棒料切割机机械机构设计说明书

毕业设计说明书棒料切割机机械机构设计MECHANICAL MECHANISM DESIGN OF BAR CUTTING MACHINE.目录摘要3Abstract41概述51.1 选题背景51.2 研究意义51.3 本课题研究的主要内容62切割部分设计72.1 切割部分设计要求72.2 切割部分设计方案72.3 切割部分原理92.4 传动的设计92.4.1 电机的选取102.4.2 带传动的设计102.4.4 气缸的设计142.4.5 轴承的选用及检验183 夹紧部分设计213.1 夹紧机构设计要求213.2 夹紧部分方案设计213.3 三爪卡盘原理与结构224 纵横行走部分的设计234.1 纵横行走装置设计要求234.2 纵横行走部分方案设计234.3 直线导轨的选择计算234.3.1选定条件234.3.2选择方式245 棒料切割机三维图265.1 切割部分三维图265.2 夹紧装置三维图275.3 纵横移动部分三维图295.4 总装配图三维图32结 论33参考文献34致 谢35 摘要经过对棒料切割机切削进程察看和研讨，夹紧部分、切割部分、纵横行走部分这三部分是此棒料切割机机构的主要组成部分。工作原理是电机通过皮带传动高速驱动刀片，电机和工作台之间采用铰链。缸可驱动切割刀片上下挪动，带动刀片实现依次切割运动。从动平台的行进速度也可以通过夹紧夹杆与棒的速度同步。气缸也可调节横向切削速度。现场应用表达，该切割机具备运行快、运行平稳、使用便利的长处，可减轻工人工作强度，实现主动运行，提升加工工作效率。关键词 切割机；棒料；三爪卡盘；AbstractThrough the inspection and discussion of the cutting process of the bar cutting machine， the three parts， the clamping part，the cutting part and the crosswalk part， are the main parts of this bar cutting machine mechanism.The working principle is that the motor drives the cutting blade at high speed through the drive drive， and the hinge is applied between the motor and the workbench.The cylinder can drive the cutting blade to move up and down， driving the blade to achieve the cutting motion in turn.The moving speed of the follower can also be synchronized with the bar material speed through the clamping clamp.The cylinder can also adjust the transverse cutting speed.On site application expression， the cutting machine has the advantages of fast running， smooth operation and convenient use，which can reduce the working strength of workers， realize active operation and improve the working efficiency.Keywords cutting machine bar three jaw chuck1概述1.1 选题背景机电产品已普遍应用于多种加工行业，切割技术也开展迅速，手工切割已不能满足当前工业发展需要。通用机械的时代已来到了。十几年来，切削技术的专研和开发始终绝对积极。设计不竭修正，种类不断增多，使用范围不断扩充。目前市场上有很多种条形刀片刀具结构复杂、调整、维护不方便、生产效率低等缺点。棒料切割机的设计是基于以往同类棒料切割机的参考和研讨，而后制订出棒料切割机的总体计划，然后在精加工。因为机械工程常识的总量远远超出了本人所知范畴，一些理论知识是必需要有的。但理论常识的严重分离，使眼界窄小，能够参加技术交换，参与科研名目，减小范畴，促进整件技术和新技术的提升，提升内部环境的适应性。扭转封锁的专有学识过于狭隘，想到事情可能不太容易，也许前方困难不容易协调，对于自我的完善可能不太有利。因而，一体化的趋势，自上世纪以来就以逐渐出现。人们越来越注重基本实践，拓宽研讨范畴。划分专业融合。机械工程能够带来很多的好处，他能够增加生产量，提升加工工作效率，为胜场带来更多的经济利益，更好的机械产品也可以尤其开发出来。将来的任务和目标也许是研发先进的机械用来减少资源的浪费，新兴的清洁能源来解决一些环境污染问题，加工制作成本的管控。人们以前无限的幻想已经成为很美好的现实，这是因为当下的机械工程以及其机械设备越来越优秀。人类已经能够在天空，海洋来去自如，甚至已经能够在数亿光年外自由察看。人们智力和动手能力的同时增长，已经能够使人们能够加工完成更为复杂的繁琐的机械设备。中国的切割机切割工作效率始终不高，构造制造简略，尽管经过几十年的研发，新产品的品质得到了提升。但受我国配件的品质和设计程度的影响，中国目前加工的切割机的程度和国外产品、用户要求的切割机的仍差距比较大，为了满足市场须要，必须开发新款棒料切割。我使用我在大学期间所学的知识理论对棒料切割机提出了构造的思维，对其主要的部分进行进行设计和计算，绘制其平面图以及三维图。1.2 研究意义处理了现有主动切割机精度低、操作繁杂的难题。本课题是对于目前市场上对切割机设计的不足之处，对棒料切割机实行改变，设计容易管制，性能稳固，构造简略，操作便利，维修方便，安全程度牢靠，能耗低，稳定性好。定位可以使棒料在切割过程中，切割长度精确，加工工作效率比较高，运转稳固，提升产品品质，提升工作效率的长处，应用前景宽广。当下，棒料切割机将逐步取代机械式棒料切割机。市场的需要已不是传统的机械式棒料切割机所能满足的了，市场迫切须要各种多功能棒料切割机的出现来弥补空缺，可是我国机械员所需求得棒料切割机全依赖国外，这使得我国的机械员配备了棒料切割机后，成本非常大，并且应用自行开发加工棒料切割机，成本提升不大，棒料切割机市场非常可观。与一般切割机比较，切割机具备以下长处：一、机械零件是通过机械优化设计的。二、整个运动过程都是使用了气动传动，气动传动具备价格适中、操作便利、无污染泄漏、无介质劣化等好处。三、在设计得时候，为了提高了行走的运动精度，横向运动和纵向运动采用直线导轨，减少了大量摩擦力，以达到了节能成效。四、其构造简明合理，设施性能好，使用寿命长，功能安全牢靠。该棒料切割机是一种新型的控制切割机，能有效地提升生产率，并可为各个用户所接受和应用。1.3 本课题研究的主要内容作为一种切割机，公司在加工棒料得时候常常需要使用棒料切割机进行加工处理，目前市场上得棒料切割机存在这一些问题和不足，低精度是目前市场上切割机所无法避免得主要问题所在。因此在参考以前相似的棒料切割机的基础上，通过市场调研。归纳之后，得出了棒料切割机的具体构造的设计方案和总体设计方案。主要针对棒料切割机进行设计，从棒料切割机总体入手，而后详细阐述各部分得构造，详细的内部结构主要包含以下几个方面：（1）在网络上，还有库寻找棒料切割机的各种相关资料，并对各类棒料切割机进行相比和筛选。（2）剖析了棒料切割机的构造和参数。（3）确定总体设计方案。（4）确定具体的设计方案。（5）棒料切割机的三维绘图、CAD装配图和零件图绘制。（6）说明书的整理。2切割部分设计2.1 切割部分设计要求为了保障棒料的顺利切削，棒料的许可剪切应力应小于剪切应力， 棒料的许可剪切应力:。杆的最最大直径是：切削力得最小值可以由上式计算得： 得通过切割工件68 m圆柱实心钢柱，材料为45钢，直径为30 mm500 mm，切割功能长度为1000 mm1500 mm，切割至一定深度停止切割，最后用折断机断开。2.2 切割部分设计方案处理了现有切割机精度低、操作繁琐的难题。这种切割机具有操作简单便捷，功能安全牢靠，构造设计简单，修理和调节都比较方便简单、工作效率高等等好处。定位可以使棒料在切割过程中，切割长度精确，加工效率高，提升产品品质，使用前景广大。驱动高速切削中的切削部分为电机。电动机与砂轮片之间使用固定链接，在与工作台之间使用活动链接，气缸得运动可以带动切割机切割棒料。纵向底架上面得气缸伸缩可以使切割机准确无误得到达切割点。电机，带传动，链接板，砂轮，伸缩刚等为主要零部件。以下几种情况均可解决此部分设计：方案1：液压夹紧，被夹紧的圆钢柱在切割过程中也需自转，而且边进给边自转。刀具的刀刃与钢柱一起移动，而刀具也需要旋转。方案2：在液压夹紧中夹紧的圆钢柱需旋转。给定长度后，停止进给，刀具开始切割并旋转。因为在切削过程中，刀片速度较快，如果棒料切削刀具仍在同时进给，则会损坏刀具的寿命，要安全，同时为了加长刀具寿命，我们选择使用方案2进行设计。图2-2 切割部分简图 1- 电动机；2-伸缩气缸；3-砂轮片；4-连接板；5-带2.3 切割部分原理图2-3 切割部分原理图1-小带轮；2-带；3-电机；4-砂轮片；5-伸缩气缸；6-棒料支架；7-移动板；8-夹紧设施；9-棒料；10-横向伸缩气缸；11-移动板；12-纵向伸缩气缸驱动高速切削中的切削部分为电机。电动机与砂轮片之间使用固定链接，在与工作台之间使用活动链接，气缸得运动可以带动切割机切割棒料。纵向底架上面得气缸伸缩可以使切割机准确无误得到达切割点。 2.4 传动的设计如果想使刀具旋转，首先，电动机通过带传动可以使刀具旋转。其次，电动机也可以通过锥齿轮传动将动力传动到刀具。可是在切割的时候，刀具必须要高速旋转，所以首选设计是第一种。由于锥齿轮适用于速度过低的应用场合，当使用齿轮来驱动齿轮时，还应思考如何消掉共振频率和用何种办法润滑齿轮。设计成本虽然增加了，但是皮带传动具有运动稳定性，增加缓冲减小震动，结构简单等优点.2.4.1 电机的选取 为了满足切割的要求，我们应该首先考虑电机的功率，旋转速度和运动类型等等。在确定电机功率时，还应该考虑电机的散热的能力和负载载荷的强度，当切割时所需的速度较高，因此电机选用时应该满足此条件。选用额定功率为，电压：，型式为Y100-2，频率大小为：50HZ ,额定转动扭矩，额定旋转速度为2880r.p.m。2.4.2 带传动的设计带传动有多种传动形式，依据带横截面的形状的不一样，可以将其分为：三角带、特殊带、平型带等等。由于改切割装置须要大的传动比且结构紧凑，V带传动相对于其它带传动更适合些。在该机器中，带的选取应考虑到中心距，包角等等都是主要的。V带传动中的车轮槽已被标准化。(1)确定功率当切割机高速切割棒料的时候，载荷会随之变动，当载荷变动较大的时候，称其为载荷性质，从机械设计可以查出，则 上式中： 工作条件系数； 工作时所须要的功率，。 (2)初步选择带从上面所述中求得的和。初步选择带。(3)带轮的基准的直径和的选择与带速的计算1)从机械设计可以知道，书上虽然指出V带的最小基准直径为,但是在实际运行的时候尺寸过小的带轮，可能会使带轮的的弯曲应力过大，所以不能取最小值，取2）带速的验算 带与带轮之间是靠摩擦而传动动力与能量的，当带速过高的时候，离心惯性力因此而加大，就是使传动能力有所下降，当带速过于低的时候，这时候带传动所需要的有效拉力机会降低，从而导致带数的增加，导致切割机机构庞大。之间为最合理的带速,由于 ，所以带速满足要求。3）对直径计算 在设计时，为了计算的方便将传动比设为 ，即基准直径(4)对中心距和基准长度的计算1）中心距离距是根据带传动的结构与所需而确定的，综合以上所述，则： 多方考虑，初步选择：由中心距可以知道带的长度： 查阅机械设计V带参考长度系列和长度系数表，取，选取带的参考长度 2)中心距： (5)带轮包角的验算 满足要求(6)带的根数 以上： ，； 以下均可从机械设计查阅：平均功率带的包角系数带的长度系数带的材料系数由于带存在着弹性变形和拉力不足，会导致带脱离带槽，由此产生滑动，这是必须要存在的。查阅机械设计表格，单根V带在临界滑动状态时所能传递的最大功为 取整，。(7)带的受力状况 查得,对于未使用过的带，初拉力为；工作一段时间后的带，初拉力 (8)带运转时对轴的作用力 (9)张紧设施的选用初始张力的降低是由于在一段工作时间之后由于负载下的塑性变形导致带松弛。按计划观察初始张力值，以保证皮带传动的功能。使用涨紧轮和调整中心距为最基本的两种张紧方式。本机器电动机与切割器之间使用固定连接板连接，导致在本设计中中心距不可以调。张紧轮放置在皮带松动侧的内侧，张紧轮也应尽可能靠近大轮，以使皮带只能承受一方应力。(10)带轮带轮的设计方法及内容要求1)带轮的材料带轮依靠电动机带动且传动比是1，带轮的旋转速度与电动机输出的速度相同，高速旋转的带轮应该使用具有高硬度的材料，我们常常使用的是牌号为或。2)带轮的大小根据要求 ，和上述已经的条件带轮的基准直径，轴的直径，这时候就要应该使用腹板式结构，如图所示。 图2-3 带轮的结构2.4.4 气缸的设计 （1）气缸设计内容按照任务要求以及自身所需主：功能安全牢靠、气压元件承受的负载、变化大小这些都应该思考。气缸推动各个主要部件运动的时候所需要的动力和稳定，安装时候的安放和损坏后的更换，后期使用过程中的维护。（2）安装方式按照切割须求，在工作时时候并要围绕点运动，完成任务，这就要在链接的时候不能固定卡死，要使用活动的连接方式。图 2-4 切割机受力图1-砂轮片 2-手柄（3）负载载荷图中F=300N 被估计为砂轮的反作用力。设计的切割机的切割力如图2-5所示由于砂轮上的重力是相同的，所以（4）工作压力压力得大小通常与负载载荷有关，本次设计中使用的气缸由于其负载为，要求相对的安全性要高于一般情况，所以选用的工作压力为。这样就有大量的余量，安全性可以更高。（5）缸径选择 图2-5 工作时受力简析1-砂轮片；2-伸缩气缸由于砂轮上的重力是相同的，所以，为了安全考虑，缸的内径最小不得小于。最好选择缸径为。（6）行程范围如图所示，当气缸向上伸时带动从动杆运动，气缸杆移出气缸最大，此时为切割机最远极限位置。当气缸向下缩时带动从动杆运动，气缸杆移出气缸最小，此时为切割机最近极限位置。最远与最近之间距离为行程距离。 图2-6 气缸行程草图1-砂轮片 ；2-伸缩气缸；3-棒料最远极限位置气缸杆移出气缸最大长度为，在最近极限位置气缸杆移出气缸最大长为，则气缸杆得运动行程为： （7）气缸运行平稳检验 1) 气缸直径大小工作压力,则 取整。为了使用安全，保有余量，则。 2)活塞杆 满足条件。，则 取直径。 对进行检验，式子中 ；得 因此结合上述计算和查阅手册得为。由于在此因素下，有要使运动稳定，所有当它稳定时所受的临界压力不得高于它所受其承受的力F,考虑到切割时切割运动得安全，杆件不发生弯曲，为了使缸不失去作用得能力，规定的可以使用的安全因数应小于安全因数。（为气缸杆工作载荷；=4） 活动连接的细长杆件的临界力的欧拉公式 横截面产生的惯性力矩： ；所有的杆件之间都是使用可动的活动连接：； 活塞杆的运动行程在到之间，因而活塞杆的长度选择， 3) 气缸厚度的简算通过下式子公式计算: 式中： ； ； ，许用应力气缸厚度 (8)确定气缸的选用综合以上计算和查手册，得出，选取型号规范气缸合当，缸径为，活塞杆半径为，气缸运动行程为。2.4.5 轴承的选用及检验角接触球轴承的选用应该采用了轴向力比较小和较高的速度。在运行时轴承的受力会比在带的安装和拆卸时小很多，轴向力的来源于装安与拆卸时所对其施加力，因而轴向力的方向被选用在左边。图中，在切削的时候，电极地输出的转动扭矩为M，砂轮切割时受到得阻力是F，它们的方向不同，大小一样，在切割过程中彼此消除，因此在计算的时候不需要转动扭矩为M和阻力是F它们得影响。轴向力是该机器轴承不可以避免，必须承受的力，使用接触角角接触球轴承。它的代号是,，静止载荷 。 轴承的检验（1）如图所示计算径向力、由公式条件得径向力 由公式条件得径向力 图2-6 轴承受力图（2）派生轴向力、所用轴承为，其轴向受的力方向向哪，就须要产生一个派生轴向力来平衡他，保证其运动稳定，则 （3）求施加在轴承上面的轴向力、 （4）动载荷、 由于 ，因此 ； ，因此 轴承载荷得选用与惯性力和冲击有关，当他们少量不大得时候，查机械设计可知，载荷因素取，所有得轴承都会受到极小力矩载荷的作用，几乎可以忽略不计，才会，。 （5）轴承的动载荷的分析轴承的额外得负载荷为从与轴承的工作温度有关，假设当轴承在工作是其环境温度为，从机械设计可以查阅到温度系数是 ，为了安全性的考虑应为其多留有余地，则时，因此以为准 ，则需 （6）轴承型号的选择查手册可以知道轴径时，轴承的代号是，其额外的负载荷是。3 夹紧部分设计3.1 夹紧机构设计要求 夹紧部分的设计是为了材料在进行切割时能够稳定的，准确的固定在以先设定好的位置不发生位置的移动，使材料在承受巨大切割力的情况下不发生移动，从而使切割工作可以顺利实现，达到切割需求。3.2 夹紧部分方案设计 夹紧部分是实现棒料的夹紧和松放的。夹紧装置有两种办法可以解决：首先，每一根棒料使用一个三爪卡盘固定，然后对棒料进行夹紧。其次，是使用机械手，机械手与切割设施在一个工作板上面，通过机械手夹取棒料并对其夹紧固定。在第一种情况下，夹紧设施可以通过三个卡块的移动实现对棒料的夹紧和松放。在第二种情况下，机械手的运动可能会需要一个气缸来实现。与第一种情况相比的话可能结构会更复杂一些，任务要求会大一些，多方考虑，使用三爪卡盘夹紧会比机械手夹紧更好一些。 图3-1 夹紧部分装配图1-卡盘支架；2-卡盘夹紧装置；3-棒料支架；4-底座；如图3-1所示得是夹紧装置，三个活动卡块平均分布在卡盘上面，利用其径向运动，实现对棒料的夹紧和松放的，当夹紧装置夹紧工件时，活动卡块需要靠近中心，当夹紧装置放松工件，活动卡块需要远离中心。工作台的移动是需要气缸的推动的，工作时，移动工作台让他工作；完成工作后，移动工作台让它恢复到原来的地方。3.3 三爪卡盘原理与结构三爪卡盘由蜗杆，涡轨道盘，活动卡块构成。使用扳手转动蜗杆时，通过蜗杆带动涡轨道盘的转动，然后驱使三个活动卡块的运动。三个活动夹块靠近或远离中心，可以夹紧或者放松不同半径的棒料。图3-2 三爪卡盘1-螺杆；2-壳体；3-卡块；三爪卡盘的大锥齿轮是由小锥齿轮带动的。阿基米德螺旋槽在大锥齿轮的背面，可以和三个活动卡块相互啮合。因而小锥齿轮可以使用扳手转动就可以使三个活动卡块同一时间沿中心移动，完成夹紧，还有自动定心可以用来夹圆柱形状的棒料。4 纵横行走部分的设计4.1 纵横行走装置设计要求夹紧装置和切割装置的配合主要是靠纵横运动装置，为了使切割机能够准确无误的找到切割位置，就需要切割机在工作的时候可以横着运动，在工作结束之后切割机需要纵向运动，回到它原来的地方，结束切割任务。4.2 纵横行走部分方案设计为了完成切割运动，就需要切割机砂轮片的纵向和横向移动，而这需要靠纵横移动装置实现的。在本次设计中纵、横向移动设备的原理大致相同，（采用气压传动方式，是因为其结构简单而又便于控制，气缸带动纵向运动板或横向运动板在导轨上移动）就是为了设计和制作的便捷。在设计过程的时候，想到能量的消耗程度，纵横运动设备运用了直线导轨，不但在很大的程度下减小了摩擦阻力，此外，整个系统的准确性已经显着提高，以实现最佳目标。4.3 直线导轨的选择计算 4.3.1选定条件 （1）负载 初步计算，导轨上横向运动部分的总质量为所以重量（2)行程 根据设计结构的要求，选定行程 (3)往复次数 （次/分）(4)寿命要求 假定机器的使用寿命为5年，那么导轨可以使用的寿命则为 小时假设安装了4个滑块，如果要计算一个滑块的负载，那么 同时因为有两个滑块安装在一个导轨上面，因此接触因数。4.3.2选择方式 （1）根据静态安全系数选型号 （4-1）其中 静态安全系数 载荷系数 （取1.5时，无外部冲击或振撞、低速） 基本额定静载荷现设静态安全系数有 （4-2） 安全系数在一般情况下选用5，按照以上状况，使用SBG35FL的导轨相对理想（2）根据寿命要求选型号根据标准寿命计算公式 若使用17500小时，则总的移动距离为 （4-3）其中 温度系数 （由手册可以得知其温度系数取1.08） 硬度系数 （由手册可以得知为1.08） 基本动载荷因此 解得 因此，选取SGB45FL（）（3）复查虽说选用上一级或者SGB35FL可能相对会更好，为了使用寿命的考虑，选择SGB45FL 8更好一点。纵横运动部分的构造图如图4-1所示： 4-1纵横运动部分的平面图1-横向行走导轨；2-纵向行走导轨5 棒料切割机三维图5.1 切割部分三维图图5-1 切割部分5.2 夹紧装置三维图图5-2 夹紧装置图5-3 三爪卡盘图5-4 三爪卡盘5.3 纵横移动部分三维图图5-5 底板图5-6 纵横行走装置5.4 总装配图三维图图5-7 总装图结 论这次的毕业设计从一开始的选题，然后对已有的设备进行研究、数据调查、建议、最终方案确定。使用CAD完成对其的零件图绘制，装配图的绘制，还有三维图的建模。一直到论文最后的完成，才使得本次的毕业设计最终结束。“棒料切割机的结构设计”是本次我设计的题目。棒料切割机是一种专门的针对棒料切割而采用的切割机。题目要求对切割机进行结构设计，并根据切割要求，对棒料的完成精确无误的切割。本设计的主要两部分得任务。第一部分是对该机器进行主要的设计，主要零件的设计。包括对主要部件选用，还有优化，对各个部件的计算，参数的比较与选用，导轨的设计等。装配图、零件图等等绘制须要用计算机完成。第二部分三维图的绘画，主要包括切割部分三维图的绘画、夹紧装置三维图的绘画、纵横移动装置三维图的绘画，各个零部件的三维图的绘画，机器总体三维图的绘画。棒料切割机设计简单，操作简单方便，功能安全牢靠，能够很好的完成它的预定的功能。整个切割动作顺序由气缸驱动完成。这种切割机具有操作简单便捷，功能安全牢靠，构造设计简单，修理和调节都比较方便简单、工作效率高等等好处，具备良好的市场和广大的应用前景。参考文献1朱里.机械原理M.北京: 高等教育出版社, 2010.2濮良贵.机械设计M.北京:高等教育出版社, 2014.3邢邦圣.机械制图与计算机绘图M.北京:化学工业出版社, 2011.4陈秀宁.机械设计课程设计M.浙江:浙江大学出版社, 2012.5徐建明. 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