板材坡口機(jī)總體設(shè)計(jì)
板材坡口機(jī)總體設(shè)計(jì),板材,坡口機(jī),總體,整體,設(shè)計(jì)
遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
摘要
本文旨在探索板材坡口機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即板材坡口機(jī)的設(shè)計(jì)，又稱板材坡口機(jī)設(shè)計(jì)。當(dāng)前我國(guó)板材坡口機(jī)技術(shù)已經(jīng)有了一定的發(fā)展，而且逐漸趨于自動(dòng)化。
本文根據(jù)板材坡口機(jī)的工作原理和基本結(jié)構(gòu)，初步設(shè)計(jì)板材坡口機(jī)。在此基礎(chǔ)上通過對(duì)此題目的分析以及對(duì)一些相關(guān)書籍和文獻(xiàn)的查閱，進(jìn)一步研究了板材坡口機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本文所設(shè)計(jì)的板材銑邊用于電廠中鋁板焊接前的坡口成型，板材坡口機(jī)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)應(yīng)在于液壓系統(tǒng)和板材坡口機(jī)的銑削系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。已完成的主要工作可以概括為以下四方面：
1．對(duì)課題的來(lái)源、選題的目的、以及板材坡口機(jī)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展的形勢(shì)及所存在的問題進(jìn)行了相關(guān)的論述。
2．闡述了板材坡口機(jī)的一般結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)自身的需求選取適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)組件。簡(jiǎn)易的敘述了總體方案設(shè)計(jì)。
3．對(duì)液壓系統(tǒng)的基本概念、特點(diǎn)、應(yīng)用以及基本工序做了簡(jiǎn)要的介紹，進(jìn)而分析了板材坡口機(jī)技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展方向。
4．對(duì)本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)-板材坡口機(jī)的銑削系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。分析了銑削控制系統(tǒng)的過程，進(jìn)而對(duì)銑削件進(jìn)行了工藝分析，為板材坡口機(jī)銑削系統(tǒng)設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)，最后對(duì)板材坡口機(jī)銑削系統(tǒng)重要的各個(gè)尺寸參數(shù)進(jìn)行了校核。
本文通過研究設(shè)計(jì)板材坡口機(jī)的基本原理，獲得了大量有關(guān)設(shè)計(jì)板材坡口機(jī)的要領(lǐng)。論文的完成對(duì)進(jìn)一步完成生產(chǎn)性設(shè)計(jì)和探索設(shè)計(jì)板材坡口機(jī)過程有一定的參考價(jià)值。
關(guān)鍵詞：坡口機(jī)；剪板機(jī)；傳動(dòng)；液壓；自動(dòng)化
Abstract
This article thesis is aimed at exploring the overall structure design of plate edge milling machine, that is the design of plank stuff edge milling machine, also called the design of board groove machine.At present,the design of plank stuff edge milling machine already has the certain development,and gradually tends to automation.
According to the principle of work and basic structure of plank stuff edge milling machine,the present thesis designs the plank stuff edge milling machine.On the base of these works, through regarding this topic analysis and consulting to some correlation books and literature, were further make clear that the overall design of plank stuff edge milling machine. This present thesis designs the plank stuff mill uses in the power plant before thealuminum sheet welding bevel to take shape. Designs should lie in with emphasis the design of the hydraulic system and milling system .
The main work achieved are summed up as following:
1.The related summary was made on the source and goal of task , Domestic and foreign development situation,existence problem.
2.The related summary was made on the general structure,then according to own demand selection suitable structure module.And a simiple narration was made on the overall design of plank stuff edge milling machine.
3.The related summary was made on the basic concept,characteristic,application and essential working procedure,and was further analysis the present situation and development direction.
4.The related summary was made on this design key point-milling system. Analysis was made on milling control system,and was further craft analysis the milling components.this has laid the foundation for the milling system of plank stuff edge milling machine.Finally,it has carried on the examination on each improtant size parameter of plank stuff edge milling machine.
In this paper a lot of experimental data about main point of plank stuff edge milling machine were acquired by studying the basic principle.This paper also will provide guidance for industrialization and researching plank stuff edge milling machine process.
Keywords: plank stuff edge milling machine; board groove machine; guillotine shear;transmission; hydraulic pressure;automation
III
遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
前言
板材坡口機(jī)是一種使用最廣泛的板材加工機(jī)械，早已實(shí)現(xiàn)了液壓化,80年代迅速實(shí)現(xiàn)了數(shù)控化。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，CIMT'95展出了18臺(tái)板材坡口機(jī)，其中外國(guó)7臺(tái)，中國(guó)11臺(tái)。除了中國(guó)臺(tái)灣的一臺(tái)以外，其余的17臺(tái)全部是數(shù)控板材坡口機(jī)。在我國(guó)歷屆國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)上,這一屆展覽會(huì)展出的板材坡口機(jī)最多，國(guó)產(chǎn)板材坡口機(jī)也很多，且水平較高。板材坡口機(jī)是用于焊接板材前打坡口的機(jī)械。對(duì)于普通板材坡口機(jī)來(lái)說(shuō)，只有高度熟練的操作人員才能做好此工作，即使如此也需要相當(dāng)長(zhǎng)的調(diào)整時(shí)間。用先進(jìn)的液壓系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)裝備的板材坡口機(jī)不但可以大大縮短調(diào)整時(shí)間，而且沒有工作經(jīng)驗(yàn)的操作人員也能生產(chǎn)出達(dá)到要求的板材坡口機(jī)。本文研究的板材坡口機(jī)用于鋁板的坡口加工，具有很好的實(shí)用價(jià)值，這種板材坡口機(jī)控制系統(tǒng)由液壓系統(tǒng)控制，銑削系統(tǒng)為核心系統(tǒng)。相對(duì)數(shù)控系統(tǒng)裝備的板材坡口機(jī)其成本要低的多，而且對(duì)操作人員的熟練度要求較低。本文主要闡述了銑削系統(tǒng)、液壓缸的設(shè)計(jì)以及液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等內(nèi)容。
1 緒論
1.1 課題來(lái)源
阜新封閉母線有限責(zé)任公司（原阜新封閉母線廠）是國(guó)家定點(diǎn)設(shè)計(jì)，制造封閉母線及其成套設(shè)備的專業(yè)企業(yè)，是中國(guó)最早研制、生產(chǎn)全連式相對(duì)封閉母線的廠商，擁有八十年代世界先進(jìn)水平的封閉母線鉚焊生產(chǎn)設(shè)備和2.5萬(wàn)安培大電流實(shí)驗(yàn)裝備，是東北輸變電上市公司之一。板材坡口機(jī)是封閉母線生產(chǎn)中不可缺少的設(shè)備，為滿足客戶的需求，公司迫切需要設(shè)計(jì)一種實(shí)用且成本較低的產(chǎn)品。
1.2 課題的設(shè)計(jì)目的及意義
隨著板材坡口機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展，它的功能越來(lái)越齊全，操作越來(lái)越方便。雖然以數(shù)控系統(tǒng)為控制系統(tǒng)的板材坡口機(jī)生產(chǎn)效率會(huì)很高，而且質(zhì)量也非常好，但這些對(duì)于鋁板的坡口加工來(lái)說(shuō)，消耗的成本過高，固我們采取常用的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，使用液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。這樣不但能滿足生產(chǎn)要求還能節(jié)省資金。
1.3 與課題相關(guān)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析
1.3.1 板材坡口機(jī)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展情況
近年來(lái)，繼液壓技術(shù)之后，數(shù)控技術(shù)廣泛應(yīng)用于鍛壓機(jī)械的各個(gè)領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)的數(shù)控板材坡口機(jī)也有一定的發(fā)展。從1986年10月第一臺(tái)XBJ67Y-160K/3200數(shù)控板材坡口機(jī)由天水鍛壓機(jī)床廠研制成功以為，國(guó)內(nèi)數(shù)控板材坡口機(jī)技術(shù)發(fā)展較為有代表性的單位有濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所、黃石鍛壓機(jī)床廠和上海沖剪機(jī)床廠。黃石鍛壓機(jī)床廠和濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所聯(lián)合先后完成了XBJ67K-100/3000和XBJ67K-100/3100S型數(shù)控板材坡口機(jī)。其中XBJ67K-100/3100S板材坡口機(jī)產(chǎn)品屬于70年代末開發(fā)的新型板材坡口機(jī)。上海沖剪機(jī)床廠更是異軍突起，從1986年以來(lái)先后開發(fā)成功具有現(xiàn)代水平的XBJ12K與XBJ67K兩大系列數(shù)控板材坡口機(jī)和具有當(dāng)代水平的高精度數(shù)控板材坡口機(jī)。其中XBJ67K系列數(shù)控板材坡口機(jī)采用瑞士CYBELEC CNC7200P板材坡口機(jī)專用數(shù)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可通過X軸（后擋料位置）、Y軸（機(jī)械擋料位置）來(lái)控制坡口角度，并由當(dāng)柵尺檢測(cè)出滑塊位置，由CNC來(lái)控制滑塊上下死點(diǎn)、快慢速度換點(diǎn)和板料壓緊點(diǎn)等。
不甘落后的上海新力機(jī)器廠奮起直追，1992年下半年起先后研制成功了XBJ67K系列數(shù)控板料折彎?rùn)C(jī)，其中XBJ67K02-100/3200數(shù)控板材坡口機(jī)采用臺(tái)灣心得科技公司生產(chǎn)的CD-SERVO1702型數(shù)控系統(tǒng)，采用二軸切換方式實(shí)現(xiàn)二軸的分別控制和定位。該數(shù)控板材坡口機(jī)屬于經(jīng)濟(jì)型，整機(jī)性能穩(wěn)定、可靠、操作簡(jiǎn)便，該機(jī)已銷往海內(nèi)外。另一種XBJ67K100/320數(shù)控板材坡口機(jī)的數(shù)控系統(tǒng)采用上海機(jī)床研究工作所開發(fā)的MTC-1B型，該系統(tǒng)相當(dāng)于瑞士CYBELEC公司的CNC7200P，具有80年代先進(jìn)水平。該廠最新研制的XBJ67K22-100/3200數(shù)控板材坡口機(jī)，采用瑞士DNC73PCG-b數(shù)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)可用英語(yǔ)進(jìn)行人機(jī)對(duì)話編程，并控制折彎銑削力，配有9in高分辨率顯示屏幕，輸入各銑削角度后可顯示所銑削產(chǎn)品的單色圖象，直觀地提示操作工人應(yīng)如何進(jìn)行操作，滑塊位置由沅柵尺檢測(cè)等等。
另外，我國(guó)最近又研制成功了XBJ67K-DNC系列三種數(shù)控板材坡口機(jī)，該系統(tǒng)板材坡口機(jī)采用瑞士Cybelec DNC7200型數(shù)控系統(tǒng)。該機(jī)具有如下特點(diǎn)：圖形顯示功能和計(jì)算機(jī)輔助編程功能（CAP），即操作者根據(jù)加工圖紙，將銑削角度和銑削邊緣的長(zhǎng)度輸入后由DNC顯示工件的截面圖，并計(jì)算所需工件展開長(zhǎng)度；引用存儲(chǔ)器里的模具參數(shù)等計(jì)算最佳銑削順序和每道順序的定位尺寸；壓力計(jì)算功能可以計(jì)算自由銑削及凹模銑削所需壓力；在圓弧銑削計(jì)算功能，用直線逼近方式模擬大圓弧銑削加工，計(jì)算每一工序的定位尺寸；輔助參數(shù)計(jì)算機(jī)功能，如計(jì)算滑塊的上死點(diǎn)位置，由DNC連續(xù)控制協(xié)助操作能避免錯(cuò)誤動(dòng)作。
在CIMT＇展出的產(chǎn)品中，國(guó)產(chǎn)板材坡口機(jī)較多，而且水平較高。下面簡(jiǎn)單介紹幾個(gè)公司的展品：
1）上海沖剪機(jī)床廠展出的XBJ67K-160/3200型板材坡口機(jī)，兩個(gè)油缸各自采用電液伺服閉環(huán)控制。采用Cybelec公司Press Cad900數(shù)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)7軸數(shù)控（Y1、Y2、X2、R、Z1、Z2）?；瑝K上有長(zhǎng)孔，布置液壓撓度補(bǔ)償裝置。上模有液壓快速夾緊裝置，工作臺(tái)前有氣動(dòng)前托料架。
2）新力機(jī)器廠展出的XBJ63K37-100/3100型板材坡口機(jī)，兩個(gè)油缸各自采用電液比例閉環(huán)控制。采用Cybelec公司Press Cad900數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)7軸數(shù)控制（Y1、Y2、X1、X2、R、Z1、Z2）。工作臺(tái)上有液壓撓度補(bǔ)償裝置。上模有液壓快速夾緊裝置。該廠現(xiàn)有3個(gè)系列數(shù)控板材坡口機(jī)，K24系列為電液伺服閉環(huán)控制，采用Cybelec DNC70或DelemDA-24數(shù)控系統(tǒng)，4軸數(shù)控。K02系列和K22系列是2軸數(shù)控，主機(jī)為扭軸機(jī)械擋塊結(jié)構(gòu)，前者用心得公司BD-100數(shù)控系統(tǒng)，后者用Cybelec DNC 73PGG-6數(shù)控系統(tǒng)。
3）亞細(xì)亞機(jī)械有限公司展出的XBJⅡ-100/3100型板材坡口機(jī)是按瑞士Beyeler公司的圖紙生產(chǎn)的，兩個(gè)油缸各自采用比例閥和光柵組成的電液比例閉環(huán)控制，但是光柵的動(dòng)尺和定尺直接裝在床身和滑塊上，而不是在工作臺(tái)兩端各裝一C型臂，與動(dòng)尺連接。這樣不能消除加載時(shí)和偏載時(shí)床身變形不一致對(duì)銑削精度的影響。采用Cybelec數(shù)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)3軸數(shù)控；Y1、Y2、X。數(shù)控系統(tǒng)不是懸掛式箱形結(jié)構(gòu)，而是與電氣控制柜裝成一體。該公司是日本亞細(xì)亞國(guó)際商事株式會(huì)社在中國(guó)開設(shè)的工廠，而亞細(xì)亞國(guó)際商事株式會(huì)社是Cybelec公司的亞洲總代理。Beyeler公司是瑞士生產(chǎn)板材坡口機(jī)的著名公司，板材坡口機(jī)的規(guī)格從500N到50000KN，工作臺(tái)最大長(zhǎng)度18000mm。據(jù)稱最近制造了世界100000KN板材坡口機(jī)，用于海上石油鉆井平臺(tái)板材的銑削。
4）江都機(jī)床總廠展出的XBJ67K-160/4000型板材坡口機(jī)和揚(yáng)州鍛壓機(jī)床廠展出的XBJ-PB12A-125/3200型板材坡口機(jī)，都是用電液比例控制系統(tǒng)對(duì)兩個(gè)油缸進(jìn)行閉環(huán)控制。前者采用Delem DA-24e數(shù)控系統(tǒng)，4軸數(shù)控：Y1、Y2、X、R。工作臺(tái)上有液壓撓度補(bǔ)償裝置。后者采用Cybelec DNC70數(shù)控系統(tǒng)，3軸數(shù)控；Y1、Y2、X。
5）北京鍛壓機(jī)床廠展出XBJ67K-63/2500型板材坡口機(jī)，天水鍛壓機(jī)床廠。無(wú)錫治金機(jī)械廠和靖江鍛壓機(jī)床廠各殿出XBJ67K-100/3200型板材坡口機(jī)。主機(jī)者是扭軸機(jī)械擋塊結(jié)構(gòu)。采用DelemDA-24或Cybelec DNC70數(shù)控系統(tǒng)，2軸數(shù)控：Y和X。
6）臺(tái)灣曄俊公司展出的XBJ6020型板材坡口機(jī)，銑削力600KN，工作臺(tái)長(zhǎng)度2000mm。主機(jī)采用齒輪齒條同步機(jī)構(gòu)，操縱盒子上有滑塊位置調(diào)節(jié)和顯示裝置，是普通板材坡口機(jī)。該公司也生產(chǎn)數(shù)控板材坡口機(jī)，銑削力從450KN到3000KN，工作臺(tái)最長(zhǎng)長(zhǎng)度3600mm，共20種規(guī)格。
我國(guó)板材坡口機(jī)技術(shù)水平近年來(lái)得到迅速提高，在CIMT＇展出的10臺(tái)板材坡口機(jī)全部數(shù)控化，使板材坡口機(jī)的精度、功能和可靠性提高到了一個(gè)新階段。
1.3.2 板材坡口機(jī)在國(guó)外的發(fā)展情況
國(guó)外的板材坡口機(jī)早已實(shí)現(xiàn)液壓化，現(xiàn)在已普遍采用電液比例（或伺服）控制技術(shù)對(duì)兩個(gè)油缸的同步位置，速度和壓力進(jìn)行精確控制。與機(jī)械液壓伺服閥的液壓系統(tǒng)相比，不僅調(diào)整方便，控制精度高，容易實(shí)現(xiàn)雙機(jī)聯(lián)運(yùn)，而且機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。液壓系統(tǒng)集成化，與數(shù)控系統(tǒng)連接簡(jiǎn)單方便，從而使板材坡口機(jī)的制造、裝配、調(diào)試和維修的工作量都相應(yīng)減少。
國(guó)外著名的液壓件公司如Rexroth、Bosch等都可全套提供板材坡口機(jī)的比例控制液壓系統(tǒng)，其控制閥塊（包括充液閥）直接裝在油缸頂部，使液壓管路減少到最佳程度。著名的Cybelec、Delem、Autobend等公司可以提供板材坡口機(jī)專用的各種檔次的數(shù)控系統(tǒng)。上述液壓系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)全都可以匹配，為板材坡口機(jī)制造廠提供了極大的方便。為了進(jìn)一步提高銑削精度，國(guó)外有些板材坡口機(jī)公司已開發(fā)了多種板料厚度自動(dòng)測(cè)量裝置、銑削角度自動(dòng)測(cè)量裝置、銑削角度回彈量自動(dòng)測(cè)量及補(bǔ)償裝置，并已經(jīng)在板材坡口機(jī)上得到實(shí)際應(yīng)用。
為了減輕板材銑邊操作的勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)無(wú)人操作，已有幾家板材坡口機(jī)公司開發(fā)了多軸數(shù)控的專用機(jī)器人與板材坡口機(jī)公司開發(fā)了多軸數(shù)控的專用機(jī)器人與板材坡口機(jī)組成“板材坡口機(jī)—機(jī)器人”系統(tǒng)，在生產(chǎn)尺寸較小，形狀不太復(fù)雜的典型板材銑邊件時(shí)實(shí)現(xiàn)無(wú)人操作。
CNC在國(guó)外板材坡口機(jī)已經(jīng)普遍應(yīng)用，如瑞典Pullmax公司的Ursviken分部每年大約生產(chǎn)200臺(tái)板材坡口機(jī)，其中90%以上的產(chǎn)品裝有CNC。該公司OPTIM型640KN CNC板材坡口機(jī)采用Cybelec 公司KNC900數(shù)控系統(tǒng)。該公司另一種新式的板材坡口機(jī)具有伺服控制（帶有偏心銑削功能），銑削過程中可以補(bǔ)償機(jī)身變形的“雙工作基準(zhǔn)面”，重復(fù)精度可高達(dá)0.01mm。多軸控制所具有的多性能使板材坡口機(jī)實(shí)現(xiàn)有效控制,懸浮結(jié)構(gòu)和液壓模具夾緊裝置實(shí)現(xiàn)模具自動(dòng)快速換模，并裝有板料的測(cè)厚裝置，用以檢查銑削板的厚度變化是否在板材坡口機(jī)的允許范圍之內(nèi)。
Adira的XBJ-DNC系列全電—液壓系統(tǒng)控制的上傳動(dòng)板材坡口機(jī)，采用Cybelec DNC33P6系統(tǒng)，全部實(shí)現(xiàn)DNC控制。
美國(guó)的Pacific Press & Shear公司的CNC三點(diǎn)板材坡口機(jī)，在工件銑削精度和機(jī)器操作方面都另具特色。而瑞士的Hammarler公司AP系列三點(diǎn)板材坡口機(jī)更是80年代冷加工設(shè)備的佼佼者，它不僅有數(shù)控或程序控制功能，并較好地解決了金屬板料銑削的高質(zhì)量和高重復(fù)精度問題。因此，在多層次金屬板料銑削過程中，工件精度幾乎不受工件長(zhǎng)度的影響。國(guó)外還有由機(jī)器人和板材坡口機(jī)組成的柔性板材坡口機(jī)系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)折柔性銑削。如日本天田公司5500KNFDB型精密板材坡口機(jī)和意大利普利瑪公司設(shè)計(jì)的由機(jī)器人組成“板材坡口機(jī)—機(jī)器人”系統(tǒng)。機(jī)器人裝在板材坡口機(jī)的工作臺(tái)上，沿工作臺(tái)移向自動(dòng)疊料機(jī)，以鉗爪夾住一塊板料（板料已升起到與夾鉗相同的水平面上），回到其工作位置，操作板料直到完成全部銑削工序?yàn)橹?，然后再回到自?dòng)疊料機(jī)處卸下已成形的工件并夾起另一塊板料。
1.3.3 對(duì)板材坡口機(jī)行業(yè)在國(guó)內(nèi)發(fā)展的建議
如今我國(guó)的板材坡口機(jī)技術(shù)水平已經(jīng)提高到了一個(gè)新階段，但是我國(guó)板材坡口機(jī)行業(yè)需要進(jìn)一步發(fā)展和提高，應(yīng)該重視以下問題。
1）板材坡口機(jī)制造廠必須盡快建立一支能夠熟練掌握板材坡口機(jī)數(shù)控系統(tǒng)和電液比例控制系統(tǒng)的技術(shù)隊(duì)伍。為了使數(shù)控板材坡口機(jī)作為商品進(jìn)入市場(chǎng)，讓用戶正常使用，各板材坡口機(jī)制造廠一定要擁有能夠擔(dān)當(dāng)起數(shù)控板材坡口機(jī)的設(shè)計(jì)、裝配、調(diào)試、維修和培訓(xùn)用戶任務(wù)的技術(shù)人員和工人的隊(duì)伍。
2）國(guó)內(nèi)板材坡口機(jī)的規(guī)格品種很少，龍其缺少大規(guī)格大噸位板材坡口機(jī)。大多數(shù)板材坡口機(jī)都沒有上下模的液壓快速夾緊裝置、工作臺(tái)撓度補(bǔ)償裝置、氣動(dòng)托持裝置、多種型式的后擋料器等可供用戶選擇的部件和附件。
3）大量使用金屬薄板的用戶，往往配套使用“沖剪折”三大件板料加工設(shè)備。因此，生產(chǎn)板料成形機(jī)床的制造廠正向“沖剪折”三大件產(chǎn)品成龍配套生產(chǎn)的方向發(fā)展。在國(guó)外這一趨勢(shì)早在幾年前就已出現(xiàn)。我國(guó)有條件的板材坡口機(jī)制造廠應(yīng)該不失時(shí)機(jī)開發(fā)沖?；剞D(zhuǎn)頭壓力機(jī)或步?jīng)_壓力機(jī)。
4）外國(guó)著名的公司大舉涌入中國(guó)的板材坡口機(jī)市場(chǎng)，除了一些早已進(jìn)入的公司以外，近兩年又有一批公司或在中國(guó)建廠生產(chǎn)，或建立辦事處、經(jīng)銷機(jī)構(gòu)，或與國(guó)內(nèi)工廠洽談合資，一些首次來(lái)中國(guó)參展的公司也在積極尋找代理銷售服務(wù)單位。這對(duì)我國(guó)板材坡口機(jī)行業(yè)是一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。另一方面，為板材坡口機(jī)提供數(shù)控系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)，以及光柵尺、伺服電機(jī)等配套件的許多外國(guó)公司也正在積極爭(zhēng)奪中國(guó)市場(chǎng)，為迅速提高我國(guó)板材坡口機(jī)的水平提供了有利條件。一些外國(guó)板材坡口機(jī)公司也正在中國(guó)謀求技術(shù)合作、合資生產(chǎn)，也為我們提供了機(jī)遇。因此，面對(duì)這一挑戰(zhàn)與機(jī)遇、困難與有利條件并存的局面，我們必須抓住機(jī)遇，迎接挑戰(zhàn)，迅速提高和發(fā)展我國(guó)自己的板材坡口機(jī)技術(shù)。
1.4 刨邊機(jī)與坡口機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)
刨邊機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)：
(1) 刨邊機(jī)價(jià)格便宜,便于制造,壽命較長(zhǎng)
(2) 刨刀更換方便
(3) 刨刀僅能刨出V 形焊接坡口
(4) 刨邊機(jī)為被動(dòng)切削,無(wú)需動(dòng)力,但消耗遞送機(jī)的遞送力
(5) 刨刀需磨削,對(duì)工人磨削技術(shù)要求高
(6) 刨邊機(jī)無(wú)法消除鋼帶月牙彎
(7) 刨邊刨出的邊緣形狀不精確一致
(8) 刨邊機(jī)很難同時(shí)刨出鋼帶兩側(cè)形狀,無(wú)法保證鋼帶寬度一致
(9) 刨邊機(jī)對(duì)圓盤剪剪切后的鋼帶兩側(cè)質(zhì)量要求較高,圓盤剪出現(xiàn)弦崩刃時(shí)必須更換。坡口機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)：
(1) 坡口機(jī)銑出的坡口形狀精確一致,有利于成型和焊接,是焊接的理想坡口,尤其是厚板時(shí)能銑出理想的X 型坡口
(2) 坡口機(jī)銑出的坡口角度準(zhǔn)確,從始到終不變,可避免成型縫“內(nèi)緊外松”或“外緊內(nèi) 松等缺陷
(3) 銑出的邊緣及坡口的表面粗糙度好,減少了錯(cuò)邊、燒穿、電流和電壓波動(dòng)等缺陷
(4) 可消除的部分月牙彎,對(duì)頭通過平穩(wěn)
(5) 在厚度大于12 mm 時(shí),可銑出X 型坡口,避免未焊透現(xiàn)象,且可有效降低焊縫高度,得到理想的焊縫形狀,并有利于鋼管內(nèi)外表面的防腐作業(yè)
(6) 可在兩側(cè)同時(shí)銑出焊接坡口,有利于成型穩(wěn)定,并保證鋼帶寬度不變
(7) 坡口機(jī)為主動(dòng)切削,需一定的動(dòng)力
(8) 銑邊刀片更換時(shí)較費(fèi)事
(9) 坡口機(jī)的振動(dòng)及噪音較大
1.5 銑邊與剪邊工藝的比較
板邊加工是焊接生產(chǎn)工藝中必不可少的工序,焊接的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益與待焊板邊質(zhì)量、加工寬度關(guān)系密切。采用坡口機(jī)銑邊工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)的圓盤剪邊工藝,可根據(jù)板厚加工成要求的鈍邊尺寸、粗糙度和需要的焊接坡口,為焊接板材創(chuàng)造良好的條件。加之銑邊量比剪邊量窄,提高了成材率,具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。
1.5.1 板邊加工在焊接工藝中的必要性
GB /T14164標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:“不切邊板材寬度允許偏差為+ 20mm; ”“不切邊板材的鐮刀彎每5m不得大于25mm?！睘榱吮ＷC板材成型穩(wěn)定及焊接質(zhì)量,必須對(duì)板材進(jìn)行板邊加工,以消除“鐮刀彎”,并使其達(dá)到所要求的工作寬度。板材板邊質(zhì)量決定了焊接內(nèi)在質(zhì)量。為了保證焊接質(zhì)量,必須去除板邊氧化物、油及其它缺陷,且板材邊也不允許凹凸不平。為了易焊接(小規(guī)范) 、提高焊速、焊縫內(nèi)無(wú)未焊透,在板厚較薄時(shí)應(yīng)防止板材邊擠厚,在板厚較厚時(shí)應(yīng)加工出所要求的焊接坡口及鈍邊等。因此, 板材板邊加工是焊接工藝必不可少的工序,板邊加工工藝多種多樣,采用合理的板邊加工工藝既可提高焊管質(zhì)量又可提高成材率。
1.5.2 板邊加工工藝常用的帶鋼板邊加工工藝
①圓盤剪剪邊工藝
②前后兩臺(tái)坡口機(jī)粗銑+精銑工藝
③單銑邊工藝;
④圓盤剪剪邊+坡口機(jī)銑邊工藝
1.5.3 圓盤剪剪邊工藝
圓盤剪剪邊工藝是傳統(tǒng)的板邊加工工藝,采用上下兩個(gè)圓形剪刃,根據(jù)板材厚度,通過調(diào)整兩個(gè)剪刃間的間隙、重合量,將板邊切除,剪邊寬度一般為1～1. 2 t ( t為板厚) 。切除后的板邊質(zhì)量與剪刃質(zhì)量、間隙、重合量密切相關(guān),三者缺一不可。圓盤剪剪邊工藝是剪切與撕裂共同作用,其板邊形狀凹凸不平 、或向一面翅邊、或板邊與板面垂直方向有小夾角 ,易造成氣孔、漏弧以及ERW 焊管熔融氧化物難排出等焊接缺陷。剪邊工藝造成的板邊形狀優(yōu)點(diǎn)是剪刃調(diào)整好后使用周期較長(zhǎng),作業(yè)率高,刀盤消耗較低。
1.5.4 粗銑+精銑工藝
目前應(yīng)用最普遍的銑邊工藝為粗銑+精銑,粗銑機(jī)用直刀銑頭將板材板邊氧化物及缺陷銑去,并保證要求的工作寬度。精銑用X或Y形刀頭將板邊銑成所要求的坡口形狀。此工藝適合生產(chǎn)厚壁板材,但刀具損壞較快,最多用8 h必須更換一次刀頭,相對(duì)作業(yè)率偏低。在生產(chǎn)薄壁板材而且原料寬度變化小時(shí),可用一臺(tái)坡口機(jī),另一臺(tái)備用,以減少更換銑刀耽誤的時(shí)間。
1.5.5 單臺(tái)銑邊工藝
只用一臺(tái)坡口機(jī),同時(shí)完成粗銑和精銑工序,既要將板材銑到成型所要求的工作寬度,又要將板邊銑出焊接所要求的粗糙度及坡口形狀。單銑的條件為原料寬度偏差要小(10mm以內(nèi)) ,否則,料窄時(shí)會(huì)造成板邊氧化物等缺陷未清除,料寬時(shí)會(huì)造成打刀或?qū)⒌侗P卡死。此工藝適合生產(chǎn)薄壁、原料寬度變化小的板材。
1.5.6 圓盤剪剪邊+單坡口機(jī)銑邊工藝
此工藝綜合了圓盤剪剪邊和坡口機(jī)銑邊工藝各自的優(yōu)點(diǎn),圓盤剪剪去原料變化大的邊緣部分,坡口機(jī)銑到所要求工作寬度、坡口形式和鈍邊,在原料寬度變化大時(shí)會(huì)發(fā)揮更好的作用,但整體設(shè)備成本高。
1.5.7 板材焊接質(zhì)量好
由銑邊、剪邊工藝及焊接對(duì)板邊質(zhì)量要求分析可以看出,銑邊后, 板材板邊粗糙度大大改善,待焊表面平整,可銑出所要求的焊接坡口形式,易滿足焊接所要求的條件。所以,經(jīng)銑邊后板材的焊接質(zhì)量明顯優(yōu)于剪邊后板材的焊接質(zhì)量。
1.5.8 板材成材率高
板材成材率與板材寬度、板邊狀態(tài)、成型質(zhì)量、內(nèi)外焊質(zhì)量、對(duì)頭切除長(zhǎng)度等有關(guān)。板材寬度一定時(shí),工作寬度與板邊加工工藝有關(guān)。用剪邊工藝時(shí),剪邊單邊寬度為1～1. 2 t,一般單邊為7～15mm,雙邊為15～30mm。壁厚增加,剪邊寬度就要加寬,用剪邊工藝影響成材率約在1%～2%。而用銑邊工藝銑削量與壁厚關(guān)系不大, 一般雙邊小于10mm, 影響成材率約0.7% ,即銑邊比剪邊節(jié)省材耗
0. 3%～1. 3%。
1.5.9 易加工厚板
在剪切小于8mm板厚時(shí),板邊質(zhì)量受圓盤剪間隙、重合量及剪刃磨損影響,會(huì)造成板邊毛刺、剪切面粗糙、凹凸不平等現(xiàn)象,而銑邊不會(huì)產(chǎn)生這些現(xiàn)象。在剪切大于10mm壁厚時(shí),剪切難,板邊質(zhì)量更差,而且不能加工焊接所需的坡口。所以剪邊同銑邊相比,會(huì)造成焊接質(zhì)量差、焊接缺陷多、焊縫通過率低、成材率低等問題。
1.5.10 銑邊坡口參數(shù)
（1）坡口形式
在焊接壁厚大于10mm以上尤其是厚壁工件時(shí),必須開Y、U、X形坡口給焊接提供方便。在坡口機(jī)銑削坡口的埋弧自動(dòng)焊接中,采用Y、X形坡口形式。板材壁厚小于11mm時(shí)多用Y形坡口;壁厚大于11mm時(shí)用X形坡口。
（2）坡口角度
為了消除未熔合(坡口暴露在焊縫邊) 、假咬邊等焊接缺陷,在埋弧焊接中坡口角度不宜過大,一般(單邊)小于30°,鈍邊可根據(jù)板厚度確定,應(yīng)小于7mm。隨著厚度增加,鈍邊可適當(dāng)減小,以不漏弧、易觀察內(nèi)焊不造成焊偏為目的。在大壁厚(15mm以上板材焊接時(shí),為了易于觀察內(nèi)焊紅線,可將外焊坡口適當(dāng)加大,但不宜超過 45°。
（3）坡口位置
內(nèi)焊開坡口有利于熔深,因?yàn)閮?nèi)焊時(shí),待焊金屬溫度為室溫,溫度較低。外焊受內(nèi)焊的預(yù)熱,在同樣條件及線能量下,外焊比內(nèi)焊熔深大。內(nèi)焊為雙絲焊時(shí),內(nèi)焊開坡口是最合理的,有利于跟蹤內(nèi)焊避免焊偏,同時(shí)降低內(nèi)焊道高度;但在內(nèi)焊為單絲時(shí),為了防止假咬邊,應(yīng)盡量不要在內(nèi)焊邊開坡口或根據(jù)情況開小角度坡口。外焊開坡口一方面增加熔深,另一方面降低焊縫高度,減少應(yīng)力集中,也有利于鋼管外防腐,這一特點(diǎn)被公認(rèn)。但焊接時(shí),不易于目測(cè)跟蹤內(nèi)焊紅線,而造成內(nèi)焊焊偏。
1.5.11 銑邊工藝對(duì)工作條件的要求
（1）對(duì)板材質(zhì)量的要求
不同板材生產(chǎn)廠質(zhì)量控制、生產(chǎn)工藝及設(shè)備的差異,生產(chǎn)的板材板形不同,即板寬公差、月牙彎、平直度差別較大。板形太差銑邊時(shí)易產(chǎn)生脫銑、打刀等現(xiàn)象,給銑邊帶來(lái)困難。同生產(chǎn)廠簽定技術(shù)條件時(shí),必須對(duì)板形提出嚴(yán)格的技術(shù)要求,而且板邊緣夾渣等內(nèi)部缺陷范圍不得大于銑邊量,以保證銑邊質(zhì)量和焊縫質(zhì)量。若采用圓盤剪+銑邊工藝,可適當(dāng)放寬對(duì)板形的技術(shù)要求。
（2）對(duì)板材遞送的要求(板材糾偏)
在銑邊時(shí),為了防止一邊脫銑而另一邊銑削量過大,造成卡住坡口機(jī)、打刀等現(xiàn)象,對(duì)板材進(jìn)行糾偏顯得更為重要。板材糾偏主要以原料進(jìn)入平輥、立輥交替分布區(qū)前,時(shí)刻保證板材按要求位置運(yùn)行。若焊接機(jī)組為短流程(前擺式)機(jī)組,從拆卷機(jī)開始控制;若是有活套或有飛焊小車的連續(xù)生產(chǎn)機(jī)組,在板材進(jìn)入坡口機(jī)前必須使板材按要求位置遞送,從拆卷機(jī)開始保證板材遞送,銑邊效果肯定更佳; 板材在進(jìn)入夾送機(jī)前出現(xiàn)不平(一高一低) ,或板材在進(jìn)入成型機(jī)前出現(xiàn)跑偏時(shí),調(diào)整夾送機(jī)某邊壓下量是消除上述問題的最佳方案。用立輥強(qiáng)制趕料會(huì)造成板材邊緣擠厚,且易使立輥損壞。
（3）對(duì)板材對(duì)頭焊接的要求(對(duì)頭質(zhì)量)
一般情況下,板卷的頭、尾各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)較差,需剪去一段長(zhǎng)度后進(jìn)行對(duì)頭焊接。若操作工人操作不慎,會(huì)造成對(duì)頭前后板材對(duì)不齊,增加硬彎(月牙彎) 、對(duì)焊錯(cuò)邊等缺陷,給銑邊帶來(lái)麻煩。所以必須提高對(duì)頭焊工操作水平,減少人為因素,防止料頭料尾切斜造成對(duì)頭前后月牙彎,為銑邊質(zhì)量提供保證。
1.5.12 存在問題
(1)消耗成本較高。用坡口機(jī)代替圓盤剪需要的電能、銑刀消耗比圓盤剪費(fèi)用大,生產(chǎn)成本費(fèi)用增加。
(2)作業(yè)率降低。圓盤剪剪刃使用周期較長(zhǎng),而銑刀最多用8 h就需更換一次,每次更換時(shí)間約需30min,使作業(yè)率明顯降低。
1.5.13 結(jié)論
(1)銑邊質(zhì)量高于剪邊質(zhì)量,并可銑出所要求的坡口,為焊接創(chuàng)造有利條件,提高了焊接質(zhì)量。
(2)采用銑邊工藝,雖因刀刃磨損快、換刀頻繁而增加了材料消耗成本,降低了作業(yè)率;但銑邊量比圓盤剪剪邊量小,可提高成材率約1%,綜合經(jīng)濟(jì)效益可觀。
(3) 板材板形、生產(chǎn)工藝、操作水平是保證銑邊質(zhì)量的關(guān)鍵。
(4)隨著板材生產(chǎn)廠軋制技術(shù)的不斷發(fā)展, 板材尺寸精度得到有效提高,焊接板材生產(chǎn)中板邊以銑代剪工藝將廣泛普及。
1.6 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容和預(yù)期結(jié)果
1.6.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容
1）板材坡口機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2）液壓系統(tǒng)（包括液壓缸）的設(shè)計(jì)
3）板材坡口機(jī)的銑削系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4）控制系統(tǒng)概述
1.6.2 預(yù)期結(jié)果
能夠設(shè)計(jì)出一臺(tái)滿足阜新封閉母線廠需要的液壓銅排（鋁排）板材坡口機(jī)，并能提高一定的生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，降低生產(chǎn)成本。
2 板材坡口機(jī)的總體結(jié)構(gòu)概述
2.1 板材坡口機(jī)的結(jié)構(gòu)
由于銑邊工藝的特殊性決定了板材坡口機(jī)的結(jié)構(gòu)與普通壓力機(jī)結(jié)構(gòu)上的差異。通常所有板材坡口機(jī)由以下幾部分組成:
1）油缸：提供板材坡口機(jī)壓緊板材所需的壓緊力且驅(qū)動(dòng)壓料腳上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
2）壓料腳：在長(zhǎng)度上連接液壓缸,可上下往復(fù)往復(fù)運(yùn)動(dòng),完成板料的壓緊。
3）機(jī)架：由兩個(gè)立柱及三梁聯(lián)結(jié)而成。油缸、機(jī)床導(dǎo)軌及銑削系統(tǒng)等均固定在其上。兩個(gè)立柱是最主要受力構(gòu)件。
4）帶滾輪的板料的工作臺(tái)。
5）銑削系統(tǒng):由銑削頭，工作進(jìn)給系統(tǒng)，快速滑移系統(tǒng)等組成。
6）液壓系統(tǒng):由油箱、油泵、壓力閥組、同步閥組及液壓管道等組成。向油缸提供壓力油并控制其運(yùn)動(dòng)。
8）減速器：連接電動(dòng)機(jī)和銑削頭，使銑削頭具有變速功能。
9）主電動(dòng)機(jī)和三個(gè)輔助電動(dòng)機(jī)。
10）其它輔助功能機(jī)構(gòu)：便于板料的上、下料及折彎過程中的隨動(dòng)托料，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。
總體設(shè)計(jì)要求
坡口機(jī)在屬于高精度設(shè)備,設(shè)計(jì)時(shí)需按有關(guān)機(jī)床設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。根據(jù)我對(duì)坡口機(jī)的研究與設(shè)計(jì),以及在焊管生產(chǎn)線上的應(yīng)用情況,對(duì)設(shè)計(jì)要求作介紹:
①坡口機(jī)的動(dòng)力傳遞推薦采用齒輪傳動(dòng),選用高精度齒輪,盡量減少電動(dòng)機(jī)振動(dòng)、跳動(dòng)等對(duì)主軸精度的影響;
②銑頭應(yīng)設(shè)計(jì)成角度可調(diào),以便銑出理想的焊接坡口;
③要有效解決板材的左右竄動(dòng)和上下跳動(dòng)難題,從而避免打刀現(xiàn)象;
④銑刀盤要有防護(hù),防止鐵屑飛濺到鋼板上和操作人員的身上,以免造成鋼板表面壓痕和人身不安全事故發(fā)生;
⑤主軸箱需要稀油潤(rùn)滑,用于保證軸承潤(rùn)滑;
⑥為了保證刀具的耐用度,必須合理確定銑削速度。由于國(guó)內(nèi)刀片質(zhì)量及研究水平的提高,刀片的切削速度已有很大的提高。建議坡口機(jī)刀片盡量采用硬質(zhì)合金刀片,切削速度在150～260 m/ min。
(2) 刀片 坡口機(jī)必須適用于連續(xù)作業(yè)生產(chǎn),要求刀片具有很高的抗熱震裂、抗塑性變形能力和抗沖擊性,紅硬性高,耐磨性好。并要求更換方便、快捷,一個(gè)刀片有多個(gè)刃口可供使用。
(3) 順銑與逆銑 銑刀旋轉(zhuǎn)的方向與前進(jìn)的方向相同稱為順銑;銑刀旋轉(zhuǎn)的方向與前進(jìn)的方向相反稱為逆銑。順銑切削時(shí),刀齒一開始就從最大的切削厚度處切入,逐漸切到零,避免了在已加工的板材邊緣表面上滑行,減少了加工表面冷作硬化現(xiàn)象和后刀面磨損,而且切削路程短,鐵屑短粗,平均切削厚度大,變形小,切削功率可比逆銑節(jié)約10 %左右。逆銑切削時(shí),每齒切下的鐵屑切削厚度是逐步從零增至最大。因此刀齒剛切入時(shí),在鋼帶由前一刀齒切削所形成的冷硬表面層表面上滑行一段距離,直到切至一定的切削厚度時(shí)才能切入,而且進(jìn)給量越小,滑行距離越長(zhǎng),所以刀齒后面與工件磨擦較大,擠壓嚴(yán)重,使刀具易于磨損,耐用度和粗糙度降低,還會(huì)造成嚴(yán)重的硬化層。因此針對(duì)實(shí)際需要我設(shè)計(jì)的坡口機(jī)采用順銑方式。對(duì)于阜新封閉母線廠所需要的,我們只需做一個(gè)簡(jiǎn)易的板材坡口機(jī)，設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)包括液壓缸、銑削系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)等。
2.2 板材坡口機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)
總體方案設(shè)計(jì)包含功能設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能設(shè)計(jì)三部分。功能設(shè)計(jì)，即在調(diào)研并確定了板材坡口機(jī)的工作參數(shù)（運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力、尺寸）之后，通過功能分解創(chuàng)新出或類比出可以實(shí)現(xiàn)加工要求的各種布局方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)。通過對(duì)運(yùn)動(dòng)功能的分解和合成來(lái)確定其布局方案，對(duì)于設(shè)計(jì)加工特定板料的專用板材坡口機(jī)較為有效。而銑削設(shè)計(jì)或類比設(shè)計(jì)主要通過查詢、比較確定可參照的板材坡口機(jī)布局方案，而大量用于設(shè)計(jì)一般的通用性板材坡口機(jī)。
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是在總體布局方案基本確定之后，對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)件進(jìn)行主要形狀和尺寸的設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同樣有類比和創(chuàng)新設(shè)計(jì)兩類。類比技術(shù)是建立在成組技術(shù)和模塊化技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用參數(shù)化設(shè)計(jì)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。而創(chuàng)新式設(shè)計(jì)主要是按照設(shè)計(jì)人員的意愿，通過對(duì)基礎(chǔ)模塊（板、梁、筋、孔、凸緣、法蘭等）的實(shí)體進(jìn)行拼裝、重疊等操作來(lái)實(shí)現(xiàn)。
性能設(shè)計(jì)是根據(jù)板材坡口機(jī)的總體性能要求對(duì)運(yùn)動(dòng)誤差、精度和剛度等進(jìn)行設(shè)計(jì)分配。
3 控制系統(tǒng)的選擇及設(shè)計(jì)
3.1 控制系統(tǒng)的選擇
控制系統(tǒng)的傳動(dòng)主要有機(jī)械傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)等不同類型。機(jī)械傳動(dòng)是指依靠齒輪等一些機(jī)械機(jī)構(gòu)來(lái)傳遞能量的傳動(dòng)；氣壓傳動(dòng)是以氣體的壓力能進(jìn)行傳遞和轉(zhuǎn)換能量的氣體傳動(dòng)；液壓傳動(dòng)是以液體的壓力能進(jìn)行傳遞和轉(zhuǎn)換能量的液體傳動(dòng)。由于液壓傳動(dòng)裝置體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、慣性??；操縱、控制簡(jiǎn)單，方便、省力；易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)；液壓元件使用壽命長(zhǎng)，所以液壓傳動(dòng)系統(tǒng)自然就成為首選。但液壓傳動(dòng)也有其自身的缺點(diǎn)，如：液壓傳動(dòng)的工作性能受外界條件的變化很大；容易產(chǎn)生泄漏和壓力損失，傳動(dòng)效率低；易產(chǎn)生泄漏而造成污染；對(duì)液壓元件的加工精度、材料的材質(zhì)和熱處理工藝、維護(hù)和檢修水平等要求較高，故成本較高；對(duì)工作介質(zhì)的過濾要求嚴(yán)格。雖然液壓傳動(dòng)存在以上的一些缺點(diǎn)，但總的看來(lái)，該傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)多于缺點(diǎn)，故選用液壓傳動(dòng)。
3.2 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3.2.1 液壓缸主要參數(shù)的確定
根據(jù)手冊(cè)[10]的推薦值，按主機(jī)類型選擇工作壓力，初選液壓系統(tǒng)工作壓力=2.2。
1）液壓缸缸筒內(nèi)徑
根據(jù)液壓缸的供油壓力與負(fù)載缸筒內(nèi)徑D可按下列公式初步計(jì)算：
（5-1）
式中：
——名義總壓力
——液壓缸的供油壓力，一般為系統(tǒng)壓力
——液壓缸的機(jī)械效率，取=0.9
2）活塞桿直徑
查表，由工作壓力=2.2，選取速比，公稱壓力為3。則活塞桿直徑為：
據(jù)手冊(cè)調(diào)整D與d得：。
3）液壓缸工作循環(huán)中流量的計(jì)算
當(dāng)活塞桿伸出時(shí)
當(dāng)活塞干退出時(shí)
式中：
——液壓缸的容積效率，活塞密封為金屬環(huán)，為0.98
——活塞桿伸出速度，
——活塞桿退回速度，
——液壓缸內(nèi)徑
——活塞桿直徑
3.2.2 缸筒壁厚和外徑計(jì)算
1）缸筒壁厚的計(jì)算
缸筒常用無(wú)縫鋼管材料，本設(shè)計(jì)采用的是45號(hào)鋼。缸筒相當(dāng)于一個(gè)兩端封閉的圓筒形受壓容器，由材料力學(xué)可知，其應(yīng)力狀態(tài)是隨著缸筒內(nèi)徑和壁厚的比值改變而改變，因此在計(jì)算缸壁的合成應(yīng)力與厚度時(shí)，必須考慮不同的比值與材質(zhì)，采用不同的強(qiáng)度公式。由于是事先未知的，因此需要假設(shè)和驗(yàn)算過程。
表5-1 高精度冷拔無(wú)縫鋼機(jī)械性能表
Tab.5-1 Table of colddraw seamless steel mechanical properoty
材料
S45
S35
σb≥N/mm2
700
600
σs≥N/mm2
340
310
δs≥%
16
4
E≥N/mm2
20900
21200
μ
0.269
0.291
a 先求薄壁缸筒
當(dāng)，強(qiáng)度計(jì)算公式：
式中：
D—缸筒的內(nèi)徑
—最高容許壓力
—缸筒材料的許用應(yīng)力
—缸筒的內(nèi)應(yīng)力
許用應(yīng)力可以用下式計(jì)算：
式中：
—缸體材料的抗拉強(qiáng)度，查表可知
n—安全系數(shù)，一般取5
算出值后代入
取整mm
由于，而0.04〈 0.08滿足前面假設(shè)的條件，所以采用這種薄壁缸筒。
2）缸筒外徑
缸筒的壁厚確定以后，由下式計(jì)算出缸筒的外徑：
3.2.3 液壓缸的強(qiáng)度校核
以缸壁的厚度為參數(shù)，按照相應(yīng)的公式確定液壓缸有關(guān)尺寸：
液壓缸的缸體厚度：
缸體處過渡圓弧半徑：
缸的出油口直徑：
取整 mm
液壓缸進(jìn)行強(qiáng)度校核的有關(guān)數(shù)據(jù)為:
FH＝23000N，缸體材料采用的是45號(hào)鋼，材料的機(jī)械性能為，，泊松比，液體工作壓力為=2.2。
此缸的主要尺寸為：
缸的內(nèi)徑r1＝6.5 缸的外徑r2＝7
缸的缸底厚度t=1 缸的出油口直徑d=1.7
1）缸壁部分
此缸的最大應(yīng)力點(diǎn)在內(nèi)壁，其最大值為：
此時(shí)由于＜，所以安全。
2）缸底部分
本設(shè)計(jì)采用的是缸底為平底的，平底缸當(dāng)作均步載荷作用且周邊剛性固定的中心有孔的圓孔來(lái)考慮，最大彎曲應(yīng)力發(fā)生在圓板的周邊，可以按平板公式[2]計(jì)算：
式中：
——缸底因?yàn)殚_孔而引入的削弱系數(shù)
此時(shí)許用應(yīng)力取最小的值為100Mpa，由于＜，所以安全。
3）活塞桿強(qiáng)度驗(yàn)算
活塞桿常用35、45鋼等材料，對(duì)于沖擊震動(dòng)很大的活塞桿，也可以使用55鋼與40Cr。這里選用的是45 鋼作為活塞桿材料。其力學(xué)性能為：，，n 取2～2.5，則：
=142～177.5Mpa，取為177Mpa。
活塞桿計(jì)算長(zhǎng)度根據(jù)行程而定：
l=S+L+H+（10～20）=230+40+26+20=316
式中：
S——最大的行程，S=230
L——導(dǎo)向套的長(zhǎng)度，一般取活塞桿直徑的0.6倍以上，即：
H——活塞桿插入活動(dòng)橫梁的長(zhǎng)度，取H為
由于，則按以下公式驗(yàn)算：
液壓缸的最大推力為：
所以：
式中：
——活塞桿直徑
——空心活塞桿內(nèi)徑，對(duì)于實(shí)心活塞桿
——活塞桿的壓或拉應(yīng)力
由于本設(shè)計(jì)中活塞桿直徑d=61mm＞dmin=27mm，所以活塞桿滿足強(qiáng)度要求。
3.3 液壓元件的選擇
1）選擇泵和驅(qū)動(dòng)電機(jī)
取系統(tǒng)的泄漏系數(shù)[8]為K=1.1,則液壓泵的最大流量為：
液壓缸在整個(gè)工作循環(huán)中的最大工作壓力為2.2，如取進(jìn)油路上的壓力損失為0，則考慮系統(tǒng)動(dòng)態(tài)壓力因素的影響，液壓泵的額定工作壓力為：
由于10個(gè)液壓缸并聯(lián)，所以：
根據(jù)和，查手冊(cè)選用D7B-002型高壓低噪聲定量葉片泵，該泵的額定流量為4.725L/min,排量為6.3mL/r，公稱壓力為25。又因?yàn)樵撘簤合到y(tǒng)的最大功率出現(xiàn)在退回階段，如果取液壓泵的總效率為0.75，則液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需的功率為：
根據(jù)此數(shù)值查閱手冊(cè)，選取Y160M型電動(dòng)機(jī)，其額定功率，額定轉(zhuǎn)速。
2）閥類元件及輔助元件
根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力和通過各個(gè)閥類元件、輔助元件的實(shí)際流量，可選出這些元件的型號(hào)及規(guī)格。表5-2給出了一種方案。
濾油器：濾油器是用于濾除油液中非可溶性顆粒污染物，對(duì)油液進(jìn)行凈化，以保證系統(tǒng)工作得穩(wěn)定和延長(zhǎng)液壓元件得使用壽命。所以液壓泵吸油口需裝一粗濾油器。
表5-2 元件的型號(hào)及規(guī)格表
Tab.5-2 Table of model and specification of element
序號(hào)
產(chǎn)品名稱
估計(jì)通過量（L/min）
額定流量
（L/min）
額定壓力
（Mpa）
產(chǎn)品型號(hào)
1
2
3
4
5
6
定量葉片泵
溢流閥
三位四通換向滑閥
單向閥
單向閥
背壓閥
——
5
40
35
32
0.5
4.725
8
63
40
40
20
25
32～63
21
20
20
10
Y160M
CYF-B4L
HD-G（T）02
AF3-Eσ10B
AF3-Eσ10B
P-D6B
3）油管
各元件間連接管道的規(guī)格按元件接口處尺寸決定，液壓缸進(jìn)、出油管則按輸入、排出的最大流量計(jì)算。根據(jù)這些數(shù)值，當(dāng)油液在壓力管中流速取3m/s時(shí)，算得和液壓缸無(wú)桿腔和有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為：
這兩跟油管都按JB827-66選用內(nèi)徑16mm，外徑18mm的無(wú)縫的鋼管。
4）油箱
對(duì)于一般情況來(lái)說(shuō)，油箱的有效容積（液面高度為油箱高度80%時(shí)的容積）可以按液壓泵的額定流量估算出來(lái)。則：
式中：
V——油箱的有效容積
——與系統(tǒng)壓力有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)值：低壓系統(tǒng)=2～4，中壓系統(tǒng)=5～7，高壓系統(tǒng)=10～12。本設(shè)計(jì)中取=12。按GB2876-81規(guī)定，取最靠近的標(biāo)準(zhǔn)值V=80L。
3.4 液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算
1）回路壓力損失計(jì)算
由于系統(tǒng)的具體管路布置尚未確定，整個(gè)回路的壓力損失值無(wú)法估算，僅閥類元件對(duì)壓力損失所造成的影響可以看得出來(lái)，供調(diào)定系統(tǒng)中某些壓力值時(shí)參考，這里估算從略。
4 板材坡口機(jī)銑削系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4.1 電動(dòng)機(jī)的選擇
根據(jù)車床上溜板箱的電動(dòng)機(jī)選擇，快移電動(dòng)機(jī)選擇型號(hào)為Y90S-4電動(dòng)機(jī)。額定功率為1.1kw,轉(zhuǎn)速為1500r/min。輸出最大轉(zhuǎn)矩為T=2.2
工作進(jìn)給電動(dòng)機(jī)選擇型號(hào)為Y802-4電動(dòng)機(jī)。額定功率為0.75kw,轉(zhuǎn)速為1500，輸出最大轉(zhuǎn)矩為T=2.2
4.2 軸的設(shè)計(jì)
由于快移電動(dòng)機(jī)的功率較大，所以在接下來(lái)設(shè)計(jì)軸的過程中，按快移電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行計(jì)算。
4.2.1 軸的轉(zhuǎn)矩強(qiáng)度計(jì)算
d — 軸直徑 mm。
n — 軸的轉(zhuǎn)速 r/min。
p — 軸傳遞的功率 km。
表5-3 幾種常用軸用材料的［τ］及A值
Tab.5-1 Table of several shaft materials
軸的材料
Q235-A,20
35
45
40Cr,35SiMn,42SiMn
38SiMnMo,20CrMn
［τ］/N·mm2
12～20
20～30
30～40
40～52
A
160～135
135～118
118～107
107～98
根據(jù)實(shí)際需要，［τ］取35，d取45mm.
軸的轉(zhuǎn)矩強(qiáng)度校核：
4.2.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
軸段1
用于安裝聯(lián)軸器，其直徑應(yīng)該與聯(lián)軸器的孔位相配合，因此要先選用聯(lián)軸器。
聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩：
KA — 工作情況選 KA=1.5。
T — 電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩。
根據(jù)工作要求選用彈性柱銷聯(lián)軸器，型號(hào)為HL3，與輸出聯(lián)接的半聯(lián)軸器孔徑d1=45mm,半聯(lián)軸器輪轂寬度L=112mm（J形軸孔）與軸配合的轂孔長(zhǎng)度L=84mm。
根據(jù)軸的直徑選取軸承，取深溝球軸承36209。軸承寬度為19mm。所以軸段1的長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)需要L1=27mm
軸段2
選用花鍵連接，根據(jù)軸的直徑選小徑為46mm，規(guī)格為8×46×50×9的花鍵。根據(jù)實(shí)際需要花鍵長(zhǎng)度定為115mm。
花鍵聯(lián)接強(qiáng)度計(jì)算：
N — 齒數(shù)。
d — 小徑。
D — 大徑。
B — 齒寬。
h — 花鍵齒工作高度，
c為倒角尺寸，mm。
dm — 花鍵的平均直徑，
dm=（D-d）/2=2mm
所以花鍵的聯(lián)接強(qiáng)度良好。L2=115mm
軸段3
同樣選取深溝球軸承6208。（同軸段1。）
L3=22mm。軸肩高度h＞0.07d1,d3= 40mm。
軸段4
根據(jù)軸的直徑選用深溝球軸承6207，軸承寬度為17mm。采用軸承蓋。
L4=39mm,軸肩高度h＞0.07 d1,d4=35mm。
軸段5
根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)要求，軸段5主要用于軸伸出箱體與齒輪聯(lián)接。所以，軸肩高度h＞0.07，30mm
軸段6
軸肩高度h＞0.07d1 ，d6=26mm根據(jù)實(shí)際需要L6=49mm。由于軸段6主要用于與直齒圓柱齒輪的聯(lián)接，所以軸段6要有平鍵。根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)要求，查表（GB/T1096-1979），選用bh=87的平鍵。
4.3 齒輪的選擇及計(jì)算
根據(jù)軸的直徑，設(shè)計(jì)出齒輪孔的直徑為dk=26mm。
根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)需要齒輪模數(shù)取m=3，齒數(shù)Z=23mm。
分度圓直徑：
齒頂高：
ha* — 齒頂高系數(shù)，ha*=1。
齒頂圓直徑：
齒根高：
齒根圓直徑：
c* — 頂系系數(shù)，c* =0.25
齒高：
頂系：
基圓直徑：
齒距：
齒寬：
齒槽寬：
基圓齒距：
齒輪寬：
4.4 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)
4.4.1 導(dǎo)軌的功用
在各類機(jī)器和儀器上，運(yùn)動(dòng)部件在支撐部件上運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)部件在支撐部件上運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)部件相互接觸的部分稱為導(dǎo)軌。導(dǎo)軌的功用是為運(yùn)動(dòng)部件導(dǎo)向和承受載荷。在導(dǎo)軌副中，運(yùn)動(dòng)的一方稱為導(dǎo)軌，不運(yùn)動(dòng)的一方稱為支撐導(dǎo)軌。動(dòng)導(dǎo)軌相對(duì)于支撐導(dǎo)軌一般只有一個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)軌和軸承在功用，工作原理和結(jié)構(gòu)上都有很多相同之處，特別是圓周運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌更是如此。因此，導(dǎo)軌設(shè)計(jì)與軸承設(shè)計(jì)有許多共同之處。
4.4.2 直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的特點(diǎn)
直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌副，動(dòng)導(dǎo)軌支撐在靜導(dǎo)軌上，支撐載荷并作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。
直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的動(dòng)導(dǎo)軌和支撐導(dǎo)軌一般長(zhǎng)短不一，動(dòng)導(dǎo)軌常比支撐導(dǎo)軌短。若動(dòng)導(dǎo)軌在支撐導(dǎo)軌上移動(dòng)的位置和長(zhǎng)度經(jīng)常改變，則支撐導(dǎo)軌外露部分容易掉入異物損壞導(dǎo)軌，需注意防護(hù)。此外，支撐導(dǎo)軌在長(zhǎng)度方向上磨損不均勻，會(huì)影響導(dǎo)向精度。
直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的長(zhǎng)度決定于運(yùn)動(dòng)部件的尺寸，行程及對(duì)強(qiáng)度，壽命，剛度的要求。
直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌一般有螺旋螺母，齒輪齒條，液壓缸和氣缸等傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)。這些傳動(dòng)件沒有導(dǎo)向作用，導(dǎo)軌導(dǎo)向和支撐作用。當(dāng)精度要求特別高時(shí)，為了減小導(dǎo)軌磨損而增設(shè)副導(dǎo)軌，專門用于承受載荷。
4.4.3 普通滑動(dòng)導(dǎo)軌的特點(diǎn)
本文設(shè)計(jì)中選用的是普通滑動(dòng)導(dǎo)軌，處于混合摩擦下工作，導(dǎo)軌面直接接觸，雖然在一定條件下具有一定的動(dòng)壓效應(yīng)，但是不足以把導(dǎo)軌隔開，不能形成純液體摩擦。
它的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造和維護(hù)均方便，所需費(fèi)用在各類導(dǎo)軌中是最低的。由于表面直接接觸，所以剛度好，承載能力大，抗震性好。
它的缺點(diǎn)是：摩擦系數(shù)大，磨損大，所需的驅(qū)動(dòng)功率大。動(dòng)靜摩擦系數(shù)差大；摩擦系數(shù)與運(yùn)動(dòng)速度是非線性關(guān)系，在低速運(yùn)動(dòng)（＜60mm/min）時(shí)容易產(chǎn)生爬行。
由于價(jià)格低廉，這種導(dǎo)軌被廣泛用于一般精度要求的機(jī)械設(shè)備。為了改善這種導(dǎo)軌的摩擦特性，常采用貼塑導(dǎo)軌或防爬油。
4.4.4 V型導(dǎo)軌的選用
V型導(dǎo)軌靠?jī)蓚?cè)導(dǎo)向，在各種截面中導(dǎo)向精度最高。三角形的夾角越小，導(dǎo)向精度越高，但有效承載面積（投影面積）減小，承載能力越低。一般做成夾角等于90度，對(duì)重型設(shè)備可增至110度到120度，對(duì)精密設(shè)備可減小到70度。
三角型一般作成對(duì)稱的，當(dāng)受到較大的水平力時(shí)，應(yīng)做成不對(duì)稱的三角形，受水平力大的一邊角度小一些，即陡一些，以免產(chǎn)生“上爬”。
V型導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn)是：導(dǎo)向精度高，精度保持性好，當(dāng)導(dǎo)軌磨損后，運(yùn)動(dòng)部件會(huì)自動(dòng)下沉以補(bǔ)償間隙。
5 經(jīng)濟(jì)性分析
本文所設(shè)計(jì)的液壓板材坡口機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、可靠性高、能耗低及耐污染等特點(diǎn)，而且對(duì)工人的操作技巧要求非常低，不但能減少勞動(dòng)強(qiáng)度還可以增加生產(chǎn)效率。
在生產(chǎn)方面，一般的小型廠礦都能夠生產(chǎn)出來(lái)，不僅在老式機(jī)上進(jìn)行了改觀，而且也能夠適應(yīng)高自動(dòng)化的發(fā)展趨勢(shì)。
6 結(jié)論
本文根據(jù)阜新封閉母線有限公司所需產(chǎn)品的要求，設(shè)計(jì)了一套板材坡口機(jī)的制造方案。按照這套方案所生產(chǎn)的產(chǎn)品，基本滿足公司的需求，并且具有一定的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。在液壓控制系統(tǒng)的選擇中，本文選取了帶有背壓閥的鎖緊回路來(lái)控制。采用這種回路的主要作用就是防止液壓缸中的活塞桿停止運(yùn)動(dòng)后，在外力或自重作用下突然下滑造成事故。帶有背壓閥主要是防止活塞突然前沖，產(chǎn)生激烈振動(dòng)。本文所設(shè)計(jì)的板材坡口機(jī)的材料都是以經(jīng)濟(jì)實(shí)用為中心選取的。所以這套設(shè)計(jì)方案無(wú)論是在價(jià)格方面，還是在安全方面都是一個(gè)很好的選擇。
本文所設(shè)計(jì)的不足之處主要是尺寸方面存在著差異，由于關(guān)于板材坡口機(jī)的資料很有限，而且都存在一定的范圍，而本文所要設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)超出了這個(gè)范圍，導(dǎo)致了所計(jì)算的一部分?jǐn)?shù)據(jù)源自于估算，從而影響到板材坡口機(jī)的總體尺寸設(shè)計(jì)。具體尺寸數(shù)據(jù)還需要通過專業(yè)書籍進(jìn)行校正。
致謝
本人的畢業(yè)設(shè)計(jì)論文一直是在導(dǎo)師康文龍老師的悉心指導(dǎo)下進(jìn)行的。康文龍老師治學(xué)態(tài)度嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識(shí)淵博，為人和藹可親。并且在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，康文龍老師不斷對(duì)我得到的結(jié)論進(jìn)行總結(jié)，并提出新的問題，使得我的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題能夠深入地進(jìn)行下去，也使我接觸到了許多理論和實(shí)際上的新問題，使我做了許多有益的思考。在此表示誠(chéng)摯的感謝和由衷的敬意。
此外，我還要感謝許多學(xué)長(zhǎng)和同學(xué)在整個(gè)過程中的幫助和配合。 參考文獻(xiàn)
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