【正文】 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造與自動化 任務(wù)起止 日期： 2020 年 3 月 21 日至 2020 年 5 月 20 日 畢業(yè)設(shè)計（論文） 題目： 挖掘機結(jié)構(gòu)件 加工過程 分析及 加工工藝 設(shè)計 立題的目的和意義： 挖掘機在國民經(jīng)濟的發(fā)展道路上有著重要的地位，而挖掘機結(jié)構(gòu)件是挖掘機重要的組成部分，高質(zhì)量的結(jié)構(gòu)件 成為挖掘機整機質(zhì)量及性能的重要決定因素 。 關(guān)鍵詞 液壓挖掘機 ； 結(jié)構(gòu)件 ； 焊接工藝 ； 機械加工工藝 ； 哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠程教育本科畢業(yè)設(shè)計（論文） II 目 錄 摘 要 I 目 錄 6 焊接材料選擇 11 對行走架（下車架）工藝設(shè)計分析及其組裝焊接方法 17 焊接過程 24 行走架（下車架） 29 鏟斗 52 哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠程教育本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 第一章 緒論 液壓挖掘機的發(fā)展史 全球知名的工程機械的發(fā)展簡史： 1842 年，凱斯公司成立 1904 年，卡特彼勒前身 HOLT 研制第一臺蒸汽動力履帶推土機。 液壓挖掘機是在機械傳動的基礎(chǔ)上蓬勃發(fā)展的，其工作過程是利用鏟斗的 切削刃切削土壤石方等裝滿鏟斗后提升，回轉(zhuǎn)至裝卸位置，卸空鏟斗后重新回到挖掘位置開始下次周期作業(yè)的土方機械。 挖掘機的發(fā)展階段可以分為機械式挖掘機，液壓挖掘機，電控式挖掘機， 智能型挖掘機（未來發(fā)展的趨向）。從近幾年工程機械的發(fā)展狀況 ，挖掘機的發(fā)展 速度 相對 來說比 較快， 然 而挖掘機作為工程建設(shè)中最主要的工程機械機型之一，其正確的選型也顯得 尤 為重要。其中機械挖掘機主要應(yīng)用在一些大型礦山上。正鏟挖掘機的挖掘方式根據(jù)開挖路線與運輸車的相對位置不同，挖土和卸土方式有兩種：正向挖土，反向卸土；正向挖土，側(cè)向卸土。的挖掘機以及大型礦用的 10m179。 改革開放以后，我國積極引進國外的先進技術(shù)，通過生產(chǎn)實踐積極的消化吸收，從而促進了我國挖掘機行業(yè)的迅猛發(fā)展。第一次世界大戰(zhàn)之后，汽油機和柴油機 被 應(yīng)用到挖掘機上，從而大大改善了挖掘機的使用性能和范圍，也使得挖掘機得到了推廣和發(fā)展。 現(xiàn)今 液壓 技術(shù)不斷成 熟 完善 ， 加上 信息技術(shù)，自動控制技術(shù)和機電一體化技術(shù) 的迅速發(fā)展，讓未來國際上液壓挖掘機行業(yè) 的 發(fā)展趨向 更加豐富 ，未來挖掘機的生產(chǎn)和研發(fā)朝著高效化、節(jié)能化、小型化、多功能化、人性化甚至智哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠程教育本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 能化的方向發(fā)展。 液壓挖掘機的結(jié)構(gòu)件大多為 鋼 板材料和軸套料的組合，我們所要選擇的加工工藝過程也就 :熱切割，鈑金，焊接，車，銑，刨，鉆，鏜等，需要選擇的設(shè)備很明顯要有：火焰切割機，折彎機，焊機，車床，刨床，鉆床，鏜床等。冷裂紋的出現(xiàn)會嚴重降低接頭的塑形，開始少量出現(xiàn)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠程教育本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 隨時間增長逐漸增多和擴展。 早期 ,液壓挖掘機焊接結(jié)構(gòu)件選材原則局限于滿足強度要求 ,而對鋼材其它方面性考慮較少 ,因而在北方高寒地區(qū)作業(yè)的液壓挖掘機 ,斷裂事故時有發(fā)生。 4 焊接 WELDOX700 鋼及 DOMEX700MC 鋼：選用焊絲 SLD70 或等強度工藝匹配焊材。 / 圖 2— 1 液壓挖掘機焊接機器人工作站 液壓挖掘機結(jié)構(gòu)件焊接變形形式 焊接變形主要有六種形式：角變形，縱向和橫向收縮變形，彎曲變形、哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠程教育本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 扭曲變形、波浪邊形和錯邊變形。例如：焊接方法的影響，熔焊是焊縫及 其附近的母材經(jīng)理了一個加熱和冷卻的熱過程，由于溫度分布不均勻，焊縫收到一次復(fù)雜的冶金過程，焊縫周圍受到一次不同規(guī)范的熱處理，引起相應(yīng)的組織和性能的變化，直接影響焊縫質(zhì)量。 ⑴反變形法根據(jù)生產(chǎn)中已經(jīng)發(fā)生的變性規(guī)律，預(yù)先把焊接件人為的加工產(chǎn)生一個變形，使這個變形與焊接后發(fā)生的變形方向相反而數(shù)值相等這種犯法稱為反變形法。然而多層多道焊接時正確的焊接次序以及方向可以有效的抵消焊接結(jié)構(gòu)整體產(chǎn)生的應(yīng)力和應(yīng)變?；剞D(zhuǎn)平臺的焊接是借助于剛性固定法來完成， 這種方法可以有效的減少焊接變形。動臂和斗桿主要是坡口焊而且是長焊縫，對于人工焊接來說會比較困難，因為人工焊接很難達到一次焊接完成，多段焊接會影響其使用性能，我們一般采用焊接機器人來完成，可以避免這個潛在的危險 ，使其使用性能大大提高。大批量的生產(chǎn)采用焊接機器人則可以提高生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性等諸多優(yōu)點。工藝評定試驗結(jié)果應(yīng)存檔備查。 表 2— 3 焊接電 流與焊絲直徑對照表 焊絲直徑 /mm 焊接電流 /A 70～ 120 90～ 150 4）電弧電壓 a 電弧電壓必須與焊接電流合理的匹配。 表 2— 4 推薦的半自動及自動焊工藝參數(shù) （ JB/T91861999） 接頭 形式 母材 厚度 mm 坡口 形式 焊接 位置 墊 板 焊絲 直徑 mm 焊接 電流 A 電弧 電壓 V 氣體 流量 L/min 自動焊 速度 m/h 極 性 對 接 接 頭 1/2 Ⅰ型 F 無 直 流 反 接 有 40/150 18/23 18/30 V 無 2/ F 10/15 20/30 有 V 無 5/9 F 10/12 無 350/450 32/43 20/25 20/42 5/40 單邊 V型 V 無 H 200/400 23/40 15/25 5/50 V型 F 200/450 23/43 20/42 有 250/450 26/43 20/25 18/35 V 無 10/80 K型 F V H 10/100 X型 F 200/450 23/43 20/42 V 20/60 U型 F 23/43 20/25 20/42 40/100 雙U 18/21 哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠程教育本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 T 型 接 頭 1/2 Ⅰ型 F 無 6/12 18/35 直 流反接 V H 2/ F 10/15 20/30 V H 5/60 F 無 V H 5/40 單 邊 V 型 F 20/42 有 250/450 26/43 20/25 18/35 V 無 H 5/80 K 型 F 200/450 23/43 20/42 V H 角 接 接 頭 1/2 Ⅰ 型 F 6/12 20/35 V H 2/ F 10/15 20/30 V H 5/30 F V H 200/400 23/40 15/25 5/40 單邊 V型 F 200/450 23/43 20/42 有 250/450 26/43 20/25 18/35 V 無 H 200/400 23/40 15/25 5/50 V型 F 200/450 23/43 20/42 有 250/450 26/43 20/25 18/35 V 無 10～ 80 K型 F V / H 接頭 1～ / / 5～ 30 注：焊接位置代號： F平焊位置； V立焊位置； H橫焊位置。 6)對于重要焊縫，在焊縫兩瑞應(yīng)設(shè)置尺寸合適的引弧板和引出板。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠程教育本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 第三章 結(jié)構(gòu)件的機械加工工藝分析設(shè)計 液壓挖掘機結(jié)構(gòu)件的機械加工設(shè)備介紹 由于液壓挖掘機結(jié)構(gòu)件比較大，在進行機械加工時我們會選擇大型的機械加工設(shè)備，我們所要用到設(shè)備主要對面、孔加工。因銑軸具有方滑枕，裝上角銑頭附件可代替龍門銑床各項功能 ； ⑵ 機床對大型工件寬度及孔距＞ 2020 ㎜需采用對頭加工時，對頭精度高，功效高，同軸度可達 1000： 。 第一種方式：采用龍門式加工中心（五面體）進行加工。對挖掘機上車架主平臺的加工工 藝 進行分析 ,為保證加工精度和提高生產(chǎn)效率并能適應(yīng)批量生產(chǎn) ,確定選擇一次定位裝夾后完成全部內(nèi)容的加工。設(shè)備主要參數(shù)如下： X軸主要行程 3000mm Y軸主要行程 2300mm Z軸主要行程 1600mm W軸主要行程 700mm 工作臺吃尋 2020mm 2200mm 工作臺數(shù)量 2 臺 主軸直徑 Ф 150mm 主電機功率 22KW 刀庫容量 60件 哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠程教育本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 采用這種方法加工，生產(chǎn)投資較上一種小（ 50%左右），但如果加工 40t以上的大型挖掘機，受工作臺承受重量和主軸箱行程（ Y 軸）范圍的影響，不適合采用數(shù)控臥式加工中心的方法加工。 第二種工藝方案：回轉(zhuǎn)支撐連接體與 X 架拼焊后加工，聘函后零件比較大，對機床要求也比較大，安裝、加工覺費時，一般采用龍門式加工中心進行加工，設(shè)備投資比較大，合肥日立、徐州卡特都采用這種方式。 動臂和斗桿 動臂和斗桿均屬于長臂件，結(jié)構(gòu)相似，加工內(nèi)容相當。 左右主軸最大許用扭矩 3400N? m 左右主軸轉(zhuǎn)速范圍 ~700r/min 工作臺尺寸 9000mm 1600mm 左右主軸箱垂直行程 2020mm 主電機功率 2 15KW ㈡機床的立柱移動，工作臺不移動。缺點是整體焊接難以實現(xiàn)焊接自動化，鏟斗焊接 完成后整體在雙面臥式鏜銑床活專 用機床上進行加工，工件吊裝、找正和裝夾很繁瑣，并且由于側(cè)板干涉，使得鏜桿行程過長，導(dǎo)致加工難度增加，畏怯設(shè)備投資比較大。裝配、焊接工序分開，有利于提高各種生產(chǎn)效率和按節(jié)拍組織流水線生產(chǎn)。 圖 3— 動臂和斗桿的加工一般可采用以下兩種方法加工： ⑴采用數(shù)控雙面臥式鏜銑床進行加工 用數(shù)控雙面臥式鏜銑床進行加工，不具有刀庫 ，機床采用人工換刀，機床不具備刀具檢測、補償功能。 第二種工藝方案：行走減速機安裝座、漲緊裝置支架與 U 形粱拼焊后組成履帶架，拼焊后零件比較大，對機床要求也比較大，安裝、加工較費時，焊接后進行支重輪、托鏈輪安裝面加工，支重輪、 托鏈輪安裝螺栓孔采用鉆模進行加工，不需鉆前劃線加工。此零件屬于圓盤類零件，適合采用立式車床進行面加工，螺紋孔采用搖臂鉆床進行加工。 第二種方式：采用臥式加工中心 (雙工作臺 )進行加工 采用此種方式加工，零件在裝夾時需要立起來，如圖所示，被加工部位里機床的工作臺面為 1360mm，使得零件的夾具設(shè)計要求剛性強度極大，零件裝夾與上一種相比較生產(chǎn)方式更困難，零件一次裝夾可完成所 有加工內(nèi)容。 采用該 種加工方法除了可以適應(yīng)中型挖掘機產(chǎn)品主平臺的需求外，還可以適應(yīng)大型挖掘機主平臺的加工，加工柔性較好。動臂及動臂油缸連接的 連接 孔的平行度為 ，兩個孔的同軸度為Ф 。 哈爾濱工業(yè)大學(xué)遠程教育本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 圖 3— 1 龍門式數(shù)控加工中心 臥式鏜銑床 結(jié)構(gòu)特點： ⑴主要部件是主軸箱，安裝在立柱側(cè)面，采用雙立柱的熱對稱結(jié)構(gòu) ,將主軸箱置于立柱中間的最大特點是剛性、平衡性、散熱性能好，為主軸箱高速運行提供了可靠保證； ⑵臥式數(shù)控鏜銑床主軸系統(tǒng)采用現(xiàn)代高速電主軸結(jié)構(gòu)，具有轉(zhuǎn)速高，運行速度快，高效、高精的優(yōu)點； ⑶鏜桿伸縮式結(jié)構(gòu)其速度有限，可進行深孔加工，且功率大，可進行滿負