简易卧式旋压机床设计(机床总体与运动参数设计)

广东轻院机制专业毕业设计1/35广东轻工职业技术学院毕业设计论文题目：简易卧式旋压机床设计（机床总体与运动参数设计）院系：机电工程系专业：机械制造与自动化学号：2011010402329学生姓名：李奕文指导教师：徐进起止日期：2014.3—2014.5广东轻院机制专业毕业设计2/35一、前言旋压是通过毛坯旋转与施加外力两者联合作用使金属板料或成形毛坯产生塑性变形的一种无切削加工成形技术。通过旋压可以完成成形、缩径、收口、翻边、卷边及压筋等各种成形方式。20世纪60年代初，为了解决某些产品成形问题，部分军工部门（例如航空部）开始应用旋压技术加工诸如飞机副油箱、发动机燃烧室等产品，开始采用自制的非常简单的旋压设备来加工成形制品。这些设备大多为机械、手动和简单液压装置。这是国内自制的旋压机初型。进入21世纪，大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床，而且多数以上是役龄在10年以上的旧机床，生产装备和技术陈旧而落后。用这种装备加工出来的产品普遍存在质量差、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场，军品和民品市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展。本文以车床为基础来进行简易卧式旋压机床设计，进一步对旋压机的旋压机机床总体与运动参数进行了解，并提高自己的动手、思考能力和如何在遇到难题时调动自己的知识储备来分析解决难题。2014年2月24日广东轻院机制专业毕业设计3/35二、目录一、前言.................................................................................................2二、目录.................................................................................................3三、概括.................................................................................................43-1旋压............................................................43-2旋压技术........................................................5四、旋压机床总体设计..........................................................................64-1芯模............................................................74-2旋轮............................................................84-3旋轮座的设计...................................................104-4液压装置.......................................................114-5旋轮运动轨迹控制...............................................134-6华中数控系统...................................................154-7伺服传动系统...................................................16五、旋压机床运动参数设计................................................................195-1进给量与进给速度...............................................195-2芯模和旋轮的间隙...............................................205-3减薄率.........................................................215-4旋轮参数.......................................................225-5数控系统编程与参数.............................................245-6液压装置参数...................................................26六、旋压机床的研究现状....................................................................326-1国外数控旋压机床的研究现状.....................................326-2国内数控旋压机床的研究现状.....................................33七、参考文献.......................................................................................35广东轻院机制专业毕业设计4/35三、概括3-1旋压旋压是将平板或空心坯料固定在旋压机的模具上，在坯料随机床主轴转动的同时，用旋轮或赶棒加压于坯料，使之产生局部的塑性变形。在旋轮的进给运动和坯料的旋转运动共同作用下，使局部的塑性变形逐步地扩展到坯料的全部表面，并紧贴于模具，完成零件的旋压加工。旋压是一种综合了锻造、挤压、拉伸、弯曲、环轧、横轧和滚压等工艺特点的少无切削加工的先进工艺。是利用旋压工具对旋转坯料施加压力，使之产生连续的局部塑性变形而成形为所需空心回转零件的塑件加工方法，是制造薄壁回转体零件常用的一种工艺方法，可以完成拉深、翻边、收口等多种不同的成型工序。广东轻院机制专业毕业设计5/353-2旋压技术旋压技术，也叫金属旋压成形技术，通过旋转使之受力点由点到线由线到面，同时在某个方向给予一定的压力使金属材料沿着这一方向变形和流动而成型某一形状的技术。这里，金属材料必须具有塑性变形或流动性能，旋压成形不等同塑性变形，它是集塑性变形和流动变形的复杂过程，特别需要指出的是，我们所说的旋压成形技术不是单一的强力旋压和普通旋压，它是两者的结合；强力旋压用于各种筒、锥体异形体的旋压成型壳体的加工技术，是一种比较老的成熟的方法和工艺，也叫滚压法。金属旋压技术的基本原理相似于古代的制陶生产技术。旋压成型的零件一般为回转体筒形件或碟形件，旋压件毛坯通常为厚壁筒形件或圆形板料。旋压机的原理与结构类似于金属切削车床。在车床大拖板的位置，设计成带有有轴向运动动力的旋轮架，固定在旋轮架上的旋轮可作径向移动；与主轴同轴联接的是一芯模(轴)，旋压毛坯套在芯模(轴)上；旋轮通过与套在芯模(轴)上的毛坯接触产生的摩擦力反向被动旋转；与此同时，旋轮架在轴向大推力油缸的作用下，作轴向运动。旋轮架在轴向、旋轮在径向力的共同作用下，对坯料表面实施逐点连续塑性变形。在车床尾顶支架的位置上，设计成与主轴同一轴线的尾顶液压缸，液压缸对套在芯模(轴)上的坯料端面施加轴向力。广东轻院机制专业毕业设计6/35四、旋压机床总体设计车床改造成旋压机的整体思路:为提高精度,对车床机械、电气部分进行整修;利用车床主体、横向导轨、纵向导轨、主轴转动装置、三爪卡盘,改造旋轮、旋轮架,并将横向和纵向导轨改为液压驱动,尾顶部分改为液压装置;保留原有的主传动系统和变速操作机构,增加变频器,实现主轴转动的无级变速;控制系统部分采用先进的比例伺服阀及华中数控系统。Z轴电源华中数控变频主轴电机PLC手摇轮电磁阀比例伺服阀液压尾座液压系统光栅尺旋轮座主轴快速进给电机数控刹车装置Z轴X轴反馈检测控制图4.0旋压机床总体设计框图广东轻院机制专业毕业设计7/354-1芯模目前国内用的旋压机主要有车床改造而成的，其本身的通用夹具（三角卡盘）由于改造的需要，将其卸掉，查阅相关资料可知：主轴为空心的,端部为莫氏6号锥度。因此，在设计芯模时，只需就将芯模尾部设计成莫氏6号锥度，尾部按经验取L=100mm。其优点是芯模的装拆方便；能自动找正、定心。最终成品的外形取决于芯模的形状。旋压过程，毛坯受到外力的作用，旋压件，始终可看为芯模与旋压件是紧紧靠在一起的，两者之间的间隙△视为0，因此芯模头部的外形尺寸与旋压件内部尺寸一致。表4.1莫氏锥度的各个参数：公制锥度公制锥度以大端直径标注，主要用于较大主轴锥度，刀套，刀杆号数锥度C外锥大径基本尺寸D01：19.2129.04511：20.04712.06521：20.02017.7831：19.92223.82541：19.25431.26751：19.00244.39961：19.18063.348锥度C与圆锥角α的关系为：C=2*tg（α/2）广东轻院机制专业毕业设计8/354-2旋轮旋轮是旋压加工的主要工具之一，也是使旋压工艺获得良好效果的一个重要影响因素。旋压通常选用含钒的高速钢或优质的工具钢。大量生产与旋轮直径较小时，采用高速钢。冷旋压采用表面氮化处理的高速钢，热旋压一般选用Gr12Mo、3Gr2W8V、P18等。图4.1为旋压用的各种旋轮通常情况下，选用旋轮直径需考虑旋压件的最大直径以及板坯的材料和厚度，但从图3.2调查结果中，不难发现旋轮直径并不随旋压件直径的增大而增大，因此旋轮直径的选择没有一个切却的数值。选用旋轮圆角半径主要根据表3.2旋轮圆角半径的选用实例选取。广东轻院机制专业毕业设计9/35表4.2旋轮圆角半径的选用实例材料工件直径d/mm150d300d150铝材黄铜板6~812~15普通冷轧钢板（SPC）冷轧不锈钢板（SUS）6~810广东轻院机制专业毕业设计10/354-3旋轮座设计利用车床拖板用于固定车床刀架的底座（本设计的车床刀架为四方刀架）。如图4.3所示,设计旋轮座底座,在旋轮的柄上钻三个与四方刀架上三个螺栓配合的螺纹孔，这样可以同时安装四个不同的旋轮（图4.1），在不停车的前提下，完成成形、缩径、收口、翻边、卷边等满足不同的旋压要求。旋轮架安装在旋轮座上,为使旋轮在轮轴上无法轴向移动,在旋轮内安装了一对圆锥滚子轴承,用压盖将轴承固定。这样在不同的旋压过程中,可以更换旋轮、旋轮架而不需要更换旋轮座,经济实用。图4.3旋压座设计示意图图4.4四方刀架图4.5专用旋轮设计俯视图广东轻院机制专业毕业设计11/354-4液压装置旋压机床在的旋轮和尾座的受力都比较大，液压驱动和做夹紧是不二的选择。液压拥有以下优点：1）可以无级调节速度2）可以实现运转的距离控制3）可以实现高压化，能以较小的体积获得较大的输出力4）能够实现力、速度和方向等的自动控制5）操作简单。下图为旋压机床整体的液压系统设计：采用横向油缸、纵向油缸驱动旋轮的横向和纵向运动,采用尾顶油缸实现工件的顶紧。横向油缸与纵向油缸分别由各自的伺服阀控制,尾顶油缸由电磁阀控制。在液压系统设计过程中（详细内容可参考《液压与气压传动》课程设计任务指导书）,通过对液压缸直径、比例阀流量、液压泵功率及运动速度等的详细计算,并综合考虑空间图4.6旋压机床整体的液压系统设计广东轻院机制专业毕业设计12/35尺寸、重量、刚度、成本和密封性等方面的要求,选择相应的液压元器件。图4.7液压设计原理广东轻院机制专业毕业设计13/354-5旋轮运动轨迹控制数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，对国际民生的一些重要行业国防、汽车等的发展起着越来越重要的作用，这些行业装备数