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1、北华大学学士学位论文摘 要石墨电极是电弧炉炼钢或其他电冶金行业的重要导电材料，随着电弧炉炼钢和其他电冶金行业的发展，石墨电极生产已经成为国民经济中不可缺少的部门之一，在国家历次发布的技术发展政策中均被列为重点发展内容。本文主要讨论石墨电极镗孔专机机械系统设计，主要包括机床床身结构的设计，托料架的设计，夹具及夹紧机构的设计。通过GSK96数控系统和PLC实现专机的自动控制。石墨电极接头生产采用数控加工，其优点是加工质量稳定、可靠加工精度高、具有高度柔性、生产率高、改善劳动条件、利于生产管理，减轻工作人员压力，降低生产成本，提高经济效益。关键词：石墨电极；夹紧机构；夹具；GSK96Abstract
2、Graphite electrode is an important conductive material for the electric arc furnace steel-making or other electric metallurgical industry. With the development of the electric arc furnace steelmaking and other electric metallurgical industry, the production of graphite electrodes has become an indis
3、pensable one of the sectors in the national economy, and was classified as key development of content each time in our countrys technology development policies in the past.With graphite electrode boring plane mechanical system design were discussed in this paper, mainly including the design of the m
4、achine tool lathe bed structure, rack design, design of fixture and clamping mechanism. Through GSK96 and PLC digital control system to realize automatic control. Graphite electrode joint production adopts numerical control processing, its advantage is that machining quality is stable, reliable, hig
5、h precision, highly flexible, high productivity, improve working conditions, conducive to production management, reduce the staff pressure, reduce the production cost, improve the economic benefit.Key words：Graphite electrode； Clamping mechanism； Fixture；GSK96目 录第一章 绪论11.1研究的目的及意义11.2国内外发展及状况11.3课题研
6、究内容分析21.4课题研究的主要内容21.5本章小结3第二章 系统总体方案设计42.1技术要求42.1.1石墨电极接头参数42.1.2机床的技术要求42.2机床控制方式52.3镗孔专机机床结构设计52.4镗孔专机运动方案确定52.5镗孔专机夹紧系统运动方案设计62.6本章小结6第三章 主传动设计73.1主轴电机的选择73.1.1主轴电机的功率计算73.2滚子链的设计83.2.1链传动的优缺点83.2.2滚子链传动的设计计算93.3减速器的选择103.3.1减速器的作用103.3.2减速器的分类103.3.3镗孔专机减速器的选择103.4主传动轴的设计计算与校核113.4.1主轴基本尺寸的确定1
7、13.4.2主轴强度校核123.4.3主轴刚度校核133.5键的选择与校核计算133.5.1键连接的功能及分类143.5.2键的选择143.5.3键的校核143.6轴承的选择153.6.1轴承的特点及分类153.6.2轴承类型的选择方法153.6.3镗孔专机轴承的选择153.7本章小结18第四章 系统主要结构设计194.1夹具的设计194.1.1机床夹具的基本要求194.1.2夹具结构设计194.2夹紧装置传动机构的设计204.2.1夹紧装置的要求204.2.2夹紧装置传动机构的设计方案214.2.3传动装置的结构214.3托举机构的设计214.3.1支撑件的功用224.3.2对支撑件的基本要
8、求224.3.3支撑件的设计步骤224.3.4支撑件的结构设计224.3.5镗孔专机对托举机构的要求234.3.6托举机构结构设计234.3.7托举机构材料的选择244.4本章小结24第五章 丝杠的选择255.1滚珠丝杠传动的特点255.2滚珠丝杠的工作原理和结构255.3滚珠丝杠的选择计算265.3.1进给率引力Fm的计算265.3.2最大动载荷C的计算265.3.3滚珠丝杠的选择275.4滚珠丝杠的效率计算285.5刚度验算285.6压杆稳定性校核295.7本章小结29第六章 导轨的选择306.1 导轨主要功能306.2 导轨的基本形式306.3 间隙调整316.4 导轨的润滑326.5
9、润滑油的选择326.6本章小结33第七章 结论34致 谢35参考文献36III第一章 绪论1.1研究的目的及意义炭素行业是国家重点支持的基础原材料产业，其主导产品石墨电极是钢铁工业炼钢过程中使用的不可替代的耐高温、耐氧化的导电材料1。石墨电极，主要以石油焦、针状焦为原料，煤沥青作结合剂，经煅烧、配料、混捏、压型、焙烧、石墨化、机加工而制成，是在电弧炉中以电弧形式释放电能对炉料进行加热熔化的导体，根据其质量指标高低，可分为普通功率、高功率和超高功率。石墨具有以下铜无法比拟的优质特性，加工速度：高速铣粗加工较铜快3倍，高速铣精加工较铜快5倍；可加工性好，能实现复杂的几何造型；重量轻，密度不足铜的1
10、/4，电极容易夹持，可减少单个电极的数量，因为可捆绑做成组合电极；热稳定性好，不变形无加工毛刺2。图1.1 石墨电极及接头随着石墨电极市场竞争日趋激烈，电极市场由国内逐步向国外市场开拓，对石墨电极质量的要求己不仅仅局限在电极内部。由于石墨电极是冶金行业，有色金属等行业必需的产品，所以电极的质量与产量将直接影响上述行业的发展。1.2国内外发展及状况国际炭素行业起步已久，加工工艺已经成熟，已经达到了大型规模全自动化生产的阶段，并且可以大规模生产大规格超高功率石墨电极及接头产品。其技术领先的国家及公司有：美国：步高（POCO）石墨公司、尤卡炭素公司、斯塔克浦尔炭素公司。日本：东洋炭素有限公司、东海碳
11、素有限公司、新日本科技炭素有限公司。德国：西格里碳素集团、逊克炭素公司。法国：罗兰炭素公司。我国有超过150 家的炭素企业，主要石墨电极生产企业包括方大炭素（22%）、中钢吉炭（20%）、南通扬子（10%）等，三者合计占据52%的市场份额；高功率与超高功率石墨电极行业集中度更高，方大炭素与中钢吉炭两家合计占60%以上的市场份额。吉林薛氏炭素有限公司位于吉林省吉林市，是国内仅有的做石墨电极加工机床的厂家之一。近年来该公司发展迅速，已经形成了石墨电极的加工生产线，其制造的机床深受国内外人士的好评。1.3课题研究内容分析石墨电极本体加工工艺如图1.2所示3。图1.2 石墨电机本体加工工艺图石墨电极本
12、体加工工艺主要包括：原料上料对中、镗内锥及铣端面、车外圆、加工螺纹、称重，人工检验等。本课题研究该生产线中第二道工序：镗内锥及铣端面专机机械系统设计。通过数控系统控制专机的伺服系统、进给系统和夹紧装置来完成镗孔加工工艺。1.4课题研究的主要内容（1）了解石墨电极本体加工工艺过程。（2）了解镗孔专机的电气控制系统、液压系统。（3）掌握石墨电极镗孔机械加工工作过程。（4）详细设计石墨电极镗孔专机机械系统。1.5本章小结本章节对课题的背景进行了大体的概括，介绍了炭素行业石墨电极的工业应用及其在国民经济中的重要地位，了解了石墨电极的加工工艺以及本镗孔专机的重要性，为后来的设计进行铺垫。38第二章 系统
13、总体方案设计2.1技术要求2.1.1石墨电极接头参数图2.1 石墨电极接头参数表2.1 接头尺寸表（一寸四扣）电极直径(/mm)接头(/mm)接头孔(/mm)螺距(/mm)DLd2ld1H200122.24-0.5177.8-180-36115.92+0.591.9+6+8.06.35250152.4190.5108146.08101.3300177.8215.9129.2171.48114350203.2254148.2196.88133400222.25304.8158.2215.93158.4450241.3304.8177.9234.98158.4500269.88355.619826
14、3.56183.82.1.2机床的技术要求鑫源碳素镗孔专机加工石墨电极直径250600mm，长度L=18002400mm，主轴转速n=200，精度为0.030.04mm,采用专用铣刀强力铣削，加工时间t=2.5分钟。2.2机床控制方式鑫源碳素镗孔专机采用半闭环控制，采用广州数控GSK96系统，该系统具有操作简单，维护方便，性能优越，加工质量稳定、加工精度高、具有高度柔性、生产率高、改善劳动条件、利于生产管理现代化并且能全自动的加工石墨电极，减轻工作人员压力，降低生产成本，提高经济效益等优点。2.3镗孔专机机床结构设计镗孔专机机床主要结构如图2.2所示4。1.主轴电机2.除尘罩（刀具）3.夹具4
15、.床身5.液压缸6.滑台7.托料架8.伺服电机9.滚珠丝杠图2.2 机床结构示意图2.4镗孔专机运动方案确定动力头为机床主轴提供动力，是机床的重要动力部件，为机床主轴提供主运动。主运动由电机驱动，经过减速器和链轮传递给主轴，机床主轴带动刀具旋转完成镗孔动作。进给运动采用伺服电机通过滚珠丝杠机构传动，刀具的进给运动为机床在水平面内的前进与退回运动。进给系统总体方案框图如图2.3所示。图2.3 进给系统总体方案框图2.5镗孔专机夹紧系统运动方案设计夹紧装置要求具有较高的同步性，采用液压控制方式，其优点是结构简单，运行可靠，安装调试方便。液压同步缸控制动力滑台运动，滑台上装有夹紧机构来完成工件的夹紧。
