切管自動(dòng)送料裝置設(shè)計(jì)【畢業(yè)設(shè)計(jì)】

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</p><p><b>　　（二零 屆）</b></p><p>　　切管自動(dòng)送料裝置設(shè)計(jì)</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 </p><

2、;p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在以各種管材為

3、原料的產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，管件切割的送料方式直接影響到切割的精度和生產(chǎn)效率，繼而影響產(chǎn)品的質(zhì)量和成本。目前管材切割的送料方式大都是人工操作，切割精度和效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)上迫切需要切割自動(dòng)送料裝置。根據(jù)管材自動(dòng)切割的精度、效率、安全性和穩(wěn)定性等方面的需求，對(duì)自動(dòng)送料裝置的驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)和控制方式等進(jìn)行了設(shè)計(jì)。通過步進(jìn)電機(jī)和滾珠絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行自動(dòng)送料，氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)組合夾具進(jìn)行不同數(shù)量和截面形狀管材的可調(diào)裝夾，參照企業(yè)生產(chǎn)需求設(shè)計(jì)了機(jī)架，對(duì)各部分

4、進(jìn)行了詳細(xì)地設(shè)計(jì)計(jì)算、校核及說明。所設(shè)計(jì)的自動(dòng)送料裝置實(shí)現(xiàn)了管材切割的機(jī)械化、自動(dòng)化，不僅可以改善勞動(dòng)條件、減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度、確保生產(chǎn)安全，而且可以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。</p><p>　　關(guān)鍵詞：管材，切割，自動(dòng)送料</p><p>　　Design of Automatic Feeding Device for Tube Cutting</p><p>&l

5、t;b>　　Abstract</b></p><p>　　In the production process which using a variety of tubes as raw materials, the way of feeding for tubes cutting will directly affects the accuracy and productivity, there

6、by affecting the quality and cost of the product. Currently the way of feeding for tubes cutting is mostly manual and labor-intensive. Besides, the accuracy and efficiency of cutting is low. Therefore, there is an urgent

7、 need of automatic feeding device for cutting in the production. According to the requirement of tubing automa</p><p>　　Keywords: pipe, automatic feeding, cutting</p><p><b>　　目錄</b>&

8、lt;/p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1 課題的來源1</p><p>　　1.2 課題的意義1</p><p>　　

9、1.3 自動(dòng)切管技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3.1 切割技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3.2 自動(dòng)送料裝置發(fā)展現(xiàn)狀3</p><p>　　1.4 課題研究的主要內(nèi)容6</p><p>　　2 自動(dòng)送料裝置的方案設(shè)計(jì)與總體設(shè)計(jì)7</p><p>　　2.1 切管自動(dòng)送料裝置的方案

10、設(shè)計(jì)7</p><p>　　2.2 方案評(píng)價(jià)8</p><p>　　2.3 切管自動(dòng)送料裝置的總體設(shè)計(jì)10</p><p>　　3 設(shè)計(jì)計(jì)算與校核12</p><p>　　3.1切管自動(dòng)送料裝置傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算與校核12</p><p>　　3.1.1 絲桿的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核12</p><

11、;p>　　3.1.2 螺母的計(jì)算15</p><p>　　3.1.3 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核16</p><p>　　3.2 步進(jìn)電機(jī)的的計(jì)算與選擇16</p><p>　　3.3 夾具的設(shè)計(jì)計(jì)算19</p><p>　　3.4 機(jī)架的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核21</p><p>　　3.4.1 機(jī)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2

12、1</p><p>　　3.4.2 機(jī)架的計(jì)算及校核22</p><p>　　3.5 總裝圖及工作原理24</p><p><b>　　4 設(shè)計(jì)說明26</b></p><p>　　4.1 制造說明26</p><p>　　4.2 安裝說明26</p><p>　

13、　4.3 使用說明26</p><p>　　5 總結(jié)與展望27</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)28</b></p><p>　　致謝錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p><b>　　附錄30</b></p><p><b>　　1 緒論</b&g

14、t;</p><p><b>　　1.1 課題的來源</b></p><p>　　管材在各行業(yè)被大量使用，而下料工序是管材后續(xù)加工工序的基礎(chǔ)，下料工序精度、效率的高低直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量的好壞及成本的高低。近年來，通常采用普通機(jī)床，如車、鋸床等來切割管材[1]。雖然管件切割設(shè)備的研制取得了較大進(jìn)展，但仍存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可切割管材直徑范圍小、振動(dòng)大、定位不準(zhǔn)確、精度低、刀具

15、耐用度低、自動(dòng)化程度低、價(jià)格高等問題。國外的如意大利的鋼管加工設(shè)備公司設(shè)計(jì)、制造的新型切管機(jī)，采用了激光技術(shù)、具有自動(dòng)化程度高、加工速度快、切割管材直徑范圍大等優(yōu)點(diǎn)[2]。目前各種金屬和非金屬材料的切割已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)（特別是焊接生產(chǎn)）中的一個(gè)重要工序[3]。目前各種金屬和非金屬材料的切割已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)（特別是焊接生產(chǎn)）中的一個(gè)重要工序，因?yàn)楸缓腹ぜ枰膸缀涡螤詈统叽?，絕大多數(shù)是通過切割方法來實(shí)現(xiàn)的[4]。</p&g

16、t;<p>　　管子定長(zhǎng)切割加工，主要是將管子切割成要求的長(zhǎng)度，有的還要在切割斷面上開出焊接坡口。要完成這樣的工作，除了氣割或帶鋸切割外，還可以采用金屬切削的方法進(jìn)行。金屬切割同金屬焊接一樣，是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中的重要加工工藝，在橋梁、造船、化工、水電、建筑、機(jī)械制造和國防工業(yè)等許多重要部門都有廣泛應(yīng)用[5]。金屬切割技術(shù)水平對(duì)保證產(chǎn)品質(zhì)量，降低物資消耗，提高經(jīng)濟(jì)效益，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，是一個(gè)重要的影響因素。</p>

17、;<p>　　目前的管件切割方式如果還處在手工送料、手工取件的方式，將遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了當(dāng)今高速發(fā)展的機(jī)械、 造船、 軍工、 石油化工、 能源、 車輛制造、 航空航天等工業(yè)需要。因此，實(shí)現(xiàn)切割自動(dòng)化就顯的十分重要了。通過機(jī)械傳動(dòng)或電氣控制，按一定的規(guī)律自行完成人們所要求一系列動(dòng)作，既可改善勞動(dòng)條件、減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，確保生產(chǎn)安全，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，而且還能降低原材料消耗，節(jié)省設(shè)備投資，降低生產(chǎn)成本。</p>

18、<p>　　實(shí)現(xiàn)管件切割的自動(dòng)化，是提升管件切割效率 、提高切割精度和保證切割安全的根本途徑和措施。</p><p><b>　　1.2 課題的意義</b></p><p>　　本課題主要研究設(shè)計(jì)一種適用于管件切割的自動(dòng)送料裝置。在以各種管件為原材料的產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，管件切割的精度和生產(chǎn)效率直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量和成本，而管件切割過程中送料的精度和自動(dòng)化程度又

19、直接影響到管件切割的精度和生產(chǎn)效率。目前管件切割的送料方式大都是人工操作，切割精度和效率低，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)上迫切需要自動(dòng)送料裝置。本課題設(shè)計(jì)出的自動(dòng)送料裝置基本可以達(dá)到以下要求：</p><p>　　（1）取代人工送料方式，進(jìn)行自動(dòng)化送料；</p><p>　　（2）提高管件切割的精度；</p><p>　?。?）提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本；</p>

20、;<p>　　（4）切割長(zhǎng)度范圍大、穩(wěn)定性強(qiáng)、可靠性好；</p><p>　?。?）操作安全、簡(jiǎn)便。</p><p>　　通過設(shè)計(jì)后的自動(dòng)送料裝置是集自動(dòng)化、高效率、高精度、安全可靠于一體的新型送料裝置。</p><p>　　此課題主要解決管件切割過程中關(guān)于自動(dòng)送料的問題。通過AutoCAD制圖軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)、零部件設(shè)計(jì)及繪制，同時(shí)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算、校核。通

21、過本次課題的設(shè)計(jì)培養(yǎng)自身專業(yè)知識(shí)運(yùn)用的能力、軟件制圖的能力、相關(guān)的計(jì)算分析能力和資料查閱能力。</p><p>　　1.3 自動(dòng)切管技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　1.3.1 切割技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　最近十幾年來，新的切割技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，切割技術(shù)已經(jīng)從傳統(tǒng)的火焰切割發(fā)展成為包括等離子弧切割、激光切割、高壓水射流切割和帶鋸切

22、割等多種工藝方法在內(nèi)的現(xiàn)代切割技術(shù)，成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的一個(gè)組成部分。但是，這些方法雖然長(zhǎng)期在管子定長(zhǎng)切割加工中發(fā)揮著主要作用，但也伴有相當(dāng)多的缺點(diǎn)。諸如氣割會(huì)產(chǎn)生大量煙氣、效率低、生產(chǎn)成本高、切割質(zhì)量差等等。這些缺點(diǎn)既不利于管子生產(chǎn)效率的進(jìn)一步提高，又制約著管子法蘭自動(dòng)焊接等新技術(shù)新設(shè)備的應(yīng)用，同時(shí)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生很大的影響。為此，我們把機(jī)械冷加工方法引入到管子的加工工藝中，避免了管子定長(zhǎng)切割加工存在的上述缺點(diǎn)[6-8]。管料切割技

23、術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣闊，幾乎覆蓋了機(jī)械、造船、軍工、石油化工、冶金、能源、車輛制造、航空航天等各個(gè)工業(yè)部門。切割技術(shù)被廣泛應(yīng)用在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域中[9]。</p><p>　　對(duì)現(xiàn)代工業(yè)而言，切割和焊接同樣都是應(yīng)用量大、覆蓋面廣的重要技術(shù)領(lǐng)域。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，切割技術(shù)也有了快速發(fā)展?，F(xiàn)代工程材料切割的方法有很多種，大致可歸納為冷切割和熱切割兩大類。而熱切割又有氣體火焰切割、電弧切割、等離子弧切割和激光切割

24、等各種工藝方法。</p><p>　　冷切割是在常溫下利用機(jī)械方法使材料分離，如剪切、鋸切（條鋸、圓片鋸、砂片鋸等）、銑切等，也包括近年來發(fā)展的水射流切割。</p><p>　　熱切割是利用熱能使材料分離，最常見的有氣體火焰切割、等離子弧切割和激光切割等?，F(xiàn)代焊接生產(chǎn)中鋼材的切割主要采用熱切割。</p><p>　　熱切割按物理現(xiàn)象可分為燃燒切割、熔化切割和升華切割

25、三類，所有切割方法都是混合型的。燃燒切割是材料在切口處采用加熱燃燒、產(chǎn)生的氧化物被切割氧流吹出而形成切口；熔化切割是材料在切口處主要采用加熱熔化、熔化產(chǎn)物被高速及高溫氣體射流吹出而形成切口；升華切割是材料在切口處主要采用加熱汽化、汽化產(chǎn)物通過膨脹或被一種氣體射流吹出而形成切口[10-13]。</p><p>　　1.3.2 自動(dòng)送料裝置發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　自動(dòng)送料裝置是將原材料（

26、管件或帶材）按生產(chǎn)規(guī)定的步距，將材料正確地送至工作位置，從而進(jìn)行下一步生產(chǎn)工序[14]。根據(jù)送料裝置的不同，自動(dòng)送料的方式也是多種多樣的。目前應(yīng)用較為廣泛的送料裝置有：鉤式送料裝置、輥式送料裝置、夾持式送料裝置等[15]。</p><p><b>　　（1）鉤式送料裝置</b></p><p>　　圖1-1 鉤式自動(dòng)料裝置</p><p>　　

27、如圖1-1b)所示,鉤式送料裝置是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、低制造成本的自動(dòng)送料裝置。各種鉤式送料裝置的共同特點(diǎn)是靠拉料鉤拉動(dòng)工藝搭邊，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送料。這種送料裝置只能使用在有搭邊且搭邊具有一定的強(qiáng)度的自動(dòng)生產(chǎn)中，在拉料鉤沒有鉤住搭邊時(shí)，需靠手工送進(jìn)。在工作過程中，鉤式送料通常與側(cè)刃、導(dǎo)正銷配合使用才能保證準(zhǔn)確的送料步距。該類裝置送進(jìn)誤差約在±0.15mm，送進(jìn)速度一般小250mm/s。</p><p>　

28、　鉤式送料裝置在沖壓模具的生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛。鉤式送料裝置可以由壓力機(jī)滑塊帶動(dòng)，也可由上模直接帶動(dòng)，后者應(yīng)用比較廣泛。圖1-1是由安裝在上模的斜楔3帶動(dòng)的鉤式料裝置。其工作過程是：先由手工送進(jìn)，當(dāng)達(dá)到自動(dòng)送料鉤位置時(shí)，料鉤鉤住搭邊，上模下降，裝于下模的滑動(dòng)塊2在斜楔3的作用下向左移動(dòng)，鉸接在滑動(dòng)塊上的拉料鉤5將材料向左拉移一個(gè)步距A，此后料鉤停止不動(dòng)（圖示位置），凸模6下降沖壓，當(dāng)上?；厣龝r(shí)，滑動(dòng)塊2在拉簧1的作用下，向右移動(dòng)復(fù)位，使帶

29、斜面的拉料鉤跳過搭邊進(jìn)入下一孔位完成第一次送料，而條料則在止退簧片7的作用下靜止不動(dòng)。以此循環(huán)，達(dá)到自動(dòng)間歇送進(jìn)的目的。</p><p>　　鉤式送料裝置的送料運(yùn)動(dòng)一般是在上模下行時(shí)進(jìn)行，因此送料必須在凸模接觸材料前結(jié)束，以保證沖壓時(shí)材料定位在正確的沖壓位置。若送料是設(shè)計(jì)在模具開模上升時(shí)進(jìn)行，材料的送進(jìn)必須在凸模上升脫離沖壓材料后開始。</p><p><b>　?。?）輥式送料

30、裝置</b></p><p>　　圖1-2 高速輥式送料裝置</p><p>　　1—偏心盤固定座；2—偏心盤；3—偏心盤心軸；4—十字接頭（右牙）；5—拉桿；6—放松軸；7—放松間隙調(diào)整偏心軸；8—逆向裝置；9—搖臂；10—十字接頭（左牙）；11—十字接頭心軸；12—十字接頭與搖臂連接軸；13—傳動(dòng)軸；14—上輥；15放松調(diào)節(jié)器；16—放松支架；17—壓料用彈簧；18—放松把

31、手；19—?jiǎng)x車盤用彈簧；20—?jiǎng)x車盤；21—?jiǎng)x車摩擦片；22—圓筒導(dǎo)料；23—單向裝置；24—下輥 </p><p>　　如圖1-2所示，輥式送料裝置目前已經(jīng)作為沖壓機(jī)械的一種附件，是在各種送料裝置中應(yīng)用較廣泛的一種。這種送料裝置送料精度較高，目前，即使在600次/分的高速?zèng)_壓速度下，進(jìn)給誤差也僅在±0.02mm以內(nèi)。若與導(dǎo)正銷配合使用，其送料精度可達(dá)±0.01mm。該送料裝置是依靠輥輪和坯料

32、間的摩擦力進(jìn)行送料，它們之間的接觸面積較大，不會(huì)壓傷材料，并能起到矯直材料的作用。輥式送料裝置的通用性較好，在一定范圍內(nèi)，無論材料寬窄與厚薄，只需調(diào)整送料機(jī)構(gòu)去配合模具即可使用。 </p><p>　　輥式送料裝置分為單輥式和雙輥式，單輥式適用于料厚大于0.15mm以上的級(jí)進(jìn)沖壓，雙輥式可用于料厚小于0.15mm的級(jí)進(jìn)沖壓[15]。 </p><p><b>　　夾持式送料裝置&

33、lt;/b></p><p>　　圖1-3 氣動(dòng)送料裝置典型結(jié)構(gòu) </p><p>　　1—控制閥；2—固定孔；3—速度調(diào)整螺絲；4—固定夾板；5—移動(dòng)夾板； </p><p>　　6—方柱型導(dǎo)軌；7一送料長(zhǎng)度微調(diào)螺絲；8—送料滾筒支架；9—導(dǎo)輪； </p><p>　　10—快速接頭；11—空氣閥；12一彎頭；13一螺紋接頭；14一排

34、氣孔 </p><p>　　如圖1-3所示，夾持式送料裝置在多工位級(jí)進(jìn)沖壓中，廣泛地用于條料、帶料和線料的自動(dòng)沖壓的送料。它是利用送料裝置中滑塊機(jī)構(gòu)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)來達(dá)到送料目的。夾持式送料裝置可分為夾鉗式、夾刃式和夾滾式。根據(jù)驅(qū)動(dòng)力選用的不一樣，又分為機(jī)械式、氣動(dòng)式、液壓式。下面主要介紹常應(yīng)用在多工位精密級(jí)進(jìn)模送料中的氣動(dòng)夾持式送料裝置[17]。</p><p>　　氣動(dòng)系統(tǒng)主要由氣動(dòng)送料部分

35、、步進(jìn)給料部分等構(gòu)成?？刂葡到y(tǒng)主要由PLC、人機(jī)界面、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)等組成。氣動(dòng)夾持送料裝置是近幾年來國內(nèi)外迅速發(fā)展的送料裝置，一般作為沖壓機(jī)械附件，如圖1-3。該裝置一般安裝在模具下模座或?qū)Ｓ脵C(jī)架上。以壓縮空氣為動(dòng)力，利用壓力機(jī)滑塊下降時(shí)安裝在上?；蚧瑝K上的壓桿撞擊送料器控制閥，形成整個(gè)壓縮空氣回路的導(dǎo)通和關(guān)閉，氣缸驅(qū)動(dòng)固定夾板和移動(dòng)夾板的夾緊和放松，并由送料氣缸推動(dòng)移動(dòng)夾板的前后移動(dòng)來完成間歇送料。當(dāng)固定夾板夾緊時(shí)，移動(dòng)夾板處于放松狀

36、態(tài)，這時(shí)送料氣缸推動(dòng)移動(dòng)夾板后退到送料的起始位置，此時(shí)移動(dòng)夾板夾緊材料，固定夾板放松； 在下一個(gè)工作行程中，移動(dòng)夾板運(yùn)動(dòng)并送料，實(shí)現(xiàn)沖壓；沖壓結(jié)束后，二者夾緊和放松狀態(tài)有切換，開始下一個(gè)送料循環(huán)。該送料機(jī)構(gòu)，在導(dǎo)正銷導(dǎo)入材料實(shí)現(xiàn)沖壓的瞬間，兩個(gè)夾板都是處于放松狀態(tài)。移動(dòng)氣動(dòng)送料器靈敏輕便，通用性強(qiáng)。因其送料長(zhǎng)度和材料厚度均可調(diào)整，所以不但適用于大量生產(chǎn)的制件，也適用于多品種、小批量制件的生產(chǎn)。</p><p>　

37、　氣動(dòng)送料裝置的最大特點(diǎn)是送料步距精度較高、穩(wěn)定可靠、一致性好。對(duì)于帶導(dǎo)正銷的高精度多工位級(jí)進(jìn)模，沖壓時(shí)刻要保證無約束。保證導(dǎo)正銷的導(dǎo)入，經(jīng)導(dǎo)正后，送料重復(fù)精度高達(dá)±0.003mm，對(duì)于一般無導(dǎo)正銷的級(jí)進(jìn)模，依靠送料裝置本身的精度，也能獲得±0.02mm送料進(jìn)距精度。 </p><p>　　在使用氣動(dòng)送料裝置時(shí)，壓縮空氣必須經(jīng)過濾水器、調(diào)壓器、油霧器的過濾，濾掉空氣的水份和雜質(zhì)，并使氣壓調(diào)整到

38、規(guī)定的范圍，還需噴入一定數(shù)量的油霧，以保證零件潤(rùn)滑。</p><p>　　由于氣動(dòng)送料裝置采用壓差式氣動(dòng)原理，送料動(dòng)作靈活，反應(yīng)迅速，且調(diào)整方便，但也因此有些噪聲。為減小沖壓時(shí)氣體的噪聲，在本裝置閥體上專門安裝有消音裝置[18]。 </p><p>　　1.4 課題研究的主要內(nèi)容</p><p>　　本課題研究的主要內(nèi)容包括以下三大部分：</p>&l

39、t;p>　　在市場(chǎng)調(diào)研的基礎(chǔ)上，查閱國內(nèi)外切管自動(dòng)送料裝置設(shè)計(jì)的最新動(dòng)態(tài)和相關(guān)成果，明確具體的研究方法，提出具體的設(shè)計(jì)思路，并進(jìn)行課題的可行性分析。</p><p>　?。?）提出詳細(xì)的切管自動(dòng)送料裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，對(duì)其送料部件、裝夾部件和步進(jìn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)地分析，在對(duì)不同設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較的基礎(chǔ)上確定并完善具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。</p><p>　?。?）切管自動(dòng)送料裝置總體方案設(shè)計(jì)

40、和參數(shù)計(jì)算、送料裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及相關(guān)的強(qiáng)度校核、送料裝置的運(yùn)動(dòng)分析、繪制切管自動(dòng)送料裝置的整體裝配圖、送料部分部件裝配圖、裝夾部分部件裝配圖、傳動(dòng)部分部件裝配圖、關(guān)鍵件的零件圖。</p><p>　　2 自動(dòng)送料裝置的方案設(shè)計(jì)與總體設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 切管自動(dòng)送料裝置的方案設(shè)計(jì)</p><p>　　切管送料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)步驟是方案選擇、機(jī)械設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

41、。機(jī)械結(jié)構(gòu)是整個(gè)設(shè)備的物理基礎(chǔ)，承載著設(shè)備的生產(chǎn)運(yùn)動(dòng)和功能的實(shí)現(xiàn)。此次課題從實(shí)際出發(fā)，根據(jù)家具使用管材的外形特點(diǎn)和尺寸，使所有設(shè)計(jì)符合優(yōu)化原則。其中針對(duì)軸向進(jìn)給驅(qū)動(dòng)和夾持機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)針對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行選擇與基本確定。</p><p>　　本課題設(shè)計(jì)的切管自動(dòng)送料裝置主要包括五大組成部分：驅(qū)動(dòng)部分（包括軸向運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)與夾具夾緊、放松的驅(qū)動(dòng)）、軸向運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)部分、夾具部分、控制系統(tǒng)部分（包括軸向運(yùn)動(dòng)控制和夾具

42、夾緊、放松的控制）和機(jī)架部分。</p><p><b>　?。?）驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　驅(qū)動(dòng)方式多種多樣，可以選擇直線電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、使用電動(dòng)機(jī)的機(jī)械式驅(qū)動(dòng)、往復(fù)磁鐵驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)、氣動(dòng)等[19]。自動(dòng)送料裝置的驅(qū)動(dòng)有兩個(gè)部分，：一是管件送料軸向運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)；二是夾具夾緊和放松運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)。由于管件軸向運(yùn)動(dòng)需要?？慷鄠€(gè)位置并且要求精度較高，所以選用直線步進(jìn)電機(jī)

43、驅(qū)動(dòng)，而夾具的夾緊、放松驅(qū)動(dòng)采用氣動(dòng)方式。</p><p>　?。?）軸向運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　本次課題主要針對(duì)家具使用管材，管材的原長(zhǎng)為6米，最大切斷長(zhǎng)度為2米，精度要求為±0.1毫米，所以自動(dòng)送料裝置中軸向傳動(dòng)方式采用滾珠絲桿傳動(dòng)。</p><p><b>　?。?）夾具的設(shè)計(jì)</b></p>&l

44、t;p>　　本課題中所涉及的夾緊保持機(jī)構(gòu)是針對(duì)多種外形、尺寸的管形材料，如何夾持取決于要求的力、被夾好取對(duì)象的幾何形狀和表面特性。夾緊原理分為三大類：機(jī)械式(托起、夾住、幾面夾緊)、電動(dòng)式(負(fù)壓、正壓和氣流)、磁式(剛性的和柔性的形狀適應(yīng))[20-21]。對(duì)上述3種夾緊原理進(jìn)行分析，選擇機(jī)械式夾緊原理的夾具較為合理。</p><p>　?。?）控制系統(tǒng)的選擇</p><p>　　自動(dòng)

45、送料裝置的控制分為兩部分：一是步進(jìn)電機(jī)的控制；二是氣缸的控制。在工作過程中需設(shè)置多點(diǎn)?？亢头磸?fù)啟動(dòng)、停止，選擇PLC控制系統(tǒng)可以滿足工作要求?？刂葡到y(tǒng)中還包括繼電器、行程開關(guān)等電器元件。</p><p><b>　?。?）機(jī)架的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　機(jī)架的設(shè)計(jì)有兩種：一是工作臺(tái)支撐架的設(shè)計(jì)；二是移動(dòng)管件支撐架的設(shè)計(jì)。工作臺(tái)支撐架的作用是支撐自動(dòng)切管裝置工作

46、臺(tái)，需根據(jù)工作臺(tái)和管件的重量，同時(shí)考慮工作人員的操作簡(jiǎn)便性。移動(dòng)管件支撐架的作用是支撐管件伸出工作臺(tái)的部分，防止管件彎曲變形，影響切割精度。</p><p>　?。?）其他裝置的設(shè)計(jì)</p><p>　　自動(dòng)送料裝置除了軸向驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)和夾緊裝置的設(shè)計(jì)外，還需要根據(jù)管材的尺寸、外形等因素對(duì)定位裝置、導(dǎo)軌、滑塊和管件輔助支撐裝置等進(jìn)行合理選擇和設(shè)計(jì)，同時(shí)還需要對(duì)氣動(dòng)元器件，如氣源、系統(tǒng)壓力、各

47、種氣閥和氣缸等進(jìn)行合理選擇。</p><p>　　根據(jù)家具用管件的切割要求，確定自動(dòng)切管的工作流程如下：</p><p>　　啟動(dòng)->操作人員復(fù)位按鈕->步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)使移動(dòng)夾具復(fù)位->操作人員供料并按下開始按鈕->氣壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)夾具夾緊管件->確認(rèn)按鈕->電機(jī)驅(qū)動(dòng)夾緊裝置前進(jìn)一定位移后停止（位移可調(diào)，根據(jù)管件切斷長(zhǎng)度）->進(jìn)行切割->切割完成后

48、電機(jī)繼續(xù)驅(qū)動(dòng)夾緊裝置前進(jìn)相同距離或夾緊裝置松開并回復(fù)到初始位置夾緊（根據(jù)不同的切割長(zhǎng)度而定）->如此反復(fù)直至切割完整根管件－>自動(dòng)復(fù)位。</p><p>　　設(shè)備中除了啟動(dòng)、復(fù)位、開始、確認(rèn)按鈕外，還設(shè)有停止、繼續(xù)按鈕，以便設(shè)備的調(diào)試與意外情況的處理。</p><p>　　在自動(dòng)送料控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，還可以考慮采用一些自動(dòng)供料裝置，如采用高精度的機(jī)械臂/手以及相應(yīng)的氣動(dòng)/電動(dòng)機(jī)

49、構(gòu)實(shí)現(xiàn)上下料的自動(dòng)控制，也可以采用自動(dòng)導(dǎo)入設(shè)計(jì)，從而大大提高生產(chǎn)速度和效率，進(jìn)一步減小工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)降低生產(chǎn)成本，以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模快速自動(dòng)生產(chǎn)。 </p><p><b>　　2.2 方案評(píng)價(jià)</b></p><p>　?。?）軸向驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　為了保證送料的精度，需要對(duì)電機(jī)進(jìn)行嚴(yán)格選擇，鑒于步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)，選擇

50、步進(jìn)電機(jī)來驅(qū)動(dòng)整個(gè)夾持機(jī)構(gòu)軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為角位移的電磁機(jī)械。其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角與輸入電脈沖成正比，其速度與單位時(shí)間內(nèi)輸入的脈沖數(shù)成正比。它的這種線性特征使得步進(jìn)電機(jī)具有很多優(yōu)點(diǎn)，比如開環(huán)控制時(shí)，裝置簡(jiǎn)單，系統(tǒng)可靠，響應(yīng)速度快，輸出轉(zhuǎn)矩大，定位精度高，不會(huì)引起誤差積累，停機(jī)時(shí)有自鎖能力等[22]。</p><p>　　當(dāng)今制造步進(jìn)電機(jī)的技術(shù)比較成熟，

51、可根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)選擇的時(shí)候，首先應(yīng)該了解以下幾點(diǎn):</p><p>　　步進(jìn)角－電機(jī)的步進(jìn)角就是依照電機(jī)回轉(zhuǎn)一周的分割數(shù)來決定，停止位置可以任意設(shè)定。</p><p>　　速度－電機(jī)的速度一般與單位時(shí)間內(nèi)輸入的脈沖數(shù)成正比，在反復(fù)啟動(dòng)或者加速減速操作頻繁的情況下，為了防止震動(dòng)，必須考慮步進(jìn)角較小的電機(jī)或者附加減速器。</p><p>　　轉(zhuǎn)矩－

52、電機(jī)的轉(zhuǎn)矩是以有負(fù)荷時(shí)所必須的最大轉(zhuǎn)矩(負(fù)荷轉(zhuǎn)矩和加速轉(zhuǎn)矩之和)的1.5倍～2倍的程度來選擇。若在必要電機(jī)扭矩以上或更大場(chǎng)合，則可能會(huì)有震動(dòng)等不利情況產(chǎn)生(特別是輕負(fù)荷時(shí))。</p><p>　　負(fù)荷慣性慣量－步進(jìn)電機(jī)的最大特征就是瞬時(shí)決定正確位置，而且其速度、移動(dòng)量能自動(dòng)控制。因此步進(jìn)電機(jī)的最大特征以負(fù)荷慣性慣量及電機(jī)轉(zhuǎn)子慣性慣量的選配為最重要點(diǎn)。</p><p>　　(2) 夾具夾緊、

53、放松驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　夾具誤差是夾具設(shè)計(jì)與分析的關(guān)鍵因素之一。對(duì)于夾具工作的控制，選擇氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式有如下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　輸出力以及工作速度的調(diào)節(jié)非常容易。氣缸的動(dòng)作速度一般小于1m/s，比液壓和電氣方式的動(dòng)作速度快。</p><p>　　工作介質(zhì)是取之不盡的空氣、空氣本身不花錢。排氣處理簡(jiǎn)單，不污染環(huán)境，成本低。</p>&l

54、t;p>　　利用空氣的壓縮性，可貯存能量，實(shí)現(xiàn)集中供氣?？啥虝r(shí)間釋放能量，以獲得間歇運(yùn)動(dòng)中的高速響應(yīng)。</p><p>　　介質(zhì)為空氣，較之液壓介質(zhì)來說不易燃燒，故使用安全。</p><p>　　全氣動(dòng)控制具有防火、防爆、防潮的能力。與液壓方式相比，氣動(dòng)方式可以高溫場(chǎng)合使用。</p><p>　　可靠性高，使用壽命長(zhǎng)。</p><p>

55、　　(3) 滾珠絲桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　1）傳動(dòng)效率高 滾珠絲桿副的傳動(dòng)效率高達(dá)90%～98%，為滑動(dòng)絲桿副的2～4倍，能高效地將扭力轉(zhuǎn)化為推力，或?qū)⑼屏D(zhuǎn)化為扭力。</p><p>　　2）傳動(dòng)靈敏平穩(wěn) 滾珠絲桿副為點(diǎn)接觸滾動(dòng)摩擦，摩擦阻力小、靈敏度好、啟動(dòng)時(shí)無顫動(dòng)、低速時(shí)無爬行，可μ級(jí)控制微量進(jìn)給。</p><p>　　3）定位精度高 滾珠絲桿

56、副傳動(dòng)過程中溫升小、可預(yù)緊消除軸向游隙和初級(jí)彈性形變、可對(duì)絲桿進(jìn)行預(yù)拉伸以補(bǔ)償熱伸長(zhǎng)，故可獲得較高的定位精度和重復(fù)定位精度。</p><p>　　4）精度保持性好 滾珠及滾道硬度達(dá)HRC58～63，滾道形狀準(zhǔn)確，滾動(dòng)摩擦磨損極小，具有良好的精度保持性、可靠性和使用壽命。</p><p>　　5）傳動(dòng)剛度高 滾珠絲桿副內(nèi)外滾道均為偏心轉(zhuǎn)角雙圓弧面、在滾道間隙極小的時(shí)也能靈活傳動(dòng)。需要時(shí)加

57、一定的預(yù)緊載荷則可消除軸向游隙和初級(jí)彈性形變以獲得良好的剛性（此時(shí)使用壽命有所減少）。</p><p>　　6）同步性能好 滾珠絲桿副因具有導(dǎo)程精度高、靈敏度好的特點(diǎn)，在需要同步傳動(dòng)的場(chǎng)合，用幾套相同導(dǎo)程的滾珠絲桿副可獲得良好的同步性能[23-24]。</p><p>　　(4) PLC控制的選擇</p><p>　　靈活、通用 控制功能改變，只要改變軟件及少量

58、的線路即可實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　可靠性高、抗干擾能力強(qiáng) 其一，硬件方面采用微電子技術(shù)開關(guān)動(dòng)作由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路及大規(guī)模集成電路完成，CPU與輸入輸出之間，采用光電隔離措施，隔離了它們之間電的聯(lián)系。其二，軟件方面有自身的監(jiān)控程序，對(duì)強(qiáng)干擾信號(hào)、欠電壓等外界環(huán)境定期檢查，有故障時(shí)，存現(xiàn)狀態(tài)到存儲(chǔ)器，并對(duì)其封閉以保護(hù)信息；監(jiān)視定時(shí)器WTD，檢查程序循環(huán)狀態(tài)，超出循環(huán)時(shí)間時(shí)報(bào)警；對(duì)程序進(jìn)行校驗(yàn)，程序有錯(cuò)誤進(jìn)輸出

59、報(bào)警信息并停止執(zhí)行。</p><p>　　使用簡(jiǎn)單 采用自然語言——梯形圖語言編程方式，編程容易，更改方便。輸入輸出接口可以與各種開關(guān)、傳感器、繼電器、接觸器、電磁閥連接，接線簡(jiǎn)單。</p><p>　　功能強(qiáng)、體積小 縱向——PLC不僅可能完成各種條件控制，還能完成模/數(shù)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換并進(jìn)行數(shù)字運(yùn)算，可以完成對(duì)模擬量的控制；橫向——可以控制一臺(tái)至幾臺(tái)設(shè)備，還可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制；重量輕，體

60、積小，便于安裝[25]。</p><p>　　2.3 切管自動(dòng)送料裝置的總體設(shè)計(jì)</p><p>　?。?）總體布置設(shè)計(jì)要求</p><p>　　總體布置設(shè)計(jì)能夠基本達(dá)到以下要求：</p><p>　　工作過程的連續(xù)和流暢；</p><p><b>　　切割效率高；</b></p>

61、<p>　　切割精度高，穩(wěn)定性強(qiáng)；</p><p>　　適用于多種不同尺寸、外形的的管件切割；</p><p>　　結(jié)構(gòu)緊湊，層次分明；</p><p>　　操作、維修、調(diào)整方便；</p><p><b>　　壽命長(zhǎng)，外形美觀。</b></p><p>　?。?）總體布置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)<

62、/p><p>　　總體布置的的主要結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。</p><p>　?。?）總體主要參數(shù)的確定</p><p>　　被切割管件的原長(zhǎng)都為6m；</p><p>　　圓管直徑范圍15～35mm；矩形管高≤200mm，寬≤35mm；</p><p>　　管件最大切割長(zhǎng)度為2m；</p><p>　

63、　工作臺(tái)主軸離地面高度為0.8m；</p><p>　　夾具的夾腔長(zhǎng)209mm，高38mm；</p><p>　　最大工作負(fù)載大于3KN；</p><p>　　該裝置尺寸：長(zhǎng)×寬×高≈2100×320×850（mm）。</p><p><b>　　圖2-1 主要結(jié)構(gòu)</b><

64、/p><p>　　1—滾軸；2—滾軸固定座；3—柱銷擋圈；4—減速器； 5—軸承透蓋；6—軸承座；7一導(dǎo)軌；8—絲桿；9—移動(dòng)夾具；10—螺母；11—固定夾具；12一定位板固定座；13一定位板；14一滾軸銷</p><p><b>　　3 設(shè)計(jì)計(jì)算與校核</b></p><p>　　3.1切管自動(dòng)送料裝置傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算與校核</p>

65、<p>　　3.1.1 絲桿的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核</p><p>　?。?）已知絲杠傳動(dòng)的移動(dòng)夾具參數(shù)：</p><p>　　移動(dòng)夾具重量：W1 ≤ 50 kg</p><p>　　管件重量：W2 ≤ 30 kg(最大)</p><p>　　最大行程：Smax = 2000 mm</p><p>　　最大速度：

66、Vmax = 20 m/min</p><p>　　要求壽命：Lt = 25000 h (五年)</p><p>　　導(dǎo)引面(滑動(dòng))：μ = 0.01 摩擦系數(shù)</p><p>　　驅(qū)動(dòng)馬達(dá)：Nmax ≤ 1000 r/min</p><p>　　定位精度：±0.10/最大行程</p><p>　　反復(fù)精度：

67、±0.01 mm</p><p><b>　?。?）運(yùn)轉(zhuǎn)條件</b></p><p>　　為能準(zhǔn)確確定工作過程中可移動(dòng)工作臺(tái)的速度和時(shí)間關(guān)系，在此以管件定長(zhǎng)切割2m為例進(jìn)行分析，如圖3-1所示V-t圖。</p><p><b>　　V (m/min)</b></p><p><b&g

68、t;　　20</b></p><p><b>　　t (s)</b></p><p>　　0 0.3 6.3 6.6 8.6 8.9 14.9 15.2 20.2</p><p><b>　　-20</b></p><p>　　周

69、期T=20.2 S</p><p>　　圖3-1 工作臺(tái)V—t圖</p><p><b>　?。?）計(jì)算與校核</b></p><p><b>　　1）導(dǎo)程l</b></p><p>　　由馬達(dá)之最高轉(zhuǎn)速，可得</p><p><b>　　（3-1）</b&g

70、t;</p><p>　　根據(jù)需要，選擇導(dǎo)程為20mm。即當(dāng)馬達(dá)轉(zhuǎn)速為1000 r/min時(shí)，實(shí)現(xiàn)軸向最高進(jìn)給速率20 m/min。</p><p><b>　　2)絲桿長(zhǎng)度的確定</b></p><p>　　L = 最大行程+螺帽的長(zhǎng)度+兩端預(yù)留量= 2000+50+100= 2150 mm</p><p><b

71、>　　3）絲桿軸徑的確定</b></p><p>　　高速進(jìn)給時(shí)，可藉由容許轉(zhuǎn)速來決定軸徑。而軸承支撐構(gòu)造選用固定-固定的方式，用危險(xiǎn)速度來計(jì)算所需絲桿外徑。（危險(xiǎn)速度：當(dāng)發(fā)生共振時(shí)之速度，稱之為危險(xiǎn)速度。共振產(chǎn)生時(shí)會(huì)造成加工品質(zhì)不良，甚而造成機(jī)器損壞，所以一定要極力避免馬達(dá)之轉(zhuǎn)速和滾珠絲桿的自然頻率發(fā)生共振。） </p><p><b>　?。?-2）&

72、lt;/b></p><p><b>　　式中，</b></p><p>　　n 容許轉(zhuǎn)速 (r/min)</p><p>　　α 安全系數(shù)（取α=0.8）</p><p>　　E 縱彈性系數(shù)（E=2.1×104 kgf/mm2）</p><p>　　I 絲桿的軸斷面之最小二次力矩

73、(I=πdr4/64 mm4)</p><p>　　dr 絲桿軸牙底直徑 (mm)</p><p>　　A 絲桿軸斷面積 （A=πdr2/ 4 mm2）</p><p>　　L 安裝間距(mm)(絲桿兩端安裝之相對(duì)距離)</p><p>　　g 重力加速度 （g =9.8×10 mm/）</p><p>　　

74、γ 材料之比重量 （γ=7.8×10-6 kgf/mm2）</p><p>　　f、λ 依滾珠絲桿的安裝方法而定的系數(shù)，在此取f =21.9 ，λ=4.730。</p><p>　　支持—支持 f =9.7 （λ=π）</p><p>　　固定—支持 f =15.1 （λ=3.927）</p><p>　　固定—固定 f =21.9

75、 （λ=4.730）</p><p>　　固定—自由 f =3.4 （λ=1.875）</p><p><b>　　故， </b></p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　若要最高轉(zhuǎn)速達(dá)到1000 r/min，則絲桿根徑須大于等于15mm。故取內(nèi)徑為16mm，外徑為20m

76、m。</p><p><b>　　滾珠絲桿應(yīng)力計(jì)算</b></p><p>　　速度從0m/min加速到20m/min過程中，絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)所受組力最大,故 （3-4）</p><p>　　速度從0m/min加速到20m/min過程中，絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)所受正應(yīng)力最大，故 </p><p><b

77、>　?。?-5）</b></p><p>　　速度從0m/min加速到20m/min過程中，絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)所受切應(yīng)力最大，故 </p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　故絲桿所受最大應(yīng)力 </p><p><b>　?。?-7）</b></p

78、><p>　　故用此材料做此滾珠絲桿安全。</p><p>　　表3-1絲桿尺寸參數(shù)表（mm）</p><p><b>　　（4） 潤(rùn)滑</b></p><p>　　滾珠絲桿所使用的潤(rùn)滑劑、潤(rùn)滑脂是使用鋰皂基系之潤(rùn)滑油，其黏度30～140cst (40CO)潤(rùn)滑油使用ISO等級(jí)32～100。選擇依據(jù)：</p>

79、<p>　　低溫用途時(shí)：使用基油黏度低的潤(rùn)滑劑。</p><p>　　高溫、高負(fù)荷或搖動(dòng)、低速用途時(shí)：使用基油黏度較高的潤(rùn)滑劑。</p><p>　　表3-2，表示潤(rùn)滑劑之檢查與補(bǔ)給間隔之一般指標(biāo)。補(bǔ)給時(shí)要擦掉附著于絲桿軸的舊潤(rùn)滑液后再加以補(bǔ)給。</p><p>　　表3-2 潤(rùn)滑劑之檢查與補(bǔ)給間隔之一般指標(biāo)</p><p><

80、;b>　?。?）防塵</b></p><p>　　滾珠絲桿與滾動(dòng)軸承一樣，當(dāng)混入異物或水分時(shí)，磨損會(huì)加快，嚴(yán)重者甚至?xí)?dǎo)致破損。有鑒于此，在滾珠絲桿螺帽的前后兩端皆附有刮刷器，并且為了防止外部混入異物，使用蛇腹套或伸縮套，使其完全密封，可提供較佳之防塵效果，如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 絲杠防塵示意圖</p><p>　　3.1.

81、2 螺母的計(jì)算</p><p>　　圖3-3 螺母尺寸圖</p><p>　　如圖3-3所示，根據(jù)絲桿的參數(shù)表，選擇合適的配合螺母?？蛇x擇PMI品牌FSDC系列中的螺母，具體參數(shù)見表3-2。</p><p>　　表3-2 螺母參數(shù)表</p><p>　　3.1.3 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核</p><p>　　直線導(dǎo)軌的

82、額定壽命(L)會(huì)因?qū)嶋H所承受的負(fù)荷而不同，可依照選用規(guī)格的基本額定動(dòng)負(fù)荷(C)和工作負(fù)荷(P)來推算出使用壽命。直線導(dǎo)軌的使用壽命會(huì)隨著運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、滾動(dòng)面的硬度與環(huán)境溫度而變化，依其循環(huán)的滾動(dòng)體類型，選用以下公式來計(jì)算其壽命：</p><p><b>　　式中，</b></p><p>　　L 額定壽命 (km)</p><p>　　C 基本額定

83、動(dòng)負(fù)荷 (N)</p><p>　　P 工作負(fù)荷 (N)</p><p><b>　　fH 硬度系數(shù)</b></p><p><b>　　fT 溫度系數(shù)</b></p><p><b>　　fW 負(fù)荷系數(shù)</b></p><p>　　平滑無沖擊V≦15

84、m/min ,fw=1.0～1.2</p><p>　　普通沖擊力及振動(dòng)15＜V≦60 m/min ,fw=1.2～1.5</p><p>　　中等沖擊力及振動(dòng)60＜V≦120 m/min, fw=1.5～2.0</p><p>　　強(qiáng)烈沖擊力及振動(dòng)V≧120 m/min ,fw=2.0～3.5</p><p>　　正常穩(wěn)定工作情況下fH 、

85、fT 都取1.0，在此選擇fw=1.5，而且本課題選用鋼珠型即可滿足工作要求，故</p><p><b>　　(3-8)</b></p><p>　　3.2 步進(jìn)電機(jī)的的計(jì)算與選擇</p><p>　　要求：a.最高轉(zhuǎn)速為1000r/min；</p><p>　　b.速度從0r/min到達(dá)最高所需轉(zhuǎn)速的時(shí)間為t1=0.3

86、秒以下。</p><p><b>　　慣性矩</b></p><p><b>　　1）絲桿軸：</b></p><p><b>　　(3-9)</b></p><p><b>　　2）可移動(dòng)工作臺(tái)：</b></p><p><

87、b>　　(3-10)</b></p><p><b>　　3）聯(lián)軸器：</b></p><p><b>　　(3-11)</b></p><p>　　4）傳動(dòng)件慣性矩總和：</p><p><b>　　(3-12)</b></p><p&g

88、t;<b>　　驅(qū)動(dòng)扭矩</b></p><p>　　移動(dòng)夾具軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)受摩擦阻力F，則 </p><p><b>　?。?-13）</b></p><p>　　移動(dòng)夾具勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)扭矩為T1，則 </p><p><b>　　（3-14）</b&g

89、t;</p><p>　　加速運(yùn)動(dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)扭矩為T2，預(yù)選馬達(dá)并可查得JM=0.01kg.cm.s2 ，則 </p><p><b>　?。?-15）</b></p><p>　　減速運(yùn)動(dòng)時(shí)驅(qū)動(dòng)扭矩為T3，則 </p><p><b>　　（3-16）</b></p>&

90、lt;p>　　表3-3 步進(jìn)電機(jī)參數(shù)</p><p>　　由上述計(jì)算所得步進(jìn)電機(jī)參數(shù)，可選擇86BYG250-65型步進(jìn)電機(jī)，如圖3-4所示。</p><p>　　圖3-4 86BYG250-65型步進(jìn)電機(jī)</p><p>　　圖3-5 步進(jìn)電機(jī)尺寸圖</p><p>　　表3-3 86BYG250-65型步進(jìn)電機(jī)的一般規(guī)格和技術(shù)參數(shù)

91、</p><p>　　3.3 夾具的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　?。╝） 不同尺寸圓形管件夾緊</p><p>　　（b） 不同尺寸矩形管件夾緊</p><p>　　圖3-6 夾具裝夾圖</p><p>　　如圖3-6所示的夾具是本次課題針對(duì)于不同尺寸、外形專門設(shè)計(jì)的。本課題的設(shè)計(jì)夾具是針對(duì)于多件裝夾的氣動(dòng)控制夾具。圖

92、3-6中，（a）所示為不同尺寸的圓形管件，（b）所示為不同尺寸的矩形管件這種結(jié)構(gòu)的夾具的特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、夾緊原理明確、制造加工方便、制造成本低、應(yīng)用尺度范圍寬、裝夾數(shù)量多，適用于中、小夾緊力的工作過程。同時(shí)該夾具的底部采用滾軸來支撐管件，這樣當(dāng)夾具松開時(shí)，就可以實(shí)現(xiàn)管件和夾具沿軸向地相對(duì)移動(dòng)了。</p><p>　　本課題設(shè)計(jì)的自動(dòng)送料裝置中包括了一個(gè)移動(dòng)的夾具和另一個(gè)固定的夾具。工作過程中，移動(dòng)夾具往復(fù)的軸向運(yùn)

93、動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)送料過程。所以，當(dāng)其中一個(gè)夾具夾緊時(shí)，另一個(gè)夾具松開。</p><p>　　夾緊力F由推力氣缸提供。在移動(dòng)夾具夾緊并帶動(dòng)管件移動(dòng)時(shí)，需要克服管件與管件支撐滾軸之間摩擦阻力以及慣性阻力。</p><p>　?。?）當(dāng)移動(dòng)夾具的加速移動(dòng)時(shí)，</p><p><b>　　(3-17)</b></p><p><

94、;b>　　式中，</b></p><p><b>　　F 夾緊力；</b></p><p>　　μ 管件與夾具之間的摩擦系數(shù)、管件與管件支撐架之間的摩擦系數(shù)；</p><p>　　W2 管件的質(zhì)量；</p><p>　　g 重力加速度（9.8N/kg）；</p><p>　

95、　a 開始移動(dòng)時(shí)的加速度。</p><p><b>　　其中，</b></p><p><b>　?。?-18）</b></p><p><b>　　式中，</b></p><p>　　Vmax 移動(dòng)夾具最大移動(dòng)速度；</p><p>　　t 啟

96、動(dòng)加速時(shí)間（見圖3-1）。</p><p><b>　　則，</b></p><p><b>　?。?-19）</b></p><p>　　所以，管件加速移動(dòng)時(shí)，必須夾具夾緊力F≥1814N。</p><p>　?。?）當(dāng)管件勻速移動(dòng)時(shí)，</p><p><b>　

97、　（3-20）</b></p><p>　　所以，管件勻速移動(dòng)時(shí)，夾具夾緊力F≥147N。</p><p>　?。?）當(dāng)管件減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，</p><p><b>　?。?-21）</b></p><p>　　所以，管件減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，夾具夾緊力F≥1520N。</p><p>　　綜上所述

98、，夾具夾緊時(shí)的提供的夾緊力F≥1814N。根據(jù)夾緊力的要求合理選擇氣缸的型號(hào)和氣泵的輸出氣壓，以及其他氣動(dòng)元件的型號(hào)。</p><p>　　3.4 機(jī)架的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核</p><p>　　3.4.1 機(jī)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p><b>　?。╝） 機(jī)架結(jié)構(gòu)圖</b></p><p><b>　?。╞） 鋼

99、管截面圖</b></p><p>　　圖3-7 機(jī)架結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　機(jī)架的結(jié)構(gòu)如圖3-7（a）所示。整個(gè)機(jī)架采用鋼管焊接結(jié)構(gòu)，材料為冷拔異型無縫矩形鋼管。1、2、3為矩形無縫鋼管，4為鋼板，并且各個(gè)組件之間采用焊接連接。</p><p>　　如圖3-7（b）所示，是無縫鋼管的橫截面圖。根據(jù)常用鋼鐵材料手冊(cè)GB/T3094-2000，選擇常

100、用的鋼管型號(hào)，見表3-3。 </p><p>　　表3-3 機(jī)架使用鋼管參數(shù)（mm）</p><p>　　底板4尺寸（mm） 長(zhǎng)×寬×高=160×60×6 。</p><p>　　3.4.2 機(jī)架的計(jì)算及校核</p><p>　　由于矩形鋼管1受負(fù)載較大，而且跨度為2m，故需對(duì)矩形鋼管1進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算與

101、校核。</p><p>　　圖3-8 鋼管1受力等效簡(jiǎn)圖</p><p><b>　　由靜力平衡方程</b></p><p><b>　?。?-22）</b></p><p><b>　　求得支反力</b></p><p><b>　?。?-2

102、3）</b></p><p><b>　　則受剪力</b></p><p><b>　?。?-24）</b></p><p><b>　　受彎矩</b></p><p><b>　?。?-25）</b></p><p>

103、<b>　　由上述可知，</b></p><p><b>　?。?-26）</b></p><p>　　當(dāng)a=b=L/2時(shí)，</p><p>　　最大正應(yīng)力發(fā)生于彎矩最大的截面上，</p><p><b>　　（3-27）</b></p><p>　　式

104、中，W稱為抗彎截面系數(shù)，單位m3，且對(duì)于高為A，寬為B的矩形截面</p><p><b>　?。?-28）</b></p><p><b>　　故，</b></p><p><b>　　（3-29）</b></p><p>　　鋼管材料為20剛，需用應(yīng)力[σ]=130MPa，故

105、σmax≤[σ]，強(qiáng)度條件滿足要求。</p><p>　　3.5 總裝圖及工作原理</p><p>　　圖3-9 總體結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　切管自動(dòng)送料裝置總體結(jié)構(gòu)如圖3-9所示。該裝置主要由機(jī)架、步進(jìn)電機(jī)、滾珠絲杠傳動(dòng)副、移動(dòng)氣動(dòng)夾具、固定氣動(dòng)夾具、PLC控制系統(tǒng)等組成。切割管件前，先依靠定位板將多根管件一起放進(jìn)夾具內(nèi)并對(duì)齊。確認(rèn)放好管件后，通過控制按鈕啟動(dòng)

106、裝置進(jìn)行自動(dòng)切管工作。切管時(shí)，移動(dòng)氣動(dòng)夾具先將管件夾緊，然后步進(jìn)電機(jī)通過聯(lián)軸器帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使固定在螺母上的移動(dòng)夾具軸向運(yùn)動(dòng)。并且由控制系統(tǒng)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)管件各種長(zhǎng)度的切割，精度誤差為±0.1mm。</p><p>　　將管件放置到夾具后，該自動(dòng)送料裝置的工作原理如圖3-10所示。利用PLC控制系統(tǒng)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)和夾具的夾緊、放松進(jìn)行控制。自動(dòng)送料裝置工作過程中的每個(gè)環(huán)節(jié)，都需要相應(yīng)信

107、號(hào)的輸入、輸出，從而順利完成整個(gè)工作過程。其中S1表示管件切割長(zhǎng)度。</p><p>　　圖3-10 工作原理圖</p><p><b>　　4 設(shè)計(jì)說明</b></p><p><b>　　4.1 制造說明</b></p><p>　　自動(dòng)切管裝置的各個(gè)零部件都應(yīng)嚴(yán)格按照技術(shù)要求進(jìn)行生產(chǎn)制造。&l

108、t;/p><p>　　機(jī)架采用矩形無縫鋼管進(jìn)行焊接，制造時(shí)，應(yīng)保證焊縫的平整性和焊接完成后整體的穩(wěn)定性。</p><p>　　滾珠絲桿傳動(dòng)副、導(dǎo)軌及滑塊制造復(fù)雜，可直接購買，但必須保證技術(shù)和生產(chǎn)要求。</p><p><b>　　4.2 安裝說明</b></p><p>　　本自動(dòng)送料裝置主要由機(jī)架、絲桿、螺母、導(dǎo)軌、滑塊、

109、移動(dòng)夾具、固定夾具、管件支撐架、定位裝置等部分組成。</p><p>　　在安裝時(shí)需先將螺母?jìng)鲃?dòng)副和軸承安裝在機(jī)架上，并保證前后軸承的同軸度和絲桿的水平度要求。然后將移動(dòng)夾具與螺母連接安裝上。其次，將移動(dòng)夾具固定與滑塊上。根據(jù)移動(dòng)夾具滾軸的高度安裝固定夾具，保證兩個(gè)夾具滾軸高度一致。再次，安裝管件支撐裝置，管件支撐滾軸與夾具滾軸高度保持一致。最后安裝定位裝置，定位板垂直于絲桿的軸心線。在整個(gè)裝配過程中，必須保持絲

110、桿水平，并只受到微小的負(fù)載。</p><p>　　安裝固定夾具和定位裝置時(shí)，可通過微調(diào)整墊塊的高度使高度與移動(dòng)夾具滾軸一致。確認(rèn)后繼續(xù)安裝聯(lián)軸器和步進(jìn)電機(jī)，最后對(duì)整體進(jìn)行試運(yùn)行調(diào)試。</p><p><b>　　4.3 使用說明</b></p><p>　?。?）開機(jī)前先檢查設(shè)備是否正常，零件是否有缺損，配合是否無誤，可添加適量潤(rùn)滑液。<

111、/p><p>　?。?）接通電源，設(shè)備要求電源為24～34V伏，接線為二相交流電源；</p><p>　?。?）在正式工作前，建議先進(jìn)行空載試運(yùn)行2～3分鐘；</p><p>　　（4）確認(rèn)沒有問題后，再將管件放置于夾具，開始正常工作；</p><p>　?。?）在加工完成后需及時(shí)關(guān)閉電源，及時(shí)對(duì)設(shè)備進(jìn)行維修和保養(yǎng)。</p><

112、;p>　?。?）滾珠絲桿所使用的潤(rùn)滑劑、潤(rùn)滑脂是使用鋰皂基系之潤(rùn)滑油，其黏度30～140cst (40CO)潤(rùn)滑油使用ISO等級(jí)32～100。選擇依據(jù)：</p><p>　　1）低溫用途時(shí)：使用基油黏度低的潤(rùn)滑劑。</p><p>　　2）高溫、高負(fù)荷或搖動(dòng)、低速用途時(shí)：使用基油黏度較高的潤(rùn)滑劑。</p><p>　　補(bǔ)給時(shí)要擦掉附著于絲桿軸的舊潤(rùn)滑液后再加以

113、補(bǔ)給。潤(rùn)滑要求如表3-2所示。</p><p><b>　　5 總結(jié)與展望</b></p><p>　　根據(jù)企業(yè)的生產(chǎn)需求，進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)研和資料查閱，提出設(shè)計(jì)思路。完成詳細(xì)的切管自動(dòng)送料裝置總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，對(duì)其驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)、裝夾部件和控制方式進(jìn)行詳細(xì)地分析，并在后續(xù)設(shè)計(jì)計(jì)算、校核過程中不斷完善設(shè)計(jì)方案。</p><p>　　自動(dòng)切管裝置根據(jù)管材自

114、動(dòng)切割的精度、效率、安全性和穩(wěn)定性等方面的需求，對(duì)驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)、夾具和控制方式等進(jìn)行了設(shè)計(jì)。</p><p>　　運(yùn)用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲桿，帶動(dòng)與絲桿螺母固定在一起的移動(dòng)夾具軸向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)管材的軸向進(jìn)給。在工作過程中，利用移動(dòng)夾具和固定夾具兩個(gè)夾具的交替夾緊，實(shí)現(xiàn)各種長(zhǎng)度管件的切割，并保證了切割精度。</p><p>　　利用步進(jìn)電機(jī)的脈沖步進(jìn)原理和滾珠絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)完成高精度自動(dòng)送料過程；利用氣

115、動(dòng)驅(qū)動(dòng)組合夾具實(shí)現(xiàn)不同數(shù)量和截面形狀管材的可調(diào)裝夾；根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)需求對(duì)機(jī)架的高度、大小進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上對(duì)絲桿、螺母、導(dǎo)軌、電機(jī)、夾具、機(jī)架進(jìn)行了詳細(xì)地設(shè)計(jì)計(jì)算、校核及說明。</p><p>　　所設(shè)計(jì)的自動(dòng)送料裝置基本能夠?qū)崿F(xiàn)管材切割的機(jī)械化、自動(dòng)化，不僅可以提高切割的精度和生產(chǎn)效率，適用于多種外形、尺寸的管材切割，而且操作簡(jiǎn)便、安全。</p><p>　　由于時(shí)

116、間的有限，從中還有許多可以改進(jìn)。在此基礎(chǔ)上可以進(jìn)一步完善控制系統(tǒng)，使自動(dòng)送料裝置適合于更大長(zhǎng)度范圍的管件切割，并且可以增加管件的上料裝置，使管件切割完全自動(dòng)化。</p><p>　　目前國內(nèi)管件切割中，傳統(tǒng)的人工送料方式將會(huì)被淘汰，而自動(dòng)切管設(shè)備應(yīng)該會(huì)取而代之被普遍使用。自動(dòng)切管設(shè)備中自動(dòng)送料裝置的研究設(shè)計(jì)具有重要意義。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b>&

117、lt;/p><p>　　[1]王潤(rùn)孝.先進(jìn)制造技術(shù)導(dǎo)論[M].北京：科學(xué)出版社.2004</p><p>　　[2]郝喜海.吳若梅.張繼江.激光切割技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用及發(fā)展[J].機(jī)械制造，1999，（8）：9-11</p><p>　　[3]全國焊接標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).中國機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)匯編.焊接與切割卷[M].北京： 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1999 </p>

118、<p>　　[4]胡傳.特種加工手冊(cè)[M].北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社，2001</p><p>　　[5]李亞江主編.切割技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社.2004</p><p>　　[6]張應(yīng)立.羅建祥.張梅.金屬切割實(shí)用技術(shù)[M].北京.化工工業(yè)出版社.2005 </p><p>　　[7]梁桂芳主編.切割技術(shù)手冊(cè)[M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社

119、，1997</p><p>　　[8]張劍鋒.新型管子定長(zhǎng)切割機(jī)的研究[J].造船技術(shù).2007，（1）：40-43</p><p>　　[9]崔樹森，溫忠和.熱切割技術(shù)的國內(nèi)外概況及發(fā)展趨勢(shì).見：中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì)編.第八次全國焊接會(huì)議論文集[C]. 1997</p><p>　　[10]符煒.實(shí)用切削加工手冊(cè)[M].長(zhǎng)沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2002<

120、;/p><p>　　[11]肖詳芷，王孝培.中國模具設(shè)計(jì)大典[M]．南昌江西科學(xué)技術(shù)出版社，2003</p><p>　　[12]張毅.現(xiàn)代沖壓技術(shù)[M].北京：國防出版社.1994</p><p>　　[13]段來根主編.多工位進(jìn)級(jí)模與沖壓自動(dòng)化[M].北京.機(jī)械工業(yè)出版社.2001</p><p>　　[14]來建中.高速精密輥式送料裝置研制