金相試樣切割機(jī)的設(shè)計(jì)目錄1.引言和設(shè)計(jì)要求 31.1引言 31.2.目的及意義 31.3.設(shè)計(jì)要求 42.切割機(jī)的工作原理 43.方案擬定與設(shè)計(jì)內(nèi)容 53.1控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 53.1.1夾具的主要結(jié)構(gòu)與使用 53.1.2進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 93.2選擇電動(dòng)機(jī) 143.2.1選擇電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu)形式 143.2.2選擇電動(dòng)機(jī)的參數(shù) 143.3設(shè)計(jì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 153.3.1軸的計(jì)算 153.3.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 173.3.3機(jī)座的設(shè)計(jì) 183.4切割機(jī)的裝配 204冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 205結(jié)束語(yǔ) 20參考文獻(xiàn)： 22摘要：在生活中有些金屬也是十分常見的東西,智能手機(jī)、電腦、鍋碗瓢盆都被認(rèn)為是含有這些金屬的組成成分,可以這么說日常生活中都離不開這些金屬,生活中這些金屬占了百分之八十。金相試樣切割機(jī)的主要作用是進(jìn)行金相試樣的切割以及各類材料進(jìn)入和切割,通常被廣泛應(yīng)用于冶金,汽車,航空和民用機(jī)械等制造行業(yè)。20世紀(jì)末,金相樣品的制備工藝技術(shù)進(jìn)步迅速。作為金相樣品制備的主要設(shè)備,金相樣品切割機(jī)必須已經(jīng)發(fā)展并取得了顯著成就。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中,簡(jiǎn)單地介紹了金相試樣切割機(jī)的機(jī)械總體結(jié)構(gòu)形狀,機(jī)械結(jié)構(gòu)及其控制原理系統(tǒng),并對(duì)金相試樣切割機(jī)的主要機(jī)械部件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。該控制系統(tǒng)采用銑床導(dǎo)軌原理，實(shí)現(xiàn)了低成本和手動(dòng)操作。通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，掌握相關(guān)設(shè)計(jì)的主要步驟，并提高對(duì)相關(guān)軟件的使用能力，并通過軟件畫出相應(yīng)的零件圖和裝配圖。關(guān)鍵詞：金相試樣切割機(jī)；機(jī)械設(shè)計(jì)；手動(dòng)控制；低成本1.引言和設(shè)計(jì)要求1.1引言金屬的性質(zhì)與其的金相結(jié)構(gòu)和它的組成有關(guān)。在一些企業(yè)控制和考核評(píng)定中，金相檢驗(yàn)作為其中不可或缺的一種技術(shù)手段。金相檢驗(yàn)在研究一些材料、技術(shù)和切割金相的質(zhì)量有著重要地位。首先如果要對(duì)金相進(jìn)行分析，就要先設(shè)計(jì)出能夠被普遍接受的方法。這就用到金相切割了，可以切割微量進(jìn)行測(cè)定—金相試樣樣品。通常在制取樣品時(shí)要進(jìn)行取樣、鑲嵌、打磨和拋光等幾個(gè)步驟，這樣所只取得樣品才可以進(jìn)行檢驗(yàn)。這些步驟都必須仔細(xì)去進(jìn)行，不能有一點(diǎn)的錯(cuò)誤。因?yàn)榻鹣鄻悠范际呛苄〉牟糠址磻?yīng)整個(gè)金屬的特性，如果因?yàn)椴僮鞣治龅腻e(cuò)誤可能會(huì)得出錯(cuò)誤的金屬特性，就容易走上歪路。常用的制取金相試樣樣品的方式有:手鋸、電鋸、線切割、火焰切割和水刀等，本次設(shè)計(jì)主要說明的是用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)砂輪旋轉(zhuǎn)達(dá)到切割的目的。目前樹脂砂輪片用的比較多主要的技術(shù)原因是其對(duì)不同溫度季節(jié)變化的自動(dòng)適應(yīng)能力強(qiáng),樹脂材料砂輪片割機(jī)可以廣泛用于快速切割柔韌、耐熱的各種金屬材料零部件,例如銅、鋁及其他合金;硬型金剛石砂輪切割研磨機(jī)能用于切割各種硬型超硬金屬物料,例如硬質(zhì)的高強(qiáng)度的合金、陶瓷、鉆石等。金相試樣切割機(jī)有著切割速度快、操作便捷、成本低。解放勞動(dòng)力等優(yōu)點(diǎn)。選擇合適的切割機(jī)可以大幅度的有效改善機(jī)床的工作效率，節(jié)約成本，增加產(chǎn)量。1.2.目的及意義金相試樣切割機(jī)主要的用途在一些機(jī)械制造方面，主要就是對(duì)金屬材料進(jìn)行切割，切割成需要的形狀和大小。被廣泛用在機(jī)械制造廠，汽車行業(yè)甚至在航空航天領(lǐng)域都用的到。上個(gè)世紀(jì)九十年代之后，金相試樣切割機(jī)設(shè)備在我國(guó)已經(jīng)被大量的運(yùn)用了，也直接促進(jìn)了切割機(jī)的制造在我國(guó)的快速發(fā)展。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是對(duì)金相切割機(jī)的形狀，機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和進(jìn)給機(jī)構(gòu)進(jìn)行介紹。并對(duì)金相試樣切割機(jī)的主體機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析,控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是一種利用銑床主軸引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)軌道的機(jī)械工作傳動(dòng)原理,可以做到降低材料成本和簡(jiǎn)單的手動(dòng)操作。在此次設(shè)計(jì)中可以更好的鞏固所學(xué)知識(shí)，可以冷靜分析問題、多方面考慮問題，在實(shí)驗(yàn)中將自己所學(xué)知識(shí)綜合的運(yùn)用起來(lái)。提高自己的思維能力和動(dòng)手能力。1.3.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）確定切割機(jī)的工作原理（2）確定切割機(jī)的進(jìn)給裝置和傳動(dòng)裝置（3）確定相關(guān)尺寸并畫出零件圖和裝配圖2.切割機(jī)的工作原理本切割機(jī)的切割砂輪的軸和電動(dòng)機(jī)的軸是直接相連的，是在同一軸線上。將電動(dòng)機(jī)固定住，將砂輪片通過螺母和軸肩固定在電動(dòng)機(jī)同軸上，電動(dòng)機(jī)是固定在機(jī)座上。利用導(dǎo)軌能夠水平和垂直方向上的移動(dòng)，來(lái)控制被夾緊在鉗口工件的位置。夾緊裝置在進(jìn)給裝置上面，夾緊裝置是橫向運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄移動(dòng)夾具，從而達(dá)到夾緊工件的目的。圖2-1相同類型切割機(jī)原理圖如圖為同類型切割機(jī)-微晶復(fù)合板切割機(jī)。可從圖中可看出，切割機(jī)的砂輪片固定不動(dòng)，通過下面的機(jī)床固定住工件然后移動(dòng)工件就可以達(dá)到切割的目的。本設(shè)計(jì)的金相切割機(jī)和上圖切割機(jī)工作方式相同，所以以此作為參考設(shè)計(jì)所需的切割機(jī)。3.方案擬定與設(shè)計(jì)內(nèi)容確定切割機(jī)運(yùn)動(dòng)模式，目前可以將金相切割機(jī)分為兩類：一種是工件在往復(fù)運(yùn)動(dòng)，砂輪片連接在電動(dòng)機(jī)上固定不動(dòng)，利用工件來(lái)回運(yùn)動(dòng)去靠近切割機(jī)達(dá)到切割目的;另一種使用類型是為保持工件不動(dòng)，砂輪片運(yùn)動(dòng)的金相切割機(jī)。本金相切割機(jī)中所需要采用的運(yùn)動(dòng)模式就是第一種：砂輪片固定不動(dòng)，由工件運(yùn)動(dòng)達(dá)到切割的目的。確定控制系統(tǒng)--夾緊裝置和進(jìn)給裝置,選擇適當(dāng)?shù)碾妱?dòng)機(jī)和軸的尺寸,畫出裝配圖和零件圖。3.1控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1.1夾具的主要結(jié)構(gòu)與使用將一個(gè)工件穩(wěn)定地固定在一個(gè)工作臺(tái)上,采用的方式就是左右兩個(gè)夾具同時(shí)夾住一個(gè)工件,通過兩個(gè)手輪的轉(zhuǎn)動(dòng),移動(dòng)一個(gè)夾具的方向前進(jìn)后退,從而直接實(shí)現(xiàn)了對(duì)一個(gè)工件的固定。如圖所示,夾具由一個(gè)手輪,螺母,螺桿、左夾具和右夾具共同組成,左夾具和螺母是被固定在絲桿上。當(dāng)旋轉(zhuǎn)手輪時(shí),螺絲在螺旋帶動(dòng)下前進(jìn)或者后退帶動(dòng)著夾具往前或往后運(yùn)動(dòng)。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的夾緊或是松開。絲母在運(yùn)動(dòng)中起到引導(dǎo)作用。綜上所述該運(yùn)動(dòng)模式非常簡(jiǎn)單:就是通過手輪簡(jiǎn)單的螺旋運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成夾具水平方向上的運(yùn)動(dòng)。例如,我們將一個(gè)夾緊壓力桿推動(dòng)手輪往前驅(qū)動(dòng)100mm,壓力桿的螺距為10mm,并且當(dāng)壓力桿推動(dòng)手輪旋轉(zhuǎn)一圈時(shí),壓力桿推動(dòng)手輪前進(jìn)10mm。所以通過簡(jiǎn)單可得如果想要將壓桿前進(jìn)100mm,則很容易將手輪轉(zhuǎn)動(dòng)10次。螺旋夾緊機(jī)構(gòu)的自鎖性能好適用于手動(dòng)夾緊。圖3-1螺旋夾緊機(jī)構(gòu)計(jì)算夾緊力:W=QL/（r1tgΦ1+r2tg(α+φ2)式中:Q—手驅(qū)動(dòng)力取Q=300N;L—手輪半徑L=10mm;r1—摩擦半徑r1=0;r2=4.5mm(注:壓桿螺紋為mm);Φ1—摩擦角,tgΦ1=1;α—壓桿螺紋升角;α=2°30';Φ2—當(dāng)量摩擦角，Φ2=6°38則夾緊力W≈1980（N）對(duì)工件的夾緊力為：W'=Wf=1980×0.7=1386(N)f—摩擦系數(shù)(f=0.7)由計(jì)算可知，夾緊力為1386N，一般的夾住工件的夾緊力在800N~1300N之間，所以所設(shè)計(jì)的夾具能夠滿足所需。此外，將右夾具分為兩個(gè)部分，為了方便隨著絲桿移動(dòng)而前進(jìn)和后退。如下圖所示：圖3-2夾具下部圖3-3夾具上部圖3-4夾具裝配圖圖3-5右夾具裝配圖圖3-6左夾具裝配圖圖3-7絲桿裝配圖絲桿實(shí)體圖:當(dāng)右側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)手輪時(shí),絲桿可以依靠著旋轉(zhuǎn)的作用帶動(dòng)右側(cè)夾具沿水平方向向上前進(jìn)或者向下退,達(dá)到了夾緊或者放松工件的目標(biāo)。絲母在其中起導(dǎo)向作用。圖3-8夾具裝置總實(shí)體圖整個(gè)夾具裝置實(shí)體圖：如圖可以看出左夾具固定不動(dòng)，靠右邊的手輪旋轉(zhuǎn)帶著右夾具前進(jìn)來(lái)固定工件3.1.2進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是為了讓工件在夾具上可以更好的移動(dòng)，左右前后的移動(dòng)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)中導(dǎo)軌的運(yùn)動(dòng)也是通過手柄然后旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)。水平螺釘驅(qū)動(dòng)的導(dǎo)軌是通過引導(dǎo)塊的移動(dòng)而水平螺釘移動(dòng),而水平縱向螺釘驅(qū)動(dòng)的導(dǎo)軌是通過引導(dǎo)塊移動(dòng)而水平縱向移動(dòng)。在每個(gè)螺絲一端設(shè)置了一個(gè)手輪,手輪的旋轉(zhuǎn)處可有精度為0.5mm的刻度，能夠比較精確的滿足大部分的切割要求。將導(dǎo)軌分成三個(gè)部分：上滑塊、中滑塊和下滑塊。導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度的設(shè)置為100mm，設(shè)計(jì)滑塊尺寸為長(zhǎng)：100mm，寬：100mm。因?yàn)槲覀冞@是切割機(jī)將工件放在工作臺(tái)是直接切割完，高度只需將砂輪品的最低點(diǎn)能接觸到絲桿即可，不做嚴(yán)格要求。由于橫向和縱向的螺釘是在進(jìn)給過程中承受的較少,因此它們可以滿足高強(qiáng)度和其它的性能指標(biāo)。所需要選擇的是螺桿的直徑分別為20mm,螺距分別為5mm,將導(dǎo)塊和螺桿緊密地鏈接到一起,螺桿的旋轉(zhuǎn)就是,這樣才能夠帶動(dòng)導(dǎo)塊的運(yùn)動(dòng),帶動(dòng)上滑塊和下部的水平或者是縱向的移動(dòng)。因此,引導(dǎo)塊內(nèi)部設(shè)置的是一個(gè)有螺紋孔。為了同螺絲相互配合,孔的長(zhǎng)度為20mm,螺距應(yīng)該是5mm。為了能夠保證導(dǎo)軌在各個(gè)部分之間都能夠正常地運(yùn)行,要使導(dǎo)軌之間的部分要有間隙。間隙要選擇合適，選擇的過大或者過小都會(huì)不符合要求。要么會(huì)增加摩擦力機(jī)器的損耗過大，或者會(huì)影響精度。導(dǎo)致導(dǎo)軌在經(jīng)過一段時(shí)間的使用,會(huì)造成一定程度的磨損,所以必須考慮到這個(gè)調(diào)整,因此也需要有一個(gè)可以調(diào)整間隙的裝置。為了能夠在水平和豎直方向上調(diào)整間隙，所采用的導(dǎo)軌形式為燕尾槽。這樣就可以進(jìn)行調(diào)整。利用螺釘調(diào)整和確定嵌入線的鑲條具體如下：圖3-9上滑板設(shè)計(jì)圖圖3-10上滑板實(shí)體圖上滑板：為了調(diào)整摩擦，采用燕尾槽式導(dǎo)軌，上滑板和中滑板式水平方向上左右移動(dòng)。圖3-11中滑板設(shè)計(jì)圖圖3-12中滑板實(shí)體圖中滑板連接上滑板和下滑板，所以有兩個(gè)燕尾槽導(dǎo)軌，分別是和上滑板左右移動(dòng)；和下滑板前后移動(dòng)。圖3-13下滑塊設(shè)計(jì)圖圖3-14下滑板實(shí)體圖下滑板和中滑板相結(jié)合，使導(dǎo)軌左右移動(dòng)。這樣工件的前后左右移動(dòng)都可以做到了，高度的話隨實(shí)際情況而定。圖3-15進(jìn)給系統(tǒng)實(shí)體圖從實(shí)體圖我們可以看出我們進(jìn)給所需的都已經(jīng)具備了，我們先通過夾具裝置可以將工件固定住，因?yàn)樯拜喦懈顧C(jī)使固定不動(dòng)的，所以為了能準(zhǔn)確的將工件對(duì)準(zhǔn)在切割機(jī)下，我們?cè)O(shè)計(jì)了燕尾槽導(dǎo)軌，利用上中下導(dǎo)軌之間的移動(dòng)，從而做到橫向和縱向的切割進(jìn)給。3.2選擇電動(dòng)機(jī)3.2.1選擇電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu)形式本次所設(shè)計(jì)的金相切割機(jī)為小型手動(dòng)切割機(jī)，所適合的電動(dòng)機(jī)選擇Y2-三相異步電動(dòng)機(jī)。3.2.2選擇電動(dòng)機(jī)的參數(shù)根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》217頁(yè)，所選擇的電動(dòng)機(jī)參數(shù)表1，主要外形如下圖16：表3-1電動(dòng)機(jī)的功率及轉(zhuǎn)速參數(shù)電動(dòng)機(jī)型號(hào)額定功率滿載轉(zhuǎn)速千瓦轉(zhuǎn)每分鐘Y801-40.551390圖3-16電動(dòng)機(jī)主要外形和安裝尺寸3.3設(shè)計(jì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)切割機(jī)的切割砂輪的軸與電動(dòng)機(jī)的軸固定在同一條軸線的軸上，軸的尺寸是依據(jù)切割機(jī)砂輪的尺寸來(lái)卻確定的，并進(jìn)行檢驗(yàn)。3.3.1軸的計(jì)算（1）計(jì)算轉(zhuǎn)矩這里的軸是指通過套筒連接切割機(jī)砂輪的軸和電動(dòng)機(jī)的軸，接著對(duì)軸進(jìn)行計(jì)算。已知軸上的功率P=0.55KW,n=1390rpm，求轉(zhuǎn)矩T：根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》可知轉(zhuǎn)矩的公式：T=9550P/n。P=0.55KWn=1390rpmT=9550P/n=3.78N.M（2）計(jì)算軸的最小直徑軸的通常選擇的材料為45鋼。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》選取C=115，于是得：?m外伸軸裝聯(lián)軸器處的軸端直徑就是最小直徑?I=?min（3）軸的撓度由前文可知電動(dòng)機(jī)的軸和砂輪片的軸用聯(lián)軸器相連，將聯(lián)軸器和砂輪片的軸做成一體，安全方便。長(zhǎng)度L=50mm，其中LII=10mm,則LII-III=40mm。撓度計(jì)算如下：y式中：P—切割時(shí)的力，P=5N；a—切割點(diǎn)和支撐點(diǎn)之間距離，a=40mm；L—軸的長(zhǎng)度，L=50mm；E—彈性模量，查手冊(cè)：E=210GPa；[y]—許用撓度，[y]=0.045mm。則d≥20.13mm如果要求切割機(jī)砂輪的軸定位正確,I-II軸段的左端在轉(zhuǎn)速上需要暴露一截作為軸承的肩,為了減少誤差和避免電動(dòng)機(jī)因旋轉(zhuǎn)而導(dǎo)致軸移動(dòng)出現(xiàn)危險(xiǎn)，選用推力球軸承。推力球軸承則是適用于轉(zhuǎn)速不高,但軸向力不大的應(yīng)用場(chǎng)合。根據(jù)各種標(biāo)準(zhǔn)件軸承的內(nèi)徑和尺寸,故采用3段軸承直徑dII-dIII=22mm.軸承的類型:51204(GB/T301-1995)(軸承的內(nèi)徑20mm,外徑40mm)。切割機(jī)的軸向固定輪確定后，固定輪的右邊用軸承肩膀固定，再用螺母加固。因此軸的I-II段裝配時(shí)沒有螺紋。螺母規(guī)格:D=M10(GB/T6174)(無(wú)倒角六角螺母)3.3.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖3-17軸軸的實(shí)體圖如下：圖3-18軸裝配圖3.3.3機(jī)座的設(shè)計(jì)查閱資料適合的機(jī)座大小設(shè)置為長(zhǎng)330mm，寬255mm。底座打有四個(gè)孔徑，用來(lái)固定電動(dòng)機(jī)，砂輪片切割的方式有兩種：一種是利用砂輪片側(cè)面邊緣進(jìn)行切割；一種是利用切割機(jī)的下方的邊緣驚醒切割。下面分析兩種切割方法的好壞。方案一：利用砂輪片的右側(cè)那個(gè)邊緣可以去進(jìn)行金相切割。優(yōu)點(diǎn)就是方便切割拆卸和安裝，還特別預(yù)留了一個(gè)圓形漏口后,可以有效的使未被切割的殘余材料和冷卻液可以通過漏口流出,避免其到處碎屑涌出,安全性上也自然會(huì)隨之有一定不同程度的得到提高。該種切削方法的主要缺陷之一缺點(diǎn)就是其在切割連續(xù)時(shí)間有效的長(zhǎng)度和連續(xù)切割時(shí)間距離相對(duì)較小。方案二：利用砂輪片下部金屬邊緣處理去切割金相試樣。其最大優(yōu)點(diǎn)之處在于:實(shí)際有效地進(jìn)行切割的時(shí)間距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)地要高于解決方案一大半允許。但也還是可能有其他的一些缺陷,就是不僅僅能夠更加方便地準(zhǔn)確進(jìn)行各種金屬切屑試樣的正確配置,而且為了更加有效地準(zhǔn)確控制金屬切屑和注入冷卻液,需要在每個(gè)模具上另外加裝一個(gè)罩殼。總之，根據(jù)上述的優(yōu)缺點(diǎn)分析，所選擇的切割方法選擇的是方案一。方案一的設(shè)計(jì)質(zhì)量應(yīng)該優(yōu)于這套設(shè)計(jì)方案二,故如果在圖中選定了這套設(shè)計(jì)方案一,再安裝電動(dòng)機(jī)時(shí)，需要將底座架高點(diǎn)。這樣才能更好的切割到金相試樣。圖3-19方案一圖3-20方案二3.4切割機(jī)的裝配圖3-21切割機(jī)裝配圖4冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)切割機(jī)在進(jìn)行切割是會(huì)產(chǎn)生高溫，如果不及時(shí)進(jìn)行降溫會(huì)對(duì)切割機(jī)零件造成損壞，所以要設(shè)計(jì)一個(gè)冷卻裝置保證系統(tǒng)不會(huì)過熱，保障切割質(zhì)量。本系統(tǒng)的冷卻裝置是采用多個(gè)噴口，同時(shí)對(duì)砂輪進(jìn)行噴水，從不同高度進(jìn)行噴水，切割機(jī)砂輪在進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，能夠?qū)⒔禍氐饺轿唬_(dá)到很好的效果。冷卻后的冷卻液流入水箱，經(jīng)過沉淀和過濾，能夠重新進(jìn)行利用，此時(shí)可以循環(huán)冷卻，節(jié)約水資源，減少污染。5結(jié)束語(yǔ)目前我國(guó)的金相切割機(jī)的技術(shù)取得的成果已經(jīng)相對(duì)成熟，本