，采用多層金屬薄板伸縮式防護(hù)罩進(jìn)行防護(hù)；溫度變化影響小：導(dǎo)軌在環(huán)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(tǒng)的精度；導(dǎo)軌對溫度變化的敏感性，主要取決于導(dǎo)軌材料和導(dǎo)軌配合間隙的選擇；工藝性好：結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，裝拆、調(diào)整、維修及檢測方便。通過對這些導(dǎo)軌需要滿足的要求并且結(jié)合我們設(shè)計中的實際需求和成本等原因，使我最終選擇了滾動導(dǎo)軌副作為我們的導(dǎo)軌副。在對滾動導(dǎo)

37、軌進(jìn)行選擇時，我們最終選擇了直線運(yùn)動球軸承，因為我們的導(dǎo)軌是立式，所以會造成兩個導(dǎo)軌副產(chǎn)生精度干涉。可能會嚴(yán)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(yùn)動球軸承。直線運(yùn)動球軸承負(fù)載滾珠與導(dǎo)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(dǎo)軌副受力較小，所以符合條件。還有這種軸承運(yùn)動輕便、靈活，精度較高，價格較低，維護(hù)方便，更換省事。4.1.2強(qiáng)度和壽命的計算由于工作時導(dǎo)軌副僅起導(dǎo)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(qiáng)度和壽命都符合要求。安裝與調(diào)整：組裝前必須清洗干凈軸承內(nèi)部，然后涂

38、抹潤滑脂。直線運(yùn)動球軸承的安裝：軸承在壓入軸承座孔時，應(yīng)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(zhuǎn)動，以免變形，損壞軸承。軸承壓入軸承孔后，引用螺釘調(diào)整間隙，應(yīng)注意不要預(yù)壓過大。直線運(yùn)動球軸承選用彈性卡簧固定。直線運(yùn)動球軸承支座應(yīng)直接連接到刀架，如果有間隙請用墊片進(jìn)行調(diào)整。4.1.3刀具的導(dǎo)軌副個數(shù)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(cè)的力比較大，而另一側(cè)相對較少，這樣就會使滑動導(dǎo)軌副承受較大的扭矩，這樣會加劇滑動導(dǎo)軌的磨損，使其壽命降低。所以我選用單側(cè)用兩個滑動導(dǎo)軌副連接的方式，這樣就可以讓刀具在受力不平均而產(chǎn)生扭矩時，滑動導(dǎo)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(dǎo)軌的固定問題支撐導(dǎo)軌的固定將直接影響到導(dǎo)軌的工作時的工作精度，和導(dǎo)軌之間的相對位置關(guān)系，以及導(dǎo)軌的位置誤差產(chǎn)生的導(dǎo)軌的內(nèi)應(yīng)力。支撐導(dǎo)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(qiáng)度，但是缺點是不能保證良好的軸向精度；第二種連接結(jié)構(gòu)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(dǎo)軌與上下機(jī)架的良好的位置關(guān)系，所以最終選擇了階梯孔的連接方式作為切削運(yùn)動的導(dǎo)軌的固定方式。4.2機(jī)架的確定1.機(jī)架設(shè)計的準(zhǔn)則：工況要求任何機(jī)架的設(shè)計首先必須保證機(jī)器的特定工作要求。例如，保證機(jī)架上安裝的零部件能順利

40、運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)架的外形或內(nèi)部結(jié)構(gòu)不質(zhì)有阻礙運(yùn)動件通過的突起：設(shè)置執(zhí)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(jī)架的主要要求是剛度。例如機(jī)床的零部件中，床身的剛度則決定了機(jī)床的生產(chǎn)率和加工產(chǎn)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(yùn)轉(zhuǎn)性能。 強(qiáng)度要求對于一般設(shè)備的機(jī)架，剛度達(dá)到要求，同時也要滿足強(qiáng)度的要求。但對于重載設(shè)備的強(qiáng)度要求必須引起足夠的重視。其準(zhǔn)則是在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)中可能發(fā)生的最大載荷情況下，機(jī)架上任何點的應(yīng)力都不得大于允許應(yīng)力。此外，還應(yīng)滿足疲勞強(qiáng)度的要求。對于某些機(jī)器的機(jī)架尚需滿足振動或抗振的要求。 穩(wěn)定性要求對于細(xì)長的

41、或薄壁的受壓結(jié)構(gòu)受彎-壓結(jié)構(gòu)存在失穩(wěn)問題，某些板殼結(jié)構(gòu)也存在失穩(wěn)問題或局部失穩(wěn)問題。失穩(wěn)對結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生很大的破壞，設(shè)計時必須校核。 美觀目前對機(jī)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(huán)境的要求；對于精密機(jī)械、儀表等熱變形小的要求等。2機(jī)架設(shè)計的一般要求：在滿足機(jī)架設(shè)計準(zhǔn)則的前提下，必須根據(jù)機(jī)架的不同用途和所處環(huán)境，考慮下列各項要求，并有所偏重。 機(jī)架的重量輕，材料選擇合適，成本低。 結(jié)構(gòu)合理，便于制造。 結(jié)構(gòu)應(yīng)使機(jī)架上的零部件安裝、調(diào)整、維修和更換都方便。 結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，工藝性好，還應(yīng)使機(jī)架本身的內(nèi)應(yīng)力小，由溫度變化引起的變形應(yīng)力小。 抗振性能好。 耐腐蝕

42、，使機(jī)架結(jié)構(gòu)在服務(wù)期限內(nèi)盡量少維修。 有導(dǎo)軌的機(jī)架要求導(dǎo)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(jī)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(dǎo)致中間部分工件完全切斷，而兩邊的工件還沒有切斷的現(xiàn)象，直接影響到切條機(jī)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(shè)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(qiáng)刀具支架的剛度。根據(jù)刀具的大小確定刀具支架的基本大小，然后預(yù)留固定刀具的聯(lián)接螺栓的位置，滾動導(dǎo)軌的聯(lián)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(shè)備整體的加工精度，所以在刀具支架上設(shè)計肋板。具體設(shè)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(jié)構(gòu)的確定刀具底板和刀具支架連接結(jié)構(gòu)選用的是螺栓連接，初步考慮時曾經(jīng)考慮到刀具底板和刀具支架的連接選用兩側(cè)用楔塊夾緊的方式連接。但是后來考慮到定位和結(jié)構(gòu)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(jī)架的結(jié)構(gòu)的確定由于工作用的沖切力是由安放在上機(jī)架上的液壓油缸提供的所以上機(jī)架受到了很大的彎矩，有可能導(dǎo)致上機(jī)架出現(xiàn)彈性形變，如果上機(jī)架出現(xiàn)彈性形變，會導(dǎo)致兩側(cè)導(dǎo)軌向中間靠攏，使導(dǎo)軌副受到很大的壓力，可能直接損壞導(dǎo)軌副，

44、或者加劇導(dǎo)軌副的磨損，并且由于導(dǎo)軌副的壓力增大，使得導(dǎo)軌的摩擦力增大，使得液壓油缸的工作壓力增大，導(dǎo)致上機(jī)架出現(xiàn)更嚴(yán)重的變形。這樣就會陷入使導(dǎo)軌磨損加劇的惡性循環(huán)中去。所以我們必須要加強(qiáng)上機(jī)架的剛度，具體做法是為上機(jī)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(jī)架的結(jié)構(gòu)圖4.3夾具體設(shè)計夾緊裝置的設(shè)計和選用是否正確合理，對于保證加工質(zhì)量、提高生產(chǎn)率、減輕工人勞動強(qiáng)度有很大的影響。為此，夾具體的設(shè)計應(yīng)滿足如下的要求： 夾緊力應(yīng)有助于定位，而不應(yīng)破壞單位； 夾緊力的大小應(yīng)能保證加工過程中工件不發(fā)生移動或振動，并能在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)； 工件在夾緊后的變形和受壓表面的損傷不應(yīng)超出許用范圍； 應(yīng)有足夠的夾緊行程，手動