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1、设计题目：金相试样切割机的设计15摘 要金相试样切割机主要用于金相试样的截取和各种材料的下料、切口等，在冶金、汽车、航空航天等制造业中应用极为广泛。20世纪90年代后，金相制样技术发展极为迅速，金相试样切割机作为金相取样设备也取得了很大的进步。本设计通过对金相试样切割机的整体造型、机械结构和控制系统进行了分析，完成了切割机主体结构的设计，控制系统采用了铣床导轨原理，实现了低成本和手动化。最后确定切割机的装配总图。通过此次设计，掌握了相关设计的主要步骤，并对于ProE软件应用方面有了进一步的提高。关键词：金相试样切割机，机械设计，手动控制，控制系统，低成本Metallographic sampl
2、e 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 cent
3、ury, 90s, 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 machines overall design, mechanical structure and contr
4、ol 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 related
5、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 录1 引言12 设计要求13 切割机的总体设计过程23.1 电动机的选择23.1.1 选择电动机类型和结构形式23.1.2 电动机的参数选择23.2 传动机构的设计33.2.1 轴的计算33.2.2 轴的结构设计43.3 控
6、制系统的设计43.3.1夹具的主要结构与使用43.3.2 进给机构的设计54 用Pro/E软件对切割机进行实体造型和装配84.1 切割机各主要零件的实体造型84.2 切割机的装配145 结束语15致谢15参考文献161 引言金属零件的力学性能不仅与它的化学成分有关，也与它的金相组织密切有关。金相检验是控制和评定产品质量不可缺少的重要手段，是科学研究中研究新材料、新工艺和提高金属制品内在质量的重要方法。要进行金相分析，就必须制备能用于微观检验的样品 金相试样。通常，金相试样的制备要经过取样、镶嵌、磨光和抛光几个步骤。每个步骤都应该细心操作，因为任何阶段上的失误都可能影响最后的结果，因为这可能会造
7、成组织假象，从而得出错误的结论。金相试样的制备是通过切割机、镶嵌机、磨抛光机来完成。金相试样的截取是金相试样制备过程中一个重要环节。截取试样的方法有手锯、锯床、砂轮切割机和线切割机等等。根据零件的形状和材料，选择适当的方法来切割。目前砂轮切割机广泛应用于金相试样的截取上，主要原因是其适应性强，树脂砂轮片可切割软的金属零件如铜、铝及合金和硬的金属零件如淬火后的碳钢、高速钢；金刚石切割机可切割超硬材料如硬质合金、陶瓷等。另外其切割速度快、劳动强度低、操作简便和切割成本低。选择可靠性高的金相试样切割机，可以提高制样效率和质量，降低成本，提高经济效益。金相试样切割机主要特点：本切割机的切割砂轮直接固定
8、在与电动机的轴同轴线相连接的轴上，利用导轨的横向和纵向的移动来切割固定在钳口中的试样 电动机固定在底座上，轴套套在电动机的轴上，砂轮片由螺母和轴肩加以固定。加紧装置固定在导轨上滑板，可沿纵向移动的，由手柄的转动来移动钳口把试样夹紧在钳座中，当转动手柄时，就可以进行试样切割了。机器工作时，由罩壳将砂轮片等档住，以防冷却液飞溅和砂轮片碎裂时飞出伤人。2 设计要求金相试样切割机的具体设计要求为：（1）利用Pro/E软件设计（2）确定结构的尺寸（3）绘制相应的零件图、实体图及总装配图3 切割机的总体设计过程根据工件运动和砂轮片运动形式可将金相切割机分为两类，一类为工件运动，砂轮片固定不动的切割机；另一
9、类为工件固定不动，砂轮片运动的切割机。本切割机采用的运动方式是工件运动，砂轮片固定不动的切割模式。3.1 电动机的选择3.1.1 选择电动机类型和结构形式根据已知的电源、工作条件、和功率特点选择电动机的类型和结构形式是：Y2系列三相异步电动机。3.1.2 电动机的参数选择 根据设计任务书，由有关手册查出电动机性能参数如下：表1 电动机性能参数电动机型号额定功率满载转速kwr/minY2-631-40.121370电动机主要外形如图1所示，安装尺寸列于下表2：图1 电动机主要外形和安装尺寸表2 电动机的安装尺寸中心高H外形尺寸LACHD底脚安装尺寸AB底脚螺栓孔直径K轴伸尺寸DE装键部位尺寸FG
10、160225130180100807112348.53.2 传动机构的设计切割机的切割砂轮直接固定在与电动机的轴同轴线相连接的轴上，根据切割砂轮的规格尺寸设计轴的尺寸并检验。3.2.1 轴的计算 1) 安装切割砂轮的轴与电动机轴直接通过套筒连接，首先都轴进行设计计算。已知轴上的功率P，转速n，求转矩T： P=0.12KW n=1370r/min T=9550P/n =0.84N.M 2) 初步确定轴的最小直径 选取轴的材料为45钢，调质处理。根据有关手册取，于是得dmin=A0=112 =4.97 mm输入轴的最小直径显然是安装切割机砂轮处轴的直径d-,。根据砂轮的规格尺寸，故d- = 10
11、mm，L- = 8 mm 。3）轴的挠度计算由于轴与电机轴同步转动，选择联轴器。为了方便，联轴器与轴做成一体，长度L = 40 mm ，其中L- = 8 mm ，则L- = 32 mm 。挠度计算公式如下： ymax=Pa2(3L-a)/6EI=19.5mm为了满足切割砂轮的轴向定位要求，-轴段右端需制出一轴肩，而且为了避免电动机的轴向窜动，选择推力球轴承加以轴向固定。根据标准件轴承的内径尺寸，故取-段的直径d-=20mm.轴承类型：51204（GB/T 301-1995） 。 砂轮的轴向固定轮安装在轴上后，左端用轴肩来固定，右端使用螺母。所以轴的-段攻有螺纹，由于要留有砂轮装配空间，故螺纹长
12、度占有6mm。螺母规格：D=M10（GB/T 6174）3.2.2 轴的结构设计图2 轴3.3 控制系统的设计3.3.1夹具的主要结构与使用如图所示,该夹具由手轮、丝杆、丝母、左夹具、右夹具组成。丝母 和左夹具是固定不动的,当旋转手轮时,丝杆依靠螺旋作用前进或后退,用来夹紧或松开工件，丝母在夹紧或松开过程中起导向和支承作用。由此可见这种夹具是依靠非常简单的螺旋运动前进或后退,来实现对工件的夹紧或松开。例如我们驱动夹具压杆前进50mm ,压杆的螺距为5mm ,当手轮旋转一周时压杆前进了5mm。通过计算可知,若要实现压杆前进50mm ,手轮需旋转10圈。图3 夹紧装置关于夹紧力的计算,夹紧力的计算
13、可有下式进行:W = QL/（r1tg1 + r2tg(+2)）式中:Q 手驱动力取Q = 300N;L 手轮半径L = 10mm;r1 压杆端部与工件间的当量摩擦半径, 假设压杆与工件为点接触,则r1 = 0; r2 压杆螺纹中径的一半, r2 = 4.5mm(注:压杆螺纹为10mm) ;1 压杆端部与工件间的摩擦角, tg1 = 01;压杆螺纹升角;= 228;2 压杆螺纹螺旋副的当量摩擦角，2 = 638则夹紧力W1974(N) 。对工件的夹紧力为:W= Wf = 9868 0.7 =1382(N)f 卡爪与压杆之间的摩擦系数由此得出,该夹具已完全可以实现对工件的夹紧(一般砂轮切割机夹具
14、的的夹紧力只需800N1300N) 。3.3.2 进给机构的设计导轨由横向螺杆和纵向螺杆带动，横向螺杆通过导块运动带动导轨横向移动，纵向螺杆通过导块运动带动导轨纵向移动。螺杆一端分别安装有手轮，手轮上刻有刻度，以满足不同的切割要求。导轨为了实现横向和纵向进给，可以把工作台分为上滑板、中滑板、下滑板三部分。导轨的行程为80mm，则滑板尺寸的长、宽为100mm，而高度随情况而定，具体数值见图4、图5、图6。由于横向及纵向螺杆在进给过程中受力很小，强度及其他性能指标均能满足。根据情况选择螺杆直径为12mm，螺距为5mm，当手轮旋转一周时螺杆前进了5mm。手轮直径比螺杆稍大为20mm，上面刻有100个小格，每小格为0.05mm。导块与螺杆装配一起，在螺杆旋转时导块分别引领和带动上滑板或中滑板进行横向或纵向移动。故导块上开有螺纹孔，为了与螺杆配合，孔径为12mm，螺距为5mm。具体位置尺寸见图4、图5。为保证导轨正常工作，导轨滑动表面之间应保持适当的间隙。间隙过小，会增加摩擦阻力；间隙过大，会降低导向精度。导轨的间隙如依靠刮研来保证，工作量很大，而且导轨经过长期使用后，会
