邦迪管定尺滾切機(jī)設(shè)計(jì)含7張CAD圖.zip,邦迪管定尺滾切機(jī),設(shè)計(jì),CAD 一、任務(wù)書中本階段工作目標(biāo)與任務(wù)要求 根據(jù)任務(wù)書要求，本階段需要完成的任務(wù)是：總體設(shè)計(jì)草圖的設(shè)計(jì)、部件設(shè)計(jì)草圖的設(shè)計(jì)、部分部件的分析與計(jì)算。 二、目前已完成任務(wù)情況 目前，已完成滾切頭部分機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、邦迪管矯直器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)床床身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、以及總裝配圖的設(shè)計(jì)、滾切部分切削力的計(jì)算、矯直部分矯直力的計(jì)算以及校核、夾緊部分夾緊力的計(jì)算以及校核、滾珠絲杠和電機(jī)的選型。 1.滾切部分計(jì)算 管直徑Φ3.8~Φ9.8mm，切斷長(zhǎng)度200-2000mm，切斷精度±0.5mm，管材壁厚S為0.5mm-1.25mm，定長(zhǎng)下料長(zhǎng)度l為10mm，滾切精度為±0.5mm，滾切余量為0.05mm，相當(dāng)于0.5mm壁厚的鋼管分10刀切斷，每切一刀所需要的力是很小的，按鋼管在5s內(nèi)被切斷計(jì)算分析。 圖1.1 滾切力分析圖 Z——滾切余量，0.05mm/r,即2mm/s； 鋼管受到刀刃剪切作用，按照剪切力的計(jì)算公式有： 式中：——鋼管所受到的剪切應(yīng)力，單位為MPa； F——鋼管所受到的徑向載荷，單位為N； ——剪切面面積，單位為mm， ——鋼管抗剪強(qiáng)度，單位為MPa 通過(guò)代入數(shù)值計(jì)算得到刀具至少需要對(duì)邦迪管施加21.495N的剪切力 邦迪管受到刀刃擠壓作用，按照擠壓力的計(jì)算公式有： 式中：——鋼管所受到的擠壓應(yīng)力，單位為MPa； ——擠壓面面積，單位為mm ——邦迪管的抗壓強(qiáng)度，單位為MPa 通過(guò)代入數(shù)值計(jì)算得到刀具至少需要對(duì)鋼管施加18.94N的擠壓力， 取安全系數(shù)S=2，工件受到刀刃所施加的徑向壓力放大為43N。 如圖1.2所示，刀片能夠順利將鋼管材料軸向分離的條件是Fr應(yīng)大于或者等于鋼管材料的抗壓強(qiáng)度和抗剪?？芍狥r=F=43N。根據(jù)幾何關(guān)系得到正壓力的理論計(jì)算公式如下： 式中：——刀片斜角，30°。 代入數(shù)據(jù)得到Fn=220.83N。 極限狀態(tài)下的摩擦面積為刀片切斷鋼管的瞬間，利用inventor軟件分析得到刀片刃口與鋼管材料的摩擦面積為2.245mm2。假設(shè)摩擦面積S為兩倍接觸楔面面積，S=2.245×2=4.49 mm2。 圖1.2 摩擦面積示意圖 刀片對(duì)鋼管材料進(jìn)行滾切時(shí)，克服刀片接觸楔面接觸楔面與鋼管材料之間的摩擦力Fx如下： Fx=Fn×μ （2.4） =220.8.896×0.15 =33.43N 式中：Fx——刀片接觸楔面與鋼管材料之間的摩擦力，單位N； Fn——刀片與鋼管材料之間的正壓力，單位N； μ——刀片與鋼管材料之間的摩擦系數(shù)，0.15。 式中：P——刀片的切削功率，單位kw； v——切削速度，單位m/s； 2.滾切電動(dòng)機(jī)選型 按上一節(jié)切削功率的理論計(jì)算得到理論切削功率=105W。 傳動(dòng)裝置的總效率表示組成傳動(dòng)的各個(gè)裝置部分運(yùn)動(dòng)副效率之乘積，即 其中：、、...分別為每一傳動(dòng)副（帶、齒輪）、每對(duì)軸承的效率。 取帶傳動(dòng)效率，滾動(dòng)軸承傳動(dòng)效率故總效率 初步估計(jì)主切削運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)系統(tǒng)的效率為 則初步得到電動(dòng)機(jī)需要輸出的功率為 因?yàn)榍邢鬟\(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速為2400r/mim，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速（空載轉(zhuǎn)速）為 同步轉(zhuǎn)速n=60f/P， 式中：f——電源頻率； P——電機(jī)的極對(duì)數(shù)（P=1、2、3、……）。 根據(jù)和，由JB3074-82標(biāo)準(zhǔn)選用電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y80M1-2，其額定功率，滿載轉(zhuǎn)速，額定轉(zhuǎn)矩2.2N.m. 3.滾珠絲杠的選擇 3.1 確定滾珠絲杠副的導(dǎo)程 根據(jù)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速和X向滑板最大速度，計(jì)算絲杠導(dǎo)程。X向運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇松下MDMA152P1V，電機(jī)最高轉(zhuǎn)速為4500rpm。電機(jī)與滾珠絲桿通過(guò)減速器與聯(lián)軸器連接，聯(lián)軸器傳動(dòng)比為0.99，減速器減速比為3。軸向最大運(yùn)動(dòng)速度40m/min，即40000mm/min。則絲杠導(dǎo)程為 實(shí)際取，可滿足速度要求。 3.2 滾珠絲杠副的載荷及轉(zhuǎn)速計(jì)算 根據(jù)壓裝力的大小，及工作臺(tái)，工件總重量可求得滾動(dòng)導(dǎo)軌副的直線滾動(dòng)導(dǎo)軌選用FFZL3206型兩根導(dǎo)軌副上共有四個(gè)直線軸承座安裝在工作臺(tái)上。查得FFZL3206型直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的C0a=32kN； 法向載荷中靜載荷最大為： P=M×9.8=162×9.8=1587.6N0時(shí),得最大塑彎比為1.7，則最大彈塑性彎矩為1.7Mt。 粗棒半徑為R，細(xì)棒半徑為r,r/R=a,可以得到管材的矯直力矩， 在任意一點(diǎn)X處，外力矩和內(nèi)力矩的平衡式為 故可求得 如果使材料的達(dá)到極限彈塑性彎矩時(shí)，可得 將此值代入式（2-2）后，得 帶入管材的數(shù)據(jù)可得=48N/m,M=951.23N/m,F=778mN 式（2-3）表示一條在材料中點(diǎn)產(chǎn)生“塑性鉸”的塑性區(qū)分布規(guī)律的曲線， 圖2-7中的ζ-x曲線。 圖4.2 -x曲線，M-x曲線 在最大載荷情況下，極限彈塑性彎矩Mt發(fā)生在 處，即材料中點(diǎn)兩側(cè)0.21L范圍內(nèi)為塑性變形區(qū)S=0.42L. 銅的摩擦系數(shù)為0.15，根據(jù)資料可知，輪數(shù)為18時(shí)，矯直力大約為2800N，摩擦力為420N，總摩擦力為1680N，氣缸夾緊產(chǎn)生的最大靜摩擦力為8879N，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于總摩擦力，因此，可以?shī)A緊，并且可以進(jìn)行送料 5.已完成結(jié)構(gòu)圖 圖4.1總裝圖 圖4.2 矯直器 圖4.3 滾切裝置 三、存在的問(wèn)題和擬解決方法 在做二維圖的設(shè)計(jì)時(shí)，有時(shí)結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)存在一些強(qiáng)度和精度問(wèn)題，軸承的兩端支承需要用端蓋支撐定位，而不能用軸端擋圈定位，會(huì)導(dǎo)致精度存在問(wèn)題，使得切管時(shí)刀具引偏；在選擇切割方式時(shí)，三刀，兩刀，一刀的選擇也很重要，因?yàn)榇嬖诎惭b精度的問(wèn)題，安裝精度不符合，則會(huì)使刃口形狀產(chǎn)生很大的偏差，出現(xiàn)廢品；在矯直問(wèn)題上，是否鋼絲矯直器的矯直力度可以滿足邦迪管的矯直，以及相關(guān)矯直原理的適用性的問(wèn)題；定位方式上，還沒有具體確定定位反饋的方式，是用光柵尺作負(fù)反饋還是用編碼器作半閉環(huán)反饋 擬解決方法是，遇到的問(wèn)題首先自己去查閱資料，自己解決問(wèn)題，無(wú)法解決的問(wèn)題，則去請(qǐng)教老師，經(jīng)過(guò)老師的悉心指導(dǎo)，一定可以解決解決所遇到的問(wèn)題。再有，畫圖時(shí)，一定要細(xì)心領(lǐng)會(huì)機(jī)械制圖的要領(lǐng)，要以制造的眼光看問(wèn)題，看看是否能制造出來(lái)，定位精度和切割精度是否滿足。 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 四、系級(jí)教學(xué)單位審核意見： 中期考核分?jǐn)?shù)： 考核組長(zhǎng)簽字： 年 月 日 任務(wù)書 學(xué)院：XX 系級(jí)教學(xué)單位：XXX 學(xué) 號(hào) 學(xué)生 姓名 專 業(yè) 班 級(jí) 題 目 題目名稱 邦迪管路定尺滾切機(jī)設(shè)計(jì) 題目性質(zhì) 1.理工類：工程設(shè)計(jì) （ √ ）；工程技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究型（ ）； 理論研究型（ ）；計(jì)算機(jī)軟件型（ ）；綜合型（ ）。 2.文管類（ ）；3.外語(yǔ)類（ ）；4.藝術(shù)類（ ）。 題目類型 1.畢業(yè)設(shè)計(jì)（ √ ） 2.論文（ ） 題目來(lái)源 科研課題（ ） 生產(chǎn)實(shí)際（ √ ）自選題目（ ） 主 要 內(nèi) 容 1. 方案設(shè)計(jì)（工藝分析、工作原理、經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析）和總裝設(shè)計(jì) 2. 調(diào)直部件設(shè)計(jì) 3. 滾切部件設(shè)計(jì) 4. 定尺部件設(shè)計(jì) 原始參數(shù)與目標(biāo)參數(shù)：調(diào)直最大速度40米/分，管直徑Φ3.8~Φ9.8mm，切斷長(zhǎng)度200-2000mm，切斷精度±0.5mm。 基 本 要 求 l 機(jī)器總裝配圖、部件裝配圖 不少于A0 3 張 l 典型零件圖 A3 1 張 l 氣動(dòng)或電控系統(tǒng)圖 A1 1 張 l 設(shè)計(jì)說(shuō)明書1份，設(shè)計(jì)說(shuō)明書2萬(wàn)字以上，分析、計(jì)算準(zhǔn)確詳盡，格式符合“畢業(yè)設(shè)計(jì)撰寫規(guī)范” l 參考文獻(xiàn)（不包括教科書）15篇以上，含一篇外文文獻(xiàn)并譯成中文（5千字） 參 考 資 料 l 原始資料教師提供 l 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》、《機(jī)械工藝手冊(cè)》、《矯直機(jī)設(shè)計(jì)》、《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)圖冊(cè)》等 l 自查科技論文 周次 1—4周 5—8周 9—12周 13—16周 17周 應(yīng) 完 成 的 內(nèi) 容 調(diào)研、查資料、方案設(shè)計(jì)、完成文獻(xiàn)綜述與開題報(bào)告 總體設(shè)計(jì)（草圖）、部件設(shè)計(jì)（草圖）、所有分析與計(jì)算 總圖、部件圖繪制。 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)、典型零件圖繪制、譯文、設(shè)計(jì)說(shuō)明編制 設(shè)計(jì)評(píng)審，答辯準(zhǔn)備 指導(dǎo)教師：XX 職稱：XX 20XX年 2月22 日 系級(jí)教學(xué)單位審批： 年 月 日 一、文獻(xiàn)綜述 1.1課題背景 管材廣泛地用于機(jī)械、建筑、家電、化工等領(lǐng)域，我國(guó)每年的鋼管使用量達(dá)數(shù)千噸以上，管材切斷量很大，因此管材加工技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中占有重要的地位，在管材加工技術(shù)中，切斷和定尺是關(guān)鍵技術(shù)。 隨著科技的發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)高質(zhì)量管材的需求越來(lái)越大，大多數(shù)管材是通過(guò)盤成一捆的形式來(lái)進(jìn)行售出，在實(shí)際下料時(shí)，需要調(diào)直，定尺切斷。金屬管的切割方法有很多，傳統(tǒng)方式手工切斷方式無(wú)法滿足高效率高質(zhì)量的企業(yè)需求，于是，相應(yīng)配套的用于下料工作的高性能金屬切管機(jī)應(yīng)運(yùn)而生，用于切割各式各樣、各種材料的管材。表一列出了各種常用的管材切割方式。 切割分類 切割方法 方法概述 特點(diǎn) 加工對(duì)象 手工切割 鋼鋸 用人力以鋼鋸或滾刀和鋼管的相對(duì)運(yùn)動(dòng)切斷鋼管 操作十分方便，刃口不收縮、不易氧化，但是速度慢、效率很低、切口平正度不好 多用于小批量、小直徑鋼管的切斷 滾刀切管器 操作十分簡(jiǎn)單，刃口整齊，切割速度比較快，但是會(huì)產(chǎn)生縮口變形 機(jī)械切割 砂輪切割 用高速旋轉(zhuǎn)的砂輪片切割鋼管 砂輪切割效率高，可進(jìn)行快速、準(zhǔn)確地切割，切口有毛刺。 通常用來(lái)切割切割φ57以下的管材 便攜式割管機(jī) 用刀具與管材的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)切斷鋼管 體積小，便于攜帶，便于施工現(xiàn)場(chǎng)使用 用于管徑為φ32~φ108的碳鋼管、合金鋼管等 電動(dòng)套絲機(jī) 與滾刀切管器相同 電動(dòng)機(jī)代替人力，提高切割速度 TQ型電動(dòng)套絲機(jī)最大適用管徑為150mm 鋸床 與手工鋼鋸切斷原理相同 代替人力來(lái)對(duì)管材進(jìn)行切斷 適用于大批量管材的切斷 熱力切斷 氧氣-乙炔焰切斷 用氧氣-乙炔火焰切割 適用于DN100以上的普通鋼管和合金鋼管的切斷 不適用于不銹鋼管、銅管、鋁管的切斷 等離子切斷 利用高溫等離子電弧使工件切口處的金屬局部熔化 效率高，質(zhì)量好，切口不易氧化 等離子切斷可用于氧氣-乙炔焰不能切斷的合金鋼管 表1 常用管材切斷方式 除了鋼管切斷工序，定尺工序也是關(guān)鍵工序之一，它的定尺精度決定了成品管材的長(zhǎng)度精度。定尺裝置在各種機(jī)械加工行業(yè)里被廣泛應(yīng)用于不同尺寸和材料的管材的定尺寸切割，根據(jù)客戶的不同需求將管材切割成特定長(zhǎng)度的成品。 傳統(tǒng)的定尺方式即是用度量工具進(jìn)行劃線度量，然后用切割工具進(jìn)行切割，但是傳統(tǒng)方法的精度低，效率低，質(zhì)量差。現(xiàn)代的機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展已經(jīng)迫切需要一種高效精確的定尺方法。 在各種管材中，邦迪管是一種獨(dú)特的管材。邦迪管誕生于1920年至1940年的世界汽車工業(yè)大發(fā)展的二十年，各種新技術(shù)和新材料競(jìng)相誕生。當(dāng)時(shí)很多的汽車制造商在尋求一種用來(lái)做汽車的制動(dòng)管、燃油管的小直徑金屬管。這種管材需要具有一些特殊性能，以滿足汽車制造工藝的需要：它必須像銅管易于彎曲且能夠抗疲勞和耐高壓。 美國(guó)工程師哈里·邦迪先生發(fā)明了一種新型管材，這種鋼管就被稱作邦迪管。與其他管材相比，有其獨(dú)特的性能和特點(diǎn)。邦迪焊管又稱銅焊鋼管或雙層卷焊管。它是用高精度鍍銅鋼帶經(jīng)專用軋機(jī)卷軋成型后送入還原性氣氛的焊爐中，以雙層管壁360°結(jié)合面上的銅為釬料釬焊而成1。形成的管材不但可以提供光滑的連接，而且還抗震、耐腐、高壽命、抗裂性能好、具有高清潔度、高精度，能夠達(dá)到極好的使用性能。邦迪管的生產(chǎn)工藝流程見圖一1。 圖1 邦迪管生產(chǎn)流程圖 如圖所示邦迪管的工藝流程是，高精度的優(yōu)質(zhì)冷軋低碳鋼帶經(jīng)過(guò)開卷機(jī)開卷并測(cè)厚，使用低碳量的潤(rùn)滑油，使邦迪管內(nèi)部十分清潔，到達(dá)軋機(jī)進(jìn)行軋制成型，用飛剪方法對(duì)鋼帶進(jìn)行剪切，涂黑漆之后送到釬焊爐中進(jìn)行釬焊，最后經(jīng)檢驗(yàn)吹凈到達(dá)矯直機(jī)進(jìn)行矯直，繼續(xù)檢驗(yàn)探傷之后盤卷成型。 1.2課題的依據(jù)和目的 切管機(jī)是裝備制造業(yè)的工作母機(jī)，是實(shí)現(xiàn)裝備制造業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志，它在很大程度上代表著一個(gè)國(guó)家的科學(xué)水平、創(chuàng)新能力和綜合實(shí)力[2]。在管材生產(chǎn)和機(jī)械制造的過(guò)程中，管材定尺切割機(jī)是用來(lái)按定尺的長(zhǎng)度要求，將長(zhǎng)鋼管加工成所需要的坯料，可以滿足下一道工序的生產(chǎn)要求的一種機(jī)器。 在本文上述的切管方式中，如有用鋸切、用車床切割、用砂輪切割、氣焊切割、電火花切割、等離子切割等方法。然而，這些切割方法都多多少少地存在效率低、刃口質(zhì)量差、人員勞動(dòng)強(qiáng)度大等等的缺點(diǎn)。 在用鋸切割方法中，對(duì)能源和材料產(chǎn)生了大量的浪費(fèi)，并伴隨著很多鋸屑的產(chǎn)生，定尺精度和切削精度也不夠，還要經(jīng)常對(duì)鋸片進(jìn)行更換，影響了加工效率。在以車削為加工方式時(shí)，加工會(huì)產(chǎn)生切屑，原材料的成品率低，耗能又費(fèi)材料。以砂輪切割為加工方法時(shí)，高速旋轉(zhuǎn)的砂輪片切割鋼管會(huì)產(chǎn)生噪聲和大量的切屑，對(duì)砂輪片也需要及時(shí)更換。 在熱力切割方式中，氣焊切割方式利用金屬在純氧氣中劇烈燃燒，會(huì)生成熔渣和放出大量熱量的原理進(jìn)行管材的切割。這種法會(huì)產(chǎn)生大量的煙，刃口質(zhì)量粗糙、對(duì)材料浪費(fèi)率很大。 新的切割方式比如激光切割的方式是利用激光束釋放的能量使管材熔化、蒸發(fā)的原理進(jìn)行切割，精度很高但是相關(guān)的的激光切割設(shè)備的造價(jià)相當(dāng)貴，同時(shí)效率也相對(duì)較低。 綜上所述，傳統(tǒng)的鋼管切割方法與當(dāng)下企業(yè)對(duì)工藝過(guò)程高效率、高節(jié)能和高精度同時(shí)兼有的需求相符合，為了適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的要求，切管機(jī)的生產(chǎn)過(guò)程應(yīng)該達(dá)到以下要求： ① 達(dá)標(biāo)，即切斷后的坯料的尺寸精度、表面質(zhì)量應(yīng)達(dá)到所需要求； ② 高效，即工人的人為參與時(shí)間少，自動(dòng)化程度高； ③ 節(jié)約，即切削過(guò)程盡量少或無(wú)切屑、工具磨損程度??； ④ 節(jié)能，即盡量減少切割過(guò)程的功率消耗； 本課題需要設(shè)計(jì)的切管機(jī)的切管對(duì)象是邦迪管，邦迪管出廠之后，一般是放置在裝料盤成捆售出，運(yùn)到商家之后，商家需要按照客戶的尺寸需要進(jìn)行定尺切割，在切割時(shí)，除了要保證定尺的準(zhǔn)確性、送料卸料的高效性，最關(guān)鍵的一點(diǎn)就是切口處的切割質(zhì)量，刃口的切割質(zhì)量關(guān)系到邦迪管應(yīng)用于實(shí)際產(chǎn)品的安全性。本課題即針對(duì)切割邦迪管的要求開發(fā)一種節(jié)能、高效且自動(dòng)化程度高的無(wú)屑定尺自動(dòng)切管機(jī)。 ?在自動(dòng)化快速發(fā)展的今天，誰(shuí)可以開發(fā)出自動(dòng)化程度高，定尺精度高，切削精度、質(zhì)量高的切管機(jī)，誰(shuí)就可以在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)上占有一席之地，本課題通過(guò)一系列方案提出討論論證，篩選出最高效，質(zhì)量最高的邦迪管切割方式，定尺方式，完成邦迪管路的定尺滾切機(jī)設(shè)計(jì)，本課題所設(shè)計(jì)的切管機(jī)與傳統(tǒng)的切管機(jī)相比，有如下優(yōu)點(diǎn)：精密切割，切割后邦迪管刃口毛刺很少、表面質(zhì)量很高、全自動(dòng)化、切割方法簡(jiǎn)單、效率高；定尺精度高。 1.3國(guó)內(nèi)外切管機(jī)發(fā)展概況 機(jī)械工業(yè)的快速發(fā)展使自動(dòng)化觀念深入人心，在鋼管切斷領(lǐng)域也誕生了自動(dòng)切管機(jī)。市面上有許多種切管機(jī),根據(jù)加工方式的不同，可以分為沖壓剪剪斷式、車刀切斷式、旋刀式、碾壓式還有鋸切式等等3。在切管機(jī)、紙管機(jī)、卷筒式紙分切機(jī)領(lǐng)域，日本屬于第一梯隊(duì)，無(wú)論在更新?lián)Q代還是設(shè)備質(zhì)量在世界上都是遙遙領(lǐng)先；韓國(guó)、新加坡等東南亞國(guó)家緊隨其后；在歐洲，意大利對(duì)包裝機(jī)械裝備和相關(guān)設(shè)備的生產(chǎn)線的更新最積極。在切管機(jī)行業(yè)中，對(duì)關(guān)鍵零部件或者局部零部件的更新?lián)Q代是維持競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵，通過(guò)更新?lián)Q代來(lái)提高設(shè)備的價(jià)值和效率。近年來(lái)的這種發(fā)展趨勢(shì)表明，切管機(jī)行業(yè)越來(lái)越向著標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、組裝化、綜合化的方向發(fā)展。 改革開放以來(lái)，我國(guó)的切管機(jī)工業(yè)雖然有了很大的進(jìn)步，但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，還是有很大差距。當(dāng)今我國(guó)切管機(jī)行業(yè)的狀況是擁有量大，但是切管機(jī)的設(shè)備水平落后，低檔設(shè)備多、高檔的設(shè)備少、自動(dòng)化程度低、效率低。而且我國(guó)并沒有掌握高檔的切割設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)，需要大量進(jìn)口數(shù)控切管機(jī)設(shè)備，在發(fā)展速度上，落后于韓國(guó)、臺(tái)灣等地區(qū)[3]，這一點(diǎn)嚴(yán)重制約了我國(guó)切管機(jī)行業(yè)的發(fā)展。 中國(guó)工業(yè)設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)理事長(zhǎng)朱燾先生認(rèn)為，中國(guó)切管機(jī)業(yè)若要實(shí)現(xiàn)升級(jí)的目標(biāo)，一定不能忽視關(guān)鍵一環(huán)——設(shè)計(jì)，工業(yè)設(shè)計(jì)就是創(chuàng)新的靈魂，而中國(guó)的工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域相對(duì)來(lái)講還是還較薄弱。“高檔切管機(jī)與基礎(chǔ)制造裝備”是作為《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006～2020年)》中16個(gè)重大專項(xiàng)之一。 而在國(guó)外，國(guó)外的切割機(jī)械主要向著便攜式和精密數(shù)控切割機(jī)械方向發(fā)展，圖2中是美國(guó)的艾默生公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的電動(dòng)割管機(jī)，能夠快速便捷地切割鋼管等管材。配備快速方便的腳踏液壓泵，切口干凈整齊，無(wú)金屬碎屑，結(jié)合輪附件可從事倒坡口作業(yè)4。 圖2 258型電動(dòng)切管機(jī) 另外，國(guó)外自動(dòng)切管機(jī)更看重高速加工和高精度加工；全自動(dòng)切管機(jī)被各行業(yè)應(yīng)用，因此切管機(jī)被設(shè)計(jì)成可以實(shí)現(xiàn)多任務(wù)和多軸同時(shí)加工的模式；對(duì)機(jī)械設(shè)備與機(jī)器人進(jìn)行集成，使應(yīng)用范圍更加廣范，運(yùn)動(dòng)速度有了大幅提高，多種傳感器配合工作，自動(dòng)控制，自動(dòng)反饋；全自動(dòng)加工與監(jiān)測(cè)的功能不斷完善和發(fā)展，可實(shí)時(shí)獲取加工過(guò)程中的狀態(tài)信息，據(jù)此對(duì)機(jī)械設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)；采用最新的機(jī)床誤差檢測(cè)與補(bǔ)償技術(shù)，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，可以提高大約3倍精度；刀具技術(shù)發(fā)展十分迅速，新型刀具能夠滿足加工時(shí)的平穩(wěn)以及對(duì)抗振性能、切削性能的要求4。 綜上所述，我國(guó)擁有的切管機(jī)與國(guó)產(chǎn)切管機(jī)相比，有相當(dāng)大的差距，因此我國(guó)的切管機(jī)行業(yè)必須創(chuàng)新改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)從根本上的升級(jí)改造。 1.4本課題的意義及前景 自動(dòng)切管機(jī)在制造業(yè)中占有舉足輕重的地位，因?yàn)樽詣?dòng)切管機(jī)可以替代傳統(tǒng)的手工生產(chǎn)，轉(zhuǎn)換成自動(dòng)化生產(chǎn)，大大提高了生產(chǎn)效率，勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，產(chǎn)品質(zhì)量已顯著改善，以滿足精度要求的產(chǎn)品。特別是在汽車制造業(yè)，石油，冶金和許多其他制造業(yè)，管材切割機(jī)具有自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)已被廣泛使用。自動(dòng)切管機(jī)的出現(xiàn)，提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率，降低了成本，為企業(yè)的快速發(fā)展提供了技術(shù)支持和保障，也創(chuàng)造了巨大的社會(huì)財(cái)富，為推動(dòng)社會(huì)科技進(jìn)步發(fā)展做出了很大的貢獻(xiàn)。 自動(dòng)切管機(jī)的出現(xiàn)取代了過(guò)去手動(dòng)切管機(jī)的低效率的傳統(tǒng)切管方式，國(guó)內(nèi)廠商改變了傳統(tǒng)制造商思維，從供給端導(dǎo)向走向了需求端導(dǎo)向，更加貼近市場(chǎng)情況。與此同時(shí)，國(guó)家出臺(tái)了一些系列政策鼓勵(lì)自動(dòng)切管機(jī)的發(fā)展，對(duì)于全自動(dòng)切管機(jī)產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)，是一個(gè)很好的發(fā)展契機(jī)。 國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展使我國(guó)切管機(jī)行業(yè)保持了高速增長(zhǎng)，切管機(jī)行業(yè)也保持了很高的出口量，國(guó)內(nèi)的鋼管切割機(jī)產(chǎn)業(yè)不論是在新機(jī)型的開發(fā)方面，還是在對(duì)成熟機(jī)型的應(yīng)用方面都大有發(fā)展，形成了具有各種功能和高低不同檔次的產(chǎn)品系列的局面。具有高效、快捷、精度高等特點(diǎn)的這些自動(dòng)化和半自動(dòng)化的切割機(jī)械，使得企業(yè)和工廠大大提高了工作效率，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，為企業(yè)創(chuàng)造了良好的效益。 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和科技的不斷發(fā)展，對(duì)自動(dòng)切管機(jī)的需求規(guī)模將日漸擴(kuò)大，近幾年切管機(jī)的市場(chǎng)份額上升相當(dāng)快，成本價(jià)格的不斷下降，也不斷被中小企業(yè)所接受，全自動(dòng)切管機(jī)將逐步進(jìn)入多個(gè)市場(chǎng)領(lǐng)域，帶來(lái)巨大的市場(chǎng)發(fā)展空間和發(fā)展?jié)摿Α? 高檔切管機(jī)和高檔的基礎(chǔ)制造裝備是實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化所需的設(shè)備。因此，加快提升我國(guó)的切管機(jī)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)，縮短與國(guó)外的差距，任重道遠(yuǎn)，意義重大。 因此，本課題研究設(shè)計(jì)的無(wú)屑定尺切管機(jī)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，將對(duì)我國(guó)高檔切管機(jī)的技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)生促進(jìn)作用。 二、研究的基本內(nèi)容，擬解決的主要問(wèn)題 2.1本課題研究的基本內(nèi)容 本課題要設(shè)計(jì)一臺(tái)邦迪管的定尺滾切機(jī)，邦迪管的定尺長(zhǎng)度和內(nèi)外徑有一定范圍，要有一定的通用性，使用滾切的形式進(jìn)行管路的切割，必須要有高效且高質(zhì)量的切割效果，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的邦迪管定長(zhǎng)切割，本課題設(shè)計(jì)的切管機(jī)的主要思想是采用三片合金刀片以行星式旋切作為切割方式切割邦迪管;以三相電機(jī)、液壓缸或氣缸作為主要的執(zhí)行元件;以機(jī)械定尺長(zhǎng)度方式進(jìn)行定尺操作，并與送料機(jī)構(gòu)結(jié)合即實(shí)現(xiàn)定長(zhǎng)切割。 原始技術(shù)要求： 調(diào)直最大速度 40米/分 管直徑 Φ3.8~Φ9.8mm 切斷長(zhǎng)度 200-2000mm 切斷精度 ±0.5mm。 為實(shí)現(xiàn)上述邦迪管定尺滾切機(jī)的各項(xiàng)設(shè)定功能，本課題將切管機(jī)的設(shè)計(jì)任務(wù)分為以下幾部分: 1.切管機(jī)調(diào)直機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)專門的放料盤，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)和實(shí)際所給參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，確定調(diào)直輥的參數(shù)。 2、進(jìn)給和定尺裝置結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)計(jì)。完成機(jī)械式頂尺相關(guān)機(jī)構(gòu)參數(shù)的確定，保證好定尺和夾緊送料的行程關(guān)系。 3、切管裝置裝置結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)計(jì)。此為關(guān)鍵的部件，做好切削力的計(jì)算和切削頭的設(shè)計(jì)，傳動(dòng)設(shè)計(jì)和電機(jī)的選擇，并完成關(guān)鍵軸的力的校核。 4、機(jī)床電氣設(shè)計(jì)。 通過(guò)自動(dòng)切管機(jī)，定尺送料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠自動(dòng)切管材料，切割完成上下料，自動(dòng)送料，繼續(xù)切割循環(huán)工作?？梢赃_(dá)到傳統(tǒng)的手工工作，投入批量生產(chǎn)，達(dá)到自動(dòng)化生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度的目的。 2.2本課題擬解決的主要問(wèn)題 1、調(diào)直部分：需要參考相關(guān)文獻(xiàn)并結(jié)合所提供邦迪管的尺寸，確定什么樣的調(diào)直輥適合邦迪管的調(diào)直；多大的調(diào)直輥可以完成邦迪管的調(diào)直；多大的調(diào)直力可以完成邦迪管的調(diào)直；如何調(diào)整調(diào)直輥調(diào)直間隙的量，以滿足不同的管徑的邦迪管的調(diào)直。 2、定尺部分：如何設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)使定尺機(jī)構(gòu)與送料機(jī)構(gòu)結(jié)合；如何設(shè)計(jì)伺服系統(tǒng)可以使定尺送料時(shí)機(jī)與滾切的時(shí)機(jī)相吻合；如何達(dá)到定尺切割的效果，保證尺寸精度。 3、滾切部分：對(duì)滾切刀頭進(jìn)行怎樣的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)切削主運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和輔助運(yùn)動(dòng)；有幾種切割、進(jìn)給方案；如何簡(jiǎn)便地設(shè)計(jì)切割頭可以產(chǎn)生無(wú)屑剪切的效果；如何合理地設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)模式，切管時(shí)的進(jìn)給，滾切后的退出。以上都需要進(jìn)行相關(guān)的原理論證和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，強(qiáng)度校核。 為了確定最佳方案,將多種方案進(jìn)行認(rèn)真分析、研究和比較。完成的工作主要是切管機(jī)中的切管刀頭,定尺送料機(jī)構(gòu)和矯直輥部分的設(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)方案的擬定,各軸的轉(zhuǎn)速,功率和轉(zhuǎn)矩的計(jì)算.在總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中,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)設(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)行力的校核.應(yīng)用得到的合理數(shù)據(jù),繪制總體裝配圖,切管機(jī)和定尺送料部分的裝配圖.然后針對(duì)各主要基本件,繪制多張零件圖。  三、本課題擬采用的研究手段及途徑 3.1滾切原理 無(wú)屑切割原理是利用金屬材料的冷塑性變形實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼管的定長(zhǎng)切斷，其原理是金屬的塑性變形。金屬塑性變形指的是固體金屬在外力作用下產(chǎn)生非斷裂的永久變形的現(xiàn)象，又稱金屬范性形變。 在眾多方式的切管機(jī)中，刀旋式切管以其刃口質(zhì)量好，斷面粗糙度低的優(yōu)點(diǎn)被廣泛采用，刀旋式切割方法適用于一些對(duì)工件表面質(zhì)量高、需要大批量精密生產(chǎn)鋼管的場(chǎng)合，而其他方式的切管機(jī)由于有毛刺等表面質(zhì)量問(wèn)題無(wú)法達(dá)到切割邦迪管的要求。 圖3滾切原理 為保證邦迪管在切割時(shí)不發(fā)生彎曲和為了提高切割效率，故采用管材不轉(zhuǎn)、刀具旋轉(zhuǎn)的方式。這里采用的無(wú)屑切削運(yùn)動(dòng)有以下三種運(yùn)動(dòng)： （1)主運(yùn)動(dòng):滾切刀繞工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即繞軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng); (2)進(jìn)給運(yùn)動(dòng):滾切刀旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)沿工件徑向擠入運(yùn)動(dòng); (3)輔助運(yùn)動(dòng):把工件夾緊，工件不動(dòng)，滾切刀作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，碾壓管壁，最終導(dǎo)致管壁塑性斷裂采用三把刀同時(shí)切削，具備自動(dòng)定心的作用，又可提高切削效率，使管材保持幾何精度5。 3.2邦迪管定尺滾切的總體設(shè)計(jì)方案 圖4 邦迪管定尺滾切機(jī)示意圖 本文所采用的如上圖4所示，工人將邦迪管放入調(diào)直裝置的調(diào)直輥中，由定尺裝置夾緊，定尺裝置推進(jìn)到定位點(diǎn)，液壓缸推動(dòng)鋼管進(jìn)給到定位點(diǎn)，前卡頭夾緊，后卡頭松開，液壓缸復(fù)位，定位裝置復(fù)位；滾切刀進(jìn)行滾切；滾切刀停止轉(zhuǎn)動(dòng)，拉斷裝置拉斷。完成一次切斷過(guò)程。如下圖5所示。 3.3機(jī)床結(jié)構(gòu)組成部分 機(jī)床結(jié)構(gòu)主要由送料盤、機(jī)架、定尺送料料裝置、調(diào)直裝置、夾緊裝置、滾切刀切斷裝置、拉斷裝置、接料裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、伺服液壓系統(tǒng)等組成。 3.3.1送料盤 用于送料的接料架。 3.3.2 機(jī)架 機(jī)架分四部分組成：床身、送料導(dǎo)軌、拉斷導(dǎo)軌。 圖5邦迪管定尺滾切機(jī)流程圖 3.3.3 調(diào)直裝置 調(diào)直裝置是將送入的邦迪管拉直的裝置。由多個(gè)平行調(diào)直輥組成，并有可以調(diào)節(jié)調(diào)直間隙的螺紋副。 3.3.4定尺夾緊送料裝置 定尺送料裝置置于調(diào)直裝置后，由液壓系統(tǒng)控制前進(jìn)的距離和夾緊力，后卡頭夾緊邦迪管，液壓缸推動(dòng)裝置帶動(dòng)邦迪管進(jìn)給時(shí)，定位裝置的液壓系統(tǒng)推動(dòng)定位桿頂端圓盤至定位點(diǎn)，待工件進(jìn)給完畢，液壓系統(tǒng)復(fù)位。 市面上大概有兩種定尺方式，機(jī)械定尺和基于伺服系統(tǒng)的非定長(zhǎng)定位方法，就是調(diào)整在定尺桿上的可調(diào)限位擋塊至切割刀片之間的距離來(lái)實(shí)現(xiàn)定尺的一種方法。圖6是機(jī)械定尺在切割機(jī)上應(yīng)用的工作原理圖。 圖6機(jī)械定尺 伺服系統(tǒng)的定位方法，在圖中，步進(jìn)電機(jī)通過(guò)絲杠螺母副傳動(dòng)結(jié)構(gòu)推動(dòng)固定在移動(dòng)平臺(tái)上的液壓缸4。 圖7基于伺服系統(tǒng)的定位方法 夾緊裝置固定在拉斷箱體上，由油缸、夾緊模具架，清屑噴嘴、夾緊模具等組成，用于切斷時(shí)固定銅管。夾緊裝置的夾緊模具的材質(zhì)及技術(shù)要求與定尺送料裝置內(nèi)夾緊模具相同。拉斷時(shí)銅屑會(huì)散落在上、下夾緊模接合面處，影響夾緊效果，模具側(cè)面置一吹屑風(fēng)嘴，由電磁閥控制，夾緊模每松開一次噴一次風(fēng)清理銅屑。要定期用噴槍徹底清除裝置內(nèi)銅屑。 3.2.5 滾切裝置 該裝置為在一個(gè)刀盤上安120°放置三把滾切刀，在夾緊裝置夾緊后，同時(shí)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)屑切斷的效果。 3.2.6 拉斷裝置 拉斷裝置與定尺送料裝置的結(jié)構(gòu)大體相同，用于切斷后的拉斷操作，實(shí)際為一夾緊裝置，不過(guò)固定在導(dǎo)軌上，可以進(jìn)行橫向運(yùn)動(dòng)。 3.2.7 卸料裝置 卸料裝置配合切斷裝置上下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)切斷完成后，卸料口隨之下降卸料，切斷完成，卸料口復(fù)位，作為接料架。 3 研究工作進(jìn)度 1—4周 1、調(diào)研切管機(jī)市場(chǎng)；2、查切管機(jī)和邦迪管的資料； 3、切管機(jī)的總體和部件方案設(shè)計(jì)；4、完成文獻(xiàn)綜述與開題報(bào)告。 5—8周 1、畫總體設(shè)計(jì)（草圖）、部件設(shè)計(jì)（草圖）； 2、調(diào)直部分、滾切部分、定尺夾緊部分力的校核和尺寸計(jì)算。 9—12周 用電腦繪制總裝圖、部件圖。 13—16周 1、設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)；2、繪制典型的零件圖；3、翻譯外文文獻(xiàn)、編制設(shè)計(jì)說(shuō)明書。 17周 設(shè)計(jì)評(píng)審，答辯準(zhǔn)備 五、 主要參考文獻(xiàn) [1]邦迪管制造技術(shù).國(guó)外汽車 [2] 陳小川等.虛擬制造技術(shù)研究概況綜述[J].機(jī)械制造,1998(12):1~8 [3] 李兆峰等.刀旋式切管機(jī)切管運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)方法綜述.機(jī)械工程師，2016年6期 [4]陳波揚(yáng).一種全自動(dòng)割管機(jī)的研制.浙江大學(xué)碩士論文.2011.11 [5]劉君.行星式數(shù)控?zé)o屑切管機(jī)的研究.2012.02.20 [6] 呂立華主編.金屬塑性變形與軋制原理.化學(xué)工業(yè)出版社.2007. 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