钢管自动切断机-圆管自动切管机课程设计

圆管自动切管机课程设计全套设计图纸加V信153893706或扣3346389411 姓名：学号：专业：指导老师：学校：日期：摘要近些年来钢管行业在我国发展的非常迅速，由于钢管的优良性能，所以它被广泛的应用到了各个行业中，但是对于钢管的定长切割方面的机械自动化设备却比较缺乏，所以自动圆管切割机应运而生，并且以目前钢管行业的发展趋势来看，自动圆管切割机械的具有很好的发展前景。自动切管机是一种用于切割金属管道的设备，广泛应用于建筑、制造业等领域。其结构设计的合理与否直接关系到设备的稳定性、精确度和安全性。本文将详细介绍自动切管机的结构设计，包括整体结构、切割系统、传动系统和控制系统。目录TOC\o"1-3"\h\u圆管自动切管机课程设计 1摘要 21圆管自动切管机的构成 31.1整体结构 31.2切割系统 31.3传动系统 41.4控制系统 42切管机的结构分析和计算 52.1圆管的质量计算 52.2上料机构的设计及计算 62.2.1上料斜面设计 62.2.2料箱挡板设计 62.3夹具设计 73主要零部件的选型及校核 83.1切割主轴的设计及校核 83.2轴上扭矩的计算及校核 91圆管自动切管机的构成1.1整体结构自动切管机的整体结构主要由底座、立柱、横梁和工作台组成。1.底座：底座是自动切管机的基础支撑部分，通常采用钢板焊接而成，具有足够的强度和稳定性。底座上设置有脚轮，方便移动和固定。2.立柱：立柱是连接底座和横梁的重要部件，通常采用铸铁材料制作。立柱具有良好的刚性和稳定性，能够承受工作台上部分重量，并起到支撑横梁的作用。3.横梁：横梁位于立柱上方，连接两个立柱，并支撑着工作台。通常采用钢板焊接而成，具有足够的强度和刚性。横梁上设置有导轨，用于切割系统的移动。4.工作台：工作台是放置待切割管道的部分，通常由钢板制成。工作台上设置有夹具，用于固定管道，并确保其位置准确。1.2切割系统自动切管机的切割系统是实现管道切割功能的核心部分，主要由电动机、传动装置、刀具和冷却装置组成。1.电动机：电动机是驱动整个切割系统运转的主要动力源。通常采用交流电机或直流电机，具有足够的功率和转速。电动机通过传动装置将功率传递给刀具。2.传动装置：传动装置将电动机的旋转运动转换为线性运动，并将其传递给刀具。常见的传动方式包括齿轮传动、链条传动和皮带传动等。通过合理设计传动装置可以实现精确的刀具位置控制。3.刀具：刀具是进行管道切割的关键部件，通常采用硬质合金材料制作。根据不同的需求，可选择不同形状和尺寸的刀具。刀具的固定方式通常采用夹持装置，确保刀具的稳定性和切割精度。4.冷却装置：由于切割过程会产生大量热量，需要通过冷却装置将其散热。常见的冷却方式包括水冷和风冷两种。冷却装置可以有效延长刀具寿命，并提高切割质量。1.3传动系统自动切管机的传动系统主要用于控制工作台在横向和纵向上的移动，以实现对管道的精确定位和切割。1.横向传动：横向传动是指工作台在横梁上的移动。通常采用滑块与导轨相结合的方式，通过电机驱动滑块在导轨上滑动，实现工作台的横向移动。为了保证移动平稳且准确，导轨表面通常进行硬化处理。2.纵向传动：纵向传动是指工作台在立柱上的垂直移动。通常采用螺杆与螺母相结合的方式，通过电机驱动螺杆旋转，使螺母上下移动，从而实现工作台的纵向移动。为了保证移动平稳且精确，螺杆和螺母通常采用高精度的制造工艺。1.4控制系统自动切管机的控制系统主要用于对整个设备进行控制和监测，以实现切割过程的自动化和安全性。1.PLC控制器：PLC（可编程逻辑控制器）是自动切管机控制系统的核心部件，负责接收和处理各种传感器信号，并根据预设程序控制电机、气缸等执行器的运行。2.人机界面：人机界面是用户与自动切管机进行交互的界面，通常采用触摸屏或按钮等形式。通过人机界面，用户可以设置切割参数、监测设备状态和故障诊断等。3.传感器：传感器用于对设备运行状态进行监测和反馈。常见的传感器包括光电开关、压力传感器、温度传感器等。通过传感器可以实时监测刀具位置、冷却液温度等参数，并将其反馈给PLC控制器进行处理。4.安全保护装置：为了保证操作人员的安全，自动切管机通常配备有安全保护装置。紧急停止按钮、防护罩、光幕等。这些装置可以在发生紧急情况时及时停止设备运行，避免事故发生。自动切管机的结构设计包括整体结构、切割系统、传动系统和控制系统。合理的结构设计能够提高设备的稳定性、精确度和安全性，满足不同行业对管道切割的需求。2切管机的结构分析和计算2.1圆管的质量计算圆管的最大直径取r=50mm，壁厚=3mm，长度l=3000mm.V==1328220（公式2-1）钢管的密度为，M=，重力加速度G==35.14N（公式2-2）2.2上料机构的设计及计算圆管为直径为20-50mm，壁厚小于3mm的钢制质管，原料长度6000mm，设计一个斜面使得圆管滚落到输送装置中。斜面下端采用上挡板和下挡块两个简单的机构，用于控制每次落到输送装置中有且只有一根钢管。2.2.1上料斜面设计常用材料摩擦因数（有润滑的条件下）钢—钢，保证才可以使得圆管下滚。所以，设计时初取L=350mm，故求得h>7mm。设计选定L=350mm，h=50mm。如图2-1为进料所需的斜面，考虑节省材料以及加工过程的难易程度，决定将斜面做成3mm的镀锌板板材，然后跟料箱焊接成一体。图2-12.2.2料箱挡板设计本次设计最多放入7根圆管。根据结构需要，本次设计的挡板如图2-2所示.挡板分为上下两部分，并安装在气缸上，通过气缸的动作完成每次一根圆管的进料。气缸选型SMC系列MY1B20G-100缸径20mm，行程100mm工作气源设定为p=0.5Mpa。图2-22.3夹具设计由于切割时采用的是无齿锯切割所以可以根据磨削加工的计算方法，计算切割圆管时的切削力。但是由于切割过程计算比较复杂，影响因素很多，不能直接用切割过程的方法来计算，所以利用功率来求取主切削力的平均值。 （公式2-3）—主切削力，—砂轮速度， （公式2-4）—砂轮电动机功率，—机械效率0.65-0.85。计算得：。最大切削力。夹紧机构所需加紧力计算公式： （公式2-5）W—利用平衡力求处的夹紧力，K—安全系数 （公式2-6）—基本安全系数1.5—2，—计算粗略程度系数1—1.2，—振动系数1—1.2，故J=65.376N。选用V形块和气缸的配合构成快速夹具，便于装卡。所以选用V形块和气缸的配合结构。如图2-3所示：图2-3采用杆不会转气缸控制，选型SMC系列CXSM32-50缸径32mm，行程50mm。气缸的使用压力范围是0.05-0.7MPa。工作压力为0.1MPa时，气缸推力 （公式2-7）气缸的夹紧力大于所需夹紧力，符合设计要求。并且，这个压力是比较小的状态，气缸的压力可以进行适当调大，所以该气缸足够满足使用要求。3主要零部件的选型及校核3.1切割主轴的设计及校核轴的左端直径为，用于安装轴承，然后是一个直径为轴环，用于轴承和大皮带轮的轴向定位，轴环向右直径为用于安装V型皮带轮，采用键连接的方式对大皮带轮进行周向定位，V型皮带轮的左侧有凸台可以完成轴向定位，然后再是直径用于安装轴承，采用轴肩进行定位，然后是直径为的轴肩过渡，右侧用于安装刀具。图3-1进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰当地选取其许用应力。按照承受载荷的不同，轴可以分为转轴、心轴和传动轴三类。根据轴的不同，对轴进行校核的项目也不同，对于仅仅承受扭矩的轴(传动轴),应按扭转强度条件计算；对于只承受弯矩的轴（心轴），应按弯曲强度条件计算；对于既承受弯矩又承受扭矩的轴（转轴），应按弯扭合成强度条件进行计算，需要时还应按疲劳强度条件进行精确校核。此外，对于瞬时过载很大或应力循环不对称性较为严重的轴，还应按峰尖载荷校核其净应力强度，以免产生过量的塑性变形。轴在载荷作用下，将产生弯曲或扭转变形。若变形量超过允许的限度，就会影响轴上零件的正常工作，甚至会丧失机器应有的工作性能。例如：安装齿轮的轴，若弯曲刚度不足而导致挠度过大时，将影响齿轮的正确啮合，使齿轮沿齿宽和齿高方向接触不良，造成载荷在齿面上严重分布不均。又如采用滑动轴承的轴，若挠度过大而导致轴颈偏斜过大时，将使轴颈和滑动轴承发生边沿接触，造成不均匀磨损和过度发热。因此，在设计有刚度要求的轴时，必须进行刚度的校核计算。3.2轴上扭矩的计算及校核由扭矩计算公式得： （公式3-1）根据材料力学课本中相关公式对切割主轴进行受力计算，求解得到：扭矩图和弯矩图如4