xxxx大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 1 绪论
1.1 本课题的任务及研究的目的意义
本课题涉及盲人道停步块开槽机的设计。
盲人道停步块的结构是在300mm×300mm×30mm的花岗岩石板上均布36个小锥台，其加工过程是先在石板上开出直槽，然后加工锥台。开槽加工为停步石成形之前的预加工，需要在花岗岩石板上加工出纵横交错的宽14mm、深5mm的直槽。本专机用于成形加工前的开槽加工，要求加工出的直槽尺寸和形状均符合图纸的要求，生产效率要求≥20块/小时。
本课题的研究目的在于设计一种经济适用的盲人路停步块专机。解决目前加工中存在的生产率低、产品质量差、生产成本高的问题，以满足盲人路停步块开槽加工要求。
1.2 本课题拟解决的问题
目前在国外，石材加工的机械已经比较成熟，实现了一机多能、一机多用，能够较好地满足生产所需。但还没有专门的盲人路停步块开槽机。
国内目前针对花岗岩加工机械存在功能较为单一、自动化程度低、精度不高、人机交互性差、劳动强度大且生产效率低下的缺点。
盲人路停步块的结构是在300mm×300mm×30mm的花岗岩石板上均布36个小锥台。在加工锥台前需在板材上开出纵横交错的直槽，从而形成36个方形凸台。目前国内虽然已有成型的花岗岩板材开槽设备，但自动化程度低，生产效率低，操作不便、人机交互性差。盲人路停步石的开槽加工主要是采用手工完成的。加工时存在的问题主要有：
1、加工质量差
由于加工时主要是手工进行开槽加工，因此直槽分布不均，尺寸、形状及位置误差均较大；
2、生产效率低
加工时是逐个直槽进行加工，每加工完一个直槽，便需要将石板移位或道具，因此加工效率很低；
针对上述问题，本课题的研究拟在以下方面有所突破：
① 设计采用多刀加工，一次同时加工七条直槽，这样既可以提高生产效率，又能减
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xxxx大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 小直槽间的位置误差，从而提高加工质量。
② 设计进给传动系统，方便地实现石板的开槽加工。
③ 设计专用刀具，合理选用刀具材料，提高刀具耐磨性和形状保持性。
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xxxx大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 2 总体结构设计
2.1 总体布局方案的确定
2.1.1设计要求
盲人道停步块的结构是在300mm×300mm×30mm的花岗岩石板上均布36个小锥台，其加工过程是先在石板上开出直槽，然后加工锥台。开槽加工为停步块成形之前的预加工，需要在花岗岩石板上加工出纵横交错的宽14mm、深5mm的直槽，从而得到36个均布的36mm×36mm×5mm的正方形凸台，其结构如图2-1所示。
图2-1 产品结构图
2.1.2总体方案的确定
直槽的加工可以采用金刚石锯片刀具切削掉花岗岩石材上的多余部分，从而获得所需直槽。开直槽时，所需的切削运动为一个旋转主运动和一个直线进给运动，槽的宽度等于刀片厚度。因此，开槽时的切削运动与铣削相似，可以由刀具旋转实现主运动，工件直线移动实现进给运动。据此，本机床可以参照卧式铣床的布局结构形式。
针对盲人道停步块开槽加工的要求，加工时可以有两种工艺方案：一种是单槽加工，即在主轴上装一把刀具进行加工，通过工作台的横向移动及纵向移动实现工件的进给运动和加工位置的变换，逐一完成七道直槽的加工；另一种是在主轴上装7把刀具同时将7条直槽加工出来。前者的生产效率明显比后者要低，辅助时间长，工作台的定位、移动比较
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xxxx大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 繁琐，但主轴箱中轴的安放比较方便；后者的效率虽然高，但对主轴的强度要求较高。经过仔细分析与研究，选择后一种加工方案，也就是一次完成全部七条直槽的加工。
2.2 传动系统方案的确定
2.2.1 主传动系统方案的确定
本设计中用电机作为动力源，根据所选电机的功率、转速，刀具的功率、转速以及结构尺寸分析，传动系统可由带传动系统构成。通过带传动一次降速，满足对刀具转速的要求。
2.2.2进给系统方案确定
由于设计的机床要求提高生产率、加工质量，同时要尽量降低专机制造成本。所以系统采用直流伺服电机，伺服电机直接与滚珠丝杠对中连接。丝杠固定于基座上，工件固定在工作台上，伺服电机驱动丝杠转动，由固定与工作台上的滚珠丝杠螺母带动工作台的运动实现工件的进给运动。 2.2.3 进位系统方案确定
本次设计的开槽机的加工对象为花岗岩，其维氏硬度为7-7.5之间硬度很大，属于难加工材料。尽管采用了维氏硬度更大的人造金刚石作刀头进行切割加工，但加工过程中对刀具的磨损仍然很大，随着刀具的磨损，刀具与工作台之间的间隙就会增大，加工深度随之减小。因此加工一段后就需要调整刀具与工作台之间的间隙，以保证切割深度5mm不变，同时使刀具的利用率最大化，解约加工成本。进位系统才丝杠螺母机构，螺母固定与机本体上，同时与一对啮合的锥齿轮中的从动轮相连，丝杠固定于工作台上，通过摇动手柄带动使与之相连的主动轮转动，从而带动丝杠上下运动，实现工作的上下进位运动。
2.3刀具结构方案的确定
参照目前花岗岩的切削加工，多采用人造金刚石刀片进行切削加工，考虑到工件的形状要求，需要刀具切削部分要有较好的形状保持性。普通的金属切割刀片难以满足要求。经调查，有直接用激光焊接技术将人造金刚刀头以青铜为粘结剂焊接在45钢刀体上。人造金刚石层厚度在40mm左右。这种刀具切削效果较好，能够满足加工要求。
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xxxx大学机电工程学院本科毕业设计（论文） 3 主传动系统的设计
参考相似类型的花岗岩切割机、卧式铣床结构，初步选用电机作为动力源，一般情况下切割运动的主轴转速为1000r/min?2000r/min，切割机的进给速度v?0.2?0.8m/min。这里取主轴转速为1440r/min，因为设计的开槽机加工对象单一，为花岗岩。所以切削的主运动可采用恒速度切削，因此，主轴在整个加工过程中无需变速，主传动系统采用一级减速带传动即可达到主轴所需的速度 。采取此结构不仅可以简化机械传动系统，还简化了控制系统，设计过程中选用普通的三相异步电动机即可满足设计要求，有利于降低开槽机的制造成本，有利于开槽的批量生产。
3.1 动力参数的确定
3.1.1 电动机的选择
参考其他相似类型的花岗岩切割机，通过实验模拟切割用量，初步拟定加工时每一把刀具切割时所需的功率为0.7KW，则由7把刀同时加工所需功率：
p?0.7?7?4.9KW
电动机输入功率：
P0?p/???p/??12?3?3
式中:??——主传动所需要的总效率。
?1——V带传动效率 ?1?0.96。
?2——电动机效率 ?2?0.87。 ?3——滚动轴承效率 ?3?0.99。 代入上式得：???0.802
P0?p/???4.9/0.802?6.1KW
故选用Y132S1?2电动机，其功率为7.5KW，转速为2900r/min。
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