1、 四川理工学院毕业设计（论文） 砂轮切断机自动切割系统设计 学 生： 学 号： 专 业：机械制造及其自动化设计 班 级： 级 班 指导教师： 四川理工学院机械工程学院 二 O 一六 年六月 四川理工学院 毕业设计（论文）任务书 设计（论文）题目： 砂轮切断机自动切割系统设计 学院： 机械工程学院 专业： 机械设计 班级： 班 学号： 学生： 指导教师： 接受任务时间 系主任（签名） 院长（签名） 1毕业设计（论文）的主要内容及基本要求 1)切断机装配图设计； 2）切断机主要零件设计及强度校核； 3）切断机进给部分液压传动系统设计； 4)电机驱动电路部分设计； 5）出图：切断机装配图（ A0 图
2、纸），主要零件设计；液压传动原理图 ; 6）编写毕业设计说明书。 2指定查阅的主要参考文献及说明 机电一体化系统设计 液压传动 机械设计手册 机电一体化设计手册 SolidWorks2012 软件教程 3进度安排 设计（论文）各阶段名称 起 止 日 期 1 查阅资料，完成开题报告，车库总体方案设计 01.0403.15 2 主要零件设计计算及强度校核 03.1603.29 3 装配图设计和零件图 03.3004.15 4 部分主要零件的强度分析（建议用分析软件） 04.1605.10 5 装配图完善 05.1105.19 6 编写毕业设计说明书 05.2005.30 7 修改完善，提交，准备答
3、辩 05.3106.10 I 摘 要 通过 对切割 过程观察和 研究 ，本课题 采用机电一体化系统设计思想对整体造型、机械结构 、 控制系统进行设计 ,此棒料切割机电 一体化系统主要由四个部分组成：机械本体、电子控制单元、执行器和动力源。工作原理是电动机通过带传动带动切割片做高速旋转运动，电机与工作台之间采用铰支撑方式，升降液压缸可推动切割片进行上下移动带动刀片完成顺序切割动作。切割机采用 PLC 控制各个液压换向阀的电磁铁，实现棒料的自动下料和切割以及检测工作。随动工作台前进速度也可以通过夹紧机械手夹紧棒料使之与棒料速度同步。横向切割时的切割速度可以通过液压缸来调节。现场运行情况表明，此切割
4、机具有动作快、运动平稳以及与计算机联机方便等优点，能够降低工人的劳动强度，实现自动控 制，提高劳动生产率。 关键词： 电气控制；自动进给；砂轮切断 ；电一体化；液压；棒料 II ABSTRACT This Project: Through the cutting process observation and research, this paper using mechatronics system design ideas of overall shape, mechanical structure and control system design, the bar cutting me
5、chatronic system is mainly composed of four parts: machine body, electronic control unit, actuator and a power source. Work principle is the motor through the belt drives the cutting blade is rotated at high speed, the motor and the table between the hinge support means, the lifting hydraulic cylind
6、er can push a cutting blade on the moving blade is driven to complete the order of cutting action. The cutting machine adopts PLC to control the electromagnet of each hydraulic directional valve, realizes the automatic blanking and cutting of the bar material and the detection work. The forward spee
7、d of the follow-up working table can also be synchronized with the speed of the bar through the clamping of the clamping mechanism. The cutting speed can be adjusted by the hydraulic cylinder. The field operation shows that the cutting machine has the advantages of fast action, stable movement and c
8、onvenient with computer on line, which can reduce the labor intensity of workers, realize automatic control and improve labor productivity. Keywords:Electrical control; automatically feed; Grinding wheel cutting；Mechatronics; Bar material III 目录 摘 要 . I ABSTRACT . II 第 1章绪论 . 1 1.1 背景 . 1 1.2 砂轮 切断机
9、概况 . 1 1.2.1 切断磨损主要特性 . 2 1.2.2 砂轮切断机的优点 . 2 1.2.3 砂轮切断机切断方法 . 3 1.3 砂轮切断机的总体设计 . 3 第 2章切断设计部分 . 5 2.1 设计的要求 . 5 2.2 方案的设计 . 5 2.3 切割部分工作原理 . 6 2.4 切割部分结构设计 . 7 2.4.1 切割片的选取 . 7 2.4.2 电机的选取 . 7 2.4.3 带传动设计 . 7 2.4.4 升降液压缸的设计 . 11 2.4.5 滚动轴承的选取及校核 . 15 第 3章夹紧部分设计 . 19 3.1 设计要求 . 19 3.2 简述加紧部分的作用 . 19
10、 3.3 方案设计 . 19 第 4章 三维建模 . 21 4.1 三维软件的选择 . 21 4.2 砂轮切割机三维建模 . 21 第 5章进给部分设计 . 27 5.1 设计要求 . 27 5.2 方案设计 . 27 5.3 直线导轨的选择计算 . 29 5.3.1 选定条件 . 29 5.3.2 选择方式 . 30 5.4 液压系统设计 . 31 5.4.1 设计依据 . 31 5.4.2 工况分析 . 32 5.4.3 液压系统参数的确定 . 32 第 6章电气控制线路设计 . 37 6.1 设计要求 . 37 6.2 控制电路的设计方法 . 37 6.3 电机驱动电路部分设计 . 39
11、 IV 6.4 液压控制设计 . 44 总结 . 46 参考文献 . 47 致谢 . 48 四川理工学院毕业设计（论文） 1 第 1 章 绪 论 1.1 背景 砂轮起动机的种类繁多，但是工业应用中以直线式以及直线式的变形型式最为多见。砂轮切断技术应用广泛，可以适应各种被切断材料及工作场合。尤其对难切屑的材料切断有明显的优势。技术发展趋向于自动化，将会有更为广发的应用前景。国外在各方面发展走在前列，而国内则相对落后。在进入二十一世纪以后，随着我国加入 WTO 以后，切断机行业的出口数量不断增加，我国国民经济的的也不断地发展，我国切断机行业自身也保持了多年快速增长，这就要求我们对砂轮切断机的品质有
12、更进一步的提升，才很满足出口的要求，我们国家自己对砂轮切断机的工作需求，迫使 我们要对砂轮切断机的各种种类有进一步的了解，技术要求更加了解，自动化程度要求也提高，更加要求我们和国外的技术水准进一步缩小。 2008 年全球金融危机爆发，我国切断机行业的发展显然也会遇到很大的困难，很大的麻烦；比如出口量减少，国内需求量下降等，切断机行业都普遍出现了不景气以及利润下降的情况，这些问题都是金融危机带来的，这就要求我们必须更进一步提高在砂轮切断机的技术水平，提高竞争力。在 2009 年随着全球经济走出低谷和我国经济刺激计划的出台，我国切断机行业也终于逐渐从2008 年的金融危机中慢慢的恢复了过来，重新进
13、 入良性发展轨道，这也不能说是我们不需要对砂轮切断机进行研究，反而要对各个方面的技术水平去提高，去研究，去发展，在激烈的竞争中不落败下来。 1.2 砂轮切断机概况 砂轮切断机是钢筋以及很多硬质材料加工过程中必不可少的设备之一，砂轮切断机的主要用在机械的加工、桥梁、隧道、电站、大型水利和房屋建筑等工程中对棒料的定长切断。砂轮切断机和其他切断机相比的主要优点在于：耗能少、安全性高、重量轻、体积小、效率高、操作便捷、工作可靠等，总之砂轮切断机在国民经济的发展中有着很大的作用，在建筑行业也起到了不可缺少的作用，是我 们加工硬质棒料的主要根据。 第 1 章 绪论 2 1.2.1 切断磨损主要特性 砂轮切
14、断机是利用高速旋转的平型薄片砂轮来切割、切断工件的专用机床。其对工件的切割、切断的切削机理仍属于磨削加工范畴，具有磨削加工的高速、强力、重磨削特征。但是，与磨削加工常用方法（外圆、内圆、平面磨削）相比，砂轮切断机的得切断磨削有其自身特点： (1)砂轮切断磨削主要追求高的生产率即高的磨削比。砂轮一般速度为 80m/s，压力为 7-10KN，磨削比为 40-50。 (2)砂轮切断机属于自由磨削，因而加工精度和表面粗糙度不是其主要考虑对象。 (3)切断磨削过 程中的磨削力和一般磨削方法相比很大 。 而磨削工况兼有高速磨削和缓进给深磨特征。 (4)切断磨削过程中砂轮损耗很大，所用砂轮为大粒度、中软砂轮
15、，砂轮不需修整。 1.2.2 砂轮切断 机的优点 与锯削等用切削刀具进行的切断相比，砂轮切断有以下优点： (1)可以容易地切断用切断刀具难以切断的高硬度材料。 (2)切断过程所用的时间短、效率高。 (3)无需象对切断刀那样刃磨刀具。 (4)切断断面美观、精度高。 由于切断磨削具有以上特征、优点，所以这一技术在各个领域的应用非常广泛，尤其在机械加工、桥梁、隧道、电站、大型水利、房屋建筑等大型工程中拥有重要的低位。 与一般切割机比较，本次设计的新型切割机具有以下的优点： (1)实现了机械工程和自动控制的有效结合，机械部分采用机械优化设计，整个设计过程中都进行了综合技术比较与经济评价，实现了预定的功
16、能。 (2)在设计过程中，纵横行走装置采用了直线导轨，即提供了系统的运动精度，又很大程度的减小了摩擦力，达到了节能的效果。 (3)整个切割过程全部由电气控制，以其结构简单合理、设备性能良好、使四川理工学院毕业设计（论文） 3 用寿命长、安全系数高等因素，满足了自动化大批量的生产要求。 1.2.3 砂轮切断机切断方法 砂轮切断机的种类较多，其磨削方式可分为如图 1-1所示的几种方式。其中 a）所示的悬挂式切断机属于手动方式，不作重点描述。 b）和 c）两种均属于直线式切断机应用广泛，技术含量高。 d）中所示摆动式切断机是对直线式切断机的发展，对切断过程进行了改善，有其独特的一面。 图 1-1 切
17、断磨削的各种方式 a）悬挂式切割机 b）横向进给式切割机 c）工件旋转式切 断机 d）摆动式切断机 1.3 砂轮切断机的总体设计 本次设计的砂轮切断机的性能安全很可靠，操作方便可行，结构较简单，能够很好的实现预定功能。 砂轮切断机主要由切割部分、夹紧部分和纵横行走部分三个部分组成。其中切割部分是由电动机通过 V带带动砂轮片旋转来切断棒料，再由液压缸来控制砂轮片的上下移动来配合完成切割；夹紧部分主要采用了一个简单的液压夹紧机械手来加紧棒料，而且由液压缸活塞的伸缩来实现机械手对棒料的夹紧和放松；纵横行走部分也是由液压缸控制纵向、横向行走板，使之沿直线导轨前进或返回。 第 1 章 绪论 4 在与传统
18、的一般切断机比较的过程中可以得出本次设计的新型切断机具有很多优点： 第一，整个切割过程全部由电气控制，以其结构简单合理、设备性能良好、使用寿命长、安全系数高等因素，满足了自动化大批量的生产要求。 第二，实现了机械工程和自动控制的有效结合，机械部分采用机械优化设计，整个计过程中都进行了综合技术比较与经济评价，实现了预定的功能。 第三，在设计过程中，纵横行走装置采用了直线导轨，既提高了系统的运动精度，又很大程度的减小了摩擦力，达到了节能的效果。 第四，砂轮切割机是一种既能有效的提高生产率，又在价 格和使用方面能被广大用户所接受的一种新型的自动控制切割机。这种切割机具有控制方便，性能稳定，结构简单，
19、调节、维修方便，生产率高等优点，具有广泛的应用前景。 在现在的很多行业都采用机电一体化来实现生产产品管理，切割技术也在不断的发展，不断的进步，由于传统的手工切割机，加工精度低、加工质量低、劳动力大，加工效率低、工作环境差、自动化程度低等一系列缺点，显然已经不能适二十一世纪工业发展的生产要求。为了提高砂轮切断机的自动化程度，棒料的加紧是一个必须解决的问题，在人们的日常工作学习研究中，对于其夹紧机构也有了很大的 发展，一些结构简单的机械手在砂轮切断机的加紧装置上已经得到了广泛的应用，而且效果非常明显，提高了加工精度以及加工效率。在最近几十年的发展中简单的机械手得到了很大程度的进步，现在在很多行业都采用了机械手来帮助工人的工作，显然已进入以通用机械手为标志的时代。一直以来对于机械手的研究和发展一直比较活跃，不断地对以前的设计进行修改，对已有的品种加以创新，对未知的方式方法加以尝试，从而机械手的应用领域也在不断的扩大，不断的推广。简单的机械手是一种仿人操作、自动控制、的机电一体化自动化生产的简单设备，只能进行简单的操作 。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。
