小型石柱石球数控加工机机床部分的设计(全套图纸).doc
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1、原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 1 目目 录录 目 录 .1 1 绪论 .3 1.1 平板石材的加工.3 1.1.1 框架锯 .3 1.1.2 金刚石圆盘锯 .4 1.1.3 金刚石串珠绳锯 .5 1.2 异形石材的加工.7 1.3 课题的提出及其设计意义.10 第 2 章 加工原理及主机整体设计 .12 2.1 石球石柱的加工原理.12 2.2 机床整体设计.14 第 3 章 机头的设计 .16 3.1 机头的设计.16 3.1.1 选主电机参数.16 3.1.2 确定锯片直径及轴转速.17 3.1.3 带传动的计算20.19 3.2 V 带轮的设计.21 3.2.
2、1 主动轮的设计 .22 3.2.2 从动轮的设计 .22 3.3 锯片主轴的设计20.23 3.3.1 初步确定轴的最小直径 .23 3.3.2 拟定轴上零件的装配方案 .24 3.3.3 各轴段直径和长度的确定 .24 3.3.4 轴上零件轴向定位 .24 3.3.5 轴上载荷计算 .25 3.3.6 按弯矩扭矩合成力校核轴的强度 .26 3.4 主传动系统上轴承的确定及校核20.27 3.5 机头的结构设计.29 第 4 章 纵向横向进给系统部分的设计 .31 4.1 横向进给系统的设计.31 4.2 纵向进给系统的设计.31 4.3 丝杠及步进电机的选择.32 原创通过答辩毕业设计说明
3、书论文 QQ 194535455 2 4.4 进给系统的组合.33 第 5 章 载球工作台的设计 .35 5.1 载球平台电动机的选择.35 5.2 载球小车传动部分的设计计算.36 5.3 分配和计算各级传动比.37 5.4 轴的计算.38 5.4.1 估算直径最大时的石球荒料质量.38 5.4.2 轴的结构设计.38 5.5 V 带传动的设计.40 5.6 V 带轮的设计.43 5.6.1 主动轮的设计 .43 5.6.2 从动轮的设计 .44 5.7 蜗杆传动的设计计算.45 5.7.1 普通圆柱蜗杆传动的主要参数的选择 .45 5.7.2 圆柱蜗杆传动的基本尺寸和参数 .46 5.7.
4、3 蜗杆传动承载能力的的计算 .47 5.7.4 蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算 .48 第 6 章 结论 .49 参 考 文 献 .50 致谢 .51 原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 3 1 绪论绪论 近年来,我国的石材工业得到了迅猛发展。虽然我国现代石材工业比发达 国家起步较晚,但通过引进吸收国外的先进设备和技术及全体石材界的共同努 力,使得我国石材工业得到了全面的提高。从国产石材的品种增多,石材品质 的提高到石材制成品的多种多样以及石材产量,质量的提高,使得我国的石材 业在国际市场的竞争力逐步增强。与发达国家的水平差距逐步缩小,尤其是一 些新开发的优质石材品种,越来越
5、引起国外石材同行的青睐。我国已加入世贸 组织,国内外经济形式的发长对我国石材工业提出了新的要求,大量的石材先 进技术涌入国内市场,更多的,更优质的国外石材产品加大了进入国内市场的 力度,我国石材将面临严峻的挑战,可喜的是,从近几年我国石材进出口的情 况看,进口荒料比例在增多,成品在减少,出口成品比重在增加。荒料比重在 下降。这说明我国石材业已从粗放的原始生产向技术含量大,产品增值率高的 精细加工方面转化,已向“从大到强”的目标迈出可喜的一步。然而,我们必 须清醒地认识到我国石材产业薄弱的方面,尤其在资源开发方面存在着严重不 足,相对整个行业来说,从找矿到开采,从技术到生产,整个原来的生产阶段
6、投入资金的比例与整个行业的发展极不协调。应当说,我国石材采矿业目前的 状况还不适应石材工业乃至国民经济发展的需要。重视资源开发,提高开采水 平,扩大石材品种,增加荒料产量是发展我国石材工业的一项基本任务,也是 一项非常重要而艰巨的任务。 现在石材主要分为平板石材和异型石材两种,在板材加工方面,主要有框 架锯、圆锯片锯、单道金刚石串珠绳锯、多道金刚石串珠绳锯;在异型石材加 工方面,主要用一些异形板材加工设备,回转体加工设备。 1.1 平板石材的加工平板石材的加工 1.1.1 框架锯框架锯 框架锯简称框锯或排锯,由于使用钢砂所以亦称钢砂锯,是生产花岗石和 大理石板材的常用机械设备。当今框架锯的明显
7、发展趋势是自动化和大型化。 原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 4 锯切工艺参数可在一定范围内自动调节,连杆行程实现不停机自动补偿。框架 锯的锯切过程是非连续性的,因而锯切速度不可能快,一般不超过 2m/s1,所 以提高生产率的途径之一就是向大型化发展,增加每批次的锯切数量。 框架锯锯切大理石等较软的石材大板,一个值得注意的发展动向就是摒弃 钢砂而采用镶焊金刚石绕结块为刀头的锯条。原因是钢砂的锯切速度慢,而且 需要消耗大量钢砂和石灰,大量废钢砂浆不好处理,对环境污染严重。1997 年 意大利推出两种使用金刚石刀头锯条的大型框架锯2。一种可锯切的大理石荒 料宽度为 2m,长
8、度为 3.5m,一次可锯切 2cm 厚的板材 90 块。另一种可锯切 的大理石荒料宽度可达 2.5m,一次可锯切 2cm 厚的板材 100 块,生产率比普 通框架锯提高 20%。目前世界上最大的框架锯一次可生产 120 块板材。锯条行 程为 80cm,采用双连杆驱动,因而可确保锯路的直线性3。 金刚石刀头的锯条目前还不能用于锯切花岗石等较硬的石材。原因是框架 锯的锯条作往复运动,致使金刚石烧结块刀头上的金刚石粒后部无法形成。 “鱼尾”状支撑,支持力小,容易从胎体上脱落。因此,用框架锯来锯切花岗 石大板一直沿用钢砂。 1.1.2 金刚石圆盘锯金刚石圆盘锯 金刚石圆盘锯广泛用于锯切各种石材。它的锯
9、切速度很快,但锯切深度受 到锯片直径的限制,一般不超过直径为三分之一4。目前能锯切的深度为 2m 左右。1997 年德国研制成功直径达 5m 的金刚石圆盘锯芯片5,据称是世界上 最大的。从技术上说,金刚石圆盘锯难于做得很大,因为锯机的驱动轴不能完 全有效地支承较大重量的圆锯片沿空间垂直平面进行锯切。再者,金刚石圆盘 锯的直径太大,锯面发生挠曲很难整平,锯切时产生摆动致使锯路不平直。增 加圆锯片的厚度可以提高刚性,但又会增加重量。虽然圆锯片的锯切线速度高 达 30m/s,比框架锯高十多倍,但从锯切深度和一次锯切的板材数量来说,圆 锯片锯不如框架锯,所以在石材大板生产中,金刚石圆盘锯在短期内还不能
10、完 全替代框架锯。目前生产板材的先进的多片式金刚石圆盘锯使用的圆锯片最大 直径为 1.626m,主要用于生产 60060015mm 的石材面砖所需的板材。这 种金刚石圆盘锯镶有 108 个刀头,选用 40/50 目的 SDA85 +型人造金刚石,金 刚石浓度为 23。另一种较大直径的圆锯片为 1.22m,用于生产 40040015mn 石材面砖所需的板材。装机锯片数量一般为 30 片,多者可达 原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 5 50 片6。生产上述石材面砖的荒料尺寸限制在 3.21.852.2m。就生产较小 规格的板材而言,框架锯的效率不如多片式金刚石圆盘锯。 1.
11、1.3 金刚石串珠绳锯金刚石串珠绳锯 金刚石串珠的形状一般为圆柱形,也可制成截面为梅花形,其优点是不加 大直径可增加切削面积,因而初始锯切速度较快,并可减少磨合时间。金刚石 串珠的直径取决于用途。数控金刚石串珠锯是使用柔性刀具加工异型石材制品 的数控加工设备,主要由绳轮、金刚石串珠、导向轮电机、机架、绳轮推进机 构等组成。机所要用的切削刀具是串珠绳,它利用串珠(金刚石烧结环)内含有 的金刚石颗粒,在石材表面 20m/s 或更高的线速度高速运动,切割石材。适合 于加工体积大、厚度大的异型石材制品。绳锯具有较高的切割效率和较大的切 割面积、使用灵活,而且无噪音、无振动、并可获得光滑的切割表面。目前
12、开 发的串珠锯,已从只能安装一根金刚石串珠绳的单绳式串珠锯,发展到可同时 发装 60 根串珠绳的多绳式金刚石串珠锯7。与早期的占地面积很大的多绳串 珠锯相比,今日的串珠锯已经变得更加轻巧实用,使外形尺寸与普通的串珠整 形机相差无几。 将花岗石荒料锯切成不同厚度的板材供加工各种碑石之用,以及将花岗荒 料锯切成一定尺寸的方形块,以便用小型框架锯进行面砖板坯的锯切,一向是 采用钢丝绳加碳化硅砂浆来锯切的。由于效率低和环境污染等问题,到了 80 年代末才把这种锯切方法用单道金刚石串珠绳锯来代替。 单道金刚石串珠绳锯有多种结构,锯切板材用的是框架式,在两边主柱上 安装着直径为 2m 的金刚石串珠绳驱动轮
13、。锯切速度可根据不同的石材在 3040mm/s 之间调节,可锯切特大块的荒料,高度达 2m,宽度 4m8,长度 不限。荒料安装在荒料车上,根据顶先编制的程序,每锯完一次即按照板材的 厚度要求进料。所用金刚石串珠绳长 18m,金刚石串珠用的是 40/50 目的 SDA100 +型人造金刚石。锯切坚硬的花岗石时,金刚石串珠绳的锯切速度为 0.8m2/h。若锯切含石英少的花岗石,锯切速度可达 2m2/h,比之钢丝绳加磨料 的锯切速度可提高 50%9。其它优越性还有:由于使用清水冷却,工作场地比 较干净;由于金刚石串珠绳比钢丝绳加磨料锯切法用的钢丝绳短得多,厂房占 地面积小,工作噪音也较小,因此这种锯
14、切花岗石大板的方法已在法国、西班 牙、葡萄牙和美国推广。 原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 6 单从实际锯切成本来说,用框架锯大批量锯切石材大板是比较经济的。但 由于框架锯锯切花岗石等较硬的石材必须使用钢砂与石灰浆,工作条件恶劣, 大量废砂浆难处理,对环境污染严重,所以在石材市场竞争日益激烈和有关当 局对环境保护要求越来越严格的情况下,众多石材加工企业迫切需要有更好的 方法来替代框架锯。鉴于金刚石串珠绳锯的一系列独特优越性,日本于 1988 年开始研制多道金刚石串珠绳锯用于锯切花岗石大板,遂于 1995 年研制成功 10 道金刚石串珠绳锯,采用电脑控制,锯切速度可在 2
15、036m/s 之间调节。可 锯切的花岗石荒料尺寸为 3.51.81.8m(长宽高)生产效率为 10m2/h10。 这种多道金刚石串珠绳锯与同规格的框架锯相比,其优点是: (1)单位时间内锯切量提高 1.5 倍; (2)辅助设备减少; (3)厂房占地面积只相当于框架锯厂房面积的 1/3; (4)冷却水的处理比废砂浆的处理容易得多; (5)锯切精确性提高; (6)初期投资减少。 不过,这种多道金刚石串珠绳锯尚存在的问题是:锯切板材厚度的调整必 须更换具有不同导向槽间距的驱动圆筒,工序复杂。这一问题在 1996 年意大 利研制的 Falcon600 型多道金刚石串珠绳锯已经获得解决。 Falcon6
16、00 型多道金刚石串珠绳锯,装有 10 根长为 65m 的金刚石串珠绳, 每米长配有 40 个直径为 8mm 的孕镶金刚石串珠,采用 40/50 目的 SDA100 + 型人造金刚石。可锯切长宽高为 3.552.102.50m 的花岗石荒料11。锯 切的板材厚度可从 10mm50mm,调整简便。锯切参数由电脑控制,一人可 同时监管三台锯机。据称这种多道金刚石串珠绳锯的成功核心在于解决了各余 金刚石串珠绳分别自动调整张紧度的问题。它与框架锯相比,具有以下优点12: (1)锯切机的结构与安装基础比较简单; (2)锯切效率高,锯切 40mm 厚花岗石板材,一天可锯切 250m,相当于两 台各装有 1
17、20 根锯条的大型框架锯的效率; (3)锯路宽度为 8.5mm,框架锯的锯路宽度为 8mm;但前者锯切的板材厚 度误差为0.5mm,而后者为1mm; (4)板材的锯切面平整得多,而且杜绝了钢砂残粒嵌人板材锯切面的可能性, 因此使磨平与磨光的时间降低 20%; 原创通过答辩毕业设计说明书论文 QQ 194535455 7 (5)消耗材料大为减少,框架锯每锯切 1m 的花岗石板材需消耗 3kg 钢砂、 1.5kg 锯条、2kg 石灰,而多道金刚石串珠绳锯只消耗 0.0lkg 金刚石串珠绳12。 粗略估计,使用框架锯每年需弃置 32.5 万公斤废钢砂石灰浆,对环境污染的严 重性可想而知,所以说多道金
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