1、設計題目：金相試樣切割機的設計摘 要金相試樣切割機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、航空航天等制造業中應用極為廣泛。20世紀90年代后，金相制樣技術發展極為迅速，金相試樣切割機作為金相取樣設備也取得了很大的進步。本設計通過對金相試樣切割機的整體造型、機械結構和控制系統進行了分析，完成了切割機主體結構的設計，控制系統采用了銑床導軌原理，實現了低成本和手動化。最后確定切割機的裝配總圖。通過此次設計，掌握了相關設計的主要步驟，并對于ProE軟件應用方面有了進一步的提高。關鍵詞：金相試樣切割機，機械設計，手動控制，控制系統，低成本Metallographic sample

2、cutting machine designAbstractMetallographic 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 centur

3、y, 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 a

4、nd 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

5、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12 設計要求13 切割機的總體設計過程23.1 電動機的選擇2 選擇電動機類型和結構形式2 電動機的參數選擇23.2 傳動機構的設計3 軸的計算33.2.2 軸的結構設計43.3 控制系統的設計4

6、夾具的主要結構與使用4 進給機構的設計54 用Pro/E軟件對切割機進行實體造型和裝配84.1 切割機各主要零件的實體造型84.2 切割機的裝配145 結束語15致謝15參考文獻161 引言金屬零件的力學性能不僅與它的化學成分有關，也與它的金相組織密切有關。金相檢驗是控制和評定產品質量不可缺少的重要手段，是科學研究中研究新材料、新工藝和提高金屬制品內在質量的重要方法。要進行金相分析，就必須制備能用于微觀檢驗的樣品 金相試樣。通常，金相試樣的制備要經過取樣、鑲嵌、磨光和拋光幾個步驟。每個步驟都應該細心操作，因為任何階段上的失誤都可能影響最后的結果，因為這可能會造成組織假象，從而得出錯誤的結論。金

7、相試樣的制備是通過切割機、鑲嵌機、磨拋光機來完成。金相試樣的截取是金相試樣制備過程中一個重要環節。截取試樣的方法有手鋸、鋸床、砂輪切割機和線切割機等等。根據零件的形狀和材料，選擇適當的方法來切割。目前砂輪切割機廣泛應用于金相試樣的截取上，主要原因是其適應性強，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；金剛石切割機可切割超硬材料如硬質合金、陶瓷等。另外其切割速度快、勞動強度低、操作簡便和切割成本低。選擇可靠性高的金相試樣切割機，可以提高制樣效率和質量，降低成本，提高經濟效益。金相試樣切割機主要特點：本切割機的切割砂輪直接固定在與電動機的軸同軸線相連接的軸上，

8、利用導軌的橫向和縱向的移動來切割固定在鉗口中的試樣 電動機固定在底座上，軸套套在電動機的軸上，砂輪片由螺母和軸肩加以固定。加緊裝置固定在導軌上滑板，可沿縱向移動的，由手柄的轉動來移動鉗口把試樣夾緊在鉗座中，當轉動手柄時，就可以進行試樣切割了。機器工作時，由罩殼將砂輪片等檔住，以防冷卻液飛濺和砂輪片碎裂時飛出傷人。2 設計要求金相試樣切割機的具體設計要求為：（1）利用Pro/E軟件設計（2）確定結構的尺寸（3）繪制相應的零件圖、實體圖及總裝配圖3 切割機的總體設計過程根據工件運動和砂輪片運動形式可將金相切割機分為兩類，一類為工件運動，砂輪片固定不動的切割機；另一類為工件固定不動，砂輪片運動的切割

9、機。本切割機采用的運動方式是工件運動，砂輪片固定不動的切割模式。3.1 電動機的選擇 選擇電動機類型和結構形式根據已知的電源、工作條件、和功率特點選擇電動機的類型和結構形式是：Y2系列三相異步電動機。 電動機的參數選擇 根據設計任務書，由有關手冊查出電動機性能參數如下：表1 電動機性能參數電動機型號額定功率滿載轉速kwr/minY2-631-40.121370電動機主要外形如圖1所示，安裝尺寸列于下表2：圖1 電動機主要外形和安裝尺寸表2 電動機的安裝尺寸中心高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

10、5;G160225×130×180100×80711×234×8.53.2 傳動機構的設計切割機的切割砂輪直接固定在與電動機的軸同軸線相連接的軸上，根據切割砂輪的規格尺寸設計軸的尺寸并檢驗。 軸的計算 1) 安裝切割砂輪的軸與電動機軸直接通過套筒連接，首先都軸進行設計計算。已知軸上的功率P，轉速n，求轉矩T： P=0.12KW n=1370r/min 2) 初步確定軸的最小直徑 選取軸的材料為45鋼，調質處理。根據有關手冊取，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砂輪處軸的直徑d-,。根據砂輪的規格尺寸，

11、故d- = 10 mm，L- = 8 mm 。3）軸的撓度計算由于軸與電機軸同步轉動，選擇聯軸器。為了方便，聯軸器與軸做成一體，長度L = 40 mm ，其中L- = 8 mm ，則L- = 32 mm 。撓度計算公式如下： ymax=Pa2(3L-a)/6EI<=y式中： P切割時作用在軸上的力，P=4.9N（這一力很小）； a切割點至支撐點的距離，即L-，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，-軸段右端需制出一軸肩，而且

12、為了避免電動機的軸向竄動，選擇推力球軸承加以軸向固定。根據標準件軸承的內徑尺寸，故取-段的直徑d-=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-段攻有螺紋，由于要留有砂輪裝配空間，故螺紋長度占有6mm。螺母規格：D=M10（GB/T 6174） 軸的結構設計圖2 軸3.3 控制系統的設計3.3.1夾具的主要結構與使用如圖所示,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,當旋轉手輪時,絲桿依靠螺旋作用前進或后退,用來夾緊或松開工件，絲母在夾緊或松開過程中起導向和支承作用。由

13、此可見這種夾具是依靠非常簡單的螺旋運動前進或后退,來實現對工件的夾緊或松開。例如我們驅動夾具壓桿前進50mm ,壓桿的螺距為5mm ,當手輪旋轉一周時壓桿前進了5mm。通過計算可知,若要實現壓桿前進50mm ,手輪需旋轉10圈。圖3 夾緊裝置關于夾緊力的計算,夾緊力的計算可有下式進行:W = QL/（r1tg1 + r2tg(+2)）式中:Q 手驅動力取Q = 300N;L 手輪半徑L = 10mm;r1 壓桿端部與工件間的當量摩擦半徑, 假設壓桿與工件為點接觸,則r1 = 0; r2 壓桿螺紋中徑的一半, r2 = 4.5mm(注:壓桿螺紋為10mm) ;1 壓桿端部與工件間的摩擦角, tg

14、1 = 01;壓桿螺紋升角;= 2°28;2 壓桿螺紋螺旋副的當量摩擦角，2 = 6°38則夾緊力W1974(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由此得出,該夾具已完全可以實現對工件的夾緊(一般砂輪切割機夾具的的夾緊力只需800N1300N) 。 進給機構的設計導軌由橫向螺桿和縱向螺桿帶動，橫向螺桿通過導塊運動帶動導軌橫向移動，縱向螺桿通過導塊運動帶動導軌縱向移動。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。導軌為了實現橫向和縱向進給，可以把工作臺分為上滑板、中滑板、下滑板三部

15、分。導軌的行程為80mm，則滑板尺寸的長、寬為100mm，而高度隨情況而定，具體數值見圖4、圖5、圖6。由于橫向及縱向螺桿在進給過程中受力很小，強度及其他性能指標均能滿足。根據情況選擇螺桿直徑為12mm，螺距為5mm，當手輪旋轉一周時螺桿前進了5mm。手輪直徑比螺桿稍大為20mm，上面刻有100個小格，每小格為0.05mm。導塊與螺桿裝配一起，在螺桿旋轉時導塊分別引領和帶動上滑板或中滑板進行橫向或縱向移動。故導塊上開有螺紋孔，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。為保證導軌正常工作，導軌滑動表面之間應保持適當的間隙。間隙過小，會增加摩擦阻力；間隙過大，會降低導

16、向精度。導軌的間隙如依靠刮研來保證，工作量很大，而且導軌經過長期使用后，會因磨損而增大間隙，需要及時調整，故導軌應有間隙調整裝置。本切割機采用燕尾槽型導軌，需要在水平方向上調整間隙。用螺釘調整鑲條位置。具體如下：圖4 上滑板圖5 中滑板 圖6 下滑板圖7 進給裝置4 用Pro/E軟件對切割機進行實體造型和裝配4.1 切割機各主要零件的實體造型圖8 軸的實體圖圖9 左夾具實體圖圖10 右夾具實體圖圖11 絲桿實體圖圖12 夾具實體圖圖13 上滑板實體圖圖14 中滑板實體圖圖15 下滑板實體圖圖16 進給系統實體圖4.2 切割機的裝配5 結束語在此次設計的過程中，培養了我的綜合運用所學知識的能力，

17、分析和解決實際中所遇到問題的能力，并且能鞏固和深化我所學的專業知識，使我在調查研究和收集資料等方面有了顯著的提高，同時在理解分析能力、制定設計計算和繪圖能力方面有較大的進步；另外我的技術分析和組織工作的能力也有一定程度的提高。致謝非常感謝學院領導和老師給我提供了這次良好的深入學習的機會和寬松的學習環境。通過這次畢業設計，不但使我將大學期間所學的專業知識再次回顧學習，而且也使我學到了專業領域中一些前沿的知識。非常感謝在本次設計中曾給予我耐心指導和親切關懷的老師及幫助過我的同學，正是由于他們的幫助和鼓勵才使我能夠在畢業設計過程中克服種種困難，最終順利完成論文，他們的學識和為人也深深地影響著我。在此，請允許我再次向曾直接給予我多次指導的導師表示最忠誠的敬意！同時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1成大先.機械設計手冊.北京：化學工業出版社，2004 2成大先.機械設計手冊 第四版.北京：化學工業出版社，2002 3毛謙德,李振清.袖珍機械設計手冊 第三版.北京：機械工業出版社，2007 4機械設計實用手冊編委會. 機械設計實用手冊.北京：機械工業出版社，20085陳立德. 機械設計