棒料切割機(jī)的設(shè)計(jì).

江蘇食品職業(yè)技術(shù)學(xué)院2012屆畢業(yè)項(xiàng)FI摘要:通過對切割過程的觀察和研究，本課題采用了機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想， 對其整體造型、機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，此棒料切割機(jī)電一體化系統(tǒng)主 要由四個(gè)部分組成：機(jī)械本體、電子控制單元、執(zhí)行器和動(dòng)力源。工作原理 是電動(dòng)機(jī)通過帶傳動(dòng)帶動(dòng)切割片做高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，電機(jī)與工作臺(tái)之間采用錢 支撐方式，升降液壓缸可推動(dòng)切割片進(jìn)行上下移動(dòng)帶動(dòng)刀片完成順序切割動(dòng) 作。切割機(jī)采用PLC控制各個(gè)液壓換向閥的電磁鐵，實(shí)現(xiàn)棒料的自動(dòng)下料和 切割以及檢測工作。隨動(dòng)工作臺(tái)前進(jìn)速度也可以通過夾緊機(jī)械手夾緊棒料使 之與棒料速度同步。橫向切割吋的切割速度可以通過液壓缸來調(diào)節(jié)。現(xiàn)場運(yùn) 行情況表明，此切割機(jī)具有動(dòng)作快、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)以及與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)方便等優(yōu)點(diǎn), 能夠降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，提高勞動(dòng)牛產(chǎn)率。 關(guān)鍵詞： 切割機(jī)；機(jī)電一體化；液壓；棒料；PLC控制1切割部分設(shè)計(jì)I1.1切割部分設(shè)計(jì)要求I1.2切割部分設(shè)計(jì)方案11.3切割部分工作原理21.4切割部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)31.4.1帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)31.4.2升降液壓缸的設(shè)計(jì)31.4.3滾動(dòng)軸承的選取及校核31.4.4升降液壓缸的設(shè)計(jì)61.4.5滾動(dòng)軸承的選取及校核102夾緊部分設(shè)計(jì)132.1夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求132.2夾緊部分方案設(shè)計(jì)133縱橫行走部分的設(shè)計(jì)143.1縱橫行走裝置設(shè)計(jì)要求143.2縱橫行走部分方案設(shè)計(jì)143.3直線導(dǎo)軌的選擇計(jì)算143.3.1選定條件143.3.2選擇方式144液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)174.1液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)174.2液壓傳動(dòng)原理圖175電氣控制的設(shè)計(jì)185電氣控制設(shè)計(jì)要求185.2電氣控制設(shè)計(jì)方案185.3可編程控制器PLC控制流程19參考文獻(xiàn)20致 謝21附錄APLC I/O端口分配圖 22附錄B棒料切割機(jī)裝配圖23江蘇食品職業(yè)技術(shù)學(xué)院2012屆畢業(yè)項(xiàng)FI1切割部分設(shè)計(jì)1.1切割部分設(shè)計(jì)要求為了保證棒料的剪斷，剪應(yīng)力應(yīng)超過材料的許應(yīng)剪應(yīng)力刃，即切斷棒料的條件為：r = y <r(2-1)查資料可知棒料的許用剪應(yīng)力為：刁=128 - 285 MPa，取最大值285MPa。由于本 切斷機(jī)切斷的最大棒料粗度為：= 35mm。則木機(jī)器的最小切斷力Q由(2-1)得：0 二 kb 切二 _ 285 x 3.14 x 35 2幺44Q > 274063N取切割機(jī)的Q = 280000N項(xiàng)H設(shè)計(jì)采用機(jī)電一體化設(shè)計(jì)思想，要求棒料切割機(jī)采用PLC對棒料的切割過程及檢 測進(jìn)行口動(dòng)控制，并能根據(jù)PLC定長信號(hào)分別切割兩條連續(xù)的棒料，完成了系統(tǒng)的碩件和 軟件設(shè)計(jì)后可以實(shí)現(xiàn)對棒料的準(zhǔn)確定長切割，切割后動(dòng)返回初始位置。原始棒料尺寸范 圍在角鋼：100x100x10圓鋼:<050槽鋼:120x53鋼管:0135x6,切割成0.1m之 間的棒料，其切口深度為535mm,再用壓斷機(jī)進(jìn)行壓斷處理。1.2切割部分設(shè)計(jì)方案切割部分主要有砂輪切片、電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成?，F(xiàn)在設(shè)計(jì)的在切割部分有兩種方 案可行：第一，電動(dòng)機(jī)通過帶傳動(dòng)帶動(dòng)切割片轉(zhuǎn)動(dòng)。第二，電動(dòng)機(jī)通過圓錐齒輪傳動(dòng)方式 帶動(dòng)切割片轉(zhuǎn)動(dòng)。但考慮到切割過程屮電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)切割片進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所以優(yōu)先選 取第一種方案，原因是圓錐齒輪傳動(dòng)不宜應(yīng)用在轉(zhuǎn)速太高的場合，并且在運(yùn)用齒輪進(jìn)行傳 動(dòng)吋，還應(yīng)考慮怎樣消除震動(dòng)和用什么方法潤滑齒輪，這樣就會(huì)使設(shè)計(jì)成本增加，而帶傳 動(dòng)則具有結(jié)構(gòu)簡單，傳動(dòng)平穩(wěn)、價(jià)格低廉和緩沖吸振等優(yōu)點(diǎn)。切割部分結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。3圖2-1切割部分結(jié)構(gòu)圖1-電動(dòng)機(jī)：2-升降液壓缸：3砂輪片；4-支撐板：5-傳送帶1.3切割部分工作原理切割部分的原理如圖2-2所示，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)割切片高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，電機(jī)與工作臺(tái)之間 采用較鏈支撐方式，升降液壓缸可推動(dòng)切割片進(jìn)行上下移動(dòng)，完成切割運(yùn)動(dòng)。橫向行走液 壓缸可推動(dòng)工作臺(tái)橫向移動(dòng)，控制切割的長度?？v向行走液壓缸可使工作臺(tái)縱向移動(dòng)，使 切割片能切割兩根棒料。其屮電動(dòng)機(jī)和液壓缸電磁閥都需要通過由PLC機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)其按 照順序完成動(dòng)作。I23圖2-2切割部分原理簡圖1-帶輪；2-傳送帶：3-電機(jī)；4-砂輪：5-升降液壓缸：6-進(jìn)料道：7-橫向行走板；8-夾具；9-待加工棒料；10-橫向行 走液壓缸:11-縱向行走板；12-縱向行走液圧缸1.4切割部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.4.1切割片的選取設(shè)計(jì)任務(wù)所需電機(jī)的最小功率為Pmin=2.2KW，主軸轉(zhuǎn)速：2800r-Pm條件下，輪片的最大線速度為40加/$。最終選取砂輪片的型號(hào)為A型,其規(guī)格 為400x3.2x32,磨料為棕剛玉,粒度為20# ,硬度為R2。1.4.2電機(jī)的選取根據(jù)切割系統(tǒng)的要求，應(yīng)考慮電動(dòng)機(jī)的種類、型式、額定電壓、額定轉(zhuǎn)速和額定功率、工作方式，在決定電動(dòng)機(jī)功率時(shí)考慮到電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱，允許過載能 力啟動(dòng)能力等問題，現(xiàn)選用比較適合的Y系列三相杲步電動(dòng)札 這是由于Y系列三相異步 電動(dòng)機(jī)的功率等級(jí)和安裝尺寸與國外同類型的先進(jìn)產(chǎn)品相當(dāng)，因而具有與國外同類型產(chǎn)品 之間良好的互換性，供配套出口及引進(jìn)設(shè)備替換。選取功率為3. 0KW,額定電壓：380V, 頻率：50HZ,額定轉(zhuǎn)速為2880r. p. m,額定轉(zhuǎn)矩2.3N加，型號(hào)為Y100-2,電動(dòng)機(jī)選用三 角型啟動(dòng)方法啟動(dòng)3。1.4.3帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 根據(jù)帶截面形狀的不同，帶傳動(dòng)可分為：平帶傳動(dòng)、多楔帶傳動(dòng)、 圓帶傳動(dòng)、V帶傳動(dòng)等。在一般的機(jī)械屮由于V帶的楔形增壓原理，結(jié)構(gòu)緊湊，允許的傳 動(dòng)比大，且多標(biāo)準(zhǔn)化并大批量牛產(chǎn)，所以被廣泛應(yīng)用。本設(shè)計(jì)屮選用V帶傳動(dòng)。由于V帶傳動(dòng)屮的帶及帶輪槽型均已標(biāo)準(zhǔn)化，所以設(shè)計(jì)的主 要內(nèi)容包括帶的型號(hào)、確定基準(zhǔn)長度、根數(shù)、屮心距、帶輪的材料、基準(zhǔn)直徑以及結(jié)構(gòu)尺 寸、初拉力和壓軸力、張緊裝置等參數(shù)。(1) 確定計(jì)算功率由機(jī)械設(shè)計(jì)查得工作情況系數(shù)Ka=124(電機(jī)帶動(dòng)砂輪切割鐵棒，載荷性質(zhì) 為載荷變動(dòng)較大)，則計(jì)算功率為P(l =心P = 1.2x3 = 3.6KW(2-2)公式中：Ka工作系數(shù)3；P所需傳遞的額定功率，KW。(2) 初選帶的型號(hào)根據(jù)心和由機(jī)械設(shè)計(jì)查的初選普通V帶4。(3) 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑也和心2,并驗(yàn)算帶速"1) 機(jī)械設(shè)計(jì)查得V帶的最小基準(zhǔn)直徑-=75加4,考慮到帶輪太小，其彎曲應(yīng)力 過大，所以要使為皿取ddx=l60mm72）驗(yàn)算帶的速度-_ 7iddx -/Z _ ,/r x 160 x 2880 V 60x100060x1000=24.1m / 5(2-3)帶速不宜過高或過低，一般應(yīng)使心525加/$,因?yàn)?/n < 245 25力帶速符合要求。3）計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑心J并根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)加以取整刃2(2-4)由于電機(jī)轉(zhuǎn)速與砂輪轉(zhuǎn)速基本同步，選速比化/二1,則基準(zhǔn)直徑d 2 = cldx = 160mm確定屮心距Q并選擇V帶的基準(zhǔn)長度61）根據(jù)帶傳動(dòng)總尺寸的限制條件或要求的小心距初定小心距。由綜合式0.7（右 +心2）- 2（di +心2），（2-5）考慮到結(jié)構(gòu)要求，初選o=9OO/mn帶的初始長度。：2厶 do = 2。0 + 彳（“2 +/）+（2-6）24aQ= 2x900 + -（160+160） + （）24 + 900=2302 mm由機(jī)械設(shè)計(jì)V帶的基準(zhǔn)長度系列及長度系數(shù)表小取帶的=0*87 4,帶基準(zhǔn)長度Ld = 2000 mm2）最后確定中心距。Lz-L/0 “c 2000 - 2302 八a =+ = 900 H= 149 mm 2 2amin = a - 0.015 Lj = 765 - 0.015 x 2000 = 735m/n最后取67max =a + 0.03L(/ = 765 一 0.030 x 2000 = 825/nm a = 735 825/n/n(2-7)(2-8)(2-9)（5）驗(yàn)算帶輪包角d -da嚴(yán)180。-仏迫a57.3xa(2-10)= 180-150-150 57.3x765750= 180 >120（合適）（6）確定帶的根數(shù)z一 P KaP(2-11)其中:匕一額定功率，KW ；由機(jī)械設(shè)計(jì)查得：A=O.3WC； 由機(jī)械設(shè)計(jì)查得包角系數(shù)心=1"；由機(jī)械設(shè)計(jì)查得長度系數(shù)心=1.03工； 采用非化纖結(jié)構(gòu)的普通帶，取材質(zhì)系數(shù)K = ().75。由機(jī)械設(shè)計(jì)查得V帶處于臨界打滑狀態(tài)所能傳遞的最大功率P. = 22KW 4Pf = (22 xlxl.03) x 0.75 = 1.70K WPr 1.70取z=3根。確定單根帶的初拉力Fo花=500x(25_KJP(t * qyK-zv (2-12)查得q=0.L,對于新安裝的帶，初拉力為15(坨馬；對于運(yùn)轉(zhuǎn)后帶初拉力1.3()mill R=500x(2” I )x3.6 +ox24.12 = 95.47V(2-13)01.0x3x24.1(8) 計(jì)算帶對軸的壓力QaI QAOQ = 2F(憶 sin 乞=2 x 95.4 x 3 x sin =572.6N(2-14)2 2(9) 張緊裝置的選擇各種材質(zhì)的V帶都不是完全的彈性體，在預(yù)緊力的作用下，經(jīng)過一定吋間的運(yùn)轉(zhuǎn)后， 就會(huì)由于塑性變形而松弛，使初拉力降低。為了保證帶傳動(dòng)的能力，應(yīng)定期檢查初拉力的 數(shù)值。如發(fā)現(xiàn)不足吋，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、口動(dòng)張緊裝置和采用張緊輪的裝置。因?yàn)樵诒痉桨稿木嗖荒苷{(diào)節(jié)，可采用 張緊輪將帶張緊。張緊輪放在松邊內(nèi)側(cè)，使帶只受單向彎曲，同時(shí)張緊輪還應(yīng)盡量靠近大 輪，以免過分影響小帶輪的包角。(10) 帶輪的設(shè)計(jì)帶輪的設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)帶輪時(shí)應(yīng)滿足的要求有：質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)工藝性好，無過大的鑄造應(yīng)力，質(zhì)量分布 均勻，轉(zhuǎn)速高吋經(jīng)過動(dòng)平衡，輪槽工作面加工精細(xì)，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(shè)計(jì)內(nèi)容為根據(jù)帶輪的基準(zhǔn)直徑和帶輪的轉(zhuǎn)速等己 知條件，確定帶輪的材料，結(jié)構(gòu)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(guān)技術(shù)要求。1) 帶輪的材料帶輪的材料主要采用鑄鐵，常用材料的牌號(hào)為HT150或HT200,轉(zhuǎn)速較高吋宜采用鑄 鋼，或用鋼板沖壓后焊接而成。在本次設(shè)計(jì)小，采用了比較常見的HT150o2) 帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸由于帶輪的基準(zhǔn)巨徑dd = 160mm,軸的直徑d = 30mm ,根據(jù)帶輪的選擇原則：即當(dāng)2.5f/ < di( < 30()m/w時(shí)采用腹板式結(jié)構(gòu)，鑄造帶輪的結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。圖2-3 帶輪的結(jié)構(gòu)1.4.4升降液壓缸的設(shè)計(jì)(1) 液壓缸設(shè)計(jì)要求根據(jù)主機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求，應(yīng)考慮液壓系統(tǒng)的執(zhí)行件的數(shù)量、運(yùn)動(dòng)形式、工作循環(huán)、 行程范圍、各執(zhí)行件的運(yùn)作順序、液壓元件承受的負(fù)載、運(yùn)動(dòng)速度、變化范圍。對液壓系 統(tǒng)的性能要求有調(diào)速性能，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性能、轉(zhuǎn)換精度、可靠性程度、使用與維修的方便性 等(2) 選擇安裝方式根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求，要實(shí)現(xiàn)砂輪片的上下移動(dòng)完成切割，要求液壓缸在丄下伸縮的 同吋，還要繞點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，所以選用較鏈連接安裝方式。2圖24 手動(dòng)切割機(jī)支力不意圖1-砂輪片；2-手柄（3）負(fù)載大小根據(jù)手動(dòng)切割機(jī)的工作原理（如圖2-4所示），圖|> F=300N估算得砂輪片的支反力為7V=600o再由所設(shè)計(jì)切割機(jī)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(dāng)前所用的液壓缸的負(fù)載小于5Kg的工作壓力一般在O.SMPa左右，所以選取其正常 工作壓力為MPa5o因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)吋一般要求安全系數(shù)比較高，所以在選取液壓缸的吋候一 般要求有較大余量，所以在缸徑選擇吋，其工作壓力一般按IMP。計(jì)算。（5）缸徑選擇圖2-5棒料切割機(jī)受力示意圖1-砂輪片：2-液壓缸理論推力為1200N時(shí)，需選擇其缸徑為40/nm 考慮到安全系數(shù)，初選缸徑為60加n。(6) 行程大小根據(jù)機(jī)構(gòu)簡圖(如圖2-6所示)，其屮實(shí)線為機(jī)構(gòu)初始位置，在初始位置時(shí)，砂輪片 的直徑在最大狀態(tài)，當(dāng)砂輪切割到終位(圖2-6 虛線部分)吋，連桿所轉(zhuǎn)過的角度為10。， 此時(shí)砂輪直徑為最小直徑。卜砂輪:2-液壓缸；3-1#在初始位置時(shí)測得液壓缸的總長度為厶=540mm,在終了位置時(shí)測得液壓缸的總長為 厶廠440肋2,所以在此過程中氣缸的行程L = L、一 L2 = lOOm/n(215)即升降液壓缸的行程為L = 100加加(7) 液壓缸穩(wěn)定性校核1)液壓缸直徑校核 液壓工作壓力J ixlOUa,則液壓缸直徑(2-16)仃理論力I 4x1200 一 .二 11 = 39.1 mm龍 xP| 作V-xlxlO6取D = 40mm o考慮到安全系數(shù)，選缸徑為60加加合理。2)液丿*缸活塞桿選擇及校核倫壓缸(2-17)乃 X 0.052 X lx 1()64=1962.5.1(N)F理論=1200N649故設(shè)計(jì)符合要求。由d70 = 0.2-0.3,可計(jì)算出活塞桿直徑(2-18)(2-19)(0.2-0.3)D = 12-18mm可取活塞桿直徑 = 12mm。通過公式4尸：什 < o-/rd 2對進(jìn)行校核，其屮 cr= 120MPa ；F理論=1200/V :貝ljd >12()()_ 3 6mm < 12mmV x 120選活塞桿直徑為 =12mm的液壓缸符合要求。在所需要的如長2行程的前提下L/d>l5，須進(jìn)行穩(wěn)定校核，應(yīng)使活塞桿承 受的力F不能超過使它保持穩(wěn)定工作所允許的臨界壓力巴，但考慮到安全性，安全因數(shù) " = 工作應(yīng)大于規(guī)定的許用安全因數(shù),以免發(fā)?？v向彎曲，破壞液壓缸的正常工作。 (厲作二"為液壓缸桿工作負(fù)載；心二46)關(guān)于穩(wěn)定安全因數(shù)可在設(shè)計(jì)手冊屮查到。兩端較支鏈接的、細(xì)長壓桿的臨界力的歐拉公式6(2-20)=於EI cr = W 其中：截面的慣性矩：I=d江蘇食品職業(yè)技術(shù)學(xué)院2012屆畢業(yè)項(xiàng)FI桿件的兩端都是較鏈連接：/ = !;(2-21)Fcl = g & 竹=4 x 1 x 1 ()6 x 乃 x (60 x 10)$ N = 45216N0.215m = 215mm(2-22)#則所選取的桿長不超過215加加，且大于行程2x100mm,所以選取液壓缸活塞桿的長度3）缸筒壁厚的計(jì)算(2-23)(2-24)(2-25)缸筒壁厚nJ按薄壁筒公式計(jì)算:式中:8缸筒壁厚（mm）；D液壓缸內(nèi)徑（60mm）；Pp實(shí)驗(yàn)壓力,取Pp=2P,作=2x10認(rèn);材料為:ZQ的許用應(yīng)力cr= 2AMPa可計(jì)算出壁厚60x2xl05 _ ou 厶 3 mm2x2.4xl06因此，液壓缸外徑D> = 60 + 2 x 2.5 = 65mm(8) 確定液壓缸型號(hào)綜上所述，根據(jù)液壓與氣壓傳動(dòng),選用型的標(biāo)準(zhǔn)液壓缸ZQ-60/12X200-F27合適, 缸徑為60加加，活塞桿直徑為nmm ,液壓缸行程為20（）m/n ,帶防塵罩F數(shù)量為2。1.4.5滾動(dòng)軸承的選取及校核 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)屮，采用了既有轉(zhuǎn)速高的優(yōu)點(diǎn)，乂能夠承受 少量軸向力的角接觸球軸承，（其屮軸向力的主要來源是安裝或拆卸帶輪時(shí)所承受的載荷 估算載荷大小為100N）。據(jù)分析，在安裝和拆卸帶輪時(shí)的力相同的情況下，拆卸帶輪時(shí)， 軸承所受的力更大，所以選取軸向力心的方向向右，如圖2-6所示。圖屮M為電極的輸出轉(zhuǎn)矩，F(xiàn)為砂輪的切割阻力，在切割過程屮，電極的輸出轉(zhuǎn)矩與砂輪 所受的切割阻力矩大小和同，方向和反，在切割吋相互抵消，所以在計(jì)算過程屮不再考慮 電極輸出轉(zhuǎn)矩和切割阻力對軸承的影響。由于軸承受一定的軸向力，所以選取接觸角Q = 25。的角接觸球軸承。其代號(hào)為7207ACJE7,基木額定動(dòng)載荷C2.5KN ,基本額定靜載荷C“=165KN8。 軸承的校核計(jì)算(1) 計(jì)算軸承所受的徑向力&、凡，其受力如圖2-6所示 由力矩平衡條件工“2 =得徑向力尺廠 F, x200 -F.x20& = 180_ 800x200-550x20 (80= 8362由工Mi =0得徑向力/?2口 _ F2 x200)X20 180_ 550x200-800x20 180(2-26)(2-27)= 522NII2018020IR.R ,1 - 211 >,F(2-28)(2-29)圖2-6軸承計(jì)算簡圖（4）計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷人、P2155270.63863(2-30)(2-31)A2 _ 627522由簡明機(jī)械零件于冊查得7207ACJ型軸承的軸向載荷影響的判斷系數(shù)= 0.68因?yàn)锳JRX =0.63 所以 /=1,乙=0；AJR2 =1.20>e,所以 X2 =0.41,r2 =0.87由機(jī)械設(shè)計(jì)查得，當(dāng)軸承受中等沖擊或中等慣性力時(shí),取載荷系數(shù)力=出4,由于 軸承1、2均不受力矩載荷的作用，所以取九廣1,九2"。則（2-32）= 1.5x1.0x（1.0x836 + 0x527）= I254N=Z/xL2（W2+M2）（2-33）= 1.5xl.0x （0.41x522 + 0.87 x 627）= 1140N（5）計(jì)算所需軸承的動(dòng)載荷由機(jī)械設(shè)計(jì)查得，當(dāng)軸承的工作溫度小于匕。時(shí)，其溫度系數(shù)/>14比較兩當(dāng)量動(dòng)載荷知，人>卩2，所以應(yīng)該按片計(jì)算（球軸承應(yīng)取 = 3 ）則所需軸承的額定動(dòng)載荷(2-34)_ _1254 3 60x2840x365x12Tov io5=匚里 #60x2840x4830100= 11286N（6）確定軸承型號(hào)由簡明機(jī)械零件手冊查得軸徑 =35加加時(shí)，應(yīng)選軸承的代號(hào)為7207ACJ8,其額定載荷為G = 22.5KN >c =11.286KN故選用代號(hào)為7207ACJ的軸承合適。2夾緊部分設(shè)計(jì)2.1夾緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求夾緊機(jī)構(gòu)不但要求在切割之前機(jī)械手能夠根據(jù)事先收到的信號(hào)準(zhǔn)確地運(yùn)動(dòng)到每個(gè)工 位，而且在切割過程屮要夾緊運(yùn)動(dòng)著的棒料，使砂輪與棒料同步。2.2夾緊部分方案設(shè)計(jì)夾緊部分是由液壓缸推動(dòng)機(jī)械手實(shí)現(xiàn)夾緊和放松的。這部分的兩種可行性方案是：一 是用一個(gè)機(jī)械手同吋負(fù)責(zé)夾緊兩根鑄棒，根據(jù)需要對被切割的那條進(jìn)行夾緊。二是用兩個(gè) 機(jī)械手，毎個(gè)機(jī)械手負(fù)責(zé)夾緊一根鑄棒。第一種方案屮，機(jī)械手可通過一個(gè)二位液壓缸和 一個(gè)三位液壓缸實(shí)現(xiàn)對棒料的夾緊。第二種方案小，每個(gè)機(jī)械手都需要兩個(gè)二位液壓缸來 實(shí)現(xiàn)對棒料的夾緊?？紤]到第一種方案設(shè)計(jì)工作量小，安裝方便，而且控制簡單，所以優(yōu) 先使用第一種方案。1 -夾緊機(jī)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-橫向行走板夾緊部分原理如圖3-1所示，夾緊氣缸能使夾緊機(jī)械手夾緊或放松工件，當(dāng)活塞向右 移動(dòng)吋，機(jī)械手夾緊工件，當(dāng)活塞向左移動(dòng)吋，機(jī)械手放松工件。橫向行走氣缸推動(dòng)工作 臺(tái)左右移動(dòng)，能控制機(jī)械手使Z夾緊左邊或右邊的工件，從血對夾緊的工件進(jìn)行切割?？v 向行走液壓缸的作用是當(dāng)完成一次切割過程完成時(shí)，推動(dòng)工作臺(tái)使之恢復(fù)到初始位置。整 個(gè)工作過程都由PLC控制實(shí)現(xiàn)。其屮ST4-ST9為控制液壓缸的行程開關(guān)。3縱橫行走部分的設(shè)計(jì)3.1縱橫行走裝置設(shè)計(jì)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(jī)械手能夠在走 刀過程屮橫向移動(dòng)，迅速準(zhǔn)確地達(dá)到工作位，在切割過程屮能夠隨著棒料縱向移動(dòng)，切完 后在返回初始位置。3.2縱橫行走部分方案設(shè)計(jì)縱橫行走裝置主要是為了實(shí)現(xiàn)切割機(jī)砂輪片的縱向和橫向移動(dòng)，使之完成切割動(dòng)作。 為了設(shè)計(jì)和制造方便，在方案設(shè)計(jì)屮縱、橫向行走裝置的原理大致和同，即采用結(jié)構(gòu)簡單 而又便于控制的液壓傳動(dòng)方式，液壓缸帶動(dòng)縱向行走板或橫向行走板在導(dǎo)軌上滑動(dòng)。在設(shè)計(jì)過程小，考慮到能量的損耗程度，縱橫行走裝置采用了直線導(dǎo)軌，既提高了運(yùn) 動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)精度，乂很大程度的減小了摩擦力，達(dá)到了節(jié)能的效果。3.3直線導(dǎo)軌的選擇計(jì)算3. 3. 1選定條件（1）載荷 根據(jù)粗略計(jì)算，導(dǎo)軌上橫向行走部分的總質(zhì)量為2檢所以重量 W=200x10 = 2000N（2）行程 根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的要求，選定行程Ls = 2.5m（3）往復(fù)次數(shù)4=2 （次/分）（4）壽命要求 假設(shè)機(jī)器壽命為5年，則導(dǎo)軌壽命為厶厶= 5x365x24 = 35000 小時(shí)假設(shè)安裝4個(gè)滑塊，要計(jì)算一個(gè)滑塊的負(fù)載人，可用下式巴亠000N44同時(shí)由于兩個(gè)滑塊裝在一個(gè)導(dǎo)軌上，因此接觸系數(shù)=0.81 o3. 3. 2選擇方式（1）根據(jù)靜態(tài)安全系數(shù)選型號(hào)G) X fcf(4-1)其小人一靜態(tài)安全系數(shù)幾一載荷系數(shù)（在無外部沖擊或振動(dòng)、低速吋取1.5）C。一基本額定靜載荷現(xiàn)設(shè)靜態(tài)安全系數(shù)人=5則有Co > ls X(4-2)fc_ 5x5000.81=3086切在正常運(yùn)行吋一般選取安全系數(shù)為5,根據(jù)上述情況，選取SBG35FL的導(dǎo)軌比較理想。(2)根據(jù)壽命要求選型號(hào)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)壽命L計(jì)算公式L = 0.54 x 17500 = 9450肋2若使用17500小時(shí)，則總的移動(dòng)距離為厶L =(.心仏X L X )3 X 50(4-3)其川fr溫度系數(shù)(由手冊查得當(dāng)導(dǎo)軌的工作溫度小于100C吋，其溫度系數(shù)取 1.08)fH硬度系數(shù)(為了使直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)達(dá)到最佳承載能力，需要保持導(dǎo)軌的硬度在HRC58-62,由手冊查得幾為1. 0涇)C基本動(dòng)載荷fT x / x f C .L = ( X)3 x50所以九 &1x1x0.81 C 3 59450 = (x ) x 501.5250解得C = 3000矽因此，選取 SGB45FL ( C = 3800 )(3) 復(fù)查理論上選取SGB35FL或上一級(jí)似乎比較恰當(dāng)，但考慮到標(biāo)準(zhǔn)壽命，選擇SGB45FL8更理想。縱橫行走部分的結(jié)構(gòu)圖如圖4-1所示：江蘇食品職業(yè)技術(shù)學(xué)院2012屆畢業(yè)項(xiàng)FI#24-1縱橫行走部分的結(jié)構(gòu)圖1-橫向行走導(dǎo)軌；2-縱向行走導(dǎo)軌4液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)根據(jù)切割機(jī)的機(jī)構(gòu)原理，繪制的機(jī)構(gòu)簡圖如圖5-1所示，其 |> ST0-ST4為控制液壓缸的行程開關(guān)。5-1切割機(jī)機(jī)構(gòu)簡圖1-帶輪；2-傳送帶；3-電機(jī)；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4.2液壓傳動(dòng)原理圖如圖5-2液壓傳動(dòng)原理圖17江蘇食品職業(yè)技術(shù)學(xué)院2012屆畢業(yè)項(xiàng)FI5電氣控制的設(shè)計(jì)5.1電氣控制設(shè)計(jì)要求電氣控制線路的設(shè)計(jì)是在傳動(dòng)形式及控制方案選擇的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，是傳動(dòng)形式與控 制方案的具體化。應(yīng)滿足機(jī)電設(shè)備對電氣控制線路的要求，工藝耍求準(zhǔn)確、控制線路簡單、 經(jīng)濟(jì)、安全、可靠地工作，具有必要的保護(hù)裝置10。5.2電氣控制設(shè)計(jì)方案電氣控制線路的設(shè)計(jì)運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法11進(jìn)行設(shè)計(jì)的，先從滿足牛產(chǎn)工藝的要求出發(fā), 按照電動(dòng)機(jī)的控制方法，利用各種基本的控制環(huán)節(jié)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(gè)整體以滿足牛產(chǎn)需要。由于切割機(jī)需要控制的對彖較多，所以系統(tǒng) 的控制部分比較復(fù)雜，電氣在接收PLC命令對系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置后，還要根據(jù)要求切割過程完 成輸入信號(hào)的循環(huán)監(jiān)控，并輸出不同的信號(hào)對系統(tǒng)的各個(gè)執(zhí)行部件進(jìn)行控制，使其協(xié)調(diào)工 作，完成工件的切割,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 Ao3Q13.0KW6-1電氣原理圖I85.3可編程控制器PLC控制流程6. 2-控制流程圖21參考文獻(xiàn)1梁景凱，蓋玉先.機(jī)電一體化技術(shù)與系統(tǒng)皿北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012. 1.2徐 澈.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991.3陸鑫盛，周洪.氣動(dòng)自動(dòng)化系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)M上海：上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)岀版社,1995.4濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)M. 8版.北京：高等教育出版社，2006. 5.5劉延俊.液壓與氣壓傳動(dòng)M. 1版.北京：清華大學(xué)出版社，2012. 12. 劉鴻文.材料力學(xué)M4版.北京：高等教育出版社，2004. 5.7孫恒.機(jī)械原理M. 8版.北京：高等教育岀版社，2008. 5.8蔡春源.簡明機(jī)械零件手冊M北京：冶金工業(yè)出版ft, 1996. 3. 李紅萍工控組態(tài)技術(shù)及應(yīng)用一組態(tài)王M.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2011. 5.10黃大宇，梅瑛.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)M.吉林：吉林大學(xué)岀版社，2006. 12.11王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù)M. 2版.北京：北京航空大學(xué)出版社, 2008. 2.12陳建嘰電氣控制與PLC應(yīng)用練習(xí)與實(shí)踐M. 4版.北京：電子工業(yè)出版社,2006. 2.時(shí)光飛逝，四年的大學(xué)牛活將隨著本次畢業(yè)論文的完成而畫上完美的句號(hào)。感謝李宏老師在木次論文設(shè)計(jì)屮對我的悉心指導(dǎo)，不論是從課題選擇到具體的寫作過程， 還是論文初稿與定稿，都透露出老師的心血和汗水。在本次畢業(yè)論文設(shè)計(jì)期間，閆冰潔老 師一絲不茍的工作作風(fēng)，治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，讓我受益匪淺，深受感動(dòng)。多謝老師在專業(yè)他 識(shí)上的指導(dǎo)和提出的一些富于創(chuàng)造性的建議，在這樣無私的幫助和熏陶下，我終于順利完 成了我的畢業(yè)設(shè)計(jì)。在此，向老師至于我深深地感謝和祟高的敬意。借此畢業(yè)Z際，向各位給予我悉心教誨的老師表示真誠的謝意。感謝他們四年來對我的辛 勤栽培，讓我能很好的掌握和運(yùn)用專業(yè)知識(shí)，并在設(shè)計(jì)屮得以體現(xiàn)，順利完成此次論文。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)的鍛煉，使我們運(yùn)用專業(yè)知識(shí)的能力得到了進(jìn)一步提高，知識(shí)得到了鞏 固，使我們對設(shè)備的整體設(shè)計(jì)思想有了更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，通過對棒料切機(jī)的設(shè)計(jì)，我運(yùn)用 了各門專業(yè)課程，再一次夯實(shí)了我的知識(shí)。最后，謝謝幫助我的同學(xué)和舍友，感謝你們給我的啟發(fā)、提出的寶貴意見。MfAPLC抬刀換向閥DTI走刀1換向閥I)T2走刀2換向閥DT3夾緊換向閥DT4隨動(dòng)換向閥DTB初位指示燈HL2白動(dòng)指示燈HL31位指示燈11L42位指示燈HL5電機(jī)啟動(dòng)KH1七si初位邕號(hào) 舟ST 0抬刀缸原位2 呂)茫t抬飢終位辰ST 2走少1終位當(dāng)ST3走刀密ST4走坐2原位 ST 5走少2終位 密ST6夾鑒原位 茫ST7夾瘞終位 g ST8行生穌原位 己ST9行辱終位電SB1啟翌停止 刃SB2自塑手動(dòng) 汶SB3抬少落刀已SB4走丿衛(wèi)步前進(jìn)/返冋 羽SB5走與前進(jìn)/返冋5 SB6夾氐祐V. SB7隨動(dòng)/返回20 一 2J1.卡巨昌zn -、0匾口步亀因3i附錄B棒料切割機(jī)裝配圖23CITCX匸 002 uonL 02巴b a用一1?01SQQ1700I. WWOKW.烏疏.加加n2- 0別&2用：700322如玻:為佗p.少M(fèi)mT7亦"附錄-B棒料切割機(jī)裝配圖(2)計(jì)算派生軸向力、2 3 * 52所選的軸承型號(hào)為7207ACJ,其派牛軸向力5 = 0.63/?則5, = 0.63/?, = 0.63 x 863 = 521NS2 = 0.63/?2 = 0.63 x 522 = 329N(3)求軸承所受的軸向力人、仏S + Fa = 527 + 100 = 627N > S2故軸承2被壓緊，軸承1被放松，所以有A? = Fa +5, =527 + 100 = 627 NA, =S| = 5277V