焊缝自动打磨机设计计算说明书docx 精品.docx

焊缝自动打磨机设计计算说明书docx 精品.docx

《焊缝自动打磨机设计计算说明书docx 精品.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《焊缝自动打磨机设计计算说明书docx 精品.docx（29页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

焊缝自动打磨机设计计算说明书docx精品

青岛农业大学海都学院

本科生毕业论文（设计）

题目：

焊缝自动打磨机设计

姓名：

刘昱轲

系别：

工程系

专业：

机械设计制造及其自动化

班级：

机制专升本2班

学号：

2011701247

指导教师：

侯明亮

完成时间：

2013-6-15

2013年6月15日

摘要

目前，大部分金属结构行业加工能力有限，对于焊缝的处理还处于低级水平，导致成本投入高、生产效率低和工作环境差。

本次设计针对打磨设备机型小和机械化程度不高的特点，设计焊缝自动打磨机，目的在于解决实际生产焊缝的处理问题。

与传统小型打磨相比，本次设计的打磨机的主要特点是自动和环保。

通过电机应用代替人力实现自动。

设计了砂轮罩，用于阻挡切屑和灰尘，实现环保。

结合模具的特点，设计了小车和工字钢导轨。

通过小车在工字钢导轨内的移动实现X向的运动，通过工字钢导轨的移动实现Y向的移动，最终实现平面上点的运动。

在设计过程中，根据打磨时砂轮受摩擦力的作用，对焊缝自动打磨机主要零部件进行设计和计算。

该设备可对钢轨模具的上表面焊缝进行实际打磨处理，实现劳动力的解放和生产效率的提高。

最终提高企业在同行业领域竞争力。

关键词：

模具焊缝打磨机小车轨道

DesignoftheWeldedJointAutomaticDresser

Abstract

Atpresent,theprocessingabilityofmajorityofmetalstructureprofessionislimited,andtheprocessingofweldedjointisstillinthepreliminarylevel,whichcausesthehighcostinvesting,thelowproductionefficiencyandthebadworkingconditions.Inviewofcharacteristicofsmalltypepolishingequipmentsandlowmechanizationdegreetodesigntheweldedjointautomaticdresser,inordertosolvetheactualquestionoftheweldedjointprocessing.Comparedwiththetraditionalsmallpolish,thisdesigneddressermaincharacteristicisautomationandtheenvironmentalprotection.Replacesthemanpowertobeautomaticthroughthemotorapplication.Thegrindingwheelcoverdesigned,whichusedtopreventingthescrapandthedust,canrealizeenvironmentalprotection.Combinedwiththecharacteristicofmold,hasdesignedthecartandtheI-steelguiderail.RealizethemovementthroughthecartinI-steelguiderailmigrationwhichXapproaches,realizesthemigrationthroughtheI-steelguiderailmigrationwhichYapproaches,finallygetapointmovement.Whendesignprocess,accordingtothefrictionforcefunctionwhen,carriedontotheweldedjointautomaticdressermainsparepartthedesignandthecomputation.Thisequipmentmaycarryonactualpolishprocessingtotherailmold＇ssurfaceweldedjointtoliberatethelaborforceandenhancetheproductionefficiency.Finallyitenhancesthecompetitivepowerenterpriseinthesameprofessiondomain.

Keyword:

Mold;WeldedJoint;Dresser;SmallCart;Track

目录

中文摘要………………………………………………………………………………………..…………....

Abstract………………………………………………………………………………………………..…..

第一章绪论…………………………...……………………………………………...……………….…...1

1.1课题来源及其意义.....................................................................................................…..................1

1.2本设计要解决的主要问题..................………………………….……………………..……………1

1.2.1国内机械加工行业打磨现存的问题………………………………………………….…………2

1.3国内外研究现况………………………………………………………..………………………..…...2

1.3.1国内相应打磨机技术发展不成熟………………………………………………………….……2

1.3.2国际打磨技术发展相对成熟..................………………………………………………….………3

第二章焊缝自动打磨机的总体方案设计……….……………………………………..……...5

2.1焊缝自动打磨机设计原理………………………………………………..….…...………………...5

2.2结合实际提出具体设计方案……………………………………..……..……………………….…6

2.2.1焊缝的确定...............................................………………………………………..……….….…..…6

2.2.2模具的焊后打磨工艺.............................…………………………………………..…………….…7

2.2.3设计方案选择确定……………………………………………………………………....……..….7

第三章主要零部件的设计及计算………………………………………..………………………9

3.1焊缝自动打磨机机构运动分析…………………………………………….…….……...…….…9

3.1.1打磨机的运动分析.............................……………………………………………….…...………...9

3.2焊缝自动打磨机机构动力分析………………………………..…………………………………10

3.3对焊缝自动打磨机的传动部分进行设计………………………………………..……………10

3.3.1电动机初选………………………………………………………………………………….….….10

3.3.2皮带轮……………………………………………………………………………………….……..12

3.4焊缝自动打磨机主机机构设计……………………………………………………….…...……..12

3.4.1砂轮………………………………………………………………………………………...………13

3.4.2砂轮罩……………………………………………………………………………………...………14

3.4.3砂轮机主轴……………………………………………………………………………….………..15

3.4.4调整支座……………………………………………………………………………….….……….17

3.4.5固定螺钉…………………………………………………………….………………….………….17

3.4.6机架…………………………………………………………………………....……..…………….17

3.4.7调整螺杆机构………………………………………………………………………..………...…..18

3.5焊缝打磨机的轨道支架设计……………………………………………………………………..18

3.5.1轨道支架总体设计方案…………………………………………………………..…………….…18

3.5.2导轨轨道支撑方案确定..……………………………………………………….……………...19

3.5.3轨道机构构成零件设计……………………………………………………………………….…19

第四章结论..............................…………………………………………………..……….……………...20

参考文献..................………….………………………...………….…….….….…...……….…..................21

致谢...................……………………………………………………………………………..…....................22

第一章绪论

1.1课题来源及其意义

因在北京航华星金属结构厂实习，结合实际生产，根据给德国公司制造的铁路轨枕模具的生产过程中，发现的人工打磨存在效率低下和环境污染的问题。

焊缝打磨机最早是加拿大的研究人员发明研制，后来法国科研人员提出了改进。

我国最早从上海引进，发现仍存在问题。

根据焊后打磨工序中打磨存在的上述问题，因此提出设计方案，意义在于加强环保，提高企业效益。

1.2本设计要解决的主要问题.

1.2.1国内机械加工行业打磨现存的问题

一．金属结构厂打磨技术领域的效率较低

随着我国加入世贸组织，中国机械行业，特别是板材、模具、焊接等机加行业在国际接轨合作上获得大步发展。

我国机械制造业属于劳动密集型产业，效率低，成本高，投入产出性价比低。

如今随着科技的迅速发展，自动化技术得到的普遍重视，大量的体力劳动被一些自动化装置所代替，大大降低了生产成本，提高了生产效率。

但在国内实际的机械加工生产当中，特别是在机加工车间当中，焊缝的打磨都是用人工的，效率低下，且打磨不彻底。

三五个人可能需要半天或一天才能打磨完。

具体因中国国情，人口多劳动力廉价，厂家多雇佣更多劳动力来提高产量，因而导致效率不高。

二．打磨内容单调且安全措施差

机械材料焊缝打磨过程中，往往单调、噪音很大，安全性差。

打磨是重复性工作，动作单调相对固定。

打磨过程产生的粉尘会随着抛光机砂轮的切线方向以高速飞溅而出，对工人的身体特别是眼睛易造成伤害，同时粉尘会弥漫在半高的空气当中，对工作人员的身体影响较大，特别是呼吸器官有损害，工作环境质量差。

三．金属结构加工厂板材、型材、模具焊缝打磨的综合性较差

金属结构厂板材大多是Q235普通钢板，和45#钢，另外是各种型钢如：

圆钢（Q235和45#材质）、角钢、方钢、槽钢、工字钢，用于加工各种大型设备的机加部分以及模具制造[1]。

对于轨枕模具，有其自身的特点，就其加工工艺而言，在其焊合各种端板和底板及侧板等板料后，需要对其上平面槽间隔壁焊缝进行打磨，达到一定的平整度，其粗糙度符合一般要求即可，但因为其生产属大批量生产，因此，机械加工生产效率对于金属机械加工公司而言是最重要的。

就整个机加工工艺工程而言，焊缝打磨过程的效率直接影响工程工艺的进度，按照现有的打磨方式，经常会发生这样的情况，打磨的工序过程中，工人不停的打磨，工作过程累且不太安全，互相之间有干扰，下一个工序的工人因为前边打磨的太慢节奏跟不上在等活。

同时现有打磨方式常常影响设备性能，主要因素有：

当切刀变钝，不仅难以切削，而且切削过程中会增加电能损耗，故必须保持切刀的锋利和正确的切削角度；由于叶轮挡板的周边被磨损，则其推压力不能使木片保持正确的方向，而产生推力角向下，此时，木片不能与轮鼓的内面相平行。

久之，挡板边缘的磨损会愈加严重[2]；挡块、垫板磨损由于推压的方向不正确，会造成挡块和垫板的磨损加剧，并且使挡块和垫板间的间隙变大.进而被压塞，造成挡块和垫板间产生较大的压力，阻碍打磨机的正常运转；少量木片的端部在通过切刀与压板间的间隙时，也受到挤压，其结果是不仅耗电量大，而且生产效率低，磨削质量下降。

切刀的安装位置准确与否决定着磨削的程度及质量，故切刀的位置必须安装准确。

铁屑在切刀和压板间的空隙中排出，故须保持槽道的清洁，以免堵塞.刀环轮鼓的设计不能有狭窄段。

综上分析，为了使打磨机生产性能达到最佳效果，除了有针对性地排除可能出现的影响因素外，还必须重视设备的设计质量和结构型式，如切削角、叶轮臂的形状等，以改进设备的工作性能，提高产品质量[2]。

四．结合工厂实际生产能力的定位

因此焊缝打磨的自动化，符合我国社会的现状原则，符合我国改革开放的基本要求。

能够推动科学技术进步，改善环境保护。

就一般的金属机械加工厂的生产能力，可知，通常拥有车床、铣床、刨床、磨床、钻床，高级一些的厂家有数控机床，加工中心。

因此，最经济有效的解决方式在自己的机械加工能力范围内完成该打磨设备的研制，以最大限度降低成本，快速应用解决实际生产问题。

本设计就是在已有产品的基础上，加以改进和创新，使其结构更简单，操作更简便，不过其专用性也较强，适于大批量生产。

1.3国内外研究现况

1.3.1国内相应打磨机技术发展不成熟

中国历史环境和和近代社会的变革：

中国历来是农业大国，中华民族几千年文明创造的宝贵财富，虽历经时代变迁，农业占经济主导地位，机械工业发展相当缓慢。

近代，清末民国时期，在西方诸烈强的工业经济冲击下，社会发生重大变革后才发生了重大进步，特别是新中国成立后，国家大力发展工业，但因底子薄，人口多，但远远落后于欧美国家。

随着改革开放，中国生产力大力发展，中国制造业逐步缩小了与欧美的差距，更兼加入世界贸易组织，国际交流频繁，吸收借鉴，促使我国制造业又好又快发展。

金属制造各方面取得长足进步，但某些方面还是存在差距，例如：

金属板材打磨存在这样的情况，人手多，效率低下，这就是各种社会原因造成了当前金属板材、模具等行业打磨的现状。

投入少，自身实力不强，发展时间短，与国际交流少[3]，另外，每个金属结构厂厂的企业文化，工人的工作状态，工厂所处的发展阶段，都是影响企业竞争力，造成机械加工能力不强的因素。

进一步影射到打磨工艺方面，实际的工作状态就是人多效率低下。

国内自行研制的应用型工具产品不断扩大。

如推车式底板打磨机的研制避免手工把持机器蹲下操作，减少劳动强度，保证质量[3]；水轮机座环平面打磨机的研制配合径向垂直进给完成设备平面磨削[4]、双毂轮打磨机的研制成功比水平圆盘打磨重量减轻2/3，产量增加40％[5]，大大提升了国内机械加工领域的实际应用水平。

美国采用小型钢轨打磨机可减少列车沿钢轨运行时的噪声振动等级[5]。

但是国内实际生产中，对于焊缝方面的处理工艺存却比较落后，如：

道路轨枕模具加工工艺，机械加工过程中，上一工序焊接完成后，工人对焊缝进行打磨，工人手握抛光机身体半躬，离焊缝较近，就会出现上效率低污染大，不安全的问题。

机械行业焊缝打磨技术一直停留在传统的手携式小型打磨机操作上，工人手持小型机打磨不仅效率低，而且长时间作业的疲劳和粉尘都严重损害人身健康。

尤其是粒径为0.5～5nm的粉尘可通过呼吸道直接到达肺部而沉淀，使人容易得矽肺病[7]。

拟定设计解决方向：

可通过工作头内部风扇的转动产生负压，将磨墙产生的灰尘吸入吸尘箱，通过过滤网和出气口将空气排出，减少灰尘对工人的伤害，同时起到环保作用。

此设计可广泛应用于内外墙面磨平和抛光处理、木工件和金属件的打磨抛光和旧油漆的除漆处理等，大大提高施工效率和工程质量，打磨效率是人工的4-6倍[7]。

也可在工作部位设置安装除尘罩。

1.3.2国际打磨技术发展相对成熟

当前，国际技术上对于解决的方案，设计中普遍采用的设备有：

新型直线打磨机（NewStraight-LineSander）重量轻噪音小；砂带工具（DynafileAbrasiveBeltTool）绝热、安全、舒适；新型无齿盘打磨器（NewGearlessDiscSander）不用齿轮设计减少停机和维修；万能工具箱（WersatileDynastraightKit）等[8]。

纽约州的DynabradeInternational公司推出的新型气动直线打磨机是打磨木材和各种坚固材料表面的粗型,平整和倒圆的理想工具。

因其上有一个打磨平面用的标准打磨垫,也可装上适合轮廓形状的、能进入尖角的和到达工件棱[8]。

DYNALINE直线打磨机的优点是快捷高效适用于平面直线作业，但不灵活，因此拟定方向将直线打磨工作行进过程改为二维操作，即在一定平面内对焊缝进行打磨；能够完成不同平面的要求；适用于大批大量生产、形状相对规整的平面或立面等。

从而实现高效率，易控制，便于操作，安全性好。

因而，要求启动打磨机后，将它垂直放到工作面上，进行来回打磨。

每个行程应尽可能的长。

并且应垂直于工作面方向施加足够的压力。

但应注意，在砂盘上施加的压力过大，并不能增加打磨的速度。

相反，还会减慢工作速度，并会增加砂盘的磨损。

由于这种打磨方式在板件卜留行交叉的打磨痕迹，故又称交叉打磨。

回程将磨削去程时留卜的毛刺，从而保证打磨的表面的光滑[9]。

由于模具体积较大，进给运动只能通过砂轮的运动实现，因此要求砂轮具有足够的运动坐标，以实现复杂表面的的打磨[9]。

第二章焊缝自动打磨机的总体方案设计

2.1焊缝自动打磨机设计原理

本次研究的的方向是为较复杂的模具，设计一台设备实现焊缝自动打磨。

通过小车沿轨道在X方向上移动,找到相应的打磨位置，锁定位置，手轮转动螺杆实现Z轴方向上的进给，通过轨道在支架上沿Y轴移动实现打磨运动。

如图2-1原理图。

2-1机构设计原理图

整个设计过程需达到方案论证充分、设计计算准确、结构设计合理、工作安全可靠。

2.2结合实际提出具体设计方案

2.2.1焊缝的确定

不同的焊接方法，生成的焊缝的质量，包括强度和硬度不同，进而影响到下一步机械设计过程中的强度和磨削的计算。

因此先从焊接方法考虑以确定焊缝的质量。

焊接过程是根据被加工件的复杂程度、要求的焊缝等级和具体的设备加工能力所决定的。

焊接方法的选择必须符合：

能保证焊接产品的质量优良可靠，生产率高，生产费用低，能获得较好的经济效益。

因焊缝长短、形状、焊接位置不同，使用焊接方法结构不同[10]。

电弧焊缝是由容池内的液态金属凝固而成，是特殊冶金过程。

由于按等强度原则选用焊条，通过渗合金实现合金强化，因此焊缝强度一般不低于母材。

根据模具生产要求，一般钢模对焊后的尺寸和表面平整度要求较高，因此需打磨焊缝。

模具上表面的焊缝必须打磨平整与焊接上的钢板母材的上边沿等齐。

由图2-2可知打磨得位置主要是焊缝自身和熔合区。

2-2低碳钢焊接接头的组织和性能变化示意图

2.2.2模具的焊后打磨工艺

一般焊后的打磨普通采用手提式小型打磨机，实现小面积打磨。

图2-3所示模具的结构相对复杂，涉及空间多方位，属结构类产品，因此选用埋弧焊、手工电弧焊和气体保护焊。

从经济性和质量要求考虑，焊条电弧焊设备简单轻便操作比较灵活，是主要的焊接方式。

因此焊缝主要是电弧焊缝。

钢轨模具上表面的焊缝为分布均匀的点焊如图2-3，尺寸都是在图纸要求的标准内，因此构思设计一打磨装置，该设备在模具上表面进行打磨，实现人力的解放。

提高效率。

在预定的轨道内，通过小车在X轴和小车导轨在Y轴方向的运动实现砂轮打磨。

2-3钢轨模具模型图

焊缝的打磨方式的确定:

本次设计选择中型，自动化程度高的设备。

打磨的空间定位属二维操作，即砂轮在XY平面内运动。

根据焊缝打磨时砂轮的转速以及摩擦力，相应力传递的扭矩，计算主轴转速，根据传动功率计算所需电动机的最低转速和功率。

根据模具的焊缝所在面设计轨道方案。

最后，合理优化选定各自方案，确定最终方案。

2.2.3设计方案选择确定

方案：

设计一个行走装置--行走小车，在小车上固定安转主机装置、电位控制开关、电动机和动力传送装置。

在平面内设定小车轨道在Y轴方向内运动，小车的运动在轨道内沿X轴运动。

可满足平面内任意点的打磨。

根据设计的机械自动化要求，考虑打磨机设计方案。

方案一：

立式打磨机，即主机主轴在竖直平面内旋转，利用砂轮的端面磨学。

见图2-4。

其特点：

打磨运动在竖直面内，接触面积大。

方案二：

卧式打磨机，即主轴的在水平面内旋转，利用砂轮的侧面打磨。

见图2-5。

其特点：

因接触面积小，磨削能力强。

2-4端面磨示意图2-5圆周面磨示意图

其特点：

打磨机主轴在水平面内运动，利用砂轮的圆周面进行目磨削，与工件接触的表面积较小，磨削能力强，符合通常的磨削模式。

两方案比较：

打磨机在运动时电机旋转产生的离心运动导致径向跳动，通过带轮传动后带动主轴转动，振动进一步放大。

砂轮在径向面内脉动，方案二会对工件表面产生的瞬间冲击力。

方案一，则可以避免因此跳动对工件表面平整度的要求。

当然对于表面光平整度要求不高的打磨，可以采用第二方案。

本设计中，模具焊缝的打磨要求平整度光洁度较高，故本课题选第一方案。

第三章主要零部件的设计及计算

3.1焊缝自动打磨机机构运动分析

机械运动主要包含传动动作和机械打磨工作动作，如图3-1。

该打磨机机构运行过程：

电机转动带动皮带轮转动，皮带轮转动通过V型带带动主机轴上的带轮转动，通过带轮带动打磨机主轴转动，通过主轴旋转带动砂轮转动，实现了动力从电机到动作执行部分的传递；通过手轮的转动实现砂轮的纵向进给。

3-1焊缝自动打磨机的机构运动示意图

3.1.1打磨机的运动分析：

打磨机整体主要运动有：

一．电机转动：

将电能转变为机械能。

转速高低由自身的型号和电源有直接关系。

二．皮带轮传动：

将电机输出功传递到砂轮机主轴。

实现了能量的进一步传递。

三．主轴转动:

带动砂轮旋转。

是整个设备设计和安装的中心部分。

四．砂轮转动：

与模具表面接触后实现打磨动作，对焊缝进行清理。

五．小车在X轴方向及小车轨道在Y轴方向上的移动。

通过人工推动，或者是电器自动控制，实现设备的快速定位和进给，完成整套设备的动作。

3.2焊缝自动打磨机机构动力分析

焊缝打磨机的主要传动为带传动，动力从电机输出，将电能转化为动能，通过电机轴传递到与其相联的带轮上，经皮带带动主轴转动，进而将动能传递到砂轮轴，带动砂轮旋转实现打磨运动。

另外，辅助清扫设备实现打磨后碎屑清理。

因为焊缝实际上都较窄，所以打磨时的接触的面积不会很大，磨削运动平稳，故所需力适中，因此一般带传动的传动比不宜过大，经验选择1：

1后1：

2。

电