1、矩形型材端面坡口銑削機設計學 校姓 名專 業指導教師姓名 戴雙印 林靜目 錄摘 要 1第一章 緒論21.1課題來源及意義21.2矩形型材斷面坡口銑削機的國內外研究現狀21.3機械銑削機發展趨勢3第二章 機床總體設計42.1機床總體方案設計的依據42.2工藝分析52.3機床主要參數的確定62.4進給驅動電動機功率的確定8第三章 端面坡口銑削機的機械部分設計93.1傳動部分的設計93.2軸承的選取123.3聯軸器的選取123.4導軌的選取12第一章 緒論1.1課題來源及意義在自動化焊接生產線上，為了提高焊接質量提高生產效率，需要在矩形型材的焊接端面上開坡口，人工進行坡口工作效率太低而且還浪費人力，

2、利用矩形型材端面坡口銑削機可以提高工作效率，降低工人的勞動強度，并提高破口質量。為了使兩塊矩形鋼材能夠牢固的對接在一起，需要將兩鋼材開坡口，為了滿足這種需要矩形型材端面坡口銑削機就應運而生了，這臺機器具有操作少，結構比較簡單，效率高等優點。既提高焊接強度，又保證焊接成品件的連接質量。在型鋼非標準設備現場制作中，經常遇到一些尺寸較大、重量較重的部件的破口加工，如型鋼的焊縫坡口加工、短側板的焊縫坡口加工、分解槽壁板縱焊縫坡口加工等，對于這些焊縫坡口加工，如果使用火 自動切割機切割，坡口尺寸偏差較大，互換性差，而如果使用刨邊機，龍門銑等大型機床切削，不僅加工臺班費昂貴，而且大型機床不適于在各個施工現

3、場之間頻繁搬，針對以上情況，我們提出了研制坡口專用銑削機床的課題。為了使研制工作切合實際、有的放矢，我們首先認真分析了矩形型鋼端面的加工特點。為了使適應廣大客戶的需要，我們要求設計了矩形型材端面坡口銑削機，這種機械有很大的發展潛力，即使在金融危機的影響下會有更好的發展。1.2矩形型材斷面坡口銑削機的國內外研究現狀我國的無錫大周焊割機械有限公司生產的有關坡口/端面加工設備就只有三種產品分別是DZXB-銑邊機，DZX 系列端面銑，GD-20滾剪倒角機。而國外也只是有一些管道坡口機等等之類的坡口機，還有十一冶安裝工程公司制作了兩套臥式坡口銑削專用機床，一次試車成功，并先后在云南鋁業公司，河南焦作萬方

4、鋁業公司、山東魯西鋁廠和四川廣興鋁業公司的電解槽制作工程中投入使用 ，發揮了重要的作用，解決了電解槽等非標設計超大零部件坡口機械化生產問題，保證了質量和工期，節約了成本像這種用于銑削矩形型材的坡口銑削機還不多。國外具有代表性的坡口機產品有以下幾種火焰切割/坡口機，由美國H&M公司生產，這種坡口機身采用鋁制的，重量輕，破口角度可調。管端坡口機，由意大利“古倍喜”公司生產，管端坡口機分為內卡式和外卡式，可以滿足不同工作環境的需求。全自動柔性切管機，由日本開發研制。美國的爬管式管道切割/坡口機是一種便攜式銑削機，包括美國瓦奇T-L-C 爬管式切割/坡口機，以及美國Mathey 公司生產的爬管式切割/

5、坡口機，德國GF 公司生產的用于薄壁細長管切割/開坡口的RA 系列管道切割兼坡口機。外國研發和生產的大多數都是管道式坡口機或銑削機，他們并沒有太多的涉獵用于矩形型材的坡口銑削機，也可以說這是他們的空白，具有很大的發展潛力。1.3機械銑削機發展趨勢機械制造業在國民經濟中占有重要的地位，是國民經濟各部門賴以發展的基礎，是國民經濟的重要支柱，是生產力的重要組成部分。機械制造業不僅為工業、農業、交通運輸業、科研和國防等部門提供各種生產設備、儀器儀表和工具，而且為制造業包括機械制造業本身提供機械制造裝備。機械制造業的生產能力和制造水平標志著一個國家或地區的科學技術水平、經濟實力。伴隨著國際經濟危機的不斷

6、加深及全球經濟增長的放緩，機床行業受宏觀經濟形勢的影響，呈現出增長逐步減緩的趨勢。自去年下半年以后，機床市場需求出現了嚴重滑坡。機械制造業的生產能力和制造水平，主要取決于機械制造裝備的先進程度。機械制造裝備的核心是金屬切削機床，精密零件的加工，主要依賴切削加工來達到所需要的精度。金屬切削機床所擔負的工作量約占機器制造總工作量的40%60%，金屬切削機床的技術水平直接影響到機械制造業的產品質量和勞動生產率。換言之，一個國家的機床工業水平在很大程度上代表著這個國家的工業生產能力和科學技術水平。顯然，金屬切削機床在國民經濟現代化建設中起著不可替代的作用。縱觀幾十年來的歷史，機械制造業從早期降低成本的

7、競爭，經過20世紀70年代、80年代發展到20世紀90年代乃至21世紀初的新的產品的競爭。目前，我國已加入世界貿易組織，經濟全球化時代已經到來，我國機械制造業面臨嚴峻的挑戰，也面臨著新的形勢：知識技術產品的更新周期越來越短，產品的批量越來越小，產品的性能和質量的要求越來越高，環境保護意識和綠色制造的呼聲越來越強，因而以敏捷制造為代表的先進制造技術將是制造業快速響應市場需要、不斷推出新產品、贏得競爭、求得生存和發展的主要手段。矩形型材端面坡口銑削機，是根據工件加工需要，以大量通用部件為基礎，配以少量專用部件組成的一種高效專用機床。它具有：生產率高；加工精度穩定；研制周期短，便于設計、制造和使用維

8、護，成本低；配置靈活等。正是由于這些特點的存在，決定了端面坡口銑削機在焊接領域的廣泛應用。矩形型材端面坡口銑削機采用高速銑削加工，而這種加工可獲得較高的金屬切除率、很高的加工精度和良好的加工表面質量，因此，在現代制造業中受到普遍重視，發展也相當迅速。相對于傳統的切削加工，高速加工中切削速度、進給速度都有了很大的提高，而且切削機理也不相同。隨著對高速加工技術研究的不斷深入，尤其是在加工機床、數控系統、刀具系統、CAD/CAM軟件等相關技術的推動下，高速切削加工技術已越來越多地應用于模具型腔的加工中。高速銑削加工的特點是熱變形小等優點，其單位功率的金屬切除率提高了30%40%，切削力降低了30%，

9、刀具的切削壽命提高了70%，留于工件的切削熱大幅度降低，低階切削振動幾乎消失。隨著切削速度的提高，單位時間毛坯材料的去除率增加了，切削時間減少了，加工效率提高了，從而縮短了產品的制造周期，提高了產品的市場競爭力。同時，高速加工的小吃刀量、大進給速度減少了作用在工件上的切削力，切屑的高速排出減少了傳遞到工件上的切削熱，相應地減少了熱應力變形，從而提高了工件的加工剛性，并為薄壁零件的切削加工提供了可能。對硬度超過HRC60的材料進行高速銑削加工，可在一定程度上替代效率較低的電火花加工，這樣，一定程度上縮短了模具的制造周期。與傳統銑削加工相比，高速切削加工具有溫升低等優點9。此次設計的是由于能力所限

10、，設計尚有許多不足之處，懇請各位老師給予指導。第二章 坡口銑削機的總體設計設計機床的第一步，是確定總體方案。總體方案是機床部件和零件的設計依據，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、經濟合理。2.1機床總體方案設計的依據工件是機床總體方案設計的重要依據之一，設計者必須明確工件的特點和加工要求。本次畢業設計要求設計一臺矩形型材端面坡口銑削機，用于矩形型材斷面軋制或是焊接成型的型材，與底板焊接或是兩型材對接時，焊接工藝要求斷面到坡口，工件材料為熱軋45號鋼，矩形型材200200400400，硬度為207241HBS, 生產批量為中小批量。加

11、工部位的加工要求如下：(1被加工表面的粗糙度均為R a 10；(2銑削角度（520）450 。機床設計力求簡單實用，考慮到切削材質單一，切削參數變化范圍十分有限， 因此銑削轉速不分檔，銑削高速鋼角銑刀1，刀齒材料為YG6， =450，d=80，B=22,D=27,Z=22。2.2工藝分析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；按作業形式可分平行作業、

12、順序作業、平行-順序作業等。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、性能以及經濟效果等方面的一系列變化。加工斷面坡口的方法有很多，比如說，銑削，刨削。對于對于矩形型材斷面，用刨床進行刨削加工時，機床需要兩個運動，機床和刀具結構簡單，裝夾在工件臺上快速，穩固，但生產率低，加工精度也達不到工件要求；用角銑刀進行銑削加工時，生產率不僅提高了，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，矩形型材斷面銑削機具有生產率高，加工精度穩定，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，當生產量很

13、大時，用矩形型材斷面銑削機進行加工更合理2。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、調整、維修，便于輸送、裝卸工件和排屑等；(4節省材料，占地面積小，即經濟效果好；(5造型美觀。考慮到工件較大，為簡化進給機構，采用工件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。矩形型材安裝在工作臺上，銑刀動力頭帶動銑刀作旋轉主運動，上下運動為進給運動，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。考慮到節能問題，在機床上

14、安裝了鏈輪和重錘，使重錘平衡掉一部分動力頭的重量和滑臺的重量，這樣使得進給動力變小，選擇較小的進給電機即可，如臺灣永坤YK 立式減速電機。此方案的有點是各部件均是針對矩形型材設計的，因此，結構緊湊，剛性好，生產效率高，加工質量穩定。由于本設備的制造數量較少，設計本專用機床的出發點，主要考慮其結構設計，保證其適用性及安全性，除一些較大部件或遠動部件如支座，滑臺采用HT200，其余部件均就地取材。為適應設備頻繁搬遷，不但整個機床可以解體，尺寸較大的零部件也應可以分解，同時設備應易于拆卸、吊裝，易于組合安裝，為防止機床在頻繁的拆卸、 吊裝過程中損壞，要適當增加零部件的安全裕度。在以上研制原則的指導下

15、，我們設計了坡口銑削專用設備，它的表面粗糙度可達6.3。確定機床運動，指確定機床運動的數目，運動類型以及運動的執行件。本次畢業設計的矩形型材斷面坡口銑削機的工藝方法是，用兩把角銑刀直接進行對型材端面的兩平行邊同時加工。相應的450坡口成形運動為：兩動力頭主軸的回轉運動，動力頭上下運動為進給運動；輔助運動為：動力頭主軸伸縮為調整運動。通過著寫運動即可完成所要求的坡口切削11。2.3機床主要技術參數的確定機床主要技術參數包括主參數和基本參數，基本參數又包括尺寸參數，運動參數，動力參數。矩形型材200200400400，材料為熱軋45號鋼，硬度為207241HBS ，生產類型為中小批量，熱軋毛坯。查

16、機械制造工藝設計簡明手冊表2.22.5, 取加工余量為2.5mm 。如果余量過大，不僅浪費金屬，增加切削工時，增加機床和道具的負荷，有時還會將加工表面所需保存的最耐磨的表面層切掉；如果余量過小，則不能去掉表面在加工前所存在的誤差和缺陷層以致產生廢品，有時還會使刀具處于惡劣的工作條件，例如刀尖要直接切削夾沙外皮和冷硬層加劇了刀具的磨損。為了合理確定加工余量，必須了解加工余量的各項因素如加工表面上的表面粗糙度，加工前的尺寸公差等。確定加工余量的方法，由工序余量確定背吃刀量；根據加工表面粗糙度要求確定進給量：選擇刀具磨鈍標準及確定刀具耐用度；確定切削速度，并按機床主軸轉速表選取接近的轉速。根據以上所

17、說，我確定采用高速鋼角銑刀，同時考慮到該銑床銑削工件的尺寸，初步選擇銑削轉速1440r/min左右，在此前提下，我查閱資料得出：a ：當進給速度在V=440mm/min270mm/min的范圍內、銑削深度為3t 0.8時，銑削粗糙度為10050：b ：當進給速度在V=270mm/min180mm/min的范圍內、銑削深度為3t 0.8時，銑削粗糙度為5025：c ：當進給速度在V=170mm/min的范圍內、銑削深度為t 0.8時，銑削粗糙度為12.5。由于施工圖部件坡口的粗糙度要求通常在2550之間，因此結合工地的實際情況，采用V=200mm/min，符合加工要求。由于被加工零件的銑削寬度為

18、20mm, 需進行一次走刀，即：a e =20mm。 根據組合機床設計簡明手冊第132133頁，選擇銑削切削用量。 銑削用量的選擇與要求的加工表面粗糙度值及其生產率有關系。當銑削表面粗糙度數值要求較低時，銑削速度應選高一些，每齒走刀量應小些。若生產率要求不高，可以取很小的每齒走刀量，一次銑削45mm 的余量達到R a =1.6m 的表面粗糙度。這時每齒的進給量一般為0.020.03mm 。根據本次設計所加工的零件要求，其表面粗糙度數值較低，加工材料為熱軋鋼，查切削用量手冊表4得：a f =0.030.05mm/z,V=1535m/min,取a f =0.04mm/z。機床的運動參數包括主運動轉

19、速和轉速范圍、進給量范圍、進給量數列以及空行程速度等。此次設計主要確定主運動的運動參數。有工作條件等查切削用量手冊表22得： F=9. 81C f a pd 0q f x f a f f y f a e f n f z k k n 60 （2-1）其中：C F ,=45，x F =1.0，y f =0.72，n f =0.88，q f =0，f =0.86，為有關系數和指數K F 為切削條件改變是，切削力的修正系數a e 銑削寬度，a e =20mma p 銑削深度，由于是一次銑削就能達到設計尺寸，則銑削深度為工件加工余量，即a p =20mm。a f 進給量，a f =0.04mm/zZ 齒

20、數，取Z=22則切削力大小為:F=5197.1N 取 F=5200N根據機械制造工藝金屬機床設計指導第72頁，可得切削功率公式為：P m =F z V 520020=2.07KW2.1KW （2-2） 6000060000由常州市高翔組合機床制造有限公司提供的TX40銑削動力頭功率為7.5Kw ，主軸滑套軸向調整70mm ，動力頭燕尾導軌軸向位移100mm 。使用兩個這樣的動力頭在兩側面同時銑削坡口，而型材的規格為200200400400，單邊軸向位移量最大為100mm ，而常州市高翔組合機床制造有限公司提供的TX40銑削動力頭即可滿足此要求。2.4進給驅動電動機功率的確定查金屬切削機床設計第

21、41頁，可知：進給驅動電動機功率取決于進給的有效功率和傳動件的機械效率9，N s =QV s （2-3） 60000s式中：N s 進給驅動電動機功率(KWVs 進給速度(m/minQ 進給抗力(N，Q=(0.30.5F （2-4）s 進給傳動系統的總機械效率(一般取0.150.2粗略計算時，可根據進給傳動與主傳動所需功率之比值來估算進給驅動電機功率。銑床的進給功率P =0.5P=0.5KW采用臺灣永坤YK 立式減速機，采取全封閉全壽命機電一體化設計，硬齒面斜齒傳動，低噪聲、高效率。整體結構、重量輕，適應性強，可附加電磁制動器，輸出轉速：69260r/min，輸出轉矩：高至1500Nm 。電機

22、功率：0.124Kw 。安裝形式：安裝法蘭方式安裝，電機型號為CV 25-750-25-C。第三章 端面坡口銑削機的機械部分設計根據本設計中對銑削速度及加工精度的要求，減速電機的輸出最高轉速n max 設為200 r/min。減速電機通過連軸器與絲杠直接連接，即i=1，動力頭快速進給的最高速度要求達到v max =1m/min。進給速度為v=200mm/min,減速電機的輸出最高轉速為200 r/min，則絲杠的最高轉速也為200 r/min。基本絲杠導程1000v max 10001P h = =5(mm （3-1）200n max 絲杠中徑d 2=F=30mm p p（3-2）P p =7

23、.513MPa 低速潤滑良好，材料為鋼， 查機械零件設計手冊19表5-13得：d=48mm,p=5mm,d2=D2=44.752mm,D4=42.587,d3=29,D1=42.587 螺目工作高度H=d 2=(1.21.5 44.752=5367mm 圓整為60mm 。 螺紋的工作高度h=0.5p=3mm 螺牙根部的寬度b=0.65p=3.9mm絲杠所受的軸向力為Q=(0.30.5F=1560取Q=1600N驅動轉矩 T=T1+T2+T3 （3-3） T 2,T 3軸承摩擦力矩 T 1螺紋力矩 T 1=Fd 2tan(+p 24.5N M （3-4） 2T 2+T3=0.5 NMT=25 N

24、M, 減速電機的轉矩為26 NM ，符合要求。由絲杠的設計計算可得：P=6mm，查機械設計師手冊表18-10得：選擇滑動螺旋副材料：螺桿螺母材料均為鋼，摩擦系數f=0.110.17(定期潤滑 ，8到10級精度，需用壓強P=7.513MPa ，取10MPa 選擇30o 梯形螺紋, 整體螺母=1.21.5，取1.5 計算螺旋副壓強p=由公式可得：p=F（3-5）d 2H 1n150060=1.95MPa （3-7）3. 14353. 5200p p螺旋副強度符合要求。旋合圈數n=H/P=45/6=7.51012 驗算自鎖=arctanSv 通常430 （3-8）d 26=3.30430 自鎖性好。

25、 33驗算螺牙強度：=arctan螺桿和螺母的材料相同，只需校核螺桿的螺牙強度。 螺桿剪切強度=Fp （3-9）d 1bn=1500=0. 035p3. 14293. 9200螺桿彎曲強度B =3F (d -d 2BP （3-10）2d 1b n31500(36-33=0. 08BP3. 14293. 92200所以螺牙的強度符合要求。B =螺桿的穩定性校核：臨界載荷F cr 先計算l（3-11） i長度系數，與螺桿的端部結構有關，查機械零件設計手冊表17-7得 =0.6l 螺桿最大工作長度，1000mm i 螺桿危險截面的慣性半徑 mmi =I a d 1=29/4=7.25 （3-12）

26、=A 4l 0. 61000=82857. 25i 所以F cr =4801+210-4(li2d 12410927N （3-13）穩定條件是F cr2.54 （3-14）FF cr=4.374所以螺桿的穩定性良好。 F螺桿的剛度校核：軸向載荷使導程產生的彈性變形S F =103FSEd 12（3-15）S F =103150064=11.3m 23. 14206293ST 1S T 1S 2316轉矩使導程產生的彈性變形S T =10=1024 （3-16） 2GI P Gd 116T 1S 2S T =1024=5.4m （3-17）Gd 13導程的總彈性變形量S =S T +S F =16.7m （3-18） 每米螺紋距離上的彈性變