液压钢管割断机设计方案

1 液压 钢管 割断机设计 方案 步方案选择 题的提出 在现代机械设备中为降低成本，大多数零件都采用型材件，如圆钢，圆管，角钢，槽钢。这些型材都需要切断即下料，以达到零件的尺寸要求。目前下料多用弓锯，砂轮切割机等。大多数是单根切割，工人夹紧，效率低，人工劳动强度大，切割尺寸有限制。因此，开发设计一种高效率，操作简单安全，劳动强度低的切割机是生产的迫切所需。 现在以圆管为参照，圆管毛坯长度为 6000径 径 24断每根长度为 563次切断 8根，每班按 7小时计，每班完成成品件 5000根。切断应包含送料，定尺，夹紧切断，出料的循环过程，考虑不同型材切断，一次送料 8跟。 案比较 在现代加工中，用于下料最常用的方法有：锯削，砂轮切割，车削和冷冲压几种方法。下面，主要分析这几种加工方法。 锯削主要用来切断圆钢，角钢，工字钢，方钢，钢管及有色金属等型材，还可用作开缝，开槽和切曲线等多种用途。剧场设备简单，操作方便，具有一定精度， 切口小，原材料利用率高，在机械制造业中被广泛用于切割。 砂轮切割一般用于单件或小批量加工，加工直径小，由于磨削是切口温度很高，常出现断面灼伤的情况，常用于切口精度不高的小件加工，刀具磨损大，效率不高。 车削切断是常用的切断方式之一，但由于车削时工件做回转运动，刀具作直线或曲线运动，因此对工件尺寸有一定的要求，不宜加工细长零件，而且由于车刀尺寸的关系只是切口加大，从而降低原材料的利用率，依次单根切削工人夹紧效率低切工人劳动强度大。 2 冷冲压是在常温下，利用冲压模在压力机上对板料或热料施加压力，使其产生塑性变形或 分离从而获得所需形状和尺寸的另件的一种压力加工方法 。 与其他加工方法相比，在技术与经济方面具有下列特点 ： 冷冲压是少、无切屑加工方法之一，所获得的冲压件一般无需再加工 。 普通压力机每分钟可生产几十件，高速压力机每分钟可生产千件以上，是一种高效率的加工方法 。 冲压件的尺寸精度由模具保证，所以质量稳定，互换性好 。 冷冲压可以加工壁薄、重量轻、刚性好、形状复杂的零件 。 冷冲压加工不需加热、无氧化皮，表面质量好，操作方便，费用较低 。但是由于现在加工的零件是管状，压力过大会致使工件变形，而且冲压过程中所需的模具结构一般比较复杂，生产周期较长，成本高。因此，在单件小批量生产中采用冲压工艺受到一定限制。 案拟定 综合考虑上述集中加工方法，选择锯削最为合适。 目前锯床分为圆锯床、弓锯床、带锯床，及砂轮切割机。 圆锯床适用于重型型材、大型锻件等，大截面金属材料的切割或开槽，被切材料硬度一般在 37下，镶硬质合金锯片可加工 45下材料。 弓锯床适用于 中小型各种金属型材的切割，通常是单件切割，效率低，被切材料硬度一般在 37下。 砂轮切割机一般用于单件或小批量加工，加工直径小，由于磨削时切口温度高，常出现断面灼伤的情况，适用于对切口精度要求不高的小件加工。刀具磨损大，效率低。 带锯床适用于各种型材、板材、块料切割，可以进行开缝、切槽和切曲线等，被切材料硬度一般在 37下。 15 综上所述，选用带锯切削。 带锯床又分为立式带锯床、可倾式带锯床和卧式带锯床。 立式带锯床适用于金属及塑料胶木等非金属的直线或曲线锯削。主要加工内、外轮廓面的工件，也 可用于单件的锯切下料。 可倾式锯床适用于加工外形尺寸大的异型件，如锯切铸件的冒口、焊接件的飞边。 3 卧式带锯床适用于各种金属的圆料、型材、锻坯和管材的切断工序和批量生产，还可适用于小规格材料的成束锯削。 目前，卧式带锯床大采用电机直接带动，或是通过变速箱变速后带动锯盘转动，从而带动据带参与锯削，这种传动方式损耗能量大，效率低，结构复杂，容易出现故障，而且维护不方便，卸料多是人工操作，既不安全，又降低效率，自动化程度不高。因此本设计主要采用液压传动，其夹紧，卸料，进刀都采用液压控制，因此机身体积小，重量轻结构紧凑，工作平稳，易于实现快速启动制动，能在交大范围内实现无级变速，还可在进行的过程中进行调速，通过对液压压力，流量或流动方向进行调节控制，易于实现自动化且液压装置易于实现过载保护，液压元件已经实现了标准化 ，系列化和通用化，液压系统的设计制造和使用都比较方便，液压元件的排列布置也具有较大的机动性，提高了功效，降低了成本。 7 本次设计，考虑到生产中，圆管、圆钢的切断点比例最大，因此按圆管切断设计。综上所述，初步确定采用卧式带锯床。动力源采用液压能。 削力、切削功率的计算 定锯带和锯带轮外形尺寸 根据现有卧式锯床的设计参数及实地观测，锯带轮直径适量加大可减缓锯条在导向时的扭曲程度，对保护锯条有益。因此，本次设计参考现有卧式锯床锯带轮外形参数初步设定锯带轮直径 D=470 根据工艺师 手册 12锯床的型号与技术参数 。 9 表 带锯床的型号与技术参数 型号 锯轮直径 (锯带长度 (锯带宽度（ 55 3819 25 08 4250 5 可初定锯带长度 L=4100，宽 38 锯带轮厚 40 4 算切削力、切削功率 本次设计参数：圆管毛坯长度为 6000径 32径 24断每根长度为 563次切断 8 根，每班按 7 小时计，每班完成成品件 5000根。 据此，每锯切一次所用时间：3 6 0 0 7 4 0 . 3 25 0 0 0 8 次所切圆管横截面积： 22 23 2 6 . 2 54m m 每次锯切总面积： 28 8 3 2 6 . 2 5 2 6 1 4 m m 所以，材料切除率2 22 6 1 4 1 0 3 8 . 9 9 m i . 3 2 6 0c 根据机械加工工艺师手册 1098P 表 31 279 表 切削材料参数 锯削材料 切割厚度 锯削速度 中 、 高 碳 钢1602050 速 率 比 2 型号 缸筒内径 活塞杆直径 轴向 08向 40/282052 第 6 章 送料装置的结构设计 道的设计 轨道选用最小号热轧工字钢 100 68 ，与滚轮的连接方式图： 1 密封螺塞， 2 滚轮， 3 垫圈， 4 轴承 6004， 5 工字钢 图 道 料四轮小车的结构设计 轮与轮之间用轴连接，轴径取 30 ，轴两端套深沟球轴承 6004（ d=20,D=42,B=12）后再装滚轮；外用螺塞密封。 轴与支架的连接：轴穿过支架，两侧套垫圈和轴套使其与支架固定。具体结构图 1 滚轮， 2 支承架， 3 轴环， 4 轴 30 ， 5 联轴套， 6 垫圈， 7 螺塞 8 工字钢， 9 轴承， 10 垫圈 图 料四轮小车 23 料装置的设计 托料装置用来承受工件的同时要求夹紧工件，夹紧力不大，采用螺纹压紧。其结构图如下 . 图 料装置 标件参数：环形螺母 63 活结螺栓 798 100。橡胶板152 100 3。 它附件设计 带动送料小车前进的卷筒和帮助送料的滚筒用铰链支承，铰链用内六角圆柱螺钉（ 10）紧定在床身上。卷筒外径为 70筒外径 40 24 第 7 章 定尺装置和卸料装置的设计 尺装置的设计 定尺装置安装在工作台正前端，其安装方式及其结构图如下： 图 尺装置 带柄螺杆调节挡板位置，调节范围（ 44 定尺挡板侧视图： 图 尺挡板侧视图 料装置的设计 （ 1） 卸料结构原理简图 25 图 料结构原理简图 通过液压缸活塞杆的伸缩使工作台倾斜，以达到卸料的目的。 （ 2）液压缸的选择 活 塞 杆 上 实 际 作 用 力 为 成 品 件 和 工 作 台 自 重 ， 估 算 重 力 922 5 6 3 8 2 6 0 1 5 6 0 0 1 0 7 . 8 5 1 0 3 2 6 . 2 5 5 6 3 8 + 2 3 4 0 0 0 0 1 0 9 . 8= 2 9 3 . 0 5 9 N 很小，任意满足；所以根据安装条件选择工程用液压缸，双耳环链接。型号： 26 第 8 章 进刀机构原理 刀原理示意图 图 刀原理 由液压缸活塞杆伸缩使锯梁架绕铰链支座旋转、使锯带刃口在竖直面升降以完成锯切过程。 接支座的设计 铰链支座用槽钢和角钢焊接而成，铰链铸造。 图 8.接支座 热轧角钢 8 0 8 0 1 0 , 2 8 0 8 6 1 1 . 5 热 轧 槽 钢，铰链处销轴 45 1 0 。 27 压缸的选择 进刀时活塞杆受锯切所产生的阻力，已知切削力 ；退刀时活塞杆受锯梁自重 G， 估算 G： - 9 3G = V g = 2 0 0 0 6 0 0 1 0 0 1 0 7 . 8 5 1 0 9 . 8 9 0 0 0 N 以按0算，同 得： 7 0000F = 1 6 6 6 6 . 6 7 N , P 6 . 3 M P 6 0 . 94 F 1D = 6 0 m m , d D 2 8 . 9 4 m 6 3 m m , d = 3 2 m m ; 取得取再根据安装条件，选双耳环链接的工程用液压缸，型号为 : 2 60。 28 第 9 章 床身和工作台的设计 床身用角钢 20 20 4和 15的钢板焊接而成，根据人机工程学床身高640地脚螺栓紧定在地面。床身右腹内放置液压站和泵站，根据所选液压站和泵站外形结构尺寸确定右腹箱体结构尺寸。 所选液压站为 50 ，长 L=500宽 B=400高H=420+370=790；所选泵站为 W L=325 B=190H=537 所以，箱 体长 500+325=825宽 400 790 工作台为高牌号铸件，分为两部分，一部分禁固于床身上，用以承载工件和其它机件；另一部分与卸料装置和定尺装置连接，承载成品件。两工作台之间留有宽 5缝隙。 工作台厚 15次设计以所切圆管尺寸为据，则承载工件的工作台长500 800载成品件的工作台长 550 270 29 第 10 章 液压控制系统的设计 压控制系统的要求及特点 （ 1） 夹具夹紧时，液压系统要能够提供足够的液压力，在工件加工过程中，液压系统要保持恒 定，而且夹紧力要均匀分布。 （ 2） 两个夹紧油缸在夹紧和松开的过程中要求具有同步性。 （ 3） 进刀运动要求准确、平稳，不能产生液压冲击，返回要求快速复位，保证系统的可靠性和安全性 。 （ 4） 卸料缸要求卸料平稳，返回要求快速复位。 压系统设计技术参数 表 液压系统设计技术参数 参数名称 代号 数值 夹紧油缸最大行程 紧油缸最小行程 刀液压缸的行程 20紧油缸夹紧速度 s 夹紧油缸松开速度 s 进刀油缸送料速度 s 进刀油缸返回速度 s 卸料油缸的行程 L 500 定系统控制方案 刀机构快速回路方案 快速运动回路的功用是加快工作机械空载运行时的速度，常见有以下几种办法： （ 1） 液压缸差动式连接快速运动回路： 差动式连接只出现在换向阀右位接入回路使活塞向右运动时。这种回路比较简单，应用较多；但是液压缸的速度加快得不多，当 122时，差动缸只比非差动缸的最大速度快一倍，有时不能满足主机的快速运动要求，且液压缸的结构也不比较复杂，先不予考虑。 （ 2） 通过双泵供油来实现快速运动回路： 1 大流量泵 2 卸 荷阀 3 单向阀 4 换向阀 5 节流阀 6 溢流阀 7 小流量泵 8 液压差动缸 图 泵供油快速运动回路 这种回路可以在不增加液压泵的流量情况下获得较快的速度（因为增缸的柱塞的有效面积比活塞缸活塞面积小得多），使用功率比较合理，缺点是结构比较复杂。它大多用在空行程速度要求比较快的卧式液压机上。考虑实际情况，这种回路先不予选择。 （ 3） 过增速缸来实现快速运动的回路： 31 这种回路可以在不增加液压泵流量的情况下获得较快的速度（因为增速缸的柱塞有效面糊不活塞缸的面积小得多），使功率利用比较合理，缺点是结构比较复杂，它大多用在空行程速度要求较快的卧式液压机上。本次设计的液压系统综合比较不需要那么快的返回速度，并且考虑液压辅助回路的实用性，因此可以先不予考虑。 （ 4）使用蓄能器来实现快速运动的回路 1 卸荷阀 2 单向阀 3 蓄能器 4 换向阀 5 液压缸 图 能器快速运动的回路 这种快速运动回路实用于短时间内需大流量，又希望以较小的流量的泵提供较小的速度。系统 在其整个工作循环内必须有足够长的停歇时间，以便使液压泵对蓄能器进行充分的充油。 2 顺序动作回路方案 由于本次设计的液压系统要求先夹紧再进刀，因此要求选择合理的顺序动作回路，常见的顺序动作回路有： （ 1）压力控制顺序动作顺序回路 32 1、 2 液压缸 3、 4 顺序阀 5 换向阀 6 溢流阀 图 力控制顺序动作顺序回路 本回路为采用顺序动作回路。换向阀右位时，液压缸 1 的活塞前进，当活塞杆接触工件后 ，回路中压力升高，顺序阀 3 接通液压缸 2，其活塞右行。工作结束后，将换向阀置于右位，此时，杠 2 先退。当退至左端点，回路压力升高，从而打开顺序阀 4。液压缸 1 活塞退回原位。完成 1 2 3 4 顺序动作。 用顺序阀的顺序动作回路中，顺序阀的调定压力必须大于前一行程液压缸的最高工作压力（一般 0否则前一行程尚未终止下一行程就开始动作。 （ 2）行程控制顺序动作回路如下图： 33 1、 2、 3 行程开关 4、 5 液压缸 6、 7 换向阀 8 溢流阀 9 液压泵 图 程控制顺序动作回路 本回路为采用电气行程开关控制的顺序动作回路， 1电，液压缸 1活塞右行；当触动行程开关 2， 2电，液压缸 33 活塞右行；直至行程终点触动行程开关 3，使 1电，缸 活塞向左退回，当退至触动行程开关 1 时，使 2电，缸 33 活塞向做退回。这样完成 1 2 3 4 全部顺序动作循环，活塞均回原位。本回路利用电气行程开关控制顺序动作，调整行程和改变其动作顺序方便；利用电气实现互锁，使顺序动作可靠，因此应用较广泛。在机床刀架的液压系统 中应用很常见。 因此本次的液压系统选择行程开关来实现夹紧 进刀 卸料之间的顺序动作。 紧油缸的同步回路 设计的夹紧油缸有两个，在加工过程中要求它们能够同步动作，即同时松开或者是夹紧，所以必须要求它们能够同步运行。 常见的同步回路有： (1) 机械连接同步回路 34 它是采用刚性梁、齿条、齿轮、等将液压缸连接起来。该回来简单、工作可靠，但只实用于两液压缸载荷相差不大的场合，连接起来应具有良好发导向性，否则，回出现卡死的现象。 由于这种回路的结构比较复杂，要求条件高，所以不予考虑。 (2) 串联同步回路 1、 2 带活塞式油缸 3 换向阀 4 溢流阀 5 液压泵 图 联同步回路 串联油缸回路必须使用双侧带活塞杆发油缸，或串联成的两缸发有效工作面积相等。这种回路对同样发载荷来讲，需要的油路压力增加，且增加的倍数为串联液压缸发数目。这种回路简单，能适应较大的偏载，但由于制造上个误差、内部泄漏及混入空气等因素将影响同步性，因此一般有补油、放有放油等设施。 这种回路也比较复杂，因此也先不予考虑。 (3) 用节流阀同步回路 35 1、 2 液压缸 3、 4 换向阀 5 手动换向阀 6、 7 节流阀 8 液压泵 图 流阀同步回路 应用节流阀发同步回路主要采用节流阀控制工作液压缸。结构简单，造价低廉，因此常常用于液压系统的同步回路。且系统的工作效率也较稳定。 故本次的液压系统可选节流同步回路来实现两个夹紧油缸的同步回路。 压系统的综合设计原理图 参考以上快速回路、顺序动作回路、同步回路，便可得出适宜本次设计的液压原理图： 75 36 轴向夹紧油缸 2 径向压紧油缸 3 卸料油缸 4 进刀油缸 5 压力传感器 6 压力继电器 7 分流集流阀 8、 9、 22 二位四通换向阀 10 三位四通换向阀 11 减压阀 12 先导式溢流阀 13 远程调压阀 14 单向阀 15 油泵电机 16 压力表 17 油箱 18 滤油器 19 液压泵 20 液压马达 21 调速阀 图 锯式切断机液压系统原理图 图中换向阀 10、分流阀 7、压力继电器 6、夹紧油缸 1、 2 构成了夹紧同步回路，进刀油缸 4、以及他的行程开关、换向阀 8 构成 了快速返回回路，左边单向阀 14、换向阀 8、卸料油缸 3 构成顺序卸料回路。当启动油泵电机向油路供油时，马达开始工作，通过调速阀 21 可以实现马达的无级变速度。当开启电磁阀 10 的时候，压紧油缸 1 2 开始工作，当达到压力传感器设定的压力植时，压紧油缸开始保压，电磁阀 8 右位接通，进刀油缸工作。当进刀完毕，活塞接触到行程开关致使电磁阀 9 右位接通，卸料油缸开始卸料。当卸料完毕，活塞接触行程开关致使电磁阀 8 、 9 、 10 左位接通。自此，完成一次切割。 加工完成时，换向阀 10 的电磁铁 电，阀心向右，此时夹紧油缸开始回 油，次后便可以循环动作了。压力表开关用于检测液压回路的压力。右边单向阀用于防止液压油回流而造成对油泵的冲击，先导式溢流阀用于调节油的出口压力，远程调压阀用于远程调压作用。减压阀用于调节夹紧油路的出口压力保持稳定。 37 压元件的选择 压泵的选择 在选择液压元件之前，首先确定液压工作介质为 L 矿物油， 黏度等级最佳为 2554，选 32 级。 液压系统最大流量发生在夹具松开之后，通流截面积 321 6 . 5 1 0A A j m 初选活塞移动速度2 0 . 1 6 /V V j m s，则系统所需的最大流量 3m a x 2 6 . 5 1 0 0 . 1 6 / 1 . 0 4 1 0 / V m s m s 考虑液压系统流量损失，则实际流量3 33m a x 1 . 0 4 1 0 1 . 3 1 0 /0 . 8 0 . 8m s 则实际排量1 . 3 / 1 . 3 / 5 4 . 9 2 /1 4 2 0 / m i n 2 3 . 6 7 /Q l s l m l n r r 式中 驱动液压泵的电机工作转速：420r/ 由实际排量 型号为： 10技术参数如下表： : 表 液压泵技术参数 名称 符号 数值 公称排量 r 额定压力 P 16动功率 p 3机转速 积效率 v 箱容积 C 608 压阀件的选择 选择控制阀件时，其最小稳定流量要求能满足执行元件的最低速度和流量要求。即 31m i n m i n 0 . 2 2 6 . 5 1 0 8 5 . 8 / m i A L 控制阀的最小稳定流量 1 液压缸有效工作面积 1 0 2 / 液压缸最低工作速度，即 1s 由此选择如下 : 表 液压阀件 元件号 名称 型号 规格 12 先导式溢流 阀 大流量250L/3 远程调压阀 定流量 2L/4 S 型单向阀 14 液控单向阀 10 三位四通电 磁换向阀 4定流量100L/、 9、 22 二位四通电 磁换向阀 4定流量 120 L/1 R 型先导式减压阀 大流量 100 L/ 压力继电器 大工作压力 60 分流阀 称通径 106 压力表开关 启压力P10 行程开关 01（ B） 动作力 F9 助元件微型液压站的选择 首先计算油箱容积： 按油箱有效容积一般为泵每分钟流量的 3 7 倍，取 3 倍计算 0 3 3 2 0 / m i n 6 0V Q t L L 选 列微型液压站，是由电动机泵组、油箱、液压阀集成快等组成的小型液动力源。 的电机全部立式安装在油箱上。 以各种功能螺纹插装阀为主体，兼用各种板式阀和叠加阀，结构紧凑、功能齐全。选择液压站作为机座，使机床结构紧凑，选择液压站型号为 60。 原理图和技术参数如下： 图 压站标准回路 电动机带动齿轮泵转动，经网式滤油器过滤后，将油箱中的液压油吸入泵内。被齿轮泵增压的液压油经单向阀从压力油口（口）输出，经外接阀组到执行元件液压马达和液压油缸，工作后的液压油经回油口（口）返回油箱。是可调节的螺纹插装溢流阀，用于调定系统压力。当执行元件工作压力达到溢流阀调定的额定压力时，液压油会从溢流阀直接返回油箱，是系统压力保持在额定压力调定值，不会再升高，起到安全保压作用。当齿轮泵停止工作时，螺纹插装单向阀防止执行元件内的液压油经泵和溢流阀返回油箱，起到保压和保护泵的双重作用。 型液压站技术参数表 工作压力 量1g 泵装置 电动机 油箱容积 L 功率源 变量叶片泵 三相38000 41 第 11 章 冷却系统的设计 冷却系统由水箱、泵站、管道、阀及管接头等组成。用于对锯切区域的充分冷却及润滑，以提高锯切效率和精度，延长锯带使用寿命，同时清除锯齿上的锯屑，保证锯齿正常工作。 冷却液选用添加亚硝酸钠的乳化液。冷却液经泵站从水箱抽出，闸阀开关；通过油盘回收，途径滤网进入塑料管返回水箱。为使机床结构紧凑和安装操作简便我们直接选用稀油润滑装置作冷却系统。所选装置系统原理图及其基本参数图。 动机， 齿轮泵， 单向阀， 空气滤清器， 开关， 滤油器 图 微型稀油润滑装置系统原理图 表 基本参数 型号 公称流量1动机特性 油箱容积 L 位控制器触点容量 型号 功率（ W极数 电压 V 00 0290/A 380 11 24V,明：，油泵的储油罐材料为 子规格为 61 ，适用粘度值 2mm s 的润滑油 ，过滤器的过滤精度 ，过滤器面积为 21342 液管接头 10却液闸阀选用 内螺纹暗杆契式闸阀，其公称压力20 0 k g f c m , 2 0 0 C工 作 温 度。 7其它参数如下： 表 内螺纹暗杆契式闸阀 公称通径 螺纹 G 尺寸 （ 重量（ L 1L S H 02 60 12 32 108 55 3 第 12 章 附件设计 达安装架的设计 马达安装架由钢板焊接而成，其结构尺寸根据马达外形结构尺寸确定， 图 达安装架 轮盖、箱门的设计 锯轮盖和箱门采用 的薄板金制造，用合页连接。为方便门和盖的拆装 ,选用 H 型合页，所选型号及参数如下： 表 H 型合页型号及参数 规格 页板尺寸 配用螺钉 L B b h 直径 长度 数目 盖 80 50 80 50 14 2 4 25 6 门 110 55 110 55 15 2 4 30 6 盘和定尺挡块的设计 油盘用于冷却液的回收和锯屑的清除，冷却液通过滤网进入塑料管流回水箱。考虑到锯切时锯带的下移，油盘高度取离地面 450 500 100用钢板冲压而成。定尺挡块放在定尺挡板与工件之间，在确定工件尺寸并夹紧工件后取出，再才进行锯切；这样可避免锯切时工件颤抖使成品件变形受损。采用 45 号钢制造，尺寸为 260 20 80。 44 结论 本次毕业设计，我设计了一台液压钢管割断机。 该割断机具有结构紧凑、精度高、锯缝窄、噪声小、操作方便等优点，可用于替代传统圆盘锯、弓锯床。及砂轮 切割机。 在整个设计过程中我进行了方案设计，总体布局设计，锯梁结构设计，工件夹紧机构设计，送料装置结构设计，定尺装置和卸料装置设计，进刀机构原理，床身和工作台设计，液压控制系统设计，冷却系统设计以及附件设计。在下料方式的选择上采用了较为普及的带锯床。带锯床在材料 料利用率方面，带锯床有着明显的优势，有切割速度快、尺寸精度高、材料损失小等特点。此外，带锯床生产适应广、动