飾面石材板線切割機設計

1、濟南大學畢業(yè)設計- -丄、八1前言隨著世界上建筑業(yè)及裝飾業(yè)的發(fā)展，石材已成為世界性建筑材料。而建筑裝修使 用的飾面石材主要是有大理石和花崗石兩大類。 將飾面石材加工成建筑裝飾板材，其 主要的加工工序包括鋸切，研磨、拋光、切割成成品板材，修邊倒角開槽。其中最為 關鍵的是鋸切工序，它決定著產品的質量與產量，因此必須選擇合適的加工方法和加 工設備。大理石和花崗石用作室內外飾面裝飾效果好、耐久，但造價高，因而多用于公 共建筑和裝飾等級要求較高的工程中。 但近年來，隨著生活水平的提高，人們對自身 的生活環(huán)境的美學觀念也在不斷地更新，大理石和花崗石也越來越多地出現在家居裝 飾裝修中。對這些石材的需求不斷增

2、長，從而大大促進了相關加工技術裝備的研究與 發(fā)展，特別是鋸切技術。最近幾年來，石材制品不斷向高檔化、異型化、藝術化方向發(fā)展，石材行業(yè)迫切 需要開發(fā)相應的多功能、高效率、自動化的石材加工裝備，同時要求設備的功能部件 可以具有互換性，以滿足用戶個性化、多樣化的需求。目前，就國內應用的設備來說，依其所使用的刀具不同，大致有以下幾種：砂鋸、 金剛石框架鋸、金剛石圓片鋸、金剛石帶鋸、金剛石串珠鋸、激光切割、高壓水射流、 線切割等。世界領先的石材加工技術以意大利、美國、德國等國的石材數控加工中心為代表， 但因其高昂的價格阻礙了我國石材業(yè)的大力推廣， 因此我們要寄望于國產數控技術的 長足進步，近年來我國石材

3、機械的發(fā)展異常迅猛， 以電腦智能化為基礎的設備開發(fā)及 數控技術成長也很快，一批石材企業(yè)注重技術研發(fā)和產品創(chuàng)新， 在吸收、消化國外先 進技術的基礎上進一步提升了國產石材機械的加工制造水平，具備了很強的競爭力。 在我國國民經濟和人民生活水平不斷提高的同時， 裝飾石材在建筑裝修中的使用量也 大幅增加，由于我國石材加工機械的起步較晚，同時面臨著機遇和挑戰(zhàn)，如何研究、 開發(fā)、設計出具有自主知識產權而且符合中國國情的加工機械已成為一項緊迫的任 務，在面臨前所未有的機遇的同時，我們不得不承認在許多技術上與發(fā)達國家相比還 存在一定的差距，所以我們要努力為我國的石材加工業(yè)做出應有的貢獻。限于作者的水平，時間有限

4、，本設計中難免出現錯誤與不妥之處， 懇請各位老師 批評指正。2 石材加工機械的發(fā)展歷史及趨勢2.1石材加工設備概述石材加工裝備是石材加工的基礎和核心。 從石材加工發(fā)展歷史可以看出，隨著加 工裝備的發(fā)展和進步，石材產品的質量和加工自動化水平也得到不斷的提高。 石材加 工從簡單的平面加工向立體加工發(fā)展， 從手工加工向機械化、自動化、數控化方向發(fā) 展，從單件生產向流水線、柔性系統(tǒng)方向發(fā)展 。石材加工歷史悠久，從人類文明歷史以來就有石材加工， 但最初的加工都是手工 完成的。直到石材機械發(fā)明以后，人們才從繁重的石材加工勞動中解脫出來。石材毛板加工最初采用擺式砂鋸，鋸機框架采用繩索吊掛，進給系統(tǒng)靠重力配重

5、完成。鋸條 張緊機構也是靠楔形塊張緊。加工工藝比較簡單，產品單一，勞動強度大，質量較差。隨著加工裝備和加工刀具的發(fā)展， 石材切割機械也得到了很大的改進，例如金剛 石框架鋸機用來對大理石荒料進行毛板加工其進給機構和張緊機構采用液壓式，鋸框采用平移式?；◢弾r框架鋸采用同步絲杠進給機構， 加砂系統(tǒng)采用自動混料噴砂及噴 水系統(tǒng)，加工效率和加工質量得到了大大提高。伴隨著新的加工設備的出現，石材的 加工方式從過去單一的框架鋸向多元化方向發(fā)展，相繼出現了圓盤鋸機、帶鋸機、金 剛石串珠繩鋸機。石材加工裝備隨著新技術的發(fā)展而得到不斷發(fā)展，石材加工也從傳 統(tǒng)的板材加工轉向異型石材，隨之出現了圓弧切板機、圓弧磨板機

6、、石線切割機、數 控切割機等一系列異型石材加工設備2。隨之而來的輔助設備也從單一機械裝置向數 控化和智能化方向發(fā)展。2.2石材加工技術的發(fā)展隨著計算機軟硬件的快速發(fā)展，近年來石材加工設備發(fā)展很快。新設備不斷涌現， 如花崗石排鋸，由原來的3mx 3.5m發(fā)展到現在的4.5mX 6.9m,花崗巖連續(xù)磨機的性 能也有進一步提高。另外，值得注意的是由于投入及生產效率的不同，同類設備在售價上也有很大的差別，有的甚至相差30%以上，因此應根據自身的條件選擇合適的加 工設備，以實現效益最大化。而異型石材加工設備的出現預示著石材加工產品將出現 繁花似錦的可能性，這些異型石材加工設備包括：直邊異型加工機、曲線異

7、型加工機、 曲面異型加工機、金剛石繩鋸、程控雕刻設備、新型數控加工等。這些設備都代表著 當今世界石材加工的先進水平，使石材產品在裝飾上得到了廣泛應用。 同時，建筑裝 飾業(yè)發(fā)展也促進了石材設備的更新換代。石材加工設備目前已廣泛的采用了先進的計算機技術， 目前已研制出車削加工中 心、銑削加工中心，使石材加工裝備向自動化和數控化方向發(fā)展， 操作更加方便靈活。 很多加工設備都集車、銑、磨、雕刻、鉆等功能于一體，設備的綜合加工能力大幅提高，生產設備的利用率也提高不少。另外，石材加工設備也朝著高精度、自動化方向 發(fā)展，總體裝配精度、自動化程度必將迎來新的發(fā)展時代4 02.3石材加工工具簡介目前就國內應用的

8、石材加工設備來說，依所使用的刀具的不同5，大致有以下幾種：砂鋸、金剛石框架鋸、金剛石圓片鋸、金剛石帶鋸、串珠（繩）鋸等，下面分別 介紹：2.3.1 砂鋸砂鋸是加工花崗巖的傳統(tǒng)設備5，它使用的刀具是鋸條和砂料。砂鋸具有自己獨 特的鋸切機理，屬機械磨損作用，在工作中磨料、石材、鋸條三者之間作相對運動， 鋸條通過磨料對石材施加作用力，磨料在鋸條和石材之間做相對滑動或滾動，以實現且割石材。砂鋸按其結構形式主要分為四大類：（1）大型擺式砂鋸（2）螺桿擺式砂鋸（3）大型 平移砂鋸（4）大型平擺砂鋸，其中發(fā)展比較完善的是大型平擺砂鋸技術，也是國內切 割花崗巖材板的主要設備。2.3.2金剛石框架鋸金鋼石框架鋸

9、也稱多鋸條金崗石大鋸， 所使用的刀具是金剛石鋸條，工作時由偏 心輪帶動鋸框做往復運動，荒料車帶動石料相對鋸條做進給運動 。該鋸是加工石材 大板的有效設備，主要用于大理石荒料的鋸割，尤其適用于中硬度及軟的大理石鋸割。它的主要優(yōu)點：（1）切割速度快，生產量高，一般比砂鋸高三倍以上，且需要設 備臺數少，節(jié)省設備投資于廠房面積（2）鋸割質量好，毛板合格率高（3）節(jié)省勞動力和鋼材，大大改善了勞動條件，在大理石大板生產線中有逐步取代砂鋸的趨勢。2.3.3金剛石圓片鋸圓盤鋸直接對礦體進行鋸縫呈正交排列或平行鋸縫的垂直面切割，采用人工打楔劈裂分離石料的水平面，是一種半機械式開采方法 。如果使用串珠鋸將石料底面

10、從 礦體上鋸切分離，仍使用圓盤鋸分離切割石料的垂直面， 可以獲得平整的石料分離水 平面，是一種全鋸切開采花崗石的方法。 采用人工分離劈裂性好的花崗石礦體，水平面的不平整度最大可達30cm或更大；而串珠鋸切割水平面的平整度與石材劈裂性好 壞無關，只與鋸切面積小于有關，鋸切水平面的平整度一般小于10cmo總之圓盤鋸是目前開米花崗石的各種方法中開米成本最低的方法。2.2.4金剛石帶鋸該種設備所使用的鋸切工具是金剛石帶狀鋸條，一般由金剛石結塊焊接或鑲嵌 在鋼帶上制成。與框架鋸和圓片鋸相比，帶鋸有顯著的優(yōu)點：鋸切速度快、切割厚 度可調節(jié)范圍大、生產靈活性好、成材率高、精度高、噪音低。缺點：對鋸條要求高，

11、 需要大量的冷卻液。235金剛石串珠鋸串珠鋸包括石材開采用串珠鋸，荒料整形用串珠鋸、板材加工用單繩和多繩串珠 鋸，以及異型加工用串珠鋸9。經過幾十年的發(fā)展，串珠鋸機不斷改進，串珠鋸的結 構形式、技術性能基本穩(wěn)定，并形成了目前廣泛使用的結構和控制模式。 其主要特點 是便于自動化操作、控制。以上簡要介紹了目前國內常用的幾種石材切割工具。 現在還出現了集切割、研磨、 修邊、拋光工藝于一體的大理石、花崗石標準工程板和薄板生產線， 這表明我國石材 加工業(yè)的發(fā)展的確有了長足的進步。但同時我們也應該看到與歐洲發(fā)達國家之間的差 距，因此要我們著眼于未來，積極進取，努力開拓，研制出具有更高水平的新型現代 化的石

12、材加工設備，增強我國在國際石材設備市場上的競爭力和影響力。3對本次設計任務的分析3.1設計內容根據國內外發(fā)展現狀和趨勢，對于高精尖線切割機床的設計要求一般是自動化程 度高，加工柔度好，加工效率高等優(yōu)點。本次設計的課題是提供一種能夠整體切割較 復雜的圖案、自動化程度較高、加工精度較好、生產效率較高、產品裝飾的效果良好 的異形石料板自動切割機械。本次設計的主要機構裝置包括機架、弓形架、工作臺、 傳動系統(tǒng)及控制系統(tǒng)。本設計需要能夠實現雙向進給運動的工作臺， 以及能夠實現直線往復運動的鋼絲 切割機構。弓形架上張緊著切割鋼絲并作快速的往復運動， 切割鋼絲表面鍍有金剛砂， 工作臺可按設定的方向作縱橫兩個方

13、向的自動進給運動，從而實現在工件上切割出設 定的圖案。3.2設計要求3.2.1 基本要求本次設計的一種裝飾用異形石材板線切割機， 適用于石材等硬脆非金屬材料的曲 線切割、小型塊材和異型材料特殊切割，可以將大理石或花崗石等板材自動切割成各 種需要的圖案，如各種大理石/花崗巖弧形板、截面曲線，也可以制作工藝品、藝術 字、石材拼花等各種復雜的造型。此外要求本設計結構簡單、緊湊、體積小，噪聲低, 切割速度快，操作簡便、安全，易于維護等特點。3.2.2設計數據本次設計的線切割機最大加工板材尺寸為：400 250mm2。切割速度控制在510mm/min，快速進給運動速度也可以達到 12mm/min。加工誤

14、差小于等于 0.02mm。4總體方案設計本次設計的課題是提供一種異形石材板的自動切割機械，能夠整體切割較復雜的 圖案，自動化程度較高，加工精度較好，生產效率較高，加工出的成品裝飾效果好。 設計內容主要包括機架、弓形架、工作臺、傳動系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等組成。需要設計能 夠實現雙向進給運動的工作臺，以及能夠實現往復直線運動的鋼絲切割機構。弓形架上張緊著切割鋼絲并作快速的往復運動， 切割鋼絲表面鍍有金剛砂，工作臺可按設定 的方向作縱橫兩個方向的自動進給運動，從而實現在工件上切割出設定的圖案?？傮w方案的設計是如何實現刀具與工件兩個互相垂直的運動和直線往復運動，比較而言，弓形架帶動鋼絲來完成直線往復運動更為

15、合理，那么應當由工作臺來獨自實現兩個方向的運動。故工作臺的設計有以下兩種方案：只有一層工作臺來夾持工件，采用兩個進給機構推動完成兩個方向的運動，如圖4.1：1進給機構1,實現x軸的進給運動 2進給機構2實現y軸方向的進給運3工作臺 4滑塊 5工件采用雙層導軌，每層導軌分別承擔一個方向的運動，如圖4.2：圖4.2進給機構方案21中層導軌板2工作臺3下層導軌板4x方向進給機構 5工件6 y方向進給機構此外，直線往復運動有2種選擇，1是用凸輪機構來實現，2是用曲柄連桿機構 來實現；導軌的結構類型主要有3種，滑動導軌、靜壓導軌、滾動導軌。對比以上兩個設計方案后，第二方案實現起來相對容易，現將方案總體的

16、設計機構作如4.3圖所示：圖4.3總體進給機構方案1工作臺 2中層導軌板 3下層導軌板 4切割鋼絲 5機架 6弓形架其工作原理為：弓形架帶動鋼絲做直線往復運動，三個重疊放置的平板代表一個 簡單的雙層導軌，可使工作臺同時完成兩個相互垂直方向的運動， 而弓形架不再做平 移運動，這樣就完成了總體方案的設計。很顯然，本設計提供了一種全新的實用型石材加工機械， 能夠將板狀石材自動切 割成復雜圖案。相對于其它的異形石材加工機械，它具有明顯的優(yōu)點，而且由以上描 述看出它在技術上也是可行的。5機構方案設計5.1導軌的設計導軌的功用是承受載荷和導向10。它能承受安裝在導軌上的運動部件及工件的質 量和切削力，運動

17、部件可以沿導軌運動。運動的導軌稱為動導軌，不動的導軌稱為靜 導軌或支撐導軌。動導軌相對于靜導軌座直線運動或回轉運動。5.1.1導軌設計應滿足的主要技術要求（1）導向精度 導向精度是導軌副在空載荷或切削條件下運動時實際運動軌跡與給 定運動軌跡之間的偏差。影響導向精度的因素很多，如導軌的幾何精度和接觸精度， 導軌的結構形式，導軌和支撐件的剛度熱變形，導軌的油膜厚度和油膜剛度等等。（2）承載能力大，剛度好 根據導軌承受載荷的性質、方向和大小，合理選擇導軌的 截面形狀和尺寸，使導軌具有足夠的剛度，以保證機床的加工精度。（3） 精度保持性好精度保持性主要是由導軌的耐磨性決定的，常見的磨損形式有磨 料磨損

18、、粘著磨損或咬焊、接觸疲勞磨損等。影響耐磨性的因素有導軌材料、載荷狀況、摩擦性質、工藝方法、潤滑和防護條件等。（4）低速平穩(wěn)性 當導軌座低速運動或微量進給時， 應保證運動始終平穩(wěn)，不出現爬 行現象。5.1.2導軌類型的選擇導軌副按照導軌面的摩擦性質可分為滑動導軌副和滾動導軌副，滑動導軌又可分為普通滑動導軌和靜壓導軌等。它們各有優(yōu)缺點，現介紹如下：（1）滑動導軌 滑動導軌結構簡單、制造方便、抗震性能好 ；缺點是磨損較快，為 了提高耐磨性，國內外廣泛采用塑料導軌和鑲鋼導軌。 塑料導軌是用噴涂法或粘結法 將塑料覆蓋在導軌面上。（2）滾動導軌 與滑動導軌相比，滾動導軌摩擦因數小，動靜摩擦因數都很接近，

19、因 此摩擦力小，啟動輕便，運動靈敏，不易爬行；磨損小，精度保持性好，壽命長，具 有較高的重復定位精度，運動平穩(wěn)；可以采用油脂潤滑，且潤滑系統(tǒng)簡單。但是抗震 性差，需要預緊裝置，結構復雜，加工難度大，成本較高。（3）靜壓導軌 靜壓導軌摩擦因數小，在設備啟動和停止時沒有磨損，效率高，精 保持性好，精度高，抗震性能好，低速運動平穩(wěn)，防爬行性能良好。但是結構復雜， 需要一套專門的液壓系統(tǒng)，維修、調整比較麻煩，成本較高，故多用于精密和高精度 或低速運動機床中。通過以上論述，由于滾動導軌抗震性能較差、成本較高，而靜壓導軌結構復雜， 需要安裝一套專門的液壓設備，且維護、潤滑麻煩，可以看出本設計不宜采用此二種

20、方案，因此最合適的導軌系統(tǒng)是貼塑滑動導軌。5.1.3導軌結構直線運動導軌的截面形式主要有四種：矩形、三角形、圓柱形和燕尾形，并可相 互組合，每種導軌副之中還有凸凹之分。由于本設計的工作臺較寬，因此兩層導軌都采用雙層導軌的結構形式， 而雙導軌 的結構類型也很多，有雙三角形導軌、雙矩形導軌、矩形和三角形組合、矩形和燕尾 形組合：雙三角形不需要鑲條調整間隙，接觸剛度好，導向精度高，精度保持性好，但工 藝性差，加工、檢修不方便。雙矩形導軌承載能力大，制造簡單，但需要鑲條調整間隙。矩形和三角形組合導軌導向性好、剛度高、制造方便，應用廣泛。矩形和燕尾形組合導軌能夠承受較大力矩，調整方便，但多用于立柱、搖臂

21、橫梁導軌中。將以上組合方式加以比較后，可以看出矩形和三角形組合導軌具有較明顯的優(yōu) 勢，故因此本設計采用此結構形式。(1)工作臺的結構如圖5.1：圖5.1工作臺說明：工作臺表面上設有螺孔以便于安裝夾具；中間的方框標示了本機器的最大加工范圍，即400 250mm2。(2)中層導軌的結構，如圖5.2：圖5.2中層導軌板說明：導軌板的上下表面都設有導軌，上導軌與工作臺的導軌配合，下導軌與下層 導軌板上的導軌來配合；為了安裝步進電機導軌板右端部設有四個螺孔；為了能使鋼絲和導軌板的運動不發(fā)生相互干擾在導軌板的中部開設了縫隙，使導軌板與鋼絲始終保持距離。下層導軌板的結構，如圖5-3：圖5.3下層導軌板說明：

22、上端部四個螺孔是用于安裝步進電機，靠緊中部的四個螺孔用來安裝軸承座的。小結：工作臺在中層導軌板上滑移的距離為 400mm；中層導軌板可在下層導軌板上滑移的距離為 250mm；下層導軌板固定于機架；上層導軌板即工作臺上開的窗與中層導軌板上的縫隙及下層導 軌板開的孔是相互呼應的，可保證導軌板與鋼絲不發(fā)生干涉。5.2進給系統(tǒng)的設計5.2.1概述進給傳動系統(tǒng)的精度、靈敏度、穩(wěn)定性直接影響機床的定位精度和輪廓加工精度。不同類型的機床實現進給運動的傳動類型也不同。根據加工對象、成形運動、進給精度、運動平穩(wěn)性及生產率等因素的要求，主要有機械進給傳動、液壓進給傳動系統(tǒng)、 電氣伺服進給傳動系統(tǒng)等。機械進給系統(tǒng)結

23、構復雜，制造及裝配工作量較大，工作可 靠便于檢查和維修，機床上應用較多。電器伺服系統(tǒng)是數控裝置和機床之間的聯系環(huán) 節(jié)，它接收來自數控裝置發(fā)出的進給脈沖， 經變換和放大后驅動工作臺按規(guī)定的速度 和距離移動。在現代機床上，實現直線進給運動主要有三種形式：（1）通過絲杠螺母副；（2）通過蝸輪蝸桿副；（3）采用直線電動機。由于蝸輪蝸桿副結構復雜，體積很大，而直線電機的效率和功率因數較低，對驅 動器的要求較高，絲杠螺母副機構則沒有這些缺點，而且絲杠螺母副機構結構簡單、 加工方便、制造成本低、具有自鎖功能，故選擇第一種進給形式。由于該機器采用的 是雙進給機構，每根絲杠有兩個軸承來支撐，采用一端固定一端浮動

24、的布置方式， 兩 均端安裝給推力軸承。絲杠螺母副安裝在工作臺和中層導軌板上， 絲杠做螺旋運動而 螺母作軸向直線運動。5.2.2進給機構的結構圖5.4進給機構結構簡圖1軸承座 2絲杠 3軸承座 4錐銷聯軸器 5步進電機說明：錯誤！未找到引用源。絲杠采用梯形絲杠，取螺距L=4mm公稱直徑d=30mm； 錯誤！未找到引用源。為了保證傳動精度，選用剛性錐銷聯軸器；錯誤！未找到引用源。絲杠兩端采用軸承座支撐，選用的是一對背靠背的向心 推力球軸承。5.3弓形架往復直線運動系統(tǒng)的設計實現往復直線運動的機構有兩種：（1）采用曲柄連桿機構，（2）采用凸輪機構； 由于凸輪機構較復雜，且不易實現長距離往復運動，因此

25、選擇曲柄連桿機構，并對其 進行適當的改進，即采用偏心輪代替曲柄，弓形架替代滑塊。弓形架作往復直線運動的導軌選用的是圓柱導軌， 為了保持弓形架不發(fā)生偏轉采 用了兩條相互平行的圓柱導軌，這里有兩種選擇： （1）由滑動圓柱承擔（2）由滑套 承擔。二者的結構如圖5-5和圖5-6：圖5.5圖5.61滑動圓柱2固定滑套3連桿4偏心輪1滑套2固定圓柱3連桿4偏心輪結論：如果要實現相同的行程圖5-6所示結構的尺寸要比圖5-5的高出很多，所用的材 料也較多，系統(tǒng)穩(wěn)定性較差，因此本設計采用了圖5-5的方案。為了滿足運動速度的 調整采用了帶輪減速機構，此外，帶輪機構還可以保護伺服電機。5.4懸臂梁的形狀結構圖5.7

26、懸臂梁說明：右端部六個通孔用來與搭接梁相連接；左端部四個通孔是用來連接夾緊裝置；為了增加剛度懸臂梁設計成槽形；下懸臂梁與上懸臂梁在結構上相似，只是尺寸稍微有些差別5.5上搭接梁的形狀結構二斗說明：為了連接滑動圓柱左右兩端開設了通孔，中部六個通孔是用來安裝懸臂梁5.6下搭接梁的形狀結構圖5.9下搭接梁說明：左右兩端的通孔與滑動圓柱相連接; 中心兩側六通孔為了連接懸臂梁； 側壁中部的小孔用來安放小軸。5.7滑動圓柱的結構形狀圖 5.10說明：為了提高滑動圓柱定位精度兩端做成臺階，同時兩端都用螺栓來與上下搭接 梁相連接。6重要零部件的設計計算6.1 V帶傳動的設計計算6.1.1設計要求傳遞功率1.2

27、kw，減速比1:4,沖擊載荷較大，小帶輪轉速1440r/min，中心距約500mm。6.1.2設計步驟(1)確定計算功率查機械設計11表8.7,得工況系數kA =1.2則(2)選取V帶型號Ra =kA P =1.2 1.2=1.44kw(6.1)根據計算功率Pea =1.44kw和小帶輪的轉度n =1440r/min，由機械設計圖8.11查得V帶型號為Z型帶。(3)確定帶輪的基準直徑并驗算帶速根據V帶型號從普通V帶基準直徑系列中選取小帶輪的基準直徑dd1 = 71mm，驗算帶速兀dd1jt X7V1440v =60 1000 60 1000=5.35m /s(6.2)則大帶輪直徑故取 dd2

28、= 280mm因為5m/ s豈v遼25m/ s，故帶速合適;dd2 二 i dd1 = 4 71 二 284mm(6.3)(4)確定V帶中心距a和基準長度Ld錯誤！未找到引用源。 根據式0.7(dd1 dd2) -玄一 2(dd1 dd2)初定中心距,0.7(284 71)乞 a。乞 2(284 71)(6.4)初選 a -500mm錯誤！未找到引用源。根據式Ld0EG1 32(dd 2 -ddj4ao(6.5)計算所需的基準長度:Ld0(6.6):2 500 (71 280) -2131580 mm24 疋 500故選取V帶的基準長度為Ld = 1600mm，則中心距：(5)驗算小帶輪上的包

29、角宀.=180故包角合適。二 500 1600 一158mm 二 510mm(6.7)“cy山add2-dd1 - =180； - 284 -71：156一90a510(6.8)(6)計算V帶的根數Z計算單根V帶的額定功率Pr由dd1二71mm和n =1440r /min，查機械設計得 R二0.287kw，根據m=1440r/min，i =4和Z型V帶由機械設計，查得 P =0.03kw，包角系數 匕=0.93，工況系數kL =1.16，于是P = P0F0 k：. kL 二 0.287 0.03 0.93 1.16 =0.342kw計算V帶根數Z巳 1.44Z二4.21Pr0.342(6.9

30、)(6.10)取整數Z = 5(7)計算單根V帶的最小初拉力n =500 晝于 q宀 5002.5-0.931.440.93 5 5.350.06 5.352 =47.16N(6.11)(8)計算壓軸力壓軸力的最小值為a156Fpmin =2zF0minSin 2 5 47.16 sin461.2N(6.12)2 26.2圓柱螺旋彈簧的設計計算彈簧是一種彈性元件，它可以在載荷作用下產生較大的彈性變形13。本線切割機使用的圓柱螺旋壓縮彈簧主要作用是減緩弓形架直線往復運動帶來的沖 擊載荷振動，此外，它們也起到儲蓄一定能量的作用。6.2.1已知條件本機工作在一般載荷下，彈簧中徑 D =50m m,外

31、徑D 65m m,當壓縮變形量、=15mm時，F80N ;當壓縮變形量2 = 120mm時，F2 = 520mm。6.2.2設計計算(1)計算許用切應力因為彈簧工作在一般載荷下，因此按第川類彈簧來設計14，選用C級碳素鋼彈簧絲，根據D2 - D = 65-50 = 15mm，估取簧絲直徑：d = 5mm，取彈簧絲拉伸強度極限二b =1500MPa，則彈簧絲需用切應-0.8 0.5 1500 = 600MPa(2)計算簧絲直徑現選取旋繞比C = 9，貝, 4C -10.615k =4C 一4 C350.615328二 1.166(6.13)根據式= 1.6520 1.166 9V 600=4.8

32、3mm(6.14)改取 d = 4.8mm查機械設計得二B不變，故不變，取D = 50mm，C = 50 =10.42，4.8計算得:“J .型4C -4 C= 1.155(6.15)d -1.6520 1J55 9 = 5.12mm600(6.16)該值與估計值近似，故取簧絲直徑 d =5.5m m,此時，D =50mm為標準值則：(6.17)D? = D d = 50 5.5 二 55.5mm符合要求。(3) 計算彈簧圈數由kF=g得，彈簧剛度善.你，選取切變模量G =80000MPa 。a則彈簧圈數Gd48D3kp8000.17.478 503 4.19(6.18)4 19 取 n =1

33、8，此時 kF =17.474.0618驗算彈簧初拉力F0 = R -kF 廠 80-4.06 15 = 19.1N(6.19)初應力極限工作應力= 1.155 8 19.1 350 = 16.9MPaE5.53(6.20)極限工作載荷lim =0.56二 B =0.56 1500 = 840MPa(6.21)Fam二 dJm8Dk3二 5.58408 50 1.155=949.8 N(6.22)6.3步進電機的選擇與計算步進電機是一種能將數字輸入脈沖轉換成旋轉或直線增量運動的電磁執(zhí)行元件。 每輸入一個脈沖電機轉軸步進一個步距角增量。 步進電機總的回轉角與輸入脈沖數成 正比例，相應的轉速取決于

34、輸入脈沖頻率。步進電機具有慣量低、定位精度高、無累 積誤差、控制簡單等特點，是機電一體化產品中關鍵部件之一， 通常被用作定位控制 和定速控制15 O6.3.1設計要求工作臺的脈沖當量=0.005mm/s，絲杠的導程L0=4mm，初選步進電機的步進 角=0.75，得減速比：i =(： Lo)/(36O、)=(0.75 4)/(360 0.005) = 30/18(6.23)6.3.2設計過程(1)計算加在步進電機轉軸上的總轉動慣量已知：絲杠的公稱直徑d0 =32mm，總長丨=638mm，導程L0 =4mm，材料密度 7.8 10kg/cm3 ；移動部件總重力G =1000 N ；小齒輪度d =

35、20mm，直徑 d36mm；大齒輪度b2 =20mm，直徑d2 =60mm ;轉動比i =30/18。初選步進電動 機型號為110BF004,三相六拍，驅動時步距角0.75。絲杠的轉動慣量Js二0.62kg.cm2 ；移動部件折算到絲杠上的轉動慣量Jw =0.23kg.cm2 ；小齒輪的轉動慣量J1 =0. 2 kg c2m；大齒輪的轉動慣量 2J2 二 4.9kg.cm 。步進電動機轉子的轉動慣量 JM =4kg.cm2。則加在步進電動機轉軸上的總轉動慣量為：J=JM+J1+ Z1 J2+Js + Jw4.34kg cm(6.24)lZ2(2)電機力矩計算由于機床在不同的工況下所需的轉矩不同

36、，所以分快速空載起動和承受最大工作負載兩種情況進行計算：1)快速空載起動力矩M q在此階段加速力矩所占的比例較大，具體計算如下：Mq = Mamax M f M。(6.25)M amax 快速空載起動時折算到電動機轉軸上的最大加速力矩；M f 移動部件運動時折算到電動機轉軸上的摩擦力矩；Mo 絲杠預緊后折算到電動機轉軸上的附加摩擦轉矩。因為滾珠絲杠副的傳動效率很高，M0相對于M f和Mamax很小，可以忽略不計,考慮傳動鏈的總效率，計算快速空載起動時折算到電動機轉軸的最大加速轉矩：2：Jnmax1M amax(6.26)60ta式中nmax 最大快速進給速度，單位為r/min ；ta 步進電動

37、機由靜止到加速到n轉速所需的時間，單位為s。其中:n maxvmax360式中- max 空載最快移動速度，任務書指定為12mm/min ；:步進電動機步距角，初選為0.75 ；、：一脈沖當量，本設計中：=0.005mm/脈沖。將以上各值代入，算得nmax=50r/min設步進電動機由靜止到加速至n轉速所需時間t=0.4s,傳動鏈總效率 =0.8,則:amax2 二 4.34 10* 560 0.4 0.8N m 0.071 N m(6.27)移動部件運動時，折算到電動機轉軸上的摩擦轉矩為:叫 Fz G)L。2 i0.008 0 10002 二 0.8 45/12-0.42N(6.28)式中J

38、導軌的摩擦因數，滑動導軌取0.008Fz 垂直方向的切削力，空載時取 0傳動鏈總效率，取0.8根據以上可求得快速空載起動時電動機轉軸所承受的負載轉矩：Mq Mamax Mf =0.491N m(6.29)(2)最大切削負載狀態(tài)下電動機轉軸所承受的負載轉矩MM 二 M f M0 Mt(6.30)其中M f 移動部件運動時折算到電動機轉軸上的摩擦力矩M 0 絲杠預緊后折算到電動機轉軸上的附加摩擦轉M t 折算到電動機轉軸上的最大工作負載轉矩Mt = FxL0/2二 i =900 0.004/2二 0.8 2.5 = 0.28N m(6.31)由于絲杠預緊后折算到電動機轉軸上的附加摩擦轉矩相對很小，

39、故可以忽略不計，則M = M f Mt = 0.70N m f t(6.32)考慮到步進電動機的驅動電源受電網電壓影響較大，當輸入電壓降低時，其輸出轉矩會下降，可能造成丟步，甚至堵轉。因此，根據M來選擇步進電動機的最大靜轉矩時，需要考慮安全系數。本例中取安全系數K=2,則步進電動機的最大靜轉矩應滿足：M jmax 4Mq =2.46N m(6.33)上述初選的步進電動機型號為110BF004，查得該型號電動機的最大靜轉矩M j m ax= 4. 9 N m可見，滿足要求。7結論至此，本畢業(yè)設計已完成飾面石材板線切割機的整體設計和計算，所設計的機器能夠切割出較復雜的圖案，自動化程度高，加工精度高

40、，生產效率高，節(jié)約生產成本， 經濟效益良好，能夠保證生產的產品具有良好的裝飾效果，此外，該機價格低廉，具 有很強的市場競爭力，適合多種工作場合，且安裝方便，操作簡單、靈活，噪聲低， 切割速度快，易于維護等特點，達到了預期的設計目標和要求。這次畢業(yè)設計是本科學習階段一次十分難得的將理論與實踐相結合的機會。通過這次比較完整的飾面石材板線切割機的系統(tǒng)設計，我逐漸脫離了單純的理論知識學狀 態(tài)，與實際設計的相結合鞏固了所學的專業(yè)基礎知識，鍛煉了解決實際問題的能力， 熟悉了工程實踐過程以及應當注意的基本問題，學會了基本的設計方法和技巧，同時也提高了自己動手查閱資料、手工和電腦繪圖等其他專業(yè)基礎能力的水平。雖然畢業(yè)設計內容繁多，過程繁瑣，但收獲也很多。各種部件的適用條件和選用 標準，以及它們的安