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图1.1圆钢外圆铣削加工设备布局
(1)圆钢外圆铣削加工设备的传动系统
型单级圆柱齿轮减速器)和减速机构双重减速,达到上料进给所需速度。
额定转速1500rpm,最高转速3000rpm)控制。
铣削时,棒料只作直线进给运动,刀具作旋转运动,与传统的加工方法截然不同。
下料时由进给传动电机和返回电机(德国SEW公司RF62DV132S122BMG斜齿轮替控制,未加工完时,由进给传动电机控制,加工完瞬间,进给传动电机断开,返回电机控制卸料小车卸料并送出,接着返回、断开,进给传动电机开始工作。
1.齿轮减速器;
2.进给传动电机;
3.减速机构;
4.铣削机构;
5.返回电机;
6.下料机构;
7.主传动电机;
8.上料机构
图1.2传动系统简图
(2)工艺及其特点
被加工的棒料在上料架上被拨料杆拨入辊道,驱动辊子将棒料送到进给装置中,随后通过夹紧架夹紧并被拉出,由下料装置上的两组驱动辊子通过气缸夹紧后送出,最后由卸料杆将棒料收集于下料台架中。
圆钢外圆铣削加工设备生产n5.5-n80mm剥皮棒料和剥皮盘圆半成品。
棒材进给速连续完成,省工省料,高质量高效率。
(3)铣削加工方式
圆钢外圆铣削加工设备采用的是铣削加工方式,而不是传统的对外圆工件进行车削。
在铣削过程中,工件作直线进给运动,铣刀高速旋转多刃切削。
相对于车削时工件旋转,车刀单刃车削来说,在细长杆件的加工中,采用铣削方式加工速度快,加工件表面质量高。
1.2主要技术性能
(1)加工范围
加工直径:
n9—n81mm
(2)棒料长度
2—6m(使用短棒线路2—2.2m,使用测量仪3.8—6m)
(3)主传动功率
75KW,直流(采用可控硅控制的直流电机)
(4)主轴转速
200—2000rmin
(5)切削速度
最大40mmin,无级调速
(6)切削量
0.5—2mm(直径)
(7)切削刀具调节量
每按一次按钮,进给量为0.01mm
(8)电器设备
A.总电机容量:
直流135KW,交流53KW.
B.操作电压:
380V,50HZ.
C.控制电压:
220V,50HZ.
D.电磁阀控制电压:
24V,直流.
E.允许电压波动:
±
10%.
F.气动压缩空气:
压力0.4—0.45MP,耗气量1500Lmin.
G.冷却液每三个月更换一次,用量大约8000L.
H.机器寿命:
在正常的维护条件下,每天三班倒,使用寿命约为30年.
I.铣削后的棒料公差:
达到ISO国际标准h9的技术要求
①.直径公差:
n9—n18mm,0—n0.043mm;
n18—n30mm,0—n0.053mm;
n30—n50mm,0—n0.062mm;
n50—n81mm,0—n0.071mm;
②.椭圆度:
最大0.030mm.
③.平直度:
最大3mmm(取决于棒料平直度).
④.表面粗糙度:
最高1.6µ
m.
J.设备总重量:
22吨.
1.3铣削棒料生产流程
棒料热扎(或退火)————矫直————铣削棒皮————检验————打包————过磅————入库。
1.4加工材料及技术要求
(1)材料:
轴承钢GCr15、GCr15SiMn;
不锈钢1Gr18Ni9Ti、2Cr13;
高速工具钢W6Mo5CrV2、W18Cr4V;
碳素结构钢、合金结构钢、弹簧钢、合金工具钢等。
(2)铣削前棒料平直度:
≤3mmm。
(3)棒料加工状态:
退火、热扎态。
1.5设备用途
目前国内钢厂在轧制细长圆钢时,一般存在切削加工困难的问题,而轴承行业、弹簧行业对这种轧制圆钢的需求非常大。
圆钢外圆加工设备能方便、快速的加工细长类圆钢,加工质量好,生产效率高,能满足这些钢厂急于想获得该类设备的要求
1.6存在问题和解决途径
(1)刀片
本设备的铣削刀片极易磨损消耗,需求量大。
德国同类刀片加工寿命为80支棒料,每片刀片价格18-40马克。
目前,株洲硬质合金厂可生产此类刀片。
(2)润滑油
润滑剂有以下这些用途:
1、减少摩擦力;
2、防止磨损;
3、防止黏附力;
4、有利于装卸;
5、冷却运动热;
6、防止腐蚀。
通过这么多年的发展,润滑剂的原料来源变得越来越广泛,除油和油膏之外的许多塑料和固体甚至气体都充当了这个角色。
唯一的局限是许多这些材料在它们重新补充自己的过程中吸收摩擦热,他们对高温度环境敏感,只能在较稳定的环境里。
由于润滑材料的选择范围广,重要的是材料的选择和方法的应用。
以下类型润滑剂是可利用的:
1、石油流体;
2、综合性流体;
3、油膏;
4、固体脂;
5、动态流体;
6、气体;
7、塑料;
8、动物脂;
9、金属和矿物脂;
10、植物油。
应用最多和最好的润滑剂是矿物油。
在同时提供机械和水力元素设计的应用中,油被认为是最可靠的润滑剂。
一致认为,它提供更宽的选择,满足了具体应用的要求。
销售的润滑剂一般都含有添加剂。
这些“添加剂包裹”是一个石油公司的销售工程师为一些特殊条件下的应用而研究出来的。
下列这些是有共同点的类型添加剂:
1、防摩擦剂;
2、氧化作用抗化剂;
3、铁锈抗化剂;
4、洗涤分散剂;
5、黏度改良剂;
6、抗扭屈剂;
7、节点抑制剂。
添加剂的最新领域,是当加热到温度足够高后蒸发或烧掉基本的油而不留下灰的一系列有机化合物。
最初在内燃机的应用中,他们发现金属或矿物元素会促进催化作用、重组或对机械材料的退化作用。
添加剂通常不稳定于整个温度和修剪范围时,认为可被基本的储备油应用。
因此,叠加性型油必须仔细地被监测以保证安全,当储备油减少了或耗尽了之后,装置不能继续使用。
更加重要的是,当洗涤剂、分散剂、添加剂都存在时,起作用的是某种产品还是他们同时作用。
虽然由于材料而导致润滑油的需求量大幅减少,但是被润滑件运动速度的加快而导致它们消耗加速。
同时,挥发和泄漏也具有明显的影响。
黏度指数的改良调整润滑油使它的黏度在操作温度范围内减少。
这些材料也可用来改进重油或轻油;
但是以前的储备油倾向于恢复对高温或对高剪切率通常在遇到轴承和齿轮装载的区域。
在重工业设施,它一般适当选择更重或高度提炼的润滑剂(价格一般是较昂贵的)而不是依靠一个较不稳定的黏度指数改良产品。
这些润滑剂一般应用于剪
剪切率(每秒)=
其中D是直径,单位:
英寸;
N是转速,单位:
RPM;
t是厚度,单位:
英寸。
此类机械用油一般为德国进口,也可用国产油代替:
A.德国TELLVS127中心注油器用油用国产N32抗磨液压油代替;
B.德国OMALA100齿轮油用国产N100中极压工业用油代替;
C.德国VITREA100机械油用国产100号机械油代替;
D.德国68OMALA齿轮油用国产N68中极压工业用油代替;
E.德国TELLVS146液压油用国产30-40抗磨液压油代替。
(3)棒材平直度
此设备要求被铣削棒材平直度小于3mmm,一般多辊型矫直机不易达到。
但在实际中,平直度大于3mmm还是可以加工的。
(4)铣削量
本设备技术参数中最小铣削量为0.5mm(直径),实际中,因为热扎圆钢的椭圆度和弯曲度大都超过要求。
实际铣削量一般控制在1mm左右。
1.7生产情况
圆钢外圆铣削加工设备主要生产以下几种情况的棒料:
(1)冷冲压专用轴承钢
可供轴承厂直接进行剪切、冷顶墩、冷冲压加工零件。
成品规格n28mm,每年生产量约600吨。
(2)外贸出口钢材
只对表面质量要求较高的模具进行削皮加工。
钢种D2、SKD11等。
(3)改变规格,挽救不合格品
对具有一定批量(高合金钢200kg以上优质钢300kg以上)的因公差尺寸或表面缺陷(裂纹、雀皮、折叠、过烧等)较严重而不合标准的棒材,可重新改削成直径减小1-3mm规格的棒材,重新利用不合格品,减少损失。
(4)特殊要求的棒材
直径尺寸公差要求≤±
0.20mm。
2圆钢外圆铣削加工设备上料机构设计与分析
圆钢外圆铣削加工设备上料机构总长8100mm,高1182mm。
由于结构空间大,本设备中应用了较多的细长轴类构件和板类构件。
而且好多件都是多次使用,减少了构件加工数量,使设备结构不因为体积大而变得复杂,同时降低了设备的生产成本。
本上料机构的上料自动化程度较高,没有传统的夹紧定位过程,节省了大量的加工准备时间,提高了生产率,增强了整个铣削加工设备的市场竞争能力。
2.1支撑座
在本设计中,支撑基座由六块板类零件焊接而成(如图2.1左),而不是采用常用的铸造方法。
这是考虑到支撑基座顶上的轴座做成铸件后,给轴座上孔的加工带来一定难度,难以保证尺寸精度要求。
各件尺寸:
基座355mm×
355mm×
25mm
支撑板600mm×
230mm×
16mm
轴座258mm×
255mm×
图2.1支撑座
各件焊接关系和焊接方式如图2.1右,支撑板交叉焊接在基座正中央,轴座对称焊接在支撑板上。
2.2轴及轴上零件
2.2.1轴
如图2.2所示1、2、3、4是上料机构上四根主要的轴,其中1、3、4为细长光轴,规格为:
1轴35mm4448mm(直径高)
3轴45mm4448mm
4轴45mm4380mm
轴上分布有供固定轴上零件用的螺纹孔和供传感器、电路等线路通过的通孔。
4轴主要起连接、固定上挡料板的作用,它没有相对运动。
1轴和3轴不仅有连接和固定的作用,它们还传递绕轴向的上料运动。
它们通过带座轴承架在固定架上,减少相对运动产生的摩擦。
所需的动力由气缸提供。
2轴相当于链轮和托辊之间的桥梁,被加工棒料的进给运动经过链轮再通过它传到托辊,从而实现进给。
图2.2轴及其附件
2.2.2轴上零件
图2.2中1、3、4轴上主要零件(图2.3)有固定架(1、5)、挡料板(2、6)、上料挡杆Ⅰ(3、7)、上料挡杆Ⅱ(4、8)。
具体尺寸见零件图。
通过两个图的对比我们可以看出,每种零件都有两种形式,即主要特征尺寸一致,在需要连接动力源的零件上设计有连接部位。
如挡料杆,它固定在4轴上,有2和6两种形式,其中2有一个件,6有五个件。
在上料时挡料杆挡住工件的冲击力,减少上料挡杆Ⅱ上的冲击。
当加工不同的工件时,即工件的直径发生变化,通过调整支撑杆(图2.3上2件下面连接的是支撑杆)控制挡料杆2上挡料面的角度,挡料杆2通过轴4带动6的变动,六个件一起工作,从而适应工件变化要求。
上料挡杆Ⅰ、上料挡杆Ⅱ也是通过一个件带动其它五个件,它的动力分别由一个气缸提供,两个气缸通过协调运动控制上料过程。
1、5.固定架;
2、6.料挡杆;
3、7.上料挡杆Ⅰ;
4、8.上料挡杆Ⅱ
图2.3轴上零件
2.3固定托辊槽钢
固定托辊槽钢,总长8100mm,是所有零件中最长的零件。
它起到了固定、支撑托辊、固定架,以及承受各轴、挡料杆、上料挡杆等的重力。
之所以选择它作为支撑、连接件,是考虑到本机构较长而且庞大,细长的槽钢重量轻,所占空间小,适于钻孔。
图2.4固定托辊槽钢
2.4蜗轮蜗杆的设计
蜗轮蜗杆的工作环境:
手工驱动,载荷平稳,单向工作,输入功率P=0.01KW,输入转速58rmin,传动比为29,三班倒,工作寿命30年。
设计步骤:
(1)选择材料及确定许用应力
蜗杆材料用45钢,蜗杆螺旋部分表面淬火,齿面硬度45-55HRC,蜗轮齿圈用铸铝青铜ZCuAlMn,砂模铸造,;
轮芯用铸铁HT150采用齿圈静配式结构。
取蜗轮材料的许用接触应力[σ’H]=172MPa,许用弯曲应力[σ’f]=80MPa
(2)选择蜗杆头数Z1和蜗轮齿数Z2
根据传动比i=29,取Z1=1,Z2=iZ1=29
(3)按蜗轮齿面接触疲劳强度设计
蜗杆转矩:
T1=9.5510Pn
=9.55100.0158
=1646.6N•mm
经估算,取=0.7
蜗轮转矩:
T2=iT1
=290.71646.6
=33426N•mm
因为载荷平稳,取K=1.0,K=1.1,K=1.0
则K=KKK
=1.01.11.0
=1.1
[σH]=[σ’H]•
其中N=60jnL
=60123030024
=0.86410
所以[σH]=172
=175.2MPa
[σF]=[σ’F]•
=80
=81.5MPa
根据公式:
mdKT()
其中KT()=1.133426()
=350.4mm
取m=3.15,d=40mm
则md=3.1540=396.9350.4满足要求
蜗杆导程角=arctan
=arctan
=5.07
蜗轮圆周速度V=
=
=4.2ms
蜗杆分度圆直径d=40mm
蜗轮分度圆直径d=mZ=3.1529=91.35mm
传动中心距a=(dd)=(40+91.35)=65.675mm
(4)验算蜗轮齿根弯曲疲劳强度
查得蜗轮齿形系数Y=2.52
则σF=Y
=
=12.3
因为σF<
[σF]=81.5MPa
所以满足齿根弯曲疲劳强度要求
(5)主要几何尺寸计算
分度圆直径d=40mm
d=91.35mm
中心距a=65.675mm
模数m=3.15
蜗杆导程角=5.07
齿顶圆直径d=d+2m=40+2=46.3mm
d=d+2m=91.35+2=97.65mm
齿根圆直径d=d-2.4m=40-2.4=32.44mm
d=d-2.4m=91.35-2.4=83.79mm
齿矩p=p=m=3.143.15=9.896mm
分度圆上齿厚S=S=0.5m=0.53.143.15=4.948mm
蜗轮最大外圆直径dd+1.5m=97.65+1.53.15=102.375mm
取d=354mm
蜗轮齿顶圆半径R-m=-3.15=16.85mm
蜗轮齿宽b0.75d=0.7546.3=34.725mm
取b=32mm
蜗轮齿宽角=2arcsin=2arcsin=1061537
(6)精度及齿面粗糙度选择
蜗杆齿面粗糙度R3.2m
蜗轮齿面粗糙度R3.2m
(7)压杆的稳定校核
(8)润滑油选择
力速度因子
====20.3N•minm
40C时运动黏度为220N•minm
选用G-N220N蜗轮蜗杆油
(9)蜗轮蜗杆工程图
图2.5是蜗轮蜗杆的装配型式简图,具体工程图见零件图。
蜗轮中央螺旋状的是与丝杠配合内丝杠纹,整个蜗轮通过单向推力球轴承支撑。
蜗杆一端连接手轮,另一端通过联轴器和轴与相对应的另一对同样的蜗轮蜗杆相连。
它们一起调节槽钢的升降以满足不同工件的直径变化产生的对刀偏差。
图2.5蜗轮、蜗杆
2.5升降与导向装置
如前面所介绍,被加工工件直径发生变化时,必需控制托辊的高低以调节工件中心与旋转刀具中心在一条直线上。
通常的工件加工大都是批量生产,不用经常调节中心,所以本设备采用手动控制调节。
通过手轮将位移量传递到蜗杆,再到蜗轮,最后到丝杠,
丝杠推动支座上的槽钢向上或向下运动,由槽钢的升降来控制工件的升降。
由于整个机构跨度较长,升降的过程中难以保证槽钢的平直度,所以本机构采用了导向装置来提高调节的精度要求。
整个导向装置的结构非常简单,就由一个导套和导向杆组成。
导套用螺栓固定在支撑座上,为了减少摩擦和提高精度,导套内圈嵌有一个薄铜套,铜套内圈与导向杆是间隙配合关系。
图2.6左即为导向杆,导向杆被焊接在固定托辊槽钢上,而圆柱上被削掉的地方就是焊接面。
图2.6装置,在本上料机构的两个支撑座上各有一套,所有的零件都是成对使用,提高了零件利用率,减少了零件的设计数量。
1.导套;
2.导向杆(左图);
3固定托辊槽钢;
4.支座;
5丝杠(右图)
图2.6升降调节装置
2.6托辊机构
托辊机构主要由轴、链轮、托辊、轴承座、轴承、键、挡圈、轴套等组成,如图2.7、图2.8。
在这两个类型差不多的托辊机构中,托辊机构Ⅱ是主动件,托辊机构Ⅰ是从动件。
托辊转动所需要的动力通过联轴器传递过来,通过轴、键连接带动链轮转动,各链轮经
图2.7托辊机构Ⅰ爆炸图
图2.8托辊机构Ⅱ爆炸图
链条同步带动。
托辊机构Ⅰ中,链轮是双排的,它的两边轮齿都可以连入链条,当一边磨损后,可以换用另一面,增加了链轮的使用寿命。
链轮用键进行定位固定,轴向用挡圈限制自由度。
托辊的定位和固定和链轮是一样的,应用的也是键和挡圈。
整个机构都是通过轴承座固定在固定托辊槽钢上,轴由一对角接触轴承支撑在轴承座上。
托辊机构Ⅱ中,基本零件和托辊机构Ⅰ是一样的,不同的是轴的左端连入了联轴器,右端的链轮结构工艺性发生了变化,但主要技术参数是一样的。
由于圆钢外圆铣削加工设备加工的工件一般都较长,需要的托辊比较多,这种托辊机构在本设备上一共应用了20套,上料机构、下料机构各10套。
在上料机构中,作为主动件的托辊机构Ⅱ用了3套,托辊机构Ⅰ用了7套。
2.7塔架
塔架的结构不规则,因此应用的是铸件,规格:
250mm155mm102mm
它通过螺栓固定在支撑座上,中间大孔容纳丝杠,而蜗轮则套在丝杠上,它们之间传递位移和力。
蜗杆通过角接触轴承套在横卧的通孔中,所有的开口都被密封。
塔架的主要作用是支撑固定托辊槽钢,保护蜗轮、蜗杆、丝杠不受外界环境的干扰。
图2.9塔架
2.8气缸
圆钢外圆铣削加工设备上料机构之所以选择气缸而不选择液压缸,是由上料工作环境确定的。
上料的要求就是把工件从储料架上送到托辊上,不要求精确的定位和位移,气缸传动就能保证要求。
而且气缸没有液压油的泄漏,工作环境卫生环保,符合了现在机器设计环保化的趋势。
2.9其他零部件
和在生活中很多事都有主次之分一样,机械设计的零部件也有重要零部件和辅助零部件之分,但事情也不都是绝对的,每个零部件都有它的特定作用,看起来不起眼的零部件,但失去了它,可能导致整个设备使用不方便或者失去作用。
端盖(图2.10),密封轴,防止灰尘进入和润滑油漏出。
支撑杆(图2.11),它是一个可伸缩的构件,通过构件上的螺母调节支撑杆的长度,进而调节挡料杆的挡料角度,适应工件直径的变化要求。
手轮(图2.12),调整固定托辊槽钢时传动位移,与蜗杆采用内凹四方体连接,不用时也可以卸下来,使用方便。
轴座(图2.13),固定轴的作用,在无法从下面支撑轴的时候,采用这种结构的轴座能很好的解决问题。
图2.10端盖图2.11支撑杆图2.12手轮图2.13轴座
还有很多零件,如套筒、轴套、挡板等设计,以及轴承、挡圈、垫圈、螺钉、螺栓、螺母、键、销等标准件的选用,都必须考虑整个上料机构的结构工艺性和装配工艺性。
2.10上料机构结构工艺性分析
组装完毕的上料模拟图如图2.14、图2.15所示,虽然从侧视图看上去各构件比较错综复杂,但从主视图可看出,各构件不是分散分布在固定托辊槽钢上,而是由能单独完成一个上料演示的各个构件组合在一起,然后按一定比例装配在固定托辊槽钢上。
从主视图中可以看出此机构的结构层次性较强,而且构成本机构的各个零件都比较简单,
图2.14圆钢外圆铣削加工设备上料机构主视图
很多件都是多次应用,比如说固定架、挡料杆、上料挡杆、托辊等。
零件的设计、制造简单,结构工艺性好。
由于本上料机构体积庞大,为了减少零件的复杂性,机构中采用了大量的焊接件、组合件,虽然降低了机构的精度和强度,但本机构的上料对精度的要求较低,且承受的冲击力小,足以满足设计要求。
结论
经过一段时间的艰苦努力,终于比较圆满的完成了毕业设计的各项任务,通过本次毕业设计,我不但丰富了自己的机械理论知识,还充实了自己的实践知识。
同时也培养了我的认真务实和严谨的学习态度,理论联系实际,专研创新与实事求是相结合的工作态度。
在设计过程中我也发现了我很多不足的地方,我也做了认真的总结,希望对我未来的工作能够有所帮助。
我再理论知识上还是存在缺陷,我想真的应该重视基础理论知识,只有牢固掌握专业知识的基础上,才能有创新和发展。
还有以前我并不重视对资料的查询,但通过这次毕业设计,我学会了收集、查阅和综合分析各种资料,正确应用各种标准手册和工具书籍,进一步提高了自己分析、计算等基本技能。
同时我的CAD绘图能力
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