卧式结构范文

卧式结构范文（精选9篇）

卧式结构 第1篇

关键词：车削中心,C轴,动力刀架,Y轴

一、引言

卧式车削中心是在普通数控车床上发展起来, 具有车、铣、钻、攻丝等复合加工能力的高端产品。该种产品能够一次装夹完成工件的全部加工工序或大部分加工工序, 减少工序间的工件搬运, 避免工件不同加工设备上的反复装夹, 实现工件的高精度、高效率加工, 广泛应用于汽车、医疗、航空航天等行业精密复杂零件的加工。除了一般数控车床的结构特点外, 车削中心还应具备以下特征。

具有C轴功能。C轴是绕车床主轴轴线的伺服轴, 该功能使机床实现绕主轴轴线的连续分度和任意点的定位锁紧, 和其他伺服轴进行联动、配合动力刀具可以实现特定型面的加工。

具有动力刀具。车削中心要实现铣、钻、攻丝等加工, 除了配置内外圆车削刀具外, 还要配置可自驱动的铣刀、钻头、丝锥等刀具, 达到工序集中的目的。

本文仅对刀架型的车削中心产品进行讨论, 不涉及排刀型车削中心。

二、车削中心结构分析

1.C轴

(1) C轴传动结构。C轴的回转驱动通常有主轴伺服电机通过带传动、进给伺服电机通过减速箱、电主轴直接驱动3种实现方式。

主轴伺服电机通过带传动驱动方式:主轴驱动和C轴驱动共用一套传动装置。由于V带 (机床中常用) 传动中滑移的存在, 以及带传动所必须的张紧力对主轴有较大的附加力, 因此V带在此时很少用到。C轴驱动中经常使用的是同步齿形带, 靠齿形啮合传动, 有准确的传动比和很小的初张紧力, 并且允许较高的转速, 传动的精度和效率较高。

进给伺服电机通过减速箱驱动:此种方式下, C轴驱动和主轴传动为两套传动装置。C轴驱动电机为进给伺服电机, 通过减速箱驱动主轴低速旋转, 而车削主轴则由主轴伺服电机驱动主轴高速运转。因此主轴部件需要有一套装置实现车削主轴和C轴驱动的切换, 使C轴的传动系统与主轴脱离。C轴驱动时通过减速箱实现较大的传动比, 输出转速低、扭矩大。主轴驱动可以实现高的转速满足车削时的速度需求。

电主轴直接驱动:驱动电机转子直接套装在主轴上实现C轴驱动。主轴惯性矩大, 传动链短, 结构简单。

不同结构形式C轴性能对比见表1。上述3种C轴实现方式, 带传动因转速和传动比的原因, 其输出转速和扭矩受到限制。伺服电机通过减速箱驱动的方式能够实现较大的扭矩, 但是由于齿轮传动间隙的存在, 实现高精度的C轴制造成本很高。电主轴直接驱动的方式由于没有中间传递环节的存在, 而且电主轴本身转动惯量大, 其动态性能优异, 目前受限于电机的输出扭矩较低。从长远来看, 电主轴直接驱动方式前景广阔。

(2) 实践中C轴主要考量其精度和稳定性。保证C轴的精度主要通过以下措施: (1) 选择适当的角度编码器实现位置反馈, 构成闭环控制。角度编码器的精度根据设计精度目标进行选择, 其机械允许转速、电气允许转速与设备匹配;并且按照要求进行安装。 (2) 保证C轴驱动结构的精度, 减少其传动结构中的传动间隙。传动间隙不仅影响C轴精度, 而且在切削过程中会导致振动的产生, 对零件加工质量产生不利影响。对于没有Y轴的车削中心, 在其加工平面时, 通过C轴正反向旋转与X轴进给多次插补形成加工面, 加工过程中极易产生振动, 传动间隙的控制尤为重要。电主轴直接驱动由于没有了中间传递环节, 几乎没有传动间隙, 在此方面优势明显。

C轴的稳定性主要是指主轴系统在切削中的抗振性。为增加其稳定性, 工程实践中的做法有:增加主轴系统的惯量比, 即选用大转动惯量主电机或减少被驱动件的转动惯量, 减少工件对主轴系统质量特性的影响;增加主轴系统阻尼, 以吸收振动源的能量等。由于机床振动问题比较复杂, 在此不作详细讨论。

(3) C轴锁紧机构。锁紧机构的结构形式有多种, 基本原理都是通过施加轴向或径向的摩擦力来实现。可以选用成型的产品, 也可以自行设计。选用时根据应用场合、使用要求进行, 注意夹紧点均布, 减少附加力的产生。

自行设计的锁紧机构, 一般以整个摩擦片两侧整圆周抱紧, 受力比较均匀, 可以通过调整夹紧力作为主轴系统阻尼使用。而成型的产品通过局部夹紧实现锁紧, 通常不能用作阻尼。

2. 动力刀架

动力刀架即刀架中具有驱动装置、能够为刀位上刀具旋转提供动力的刀架, 是车削中心的核心部件。

最初的动力刀架由电动刀架或液压刀架上增加动力驱动模块组成, 这种动力刀架转位由刀架内置的电机实现, 动力驱动模块电机独立, 其转位速度较慢, 目前仅用于低端的车削中心上。随着伺服刀架的出现, 出现了由伺服刀架本体搭载动力驱动模块的动力刀架, 刀架转位和动力驱动分别由伺服电机驱动, 即所谓的双伺服动力刀架 (图1) 。

刀架技术的进一步发展, 出现了单伺服动力刀架 (图2) , 刀架转位和刀具旋转由同一个伺服电机提供动力, 结构更加紧凑。

以上3种动力刀架, 电动刀架或液压刀架搭载动力驱动模块的方案最为经济, 可以适应一般车削中心的加工要求, 由于其刀架本体性能的限制, 随着用户要求的提高, 这种方案最终会被其他方案替代。而单伺服刀架因其结构紧凑性能优越而备受用户青睐, 其价格也最为昂贵, 多用于一些高端的车削中心产品上。

为了进一步提升刀架的性能, 一些机床制造商将直驱技术应用到动力刀架上。如Mori Seiki (森精机) 的内置电机转塔 (图3) 。使用内装电主轴直接驱动旋转刀具, 取消了伺服刀架动力驱动结构中齿轮、皮带等中间传递环节, 刀架结构简化, 减少了振动和热的产生, 动力刀具的转速和扭矩进一步提高, 动力刀架的性能得以提升。

为适应车削中心的发展要求, 刀架厂商推出了功能集成的刀架产品, 如带Y轴的动力刀架 (图4) 、带B轴的动力刀架 (图5) 等。带Y轴的动力刀架, 搭载单伺服动力刀架, 配置导轨丝杠, 能够实现一个直线轴的运动, 增加了刀架的平面加工能力。带B轴的动力刀架, 将转台与动力刀架结合起来, 可以实现刀架在一定范围内的摆动, 使刀架可以实现更多角度的平面及孔的加工, 减少了机床的刀具配置。这些功能集成的刀架产品直接安装在主机上即可实现对应的功能, 客观上简化了主机结构, 有助于扩展机床加工范围。

3. Y轴的功能实现

为了提高车削中心的平面加工能力, 出现了带Y轴的车削中心。所谓Y轴, 即机床XOZ平面法向方向的运动轴。具有Y轴, 就具有了在XOZ垂直面内的运动能力, 刀具可以在Y轴实现进给, 车削中心的加工范围扩大。

不带Y轴的车削中心, 加工平面时只能沿X轴方向进给 (图6) , 当被加工平面宽度L大于刀具直径Dr时, 单靠X轴方向的进给无法完成平面的加工, 只能由C轴和X轴插补的方式分段逼近来实现, 所形成的平面并非真正平面, 而是曲率半径很大的曲面, 存在系统误差。为了提高加工表面质量, 采用小直径铣刀切削、多次插补逼近, 必然导致加工效率的低下。因此不带Y轴的车削中心其平面加工能力受到限制。

车削中心Y轴功能实现, 一般说有两种方式:虚拟Y轴和直接Y轴。

虚拟Y轴的原理如图7所示, Y轴通过X1轴和X2轴插补形成, 其坐标值通过X1、X2与角度α进行换算。直接Y轴则在XOZ平面的法向上设置进给轴、单伺服电机驱动实现。图8、图9是两种不同Y轴实现形式的车削中心, 图8为哈挺GS MSY系列, 其Y轴为虚拟Y轴, 图9为沈阳机床HTC3285T2Y2, Y轴为直接Y轴, Y轴滑板安装在X轴滑板之上。两种结构各有优缺点:虚拟Y轴运动由两轴插补形成, Y轴行程较短;床鞍的倾斜角度一般在75°以内, 其刀架坐落在滑板之内。直接Y轴由电机直接驱动, Y轴行程较大;直接Y轴的刀架悬伸在Y轴滑板之外, 当机床用于重切削时要充分考虑Y轴滑板的刚性。

除上述方案外, 直接Y轴也有其他的实现形式。如瑞士Schaublin (肖伯林) 的137-11AX (图10) , 采用山形床身, 改变X轴、Y轴的运动叠加方式 (X轴在上, Y轴在下) , 刀架在X轴滑板上而Y轴置于山形背侧, 减少了刀架悬伸的不利影响, 结构也比较紧凑。Mori Seiki的NZ系列产品的Y轴也采用了山形床身的结构 (图11) , 其下刀架的Y轴则采用了该公司的八角滑枕 (Octagonal Ram Construction) 技术, 提高了移动部件的刚性, 减少了热变形的影响。MAG的VDF180 T则采用了矩形截面床身 (图12) , X轴位于Y轴滑板之上, 更方便排屑。

无论何种形式, Y轴位于零点 (车削位置) 时, 必须采取措施使Y轴可靠定位, 避免零点发生偏移, 造成工件加工超差。

三、车削中心产品

1. 单刀架产品

主要是传统意义的车削中心。具有C轴和动力刀架, C轴驱动多采用带传动的方式, 锁紧机构选用成形产品。可以配置第二主轴, 与机械手、棒料进给机等配合实现较复杂零件的高效加工。国内外车床制造商都有对应的产品, 为车削中心的经济型产品。

2. 多刀架产品

正副主轴为标准配置, 因刀架、Y轴的配置及形式不同而呈现出多样性, 产品种类较多。其主轴多为内藏式电主轴, 至少有一个刀架配置Y轴, 刀架工位多, 12工位、16工位常见。因多刀架的干涉原因, 该类设备主要用于棒料、轴类及较小直径精密工件的复合加工, 是车削中心的高端产品 (图13) 。国外此类产品比较成熟, Nakumura_Tome、Miyano、Biglia、Bumotec等机床制造商都有相关产品, 国内目前只有沈阳机床、鲁南机床等少数厂商进行了该类产品的研发。

一些公司将B轴刀架也用到了车削中心产品上。比如Nakumura_Tome的SuperNTJ (图14) 、DMG的twin系列、TRAUB的TNL18-7B等。DMG的Twin系列, B轴刀架 (上刀架) 与Y轴组合, 能够加工斜孔和复杂型面, 副主轴还可以与上刀架随动, 使上刀架有两把刀具分别用于正副主轴工件的加工;并且配置了下刀架, 可以有3把刀具同时加工, 大大提高了机床的柔性及加工效率。

在斜孔的加工中, 外购的角度铣头也被用在了动力刀架上 (图15) , 作为斜孔较少且斜孔直径较小零件加工的1种低成本方案。

四、结语

车削中心以提高加工效率和加工精度为目标, 在实际应用中, 往往与棒料输送机、上下料机械手、机器人等物料输送设备配套使用, 组成加工单元或生产线。制造商在提供设备的同时, 将棒料输送机、机内上下料机械臂作为选项供用户选择。为了与主机匹配, 一些机床制造商根据主机需求自行研制或定制刀架, 以达到最优的性能。有鉴于此, 国内车削中心产品研发着力进行以下工作:

核心功能部件的研发———对核心功能部件进行持续攻关。国内核心功能部件的研发制造能力较弱, 制约了主机发展。近年来, 在国家重大专项的支撑下, 国内一些主机厂及功能部件制造商对一些核心功能部件进行了技术攻关, 已经在伺服动力刀架、转台等方面取得一些成果。

机床基础技术的研究与转化———机床基础技术的研究不够深入, 一些研究成果停留在实验室的阶段, 没有转化为应用成果。导致制造企业没有核心技术, 依然靠模仿和引进, 无法提高产品档次。

卧式车床数控化改造设计 第2篇

毕业论文

（2016届）

（卧式车床数控化改造设计）

学生姓名 学

号

院

系 专

业 指导教师 完成日期

卧室车床数控化改造

摘要

中国是一个传统的机械制造大国,但其装备水平落后,特别是一些老的机械制造厂大多还是比较旧的机床,远远不能满足加工的要求。针对目前制造业的技术装备现状,对传统机械制造业装备进行改造,解决机械制造业中的一些技术问题,用现代先进技术对旧的设备进行改造和提升,是我国制造业的发展方向。本课题是针对已报废的两台卧式床进行数控化改造,其现实意义在于如何寻找一种可行的、有推广价值的设备改造方法,对传统机械制造行业的技术装备进行技术提升,以解决目前设备老化所带来的问题。

本次设计着重对卧式车床的纵横向进给系统改造，并对纵横向进给伺服系统齿轮箱进行改造。本次设计作了下面的一些工作： 1机械部分采用了一级齿轮传动，以BF型步进电动机作为驱动源，以CBM/CDM滚珠丝杠作为重要元件，以便更好的实行软件控制；

2数控部分采用MCS-51中的8031作为主控芯片建立一套单片机应用系统。扩展I/O接口用8155芯片及外存储器，采用地址锁存和译码器。SolidWorks造型，包括软件的应用和对车床的实体建摸。

关键词 卧室车床 数控化 改造

目录

1． 绪

论................................................................................................................................1

2.1车床改造方案的选择.................................................................................................................5

2.1.1设计系统的选择...............................................................................................................5 2.1.2系统运用方式的确定......................................................................................................5 2.1.3伺服系统的选择...............................................................................................................5 2.2车床改造方案的确定.................................................................................................................7 3.机械计算部分.........................................................................................................................8

3.1选择脉冲当量...............................................................................................................................9 3.2计算切削力...................................................................................................................................9 3.3滚珠丝杠螺母副的计算和选型.............................................................................................10

3.3.1纵向进给丝杠.................................................................................................................10 3.3.2横向进给丝杠.................................................................................................................14 3.4齿轮传动比的计算....................................................................................................................16

3.4.1纵向齿轮传动比计算....................................................................................................16 3.4.2横向齿轮传动比计算....................................................................................................16 4.微机控制部分..................................................................................................................16 4.1 总体设计.....................................................................................................................................16 4.2主控制器......................................................................................................................................17

4.2.1主控器的选择.................................................................................................................17 4.2.2 8031对片外存储器的选择......................................................................................18 4.2.3 8031并行I/O口扩展................................................................................................19

5.SolidWorks造型...................................................................................................................19

5.1 SolidWorks 软件介绍..............................................................................................................19 5.2 绘制草图.....................................................................................................................................22 5.3 装配体设计................................................................................................................................24 结

论......................................................................................................................................27 致

谢......................................................................................................................................28 参考文献..................................................................................................................................29 装配图与零件图......................................................................................................................30

1． 绪

论

随着我国制造业的发张，对很多零部件的精度要求越来越高，许多零件用普通车床很难加工，要求用数控机床加工。这就需要大量经费，对老设备进行改造是一条投资少见效快的途径，有许多工厂有C6140卧式车床，但无法完成精度高的工件加工，因此需对其进行数控化改造。

数字控制机床(Numerical Control Machine Tools)简称数控机床，这是一种将数字计算技术应用于机床的控制技术。数控机床是一个精密的机电一体化产品。是由精密机械部件（如滚珠丝杆、高精度导轨、精密轴承、主轴）和复杂电气部件（如数控系统、驱动装置和伺服电机以及精密测量系统）构成的一个完整的产品。它把机械加工过程中的各种控制信息用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品。数控机床的基本组成包括加工程序载体、数控装置、伺服驱动装置、机床主体和其他辅助装置。数控机床的系统组成框图如下：

数控机床的系统组成框图

其工作原理是先根据被加工零件的形状、尺寸和技术要求等条件，确定该零件的加工工艺过程、工艺参数，并按一定的规则形成数控系统能理解的加工程序。即：将被加工零件的几何信息和工艺信息数字化；按标准的格式编制成零件加工程序单；然后将此加工程序输入到数控机床的数控装置中，并将输入到数控单元的加工程序进行试运行、刀具路径模拟等。确认无误后，再将被加工零件装夹好；对刀后，即可启动机床运行加工程序。在加工程序运行时，数控系统会根据加工程序的内容，发出各种控制命令，如启动主轴电动机，打开切削液、进行刀具轨迹计算、向特殊的执行单元发出数字位移脉冲和进行进给速度控制等。正常情况下，加工程序可直接运行到其结束。当改变加工零件时，在数控机床上只要改变加工程序，就可以继续加工新零件。

数控机床改造在国外以发展成一个新兴的工业部门。早在60年代已经开始迅速发展，并有专门企业经营这门业务，其发展的原因是多方面的。

首先是技术的原因，过去20年里，金属切削的基本原理变化不大，但社会的生产力的巨大发展，要求制造技术向自动化和精密化前进。而刀具材料和电子技术却有很的大的进步，特别是微电子技术，电子计算机的技

术进步，反应出控制系统，它能帮助机床自动化又能提高加工精度，技术进步和高生产率的要求，精密加工的增多等，突出了旧机床技术改造技术的必要性和急迫性。

其次是经济上的原因。许多发达国家多做过系统的分析，如果旧机床设备以新设备更新，要付出很大的代价的，若利用“改造技术”，则节省大半资金，这种事半功倍的技术，不仅不浪费资金而切还为小企业技术改造开创了新路，而且对实力雄厚的大企业也有很大的经济吸引力。

再次是市场因素，目前许多国家设备所需的数控机床数量，按机床工业现状是无力及时提供的。机床“改造”就成为机床市场需要的补足手段。

最后是生产力的因素，在工业生产中，品种多小批量生产是现代化机械制造业的基本特征，只有相当大比重完成生产任务，不外乎选择通用机床、专业机床和数控机床，柔性制造系统，就工业复杂程度和一批工件所需要生产总成本比较中看出，数控机床最能适应这一需要。

我国是拥有300万机床国家。而这些机床又大量是多年累积生产的通用机床，自动化程度不高，要想在近几年内大量用自动、半自动和精密机床更新现有设备，不论资金还是我国机床的能力是办不到的。因此应尽快将我国现有一部分普通机床实现自动化和精密化改装，是我国现有设备改造自动化要求解决的课题。用这控制技术正是适应这一要求。它是建立在微电子现代技术和传统技术相结合的基础上。在机床改造中引入了微机的应用，不但技术具有先进性，同时在应用此自动化改造方案，有较大的应用性和可调性，而且投资改造的费用低，一套经济型数控装置的价格仅是

全功能型数控装置的1/3到1/5拥护承担的起。从若干单位应用的实例可论证，投入使用后，成倍的提高了生产效率，取得了显著的经济效益。因此，我国提出从大力推广经济型数控这一中间技术的基础上，再推出全功能型数控这条道路，适合我国经济、教育、生产水平，对于以后全动能型数控机床应用的准备阶段，为实现我国传统的机械制造的方向过度的重要内容。

CA6140机床是一种普通精度的及万能卧式机床，属于使用范围广的通用机床。这种机床的性能及质量较好。但结构复杂，自动化程序较低，是一种属于中型的普通机床，在各厂矿企业的应用很广。

为此，本次设计的任务是对CA6140卧式机床进行数控改造，利用微机对纵横向进给系统实行开环控制。驱动元件是利用步进电动机，传动系统利用滚珠丝杠。

2． 总体方案确定

2.1车床改造方案的选择

2.1.1设计系统的选择

在简易数控系统中，大多数是利用八位微处里机和单片机，近年来国有一些主要的半导体制造厂家相继生产了各种八位单片微型机，主要有MCS—48系列，CS-51系列，Mostek的3870，Motorolo公司的6801和6805。目前在国内用的较广，开发工具较齐的是MCS-51系列，这里选用MCS-51系列中的8031。

2.1.2系统运用方式的确定

数控系统按运动方式可分为点位控制系统，点位直线控制系统，轮廓控制系统，连续控制系统。车床是控制刀具以给定速率沿指定路线运动来加工工件轮廓复杂的零件，其个坐标轴的运动之间有着精确的出数关系，根据车床加工这一特点，采用连续控制系统比较合适，连续控制系统具有点位控制系统的功能，故定位方式采用增量坐标控制。2.1.3伺服系统的选择

伺服系统是实现位量伺服控制有开环、闭环和半闭环三种控制方式。开环控制的伺服系统存在着精度不能达到太高的基本问题，但是步进电机具有位移和输出脉冲的严格对应关系，使误差不能积累，转速和输出脉冲频率有严格的对映关系，而且在负载能力范围内不受电流、电压、负载大

小、环境条件的波动变化的特点，数据装置发出信号的流向是单向的，对移动部件如工作台的实际位置工件检测。并且伴随电子技术和计算机控制技术的发展，目前大多采用直流电动机或交流电动机作为执行元件。虽然闭环、半闭环对控制系统能够实现较高精确的位置伺副。由于反馈环节必须的技术条件要控制闭环系统的良好的稳态和动态性能，其难度也大为提高。

本设计是基于CA6140普通型的车床的经济化、数控化改造故采用步进电动机实现开环伺服系统。2.1.4执行机构传动式的确定

（1）导轨 由于普通型车床的改造精度要求的不高的开环系统，而滑动导轨定位精度和灵敏不需研磨措施可达到10um左右。能够满足改装后的要求，所以仍采用原机床的导轨。

（2）螺旋传动

原机床的丝杠属于滑动螺旋传动，主要缺点就是机械效率低，一般仅为30~60%，与改造后的精度相差很多。数控机床除了具有较高的定位精度外，还应良好的动态间应特征，滚珠丝杠副的特点，传动效率高，一般达到90%以上，通过预紧力可消除丝杠间隙，运动平稳，传动精

度高，有可靠性，磨损小，使用寿命长，但制造复杂，成本高。要使系统指令好，有能满足精度要求，本次改造采用滚动螺旋机构。

（3）齿轮传动

考虑步进电动机步距角和丝杠导程只能按标准选择，为达到0.001秒的分辨率的要求，纵、横向均采用错齿调隙的齿轮做减速运动。

2.2车床改造方案的确定

（1）保留原车床的主传动链。

为了保证机床加工螺纹的功能，在主轴外端安装一个YGM脉冲发生器，使其与主轴转速相一致是1:1的关系，用它来发出脉冲发生器，使微机处理机根据主轴的脉冲信号，使刀架通过丝杠的转角产生进给运动。（2）纵向进给机构的改造,拆除原机床的进给箱和溜板箱利用原机床的安装孔销钉孔安装齿轮箱体,滚珠丝杠仍安装在原丝杠位置,两端仍利用原固定

方式,这样可减少改装工作量。

（3）横向进给机构的安装：保留原手动机构。用于微机进给和机床对零件操作，原有的支撑结构也保留，电动机、齿轮箱安装在机床后侧。

（4）纵、横向进给机构采用齿轮减速，并且用双齿轮错齿法消除间隙，双片齿轮间采用消除弹簧，布量成互为120的位置。当螺钉松开时，由于各个弹簧所受力不同而自动调节间隙，再用螺钉紧固。

纵向齿轮箱和溜板箱均加外罩,以保持机床原外观，起到美化机床的效果,溜板箱上安装了纵向快速进给按钮,以适应机床调整时的操作需要和遇到意外时紧急处理。

3.机械计算部分

本次设计将一台CA6140普通机床改造成微机数控机床，采用MCS-51型系列单片机控制系统，步进电机开环控制，具有直线和圆弧插补功能,具有降速控制功能,其他设计参数如下: 最大回直径:

400 mm 电机功率:

7.5KW 快速进给:

纵向2.4m/min

横向1.2m/min 切削速度:

纵向0.5m/min

横向0.25m/min 定位精度:

0.015mm 移动部件重量:

纵向:800N

横向600N 加速时间:

30ms 机床效率:

0.8 3.1选择脉冲当量

根据机床精度要求脉冲当量,纵向0.01mm/脉冲，横向为0.005mm/脉冲

3.2计算切削力

3.2.1纵切外圆

1主切削力（Fz）计算由《金属切削原理》可知切削率：P：电机功率7.5Kw

n:主传动系统总效率取：η=0.78 Pc-切削功率Pc=0.78×7.5=5.85Kw

Pc又∵Pc=FzV

∴Fz=v

式中: V 切削速度 V=100m/min

FzPc/V=60×Pc×1000/v=3510N 3.2.2 横切端面

主切削力Fz, 可取纵切的1/2

Fz=1/2Fz1/2×3510=1755N 又Fx:Fz :Fy=1:0.4:0.25 Fx=0.4Fz=0.4×1755=702N Fy=0.25Fz=0.25×1755=438.75N Fx=0.25Fz=0.25×1755=877.5N Fy=0.4Fz=0.4×3510=1404N 3.3滚珠丝杠螺母副的计算和选型

3.3.1纵向进给丝杠 1．计算进给牵引力Fm

纵向进给的综合型导轨

采用三角型或综合导轨:

Fm=kFx+f(Fz+G)

式中:Fx,Fy,Fz, —切削分力(N): G-移动部件的重量(N)f—导轨上的摩擦系数,随导轨形式而不同

K考虑颠复力距影响的实验系数.f=0.16 则Fm=1.15×877.5+0.16(3510+800)=1698.75N

2．计算最大动负载C

3C=LfwFm

选用滚珠丝杠副的直径d.时必须保证在一定轴向负载 作用下.丝杠在回转100万转后,在它的滚道上不产生点蚀 现象.这个轴向负载的最大值称为该滚珠丝杠能承受的最大动

负载C可用C=3Lfw.Fm

60nTL=106

1000VSn=L0

公式中滚珠丝杠导程L=6mm.可取最高进给速度的(1/2~1/3)此处 VS=0.5×0.5=0.25m/min T: 使用寿命按15000h计算 L: 寿命以106转为1单位 Fw: 运转系数，按一般运转取 fw:12~1.5 取fw=1.3 10000.25N=6=42r/min 60nT604215000L=106=106=38小时

C=3L.fw.Fm C=338×1.3×1698.75=7508.47 3．滚珠丝杠螺母的选型

查<<精密机床配件系列>>-山东济宁

选取滚珠丝杠公称直径为φ40选用的型号为 CDM4006-2.5 其额定动载荷15470N,所用强度足够用

４．效率计算 tanrη=tan（r）

公式中摩擦角r=2°446，φ=10 公式中:r丝杠螺旋升角

r—摩擦角滚珠副的滚动摩擦系数 , f=0.003~0.004 R摩擦角约为10分 公式中:r螺旋角 CDM4006 r =2446

r:摩擦角取10分

tan244n=tan(24410）=94.24% 5．刚度验算

先画出纵向进给滚珠丝杠支承方式如图

图3—1纵向进给计算简图

最大牵引力为1698.75N, 支承间距L=1700mm 丝杠螺母及轴承均采用预紧,预紧力为最大牵引力为1698.75N.Fm.L0ΔL=EF

公式中: Fm工作负载(N)L.:滚珠丝杠L=6mm E:材料弹性模数对钢E=20.6×106(N/mm2)F:滚珠丝杠面积mm2

F=1/4πD2=1/4π×402=1256m 1698.736△L=20.61061256.00.394×104mm2

再算滚珠丝杠总长度上拉伸或压缩的变形量δmm δ=0.394×10-4×L/6=0.011

对滚珠丝杠经过预拉拉伸,拉压刚度可提高4倍 其实际变量=1/4×0.011=2.75×10mm

33=0.00756mm<定位精度0.015mm

3.3.2横向进给丝杠

1．计算进给牵引力Fm 横向导轨为燕尾形导轨 其计算公式如下: Fm=KFx+f(Fz+2Fy+G)式中K:考虑颠复力矩的影响实验系数K=1.4 f:导轨上摩擦系数为f=0.2,G移动部件重量G=600N Fm=1.4×702+0.2(1755+2×438.75+600)=1629.3N 2．计算最大动负载(N)1000VS10000.250.54n=L0.==31.25 6031.2515000106L==28.125 3C=28.125×1.2×1629.3=5865.48N 3．选择滚珠丝杠螺母副

查<<精密机床配件系列>>丛书

山东济宁

选用滚珠丝杠为CDM2504-2.5 其额定的动载荷为6638 d=25mm d1=24.5mm 循环列数为1×2.5×2

Coa=16826 螺旋导程角

4r=arctanpD=arctan3.142

5r=2°55 选择精度等级为3级

4．传动效率的计算

tanr

η=tan(r）=tg2°55/tg(2°55+10)=0.945 5．刚度计算

横向进给丝杠方式,如图所示最大牵引力为2612.1N 支承间距 L=450mm 因丝杠长度较短不需要预紧

L=450

图3—2横向进给系统计算简图

1滚珠丝杠的拉伸或压缩变形量

FmL1629.34△L=EF=20.6106/4252=0.6448×104

滚珠丝杠经过预拉伸

=1/4×0.007254=0.0018 3=0.0054小于定位精度

定位精度为0.015

3.4齿轮传动比的计算

3.4.1纵向齿轮传动比计算

已确定纵向脉冲当量δ=0.01 ,滚珠丝杠导程L=6mm和步距角0.75, 可计算出i

360P3600.01i=b.L0=0.756=0.8 可选定齿轮的齿数为i=z1/z2=32/40 或20/25 d=mz=64 z1=32 z2=40 或z1=20 z2=35 d2=70 3.4.2横向齿轮传动比计算

已确定横向脉冲当量δ=0.005mm/step,滚珠丝杠导程L=4mm 和步距角0.75 ,可计算出传动比i 360p3600.005i=b.L0=0.754=0.6 z1=21 ,z2=35

4.微机控制部分

在普通车床CA6140基础上加数控部分,以使其成为经济型数控机床,以完成较高的精度加工.4.1 总体设计

我国目前广泛使用MCS-51系列中的8031芯片,通过扩展和I/O口扩展功能,实现对机床X,Z两个方向的控制.以及软硬的任务分配有:控制步进电

机脉冲发生和脉冲分配,数码显示的字符发生,键盘扫描管理既用硬件管理,又可用软件实现,此次采用若干方案:控制步进电机用的脉冲发生器用硬件.采用国产YB015环行分配器实现,字符发生及键盘扫描均有软件实现.4.2主控制器

4.2.1主控器的选择

近年来同外的一些主要的半导体制造厂家相继生产了各种8位的单片微型端口及部分RAM于一体的功能很强的控制器。目前国内用得较广，开发工具较齐的是MCS—51系列包含三个产品：8031、8051和8751。三者的引脚完全兼容，仅在结构上有一些差异，主要是8031：8031是无ROM的8051，而8751是用EPROM代替ROM的8051。用得较多的就是我所选用的8031。(1)8031型芯片: 1)单片机是集CPU,I/O端口及部分RAM一体的功能很强的控制器,8031基本特点如下: 1处理器CPU8位 2芯片内有时钟电位 3具有12 各字节RAM 4具有21特殊功能的存储器 5具有4 各I / O端口,32根I/O线

6可寻址64K外部数据存储器

7可寻址64K外部程序存储器 8具有两个16位定时/记时数量 9具有5 个中断位,配备两个优先级 10具有一个全功能窜行接口 11具有寻址能力,适宜逻辑计算

从以上论证可以看出,8031型芯片,功能几乎为一块Z80CPU,一块RAM,一块Z80CTC两块Z80PLO和一块Z80SLO处理的微机计算机.(2)8031芯片管脚的功能及其他功能

按引脚功能可分三类，即：其一：I/O口线：P、P1、P2、P3共4个8为口。其二：控制线：PSEN（片外取指令控制）、ALE（地址锁存控制）、EA（片外取存储器选择）、RESET（复位控制）。其三：电源及时钟：Vcc、Vss、XTAL1、XTAL2。4.2.2 8031对片外存储器的选择

1、EPRAM选择：

根据MCS—51单片机应用系统中常用的EPRAM芯片，确定存储器容量为16K。选择EPRAM的型号时，主要考虑的因素是读取速度，这决定着系统是否正确工作。根据CPU与EPRAM时序匹配要求，可选用2片2764程序存储器。

2、RAM选择：单片机的扩展RAM多选用静态RAM，根据容量要求和RAM与CPU的读写时序匹配的要求，这里选用大容量的RAM6264两片。

4.2.3 8031并行I/O口扩展

8031有四个8位口(I/O端口),但真正能够提供用户使用的只有P1口,因为P2 P0口通常用来传送外存储器的地址和数据,P3口也需要使用他的第二功能.因此8031的I/O的端口通常需要扩充.以便他能和更多外联机工作.扩充方法有两种:

①借用外面RAM地址来扩充I/O端口;

②利用并行I/O接口芯片来扩充I/O端口.5.SolidWorks造型

5.1 SolidWorks 软件介绍

SolidWorks是一套基于Windows的CAD/CAE/CAM/PDM桌面集成系统,是由美国SolidWorks公司在总结和继承了大型机械CAD软件的基础上,在Windows环境下实现的第一个三维机械设计CAD软件。SolidWorks全

面采用非全约束的特征建模技术,由于其设计过程的全相关性,可以在设计过程的任何阶段修改设计,同时牵动相关部分的改变.它既提供自底向上的装配方法,同时还提供自顶向下的装配方法,自顶向下的装配方法使工程师能够在装配环境中参考装配体其他零件的位置及尺寸设计新零件,更加符合工程习惯.它具有独创性的“封套”功能,来分块处理复杂装配体.其具有的“产品配置”功能,可为用户设计不同“构型”的产品.它集成了设计、分析、加工和数据管理整个过程,所获得的分析和加工模拟结果成了产品模型的属性,在SolidWorks的特征管理器中清晰的列出了详细的数据信息。他还可以动态模拟装配过程,进行静态干涉检查，计算质量特征，如质心、惯性矩等。它将2D绘图和3D造型技术容为一体,能自动的生成零部件尺寸、材料明晰表、具有指引线的零部件编号等技术资料，从而简化了工程图样的生成过程。SolidWorks同时有中英文两种界面选择，其先进的特征树结构使更加简便直接，而且它具有较好的开发性接口和功能扩展性，能轻松实现各种CAD软件之间的数据转换、传送。

Solidwokrs 可充分发挥用三维工具进行产品开发的威力，它提供从现有二维数据建立三维模型的强大转换工具。Solidworks 能够直接读取DWG格式的文件，在人工干预下，将 AutoCAD 的图形转换成Solidworks三维实体模型。另一方面，Solidworks 软件对于熟悉Windows的用户特别易懂易用，它的开放性体现在符合Windows标准的应用软件，可以集成到Solidworks软件中，从而为用户提供一体化的解决方案。

进入SolidWorks的操作界面如图：

图5—1

5.2 绘制草图

图5—2 利用独特的基于特征的零部件建模功能，可以使用拉伸、旋转、薄壁特征、高级抽壳、放样和扫描、阵列特征和孔轻松创建设计。

■ 通过独特的对多个实体的特征及控制，加快零部件建模速度。

■ 通过动态编辑特征和草图，只需执行简单的拖放操作即可进行实时更改。

5.2.1 进入SolidWorks系统后,单击（标准工具栏）的新建，系统将弹出（新建SolidWorks文件）窗口。选择（零件）项，单击（确定）进入。然后在特征管理器中选择（前视基准面）为基准面，绘制草图。具体如图5—2所示。然后在利用拉伸功能就完成了主轴箱的设计，如图：

图5—3

从而生成主轴箱，实图下：

图5—4主轴箱

这就是主轴箱的设计过程，在CA6140设计过程中需要大量的零件如：刀架、导轨、顶尖等。

图5—5 顶尖

图5—6导轨床身

以上是顶尖、导轨床身的设计结果。

5.3 装配体设计

创建新的零部件时，可直接参照其他零部件并保持关系。设计具有成千上万个零件的大型装配体时可获得无可比拟的性能。可将零部件和特征拖放到适当的位置。

SolidWorks 提供完善的产品级的装配特征功能，以便创建和记录特定的装配体设计过程。实际设计中，根据设计意图有许多特征是在装配环境下在装配操作发生后才能生成的，设计零件时无需考虑的。在产品的装配图作好之后，零件之间进行配合加工比如：零件焊接、切除、打孔等功能。

SolidWorks 支持大装配的装配模式，拥有干涉检查、产品的简单运动仿真、编辑零件装配体透明的功能。

SolidWorks提供两种装配体设计方法：

⑴由下而上的设计:首先绘制零件,然后将它们插入装配体中,并把这些零件按设计目的结合,完成装配。这是较常用的设计方法。当使用已建的零件来装配时,这种有下而上的方法较好。

⑵由上而下的设计:与由下而上的方法比,有上而下的设计不同之处在于:先从装配体开始,边装配边绘制零件。由一个零件的几何参数来定义其他的零件,或者产生在装配零件之后加工的加工特征。也可以从草图开始,定义固定零件位置、基准面等,然后参考这些定义来设计零件。

由两者比较来看,由下而上的设计中,由于零件皆为独立的设计,所以其间的关系和重新产生零件的操作较由上而下的设计更为简单,为此本次设计采用第一种方法。

在进入SolidWorks时,单击（标准工具）中的新建选择(装配体)进入装配体的工作窗口,然后通过配合使各个零件装在一起形成装配体, 所形成的装配体如图：

图5—9 卧式数控车床

结

论

通过此次毕业设计,使我对数控机床有了更加深刻的了解。了解了对普通车床进行简单数控改造的过程。知道如何将普通机床改造成简单经济型数控机床：分别将普通车床的丝杠、光杠改造成为滚珠丝杠；分别对机床的横向，纵向进行数控改造，采用步进电动机作为主传动力，采用微机控制。由于目前的水平将理论知识转为现实的生产力，还有一段距离，这就要求我们在今后工作和学习中不断钻研本专业知识，用知识去创造财富。牢记科学技术是第一生产力。

致

谢

本次研究论文在学校教研室、班主任、冯老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。由于能力有限，在整个设计过程中赵老师付出了很多心血，认真地查阅了设计过程中涉及的资料，逐一修改.又细心地帮助我改正，对此表示深挚的感谢。

在设计结尾阶段，我的同学和朋友们对我的设计和论文的书写给予很大的帮助。在此表示感谢。

再一次地感谢各位老师的辛勤指导。

参考文献

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俯卧式跳高教学新尝试 第3篇

１、不切合实际、忽视重点

教学实践证明，摆动腿摆起的高度受横杆高度影响，在横杆远端较低的条件下，练习者不可能主动地提高要求，去完成快速而且充分的摆腿动作，而摆动腿充分的高摆正是合理起跳技术中的一个重要环节，如果得不到有效的强化，它就会直接影响起跳效果，这不仅限制了跳高技术的重点——合理起跳技术的养成与巩固，还会使本应自然连贯的起跳与过杆技术产生脱节现象。

２、不利于正确过杆技术的形成

合理起跳后，摆动腿及其同侧肩、臂在过杆时向内旋扣、摆动腿同时远伸，能带动(或是说需要)躯干俯卧在杆上，因为横杆近端高，练习者会产生害怕碰落横杆的心理压力，从而导致其不敢在杆上做出侧倒、俯卧等动作，练习时身体倾斜、动作不舒展，在杆上旋转或扑过横杆，摆动腿只能迈或绕过横杆。如此练习势必限制正确起跳技术的养成，即使个别练习者能够建立一定的过杆感觉，也很难经受住横杆升高的考验。

３、不利于建立正确的落地概念

由于身体斜过横杆，躯干位置相对较高，摆动腿低摆过杆后完成向内旋扣、远伸必然会迅速下潜并率先着垫，之后身体用臀部着地坐在垫子上。

发现问题就必须想办法解决，到底采用何种方法既适合学练过杆技术，又能突出体现起跳这一关键技术环节呢？经过试验验证的结论是：改变横杆的倾斜方向，即利用近端低、远端高的斜杆就能解决前述问题。具体优点如下：

１、重点始终被突出。由于远端高(以不低于练习者腰部位置为宜)势必迫使练习者进行迅速而充分的高摆腿，这对于正确的起跳技术的养成与巩固是非常必要的。

２．真正利于建立正确的过杆技术。充分的起跳后腾空时间变长，练习者有时间、有机会在杆上体验动作感觉；摆动腿迅速高摆之后在杆上的内旋、向远端伸点动作会非常自然地顺势完成；由于近端低(低于远端约３０厘米)可以有效解除躯干碰落横杆的顾虑，练习者可以从容、大胆地在杆上侧倒、俯卧，这对于建立正确的过杆感觉是必要的，而且躯干的顺势侧倾对摆动腿的摆动速度和幅度会有一定的促进作用。

３．建立了正确的落地技术。躯干动作在杆上顺利完成后，会迅速下潜，以肩背率先着垫，自然之中形成了正确的落地技术。

教学实践验证了其合理性：在随机抽取的八人中选择了五名同学随笔者参加体育教师教学基本功比武大赛中，与参赛的教师共同展示了俯卧式跳高技术，丝毫不落下风，就纯杆上的感觉(或是给人的印象)而言，参赛的五名同学的表现是非常优秀的。

现就将笔者采用的教法展示给大家：首先是传授助跑与起跳技术，然后模仿躯干的俯卧、摆动腿的内旋、伸点等杆上动作(也可以利用跳箱体会，但笔者根本就没用跳箱)，而后是更多的采用改进后的斜杆指导学生学练、认真体会。此时如果利用比普通横杆更长些的秆子，会使同一个场地适应不同的练习者，指导他们根据自身水平调整起跳点来选择过杆部位，潜移默化地给不同水平的同学提供了一个相对平等的竞争平台，更能激发他们的学练兴趣，从而提高教学效果。

精密卧式加工中心典型结构的分析 第4篇

随着工业技术的发展,汽车、航空航天、模具等行业对数控机床的需求越来越多,对其结构性能也提出了更高的要求。精密卧式加工中心作为一类重要的数控机床产品,其发展取得了很大的进步,但目前国内开发的精密卧式加工中心与国外相比,在整体上还存在一定的差距。因此,提高自主研发能力,创新产品,是我国装备制造业面临的当务之急。

在国家重大专项的支持下,我们对五轴联动精密数控加工中心进行了研制,本文主要综合分析精密卧式加工中心的典型结构。

2 精密卧式加工中心组成部分

精密卧式加工中心的组成类似于普通卧式加工中心,其主轴是水平设置的。一般有3~5个坐标轴,常配有一个回转轴(如回转工作台,即B轴)和一个摆动轴(如摆头,即A轴),广泛应用于汽车发动机缸体、缸盖、变速箱壳体等箱体类零件的加工。五轴精密卧式加工中心,在回转工作台上装夹一次工件,即可对箱体顶面和四个侧面进行铣、镗、钻等加工,能够保证较高的尺寸和位置精度,也可作联动加工复杂的空间曲面,如机翼副翼等。

精密卧式加工中心的结构主要由以下几个部分组成。

2.1 支撑件

卧式加工中心的支撑件主要是床身、底座、立柱、横梁、工作台、箱体等尺寸和重量较大的零件,通常也称为机床关键件,是机床的基础件。其主要功用是支撑和联接其他零部件,承受部件及工件的重量、切削力、摩擦力、夹紧力等静、动载荷,并保持各部件之间具有正确的相互位

置和相对运动关系,因此须有足够的刚度,从而保证机床的加工精度和表面质量。

2.2 主轴组件

主轴组件主要由主轴、主轴支撑及安装在主轴上的传动件组成。主轴组件应能长期稳定地保持所需要的工作精度,要有足够的刚度、较高的抗震能力、良好的热稳定性,同时主轴组件还要有较强的耐磨性。现在也有很多应用电主轴的。

2.3 进给伺服驱动系统

由伺服控制电路、功率放大电路和伺服电动机组成。其作用是把数控装置的位置控制转变为机床部件的运动,具体实现部件的直线进给或回转运动。

2.4 数控系统

数控系统是加工中心的核心部分,由可编程控制器、伺服驱动装置以及控制面板等组成,控制机床有条不紊地工作。

2.5 自动换刀装置

自动换刀装置是加工中心的重要组成部分。由刀库(链式刀库、盘式刀库)和机械手组成,能使加工中心在工件一次装夹中完成多种工序,减少多次安装工件所引起的误差,提高工件的加工精度。

除了以上部分,还包括润滑、冷却、排屑、防护、液压、气动和检测系统等,这些装置保证了加工中心的加工效率、精度的保持性和可靠性,也是加工中心必不可少的组成部分。

3 精密卧式加工中心典型结构

精密卧式加工中心典型结构也类似于普通的卧式加工中心,目前,典型结构主要有以下几种。

3.1 T型结构

T型结构床身呈正T字形,工作台在横床身(前置床身)上作左右方向X轴运动,立柱在纵床身(后置床身)上作前后的动柱式Z轴运动,主轴箱在立柱上作上下的Y轴运动。由于动柱式加工中心立柱本身是一种悬臂梁结构,切削力产生的颠覆力矩将使立柱产生变形和位移,影响机床的精度,所以该结构立柱一般质量较大,以保证机床的运动特性稳定。T型结构的典型产品如沈阳机床的HMC125(如图1所示),美国汉斯(HAAS)的HS-6R(如图2所示)等。

3.2 倒T型结构

倒T型结构床身呈倒T字形,工作台在纵床身(前置床身)上作前后的Z轴运动,立柱在横床身(后置床身)上作左右的X轴运动,主轴箱在立柱上作上下的Y轴运动。该结构的特点能够保证移动部件的质量较轻,能满足工作台的Z轴行程较大,在精密卧式加工中心中应用较多。倒T型结构的典型产品如沈阳机床的HMC_63e(如图3所示),美国MAG的NBH630(如图4所示)等。

3.3 箱中箱结构

箱中箱结构由静止的立柱箱与在其上的运动箱组成,运动箱带动主轴箱在立柱上作左右的X轴运动,主轴箱在运动箱中作上下的Y轴运动,而工作台则作前后的Z轴运动。该结构的主轴箱对称布局,很好地克服了热变形,提高了抗弯抗扭的刚度和构件系统的固有频率,因而提高了立柱的静、动刚度。这种结构还可配备多个工作台,适用于中小型多个工件的加工,使工件装卸时间与加工时间可重合,大大提高了生产率。目前,该结构被广泛采用。箱中箱结构的典型产品如德国迪西(DIXI)公司的JIG1200(如图5所示),美国MAG公司的nbh 5/5+·nbh6/6+(如图6所示)等。

为了满足精密卧式加工中心高精度的要求,其结构除了具备以上的形式外,还要特别考虑以下几方面的要求:

(1)对支撑件的要求

合理支撑和安装有关零部件,对整机进行结构优化设计,支撑件应具有足够的的静刚度、动刚度和热刚度,同时还应具有良好的抗振性。提高支撑件的刚度,要选择弹性模量大、阻尼系数大的材料,并进行结构优化和尺寸优化,合理布置加强筋,增加固定接触面,减少活动接触面。

(2)对主轴系统的要求

主轴回转系统包括主轴支承及驱动,要求有高的结构刚性和热稳定性、高的精度和精度保持性等。支撑方式主要有滚动支承、静压支承、气体静压支承(空气轴承)等。其中气体静压支承引起机床主轴回转系统的热变形小,刚度低,适用于微量切削的精密机床。液体静压支承刚度较大,但必须克服液体温升及压力波动的影响。主轴支承结构形式多样,但大多数采用球面轴承。静压轴承的高精度为主轴的高精度回转提供了条件。主轴驱动仍然采用电机直接驱动或电主轴,目前多采用电主轴。

(3)对驱动进给系统的要求

尽量采用直接传动,减少传动链,增加消隙结构,提高机床的传动精度。支承导轨面间距尽量宽,要有足够高的导向精度、耐磨性、低速运动的平稳性。采用双丝杠驱动的重心驱动结构,机床抗振性得到较大地提高,有效地提高了伺服轴的刚度、有效载荷、运行速度及其他动态特性。

4 结语

随着我国装备制造业的发展,精密卧式加工中心越来越受到市场的青睐。采用何种结构来提高精密卧式加工中心的精度成为人们研究的焦点。

经综合分析得出,动柱式的T型结构不适合较高的精度,且影响上下移动Y轴的行程。箱中箱结构,提高了抗弯抗扭刚度和系统固有频率,从而提高了立柱的静、动刚度,确保了最佳的刚性和精度的稳定性,保证了最高精度的实现。目前,箱中箱结构得到了更广的应用。总之,随着市场需求的不断提高,卧式加工中心的结构型式也将被不断优化。

摘要：随着工业技术的不断发展,以及各行各业对精密卧式加工中心的不断需求,对精密卧式加工中心的结构也提出了更高的要求。文中总结分析了精密卧式加工中心的典型结构。

关键词：精密卧式加工中心,典型结构,箱中箱

参考文献

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[3]鲁方霞,邓朝晖.数控机床的发展趋势及国内发展现状[J].工具技术,2006(3):45-49.

卧式结构 第5篇

1 结构动力学分析

1.1 结构动力学方程

有限元求解动力学问题的基本方程式:

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式中:M——单元总的质量矩阵;

K ——单元总的刚度矩阵;

C ——单元总的阻尼矩阵;

δ ——节点位移矢量;

F ——总外加激振力矩阵。

1.2 结构自由振动的固有频率及相应振型

对于自由振动,没有外加激振力,即F=0,可得:

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计算经验表明,阻尼对结构频率和振型影响不大,常用无阻尼自由振动方程来求解结构的固有频率及相应的振型。

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考虑简谐振动的解,即假设:

δ=qejωt (4)

式中:q——结点位移δ的振幅列阵,与t无关;

ω ——固有频率。

把式(4)代入(3)可得

Kq=ω2Mq (5)

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求解广义特征方程即可得系统固有频率,将求得的固有频率代入方程,即可以求解相应的振型。

2 轴承刚度的计算

2.1 基于Hertz理论的轴承刚度计算公式

深沟球轴承的径向变形:

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式中:δr——径向变形,mm;

Q0 ——滚动体与套圈间的接触负载,N;

Db ——滚动体直径,mm。

对于深沟球轴承,考虑径向游隙时,外加负载与受载最大的滚动体负载之间关系式为:

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式中:Z——轴承滚动体的数目。

深沟球轴承在自由状态下的径向刚度为:

K=32375ZDundefinedδundefined,N/mm (9)

文中所述深沟球轴承6224CH的参数为:Z=14,Db=30.162mm,可以求得深沟球轴承的刚度为:

K=432057.6N/mm

3 整机有限元模型的建立

在ANSYS,NASTRAN等有限元软件中建立结构的有限元模型一般有两种方法:直接使用软件提供的建模模块采用自顶向下或自底向上的方法建模;或者通过这些分析软件提供的接口,把专业CAD软件生成的三维实体模型转换为结构有限元模型。由于CAE分析软件提供的建模模块在建复杂结构模型时操作十分繁琐,因此对于像机床这类问题,一般采用第二种方法来建模。这里采用PTC公司的Pro/E软件建立零、部件和整机的CAD三维实体模型。利用有限元分析软件ANSYS提供的接口,把原整机简化CAD模型导入ANSYS中。考虑到整机模型的复杂性,平衡计算精度和计算时间的要求,对各零、部件进行网格划分,对某些重要区域的网格进行局部细化,提高网格划分质量。

卧螺离心机主要由床身、转鼓、螺旋推进器以及轴承组成。床身转鼓和螺旋推进器使用SOLID45实体单元进行建模,每个轴承采用4个COMBIN14单元进行建模。由于离心机工作时床身下方采取了积极隔振,整机建模时隔振垫同样使用COMBIN14单元进行建模。各部件的单元类型和数量如表1所示,图1所示为各部分的有限元网格划分,图2为最终建立的整机的有限元模型,单元总数为181080个。

4 有限元模型的动力学分析

对于离心机这种结构,由于质量分布不均造成的旋转不平衡力是以动态载荷的形式作用于结构。所以在保证机床具有一定静刚度的同时,主要考虑结构的动态特性。使结构在受一定幅值的周期性激振力作用下,受迫振动振幅较小;整机的固有频率不能与激励频率相重合。下面对原整机模型进行动力学分析。

4.1 整机模态分析

对结构进行模态分析,可以得到整机的固有频率和振型。卧螺离心机结构是个连续体,质量和弹性都是连续分布的,理论上具有无穷多阶模态。但是该设备的最高工作转速为3000r/min,作用在离心机上的激励力频率都不高,只有前几阶的固有频率才可能与激振频率重合或接近,只需研究离心机的低阶模态。对整机进行模态分析,得到系统前8阶固有频率,计算结果如表2所示。第2阶,第5阶,第6阶,第7阶振型能明显表现出离心机的动态特性,这四阶固有频率和振型如图3至图6所示。

由模态分析可知,整机的低频振动最先发生在隔振垫的位置,转鼓,螺旋推进器及床身的刚度比较强。在工作过程中,从启动到3000r/min,要经过几阶共振频率产生共振。随着激励频率的提高,依次发生振动的分别是螺旋推进器,床身和转鼓。离心机的工作转速为3000r/min,激励频率为50Hz,在此频率下,整机不会发生结构共振。螺旋推进器,床身和转鼓设计的动刚度足够在正常工作状态,不会发生结构上的较大变形。

4.2 整机谐响应分析

模态分析可得到整机固有频率及其相应振型,但这仅表示机床各部位的相对振动情况。对整机进行谐响应分析就能清楚的看出在动态干扰激励下卧螺离心机结构的抗振性能。根据实际工况下激励力特性,在转鼓大端端面加一沿水平方向的200N的激振力,设置激振力频率在10～50Hz范围,用该简谐力对整机激振。

图7所示为10～50Hz简谐激励下,卧螺离心机的两端支承轴承外圈上的振动响应。

同样,在螺旋小端端面加一沿水平方向的200N的激振力,设置激振力频率在10～50Hz范围,对整机激振。图8所示为10～50Hz简谐激励下,卧螺离心机的两端支承轴承外圈上的振动响应。

对整机进行谐响应分析,可以得出如下的结论:

1) 离心机两端轴承座水平振动随作用力的频率升高呈现迅速降低的趋势。

2) 离心机大端轴承座水平振动与作用力的位置有一定关系,当偏心作用在大端时,随作用力的频率升高呈现迅速降低的趋势。而作用在螺旋小端时,则变化不明显。

3) 上述两点说明,在偏心设计或动平衡设计时作用点放在转鼓大端或螺旋小端均能取得较理想效果。

5 结语

采用实体单元和弹簧单元建立了卧式螺旋离心机整机的有限元模型,模型很好的模拟了卧式螺旋离心机的真实结构。对整机进行模态分析,获得整机的前8阶固有频率,分析结果表明在正常的工作转速范围内不会发生结构共振。在模态分析的基础上进一步对整机进行了谐响应 分析,可以预测卧式离心机在工作中的动态响应特性。实践证明,采用有限元分析的方法,可以解决随着离心机单机生产能力和分离因数的提高,结构设计中的强度、变形和振动等问题。

参考文献

[1]顾威,钱才富,于洪杰,等.卧式螺旋卸料沉降离心机螺旋输送器的三维有限元分析[J].制造业自动化,2002,9.

[2]董俊华,范德顺.卧式螺旋离心机的转鼓与螺旋输送器的有限元分析[D].北京:北京化工大学,2004.

[3]Harald Anlauf.Recent developments in centrifuge technology[J].Separation and Purification Technology,2007:242-246.

[4]Jayen P Verapen,Brian J Lowry,Michel F Couturier.Designmethodology for the swirl separator[J].Aquacultural Engineering(2005):33,21-45.

卧式结构 第6篇

随着航空航天、船舶、汽车、模具加工、军工等行业的发展,对数控机床几何精度的要求在逐步提高。其中卧式加工中心应用广泛增加,对卧式加工中心的加工精度等级同样也越来越高。

本课题主要针对卧式加工中心机加特点:插补直线、两轴联动插补铣圆、旋转工作台、调头镗孔,应用数控补偿技术提高卧式加工中心精度进行研究。

主要应用方法如下:应用数控补偿技术提高卧式加工中心各直线轴定位精度和重复定位精度;提高卧式加工中心工作台角度定位精度和重复定位精度;提高卧式加工中心两轴联动插补铣圆精度;提高卧式加工中心调头镗孔精度。

2 提高各直线轴定位精度和重复定位精度

针对卧式加工中心各直线轴进行螺距补偿,提高其定位精度和重复定位精度。检验前,将被检测直线轴预热30min,依据检验方法,对于直线坐标,在坐标全行程上平均行程选取n个测点作为目标位置Pi,快速移动运动部件,使用激光干涉仪分别对各目标位置从正、负两个方向进行5次定位,测出正、负向每次定位时,运动部件实际到达的位置Pij与目标位置Pi之差(Pij-Pi)即位置偏差Xij,利用系统补偿数据对位置偏差Xij进行误差补偿。

3 提高工作台角度定位精度和重复定位精度

针对卧式加工中心旋转工作台进行角度误差补偿,提高其定位精度和重复定位精度。将36面体棱镜与工作台联结,并且保证镜面与工作台旋转轴心的测量使用要求。检验前,将被检测工作台预热半小时。依据检验方法,对于360°角度坐标范围内,在坐标全行程上平均行程选取n个测点作为目标位置Pi(0°和360°虽为同一点,但需要分别采集测点),转动工作台,使用检测仪器分别对各目标位置从正、负两个方向进行5次定位,测出正、负向每次定位时,运动部件实际到达的位置Pij与目标位置Pi之差(Pij-Pi)即位置偏差Xij,利用系统补偿数据对位置偏差Xij进行误差补偿。

4 提高两轴联动铣圆精度

提高两轴联动铣圆精度主要应用摩擦补偿和垂度补偿。

4.1 摩擦补偿

摩擦补偿主要应用于两个伺服轴进行圆插补运动时,在过象限时容易产生尖峰,如图3所示。这是因为在过换象限点时,有一个轴的速度由0开始加速,实际中由于摩擦的存在,该轴不能立刻加速,而产生了滞后,这个滞后就形成了过换象限点凸起。一般如果机床的动态特性好的话,滞后现象不太明显,如果凸起太大,可以用摩擦补偿来弥补,补偿的原理就是在轴换向时提前加一个速度信号来弥补这种滞后。

4.2 垂度补偿

垂度补偿主要应用于如果做圆插补的两个伺服轴垂直度不好,圆插补曲线会沿45°或135°对角拉伸,如图4所示,而且正反转拉伸方向相同,这时就可以使用垂度补偿表对这两个轴的垂直度进行补偿,一个轴作为基本轴,另一个轴作为补偿轴,在基准轴移动的时候,补偿轴微动抵消两个伺服轴垂直度不好问题。当对机床做过垂度补偿时,应注意与基准轴相关的机床几何精度项,同时其他精度项会发生微小改变,所以需综合分析多项机床几何精度误差,选取最优补偿结果。该项补偿不仅提高了两轴联动铣圆精度,同时也会提高两基准伺服轴的垂直度精度。

4.3 提高两轴联动铣圆精度结果检验(表1)

5 提高调头镗孔精度

针对卧式加工中心调头镗孔精度应用调头镗原点精度绝对“零”补偿和Z轴移动与主轴平行度优化补偿。

5.1 调头镗原点精度绝对“零”补偿

调头镗原点定位精度绝对“零”补偿是指对调头镗原点所在目标位置进行定位精度重复定位精度补偿,使该点位置定位精度、重复定位精度达到最小值,消除卧式加工中心在调头镗孔时,由于调头镗原点定位精度和重复定位精度不准,在调头镗孔换算坐标时,造成坐标值误差,以至于影响到加工误差。

如图5所示,检棒插入主轴内,检具固定在工作台上,指示器指向检棒,上下移动Y轴过表检测检棒侧母线,记录最大值,旋转工作台180°,不要触及检具指示器,上下移动Y轴过表检测检棒另一侧侧母线。依据上述方法,反复检测检棒两侧侧母线,使其指示器读数相同,记录该处X轴坐标值,该X轴坐标值即是调头镗原点。架设激光检测仪器,检验X轴定位精度重复定位精度,合理分配检测目标点,且检测目标点必须含有调头镗原点,应用补偿技术将坐标镗原点目标点定位精度和重复定位精度达到最小,同时保证X轴定位精度和重复定位精度的最优化。

重复上述方法检测调头镗原点坐标值和补偿调头镗原点定位精度、重复定位精度,达到调头镗原点坐标最优化。

5.2 Z轴移动与主轴平行度优化补偿

如图6所示,Z轴移动与主轴平行度优化补偿是指在机械装配中,有的时候无法消除Z轴移动与主轴在X-Z平面内和Y-Z平面内存在平行度误差,那样会造成镗孔圆柱度和圆度有一定误差,工作台旋转180°后,调头镗两孔精度存在同轴度很大误差。为了提高镗孔精度调头镗孔精度,通过对Z轴设为基准轴,在X-Z平面内,X轴为补偿轴,在Z轴移动时,X轴进行微动,抵消Z轴移动在X-Z平面内的误差;在X-Z平面内,X轴为基准轴,在X轴移动时,X轴进行微动,抵消Z轴移动在X-Z平面内的误差。另应注意的是,在做Z轴移动与主轴平行度优化补偿时,基准轴移动,其他补偿轴发生微动,会联带与基准轴相关机床几何精度发生变化,所以补偿时应综合误差分析,选取最优补偿结果、最好的情况去提高卧式加工中心加工精度。

5.3 提高调头镗精度结果检验(表2)

6 复检及修正各直线轴定位精度和重复定位精度

机床在各种补偿之后,往往各直线轴定位精度和重复定位精度会发生一些微小的变化,为了保证机床的自身各轴定位精度和重复定位精度,需要综合误差分析,修正各直线轴定位精度和重复定位精度,同时需要保证对机床应用操作的优化补偿。

7 卧式加工中心加工精度检验

对应用本课题中数控补偿技术的卧式加工中心进行机床工作精度检验,和对现阶段只应用直线轴定位精度工作台角度定位精度方法的卧式加工中心进行机床工作精度检验,使用三坐标测量机对两种工作精度结果进行检测并比较,发现本课题研究方法可以提高卧式加工中心加工精度15%到35%,个别工作精度项可以提高45%。

8 结 论

本课题针对卧式加工中心加工特点,其插补圆、插补直线、镗孔、调头镗孔等切削形态进行研究,应用多种数控补偿技术,综合误差分析,提高卧式加工中心加工精度,验证了本文中所采用的研究方法可以提高卧式加工中心加工精度15%到35%,同时该方法可以应用于机床的后期维护维修中,减少其反复机械拆装造成的无用功,提高机床行业的经济效益。

摘要：综合分析了卧式加工中心各直线轴定位精度和重复定位精度、工作台角度定位精度和重复定位精度、两轴联动插补铣圆精度和调头镗孔精度,应用数控补偿技术,提高卧式加工中心加工精度。

关键词：机械制造及自动化,误差补偿,调头镗孔

参考文献

[1]GB/T 17421.1-1998,机床检验通则,第1部分:在无负荷或精加工条件下的几何精度(eqv ISO 230-1:1996)[S].

[2]GB/T 17421.2-2000,机床检验通则,第2部分:数控轴线的定位精度和重复定位精度的确定(eqv ISO 230-1:1997)[S].

卧式结构 第7篇

回转工作台是卧式加工中心不可缺少的重要功能部件之一, 该部件不但能固定重大加工零件, 还可以实现零件的回转运动, 另外这种结构通常还配有工作台交换装置。其优点是:可以扩大机床的加工范围, 实现一次装夹后对工件多个面进行加工, 并可以缩短加工中的辅助时间和提高加工效率。回转座是回转工作台的核心零件, 是滑座和工作台的链接零件, 它既可以随滑座做直线运动, 也可以带动工作台做回转运动。当机床处于直线运动和机械加工时, 需要用液压缸对回转座进行夹紧, 为防止夹紧力使工作台产生变形, 需要对回转座结构进行优化设计, 以提高其刚性。

ANSYS Workbench是一个将CAD软件和CAE软件进行无缝链接的研发平台。它已经不仅仅满足于为使用者提供一个用于分析计算的工具, 更多的是应用于研发领域, 为企业综合应用各种CAD和CAE软件提供了全新的平台, 称为协同仿真环境。在此环境下, 可以很好地实现对产品的设计、分析、优化和试验的协同管理, 使设计人员、分析人员、试验人员和管理人员在一个平台上实现对各软硬件及数据等资源的共享与交流, 极大地提高了设计研发的效率。本文将应用ANSYS Workbench对Pro/E建模的回转座进行分析。

2可交换回转工作台的模型的建立

由于工作台结构复杂, 所以采用Pro/E对其进行三维建模, 可交换回转工作台是由床身、滑座、转座、工作台、交换站台等五个基本部分组成 (如图1) 。床身为基础大件, 其上面安装有直线导轨, 滑座带动回转座和工作台在床身直线导轨上做直线运动, 回转座带动工作台可实现360°的回转运动, 交换站可以实现工作台交换。

3关键部位有限元受力分析及优化设计

加工过程中工作台处于静止状态, 影响精度的主要因素存在于在滑座与回转座的联接部位 (如图2) , 该联接由5个液压夹紧缸实现, 夹紧缸之间的角度为60°, 由于需要安装用于回转驱动的蜗轮蜗杆, 所以1号与5号油缸之间的角度为120° (如图3) 。工作过程中液压缸的夹紧力会造成回转座产生局部变形, 而装配过程中为保证工作台的加工精度要求回转座顶端平面与工作台滑动导轨的平行度小于0.01mm, 要求回转座顶面变形量小于0.005mm。

F=[3.14× (0.155/2) 2]× (6×106) =113400N

从而得到夹紧机构的受力为113400N。在有限元模型中对5个夹紧活塞施加夹紧力后进行受力变形分析。

静态分析表明结构在静力条件下的性能。由分析得到的位移图5和应力图6知:回转座台面的最大变形为0.0039mm, 导轨上的最大变形为0.0029mm, 回转座和导轨面之间变形后的最大变形差为0.0039mm;回转座受力分析的应力云图如图6所示。

回转座是回转工作台最重要的部分, 工艺上一般对回转座的平面度要求为0.005mm, 因为回转座内部结构复杂, 所以一般的改进都希望不做较大的结构改动, 只通过关键尺寸的微调达到目标。回转座的变形是由于受到的夹紧力引起的, 所以与夹紧活塞接触的环形结构和夹紧油缸的位置是导致回转座产生变形的关键部位。为了提高回转座的受力性能, 在不影响其它零件的前提下, 结构中将环形结构的厚度H增加10mm, 将环形槽底部结构的宽度b增加10mm, 为了减小局部受力变形尺寸过大, 保持1号油缸的位置不变将5个油缸之间的角度α由原来的60°增大为65°, 从而减小3号与4号油缸之间的大空隙 (如图3) 。在同等受力及边界条件下进行第二次受力分析。

通过改变结构后的受力变形云图 (如图7) 可以看到:上平面变形最大尺寸为0.0017mm, 导轨面的最大变形量为0.0011mm, 与改变结构之前比变形量明显减小;改变结构后应力云图如图8所示。通过与前面的云图对比可以知道, 改变结构后应力集中的情况明显优于原有结构。

4结语

本文对卧式加工中心的可交换回转工作台的结构和功能设计进行了介绍。通过采用有限元法, 在用Pro/E准确建立三维模型的基础上, 根据回转工作台的实际情况, 利用ANSYS Workbench与Pro/E软件的联接功能, 进入有限元分析平台, 通过选择合适的网格, 对模型进行合理的网格划分, 进而对回转工作台的关键受力部件回转座进行了受力分析, 获得了回转座在夹紧状态下的变形以及受力分布情况, 并通过改变相应薄弱环节的结构使得结构变形和受力都有了很大的改善, 分析结果表明, 改变结构后的回转座受力变形满足设计要求, 其刚度能够保证回转工作台在实际工作情况下满足精密加工中心的设计要求。

摘要：运用Pro/E对某型号卧式加工中心回转座进行结构设计, 利用ANSYS Workbench对影响工作台精度的重要零件, 即液压夹紧缸的夹紧力对回转座的夹紧情况进行分析, 得到回转座受力的变形云图和应力云图, 找出回转座的薄弱位置, 修改Pro/E模型, 对薄弱位置进行结构优化, 利用ANSYS Workbench与Pro/E的联动功能, 采用改进后最优的参数, 确认优化结果。

关键词：回转座,结构设计,ANSYS Workbench,Pro/E

参考文献

[1]张元祥.基于Workbench-Excel平台开发的微电子封装自动化热结构耦合分析系统[D].杭州:浙江工业大学, 2008.

[2]小飒工作室.最新经典ANSYS及Workbench教程[M].北京:电子工业出版社, 2004.

卧式压力容器压力试验 第8篇

液化气储罐因其介质、压力、温度、耐蚀性要求较高。特别是其盛装的介质易燃、易爆、或有毒、有害。这就要求不但进行水压试验, 还要进行气密性试验。因为制造厂家必须对该设备的可靠性、安全性负责, 所以压力试验、致密性试验这道工序更显得至关重要。通过卧式压力容器储罐的试压过程来论述对压力容器的试压过程、方法、要点。

2 设备结构

这是一台卧式压力容器设备。筒体Φ2600, 全长9123mm、筒体厚度20mm、封头厚度22mm、材质:16Mn R。

4 技术要求

本设备的设计、制造及检验、验收按GB150-98《钢制压力容器》、《压力容器安全技术监察规程》。焊接材料及焊接要求按JB/T4709-92《压力容器焊接规程》规定执行。焊缝坡口形式及尺寸按GB985-88及GB986-88的规定。容器的A、B类焊缝按JB4730-94进行100%射线探伤, 照相质量应不低于AB级, Ⅱ级为合格。D类焊逢表面应平滑圆弧过渡。受《特种设备安全监察条例》的监察。

5 水压试验

压力试验是检查压力容器强度、焊接质量的重要手段, 同时亦可消除制造过程中的产生的残余应力。因此试验工作必须严格按照下列步骤进行:

5.1 设备制造完毕后,

经外观和无损检测探伤合格后 (如果是焊后热处理的容器必须是在热处理合格后) , 方可进行强度试验。容器在压力试验后若需进行返修及补焊, 则必须重新进行压力试验。

5.2 容器的开孔补强圈应在压力试验以前

通入0.4~0.5Mpa的压缩空气, 然后用洗衣粉水涂刷焊道来检查焊接接头的质量。

5.3 压力试验必须用两个量程相同的并经

过校正的压力表。压力表的量程在试验压力的2倍左右为宜, 但不应低于1.5倍和高于3倍的试验压力。

5.4 容器上的所有接管孔和管箍,

只能用相同于或大于工作压力的盲板和客塞封闭, 装配盲板时还必须按规定的数量、规格、材料等选用螺栓、螺母。

5.5 试验用的液体一般采用洁净的水, 当壳体的壁厚超过20mm时,

水的温度不得低于15℃, 这是为了防止试压时发生脆裂, 同时应避免因水冷导致容器表面有结晶水气, 妨碍检查试验效果。

5.6 容器在灌水时,

应考虑气体排出的可能性, 只有在容器内部的空气全部排出后, 才允许开动试压泵。

5.7 严禁装安全阀进行水压试验。

5.8 试验工作,

应有专人负责试压用的压力表及专用的工具, 在试验时, 应注意试验的安全, 禁止非试压人员进入试压场地。

5.9 水压试验时,

充满水后应停留一段时间, 观察有无渗漏、变形等异常现象, 然后再均匀而缓慢地升至工作压力, 停留足够时间, 检查各焊缝有无渗漏。然后再缓慢地升至试验压力。禁止用泵来维持压力不变, 严禁超出规定的试验压力值, 尤其在试验压力时

禁止敲击容器或拧紧螺母。试验时压力应缓慢上升, 至规定试验压力后, 并保压30分钟以上, 然后将压力降至规定试验压力的80%, 并保持足够长的时间以对所有的焊接接头和连接部位进行检查, 合格后方可卸压, 卸压也应缓慢进行。

a.压力容器耐压试验符合下列情况为合格:容器和各部焊缝无渗漏, 容器无可见的异常变形。

b.压力试验时, 如果密封处和焊接处漏水应先卸压后, 并将水放至焊接处以下, 然后再拧紧螺母或进行补焊, 补焊后必须进行水压试验, 严禁带压进行补焊。

c.水压试验后, 应将容器内的水及时排净, 并将内用压缩空气吹干, 以防止生锈;冷裂而影向产品的质量。

d.压力试验时, 如果发现有异常响声, 压力下降或加压装置发往故障, 压力表失常等不正常现象时, 应立即停止试验, 待查明原因, 并排除故障后, 再继续进行。

在打压前向车间、班组下发容器液压试验工艺卡稳压后经检查合格, 无异常现象发生, 然后进行气密性试验。

6 气密性试验

压力容器气密性试验的要求如下:

6.1 气密性试验应在压力试验合格后进行。

6.2 介质毒性程度为极度、高度危害或设计上不允许有微量渗漏的压力容器, 必须进行气密性试验。

6.3 低合金钢试验用的气体温度应不低于

5℃。

6.4 用干燥洁净的空气作试验介质。

6.5 试验压力为1.77MPa。

6.6 压力容器进行气密性试验时, 一般应将安全附件装配齐全。

6.7 压力容器气密性试验经检查无渗漏, 保压不少于30分钟即为合格。

6.8 试验现场准备了灭火器、防毒面具等

加油站卧式油罐检定探究 第9篇

在经济社会中, 追求经济效益是许多工作的出发点和目标。计量的经济效益除检定、检测的显性效益外, 主要体现在维护正常的经济、市场秩序, 保证公平的交易, 提高产品质量, 正确评定科研、科技水平上。从节约能源和保护环境两大关乎国计民生的问题考虑, 油品的准确计量及其完善的损耗管理日益显得重要。在加油站油品的损耗管理中, 卧式油罐容积表的准确度至关重要, 因此卧式油罐检定具有十分重要的意义。

1 检定准备要求

(1) 罐壁表面不应有明显的变形及凹凸现象。

(2) 新建、大修和重新安装的卧式罐, 均须装水为全部容积的80%以上, 并保持72h (小时) 。

(3) 检定使用中的卧式罐, 应无收发作业和不影响正常检定工作的情况。

(4) 进行内测时。罐内必须没有残留液体或沉淀物。有毒和易燃气体浓度必须符合安全规范要求。

(5) 现场测量时, 所使用的衣服、鞋、帽, 各种测量设备必须符合有关安全规范的要求, 以避免静电和火花的产生, 确保安全。

(6) 使用的检定设备, 须经有关部门的检定。使用中对测量值予以修正。

2 检定申检

2.1 使用中的卧式罐 (容积表比较准确符合平时的管理要求)

容积表比较准确, 符合平时的计量管理和损耗管理, 加油站卧式罐收发油品的数量与卧罐的计量相符 (其误差不应超过±0.3%) , 其卧式罐容积表在检定周期内使用, 在有效期到达前, 提前三个月向有关职能部门提出申请, 由职能部门的相关计量检测站根据有关数据予以判断, 重新制作表, 予以置换。

判断容积表的准确与否, 加油站可提供附表1《收发油比对表》数据。

2.2 使用中的卧式罐 (长时间进行储存按清罐周期进行清罐)

加油站按有关程序进行清罐, 清罐后有毒和易燃气体浓度必须符合安全规范要求。提供罐体的直径、高端距、总长、罐体的倾斜等参数 (具体参数记录到见附表2) , 向职能部门提出申请, 根据计算软件进行容积表的编制, 并与原来的容积表进行比对, 进行技术分析, 以确定更为准确的容积表。

2.3 使用中的卧式罐 (长时间进行储存发现计量发生了偏差)

平时或正好利用清罐周期进行测量, 还有一种比较方便、合理、相对准确的方法, (加油站可以自己进行累计数据) 在加油机加油 (一般200升左右) 同时, 测量油品高度。累计数据, 向职能部门提出申请, 进行容积表的编制。 (此方法和平时储油状态相同, 剔除了受力变行、倾斜等不利因素, 多加油站可以同时进行。)

注:其中, 测量油品高度推荐由持证计量员使用检定合格且在有效期内的量油尺准确测量油罐的液位高度, 液高测量二次, 两次结果不得相差1mm。谨慎使用看液位仪高度, 如使用一定要用量油尺实际测量的液位高度进行修正, 准确到1mm。

用此方法操作编制油罐容积表是一项非常细致且时间较长的工作, 必须由专人组织实施, 持证计量员参加。加油站卧罐编制容积表的具体操作方法如下。

2.3.1 操作要求

(1) 各单位数质量管理机构组织持证计量员跟班作业。

(2) 被测油罐只能对应一台加油机, 在正常加油中详细记录加油机和油罐的相关数据。

(3) 持证计量员用量油尺检测油高。

(4) 计量人员对计量检测数据负责, 不得弄虚作假, 保证原始数据真实。

2.3.2 加油机状态

(1) 加油机必须经法定检定机构检定合格且在有效期内。

(2) 记录加油机正常工作状态下加油的准确结果。

(3) 加油站在测试前可以用20升的标准筒自检, 以确认加油机在误差范围内。 (误差在±0.3%以内) 。

2.3.3 测试准备

(1) 根据油罐可储容量, 集中一次性调入同品种油品卸入被测油罐, 细心监护卸油, 保证油品液位既超过正常的常装高度, 又不溢出油罐为止。

(2) 静置15分钟后, 由计量员准确测量油罐的液位高度, 液高测量二次, 两次结果不得相差1mm, 取小的数据作为记录依据, 确定液位高度, 记录满油液体高度。

(3) 抄录该油罐所对应的加油机累计泵码, 并将液位高度和累计泵码数记录到《油罐测量记录》表的相应位置上, 作为测试的首次数据。

2.3.4 开始测试

(1) 加油机每加出累计数量在200升左右时, 停止加油, 将加油机发出的实际体积做详细记录。本次所发出的体积量, 等于本次加油机泵码累计数减去上次泵码累计数。同时记录油罐发出本次体积量后的液位高度。

(2) 继续加油, 在加出200升左右时, 再做加油机付出量和油罐液位高度的准确记录。

(3) 重复以上操作, 直至罐内液位高度在400mm左右时加油机停止付油。此时记录作为本次测试的最后记录。最后记录包括:加油机泵码累计数、油罐最低液位高度和加油机付出总体积。

2.3.5 特殊问题处理

在测试中如遇加油机不能在加出200升左右时停机测量记录, 或因疏漏造成加油机发出量超过200升以上时, 不允许人为估量, 拆分统计, 必须实事求是的记录本次加油机发出数量和对应的液位高度, 在编制容积表时由专业人员处理。

注:相关数据记录在附表3中。

2.4 对新建和修理后的卧式罐的管理

加油站按有关程序提前三个月向职能部门提出申请, 由职能部门派人了解具体情况, 选择测量法、容量法等有关方法对卧罐进行检定, 出具有效罐容表。

3 油罐检定周期

(1) 卧式油罐至少每4年检定一次。

(2) 油罐移动、改造、修理或增加防爆阻隔材料等内在的设备或附件之后必须重新检定编表。

(3) 清罐时如果距油罐容积表的有效期已不足3年, 清罐的同时须重新进行检定。

(4) 发现油罐容积表有不准确情况, 可以申请对油罐重新进行检定。

4 检定方法培训和指导

(1) 协助实施油罐测量的人员应经过职能部门相关计量检测站的技术指导和培训后才可以进行操作。职能部门相关计量检测站应有计划地定期对测量人员进行培训指导。

(2) 职能部门相关计量检测站有责任及时对加油站在油罐使用和标定中产生的疑问和困难给予帮助和解决。

(3) 职能部门相关计量检测站应不断结合油站实际情况开展对油罐标定的技术进行探讨和研究。

(4) 对油站标定油罐的技术指导可包括下列内容;

①如何测得标定数据;

②对测量数据的要求;

③如何改进测量手段;

④判断数据是否准确;

⑤操作安全;

⑥测量工具 (是否符合要求) 。

5 准确度核查

(1) 加油站应经常协助核查卧式罐储油数量的变化情况和油罐容积表的可靠性。

(2) 核查油罐计量情况和容积表可用 (但不限于) 以下方法:

①将油罐的油品计量数与某一较可靠或准确度较高的加油机泵码数比对;

②将油罐计量数与来油油罐车计量数比对;

③分析一段时期的单罐损耗情况;

④改换油罐标定方法后将不同标定方法得到的容积表加以比较;

⑤定期清罐, 按时进行油罐容积的复检。