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畢業(yè)設計（論文）開題報告
學 生 姓 名
班級
學號
專 業(yè)
指 導 教 師
開題時間
設計（論文）題目
加工管子端面倒角機設計
選 題意義研 究現(xiàn) 狀及 存在 問題
選題意義：
自動倒角機是一種自動化機械。機械自動化, 主要指在機械制造業(yè)中應用自動化技術, 實現(xiàn)加工對象的連續(xù)自動生產(chǎn), 實現(xiàn)優(yōu)化有效的自動生產(chǎn)過程, 加快生產(chǎn)投入物的加工變換和流動速度。當前，中國機械制造業(yè)同世界先進水準也存在階段性差距。我國現(xiàn)階段的機械制造業(yè)中產(chǎn)品數(shù)量較大的同類產(chǎn)品連續(xù)流水作業(yè)的切削加工生產(chǎn)中， 機械自動化設備仍然是半自動機床、自動機床、組合機床及其組成的自動線、回轉體零件加工自動線等。
目前國內(nèi)鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)大圓鋼棒材產(chǎn)品過程中，受定尺分段鋸切、冷床收集等工序的影響，在棒材端部易產(chǎn)生飛邊、毛刺及腫頭現(xiàn)象，嚴重制約著產(chǎn)品表面質(zhì)量的提高。而且，隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展，棒材深加工單位及使用單位對棒材產(chǎn)品提出了更高、更嚴的表面質(zhì)量和包裝質(zhì)量要求。為此，眾多企業(yè)在棒材的精整工序采取了多種措施，如：人工手提砂輪機修磨方式、固定式砂輪機修磨方式、機加工車床切削方式等，但效果均不理想，主要存在的問題有：
1．作業(yè)率低，不能與生產(chǎn)節(jié)奏有效匹配，易造成棒材積壓，物流不暢。
2. 精整質(zhì)量無法保證，其人工、砂輪修磨方式，棒材端部的腫頭很難去除。
3. 精整工序勞動強度大，作業(yè)環(huán)境惡劣。
4．采用固定式砂輪機修磨方式及機加工車床切削方式時，棒材在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的不平直度，會導致棒材精整時整支旋轉進給困難，棒材端部周期性擺動，對砂輪片、切削刀片造成較大沖擊，易導致砂輪片、刀片崩裂，存在較大的安全隱患。
針對以上問題，自動倒角機可利用金屬切削原理，將棒材定位，通過切削裝置移動，刀具旋轉完成棒材端部倒角。還可利用棒材步進式定位，端部固定，解決倒角過程中的棒材擺動問題。同時設計合理限位控制裝置，完成切削裝置的初始、工作、退回等動作的連續(xù)切換，同時根據(jù)生產(chǎn)要求，可連續(xù)調(diào)整倒角量的大小。倒角機系統(tǒng)自動化、流程化作業(yè)，可與整個棒材生產(chǎn)工序匹配，達到工作效率最優(yōu)。
研究目標和內(nèi)容
研究目標：設計一臺自動倒角機, 可對外圓Ф100~Ф200、長度為200~300的管子外圓作2×45°倒角。并且該設備可自動上料、自動定位與夾緊、自動卸料，工作效率高。
研究內(nèi)容：根據(jù)給定的工況條件和工件尺寸要求下，從機械原理和機械結構出發(fā)，對自動倒角機組成結構和傳動系統(tǒng)進行具體的分析和設計。完成倒角機的方案設計、結構設計并對運動機構進行校核、分析。
研究方法步驟和措施
第一階段：準備階段：了解倒角機的現(xiàn)狀和發(fā)展，查閱課題相關的國內(nèi)外文獻，擬訂設計思路。
第二階段：設計階段：確定總體設計方案，根據(jù)課題給定的工況條件和基本要求進行設計計算，確定主要參數(shù)，對所得數(shù)據(jù)結果進行分析、處理，對設備的傳動、驅(qū)動等主要部件進行選型和校核。
第三階段：制圖階段：整理各類資料和數(shù)據(jù)，利用ＣＡＤ制圖，分別做出系統(tǒng)的總裝圖及軸類、盤類及箱體類的零件圖。
第四階段：總結階段：撰寫設計說明書，檢查圖紙，準備答辯。
主 要參 考文 獻
[1] 王先逵. 機械制造工藝學[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社,2006.1(2007.12 重印).
[2] 周德儉.智能控制[M].重慶:重慶大學出版社,2007.2.
[3] 張世昌.先進制造技術[M].天津:天津大學出版社,2004.
[4] 汪愷．機械設計標準應用手冊[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1997．
[5] 濮良貴．機構設計[M]．北京：高等教育出版社，1991．
[6] 鄒家祥．軋鋼機械[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，1992．
[7] 馬志平.機械自動化的未來與現(xiàn)狀[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2003.5.
[8] Desrochers, Modeling and control of automated manufacturing systems Washington; IEEE Computer Society, 1990
[9] 張世呂.先進制造技術[M].天津:天津大學出版社，2004.
[10] 馬曉春.我國現(xiàn)代機械制造技術的發(fā)展趨勢[J].森林工程，2002.
[11] 王世敬.溫鈞.現(xiàn)代機械制造技術及發(fā)展趨勢[J].石油機械，2002.
[12] John Uicker, Gordon Pennock, Joseph Shigley. Theory of machines and mechanisms. Oxford University Press, USA 2010.
關于自動倒角機的研究——文獻綜述
摘要 本文介紹了自動倒角機的發(fā)展現(xiàn)狀及未來的發(fā)展前景，為了更好的完成任務，查閱了大量文獻資料，了解了自動上下料及各種傳動結構，此外對自動倒角機的分類作了詳細的歸納，最后闡述了本課題設計的自動倒角機所具有的特點。
關鍵詞 倒角機，自動化，自動上料，傳動結構
1. 我國自動倒角機的發(fā)展現(xiàn)狀及概述
自動倒角機是一種自動化機械。機械自動化, 主要指在機械制造業(yè)中應用自動化技術, 實現(xiàn)加工對象的連續(xù)自動生產(chǎn), 實現(xiàn)優(yōu)化有效的自動生產(chǎn)過程, 加快生產(chǎn)投入物的加工變換和流動速度【1】。當前，中國機械制造業(yè)同世界先進水準也存在階段性差距【2】。我國現(xiàn)階段的機械制造業(yè)中產(chǎn)品數(shù)量較大的同類產(chǎn)品連續(xù)流水作業(yè)的切削加工生產(chǎn)中， 機械自動化設備仍然是半自動機床、自動機床、組合機床及其組成的自動線、回轉體零件加工自動線等【3】。
目前國內(nèi)鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)大圓鋼棒材產(chǎn)品過程中，受定尺分段鋸切、冷床收集等工序的影響，在棒材端部易產(chǎn)生飛邊、毛刺及腫頭現(xiàn)象，嚴重制約著產(chǎn)品表面質(zhì)量的提高【4】。而且，隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展，棒材深加工單位及使用單位對棒材產(chǎn)品提出了更高、更嚴的表面質(zhì)量和包裝質(zhì)量要求【5】。為此，眾多企業(yè)在棒材的精整工序采取了多種措施，如：人工手提砂輪機修磨方式、固定式砂輪機修磨方式、機加工車床切削方式等，但效果均不理想，主要存在的問題有：
其一、作業(yè)率低，不能與生產(chǎn)節(jié)奏有效匹配，易造成棒材積壓，物流不暢。
其二、精整質(zhì)量無法保證，其人工、砂輪修磨方式，棒材端部的腫頭很難去除。其三、精整工序勞動強度大，作業(yè)環(huán)境惡劣。
其四、采用固定式砂輪機修磨方式及機加工車床切削方式時，棒材在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的不平直度，會導致棒材精整時整支旋轉進給困難，棒材端部周期性擺動，對砂輪片、切削刀片造成較大沖擊，易導致砂輪片、刀片崩裂，存在較大的安全隱患【6】。
2. 自動倒角機的發(fā)展前景
針對以上問題，自動倒角機可利用金屬切削原理，將棒材定位，通過切削裝置移動，刀具旋轉完成棒材端部倒角。還可利用棒材步進式定位，端部固定，解決倒角過程中的棒材擺動問題。同時設計合理限位控制裝置，完成切削裝置的初始、工作、退回等動作的連續(xù)切換，同時根據(jù)生產(chǎn)要求，可連續(xù)調(diào)整倒角量的大小。倒角機系統(tǒng)自動化、流程化作業(yè)，可與整個棒材生產(chǎn)工序匹配，達到工作效率最優(yōu)。該設備已經(jīng)實現(xiàn)，還需有待提高。可編程控制器、微處理機、各種傳感器、 新型刀具、控制系統(tǒng)及系統(tǒng)軟件、電子計算機等將是今后機械自動化的主要技術基礎【7】。21世紀將是以知識經(jīng)濟和信息社會為特征的時代,制造業(yè)面臨信息社會中瞬息萬變的市場對小批量多品種產(chǎn)品要求的嚴峻挑戰(zhàn)。機械自動化技術的廣闊發(fā)展前景也將越來越光明所以機械自動化、實現(xiàn)加工過程的靈活性將繼續(xù)是未來發(fā)展的方向，這一方面的技術仍有待提高【8】。如何發(fā)展我國的機械自動化技術, 應實事求是, 一切從我國 的具體國情出發(fā), 做好各項基礎工作, 走中國的機械自動化技術發(fā)展之路。
3. 倒角機的分類
1.1、針對板材
按通俗名稱分類，分為平板倒角機，鋼板倒角機兩種。
按機器使用性質(zhì)分為：手提式倒角機，便攜式自動行走倒角機，臺式倒角機三種。機器構成如下
（1）手提倒角機：主要由三相電機，啟動開關、殼體鑄件，支撐擋板，刻度條，人性化手把。銑刀盤等部件組成，原理是通過電機帶動滾銑刀盤上的刀片，對工件進行倒角作業(yè)
（2）便攜式自動行走倒角機主要是由移動式行走架,三相電機. 渦輪,渦桿減速裝置, 控制器：啟動開關、緊急停按鈕、反轉按鈕、磁熱保護,殼體鑄件,支撐輪等.角度輪等部件組成，其原理是電機通過減速機帶動整體滾洗刀盤，通過刀盤滾動進行銑切倒角作業(yè)。達到小板鋼板自走，大板機器自動行走。
（3）臺式倒角機 是在由由機體、外角倒角工作臺、定位托臺、內(nèi)角倒角工作臺、內(nèi)角轉動刀頭、外角轉動刀頭、電動機和傳動機構組成，在機體水平上板上垂直安裝內(nèi)、外角轉動刀頭，其下端軸部設置傳動機構，垂直升降的內(nèi)角倒角工作臺中心的內(nèi)角刀頭露孔中露出內(nèi)角轉動刀頭，位于上述外角轉動刀頭正上方定位托臺下側的凹槽與外角倒角工作臺的外角刀頭露孔相結合，端面上構成外角轉動刀頭露出的外角刀頭露孔，外角倒角工作臺與機體水平上板之間設置升降裝置，使外角倒角工作臺垂直升降，以使外角刀頭露孔中外角轉動刀頭露出可以調(diào)節(jié)【9】。
1.2、針對齒輪
齒輪倒角機適用于汽車、拖拉機、機床等行業(yè)對各種批量的內(nèi)、外圓柱齒輪軸齒輪端面進行倒圓角、倒尖角和棱，能實現(xiàn)半自動化工作循環(huán)。
分類：臥式指形銑刀倒角機、立式指形銑刀倒角機、端面銑刀倒角機。工作原理如下
（1）臥式指形銑刀倒角機：工件軸線與刀具軸線布置于同一水平面內(nèi)，采用指形銑刀切削、工作連續(xù)分度，工件主軸或刀架沿工件軸向往復移動對內(nèi)、外圓柱齒輪進行倒圓角、倒尖角。具有自動進給，工件自動加緊裝置，實現(xiàn)半自動化工作循環(huán)。
（2）立式指形銑刀倒角機:工件軸線布置于垂直面內(nèi)，工作連續(xù)分度，刀架沿工件軸向上、下往復移動對內(nèi)、外圓柱齒輪進行倒圓角、倒尖角。
（3）端面銑刀倒角機：工件軸線布置于垂直面內(nèi)，工件間斷分度并自動定位。刀具主軸或工件主軸實現(xiàn)沖程運動，對內(nèi)、外圓柱齒輪進行倒尖角【10】。
4．倒角機的適用范圍和用途
倒角機的用途很廣，它可用于工件焊接前邊緣的倒角，使用于焊接前金屬板材的去毛刺和倒角加工，對鋼板邊緣按所需角度進行洗切，以得到焊接所需的倒角角度。倒角機還可用于齒輪、鋼筋連接套等零件邊緣的倒角。倒角機的種類很多，針對不同工件的加工需要，有雙面自動倒角機，單面自動倒角機等。倒角機適用于鋼材、鑄鐵、硬質(zhì)塑料、有色金屬等材料【11】。
5. 本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段：
本次任務的設計題目是管材端面自動倒角機設計，是一種對外圓Ф100~Ф200、長度為200~300的管子外圓作2×45°倒角的設備。隨著工業(yè)產(chǎn)品的大型化，該設備在機械行業(yè)中的使用越來越廣泛，是典型的機電一體化產(chǎn)品。本次設計的主要任務是開發(fā)一套管子端面自動倒角設備。該設備的特點如下：
(1)能實現(xiàn)自動上料、自動夾緊定位及自動卸料功能，節(jié)省人力。
(2)可對多種不同外徑的管子進行外緣倒角加工。
(3)設備通過簡單的調(diào)整，能夠滿足多種不同尺寸的管子的加工。
需要解決的問題是:可實現(xiàn)管子的自動上料、氣動滑塊夾緊、車刀自動進刀與退刀、工件自動下料等功能。
該設備能加工的工件范圍為：外圓Ф100~Ф200、長度為200~300的管子。
參考文獻
1 王先逵. 機械制造工藝學[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社,2006.1(2007.12 重印).
2 周德儉.智能控制[M].重慶:重慶大學出版社,2007.2.
3 張世昌.先進制造技術[M].天津:天津大學出版社,2004.
4 汪愷．機械設計標準應用手冊[M]．北京：機械工業(yè)出版社，1997．
5 濮良貴．機構設計[M]．北京：高等教育出版社，1991．
6 鄒家祥．軋鋼機械[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，1992．
7馬志平.機械自動化的未來與現(xiàn)狀[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2003.5.
8 Desrochers, Modeling and control of automated manufacturing systems Washington; IEEE Computer Society, 1990
9 張世呂.先進制造技術[M].天津:天津大學出版社，2004.
10 馬曉春.我國現(xiàn)代機械制造技術的發(fā)展趨勢[J].森林工程，2002.
11 王世敬.溫鈞.現(xiàn)代機械制造技術及發(fā)展趨勢[J].石油機械，2002.
12 John Uicker, Gordon Pennock, Joseph Shigley. Theory of machines and mechanisms. Oxford University Press, USA 2010.
目 錄
第一章 緒論………………………………………………………1
1.我國機床的發(fā)展現(xiàn)狀及概述…………………………………………1
2.組合機床的國內(nèi)外現(xiàn)狀………………………………………………2
2.1國內(nèi)組合機床現(xiàn)狀 …………………………………………………………3
2.2國內(nèi)組合機床現(xiàn)狀 …………………………………………………………4
3.機床設計的目的、內(nèi)容、要求………………………………………5
3.1設計的目的 …………………………………………………………………5
3.2設計內(nèi)容 ……………………………………………………………………5
3.3設計要求 ……………………………………………………………………6
4.機床的設計步驟………………………………………………………6 4.1調(diào)查研究 ……………………………………………………………………6
4.2擬定方案 ……………………………………………………………………6
4.3工作圖設計 …………………………………………………………………6
5.自動倒角機的發(fā)展現(xiàn)狀………………………………………………7
6.自動倒角機的發(fā)展前景………………………………………………7
7.倒角機的分類…………………………………………………………8
7.1針對板材 ……………………………………………………………………8
7.2針對齒輪 ……………………………………………………………………9
8.倒角機的適用范圍和用途……………………………………………9
9.本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段…………………9
第二章 自動倒角機總體設計 …………………………………11
1.機床總體方案設計的依據(jù) …………………………………………11
2.工藝分析 ……………………………………………………………11
3.加工管子端面自動倒角機的工作原理 ……………………………13
第三章 端面自動倒角機的機械部分設計 ……………………16
1.確定切削用量及選擇確定切削用量刀具 …………………………16
2.傳動裝置設計 ………………………………………………………17
3.齒輪的傳動設計 ……………………………………………………19
4.軸的設計 ……………………………………………………………23
參考文獻 …………………………………………………………29
致謝 ………………………………………………………………31
湖州師范學院本科畢業(yè)設計說明書
畢 業(yè) 設 計（說明書）
2012屆
題 目 加工管子端面自動倒角機設計
專 業(yè) 機械設計制造及其自動化
學生姓名
學 號 08082513
指導教師
論文字數(shù) 17689
完成日期 2012年5月
湖 州 師 范 學 院 教 務 處 印 制
2
原 創(chuàng) 性 聲 明
本人鄭重聲明：本人所呈交的畢業(yè)論文，是在指導老師的指導下獨立進行研究所取得的成果。畢業(yè)論文中凡引用他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的成果、數(shù)據(jù)、觀點等，均已明確注明出處。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的科研成果。對本文的研究成果做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。
本聲明的法律責任由本人承擔。
論文作者簽名： 日 期：
關于畢業(yè)論文使用授權的聲明
本人在指導老師指導下所完成的論文及相關的資料（包括圖紙、試驗記錄、原始數(shù)據(jù)、實物照片、圖片、錄音帶、設計手稿等），知識產(chǎn)權歸屬湖州師范學院。本人完全了解湖州師范學院有關保存、使用畢業(yè)論文的規(guī)定，同意學校保存或向國家有關部門或機構送交論文的紙質(zhì)版和電子版，允許論文被查閱和借閱；本人授權湖州師范學院可以將本畢業(yè)論文的全部或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用任何復制手段保存和匯編本畢業(yè)論文。如果發(fā)表相關成果，一定征得指導教師同意，且第一署名單位為湖州師范學院。本人離校后使用畢業(yè)論文或與該論文直接相關的學術論文或成果時，第一署名單位仍然為湖州師范學院。
論文作者簽名： 日 期：
指導老師簽名： 日 期：
摘要
本文介紹了自動倒角機的發(fā)展現(xiàn)狀及未來的發(fā)展前景，為了更好的完成任務，查閱了大量文獻資料，了解了自動上下料及各種傳動結構，此外對自動倒角機的分類作了詳細的歸納，最后詳細設計了本課題自動倒角機的機械傳動部分。
關鍵詞 倒角機，自動化，自動上料，傳動結構
30
Abstract
This article describes the development status and future prospects for the development of the automatic chamfering machine, access to a large number of documents in order to better complete the task, to understand the automatic up and down and all kinds of transmission structure, in addition to detailed classification of automatic chamfering machineinduction, the final detailed design of mechanical transmission part of the automatic chamfering machine for this topic.
Keywords：Chamfering machine; Automation; Automatic feeding; Transmission structure.
目 錄
第一章 緒論………………………………………………………1
1.我國機床的發(fā)展現(xiàn)狀及概述…………………………………………1
2.組合機床的國內(nèi)外現(xiàn)狀………………………………………………2
2.1國內(nèi)組合機床現(xiàn)狀 …………………………………………………………3
2.2國內(nèi)組合機床現(xiàn)狀 …………………………………………………………4
3.機床設計的目的、內(nèi)容、要求………………………………………5
3.1設計的目的 …………………………………………………………………5
3.2設計內(nèi)容 ……………………………………………………………………5
3.3設計要求 ……………………………………………………………………6
4.機床的設計步驟………………………………………………………6 4.1調(diào)查研究 ……………………………………………………………………6
4.2擬定方案 ……………………………………………………………………6
4.3工作圖設計 …………………………………………………………………6
5.自動倒角機的發(fā)展現(xiàn)狀………………………………………………7
6.自動倒角機的發(fā)展前景………………………………………………7
7.倒角機的分類…………………………………………………………8
7.1針對板材 ……………………………………………………………………8
7.2針對齒輪 ……………………………………………………………………9
8.倒角機的適用范圍和用途……………………………………………9
9.本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段…………………9
第二章 自動倒角機總體設計 …………………………………11
1.機床總體方案設計的依據(jù) …………………………………………11
2.工藝分析 ……………………………………………………………11
3.加工管子端面自動倒角機的工作原理 ……………………………13
第三章 端面自動倒角機的機械部分設計 ……………………16
1.確定切削用量及選擇確定切削用量刀具 …………………………16
2.傳動裝置設計 ………………………………………………………17
3.齒輪的傳動設計 ……………………………………………………19
4.軸的設計 ……………………………………………………………23
參考文獻 …………………………………………………………29
致謝 ………………………………………………………………31
第一章 緒論
1. 我國機床的發(fā)展現(xiàn)狀及概述
現(xiàn)代社會中，人們?yōu)榱烁咝?、?jīng)濟地生產(chǎn)各種高質(zhì)量產(chǎn)品，日益廣泛的使用各種機器、儀器和工具等技術設備與裝備。為制造這些技術設備與裝備，又必須具備各種加工金屬零件的設備，諸如鑄造、鍛造、焊接、沖壓和切削加工設備等。由于機械零件的形狀精度、尺寸精度和表面粗糙度，目前主要靠切削加工的方法來達到，特別是形狀復雜、精度要求高和表面粗糙度要求小的零件，往往需要在機床上經(jīng)過幾道甚至幾十道切削加工工藝才能完成。因此，機床是現(xiàn)代機械制造業(yè)中最重要的加工設備。在一般機械制造廠中，機床所擔負的加工工作量，約占機械制造總工作量的40%～60%，機床的技術性能直接影響機械產(chǎn)品的質(zhì)量及其制造的經(jīng)濟性，進而決定著國民經(jīng)濟的發(fā)展水平。可以這樣說，如果沒有機床的發(fā)展，如果不具備今天這樣品種繁多、結構完善和性能精良的各種機床，現(xiàn)代社會目前所達到的高度物質(zhì)文明將是不可想象的。
一個國家要繁榮富強，必須實現(xiàn)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學技術的現(xiàn)代化，這就需要一個強大的機械制造業(yè)為國民經(jīng)濟各部門提供現(xiàn)代化的先進技術設備與裝備，即各種機器、儀器和工具等。然而，一個現(xiàn)代化的機械制造業(yè)必須要有一個現(xiàn)代化的機床制造業(yè)做后盾。機床工業(yè)是機械制造業(yè)的“裝備部”、“總工藝師”，對國民經(jīng)濟發(fā)展起著重大作用。因此，許多國家都十分重視本國機床工業(yè)的發(fā)展和機床技術水平的提高，使本國國民經(jīng)濟的發(fā)展建立在堅實可靠的基礎上。
機床是人類在長期生產(chǎn)實踐中，不斷改進生產(chǎn)工具的基礎上生產(chǎn)的，并隨著社會生產(chǎn)的發(fā)展和科學技術的進步而漸趨完善。最原始的機床是木制的，所有運動都是由人力或畜力驅(qū)動，主要用于加工木料、石料和陶瓷制品的泥坯，它們實際上并不是一種完整的機器?，F(xiàn)代意義上的用于加工金屬機械零件的機床，是在18世紀中葉才開始發(fā)展起來的。當時，歐美一些工業(yè)最發(fā)達的國家，開始了從工場手工業(yè)向資本主義機器大工業(yè)生產(chǎn)方式的過度，需要越來越多的各種機器，這就推動了機床的迅速發(fā)展。為使蒸汽機的發(fā)明付諸實用，1770年前后創(chuàng)制了鏜削蒸汽機汽缸內(nèi)孔用的鏜床。1797年發(fā)明了帶有機動刀架的車床，開創(chuàng)了用機械代替人手控制刀具運動的先聲，不僅解放了人的雙手，并使機床的加工精度和工效起了一個飛躍，初步形成了現(xiàn)代機床的雛型。續(xù)車床之后，隨著機械制造業(yè)的發(fā)展，其他各種機床也陸續(xù)被創(chuàng)制出來。至19世紀末，車床、鉆床、鏜床、刨床、拉床、銑床、磨床、齒輪加工機床等基本類型的機床已先后形成。
上世紀初以來，由于高速鋼和硬質(zhì)合金等新型刀具材料相繼出現(xiàn)，刀具切削性能不斷提高，促使機床沿著提高主軸轉速、加大驅(qū)動功率和增強結構剛度的方向發(fā)展。與此同時，由于電動機、齒輪、軸承、電氣和液壓等技術有了很大的發(fā)展，使機床的轉動、結構和控制等方面也得到相應的改進，加工精度和生產(chǎn)率顯著提高。此外，為了滿足機械制造業(yè)日益廣闊的各種使用要求，機床品種的發(fā)展也與日俱增，例如，各種高效率自動化機床、重型機床、精密機床以及適應加工特殊形狀和特殊材料需要的特種加工機床相繼問世。50年代，在綜合應用電子技術、檢測技術、計算技術、自動控制和機床設計等各個領域最新成就的基礎上發(fā)展起來的數(shù)控機床，使機床自動化進入了一個嶄新的階段，與早期發(fā)展的僅適用于大批大量生產(chǎn)的純機械控制和繼電器接觸器控制的自動化相比，它具有很高柔性，即使在單件和小批生產(chǎn)中也能得到經(jīng)濟的使用。
綜觀機床的發(fā)展史，它總是隨著機械工業(yè)的擴大和科學技術的進步而發(fā)展，并始終圍繞著不斷提高生產(chǎn)效率、加工精度、自動化程度和擴大產(chǎn)品品種而進行的，現(xiàn)代機床總的趨勢仍然是繼續(xù)沿著這一方向發(fā)展。
我國的機床工業(yè)是在1949年新中國成立后才開始建立起來的。解放前，由于長期的封鎖統(tǒng)治和19世紀中葉以后帝國主義的侵略和掠奪，我國的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)非常落后，既沒有獨立的機械制造業(yè)，更談不上機床制造業(yè)。至解放前夕，全國只有少數(shù)城市的一些規(guī)模很小的機械廠，制造少量簡單的皮帶車間、牛頭刨床和砂輪等；1949年全國機床產(chǎn)量僅1000多臺，品種不到10個。
解放后，黨和人民政府十分重視機床工業(yè)的發(fā)展。在解放初期的三年經(jīng)濟恢復時期，就把一些原來的機械修配廠改建為專業(yè)廠；在隨后開始的幾個五年計劃期間，又陸續(xù)擴建、新建了一系列機床廠。經(jīng)過50多年的建設，我國機床工業(yè)從無到有，從小到大，現(xiàn)在已經(jīng)成門類比較齊全，具有一定實力的機床工業(yè)體系，能生產(chǎn)5000多種機床通用品種，數(shù)控機床1500多種；不僅裝備了國內(nèi)的工業(yè)，而且每年還有一定數(shù)量的機床出口。
我國機床行業(yè)的發(fā)展是迅速的，成就是巨大的。但由于起步晚、底子薄，與世界先進水平相比，還有較大差距。為了適應我國工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學技術現(xiàn)代化的需要，為了提高機床產(chǎn)品在國際市場上的競爭能力，必須深入開展機床基礎理論研究，加強工藝試驗研究，大力開發(fā)精密、重型和數(shù)控機床，使我國的機床工業(yè)盡早躋身于世界先進行列。
2．組合機床的國內(nèi)、外現(xiàn)狀
世界上第一臺組合機床于1908年在美國問世，30年代后組合機床在世界各國得到迅速發(fā)展。至今，它已成為現(xiàn)代制造工程（尤其是箱體零件加工）的關鍵設備之一。
現(xiàn)代制造工程從各個角度對組合機床提出了愈來愈高的要求，而組合機床也在不斷吸取新技術成果而完善和發(fā)展。
2.1 國內(nèi)組合機床現(xiàn)狀
我國加入WTO以后，制造業(yè)所面臨的機遇與挑戰(zhàn)并存、組合機床行業(yè)企業(yè)適時調(diào)整戰(zhàn)略，采取了積極的應對策略，出現(xiàn)了產(chǎn)、銷兩旺的良好勢頭，截至2005年4月份，組合機床行業(yè)企業(yè)僅組合機床一項，據(jù)不完全統(tǒng)計產(chǎn)量已達1000余臺，產(chǎn)值達3.9個億以上，較2004年同比增長了10%以上，另外組合機床行業(yè)增加值、產(chǎn)品銷售率、全員工資總額、出口交費值等經(jīng)濟指標均有不同程度的增長，新產(chǎn)品、新技術較去年年均有大幅度提高，可見行業(yè)企業(yè)運營狀況良好。
（1）行業(yè)企業(yè)產(chǎn)品結構的變化
組合機床行業(yè)企業(yè)主要針對汽車、摩托車、內(nèi)燃機、農(nóng)機、工程機械、化工機械、軍工、能源、輕工及家電行業(yè)提供專用設備，隨著我國加入WTO后與世界機床進一步接軌，組合機床行業(yè)企業(yè)產(chǎn)品開始向數(shù)控化、柔性化轉變。從近兩年是企業(yè)生產(chǎn)情況來看，數(shù)控機床與加工中心的市場需求量在上升，而傳統(tǒng)的鉆、鏜、銑組合機床則有下降趨勢，中國機床工具工業(yè)學會的《機床工具行業(yè)企業(yè)主要經(jīng)濟指標報表》是統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，僅從幾個全國大型重點企業(yè)生產(chǎn)情況看，2003年生產(chǎn)數(shù)控機床890臺，產(chǎn)值16187萬元，生產(chǎn)加工中心148臺，產(chǎn)值5770萬元；2004年生產(chǎn)數(shù)控機床985臺，產(chǎn)值25838萬元，生產(chǎn)加工中心159臺，產(chǎn)值7099萬元；而2005年，截至4月份，數(shù)控機床、加工中心、產(chǎn)值已接近2003年全年水平，故市場在向數(shù)控、高精制造技術和成套工藝裝備方面發(fā)展。
（2）行業(yè)企業(yè)的快速轉變
“九五”后期，在組合機床行業(yè)企業(yè)的50多家組合機床分會會員中，僅有兩家企業(yè)實行了股份改造，一家企業(yè)退出國有轉為民營，其余的都是國有企業(yè)。而從2001至2002年，不到兩年的時間，就先后有十幾家企業(yè)實行股份制改造，一些小廠幾乎全部退出國有轉為民營，現(xiàn)在一些國家重點國有企業(yè)也在醞釀股份制改造，轉制已勢不可檔，“民營經(jīng)濟在經(jīng)歷了從被歧視，被藐視到不可小視和現(xiàn)在高度重視4個階段后，煥發(fā)勃勃生機?！苯M合機床行業(yè)企業(yè)正在以股份制、民營化等多種形式快速發(fā)展。
（3）組合機床技術裝備現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢
組合機床及其自動線是集機電于一體是綜合自動化度較高的制造技術和成套工藝裝備。它的特征是高效、高質(zhì)、經(jīng)濟實用，因而被廣泛應用與工程機械、交通、能源、軍工、輕工、家電行業(yè)。我國的傳統(tǒng)的組合機床及組合機床自動線主要采用機、電、氣、液壓控制，它的加工對象主要是生產(chǎn)批量比較大的大中型的箱體類和軸類零件（近年研制的組合機床加工連桿、板件等也占一定份額），完成鉆孔、擴孔、鉸孔，加工各種螺紋、鏜孔、車端面和凸臺，在孔內(nèi)鏜各種形狀槽，以及銑削平面和成型面等。組合機床的分類繁多，有大型組合機床和小型組合機床，有單面、雙面、三面、臥式、立式、傾斜式、復合式，還有多工位回轉臺組合機床等；隨著技術的不斷是進步，一種新型的組合機床——柔性組合機床越來越受人們是親昧，它應用多位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動更換，配以可編程序控制器（PLC）、數(shù)字控制（NC）等，能任意改變工作循環(huán)控制和驅(qū)動系統(tǒng)，并能靈活適應多種加工的可調(diào)可變的組合機床。另外，近年來組合機床加工中心、數(shù)控組合機床、機床輔機等在組合機床行業(yè)中所占份額也越來越大。
由于組合機床及其自動線是一種技術綜合性很高的高技術專用產(chǎn)品，是根據(jù)用戶特殊要求而設計的，它涉及到加工工藝、刀具、測量、控制、診斷監(jiān)控、清洗、裝配和試漏等技術。我國組合機床及其組合機床自動線總體技術水平比發(fā)達國家相對落后，國內(nèi)所需的一些高水平組合機床及自動線幾乎都從國外進口。工藝裝備的大量進口勢必導致投資規(guī)模的擴大，并使產(chǎn)品生產(chǎn)成本提高。因此，市場要求我們不斷開發(fā)新技術、新工藝、研制新產(chǎn)品，由過去的“剛性”機床結構，向“柔性”化方向發(fā)展，滿足用戶需要，真正成為剛柔兼?zhèn)涞淖詣踊b備。
2.2 國外組合機床現(xiàn)狀
80年代以來，國外組合機床技術在滿足精度和效率要求的基礎上，正朝著綜合成套和具備柔性的方向發(fā)展。組合機床的加工精度、多品種加工的柔性以及機床配置的靈活多樣方面均有新的突破性進展，實現(xiàn)了機床工作程序軟件化、工序高度集中、高效短節(jié)拍和多功能知道監(jiān)控。組合機床技術的發(fā)展趨勢是：
（1）廣泛應用數(shù)控技術
國外主要的組合機床生產(chǎn)廠家都有自己的系列化完整的數(shù)控組合機床通用部件,在組合機床上不僅一般動力部件應用數(shù)控技術,而且夾具的轉位或轉角、換箱裝置的自動分度與定位也都應用數(shù)控技術,從而進一步提高了組合機床的工作可靠性和加工精度。廣州標致汽車公司由法國雷諾公司購置的缸蓋加工生產(chǎn)線,就是由三臺自動換箱組合機床組成的,其全部動作均為數(shù)控,包括自動上下料的交換工作臺、環(huán)形主軸箱庫、動力部件和夾具的運動,其節(jié)拍時間為58秒。
(2)發(fā)展柔性技術
80年代以來,國外對中大批量生產(chǎn),多品種加工裝備采取了一系列的可調(diào)、可變、可換措施,使加工裝備具有了一定的柔性。如先后發(fā)展了轉塔動力頭、可換主軸箱等組成的組合機床;同時根據(jù)加工中心的發(fā)展,開發(fā)了二坐標、三坐標模塊化的加工單元,并以此為基礎組成了柔性加工自動線(FTL)。這種結構的變化,既可以實現(xiàn)多品種加工要求的調(diào)整變化快速靈敏,又可以使機床配置更加靈活多樣。
(3)發(fā)展綜合自動化技術
汽車工業(yè)的大發(fā)展,對自動化制造技術提出了許多新的需求,大批量生產(chǎn)的高效率,要求制造系統(tǒng)不僅能完成一般的機械加工工序,而且能完成零件從毛坯進線到成品下線的全部工序,以及下線后的自動碼垛、裝箱等。德國大眾汽車公司KASSEL變速箱廠1987年投入使用的造價9000萬馬克的齒輪箱和離合器殼生產(chǎn)線,就是這種綜合自動化制造系統(tǒng)的典范。該系統(tǒng)由兩條相似對稱布置的自動線組成,三班制工作,每條線日產(chǎn)2000件,節(jié)拍時間為40秒。全線由12臺雙面組合機床、18臺三坐標加工單元、空架機器人、線兩端的毛坯庫和三坐標測量機組成,可實現(xiàn)3種零件的加工?？占軝C器人完成工件下線的碼垛裝箱工作。隨著綜合自動化技術的發(fā)展,出現(xiàn)了一批專門從事裝配、試驗、檢測、清洗等裝備的專業(yè)生產(chǎn)廠家,進一步提高了制造系統(tǒng)的配套水平。
(4)進一步提高工序集中程度
國外為了減少機床數(shù)量,節(jié)省占地面積,對組合機床這種工序集中程度高的產(chǎn)品,繼續(xù)采取各種措施,進一步提高工序集中程度。如采用十字滑臺、多坐標通用部件、移動主軸箱、雙頭鏜孔車端面頭等組成機床或在夾具部位設置刀庫,通過換刀加工實現(xiàn)工序集中,從而可最大限度地發(fā)揮設備的效能,獲取更好的經(jīng)濟效益。
3．機床設計的目的、內(nèi)容、要求
3.1設計的目的
機床設計畢業(yè)設計，其目的在于通過機床主運動機械變速傳動系統(tǒng)的結構設計，使我們在擬定傳動和變速的結構方案過程中，得到設計構思、方案的分析、結構工藝性、機械制圖、零件計算、編寫技術文件和查閱資料等方面的綜合訓練，樹立正確的設計思想，掌握基本的設計方法，培養(yǎng)基本的設計方法，并培養(yǎng)了自己具有初步的結構分析、結構設計和計算能力。
3.2 設計內(nèi)容
(1)運動設計 根據(jù)給定的被加工零件，確定機床的切削用量，通過分析比較擬定傳動方案和傳動系統(tǒng)圖，確定傳動副的傳動比及齒輪的齒數(shù)，并計算主軸的實際轉速與標準的相對誤差。
(2)動力設計 根據(jù)給定的工件，初算傳動軸的直徑、齒輪的模數(shù)；確定動力箱；計算多軸箱尺寸及設計傳動路線。完成裝配草圖后，要驗算傳動軸的直徑，齒輪模數(shù)否在允許范圍內(nèi)。還要驗算主軸主件的靜剛度。
(3)結構設計 進行主運動傳動軸系、變速機構、主軸主件、箱體、潤滑與密封等的布置和機構設計。即繪制裝配圖和零件工作圖。
(4)編寫設計說明書
3.3 設計要求
評價機床性能的優(yōu)劣，主要是根據(jù)技術—經(jīng)濟指標來判定的。技術先進合理，亦即“質(zhì)優(yōu)價廉”才會受到用戶的歡迎，在國內(nèi)和國際市場上才有競爭力。機床設計的技術—經(jīng)濟指標可以從滿足性能要求、經(jīng)濟效益和人機關系等方面進行分析。
4 機床的設計步驟
4.1調(diào)查研究
研究市場和用戶對設計機床的要求，然后檢索有關資料。其中包括情報、預測、實驗研究成果、發(fā)展趨勢、新技術應用以及相應的圖紙資料等。甚至還可以通過網(wǎng)絡檢索技術查閱先進國家的有關資料和專利等。通過對上述資料的分析研究，擬訂適當?shù)姆桨福员ＷC機床的質(zhì)量和提高生產(chǎn)率，使用戶有較好的經(jīng)濟效益。
4.2 擬定方案
通?？梢詳M定出幾個方案進行分析比較。每個方案包括的內(nèi)容有：工藝分析、主要技術參數(shù)、總布局、傳動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、控制操作系統(tǒng)、電系統(tǒng)、主要部件的結構草圖、實驗結果及技術經(jīng)濟分析等。
在制定方案時應注意以下幾個方面：
（1） 當使用和制造出現(xiàn)矛盾時，應先滿足使用要求，其次才是盡可能便于制造。要盡量用先進的工藝和創(chuàng)新的結構；
（2） 設計必須以生產(chǎn)實踐和科學實驗為依據(jù)，凡是未經(jīng)實踐考驗的方案，必須經(jīng)過實驗證明可靠后才能用于設計；
（3） 繼承與創(chuàng)造相結合，盡量采用先進工藝，迅速提高生產(chǎn)力，為實現(xiàn)四個現(xiàn)代化服務。注意吸取前人和國外的先進經(jīng)驗，并在此基礎上有所創(chuàng)造和發(fā)展。
4.3 工作圖設計
首先，在選定工藝方案并確定機床配置形式、結構方案基礎上，進行方案圖紙的設計。這些圖子包括：被加工零件工序圖、加工示意圖、機床聯(lián)系尺寸圖和生產(chǎn)率計算卡，統(tǒng)稱“三圖一卡”設計。并初定出主軸箱輪廓尺寸，才能確定機床各部件間的相互關系。
其次，繪制機床的總裝圖、部分部件裝配圖、液壓系統(tǒng)圖、PLC接線圖和梯形圖。
然后，整理機床有關部件與主要零件的設計計算書，編制各類零件明細表，編寫機床說明書等技術文件。
最后，對有關圖紙進行工藝審查和標準化審查。
5. 自動倒角機的發(fā)展現(xiàn)狀
自動倒角機是一種自動化機械。機械自動化, 主要指在機械制造業(yè)中應用自動化技術, 實現(xiàn)加工對象的連續(xù)自動生產(chǎn), 實現(xiàn)優(yōu)化有效的自動生產(chǎn)過程, 加快生產(chǎn)投入物的加工變換和流動速度【1】。當前，中國機械制造業(yè)同世界先進水準也存在階段性差距【2】。我國現(xiàn)階段的機械制造業(yè)中產(chǎn)品數(shù)量較大的同類產(chǎn)品連續(xù)流水作業(yè)的切削加工生產(chǎn)中， 機械自動化設備仍然是半自動機床、自動機床、組合機床及其組成的自動線、回轉體零件加工自動線等【3】。
目前國內(nèi)鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)大圓鋼棒材產(chǎn)品過程中，受定尺分段鋸切、冷床收集等工序的影響，在棒材端部易產(chǎn)生飛邊、毛刺及腫頭現(xiàn)象，嚴重制約著產(chǎn)品表面質(zhì)量的提高【4】。而且，隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展，棒材深加工單位及使用單位對棒材產(chǎn)品提出了更高、更嚴的表面質(zhì)量和包裝質(zhì)量要求【5】。為此，眾多企業(yè)在棒材的精整工序采取了多種措施，如：人工手提砂輪機修磨方式、固定式砂輪機修磨方式、機加工車床切削方式等，但效果均不理想，主要存在的問題有：
其一、作業(yè)率低，不能與生產(chǎn)節(jié)奏有效匹配，易造成棒材積壓，物流不暢。
其二、精整質(zhì)量無法保證，其人工、砂輪修磨方式，棒材端部的腫頭很難去除。其三、精整工序勞動強度大，作業(yè)環(huán)境惡劣。
其四、采用固定式砂輪機修磨方式及機加工車床切削方式時，棒材在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的不平直度，會導致棒材精整時整支旋轉進給困難，棒材端部周期性擺動，對砂輪片、切削刀片造成較大沖擊，易導致砂輪片、刀片崩裂，存在較大的安全隱患【6】。
6. 自動倒角機的發(fā)展前景
針對以上問題，自動倒角機可利用金屬切削原理，將棒材定位，通過切削裝置移動，刀具旋轉完成棒材端部倒角。還可利用棒材步進式定位，端部固定，解決倒角過程中的棒材擺動問題。同時設計合理限位控制裝置，完成切削裝置的初始、工作、退回等動作的連續(xù)切換，同時根據(jù)生產(chǎn)要求，可連續(xù)調(diào)整倒角量的大小。倒角機系統(tǒng)自動化、流程化作業(yè)，可與整個棒材生產(chǎn)工序匹配，達到工作效率最優(yōu)。該設備已經(jīng)實現(xiàn)，還需有待提高?？删幊炭刂破?、微處理機、各種傳感器、 新型刀具、控制系統(tǒng)及系統(tǒng)軟件、電子計算機等將是今后機械自動化的主要技術基礎【7】。21世紀將是以知識經(jīng)濟和信息社會為特征的時代,制造業(yè)面臨信息社會中瞬息萬變的市場對小批量多品種產(chǎn)品要求的嚴峻挑戰(zhàn)。機械自動化技術的廣闊發(fā)展前景也將越來越光明所以機械自動化、實現(xiàn)加工過程的靈活性將繼續(xù)是未來發(fā)展的方向，這一方面的技術仍有待提高【8】。如何發(fā)展我國的機械自動化技術, 應實事求是, 一切從我國 的具體國情出發(fā), 做好各項基礎工作, 走中國的機械自動化技術發(fā)展之路。
7. 倒角機的分類
7.1、針對板材
按通俗名稱分類，分為平板倒角機，鋼板倒角機兩種。
按機器使用性質(zhì)分為：手提式倒角機，便攜式自動行走倒角機，臺式倒角機三種。機器構成如下：
（1）手提倒角機：主要由三相電機，啟動開關、殼體鑄件，支撐擋板，刻度條，人性化手把。銑刀盤等部件組成，原理是通過電機帶動滾銑刀盤上的刀片，對工件進行倒角作業(yè)
（2）便攜式自動行走倒角機主要是由移動式行走架,三相電機. 渦輪,渦桿減速裝置, 控制器：啟動開關、緊急停按鈕、反轉按鈕、磁熱保護,殼體鑄件,支撐輪等.角度輪等部件組成，其原理是電機通過減速機帶動整體滾洗刀盤，通過刀盤滾動進行銑切倒角作業(yè)。達到小板鋼板自走，大板機器自動行走。
（3）臺式倒角機 是在由由機體、外角倒角工作臺、定位托臺、內(nèi)角倒角工作臺、內(nèi)角轉動刀頭、外角轉動刀頭、電動機和傳動機構組成，在機體水平上板上垂直安裝內(nèi)、外角轉動刀頭，其下端軸部設置傳動機構，垂直升降的內(nèi)角倒角工作臺中心的內(nèi)角刀頭露孔中露出內(nèi)角轉動刀頭，位于上述外角轉動刀頭正上方定位托臺下側的凹槽與外角倒角工作臺的外角刀頭露孔相結合，端面上構成外角轉動刀頭露出的外角刀頭露孔，外角倒角工作臺與機體水平上板之間設置升降裝置，使外角倒角工作臺垂直升降，以使外角刀頭露孔中外角轉動刀頭露出可以調(diào)節(jié)【9】。
7.2、針對齒輪
齒輪倒角機適用于汽車、拖拉機、機床等行業(yè)對各種批量的內(nèi)、外圓柱齒輪軸齒輪端面進行倒圓角、倒尖角和棱，能實現(xiàn)半自動化工作循環(huán)。
分類：臥式指形銑刀倒角機、立式指形銑刀倒角機、端面銑刀倒角機。工作原理如下：
（1）臥式指形銑刀倒角機：工件軸線與刀具軸線布置于同一水平面內(nèi)，采用指形銑刀切削、工作連續(xù)分度，工件主軸或刀架沿工件軸向往復移動對內(nèi)、外圓柱齒輪進行倒圓角、倒尖角。具有自動進給，工件自動加緊裝置，實現(xiàn)半自動化工作循環(huán)。
（2）立式指形銑刀倒角機:工件軸線布置于垂直面內(nèi)，工作連續(xù)分度，刀架沿工件軸向上、下往復移動對內(nèi)、外圓柱齒輪進行倒圓角、倒尖角。
（3）端面銑刀倒角機：工件軸線布置于垂直面內(nèi)，工件間斷分度并自動定位。刀具主軸或工件主軸實現(xiàn)沖程運動，對內(nèi)、外圓柱齒輪進行倒尖角【10】。
8．倒角機的適用范圍和用途
倒角機的用途很廣，它可用于工件焊接前邊緣的倒角，使用于焊接前金屬板材的去毛刺和倒角加工，對鋼板邊緣按所需角度進行洗切，以得到焊接所需的倒角角度。倒角機還可用于齒輪、鋼筋連接套等零件邊緣的倒角。倒角機的種類很多，針對不同工件的加工需要，有雙面自動倒角機，單面自動倒角機等。倒角機適用于鋼材、鑄鐵、硬質(zhì)塑料、有色金屬等材料【11】。
9. 本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段：
本次任務的設計題目是管材端面自動倒角機設計，是一種對外圓Ф100~Ф200、長度為200~300的管子外圓作2×45°倒角的設備。隨著工業(yè)產(chǎn)品的大型化，該設備在機械行業(yè)中的使用越來越廣泛，是典型的機電一體化產(chǎn)品。本次設計的主要任務是開發(fā)一套管子端面自動倒角設備。該設備的特點如下：
(1)能實現(xiàn)自動上料、自動夾緊定位及自動卸料功能，節(jié)省人力。
(2)可對多種不同外徑的管子進行外緣倒角加工。
(3)設備通過簡單的調(diào)整，能夠滿足多種不同尺寸的管子的加工。
需要解決的問題是:可實現(xiàn)管子的自動上料、氣動滑塊夾緊、車刀自動進刀與退刀、工件自動下料等功能。
該設備能加工的工件范圍為：外圓Ф100～Ф200、長度為200～300的管子。
第二章 自動倒角機的總體設計
設計該機床的第一步，是確定總體方案?？傮w方案是機床部件和零件的設計依據(jù)，對整個設計的影響較大。因此，在擬定總體方案的過程中，必須全面地、周密地考慮，使所定方案技術先進、經(jīng)濟合理。
1.機床總體方案設計的依據(jù)
1.1工件
工件是機床總體方案設計的重要依據(jù)之一，設計者必須明確工件的特點和加工要求。本次畢業(yè)設計要求設計一臺管子端面自動倒角機，用于圓形管材焊接成型的型材，與底板焊接或是兩型材對接時，工件材料為熱軋普通碳素鋼，圓形管材Ф100～Ф200，長度為200～300mm。硬度為HRB65.7～78.7,生產(chǎn)批量為中小批量。加工部位的加工要求如下：
(1) 被加工表面的粗糙度均為R10；
(2) 銑削角度2×450 。
1.2刀具
機床設計力求簡單實用，考慮到切削材質(zhì)單一，切削參數(shù)變化范圍十分有限， 因此銑削轉速不分檔，銑削高速鋼角銑刀，刀齒材料為YG6，=450，d=80，B=22,D=27,Z=22。
2.工藝分析
2.1 工藝方法的確定
機床的工藝方法是多種多樣的，按工種可分為車、銑、刨、鉆、鏜、磨、研磨、電加工、振動加工、激光加工等；每一種還可再分，如車削加工有車外圓、車端面、車槽、車球面等之分；按加工精度各表面粗糙度可分為粗加工、半精加工、光整加工等；按工序集中程度可分為單刀、多刀、單工件、多工件、單工位、多工位等；按作業(yè)形式可分平行作業(yè)、順序作業(yè)、平行-順序作業(yè)等。
工藝方法對機床的結構和性能的影響很大，工藝方法的改變常導致機床的運動、傳動、布局、結構、性能以及經(jīng)濟效果等方面的一系列變化。
加工管子端面倒角的方法有很多，比如說，銑削，刨削。對于加工管子端面，用角銑刀進行銑削加工時，生產(chǎn)率不僅提高了，也能滿足工件所要求的加工精度，且裝夾快速，方便。與其它機床相比，管子端面自動倒角機具有生產(chǎn)率高，加工精度穩(wěn)定，研制周期短，便于設計、制造和使用維護、成本低、自動化程度高、勞動強度低，配置靈活等特點，因此，當生產(chǎn)量很大時，用自動倒角機進行加工更合理[2]。
2.2 機床總體布局
機床的總體布局指確定機床的組成部件之間的相對位置及相對運動關系。
合理的總體布局的基本要求有：
(1)保證工藝方法所要求的工件與刀具的相對運動關系；
(2)保證機床具有足夠的加工精度和相適應的剛度和抗振性；
(3)便于操縱、調(diào)整、維修，便于輸送、裝卸工件和排屑等；
(4)節(jié)省材料，占地面積小，即經(jīng)濟效果好；
(5)造型美觀。
考慮到工件較大且要求適應不同長度的，為簡化機構，采用機床兩端帶有可調(diào)裝置以適應不同長度的工件，通過由氣缸驅(qū)動的機械手將工件插入和轉移，工件通過夾緊氣缸固定在裝夾臺上不動，而讓刀具相對于工件運動的加工模式，具有結構簡單的優(yōu)點。管材通過安裝在工作臺上，傳動軸帶動切削頭作旋轉主運動，且動力頭的主軸可以伸縮，這樣可以完成進刀和退刀的要求。此方案的優(yōu)點是各部件均是針對圓形管材設計的，因此，結構緊湊，剛性好，生產(chǎn)效率高，加工質(zhì)量穩(wěn)定。
由于本設備的制造數(shù)量較少，設計本專用機床的出發(fā)點，主要考慮其結構設計，保證其適用性及安全性，除一些較大部件或運動部件如支座，墻板采用Q235，其余部件均就地取材。
2.3 機床運動的確定
本次畢業(yè)設計的加工管子端面自動倒角機的工藝方法是，用一個切削頭直接對管材端面進行加工。相應的450倒角成形運動為：動力頭主軸的回轉運動；輔助運動為：動力頭主軸伸縮為進給運動。通過這些運動即可完成所要求的倒角切削[11]。
3．加工管子端面自動倒角機的工作原理
3.1構成機組
如圖1所示，管子端面自動倒角機由主傳動機構、刀架機構、動力機構、切削頭、輸送裝置、夾緊裝置、輔機機構等七部分組成。圓形管材適用范圍直徑：Ф100～Ф200，長度：200～300mm，材料為熱軋普通碳素鋼，硬度為HRB65.7～78.7，生產(chǎn)類型為中小批量。我們曾分別考慮利用刀具切削和砂輪磨削兩種方法來倒角，但管子兩端的磨削狀態(tài)較為復雜，主要有以下幾個因素存在：
1) 磨削倒角過程中工件的平直度，對中性難以保證。
2) 磨削倒角機的輔助機構較為復雜，維修不便，且一次性投資較大。
3) 刀具切削倒角的精度較高，角度寬度可根據(jù)生產(chǎn)需要人為調(diào)節(jié)。
鑒于以上原因，經(jīng)反復比較，認為采用刀具切削倒角較為穩(wěn)妥。
圖1 自動倒角機機構簡圖
3.2工作過程
此專機在兩端帶有可調(diào)裝置以適應不用長度的管件，工件放置在滾軸傳送料架上，通過氣缸分配器使工件自動進料，通過由氣缸驅(qū)動的機械手將工件插入和轉移，工件通過夾緊氣缸固定在裝夾臺上不動，而讓刀具相對于工件運動的加工模式，切削完成后，由氣缸驅(qū)動出料單元將工件自動卸料。傳動軸帶動切削頭作旋轉主運動，且動力頭的主軸可以伸縮，這樣可以完成進刀和退刀的要求。工件在加工的時候必須夾緊，以防切削加工時工件移動。通過一個液壓緩沖器與工作平臺平行連接，可保證工作平臺的平滑進給。
3.3主傳動機構
根據(jù)加工管子端面2×45°的倒角工藝要求，整個加工運作過程均在床案和導軌面上進行，電動機驅(qū)動皮帶帶動傳動軸旋轉進行切削運動，同時傳動軸底部的直線滑軌可前進和后退，完成進刀和退刀的動作。由夾緊氣缸和機臺對圓管進行夾緊定位，以滿足切頭倒角均勻、對中性好的工藝要求。
3.4切削裝置
切削裝置分為旋轉機構和移動機構。刀具和刀片安裝在旋轉機構上實現(xiàn)管材的倒角；移動機構保證旋轉機構完成快進、工進、快退整個倒角過程，而且移動機構在專用導軌上運動，很好地保證了旋轉機構在移動過程中中心線的準確性。
刀架機構利用安裝在自制刀架盤上的等軸槽中的車刀，繞自身軸線連續(xù)而穩(wěn)定的旋轉，從而進行動態(tài)切削。車刀采用內(nèi)六角螺釘緊固，通過扳手將外加力矩均勻的傳遞給夾緊螺釘，可保證其接觸點有較小的應力，因而可避免扳手與螺釘頂部菱形槽之間產(chǎn)生打滑、松脫和螺釘損壞等現(xiàn)象。
這種切削刀盤的結構特點是：
1) 具有機加工的結構特點，安裝方便、快速、準確，能保證換刀后刀具至工件的準確位置。
2) 刀具可重復刃磨，修復再用。
3) 結構簡單，夾緊元件少，容削空間大。
3.5動力機構
動力機構采用,0.85kW電機作為驅(qū)動源，通過皮帶輪帶動刀架傳動軸進行旋轉。
3.6夾緊裝置
夾緊裝置采用兩個夾緊氣缸及一個底座將工件夾緊，原理與車床的三爪卡盤類似，此裝置結構簡單，可以滿足本機床自動上料的要求。
3.7輔助機構
為保證整個管材倒角過程順利、自動完成，倒角機系統(tǒng)還配備了一些必要的輔助設備，主要包括：自動上料機構、輸送輥道、撥料裝置、自動卸料裝置、液壓緩沖裝置等。
第三章 端面自動倒角機的機械部分設計
1． 確定切削用量及選擇確定切削用量刀具
1.1確定切削用量
根據(jù)工件材料、工件的工作環(huán)境、加工精度及技術要求，按照經(jīng)濟地滿足加工精度要求的原則以及考慮工作臺特征，是否便于主軸設計等，合理地選擇切削用量以達到合理使用刀具的目的。
適合本機床加工的零件材料是多樣的，現(xiàn)以材料Q235，硬度HB150～200，為例計算切削用量等各數(shù)據(jù)。
查表可知切削速度
進給量
初定刀盤直徑 D=140mm
具體選擇如下： 取 ；
則輸出軸轉速
每分鐘進給量
=341×0.2
1.2確定切削力
主切削力
式中：—影響系數(shù)，其大小與實驗條件有關；
—被吃刀量對切削各分力的影響指數(shù)；
—進給量f對切削各分力的影響指數(shù)；
—切削速度v對切削各分力的影響指數(shù)；
—實驗條件與計算條件不同時的修正系數(shù)。
根據(jù)本機床的特點及實際情況以上各系數(shù)和指數(shù)均取1。
最大切削深度3mm×sin45°=mm
=500
=mm×0.2×500
=213N
切削功率指在切削過程中消耗的功率，它是各分力方向上所消耗功率的和。由于主運動方向的功率消耗最大，通常用主運動消耗的功率表示切削功率（kW）:
=
=0.3065 kW
2．傳動裝置設計
2.1 傳動裝置的總體設計
2.1.1傳動裝置效率；
η1為一對滾子軸承的效率，取η1＝0.99;
η2為一對齒輪的效率，取η2＝0.97
2.1.2 總傳動比：
（1） 經(jīng)過多次選擇，最后確定小齒輪的齒數(shù)為，大齒輪的齒數(shù)為
（2） 傳動比：
2.1.3 運動參數(shù)和動力參數(shù)的計算
（1）各軸轉速；
Ⅰ軸；
Ⅱ軸；
（2）各軸上的功率；
Ⅰ軸；
Ⅱ軸；
（3）各軸上的扭矩：
Ⅰ軸：
Ⅱ軸；
將以上算出的運動參數(shù)和動力參數(shù)列表如表1.1所示。
表1.1 電機軸的運動參數(shù)和動力參數(shù)表
參數(shù) 軸名
Ⅰ軸
Ⅱ軸
轉數(shù)n(r/min)
1100
341
功率P(kw)
0.58
0.55697
扭矩T(N·m)
0.5
1.14
傳動比i
2.36
效率
0.96
3．齒輪的傳動設計
3.1選擇齒輪材料及熱處理方法
倒角機是一般的機器，沒有太大的特殊要求，從降低成本、減少結構尺寸和易于取材的原則出發(fā)，決定小齒輪選45鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度為217～255HBS。大齒輪選45鋼正火，齒面硬度為169～217BHS.
3.2 計算齒輪的許用應用
（1）計算許用接觸應力
查教材，得小齒輪和大齒輪的接觸疲勞極限分別為：
小齒輪（217～255BHS）
大齒輪（169～217BHS）
σHlim2=540 MPa
循環(huán)次數(shù)：
由教材查得：
齒面接觸應力為：
取最小值
（2）計算許彎曲應力
由教材查得：
小齒輪（217～255HBS）
大齒輪（169～217HBS）
齒輪彎曲許應力為：
3.3 齒輪參數(shù)設計
因為所設計的齒輪為軟齒面齒輪，故按齒面接觸強度確定齒輪的基本參數(shù)和主要尺寸。
初選參數(shù)：
選小齒輪齒數(shù)；大齒輪齒數(shù)
主要尺寸計算：
<1> 模數(shù)：m=1.25
<2> 分度圓錐角：tanδ2＝i＝2.36
δ2=67.01°
δ1＝90°－δ2＝22.99°
<3> 齒頂高： ha=m=1.25 mm
<4> 齒根高：hf=1.2m=1.5 mm
<5> 全齒高：h=2.2m=2.75 mm
<6> 齒頂間隙：c=0.2m=0.25 mm
<7> 分度圓直徑：d1=mz1=1.25×14=17.5 mm
d2=mz2=1.25×33=41.25 mm
<8> 齒頂圓直徑：da1=d1+2mcosδ1=17.5+2×1.25×cos22.99°＝19.80 mm
da2=d2+2mcosδ2＝41.25+2×1.25×cos67.01＝42.23 mm
<9> 齒根圓直徑：
df1=d1-2.4mcosδ1＝17.5-2.4×1.25×cos22.99＝14.74 mm
df2=d2-2.4mcosδ2=41.25-2.4×1.25×cos67.01°＝38.25 mm
<10> 錐距：
R=d1/2sinδ1=d2/2sinδ2=17.5/2sin22.99°=41.25/2sin67.01°＝22.4
<11> 齒頂角：
<12> 齒根角：
<13> 齒寬：
<14> 頂錐角：
<15> 根錐角：
<16> 節(jié)錐頂點到輪冠距離：
AK1=d2/2-hasinδ1＝41.25/2-1.25×sin22.99°＝20.14°
AK2=d1/2-hasinδ2＝17.5/2-1.25×sin67.01°＝7.60°
按接觸強度設計：
直齒圓錐齒輪傳動的強度計算，可近似按平均直徑出的一對當量直齒輪的傳動進行齒面接觸疲勞強度計算：
校核公式
σH=≤
設計公式
D1≥195.1
若兩輪材料不是鋼-鋼，而是鋼-鑄鐵或是鑄鐵-鑄鐵，則系數(shù)195.1分別改為175.6和163.9。
齒根彎曲疲勞強度計算：
校核公式
設計公式
式中：YFS---復合性系數(shù)，按當量齒數(shù)Zv查表得
其余各參數(shù)的含義、單位及許應力計算方法與直齒圓柱齒輪相同。
經(jīng)過計算得出齒輪的硬度足夠。
3.4 確定齒輪的傳動精度等級
計算齒輪圓周速度ν。
ν＝
確定齒輪精度等級及側隙。
根據(jù)齒輪的圓周速度和對噪音的要求確定齒輪的精度等級及側隙分別為：
小齒輪：8GJ
大齒輪：8FH
3.5 計算嚙合力
圓周力
徑向力
計算結果見表：
齒輪嚙合力計算表
項 目
小 齒 輪
大 齒 輪
材料及熱處理
45鋼調(diào)
45鋼正火
基本參數(shù)
齒數(shù)
14
33
法面齒頂高系數(shù)
1
1
法面頂隙系數(shù)
0．25
0．25
法面模數(shù)
1．25
1．25
主要尺寸
齒頂高
1．25
齒根高
1．5
全齒高
2．75
齒頂間隙
0．25
分度圓錐角
22．99
67．01
分度圓直徑
17．5
41．25
齒頂圓直徑
19．80
42．23
齒根圓直徑
14．74
38．25
齒頂角
3．18
齒根角
3．83
齒寬
5．6
錐距
22．4
頂錐角
26．17
70．19
根錐角
19．16
63．18
精度等級（GB/T10095-1988）
8GJ
嚙合力
圓周力
0．03
徑向力
0.02156
4．軸的設計
4.1 選取軸的材料和熱處理的方法
倒角機是一般用途的減速器，所以軸的材料選用45鋼，粗加工后進行調(diào)質(zhì)處理后，硬度為217～255HBS，由教材查表得：
4.2 軸的結構設計
設計軸的時候要確定軸的外徑和結構尺寸。結構設計的基本要求是：
1) 軸和軸上的零件要有準確的工作位置；
2) 各零件要可靠地相互聯(lián)系；
3) 軸應便于加工，軸上零件要易于裝拆；
4) 盡量減少應力集中；
5) 軸各部分的直徑和長度尺寸要合理。
軸一般在變應力狀態(tài)下工作，進行結構設計時，應盡量減少應力集中。對階梯軸相鄰段直徑不宜相差太大，在軸徑變化處的過渡圓角半徑不宜過小。盡量避免在軸上開凹槽和加工螺紋。在重要結構中可采用凹切圓角、過渡肩環(huán)等措施，減少應力集中。提高軸的表面質(zhì)量，降低表面粗糙度，采用輾壓，噴丸和表面熱處理方法，也可顯著提高軸的疲勞強度。其次，在軸結構設計時，應合理布置軸上的零件，減輕軸所受載荷，減少軸向尺寸，以提高強度。
4．3 軸的強度計算
軸的設計過程包括軸的強度計算和軸的結構設計，兩者一般結合在一起進行。最初，只能根據(jù)軸系簡圖和一些基本數(shù)據(jù)，按軸所傳遞的轉矩，初估軸的直徑。然后以初估直徑為基礎，進行軸的結構設計，得出結構草圖，從而得知各軸段的直徑和長度，載荷作用點和支點位置，然后再進行強度校核。
4.3.1 按扭轉強度估算軸的直徑
軸的最少直徑計算公式：
dmin≥A
由教材表，查得：
A=118～107
軸： dmin≥（118～107）=7.65～9.251
在軸上處，估取安裝軸承處的軸徑，軸上其余軸徑尺寸由結構要求而定。
4.3.2 軸承的選擇
在軸上，既作用著徑向力，又作用著軸向力，故選用圓錐滾子軸承，型號為1000088。其主要尺寸如下：d=8mm，D=16mm，B=4mm。
4.3.3 軸的結構設計
在軸上零件的裝拆的先后順序，周向及軸向固定方法以及工藝性等要求，作出軸的結構設計。其中d1=φ8mm，公差帶取r6，d2=φ10mm，d3=φ12mm，d4=φ30mm，公差帶取k6，d5=φ5mm，公差帶取r6，L1=1Omm，L2=18mm，L3=10mm，L4=15mm，L5=5mm。
4.3.4 軸的強度計算
取L=144mm，L/2=72mm，由前面計算可知：T2=429.16 N·m，F(xiàn)T2=3733 N，F(xiàn)r2=1372 N，F(xiàn)a2=532 N。
1) 根據(jù)軸系部件結構圖，作出軸系空間力圖，如下圖所示(b)。
2) 作出軸的垂直平面受力圖，求支反力RAv、RBv，繪彎矩圖Mv，如圖（c）：
RAV=RBV-Fr2=1409.62-1372=37.62(N)
齒輪中心面左側彎矩MV1為：
MV1=RAV· L/2=37.62×44=1655.28(N·mm)
齒輪中心面右側彎矩MV2為：
MV2=RB2· L/2=1409.62×44=62023.28(N·mm)
3) 作出軸水平受力面圖，求支反力RAH,RBH,繪彎矩圖MH,如圖所示(d)：
RAH=RBH=Ft/2=3733/2=1866.5(N)
MH=RAH·L/2=1866.5×44=82126(N·mm)
4) 支反力RA，RB，繪總彎矩圖M，如圖所示（e）。
RA= (N)
RB=(N)
齒輪中心面左側總彎矩M1為：
(N·mm)
齒輪面右側總彎矩M2為：
(N·mm)
(5) 繪轉矩圖，如圖所示（f）
(6) 繪當量彎矩圖Mc，如圖所示（g）
因為倒角機為單向傳動，從安全角度出發(fā)，軸上轉矩T2按脈沖循環(huán)考慮，故取校正系數(shù)=0.6，齒面中心面處最大當量彎矩Mc為：
選擇危險截面，進行強度核算。
根據(jù)當量彎矩圖，初取中心面為危險截面。該截面有鍵槽，故應將軸徑加大5%，由此得軸徑d為：
由計算結果可知，軸徑小于安裝齒輪處實際軸徑，所以強度滿足要求。
軸上安裝刀具的槽，用電脈沖挖槽。
4.3.5 加工工藝分析：
加工兩端面孔時，左右兩面的軸向切削力可抵消一部分。因此夾緊力不需很大，本工序直徑Φ8.0mm，采用一次進給加工，復合鉆，另因水平鉆削，排屑容易。切削時間短，切削熱量較小，可不必考慮冷卻問題。鉆孔的孔徑尺寸精度及位置精度的保證。主要是靠提高鉆套的尺寸及位置精度，鉆頭刃磨，質(zhì)量，導套和