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1、前言板材坡口机是一种使用最广泛的板材加工机械，早已实现了液压化,80年代迅速实现了数控化。据不完全统计，CIMT95展出了18台板材坡口机，其中外国7台，中国11台。除了中国台湾的一台以外，其余的17台全部是数控板材坡口机。在我国历届国际机床展览会上,这一届展览会展出的板材坡口机最多，国产板材坡口机也很多，且水平较高。板材坡口机是用于焊接板材前打坡口的机械。对于普通板材坡口机来说，只有高度熟练的操作人员才能做好此工作，即使如此也需要相当长的调整时间。用先进的液压系统和数控系统装备的板材坡口机不但可以大大缩短调整时间，而且没有工作经验的操作人员也能生产出达到要求的板材坡口机。本文研究的板材坡口机
2、用于铝板的坡口加工，具有很好的实用价值，这种板材坡口机控制系统由液压系统控制，铣削系统为核心系统。相对数控系统装备的板材坡口机其成本要低的多，而且对操作人员的熟练度要求较低。本文主要阐述了铣削系统、液压缸的设计以及液压控制系统的设计等内容。全套图纸，加1538937061 绪论1.1 课题来源阜新封闭母线有限责任公司（原阜新封闭母线厂）是国家定点设计，制造封闭母线及其成套设备的专业企业，是中国最早研制、生产全连式相对封闭母线的厂商，拥有八十年代世界先进水平的封闭母线铆焊生产设备和2.5万安培大电流实验装备，是东北输变电上市公司之一。板材坡口机是封闭母线生产中不可缺少的设备，为满足客户的需求，公
3、司迫切需要设计一种实用且成本较低的产品。1.2 课题的设计目的及意义随着板材坡口机控制系统的发展，它的功能越来越齐全，操作越来越方便。虽然以数控系统为控制系统的板材坡口机生产效率会很高，而且质量也非常好，但这些对于铝板的坡口加工来说，消耗的成本过高，固我们采取常用的设计结构，使用液压控制系统进行设计。这样不但能满足生产要求还能节省资金。1.3 与课题相关的国内外研究现状分析1.3.1 板材坡口机在国内的发展情况近年来，继液压技术之后，数控技术广泛应用于锻压机械的各个领域，国内的数控板材坡口机也有一定的发展。从1986年10月第一台XBJ67Y-160K/3200数控板材坡口机由天水锻压机床厂研
4、制成功以为，国内数控板材坡口机技术发展较为有代表性的单位有济南铸造锻压机械研究所、黄石锻压机床厂和上海冲剪机床厂。黄石锻压机床厂和济南铸造锻压机械研究所联合先后完成了XBJ67K-100/3000和XBJ67K-100/3100S型数控板材坡口机。其中XBJ67K-100/3100S板材坡口机产品属于70年代末开发的新型板材坡口机。上海冲剪机床厂更是异军突起，从1986年以来先后开发成功具有现代水平的XBJ12K与XBJ67K两大系列数控板材坡口机和具有当代水平的高精度数控板材坡口机。其中XBJ67K系列数控板材坡口机采用瑞士CYBELEC CNC7200P板材坡口机专用数控系统，该系统可通过
5、X轴（后挡料位置）、Y轴（机械挡料位置）来控制坡口角度，并由当栅尺检测出滑块位置，由CNC来控制滑块上下死点、快慢速度换点和板料压紧点等。不甘落后的上海新力机器厂奋起直追，1992年下半年起先后研制成功了XBJ67K系列数控板料折弯机，其中XBJ67K02-100/3200数控板材坡口机采用台湾心得科技公司生产的CD-SERVO1702型数控系统，采用二轴切换方式实现二轴的分别控制和定位。该数控板材坡口机属于经济型，整机性能稳定、可靠、操作简便，该机已销往海内外。另一种XBJ67K100/320数控板材坡口机的数控系统采用上海机床研究工作所开发的MTC-1B型，该系统相当于瑞士CYBELEC公
6、司的CNC7200P，具有80年代先进水平。该厂最新研制的XBJ67K22-100/3200数控板材坡口机，采用瑞士DNC73PCG-b数控系统。该系统可用英语进行人机对话编程，并控制折弯铣削力，配有9in高分辨率显示屏幕，输入各铣削角度后可显示所铣削产品的单色图象，直观地提示操作工人应如何进行操作，滑块位置由沅栅尺检测等等。另外，我国最近又研制成功了XBJ67K-DNC系列三种数控板材坡口机，该系统板材坡口机采用瑞士Cybelec DNC7200型数控系统。该机具有如下特点：图形显示功能和计算机辅助编程功能（CAP），即操作者根据加工图纸，将铣削角度和铣削边缘的长度输入后由DNC显示工件的截
7、面图，并计算所需工件展开长度；引用存储器里的模具参数等计算最佳铣削顺序和每道顺序的定位尺寸；压力计算功能可以计算自由铣削及凹模铣削所需压力；在圆弧铣削计算功能，用直线逼近方式模拟大圆弧铣削加工，计算每一工序的定位尺寸；辅助参数计算机功能，如计算滑块的上死点位置，由DNC连续控制协助操作能避免错误动作。在CIMT展出的产品中，国产板材坡口机较多，而且水平较高。下面简单介绍几个公司的展品：1）上海冲剪机床厂展出的XBJ67K-160/3200型板材坡口机，两个油缸各自采用电液伺服闭环控制。采用Cybelec公司Press Cad900数控系统，实现7轴数控（Y1、Y2、X2、R、Z1、Z2）。滑块
8、上有长孔，布置液压挠度补偿装置。上模有液压快速夹紧装置，工作台前有气动前托料架。2）新力机器厂展出的XBJ63K37-100/3100型板材坡口机，两个油缸各自采用电液比例闭环控制。采用Cybelec公司Press Cad900数控系统实现7轴数控制（Y1、Y2、X1、X2、R、Z1、Z2）。工作台上有液压挠度补偿装置。上模有液压快速夹紧装置。该厂现有3个系列数控板材坡口机，K24系列为电液伺服闭环控制，采用Cybelec DNC70或DelemDA-24数控系统，4轴数控。K02系列和K22系列是2轴数控，主机为扭轴机械挡块结构，前者用心得公司BD-100数控系统，后者用Cybelec DN
9、C 73PGG-6数控系统。3）亚细亚机械有限公司展出的XBJ-100/3100型板材坡口机是按瑞士Beyeler公司的图纸生产的，两个油缸各自采用比例阀和光栅组成的电液比例闭环控制，但是光栅的动尺和定尺直接装在床身和滑块上，而不是在工作台两端各装一C型臂，与动尺连接。这样不能消除加载时和偏载时床身变形不一致对铣削精度的影响。采用Cybelec数控系统，实现3轴数控；Y1、Y2、X。数控系统不是悬挂式箱形结构，而是与电气控制柜装成一体。该公司是日本亚细亚国际商事株式会社在中国开设的工厂，而亚细亚国际商事株式会社是Cybelec公司的亚洲总代理。Beyeler公司是瑞士生产板材坡口机的著名公司，
10、板材坡口机的规格从500N到50000KN，工作台最大长度18000mm。据称最近制造了世界100000KN板材坡口机，用于海上石油钻井平台板材的铣削。4）江都机床总厂展出的XBJ67K-160/4000型板材坡口机和扬州锻压机床厂展出的XBJ-PB12A-125/3200型板材坡口机，都是用电液比例控制系统对两个油缸进行闭环控制。前者采用Delem DA-24e数控系统，4轴数控：Y1、Y2、X、R。工作台上有液压挠度补偿装置。后者采用Cybelec DNC70数控系统，3轴数控；Y1、Y2、X。5）北京锻压机床厂展出XBJ67K-63/2500型板材坡口机，天水锻压机床厂。无锡治金机械厂和
11、靖江锻压机床厂各殿出XBJ67K-100/3200型板材坡口机。主机者是扭轴机械挡块结构。采用DelemDA-24或Cybelec DNC70数控系统，2轴数控：Y和X。6）台湾晔俊公司展出的XBJ6020型板材坡口机，铣削力600KN，工作台长度2000mm。主机采用齿轮齿条同步机构，操纵盒子上有滑块位置调节和显示装置，是普通板材坡口机。该公司也生产数控板材坡口机，铣削力从450KN到3000KN，工作台最长长度3600mm，共20种规格。我国板材坡口机技术水平近年来得到迅速提高，在CIMT展出的10台板材坡口机全部数控化，使板材坡口机的精度、功能和可靠性提高到了一个新阶段。1.3.2 板材
12、坡口机在国外的发展情况国外的板材坡口机早已实现液压化，现在已普遍采用电液比例（或伺服）控制技术对两个油缸的同步位置，速度和压力进行精确控制。与机械液压伺服阀的液压系统相比，不仅调整方便，控制精度高，容易实现双机联运，而且机械结构简单。液压系统集成化，与数控系统连接简单方便，从而使板材坡口机的制造、装配、调试和维修的工作量都相应减少。国外著名的液压件公司如Rexroth、Bosch等都可全套提供板材坡口机的比例控制液压系统，其控制阀块（包括充液阀）直接装在油缸顶部，使液压管路减少到最佳程度。著名的Cybelec、Delem、Autobend等公司可以提供板材坡口机专用的各种档次的数控系统。上述液
13、压系统和数控系统全都可以匹配，为板材坡口机制造厂提供了极大的方便。为了进一步提高铣削精度，国外有些板材坡口机公司已开发了多种板料厚度自动测量装置、铣削角度自动测量装置、铣削角度回弹量自动测量及补偿装置，并已经在板材坡口机上得到实际应用。为了减轻板材铣边操作的劳动强度，实现无人操作，已有几家板材坡口机公司开发了多轴数控的专用机器人与板材坡口机公司开发了多轴数控的专用机器人与板材坡口机组成“板材坡口机机器人”系统，在生产尺寸较小，形状不太复杂的典型板材铣边件时实现无人操作。CNC在国外板材坡口机已经普遍应用，如瑞典Pullmax公司的Ursviken分部每年大约生产200台板材坡口机，其中90%以
14、上的产品装有CNC。该公司OPTIM型640KN CNC板材坡口机采用Cybelec 公司KNC900数控系统。该公司另一种新式的板材坡口机具有伺服控制（带有偏心铣削功能），铣削过程中可以补偿机身变形的“双工作基准面”，重复精度可高达0.01mm。多轴控制所具有的多性能使板材坡口机实现有效控制,悬浮结构和液压模具夹紧装置实现模具自动快速换模，并装有板料的测厚装置，用以检查铣削板的厚度变化是否在板材坡口机的允许范围之内。Adira的XBJ-DNC系列全电液压系统控制的上传动板材坡口机，采用Cybelec DNC33P6系统，全部实现DNC控制。美国的Pacific Press & Shear公司
15、的CNC三点板材坡口机，在工件铣削精度和机器操作方面都另具特色。而瑞士的Hammarler公司AP系列三点板材坡口机更是80年代冷加工设备的佼佼者，它不仅有数控或程序控制功能，并较好地解决了金属板料铣削的高质量和高重复精度问题。因此，在多层次金属板料铣削过程中，工件精度几乎不受工件长度的影响。国外还有由机器人和板材坡口机组成的柔性板材坡口机系统，用于实现折柔性铣削。如日本天田公司5500KNFDB型精密板材坡口机和意大利普利玛公司设计的由机器人组成“板材坡口机机器人”系统。机器人装在板材坡口机的工作台上，沿工作台移向自动叠料机，以钳爪夹住一块板料（板料已升起到与夹钳相同的水平面上），回到其工作
16、位置，操作板料直到完成全部铣削工序为止，然后再回到自动叠料机处卸下已成形的工件并夹起另一块板料。1.3.3 对板材坡口机行业在国内发展的建议如今我国的板材坡口机技术水平已经提高到了一个新阶段，但是我国板材坡口机行业需要进一步发展和提高，应该重视以下问题。1）板材坡口机制造厂必须尽快建立一支能够熟练掌握板材坡口机数控系统和电液比例控制系统的技术队伍。为了使数控板材坡口机作为商品进入市场，让用户正常使用，各板材坡口机制造厂一定要拥有能够担当起数控板材坡口机的设计、装配、调试、维修和培训用户任务的技术人员和工人的队伍。2）国内板材坡口机的规格品种很少，龙其缺少大规格大吨位板材坡口机。大多数板材坡口机
17、都没有上下模的液压快速夹紧装置、工作台挠度补偿装置、气动托持装置、多种型式的后挡料器等可供用户选择的部件和附件。3）大量使用金属薄板的用户，往往配套使用“冲剪折”三大件板料加工设备。因此，生产板料成形机床的制造厂正向“冲剪折”三大件产品成龙配套生产的方向发展。在国外这一趋势早在几年前就已出现。我国有条件的板材坡口机制造厂应该不失时机开发冲模回转头压力机或步冲压力机。4）外国著名的公司大举涌入中国的板材坡口机市场，除了一些早已进入的公司以外，近两年又有一批公司或在中国建厂生产，或建立办事处、经销机构，或与国内工厂洽谈合资，一些首次来中国参展的公司也在积极寻找代理销售服务单位。这对我国板材坡口机行
18、业是一个严峻的挑战。另一方面，为板材坡口机提供数控系统、液压系统，以及光栅尺、伺服电机等配套件的许多外国公司也正在积极争夺中国市场，为迅速提高我国板材坡口机的水平提供了有利条件。一些外国板材坡口机公司也正在中国谋求技术合作、合资生产，也为我们提供了机遇。因此，面对这一挑战与机遇、困难与有利条件并存的局面，我们必须抓住机遇，迎接挑战，迅速提高和发展我国自己的板材坡口机技术。1.4 刨边机与坡口机的优缺点刨边机的优缺点：(1) 刨边机价格便宜,便于制造,寿命较长(2) 刨刀更换方便(3) 刨刀仅能刨出V 形焊接坡口(4) 刨边机为被动切削,无需动力,但消耗递送机的递送力(5) 刨刀需磨削,对工人磨
19、削技术要求高(6) 刨边机无法消除钢带月牙弯(7) 刨边刨出的边缘形状不精确一致(8) 刨边机很难同时刨出钢带两侧形状,无法保证钢带宽度一致(9) 刨边机对圆盘剪剪切后的钢带两侧质量要求较高,圆盘剪出现弦崩刃时必须更换。坡口机的优缺点：(1) 坡口机铣出的坡口形状精确一致,有利于成型和焊接,是焊接的理想坡口,尤其是厚板时能铣出理想的X 型坡口(2) 坡口机铣出的坡口角度准确,从始到终不变,可避免成型缝“内紧外松”或“外紧内 松等缺陷(3) 铣出的边缘及坡口的表面粗糙度好,减少了错边、烧穿、电流和电压波动等缺陷(4) 可消除的部分月牙弯,对头通过平稳(5) 在厚度大于12 mm 时,可铣出X 型
20、坡口,避免未焊透现象,且可有效降低焊缝高度,得到理想的焊缝形状,并有利于钢管内外表面的防腐作业(6) 可在两侧同时铣出焊接坡口,有利于成型稳定,并保证钢带宽度不变(7) 坡口机为主动切削,需一定的动力(8) 铣边刀片更换时较费事(9) 坡口机的振动及噪音较大1.5 铣边与剪边工艺的比较板边加工是焊接生产工艺中必不可少的工序,焊接的质量和经济效益与待焊板边质量、加工宽度关系密切。采用坡口机铣边工艺代替传统的圆盘剪边工艺,可根据板厚加工成要求的钝边尺寸、粗糙度和需要的焊接坡口,为焊接板材创造良好的条件。加之铣边量比剪边量窄,提高了成材率,具有良好的经济效益。1.5.1 板边加工在焊接工艺中的必要性
21、GB /T14164标准规定:“不切边板材宽度允许偏差为+ 20mm; ”“不切边板材的镰刀弯每5m不得大于25mm。”为了保证板材成型稳定及焊接质量,必须对板材进行板边加工,以消除“镰刀弯”,并使其达到所要求的工作宽度。板材板边质量决定了焊接内在质量。为了保证焊接质量,必须去除板边氧化物、油及其它缺陷,且板材边也不允许凹凸不平。为了易焊接(小规范) 、提高焊速、焊缝内无未焊透,在板厚较薄时应防止板材边挤厚,在板厚较厚时应加工出所要求的焊接坡口及钝边等。因此, 板材板边加工是焊接工艺必不可少的工序,板边加工工艺多种多样,采用合理的板边加工工艺既可提高焊管质量又可提高成材率。1.5.2 板边加工
22、工艺常用的带钢板边加工工艺 圆盘剪剪边工艺前后两台坡口机粗铣+精铣工艺单铣边工艺;圆盘剪剪边+坡口机铣边工艺1.5.3 圆盘剪剪边工艺圆盘剪剪边工艺是传统的板边加工工艺,采用上下两个圆形剪刃,根据板材厚度,通过调整两个剪刃间的间隙、重合量,将板边切除,剪边宽度一般为11. 2 t ( t为板厚) 。切除后的板边质量与剪刃质量、间隙、重合量密切相关,三者缺一不可。圆盘剪剪边工艺是剪切与撕裂共同作用,其板边形状凹凸不平 、或向一面翅边、或板边与板面垂直方向有小夹角 ,易造成气孔、漏弧以及ERW 焊管熔融氧化物难排出等焊接缺陷。剪边工艺造成的板边形状优点是剪刃调整好后使用周期较长,作业率高,刀盘消耗
23、较低。1.5.4 粗铣+精铣工艺目前应用最普遍的铣边工艺为粗铣+精铣,粗铣机用直刀铣头将板材板边氧化物及缺陷铣去,并保证要求的工作宽度。精铣用X或Y形刀头将板边铣成所要求的坡口形状。此工艺适合生产厚壁板材,但刀具损坏较快,最多用8 h必须更换一次刀头,相对作业率偏低。在生产薄壁板材而且原料宽度变化小时,可用一台坡口机,另一台备用,以减少更换铣刀耽误的时间。1.5.5 单台铣边工艺只用一台坡口机,同时完成粗铣和精铣工序,既要将板材铣到成型所要求的工作宽度,又要将板边铣出焊接所要求的粗糙度及坡口形状。单铣的条件为原料宽度偏差要小(10mm以内) ,否则,料窄时会造成板边氧化物等缺陷未清除,料宽时会
24、造成打刀或将刀盘卡死。此工艺适合生产薄壁、原料宽度变化小的板材。1.5.6 圆盘剪剪边+单坡口机铣边工艺此工艺综合了圆盘剪剪边和坡口机铣边工艺各自的优点,圆盘剪剪去原料变化大的边缘部分,坡口机铣到所要求工作宽度、坡口形式和钝边,在原料宽度变化大时会发挥更好的作用,但整体设备成本高。1.5.7 板材焊接质量好由铣边、剪边工艺及焊接对板边质量要求分析可以看出,铣边后, 板材板边粗糙度大大改善,待焊表面平整,可铣出所要求的焊接坡口形式,易满足焊接所要求的条件。所以,经铣边后板材的焊接质量明显优于剪边后板材的焊接质量。1.5.8 板材成材率高板材成材率与板材宽度、板边状态、成型质量、内外焊质量、对头切
25、除长度等有关。板材宽度一定时,工作宽度与板边加工工艺有关。用剪边工艺时,剪边单边宽度为11. 2 t,一般单边为715mm,双边为1530mm。壁厚增加,剪边宽度就要加宽,用剪边工艺影响成材率约在1%2%。而用铣边工艺铣削量与壁厚关系不大, 一般双边小于10mm, 影响成材率约0.7% ,即铣边比剪边节省材耗0. 3%1. 3%。1.5.9 易加工厚板在剪切小于8mm板厚时,板边质量受圆盘剪间隙、重合量及剪刃磨损影响,会造成板边毛刺、剪切面粗糙、凹凸不平等现象,而铣边不会产生这些现象。在剪切大于10mm壁厚时,剪切难,板边质量更差,而且不能加工焊接所需的坡口。所以剪边同铣边相比,会造成焊接质量
26、差、焊接缺陷多、焊缝通过率低、成材率低等问题。1.5.10 铣边坡口参数（1）坡口形式在焊接壁厚大于10mm以上尤其是厚壁工件时,必须开Y、U、X形坡口给焊接提供方便。在坡口机铣削坡口的埋弧自动焊接中,采用Y、X形坡口形式。板材壁厚小于11mm时多用Y形坡口;壁厚大于11mm时用X形坡口。（2）坡口角度为了消除未熔合(坡口暴露在焊缝边) 、假咬边等焊接缺陷,在埋弧焊接中坡口角度不宜过大,一般(单边)小于30,钝边可根据板厚度确定,应小于7mm。随着厚度增加,钝边可适当减小,以不漏弧、易观察内焊不造成焊偏为目的。在大壁厚(15mm以上板材焊接时,为了易于观察内焊红线,可将外焊坡口适当加大,但不宜
27、超过 45。（3）坡口位置内焊开坡口有利于熔深,因为内焊时,待焊金属温度为室温,温度较低。外焊受内焊的预热,在同样条件及线能量下,外焊比内焊熔深大。内焊为双丝焊时,内焊开坡口是最合理的,有利于跟踪内焊避免焊偏,同时降低内焊道高度;但在内焊为单丝时,为了防止假咬边,应尽量不要在内焊边开坡口或根据情况开小角度坡口。外焊开坡口一方面增加熔深,另一方面降低焊缝高度,减少应力集中,也有利于钢管外防腐,这一特点被公认。但焊接时,不易于目测跟踪内焊红线,而造成内焊焊偏。1.5.11 铣边工艺对工作条件的要求（1）对板材质量的要求不同板材生产厂质量控制、生产工艺及设备的差异,生产的板材板形不同,即板宽公差、月
28、牙弯、平直度差别较大。板形太差铣边时易产生脱铣、打刀等现象,给铣边带来困难。同生产厂签定技术条件时,必须对板形提出严格的技术要求,而且板边缘夹渣等内部缺陷范围不得大于铣边量,以保证铣边质量和焊缝质量。若采用圆盘剪+铣边工艺,可适当放宽对板形的技术要求。（2）对板材递送的要求(板材纠偏)在铣边时,为了防止一边脱铣而另一边铣削量过大,造成卡住坡口机、打刀等现象,对板材进行纠偏显得更为重要。板材纠偏主要以原料进入平辊、立辊交替分布区前,时刻保证板材按要求位置运行。若焊接机组为短流程(前摆式)机组,从拆卷机开始控制;若是有活套或有飞焊小车的连续生产机组,在板材进入坡口机前必须使板材按要求位置递送,从拆
29、卷机开始保证板材递送,铣边效果肯定更佳; 板材在进入夹送机前出现不平(一高一低) ,或板材在进入成型机前出现跑偏时,调整夹送机某边压下量是消除上述问题的最佳方案。用立辊强制赶料会造成板材边缘挤厚,且易使立辊损坏。（3）对板材对头焊接的要求(对头质量)一般情况下,板卷的头、尾各项质量指标较差,需剪去一段长度后进行对头焊接。若操作工人操作不慎,会造成对头前后板材对不齐,增加硬弯(月牙弯) 、对焊错边等缺陷,给铣边带来麻烦。所以必须提高对头焊工操作水平,减少人为因素,防止料头料尾切斜造成对头前后月牙弯,为铣边质量提供保证。1.5.12 存在问题(1)消耗成本较高。用坡口机代替圆盘剪需要的电能、铣刀消
30、耗比圆盘剪费用大,生产成本费用增加。(2)作业率降低。圆盘剪剪刃使用周期较长,而铣刀最多用8 h就需更换一次,每次更换时间约需30min,使作业率明显降低。1.5.13 结论(1)铣边质量高于剪边质量,并可铣出所要求的坡口,为焊接创造有利条件,提高了焊接质量。(2)采用铣边工艺,虽因刀刃磨损快、换刀频繁而增加了材料消耗成本,降低了作业率;但铣边量比圆盘剪剪边量小,可提高成材率约1%,综合经济效益可观。(3) 板材板形、生产工艺、操作水平是保证铣边质量的关键。(4)随着板材生产厂轧制技术的不断发展, 板材尺寸精度得到有效提高,焊接板材生产中板边以铣代剪工艺将广泛普及。1.6 主要设计内容和预期结
31、果1.6.1 设计内容1）板材坡口机的总体结构设计2）液压系统（包括液压缸）的设计3）板材坡口机的铣削系统设计4）控制系统概述1.6.2 预期结果能够设计出一台满足阜新封闭母线厂需要的液压铜排（铝排）板材坡口机，并能提高一定的生产率和产品质量，减轻工人劳动强度，降低生产成本。2 板材坡口机的总体结构概述2.1 板材坡口机的结构由于铣边工艺的特殊性决定了板材坡口机的结构与普通压力机结构上的差异。通常所有板材坡口机由以下几部分组成:1）油缸：提供板材坡口机压紧板材所需的压紧力且驱动压料脚上下往复运动。2）压料脚：在长度上连接液压缸,可上下往复往复运动,完成板料的压紧。 3）机架：由两个立柱及三梁联
32、结而成。油缸、机床导轨及铣削系统等均固定在其上。两个立柱是最主要受力构件。4）带滚轮的板料的工作台。5）铣削系统:由铣削头，工作进给系统，快速滑移系统等组成。6）液压系统:由油箱、油泵、压力阀组、同步阀组及液压管道等组成。向油缸提供压力油并控制其运动。8）减速器：连接电动机和铣削头，使铣削头具有变速功能。9）主电动机和三个辅助电动机。10）其它辅助功能机构：便于板料的上、下料及折弯过程中的随动托料，可实现自动化。总体设计要求坡口机在属于高精度设备,设计时需按有关机床设计标准设计。根据我对坡口机的研究与设计,以及在焊管生产线上的应用情况,对设计要求作介绍:坡口机的动力传递推荐采用齿轮传动,选用高
33、精度齿轮,尽量减少电动机振动、跳动等对主轴精度的影响;铣头应设计成角度可调,以便铣出理想的焊接坡口;要有效解决板材的左右窜动和上下跳动难题,从而避免打刀现象;铣刀盘要有防护,防止铁屑飞溅到钢板上和操作人员的身上,以免造成钢板表面压痕和人身不安全事故发生;主轴箱需要稀油润滑,用于保证轴承润滑;为了保证刀具的耐用度,必须合理确定铣削速度。由于国内刀片质量及研究水平的提高,刀片的切削速度已有很大的提高。建议坡口机刀片尽量采用硬质合金刀片,切削速度在150260 m/ min。(2) 刀片坡口机必须适用于连续作业生产,要求刀片具有很高的抗热震裂、抗塑性变形能力和抗冲击性,红硬性高,耐磨性好。并要求更换
34、方便、快捷,一个刀片有多个刃口可供使用。(3) 顺铣与逆铣铣刀旋转的方向与前进的方向相同称为顺铣;铣刀旋转的方向与前进的方向相反称为逆铣。顺铣切削时,刀齿一开始就从最大的切削厚度处切入,逐渐切到零,避免了在已加工的板材边缘表面上滑行,减少了加工表面冷作硬化现象和后刀面磨损,而且切削路程短,铁屑短粗,平均切削厚度大,变形小,切削功率可比逆铣节约10 %左右。逆铣切削时,每齿切下的铁屑切削厚度是逐步从零增至最大。因此刀齿刚切入时,在钢带由前一刀齿切削所形成的冷硬表面层表面上滑行一段距离,直到切至一定的切削厚度时才能切入,而且进给量越小,滑行距离越长,所以刀齿后面与工件磨擦较大,挤压严重,使刀具易于
35、磨损,耐用度和粗糙度降低,还会造成严重的硬化层。因此针对实际需要我设计的坡口机采用顺铣方式。对于阜新封闭母线厂所需要的,我们只需做一个简易的板材坡口机，设计的结构包括液压缸、铣削系统以及控制系统等。2.2 板材坡口机的总体方案设计总体方案设计包含功能设计、结构设计和性能设计三部分。功能设计，即在调研并确定了板材坡口机的工作参数（运动、动力、尺寸）之后，通过功能分解创新出或类比出可以实现加工要求的各种布局方案创新设计。通过对运动功能的分解和合成来确定其布局方案，对于设计加工特定板料的专用板材坡口机较为有效。而铣削设计或类比设计主要通过查询、比较确定可参照的板材坡口机布局方案，而大量用于设计一般的
36、通用性板材坡口机。结构设计是在总体布局方案基本确定之后，对机械结构件进行主要形状和尺寸的设计。结构设计同样有类比和创新设计两类。类比技术是建立在成组技术和模块化技术的基础上，采用参数化设计方案来实现。而创新式设计主要是按照设计人员的意愿，通过对基础模块（板、梁、筋、孔、凸缘、法兰等）的实体进行拼装、重叠等操作来实现。性能设计是根据板材坡口机的总体性能要求对运动误差、精度和刚度等进行设计分配。 3 控制系统的选择及设计3.1 控制系统的选择控制系统的传动主要有机械传动、气压传动和液压传动等不同类型。机械传动是指依靠齿轮等一些机械机构来传递能量的传动；气压传动是以气体的压力能进行传递和转换能量的气
37、体传动；液压传动是以液体的压力能进行传递和转换能量的液体传动。由于液压传动装置体积小、重量轻、结构紧凑、惯性小；操纵、控制简单，方便、省力；易于实现过载保护；液压元件使用寿命长，所以液压传动系统自然就成为首选。但液压传动也有其自身的缺点，如：液压传动的工作性能受外界条件的变化很大；容易产生泄漏和压力损失，传动效率低；易产生泄漏而造成污染；对液压元件的加工精度、材料的材质和热处理工艺、维护和检修水平等要求较高，故成本较高；对工作介质的过滤要求严格。虽然液压传动存在以上的一些缺点，但总的看来，该传动的优点多于缺点，故选用液压传动。3.2 液压传动系统的设计3.2.1 液压缸主要参数的确定根据手册1
38、0的推荐值，按主机类型选择工作压力，初选液压系统工作压力=2.2。1）液压缸缸筒内径根据液压缸的供油压力与负载缸筒内径D可按下列公式初步计算： （5-1）式中： 名义总压力 液压缸的供油压力，一般为系统压力 液压缸的机械效率，取=0.92）活塞杆直径查表，由工作压力=2.2，选取速比，公称压力为3。则活塞杆直径为：据手册调整D与d得：。3）液压缸工作循环中流量的计算当活塞杆伸出时 当活塞干退出时 式中：液压缸的容积效率，活塞密封为金属环，为0.98活塞杆伸出速度， 活塞杆退回速度， 液压缸内径活塞杆直径3.2.2 缸筒壁厚和外径计算1）缸筒壁厚的计算缸筒常用无缝钢管材料，本设计采用的是45号钢
39、。缸筒相当于一个两端封闭的圆筒形受压容器，由材料力学可知，其应力状态是随着缸筒内径和壁厚的比值改变而改变，因此在计算缸壁的合成应力与厚度时，必须考虑不同的比值与材质，采用不同的强度公式。由于是事先未知的，因此需要假设和验算过程。表5-1 高精度冷拔无缝钢机械性能表Tab.5-1 Table of colddraw seamless steel mechanical properoty材料S45S35bN/mm2700600sN/mm2340310s%164EN/mm220900212000.2690.291a 先求薄壁缸筒当，强度计算公式： 式中： D缸筒的内径最高容许压力缸筒材料的许用应力
40、缸筒的内应力许用应力可以用下式计算： 式中：缸体材料的抗拉强度，查表可知 n安全系数，一般取5算出值后代入 取整mm由于，而0.04 0.08满足前面假设的条件，所以采用这种薄壁缸筒。2）缸筒外径缸筒的壁厚确定以后，由下式计算出缸筒的外径： 3.2.3 液压缸的强度校核以缸壁的厚度为参数，按照相应的公式确定液压缸有关尺寸：液压缸的缸体厚度： 缸体处过渡圆弧半径： 缸的出油口直径： 取整 mm 液压缸进行强度校核的有关数据为:FH23000N，缸体材料采用的是45号钢，材料的机械性能为，泊松比，液体工作压力为=2.2。此缸的主要尺寸为：缸的内径r16.5 缸的外径r27缸的缸底厚度t=1 缸的出
41、油口直径d=1.7 1）缸壁部分此缸的最大应力点在内壁，其最大值为： 此时由于，所以安全。2）缸底部分本设计采用的是缸底为平底的，平底缸当作均步载荷作用且周边刚性固定的中心有孔的圆孔来考虑，最大弯曲应力发生在圆板的周边，可以按平板公式2计算： 式中：缸底因为开孔而引入的削弱系数此时许用应力取最小的值为100Mpa，由于，所以安全。3）活塞杆强度验算活塞杆常用35、45钢等材料，对于冲击震动很大的活塞杆，也可以使用55钢与40Cr。这里选用的是45 钢作为活塞杆材料。其力学性能为：，n 取22.5，则：=142177.5Mpa，取为177Mpa。活塞杆计算长度根据行程而定： l=S+L+H+（1
42、020）=230+40+26+20=316 式中：S最大的行程，S=230 L导向套的长度，一般取活塞杆直径的0.6倍以上，即： H活塞杆插入活动横梁的长度，取H为由于，则按以下公式验算： 液压缸的最大推力为： 所以： 式中： 活塞杆直径 空心活塞杆内径，对于实心活塞杆 活塞杆的压或拉应力由于本设计中活塞杆直径d=61mmdmin=27mm，所以活塞杆满足强度要求。3.3 液压元件的选择1）选择泵和驱动电机取系统的泄漏系数8为K=1.1,则液压泵的最大流量为： 液压缸在整个工作循环中的最大工作压力为2.2，如取进油路上的压力损失为0，则考虑系统动态压力因素的影响，液压泵的额定工作压力为： 由于
43、10个液压缸并联，所以： 根据和，查手册选用D7B-002型高压低噪声定量叶片泵，该泵的额定流量为4.725L/min,排量为6.3mL/r，公称压力为25。又因为该液压系统的最大功率出现在退回阶段，如果取液压泵的总效率为0.75，则液压泵驱动电机所需的功率为： 根据此数值查阅手册，选取Y160M型电动机，其额定功率，额定转速。2）阀类元件及辅助元件根据液压系统的工作压力和通过各个阀类元件、辅助元件的实际流量，可选出这些元件的型号及规格。表5-2给出了一种方案。滤油器：滤油器是用于滤除油液中非可溶性颗粒污染物，对油液进行净化，以保证系统工作得稳定和延长液压元件得使用寿命。所以液压泵吸油口需装一
44、粗滤油器。表5-2 元件的型号及规格表Tab.5-2 Table of model and specification of element序号产品名称估计通过量（L/min）额定流量（L/min）额定压力（Mpa）产品型号123456定量叶片泵溢流阀三位四通换向滑阀单向阀单向阀背压阀54035320.54.72586340402025326321202010Y160MCYF-B4LHD-G（T）02AF3-E10BAF3-E10BP-D6B3）油管各元件间连接管道的规格按元件接口处尺寸决定，液压缸进、出油管则按输入、排出的最大流量计算。根据这些数值，当油液在压力管中流速取3m/s时，算得和液压缸无杆腔和有杆腔相连的油管内径分别为： 这两跟油管都按JB827-66选用内径16mm，外径18mm的无缝的钢管。4）油箱对于一般情况来说，油箱的有效容积（液面高度为油箱高度80%时的容积）可以按液压泵的额定流量估算出来。则： 式中： V油箱的有效容积 与系统压力有关的经验值：低压系统=24，中压系统=5
