金相試樣切割機(jī)的設(shè)計(jì)

金相試樣切割機(jī)的設(shè)計(jì),金相,試樣,切割機(jī),設(shè)計(jì) 河南科技學(xué)院 2009屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 設(shè)計(jì)題目：金相試樣切割機(jī)的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 張靜 所在院系： 機(jī)電學(xué)院 所學(xué)專業(yè)： 機(jī)電技術(shù)教育 導(dǎo)師姓名： 劉貫軍 完成時(shí)間： 2009年 5 月24日 16 摘 要 金相試樣切割機(jī)主要用于金相試樣的截取和各種材料的下料、切口等，在冶金、汽車、航空航天等制造業(yè)中應(yīng)用極為廣泛。20世紀(jì)90年代后，金相制樣技術(shù)發(fā)展極為迅速，金相試樣切割機(jī)作為金相取樣設(shè)備也取得了很大的進(jìn)步。 本設(shè)計(jì)通過對金相試樣切割機(jī)的整體造型、機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)進(jìn)行了分析，完成了切割機(jī)主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)采用了銑床導(dǎo)軌原理，實(shí)現(xiàn)了低成本和手動化。 最后確定切割機(jī)的裝配總圖。通過此次設(shè)計(jì)，掌握了相關(guān)設(shè)計(jì)的主要步驟，并對于Pro—E軟件應(yīng)用方面有了進(jìn)一步的提高。 關(guān)鍵詞：金相試樣切割機(jī)，機(jī)械設(shè)計(jì)，手動控制，控制系統(tǒng)，低成本 Metallographic sample cutting machine design Abstract Metallographic sample cutting machine mainly used for the interception of metallographic specimens and cutting material, incision, etc., in the metallurgical, automotive, aerospace and other manufacturing industries in a wide range of applications. After the 20th century, 90's, metallographic sample preparation is extremely rapid technological development, metallographic metallographic specimen cutting machine as the sampling equipment has also made great progress. The design of metallographic sample cutting machine's overall design, mechanical structure and control system analysis, completed the main structure of cutting machine design, control system uses the principle of the rail milling machine to achieve a low-cost-based and manual. Cutting machine to finalize the general layout of the assembly. With this design, is in control of the main steps related to the design and the Pro-E software applications has been further improved. Keywords： Metallographic sample cutting machines, Mechanical design, Manual control, Control systems, Low-cost 目 錄 1 引言 1 2 設(shè)計(jì)要求 1 3 切割機(jī)的總體設(shè)計(jì)過程 2 3.1 電動機(jī)的選擇 2 3.1.1 選擇電動機(jī)類型和結(jié)構(gòu)形式 2 3.1.2 電動機(jī)的參數(shù)選擇 2 3.2 傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 3 3.2.1 軸的計(jì)算 3 3.2.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4 3.3 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4 3.3.1夾具的主要結(jié)構(gòu)與使用 4 3.3.2 進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 5 4 用Pro/E軟件對切割機(jī)進(jìn)行實(shí)體造型和裝配 8 4.1 切割機(jī)各主要零件的實(shí)體造型 8 4.2 切割機(jī)的裝配 14 5 結(jié)束語 15 致謝 15 參考文獻(xiàn) 16 1 引言 金屬零件的力學(xué)性能不僅與它的化學(xué)成分有關(guān)，也與它的金相組織密切有關(guān)。金相檢驗(yàn)是控制和評定產(chǎn)品質(zhì)量不可缺少的重要手段，是科學(xué)研究中研究新材料、新工藝和提高金屬制品內(nèi)在質(zhì)量的重要方法。 要進(jìn)行金相分析，就必須制備能用于微觀檢驗(yàn)的樣品— — 金相試樣。通常，金相試樣的制備要經(jīng)過取樣、鑲嵌、磨光和拋光幾個(gè)步驟。每個(gè)步驟都應(yīng)該細(xì)心操作，因?yàn)槿魏坞A段上的失誤都可能影響最后的結(jié)果，因?yàn)檫@可能會造成組織假象，從而得出錯(cuò)誤的結(jié)論。金相試樣的制備是通過切割機(jī)、鑲嵌機(jī)、磨／拋光機(jī)來完成。金相試樣的截取是金相試樣制備過程中一個(gè)重要環(huán)節(jié)。截取試樣的方法有手鋸、鋸床、砂輪切割機(jī)和線切割機(jī)等等。根據(jù)零件的形狀和材料，選擇適當(dāng)?shù)姆椒▉砬懈?。目前砂輪切割機(jī)廣泛應(yīng)用于金相試樣的截取上，主要原因是其適應(yīng)性強(qiáng)，樹脂砂輪片可切割軟的金屬零件如銅、鋁及合金和硬的金屬零件如淬火后的碳鋼、高速鋼；金剛石切割機(jī)可切割超硬材料如硬質(zhì)合金、陶瓷等。另外其切割速度快、勞動強(qiáng)度低、操作簡便和切割成本低。選擇可靠性高的金相試樣切割機(jī)，可以提高制樣效率和質(zhì)量，降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。 金相試樣切割機(jī)主要特點(diǎn)：本切割機(jī)的切割砂輪直接固定在與電動機(jī)的軸同軸線相連接的軸上，利用導(dǎo)軌的橫向和縱向的移動來切割固定在鉗口中的試樣 電動機(jī)固定在底座上，軸套套在電動機(jī)的軸上，砂輪片由螺母和軸肩加以固定。加緊裝置固定在導(dǎo)軌上滑板，可沿縱向移動的，由手柄的轉(zhuǎn)動來移動鉗口把試樣夾緊在鉗座中，當(dāng)轉(zhuǎn)動手柄時(shí)，就可以進(jìn)行試樣切割了。機(jī)器工作時(shí)，由罩殼將砂輪片等檔住，以防冷卻液飛濺和砂輪片碎裂時(shí)飛出傷人。 2 設(shè)計(jì)要求 金相試樣切割機(jī)的具體設(shè)計(jì)要求為： （1）利用Pro/E軟件設(shè)計(jì) （2）確定結(jié)構(gòu)的尺寸 （3）繪制相應(yīng)的零件圖、實(shí)體圖及總裝配圖 3 切割機(jī)的總體設(shè)計(jì)過程 根據(jù)工件運(yùn)動和砂輪片運(yùn)動形式可將金相切割機(jī)分為兩類，一類為工件運(yùn)動，砂輪片固定不動的切割機(jī)；另一類為工件固定不動，砂輪片運(yùn)動的切割機(jī)。本切割機(jī)采用的運(yùn)動方式是工件運(yùn)動，砂輪片固定不動的切割模式。 3.1 電動機(jī)的選擇 3.1.1 選擇電動機(jī)類型和結(jié)構(gòu)形式 根據(jù)已知的電源、工作條件、和功率特點(diǎn)選擇電動機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)形式是：Y2系列三相異步電動機(jī)。 3.1.2 電動機(jī)的參數(shù)選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書，由有關(guān)手冊查出電動機(jī)性能參數(shù)如下： 表1 電動機(jī)性能參數(shù) 電動機(jī)型號 額定功率 滿載轉(zhuǎn)速 kw r/min Y2-631-4 0.12 1370 電動機(jī)主要外形如圖1所示，安裝尺寸列于下表2： 圖1 電動機(jī)主要外形和安裝尺寸 表2 電動機(jī)的安裝尺寸 中心高H 外形尺寸 L×AC×HD 底腳安裝尺寸 A×B 底腳螺栓孔直徑 K 軸伸尺寸 D×E 裝鍵部位尺寸 F×G 160 225×130×180 100×80 7 11×23 4×8.5 3.2 傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 切割機(jī)的切割砂輪直接固定在與電動機(jī)的軸同軸線相連接的軸上，根據(jù)切割砂輪的規(guī)格尺寸設(shè)計(jì)軸的尺寸并檢驗(yàn)。 3.2.1 軸的計(jì)算 1) 安裝切割砂輪的軸與電動機(jī)軸直接通過套筒連接，首先都軸進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。已知軸上的功率P，轉(zhuǎn)速n，求轉(zhuǎn)矩T： P=0.12KW n=1370r/min T=9550P/n =0.84N.M 2) 初步確定軸的最小直徑 選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)有關(guān)手冊取，于是得 dmin=A0=112 =4.97 mm 輸入軸的最小直徑顯然是安裝切割機(jī)砂輪處軸的直徑dⅠ-Ⅱ,。根據(jù)砂輪的規(guī)格尺寸，故dⅠ-Ⅱ = 10 mm，LⅠ-Ⅱ = 8 mm 。 3）軸的撓度計(jì)算 由于軸與電機(jī)軸同步轉(zhuǎn)動，選擇聯(lián)軸器。為了方便，聯(lián)軸器與軸做成一體，長度L = 40 mm ，其中LⅠ-Ⅱ = 8 mm ，則LⅡ-Ⅲ = 32 mm 。 撓度計(jì)算公式如下： ymax=Pa2(3L-a)/6EI<=[y] 式中： P—切割時(shí)作用在軸上的力，P=4.9N（這一力很?。? a—切割點(diǎn)至支撐點(diǎn)的距離，即LⅡ-Ⅲ，a=32mm； L—軸的長度，L=40mm； E—彈性模量，查手冊：E=206GPa； I—慣矩，I=∏d4 /64; [y]—許用撓度，[y]=0.05mm。 則 d>=19.5mm 為了滿足切割砂輪的軸向定位要求，Ⅰ-Ⅱ軸段右端需制出一軸肩，而且為了避免電動機(jī)的軸向竄動，選擇推力球軸承加以軸向固定。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)件軸承的內(nèi)徑尺寸，故?、?Ⅲ段的直徑dⅡ-Ⅲ=20mm.軸承類型：51204（GB/T 301--1995） 。 砂輪的軸向固定輪安裝在軸上后，左端用軸肩來固定，右端使用螺母。所以軸的Ⅰ-Ⅱ段攻有螺紋，由于要留有砂輪裝配空間，故螺紋長度占有6mm。螺母規(guī)格：D=M10（GB/T 6174） 3.2.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖2 軸 3.3 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3.3.1夾具的主要結(jié)構(gòu)與使用 如圖所示,該夾具由手輪、絲桿、絲母、左夾具、右夾具組成。絲母 和左夾具是固定不動的,當(dāng)旋轉(zhuǎn)手輪時(shí),絲桿依靠螺旋作用前進(jìn)或后退,用來夾緊或松開工件，絲母在夾緊或松開過程中起導(dǎo)向和支承作用。由此可見這種夾具是依靠非常簡單的螺旋運(yùn)動前進(jìn)或后退,來實(shí)現(xiàn)對工件的夾緊或松開。例如我們驅(qū)動夾具壓桿前進(jìn)50mm ,壓桿的螺距為5mm ,當(dāng)手輪旋轉(zhuǎn)一周時(shí)壓桿前進(jìn)了5mm。通過計(jì)算可知,若要實(shí)現(xiàn)壓桿前進(jìn)50mm ,手輪需旋轉(zhuǎn)10圈。 圖3 夾緊裝置 關(guān)于夾緊力的計(jì)算,夾緊力的計(jì)算可有下式進(jìn)行: W = QL/（r1tgΦ1 + r2tg(α+φ2)） 式中: Q —手驅(qū)動力　取Q = 300N; L —手輪半徑　L = 10mm; r1 —壓桿端部與工件間的當(dāng)量摩擦半徑, 假設(shè)壓桿與工件為點(diǎn)接觸,則r1 = 0; r2 —壓桿螺紋中徑的一半, r2 = 4.5mm(注:壓桿螺紋為10mm) ; Φ1 —壓桿端部與工件間的摩擦角, tgΦ1 = 01; α—壓桿螺紋升角;α= 2°28′; Φ2 —壓桿螺紋螺旋副的當(dāng)量摩擦角，Φ2 = 6°38 則夾緊力W≈1974(N) 。 對工件的夾緊力為: W′= Wf = 9868 ×0.7 =1382(N) f —卡爪與壓桿之間的摩擦系數(shù) 由此得出,該夾具已完全可以實(shí)現(xiàn)對工件的夾緊(一般砂輪切割機(jī)夾具的的夾緊力只需800N～1300N) 。 3.3.2 進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 導(dǎo)軌由橫向螺桿和縱向螺桿帶動，橫向螺桿通過導(dǎo)塊運(yùn)動帶動導(dǎo)軌橫向移動，縱向螺桿通過導(dǎo)塊運(yùn)動帶動導(dǎo)軌縱向移動。螺桿一端分別安裝有手輪，手輪上刻有刻度，以滿足不同的切割要求。 導(dǎo)軌為了實(shí)現(xiàn)橫向和縱向進(jìn)給，可以把工作臺分為上滑板、中滑板、下滑板三部分。導(dǎo)軌的行程為80mm，則滑板尺寸的長、寬為100mm，而高度隨情況而定，具體數(shù)值見圖4、圖5、圖6。 由于橫向及縱向螺桿在進(jìn)給過程中受力很小，強(qiáng)度及其他性能指標(biāo)均能滿足。根據(jù)情況選擇螺桿直徑為12mm，螺距為5mm，當(dāng)手輪旋轉(zhuǎn)一周時(shí)螺桿前進(jìn)了5mm。。手輪直徑比螺桿稍大為20mm，上面刻有100個(gè)小格，每小格為0.05mm。導(dǎo)塊與螺桿裝配一起，在螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)導(dǎo)塊分別引領(lǐng)和帶動上滑板或中滑板進(jìn)行橫向或縱向移動。故導(dǎo)塊上開有螺紋孔，為了與螺桿配合，孔徑為12mm，螺距為5mm。具體位置尺寸見圖4、圖5。 為保證導(dǎo)軌正常工作，導(dǎo)軌滑動表面之間應(yīng)保持適當(dāng)?shù)拈g隙。間隙過小，會增加摩擦阻力；間隙過大，會降低導(dǎo)向精度。導(dǎo)軌的間隙如依靠刮研來保證，工作量很大，而且導(dǎo)軌經(jīng)過長期使用后，會因磨損而增大間隙，需要及時(shí)調(diào)整，故導(dǎo)軌應(yīng)有間隙調(diào)整裝置。本切割機(jī)采用燕尾槽型導(dǎo)軌，需要在水平方向上調(diào)整間隙。用螺釘調(diào)整鑲條位置。 具體如下： 圖4 上滑板 圖5 中滑板 圖6 下滑板 圖7 進(jìn)給裝置 4 用Pro/E軟件對切割機(jī)進(jìn)行實(shí)體造型和裝配 4.1 切割機(jī)各主要零件的實(shí)體造型 圖8 軸的實(shí)體圖 圖9 左夾具實(shí)體圖 圖10 右夾具實(shí)體圖 圖11 絲桿實(shí)體圖 圖12 夾具實(shí)體圖 圖13 上滑板實(shí)體圖 圖14 中滑板實(shí)體圖 圖15 下滑板實(shí)體圖 圖16 進(jìn)給系統(tǒng)實(shí)體圖 4.2 切割機(jī)的裝配 5 結(jié)束語 在此次設(shè)計(jì)的過程中，培養(yǎng)了我的綜合運(yùn)用所學(xué)知識的能力，分析和解決實(shí)際中所遇到問題的能力，并且能鞏固和深化我所學(xué)的專業(yè)知識，使我在調(diào)查研究和收集資料等方面有了顯著的提高，同時(shí)在理解分析能力、制定設(shè)計(jì)計(jì)算和繪圖能力方面有較大的進(jìn)步；另外我的技術(shù)分析和組織工作的能力也有一定程度的提高。 致謝 非常感謝學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)和老師給我提供了這次良好的深入學(xué)習(xí)的機(jī)會和寬松的學(xué)習(xí)環(huán)境。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，不但使我將大學(xué)期間所學(xué)的專業(yè)知識再次回顧學(xué)習(xí)，而且也使我學(xué)到了專業(yè)領(lǐng)域中一些前沿的知識。非常感謝在本次設(shè)計(jì)中曾給予我耐心指導(dǎo)和親切關(guān)懷的老師及幫助過我的同學(xué)，正是由于他們的幫助和鼓勵才使我能夠在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中克服種種困難，最終順利完成論文，他們的學(xué)識和為人也深深地影響著我。在此，請?jiān)试S我再次向曾直接給予我多次指導(dǎo)的導(dǎo)師表示最忠誠的敬意！同時(shí)也感謝百忙之中前來參加答辯的各位老師、專家和教授! 參考文獻(xiàn) ［1］成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[Ｍ].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004 ［2］成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 第四版[Ｍ].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002 ［3］毛謙德,李振清.袖珍機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 第三版[Ｍ].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007 ［4］機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊編委會. 機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊[Ｍ].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008 ［5］陳立德. 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)[Ｍ].北京：高等教育出版社，2006 ［6］濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì) 第八版[Ｍ].北京：高等教育出版社，2007 ［7］朱金波.Pro/E 3.0 工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)完全掌握[Ｍ].北京：兵器工業(yè)出版社，2007 ［8］金鑫，陳雪梅，賈長治.Pro/E 3.0中文版機(jī)械設(shè)計(jì)專家指導(dǎo)教程[Ｍ]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007 ［9］ 曹巖.Pro/E 3.0 機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)例精解[Ｍ].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007 ［10］朱文堅(jiān)，黃平，吳昌林.機(jī)械設(shè)計(jì)[Ｍ].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005 ［11］朱龍根.機(jī)械設(shè)計(jì)[Ｍ].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006 ［12］吳克堅(jiān)，于曉紅，錢瑞明.機(jī)械設(shè)計(jì)[Ｍ].北京：高等教育出版社，2003