畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-四桿中頻數(shù)控淬火機(jī)床總體及上料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)（全套圖紙） .doc

遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1前言目前，我國對數(shù)控淬火機(jī)床的需求在日益增加，數(shù)控淬火機(jī)床的性能也日趨完善，自動化程度和生產(chǎn)率大大提高，從而取代了人的大部分體力勞動和腦力勞動，但同時也就使得數(shù)控淬火機(jī)床在更高層次上依賴于人，從而構(gòu)成技術(shù)密集型的人機(jī)系統(tǒng)。對于數(shù)控淬火機(jī)床來說，人的主要工作不只是體力勞動，而且還包含了一定程度的腦力勞動，隨著數(shù)控淬火機(jī)床的發(fā)展，腦力勞動的負(fù)荷越來越大，對操作者的知識技能水平的要求也就更高了。但是，對于操作者來說，體力勞動是依然存在的，這時人的主要體力作業(yè)集中在加工前的準(zhǔn)備工作和加工后的一些后續(xù)工作。從數(shù)控淬火機(jī)床的設(shè)計(jì)、制造、使用過程表明，數(shù)控淬火機(jī)床的工作質(zhì)量不但取決于機(jī)器本身的性能和質(zhì)量，還取決于操作的勞動者，而操作者的勞動質(zhì)量在很大程度上又取決于該系統(tǒng)中人機(jī)系統(tǒng)的功能質(zhì)量。人是生產(chǎn)的主體，滿足了人的基本安全需要，使人心情舒暢，才可能充分發(fā)揮人的主觀能動性，調(diào)動人的積極態(tài)度，它對提高生產(chǎn)效率有著重要的意義。四桿中頻數(shù)控淬火機(jī)床總體及上料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)21.緒論1.1淬火機(jī)床的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r1）感應(yīng)淬火機(jī)床在國內(nèi)普遍采用液壓傳動機(jī)構(gòu),也有的采用機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)。機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)采用普通絲桿和齒輪傳動結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳動。這些淬火機(jī)床傳動速度不穩(wěn)定,傳動定位精度低。目前,對感應(yīng)熱處理要求的提高,對淬火機(jī)床傳動系統(tǒng)的要求也相應(yīng)提高,液壓系統(tǒng)傳動的淬火機(jī)床已逐步被淘汰,取而代之的淬火機(jī)床將采用變頻調(diào)速電機(jī),步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī),通過滾珠絲桿傳動。這種淬火機(jī)床移動速度均勻、精確,托架重復(fù)定位精度高,可達(dá)0.03mm或0.001mm；轉(zhuǎn)臺定位精度高,達(dá)到0.01mm。若再采用步進(jìn)鏈傳動,托盤送料,機(jī)械手或機(jī)器人送料及對感應(yīng)淬火零件裝卸料,就成為全自動化的專用機(jī)床。淬火變壓器與感應(yīng)器X軸向(上下)移動應(yīng)用微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行編程,Z軸向(前后)移動同樣也可進(jìn)行編程,機(jī)床運(yùn)行完全按照計(jì)算機(jī)程序運(yùn)行,是高度自動化的感應(yīng)加熱設(shè)備。2）感應(yīng)加熱淬火機(jī)床的控制,現(xiàn)在普遍采用PLC與NC控制,完全應(yīng)用繼電器進(jìn)行控制的淬火機(jī)床已逐步被淘汰。使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制的自動淬火機(jī)床也越來越普遍。淬火機(jī)床的工作狀態(tài)通常被顯示在顯示屏上,同時能自動進(jìn)行故障報(bào)警或故障診斷。3）感應(yīng)加熱過程的能量監(jiān)控系統(tǒng)和工件加熱溫度的監(jiān)控精度大大提高,其重現(xiàn)性達(dá)0.1%。最近發(fā)展了感應(yīng)器監(jiān)控儀直接測量感應(yīng)器上的輸入能量kW-S,以取代設(shè)備的能量監(jiān)控。4）在感應(yīng)加熱淬火過程應(yīng)用脈動加熱式能量分配器,進(jìn)行曲軸連桿頸淬火時,給上死點(diǎn)和下死點(diǎn)分配不同能量達(dá)到加熱溫度均勻的目的。5）在感應(yīng)熱處理過程中,感應(yīng)電源根據(jù)振蕩因素及時顯示感應(yīng)器阻抗值的變化,根據(jù)阻抗值的變化及時調(diào)節(jié)電源振蕩狀態(tài),保證零件感應(yīng)加熱在相對理想的狀態(tài)下進(jìn)行。AEC-Elotherm曲軸淬火機(jī)床有此裝置，用以顯示感應(yīng)器阻抗，能顯示數(shù)值變化。6）淬火機(jī)床附帶測量及顯示儀表,測量顯示工件的淬火過程。在對滾珠絲桿感應(yīng)淬火時淬火機(jī)床能自動測量伸長量,如果伸長超差,淬火機(jī)床能自動降低功率以減少滾珠絲桿感應(yīng)淬火的伸長量,并在淬火過程中自動記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。感應(yīng)淬火機(jī)床能夠在曲軸淬火過程中應(yīng)用安裝的曲軸彎曲變形測量儀測定曲軸的淬火彎曲量,并調(diào)整其參數(shù)對曲軸淬火彎曲情況進(jìn)行修正。淬火機(jī)床附帶的液體流量監(jiān)控儀可直接顯示淬火液的流量,能有效地監(jiān)控淬火件質(zhì)量。水電導(dǎo)值指示器可以監(jiān)控軟水的質(zhì)量。7）油煙吸抽。新型淬火機(jī)床上直接安裝抽風(fēng)設(shè)備，吸抽工件加熱時產(chǎn)生的油煙。8）多軸化。為了適應(yīng)小件提高產(chǎn)量，通用淬火機(jī)床出現(xiàn)多軸化，如Welduction公司最近遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3推出2軸、4軸淬火機(jī)床，同時可處理多種0.508m（20in）長以內(nèi)，重9.08kg以下的工件。9）功能復(fù)合化與柔性化。在一臺淬火機(jī)床進(jìn)行淬火，隨后用較低功率進(jìn)行回火，二工序在一臺淬火機(jī)床上完成，英國Etchells機(jī)械制造有限責(zé)任公司生產(chǎn)的全自動抽油桿生產(chǎn)線，可生產(chǎn)符合A.P.I標(biāo)準(zhǔn)的5/8,3/4,7/8和1的抽油桿,長度可以是25-30米長，實(shí)現(xiàn)了包括鍛造、感應(yīng)加熱等一整套工序的集成，全自動生產(chǎn)。BJ型軸類淬火機(jī)能自動編14種程序、自動識別進(jìn)機(jī)零件。Roborton.Elotherm最近推出了雙主軸立式淬火機(jī)床，在一個緊湊的工藝單元內(nèi)進(jìn)行工件的淬火與回火，能處理輪軸、三槽套及其他萬向節(jié)件，轉(zhuǎn)換工件只需25min，用計(jì)算機(jī)編程，根據(jù)工件號在2min內(nèi)調(diào)出有關(guān)工藝數(shù)據(jù)。10）一機(jī)多工位或一個電源帶多臺機(jī)床，摩擦片雙工位淬火機(jī)床是高頻自動切換的，摩托車曲柄有三個淬火部位，電氣興業(yè)公司的產(chǎn)品是一個電源帶三臺淬火機(jī)床；國內(nèi)產(chǎn)品是一個超音頻電源帶一臺具有三個淬火變壓器的回轉(zhuǎn)工作臺淬火機(jī)，節(jié)省了占地面積與裝卸工序。11）機(jī)電一體化的緊湊式淬火裝置，以單個電源、淬火機(jī)床、附屬裝置組成成套裝置在我國是在20世紀(jì)70年代中期開始的，工業(yè)發(fā)達(dá)國家現(xiàn)在發(fā)展的是將電源與淬火機(jī)構(gòu)組合在一起的淬火機(jī)床，InductoheatCo公司的輪轂淬火機(jī)床Welduction的通用淬火機(jī)等均屬此范疇。12）冷卻水及淬火液循環(huán)裝置，由于采用換熱器降溫，設(shè)備冷卻水及淬火液槽容量普遍減小，冷卻水槽容量在0.51.03m或更小，淬火液槽亦相似，完善的淬火液槽內(nèi)有磁性吸鐵屑裝置及油分離器，對使用聚合物淬火液更為有利。1.2四桿中頻數(shù)控淬火機(jī)床概述四桿中頻淬火機(jī)床是對抽油桿（包括空心桿）進(jìn)行淬火的專用設(shè)備，具有結(jié)構(gòu)合理、性能穩(wěn)定、工效高、易于操作等特點(diǎn)。機(jī)床主要由上料裝置、下料裝置、中頻淬火裝置、冷卻系統(tǒng)以及氣動裝置和控制裝置組成。淬火過程全部采用斜輥道進(jìn)給，使工件邊前進(jìn)邊旋轉(zhuǎn)，保證加熱溫度均勻。在驅(qū)動裝置的帶動下,斜輥輸送抽油桿完成全部運(yùn)動。上料與下料均有自動裝置，可減輕工人勞動強(qiáng)度提高勞動生產(chǎn)率。此自動裝置由限位開關(guān)、氣動裝置及其控制以及機(jī)械部分組成。冷卻水套采用均勻多孔噴口，使工作冷卻速度快且硬度均勻。此系統(tǒng)是獨(dú)立封閉式。前后斜輥道采用鏈?zhǔn)絺鲃?，分別由兩臺調(diào)速電機(jī)驅(qū)動，保證整條傳動線作勻速前進(jìn)。電氣控制是由中頻電源柜，電氣控制柜組成，用以完成整機(jī)動作的控制。四桿中頻數(shù)控淬火機(jī)床總體及上料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)42四桿中頻淬火機(jī)床總體設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)根據(jù)機(jī)器要求進(jìn)行功能設(shè)計(jì)研究?？傮w設(shè)計(jì)包括確定工作部分的運(yùn)動和阻力，選擇原動機(jī)的種類和功率，選擇傳動系統(tǒng)，機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動和動力計(jì)算，確定各級傳動比和各軸的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率?？傮w設(shè)計(jì)時要考慮到機(jī)械的操作、維修、安裝、外廓尺寸等要求，確定機(jī)械系統(tǒng)各主要部件之間的相對位置關(guān)系及相對運(yùn)動關(guān)系，人機(jī)環(huán)境之間的合理關(guān)系?？傮w設(shè)計(jì)對機(jī)械系統(tǒng)的制造和使用都有很大的影響，為此，常需作出幾個方案加以分析、比較，通過優(yōu)化求解得出最佳方案。機(jī)床主要由上料裝置、下料裝置、中頻淬火裝置、冷卻系統(tǒng)以及氣動裝置和控制裝置組成。2.1機(jī)床動作流程工件從上料架感應(yīng)開關(guān)翻料器至上料裝置的斜輥上進(jìn)給中頻淬火裝置冷卻水套繼續(xù)進(jìn)給至下料裝置的斜輥上碰撞到限位開關(guān)翻料器至下料架。2.2斜輥傳輸本機(jī)床采用斜輥傳輸,使工件邊前進(jìn)邊旋轉(zhuǎn)，保證加熱溫度均勻。工件的進(jìn)給速度應(yīng)滿足機(jī)床的額定工作效率，因此，在設(shè)計(jì)中必須保證工件的進(jìn)給速度和自身旋轉(zhuǎn)速度參數(shù)應(yīng)與中頻淬火裝置的各設(shè)計(jì)參數(shù)相匹配。工件的進(jìn)給速度和自身旋轉(zhuǎn)速度主要取決于斜輥的旋轉(zhuǎn)速度和工件與斜輥的切點(diǎn)位置。對于同一型號的工件，切點(diǎn)位置不同，其水平與豎直方向的受力就不同,從而工件的進(jìn)給速度和自身旋轉(zhuǎn)速度就隨之變化。因此，在設(shè)計(jì)中準(zhǔn)確計(jì)算并把握切點(diǎn)的位置至關(guān)重要。在本機(jī)床中，將斜輥軸與工件進(jìn)給方向調(diào)為60度，滿足所需工件的進(jìn)給速度和自身旋轉(zhuǎn)速度的要求。2.3工件進(jìn)給過程淬火機(jī)床在工件進(jìn)給過程中，采用左右對稱式。即以床身縱軸為對稱軸，左右各安排兩桿進(jìn)給。兩桿一前一后錯開進(jìn)給，保證上下料及其它裝置可同時滿足兩通道使用要求。2.4中頻淬火過程抽油桿采用連續(xù)加熱、噴水淬火的方式。為使抽油桿達(dá)到技術(shù)要求，很大程度上取決于感應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造，感應(yīng)器的設(shè)計(jì)一般應(yīng)考慮：1）使被加熱零件的表面溫度均勻。2）感應(yīng)器損耗小，電效率高，這與感應(yīng)器內(nèi)面與工件的間隙有關(guān)。3）感應(yīng)器冷卻良好。感應(yīng)器通過較大的中頻電流所引起的發(fā)熱量，必須用冷卻水帶走。遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）54）感應(yīng)器制造簡單，操作方便。2.5機(jī)床電氣、水循環(huán)和氣動系統(tǒng)1）數(shù)控系統(tǒng)及配套電源數(shù)控系統(tǒng)以可編程控制器（PLC）為核心,具有豐富故障診斷功能及過流、欠壓、過熱和短路等各種保護(hù)功能,在抗電磁干擾方面采取了一系列有效措施。顯示器漢字顯示工況及報(bào)警信息內(nèi)容。系統(tǒng)配有合理的控制程序,操作方便,并可根據(jù)需要隨時編程或修改工藝參數(shù),以滿足不同類型抽油桿感應(yīng)熱處理機(jī)床配套使用可控硅中頻電源,功率250kW,頻率8kHz。2）水循環(huán)系統(tǒng)機(jī)床水路分冷卻水和淬火介質(zhì)兩路,冷卻水路實(shí)現(xiàn)對電源、變壓器、電容器和感應(yīng)器的冷卻,淬火水路為工件加熱提供淬火介質(zhì)。兩大水路均采用全封閉循環(huán)冷卻方式,冷卻水與淬火介質(zhì)分別與工廠供給的外循環(huán)硬水通過板式換熱器進(jìn)行換熱冷卻,并具有壓力、溫度檢測功能,保證水溫恒定及水質(zhì)穩(wěn)定,為生產(chǎn)線調(diào)試淬火工藝提供可靠保證。3）氣動系統(tǒng)為了提高生產(chǎn)效率，減輕生產(chǎn)人員的勞動強(qiáng)度，機(jī)床上下料裝置采用汽缸帶動連杠實(shí)現(xiàn)上下料動作，實(shí)現(xiàn)了上下料的全自動控制。四桿中頻數(shù)控淬火機(jī)床總體及上料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)63.上料傳送裝置的設(shè)計(jì)3.1上料傳送裝置料架的設(shè)計(jì)為了提高生產(chǎn)效率，減輕生產(chǎn)人員的勞動強(qiáng)度，機(jī)床上下料裝置采用汽缸帶動連杠實(shí)現(xiàn)上下料動作，實(shí)現(xiàn)了上下料的全自動控制。3.1.1上料機(jī)構(gòu)的動作步驟(如圖3.1所示)圖3-1上料機(jī)構(gòu)Fig.3-1mechanicalbodyforbringingworks圖3-2擺臂機(jī)構(gòu)Fig.3-2mechanicalbodyforSwinging遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）7動作1：用機(jī)械手將抽油桿整齊的平鋪在平面1上，使一根抽油桿滑落斜面2上動作2：控制系統(tǒng)將動作指令發(fā)給上料機(jī)構(gòu)主汽缸，主汽缸活塞桿伸長，帶動連桿旋轉(zhuǎn)，通過固定在轉(zhuǎn)軸上的四個翻料器將一根抽油桿翻過小擋板到斜面3上，抽油桿在重力作用下沿斜面滑落到里面斜輥上。動作3：控制系統(tǒng)發(fā)送脈沖給上料機(jī)構(gòu)輔汽缸，汽缸活塞桿伸長帶動連桿動作將擺臂支起（如圖3.2所示）。動作4：重復(fù)動作1，抽油桿沿斜面3滑落到外面斜輥上。即此完成單面雙輥道的上料操作，對面亦然。由于上料運(yùn)動的分時性，四桿分時上料，但結(jié)構(gòu)上的對稱性可保證兩桿同時上料。3.1.2上料機(jī)構(gòu)的動作原理基于以上動作要求，上料機(jī)構(gòu)采用汽缸連桿機(jī)構(gòu)，主汽缸選用SC8075-CA（活塞直徑80mm，行程75mm），如圖3.3、圖3.4所示，當(dāng)主汽缸活塞桿處于初始狀態(tài)時，翻料器處于水平狀態(tài)；當(dāng)主汽缸活