飾面石材板線切割機(jī)設(shè)計(jì)

1、濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)- -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(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。大理石和花崗石用作室內(nèi)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，隨著生活水平的提高，人們對自身 的生活環(huán)境的美學(xué)觀念也在不斷地更新，大理石和花崗石也越來越多地出現(xiàn)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(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，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，以滿足用戶個(gè)性化、多樣化的需求。目前，就國內(nèi)應(yīng)用的設(shè)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(lǐng)先的石材加工技術(shù)以意大利、美國、德國等國的石材數(shù)控加工中心為代表， 但因其高昂的價(jià)格阻礙了我國石材業(yè)的大力推廣， 因此我們要寄望于國產(chǎn)數(shù)控技術(shù)的 長足進(jìn)步，近年來我國石材

3、機(jī)械的發(fā)展異常迅猛， 以電腦智能化為基礎(chǔ)的設(shè)備開發(fā)及 數(shù)控技術(shù)成長也很快，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、消化國外先 進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升了國產(chǎn)石材機(jī)械的加工制造水平，具備了很強(qiáng)的競爭力。 在我國國民經(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、 開發(fā)、設(shè)計(jì)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)而且符合中國國情的加工機(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(yīng)有的貢獻(xiàn)。限于作者的水平，時(shí)間有限

4、，本設(shè)計(jì)中難免出現(xiàn)錯(cuò)誤與不妥之處， 懇請各位老師 批評(píng)指正。2 石材加工機(jī)械的發(fā)展歷史及趨勢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 。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(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。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

5、完成。鋸條 張緊機(jī)構(gòu)也是靠楔形塊張緊。加工工藝比較簡單，產(chǎn)品單一，勞動(dòng)強(qiáng)度大，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)用來對大理石荒料進(jìn)行毛板加工其進(jìn)給機(jī)構(gòu)和張緊機(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)混料噴砂及噴 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 加工方式從過去單一的框架鋸向多元化方向發(fā)展，相繼出現(xiàn)了圓盤鋸機(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)

6、、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。隨之而來的輔助設(shè)備也從單一機(jī)械裝置向數(shù) 控化和智能化方向發(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，由原來的3mx 3.5m發(fā)展到現(xiàn)在的4.5mX 6.9m,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及生產(chǎn)效率的不同，同類設(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

7、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，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。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、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)化程度必將迎來新的發(fā)展時(shí)代4 02.3石材加工工具簡介目前就國內(nèi)應(yīng)用的

8、石材加工設(shè)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(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運(yùn)動(dòng)， 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(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：（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)，也是國內(nèi)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

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(shí)由偏 心輪帶動(dòng)鋸框做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，荒料車帶動(dòng)石料相對鋸條做進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 。該鋸是加工石材 大板的有效設(shè)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(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，在大理石大板生產(chǎn)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(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離石料的水平面，是一種半機(jī)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(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(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。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)范圍大、生產(chǎn)靈活性好、成材率高、精度高、噪音低。缺點(diǎn)：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(jīng)過幾十年的發(fā)展，串珠鋸機(jī)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。以上簡要介紹了目前國內(nèi)常用的幾種石材切割工具。 現(xiàn)在還出現(xiàn)了集切割、研磨、 修邊、拋光工藝于一體的大理石、花崗石標(biāo)準(zhǔn)工程板和薄板生產(chǎn)線， 這表明我國石材 加工業(yè)的發(fā)展的確有了長足的進(jìn)步。但同時(shí)我們也應(yīng)該看到與歐洲發(fā)達(dá)國家之間的差 距，因此要我們著眼于未來，積極進(jìn)取，努力開拓，研制出具有更高水平的新型現(xiàn)代 化的石

12、材加工設(shè)備，增強(qiáng)我國在國際石材設(shè)備市場上的競爭力和影響力。3對本次設(shè)計(jì)任務(wù)的分析3.1設(shè)計(jì)內(nèi)容根據(jù)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，對于高精尖線切割機(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)及控制系統(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)， 以及能夠?qū)崿F(xiàn)直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的鋼絲 切割機(jī)構(gòu)。弓形架上張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

13、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，可以將大理石或花崗石等板材自動(dòng)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(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)簡單、緊湊、體積小，噪聲低, 切割速度快，操作簡便、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：400 250mm2。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

14、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)內(nèi)容主要包括機(jī)架、弓形架、工作臺(tái)、傳動(dòng)系統(tǒng)及控制系統(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)，以及能夠?qū)崿F(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的鋼絲切割機(jī)構(gòu)。弓形架上張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)鋼絲來完成直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)更為

15、合理，那么應(yīng)當(dāng)由工作臺(tái)來獨(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：只有一層工作臺(tái)來夾持工件，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4.1：1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)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4x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)來實(shí)現(xiàn)，2是用曲柄連桿機(jī)構(gòu) 來實(shí)現(xiàn)；導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)類型主要有3種，滑動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、滾動(dòng)導(dǎo)軌。對比以上兩個(gè)設(shè)計(jì)方案后，第二方案實(shí)現(xiàn)起來相對容易，現(xiàn)將方案總體的

16、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)重疊放置的平板代表一個(gè) 簡單的雙層導(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)部件及工件的質(zhì) 量和切削力，運(yùn)動(dòng)

17、部件可以沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌稱為動(dòng)導(dǎo)軌，不動(dòng)的導(dǎo)軌稱為靜 導(dǎo)軌或支撐導(dǎo)軌。動(dòng)導(dǎo)軌相對于靜導(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)滿足的主要技術(shù)要求（1）導(dǎo)向精度 導(dǎo)向精度是導(dǎo)軌副在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(dǎo)軌材料、載荷狀況、摩擦性質(zhì)、工藝方法、潤滑和防護(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。5.1.2導(dǎo)軌類型的選擇導(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，國內(nèi)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，

19、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，具 有較高的重復(fù)定位精度，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)；可以采用油脂潤滑，且潤滑系統(tǒng)簡單。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。（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， 需要一套專門的液壓系統(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， 需要安裝一套專門的液壓設(shè)備，且維護(hù)、潤滑麻煩，可以看出本設(shè)計(jì)不宜采用此二種

20、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)軌都采用雙層導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式， 而雙導(dǎo)軌 的結(jié)構(gòu)類型也很多，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

21、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，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)示了本機(jī)器的最大加工范圍，即400 250mm2。(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)軌板的中部開設(shè)了縫隙，使導(dǎo)軌板與鋼絲始終保持距離。下層導(dǎo)軌板的結(jié)構(gòu)，如圖5-3：圖5.3下層導(dǎo)軌板說明：

22、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)軌板即工作臺(tái)上開的窗與中層導(dǎo)軌板上的縫隙及下層導(dǎo) 軌板開的孔是相互呼應(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。不同類型的機(jī)床實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)類型也不同。根據(jù)加工對象、成形運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給精度、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性及生產(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)

23、構(gòu)復(fù)雜，制造及裝配工作量較大，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)現(xiàn)直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)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(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，對驅(qū) 動(dòng)器的要求較高，絲杠螺母副機(jī)構(gòu)則沒有這些缺點(diǎn)，而且絲杠螺母副機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、 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)軸承來支撐，采用一端固定一端浮動(dòng)

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(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)簡圖1軸承座 2絲杠 3軸承座 4錐銷聯(lián)軸器 5步進(jìn)電機(jī)說明：錯(cuò)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(cuò)誤！未找到引用源。為了保證傳動(dòng)精度，選用剛性錐銷聯(lián)軸器；錯(cuò)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(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)長距離往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因此

25、選擇曲柄連桿機(jī)構(gòu)，并對其 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)。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)相同的行程圖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

26、懸臂梁說明：右端部六個(gè)通孔用來與搭接梁相連接；左端部四個(gè)通孔是用來連接夾緊裝置；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)二斗說明：為了連接滑動(dòng)圓柱左右兩端開設(shè)了通孔，中部六個(gè)通孔是用來安裝懸臂梁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)壁中部的小孔用來安放小軸。5.7滑動(dòng)圓柱的結(jié)構(gòu)形狀圖 5.10說明：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1.2

27、kw，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)kA =1.2則(2)選取V帶型號(hào)Ra =kA P =1.2 1.2=1.44kw(6.1)根據(jù)計(jì)算功率Pea =1.44kw和小帶輪的轉(zhuǎn)度n =1440r/min，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dd1 = 71mm，驗(yàn)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?yàn)?m/ 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(zhǔn)長度Ld錯(cuò)誤！未找到引用源。 根據(jù)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(cuò)誤！未找到引用源。根據(jù)式Ld0EG1 32(dd 2 -ddj4ao(6.5)計(jì)算所需的基準(zhǔn)長度:Ld0(6.6):2 500 (71 280) -2131580 mm24 疋 500故選取V帶的基準(zhǔn)長度為Ld = 1600mm，則中心距：(5)驗(yàn)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(jì)算V帶的根數(shù)Z計(jì)算單根V帶的額定功率Pr由dd1二71mm和n =1440r /min，查機(jī)械設(shè)計(jì)得 R二0.287kw，根據(jù)m=1440r/min，i =4和Z型V帶由機(jī)械設(shè)計(jì)，查得 P =0.03kw，包角系數(shù) 匕=0.93，工況系數(shù)kL =1.16，于是P = P0F0 k：. kL 二 0.287 0.03 0.93 1.16 =0.342kw計(jì)算V帶根數(shù)Z巳 1.44Z二4.21Pr0.342(6.9

30、)(6.10)取整數(shù)Z = 5(7)計(jì)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(jì)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(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 D =50m m,外

31、徑D 65m m,當(dāng)壓縮變形量、=15mm時(shí)，F(xiàn)80N ;當(dāng)壓縮變形量2 = 120mm時(shí)，F(xiàn)2 = 520mm。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，因此按第川類彈簧來設(shè)計(jì)14，選用C級(jí)碳素鋼彈簧絲，根據(jù)D2 - D = 65-50 = 15mm，估取簧絲直徑：d = 5mm，取彈簧絲拉伸強(qiáng)度極限二b =1500MPa，則彈簧絲需用切應(yīng)-0.8 0.5 1500 = 600MPa(2)計(jì)算簧絲直徑現(xiàn)選取旋繞比C = 9，貝, 4C -10.615k =4C 一4 C350.615328二 1.166(6.13)根據(jù)式= 1.6520 1.166 9V 600=4.8

32、3mm(6.14)改取 d = 4.8mm查機(jī)械設(shè)計(jì)得二B不變，故不變，取D = 50mm，C = 50 =10.42，4.8計(jì)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(jì)值近似，故取簧絲直徑 d =5.5m m,此時(shí)，D =50mm為標(biāo)準(zhǔn)值則：(6.17)D? = D d = 50 5.5 二 55.5mm符合要求。(3) 計(jì)算彈簧圈數(shù)由kF=g得，彈簧剛度善.你，選取切變模量G =80000MPa 。a則彈簧圈數(shù)Gd48D3kp8000.17.478 503 4.19(6.18)4 19 取 n =1

33、8，此時(shí) kF =17.474.0618驗(yàn)算彈簧初拉力F0 = R -kF 廠 80-4.06 15 = 19.1N(6.19)初應(yīng)力極限工作應(yīng)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(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)角與輸入脈沖數(shù)成 正比例，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于

34、輸入脈沖頻率。步進(jìn)電機(jī)具有慣量低、定位精度高、無累 積誤差、控制簡單等特點(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 O6.3.1設(shè)計(jì)要求工作臺(tái)的脈沖當(dāng)量=0.005mm/s，絲杠的導(dǎo)程L0=4mm，初選步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn) 角=0.75，得減速比：i =(： Lo)/(36O、)=(0.75 4)/(360 0.005) = 30/18(6.23)6.3.2設(shè)計(jì)過程(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：絲杠的公稱直徑d0 =32mm，總長丨=638mm，導(dǎo)程L0 =4mm，材料密度 7.8 10kg/cm3 ；移動(dòng)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(zhuǎn)動(dòng)比i =30/18。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0.75。絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Js二0.62kg.cm2 ；移動(dòng)部件折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jw =0.23kg.cm2 ；小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J1 =0. 2 kg c2m；大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 2J2 二 4.9kg.cm 。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 JM =4kg.cm2。則加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：J=JM+J1+ Z1 J2+Js + Jw4.34kg cm(6.24)lZ2(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

36、，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M q在此階段加速力矩所占的比例較大，具體計(jì)算如下：Mq = Mamax M f M。(6.25)M amax 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；M f 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；Mo 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，M0相對于M f和Mamax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：2：Jnmax1M amax(6.26)60ta式中nmax 最大快速進(jìn)給速度，單位為r/min ；ta 步進(jìn)電動(dòng)

37、機(jī)由靜止到加速到n轉(zhuǎn)速所需的時(shí)間，單位為s。其中:n maxvmax360式中- max 空載最快移動(dòng)速度，任務(wù)書指定為12mm/min ；:步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角，初選為0.75 ；、：一脈沖當(dāng)量，本設(shè)計(jì)中：=0.005mm/脈沖。將以上各值代入，算得nmax=50r/min設(shè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止到加速至n轉(zhuǎn)速所需時(shí)間t=0.4s,傳動(dòng)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(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:叫 Fz G)L。2 i0.008 0 10002 二 0.8 45/12-0.42N(6.28)式中J

38、導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)，滑動(dòng)導(dǎo)軌取0.008Fz 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：Mq Mamax Mf =0.491N m(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MM 二 M f M0 Mt(6.30)其中M f 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M 0 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)M t 折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)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(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩相對很小，

39、故可以忽略不計(jì)，則M = M f Mt = 0.70N m f t(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)M來選擇步進(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)滿足：M jmax 4Mq =2.46N m(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M j m ax= 4. 9 N m可見，滿足要求。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

40、，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(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)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，鍛煉了解決實(shí)際問題的能力， 熟悉了工程實(shí)踐過程以及應(yīng)當(dāng)注意的基本問題，學(xué)會(huì)了基本的設(shè)計(jì)方法和技巧，同時(shí)也提高了自己動(dòng)手查閱資料、手工和電腦繪圖等其他專業(yè)基礎(chǔ)能力的水平。雖然畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)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(biāo)準(zhǔn)，以及它們的安