畢業(yè)論文金屬金相試樣切割機(jī)設(shè)計(jì)

1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 題目 金屬金相試樣切割機(jī)學(xué)院名稱機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)班級(jí)機(jī)械09-2學(xué)生姓名導(dǎo)師姓名2013年 6 月 7 號(hào)目錄摘要1第一章概述與可行性論證31.1金屬金相試樣的介紹31.2.目的及意義31.3.設(shè)計(jì)要求4第二章金相試樣切割機(jī)主要原理4第三章總的設(shè)計(jì)方案與電動(dòng)機(jī)的選擇43.1方案擬定與設(shè)計(jì)內(nèi)容43.2電動(dòng)機(jī)的選擇43.2.1 選擇電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu)形式43.2.2 電動(dòng)機(jī)的參數(shù)選擇5第四章傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)64.1 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算64.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)8第五章控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)85.1夾具的主要結(jié)構(gòu)與使用85.2 進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)10結(jié)束語16致謝16參考文獻(xiàn)17摘 要金相試樣

2、切割機(jī)主要用于金相試樣的截取和各種材料的下料、切口等，在冶金、汽車、航空航天等制造業(yè)中應(yīng)用極為廣泛。20世紀(jì)90年代后，金相制樣技術(shù)發(fā)展極為迅速，金相試樣切割機(jī)作為金相取樣設(shè)備也取得了很大的進(jìn)步。本設(shè)計(jì)通過對(duì)金相試樣切割機(jī)的整體造型、機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析，完成了切割機(jī)主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)采用了銑床導(dǎo)軌原理，實(shí)現(xiàn)了低成本和手動(dòng)化。最后確定切割機(jī)的裝配總圖。通過此次設(shè)計(jì)，掌握了相關(guān)設(shè)計(jì)的主要步驟，并對(duì)于CAD軟件應(yīng)用方面有了進(jìn)一步的提高。關(guān)鍵詞：金相試樣切割機(jī) 機(jī)械設(shè)計(jì) 手動(dòng)控制 控制系統(tǒng) 低成本AbstractMetallographic sample cutting machine

3、 mainly used for the interception of metallographic specimens and cutting material, incision, etc., in the metallurgical, automotive, aerospace and other manufacturing industries in a wide range of applications. After the 20th century, 90's, metallographic sample preparation is extremely rapid t

4、echnological development, metallographic metallographic specimen cutting machine as the sampling equipment has also made great progress. The design of metallographic sample cutting machine's overall design, mechanical structure and control system analysis, completed the main structure of cutting

5、 machine design, control system uses the principle of the rail milling machine to achieve a low-cost-based and manual. Cutting machine to finalize the general layout of the assembly. With this design, isin control of the main steps related to the design and the CAD software applications has been fur

6、ther improved.Keywords：Metallographic sample cutting machines；Mechanical design； Manual control； Control systems ；Low-cost第一章 概述與可行性論證1.1金屬金相試樣的介紹金屬零件的力學(xué)性能不僅與它的化學(xué)成分有關(guān)，也與它的金相組織密切相關(guān)。金相檢驗(yàn)是控制和評(píng)定產(chǎn)品質(zhì)量不可缺少的重要手段，是科學(xué)研究中研究新材料、新工藝和提高金屬制品內(nèi)在質(zhì)量的重要方法。要進(jìn)行金相分析，就必須制備能用于微觀檢驗(yàn)的樣品 金相試樣。通常，金相試樣的制備要經(jīng)過取樣、鑲嵌、磨光和拋光幾個(gè)步驟。每個(gè)步驟都應(yīng)

7、該細(xì)心操作，因?yàn)槿魏坞A段上的失誤都可能影響最后的結(jié)果，因?yàn)檫@可能會(huì)造成組織假象，從而得出錯(cuò)誤的結(jié)論。金相試樣的制備是通過切割機(jī)、鑲嵌機(jī)、磨拋光機(jī)來完成。金相試樣的截取是金相試樣制備過程中一個(gè)重要環(huán)節(jié)。截取試樣的方法有手鋸、鋸床、砂輪切割機(jī)和線切割機(jī)等等。根據(jù)零件的形狀和材料，選擇適當(dāng)?shù)姆椒▉砬懈?。目前砂輪切割機(jī)廣泛應(yīng)用于金相試樣的截取上，主要原因是其適應(yīng)性強(qiáng)，樹脂砂輪片可切割軟的金屬零件如銅、鋁及合金和硬的金屬零件如淬火后的碳鋼、高速鋼；金剛石切割機(jī)可切割超硬材料如硬質(zhì)合金、陶瓷等。另外其切割速度快、勞動(dòng)強(qiáng)度低、操作簡便和切割成本低。選擇可靠性高的金相試樣切割機(jī)，可以提高制樣效率和質(zhì)量，降低成

8、本，提高經(jīng)濟(jì)效益。1.2.目的及意義金相試樣切割機(jī)主要用于金相試樣的截取和各種材料的下料、切口等，在冶金、汽車、航空航天等制造業(yè)中應(yīng)用極為廣泛。20世紀(jì)90年代后，金相制樣技術(shù)發(fā)展極為迅速，金相試樣切割機(jī)作為金相取樣設(shè)備也取得了很大的進(jìn)步。本設(shè)計(jì)通過對(duì)金相試樣切割機(jī)的整體造型、機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析，完成了切割機(jī)主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)采用了銑床導(dǎo)軌原理，實(shí)現(xiàn)了低成本和手動(dòng)化。與此同時(shí)，在設(shè)計(jì)的過程中，能培養(yǎng)我綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，分析和解決實(shí)際中所遇到的問題，并且能鞏固和深化我所學(xué)到的專業(yè)知識(shí)，提高我在調(diào)查研究和收集資料等方面的能力。希望在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，充分發(fā)揮我的創(chuàng)新能力，樹立良好的學(xué)

9、術(shù)思想和工作作風(fēng)，牢牢把握住這次走上崗位之前的實(shí)踐機(jī)會(huì)，充分鍛煉出自己的工作能力。1.3.設(shè)計(jì)要求金相試樣切割機(jī)的具體設(shè)計(jì)要求為：（1）利用CAD軟件設(shè)計(jì)（2）確定結(jié)構(gòu)的尺寸（3）繪制相應(yīng)的零件圖、實(shí)體圖及總裝配圖第二章 金相試樣切割機(jī)主要原理2.1 主要原理 本切割機(jī)的切割砂輪直接固定在與電動(dòng)機(jī)的軸同軸線相連接的軸上，利用導(dǎo)軌的橫向和縱向的移動(dòng)來切割固定在鉗口中的試樣 電動(dòng)機(jī)固定在底座上，軸套套在電動(dòng)機(jī)的軸上，砂輪片由螺母和軸肩加以固定。加緊裝置固定在導(dǎo)軌上滑板，可沿縱向移動(dòng)的，由手柄的轉(zhuǎn)動(dòng)來移動(dòng)鉗口把試樣夾緊在鉗座中，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)手柄時(shí)，就可以進(jìn)行試樣切割了。第三章 總的設(shè)計(jì)方案與電動(dòng)機(jī)的選擇3

10、.1方案擬定與設(shè)計(jì)內(nèi)容根據(jù)工件運(yùn)動(dòng)和砂輪片運(yùn)動(dòng)形式可將金相切割機(jī)分為兩類，一類為工件運(yùn)動(dòng)，砂輪片固定不動(dòng)的切割機(jī)；另一類為工件固定不動(dòng)，砂輪片運(yùn)動(dòng)的切割機(jī)。本切割機(jī)采用的運(yùn)動(dòng)方式是工件運(yùn)動(dòng)，砂輪片固定不動(dòng)的切割模式。3.2電動(dòng)機(jī)的選擇3.2.1 選擇電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu)形式根據(jù)已知的電源、工作條件、和功率特點(diǎn)選擇電動(dòng)機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)形式是：Y2系列三相異步電動(dòng)機(jī)。3.2.2 電動(dòng)機(jī)的參數(shù)選擇根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書，由有關(guān)手冊(cè)查出電動(dòng)機(jī)性能參數(shù)如下：表1 電動(dòng)機(jī)性能參數(shù)電動(dòng)機(jī)型號(hào)額定功率滿載轉(zhuǎn)速kwr/minY2-631-40.121370電動(dòng)機(jī)主要外形如圖1所示，安裝尺寸列于下表2： 圖1 電動(dòng)機(jī)主要外形和

11、安裝尺寸表2 電動(dòng)機(jī)的安裝尺寸中心高H外形尺寸L×AC×HD底腳安裝尺寸A×B底腳螺栓孔直徑K軸伸尺寸D×E裝鍵部位尺寸F×G160225×130×180100×80711×234×8.5第四章傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)切割機(jī)的切割砂輪直接固定在與電動(dòng)機(jī)的軸同軸線相連接的軸上，根據(jù)切割砂輪的規(guī)格尺寸設(shè)計(jì)軸的尺寸并檢驗(yàn)。4.1 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 安裝切割砂輪的軸與電動(dòng)機(jī)軸直接通過套筒連接，首先對(duì)軸進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。已知軸上的功率P，轉(zhuǎn)速n，求轉(zhuǎn)矩T：P=0.12KW n=1370r/min4.1.1 初步確定軸的最小

12、直徑選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)有關(guān)手冊(cè)取，于是得dmin=A0=112 =4.94 mm輸入軸的最小直徑顯然是安裝切割機(jī)砂輪處軸的直徑d-,。根據(jù)砂輪的規(guī)格尺寸，故d- = 10 mmL- = 8 mm 。4.1.2軸的撓度計(jì)算由于軸與電機(jī)軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，選擇聯(lián)軸器。為了方便，聯(lián)軸器與軸做成一體，長度L = 58 mm ，其中L- = 8 mm ，則L- = 50 mm 。撓度計(jì)算公式如下： ymax=FL3/3EI式中： P切割時(shí)作用在軸上的力，P=4.9N；L軸的長度，L=58mm；E彈性模量，查手冊(cè)：E=206GPa； I慣矩，I=d4/32; y許用撓度，y=0.05mm。 則

13、d>=19.5mm為了滿足切割砂輪的軸向定位要求，-軸段右端需制出一軸肩，而且為了避免電動(dòng)機(jī)的軸向竄動(dòng)，選擇推力球軸承加以軸向固定。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)件軸承的內(nèi)徑尺寸，故取-段的直徑d-=20mm.軸承類型：51204（GB/T 301-1995） 。為了軸承的安裝固定，在軸承的最左邊設(shè)置有軸肩，直徑為32mm。長度為6mm。軸的內(nèi)部為了連接電動(dòng)機(jī)的軸所以為空心，其空心長度為23mm，直徑為11mm。，且有鍵槽，鍵槽高度為2mm。砂輪的軸向固定輪安裝在軸上后，左端用軸肩來固定，右端使用螺母。所以軸的-段攻有螺紋，由于要留有砂輪裝配空間，故螺紋長度占有6mm。螺母規(guī)格：D=M10（GB/T 6174

14、）4.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖2 軸第五章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)5.1夾具的主要結(jié)構(gòu)與使用如圖所示,該夾具由手輪、絲桿、絲母、左夾具、右夾具組成。絲母和左夾具是固定不動(dòng)的,當(dāng)旋轉(zhuǎn)手輪時(shí),絲桿依靠螺旋作用前進(jìn)或后退,用來夾緊或松開工件，絲母在夾緊或松開過程中起導(dǎo)向和支承作用。由此可見這種夾具是依靠非常簡單的螺旋運(yùn)動(dòng)前進(jìn)或后退,來實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的夾緊或松開。例如我們驅(qū)動(dòng)夾具壓桿前進(jìn)50mm ,壓桿的螺距為5mm ,當(dāng)手輪旋轉(zhuǎn)一周時(shí)壓桿前進(jìn)了5mm。通過計(jì)算可知,若要實(shí)現(xiàn)壓桿前進(jìn)50mm ,手輪需旋轉(zhuǎn)10圈。 圖3夾緊裝置關(guān)于夾緊力的計(jì)算,夾緊力的計(jì)算可有下式進(jìn)行:W = QL/（r1tg1 + r2tg(+2)

15、）式中:Q手驅(qū)動(dòng)力取Q = 300N;L手輪半徑L = 10mm;r1壓桿端部與工件間的當(dāng)量摩擦半徑, 假設(shè)壓桿與工件為點(diǎn)接觸,則r1 = 0;r2壓桿螺紋中徑的一半, r2 = 4.5mm(注:壓桿螺紋為10mm) ;1壓桿端部與工件間的摩擦角,tg1 = 01;壓桿螺紋升角;= 2°28;2壓桿螺紋螺旋副的當(dāng)量摩擦角，2 = 6°38則夾緊力W1974(N) 。對(duì)工件的夾緊力為:W= Wf = 9868 ×0.7 =1382(N)f卡爪與壓桿之間的摩擦系數(shù)由此得出,該夾具已完全可以實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的夾緊(一般砂輪切割機(jī)夾具的的夾緊力只需800N1300N)此外，為了

16、右夾具能夠隨著絲桿的移動(dòng)而實(shí)現(xiàn)進(jìn)給或退出，也為了連接絲桿與夾具，將夾具分為上下兩個(gè)部分，如下圖所示： 圖4 夾具下部圖5 夾具上部5.2 進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)導(dǎo)軌由橫向螺桿和縱向螺桿帶動(dòng)，橫向螺桿通過導(dǎo)塊運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)導(dǎo)軌橫向移動(dòng)，縱向螺桿通過導(dǎo)塊運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)導(dǎo)軌縱向移動(dòng)。螺桿一端分別安裝有手輪，手輪上刻有刻度，以滿足不同的切割要求。導(dǎo)軌為了實(shí)現(xiàn)橫向和縱向進(jìn)給，可以把工作臺(tái)分為上滑板、中滑板、下滑板三部分。導(dǎo)軌的行程為80mm，則滑板尺寸的長、寬為100mm，而高度隨情況而定，具體數(shù)值見圖4、圖5、圖6。由于橫向及縱向螺桿在進(jìn)給過程中受力很小，強(qiáng)度及其他性能指標(biāo)均能滿足。根據(jù)情況選擇螺桿直徑為12mm，螺距為

17、5mm，當(dāng)手輪旋轉(zhuǎn)一周時(shí)螺桿前進(jìn)了5mm。手輪直徑比螺桿稍大為20mm，上面刻有100個(gè)小格，每小格為0.05mm。導(dǎo)塊與螺桿裝配一起，在螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)導(dǎo)塊分別引領(lǐng)和帶動(dòng)上滑板或中滑板進(jìn)行橫向或縱向移動(dòng)。故導(dǎo)塊上開有螺紋孔，為了與螺桿配合，孔徑為12mm，螺距為5mm。具體位置尺寸見圖4、圖5。為保證導(dǎo)軌正常工作，導(dǎo)軌滑動(dòng)表面之間應(yīng)保持適當(dāng)?shù)拈g隙。間隙過小，會(huì)增加摩擦阻力；間隙過大，會(huì)降低導(dǎo)向精度。導(dǎo)軌的間隙如依靠刮研來保證，工作量很大，而且導(dǎo)軌經(jīng)過長期使用后，會(huì)因磨損而增大間隙，需要及時(shí)調(diào)整，故導(dǎo)軌應(yīng)有間隙調(diào)整裝置。本切割機(jī)采用燕尾槽型導(dǎo)軌，需要在水平方向上調(diào)整間隙。用螺釘調(diào)整鑲條位置。具體如下

18、： 圖6 上滑板 圖7 中滑板 圖8 下滑板圖9 進(jìn)給裝置第六章 鍵的選擇與校核6.1 鍵的選擇根據(jù)鍵連接軸段的直徑與軸上零件齒輪的輪轂長度，現(xiàn)選擇A型（圓頭）普通平鍵連接，具體尺寸如下：1. 導(dǎo)軌進(jìn)給系統(tǒng)中絲桿與手輪之間的鍵連接：B*L*H：2*7*32. 夾具中絲桿與手輪之間的鍵連接：B*L*H：2*7*33. 電動(dòng)機(jī)與軸之間的鍵連接：4. B*L*H：4*23*56.2 鍵的校核在本設(shè)計(jì)中，平鍵連接只用于傳遞轉(zhuǎn)矩，對(duì)于采用常見的材料組合和按標(biāo)準(zhǔn)選取尺寸的普通平鍵連接，其主要失效形式是工作面被壓潰。除非有嚴(yán)重過載，一般不會(huì)出現(xiàn)鍵的剪斷。因此通常只按工作面上的擠壓應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算?，F(xiàn)選擇

19、電動(dòng)機(jī)與軸之間的連接鍵來進(jìn)行強(qiáng)度校核：傳遞的轉(zhuǎn)矩T=0.84N·m鍵的高度h=5mm鍵與輪轂鍵槽的接觸高度k=0.5h=2.5mm鍵的工作長度l=L-b=19mm軸的直徑d=20mm鍵、軸、輪轂中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力p=100MPa則p=MPap=100MPa故安全，鍵強(qiáng)度合格。用上述方法驗(yàn)算其他鍵強(qiáng)度，經(jīng)驗(yàn)算校核，各鍵強(qiáng)度均合格。第七章 機(jī)座的設(shè)計(jì)首先，根據(jù)導(dǎo)軌進(jìn)給系統(tǒng)與電動(dòng)機(jī)的大小，以及二者的位置分析，將機(jī)座設(shè)定為330*255mm。關(guān)于電動(dòng)機(jī)的機(jī)座，按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定四個(gè)孔用于固定電動(dòng)機(jī)，其尺寸為80*100mm，兩邊個(gè)留有一段緩沖空間分別是15mm和20mm。暫將前一種方法定位方

20、案一，后一種定為方案二，現(xiàn)在愛分析兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn):方案一，利用刀片的右邊緣來切割金屬試樣。它的優(yōu)點(diǎn)是：便于被切割金屬的安裝，而且在機(jī)座上切割砂輪的正下方留有漏口后，便可以使切割碎屑以及冷卻液順著漏口流走，避免其到處迸濺，安全性上有一定的保障。這種方案的缺點(diǎn)就是有效切割距離比較小。方案二，利用刀片的下邊緣來切割金屬試樣。它的優(yōu)點(diǎn)是：實(shí)際有效切割距離要比方案一大很多。但是也有一定的缺點(diǎn)，就是不方便金屬試樣的安裝，而且不能有效的控制切屑與冷卻液，需要安裝罩殼。綜上所述，再查閱有關(guān)資料，得出方案一優(yōu)于方案二，故選擇方案二，那么安裝電動(dòng)機(jī)的幾座要高于水平機(jī)座21mm，且凸出部分厚度為5mm，其余部分厚度為10mm。 圖10 方案一圖11 方案二結(jié)束語在此次設(shè)計(jì)的過程中，培養(yǎng)了我的綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力，分析和解決實(shí)際中所遇到問題的能力，并且能鞏固和深化我所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，使我在調(diào)查研究和收集資料等方面有了顯著的提高，同時(shí)在理解分析能力、制定設(shè)計(jì)計(jì)算和繪圖能力方面有較大的進(jìn)步；另外我的技術(shù)分析和組織工