板材坡口机的总体结构设计【7张CAD图纸和说明书】
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板材
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辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 1 前言 板材 坡口 机是一种使用最广泛的板材 加工 机械，早已实现了液压化 ,80 年代迅速实现了数控化。据不完全统计， 5 展出了 18 台板材 坡口机 ，其中外国 7 台，中国 11 台。除了 中国 台湾的一台以外， 其余的 17 台全部是数控板材 坡口机 。在我国历届国际机床展览会上 ,这一届 展览会 展出的板材 坡口机 最多，国产板材 坡口机 也很多， 且水平较高。 板材坡口机是用于焊接板材前打坡口的机械。对于 普通板材 坡口机 来说， 只有高度熟练的操作人员才能做好此工作，即使如此也需要相当长的调整时间。用先进的液压系统和数控系统装备的板材 坡口机 不但可以大大 缩短调整时间，而且没有工作经验的操作人员也能生产出达到要求的板材坡口 机 。本文研究的板材 坡口机 用于铝板的坡口加工，具有很好的实用价值， 这种 板材 坡口机 控制系统由液压系统控制，铣削系统为核心系统。相对数控系统装备的板材 坡口机 其成本 要 低的多，而且对操作人员的熟练度要求较低。本文主要阐述了铣削系统、 液压缸的设计以及液压控制系统的设计等内容。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 2 1 绪论 课题来源 阜新封闭母线有限责任公司（原阜新封闭母线厂）是国家定点设计，制造封闭母线及其成套设备的专业企业，是中国最早研制、生产全连式相对封闭母线的厂商，拥 有八十年代世界先进水平的封闭母线铆焊生产设备和 安培大电流实验装备 ， 是东北输变电上市公司之一 。 板材 坡口机 是 封闭母线生产 中不可缺少的 设备 ，为满足客户的需求，公司迫切需要设计一种实用 且 成本 较 低的产品。 课题的设计目的及意义 随着 板材 坡口机 控制系统的发展， 它的 功能越来越齐全，操作越来越方便。 虽然以数控系统为控制系统的板材 坡口机 生产效率会很高，而且质量也非常好， 但这些对于铝 板 的坡口加工 来说，消耗的成本 过 高，固我们采取 常用 的设计结构，使用液压控制系统 进行设计 。这样不但能满足生产 要求 还能节省资金。 与课题相关的国内外研究现状分析 板材 坡口机 在国内的发展情况 近 年来，继液压技术之后，数控技术广泛应用于锻压机械 的 各个领域，国内的数控板材 坡口机 也有一定的发展。从 1986 年 10 月第一台 200 数控板材 坡口机 由天水锻压机床厂研制成功以为，国内数控板材 坡口机 技术发展较为有代表性的单位有济南铸造锻压机械研究所、黄石锻压机床厂和上海冲剪机床厂。黄石锻压机床厂和济南铸造锻压机械研究所联合先后完成了 000和 100口机 。其中 100S 板材 坡口机 产品属于 70 年代末开发的新型板材 坡口机 。上海冲剪机床厂更是异军突起，从 1986 年以来先后开发成功具有现代水平的 材 坡口机 和具有当代水平的高精度数控 板材 坡口机 。其中 列数控 板材 坡口机 采用瑞士 材 坡口机 专用数控系统，该系统可通过 挡料位置）、 Y 轴（机械挡料位置）来控制 坡口 角度，并由当栅尺检测出滑块位置，由 控制滑块上下死点、快慢速度换点和板料压紧点等。 不甘落后的上海新力 机器厂奋起直追， 1992 年下半年起先后研制成功了 列数控板料折弯机，其中 200 数控 板材 坡口机 采用台湾心得科技公司生产的数控系统，采用二轴切换方式实现二轴的分别控制和定位。该数控 板材辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 3 坡口机 属于经济型，整机性能稳定、可靠、操作简便，该机已销往海内外。另一种20 数控 板材 坡口机 的数控系统采用上海机床研究工作所开发的 ，该系统相当于瑞士 司的 有 80 年代先进水平。该厂最新研制的200 数控 板材 坡口机 ，采用瑞士 控系统。该系统可用英语进行人机对话编程，并控制折弯 铣削 力，配有 9分辨率显示屏幕，输入各 铣削角度 后可显示所 铣削 产品的单色图象，直观地提示操作工人应如何进行操作，滑块位置由沅栅尺检测等等。 另外，我国最近又研制成功了 列三种数控 板材 坡口机 ，该系统 板材 坡口机 采用瑞士 数控系统。该机具有如下特点：图形显示功能和计算机辅助编程功能（ 即操作者根据加工图纸，将 铣削 角度和 铣削 边缘的长度输入 后由示工件的截面图，并计算所需工件展开长度；引用存储器里的模具参数等计算最佳铣削 顺序和每道顺序的定位尺寸；压力计算功能可以计算自由 铣削 及凹模 铣削 所需压力；在圆弧 铣削 计算功能，用直线逼近方式模拟大圆弧 铣削 加工，计算每一工序的定位尺寸；辅助参数计算机功能，如计算滑块的上死点位置，由 续控制协助操作能避免错误动作。 在 出的产品中，国产 板材 坡口机 较多，而且水平较高。下面简单介绍几个公司的展品： 1）上海冲剪机床厂展出的 200 型 板材 坡口机 ，两个油缸各自采用电液伺服闭环 控制。采用 司 控系统，实现 7 轴数控（ 、 滑块上有长孔，布置液压挠度补偿装置。上模有液压快速夹紧装置，工作台前有气动前托料架。 2）新力机器厂展出的 100 型 板材 坡口机 ，两个油缸各自采用电液比例闭环控制。采用 司 控系统实现 7 轴数控制（ 2、 R、 工作台上有液压挠度补偿装置。上模有液压快速夹紧装置。该厂现有 3个系列数控 板材 坡口机 ， 列为电液 伺服闭环控制，采用 控系统， 4 轴数控。 列和 列是 2 轴数控，主机为扭轴机械挡块结构，前者用心得公司 控系统，后者用 3控系统。 3）亚细亚机械有限公司展出的 100 型 板材 坡口机 是按瑞士 司的图纸生产的，两个油缸各自采用比例阀和光栅组成的电液比例闭环控制，但是光栅的动尺和定尺直接装在床身和滑块上，而不是在工作台两端各装一 C 型臂，与动尺连接。这样不辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 4 能消除加载时和偏载时床身变 形不一致对 铣削 精度的影响。采用 控系统，实现3 轴数控； X。数控系统不是悬挂式箱形结构，而是与电气控制柜装成一体。该公司是日本亚细亚国际商事株式会社在中国开设的工厂，而亚细亚国际商事株式会社是司的亚洲总代理。 司是瑞士生产 板材 坡口机 的著名公司， 板材 坡口机的规格从 500N 到 50000作台最大长度 18000称最近制造了世 界 100000口机 ，用于海上石油钻井平台 板材 的 铣削 。 4）江都机床总厂展出的 000 型 板材 坡 口机 和扬州锻压机床厂展出的200 型 板材 坡口机 ，都是用电液比例控制系统对两个油缸进行闭环控制。前者采用 控系统， 4 轴数控： X、 R。工作台上有液压挠度补偿装置。后者采用 控系统， 3 轴数控； X。 5）北京锻压机床厂展出 500 型 板材 坡口机 ，天水锻压机床厂。无锡治金机械厂和靖江锻压机床厂各殿出 200 型 板材 坡口机 。主机者是扭轴机械挡块结构。采用 控系统， 2 轴数控： Y 和 X。 6）台湾晔俊公司展出的 板材 坡口机 ， 铣削 力 600作台长度 2000机采用齿轮齿条同步机构，操纵盒子上有滑块位置调节和显示装置，是普通 板材 坡口机 。该公司也生产数控 板材 坡口机 ， 铣削 力从 450 3000作台最长长度 3600 20 种规格。 我国 板材 坡口机 技术水平近年来得到迅速提高，在 出的 10 台 板材 坡口机 全部数控化，使 板材 坡口机 的精度、功能和可靠性提高到了一个新阶段。 板材 坡口机 在国外的发展情况 国外的 板材 坡口机 早已实现液压化，现在已普遍采用电液比例（或伺服）控制技术对两个油缸的同步位置，速度和压力进行精确控制。与机械液压伺服阀的液压系统相比，不仅调整方便，控制精度高，容易实现双机联运，而且机械结构简单。液压系统集成化，与数控系统连接简单方便，从而使 板材 坡口机 的制造、装配、调试和维修的工作量都相应减少。 国外著名的液压件公司如 都可全套提供 板材 坡口机 的比例控制液压系统，其控制阀块（包括充液阀）直接装在油缸顶部，使液压管路减少到最 佳 程度。著名的 公司可以提供 板材 坡口机 专用的各种档次的数控系统。上述液压系统和数控系统全都可以匹配，为 板材 坡口机 制造厂提供了极大的方便 。 为了进一步提高 铣削 精度，国外有些 板材 坡口机 公司已开发了多种板料厚度自动测量装置、 铣削 角辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 5 度自动测量装置、 铣削 角度回弹量自动测量及补偿装置，并已经在 板材 坡口机 上得到实际应用。 为了减轻 板材铣边 操作的劳动强度，实现无人操作，已有几家 板材 坡口机 公司开发了多轴数控的专用机器人与 板材 坡口机 公司开发了多轴数控的专用机器人与 板材 坡口机 组成 板材 坡口机 机器人 系统，在生产尺寸较小，形状不 太 复 杂的典型 板材铣边 件时实现无人操作。 国外 板材 坡口机 已经普遍应用，如瑞典 司的 部每年大约生产 200 台 板材 坡口机 ，其中 90%以上的产品装有 公司 640口机 采用 司 控系统。该公司另一种新式的 板材 坡口机 具有伺服控制（带有偏心 铣削 功能）， 铣削 过程中可以补偿机身变形的 双工作基准面 ，重复精度可高达 轴控制所具有的多性能使 板材 坡口机 实现有效控制 ,悬浮结构和液压模具夹紧装置实现模具自动快速换模，并装有 板料的测厚装置，用以检查 铣削 板的厚度变化是否在 板材 坡口机 的允许范围之内。 列全电 液压系统控制的上传动 板材 坡口机 ，采用 统，全部实现 制。 美国的 司的 点 板材 坡口机 ，在工件 铣削 精度和机器操作方面都另具特色。而瑞士的 司 列三点 板材 坡口机 更是 80 年代冷加工设备的佼佼者，它不仅有数控或程序控制功能，并较好地解决了金属板料 铣削 的高质量和高重复精度问题。因此，在多层次金属板料 铣削 过 程中，工件精度几乎不受工件长度的影响。国外还有由机器人和 板材 坡口机 组成的柔性 板材 坡口机 系统，用于实现折柔性 铣削 。如日本天田公司 5500精密 板材 坡口机 和意大利普利玛公司设计的由机器人组成板材 坡口机 机器人 系统。机器人装在 板材 坡口机 的工作台上，沿工作台移向自动叠料机，以钳爪夹住一块板料（板料已升起到与夹钳相同的水平面上），回到其工作位置，操作板料直到完成全部 铣削 工序为止，然后再回到自动叠料机处卸下已成形的工件并夹起另一块板料。 对 板材 坡口机 行业在国内发展的建议 如今 我国的 板材 坡口机 技术水平已经提高到了一个新阶段，但是我国 板材 坡口机 行业需要进一步发展和提高，应该重视以下问题。 1） 板材 坡口机 制造厂必须尽快建立一支能够熟练掌握 板材 坡口机 数控系统和电液比例控制系统的技术队伍。为了使数控 板材 坡口机 作为商品进入市场，让用户正常使用，各辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 6 板材 坡口机 制造厂一定要拥有能够担当起数控 板材 坡口机 的设计、装配、调试、维修和培训用户任务的技术人员和工人的队伍。 2）国内 板材 坡口机 的规格品种很少，龙其缺少大规格大吨 位 板材 坡口机 。大多数 板材 坡口机 都没有上下模的液压快速夹紧装置、工作台挠度补偿装置、气动托持装置、多 种型式的后挡料器等可供用户选择的部件和附件。 3）大量使用金属薄板的用户，往往配套使用 冲剪折 三大件板料加工设备。因此，生产板料成形机床的制造厂正向 冲剪折 三大件产品成龙配套生产的方向发展。在国外这一趋势早在几年前就已出现。我国有条件的 板材 坡口机 制造厂应该不失时机开发冲模回转头压力机或步冲压力机。 4）外国著名的公司大举涌入中国的 板材 坡口机 市场，除了一些早已进入的公司以外，近两年又有一批公司或在中国建厂生产，或建立办事处、经销机构，或与国内工厂洽谈合资，一些首次来中国参展的公司也在积极寻找代理销售服务单 位。这对我国 板材 坡口机 行业是 一个 严峻的挑战。另一方面，为 板材 坡口机 提供数控系统、液压系统，以及光栅尺、伺服电机等配套件的许多外国公司也正在积极争夺中国市场，为迅速提高我国 板材 坡口机的水平提供了有利条件。一些外国 板材 坡口机 公司也正在中国谋求技术合作、合资生产，也为我们提供了机遇。因此，面对这 一挑战与机遇、困难与有利条件并存的局面，我们必须抓住机遇，迎接 挑战，迅速提高和发展我国自己的 板材 坡口机 技术。 刨边机与 坡口机 的优缺点 刨边机的优缺点 ： (1) 刨边机价格便宜 ,便于制造 ,寿命较长 (2) 刨刀更换 方便 (3) 刨刀仅能刨出 V 形焊接坡口 (4) 刨边机为被动切削 ,无需动力 ,但消耗递送机的递送力 (5) 刨刀需磨削 ,对工人磨削技术要求高 (6) 刨边机无法消除钢带月牙弯 (7) 刨边刨出的边缘形状不精确一致 (8) 刨边机很难同时刨出钢带两侧形状 ,无法保证钢带宽度一致 (9) 刨边机对圆盘剪剪切后的钢带两侧质量要求较高 ,圆盘剪出现弦崩刃时必须更换。坡口机 的优缺点 ： (1) 坡口机 铣出的坡口形状精确一致 ,有利于成型和焊接 ,是焊接的理想坡口 ,尤其是厚辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 7 板时能铣出理想的 X 型坡口 (2) 坡口机 铣出的坡口角度 准确 ,从始到终不变 ,可避免成型缝“内紧外松”或“外紧内 松等缺陷 (3) 铣出的边缘及坡口的表面粗糙度好 ,减少了错边、烧穿、电流和电压波动等缺陷 (4) 可消除的部分月牙弯 ,对头通过平稳 (5) 在厚度大于 12 ,可铣出 X 型坡口 ,避免未焊透现象 ,且可有效降低焊缝高度 ,得到理想的焊缝形状 ,并有利于钢管内外表面的防腐作业 (6) 可在两侧同时铣出焊接坡口 ,有利于成型稳定 ,并保证钢带宽度不变 (7) 坡口机 为主动切削 ,需一定的动力 (8) 铣边刀片更换时较费事 (9) 坡口机 的振动及噪音较大 铣边与剪边工艺的比较 板边加工是焊接生产工艺中必不可少的工序 ,焊接的质量和经济效益与待焊板边质量、加工宽度关系密切。采用 坡口机 铣边工艺代替传统的圆盘剪边工艺 ,可根据板厚加工成要求的钝边尺寸、粗糙度和需要的焊接坡口 ,为焊接板材创造良好的条件。加之铣边量比剪边量窄 ,提高了成材率 ,具有良好的经济效益。 板边加工在焊接工艺中的必要性 准规定 :“不切边板材宽度允许偏差为 + 20”“不切边板材的镰刀弯每 5m 不得大于 25为了保证板材成型稳定及焊接质量 ,必须对板材进行板边 加工 ,以消除“镰刀弯” ,并使其达到所要求的工作宽度。板材板边质量决定了焊接内在质量。为了保证焊接质量 ,必须去除板边氧化物、油及其它缺陷 ,且板材边也不允许凹凸不平。为了易焊接 (小规范 ) 、提高焊速、焊缝内无未焊透 ,在板厚较薄时应防止板材边挤厚 ,在板厚较厚时应加工出所要求的焊接坡口及钝边等。因此 , 板材板边加工是焊接工艺必不可少的工序 ,板边加工工艺多种多样 ,采用合理的板边加工工艺既可提高焊管质量又可提高成材率。 板边加工工艺常用的带钢板边加工工艺 圆盘剪剪边工艺 前后两台 坡口机 粗铣 +精铣工艺 单铣边工艺 ; 圆盘剪剪边 +坡口机 铣边工艺 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 8 圆盘剪剪边工艺 圆盘剪剪边工艺是传统的板边加工工艺 ,采用上下两个圆形剪刃 ,根据板材厚度 ,通过调整两个剪刃间的间隙、重合量 ,将板边切除 ,剪边宽度一般为 1 1. 2 t ( t 为板厚 ) 。切除后的板边质量与剪刃质量、间隙、重合量密切相关 ,三者缺一不可。圆盘剪剪边工艺是剪切与撕裂共同作用 ,其板边形状凹凸不平 、或向一面翅边、或板边与板面垂直方向有小夹角 ,易造成气孔、漏弧以及 管熔融氧化物难排出等焊接缺陷。剪边工艺造成的板边形状优点是剪刃调整好 后使用周期较长 ,作业率高 ,刀盘消耗较低。 粗铣 +精铣工艺 目前应用最普遍的铣边工艺为粗铣 +精铣 ,粗铣机用直刀铣头将板材板边氧化物及缺陷铣去 ,并保证要求的工作宽度。精铣用 X 或 Y 形刀头将板边铣成所要求的坡口形状。此工艺适合生产厚壁板材 ,但刀具损坏较快 ,最多用 8 h 必须更换一次刀头 ,相对作业率偏低。在生产薄壁板材而且原料宽度变化小时 ,可用一台 坡口机 ,另一台备用 ,以减少更换铣刀耽误的时间。 单台铣边工艺 只用一台 坡口机 ,同时完成粗铣和精铣工序 ,既要将板材铣到成型所要求的工作宽度 ,又要将板 边铣出焊接所要求的粗糙度及坡口形状。单铣的条件为原料宽度偏差要小 (10内 ) ,否则 ,料窄时会造成板边氧化物等缺陷未清除 ,料宽时会造成打刀或将刀盘卡死。此工艺适合生产薄壁、原料宽度变化小的板材。 圆盘剪剪边 +单 坡口机 铣边工艺 此工艺综合了圆盘剪剪边和 坡口机 铣边工艺各自的优点 ,圆盘剪剪去原料变化大的边缘部分 ,坡口机 铣到所要求工作宽度、坡口形式和钝边 ,在原料宽度变化大时会发挥更好的作用 ,但整体设备成本高。 板材 焊接质量好 由铣边、剪边工艺及焊接对板边质量要求分析可以看出 ,铣边后 , 板材板边粗糙度大大改善 ,待焊表面平整 ,可铣出所要求的焊接坡口形式 ,易满足焊接所要求的条件。所以 ,经铣边后板材的焊接质量明显优于剪边后板材的焊接质量。 板材 成材率高 板材 成材率与板材宽度、板边状态、成型质量、内外焊质量、对头切除长度等有关。板材宽度一定时 ,工作宽度与板边加工工艺有关。用剪边工艺时 ,剪边单边宽度为 1 1. 2 t,辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 9 一般单边为 7 15边为 15 30厚增加 ,剪边宽度就要加宽 ,用剪边工艺影响成材率约在 1% 2%。而用铣边工艺铣削量与壁厚关系不大 , 一般双边小于 10影响成材率约 ,即铣边比剪边节省材耗 0. 3% 1. 3%。 易加工厚板 在剪切小于 8厚时 ,板边质量受圆盘剪间隙、重合量及剪刃磨损影响 ,会造成板边毛刺、剪切面粗糙、凹凸不平等现象 ,而铣边不会产生这些现象。在剪切大于 10厚时 ,剪切难 ,板边质量更差 ,而且不能加工焊接所需的坡口。所以剪边同铣边相比 ,会造成焊接质量差、焊接缺陷多、焊缝通过率低、成材率低等问题。 铣边坡口参数 （ 1）坡口形式 在焊接壁厚大于 10上尤其是厚壁工件时 ,必须开 Y、 U、 X 形坡口给焊接 提供方便。在 坡口机 铣削坡口的埋弧自动焊接中 ,采用 Y、 X 形坡口形式。板材壁厚小于 11多用 Y 形坡口 ;壁厚大于 11用 X 形坡口。 （ 2）坡口角度 为了消除未熔合 (坡口暴露在焊缝边 ) 、假咬边等焊接缺陷 ,在埋弧焊接中坡口角度不宜过大 ,一般 (单边 )小于 30 ,钝边可根据板厚度确定 ,应小于 7着厚度增加 ,钝边可适当减小 ,以不漏弧、易观察内焊不造成焊偏为目的。在大壁厚 (15上板材焊接时 ,为了易于观察内焊红线 ,可将外焊坡口适当加大 ,但不宜超过 45。 （ 3）坡口位置 内焊开坡口有利于熔深 ,因为内焊 时 ,待焊金属温度为室温 ,温度较低。外焊受内焊的预热 ,在同样条件及线能量下 ,外焊比内焊熔深大。内焊为双丝焊时 ,内焊开坡口是最合理的 ,有利于跟踪内焊避免焊偏 ,同时降低内焊道高度 ;但在内焊为单丝时 ,为了防止假咬边 ,应尽量不要在内焊边开坡口或根据情况开小角度坡口。外焊开坡口一方面增加熔深 ,另一方面降低焊缝高度 ,减少应力集中 ,也有利于钢管外防腐 ,这一特点被公认。但焊接时 ,不易于目测跟踪内焊红线 ,而造成内焊焊偏。 铣边工艺对工作条件的要求 （ 1）对板材质量的要求 不同板材生产厂质量控制、生产工艺及设备的 差异 ,生产的板材板形不同 ,即板宽公差、辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 10 0月牙弯、平直度差别较大。板形太差铣边时易产生脱铣、打刀等现象 ,给铣边带来困难。同生产厂签定技术条件时 ,必须对板形提出严格的技术要求 ,而且板边缘夹渣等内部缺陷范围不得大于铣边量 ,以保证铣边质量和焊缝质量。若采用圆盘剪 +铣边工艺 ,可适当放宽对板形的技术要求。 （ 2）对板材递送的要求 (板材纠偏 ) 在铣边时 ,为了防止一边脱铣而另一边铣削量过大 ,造成卡住 坡口机 、打刀等现象 ,对板材进行纠偏显得更为重要。板材纠偏主要以原料进入平辊、立辊交替分布区前 ,时刻保证板材按要求位置运行。若焊接 机组为短流程 (前摆式 )机组 ,从拆卷机开始控制 ;若是有活套或有飞焊小车的连续生产机组 ,在板材进入 坡口机 前必须使板材按要求位置递送 ,从拆卷机开始保证板材递送 ,铣边效果肯定更佳 ; 板材在进入夹送机前出现不平 (一高一低 ) ,或板材在进入成型机前出现跑偏时 ,调整夹送机某边压下量是消除上述问题的最佳方案。用立辊强制赶料会造成板材边缘挤厚 ,且易使立辊损坏。 （ 3）对板材对头焊接的要求 (对头质量 ) 一般情况下 ,板卷的头、尾各项质量指标较差 ,需剪去一段长度后进行对头焊接。若操作工人操作不慎 ,会造成对头前后板材对不齐 ,增加硬弯 (月牙弯 ) 、对焊错边等缺陷 ,给铣边带来麻烦。所以必须提高对头焊工操作水平 ,减少人为因素 ,防止料头料尾切斜造成对头前后月牙弯 ,为铣边质量提供保证。 存在问题 (1)消耗成本较高。用 坡口机 代替圆盘剪需要的电能、铣刀消耗比圆盘剪费用大 ,生产成本费用增加。 (2)作业率降低。圆盘剪剪刃使用周期较长 ,而铣刀最多用 8 h 就需更换一次 ,每次更换时间约需 30作业率明显降低。 结论 (1)铣边质量高于剪边质量 ,并可铣出所要求的坡口 ,为焊接创造有利条件 ,提高了焊接质量。 (2)采用铣 边工艺 ,虽因刀刃磨损快、换刀频繁而增加了材料消耗成本 ,降低了作业率 ;但铣边量比圆盘剪剪边量小 ,可提高成材率约 1%,综合经济效益可观。 (3) 板材板形、生产工艺、操作水平是保证铣边质量的关键。 (4)随着板材生产厂轧制技术的不断发展 , 板材尺寸精度得到有效提高 ,焊接板材生产辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 11 1中板边以铣代剪工艺将广泛普及。 主要设计内容和预期结果 设计内容 1） 板材 坡口机 的总体结构设计 2）液压系统（包括液压缸）的设计 3） 板材 坡口机 的 铣削系统 设计 4）控制系统概述 预期结果 能够设计出一 台满足阜新封闭母线厂需要的液压铜排（铝排） 板材 坡口机 ，并能提高一定的生产率和产品质量，减轻工人劳动强度，降低生产成本。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 12 22 板材 坡口机 的总体结构概述 材 坡口机 的结构 由于 铣边 工艺的特殊性决定了 板材 坡口机 的结构与普通压力机结构上的差异 。通常所有 板材 坡口机 由以下几部分组成 : 1） 油缸 ： 提供 板材 坡口机 压紧板材 所需的 压紧 力且驱动 压料脚 上下往复运动。 2） 压料脚 ： 在长度上连接 液压缸 ,可上下往复往复运动 ,完成板料的 压紧 。 3） 机架 ： 由两个立柱及三梁联结而成。油缸 、机床导轨及 铣削系统 等均固定在其上。两个立柱 是 最主要受力构件。 4） 带 滚轮的板料 的工作台 。 5） 铣削系统 :由 铣削头，工作进给系统，快速滑移系统等组成。 6） 液压系统 :由油箱、油泵、压力阀组、同步阀组及液压管道等组成。向油缸提供压力油并控制其运动。 8） 减速器：连接电动机和铣削头，使铣削头具 有变速功能。 9） 主电动机和三个辅助电动机。 10）其它辅助功能机构 ： 便于板料的上、下料及折弯过程中的随动托料 ， 可实现自动化。 总体设计要求 坡口机 在属于高精度设备 ,设计时需按有关机床设计标准设计。根据我对 坡口机 的研究与 设计 ,以及在焊管生产线上的应用情况 ,对设计要求作介绍 : 坡口机 的动力传递推荐采用齿轮传动 ,选用高精度齿轮 ,尽量减少电动机振动、跳动等对主轴精度的影响 ; 铣头应设计成角度可调 ,以便铣出理想的焊接坡口 ; 要有效解决板材的左右窜动和上下跳动难题 ,从而避免打刀现象 ; 铣刀盘要有防护 ,防止铁屑飞溅到钢板上和操作人员的身上 ,以免造成钢板表面压痕和人身不安全事故发生 ; 主轴箱需要稀油润滑 ,用于保证轴承润滑 ; 为了保证刀具的耐用度 ,必须合理确定铣削速度。由于国内刀片质量及研究水平的提高 ,刀片的切削速度已有很大的 提高。建议 坡口机 刀片尽量采用硬质合金刀片 ,切削速度在150 260 m/ 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 13 3(2) 刀片 坡口机 必须适用于连续作业生产 ,要求刀片具有很高的抗热震裂、抗塑性变形能力和抗冲击性 ,红硬性高 ,耐磨性好。并要求更换方便、快捷 ,一个刀片有多个刃口可供使用。 (3) 顺铣与逆铣 铣刀旋转的方向与前进的方向相同称为顺铣 ;铣刀旋转的方向与前进的方向相反称为逆铣。顺铣切削时 ,刀齿一开始就 从最大的切削厚度处切入 ,逐渐切到零 ,避免了在已加工的板材边缘表面上滑行 ,减少了加工表面冷作硬化现象和后刀面磨损 ,而且切削路程短 ,铁屑短 粗 ,平均切削厚度大 ,变形小 ,切削功率可比逆铣节约 10 %左右。逆铣切削时 ,每齿切下的铁屑切削厚度是逐步从零增至最大。因此刀齿刚切入时 ,在钢带由前一刀齿切削所形成的冷硬表面层表面上滑行一段距离 ,直到切至一定的切削厚度时才能切入 ,而且进给量越小 ,滑行距离越长 ,所以刀齿后面与工件磨擦较大 ,挤压严重 ,使刀具易于磨损 ,耐用度和粗糙度降低 ,还会造成严重的硬化层。因此针对实际需要我设计的 坡口机 采用顺铣方式。 对于阜新封闭母线厂所需要的 ,我们只需做一个简易的 板材 坡口机 ，设计的结构包括液压缸、铣削系统 以及控制系统等。 板材 坡口机 的总体方案设计 总体方案设计包含功能设计、结构设计和性能设计三部分。功能设计，即在调研并确定了 板材 坡口机 的工作参数（运动、动力、尺寸）之后，通过功能分解创新出或类比出可以实现加工要求的各种布局方案创新设计。通过对运动功能的分解和合成来确定其布局方案，对于设计加工特定板料的专用 板材 坡口机 较为有效。而 铣削 设计或类比设计主要通过查询、比较确定可参照的 板材 坡口机 布局方案，而大量用于设计一般的通用性 板材 坡口机 。 结构设计是在总体布局方案基本确定之后，对机械结构件进行主要形状和尺寸的设计。结构设计同样有类比 和创新设计两类。类比技术是建立在成组技术和模块化技术的基础上，采用参数化设计方案来实现。而创新式设计主要是按照设计人员的意愿，通过对基础模块（板、梁、筋、孔、凸缘、法兰等）的实体进行拼装、重叠等操作来实现。 性能设计是根据 板材 坡口机 的总体性能要求对运动误差、精度和刚度等进行设计分配。 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 14 43 控制系统的选择及设计 控制系统的选择 控制系统的传动主要有机械传动、气压传动和液压传动等不同类型。机械传动是指依靠齿轮等一些机械机构来传递能量的传动；气压传动是以气体的压力能进行传递和转换能量的气体传动；液 压传动是以液体的压力能进行传递和转换能量的液体传动。由于液压传动装置体积小、重量轻、结构紧凑、惯性小；操纵、控制简单，方便、省力；易于实现过载保护；液压元件使用寿命长，所以液压传动系统自然就成为首选。但液压传动也有其自身的缺点，如：液压传动的工作性能受外界条件的变化很大；容易产生泄漏和压力损失，传动效率低；易产生泄漏而造成污染；对液压元件的加工精度、材料的材质和热处理工艺、维护和检修水平等要求较高，故成本较高；对工作介质的过滤要求严格。虽然液压传动存在以上的一些缺点，但总的看来，该传动的优点多于缺点，故选用 液压传动。 液压传动系统的设计 液压缸主要参数的确定 根据手册 10的推荐值，按主机类型选择工作压力，初选液压系统工作压力 p = 1）液压缸缸筒内径 根据液压缸的供油压力与负载缸筒内径 D 可按下列公式初步计算： 3 1 0p 364 2 3 0 0 0= 1 0 1 2 23 . 1 4 2 . 2 1 0 0 . 9 （ 5中： 名义总压力 p 液压缸的供油压力，一般为系统压力 m液压缸的机械效率，取m=）活塞杆直径 查表，由工作压力 p =选取速比 ，公称压力为 3则活塞杆直径为： 1 1 . 3 3 11 2 2 6 11 . 3 3d D m m 据手册调整 D 与 d 得： 1 2 4 , 6 1D m m d m m。 3）液压缸工作循环中流量的计算 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 15 5当活塞杆伸出时 2 2 31 3 . 1 4 0 . 1 2 4 0 . 0 0 5 0 . 0 0 0 0 6 1 /4 4 0 . 9 8 v m s 当活塞干退出时 2 2 2 2 32 3 . 1 4( ) ( 0 . 1 2 4 0 . 0 6 1 ) 0 . 0 0 6 6 6 5 0 . 0 0 0 0 6 2 /4 4 0 . 9 8 d v m s 式中： v液压缸的容积效率，活塞密封为金属环，v为 v 活塞杆伸出速度， 1 0 5 / 2v 活塞杆退回速度， 2 0 6 6 5 / D 液压缸内径 d 活塞杆直径 缸筒壁厚和外径计算 1）缸筒壁厚的计算 缸筒常用无缝钢管材料，本设计采用的是 45 号钢。缸筒相当于一个两端封闭的圆筒形受压容器，由材料力学可知，其应力状态是随着缸筒内径和壁厚的比值 D 改变而改变，因此在计算缸壁的合成应力与厚度时，必须考虑不同的比值与材质，采用不同的强度公式。由于 D 是事先未知的，因此需要假设和验算过程。 表 5高精度冷拔无缝钢机械性能 表 of 料 35 b N/00 600 s N/40 310 s % 16 4 E N/0900 21200 a 先求薄壁缸筒 当 2,08.0 m a 壁厚，强度计算公式： 2 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 16 6D缸筒的内径 高容许压力 缸筒材料的许用应力 缸筒的内应力 许用应力 可以用下式计算： 4 057 0 0 式中： b缸体材料的抗拉强度，查表可知 n安全系数，一般取 5 算出 值后代入 m a x 3 1 2 4 1 . 3 32 2 1 4 0PD 取整 5 0 124D ，而 足前面假设的条件，所以采用这种薄壁缸筒。 2）缸筒外径 缸筒的壁厚确定以后，由下式计算出缸筒的外径： 2 1 2 4 2 5 1 3 4 m m 液压缸的强度校核 以缸壁的厚度 为参数，按照相应的公式确定液压缸有关尺寸： 液压缸的缸体厚度： 2 2 5 1 0t m m 缸体处过渡圆弧半径： 11 1 2 4 1 5 . 588R D m m 缸的出油口直径： 0 0 . 1 3 0 . 1 3 1 2 4 1 6 . 1 2d D m m 取整 0 17d 液压缸进行强度校核的有关数据为 : 23000N，缸体材料采用的是 45 号钢，材料的机械性能为 00，40 ，泊松比 ，液体工作压力为 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 17 7此缸的主要尺寸为： 缸的内径 缸的外径 7缸的缸底厚度 t=1 缸的出油口直径 1）缸壁部分 此缸的最大应力点在内壁，其最大值为： 222m a x 2 2 2 2213 3 7 2 . 2 2 5 . 27 6 . 5Hr p M p 此时由于 ，所以安全。 2）缸底部分 本设计采用的是缸底为平底的，平底缸当作均步载荷作用且周边刚性固定的中心有孔的圆孔来考虑，最大弯曲应力发生在圆板的周边，可以按平板公式 2计算： 1012 2 . 2 6 . 1 1 . 7 0 . 8 7 32 2 . 2 6 . 1 2 21222 . 2 6 . 1 0 . 7 5 0 . 7 5 7 0 . 5 70 . 8 7 1 p 式中： 缸底因为开孔而引入的削弱系数 此时许用应力取最小的值为 100于 ，所以安全。 3）活塞杆强度验算 活塞杆常用 35、 45 钢等材料，对于冲击震动很大的活塞杆，也可以使用 55 钢与 40里选用的是 45 钢作为活塞杆材料。其力学性能为： 40， 00， n 取2 ： =142 s 为 177 活塞杆计算长度根据行程而定： +H+（ 10 20） =230+40+26+20=316 式中： S最大的行程， S=230导向套的长度，一般取活塞杆直径的 以上，即： 1 0 . 6 0 . 6 6 1 3 6 . 6L d m m 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 18 8H活塞杆插入活动横梁的长度，取 H 为 0 . 4 0 . 4 6 1 2 4 . 4d m m 由于 316 5 . 1 8 1 061 ，则按以下公式验算： 2124 液压缸的最大 推力为： 2 2 6 53 . 1 4 0 . 1 2 4 2 . 2 1 0 1 . 0 6 1 0F D p N 所以： 522m a x 1 64 4 1 . 0 1 0 0 0 . 2 7 2 7 3 . 1 4 1 7 7 1 0Fd d m m m 式中： d 活塞杆直径 1d 空心活塞杆内径，对于实心活塞杆 1 活塞杆的压或拉应力 由于本设计中活塞杆直径 d=617以活塞杆满足强度要求。 液压元件的选择 1）选择泵和驱动电机 取系统的泄漏系数 8为 K=液压泵的最大流量为： 31 . 1 0 . 0 0 0 6 6 5 0 . 0 0 0 7 3 1 5 / Q m s 退液压缸在整个工作循环中的最大工作压力为 如取进油路上的压力损失为0则考虑系统动态压力因素的影响，液压泵的额定工作压力为： 2 . 2 0 ) (1 2 5 % ) 2 . 7 5 由于 10 个液压缸并联，所以： . 7 5 1 0 2 7 . 5 总根据 查手册选用 高压低噪声定量叶片泵，量为 r，公称压力为 25又因为该液压系统的最大功率出现在退回阶段，如果取液压泵的总效率为 液压泵驱动电机所需的功率为： B 根据此数值查阅手册，选取 电动机，其额定功 率 额定转速辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 19 9rn n 。 2）阀类元件及辅助元件 根据液压系统的工作压力和通过各个阀类元件、辅助元件的实际流量，可选出这些元件的型号及规格。表 5出了一种方案 。 滤油器：滤油器是用于滤除油液中非可溶性颗粒污染物，对油液进行净化，以保证系统工作得稳定和延长液压元件得使用寿命。所以液压泵吸油口需装一粗滤油器。 表 5件的型号及规格 表 of of 号 产品名称 估计通过量（ L/ 额定流量 （ L/ 额定压力 （ 产品型号 1 2 3 4 5 6 定量叶片泵 溢流阀 三位四通换向滑阀 单向阀 单向阀 背压阀 5 40 35 32 63 40 40 20 25 32 63 21 20 20 10 T） 02 ）油管 各元件间连接管道的规 格按元件接口处尺寸决定，液压缸进、出油管则按输入、排出的最大流量计算。根据这些数值，当油液在压力管中流速取 3m/s 时，算得和液压缸无杆腔和有杆腔相连的油管内径分别为： 0 . 0 0 0 61 1 3 0 1 5 . 9 83d m m 0 . 0 0 0 61 1 3 0 1 5 . 9 83d m m 这两跟油管都按 用内径 16径 18无缝的钢管。 4）油箱 对于一般情况来说，油箱的有效容积（液面高度为油箱高度 80%时的容积）可 以按液压泵的额定流量 Q 估算出来。则： 辽宁工程技术大学毕业设计（论文） 20 0 式中： V油箱的有效容积 与系统压力有关的经验值：低压系统 =2 4
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