多模式台式砂轮切割机的设计

摘要

砂轮切割机广泛应用于机械、冶金、汽车、航天、科研教育等众多领域，是不可缺少的机械加工设备。随着材料科学的不断发展，对砂轮切割机的切割能力和切割质量都提出了新的要求，这就需要不断开发新的切割设备满足新型材料的加工需求。
　　传统砂轮切割机在切割新型材料时切割质量并不理想，易出现切口不平整、切割路线偏斜，工件表面组织变化等问题。因此急需设计一台高效率、高精度、高自动化的砂轮切割机，可减少工件后续加工难度，提高切割精度、降低生产成本。满足多种形状工件的批量和单件高质量切割加工。
　　机械系统设计主要是切割机构、传动机构、夹具、空间布局、冷却机构的设计计算，采用UG三维建模软件对各零部件实体建模，并按与实体1∶1比例装配构建虚拟样机。UG软件建模使零部件设计精确度增加、位置准确度变高、研发周期缩短。通过多次优化使内部空间布局合理，大大增加加工空间。设计装夹圆柱形、矩形、薄片形、多边形等形状工件的夹具，装夹紧固稳定性增加。
　　控制系统硬件以PLC作为运动控制核心，单片机作为显示和输入的人机交换模块，二者通过串行接口通信。控制系统软件设计中编写了PLC与单片机通信程序，确定传输中单片机的优先地位。针对加工工件类型不同设计了五种切割模式，最大的发挥了切割机的工作潜力。用户通过人机交换模块将加工参数和选择的切割模式传送给PLC，PLC及时响应控制一台变频器、三台步进电机驱动器和开关元件执行切割，使砂轮片、工作台、摆动机构协调工作完成切割任务。工作期间电磁传感器、报警装置和单片机看门狗电路等对运行的切割进行实时监控，确保工作的安全稳定性。
　　切割机切割的执行部件是砂轮片，砂轮片损耗量对切割质量有直接影响。在切割过程中由于人为操作不当和加工参数选择不当会产生砂轮片的爆裂现象。采用UG软件建立砂轮片有限元模型导入ANSYS软件进行分析，对砂轮片有限元模型施加不同工况载荷，观察砂轮片在不同工况条件下应力与形变分布，进行对比分析可以确定各个加工因素对砂轮片损耗的影响程度，为加工参数选择和提高砂轮使用寿命提供参考，同时对砂轮片及其主轴进行模态分析，以免发生共振造成的破坏。

目录

摘要

1 绪论

1．1 选题背景

1．2 砂轮切割机的研究现状

1．2．1 砂轮切割机国内研究现状

1．2．2 砂轮切割机国外研究现状

1．2．3 面临的技术问题

1．3 本文主要研究内容

2 台式砂轮切割机设计的影响参数分析及方案确定

2．1 台式砂轮切割机的设计参数

2．1．1 影响台式砂轮切割机尺寸参数设计的因素

2．1．2 影响台式砂轮切割机运动参数设计的因素

2．1．3 影响台式砂轮切割机动力参数设计的因素

2．1．4 影响台式砂轮切割机砂轮片选择的因素

2．2 切割机总体方案的确定

2．3 切割机总体方案的设计

2．4 本章小结

3 台式砂轮切割机机械系统设计

3．1 主传动结构设计

3．1．1 带传动的设计

3．1．2 齿轮传动的设计

3．2 进给机构的设计

3．3 摆动机构的设计

3．4 冷却系统的设计

3．5 夹具设计

3．6 整机运动校验

3．7 本章小结

4 台式砂轮切割机控制系统设计

4．1 控制系统总体设计

4．2 切割机控制系统硬件设计

4．2．1 PLC选型

4．2．2 变频器选型与主轴电机外接电路

4．2．3 步进电机选型与进给系统外接电路

4．2．4 人机交换控制器设计

4．3 切割机控制系统软件设计

4．3．1 切割机控制主程序设计

4．3．2 单片机程序设计

4．4 本章小结

5 砂轮片切割过程中静力分析与模态分析

5．1 砂轮片受力过程理论分析

5．2 切割机砂轮片有限元模型建立与静力分析

5．2．1 砂轮片有限元模型建立

5．2．2 砂轮片的静力分析

5．3 切割机主轴及砂轮片的模态分析

5．3．1 砂轮片主轴模态分析

5．3．2 砂轮片模态分析

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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