石油管接头螺纹保护帽旋压加工专用装备设计【7张CAD图纸、工艺卡片和说明书】

摘　　要
本次设计题目是石油管螺纹保护帽旋压专用设备设计，在设计过程中，老师要求我们运用机电液的知识完成，设计的内容主要包括，旋压机床总体设计、尾顶的设计、旋压机构设计、液压控制系统设计、主传动系统的设计、电气系统及PLC的设计。
在机械结构中主要是主轴箱的传动设计，根据以给定的条件主轴转速来设计主传动系统能够。同时要考虑到制动和变速机构。主传动系统的主要参数包括公比的选择、传动副、级比指数、齿数的确定等等。
旋压进给机构的设计，旋压进给机构主要通过查冷冲压工艺手册确定旋压力，设计相应机构，选择液压缸，同时也要考虑到与机床相关部位的空间位置关系及自身的强度。
尾顶机构是通过计算旋压加工时零件的厚度、加工的形式、以及加工的条件来确定尾顶所需要的力量，同时选择相应的液压缸、弹簧等。
床身及底座主要考虑各个部位之间的联系，机床加工方向选用45度角向上加工主要是为了加强道轨的支撑刚度。
液压控制系统设计设计内容主要为明确设计要求，制定基本方案，绘制液压系统图，并且确定液压系统的主要参数，液压系统的主要参数包括载荷的组成和计算，液压缸的主要结构及安装尺寸，对其它液压控制元件辅助元件的选择
电气系统的设计即利用传感器接收信号，PLC对采集的信号进行分析计算并输出控制信号。PLC控制系统用西门子S7-200编写。
关键词：主轴箱、旋压、尾顶、传感器、PLC。

Abstract
Design topic whether petroleum pipeline whorl protect cap-like cover fasten and press special-purpose device design this time, in the course of designing, the teacher requires us to use the knowledge of the electromechanical liquid to finish, the content designed mainly includes, is it keep lathe overall design , design that tail carry , is it keep design , main design , electric system and design of PLC of transmission , design of organization and control system of hydraulic pressure to fasten to fasten. Design transmission , main shaft of case mainly among mechanical structure, according to with give condition main shaft rotational speed definitely is it design mainly transmission can to come. . Tail carry organization through is it is it press thickness of part when processing to fasten to calculate , form that process , and terms that process is it confirm strength that tail's carrying need to come, choose corresponding hydraulic pressure jar , spring ,etc. at the same time . Lathe bed and base consider connection of each position mainly, machine tooling direction select for use 45 horn it processes to be for strengthen dishes of support rigidity of rail mainly upwards. Hydraulic pressure control system design content mainly for designing requirement of defining, draw the systematic picture of the hydraulic pressure , and confirm the main parameter of the hydraulic pressure system, main parameter including loaded composition and calculate , hydraulic pressure of system, main structure and size of installing , hydraulic pressure of jar, control to other hydraulic pressure component auxiliary choice electric design of system of component utilize the sensor to receive the signal promptly, PLC analyses that calculates and exports the control signal to the signal that is gathered . PLC control system is written with Siemens S7-200.
 Keyword：Main shaft case、fastenning pressing 、end carrying 、sensor、PLC.
前 言
此次毕业设计根据学校和老师的要求要运用机械、电子、及液压等多方面知识来完成，机电液一体化。机电液一体化是机械工业的发展方向，是机械与微电子以及液压技术的新型交叉科学。所谓一体化“一体化”并不是机械技术电子技术和液压技术的简单组合。二是互相取长补短、有机结合，以实现系统构成的最佳化。
随着，各项技术的发展，机械技术、电子技术、液压技术的互相渗透也来也多，也来越快。机电液有机的结合是实现机电业一体化的短小、轻、薄、和智能化。本设计的特点是，以机械为主、以液压为动力部分。
毕业设计是大学学习的最后一个教学环节，全国高教机械设计及制造专业教学指导委员会第三次会议记要指出，“毕业设计题目应该以产品（或工程）设计类题目为主，尤其要鼓励去工厂从高真实产品设计”。在实际工程设计中，学生可以得到所学过的理论基础，技术基础，专业课全面的训练，为将来做好机械设计工程师的工作，提供全面的锻炼机会。
通过这次毕业设计，我在计算，制图，公差与技术测量，机械原理，机械设计，金属材料与热处理，机械制造工艺方面的知识都受到全面的综合训练，在机电液的结合方面使我受益匪浅。特别是许老师在工作中对我的耐心辅导，他对学生强烈的责任感和严谨的治学态度，无不给我以深刻的影响。
由于类似的大型课题第一次接触，经验能力方面的欠缺，错误之处一定存在，恳请各位老师给予批评指正。

目　　录

摘要 ……………………………………………………………………………………………………1
Abstract ………………………………………………………………………………………………2
前言 ……………………………………………………………………………………………………3
第1 章 旋压机床的总体设计…………………………………………………………………………1
1.1被加工零件方案设计分析旋压设备概述………………………………………………………1
1.2 旋压设备概述…………………………………………………………………………………1
1.3旋压机床设计应满足的基本要求……………………………………………………………1
1.4 旋压机床设计步骤 …………………………………………………………………………2
1.5 旋压机床的总体布局 ………………………………………………………………………3
第2 章　轴的设计与计算 ……………………………………………………………………………4
2.1主轴参数的选择与计算………………………………………………………………4
2.2 选择轴的材料并确定许用应力………………………………………………………………5
2.2 主轴的校核……………………………………………………………………………………5
第3 章   传动设计……………………………………………………………………………………7
3.1 主传动系设计………………………………………………………………………………7
3.1.1主轴转速的确定………………………………………………………………………7
3.1.2公比Φ，变速范围Rn和级数Z的确定………………………………………………7
3.1.3 选择结构式……………………………………………………………………………7
3.1.4确定是
否需要增加降速定比传动副……………………………………………………8
3.1.5分配各变速组的最小传动比，拟订转速图……………………………………………8
3.1.6齿轮齿数的确定………………………………………………………………………9
3.2 带传动设计…………………………………………………………………………………9
3.3 摩擦式电磁离合器布置……………………………………………………………………10
3.4 直齿圆柱齿轮齿根弯曲疲劳强度计算……………………………………………………11
3.4.1 名义载荷……………………………………………………………………………11
3.4.2 计算载荷……………………………………………………………………………11
3.4.3 直齿圆柱齿轮受力分析……………………………………………………………12
3.4.4 直齿圆柱齿轮齿根弯曲疲劳强度计算……………………………………………12
第4 章  进给机构设计………………………………………………………………………………14
4.1 旋轮座………………………………………………………………………………………14
4.2旋压力的计算 ………………………………………………………………………………14
4.3旋压头 ………………………………………………………………………………………15
第5章  尾顶的设计…………………………………………………………………………………16
5.1 尾座的要求…………………………………………………………………………………16
5.2 尾顶力的计算………………………………………………………………………………16
5.3 尾顶的结构设计……………………………………………………………………………17
第6章  支撑部件导轨的设计………………………………………………………………………18
6.1 设计原则…………………………………………………………………………………18
6.2 床身的设计………………………………………………………………………………18
6.3 导轨的结构设计…………………………………………………………………………19
6.4 导轨材料与热处理………………………………………………………………………19
6.5导轨的技术要求 …………………………………………………………………………19
第7章 液压系统的设计计算 ………………………………………………………………………21
7.1液压力的计算 ……………………………………………………………………………21
7.2确定液压元件主要参数 …………………………………………………………………24
7.3确定液压系统方案及拟订液压系统原理图………………………………………………26
7.4将液压回路综合成液压系统………………………………………………………………27
7.5液压辅助元件 ……………………………………………………………………………27
7.6 验算液压系统性能 ………………………………………………………………………28
第8章 机床电路设计 ………………………………………………………………………………30
8.1电气控制部件介绍 ………………………………………………………………………30
8.2控制过程分析和设备的选用……………………………………………………32
8.3 PLC编程…………………………………………………………………………………34
结论……………………………………………………………………………………………………35
致　　谢………………………………………………………………………………………………36
参 考 文 献 …………………………………………………………………………………………37

第一章旋压机床的总体设计
1.1被加工零件方案设计分析
本次毕业设计我的课题是石油管接头螺纹保护帽旋压加工专用设备设计，指定的被加工零件为石油管接头螺纹保护帽，零件图见图。工件的材料为钢，被加工的部位是管件中部，要求加工成向内凹进一段，年生产率为50万件。由于其表面粗糙度要求不高，因此旋压机床的控制精度不高。

1.2旋压设备概述
金属旋压中普通旋压是我国一项发明，并是具有悠久历史的工艺技术，而强力旋压确是本世纪五十年代以后国外在此基础上迅速发展起来的。这种成型技术具有变形条件好、制品性能高、尺寸公差小、材料利用率高、制品范围广、可制成整体无缝空心回转体零件等优点。他已经在各先进工业国家的工业部门中显示出其先进性、实用性和经济性。值得指出的是，旋压技术和设备成功的应用，不仅促进了航空、火箭、导弹、和人造卫星等尖端技术的发展，而且在常规兵器、化工、冶金、机械制造、电子以及轻工民用等工业部门中，一种量大面广的技术装备和产品。也就是说，他已作为一项新技术与传统工艺方法并行地发展着，并且已形成近代金属压力加工的新领域。
1.3旋压机床设计应满足的基本要求
旋压是一种综合了锻造、挤压、拉伸、弯曲、环轧和滚压等工艺特点的先进工艺。这种工艺分为普通旋压和强力旋压（或变薄旋压），统称为“旋压”旋压加工用的机械设备，称为“旋压机”或“旋压机床”将其画如金属压力加工设备中。评价评加旋压机床性能的优劣，主要是根据下述的技术-经济指标来判断的，这些指标也就是设计机床是要达到的具体要求。
一 工艺的可能性
机床的工艺可能性是指机床适应不同生产要求的能力。大致包括下列内容：（1）在机床上可以完成的工序种类；（2）加工零件的类型、材料和尺寸范围；（3）毛坯的种类等。本次设计的机床主要是通过热旋压来加工管类零件零件的材料用A3钢因为此种钢材它的韧性大容易挤压成型，被加工零件的直径在150mm以内。
二 加工精度和表面光洁度
机床的加工精度是指被加工零件在尺寸、形状和相互位置等方面所能达到的准确程度。影响机床加工精度的因素有很多，如机床的几何精度、传动精度、运动精度和刚度等。每种机床的加工精度和表面光洁度都必须符合所加工零件的要求。但是也不能脱离实际需要盲目的提高机床的加工精度和光洁度，否则会提高机床的成本。因为本道工序所要求加工零件的精度及表面光洁不很低所以在机床精度控制上就不需要精度很高的传感器。
三 生产率
机床的生产率通常是指在单位时间内机床所能加工的工件数量。要提高机床的生产率必须缩短加工一个工件的平均时间，其中包括缩短切削加工时间，辅助时间以及分摊到每个工件上的准备和结束时间。对于此热旋加工机床时间上分自动加工时间、上下工件时间。上下料时间是人为地不能改变，只能通过人的经验以及操作的熟练程度来提高，而自动加工时间主要是通过传感器来采集信号PLC来控制，可以通过同时运行两个步骤或提高流速来缩短时间。
四 自动化程度
为了提高劳动生产率、减轻工人的劳动强度和更好的保证加工精度和精度的稳定性，机床应尽量提高自动化程度。本机床因为毛坯料是加热件自动上下料很难实现所以 只能实现半自动化。
五 结构、制造与维修
在满足使用要求的前提下，机床的结构应尽量简单，工艺性要好，容易制造和装配，维修方便等。本机床主要是参照CA6140设计的，其结构工艺性、制造与维修都很方便。
1.4 旋压机床设计步骤
1.调查研究
在管接头螺纹保护帽中通过旋压加工出来的零件其结构的刚度与强度都会比金属切削机床加工出来的零件高，而且来料浪费小，制造工艺简单等优点。对于此设计师有先例的，此种工艺结构已通过了科学的实验，取得了足够的数据，有很多数据以应用到此设计中
2.方案的拟定
在调查和科学实验的基础上，拟定了此方案，工艺的分析可行，主要技术参数通过演算，中布局合理，传动系统通过齿轮传动，液压系统及电气系统的设计
3．工作图设计首先绘制机床总图和各部件装配图。为了是各部件能够同时而且较为协调的设计，一般应画出机床的总体尺寸关系图，在图中确定各部件的轮廓尺寸和各部件的联系的相关尺寸，以保证各部件在空间不发生干涉并能配合工作。同时画出机床的传动系统图、液压系统图和电气系统图，并进行必要的计算。
1.5 旋压机床的总体布局
机床总体布局的目的，是按照简单、合理、经济的原则，制定一种实现加工要求的方案。他基本上是由工艺方法，运动分配，工件尺寸、重量、精度、表面光洁度以及生产效率等因素所决定。
专用机床上加工工件的工艺方法是多种多样的。在总体布局时，往往由于工艺方法的改变，导致机床的运动、传动、部件配置以及结构等产生一系列变化。故在确定专用机床的总体布局方案时，应首先分析和选择合理的工艺方法。对于旋压机床来说主轴旋转用电机带动，进给力由液压提供，尾顶力也由液压提供，各个方向运动控制由PLC控制。