坡口切割机床设计说明书.doc

目录第一章 绪论31.1毕业设计研究的意义及目的31.2坡口切割机床简介3第2章 机床结构方案制定42.1坡口切割机床42.1.1机床的组成及配置42.1.2坡口切割机床的技术指标42.2坡口切割机床结构52.2.1机床结构特点 52.2.2 机床的冷却系统62.2.3机床的润滑系统72.2.4机床的安全维护7第3章 机床部件设计83.1运动部件设计83.1.1已知条件83.1.2结构分析式83.1.3绘制转速图93.2 动力设计133.2.1 确定各轴转速133.2.2 带传动设计143.2.3 各传动组齿轮模数的确定和校核163.3 齿轮强度校核：193.3.1 校核a传动组齿轮193.3.2 校核b传动组齿轮213.3.2 校核c传动组齿轮223.4 主轴强度的校核243.4.1 确定各轴最小直径243.4.2 轴的校核253.5 机床基本机构简介26第四章 环境保护及安全生产28第五章 结论29结束语29参考文献30第一章 绪论1.1毕业设计研究的意义及目的研制4000坡口切割车床，可以满足以下产品的中间加工及最终加工：20004000厚壁筒节的平口及各种焊接坡口加工，筒节高度可达3000mm。4000以下的锥体筒节的平口及各种焊接坡口加工。4000以下的厚壁封头平口及坡口加工。4000以下的大型法兰加工。直径小于4000的其他工件粗加工。金属结构厂在压力容器制造中，每年大型模具、大型法兰、大型封头、厚壁锥体、筒节的平口及坡口加工费用在一百二十多万元，而且在近几年每年都在递增。由于没有加工手段，除外委加工高费用外，还有相当大的一部分工程量因我厂的加工手段不足而流失或不敢承揽。研制成功后：可完全实现厚壁容器壳体的平口及各种焊接坡口加工，有效的保证厚壁容器的工期和产品质量，降低生产成本。对于长期靠外委加工的大型法兰、球罐模具的二次加工、封头模具的加工及修复、大型锥体平面及坡口可自行加工。实现工序间的加工，保证产品的制造工期，提高产品的质量。1.2坡口切割机床简介坡口切割机床是一种自制专用机床，专门用于坡口切割加工。坡口切割机床主要用于加工直径大，长度短的大型和重型工件。坡口切割机床一般可分为单柱式和双柱式。小型坡口切割机床一般做成单柱式，大型坡口切割机床做成双柱式。坡口切割机床结构的主要特点是它的主轴处于垂直位置。坡口切割机床的主要特点是：工作台在水平面内，工件的安装调整比较方便。第2章 机床结构方案制定2.1坡口切割机床2.1.1机床的组成及配置主要组成部件有：主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、丝杠和床身。主轴箱：又称床头箱，它的主要任务是将主电机传来的旋转运动经过一系列的变速机构使主轴得到所需的正反两种转向的不同转速，同时主轴箱分出部分动力将运动传给进给箱。主轴箱中等主轴是车床的关键零件。主轴在轴承上运转的平稳性直接影响工件的加工质量，一旦主轴的旋转精度降低，则机床的使用价值就会降低。进给箱：又称走刀箱，进给箱中装有进给运动的变速机构，调整其变速机构，可得到所需的进给量或螺距，通过光杠或丝杠将运动传至刀架以进行切削。丝杠与光杠：用以联接进给箱与溜板箱，并把进给箱的运动和动力传给溜板箱，使溜板箱获得纵向直线运动。丝杠是专门用来车削各种螺纹而设置的，在进行工件的其他表面车削时，只用光杠，不用丝杠。同学们要结合溜板箱的内容区分光杠与丝杠的区别。溜板箱：是车床进给运动的操纵箱，内装有将光杠和丝杠的旋转运动变成刀架直线运动的机构，通过光杠传动实现刀架的纵向进给运动、横向进给运动和快速移动，通过丝杠带动刀架作纵向直线运动，以便车削螺纹。刀架、尾架和床身是用来支撑整个机床跟材料、道具等。2.1.2坡口切割机床的技术指标工作台有效工作尺寸及承载能力：4000H300030T工作台转数： 0.55转/min垂直进刀速度及行程：0.525mm/min500mm水平进刀速度及行程：0.530mm/min2000mm水平横梁升降速度及高度： 87mm/min2500mm加工精度：表面粗糙度3.2m2.2坡口切割机床结构2.2.1机床结构特点 本机床主要由床身、刀架、工作台、主轴传动、进给传动和其相应的变速操纵机构、冷却与电气设备等部分组成。现在将各部分概述如下：(1)床身部分：由床身和底座以螺钉紧固连接而成，为箱形结构的铸件，内部采用合理布筋增强刚性，是刀架等的支承部件，床身后侧装置主传动电机，内部安装主传动系统同时也作润滑油储存槽。中部左右两侧开有两方形窗口，左边装置动变速操纵箱，右边作检查调整用，下部左右两侧则为安装电气设备壁龛；壁龛的门上设有开门断电及密封装置，底座是整个机床的支承。主传动机构直接安装在床身内部，轴一端以弹性联轴器与主轴电机相连，中间以直齿轮传递动力，各轴用滚动轴承装在床身壁上，在轴的另一端装有一制动电磁离合器作主轴制动，打开床身右侧方窗口，即可见到主要的传动部分或作检查调整。(2)刀架部分：刀架安装在床身上部的前面。刀架安装在横梁上，横梁安装在双立柱之间，由电机控制刀架的进给与移动。(3)主轴变速操纵部分：变速操纵箱是一个独立的部件，它安装在床身左侧窗口上。利用孔盘齿轮条、拔叉操纵各滑动齿轮的位置，外露部分是转速盘手柄。为了变速时齿轮容易啮合，电气上使手柄转动过程中，主电机有一冲动，其冲动时间的长短与手柄运动的速度有关，为了避免齿轮的过度撞击，希望冲动时间短些为好，因此当手柄退回原位时，要求速度快一些，但得接近终点位置时，又必须把推动减慢，以利啮合。为了避免打开，变速不宜在主轴上高速转动中进行。(4) 进给变速部分：进给变速控制刀架的进给速度和快速移动。由进给电机和快进电机控制。(5) 工作台部分：回转工作台由电机带动减速机，减速机和齿轮通过螺栓连接，同时齿轮与三排滚柱回转支承的外齿圈啮合，同理回转支承的内齿圈通过螺栓与底座相连。制齿工装台与回转支承连接起来，所以当电机通电是，减速机带动齿轮，齿轮带动回转支承，从而实现工件的分度转动，达到生产设计的要求。(6) 冷却部分：冷却液装在机床的底座内，打开床身后罩可以看到冷却液泵将冷却液沿着管子输送到喷嘴，输送量用阀门调节。2.2.2 机床的冷却系统切削液回路先经铁屑箱，过滤后流回流油箱，在油箱内设有磁棒吸引油中的微小铁屑。（1） 切削液的作用在铣削加工过程中，切削液起到冷却、润滑、排屑的作用。若在切削液中加入防锈剂，还有防锈作用。（2） 切削液的选择切削液有两种：起冷却作用的水溶液、起润滑作用的油溶液和固体润滑剂。选择切削液要能满足铣削加工又要比较经济。2.2.3机床的润滑系统（a）整机的润滑设有油泵站，油箱上面放置齿轮油泵，其流量Q=25公升/分，压力P=2.5Mpa，油箱容积为1100公升。供立柱卸荷，润滑油泵的压力分二路输出一路供传动箱，传动箱各部的润滑、箱内还接出铜管供床身前后支架的润滑。压力油另一路通至立柱前面的油管座体。油管座体内分一路供立柱的润滑；一路经伸缩管通油至滑座及主刀架。（b）工作台的润滑是由静压油泵站分支油路。（c）床身导轨及立柱垂直导轨的润滑是间断的，当移动时才加润滑油，在立柱侧润滑开关，手动调节，供立柱移动时的润滑。滑座右侧有润滑开关，手动调节，供滑座移动时的润滑。（d）定期加油点，主刀架主轴齿轮付加油点，主刀架后支座加油点。2.2.4机床的安全维护机床在工作过程中，应注意下列事项，以确保机床安全运转。1）注意观察齿轮的啮合情况，注意润滑是否充分；2）刀架后支承是否充满油；3）机床上切屑要及时清理，以免影响冷却液的回流；4）冷却箱要定期清除其吸收的铁屑；5）在加工过程中，要经常注意油压是否稳定，如果压力降低，要调整到所要求的压力，尤其特别注意油泵的滤油器有无堵塞；第3章 机床部件设计3.1运动部件设计3.1.1已知条件1）确定转速范围：0.810 r/min2）确定公比：=1.263）转速级数：z=123.1.2结构分析式12=32212=22312=232从电动机到主轴要为降速传动，若使传动副较多的传动组放在较接近电动机处可使小尺寸零件多些，大尺寸零件少些，节省材料，也就是满足传动副前多后少的原则，因此取12=223方案。在降速传动中，防止齿轮直径过大而使径向尺寸常限制最小传动比i；在升速时为防止产生过大的噪音和震动常限制最大转速比i。在主传动链任一传动组的最大变速范围R=（i/i）。在设计时必须保证中间传动轴的变速范围最小。根据中间传动轴变速范围小的原则选择结构网。从而确定结构网如下：传动系统的结构网检查传动组的变速范围时，只检查最后一个扩大组： R= 其中， X， P所以 R， 合适。3.1.3绘制转速图（1）选择电动机 由于机床载重比较大，所以采用电动机为30KW调速电机，直接转速为4.5r/min，调速范围0.810r/min。（2）分配总降速传动比 总江苏传动比 i=/=0.8/10=0.08 又电动机转速=4.5r/min,不符合转速数列标准，因而增加一定比传动副。（3）确定传动轴轴数 传动轴轴数=变速组数+定比传动副数+1=3+1+1=5（4）确定各级转速并绘制转速图 由=0.8r/min =1.26 z=12确定各级转速为：10 ，8 ，6.3 ，5 ，4 ，3.2 ，2.5 ，2 ，1.6 ，1.3 ，1 ，0.8 。 在五跟轴中，除去电动机轴，其余四轴按传动顺序依次设为，。与、与、与轴之间的传动组分别设为a，b，c。现由（主轴）开始，确定、轴的转速： 先来确定轴的转速传动组C的变速范围为=4，结合结构式，轴的转速只有一种可能： 2 ，2.5 ，3.2 ，4 ，5 ，6.3 r/min。 确定轴的转速传动组b的级比指数为3，希望中间轴转速较小，因而为了避免升速，又不至传动比太小，可取 =1/=1/2 ，轴的转速确定为：4 ，5 ，6.3 r/min 。 确定轴的转速对于轴，其级比指数为1，可取 确定轴转速为6.3r/min 。由此也可确定加在电动机鱼主轴之间的定传动比i=4.5/6.3=5/7 。下面画出转速图。 传动系统的转速图（5）确定各变速组传动副齿数传动组a： =1/=1/1.58 时：=57 、60 、63 、66 、69 、72 、75、 78 时： =58 、60 、63 、65 、67 、68 、70 、72 、73 、77时：=58 、60 、62 、64 、66 、68 、70 、72 、74 、76可取=72，于是可得轴齿轮齿数分别为：28 、32 、36。于是28/44 ， 32/40 ， 36/36 可得轴上的三联齿轮齿数分别为： 44 ， 40 ， 36 。传动组b： =1/=1/2 ，=1/=1/2时：=69 、72 、73 、76 、77 、80 、81 、84 、87时：=70 、72 、74 、76 、78 、80 、82 、84 、86可取=84，于是可得轴上两联齿轮齿数分别为：28 ， 42 。于是=28/56 ，=42/42 ，得轴上两齿轮的齿数分别为：56 ， 42 。传动组c： =1/4 ， =2=1/4时：=84 、85 、89 、90 、94 、95=2时： =72 、75 、78 、81 、84 、87 、89 、90可取=90。=1/4为降速传动，取轴齿轮齿数为25 ；=2为升速传动，去轴齿轮齿数为55 。于是得 =25/65 ， =60/30得轴两联动齿轮的齿数分别为25 ， 60 。得轴两齿轮齿数分别为 65 ， 30 。3.2 动力设计3.2.1 确定各轴转速（1）确定主轴计算转速：主轴的计算转速为 =0.8=1.6r/min（2）各传动轴的计算转速： 轴可从主轴1.6r/min按65/25的传动副找上去，轴的计算转速4r/min；轴的计算转速为4r/min；轴的计算转速为6.3r/min。（3）各齿轮的计算转速 传动组c中，25/65只需极端z=25的齿轮，计算转速为4r/min；60/30只需计算z=30的齿轮，计算转速为2.5r/min；传动组b计算z=28的齿轮，计算转速为4r/min；传动组a应计算z=28的齿轮，计算转速为6.3r/min。（4）核算主轴转速误差 r/min r/min 合适。3.2.2 带传动设计 电动机转速n=4.5r/min，传递功率P=30KW，传动比i=1.41，两班制，一天运转16.1小时，工作年数10年。（1） 确定计算功率 取=1.1 ，则（2） 选取V带型根据带轮转速和计算功率，选C型带。（3） 确定带轮直径和验算带速查表小带轮基准直径 ，验算带速成=其中 小带轮转速，r/min； 小带轮直径，mm； 带速太小，所以用多根皮带。（4）确定带传动的中心距和带的基准长度 设中心距为，则 0.55 于是 1060.4，初取中心距为。 带长 =2300+ 查表取相近的基准长度，=6000mm 。 带传动实际中心距 (5)验算小带轮的包角 一般小带轮的包角不应小于120 。 。合适。（6）确定带的根数 其中： 时传递功率的增量； 按小轮包角，查得的包角系数； 长度系数； 为了避免V型带工作时各根带受力严重不均匀，限制根数不大于10 。 （7）计算带的张紧力F 其中： 带的传动功率，KW； v带速，m/s； q每米带的质量，kg/m；取q=0.17kg/m 。 v=4.5r/min=0.03m/s 。 （8）计算作用在轴上的压轴力 3.2.3 各传动组齿轮模数的确定和校核（1）模数的确定： a传动组：分别计算各齿轮模数 先计算28齿齿轮的模数： 其中： 公比； =2 ； 电动机功率 ； =30KW ； 齿宽系数 ； 齿轮传动许允应力 ； 计算齿轮计算转速 。 ，取 =600MPa ，安全系数S=1 。 由应力循环次数选取=0.9 。 取m=6mm 。按齿数30的计算，=5.33mm，可取m=6mm ；按齿数36的计算，=5.53mm，可取m=6mm 。于是传动组a的齿轮模数取 m=6mm，b=48mm 。轴上齿轮的直径： ； ；。轴上三联齿轮的直径分别为： ； ；。b传动组：确定轴上另两联齿轮的模数。 按28齿数的齿轮计算： ， 可得 m=4.8mm ； 取m=5mm 。按42齿数的齿轮计算：可得m=3.55mm；于是轴两联齿轮的模数统一取为m=5mm 。于是轴两联齿轮的直径分别为： ； 轴上与轴两联齿轮啮合的两齿轮直径分别为： ； c传动组： 取m=5mm 。轴上两联动齿轮的直径分别为： ； 轴上两齿轮的直径分别为： ； 3.3 齿轮强度校核： 计算公式 3.3.1 校核a传动组齿轮校核齿数为28的即可，确定各项参数（1） P=30KW ， n=6.3r/min ， T=9.55N.mm（2） 确定动载系数：齿轮精度为7级，由机械设计查的使用系数（3）（4）确定齿向载荷分配系数：取齿宽系数非对称 =1.12+0.18（1+0.6）+0.23b/h=48/（42）=6，查机械设计得（5）确定齿间载荷分配系数： ，由机械设计查得 （6）确定动载系数：（7）查机械设计得 （8）计算弯曲疲劳许用应力由图查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 。查得 ， S=1.3 ， 故合适。3.3.2 校核b传动组齿轮校核齿数为28的即可，确定各项参数（1） P=30KW ， n=4r/min ， T=9.55N.mm（2） 确定动载系数：齿轮精度为7级，由机械设计查的使用系数（3）（4）确定齿向载荷分配系数：取齿宽系数非对称 =1.12+0.18（1+0.6）+0.23b/h=48/（5）=3.4，查机械设计得（5）确定齿间载荷分配系数： ，由机械设计查得 （6）确定动载系数：（7）查机械设计得 （8）计算弯曲疲劳许用应力由图查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 。查得 ， S=1.3 ， 故合适。3.3.2 校核c传动组齿轮校核齿数为28的即可，确定各项参数（1） P=30KW ， n=4r/min ， T=9.55N.mm（2） 确定动载系数：齿轮精度为7级，由机械设计查的使用系数（3）（4）确定齿向载荷分配系数：取齿宽系数非对称 =1.12+0.18（1+0.6）+0.23b/h=48/（5）=2.4，查机械设计得（5）确定齿间载荷分配系数： ，由机械设计查得 （6）确定动载系数：（7）查机械设计得 （8）计算弯曲疲劳许用应力由图查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 。查得 ， S=1.3 ， 故合适。3.4 主轴强度的校核3.4.1 确定各轴最小直径（1）轴的直径： ， （2）轴的直径：， （3）轴的直径： ，=2r/min （4）主轴的直径： ， 3.4.2 轴的校核 轴的校核：通过受力分析，在一轴的三对啮合齿轮副中，中间的两对齿轮对一轴中点处的强度影响最大，所以，选择中间齿轮啮合来进行校核 已知：d=94mm，E=200Pa ， ， = =0.98，所以合格。、轴的校核同上。3.5 机床基本机构简介 坡口切割机床采用龙门式结构，主要由承重工作平台、龙门骨架、水平钢结构横梁及升降系统、走刀箱水平运动系统、走刀箱垂直运动系统、主传动系统、传动滑道、传动丝杠、电气控制等十几个部分组成（1）承重工作平台采用焊接钢结构拼焊后加工，由工作平台、承重垂直主轴箱、底座、承重轴承组成。工作平台直径4200，可承载工件重量30吨。（2）龙门式骨架利用我厂报废的壳体外环焊接机架，将两套机架拼焊成一套龙门架，跨度5500mm，高度6000mm，上部用原有的横梁改造成固定的门式结构，用以固定水平横梁升降系统及走刀箱。（3）水平横梁水平横梁是立车工作的主要骨架和走刀箱运动固定部件的基础，该横梁由两套T606的梯形丝杠进行提升运动。升降高度2500mm。（4）水平横梁升降系统该系统由一台5.5KW电机、一台速比I=10的齿轮减速机、两套中间传动机构、两套蜗轮减速机、两套传动丝杠组成。（5）水平走刀箱水平走刀箱由一台3.0KW调速电机、一台摆线减速器、梯形丝杠、矩型滑道等组成。直线速度：30mm/min；调速范围：0.530mm/min。（6）垂直走刀箱垂直走刀部分由一台2.2KW调速电机、一台摆线减速器、梯形丝杠、燕尾滑道等组成。直线速度：25mm/min；调速范围：0.525mm/min。（7）传动丝杠及传动滑道由于立车走刀箱在运动中存在一定的运动间隙，直接影响工件走刀切削深度的稳定性和加工质量。采用梯形丝杠和可调式滑道减少运动间隙，从而满足加工的质量和加工速度。（8）电气控制系统电气控制共计四台电机，其中30KW调速电机一台；5.5KW电机一台；3.0KW调速电机一台；2.2KW调速电机一台。采用集中控制柜和外引控制箱（盒）的方法。其中30KW调速电机在控制回路上主要解决工作平台的点动制动和紧急停车制动中的制动电阻及回路电抗影响。同时，多台（3台）调速电机同时工作时相互干涉的控制回路系统设计。第四章 环境保护及安全生产坡口切割机床属于机加设备，在使用中要考虑机械本身的运动对人员伤害以及用电的安全防护。在设备上设安全梯及工作平台四周设防护罩，运动极限位置设置限位装置。设专职操作人员及专业维护人员，严格按岗位责任制操作。在电气控制回路上设置接地及短路保护、紧急断电、警铃、警灯等必要的回路和系统。第五章 结论坡口切割机床用于加工零件多为大型回转体，本次设计的机床为专用机床，可解决一下问题：可完全实现厚壁容器壳体的平口及各种焊接坡口加工，有效的保证厚壁容器的工期和产品质量，降低生产成本。大型法兰、球罐模具的二次加工、封头模具的加工及修复、大型锥体平面及坡口可很好的加工。实现工序间的加工，保证产品的制造工期，提高产品的质量。结束语本次毕业设计虽然仅仅经历了短暂的五个多月，浓缩了大学四年学习的全过程，体现了我们对所学知识的掌握和领悟程度。由于我们是第一次进行整体性地设计，不可避免地碰到了许多困难，有时甚至会感到无法下手。无论碰到什么样的困难，我都没有退缩，凭借着一股求知的热情，再加上指导老师的帮助，然后再回到书本攻克一个又一个的难题，最终圆满地完成了本次设计。通过本次毕业设计，使我在各个方面都有了很大的提高，具体地表现在以下几个方面：1）对