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鋼管自動(dòng)下料機(jī)
摘 要
鋼管自動(dòng)下料機(jī)床是帶式輸送機(jī)托輥鋼管切斷、兩端倒角一次自動(dòng)完成的專(zhuān)用設(shè)備，該機(jī)床自動(dòng)化程度高、加工精度高，如送料，定位，夾緊，倒角，切斷依次進(jìn)行，一次就能滿足鋼管的加工精度，不需要輔助加工，并且安裝調(diào)試方便。該設(shè)備采用的是硬質(zhì)合金刀（YT5系列刀具），其硬度，耐磨性，耐熱性都很好，切削速度遠(yuǎn)比高速鋼快得多。液壓系統(tǒng)中使用了雙聯(lián)泵供油，保證了運(yùn)動(dòng)速度，切斷采用進(jìn)口調(diào)速出口被壓裝置，使切斷速度可調(diào)、工作穩(wěn)定。鋼管加工過(guò)程，由“自動(dòng)送料—送料到位—夾緊—夾緊到位—進(jìn)刀—進(jìn)刀到位—自動(dòng)落料—放松退刀—退刀到位—自動(dòng)送料”循環(huán)進(jìn)行，大大提高工作效率，并能適應(yīng)大批量生產(chǎn)加工。本產(chǎn)品在生產(chǎn)中應(yīng)用可以提高產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。
此次的設(shè)計(jì)主要是針對(duì)金屬管材進(jìn)行加工的切管機(jī)，完成的工作主要是下料機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖、主軸箱體和裝配圖的設(shè)計(jì)。包括傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)和計(jì)算，其中有電動(dòng)機(jī)的選擇，傳動(dòng)方案的擬訂，各軸的轉(zhuǎn)速，功率和轉(zhuǎn)矩的計(jì)算?？傮w結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，其中有各軸尺寸的設(shè)計(jì)，各主要傳動(dòng)件的結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)。并且針對(duì)以上的設(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)行了詳細(xì)的校核。最后通過(guò)得到的數(shù)據(jù)，繪制了裝配圖、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖和裝配圖。然后又針對(duì)各主要基本件，繪制了2張零件圖。
關(guān)鍵詞： 切斷倒角 刀具 液壓系統(tǒng) 轉(zhuǎn)動(dòng)方案
Abstract
Steel pipe to be automatic feeding machine is of belt conveyor idlers cut off both ends, steel pipe Angle pouring a automatic completion of special equipment, this machine a high degree of automation, processing precision is high, such as feed, orientation, clamping and chamfering, to cut off the last out, one at a time can meet the machining precision of the steel tube, don't need to assist processing, installation and debugging is convenient. This equipment use is hard alloy knife (YT5 series tools), its hardness, wear resistance, heat resistance are all very good, high speed steel paper cutting speed than much faster. Hydraulic system used in double pump oil supply, ensure the movement speed, cut off the import export be pressure to speed device to make the cut speed adjustable, working stability. Steel pipe processing process,from "automatic feed-feed place clamping clamping in place feed feed in place to be automatic blanking relax recede cutter knife in place back automatic feed"cycles, and greatly improve the work efficiency, and can adapt to mass production and processing.This product can be used in the production process to improve product quality and economic efficiency, reduces the labor intensity.
This is designed to carry on the processing of metal pipes cut pipe bender, complete the main job is feeding machine structure diagram, spindle box and the design of assembly drawings. Including the design and calculation of transmission device, including the choice of motor, transmission scheme of the draft, the axis of rotation speed, torque and power calculation. General structure design, including the axis of the size of the design, the main transmission parts of the design of the structure size. And according to the design and calculationof the detailed check. Finally, through the data retrieved, mapped the assembly drawing, structure diagram and the assembly drawing. And then on the main basic parts, painted two to drawing.
Keywords: cut off chamfering tool hydraulic system turn scheme
河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)
目 錄
前 言 1
1 鋼管自動(dòng)下料機(jī) 4
1.1 機(jī)床主要規(guī)格及技術(shù)參數(shù) 4
1.2 機(jī)床簡(jiǎn)介 4
1.2.2 機(jī)床工作適用條件 5
1.3 機(jī)床結(jié)構(gòu)概述 5
1.3.1機(jī)床工作原理 5
1.3.2各主要部件結(jié)構(gòu)、性能 5
1.4 機(jī)床電器系統(tǒng) 6
1.4.1 電源 6
1.4.2控制按鈕功能 6
1.4.3可編程序控制器（PLC）簡(jiǎn)介 7
2 機(jī)床元件主要參數(shù)的選擇及校核 8
2.1刀具的選擇 8
2.1.1 刀具牌號(hào)材料的選擇 8
2.1.2刀具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 9
2.2電機(jī)的選擇 9
2.1.1轉(zhuǎn)速的確定 9
2.2.2初選傳動(dòng)比I和齒輪齒數(shù) 10
2.2.3初算刀具的切削力FC，（按切斷刀計(jì)算） 10
2.2.4確定電機(jī)的參數(shù) 11
2.3 齒輪的確定 12
2.3.1 直齒輪參數(shù)的確定 12
2.3.2 斜齒輪參數(shù)的確定 13
2.3.3齒輪的校核 14
2.4皮帶的選擇與計(jì)算 18
2.5 主軸的校核計(jì)算 20
2.6 軸承的的校核 23
2.7液壓系統(tǒng) 25
2.7.1結(jié)構(gòu)： 25
2.7.2工作原理 25
3.送料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 26
3.1送料機(jī)構(gòu)形式的確定： 26
3.2送料小車(chē)的設(shè)計(jì) 27
3.2.1 確定傳動(dòng)形式 27
3.2.2選擇小車(chē)電機(jī) 27
3.2.3皮帶的選擇 28
3.2.4蝸輪蝸桿的確定及其校核計(jì)算 29
3.2.5車(chē)輪的布置 31
3.3小車(chē)軌道的選擇 32
4．定尺機(jī)構(gòu) 33
4.1機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介 33
4.2動(dòng)作順序 33
4.3工作原理 33
5.簡(jiǎn)單故障的處理 34
5.1.液壓故障的處理 34
結(jié) 論 35
參考文獻(xiàn) 36
致 謝 37
前 言
鋼管是一種多功能經(jīng)濟(jì)斷面鋼材，它在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)應(yīng)用愈來(lái)愈廣泛，需求量也越來(lái)越大。管材的需要量之所以急劇增長(zhǎng)，是因?yàn)楣茏幽苡酶鞣N材料來(lái)制造。而且質(zhì)量和精度也高。它一方面廣泛用于輸送油、氣、水等各種流體，被人們稱(chēng)為工業(yè)“血管”；其次大量應(yīng)用于機(jī)械制造和建筑工業(yè)，也是一種抗彎能力較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)材料，另一方面鋼管作為中空的零件毛坯用于制造滾動(dòng)軸承、液壓支柱、液壓鋼簡(jiǎn)體、空心鍵、花鍵套、螺母以及手表殼等，這既節(jié)約金屬又節(jié)約加工工時(shí)；其次鋼管又是軍隊(duì)工業(yè)中的重要材料，如用于制造槍管、炮筒及其他武器，隨航空、火箭、導(dǎo)彈、原子能與宇宙空間技術(shù)等的發(fā)展，精密、薄壁、高強(qiáng)度鋼管的需求量迅速增長(zhǎng)。
隨著鋼管的需求量的日益增大，鋼管的生產(chǎn)也顯得尤為重要，而鋼管自動(dòng)下料機(jī)的應(yīng)用，主要是為了降低勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約人力，提高產(chǎn)品質(zhì)量。當(dāng)然，保證經(jīng)濟(jì)性也是這次設(shè)計(jì)的重要考慮的重要項(xiàng)目之一。
目前國(guó)內(nèi)外主要有手搖式、磁力式、鏈條式、軌道式鋼管下料機(jī)。
手搖式鋼管下料機(jī)（管道下料機(jī)）優(yōu)點(diǎn)：制造成本低、價(jià)格便宜。缺點(diǎn)：1、手搖速度不均勻，切割粗糙；2、下料機(jī)在繞管子轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，很多位置不好手搖操作，如頂面、底面等；3、切割中途出現(xiàn)緊急情況，不能及時(shí)關(guān)閉火焰；4、以鏈條限定行走軌跡會(huì)造成定位不準(zhǔn)，切割精度不夠，割口差，鋼管常需要進(jìn)行焊補(bǔ)或補(bǔ)割。磁力式自動(dòng)管道下料機(jī)優(yōu)點(diǎn)：磁力式是利用磁力小車(chē)做行走機(jī)械，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)切割。缺點(diǎn)：1、對(duì)鋼管橢圓度不好的情況下，磁力小車(chē)沿管壁走，行走路徑改變，特別是大口徑鋼管，焊接后橢圓度很難保持很好，切割效果不好。2、在表面有涂層或保溫層等情況下，磁力減少，無(wú)法克服自重，磁力式無(wú)法工作。3、在切割有縫管特別是螺旋管時(shí)，磁力式行走軌跡發(fā)生變化，磁力小車(chē)在經(jīng)過(guò)螺旋管的焊縫處易掉下來(lái)或是由于顛簸，行走機(jī)構(gòu)車(chē)輪走偏。4、不銹鋼等無(wú)磁性管道不能切割。5、磁力下料機(jī)放置到管子上的時(shí)候很難保證切割機(jī)體與管子端面的平行，行走偏差不可避免，管徑越大，偏差越大，因此常常先畫(huà)線，切割過(guò)程中再由工人實(shí)時(shí)監(jiān)控，出現(xiàn)偏差再手動(dòng)干預(yù)，浪費(fèi)工時(shí)，同時(shí)又不能徹底保證質(zhì)量。鏈條式自動(dòng)管道下料機(jī)優(yōu)點(diǎn)：鏈條式自動(dòng)下料機(jī)，克服了磁力式自動(dòng)下料機(jī)切割過(guò)程中掉下來(lái)的。缺點(diǎn)：1、鏈條節(jié)與節(jié)之間有空隙，使用鏈條作為軌道，很難保證切割精度。鋼管口徑越大，誤差越大；2、鏈條為要一節(jié)一節(jié)安裝，鏈條在安裝過(guò)程中是松弛的，安裝好的鏈節(jié)容易脫落，安裝費(fèi)時(shí)費(fèi)力，并容易加劇上述1 的缺點(diǎn)。并克服了手動(dòng)鏈條式切割機(jī)的部分缺點(diǎn)，但依然有其致命的缺點(diǎn)。定位塊式管道下料機(jī) 優(yōu)點(diǎn)：定位準(zhǔn)，切割準(zhǔn)確。缺點(diǎn)：1、制造成本高；2、設(shè)備重，部件多，安裝費(fèi)時(shí)費(fèi)力；3、配件多，價(jià)格昂貴，且一組定位塊只能適合某一種特定管徑，一個(gè)齒條軌道，只能適合其中幾種管徑的切割，要實(shí)現(xiàn)柔性功能，要配全各種型號(hào)的配件。4、國(guó)內(nèi)沒(méi)有廠家做這種下料機(jī)，一般都是從國(guó)外進(jìn)口，維修成本高， 一次維修費(fèi)高達(dá)萬(wàn)元以上。STZQ系列軌道鏈條復(fù)合式自動(dòng)管道下料機(jī) 優(yōu)點(diǎn)：1、超高的切割精度；2、方便的控制模式； 3、簡(jiǎn)便的安裝過(guò)程；4、更強(qiáng)的適應(yīng)能力；5、優(yōu)越的防滑性能
在本次研究中，稍微吸取上述下料機(jī)的各自優(yōu)點(diǎn)，并結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了一款定位塊式托輥鋼管切斷機(jī)。目的在于對(duì)我國(guó)鋼管切割方面盡一點(diǎn)綿薄之力意見(jiàn)，以求在一定程度上提高產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。
1 鋼管自動(dòng)下料機(jī)
1.1 機(jī)床主要規(guī)格及技術(shù)參數(shù)
切斷鋼管直徑 φ60-φ159
切斷鋼管長(zhǎng)度 200-2000mm
切斷長(zhǎng)度誤差 ≤0.5mm
切斷兩端面平行度 ≤0.4mm
最大送料長(zhǎng)度 12000mm
工作時(shí)，除上料外，其余工序(送料、定位、夾緊、倒角、切斷)在此設(shè)備上自動(dòng)完成，調(diào)整簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高。該設(shè)備應(yīng)采用硬質(zhì)合金刀加工，工作效率高，采用可編程序控制器(PLC)為中心的控制系統(tǒng)，限位采用無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，動(dòng)作程序準(zhǔn)確可靠。
1.2 機(jī)床簡(jiǎn)介
1.2.1機(jī)床主要用途及適用范圍
本機(jī)床是帶式輸送機(jī)托輥鋼管切斷、兩端倒角一次自動(dòng)完成的專(zhuān)用設(shè)備。倒角、切斷后不需輔助加工，其精度能滿足托輥鋼管的技術(shù)要求。適用于目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的帶式輸送機(jī)托輥鋼管的切斷加工。除上料外，其余工序（送料、定位、夾緊、倒角、切斷）在此設(shè)備上自動(dòng)完成，調(diào)整簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高。該設(shè)備采用硬質(zhì)合金刀加工，工作效率高。采用可編程序控制器（簡(jiǎn)稱(chēng)PLC）為中心的控制系統(tǒng)，限位采用無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，動(dòng)作程序準(zhǔn)確可靠。適用于大批量的專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)。
1.2.2 機(jī)床工作適用條件
適用于海拔不超過(guò)1000米，環(huán)境溫度在10～40℃之間，無(wú)粉塵及各種腐蝕介質(zhì)的場(chǎng)合，被加工的管子須去除浮銹。
1.3 機(jī)床結(jié)構(gòu)概述
1.3.1機(jī)床工作原理
機(jī)床的工作過(guò)程: 小車(chē)在導(dǎo)軌上推動(dòng)鋼管前進(jìn)，鋼管穿過(guò)中空的主軸，頂住主軸箱另一側(cè)的定尺機(jī)構(gòu)，由定尺確定要切斷倒角的鋼管的長(zhǎng)度（從切刀刀頭到定尺的邊緣即為工件的切斷長(zhǎng)度）。當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)小車(chē)推動(dòng)的鋼管頂住定尺時(shí)，定尺右側(cè)的感應(yīng)開(kāi)關(guān)發(fā)出信號(hào)，彈簧夾套立即夾緊鋼管，待夾緊到位后倒角刀切斷刀依次進(jìn)行,整個(gè)過(guò)程鋼管逆時(shí)針連同主軸一起同步旋轉(zhuǎn),刀具做進(jìn)給運(yùn)動(dòng).待刀具到位后被切斷的鋼管自動(dòng)落料,刀具放松退回到位,下一次循環(huán)開(kāi)始.整個(gè)循環(huán)過(guò)程按照“小車(chē)送料--送料到位--夾緊--進(jìn)刀--進(jìn)刀到位--自動(dòng)落料--放松退回--退回到位--小車(chē)送料”的步驟進(jìn)行。
1.3.2各主要部件結(jié)構(gòu)、性能
主軸箱座: 材料選用鑄鐵,有減少震動(dòng)作用,支承主傳動(dòng)箱及主軸電機(jī)，并連接定尺機(jī)構(gòu)。
主傳動(dòng)箱：通過(guò)主軸電機(jī)經(jīng)減速機(jī)構(gòu)帶動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過(guò)夾緊軸、彈簧夾套使鋼管旋轉(zhuǎn)，且可根據(jù)不同管子的直徑實(shí)現(xiàn)變速。
刀架（兩套）：由液壓缸帶動(dòng)執(zhí)行進(jìn)刀、退刀，分別實(shí)現(xiàn)鋼管的倒角、切斷。
送料小車(chē)：此小車(chē)由電機(jī)通過(guò)減速機(jī)構(gòu)帶動(dòng)行走，推動(dòng)鋼管到位后進(jìn)行加工。
定尺機(jī)構(gòu)：根據(jù)要求，可沿床身導(dǎo)軌移動(dòng)定尺座，調(diào)整鋼管的切斷長(zhǎng)度。工作時(shí)，定尺油缸伸出—實(shí)現(xiàn)鋼管定位，然后自動(dòng)退回--保證切斷后的鋼管順利退出。
1.4 機(jī)床電器系統(tǒng)
1.4.1 電源
操作臺(tái)外接電源為三相380V50HZ交流電，零線需可靠連接，保證50A電流，電源線大于10mm2，操作臺(tái)內(nèi)“31”號(hào)線（PLC接地線）必須單獨(dú)接地，導(dǎo)線大于2mm2，接地電阻小于100Ω，切不可與其它設(shè)備共地。
1.4.2控制按鈕功能
（1）主令開(kāi)關(guān)SA：用于工作方式轉(zhuǎn)換，自動(dòng)循環(huán)-循環(huán)停止-手動(dòng)調(diào)整。
（2）油泵啟動(dòng)、油泵停止、主軸啟動(dòng)、主軸停止，分別用于控制油泵電機(jī)和主軸電機(jī)，它們的使用沒(méi)有工作方式的要求。
（3）送料：料車(chē)退回為點(diǎn)動(dòng)按鈕，控制料車(chē)的前進(jìn)和后退。
（4）夾緊：在手動(dòng)調(diào)整狀態(tài)下使用，按動(dòng)此按鈕，夾緊油缸動(dòng)作，夾緊工件，再按一次則松開(kāi)（此時(shí)主軸孔中必須有相應(yīng)尺寸的工件）。
（5）進(jìn)刀、退刀：在手動(dòng)調(diào)整狀態(tài)下使用，為點(diǎn)動(dòng)按鈕。
（6）循環(huán)啟動(dòng)：在自動(dòng)循環(huán)狀態(tài)下使用，使設(shè)備自動(dòng)連續(xù)工作。在循環(huán)狀態(tài)工作中，當(dāng)管端與小車(chē)頂尖頂緊不牢時(shí)，可按送料按鈕使小車(chē)頂緊管子。
（7）緊急制動(dòng)：在緊急情況下使用，可切斷控制電源，緊急停止設(shè)備動(dòng)作。
1.4.3可編程序控制器（PLC）簡(jiǎn)介
PLC是設(shè)備控制系統(tǒng)的中樞，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是高精度、大規(guī)模集成電路，應(yīng)特別注意維護(hù)與保養(yǎng)，并做定期檢查，及時(shí)解決出現(xiàn)的問(wèn)題。不要放置于高溫、潮濕、振動(dòng)或有沖擊的地方。運(yùn)輸時(shí)應(yīng)采取防振措施，盡量減少振動(dòng)。不要用腐蝕性較大的溶劑擦洗機(jī)殼。注意不要把電線頭、螺絲等零星物品落進(jìn)機(jī)殼內(nèi)。
2 機(jī)床元件主要參數(shù)的選擇及校核
2.1刀具的選擇
2.1.1 刀具牌號(hào)材料的選擇
加工鋼管材料為碳素鋼，選用硬質(zhì)合金鋼刀具，YT類(lèi)刀具適合加工碳素鋼，YW類(lèi)刀具加工鑄鐵，硬質(zhì)合金的硬度，耐磨性、耐熱性很高，切削速度遠(yuǎn)超過(guò)高速鋼，加工效率高。而YT5相對(duì)YT15韌性較好,硬度較高，不易損壞。所以刀具選用YT5。
牌號(hào)
WC
TIC
TAC
CO
密度
硬度
抗彎強(qiáng)度
抗壓強(qiáng)度
彈性模量
ISO牌號(hào)
TY5
85
5
10
12.5~13.2
89.5
104
4.6
590~600
P30
2.1.2刀具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
切刀
倒角刀
2.2電機(jī)的選擇
2.1.1轉(zhuǎn)速的確定
刀具的切削力Fc與切削速度V有關(guān)，當(dāng)選擇進(jìn)給量s，轉(zhuǎn)速到達(dá)n穩(wěn)定時(shí)，切削力基本保持不變。
整個(gè)過(guò)程的動(dòng)作時(shí)間（自定尺后到倒角切斷完成過(guò)程中）為15秒。主軸的旋轉(zhuǎn)速度n<400r/min，初選刀具的進(jìn)給量s=0.2mm/r,而t=15s則有一個(gè)過(guò)程總的進(jìn)給量為6mm(管子的壁厚)，則15s最少需要轉(zhuǎn)30r,而倒角刀與切斷刀同時(shí)動(dòng)作 , 則就有n=120r/min考慮傳動(dòng)中的損失，取n=150r/min,初選電機(jī)級(jí)數(shù)為6，就有n同=1000r/min實(shí)際轉(zhuǎn)速n=980r/m 總的傳動(dòng)比η=(980r/min)/(150r/min)=6.53
2.2.2初選傳動(dòng)比I和齒輪齒數(shù)
根據(jù)傳動(dòng)比的選擇原則，傳動(dòng)副要“前多后少”傳動(dòng)路線要“前密后疏”降速要“前慢后快”由上述原則初選I=1.65 I12=2 I23=1.98
對(duì)于不同直徑的管子主軸的轉(zhuǎn)速不同,需要有調(diào)速裝置,采用不同齒數(shù)的齒輪嚙合,從而改變傳動(dòng)比,進(jìn)而滿足末端軸有不同的轉(zhuǎn)速。對(duì)于管子直徑較小的主軸轉(zhuǎn)速可以快一些, 可取n=200r/min 此時(shí)的總傳動(dòng)比η=(980r/min)/(200r/min)=4.9,而具體的傳動(dòng)比為 I=1.65 I12=1.4 I23=1.98
對(duì)于不同齒數(shù)的齒輪傳動(dòng)可以選用滑移齒輪傳動(dòng)，一般滑移齒輪選擇相互靠近的窄排列，且符合Z2-Z1＞4。則選擇Z1=28 Z2=35 Z3=56 Z4=49
2.2.3初算刀具的切削力FC，（按切斷刀計(jì)算）
切向力（切削力）PX=CPXT0.72S0.8 CPX=388 PX=3360N （t為切削深度s=0.2 PY=CPYt0.73s0.67 CPY=141 PY=1481N
對(duì)工件圓管來(lái)說(shuō)扭矩T=PXr=3360×80×10-3=268.8Nm
而總的刀具扭矩T總=2T=268.8×2=537.6Nm
工件的質(zhì)量 M1=12×22.64=271.68Kg
軸與夾套的質(zhì)量M2=11×68.56=75.42Kg
轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J1=M1r2=271.68×0.082=1.7387521Kgm2
J2=M2r2=75.42×(0.1)2=0.7542 Kgm2
2.2.4確定電機(jī)的參數(shù)
以0.5s為啟動(dòng)時(shí)間 則角加速度α=W/T=2πn/t=800π則轉(zhuǎn)矩T工件=（J1+J2）*α=（1.738752+0.7542）×800π=6262.3Nm
考慮齒輪間的傳動(dòng)效率則有T輸=（T工件+T刀具）/η總，η總=ηⅢηⅡⅢηⅡηⅡⅠηⅠη0=0.98×0.98×0.9×0.98×0.8×0.9=0.61則T輸=（6262.3+537.6）/0.01=11147.4Nm又初定電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速n=980r/min 又根據(jù)T=9550×P/n
P=11147.4×980／9550=11.4(KW)
型號(hào)
額定功率
額定電流
效率
功率因數(shù)
額定轉(zhuǎn)矩
最大轉(zhuǎn)矩
額定轉(zhuǎn)速
Y180L-6
15KW
31.6A
89.5%
0.81
1.8Nm
2.0Nm
980r/min
初選電機(jī)為15KW(同步轉(zhuǎn)速n=1000r/min) 型號(hào)為Y180L-6
2.3 齒輪的確定
直齒輪用于高速小扭矩的軸上，而斜齒輪用于低速大扭矩的軸上，所以初級(jí)減速的軸Ⅰ、Ⅱ用直齒輪，末端軸Ⅲ用斜齒輪。
2.3.1 直齒輪參數(shù)的確定
由于軸一二的轉(zhuǎn)速較高，相對(duì)于來(lái)說(shuō)該軸上的扭矩就比較小，而直齒輪剛好符合這種要求，所以軸一二上均選用直齒輪。
已知參數(shù)m z1 z2 z3 z4 α
（1）第一組直齒輪參數(shù)的確定
端面模數(shù) m=4 z1=28 z3=56
端面齒形角 at=20°
分度圓直徑 d1=z1m=28×4=112mm
d3=z3m=56×4=224mm
齒頂高 ha1=ha2=m=4mm
齒根高 hf=1.25m=5mm
全齒高 h=ha+hf=9mm
齒頂圓直徑 da1=d1+2ha1=(z1+2)m=30×4=120mm
da3=d3+2ha3=232mm
齒根圓直徑 df1=d1-2hf=(z1-2.5)m=(28-2.5)×4=102mm
df3=d3-2hf=(z3-2.5)×m=(56-2.5)×4=214m
中心距 a1=(d1+d3)/2=(z1+z3)m/2=(28+56)×4=168mm
（2）第二組直齒輪參數(shù)的確定
端面模數(shù) m=4 z2=35 z4=49
端面齒形角 at=20°
分度圓直徑 d2=z2m=35×4=140mm
d4=z4m=49×4=196mm
齒頂高 ha1=ha2=m=4mm
齒根高 hf=1.25m=5mm
全齒高 h=ha+hf=9mm
齒頂圓直徑 da2=d2+2ha2=(z2+2)m=37×4=148mm
da4=d4+2ha4=(z4+2)m=51×4=204mm
齒根圓直徑 df2=d2-2hf=(z2-2.5)m=(35-2.5)×4=130mm
df4=d4-2hf=(z4-2.5)×m=(49-2.5)×4=170m
中心距 a2=(d2+d4)/2=(z2+z4)m/2=(35+49)×4=168mm
2.3.2 斜齒輪參數(shù)的確定
末段軸的轉(zhuǎn)速較低，扭矩比較高，直齒輪不能很好滿足需要，而斜齒輪剛好符合這種要求，所以軸三的齒輪就選用斜齒輪。
已知參數(shù)mn =5mm z1=44 z2=87 β=8°20′22″ αn =20°
端面模數(shù) mt= mn/cosβ=5/cos8°20′22″=5/0.99=5.05mm
端面齒形角 tanαt=tanαn/cosβ=tan20°/cosβ
分度圓直徑 d1=z1mt/cosβ=5×44/cos8°20′22″=220/0.99=222.22mm
d2=z2mt/cosβ=5×87/cos8°20′22″=435/0.99=439.39mm
齒頂高 ha1= ha2=mn=5mm
齒根高 hf=1.25mn=1.25×5=6.25mm
全齒高 h=ha+hf=2.25mn=2.25×5=11.25mm
齒頂圓直徑 da1=d1+2ha1=222+2×5=232mm
da2=d2+2ha2=439+2×5=449mm
齒根圓直徑 df1=d1-2hf=222-2×6.25=209.5mm
df2=d2-2hf=439-2×6.25=426.5mm
中心距 a=(d1+d2)/2=(222+439)/2cosβ=661/（2×0.99）=331mm
2.3.3齒輪的校核
齒輪的校核主要依據(jù)按接觸強(qiáng)度，彎曲強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算模數(shù)，再對(duì)所確定的模數(shù)進(jìn)行驗(yàn)算，從而達(dá)到校核的目的。
（1）直齒輪的校核：
Z=28的模數(shù)的計(jì)算
估算模數(shù)
傳動(dòng)比 i=Z2/Z1=56/28=2 外嚙合
齒寬系數(shù) φm=5-10 7.5
齒輪傳遞的名義功 P=Pxη=15x0.8x0.98 11.76kw
載荷系數(shù) K=0.8-1.6 1.0
許用接觸 σHP =0.9 x σHlim=1035N/mm2 圖 3.4-3查得，
σHlim=1150N/mm2
許用齒根應(yīng) 單向受力σFP=1.4σFlim=504N/mm2 圖 3.4-4查
σFlim=360N/mm2
按接觸強(qiáng)度 mH=16020(KP(i+1)/ φmncz12σHP2i)1/3
=16020(1.0x11.76x3/7.5x595x282x10352x2)1/3 2.68mm
按彎曲強(qiáng)度 mF=430(KP/φmncz1σFPi)1/3= 1.95mm
標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=4mm
驗(yàn)算模數(shù)
使用系數(shù)： KA=1.2 表3.4-31
功率利用系數(shù)： KHP=0.8 KFP=0.88 表3.4-32
轉(zhuǎn)速變化： KHn=0.97 KFn=0.98 Rn=1000/150<50
工作期系數(shù)： KHt=（60nmint/N∞）1/P 表3.4-34
=(60x150x16000/5x107)1/6.6=1.174
KFt=（60nmint/N∞）1/P 彎曲:P=8.7
=(60x150x16000/3x106)1/8.7 =3x106
變動(dòng)工作系數(shù)KHPnt=KHPx0.8x0.97x1.174=0.911 表3.4-36
KFPnt=KHPxKHNxKHt=0.88x0.98x1.561=1.346>1
名義切向力： Ft=1.9x107xP/(dnc)=1.9x107 x11.76/112x595
得3353N
圓周速度：v=nmaxZ1mn/6000COSβ nmax=595r/min
=3.14x595x4x28/60000 得3.49m/s
動(dòng)載系數(shù)： Kv=1+[k1/(FKA/b)+K2]Z1v[i2/(1+i2)]1/2/100
=1+[12.10x30/3353x1.2+0.0192]x28x3.49x(4/1+4)1/2/100
=1.002b=30mm 由表3.4-37 k1=12.10,k2=0.0192
齒向載荷：KHβ=1.1由圖3.4-5 3.4-6， b/d1=30/112=0.27
分布系數(shù)： KFβ=1.2 KHβ=KFβ=0.18+1+0.15 得1.33
齒間載荷：KH由表3.4-38 FtKA/b=3353x1.2
分配系數(shù)：KFα KHα= KFα/30=134N/mm
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)：ZH 圖3.4-7 得2.5
彈性系數(shù) ： ZE 表3.4-39 189.8（N/mm2）1/2
齒輪副均為鋼
重合度及螺旋角系數(shù)Zεβ（接觸） 圖3.4-8 得0.9
εα=εα1+εα2=0.75+0.91=1.66
許用接觸應(yīng)力： 圖3.4-3及圖3.4-9 采用HJ-20,v=17-23,
σHP=1150x0.91 得1047N/mm2
ZLVR=0.91
復(fù)合齒行數(shù)： 剃齒圖3.4-11 YFS=4.84
復(fù)合度及螺旋角系數(shù)（彎曲） 圖3.4-12 Yεβ=0.70
許用齒根系數(shù) ： 3.4-4σFP=1.3X360 468N/mm2
按接觸強(qiáng)度驗(yàn)算模數(shù) ：mH=267[KAKHPntKVKHβKHα<4
按彎曲強(qiáng)度驗(yàn)算模數(shù) ： mF<4mm
結(jié)論 模數(shù)取為4mm滿足設(shè)計(jì)要求
（2）斜齒輪的校核：
Z=44的模數(shù)的計(jì)算
估算模數(shù)
傳動(dòng)比 i=Z6/Z5=87/44=1.98 外嚙合
齒寬系數(shù) φm=5-10 7.5
齒輪傳遞的功率 P=Pxη=15x0.8x0.98x0.8x0.98 10.37kw
載荷系數(shù) K=0.8-1.6 1.0
許用接觸力 σHP =0.9 x σHlim=1035N/mm2 圖 3.4-3查
σHlim=1150N/mm2
許用齒根應(yīng)力單向受力 σFP=1.4 σFlim=504N/mm2
σFlim=360N/mm2
按接觸強(qiáng)度 mH=16020(KP(i+1)/ φmncz12σHP2i)1/3
nc=417r/min=16020(1.0x10.37x2.98/7.5x417x442x10352x1.98)1/3 2.15mm
按彎曲強(qiáng)度 mF=430(KP/φmncz5σFPi)1/3= 1.82mm
選取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) m=4mm
驗(yàn)算模數(shù)
使用系數(shù)： KA=1.2 表3.4-31
功率利用系數(shù)： KHP=0.8 表3.4-32
KFP=0.88
轉(zhuǎn)速變化系數(shù)： KHn=0.97 Rn=1000/150<50
KFn=0.98
工作期系數(shù)： KHt=（60nmint/N∞）1/P 表3.4-34
=(60x150x16000/5x107)1/6.6 接觸:P=6.6
=1.174
KFt=（60nmint/N∞）1/P
=(60x150x16000/3x106)1/8.7=1.69
變動(dòng)工作系數(shù)：KHPnt=KHPxKHNxKHt 據(jù)表3.4-30注
=0.8x0.97x1.174=0.911 與表3.4-36
KFPnt=KHPxKHNxKHt=0.88x0.98x1.561=1.346>1
名義切向力：Ft=1.9x107xP/(dnc)=1.9x107 x10.37/(220x417)
得2147.7N
圓周速度：v=nmaxZ5mn/6000COSβ nmax=417r/min
=3.14x417x44x5/（60000x0.9） β=8°20′22 ″
得4.85m/s
動(dòng)載系數(shù)： Kv=1+[k1/(FKA/b)+K2]Z1v[i2/(1+i2)]1/2/100
=1+[12.10x84/2147.7x1.2+0.0192]x44x4.85
x(1.982/1+1.982)1/2/100=1.782
b=84mm 由表3.4-37，k1=12.10,k2=0.0192
齒向載荷 ： KHβ由圖3.4-5 3.4-6， b/d1=84/220=0.38
分布系數(shù)： KFβ KHβ=KFβ=0.36+1+0.2 得1.56
齒間載荷： KHα=1.1由表3.4-38 FtKA/b=2147.7x1.2
分配系數(shù)： KFα=1.2 KHα= KFα /84=30.68N/mm
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)： ZH=2.5
彈性系數(shù)： ZE= 189.8（N/mm2）1/2
齒輪副均為鋼
重合度及螺旋角系數(shù)：Zεβ=0.9
εα=εα1+εα2=0.75+0.91=1.66
許用接觸應(yīng)力： 采用HJ-20,v=17-23,
σHP=1150x0.91得1047N/mm2
ZLVR=0.91
復(fù)合齒行系數(shù)剃齒圖3.4-11 YFS=4.84
復(fù)合度及螺旋角系數(shù)（彎曲） 圖3.4-12 Yεβ=0.70
許用齒根應(yīng)力： σFP=1.3X360 468N/mm2
按接觸強(qiáng)度驗(yàn)算模數(shù) mH=267[KAKHPntKVKHβKHα
<4mm
按彎曲強(qiáng)度驗(yàn)算模數(shù) mF=3.240mm<4mm
結(jié)論 模數(shù)取為4mm滿足設(shè)計(jì)要求
2.4皮帶的選擇與計(jì)算
保證帶在工作中不打滑，并具有一定的疲勞強(qiáng)度和使用壽命是V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)的主要根據(jù)，也是靠摩擦傳動(dòng)的其他帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)的主要根據(jù)。此機(jī)床選擇普通V帶中的B型帶，其設(shè)計(jì)計(jì)算如下：
計(jì)算功率 PC=KaxP=1.2x15 18kw
選擇帶型 小帶輪轉(zhuǎn)速n1=980r/min B型帶
小帶輪的基準(zhǔn)直徑 dd1=125-140 取140mm 為了提高帶的
壽命，如結(jié)構(gòu)允許應(yīng)選較大直徑
大帶輪的基準(zhǔn)直徑 dd2= n1dd1/n2(1-ε)
ε=1.65x140x0.99
帶速 v=πdd1n1/60x1000≤vmax
v=20
初定中心距 0.7（dd1+dd2）〈a 0.7x362=253mm
a0=255mm
帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度 Ld0=2a0+π（dd1+dd2）/2+（dd2-dd1）2/4a0
=2x255+π/2x362+822/(4x255) =1120mm
中心距 a=a0+(Ld-Ld0)/2=255+17 =272mm
a的范圍： amax=a+0.03 Ld=272+33.6=306mm
amin=a-0.015 Ld =272-16.8=255mm
小帶輪的包角 a1=180°-（dd2-dd1）x57.3°/ a≥120° a1=162.7
單根V帶傳動(dòng)功率及其增量 P0=2.2KW △P0=1.5KW
帶的根數(shù)Z Z==0.95x0.84x18/3.7=3.84 Z取4根
單根帶的初拉力F0 F0=500(2.5/ Kα-1)Pα/ZV+mv2
=500x(2.5/0.95-1)15/4x7+0.2x72=447N
作用于軸上的力 Fr Fr=2F0Zsin(α/2)=2x447x4xSin80°
=3504N
2.5 主軸的校核計(jì)算
設(shè)計(jì)圖紙中可以看出，主軸為最危險(xiǎn)軸只需考慮主軸的強(qiáng)度是否符合要求，主軸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下：
主軸的轉(zhuǎn)速為n轉(zhuǎn)=417×0.9×0.98=368r/min 由于機(jī)械損失傳遞到主軸的功率P=15×0.8×0.9×0.98×0.9×0.98=9.34KW 傳遞到該軸的扭轉(zhuǎn)力矩為Me
Me=9550×P/368=9550×9.34/368=242.4Nm ，力矩Me是通過(guò)齒輪傳送的應(yīng)有（F為切削力）F*D/2=Me(D=0.435m)就是F=2Me/D=2×242.4/0.435=1114.5N 由平衡方程得齒輪上的法向力Fn對(duì)軸線的力矩Me′應(yīng)與軸上的力矩Me相等 即 Me′=Fncos45°d1/2=Me Fn=2 Me/( cos45°d1)=（2×242.4）/(240×10-3×0.707)=2857N 具體的彎矩和扭矩圖如下
在截面1上,扭矩為242.4Nm合成彎矩M分別為M=(Mx2+My2)0.5=(1288.72+14012)0.5=1903Nm 抗彎截面系數(shù)W=π(D4-d4)/(32D) 其中D=240mm d=180mm W=9.2×10-6 最大許用應(yīng)力為[σ]=85MPa
按第三強(qiáng)度理論進(jìn)行校核,則有(1/W)*(M2+T2)0.5=(1/9.2×10-8)×(19.32+242.42)0.5=22.7Mpa＜[σ]
符合強(qiáng)度定義,該軸滿足設(shè)計(jì)要求
2.6 軸承的的校核
由設(shè)計(jì)圖紙可知主要考慮軸承所受的軸向力，徑向所受的力只是受載荷作用的重力，只需考慮角接觸軸承所受的力，它是靠液壓缸的運(yùn)動(dòng)推動(dòng)其運(yùn)動(dòng)的,液壓缸的缸內(nèi)面積A=πr=3.14×(110/2)2=9.5×10-3m2 液壓缸所受壓力為F=PA=4.5×106×9.5×10-3=4.3×104N 兩個(gè)相同的缸共受力F總=2F=86KN 輸出載荷為Poc=K0P0=1.15F總=1.15×8.6×104=9.89×104N。而軸承間是以背對(duì)背的方式進(jìn)行組合的。
其中軸承的基本參數(shù)如下：
計(jì)算結(jié)果
1.壽命的計(jì)算
（1）選取軸承型號(hào)7240AC 由軸頸直徑及載荷性質(zhì)
徑向基本額定動(dòng)載荷Cr 3.1-9 558KN
徑向基本額定靜載荷C0r 3.1-9 895KN
極限轉(zhuǎn)速nlim 3.1-9 900 r/min
判斷系數(shù)e e=0.68
系數(shù) Y =0.87
系數(shù) X ==0.41
（2）計(jì)算附加軸向力
軸承徑向載荷Fr1,Fr2 Fr1= Fr2 500N
附加軸向力S1，S2 S=eFr 1020N
(3)計(jì)算單個(gè)軸承的軸向載荷
軸向載荷FA 9.89×104 N
Fa1=S1 =1020N
Fa2=S1+FA= 9.992×104N
(4)計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷
Pr1 Fa1/ Fr1＞e 912.6N
Pr2 Fa2/ Fr2＞e 3.85×104N
(5)壽命L10h 106/60n(c/p)ξ 18.5×106＞20000h額定靜載荷驗(yàn)算
（1）當(dāng)量靜載荷
Por1=Por2=9.89×104N
(2)所需額定靜載荷
安全系數(shù)S0 2.5S0P0r 247KN＜C0r
（3）極限轉(zhuǎn)速計(jì)算
載荷系數(shù)f1=1
載荷因數(shù)f2=0.9
f1 f 2 nlim
810r/min＞n軸
校核結(jié)果 符合要求
2.7液壓系統(tǒng)
2.7.1結(jié)構(gòu)：
泵組由Y132M1-6交流異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)NZ撓性爪型聯(lián)軸器帶動(dòng)YB1-10/32雙聯(lián)葉片泵組成。油泵的吸油口加設(shè)WU-100×180網(wǎng)式濾油器，防止油液中較大顆粒進(jìn)入液壓傳動(dòng)系統(tǒng)引發(fā)控制閥的誤動(dòng)作。本系統(tǒng)由卸荷閥控制低壓大泵的卸荷，由溢流閥設(shè)定小泵壓力。液壓元件采用疊加閥。油箱內(nèi)設(shè)隔板，使吸、回油管分開(kāi)。
2.7.2工作原理
由雙聯(lián)葉片泵排出液壓油分兩路進(jìn)入液壓系統(tǒng)：小泵排出油液經(jīng)單向閥l、大泵排出油液經(jīng)單向卸荷閥k，這兩部分油液合并進(jìn)入油路塊。采用此回路可以使各油缸快速運(yùn)動(dòng)而需大流量低壓油時(shí)，由雙泵同時(shí)供油，保證了運(yùn)動(dòng)速度；而切斷缸、倒角缸工作進(jìn)給時(shí)用油量極小，此時(shí)大泵排油全部經(jīng)卸荷閥在低壓（3Mpa）排回油箱。這種設(shè)計(jì)既可保證系統(tǒng)的高工作效率，又可節(jié)能和減少發(fā)熱。切斷和倒角回路均采用背壓閥，可使進(jìn)給運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，減小負(fù)載變化的影響，避免切斷工件時(shí)刀具前沖。選用調(diào)速閥可根據(jù)加工需要任意調(diào)整速度。夾緊回路中使用了液控單向閥可使夾緊運(yùn)動(dòng)不受系統(tǒng)中壓力波動(dòng)的影響。系統(tǒng)壓力由溢流閥調(diào)定。
3.送料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
3.1送料機(jī)構(gòu)形式的確定：
3.1.1 送料小車(chē)
它采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)小車(chē)在導(dǎo)軌上進(jìn)行送料，它具有使用方便耐用能，能對(duì)較重的工件進(jìn)行送料，采用無(wú)觸點(diǎn)限位開(kāi)關(guān)，可以準(zhǔn)確的控制小車(chē)的送料，在送料過(guò)程中可以減少管子的中心偏差。
齒輪齒條，能夠精確的傳遞送料，具有較好的傳動(dòng)效率，但齒輪強(qiáng)度要求，制造比較麻煩，不能很好的避免送料過(guò)程中不斷的受到?jīng)_擊力，容易使齒輪出現(xiàn)較大磨損。
絲杠螺母，傳動(dòng)效率高，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，摩擦力小，靈敏度高、低速無(wú)爬行，使用可靠性高，可以用作精密定位自動(dòng)控制、動(dòng)力傳遞和運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換。但是它的抗沖擊性不好，剛度較低。
液壓缸傳動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)大范圍的無(wú)級(jí)調(diào)速，反映速度快，易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)，易于實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，操作省力，控制方便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。但是送料的距離太遠(yuǎn)，導(dǎo)致液壓缸太長(zhǎng)，使制造上困難，使用上產(chǎn)生不便。
從以上幾種形式中，聯(lián)系該機(jī)床的實(shí)際工作要求，優(yōu)選送料小車(chē)，它既能滿足送料要求，在使用壽命和制造成本的方面考慮也是十分理想的。
3.2送料小車(chē)的設(shè)計(jì)
3.2.1 確定傳動(dòng)形式
采用“電機(jī)——皮帶——蝸輪蝸桿”的減速形式，皮帶的作用可以緩解沖擊，在送料過(guò)程中受阻力過(guò)大，可以打滑斷裂。如果直接以齒輪的嚙合方式傳動(dòng)，很容易將齒輪齒面損壞，或斷齒。
3.2.2選擇小車(chē)電機(jī)
根據(jù)節(jié)拍確定送料速度，6300mm/min ?即角速度ω=10.4弧度/分，選擇電機(jī)Y系列異步電動(dòng)機(jī)，級(jí)數(shù)P=6，同步轉(zhuǎn)速為1000r/min 、度0.4hu?ji