液压式塑料薄膜切割机结构设计（薄膜切卷 三维模型）【任务书+SolidWorks+CAD+说明书】.rar

研究主要内容：1.机身结构设计：机架结构设计是液压式塑料薄膜切割机设计的重要组成部分。液压式塑料薄膜切割机的机身结构设计需要考虑机器整体稳定性和合理性，要设计机身的具体尺寸和装配方式，以保证在切割过程的稳定性。其次设计时需要选择合适的材料，以保证切割机的刚性和使用寿命。同时要设计机身结构形式和加强方式，以确保机器在工作过程中不会产生变形或振动。2.液压系统设计：液压系统是液压式塑料薄膜切割机的核心部分。液压系统设计包括液压油箱、液压泵、液压缸、液压阀等组件的选型和布局，以及液压管路的设计和连接方式。液压系统设计需要考虑到切割机的工作压力、速度和力量等参数。设计时需要考虑液压系统的工作稳定性，确保切割机能够准确地完成切割任务。3.刀具结构设计：刀具是液压式塑料薄膜切割机的关键部件，直接影响切割质量和效率。切割刀具的设计包括刀具材料的选用、刀具形状和尺寸的设计，以及刀具固定方式的设计。切割刀具的设计需要考虑到切割材料的性质和厚度，以及切割质量和效率的要求。4.夹具结构设计：根据切割需求和塑料薄膜的特性，确定适合的夹具类型。根据塑料薄膜的形状和尺寸，设计夹具的形状和尺寸。夹具应能够完全固定住塑料薄膜，避免切割过程中产生移位或变形。设计夹具的固定方式，夹具的固定方式应能够确保夹具的稳定性和可靠性。预期结果和形式：1.三维建模装配：通过 ug 三维软件对切割机的零件进行建模，并进行装配，形成一个完整的三维装配体。2.二维图纸：利用 ug 制图或 cad 绘制三维装配和主要零件的二维图纸，能够清晰表现零件和装配体的结构、尺寸和加工要求。3.运动仿真：运用三维软件对液压式塑料薄膜切割机进行运动仿真，展现出切割机的工作过程和具体运动形式。4.说明书：根据机械设计手册对切割机主要部件的尺寸、材料和结构进行计算设计，确定出主要部件的结构和尺寸。这个切割机他是用来切割塑料薄膜的长度，就是把塑料薄膜左右横放在一个台子上，并设置一个夹具夹住，使他在切割的时候不能滚动，这个塑料薄膜左右，各有一个刀具，这两个刀具是通过液压缸对他进行控制的，这两个刀具是纵向的，用来切割塑料薄膜的两个端面，这个液压刚带动的刀具可以进行左右移动，但是在切割的时候需要把液压缸固定，塑料薄膜的尺寸参数需要根据日常用的那种塑料薄膜保鲜膜，需要根据塑料薄膜的直径来设置刀片切割的行程摘 要本文旨在设计一种液压式塑料薄膜切割机构，以满足现代化生产中高效、精准切割塑料薄膜的需求。论文首先分析了当前塑料薄膜切割技术的现状，指出了传统切割方式存在的不足之处，如切割精度低、效率低下以及能耗较高等问题。基于此，本文提出了一种基于液压传动原理的切割机构设计方案。在设计过程中，本文详细阐述了液压式切割机构的组成部分，包括液压缸、切割刀、丝杠送料机构等。通过对液压缸的结构优化和参数设计，提高了切割机构的稳定性和切割精度，实现了对切割速度、切割力度的精准控制，进一步提高了切割效率和质量。同时，采用先进的合理的送料机构实现精准的自动送料以便完成不同厚度薄膜的切割，为了验证设计的可行性，本文还利用 SolidWorks 三维软件完成整个机构的三维模型的设计同时对其进行运动仿真来验证该切割机构切割性能。本次设计的液压式塑料薄膜切割机构在切割精度、切割速度以及能耗等方面均优于传统切割方式，具有广阔的应用前景。综上所述，本文设计的液压式塑料薄膜切割机构具有高效、精准、节能等优点，为塑料薄膜切割技术的创新与发展提供了新的思路和方法。关键词：关键词：液压式薄膜切割机构；液压系统；液压缸；丝杠送料机构AbstractThis paper aims to design a hydraulic plastic film cutting mechanism to meet the needs of cutting plastic film efficiently and accurately in modern production.Firstly,the paper analyzes the current status of plastic film cutting technology,and points out the shortcomings of traditional cutting methods,such as low cutting precision,low efficiency and high energy consumption.Based on this,this paper presents a cutting mechanism design scheme based on hydraulic transmission principle.In the design process,this paper elaborated the hydraulic cutting mechanism components,including hydraulic cylinder,cutting knife,screw feeding mechanism and so on.Through the structure optimization and parameter design of the hydraulic cylinder,the stability and cutting precision of the cutting mechanism are improved,the cutting speed and cutting force are accurately controlled,and the cutting efficiency and quality are further improved.At the same time,the advanced and reasonable feeding mechanism is adopted to achieve accurate automatic feeding in order to complete the cutting of films of different thickness.In order to verify the feasibility of the design,this paper also uses SolidWorks 3D software to complete the design of the three-dimensional model of the entire mechanism and conduct motion simulation to verify the cutting performance of the cutting mechanism.The hydraulic plastic film cutting mechanism designed in this paper is superior to the traditional cutting method in cutting precision,cutting speed and energy consumption,and has broad application prospects.In summary,the hydraulic plastic film cutting mechanism designed in this paper has the advantages of high efficiency,precision and energy saving,which provides a new idea and method for the innovation and development of plastic film cutting technology.Key words:hydraulic film cutting mechanism;Hydraulic system;Hydraulic cylinder;Lead screw feeding mechanism目 录摘 要.1Abstract.2第一章 绪 论.41.1 研究课题的背景和意义.41.2 研究课题的国内外发展状况.51.2.1 研究课题的国内发展状况.51.2.2 研究课题的国外发展状况.6第二章 整体方案的确定.82.1 切割方式的确定.82.2 送料机构的确定.92.3 液压式薄膜切割机的工作原理和结构组成.102.3.1 工作原理.102.3.2 结构组成.10第三章 切割机构和夹具的设计.113.1 切割过程的受力分析.113.2 刀具的结构设计.133.3 刀具龙门架的设计.143.3.1 结构设计.143.3.2 梁的挠度计算.14第四章 丝杠自动送料机构的设计.154.1 丝杠机构电机功率的计算.154.2 导轨的选择.174.3 导轨的计算.174.3 丝杆副的设计与计算.204.3.1 螺旋机构的特点和功能.204.3.2 滚珠丝杆螺母副的设计计算.224.4 联轴器的选择.254.4 支撑轴承选择.25第五章 液压系统的设计.285.1 液压缸负载以及运动分析.285.2 液压缸尺寸的确定.295.3 液压泵组的选择.335.4 液压换向阀的流量计算.345.5 换向部液压阀选型.355.6 液压站的设计.365.6.1 集成块结构.365.3 油箱容积与管路内径的计算.38第六章 仿真和有限元分析.406.1 三维建模的简要过程.406.2 立式铣床三维建模.406.3 总体结构的运动仿真.406.4 主要零部件有限元分析.426.4.1 有限分析方法和步骤.426.4.2 结构简化以及网格化.436.4.3 龙门架的强度分析.43总 结.45参考文献.46致 谢.47第一章 绪 论1.1 研究课题的背景和意义一、研究背景随着现代工业生产的快速发展，塑料薄膜作为重要的包装材料，在食品、医药、化工等各个领域得到了广泛应用。然而，传统的塑料薄膜切割方式往往存在切割精度低、效率低下、能耗较高等问题，无法满足现代化生产对高效、精准切割的需求。因此，开发一种新型的、高效的塑料薄膜切割机构成为当前研究的热点之一。液压传动作为一种成熟的传动方式，具有传动平稳、响应速度快、易于控制等优点。近年来，随着液压技术的不断发展，其在各个工业领域的应用也越来越广泛。将液压技术应用于塑料薄膜切割机构的设计中，有望解决传统切割方式存在的问题，提高切割精度和效率。二、研究意义本研究的意义主要体现在以下几个方面：1）、提高切割精度和效率：通过设计液压式塑料薄膜切割机构，利用液压传动的优点，实现对塑料薄膜的高效、精准切割，提高生产效率和产品质量。2）、降低能耗和成本：相比传统切割方式，液压式切割机构具有更低的能耗和更长的使用寿命，有助于降低生产成本，提高企业经济效益。3）、推动技术创新：本研究将液压技术与塑料薄膜切割技术相结合，为切割机构的设计提供了新的思路和方法，有助于推动相关领域的技术创新和发展。4）、拓宽应用领域：液压式塑料薄膜切割机构不仅适用于塑料薄膜的切割，还可应用于其他类似材料的切割加工，具有广泛的应用前景。综上所述，本研究不仅有助于解决传统塑料薄膜切割方式存在的问题，提高生产效率和质量，还有助于推动技术创新和发展，为相关领域的进步做出贡献。1.2 研究课题的国内外发展状况1.2.1 研究课题的国内发展状况液压式塑料薄膜切割机构在国内的发展状况呈现出积极的态势。随着工业自动化和智能化水平的不断提升，对于高效、精确且稳定的塑料薄膜切割技术的需求也日益增长。液压式塑料薄膜切割机构，以其独特的优势，正逐渐在国内市场占据一席之地。从技术层面来看，国内在液压传动技术、切割工艺以及控制系统等方面已经取得了一定的成果。液压传动技术具有传动平稳、响应速度快、易于控制等特点，为塑料薄膜切割提供了高效的动力支持。同时，国内研究者也在不断探索和优化切割工艺，提高切割精度和效率。在控制系统方面，智能化、自动化的趋势愈发明显，使得液压式塑料薄膜切割机构能够更好地适应各种生产需求。在应用层面，液压式塑料薄膜切割机构已经广泛应用于食品、医药、化工等多个行业。这些行业对于塑料薄膜的切割精度和质量有着较高的要求，而液压式切割机构正好能够满足这些需求。随着国内市场的不断扩大和需求的不断增加，液压式塑料薄膜切割机构的应用范围还将进一步拓宽。华东理工大学高志教授团队在切割塑料地毯等 EPS 塑料制品时，研究出了一套新的切割方法。采用电热丝切割方式，并采用 PLC 和增量式 PID 控制方式，保持温度恒定来切割 EPS 塑料制品，使切割效率得到提升问。浙江工业大学李伟教授团队在线切割机控制系统的研发和应用方面做了强有力的理论依据。设计了一套高速度、高精度的控制系统，具备了一定的实际应用价值和现实意义。大连东安自控系统有限公司生产的 DA151X-S 无屑切割设备，该设备吸收消化了国内外先进技术，结合公司在自控领域的技术优势，并吸收了北航博士与浙大毕业的资深机械师成功研制了智能化、低能耗的无屑切割设备。该设备解决了切割加热效率低、传统切割锯屑的难题，改善了生产环境，同时也为企业节约了能源消耗。但该设备在切割型材时，由于是采用的气动传动切割方式，易导致型材切割断面出现不平整、切斜等质量上的问题，因此，急需一种高智能化的切割设备投入运行生产。上海格瑞纳挤出技术有限公司生产的 CAT-PUU 系列无屑切割机设备，该设备是由之前的锯屑切割机通过采用国外先进的一流技术并由核心专家进行设计、研发改良而来，并投入运行生产。该设备在 PVC 型材生产线上进行智能化、高效率切割，解决了传统切割方式的资源浪费问题，优化了系统结构，改善了环境质量，同时为企业节省了人力消耗和避免了资金的浪费。山东鸿翔挤出技术有限公司生产的 PVC 型材无屑切割机。其智能化、低能耗、无噪音的特点被广泛应用于生产中国。本课题就是与山东鸿翔挤出技术有限公司进行合作，对其部分机械机构和控制系统进行改进，从而实现高精度生产。然而，与国内市场的快速发展相比，液压式塑料薄膜切割机构在技术创新和产业升级方面仍存在一定的挑战。例如，如何进一步提高切割精度和效率、降低能耗和成本、优化设备结构和性能等问题仍需要深入研究。同时，随着国际竞争的加剧，国内企业也需要加强自主创新，提升产品竞争力。综上所述，液压式塑料薄膜切割机构在国内的发展状况呈现出积极向好的趋势，但仍需在技术创新和产业升级方面持续努力。未来，随着国内工业自动化和智能化水平的不断提升，液压式塑料薄膜切割机构有望在国内市场取得更大的发展。1.2.2 研究课题的国外发展状况液压式塑料薄膜切割机构在国外的发展状况呈现出更为成熟和多样化的趋势。在技术创新和应用领域拓展方面，国外已经取得了显著成果，为液压式塑料薄膜切割机构的发展提供了有益的借鉴和启示。首先，在技术创新方面，国外的研究机构和企业注重液压传动技术、切割工艺以及控制系统的深入研究与优化。他们利用先进的液压元件和控制系统，设计出更加高效、精确的切割机构，满足了不同行业对塑料薄膜切割的高要求。同时，他们还积极探索新材料、新工艺在切割机构中的应用，以提高切割质量和效率。其次，在应用领域拓展方面，国外的液压式塑料薄膜切割机构已经广泛应用于食品、医药、化工、包装等多个行业。这些行业对塑料薄膜的切割精度、速度和稳定性要求极高，而液压式切割机构正好能够满足这些需求。此外，随着环保意识的增强和可持续发展的要求，液压式切割机构在环保材料切割领域也展现出了广阔的应用前景。目前，国外切割机生产厂家主要有德国 ATM 公司、美国标乐(Buehler)公司和英国的 Kemet 公司等。他们所生产的切割机样式丰富，切割效率高，切割质量稳定，设备外形大方、美观，做工精致，适合多种切割方式的需求。对于无屑切割机的发展主要有奥地利 PS-ESO 有限公司生产的 HOPT-300 无屑切割设备和美国 Extrunet 有限公司生产的TEPLINE 型无屑切割机,它们都采用国际先进一流技术及各自的专利技术从而生产出了性价比高，可满足客户特殊需求的产品。另外该产品所切割的型材具有高精度、高光滑度等优点，因此，无论是在型材切割质量上，还是在切割机行业中的发展上，它们都具有先进一流水平，使其在国际上占据了领先地位。圣保罗州立大学的 De Deus PR.Alves MCD 和 Vieira FHA 通过使用数控机床切割机来对中密度纤维板(MDF)进行切割，实现了表面质量的量化，以及加工过程与切削速度、进给速度、深度切割的改善等回。意大利 Matemat 机械管理部门的 Seintilla L.D)及来自德国的 Tricarico L 等人采用功率平衡法对熔融切削过程温度进行了计算。在 1mm.5mm 和 8mm 厚的冷加工工具钢薄板上进行 CO 和盘形激光切割实验，并对功率平衡方程单项的实验、数值和分析评估，解释了圆盘和 CO2 激光切割所观察到的切割质量差异。实验结果和理论计算表明，在特定的切削条件下，在整体功率平衡中应考虑等离子体形成等附加物理机制。俄罗斯科学院西伯利亚分院的 FominVM，Golyshev AA 等人分别比较了以氧气或氮气作为工艺气体的二氧化碳激光器和光纤束所切割低碳钢和不锈钢的质量，结果发现二氧化碳激光器对于激光氧气切割更有效，而光纤激光器更利于中性气体的切割。乌克兰克列缅丘格国立大学的 Salenko AF 及 ShchetininVT 等人通过研究水射流切割、气体净化激光切割与硬质合金激光切割，证明激光切割会产生 0.8mm 的缺陷层且能够通过水冷技术，在增加 50%-70%切削深度的同时，将缺陷层减少到 0.10-0.55mm。激光切割能保证切割的最小宽度，热破坏区的尺寸不超过 0.06 毫米，且表面粗糙度不会低于 3.2-6.3。伊斯兰自由大学的 FeyziT 和 SafaviSM 通过将等离子体加工、低温加工、辅助加工混合在一起，产生了一种新的混合加工技术。其原理在于:低温切削降低了切削区的温度，从而减少了刀具磨损，提高了刀具寿命;等离子强化加工有助于提高工件的温度，使工件更柔软。另外，将超声振动应用于刀具，可以通过降低切削力、提高切削动态稳定性来提高刀具的切削质量和延长刀具寿命。经过实验，证明这种混合方法能在较低切削速度下获得更好的表面光洁度和改善硬切削刀具寿命。此外，国外在液压式塑料薄膜切割机构的自动化、智能化方面也取得了显著进展。他们利用先进的传感器、控制器和算法，实现了对切割过程的精确控制和优化。这不仅提高了生产效率，还降低了能耗和成本，为企业带来了可观的经济效益。然而，尽管国外在液压式塑料薄膜切割机构的发展上取得了显著成果，但仍面临着一些挑战和问题。例如，如何进一步提高切割精度和速度、降低设备成本和维护难度、优化设备结构和性能等问题仍需要深入研究。综上所述，国外在液压式塑料薄膜切割机构的发展上呈现出成熟和多样化的趋势，注重技术创新和应用领域拓展。未来，随着科技的不断进步和市场需求的变化，液压式塑料薄膜切割机构在国外市场仍将保持强劲的发展势头。第二章 整体方案的确定2.1 切割方式的确定切割机构的动力一般有电机驱动，气缸驱动以及液压驱动，而液压驱动的切割的优点主要体现在以下几个方面：1）、高效性：液压切割机构采用液压传动，使得切割过程更加迅速和流畅，大大提高了工作效率。无论是对于塑料薄膜还是其他材料的切割，液压切割都能在短时间内完成，从而节省了生产时间，提高了生产效率。2）、精准度：液压切割机构具有较高的切割精度，可以满足对切割质量有严格要求的场合。由于液压系统的稳定性和可控性，切割机构能够按照预设的轨迹和参数进行精确切割，减少了误差和浪费。3）、安全性：与传统的机械切割方式相比，液压切割机构采用液压油作为动力源，降低了电击事故的风险。此外，液压系统的运行相对平稳，减少了因机械振动而产生的安全隐患。4）、节能性：液压切割机构在切割过程中，能够有效地利用液压能，减少了能量的浪费。这有助于降低生产成本，提高企业的经济效益。5）、适应性：液压切割机构可以适应多种材料的切割需求，无论是塑料薄膜、金属还是其他刚性材料，都能取得较好的切割效果。这使得液压切割机构在多个领域都有广泛的应用。综上所述，液压切割具有高效、精准、安全、节能和适应性强等优点，使其在多个领域得到了广泛的应用和认可，因此本次设计的薄膜切割的方式采用的是液压切割。2.2 送料机构的确定送料机构的类型多种多样，以下是一些常见的送料机构类型：1）、滚筒送料机构：这种机构通常用于输送物料，其结构简单，可以根据不同的物料进行调节，输送效率较高，适用于较小的平面物料，如板材、纸张等。2）、链板送料机构：它利用链条、链轮和板带等装置进行组合设计，具有较强的承载力，适用于输送重物，如包装袋、装饰板、木板等，也常用在一些大型自动化装配生产线上。3）、皮带送料机构：这是一种常用的输送机构，适用于输送大块物料、较重物料等场合。4）、丝杠送料机构因为其具有高精度、高刚性、高效率、长寿命、易于控制因此使其在工业生产和自动化设备中得到了广泛应用。这些优点使得丝杠机构在工业生产中占据了重要地位，为提高生产效率和产品质量做出了重要贡献。根据送料方向的不同，送料机构还可分为顺向送料机构（离开操作者的方向送料）、倒向送料机构（向操作者的方向送料）、横向送料机构（沿着操作者的左、右方向送料）等。再根据驱动方式的不同，送料机构又可分为伺服式、机械式和气动式三种类型。其中，伺服式送料机采用伺服电机作为动力源，具有精确度高和可调性强的特点；机械式送料机的工作原理较为传统，通常与冲床等设备联动；气动式送料机则以压缩空气为动力。因此本次设计的自动送料机构采用的是伺服电机加丝杠机构的组合机构。2.3 液压式薄膜切割机的工作原理和结构组成2.3.1 工作原理液压式塑料薄膜切割机构的工作原理主要基于液压传动和机械切割原理。其核心部分是液压系统，该系统由液压泵、液压缸、油路以及各种控制阀组成。工作时，液压泵将液压油加压，通过油路输送到液压缸中。液压缸在液压油的作用下，进行伸缩运动，从而驱动切割机构进行工作。这种液压传动方式使得切割机构能够平稳、准确地进行切割动作。同时，切割机构的设计也至关重要。它通常包括切割刀和传动系统。切割刀是执行切割动作的关键部件，其形状和材质的选择直接影响到切割质量和效率。传动系统则负责将液压缸的动力传递给切割刀，确保其能够按照预定的轨迹和速度进行切割。此外，控制系统在液压式塑料薄膜切割机构中也发挥着重要作用。它根据预设的切割参数和实时反馈的切割状态，对液压系统进行精确控制，从而实现对切割速度、切割力度等关键指标的精准调节。综上所述，液压式塑料薄膜切割机构通过液压传动驱动切割机构进行工作，结合精确的控制系统，实现了对塑料薄膜的高效、精准切割。这种工作原理使得液压式塑料薄膜切割机构在塑料加工行业中具有广泛的应用前景。2.3.2 结构组成本次设计的液压式薄膜切割机构主要由架体、液压式切割机构、液压式夹具、丝杠自动送料机构等组成，其结构组成如下图 2-1 所示：1-夹具液压缸、2-夹具、3-龙门架、4-液压缸安装座、5-切割液压缸、6-导向轴、7-落料都斗、8-切刀、9-切刀安装座、10-薄膜料卷、11-推板、12-定位板、13-微调丝杠、14-手轮、15-滚珠丝杠、16-轴承支撑组件、17 联轴器、18-伺服电机图 2-1 液压式薄膜切割机结构图第三章 切割机构和夹具的设计3.1 切割过程的受力分析在对薄膜进行切割时切割道具其主要受到被切薄膜卷作用给切刀的阻力，如图 3-1所示。图中1F，2F分别是薄膜在切割时对切刀两侧的挤压合力；NF是丝杆机构对切刀的施力，在切削过程中其值的大小可近似等于两挤压力的合力大小；是切刀顶角，L是切刀厚度，h是切刀切刃处高度。图 3-1 薄膜切割机切刀受力简图 根据切刀受力简图分析计算其收到力为：2sin221NFFF （3-1）公式中：1F，2F-分别是薄膜在切割时对切刀两侧的挤压合力；NF-是丝杆机构对切刀的施力，在切削过程中其值的大小可近似等于两挤压力的合力大小；-是切刀顶角，hLarctg22 （3-1）公式中：-是切刀顶角，L-是切刀厚度，h-是切刀切刃处高度 NF的大小可通过原有的液压式切胶机的液压系统参数，用理论计算的方式初步对切膜机做一个受力分析，计算得出薄膜对切刀的反作用力。根根据计算传统的液压式切膜机在工作时切刀施加在薄膜上的作用力，可以初步得到切刀在工作中，所受的薄膜对它的反作用力。该反作用力也可以被看作切膜机在工作时，薄膜对切刀的反作用力。油泵效率1=90%，电机效率:2=80%,考虑到薄膜的大小以及实际工作中液压系统的压强等因素，切膜工作能力余量取 S=12，根据功率相等，可以根据下面公式计算NF值：6021nPVvSFPN （3-3）SLnTPVvSnPVFPPN120602121 （3-4）公式中：T-切刀行程周期，T=10s。L-行程，L=400mm P-油泵最大压强,P=10Mpa，PV-最大排量,PV=8mL/rev,n-电机转速，n=1420rpm。将以上数据代入式 3-4，可得 NF=1KN。本次设计的液压式切膜机的切刀切刃处高度 h=100mm，切刀厚度 L=6mm，见参数带入到公式 3-1 得;1.0sin2121arctgFF=5KN3.2 刀具的结构设计刀具的设计是整个切割机设计中最重要的一部分，刀具设计的好坏在整个切割精度和切割质量上起着决定性的作用。为了保证其切割效果和强度，刀的材质选用工具钢，其结构如下图如图 3-2 所示，从刀具整个结构上来看，刀具的长度约为 360mm，宽度为1220mm，厚度为 6mm。刀具表面的平行度约为 0.02mm，平面度约为 0.03mm。从横截面来看，在离刀刃 5.6mm 处，刀具成 6.1的角度进行设计，离刀刃 2mm 处时，刀具成 V 字型设计，角度为 23。图 3-2 切割刀具结构图3.3 刀具龙门架的设计3.3.1 结构设计本次设计的刀架采用的是龙门架结构，其材质采用的是 Q235,整体采用的是 Q235 方管和钢板焊接而成。其结构如下图 3-3 所示：图 3-3 龙门式刀架3.3.2 梁的挠度计算 本次设计的道具龙门架受力为方式为均匀分布荷载。当梁受到均匀分布荷载时，梁的挠度计算稍有不同。可以使用梁的基本方程来计算梁的挠度。梁的基本方程可以表达为:EIqL84 （3-5）公式中：-为梁的挠度，q-为梁的均匀分布荷载，q=5KN.L-为梁的长度，L=800mm.E-为梁的弹性模量，E=196-216GPa.I-为梁的截面惯性矩,本次设计的横梁采用的是方管焊接因此其截面惯性矩为：7331008.21205.005.012bhI。将参数带入到公式 3-5 得：764105.01021688.05=0.0114第四章 丝杠自动送料机构的设计4.1 丝杠机构电机功率的计算1、电机功率计算：dP=wP （4-1）公式中：dP-工作机实际需要的电机机输出功率,Kw；wP-工作机所需输入功率，Kw;-电动机至工作机之间传动装置的总效率。（1）工作机的功率 PW:扭矩计算：T=RFF21 （4-2）公式中：1F-丝杠的外力，本处的 F 主要是滑台和薄膜的重量为 50Kg。2F-丝杠转动产生的摩擦力f。R-丝杠的半径，本次设计的丝杠直径为 25mm。摩擦力计算：f=mg=59.80.1=49N （4-3）公式中：m-滑台和薄膜的整体重量 -摩擦系数，金属之间的摩擦系数一般取值 0.1将上述计算所得的参数带入到公式 4-2 中得：T=（509.8+49）0.0125=6.74N.m根据功率和扭矩计算公式：9550nTP （4-4）公式中：T-扭矩 N.mn-转速 rap/min，本次设计丝杠的最大转速为 1500rad/min根据以上公式 3-4 和参数计算工作功率：KwP06.19550150074.6因此将计算所得的参数带入到公式 4-1 中可得电机功率dP：dP=P/=1.06/0.81=1.3KW为了丝杠送料机构能够顺利工作，因此驱动电机的额定功率eddPP，查相关样册，选取电机的额定功率大于 1.3KW 选用为 1.5KW，满足丝杠送料机构伺服电机的额定功率 dedPP。查相关电机产品手册及相关资料得伺服电机的型号为 SGM7J-01A7C15S4.2 导轨的选择1、滑动导轨导轨结构简单，制造方便，刚性好，抗振性高。然而,常见的生铁,铸铁,铸铁,淬硬钢导轨的缺点大静态摩擦系数,和动态摩擦系数随速度的变化,变化大的摩擦损失,容易出现低速爬行现象(1-60mm/分钟),这样可以减少移动部件的定位坏处。选择合适的导轨材料，采用合适的热处理和加工方法，可以提高滑动导轨的耐磨性和摩擦性能。例如，采用优质铸铁、合金铸铁或淬火钢导轨;导轨表面强化、表面硬化、镀铬、键镀等，其主要用于大型、重型机床。2、滚动导轨滚动导轨是将导轨表面的滚珠、滚子、滚针等滚体之间的摩擦，使滑动导轨表面之间的摩擦变成滚动摩擦。滚动导轨和滑动导轨的优点是:灵敏度高，其动摩擦因数和静摩擦因数相差很小，所以运动平稳，运动速度慢，不易出现爬行现象;定位精度高，重复定位精度可达 0.2m;摩擦阻力小，携带方便，磨损小，精度高，使用寿命长。然而，滚动导轨的抗振动性能较差，需要较高的防护。滚压导轨特别适用于机床工作部件运动均匀，这也是滚压导轨在数控铣床上得到广泛应用的原因。3、静压导轨静压导轨运动灵敏，精度高的场合。油室打开滑动面之间的静压指南,和一定量的石油输入到储油室通过节流形成油膜压力和浮子运动部件,因此导游的工作表面在纯液体摩擦磨损和。由于本次设计的立式铣床进给机构是精密传动机构，摩擦阻力越小越好。因此考虑到为了能够尽可能减少摩擦力，所以我们在选择导轨时选用滚动导轨。为了满足系统稳定性要求，应适当增加导轨阻尼比，故选取=0.05。4.3 导轨的计算查阅上隆电子样本中相关导轨产品手册，其结构和安装方式如下图 4-1 所示，其具体参数如下表 4-3 所示：图 4-1 MH 系列导轨滑块结构和安装方式图表 4-2 MH 系列导轨的参数本次设计的丝杠送料机构的导轨滑块导向机构采用两侧导向方式，每侧各安装一根导轨，每根导轨上安装两个滑块。该系列滚动直线导轨副采用四列圆弧接触型结构，具有差动滑移量小、自调整性高、承载大等特点。（1）滑块承受工作载荷 Fmax的计算工作载荷是影响直线滚动导轨副使用寿命的重要因素。该往复机构的导轨滑块机构采用水平布置结构，利用双导轨、双滑块的支承导向的方式。考虑最不利的情况，即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：2maxGF （4-5）公式中;G-为薄膜料辊和滑台的重量，则 G=509.8=490N，将上述各个参数代入公式 4-5 中可以得丝杠送料机构中滑块的工作载荷为：NF5.1224490max根据上述计算可知最大载荷重量为 122.5N，根据表 4-1 可知选用 MHC24 导轨和滑块即可。导轨的额定寿命的计算：503maxFCfffffLaWRCTH （4-6）公式中：L-为额定寿命（km）；Ca为基本额定动载荷（kN），从样本中查取；Fmax为最大工作载荷；fH为硬度系数；fT为温度系数；fC为接触系数；fR为精度系数；fW为载荷系数。表 4-3 硬度系数 fH滚道硬度（HRC）50555864fH0.530.81.0表 4-4 温度系数 fT工作温度/100100150150200200250fT1.000.900.730.60表 4-5 接触系数 fC每根导轨滑块数12345fC1.000.810.720.660.61表 4-6 精度系数 fR精度等级2345fR1.01.00.90.9表 4-7 载荷系数 fW工况无外部冲击或震动的低速场合，速度小于 15m/min无明显冲击或振动的中速场合，速度为 1560m/min有外部冲击或振动的高速场合，速度大于 60m/minfW11.51.5223.5根据以上表格选取硬度系数 fH=1.0；龙门架工作温度100，所以取温度系数fT=1.00；每根导轨上滑块数为 1，所以取接触系数 fC=0.81；精度等级为 4，所以精度系数 fR=0.9；导轨工作在无外部冲击或震动的低速场合，伺服电机的最快进给速度为250mm/s，换算后其最大速度小于等于 15m/min，所以取载荷系数 fW=1.5。然后将所选取的上述数据代入式 4-2，解得 L=118.4625km，大于预期的 50km，所以设计满足要求。4.3 丝杆副的设计与计算4.3.1 螺旋机构的特点和功能1.螺旋机构是利用螺旋副传递动力和动力的机构。其最简单的结构一般由螺杆（丝杠），丝母和机架组成。螺旋机构结构简单，制造方便，运动准确，能够最大化的获得降速比和力的增益。工作平稳，无噪音，合理选择螺纹导程角可具有反向自锁工能，但效率较低，需要有反向机构才能反向运动。2.旋转机构的主要功能如下：1）传递运动和动力2）改变运动形式3）机构调整4）微调与检测3.按照螺杆和螺母之间的摩擦状态，螺旋机构可分为滑动螺旋机构，滚动螺旋机构和静压螺旋机构。滑动螺旋机构螺母与螺杆的螺旋面直接接触，摩擦状态为滑动摩擦，其摩擦阻力大，效率低，磨损快，故传动精度较低，但其结构简单，制造成本低。当螺杆与螺母通过滚珠传动时，螺杆和螺母间为滚动摩擦，这样的传动方式提高了传动效率和传动精度。静压螺旋机构是在螺杆与螺母间充以液压油，为液体摩擦，传动效率和精度较高。滑动摩擦的传动特点：1）摩擦阻力大，传动效率低（通常为 3040%）2）结构简单，加工方便3）易于自锁4）运转平稳，但低速或微调时可能出现爬行5）螺纹有侧身间隙，反射时有空行程，空位精度和轴向刚度较差（采用消隙机构可提高定位精度）6）磨损快滚动螺旋的传动特点：1）摩擦阻力小，传动效率高（一般在 90%以上）2）结构复杂，制造较难3）具有传动可逆性（可以把旋转运动变成直线运动，又可以把直线运动变成旋转运动），为了避免螺旋副受载后逆转，应设置防逆转机构4）运转平稳，启动时无颤动，低速时不爬行5）抗冲击性能较差静压螺旋的传动特点：1）摩擦阻力极小，传动效率高（可达 99%）2）螺母结构复杂3）具有传动可逆性，必要时应设置防逆转机构4）工作平稳，无爬行现象5）需要一套压力稳定，温度恒定，过滤要求较高的供油系统4.应用范围滑动摩擦的传动主要应用于：金属切削机床，木工机床的、分度机构的传动螺旋、摩擦压力机的传动螺。滚动螺旋的传动主要应用于：数控机床、精密机床、起重机构和汽车等转向机构的传力螺旋，飞行器、船舶等自控系统的传动螺旋和传力螺旋。静压螺旋的传动主要应用于：精密机床的进给，分度机构的传动的螺旋本次设计的数控铣床进给系统属于精密的传动机构，因此我们在螺旋传动机构中选择滚动螺旋传动4.3.2 滚珠丝杆螺母副的设计计算1）滚珠丝杆螺母副的选择丝杆分为滑动丝杆和滚珠丝杆，综合考虑选择滚珠丝杆。滚珠丝杆具有比滑动丝杆更高的效率，所需扭矩只有30%以下。可轻易进行直线运动与回转运动之间的转换。滚珠丝杆即使给予预压，亦能维持圆滑的动作特性。螺母中的滚珠选择外循环方式。2）滚珠丝杠参数的计算滚珠丝杆的负荷包括铣削力及运动部件的重量所引起的进给抗力。应按铣削时情况计算。（1）最大动负荷 Q 的计算Q=3LfwP （4-7）公式中：L 寿命，以 106转为一单位 n 丝杆转速（r/min）n=01500LVs Vs 为最大切前力条件下的进给速度（m/min），可取最高进给速度的 1/2 1/3 纵向:Vs=0.6m/min L0 丝杆导程（mm）L=61060nT，T 为使用寿命（h）,对于数控设备取 1500h;fw 运转系数，取值为 1.15；初选丝杆螺距 L0=6mm，得丝杆转速 n 为：n=01500LVs=90r/min （4-8）得丝杠导程为：L=61015006090=8.1mm （4-9）取整数为 L=10mm 丝杆牵引力：Px=P2z