管子自动倒角机设计【加工管子端面自动倒角机设计】【三维SW】【含12张CAD图纸+文档全套资料】
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加工管子端面自动倒角机设计
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湖州师范学院本科毕业设计说明书 毕 业 设 计（说明书）2012届 题 目 加工管子端面自动倒角机设计 专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 学 号 08082513 指导教师 论文字数 17689 完成日期 2012年5月 湖 州 师 范 学 院 教 务 处 印 制2原 创 性 声 明本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文，是在指导老师的指导下独立进行研究所取得的成果。毕业论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名： 日 期： 关于毕业论文使用授权的声明本人在指导老师指导下所完成的论文及相关的资料（包括图纸、试验记录、原始数据、实物照片、图片、录音带、设计手稿等），知识产权归属湖州师范学院。本人完全了解湖州师范学院有关保存、使用毕业论文的规定，同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权湖州师范学院可以将本毕业论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存和汇编本毕业论文。如果发表相关成果，一定征得指导教师同意，且第一署名单位为湖州师范学院。本人离校后使用毕业论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为湖州师范学院。论文作者签名： 日 期： 指导老师签名： 日 期： 摘要本文介绍了自动倒角机的发展现状及未来的发展前景，为了更好的完成任务，查阅了大量文献资料，了解了自动上下料及各种传动结构，此外对自动倒角机的分类作了详细的归纳，最后详细设计了本课题自动倒角机的机械传动部分。关键词 倒角机，自动化，自动上料，传动结构30AbstractThis article describes the development status and future prospects for the development of the automatic chamfering machine, access to a large number of documents in order to better complete the task, to understand the automatic up and down and all kinds of transmission structure, in addition to detailed classification of automatic chamfering machineinduction, the final detailed design of mechanical transmission part of the automatic chamfering machine for this topic.Keywords：Chamfering machine; Automation; Automatic feeding; Transmission structure.目 录第一章 绪论11.我国机床的发展现状及概述12.组合机床的国内外现状2 2.1国内组合机床现状 32.2国内组合机床现状 43.机床设计的目的、内容、要求5 3.1设计的目的 53.2设计内容 53.3设计要求 64.机床的设计步骤6 4.1调查研究 64.2拟定方案 64.3工作图设计 65.自动倒角机的发展现状76.自动倒角机的发展前景7 7.倒角机的分类8 7.1针对板材 87.2针对齿轮 98.倒角机的适用范围和用途9 9.本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段9第二章 自动倒角机总体设计 111.机床总体方案设计的依据 112.工艺分析 113.加工管子端面自动倒角机的工作原理 13第三章 端面自动倒角机的机械部分设计 161.确定切削用量及选择确定切削用量刀具 162.传动装置设计 173.齿轮的传动设计 194.轴的设计 23参考文献 29致谢 31第一章 绪论1. 我国机床的发展现状及概述现代社会中，人们为了高效、经济地生产各种高质量产品，日益广泛的使用各种机器、仪器和工具等技术设备与装备。为制造这些技术设备与装备，又必须具备各种加工金属零件的设备，诸如铸造、锻造、焊接、冲压和切削加工设备等。由于机械零件的形状精度、尺寸精度和表面粗糙度，目前主要靠切削加工的方法来达到，特别是形状复杂、精度要求高和表面粗糙度要求小的零件，往往需要在机床上经过几道甚至几十道切削加工工艺才能完成。因此，机床是现代机械制造业中最重要的加工设备。在一般机械制造厂中，机床所担负的加工工作量，约占机械制造总工作量的40%60%，机床的技术性能直接影响机械产品的质量及其制造的经济性，进而决定着国民经济的发展水平。可以这样说，如果没有机床的发展，如果不具备今天这样品种繁多、结构完善和性能精良的各种机床，现代社会目前所达到的高度物质文明将是不可想象的。一个国家要繁荣富强，必须实现工业、农业、国防和科学技术的现代化，这就需要一个强大的机械制造业为国民经济各部门提供现代化的先进技术设备与装备，即各种机器、仪器和工具等。然而，一个现代化的机械制造业必须要有一个现代化的机床制造业做后盾。机床工业是机械制造业的“装备部”、“总工艺师”，对国民经济发展起着重大作用。因此，许多国家都十分重视本国机床工业的发展和机床技术水平的提高，使本国国民经济的发展建立在坚实可靠的基础上。机床是人类在长期生产实践中，不断改进生产工具的基础上生产的，并随着社会生产的发展和科学技术的进步而渐趋完善。最原始的机床是木制的，所有运动都是由人力或畜力驱动，主要用于加工木料、石料和陶瓷制品的泥坯，它们实际上并不是一种完整的机器。现代意义上的用于加工金属机械零件的机床，是在18世纪中叶才开始发展起来的。当时，欧美一些工业最发达的国家，开始了从工场手工业向资本主义机器大工业生产方式的过度，需要越来越多的各种机器，这就推动了机床的迅速发展。为使蒸汽机的发明付诸实用，1770年前后创制了镗削蒸汽机汽缸内孔用的镗床。1797年发明了带有机动刀架的车床，开创了用机械代替人手控制刀具运动的先声，不仅解放了人的双手，并使机床的加工精度和工效起了一个飞跃，初步形成了现代机床的雏型。续车床之后，随着机械制造业的发展，其他各种机床也陆续被创制出来。至19世纪末，车床、钻床、镗床、刨床、拉床、铣床、磨床、齿轮加工机床等基本类型的机床已先后形成。上世纪初以来，由于高速钢和硬质合金等新型刀具材料相继出现，刀具切削性能不断提高，促使机床沿着提高主轴转速、加大驱动功率和增强结构刚度的方向发展。与此同时，由于电动机、齿轮、轴承、电气和液压等技术有了很大的发展，使机床的转动、结构和控制等方面也得到相应的改进，加工精度和生产率显著提高。此外，为了满足机械制造业日益广阔的各种使用要求，机床品种的发展也与日俱增，例如，各种高效率自动化机床、重型机床、精密机床以及适应加工特殊形状和特殊材料需要的特种加工机床相继问世。50年代，在综合应用电子技术、检测技术、计算技术、自动控制和机床设计等各个领域最新成就的基础上发展起来的数控机床，使机床自动化进入了一个崭新的阶段，与早期发展的仅适用于大批大量生产的纯机械控制和继电器接触器控制的自动化相比，它具有很高柔性，即使在单件和小批生产中也能得到经济的使用。综观机床的发展史，它总是随着机械工业的扩大和科学技术的进步而发展，并始终围绕着不断提高生产效率、加工精度、自动化程度和扩大产品品种而进行的，现代机床总的趋势仍然是继续沿着这一方向发展。我国的机床工业是在1949年新中国成立后才开始建立起来的。解放前，由于长期的封锁统治和19世纪中叶以后帝国主义的侵略和掠夺，我国的工农业生产非常落后，既没有独立的机械制造业，更谈不上机床制造业。至解放前夕，全国只有少数城市的一些规模很小的机械厂，制造少量简单的皮带车间、牛头刨床和砂轮等；1949年全国机床产量仅1000多台，品种不到10个。解放后，党和人民政府十分重视机床工业的发展。在解放初期的三年经济恢复时期，就把一些原来的机械修配厂改建为专业厂；在随后开始的几个五年计划期间，又陆续扩建、新建了一系列机床厂。经过50多年的建设，我国机床工业从无到有，从小到大，现在已经成门类比较齐全，具有一定实力的机床工业体系，能生产5000多种机床通用品种，数控机床1500多种；不仅装备了国内的工业，而且每年还有一定数量的机床出口。我国机床行业的发展是迅速的，成就是巨大的。但由于起步晚、底子薄，与世界先进水平相比，还有较大差距。为了适应我国工业、农业、国防和科学技术现代化的需要，为了提高机床产品在国际市场上的竞争能力，必须深入开展机床基础理论研究，加强工艺试验研究，大力开发精密、重型和数控机床，使我国的机床工业尽早跻身于世界先进行列。2组合机床的国内、外现状世界上第一台组合机床于1908年在美国问世，30年代后组合机床在世界各国得到迅速发展。至今，它已成为现代制造工程（尤其是箱体零件加工）的关键设备之一。现代制造工程从各个角度对组合机床提出了愈来愈高的要求，而组合机床也在不断吸取新技术成果而完善和发展。2.1 国内组合机床现状我国加入WTO以后，制造业所面临的机遇与挑战并存、组合机床行业企业适时调整战略，采取了积极的应对策略，出现了产、销两旺的良好势头，截至2005年4月份，组合机床行业企业仅组合机床一项，据不完全统计产量已达1000余台，产值达3.9个亿以上，较2004年同比增长了10%以上，另外组合机床行业增加值、产品销售率、全员工资总额、出口交费值等经济指标均有不同程度的增长，新产品、新技术较去年年均有大幅度提高，可见行业企业运营状况良好。（1）行业企业产品结构的变化组合机床行业企业主要针对汽车、摩托车、内燃机、农机、工程机械、化工机械、军工、能源、轻工及家电行业提供专用设备，随着我国加入WTO后与世界机床进一步接轨，组合机床行业企业产品开始向数控化、柔性化转变。从近两年是企业生产情况来看，数控机床与加工中心的市场需求量在上升，而传统的钻、镗、铣组合机床则有下降趋势，中国机床工具工业学会的机床工具行业企业主要经济指标报表是统计数据显示，仅从几个全国大型重点企业生产情况看，2003年生产数控机床890台，产值16187万元，生产加工中心148台，产值5770万元；2004年生产数控机床985台，产值25838万元，生产加工中心159台，产值7099万元；而2005年，截至4月份，数控机床、加工中心、产值已接近2003年全年水平，故市场在向数控、高精制造技术和成套工艺装备方面发展。（2）行业企业的快速转变“九五”后期，在组合机床行业企业的50多家组合机床分会会员中，仅有两家企业实行了股份改造，一家企业退出国有转为民营，其余的都是国有企业。而从2001至2002年，不到两年的时间，就先后有十几家企业实行股份制改造，一些小厂几乎全部退出国有转为民营，现在一些国家重点国有企业也在酝酿股份制改造，转制已势不可档，“民营经济在经历了从被歧视，被藐视到不可小视和现在高度重视4个阶段后，焕发勃勃生机。”组合机床行业企业正在以股份制、民营化等多种形式快速发展。（3）组合机床技术装备现状与发展趋势组合机床及其自动线是集机电于一体是综合自动化度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用，因而被广泛应用与工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电行业。我国的传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制，它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型的箱体类和轴类零件（近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额），完成钻孔、扩孔、铰孔，加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台，在孔内镗各种形状槽，以及铣削平面和成型面等。组合机床的分类繁多，有大型组合机床和小型组合机床，有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式，还有多工位回转台组合机床等；随着技术的不断是进步，一种新型的组合机床柔性组合机床越来越受人们是亲昧，它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换，配以可编程序控制器（PLC）、数字控制（NC）等，能任意改变工作循环控制和驱动系统，并能灵活适应多种加工的可调可变的组合机床。另外，近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机等在组合机床行业中所占份额也越来越大。由于组合机床及其自动线是一种技术综合性很高的高技术专用产品，是根据用户特殊要求而设计的，它涉及到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、清洗、装配和试漏等技术。我国组合机床及其组合机床自动线总体技术水平比发达国家相对落后，国内所需的一些高水平组合机床及自动线几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大，并使产品生产成本提高。因此，市场要求我们不断开发新技术、新工艺、研制新产品，由过去的“刚性”机床结构，向“柔性”化方向发展，满足用户需要，真正成为刚柔兼备的自动化装备。2.2 国外组合机床现状80年代以来，国外组合机床技术在满足精度和效率要求的基础上，正朝着综合成套和具备柔性的方向发展。组合机床的加工精度、多品种加工的柔性以及机床配置的灵活多样方面均有新的突破性进展，实现了机床工作程序软件化、工序高度集中、高效短节拍和多功能知道监控。组合机床技术的发展趋势是：（1）广泛应用数控技术国外主要的组合机床生产厂家都有自己的系列化完整的数控组合机床通用部件,在组合机床上不仅一般动力部件应用数控技术,而且夹具的转位或转角、换箱装置的自动分度与定位也都应用数控技术,从而进一步提高了组合机床的工作可靠性和加工精度。广州标致汽车公司由法国雷诺公司购置的缸盖加工生产线,就是由三台自动换箱组合机床组成的,其全部动作均为数控,包括自动上下料的交换工作台、环形主轴箱库、动力部件和夹具的运动,其节拍时间为58秒。(2)发展柔性技术80年代以来,国外对中大批量生产,多品种加工装备采取了一系列的可调、可变、可换措施,使加工装备具有了一定的柔性。如先后发展了转塔动力头、可换主轴箱等组成的组合机床;同时根据加工中心的发展,开发了二坐标、三坐标模块化的加工单元,并以此为基础组成了柔性加工自动线(FTL)。这种结构的变化,既可以实现多品种加工要求的调整变化快速灵敏,又可以使机床配置更加灵活多样。(3)发展综合自动化技术汽车工业的大发展,对自动化制造技术提出了许多新的需求,大批量生产的高效率,要求制造系统不仅能完成一般的机械加工工序,而且能完成零件从毛坯进线到成品下线的全部工序,以及下线后的自动码垛、装箱等。德国大众汽车公司KASSEL变速箱厂1987年投入使用的造价9000万马克的齿轮箱和离合器壳生产线,就是这种综合自动化制造系统的典范。该系统由两条相似对称布置的自动线组成,三班制工作,每条线日产2000件,节拍时间为40秒。全线由12台双面组合机床、18台三坐标加工单元、空架机器人、线两端的毛坯库和三坐标测量机组成,可实现3种零件的加工。空架机器人完成工件下线的码垛装箱工作。随着综合自动化技术的发展,出现了一批专门从事装配、试验、检测、清洗等装备的专业生产厂家,进一步提高了制造系统的配套水平。(4)进一步提高工序集中程度国外为了减少机床数量,节省占地面积,对组合机床这种工序集中程度高的产品,继续采取各种措施,进一步提高工序集中程度。如采用十字滑台、多坐标通用部件、移动主轴箱、双头镗孔车端面头等组成机床或在夹具部位设置刀库,通过换刀加工实现工序集中,从而可最大限度地发挥设备的效能,获取更好的经济效益。3机床设计的目的、内容、要求3.1设计的目的机床设计毕业设计，其目的在于通过机床主运动机械变速传动系统的结构设计，使我们在拟定传动和变速的结构方案过程中，得到设计构思、方案的分析、结构工艺性、机械制图、零件计算、编写技术文件和查阅资料等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，培养基本的设计方法，并培养了自己具有初步的结构分析、结构设计和计算能力。3.2 设计内容(1)运动设计 根据给定的被加工零件，确定机床的切削用量，通过分析比较拟定传动方案和传动系统图，确定传动副的传动比及齿轮的齿数，并计算主轴的实际转速与标准的相对误差。(2)动力设计 根据给定的工件，初算传动轴的直径、齿轮的模数；确定动力箱；计算多轴箱尺寸及设计传动路线。完成装配草图后，要验算传动轴的直径，齿轮模数否在允许范围内。还要验算主轴主件的静刚度。(3)结构设计 进行主运动传动轴系、变速机构、主轴主件、箱体、润滑与密封等的布置和机构设计。即绘制装配图和零件工作图。(4)编写设计说明书3.3 设计要求评价机床性能的优劣，主要是根据技术经济指标来判定的。技术先进合理，亦即“质优价廉”才会受到用户的欢迎，在国内和国际市场上才有竞争力。机床设计的技术经济指标可以从满足性能要求、经济效益和人机关系等方面进行分析。4 机床的设计步骤4.1调查研究研究市场和用户对设计机床的要求，然后检索有关资料。其中包括情报、预测、实验研究成果、发展趋势、新技术应用以及相应的图纸资料等。甚至还可以通过网络检索技术查阅先进国家的有关资料和专利等。通过对上述资料的分析研究，拟订适当的方案，以保证机床的质量和提高生产率，使用户有较好的经济效益。4.2 拟定方案通常可以拟定出几个方案进行分析比较。每个方案包括的内容有：工艺分析、主要技术参数、总布局、传动系统、液压系统、控制操作系统、电系统、主要部件的结构草图、实验结果及技术经济分析等。在制定方案时应注意以下几个方面：（1） 当使用和制造出现矛盾时，应先满足使用要求，其次才是尽可能便于制造。要尽量用先进的工艺和创新的结构；（2） 设计必须以生产实践和科学实验为依据，凡是未经实践考验的方案，必须经过实验证明可靠后才能用于设计；（3） 继承与创造相结合，尽量采用先进工艺，迅速提高生产力，为实现四个现代化服务。注意吸取前人和国外的先进经验，并在此基础上有所创造和发展。4.3 工作图设计首先，在选定工艺方案并确定机床配置形式、结构方案基础上，进行方案图纸的设计。这些图子包括：被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图和生产率计算卡，统称“三图一卡”设计。并初定出主轴箱轮廓尺寸，才能确定机床各部件间的相互关系。其次，绘制机床的总装图、部分部件装配图、液压系统图、PLC接线图和梯形图。然后，整理机床有关部件与主要零件的设计计算书，编制各类零件明细表，编写机床说明书等技术文件。最后，对有关图纸进行工艺审查和标准化审查。5. 自动倒角机的发展现状自动倒角机是一种自动化机械。机械自动化, 主要指在机械制造业中应用自动化技术, 实现加工对象的连续自动生产, 实现优化有效的自动生产过程, 加快生产投入物的加工变换和流动速度【1】。当前，中国机械制造业同世界先进水准也存在阶段性差距【2】。我国现阶段的机械制造业中产品数量较大的同类产品连续流水作业的切削加工生产中， 机械自动化设备仍然是半自动机床、自动机床、组合机床及其组成的自动线、回转体零件加工自动线等【3】。目前国内钢铁企业在生产大圆钢棒材产品过程中，受定尺分段锯切、冷床收集等工序的影响，在棒材端部易产生飞边、毛刺及肿头现象，严重制约着产品表面质量的提高【4】。而且，随着市场经济的发展，棒材深加工单位及使用单位对棒材产品提出了更高、更严的表面质量和包装质量要求【5】。为此，众多企业在棒材的精整工序采取了多种措施，如：人工手提砂轮机修磨方式、固定式砂轮机修磨方式、机加工车床切削方式等，但效果均不理想，主要存在的问题有：其一、作业率低，不能与生产节奏有效匹配，易造成棒材积压，物流不畅。其二、精整质量无法保证，其人工、砂轮修磨方式，棒材端部的肿头很难去除。其三、精整工序劳动强度大，作业环境恶劣。其四、采用固定式砂轮机修磨方式及机加工车床切削方式时，棒材在生产过程中产生的不平直度，会导致棒材精整时整支旋转进给困难，棒材端部周期性摆动，对砂轮片、切削刀片造成较大冲击，易导致砂轮片、刀片崩裂，存在较大的安全隐患【6】。6. 自动倒角机的发展前景针对以上问题，自动倒角机可利用金属切削原理，将棒材定位，通过切削装置移动，刀具旋转完成棒材端部倒角。还可利用棒材步进式定位，端部固定，解决倒角过程中的棒材摆动问题。同时设计合理限位控制装置，完成切削装置的初始、工作、退回等动作的连续切换，同时根据生产要求，可连续调整倒角量的大小。倒角机系统自动化、流程化作业，可与整个棒材生产工序匹配，达到工作效率最优。该设备已经实现，还需有待提高。可编程控制器、微处理机、各种传感器、 新型刀具、控制系统及系统软件、电子计算机等将是今后机械自动化的主要技术基础【7】。21世纪将是以知识经济和信息社会为特征的时代,制造业面临信息社会中瞬息万变的市场对小批量多品种产品要求的严峻挑战。机械自动化技术的广阔发展前景也将越来越光明所以机械自动化、实现加工过程的灵活性将继续是未来发展的方向，这一方面的技术仍有待提高【8】。如何发展我国的机械自动化技术, 应实事求是, 一切从我国 的具体国情出发, 做好各项基础工作, 走中国的机械自动化技术发展之路。7. 倒角机的分类7.1、针对板材按通俗名称分类，分为平板倒角机，钢板倒角机两种。按机器使用性质分为：手提式倒角机，便携式自动行走倒角机，台式倒角机三种。机器构成如下：（1）手提倒角机：主要由三相电机，启动开关、壳体铸件，支撑挡板，刻度条，人性化手把。铣刀盘等部件组成，原理是通过电机带动滚铣刀盘上的刀片，对工件进行倒角作业（2）便携式自动行走倒角机主要是由移动式行走架,三相电机. 涡轮,涡杆减速装置, 控制器：启动开关、紧急停按钮、反转按钮、磁热保护,壳体铸件,支撑轮等.角度轮等部件组成，其原理是电机通过减速机带动整体滚洗刀盘，通过刀盘滚动进行铣切倒角作业。达到小板钢板自走，大板机器自动行走。（3）台式倒角机 是在由由机体、外角倒角工作台、定位托台、内角倒角工作台、内角转动刀头、外角转动刀头、电动机和传动机构组成，在机体水平上板上垂直安装内、外角转动刀头，其下端轴部设置传动机构，垂直升降的内角倒角工作台中心的内角刀头露孔中露出内角转动刀头，位于上述外角转动刀头正上方定位托台下侧的凹槽与外角倒角工作台的外角刀头露孔相结合，端面上构成外角转动刀头露出的外角刀头露孔，外角倒角工作台与机体水平上板之间设置升降装置，使外角倒角工作台垂直升降，以使外角刀头露孔中外角转动刀头露出可以调节【9】。7.2、针对齿轮齿轮倒角机适用于汽车、拖拉机、机床等行业对各种批量的内、外圆柱齿轮轴齿轮端面进行倒圆角、倒尖角和棱，能实现半自动化工作循环。分类：卧式指形铣刀倒角机、立式指形铣刀倒角机、端面铣刀倒角机。工作原理如下：（1）卧式指形铣刀倒角机：工件轴线与刀具轴线布置于同一水平面内，采用指形铣刀切削、工作连续分度，工件主轴或刀架沿工件轴向往复移动对内、外圆柱齿轮进行倒圆角、倒尖角。具有自动进给，工件自动加紧装置，实现半自动化工作循环。（2）立式指形铣刀倒角机:工件轴线布置于垂直面内，工作连续分度，刀架沿工件轴向上、下往复移动对内、外圆柱齿轮进行倒圆角、倒尖角。（3）端面铣刀倒角机：工件轴线布置于垂直面内，工件间断分度并自动定位。刀具主轴或工件主轴实现冲程运动，对内、外圆柱齿轮进行倒尖角【10】。8倒角机的适用范围和用途 倒角机的用途很广，它可用于工件焊接前边缘的倒角，使用于焊接前金属板材的去毛刺和倒角加工，对钢板边缘按所需角度进行洗切，以得到焊接所需的倒角角度。倒角机还可用于齿轮、钢筋连接套等零件边缘的倒角。倒角机的种类很多，针对不同工件的加工需要，有双面自动倒角机，单面自动倒角机等。倒角机适用于钢材、铸铁、硬质塑料、有色金属等材料【11】。9. 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段：本次任务的设计题目是管材端面自动倒角机设计，是一种对外圆100200、长度为200300的管子外圆作245倒角的设备。随着工业产品的大型化，该设备在机械行业中的使用越来越广泛，是典型的机电一体化产品。本次设计的主要任务是开发一套管子端面自动倒角设备。该设备的特点如下：(1)能实现自动上料、自动夹紧定位及自动卸料功能，节省人力。(2)可对多种不同外径的管子进行外缘倒角加工。(3)设备通过简单的调整，能够满足多种不同尺寸的管子的加工。需要解决的问题是:可实现管子的自动上料、气动滑块夹紧、车刀自动进刀与退刀、工件自动下料等功能。 该设备能加工的工件范围为：外圆100200、长度为200300的管子。第二章 自动倒角机的总体设计 设计该机床的第一步，是确定总体方案。总体方案是机床部件和零件的设计依据，对整个设计的影响较大。因此，在拟定总体方案的过程中，必须全面地、周密地考虑，使所定方案技术先进、经济合理。1.机床总体方案设计的依据1.1工件工件是机床总体方案设计的重要依据之一，设计者必须明确工件的特点和加工要求。本次毕业设计要求设计一台管子端面自动倒角机，用于圆形管材焊接成型的型材，与底板焊接或是两型材对接时，工件材料为热轧普通碳素钢，圆形管材100200，长度为200300mm。硬度为HRB65.778.7,生产批量为中小批量。加工部位的加工要求如下：(1) 被加工表面的粗糙度均为R10；(2) 铣削角度2450 。1.2刀具机床设计力求简单实用，考虑到切削材质单一，切削参数变化范围十分有限， 因此铣削转速不分档，铣削高速钢角铣刀，刀齿材料为YG6，=450，d=80，B=22,D=27,Z=22。2.工艺分析2.1 工艺方法的确定机床的工艺方法是多种多样的，按工种可分为车、铣、刨、钻、镗、磨、研磨、电加工、振动加工、激光加工等；每一种还可再分，如车削加工有车外圆、车端面、车槽、车球面等之分；按加工精度各表面粗糙度可分为粗加工、半精加工、光整加工等；按工序集中程度可分为单刀、多刀、单工件、多工件、单工位、多工位等；按作业形式可分平行作业、顺序作业、平行-顺序作业等。工艺方法对机床的结构和性能的影响很大，工艺方法的改变常导致机床的运动、传动、布局、结构、性能以及经济效果等方面的一系列变化。加工管子端面倒角的方法有很多，比如说，铣削，刨削。对于加工管子端面，用角铣刀进行铣削加工时，生产率不仅提高了，也能满足工件所要求的加工精度，且装夹快速，方便。与其它机床相比，管子端面自动倒角机具有生产率高，加工精度稳定，研制周期短，便于设计、制造和使用维护、成本低、自动化程度高、劳动强度低，配置灵活等特点，因此，当生产量很大时，用自动倒角机进行加工更合理2。2.2 机床总体布局机床的总体布局指确定机床的组成部件之间的相对位置及相对运动关系。合理的总体布局的基本要求有：(1)保证工艺方法所要求的工件与刀具的相对运动关系；(2)保证机床具有足够的加工精度和相适应的刚度和抗振性；(3)便于操纵、调整、维修，便于输送、装卸工件和排屑等；(4)节省材料，占地面积小，即经济效果好；(5)造型美观。考虑到工件较大且要求适应不同长度的，为简化机构，采用机床两端带有可调装置以适应不同长度的工件，通过由气缸驱动的机械手将工件插入和转移，工件通过夹紧气缸固定在装夹台上不动，而让刀具相对于工件运动的加工模式，具有结构简单的优点。管材通过安装在工作台上，传动轴带动切削头作旋转主运动，且动力头的主轴可以伸缩，这样可以完成进刀和退刀的要求。此方案的优点是各部件均是针对圆形管材设计的，因此，结构紧凑，刚性好，生产效率高，加工质量稳定。由于本设备的制造数量较少，设计本专用机床的出发点，主要考虑其结构设计，保证其适用性及安全性，除一些较大部件或运动部件如支座，墙板采用Q235，其余部件均就地取材。2.3 机床运动的确定本次毕业设计的加工管子端面自动倒角机的工艺方法是，用一个切削头直接对管材端面进行加工。相应的450倒角成形运动为：动力头主轴的回转运动；辅助运动为：动力头主轴伸缩为进给运动。通过这些运动即可完成所要求的倒角切削11。3加工管子端面自动倒角机的工作原理3.1构成机组如图1所示，管子端面自动倒角机由主传动机构、刀架机构、动力机构、切削头、输送装置、夹紧装置、辅机机构等七部分组成。圆形管材适用范围直径：100200，长度：200300mm，材料为热轧普通碳素钢，硬度为HRB65.778.7，生产类型为中小批量。我们曾分别考虑利用刀具切削和砂轮磨削两种方法来倒角，但管子两端的磨削状态较为复杂，主要有以下几个因素存在：1) 磨削倒角过程中工件的平直度，对中性难以保证。2) 磨削倒角机的辅助机构较为复杂，维修不便，且一次性投资较大。3) 刀具切削倒角的精度较高，角度宽度可根据生产需要人为调节。鉴于以上原因，经反复比较，认为采用刀具切削倒角较为稳妥。图1 自动倒角机机构简图3.2工作过程此专机在两端带有可调装置以适应不用长度的管件，工件放置在滚轴传送料架上，通过气缸分配器使工件自动进料，通过由气缸驱动的机械手将工件插入和转移，工件通过夹紧气缸固定在装夹台上不动，而让刀具相对于工件运动的加工模式，切削完成后，由气缸驱动出料单元将工件自动卸料。传动轴带动切削头作旋转主运动，且动力头的主轴可以伸缩，这样可以完成进刀和退刀的要求。工件在加工的时候必须夹紧，以防切削加工时工件移动。通过一个液压缓冲器与工作平台平行连接，可保证工作平台的平滑进给。3.3主传动机构根据加工管子端面245的倒角工艺要求，整个加工运作过程均在床案和导轨面上进行，电动机驱动皮带带动传动轴旋转进行切削运动，同时传动轴底部的直线滑轨可前进和后退，完成进刀和退刀的动作。由夹紧气缸和机台对圆管进行夹紧定位，以满足切头倒角均匀、对中性好的工艺要求。3.4切削装置切削装置分为旋转机构和移动机构。刀具和刀片安装在旋转机构上实现管材的倒角；移动机构保证旋转机构完成快进、工进、快退整个倒角过程，而且移动机构在专用导轨上运动，很好地保证了旋转机构在移动过程中中心线的准确性。刀架机构利用安装在自制刀架盘上的等轴槽中的车刀，绕自身轴线连续而稳定的旋转，从而进行动态切削。车刀采用内六角螺钉紧固，通过扳手将外加力矩均匀的传递给夹紧螺钉，可保证其接触点有较小的应力，因而可避免扳手与螺钉顶部菱形槽之间产生打滑、松脱和螺钉损坏等现象。这种切削刀盘的结构特点是：1) 具有机加工的结构特点，安装方便、快速、准确，能保证换刀后刀具至工件的准确位置。2) 刀具可重复刃磨，修复再用。3) 结构简单，夹紧元件少，容削空间大。3.5动力机构动力机构采用,0.85kW电机作为驱动源，通过皮带轮带动刀架传动轴进行旋转。3.6夹紧装置夹紧装置采用两个夹紧气缸及一个底座将工件夹紧，原理与车床的三爪卡盘类似，此装置结构简单，可以满足本机床自动上料的要求。3.7辅助机构为保证整个管材倒角过程顺利、自动完成，倒角机系统还配备了一些必要的辅助设备，主要包括：自动上料机构、输送辊道、拨料装置、自动卸料装置、液压缓冲装置等。第三章 端面自动倒角机的机械部分设计1 确定切削用量及选择确定切削用量刀具1.1确定切削用量根据工件材料、工件的工作环境、加工精度及技术要求，按照经济地满足加工精度要求的原则以及考虑工作台特征，是否便于主轴设计等，合理地选择切削用量以达到合理使用刀具的目的。适合本机床加工的零件材料是多样的，现以材料Q235，硬度HB150200，为例计算切削用量等各数据。查表可知切削速度 进给量 初定刀盘直径 D=140mm具体选择如下： 取 ； 则输出轴转速 每分钟进给量 =3410.2 1.2确定切削力主切削力式中：影响系数，其大小与实验条件有关； 被吃刀量对切削各分力的影响指数； 进给量f对切削各分力的影响指数； 切削速度v对切削各分力的影响指数； 实验条件与计算条件不同时的修正系数。根据本机床的特点及实际情况以上各系数和指数均取1。最大切削深度3mmsin45=mm =500 =mm0.2500 =213N切削功率指在切削过程中消耗的功率，它是各分力方向上所消耗功率的和。由于主运动方向的功率消耗最大，通常用主运动消耗的功率表示切削功率（kW）: = =0.3065 kW2传动装置设计2.1 传动装置的总体设计2.1.1传动装置效率； 1为一对滚子轴承的效率，取10.99; 2为一对齿轮的效率，取20.972.1.2 总传动比： （1） 经过多次选择，最后确定小齿轮的齿数为，大齿轮的齿数为（2） 传动比： 2.1.3 运动参数和动力参数的计算（1）各轴转速； 轴； 轴；（2）各轴上的功率； 轴； 轴；（3）各轴上的扭矩： 轴：轴；将以上算出的运动参数和动力参数列表如表1.1所示。表1.1 电机轴的运动参数和动力参数表参数 轴名轴轴转数n(r/min)1100341功率P(kw)0.580.55697扭矩T(Nm)0.51.14传动比i 2.36 效率 0.96 3齿轮的传动设计3.1选择齿轮材料及热处理方法 倒角机是一般的机器，没有太大的特殊要求，从降低成本、减少结构尺寸和易于取材的原则出发，决定小齿轮选45钢调质，齿面硬度为217255HBS。大齿轮选45钢正火，齿面硬度为169217BHS.3.2 计算齿轮的许用应用（1）计算许用接触应力 查教材，得小齿轮和大齿轮的接触疲劳极限分别为：小齿轮（217255BHS）大齿轮（169217BHS）Hlim2=540 MPa循环次数： 由教材查得：齿面接触应力为： 取最小值 （2）计算许弯曲应力由教材查得： 小齿轮（217255HBS） 大齿轮（169217HBS） 齿轮弯曲许应力为： 3.3 齿轮参数设计因为所设计的齿轮为软齿面齿轮，故按齿面接触强度确定齿轮的基本参数和主要尺寸。初选参数：选小齿轮齿数；大齿轮齿数主要尺寸计算： 模数：m=1.25 分度圆锥角：tan2i2.36 2=67.01 190222.99 齿顶高： ha=m=1.25 mm 齿根高：hf=1.2m=1.5 mm 全齿高：h=2.2m=2.75 mm 齿顶间隙：c=0.2m=0.25 mm 分度圆直径：d1=mz1=1.2514=17.5 mm d2=mz2=1.2533=41.25 mm 齿顶圆直径：da1=d1+2mcos1=17.5+21.25cos22.9919.80 mm da2=d2+2mcos241.25+21.25cos67.0142.23 mm 齿根圆直径：df1=d1-2.4mcos117.5-2.41.25cos22.9914.74 mm df2=d2-2.4mcos2=41.25-2.41.25cos67.0138.25 mm 锥距： R=d1/2sin1=d2/2sin2=17.5/2sin22.99=41.25/2sin67.0122.4 齿顶角： 齿根角： 齿宽： 顶锥角： 根锥角： 节锥顶点到轮冠距离： AK1=d2/2-hasin141.25/2-1.25sin22.9920.14 AK2=d1/2-hasin217.5/2-1.25sin67.017.60按接触强度设计：直齿圆锥齿轮传动的强度计算，可近似按平均直径出的一对当量直齿轮的传动进行齿面接触疲劳强度计算： 校核公式 H= 设计公式 D1195.1若两轮材料不是钢-钢，而是钢-铸铁或是铸铁-铸铁，则系数195.1分别改为175.6和163.9。齿根弯曲疲劳强度计算： 校核公式 设计公式 式中：YFS-复合性系数，按当量齿数Zv查表得 其余各参数的含义、单位及许应力计算方法与直齿圆柱齿轮相同。 经过计算得出齿轮的硬度足够。3.4 确定齿轮的传动精度等级计算齿轮圆周速度。 确定齿轮精度等级及侧隙。 根据齿轮的圆周速度和对噪音的要求确定齿轮的精度等级及侧隙分别为： 小齿轮：8GJ 大齿轮：8FH3.5 计算啮合力 圆周力 径向力 计算结果见表：齿轮啮合力计算表 项 目小 齿 轮大 齿 轮材料及热处理45钢调45钢正火 基本参数 齿数1433法面齿顶高系数11法面顶隙系数025025法面模数125125主要尺寸齿顶高125齿根高 15全齿高 275齿顶间隙 025分度圆锥角22996701分度圆直径1754125齿顶圆直径19804223齿根圆直径14743825齿顶角 318齿根角 383齿宽 56锥距 224顶锥角26177019根锥角19166318 精度等级（GB/T10095-1988）8GJ啮合力圆周力 003径向力0.021564轴的设计4.1 选取轴的材料和热处理的方法 倒角机是一般用途的减速器，所以轴的材料选用45钢，粗加工后进行调质处理后，硬度为217255HBS，由教材查表得： 4.2 轴的结构设计 设计轴的时候要确定轴的外径和结构尺寸。结构设计的基本要求是：1) 轴和轴上的零件要有准确的工作位置；2) 各零件要可靠地相互联系；3) 轴应便于加工，轴上零件要易于装拆；4) 尽量减少应力集中；5) 轴各部分的直径和长度尺寸要合理。轴一般在变应力状态下工作，进行结构设计时，应尽量减少应力集中。对阶梯轴相邻段直径不宜相差太大，在轴径变化处的过渡圆角半径不宜过小。尽量避免在轴上开凹槽和加工螺纹。在重要结构中可采用凹切圆角、过渡肩环等措施，减少应力集中。提高轴的表面质量，降低表面粗糙度，采用辗压，喷丸和表面热处理方法，也可显著提高轴的疲劳强度。其次，在轴结构设计时，应合理布置轴上的零件，减轻轴所受载荷，减少轴向尺寸，以提高强度。43 轴的强度计算 轴的设计过程包括轴的强度计算和轴的结构设计，两者一般结合在一起进行。最初，只能根据轴系简图和一些基本数据，按轴所传递的转矩，初估轴的直径。然后以初估直径为基础，进行轴的结构设计，得出结构草图，从而得知各轴段的直径和长度，载荷作用点和支点位置，然后再进行强度校核。4.3.1 按扭转强度估算轴的直径 轴的最少直径计算公式： dminA 由教材表，查得： A=118107 轴： dmin（118107）=7.659.251 在轴上处，估取安装轴承处的轴径，轴上其余轴径尺寸由结构要求而定。4.3.2 轴承的选择 在轴上，既作用着径向力，又作用着轴向力，故选用圆锥滚子轴承，型号为1000088。其主要尺寸如下：d=8mm，D=16mm，B=4mm。4.3.3 轴的结构设计 在轴上零件的装拆的先后顺序，周向及轴向固定方法以及工艺性等要求，作出轴的结构设计。其中d1=8mm，公差带取r6，d2=10mm，d3=12mm，d4=30mm，公差带取k6，d5=5mm，公差带取r6，L1=1Omm，L2=18mm，L3=10mm，L4=15mm，L5=5mm。4.3.4 轴的强度计算取L=144mm，L/2=72mm，由前面计算可知：T2=429.16 Nm，FT2=3733 N，Fr2=1372 N，Fa2=532 N。1) 根据轴系部件结构图，作出轴系空间力图，如下图所示(b)。2) 作出轴的垂直平面受力图，求支反力RAv、RBv，绘弯矩图Mv，如图（c）： RAV=RBV-Fr2=1409.62-1372=37.62(N)齿轮中心面左侧弯矩MV1为： MV1=RAV L/2=37.6244=1655.28(Nmm)齿轮中心面右侧弯矩MV2为： MV2=RB2 L/2=1409.6244=62023.28(Nmm)3) 作出轴水平受力面图，求支反力RAH,RBH,绘弯矩图MH,如图所示(d)：RAH=RBH=Ft/2=3733/2=1866.5(N)MH=RAHL/2=1866.544=82126(Nmm) 4) 支反力RA，RB，绘总弯矩图M，如图所示（e）。RA= (N)RB=(N)齿轮中心面左侧总弯矩M1为： (Nmm)齿轮面右侧总弯矩M2为： (Nmm)(5) 绘转矩图，如图所示（f）(6) 绘当量弯矩图Mc，如图所示（g） 因为倒角机为单向传动，从安全角度出发，轴上转矩T2按脉冲循环考虑，故取校正系数=0.6，齿面中心面处最大当量弯矩Mc为： 选择危险截面，进行强度核算。根据当量弯矩图，初取中心面为危险截面。该截面有键槽，故应将轴径加大5%，由此得轴径d为： 由计算结果可知，轴径小于安装齿轮处实际轴径，所以强度满足要求。轴上安装刀具的槽，用电脉冲挖槽。4.3.5 加工工艺分析： 加工两端面孔时，左右两面的轴向切削力可抵消一部分。因此夹紧力不需很大，本工序直径8.0mm，采用一次进给加工，复合钻，另因水平钻削，排屑容易。切削时间短，切削热量较小，可不必考虑冷却问题。钻孔的孔径尺寸精度及位置精度的保证。主要是靠提高钻套的尺寸及位置精度，钻头刃磨，质量，导套和钻头间的配合，严格控制钻头切削刃摆差及严格要求主轴导向套之间的同轴度来保证（尺寸精度可达到IT10）。位置度达0.4mm。4.3.6 轴的加工工艺分析1.毛坯的选择：根据零件图可知，零件的材料为45号钢，各圆的尺寸相差很大。因此，选用45号钢的冷拔棒料做为毛坯。这样，毛坯的精度高，加工是省料，降低成本。2工艺路线的拟定： （1）车：第一次装夹，夹紧35的毛坯。 1.1 粗车，半精车30及12外径，单边留2 mm 余量。工艺装备：YT15车刀，0-150游标卡尺。设备：C616车床。 （2）淬：热处理调质HB217255 （3）第二次装夹：夹紧30半精车外径，依次半精车30，12,8，10外径，12，10粗糙度0.处留0.2mm余量砂光。 3.1车：割3处槽
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