【文章內(nèi)容簡介】 度，降低生產(chǎn)成本。2 板材坡口機的總體結(jié)構(gòu)概述 板材坡口機的結(jié)構(gòu)由于銑邊工藝的特殊性決定了板材坡口機的結(jié)構(gòu)與普通壓力機結(jié)構(gòu)上的差異。通常所有板材坡口機由以下幾部分組成:1）油缸：提供板材坡口機壓緊板材所需的壓緊力且驅(qū)動壓料腳上下往復(fù)運動。2）壓料腳：在長度上連接液壓缸,可上下往復(fù)往復(fù)運動,完成板料的壓緊。 3）機架：由兩個立柱及三梁聯(lián)結(jié)而成。油缸、機床導(dǎo)軌及銑削系統(tǒng)等均固定在其上。兩個立柱是最主要受力構(gòu)件。4）帶滾輪的板料的工作臺。5）銑削系統(tǒng):由銑削頭，工作進給系統(tǒng)，快速滑移系統(tǒng)等組成。6）液壓系統(tǒng):由油箱、油泵、壓力閥組、同步閥組及液壓管道等組成。向油缸提供壓力油并控制其運動。8）減速器：連接電動機和銑削頭，使銑削頭具有變速功能。9）主電動機和三個輔助電動機。10）其它輔助功能機構(gòu)：便于板料的上、下料及折彎過程中的隨動托料，可實現(xiàn)自動化?？傮w設(shè)計要求　坡口機在屬于高精度設(shè)備,設(shè)計時需按有關(guān)機床設(shè)計標準設(shè)計。根據(jù)我對坡口機的研究與設(shè)計,以及在焊管生產(chǎn)線上的應(yīng)用情況,對設(shè)計要求作介紹:①坡口機的動力傳遞推薦采用齒輪傳動,選用高精度齒輪,盡量減少電動機振動、跳動等對主軸精度的影響。②銑頭應(yīng)設(shè)計成角度可調(diào),以便銑出理想的焊接坡口。③要有效解決板材的左右竄動和上下跳動難題,從而避免打刀現(xiàn)象。④銑刀盤要有防護,防止鐵屑飛濺到鋼板上和操作人員的身上,以免造成鋼板表面壓痕和人身不安全事故發(fā)生。⑤主軸箱需要稀油潤滑,用于保證軸承潤滑。⑥為了保證刀具的耐用度,必須合理確定銑削速度。由于國內(nèi)刀片質(zhì)量及研究水平的提高,刀片的切削速度已有很大的提高。建議坡口機刀片盡量采用硬質(zhì)合金刀片,切削速度在150～260 m/ min。(2) 刀片　坡口機必須適用于連續(xù)作業(yè)生產(chǎn),要求刀片具有很高的抗熱震裂、抗塑性變形能力和抗沖擊性,紅硬性高,耐磨性好。并要求更換方便、快捷,一個刀片有多個刃口可供使用。(3) 順銑與逆銑　銑刀旋轉(zhuǎn)的方向與前進的方向相同稱為順銑。銑刀旋轉(zhuǎn)的方向與前進的方向相反稱為逆銑。順銑切削時,刀齒一開始就從最大的切削厚度處切入,逐漸切到零,避免了在已加工的板材邊緣表面上滑行,減少了加工表面冷作硬化現(xiàn)象和后刀面磨損,而且切削路程短,鐵屑短粗,平均切削厚度大,變形小,切削功率可比逆銑節(jié)約10 %左右。逆銑切削時,每齒切下的鐵屑切削厚度是逐步從零增至最大。因此刀齒剛切入時,在鋼帶由前一刀齒切削所形成的冷硬表面層表面上滑行一段距離,直到切至一定的切削厚度時才能切入,而且進給量越小,滑行距離越長,所以刀齒后面與工件磨擦較大,擠壓嚴重,使刀具易于磨損,耐用度和粗糙度降低,還會造成嚴重的硬化層。因此針對實際需要我設(shè)計的坡口機采用順銑方式。對于阜新封閉母線廠所需要的,我們只需做一個簡易的板材坡口機，設(shè)計的結(jié)構(gòu)包括液壓缸、銑削系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)等。 板材坡口機的總體方案設(shè)計總體方案設(shè)計包含功能設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計和性能設(shè)計三部分。功能設(shè)計，即在調(diào)研并確定了板材坡口機的工作參數(shù)（運動、動力、尺寸）之后，通過功能分解創(chuàng)新出或類比出可以實現(xiàn)加工要求的各種布局方案創(chuàng)新設(shè)計。通過對運動功能的分解和合成來確定其布局方案，對于設(shè)計加工特定板料的專用板材坡口機較為有效。而銑削設(shè)計或類比設(shè)計主要通過查詢、比較確定可參照的板材坡口機布局方案，而大量用于設(shè)計一般的通用性板材坡口機。結(jié)構(gòu)設(shè)計是在總體布局方案基本確定之后，對機械結(jié)構(gòu)件進行主要形狀和尺寸的設(shè)計。結(jié)構(gòu)設(shè)計同樣有類比和創(chuàng)新設(shè)計兩類。類比技術(shù)是建立在成組技術(shù)和模塊化技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用參數(shù)化設(shè)計方案來實現(xiàn)。而創(chuàng)新式設(shè)計主要是按照設(shè)計人員的意愿，通過對基礎(chǔ)模塊（板、梁、筋、孔、凸緣、法蘭等）的實體進行拼裝、重疊等操作來實現(xiàn)。性能設(shè)計是根據(jù)板材坡口機的總體性能要求對運動誤差、精度和剛度等進行設(shè)計分配。 3 控制系統(tǒng)的選擇及設(shè)計 控制系統(tǒng)的選擇控制系統(tǒng)的傳動主要有機械傳動、氣壓傳動和液壓傳動等不同類型。機械傳動是指依靠齒輪等一些機械機構(gòu)來傳遞能量的傳動；氣壓傳動是以氣體的壓力能進行傳遞和轉(zhuǎn)換能量的氣體傳動；液壓傳動是以液體的壓力能進行傳遞和轉(zhuǎn)換能量的液體傳動。由于液壓傳動裝置體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、慣性小；操縱、控制簡單，方便、省力；易于實現(xiàn)過載保護；液壓元件使用壽命長，所以液壓傳動系統(tǒng)自然就成為首選。但液壓傳動也有其自身的缺點，如：液壓傳動的工作性能受外界條件的變化很大；容易產(chǎn)生泄漏和壓力損失，傳動效率低；易產(chǎn)生泄漏而造成污染；對液壓元件的加工精度、材料的材質(zhì)和熱處理工藝、維護和檢修水平等要求較高，故成本較高；對工作介質(zhì)的過濾要求嚴格。雖然液壓傳動存在以上的一些缺點，但總的看來，該傳動的優(yōu)點多于缺點，故選用液壓傳動。 液壓傳動系統(tǒng)的設(shè)計 液壓缸主要參數(shù)的確定根據(jù)手冊[10]的推薦值，按主機類型選擇工作壓力，初選液壓系統(tǒng)工作壓力=。1）液壓缸缸筒內(nèi)徑根據(jù)液壓缸的供油壓力與負載缸筒內(nèi)徑D可按下列公式初步計算： （51）式中： ——名義總壓力 ——液壓缸的供油壓力，一般為系統(tǒng)壓力 ——液壓缸的機械效率，取=2）活塞桿直徑查表，由工作壓力=，選取速比，公稱壓力為3。則活塞桿直徑為：據(jù)手冊調(diào)整D與d得：。3）液壓缸工作循環(huán)中流量的計算當(dāng)活塞桿伸出時 當(dāng)活塞干退出時 式中：——液壓缸的容積效率，活塞密封為金屬環(huán)，——活塞桿伸出速度， ——活塞桿退回速度， ——液壓缸內(nèi)徑——活塞桿直徑 缸筒壁厚和外徑計算1）缸筒壁厚的計算缸筒常用無縫鋼管材料，本設(shè)計采用的是45號鋼。缸筒相當(dāng)于一個兩端封閉的圓筒形受壓容器，由材料力學(xué)可知，其應(yīng)力狀態(tài)是隨著缸筒內(nèi)徑和壁厚的比值改變而改變，因此在計算缸壁的合成應(yīng)力與厚度時，必須考慮不同的比值與材質(zhì)，采用不同的強度公式。由于是事先未知的，因此需要假設(shè)和驗算過程。表51 高精度冷拔無縫鋼機械性能表 Table of colddraw seamless steel mechanical properoty材料S45S35σb≥N/mm2700600σs≥N/mm2340310δs≥%164E≥N/mm22090021200μa 先求薄壁缸筒當(dāng)，強度計算公式： 式中： D—缸筒的內(nèi)徑—最高容許壓力—缸筒材料的許用應(yīng)力 —缸筒的內(nèi)應(yīng)力許用應(yīng)力可以用下式計算： 式中：—缸體材料的抗拉強度，查表可知 n—安全系數(shù)，一般取5算出值后代入 取整mm　　由于，〈 ，所以采用這種薄壁缸筒。2）缸筒外徑缸筒的壁厚確定以后，由下式計算出缸筒的外徑： 液壓缸的強度校核以缸壁的厚度為參數(shù)，按照相應(yīng)的公式確定液壓缸有關(guān)尺寸：液壓缸的缸體厚度： 缸體處過渡圓弧半徑： 缸的出油口直徑： 取整 mm 液壓缸進行強度校核的有關(guān)數(shù)據(jù)為:FH＝23000N，缸體材料采用的是45號鋼，材料的機械性能為，泊松比，液體工作壓力為=。此缸的主要尺寸為：缸的內(nèi)徑r1＝ 缸的外徑r2＝7缸的缸底厚度t=1 缸的出油口直徑d= 1）缸壁部分此缸的最大應(yīng)力點在內(nèi)壁，其最大值為： 此時由于＜，所以安全。2）缸底部分本設(shè)計采用的是缸底為平底的，平底缸當(dāng)作均步載荷作用且周邊剛性固定的中心有孔的圓孔來考慮，最大彎曲應(yīng)力發(fā)生在圓板的周邊，可以按平板公式[2]計算： 式中：——缸底因為開孔而引入的削弱系數(shù)此時許用應(yīng)力取最小的值為100Mpa，由于＜，所以安全。3）活塞桿強度驗算活塞桿常用345鋼等材料，對于沖擊震動很大的活塞桿，也可以使用55鋼與40Cr。這里選用的是45 鋼作為活塞桿材料。其力學(xué)性能為：，n 取2～，則：=142～，取為177Mpa?；钊麠U計算長度根據(jù)行程而定： l=S+L+H+（10～20）=230+40+26+20=316 式中：S——最大的行程，S=230 L——導(dǎo)向套的長度，即： H——活塞桿插入活動橫梁的長度，取H為由于，則按以下公式驗算： 液壓缸的最大推力為： 所以： 式中： ——活塞桿直徑 ——空心活塞桿內(nèi)徑，對于實心活塞桿 ——活塞桿的壓或拉應(yīng)力由于本設(shè)計中活塞桿直徑d=61mm＞dmin=27mm，所以活塞桿滿足強度要求。 液壓元件的選擇1）選擇泵和驅(qū)動電機取系統(tǒng)的泄漏系數(shù)[8]為K=,則液壓泵的最大流量為： ，如取進油路上的壓力損失為0，則考慮系統(tǒng)動態(tài)壓力因素的影響，液壓泵的額定工作壓力為： 由于10個液壓缸并聯(lián)，所以： 根據(jù)和，查手冊選用D7B002型高壓低噪聲定量葉片泵，,，公稱壓力為25。又因為該液壓系統(tǒng)的最大功率出現(xiàn)在退回階段，則液壓泵驅(qū)動電機所需的功率為： 根據(jù)此數(shù)值查閱手冊，選取Y160M型電動機，其額定功率，額定轉(zhuǎn)速。2）閥類元件及輔助元件根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力和通過各個閥類元件、輔助元件的實際流量，可選出這些元件的型號及規(guī)格。表52給出了一種方案。濾油器：濾油器是用于濾除油液中非可溶性顆粒污染物，對油液進行凈化，以保證系統(tǒng)工作得穩(wěn)定和延長液壓元件得使用壽命。所以液壓泵吸油口需裝一粗濾油器。表52 元件的型號及規(guī)格表 Table of model and specification of element序號產(chǎn)品名稱估計通過量（L/min）額定流量（L/min）額定壓力（Mpa）產(chǎn)品型號123456定量葉片泵溢流閥三位四通換向滑閥單向閥單向閥背壓閥——54035328634040202532～6321202010Y160MCYFB4LHDG（T）02AF3Eσ10BAF3Eσ10BPD6B3）油管各元件間連接管道的規(guī)格按元件接口處尺寸決定，液壓缸進、出油管則按輸入、排出的最大流量計算。根據(jù)這些數(shù)值，當(dāng)油液在壓力管中流速取3m/s時，算得和液壓缸無桿腔和有桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為： 這兩跟油管都按JB82766選用內(nèi)徑16mm，外徑18mm的無縫的鋼管。4）油箱對于一般情況來說，油箱的有效容積（液面高度為油箱高度80%時的容積）可以按液壓泵的額定流量估算出來。則： 式中： V——油箱的有效容積 ——與系統(tǒng)壓力有關(guān)的經(jīng)驗值：低壓系統(tǒng)=2～4，中壓系統(tǒng)=5～7，高壓系統(tǒng)=10～12。本設(shè)計中取=12。按GB287681規(guī)定，取最靠近的標準值V=80L。 液壓系統(tǒng)的性能驗算1）回路壓力損失計算由于系統(tǒng)的具體管路布置尚未確定，整個回路的壓力損失值無法估算，僅閥類元件對壓力損失所造成的影響可以看得出來，供調(diào)定系統(tǒng)中某些壓力值時參考，這里估算從略。4 板材坡口機銑削系統(tǒng)設(shè)計 電動機的選擇根據(jù)車床上溜板箱的電動機選擇，快移電動機選擇型號為Y90S4電動機。,轉(zhuǎn)速為1500r/min。輸出最大轉(zhuǎn)矩為T=工作進給電動機選擇型號為Y8024電動機。,轉(zhuǎn)速為1500，輸出最大轉(zhuǎn)矩為T= 軸的設(shè)計由于快移電動機的功率較大，所以在接下來設(shè)計軸的過程中，按快移電動機的功率和轉(zhuǎn)矩進行計算。 軸的轉(zhuǎn)矩強度計算d — 軸直徑 mm。n — 軸的轉(zhuǎn)速 r/min。p — 軸傳遞的功率 km。表53 幾種常用軸用材料的［τ］及A值 Table of several shaft materials軸的材料Q235A,20354540Cr,35SiMn,42SiMn38SiMnMo,20CrMn［τ］/Nmm212～2020～3030～404