鋼管旋切機總體及控制部分設(shè)計

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畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書 題目名稱 鋼管旋切機設(shè)計 — 控制部分設(shè)計 學(xué)生名稱 所學(xué)專業(yè) 班級 指導(dǎo)教師姓名 所學(xué)專業(yè) 職稱 完成期限 2008 年 12 月 12 日 至 2008 年 12 月 21 日 一、 論文（設(shè)計）主要內(nèi)容及主要技術(shù)指標(biāo) （一） 主要內(nèi)容 現(xiàn)有鋼管切斷方法的原理、特點、優(yōu)缺點分析，鋼管旋切機原理設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、控制系統(tǒng)設(shè)計。（ — 控制部分設(shè)計） （二） 主要技術(shù)指標(biāo) 1．割管直徑 50— 80 2．割管壁厚 5．割管長度 20— 1000 4．鋼管長度 6m 5．軋切精 度 ± 6．液壓工作壓力 ．壓縮空氣壓力 、 畢業(yè)論文（設(shè)計）的基本要求 1． 畢業(yè)設(shè)計報告：由 400 字左右的中英文摘要，正文后由 20 篇左右的參考文獻(xiàn)，正文中要引用 5 篇以上文獻(xiàn)，并注明文獻(xiàn)出處。 2． 由不少于 2000 漢字的與本課題有關(guān)的外文翻譯資料。 3． 畢業(yè)設(shè)計字?jǐn)?shù)在 20000 字以上。 4． 三維模型，相關(guān)圖紙。 三、 畢業(yè)論文（設(shè)計）進(jìn)度安排 1． 2008 年 12 月 12 日 — 12 月 16 日，下達(dá)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書；寒假期間完成英文資料翻譯和開題報告。 2． 2009 年 2 月 15 日 — 2 月 27 日（第 1— 2 周），指導(dǎo)老師審核開題報告和設(shè)計方案。 3． 2009 年 2 月 28 日 — 4 月 24 日（第 3— 10 周），畢業(yè)設(shè)計單元部分設(shè)計。 4． 2009 年 4 月 25 日 — 5 月 1 日（第 11 周），畢業(yè)設(shè)計中期檢查。 5． 2009 年 5 月 2 日 — 5 月 22 日（第 12— 14 周），結(jié)構(gòu)設(shè)計、三維建模，整理、撰寫畢業(yè)設(shè)計論文。 6． 2009 年 5 月 23 日 — 6 月 5 日（第 15— 16 周），上交畢業(yè)設(shè)計論文，指導(dǎo)教師、評閱教師審查評閱設(shè)計論文，畢業(yè)設(shè)計答辯資格審查。畢業(yè)設(shè)計答辯，學(xué)生修改整理設(shè)計論文。 河南科 技學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告 題目名稱 鋼管旋切機設(shè)計 — 控制部分設(shè)計 學(xué)生姓名 所學(xué)專業(yè) 學(xué)號 指導(dǎo)教師姓名 所學(xué)專業(yè) 職稱 完成期限 2008 年 12 月 16 日 —— 2009 年 2 月 27 日 一、 選題的目的和意義 鋼管在我們生活中起著非常重要的作用，可以說是隨處可見，出現(xiàn)在建筑，交通，汽車等諸多領(lǐng)域。在不同領(lǐng)域?qū)︿摴艿男阅?，精度，?guī)格要求也不近相同，以至于鋼管的種類也繁多，對他的制造和加工方法也很多。目前 我國機械工業(yè) 鋼管 使用量已達(dá)到數(shù)千 噸以上， 鋼管 的切割量 非常大；隨著現(xiàn)代機械工業(yè)的發(fā)展，對切割加工的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量的要求也同時提高。 鋼管的切割技術(shù)隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展也取得了長足的發(fā)展，特別是數(shù)控技術(shù)，傳感器技術(shù)等所取得的突破，鋼管切割技術(shù)也進(jìn)入數(shù)控伺服技術(shù)的快軌道，相繼出現(xiàn)了等離子鋼管切割機，激光鋼管切割機，數(shù)控鋼管切割機，空氣等離子鋼管切割機，火焰鋼管切割機，數(shù)控鋼管等離子切割機，數(shù)控火焰鋼管切割機等等。但是對于薄壁鋼管的切割目前的方法多不理想， 切割質(zhì)量差、尺寸誤差大、材料浪費大、后續(xù)加工工作量大，同時勞動條件惡劣，生產(chǎn)效率低 等缺點，之所以選鋼管旋切 機這個課題，就是為了提高薄壁鋼管的切斷精度，防止切削時鋼管變形，降低材料浪費，防止工業(yè)污染，實現(xiàn)無屑切屑。使鋼管旋切機 的技術(shù)水平、整機性能 不斷 取得進(jìn)步，逐步趕上國際先進(jìn)水平，滿足用戶的需要，進(jìn)一步提高市場競爭力 而鋼管旋切機 在許多方面 需要 形成自身獨有的特點， 以 實現(xiàn)了 “ 自動化、多功能和高可靠性 ” 。 且 在某些方面的技術(shù)性能 要 超過國外的產(chǎn)品。 該鋼管旋切機 是 機 電一體化高度集成設(shè)備，科技含量高，與傳統(tǒng)機加工 旋切機 相比，鋼管旋切 機的加工精度更高、柔性化好，對制造業(yè)來說，可以說是一 次大的跨步 。 鋼管旋切機技術(shù) 作為新的加工手段 ，不僅加工精度高、速度快，而且加工部位質(zhì)量可靠、外形美觀、能大大提高產(chǎn)品質(zhì)量，而且設(shè)備運行成本低，操作簡單，維護(hù)方便，故障率低 ，走向國際市場將起到 新 的推動作用。 此鋼管旋切機主要 應(yīng)用于 薄壁鋼管 材料 的 加工，隨著國內(nèi)企業(yè)融入世界的程度逐 步 加深， 這種新的加工技術(shù)必將受到廣大用戶的接受和采用 。 在設(shè)計的過程中，能培養(yǎng)我綜合運用所學(xué)知識，分析和解決實際中所遇到的問題，并且能鞏固和深化我所學(xué)的專業(yè)知識，使我在調(diào)查研究和收集資料等方面有了顯著的提高，對所學(xué)過的一些東西又有了許多新的認(rèn)識，同時在理解分析能力、制定設(shè)計或試驗方 案能力、設(shè)計計算和繪圖能力方面有較大的進(jìn)步；另外我的技術(shù)分析和組織工作的能力也有了一定程度的提高。 希望在此次畢業(yè)設(shè)計中，能充分發(fā)揮出我們的創(chuàng)新能力和團(tuán)隊精神，樹立良好的學(xué)術(shù)思想和工作作風(fēng)，牢牢把握住這次在走上崗位之前的實踐機會，充分提高自己的實際動手能力，增強自己的工作能力。 二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 鋼管旋切機 在上世紀(jì) 80 年代到 90 年代，在西方發(fā)達(dá)國家日漸成熟并得到廣泛的應(yīng)用，顯示出巨大的優(yōu)越性和市場空間。我國在 90 年代末及本世紀(jì)初， 鋼管旋切 工藝技術(shù)的制造水平有了重大突破，關(guān)鍵 傳感器件 實現(xiàn)了國產(chǎn)化， 機電一體 化 技術(shù)也有了很大的發(fā)展，在集成上述技術(shù)與裝備的基礎(chǔ)上，我國自行研制的 旋切技術(shù) 誕生了。 近年來，通過引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)和消化吸收， "中國造 "的 鋼管旋切 機在質(zhì)量、功能、穩(wěn)定 性、靈敏度、精度 等方面與國外知名品牌的同類產(chǎn)品差距 進(jìn)一步逐漸縮小 ，并以理想的性價比得到了廣大用戶的青睞。隨著技術(shù)水平的不斷進(jìn)步，加之我國勞動力成本，設(shè)計、生產(chǎn)成本較國外低，售后服務(wù)優(yōu)勢明顯， 鋼管旋切機 "中國造 "將逐步縮小國外產(chǎn)品的市場空間，并使競爭更趨激烈。在此形勢下，為提高在需求巨大的中國市場上的綜合競爭力，國 外旋切 機制造商將不得不在國內(nèi)建廠 ， 機電一體化技術(shù)和傳感技術(shù) 的應(yīng)用及 鋼管旋切 機制造在中國的興起，將實現(xiàn)我國的 旋切 產(chǎn)業(yè)化，世界 旋切 產(chǎn)業(yè)格局因此也將 進(jìn)一步 改寫。 三、主要研究內(nèi)容 1．對現(xiàn)有鋼管旋切機的原理、特點及優(yōu)缺點進(jìn)行分析，擬定改進(jìn)方案。 2．進(jìn)行鋼管旋切機的工作原理設(shè)計。 3．對鋼管旋切機的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。 5． 利用 件設(shè)計出 鋼材旋切機各主要涉及部件的形狀及鋼管旋切機的總體形狀。 . 四、畢業(yè)論文（設(shè)計）的研究方法或技術(shù)路線 研究方法： 1. 采用理論與實際相結(jié)合的方式并利用 現(xiàn)有的條件來設(shè)計旋切機； 2. 結(jié)合指導(dǎo)教師的教學(xué)經(jīng)驗來提高自己對旋切機各組成部分的研究； 3. 查閱大量的有關(guān)書籍和資料來擴充自己對旋切機的認(rèn)識，提高加工的技術(shù)含量和加工效率； 4. 通過多次對各組成部分的計算和思考來提出更好的加工工藝，盡量的能從生產(chǎn)的實際出發(fā)來進(jìn)行設(shè)計； 五、 主要參考文獻(xiàn)與資料 ［ 1］ 中國機械工程學(xué)會 M]化學(xué)工業(yè)出版社 ， 2005 ［ 2］施平 M]爾濱工業(yè)大學(xué)出版社， 2002 ［ 3］ 孫波 M]安電子科 技大學(xué)出版社， 2008 ［ 4］楊黎明 國防工業(yè)出版社， 1997 ［ 5］ 孫波 M]安電子科技大學(xué)出版社， 2008 ［ 6］ 張以鵬 M]寧科學(xué)技術(shù)出版社， 2007 ［ 7］ 上海市金屬切削技術(shù)協(xié)會 M]上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 ， 2006 ［ 8］杜祥瑛、薛順德 M]. 北京：機械工業(yè)出版社， 1997 ［ 9］梁桂芳 M]. 北京：機械工業(yè)出版社， 1997 ［ 10］李春勝、黃德彬 M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2004 ［ 11］于民治、張超 M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2007 ［ 12］曾正明、彭福泉 M]. 北京：機械工業(yè)出版社， 1998 ［ 13］三浦宏文 北京：科學(xué)出版社， 2007 ［ 14］何慶 M]學(xué)工業(yè)出版社， 2008 ［ 15］王少懷 北京：機械工業(yè)出版社， 2008 ［ 16］成大先 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2002 ［ 17］ 李生智 力加工概況 . 北京： 北京冶金工業(yè)出版社 ， 1984 ［ 18］ 胡正炎 、 許協(xié)和 、 沙德元 藝及設(shè)備 冶金工 業(yè)出版社 ,1985 ［ 19］ 張慶生 北京： 北京機械工業(yè)出版， 1985 ［ 20］濮良貴、紀(jì)名剛，機械設(shè)計，北京：高等教育出版社，第八版， 2006 ［ 21］陳立德 北京：高等教育出版社， 2006 ［ 22］機械設(shè)計手冊委員會 北京：機械 工業(yè)出版社， 2007 ［ 23］ 機械工業(yè)出版社 傳動 . 北京：機械設(shè)計 手冊委員會， 2007 ［ 24］機械設(shè)計手冊 委員會 北京：機械工業(yè)出 版社， 2007 ［ 25］黃觀堯、劉保河 天津：天津大學(xué)出版社， 1999 ［ 26］孫成通 北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2005 六、 指導(dǎo)教師審批意見 簽名： 年 月 日 畢業(yè)設(shè)計（論文）中期檢查表 學(xué)生姓名 班級 指導(dǎo)教師 論文題目 鋼管旋切機設(shè)計 — 控制部分設(shè)計 目前已完成任務(wù) (1)制定畢業(yè)設(shè)計方案； (2)查找相關(guān)文獻(xiàn)； (3)完成畢業(yè)論文開題報告； (4)翻譯外文資料； (5)學(xué)習(xí) 關(guān)軟件和 程； (6)畢業(yè)設(shè)計單元部分設(shè)計。 是否符合任務(wù)書要求進(jìn)度：是 尚需完成的任務(wù) 1 繼續(xù)對論文材料進(jìn)行組織和整理； 2 爭取到規(guī)定的時間完成論文初稿； 3 根據(jù)指導(dǎo)老師的指導(dǎo)意見和全部材料完成論文； 4 按照論文進(jìn)度要求，有步驟有 計劃的開展論文工作，存在問題及時與老師溝通； 5 對已完成的論文內(nèi)容進(jìn)行檢查審核，發(fā)現(xiàn)問題及時修改； 能否按期完成論文（設(shè)計）：能 存在問題和解決辦法 存 在 問 題 所查找的資料不足，對論文主題的研究不夠透徹，對理論知識的掌握還不夠全面，尤其是 和 程軟件的使用；與指導(dǎo)老師的交流不夠深刻 。 擬 采 取 的 辦 法 繼續(xù)查找資料，加強對相關(guān)理論知識的理解和掌握，加強對編程軟件的熟練操作和運用，及時與指導(dǎo)教師溝通。 指導(dǎo)教師簽 字 日期 年 月 日 教學(xué)院長（主任）意 見 負(fù)責(zé)人簽字： 年 月 日 河南科技學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）課題審核表 院（系）名稱 專業(yè)名稱 指導(dǎo)教師 姓名及職稱 課題名稱 鋼管旋切機的設(shè)計 — 控制部分 課題來源 自選課題 立題理由 和所具備 的條件 目前 我國機械工業(yè) 鋼管 使用量已達(dá)到 數(shù)千 噸以上， 鋼管 的切割量非常大；隨著現(xiàn)代機械工業(yè)的發(fā)展，對切割加工的工作效率和產(chǎn)品質(zhì)量的要求也同時提高。 之所以選鋼管旋切機這個課題，就是為了提高薄壁鋼管的切割精度，防止切削時鋼管 變形，降低材料浪費，防止工業(yè)污染，實現(xiàn)無屑切屑。使鋼管旋切機 的技術(shù)水平、整機性能 不斷 取得進(jìn)步，逐步趕上國際先進(jìn)水平，滿足用戶的需要，進(jìn)一步提高市場競爭力 。因此要求鋼管旋切機 在許多方面 需要 形成自身獨有的特點， 以 實現(xiàn) “ 自動化、多功能和高可靠性 ” 的要求 。 教研室 審批意見 教研室主任簽字： 年 月 日 畢業(yè)論文（設(shè) 計）工作領(lǐng)導(dǎo) 小組審批意見 組長簽字：： 年 月 日 注：本表經(jīng)教務(wù) 處復(fù)審后存院（系）備查 。 摘 要 本設(shè)計通過對薄壁鋼管的工藝性分析和無削切削工藝方案的分析，確定 采用理論與實際相結(jié)合的 方式 并利用現(xiàn)有的條件來設(shè)計旋切機 ，在此基礎(chǔ)上對鋼管旋切機電氣控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，從而得出整體結(jié)構(gòu)方案。通過主要技術(shù)指標(biāo)對鋼管和選擇，最終確定其裝配總圖。通過此次設(shè)計，掌握了機床電控的相關(guān)知識以及動控制的知識，對于 軟件的應(yīng)用方面有了進(jìn)一步的提高。旋切機的電控部分進(jìn)行選擇和安裝，然后對鋼管旋切機的其它主要零件進(jìn)行設(shè)計 關(guān)鍵詞： 電氣控制 ， 薄壁鋼管，無屑切 削，自動切割，旋切機， he of of no by of to on of of of LC of of to of 錄 1 緒論 .......................................................................................................... 1 2 設(shè)計要求 .................................................................................................... 1 3 主要技術(shù)指標(biāo) ............................................................................................ 1 4 現(xiàn)有鋼管旋切機的原理、特點及優(yōu)缺點 ....................................................... 1 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ................................................................................... 2 有鋼管旋切機的工作原理 .................................................................. 2 點及優(yōu)缺點 ...................................................................................... 2 5 鋼管旋切機改進(jìn)方案 .................................................................................. 2 6 切割工藝分析 ............................................................................................. 2 藝特點 .............................................................................................. 2 管軋切過程 ....................................................................................... 3 鋼管軋切時的變形分析 ....................................................................... 5 參數(shù)對軋切工藝的影響 ..................................................................... 6 下量的影響 ........................................................................................... 6 切速度的影響 ....................................................................................... 6 具參數(shù)的影響 ................................................................................... 6 論 .................................................................................................... 7 7 旋切機的自動控制 ...................................................................................... 7 料與上料部分 ................................................................................... 7 料與進(jìn)料部分 ................................................................................... 7 切部分 ............................................................................................. 8 8 電控系統(tǒng) ................................................................................................... 8 統(tǒng)構(gòu)成 ............................................................................................. 8 序設(shè)計思想 ...................................................................................... 9 刀運動控制 ...................................................................................... 9 料運動控制 .................................................................................... 10 管旋切機傳感器及行程開關(guān)的選擇 .................................................. 10 氣控制系統(tǒng)電器的選擇 ................................................................... 11 切機自動控制 統(tǒng)原理 ........................................................... 12 障保護(hù) ........................................................................................... 15 致謝 ............................................................................................................ 15 參考文獻(xiàn) ..................................................................................................... 16 1 1 緒論 目前 我國機械工業(yè)鋼管使用量已達(dá)到數(shù)千噸以上，鋼管的切割量非常大；但就目前鋼管旋切技術(shù)過于陳舊落后，自動化程度不高，加工精度低，噪聲環(huán)境污染嚴(yán)重，隨著國內(nèi) 變頻技術(shù)的不斷發(fā)展，為鋼管旋切機的改進(jìn)提供了技術(shù)支持，此設(shè)計通過 術(shù)和傳感技術(shù)對鋼管的從上料到切斷完全實現(xiàn)了機電一體化和自動控制，不盡節(jié)省了人的體力勞動，而且提高了生產(chǎn)率，節(jié)約了鋼材的浪費。 在設(shè)計的過程中，能培養(yǎng)我綜合運用所學(xué)知識，分析和解決實際中所遇到 的問題，并且能鞏固和深化我所學(xué)的專業(yè)知識，使我在調(diào)查研究和收集資料等方面有了顯著的提高，對所學(xué)過的一些東西又有了許多新的認(rèn)識，同時在理解分析能力、制定設(shè)計或試驗方案能力、設(shè)計計算和繪圖能力方面有較大的進(jìn)步；另外我的技術(shù)分析和組織工作的能力也有了一定程度的提高。 希望在此次畢業(yè)設(shè)計中，能充分發(fā)揮出我們的創(chuàng)新能力和團(tuán)隊精神，樹立良好的學(xué)術(shù)思想和工作作風(fēng)，牢牢把握住這次在走上崗位之前的實踐機會，充分提高自己的實際動手能力，增強自己的工作能力。 2 設(shè)計要求 鋼管旋切機的具體設(shè)計要求為： （ 1）對現(xiàn)有鋼管旋切機的原理、 特點及優(yōu)缺點進(jìn)行分析，擬定改進(jìn)方案。 （ 2）進(jìn)行鋼管旋切機的工作原理設(shè)計。 （ 3）對鋼管旋切機的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計。 （ 4）對鋼管旋切機的控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。 （ 5）利用 件設(shè)計出 鋼材旋切機各主要涉及部件的形狀及鋼管旋切機的總體形狀。 3 主要技術(shù)指標(biāo) （ 1） 切管直徑 50～ 80 （ 2） 割管壁厚 5 3） 割管長度 20～ 1000 （ 4） 鋼管長度 6m （ 5） 軋切精度 ± （ 5） 液壓工作壓力 （ 7） 壓縮空氣壓力 現(xiàn)有鋼管旋切機的原理、特點及優(yōu)缺點 旋切機的發(fā)展?fàn)顩r國內(nèi)和國外有很大差別，主要原因是自動控制技術(shù)和傳感技術(shù)以及 變頻技術(shù)的落后。 2 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國外旋切技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，無論從機械部分還是自動控制部分，隨著傳感技術(shù)和變頻技術(shù)的不斷發(fā)展，機電一體化技術(shù)日趨完善，國內(nèi)旋切技術(shù)也一定的提高，但和外國相比還有很大差距。 有鋼管旋切機的工作原理 主運動：一臺主電機加一組減速機構(gòu)和一組切割片。主電機通過減速裝置進(jìn)而帶動切割片旋轉(zhuǎn) 。 進(jìn)給運動：主電機裝在一機架上，通過移動機架，使切割片對固定的壁鋼管進(jìn)行切割 。 點及優(yōu)缺點 優(yōu)點：工作原理簡單，工作可靠，使用維護(hù)方便，便于攜帶運輸，價格便宜，適用于加工精度不高的場合。 缺點：加工精度不高，對環(huán)境污染嚴(yán)重，生產(chǎn)效率低，浪費資源，不宜與實現(xiàn)自動化，勞動強度大。 5 鋼管旋切機改進(jìn)方案 根據(jù)現(xiàn)在旋切機加工精度不高，對環(huán)境污染嚴(yán)重，生產(chǎn)效率低，浪費資源，不宜與實現(xiàn)自動化，勞動強度大的缺點，做如下改進(jìn)：采用無屑軋切工藝，生產(chǎn)效率高管材利用好，可對不同直徑，壁厚和長度的鋼 管作定長切斷，鋼管自動上料，自動切斷，是一種典型的機電一體化產(chǎn)品，有可編程控制器對液壓缸，電機，電磁閥，傳感器等系統(tǒng)進(jìn)行控制，從上料 、 裝料 、 定位 、 進(jìn)料到軋切，整個加工過程完全實現(xiàn)了自動化。該設(shè)備還裝有累加計數(shù)和預(yù)置計數(shù)裝置，分別對切斷的工件進(jìn)行累計和設(shè)定計數(shù)，便于統(tǒng)計產(chǎn)量和計數(shù)更換刀具。 6 切割工藝分析 此鋼管切割機是利用金屬材料的塑性，對鋼管進(jìn)行塑性切斷，以此來滿足下道加工工序要求的、符合規(guī)定形狀和尺寸的坯件。 藝特點 此設(shè)備是利用管料塑性軋制切斷，簡稱塑性軋切工藝它具有如下特點： （ 1） 效 率高 ～ 2mm/s，與普通車削工藝相比，可提高功效 10倍以上。 （ 2） 材料利用率高 斷過程中不產(chǎn)生切屑，管材可得到 3 充分利用。同有屑切斷工藝相比，材料利用率可提高 13%左右，割管長度越短，效果越為明顯。 （ 3） 精度高 切割長度偏差不超過士 表面粗糙度 .6 m? 。 （ 4） 斷口直接成形 — 凡對斷口形狀有一定要求的工件 ， 利用刀具刀刃形狀 ， 就可一次直接成形。 （ 5） 刀具形狀簡 單 — 與斜軋或楔橫軋所用的軋輥相比 ， 本工藝所用刀具形狀簡單 ， 因而易于制造 ， 成本低廉 ， 且安裝、調(diào)整方便。 在軋切工藝中 ， 各工藝參數(shù)、刀具形狀參數(shù)及軋切溫度等因素對軋切過程與軋切質(zhì)量均有較大的影響。 管軋切過程 割階段分析 如圖 1 所示 ， 被軋切的管子 2置于一對托輪 3上 ， 首先刀具 1先旋轉(zhuǎn)，隨后液壓缸帶動連桿迫使刀具向下運動進(jìn)行切割。整個切割過程可分為三個階段 ： (1) 切入階段 —— 旋轉(zhuǎn)的刀具開始切入靜止的管子 ， 并通過摩擦力帶動管子轉(zhuǎn)動 ； (2) 軋切階段 —— 刀具在帶動管子轉(zhuǎn)動的同時 ， 繼續(xù) 向下運動軋切工件 ， 此時管子材料因屈服而產(chǎn)生塑性變形 ， 刀具刃口下部的管材沿徑向、軸向和切向三個方向產(chǎn)生流動 ， 使管壁厚度逐漸減小。 (3) 切斷階段 —— 在刀具持續(xù)軋切下 ， 管壁越來越薄 ， 直到管子被切斷為止。 子的旋轉(zhuǎn)條件 為使旋轉(zhuǎn)的刀具壓住管子后能帶動它轉(zhuǎn)動 ， 某些工藝參數(shù)和刀具參數(shù)必須滿足一定條件 ， 稱之為旋轉(zhuǎn)條件。軋切初期 ， 沿刀刃和管子之間的接觸圓弧 A B ，圖 1 管子扎切示意 1－刀具； 2－工件； 3－托盤 4 工件受到刀刃所加的壓力 ， 該壓力是一種分布載荷 ， 同時工件還與刀刃處于轉(zhuǎn)動接觸狀態(tài) ， 而受到 摩擦力的作用 ， 如圖 2 所示。為簡化分析起見 ， 作如下兩點假設(shè)。 (1) 刀刃作用于工件的分布壓力和刀刃與工件間的摩擦力均看作為集中力 ， 它們均作用于接觸弧的中點 C； 刀刃對工件的壓力以 P 表示 , 其方向為沿刀具法向 ； 摩擦力以 T 表示 ， 方向沿刀具的切向 ， 順轉(zhuǎn)向為正。 圖 2 中 a —— T 力離工件中心的垂直距離 ； b—— P 力離工件中心的垂直距離 ； ? —— 接觸弧 A B 所對應(yīng)的刀具圓心角 ； — 工件入口處的半徑 ； r —— 工件出口處的半徑 ； R —— 刀具半徑 ； Z —— 壓下量 ； (2) 工件在轉(zhuǎn)動過程中所受的其他阻力忽略不計。 由圖 2 可知 ， 作用于管子的力 P 與 T 分別產(chǎn)生軋制力矩 t， 為滿足旋轉(zhuǎn)條件 ， t， 即 p ， 或 T a ≥ P b 6 T = μP ， 得到 b/a≤ μ 其中 μ為摩擦系數(shù)。 由圖 2分析可得 =a+R/R+r 推出 a=r·(1/于是可得 a=[)] 6 b = (R + r) ， 及 a = [ r - R ( 1/- 1) ] 6入上式 ， 且當(dāng) Ф ≈ 0 時 ， ≈ 1 ， 可得 μ≥ (1 + R/r) 經(jīng)變換 ， 上式可簡化為 [2] ?2 ≥ (1 +d/D)·( Z/d) 或 Z/d≤?2 ·(1 + d/D) 6 2 軋切力分析 5 由上式可見 ， μ值越大 ， 旋轉(zhuǎn)條件越容易滿足 ， 這是很顯然的。當(dāng)摩擦系數(shù) μ，管子與刀具直徑之比 d/D 一定時 ， 存在有一個相應(yīng)的滿足旋轉(zhuǎn)條件的極限相對壓下量 Z/d 。當(dāng)管子與刀具直徑之比 d/ 相對壓下量必須取較小的值 ， 而 d/D 較小時 ， 則允許的相對壓下量就比較大。 當(dāng)?shù)毒咧睆?D = 300子直徑 d = 70 根據(jù)設(shè)備的實際工況取摩擦系數(shù) μ= 可算出極限壓下量 0. 6設(shè)備工作時的實際壓下量僅 旋轉(zhuǎn)條件能充分得到滿足 。 鋼 管軋切時的變形分析 軋切時 ， 隨著楔形刀刃的軋入 ， 鋼管在徑向壓力的作用下 ， 產(chǎn)生劇烈而復(fù)雜的變形 ， 這種變形 ， 是由刀刃刃口及兩側(cè)作用于鋼管所引起的。刃口作用于鋼管主要產(chǎn)生徑向壓縮、切向擴展及軸向延伸等變形。其中徑向壓縮包括鋼管的徑向壓縮和材料本身的徑向壓縮 ， 前者指材料向鋼管內(nèi)部流動產(chǎn)生的減徑作用后者則是軋切的主要變形 ， 唯此鋼管才得以被塑性切斷。刀刃軋入工件后 ， 部分材料沿切向流動 ， 使工件呈橢圓狀。刀刃下部的材料還會沿軸向延伸而變形 ， 這時在連皮材料內(nèi)部將產(chǎn)生拉應(yīng)力 ， 成為延伸變形的阻力。刀刃側(cè)面作用于鋼管 ,使材料產(chǎn)生 徑向壓縮、切向擴展、軸向壓縮和外徑擴展等變形。其中徑向壓縮和切向擴展同刀刃刃口作用時所產(chǎn)生的變形情況相似。軸向壓縮使刃口下部的連皮材料產(chǎn)生拉應(yīng)力 ， 外徑擴展是指切口斜面受壓后 ， 材料向管子外徑方向流動 ， 致使工件沿切口外徑邊緣處略微鼓起并呈橢圓狀。以上凡由切向擴展和外徑擴展所引起的橢圓變形 ， 在整個軋切過程中沿整個圓周不斷重復(fù)交替出現(xiàn) ， 隨著軋切深度的增加將逐漸減弱 ， 甚至接近消失。因外徑擴展產(chǎn)生的凸起狀 ， 將在托輪的對滾碾壓作用下漸趨敷平。 軋切時 ， 管子在刀具刃口及兩側(cè)的作用下 ， 產(chǎn)生劇烈而復(fù)雜的變形。刃口作用于管子 ， 主 要產(chǎn)生徑向壓縮、切向擴展及軸向延伸。徑向壓縮包括管子的徑向壓縮和材料本身的徑向壓縮 ， 前者指材料向管子內(nèi)部流動產(chǎn)生的減徑作用 ， 后者則是軋切的主要變形 ， 唯此管子才得以被塑性切斷。刀刃軋入工件后 ， 部分材料沿切向移動產(chǎn)生切向擴展 ， 并使工件呈橢圓狀。同時刀刃下部的材料還會向軸向壓縮 ， 這時管壁尚相連部分材料內(nèi)部將產(chǎn)生拉應(yīng)力 ， 成為延伸變形的阻力。 刀刃兩側(cè)作用于管子 ， 使管子材料產(chǎn)生徑向壓縮、切向擴展、軸向壓縮和外徑擴展等變形。其中 ， 徑向壓縮和切向擴展同刃口作用時情況相似。軸向壓縮使刃口下部尚相連部分材料產(chǎn)生拉應(yīng)力 ， 外徑擴 展是指材料向管子外徑方向流動 ， 致使切口外徑邊緣處略顯鼓起并呈橢圓狀。由切向擴展和外徑擴展共同引起的橢圓變形 ， 在整個軋切階段中 ， 沿整個圓周不斷地重復(fù)交替出現(xiàn) ， 隨著軋切深度的增加 ， 這種變形逐漸減小 ， 甚至近乎消失。至于外徑擴展產(chǎn)生的突起狀 ， 將在托 6 輪的對滾碾壓作用下趨于敷平。在軋切初期 ， 變形主要由刃口的作用引起 ， 到軋切后期 ， 刀刃兩側(cè)造成的軸向壓縮變形所產(chǎn)生的軸向拉應(yīng)力起主要作用 ， 當(dāng)拉應(yīng)力超過材料的拉伸強度時 ， 管子就被切斷。 根據(jù)以上的工藝分析 ， 在設(shè)計過程中 ， 對各有關(guān)的工藝參數(shù)、刀具形狀、參數(shù)、軋切溫度以及潤滑條件 等因素 ， 作了細(xì)致、合理的選擇 ， 實踐表明本設(shè)備的工藝要求能得到充分的滿足。 參數(shù)對軋切工藝的影響 下量的影響 壓下量 Z 一方面影響到管子的旋轉(zhuǎn) ， 另一方面影響到軋切壓力、軋切力矩與軋切效率。 壓下量 Z 越大 ， 軋切效率就越高 ， 但軋切壓力與軋切力矩也越大 ， 對機床的力學(xué)要求也就越高 ， 當(dāng)然壓下量的增大受到極限壓下量 限制 ， 否則將影響軋切過程的順利進(jìn)行。 壓下量 Z 越小 ， 軋切壓力與軋切力矩就越小 ， 但軋切效率也就越低。在軋切初期刀刃開始作用于管子時 ， 刀刃與管子摩擦?xí)r間增多 ， 刀刃受到的沖擊力 增多。在軋切時刀刃兩側(cè)與管子的摩擦?xí)r間增多 ， 特別在管子不直時 ， 刀刃受到的軸向沖擊力增多 ， 刀具極易崩刃。 另外 ， 壓下量 Z 越大 ， 在軋切時每一瞬時對管子端面的壓下量也大 ， 在軋切結(jié)束時管子端面的不平整程度就大 ， 成形質(zhì)量差 ， 尺寸精度下降 ， 反之成形質(zhì)量好 ， 尺寸精度高。故應(yīng)從整體上選擇合適的壓下量 Z， 使刀具具有較長的壽命 ， 對機床的力學(xué)要求相對較低 ， 同時具有較高的生產(chǎn)效率。 切速度的影響 軋切速度直接影響軋切效率 ， 速度越低效率越低 ， 反之速度越高效率越高。 但軋切速度不可能無限提高 ， 因其受到機床輸入功率與機床 力學(xué)性能的限制 , 特別是在被軋切管子的直線度較差時 ， 刀刃受到的不穩(wěn)定沖擊力大增 ， 刀刃極易崩裂。 另外 ， 軋切速度提高將使刀具溫升增大 ， 磨損增大 ， 刀具壽命降低。故應(yīng)在保證軋切能順利進(jìn)行的前提下 ， 盡可能選取大些的軋切速度 ， 同時采取有效措施降低刀具溫升 ， 減小摩擦。 具參數(shù)的影響 (1)刀具直徑 刀具直徑對軋切過程的影響主要在同樣刀具轉(zhuǎn)速下 ， 管子轉(zhuǎn)速隨刀具直徑變 7 大而變大 ， 此時相對壓下量可適當(dāng)取大些 ， 可提高工作效率。其次 ， 當(dāng)?shù)毒咧睆皆龃髸r ， 其對管子產(chǎn)生的切向擴展將會變小 ， 可減小軋制力矩。 (2)刀刃角 刀刃角 的大小對管子材料的變形有較大影響 ， 當(dāng)?shù)度薪禽^大時 ， 其兩側(cè)作用于管子 ， 使材料產(chǎn)生的徑向壓縮增大 ， 軸向延伸與外徑擴展減小 ， 其對軋切壓力與軋切力矩的影響也較大。刀刃角越大所需軋切壓力與軋切力矩也越大。 當(dāng)然 ， 刀刃角的大小決定了切割后工件端面的倒角 ， 也就是說其實際上取決于工件的形狀要求。如果可能的話 ， 將其設(shè)計得小些 ， 對減小軋切壓力與軋切力矩是有利的。 論 (1) 軋切的旋轉(zhuǎn)條件為 ： μ2 ≥ (1 + d/D)·( Z/d) 或 Z/d≤μ2/(1 +d/D)； 62) 刀具直徑 D 越大 ， 允許的相對壓下量 Z/ (3) 刀刃刃角越大 ， 軋切壓力與軋切力矩也就越大； (4) 應(yīng)選擇合適的刀刃圓角 ， 以提高其強度與使用壽命； 7 旋切機的自動控制 該設(shè)備的機械部分主要由貯料、上料、裝料、送料及軋切等部分組成 ， 下面對各部分的構(gòu)成與作用作扼要敘述。 料與上料部分 這部分主要由貯料架和上料機構(gòu)組成。每次可在儲料板上放置 10根鋼管，儲料板設(shè)置一定的斜度，可使鋼管自動向下滾落。儲料板上裝料完成時 ， 按下啟動開關(guān)，擋塊縮回，物料慢慢向下滾落，當(dāng)檢測物料的傳感器檢測到傳動鏈上有物料后，驅(qū)動控 制電器使擋塊伸出，以擋住上面的物料不再繼續(xù)下落，同時送料電機啟動，通過減速器帶動傳動鏈輪轉(zhuǎn)動 ， 當(dāng)物料傳動過去時，檢測物料的傳感器再次啟動，擋塊收回，再次使物料向下運動，當(dāng)有物料放到傳動鏈上時，檢測物料的傳感器再次啟動，擋塊擋住上面的物料不繼續(xù)下落，如此循環(huán)。 料與進(jìn)料部分 裝料部分主要由管子支架、擋塊、裝料機構(gòu)、檢測裝置、傳送裝置等部件組成。支架起支承鋼管的重量和儲料的作用；擋塊起防止儲料板上的物料持續(xù)下落的作用；檢測裝置主要由傳感器控制其它電器來完成；傳送裝置主要是完成鋼管的傳送。 8 裝料時 ,先使 物料擋塊縮回，因儲料板有一定的傾斜度，鋼管開始向下慢慢滾動，當(dāng)檢測物料的傳感器檢測到有物料經(jīng)過時，擋塊伸出以防止上面的物料繼續(xù)向下運動，同時送料電動機開始旋轉(zhuǎn)，通過減速機構(gòu)帶動鏈輪旋轉(zhuǎn)，從而帶動傳動鏈轉(zhuǎn)動實現(xiàn)送料的目的。由液壓缸帶動控制軋切部分沿滑槽上下移動 ， 實現(xiàn)刀具的向下壓緊或抬起放松。軋切時 ， 首先切削電機旋轉(zhuǎn)并通過帶輪帶動傳送帶轉(zhuǎn)動，從而帶動刀具旋轉(zhuǎn)，通過液壓缸帶動切削部分沿滑槽向下運動或上升，實現(xiàn)軋切。液壓缸帶動軋切部分以適當(dāng)?shù)膲毫鹤′摴?， 以減少鋼管轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的徑向跳動。 進(jìn)料機構(gòu)由傳動鏈實現(xiàn)，進(jìn)料 時 ， 傳動鏈帶動鋼管向前運動 ,直到鋼管端頭被擋塊擋住為止，送料電機隨即停轉(zhuǎn)。進(jìn)料傳感器檢測到物料到達(dá)后，軋切電機開始啟動并通過傳送帶帶動刀具旋轉(zhuǎn) ， 通過液壓缸的伸縮使軋切部分沿滑槽上下移動，依此控制刀具上下移動，控制刀具以適當(dāng)?shù)膲毫χ饾u切入鋼管，隨著切入深度的一步步加深，直到拉應(yīng)力超過材料的拉伸強度時 ， 管子就被切斷為止，切斷的鋼管自動落入料槽，檢測物料傳感器控制液壓缸帶動刀具上升，進(jìn)料電機再次啟動進(jìn)行送料，實現(xiàn)下一次的切削。 切部分 這部分主要由割刀部件、支撐托輪、擋塊和導(dǎo)向滑槽等組成 ， 其中割刀部件包 括主軋電動機、傳送帶、控制液壓缸等機件。 刀具安裝在傳送帶輪的輸出軸上 ， 主軋電動機通過傳送帶裝置帶動刀具轉(zhuǎn)動 ，電機轉(zhuǎn)速也可通過變頻器調(diào)節(jié)。刀具的進(jìn)給運動 ， 由液壓缸帶動軋切部分上下移動來實現(xiàn) ， 支撐輪在軋切過程中起支撐工件的作用。擋塊裝在所需料長的固定位置上。當(dāng)傳送帶傳送鋼管到位被擋塊擋住后，切割電動機通過傳送帶帶動刀具旋轉(zhuǎn)，控制液壓缸帶動軋切部分沿滑槽向下運動，隨著軋切深度的不斷加深，鋼管最終被切斷，隨后刀具在控制液壓缸的作用下向上運動，送料電機隨后起動繼續(xù)向前等待下一次的切削，滾輪主要起支撐物料實現(xiàn)軋切的目 的。擋塊前端頂盤的仲出長度及其中心高度 ， 可分別予以調(diào)整 ， 以適應(yīng)不同直徑的鋼管和不同長度的割件。 導(dǎo)向滑槽的作用是通過液壓缸帶動軋切部分上下移動。切斷的物料可直接掉入料槽中 。 8 電控系統(tǒng) 統(tǒng)構(gòu)成 本系統(tǒng)采用 為控制核心 ， 選用了一個十槽的 框架中共裝有 11個輸入、輸出模塊和 9 1個撥盤模塊 ， 模塊的選用 ， 主要根據(jù)觸點的數(shù)量 ， 負(fù)載的大小和動作頻率的高低而定。輸入器件中包括操作控制面板上的按鈕和選擇開關(guān) ， 各種功能和限位傳感器。其中輸 出部分還包括： 三項交流電動機、以及接觸器和直流電磁閥線靠性高，尤其是它無需改動任方便地改變輸出器件的狀態(tài)或動作順序的控制柔性，特別適用于本設(shè)備這一類機電一體化產(chǎn)品。 序設(shè)計思想 根據(jù)管子的軋切工藝、設(shè)備功能和操作要求來進(jìn)行設(shè)計的 。 設(shè)備開機后只需按下啟動按鈕 ， 設(shè)備即開始自動連續(xù)運行。對這一運行狀態(tài) ，程序的基本設(shè)計思想如下 ： 首先判定支承上有無料 ， 若有料 ， 進(jìn)入正常軋切循環(huán) , 直到將割剩的料尾推出為止。 此時支承處于無料狀態(tài) ， 于是需判定支架上是否有料， 如有料 ， 則向支承裝料 ， 然后返回前面的程序，如無料 ， 進(jìn)一步判定貯料架中是否有料 ， 若貯料架有料 ， 則先向支架上料 ， 然后再向支承裝料。 刀運動控制 割刀運動是整個加工過程中極為重要的一個環(huán)節(jié) ， 它將直接關(guān)系到軋切的質(zhì)量和效率。前已提及割刀的進(jìn)給運動 ， 是由軋切液壓缸帶動軋切機構(gòu)上下運動來實現(xiàn)的。為控制進(jìn)刀距離 ， 采用了一對行程開關(guān)控制軋刀的上下運動，根據(jù)薄壁鋼管的直徑和厚度進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，已達(dá)到切斷鋼管的目的。 圖 3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 10 料運動控制 當(dāng)薄壁鋼管被切斷后，軋刀停止 轉(zhuǎn)動， 待下一循環(huán)，當(dāng)上料電機開始上料時將滾筒上的鋼管頂落入料巢。 管旋切機傳感器及行程開關(guān)的選擇 （ 1）傳感器選擇 物料檢測和扎切長度檢測用傳感器檢測，物料檢測用電感式傳感，長度檢測用對射光電傳感器。 電感式接近開關(guān)（見圖 4） 型號： X 泄漏 ,消耗 ,靜態(tài)電流 : 測物體 ： 磁性金屬 ) 響應(yīng)頻率 ： 50C:25出電流 ： 300求更大電流可定做 ) 工作環(huán)境溫度： 度 -+55攝氏度 輸出電壓降： ==4V 外殼材料：黃銅鍍鉻 對射傳感器（見圖 5） 產(chǎn)品型號： 作電壓： 應(yīng)距離： 10米內(nèi) 輸出方式：繼電器輸出，一種常開 +常閉觸點 出觸點容量： 1A 250V 直徑 80近距離最大 15程開關(guān)（見圖 5） 額定電壓 / 電流 :10(4)A, 125, 250(2)A， 380感負(fù)載 接觸電阻 :25m Ω 以下 ( 初期值 ) 絕緣電阻 :100m Ω 以上 ( 在 500耐電壓 :同極端子間： 1050/60續(xù) 1 分鐘 載電流與無載電流零件間 ： 50/60 續(xù) 1 分鐘 各端子與地之間 ： 150050/60 續(xù) 1 分鐘 電氣壽命 ： 500， 000 次 10A 250械壽命 ： 10， 000， 000 次以上 圖 5 對射光電傳感器 圖 4 電感接近開關(guān) 11 操作速度 ： 5s s (2)見圖 6） 型號： 序容量： 16點 連接方法： 工作電壓： 24入類型： 24出 類型：繼電器 氣控制系統(tǒng)電器的選擇 交流接觸器 ： ] （見圖 7） 額定電壓： 80V 線圈電壓 :10V 額定電流： 10A 電壓頻率： 50繼電器的選擇 型號：歐姆龍 工作指示燈 工作電壓： 見圖 8） 觸點負(fù)載： 10A 240性） 出頭數(shù)：兩對 額定電流： 20路器 型號： 額定電壓： 定電流： 20A 脫扣器電流： 15主觸頭數(shù) ： 3對 輔助觸點： 2對 電磁閥（液壓） [13](見圖 9) 型號： 4置數(shù)：二位五通 耗電量： 3w 額定電壓： 高動作頻率： 3次／秒 電磁閥（氣動）（見圖 10） 圖 9 液控電磁閥 圖 8 中間繼電器 圖 7 交流接觸器 圖 6 10 氣動電磁閥 12 型號： 208 耗電量： 3Ｗ 額定電流： 120ｍＡ 額定電流： 液壓缸的選擇（見圖 11） 型號： A 缸徑： Φ160壓面積： 壓工作壓力 ： 壓缸的選擇：（見圖 12） 型號： 徑： Φ80缸工作壓力： 切機自動控制 統(tǒng)原理 旋切機裝配圖如下（見圖 13） 圖 13 裝配圖 圖 11 液壓缸 圖 12 氣壓缸 13 切機可編程控制器 I/O 分配表 [6] 動按鈕 止按鈕 停按鈕 料檢測 切上限位 切下限位 切長度測量 料上限位 動指示燈 料液壓缸向下 切刀具上升 切刀具下降 切電動機 給電動機 止指示燈 圖 14 I/切機 氣接線圖 （見圖 15） 切機 形圖 （如圖 16 所示） 圖 15 電器接線圖 14 圖 16 形圖 15 切機 令表 （如圖 17 所示） 圖 17 令表 障保護(hù) 本設(shè)備設(shè)有較完善的故障檢測系統(tǒng) ， 電控系統(tǒng)裝有過載保護(hù)和過流保護(hù)裝置，一擔(dān)發(fā)生短路或過載立刻關(guān)斷電源啟動保護(hù)作用，并配有急停開關(guān)，一擔(dān)按下急停開關(guān)，真?zhèn)€系統(tǒng)停止工作。 致謝 非常感謝學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)和老師給我提供了這次良好的深入學(xué)習(xí)的機會和寬松的學(xué)習(xí)環(huán)境。通過這次畢業(yè)設(shè)計，不但使我將大學(xué)期間所學(xué)的 專業(yè)知識再次