机械设计剪切机部分说明书

1、燕山大学课 程 设 计 说 明 书（机械系统设计及制造课程设计）项目名称： 圆盘剪切机的设计及部分零件工艺编制 子题名称： 装配计算及工艺卡编制 学 院： 机械工程学院 年级专业：2010级机设2 学 号： 6 姓 名： 张潇 指导教师： 吴月明 职 称： 讲师 2012-11-24燕山大学课程设计（论文）任务书院（系）：机械工程学院 基层教学单位： 机械设计 学 号6学生姓名张潇专业（班级）10机设2班项目名称圆盘剪切机的设计及部分零件工艺编制子题名称装配计算成及工艺卡编制设计技术参数（1） 剪切带钢速度 V=13 m/s, 取3 m/s; （2） 剪切带钢强度 600 MPa 取600 M

2、Pa；（3） 剪切带钢厚度 h=0.52.5 mm；（4）剪切带轮宽度 B=7001500 mm；（5）剪刃的摆动不超过 0.1 mm， 不平行度0.01 mm；（6）上下剪刀的侧间隙 0.05 mm， 重叠度S=00.3 mm。设计要求小组完成：1)圆盘剪切机系统组成、布局和方案设计；2)主参数计算及重要零件强度校核； 3)传动系统及工作台三维实体装配。个人完成：1) 部分零件绘制及零件校核计算及三维实体装配；2) 典型工艺卡编制。工作量三维实体图及工艺卡各一套：实体图：小组提交一套完整传动系统装配图，个人提交一份完整的部件装配实体图；工艺卡：每人提交两份工艺卡（毛坯图、零件图各两份）。工作

3、计划1)典型机械系统组成、布局和方案设计,1天；2)典型系统主参数计算1天；3)典型部件结构设计4天； 4)三维实体造型，4天；5)三维实体装配，2天； 6)关键零件工艺卡编制，5天；7)项目报告，2天； 8)答辩考核，1天参考资料1.机械制造工艺学2.proe4.0装配与产品设计博创设计坊 编著3.机械系统设计指导教师签字基层教学单位主任签字说明：此表一式四份，学生、指导教师、基层教学单位、系部各一份。2013年 11月 23 日 燕山大学课程设计评审意见表指导教师评语：成绩： 指导教师： 年 月 日答辩小组评语：成绩： 评阅人： 年 月 日课程设计总成绩：答辩小组成员签字：年 月 日摘要本

4、文开始讲述了圆盘剪切机的发展现状和研究方法，说明了它的总体设计方案布局。主要叙述了圆盘剪切机径向间隙调整的具体结构及部分参数计算，包括三维实体设计和装配；以及键和联轴器的选择及校核，最后对整个系统中的两个重要零件进行了工艺规程的设计和二维、三维零件图的绘制。关键词径向间隙调整 装配 校核 工艺 目 录摘要1第1章 绪论31.1 课题背景31.1.1圆盘式剪切机国内外的发展现状31.1.2圆盘剪切机的类型和特点4第2章 系统设计及参数设计52.1 系统组成、布局及方案设计52.2 刀盘径向间隙调整机构设计72.2.1 实现运动的关键82.3 键的尺寸的选择82.3.1键的强度校核92.4 联轴器

5、的分类102.4.1 联轴器的选择102.4.2 联轴器的强度计算11第3章 三维设计123.1 总体三维图 123.1.1内部结构123.2侧向间隙调整机构133.2.1 丝杠连接13第四章 关键零件工艺卡编制14结论23参考文献23第1章 绪论1.1 课题背景剪切机有各种类型，平刃剪、斜刃剪、圆盘剪和飞剪。平刃剪用于剪切方坯，斜刃剪用于剪切板材，而圆盘剪广泛用于纵向剪切厚度小于2030毫米的钢板及薄带钢。而飞剪用于剪切运动着的轧件，其剪刃有平刃、斜刃和圆盘式飞剪。圆盘式剪切机由于刀片是旋转的圆盘，因而可连续纵向剪切运动钢板和带钢。圆盘式剪切机通常设置在精整作业线上用于将运动着的钢板纵向边缘

6、切齐和剪切或者切成窄带钢，根据其用途可分为剪切板边的圆盘剪和剪切带钢的圆盘剪。剪切板边的圆盘剪，每个圆盘刀片均以悬臂的形式固定在单独传动的轴上，刀片的数目为两对。这种圆盘剪用于厚板精整加工线。板卷的横切机组和连续酸洗机组等作业线。剪切带钢的圆盘剪用于板卷的纵切机组，连续退火和渡锌机组等作业线上。将板卷切成窄带钢，作为焊管坯料和车圈的坯料等。这种圆盘剪的刀片数目是多对的，一般刀片都固定在两根公用的运动轴上，也有少数的圆盘刀片是固定在独立的传动轴上的。1.1.1圆盘式剪切机国内外的发展现状 圆盘剪切机有下列几个机构组成：刀盘旋转传动系统，刀盘径向调整和刀片的侧向调整，剪切宽度的调整等。剪切宽度的调

7、整实际上就是对机架的距离调整。早期圆盘式剪切机速度较低，圆盘式剪切机刀片旋转是用电机通过齿轮传动，以及和万向连接轴来实现的。刀盘径向间隙调整用电机通过蜗杆蜗轮传动是偏心套转动来实现的。而刀片侧向间隙是 用手动通过蜗轮传动使刀片轴轴向移动来完成的。随着生产的发展，圆盘式剪切机剪切速度在逐渐提高，由于受到碎边机的限制，现在大型圆盘剪切机的剪切速度通常为0.4米/秒。目前圆盘式剪切机装在横切机组上，剪切厚度为0.62.5毫米，宽度为7001500毫米。带钢剪切速度达到13m/s。刀片传动通过减速机和4个相同尺寸的齿轮同时传动两对刀片。为保证刀片同步，4个齿轮组成相当于连杆机构，使齿轮传动的中心距不变

8、，提高了齿轮传动精度，为调整上刀片径向间隙，上刀片轴承座可沿机架滑道上下移动。滑座移动用针齿摆线减速机，它体积小速比大调整精度高。刀片轴向距离调整也采用针齿摆线减速机驱动丝杆和螺母来实现的，为了提高传动精度，传动系统增加了测速装置，进行主传动速度调整。1.1.2圆盘剪切机的类型和特点圆盘剪切按用途分为剪切板边圆盘剪和剪切带钢纵切圆盘剪。1、剪切板边的圆盘剪 热轧钢板圆盘剪，剪切厚度小于20毫米，径向调整采用偏心套，同步齿轮与刀片轴用万向连接轴传动。热轧钢板圆盘剪的另一种类型，剪切厚度在4050毫米，采用二架圆盘剪同时剪切，第一架切入一定的深度后第二架圆盘剪再将其完全切断。冷轧带钢圆盘剪，剪切厚

9、度0.52.5毫米之间，径向调整移动上刀盘同步齿轮采用四连杆机构。有的冷轧带钢圆盘剪采用测速装置，使剪切精度更准确。冷轧带钢圆盘剪的另一中类型，刀盘不带驱动，而是利用带钢拉着剪切。2、 剪切带钢纵切圆盘剪纵切圆盘剪将带钢连续破条剪切，采用多对刀盘，刀盘轴传动有两种：一种是集中驱动，另一种刀盘轴分别驱动。 第2章 系统设计及参数设计2.1 系统组成、布局及方案设计设计方案选择设有增速机构的圆盘剪，其结构示意图如图2.1所示。1. 带电机摆线针轮减速器 2. 径向调整减速机 3. 调整丝杆 4. 刀盘 5. 离合器 6. 增速机构 7. 减速机 8. 电机 2 同步齿轮13. 刀

10、盘侧向间隙调整装置 14. 机座移动机构 （宽度调整机构）图2.1 圆盘剪结构示意图该圆盘剪装在横切机组上，用来剪切厚度为0.62.5毫米，宽度为7001500毫米的带钢。剪刃线速度为13米/秒。主传动由电机8通过减速机7同时传动两对刀盘，上刀盘与齿轮9相连，下刀盘与齿轮10相连，齿轮9、11，12之间用连杆相连，以保证各齿轮中心距不变。因此在调整刀盘径向间隙（调整上刀盘位置）各齿轮能很好的啮合，刀盘侧向间隙调整，转动手轮使螺纹套筒旋出使下刀盘做轴向移动调整间隙很小，调整好在锁紧。刀盘径向调整通过带电机的减速机1，调整减速机2，及调整螺丝带动上刀盘轴的轴承座沿着架体内滑道上下移动。在剪切机下部

11、设置机架横移机构，由电机通过行星减速机传动左右两端螺纹方向相反的丝杆，由固定机架的螺母带动机架沿着导轨作相同或者相反移动从而达到调整带钢宽度的目的。该设计方案做下列改进：其一,径向间隙调整比偏心套调整可靠利用连杆机构比万向接轴精度高。其二，侧向间隙调整增加自锁装置，安全可靠。其三，宽度调整采用行星齿轮减速机比蜗杆减速机效率高占地空间小。2.2 刀盘径向间隙调整机构设计刀盘径向调整通过带电机的行星针轮减速机1，调整齿轮减速机2，及调整丝杠带动上刀盘轴的轴承座沿着架体内滑道上下移动。如图所示，在针轮减速机的输出轴上通过键连接和一个小齿轮固定在一起，（小齿轮齿数为70，模数为3）小齿轮分别和两个相同

12、的大齿轮啮合在一起，（大齿轮齿数为113，模数为3），由此实现调整减速。在两个大齿轮上分别有一根同样的轴与之连在一起，齿轮带动轴转动。在轴的最下端开有带螺纹的圆柱形的孔，孔的内径为55mm，螺纹为右旋，导程为6mm。与之相配合的是一个带相反螺纹的丝杠。轴固定在箱体中的一个大板上，大板通过螺钉与箱体固连在一块，实现大板的固定。而轴插在大板的孔中，轴上装有轴承等零件。这样，由减速机带动齿轮传动，由齿轮带动轴转动，轴里的螺纹和丝杠配合，在轴正反转动时，丝杠就会被顶出或缩回。当刀盘径向间隙需要变小时，电机正转带动轴正转，此时丝杠被顶出，丝杠的顶端顶到上刀盘座，上刀盘座开始沿着架体内滑道向下运动，在上下

13、刀盘座之间有弹簧实现运动缓冲，不至于使上下刀盘座撞到一块。当刀盘径向间隙需要变大时，电机反转带动轴反转，此时丝杠缩回，丝杠的顶端离开上刀盘座，上刀盘座沿着架体内滑道向上运动，由此实现运动需求。2.2.1 实现运动的关键在这里丝杠连接运动是实现刀盘径向间隙调整的关键，三维如图所示。它把轴的转动转变为丝杠的上下直线运动从而顶着上刀盘座上下运动实现侧向间隙的调整。2.3 键的尺寸的选择 这里主要计算刀盘轴上的键。根据与键配合的轴的直径(mm)和齿轮的宽度(mm)查机械设计手册选择键 ，其高度mm。2.3.1键的强度校核 平键联接主要传递的是转矩，其主要失效形式是工作面被压溃， 一般不会出现键的剪断。

14、因此，通常只按工作面上的挤压应力进行强度校核计算。 假定载荷在键的工作面上均匀分布，普通平键联接的强度条件为：查机械设计课本 (2.1)式中：轴传递的转矩，单位：Nm 键与轮毂键槽的接触高度，平键，此处为键的高度；单位：mm 键的工作长度，A型平键，为键的公称长度，为键的宽度； 轴的直径，单位：mm 键、轮毂、轴三者中最小的材料的许用挤压应力，单位：MPa 1、272.055 Nm2、 mm3、 mm4、 mm所以： MPa根据机械设计手册查得： MPa可知，故安全。2.4 联轴器的分类按照联轴器的性能可分为刚性联轴器和挠性联轴器。刚性联轴器对所联两轴间的相对位移缺乏补偿能力，但有结构简单，制

15、造容易，不需维护，成本低等特点而仍有其应用范围；挠性联轴器中又分为无弹性元件的挠性联轴器和带弹性元件的挠性联轴器，。前一类只具有补偿两轴间相对位移的能力，后一类因装有弹性元件，不仅可以补偿两轴间的相对位移，而且具有缓冲减振的能力。2.4.1 联轴器的选择根据传递载荷的大小，轴转速的高低，被联接两部件的安装精度，参考各类联轴器特性，选择一种合用的联轴器类型。具体选择时可考虑以下几点:1. 所联接两个轴的轴径；2. 传递的转矩大小和性质以及对缓冲减振功能的要求；3. 联轴器的工作转速高低和引起的离心力大小；4. 两轴相对位移的大小和方向；根据以上几点选取联轴器如下：在电机轴与减速机轴之间选取联轴器

16、型号为TL8， 减速机轴和传动轴之间，以及传动轴和剪切机输入轴之间的联轴器型号为 TL10表5.1 联轴器的主要尺寸和特性参数型号许用（Nm）许用转速（r/min）轴孔直径（mm）轴孔长度（mm）转动惯量（Kgm）重量（Kg）TL8TL1071020002400170045 48 50 5580 85112 84172 1320.130.6424 联轴器的强度计算 以减速器输出轴与安装齿轮的轴之间的联轴器为例进行强度校核。齿式联轴器的承载能力既与材料和热处理有关，也与两轴相对位移的方向和位移量大小有关，而且还与啮合齿面间的滑动速度和润滑状态有关，对于标准联轴器，可按标准规定的

17、方法验算：查文献3，343 (5.1)式中： 联轴器的许用转矩，单位：Nm 联轴器长期承受的理论转矩，单位：Nm 联轴器工作条件系数其中，可得：=1.5=40.35 Nm所以： =60.5 NmT=710 Nm显然，故安全。 第3章 三维设计3.1 总体三维图 3.1.1内部结构3.2侧向间隙调整机构3.2.1 丝杠连接第四章 关键零件工艺卡编制4.1 刀盘的工艺设计1 零件分析图所示零件是用于装刀的刀盘。它属于盘类零件，由圆柱面、内孔、倒角和键槽等组成。两侧面与刀贴合，精度要求高，键槽用于安装键，以传递转矩。2确定毛坯该传动轴材料为6CrW2Si. 该盘要求较高，故选择280mm*40的锻造

18、圆钢作毛坯。3确定主要表面的加工方法该盘主要是回转表面，主要采用车削成形。由于该盘侧面的主要表面的公差等级较高，表面粗糙度Ra值(Ra=0.8 um)较小，故车削后还需磨削。外圆表面的加工方案可为：粗车半精车精车侧面加工方案是： 粗车半精车粗磨精磨内孔加工方案是： 粗镗半精镗精镗4确定定位基准合理地选择定位基准，对于保证零件的尺寸和位置精度有着决定性的作用。车、镗的时候选择盘的轴线为基准，磨的时候两个端面互为基准。5划分阶段 对精度要求较高的零件，其粗、精加工应分开，以保证零件的质量。 该盘加工划分为三个阶段：粗车(粗车外圆、)，半精车(半精车外圆)，精车，粗、精磨(粗、精磨各处外圆)。6热处

19、理工序安排该盘要求调质处理，并安排在半精车各外圆之后。 综合上述分析，传动轴的工艺路线如下： 下料镗内孔粗车外圆半精车外圆调质精车外圆，倒角磨削划键槽加工线拉键槽检验。7加工尺寸和切削用量 磨削背吃刀量可取0.2mm,0.05mm，粗车可为1mm，半精车背吃刀量可选用0.5mm，精车为0.25mm。加工尺寸可由此而定。车削：切削速度与主轴转速的关系如下 Vc=例：加工外圆表面270mm； 粗车270mm至274mm，达Ra12.5； 背吃刀量1mm，切削速度70.13mmin，进给量0.2mr， 机床CA6140主轴转速：已知正转转速级数24，正转转速范围101400mmin， 主轴转速的计算

20、：设公比q，10q23=1400，q=1.2397 70.13=，n=318rmin 10qx=318x17.02，取x=17 得到主轴转速n=310 rmin8 工时定额的计算 基本时间t基 t基 = 式中 i= n= 加工长度（mm） 刀具的切入长度（mm） 刀具的切出长度（mm） 进给次数 Z加工余量（mm） 背吃刀量（mm） 进给量（mm/） 机床主轴转速（/） 切削速度（/） D加工直径（mm）辅助时间 t辅助=（5%15%）t基操作时间 t操作= t基+ t辅助布置时间 t布置=（2%7%）t操作休息时间 t休=2%t操作准备终结时间 t准终= （5%15%）t操作单件时间 t单件

21、= t基+ t辅助+ t布置+ t休例如：粗车270外圆的工时定额计算n=318r/min,D=270mm,f=0.2mm/r,i=1,l1=0,l=40mm,l2=2mm故：t基=2.85min,t辅=0.41min,t操=3.26min,t单件=3.48min,t准终=0.7min. 4.2 减速器轴的工艺设计1 零件分析图所示零件是减速器中的传动轴。它属于台阶轴类零件，由圆柱面、轴肩、圆角和键槽等组成。轴肩一般用来确定安装在轴上零件的轴向位置，键槽用于安装键，以传递转矩。2确定毛坯该传动轴材料为45钢，因其属于一般传动轴，故选45钢可满足其要求。 该传动轴属于中、小传动轴，并且各外圆直径

22、尺寸相差不大，故选择60mm*200的锻造圆钢作毛坯。3确定主要表面的加工方法传动轴大都是回转表面，主要采用车削与外圆磨削成形。由于该传动轴的主要表面的公差等级较高，表面粗糙度Ra值(Ra=0.8 um)较小，故车削后还需磨削。外圆表面的加工方案可为：粗车半精车磨削粗、精车采用卧式车床C6140，主要参数：最大加工直径：400mm 加工最大长度：1300mm主轴转速范围：12-1400r/min刀架最大纵向行程：650mm进给量：0.08-1.59mm/r主电动机功率：7kW4确定定位基准合理地选择定位基准，对于保证零件的尺寸和位置精度有着决定性的作用。由于该传动轴的几个主要配合表面(Q、P、

23、N、M)及轴肩面(H、G)对基准轴线A-B均有径向圆跳动和端面圆跳动的要求，它又是实心轴，所以应选择两端中心孔为基准，采用双顶尖装夹方法，以保证零件的技术要求。粗基准采用圆钢的毛坯外圆。中心孔加工采用三爪自定心卡盘装夹热轧圆钢的毛坯外圆，车端面、钻中心孔。但必须注意，一般不能用毛坯外圆装夹两次钻两端中心孔，而应该以毛坯外圆作粗基准，先加工一个端面，钻中心孔，车出一端外圆；然后以已车过的外圆作基准，用三爪自定心卡盘装夹(有时在上工步已车外圆处搭中心架)，车另一端面，钻中心孔。如此加工中心孔，才能保证两中心孔同轴。5划分阶段 对精度要求较高的零件，其粗、精加工应分开，以保证零件的质量。 该传动轴加

24、工划分为三个阶段：粗车(粗车外圆、钻中心孔等)，半精车(半精车各处外圆、台阶和修研中心孔及次要表面等)，粗、精磨(粗、精磨各处外圆)。6热处理工序安排轴的热处理要根据其材料和使用要求确定。对于传动轴，正火、调质和表面淬火用得较多。该轴要求调质处理，并安排在粗车各外圆之后，半精车各外圆之前。 综合上述分析，传动轴的工艺路线如下： 下料车两端面，钻中心孔粗车各外圆调质修研中心孔半精车各外圆，倒角磨削划键槽加工线铣键槽修研中心孔检验。7加工尺寸和切削用量 传动轴磨削背吃刀量可取0.2mm，半精车背吃刀量可选用1.5mm,进给量粗车取为0.5mm，半精车0.3mm，粗磨0.024mm，精磨0.01mm

25、。加工尺寸可由此而定，见该轴加工工艺卡的工序内容。车削用量的选择，单件、小批量生产时，可根据加工情况由工人确定；一般可由机械加工工艺手册或切削用量手册中选取。粗车半精车精车经济精度IT12-1310-117-9表面粗糙度Ra/m背吃刀量/mm2、3、410.5车削：切削速度与主轴转速的关系如下 Vc=例：加工外圆表面44mm； 粗车44mm至48mm，达Ra12.5； 背吃刀量3mm，切削速度58.41mmin，进给量0.5mr， 机床CA6140主轴转速：已知正转转速级数24，正转转速范围101400mmin， 主轴转速的计算：设公比q，10q23=1400，q=1.2397 58.41=，n=380rmin 10qx=318x17.02，取x=17 得到主轴转速n=310 rmin 8. 工时定额的计算基本时间t基 t基 = 式中 i= n= 加工长度（mm） 刀具的切入长度（mm） 刀具的切出长度（mm） 进给次数 Z加工余量（mm） 背吃刀量（mm） 进给量（mm/） 机床主轴转速（/） 切削速