大型坡口机夹紧装置设计毕业设计(编辑修改稿)

大型坡口机夹紧装置设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

m 的薄壁节筒加工。 该研究主要完成以下几方面工作： ，深入了解目前大型节筒坡口加工机床的现状和发展趋势，结合当前较为成熟的坡口加工机床和坡口加工方法，给出大型节筒坡口加工机床的总体设计方案。 ，完成主要零部件的分析和选择。 重点对坡口加工机床的径向进给、纵向提升和切割角度调整等重要部件 进行 设计。 ，采用有限元分析软件对夹紧装置 的静态刚度和强度、节筒受力变形 及 其加工误差进行仿真和分析。 黑龙江科技 学院毕业设计（论文） 6 第 2章 机床总体设计 坡口加工工艺 坡口加工方法有两种方法，一种是切削、剪切、磨削等机械加工方法；另一种是气割、等离子切割、碳弧气刨等热切割方法。 常用材料最佳坡口加工方法的选择见表 2–1。 表 2–1 坡口加工方法比较 材料 厚度/mm 氧气切 割 等离子切 割 碳弧气 刨 冲剪 切削 磨削 碳钢 3～ 20 ○ □ □ ☆ ☆ ○ 20～ 50 ☆ □ ○ □ ○ □ ＞ 50 ○ — □ □ □ □ 不锈钢 ＜ 3 — — — ☆ ☆ ○ 3～ 20 — □ □ □ ○ ○ 20～ 50 — □ □ □ □ □ 复合板 3～ 20 — — — ☆ ☆ ○ 20～ 50 □ — — □ ○ □ ＞ 50 ○ — — □ ○ □ 钛及钛合金 ＜ 3 — — — ☆ □ ☆ 3～ 20 — — — ○ ○ □ ＞ 20 — — — □ ○ □ 铜及铜合金 3～ 20 — — □ ☆ ☆ □ 20～ 50 — □ □ □ ○ □ ＞ 50 — — — □ — □ 注： ☆ ——最佳； ○ ——良好； □ ——可能。 表 2–1 尚不能形象地 、全面地 反映现有 坡 口 加工方法的适应性，因此，有必要对各 种加工方法的特点加以 详细 比较 ，以选择适合于超大型节筒坡口加工的工艺方案。 黑龙江科技 学院毕业设计（论文） 7 机械加工方法 1．切削 用切削加工坡口的方法有刨、铣两种，尺寸精度和坡口面的表面粗糙度都很高，没有热影响区。 用切削加工坡口的缺点是：加工面与刃口的冷却及润滑都必须用润滑油，坡口面的润滑油如果清除不干净，焊接时往往造成气孔、裂纹、氢脆等缺陷。 2．剪切 剪切加工面根据加工时的应力状态分为喇叭口、剪切面、断裂面、飞边四个部分。 各部分对于板厚的关系一般是：上刃和下刃间隙大，喇叭口和飞边 相 对较 大， 导致 剪切面变小。 因此，采用剪切加工的坡口面由于有喇叭口和飞边部分，坡口面、钝边都不易整齐，一般经剪切后需进行切削加工。 3．磨削 磨削加工坡口，几乎都是用手提砂轮机加工。 现有磨削工具小型轻便，使用方便，但工作效率低，不够安全，且卫生条件差。 这种加工方法基本是凭借操作者的经验和直觉，要保证坡口精度是困难的。 但是，风动砂轮、电动砂轮总成本低，用途广泛，对于厚度小于 8 mm 的部件，多采用磨削方法加工坡口，该方法更适于现场修磨。 使用该方法时，要注意选取适合的砂轮，特别是对于超低不锈钢及有色金属，砂轮的砂粒 会污染工件，从而造成脆化。 热切削方法 1．氧气切割 该方法在热切割坡口中最常采用。 氧气切割与机械加工切割相比，具有设备简单、投资费用少、操作方便且灵活性好的一系列特点， 对于 各种含曲线形状的零件和大厚工件，切割质量良好。 因此 ， 一直 作为 工业生产中切割碳钢和低合金钢的基本方法 ， 而被普遍 采 用。 氧气切割时在正确掌握切割参数和操作技术的条件下，气割坡口的质量良好，可直接用于装配和焊接。 用于焊接的主要坡口形式有 I、 V、 Y、 X、 U 形等。 对横截面是直线形的 I、 V、 Y、 X 形坡口，可采用单割具或 2～ 3 把割具 同时加工。 对 V 形坡口可用 3 把割具一次加工成型， 不仅 可以限制多余的热量输入， 而且能够保持 在板材宽度方向中心部切割。 这样，相对于切割方向左右对称加热，可保 黑龙江科技 学院毕业设计（论文） 8 持部件的尺寸精度。 但是，对于左右非对称切割时，必须考虑由于弯曲和热变形所造成的尺寸偏差允许值。 U 形坡口用气割工艺加工比机械加工方法效率高、周期短，且不需要投资高的机床设备。 U 形坡口（在板边加工时实际是 J 形）的下部有圆弧段，气割时铁的氧化反应不能像一般气割时那样一直垂直向下，当达到一定程度后转向侧面方向。 为此需采用多割具同时加工，一边使工件沿板厚度方向形成温度 梯度，一边通过调节切割氧压力割出圆弧段。 现在国内已生产出配有3 割具的 U 形坡口半自动气割机，可以切割 60 mm 以下钢板的 U 形坡口。 另外， U 形坡口也可用普通割具与碳弧气刨组合等方法加工。 由于 切割面上产生的气割凹痕多是造成未焊透和熔合不良的 主要 原因，所以在焊前必须对凹痕进行修补。 对焊缝质量要求高 的情况下， 必须去除坡口面的氧化皮。 2．等离子切割 等离子加工又称等离子弧加工，是利用电弧放电使气体电离成过热的等离子气体流束，靠局部熔化及气化来去除材料。 等离子弧不但具有温度高、能量密度大的优点，而且焰流可以控制。 适当的调节功率大小、气体类型、气体流量、进给速度和火焰角度以及喷射距离等， 便 可利用一个电极加工不同 的 厚度和多种材料。 等离子加工已广泛用于切割。 各种金属材料，特别是不锈钢、铜、铝的成型切割，已获得重要的工业应用。 它可以快速而较整齐地切割软钢、合金钢、钛、铸铁、钨、钼等。 切割不锈钢、铝及其合金的厚度一般为 3～100 mm。 等离子切割的速度是很高的，成型切割厚度为 25 mm 的铝板时的切割速度为 760 mm/min，而厚度为 mm钢板的切割速度为 4 060 mm/min，采用水喷时可增加碳钢的切割速度，对厚 度为 5 mm 的钢板，切割速度为 6 100 mm/min。 切边的斜度一般为 2176。 ～ 7176。 ，当仔细控制工艺参数时，斜度可保持在1176。 ～ 2176。 对厚度小于 25 mm的金属，切缝宽度通常为 ～ mm；厚度达150 mm的金属，切缝宽度为 1 020 mm。 加工后的表面粗糙度 Ra 通常为～ μm，热影响层分布的深度为 1～ 5 mm，决定于工件的热学性质、加工速度、切割深度以及所采用的加工参数。 3．碳弧气刨 采用碳弧气刨可加工坡口，但是刨削面精度不高，而且 黑龙江科技 学院毕业设计（论文） 9 噪声大，污染严重。 碳弧气刨另一个主要用途是去除有缺 陷的焊缝，用于焊缝返修。 上述比较体现了各种加工方法的优缺点，而且，在已有研究中，许多学者 针 对等离子切割的相关参数对切割坡口的影响均作了比较详细的论述，文 中 不再赘述。 在综合考虑成本、加工质量和加工效率的基础上，该设计选取切割速度快、切缝窄、切口光洁、体积小、重量轻、高速节能的 LGK 系列空气等离子切割机，既能够保证加工速度，又能够达到加工表面粗糙度要求。 此外，根据内外割具角度调整装置，即由刻盘角度调整机构调整等离子切割头的倾斜角度，可以实现不同角度坡口的加工，适 用于 加工技术 所 要求的坡口角度切割范围。 机床总体设计的基本要求 评价机床性能的优劣，主要是根据技术经济指标来判断，需要若干科学、简明、实用的评价指标，可归纳为如下几个方面的基本要求。 1．工艺范围 机床的工艺范围包含机床可以完成的工序种类，加工零件的类型、材料和尺寸范围，机床的生产率和加工零件的单件成本，毛坯的种类，适用的生产规模，加工精度和表面粗糙度等几方面内容。 一台通用机床可以完成一定尺寸的各种工件的多种工序加工，以适应不同工序的需要，所以加工的工艺范围应该宽广一些。 而专用机床只能完成一种或几种工件的特定工序，是为某一特定工艺要求服务。 因此，合理地缩小机床工艺范围以简化机床结构、提高效率、保证质量、降低成本是设计该类机床的基本原则。 2． 生产率和自动化程度 要提高机床的生产率，应缩短工作时间，其中包括切削加工时间、辅助时间以及准备与结束时间。 为了缩短切削加工时间，可以采用先进刀具，提高切削速度、进给速度，加大切削深度等方法。 另外，还需要注意缩短辅助时间。 提高机床的自动化程度，可以减轻工人的劳动强度，更好地保证加工精度及稳定性。 3． 加工精度和表面粗糙度 影响机床加工精度的主要因素是机床的精度和静刚度。 机床的精度包括几何精度、传动精度 、运动精度和定位精度。 黑龙江科技 学院毕业设计（论文） 10 为了保证机床的加工精度，要求机床要具有相当的刚度，此外，机床的热变形也会影响加工精度。 机床加工工件表面粗糙度与工件和刀具的材料、进给量、刀具几何开关和切削时的振动有关。 机床的动态精度是指机床在重力、夹紧力、切削力、各种激振力和温升的作用下主要零部件的形位精度。 4． 可靠性 机床的可靠性是指其在额定寿命内，在特定工作条件下，在规定时间内出现故障的几率。 这是一项重要的技术经济指标。 随着自动化水平的不断提高，需要许多机床、仪表、控制系统和辅助装置协同工作。 因此，纳入自动线和局部自动化生产中 的机床，对可靠性有更高的要求。 5． 机床的效率和寿命 机床的效率是指切削消耗的有效功率与电动机输出功率之比，两者的差值就是损失，主要是摩擦损失。 而且，摩擦功转化为热量，将引起机床的热变形，又对机床的 运行 带来不良后果。 机床的寿命是指机床保持 其 应具有的加工精度的时间。 在寿命期内，正常工作条件下，机床不应丧失设计时所规定的精度性能。 对于中、小型通用机床，其寿命为8 a 左右；对于专用机床要求短些，它将随着所加工产品的更新而废弃；对于大型精密级、高精度级机床则要求更长的寿命。 6． “ 四化 ” 程度 “ 四化 ” 是指机床品 种系列化、零部件通用化、零件标准化以及机床模块化。 系列化包括机床参数标准的判定、型谱的编制和产品的系列设计。 零部件通用化是指不同型号的机床采用相同的零部件。 标准件是由国家或行业标准化的零件，零件标准化程度高，可以获得明显的经济效益，使成本下降 1/4～ 1/3。 现代机床模块化设计是根据广大用户提出的功能要求，设计出一系列具有不同结构和用途，而功能相同并可互换的功能模块和一些专用部件的设计法。 通过模块的不同组合 即可 组装成满足客户要求的机床、专用机床、柔性加工单元等，这种设计方法可提高机床设计工作效率和适应性。 7． 造型与色彩 机床造型 是根据 机床功能和特点，要简洁明快 ， 美观大方，使用舒适方便。 主要有曲线型、方型和梯型三种，目前趋向以方型和梯型相结合。 机床色彩的设计应有利于产品功能的发挥，符合时代特点，满足使用对象、环境的审美要求，色彩设计应充分表达产品功能特征并与使用环境相协调。 黑龙江科技 学院毕业设计（论文） 11 总体结构布局 总体结构布局原则 机床的总体布局设计是指按工艺要求决定机床所需的运动，确定机床的组成部件，以及各个部件的相对运动和位置关系。 同时也要确定操纵、控制机构在机床中的位置。 通用机床的布局已形成 传统的型式，但是，随着数控等新技术的应用，传统的布局也在发生变化。 专用机床的布局没有固定的布局形式，灵活性大，必须根据被加工工件要求，进行工艺分析，在拟定总体方案中进行总体布局设计。 合理的总体布局的基本要求是： （ 1）保证工艺方法所要求的节筒和割具的相对位置和相对运动。 （ 2）保证机床具有与所要求的加工精度相适应的刚度和抗振性。 （ 3）使用方便，便于操作、调整、维修，便于输送、装卸工件。 （ 4）经济效果好，节省材料，减少机床占地面积等。 配置形式的选择 1． 卧式配置 大型节筒卧式配置方案常采用转 轮支承，压轮压紧的夹紧方式。 该支承方式割具不动，由滚轮带动节筒旋转，从而实现筒件的坡口加工。 该方案结构相对简单，便于理解机构各部件的运行情况。 但在实际应用中，机构整体运动时，需要有其他的附属装置，占地面积大，不便于配合其他机构的安装和运行，导致加工效率低下，且不利于工件的吊装和加工。 由于被加工筒件尺寸庞大，采用该配置方式，节筒易发生变形，不利于保证多次抓取工件的定位误差和加工精度。 卧式配置方案如图 2– 1 所示。 黑龙江科技 学院毕业设计（论文） 12 图 2–1 卧式加工方案 2． 立式配 置 立式配置时采用节筒内表面定位和夹紧，两个旋转的加工头分别由节筒内、外表面定位，割具的进给和升降装置随回转工作台旋转，旋转一周完成一端平端面坡口的加工。 立式加工方案如图 2– 2所示。 图 2–2 立式加工机床结构 该方案由于其定位与夹紧装置连为一体，一次装夹即可完成一端内、外坡口的加工，避免了多次抓取造成的定位误差。 因此，圆筒多竖直放在机床上，重力方向竖直向下，工件受到的磨削扭力将会极大减小，有利于减小扭曲变形和外形误差，因而加工精度容易保证。 方案选择 卧式和立式配置 方案的特点如 表 2– 2 所示。 表 2– 2 卧式与立式配置的比较 黑龙江科技 学院毕业设计（论文） 13 项目 卧式配置 立式配置 评价 机床尺寸 m m m m m m 卧式占用空间较小 吊装方。