毕业设计（论文）-四杆中频数控淬火机床总体及上料机构设计（全套图纸） .doc

辽宁工程技术大学毕业设计（论文）1前言目前，我国对数控淬火机床的需求在日益增加，数控淬火机床的性能也日趋完善，自动化程度和生产率大大提高，从而取代了人的大部分体力劳动和脑力劳动，但同时也就使得数控淬火机床在更高层次上依赖于人，从而构成技术密集型的人机系统。对于数控淬火机床来说，人的主要工作不只是体力劳动，而且还包含了一定程度的脑力劳动，随着数控淬火机床的发展，脑力劳动的负荷越来越大，对操作者的知识技能水平的要求也就更高了。但是，对于操作者来说，体力劳动是依然存在的，这时人的主要体力作业集中在加工前的准备工作和加工后的一些后续工作。从数控淬火机床的设计、制造、使用过程表明，数控淬火机床的工作质量不但取决于机器本身的性能和质量，还取决于操作的劳动者，而操作者的劳动质量在很大程度上又取决于该系统中人机系统的功能质量。人是生产的主体，满足了人的基本安全需要，使人心情舒畅，才可能充分发挥人的主观能动性，调动人的积极态度，它对提高生产效率有着重要的意义。四杆中频数控淬火机床总体及上料机构设计21.绪论1.1淬火机床的国内外发展状况1）感应淬火机床在国内普遍采用液压传动机构,也有的采用机械传动机构。机械传动机构采用普通丝杆和齿轮传动结构进行传动。这些淬火机床传动速度不稳定,传动定位精度低。目前,对感应热处理要求的提高,对淬火机床传动系统的要求也相应提高,液压系统传动的淬火机床已逐步被淘汰,取而代之的淬火机床将采用变频调速电机,步进电机或伺服电机,通过滚珠丝杆传动。这种淬火机床移动速度均匀、精确,托架重复定位精度高,可达0.03mm或0.001mm；转台定位精度高,达到0.01mm。若再采用步进链传动,托盘送料,机械手或机器人送料及对感应淬火零件装卸料,就成为全自动化的专用机床。淬火变压器与感应器X轴向(上下)移动应用微型计算机进行编程,Z轴向(前后)移动同样也可进行编程,机床运行完全按照计算机程序运行,是高度自动化的感应加热设备。2）感应加热淬火机床的控制,现在普遍采用PLC与NC控制,完全应用继电器进行控制的淬火机床已逐步被淘汰。使用计算机进行控制的自动淬火机床也越来越普遍。淬火机床的工作状态通常被显示在显示屏上,同时能自动进行故障报警或故障诊断。3）感应加热过程的能量监控系统和工件加热温度的监控精度大大提高,其重现性达0.1%。最近发展了感应器监控仪直接测量感应器上的输入能量kW-S,以取代设备的能量监控。4）在感应加热淬火过程应用脉动加热式能量分配器,进行曲轴连杆颈淬火时,给上死点和下死点分配不同能量达到加热温度均匀的目的。5）在感应热处理过程中,感应电源根据振荡因素及时显示感应器阻抗值的变化,根据阻抗值的变化及时调节电源振荡状态,保证零件感应加热在相对理想的状态下进行。AEC-Elotherm曲轴淬火机床有此装置，用以显示感应器阻抗，能显示数值变化。6）淬火机床附带测量及显示仪表,测量显示工件的淬火过程。在对滚珠丝杆感应淬火时淬火机床能自动测量伸长量,如果伸长超差,淬火机床能自动降低功率以减少滚珠丝杆感应淬火的伸长量,并在淬火过程中自动记录相关数据。感应淬火机床能够在曲轴淬火过程中应用安装的曲轴弯曲变形测量仪测定曲轴的淬火弯曲量,并调整其参数对曲轴淬火弯曲情况进行修正。淬火机床附带的液体流量监控仪可直接显示淬火液的流量,能有效地监控淬火件质量。水电导值指示器可以监控软水的质量。7）油烟吸抽。新型淬火机床上直接安装抽风设备，吸抽工件加热时产生的油烟。8）多轴化。为了适应小件提高产量，通用淬火机床出现多轴化，如Welduction公司最近辽宁工程技术大学毕业设计（论文）3推出2轴、4轴淬火机床，同时可处理多种0.508m（20in）长以内，重9.08kg以下的工件。9）功能复合化与柔性化。在一台淬火机床进行淬火，随后用较低功率进行回火，二工序在一台淬火机床上完成，英国Etchells机械制造有限责任公司生产的全自动抽油杆生产线，可生产符合A.P.I标准的5/8,3/4,7/8和1的抽油杆,长度可以是25-30米长，实现了包括锻造、感应加热等一整套工序的集成，全自动生产。BJ型轴类淬火机能自动编14种程序、自动识别进机零件。Roborton.Elotherm最近推出了双主轴立式淬火机床，在一个紧凑的工艺单元内进行工件的淬火与回火，能处理轮轴、三槽套及其他万向节件，转换工件只需25min，用计算机编程，根据工件号在2min内调出有关工艺数据。10）一机多工位或一个电源带多台机床，摩擦片双工位淬火机床是高频自动切换的，摩托车曲柄有三个淬火部位，电气兴业公司的产品是一个电源带三台淬火机床；国内产品是一个超音频电源带一台具有三个淬火变压器的回转工作台淬火机，节省了占地面积与装卸工序。11）机电一体化的紧凑式淬火装置，以单个电源、淬火机床、附属装置组成成套装置在我国是在20世纪70年代中期开始的，工业发达国家现在发展的是将电源与淬火机构组合在一起的淬火机床，InductoheatCo公司的轮毂淬火机床Welduction的通用淬火机等均属此范畴。12）冷却水及淬火液循环装置，由于采用换热器降温，设备冷却水及淬火液槽容量普遍减小，冷却水槽容量在0.51.03m或更小，淬火液槽亦相似，完善的淬火液槽内有磁性吸铁屑装置及油分离器，对使用聚合物淬火液更为有利。1.2四杆中频数控淬火机床概述四杆中频淬火机床是对抽油杆（包括空心杆）进行淬火的专用设备，具有结构合理、性能稳定、工效高、易于操作等特点。机床主要由上料装置、下料装置、中频淬火装置、冷却系统以及气动装置和控制装置组成。淬火过程全部采用斜辊道进给，使工件边前进边旋转，保证加热温度均匀。在驱动装置的带动下,斜辊输送抽油杆完成全部运动。上料与下料均有自动装置，可减轻工人劳动强度提高劳动生产率。此自动装置由限位开关、气动装置及其控制以及机械部分组成。冷却水套采用均匀多孔喷口，使工作冷却速度快且硬度均匀。此系统是独立封闭式。前后斜辊道采用链式传动，分别由两台调速电机驱动，保证整条传动线作匀速前进。电气控制是由中频电源柜，电气控制柜组成，用以完成整机动作的控制。四杆中频数控淬火机床总体及上料机构设计42四杆中频淬火机床总体设计机械系统总体设计根据机器要求进行功能设计研究。总体设计包括确定工作部分的运动和阻力，选择原动机的种类和功率，选择传动系统，机械系统的运动和动力计算，确定各级传动比和各轴的转速、转矩和功率。总体设计时要考虑到机械的操作、维修、安装、外廓尺寸等要求，确定机械系统各主要部件之间的相对位置关系及相对运动关系，人机环境之间的合理关系。总体设计对机械系统的制造和使用都有很大的影响，为此，常需作出几个方案加以分析、比较，通过优化求解得出最佳方案。机床主要由上料装置、下料装置、中频淬火装置、冷却系统以及气动装置和控制装置组成。2.1机床动作流程工件从上料架感应开关翻料器至上料装置的斜辊上进给中频淬火装置冷却水套继续进给至下料装置的斜辊上碰撞到限位开关翻料器至下料架。2.2斜辊传输本机床采用斜辊传输,使工件边前进边旋转，保证加热温度均匀。工件的进给速度应满足机床的额定工作效率，因此，在设计中必须保证工件的进给速度和自身旋转速度参数应与中频淬火装置的各设计参数相匹配。工件的进给速度和自身旋转速度主要取决于斜辊的旋转速度和工件与斜辊的切点位置。对于同一型号的工件，切点位置不同，其水平与竖直方向的受力就不同,从而工件的进给速度和自身旋转速度就随之变化。因此，在设计中准确计算并把握切点的位置至关重要。在本机床中，将斜辊轴与工件进给方向调为60度，满足所需工件的进给速度和自身旋转速度的要求。2.3工件进给过程淬火机床在工件进给过程中，采用左右对称式。即以床身纵轴为对称轴，左右各安排两杆进给。两杆一前一后错开进给，保证上下料及其它装置可同时满足两通道使用要求。2.4中频淬火过程抽油杆采用连续加热、喷水淬火的方式。为使抽油杆达到技术要求，很大程度上取决于感应器的结构设计与制造，感应器的设计一般应考虑：1）使被加热零件的表面温度均匀。2）感应器损耗小，电效率高，这与感应器内面与工件的间隙有关。3）感应器冷却良好。感应器通过较大的中频电流所引起的发热量，必须用冷却水带走。辽宁工程技术大学毕业设计（论文）54）感应器制造简单，操作方便。2.5机床电气、水循环和气动系统1）数控系统及配套电源数控系统以可编程控制器（PLC）为核心,具有丰富故障诊断功能及过流、欠压、过热和短路等各种保护功能,在抗电磁干扰方面采取了一系列有效措施。显示器汉字显示工况及报警信息内容。系统配有合理的控制程序,操作方便,并可根据需要随时编程或修改工艺参数,以满足不同类型抽油杆感应热处理机床配套使用可控硅中频电源,功率250kW,频率8kHz。2）水循环系统机床水路分冷却水和淬火介质两路,冷却水路实现对电源、变压器、电容器和感应器的冷却,淬火水路为工件加热提供淬火介质。两大水路均采用全封闭循环冷却方式,冷却水与淬火介质分别与工厂供给的外循环硬水通过板式换热器进行换热冷却,并具有压力、温度检测功能,保证水温恒定及水质稳定,为生产线调试淬火工艺提供可靠保证。3）气动系统为了提高生产效率，减轻生产人员的劳动强度，机床上下料装置采用汽缸带动连杠实现上下料动作，实现了上下料的全自动控制。四杆中频数控淬火机床总体及上料机构设计63.上料传送装置的设计3.1上料传送装置料架的设计为了提高生产效率，减轻生产人员的劳动强度，机床上下料装置采用汽缸带动连杠实现上下料动作，实现了上下料的全自动控制。3.1.1上料机构的动作步骤(如图3.1所示)图3-1上料机构Fig.3-1mechanicalbodyforbringingworks图3-2摆臂机构Fig.3-2mechanicalbodyforSwinging辽宁工程技术大学毕业设计（论文）7动作1：用机械手将抽油杆整齐的平铺在平面1上，使一根抽油杆滑落斜面2上动作2：控制系统将动作指令发给上料机构主汽缸，主汽缸活塞杆伸长，带动连杆旋转，通过固定在转轴上的四个翻料器将一根抽油杆翻过小挡板到斜面3上，抽油杆在重力作用下沿斜面滑落到里面斜辊上。动作3：控制系统发送脉冲给上料机构辅汽缸，汽缸活塞杆伸长带动连杆动作将摆臂支起（如图3.2所示）。动作4：重复动作1，抽油杆沿斜面3滑落到外面斜辊上。即此完成单面双辊道的上料操作，对面亦然。由于上料运动的分时性，四杆分时上料，但结构上的对称性可保证两杆同时上料。3.1.2上料机构的动作原理基于以上动作要求，上料机构采用汽缸连杆机构，主汽缸选用SC8075-CA（活塞直径80mm，行程75mm），如图3.3、图3.4所示，当主汽缸活塞杆处于初始状态时，翻料器处于水平状态；当主汽缸活