回转体零件范文

回转体零件范文（精选7篇）

回转体零件 第1篇

关键词：正弦轮廓,数控车削,用户宏程序,自动编程

1 前言

盐城市威氏机械有限公司原来在普通车床上用仿形法小批量生产加工一种带有正弦曲线轮廓的回转体零件(如图1)。该公司现有CJK6140型数控车床3台,且配置了FANUC 0i Mate-TC数控系统,据此提出改用数控车床加工该产品的工艺方案。

2 数控车削加工工艺分析

根据毛坯(棒料)和产品图样尺寸精度要求,确定采用“先粗后精”的加工方案。先将工件两端车削至尺寸,中间最大直径为68mm,再选择三爪卡盘、顶尖装夹,利用FANUC数控系统的用户宏程序功能手工编程或用CAM软件自动编程,使刀具沿着工件轮廓轨迹循环切削,直至加工到图样要求的尺寸和表面质量。

由于工件轮廓呈规则的凹凸形状,宜选择标准机夹式外圆车刀,刀片选用涂层硬质合金刀片(Coated tool),这种刀具材料能够承受的切削温度高,耐磨损,使用寿命长。刀具主偏角κr取93°,副偏角κr′≥45°,以避免与工件已加工表面发生干涉现象。刃倾角λS取负值,增加刀头强度。刀尖圆弧半径为0.2mm,以减小对正弦曲线轮廓形状的影响(如图2)。

3 利用用户宏程序功能手工编程加工

虽然数控系统没有直接指令刀具沿正弦曲线轮廓插补的G代码,但可以利用FANUC系统提供的用户宏程序功能编程,实现刀具沿微小直线段切削,最终由若干段微小直线段拟合成近似的正弦轮廓曲线。如图1所示,建立工件坐标系,加工程序编制如下:

4 CAXA数控车自动编程

4.1 加工建模

启动CAXA数控车软件,按图1所示,确定工件坐标系,绘制要加工部分的外轮廓和毛坯轮廓,并构成封闭区域,其余线条不必画出,完成零件加工造型,如图3所示。

4.2 刀具轨迹生成

根据加工工艺要求,设置刀具参数,分别定义待加工外轮廓和毛坯轮廓,确定进、退刀点,生成零件的粗、精加工轨迹,如图4所示。

4.3 生成加工程序

经过仿真加工验证程序正确后,设置适合FANUC系统的机床类型,选择粗、精加工刀具轨迹,后置处理生成加工程序如下:

回转体零件 第2篇

航空产品中, 薄壁零件由于装夹变形引起的尺寸、形位公差问题, 是质量波动的主要因素之一。而对于表面应力、切削热及内力释放等因素下产生的变形, 可以通过正确选取切削参数、人工或自然时效、合理冷却等方法有效降低或消除。

典型薄壁回转体零件通常采用车削加工。在三爪夹紧力集中作用下, 容易发生弹性变形, 在距卡爪60°的地方变形最大, 向外突起。即使在夹紧状态下车削或镗削出的孔为正圆形, 一旦松开卡爪, 零件弹性恢复使内孔变成三棱形, 出现圆度误差[1]。

1 解决方案

为解决零件装夹变形问题, 生产中采用的方法主要是改变装夹受力方式。基本原理是:将径向载荷改为端面轴向载荷, 或将集中力载荷转化为均布载荷。

1.1 集中力转化为均布力

生产中衬套、筒类薄壁零件靠开口胎夹持 (图2) , 外圆表面受力模式转化为组合厚壁圆筒的静配合, 外圆半径为b, 零件内孔半径为a, 外压为夹紧力F, 由静力平衡轴对称的性质及应力、应变间的物理关系知:

变形几何关系[7]:

再结合积分常数边界条件, 则其缩量可得:

式中Ei和μi是零件的弹性常数。

对于图2开口胎而言, 外圆集中力可以等效假象为内环的均布力, 外圆载荷为0, 若开口胎外圆半径为c, 其2内半径的伸长为

式中Ee和μe是零件工装的弹性常数。

工装开口胎和零件配合后δi与δe绝对值之和等于加载力时的变形量, 即|δi|+|δe|=δ。 (3)

把式 (1) 、式 (2) 带入式 (3) 中整理可得:

式中F为开口胎承受的合外力, 当卡盘加持力一定时, 零件变形与a、b、c、Ei、μi、μe七个参数有关, 在开口胎和零件材料相同时, 零件变形仅涉及4个参变量。

1.2 集中力转化端面受力

零件在轴向受力时, 载荷在材料比例极限范围内, 应力与应变成正比关系, 即遵循胡克定律:。零件受力变形前后体积恒定, 因此横截面变形量△A可表示为:, 其中:F为端面载荷, l为零件长度, E为弹性模量, A为横截面积, △l为长度变形量。将以上两式整理后, 横截面变形量△A又可以表示为:, 由于材料弹性模量E的数量远大于F (如钢的弹性模量为210×109Pa) , l远大于△l, 因此横截面的变化甚微。薄壁回转体零件采用端面压紧的装夹方式, 能有效改善受力情况。

2 生产中的工艺装备

实际生产中, 集中力转化为均布力的工装设计较为复杂一些, 考虑的因素也较多, 因此有必要对此类工装进行研究分析。薄壁回转体零件传统加工中常借助开口胎或心轴进行半精或精加工。其中, 开口胎结构简单, 适用于尺寸形位公差要求不高的场合。

2.1 膨胀夹持胎

实际生产中采用图2开口胎加持零件, 除了加工的零件内孔与外圆不同轴问题外, 其圆度也不稳定。为保证产品质量, 提高生产效率, 可将图2结构改良为膨胀夹持胎, 其结构如图3, 由6部分构成。

工装原理:工装使用时, 将扳手卡入旋合六角螺母3内旋转使其沿轴向移动, 推动柱塞2, 改变压缩塑料6空间体积, 使厚罩1和夹持胎4同时受到径向方向的张力, 而厚罩1壁较厚, 不易发生弹性变形, 夹持胎4中间部位壁厚一般为0.5~1.5 mm, 受力时沿径向收缩, 从而抱紧内孔中的零件外圆, 这就实现了将传统三爪加持的近似集中载荷力的加持方式改变成径向圆周均布载荷的情况。膨胀夹持胎左端有3个均布螺纹孔, 可通过螺母将厚罩1安装于三爪卡槽内, 适当调整还可以用于螺纹磨床, 加工螺杆类难加工产品。为确保零件尺寸一致性, 其外圆最好为精基准, 且同批零件的外圆尺寸相差不宜太大。

1.厚罩2.柱塞3.六角螺母4.夹持胎5.柱塞6.压缩塑料

2.2 膨胀心轴

对于薄壁类回转体零件的外圆加工, 同样可以效仿膨胀夹持胎原理, 将普通心轴改造成图4膨胀心轴。

1.紧固螺母2.锥垫片3.开口胀筒4.弹簧5.锥螺母6.锁紧螺母7.螺纹心轴8.零件

工装原理:将紧固螺母1、锥垫片2、开口胀筒3、弹簧4、锥螺母5、锁紧螺母6安装于螺纹心轴7, 锥螺母5与锁紧螺母6置于螺纹心轴最右端, 锁死紧固螺母1。待开口胀筒3外圆装上零件时, 旋合锥螺母5使其锥面沿心轴向左移动, 当左右两端锥面与开口胀筒锥面贴合时, 继续旋合锥螺母5, 开口胀筒将沿径向被两端锥面持续撑开, 半径逐渐增大, 直到完全抱死零件内孔, 随后旋合锁紧螺母6, 使其成为双螺母锁紧机构。此工装适合于长径比较大的零件, 具有较好的自定心效果。

3 结论

为稳定产品质量, 常将零件车削夹持时集中受力情况转化为均布力或改为端面受力作为改良工艺性最为有效的手段之一[1]。文中给出了集中受力情况转化为均布力的两类工装设计依据, 并详细介绍了两种工装的工作原理。在生产实践中两类工装能有效提高了产品质量, 降低产品损失率。

摘要：薄壁回转体零件加工在三爪夹紧力作用下, 很容易发生圆度误差, 影响加工质量。传统改良夹持工况的方法是将径向载荷改为端面轴向载荷, 或将集中力载荷转化为均布载荷。文中简单分析了薄壁回转体零件夹持时的变形原理。重点介绍了将集中力载荷转化为均布载荷情况下的两种工装:膨胀夹持胎和心轴。合理的工装设计可有效保障产品质量, 降低废品损失率。

关键词：回转体,均布载荷,工装设计

参考文献

[1]田辉, 郭辉, 沈勇, 等.薄壁典型回转体零件加工工艺改进[J].工具技术, 2014 (12) :69-71.

[2]王先逵.机械制造工艺学[M].北京:机械工业出版社, 1995.

[3]丁彩平.车削薄壁霉件的弹性夹具设计[J].机械工程技术, 2005, 34 (12) :85-86.

[4]熊良山.机械制造技术基础[M].武汉:华中科技大学出版社, 2007:190-191.

回转体零件 第3篇

1 轴类零件的图纸及加工要求

如上图,零件的材料为45#钢,毛坯尺寸为Φ56 mm×130 mm,按图纸尺寸和技术要求在数控车床上完成零件的加工。

1.1 零件图纸分析

零件的左端特点:平的端面,外轮廓上有3个等宽等深的平底槽,内轮廓口大内小、有2个锥面、1个内退刀槽、1个内圆柱单线螺纹;零件的右端特点:平端面,外轮廓有1个凹圆弧面、1个外螺纹退刀槽、2个圆弧倒角,1个单线外螺纹;Φ530-0.03的外表面是尺寸最大的外表面,应归到左端加工面。

1.2 主要加工要求

可归结为8项:

2 数控加工工艺方案的分析设计

2.1 装夹方案的确定

在数控车床上加工这类工件通常都用三爪卡盘装夹,因为工件不长,所以不需要顶尖支撑。该零件先加工左端,选择毛坯平整的一段用作粗基准装夹在三爪卡盘上,外伸50 mm长,先用45°外圆车刀手动方式加工端面,再用中心钻打中心孔,然后再用Φ20 mm的钻头加工底孔,接下来才是数控加工;左端完成后掉头加工右端,左端Φ43 mm的面作为精基准,用厚0.2 mm、长120 mm的铜皮包裹,用磁力表架带百分表在已加工的Φ53 mm外表面找正后夹紧;如果是大批量生产加工右端时可以采用软爪装夹,省去找正的时间,精基准装夹结束后,先用45°外圆车刀手动方式加工端面保证总长,然后对刀数控加工。

2.2 加工顺序和刀具的选择

以刀具划分工序,该零件的加工顺序和刀具的选择如表1。

2.3 加工余量的确定

1粗加工外圆、长度轮廓,留加工余量为0.3~0.5 mm;2半精加工外圆、长度轮廓,留加工余量为0.1~0.2 mm;3粗加工内圆、长度轮廓,留加工余量为0.3~0.5 mm;4半精加工内圆、长度轮廓,留加工余量为0.1~0.2mm。

2.4 切削用量和切削液的选择

切削用量:根据加工材料、刀具材料等因素查机械加工手册确定。

切削液:根据加工材料、刀具材料等因素,选择油性切削液。

3 编制零件加工程序

3.1 零件左端加工程序如表2

3.2 零件右端加工程序如表3

3.3 加工

传输保存程序、对刀仿真模拟测试修改程序及自动加工。

4 结论

(1)复杂回转体零件的数控车床加工一般要通过2次装夹,第1次加工的应该是有较长外圆柱面的一端,有外螺纹或表面多是非圆柱面时放在第2次装夹后加工,第2次装夹时要用厚度一致的铜皮包裹夹持已加工面,且在百分表找正后加紧(大批量生产时用软爪加紧无需找正);

(2)用45°外圆车刀切端面是加工的第1步,第2步高速(800~1200 r/min)打中心孔,第3步用麻花钻低速打孔(钻头越粗转速越低,高速钢选择150~500 r/min),都要用切削液;

(3)位置公差的标注确定了基准先加工的顺序,内外轮廓加工都是先加工轮廓面,再加工沟槽,最后加工螺纹的加工顺序;

(4)精度高的零件一定要粗、精加工(或粗、半精、精)分2步(3步)进行,才能保证加工精度。

摘要：回转体零件数控加工分析设计时必须将图纸技术要点、装夹找正、粗精加工、加工顺序、刀具轨迹、切削用量等因素分解清晰,遵循其加工工艺的规律性,才能设计出高质量的数控加工工艺方案,缩短加工时间,降低机床和刀具磨损,从而高效率地完成自动加工。

回转体零件 第4篇

在计算机辅助工时定额制定的研究方面, 邴韶妮[1]研究了成组技术在工序工时定额计算中的应用;姜晓鹏等[2]开发了基于基元化理论的工时定额管理系统;董丰收等[3]提出了基于典型工序的工时定额制定方法;同时又提出了[4]基于工艺标准化的工时定额制定技术研究;李鹏等[5]制定了基于成组技术的计算机辅助工时定额方法;朱历新等[6]提出了用综合法构建计算工时定额的神经网络模型的思路;刘淑红等[7]提出了一种数学模型与神经网络相结合制定工时的方法;覃承海[8]结合了产品的相似性原理、成组技术思想和统计学中的假设检验、回归分析等方法构建了大规模定制的工时定额方法———代表工序法, 即TOM法;杨青海等[9]提出一种基于案例推理和事物特性表的零件工时估算方法;LüMin等[10]提出可一种基于精益生产理论的工时定额计算方法并研究和开发了计算机辅助测量工时定额管理系统。这些研究多集中在零件的相似性分组和统计数字的查找与分析上, 或有提出对工序分组但少有文献提出如何进行工序或零件的相似度计算。

在新的定额工时组成结构基础上研究了粗糙集理论在工时定额制定中的应用, 通过回转体零件工序信息编码系统, 用易于识别和处理的字码描述工序中工时消耗的影响因素, 利用工序信息编码系统对工艺历史数据编码重组, 并通过粗糙集理论与方法计算分析各影响因素在制定工时定额中的重要度即权重值, 为零件相似度检索计算提供依据, 提高相似工序分组可靠度和有效性。

1 工时定额和工序信息编码系统

1.1 工时定额

传统工时定额分类方法没有考虑到工人在实际生产过程中无法在毫无外界影响的条件下工作, 割裂了生产时间和非生产时间, 通过对传统工时定额分类方法的改进, 采用将宽放时间以作业时间百分比的形式计入工时定额的分类方法, 图1给出了改进后的工时定额分类方法。

1.1.1 基本作业时间 (TJ)

实现基本操作, 直接用于劳动对象并改变劳动对象的尺寸、形状、性质、组合、外表等所消耗的时间。如:铆焊、车削、铣削、钻孔、喷漆、电焊、安装等。

1.1.2 辅助作业时间 (TF)

指工人为保证完成基本工艺而执行的各种辅助动作所消耗的时间。如:机床加工中的装卸工件, 进刀、退刀、测量工件的尺寸, 换装工装夹具等。

1.1.3 个人宽放时间 (TG)

包括生理需要宽放时间和疲劳宽放时间两种。这部分宽放时间是为了保证工人在工作期间保持精力充沛和恢复体力所必须的时间, 一般八小时工作中个人宽放时间率在5%左右。

1.1.4 生产宽放时间 (TS)

一般包括操作宽放时间、偶发宽放时间和机床干扰时间。这部分时间是工人在工作期间不可避免的, 通常包括生产准备和生产管理两部分。生产准备包括领用原材料、零部件的工序周转、摆放零件、修磨刀具、清理切屑、送检零件、调整设备等所需的工时;生产管理工时包括行政管理、文明生产管理 (如:清扫工作场地) 、劳动纪律管理 (如:交接班的交接工作) 、工艺管理、生产调度 (如:填写工序周转单) 等这些在生产中时有发生的情况均属于生产宽放时间。

以工序为工时定额计算单位, 通过动作研究法分解工序为数个工步, 工步进而分为数个作业元并合理安排其顺序形成该工序的标准工作步骤, 以企业标准数据库中切削参数标准为依据制定或选择各作业元加工参数, 结合时间定额标准计算标准作业时间与准备结束时间, 公式如下所示。即:

1.2 工序信息编码系统

工序信息编码系统采用了既易于识别又能包容足够多的相关信息的混合式结构编码规则, 由三个部分组成, 分别是工序标识部分、加工对象部分和加工内容部分。其中工序标示部分描述工序的分类和名称信息;加工对象部分描述在该工序加工的且难以通过线性比较的工件属性;加工内容部分描述影响工时消耗的关键工艺内容与要求。其结构如图2所示。

参考JLBM-1零件分类编码系统, 通过对机械加工中工时消耗影响因素的研究, 采用的工序信息编码系统描述了工时定额影响信息且易于被编码人员使用和计算机识别。

2 基于粗糙集理论的工序相似度权重算法

2.1 工序相似度的计算算法

设有同工种的工序A和B进行相似度计算, 已知工序B工时定额TB, 工序A工时定额为TA未知;两道工序的编码第i位码位取值分别为Ci A和Ci B, 工序A对于B的第i码位相似度为SABi, 工序A对于B相似度SAB。则:

式 (5) 中CImax和CImin分别表示在工序第i码位中的最大值和最小值;式6中ki是第i码位相似度权重系数;式7中α是工时定额专家修正系数, 由工时定额人员制定, 从而提高相似度应用的灵活性。在成组技术中, 通常由专家根据实际情况确定权重系数, 但是该方法主观随意性强, 影响了工序分组的准确性和有效性。同时在长期生产活动中, 企业积累了大量不同工种工序的工艺信息和可供挖掘的工时定额数据, 故提出利用成组技术和粗糙集理论从工序工时数据中挖掘提炼一般规律, 从而制定合理的码位相似度权重值。

2.2 基于粗糙集理论的工序权重理论

粗糙集理论与方法将工序权重确定问题转化为决策表的属性重要度评价问题, 通过工序信息编码系统建立知识库信息系统, 在数据驱动下通过对参评对象的重要性进行分析, 计算出各属性在综合评价模型即工序信息编码系统中的权重值。

设U为信息集合, 若R是U上的一个等价关系, 定义U/R表示R的所有等价类构成的集合, [x]R表示包含元素x∈U的R等价类。

若, 则∩P也是一个等价关系, 称为P上的不可区分关系, 记为ind (P) , 且有;这样, U/ind (P) 表示与等价关系族P相关的知识[11]。不可区分关系ind (P) 是U上的等价关系, 符号U/ind (P) (简记为U/P) 表示不可区分关系ind (P) , 在U上导出的划分, ind (P) 中的等价类称为P基本集。

S={U, A}为工序信息表达系统, 其中, U中的一个概念族称为关于U的抽象知识, 简称知识, 即表示工序信息编码样本;C称为条件属性集即工序各码位码值组成的集合, D称为决策属性集工时定额的集合, 我们称具有条件属性和决策属性的知识表达系统为决策表。

设|A|代表集合A的基数。定义:

设a属于A, 设B=C∪D-{a}, 记属性a对条件属性集C的重要度为SigC (a) , 其定义为:

设工序码位Ci属于C, 则Bi=C∪D-{Ci}, 由公式 (10) 得:SigC (Ci) =1-|C∪D|/|Bi|, 则工序码位Ci该工序码位在相似度计算中的权重记为ωi, 则:

3 计算实例

实例回转体零件信息并选取机加工工序中的部分车工工序编码如表1所示。首先, 依据JLBM-1编码系统, 表1中给出的轴零件的车工工序均为刃具切削的车削小类, 其细分类为切削外圆, 轴零件标识部分的编码均为31110。其次, 依据工序信息编码系统对零件加工内容各码位进行编码, 即可得出零件x1, x2, …, x9的编码信息, 从而得出各轴零件的车工工序编码。

由表1得出, 易知论域U即编码库为{x1, x2, x3, x4, x5, x6, x7, x8, x9}, 条件属性子集即各码位的集合:C={a, b, c, d, e}。表2中给出由零件码位上的码值组成的决策表, a, b, c, d, e分别表示零件尺寸、材料、毛坯形式、热处理以及加工精度等属性。决策属性集合D={f}, 表示工时定额大小。

由决策表初步得出以下结论:

由公式 (8) 得:

由公式 (9) 得出:

属性a对属性集R的重要度为SigR (a) , 由公式 (10) 得:

同理可得

由公式 (11) 可得出第6和第7码位占的权重值为。ωA=SigR (a) / (SigR (a) +SigR (b) +SigR (c) +SigR (d) +SigR (e) ) =0.213 1。同理根据以上步骤得:第8和第9码位占的权重值为ωB=0.213 1, 第10码位占的权重值为ωC=0, 第11码位占的权重值为ωD=0.360 7, 第12码位占的权重值为ωE=0.213 1。

通过对权重值计算结果进行分析, 可以明显得出第11码位权重值0.360 7即热处理对工时定额的影响较大, 零件表面加工精度、零件材料和零件最大外形轮廓次之, 权重值为0.213 1, 而第10码位的权重值为0, 表示毛坯形式对工时定额权重几乎没有什么影响。

4 结语

针对机械加工工序中工时定额制定的特点, 通过工序信息编码模型, 利用粗糙集理论与方法, 对现有工艺数据的影响因子进行权重值计算。实例结果分析表明, 对零件各属性的影响因素客观权重的计算结果符合实际生产中工时定额制定规则。

参考文献

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[10] LüMin, Liu Yongxin, Che Ying.Research and application of data acquisition and processing of standard man-hour in discrete manufacturing process.Key Engineering Materials, 2011; (458) :301—306

回转体零件 第5篇

一、大截面轴类零件材质的选择

随着回转窑大型化发展的趋势, 回转窑支承装置所承受的载荷也随之增加, 最直接体现在托轮轴直径的增加, 本文以托轮轴为例阐述如何选择大截面轴类零件的材质及正确选择轴类材质在整个产业中的意义。

(一) 从托轮轴受载工况选择材质。图1为回转窑支承装置的截面图, 从图可了解根据托轮轴工况为托轮轴只支承旋转机件而不传递转矩, 即只承受弯矩作用心轴。对同样弯矩作用情况下按弯扭合成强度计算轴径对比不同材质的托轮轴的成本。

下面在同样载荷及工况下, 托轮轴材质选择和45、40Cr、42CrMo之间参数对照

由公式:

undefined

初设定材质40Cr的轴颈为Φ400mm, 长度2000mm,

通过计算公式 (1) 求得:M=1318929Nm。

在同样弯矩M作用下, 由计算公式 (1) 可得如下参数:

材质为45的轴颈为Φ429.2mm, 整合为Φ430mm;材质为42CrMo的轴颈为Φ388.1mm, 整合为Φ390mm。

注:材质钢材的价格因供货渠道不同可能与实际价格有所差异。

通过对广泛应用于轴类零件材质的优质碳素结构钢与合金钢进行对比, 可以清晰了解同样载荷条件下选择合适的材质可以轻易地降低约为10%的零件成本。

(二) 热处理情况分析。淬火后高温回火的热处理方法称为调质处理。调质可以使钢的机械性能得到很大程度的提高, 调整热处理后强度、塑性和韧性都较好, 所以轴类零件多数以调质作为最终热处理条件。调质处理后得到回火索氏体, 在微观状态下观察其渗碳体呈细粒状, 在载荷下不易产生应力集中, 使钢的韧性显著提高。

各种钢的淬透性各不相同, 淬透性越好调质后能够得到更多渗碳体细粒状晶体从而得到良好综合的机械性能。下面对大截面轴类常用材质45、40Cr、42CrMo热处理后机械性能进行对比:

从零件表面硬度、应用环境及淬透性等方面综合考量合金钢因其优异的机械性能应作为首选。

二、结语

由于历史的原因我国机械行业起步晚, 加之建国初期盲目的攀比让我国机械设备被西方人冠以“傻大黑粗”的称号。“傻” (外形奇特) 的原因:机械行业发展初期美学还未融入其中;“大” (外形庞大) 的原因:当时材料力学远远落后于同时期西方发达国家;“黑”的原因:机械行业起步对材料的表面及材质的选择没有做进一步考量, 导致设备外表面钢材被氧化;“粗”的原因:冶炼工艺的陈旧导致钢材的力学性能远不如同期西方国家, 导致外形尺寸均偏大于同类设备。如今改革开放并引导信息开放化使我们与西方在同一起点, 同样弊端也暴漏无疑即残酷的市场竞争。在这个艰难的时期, 望各位学者担起肩上的重任, 通过各位的努力将我国机械行业推到健康发展的道路上!

摘要：在中国特殊的国情下, 建材及钢铁行业服务的制造业处于残酷的市场竞争中, 大型设备的成本直接主导着企业的生命线, 设备的优化设计及主要部件材质的选择与设备的成本紧密关联, 正确选择设备零部件的材质成为控制设备成本的重要手段。

关键词：回转窑,托轮轴,材质,热处理工艺

参考文献

[1].熊会思.新型干法烧成水泥熟料设备:设计、制造、安装、与使用[M].北京:中国建材工业出版社, 2003

[2].成大先.机械设计手册[M].北京:化学工业出版社, 2002

[3].刘鸿文.材料力学[M].北京:高等教育出版社, 1991

回转体零件 第6篇

多重曲线回转类零件的加工最为复杂，特别需要采用数控技术加工。目前FANUC Oi系统的编程研究较多，而对Siemens系统的数控车编程与加工研究甚少。因此，这里以配备Siemens802s数控仿真系统和数控车设备，分析研究曲线回转类零件数控加工工艺分析、对刀方法和手工编程方法，并校验加工精度。其研究结果对数控加工的教学与数控加工技术的应用具有一定的推广价值。

一、零件图工艺分析

（一）图纸分析

该零件是由外圆柱、多重曲线回转体和外螺纹等表面组成，如图1所示。其中多个直径尺寸有较严格的尺寸精度和表面粗糙度等要求。选Φ65125圆钢，材料为45号钢。

图纸尺寸处理：多圆弧处(R4、R15、R18、R15、R4)，公差处理取尺寸公差中值。

（二）工艺分析

1. 装夹定位方式。

零件二次装夹，考虑外表面加工的同心度，两Φ60同轴度，第一次装夹图1右端，毛坯伸出三爪卡盘面约90mm，加工零件图左端面和左端的多重曲线回转弧外轮廓;掉头第二次装夹零件图左端，在工件右端面伸出33mm夹紧，加工图1右端螺纹及R6弧。

2. 工件坐标系。

零件在加工中需要二次掉头装夹，从图纸上进行尺寸标注分析，应设置两个工件坐标系，两个工件坐标系的工件原点均应选在零件装夹后的右端面(精加工面)。

3. 换刀点。

换刀点选定为 (100.0;50.0) 。

4. 加工路线。

(1)装夹Φ65表面，粗车左端面、毛坯循环粗车2450倒角、ф40外圆、R6圆弧及Φ60外圆(加工到右边Φ60右端面过2mm处);(2)精车2450倒角、Φ40外圆、R6圆弧及Φ60外圆;(3)精车右边的R18、R15、R4圆弧及R2圆弧;(4)掉头装夹Φ40表面，粗车右端面、粗车2450倒角、Φ30外圆、R6圆弧及R2圆弧;(5)精车2450倒角、Φ30外圆R6圆弧及R2圆弧;(6)精车左边的R18、R15、R4圆弧及R2圆弧;(7)精车M302螺纹。

（三）刀具的选择与切削用量

根据加工内容确定所用刀具。切削参数见下表。

二、对刀方法（Siemens802s)

对刀点是指通过对刀确定刀具与工件相对位置的基准点，对刀点往往就是零件的加工原点，它可以设在被加工零件上，也可以设在夹具与零件定位基准有一定尺寸联系的某一位置上。

（一）用G500设置工件零点的对刀方法

直接用刀具试切对刀的方法。

(1)用外圆车刀先试车一外圆端面，在对刀界面的几何形状输入“Z0坐标值”，按“回车”键，计算确认即把Z坐标值输入到几何形状里。

(2)用外圆车刀先试车一外圆，测量外圆直径后，在对刀界面的几何形状中输入“外圆直径值”，再按“回车”键，计算确认即把X坐标值输入到几何形状里。

（二）用G54～G57设置工件零点的方法试切对刀

(1)外圆车刀先“试车端面”在零点偏移界面中输入“0”按“回车”键按“计算”软键按“确认”，即把Z坐标值输入到零点偏移里。

(2)用外圆车刀先试车一外圆，测量外圆直径后，在零点偏移界面中输入“外圆直径值”，再按“回车”键，计算确认即把X坐标值输入到零点偏移里。

三、手工编程

这里仅取加工左端外轮廓部分程序，说明Siemens802s数控车毛坯循环和多重曲线回转体编制方法。

四、仿真加工

采用上海宇龙Siemens802s, 802S系统软件进行模拟仿真加工，如图2所示。加工测量结果完全符合图纸要求，图3为R18凸点局部测量尺寸ф54.015 (R27.008)与图纸相应尺寸完全吻合。

采用大连第一机床厂Siemens802s系统的数控车床加工该零件。经检测各尺寸均在要求的范围之内，无超差，且表面光亮，完全满足技术要求。

五、结论

通过对多重曲线回转体零件加工的工艺分析和Siemens802s系统手工编程的调试，确定了优化、合理的编程方案，并经过实践检验切实可行。它将对高职院校的数控加工的教学和工程实际应用有重要的参考价值。

摘要：用Siemens802s数控仿真系统, 研究多重曲线回转零件数控车削加工中的基本工艺、对刀方法及手工编程方法。通过理论分析和仿真试验验证, 提出了该类零件数控车削编程的合理方案, 并仿真加工出完全符合图纸要求的零件。

关键词：多重曲线回转零件,数控车 (Siemens802s) ,编程,加工分析

参考文献

[1]徐伟, 胡涛.数控车床职业技能鉴定强化实训教程[M].武汉:华中科技大学出版社, 2005.

[2]蒋建强, 蔡崧.数控编程技术200例[M].北京:北京希望电子出版社, 2006.

[3]张安全, 魏杰.数控加工与编程[M].北京:中国轻工业出版社, 2007.

[4]刘雄伟.数控机床操作与编程培训教程[M].北京:机械工业出版社, 2001.

回转窑筒体设计浅谈 第7篇

1 筒体钢板厚度的确定

筒体的刚度主要是筒体截面在巨大的横向切力作用下抵抗径向变形的能力。在回转窑运转过程中，回转窑的筒体虽然有轮带支承，但由于筒体本身重量、火砖的重量、物料及窑皮的重量，筒体在托轮支撑处存在较大的变形，使筒体由圆形截面变成椭圆形截面(图1)。

当回转窑运转时，椭圆截面对火砖造成机械应力，椭圆度愈大所产生的机械应力也愈大。椭圆度ω值应小于回转窑直径的千分之一, 即:

式中:ω椭圆度

D窑筒体直径

当超过式 (1) 数值后, 易引起火砖破损。由图1可见, 回转窑筒体径向变形位置发生在回转窑支承处, 椭圆度变形在轮带部位最大, 并随着与支承位置距离的加大而衰减, 衰减速度随筒体厚度δ与直径D的比值的增大而加快, 即:

由式 (2) 可见, 只要使窑筒体钢板厚度对窑筒体直径的比值大于其一定值, 就能保证窑筒体横断面有足够的刚度, 可以避免窑内火砖过早损坏。

如图2中，1、2所示窑筒体钢板较厚，即刚度较大的筒体，其相对椭圆度较小，相反4、5、6所示窑筒体钢板较薄，即刚度小的筒体，其相对椭圆度较大。故设计筒体时，轮带下筒体钢板厚度取最厚，相邻过渡钢板厚度次之，而跨间筒体钢板厚度取最薄。表2为筒体钢板厚度比较。

2 轮带与筒体垫板间隙的确定

提高筒体横向刚度，降低筒体径向变形的另一个措施是增加轮带本身的刚度，同时控制轮带与筒体垫板之间的间隙在合适的范围内，尽量发挥轮带对筒体的支承加固作用，减小变形。

现有回转窑轮带设计均采用常规浮动轮带, 这是因为在回转窑热的筒体上, 窑筒体与轮带间温度差可达120～300℃, 特别是窑点火时, 窑内升温过快时, 两者温差更大, 容易使轮带下窑筒体产生“缩颈”, 而一旦产生“缩颈”, 火砖很难牢固, 严重影响窑的运转率, 如图3所示。因此, 轮带与筒体垫板之间要留有合适的间隙, 以弥补温差引起的热膨胀量变化。此类轮带下筒体椭圆度与轮带和筒体温度差即间隙有关, 其间隙最大允许为0.2D%, 此数值允许筒体和轮带温差不超过180℃。

从已投产的回转窑操作情况来看, 浮动轮带筒体变形后椭圆度一般为0.3D%～0.5D%。为了解筒体变形, 我们可通过筒体变形仪对窑筒体进行测量, 筒体变形大小用测得筒体变形椭圆度来衡量。椭圆度计算如下:

式中：σ筒体变形仪测得的最大偏差值

D窑筒体直径

ω椭圆度

在实际生产时，很多生产厂家没有筒体变形仪，现将国外某著名耐火材料公司的经验措施介绍如下：

最大允许相对滑移量的经验值△∪<1/2D%。

通过相对滑移量和间隙S对椭圆度进行控制，S理论=△∪/π，S实际=△∪/2.6。

间隙S (mm)和椭圆度ω之间的关系ω=(0.0396S实际+0.0865)%。

在实际生产时，通过测量相对滑动△∪和间隙S实际来计算椭圆度ω。在生产测试时，发现△∪超过1/2D%时，应考虑使用筒体变形仪对筒体进行监控。椭圆度ω最大允许值随着技术的进展及耐火砖的优化也在逐步增大，在设计时应全面分析。

3 筒体弯曲应力的确定

筒体的强度问题表现为筒体在载荷作用下产生裂纹，尤其是支承轮带附近的筒体。经过实际应力测定表明，筒体内存在着相当大的应力，其值可达几十MPa。在载荷应力和不可避免的焊接应力的共同作用下，就会导致裂纹。

作为回转窑筒体，它本身承受很大重力，而且内部有很高的温度，特别是在烧成带，经常因为窑皮烧薄、掉窑皮、掉耐火砖，使筒体表面温度很高。依据压力容器设计规定查得与筒体对应钢板，其许用弯曲应力与使用温度的关系，温度为200℃许用弯曲应力为116～125MPa;温度为410℃许用弯曲应力可达90MPa;当温度为500℃时，许用弯曲应力只有25MPa，因此不允许筒体表面温度超过报警温度410℃。即使如此，考虑到支座下降、托轮调整以及不良烧成工艺等因素，设计时取烧成带筒体跨间许用弯曲应力为20MPa。

轮带下筒体不但产生轴向弯曲应力，而且该处产生最大的径向变形，相应地产生很大的径向弯曲应力，同时，垫板与筒体的焊接产生很大的焊接应力，该处在窑回转时振动很大，不能形成窑皮，耐火砖容易松动，使得筒体温度很高。实际生产中，有的回转窑曾产生平行窑中心线的裂纹，这可能就是径向弯曲应力造成的。该应力目前还很难精确计算，所以，我们只有取低的轴向弯曲应力来弥补，因此设计时取轮带下筒体许用弯曲应力为10MPa。

4 筒体支承跨距的确定

在回转窑筒体纵向支承分配方面，即筒体的跨距分布，主要应考虑筒体表面温度和附加弯曲应力的因素。普通NSP窑长径比为14～15，减去窑头窑尾悬臂长，筒体中间跨距可达10D以上，由于技术条件的限制，设计必须采用三档支承。窑头窑尾支点位置基本不变，第二档支承位置的确定非常重要。目前预分解窑入窑物料分解率可达90%以上，出窑物料温度一般在1350～1400℃，烧成带长度约占回转窑长度的50%左右，窑筒体高温区域长。从实际生产情况看，窑皮长度约为5.5～6D，窑皮之后的筒体表面温度很高，实际生产中，因为增产而强化窑内煅烧造成窑皮后的筒体表面温度经常在400℃左右。若使第二档支承位置处于高温区域，容易造成轮带与筒体垫板之间的间隙不当，或即使有合适的间隙但因操作不当，当窑升温速度过快而产生筒体“缩颈”，严重影响回转窑的正常运转。

回转窑因安装误差，各窑墩基础下沉不均，各档轮带、托轮、轴承磨损不同，运转中托轮调整误差，各支承点处温度不同，温度高者中心会升高等原因，必然破坏窑中心线的直线度，造成各档支反力发生很大变化，并在窑筒体内产生附加应力。回转窑筒体的附加弯曲应力的大小与回转窑筒体纵向刚度及轮带支点间的跨度有关。因支座沉陷引起的附加弯曲应力可用下式计算：

式中：σ附加弯曲应力

M沉陷引起的固端弯矩

W回转窑筒体断面系数

K系数

D回转窑筒体直径

L回转窑支点间跨距

△沉陷量

由式(4)看出，当筒体直径和钢板厚度一定时，附加弯曲应力与支点间跨距成反比，与沉陷量成正比。增大跨距可使附加弯曲应力降低，但也会带来筒体跨间挠度加大。根据经验，两支点间跨度中间的筒体挠度最大允许值为：[fmax]=0.3L/1000。

跨度中间最大挠度计算公式如下：

式中：fmax跨间最大挠度

K系数

q回转窑筒体均布载荷

L回转窑支点间跨距

E弹性模量

I回转窑筒体截面惯性矩

另外，降低支座沉陷量可降低附加弯曲应力，在实际生产中，第二档支承位置中心会升高，产生很高的附加弯曲应力。如图4所示，中间支点升高引起的应力变化，会是设计值的几倍。因此，在实际安装回转窑时，一般将Ⅱ档支承位置低于Ⅰ、Ⅲ档支承位置。表3为筒体跨距比较。

5 新型干法短窑

随着窑外分解技术的不断进步，二档窑即长径比较小的NSP短窑得到广泛应用，与传统三档窑相比，在工艺上存在许多优点。新型干法窑的分解率愈来愈高，有利于回转窑筒体的缩短，降低热耗及热辐射，出现了L/D<12的二档窑，其进出料端悬臂长及烧成带跨距都未超过三档窑的设计规定，两支点都在烧成带边缘，远离烧成带高温区，不会影响窑皮的形成，对耐火砖寿命影响较小。从机械设计角度分析，完全可以依照上述三档窑设计原理，采用三档窑结构即开式齿轮传动方式和浮动轮带及普通托轮支承，设计此长径比的二档窑。对于难煅烧的物料，需长径比达15的二档窑，这就使跨距超过常规的长度，为了实现二档支点反力相等和使筒体最大弯曲应力接近相等，则要延长进出料端悬臂长度，因此出料端轮带深入烧成带高温区更多，这对轮带加固筒体及它们之间的间隙要求更高。另外，即使二档窑是静定支承，支承反力变化不大，但由于特殊情况使窑筒体易弯曲成香蕉形，使轮带和托轮产生边缘接触。为解决这些新问题，国外公司开发出能将筒体同心切向悬挂的花键轮带和托轮自动调整位置的自位托轮支承装置，以及经由托轮直接传动轮带和筒体的摩擦传动装置。这些措施可以克服二档窑的一些不利因素，从而促进了二档窑的发展，为二档窑的应用提供了更广阔的选择性。