AWC机架现场扩孔机设计.doc

I 摘摘 要要 解决攀钢热轧板厂三期技改工程 立辊轧机宽度自动控制系统 AWC 改造后 需对现有的立辊轧机机架进行扩孔 以便安装长行程伺服油缸 立辊 轧机机架扩孔如果送入设备制造厂进行加工 质量保证可靠 但机架还原难于 保证安装质量 精度 为了降低技改工程费用 决定在立辊轧机现场对机架进 行扩孔加工 经过潜心研究 结合现场实际情况设计专用扩孔设备 专用镗 床 再结合专用设备的扩孔工艺 提出了切实可行的解决方案 该方案具有经 济 实用 可行等特点 设计的特色 解决了现场安装及镗杆的刚度问题 满足了扩较大孔的要求 此专用设备镗刀系统采用卧式镗床的平旋盘结构 可方便调整刀具切削深度 导轨采用组合式导轨 使运动平稳 安装便捷 支撑采用组合机床型式支撑 便于拆卸安装 可大大提高生产率 关键词关键词 专用设备 专用镗床 加工效率 工艺实验 II Abstract This is useful for Pan gang resolve Hot MILL three technical transformation projects up roller mill width Control System AWC After the transformation It needs to bore the existing legislation for roller mill housing bore for the installation of a long journey servo tank If Legislative roll mill housing bore sent to factories to bore the quality is assurance and reliable but it fixed back it can t assure installation quality and accuracy To reduce the technological transformation project costs the legislature decided to roll mill site for reaming rack processing After painstaking research combining with the actual prombles work out special equipment bore special boring machine In the light of the special equipment reaming technology a practical solution The program is economic practical possible features Characteristic of this design Has solved the prombles such as installment and the boringrod rigidity Satisfied expanded compares the pocket therequest This special purpose equipment boring cutter system uses the horizontal boring machine the Pingxuan plate structure may facilitate the adjustment cutting tool depth of cut The guide rail uses the combined type guide rail causes the movement steadily the installment is convenient The strut uses the aggregate machine tool pattern strut is advantageous for the disassemblage installment may greatly enhance the productivity Key words Special Equipment Special boring machine Processing efficiency Technology Experiment III 目 录 摘摘 要要 I ABSTRACT II 1 绪绪 论论 1 1 11 1 设计目的和意义设计目的和意义 1 1 2 扩孔技术要求扩孔技术要求 1 1 3 应解决的问题应解决的问题 1 1 4 设计项目的发展情况设计项目的发展情况 2 1 5 设计原理设计原理 2 2 总体设计总体设计 3 2 1 总体设计原则总体设计原则 3 2 2 工艺分析工艺分析 3 2 3 总体方案的比较总体方案的比较 3 2 3 1 刀杆的安装形式 3 2 3 2 进给方式 4 2 3 3 升降运动形式 4 2 3 4 机床运动的分配 4 2 3 5 选择传动形式和支撑形式 4 3 力能参数计算力能参数计算 6 3 1 镗削用量的选择及转矩 功率的确定原则镗削用量的选择及转矩 功率的确定原则 6 3 2 最佳切削用量的选择最佳切削用量的选择 6 3 2 1 现有镗孔工艺参数 6 3 2 2 镗削切削速度 扭矩和切削功率公式 7 3 2 3 主要镗削参数的计算 7 3 3 选择电机选择电机 9 4 扩孔机传动系统设计扩孔机传动系统设计 10 4 1 确定总传动比确定总传动比 10 4 2 分配传动装置的传动比分配传动装置的传动比 10 4 3 计算总的机械效率计算总的机械效率 11 4 4 计算传动装置各轴的运动和动力参数计算传动装置各轴的运动和动力参数 11 4 5 带传动设计带传动设计 12 IV 4 6 传动斜齿轮的设计计算传动斜齿轮的设计计算 14 4 6 1 选定齿轮类型 精度等级 材料及齿数 14 4 6 2 按齿面接触强度设计 14 4 6 4 几何尺寸计算 17 4 6 5 计算 轴间圆柱斜齿轮 18 4 6 6 齿轮的结构设计 18 4 7 轴的结构设计轴的结构设计 18 4 7 1 轴设计的主要内容 18 4 7 2 轴的材料 19 4 7 3 轴的设计计算 19 4 7 4 按扭转强度初步估算轴径 19 4 7 5 轴的机构设计 20 4 7 6 求轴上的载荷 21 4 7 7 按弯扭合成应力校核的轴的强度 22 4 7 8 精确校核轴的疲劳强度 23 4 7 9 对轴 进行设计 25 4 8 对所有选用键进行强度校核对所有选用键进行强度校核 30 4 9 对承受较大载荷的圆锥滚子轴承进行校核对承受较大载荷的圆锥滚子轴承进行校核 31 4 10 镗刀系统设计镗刀系统设计 33 4 10 1 镗刀头 33 4 10 2 镗杆选择 33 4 11 箱体的结构设计箱体的结构设计 34 5 导轨设计导轨设计 36 6 镗刀强度及镗杆的稳定性验算镗刀强度及镗杆的稳定性验算 38 7 工艺试验工艺试验 42 结结 论论 43 参参 考考 文文 献献 44 附录附录 A E1 立辊轧机机架加工工序图立辊轧机机架加工工序图 45 附录附录 B E2 立辊轧机机架加工工序图立辊轧机机架加工工序图 46 致致 谢谢 47 1 绪论 0 1 绪绪 论论 1 1 设计目的和意义 攀枝花新钢钒股份有限公司为了适应钢铁市场需求 实现了全连铸 热轧 系统进行了大规模的改造 以提高热轧产品质量 成材率和作业效率 以及为 冷轧提供高质量的原料 同时提高热轧产品的市场占有率 为了提高热轧板的 外观增强带钢的市场竞争力 决定在热轧板厂三期技改工程中 对现有的 E1 E2 立辊轧机进行改造增添宽度自动控制系统 AWC 使热轧带钢产品质 量达到国内先进水平 立辊轧机宽度自动控制系统 AWC 改造用长行程伺服液压缸替代原电动 机械侧压系统 为保证缸的行程满足原侧压轧辊位置变化要求 在安装伺服油 缸位置 需对现有的立辊轧机机架孔进行扩孔 以便安装长行程伺服油缸 立辊轧机机架扩孔实施方案比较突出 如果拆除 送入设备制造厂进行加 工 质量保证可靠 但机架还原难于保证安装质量 为了降低技改工程建设费 用 决定在立辊轧机现场对机架进行扩孔加工 为了采用经济实用的方案解决机架现场扩孔 结合现场实际情况设计专用 扩孔设备 再结合专用设备编制详细的扩孔工艺 提出了切实的解决方案 该 方案具有经济 实用 可行等特点 1 2 扩孔技术要求 E1 立辊轧机机架 所加工孔从300mm 扩孔至520mm 孔实际长度 292mm 上下孔中心距 1500mm 孔与油缸间隙单边 5mm E1 立辊轧机机架下孔相对地面标高为 200mm 上孔标高为 1700mm 安 装面标高为 1600mm E2 立辊轧机机架 所加工孔从260mm 扩大到420mm 孔的实际长度 108mm 上下孔中心距 1240mm 孔与油缸间隙单边 5mm E2 立辊轧机机架下孔相对地面标高为 320mm 上孔标高为 1560mm 安 装面标高为 1600mm 1 3 应解决的问题 如何对较大孔进行扩孔 刀杆系统的稳定性 现场条件的限制问题 由于 机架未拆卸下来只能在机器上加工扩孔 必须考虑现场空间大小问题 以及专用 镗床的生产成本问题 1 绪论 1 1 4 设计项目的发展情况 专用镗床主要用于特殊孔的加工 结构简单 应用范围较广 国内外专用 镗床主要向标准化 高精度 高生产率方向发展 以适应复杂多变的生产环境 1 5 设计原理 该专用镗床主要由刀具系统 变速装置 动力装置构成 镗刀可分为镗刀头和镗刀块 镗杆按支撑形式分为悬臂式和双支撑式镗杆 变速装置可由齿轮变速或电机无极变速装置构成 本课题考虑到机械结构 及成本因素 选用齿轮组变速 动力装置主要由各类电机供给 本设计根据现有坐标镗床及相关组合机床综合设计利用刀具在导轨上做进 给运动 导轨类似 CA6140 导轨 利用组合支架提供不同高度的孔加工 2 2 总体设计总体设计 2 1 总体设计原则 采用成熟的经验或经分析实验验证了的方案 结构简单 零部件数量 少 多用标准化 通用化零部件 重视维修性 便于检修 调整 拆换 重视关键零件的可靠性和材料选择 充分运用故障分析成果 及时反馈 尽 早改进 2 2 工艺分析 设计主要参数 E1 立辊轧机机架 所加工孔从300mm 扩孔至520mm 孔实际长度 292mm 上下孔中心距 1500mm 孔与油缸间隙单边 5mm E2 立辊轧机机架 所加工孔从260mm 扩大到420mm 孔的实际长度 108mm 上下孔中心距 1240mm 孔与油缸间隙单边 5mm 由于加工孔和加工余量较大 并且只能在现场机器上进行扩孔 普通扩孔 钻及通用性镗床无法满足加工要求 需要利用专用镗床进行扩孔 可利用多次 进刀完成大余量的切削 2 3 总体方案的比较 2 3 1 刀杆的安装形式 刀杆的形式及卧式镗 床的工艺范围如图 刀杆的安形式 刀杆直接装于主轴 之上 刀杆安装在平旋盘 上 比较以上方案的优缺点 此方案对主轴的旋 转精度 刚度 承载能力要求较高 刀具的 最 大伸长量需达到 292mm 具有较大不稳定性 且刀杆较粗 且重力作用较大 将产生较大挠度 影响加工精度 此方案因刀杆与主轴不同轴 则产生一定的离心力 不能达到动平衡 图 2 1 卧式镗床的工艺范围 3 但可利用加配重的方法 解决这一问题 又因平旋盘的质量较大一些 具有惰 轮的作用 储备一定的动能 不易在加工条件发生变化时停转 刀具能方便装 夹 容易调整长度 能实现一把刀具加工 并使刀具的径向伸出长度缩短 对 主轴的性能要求降低 主轴只须传递一定的转矩即可 刀杆具有较强的刚度 2 3 2 进给方式 进给方式可分为 机械传动进给 手动进给 由于此专用扩孔机 为现场改造设备时使用 不直接用于工厂生产 为节 约成本 简化变速机构 采用手轮进给方式 通过对铁屑颜色的判别 调试每 刀进给的最佳进给量 按铁屑颜色 形状酌情调整速度 当采用高速钢镗刀正常切削钢材时 切 屑应成白色 切屑呈蓝色时说明切削速度选高了 使用硬质合金镗刀切削时 正常的切屑应呈蓝色 当出现火花时说明切削速度选高了 出现黑色切屑则是 切削速度未选足 2 3 3 升降运动形式 升降运动选择 可利用滑座在立柱导轨上进行上下升降运动 由于为垂 直运动且重力较大 人工较为吃力 需采用电机驱动 这样将增加扩孔机的复 杂性 自身重量及生产成本 由于四个孔具有固定高度位置 可利用工厂中 经常使用的支架设备 变换不同的高度位置 使主轴箱水平放置于道轨上 可 使安装更加容易 导轨刚度更高 由于部分孔的高度较高 需增加辅助支撑 提高支撑刚度 这样设计将大大简化设备 降低重量 但生产时间因安装支架 而有所增加 2 3 4 机床运动的分配 由于现场机架固定不动 因此在镗孔时 进给和升降运动必须由刀具运动 完成 这样将影响加工精度 一般情况为刀具只做切削运动 而工件进给实现 金属切削 但本设计中属于特殊情况 需增加机床刚度 提高加工质量 2 3 5 选择传动形式和支撑形式 为了简化机床结构 降低生产成本 采用交流异步电机驱动机械装置传动 它具有传递功率大 变速范围较广 传动比准确 工作可靠等优点 电机与主 轴箱之间利用带轮连接 具有过载保护 减小振动等优点 电机安装于主轴箱 外部 可减少热源传递热量到主轴箱影响加工精度 机床形式采用卧式结构 其结构类似于 CA6140 尾座 可便于安装 其结 构具有较高的刚度 4 综上 主轴箱的大致结构类似与普通镗铣头 结构 如图 2 2所示 扩孔机布置情况如图 2 3 所示 此方案结构 简单紧凑 能满足现场的加工要求 当加工下孔时 移去支撑中箱 加工上孔 时加上中箱 当加工另外两个孔时可在底座的下面加钢板以满足孔的位置要求 不用更换刀具 能快速实现径向进给 补充说明 由于皮带暴露于主轴箱外部 为保证操作人员安全 需加防护 罩 图 2 2 镗铣削头 图 2 3 扩孔机原理图 5 3 力能参数计算力能参数计算 3 1 镗削用量的选择及转矩 功率的确定原则 镗削用量的选择原则 镗削用量直接影响被加工孔的镗削质量和生产效率 对镗削用量的选择应 尽量的选择合理 先进 镗用量与工件材料及几何形状 工序精度要求 机床 刀具 工件系统刚度和冷却情况等许多因数有关 吃刀深度决定于加工余量 走刀次数的多少直接影响加工时间 因此粗 p a 镗时 吃刀深度应尽可能取大 本设计中选 5mm p a 进给量的选择同吃刀深度类似 粗加工时主要考虑切削效率 f 切削速度可以凭经验 根据孔径大小 材质情况来选择 亦可以按工件材 料的硬度值 选定的吃刀深度 进给量和选取的刀具寿命计算出来 3 2 最佳切削用量的选择 3 2 1 现有镗孔工艺参数 根据现有的镗孔工艺参数 T612 普通镗床偏心盘加工孔可以加工到 550mm 主轴电机功率为 7 5KW T615 K 普通镗床偏心盘加工孔可以加工到 950mm 用镗杆加刀罐可以加工到700mm 参考表 镗削用量 10 5 6 表 3 1 工件材料工序 minv m f mm r p amm 低碳结构钢粗镗30 700 3 0 62 6 高碳结构钢粗镗30 700 3 0 62 4 查表镗削用量 1 2 4 1 表 3 2 刀具材料工件材料工序 minv m f mm r p amm 硬质合金钢 铸钢粗镗40 600 3 15 8 查表 硬质合金车外圆纵车切削用量及功率 1 2 4 9 表 3 3 刀具材料工件材料 f mm r minv m m P kw YT15碳素结构钢1 01 2713 1 YT15碳素结构钢1 51 0515 3 6 综上 选取 5mm 当选取最佳切削速度 p a0 5 fmm r 260Dmm 40 min0 67 c vmm s 3 2 2 镗削切削速度 扭矩和切削功率公式 查表 钻孔 扩孔和铰孔切削速度计算公式 1 2 4 68 表 3 4 工件材料刀具材料切削速度 m s 碳素结构钢 合金结构钢 0 637 b GPa YT15 0 6 0 0 750 250 20 3 20 6 v p d vk Taf 查表 钻孔 扩孔和铰孔的轴向力 扭矩和切削功率计算公式 1 2 4 69 表 3 5 工件材料刀具材料扭矩 N m切削功率 kw 碳素结构钢 合金 结构钢 0 637 b GPa 硬质合金 YT15 0 750 80 95 0 9 81 0 84 pm Mdafk 0 2 m Mv P d 3 2 3 主要镗削参数的计算 当时 转力矩260Dmm 0 750 80 95 0 9 81 0 84 pm Mdafk 查表 使用条件变换时的轴向力和扭转修正系数 1 2 4 47 查得 0 75 mf k 1 33 ov k 1 xm k 0 9 wf k 1 74 1 33 1 0 840 898 mmfovxmwf kkkkk 参见式 0 750 80 95 0 9 81 0 84 pm Mdafk 1 3 1 即 0 750 80 95 0 8 24 pm Mdafk 0 750 80 95 8 24 26050 5 m Mk 1000 82 0 898898 49Nm 切削力 参见式 0 0 22 898 49 6911 0 260 z M FN D 1 3 2 由于此切削为恒功率切削 可根据以下公式初步确定所需的切削功率 见式 0 22 898 49 0 67 4 63 260 m Mv Pkw d 1 3 3 式 3 4 0 1000 6060000 0 67 49 min 260 v nr D 当时520Dmm 由于利用手动调整进给速度达到恒功率切削 且转速相同可求出切削速度 7 式 3 5 1 1 520 172 1 334 1000 6060000 Dn vm s 由于为恒功率切削 1 1 2 m Mv P D 1 1 4 63 520 899 42 22 1 334 m PD MNm v 根据得 0 750 80 95 0 9 81 0 84 pm Mdafk 见式 0 95 0 750 8 1 9 81 0 84 pm M f Dak 1 3 6 0 95 0 750 8 899 42 9 81 0 84 52050 898 0 2895 mm r 切削力 0 1 22 899 42 3459 3 0 52 z M FN D 计算轴向力和径向力 查表 2 4 1 车镗时的切削力及切削功率的计算公式 切削力 见式 z F9 81 60 FF zzFz zz xy n zFpF FC afvk 2 3 7 背向力 见式 y F9 81 60 FFF yyy yy xyn yFpF FC afvk 2 3 8 进给力 见式 x F9 81 60 FFF xxx xx xyn xFpF FC afvk 2 3 9 表 3 6 切削力系数 z F1 0 z F x 0 75 z F y 0 15 z F n 270 z F C 背向力系数 y F0 9 y F x 0 6 y F y 0 3 y F n 199 y F C 进给力系数 x F1 0 x F x 0 5 x F y 0 4 x F n 294 x F C 由于机架材料的性能如下 ZG200 4 si 0 5 Mn 0 8 0 2c 可根据以下条件选择系数 200 s 400 b 25 查表 钢和铸铁的强度和硬度改变时切削力的修正系数 2 4 3 mF K 加工材料为结构钢和铸钢时 0 637 F n b mF K 刀具为硬质合金 时0 588 b GPa 8 1 0 x F n 1 35 y F n 查表 加工铸铁及钢时刀具几何参数改变时切削力的修正系数 2 4 4 刀具为硬质合金时 0 89 y krF K 1 17 x krF K 综上 可求得 0 5 0 637 F yy n b FmFkrF KKK 1 35 0 4 0 50 2668 0 637 1 17 0 637 F n b FxmFkrFx KKK 1 0 0 4 1 170 7347 0 637 当时 260Dmm 0 90 60 3 9 81 199 50 5 60 0 67 0 2668482 94 y FN 1 00 50 4 9 81 294 50 5 60 0 67 0 73471709 6 x FN 当时 520Dmm 0 90 60 3 9 81 199 50 29 60 1 334 0 2668282 29 y FN 1 00 50 4 9 81 294 50 29 60 1 334 0 7347988 49 x FN 3 3 选择电机 由于机床内部结构未定 可按下式粗略估算主电机功率 式 P P 切 主 总 3 3 10 为机床总的机械效率 主运动为旋转运动的机床 0 7 0 85 机 总 总 构较简单和主轴转速较低时取大值 根据本设计的特点选择 0 85 总 总 4 63 5 447 0 85 P Pkw 切 主 总 根据上述计算选择初选电机 选择型号为 Y132 M2 6 电机 额定功率为 5 5KW 满载转速为 960r min 同步转速为 1000 r min 转动惯量为 0 0449 净重为 85kg 2 kgm 攀枝花学院本科毕业设计 论文 致谢 9 4 扩孔机传动系统设计扩孔机传动系统设计 根据设计要求传动原理图 如图 4 1 4 1 确定