毕业设计卧室锯床设计.docx
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毕业设计卧室锯床设计
辽宁工业大学
专业课程设计说明书
题目：
双柱卧式带锯床
学院（系）：
机械工程与自动化学院
专业班级：
机电073
学号：
*********
******
******
起止时间：
2010.12.20～2011.1.7
辽宁工业大学专业课程设计任务书
院（系）：
机械工程与自动化学院教研室：
机电教研室
学号
070101084
学生姓名
刘强
专业（班级）
机电073
设计题目
双柱卧式带锯床
技
术
参
数
与
要
求
技术要求：
1.带锯条线速度（m/min）：
30/50/75/95
2.带锯条规格（mm）:
34×1.1×4400
3.工作夹紧方式：
液压虎钳
4.锯条张紧方式：
手动
5.锯切能力：
5130N
工
作
量
1.机械装配图一张，1#；
2.控制电路图一张，4#；
3.程序流程图一张，4#；
4.设计计算说明书一份；
5.液压系统原理图，4#
工
作
计
划
1.查阅资料，方案讨论6天
2.方案确定1天
3.设计计算4天
4.绘制机械装配图5天
5.控制系统设计，绘制电路图3天
6.软件设计，绘制程序流程图3天
7.整理设计说明书1天
8.答辩1天
成
绩
评
定
及
评
语
图面（45％）
说明书（25％）
答辩（10％）
平时（20％）
总分
成绩：
指导教师签字：
学生签字：
年月日
第1章绪论……………………………………………………………………………….1
1.1研究内容的现状………………………………………………………………….1
1.2选题意义………………………………………………………………………….1
第2章总体方案设计………………………………………………………………………3
2.1双柱卧式带锯床的标准型号…………………………………………………….3
2.2进给力的选择…………………………………………………………………….4
2.3金属带锯床导向装置位置的确定……………………………………………….4
第3章液压系统的设计计算………………………………………………………………5
3.1设计的目的……………………………………………………………………….5
3.2液压系统设计内容及所给参数……………………………………………...…..5
3.2.1设计内容……………………………………………………………………...6
3.2.2设计参数……………………………………………………………………...6
3.3液压缸主要尺寸的确定…………………………………………………….........6
3.3.1液压缸工作压力的确定…………………………………………………….6
3.3.2液压缸缸筒内径D的计算…………………………………………………..6
3.3.3液压缸活塞杆直径d的确定………………………………………………...6
3.3.4活塞杆直径d的校核………………………………………………………....7
3.3.5液压缸壁厚的计算…………………………………………………………....7
3.3.6缸体外径尺寸的计算………………………………………………………....8
3.3.7液压缸工作行程的确定……………………………………………………....8
3.3.8缸盖厚度的确定………………………………………………………………8
3.3.9活塞宽度B的确定………………………………………………………........8
3.3.10缸体长度的确定………………………………………………………….......8
3.3.11流速的计算……………………………………………………………….......8
3.3.12最小导向长度的确定…………………………………………………….......9
3.3.13稳定性的校核…………………………………………………………….......9
3.4液压缸的密封设计…………………………………………………………….......10
3.4.1静密封的设计…………………………………………………………………10
3.4.2动密封的设计…………………………………………………………………10
3.5支承导向的设计……………………………………………………………….......11
3.6防尘圈的设计…………………………………………………………………….11
3.7材料的选择…………………………………………………………………….......12
3.7.1缸筒……………………………………………………………………….........12
3.7.2活塞……………………………………………………………………….........12
3.8液压泵的选择……………………………………………………………………...12
3.9液压控制调节装置的选择…………………………………………………............13
3.9.1电磁换向阀的选择..……………………………………………………………13
3.9.2液压控制阀的选择…………………………………………………………….13
3.9.3液控单向阀的选择…………………………………………………………….13
3.10机电液压传动系统………………………………………………………………..13
3.10.1机床液压系统概述…………………………………………………………...13
3.10.2液压动作原理及说明………………………………………………………...14
3.10.3液压元件规格………………………………………………………………...14
第4章机械系统的设计计算………………………………………………………………...15
4.1电动机的选择……………………………………………………………………….15
4.1.1电动机额定电压的选择………………………………………………………..15
4.1.2电动机额定转速的选择………………………………………………………..16
4.2带锯轮中心距的计算………………………………………………………………..16
4.3功率计算……………………………………………………………………………..17
第5章控制系统的设计……………………………………………………………………...18
5.1PIC单片机控制……………………………………………………………………..18
5.2控制原理…………………………………………………………………………….18
结论……………………………………………………………………………………………19
参考文献………………………………………………………………………………………20
第1章绪论
1.1研究内容的现状
现代制造业正朝着高效、高精度和经济性的方向发展，锯切作为金切加工的起点，已成为零件加工过程中重要的组成环节。
其优点是可以节约材料、减少二次加工量和提高生产效率。
因此，锯床特别是自动化锯床已广泛地应用于钢铁、机械、汽车、造船、石油、矿山和航空航天等领域
弓锯床、圆盘锯床及带锯床是三种主要锯床形式，其中带锯床正在逐步代替传统弓锯床和圆盘锯床，开始占据主导地位。
在欧美等发达国家，弓锯床已基本被淘汰，而带锯床迅速普及，这一趋势在德国尤为明显。
以世界头号锯床生产厂家德国贝灵格公司为例，其生产双立柱带锯床的历史已有20余年，至今已开发出近百个型号，达到了很高的技术水平。
在材料利用率方面，带锯床具有明显的优势，有切割速度快、尺寸精度高、材料损失小等特点。
此外，带锯床适应性广、动力消耗低、操作简便、易于维护并可进行角度切割，因而得到了越来越广泛的应用。
带锯床中，双立柱带锯床性能最优。
它采用双导向柱液压缸整体锯架结构，运用平行法剧削，刚度持久，保证了锯架工作稳定性，提高了锯带寿命。
目前许多锯床采用先进的变频电动机驱动、精密的滚珠丝杠传动和激光定位方式，配以伺服控制的液压系统，由计算机自动在线监控锯切全过程，锯条速度、进给速度、卡紧力均可做到任意设置、最优化组合，由此提高锯床的加工精度。
此外，金属锯切的关键技术点――高精度的切割力控制一直是锯床技术研究的重点，德国贝灵格锯床就很好地解决了这一问题。
该锯床可实现恒定锯切力控制，保证了锯切不规则截面型材的切削率恒定。
该锯床的加工精度也较高，如切割厚材时，每100mm切割高度的误差仅为0.1mm。
提高锯切效率，尤其是提高厚材及硬金属锯切效率，避免锯切成为整条生产线的瓶颈，一直是锯切及锯床技术领域多年关注的焦点。
德国贝灵格锯床锯切1Cr18Ni12不锈钢切削率达48cm2/min，锯切Y40Mn钢切削率达125cm2/min。
该公司还设计了安装两个锯切系统的锯床，可同时对工件进行两次锯切，从而大大提高生产效率，改善了锯切加工的经济性。
锯切范围扩大化已是趋势。
如德国贝灵格巨型卧式带锯床可锯切达2.5m×2.0m的实心方材，巨型立式带锯床可锯切长达10m的板材及棒材。
1.2选题意义
一般传统意义上的金属锯切常被认为是简单的切断下料工序。
随着现代制造业朝着高效、高精度和经济性的发展方向发展，锯切作为金切加工起点，已成为零件加工过程中的重要组成环节。
锯切可以节约材料，减少二次加工量和提高生产效率，因此，锯床特别是自动化锯床已广泛地应用于钢铁、机械、汽车、造船、石油、矿山和航空航天等领域。
金属切断设备有很多种，被切材料也有多种多样，必须根据被切材料的特性和形状，选择最合适的切断方法。
随着钢材的高级化，新的材料的增加，对切断设备的要求越来越高。
过去，锯床是安放在料库作为下料的工具；而今天，却把锯削作为制造零件的第一道机加工工序。
SST公司的技术主任Tielli说：
“锯削技术在过去5年间的变化比前20年还要大。
”这种变化就出现在带锯床上，因此带锯床制造商相信他们在车间里的产品状况必将发生变化。
Eisele公司的Gale认为：
“带锯床现在不仅是锯切下料。
它们还是零件的加工设备，从单元制造装备概念出发，锯床是其重要部分。
如果没有一台优良的锯床，所有的机床都将停机待料。
”
在金属下料工艺中，采用锯切工艺下料比较普遍，其中带锯切作为一种先进的锯切工艺，已在国内外得到广泛的推广和应用。
弓锯床、圆盘锯床及带锯床是三种主要锯床形式，其中带锯床正逐步代替传统弓锯床和圆盘锯床而开始占据主导地位。
带锯下料工具代表了当代锯切工艺的先进水平，用户从技术简易的弓、圆锯锯切工艺转移到技术比较先进的带锯锯切工艺，由于它突出的节材、节能和高效的优越性，已越来越被广大用户所接受。
可以预计，带锯锯切工艺将逐步取代传统的下料工艺，将成为我国锯切装备和工艺发展的必要趋势。
而带锯床最为多用，它以它简便操作过程，大的切削范围和良好的切削精度被广大机械加工商所喜爱。
而锯床也是多多样，它们以它们的细微差别而被用在不同的金属切断工作当中。
我设计的就是锯床中的佼佼者，双柱卧式带锯床，双柱带锯床正在逐步代替其它锯床的工作。
它切削稳定、精度高、安全性好，让很多人所喜爱。
第2章总体方案设计
2.1双柱卧式带锯床的标准型号
金属带锯床作为金属锯切类机床，被广泛地应用在机械加工行业中，其最基本结构如图2-1所示。
图2-1卧式带锯床基本组成原理图
作为下料工序的主要设备，带锯床的科学选择与使用直接关系到整个加工工艺的效率和产品的质量。
带锯床其主要作用就是将金属或非金属材料精准、高效的锯断开，以便进行下一道工序的加工。
因此锯床的选择，应主要根据所锯切原材料截面的形状和尺寸来进行。
国家行业部所颁标准也正是根据此来定义锯床型号的。
如GZ4032（见表2-1）型金属带锯床中GZ是指国家标准的意思，40是指一个系列的产品，而32则是指该锯床所能锯切截面的最大直径或最大高度为320mm。
至于国外锯床生产商所定义的锯床型号就不怎么规则了。
他们大多数是按照自己企业的习惯来命名和排序。
但在其型号的数字中，也体现了所能锯切截面的最大尺寸。
由于加工原材料的截面形状差别较大，特别是型材，其截面形状“千姿百态”。
面对这种情况，除了考虑截面尺寸外，还应参考锯床的产品样品进行选择。
当然，以上这些工作只是初选，接下来还应结合材质、锯切精度和效率要求、锯条的消耗量等因素综合考虑，才能选到一台称心如意的带锯床。
我选择的带锯床型号为GY4230双柱卧式金属带锯床：
·液压控制锯切进给速度，无极可调
·弓箭夹紧采用液压夹紧
·带锯条采用滚动轴承和硬质合金导向，延长锯条寿命
·电动送料架
表2-1机床型号及其意义
2.2进给力的选择
带锯床进给大小为无级调节，在调节盘上有1～10的刻度，通常调至刻度“5”，可根据材质、直径、带锯条的新旧程度等因素上下调节采用。
进给力较大，能提高锯割效率，但容易加速带锯条忍部的钝化，也会使锯断件总厚度降低；进给力太小则不能充分发挥带锯床快速、高效的特点。
总之，要使设备充分发挥效能，带锯条的选用、锯切速度和进给力的选择及三者的恰当的配合是十分重要的。
2.3金属带锯床导向装置位置的确定
带锯床具有锯切精度和效率高，切材料利用率较高，使用范围广等优点，而得到越来越广泛的应用。
为了保证机床的锯切精度，机床理论上将带锯条偏转45°角，这样锯条在其宽度上的张力不同，在边缘上获得了足够的刚度，而中间位置仍有一定的韧度，是锯条不易断裂。
带锯床锯条的偏转是靠机器部件导向装置来实现的，导向装置在锯条锯切过程中始终约束控制着锯条的方向，导向装置导向口三侧面采用合金钢提高其耐磨性。
第3章液压系统的设计计算
3.1设计的目的
设计一个高压力高负荷的工作系统，对其传动系统的性能要求很高，必须对其主要元件进行正确计算和严格校核方能保证机器工作时的安全性和平稳性。
现代机械一般多为机械、电气、液压三者紧密相连结合的一个综合体。
液压传动与机械传动、电气传动并列为三大传统形式。
液压传动系统的设计在现代机械的设计工作中占有重要的地位。
3.2液压系统设计内容及所给参数
3.2.1设计内容
（1）液压缸内径D，活塞杆直径d的确定；
（2）液压泵及匹配的电动机选择；
（3）液压元件的选择；
（4）按规定机械动作要求，设计液压传动系统原理图，；
（5）液压传动装置的安装；
3.2.2设计参数
液压缸系统供油P=31.5Mpa；
液压缸最大推力Fmax=2260kN；
缸的最大行程L=400mm；
3.3液压缸主要尺寸的确定
3.3.1液压缸工作压力的确定
液压缸的最大的作用力为2260kN，考虑到缸的直径不能太大，估算液压缸的工作压力大概在25~50Mpa，查《机电液设计手册中》发现大多数的液压元件的额定压力为31.5Mpa，所以液压缸工作压力确定为31.5Mpa。
3.3.2液压缸缸筒内径D的计算
根据已知条件，工作最大负载F=2260kN，工作压力P=31.5MPa可得
液压缸内径D的确定：
已知:
F=2260kN
=31.5MPa，
=
=300mm
则
3.3.3液压缸活塞杆直径d的确定
由于杆只受轴向力，所以根据《机电液设计手册中》第678页的规定选用如下公式
所以杆的直径应选为170mm
式中F——液压缸输出力kN
[σ]——液压缸活塞材料的许用应力Mpa。
当活塞杆为碳钢时，[σ]=100~120Mpa
3.3.4活塞杆直径d的校核
活塞杆直径的校核用如下的公式
式中F——活塞杆上的作用力为2262.7kN
[
]——活塞杆材料的许用应力，[
]=
∕1.4=428.6Mpa
=0.082m
杆的直径d=0.1698≥0.082，所以合格
3.3.5液压缸壁厚的计算
液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算。
液压缸的壁厚一般指缸筒结构中最薄处的厚度。
从材料力学可知，承受内压力的圆筒，其内应力分布材料规律因壁厚的不同而各异。
一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。
液压缸所受的压力为31.5mpa，为高压，所以本设计按照厚壁圆筒设计，其壁厚按薄壁圆筒公式计算为：
（该设计采用无缝钢管）
——试验压力Mpa，当工作压力p《16Mpa时，
=1.5p；当p》16Mpa时，
=1.25p。
p=31.5Mpa≥16Mpa，所以
[
]——缸筒材料的许用应力Mpa，
——缸筒材料的抗拉强度Mpa，我选用u20452
=600Mpa
n——安全系数，一般取n=5，所以[
]=
=120Mpa
=0.06m
所以δ=0.06m
3.3.6缸体外径尺寸的计算
缸体外径
查机械手册表：
外径
取420mm
3.3.7液压缸工作行程的确定
由于压缩室的地面积的尺寸为800*800，而包块的尺寸为400*400，两个液压缸的活塞杆在压缩废料时需要走行400mm，所以行程为400mm。
3.3.8缸盖厚度的确定
一般液压缸多为平底缸盖，其有效厚度按强度要求可用下式进行近似计算：
式中：
D—缸盖止口内径（mm）
T—缸盖有效厚度（mm）
T≥4.74mm
3.3.9活塞宽度B的确定
活塞的宽度B一般取B=（0.6-1.0）D
即B=（0.6-1.0）×150=（90-150）mm
取B=100mm
3.3.10缸体长度的确定
液压缸缸体内部的长度应等于活塞的行程与活塞宽度的和。
缸体外部尺寸还要考虑到两端端盖的厚度，一般液压缸缸体的长度不应大于缸体内径D的20-30倍。
即：
缸体内部长度400+200=600mm
缸体长度≤（20-30）D=（6000-9000）mm
即取缸体长度为600mm
3.3.11流速的计算
设缸走完行程的时间是t=20s
行程为s=400mm
所以活塞的速度v=
流量q=A*V1=
3.3.12最小导向长度的确定
当活塞杆全部外伸时，从活塞支承面中点到缸盖滑动支承面中点距离为H，称为最小导向长度。
如果导向长度过小，将使液压缸的初始挠度增大，影响液压缸的稳定性，因此在设计时必须保证有一定的最小导向长度。
对一般的液压缸，最小导向长度H应满足：
式中：
L—液压缸的最大行程（mm）
D—液压缸内径（mm）
取H=170mm
3.3.13稳定性的校核
活塞杆受轴向压缩负载时，其值F超过某一临界值
，就会失去稳定。
活塞杆稳定性按下式进行校核。
F<
/
式中
——安全系数，一般取
=2~4
由于活塞杆的细长比l/r≤
，所以用如下公式
式中l——安装长度，为400mm
ψ1——柔性系数，见《液压传动》表5-4，为110
ψ2——由液压缸支承方式决定的末端系数，见《液压传动》表5-3，为1/4
f——由材料强度决定的实验值，见《液压传动》表5-4，为250Mpa
α——系数，见《液压传动》表5-4，为1/9000
所以
=179500kN
F<
/
=35800kN
3.4液压缸的密封设计
液压缸要求低摩擦，无外漏，无爬行，无滞涩，高响应，长寿命，要满足伺服系统静态精度，动态品质的要求，所以它的密封与支承导向的设计极为重要，不能简单的延用普通液压缸的密封和支承导向。
因此设计密封时应考虑的因素：
1 用于微速运动（3-5mm/s）的场合时，不得有爬行，粘着滞涩现象。
2 工作在高频振动的场合的，密封摩擦力应该很小且为恒值。
要低摩擦，长寿命。
3 工作在食品加工、制药及易燃环境的伺服液压缸，对密封要求尤为突出，不得有任何的外渗漏，否则会直接威胁人体健康和安全。
4 工作在诸如冶金、电力等工业部门的，更换密封要停产，会造成重大经济损失，所以要求密封长寿命，伺服液压缸要耐磨。
5 对于高速输出的伺服液压缸，要确保局部过热不会引起密封失效，密封件要耐高温，要有良好的耐磨性。
6 工作在高温、热辐射场合的伺服液压缸，其密封件的材料要有长期耐高温的特性。
7 工作介质为磷酸酯或抗燃油的，不能用矿物油的密封风材料，要考虑他们的相容性。
8 伺服液压缸的密封设计不能单独进行，要和支承导向设计统一进行统筹安排。
3.4.1静密封的设计
静密封的设计要确保固定密封处在正常工作压力的1.5倍工作压力下均无外泄露。
静密封通常选用O形橡胶密封圈。
根据GB3452.1-92标准，查通用O形密封圈系列（代号G）的内径、截面及公差。
由液压缸装配草图确定：
选用300×3.55GGB3452.1一个
169×2.65GGB3452.1一个
3.4.2动密封的设计
动密封的设计直接关系着伺服液压缸性能的优劣，其设计必须结合支承导向的设计统筹进行。
活塞与缸筒之间用Y型密封圈。
根据《液压传动与控制手册》表13-23，查得用226编号的O型密封圈,其尺寸为50.39×3.53.
活塞杆与端盖之间用Y型密封圈,它使双作用元件具有良好的性能,抗挤压性好,尺寸稳定,摩擦力小,耐磨、耐腐蚀性强.
3.5支承导向的设计
伺服液压缸的支承导向装置就是为了防止活塞与缸筒、活塞活塞杆与端盖之间的直接接触,相互摩擦,产生磨损,从而达到降低摩擦,减少磨损,延长寿命,起到导向和支承侧向力的作用.
导向环的特点:
1）避免了金属之间的接触;
2）具有高的径向交荷承触力;
3）能补偿边界力;
4）具有强耐磨性和高寿命;
5）摩擦力小;
6）能抑制机械振动;
7）有良好的防尘效果,不允许外界异物嵌入;
8）保护密封件不受过分挤压;
9）导向时即使无润滑也没有液动力方面的问题;
10）结构简单,安装方便;
11）维修费用小.
导向环的作用:
导向环安装在活塞外圈的沟槽内或活塞杆导向套内圆的沟槽内,以保证活塞与缸筒或活塞杆与其导向套的同轴度,并用以承受活塞或活塞杆的侧向力,用来对活塞杆导向.
根据<新编液压工程手册（下册）>表24.7-13查得选用GST5908-0630的导向环.
导向套的选用为其导向长度A=（0.6-1.0）D=（180-300）mm,
取A=200mm
3.6防尘圈的设计
为防止落入活塞杆的尘埃，随着活塞杆的伸缩运动被带进端盖和缸筒内，从而使密封件和支承导向环受到损失和过早的磨损，所以，伺服液压缸还设计安装防尘圈。
防尘圈的选择原则：
●不给伺服液压缸增加摩擦；
●不产生爬行；
●不粘着滞涩；
●不磨损活塞杆。
防尘圈的选择不当，会引起摩擦力的增加，将保护活塞杆表面起润滑作用的粘附性油膜层刮下来，造成粘附性渗漏，这种渗漏在原理上是允许的。
防尘圈的作用：
以防止活塞杆内缩时把杂质、灰尘及水分带到密封装置区，损伤密封装置。
综上所述，经查表13-28（《液压传动与控制手册》），选用丁型无骨架防尘圈，尺寸为200mm
3.7材料的选择
3.7.1缸筒
缸筒材料：
常用20、35和45号钢。
由于缸筒要受大压力作用材料的抗拉强度要大，故选用45号钢u20452。
缸筒和缸盖的连接方式：
法兰连接；特点是结构较简单、易加工、易装卸，使用广泛，外形尺寸大，重量大。
缸盖的材料为HT200，液压缸内圆柱表
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