畢業(yè)設(shè)計(jì)飾面石材板線切割機(jī)

1、 . PAGE25 / NUMPAGES251前言 隨著世界上建筑業(yè)與裝飾業(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石和花崗石兩大類(lèi)。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(kāi)槽。其中最為關(guān)鍵的是鋸切工序，它決定著產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，因此必須選擇合適的加工方法和加工設(shè)備。石和花崗石用作室外飾面裝飾效果好、耐久，但造價(jià)高，因而多用于公共建筑和裝飾等級(jí)要求較高的工程中。但近年來(lái)，隨著生活水平的提高，人們對(duì)自身的生活環(huán)境的美學(xué)觀念也在不斷地更新，石和花崗石也越來(lái)越多地出現(xiàn)在家居裝飾裝修中。對(duì)這些石材的需求不斷增長(zhǎng)，從而大大

2、促進(jìn)了相關(guān)加工技術(shù)裝備的研究與發(fā)展，特別是鋸切技術(shù)。最近幾年來(lái)，石材制品不斷向高檔化、異型化、藝術(shù)化方向發(fā)展，石材行業(yè)迫切需要開(kāi)發(fā)相應(yīng)的多功能、高效率、自動(dòng)化的石材加工裝備，同時(shí)要求設(shè)備的功能部件可以具有互換性，以滿(mǎn)足用戶(hù)個(gè)性化、多樣化的需求。目前，就國(guó)應(yīng)用的設(shè)備來(lái)說(shuō)，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(lǐng)先的石材加工技術(shù)以意大利、美國(guó)、德國(guó)等國(guó)的石材數(shù)控加工中心為代表，但因其高昂的價(jià)格阻礙了我國(guó)石材業(yè)的大力推廣，因此我們要寄望于國(guó)產(chǎn)數(shù)控技術(shù)的長(zhǎng)足進(jìn)步，近年來(lái)我國(guó)石材機(jī)械的發(fā)展異常迅猛，以電腦智

3、能化為基礎(chǔ)的設(shè)備開(kāi)發(fā)與數(shù)控技術(shù)成長(zhǎng)也很快，一批石材企業(yè)注重技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品創(chuàng)新，在吸收、消化國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升了國(guó)產(chǎn)石材機(jī)械的加工制造水平，具備了很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活水平不斷提高的同時(shí)，裝飾石材在建筑裝修中的使用量也大幅增加，由于我國(guó)石材加工機(jī)械的起步較晚，同時(shí)面臨著機(jī)遇和挑戰(zhàn)，如何研究、開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)而且符合中國(guó)國(guó)情的加工機(jī)械已成為一項(xiàng)緊迫的任務(wù)，在面臨前所未有的機(jī)遇的同時(shí)，我們不得不承認(rèn)在許多技術(shù)上與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在一定的差距，所以我們要努力為我國(guó)的石材加工業(yè)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。限于作者的水平，時(shí)間有限，本設(shè)計(jì)中難免出現(xiàn)錯(cuò)誤與不妥之處，懇請(qǐng)各位老師批

4、評(píng)指正。 2石材加工機(jī)械的發(fā)展歷史與趨勢(shì)2.1石材加工設(shè)備概述石材加工裝備是石材加工的基礎(chǔ)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(jìn)步，石材產(chǎn)品的質(zhì)量和加工自動(dòng)化水平也得到不斷的提高。石材加工從簡(jiǎn)單的平面加工向立體加工發(fā)展，從手工加工向機(jī)械化、自動(dòng)化、數(shù)控化方向發(fā)展，從單件生產(chǎn)向流水線、柔性系統(tǒng)方向發(fā)展1。石材加工歷史悠久，從人類(lèi)文明歷史以來(lái)就有石材加工，但最初的加工都是手工完成的。直到石材機(jī)械發(fā)明以后，人們才從繁重的石材加工勞動(dòng)中解脫出來(lái)。石材毛板加工最初采用擺式砂鋸，鋸機(jī)框架采用繩索吊掛，進(jìn)給系統(tǒng)靠重力配重完成。鋸條緊機(jī)構(gòu)也是靠楔形塊緊。加工工藝比較簡(jiǎn)單，產(chǎn)品單一，勞動(dòng)強(qiáng)度

5、大，質(zhì)量較差。隨著加工裝備和加工刀具的發(fā)展，石材切割機(jī)械也得到了很大的改進(jìn)，例如金剛石框架鋸機(jī)用來(lái)對(duì)石荒料進(jìn)行毛板加工其進(jìn)給機(jī)構(gòu)和緊機(jī)構(gòu)采用液壓式，鋸框采用平移式?；◢弾r框架鋸采用同步絲杠進(jìn)給機(jī)構(gòu)，加砂系統(tǒng)采用自動(dòng)混料噴砂與噴水系統(tǒng)，加工效率和加工質(zhì)量得到了大大提高。伴隨著新的加工設(shè)備的出現(xiàn)，石材的加工方式從過(guò)去單一的框架鋸向多元化方向發(fā)展，相繼出現(xiàn)了圓盤(pán)鋸機(jī)、帶鋸機(jī)、金剛石串珠繩鋸機(jī)。石材加工裝備隨著新技術(shù)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(zhuǎn)向異型石材，隨之出現(xiàn)了圓弧切板機(jī)、圓弧磨板機(jī)、石線切割機(jī)、數(shù)控切割機(jī)等一系列異型石材加工設(shè)備2。隨之而來(lái)的輔助設(shè)備也從單一機(jī)械裝置向數(shù)控化

6、和智能化方向發(fā)展。2.2 石材加工技術(shù)的發(fā)展隨著計(jì)算機(jī)軟硬件的快速發(fā)展，近年來(lái)石材加工設(shè)備發(fā)展很快。新設(shè)備不斷涌現(xiàn)，如花崗石排鋸，由原來(lái)的3m3.5m發(fā)展到現(xiàn)在的4.5m6.9m，花崗巖連續(xù)磨機(jī)的性能也有進(jìn)一步提高。另外，值得注意的是由于投入與生產(chǎn)效率的不同，同類(lèi)設(shè)備在售價(jià)上也有很大的差別，有的甚至相差30%以上，因此應(yīng)根據(jù)自身的條件選擇合適的加工設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)效益最大化。而異型石材加工設(shè)備的出現(xiàn)預(yù)示著石材加工產(chǎn)品將出現(xiàn)繁花似錦的可能性，這些異型石材加工設(shè)備包括：直邊異型加工機(jī)、曲線異型加工機(jī)、曲面異型加工機(jī)、金剛石繩鋸、程控雕刻設(shè)備、新型數(shù)控加工等。這些設(shè)備都代表著當(dāng)今世界石材加工的先進(jìn)水平，

7、使石材產(chǎn)品在裝飾上得到了廣泛應(yīng)用。同時(shí)，建筑裝飾業(yè)發(fā)展也促進(jìn)了石材設(shè)備的更新?lián)Q代3。石材加工設(shè)備目前已廣泛的采用了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，目前已研制出車(chē)削加工中心、銑削加工中心,使石材加工裝備向自動(dòng)化和數(shù)控化方向發(fā)展，操作更加方便靈活。很多加工設(shè)備都集車(chē)、銑、磨、雕刻、鉆等功能于一體，設(shè)備的綜合加工能力大幅提高，生產(chǎn)設(shè)備的利用率也提高不少。另外，石材加工設(shè)備也朝著高精度、自動(dòng)化方向發(fā)展，總體裝配精度、自動(dòng)化程度必將迎來(lái)新的發(fā)展時(shí)代4。2.3石材加工工具簡(jiǎn)介目前就國(guó)應(yīng)用的石材加工設(shè)備來(lái)說(shuō)，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

8、：2.3.1 砂鋸砂鋸是加工花崗巖的傳統(tǒng)設(shè)備5，它使用的刀具是鋸條和砂料。砂鋸具有自己獨(dú)特的鋸切機(jī)理，屬機(jī)械磨損作用，在工作中磨料、石材、鋸條三者之間作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，鋸條通過(guò)磨料對(duì)石材施加作用力，磨料在鋸條和石材之間做相對(duì)滑動(dòng)或滾動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)且割石材。砂鋸按其結(jié)構(gòu)形式主要分為四大類(lèi)：(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(shù)，也是國(guó)切割花崗巖材板的主要設(shè)備。2.3.2 金剛石框架鋸金鋼石框架鋸也稱(chēng)多鋸條金崗石大鋸，所使用的刀具是金剛石鋸條，工作時(shí)由偏心輪帶動(dòng)鋸框做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，荒料車(chē)帶動(dòng)石料相對(duì)鋸條做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)6。該鋸是加工石材大板

9、的有效設(shè)備，主要用于石荒料的鋸割，尤其適用于中硬度與軟的石鋸割。它的主要優(yōu)點(diǎn)：(1)切割速度快，生產(chǎn)量高，一般比砂鋸高三倍以上，且需要設(shè)備臺(tái)數(shù)少，節(jié)省設(shè)備投資于廠房面積 (2)鋸割質(zhì)量好，毛板合格率高 (3)節(jié)省勞動(dòng)力和鋼材，大大改善了勞動(dòng)條件，在石大板生產(chǎn)線中有逐步取代砂鋸的趨勢(shì)。 2.3.3 金剛石圓片鋸圓盤(pán)鋸直接對(duì)礦體進(jìn)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料的水平面，是一種半機(jī)械式開(kāi)采方法7。如果使用串珠鋸將石料底面從礦體上鋸切分離，仍使用圓盤(pán)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(kāi)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

10、的不平整度最大可達(dá)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(wú)關(guān)，只與鋸切面積小于有關(guān)，鋸切水平面的平整度一般小于10cm?？傊畧A盤(pán)鋸是目前開(kāi)采花崗石的各種方法中開(kāi)采成本最低的方法。2.2.4 金剛石帶鋸該種設(shè)備所使用的鋸切工具是金剛石帶狀鋸條，一般由金剛石結(jié)塊焊接或鑲嵌在鋼帶上制成8。與框架鋸和圓片鋸相比，帶鋸有顯著的優(yōu)點(diǎn)：鋸切速度快、切割厚度可調(diào)節(jié)圍大、生產(chǎn)靈活性好、成材率高、精度高、噪音低。缺點(diǎn)：對(duì)鋸條要求高，需要大量的冷卻液。2.3.5金剛石串珠鋸串珠鋸包括石材開(kāi)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，以與異型加工用串珠鋸9。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，串珠鋸機(jī)

11、不斷改進(jìn)，串珠鋸的結(jié)構(gòu)形式、技術(shù)性能基本穩(wěn)定，并形成了目前廣泛使用的結(jié)構(gòu)和控制模式。其主要特點(diǎn)是便于自動(dòng)化操作、控制。以上簡(jiǎn)要介紹了目前國(guó)常用的幾種石材切割工具?，F(xiàn)在還出現(xiàn)了集切割、研磨、修邊、拋光工藝于一體的石、花崗石標(biāo)準(zhǔn)工程板和薄板生產(chǎn)線，這表明我國(guó)石材加工業(yè)的發(fā)展的確有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。但同時(shí)我們也應(yīng)該看到與歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家之間的差距，因此要我們著眼于未來(lái)，積極進(jìn)取，努力開(kāi)拓，研制出具有更高水平的新型現(xiàn)代化的石材加工設(shè)備，增強(qiáng)我國(guó)在國(guó)際石材設(shè)備市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力和影響力。3 對(duì)本次設(shè)計(jì)任務(wù)的分析3.1 設(shè)計(jì)容 根據(jù)國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)，對(duì)于高精尖線切割機(jī)床的設(shè)計(jì)要求一般是自動(dòng)化程度高，加工柔度好，加工

12、效率高等優(yōu)點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)的課題是提供一種能夠整體切割較復(fù)雜的圖案、自動(dòng)化程度較高、加工精度較好、生產(chǎn)效率較高、產(chǎn)品裝飾的效果良好的異形石料板自動(dòng)切割機(jī)械。本次設(shè)計(jì)的主要機(jī)構(gòu)裝置包括機(jī)架、弓形架、工作臺(tái)、傳動(dòng)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)需要能夠?qū)崿F(xiàn)雙向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的工作臺(tái)，以與能夠?qū)崿F(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的鋼絲切割機(jī)構(gòu)。弓形架上緊著切割鋼絲并作快速的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，切割鋼絲表面鍍有金剛砂，工作臺(tái)可按設(shè)定的方向作縱橫兩個(gè)方向的自動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)在工件上切割出設(shè)定的圖案。3.2設(shè)計(jì)要求3.2.1 基本要求本次設(shè)計(jì)的一種裝飾用異形石材板線切割機(jī)，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，可以將石或花

13、崗石等板材自動(dòng)切割成各種需要的圖案，如各種石/花崗巖弧形板、截面曲線，也可以制作工藝品、藝術(shù)字、石材拼花等各種復(fù)雜的造型。此外要求本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、體積小，噪聲低，切割速度快，操作簡(jiǎn)便、安全，易于維護(hù)等特點(diǎn)。3.2.2設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)本次設(shè)計(jì)的線切割機(jī)最大加工板材尺寸為：400250mm2。 切割速度控制在510mm/min，快速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)速度也可以達(dá)到12mm/min。 加工誤差小于等于0.02mm。4 總體方案設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)的課題是提供一種異形石材板的自動(dòng)切割機(jī)械，能夠整體切割較復(fù)雜的圖案，自動(dòng)化程度較高，加工精度較好，生產(chǎn)效率較高，加工出的成品裝飾效果好。設(shè)計(jì)容主要包括機(jī)架、弓形架、工作臺(tái)、傳

14、動(dòng)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)等組成。需要設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)雙向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的工作臺(tái)，以與能夠?qū)崿F(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的鋼絲切割機(jī)構(gòu)。弓形架上緊著切割鋼絲并作快速的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，切割鋼絲表面鍍有金剛砂，工作臺(tái)可按設(shè)定的方向作縱橫兩個(gè)方向的自動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)在工件上切割出設(shè)定的圖案。總體方案的設(shè)計(jì)是如何實(shí)現(xiàn)刀具與工件兩個(gè)互相垂直的運(yùn)動(dòng)和直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，比較而言，弓形架帶動(dòng)鋼絲來(lái)完成直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)更為合理，那么應(yīng)當(dāng)由工作臺(tái)來(lái)獨(dú)自實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。故工作臺(tái)的設(shè)計(jì)有以下兩種方案：(1)只有一層工作臺(tái)來(lái)夾持工件，采用兩個(gè)進(jìn)給機(jī)構(gòu)推動(dòng)完成兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng) ，如圖4.1：圖4.1 進(jìn)給機(jī)構(gòu)方案11 進(jìn)給機(jī)構(gòu)1，實(shí)現(xiàn)x軸的進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 2 進(jìn)給機(jī)構(gòu)

15、2實(shí)現(xiàn)y軸方向的進(jìn)給運(yùn)3 工作臺(tái) 4 滑塊 5 工件 (2)采用雙層導(dǎo)軌，每層導(dǎo)軌分別承擔(dān)一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，如圖4.2：圖4.2 進(jìn)給機(jī)構(gòu)方案21中層導(dǎo)軌板 2工作臺(tái) 3下層導(dǎo)軌板 4 x方向進(jìn)給機(jī)構(gòu) 5工件 6 y方向進(jìn)給機(jī)構(gòu) 此外，直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)有2種選擇，1是用凸輪機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，2是用曲柄連桿機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)；導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)類(lèi)型主要有3種，滑動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌。 對(duì)比以上兩個(gè)設(shè)計(jì)方案后，第二方案實(shí)現(xiàn)起來(lái)相對(duì)容易，現(xiàn)將方案總體的設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)作如4.3圖所示：圖4.3 總體進(jìn)給機(jī)構(gòu)方案1工作臺(tái) 2中層導(dǎo)軌板 3下層導(dǎo)軌板 4切割鋼絲 5機(jī)架 6弓形架其工作原理為：弓形架帶動(dòng)鋼絲做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，三個(gè)重疊放

16、置的平板代表一個(gè)簡(jiǎn)單的雙層導(dǎo)軌，可使工作臺(tái)同時(shí)完成兩個(gè)相互垂直方向的運(yùn)動(dòng)，而弓形架不再做平移運(yùn)動(dòng)，這樣就完成了總體方案的設(shè)計(jì)。很顯然，本設(shè)計(jì)提供了一種全新的實(shí)用型石材加工機(jī)械，能夠?qū)鍫钍淖詣?dòng)切割成復(fù)雜圖案。相對(duì)于其它的異形石材加工機(jī)械，它具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，而且由以上描述看出它在技術(shù)上也是可行的。5 機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)5.1 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)導(dǎo)軌的功用是承受載荷和導(dǎo)向10。它能承受安裝在導(dǎo)軌上的運(yùn)動(dòng)部件與工件的質(zhì)量和切削力，運(yùn)動(dòng)部件可以沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌稱(chēng)為動(dòng)導(dǎo)軌，不動(dòng)的導(dǎo)軌稱(chēng)為靜導(dǎo)軌或支撐導(dǎo)軌。動(dòng)導(dǎo)軌相對(duì)于靜導(dǎo)軌座直線運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。5.1.1導(dǎo)軌設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足的主要技術(shù)要求導(dǎo)向精度 導(dǎo)向精度是導(dǎo)軌副在

17、空載荷或切削條件下運(yùn)動(dòng)時(shí)實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡與給定運(yùn)動(dòng)軌跡之間的偏差。影響導(dǎo)向精度的因素很多，如導(dǎo)軌的幾何精度和接觸精度，導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式，導(dǎo)軌和支撐件的剛度熱變形，導(dǎo)軌的油膜厚度和油膜剛度等等。（2）承載能力大，剛度好 根據(jù)導(dǎo)軌承受載荷的性質(zhì)、方向和大小，合理選擇導(dǎo)軌的截面形狀和尺寸，使導(dǎo)軌具有足夠的剛度，以保證機(jī)床的加工精度。（3）精度保持性好 精度保持性主要是由導(dǎo)軌的耐磨性決定的，常見(jiàn)的磨損形式有磨料磨損、粘著磨損或咬焊、接觸疲勞磨損等。影響耐磨性的因素有導(dǎo)軌材料、載荷狀況、摩擦性質(zhì)、工藝方法、潤(rùn)滑和防護(hù)條件等。（4）低速平穩(wěn)性 當(dāng)導(dǎo)軌座低速運(yùn)動(dòng)或微量進(jìn)給時(shí)，應(yīng)保證運(yùn)動(dòng)始終平穩(wěn)，不出現(xiàn)爬行現(xiàn)象。

18、5.1.2 導(dǎo)軌類(lèi)型的選擇導(dǎo)軌副按照導(dǎo)軌面的摩擦性質(zhì)可分為滑動(dòng)導(dǎo)軌副和滾動(dòng)導(dǎo)軌副，滑動(dòng)導(dǎo)軌又可分為普通滑動(dòng)導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌等。它們各有優(yōu)缺點(diǎn),現(xiàn)介紹如下：(1) 滑動(dòng)導(dǎo)軌 滑動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、抗震性能好 ；缺點(diǎn)是磨損較快，為了提高耐磨性，國(guó)外廣泛采用塑料導(dǎo)軌和鑲鋼導(dǎo)軌。塑料導(dǎo)軌是用噴涂法或粘結(jié)法將塑料覆蓋在導(dǎo)軌面上。(2) 滾動(dòng)導(dǎo)軌 與滑動(dòng)導(dǎo)軌相比，滾動(dòng)導(dǎo)軌摩擦因數(shù)小，動(dòng)靜摩擦因數(shù)都很接近，因此摩擦力小，啟動(dòng)輕便，運(yùn)動(dòng)靈敏，不易爬行；磨損小，精度保持性好，壽命長(zhǎng)，具有較高的重復(fù)定位精度，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)；可以采用油脂潤(rùn)滑，且潤(rùn)滑系統(tǒng)簡(jiǎn)單。但是抗震性差，需要預(yù)緊裝置，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工難度大，成本較高

19、。 (3) 靜壓導(dǎo)軌 靜壓導(dǎo)軌摩擦因數(shù)小，在設(shè)備啟動(dòng)和停止時(shí)沒(méi)有磨損，效率高，精保持性好，精度高，抗震性能好，低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，防爬行性能良好。但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要一套專(zhuān)門(mén)的液壓系統(tǒng)，維修、調(diào)整比較麻煩，成本較高，故多用于精密和高精度或低速運(yùn)動(dòng)機(jī)床中。通過(guò)以上論述，由于滾動(dòng)導(dǎo)軌抗震性能較差、成本較高，而靜壓導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要安裝一套專(zhuān)門(mén)的液壓設(shè)備，且維護(hù)、潤(rùn)滑麻煩，可以看出本設(shè)計(jì)不宜采用此二種方案，因此最合適的導(dǎo)軌系統(tǒng)是貼塑滑動(dòng)導(dǎo)軌。5.1.3 導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)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(dǎo)軌副之中還有凸凹之分。由于本設(shè)計(jì)的工作臺(tái)較寬，因此兩層導(dǎo)軌都采用

20、雙層導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式，而雙導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)類(lèi)型也很多，有雙三角形導(dǎo)軌、雙矩形導(dǎo)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(diào)整間隙，接觸剛度好，導(dǎo)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(dǎo)軌承載能力大，制造簡(jiǎn)單，但需要鑲條調(diào)整間隙。矩形和三角形組合導(dǎo)軌導(dǎo)向性好、剛度高、制造方便，應(yīng)用廣泛。矩形和燕尾形組合導(dǎo)軌能夠承受較大力矩，調(diào)整方便，但多用于立柱、搖臂橫梁導(dǎo)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(dǎo)軌具有較明顯的優(yōu)勢(shì)，故因此本設(shè)計(jì)采用此結(jié)構(gòu)形式。（1）工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)如圖5.1：圖5.1 工作臺(tái)說(shuō)明：工作臺(tái)表面上設(shè)有螺孔以便于安裝夾具；中間的方框標(biāo)示了本

21、機(jī)器的最大加工圍，即400250mm2。（2）中層導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)，如圖5.2：圖5.2中層導(dǎo)軌板說(shuō)明：導(dǎo)軌板的上下表面都設(shè)有導(dǎo)軌，上導(dǎo)軌與工作臺(tái)的導(dǎo)軌配合，下導(dǎo)軌與下層 導(dǎo)軌板上的導(dǎo)軌來(lái)配合；為了安裝步進(jìn)電機(jī)導(dǎo)軌板右端部設(shè)有四個(gè)螺孔；為了能使鋼絲和導(dǎo)軌板的運(yùn)動(dòng)不發(fā)生相互干擾在導(dǎo)軌板的中部開(kāi)設(shè)了縫隙，使導(dǎo)軌板與鋼絲始終保持距離。（3）下層導(dǎo)軌板的結(jié)構(gòu)，如圖5-3：圖5.3下層導(dǎo)軌板說(shuō)明： 上端部四個(gè)螺孔是用于安裝步進(jìn)電機(jī)，靠緊中部的四個(gè)螺孔 用來(lái)安裝軸承座的。小結(jié) ：工作臺(tái)在中層導(dǎo)軌板上滑移的距離為400mm；中層導(dǎo)軌板可在下層導(dǎo)軌板上滑移的距離為250mm； 下層導(dǎo)軌板固定于機(jī)架；上層導(dǎo)軌板即工作

22、臺(tái)上開(kāi)的窗與中層導(dǎo)軌板上的縫隙與下層導(dǎo) 軌板開(kāi)的孔是相互呼應(yīng)的，可保證導(dǎo)軌板與鋼絲不發(fā)生干涉。5.2進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)5.2.1概述 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的精度、靈敏度、穩(wěn)定性直接影響機(jī)床的定位精度和輪廓加工精度。不同類(lèi)型的機(jī)床實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)類(lèi)型也不同。根據(jù)加工對(duì)象、成形運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給精度、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性與生產(chǎn)率等因素的要求，主要有機(jī)械進(jìn)給傳動(dòng)、液壓進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)、電氣伺服進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)等。機(jī)械進(jìn)給系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造與裝配工作量較大，工作可靠便于檢查和維修，機(jī)床上應(yīng)用較多。電器伺服系統(tǒng)是數(shù)控裝置和機(jī)床之間的聯(lián)系環(huán)節(jié)，它接收來(lái)自數(shù)控裝置發(fā)出的進(jìn)給脈沖，經(jīng)變換和放大后驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)按規(guī)定的速度和距離移動(dòng)。在現(xiàn)代機(jī)床上，實(shí)

23、現(xiàn)直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)主要有三種形式：（1）通過(guò)絲杠螺母副；（2）通過(guò)蝸輪蝸桿副；（3）采用直線電動(dòng)機(jī)。由于蝸輪蝸桿副結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積很大，而直線電機(jī)的效率和功率因數(shù)較低，對(duì)驅(qū)動(dòng)器的要求較高，絲杠螺母副機(jī)構(gòu)則沒(méi)有這些缺點(diǎn)，而且絲杠螺母副機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便、制造成本低、具有自鎖功能，故選擇第一種進(jìn)給形式。由于該機(jī)器采用的是雙進(jìn)給機(jī)構(gòu)，每根絲杠有兩個(gè)軸承來(lái)支撐，采用一端固定一端浮動(dòng)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(tái)和中層導(dǎo)軌板上，絲杠做螺旋運(yùn)動(dòng)而螺母作軸向直線運(yùn)動(dòng)。5.2.2進(jìn)給機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 圖5.4進(jìn)給機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1 軸承座2 絲杠3軸承座4錐銷(xiāo)聯(lián)軸器 5步進(jìn)電機(jī)說(shuō)明： = 1 *

24、 GB3 絲杠采用梯形絲杠，取螺距L=4mm 公稱(chēng)直徑d=30mm； = 2 * GB3 為了保證傳動(dòng)精度，選用剛性錐銷(xiāo)聯(lián)軸器； = 3 * GB3 絲杠兩端采用軸承座支撐，選用的是一對(duì)背靠背的向心推力球軸承。5.3弓形架往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)有兩種：（1）采用曲柄連桿機(jī)構(gòu)，（2）采用凸輪機(jī)構(gòu)；由于凸輪機(jī)構(gòu)較復(fù)雜，且不易實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因此選擇曲柄連桿機(jī)構(gòu)，并對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，即采用偏心輪代替曲柄，弓形架替代滑塊。弓形架作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌選用的是圓柱導(dǎo)軌，為了保持弓形架不發(fā)生偏轉(zhuǎn)采用了兩條相互平行的圓柱導(dǎo)軌，這里有兩種選擇：（1）由滑動(dòng)圓柱承擔(dān)（2）由滑套承擔(dān)。

25、二者的結(jié)構(gòu)如圖5-5和圖5-6：圖5.5 圖5.61滑動(dòng)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(jié)論： 如果要實(shí)現(xiàn)一樣的行程圖5-6所示結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)采用了圖5-5的方案。為了滿(mǎn)足運(yùn)動(dòng)速度的調(diào)整采用了帶輪減速機(jī)構(gòu)，此外，帶輪機(jī)構(gòu)還可以保護(hù)伺服電機(jī)。5.4懸臂梁的形狀結(jié)構(gòu)圖5.7懸臂梁說(shuō)明：右端部六個(gè)通孔用來(lái)與搭接梁相連接；左端部四個(gè)通孔是用來(lái)連接夾緊裝置；為了增加剛度懸臂梁設(shè)計(jì)成槽形；下懸臂梁與上懸臂梁在結(jié)構(gòu)上相似，只是尺寸稍微有些差別。5.5上搭接梁的形狀結(jié)構(gòu)圖5.8 上搭接梁說(shuō)明： 為了連接滑

26、動(dòng)圓柱左右兩端開(kāi)設(shè)了通孔，中部六個(gè)通孔是用來(lái)安裝懸臂梁。5.6 下搭接梁的形狀結(jié)構(gòu)圖5.9 下搭接梁說(shuō)明： 左右兩端的通孔與滑動(dòng)圓柱相連接；中心兩側(cè)六通孔為了連接懸臂梁；側(cè)壁中部的小孔用來(lái)安放小軸。5.7滑動(dòng)圓柱的結(jié)構(gòu)形狀圖5.10說(shuō)明：為了提高滑動(dòng)圓柱定位精度兩端做成臺(tái)階，同時(shí)兩端都用螺栓來(lái)與上下搭接 梁相連接。6 重要零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算6.1 V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算6.1.1設(shè)計(jì)要求 傳遞功率1.2kw，減速比1:4，沖擊載荷較大，小帶輪轉(zhuǎn)速1440r/min，中心距約500mm。6.1.2設(shè)計(jì)步驟（1）確定計(jì)算功率 查機(jī)械設(shè)計(jì)11表8.7，得工況系數(shù)則(6.1)（2）選取V帶型號(hào) 根據(jù)計(jì)算功率

27、和小帶輪的轉(zhuǎn)度，由機(jī)械設(shè)計(jì)圖8.11查得V帶型號(hào)為Z型帶。（3）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)算帶速 根據(jù)V帶型號(hào)從普通V帶基準(zhǔn)直徑系列中選取小帶輪的基準(zhǔn)直徑， 驗(yàn)算帶速(6.2) 因?yàn)?，故帶速合適； 則大帶輪直徑 (6.3) 故取。（4）確定V帶中心距a和基準(zhǔn)長(zhǎng)度 = 1 * GB3 根據(jù)式初定中心距， (6.4) 初選 = 2 * GB3 根據(jù)式(6.5)計(jì)算所需的基準(zhǔn)長(zhǎng)度：(6.6)故選取V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度為， 則中心距：(6.7)（5）驗(yàn)算小帶輪上的包角（6.8） 故包角合適。（6）計(jì)算V帶的根數(shù)Z計(jì)算單根V帶的額定功率 由和，查機(jī)械設(shè)計(jì)得，根據(jù)，和Z型V帶由機(jī)械設(shè)計(jì)，查得， 包角系數(shù)，工況系數(shù)，

28、于是(6.9)計(jì)算V帶根數(shù)Z(6.10)取整數(shù)（7）計(jì)算單根V帶的最小初拉力(6.11)(8) 計(jì)算壓軸力 壓軸力的最小值為（6.12) 6.2 圓柱螺旋彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 彈簧是一種彈性元件，它可以在載荷作用下產(chǎn)生較大的彈性變形13。本線 切割機(jī)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(fù)運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的沖 擊載荷振動(dòng)，此外，它們也起到儲(chǔ)蓄一定能量的作用。6.2.1已知條件本機(jī)工作在一般載荷下，彈簧中徑，外徑，當(dāng)壓縮變 形量時(shí)，；當(dāng)壓縮變形量時(shí)，。6.2.2 設(shè)計(jì)計(jì)算 (1)計(jì)算許用切應(yīng)力因?yàn)閺椈晒ぷ髟谝话爿d荷下，因此按第類(lèi)彈簧來(lái)設(shè)計(jì)14，選用C級(jí)碳素鋼彈簧絲，根據(jù)，估取簧絲直徑：，取彈簧絲拉伸

29、強(qiáng)度極限，則彈簧絲需用切應(yīng)。 (2) 計(jì)算簧絲直徑現(xiàn)選取旋繞比，則：（6.13)根據(jù)式(6.14)改取查機(jī)械設(shè)計(jì)得不變，故不變，取， 計(jì)算得: (6.15) 則:(6.16) 該值與估計(jì)值近似，故取簧絲直徑，此時(shí)，為標(biāo)準(zhǔn)值。 則:(6.17) 符合要求。 (3)計(jì)算彈簧圈數(shù) 由得，彈簧剛度，選取切變模量 。 則彈簧圈數(shù) (6.18)取，此時(shí) (4)驗(yàn)算彈簧初拉力 (6.19)初應(yīng)力(6.20)極限工作應(yīng)力 (6.21)極限工作載荷(6.22)6.3步進(jìn)電機(jī)的選擇與計(jì)算步進(jìn)電機(jī)是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運(yùn)動(dòng)的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個(gè)步距角增量。步進(jìn)電機(jī)總的回轉(zhuǎn)

30、角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖頻率。步進(jìn)電機(jī)具有慣量低、定位精度高、無(wú)累積誤差、控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，是機(jī)電一體化產(chǎn)品中關(guān)鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制15。6.3.1 設(shè)計(jì)要求 工作臺(tái)的脈沖當(dāng)量，絲杠的導(dǎo)程，初選步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角，得減速比：(6.23)6.3.2 設(shè)計(jì)過(guò)程 (1)計(jì)算加在步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 已知：絲杠的公稱(chēng)直徑，總長(zhǎng)，導(dǎo)程，材料密度；移動(dòng)部件總重力；小齒輪度，直徑；大齒輪度，直徑；轉(zhuǎn)動(dòng)比。初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為110BF004，三相六拍，驅(qū)動(dòng)時(shí)步距角。 絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；移動(dòng)部件折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)

31、子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。則加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： (6.24)(2) 電機(jī)力矩計(jì)算由于機(jī)床在不同的工況下所需的轉(zhuǎn)矩不同，所以分快速空載起動(dòng)和承受最大工作負(fù)載兩種情況進(jìn)行計(jì)算：1） 快速空載起動(dòng)力矩在此階段加速力矩所占的比例較大，具體計(jì)算如下：(6.25)快速空載起動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速力矩；移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦力矩；絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩。因?yàn)闈L珠絲杠副的傳動(dòng)效率很高，相對(duì)于和很小，可以忽略不計(jì)，考慮傳動(dòng)鏈的總效率，計(jì)算快速空載起動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸的最大加速轉(zhuǎn)矩： (6.26)式中最大快速進(jìn)給速度，單位為r/min；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止到加速到

32、n轉(zhuǎn)速所需的時(shí)間，單位為s。其中：式中空載最快移動(dòng)速度，任務(wù)書(shū)指定為12mm/min；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角，初選為；脈沖當(dāng)量，本設(shè)計(jì)中脈沖。將以上各值代入，算得設(shè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止到加速至轉(zhuǎn)速所需時(shí)間，傳動(dòng)鏈總效率=0.8，則：(6.27)移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為： （6.28)式中導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)，滑動(dòng)導(dǎo)軌取0.008垂直方向的切削力，空載時(shí)取0傳動(dòng)鏈總效率，取0.8根據(jù)以上可求得快速空載起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩： (6.29)(2)最大切削負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 (6.30) 其中移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦力矩絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附

33、加摩擦轉(zhuǎn)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩(6.31) 由于絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩相對(duì)很小，故可以忽略不計(jì)，則 (6.32)考慮到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源受電網(wǎng)電壓影響較大，當(dāng)輸入電壓降低時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，根據(jù)來(lái)選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩時(shí)，需要考慮安全系數(shù)。本例中取安全系數(shù)K=2，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿(mǎn)足： (6.33)上述初選的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為110BF004，查得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩?？梢?jiàn)，滿(mǎn)足要求。7 結(jié) 論至此，本畢業(yè)設(shè)計(jì)已完成飾面石材板線切割機(jī)的整體設(shè)計(jì)和計(jì)算，所設(shè)計(jì)的機(jī)器能夠切割出較復(fù)雜的圖案，自動(dòng)化程度高，加工精度高，生產(chǎn)效率高，節(jié)約生產(chǎn)成本，經(jīng)濟(jì)效益良好，能夠保證生產(chǎn)的產(chǎn)品具有良好的裝飾效果，此外，該機(jī)價(jià)格低廉，具有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，適合多種工作場(chǎng)合，且安裝方便，操作簡(jiǎn)單、靈活，噪聲低，切割速度快，易于維護(hù)等特點(diǎn)，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)和要求。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是本科學(xué)習(xí)階段一次十分難得的將理論與實(shí)踐相結(jié)合的機(jī)會(huì)。通過(guò)這次比較完整的飾面石材板線切割機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，我逐漸脫離了單純的理論知識(shí)學(xué)狀態(tài)，與實(shí)際設(shè)計(jì)的相結(jié)合鞏固了所學(xué)的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，鍛煉了解決實(shí)際問(wèn)題的能力，