滑轨辊轮机的设计正文-2.doc

2014届毕业项目毕业项目 2013 年 5 月 25 日项目类别： 毕业论文 项目名称： 滑轨辊轮机的设计 院 系 ： 机电工程系 专 业 ： 数控 姓 名 ： 戴赟 学 号 ： 0403111137 班 级 ： 数控111班 指导教师： 张丽萍 诚 信 声 明本人郑重声明：所呈交的毕业项目论文 是本人在指导老师的指导下，独立研究、写作的成果。论文中所引用是他人的无论以何种方式发布的文字、研究成果，均在论文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人独自承担。 作者签名： 年 月 日 摘 要：滑轨辊轮机是专业机械的一种，其结构设计和自动化是设计的重点。本文首先介绍辊轮机的基本组成：底座，辊压系统，传动机构，电气控制系统。然后是对辊压系统的具体设计：根据钢带的厚度，设计导轮的结构；介绍辊轮模的辊压传输原理，对辊轮模设计结构，设计辊轮模的加工方案，和根据66G滑轨的尺寸设定辊轮模的工艺参数；介绍整平机构的回旋式矫直器的工作原理，设计五轮矫直器的结构；选用辊轮机的传动装置：电动机，减速器和水泵；分析辊轮机的辊压生产线，设计辊轮机的自动化控制电路。关键字 辊轮机；导轮；辊轮模；矫直器目 录1绪论12滑轨辊轮机的概述和基本组成23滑轨辊轮机辊压系统设计4 3.1导轮的设计4 3.2 辊轮模辊压传输工作原理6 3.3辊轮模的结构设计6 3.4 辊轮模加工方案设计7 3.5辊轮模辊压成型工艺参数设定84整平机构设计10 4.1回旋式矫直器的工作原理10 4.2回旋式矫直器的结构设计105辊轮机的辅件的选用15 5.1电动机的选用15 5.2减速器的选择16 5.3水泵的选择176辊轮机自动化生产流程及控制电路19 6.1辊压生产线19 6.2辊轮机控制电路207总结22参考文献致 谢滑轨辊轮机的设计1绪论滑轨辊轮机是专业生产滑轨的机械，现在随着家居的日益现代化，复杂化，个性化，列如家具抽屉滑轨，冰箱滑轨，汽车行业的各种部件，门板，还有各类专业滑轨，推动着辊轮机的飞速发展，辊轮机的设计也趋于专业化，但辊轮机的工作原理及工作流程基本不变。辊轮机的自动化生产极大地加快生产速度，由于辊轮的精确设计，及整平机构的矫正，确保了滑轨的精度，大大的提高了生产效率。滑轨辊轮机由底座，辊压系统，传动机构，电气控制系统组成。1辊压系统导轮、辊轮模构成。导轮是两相对称的回转体轮模，对辊筒送入的钢带进行压平去毛刺，同时也保证了钢带在辊轮模中水平运动。辊轮机辊轮模十四对分上下两组共28个，上下辊轮设计尺寸对应，下轮模通过减速器的齿轮带动逆时针旋转快速辊压钢带向前运行，上轮模通过锁紧装置顺时针在向前运行的钢带辊压成预定的形状，每组辊轮从后向前依次一步步的辊压，最后辊压成滑轨的基本形态。 2整平机构主要采用回旋式矫直器，回旋式矫直器两个上模三个下模共同对辊轮辊压成型的滑轨进行校正，保证滑轨的水平方向不弯曲，竖直方向不上翘下弯，对角方向公差在0.3毫米以内，确保滑轨精度，抽划顺畅没有晃动。 3辊轮机基本辅件包括电机，减速器，水泵。电机提供动力，减速器传输动力并减速提高扭矩，水泵为辊压成型过程冷却，并去掉钢带表面毛刺，提高滑轨表面光洁度。自动化程序主要有设计的PLC程序控制，通过控制线路的运行确保产品的精度和机械的安全，降低生产成本提高效率。 本文对导轮，辊轮模，整平机构的设计计算和自动化控制线路，避免了传统的方程组的设计计算，提高自动化水平，减小安全隐患，提高产品质量，增强企业竞争力。2滑轨辊轮机的概述和基本组成 滑轨辊轮机是轨道支护钢拱架加工制作的新型设备。它由底座、机械传动、辊压系统、电气控制系统等四大部分组成。辊轮机运行时，将所需辊压加工的型钢由入料托架放在导轮前段，型材送入两组主从动辊轮之间，动力机构使主动辊轮和从辊轮同时转动并依靠摩擦力带动型钢平稳缓慢前行，从而实现连续辊压作业。在辊压结束时，机械传动系统停止。电气控制系统根据指定尺寸切断型材。这种辊压作业， 保证了型材的强度， 提高了滑轨型材的质量，极大地提高了效率，操作简单、明了。辊轮机与冲压床相比，具有良好的工作性能。 下图为滑轨辊轮机的外形图和结构模型图：图2-1 辊轮机外观图图2-2辊轮机组成图 图2-3 辊轮机结构图3滑轨辊轮机辊压系统设计3.1导轮的设计 1.钢带传输过程中保持挺直的条件：要保持横平竖直状态，也必须确保收线弯曲应力小于的弯曲弹性极限，所以采用导轮进行导正。 根据原料的性能和预应力等对成品弹直性能要明确要求，可参考表3-1的计算方法确定导轮的直径。 2.钢带弯曲应力可通过下式计算： （3-1）式中：-弯曲应力，MPa。 d -钢带厚度，mm。 D-钢带宽度，mm。 E-应力常量 滑轨材料为宽55mm、厚。1.5mm的SPCC钢带。SPCC钢带是 冷轧碳钢薄板及钢带钢材名称，该材质有一定的弹性和韧性，便于辊压加工它的硬度也足够满足滑轨产品的结实程度，不易断裂和变形。设计辊轮时根据滑轨产品的尺寸要求，确定SPCC钢带宽度，进而确定辊轮模的尺寸，由于滑轨的不同，所以辊压的SPCC钢带的宽度也不同，对于各类钢带的宽度有统一的的公式，根据滑轨产品的普遍尺寸宽度，采用如图公式设计计算： (3-2)式中b代表钢带宽度， t为钢带厚度， 为钢带有效宽度， 为计算系数， 一般情况有效宽度越接近实际宽度越理想。表3-1钢带厚度与导轮直径的对应关系钢带厚度，mm1.02.03.04.05.06.58.010.012.0spcc钢带1抗拉强度，MPa2000 22501930 21001870 20301830 19801760 19101710 18601660 18101660 1810最小弯曲弹性极，MPa15001448140213731320128212451245收线卷筒直径mm2704225807411002127016401960导轮 T9A抗拉强度，MPa138213701360135013401325131012901270最小弯曲弹性极，MPa10371028102010131005994983967953导轮直径mm461003456789311285160020322474 下图为导轮模型图图图3-1导轮模型图3.2 辊轮模辊压传输工作原理 辊轮机辊轮模十四对分上下两组共28个，上下辊轮设计尺寸相互嵌合对应模。电动机持续不断提供转速动力通过减速器的齿轮带动，下轮模逆时针旋转快速辊压钢带向前运行，上轮模通过锁紧装置顺时针在向前运行的钢带辊压成预定的形状，每组辊轮从后向前依次一步步的辊压，最后辊压成滑轨的基本形态。3.3 辊轮模的结构设计 图3-2辊轮模上轮图3-3辊轮模下轮3.4 辊轮模加工方案设计 辊轮为高精度、高硬度的复杂型面回转体零件。回转体一般可采用数控加工，仿真加工、成型磨削等加工工艺。成型磨削加工则需要预先制备与零件型面一致的金刚石电镀成型修整砂轮，此方法这对于单件小批量加工而言成本太高。所以，复杂型面辊轮的单件加工采用数控加工方式较为合适，仿真加工普遍适用于大批量零件的加工。数控加工回转体零件使用聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具。PCBN是在高温高压下人工合成的二元超硬材料，其硬度低于金刚石，热稳定性则优于金刚石。PCBN刀具对黑色金属金属具有较大化学惰性，特别适合加工HRC45以上的、耐蚀难、耐磨、耐热加工材料(如淬硬高速钢、淬硬合金工具钢、模具钢等)、HRC35以上的耐热合金、HRC20以下但用其它刀片很难加工的珠光体灰口铸铁等。采用PCBN刀具以车(镗、铣)代磨进行硬态切削，具有柔性好效率高、投资少、工艺简单等优点。通过综合分析加工要求以及辊轮零件、PCBN刀具和数控加工的特点，确定辊轮型面加工方案为：辊轮外圆柱面和孔采用常规工艺加工；辊轮型面部分在热处理之前用普通硬质合金刀具在数控车床上进行粗加工和半精加工，预留一定加工余量；淬火热处理后用PCBN刀具在数控车床上进行型面精加工。 数控加工编程是在对被加工零件进行工艺分析的基础上，确定零件加工时的安装位置、加工顺序、工艺参数与辅助操作、辊轮模刀具相对运动的尺寸参数等加工信息，并用标准数控代码按规定方法和格式编写成加工程序单，然后将加工程序输入数控装置，控制机床进行自动加工。数控加工编程可采用手工编程、自动编程或图象编程。由于辊轮型面复杂，且为单件加工，因此我们采用美国mastercam软件进行自动编程和演示：数控加工刀具、加工工序、切削用量等以人机交互方式输入。编程内容主要包括： 工艺方案选择在数控车床上用普通硬质合金刀具粗加工和半精加工辊轮型面(预留精加工余量)淬火热处理在数控车床上用PCBN刀具精加工辊轮型面。 刀具在辊轮的粗加工和半精加工(热处理前)选用VHB2525硬质合金刀具；精加工(热处理后的硬态切削)选用ISO标号为VBMW160402、VBMW160404的PCBN刀片，基本刀具型号为可同时左偏和右偏的PVVB2525，特殊部位的加工采用左偏或右偏的PVHBR/L2525M-16。数控编程时，刀具主偏角、副偏角的选择应保证数控加工时不发生干涉，加工时还可在机床上对刀具进行调整。编程时选择的刀具参数虽然不一定是最优参数，但应保证刀具的通用性和加工精度要求。由于全套辊轮共有14对28件，辊轮模表面比较复杂部分部位刀具甚至很难到达，因此为便于制造，可将辊轮型面分解为几个部分的组合，并按此规划刀具轨迹。3.5辊轮模辊压成型工艺参数设定 图3-4是66G中框滑轨断面图。图3-4辊轮辊压成型 根据中性层展开宽度为50mm,利用用对称断面的形状因子与成型组数关系图7得到成型组数N=10，根据滑轨对成性，这里将简化为只对其板料的一半，即左部分设计分析。图3-5辊压过程图对称面辊式成型弯曲角度，利用端部水平面投影轨迹用三次曲线表示推导出第组数辊式成型弯曲角度 （3-1)代入公式求得各组数的弯曲角度分配如下：(1) 中间凸起位置最先成型，共用成形组数数为No3，最终弯曲角度 ,各组数弯曲角度： (2）竖边S形状，考虑其弯曲半径较大，弧度也较大，成形位置离边缘距离较短，可以采取两步压出，并且与竖边C形成形的前两部同时进行N=2. 竖边底部C形成形部分，将 。各组数弯曲角度：4整平机构设计 4.1回旋式矫直器的工作原理钢带沿水平方向在辊压过程中产生的压力与板带中存在的残余应力相结合，阐述钢板从最后一道辊轮出来后的偏离角度，一般会出现问题有：侧弯水平方向弯曲，左右斜竖直方向弯曲，对角翘呈螺旋状。所以应在辊压成型机的末端使用整平机构调整，矫正弯曲对角翘采用矫直器。 矫直器是对金属型材、棒材、管材、线材等进行矫直的设备。矫直器通过矫直辊对棒材等进行挤压使其改变直线度。一般有两排矫直辊，数量不等。辊压成型设备的矫直器构，对于具有侧弯、斜弯等滑轨的的型材，通过矫治机构沿相反的方向给予足够的推压力，使其产生固定化的变形。如果旋转角度合适，回弹之后，型材将不再弯曲。 通常在矫直器前安装一对或两 对输入辊，在矫直器后安装一对输出辊。矫直细一般只开一对输出辊；矫直中等规格（0.38mm) 前后两对下辊模全部开动；矫直粗往需配置两对输入辊。下辊模表面刻有不同深度的沟槽，前、后和中间都装有定心孔，生产中应根据直径调整定心孔位置，选用相应沟槽。辊轮机对滑轨钢带弯曲或扭曲的整平，如果最后一道轧辊不能有效地支撑型材，对不对称型材进行矫直是，在矫直的同时有可能发生扭转变形，这时，需要在型材变形相反的方向同时进行弯曲和扭转整平。一般安排在最后一道成型辊和切断模之间进行。在整平矫直过程中，钢带将上下左右移动，从而要求矫直器构与型材之间的间隙要相对宽松一些。矫直器构与型材的表面之间一般有一定的间隙。下辊模表面质量和调整精度对矫直的表面质量有很大影响，并且要特别注意维护下辊模沟槽形状和光洁度，及时更换设备。下辊模一般选用耐磨钢制造，生产较软或对表面质量要求严格的，下辊模还有防止随矫直器一起旋转的作用，压力调整也是一个关键环节，压力太大，钢带表面会产生压痕或压扁；压力不足，易产生滑动，形成表面刮伤，压痕，表面不平。4.2回旋式矫直器的结构设计矫直器由水平和垂直两组辊轮组成，每组工作辊轮个数5个通常水平和垂 直两组的工作辊轮个数相同。工作辊轮均为奇数，常用矫直器有2辊轮4或辊轮，辊轮分两排交错平列。其中一排的辊轮个数比另一排少一个，多一个辊轮的一排一般固定在机架上，辊轮位置相对固定。另一排辊轮可通过螺栓和滑块作垂直于方向的移动，以适应于不同规格的矫直要求。矫直器的结构和模型图如下图：图4-1矫直器结构图图4-2矫直器上下轮矫直器选用的关键是轮模直径和个数。辊轮个数越多整平次数越多，矫直作用越好，所以弹力大强度高、，难矫直的必须选用多辊矫直器。钢种与工作辊轮个数的对应关系如下表表4-1钢种与工作辊轮个数的对应关系钢种低碳钢中碳钢合金钢高碳钢工作辊轮个数355779913矫直效果除与辊轮直径和辊轮个数有关外，同时也与辊轮对的包角有关，包角越大，承受弯曲变形应力越大、施力时间越长，相对矫直效果越好。 (4-1) (4-2) (4-3) 式中：D-辊轮直径，mm; d-钢带厚度，mm; -包角图4-2矫直器矫直之间的中心距B和只都是可变数，一般在生产中可根据直径和力学性能进行调整，由于调整只比较方便，通常B取固定值。回旋式式矫直器具有改变表面应力分布状态和消除表面应力分布不均的功能，既可以用于矫直，又可以用于斜弯成形。所以一般矫直器均安装平立两组矫直器。当要求较严时多选用三组互为120度装配的矫直器。 矫直器是用合金钢铸造的回转体，矫直模垂直于回转体的轴线，位置可以上下左右随意调整，交错分布，矫直模个数越多，可弯曲次数也越多。回转体性的旋转弯曲应力，一旦应力超过的屈服极限，就会产生多方向的局部变形，内部原有不均匀分布的应力得到分解，变直。矫直模间距一般根据矫直器使范围取固定值，通常推荐或高强度多取下限值。因为回旋式矫直是全圆周性的矫直，其矫直精度自然 优于平立辊式半圆周矫直精度。回旋式矫直器的旋转速度通常是衡定的，理论分析认为：下辊模的传输速度与矫直器的旋转速度应有一定的对应关系，相关资料给出的理论公式为： (4-4） 式中：V-输送模理论传输速度，米/分； I-矫直模个数； P-矫直模平均弯曲距，米 n-转动速度，转/分 K-产生弯曲的次数 从公式中可以看出，下辊模的理论传输速度与矫直器的旋转速度、矫直模平均弯曲距和弯曲的次数有关，计算理论传输速度时，弯曲距为矫直模中心距3倍值，短弯曲的弯曲距为矫直模中心距的2倍值（即24的 中心距）波形弯曲为矫直模中心距2倍值13的中心距。理论传输速度主要用于矫直器的设计和制造，通常取矫直模中心距的2倍值；2模X取2，6 和4模X取3。计算结果为 1.05 的滑动系数）作为下辊模线速度的基准值。异形和截面不对称的不能采用回旋式矫直器矫直，推荐采用平立辊矫直器矫直。 传输过程中，钢带与导轮两者表面产生一定的摩擦，每通个一个导轮时的张紧力均有所增加，张紧力的增幅与两者包角和摩擦系数有关，根据挠性物体在圆柱表面的摩擦定律（艾利尔公式。张紧力的增幅可根据艾利尔公式进行计算。表4列出与摩擦系和包角的对应关系： （4-5）式中：P-钢带出辊出张力，N； F-钢带进导辊前张力，N -自然对数的底； f-钢带与导辊之间的摩擦系数； -包角，弧度缠绕圈数值1=0.051=0.0751=0.101=0.151=0.2011.361.641.872.753.511.51.672.182.834.726.6021.872.463.516.5912.352.52.203.264.8510.7023.0032.574.126.5919.9043.383.53.005.499.0327.0081.0043.516.5412.3543.38151.40 表4-2 与摩擦系数和包角的对应关系5辊轮机的辅件的选用5.1电动机的选用 三相异步电动机是由固定不动的定子和饶轴旋转的转子两部分组成。 三相异步电动机作为动力源应用非常广泛，其型号也很多根据不同用途合理选择电动机的额定功率很关键。辊轮机根据辊压动力需要一般需要功率在5-10KW之间，参照电动机选用指南，辊轮机选用Y系列电动机。Y系列电动机是一般用于全封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。型电动机功率等级和安装尺寸符合IEC标准，外壳防护等级为IP44，冷却方法为IC411，连续工作制。Y系列电动机效率高、节能、堵转转矩高、噪音低、振动小、运行安全可靠。Y80315电动机符合Y系列（IP44）三相异步电动机技术条件JB/T9616-1999。Y355电动机符合Y系列（IP44）三相异步电动机技术条件JB5274-91。Y80315电动机采用B级绝缘。Y355电动机采用F级绝缘。额定电压为380V，额定频率为50Hz。功率3kW及以下为Y接法；其它功率均为接法。电动机运行地点的海拔不超过1000m；环境空气温度随季节变化，但不超过40；最低环境空气温度为-15；最湿月月平均最高相对湿度为90%；同时该月月平均最低温度不高于25。 表5-1 Y132S2-2参数型 号额定功率 额定电流 转速 效率 功率因数 堵转转矩堵转电流最大转矩噪声振动速度 重量额定转矩额定电流额定转矩1级2级kWAr/min%COS倍倍倍dB(A)mm/skgY132S2-27.515290086.20.882.07.02.378831.8725.2减速器的选择 减速机是一种动力传达机构，将电机（马达）的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的机构。根据电动机的功率7.5KW选择减速器，恒定负载连续工作方式，知道负载的功率 (即生产机械轴上的功率)Pl(kw)可按下式计算所需电动机的功率P(kw)： （5-1）式中 n1为生产机械的效率； n2为电动机的效率。即传动效率。 WP铸铁蜗轮蜗杆减速机图5-1WP铸铁蜗轮蜗杆减速机1箱体结构为整体，外形美观大方、刚性好。 2箱体型式有基本型（箱体为带有底脚板的立式或卧式两种结构）和万能型（箱体为长方体，多面设有固定螺孔，不带底脚板或另装底脚板等多种结构型式） 3输入轴联接方式有基本型单输入轴). 。 4输出轴结构有基本型双输出轴和中空输出轴两种。 5输出、输入轴位置方向有输入轴在下及在上；输出轴向上及向下；输入轴向上及向下。 6利用2个机组成多级减速机，以获得极大的传动比。图5-2减速器 减速机扭矩=9550电机功率速比使用系数/电机输入转数计算公式是： （5-2） P是电机的额定（输出）功率单位是千瓦（KW） 分母是额定转速 n 单位是转每分 (r/min) 因此，减速机功率 （5-3）5.3水泵的选择由于辊轮模辊压过程中持续产生大量热量，如不及时冷却长期会导致辊轮模的磨损严重，所以需要采用水泵冷却带走大量辊压热量。根据电动机功率选择采用离心式水泵较为合理。离心泵是由于在叶轮的高速旋转所产生的离心力的作用下，将水提相高处的，故称离心泵。 （1）水沿离心泵的流经方向是沿叶轮的轴向吸入垂直于轴向流出，进出水流方向互成90由于离心泵靠叶轮进口形成真空吸水，因此在起动前必须相泵内和吸水管内灌注引水，或用真空泵抽气，以排出空气形成真空，而且泵壳和吸水管路必须严格密封，不得漏气，否则形不成真空，也就吸不上水来。（2） 由于叶轮进口不可能形成绝对真空，因此离心泵吸水高度不能超过10米，加上水流经吸水管路带来的沿程损失，实际允许安装高度（水泵轴线距吸入水面的高度）远小于10米。如安装过高，则不吸水；此外，由于山区比平原大气压力低，因此同一台水泵在山区，特别是在高山区安装时，其安装高度应降低，否则也不能吸上水来。图5-3水泵 6辊轮机自动化生产流程及控制电路6 .1辊压生产线 辊压生产线通常由四部分构成：入料转盘将钢带卷松开，并匀速地向辊轮机供给带钢；辊轮机对辊压件的断面形状进行成型辊压，先是快速行进，然后慢速走动，最后停止一秒切断。通过多对辊轮的连续辊压(每对辊轮由装在水平辊轴上的上、下两个辊轮组成)，最终形成辊压件断面形状；根据切断系统将辊压件按固定尺寸切断；收集系统在生产线不停机情况下将切断的成型滑轨及时、完好地送入储件器。成型主机是辊压生产线的核心部分，辊轮则是滑轨的成型模具，其形状和尺寸精度是影响密封条成型质量的关键因素。图6-1辊压流程图6.2辊轮机控制电路图6-2辊轮机控制系统简图图6-3辊轮机控制线路图输入： 输出：30 （Xo ） 快慢光电 10 （Y0） 计数器接常开31 （X1 ） 自动切断 COMO （22） 计数器接常开32 （X2 ） 手动切断 11 （Y1） 快速前进33 （X3 ） 冶具板原点 12 （Y2） 慢速前进34 （X4 ） 主轴旋转一周 13 （Y3） 切断35 （X5 ） 急停 15 （Y5） 卸料36 （X6 ） 自动启动 16 （Y6） 报警37 （X7 ） 计数器接常开 17 （Y7） 自动输出38 （DC- ） 计数器接常开 40 （X10 ） 快速启动41 （X11 ） 慢速启动43 （X13 ） 接热过载常开45 （X15 ） 物料感应电源指示灯 4-&-5电源开关 3-/-5冲床马达 26-/-5水泵 （17）24-/-5五个继电器快速 11-&-4 FWD-/-DCM慢速 12-&-4 FWD-/-DCM MI1-/-DCM切断 13-&-4 5-/-6卸料 15-&-4 5-/