Z1E石材切割机的主要装置的设计
Z1E石材切割机的主要装置的设计
1 引言
随着经济的发展和人们生活水平的提高，对居家环境的要求也进一步提高，因此作为高档次的居家装修材料——石材的需求量也逐年增加，由于天然石材的不规则性和石材资源的有限性使用使得石材的合理使用方法——石材切割技术得到迅速的发展。因此石材切割机的需求量也大量增加，设计出在性能上满足使用者要求的经济型石材切割机就显得尤为迫切。
传统手工型材切割机用人工方式控制砂轮进给,操作工的劳动强度较大,切割断面不平整,切割粉尘和碎屑四处飞溅,可能引起健康和环保问题。随着技术的发展，石材切割机向着轻便、超薄、数控、自动化、节能、环保、减少对人体的伤害、美观的方向发展。
伴随着数字化设计与制造技术的飞速发展，运用计算机辅助设计CAD/CAM，能够设计出性能结构优异的切割机产品。
1.1 国内外主要石材切割机的概述
a) 单臂石材切割机：单臂石材切割机凭借其结构紧凑，工作平稳，操纵轻便灵活，安装维修方便的特点在石材加工中得到广泛地应用。
b) 移动式石材切割机：该机可直接在荒山矿料上直接切割加工生产各种规格板材，可彻底淘汰取代传统炸药与凿岩等开采方式。该机操作灵活，安装方便，加工效率快，板材成品率高。
c) DBS-1双向石材切割机：该机为单柱臂式，工作台液压推进，无级调速，结构先进合理，操作方便，维修容易，适于切割块度较小的荒料，能切割在长度方向上拼接的荒料。该机主要切割大理石，也可切割花岗石等材料。
d) 超薄型石材切割机：该机可锯10mm以下的石材,该机具有手动和自控两种功能,可任意选择锯片,工作台移动行程大，板面误差小于0.5mm，锯片最小厚度可达6mm。
e) 数控超薄型天然复合石材切割机：该机运动平稳，金刚石工具刀口小，石材利用率高，能节省石材资源和能源，石材表面切割质量好尺寸精度高，废品率低。
f) 电动石材切割机：该机适用于建筑装潢，石材加工，开槽作业，它具有切削效率高，加工质量好，使用简便，劳动强度低的特点。
1.2 本课题的研究目的
本课题的主要目的现有的Z1E型石材切割机技术，进行优化，设计及改进，将现代设计方法运用于石材切割机设计中，提高其使用性能，增强其安全性。
1.3 Z1E石材切割机的设计要求及主要参数
Z1E石材切割机由外壳、转定子、传动齿轮、轴承、锁定开关、起停开关、深度调节钮、底板、防护罩、切割片等组成。
Z1E石材切割机（云石机）可分别对石料进行不同深度的切割加工，可对小于1立方米的石料进行加工，能变废为宝，大大节约石料资源，也有利于保护环境。可对各种类型的石料进行机械切割加工，加工效率较高，加之有效利用小型石料，使生产成本较低。
具体参数：
额定电压：220V
额定输入功率：850W
最大直径：110mm
最大锯深：30mm
空载转速：11000r/min
外形尺寸：220x230x170mm
2 Z1E石材切割机的主要装置的设计
2.1 传动装置的主轴的设计
2.1.1 轴的简介
轴是支承转动零件并与之一起回转以传递运动、扭矩或弯矩的机械零件。一般分为转轴、心轴和传动轴，电机上使用的就是转轴，这也是机械中最常见的轴，工作时既承受弯矩又承受扭矩。在设计轴的时候需要根据电机的转速、扭矩、结构、应用环境等选择轴的材料，设计轴的结构，计算轴的工作能力。
2.1.2 轴材料的选取
轴的材料选择主要根据对轴的强度、刚度、耐磨性的要求以及制造工艺性决定，在选择轴的材料时要根据情况选择，力求经济合理。轴的材料主要采用碳素钢或合金钢，也可采用球墨铸铁或合金铸铁等，一般电机轴采用45 优质碳素钢，因为45 钢导磁性能较好，当然如果电机的工作环境比较潮湿，为了防锈，会用不锈钢来代替。所以传动主轴选用45钢，并进行调质处理。
2.1.3 轴的结构设计
轴的结构设计是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。在设计轴的时候有以下要求：
a)轴应该便于制造，轴上零件要易于装拆。
b)轴和轴上零件要有准确的工作位置。
c)各零件要牢固而可靠地相对固定。轴与转子的安装是通过热套工艺，将转子加热，利用热胀冷缩的原理，将烘箱内烘热的转子套进轴里，调整到合适的位置后冷却固定。
d)改善应力状况，减小应力集中。
2.1.4 轴的计算
选取轴的材料为45钢，调质处理，根据设计手册及表2.1中的数据，选取Ao=110
表2.1 轴常用的几种材料的[]及Ao值
轴的材料 Q235，20 Q275,35 45 40Cr、35SiMn、38SiMnMo、3Cr13
[]/MPa 15～25 20～35 25～45 35～55
Ao 149～126 135～112 126～103 112～97
a）按扭转强度校核计算估算轴径 (2.1)
对于有2个键槽时，应增大10%～15%，所以增大至5.4mm
b) 轴上转矩 (2.2)
c)轴的确定
查取轴径的标准值，以及使用的要求，将取为8mm。
d）轴承类型的选用要求
由于切割机使用过程中的会形成粉尘环境，所以在轴承装置设计选用时，要采取防尘措施，否则会影响其工作效率及寿命，所以在切割机的轴承设计选择时，均选用带防尘盖的深沟球轴承。
e）轴的结构简图
图2.1 轴的结构图
f)轴上其他各段直径与长度的确定
由于切割机的转子轴是旋转电机圆柱轴伸，所以根据设计手册，第一段长度为18mm。第一段轴安装传动斜齿轮，第二段轴是用来安装轴承的，根据定位轴肩的高度一般取为，所以=10mm。
第二段轴处安装轴承，选用的6000-Z轴承，轴承的基本参数为B=8mm，所以=8mm。
第三段轴上安装散热叶轮，且第三段轴起定位轴承的作用，由于滚动轴承的定位轴肩高度必须低于轴承内圈端面的高度，以便拆卸轴承，查手册得6000-Z轴承的，此处还要考虑到叶轮的凸台直径为20mm，所以。考虑到叶轮不易向壳体内部过度的安装，所以=16mm。
由于第四段轴不起轴肩定位作用，所以对于非定位轴肩是为了加工和装配的方便而设置的，其高度没有严格的规定，一般取为1～2mm，这里取h为1m。所以由于第四段轴是用来安装转子的，其长度由转子的长度决定，同时还要考虑到绕线的突出部分，所以=75mm。
1 引言
随着经济的发展和人们生活水平的提高，对居家环境的要求也进一步提高，因此作为高档次的居家装修材料——石材的需求量也逐年增加，由于天然石材的不规则性和石材资源的有限性使用使得石材的合理使用方法——石材切割技术得到迅速的发展。因此石材切割机的需求量也大量增加，设计出在性能上满足使用者要求的经济型石材切割机就显得尤为迫切。
传统手工型材切割机用人工方式控制砂轮进给,操作工的劳动强度较大,切割断面不平整,切割粉尘和碎屑四处飞溅,可能引起健康和环保问题。随着技术的发展，石材切割机向着轻便、超薄、数控、自动化、节能、环保、减少对人体的伤害、美观的方向发展。
伴随着数字化设计与制造技术的飞速发展，运用计算机辅助设计CAD/CAM，能够设计出性能结构优异的切割机产品。
1.1 国内外主要石材切割机的概述
a) 单臂石材切割机：单臂石材切割机凭借其结构紧凑，工作平稳，操纵轻便灵活，安装维修方便的特点在石材加工中得到广泛地应用。
b) 移动式石材切割机：该机可直接在荒山矿料上直接切割加工生产各种规格板材，可彻底淘汰取代传统炸药与凿岩等开采方式。该机操作灵活，安装方便，加工效率快，板材成品率高。
c) DBS-1双向石材切割机：该机为单柱臂式，工作台液压推进，无级调速，结构先进合理，操作方便，维修容易，适于切割块度较小的荒料，能切割在长度方向上拼接的荒料。该机主要切割大理石，也可切割花岗石等材料。
d) 超薄型石材切割机：该机可锯10mm以下的石材,该机具有手动和自控两种功能,可任意选择锯片,工作台移动行程大，板面误差小于0.5mm，锯片最小厚度可达6mm。
e) 数控超薄型天然复合石材切割机：该机运动平稳，金刚石工具刀口小，石材利用率高，能节省石材资源和能源，石材表面切割质量好尺寸精度高，废品率低。
f) 电动石材切割机：该机适用于建筑装潢，石材加工，开槽作业，它具有切削效率高，加工质量好，使用简便，劳动强度低的特点。
1.2 本课题的研究目的
本课题的主要目的现有的Z1E型石材切割机技术，进行优化，设计及改进，将现代设计方法运用于石材切割机设计中，提高其使用性能，增强其安全性。
1.3 Z1E石材切割机的设计要求及主要参数
Z1E石材切割机由外壳、转定子、传动齿轮、轴承、锁定开关、起停开关、深度调节钮、底板、防护罩、切割片等组成。
Z1E石材切割机（云石机）可分别对石料进行不同深度的切割加工，可对小于1立方米的石料进行加工，能变废为宝，大大节约石料资源，也有利于保护环境。可对各种类型的石料进行机械切割加工，加工效率较高，加之有效利用小型石料，使生产成本较低。
具体参数：
额定电压：220V
额定输入功率：850W
最大直径：110mm
最大锯深：30mm
空载转速：11000r/min
外形尺寸：220x230x170mm
2 Z1E石材切割机的主要装置的设计
2.1 传动装置的主轴的设计
2.1.1 轴的简介
轴是支承转动零件并与之一起回转以传递运动、扭矩或弯矩的机械零件。一般分为转轴、心轴和传动轴，电机上使用的就是转轴，这也是机械中最常见的轴，工作时既承受弯矩又承受扭矩。在设计轴的时候需要根据电机的转速、扭矩、结构、应用环境等选择轴的材料，设计轴的结构，计算轴的工作能力。
2.1.2 轴材料的选取
轴的材料选择主要根据对轴的强度、刚度、耐磨性的要求以及制造工艺性决定，在选择轴的材料时要根据情况选择，力求经济合理。轴的材料主要采用碳素钢或合金钢，也可采用球墨铸铁或合金铸铁等，一般电机轴采用45 优质碳素钢，因为45 钢导磁性能较好，当然如果电机的工作环境比较潮湿，为了防锈，会用不锈钢来代替。所以传动主轴选用45钢，并进行调质处理。
2.1.3 轴的结构设计
轴的结构设计是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。在设计轴的时候有以下要求：
a)轴应该便于制造，轴上零件要易于装拆。
b)轴和轴上零件要有准确的工作位置。
c)各零件要牢固而可靠地相对固定。轴与转子的安装是通过热套工艺，将转子加热，利用热胀冷缩的原理，将烘箱内烘热的转子套进轴里，调整到合适的位置后冷却固定。
d)改善应力状况，减小应力集中。
2.1.4 轴的计算
选取轴的材料为45钢，调质处理，根据设计手册及表2.1中的数据，选取Ao=110
表2.1 轴常用的几种材料的[]及Ao值
轴的材料 Q235，20 Q275,35 45 40Cr、35SiMn、38SiMnMo、3Cr13
[]/MPa 15～25 20～35 25～45 35～55
Ao 149～126 135～112 126～103 112～97
a）按扭转强度校核计算估算轴径 (2.1)
对于有2个键槽时，应增大10%～15%，所以增大至5.4mm
b) 轴上转矩 (2.2)
c)轴的确定
查取轴径的标准值，以及使用的要求，将取为8mm。
d）轴承类型的选用要求
由于切割机使用过程中的会形成粉尘环境，所以在轴承装置设计选用时，要采取防尘措施，否则会影响其工作效率及寿命，所以在切割机的轴承设计选择时，均选用带防尘盖的深沟球轴承。
e）轴的结构简图
图2.1 轴的结构图
f)轴上其他各段直径与长度的确定
由于切割机的转子轴是旋转电机圆柱轴伸，所以根据设计手册，第一段长度为18mm。第一段轴安装传动斜齿轮，第二段轴是用来安装轴承的，根据定位轴肩的高度一般取为，所以=10mm。
第二段轴处安装轴承，选用的6000-Z轴承，轴承的基本参数为B=8mm，所以=8mm。
第三段轴上安装散热叶轮，且第三段轴起定位轴承的作用，由于滚动轴承的定位轴肩高度必须低于轴承内圈端面的高度，以便拆卸轴承，查手册得6000-Z轴承的，此处还要考虑到叶轮的凸台直径为20mm，所以。考虑到叶轮不易向壳体内部过度的安装，所以=16mm。
由于第四段轴不起轴肩定位作用，所以对于非定位轴肩是为了加工和装配的方便而设置的，其高度没有严格的规定，一般取为1～2mm，这里取h为1m。所以由于第四段轴是用来安装转子的，其长度由转子的长度决定，同时还要考虑到绕线的突出部分，所以=75mm。
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