法兰接管马鞍曲面CNC加工装置的研究与开发

摘要

在炼油工业中，为了提高成品油的收率，获取高品质的石油产品和适应高硫原油、劣质原油的深度加工，必须要建设大型加氢裂化装置。由于加氢反应器要在高温、高压、临氢和硫腐蚀的苛刻条件下工作，而且其介质氢气易燃、易爆，危险性高。那么随着加氢反应器趋于大型化，带来了严重的加工问题。其中在反应器加工过程中的简体焊接接管的加工，由于接管焊接裙边实际为马鞍形曲面，随着接管的尺寸、壁厚加大，加工出符合实际形状的焊接裙边对接管焊接质量的保证，降低劳动强度，改善工作环境等显得越来越突出。本着这一问题，本课题的核心是研发一台用铣削法加工法兰接管裙边马鞍曲面的加工装置。
　　 本课题在深入分析研究压力容器结构特点、对目前筒体法兰接管裙边车削加工问题进行了深入研究，分析得出马鞍曲面结构及尺寸直接影响切削要素。为了适应大尺寸、大壁厚，改善切削要素，提出了实现法兰接管马鞍曲面加工的新技术方案，研究开发了一台立式数控旋转进给加工的专用铣床，用于焊接法兰接管裙边的加工。主机采用C5116A立式车床改造，给出了改造后的机床传动系统，机床的铣削主运动采用变频调速电机驱动，轴向、径向及工作旋转进给运动均采用伺服电机驱动。并对机床的运动系统进行了分析设计，对主要运动部件进行了计算与ansys分析。
　　 本课题实现了压力容器简体焊接法兰裙边马鞍曲面的有效加工，解决了这一加工的瓶颈问题。给压力容器的制造带来极大的便利，也拓宽了数控技术的应用领域。

目录

文摘

英文文摘

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 课题意义

1.3 课题的来源

1.4 现代机床发展动向

1.4.1 数控机床的发展

1.4.2 伺服系统

1.5 ANSYS分析软件简介

1.6 课题的研究内容

第2章 目前加工工艺的研究及分析

2.1 加氢反应器结构

2.2 法兰接管形状研究

2.3 目前加工工艺分析

2.3.1 法兰接管马鞍曲面加工现状

2.3.2 车削加工工艺分析

2.3.3 运动状态分析

2.4 本章小结

第3章 加工方案的确定

3.1 加工方式的确定

3.2 铣削加工的运动控制方案

3.3 铣削走刀轨迹的分析确定

3.4 旋转铣削加工马鞍形面的生成

3.4.1 数控机床的插补

3.4.2 旋转铣削加工马鞍线形插补法的研究

3.5 本章小结

第4章 机床设计方案确定及车C5116A传动链改造

4.1 机床设计的基本要求

4.1.1 工艺范围

4.1.2 加工精度

4.2 数控机床总体

4.3 分析现有的机床

4.3.1 法兰接管零件的主要参数范围

4.3.2 立式车床C5116A主要规格参数

4.3.3 立式车床C5116A传动原理

4.4 数控铣床主要运动参数确定

4.5 数控铣床主传动链的设计

4.6 轴向进给传动系统数控化改造

4.7 径向进给传动系统

4.8 工件旋转进给传动系统

4.9 机床主要设计参数及切削用量确定

4.10 改为旋转进给后的铣床传动系统

4.11 本章小结

第5章 各传动链动力计算及驱动元件选择

5.1 主运动驱动计算

5.2 Z向驱动计算

5.3 X向驱动计算

5.4 工作台Y向进给驱动计算

5.5 各运动轴电机的选取

5.6 本章小结

第6章 关键环节的设计

6.1 主运动传动系统的位置尺寸确定

6.2 主运动结构的设计

6.3 本章小结

第7章 主传动部分的ANSYS分析

7.1 主轴系统有限元模型建立

7.2 单元类型

7.3 材料属性、网格划分

7.3.1 材料属性

7.3.2 网格划分

7.3 主轴系统的静态性能分析

7.4 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文