机械5

H型钢数控切割下料机纵向导向装置设计 1绪论 1.1设计要求 这次设计的题目是：H型钢数控切割机纵轴导向装置部分设计。本设计用于海洋钻井采油平台制造H型钢下料装置，该装置采用火焰切割、数控轨迹控制方式工作。 设计参数和技术要求: 1)加工H型钢截面范围（高H×宽B×厚δ）：最大截面1500mm×1000mm×50mm，最小截面300mm×300mm×10mm； 2)加工H型钢长度：最大12m； 3)同时切割枪数：3把； 4)数控坐标轴数：3套独立的3坐标联动系统； 5)数控轨迹插补功：平面直线和圆唬 6)辅助功能：程序控制点火、火焰调节、开始切割、连续切割、关火； 7)编程界面：图形交互人机界面，参数化编程； 8)加工自动化：上料后自动定位，切口人工对刀，自动两切口间长度测量，工件切断后自动让位； 9)设备安装要求：浮动安装，可以转换工作场地； 操作人员要求：3个操作人员。 1.2 H型钢的概述 Ｈ型钢是经济型断面钢材，因其断面与英文字母“Ｈ”相同而得名。广泛使用于地下工程、石油化工及电力等工业设备支架；大跨度钢桥构件；机械设备制造、车辆及船舶制造、高架桥建造、抗震防火等临时建筑；海上石油平台等。 目前，Ｈ型钢在民用建筑钢结构中的梁、柱作用备受关注，与混凝土结构房屋相比，Ｈ型钢结构房屋可增大６％的使用面积，而结构自重减轻２０％３０％。 H型钢是一种截面力学性能更为合理的经济型断面钢材，因其断面与英文字母“H”相 同而得名，在材质要求上，国产Q235、Q345的普通碳素钢和低合金钢，日本产SS400和 SM490钢，美国产A36、A572钢等，为我国建筑钢结构所广泛采用。 其特点如下： 翼缘宽、侧向刚度大、抗弯能力强。 翼缘面相互平行使得连接、加工、安装简便。 相同截面负荷下， H型钢结构比传统钢结构重量减轻15-20%。与混凝土结构相比， H型钢结构可增大6%的使用面积，而结构自重减轻20-30%，减少结构设计内力。 H型钢可加工成T型钢、蜂窝梁，可经组合形成各种截面形式，极大满足工程设计与制作要求。 H型钢以其优越的性能广泛使用于民用建筑钢结构中的梁、柱；工业构筑的钢结构承受重支架、管道支架、运输桥支架，矿井支架及高炉炉体框、工业楼盖梁；地下工程的钢桩及支护结构；石油化工及电力等工业设备支架；大跨度钢桥构件；机械设备制造、车辆及船舶制造、高架桥建造、抗震防火等临时建筑；海上石油平台等 近年来，我国钢结构建筑事业迅速发展，使用的钢材品种不断扩大，热轧H型钢已成为建筑钢结构中使用的重要钢材，特别是在一大批国家重点工程项目中得到了广泛的应用。鉴于H型钢在建筑结构中处于重要的地位，从一定意义上来说，H型钢质量的可靠性和质量的可追溯性已成为当前工程质量中极需正视的大问题，它将关系到国家与人民公共财产和人身财产安全。 1.3 H型钢数控火焰切割机 1958年英国氧气公司试制成功了世界上第1台数控切割机，开创了数控切割的新纪元。随后，发达国家都相继开展了对数控切割的技术、工艺、相关配套软件和设备的深入开发研究工作，经过40多年的不懈努力，得益于计算机产业不断进步的相助，已向市场推出了各种类型、功能齐全的系列化数控切割产品。如今，针对不同的工件对象，人们可分别采用数控、机器人切割等多种切割方法；为了满足各种材质的切割性能和精度要求，又可以选用火焰、等离子、激光等与之相适应的切割工艺，真正达到了为用户提供全面解决问题的方案。 我国数控切割技术开发研制是在20世纪80年代初、伴随着微电子技术的成熟并获得广泛应用的基础上开始起步的，经历20多个春秋的持续发展，终于取得了可喜的成就。目前国产数控切割产品的种类和规格已相当齐全，其中部分产品在技术、性能、指标和功能上均已接近或达到国际上同类产品的水平。 数控火焰切割机的优点： a．功能全，自动化程度高； b．配置多个割炬工作，且有效切割时间长、生产效率高； c．采用套料切割程序，提高了钢板利用率，并可减小热变形； d．切割信息易于准备、修改和保存； e．加工精度高，切割质量好； f．机器运行稳定可靠，操作方便。 数控火焰切割机加工工艺特点：数控火焰切割机具有一般数控机床的特点，能根据数控加工程序，自动完成从点火-预热-通切割氧-切割-熄火-返回原点的整套切割过程。但数控火焰切割机又有别于一般数控金属切削机床，它利用氧-乙炔火焰把钢板割缝加热到熔融状态，用高压氧吹透钢板进行切割，而不像金属切削机床那样，是用金属切削工具与工件刚性接触来进行切削加工。由于各种因素的影响，有时会发生钢板未割穿的现象，此时割炬应暂停下来按原轨迹准确地返回到未割穿点，再按原轨迹重新切割，因此数控火焰切割机必须具有随时实现暂停及按原轨迹返回的功能。 2纵向移动装置总体方案设计 2.1工艺分析 从H型钢的结构和其所须处理的接口结构尺寸分析，H型钢主要由两块翼板和一块腹板焊接而成，故要切断它并切出其接口形状，若采用一把枪进行切割，该枪的自由度及其运动将会十分复杂，这给设计和制造带来了很大的困难，故我们采用三把枪同时进行切割，一把枪切一块板，这样可简化设计。 下面以凸头接口的切割工艺为例，分析其整个切割工艺过程： 如图2.2凸头接口形状示意图，由于该数控系统是采用火焰切割方法，所以不用考虑加工表面粗糙，其主要是考虑切割的顺序。 调节好对枪点、控制点、火焰后，选择第二图左上角的任一点A为调试点，调试完毕，快速移动到B点，然后通过数控系统程序控制机械部分的运动使火焰摆枪沿着线BC进行切割，到达C点时即完成BC的线切割，然后又通过数控系统控制机械部分的运动使摆枪沿着线CD进行切割，到达D点时即完成CD的线切割，由于此处有三把摆枪进行切割，这部分的切割左右两摆枪是对称同时进行的，此时，完成了翼板上半部分的切割；接下来，选择线以外的任一点为调试点，调试完成后快速移动到A1点，进行线切割加工即A1B1，到达B1点后，开始工艺孔加工，即圆弧插补切割B1C1，到达C1点，进行线切割C1D1，摆枪到达D1点后，改变进给方向，进行D1E1线切割，摆枪到达E1点后，改变进给方向，进行E1F1线切割，到达F1点后，又改为圆弧插补切割，即进行F1G1圆弧插补切割，到过G1点后，腹板切割完成一半工作，摆枪提升，迅速移到A2点，同理，控制摆枪切割如图3下半部分轨迹，经线切割、圆弧插补切割到G2点完成切割；此时，完成了腹板的的切割，左右摆枪又开始工作，对翼板下半部分进行切割，其切割方法与上半部分一样，当下半部分亦切割完毕，即开始切割腹板坡口，调好摆枪角度，对枪点，火焰后，切割幅板上部坡口，左枪切割左边部分，走枪轨迹如图2所示的B1F1，左右枪同时工作，完成上坡口切割，调节摆枪角度，同切上坡口一样，切割幅板下部坡口，走枪轨迹一样。这样凸头接口即加工完毕。凹头接口的加工工艺与凸头的加工工艺类似。