【正文】 質(zhì)量及性能的重要決定因素 。本文通過對(duì)結(jié)構(gòu)加工使用的設(shè)備，下料過程，組裝過程，焊接過程，以及機(jī)械加工過程和加工方案的設(shè)計(jì)做出具體分析，以及加工的工藝規(guī)程做出了明確規(guī)定。通過實(shí)踐證明 制定 一個(gè)正確而簡(jiǎn)便的加工工藝 能讓我們花去最少的時(shí)間，用最小的力氣，耗費(fèi)最少的資金打造出耐用的結(jié)構(gòu)件，從而大大的提高了液壓挖掘機(jī)的穩(wěn)定性和使用壽命。 II 第一章 緒論 1 液壓挖掘機(jī)的發(fā)展史 1 挖掘機(jī)的定義 2 挖掘機(jī)的構(gòu)成 2 挖掘機(jī)的分類 2 國(guó)內(nèi)外液壓挖掘機(jī)的發(fā)展概況 4 設(shè)計(jì)加工工藝概敘 5 第二章 液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)件分析及加工方法選擇 9 液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)件焊接變形形式 15 焊接工藝規(guī)程 20 本章小結(jié) 20 哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠(yuǎn)程教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） III 第三章 結(jié)構(gòu)件的機(jī)械加工工藝分析設(shè)計(jì) 24 回轉(zhuǎn)平臺(tái)（上車架） 38 參考文獻(xiàn) 51 附錄 Ⅲ 1950 年，世界上第一臺(tái)挖掘機(jī)在德國(guó)的阿特拉斯下線。H 與 KOBELCO,LINGKBELT與 SUMITOMO,CATERPILLAR 與 MITSUBISHI。 據(jù)統(tǒng)計(jì)一臺(tái)斗容量為 1m179。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠(yuǎn)程教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 挖掘機(jī)的發(fā)展距今已經(jīng)有 170 多 年的歷史了 ,期間經(jīng)歷了由蒸汽 機(jī)驅(qū)動(dòng)，利用杠桿原理驅(qū)動(dòng)斗回轉(zhuǎn)的有軌挖掘機(jī)，到由電力驅(qū)動(dòng)和內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的回轉(zhuǎn)挖掘機(jī)、應(yīng)用機(jī)電液一體化技術(shù)的全自動(dòng)液壓挖掘機(jī)的逐步發(fā)展過程。 1930 年，柴油機(jī)作為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)式挖掘機(jī)產(chǎn)生，柴油機(jī)的應(yīng)用可以說是挖掘機(jī)發(fā)展史上的一次飛躍，移動(dòng)式挖掘機(jī)利用齒輪傳動(dòng)技術(shù)，通過履帶進(jìn)行移動(dòng)作業(yè)，遺憾是沒能擺脫回轉(zhuǎn)角度小的缺陷。挖掘的物料主要是土壤、煤、泥沙以及經(jīng)過預(yù)松后的土壤和巖石。 挖掘機(jī)的分類 挖掘機(jī)分類 一 ：按驅(qū)動(dòng)方式有內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng) 挖掘機(jī)和電力驅(qū)動(dòng)挖掘機(jī)兩種 。 挖掘機(jī)分類四：按照傳動(dòng)方式的不同，挖掘機(jī)可分為液壓挖掘機(jī)和機(jī)械挖掘機(jī)。 反鏟挖掘機(jī)是我們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ姷模?其動(dòng)作形式特點(diǎn)是“ 向后向下，強(qiáng)制切土 ” 。正鏟的挖斗比同型號(hào)的反鏟的挖掘機(jī)的斗要略大一些，一般 可以挖掘含水量不高于 27%的Ⅰ～Ⅲ類土石方，并且與自卸汽車配合完成整個(gè)的挖掘運(yùn)輸 作業(yè)，還可以挖掘大型干燥基坑和土丘等。因?yàn)閲?guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需求，我國(guó)先后建立了十幾家挖掘機(jī)生產(chǎn)廠。不等的十二個(gè)等級(jí)、 20 多種型號(hào)，還生產(chǎn) ～ 179。的隧道挖掘機(jī)， 4m179。哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠(yuǎn)程教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 總體來說我國(guó)挖掘機(jī)的生產(chǎn)批量小，生產(chǎn)地分散，生產(chǎn)工藝落后以及產(chǎn)品質(zhì)量低等， 很難與國(guó)際知名企業(yè)的挖掘機(jī)相比較，差距太大。 據(jù)相關(guān)人士表明，未來中國(guó)單斗液壓挖掘機(jī)應(yīng)該向全液壓的方向去發(fā)展，然而對(duì)于大型以及多斗挖掘機(jī)則因?yàn)橐簤涸闹圃臁⒀b配精度要求高，以及施工現(xiàn)場(chǎng)維修條件差等原因，仍然以機(jī)械式為主。到 1899 年人們開始將電動(dòng)機(jī)應(yīng)用到挖掘機(jī)上，電動(dòng)挖掘機(jī)也就產(chǎn)生了。到二十世紀(jì)五十年代研制出了全液壓的挖掘機(jī)。目前，我們所見的挖掘機(jī)幾乎都是液壓挖掘機(jī)，特別是中、小型液壓挖掘已基本占據(jù)的挖掘機(jī)市場(chǎng)。例如毛坯的鑄造、鍛造和焊接；改變材料 性能的熱處理；零件的機(jī)械加工等，都屬于工藝過程。 為了達(dá)到目的，我們要對(duì)零部件進(jìn)行工藝分析，從單一零件的加工方式方法考慮，哪一種才是 最省力、最省時(shí)、最有效、最低成本 ，而且在我們的能力范圍之內(nèi)的方法，所謂的精益求精可以解釋一切。 Q345的化學(xué)成分和力學(xué)特性如下表所示： 表 2— 1 Q345的化學(xué)成分及力學(xué)特性 化學(xué) 成分 C Si Mn S P Cr Mo V Ni ≤ ≤ ～ ≤ ≤ ～ 力學(xué) 特性 抗拉強(qiáng)度Rm/Mpa 屈服強(qiáng)度Rel/Mpa 伸長(zhǎng)率 A/% 沖擊功 Akv/J 470～ 630 345 21 鋼的焊接性是指鋼對(duì)焊接加工的適應(yīng)性，即在一定的焊接工藝條件下，獲得優(yōu)良焊接接頭的難易程度（工藝焊接性），以及材料在施工條件下，焊接成按規(guī)定要求設(shè)計(jì)的構(gòu)件，并滿足預(yù)先服役要求的能力（使用焊接性）。 ① 焊接冷裂紋 焊接冷裂紋是最危險(xiǎn)的焊接缺陷，在日常生產(chǎn)中我們常常把焊接冷裂紋作為重要的考核項(xiàng)目之一，就低碳 合金 鋼來說，裂紋主要發(fā)生在具有缺口效應(yīng)的焊接熱影響區(qū)，熱影響區(qū)淬硬傾向大的鋼材會(huì)因急冷容易產(chǎn)生焊接冷裂紋，冷裂紋可以在焊接后立即出現(xiàn)，也有時(shí)要經(jīng)過一段時(shí)間（幾個(gè)小時(shí)，幾天甚至更長(zhǎng)時(shí)間）才會(huì)出現(xiàn) 。 挖 掘 機(jī) 主 要 用 鋼 為 Q345 ， , 其 碳 當(dāng) 量 計(jì) 算 值 為CE=++＜ ，所以說挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)件部分的焊接性較好，焊接冷裂紋敏感性較小，不需要采取預(yù)熱和緩冷等工藝措施。焊接結(jié)構(gòu)的鋼材與焊材除應(yīng)滿足必要的強(qiáng)度和剛度要求外 , 還應(yīng)滿足低溫沖擊韌度的要求。表 2— 3列出了挖掘機(jī)焊接結(jié)構(gòu)件常用材 料的力學(xué)性能。 3 焊接 20Mn2 鋼：選用焊絲 SLD70 或等強(qiáng)度工藝匹配焊材。 7 焊接 WELDOX1100 鋼：選用焊絲 UnionX90 或 GM120 或等強(qiáng)度工藝匹配焊材。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠(yuǎn)程教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 焊接 工藝方法和裝備 如何選擇焊接方法，應(yīng)考慮到焊接制造質(zhì)量和生產(chǎn)的效率問題，據(jù)目前液壓 挖掘 機(jī) 結(jié)構(gòu) 件 焊接 普遍 使 用 熔 化 極氣 體保 護(hù) 焊（ MAG ） (采用80%Ar+20%CO2 混合氣體保護(hù) )的方法，使用全自動(dòng)活半半自動(dòng)二氧化碳保護(hù)焊接工藝的約占到 70%，為了提高生產(chǎn)的效率有些結(jié)構(gòu)件采用了焊接專機(jī)、焊接機(jī)器人等，現(xiàn)在大量的焊接機(jī)器人工作站唄應(yīng)用到斗桿、動(dòng)臂、挖斗以及回轉(zhuǎn)架的焊接。錯(cuò)邊變形 — 焊接過程中，由于兩塊板材的熱膨脹系數(shù)不同，可能引起長(zhǎng)度方向或者 厚度方向上的錯(cuò)邊。從主觀上看，在焊接材料以及焊接方法確定的前提下，就液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生焊接變形主要原因有：⑴結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)不當(dāng)，焊接時(shí)容易發(fā)生變形；⑵焊接接頭的形式、焊縫布置不合理；⑶控制焊接變形的工藝方法應(yīng)用不合理。按常理來說，在焊接方法確定的可以從兩方面考慮改善：①將結(jié)構(gòu)件固定，組織起變形，然后經(jīng)過拋丸，整體人處理等后續(xù)工序處理方法是應(yīng)力釋放；②使結(jié)構(gòu)件不受拘束而自由收縮，使其 釋放應(yīng)力后的工件尺寸達(dá)到設(shè)計(jì)要求。在實(shí)際生產(chǎn)表明，對(duì)于液壓挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)件來說，主要是控制焊接變形的工藝方法，可以通過進(jìn)行控制焊接方法的應(yīng)用或者幾種綜合應(yīng)用可以有效的控制結(jié)構(gòu)件的焊接變形。 ⑶制定合理的焊接順序：焊接件的焊接順序會(huì)給焊接結(jié)構(gòu)件帶來很大的影響，所以要針對(duì)不同的結(jié)構(gòu)形式制定合理的焊接順序。④多層多道焊接工藝次序和方向：多層多道焊接可以提高焊縫金屬質(zhì)量，尤其是塑性，這是因?yàn)槎鄬雍缚p具有熱處理的作用，相當(dāng)于對(duì)焊縫進(jìn)行了一次正火處理，因而改善了二次組織采用多層多道焊可以有效減少熱輸入，故有效的減小了熱變形量。 對(duì)回轉(zhuǎn)平臺(tái)（上車架）的 工藝 設(shè)計(jì) 分析及其組裝焊接 回轉(zhuǎn)平臺(tái)（上車架）主要由三部分構(gòu)成：左架，右架和回轉(zhuǎn)支撐架。 對(duì)于回轉(zhuǎn)平臺(tái)三個(gè)部件的焊接方法可以借助于焊接變位機(jī)，可以減少焊接時(shí)間，從而提升可以生產(chǎn)效率。 其上還有鏈軌護(hù)板， 也是簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)件， 用以保護(hù)履帶上黏著的泥土影響履帶的運(yùn)動(dòng)。 焊接機(jī)器人的在 X架的應(yīng)用如圖所示： 圖 2— 5 液壓挖掘機(jī) X 架采用的焊接機(jī)器人 對(duì) 動(dòng)臂和斗桿的工藝設(shè)計(jì)分析及其組裝焊接 由于動(dòng)臂和斗桿都屬于箱體式焊接件，在這里可以一起分析。如下面兩圖所示： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠(yuǎn)程教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 圖 2— 6 斗桿焊接機(jī)器人 圖 2— 7 動(dòng)臂焊接機(jī)器人 對(duì)挖斗的工藝設(shè)計(jì)分析及其組裝焊接 挖斗是挖掘機(jī)直接執(zhí)行工況的易損元件，所以挖斗的斗型、強(qiáng)度、焊縫、板材等參數(shù)直接決定其使用壽命。哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠(yuǎn)程教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 挖斗的焊接也屬于對(duì)稱焊縫焊接 ，大多數(shù)用人工焊接也有焊接機(jī)器人焊接，對(duì)于大批量生產(chǎn)我們可以用焊接機(jī)器人焊接，對(duì)于產(chǎn)品試制火小批量生產(chǎn)我們可以一般采用人工手動(dòng)焊接，因?yàn)橐獙?duì)小批量生產(chǎn)或試制產(chǎn)品制作夾具和工裝費(fèi)時(shí)費(fèi)力而且增加成本，得不償失。平焊位置施焊，若焊槍噴嘴不需伸入坡口時(shí)，坡口角度應(yīng)選下限。工藝評(píng)定的內(nèi)容和要求，可根據(jù)產(chǎn)品技術(shù)要求或供需雙方協(xié)商的結(jié)果由制造廠擬定，并經(jīng)制造廠技術(shù)負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)后執(zhí)行。 表 2— 1 母材厚度與焊絲直徑對(duì)照表 母材厚度 /mm ≤ 4 ＞ 4 焊絲直徑 /mm ～ ～ 焊絲伸出長(zhǎng)度與焊絲直徑、焊接電流及焊接電壓有關(guān)。 表 2— 2 焊接電流與焊絲直徑對(duì)照表 焊絲直徑 /mm 焊接電流 /A 30～ 70 49～ 90 50～ 120 焊絲直徑 /mm 焊接電流 /A 70～ 180 90～ 350 150～ 500 、仰焊時(shí)以及對(duì)接接頭橫焊焊縫表面焊道的施焊，當(dāng)所用焊絲直徑≥ 時(shí)，應(yīng)選用較小的焊接電流，見 下 表。 5)焊接速度 a．半自動(dòng)焊時(shí)，焊接速度一般不超過 30m/h；自動(dòng)焊時(shí)，焊接速度不超過 90m/h。 (2)推薦使用的半自動(dòng)及自動(dòng)焊工藝參數(shù)見 下 表所示。如發(fā)現(xiàn)定位焊縫有夾渣、氣孔和裂紋等缺陷，應(yīng)將缺陷部分除盡后再補(bǔ)焊。 5)焊接區(qū)域的風(fēng)速應(yīng)限制在 ，否則應(yīng)采用擋風(fēng)裝置。半自動(dòng)焊接時(shí)，送絲軟管的曲率半徑不得小于 150mm。 本章小結(jié) 本章針對(duì)液壓挖掘機(jī) 結(jié)構(gòu)件的組裝焊接工藝做了簡(jiǎn)單的分析設(shè)計(jì)，對(duì)特殊要求的部分做出 明確的規(guī)定 ， 并且就各個(gè)結(jié)構(gòu)件焊接工藝給出圖片示例焊接機(jī)器人 ，最后 介紹了 企業(yè)內(nèi)部的 焊接工藝規(guī)程 。 龍門式數(shù)控加工中心結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： ⑴ 高剛性、長(zhǎng)久的精度保持性，機(jī)床主要大件：底座、工作臺(tái)、立柱、橫梁、滑座、滑枕均采用優(yōu)質(zhì)樹脂砂造型、高強(qiáng)度優(yōu)質(zhì)鑄鐵，具有完善的熱處理工藝過程來消除殘余應(yīng)力，并布置足夠的加強(qiáng)筋板，保證整機(jī)具有足夠的強(qiáng)度、剛性和高穩(wěn)定性； XY 軸采用進(jìn)口重載滾柱導(dǎo)軌，剛性強(qiáng)、動(dòng)態(tài)精度佳；三軸傳動(dòng)采用臺(tái)灣產(chǎn)大直徑研磨雙螺母滾珠絲桿，結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、精度高。工作臺(tái)為機(jī)械傳動(dòng)，橫向移動(dòng)數(shù)顯定位亦可進(jìn)給加工，可廣泛應(yīng)用于工程、礦山、電機(jī)、船舶、鋼鐵、軍工等企業(yè)大型工件完成鉆、擴(kuò)、鏜孔、切溝槽及平面銑削加工?；剞D(zhuǎn)平臺(tái)由三大部件組成 ：主平臺(tái)、左側(cè)平臺(tái)、右側(cè)平臺(tái)。根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求，有以下幾種加工方案： ⑴主平臺(tái)的大梁采用整體式 這種結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)使得主平臺(tái)尺寸較大，一般情況零件的尺寸為：1330mm 3270mm，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下來提高生產(chǎn)效率可以采用以下兩種方式進(jìn)行加工 。小哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠(yuǎn)程教育本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 松山推、 山重建機(jī) 、徐州卡特等公司均采用這種加工方法。但是該種加工方法，生產(chǎn)設(shè)備投資較大 數(shù)控五面加工中心有 5 個(gè)方向的數(shù)控軸 ,多軸的運(yùn)動(dòng)和各軸的配合使用 ,能極大地?cái)U(kuò)大加工范圍和提高加工能力 ,提高該設(shè)備加工的靈活性。液壓翻轉(zhuǎn)夾具裝上工件后的夾緊命令由程序控制指令來完成 (靠輔助指令 M代碼實(shí)現(xiàn) )。主要工藝包括：數(shù)控臥式加工中心加大型彎板立式裝夾 — 粗、精加工回轉(zhuǎn)支撐安裝面、回轉(zhuǎn)減速機(jī)安裝孔 — 采用數(shù)控回轉(zhuǎn)平臺(tái)工件轉(zhuǎn)動(dòng) — 完成動(dòng)臂、舉升油缸孔加工 — 其余連接孔由搖臂鉆床補(bǔ)充加工完成。 行走架（下車架） 行走架一般采用焊前加工，加工零件分為三部分： X 架、行走減速及安裝座、履帶架。這種方法設(shè)備投資少，山重建機(jī)、柳工 、常州現(xiàn)代都采用這種工藝方法。 ⑶ 履帶架 履帶架根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求，其加工有兩種工藝方案。一般都采用龍門加工中心進(jìn)行加工，設(shè)備投資較大，合肥日立挖掘機(jī)公司、徐州卡特都采用這種方式。如圖所示其結(jié)構(gòu)圖。根據(jù)機(jī)床的布置方式可分為兩種形式： ㈠機(jī)床的工作臺(tái)移動(dòng)，機(jī)床主軸沿 Y、 Z 軸移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)同時(shí)銑削端面和鏜孔，機(jī)床的主要參數(shù)為： 左右主軸直徑 Ф 130mm 左右主軸錐孔錐度 公制 80176。雙立柱加工中心帶有刀庫(kù)，根據(jù)動(dòng)臂和斗桿的加工內(nèi)容， 最多需配 30 把刀。由于相對(duì)剛度較大，有利于減少焊接變形，縮短起吊運(yùn)輸時(shí)間。這種假工方法的優(yōu)點(diǎn)是：小部件鏜孔易于找正、裝夾，同時(shí)也大大縮短了鏜桿的行程，是加工更方便快捷，提高了實(shí)際生產(chǎn)效