矩形型材端面坡口铣削机设计【全套CAD图纸+毕业论文答辩资料】

购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 下载文档送全套 纸 14951605 或 1304139763 矩形型材端面坡口铣削机设计 作 者 姓 名 席福洋 专 业 机械设计制造及其自动化 指导教师姓名 宫 涛 专业技术职务 高级试验 师 购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 下载文档送全套 纸 14951605 或 1304139763 目 录 摘 要 1 第一章 绪论 2 题来源及意义 2 形型材断面坡口铣削机的国内外研究现状 2 械铣削机发展趋势 3 第二章 机床总体设计 4 床总体方案设计的依据 4 件 4 具 5 艺分析 5 艺方法的确定 5 床总体布局 5 床运动的确定 6 床主要参数的确定 6 定工件余量 6 择切削用量 7 动参数 主运动驱动电动机功率的确定 7 削力的计算 7 削功率的计算 8 给驱动电动机功率的确定 8 购买文档就送对应 纸 咨询 14951605 下载文档送全套 纸 14951605 或 1304139763 第三章 端面坡口铣削机的机械部分设计 9 动部分的设计 9 杠选取和设计 9 10 承的 选取 12 轴器的选 取 12 轨的选取 12 山东轻工业学院 2009 届本科生毕业设计（论文） 1 摘 要 矩形型材端面坡口铣削机是由大量通用部件和少量专用部件组成的工序集中的高效机床。其特点有 : 结构紧凑、工作质量可靠、设计和制造周期短、投资少、经济效果好、生产率高等。 本次设计的题目是矩形型材端面坡口铣削机设计。首先针对要加工的型材入手，对机床进行总体方案设计，进而确定机床的总体布局，随后，对铣削力进行计算，根据要求选择合适的动力头，以加工要求为线索，在满足要求的前提下完成其它（如丝杠、导轨）所有零件的 设计。 关键词 ： 坡口铣削机； 动力头运动机构。 by of a of of is a of of to of of of in of to of to of 山东轻工业学院 2009 届本科生毕业设计（论文） 2 第一章 绪论 在自动化焊接生产线上，为了提高焊接质量提高生产效率，需要在矩形型材的焊接端面上开坡口，人工进行坡口工作效率太低而且还浪费人力，利用矩形型材端面坡口铣削机可以提高工作效率，降低工人的劳动强度，并提高 破 口质量。 为了 使 两块矩形钢材能够牢固的对接在一起， 需要将两钢材开坡口， 为 了满足这种需要矩形型材端面坡口铣削机就应运而生了，这台机器具有 操作少，结构比较简单， 效率高等优点。既提高焊接强度，又保证焊接成品件的连接质量。 在型钢非标准设备现场制作中，经常遇到一些尺寸较大、重量较重的部件的破口加工，如型钢的焊缝坡口加工、短侧板的焊缝坡口加工、分解槽壁板纵焊缝坡口加工等， 对于这些 焊缝坡口加工，如果使用火 自动切割机切割，坡口尺寸偏差较大，互换性差，而如果使用刨边机，龙门铣等大型机床切削，不仅加工台班费昂贵，而且大型机床不适于在各个施工现场之间频繁搬，针对以上情况，我们提出了研制坡口专用铣 削机床的课题。为了使研制工作切合实际、有的放矢，我们首先认真分析了 矩形型钢端面的加工特点。 最近由于金融危机的影响， 机床行业受宏观经济形势的影响，呈现出增长逐步减缓的趋势。自去年下半年以后，机床市场需求出现了严重滑坡。普通机床和 经济型数控机床产品市场需求急剧下滑，传统普通产品生产企业库存量大幅增加。而中、高档数控机床，成套设备和大型重型数控机床需求相对集中，这说明行业产品结构发生了非常大的变化，单台产品平均价格走高，市场需求继续向高端倾斜，重型机床领域竞争将更加激烈。 为了使适应广大客户的需要，我们要求设计了 矩形型材端面坡口铣削机，这种机械有很大的发展潜力，在这次金融危机的影响下会有更好的发展。 我国的无锡大周焊割机械有限公司生产的有关坡口 /端面加工设备就只有三种产品分别是 国外也只是有一些管道坡口机等等之类的坡口机， 还有 十一冶安装工程公司制作了两套卧式坡口铣削专用机床，一次试车成功，并先后在云南铝业公司，河南焦作万方铝业公司、山东鲁西铝厂和四川广兴铝业公司的电解槽制作工程中投入使用 ，发挥了重要的作用，解决 了电解槽等非标设计超大零部件坡口机械化生产山东轻工业学院 2009 届本科生毕业设计（论文） 3 问题，保证了质量和工期，节约了成本 像这种用于铣削矩形型材的坡口铣削机还不多。 国外具有代表性的坡口机产品有以下几种火焰切割 /坡口机，由美国 H&种坡口机身采用铝制的，重量轻，破口角度可调。管端坡口机，由意大利“古倍喜”公司生产，管端坡口机分为内卡式和外卡式，可以满足不同工作环境的需求。全自动柔性切管机，由日本开发研制。美国的爬管式管道切割 /坡口机是一种便携式铣削机，包括美国瓦奇 管式切割 /坡口机，以及美国 坡口 机，德国 的用于薄壁细长管切割 /开坡口的 外国研发和生产的大多数都是管道式坡口机或铣削机，他们并没有太多的涉猎用于矩形型材的坡口铣削机，也可以说这是他们的空白，具有很大的发展潜力。 机械制造业在国民经济中占有重要的地位，是国民经济各部门赖以发展的基础，是国民经济的重要支柱，是生产力的重要组成部分。机械制造业不仅为工业、农业、交通运输业、科研和国防等部门提供各种生产设备、仪器仪表和工具，而且为制造业包括机械制造业本身提供机械制造装备。机械 制造业的生产能力和制造水平标志着一个国家或地区的科学技术水平、经济实力。 伴随着国际经济危机的不断加深及全球经济增长的放缓，机床行业受宏观经济形势的影响，呈现出增长逐步减缓的趋势。自去年下半年以后，机床市场需求出现了严重滑坡。 机械制造业的生产能力和制造水平，主要取决于机械制造装备的先进程度。机械制造装备的核心是金属切削机床，精密零件的加工，主要依赖切削加工来达到所需要的精度。金属切削机床所担负的工作量约占机器制造总工作量的40% 60%，金属切削机床的技术水平直接影响到机械制造业的产品质量和劳动生产率。换言 之，一个国家的机床工业水平在很大程度上代表着这个国家的工业生产能力和科学技术水平。显然，金属切削机床在国民经济现代化建设中起着不可替代的作用。 纵观几十年来的历史，机械制造业从早期降低成本的竞争，经过 20 世纪70 年代、 80 年代发展到 20 世纪 90 年代乃至 21 世纪初的新的产品的竞争。目前，我国已加入世界贸易组织，经济全球化时代已经到来，我国机械制造业面临严峻的挑战，也面临着新的形势：知识 技术 产品的更新周期越来越短，产品的批量越来越小，产品的性能和质量的要求越来越高，环境保护意识和绿色制造的呼声越来越强， 因而以敏捷制造为代表的先进制造技术将是制造业快速响应市场需要、不断推出新产品、赢得竞争、求得生存和发展的主要手山东轻工业学院 2009 届本科生毕业设计（论文） 4 段。 矩形型材端面坡口铣削机，是根据工件加工需要，以大量通用部件为基础，配以少量专用部件组成的一种高效专用机床。它具有：生产率高；加工精度稳定；研制周期短，便于设计、制造和使用维护，成本低；配置灵活等。正是由于这些特点的存在，决定了端面坡口铣削机在焊接领域的广泛应用。 矩形型材端面坡口铣削机采用高速铣削加工，而这种 加工可获得较高的金属切除率、很高的加工精度和良好的加工表面质量，因此，在现代制造业中受到普遍重视，发展也相当迅速。相对于传统的切削加工，高速加工中切削速度、进给速度都有了很大的提高，而且切削机理也不相同。随着对高速加工技术研究的不断深入，尤其是在加工机床、数控系统、刀具系统、 件等相关技术的推动下，高速切削加工技术已越来越多地应用于模具型腔的加工中。高速铣削加工的特点是 热变形小等优点，其单位功率的金属切除率提高了 30%40%，切削力降低了 30%，刀具的切削寿命提高了 70%，留于工件的切削热大幅度降低，低阶切削振动几乎消失。随着切削速度的提高，单位时间毛坯材料的去除率增加了，切 削时间减少了，加工效率提高了，从而缩短了产品的制造周期，提高了产品的市场竞争力。同时，高速加工的小吃刀量、大进给速度减少了作用在工件上的切削力，切屑的高速排出减少了传递到工件上的切削热，相应地减少了热应力变形，从而提高了工件的加工刚性，并为薄壁零件的切削加工提供了可能。对硬度超过 材料进行高速铣削加工，可在一定程度上替代效率较低的电火花加工，这样，一定程度上缩短了模具的制造周期。与传统铣削加工相比，高速切削加工具有温升低 等优点 9。 此次设计的是由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给 予指导。 第二章 坡口铣削机的总体设计 设计机床的第一步，是确定总体方案。总体方案是机床部件和零件的设计依据，对整个设计的影响较大。因此，在拟定总体方案的过程中，必须全面地、周密地考虑，使所定方案技术先进、经济合理。 床总体方案设计的依据 件 工件是机床总体方案设计的重要依据之一，设计者必须明确工件的特点和山东轻工业学院 2009 届本科生毕业设计（论文） 5 加工要求。本次毕业设计要求设计一台矩形型材端面坡口铣削机，用于矩形型材断面轧制或是焊接成型的型材，与底板焊接或是两型材对接时，焊接工艺要求断面到坡口，工件材料为热轧 45号钢，矩 形型材 200 200 400 400，硬度为 207 241产批量为中小批量。加工部位的加工要求如下： (1)被加工表面的粗糙度均为 (2)铣削角度（ 5 20） 450 。 具 机床设计力求简单实用，考虑到切削材质单一，切削参数变化范围十分有限， 因此铣削转速不分档，铣削 高速钢角铣刀 1，刀齿材料为 =450， d=80，B=22,D=27,Z=22。 艺分析 艺方法的确定 机床的工艺方法是多种多样的，按工种可分为车、铣、刨、钻、镗、磨、研磨、电加工、振动加工、激光加工等；每一种还可再分，如车削加工有车外圆、车端面、车槽、车球面等之分；按加工精度各表面粗糙度可分为粗加工、半精加工、光整加工等；按工序集中程度可分为单刀、多刀、单工件、多工件、单工位、多工位等；按作业形式可分平行作业、顺序作业、平行 工艺方法对机床的结构和性能的影响很大，工艺方法的改变常导致机床的运动、传动、 布局、结构、性能以及经济效果等方面的一系列变化。 加工断面坡口的方法有很多，比如说，铣削，刨削。对于对于矩形型材断面，用刨床进行刨削加工时，机床需要两个运动，机床和刀具结构简单，装夹在工件台上快速，稳固，但生产率低，加工精度也达不到工件要求；用角铣刀进行铣削加工时，生产率不仅提高了，也能满足工件所要求的加工精度，且装夹快速，方便。与其它机床相比，矩形型材断面铣削机具有生产率高，加工精度稳定，研制周期短，便于设计、制造和使用维护、成本低、自动化程度高、劳动强度低，配置灵活等特点，因此，当生产量很大时，用矩形型 材断面铣削机进行加工更合理 2。 床总体布局 机床的总体布局指确定机床的组成部件之间的相对位置及相对运动关系。 合理的总体布局的基本要求有： (1)保证工艺方法所要求的工件与刀具的相对运动关系； 山东轻工业学院 2009 届本科生毕业设计（论文） 6 (2)保证机床具有足够的加工精度和相适应的刚度和抗振性； (3)便于操纵、调整、维修，便于输送、装卸工件和排屑等； (4)节省材料，占地面积小，即经济效果好； (5)造型美观。 考虑到工件较大，为简化进给机构，采用工件固定在装夹台上不动，而让刀具相对于工 件运动的加工模式。 矩形型材安装在工作台上，铣 刀动力头带动铣刀作旋转主运动，上下运动为进给运动，且动力头的主轴可以伸缩，这样可以完成进刀和退刀的要求。 考虑到节能问题，在机床上安装了链轮和重锤，使重锤平衡掉一部分动力头的重量和滑台的重量，这样使得进给动力变小，选择较小的进给电机即可，如台湾永坤 此方案的有点是各部件均是针对矩形型材设计的，因此，结构紧凑，刚性好，生产效率高，加工质量稳定。 由于本设备的制造数量较少，设计本专用机床的出发点，主要考虑其结构设计，保证其适用性及安全性，除一些较大部件或远动部件如支座，滑台采用余部件 均就地取材。 床运动的确定 为适应设备频繁搬迁，不但整个机床可以解体，尺寸较大的零部件也应可以分解，同时设备应易于拆卸、吊装，易于组合安装，为防止机床在频繁的拆卸、 吊装过程中损坏，要适当增加零部件的安全裕度。在以上研制原则的指导下，我们设计了坡口铣削专用设备，它的表面粗糙度可达 确定机床运动，指确定机床运动的数目，运动类型以及运动的执行件。 本次毕业设计的矩形型材断面坡口铣削机的工艺方法是，用两把角铣刀直接进行对型材端面的两平行边同时加工。相应的 450坡口成形运动为：两动力头主轴的回转 运动，动力头上下运动为进给运动；辅助运动为：动力头主轴伸缩为调整运动。 通过着写运动即可完成所要求的坡口切削 11。 床主要技术参数的确定 机床主要技术参数包括主参数和基本参数，基本参数又包括尺寸参数，运动参数，动力参数。 定工件余量 矩形型材 200 200 400 400，材料为热轧 45号钢，硬度为 207 241产类型为中小批量，热轧毛坯。查机械制造工艺设计简明手册表 加工余量为 如果余量过大，不仅浪费金属，增加切削工时，增山东轻工业学院 2009 届本科生毕业设计（论文） 7 加机床和道具的负荷，有时还会将加工表面所需保存的最耐磨的表面层切掉；如果余量过小，则不能去掉表面在加工前所存在的误差和缺陷层以致产生废品，有时还会使刀具处于恶劣的工作条件，例如刀尖要直接切削夹沙外皮和冷硬层加剧了刀具的磨损。为了合理确定加工余量，必须了解加工余量的各项因素如加工表面上的表面粗糙度，加工前的尺寸公差 等。 确定加工余量的方法，由工序余量确定背吃刀量；根据加工表面粗糙度要求确定进给量：选择刀具磨钝标准及确定刀具耐用度；确定切削速度， 并按机床主轴转速表选取接近的转速。 根据以上所说，我 确定采用高速钢角铣刀，同时考虑到该 铣 床铣削工件的尺寸 ，初步选择铣削转速 1440r/此前提下，我查阅资料得出： a：当进给速度在 V=440mm/270mm/范围内、铣削深度为3 t 削粗糙度为 100 50： b：当进给速度在 V=270mm/180mm/范围内、铣削深度为3 t 削粗糙度为 50 25： c：当进给速度在 V=170mm/范围内、铣削深度为 t ，铣削粗糙度为 由于施工图部件坡口的粗糙度要求通常在 25 50 之间，因此结合工地的实际情况，采用 V=200mm/合加工要求。 择切削用量 由于被加工零件的铣削宽度为 20进行一次走刀，即： 0 根据组合机床设计简明 手册第 132 133页，选择铣削切削用量。 铣削用量的选择与要求的加工表面粗糙度值及其生产率有关系。当铣削表面粗糙度数值要求较低时，铣削速度应选高一些，每齿走刀量应小些。若生产率要求不高，可以取很小的每齿走刀量，一次铣削 4 5余量达到 时每齿的进给量一般为 根据本次设计所加工的零件要求，其表面粗糙度数值较低，加工材料为热轧钢，查切削用量手册表 4得： z,V=15 35m/ z。 动参数 主运动驱动电动机功率的确定 机床的运动参数包括主运动转速和转速范围、进给量范围、进给量数列以及空行程速度等。此次设计主要确定主运动的运动参数。 削力的计算 山东轻工业学院 2009 届本科生毕业设计（论文） 8 有工作条件等查切削用量手册表 22得： F= （ 2 其中： 45， ， f=有关系数和指数 切削条件改变是，切削力的修正系数 铣削宽度， 0mm 铣削深度，由于是一次铣削就能达到设计尺寸，则铣削深度为工件加工余量，即 0 进给量， z Z 齿数，取 Z=22 则切削力大小为 : F= 取 F=5200N 削功率的计算 根据机械制造工艺金属机床设计指导第 72页，可得切削功率公式为： 00000000205200 = （ 2 由常州市高翔组合机床制造有限公司提供的 削动力头功率为 轴滑套轴向调整 70力头燕尾导轨轴向位移 100使用两个这样的动力头在两侧面同时铣削坡口，而型材的规格为 200 200 400 400，单边轴向位移量最大为 100 常州市高翔组合机床制造有限公司提供的 可满足此要求。 给驱动电动机功率的确定 查金属切削机床设计第 41 页，可知：进给驱动电动机功率取决于进给的有效功率和传动件的机械效率 9， Ns=0000（ 2 式中： 进给驱动电动机功率 (进给速度 (m/Q 进给抗力 (N)， Q=( （ 2 山东轻工业学院 2009 届本科生毕业设计（论文） 9 s 进给传动系统的总机械效率 (一般取 粗略计算时，可根据进给传动与主传动所需功率之比值来估算进给驱动电机功率。 铣床的进给功率 P =用 台湾永坤 采取全封闭全寿命机电一体化设计，硬齿面斜齿传动，低噪声、高效率。整体结构、重量轻，适应性强，可附加电磁制动器 ，输出转速： 69 260r/出转矩：高至 1500机功率： 4装形式：安装法兰方式安装 ，电 机型号为 5 第三章 端面坡口铣削机的机械部分设计 动部分的设计 杠选取和设计 根据本设计中对铣削速度及加工精度的要求，减速电机的输出最高转速00 r/速电机通过连轴器与丝杠直接连接，即 i=1，动力头快速进给的最高速度要求达到 m/给速度为 v=200mm/速电机的输出最高转速为 200 r/丝杠的最高转速也为 200 r/本丝杠导程 P h = v=200 11000 =5( （ 3 丝杠中径 d2=30 （ 3 13料为钢， 查机械零件设计手册 19表 5 d=48mm,p=5mm,2=4=9,目工作高度 H= 3 670 螺纹的工作高度 h=牙根部的宽度 b=东轻工业学院 2009 届本科生毕业设计（论文） 10 丝杠所受的轴向力为 Q=(=1560取 Q=1600N 驱动转 矩 T=2+ （ 3 3 轴承摩擦力矩 螺纹力矩 ) 2 M （ 3 3= M T=25 N M,减速电机的转矩为 26 N M，符合要求。 杠的校核计算 由丝杠的设计计算可得： P=6 查机械设计师手册表 18 选择滑动螺旋副材料：螺杆螺母材料均为钢，摩擦系数 f=期润滑 )， 8到 10级精度，需用压强 P=13 10择 30整体螺母 = 算螺旋副压强 p=2（ 3 由公式可得： p=01500 = （ 3 p p螺旋副强度符合要求。 旋合圈数 n=H/P=45/6=10 12 验算自锁 = 2通常 304 （ 3 336=304 自锁性好。 验算螺牙强度： 螺杆和螺母的材料相同，只需校核螺杆的螺牙强度。 螺杆剪切强度 1d（ 3 p 5 00螺杆弯曲 强度 21 2)(3 （ 3 3336(1 5 003 2山东轻工业学院 2009 届本科生毕业设计（论文） 11 所以螺牙的强度符合要求。 螺杆的稳定性校核：临界载荷 3 长度系数，与螺杆的端部结构有关，查机械零件设计手册表 17 =0.6 l 螺杆最大工作长度， 1000mm i 螺杆危险截面的惯性半径 mm i =41 =29/4= （ 3 =82 85 所以1021480 21)(4 2 10927N （ 3 稳定条件是4 （ 3 4所以螺杆的稳定性良好。 螺杆的刚度校核： 轴向载荷使导程产生的弹性变形21310 （ 3 23 292 0 010 = 11.3 m 转矩使导程产生的弹性变形 =10 13=412213 1610（ 3 =412213 1610= 5.4 m （ 3 导程的总弹性变形量 S = + =16.7 m （ 3 每米螺纹距离上的弹性变形量 S /S=20.9 m /m查机械零件设计手册表 17级精度的=30 山东轻工业学院 2009 届本科生毕业设计（论文） 12 所以 S /S=30 螺杆的刚度满足要求。 综上校核可得 ,丝杠符合要求。 承的 选取 根据载荷的方向选择轴承的类型， 丝杠安装在滚动轴承上，由于轴承需要承受 2500N 的轴向力， 受到较大的轴向载荷， 选择 圆锥滚子 轴承。根据丝杠的公称直径和安装条件查机械设计课程设计手册表 6：选取型号为 圆锥滚子 轴承 30000 型 23 系列和双列圆锥滚子轴承 20 系列 。 对于实际工作的圆锥滚子轴承，为了保证它的可靠地工作，应使它至少下半圈的滚动体全部受载。因此，在安装这类轴承时，不能有较大的轴 向窜动量 10。 轴器的选取 由工作条件和受力情况，选择 缘 联轴器 10， 凸缘联轴器的材料是用灰铸铁或碳钢，这种联轴器需要两轴的对中性要求很高，但由于结构简单、成本低、可传递较大的转矩，故坡口铣削机所用的联轴器选用凸缘联轴器。 由机械设计师手册表 4铸铁的牌号和力学性能得，选取 公称转矩 63N m,许用转速 10000r/孔直径 25孔长度 62如图所示： 图 1 联轴器 轨的选取 铣床上的直线运动部件都是沿着它的床身、立柱、横梁等支承件上的导轨进行运动的，导轨的作用概括地说是对运动部件起导向和支承作用，导轨的制山东轻工业学院 2009 届本科生毕业设计（论文） 13 造精度 及精度保持性对机床加工精度有着重要的影响。 本设计中一是对精度的要求不高，二是要控制加工成本，综上考虑，决定用矩形导轨，动力头上下运动完成了铣削的进给运动，为了使铣削表面具有较好的粗糙度选择矩形导轨，而且动力头的运动使导轨受到一定的颠覆力矩，由常州市斯德利精工机械有限公司提供的直线导轨滑块系列中的 号的导轨， 此导轨的基本负荷 ,动额定载荷 8330静额定载荷 14950容许静力矩 67Y=210Z= 型槽选取 图 2 山东轻工业学院 2009 届本科生毕业设计（论文） 14 根据 158A=18B=32C=12 14 C=14H=30 36H=36,P=32 100取 P=100 与此