液压钢管割断机设计方案.docx

液压钢管割断机设计方案2.1 初步方案选择2.1.1 问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6000mm，外径31.5mm，内径24mm。切断每根长度为563mm，每次切断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。2.1.2 方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。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。2.1.3 方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37HRC以下，镶硬质合金锯片可加工45HRC以下材料。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37HRC以下。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37HRC以下。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。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。2.2 切削力、切削功率的计算2.2.1初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=470mm。根据工艺师手册P248表12-12“带锯床的型号与技术参数”。 9表2.1 带锯床的型号与技术参数型号锯轮直径(mm)锯带长度(mm)锯带宽度（mm）G24030455381925G5132508425031.525 可初定锯带长度L=4100，宽38mm，厚0.8mm，则锯带轮厚40mm。2.2.2 计算切削力、切削功率本次设计参数：圆管毛坯长度为6000mm，外径32mm，内径24mm。切断每根长度为563mm，每次切断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：所切圆管横截面积：每次锯切总面积：所以，材料切除率根据机械加工工艺师手册表31279表2.2 切削材料参数锯削材料切割厚度锯削速度材料切除率Q中、高碳钢160205HBS201.331.46,22（3） 液压缸的确定按照表17-6-2选液压缸内径;活塞杆直径。轴向夹紧作用力与支承中心不在同一轴线上，所以选用底座安装。径向压紧作用力与支承中心在同一轴线上，所以选用耳环安装。据此所选液压缸如表：表5.2 所选液压缸型号缸筒内径活塞杆直径轴向DG-J80C-E1L50mm28mm径向GD250 F40/28-50A10/02CGGUMA80mm45mm第6章 送料装置的结构设计6.1 轨道的设计轨道选用最小号热轧工字钢，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6.1 轨道 6.2 送料四轮小车的结构设计 轮与轮之间用轴连接，轴径取，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，5联轴套，6垫圈，7螺塞8工字钢，9轴承，10垫圈图6.2 送料四轮小车6.3 托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6.3 托料装置标件参数：环形螺母 GB/763 M20, 活结螺栓 GB/T798 M20100。橡胶板1521003。6.4 其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（M610）紧定在床身上。卷筒外径为70mm，滚筒外径40mm。第7章 定尺装置和卸料装置的设计7.1 定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7.1 定尺装置带柄螺杆调节挡板位置，调节范围（44mm）。定尺挡板侧视图：图7.2 定尺挡板侧视图7.2 卸料装置的设计（1）卸料结构原理简图图7.3 卸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：HSG.L-40/16.H-1131.350。第8章 进刀机构原理8.1 进刀原理示意图图8.1 进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。8.2 连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8.2 连接支座热轧角钢，铰链处销轴。8.3 液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：，所以按计算，同4.3，算得：7再根据安装条件，选双耳环链接的工程用液压缸，型号为:HSG L-63/32 H-1131 260。第9章 床身和工作台的设计床身用角钢和15mm厚的钢板焊接而成，根据人机工程学床身高640mm，用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UZ6Y20/350，长L=500mm，宽B=400mm,高H=420+370=790；所选泵站为WHZ-W500，长L=325mm，宽B=190mm，高H=537mm。所以，箱体长500+325=825mm,，宽400mm，高790mm。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5mm的缝隙。工作台厚15mm，本次设计以所切圆管尺寸为据，则承载工件的工作台长500mm，宽800mm；承载成品件的工作台长550mm，宽270mm。第10章 液压控制系统的设计10.1液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。10.2 液压系统设计技术参数表10.1 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5mm夹紧油缸最小行程2mm进刀液压缸的行程Ls120mm夹紧油缸夹紧速度0.22m/s夹紧油缸松开速度0.38m/s进刀油缸送料速度0.004m/s进刀油缸返回速度0.24m/s卸料油缸的行程L50mm10.3 制定系统控制方案10.3.1 进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10.1 双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：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10.2 蓄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。10.3 .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1、2液压缸 3、4顺序阀 5换向阀 6溢流阀图10.3 压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1234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0.8MP10MP），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：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10.4 行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，1DT通电，液压缸1活塞右行；当触动行程开关2，2DT通电，液压缸39活塞右行；直至行程终点触动行程开关3，使1DT断电，缸活塞向左退回，当退至触动行程开关1时，使2DT断电，缸39活塞向做退回。这样完成1234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。10.3.3夹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10.5 串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10.6 节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。10.4液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：751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10.7 带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YA2通电，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。10.5 液压元件的选择10.5.1液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LHL型矿物油，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，通流截面积初选活塞移动速度，则系统所需的最大流量为考虑液压系统流量损失，则实际流量为则实际排量为式中为驱动液压泵的电机工作转速：=1420r/min。由实际排量和系统工作压力选变量叶片泵，型号为：1PV2V410/20RA1MCO16N1，其技术参数如下表：:表10.2 液压泵技术参数名称符号数值公称排量20ML/r额定压力P16MPa驱动功率p3kw电机转速1420r/min容积效率0.95油箱容积C60mL10.5.2液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。即控制阀的最小稳定流量 液压缸有效工作面积= 液压缸最低工作速度，即=0.22m/s由此选择如下:表10.3 液压阀件元件号名称型号规格12先导式溢流阀DB/DBW1O最大流量250L/min13远程调压阀YTF3-6B额定流量2L/min14S型单向阀S8K11014SV型液控单向阀SVGA13010三位四通电磁换向阀4WE10B20/0FAW220RN额定流量100L/min8、9、22二位四通电磁换向阀4WE10B20/0FA220RN额定流量120 L/min11R型先导式减压阀RT10C22最大流量100 L/min6压力继电器HED1K最大工作压力60MPa7分流阀FDLB10H公称通径10mm16压力表开关MS2A20/31.5MP开启压力P10MPa5行程开关LX19001（B）动作力F1.5N10.5.3 辅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37倍，取3倍计算 选UZ系列微型液压站，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。UZ站的电机全部立式安装在油箱上。UZ站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UZ6Y20/360。原理图和技术参数如下： 图10.8 液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。表10.4 UZ微型液压站技术参数表工作压力MPa流量泵装置电动机油箱容积L功率kw电源变量叶片泵三相380VAC,50HZ60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。1 电动机，齿轮泵，单向阀，空气滤清器，开关，滤油器图11.1 微型稀油润滑装置系统原理图表11.1 基本参数型号公称流量公称压力MPa电动机特性油箱容积LYKJD液位控制器触点容量型号功率（W极数电压VWXHZ-5005001.6A02-5624B14型90/A3801124V,0.2A说明：，油泵的储油罐材料为T3，管子规格为，适用粘度值的润滑油，过滤器的过滤精度um，过滤器面积为液管接头 JB/ZQ4569-1997冷却液闸阀选用Z15T-10型内螺纹暗杆契式闸阀，其公称压力。7其它参数如下：表11.2 Z15T-10型内螺纹暗杆契式闸阀公称通径Dg管螺纹G尺寸（mm）重量（kg）LSH15601232108550.7第12章 附件设计12.1马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12.1 马达安装架12.2 锯轮盖、箱门的设计锯轮盖和箱门采用1.5mm厚的薄板金制造，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12.1. H型合页型号及参数规格页板尺寸配用螺钉LBbh直径长度数目盖805080501424256门1105511055152430612.3油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450mm，长500mm，宽100mm，采用钢板冲压而成。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。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、动力消耗低、操作简便、易于维护并可进行角度切割。在源动力的选择上参考了现今常用源动力电机、内燃机及液压马达等。电机应用最为普遍、内燃机一般是在没电的情况下使用，选用液压马达最主要的优势是它能够实现无级变速，使得刀具可以切割各种材质的型材，机床的加工范围更大。在机构设计方面，卸料机构的设计，卸料采用的类似连杆机构，用液压缸活塞杆伸缩达到卸料目的且液压缸活塞杆可移动空间比较大，运行也更加平稳；在机床床身的设计时，通过了解人机工程知识的基础，设计了最佳高度，有效减小了工人工作强度，使操作维修更为方便。由于机械设计的复杂性和整体性，本人掌握不够全面且设计经验方面的欠缺， 本次设计中还存在许多不足。因为带锯床锯切材料的多样性和特殊性，它的锯切力随机变化幅度大，经常导致崩齿和断带，另外普遍存在切削效率低的问题和锯切成批量材料时加工精度不高等问题。要解决这些问题就需要我在以后的工作中不断学习实践积累设计经验。本次设计在参考了“四川川南减震集团”的卧式带锯床（晟龙G4028）的设立理念的基础上进行了优化改进基本实现了设计要求。致谢！参考文献1 许瑛.机械设计课程设计M.北京大学出版社.2008.2 吴宗泽, 罗圣国.机械