【正文】 1 狀態(tài)一構(gòu)件力學(xué)模型和狀態(tài)二構(gòu)件力學(xué)模型 其中： F1 表示下支臂對(duì)擺動(dòng)臂的支持力， F2 表示下擺桿對(duì)擺動(dòng)臂的壓力，F(xiàn)3 表示上擺桿對(duì)擺動(dòng)臂的壓力， Ff 表示節(jié)筒與擺動(dòng)臂之間的摩擦力， G0 表示擺動(dòng)臂自重， N1 表示節(jié)筒對(duì)擺動(dòng)臂的等效壓力， L L L3 分別表示力 N Ff、 F3 對(duì) o 點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)力臂。 引入靠背輪裝置是為了保證節(jié)筒加工時(shí)，靠背輪始終和節(jié)筒內(nèi)（或外）表面相接觸，實(shí)現(xiàn)割具相對(duì)節(jié)筒的加工定位，保證切割的節(jié)筒坡口等寬，達(dá)到加工形狀的精確控制。由于底座承載較大，采用雙層壁結(jié)構(gòu)形式，以提高機(jī)床剛度。 5. L 型板：材料采用 16Mn；用于放置步進(jìn)電機(jī)，達(dá)到結(jié)構(gòu)緊湊的目的。專(zhuān)用彈簧的設(shè)計(jì)是為了保證絲杠和絲母接觸的緊密性，有利于絲杠傳遞的穩(wěn)定性和減少?gòu)较蚣庸ふ`差。 圖 32 外割炬橫向進(jìn)給裝置結(jié)構(gòu)示意圖 工作特性 : :采用雙桿（光桿）導(dǎo)向方式，光桿材料采用 45Cr，且對(duì)稱(chēng)分布于絲杠兩面。 （ 4） 完成節(jié)筒一端坡口 的加工 后，內(nèi)、外割具徑向進(jìn)給裝置和升降裝置離開(kāi)節(jié)筒，退回到初始位置，液壓動(dòng)力裝置卸荷，松開(kāi)工件。 （ 7）液壓動(dòng)力系統(tǒng)的進(jìn)出油管、驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn) 工作臺(tái) 回轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)以及加工機(jī)床裝置所需的電源插板、導(dǎo)線均布置在回轉(zhuǎn) 工作臺(tái) 和底座預(yù)留的空間 黑龍江科技 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 內(nèi)，使加工機(jī)床整體結(jié)構(gòu)緊湊，便于操作。 （ 4）中央立柱采用圓柱形、中空的結(jié)構(gòu)方式，既能減輕加工設(shè)備的質(zhì)量，又便于液壓動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)；中央立柱上端采用懸臂結(jié)構(gòu)，便于工件夾緊裝置上下擺桿桿長(zhǎng)的設(shè)計(jì)。各組成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下。 圖 2–2 立式加工機(jī)床結(jié)構(gòu) 該方案由于其定位與夾緊裝置連為一體，一次裝夾即可完成一端內(nèi)、外坡口的加工，避免了多次抓取造成的定位誤差。 配置形式的選擇 1． 臥式配置 大型節(jié)筒臥式配置方案常采用轉(zhuǎn) 輪支承，壓輪壓緊的夾緊方式。 黑龍江科技 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 總體結(jié)構(gòu)布局 總體結(jié)構(gòu)布局原則 機(jī)床的總體布局設(shè)計(jì)是指按工藝要求決定機(jī)床所需的運(yùn)動(dòng)，確定機(jī)床的組成部件，以及各個(gè)部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和位置關(guān)系 。系列化包括機(jī)床參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的判定、型譜的編制和產(chǎn)品的系列設(shè)計(jì)。隨著自動(dòng)化水平的不斷提高，需要許多機(jī)床、儀表、控制系統(tǒng)和輔助裝置協(xié)同工作。提高機(jī)床的自動(dòng)化程度，可以減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，更好地保證加工精度及穩(wěn)定性。 機(jī)床總體設(shè)計(jì)的基本要求 評(píng)價(jià)機(jī)床性能的優(yōu)劣，主要是根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來(lái)判斷，需要若干科學(xué)、簡(jiǎn)明、實(shí)用的評(píng)價(jià)指標(biāo)，可歸納為如下幾個(gè)方面的基本要求?！?2176。 等離子加工已廣泛用于切割。為此需采用多割具同時(shí)加工，一邊使工件沿板厚度方向形成溫度 梯度，一邊通過(guò)調(diào)節(jié)切割氧壓力割出圓弧段。氧氣切割時(shí)在正確掌握切割參數(shù)和操作技術(shù)的條件下，氣割坡口的質(zhì)量良好，可直接用于裝配和焊接。 3．磨削 磨削加工坡口，幾乎都是用手提砂輪機(jī)加工。常用材料最佳坡口加工方法的選擇見(jiàn)表 2–1。該機(jī)床適用節(jié)筒直徑在2 400～ 2 800 mm、 節(jié)筒高度在 600～ 3 000 mm、加工坡口角度在 20176。對(duì)焊件的坡口進(jìn)行邊緣加工，常采用氣焊、砂輪打磨以及刨削、銑削等機(jī)械加工方法。 技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較 目前，熱切割在工程機(jī)械行業(yè)應(yīng)用廣泛，而火焰、等離子、激光三種切割技術(shù)均屬于熱切割，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性如下： 黑龍江科技 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 火焰切割變形大、切割速度較慢、切割前需要預(yù)熱，花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，也采用多割炬同時(shí)切割，但易耗零件的使用壽命。該項(xiàng)切割技術(shù)的研究是從 20 世紀(jì) 60 年代開(kāi)始的。 的切割精度；水再壓縮等離子電源輸出電流可達(dá) 1000A，切割厚度可達(dá)到 130mm。 切割技術(shù)的現(xiàn)狀、應(yīng)用形式及技術(shù)經(jīng)濟(jì)性 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外切割技術(shù)取得了突破性進(jìn)展，從單一的氧乙炔火焰氣切割發(fā)展成為新型工業(yè)燃?xì)饣鹧媲懈?、等離子弧切割、激光切割、水射流切割等多能源，多種工藝方法在內(nèi)的現(xiàn)代化切割技術(shù)，與 此同時(shí)又將現(xiàn)代化控制技術(shù)與切割技術(shù)相結(jié)合，研究開(kāi)發(fā)出新一代的全自動(dòng)切割設(shè)備。 潛艇是特殊的制造業(yè)，既不同于一般機(jī)械制造，也有別于水面艦艇的加工，其設(shè)計(jì)既要考慮潛艇平臺(tái)的性能，也要考慮潛艇作戰(zhàn)系統(tǒng)、防御能力和可用性等因素。 numerical control。由于大型節(jié)筒坡口加工設(shè)備的使用范圍受到時(shí)間和空間上的限制，通用性差、利用率低、一次性投資成本高，若單純走引進(jìn)之路，則受政治、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等諸多因素限制，且勢(shì)必延長(zhǎng)產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，不能滿足國(guó)防建設(shè)之所需，產(chǎn)品的質(zhì)量安全也無(wú)從保證。與此同時(shí)，世界各國(guó)研制的潛艇也在向深、快、靜的方向發(fā)展，力圖通過(guò)占領(lǐng)海洋的 “ 內(nèi)層空間 ” ，應(yīng) 對(duì) 外界的潛在威脅。 潛艇的殼體是設(shè)計(jì)與加工是潛艇制造的重要組成部分，對(duì)于大潛深潛艇，為了滿足重量與排水量之比的設(shè)計(jì)指標(biāo)，減少大厚度鋼板帶來(lái)的潛艇重量增加所產(chǎn)生的矛盾，勢(shì)必采用高屈強(qiáng)比材料制造大型薄壁節(jié)筒。因此，近 20年來(lái)國(guó)內(nèi)外有關(guān)研究機(jī)構(gòu)及企業(yè)相繼投入大量資金，用于開(kāi)發(fā)研究成本低、安全、低污染的新型燃?xì)狻? 激光切割的工業(yè)應(yīng)用始于上世紀(jì) 70 年代初期。目前大部分水射流切割設(shè)備只要應(yīng)用于非金屬板材的切割。 本文研究的主要內(nèi)容 在切割技術(shù)形形色色的今天，工程機(jī)械制造業(yè)的切割設(shè)備也將不在“一支獨(dú)秀”。圓形結(jié)構(gòu)的端面加工在立式車(chē)床或臥式機(jī)床上進(jìn)行。 該研究主要完成以下幾方面工作： ，深入了解目前大型節(jié)筒坡口加工機(jī)床的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，結(jié)合當(dāng)前較為成熟的坡口加工機(jī)床和坡口加工方法，給出大型節(jié)筒坡口加工機(jī)床的總體設(shè)計(jì)方案。 黑龍江科技 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 機(jī)械加工方法 1．切削 用切削加工坡口的方法有刨、銑兩種，尺寸精度和坡口面的表面粗糙度都很高，沒(méi)有熱影響區(qū)。但是，風(fēng)動(dòng)砂輪、電動(dòng)砂輪總成本低，用途廣泛，對(duì)于厚度小于 8 mm 的部件，多采用磨削方法加工坡口，該方法更適于現(xiàn)場(chǎng)修磨。對(duì) V 形坡口可用 3 把割具一次加工成型， 不僅 可以限制多余的熱量輸入， 而且能夠保持 在板材寬度方向中心部切割。 由于 切割面上產(chǎn)生的氣割凹痕多是造成未焊透和熔合不良的 主要 原因，所以在焊前必須對(duì)凹痕進(jìn)行修補(bǔ)。切割不銹鋼、鋁及其合金的厚度一般為 3～100 mm。 3．碳弧氣刨 采用碳弧氣刨可加工坡口，但是刨削面精度不高，而且 黑龍江科技 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 噪聲大，污染嚴(yán)重。而專(zhuān)用機(jī)床只能完成一種或幾種工件的特定工序，是為某一特定工藝要求服務(wù) 。 黑龍江科技 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 為了保證機(jī)床的加工精度，要求機(jī)床要具有相當(dāng)?shù)膭偠?，此外，機(jī)床的熱變形也會(huì)影響加工精度。而且，摩擦功轉(zhuǎn)化為熱量，將引起機(jī)床的熱變形，又對(duì)機(jī)床的 運(yùn)行 帶來(lái)不良后果?，F(xiàn)代機(jī)床模塊化設(shè)計(jì)是根據(jù)廣大用戶提出的功能要求，設(shè)計(jì)出一系列具有不同結(jié)構(gòu)和用途，而功能相同并可互換的功能模塊和一些專(zhuān)用部件的設(shè)計(jì)法。專(zhuān)用機(jī)床的布局沒(méi)有固定的布局形式，靈活性大，必須根據(jù)被加工工件要求，進(jìn)行工藝分析，在擬定總體方案中進(jìn)行總體布局設(shè)計(jì)。但在實(shí)際應(yīng)用中，機(jī)構(gòu)整體運(yùn)動(dòng)時(shí)，需要有其他的附屬裝置，占地面積大，不便于配合其他機(jī)構(gòu)的安裝和運(yùn)行，導(dǎo)致加工效率低下，且不利于工件的吊裝和加工。 表 2– 2 臥式與立式配置的比較 黑龍江科技 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 項(xiàng)目 臥式配置 立式配置 評(píng)價(jià) 機(jī)床尺寸 m m m m m m 臥式占用空間較小 吊裝方式 壓輪升起，圓筒避過(guò)壓輪裝置，徑向吊裝，安放在滾回轉(zhuǎn)輪上 拉桿降下，圓筒自上而下吊裝，安放在預(yù)先放置好的平臺(tái)上 立式 對(duì)機(jī) 床 損害小， 但所 需 徑向空間較大 裝夾方式 兩對(duì)滾輪轉(zhuǎn)輪支承，一對(duì)壓輪壓緊，須承受一定的翻倒力矩 中心支承固定，靠摩擦力和平臺(tái)的支承使圓筒夾緊 立式比較安 全可靠 加工方式 割具不動(dòng)，圓筒靠滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)，兩組滾輪保持較高的平行度 圓筒不動(dòng)，割具固定在回轉(zhuǎn)臺(tái)上 立式比較容易實(shí)現(xiàn) 加工所須運(yùn)動(dòng)空間 m m m m m m 臥式 較小 ， 但占用大量空間 專(zhuān)機(jī)裝卸難度 為保證滾輪的平行度，滑動(dòng)輪平行移動(dòng)需用導(dǎo)軌限制 專(zhuān)機(jī)直接安放在工作場(chǎng)地，不需固定 立式比較容易拆裝 從表 2– 2 可以看出，臥式配置雖然尺寸和加工所需運(yùn)動(dòng)空間較小，但其對(duì)機(jī)床損害較大，所需裝夾空間也較大，同時(shí)，臥式加工布置還需要有其他的附屬裝置，占地面 積大，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，并不利于工件的吊裝和加工。 （ 2）回轉(zhuǎn)工作臺(tái)由回轉(zhuǎn)架和回轉(zhuǎn)支承構(gòu) 成。 脈沖驅(qū)動(dòng)角度調(diào)整機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)加工角度的精確調(diào)整。 1．節(jié)筒； 2．下拉桿機(jī)構(gòu)； 3．外割具角度調(diào)整裝置； 4．外割具靠背輪裝置； 5．外割具等離子切割裝置； 6．外割具升降裝置； 7．外割具防護(hù)罩； 8．外割具徑向進(jìn)給裝置； 9．外割具步進(jìn)電機(jī)； 10．回轉(zhuǎn)工作臺(tái)； 11．底座支承調(diào)節(jié)座； 12．工件定位夾緊裝置； 13．內(nèi)割具靠背輪裝置； 14．內(nèi)割具角度調(diào)整裝置； 15．內(nèi)割具等離子切割裝置； 16．內(nèi)割具升降裝置； 17．內(nèi)割具徑向進(jìn)給裝置； 18．內(nèi)割具防護(hù)罩； 19．內(nèi)割具步進(jìn)電機(jī)； 20．液壓動(dòng)力系統(tǒng)； 21．中央立柱； 22．回轉(zhuǎn)支承； 23．底座 圖 2–3 機(jī)床總體結(jié)構(gòu) 大型坡口等離子數(shù)控加工機(jī)床加工坡口時(shí)的工作 過(guò)程可 描述如下： （ 1） 預(yù)先根據(jù)節(jié)筒的直徑和坡口尺寸，調(diào)整機(jī)床內(nèi)、外割具升降裝置的升降量、割具角度 ， 使其滿足加工要求，并分別調(diào)整內(nèi)、外割具的靠背輪與節(jié)筒內(nèi)、外表面的距離，保證等離子切割頭與被加工坡口間的距離。這種夾緊裝置既便于節(jié)筒的夾緊定位，又能夠保證已成型的節(jié)筒在加工過(guò)程中不易在力的作用下變形，保證加工精度。 ：絲杠一端固定采用成對(duì)雙聯(lián)角接觸球軸承（面對(duì)面方式）。 外割炬縱向升降裝置坐于橫向滑動(dòng)臺(tái)上，包括升降臺(tái)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、底板、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、聯(lián)軸器、 L 型板和步進(jìn)電機(jī)等部分。這種液壓系統(tǒng)的布置不僅解決了工件夾緊裝置的夾緊功能實(shí)現(xiàn)，且液壓系統(tǒng)的進(jìn)出油管對(duì)回轉(zhuǎn)支撐的回轉(zhuǎn)不會(huì)有任何影響，另外與液壓缸活塞連接的下拉桿的應(yīng)用極大地降低了加工機(jī)床的整體高度，使得整機(jī)穩(wěn)定性得到極大地提高。 黑龍江科技 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 圖 37 回轉(zhuǎn)支架和底座剖視圖 坡口割炬角度及靠背輪 調(diào)整裝置 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 割具角度調(diào)整裝置用來(lái)調(diào)整割具的工作角度，關(guān)鍵要解決兩方面內(nèi)容 ?？勘齿喲b置的底板與縱向升降裝置的上底板連接，使割具做出相應(yīng)的位移變化，達(dá)到加工形狀的 精確控制的目的。 由此可以得到表明力與角度關(guān)系的矩陣方程式 1 2 3 1 11 2 3 2 03 3 3 1 1 2c os c os c ossi n si n si n0 0 c os ffFNF G Fl F N l F l? ? ?? ? ??? ? ? ? ? ??? ? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? （ 4－ 5） 求解得到 1 1 2 3 1 1 21 2 0 233112 t a n ( )( ) s i n c o ss i n ( )ff fN l F l N l F lN G FllF???????? ? ?????? ? （ 4－ 6） 1 1 2 3 1 1 21 1 0 133212 t a n ( )( ) s i n c o ss i n ( )fN l F l N l F lN G FllF???????????? ? （ 4－ 7） 黑龍江科技 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 1 1 23 33cos fN l F lF l ?? （ 4－ 8） 根據(jù)已知 的 結(jié)構(gòu)參數(shù)，得到第一種極限狀態(tài)時(shí) 壓力為 F1 =? 104N， F2=? 104N， F3=? 104N； 第二種極限狀態(tài)時(shí) 壓力 F1 =? 103N， F2=? 103N， F3=? 103N。 取 kp=2，代入各參數(shù)值，得到第一種極限狀態(tài)時(shí) p= MPa；第二種極限狀態(tài)時(shí) p= MPa，這種壓力值屬于低壓范圍。 立柱小角度傾斜引起的節(jié)筒軸向加工誤差為 ? ?222 1 0 0 0 0c o s ( ) c o s ( ) 2q h h h r h? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? （ 4－ 18） 由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)確定的中央立柱的垂直度公差等級(jí)較高，由此引起的誤差對(duì)節(jié)筒加工精度影響很小（約為 ）。該研究主要完成以下幾方面工作： 1．在深入了解目前大型節(jié)筒坡口加工機(jī)床的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)前較為成熟的坡口加工機(jī)床和坡口加工方法，通過(guò)技術(shù)分析與比較，選擇 機(jī)床結(jié)構(gòu)和加