（图纸+论文）大型管材相贯线切割机设计（全套完整）

工艺分析根据焊接工艺要求，为保证构件的强度和避免较大的焊缝尺寸，般中厚板的接头都要进行开坡口焊接.因此，切管时不仅要切出相贯线，还要切出坡口角，切管机最后切出的管端形状是空间曲面.根据美国焊接学会.规范要求，所开焊接坡形式，根部间隙和钝边高度均取决于相交双管相贯线上各部位的局部二面角.而支管下料时切割高度曲线的确定也与相贯线上的局部二面角相关.不同管径，不同厚度，不同交角的相交双管的相贯线上的各部位局部二面角各不相同.在工程实际中，焊接坡口角度是通过钝边和坡口切割高度来保证的.图焊接坡口参数及装配规范坡口角的取值是根据两面角的大小来决定.相贯线上任选两点两面角为根据石油天然气行业标准和美国石油协会标准来确定坡口角.按标准当时，坡口角当时，割炬的径向补偿在实际切割过程中是沿支管外表面进行的，在这过程中不仅要完成相贯线的切割，也要完成坡口的切割.坡口角是由实际切割角来保证，实际切割角由割炬绕支管外表面点在轴剖面内偏转实现的，其偏转的结果不应使要切割的相贯线偏离原来的位置，为此，割炬需沿支管外表面作径向补偿.其补偿量ξ为图径向补偿ξ第章设备总体方案及布局.机床总体方案对于大型钢管的相贯线的切割有两个方案方案钢管由主轴带动旋转，同时割矩枪只需进行轴向移动即可实现切割要求化学工业出版，可查出它转动惯量为.•，得出•。

滚珠丝杠转动惯量的折算长的滚珠丝杠的转动惯量为.•，本设计的丝杠长度，所以滚珠丝杠转动惯量纵向•。

工作台质量的折算工作台是移动部件，其移动质量折算到滚珠丝杠轴上的转动惯量可按下式进行计算公式式中，为丝杠导程为工作台质量。

所以传动系统等效转动惯量计算.验算矩频特性步进电机最大静转矩是指电机的定位转矩，从机电综合设计指导书表中查得。

步进电机的名义启动转矩与最大静转矩的关系为公式由.得，步进电机空载启动是指电机在没有外加工作负载下的启动。

步进电机所需空载启动力矩可按下式计算公式式中为空载启动力矩•为空载启动时运动部件由静止升速到最大快进速度，折算到电机轴上的加速力矩•为空载时折算到电机轴上的摩擦力矩•为由于丝杠预紧，折算到电机轴上的附加摩擦力矩•。

有关的各项力矩值计算如下加速力矩公式式中为传动系统等效转动惯量为电机最大角加速度为与运动部件最大快进速度对应的电机最大转速为运动部件从静止启动加速到最大快进速度所需的时间，为运动部件最大快进速度为初选步进电机的步距角为脉冲当量。

空载摩擦力矩公式式中为运动部件的总重量为导轨摩擦系数齿轮传动降速比为传动系数总效率，取.为滚珠丝杠的基本导程。

附加摩擦力矩公式式中为滚珠丝杠预紧力为滚珠丝杠未预紧时的传动效率，现取.。

于是所以，步进电机所需空载启动力矩初选电机型号应满足步进电机所需空载启动力矩小于步进电机名义启动转矩，即从上式可知，所选电动机初步满足要求。

.启动矩频特性校核步进电机启动有突跳启动和升速启动。

及计算.初选导轨型号及估算导轨长度导轨为直线滚动矩形导轨，本设计中共用条导轨，每条导轨用个滑块，根据最大动载荷.，通过查机电综合设计指导书表，初选条导轨的型号都为。

其部分参数如下根据工作台的长度和工作台的行程，估算出导轨的长度为。

由公式。

式中为支座长度为导轨两孔之间的距离。

可算得导轨的。

.计算滚动导轨副的距离额定寿命滚动导轨副的距离额定寿命可用下列公式计算滚动体为球时公式式中为滚动导轨副的距离额定寿命为额定载荷，从机电综合设计指导书表查得为硬度系数导轨面的硬度为时，.为温度系数，当工作温度不超过时，为接触系数，每根导轨条上装二个滑块时.为载荷速度系数，有冲击振动或时，.。

为每个滑块的工作载荷。

考虑到工作台上各部分的重量在工作台上的重心不落在中心上，而这些载荷都通过工作台直接作用在滑块上，故取。

所以大于滚动导轨的期望寿命，满足设计要求，初选的滚动导轨副可采用。

步进电机的验算.传动系统等效转动惯量计算传动系统的转动惯量是种惯性负载，在电机选用时必须加以考虑。

由于传动系统的各传动部件并不都与电机轴同轴线，还存在各传动部件转动惯量向电机轴折算问题。

最后，要计算整个传动系统折算到电机轴上的总转动惯量，即传动系统等效转动惯量。

本设计需要对电机转子，联轴器，丝杠，工作台进行转动惯量的计算。

电机转子转动惯量的折算由机电综合设计指导表查出.•联轴器转动惯量的折算选用联轴器查机械设计实用手册最大动载荷的计算和主要尺寸的初选滚珠丝杠最大动载荷可用下式计算公式式中为工作寿命，为丝杠转速，为最大进给速度为丝杠导程为额定使用寿命，可取为运转状态系数，现.为丝杠工作载荷由板厚查简明焊工手册可得火焰切割速度分别为。

综合考虑大齿轮的旋转运动和底下工作台的直线运动选项用工作台的直线进给速度为.公式所以，本设计选外循环滚动螺旋副，查机电综合设计指导书表，根据，选丝杠公称直径，有因为，所以初选的丝杠螺母副合格。

.传动效率计算滚珠丝杠螺母副的传动效率为公式式中为丝杠螺旋升角，为摩擦角，滚珠丝杠副的滚动摩擦系数，其摩擦角约等于。

所以，.刚度验算滚珠丝杠副的轴向变形包括丝杠的拉压变形丝杠与螺母之间滚道的接触变形丝杠的扭转变形引起的纵向变形以及螺母座的变形和滚珠丝杠轴承的轴向接触变形。

滚珠丝杠的扭转变形较小，对纵向变形的影响更小，可忽略不计。

螺母座只要设计合理，其变形量也可忽略不计，只要滚珠丝杠支承的刚度设计得好，轴承的轴向接触变形在此也可以不予考虑。

丝杠的拉压变形量滚珠丝杠应计算满载时拉压变形量，其计算公式为公式式中为在工作载荷作用下丝杠总长度上拉伸或压缩变形量为丝杠的工作载荷为滚珠丝杠在支承间的受力长度为材料弹性模量，对钢.为滚珠丝杠按内径确定的截面积号用于拉伸，号用于压缩。

根据滚珠直径.公式见机电体化设计基础，其中，为丝杠公称直径。

为丝杠底径。

取进给的丝杠长度.。

所以.滚珠与螺纹滚道间的接触变形量该变形量与滚珠列圈数有关，即与滚珠总数量有关，与滚珠丝杠长度无关。

大型，管材，相贯线，切割机，设计，毕业设计，全套，图纸大型管材相贯线切割机设计湖南工学院机械工程系数控黄俊指导教师黄开有第章绪论随着海洋石油工业的发展，海洋工程结构建造将面对面大量的钢管相贯的加工.南海西部石油合众公司，主要以海上平台上部模块建造工程为主，而大型管材相贯是该海上平台加工制造过程中经常遇见的切割焊接结构.相贯焊接前，管端相贯线需要加工，相贯线上每点的焊接坡口也需要加工.根据石油天然气行业标准和美国石油协会标准，相贯线上每点的焊接坡口取决于该点的局部两面角.不同形式的钢管相贯，相贯线上每点的局部两面角各不相同，局部两面角沿相贯线在不断变化.目前，该公司切割下料以人工作业为主，对于这种带坡口相贯线均采用人工放样等工艺方法来进行加工，因此下料工作进度与效率成为影响整个平台建造工程进度的主要因素，为改变工作强度大和效率低的现状，本课题尝试运用所学的机电体化的相关知识进行大型管材相贯线切割机的设计.本课题所研究的大型管材相贯线切割机是属于数控火焰切割机，它具有般数控机床的特点，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。

目前这种数控火焰切割机仍依赖进口.因此，开发这种火焰切割机具有重要的意义.第章数学模型及工艺分析.钢管典型相贯线数学模型的建立如图所示，空间相贯线是个复杂的空间曲线，描述其轨迹需要用空间坐标方程，其函数关系复杂，但由于相贯线是两个圆柱的交线，所以，采用柱坐标可以把三维坐标转化为二维坐标方程，.以下相贯线均指支管内圆柱和主管外圆柱相贯.图空间相贯线曲线如图所示，在空间三维坐标系下两圆柱的相贯线方程为式中支管半径主管半径坐标系与坐标系间存在以下坐标变换关系图两圆柱的相贯线式中坐标系旋转角，亦即两管交角.在平面内支管圆柱面的方程为图支管圆柱面的方程式中支管上的旋转角.由式式得出两圆柱相贯线各点的参数方程如下取在坐标系下过相贯线上轴坐标值最大的点且垂直于轴的平面为下料基准面.其在坐标系下的方程为由此可得支管下料高度为即下料高度是支管上的旋转角的函数以上讨论的是典型相贯线数学方程，即两圆柱轴线相交成角度.在两圆柱轴线异面并有偏心距时，其相贯线方程为式中支管壁厚扭转角，标志主管相对于支管的扭转角度割炬运动分析如图所示，被切支管保持不动，割炬沿被切支管做轴旋转轴，轴摆动轴，轴纵向补偿轴三轴和环架的轴轴向移动共四轴联动.正式切割前，手动完割炬和环架的径向运动，以调整割炬与被切管径向位置在切割过程中，割炬按照设定速度绕被切管作回转运动，被切管剖面的摆动和径向补偿运动，环架沿被切管轴向作轴向移动，其速度大小是由管壁厚和害炬回转速度决定.割炬在被切管剖面的摆动角度按工艺规范切出坡口.四轴必须按照定的数学关系联动，才能切出所需的空间相贯曲面.图割炬运动注肖聚亮，王国栋.火焰数控切管机割炬轨研究及仿真.焊接坡口工艺分析根据焊接工艺要求，为保证构件的强度和避免较大的焊缝尺寸，般中厚板的接头都要进行开坡口焊接.因此，切管时不仅要切出相贯线，还要切出坡口角，切管机最后切出的管端形状是空间曲面.根据美国焊接学会.规范要求，所开焊接坡形式，根部间隙和钝边高度均取决于相交双管相贯线上各部位的局部二面角.而支管下料时切割高度曲线的确定也与相贯线上的局部二面角相关.不同管径，不同厚度，不同交角的相交双管的相贯线上的各部位局部二面角各不相同.在工程实际中，焊接坡口角度是通过钝边和坡口切割高度来保证的.图焊接