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南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院 學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查表 學(xué)生姓名 沈立 學(xué) 號(hào) 05010224 指導(dǎo)教師 武培軍 吳晟 選題情況 課題名稱 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 難易程度 偏難 適中 √ 偏易 工作量 較大 合理 √ 較小 符合規(guī)范化的要求 任務(wù)書 有 √ 無 開題報(bào)告 有 √ 無 外文翻譯質(zhì)量 優(yōu) 良 √ 中 差 學(xué)習(xí)態(tài)度、出勤情況 好 √ 一般 差 工作進(jìn)度 快 按計(jì)劃進(jìn)行 √ 慢 中期工作匯報(bào)及解答問題情況 優(yōu) 良 √ 中 差 中期成績(jī)?cè)u(píng)定：良 所在專業(yè)意見： 學(xué)習(xí)較主動(dòng)、積極，態(tài)度認(rèn)真，階段成果較明顯。 負(fù)責(zé)人： 年 月 日 南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 系　　　部： 機(jī)械工程系 專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化 學(xué) 生 姓 名： 沈立 學(xué) 號(hào)： 05010224 設(shè)計(jì)(論文)題目： 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 起 迄 日 期: 2009年 3 月9日 ~ 6月14日 設(shè)計(jì)(論文)地點(diǎn): 南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院 指 導(dǎo) 教 師: 武培軍 吳 晟 專業(yè)負(fù)責(zé)人: 龔光容 發(fā)任務(wù)書日期: 2009年 2 月 26 日 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書 1．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題應(yīng)達(dá)到的目的： 飛鋸機(jī)適用于連續(xù)軋制各種管材、型材生產(chǎn)線，如焊管、鋼筋、鋁管、合金管的生產(chǎn)線。飛鋸機(jī)可用于高速跟蹤自動(dòng)切割鋼管、型材等。具有定尺精度高，設(shè)備可靠性高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于維修等特點(diǎn)。通過對(duì)氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以有效培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用機(jī)械設(shè)計(jì)制造知識(shí)，并根據(jù)工程實(shí)際要求，進(jìn)行問題的分析解決，從而提高獨(dú)立工作的能力，適應(yīng)社會(huì)需求。 2．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）： 機(jī)械制造中采用自動(dòng)化技術(shù)，可以有效地改善勞動(dòng)條件，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，并能顯著降低制造成本。具體內(nèi)容及任務(wù)如下： 1、氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)的整體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)； 2、鋸切系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算； 3、相關(guān)主要零部件的設(shè)計(jì)。 應(yīng)達(dá)到的技術(shù)要求如下： 1、型材生產(chǎn)速度：60m/min； 2、鋸切精度：±5mm； 3、鋸切長(zhǎng)度：4m～6m； 4、鋸切型材徑向尺寸：12mm～90mm。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書 3．對(duì)本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題成果的要求〔包括畢業(yè)設(shè)計(jì)論文、圖表、實(shí)物樣品等〕： 1、相關(guān)資料的英文翻譯與文獻(xiàn)綜述； 2、氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)的整體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)； 3、鋸切系統(tǒng)設(shè)計(jì)及相關(guān)零件圖、裝配圖； 4、畢業(yè)設(shè)計(jì)論文。 畢業(yè)設(shè)計(jì)成果以設(shè)計(jì)圖樣和說明書形式提交。要求圖樣規(guī)范，符合國家標(biāo)準(zhǔn)；說明書層次分明、論據(jù)可靠、計(jì)算正確、圖標(biāo)規(guī)范、語句通順。 4．主要參考文獻(xiàn)： [1] 朱光力．專用自動(dòng)鉆床液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)．北京：機(jī)床與液壓，2004年第一期，97~99． [2] 徐灝主編．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991． [3] 王衛(wèi)兵等．可編程序控制器原理及應(yīng)用．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998． [4] 許福玲，陳堯明主編．液壓與氣壓傳動(dòng)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004． [5] 邱宣懷主編．機(jī)械設(shè)計(jì)．北京：高等教育出版社，1997． [6] 王伯平主編．互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000．　 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書 5．本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題工作進(jìn)度計(jì)劃： 起 迄 日 期 工 作 內(nèi) 容 2009年 3 月 9 日 ~ 3月 23 日 3 月 24 日 ~ 4月 6 日 4 月 7 日 ~ 5月 11日 5 月 12 日 ~ 5月 31 日 6 月 1 日 ~ 6月 9 日 6月 10日 ~ 6月 14 日 熟悉課題，準(zhǔn)備相關(guān)資料，完成資料翻譯 完成文獻(xiàn)綜述，撰寫開題報(bào)告，熟悉AutoCAD、Pro/Engineer等繪圖軟件 掌握飛鋸機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理，完成氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)的整體方案設(shè)計(jì) 完成鋸切系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算，畫出相關(guān)的零件圖和裝配圖 撰寫并打印設(shè)計(jì)說明書，整理相關(guān)資料 準(zhǔn)備論文答辯 所在專業(yè)審查意見： 負(fù)責(zé)人： 2008年 月 日 系部意見： 系部主任： 2008年 月 日 南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)前期工作材料 學(xué)生姓名: 沈立 學(xué) 號(hào)： 05010224 系　部: 機(jī)械工程系 專 業(yè): 機(jī)械工程及自動(dòng)化 設(shè)計(jì)(論文)題目: 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師: 武培軍 高級(jí)工程師 吳晟 助教 材 料 目 錄 序號(hào) 名 稱 數(shù)量 備 注 1 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)選題、審題表 1 2 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書 1 3 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告〔含文獻(xiàn)綜述〕 1 4 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯〔含原文〕 1 5 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查表 1 2009年5月 南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯 系　　部： 機(jī)械工程系 專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化 姓 名： 沈立 學(xué) 號(hào)： 05010224 (用外文寫) 外文出處：The Dynamics of a Novel Rolling Robot—Analysis and Simulation 附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。 指導(dǎo)教師評(píng)語： 簽名： 年 月 日 注：請(qǐng)將該封面與附件裝訂成冊(cè)。 附件1：外文資料翻譯譯文 新型的動(dòng)力學(xué)旋轉(zhuǎn)機(jī)械手-分析和模擬 1 導(dǎo)言 如今在不同的輪式移動(dòng)機(jī)器人（簡(jiǎn)稱為 WMRs ）應(yīng)用領(lǐng)域都需考慮到價(jià)格適中、實(shí)用性高和操作簡(jiǎn)單，例如 ： 家用機(jī)器人； 流動(dòng)、挑戰(zhàn)性工作的輔助裝置； 娛樂機(jī)器人； 用于星際探索的機(jī)器人； 用于材料處理的工業(yè)機(jī)器人。 新型輪式移動(dòng)機(jī)器人Quasimoro能夠應(yīng)用于以上所述的所有領(lǐng)域。 Quasimoro的部件有：兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪和中部的載體。該機(jī)器人正在設(shè)計(jì)中，其新穎之處在于它能夠被輕松操作。這是通過賦予機(jī)器人一種quasiholonomy的特性來實(shí)現(xiàn)的，為了完成quasiholonomy ，機(jī)器人的重心要垂直穿過中點(diǎn)線并連接到轉(zhuǎn)輪中心。并且， 為了克服它的不穩(wěn)定性，中部機(jī)體的重心需要放在上述兩條交叉線的下方。 除了賦予機(jī)器人quasiholonomy 特性之外，其機(jī)架機(jī)構(gòu)還要使Quasimoro能夠轉(zhuǎn)彎從而來避免碰撞。 該機(jī)器人的兩個(gè)主要任務(wù)是：在中間機(jī)體的支撐下，能夠?qū)τ行Ш奢d進(jìn)行定位和定向（運(yùn)動(dòng)任務(wù)），并使中間機(jī)體穩(wěn)定不擺動(dòng)（穩(wěn)定工作）。 一份關(guān)于兩輪機(jī)器人的文獻(xiàn)闡述了三種不同的系統(tǒng)：SCOUT[2], Ginger-Segway [3], and JOE[4]。與Quasimoro不同的是，SCOUT不需要穩(wěn)定的反饋系統(tǒng)，因?yàn)樗蕾嚨谌吸c(diǎn)，從而來保證它能夠與有效載荷垂直于同一方向。此外，機(jī)器人的重心被置于交叉線的下方并和車輪中心相連，從而無需使用任何檢測(cè)中間機(jī)體傾斜的陀螺儀， Quasimoro的操作系統(tǒng)絕對(duì)要比Segway and JOE系統(tǒng)簡(jiǎn)單的多。 數(shù)學(xué)模型中的力學(xué)系統(tǒng)是至關(guān)重要的，為使機(jī)器人的模擬行為能夠被精確控制和預(yù)測(cè)。我們用公式加以表明，在拉格朗日式的框架下， Quasimoro的數(shù)學(xué)模型表現(xiàn)為一個(gè)雙輸入三輸出的非線性動(dòng)力系統(tǒng)。這種驗(yàn)證模式，是通過模擬和分析不同的投入和最初條件來做出的動(dòng)態(tài)響應(yīng)系統(tǒng)。 該項(xiàng)分析的結(jié)果對(duì)于機(jī)器人的堅(jiān)穩(wěn)設(shè)計(jì)和控制是至關(guān)重要的。它解決了能夠馬上完成這兩個(gè)任務(wù)的主要問題：中間機(jī)體振動(dòng)。因此，校正設(shè)計(jì)，并且考慮使用一個(gè)合適的控制算法，以便使機(jī)器人的性能更加優(yōu)越，對(duì)障礙物能夠更加敏感。 2 數(shù)學(xué)模型 2．1 運(yùn)動(dòng)學(xué)限制 Quasimoro是一個(gè)兩輪式移動(dòng)機(jī)器人，它由兩個(gè)獨(dú)立的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，兩個(gè)對(duì)稱的輪子和一個(gè)中間機(jī)體組成，其中還包含控制系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，電力供應(yīng)系統(tǒng)和傳動(dòng)裝置; 機(jī)器人輪子是常規(guī)型式的。 根據(jù)機(jī)器人的數(shù)學(xué)模型，我們假設(shè)它水平的運(yùn)動(dòng)平面為B，并且，在移動(dòng)過程中機(jī)器人輪子假定總是與B接觸。 圖1所示的是該機(jī)器人簡(jiǎn)化模型。我們定義AA′為穿過輪子中心的軸線，平行并通過中間機(jī)體的中心C3。中間機(jī)體的底盤由一個(gè)圓柱軸V表示，V和A垂直 我們定義三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)正交三維向量： {i0; j0; k}, {e; f ; k} 和 {e; h; n}。{i0; j0; k}定義為以O(shè)為原點(diǎn)的三維坐標(biāo)系， K的指向?yàn)榇怪狈较蛳蛏?。{e; f ; k}定義為原點(diǎn)在兩個(gè)輪子的質(zhì)心連接線的中點(diǎn)的坐標(biāo)系；需要注意的是，e要與A平行。{e; h; n}的坐標(biāo)系定義在中間機(jī)體上，并以點(diǎn)C為原點(diǎn)，與此同時(shí)n要平行于V軸。 圖1 Quasimoro機(jī)器人簡(jiǎn)化模型 圖中所示的和分別是輪1和輪2的角位移，而C是點(diǎn)C的位置矢量，我們定義為中間機(jī)體A的旋轉(zhuǎn)角。 定義l：作為兩輪的中心距離，r為輪子半徑，并假定輪子在平面B上是純滾動(dòng)沒有滑動(dòng) ，我們限制 其中為矢量， 而是定向角，即到e的角度。結(jié)合等式（1）中的第二個(gè)關(guān)系式 我們得到： 我們假定 當(dāng) 我們定義作為向量的廣義坐標(biāo)。 直到我們可以用等式 （ 2 ）中的和來表達(dá) ，而沒有出現(xiàn)廣義坐標(biāo)中的向量， 系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)約束方程從而簡(jiǎn)化為等式（1）。這個(gè)方程可以改寫為， 是k維零向量，并且當(dāng)A定義為的約束矩陣時(shí)，就是的單位矩陣。該機(jī)器人有一個(gè)6-3=3的自由度，這與中間機(jī)體旋轉(zhuǎn)的簡(jiǎn)化模型相反，因?yàn)樗鼪]有考慮到 這個(gè)因素。 2.2 完整測(cè)試 如果我們定義一個(gè)獨(dú)立廣義速度矢量，，然后可以很容易的得到一個(gè)正交矩陣，為了獲得一個(gè)完整的矩陣 ，我們需要求出和然后便可以很容易的利用圖1和等式（2）求出結(jié)果，即 顯然，可以從上述方程得出因此Quasimoro一個(gè)近乎完整的機(jī)器人，這并不讓人驚訝。 2.3 近乎完整 現(xiàn)在，我們可以驗(yàn)證Quasimoro是否近乎完整（QH） 。系統(tǒng)的總動(dòng)能是由提供是額外輪子的動(dòng)能，即輪子在它軸的驅(qū)動(dòng)下而轉(zhuǎn)動(dòng)， 提供中間機(jī)體所需的動(dòng)能， 它包括驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，傳動(dòng)裝置， 電池和控制部件。它可以非常容易地展示出右側(cè)的等式（ 3 ）m表示為每個(gè)增加輪子的質(zhì)量。所需的動(dòng)能由提供。表示的是中間機(jī)體的質(zhì)量（即要考慮到有效載荷） ， 表示的是中間機(jī)體重心的速度，表示的是中間機(jī)體與軸有關(guān)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量， 同時(shí)是中間機(jī)體關(guān)于的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 此外，可以由求得，因此 如果不用考慮常數(shù)項(xiàng)，該系統(tǒng)的勢(shì)能為 其中是和之間的距離，g是重力加速度。因此，該系統(tǒng)的拉格朗日算法為 其中，且， 因此，廣義動(dòng)量的計(jì)算公式是 其中， m是機(jī)器人的質(zhì)量，而符號(hào)表示利用等式 來代替。于是，運(yùn)動(dòng)的不完整性可以由 來表示，因此，該系統(tǒng)是近乎完整的。 這個(gè)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型可以縮減成QH： 其中是該系統(tǒng)的拉格朗日約束。 其中是無顯著特點(diǎn)的動(dòng)力矢量，也就是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)力矩。這兩個(gè)力矩則傳送到兩個(gè)正在感應(yīng)無顯著特點(diǎn)力的輪子。即， 因此。 等式（5）可以分為以下三個(gè)部分 此時(shí) 這個(gè)方程可以寫成以下的矩陣型式： 圖2 仿真 結(jié)構(gòu)圖 此時(shí)，當(dāng)是慣性矩陣時(shí)，它由提供。 是我們指定的二次慣性項(xiàng)的一個(gè)三維向量，即 其中 ３ 仿真 　　為了使上面的數(shù)學(xué)模型可用，研究報(bào)告反映，一方面系統(tǒng)在不同的投入和不同的初始條件下，模擬了運(yùn)行仿真模擬輸入，如仿真圖表2中所示的是被分配到輪子上的扭矩，用來解決直接動(dòng)力。這個(gè)方程轉(zhuǎn)換了慣性矩陣，并且回到了普遍重力加速度矢量,因此綜合兩個(gè)之后可以得到速度和并列向量。機(jī)器人具有相同的以及他們第一和第二個(gè)任務(wù)就是模擬信號(hào)的輸出。信號(hào)輸入后便解決了直接運(yùn)動(dòng)學(xué)的問題。特別注意的是，后者計(jì)算了機(jī)器人的方向角度和器械所反映出的他第一次和第二次任務(wù)的幾何約束，以及在以C點(diǎn)為參考位置，使用運(yùn)動(dòng)約束下的速度和重力加速度。從而獲得Ｃ點(diǎn)的位置矢量，完成虛擬輸出，是一個(gè)綜合的數(shù)字。 ３.1 仿真結(jié)果 　　我們已經(jīng)對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)的三個(gè)輸入反應(yīng)進(jìn)行了研究，對(duì)每個(gè)系統(tǒng)的仿真，一開始都被認(rèn)為是靜止的，值得注意的是仿真并不考慮外力的浪費(fèi)，比如輪子和地面的摩擦以及內(nèi)力的損耗，比如軸承的摩擦。而且輸入將會(huì)表現(xiàn)在扭矩脈沖上。啟動(dòng)輪子，持續(xù)時(shí)間，為了避免在讀取輸出圖表時(shí)，靠近的區(qū)域內(nèi)發(fā)生誤差。 每個(gè)仿真用時(shí)９０秒，但是大部分的輸出圖在時(shí)間表上為０秒到５秒時(shí)，響應(yīng)時(shí)間比較短。 三個(gè)操作已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了(1)直線運(yùn)動(dòng),保持一定的運(yùn)動(dòng)角度 (2)純旋轉(zhuǎn), ,旋轉(zhuǎn)軸穿過C點(diǎn)，即：只變換垂直角度而不改變C的位置 （3）圓形運(yùn)動(dòng)，并不是前面所有的操作都使用同樣的精確度，對(duì)系統(tǒng)執(zhí)行的影響的分析，將會(huì)提供更有效的運(yùn)算法則來選擇和創(chuàng)新機(jī)器人設(shè)計(jì)。 3.1.1 直線運(yùn)動(dòng) 在這個(gè)模擬運(yùn)動(dòng)中，適用于車輪的兩個(gè)相同的轉(zhuǎn)矩脈沖振幅為0.3牛米。如圖3～6所示。 正如我們可以從圖3圖4中推斷，如果負(fù)荷條件對(duì)稱，和的一階導(dǎo)數(shù)是相等的。 此外，通過觀察圖4，我們可知， 和周期信號(hào)都是由產(chǎn)生的， 因?yàn)樗鼈兒陀邢嗤闹芷凇? 在圖3中， 由一個(gè)周期信號(hào)表示， 我們可以推斷出中間機(jī)體的振蕩頻率穩(wěn)定保持在和之間;當(dāng)然，這種振蕩不需要保持穩(wěn)定，因?yàn)樗恼穹]有大到足以干擾任務(wù)順利完成（見截面1）。但是， 不可以為零，因?yàn)樗鼮榱銜?huì)導(dǎo)致在組裝和制造過程中出錯(cuò);此外，機(jī)器人走過的現(xiàn)實(shí)表面確實(shí)略有傾斜。因此， 保持穩(wěn)定是必要的，控制算法會(huì)計(jì)算出一個(gè)合適值。 在直線軌跡時(shí)需要保證高精度， 如圖5所示 。當(dāng)然，在現(xiàn)實(shí)中車輪永遠(yuǎn)不會(huì)具有相同的扭矩，它需要一個(gè)合適的控制算法來完成運(yùn)動(dòng)任務(wù)。此外，還需要使用另一個(gè)控制算法，因?yàn)檠刂本€軌跡運(yùn)動(dòng)時(shí)，速度不會(huì)處于穩(wěn)定狀態(tài)，如圖6所示 。 3.1.2 純滾動(dòng) 兩個(gè)相等扭矩的脈沖頻率為0.3牛米，符號(hào)相反，卻同樣適用于車輪。輸出如圖7和圖10。 C點(diǎn)的軌跡圖在這里沒有表示出來， 減少一點(diǎn)使之與慣性坐標(biāo)的原點(diǎn)相吻合;此外，角速度會(huì)保持為一個(gè)固定常數(shù)，如圖 10所示?？傊捎谀切┮呀?jīng)在上一節(jié)提到的，有關(guān)影響機(jī)器人結(jié)構(gòu)的錯(cuò)誤，使在現(xiàn)實(shí)中C點(diǎn)軌跡不成一個(gè)點(diǎn);因此，完成任務(wù)需要用到控制算法。 對(duì)于已知的初始條件和輸入類型， 如果完全模擬，那么的一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)將全為零，且和他們的一階導(dǎo)數(shù)的振幅都是相等且符號(hào)相反的，如圖7和圖8所示 。 3.1.3 圓周運(yùn)動(dòng) 兩個(gè)扭矩脈沖分別為0.3牛米和0.2牛米，并且符號(hào)相同， 而且適用于車輪。如圖11和圖13所示。 所有的廣義速度信號(hào)，類似我們先前看到的純移動(dòng)，如圖11所示，但因?yàn)檩斎胫挡坏?，所以和不相等? 另一個(gè)重要的注意點(diǎn)是點(diǎn)C的速度;因?yàn)?不是定值，如圖13所示，周期信號(hào)與諧波和，如圖12表示。通過觀察圖11 a，我們可以證明，上述周期信號(hào)是由產(chǎn)生，直到兩個(gè)信號(hào)具有相同的周期秒時(shí)，值得一提的是，在直線運(yùn)動(dòng)的情況下， 這兩個(gè)周期信號(hào)和都是由信號(hào)產(chǎn)生 ，如圖11所示。 4 結(jié)論 這里所討論的是Quasimoro的動(dòng)力學(xué)，一種新型的趨于完整的移動(dòng)機(jī)器人。我們用公式表明了該系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并提供了驗(yàn)證它的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)模擬顯示了每一個(gè)系統(tǒng)變量下的動(dòng)態(tài)行為，這也是需要被控制的。這項(xiàng)工作在設(shè)計(jì)和控制該系統(tǒng)中是至關(guān)重要的。 南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）選題、審題表 系　　部 機(jī)械工程系 指導(dǎo) 教師 姓 名 吳 晟 專業(yè)技術(shù)職 務(wù) 助 教 課題名稱 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 適用專業(yè) 機(jī)械工程及自動(dòng)化 課題性質(zhì) A B C D E 課題來源 A B C D √ √ 課題預(yù)計(jì) 工作量大小 大 適中 小 課題預(yù)計(jì) 難易程度 難 適中 易 √ √ 課題簡(jiǎn)介 飛鋸機(jī)可用于高速跟蹤自動(dòng)切割鋼管、型材等。具有定尺精度高，設(shè)備可靠性高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于維修等特點(diǎn)。本課題緊密結(jié)合學(xué)生所學(xué)的機(jī)械技術(shù)課程，它能強(qiáng)化提高學(xué)生所學(xué)的知識(shí)和提高學(xué)生的初步設(shè)計(jì)能力，通過完成該課題，可以使學(xué)生理解機(jī)械裝置的運(yùn)動(dòng)原理和應(yīng)用范圍，對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)過程有更深入的認(rèn)識(shí)了解。 課題應(yīng)完成的任務(wù)和對(duì)學(xué)生的要求 1、在了解氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)原理的基礎(chǔ)上，完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，畫出相關(guān)的零件圖和總裝配圖； 2、完成鋸切系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算； 3、3000字以上的英文翻譯； 4、撰寫設(shè)計(jì)說明書。 要求學(xué)生具備機(jī)械設(shè)計(jì)的基本能力，能將所學(xué)知識(shí)綜合應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)制造中。 所在專業(yè)審定意見： 專業(yè)負(fù)責(zé)人(簽名)： 年 月 日 注：本課題由 沈 立 同學(xué)選定，學(xué)號(hào)： 05010224 注：1．該表由指導(dǎo)教師填寫，經(jīng)所在專業(yè)負(fù)責(zé)人簽名后生效，作為該專業(yè)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）選題使用； 2．有關(guān)內(nèi)容的填寫見背面的填表說明，并在表中相應(yīng)欄內(nèi)打“√”； 3．課題一旦被學(xué)生選定，此表須放在學(xué)生“畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）資料袋”中存檔。 南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文) 作 者: 沈立 學(xué) 號(hào)： 05010224 系　部: 機(jī)械工程系 專 業(yè): 機(jī)械工程及自動(dòng)化 題 目: 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)者： (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù)) 評(píng)閱者： (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù)) 2009 年 6 月 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）中文摘要 本設(shè)計(jì)是關(guān)于氣動(dòng)式定尺飛鋸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)可用于高速跟蹤自動(dòng)切割鋼管、型材等。具有定尺精度高，設(shè)備可靠性高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于維修等特點(diǎn)。針對(duì)大量中小企業(yè)這一中低端市場(chǎng)， 結(jié)合我國的國情, 選定了“氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)”做為畢業(yè)設(shè)計(jì)的攻關(guān)課題。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括總體方案制定、飛鋸小車運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)、導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)、行走小車的結(jié)構(gòu)方案等。在設(shè)計(jì)中結(jié)合我們的專業(yè)知識(shí)，在老師的指導(dǎo)下，完成設(shè)計(jì)任務(wù)。 關(guān)鍵詞 飛鋸 鋸切 飛鋸小車 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）外文摘要 Title The Structural Design of Flying Pneumatic Saw Abstract The design is on the pneumatic saw Flying the structural design. Flying saw pneumatic high-speed tracking can be used for automatic cutting steel pipes, profiles and so on. Length with high precision, high reliability, simple structure, easy maintenance and so on. This in response to a large number of small and medium-sized low-end markets, combined with Chinese national conditions, selected the "Flying pneumatic saw" as a graduation project of research subjects. Design includes the overall program development, flying sports car saw the design, structure design, rail design, the structure of the program running, such as cars. In the design combined with our expertise, under the guidance of the teacher to complete the design task. Keywords Flying Saw Sawing Flying Saw Trolley 南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告 學(xué) 生 姓 名： 沈立 學(xué) 號(hào)： 05010224 專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化 設(shè)計(jì)(論文)題目： 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 指 導(dǎo) 教 師: 武培軍 吳晟 2009 年 3 月 22 日 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告 文 獻(xiàn) 綜 述 摘要 本文獻(xiàn)綜述介紹了氣動(dòng)式飛鋸機(jī)在連續(xù)軋制各種型材、管材等生產(chǎn)線上的重要功用,它能保證一定的精度.氣動(dòng)式定尺飛鋸在當(dāng)前國內(nèi)外都得到了廣泛的應(yīng)用,與其它飛鋸機(jī)相比,它成本低,滿足精度要求,適合中小企業(yè)的優(yōu)點(diǎn),所以本文獻(xiàn)通過介紹幾種飛鋸機(jī)的特點(diǎn)不同，說明了氣動(dòng)飛鋸機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，以及介紹了該飛鋸機(jī)的工作過程、控制系統(tǒng)特點(diǎn)、設(shè)計(jì)路線和注意的問題等等。 關(guān)鍵詞 定尺飛鋸 氣動(dòng)式飛鋸機(jī) 氣動(dòng) 1 氣動(dòng)式飛鋸機(jī)的功用 隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，現(xiàn)代化的大型廠房、大跨度的展覽場(chǎng)館、體育運(yùn)動(dòng)場(chǎng)館、大型倉儲(chǔ)、橋梁、機(jī)場(chǎng)、起重、運(yùn)輸、車輛等各行各業(yè)廣泛地采用鋼結(jié)構(gòu)，使得鋼結(jié)構(gòu)需求量大幅度增加，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)鋼材材質(zhì)、規(guī)格品種也提出了更高的要求。 2001年我國冷彎型鋼生產(chǎn)30萬噸（不包括鋼管和涂層板）。據(jù)中國鋼協(xié)冷彎型鋼分會(huì)統(tǒng)計(jì)2001產(chǎn)量約有70萬噸，加上其他行業(yè)（農(nóng)機(jī)、水電、汽車、機(jī)械等）約有150萬噸，占全國鋼材產(chǎn)量的1‰左右，而國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家冷彎型鋼占全國鋼材的3.0‰～5.0‰。冷彎型鋼的特點(diǎn)： 可生產(chǎn)各種復(fù)雜的斷面與熱軋型鋼相比具有斷面形狀合理、重量輕，強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)，又在冷彎加工中提高了強(qiáng)度。比一般熱軋型鋼的構(gòu)件節(jié)約鋼材10.0‰～50.0‰。 在線定長(zhǎng)切割飛鋸機(jī)是冶金企業(yè)連續(xù)軋制各種型材、管材等生產(chǎn)線上不可缺少的重要設(shè)備，用于連續(xù)生產(chǎn)中將無限長(zhǎng)的鋼管按預(yù)定的長(zhǎng)度在線自動(dòng)切斷。定尺飛鋸機(jī)在生產(chǎn)中決定著管材的質(zhì)量、長(zhǎng)度等。它的精度保證了管材的精度[1]。 2 定尺飛鋸機(jī)的國內(nèi)外現(xiàn)狀 在國外定尺飛鋸機(jī)的發(fā)展很快，基本上都能達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)。我國焊管生產(chǎn)設(shè)備起步較晚，一些關(guān)鍵設(shè)備比較陳舊。隨著鋼鐵行業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)鋼鐵加工行業(yè)提出了要求。全國各地加工業(yè)也開始著眼于技術(shù)開發(fā)。就定尺飛鋸機(jī)來說，從技術(shù)含量較低的液壓傳動(dòng)，氣動(dòng)傳動(dòng)，發(fā)展到如今的微機(jī)控制定尺飛鋸機(jī)，電液數(shù)控飛鋸機(jī)等。 下面介紹幾種現(xiàn)代主要應(yīng)用生產(chǎn)中的飛鋸機(jī)： 2.1 微機(jī)控制定尺飛鋸機(jī) 微機(jī)控制定尺飛鋸機(jī)是由微機(jī)控制系統(tǒng)、大功率可逆伺服系統(tǒng)、機(jī)械液壓、氣路系統(tǒng)所組成的機(jī)電一體化高技術(shù)產(chǎn)品焊管、冷彎生產(chǎn)線的關(guān)鍵組成設(shè)備，可用于高速跟蹤自動(dòng)切割鋼管、型材等[14]。 2.2 電液數(shù)控飛鋸機(jī) 電液數(shù)控飛鋸機(jī)是由微機(jī)控制電子液壓傳動(dòng)，一般包括液壓箱，電子計(jì)算機(jī)，軟件等幾部分組成，采用半開環(huán)控制無參數(shù)調(diào)整，電路簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，故障率低。機(jī)床可實(shí)現(xiàn)程序鋸切，預(yù)設(shè)多種鋸切定尺與其根數(shù)，自動(dòng)轉(zhuǎn)換可不停車，改變定尺要求，也可人為暫時(shí)中斷運(yùn)行[15]。 2.3 伺服飛鋸機(jī) 伺服飛鋸機(jī)是于2002年面世的一種新型飛鋸機(jī)，鋸切長(zhǎng)度5.5m～6m時(shí)，鋸切精度為0mm～+5mm，高于國際上通用的英國Bs標(biāo)準(zhǔn)(0mm～+6mm)。鋸切精度提高了16.7％，且在這方面處于國際先進(jìn)的水平[1]。 3 氣動(dòng)式定尺飛鋸的工作過程 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)是為由光電脈沖編碼器、分別測(cè)出型鋼的長(zhǎng)度及速度和鋸切小車的位移量，由PLC進(jìn)行運(yùn)算，當(dāng)型鋼長(zhǎng)度(以切口為零點(diǎn))等于設(shè)定長(zhǎng)度減去殘長(zhǎng)，PLC發(fā)出啟動(dòng)訊號(hào)，助推缸、長(zhǎng)缸氣閻合上，推動(dòng)鋸切小車作加速運(yùn)動(dòng)，再經(jīng)過(這時(shí)殘長(zhǎng)為零)，PLC發(fā)出夾緊命令，鋸切小車完成夾緊、鋁切，抬鋸，橙夾等動(dòng)作，當(dāng)PLC收到松夾信號(hào)，發(fā)出長(zhǎng)缸氣閥換向接通命令，鋸切小車在長(zhǎng)缸推力下返回原點(diǎn)，等待下一次鋸切。 4 氣動(dòng)式定尺飛鋸的控制系統(tǒng)的特點(diǎn) （1） 全部保留了原來機(jī)械定尺飛鋸裝鬣的氣動(dòng)小車鋸切機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)方式不變，有利于者設(shè)備的技術(shù)改造，上馬快，投資省。機(jī)組還保留了原有的操作習(xí)慣，工人易掌握(即人機(jī)親善性好)，日常維修很方便。 （2） 控制系統(tǒng)依據(jù)我們研究的控制模塑，充分運(yùn)用PLC軟件編程能力，充分考慮到。①氣源壓力波動(dòng)和氣動(dòng)執(zhí)行元件的離散性對(duì)定尺精度的影響。② 在低擋PLC上完成2路高速脈沖輸入、運(yùn)算，比較等要在高檔PLC才具有的功能 ⑨能在20m／min～50m／rain的生產(chǎn)線速度范圍內(nèi)跟蹤鋸切，達(dá)到較高精度。本系統(tǒng)電氣控制部分定尺精度≤±1mm，在180生產(chǎn)線上的試生產(chǎn)，抽拴結(jié)果，其定尺精度較高，平均絕對(duì)誤差≤5mm，是我們所知的氣動(dòng)飛鋸能達(dá)到前較高精度[13]。 （3） 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)用了系統(tǒng)可靠性理論，在滿足系統(tǒng)功能的條件下，硬件盡可能簡(jiǎn)化，裝宦上一體化。關(guān)鍵元器件選用可靠性很高的元器件(即提高系統(tǒng)瓶頸的可靠度)，本系統(tǒng)主控回路平均無故障工作時(shí)間大于l萬小時(shí)。 （4） 關(guān)鍵元件如脈沖編碼器等設(shè)有自檢功能。 5 本設(shè)計(jì)的目的與意義 目前市場(chǎng)上大量應(yīng)用的在線定尺飛鋸機(jī)主要有氣動(dòng)式飛鋸機(jī)，液動(dòng)式飛鋸機(jī)，電腦鋸等幾種形式。其中，氣動(dòng)式飛鋸機(jī)的鋸切割裝置，夾緊裝置，主傳動(dòng)裝置都是氣動(dòng)的，與近些年市場(chǎng)上推廣的電腦鋸相比，氣動(dòng)式飛鋸機(jī)本低(只有微機(jī)控制飛鋸的1／5，進(jìn)口機(jī)組的1／15)，安裝使用方便(只有一只程控柜位于生產(chǎn)線旁，無需專用機(jī)房)，定尺精度較高，其平均絕對(duì)鋸切誤差≤5mm，可靠性好，主機(jī)的平均無故障工作時(shí)間大于l萬小時(shí)，操作維護(hù)方便，只要電工即可承擔(dān)，是改造國內(nèi)鋼管、型鋼生產(chǎn)線的優(yōu)良機(jī)組，有廣泛的推廣前景，但是，電腦鋸它也存在著一定的缺陷,例如：(1)價(jià)格偏高，一臺(tái)設(shè)備近30萬元。一次性投資很大，一般中小廠家難以承受；(2)微機(jī)抗干擾性能差，使得控制設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜?，F(xiàn)場(chǎng)安裝要求高；(3)調(diào)試以及維修保養(yǎng)困難，需專門人員維護(hù)，一旦發(fā)生故障很難立即排除。但它也具有一定的缺陷，噪音大，利用率低，無功損耗大，工作速度不穩(wěn)定，零部件損壞的概率大等。而氣動(dòng)式飛鋸機(jī)恰恰具有成本低、壽命長(zhǎng)、工作可靠、使用維修方便的特點(diǎn)，其定尺精度也足以滿足要求，固市場(chǎng)前景廣闊[2]。 因此，針對(duì)大量中小企業(yè)這一中低端市場(chǎng)，結(jié)合我國的國情,選定了“氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)”作為畢業(yè)設(shè)計(jì)的攻關(guān)課題。 參 考 文 獻(xiàn) [1] 孫瑞岐，崔蕓．DYJ-97A-89 低噪音滾壓式飛鋸焊管[J]．1999 (9)：38-39． [2] 任翀，郝勇，李艷菲．FJ114 微機(jī)控制定尺飛鋸系統(tǒng)定尺精度分析[J]．包頭鋼鐵學(xué)院學(xué)報(bào)，2003（3）：63-65． [3] 倪振亞，姚燕順，李林杰，魏雪冬，章鳳翎．新型PS76-80飛鋸機(jī)[J]． WELDED PIPE AND TUBE，2000(7)：40-43． [4] 王懋瑤．液壓傳動(dòng)與控制教程[M]．天津：天津大學(xué)出版社，1995． [5] 何緒節(jié)凡．曾發(fā)祚.脈沖與數(shù)字電路[M]．成都：成都電子科技大學(xué)出版社，1995． [6] 李宗林．電流斷續(xù)的調(diào)速系統(tǒng)[J].電氣傳動(dòng)，1985(6)． [7] 張鍵．快速數(shù)字直流傳動(dòng)系統(tǒng)中的若干問題[J].電氣傳動(dòng)，1989(2)． [8] 鼓志瑾．電氣傳動(dòng)與調(diào)速系統(tǒng)[M]．北京：北京理工大學(xué)出版社，1988：20-80． [9] 唐濟(jì)揚(yáng)．以太網(wǎng)與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)[J]．國內(nèi)外機(jī)電一體化技術(shù)，2002，5(5)：7-13． [10] 馮冬芹，金建祥，周小文，等．E～emet與現(xiàn)場(chǎng)總線[J]．國內(nèi)外機(jī)電一體化技術(shù)，2003(5)：38-43． [11] 張浩，譚克勤，朱守云．現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)手冊(cè)[M]．上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2002． [12] 馬忠梅，徐英慧，葉勇建，等．AT91系列ARM核微控制器結(jié)構(gòu)與開發(fā)[M]．北京：航空航天大學(xué)出版社，2003． [13] 左健民．液壓與氣動(dòng)傳動(dòng)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992． [14] 程?hào)|等．上海金屬[J] .上海金屬，1992(2)：49． [15] 程武．SM120 ETS- L 型飛鋸機(jī)[J]．焊管，1993(6)．  畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告 ２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： １ 設(shè)計(jì)中需注意的問題 1）鋸切小車與定尺小車之間要?jiǎng)傂月?lián)接且穩(wěn)定，一般多采用Φ50mm鋼管制作。 2）鋸切小規(guī)格鋼管時(shí)因鋼管剛性差，易彎曲，從而影響定尺精度，需要增加防彎壓輥。 3）氣壓源壓力要穩(wěn)定可靠，才能準(zhǔn)確、協(xié)調(diào)完成飛鋸機(jī)的各項(xiàng)動(dòng)作，保證定尺精度的準(zhǔn)確和生產(chǎn)的連續(xù)。 4）在夾緊、鋸切到松夾的過程中，飛鋸小車的行走速度應(yīng)與焊管軋制速度基本同步。 5）鋸切精度要滿足焊管產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求。 6）由于飛鋸是生產(chǎn)線上的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，因此要求設(shè)備運(yùn)行可靠， 否則一出故障將全線停產(chǎn)。 7）控制系統(tǒng)的關(guān)鍵問題是在小車與軋管速度同步的瞬間，如何使鋸片與管端間的距離正好是定尺鋼管的設(shè)定長(zhǎng)度。 ２ 采用的手段 1 在學(xué)校圖書館查閱相關(guān)資料。 2 在工廠的實(shí)踐畢業(yè)實(shí)習(xí)。 3 通過老師和工程師的指導(dǎo)。 4 通過瀏覽因特網(wǎng)上的相關(guān)資料。 通過對(duì)相關(guān)資料和數(shù)據(jù)的理論計(jì)算和分析。 ３ 工作路線： 1) 設(shè)計(jì)準(zhǔn)備 了解設(shè)計(jì)任務(wù)書，明確設(shè)計(jì)要求、工作條件、設(shè)計(jì)內(nèi)容的步驟；通過查閱有關(guān)設(shè)計(jì)資料，參觀實(shí)物征詢操作人員的建議等，了解設(shè)計(jì)對(duì)象的性能、結(jié)構(gòu)及工藝性；準(zhǔn)備好設(shè)計(jì)需要資料、繪圖工具；擬定設(shè)計(jì)計(jì)劃等。 2) 草圖設(shè)計(jì) 繪制裝配草圖；進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和部件設(shè)計(jì)。 3) 編寫設(shè)計(jì)說明書 寫明整個(gè)設(shè)計(jì)的主要計(jì)算和一些技術(shù)說明。  畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告 指導(dǎo)教師意見： 1．對(duì)“文獻(xiàn)綜述”的評(píng)語： 2．對(duì)本課題的深度、廣度及工作量的意見和對(duì)設(shè)計(jì)（論文）結(jié)果的預(yù)測(cè)： 指導(dǎo)教師： 年 月 日 所在專業(yè)審查意見： 負(fù)責(zé)人： 年 月 日 南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院 本科優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）推薦表 系部： 機(jī)械工程系 填表日期： 年 月 日 學(xué)生 姓名 沈立 性別 男 類別 A 入學(xué) 年級(jí) 專業(yè)名稱 機(jī)械工程及自動(dòng)化 專業(yè)所屬 一級(jí)門類 專業(yè)所屬 二級(jí)類 指導(dǎo)教師 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 總周數(shù) 14 姓名 專業(yè)技術(shù)職務(wù) 年齡 所在單位 吳晟 助教 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）主要涉及研究方向 1、氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)的整體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)； 2、鋸切系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算； 3、相關(guān)主要零部件的設(shè)計(jì)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）選題依據(jù)及背景 學(xué)校中期檢查情況 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的水平與特色 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）有何實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐或?qū)嵙?xí)基礎(chǔ) 學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）期間的研讀書目 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)、機(jī)械設(shè)計(jì)、互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ) 指導(dǎo)教師評(píng)語及推薦意見（包括學(xué)生的工作態(tài)度、知識(shí)與能力、成果與水平、設(shè)計(jì)（論文）質(zhì)量等幾方面） 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 指導(dǎo)教師對(duì)申報(bào)材料真實(shí)性的意見 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獲獎(jiǎng)后，指導(dǎo)教師是否同意公開交流? 同意請(qǐng)指導(dǎo)教師簽名： 系 部 推薦意見 （公章） 年 月 日 注：1.“類別”欄請(qǐng)?zhí)顚憽癆”（本科畢業(yè)設(shè)計(jì)）、“B”（本科畢業(yè)論文）。 2.專業(yè)屬門類請(qǐng)按教育部公布的專業(yè)目錄填寫(推薦省級(jí)優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）者填寫)。 - 2 - 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)械工程及自動(dòng)化 沈立 指 導(dǎo) 老 師 吳晟 摘要 本設(shè)計(jì)是關(guān)于氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括總體方案制定、飛鋸小車運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)、導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)、行走小車的結(jié)構(gòu)方案等。在設(shè)計(jì)中結(jié)合我們的專業(yè)知識(shí)，在老師的指導(dǎo)下，完成設(shè)計(jì)任務(wù)。 關(guān)鍵詞 飛鋸機(jī) 飛鋸小車 鋸切系統(tǒng) 1 緒論 1.1 氣動(dòng)式飛鋸機(jī)的功用 在線定長(zhǎng)切割飛鋸機(jī)是冶金企業(yè)連續(xù)軋制各種型材、管材等生產(chǎn)線上不可缺少的重要設(shè)備，用于連續(xù)生產(chǎn)中將無限長(zhǎng)的鋼管按預(yù)定的長(zhǎng)度在線自動(dòng)切斷。定尺飛鋸機(jī)在生產(chǎn)中決定著管材的質(zhì)量、長(zhǎng)度等。它的精度保證了管材的精度[1]。 1.2 本設(shè)計(jì)的目的與意義 氣動(dòng)式飛鋸機(jī)具有成本低、壽命長(zhǎng)、工作可靠、使用維修方便的特點(diǎn)，其定尺精度也足以滿足要求，固市場(chǎng)前景廣闊[2]，結(jié)合我國的國情，選定了“氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)”作為畢業(yè)設(shè)計(jì)的攻關(guān)課題。 1.3 設(shè)備簡(jiǎn)介 飛鋸主要技術(shù)參數(shù)： 型材生產(chǎn)速度：60m/min； 鋸切精度：±5mm； 鋸切長(zhǎng)度：4m～6m 鋸切次數(shù)：10次/分～15次/分 鋸切型材徑向尺寸：12㎜～90㎜ 外型：長(zhǎng)×寬=4.3×1.35（米） 1.4 設(shè)計(jì)中需注意的問題 鋸切小車與定尺小車之間要?jiǎng)傂月?lián)接且穩(wěn)定。鋸切小車規(guī)格鋼管需要增加防彎壓輥，設(shè)備運(yùn)行可靠等。 2 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)總體設(shè)計(jì)方案 2.1 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能 本機(jī)適用于型材行走速度為60m/min，鋸切型材徑向尺寸范圍為12㎜～90㎜，鋸切長(zhǎng)度為4m～6m的型材生產(chǎn)線，其設(shè)計(jì)使用鋸切精度為±4mm，鋸切次數(shù)為10次/分～15次/分。 2.2 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)的總體方案設(shè)計(jì) 管移動(dòng)鋸車原位 管移動(dòng)鋸車返回 管移動(dòng)鋸車與管同步 管移動(dòng)鋸車同步跟蹤夾緊落鋸 管移動(dòng)鋸車同步跟蹤松夾 管移動(dòng)鋸車同步跟蹤抬鋸 管移動(dòng)鋸車移動(dòng) 零點(diǎn) 到位 抬鋸 到位 松夾 到位 圖1 控制原理圖 3 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1 飛鋸小車運(yùn)動(dòng)描述 飛鋸小車的運(yùn)動(dòng)可分為以下七個(gè)階段（見圖2）。 （1）等待段 如圖2中AB段。 （2）追蹤段 如圖2中BC段。 （3）同步段 如圖2中CE段。 （4）正向減速段 如圖2中EF段 （5）反向運(yùn)行段 圖2中FG段為反向追蹤段。 圖2 飛鋸車速度示意圖 3.2 確定飛鋸小車各段運(yùn)動(dòng)曲線 （1）追蹤段 追蹤段的運(yùn)動(dòng)曲線非常重要，我們采用數(shù)控技術(shù)，當(dāng)二階系統(tǒng)輸入階躍信號(hào)時(shí)，二階系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的階躍響應(yīng)為 （2）正向減速段 該段采用的是等減速曲線，其運(yùn)動(dòng)方程為 （3）反向運(yùn)行段 當(dāng)反向行程結(jié)束時(shí)，飛鋸小車正好返回到原點(diǎn)。 4 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 4.1 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)的整體結(jié)構(gòu)方案 本次設(shè)計(jì)的氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)主要有飛鋸床身，主傳動(dòng)系統(tǒng)，行走小車，鋸切系統(tǒng)，夾緊裝置等幾部分組成，其外形如圖7所示： 圖7 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)總裝圖 4.2 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) 導(dǎo)軌設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)單的螺釘固定，起了很大的作用。如圖8所示： 圖8 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)導(dǎo)軌連接圖 4.3 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)的行走小車的結(jié)構(gòu)方案 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)的行走小車的結(jié)構(gòu)形式如圖9所示： 圖9 行走小車結(jié)構(gòu)示意圖 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)的行走小車的結(jié)構(gòu)方案：用四個(gè)支撐輪將行走小車底盤支撐起來，在行走小車底盤下面焊接連接體，在行走小車底盤上面安裝電機(jī)，夾緊裝置，鋸切系統(tǒng)，防護(hù)罩，管材的支撐輥以及拖鏈的連接板。 4.4 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)的床身的結(jié)構(gòu)方案 氣動(dòng)式定尺飛鋸床身是焊接的，床身前后兩側(cè)支撐導(dǎo)軌，床身中部安裝主傳動(dòng)系統(tǒng)。床身外側(cè)焊接有的筋板，頂部安裝有支撐板，床身有吊裝孔孔等。 5 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)的鋸切系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 5.1 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)鋸切系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 鋸切機(jī)構(gòu)的基本組成包括：氣缸，用于推動(dòng)鋸臂作擺切動(dòng)作；鋸臂，連接氣缸和鋸切主軸；主軸，連接小帶輪和鋸片，用于傳動(dòng)；鋸臂支座，支撐鋸臂；氣缸支座，支撐氣缸；其他。 鋸切方式選用下擺式鋸切方式。 5.2 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)的鋸切系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案 方案一：采用“V”字形擺臂，這種形式可用圖10來示意。 圖10 采用“V”字形擺臂鋸切示意圖 方案二：采用“一”字形擺臂，，這種形式可用圖11來示意[3]。 圖11 “一”字形擺臂鋸切示意圖 5.3 氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)鋸切系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案的比較優(yōu)化 方案一和方案二都采用的是下擺式鋸切方式，“V”字形擺臂在鋸切中更容易實(shí)現(xiàn)擺切動(dòng)作，并且對(duì)氣缸推力的要求比較小。 最后，我確定使用“V”字形擺臂形式的鋸切方式。 6 主要零部件的設(shè)計(jì) 6.1 電機(jī)的選擇 根據(jù)電動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境、生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載性質(zhì)選擇電動(dòng)機(jī)類型，接下來選擇電動(dòng)機(jī)額定電壓、額定轉(zhuǎn)速等。 確定主要參數(shù)如下： 額定功率：15Kw 同步轉(zhuǎn)速：3000r/min 滿載時(shí)， 額定電流：29.4A 轉(zhuǎn)速：2930 r/min 效率：88.2% 功率因數(shù)：0.88 重量：125kg[4] 6.3 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) V帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成的帶輪形狀如圖14所示: 圖14 V帶輪 6.4 主軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 設(shè)計(jì)軸系結(jié)構(gòu)，確定軸的受力簡(jiǎn)圖、彎矩圖、合成彎矩圖、轉(zhuǎn)矩圖和當(dāng)量彎矩圖。確定已知軸材料為45鋼調(diào)質(zhì)，并校核軸徑，驗(yàn)證軸的剛度，并選用適當(dāng)軸承。 7 鋸切氣缸的設(shè)計(jì) 7.1 鋸切氣缸的計(jì)算 初步選擇氣缸，計(jì)算氣缸的拉力，計(jì)算氣缸直徑，計(jì)算活塞桿等。選用緩沖裝置為用內(nèi)緩沖裝置。 7.2 連接與密封 （1） 缸筒與缸蓋的連接 缸筒與缸蓋的連接型式采用的是拉桿式螺栓連接。 （2） 密封 我設(shè)計(jì)的活塞的密封結(jié)構(gòu)采用的是O型密封圈，活塞桿的密封采用的也是O型密封圈形式，密封可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，摩擦阻力小[5]。 8 總結(jié) 本篇論文介紹了氣動(dòng)式定尺飛鋸機(jī)及鋸切系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。包括對(duì)飛鋸機(jī)總體方案的設(shè)計(jì)、確定飛鋸小車的運(yùn)動(dòng)、結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)、鋸切系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算、主要零部件的設(shè)計(jì)及鋸切氣缸的設(shè)計(jì)。在鋸切裝置的設(shè)計(jì)中，采用“V”字形擺臂，夾緊缸的添加大大的提高了鋸切精度；導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)潔、非常實(shí)用。本次設(shè)計(jì)的飛鋸機(jī)雖然在精度上不及電腦據(jù)，但在應(yīng)用上已有很大領(lǐng)域。 參 考 文 獻(xiàn) [1] 孫瑞岐，崔蕓．DYJ-97A-89 低噪音滾壓式飛鋸焊管[J]．1999 (9)：38-39． [2] 任翀，郝勇，李艷菲．FJ114 微機(jī)控制定尺飛鋸系統(tǒng)定尺精度分析[J]．包頭鋼鐵學(xué)院學(xué)報(bào)，2003（3）：63-65． [3] 程武．SM120 ETS- L 型飛鋸機(jī)[J]．焊管，1993(6)． [4] 鼓志瑾．電氣傳動(dòng)與調(diào)速系統(tǒng)[M]．北京：北京理工大學(xué)出版社，1988：20-80． [5] 倪振亞，姚燕順，李林杰，魏雪冬，章鳳翎．新型PS76-80飛鋸機(jī)[J]． WELDED PIPE AND TUBE，2000(7)：40-43．