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钢管端坡口自动加工组合机床的设计.pdf钢管端坡口自动加工组合机床的设计.pdf -- 1 元

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机械工程师2008年第5期解决方案SOLUTION工艺/工装/诊断/检测/维修/改造钢管端坡口自动加工组合机床的设计符荣松重庆工业职业技术学院,重庆4000501前言目前,我国管端坡口加工机正朝着高科技、高质量、高能效的方向发展。通常,钢管在焊接前,要求必须进行坡口加工,但国内生产的钢管大多不带坡口,过去采用手工气割的方法切割的坡口成本高、速度慢、劳动强度大,切割出的坡口多带有缺陷。因此,改进坡口加工手段、提高坡口加工质量,是很有必要的。开坡口常用的方法有冷切削和热切割两类。热切割对环境有污染,能耗高、工作效率低,而且需要去毛刺。冷切削常用的设备有铣床、刨床、车床、锯床和坡口机等。在所有的冷切削加工方法中,常使用坡口机对钢管进行坡口加工,加工的坡口端面光滑、钝边厚度均匀、坡口角度准确、钢材不易被氧化,且坡口加工速度快、效率高、成本低。坡口机加工坡口可一次加工成形,工效比其它加工机床都高,和热切割加工方法相比,坡口机加工坡口无污染环境的烟气,能耗低,而且不需要清除毛刺。随着钢管使用面越来越广,对钢管端面的坡口加工就越来越多。小管径、长度较短的钢管,端面坡口加工可在一般的车床上加工,但对于较大管径或较长的钢管的端面加工,在一般的车床上加工就比较困难。本次设计的加工对象是管径60.32mm~273mm、管壁4.24mm~15mm、管长6000mm~12500mm的钢管。钢管钢级为最高X80700MPa≤δ,要求是将钢管端头加工成如图1所示形状,且精度要求较高。因此,根据要求我们设计了一台专用钢管管端坡口自动组合加工机床。2钢管管端加工及其精度要求1加工内容α角、W坡口面、钝边p以及β角。2加工尺寸及精度要求钝边p的尺寸公差为0.5,角度α的公差为0.5°,p的圆环端面平整斜度小于0.2°3机床总体设计方案3.1工艺方案的确定3.1.1工艺基准的选择加工钢管的定位。是用钢管的外圆面作为定位面,用两块长V型块定被加工钢管的中心,再利用一个限位挡板来定钢管的前后位置,使工件获得完全定位。3.1.2加工工艺的分析加工长度为6~12.5m的钢管,钢管外径规格大小不一样,并且对坡口加工有如图1的技术要求,存在下列问题需要解决1钢管管口的坡口形状有多种多样,该机床设计要求加工坡口为V型,若按车床切削原理加工坡口,需固定刀具,使工件旋转,而要使长612.5m的整根钢管平稳、匀速旋转是比较困难的。摘要针对目前加工钢管坡口方法的质量差、成本高、效率低、劳动强度大、质量难以控制等问题,设计了一种钢管管端坡口自动加工组合机床。利用该设备可实现钢管的快速装卸,可靠定位及夹紧,自动完成循环加工过程。较大地降低劳动强度,提高生产效率,为钢管的坡口加工提供了可靠的技术保证,具有良好的经济效益和应用价值。文中还给出了钢管管端加工工艺方案、机床夹具、动力头及电气液压控制系统的设计方案。关键词管端坡口自动加工组合机床中图分类号TG502文献标识码A文章编号10022333200805008103TheDesignofPipeEndSlopemouthAutomaticProcessingCombinedMachineFURongsongChongqingIndustryPolytechnicCollege,Chongqing400050,ChinaAbstractAtthepresent,processingpipeendslopemouthwiththeoriginalmethodisstillpoorquality,highcosts,lowerspeed,inefficient,greatlaborintensiveandcontrolqualitydifficultly.Thispaperdesignsapipeendslopemouthautomaticprocessingcombinedmachinetosolvethisproblem.Themachinecanrealizethepipehandlingrapidly,positioningandclampingreliablyandcycleprocessedautomatically.Usingthismachineitcanreducelaborintensity,improveproductionefficiencyandqualityofthepipeendslopemouthprocessing,withgoodeconomicbenefitsandpracticability.ThispaperpresenttheProcessingmethod,machinetoolfixture,drivinghead,electronicandhydrauliccontrolsystemdesign.Keywordspipeendslopemouthautoprocessingcombinedmachine81d取v100m/min,加工管径d60mm,主轴转速n530r/min加工管径d273mm,主轴转速n116r/min。2根据该机床加工的切削方式,主切削力由FpAcpapf可算得F7200N,因此,可推导出夹紧所需要的最小夹紧力为4WkWK即为45000N。所以,由液压传动装置的系统压力,选用缸径为160mm的夹紧油缸。3切削功率由3PmFzv6120P切Fm机械工程师2008年第5期82解决方案SOLUTION工艺/工装/诊断/检测/维修/改造2刀具加工坡口时与钢管的接触面较大,其发热大,要考虑刀具的设计如何去满足加工的需要。并且,钝边有尺寸精度要求,刀具必须具有可调整性。3当钢管加工时,要尽量保证刀具的中心线与钢管的中心一致。如果不同心,就会造成坡口不均匀,坡口质量不符合要求。并且,容易使刀具崩刃。根据上述问题,采用卧式机床加工方案,便于送料和装夹采用自动定心装夹,可有效解决刀具的中心线与钢管的中心线一致的问题采用可调式机夹刀具,可保证菱边和其它加工尺寸要求,当刀片磨损,可通过更换刀片来保证坡口的加工质量为了保证坡口形状和精度,采用钢管固定、刀具旋转进给,同时选择合适的切屑进给量。3.2机床的结构方案根据加工的特点,为实现上述工艺方案,同时考虑经济效益和生产效率,经过分析计算,机床采用图2所示结构形式。动力由电动机经联轴器传递到1NGb齿轮传动装置,再由传动装置传递到主轴,最后动力传递到刀盘,实现切削加工所需的主运动。通过液压滑台的进给运动,从而实现对钢管管端坡口的加工。其加工特点为干式加工,即不需冷却液。经制造使用结果表明,机床具有排屑方便,刚性好,结构简单,维修方便,夹紧稳定,加工尺寸及精度能够满足图纸要求。1切削用量根据加工节拍、加工材料,以及该机床采用硬质合金刀具,由文献2,3选用切削速度v90~100m/min,进给量f0.15~0.2mm/r。主轴转速由n1000v一般取η0.8,算得切削功率为16kW。因此,切削电机选用22kW的交流变频电机。4装料中心高度1100mm。5动力头用1TX50改制,使其刚性更好。6选有SEHY630型液压滑台,滑台台面宽度为630mm。7机床的规格长3000mm宽2250mm高1900mm。3.3加工工艺设计1刀具选择如图3所示,根据设计要达到钢管加工的尺寸和精度要求,该机床刀具采用硬质合金机夹不重磨可调式组合刀具,在加工过程中,如果需要换刀,不进行刃磨及校正,调换刀片刃口即可继续使用。在加工不同管径的钢管时,通过调整螺钉,调节刀座的中心距离,就可实现加工管径在60.32mm~273mm范围内任意钢管的加工。2机床自动加工循环示意图见图4。4机床主要部件的方案设计4.1机床夹具设计夹具必须保证钢管的正确定位和夹紧。夹紧机构是夹具的关键部件,要有合适的夹紧力保证夹紧可靠,且使工件方便、快速的装卸。根据零件的结构特点和加工要求,机床专用夹具通过90°标准V型钳口使工件获得完全定位,采用浮动定心液压夹紧机构,并由弹簧销,销轴、压板、螺钉等组成一点自动定位辅助支承,如图5所示。工件放入弹簧压板沿轴向把工件压在V型块上,定位可靠,再由液压油推动活塞上行使压板压紧工件,实现定位夹紧。夹紧力作用于夹具支承面,减少工件的夹紧变型,采用液压夹紧系统,且压板可以前后移动,当装卸工件解决方案SOLUTION工艺/工装/诊断/检测/维修/改造83机械工程师2008年第5期时,操作者只需用手一推或一拉压板,压板便可轻松地压住或离开工件,操作简单,劳动强度低,效率高,采用固定导向装置,使导向精度高。4.2动力头设计根据钢管管端坡口加工的工艺特点,主轴的刚性越高,就越能够提高机床的加工性能和加工精度。为了提高机床主轴的刚性,在设计上进行了如下改造1取消滑套和锁紧装置2取消滑套前后移动调整装置。因为,根据加工的实际情况,不需要刀盘作前后调整移动。通过改造制作,并打表检测,主轴刚性有所提高。5机床液压系统的设计分析液压系统必须具有可靠的运动特性,良好的速度换接性和调速特性,要求自动地完成机床的工作循环过程,机床液压系统原理图如图6所示。5.1机床的液压调速系统采用进口节流调速差动油缸控制系统,油缸断面积与活塞杆断面积之比为2∶1,因此快进和快退速度一样。机床切削进给速度用安装在滑台上的行程调速阀作无级调速,为了使滑台运行平稳,系统还设置了特定的背压。5.2液压泵的选择控制部分的液压元件,结构紧凑。液压泵的选用是根据使用特点快进快退时,负载小,速度快,要求油泵供油量大工作进给时,负载压力高,进给速度慢,要求供油量小。从变量叶片泵的流量压力特性曲线可以看出,流量随着机床负载的变化而变化,能够满足机床使用特点的要求。因此,选用变量叶片泵。5.3油温控制及压力保障由于机床在使用过程中,液压油的温度最高不得超过600C,用了沉浸式液压油冷却器,对油温的稳定起到很好的调节作用。该机床采用的是液压夹紧,为了确保机床使用过程中突然停电等情况下设备和人的安全。在液压传动装置上设计了蓄能器。停电时,夹具不会突然松开,造成危险。6机床电气控制的设计6.1主电路液压泵电动机、动力头电动机、送料电动机分别由接触器控制,欠电压或过电压保护分别实现对电动机的欠电压或过电压保护。6.2控制电路由于使用了可编程控制器PLC,可大幅度减少控制开关和继电器。加工前必须先启动液压泵电动机和PLC,启动和停止分别由控制按钮来操纵。当工作状态开关放在调整位置,就可以对机床进行调整或手动加工,将其放在自动位置,机床就进行自动加工循环。7润滑系统润滑是采用单线阻尼润滑系统。由于该组合机床的移动导轨运动比较频繁,为了有效保证各运动部件的正常工作,延长机床的使用寿命,以及可靠地保证加工精度,在该组合机床中应用的是集中润滑供油系统。该润滑系统能定时自动地给各运动部件供油,这样既能对各运动部件的润滑作用,又能够避免润滑油供给太多,产生泄漏浪费。8机床的工作过程接通电源,合上电气柜电源总闸按下控制面板上的总启动按钮,将工作状态开关置于自动位置,按动PLC和液压启动按钮待液压传动装置的压力升高到规定值,一切运转正常后,按下自动运行按钮,机床就实现一次自动加工循环当自动加工循环启动后,首先动作的是限位装置限位板移动到位后,送料电机运行,当送料装置把钢管移动到指定位置时,夹紧油缸动作,将钢管夹紧由可编程控制器发出执行下一步指令的信号,动力头电机启动,液压滑台快进到达指定位置,转为工进加工到位后,控制器发出信号,换向阀换向,滑台转为快退滑台退回其始位置后,动力头电机停止,夹紧油缸自动松开然后,送料电机启动,将加工完毕的钢管移走。这样,即完成了一个自动循环加工过程。9结语本自动加工组合机床有效地解决了钢管管端坡口的自动加工,为钢管管端坡口的自动化生产搭建了一个很好平台。经生产厂使用证实,极大地提高了加工效率,具有良好的经济效益和应用价值。参考文献1周泽华.金属切削原理M.上海上海科学技术出版社,1987.2金属切削机床设计组.金属切削机床设计上册M.上海上海科学技术出版社,1979.3王启义.中国机械设计大典M.南昌江西科学技术出版社,2002.4北京重型机械学院,洛阳工学院,第一汽车制造厂职工大学.机床夹具设计手册M.上海上海科学技术出版社,1988.编辑明涛作者简介符荣松1969,男,工程师,工学学士,从事机械设计及制造和数控加工及检测技术工作。收稿日期20080319图6液压系统原理图
编号:201311161910535273    大小:229.32KB    格式:PDF    上传时间:2013-11-16
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zhike上传于2013-11-16

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