自动板材涂腻机总体设计及横铲机构详细设计说明书

1、毕 业 设 计学生姓名： 学 号： 学 院： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 题 目： 自动板材涂腻机总体设计 及横铲机构详细设计 指导教师： ） 评阅教师： 2014年6月 河北科技大学毕业设计（论文）成绩评定表姓 名学 号成 绩专 业机械设计制造及其自动化题 目自动板材涂腻机构总体设计及横铲机构详细设计指导教师评语及成绩 指导教师： 年 月 日评阅教师评语及成绩 评阅教师： 年 月 日答辩小组评语及成绩答辩小组组长： 年 月 日答辩委员会意见 学院答辩委员会主任： 年 月 日 注：该表一式两份，一份归档，一份装入学生毕业设计说明书（论文）中。毕 业 设 计（论文） 中 文

2、摘 要 随着科学技术的不断发展和市场竞争的加剧，我国的木工机械自动化行业的发展已到了白热化的程度上。但目前我国许多企业生产效率和经济效益低下，与一些发达国家相比，普遍存在着消耗大、成本高、效率低等问题。因此我国木工机械自动化的发展需求也变得越来越迫切。本论文以工厂的加工木材为研究对象，在分析工厂想实现对木料的自动化的上下料，横纵铲及涂腻过程的基础上，依据机械制造自动化和控制工程的基本理论，分析了整个柔性制造系统的过程，结合工厂的实际情况，提出了整体方案及横铲机构的详细方案。最后，在经过对各种零件的设计、比较及校核后，我们利用三维绘图软件SolidWorks绘制了横铲机构机械系统及其运动仿真。关

3、键词 横铲自动化 绘制三维图 系统仿真 毕 业 设 计（论文） 外 文 摘 要Title The overall design of automatic plate coating machine and the detailed design of horizontal scraper mechanism AbstractWith the continuous development of science and technology and market competition, the development of China's woodworking machinery au

4、tomation industry has reached a fevered degree.However, compared with some developed countries, many of our business productivity and economic efficiency are lower. There exists many problems about large consumption, high cost, low efficiency. Therefore, our development needs of woodworking machiner

5、y automation is becoming increasingly urgent.In this thesis,we take factorys processing wood as our object of study.On the base of relization of all the actions of the automation system, we depend on the basic theory of Machinery Manufacturing Automation and Automation Engineering .And then ,we anal

6、ysis the process of Flexible Manufacturing system. Combining factorys actual condition ,we put forward overall plan and the detail plan about transversely shovel. At last , afert the design,comparison and check of various parts,we use Solidworks to draw three-dimensional diagram about the mechanical

7、 system of horizontal scraper mechanism and make its movement simulation.Key Words Horizontal shovel automation drawing of three-dimensional diagram system simulation本 科 毕 业 设 计 第 35 页 共 34 页 目录第1章 绪 论 11.1 课题背景及意义11.2 木工机械的内容11.3 木工机械的发展与现状 11.4 总结 4第2章 总体方案的设计 52.1 全自动涂腻机及横铲机构要研究或解决的问题 52.2 拟采用的研究

8、手段及途径 52.3 研究的意义 10第3章 机械系统的设计113.1 横铲机构主要元件的设计 113.2 本章小结 30第4章 电气控制系统的设计31结论 32致谢 33参考文献 34第1章 绪论1.1课题背景及意义木材工业在世界很多国家的国民经济发展中都发挥着很重要的作用。木材具有重量轻、强度高、弹性好、纹理美观、加工容易并可以再生等很多优点, 是人类目前为止应用最为广泛的原材料之一。随着经济的快速发展和人们生活水平的普遍提高, 在世界范围内对木材和木材制品的需求, 一直在呈稳步上升的趋势。虽然我国木工机械的发展迅速，但是，我国木工机械的总体规模在国际市场所占的份额一直非常小，一千多家木工

9、机械制造企业的销售额仅为世界最大木工机械公司一家的销售总额，另外我国的木工机械自动化的发展也很缓慢跟不上各类木工机械的需求，这就迫使我们不得不加快学习国际先进技术的步伐。 对于这些木材机械提供企业, 国内生产的各类木工机械虽然是首选,但是从产品的总体技术水平和产品质量来看，我国的木工机械行业与国外还存在很大的差距， 尤其在制品精度要求更高的情况下, 我们不得不从国外市场进口。因此也就要求我们进一步发展本国的木工机械自动化。1.2木工机械的内容木工机械行业是家具工业、建材工业与装修等行业的基础产业, 木材加工技术进步依赖木工机械行业的技术进步, 一个国家木工机械的水平往往决定了这个国家相关产业的

10、发展水平。而且木材工业由于能源消耗低，污染少，资源有再生性，在国民经济中也占重要地位。现在产品已从原木的初加工品如电杆、坑木、枕木和各种锯材，发展到成材的再加工品如建筑构件、家具、车辆、船舶、文体用品、包装容器等木制品，以至木材的再造加工品即各种人造板、胶合木等，从而使木材工业形成独立的工业体系。1.3木工机械的发展与现状1.3.1国外情况国外木工机械的先进技术和生产销售基本掌握在几个大型跨国公司的手里。在激烈的国际竞争之后, 国际大型木工机械公司所交货的木工机械多为成套设备, 他们几乎垄断了全球的木工机械市场。（1） 德国 战后50 多年来，德国依赖着强大的出口份额，从一个战败国到欧盟的领袖

11、，这期间德国凭借着产品科技含量高、质量高赢得了世界用户的青睐，而一直居德国出口份额第一位的机械制造业更是功不可没。国土面积只有我国广东省大小的德国一直创造着机械制造王国的神话。其中迈克·威力机械有限公司是全球头号实木机械生产商，其生产的木工机械处于世界领先水平。迈克·威力机械有限公司在应对木工机械自动化发展的核心理念就是不断根据市场需求进行创新。也正是凭借着不断创新的理念，始终如一地专注于木工机械制造业，创造了一个又一个第一，谱写了一个又一个的神话，该公司已经在世界木工机械领域处于绝对领先地位。（2）日本 日本的木工机械行业主要是在二次世界大战后发展起来的。在1954年成立

12、了“日本木材加工机械协会”, 该协会设立了锯材机械部、胶合板机械部、木材加工机械部、技术委员会和国外贸易委员会。产品可分为三大类: 一是制材机械, 约占总产值的15. 5% ; 二是木工机床, 约占总产值的64%；三是人造板设备, 约占20. 5% 。1990年产值约1050亿日元, 1991年约为1110亿日元, 1992年约为881亿日元, 1993 年约为832亿日元,1995年约为774亿日元( 8亿美元)。近几年出现衰退的主要原因是其国内需求减少,但日本的整体水平和技术也有稳步的上升，并且现在日本木工机械行业已逐渐重视国际市场,在积极发展本国木工机械自动化的同时也不断参加各国举办的展

13、览会。因此其在木工机械自动化系统的发展也在引领世界的潮流。（3）意大利意大利木工机械制造行业经过第二次世界大战战后50 多年的不断探索、引进、消化吸收，已经发展成为一个门类齐全，产品品种众多的产业部门。现在居世界首位。意大利现拥有300 多家木工机械和刀具制造商，大多数是意大利木工机械及刃具制造商协会的会员，家族式的企业居多。1981 年产值达5 亿美元，1983 年产值达4.92亿美元，1991年产值达到14.67 亿美元，1992 年产值下降到11.4亿美元，1993 年产值为12.27亿美元，1996 年产值为17.5亿美元，1997年产值为16.9亿美元，1998年产值为18 亿美元，

14、1999 年产值为16 亿美元。意大利的木工机械产品主要出口欧洲国家，约占60其次是亚洲国家，约占20美洲国家约占13销往中国的产品也占一定比例。1.3.2国内情况中国木工机械企业经过改革开放以来的20 多年发展, 无论是规模还是总体水平都受到国外发达国家的关注, 中国已经成为木工机械生产的大国, 但是, 我国的产品在技术水平，功能，加工精度，噪声指标，数控普及率和自动化程度方面都比其它的一些发达国家低一个档次。所以，中国木工机械企业进人海外市场, 还面临管理和产品整体技术水平两方面的挑战。由于15 0 9 0 0 质量体系标准在中国实施较晚, 加上属推荐性的标准, 针对1 00 多家企业,

15、通过了该标准认证的只是少数企业, 对于诸多民营企业而言, 企业管理方面可以说是很不完善的, 这样就难以保证企业的科学化管理和有序生产, 直接结果就是很大程度上赶不上国外企业。产品整体技术水平方面, 我们的自动化程度和工艺方面也都与国外存在着差距。两方面给国内企业进人海外市场带来一定的挑战, 加上欧洲市场对机械C E 认证十分严格,为中国木工机械进人欧洲市场增加了技术壁垒。我国与国际木工机械强国相比存在的的差距, 主要表现在:1) 全员劳动生产率相对低, 不到国际木工机械强国的1 /5 。2) 产品结构不合理。中、低档产品生产能力相对过剩, 但又不能满足用户对较高档次产品的需求。3) 产品自动化

16、程度不高, 成套性差, 大多处于中低水平, 高端产品主要依赖进口。4) 大企业不大不强, 按用户要求提供成套“解决方案”的系统集成能力较差;小企业不精不专, 专业化生产优势不明显。5) 产品的可靠性和外观质量有待进一步提高。6) 缺少国内强势品牌产品和国际品牌产品。今后我国木工机械设备应如何发展，应包含以下几个方面：（1）自主研发高利润和高附加值产品其中可以从数控技术入手，因为数控技术能减少家具产品加工的许多辅助模具和夹具，能形成生产线的自动化，降低工人的劳动强度，增加竞争力，从而获得超额利润。（2）不要过分依赖出口市场虽然我国在木工机械方面的发展与国外存在着一定的差距，前方的发展也面临着诸多

17、的困难，但我国更要勇往直前，通过不断学习国外技术的同时，加入自己创新的元素，才能面对在以后的发展过程中将会遇到的巨大的风险，更好地满足国内的需求的同时，逐步跟上世界的脚步。（3）建立政、校、企、行业结合的发展模式因为这样有利于整合资源，共享资源，降低成本及提升整体行业的核心竞争力，以此建立适合我国的合作发展模式和良性的竞争环境。1.4总结当今国际木工机械总体上呈现大型化、高速化、自动化、节能化、绿色化、品牌化的发展态势。所以，我国木工机械走进国际市场的机遇和挑战同在，企业只有尽快增加危机感，采取必要的对策，抓住机遇，扬长避短，在经济全球化的过程中才能创造辉煌，争取我们更多的企业走出国门。其中坚

18、持自主创新、研发高新技术产品创新是非常重要的, 它是一个国家兴旺发达的不竭动力, 创新是企业生命力的源泉, 是企业提升核心竞争力的希望。创新不仅仅是产品或工艺的创新, 还应包括管理和营销模式等多方面的创新。坚持自主创新, 就是要依靠自己的力量发展现代科学技术, 这是我国科技发展的重要方向,也是我国木工机械制造业取得长足进步的实践经验。第2章 总体方案的设计2.1全自动涂腻机及横铲机构要研究或解决的问题现在的很多都是人造板材，它是由锯末经过一系列加工形成的木板，这些木板作为原材料的表面粗糙，只有在其表面涂上腻子，才能做成家具等美观实用的成品。以前都是人工涂腻子，费时费力，效率低。全自动涂腻机能够

19、完全代替手工涂腻，效率高，质量好。该设备主要作用有：能够自动识别木工板材单表面缺陷，在凹坑处自动涂抹腻子(并刮平)，并自动铲除（平行于板材运动方向的）重叠凸起部分，（具有自动上、下料功能）。被加工板材长2440mm，宽1220mm，通过调节能够适应3-20mm不同厚度的板材加工要求。设备的工作效率：6秒/单张板。缺陷识别范围：（直径 >1mm,深度 >0.5mm。）。我毕业设计的内容是横铲机构的具体设计，横铲机构就是垂直于传送带的方向将木板刮平，并且横铲结束之后，木板要加速追上前面的木板，提高生产效率。2.2拟采用的研究手段及途径2.2.1确定总体方案全自动涂腻机包括五大部分：上下

20、料机构，横铲机构，纵铲机构，涂腻机构和刮平风干机构。上下料机构配有两个装料台，一个是备料台，另一个主料台，叉车将木板放在备料台，然后备料台通过传送带将木板送给主料台。设计这个主料台的主要作用是提高生产效率，可以增加工人送料的间隔时间。主料台下面装有一个类似与千斤顶的升高装置，上面装有一个液压推送装置，当主料台上升到指定位置，完成推送木板的目的。横铲机构就是垂直于传送带的方向将木板刮平，并且横铲结束之后，木板要加速追上前面的木板，提高生产效率。纵铲机构就是沿着跟传送带平行的方向使用刀具将木料挂掉一层，以到达纵向刮平的目的。涂腻结构就是将经过纵向刮平和横向刮平的木板均匀的图上腻子，然后刮平最后风干

21、。其布局如图一图二所示图2-1：总体布局左视图图2-2：总体布局俯视图2.2.2横铲机构设计方案2.2.2.1 机构设计及工作原理当上一工序的拨板机构将板拨过来之后，木板会因为拨板给予的压力将前方的 压紧装置的压轮顶开，此时拨板回撤，而木板由于压轮的压力使木板固定住，并且在木板的行进过程中工作台的左右两侧会有挡板挡着，使木板尽量沿着工作台的方向行进。在木料停下来之后，气缸会接收到信号，让气缸工作，使刀具根据板的厚度向下移动合适的距离，在刀压住板之后，与导轨相连的电机动作，此时刀具进行横铲工作，当刀铲完一个板抬刀时，发出信号使加速电机启动，使板加速达到纵铲所需的速度之后，进行下一工序，与此同时，

22、拨板机构将下一板拨过来，以此不断地循环此过程。 整个过程中利用传感器传递信号，用单片机进行电气控制，完成整个机构的连贯的运动。图2-3：横铲机构示意图2.2.2.2 滚筒的选择输送滚筒包括无动力输送滚筒，动力输送滚筒，积放输送滚筒系列，转弯输送滚筒系列。无动力输送是最简单也是应用最广泛的一种输送方式，辊筒转动呈被动状态，货物依靠重力或人力的作用力才得以移动和输送；按布置方式分为倾斜和水平布置两种。动力输送中货物可以按规定的速度精确、平稳、可靠地输送，根据传动方式的不同，分为“带传动”和“链传动”两大类。带传动：运行平稳，噪音小，对环境污染少，允许高速运行，但不能在有油污的地方工作。链传动：承载

23、能力大，布置方便，对环境适用性强，可在经常接触油、水及温度较高的地方工作，但在多尘环境中工作时链条容易磨损，高速运行时噪音较大。积放输送又称堆积输送，它除了具有一般动力输送的性能之外，还允许在驱动装置工作的情况下，货物能够在输送线上停止和积存，而运行阻力无明显增加。正常输送时，积放结构起传递力矩的作用，而当货物受阻停止积存时，运行阻力矩超过限定的辊筒工作力矩，积放套或摩擦片打滑，辊筒和驱动装置间处于柔性连接状态，表现为货物下方的辊筒停止运转，只有驱动原件继续运转。转弯时滚筒只有锥形辊筒才能保证货物在转弯输送时运行精准，原因在于辊筒表面存在不同的线速度，越靠近外端，它的线速度越大。在本设计中木板

24、是直线运动的，电机驱动的传送形式，我们选择单排链的动力输送滚筒。滚筒的直径是114mm,长度1300mm。图2-4：滚筒输送机2.2.2.3 传动方式选择传动采用链传动。虽然滚珠丝杠传动的传动精度高，无侧隙，刚度高，但在本结构中对于传动精度没有太高的要求，并且由于是横铲板材，所以在刀具工作的过程中肯定会产生木屑，木屑很轻，容易塞入滚珠丝杠上，对滚珠丝杠的传动造成极大的不利。而采用滚子传动是，不仅能够保证横铲过程中板材的精度要求，而且是整个机构的传动速度都不高适合链传动。与带传动相比，没有弹性滑动，能保持准确的平均传动比，传动效率较高；链条不需要大的张紧力，所以轴与轴承所受载荷较小；不会打滑，传

25、动可靠，过载能力强，能在低速重载下较好工作，并且链传动的成本相比带传动较低。综上所述选择链传动2.2.2.4 电机类型选择1.加速选择三相异步电动机，通常可供该选择的电机有步进电机，三相异步电动机步和伺服电机。进电机相对普通电机来说，他可以实现开环控制，即通过驱动器信号输入端输入的脉冲数量和频率实现步进电机的角度和速度控制，无需反馈信号。但是步进电机不适合使用在长时间同方向运转的情况，容易烧坏产品，即使用时通常都是短距离频繁动作较佳。相对伺服电机来说，伺服电机内部通过安装旋转编码器实现了反馈控制，能够保证较高的精度，但是由于伺服电机的结构较复杂，随之价格也就非常昂贵。而三相异步电动机能够在输送

26、机一直的工作过程中保证该装置所需要的精度，且寿命较长，成本较低。综上所述，我们选择三相异步电动机。2.刀具工作选择电磁制动电机刀具工作过程中过有频繁的正反转切换，而且要求频繁的启停，因此选择电磁制动电机，它的优点想让它停的时候能及时停住，制动力矩大，制动后不会因外力作用而反转。2.2.2.4 刀具移动装置的选择横向运动：利用液压缸、汽缸和导轨都可实现刀具的横铲动作，但由于木料的横向长度约为1.2米，考虑到若完成刀的整个运动，液压缸汽缸的行程太大，成本较高，而导轨可以解决这些问题，将滑块固定在链条上在电机驱动滑块运动的过程中带动导轨移动，并且导轨成对使用会更加可靠，结构简单，控制方便，所以选择刀

27、具沿导轨进行工作。纵向移动，因为刀具在竖直方向上会根据木料的厚度进行一个纵向的调整，而这个调整范围在3到20毫米之间，因此在竖直方向上安装气缸是可行的，并且气动装置结构简单、轻便、安装维护简单。压力等级低，使用安全。工作介质是取之不尽、用之不完的空气，空气本身不花钱。刀具在下降，通过刀自身压住木板，防止木板的翘起，解决了木板的压紧问题。刀具上要带有一个滚轴，并加上限制，使其能小幅度的摆动。由于在刀进行横铲的过程中会受到水平方向的力，为使此水平方向的力不影响气缸的正常工作，需将刀具上的力释放到其他地方，因此，我们采用在刀的两侧安螺母，使横向力通过倒杆传到臂架上。图2-5：刀具的设计2.3 研究的

28、意义这台设备能够实现涂腻的自动化，使从事各种木制品加工的人员大幅度减少，使木工机械向高效益、高收益、高精度、高质量、高集成化的方向发展。现在自动化生产线是木工机械发展的主题，我国家具工业居世界第一，世界木工机械最大的市场在中国,我们如果再不开发生产线，国内的市场就会全部拱手让给德国和意大利，我们要与时俱进，加快我们自己自动化生产线的发展。第3章 机械系统的设计3.1横铲机构主要元件的设计3.1.1电机选择3.1.1.1 横铲动作电机的选择1. 确定电动机的容量电动机的容量主要根据电动机运行时的发热与其运行状态有关。对于长期连续运转、载荷不变或变化很小、常温下工作的机械，只要所选电动机的额定功率

29、P等于或略大于电动机功率P,电动机在工作时就不会过热，而不必校验发热和启动转矩。 （1）计算工作机所需功率P工作机所需功率P（Kw）应由机器的工作阻力和运动参数决定。P=式中，F工作机的工作阻力，Nv工作机的线速度m/s工作机的效率F的确定由于此次设计是两个电机带动八个刀工作，估算每个刀工作时受到的切削阻力为50N，所以F=50×8÷2=200Nv的确定由于老师要求横铲一个板的整个过程在3s之内，包括刀具纵向位置的调整0.2s左右，加速过程0.5s左右，横铲为2到2.3s,所以v=650562mm/s,取v=600mm/s的确定综合考虑工作，环境等诸多因素取工作机的效率为0

30、.98综上所述P=123W（2）电动机所需功率PP=为电动机工作机的传动总效率，其间有滚子链传动=0.96，深沟球轴承=0.99，所以P=130W（3）确定电动机的额定功率PP=(1-1.3) P=123-169W2.电机选型由以上的计算和图3-1到图3-4，选的刀具工作的电机型号为100YB200GV22+100GF12.5H电磁制动电机100YB200GV22图3-1：电机型号解释图3-2：电机性能100GF12.5H图3-3：减速机型号解释图3-4：减速机性能3.1.1.2加速电机的选择 1. 确定电动机的容量电动机的容量主要根据电动机运行时的发热与其运行状态有关。对于长期连续运转、载荷

31、不变或变化很小、常温下工作的机械，只要所选电动机的额定功率P等于或略大于电动机功率P,电动机在工作时就不会过热，而不必校验发热和启动转矩。（1）计算工作机所需功率P工作机所需功率P（Kw）应由机器的工作阻力和运动参数决定。P=式中，F工作机的工作阻力，Nv工作机的线速度m/s工作机的效率F的确定估算木料的重量为m=30Kg，查表得木料与纲的滚动摩擦系数为f=0.04，由F=fmg=12Nv=的确定综合考虑工作，环境等诸多因素取工作机的效率为0.98综上所述P=63W（2）电动机所需功率PP=为电动机工作机的传动总效率，其间有滚子链传动=0.96，深沟球轴承=0.99，所以P=67W（3）确定电

32、动机的额定功率PP=(1-1.3) P=67-87W3. 加速电机选型 由以上的计算和图3-5到图3-8的数据，选的加速电机的型号为100YS200GV22+100GF12.5H标准电机图3-5：加速电机型号解释图3-6：加速电机性能图3-7：加速电机减速箱型号图3-8：加速电机减速箱减速比3.1.2 链传动的设计链传动是一种挠性传动，它由链条和链轮组成，通过链轮轮齿与链条链节的啮合来传递运动和动力。与摩擦型带传动相比，链传动无弹性滑动和整体打滑现象，因而能保持准确的传动比，传动效率较高，又因链条不需要像带那样张的很紧，所以作用于轴上的径向力较小，链条采用金属材料制造，在同样的使用条件下，链传

33、动的整体尺寸较小，结构较为紧凑，同时链传动能在高温和潮湿的环境中工作；与齿轮传动相比，链传动的制造与安装精度要求较低，成本也低，在远距离传动时，其结构比齿轮传动轻便得多。链传动的缺点是：只能实现平行轴同链轮的得同向转动，运转时不能保证恒定的瞬时传动比，磨损后易发生跳齿，工作时有噪声，不宜用在载荷变化较大、高速和极速反向的传动中。链传动主要应用在要求工作可靠，两轴相距较远，低速重载，工作环境恶劣，以及其他不宜采用齿轮传动的场合。由以上对链传动优缺点的分析，选择链传动。3.1.2.1 与刀具相连的链1选择链轮齿数Z=Z=192. 确定计算功率P=式中：K工况系数K小齿轮齿数系数图3-9：工况系数图

34、3-10：小链轮齿数系数查图3-9得K=1.5，由图3-10得K=1P=3. 确定链节型号和节距链条型号根据当量的单排链的计算功率P=304W和主动链轮转速n=104r/min，由机械设计书中的图得到10A-1。图3-11：所选链节型号对应的相关尺寸4. 计算链节数和中心矩由木板的宽度定链传动的中心矩为1620mm由中心距确定链节距=223.1为了避免使用过渡链节，应将计算出的链节数L圆整为偶数L=224节。链传动的最大中心距为：=1625.8mm式中：f为中心距计算系数，查机械设计书中表的f=0.249285. 计算链速v,确定润滑方式=0.62m/s查表得采用滴油润滑方式6压轴力FF=32

35、3N链轮水平布置时压轴力系数K=1.15压轴力F= KF=371N7链质量m=1.62kg3.1.2.2 与加速电机相连的链1. 选择链轮齿数n=式中：v为滚筒线速度，v=5.1m/sr为滚筒半径，r=57mm传动比i=1.17Z=19 ，Z=22.23,取Z=232. 确定计算功率P=式中：K工况系数K小齿轮齿数系数查图3-9得K=1.5，由图3-10得K=1P=3.确定链节型号和节距链条型号根据当量的单排链的计算功率P=304W和主动链轮转速n=104r/min，由机械设计书中的图得到10A-1。4. 计算链节数和中心矩初选中心距a=30p=476.25mm,取a=475，相应的链节常数为

36、=77.8为了避免使用过渡链节，应将计算出的链节数L圆整为偶数L=78节。链传动的最大中心距为：=482.8mm式中，f为中心距计算系数，查机械设计书中表的f=0.249285 计算链速v,确定润滑方式=0.52m/s，查表得采用滴油润滑方式6压轴力FF=385N链轮水平布置时压轴力系数K=1.15压轴力F= KF=442N7链质量m=0.475kg3.1.3 导轨的设计1导轨类型选择滑动导轨接触面积大，摩擦力大，运动欠灵活，磨损严重。但是导向性好，精度可以很高而且稳定，承载能力强，重复性好。此机构频繁往返，行程长，摩擦力大，而且不需要很好地导向性，另外，滑块受力不均匀，承载力大。所以滑动导轨

37、不适合。直线滚动导轨是近代发展起来的新型功能部件，具有承载力大、刚性强、运动轻巧灵活、传动平稳可靠、传动精度高、工作寿命长并具备自动调整能力等优点。承载力是钢球平面导轨的13倍。直线滚动导轨运动接触面是一弧面，而钢球平面导轨接触理论上是一个点。另外，直线滚动导轨在安装时还可施加预紧力，提高导轨的刚性，提高承受切削力和耐振动的能力。故在本例中采用直线滚动导轨副。2导轨上移动部件的重量估算按照导轨上连接的移动部件的重量来进行估算。包括刀具、气缸、螺母、架子等，估计重量约为800N。3刨削力的计算估算刀具工作过程中受纵向力F=100=800N,受横向力F4直线滚动导轨副的计算与选型（1）滑块承受工作

38、载荷F的计算及导轨型号的选取工作载荷是影响直线滚动的导轨副的使用寿命的重要因素。本例采用双导轨、二滑块的支撑形式。考虑最不利的情况，及垂直于台面的工作载荷全部由一个滑块承担，则单滑块所受的最大垂直方向载荷为：F=其中，移动部件重量G=800N外加载荷F=F=100N代入上式，得最大工作载荷F=500N图3-12：导轨型号解释根据公司的宣传手册，选的导轨的型号为HGH30CAZACE2(2) 距离额定寿命L的计算L=式中：,硬度系数 =1.0,温度系数 =1.0,接触系数 =0.81,精度系数 =0.9,载荷系数 =1.5代入上式得距离寿命L=1882km远大于期望值50km，故距离额定寿命满足

39、要求。3.1.4 气缸1.确定气缸内径气缸内径的计算公式为式中，为负载率（是气缸受到的周向负载阻力F与气缸的理论输出力F之比，用表示，对于静载荷，80；对于气缸速度200mm/s的动载荷，60，对于气缸速度500mm/s的动载荷，40）本例中气缸速度v=,所以=0.7F为理论输出力取100N，压强P=0.5MPa代入上式得D=20mm,2. 行程选择，有刀具的移动范围选其行程为25mm3. 由下图3-13和图3-14的选取的气缸型号为CDM2B40-25Z图3-13：气缸型号图3-14：气缸的相关尺寸3.1.5 刀具1材料选择 常见的刀具材料：高速钢，硬质合金（含金属陶瓷），陶瓷，PCBN（立

40、方氮化硼），PCD(聚晶金刚石)，其硬度是一个比一个硬，所以一般而言，切削速度一个比一个高。性能是各有各的应用范围：（1）高速钢高速钢是一种加人了较多的钨、铬、钒、相等合金元素的高合金工具钢，有良好的综合性能。其强度和韧性是现有刀具材料中最高的。高速钢的制造工艺简单，容易刃磨成锋利的切削刃；锻造、热处理变形小，目前在复杂的刀具，如麻花钻、丝锥、拉刀、齿轮刀具和成形刀具制造中，仍占有主要地位。高速钢可分为普通高速钢和高性能高速钢。普通高速钢，如W18Cr4V广泛用于制造各种复杂刀具。其切削速度一般不太高，切削普通钢料时为40-60m/min。高性能高速钢，如W12Cr4V4Mo是在普通高速钢中再

41、增加一些含碳量、含钒量及添加钴、铝等元素冶炼而成的。它的耐用度为普通高速钢的1.5-3倍。粉末冶金高速钢是70年代投入市场的一种高速钢，其强度与韧性分别提高30%-40%和80%-90%耐用度可提高2-3倍。目前我国尚处于试验研究阶段，生产和使用尚少。（2）硬质合金 按GB207587(参照采用190标准)可分为P、M、K三类，P类硬质合金主要用于加工长切屑的黑色金属，用蓝色作标志；M类主要用于加工黑色金属和有色金属，用黄色作标志，又称通用硬质合金，K类主要用于加工短切屑的黑色金属、有色金属和非金属材料，用红色作标志。P、M、K(后面的阿拉伯数字表示其性能和加工时承受载荷的情况或加工条件。数字

42、愈小，硬度愈高，韧性愈差。P类相当于我国原钨钛钻类，主要成分为WC TiC Co，代号为YT。K类相当于我国原钨钻类，主要成分为WC Co，代号为YG。M类相当于我国原钨钛钽钴类通用合金，主要成分为WC TiC TaC(NbC) Co，代号为YW。（3）陶瓷主要用在硬零件车削和铸铁类零件的粗加工和高速加工。（4）PCBN主要用在硬零件车削和铸铁类零件的高速加工（一般而言，比陶瓷效率要高一点）。（5）PCD主要用在有色金属和非金属材料的高效率切削。目前用得最多的为高速钢和硬质合金。 由于本例的切削材料是木料，硬度较低，所以用高速钢就已经足够满足强度要求了。2刀具加工方式及尺寸的确定本例中刀具的加

43、工方法采用的是线切割加工刀具。因为线切割加工的优点的总结为以下几点（1） 加工时工件无受力变形，在数控指令控制下，加工精度高，齿部为标准渐开线或函数曲线，表面粗糙度好，可微观进给并可多次切割。（2） 便于制造高精度和超大行程机床，满足特殊零件高精度等级加工要求。（3）机械加工不同模数链轮需用相应模数刀具，刀具复杂，价格昂贵，刀具使用中磨损严重影响加工效果。电火花线切割加工工具电极简单，加工不同模数链轮统一规格丝线即可完成。（4）低能耗，无污染。但本例中，由于木板的加工长度为2440mm，到刀具在线切割加工过程中的垂直度等各方面的精度要求，定刀的长度为305mm,整个过程需用8个刀。 3.1.6

44、 压紧装置弹簧的选择 1. 根据工作条件选择材料并确定其许用压力因弹簧在一般载荷条件下工作，可以按第三类弹簧来考虑。现选用碳素弹簧钢丝C级，查表得其许用切应力=0.5，许用弯曲应力=0.625，弹性模量E=207500205000MPa，切变模量G=8300080000MPa2. 选择旋绕比C，通常可取C=58,现取C=6,算的曲度系数K=1.25253.根据安装空间初设弹簧中径D=20mm,根据C值估取弹簧丝直径d=2mm,由表得=17102010MPa,取=1750MPa,经计算得许用切应力=0.5=875 MPa，许用弯曲应力=0.625=1094 MPa。4. 试算弹簧丝直径d, d1

45、.6=1.6mm5. 确定其他参数由C=得弹簧中径D=12mm,由压缩弹簧细长比b=,取b=3，算得H=36mm,最大伸长量=20，有效圈数n=153.1.7 轴承的相关计算1. 与横铲工作电机相连的轴承的相关计算已知根据工作条件决定选用深沟球轴承。轴承型号为6004，试计算其寿命查滚动轴承样本可知深沟球轴承6004的基本额定动载荷C=9380N，基本额定静载荷C=5020N（1）计算链条上的受力链传动在安装时，应使链条受到一定的张紧力。张紧力是通过使链条保持适当的垂度所产生的悬垂拉力来获得的。链传动张紧的目的主要是使松边不致太松，以免出现链条的不正常啮合、跳齿或脱链。因为链传动为啮合传动，所

46、以与带传动相比，链传动所需的张紧力要小得多。链传动在工作时，存在紧边拉力和松边拉力。如果不计传动中的动载荷，则紧边拉力和松边拉力分别为F=F+FF=+F式中：F为有效圆周力，N为离心力引起的拉力，NF为悬垂拉力，N有效圆周力为F=式中：P为传递的功率，Wv为链速,m/s所以F=322N离心力引起的拉力为=qv=0.38N式中，q为链条单位长度的质量，Kg/m悬垂拉力F=max(F,F)其中：F=KqaF=( K+sin) qa式中，a链传动的中心距，mmK垂度系数，F为下垂度，为中心线与水平面夹角查表得K=30，q=1mm，a=1620mm，=0°计算得F=F= F=486N F=F

47、+F=808.38NF=+F=486.38N(2) 求两轴承承受刀的径向载荷F和F将轴系部件受到的空间力系分解为铅锤面（图3-15）和水平面（图3-16）两个平面力系，其中F 为通过另加转矩而平移到指向轴线。 图3-15：轴承垂直面受力分析图3-16：轴承水平面受力分析由力分析可知F=800N,F=808.38N F=300N , F=500N, F=303.18N ,F=505.2N F =426.5N F =710.8N轴承的当量动载荷P=fF=1.2710.8=853N（3）验算轴承寿命式中，对于球轴承=3所以=213096.75h2. 与横铲工作电机相连的轴承的相关计算已知根据工作条件

48、决定选用带座球面轴承UCP206，试计算其寿命查滚动轴承样本可知带座球面轴承UCP206的基本额定动载荷C=14970N，基本额定静载荷C=10040N（1）计算滚子轴上的受力估算木料的重量为m=30Kg，查表得木料与纲的静摩擦系数为f=0.04，由F=fmg=120N,轴上的径向力F=400N,轴向力F=100N。（2）求两轴承承受刀的径向载荷F和F,将轴系部件受到的空间力系分解为铅锤面（图3-17）和水平面（图3-18）两个平面力系，其中F 为通过另加转矩而平移到指向轴线，F亦应通过另加弯矩而平移到作用于轴上。 由力分析可知F=400N,F=120NF=200N , F=200N,F=60

49、N ,F=60NF =209NF =209N（1） 求两轴承的计算轴向力F和F查表得轴承派生轴向力F=eF,其中e的值由的大小来确定，=0.01,=0.48>e,由以上数据查表得径向动载荷系数X=0.56和轴向动载荷系数Y=2.2。F=100N，F=0N轴承的当量动载荷P=f(XF+YF)=405N验算轴承寿命式中，对于球轴承=3所以=8093116h3.2 本章小结本章在上一章对总体结构系统分析的基础上对横铲机构各部位进行了详细的设计，包括电机、链传动、导轨、气缸的计算与选型以及刀具的设计，并对加速系统进行了分析和设计。第4章 电气控制系统的设计电气部分的设计内容包括：绘制电气原理框图

50、，选择CPU，复位电路，扩展I/O端口，DAC或ADC转换器，光电隔离，功率放大电路，光电编码器等1. 电气原理框图2. 微机系统选择AT89系列的AT89C51单片机扩展系统。AT89本身带有,不需要掉电保护，不需要外部程序存储器的扩展。所选用的晶振电路与单片机MCS-51系列相同，都为12MHz的内部晶振电路。复位电路采用的是上电和手动按键复位电路，手动复位的的功能主要是在刀具工作过程中，如遇到紧急情况的时候，需要及时停止运动时，则按复位键。P1.0口输出OFFH，停止横铲动作。3. AT89C51的电流不足以直接驱动控制电机，所以增加了一级放大电路。结论一个学期的毕业设计已经接近尾声，我们也基本开始做收尾工作。此次毕业设计让我收获很多，让我从只会问问题，亦步亦趋模仿前辈能够独立解决问题。因为在国内还没有这样的自动涂腻机，所以自选题后，我和老师还有赵亮同学就一直在构思各种可行方案，分析原理，还向其