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南京理工大學泰州科技學院 學生畢業(yè)設計（論文）中期檢查表 學生姓名 沈立 學 號 05010224 指導教師 武培軍 吳晟 選題情況 課題名稱 氣動式定尺飛鋸機的結(jié)構(gòu)設計 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 任務書 有 √ 無 開題報告 有 √ 無 外文翻譯質(zhì)量 優(yōu) 良 √ 中 差 學習態(tài)度、出勤情況 好 √ 一般 差 工作進度 快 按計劃進行 √ 慢 中期工作匯報及解答問題情況 優(yōu) 良 √ 中 差 中期成績評定：良 所在專業(yè)意見： 學習較主動、積極，態(tài)度認真，階段成果較明顯。 負責人： 年 月 日 南京理工大學泰州科技學院 畢業(yè)設計（論文）任務書 系　　　部： 機械工程系 專 業(yè)： 機械工程及自動化 學 生 姓 名： 沈立 學 號： 05010224 設計(論文)題目： 氣動式定尺飛鋸機的結(jié)構(gòu)設計 起 迄 日 期: 2009年 3 月9日 ~ 6月14日 設計(論文)地點: 南京理工大學泰州科技學院 指 導 教 師: 武培軍 吳 晟 專業(yè)負責人: 龔光容 發(fā)任務書日期: 2009年 2 月 26 日 畢 業(yè) 設 計（論 文）任 務 書 1．本畢業(yè)設計（論文）課題應達到的目的： 飛鋸機適用于連續(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。飛鋸機可用于高速跟蹤自動切割鋼管、型材等。具有定尺精度高，設備可靠性高，結(jié)構(gòu)簡單，易于維修等特點。通過對氣動式定尺飛鋸機的結(jié)構(gòu)設計，可以有效培養(yǎng)學生綜合應用機械設計制造知識，并根據(jù)工程實際要求，進行問題的分析解決，從而提高獨立工作的能力，適應社會需求。 2．本畢業(yè)設計（論文）課題任務的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）： 機械制造中采用自動化技術(shù)，可以有效地改善勞動條件，提高勞動生產(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)容及任務如下： 1、氣動式定尺飛鋸機的整體結(jié)構(gòu)方案設計； 2、鋸切系統(tǒng)的設計與計算； 3、相關(guān)主要零部件的設計。 應達到的技術(shù)要求如下： 1、型材生產(chǎn)速度：60m/min； 2、鋸切精度：±5mm； 3、鋸切長度：4m～6m； 4、鋸切型材徑向尺寸：12mm～90mm。 畢 業(yè) 設 計（論 文）任 務 書 3．對本畢業(yè)設計（論文）課題成果的要求〔包括畢業(yè)設計論文、圖表、實物樣品等〕： 1、相關(guān)資料的英文翻譯與文獻綜述； 2、氣動式定尺飛鋸機的整體結(jié)構(gòu)方案設計； 3、鋸切系統(tǒng)設計及相關(guān)零件圖、裝配圖； 4、畢業(yè)設計論文。 畢業(yè)設計成果以設計圖樣和說明書形式提交。要求圖樣規(guī)范，符合國家標準；說明書層次分明、論據(jù)可靠、計算正確、圖標規(guī)范、語句通順。 4．主要參考文獻： [1] 朱光力．專用自動鉆床液壓傳動系統(tǒng)設計．北京：機床與液壓，2004年第一期，97~99． [2] 徐灝主編．機械設計手冊．北京：機械工業(yè)出版社，1991． [3] 王衛(wèi)兵等．可編程序控制器原理及應用．北京：機械工業(yè)出版社，1998． [4] 許福玲，陳堯明主編．液壓與氣壓傳動．北京：機械工業(yè)出版社，2004． [5] 邱宣懷主編．機械設計．北京：高等教育出版社，1997． [6] 王伯平主編．互換性與測量技術(shù)基礎．北京：機械工業(yè)出版社，2000．　 畢 業(yè) 設 計（論 文）任 務 書 5．本畢業(yè)設計（論文）課題工作進度計劃： 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，準備相關(guān)資料，完成資料翻譯 完成文獻綜述，撰寫開題報告，熟悉AutoCAD、Pro/Engineer等繪圖軟件 掌握飛鋸機的結(jié)構(gòu)設計原理，完成氣動式定尺飛鋸機的整體方案設計 完成鋸切系統(tǒng)的設計與計算，畫出相關(guān)的零件圖和裝配圖 撰寫并打印設計說明書，整理相關(guān)資料 準備論文答辯 所在專業(yè)審查意見： 負責人： 2008年 月 日 系部意見： 系部主任： 2008年 月 日 南京理工大學泰州科技學院 畢業(yè)設計(論文)前期工作材料 學生姓名: 沈立 學 號： 05010224 系　部: 機械工程系 專 業(yè): 機械工程及自動化 設計(論文)題目: 氣動式定尺飛鋸機的結(jié)構(gòu)設計 指導教師: 武培軍 高級工程師 吳晟 助教 材 料 目 錄 序號 名 稱 數(shù)量 備 注 1 畢業(yè)設計(論文)選題、審題表 1 2 畢業(yè)設計(論文)任務書 1 3 畢業(yè)設計(論文)開題報告〔含文獻綜述〕 1 4 畢業(yè)設計(論文)外文資料翻譯〔含原文〕 1 5 畢業(yè)設計（論文）中期檢查表 1 2009年5月 南京理工大學泰州科技學院 畢業(yè)設計(論文)外文資料翻譯 系　　部： 機械工程系 專 業(yè)： 機械工程及自動化 姓 名： 沈立 學 號： 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。 指導教師評語： 簽名： 年 月 日 注：請將該封面與附件裝訂成冊。 附件1：外文資料翻譯譯文 新型的動力學旋轉(zhuǎn)機械手-分析和模擬 1 導言 如今在不同的輪式移動機器人（簡稱為 WMRs ）應用領(lǐng)域都需考慮到價格適中、實用性高和操作簡單，例如 ： 家用機器人； 流動、挑戰(zhàn)性工作的輔助裝置； 娛樂機器人； 用于星際探索的機器人； 用于材料處理的工業(yè)機器人。 新型輪式移動機器人Quasimoro能夠應用于以上所述的所有領(lǐng)域。 Quasimoro的部件有：兩個驅(qū)動輪和中部的載體。該機器人正在設計中，其新穎之處在于它能夠被輕松操作。這是通過賦予機器人一種quasiholonomy的特性來實現(xiàn)的，為了完成quasiholonomy ，機器人的重心要垂直穿過中點線并連接到轉(zhuǎn)輪中心。并且， 為了克服它的不穩(wěn)定性，中部機體的重心需要放在上述兩條交叉線的下方。 除了賦予機器人quasiholonomy 特性之外，其機架機構(gòu)還要使Quasimoro能夠轉(zhuǎn)彎從而來避免碰撞。 該機器人的兩個主要任務是：在中間機體的支撐下，能夠?qū)τ行Ш奢d進行定位和定向（運動任務），并使中間機體穩(wěn)定不擺動（穩(wěn)定工作）。 一份關(guān)于兩輪機器人的文獻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)，因為它依賴第三支撐點，從而來保證它能夠與有效載荷垂直于同一方向。此外，機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中間機體傾斜的陀螺儀， Quasimoro的操作系統(tǒng)絕對要比Segway and JOE系統(tǒng)簡單的多。 數(shù)學模型中的力學系統(tǒng)是至關(guān)重要的，為使機器人的模擬行為能夠被精確控制和預測。我們用公式加以表明，在拉格朗日式的框架下， Quasimoro的數(shù)學模型表現(xiàn)為一個雙輸入三輸出的非線性動力系統(tǒng)。這種驗證模式，是通過模擬和分析不同的投入和最初條件來做出的動態(tài)響應系統(tǒng)。 該項分析的結(jié)果對于機器人的堅穩(wěn)設計和控制是至關(guān)重要的。它解決了能夠馬上完成這兩個任務的主要問題：中間機體振動。因此，校正設計，并且考慮使用一個合適的控制算法，以便使機器人的性能更加優(yōu)越，對障礙物能夠更加敏感。 2 數(shù)學模型 2．1 運動學限制 Quasimoro是一個兩輪式移動機器人，它由兩個獨立的馬達驅(qū)動，兩個對稱的輪子和一個中間機體組成，其中還包含控制系統(tǒng)，驅(qū)動系統(tǒng)，電力供應系統(tǒng)和傳動裝置; 機器人輪子是常規(guī)型式的。 根據(jù)機器人的數(shù)學模型，我們假設它水平的運動平面為B，并且，在移動過程中機器人輪子假定總是與B接觸。 圖1所示的是該機器人簡化模型。我們定義AA′為穿過輪子中心的軸線，平行并通過中間機體的中心C3。中間機體的底盤由一個圓柱軸V表示，V和A垂直 我們定義三個標準正交三維向量： {i0; j0; k}, {e; f ; k} 和 {e; h; n}。{i0; j0; k}定義為以O為原點的三維坐標系， K的指向為垂直方向向上。{e; f ; k}定義為原點在兩個輪子的質(zhì)心連接線的中點的坐標系；需要注意的是，e要與A平行。{e; h; n}的坐標系定義在中間機體上，并以點C為原點，與此同時n要平行于V軸。 圖1 Quasimoro機器人簡化模型 圖中所示的和分別是輪1和輪2的角位移，而C是點C的位置矢量，我們定義為中間機體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上是純滾動沒有滑動 ，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）中的第二個關(guān)系式 我們得到： 我們假定 當 我們定義作為向量的廣義坐標。 直到我們可以用等式 （ 2 ）中的和來表達 ，而沒有出現(xiàn)廣義坐標中的向量， 系統(tǒng)的動態(tài)約束方程從而簡化為等式（1）。這個方程可以改寫為， 是k維零向量，并且當A定義為的約束矩陣時，就是的單位矩陣。該機器人有一個6-3=3的自由度，這與中間機體旋轉(zhuǎn)的簡化模型相反，因為它沒有考慮到 這個因素。 2.2 完整測試 如果我們定義一個獨立廣義速度矢量，，然后可以很容易的得到一個正交矩陣，為了獲得一個完整的矩陣 ，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一個近乎完整的機器人，這并不讓人驚訝。 2.3 近乎完整 現(xiàn)在，我們可以驗證Quasimoro是否近乎完整（QH） 。系統(tǒng)的總動能是由提供是額外輪子的動能，即輪子在它軸的驅(qū)動下而轉(zhuǎn)動， 提供中間機體所需的動能， 它包括驅(qū)動系統(tǒng)，傳動裝置， 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表示為每個增加輪子的質(zhì)量。所需的動能由提供。表示的是中間機體的質(zhì)量（即要考慮到有效載荷） ， 表示的是中間機體重心的速度，表示的是中間機體與軸有關(guān)的轉(zhuǎn)動慣量， 同時是中間機體關(guān)于的轉(zhuǎn)動慣量。 此外，可以由求得，因此 如果不用考慮常數(shù)項，該系統(tǒng)的勢能為 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，廣義動量的計算公式是 其中， m是機器人的質(zhì)量，而符號表示利用等式 來代替。于是，運動的不完整性可以由 來表示，因此，該系統(tǒng)是近乎完整的。 這個系統(tǒng)的數(shù)學模型可以縮減成QH： 其中是該系統(tǒng)的拉格朗日約束。 其中是無顯著特點的動力矢量，也就是電動機的轉(zhuǎn)力矩。這兩個力矩則傳送到兩個正在感應無顯著特點力的輪子。即， 因此。 等式（5）可以分為以下三個部分 此時 這個方程可以寫成以下的矩陣型式： 圖2 仿真 結(jié)構(gòu)圖 此時，當是慣性矩陣時，它由提供。 是我們指定的二次慣性項的一個三維向量，即 其中 ３ 仿真 　　為了使上面的數(shù)學模型可用，研究報告反映，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，用來解決直接動力。這個方程轉(zhuǎn)換了慣性矩陣，并且回到了普遍重力加速度矢量,因此綜合兩個之后可以得到速度和并列向量。機器人具有相同的以及他們第一和第二個任務就是模擬信號的輸出。信號輸入后便解決了直接運動學的問題。特別注意的是，后者計算了機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的幾何約束，以及在以C點為參考位置，使用運動約束下的速度和重力加速度。從而獲得Ｃ點的位置矢量，完成虛擬輸出，是一個綜合的數(shù)字。 ３.1 仿真結(jié)果 　　我們已經(jīng)對動力系統(tǒng)的三個輸入反應進行了研究，對每個系統(tǒng)的仿真，一開始都被認為是靜止的，值得注意的是仿真并不考慮外力的浪費，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。而且輸入將會表現(xiàn)在扭矩脈沖上。啟動輪子，持續(xù)時間，為了避免在讀取輸出圖表時，靠近的區(qū)域內(nèi)發(fā)生誤差。 每個仿真用時９０秒，但是大部分的輸出圖在時間表上為０秒到５秒時，響應時間比較短。 三個操作已經(jīng)實現(xiàn)了(1)直線運動,保持一定的運動角度 (2)純旋轉(zhuǎn), ,旋轉(zhuǎn)軸穿過C點，即：只變換垂直角度而不改變C的位置 （3）圓形運動，并不是前面所有的操作都使用同樣的精確度，對系統(tǒng)執(zhí)行的影響的分析，將會提供更有效的運算法則來選擇和創(chuàng)新機器人設計。 3.1.1 直線運動 在這個模擬運動中，適用于車輪的兩個相同的轉(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，如果負荷條件對稱，和的一階導數(shù)是相等的。 此外，通過觀察圖4，我們可知， 和周期信號都是由產(chǎn)生的， 因為它們和有相同的周期。 在圖3中， 由一個周期信號表示， 我們可以推斷出中間機體的振蕩頻率穩(wěn)定保持在和之間;當然，這種振蕩不需要保持穩(wěn)定，因為它的振幅并沒有大到足以干擾任務順利完成（見截面1）。但是， 不可以為零，因為它為零會導致在組裝和制造過程中出錯;此外，機器人走過的現(xiàn)實表面確實略有傾斜。因此， 保持穩(wěn)定是必要的，控制算法會計算出一個合適值。 在直線軌跡時需要保證高精度， 如圖5所示 。當然，在現(xiàn)實中車輪永遠不會具有相同的扭矩，它需要一個合適的控制算法來完成運動任務。此外，還需要使用另一個控制算法，因為沿直線軌跡運動時，速度不會處于穩(wěn)定狀態(tài)，如圖6所示 。 3.1.2 純滾動 兩個相等扭矩的脈沖頻率為0.3牛米，符號相反，卻同樣適用于車輪。輸出如圖7和圖10。 C點的軌跡圖在這里沒有表示出來， 減少一點使之與慣性坐標的原點相吻合;此外，角速度會保持為一個固定常數(shù)，如圖 10所示?？傊?，由于那些已經(jīng)在上一節(jié)提到的，有關(guān)影響機器人結(jié)構(gòu)的錯誤，使在現(xiàn)實中C點軌跡不成一個點;因此，完成任務需要用到控制算法。 對于已知的初始條件和輸入類型， 如果完全模擬，那么的一階導數(shù)和二階導數(shù)將全為零，且和他們的一階導數(shù)的振幅都是相等且符號相反的，如圖7和圖8所示 。 3.1.3 圓周運動 兩個扭矩脈沖分別為0.3牛米和0.2牛米，并且符號相同， 而且適用于車輪。如圖11和圖13所示。 所有的廣義速度信號，類似我們先前看到的純移動，如圖11所示，但因為輸入值不等，所以和不相等。 另一個重要的注意點是點C的速度;因為 不是定值，如圖13所示，周期信號與諧波和，如圖12表示。通過觀察圖11 a，我們可以證明，上述周期信號是由產(chǎn)生，直到兩個信號具有相同的周期秒時，值得一提的是，在直線運動的情況下， 這兩個周期信號和都是由信號產(chǎn)生 ，如圖11所示。 4 結(jié)論 這里所討論的是Quasimoro的動力學，一種新型的趨于完整的移動機器人。我們用公式表明了該系統(tǒng)的數(shù)學模型，并提供了驗證它的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)模擬顯示了每一個系統(tǒng)變量下的動態(tài)行為，這也是需要被控制的。這項工作在設計和控制該系統(tǒng)中是至關(guān)重要的。 南京理工大學泰州科技學院 本科生畢業(yè)設計（論文）選題、審題表 系　　部 機械工程系 指導 教師 姓 名 吳 晟 專業(yè)技術(shù)職 務 助 教 課題名稱 氣動式定尺飛鋸機的結(jié)構(gòu)設計 適用專業(yè) 機械工程及自動化 課題性質(zhì) A B C D E 課題來源 A B C D √ √ 課題預計 工作量大小 大 適中 小 課題預計 難易程度 難 適中 易 √ √ 課題簡介 飛鋸機可用于高速跟蹤自動切割鋼管、型材等。具有定尺精度高，設備可靠性高，結(jié)構(gòu)簡單，易于維修等特點。本課題緊密結(jié)合學生所學的機械技術(shù)課程，它能強化提高學生所學的知識和提高學生的初步設計能力，通過完成該課題，可以使學生理解機械裝置的運動原理和應用范圍，對機械設計過程有更深入的認識了解。 課題應完成的任務和對學生的要求 1、在了解氣動式定尺飛鋸機的結(jié)構(gòu)特點和設計原理的基礎上，完成結(jié)構(gòu)設計，畫出相關(guān)的零件圖和總裝配圖； 2、完成鋸切系統(tǒng)的設計和計算； 3、3000字以上的英文翻譯； 4、撰寫設計說明書。 要求學生具備機械設計的基本能力，能將所學知識綜合應用于實際生產(chǎn)制造中。 所在專業(yè)審定意見： 專業(yè)負責人(簽名)： 年 月 日 注：本課題由 沈 立 同學選定，學號： 05010224 注：1．該表由指導教師填寫，經(jīng)所在專業(yè)負責人簽名后生效，作為該專業(yè)學生畢業(yè)設計（論文）選題使用； 2．有關(guān)內(nèi)容的填寫見背面的填表說明，并在表中相應欄內(nèi)打“√”； 3．課題一旦被學生選定，此表須放在學生“畢業(yè)設計（論文）資料袋”中存檔。 南京理工大學泰州科技學院 畢業(yè)設計說明書(論文) 作 者: 沈立 學 號： 05010224 系　部: 機械工程系 專 業(yè): 機械工程及自動化 題 目: 氣動式定尺飛鋸機的結(jié)構(gòu)設計 指導者： (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務) 評閱者： (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務) 2009 年 6 月 畢業(yè)設計說明書（論文）中文摘要 本設計是關(guān)于氣動式定尺飛鋸的結(jié)構(gòu)設計。氣動式定尺飛鋸機可用于高速跟蹤自動切割鋼管、型材等。具有定尺精度高，設備可靠性高，結(jié)構(gòu)簡單，易于維修等特點。針對大量中小企業(yè)這一中低端市場， 結(jié)合我國的國情, 選定了“氣動式定尺飛鋸機”做為畢業(yè)設計的攻關(guān)課題。設計內(nèi)容包括總體方案制定、飛鋸小車運動設計、結(jié)構(gòu)方案設計、導軌的設計、行走小車的結(jié)構(gòu)方案等。在設計中結(jié)合我們的專業(yè)知識，在老師的指導下，完成設計任務。 關(guān)鍵詞 飛鋸 鋸切 飛鋸小車 畢業(yè)設計說明書（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 南京理工大學泰州科技學院 畢業(yè)設計(論文)開題報告 學 生 姓 名： 沈立 學 號： 05010224 專 業(yè)： 機械工程及自動化 設計(論文)題目： 氣動式定尺飛鋸機的結(jié)構(gòu)設計 指 導 教 師: 武培軍 吳晟 2009 年 3 月 22 日 畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 文 獻 綜 述 摘要 本文獻綜述介紹了氣動式飛鋸機在連續(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.氣動式定尺飛鋸在當前國內(nèi)外都得到了廣泛的應用,與其它飛鋸機相比,它成本低,滿足精度要求,適合中小企業(yè)的優(yōu)點,所以本文獻通過介紹幾種飛鋸機的特點不同，說明了氣動飛鋸機的優(yōu)點，以及介紹了該飛鋸機的工作過程、控制系統(tǒng)特點、設計路線和注意的問題等等。 關(guān)鍵詞 定尺飛鋸 氣動式飛鋸機 氣動 1 氣動式飛鋸機的功用 隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，現(xiàn)代化的大型廠房、大跨度的展覽場館、體育運動場館、大型倉儲、橋梁、機場、起重、運輸、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)冷彎型鋼分會統(tǒng)計2001產(chǎn)量約有70萬噸，加上其他行業(yè)（農(nóng)機、水電、汽車、機械等）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)達國家冷彎型鋼占全國鋼材的3.0‰～5.0‰。冷彎型鋼的特點： 可生產(chǎn)各種復雜的斷面與熱軋型鋼相比具有斷面形狀合理、重量輕，強度高的優(yōu)點，又在冷彎加工中提高了強度。比一般熱軋型鋼的構(gòu)件節(jié)約鋼材10.0‰～50.0‰。 在線定長切割飛鋸機是冶金企業(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備，用于連續(xù)生產(chǎn)中將無限長的鋼管按預定的長度在線自動切斷。定尺飛鋸機在生產(chǎn)中決定著管材的質(zhì)量、長度等。它的精度保證了管材的精度[1]。 2 定尺飛鋸機的國內(nèi)外現(xiàn)狀 在國外定尺飛鋸機的發(fā)展很快，基本上都能達到國際標準。我國焊管生產(chǎn)設備起步較晚，一些關(guān)鍵設備比較陳舊。隨著鋼鐵行業(yè)的飛速發(fā)展，對鋼鐵加工行業(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)。就定尺飛鋸機來說，從技術(shù)含量較低的液壓傳動，氣動傳動，發(fā)展到如今的微機控制定尺飛鋸機，電液數(shù)控飛鋸機等。 下面介紹幾種現(xiàn)代主要應用生產(chǎn)中的飛鋸機： 2.1 微機控制定尺飛鋸機 微機控制定尺飛鋸機是由微機控制系統(tǒng)、大功率可逆伺服系統(tǒng)、機械液壓、氣路系統(tǒng)所組成的機電一體化高技術(shù)產(chǎn)品焊管、冷彎生產(chǎn)線的關(guān)鍵組成設備，可用于高速跟蹤自動切割鋼管、型材等[14]。 2.2 電液數(shù)控飛鋸機 電液數(shù)控飛鋸機是由微機控制電子液壓傳動，一般包括液壓箱，電子計算機，軟件等幾部分組成，采用半開環(huán)控制無參數(shù)調(diào)整，電路簡單，性能穩(wěn)定，故障率低。機床可實現(xiàn)程序鋸切，預設多種鋸切定尺與其根數(shù)，自動轉(zhuǎn)換可不停車，改變定尺要求，也可人為暫時中斷運行[15]。 2.3 伺服飛鋸機 伺服飛鋸機是于2002年面世的一種新型飛鋸機，鋸切長度5.5m～6m時，鋸切精度為0mm～+5mm，高于國際上通用的英國Bs標準(0mm～+6mm)。鋸切精度提高了16.7％，且在這方面處于國際先進的水平[1]。 3 氣動式定尺飛鋸的工作過程 氣動式定尺飛鋸機是為由光電脈沖編碼器、分別測出型鋼的長度及速度和鋸切小車的位移量，由PLC進行運算，當型鋼長度(以切口為零點)等于設定長度減去殘長，PLC發(fā)出啟動訊號，助推缸、長缸氣閻合上，推動鋸切小車作加速運動，再經(jīng)過(這時殘長為零)，PLC發(fā)出夾緊命令，鋸切小車完成夾緊、鋁切，抬鋸，橙夾等動作，當PLC收到松夾信號，發(fā)出長缸氣閥換向接通命令，鋸切小車在長缸推力下返回原點，等待下一次鋸切。 4 氣動式定尺飛鋸的控制系統(tǒng)的特點 （1） 全部保留了原來機械定尺飛鋸裝鬣的氣動小車鋸切機構(gòu)及傳動方式不變，有利于者設備的技術(shù)改造，上馬快，投資省。機組還保留了原有的操作習慣，工人易掌握(即人機親善性好)，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，充分運用PLC軟件編程能力，充分考慮到。①氣源壓力波動和氣動執(zhí)行元件的離散性對定尺精度的影響。② 在低擋PLC上完成2路高速脈沖輸入、運算，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，平均絕對誤差≤5mm，是我們所知的氣動飛鋸能達到前較高精度[13]。 （3） 本系統(tǒng)設計運用了系統(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間大于l萬小時。 （4） 關(guān)鍵元件如脈沖編碼器等設有自檢功能。 5 本設計的目的與意義 目前市場上大量應用的在線定尺飛鋸機主要有氣動式飛鋸機，液動式飛鋸機，電腦鋸等幾種形式。其中，氣動式飛鋸機的鋸切割裝置，夾緊裝置，主傳動裝置都是氣動的，與近些年市場上推廣的電腦鋸相比，氣動式飛鋸機本低(只有微機控制飛鋸的1／5，進口機組的1／15)，安裝使用方便(只有一只程控柜位于生產(chǎn)線旁，無需專用機房)，定尺精度較高，其平均絕對鋸切誤差≤5mm，可靠性好，主機的平均無故障工作時間大于l萬小時，操作維護方便，只要電工即可承擔，是改造國內(nèi)鋼管、型鋼生產(chǎn)線的優(yōu)良機組，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)價格偏高，一臺設備近30萬元。一次性投資很大，一般中小廠家難以承受；(2)微機抗干擾性能差，使得控制設備結(jié)構(gòu)復雜?，F(xiàn)場安裝要求高；(3)調(diào)試以及維修保養(yǎng)困難，需專門人員維護，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。而氣動式飛鋸機恰恰具有成本低、壽命長、工作可靠、使用維修方便的特點，其定尺精度也足以滿足要求，固市場前景廣闊[2]。 因此，針對大量中小企業(yè)這一中低端市場，結(jié)合我國的國情,選定了“氣動式定尺飛鋸機”作為畢業(yè)設計的攻關(guān)課題。 參 考 文 獻 [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 微機控制定尺飛鋸系統(tǒng)定尺精度分析[J]．包頭鋼鐵學院學報，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[J]． WELDED PIPE AND TUBE，2000(7)：40-43． [4] 王懋瑤．液壓傳動與控制教程[M]．天津：天津大學出版社，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，1985(6)． [7] 張鍵．快速數(shù)字直流傳動系統(tǒng)中的若干問題[J].電氣傳動，1989(2)． [8] 鼓志瑾．電氣傳動與調(diào)速系統(tǒng)[M]．北京：北京理工大學出版社，1988：20-80． [9] 唐濟揚．以太網(wǎng)與現(xiàn)場總線技術(shù)[J]．國內(nèi)外機電一體化技術(shù)，2002，5(5)：7-13． [10] 馮冬芹，金建祥，周小文，等．E～emet與現(xiàn)場總線[J]．國內(nèi)外機電一體化技術(shù)，2003(5)：38-43． [11] 張浩，譚克勤，朱守云．現(xiàn)場總線與工業(yè)以太網(wǎng)絡應用技術(shù)手冊[M]．上海：上海科學技術(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：航空航天大學出版社，2003． [13] 左健民．液壓與氣動傳動[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1992． [14] 程東等．上海金屬[J] .上海金屬，1992(2)：49． [15] 程武．SM120 ETS- L 型飛鋸機[J]．焊管，1993(6)．  畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 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 設計中需注意的問題 1）鋸切小車與定尺小車之間要剛性聯(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，才能準確、協(xié)調(diào)完成飛鋸機的各項動作，保證定尺精度的準確和生產(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)品標準要求。 6）由于飛鋸是生產(chǎn)線上的一個重要環(huán)節(jié)，因此要求設備運行可靠， 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定長度。 ２ 采用的手段 1 在學校圖書館查閱相關(guān)資料。 2 在工廠的實踐畢業(yè)實習。 3 通過老師和工程師的指導。 4 通過瀏覽因特網(wǎng)上的相關(guān)資料。 通過對相關(guān)資料和數(shù)據(jù)的理論計算和分析。 ３ 工作路線： 1) 設計準備 了解設計任務書，明確設計要求、工作條件、設計內(nèi)容的步驟；通過查閱有關(guān)設計資料，參觀實物征詢操作人員的建議等，了解設計對象的性能、結(jié)構(gòu)及工藝性；準備好設計需要資料、繪圖工具；擬定設計計劃等。 2) 草圖設計 繪制裝配草圖；進行總體結(jié)構(gòu)設計和部件設計。 3) 編寫設計說明書 寫明整個設計的主要計算和一些技術(shù)說明。  畢 業(yè) 設 計（論 文）開 題 報 告 指導教師意見： 1．對“文獻綜述”的評語： 2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設計（論文）結(jié)果的預測： 指導教師： 年 月 日 所在專業(yè)審查意見： 負責人： 年 月 日 南京理工大學泰州科技學院 本科優(yōu)秀畢業(yè)設計（論文）推薦表 系部： 機械工程系 填表日期： 年 月 日 學生 姓名 沈立 性別 男 類別 A 入學 年級 專業(yè)名稱 機械工程及自動化 專業(yè)所屬 一級門類 專業(yè)所屬 二級類 指導教師 畢業(yè)設計（論文） 總周數(shù) 14 姓名 專業(yè)技術(shù)職務 年齡 所在單位 吳晟 助教 畢業(yè)設計（論文）題目 氣動式定尺飛鋸機的結(jié)構(gòu)設計 畢業(yè)設計（論文）主要涉及研究方向 1、氣動式定尺飛鋸機的整體結(jié)構(gòu)方案設計； 2、鋸切系統(tǒng)的設計與計算； 3、相關(guān)主要零部件的設計。 畢業(yè)設計（論文）選題依據(jù)及背景 學校中期檢查情況 畢業(yè)設計（論文）的水平與特色 畢業(yè)設計（論文）有何實驗、實踐或?qū)嵙暬A 學生畢業(yè)設計（論文）期間的研讀書目 機械設計手冊、機械設計、互換性與測量技術(shù)基礎 指導教師評語及推薦意見（包括學生的工作態(tài)度、知識與能力、成果與水平、設計（論文）質(zhì)量等幾方面） 指導教師簽字： 年 月 日 指導教師對申報材料真實性的意見 指導教師簽字： 年 月 日 畢業(yè)設計（論文）獲獎后，指導教師是否同意公開交流? 同意請指導教師簽名： 系 部 推薦意見 （公章） 年 月 日 注：1.“類別”欄請?zhí)顚憽癆”（本科畢業(yè)設計）、“B”（本科畢業(yè)論文）。 2.專業(yè)屬門類請按教育部公布的專業(yè)目錄填寫(推薦省級優(yōu)秀畢業(yè)設計（論文）者填寫)。 - 2 - 氣動式定尺飛鋸機的結(jié)構(gòu)設計 機械工程及自動化 沈立 指 導 老 師 吳晟 摘要 本設計是關(guān)于氣動式定尺飛鋸機的結(jié)構(gòu)設計。設計內(nèi)容包括總體方案制定、飛鋸小車運動設計、結(jié)構(gòu)方案設計、導軌的設計、行走小車的結(jié)構(gòu)方案等。在設計中結(jié)合我們的專業(yè)知識，在老師的指導下，完成設計任務。 關(guān)鍵詞 飛鋸機 飛鋸小車 鋸切系統(tǒng) 1 緒論 1.1 氣動式飛鋸機的功用 在線定長切割飛鋸機是冶金企業(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備，用于連續(xù)生產(chǎn)中將無限長的鋼管按預定的長度在線自動切斷。定尺飛鋸機在生產(chǎn)中決定著管材的質(zhì)量、長度等。它的精度保證了管材的精度[1]。 1.2 本設計的目的與意義 氣動式飛鋸機具有成本低、壽命長、工作可靠、使用維修方便的特點，其定尺精度也足以滿足要求，固市場前景廣闊[2]，結(jié)合我國的國情，選定了“氣動式定尺飛鋸機”作為畢業(yè)設計的攻關(guān)課題。 1.3 設備簡介 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×寬=4.3×1.35（米） 1.4 設計中需注意的問題 鋸切小車與定尺小車之間要剛性聯(lián)接且穩(wěn)定。鋸切小車規(guī)格鋼管需要增加防彎壓輥，設備運行可靠等。 2 氣動式定尺飛鋸機總體設計方案 2.1 氣動式定尺飛鋸機應實現(xiàn)的功能 本機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㎜，鋸切長度為4m～6m的型材生產(chǎn)線，其設計使用鋸切精度為±4mm，鋸切次數(shù)為10次/分～15次/分。 2.2 氣動式定尺飛鋸機的總體方案設計 管移動鋸車原位 管移動鋸車返回 管移動鋸車與管同步 管移動鋸車同步跟蹤夾緊落鋸 管移動鋸車同步跟蹤松夾 管移動鋸車同步跟蹤抬鋸 管移動鋸車移動 零點 到位 抬鋸 到位 松夾 到位 圖1 控制原理圖 3 氣動式定尺飛鋸機的設計計算 3.1 飛鋸小車運動描述 飛鋸小車的運動可分為以下七個階段（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動曲線 （1）追蹤段 追蹤段的運動曲線非常重要，我們采用數(shù)控技術(shù)，當二階系統(tǒng)輸入階躍信號時，二階系統(tǒng)對應的階躍響應為 （2）正向減速段 該段采用的是等減速曲線，其運動方程為 （3）反向運行段 當反向行程結(jié)束時，飛鋸小車正好返回到原點。 4 氣動式定尺飛鋸機結(jié)構(gòu)方案設計 4.1 氣動式定尺飛鋸機的整體結(jié)構(gòu)方案 本次設計的氣動式定尺飛鋸機主要有飛鋸床身，主傳動系統(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 氣動式定尺飛鋸機總裝圖 4.2 導軌的設計 導軌設計非常簡單，簡單的螺釘固定，起了很大的作用。如圖8所示： 圖8 氣動式定尺飛鋸機導軌連接圖 4.3 氣動式定尺飛鋸機的行走小車的結(jié)構(gòu)方案 氣動式定尺飛鋸機的行走小車的結(jié)構(gòu)形式如圖9所示： 圖9 行走小車結(jié)構(gòu)示意圖 氣動式定尺飛鋸機的行走小車的結(jié)構(gòu)方案：用四個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，夾緊裝置，鋸切系統(tǒng)，防護罩，管材的支撐輥以及拖鏈的連接板。 4.4 氣動式定尺飛鋸機的床身的結(jié)構(gòu)方案 氣動式定尺飛鋸床身是焊接的，床身前后兩側(cè)支撐導軌，床身中部安裝主傳動系統(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 氣動式定尺飛鋸機的鋸切系統(tǒng)的設計與計算 5.1 氣動式定尺飛鋸機鋸切系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)方案設計 鋸切機構(gòu)的基本組成包括：氣缸，用于推動鋸臂作擺切動作；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；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 氣動式定尺飛鋸機的鋸切系統(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 氣動式定尺飛鋸機鋸切系統(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現(xiàn)擺切動作，并且對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 主要零部件的設計 6.1 電機的選擇 根據(jù)電動機的工作環(huán)境、生產(chǎn)機械的負載性質(zhì)選擇電動機類型，接下來選擇電動機額定電壓、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， 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 帶傳動設計 V帶輪結(jié)構(gòu)設計成的帶輪形狀如圖14所示: 圖14 V帶輪 6.4 主軸的設計計算 設計軸系結(jié)構(gòu)，確定軸的受力簡圖、彎矩圖、合成彎矩圖、轉(zhuǎn)矩圖和當量彎矩圖。確定已知軸材料為45鋼調(diào)質(zhì)，并校核軸徑，驗證軸的剛度，并選用適當軸承。 7 鋸切氣缸的設計 7.1 鋸切氣缸的計算 初步選擇氣缸，計算氣缸的拉力，計算氣缸直徑，計算活塞桿等。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 我設計的活塞的密封結(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)簡單，摩擦阻力小[5]。 8 總結(jié) 本篇論文介紹了氣動式定尺飛鋸機及鋸切系統(tǒng)的設計。包括對飛鋸機總體方案的設計、確定飛鋸小車的運動、結(jié)構(gòu)方案的設計、鋸切系統(tǒng)的設計計算、主要零部件的設計及鋸切氣缸的設計。在鋸切裝置的設計中，采用“V”字形擺臂，夾緊缸的添加大大的提高了鋸切精度；導軌的設計非常簡潔、非常實用。本次設計的飛鋸機雖然在精度上不及電腦據(jù)，但在應用上已有很大領(lǐng)域。 參 考 文 獻 [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 微機控制定尺飛鋸系統(tǒng)定尺精度分析[J]．包頭鋼鐵學院學報，2003（3）：63-65． [3] 程武．SM120 ETS- L 型飛鋸機[J]．焊管，1993(6)． [4] 鼓志瑾．電氣傳動與調(diào)速系統(tǒng)[M]．北京：北京理工大學出版社，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[J]． WELDED PIPE AND TUBE，2000(7)：40-43．