棒料剝皮機上料架的設計

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1、沈陽理工大學學士學位論文1摘 要 在冶金行業(yè)中，剛生產出的圓鋼表面存在裂紋、折疊、結巴，及氧化皮等缺陷，嚴重影響了鋼材的表面質量。這些裂紋、硬皮、氧化膜、折疊等，直接導致形狀偏差和尺寸偏差等缺陷，不利于優(yōu)化成品的性價比，使之在市場化競爭中處于弱勢狀態(tài)。國內幾家大型的鋼廠主要采用從外國進口的剝皮機解決這一問題。但是，進口的機器價格昂貴，為解決這一難題，特設計此剝皮機來解決該設備長期依賴進口的問題。傳統工業(yè)生產中，大多采用化學方法如酸洗來解決這一問題，取得了初步的成效。但大量的工業(yè)廢水對環(huán)境造成了污染，且無法滿足軋制圓鋼的形狀及尺寸要求。因此，軋制圓鋼剝皮機設備的研發(fā)、設計應運而生。本論文介紹了剝

2、皮機的發(fā)展，及其結構與原理。主要對剝皮機的上料系統進行設計。關鍵詞關鍵詞：剝皮機；圓鋼外圓銑削加工設備；上料機構沈陽理工大學學士學位論文2ABSTRACTIn the metallurgy profession, a steel which just from the factory often have crack , fold, stammer, and oxidize skin on the surface. These blemish affected the surface quantity of the steel material seriously. Such as the d

3、efects of crack, incrustation, shape, deviation and so on. witch isnt good at the international market competition. The main adoption of local and several large steel factories is from abroad to import skinning machine to resolve this problem. But the machine price that import is expensive, in order

4、 to resolve this problem, especially design this skinning machine to resolve the long-term dependence of that equipments to import of problem.This paper introduces the development of the machine, and its structure and principle. The main part described the design about skinning machines moving mecha

5、nism .Key words: skinning machine; Round steel outer annulus milling processing equipment The feeding mechanism沈陽理工大學學士學位論文3目錄目錄摘 要.1ABSTRACT .2第一章 緒論.41.1 剝皮機設備簡介 .41.2 上料架介紹 .51.3 剝皮機的結構與工作原理 .61.4 主要的技術性能 .71.5 機器用途和機器加工范圍.91.6 生產情況.10第二章 棒料剝皮機上料架的設計.112.1 剝皮機主要部件的介紹.112.2 軸及軸上的零件.13沈陽理工大學學士學位論文4

6、2.2.1 軸.132.2.2 軸上的零件.142.3 渦輪蝸桿工程圖.15 2.3.1 蝸輪蝸桿的設計計算.162.4 升降與導向定位裝置.192.5 托輥機構.212.5.1 計算進給系統與托輥相連齒輪齒數并校核.232.5.2 軸的校核.292.6 固定托輥槽鋼.36總總 結結.37致致 謝謝.38參考文獻參考文獻.39附錄附錄 A:A:.40附錄附錄 B B：.53第一章第一章 緒緒 論論1.1 剝皮機設備簡介 在我國鋼鐵行業(yè)中，剛出爐的軋制圓鋼表面存在著裂紋、硬皮、折疊、結巴及形狀和尺寸偏差等缺陷。為了短期的盈利，國內鋼鐵企業(yè)便迫不及待的投放到市場中去。較嚴重地影響了鋼材的表面質量，

7、還削弱了其產品在國際市場中的競爭力。這種現象在我國的鋼鐵行業(yè)是比較普遍的，而在國外，同類鋼材都經過了特殊的再加工處理，其表面光潔度得到了相當大的改善。例如：日本的三菱重工公司，早在上世紀 50 年代，就已生產了該類銑削設備用于軋制圓鋼的表面處理。因而使得這些鋼材可以直接應用到各類生產中去，而不需要再重新進行加工處理。大大的提高了鋼材消費商的生產效率。但目前的圓鋼多為細長件，傳統的加工方法，一般采用的主要是床身、加緊傳動裝置、刀架裝置、走刀裝置及走刀機構構成的普通車床來加工圓鋼表面。圓鋼被加緊在卡盤（三爪或四爪卡盤）與車尾架，在卡盤的帶動下旋轉運動，刀具裝置與走刀絲沈陽理工大學學士學位論文5杠相

8、連，做直線運動。用普通車床對圓鋼進行剝皮機車削的主要缺點是：車削速度慢、效率低、圓鋼長度短，且卡盤加緊處的圓鋼表面不能車削（除非掉頭再車削） ，特別是在圓鋼表面存在彎曲度的情況下，為了保證圓鋼表面質量，切削量就要大于或等于彎曲和表面缺陷深度之和，從而降低了圓鋼銑削后的成材率。而這類鋼材又往往是批量生產，因此必須映入新的加工機械來解決這一難題。實際上國內的鋼鐵企業(yè)、軸承企業(yè)、彈簧生產廠家等也急需這樣的設備，目前他們采用進口設備的辦法，現在大約有二、三家鋼鐵企業(yè)擁有這樣的設備。其中大連鋼廠早在上世紀 80 年代初，花了近 400 萬馬克進口了一臺軋制圓鋼銑削的設備，400 萬馬克絕對是個天價。且該

9、設備的調試需要由外國專家來指導，帶來了技術上的諸多不便。因此，國內迫切需要設計此類軋制圓鋼的銑削加工設備來解決這一難題，以解決國內鋼鐵企業(yè)在此生產方面長期以來依賴進口的局面。清除器表面的缺陷，提高其精度，最終達到提高我國同類產品的國際競爭力的目的。1.2 上料架介紹 將待加工工件送裝到機床上的加工位置和將已加工工件從加工位置取下的自動或半自動機械裝置，又稱工件自動裝卸裝置。大部分機床上下料裝置的下料機構比較簡單，或上料機構兼有下料功能，所以機床的上下料裝置也常被簡稱為上料裝置。機床上下料裝置是自動機床的一個組成部分。半自動機床加工設備的上下料裝置，可使加工循環(huán)連續(xù)自動進行，成為自動機床。機床上

10、下料裝置用于效率高、機動時間短、工件裝卸頻繁的半自動機床，能顯著地提高生產效率和減輕體力勞動。機床賞析聊裝置也是組成自動生產線的必不可少的輔助裝置。類型 按工件坯料形式，上料裝置可分為用于卷料、棒料和件料等 3 種類型。卷料上料裝置 將成卷的線材裝在自動送料機構上，加工時材料被拉出校直后送向加工位置，一般用于自動車床、自動沖床和自動冷鐓機等。棒料上料裝置 將一定長度的棒料裝在送料管內，機床每加工完一個工件，便由送料機構將棒料按所需長度向機床主軸孔自動送料一次，一般用于自動車床。剝皮機沈陽理工大學學士學位論文6上料架就屬于這種裝置見圖 1-1.圖 1.1 剝皮機上料架1.3 剝皮機的結構與工作原

11、理 本次設計的剝皮機組的機械結構由上料臺架、進料裝置、送料裝置、切削頭、剝皮機構、直徑測量機構、加緊架、出料裝置、鐵削輸送機及潤滑、液壓、氣動裝置等組成，見圖 1-2.沈陽理工大學學士學位論文7圖 1-2 剝皮機總圖該機床的運動形式為銑削運動形式，即工件作平動，刀具作轉動。剝皮機構的浮動裝置是實現切削的主體部件，也是保證棒料直徑尺寸不變的關鍵部件。夾送裝置將棒料軸向送進，棒料通過高速旋轉地、在圓周上等距分布的 4 把刀具的切削頭，其表面被刀片所切削（剝皮） 。由于細長桿件允許有一定得彎曲度，在送進過程中期中心是變化的，因此固定刀具的刀架盤必須是中心可浮動的，使刀具始終與棒料保持同心，亦即刀具在

12、切削時事無心的，等厚度地將棒料剝去一層表皮，而不改變直徑偏差。軋制圓鋼放在儲料架上，通過撥料桿將軋制圓鋼撥到上料臺架上，在上料架上由滾動的小輪帶動鋼料沿著軌道前進，經夾送裝置送到刀架后被夾緊銑削，加工完的棒料被導向小車夾持并拉到下料臺架。當整根棒料都置于下料臺架后，通過下料臺架下的液壓缸將其推翻，從而實現下料。在切削刀架后部，裝有一個激光檢測頭，當軋制圓鋼直徑發(fā)生變化時，激光檢測頭會發(fā)出脈沖信號，通知刀架進行合理的調整，從而控制軋制圓鋼的直徑在要求的范圍內。1.4 主要的技術性能 （1）加工范圍： 坯料直徑：n5.5n80mm 成品直徑：n5n78mm。 （2）設備總長 13m（包括上料臺架、

13、下料臺架） 。 （3）工件平動速度 6m/min；6m 長工件每分鐘一根；加工后工件表面粗糙度1.6； （4）棒料長度： 26m（使用短棒線路 22.2m,使用測量儀 3.86m） 。（5）主傳動功率： 75KW，直流（采用可控硅控制的直流電機） 。（6）主軸轉速：1802460r/min。（7）切削速度： 最大 40m/min，無級調速。沈陽理工大學學士學位論文8（8）切削量： 0.52mm（直徑） 。（9）切削刀具調節(jié)量：每按一次按鈕，進給量為 0.01mm。 （10）電器設備： A總電機容量：直流 135KW，交流 53KW。 B操作電壓：380V，50HZ。 C控制電壓：220V，50

14、HZ。 D電磁閥控制電壓：24V，直流。 E允許電壓波動：10%。 F氣動壓縮空氣：壓力 0.40.45MP，耗氣量 1500L/min。 H冷卻液每年更換一次，用量大約 8000L。 I機器壽命：在正常的維護條件下，每天三班倒，使用壽命約為 30年。 J銑削后的棒料公差：達到 ISO 國際標準 h9的技術要求。直徑公差： 510mm， 00.36mm ； 1018mm, 00.043mm ； 1830mm, 00.53mm ； 30 50mm， 00.062mm； 5080mm， 00.071mm ； 橢圓度：最大 0.030mm。 平直度：最大 1.5mm/m(取決于棒料平直度)。 表面光

15、潔度：最大 10 m。K設備總重量：22 噸。 （11）該設備為數控控制。沈陽理工大學學士學位論文91.5 機器用途和機器加工范圍 用途：用于連續(xù)加工直徑公差精度、表面光潔度高的合金光亮棒料。它能去除棒料表面的氧化皮、脫碳層、過燒及裂紋等缺陷或提高其形狀精度。加工范圍：（1）材料：軸承鋼 GCr15、GCr15SiMn； 不銹鋼 1Gr18Ni9Ti、2Cr13； 高速工具鋼 W6Mo5CrV2、W18Cr4V； 碳素結構鋼、合金結構剛、彈簧鋼、合金工具鋼等。（2）銑削前棒料平直度：3mm/m。（3）棒料加工狀態(tài)：退火、熱扎態(tài)。沈陽理工大學學士學位論文101.61.6 生產情況生產情況棒料剝皮

16、機主要生產以下幾種情況的棒料：（1） 冷沖壓專用軸承鋼 可供軸承廠直接進行剪切、冷頂墩、冷沖壓加工零件。成品規(guī)格 n28mm，每年生產量約 600 噸。（2） 外貿出口鋼材 只對表面質量要求較高的模具進行削皮加工。鋼種 D2、SKD11 等。（3） 改變規(guī)格，挽救不合格品 對具有一定批量（高合金鋼 200kg 以上 優(yōu)質鋼 300kg 以上）的因公差尺寸或表面缺陷（裂紋、雀皮、折疊、過燒等）較嚴重而不合標準的棒材，可重新改削成直徑減小 1-3mm 規(guī)格的棒材，重新利用不合格品，減沈陽理工大學學士學位論文11少損失。（4） 特殊要求的棒材如代替進口用于電機貫穿螺栓的 n385800-5900mm

17、 1Cr18Mn12Ni 無磁不銹鋼棒，直徑尺寸公差要求0.20mm。 第二章 棒料剝皮機上料架的設計 棒料剝皮機設備上料機構總長 8100mm，高 1200mm。由于結構空間大，本設備中應用了較多的細長軸類構件和板類構件。而且好多件都是多次使用，減少了構件加工數量，使設備結構不因為體積大而變得復雜，同時降低了設備的生產成本。本上料機構的上料自動化程度較高，節(jié)省了大量的加工準備時間，提高了生產率。2.1 剝皮機主要部件的介紹上料機構主要由：軸 1、3、4、5、6、7、聯軸節(jié) 2、托輥 8、軸套 9、軸承座 11、沈陽理工大學學士學位論文12鏈輪 13、23、固定托輥槽鋼 15、擋扳 16、軸

18、21、聯軸套 27、聯軸節(jié) 28、軸擋 29、限位開關固定架 31、32、33、34、套 35、壓輥 36、軸 37、聯桿 38、聯板 39、支板 40、軸 41、聯桿 42、托板 43、軸 44、套 46、47、連接板 49、軸 54、套 55、上料擋桿56、57、軸座 58，擋料桿 59、固定架 63、汽缸 61、71、 、固定板 70、聯軸器 75、塔架 78、手輪 79、導向桿 81、等一系列主要的零部件組成。然后通過裝配的操作使各個構件組裝在一起，最終實現總體的裝配。下面介紹幾個主要的零部件： 圖 2.1 支撐座各件焊接關系和焊接方式如圖 2.1 左，支撐板交叉焊接在基座正中央，軸座

19、對稱焊接在支撐板上，而不是采用常用的鑄造方法。這是考慮到支撐基座頂上的軸座做成鑄件后，給座上孔德加工帶來了一定得難度，難以保證尺寸精度的要求。支撐座的主要作用是起支撐作用，使整個機構處于穩(wěn)定的狀態(tài)。各件尺寸： 基座 355mm355mm25mm支撐板 600mm230mm16mm軸座 258mm255mm25mm如圖 2.2 所示 1、2、3、4 是上料機構上四根主要的軸，其中 1、3、4 為細長光軸。軸上分布有供固定軸上零件用的螺紋孔和供傳感器、電路等線路通過的通孔。4 軸主要起連接、固定上擋料板的作用，它沒有相對運動。1 軸和 3 軸不僅有連接和固定的作用，它們還傳遞繞軸向的上料運動。它們

20、通過帶座軸承架在固定架上，減少相對運動產生的摩擦。所需的動力由氣缸提供。2 軸相當于鏈輪和托輥之間的橋梁，被加工棒料的進給運動經過鏈輪再通過它傳到托輥，從而實現進給。沈陽理工大學學士學位論文13 圖 2.22.2 軸及軸上的零件2.2.1 軸 軸的常用材料三軋制和鍛造的碳素結構鋼，其中以 45 鋼最為常用。受力較小和不重要的軸可用 Q235、Q275 鋼，合金鋼主要用于要求軸的尺寸較小、重量較輕以及對軸的韌性和耐磨性有較高要求的場合。由于合金鋼的彈性模量與碳素鋼相近，因此，選用合金鋼并不能增加軸的剛度。形狀復雜的軸可采用球墨鑄鐵或高強度鑄鐵。軸材料常用的熱處理方法是調質和正火，又耐磨性要求時，

21、可采用表面淬火、表面化學熱處理或強化處理等。該軸轉速較高，無特殊要求，故選用 45 優(yōu)質碳素結構鋼調質處理。 上料機構上有四根主要的軸，其中有 3 根為細長光軸，規(guī)格為：沈陽理工大學學士學位論文14 1 軸 35mm 4448mm 2 軸 45mm 4448mm3 軸 45mm 4380mm 軸上分布有供固定軸上零件用的螺紋孔和供傳感器、電路等線路通過的通孔。軸主要起連接、固定上擋料板的作用，它沒有相對運動。1 軸和 2 軸不僅有連接和固定的作用，它們還傳遞繞軸向的上料運動。它們通過帶座軸承架在固定架上，減少相對運動產生的摩擦。所需的動力由氣缸提供。2.2.2 軸上的零件 圖 2.2 中 1、

22、3、4 軸上主要零件（圖 2.3）有固定架（1、5） 、擋料板（2、6） 、上料擋桿（3、7） 、上料擋桿（4、8） 。具體尺寸見零件圖。通過兩個圖的對比我們可以看出，每種零件都有兩種形式，即主要特征尺寸一致，在需要連接動力源的零件上設計有連接部位。如擋料桿，它固定在 4 軸上，有 2 和 6兩種形式，其中 2 有一個件，6 有五個件。在上料時擋料桿擋住工件的沖擊力，減少上料擋桿上的沖擊。當加工不同的工件時，即工件的直徑發(fā)生變化，通過調整支撐桿（圖 2.3 上 2 件下面連接的是支撐桿）控制擋料桿 2 上擋料面的角度，擋料桿 2 通過軸 4 帶動 6 的變動，六個件一起工作，從而適應工件變化要

23、求。 上料擋桿、上料擋桿也是通過一個件帶動其它五個件，它的動力分別由一個氣缸提供，兩個氣缸通過協調運動控制上料過程。 沈陽理工大學學士學位論文151、5 固定架； 2、6 上料擋桿； 3、7 上料擋桿 ； 4、8 擋料桿 ;9 托輥 10.11 氣缸 12 支撐桿 圖 2.3 軸上的零件2.2.3 工作原理： 圖中所示的就是棒料剝皮機的上料架部分。上料架部分由圖中的兩種不同結構的機構組成，此處的動力是由氣缸所提供。兩個氣缸也分別于兩個上料檔桿相連。兩個氣缸不是同時運動的，開始時棒料是在 A 的位置上，目的是把棒料移動到 B 的位置上。氣缸 11 向下運動進而帶動上料檔桿 2 隨之向下運動，同時

24、氣缸 10 開始向上運動，進而帶動上料檔桿 6 隨之向上運動。使棒料從 A 的位置滑落到 B 的位置上。當棒料到達B 的位置后氣缸 10 和氣缸 11 分別向各自的反方向運動，回到棒料在 A 位置時的狀態(tài)等待下一次的上料。在 B 的位置上有托輥 9，棒料會在托輥 9 的作用下沿著軸向做進給運動，直到棒料到達切削位置。2.32.3 渦輪蝸桿工程圖渦輪蝸桿工程圖蝸輪中央螺旋狀的是與絲杠配合內絲杠紋，整個蝸輪通過單向推力球軸承支撐。蝸桿一端連接手輪，另一端通過聯軸器和軸與相對應的另一對同樣的蝸輪蝸桿相連。它們一起調節(jié)槽鋼的升降以滿足不同工件的直徑變化產生的對刀偏差。圖 2.4 是蝸輪蝸桿的裝配型式簡

25、圖，具體工程圖見零件圖。 沈陽理工大學學士學位論文16圖 2.4 渦輪蝸桿工作原理： 圖中所示蝸桿和外部手輪相連。也與內部的蝸輪咬合，通過手輪的旋轉使其蝸桿帶動蝸輪轉動，蝸輪內部輪轂內有螺紋，此處螺紋與絲杠上的螺紋相咬合，絲杠在軸向上可以發(fā)生上下移動。這樣我們的工作人員就可以通過搖動手輪帶動蝸桿進而使蝸輪發(fā)生旋轉，之后蝸輪通過輪轂內與絲杠咬合螺紋來實現絲杠沿著軸向的上下運動，我們用導向桿來保持絲杠上下運動的精度。此裝置左右支架上各有一套。兩套機構之間的蝸桿通過聯軸節(jié)來實現同時運動已達到調整工作臺高度的目的。2.3.1 蝸輪蝸桿的設計計算 試設計一個蝸輪蝸桿減速器中的圓柱蝸桿傳動，其主要目的不是

26、減速而是改變傳動方向。已知：輸入功率 P 為 0.4kW，蝸桿轉速n1=50r/min，傳動比 i=5，傳動方向可以改變，工作載荷穩(wěn)定，無沖擊，要求使用壽命為 12000 小時。1.選擇蝸桿傳動類型 根據 GB/T100851988 的推薦，采用漸開線蝸桿（ZI)2.選擇材料 考慮到蝸桿傳動功率不大，速度很慢慢的特點，故蝸桿選用 45 鋼；因希望效率高些，耐磨性好些，故蝸桿螺旋齒面要進行淬火，硬度為 4555HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅(ZCuSn10P1),金屬模鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用沈陽理工大學學士學位論文17灰鑄鐵 HT100 制造。3.按齒面接觸疲勞強度進

27、行設計根據閉式蝸桿傳動的設計準則，先按齒面接觸疲勞強度設計，再校核齒根彎曲疲 勞強度。由機械設計公式（11-12）傳動中心距： (21）3.1 確定載荷系數 K 因工作載荷穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數1K;由機械設計表 115 選取使用系數1AK;由于轉速不高，沖擊不大，可取動載系數05. 1VK。 則：05.105.111VAKKKK.3.2 確定作用在蝸輪上的轉矩2T.按9.061估取效率z，則： （22）3.3 確定彈性影響系數 因選用的事鑄錫磷青銅蝸輪和鋼蝸桿相配。 故21160MPAZE。3.4 確定接觸系數 假設蝸桿分度圓直徑與傳動中心距的比值是 0.24。 從圖 1118 中可以查

28、得4 . 3Z。3.5 確定許用接觸應力 H。 根據蝸輪材料為鑄錫磷青銅，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度大于 45HRC，可從表 117 中查得蝸桿的基本許用應力 MPaH268。3.5.1 應力循環(huán)次數： （23）沈陽理工大學學士學位論文183.5.2 壽命系數： （24） 則： MPaMPaKHHNH29826811.1 （25）3.6 計算中心距帶入上式（21）得： mma67.1062984 . 316034380005. 132取中心距 a=160mm，因傳動比等于 5，故從機械設計表 112 中選取模數為m=4，蝸桿分度圓直徑為 40mm。這是分度圓與中心距的比值是 0.25，從機械

29、設計圖1118 中可以查出接觸系數為 3.3，因為 3.3 小于 3.4，所以上述計算結果可用。4.蝸桿與蝸輪的主要參數與幾何尺寸。4.1 蝸桿： 軸向齒距 mmpa56.12 直徑系數 q=10 齒頂圓直徑 mmda481 齒根圓直徑 mmdf311 分度圓直徑 mmd401 導程角 30 度 57 分 50 秒 蝸桿軸向齒厚 mmsa28. 64.2 蝸輪： 齒數312z驗算傳動比：2 . 6531i %3662 . 6，是允許的。蝸輪分度圓直徑 12431422 mzdmm蝸輪喉圓直徑 mmhddaa1322222蝸輪齒根圓直徑 mmhddff1142222蝸輪咽喉母圓半徑 mmdara

30、g942122沈陽理工大學學士學位論文195.校核齒根彎曲疲勞強度 （26） 從機械設計表 118 中可以查出：由 ZCuSn10P1 制造的蝸輪的基本許用彎曲應力為：56MPa。 壽命系數：帶入（24）得：。85. 01032. 410966FNK 許用應力：。 MPaH6 .4785. 056 當量齒數43.5331cos31cos33322zzv 根據變?yōu)橄禂岛彤斄魁X數從機械設計圖 1119 中可知齒形系數為 2.2FaY 螺旋角系數 73. 01403111401Y （27）由（27）得：小于 47.6MPa。所以彎曲強度是滿足的。MPaH87.45沈陽理工大學學士學位論文202.4

31、升降與導向定位裝置 如前面所介紹，被加工工件直徑發(fā)生變化時，必需控制托輥的高低以調節(jié)工件中心與旋轉刀具中心在一條直線上。通常的工件加工大都是批量生產，不用經常調節(jié)中心， 所以本設備采用手動控制調節(jié)。通過手輪將位移量傳遞到蝸桿，再到蝸輪，最后到絲杠，絲杠推動支座上的槽鋼向上或向下運動，由槽鋼的升降來控制工件的升降。 沈陽理工大學學士學位論文21 圖 2.5a 升降調節(jié)裝置由于整個機構跨度較長，升降的過程中難以保證槽鋼的平直度，所以本機構采用了導向裝置來提高調節(jié)的精度要求。整個導向裝置的結構非常簡單，就由一個導套和導向桿組成。導套用螺栓固定在支撐座上，為了減少摩擦和提高精度，導套內圈嵌有一個薄銅套

32、，銅套內圈與導向桿是間隙配合關系。圖中 81 為左即為導向桿，導向桿被焊接在固定托輥槽鋼上，而圓柱上被削掉的地方就是焊接面。圖 2.5 裝置，在本上料機構的兩個支撐座上各有一套，所有的零件都是成對使用，提高了零件利用率，減少了零件的設計數量。2.4.1 定位裝置此裝置用來調整棒料的高度和位置確保棒料能夠準確進入切削裝置。1.導桿 2 連桿 3 調整杠桿 4 連接軸 5 連桿 6 壓板 圖 2.5b沈陽理工大學學士學位論文22工作原理： 導桿 1 與連桿 2 通過鉸鏈相連當導桿上下移動時帶動連桿運動使其發(fā)生轉動，連桿 2 又與調整杠桿通過鉸鏈相連，當連桿運動的同時可以使調整杠桿圍繞其重心位置發(fā)生

33、轉動。調整杠桿又是與軸 4 相連接，可以使軸 4 在軸向方向移動連桿 5.6 又和軸4 通過鉸鏈連接，軸 4 通過其軸向運動帶動連桿 5.6 發(fā)生轉動使其壓板 6 圍繞鉸鏈座旋轉運動，進而使壓板能夠上下移動，以保證棒料位置的精確。2.5 托輥機構 托輥機構上的軸相當于鏈輪和托輥之間的橋梁，被加工棒料的進給運動經過鏈輪再通過它傳到托輥，從而實現進給。 托輥機構主要由軸、鏈輪、托輥、軸承座、軸承、鍵、擋圈、軸套等組成，由于工作量比較大，不能用 AutoCAD 畫出三維圖。如圖 2.6、圖 2.7。在這兩個類型差不多的托輥機構中，托輥機構是從動件，托輥機構是主動件。托輥轉動所需要的動力通過聯軸器傳遞

34、過來，通過軸、鍵連接帶動鏈輪轉動，各鏈輪經鏈條同步帶動。沈陽理工大學學士學位論文23圖 2.6 托輥機構 圖 2.7 托輥機構 托輥機構中，鏈輪是雙排的，它的兩邊輪齒都可以連入鏈條，當一邊磨損后，可以換用另一面，增加了鏈輪的使用壽命。鏈輪用鍵進行定位固定，軸向用擋圈限制自由度。托輥的定位和固定和鏈輪是一樣的，應用的也是鍵和擋圈。整個機構都是通過軸承座固定在固定托輥槽鋼上，軸由一對角接觸軸承支撐在軸承座上。托輥機構中，基本零件和托輥機構是一樣的，不同的是軸的左端連入了聯軸器，右端的鏈輪結構工藝性發(fā)生了變化，但主要技術參數是一樣的。由于棒料剝皮機加工的工件一般都較長，需要的托輥比較多，這種托輥機構

35、在本設備上一共應用了 20 套，上料機構、下料機構各 10 套。在上料機構中，作為主動件的托輥機構用了 1 套，托輥機構用了 9 套。沈陽理工大學學士學位論文242.5.1 計算進給系統與托輥相連齒輪齒數并校核齒輪： ，齒輪的轉速傳動比2 . 3i，單向轉動，kWp3min/1501rn min/1501rn 工作平穩(wěn)，每天工作 8 小時，每年工作 300 天，預期壽命 30 年。解解 1.選定齒輪類型，精度等級，材料及齒數。 1.1 根據機器的工作的要求 我們選擇圓柱齒輪傳動。 1.2 上料機構的傳動裝置為一般工作機器，速度很低，故選用 6 等級精度 1.3 材料選擇。由表 10-1 選擇小

36、齒輪材料為 40Cr（調質） ，硬度為 280HBS，大齒輪為 45 鋼（調質）硬度為 240HBS，二者材料硬度為 40HBS。 1.4 初選小齒輪齒數241Z 8 .762 . 3242Z 取772Z 2.按齒面接觸疲勞強度設計沈陽理工大學學士學位論文25 2.1.1 初選載荷系數3 . 1tK 2.1.2 計算小齒輪傳遞的轉矩 mmNmmNkWT38200015061055. 96 （28） 2.1.3 由機械設計表（10-7）選取齒寬系數 4.0d 2.1.4 由機械設計表（10-6）查得材料彈性影響系數 218.189MPaZE 2.1.5 由圖機械設計（10-21d） ，按齒面硬度

37、查得小齒輪和大齒輪的接觸疲勞強度極限 MPa6001 MPa5502 2.1.6 由公式（2-3）得：計算應力循環(huán)次數。 8111048.630300811506060hjLnN 8121022.3NN 2.1.7 所以根據機械設計圖（10-19）查得 05.11HNK 12.12HNK 2.1.8 計算接觸疲勞強度許用應力 (29） SKNlim 取失效率為 1%，安全系數 S=1，由公式（2-9）得： MPaMPaSKHNH63060005.11lim11 MPaMPaSKHNH61655012.12lim22 2.2.參數計算 2.2.1 根據機械設計計算公式（10-19）進行試算，即

38、32112132.2HdtuZuKTdE （210） 由公式（210）得： 沈陽理工大學學士學位論文26 mmmmdt5 .1246162 . 34 . 08 .1892 . 43820003 . 132. 2321 2.2.2 計算圓周速度 v smndt/97.01000601505.12414.310006011 （211） 2.2.3 計算齒寬 b mmdbtd8.495.1244.01取 b=50mm2.2.4 計算齒寬與齒高之比hb 模數 18.5245.12411zdmtt 齒高 由機械原理表（10-2）得知 mchha)2( 65.1118. 525. 2h 3.465.115

39、0hb 2.2.5 計算載荷系數 根據 v=0.42m/s,6 級精度。 由機械設計圖 10-8 查得動載荷系數06.1VK。 根據機械設計表 103 可知，直齒輪取 1FHKK。 根據機械設計表 102 可知，使用系數1AK。 根據機械設計表 104 可知，查的 6 級精度，小齒輪懸臂布置時143.1HK。 根據機械設計圖 1013 和 b/h=4.3，143.1HK，得08.1FK。 故載荷系數 15443.1FHVAKKKKK沈陽理工大學學士學位論文272.2.6 按實際的載荷系數校正所算得的分度圓直徑。 （212）31tKKd 由公式（212）得： 2.2.7 計算模數 m 3 按齒根

40、彎曲疲勞強度設計 （213）3.1 確定公式內的各計算數值3.1.1 由機械設計圖 1020c查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限為 MPaFE5001查得大齒輪的彎曲疲勞強度極限為 MPaFE3802 3.1.2 根據機械設計圖 1018 取彎曲疲勞壽命系數為 9.01FNK 95.02FNK 3.1.3 計算彎曲疲勞許用應力 取彎曲疲勞安全系數為 S=1.4，由機械設計公式（29）得 MPaMPaSKFNFNF2584.138095.0222沈陽理工大學學士學位論文283.1.4 計算載荷系數 K。 09.108.1101.11FFVAKKKKK3.1.5 查齒形系數 由機械設計表 105 查得

41、226.2;65.221FaFaYY3.1.6 查應力校正系數 由機械設計表 105 查得 764.1;58.111SaSaYY3.1.7 計算大，小齒輪的 FSaFaYY并加以比較。 01522.0258764.1226.201304.032158.165.2222111FSaFaFSaFaYYYY 大齒輪的數值大。 3.2 設計計算 對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數 m 大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數，由于齒輪模數 m 的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數與齒數的乘積）有關，可取由彎曲強度算得的模數 3.78 并就近

42、圓整為標準值 m=4mm，按接觸強度算得的分度圓直徑為 119.667 圓整為 120mm，算出小齒輪齒數。 （Z2大齒輪齒數）沈陽理工大學學士學位論文29這樣設計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結構緊湊，避免浪費。 4.幾何尺寸的計算 4.1 計算分度圓直徑 4.2 計算中心距 4.3 計算齒輪寬度 mmdbd481204 . 01 4.4 計算齒頂圓 4.5 計算基圓直徑 mmddmmddbb36020cos384cos11320cos120cos22114.6 計算重合度由機械原理公式計算重合度可知5 強度校核5.1 驗算齒面接觸疲勞強度沈陽理工大

43、學學士學位論文30所以設計合理5.2 驗算齒根彎曲疲勞強度 。所以設計合理 2.5.22.5.2 軸的校核軸的校核 電動機的功率：P=15KW 1500 /minnr經減速器后： 0.786pp 0.786nn 10.711pp10.711nn 210.572pp210.578nn 320.481pp320.481nn托輥軸的計算轉速：功率 2.4kW n=150r/min 該軸傳遞中小功率，轉速較低，無特殊要求，故選用 45 優(yōu)質碳素結構鋼調質處理。沈陽理工大學學士學位論文31其機械性能由表 8-1 查得：，, 637BMPa353SMPa，。1268MPa1155MPa1. 初步計算托輥軸

44、： （230pdAn14）根據軸上鏈條托輥滾動軸承等因素確定軸的長度，考慮軸端需要開鍵槽，將最小周徑增 5%考慮。 軸上最小直徑 25dmm 軸上最大直徑為 D=36mm軸上的軸承定位是應用軸套軸承座和固定托輥槽鋼2. 鏈輪的設計 鏈輪有輪齒、輪緣輪輻和輪轂組成。鏈輪的設計主要是確定其結構和尺寸，選擇材料和處理方法。鏈輪的基本參數是配有鏈條的節(jié)距 P，套筒的最大外徑 d1 ,排距 P t和齒數 Z。鏈輪的主要設計和計算公式見機械設計表 9-3。1.選擇鏈輪齒數和確定傳動比沈陽理工大學學士學位論文32據機床實際需要，由機械設計表 9-1 鏈輪規(guī)格和主要參數查得，選用鏈輪。由于小齒輪齒數=19 傳

45、動比為 1 所以鏈輪齒數=19。2.計算當量的單排鏈的計算功率根據鏈傳動的工作情況，主動鏈輪齒數和鏈條排數，將鏈傳動所傳遞的功率修正為當量的單排鏈的計算功率 =3.1kW； （2PKKKPPZAca15）式中：工況系數，見機械設計表 96 ；AK 主動鏈輪齒數系數，見機械設計圖 913；ZK 多排鏈系數；PK P傳遞功率，kW； =1 =1.3 =1 P=2.4kWAKZKPK 3.確定鏈條型號和節(jié)距 p 鏈條型號根據當量的單排鏈的計算功率和主動鏈輪轉速，由機械設計圖 911caP確定，然后又表 91 確定鏈條節(jié)距 p； P=12.7 鏈號08A 4.計算鏈的速度，確定潤滑方式； =0.6m/

46、s （2100060znpv16） 根據圖 914 選擇合適的潤滑方式； 選擇定期人工潤滑。查得 節(jié)距 P=12.7 滾子直徑 dr=7.92 銷軸直徑 d2=3.98 排距 Pt= 14.38 齒數 Z=19 小鏈輪齒形和尺寸可通過如下公式計算來確定：分度圓直徑 =77.16mmzPd180sin沈陽理工大學學士學位論文33齒頂圓直徑 dammdpddmmdzpddaa1 .8525. 18 .806 . 111max1min齒根圓直徑 dfmmdddf24.691 確定的最大軸凸緣直徑 dg mmhzpdg04.2476. 004. 1180cot2 h2=12.07mm 根據表 91 取

47、得 其他托輥機構上的鏈輪與這個鏈輪基據相同，靠鏈條傳動，做勻速運動。通過鏈輪帶動托輥機構轉動。實現傳遞棒料的目的3. 滾動軸承的選擇設計滾動軸承是機械設備中使用最為廣泛的機械零件之一，它是依靠主要元件間的滾動接觸來支撐轉動零件的，起到保護作用的。與滑動軸承相比，滾動軸承具有啟動靈活、摩擦阻力小、效率高、潤滑方便及易于互換等特點，所以應用廣泛。沈陽理工大學學士學位論文34滾動軸承的選用，包括類型、尺寸、精度、游隙、配合以及支承型式的選擇與壽命計算。載荷的大小、方向和性質，是選擇軸承類型的主要依據。當承受的載荷較大時，應選擇線接觸的滾子軸承；載荷較小時，應選用點接觸的球軸承。當軸承承受純軸向載荷時

48、，選用軸向接觸軸承；當承受純徑向載荷時，選用徑向接觸軸承；當同時承受徑向載荷和不很大的軸向載荷時，可選用接觸角較小的向心角接觸球軸承，也可選用能承受一定軸向力的徑向軸承，如深溝球軸承；當同時承受徑向載荷和較大的軸向載荷時，一般選用圓錐滾子軸承；當軸向載荷比景象徑向載荷大得多時，可用向心軸承和推力軸承的組合，分別承受徑向載荷和軸向載荷。選擇滾動軸承類型時應考慮多種因素的影響。如軸承所受負荷的大小、方向及性質；軸向固定類型；調心性能要求；剛度要求；轉速與工作環(huán)境；經濟性和其他特殊要求。概括起來，有以下選型原則：1轉速較高，負荷不大，而旋轉精度要求較高時，宜用球軸承。如 0000 型、6000 型。

49、2轉速較低，負荷較大或有沖擊負荷時，宜用滾子軸承。如 2000 型、3000 型。3當徑向載荷和軸向載荷都比較大時，若轉速高，宜用角接觸球軸承，如36000 型，46000 型和 66000 型。若轉速不高，宜用圓錐滾子軸承，即 7000行。4當軸向負荷比徑向負荷大得多，且轉速較低時，常用兩種不同類型的軸承組合，分別承受軸向及徑向負荷。如 8000 型與 2000 型或 0000 型的組合。5當徑向負荷比軸向負荷大得多，且轉速較高時，宜用向心球軸承。如 0000型或 6000 型。6支承剛度要求較高時，可成對采用角接觸型軸承。如 6000 型或 7000 型。7需調整徑向游隙時，宜采用帶內錐孔

50、的軸承。如 111000 型、182000 型和113000 型。8支點跨距大、軸的變形大或多支點軸，宜采用調心軸承，如 1000 型、3000型和 9000 型。9在滿足使用要求的情況下，優(yōu)先選用價格低廉的軸承。一般來說，球軸承的價格低于滾子軸承。精度越高價格越高。在同精度的軸承中，深溝球軸沈陽理工大學學士學位論文35承的價格最低。 綜上原則，本設計選用深溝球軸承，初定 6206 型號，按手冊查出其基本尺寸為，額定動附和，額定靜附和.30 62 16dDB15.0rCKN010.0CKN4.滾動軸承使用壽命驗算：該軸的軸向力 ，所以只受徑向力：0aF NRRFaHavr304022對于只能承

51、受純徑向載荷的軸承： （217)rFP 工作紅由中等沖擊，工作溫度Co125由機械設計表 134 和 136 得知：5 . 1pf 95. 0tf預計軸承使用壽命為 1000h。計算載荷： (218）NFfPrp456030405 . 1計算軸承使用壽命：由于軸承樣本中列出的基本額定動載荷值是對一般軸承而言的，因此，如果要將該數值用于高溫軸承，需要乘以溫度系數。tf (219） PCnLh60106為指數，對于球軸承取值 3；帶入（219）得：hhLh10001172 所以軸承壽命達到要求。 5. 軸的校核沈陽理工大學學士學位論文365.1 鏈輪上的作用力軸的轉矩圖 2.8.a nPT3109

52、550 mmNT152800圓周力： dTFt2 NFt3968771528002軸向力： 0aF徑向力： NFFtr144420tan5.2 計算支承反力水平面支承反力： NFRtaH29606347 垂直面支承反力： NFRraV6936312120047 5.3 畫彎矩圖、轉矩圖、計算彎矩圖 垂直面彎矩圖見圖 2.8.b： mmNMv242001212001 mmNMv43659636932 mmNMv678684714443水平面彎矩圖見圖 2.8.e： mmNMMHH18648063296021沈陽理工大學學士學位論文37合成彎矩圖見圖 2.8.d： mmNMMv242000211

53、mmNMMMHv19152221222mmNMMMHv19844622233扭矩圖見圖 2.8.e：mmNT152800 5.4 校核軸的強度： 轉矩按脈動循環(huán)變化處理，即，由合成彎矩圖可以得知在這個軸上右邊起0.6a 第二個階梯上彎矩最大。所此截面最危險需要進行校核。我們針對軸的彎扭組合變形的強度計算，運用第三強度理論，計算應力。224ca對于直徑為 d 的圓軸，彎曲應力為，扭轉切應力.。WMWTWTT2將帶入上式，則軸的彎扭合成強度條件為：和1222224WTMWTWMca式中：軸的計算應力，MPa；ca M 軸所受的彎矩，；mmN T 軸所受的扭矩，；mmN W 軸的抗彎截面系數，計算公

54、式見機械設計書表 154；3mm 對稱循環(huán)變應力時軸的許用彎曲應力，其值按表 151 選用；1 d需要校核軸截面的直徑；mm30由上式得：196.49MPaca 所以該危險截面滿足強度要求。沈陽理工大學學士學位論文38圖 2.8 a圖 2.8 b圖 2.8 c圖 2.8 d圖 2.8 e 圖 2.8 軸的載荷分析圖沈陽理工大學學士學位論文392.6 固定托輥槽鋼固定托輥槽鋼，總長 8100mm，是所有零件中最長的零件。它起到了固定、支撐托輥、固定架，以及承受各軸、擋料桿、上料擋桿等的重力。之所以選擇它作為支撐、連接件，是考慮到本機構較長而且龐大，細長的槽鋼重量輕，所占空間小，適于鉆孔。沈陽理工

55、大學學士學位論文40總 結 以上就是我設計的軋制圓鋼剝皮機上料裝置設計的介紹和描述。這種剝皮機適用于成批或大量生產加工軋制圓鋼。不僅可以保證產品質量，而且可以大大提高生產效率，減輕工人的勞動強度。這次設計對我來說是一次難得的體驗。首先，讓我對剝皮機產生了濃厚的興趣。為此，我閱讀了有關這方面的書籍，對剝皮機有了初步的認識，大大豐富了自身的閱歷。這是我以前所未涉及的領域，因此增長了許多知識，也在一定程度上培養(yǎng)了自學的能力。不僅如此，此課題的設計，對于剝皮機上料裝置的設計是整個設計的主體，因此，我在剝皮機上料裝置的設計方面下了很大功夫，閱讀了許多有關機械書籍及理論。這對我能成功的設計出剝皮機上料裝置

56、起到了關鍵性的作用。而且，整個設計的過程也是我回顧大學所學各類專業(yè)知識的過程，這樣對我以前所學的知識有了更深刻的理解，我綜合應用知識的能力也在這個過程中得到了鍛煉。通過這次畢業(yè)設計，我覺的自己學習和總結了許多過去所不備的知識和經驗，深深體會到光有書本知識是遠遠不夠的，同時，我也看到自身還有諸多不足，所學的知識還及為有限，在以后的工作中我還應該堅持終身學習的理念，不斷的學習，積累更多的經驗，以充實自己。 設計人 張晟 2013 年 6 月沈陽理工大學學士學位論文41 致致 謝謝 緊張而忙碌的畢業(yè)設計就要結束，近三個月的設計對我來說既漫長又短暫。畢業(yè)設計是我大學期間的最后一項作業(yè)，也是我走向社會的

57、第一次較為全面的考驗，這對我來說是一次難得的體驗。在這次畢業(yè)設計中，我對四年所學的知識又系統的總結了一邊，這使我受益匪淺。此次設計對各類知識進行了較為全面的應用，所以很好的培養(yǎng)了我綜合應用知識的能力，也培養(yǎng)了我的自學能力。這次畢業(yè)設計得到了孫老師和許多同學的大力幫助。特別是孫老師，不僅耐心細致的講解設計過程中遇到的難題，而且還教會了我勤于思考，勤于動手的習慣，使我在完成畢業(yè)設計的同時也提高了自身的能力。 設計中還得到許多同學的幫助，他們借給我許多資料，教會了我有關作圖的技巧。 再此，對給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W表示由衷的感謝！ 張晟沈陽理工大學學士學位論文42 2013 年 6 月 參考文獻參考文

58、獻1 大連理工大學工程畫教研室 編機械制圖 高等教育出版社 2001 2 孫志禮 機械設計 東北大學出版社 2000 3 喻子建 機械設計習題與解析分析 東北大學出版社 2000 4申永勝 機械原理教程 清華大學出版社 2003 5申永勝 機械原理輔導與習題 清華大學出版社 2003 6哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研組 編理論力學 高等教育出版社 20027劉鴻文 材料力學 高等教育出版社 20028鞏云鵬 機械設計課程設計 北大學出版社 20039王愛玲 現代數控機床 國防工業(yè)出版社 200310張佩勤 機床設計指導 遼寧科學技術出版社 199111王超 機械設計手冊 機械工業(yè)出版社 沈陽理工大

59、學學士學位論文43199212上海交通大學 編 數控機床 上?？茖W技術出版社 1981附錄 A:Smart machine toolsAbstract: Improved manufacturing methods have become crucial factors in retaining global competitiveness for a wide range of products. This has led to the development of new automatic supervision techniques for use in smart machine t

60、ools. These are necessary because it is not possible to design and manufacture machine tool structures and systems with work zone areas of sufficient accuracy and repeatability to meet the improved performance requirements demanded by many modern manufacturing companies. The principal areas for auto

61、matic supervision of the machine tool are the tooling, appropriate machine elements and the overall machine system.沈陽理工大學學士學位論文44Thermal effects have been shown to be the largest source of dimensional errors and apparent nonrepeatability of machines. Therefore, for the highest precision machines on-

62、line temperature monitoring and control is of paramount importance. This paper describes the application of automatic supervision techniques applied to theNIONdiamond turning and grindingmachine, developed by Cranfield Precision Engineering Limited, which is the most accurate machine tool, of its si

63、ze, currently available, as well as an ultra precision five-axis grinding machine, built in Japan by the Toyoda Machine Works Limited.In addition, following a project at Cranfield University, the benefits of on-line measuring techniques are discussed in obtaining new cost effective manufacturing met

64、hods for producing aero-engine turbine blades. Further examples are given, including major projects at Liverpool John Moores University and Eindhoven University of Technology, where significant improvements in accuracy capabilities were obtained for a standard cylindrical grinding machine and a five

65、-axis vertical milling machine.Keywords: automatic supervision, diamond machining, machine tool design, precision machining, tool condition monitoringNOTATION CBN cubic boron nitride, the second hardest material after diamond cutting toolCNC computer numerically controlled 1 1 INTRODUCTIONINTRODUCTI

66、ONHigher accuracy and performance requirements for manufacturing systems, coupled with demands to reduce costs, have led to investigations into the development ofsmart machine tools. A long-term manufacturing trendcan be observed in a drive to achieve higher accuracycomponents for certain strategic products. These improvements in accuracy are highlighted in a US report1 which demonstrates a long-term trend of tolerances,decreasing by a factor of 3 every 10 years on critical dimensions (see Fig.