φ1000半自动密封环切割机论文39622.doc

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1、本科毕业设计说 明 书1000半自动密封环切割机1000 Semi-circular cutting machine性 质: 毕业设计 毕业论文教 学 院： 机电工程学院系 别：机械电子工程系学生学号：学生姓名：专业班级：指导教师：职 称：起止日期：摘 要随着社会的不断发展进步，人们对物质生活的要求不断提高。为了更好的满足人们对于生活的要求，在世界的各个领域上发生了翻天覆地的变化，自动化、半自动化更是飞速发展，并且在工业生产中起到了举足轻重的作用。在当今的工业领域中，板材切割是成品加工过程中最为重要的步骤。也是保证成品质量的重要工序。利用先进的现代切割技术，不但可以保证产品的质量，提高劳动生产

2、率，同时也使得企业产品的制造成本大幅度下降，缩短了产品生产周期。随着新产品、新工艺、新技术的广泛运用。智能化精密切割将成为切割行业今后发展的趋势。我国切割行业主要有以下几类生产企业组成：1）门式切割机；2)小车式切割机及割嘴；3)等离子切割电源及割嘴；4)手工焊割炬及焊割嘴等。切割行业经过几十年的发展，其产品从单一的手工割炬发展成为一个门类较为齐全的产业。产品基本能满足国内市场的需求，并有部分产品进入国际市场。近年来，我国数控切割机生产技术的发展尤为迅速。现代仿形切割仍以数控切割机为主，因为只有这种数控切割方式，才能有效地保证切割过程中的工序完全自动化。我国数控切割技术发展比较晚，但其发展速度

3、非常快。在八十年代以前，在我国，板材下料主要是以手工或半自动小车下料为主。进入八十年，随着企业改革的不断深入，人们认识到；利用先进的切割技术，不仅是保证产品质量的关键，同时也使得板材利用率大幅度提高。在一些板材用量较大的企业，由于板材利用率的提高，缩短了数控切割机的设备投资回收期，并取得了良好的经济效益。因此，数控切割机的市场需求量逐年上升。从而推动了我国切割行业的飞速发展。目前，国内企业生产的各类数控切割机，均能满足国内各行业的需求，并有一定数量的产品出口。与八十年代相比，当时国内的大型精密数控切割机，主要依赖进口产品。九十年代以来，进口产品呈逐年下降的趋势。目前，我国进口的数控切割机，主要

4、是一些技术比较先进的产品。如大型水下等离子切割机、精细等离子切割机和激光切割机等，进口量仅占我国切割机市场总量的10。进入新世纪以来，切割行业又有了新的发展，原来我国出口的数控切割机主要销到一些发展中国家。国内其他切割机制造企业产品的出口量也逐步增加，这也标志着我国切割行业的切割机的制造水平上了一个新台阶 半自动切割环形机正是为了使人们从单一，重复的工作中解放出来，而研制成功的一种半自动自动化程度较高的机器。它可以自动完切割物体，使人们不必重复简单而又枯燥无味的工作。半自动切割机广泛应用于各种规格的圆形密封垫的加工，并且是替代手工仪表车床切割的新一代产品。可以说半自动切割机的应用范围是非常广泛

5、的，它有着非常广阔的前景。在本次设计中，半自动切割机的主要原理是通过三相异步电动机作为动力，驱动偏心轮上的加工刀具进行剪切运动。利用摩擦力将要加工的料在胶滚的滚动下不断将料进行旋转，从而使其达到半自动切割的目的。滚动胶滚的电动机采用超低速无极变速电动机。可依据加工的需要随时调节电动机的速度。非金属垫片，尤其是圆形聚四氟乙烯垫片、圆形柔性石墨垫片、圆形石棉垫片广泛应用于石油化工装置中工艺管线的阀门，法兰间的联结密封。目前，除了采用手工剪切非金属垫片这种功效较低，废品较多的方法外，施工企业大多自制或采购一种单刃垫片切割机进行垫片的加工。这种单刃垫片切割机有机架、变径机构、定心机构、动力传递机构、进

6、给机构、刀架等组成。工作时，首先确定待加工垫片的外径，使变径机构确定合适的加工直径。然后通过定心机构确定非金属板的圆心，并匀速转动。而后，电动机带动V带，通过动力传递机构，使单刃刀具上下往复切割。外径加工完毕后，再调整变径机构、定心机构，进行内径加工。两次变径加工降低了垫片加工的效率，而且需要两次变径和定心，增加了操作人员的工作量。密封垫片切割机主要组成机构和作用是：（1） 机架：用来连接各零部件，并固定、支撑整台设备。（2） 变径机构：主要由齿轮、齿条、滑轴、滑涛、变径架、变径摇杆等部件组成，其作用是调节加工半径。（3） 动力传递机构：主要由偏心轮和横梁、弹簧构成，其作用是将动力传递给刀架。

7、（4） 定心机构：主要由定心轴及相关两部件组成，其作用是确定非金属板的圆心并使板圆周进给。关键词：切割机；半自动机械；胶垫加工；送料AbstractWith the continuous development of social progress, and material life of the continually increasing demands. In order to better meet the requirements of people living in various areas of the world has undergone enormous change

8、s, automation, semi-automatic is the rapid development of industrial production and play an increasingly important role.In todays industry, the sheet cutting process is finished the most important step. Is also an important quality assurance process finished. Cutting the use of advanced modern techn

9、ology, not only can guarantee the quality of the product and raise labor productivity, but also enterprise products make a substantial decline in the manufacturing costs and shorten the production cycle of the product. With the new products, new technology, the extensive use of new technologies. Int

10、elligent cutting precision cutting industry will become the development trend of the future.Cutting industry in China are mainly composed of the following types of production enterprises 1) gantry cutting machine; 2) car-type cutting machine and cut mouth; 3) plasma cutting power supply and cut mout

11、h; 4) Welding and cutting torch and hand-mouth, such as welding and cutting. After decades of cutting the industrys development, its products from a single manual cutting torch to develop into a more full range of industry categories. Products to meet the basic needs of the domestic market and some

12、products to enter the international market. In recent years, the production of CNC cutting machine, especially the rapid development of technology.Modern CNC profile cutting machine cutting is still the main, because only this way of NC cutting, in order to effectively ensure the cut in the process

13、of fully automated processes. CNC cutting technology of our relatively late development, but its development speed very quickly. In the eighties before in our country, under the sheet material is based on manual or semi-automatic car-based cutting. Into the eighties, with the deepening of enterprise

14、 reform, it has been recognized; the use of advanced cutting technology, product quality assurance is not only a key, but also makes substantial increase in the utilization of sheet metal. Sheet usage in a number of larger enterprises, due to the improvement of the utilization of sheet metal, CNC cu

15、tting machine to shorten the payback period of the equipment, and have achieved good economic benefits. Therefore, CNC cutting machine market demand increased year by year. So as to promote Chinas rapid development of cutting industry.At present, the domestic production of various types of CNC cutti

16、ng machine, able to meet the needs of various industries, as well as a certain number of exports. Compared with the eighties, when the domestic large-scale precision CNC cutting machine, mainly relies on imported products. Since the nineties, imports showed a downward trend in year-on-year. At prese

17、nt, Chinas imports of CNC cutting machine, mainly relatively advanced technology products. Such as a large underwater plasma cutting machine, precision plasma cutting machine and laser cutting machine and so on, imports cutting machine market in China accounts for only 10% of the total. Since the ne

18、w century, cutting the industry, there has been new development, that Chinas exports of CNC cutting machine sales to a number of developing countries mainly. Other cutting machine manufacturing exports also gradually increase, which also marks the industry in China cutting machine cutting manufactur

19、ing level to a new levelSemi-automatic cutting machine is to ring people from a single, repeated the work of liberation, and the successful development of a higher degree of automation, semi-automatic machines. It can be finished automatically cutting objects, so that people do not have to repeat th

20、e work of a simple and dull. Semi-automatic cutting machine is widely used in a variety of specifications for the processing of a circular pad, and replace manual lathe cutting a new generation of instrumentation products. It can be said that the application of semi-automatic cutting machine is a ve

21、ry broad scope, it has a very broad prospects.In this design, semi-automatic cutting machine is the main principle of three-phase asynchronous motor as the driving force to drive the eccentric wheel to cut the processing tool movement. The use of friction material to be processed in the plastic unde

22、r the rolling greens will be expected to rotate, and thus to reach the semi-automatic cutting purposes. Plastic rolling roll to use ultra-low-speed electric motor variable speed motor Promise. May at any time based on the need to adjust the speeding of the motor.Keywords: cutting machine; semi-autom

23、atic machinery; pad processing; Feeding目 录摘 要IABSTRACTIII第一章 总体方案设计11.1技术参数11.2技术要求1第二章 结构设计计算22.3 尺寸参数22.3.1 从动轮轴承盒22.3.2 刀架32.3.3 操作台32.3.4 整体结构42.3.5 燕尾滑块52.3.6 轴承端盖62.3 7 轴承盒62.3.8 主架72.3.9 主轴72.3.10 偏心轮机构82.3.11 送料胶滚82.3.12图装配图9第三章 驱动系统设计计算103.1 轴的强度计算103.1.1强度计算概述103.1.2按扭转强度条件计算103.2 上料装置的校核1

24、2第四章 结论124.1 总体结构124.2 半自动密封环环切割机设计过程中的重点134.3 设计过程中需要解决的问题144.4 设计成果与成本15第1章 总体方案设计1.1技术参数本次设计的半自动密封环切割机，主要是应用于除金属材料外的密封垫的加工。非金属垫片，尤其是圆形聚四氟乙烯垫片、圆形柔性石墨垫片、圆形石棉垫片广泛应用于石油化工装置中工艺管线的阀门，法兰间的联结密封。目前，除了采用手工剪切非金属垫片这种功效较低，废品较多的方法外，施工企业大多自制或采购一种单刃垫片切割机进行垫片的加工。在这次设计之前通过对市场的调查，在市场上出现的此类产品没有自动送料的。这也是本次设计的最初想法，就是想

25、要在自动上料方面对此类产品进行改进。以下是本次设计的主要技术参数：工作电压：220V主电机：Y2100L1-8 功率：0.75KW副电机：YDS240 功率：0.07KW2.2KW 转数：1.240r/min 类型：低速电动机面板材质：10mm厚 铸钢刀具：88mm高碳钢自制刀具切削范围：直径800-1000mm切削厚度：3-6mm1.2技术要求送料装置利用摩擦系数较高的胶皮滚的旋转来带动加工料的旋转，为了增加摩擦力，特在胶皮滚上方安装了弹簧压力装置来增加胶皮滚与料的摩擦力，尽量保证一定的送料效率。副电机采用超低速可调速电动机，可随时调整转数，从而更好的达到加工要求。第2章 结构设计计算2.3

26、 尺寸参数2.3.1 从动轮轴承盒3-1从动轮示意图从动轮主要是用于协助送料胶滚，把需要加工的工件更好的源源不断的进行加工。如果没有从动轮的压制，不可避免的就会产生工件在加工过程中发生褶皱或由于摩擦力小而使工件不能进行正常的加工。主要尺寸如下：长：72mm宽：20mm高：82mm用途：配合送料胶滚，完成送料。达到的效果：与主动轮配合，高效率的完成送料。2.3.2 刀架3-2刀架示意图刀架，用于固定道具。由于在加工过程中道具的固定十分重要，所以刀架对于切割机来说十分重要。刀架也应该制成可方便拆卸，可随时调整的机构。长：50mm宽：30mm高：20mm螺栓:M10用途：固定道具达到效果：稳定的固定

27、道具，道具可上下调动。2.3.3 操作台3-3操作台示意图操作台，加工工件的操作平面。铸造成型。为了尽量方便加工，操作台的尺寸已尽量的减小了。以满足加工的最低标准来进行铸造，起制成作用的部分平台用小平台来补给。小平台高度与操作台保持在同一平面。采用3#角铁和3mm厚的钢板焊接制成。降低了制作的成本，设计也更加的人性化。长：1275mm宽：1100mm厚：10mm铸造成型2.3.4 整体结构 3-4整体结构示意图密封环切割机的整体看上去与缝纫机的工作形式差不多。主电机采用三相异步电动机，方便方便随时开车停车。操作台高度700mm，复合大部分人群的使用。道具的偏心距为12mm，完全符合加工的条件。

28、操作台高：700mm 操作台长：1275mm主电机M：型号 Y2100L1-8 功率（KW） 0.75安装尺寸（带螺孔（mm）机座号 M N P S T100L 130 110 160 M8 3.52.3.5 燕尾滑块3-5燕尾滑块示意图燕尾滑块的稳定性比较好，而且加工方便，成本低廉。燕尾滑块采用铸造成型，采用铸铁材质，因为考虑到耐磨性。如不采用铸铁铸造成型，工件的磨损会大大降低切割机的加工精度。主要尺寸如下：长：110mm宽：42mm厚：100mm槽深：18mm槽底宽：72mm槽顶宽：52mm铸铁，铸造成型。2.3.6 轴承端盖3-6轴承端盖示意图轴承端盖的主要作用是固定轴承，防止轴承在加工

29、过程中发生轴向移动。在一定程度上也能防止灰尘的进入。轴承的工作环境要尽量的减少灰尘，因为这些细小的粉尘会大大降低轴承的寿命。外径：50mm内径：15mm螺栓：M82.3 7 轴承盒3-7轴承盒示意图轴承盒用于镶嵌轴承。其中与轴承的装配十分重要。轴承不能装配的过紧，那样会影响轴承的工作。轴承装的过松，容易发生移动，轴承会被损坏。长：140mm轴承中心距：90mm轴承外径：32mm螺栓：M62.3.8 主架3-8主架示意图主架是为了方便主轴传递动力的必要支承结构。采用铸造而成。在保证强度的情况下还要尽可能的节省材料。长：500mm宽：210mm高：160mm螺栓：M104 M144 M1242.3

30、.9 主轴3-9主轴示意图主轴，传递动力的主要部分。制作主轴一定要满足切割机所需要的强度。采用45号钢。主轴最左端装有皮带轮，与主电机相连来传递动力。然后是滚动轴承。轴承架与支架相连接，从而使主轴能稳定的运转。主轴的右侧连接偏心轮机构，在主轴旋转的带动下由偏心轮机构带动滑块上的刀具，完成上下往复的剪切运动。键槽长：25mm键槽宽：5mm键槽深：3mm2.3.10 偏心轮机构3-10偏心轮示意图偏心轮最大行程：12mm2.3.11 送料胶滚3-11送料胶滚示意图胶滚，主要用于送料。需要加工的工件在胶滚的带动下以一定的速度进行工作。带动胶滚的电机采用低速可变速电动机。不同的加工工件需要的送料速度也

31、不同。送料的速度直接影响到工件的加工精度。送料的速度过快，加工出的环形垫片过于粗糙。送料速度过慢，虽然加工精度达到了要求，但工作效率低，加工出的工件成本过高，直接会影响到经济效益。所以胶滚的速度控制是很重要的。以下是胶滚的主要尺寸：胶滚直径：95mm胶滚工作时的伸出量：3mm胶滚转速：22r/min-最小值2.3.12 装配图3-12总体示意图第3章 驱动系统设计计算3.1 轴的强度计算3.1.1强度计算概述轴的结构设计完成后，已确定了轴的几何尺寸和形状。这时轴上零件的位置已知，即外载荷及支反力的作用位置已知，便应进行轴的强度校核，其目的在于检验轴的工作能力及结构设计的合理性。进行轴的强度计算

32、时，应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的计算方法。对于仅仅用于传递转矩的传动轴，应按扭转强度条件计算；对于仅承受弯矩的心轴，可按弯曲强度条件计算；对于既传递转矩又承受弯矩的转轴，应按弯扭合成强度条件进行计算。3.1.2按扭转强度条件计算前面已经说明，对于仅传递转矩或主要专递转矩的传动轴，应按扭转强度条件进行计算。用这种方法对轴进行强度计算时，只需知道轴所传递的转矩。因此，这种方法也常用语转轴结构设计时的初步估算轴径。在计算过程中，通过降低许用扭转剪应力来考虑弯矩的影响。轴在承受扭矩T作用时，其扭转强度条件可表示为=.1-1式中 扭转剪应力（Mpa）； T 轴所受到的扭矩（Nmm）； WT轴

33、的抗扭剖面模量（mm3）； N轴的转速（r/min）；p轴所传递的功率（kW）；d 计算剖面处轴的直径（mm）；许用扭转剪应力（Mpa），见表12-2.由上式可得出轴的直径为 （mm）.1-2式中A0=，可查表12-2表12-2 轴常用材料的及A0值 轴的材料Q235，204540Cr,35SiMn,38SiMnMo,2Cr131Cr18Ni9TiT(MPa)1220304040521525A016013511810710798148125由公式 （mm）.1-2由设计数据可得：P=0.75 KW n=960（r/min） 取A0=110经计算可得：d10.131mm可知最小直径为10.131

34、mm，本次设计主轴的最小直径为15mm，满足强度要求，达到设计标准。3.2 上料装置的校核由上料装置的结构受力分析：加工工件受到两个摩擦力 F1 F2F1是工件与操作平台的摩擦力F2是工件与上料胶滚的摩擦力N1正压力，可近似等于0.1Kg9.8N/Kg=0.098NN2正压力，由设计达到的要求可近似等于5Kg9.8N/Kg=49N 1是工件与操作平台的摩擦系数，可取0.1 2是工件与上料胶滚的摩擦系数，可取5由摩擦力公式1-3可得出：F=N.1-3F1=N1 1=0.0098NF2=N1 2=245NF2远远大于F1，对上料工作产生的影响微不足道，不会影响到上料工序，完全符合加工要求。第4章

35、结论4.1 总体结构半自动密封环切割机的主要结构：主操作台由厚10mm、宽900mm、长1285mm的钢板构成。面板距地面高70mm，下方安装有主电机。主电机型号：Y2100L1-8功 率：0.75KW。副 电 机：YDS240 功 率：0.07KW2.2KW 转 数：1.240r/min 类 型：低速电动机面板上方装有支撑架，和压轮。支撑架前段装有燕尾槽滑块和偏心轮机构。通过主电机的旋转带动滑块和偏心轮机构上下往复运动，从而带动道具不断进行切削。（如图）偏心轮机构3-13示意图压轮的外部装有3mm厚的橡胶的外皮，从而来增大压轮的和要加工的工件之间的摩擦系数，增大摩擦力。而且在加工过程中可以通

36、过对加工工件的工艺性的观察来不断调整压。（如图）3.1示意图面板中心与长平行的方向有深10mm的槽。槽里装有定心针，定心针可随要加工的产品的半径大小来随时调节。4.2 半自动密封环环切割机设计过程中的重点电机的选择。电机的选择十分重要，例如主电机要根据加工的需要选择恰当型号的电机。（如图）主电机3-15电机装配示意图电机功率过大会造成不必要的经济开支，电机功率过小会影响到加工的正常进行。副电机的选择也是很重要的一个过程。副电机是送料胶滚的动力。副电机型号的选择直接关系到送料装置的正常工作。首先，副电机的转数应该是可调的。因为加工工件是大小会有变化，所以副电机的转数也要随着需要加工的工件的尺寸来

37、进行必要的调整。从而能实现更完美的加工工艺。其次，电机的转数要比较低，因为送料的装置不能转的太快，因为送料装置转的过快会影响到工件的加工工艺。4.3 设计过程中需要解决的问题在半自动密封环切割机设计的过程中需要解决的问题有以下几点：1、加工工件的中心的定位。而且这个定位还需要可以随着不同尺寸的加工工件来不断进行调节。2、自动送料装置的压轮。这个轮的作用是防止加工工件在加工过程中发生褶皱，同时与副电机带动的滚轮配合，从而达到更好的送料工序。（如图）3-16送料装置示意图3、操作台的高度。合适的操作高度是对工作人员人身健康来说很重要的一个因素。通过实验证明，适合大多数人工作的操作台高度是700mm

38、。（如图）操作台高度高度3-17操作台示意图4.4 设计成果与成本半自动密封环切割机结构简单，外形美观，工作效率比老式切割机有了很大的提高，工作效率约是老式切割机的1.5倍。并且能自动完成送料工序，能节省一半以上的劳动力。减少了加工成本，提高了经济效益。成本计算:主电机： 480元副电机：1000元操作台：1200元支撑架： 300元其他： 200元手工费：1500元总计： 4680元参考文献1 傅水根主编.机械制造工艺基础.M北京：清华大学出版社，19982 何少平,李国顺,舒金波主编.机械结构工艺性.M长沙：中南大学出版社，2004；3 中国机械工程学会铸造分会.铸造手册.M北京：机械工业

39、出版社，19934 中国机械工程学会焊接学会.焊接手册.M北京：机械工业出版社，19925 濮良贵.机械设计学习指南 (第三版).M 高等教育出版社,1999.6 王中发.实用机械设计.M北京：北京理工大学出版社，1998.7 钟毅芳.机械设计原理与方法(第1版).J武汉:华中科技大学出版社, 2002.8 徐步云，王懿德 主编. CAD在机械设计领域的应用基础. M香港：开益出版社.199710. 戴同 主编. 机构与机械零部件CAD.M 武汉：华中理工大学出版社.1999.11 褚瑞卿. 建材通用机械与设备.J 武汉：武汉工业大学出版社，199512 (美)R.L.Robert L.Nor

40、ton. Design of Machinary(Second Edition).JNew York: McGraw-Hill book Company,2001.13(美) Robert L.Mott. Mechine Elements in Mechanical Design(ThirdEdition).JPrentice-Hall,Inc.1992.14Y. Ito，H. ShinnoStructural Description and Similarity Evaluation of the Structural Configuration in Machine Tools JInte

41、rnational Journal of Machine Tool Design and Research，1982，22：97110致 谢本论文在选题、研究和撰写的过程中，得到了孙东老师的亲切关怀和悉心指导。导师学识广博、学术思想敏捷、治学态度严谨，这一切都是作者现在和将来学习的榜样。特别是老师对学生在获取知识、运用知识和创新能力方面的培养，使我受益匪浅。在此文完成之际，谨向尊敬的导师致以诚挚的谢意，感谢指导老师为我的成长所付出的心血，并送去学生最美好的祝愿!感谢我的母校四年来对我的培养与关怀!感谢我的同学对我的帮助!作者在学习期间，得到了很多老师和同学的帮助，在此，致以真诚的谢意!衷心感谢所有关心和帮助过我的朋友们!最后，感谢在百忙之中参与评阅论文和参加答辩的专家评委。