【正文】 由于潛艇殼體尺寸龐大，在生產(chǎn)規(guī)模上屬于小批量生產(chǎn)，所以其加工設備通用性較差。 黑龍江科技 學院畢業(yè)設計（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，為了滿足國防建設和促進國防工業(yè)的發(fā)展，亟需設計和制造一種精度高、成本低且便于坡口加工的數(shù)控專用設備。 技術 發(fā)展現(xiàn) 狀 乙炔 /新型燃氣火焰切割 自 1985 年法國人 LeChatelier 發(fā)明氧乙炔火焰，到 1900 年 Fouch 和 Picart 制造出第一把氧 乙炔切割炬，氧 乙炔火焰切割作為最古老的熱切割技術至今仍是機械制造行業(yè)中的一種加工方法。因此，近 20年來國內外有關研究機構及企業(yè)相繼投入大量資金，用于開發(fā)研究成本低、安全、低污染的新型燃氣。手工割炬切割厚度可達到 350mm，機用割炬切割厚度可達到 1800mm。 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。 目前，等離子弧切割機的割炬正朝著割縫精度接近激光精度的方向 發(fā)展；小功率切割電源向逆變方向發(fā)展，以提高電源效率及電弧的收縮性；大 黑龍江科技 學院畢業(yè)設計（論文） 3 功率切割電源向閘管方向發(fā)展，并采用一定的補償措施以提高效率，從而提高切割速度，改善切割質量。 激光切割的工業(yè)應用始于上世紀 70 年代初期。隨著激光器件功率等級、穩(wěn)定性及可靠性的提高和加工技術的進步，其應用領域逐步擴大到各種金屬和非金屬板材的切割。 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。國外經(jīng)過 20 多年的研究和開發(fā)，制造出第一臺高壓水射流切割設備，使之能切割各種金屬和陶瓷等材料。目前大部分水射流切割設備只要應用于非金屬板材的切割。其中，火焰切割的小型切割機械最多，從通用的半自動氣割機、仿形氣割機、 光電跟蹤氣割機到專用的型鋼氣割機、馬鞍形氣割機約 20 多種類型，價格適宜，大、中、小型企業(yè)均有條件配備，完全可以適合切割人員各種條件下切割生產(chǎn)。 坐標式數(shù)控切割機是我國切割行業(yè)發(fā)展最快的現(xiàn)代化切割設備之一，坐標式數(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。等離子切割雖可切割一切已知金屬板材和許多非金屬材料，最高切割速度可達 10m/min，是火焰切割的10 倍，但其切口寬度較大，除薄板外，切割面易“ 塌邊 ”，對中厚度板能夠經(jīng)濟地進行切割。 本文研究的主要內容 在切割技術形形色色的今天，工程機械制造業(yè)的切割設備也將不在“一支獨秀”。 設備 注意事項 從重型廠的切割技術的應用情況可看出，工程機械在選用切割技術、切割設備時應注意以下幾個方面： 。 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。可利用改變割醉的傾斜角度來氣割加工焊接坡口，一般多采用半自動化氣割機。圓形結構的端面加工在立式車床或臥式機床上進行。清理焊根可采用砂輪打磨的 黑龍江科技 學院畢業(yè)設計（論文） 5 方法，但目前應用較多的是采用碳弧刨清理根部，特別是在返修有焊接缺陷的焊縫時采用碳弧氣刨容易發(fā)現(xiàn)焊根部各種細小的缺陷。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?！?60176。 該研究主要完成以下幾方面工作： ，深入了解目前大型節(jié)筒坡口加工機床的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，結合當前較為成熟的坡口加工機床和坡口加工方法，給出大型節(jié)筒坡口加工機床的總體設計方案。重點對坡口加工機床的徑向進給、縱向提升和切割角度調整等重要部件 進行 設計。 黑龍江科技 學院畢業(yè)設計（論文） 6 第 2章 機床總體設計 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。 表 2–1 坡口加工方法比較 材料 厚度/mm 氧氣切 割 等離子切 割 碳弧氣 刨 沖剪 切削 磨削 碳鋼 3～ 20 ○ □ □ ☆ ☆ ○ 20～ 50 ☆ □ ○ □ ○ □ ＞ 50 ○ — □ □ □ □ 不銹鋼 ＜ 3 — — — ☆ ☆ ○ 3～ 20 — □ □ □ ○ ○ 20～ 50 — □ □ □ □ □ 復合板 3～ 20 — — — ☆ ☆ ○ 20～ 50 □ — — □ ○ □ ＞ 50 ○ — — □ ○ □ 鈦及鈦合金 ＜ 3 — — — ☆ □ ☆ 3～ 20 — — — ○ ○ □ ＞ 20 — — — □ ○ □ 銅及銅合金 3～ 20 — — □ ☆ ☆ □ 20～ 50 — □ □ □ ○ □ ＞ 50 — — — □ — □ 注： ☆ ——最佳； ○ ——良好； □ ——可能。 黑龍江科技 學院畢業(yè)設計（論文） 7 機械加工方法 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，沒有熱影響區(qū)。 2．剪切 剪切加工面根據(jù)加工時的應力狀態(tài)分為喇叭口、剪切面、斷裂面、飛邊四個部分。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?，F(xiàn)有磨削工具小型輕便，使用方便，但工作效率低，不夠安全，且衛(wèi)生條件差。但是，風動砂輪、電動砂輪總成本低，用途廣泛，對于厚度小于 8 mm 的部件，多采用磨削方法加工坡口，該方法更適于現(xiàn)場修磨。 熱切削方法 1．氧氣切割 該方法在熱切割坡口中最常采用。 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。 用于焊接的主要坡口形式有 I、 V、 Y、 X、 U 形等。對 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。但是，對于左右非對稱切割時，必須考慮由于彎曲和熱變形所造成的尺寸偏差允許值。 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不能像一般氣割時那樣一直垂直向下，當達到一定程度后轉向側面方向?，F(xiàn)在國內已生產(chǎn)出配有3 割具的 U 形坡口半自動氣割機，可以切割 60 mm 以下鋼板的 U 形坡口。 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，所以在焊前必須對凹痕進行修補。 2．等離子切割 等離子加工又稱等離子弧加工，是利用電弧放電使氣體電離成過熱的等離子氣體流束，靠局部熔化及氣化來去除材料。適當?shù)恼{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。各種金屬材料，特別是不銹鋼、銅、鋁的成型切割，已獲得重要的工業(yè)應用。切割不銹鋼、鋁及其合金的厚度一般為 3～100 mm。 切邊的斜度一般為 2176。當仔細控制工藝參數(shù)時，斜度可保持在1176。對厚度小于 25 mm的金屬，切縫寬度通常為 ～ mm；厚度達150 mm的金屬，切縫寬度為 1 020 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 學院畢業(yè)設計（論文） 9 噪聲大，污染嚴重。 上述比較體現(xiàn)了各種加工方法的優(yōu)缺點，而且，在已有研究中，許多學者 針 對等離子切割的相關參數(shù)對切割坡口的影響均作了比較詳細的論述，文 中 不再贅述。 此外，根據(jù)內外割具角度調整裝置，即由刻盤角度調整機構調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 所 要求的坡口角度切割范圍。 1．工藝范圍 機床的工藝范圍包含機床可以完成的工序種類，加工零件的類型、材料和尺寸范圍，機床的生產(chǎn)率和加工零件的單件成本，毛坯的種類，適用的生產(chǎn)規(guī)模，加工精度和表面粗糙度等幾方面內容。而專用機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 。 2． 生產(chǎn)率和自動化程度 要提高機床的生產(chǎn)率，應縮短工作時間，其中包括切削加工時間、輔助時間以及準備與結束時間。另外，還需要注意縮短輔助時間。 3． 加工精度和表面粗糙度 影響機床加工精度的主要因素是機床的精度和靜剛度。 黑龍江科技 學院畢業(yè)設計（論文） 10 為了保證機床的加工精度，要求機床要具有相當?shù)膭偠龋送猓瑱C床的熱變形也會影響加工精度。機床的動態(tài)精度是指機床在重力、夾緊力、切削力、各種激振力和溫升的作用下主要零部件的形位精度。這是一項重要的技術經(jīng)濟指標。因此，納入自動線和局部自動化生產(chǎn)中 的機床，對可靠性有更高的要求。而且，摩擦功轉化為熱量，將引起機床的熱變形，又對機床的 運行 帶來不良后果。在壽命期內，正常工作條件下，機床不應喪失設計時所規(guī)定的精度性能。 6． “ 四化 ” 程度 “ 四化 ” 是指機床品 種系列化、零部件通用化、零件標準化以及機床模塊化。零部件通用化是指不同型號的機床采用相同的零部件?，F(xiàn)代機床模塊化設計是根據(jù)廣大用戶提出的功能要求，設計出一系列具有不同結構和用途，而功能相同并可互換的功能模塊和一些專用部件的設計法。 7． 造型與色彩 機床造型 是根據(jù) 機床功能和特點，要簡潔明快 ， 美觀大方，使用舒適方便。機床色彩的設計應有利于產(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，色彩設計應充分表達產(chǎn)品功能特征并與使用環(huán)境相協(xié)調。 同時也要確定操縱、控制機構在機床中的位置。專用機床的布局沒有固定的布局形式，靈活性大，必須根據(jù)被加工工件要求，進行工藝分析，在擬定總體方案中進行總體布局設計。 （ 2）保證機床具有與所要求的加工精度相適應的剛度和抗振性。 （ 4）經(jīng)濟效果好，節(jié)省材料，減少機床占地面積等。該支承方式割具不動，由滾輪帶動節(jié)筒旋轉，從而實現(xiàn)筒件的坡口加工。但在實際應用中，機構整體運動時，需要有其他的附屬裝置，占地面積大，不便于配合其他機構的安裝和運行，導致加工效率低下，且不利于工件的吊裝和加工。臥式配置方案如圖 2– 1 所示。立式加工方案如圖 2– 2所示。因此，圓筒多豎直放在機床上，重力方向豎直向下，工件受到的磨削扭力將會極大減小，有利于減小扭曲變形和外形誤差，因而加工精度容易保證。 表 2– 2 臥式與立式配置的比較 黑龍江科技 學院畢業(yè)設計（論文） 13 項目 臥式配置 立式配置 評價 機床尺寸 m m m m m m 臥式占用空間較小 吊裝方式 壓輪升起，圓筒避過壓輪裝置，徑向吊裝，安放在滾回轉輪上 拉桿降下，圓筒自上而下吊裝，安放在預先放置好的平臺上 立式 對機 床 損害小， 但所 需 徑向空間較大 裝夾方式 兩對滾輪轉輪支承，一對壓輪壓緊，須承受一定的翻倒力矩 中心支承固定，靠摩擦力和平臺的支承使圓筒夾緊 立式比較安 全可靠 加工方式 割具不動，圓筒靠滾輪的轉動帶動，兩組滾輪保持較高的平行度 圓筒不動，割具固定在回轉臺上 立式比較容易實現(xiàn) 加工所須運動空間 m m m m m m 臥式 較小 ， 但占用大量空間 專機裝卸難度 為保證滾輪的平行度，滑動輪平行移動需用導軌限制 專機直接安放在工作場地，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動空間較小，但其對機床損害較大，所需裝夾空間也較大，同時，臥式加工布置還需要有其他的附屬裝置，占地面 積大，結構較復雜，并不利于工件的吊裝和加工。因此 ， 根據(jù) 節(jié)筒加工特點和技術要求， 該設計采用立式內表面定心方式，將圓筒定位和夾緊裝置 合 為一體 。 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、回轉工作臺、底座、中央立柱、外割具角度調整裝置、內、外割具徑向進給裝置、內、外割具升降裝置、靠背輪機構、液壓動力系統(tǒng) 、 黑龍江科技 學院畢業(yè)設計（論文） 14 控制驅動裝置以及空氣等離子切割裝置等結構組成。 （ 1）工件定位夾緊裝置由上擺桿、下擺桿、下支臂和擺動臂組成 8 個平面連桿機構，機構上擺桿和下擺桿的一端與中央立柱鉸接，另一端和擺動臂鉸接；下支臂一端和擺動臂鉸接，另一端和液壓動力系統(tǒng)的拉桿鉸接； 液壓動力系統(tǒng)通過下拉桿帶動下支臂來驅動擺動臂工作，擺動臂中放置臂墊板，根據(jù)節(jié)筒的不同直徑，可以調整接觸狀態(tài)。 （ 2）回轉工作臺由回轉架和回轉支承構 成。行星擺線針輪減速 器 置于回轉工作臺 預留空間內，空間整體結構設計比較緊湊。底座下方底板設計有 4 個水平調節(jié)支座，端面加工時便于加工設備整機水平位置調平，保證端面加工水平度。 （ 5）外割具角度調整裝置由靠背 輪機構和脈沖驅動角度調整機構組成。 脈沖驅動角度調整機構實現(xiàn)加工角度的精確調整。內、外割具徑向