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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
方案論證
題 目: 裁斷機(jī)設(shè)計(jì)
立式
院系名稱： 機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí)：
學(xué)生姓名：
指導(dǎo)教師：
一、裁斷機(jī)簡(jiǎn)述：
本次的設(shè)計(jì)的題目是立式裁斷機(jī)，其主要功能是把事先壓制好的成型砂帶，分切成有一定尺寸要求的、適合使用的、有一定規(guī)格的砂帶。
設(shè)計(jì)這種機(jī)械裝置的目的是為了提高加工的效率，減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)加工成本的降低。本次設(shè)計(jì)為了提高工作的效率和減輕工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，考慮人機(jī)的合理化布局，對(duì)刀具、張緊軸的動(dòng)作采用氣動(dòng)進(jìn)行控制。
裁斷機(jī)是用來(lái)切割壓制好的桶型砂帶，切割砂帶的目的是為了滿足用戶對(duì)砂帶寬度的要求。設(shè)備應(yīng)操作方便、省力、容易掌握和不易發(fā)生故障和操作錯(cuò)誤。這樣不僅可以減少工人的疲勞、保證工人和機(jī)床的安全，還能提高生產(chǎn)效率。在滿足以上條件的情況下，設(shè)備的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，工藝性要好，容易制造和裝配，維修方便等。所以，在設(shè)計(jì)時(shí)主體結(jié)構(gòu)一般采用焊接的形式。
設(shè)計(jì)思路是運(yùn)用刀具的旋轉(zhuǎn)切割砂帶，而刀具的旋轉(zhuǎn)是被動(dòng)跟著主軸的旋轉(zhuǎn)。它們之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是通過(guò)刀具對(duì)主軸落刀的壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)的。砂筒在切割前撐緊，只有這樣砂帶才能被切割下來(lái)。其中砂筒的張緊和刀具的落下由汽缸活塞的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)由電機(jī)帶動(dòng)。
設(shè)計(jì)思路是運(yùn)用刀具的旋轉(zhuǎn)切割砂帶，而刀具的旋轉(zhuǎn)是被動(dòng)跟著主軸的旋轉(zhuǎn)。它們之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是通過(guò)刀具對(duì)主軸落刀的壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)的。砂筒在切割前撐緊，只有這樣砂帶才能被切割下來(lái)。其中砂筒的張緊和刀具的落下由汽缸活塞的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)由電機(jī)帶動(dòng)。
二、方案分析：
下面就一些系統(tǒng)和零件的選擇方案作簡(jiǎn)單的分析。
根據(jù)設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)的內(nèi)容可以分為：傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、支架設(shè)計(jì)、漲緊裝置設(shè)計(jì)、切割裝置設(shè)計(jì)、氣壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。
傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)：
傳動(dòng)系統(tǒng)由：電機(jī)、各個(gè)軸、帶輪、軸承等組成。
1、電機(jī)的選擇
由于此機(jī)床的工作環(huán)境具有粉塵多、傳動(dòng)精度及穩(wěn)定性要求不太高，在室溫下工作的特點(diǎn)。所以選擇的電機(jī)是Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)。因?yàn)閅系列三相異步電機(jī)是按照國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）標(biāo)設(shè)計(jì)的，具有國(guó)際互換性的特點(diǎn)。其中Y 系列電動(dòng)機(jī)為一般用途全閉自扇冷式籠型三相異步電機(jī)，具有防止灰塵、鐵屑或其它雜物侵電機(jī)內(nèi)部之特點(diǎn)，B級(jí)絕緣，工作環(huán)境不超過(guò)四十?dāng)z氏度，相對(duì)濕度不超過(guò)95%，海拔不超過(guò)1000m，額定電壓380v，頻率50HZ。適于無(wú)特殊要求的機(jī)械上，本次設(shè)計(jì)的裁斷機(jī)就符合此類條件，故Y列的電機(jī)就符合要求。
設(shè)計(jì)裁斷機(jī)的目的是為了提高工作的效率，因此在電機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)該是其最普遍的轉(zhuǎn)速1400r/min。所以選擇Y系列90L-4型號(hào)的電機(jī)。這樣不僅可以提高工作效率，還可以節(jié)約成本，及免去設(shè)計(jì)及按裝減速裝置的麻煩。使機(jī)床看起來(lái)更簡(jiǎn)潔，并且易于維護(hù)。
在考慮到電機(jī)的力傳動(dòng)時(shí)，有兩種方案：即帶輪傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)。由于本設(shè)備對(duì)傳動(dòng)比沒(méi)有要求，帶輪傳動(dòng)能緩和載荷沖擊，對(duì)中心距適應(yīng)能力強(qiáng)，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)平穩(wěn)、無(wú)噪聲等優(yōu)點(diǎn)，所以選擇帶傳動(dòng)。在電機(jī)的安裝實(shí)際設(shè)計(jì)的需要，裝在支架的下面。這樣做可以減少設(shè)備的體積，也便于在運(yùn)輸過(guò)程中方便，所以將電機(jī)安放在支架下面，與支架相連接。
在滿足使用要求的前提下,機(jī)器的結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡(jiǎn)單,工藝性好,容易制造和裝配,維修方便等.機(jī)器的系列化、零部件的通用化和標(biāo)準(zhǔn)化，對(duì)機(jī)床的結(jié)構(gòu)、制造與維修有直接的影響。機(jī)床的系列化可以用最少的平中滿足各種不同的需要，又可使同類型機(jī)床結(jié)構(gòu)典型化，以減少設(shè)計(jì)的勞動(dòng)量。部件的通用化和零件的標(biāo)準(zhǔn)化既可縮短新機(jī)床的設(shè)計(jì)周期和制造成本。通用化和標(biāo)準(zhǔn)化程度的提高，使得使用方容易買(mǎi)到易損件，維修時(shí)就可以不制造或少制造備件。
其安裝的位置如下：
2、傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)
由于此產(chǎn)品需要高速的切削，要求工作效率比較高。也就是說(shuō)在瞬間就可以完成所有的工作，因此在所有傳動(dòng)部分要求盡量的短 。在傳動(dòng)部分的采用一對(duì)齒數(shù)相同的齒輪，有電機(jī)直接到主軸上。
由于盡可能的將設(shè)備做的比較小，符合在一般比較小的廠礦，所以在電機(jī)的安裝應(yīng)該裝在箱體上，同時(shí)也便于在運(yùn)輸過(guò)程中方便。由于齒輪本身承載力，而且工作環(huán)境也是不太惡劣。所以在齒輪的選材上一般的45鋼就行。
3、主軸的選擇和校荷
作為本次設(shè)計(jì)中受力最大的部件，不僅承受來(lái)自砂帶的張緊力，還有本身的重力，同時(shí)還有來(lái)自刀具的向下壓力。所以在主軸的選擇上應(yīng)采用一根實(shí)心軸。由于一般的材料不能保證在落刀的壓力下，且在堅(jiān)硬的刀具面前不受到損壞，所以要選用超硬材料，但同時(shí)如果整體的材料采用超硬材料，必將把成本隨之提上去，由于在本身設(shè)計(jì)是沒(méi)有那么多的經(jīng)費(fèi)的，所以只好采用在一根普通的軸外面包一層特殊的材料做成的耐磨套，以保證在設(shè)備進(jìn)行切割的過(guò)程中不受到太大磨損。故主軸的材料為普通的45鋼，而耐磨套的材料則為低碳鋼。由于要保證耐磨套和主軸的同軸度，同時(shí)也要有一定的承載能力，所以在耐磨套的制作過(guò)程是比較麻煩的，除了正常的熱處理外，在最后還應(yīng)該有一次滲碳處理，以保證在工作過(guò)程有足夠的硬度才行。同時(shí)由于有配合精度和同軸度的要求，所以在制作時(shí)并不是采用整體式，而是分成幾段制作。這樣保證加工比較容易，同時(shí)也為在耐磨套和主軸配合時(shí)，便于裝夾。
主軸本身要求承載一定的力，所以要求有一定的剛度。
根據(jù)相關(guān)設(shè)備的數(shù)據(jù)知道，此次設(shè)計(jì)中應(yīng)該采用直徑為65mm的，而耐磨套本身則采用外徑為90mm的比較合適。
刀具、耐磨套的選擇及安裝：
由于砂帶上面的砂粒，硬度很高，一般的刀具對(duì)于它沒(méi)有什么用，而且非常容易磨損，所以在刀具的選擇上采用一種特殊的材料制成。如果用這種材料制成刀具，會(huì)使成本成倍增長(zhǎng)。所以在設(shè)計(jì)刀具時(shí)，采用在刀具的表面鑲上一層硬質(zhì)合金材料。在刀具總體設(shè)計(jì)時(shí)，我們考慮由于砂帶的寬度不一樣，同時(shí)再考慮裝卸方便的同時(shí)，我們只將刀片鑲嵌在隔套之間。砂帶的寬度要求是10—650mm之間，所以在制做隔套時(shí)，并不是每一個(gè)尺寸都要求做出來(lái)。我們采用一系列的不同尺寸的隔套，在不同尺寸要求，只許將其組合而成。
選擇耐磨套時(shí)考慮到刀具的作用，其硬度要比刀具的高；不然會(huì)發(fā)生刀具把耐磨套切割的事情，并影響加工。因?yàn)槿绻湍ヌ咨嫌斜磺懈畹挠∮洠ㄐ喜郏┚陀袝?huì)使刀具切不下工件，而是把工件積壓到溝槽當(dāng)中。故耐磨套的材料為滲碳鋼。其個(gè)數(shù)由刀具的個(gè)數(shù)和加工的具體情況決定。
下圖為刀具的安裝圖：
其各個(gè)部分的作用如下：
刀具起切割作用；
隔套是用來(lái)決定分條的寬度，用各個(gè)不同尺寸的隔套隔出不同的工件加工尺寸，使加工的范圍擴(kuò)大；
軸承是支持刀具的轉(zhuǎn)動(dòng)，使刀具的轉(zhuǎn)動(dòng)更順利；刀具的轉(zhuǎn)動(dòng)是在落刀壓力的作用下跟著主軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，是被動(dòng)的；
鎖緊螺母是用來(lái)壓緊隔套的，這樣作的目的是為了使刀具不會(huì)在落刀壓力下產(chǎn)生竄動(dòng)；
裝刀軸是用來(lái)裝刀具的；
支撐軸是用來(lái)支撐其他部分的，使其不會(huì)掉下。
耐磨套的安裝圖如下：
其各個(gè)部分的作用：
擋圈是起耐磨套的定位作用；
耐磨套是起保護(hù)主軸、輔助加工的作用；
壓緊板是起緊固耐磨套的位置的作用；
主動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)刀具及工件運(yùn)動(dòng)完成加工。
刀具和耐磨套的配合，即實(shí)現(xiàn)了切割砂帶的工作，使刀具和主軸的磨損減小到最小，而且大大降低了成本。
軸承的選擇：
由于該設(shè)備在工作過(guò)程，并沒(méi)有太大的沖擊力，同時(shí)也沒(méi)有軸向力，所以在軸承的選擇上采用根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇。又由于機(jī)床易裝拆，維修方便，因此選用的軸承是一般的深溝球軸承。當(dāng)軸承壽命結(jié)束時(shí)，換一下就可以，成本不會(huì)太高，又不會(huì)影響加工。
其選用的軸承型號(hào)如下：
主軸軸承型號(hào) 6007
刀具軸承型號(hào) 6250
氣缸的選擇
本次設(shè)計(jì)中的刀具抬起和落下，以及砂帶的張緊都是自動(dòng)完成。而實(shí)現(xiàn)這個(gè)動(dòng)作的用的是汽缸。由于在切削的過(guò)程中，只是很短時(shí)間內(nèi)完成的，同時(shí)在減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度的前提下。實(shí)現(xiàn)高的勞動(dòng)效率。
由于落刀的壓力和張緊力都是已知的，因此可以算出所需要汽缸的內(nèi)徑，并通汽缸標(biāo)準(zhǔn)就找到能所需要的汽缸。
控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)：
本次設(shè)計(jì)所采用的是電氣控制系統(tǒng)，所采用的電器有接觸器、電壓、電流繼電器、時(shí)間繼電器等。由于接觸器可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，所以用來(lái)控制電機(jī)；電壓、電流繼電器的作用是用來(lái)保護(hù)電路的安全，當(dāng)電壓或電流不在安全使用范圍時(shí)能夠迅速將電路切斷，又能在電壓或電流穩(wěn)定是自動(dòng)接通電路。
時(shí)間繼電器的作用是對(duì)電機(jī)的起動(dòng)、反接制動(dòng)，進(jìn)行延時(shí)控制；及對(duì)兩個(gè)加工循環(huán)之間實(shí)現(xiàn)延時(shí)控制。這樣就可以實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化加工，就是在工人按下開(kāi)始按鈕后，工人只需要裝卸工件其他的就由機(jī)床自己解決。它的優(yōu)點(diǎn)是能降低工人操作復(fù)雜程度，減少誤操作，提高工作效率。
裁斷機(jī)的動(dòng)作過(guò)程為：
按下開(kāi)始按鈕 張緊汽缸開(kāi)始工作（到位后）
電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)
切割砂帶 刀具抬起
刀具落下
電機(jī)停轉(zhuǎn) 張緊汽缸放松 裝卸工件
三、方案總結(jié)：
設(shè)計(jì)立式裁斷機(jī)這種機(jī)械裝置的目的是為了提高加工的效率，減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)加工成本的降低。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們采取了機(jī)電一體化的綜合設(shè)計(jì)，即設(shè)計(jì)不僅包含機(jī)械部分，還有電路部分，綜合考慮了機(jī)電的結(jié)合。
本次設(shè)計(jì)主要是運(yùn)用機(jī)械切割原理、氣動(dòng)原理、機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、刀具的設(shè)計(jì)及電氣控制等知識(shí)。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，還用到了零件的加工工藝，機(jī)構(gòu)的裝配工藝。本次設(shè)計(jì)涉及得知識(shí)范圍廣泛，包含了，機(jī)械制造、電氣控制、氣壓傳動(dòng)等機(jī)電一體化知識(shí)。