1、毕业设计论文题目：xxxx 公司热轧板厂 AWC 机架现场扩孔设备设计指导教师 学 生 年 月 日中文摘要解决由于 xxxx 公司热轧板厂三期技改工程（立辊轧机宽度自动控制系统（AWC） ）改造后，需对现有的立辊轧机机架孔进行扩孔，以便安装长行程伺服油缸。立辊轧机机架扩孔如果送入设备制造厂进行加工，质量保证可靠，但机架还原难于保证安装质量、精度。为了降低技改工程建设费用，决定在立辊轧机现场对机架进行扩孔加工。我公司工程技术人员潜心钻研，结合现场实际情况设计专用扩孔设备，再结合专用设备编制详细的扩孔工艺，提出了切实可行的解决方案，该方案具有经济、实用、可行等特点。三关键词：专用设备；稳定性；加工
2、效率；工艺试验目 录第 1 章 引言 （1） 1.1xxxx 公司热轧板厂 AWC 机架现场扩孔设备设计 的目的和意义 （1） 第 2 章 现场条件及技术要求 （2） 2.1 现场条件 （2） 2.2 扩孔技术要求 （3）第 3 章 扩孔研究 （4） 3.1 专用设备设计 （4） 3.1.1 功率的选择 （4） 3.1.2 转速的选择 （5） 3.1.3 机械滑台设计 （5） 3.1.4 专用设备的组成 （6） 3.1.5 专用设备稳定性 （6）3.2 镗杆稳定性研究 （7） 3.2.1 切削力计算 （8） 3.2.2 镗杆自重 （9） 3.2.3 总径向力 （9） 3.2.4 刀杆因切削和自
3、重引起的挠度 （9） 3.3 扩孔顺序 （10） 3.4 刀具系统 （10） 3.4.1 刀具几何参数 （11） 3.4.2 镗刀盒结构 （11） 3.5 加工效率 （12） 第 4 章 工艺试验 （14） 第 5 章 结论 （15） 致谢 （16） 参考文献 （17）- 1 -第 1 章 引 言xxxxxxxx 股份有限公司为了适应钢铁市场需求，实现了全连铸，热轧系统相应进行了大规模的改造，以提高热轧产品质量、成材率和作业率，以及为冷轧提供高质量的原料，同时提高热轧产品的市场占有率。为了提高热轧板的外观质量，增强带钢的市场竞争力，决定在热轧板厂三期技改工程中，对现有的 E1、E2 立辊轧机进
4、行改造，增添宽度自动控制系统（AWC ） ，使热轧带钢产品质量达到国内先进水平。立辊轧机宽度自动控制系统（AWC）改造用长行程伺服液压缸替代原电动机械侧压系统，为保证缸的行程满足原机械侧压轧辊位置变化要求，在安装伺服油缸位置，需对现有的立辊轧机机架孔进行扩孔，以便安装长行程伺服油缸。立辊轧机机架扩孔实施方案比较突出，如果拆除，送入设备制造厂进行加工，质量保证可靠，但机架还原难于保证安装质量。为了降低技改工程建设费用，决定在立辊轧机现场对机架进行扩孔加工。为了采用经济实用的方案解决机架现场扩孔，结合现场实际情况设计专用扩孔设备，再结合专用设备编制详细的扩孔工艺，提出了切实可行的解决方案，该方案具
5、有经济、实用、可行等特点。- 2 -第 2 章 现场条件及技术要求2.1 现场条件E1 立辊轧机机架下孔相对地面标高为+200mm，上孔标高为+1700mm，安装面标高为-1600mm，见图 1。E2 立辊轧机机架下孔相对地面标高为+320mm，上孔标高为+1560mm，安装面标高为-1600mm，见图 2。- 3 -2.2 扩孔技术要求根据热轧立辊轧机机架图纸资料、外方 AWC 设计图纸资料和 AWC 伺服油缸的安装及工作原理，明确对机架扩孔准确的技术要求及工艺要求，如图 1 和图 2 所示。E1 立辊轧机机架：所加工孔从 300mm 扩至520mm，孔实际长度 292 mm，上下孔中心距
6、1500 mm，孔与油缸间隙单边 5 mm；E2 立辊轧机机架：所加工孔从 260mm 扩至420mm，孔实际长度 108mm，上下孔中心距 1240mm，孔与油缸间隙单边 5 mm。- 4 -第 3章 扩 孔 研 究 根 据 AWC扩 孔 要 求 ， 针 对 机 架 现 场 条 件 ， 在 场 地 非 常 紧张 ， 空 间 位 置 严 重 受 限 的 情 况 下 ， 提 出 了 专 用 设 备 扩 孔 的 方 案 ： 采 用 镗 床 工 作 原 理 ， 实 现 扩 孔 加 工 ； 应 用 组 合 机 床 设 计 ，实 现 上 孔 和 下 孔 的 加 工 。 受 空 间 限 制 ， 机 床 刚
7、 度 和 稳 定 性 能 较差 ， 需 要 采 取 加 固 措 施 。 FcFc3.1 专 用 设 备 设 计 3.1.1 功 率 的 选 择 根 据 现 有 的 镗 孔 工 艺 参 数 ， T612普 通 镗 床 偏 心 盘 加 工 孔可 以 加 工 到 750m， 用 镗 杆 加 刀 罐 可 以 加 工 到 50m， 主 电机 功 率 为 7.5Kw； T615-K普 通 镗 床 偏 心 盘 加 工 孔 可 以 加 工 到 950m， 用 镗 杆 加 刀 罐 可 以 加 工 到 70m， 因 切 削 功 率 为 ： PC 196210-6kw/（ m3/min） - 5 -主 电 机 的
8、功 率 ： C 0.8 PE=PC/ C 196210-6103/0.8=2.02（ Kw） 取 PE 20（ Kw） 根 据 计 算 ， 选 择 20 Kw动 力 可 满 足 现 场 加 工 的 要 求 ， 因此 选 用 T615-K机 床 的 动 力 主 轴 箱 或 类 似 设 备 的 动 力 箱 。 3.1.2 转 速 的 选 择 E1机 架 现 场 扩 孔 从 30m加 工 到 520m， 而 一 般 镗 削加 工 类 似 扩 孔 工 艺 ， 主 轴 转 速 应 为 10 60rpm。 为 此 ， 主 轴 转速 选 择 为 14 60rpm， 无 级 变 速 。 3.1.3 机 械 滑
9、 台 设 计 由 于 采 用 动 力 箱 移 动 进 刀 的 方 式 实 现 轴 向 进 刀 ， 因 此 需要 在 动 力 箱 下 面 固 定 一 个 能 够 实 现 直 线 移 动 的 机 械 滑 台 ， 该滑 台 固 定 在 底 座 上 。 由 于 轴 向 进 刀 的 功 能 是 靠 滑 台 上 滑 座 的 移 动 来 完 成 ， 所以 其 移 动 速 度 不 能 过 快 ， 要 与 动 力 主 轴 箱 的 转 速 相 匹 配 ， 以保 证 合 理 的 切 削 量 。 根 据 转 速 匹 配 设 计 计 算 ， 机 械 滑 台 要 满 足 以 下 技 术 要 求 ： 进 刀 工 作 速 度
10、 3.12 15.6m/min； 回 程 快 速 转 速 720 m/min； 丝 杆 选 用 M606的 梯 形 螺 纹 ； 主 传 动 为 可 变 速 的 二 级 摆 线 减 速 机 ， 电 机 功 率 0.75Kw，减 速 比 i=385， 输 出 转 速 为 0.52 2.6rpm， 输 出 扭 矩 为 1872374Nm； - 6 -减速机与丝杆采用超越离合器实现连接或断开，在快速回程工作时主传动减速机输出轴与丝杆断开，其余时间连接。3.1.4 专用设备的组成专用设备是根据立辊轧机机架扩孔技术要求和现场施工条件及上述技术参数为扩孔设计的，专用设备包括动力箱、电机、电机座、机械滑台、中
11、箱、底座、镗杆及刀具等组成，如图 3所示。其中机械滑台有动力源调整装置，保证动力源能够按照工艺要求提供所需动力，机械滑台上有用于找正的调整螺栓，安装动力箱的底座总长度在 1500mm 以内，滑座行程 600mm，机械滑台总长约 2100mm。滑台下部有用于安装固定的凸台和螺栓孔，底面有 4 个用于调整滑台水平的调整螺栓 M30。3.1.5 专用设备稳定性专用设备扩 E1 机架下孔时，总高度达到了 2m，扩上孔达- 7 -到 3.5m，而设备宽度在 1m 左右，设备的稳定性成为突出突出问题。为了提高专用设备的稳定性，一方面将设备构件尽可能设计为吸振性好的铸件，另一方面在设备安装到位后增加辅助支承
12、，提高设备的稳定性。3.2 镗杆稳定性研究镗杆加工的形式有两种：一是带辅助支撑式，见图 4；二是悬臂式，见图 3。带辅助支撑式镗杆，由于利用了机架孔的配合面，扩孔的加工精度较高，但存在安装难度大和与动力箱连接的问题。如果在辅助支撑上采用滑动轴承支撑镗杆，同时镗杆与动力箱主轴锥孔用拉杆刚性连接就会使镗杆同时由滑动轴承和动力箱锥孔两个定位装置定位，形成过定位状况，不仅使镗杆安装时存在很大的难度，而且还会使动力传递达不到效果，还可能烧坏滑动轴承，甚至损坏电机；如果在辅助支撑上采用滑动轴承支- 8 -撑镗杆，同时镗杆与动力箱采用联轴器或离合器等柔性连接，虽然解决了镗杆过定位问题，但需在镗杆与动力箱之间
13、增加联轴器或离合器等柔性装置，增加了现场施工的难度，经济性又差；如果在辅助支撑上采用滚动轴承或者球面轴承支撑镗杆，滚动轴承调整范围有限，而球面轴承支撑的制造成本将会增加，经济性也较差。悬臂式镗杆，操作灵活，制造成本低，刚性好，强度高，装卡刀具快捷可靠。但存在对中问题，即要求镗杆旋转中心线和机架孔中心线的重合度要在一定的范围内。3.2.1 切削力计算KrKrFfFDFpFcFFD机架材料中碳钢退火状态，硬度 180220，采用 YT15切削刀具。切削最大孔径 =520mm； 切削速度 V=0.8m/s；吃刀深度 p=7mm； 进给量 f=0.2 mm/s；转速 n=v60/（ d）=6 00.8
14、/0.52=29.38r/min；圆整，n 取 30 r/min。根据实验数据：- 9 -切削 45#钢（退火状态）： F0=1962N/mm2单位切削功率： P0=196210-6kw/（mm 3/min）切削速度对切削力影响： k v=1.05(v=0.8m/s)刀具前角对切削力影响： k Z =1.18，k X =1.7 (=10) 刀具刃倾角对切削力影响：k Z =1.0，k X =1.0 (=-5)刀具主偏角对切削力影响：kZ =1.05，k X =1.15 (k =4590)切削力 ：F z= F0 pf kZ kZ kZ kv=196210-670.21.181.01.051.0
15、5=7657NFx= F0 pf kx kx kx kv1.0=196270.21.71.151.05=12082N当主偏角 0=45时，F y=0.65 Fz=4977N3.2.2 镗杆自重镗杆直径 520mm，悬伸长度 550 mmG=r 2lg=3.147.5 2557.8/10009.8 =743N3.2.3 总径向力F=G+Fy=4977+743=5720N3.2.4 刀杆因切削和自重引起挠度- 10 -ymax=- =-EIPL363105.7820=0.019mm无论是从经济性还是可靠性考虑，采用悬臂式镗杆完全能适应切削条件。为此，选用悬臂式镗杆，配有公制 80#锥柄和M30 拉
16、杆，键槽连接，可装刀罐，端头加辅助支承，辅助支承固定在机架上，增加镗杆的稳定性。3.3 扩孔顺序根据工艺要求，E1、E2 立辊轧机左右主机架各有上下孔，即共有 4 个孔需要扩孔。由于是现场扩孔，施工时间和空间均受到限制，所以首先要解决扩孔顺序问题。现场扩孔通常有两种方式：一是用一根通轴，安装两把镗刀，在专用设备安装不受限制的一边提供扩孔动力，同时加工左右机架孔。由于左右机架空间距离很远，通轴的长度将达到8m 左右，轴的安装难度较大，同时轴的挠度还会影响孔的精度，动力也将增大很多，从经济性角度考虑不可行；二是逐孔加工，虽然专用设备的现场安装存在难度，但可通过设计专用设备解决，同时所需动力的所降低
17、。两者对比，认为逐孔加工可靠性更强，决定选择逐孔加工方式。3.4 刀具系统- 11 -通过对专用设备刚度和强度的较核，悬臂镗杆满足加工要求，由于扩孔直径较大，刀具长度增加后，强度受到影响，不能保证扩孔加工质量，故而刀具设计采用镗刀盒形式加长刀具，保证扩孔工艺要求。3.4.1刀具几何参数刀片材料:YT15刀具几何角度前角：=10 主偏角：k =75后角： 0=58 副偏角：k =68负倒棱：b Y1=0.30.5-(36) 刃倾角：=-5副后角： 0=46 刀尖圆弧倒角： =0.81.5mm切削用量切削速度 V=0.8m/s吃刀深度 p=7mm进给量 f=0.2 mm/s3.4.2 镗刀盒结构镗
18、刀盒由两个半刀架、垫片、螺栓及螺母等组成，见图5。- 12 -3.5 加工效率根据专用设备及刀具设计，仔细计算加工工序的每一次走刀的进给量、刀具主轴转速、吃刀深度等技术参数。加工工艺参数选择如下：主轴转速 30r/min；切削深度 4mm；直径加工 8mm；进给量 0.2mm/r；经计算，E1 立辊轧机完成第 1 个孔的加工需要 72h，包括专用设备的安装找正和换刀时间。在同一侧完成第 2 个孔的加工时间为 50h，因为在加工第 2 个孔时专用设备找正时间缩短了。共计需要时间 122h。E2 立辊轧机完成第 1 个孔的加工需要 35h，包括专用设备的安装找正和换刀时间，在同一侧完成第 2 个孔
19、的加工时间为30h，在另一侧扩孔加工时间相同，共计需要时间 130h。- 13 -由于改造工期要求在 7 天内完成现场扩孔，为了保证现场加工时间，只能采取增加加工设备的办法来解决，即 E1 立辊轧机两边各用一台专用设备同时进行扩孔加工，E2 立辊轧机两边共用一台专用设备进行扩孔加工，总共使用三台专用设备对立辊轧机进行扩孔。- 14 -第 4章 工 艺 试 验 为 了 保 证 现 场 扩 孔 加 工 一 次 成 功 ， 预 先 对 现 场 扩 孔 加 工 工艺 及 专 用 设 备 进 行 现 场 模 拟 试 验 ， 检 验 各 项 技 术 指 标 ， 完 善 加工 工 艺 参 数 和 专 用 设
20、 备 技 术 性 能 ， 保 证 设 备 和 工 艺 万 无 一 失 。 模 拟 工 艺 性 试 验 要 达 到 以 下 目 的 。 检 验 专 用 设 备 的 各 种 性 能 指 标 是 否 达 到 了 设 计 要 求 ， 对存 在 的 问 题 和 缺 陷 进 行 及 时 的 完 善 和 改 进 。 培 训 操 作 工 人 ， 提 高 操 作 者 的 技 术 和 对 专 用 设 备 的 熟 练程 度 。 试 验 、 优 化 加 工 工 艺 参 数 ， 提 高 将 来 现 场 加 工 的 速 度 。 - 15 -第 5章 结 论 专 用 设 备 经 过 检 验 证 明 是 切 实 可 行 的
21、， 满 足 现 场 扩 孔 要求 ， 各 项 技 术 指 标 达 到 了 预 期 设 计 水 平 。 专 用 设 备 和 现 场 扩 孔 工 艺 经 实 践 检 验 证 明 专 用 设 备 稳 定性 好 、 刚 性 好 、 加 工 效 率 高 、 可 靠 性 好 ， 且 该 实 施 方 案 具 有 见效 快 、 投 资 省 等 优 点 。 - 16 -参 考 文 献 ： 1 成 大 先 ， 机 械 设 计 手 册 M ， 北 京 ： 化 学 工 业 出 版社 ， 202.1 2 吴 岳 昆 、 王 景 濂 主 编 ， 金 属 切 削 原 理 M ， 机 械工 业 出 版 社 ， 1972.9 3 仇 启 源 、 庞 思 勤 编 著 ， 现 代 金 属 切 削 技 术 M ，机 械 工 业 出 版 社 ， 192.1 4 金 属 切 削 手 册 M ， 上 海 市 科 学 技 术 交 流 站 编 ，上 海 人 民 出 版 社 ， 1974.12
