往返式裁板锯的设计
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毕业设计中文摘要往返式裁板锯的设计摘 要裁板锯是现代木工机械中很通用设备,在实木板、刨花板、胶合板、纤维板等人造板的切割上都有很优异的表现,在车船制造和家具制造等木工加工行业中都广泛应用。根据市场的需求,本论文设计了一台用于切削锯材的往返式裁板锯。它包括机体、电动机、气缸、锯架台、滚轮、主锯、划线锯、减速器。其中主锯、划线锯和减速器都有各自的电动机;在机身的上梁处有两个圆柱导轨;在锯架台部分设有主锯、划线锯和它们的电机;锯架台的运动靠四个滚轮,四个滚轮和圆柱导轨也相配合;在切削运动的终点处有卷筒、减速器和牵引电动机;牵引电机靠钢丝绳实现切削运动的进给;因此裁板锯需要实现往返运动,在往返过程中锯切系统需要下降,因此锯架台处还设有气缸来实现切削系统的升降,锯架升降板和气缸活塞杆铰接。本设计的裁板锯结构简单合理,具有较高的性价比,能满足市场的大部分需求,切割废屑也不容易卡机,机体的刚性足以满足工作范围内的需要。关键词:往返式裁板锯;锯架台;气缸毕业设计英文摘要The design of a round-trip cutting sawAbstractCutting saw is a modern woodworking machinery is very common equipment, in solid wood, particle board, plywood, fiberboard and other artificial plate cutting has excellent performance, in the car and boat manufacturing and furniture manufacturing and other carpentry processing industry are widely used. According to the needs of the market, this paper designs a round-trip cutting saw for cutting saw material. It includes the body, electric motor, cylinder, sawing platform, roller, main saw, dash saw, reducer. Among them, the main saw, dash saw and decelerator have their own motor; There are two cylindrical rails at the upper beam of the fuselage; The main saw, dash saw and their motors are provided in the saw frame section; The movement of the sawing platform depends on four rollers, and the four rollers and cylindrical rails also cooperate; There are reels, decelerators and traction motors at the end of the cutting motion; The traction motor relies on the wire rope to achieve the feed of the cutting motion; Therefore, the cutting saw needs to achieve round-trip movement, during the round-trip sawing system needs to drop, so the saw frame table also has a cylinder to achieve the cutting system lift, saw frame lift plate and cylinder piston rod articulation. The design of the cutting saw structure is simple and reasonable, with a high cost-effective, to meet most of the needs of the market, cutting waste chips is not easy to card the machine, the rigidity of the body is sufficient to meet the needs of the working range.Key Words: Round-trip cutting saw; Saw racks; cylinder目 录1 绪 论11.1 国内外裁板锯相关研究现状11.1.1 裁板锯的作用11.1.2 裁板锯的分类21.1.3 不同裁板锯的差异21.2 国内外裁板锯的发展概况41.3 设计的目的及指导思想42 技术任务书52.1 设计的依据52.2 主要工作原理52.3 各子系统的选择62.3.1 切削系统62.3.2 进给系统62.3.3 定位系统73 设计计算说明书83.1 整体设计和主要技术参数83.2 主运动部分的计算校核93.2.1 主锯电机的选择93.2.2 划线锯电机的选择113.2.3 进给系统电动机的选择123.2.4 主锯带轮的设计校核133.2.5 划线锯带轮的设计校核173.2.6 主锯锯轴的设计校核203.2.7 划线锯锯轴的设计校核263.2.8 主锯轴承的选择与校核283.2.9 划线锯轴承的选择与校核293.3.0 其它轴承的选择与校核303.3 切削系统的设计303.4 定位系统的设计313.4.1 结构及工作过程313.4.2 丝杠的设计校核323.5 进给系统的设计343.5.1 结构及工作过程343.5.2 皮带长度的计算353.6 气动系统的设计374 使用说明书384.1 总体结构及主要参数384.2 操作使用及其维护395 标准化审查报告405.1 产品图样、技术文件的完整性405.1.1产品图样符合405.1.2技术文件符合405.2 产品标准化系数405.3 标准化审查结论意见41结 论42参 考 文 献43致 谢44往返式裁板锯的设计1 绪 论 随着时代的发展,我国家具行业的不断进步,家具的生产量在世界上的也名列在前,产品遍布世界各地。木质家具相对于软体家具和非木质家具来说,木质家具的占有量是相当高的,大约占据所有家具的八成左右。随着经济的不断进步,人们的消费观念也随之改变,这使得我国家具行业一直稳定增长。木质家具还是深得人心的,而这些家具由于和科学技术与文化的结合,这些年来在木质家具中亦是异军突起,需求量急剧上升,家具制造产业总规模也在稳定增长。木工机械行业的发展和家具行业息息相关密不可分。随着国内家具机械市场的不断变化,市场内的竞争也越来越激烈。但在我国高端家具市场大多是国外的大型企业,毕竟在技术、质量、效率等方面我国机械生产企业还是有一定的差距,所以家具市场的竞争大多是中低端市场的竞争。在“十二五”规划中,我国家具机械制造企业应把机械革新升级作为重点工作。板式家具机械产业应往数控。自动、节能方向发展。目前在我国,劳动力成本的上升,原料价格的飙升,家具生产企业非常困难,要解决企业所面临的的问题,提高生产的自动化是最优解。板式家具机械制造业要加快对自动化生产线成套设备的研发,这样可以节约很多的劳动力,从而节约成本。在国外如伊玛、SCM、豪迈等公司,他们的现代化先进技术设备值得我国机械行业学习,研究出适合我国的现代化自动生产线的成套设备,这样就解决很多企业劳动力成本高的问题。1.1 国内外裁板锯相关研究现状1.1.1 裁板锯的作用精密裁板锯具有简易、高效率、高安全性的特点,是家具生产行业在保证精度和效率的情况下所必须的机械化设备。精密裁板锯相对于以往的刨来说,效率更高,刨所能达到的效果裁板锯也能达到。往返式裁板锯的切削系统有划线锯和主锯,切削系统开始运行时,锯架台上升,划线锯和主锯同时进行往返运动,划线锯在主锯的前面,在加工板料的底部切出1.5mm左右深的锯槽,划线锯锯片比主锯锯片稍微宽一点点,在主锯片前留下锯槽的目的是为了主锯在进行切割时,对板料起到保护作用,不易产生毛边,也很大程度上减少了板料的撕裂情况。针对不同板料,裁板锯可采用不同的切割速度。1.1.2 裁板锯的分类精密裁板锯分为立式裁板锯、推台式裁板锯和往返式裁板锯。它们的运动方式各有不同,各有其优势。立式裁板锯对场地要求少,推台锯更便捷,往返锯效率更高。 1.1.3 不同裁板锯的差异.立式裁板锯如图1立式裁板锯在现代木工加工企业中也有很多的应用,可实现实木板、刨花板、胶合板、纤维板等人造板的切割,在一些车船企业和家具制造业都广泛应用。近年来,建筑装修行业、家具行业等对人造板的需求变大,以前的圆锯机精度和生产效率都跟不上现在企业的需求,这就导致新型裁板锯的迅速发展。主要发展体现在生产效率的极大提高,精准度的提高。目前数控纵横锯板系统在很多木板加工企业都有了大量的应用。图1 立式裁板锯外观图.推台式裁板锯推台式裁板锯实现切割是靠人为推动工作台前后移动,而主锯和划线锯固定。经过特殊处理的工作台,在人为推动时,阻力很小,省力又方便,加工精度也有所提升。推台式裁板锯大多都是焊接钢板组成的机床,这样能够保证机床的稳定性,工作台在机床的一端,能够提高加工精度。图2 推台式裁板锯外观图.往返式裁板锯工作原理:人工上料,定位系统确定加工数值,压紧系统固定板材,进给系统通过控制锯切系统的往返运动,实现切割。这种机床可同时加工很多张木板,工作效率高,安全系数高。如图3往返式裁板锯可用于加工刨花板、人造板及实木板等等。数控往返式裁板锯是现代化的产物,人们只需要在数控板上输入需要的数值,就可以加工出需要的板料,并且精度很高。数控往返式裁板锯不需要人力上料,机器可控制机械手上料。数控往返式裁板锯的易操作性给企业节约了很多成本,这使得数控往返式裁板锯成为现在企业加工板材不可缺少的机械。图3 往返式裁板锯外观图1.2 国内外裁板锯的发展概况 近些年来,我国的木工机械行业发展主力点:通过对现代新研究出来的技术及材料的应用,提高机械的整体质量,同时提高加工的工作效率,任何机械的发展都是如此;整体规范化;精密化,经过近些年来的不断发展,精密裁板锯的应用已经十分广泛,但也还是存在一些问题,和国外相比还是有一定的差距,需要不断改进,更进一步;加工的柔性化,不止是机械的柔性化,还有管理、人员和软件的柔性化。 国外很早就对裁板锯进行了研究,在1906年就研究出了第一架裁板锯,国外裁板锯发展至今,最重要的发展就是加工的效率和精度的提升。国外裁板锯加工精度相对于国内来说要高了很多,但他们的价格更高,性价比不高。1.3 设计的目的及指导思想目前我国木工机械正处于高速发展阶段,社会经济的发展也致使各民营企业的发展,在社会劳动力成本的压力下,他们需要一种高效、精度较高、操作简单、价格亲民的裁板锯。我国国内的裁板锯价格低,但精度不够,国外裁板锯精度高,但价格同时也很高。因此,针对于我国国内的精度不够的背景下,提出了本设计。本设计主要对切削系统、定位系统以及进给系统进行设计。在切削系统的锯架台下有四个滚轮,滚轮在双圆柱导轨上运动,这样的设计能够提升加工精度;定位系统实现定位是靠定位块在丝杠上前后移动,然后气压缸固定定位块实现定位;在丝杠的一端设有步进电机,控制定位块的移动距离;进给系统通过钢丝绳使得切削系统实现往返运动,这样的设计操作起来更方便。本次设计的机型根据新马氏木工机械有限公司生产的MJ6225机型来制作的,导轨采用双圆柱导轨,这样的设计所需要的成本较低,能够达到较多民营企业的需求。本设计主要对主运动部分、切削系统、进给系统、定位系统进行计算校核,设计出一种用于切削板材的往返式裁板锯,使其达到必要的设计和工作需求,锯架台、双圆柱导轨的设计提高了裁板锯的加工精度,达到众多民营企业高性价比的需求。2 技术任务书2.1 设计的依据目前我国木工机械正处于高速发展阶段,社会经济的发展也致使各民营企业的发展,在社会劳动力成本的压力下,他们需要一种高效、精度较高、操作简单、价格亲民的裁板锯。我国国内的裁板锯价格低了裁板锯精度不够,国外裁板锯精度高,但价格同时也很高。因此,针对于我国国内的裁板锯精度不够的背景下,提出了本设计。2.2 主要工作原理如图4所示为往返式裁板锯结构示意图,主要包括进给系统1、压紧系统2、切削系统3、气动系统4以及定位系统5。主锯所采用的电机功率为7.5KW。切削前通过数控板使得定位系统定位在所需要加工的位置,压紧系统固定加工板料,这时就可以开始加工板料了,切削系统主锯和划线锯都有自己的电机,进给系统提供锯架台提供切削系统做往返运动的动力,使得切削系统的四个滚轮沿着双圆柱导轨做直线运动,实现切割板料。1-进给系统;2-压紧系统;3-切削系统;4-气动系统;5-定位系统图4 往返式裁板锯结构示意图2.3 各子系统的选择2.3.1 切削系统以往的的升降结构不能保证锯片的平稳性,有一定的问题,虽然节省材料,但还是存在缺陷;进给电机的置放位置不合适。改进后,采用了双圆柱导轨水平放置结构;采用锯架台的结构增强稳定性,图5为切削系统结构示意图。这样的设计保证了机械加工的精度,装备制造也易操作。1-钢丝绳;2、7-滚轮;3-轴承座;4-划线锯片;5-主锯片;6-挡块;8-划线锯电机;9-主锯电机;10-气压缸图5 切削系统结构示意图2.3.2 进给系统早期的进给系统:链轮在链条上滚动实现进给,而链轮的转动是靠升降板的牵引电机带动,这种传动方式紧凑,但链传动所存在的固有缺陷是的在进行切削过程中进给不是那么平稳,非恒匀速,致使切削精度不够。本设计采用锯架台的结构,由钢丝绳牵引锯架台实现切削系统往返运动,相对于早期的进给系统精度提高了不少。图6为进给系统结构示意图1-调节盘;2-行星轮减速器;3-卷筒;4-轴承座;5-槽轮;6-进给电机图6 进给系统结构示意图2.3.3 定位系统早期的裁板锯所采用的定位系统为机械定位系统,需要人工测量找需要加工的位置,这种定位系统不易控制,定位板横向较长。在本设计中,定位系统实现定位是靠定位块在丝杠上前后移动,然后气压缸固定定位块实现定位;在丝杠的一端设有步进电机,控制定位块的移动距离。这样的设计操作起来更方便。图7为定位系统结构示意图。1-滚珠丝杠;2-导轨杠;3-定位块;4-步进电机;5-气压缸图7 定位系统结构示意图3 设计计算说明书3.1 整体设计和主要技术参数本设计整机机型根据MJ6225机型制作,导轨结构采用双圆柱导轨。 主要技术参数表1 主要技术参数表项目单位参数最大加工板料长度mm2500最大加工板料厚度最大主轴转速主锯锯片直径划线锯锯片直径主锯锯片转速划线锯锯片转速进给速度整机尺寸Mmr/minmmmmr/minr/minm/minmm36545003001604500630013535035501780往返式裁板锯主要包括进给系统、切削系统、定位系统、压紧系统、气动系统以及机架等结构。机体用矩型钢管和钢板焊接制成,工作台后端用钢板支撑,工作台前端用滚筒支撑,切削机构采用锯架台,导轨为双圆柱导轨,进给系统通过钢丝绳牵引锯架台进行往返运动。1-进给系统;2-压紧系统;3-切削系统;4-气动系统;5-定位系统图8 往返式裁板锯结构示意图3.2 主运动部分的计算校核3.2.1 主锯电机的选择表2 切削系统的参数主锯锯片的直径DD=300mm锯片的厚度ss=2.6mm锯路的宽度bb=3.2mm主锯锯刃的切削角=60主轴的转速nn=4500r/min轴中心距平台cc=70mm平均锯切厚度hh=30mm进给速度uu=13m/min锯片齿数zz=72最大加工板料厚度hh=65mm齿锯tt=4.17mm1. 切削力Fx(1)每个轮齿的切削力Fx,下列公式参考文献6: 主锯锯片的主运动速度=Dn6104=30045006104=70.686m/s(1) 每个轮齿的进料量VzVz=uzn=13103724500=0.0401mm(2) 平均运动遇角avav=arccosc+h2R=arccos70+652150=46.90(3)拨料齿的切削厚度aa=bsVzsinav=3.22.60.0401sin46.90=0.036mm(4)Fx=Ptas(5)=95.3610.0362.6=8.93N在上式中Pt为过度切削力 当a0.1mm时Pt=(cp-0.8)fta+8ft+At+BtV-Ct(6)上式(6)中Cp为刀具变钝系数,取Cp=1 ft按松木计算,参考文献6ft=0.4+0.00369.81(7)=0.4+0.0036av9.81=5.580参考文献6得A=0.02 A=0.056B=0.007 B=0.02C=0.55 C=2.0At=A=-=9.81A=+(A-A=)=0.3853Bt=B=-=9.81B=+B-B=0.136Ct=C=-=9.81C=+(C-C=)=13.01整理数据带入(6)式得Pt=cp-0.8fta+8ft+At+BtV-Ct(8)=1-0.85.580.036+85.58+0.385360+0.13670.686-13.01=95.361(2)每个轮齿克服的摩擦力FdFd=hVz(9)影响摩擦力变化强度系数拨料时=0.0759.81=0.736已知Vz=0.0401mm h=30mm可得Fd=0.736300.0401=0.89N(3) 切削力FxFx=(Ptbsinav+h)Vzht(10)=(95.3613.2sin46.9+0.73630)0.0401304.17 =70.65N上式中Pt、av、b、t均为已知。2. 锯切功率PcPc=Fxv10-3(11)=70.6570.68610-3=4.9940kW电动机功率PECPEC=Pc=4.9940.85=5.8753Kw(12)为已知数,传递效率=0.853. 综上所述,根据机械设计手册,我们选择Y132S2-2型电动机作为主轴电机。相关参数 : 额定功率 7.5kw同步转速 3000r/min满载转速 2880r/min 安装形式 B3型3.2.2 划线锯电机的选择划线锯的主要参数 划线锯锯片直径D2=160mm 划线锯锯片转速n2=6300r/min电动机功率Pn1kW,参考文献2材料力学,选择Y802-2型三相异步电动机作为划线锯电机。相关参数: 额定功率 1.1kw 同步转速 3000r/min 满载转速 2880r/min 安装形式 B7型3.2.3 进给系统电动机的选择进给系统电动机和减速器间采用V带传动已知进给速度u=13m/min进给力FuFu=Fxcoosav-FysinavFy=Fyht=Fy-Fyht(13)=Fx-Fx-Fxtan90-。ht在上式中Fx为后齿面沿切削力方向的作用力 为后齿面摩擦变钝系数Cp=1,=2 。为木材和前刀面的摩擦角 。=20 为主锯的切削角 =60拨料时Fx=Cp-0.8ftas(14)=1-0.85.580.0362.6=2.9016Fy=Fx-Fx-Fxtan90-。ht(15)=2.90162-(8.93-2.9016)tan(90-60-20)304.17=2.7901NFu=Fxcoosav-Fysinav(16)=70.65cos46.90-2.7901sin46.90=46.27N已知av平均运动遇角为46.90进给功率Pu Pu=FuV=46.2713=0.6KW(17)进给电动机的功率PEVPEV=Pu=0.7KW(18)综上所述,根据机械设计手册选用 Y90L-6型号的三相异步电动机作为进给系统的电机。相关参数: 额定功率 1.1kw 满载转速 910r/min 同步转速 1000r/min 安装形式 B3型3.2.4 主锯带轮的设计校核参考文献12可得Pd=KAP=9KW(19)上式中P为传递功率 P=7.5KW KA为工况系数,根据参考文献2可得KA=1.2根据Pd和主锯锯片转速n1数据,选择SPZ型根据基准宽度SP系列,可以确定小带轮的节径d1(mm)基准直径d=80mm大带轮的节径d2d2=i1-d1(20)=n1n21-d1=450030001-0.0280=117.6mmi为传动比为滑动率,一般取值0.01-0.02, =0.02n1为小带轮转速 n1=4500r/minn2为大带轮转速 n2=3000r/min带速v v=d1n16104=8045006104=18.85 m/s,因为vmax=3540m/svvmax,所以取v=18.85m/s初定中心距a(mm)0.7(d1+d2)a2(d1+d2)(21)138.32a395.2取a=320mm带长LL=2a+2d1+d2+(d2-d1)24a(22)=2320+2197.6+(117.6-80)24320=952mm取Ld=1000m实际中心距a aa+Ld-L2320+1000-9522=344mm小带轮包角1()1=180-d2-d1a57.3(23)=180-117.6-8034457.3=173.7单根V带传递的额定功率P,参考文献5可得P=4KW窄V带根数Z=Pd(P+P)kk1(24)=2.52取Z=3上式(24)中,P为传动的功率增量 P=0.05KWk为包角系数,根据机械设计手册可得 k=0.98k1为长度系数 k1=0.9单根V带的预紧力FF=500PdZv2.5k-1+mv2(25)=5009318.852.50.98-1+0.0718.852=148.30N上式中Pd=9KW,由(19)可知M为窄V带每米的质量, 0.07kg/mZ为V带的根数 Z=3V为带速 v=18.85m/s作用在轴上的力FF=2FZsin12(26)=2148.33sin173.72=888.28N上式中1为小带轮的包角1=173.71. 主锯小带轮的设计传动小带轮选用SPZ型窄V带,通过参考文献2,可以确定小带轮的宽度和轮缘的尺寸。bp=8.5mm hf min=9mm =34 h=2mme=12mm min=5.5mm b=9.7mm f =9 d1=8080 mm,小带轮的宽度Bmin=e2-1+2f(27)=121+29=30mm取B=50mm小带轮的外缘直径dede=d1+2h(28)=80+22=84mm图9 小带轮截面尺寸图2. 主锯大带轮的设计 主锯大带轮轮缘的计算方法和小带轮轮缘的计算方法相同,形状相似。d2=117.6 mm ,=383.2.5 划线锯带轮的设计校核选择窄V带传动,参考文献12可得Pd=KAP=1.32KW(29)上式中P为传递功率 P=1.1KW KA为工况系数,根据参考文献2得KA=1.2根据Pd和锯片转速n1数据,选择SPZ型根据基准宽度SP系列,可以确定小带轮的节径d1(mm)基准直径d1=63mm大带轮的节径d2d2=i1-d1(30)=n1n21-d1=630030001-0.0263=129.654mmi为传动比为滑动率,一般取值0.01-0.02,取 =0.02n1为小带轮转速 n1=6300r/minn2为大带轮转速 n2=3000r/min带速v v=d1n16104=6363006104=20.78 m/s,因为vmax=3540m/sv25.4mm,满足强度需求。(5)轴的疲劳强度安全因数 1)确定危险截面 根据轴的结构设计以及载荷分布应力集中,选择B、E截面进行分析,B、E截面处弯矩都大,但E截面有圆角过渡,B截面没有圆角过渡,因此,我们选择E截面来做危险截面分析。 2) 校核危险截面安全系数 .弯矩作用时的安全因数S=-1Ka+m(48)=2701.6925.6+0.20=5.225上式(48)中-1=270MPa, m=0MPaa=MEHWE=25.6MPa-材料特性值,对碳钢材料,取值在0.1-0.2之间,上式中=0.2K-正应力有效应力集中因数 K=1.69.扭矩作用时的安全因数S=-1Ka+m(49)=1551.431.08+0.211.08=67.4上式(49)中,参考文献14可得:-1=155MPa, m=a=1.08MPa, K=1.43由上述计算可知,根据轴的结构设计以及载荷分布应力集中,可以选择截面E,此处虽然弯矩大,但有圆角过渡。经过对截面E的危险截面安全系数的计算,可知截面E圆角过渡后弯矩不大,截面E也不是危险截面,可以作为应用截面。.疲劳强度安全因数(E截面处)S=SSS2+S2(50)=5.22567.45.2252+67.42=5.21由机械设计手册可知Sp=1.52.5,SSp所以E截面疲劳强度满足需求(2)轴的静强度安全因数1)确定危险截面根据轴的结构设计以及载荷分布应力集中,选择B、E截面进行分析,B、E截面处弯矩都大,但E截面有圆角过渡,B截面没有圆角过渡,因此,我们选择E截面来做危险截面分析。2) 校核危险截面安全系数 .弯矩作用时的安全因数S=sMEmaxW(51)=360180.723.52810-6=7.03上式(51)中,MEmax为此轴危险截面的最大弯矩MEmax=2MEH(52)=290.36=180.72NmW为轴危险截面抗弯截面模量W=d232=3.52810-6m3s为轴的抗弯屈服极限 s=360MPa.扭矩作用时的安全因数Sz=IsMmaxWp=21630.487.05610-6(53)上式(53)中Is= 0.6s=216MPaMmax=2M=215.24=30.48 Nm WP=d216=7.05610-6m3 E截面处静强度安全因数SS=SSzS2+S2=6.96许用安全系数Sp=1.42, SSp因此该轴的E截面的疲劳强度满足需求。3.2.7 划线锯锯轴的设计校核1.轴材料的选择选用经过调质处理的45#钢材料力学性能 b=650MPa,-1=270MPas=360MPa-1=155MPa2.依据许用扭应力,估算轴径所选材料为45#钢,通过机械设计手册确定系数A=110轴的输出端直径dd=A3Pn(54)=11037.54500因螺纹和安装的需求,取d=30mm上式(54)中P为轴传递功率 P=1.1KWn为主轴的转速 n=6300r/min3.轴的结构设计图15为划线锯轴,所采用的轴承为6306图15 划线锯锯轴结构4.轴径的计算(1)图16为对轴的受力分析图16 划线锯轴的受力分析轴传递的扭矩M,公式参考文献17得M=9.55103Pn(55)=9.551031.16300=1.667Nm带轮在轴上的作用力FF=164.94N(2)支反力图17为Y方向上的支反力图17 Y方向的受力FA=F105.5149=116.79NFB=F+FA=281.73NX方向上不受支反力作用(3)弯矩MB=F105.5=17.4Nm 图18 弯矩图(4)依据当量弯矩计算轴径通过参考文献14可得-1bp=60MPa,0bp=102MPa计算安装轴承b截面处轴径dd310MBh2+(M)2-1bp=14.6mm(56)考虑转矩按脉动循环变化=-1bp0bp=0.59(3-47)中Mbh为b截面处的合成弯矩 Mbh=17.4Nm M为轴传递的扭矩 M=1.667 Nm在轴结构设计中这里的轴径值为35mm14.6mm,满足强度需求。3.2.8 主锯轴承的选择与校核 主锯轴承选择6307,截面c受力最大Fr径向载荷Fr=Fcx2+Fcy2(57)=1558.26N上式(57)中,Fcx Fcy可由公式(45)和(43)得Fcx=19.58N, Fcy=1558.14NX、Y值参考文献5可得 X=1;Y=0。冲击载荷系数fp,依据机械设计手册可得fp=1.2当量动载荷PP=fp(XFr+YFa)(58)=1869.912上式中Fa为基本额定动载荷L10h=16670n(c1p)(59)=166704500(33.21869.912)3=207335主锯轴承为6307轴承,可得=3,c1=33.2KN主锯转速n=4500r/minL10hLA, LA为预期使用寿命LA=20000h该轴承满足需求。3.2.9 划线锯轴承的选择与校核划线锯轴承选择6306,截面b受力最大Fr径向载荷Fr=FBx2+FBy2(60)=281.73N上式(60)中,FBx=0 NFBy=281.73NX、Y值参考文献5可得 X=1;Y=0。冲击载荷系数fp,依据机械设计手册可得fp=1.2当量动载荷PP=fp(XFr+YFa)(61)=338.076上式中Fa为基本额定动载荷L10h=16670n(c1p)(62)=166706300(33.2338.076)3=157481h主锯轴承为6306轴承,可得=3,c1=27KN主锯转速n=6300r/minL10hLA, LA为预期使用寿命LA=20000h该轴承满足需求。3.3.0 其它轴承的选择与校核滚轮轴承选用6302-Z型号轴承。 锯架台处轴承选用6306型号轴承。3.3 切削系统的设计为了方便主锯和划线锯的控制,主锯和划线锯的电动机是分开的。主锯电动机为“Y132S-2”型三相异步电动机,相关参数:额定功率7.5kw、同步转速3000r/min、满载转速2880r/min、安装形式B3型;划线锯电动机为“Y802-2”型三相异步电机,相关参数:额定功率1.1kw、同步转速3000r/min、满载转速2880r/min、安装形式B7型。锯架台升降所采用的气缸为QGB-80X200-MP4型。锯架台是钢板焊接构成的;放置电机的锯架是铸造件,提升了精度和稳定性;导轨处有四个滑轮,导向性高,也比较容易操作,为了保证锯架台上升后进行进给运动时的稳定,我们通过定位块的三角槽对上升后的锯架台稳固。这样的结构设计,能够保证进给运动时锯片的稳定,提高了精度,加工质量高。通过人工将加工板料放置于机床上,启动压紧机构,将加工板料固定好,在压紧机构固定板料期间,不能启动切削机构,避免对板料的浪费。在压紧加工板料后,切削系统运转,锯架台下的气缸推动锯架台上升,因切削系统上有个定位块,当锯架台上升到定位块处停止上升,此时进给系统运转,带动切削系统进行切削加工。1-钢丝绳;2、7-滚轮;3-轴承座;4-划线锯片;5-主锯片;6-挡块;8-划线锯电机;9-主锯电机;10-气压缸图19 切削系统结构示意图3.4 定位系统的设计3.4.1 结构及工作过程定位系统实现定位是靠定位块在丝杠上前后移动,然后气压缸固定定位块实现定位;在丝杠的一端设有步进电机,控制定位块的移动距离。这样的设计操作起来更方便。其中丝杠所采用的的型号为1604-3,其内径为13.5外径为15.3;步进电机型号90BF001步进电机。定位块下汽缸所采用的的型号为QGB-40X100-MSI,汽缸起到定位块的固定作用;整体结构为钢焊接。图20定位系统的结构示意图。1-滚珠丝杠;2-导轨杠;3-定位块;4-步进电机;5-气压缸图20 定位系统结构示意图通过数控面板输入需要的加工数据,启动定位系统,在单片机的控制下,步进电机带动丝杠旋转,当定位块移动到需求位置时停止运转,此时定位块下汽缸收缩开始加紧,固定定位块的位置。定位系统工作完成后就可以上料了,进行板料压紧切削。3.4.2 丝杠的设计校核有效行程1200mm 等效载荷Fm=100N 等效转速100r/min 使用寿命Lh=15000h工作温度小于100 可靠度89% 精度等级为3级1)载荷基本额定动载荷CamCam=fwFm(60nmCh)13/100fafc(63)=1.3100(6010015000)13/1001.01=582.58N上式(63)中fa是精度系数,精度等级为三级,根据机械设计手册得 fa=1.0fc是可靠性系数,可靠度为89%,根据机械设计手册得 fc=1.0fw是载荷性质系数,由机械设计手册 取fw=1.32)滚珠丝杠副的选择主要尺寸Cam=582.58N,选择FFZD1604公称直径d0=16mm公称导程Ph=4mm动载荷Ca=5000N螺旋导程角=arctanPhd0(64)=arctan416=4.553) 螺杆的稳定性验算螺杆比较长对稳定性可能由一定影响临界载荷FCrFCr=2EIa(l1)2(65)=22.061051017.9(0.71232)2=2779.8N上式(65)中Ia为螺杆危险截面的惯性矩Ia=d1464(66)=12464=1017.9mm4为长度系数 =0.7E为螺杆弹性模量E=2.06105MPal1为丝杠螺纹全长l1=lu+2le=1232mmle为余长le=16mm4)验算FCrFm=2779.8100=27.79827.7982.54所以Fm轴向载荷符合要求5)刚度校核当在导程内受扭矩引起的弹性变形和受轴向力引起的弹性变形相同时,变形量最大,校验此时的刚度参考文献18可得S=16T1Ph22Gd4+4FmPhEd2(67)=16139.194228.33104124+410042.06105122=0.024m上式(67)中T1=Fmd2tan(+)=100162tan4.55+5.32=139.19Nmm为当量摩擦角=arctanfcos2=arctan0.09cos302=5.32f为摩擦因数f=0.09d为轴端直径 d=12mmG为剪切弹性模量 G=8.33104N/mm2螺距的弹性变形(每米)SS=0.024410-3=6m(68)6m(SS)p=156)效率计算=tantan(+)(69)=tan4.55tan(4.55+5.32)=0.6873.5 进给系统的设计 3.5.1 结构及工作过程电动机为Y90L-6Y型号的三相交流异步电动机,钢丝绳,调节盘,减速器型号为NBD1-250-28-1 JB/T6502-93图21为进给系统的结构示意图1-调节盘;2-行星轮减速器;3-卷筒;4-轴承座;5-槽轮;6-进给电机图21 进给系统结构示意图电动机Y90L-6通过皮带带动行星轮减速器,行星轮的转动通过V型带传递给卷筒,进而传递给钢丝绳,使得切削系统往返运动。电动机与减速器的传动比i1=1,减速器与卷筒的传动比i2=1.4,电动机的同步转速为1000r/min。3.5.2 皮带长度的计算 电动机与减速器的传送带设计参考文献2功率PdPd=KAP=1.21KW(70)上式(3-70)P传送功率 P=1.1KW KA为工况系数,根据参考文献2, 取KA=1.1选择Z系列带由基准宽度Z系列可以确定小带轮的节径d_1(mm)基准直径d=100mm大带轮的节径d2d2=i1-d1(71)=n1n21-d1=100mmi为传动比 i=1为滑动率,一般取值0.01-0.02, =0.01带速v v=d1n16104=5.46 m/s,因为vmax=2530m/svvmax,所以取v=5.46m/s初定中心距a(mm)0.7(d1+d2)a2(d1+d2)(72)140a400取a=270mm带长LL=2a+2d1+d2+(d2-d1)24a(73)=2270+2200+(100-100)24320=854mm取Ld=900m实际中心距a aa+Ld-L2270+900-8542=293mm减速器与卷筒间的传送带计算校核后带长Ld2=1250mm中心距a2=480mm进给速度V=n1i1i1i1dj(74)=1000111.428150103=13m/min上式(74)中dj为卷筒直径 dj=150mmn为电动机同步转速 n=1000r/mini1为电动机与减速器传动比i1=1i2为减速器与卷筒的传动比i2
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