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1、钢管锯削的切削模型参数计算及机床主机设计摘要钢管空2格锯削机床是钢管轧制生产线中的重要设备，它能将一定尺寸范围内的钢管切割成一定的长度。为了改变此类设备被国外企业所垄断的现状，根据锯床工作平稳，切割效率高，锯片使用寿命高的要求，设计一台立式圆盘锯床。通过研究锯削时的实际情况，分析锯切钢管7070钢管 一次4根，340钢管一次一根两种情况下的受力，选出极端切削条件，提出切削模型，在此基础上计算出切削力、切削扭矩、切削功率，以此来计算确定减速器的传动比、齿轮齿数、齿轮模数、传动轴的直径等运动学和动力学参数。根据所得参数设计，锯削减速箱部件结构和锯床主机结构，实现锯削过程的各种运动，从而得到高效的大
2、型锯床。关键词：立式圆盘锯床 ；锯削模型； 减速箱； 锯床主机所有的格式要求应符合学校对本科生的说明书的格式要求，包括：字体、字号、行间距等。ITHE Cutting Model and the Host Machine Design of Steel Tube SawingAbstract Steel pipe sawing machine is an important device in the pipe rolling production line, the steel pipe will be cut to a certain size by the machine. In ord
3、er to change the status that such equipment is monopolized by foreign enterprises, design a vertical circular sawing machines according to the requirements of sawing stable, high cutting efficiency and life of saw blade. By the actual sawing situation, analysis of the force in both cases that sawing
4、 four70 steel pipes once and 340 steel pipe once, elect the extreme cutting conditions, put forward a cutting model, calculate the cutting force, cutting torque, cutting power on this basis, then calculate the parameters of kinematics and dynamics include transmission ration , the numbers of gear te
5、eth, gear modulus, the drive shaft diameter so on. Design a gear box components structure and sawing host structure based on the parameter ,achieve a variety of movement of the sawing process, and get a large, efficient sawing.Key words ：vertical circular sawing machine ，；Sawing model，；Gear box，；Saw
6、ing host目录摘要IAbstractII1. 绪论11.1 钢管的用途11.2 几种锯床在钢管锯切工艺中的比较11.3 国内锯床的现状31.4 课题背景及必要性32. 切削模型的提出32.1 刀具参数32.2 切削力的计算33. 减速箱的设计63.1 传动方案的确定63.2 选择电动机63.3 运动和动力参数计算73.3.1 传动比的分配73.3.2 各轴的转速计算73.3.3 各轴输入功率计算73.3.4 各轴输入扭矩计算83.4 V带传动的设计计算83.4.1 传动参数的确定83.4.2 带轮的设计93.4.3 带轮的张紧装置93.5 齿轮传动的设计计算93.5.1 高速级的齿轮93
7、.5.2 低速级的齿轮143.5.3 齿轮的几何尺寸183.5.4 齿轮的圆周力、径向力、轴向力183.5.5 齿轮的结构193.6 轴系零件的设计计算193.6.1 选择轴的材料193.6.2 初算轴径193.6.3 轴的结构设计20193.6.4 轴承的选择203.6.5 轴的校核计算203.6.6 轴承的校核计算244. 机床主机的结构设计264.1 导轨的选用264.1.1 导轨类型264.1.2 导轨长度274.2 滚珠丝杠的计算和选择274.3 伺服电机的选择284.4 联轴器的选择294.5 夹紧装置的设计计算294.6 机床立柱的设计31总结32参考文献33致谢34外文原文35
8、中文翻译501. 绪论1.1 钢管的用途钢管空格主要用来输送流体和用作锅炉等的热交换器管。钢管是一种多功能的经济断面钢材。它在国民经济各部门应用愈来愈广泛，需求量也越来越大。管材的需求量之所以急剧增长，是因为管子能用各种材料来制造，而且质量和精度也高综述部分应有参考文献，且应标出出处。钢管作为输送管广泛地用于输送油、气、水等各种流体，如石油及天然气的钻探开采与输送、；锅炉的油水与蒸汽管道、；一般的水煤气管道。化工部门一般用管道化方式生产与运输各种化工产品。所以钢管被人们称为工业的“血管”。钢管作为结构管大量地用于机械制造业和建筑业，如用于制作房架、塔吊、钢管柱、各种车辆的构架等。在断面面积相同
9、的条件下，钢管比圆钢、方钢等的抗弯能力大，刚性好，其单位体积的重量轻。因此，钢管是一种抗弯能力较强的结构材料。钢管又是军队事工业中的重要材料，如用于制造枪管、炮筒及其他武器。随着航空、火箭、导弹、原子能与宇宙空间技术等的发展，精密、薄壁、高强度钢管的需求量正迅速增长。随着钢管需求量的日益增长，钢管的生产加工也显得尤其重要，而锯切又是钢管加工中常见的一道工序，因此，对于钢管锯削的研究及其机床设计也显得很必要。1.2 几种锯床在钢管锯切工艺中的比较（1）全文的标号体系应统一带锯床。传统另起一行的金属切断设备，用环状带锯等锯削碳素结构钢、低合金钢、高合金钢、不锈钢、耐酸钢等各种金属材料的机床，通常采
10、用双立柱或单立柱的结构形式。切削速度一般为22-65m/min,吃刀量为0.01mm/z。其优点是锯床结构简单，操作方便，配套辅机设备要求不高；、造价低，、使用维护方便，、切口窄，、成材率高。缺点是切削效率慢低，适用于低节奏断续型生产模式，吊装和找正均需人工参与，断面误差难以保证，无法实现连续自动化生产如图1-1所示。 图1-1 卧式带锯（2）卧式圆盘锯床。采用另起一行卧式或倾斜式的床身形式，动力单元（由驱动电机、齿轮箱、圆锯片等组成）采用伺服驱动实现精确进给。由于其切削力和夹紧力大，适用于切削单根钢管、圆形或方形坯料以及特定类型的型材（如轨梁）。切削速度为60-140r/min这是转速,吃刀
11、量为0.05-0.2mm/z。其设备优点为：结构较立式圆盘锯床简单，机床刚性好，工艺配套完善，集成度高，易于实现全动化操作，切削精度高，效率高。缺点是噪音较大，切口较宽，只适用于单根工料的切削。 图1-2 卧式硬质合金圆盘锯床（3）立式圆盘锯床。连轧管线冷床设备后的首选设备，能够实现钢管的成排锯切。其主要结构组成与卧式圆盘锯床相似，区别在于动力单元和进给装置沿垂直方向布置。水平框架式夹紧机构压力可调，适合切割成排摆放的规则截面的钢材，也适用于锯切单根钢材。其设备优点为：成排锯切，、精度高，、可靠性高，、适于连续作业，、工艺配套完善，、集成度高，、全自动化操作，、效率高。缺点是噪音较大，切口较宽
12、。 图1-3立式圆盘锯床1.3 国内锯床的现状 在国内，各种带锯床和小型圆锯床的生产制造已经很多，少数设备已经达到国际同类产品的技术水平。但国内从事硬质合金圆盘锯床研发和制造的机构并不多，且国产锯机有着一些不足，如：床身结构的刚度不足；力单元的切削抗振性不够；紧机构的设计相对简单，结构刚性不足，夹紧力不能适应各种规格的钢管条件；控制系统和配套辅机有待改善。至于国外，以生产厂家德国贝灵格公司为例，其生产双立柱带锯床的历史已有20余年，至今已开发出近百个型号，达到了很高的技术水平。所以我们和国外相比，还有很大的差距。1.4 课题背景及必要性 钢管的应用广泛，而钢管锯削机床是钢管轧制生产线中的重要设
13、备。目前钢厂中使用的此类设备都为国外企业所垄断，以德国的锯床居多。因此，以国内设备替代进口设备成为当务之急。此课题是由太原通泽机电设备有限公司提出的。解决该课题，研究设计开发高效的大型锯床，提高与国外锯床的竞争力，显然十分必要。 2. 切削模型的提出字体统一2.1 刀具参数刀具类型：硬质合金圆锯片外径D： 1430mm 内孔d： 166mm；齿数Z： 200；齿厚B： 7mm；齿距S： 22mm；齿高H： 7.1mm；圆周速度： 100m/min。2.2 切削力的计算转速： （2.1）应符合科技文献的写作格式进给速度： （2.2）进给量： mm/r ? （2.3）每齿进给量： （2.4）锯削过程类似于周铣，故圆周切削力是主要消耗功率的力，同时它将引起锯床主轴产生扭矩转变形和弯曲变形，故主轴强度以为计算的主要依据。 对于周铣，切削力计算式：出处 (2.5)在锯削一根的钢管时，其极端工作条件如图2-1所示位置，此时。 代入计算式中： =61083.36(N)图2-1 锯削1一根钢管的极端切削条件 在锯削4根的钢管时，其极端切削条件如图2-2所示位置代入计算式中： =30089.37（N）图应局部放大，可看清图2-2 锯削4四根钢管的极端切削条件 综上可得，锯削钢管时，在极端切削条件下，切削力为，切削扭矩为： (2.6)切削功率为：kW
