【正文】 黑龍江科技 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 32 致謝 感謝尊敬的導(dǎo)師 劉榮濱老師 ，本論文的完成是在他的悉心指導(dǎo)和關(guān)心下完成的，從課題選擇、方案制定、工作實施到論文的修改，無不滲透著導(dǎo)師的心血。通過對機床相關(guān)構(gòu)件的受力計算和分析可知，本機床所涉及的驅(qū)動裝置所需的最大驅(qū)動力矩 2Nm 左右，基此選取了相應(yīng)的步進電機；由于本機床基本上不承受傾覆力矩，垂直方向的受力約為 5x121. 04N。 黑龍江科技 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 節(jié)筒加工誤差分析 節(jié)筒加工精度主要受到機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計、節(jié)筒徑向受力變形以及立柱小角度傾斜 3 個方面因素的影響。把 F 數(shù)值代人到壓桿穩(wěn)定性條件式，可以得到： 451 . 4 8 1 0 2 . 1 7 8 1 0 NP c rF N F? ? ? ? ? （ 4－ 10） 下支臂壓桿穩(wěn)定系數(shù)為 5 10 10Pc rst Fn F ?? ? ?? （ 4－ 11） 黑龍江科技 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 液壓缸體壓強 液壓缸體受力模型如圖 4–2 所示。建立兩種接觸狀態(tài)下的力學(xué)模型如圖 41所示?；⌒尾壑谢瑒樱瑝K上固定著割具，滑塊沿弧形槽滑動使得割具的角度得到調(diào)整，控制系統(tǒng)通過程序的設(shè)置與控制脈沖激發(fā)驅(qū)動平面四連桿的運動，實現(xiàn)割具工作角度的精確調(diào)整。由于回轉(zhuǎn)支架與底座支承件主要承受正應(yīng)力的作用，需要較大的抗彎剛度，所以選用矩形面的筋板結(jié)構(gòu)；其次，根據(jù)機床受力特點以及排屑、吊運、安裝等要求，確定結(jié)構(gòu)件結(jié)構(gòu)形式與尺寸參數(shù)；根據(jù)機床設(shè)計支承件尺寸設(shè)計準(zhǔn)則，對于大型機床支承件筋板為 15~20mm，支承壁厚為 30~40mm，選用底座上下板厚為 30mm，加強筋板厚 20mm。 4. 法蘭盤：材料采用 16Mn；法蘭盤通過六角頭螺栓的作用，使得渦輪蝸桿減速器 緊固在升降臺的底板上，保證傳動的穩(wěn)定性?；诖?，在外割炬 橫向進給 裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計中引入雙桿導(dǎo)向機構(gòu)和直線軸承（見圖 23），導(dǎo)向桿對稱分布于絲杠的兩側(cè)，每個導(dǎo)向桿中間由兩個直線軸承支撐，且兩端還有支撐點，這樣就確保在絲杠驅(qū)動和傳動的過程中， 導(dǎo)向桿和絲杠均不會產(chǎn)生跨度變形，保證了加工質(zhì)量。 外割炬 橫向進給 裝置的結(jié)構(gòu)示意如圖 32 所示。然后，進 給驅(qū)動裝置（步進電機）驅(qū)動回轉(zhuǎn)工作臺（內(nèi)、外割具）進行回轉(zhuǎn) 的同時，固定于回轉(zhuǎn)工作臺上的 內(nèi)、外割具同時進行 坡口的 等離子切割工作，工作臺回轉(zhuǎn)一周完成被加工節(jié)筒一端內(nèi)、外坡口的切割加工。徑向進給平臺上放置內(nèi)、外割具升降裝置，升降裝置采用步進電機和蝸輪蝸桿減速器及單級 蝸桿減速的驅(qū)動方式；蝸輪蝸桿減速器采用蝸桿側(cè)置式，便于水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的傳動。底座下方底板設(shè)計有 4 個水平調(diào)節(jié)支座，端面加工時便于加工設(shè)備整機水平位置調(diào)平，保證端面加工水平度。 機床工 作原理 按照實現(xiàn)功能的不同， 大型 節(jié)筒 坡口數(shù)控等離子束加工機床可由工件定位夾緊裝置、回轉(zhuǎn)工作臺、底座、中央立柱、外割具角度調(diào)整裝置、內(nèi)、外割具徑向進給裝置、內(nèi)、外割具升降裝置、靠背輪機構(gòu)、液壓動力系統(tǒng) 、 黑龍江科技 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 控制驅(qū)動裝置以及空氣等離子切割裝置等結(jié)構(gòu)組成。立式加工方案如圖 2– 2所示。 （ 4）經(jīng)濟效果好，節(jié)省材料，減少機床占地面積等。機床色彩的設(shè)計應(yīng)有利于產(chǎn)品功能的發(fā)揮，符合時代特點，滿足使用對象、環(huán)境的審美要求，色彩設(shè)計應(yīng)充分表達產(chǎn)品功能特征并與使用環(huán)境相協(xié)調(diào)。 6． “ 四化 ” 程度 “ 四化 ” 是指機床品 種系列化、零部件通用化、零件標(biāo)準(zhǔn)化以及機床模塊化。這是一項重要的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。另外，還需要注意縮短輔助時間。 此外，根據(jù)內(nèi)外割具角度調(diào)整裝置，即由刻盤角度調(diào)整機構(gòu)調(diào)整等離子切割頭的傾斜角度，可以實現(xiàn)不同角度坡口的加工，適 用于 加工技術(shù) 所 要求的坡口角度切割范圍。當(dāng)仔細控制工藝參數(shù)時，斜度可保持在1176。適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)功率大小、氣體類型、氣體流量、進給速度和火焰角度以及噴射距離等， 便 可利用一個電極加工不同 的 厚度和多種材料。 U 形坡口（在板邊加工時實際是 J 形）的下部有圓弧段，氣割時鐵的氧化反應(yīng)不能像一般氣割時那樣一直垂直向下，當(dāng)達到一定程度后轉(zhuǎn)向側(cè)面方向。 因此 ， 一直 作為 工業(yè)生產(chǎn)中切割碳鋼和低合金鋼的基本方法 ， 而被普遍 采 用。因此，采用剪切加工的坡口面由于有喇叭口和飛邊部分，坡口面、鈍邊都不易整齊，一般經(jīng)剪切后需進行切削加工。 黑龍江科技 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 第 2章 機床總體設(shè)計 坡口加工工藝 坡口加工方法有兩種方法，一種是切削、剪切、磨削等機械加工方法；另一種是氣割、等離子切割、碳弧氣刨等熱切割方法。針對這種情況，開發(fā)了一種面向大型節(jié)筒端面坡口加工的新型專用機床。 焊接接頭的坡口加工包括焊前成型加工及焊縫根部的碳弧氣刨清理焊根部等。 坐標(biāo)式數(shù)控切割機是我國切割行業(yè)發(fā)展最快的現(xiàn)代化切割設(shè)備之一，坐標(biāo)式數(shù)控切割機以其良好的人機對話操作界面及強大的輔助支持功能，并配有自動編程、套料等軟件系統(tǒng)的支持，使數(shù)控切割機在生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用，并以成為我國生產(chǎn)制造企業(yè)切割加工的首選。 誰射流作為工業(yè)產(chǎn)品的精密加工手段，其特點是沒有或很 少有熱量釋放，無熱變形，無氣體或蒸汽排出。 普通等離子電源輸出電流為 20~200A，切割厚度為 30mm 以下；精細等離子電源輸出電流最高可達 100A，切割厚度為 12mm 以下，其中精細等離子割縫寬為 ~，與數(shù)控切割機配合可以達到177。 黑龍江科技 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 考慮潛艇制造業(yè)的特點和大型薄壁節(jié)筒加工過程中的特殊性，為了滿足國防建設(shè)和促進國防工業(yè)的發(fā)展，亟需設(shè)計和制造一種精度高、成本低且便于坡口加工的數(shù)控專用設(shè)備。因此，對于潛艇節(jié)筒的加工，采用傳統(tǒng)的設(shè)計思想和方法已不能適應(yīng)大深度潛艇發(fā)展的需要。 Plasma。因此，為了適應(yīng)國防建設(shè)的發(fā)展和提高國防工業(yè)的水平，需要走自主創(chuàng)新的道路，研制一種具有自主知識產(chǎn)權(quán)、效率高、經(jīng)濟實用的大型節(jié)筒坡口加工專 用設(shè)備，以提升我國潛艇的生命力、可靠性和整體性能。因而，潛深也就成為潛艇隱身性的一個重要指標(biāo)。將這些大型薄壁節(jié)筒，通過大合攏技術(shù)便構(gòu)成潛艇的耐壓殼體。目前國內(nèi)已經(jīng)自主開發(fā)和引進了多種新型工業(yè)燃氣代替乙炔用于工業(yè)火焰加工。由于其切割尺寸質(zhì)量好、速度快、精度高、效率高等優(yōu)點，在多種行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。 應(yīng) 用 形式 無論哪種切割技術(shù)，均有不同的應(yīng)用形式，火焰、等離子、激光均有小型切割機械產(chǎn)品和數(shù)控坐標(biāo)式切割機械產(chǎn)品。近年來，已經(jīng)形成小型切割設(shè)備與門架式數(shù)控切割設(shè)備兼?zhèn)洌鹧媲懈罴夹g(shù)與等離子、激光切割技術(shù)兼容的格局。 對接頭雙面焊接時，為保證焊縫質(zhì)量，特別是根 部熔透，需對根部進行清理，以清除焊縫根部的夾雜，裂縫等缺陷。 ，完成主要零部件的分析和選擇。用切削加工坡口的缺點是：加工面與刃口的冷卻及潤滑都必須用潤滑油，坡口面的潤滑油如果清除不干凈，焊接時往往造成氣孔、裂紋、氫脆等缺陷。使用該方法時，要注意選取適合的砂輪，特別是對于超低不銹鋼及有色金屬，砂輪的砂粒 會污染工件，從而造成脆化。這樣，相對于切割方向左右對稱加熱，可保 黑龍江科技 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 持部件的尺寸精度。對焊縫質(zhì)量要求高 的情況下， 必須去除坡口面的氧化皮。等離子切割的速度是很高的，成型切割厚度為 25 mm 的鋁板時的切割速度為 760 mm/min，而厚度為 mm鋼板的切割速度為 4 060 mm/min，采用水噴時可增加碳鋼的切割速度，對厚 度為 5 mm 的鋼板，切割速度為 6 100 mm/min。碳弧氣刨另一個主要用途是去除有缺 陷的焊縫，用于焊縫返修。因此，合理地縮小機床工藝范圍以簡化機床結(jié)構(gòu)、提高效率、保證質(zhì)量、降低成本是設(shè)計該類機床的基本原則。機床加工工件表面粗糙度與工件和刀具的材料、進給量、刀具幾何開關(guān)和切削時的振動有關(guān)。機床的壽命是指機床保持 其 應(yīng)具有的加工精度的時間。通過模塊的不同組合 即可 組裝成滿足客戶要求的機床、專用機床、柔性加工單元等，這種設(shè)計方法可提高機床設(shè)計工作效率和適應(yīng)性。合理的總體布局的基本要求是： （ 1）保證工藝方法所要求的節(jié)筒和割具的相對位置和相對運動。由于被加工筒件尺寸龐大，采用該配置方式，節(jié)筒易發(fā)生變形，不利于保證多次抓取工件的定位誤差和加工精度。從裝夾方式、加工方式和專機裝卸難度各方面來看，立式方案要優(yōu)于臥式方案?；剞D(zhuǎn)支承采用步進電機和行星擺線針輪減速 器 及二級減速的驅(qū)動方式。 （ 6）內(nèi)、外割具采用徑向進給和縱向升降相結(jié)合的運動方式。 （ 2） 吊裝所要加工的節(jié)筒，通過底座調(diào)整機構(gòu)，即底座 下方的 4 個水平調(diào)節(jié)支座， 調(diào)整機床底座支承件的水平度，使其達到加工的技術(shù)要求，保證端面加工水平度。 工件定位夾緊裝置的結(jié)構(gòu)示 意如圖 31 所示。 ：材料采用 16Mn，放置步進電機和橫向移動裝置。 黑龍江科技 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 型板 圖 34 割炬縱向升降裝置結(jié)構(gòu)示意圖 結(jié)構(gòu)特點 : 1. 導(dǎo)向機構(gòu)：由導(dǎo)向桿、導(dǎo)向套和六角螺母構(gòu)成，采用基于絲杠中心線斜對稱方式布置，便于導(dǎo)向功能的實現(xiàn)；導(dǎo) 向桿設(shè)計成軸端突臺和中間螺紋形式，升降臺上升時通過軸端突臺的作用使得導(dǎo)向桿沿著導(dǎo)向套上升，升降臺下降時通過六角螺母的作用使得導(dǎo)向桿沿著導(dǎo)向套下降，導(dǎo)向功能好。 液壓缸結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng)分別如圖 35 和圖 36 所示。一是 角度調(diào)整機構(gòu)的設(shè)計； 二是 控制系統(tǒng)的實現(xiàn)。 黑龍江科技 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 第 4章 機床夾緊 裝置的計算與分析 定位夾緊裝置桿類構(gòu)件的受力計算與穩(wěn)定性分析 加工不同規(guī)格的節(jié)筒時，工件定位夾緊裝置的擺動臂與節(jié)筒內(nèi)表面的接觸狀態(tài)是不同的，使得工件定位夾緊裝置的各個桿類構(gòu)件的受力不同，從而對節(jié)筒的受力變形有所影響。 結(jié)合力學(xué)模型可知，求解得到的上擺桿和下擺桿對擺動臂的作用力方向均與預(yù)設(shè)置的壓力的方向相反，因此，上擺桿和下擺桿承受拉力的作用；而下支臂對擺動臂的作用力的方向與預(yù)設(shè)置的壓力的方向相同，說明二力桿下支臂承受壓力的作用，因此，下支臂除了要滿足強度要求外，還必須滿足壓桿穩(wěn)定性的要求，需要對其進行壓桿穩(wěn)定性分析。 中央立柱的強度分析 1. 絲杠的校 核計 算 由于本設(shè)計中絲杠所受的載荷較小，所以選取的絲杠完全能夠滿足性能要求，故僅列舉部分計算方法。 節(jié)筒受力變形引起的軸向加工誤差最大值可以達到 δm=。 2．對大型節(jié)筒坡口加工機械系統(tǒng)各組成部分的機械結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，完成主要零部件的分析和選擇。 值 此論文完成之際，謹向 劉 老師在設(shè)計。 由于傳統(tǒng)的加工機械存在加工方法生產(chǎn)率低下，成本高，難以保證加工精度的缺點，而且國內(nèi)尚無大型坡口加工裝置因此，為了適應(yīng)國防建設(shè)的發(fā)展和提高國防工業(yè)的水平，需要研 制一種效率高、經(jīng)濟實用的大型坡口加工專用機械，以提升潛艇的生命力、可靠性和整體性能。 圖 42 立柱傾斜引起加工誤差 圖中粗實線表示節(jié)筒的理想狀態(tài)位置，細虛線表示節(jié)筒處于小角度 θ 傾斜時的位置， o 點表示底座中心位置，也是節(jié)筒小角度傾斜基點， h0 表示理想狀態(tài)下節(jié)筒下端部與 o 點間的距離， h 表示理想狀態(tài)下節(jié)筒上端部與 o 點間的距離， θ0 表示理想狀態(tài)時節(jié)筒下端部最外側(cè)和 o 點連線與中央立柱中心線的夾角，對于不同規(guī)格的節(jié)筒即半徑 r 不同的節(jié)筒，傾斜時會引起下端部與 o 點的距離出現(xiàn)兩個極限值：最大 值 h2 和最小值 h1。 1．下拉桿； 2．下支臂； 3．中央立柱； 4．活塞體； 5．液壓缸體 圖 4–2 液壓缸體受力簡化模型 將已知結(jié)構(gòu)參數(shù)代入求解方程，在第一種極限狀態(tài)時，有 θ=， N2=104 N， Ft=104 N 在第二種極限狀態(tài)時，有 θ=， N2=103 N， Ft=103 N 活塞體是環(huán)形面結(jié)構(gòu)，可以得到壓強 p： 2m in2m a x tt 88 rr FkSFkp pp ??? （ 4–11） 黑龍江科技 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 式中： kp 為壓強安全系數(shù)； rmin、 rmax 為缸體環(huán)面內(nèi)、外半徑。 根據(jù)已知條件補充方程 1 1cossinix i iiy i ifFFFFF N f G??????????? （ 4－ 4） 式中， i= 3， G1 表示 1/8 節(jié)筒的重量。加工過程中，靠背輪緊貼著內(nèi)（或）外節(jié)筒表面，當(dāng)遇到節(jié)筒壁形狀有變化時，會有力作用在靠背輪 上，靠背輪通過銷軸把力傳遞給靠背輪支架，然后通過螺母、絲杠傳給軸承、端蓋，端蓋把力傳給座套，座套和底板連為一體。 回轉(zhuǎn)支架和底座的結(jié)構(gòu)示意圖如圖 37 所示。針對這種難題，我們根據(jù)機床的結(jié)構(gòu)特點設(shè)計出新的液壓裝置，使中央立柱置于液壓缸內(nèi)缸體內(nèi)，進出油管均從回