【正文】 摘 要本文在詳細(xì)分析鋼管無屑切斷特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，基于金屬塑性加工原理，開發(fā)了一種鋼管無屑切割機(jī)，主要進(jìn)行了無屑滾切原理分析、無屑切割機(jī)總體方案以及機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算，無屑切割機(jī)虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)。提出了一種創(chuàng)新的無屑切割機(jī)構(gòu)，選擇了新型的直線電機(jī)傳動(dòng)方法并設(shè)計(jì)了整機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，最佳地滿足了鋼管定尺度的無屑切割工藝要求。鋼管切割的傳統(tǒng)機(jī)械生產(chǎn)加工工藝大多應(yīng)用切削加工方法來制造有精確的尺寸和形狀要求的零件，生產(chǎn)過程中坯料的30％以上成為切屑，這不僅浪費(fèi)大量的材料和能源，而且占用大量的機(jī)床設(shè)備和人力。采用無屑滾切的工藝，工件不需要或只需要少量切削加工即可，大大節(jié)約了材料、設(shè)備和人力。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，使用Pro/E軟件建立了切管機(jī)機(jī)械系統(tǒng)的三維實(shí)體模型和力學(xué)模型，分析和評(píng)估了系統(tǒng)的性能，從而為物理樣機(jī)的設(shè)計(jì)和制造提供了參考依據(jù)。通過利用虛擬樣機(jī)技術(shù)，從設(shè)計(jì)的初始階段——概念設(shè)計(jì)階段就對(duì)整體系統(tǒng)進(jìn)行了完整的分析，觀察并試驗(yàn)了各組成部件的相互運(yùn)動(dòng)情況，使用系統(tǒng)仿真插件在各種虛擬環(huán)境中真實(shí)地模擬系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，直接在計(jì)算機(jī)上修改設(shè)計(jì)缺陷，仿真試驗(yàn)不同的設(shè)計(jì)方案，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)不斷的改進(jìn)，最后獲得最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案。本文在研究了鋼管無屑切割機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上依托Pro/E軟件為平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了無屑切管機(jī)的可視化、自動(dòng)化和參數(shù)化設(shè)計(jì)。系統(tǒng)地提高了設(shè)計(jì)、三維造型的效率和準(zhǔn)確性。實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)計(jì)算、數(shù)據(jù)修正、三維造型與繪制工程圖紙的有機(jī)結(jié)合，同時(shí)也為同類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供了有益參考。在動(dòng)力、傳動(dòng)、控制方面，根據(jù)直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、性能優(yōu)勢(shì)和控制特性配合PLC控制，設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、精度高、振動(dòng)和噪聲小、節(jié)能、高效的切管機(jī)系統(tǒng)。本文通過選用兩臺(tái)直線電機(jī)成功地解決了切管機(jī)系統(tǒng)中定位、卸料和進(jìn)給的直線運(yùn)動(dòng)問題。關(guān)鍵詞：切管機(jī)；無屑滾切；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；PLC控制；虛擬樣機(jī)AbstractOn the basis of the characteristic analysis of steel pipe chipless cutting, the paper develops a steel pipe chipless cutting machine, basing on the principium of plastic working of metals. Mainly on the analysis of the principle of chipless of hobbing, chipless cutting machine general planning and mechanical structure design and calculation, virtual prototype design of chipless cutting machine, put forward an innovative cutting Chipless agencies, Select a new type of linear motor drive method and design the machine39。s automatic control system, meet the requirements of chipless cutting of setscale steel pipe at best.The traditional mechanical processing technology of steel cutting mainly is the method of cutting to The manufacture precise size and shape parts as required, more than 30% of the billet quality turns into chip in this production process. This is not only a waste of a large number of materials and energy and use up a lot of machine and human. If chipfree cutting process was used, work piece will became mechanical parts with only a little cutting or none, which greatly saving materials, equipment and human.In structural design, we have established a pipe cutting machine mechanical system of threedimensional solid model and the mechanical model, analysis and assessment of the performance of the system with Pro/E software, so as to provide a reference to physical prototype design and manufacturing. Through the use of virtual prototyping technology, from the initial stages of design conceptual design phase of the overall system on a plete analysis of observation and test the various ponents of the mutual movement of ponents, plugins using the system simulation environment in a variety of virtual real simulate the movement system directly on the puter modify the design defects, simulation experiment with different design, the entire system of continuous improvement, and finally obtain the optimal design, for the manufacture of the physical prototype of the fully prepared to do. This paper realize the visualization, automation and parameters in chipless pipe cutting machine design based on Pro/E software after studied the structural characteristics of chipless steel pipe cutting machine. Improved the efficiency and accuracy systematically in design, threedimensional modeling. Achieved a seamless integration between design, calculation, data amendment, threedimensional modeling and engineer drawing, as well as provided a useful reference to the design of similar products at the same time.About power, transmission, control, design a fast, dynamic response and high precision, according to the structure of linear motor characteristics, performance characteristics and control with the advantages of PLC control, which is small vibration and noise, energy saving, efficient system of pipe cutting machine. In this paper, by using two linear motors have successfully resolved the pipe cutting machine positioning system, and discharge into the problem to the linear motion.Key words: Pipe cutting machine。 Chipless cutting。 System design。 PLC control。 Virtual prototype目 錄摘 要 IAbstract II目 錄 IV第一章 緒論 1 課題提出背景及研究的目的和意義 1 選題背景 1 研究目的和意義 1 切管工藝與設(shè)備技術(shù)發(fā)展綜述 2 切管機(jī)的種類 3 國(guó)內(nèi)外切管機(jī)及技術(shù)的發(fā)展概況 3 課題研究的主要內(nèi)容 5第二章 無屑滾切的原理 7 無屑滾切的工藝過程 7 無屑滾切的工藝特點(diǎn) 8 工藝參數(shù)分析計(jì)算 9 切削功率的理論計(jì)算 12 理論假設(shè) 12 正壓力的理論計(jì)算 12 摩擦面積的理論計(jì)算 13 切削功率的理論計(jì)算 13第三章 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 15 功能要求 15 功能分析 16 功能方案綜合 16 柔性進(jìn)給 16 剛性進(jìn)給 18第四章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算 20 刀架組合的設(shè)計(jì)計(jì)算 21 刀軸 21 刀軸的材料 21 刀軸的強(qiáng)度、剛度校核計(jì)算 22 刀軸的振動(dòng)穩(wěn)定性校核計(jì)算 23 刀片的設(shè)計(jì)計(jì)算 25 進(jìn)刀與退刀機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 28 徑向進(jìn)給導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)計(jì)算 29 軸向運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為徑向運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 31 軸向運(yùn)動(dòng)與徑向運(yùn)動(dòng)的組合設(shè)計(jì) 33 定位與卸料裝置的設(shè)計(jì) 34第五章 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 36 主切削運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng) 37 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng) 42 定位與卸料運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng) 46第六章 電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 49 系統(tǒng)控制功能分析 49 PLC介紹 51 PLC的選型 52 I/O地址分配及控制流程圖 53第七章 總結(jié)與展望 56參考文獻(xiàn) 57第一章 緒論在鋼材生產(chǎn)以及機(jī)械制造過程中，對(duì)管材按定尺長(zhǎng)度要求進(jìn)行切割是必不可少的加工工序。在機(jī)械加工企業(yè)，以前所采用的鋼管切割方法主要有鋸割、車削、砂輪切割、氣焊切割、電火花線切割、激光切割等方法。這些鋼管切割方法在不同程度上都存在著切割效率低、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、材料消耗等缺點(diǎn)[1]。鋸割中嚴(yán)重的摩擦消耗了大量的能源，同時(shí)產(chǎn)生大量的鋸屑，浪費(fèi)大量的鋼材，相對(duì)應(yīng)的鋸片損耗也很嚴(yán)重。車削產(chǎn)生切屑，材料成材率低，既耗能又浪費(fèi)材料。砂輪切割采用高速旋轉(zhuǎn)的砂輪片切割鋼管，產(chǎn)生高分貝的噪聲和大量的鐵屑，同時(shí)砂輪損耗大。在熟練的手工操作中，砂輪可進(jìn)行快速、準(zhǔn)確地切割，而且切口整齊、無毛刺。砂輪機(jī)一般安裝有冷卻系統(tǒng)，這樣，既可以減少粉塵，又可以防止對(duì)材料造成熱損傷。氣焊切割（即氧——乙炔切割）是利用氧——乙炔預(yù)熱火焰使金屬在純氧氣流中能夠劇烈燃燒，生成熔渣和放出大量熱量的原理而進(jìn)行的。此法產(chǎn)生大量煙氣，切口粗糙、凹凸不平、浪費(fèi)材料。電火花線切割利用電火花的瞬時(shí)高溫可以使局部的金屬熔化、氧化而被腐蝕掉，生產(chǎn)效率相對(duì)也比較低。激光切割采用激光束照射到鋼管材料表面時(shí)釋放的能量來使鋼管材料熔化并蒸發(fā)，但是激光切割設(shè)備的價(jià)格相當(dāng)昂貴，效率相對(duì)也比較低。由此可見以前使用的鋼管切割工藝方法已不能滿足高效、節(jié)能和環(huán)保的要求，必須進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，開發(fā)高效、節(jié)能、節(jié)材又環(huán)保的鋼管切割工藝和設(shè)備。本文即針對(duì)此要求開發(fā)了一種節(jié)能、高效且自動(dòng)化程度高的無屑切管工藝及相應(yīng)的自動(dòng)無屑切管機(jī)。 課題提出背景及研究的目的和意義 選題背景南昌鋼鐵有限責(zé)任公司是全國(guó)500家最大工業(yè)企業(yè)之一，創(chuàng)建于1958年，屬江西省重點(diǎn)鋼鐵聯(lián)合企業(yè)。目前，南鋼占地面積223萬平方米，各類專業(yè)技術(shù)人員2100人，資產(chǎn)凈值13．3億元。公司具有年產(chǎn)鐵175萬噸、鋼220萬噸、材坯210萬噸的綜合生產(chǎn)能力。該公司為拓展經(jīng)營(yíng)范圍，在原機(jī)修廠引進(jìn)了鋼質(zhì)齒環(huán)生產(chǎn)線，該產(chǎn)品為某汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)原配件，齒環(huán)由切成定尺的鋼管段經(jīng)精密壓鑄制而成。目前鋼管定尺切割是采用鋸床切割的，切割效率低，又產(chǎn)生大量切屑，已滿足不了生產(chǎn)要求。為此，南昌鋼鐵公司立項(xiàng)由論文作者負(fù)責(zé)開發(fā)了一種高效、節(jié)能的全自動(dòng)無屑切管機(jī)。 研究目的和意義鋼管切割機(jī)的作用是按坯料定尺長(zhǎng)度要求，將長(zhǎng)鋼管切成坯料段，使之滿足下一道加工工序的加工生產(chǎn)要求。為了滿足現(xiàn)代文明生產(chǎn)的要求，切管工藝及切管機(jī)應(yīng)達(dá)到以下要求：① 切斷的坯料的尺寸精度以及斷口形狀、表面質(zhì)量應(yīng)達(dá)到要求；② 盡量減少切割過程的功率消耗，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能；③ 保證少或無切屑、工具磨損小，以實(shí)現(xiàn)節(jié)材；④ 勞動(dòng)強(qiáng)度小，自動(dòng)化程度高，以提高加工效率；⑤ 生產(chǎn)安全與環(huán)保。上述要求就是本文的研究目標(biāo)，即研究一種高效、節(jié)能、節(jié)材的自動(dòng)無屑切割機(jī)。改革開放以后，我國(guó)的切管機(jī)工業(yè)雖然取得了較大的進(jìn)步與成績(jī)，但是與先進(jìn)的工業(yè)國(guó)家相比，差距還是比較大的。我國(guó)的切管機(jī)行業(yè)的現(xiàn)狀是全國(guó)的切管機(jī)擁有量大，但是設(shè)備水平落后，低檔多、中高檔少，成套性差，機(jī)械化、自動(dòng)化水平低，勞動(dòng)生產(chǎn)率低下等的情況。雖然我國(guó)廠