毕业论文--awc机架现场扩孔机设计

摘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。关键词专用设备，专用镗床，加工效率，工艺实验ABSTRACTTHISISUSEFULFORPANGANGRESOLVEHOTMILLTHREETECHNICALTRANSFORMATIONPROJECTSUPROLLERMILLWIDTHCONTROLSYSTEMAWCAFTERTHETRANSFORMATION,ITNEEDSTOBORETHEEXISTINGLEGISLATIONFORROLLERMILLHOUSINGBOREFORTHEINSTALLATIONOFALONGJOURNEYSERVOTANKIFLEGISLATIVEROLLMILLHOUSINGBORESENTTOFACTORIESTOBORE,THEQUALITYISASSURANCEANDRELIABLE,BUTITFIXEDBACK,ITCANTASSUREINSTALLATIONQUALITYANDACCURACYTOREDUCETHETECHNOLOGICALTRANSFORMATIONPROJECTCOSTS,THELEGISLATUREDECIDEDTOROLLMILLSITEFORREAMINGRACKPROCESSINGAFTERPAINSTAKINGRESEARCH,COMBININGWITHTHEACTUALPROMBLESWORKOUTSPECIALEQUIPMENTBORESPECIALBORINGMACHINEINTHELIGHTOFTHESPECIALEQUIPMENTREAMINGTECHNOLOGY,APRACTICALSOLUTIONTHEPROGRAMISECONOMIC,PRACTICAL,POSSIBLEFEATURESCHARACTERISTICOFTHISDESIGNHASSOLVEDTHEPROMBLESSUCHASINSTALLMENTANDTHEBORINGRODRIGIDITYSATISFIEDEXPANDEDCOMPARESTHEPOCKETTHEREQUESTTHISSPECIALPURPOSEEQUIPMENTBORINGCUTTERSYSTEMUSESTHEHORIZONTALBORINGMACHINETHEPINGXUANPLATESTRUCTURE,MAYFACILITATETHEADJUSTMENTCUTTINGTOOLDEPTHOFCUTTHEGUIDERAILUSESTHECOMBINEDTYPEGUIDERAIL,CAUSESTHEMOVEMENTSTEADILY,THEINSTALLMENTISCONVENIENTTHESTRUTUSESTHEAGGREGATEMACHINETOOLPATTERNSTRUT,ISADVANTAGEOUSFORTHEDISASSEMBLAGEINSTALLMENT,MAYGREATLYENHANCETHEPRODUCTIVITYKEYWORDSSPECIALEQUIPMENT,SPECIALBORINGMACHINE,PROCESSINGEFFICIENCY,TECHNOLOGYEXPERIMENT目录摘要IABSTRACTII1绪论111设计目的和意义112扩孔技术要求113应解决的问题114设计项目的发展情况215设计原理22总体设计321总体设计原则322工艺分析323总体方案的比较3231刀杆的安装形式3232进给方式4233升降运动形式4234机床运动的分配4235选择传动形式和支撑形式43力能参数计算631镗削用量的选择及转矩、功率的确定原则632最佳切削用量的选择6321现有镗孔工艺参数6322镗削切削速度、扭矩和切削功率公式7323主要镗削参数的计算733选择电机94扩孔机传动系统设计1041确定总传动比1042分配传动装置的传动比1043计算总的机械效率1144计算传动装置各轴的运动和动力参数1145带传动设计1246传动斜齿轮的设计计算14461选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数14462按齿面接触强度设计14464几何尺寸计算17465计算轴间圆柱斜齿轮18466齿轮的结构设计1847轴的结构设计18471轴设计的主要内容18472轴的材料19473轴的设计计算19474按扭转强度初步估算轴径19475轴的机构设计20476求轴上的载荷21477按弯扭合成应力校核的轴的强度22478精确校核轴的疲劳强度23479对轴进行设计2548对所有选用键进行强度校核3049对承受较大载荷的圆锥滚子轴承进行校核31410镗刀系统设计334101镗刀头334102镗杆选择33411箱体的结构设计345导轨设计366镗刀强度及镗杆的稳定性验算387工艺试验42结论43参考文献44附录AE1立辊轧机机架加工工序图45附录BE2立辊轧机机架加工工序图46致谢471绪论11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。12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。13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。14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。15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总体设计21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。22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。23总体方案的比较231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，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，具有惰图21卧式镗床的工艺范围轮的作用，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。232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。233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。234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。235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。此处省略NNNNNNNNNNNN字。如需要完整说明书和CAD图纸等请联系扣扣二五一一三三四零八另提供全套机械毕业设计下载选择丝杠的梯形螺纹。609M则丝杠每分钟转155267。/MINR/INR计算进给运动所需功率（式51）60FFFVP三角形导轨水平进给力的计算（式52）ZXKG三角形和矩形导轨，选择。15K12K为当量摩擦因素，铸铁副三角形导轨选取。078017（式53）98滑座电机主轴箱85203KGKG3197N则进给力为264017963087912FN进给功率计算24FFVPW查表手轮（JB/T727331994）1420选择B型手轮18,30,2DMDDM选择把手查表11222，把手（JB/T727411994）选择把手BM4计算手轮的转动速度和最大驱动力已知手轮的作用直径为。30（式54）MAXAX2675/MIN101DNV由得。FPF8FPNV手动手柄得最大驱动力为887N。导轨的基本结构如下图51所示图51导轨结构图导轨两侧铸造有圆孔,方便吊起导轨以上部件,便于调整扩孔高度。导轨与支撑中箱的连接部分设计有四个调整螺钉，辅助调整导轨的位置，使孔的对正更加方便快捷。6镗刀强度及镗杆的稳定性验算1）对刀具进行受力分析图61刀杆的受力分析图刀具材料为YT15，它的性能如下表61（3/GCM）HRA抗弯强度（GPA）抗压强度（GPA）弹性模量1101179111539520530在受力分析时将刀具看为悬臂梁。其作用长度为。1406LDM杆经受力分析刀具受到两方向的弯矩作用。对危险处截面进行应力分析。图62刀具截面应力分析图由叠加原理可知，D点处的拉应力最大，F点得压应力最大。（式61）MAXYAXAZFYFMW（式62）36ZXB（式63）MAYAAZF32025YXZFL261794689054MPAGA压2）对刀杆进行受力分析图63刀杆的受力分析及弯矩图（式64）31709641072XDMFLNM杆刀（式65）69Z杆刀（式66）MAX88YYL刀1）分析危险截面的危险点C点受到压应力及切应力最大，微体受力处于组合应力状态。如图64所示图64截面应力图（1）求最大压应力MAX2YNZZMFAW7473212487096180561086510ZYPAD（2）求截面所受的最大切应力（式67）6MAX369187510PTPAD（3）由弯扭压第三强度理论对其进行校核（见式）233AX410RTMA1468（1）从挠度与转角对刀杆的稳定性进行校核XOZ平面内挠度（式69）32,BZBZFLLWEII（式610）,2EEYYMLLXOZ平面内由叠加原理得已知弹性模量。446080,2106ZDEGPI弯曲刚度。（式611）96201042EI挠度。（式612）336781850EBMLFWMI在XOY平面内。（式613）3246910604BLMEI综合以上两方向的位移，求径向最大挠度26242451818570186BLWM求刀杆的扭转角度已知切变模量。47,32PDGPAI则刀杆的扭转角度为（见式）94326108015PTLI146综上可得，镗杆有较高的稳定性。7工艺试验为了保证现场扩孔加工一次成功预先对现场扩孔加工工艺及专用设备进行现场模拟试验，检验各项技术指标，完善加工工艺参数和专用设备技术性能，保证设备和工艺万无一失。模拟工艺试验要达到以下目的（1）检验专用设备的各种性能指标是否达到了设计要求，对存在的问题和缺陷进行及时的完善和改进。（2）培训操作工人，提高操作者的技术和对专用设备的熟练程度。（3）试验、优化加工工艺参数，提高将来现场加工的速度。结论通过毕业实习，结合生产现场的多种扩孔方法，参考现有设计文献、现有专用扩孔机结构，采用类比法、逻辑推理法及优化设计等方法，结合现场环境设计了上述专用扩孔设备。此设计针对专用设备只用于现有辊轧机改造，属于单件生产，需尽量节省费用，为了应对加工四个不同孔高度要求，采用支撑中箱，调整扩孔机高度，且扩孔设备采用水平配置，方便安装；此扩孔机采用平旋盘安装刀具，可实现一刀加工，方便调整径向进给量；进给运动采用手动代替电机驱动，可灵活调整进给量使切削用量达到最佳值。设计结构简单，满足设计要求，可大大降低生产成本，提高生产率。（1）专用设备经过检验证明是切实可行的，满足现场扩孔要求，各项技术指标达到了预期设计水平。（2）专用设备和现场扩孔工艺经实践检验证明专用设备稳定性好、刚性好、加工效率高、可靠性好，且该实施方案具有见效快、投资省、结构简单、适应环境能力强等优点。存在的问题主轴箱结构不够紧凑，可空间布置三轴位置，使主轴箱体积更小；由于扩孔机高度较高，扩孔机的支撑刚度不够，可增加辅助支撑提高刚度。参考文献1王绍俊主编机械制造工艺设计手册M哈尔滨工业大学出版社2乐兑谦主编金属切削刀具M机械工业出版社1985。3李庆余、张佳编著机械制造装配设计M机械工业出版社20034龚溎义主编机械设计课程设计指导书M高等教育出版社20045机械设计手册M新版第2卷机械工业出版社19906邱宣怀主编机械设计M高等教育出版社19977S卡尔帕基安、SR施密德主编制造工程与技术（机加工