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机械毕业设计全套
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截面管材滚切机设计,机械毕业设计全套
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哈尔滨工业大学华德应用技术学院 毕业设计（论文） 题 目 76- 89mm 新型圆形 截面 管材滚切机设计 专 业 机械设计制造及自动化 学 号 1109511120 学 生 尹钰莹 指 导 教 师 于晓东 答 辩 日 期 2013.12.17 哈工大华德学院 nts 哈工大华德学院毕业设计（论文）评语 姓名： 学号： 专业： 毕业设计（论文）题目： 工作起止日期： _ 年 _ 月 _ 日起 _ 年 _ 月 _ 日止 指导教师对毕业设计（论文）进行情况，完成质量及评分意见： _ 指导教师签字： 指导教师职称： 评阅人评阅意 见： _ _ _ _ 评阅教师签字： _ 评阅教师职称： _ 答辩委员会评语： nts _ 根据毕业设计（论文）的材料和学生的答辩情况，答辩委员会作出如下评定： 学生 毕业设计（论文）答辩成绩评定为： 对毕业设计（论文）的特殊评语： _ 答辩委员会主任（签字）： 职称： _ 答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员（签字）： _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 年 月 日 nts 哈工大华德学院毕业设计（论文）任务书 姓 名： 尹钰莹 院 （系）： 机电工程系 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 号： 1095111 任务起至日期： 2013 年 9 月 10 日至 2013 年 12 月 17 日 毕业设计（论文）题目： 76- 89mm 新型圆形截面管材滚切机设计 立题的目的和意义： 随着切割机的发展，采用滚切机在线切断管材是近几年再国外发展起来的新技术。 这种滚切机是利用三把带有楔角的圆盘形滚切刀片，采用滚动压入的方法将管材切断。由于采用了滚压无屑剪切，刀具的滚切行程略大于管材壁厚即可切断管材，因而效率高（尤其是对于大直径管材）。可以实现小噪音、无切屑、小（无）毛刺切管，并可保证管材切口绝对垂直于管材轴线。从而可简化生产工艺、减少设备的投资、降低生产成本，并可改善生产环境，解决了长期困扰钢管企业的噪音问题。 该项技术具有广泛的 应用空间，在钢铁、汽车、建筑、家电、矿山等行业都有着良好的应用前景。在圆形截面管材在线或离线切断方面将会发挥巨大的作用。 技术要求与主要内容： 技术要求： （ 1） 钢管切断规格为外径 76- 89mm； （ 2） 壁厚为 4mm； （ 3） 钢管生产速度为 30m/min； （ 4） 钢管定尺长度为 12m。 主要内容： 76- 89 新型圆形截面管材滚切机 的整体机床的设计。 76- 89 新型圆形截面管材滚切机 原理及结构设计， 具体包括 ：进给架、进给环设计、刀夹座的设计、夹紧装置设计和 小车行走装置设计 等 。 nts 进度安 排： 2013.9.102013.9.20：设计讲解、收集资料、撰写开题报告、文献综述 2013.9.212013.11.5：平面图，剖视图、零件图设计 2013.11.62013.12.5：图形绘制和设计说明书文本撰写 2013.12.62013.12.13：整理汇总毕业设计考核资料并上交 2013.12.142013.12.15：根据老师的批阅意见进行修改 2013.12.162013.12.16：准备参加毕业答辩 同组设计者及分工： 独立完成 指导教师签字 _ 年 月 日 系（教研室）主任意见： 系（教研室）主任签字 _ 年 月 日 nts 哈尔滨华德学院 毕业设计（论文）任务书 学生姓名 尹钰莹 系部 机电工程系 专业、班级 1095111 班 指导教师姓名 于晓东 职称 教授 从事 专业 机械 外聘 是否 题目名称 76- 89mm 新型圆形截面管材滚切机设计 一、设计（论文）目的、意义 随着切割机的发展，采用滚切机在线切断管材是近几年在国外发展起来的新技术。这种滚切机是利用三把带有楔角的圆盘形滚切刀片，采用滚动压入的方法将管材切断。由于采用了滚压无屑剪切，刀具的滚切行程略大于管材壁厚即可切断管材，因而效率高 (尤其是对于大直 径管材 )。可以实现小噪音、无切屑、小 (无 )毛刺切管，并可保证管材切口绝对垂直于管材轴线。从而可简化生产工艺、减少设备的投资、降低生产成本，并可改善生产环境，解决了长期困扰钢管企业的噪音问题。 设计是端面凸轮式钢管在线滚切机，滚切式切断的工作原理是利用三把带楔角的碟形滚切刀片均匀的安装在刀头架上，刀头架由驱动齿轮带动旋转，齿轮由齿条驱动，端面凸轮推动齿条从而使刀头架进给的同时实现径向进给，刀片与被切管材接触后，除绕管材公转外，还绕自身中心轴旋转，在管材表面实现纯滚动，在径向进给系统的作用下逐渐将管材切断。这种切 断方式可实现切口断面轮廓不失真。滚切式即近年来发展的旋转楔入法。 二、设计（论文）内容、技术要求（研究方法） 技术要求： （ 1） 钢管切断规格为外径 76- 89mm； （ 2） 壁厚为 4mm； （ 3） 钢管生产速度为 30m/min； （ 4） 钢管定尺长度为 12m。 nts 三、设计（论文）完成后应提交的成果 完成 76- 89mm 新型圆形截面管材滚切机设计 的设计。 绘制 装配图， 及零件图。 (1)计算说明部分：设计说明书一份 (2)图纸部分：完成 A0 图纸 2 张，零件图若干 四、设计（论文） 进度安排 第一阶段：开题 10 月 12 日 10 月 23 日（ 2 周） 第二阶段：设计阶段（实验工作阶段） 10 月 26 日 12 月 11 日（ 7 周） 第三阶段：撰写毕业设计论文与准备答辩 12 月 14 日 12 月 25 日（ 2 周） 五、主要参考资料 1成大先 .机械设计手册（第四版） S.北京 :化学工业出版社 2002： 14 13 14 156 2徐灏 .机械设计手册 S.北京 : 机械工业出版社 1993： 29 47 50 3吴宗泽 .机械设计实用手册 S.北京 :化学工业出版社 ,1999.1. 4王三民 ,诸文俊 .机械原理与设计 M.北京 :机 械工业出版社 ,2001.3. 5李洪 .实用机床设计手册 S.辽宁 :辽宁科学技术出版社 ,2001.6. 6成大先 .机械设计手册（第二卷） S.北京 :化学工业出版社 ,2002.1. 7刘庆国 . 圆形截面管材滚切机 . S.北京 : 冶金工业出版社 2006.7 六、备注 指导教师签字： 年 月 日 教研室主任签字： 年 月 日 nts一、 课题题目和课题研究现状 题目： 76- 89mm 新型圆形截面管材滚切机设计 滚切机 用于管子和小棒料的下料，随着近些年来中小企业的发展，对于它的需要量越来越大 ，加 工精度和效率的要求也越来越高，使得 滚切机 得到发展。我国生产的一般品种齐全，但目前存在的问题是大部分设备老化，急需更新换代，并开发数控 滚切机 床、液压 滚切机 床等品种。 国外滚切机的机械传动日益为液压传动所代替，特别是液压 机械传动所取代。提高机床的生产效率和自动化程度，是当代滚起机的发展趋势。 二、 选题的目的和意义 管材在连续生产过程中，在线切断设备是整个生 产线中的关键设备之一。我国目前有 1700 多条直缝焊管生产线，普遍采用飞据在线锯切管材。采用飞据在线锯切管材存在如下问题：一是切后管断面留有毛刺，为去除毛刺后续工序必须加平头设备；二是锯切过程噪音污染严重；三是锯切增加了金属消耗；四是当锯切大直径管材时，生产效率特别低。采用滚切机在线切断管材是近几年在国外发展起来的新技术。这种滚切机是利用三把带有楔角的圆盘形滚切刀片，采用滚动压入的方法将管材切断。由于采用了滚压无屑剪切，刀具的滚切行程略大于管材壁厚即可切断管材，因而效率高（尤其是对于大直径管材）。可以实现小噪 音、无切屑、小（无）毛刺切管，并可保证管材切口绝对垂直于管材轴线。从而可简化生产工艺、减少设备的投资、降低生产成本，并可改善生产环境，解决了长期困扰钢管企业的噪音问题。 该项技术具有广泛的应用空间，在钢铁、汽车、建筑、家电、矿山等行业都有着良好的应用前景。在圆形截面管材在线或离线切断方面将会发挥巨大的作用。 三、 课题的基本内容 76- 89 新型圆形截面管材滚切机 的整体机床的设计。 76- 89 新型圆形截面管材滚切机 原理及结构设计， 具体包括 ：进给架、进给环设计、刀夹座的设计、夹紧装置设计和 小车行走装置设 计 等 。 研究方案及预期达到的目标 设计是端面凸轮式钢管在线滚切机，滚切式切断的工作原理是利用三把带楔角的碟形滚切刀片均匀的安装在刀头架上，刀头架由驱动齿轮带动旋转，齿轮由齿条驱动，端面凸轮推动齿条从而使刀头架进给的同时实现径向进给，刀片与被切管材接触后，除绕管材公转外，还绕自身中心轴旋转，在管材表面实现纯滚动，在径向进给系统的作用下逐渐将管材切断。 为完成课题己具备和所需条件 1、 借阅图书馆的有关的图书和手册等资料，利用网络查阅相关的资料。 2、对比现有的几个设计方案，比较各个设计的优点及缺点，制定本次设计总体机构方案，重点突出安全性和经济性。 3、借助相关资料查找并计算出机构设计中的必要参数。 4、完成工程图和设计计算说明书。 nts预计研究过程中可能遇到的困难和问题，以及解决的措施。 可能遇到的难点 ： 在初步构思及总体设计时，可能会遇到一些问题，比如滚切机构悬臂长问题；起动时产生冲击的问题；离合器的分离时刻不易控制；退刀时滚切装置相对于内凸轮的停止位置不够准确；夹紧装置的夹紧中心和滚切中心对中困难的问题 在研究过程中面临着整体结构的设计，可能无法达 到设计参数的要求，机器的设计在实际应用中不稳定等一系列问题。因此，在设计过程中要不断完善，去尝试新的设计方案。 解决办法： 在总体设计前要认真研究设计任务书，准备好设计资料，多和同学讨论研究，确定最好的方案，并将设计计算的结果记载完整， 查阅相关资料，遇到问题及时向导师和同学求解，及时的解决，寻找简单合理的设计方案，使其达到预期目标，按时并良好地完成课题。 进度安排 2013.9.102013.9.20：设计讲解、收集资料、撰写开题报告、文献综述 2013.9.212013.11.5：平面图，剖视图、零件 图设计 2013.11.62013.12.5：图形绘制和设计说明书文本撰写 2013.12.62013.12.15：整理汇总毕业设计考核资料并上交 2013.12.172013.12.18：根据老师的批阅意见进行修改 2013.12.192013.12.20：准备参加毕业答辩 参考文献 1成大先 .机械设计手册（第四版） S.北京 :化学工业出版社 2002： 14 13 14 156 2徐灏 .机械设计手册 S.北京 : 机械工业出版社 1993： 29 47 50 3吴宗泽 .机械设计实用手 册 S.北京 :化学工业出版社 ,1999.1. 4王三民 ,诸文俊 .机械原理与设计 M.北京 :机械工业出版社 ,2001.3. 5李洪 .实用机床设计手册 S.辽宁 :辽宁科学技术出版社 ,2001.6. 6成大先 .机械设计手册（第二卷） S.北京 :化学工业出版社 ,2002.1. 7刘庆国 . 圆形截面管材滚切机 . S.北京 : 冶金工业出版社 2006.7 八、备注 nts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） I 摘 要 随着切割机的发展，采用滚切机在线切断管材是近几年在国外发展起来的新技术。这种滚切机是利用三把带有楔角的圆盘形滚切刀片，采用滚动压入的方法将管材切断。由于采用了滚压无屑剪切，刀具的滚切行程略大于管材壁厚即可切断管材，因而效率高 (尤其是对于大直径管材 )。可以实现小噪音、无切屑、小 (无 )毛刺切管，并可保证管材切口绝对垂直于管材轴线。从而可简化生产工艺、减少设备的投资、降低生产成本，并可改善生产环境，解决了长期困扰钢管企业的噪音问题。 我设计是端面凸轮式钢管在线滚切机，滚切式切断的工作原理是利用三把带楔角 的碟形滚切刀片均匀的安装在刀头架上，刀头架由驱动齿轮带动旋转，齿轮由齿条驱动，端面凸轮推动齿条从而使刀头架进给的同时实现径向进给，刀片与被切管材接触后，除绕管材公转外，还绕自身中心轴旋转，在管材表面实现纯滚动，在径向进给系统的作用下逐渐将管材切断。这种切断方式可实现切口断面轮廓不失真。滚切式即近年来发展的旋转楔入法。 关键词 管材 滚切机 端面凸轮 nts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） II Abstract Along with the development of cutting machine, cutting machine adopts the roll online in recent years in foreign countries cut off the tubes are developed new technology. This kind of cutting machine is rolling by 3 to a wedge disc shape roll, the rolling pressure blade cut into the methods will pipes cut off. Since it is a rolling a chip less shear, the cutting tool roll-cut trip is slightly higher than the pipe wall thickness can be cut off, and high efficiency pipes, especially for large diameter tubes). Can realize the little noise, no scraps, small (no) burr cut tube, and can ensure the pipe in vertical pipe axis incision absolute. Thus, can simplify production technology, reducing equipment investment, reduce the production cost, and can improve the production environment, solved the problem of noise steel enterprises. My design is section CAM tubular steel rolling cutting machine, get online cut off the work of principle is to use the wedge with three of the disc roll-cut blade even installed in frame on, cutter head frame is driven gear, gear rotating driven by rack drive, promoting rack and CAM section head into the frame to realize radial feeding, the blade was cut pipe after contact with, in addition to the revolution around the pipe outside, still around their own center axis rotation in pipes, achieving pure rolling, surface in radial feeding system under the function of the pipes cut off gradually. This cut way can realize incision section contour not distortion. Roll-cut type is rotating wedge method in recent years. Keywords pipe roll cutting machine section CAM nts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 目 录 摘要 . I Abstract . II 第 1 章 绪论 . 1 1.1课题背景 . 1 1.2国内外研究现状 . 3 1.2.1非剪切类的切断方法 . 3 1.2.2剪切类切断方法 . 4 第 2 章 方案确定 . 5 2.1旧型滚切机在实际应用中存在的问题 . 5 2.2设计原理 . 6 第 3 章 滚切机本体设计 . 10 3.1 参数选择及基本数据确定 . 10 3.3 滚切力的计算 . 12 3.3.1 滚切力的理论分析 . 12 径向加工力的计算 . 13 3.3.2 切向加工力的计算 . 14 3.3.3 转盘轴及轴上部件 . 14 3.4 刀夹座的设计 . 15 3.5 齿轮参数选择及齿轮轴强度校核 . 16 3.7 进给架、进给环设计 . 20 3.8.1系杆架转动力矩 . 21 3.9本章小结 . 22 第 4 章 部件设计 . 23 4.1 夹紧装置设计 . 23 4.1.1夹紧装置液压缸的设计 . 24 4.1.2夹紧凸轮的设计 . 25 4.2 小车行走装置设计 . 26 4.2.1 小车动力传动方式的选择 . 27 nts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 4.2.2 小车主体的受力分析 . 27 4.2.4 行走小车电动机的选取 . 29 4.3 本章小结 . 29 结论 . 30 致谢 . 31 参考文献 . 32 附录 1 . 43 附录 2.44 nts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 1 第 1 章 绪 论 1.1 课题背景 管材在连续生产过程中，在线切断设备是整个生产线中的关键设备之一。我国目前有 1700多条直缝焊管生产线，普遍采用飞据在线锯切管材。采用飞据在线锯切管材存在如下问题：一是切后管断面留有毛刺，为去除毛刺后续工序必须加平头设备；二是锯切过程 噪音污染严重；三是锯切增加了金属消耗；四是当锯切大直径管材时，生产效率特别低。 管材在生产和使用过程中，为切除头尾不合格部分或将长管分切成定长等，切断工序是不可少的。由于管材断面形状呈空心状，在切断过程中，其切口的断面形状很易失真。因而管材切断技术的要求更高。除了通常要求的切口断面宏观平直、毛刺小，生产率高、噪音小、金属损耗少以外，还要求断面轮廓形状不失真或少失真。因而国内外一直在探讨各种因素对切口质量的影响规律，以寻求新的切断方法。 采用滚切机在线切断管材是近几年在国外发展起来的新技术。这种滚切机是利用三 把带有楔角的圆盘形滚切刀片，采用滚动压入的方法将管材切断。由于采用了滚压无屑剪切，刀具的滚切行程略大于管材壁厚即可切断管材，因而效率高 (尤其是对于大直径管材 )。可以实现小噪音、无切屑、小 (无 )毛刺切管，并可保证管材切口绝对垂直于管材轴线。从而可简化生产工艺、减少设备的投资、降低生产成本，并可改善生产环境，解决了长期困扰钢管企业的噪音问题。 该项技术具有广泛的应用空间，在钢铁、汽车、建筑、家电、矿山等行业都有着良好的应用前景。在圆形截面管材在线或离线切断方面将会发挥巨大的作用。 我国目前普遍采用飞锯切断钢管。 采用滚切机在线切断钢管是近些年发展起来的新技术，该设备是在被切断管材的圆周方向均匀布置 3 个圆刀片，刀片在传动系统的带动下绕钢管旋转的同时沿着钢管的径向移动，从而在钢管周向纯滚动并且逐渐切断钢管，采用滚切机在线切断钢管可实现噪音小、无切削、无毛刺，并可保证管材切口绝对垂直管材轴线，从而可简化生产工艺，减少设备投资，降低生产成本，并可改善生产环境。目前我国从国外引进了几套钢管在线滚切机，这些引进设备存在如下问题：一是设备的一些零配件国内还无法满足要求，有些零配件的标准、规格与我国不一致，因此给设备维护带来困难；二是切后断口处钢管外径变大 (对于厚壁管 )、内径缩口，控制不好容易超差，nts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 2 从而必须增加必要的平头设备。目前国内关于管材滚切机的研究大多集中在设备方面，而关于影响管材滚切质量的理论研究较少。 凡两端开口并具有中空封闭断面的，且其长度与断面周长之比较大的钢材，都可称为管材。按其断面几何形状，管材可分为圆形和异性断面管。管材生产有无缝管材生产和焊管生产。无缝管材生产大多用不同的穿孔设备将实心的管坯作成空心的毛管，再进行加工得到合格的成品钢管。焊管生产是将管坯 (钢板或带钢 )用不同的成型方法弯曲成所需要的管筒形状，然后施 以不同的焊接方法将其接缝焊合而使其成为管材。直缝焊管生产有连续式和间断式两种形式。现代化的直缝焊管机组大都是连续式的。 本设计是直缝焊管在线滚切机的研制，针对的管材是直缝焊管。通过对目前使用的飞锯式、飞刀式、滚切式、冲剪式等四种焊管在线切割机构的分析比较，在吸收国内外有关机构特别是日本所供应机器的基础上，重新设计制造出一种新型的滚切式钢管滚切机。本课题研究的是钢管在线滚切机。 焊管以带钢或钢板为原料，用不同成型方法弯曲成管筒的形状，然后施以不同的焊接方法，获得具有一定强度的焊缝而形成的管材。在国民经济各部门中，焊管用途十分广泛，主要用于：输送管道、基本建设用管、化工容器、储油罐以及在机械制造、汽车、农业、轻工等部门和一些特殊用途。 从焊缝的形状，焊管分为直缝和螺旋缝。这里我们只讨论直缝焊管，从 1900年第一台电焊设备建造使用开始，电焊钢管生产至今已有上百年历史了，直缝焊管生产有连续式和间断两种形式，现代化的直缝焊管机组大都是连续式的。直缝焊管生产工艺流程如下图所示： 带钢卷 矫直 闪光对焊 活套 成型机 焊接 清理焊剂 冷却 定径 切断 矫直 涡流探伤 平端面 水压试验 检查 打印 涂油 包装 而我的毕业设计 研究的是以上流程中的切断过程，通过我和同学一段时间的了解和查阅资料得知，在我国的直缝焊管机组中，锯切设备一直是个薄弱环节，在连续式生产过程中，将钢管切成定尺式是非常重要的。由于管材断面形状呈空心状，在切断过程中，其切口的断面形状很易失真，因而管材切断技术的要求很高，除了通常要求的断面宏观平直、毛刺小，生产率高。噪音小、金属损耗少以外，还要求断面轮廓形状不失真或减少失真，因而国内外一直在探讨各种因素对切口质量的影响规律，以寻求新的切断方法。 nts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 3 1.2 国内外研究现状 下面介绍目前应用最多的几种剪切机。管 材在生产和使用过程中，为切除头尾不合格部分或将长管分切成定长等，切断工序是不可少的。由于管材断面形状呈空心状，在切断过程中，其切口的断面形状很易失真。因而管材切断技术的要求很高，除了通常要求的断面宏观平直、毛刺小，生产率高、噪音小、金属损耗少以外，还要求断面轮廓形状不失真或减少失真，因而国内外一直在探讨各种因素对切口质量的影响规律，以寻求新的切断方法。 国内外现有的管切方法有两大类：非剪切类和剪切类 2。 1.2.1 非剪切类的切断方法 (1)冷锯锯切法 (2)砂轮片切断法 这两种方法都属于同一类型 ，只是有锯片和砂轮片作为切断工具之分，两种均有金属损耗，而且由于切断片转速很高，转动中有震颤，因而在表面有明显的切削痕迹，呈现不平度较大，在切口结束时很难去除较大的毛刺，至今尚未解决，因而一般的此类切削方法都不得不在切断后曾设铣头机将断面铣平。 (3)切管机法 以车刀切断，切管机有钢管转动，车刀不动和钢管不动车刀转动两种。前者类似车床切削，但速度不能快。后者设备较复杂，一台切管机所切管径范围不能太大，切削速度也不可能太大，因为有金属损耗。 (4)旋转楔入法 钢管相对不动，在管材外围有三个刀片，一起绕钢管回 转，同时刀片座径向移动而将管材切断，由于此刀片是楔形的，因而且切口倾斜呈坡口状，而且在刀刃楔入管壁时，切口处的金属向管壁的内外流动使切口的外围和内周均呈隆起状，即切口边缘附近的外径增大，内径减小。 图 1-1 旋转切入法示意图 TubeFrameworkBladeFF Fnts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 4 1.2.2 剪切类切断方法 (1)冲剪法 冲剪法是在切口两侧各有圆孔形固定刀片夹住钢管，切口处有活动刀片，当刀刃压向管材时，刀尖使管壁局部引力集中而破裂，刀刃压入管壁，此方法为有屑切断，剪切过程速度快，噪音小， 但由于切断开始会在刀尖管壁处压下凹坑，最后残留在切口附近，为此必须设置扩展法和修正工序，以目前的技术，凹坑至今不能完全消除。 (2)双重剪切法 针对冲剪法的缺点产生凹坑，在冲剪法刀尖压入处的管材上先刨一个坑，但由于槽宽略大于刀片厚度，从而在切口断面会有一个不太明显的小台阶。 (3)芯棒剪切法 为防止剪切空心的管材被压扁，在管材内设置芯棒，芯棒由随着活动刀片一起移动的活动芯棒以及和固定刀片一起固定不动的固定芯棒组成，活动刀片在单向移动时进行剪切，此类方法用途很多，比如剪切汽车减震器所用管件的布哈姆切管机就是采 用整个原理。但所切管件长度应小于 150mm。 本设计采用滚切式切断，滚切式即近年来发展的旋转楔入法。滚切式的工作原理是利用三把带楔角的碟形滚切刀片均匀地安装在刀头架上，刀头架由主传动带带动旋转，刀片由内凸轮带动径向进给，刀片与被切管材接触后，除绕管材公转外，还绕自身中心轴旋转，在管材表面实现纯滚动，在径向进给系统的作用下逐渐将管材切断。这种切断方式可实现无切屑，小噪音剪切，并其可以保证切口断面轮廓不失真。 1.3 本章小结 本章主要介绍的是飞据在线锯切管材存在的问题，为了解决这些问题近几年国内外发展起 来的滚切机在线锯切管材的新技术，以及介绍了该技术的应用范围和采用该技术的好处，还有对国内外对滚切机的研究现状及国内外现有的管切方法的简单描述。 nts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 5 第 2 章 方案确定 2.1 旧型滚切机在实际应用中存在的问题 目前，飞锯机是钢管切断的主要设备主要功能是将在线生产的管材定尺切断。它不仅控制管材的定尺切断精度，同时制约着生产线的生产速度。飞锯的通常形式为电机带动锯片高速旋转将管子切断。由于其切削机理为高温熔融状态下的摩擦过程，这种形式结构简单，造价低，但噪音大，切口毛刺大，对于小型 机组很方便使用；但对于直径在 273mm以上的大规格圆管的切断就很难满足工艺要求。对于大规格焊管生产线上的飞锯机，国内传统的形式有三种： (1)单锯片式 用一张锯片一次切断整根钢管。锯片直径很大，如锯切 508mm 14mm圆管或 400mm 400mm14的方矩形管，锯片直径需在 1600mm以上，锯切功率需达 250kw工作时噪音很大，且管子端口不好，毛刺大，又不好清除。 (2)滚切式 其结构是通过一组刀片的径向旋转、挤压钢管切断。虽然比大直径的锯片有一定的优越性，但仅使用于圆管，不能用于方矩形管和开口型 材，并有收缩口现象，且在钢管级高、璧厚大时切断就非常困难了。 (3)双剧平推式 这是国外 20世纪 50年代淘汰产品，它不仅结构庞大，功率消耗大，致命缺陷是切断面不平、错位，切削过程中易变形，导致管子切口有阶梯，若是圆管还可在平头工序修正，若是方形管就很难处理了。 目前，用于切割圆形截面管材，或者圆管材生产线上截断管材时采用的滚切机，在不允许管材旋转时，其滚刀必须绕管材中心公转，同时滚刀沿管面滚动且向中心运动，达到切断管子的目的。 对于上述切割圆形截面管材的技术中，如中国某发明专利，其申请号200610012656.0中公开的圆管材截面滚切机，其中阐述的滚切机性能可靠，工作稳定，达到了很好的效果 6。但是在实际应用中，由于设计的圆盘轴上的滚切装置与旋转环上的传动齿轮之间具有较大的轴向距离，并且旋转环和圆盘轴的旋转配合面在圆盘轴的轴径上，而非圆盘外圈上，导致旋转滚切机构在机架外的悬臂较长，受力状态也不好，这样，若有加工产生的质量偏心，会在滚切工作时产生径向振动，因而降低了圆盘刀的使用寿命；另外，因离合器为常离状态，在启动时，旋转环仅靠圆盘轴与其的摩擦力矩驱动，由于摩擦力矩很nts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 6 小，使旋转环启动滞后，造成滚切装置上 的滚轮撞击内凸轮面而产生启动冲击；此外，在滚切结束时，该滚切机中的离合器的分离时刻不易控制；在退刀后，滚切装置相对内凸轮的停止位置不够准确，造成圆盘刀让开距离不足，而妨碍管子再次送入容易打刀，以及存在加紧装置的夹紧中心和滚切中心对中困难、设备的重量较大等实际问题。 目前，用于加工切割金属管材，或制管生产线上截断管材，其滚刀的进刀都是采用液 压方式。即利用液压缸驱动，通过齿条机构实现滚刀的径向进刀，从而满足了切管的使用要求。但最关键的问题是，如在使用液压缸通过拔叉推动移动环时易产生偏截，不易保证径向进刀的同步性 ；另外其整体结构稍显复杂，并且需要配置一套液压系统，及其维护成本高。 为了解决这一问题，对于公开的另一种金属切管机，它是采用机械式进刀方式，利用多级齿轮传动机构，实现对管材的切断。一方面是利用间断的凸轮块实现滚刀的径向进刀；由于设有形成完整的圆周凸轮，不能周而复始的连续工作。另一方面通过驱动轴上的单向离合器控制齿轮机构的反向转动才能完成退刀，这样会产生较大的冲击。该传动结构采用四对大小齿轮相互啮合，还不能实现自动退刀运动，导致传动系统较为复杂。 在管材以及型材生产过程中，常常采用冷，热剧进行切断；而其锯片在 实际应用中经常会出现瓢曲变形、裂痕、崩齿、糊齿等现象，这不仅会影响轧钢生产效率，也会给生产现场带来安全隐患并增加锯片消耗。在实际生产过程中有部分锯片经数次使用后，由于各种外在及内在原因会出现瓢曲变形现象主要表现锯片整体呈现一个碟形，一面鼓出，另一面凹入，将锯片竖起，用手在锯片顶部施加一个轴向力往复晃动，感觉到其刚性并不太差，这时产生的是碟形塑性变形；二是锯片呈扭曲状变形，片体的周向跳动很大，将锯片竖起晃动时感觉刚性很软，严重时甚至有站不住的感觉，锯片外圆周呈荷叶形状。 因此，必须加以改进和完善。 2.2 设计原理 经过对现有滚切机的结构分析，我总结出目前滚切机出现的主要问题。分别是： 1)滚切机构悬臂长问题； 2)起动时产生冲击的问题； 3)离合器的分离时刻不易控制； nts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 7 4)退刀时滚切装置相对于内凸轮的停止位置不够准确； 5)夹紧装置的夹紧中心和滚切中心对中困难的问题。 在此基础上进行改进，完成了本次毕业设计。 参考中国某专利新型圆管材滚切机 5原理图如图 2-1所示 。 图 2-1 中国某专利新型圆型截面管材滚切机工作原理图 为实现其目的，本设计提供的新型圆形截面管材滚切机，包括传动轴上分别设置的传动件与 所对应在圆盘轴上和位于其上的旋转环上连接的传动件；所属圆盘轴的圆盘端面径向滑槽内安装有滚切装置；其中，它具有一个内圈是内凸轮，外圈是一个滚切大齿轮的旋转环安装于圆盘轴的圆盘外圈位置上；在所述旋转环、圆盘轴和机架上安装起动和退刀控制装置；和在所述机架管材入料端设置一个夹紧装置。因此，通过旋转环直接沿圆盘轴的圆盘外圈转动，进一步降低了轴向尺寸，并且使旋转配合面、大齿轮上的啮合点、内凸轮对滚切装置的施力点三者相距很近，受力状态得到明显改善，避免了振动发生；此外，还通过设置了起动及退刀控制装置，保证起动时，控制旋转 环被驱动同步运转，避免了起动冲击，离合器切合时刻准确，有利于滚切装置滚切装置退刀后，停在处于相对内凸轮的最大退刀位置点上；另外，增设了夹紧装置，提高了夹紧管材的稳定性和对中可靠性。 连杆与铰接的所述活动刀架间的夹角是 100 180随着夹角的变化来实现进刀。转盘上设置一个以上的连杆与相对应带有滚刀的刀架连接。本管材截面滚切机采用了转盘上通过铰接的连杆与刀架组成一连杆进退刀机构，并在旋nts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 8 转筒相配合的转盘上安装一摩擦减速装置，通过该装置的作用实现了转盘产生相对于旋转筒的方向转动，用以控制连杆进退刀机构进行切割或 者非切割运动，因而该连杆与带有滚刀的刀架机构，和所设置的摩擦减速装置是实现本管材滚切机的关键。解决了现行的滚切机采用的凸轮机构控制滚刀，以及多齿轮组件传动所带来的整体机构复杂的问题。 本设计涉及在旋转环、圆盘轴和机架上组合安装起动及退刀控制装置，包括旋转环一径向端开有一个导通的槽孔和相邻的沉槽，则在旋转环上的槽孔内设置的棘轴上安装有棘爪，和在所述沉槽内设置一个弹簧片构成棘轮机构；所述棘爪与对应圆盘轴的圆盘外圈上呈 120 设置用于交替配合或脱开的三个角形棘槽；所述棘爪的另 一端与所对应在机架上设置的接近开关接近或远离。这样有利于起动同步平稳，退刀时刻准确，易于控制。 根据设计的特点，所提及滚切装置除上述采用滚刀作为切刀之外，可以在滚切装置上直接固定车刀，同样可以完成管材切割。 在本设计中，由机架的入料端安装一个管材夹紧装置。所述的管材夹紧装置包括固定在机架上的滑道盘，滑道盘一侧面上呈现 120设有三个径向滑道分别安装滑块；所述滑道盘和滑块之间安装返回弹簧，滑道盘和其上同心安装的盖板共同为滑块的滑动导向；该滑块的一段作为夹紧口，另一端通过销轴安装滚轮；该滚轮对应所述滑道盘和盖板 的外圈上具有的夹紧凸轮；则夹紧凸轮内圈是由三段相同的收缩曲线首尾相连成的圆周内凸轮，外圈上固定安装有转壁，通过液压缸或气缸矫连接在机架上。因此，该滚轮相对于滑道盘和盖板外圈上具有的夹紧凸轮转动。当要夹紧时，液压缸伸长，推动转臂连带夹紧凸轮一起转动，其夹紧凸轮内凸轮面压迫夹紧滚轮迫使三个滑块，沿滑道盘上的径向滑道同时向管子压紧，自动对中夹紧管子。当要松开管子时，液压缸缩回，拉动转臂使夹紧凸轮回转，返回弹簧推动滑块回退。在本设计中，夹紧凸轮的转动也直接采用电液推杆推动，这样可以在制管生产线上往复运动的滚切机上仅 供电即可保证滚切进行。 本设计的关键是在旋转环的内圈设置内凸轮，外圈设置滚切大齿轮，让旋转环集合多项功能，明显减少了其旋转部分在机架外的悬臂长度，既降低了设备制造成本，又减少了滚切机构偏心振动倾向，可以提高圆盘刀的使用寿命。其次，让旋转环直接沿圆盘轴的圆盘外圈转动，进一步降低轴向尺寸，并且使旋转配合面、滚切大齿轮上的啮合点、内凸轮对滚切装置的施力点三者相距很近，受力状态得到明显改善，设备重量也降低了很多。因其旋转部分重量和悬臂尺寸大幅减少，避免了振动发生。 nts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 9 由上边的分析可以得到以下一些结论： 1) 滚切机设 计采用了旋转环上的整圈内凸轮，控制圆盘刀径向进刀，可适用于不同管径的切割，而且连续稳定，周而复始的工作，特别适合制管生产线上的使用；此外通过离合控制滚切机同向旋转情况下实现退刀，这样会带来对滚切装置的冲击。 2) 传动机构简单可靠，只采用两对传动机构，具有结构简单，制造成本低。 3) 滚切机可以通过提高传动轴的转速来改进提高切割速度，而且每圈的切割速度不变，不影响刀具的使用寿命。 4) 滚切机通过调整旋转环内凸轮的线段来增减相对应的滚切装置，具有使用灵活的特点。 5) 通过在机架上安装了夹紧装置，提 高了夹紧的稳定性和对中可靠性。 本设计能有效的解决旋转滚切机构悬臂长、起动时产生冲击、离合器的分离时刻不易控制、退刀后滚切装置相对内凸轮的停止位置不够准确，以及夹紧装置的夹紧中心和滚切中心对中困难等问题。 2.3 本章小结 本章主要是对现有滚切机存在的问题进行了描述， 学习研究有关方面的资料，加以比较，解决存在的问题方法， 同时简单叙述了本设计的原理。 nts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 10 第 3 章 滚切机本体设计 3.1 参数选择及基本数据确定 钢管切断规格为外径 76- 89mm，壁厚为 4mm，钢管生产速度为 30m/min，钢管定尺长度为 12m。 由以上钢管剪切参数可知 1.在钢管剪切的每一个行程的时间 t为 t=钢管定尺长度 /钢管生产速度 =12m/30m/min=24s 即在钢管剪切的每个行程时间为 24s。 即小车运行一个切断来回时间为 24s。 2.刀片行程的确定 钢管切割的最大壁厚为 4mm，刀片在切割前和切断后应有一个多余的进刀距离，据参考有关图纸和结合实际，定为 4mm。 图 3-1刀片径向进给示意图 如上面图 3-1 所示，故刀片径向切断行程 S=4 3=12mm。 3.切断时间的选取 当刀片径向行程确定为 12mm，确定小车运动一个切断行程时间为 8s，即在其他的 24-8=16s内小车保持静止。 在小车运动的 8s内，包括 2个过程：小车与钢管同步时间和回程时间。 此设计确定切断时间为 5s，即刀片的径向进给速度为 2.4mm/s。 nts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 11 综上所述，确定以下参数： 1.切断时小车运行 8s 2.切断时间 (刀尖运行时间 )为 5s 3.刀具径向进给行程为 12mm，速度为 2.4mm/s 4.钢管与刀尖的切削力为 N102 4 3.2 圆盘刀的设计计 算及校核 刀尖到中心距离为 45毫米，刀具厚为 6毫米，切削钢管管有不同直径之分，直径范围 76- 89mm，厚管为 4毫米，刀尖夹角太小虽锋利但强度不够，刀尖角度太小虽强度大但是不锋利，综合考虑后尖端的夹角为 30 。如下面图 3-2所示： 图 3-2圆盘刀 nts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 12 3.3 滚切力的计算 3.3.1 滚切力的理论分析 滚切力是滚切机的设计和使用的重要参数，它是由刀片楔尖剪断金属的纯剪切力、刀片两侧面排开已被剪断的金属的挤压力和刀片两侧面与被排开金属间的摩擦力这 3 部分组成的。 图 3-3确定剪切面积用图 纯剪切力的确定 纯剪切力可由下式计算 SP max1 (3-1) 式中， S为剪切面积； max 为金属的最大单位剪切抗力 max= bsuKK 1(3-2) 式中， K 为与外摩擦及刀刃变钝有关的系数，对于冷剪，通过 K=0.050.62； uK为与变形速度有关，通常 uK =1，s为材料断裂时的平均延伸率；b为被切材料的强度极限。 当每片刀的进给量为 h 时，剪切面积可按图 3-3 中的阴影部分计算，即 22222 22 RhRhmhS(3-3) 式中， 为管的切槽底半径； m=R+ +2h；角 、 可由图 3-3 中的几何关nts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 13 系求得。 挤压力的确定 用带有楔角的圆盘形刀片滚切管材如同用楔形冲头压入半无限体，所不同的是管材的壁厚是有限的。因此我们可以参考文献构造如图 3-4 所示的滑移线场。我们将挤压力与摩擦力分开考虑，图中显示出了无摩擦 力的情况。在滚切中刀片的两个侧面作用有正挤压应力 p，从而可求得由 p产生的挤压滚切力为 sin22 FPP (3-4) 式中 F 是刀片与被剪切管间单侧挤压面积。 图 3-4滑移线场 摩擦力的确定 滚切力中的摩擦力部分即为刀片与被挤压金属间的摩擦力在合力方向的分量 cos23 Fu pP (3-5) 式中， u为刀片与被切管材之间摩擦系数，对于冷剪，一般 u=0.10.2。 总的滚切力即为上述 3部分力之和 )c o s( s i n2m a x uFpSP (3-6) 径向加工力的计算 进行求解可使用 m a t la b)2/4/( t a n (c o s2 1 解得 0.0948rad 6sm a x 101 7 1.5 8 7212/-2/1 ）（ p 7.65.090y Db b -刀刃与管材在回转方向上的接触宽度 nts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 14 D -滚刀刃直径 圈径向进给量滚刀公转 3/1-y mm2.543.13.1 L 6-1084.342.57.6 LbF N18456c o s2.0s in2 m a x ）（ FpP 的摩擦系数为刀刃与被切割管材间2.0u 3.3.2 切向加工力的计算 3.3.3 转盘轴及轴上部件 已知刀尖受力为 N108456.1 7F 则：对材料为 40Cr的钢，其需用应力在直径为 0-100mm时候 MPa835bs。 即有： bsDF 2/4(3-7) 即 62 10835/4 DF 得 mm3.5D 即 轴直径 mm3.5D ，能满足条件，此处保证满足强度要求 D=30mm。 刀盘紧固轴承的选取： 因为传递刀尖切削力，故选取普通深沟球轴承，采用形式为两端固定支撑形式，选用型号为深沟球轴承 6306，其基本尺寸如下： d=30mm D=72mm B=19mm 此处载荷 20KN/2=10KN 小于基本额定负荷 12.4KN 所以轴承的选取满足要求。 m38 3 4.7 4 NmN74.38 3 4D)rf2b(D)2b(2mN4.27 6 818 4 5615.015.0y2T1v加工力，即取两者较大的作为切向、FFTPPDnts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 15 图 3-5转盘轴立体图 3.4 刀夹座的设计 管材加工范围是 76- 89mm，根据本设计的需要，刀夹座结构如图 3-6所示： 由于刀具实现的径向切削，故调整螺栓主要受轴承传递给刀架的径向切削力，即调整螺栓可近似看成只受剪力： M P a5.3 1 4109 42 0 0 0 04 2321 dF(3-8) nts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 16 M P a835b s所选 M8的螺栓满足强度要求。 图 3-6 刀夹座三维示意图 3.5 齿轮参数选择及齿轮轴强度校核 根据空间需要等条件，确定齿轮参数：齿数： 38 模数： 6m 则 7562.7599.13812 iZZ 在允许误差范围内可用 97.1387512 ZZi01.097.1 97.199.1 ints 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 17 中心距： 表 1 第一组滚切齿轮组合小、大齿轮的参数： m 6 m 6 d 213mm d 468mm ad215mm ad470mm fd203mm fd458mm Z 38 Z 75 图 3-7 齿轮 取齿宽系数为 ： 6.0d 可以得到小齿轮的齿宽为： 34.3mm 由于齿宽没有严格要求，所以分别取：小齿轮齿宽 34mm，大齿轮齿宽 39mm。 由于进刀方式为端面凸轮，所以端面凸轮的转速为 135+1/3r/min。 mm3392 753862 )( 21 ZZmdnts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 18 所以 mm3 4 2676 4 amz 、3.6 传动轴承 与传动键 的选取 选用轴承时，首先应当考虑深沟球轴承，其它的结构形式，往往价格昂贵，交货期难以保证。 深沟型球轴承内、外圈沟道的断面为圆弧形，其半径以球径大 2% 4%，是很常用的一种滚动轴承。 这种轴承深沟较深，承受径向负荷时，球在沟底圆内外接触，承受轴向负荷时，球在沟道边缘附近接触，因此能同时承受径向和轴向负荷，使用方便。 深沟型球轴承的形状简单，能够进行精密加工，可以达到很高的集合精度，因此，摩擦、振动及噪声很小，适用于高速旋转。 综合考虑本设计中各种要求，所选传动轴承如 图 3-8、图 3-9 所示。 4.45822-2-z3.4702-22z04.0-5.06339-34254.0)2019.21(20t a n27638)(t a n2t a n)(219.21)20c os342339a r c c os ()c osa r c c os (*44434343434343mxchdmxhdyxxm-aayxxi nvi nvi nvi nvzzxxi nvzzxxi nvaa*af*aa）（）（则）（齿顶高消减系数中心距变动系数配两轮的变位系数合性能等方面的要求分根据齿根根切条件及啮所以则mm3 4 2)(21mm7638.7601.23854.33/11 3 54 8 0384343zzmaziznts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 19 图 3-8 转盘轴大 轴承 轴承代号： GB/T276-94 型号： 6030基本尺寸： d=150mm， D=225mm， B=35mm 图 3-9 输入轴 轴承 图 3-9输入轴轴承 轴承代号： GB/T276-94 型号： 6216 基本尺寸： d=80mm， D=140mm， B=26mm 传动轴键的选择 ： 图 3-10输入轴键 nts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 20 3.7 进给架、进给环设计 进给架是一个改进机构，在参考以往的单轴拨叉机构后，设计出端面凸轮进给机构，它的优点是进给架左右运动时，能靠轴承 与 进给环之间的环摩擦和相互作用力推动，避免了轴承直接和进给环之间的接触，减少了轴承的磨损，延长了轴承寿命，减少了维修费用。 当进给架在轴向运动时，可近似忽略其径向运动。 故进给架仅受轴向力 F=20 3/4=15KN 有纯剪切原理，当材料为 40Cr的钢时，许用应力在直径 为 0 100mm时： MPa835bs 即有： minbs24 DF(3-9) 即有： 62 108354DF34 1 5 1 0 4 . 7835D 进给架轴的直径只要满足 mm7.4D 即可满足要求。 所以此处选择的 D=60mm完全满足 要求。 当选用 60 的轴时，考虑其受动载荷 N1005.1 40 rc，应该选用轴承基本额定动载荷大于 10500N 的轴承。 根据以上要求，查阅机械设计手册，选用深沟球轴承 6212： mm60d mm110D mm22B nts 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 21 3.8 电动机选取 电动机是专业工厂生产的标准机器，
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