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江西農(nóng)業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書 設(shè)計(jì)（論文） 課題名稱 粗鏜活塞銷孔組合機(jī)床設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 周益 院（系） 工學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師 肖懷國(guó) 職 稱 副教授 學(xué) 歷 本科 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）要求： 學(xué)習(xí)“機(jī)械制造工藝學(xué)”，“機(jī)床夾具設(shè)計(jì)”，“組合機(jī)床設(shè)計(jì)”等方面知識(shí)和參考資料。通過設(shè)計(jì)粗鏜活塞銷孔的組合機(jī)床，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)基本理論，基本知識(shí)，基本方法和基本技能，分析和解決實(shí)際問題的能力。要求設(shè)計(jì)方案和計(jì)算正確，敘述清楚，圖紙符合制圖規(guī)范。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容與技術(shù)參數(shù)： 進(jìn)行粗鏜解放牌汽車用活塞Φ27±0.08銷孔組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì)，活塞材料為鋁硅合金，年產(chǎn)量為30萬(wàn)臺(tái)，保證工序的加工精度和表面質(zhì)量。編制出活塞零件圖、加工示意圖、加工工序圖、機(jī)床聯(lián)系尺寸圖等相關(guān)技術(shù)性圖紙。并編寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作計(jì)劃： 1、 查找資料，參觀生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，制定設(shè)計(jì)方案。 2、 進(jìn)行組合機(jī)床總體設(shè)計(jì)的計(jì)算和設(shè)計(jì)。 3、 編制組合機(jī)床相關(guān)技術(shù)性圖紙。 4、 編寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書。 接受任務(wù)日期 2009 年 2 月 10 日 要求完成日期 2009 年 5 月 10 日 學(xué) 生 簽 名 周 益 2009 年 5 月 10 日 指導(dǎo)教師簽名 肖懷國(guó) 年 月 日 院長(zhǎng)（主任）簽名 年 月 日 學(xué)校代碼：10410 序 號(hào)： 20050468 本 科 畢 業(yè) 論 文 題目： 粗鏜活塞銷孔組合機(jī)床設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 工 學(xué) 院 姓 名： 周 益 學(xué) 號(hào)： 20050468 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 年 級(jí)： 2005 級(jí) 指導(dǎo)教師： 肖 懷 國(guó) 二 OO 九年 五 月 粗鏜活塞銷孔組合機(jī)床設(shè)計(jì) i 摘 要 本文主要介紹解放牌汽車活塞銷孔的加工工藝，并設(shè)計(jì)粗鏜活塞銷孔的組合機(jī)床。 這個(gè)課題是為了適合流水線生產(chǎn)，提高目前的生產(chǎn)效率、加工精度，從而降低加工成 本而設(shè)計(jì)的。在設(shè)計(jì)過程中借鑒了國(guó)內(nèi)外一些現(xiàn)有的組合機(jī)床設(shè)計(jì)資料，還參考了一 些與本課題相關(guān)的文獻(xiàn)資料。 本組合機(jī)床具有提高生產(chǎn)效率，滿足工件的加工精度，減少了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度的 優(yōu)點(diǎn)，較好的實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的要求。 關(guān)鍵詞：組合機(jī)床、粗鏜、活塞銷孔. Abstract: This paper is central introduce the technology that process piston’s thole hole of JIE FANG automobile. And design the modular machine-tool。The project aims to cater to the assembly line and improve effectiveness and processing precision so as to reduce the cost. During the process of design, I drew lessons from international and national data, and referenced some literature material related to the topic. The advantages of this modular machine-tool are production efficiency, high precision of processing, reducing labor intensity of the workers. Key words: modular machine-tool、boring、piston’s thole hole. 粗鏜活塞銷孔組合機(jī)床設(shè)計(jì) ii 目錄 1 前言………………………………………………………………………………… 1 2 概述………………………………………………………………………………… 1 2.1 活塞概述………………………………………………………………………1 2.1.1 活塞的功用與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)………………………………………………1 2.1.2 活塞材料、毛坯及熱處理……………………………………………3 2.1.3 活塞加工工藝過程分析………………………………………………3 2.2 組合機(jī)床概述…………………………………………………………………4 2.2.1 組合機(jī)床的定義和特點(diǎn)………………………………………………4 2.2.2 組合機(jī)床的配置形式和通用部件……………………………………5 2.2.3 組合機(jī)床的設(shè)計(jì)步驟…………………………………………………5 3 組合機(jī)床的初步設(shè)計(jì)………………………………………………………………5 3.1 組合機(jī)床工藝方案的制定……………………………………………………6 3.1.1 工藝基面的 分析………………………………………………………6 3.1.2 加工工藝的確定………………………………………………………6 3.2 組合機(jī)床結(jié)構(gòu)方案的分析和確定……………………………………………8 3.2.1 組合機(jī)床配置型式的選擇……………………………………………8 3.2.2 動(dòng)力頭工作循環(huán)及其行程的確定……………………………………8 3.2.3 液壓滑臺(tái)的選擇………………………………………………………10 3.2.4 動(dòng)力源…………………………………………………………………10 3.2.5 主軸箱…………………………………………………………………10 3.2.6 機(jī)床生產(chǎn)率的計(jì)算……………………………………………………11 3.3 剛性主軸箱的設(shè)計(jì)……………………………………………………………11 3.3.1 主軸參數(shù)的確定………………………………………………………11 3.3.2 主軸支承系統(tǒng)的設(shè)計(jì)…………………………………………………14 3.3.3 剛性鏜削主軸箱的設(shè)計(jì)………………………………………………17 3.4 組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)……………………………………………………17 3.4.1 確定對(duì)液壓系統(tǒng)的工作要求…………………………………………17 3.4.2 擬定液壓系統(tǒng)工作原理圖……………………………………………17 3.4.3 計(jì)算和選擇液壓元件…………………………………………………20 3.5 主軸箱傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)…………………………………………………………24 3.5.1 確定計(jì)算功率 Pca…………………………………………………… 24 3.5.2 選取窄 V 帶帶型：……………………………………………………24 3.5.3 確定帶輪基準(zhǔn)直徑………………………………………………… 24 3.5.4 確定窄 V 帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度和傳動(dòng)中心距………………………………25 3.5.5 帶輪上的包角 1?………………………………………………………25 3.5.6 計(jì)算窄 V 帶的根數(shù) Z………………………………………………… 25 粗鏜活塞銷孔組合機(jī)床設(shè)計(jì) iii 3.5.7 計(jì)算預(yù)緊力 F0：………………………………………………………25 3.5.8 計(jì)算作用在軸上的壓軸力 Q…………………………………………26 3.5.9 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：………………………………………………………26 4 組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì)………………………………………………………………26 4.1 活塞銷孔加工工序圖…………………………………………………………26 4.2 粗鏜活塞銷孔加工示意圖……………………………………………………27 4.3 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖的繪制………………………………………………………27 后記……………………………………………………………………………………28 參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………29 粗鏜活塞銷孔組合機(jī)床設(shè)計(jì) 1 1 前言 畢業(yè)設(shè)計(jì)是高等院校工科類學(xué)生畢業(yè)前進(jìn)行的全面綜合訓(xùn)練，是培養(yǎng)學(xué)生 綜合運(yùn)用所學(xué)培養(yǎng)綜合運(yùn)用所學(xué)基本理論，基本知識(shí)，基本方法和基本技能， 分析問題和解決問題的能力，是學(xué)生在校獲得的最后訓(xùn)練機(jī)會(huì)，也是對(duì)學(xué)生在 校期間所獲得知識(shí)的檢驗(yàn)。 這次設(shè)計(jì)的題目是：粗鏜活塞銷孔組合機(jī)床設(shè)計(jì)。并繪制出解放牌汽車用 鋁活塞銷孔零件圖、被加工零件工序圖，加工示意圖、組合機(jī)床聯(lián)系尺寸圖， 進(jìn)行組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì)。 在此次設(shè)計(jì)中，我明確設(shè)計(jì)目的，并決定好好把握和利用這踏上工作崗位 前的最后一次“演習(xí)”機(jī)會(huì)，仔細(xì)查閱資料，精心設(shè)計(jì)，努力工作，終于完成 了這次設(shè)計(jì)任務(wù)，但由于水平和時(shí)間有限，本設(shè)計(jì)只實(shí)現(xiàn)了組合機(jī)床的總體設(shè) 計(jì)，并且設(shè)計(jì)中錯(cuò)誤難免，希望老師們批評(píng)指正，從而能得到不斷的進(jìn)步。 2 概述 2.1 活塞概述 2.1.1 活塞的功用與結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 往復(fù)式發(fā)動(dòng)機(jī)與壓縮機(jī)的活塞，是將直線運(yùn)動(dòng)變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或者將旋轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng)轉(zhuǎn)變成直線運(yùn)動(dòng)的零件之一。 活塞結(jié)構(gòu)如 2-1 圖所示，平面 4 稱為活塞頂面，它承受氣體壓力，并受到 高溫氣體的直接作用。活塞頂面 4 與環(huán)槽 5 稱為活塞頭部。四條圓環(huán)形的槽 5，其中靠近頂面的三條環(huán)槽稱為氣環(huán)槽，在氣環(huán)槽中放置有彈性的活塞環(huán)，用 以密封活塞頂面上部燃燒室里的高溫高壓氣體；離頂面最遠(yuǎn)的一天環(huán)槽稱為油 環(huán)槽，在油環(huán)槽哦中放置油杯（或稱刮油環(huán)） ，把飛濺到汽缸套內(nèi)壁上多余的潤(rùn) 滑油刮去，使油從油環(huán)槽的回油小孔 3 中流回曲軸箱?；钊虏繜o(wú)環(huán)槽部分 1 為活塞裙部，活塞裙部在活塞工作過程中起導(dǎo)向作用。活塞中間的貫穿通孔 7 稱為活塞銷孔，活塞銷孔的兩端有鎖環(huán)槽 6，安裝擋圈限制活塞銷的軸向竄動(dòng)。 8 是短圓柱面與圓錐面的組合部分，稱為活塞止口，是為加工活塞而設(shè)置的輔 助精基準(zhǔn)面，在活塞工作過程當(dāng)中不起作用。 粗鏜活塞銷孔組合機(jī)床設(shè)計(jì) 2 1- 活塞裙部 2-活塞頭部 3-回油小孔 4-活塞頂面 5-環(huán)槽 6-鎖環(huán)槽 7-活塞銷孔 8-活塞止口 圖2-1 活塞簡(jiǎn)圖 活塞在汽缸里承受高溫、高壓氣體的壓力，并將壓力經(jīng)連桿傳給曲軸，驅(qū) 動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，或?qū)⑶S的旋轉(zhuǎn)壓力經(jīng)連桿、活塞而壓縮氣體，即空氣壓縮機(jī)。 活塞結(jié)構(gòu)如圖。因工作過程中受力與受熱的影響，活塞裙部將產(chǎn)生如圖所示的 變形。由于金屬分布在活塞銷軸方向的剛度小于垂直該方向的剛度，因此在頂 面氣體壓力的作用下，沿活塞銷軸向變形量大；同時(shí)頂面受高溫影響產(chǎn)生熱膨 脹，而圓周方向金屬分布不均，銷孔軸線方向金屬多，熱膨脹量大，也形成銷 孔軸線方向的膨脹量大于其垂直方向，如 2-2 圖所示。若裙部原來(lái)呈圓形，則 受力，受熱后的變形結(jié)果使裙部變成橢圓形，兩項(xiàng)疊加總是使銷軸方向?yàn)闄E圓 長(zhǎng)軸，垂直銷軸方向?yàn)闄E圓短軸，這樣活塞與汽缸套的間隙，在長(zhǎng)軸方向減少 甚至消失，容易發(fā)生強(qiáng)烈摩擦甚至“咬死” 。為了補(bǔ)償上述變形，應(yīng)將活塞裙部 設(shè)計(jì)制造成橢圓形，橢圓的長(zhǎng)軸在垂直于活塞銷軸的方向，并在活塞裙部銷軸 附近鑄造出兩塊凹坑，增加裙部與汽缸套內(nèi)壁的間隙。 此外，頂面熱量由上向下傳遞，溫度場(chǎng)上面高下面的，熱膨脹不均，因此 活塞因制成錐形，頭部小，裙部大；裙部也帶有錐度，大端在下方。 (a)受力變形圖 (b)受熱變形圖 圖 2-2 活塞變形示意圖 1245673 粗鏜活塞銷孔組合機(jī)床設(shè)計(jì) 3 為了進(jìn)一步減少熱傳導(dǎo)，有的活塞還銑有橫槽和縱向斜槽，以使熱變形在 開槽處不能連續(xù)而減少熱變形量。但銑槽增加了工序，且降低了活塞的剛性和 強(qiáng)度，現(xiàn)在這種活塞的應(yīng)用正在逐步減少，而采用改進(jìn)活塞材料，改進(jìn)活塞裙 部橢圓形狀的方法，以補(bǔ)償熱變形誤差。 2.1.2 活塞材料、毛坯及熱處理 汽油發(fā)動(dòng)機(jī)及高速柴油機(jī)，應(yīng)減少往復(fù)運(yùn)動(dòng)的慣性力，均采用輕質(zhì)材料， 如鋁合金。采用鋁合金的優(yōu)點(diǎn)：導(dǎo)熱性好，質(zhì)量輕，慣性力小，可提高轉(zhuǎn)速， 加工工工藝性好。鋁合金切削性能好，毛坯鑄造可采用金屬型壓鑄，毛坯精度 高，活塞銷孔也能夠鑄造出來(lái)，因此減少了機(jī)械加工量。 總的來(lái)說，鋁合金的優(yōu)點(diǎn)很多，所以高速內(nèi)燃機(jī)中均采用鋁合金做活塞材 料。毛坯在機(jī)械加工前要切去澆冒口，并進(jìn)行時(shí)效處理，消除鑄造時(shí)的殘余應(yīng) 力。時(shí)效處理將活塞加熱至 180-200°C,保溫 6-8h 后自然冷卻?；钊?jīng)時(shí)效處 理后，強(qiáng)度和硬度還能夠提高。 2.1.3 活塞加工工藝過程分析 零件名稱：解放牌汽車活塞 材料：鋁硅合金 ZL108 年產(chǎn)量：25—30 萬(wàn)件 活塞外形和內(nèi)腔形狀復(fù)雜，裙部為帶有錐度的橢圓，外部有直斜槽和橫槽， 主要表面尺寸精度和活塞銷孔的位置精度要求很高。活塞壁薄，剛性差，在外 力作用下很容易變形，受切削熱的影響，加工過程熱變形也大?；钊a(chǎn)屬于 大批大量生產(chǎn)，工藝上必須采取一些專用工藝裝備。 定位基準(zhǔn)的選擇：活塞是薄壁零件，容易產(chǎn)生變形，且加工工藝路線又長(zhǎng)， 若沒有一個(gè)統(tǒng)一的定位基準(zhǔn)，很難達(dá)到所要求的位置精度。目前大多數(shù)生產(chǎn)廠 均采用止口和端面做輔助精基準(zhǔn)面，只有在精車外圓和精磨外圓時(shí)，才用止口 處直面及頂面上的工藝搭子中心孔組合定位。止口和端面定位的特點(diǎn)是：可加 工部位多，如裙部、頭部、頂面、銷孔、橫直槽等只要表面，一次裝夾情況下， 可完成車削外圓、頂面、環(huán)槽等加工。活塞加工多采用專用機(jī)床，統(tǒng)一采用同 一基準(zhǔn)，既能夠提高生產(chǎn)率，有能夠保證表面位置精度。 活塞銷孔的加工：活塞銷孔的技術(shù)要求很高，工藝上需安排粗加工、加工 及光整加工,銷孔加工是活塞加工的主要工序。鋁合金活塞毛坯銷孔預(yù)先鑄造出 來(lái)，因孔帶有錐度（拔模斜度） ，直接用來(lái)定位與夾緊很不方便，經(jīng)過粗鏜銷孔 后，銷孔便可用作有關(guān)工序的定位與夾緊表面。銷孔的精加工通常放在金剛鏜 床上進(jìn)行，金剛鏜床精度高、轉(zhuǎn)速快、切削用量小。為了保證活塞銷孔的尺寸、 形狀和位置精度，金剛鏜床主軸回轉(zhuǎn)中心相對(duì)工件定位表面有較高的位置精度， 粗鏜活塞銷孔組合機(jī)床設(shè)計(jì) 4 因而可保證加工質(zhì)量。 2.2 組合機(jī)床概述 2.2.1 組合機(jī)床的定義和特點(diǎn) 組合機(jī)床是用已經(jīng)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的通用部件和少量專用部件組成的多軸、 多刀、多工序、多面或多工位同時(shí)加工的高效率專用機(jī)床。 圖 2-3 組合機(jī)床實(shí)例 組合機(jī)床的生產(chǎn)率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍。其特點(diǎn)如下：（1）主要用 粗鏜活塞銷孔組合機(jī)床設(shè)計(jì) 5 于加工箱體類零件和雜件的平面和孔。 （2）生產(chǎn)率高。 （3）加工精度穩(wěn)定：因 工序固定，可選用成熟的通用部件、精密夾具和自動(dòng)工作循環(huán)來(lái)保證加工精度 的一致性。 （4）研制周期短，便于設(shè)計(jì)、制造和適用維護(hù)，成本低。 （5）自動(dòng) 化程度高，勞動(dòng)強(qiáng)度低。 （6）配置靈活。 2.2.2 組合機(jī)床的配置形式和通用部件 組合機(jī)床分為大型組合機(jī)床和小型組合機(jī)床，前者的應(yīng)用范圍最廣。大型 組合機(jī)床的配置形式可分為單工位組合機(jī)床和多工位組合機(jī)床兩大類。單工位 組合機(jī)床加工時(shí)，工件裝夾在機(jī)床的固定夾具中不動(dòng)，由動(dòng)力部件移動(dòng)來(lái)完成 各種加工，這類機(jī)床能夠保證比較高的位置精度。 通用部件是由系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化原則設(shè)計(jì)制造的具有特定功能的組 合機(jī)床基礎(chǔ)部件。它通常分為五大類：動(dòng)力部件、支承部件、輸送部件、控制 部件、輔助部件。 2.2.3 組合機(jī)床的設(shè)計(jì)步驟 （1）制定工藝方案 要深入現(xiàn)場(chǎng)，了解被加工零件的加工特點(diǎn)、精度和 技術(shù)要求、定位夾壓情況以及生產(chǎn)率的要求。確定在組合機(jī)床上完成的工藝內(nèi) 容和加工方法。 （2）機(jī)床結(jié)構(gòu)方案的分析和確定 根據(jù)工藝方案確定機(jī)床的型式和總體 布局。在選擇機(jī)床配置型式時(shí)，既要考慮實(shí)現(xiàn)工藝方案，保證加工精度、技術(shù) 要求及生產(chǎn)效率；又要考慮機(jī)床操作、維護(hù)、修理是否方便。 （3）組合機(jī)床總體設(shè)計(jì) 這里要確定機(jī)床各部件間的相互關(guān)系，選擇通 用部件和刀具的導(dǎo)向，計(jì)算切削用量及機(jī)床生產(chǎn)率。繪制機(jī)床的總聯(lián)系尺寸及 加工示意圖等。 （4）組合機(jī)床的部件設(shè)計(jì)和施工設(shè)計(jì) 制定組合機(jī)床流水線的方案時(shí)， 與一般單個(gè)的組合機(jī)床有所不同。在流水線上由于工序的組合不同，機(jī)床的型 式和數(shù)量都會(huì)有較大的變化。因此，這時(shí)應(yīng)該按流水線進(jìn)行全面考慮，而不是 將某一臺(tái)或幾臺(tái)機(jī)床分裂開來(lái)設(shè)計(jì)。 3 組合機(jī)床的初步設(shè)計(jì) 組合機(jī)床的設(shè)計(jì)，目前基本上有兩種做法：其一，根據(jù)具體加工對(duì)象的具 體情況進(jìn)行專門設(shè)計(jì)，這是當(dāng)前最普遍的做法；其二，隨著組合機(jī)床在我國(guó)機(jī) 械行業(yè)的廣泛應(yīng)用，大量工廠總結(jié)自己生產(chǎn)和使用組合機(jī)床的經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)組合 機(jī)床不僅在其組成部件方面有共性，可以設(shè)計(jì)成通用部件，而且一些行業(yè)或完 成一定工藝范圍的組合機(jī)床是極其相似的，有可能設(shè)計(jì)成為通用的組合機(jī)床， 這種機(jī)床稱為“專能組合機(jī)床” 。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用第一種設(shè)計(jì)方法，即進(jìn)行組合機(jī)床的專門設(shè)計(jì)。 粗鏜活塞銷孔組合機(jī)床設(shè)計(jì) 6 3.1 組合機(jī)床工藝方案的制定 制定組合機(jī)床工藝方案是設(shè)計(jì)組合機(jī)床最重要的步驟之一。工藝方案制定的 正確與否，將決定機(jī)床能否達(dá)到“重量輕、體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、效 率高、質(zhì)量好”的要求。 3.1.1 工藝基面的分析 根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求，設(shè)計(jì)出粗鏜解放牌汽車的活塞的銷孔，由前面對(duì)零件 加工工藝過程的分析可知：活塞銷孔要求有比較高的尺寸和位置精度，采用的 是止口和端面組合定位，消去 5 個(gè)自由度，剩下的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度用一根裝在機(jī)床 尾座套筒中的銷邊銷插入銷孔中來(lái)定位，從而保證鏜孔的加工余量均勻。當(dāng)用 壓緊機(jī)構(gòu)將活塞壓緊后，再將銷邊銷從銷孔中退出，即可進(jìn)行加工。 3.1.2 加工工藝的確定 當(dāng)被加工孔直徑在 Φ40mm 以上的孔，組合機(jī)床上多采用鏜削的方法。但當(dāng) 被加工的孔較短，直徑雖然在 Φ40mm 以下時(shí)，亦可以用鏜削的方法加工。 在組合機(jī)床上對(duì)有色金屬進(jìn)行鏜孔加工時(shí)，精度公差等級(jí)可以達(dá) IT11— 13，表面粗糙度 可達(dá) 25--50μm。Ra 對(duì)于粗鏜孔的切削用量參考下表 3-1： 表 3-1 鏜削用量參考表 鑄鐵 鋼 鋁及合金 工序 刀具材料 ｖ（m/min ） S 轉(zhuǎn)（mm/r） ｖ（m/min ） S 轉(zhuǎn)（mm/r） ｖ（m/min ） S 轉(zhuǎn)（mm/r） 高速鋼 20-25 0.25-0.8 15-30 0.15-0.4 100-500 0.5-1.5 粗鏜 硬質(zhì)合金 35-50 0.4-1.5 50-70 0.35-0.7 -- -- 高速鋼 20-35 0.1-0.3 15-50 0.1-0.3 100-200 0.2-0.5半精 鏜 硬質(zhì)合金 50-70 0.15-0.45 95-135 0.15-0.45 -- -- 高速鋼 -- -- -- -- -- -- 精鏜 硬質(zhì)合金 70-90 0.15-0.15 100-150 0.12-0.15 150-400 0.06-0.1 根據(jù)此表確定切削用量及選擇刀具：粗鏜鏜刀選擇高速鋼，切削速度取 V=120m/min,每轉(zhuǎn)進(jìn)給量取 S 轉(zhuǎn) =0.7mm/r。 由公式： 得：10/nvD?? 2714.(/min)r?? 由公式： 得：Vf ( ).74.0 式中： ---進(jìn)給速度。f 粗鏜活塞銷孔組合機(jī)床設(shè)計(jì) 7 采用的鏜刀的幾何參數(shù)為： 主偏角 =45°，前角 o=20°, 刃傾角 s=0°.刀尖圓弧半徑Kr?? r =2.0 .初定鏜孔加工余量為 。?m1.5apm? 根據(jù)《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》計(jì)算切削力、切削功率。 (1)切削力： XyFZFZp9.81CafKZ??? 10.750FZ4.2 其中 MFZsFZK ????? 查 《 機(jī) 械 制 造 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 》 p48 表 2-3， 得 KMFC=1 查 表 2-4 得 01.?KFZ1.0? sFZ??? ∴ FZM0sFZ?????? = ... =1 ∴ XFZypFZ9.8CafKZ? = 0.7504.12?? = 1.. = ??50N （ 2） 切 削 功 率 ： 3PcFV/61Z?? =4.2 = ??0895kW （ 3） 切 削 扭 矩 ： 4.135608.4()ZMFRNm???A扭 鏜桿尺寸的確定： 鏜桿直徑和長(zhǎng)度對(duì)剛性影響較大，直徑受到孔徑的限制，但應(yīng)盡量大 些，一般按下?。?，粗鏜用小值，精鏜用大值。(0.6~8)dD? ,為了增加主軸系統(tǒng)的剛性，取鏜桿直徑為 18mm。0.6271.d?? 鏜孔直徑 D，鏜桿直徑 d，鏜刀截面 B?之間的關(guān)系為：(.5)? 依據(jù)已知的 D 和 d 計(jì)算 B,并且系數(shù)取小值。得： . 27184B? 粗鏜活塞銷孔組合機(jī)床設(shè)計(jì) 8 取： 8B?? 3.2 組合機(jī)床結(jié)構(gòu)方案的分析和確定 3.2.1 組合機(jī)床配置型式的選擇 在制定了組合機(jī)床的加工工藝方案后，就要對(duì)組合機(jī)床的配置型式進(jìn)行選 擇。 根據(jù)設(shè)計(jì)題目的要求和加工工序的需要決定采用以下的組合機(jī)床配置型式： 臥式單工位組合機(jī)床，如圖 3-1 所示。在這種機(jī)床上進(jìn)行加工時(shí)，工件裝夾在 機(jī)床的固定夾具中不動(dòng)，由動(dòng)力部件移動(dòng)來(lái)完成各種加工，因此能夠保證較高 的位置精度，適用于大中型箱體類零件的加工。 圖 3-1 臥式單工位組合機(jī)床示意圖 現(xiàn)在分析固定式夾具臥式單工位組合機(jī)床的加工精度： 這類機(jī)床所能達(dá)到的加工精度最高，對(duì)于精加工機(jī)床的夾具，其公差一般 去被加工零件的 1/3,但對(duì)于粗加工機(jī)床，由于其他因素影響，精度要求也不能 很低，這種機(jī)床用于鏜孔加工所能達(dá)到的精度如下： 位置精度：采用固定精密導(dǎo)向一般能夠達(dá) ，孔間距離和孔的軸線與0.2m? 基面的位置精度可達(dá) 。0.25~.? 不同軸度及軸線間不平行度：若由一面鏜孔，鏜桿采用前后導(dǎo)向或多層精 密導(dǎo)向，不同軸度可達(dá) 。若由兩面鏜孔而且是單軸，便于調(diào)整.1.3 主軸位置精度時(shí)，不同軸度也可達(dá) 。但從兩面多軸加工時(shí)，孔05. 的不同軸度一般為 。鏜孔軸線間的不平行度，可保持在軸線間距離公差0.5m 數(shù)值范圍之內(nèi)，在調(diào)整精確時(shí)，也可達(dá) 。.2~.0/810 當(dāng)然，隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高、材料技術(shù)的不斷發(fā)展和加工工藝的不斷 改進(jìn)，機(jī)床所能夠達(dá)到的精度會(huì)越來(lái)越高。 3.2.2 動(dòng)力頭工作循環(huán)及其行程的確定 粗鏜活塞銷孔組合機(jī)床設(shè)計(jì) 9 動(dòng)力頭循環(huán)一般包括快速引進(jìn)、工作進(jìn)給和快速退回等動(dòng)作，需要根據(jù)加工 工藝具體需要來(lái)確定。根據(jù)被加工活塞銷孔的加工工藝可知，動(dòng)力頭的循環(huán)動(dòng) 作為：快速進(jìn)給→工作進(jìn)給→快速退回。 (1)工作進(jìn)給長(zhǎng)度的確定（如圖 3-2 所示） 圖 3-2 加工長(zhǎng)度的確定 工作進(jìn)給長(zhǎng)度=切入長(zhǎng)度+加工孔長(zhǎng)度+切出長(zhǎng)度。 切入長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)工件斷面的誤差情況而定，一般為： 5~10m 切出長(zhǎng)度參考下表： 表 3-2 切出長(zhǎng)度的確定 工藝方法 鉆孔 擴(kuò)孔 鉸孔 鏜孔 切出長(zhǎng)度 （mm） 1/3(~8)d?105~150 注：1、 為鉆頭直徑 ；d()m 2、表中數(shù)值在刀具出口平面為已加工時(shí)取最小值，反之取最大值。 根據(jù)要求，?。呵腥腴L(zhǎng)度=7mm, 加工孔長(zhǎng)度=102mm, 切出長(zhǎng)度=8mm. 所以：工作進(jìn)給長(zhǎng)度= 710287m?? (2)快速引進(jìn)長(zhǎng)度的確定 初定快速引進(jìn)長(zhǎng)度=283mm (3)快速后退長(zhǎng)度的確定 工 作 進(jìn) 給切 入 加 工 部 分 切 出 粗鏜活塞銷孔組合機(jī)床設(shè)計(jì) 10 快速后退長(zhǎng)度=工作進(jìn)給長(zhǎng)度+快速引進(jìn)長(zhǎng)度， 所以：快速后退長(zhǎng)度= 1728340m?? 3.2.3 液壓滑臺(tái)的選擇 根據(jù)動(dòng)力頭工作行程選擇液壓滑臺(tái)型號(hào)為：1HY20A.滑臺(tái)與滑座配置為雙矩 形導(dǎo)軌。 1HY20A 滑臺(tái)的技術(shù)性能如下表 3-3： 表 3-3 1HY20A 液壓滑臺(tái)技術(shù)性能表 臺(tái)面寬 （mm） 行程 （mm） 進(jìn)給力 （N） 油缸內(nèi)徑/活塞直徑 (mm/mm) 油泵流量 （L/min） 快進(jìn)流量 （L/min） 最小進(jìn)給量 （mm/min） 工進(jìn)速度 （mm/min） 200 400 6300 50/35 12 12 40 40-1000 3.2.4 動(dòng)力源 動(dòng)力源是為主軸箱的刀具提供切削主運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置，它與主軸配套使用。 對(duì)鋁及其合金等輕金屬進(jìn)行粗鏜削時(shí)，根據(jù)《組合機(jī)床設(shè)計(jì)》對(duì)傳動(dòng)裝置的選 擇，采用皮帶輪傳動(dòng)裝置，所以采用用皮帶輪傳動(dòng)裝置的型號(hào)為： 。4XTF? 3.2.5 主軸箱 根據(jù)被加工活塞銷孔的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)中主軸與鏜模的設(shè)計(jì)借鑒在金剛鏜床 (如圖 3-3 所示 )上鏜削活塞銷孔的實(shí)例（東北重型機(jī)械學(xué)院《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》 ）：組合機(jī)床主軸采用剛性主軸，主軸與鏜桿的連接也不采用浮動(dòng)接頭。643P? 孔的位置精度主要是由鏜頭主軸與夾具之間正確位置保證，夾具沒有鏜套。主 軸箱安裝在滑臺(tái)上，鏜刀桿安裝鏜刀進(jìn)行鏜削。所以主軸箱采用專用剛性鏜削 主軸箱及皮帶輪傳動(dòng)裝置。 粗鏜活塞銷孔組合機(jī)床設(shè)計(jì) 11 圖 3-3 金剛鏜床結(jié)構(gòu)示意圖 3.2.6 機(jī)床生產(chǎn)率的計(jì)算 機(jī)床理想生產(chǎn)率是指機(jī)床百分之百負(fù)荷情況下每小時(shí)的生產(chǎn)能力。計(jì)算公 式為： 60/QT?單（ 件 /小 時(shí) ） Tt??單 機(jī) 輔 （ 分 ） 式中： ----單件工時(shí)單 和 按下列公式計(jì)算：t機(jī) 輔 12//ItLSt?分 分機(jī) ()/tLvt???移 移 裝 卸 裝 卸輔 快 快 進(jìn) 快 退 快 必須指出，由于組合機(jī)床工作過程中偶然事故以及操作人員的自然需要等 所需時(shí)間，機(jī)床實(shí)際可能生產(chǎn)率 要低于機(jī)床理想生產(chǎn)率 。也就是：1QQ 或?負(fù) 1/負(fù) 式中： ---機(jī)床負(fù)荷率；?負(fù) ---組合機(jī)床實(shí)際可能生產(chǎn)率，亦可視為要求的機(jī)床生產(chǎn)率。當(dāng)1Q 全年工時(shí)為 4600 小時(shí)（按兩班制 15 小時(shí)） ，則： /460Q?年 產(chǎn) 量 （ 件 小 時(shí) ） 根據(jù)本道工序制定的加工工藝計(jì)算粗鏜活塞銷孔組合機(jī)床的生產(chǎn)率： 單件工時(shí)： (0.32.40.17.503.2)/0.612T?????單 機(jī)床的理想生產(chǎn)率： 6/.298(Q?件 /小 時(shí) ） 組合機(jī)床實(shí)際生產(chǎn)率： 130/465(?件 /小 時(shí) ） 機(jī)床負(fù)荷率： 1//981%???負(fù) 3.3 剛性主軸箱的設(shè)計(jì) 在剛性鏜削主軸箱中，刀具不需要借助于導(dǎo)向進(jìn)行加工，主軸和刀桿是采 用剛性連接，這就要求主軸有較高的剛度，加工質(zhì)量在很大程度上取決于主軸 系統(tǒng)本身的剛度。如果主軸的剛性不足，在加工過程中往往會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)（崩刀） ， 使被加工的零件難以達(dá)到要求的精度和光潔度，甚至損壞刀具。 粗鏜活塞銷孔組合機(jī)床設(shè)計(jì) 12 3.3.1 主軸參數(shù)的確定 根據(jù)上述，在設(shè)計(jì)剛性鏜削主軸箱時(shí)，盡管要求考慮的因素很多，但最主 要的是主軸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以確保主軸系統(tǒng)的精度和足夠的強(qiáng)度。 主軸的主要參數(shù)有：(如圖 3-4 所示) ----主軸平均外徑；D ----主軸支承距；L ----主軸的懸伸長(zhǎng)；a ----空心主軸的內(nèi)孔直徑；d ---主軸的懸伸比；/ ---主軸的直徑比。 圖 3-4 主軸參數(shù)示意圖D (1)主軸懸伸長(zhǎng) 從提高主軸的剛性出發(fā)，希望主軸的前支承盡量靠近a 刀具，但是在組合機(jī)床中的剛性主軸設(shè)計(jì)中， 是由被加工零件決定的a 根據(jù)本道工序，活塞銷孔加工長(zhǎng)度為 ，切出長(zhǎng)度為 ，為使主軸102m8m 懸伸量盡量短，選取當(dāng)?shù)毒咦咄赀M(jìn)給長(zhǎng)度后工件和主軸的距離為 ，主軸30 的外伸長(zhǎng)度為 ，主軸箱端部到前支撐的距離為 。20m5 所以： 。1832058a??? （2）支承距和主軸的懸伸比 這個(gè)數(shù)值直接影響主軸的剛度，下面/La 討論如何正確的確定 的值./ 依據(jù)《材料力學(xué)》 ，把主軸視為彈性支承的梁，其在切削力的作用下的變形， 分為兩部分：主軸本身的變形和支承系統(tǒng)的變形，研究前者時(shí)，把主軸的支承 視為剛性的，把軸視為彈性（即剛性支承彈性梁）,如圖 3-5（a） ；研究后者時(shí)， 把主軸視為剛性的，而把支承視為彈性（即彈性支承剛性梁）,如圖 3-5（b） 。 合成后如圖 3-5（c） 。 LadDa)bc)LaX12X1(X1+2)/PX2/P 02345678910La56789023m/N撓度/P 粗鏜活塞銷孔組合機(jī)床設(shè)計(jì) 13 圖 3-5 彈性支撐梁的彎曲 圖 3-6 彈性支撐梁的撓度與支承間距的關(guān) 系 主軸系統(tǒng)的撓度與軸的懸伸比 有一定關(guān)系，3-5 圖是當(dāng)主軸支承系統(tǒng)/La 前支承剛度為后支承剛 2 倍時(shí)，主軸系統(tǒng)變形的撓度與 的關(guān)系，由 3-6 圖/La 可知：由軸本身變形引起的撓度 隨懸伸比 增加而增加，而由支承變形引1x/ 起的撓度 隨 的增加而減小。從圖中還可以看到，懸伸比 為某一定值2x/La / 時(shí)，總撓度 最小，也即：在 一定的情況下，支承間距為某一定值時(shí)，1()?a 總撓度最小，在設(shè)計(jì)時(shí) 最好選在最小值附近。 在組合機(jī)床剛性主軸時(shí)，通常推薦的主軸懸伸比為 .對(duì)于一般/15~2La? 粗加工的機(jī)床可以取下限值。在本次設(shè)計(jì)中，?。? /1.5La? 而由：a= 得： 取 。185m27m280? （3）主軸的平均直徑 主軸直徑 是決定主軸剛度的重要因素，在DD 目前的組合機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí)，尚無(wú)一成熟的方法。而采用經(jīng)驗(yàn)公式： 4BM?扭 4.3()扭 ----主軸傳遞的扭矩。M扭 0.73----按主軸在一米長(zhǎng)度上允許的最大扭轉(zhuǎn)角 時(shí)由下表確定1/4??? 的： 表 3-4 系數(shù) B 的確定[](/)m??1/41/2B7.36.5.2 由前面所求得的 求得：608MNm?A扭 4..D?? 主軸的平均外徑 確定以后，就可以大致確定軸承配合處的軸徑。通常主 軸前徑 較平均直徑 大 ,主軸后徑 大約減小 。11~5%2D10~5% 得： ?。?6470.?17 ?。?9m?258m? （4）主軸內(nèi)孔直徑 在剛性主軸設(shè)計(jì)中，主軸常采用空心的， 應(yīng)d d 該選擇得當(dāng)，以起到節(jié)省材料而又不影響剛性。通常推薦的主軸比： /0.5D? 由于 數(shù)值不大，所以取比值為 0.4，即：64? ?。?.642.dm??26dm? 前面求主軸平均直徑的公式很粗略的，需對(duì)其進(jìn)行核算。核算公式按下式 粗鏜活塞銷孔組合機(jī)床設(shè)計(jì) 14 進(jìn)行： 43530()/(/)bRDdLKgm??? 式中： ----主軸平均外徑 ；Dc ----空心主軸內(nèi)孔直徑 ；d ----主軸支承間距 。L() 剛度系數(shù) 的數(shù)值，通常取 ，近幾年組合機(jī)床的使用bR25~0)/bRg?? 經(jīng)驗(yàn)表明，只要保證： 的關(guān)系，就可獲得較高主軸剛度。本設(shè)計(jì)所/47 取數(shù)值 >4,主軸能夠有比較高的剛度。/280/6.3D? （5）主軸剛度的驗(yàn)算 一般來(lái)說，剛性主軸，只要其剛度能滿足要求，強(qiáng)度大多數(shù)都是足夠的。 所以不必做強(qiáng)度驗(yàn)算，只驗(yàn)算其剛度就可以。 主軸的剛度驗(yàn)算，主要是驗(yàn)算主軸在受力時(shí)的彎曲變形，即主軸前段的撓 度 和前支承處的傾角 。x? 根據(jù)《材料力學(xué)》計(jì)算彎曲變形和的公式： 22[()0.5()/]/3()PaLQCaLMEJm???? 2/](rd? 式中： ----主軸材料的彈性模量，鋼的為 ；E 422.01/)Kg?? ----前支承處的截面慣性矩，對(duì)于空心軸 ；J (JRr??4(m ----主軸的半徑， ;R/2RD? ----空心軸內(nèi)孔半徑， ；rrd ----軸支承的反力矩 ；M()KgmA ----切削力 ；P() ----傳動(dòng)力 。Q 通常取 = 。(0~.35pa 驗(yàn)算剛度時(shí)，采取下列許用值： .2()xLm?最 大 1rd?最 大 根據(jù)所選擇的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算： 2 44[46185(0).354618205]/[3210(62)/]x ????????? 0.7) 44[2.]/[()/]? 63.1()rad??? 粗鏜活塞銷孔組合機(jī)床設(shè)計(jì) 15 所以： 0.2xL?0.1?? 經(jīng)上述驗(yàn)算，所設(shè)計(jì)的主軸參數(shù)是合理的，能滿足本道工序所需要的剛性。 3.3.2 主軸支承系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 影響剛性主軸工作性能的因素很多，除與主軸本身剛度有關(guān)外，與主軸支 承系統(tǒng)的剛性有很大關(guān)系。 (1)主軸常用的軸承類型 在剛性主軸設(shè)計(jì)中對(duì)滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承都有采用，但因?yàn)闈L動(dòng)軸承具有 尺寸小、轉(zhuǎn)速高、壽命長(zhǎng)、裝配簡(jiǎn)單、密封和潤(rùn)滑較簡(jiǎn)單、而且可以直接從樣 本中選取的優(yōu)點(diǎn)，在大多數(shù)情況下采用滾動(dòng)軸承，本設(shè)計(jì)中的剛性主軸支持系 統(tǒng)也采用滾動(dòng)軸承。 在剛性主軸的設(shè)計(jì)中，常用的滾動(dòng)軸承有以下幾種：?jiǎn)瘟邢蛐那蜉S承、單 列向心推力球軸承、單列圓錐滾子軸承、雙列向心短圓柱滾子軸承 NN3000K 型 (舊編號(hào) 3182100)、單向推力球軸承（用于承受軸向載荷） 、單列向心短圓柱滾 子軸承。 (2)軸承的剛度分析和選擇 根據(jù)《滾動(dòng)軸承應(yīng)用》資料推薦，軸承的剛性與滾動(dòng)體數(shù)量和直徑，存在 下述關(guān)系： 2/3/1/3/112/()()jZd?? 式中： 與 ----軸承中滾動(dòng)體的數(shù)量； 與 ----滾珠（滾柱）的直徑；1d2 與 ----軸承的剛度。j 軸承的徑向剛性，以 NN3000K 系列軸承為最高，因?yàn)?NN3000K 的滾柱數(shù)量 最多，所以剛性高，承載能力大。目前較多的用于剛性主軸的前支承。 單列向心球軸承一般只用于載荷較輕的情況，當(dāng)使用球軸承時(shí)，應(yīng)盡量采 用 36000 型和 46000 型的單列向心推力球軸承。 軸承的軸向剛性，以 8000 系列單向推力球軸承為最高。 依據(jù)《組合機(jī)床設(shè)計(jì)》 “表 5-24 組合機(jī)床常用剛性主軸支承簡(jiǎn)圖”表， 選擇下面的支承系統(tǒng)（圖 3-7）： 粗鏜活塞銷孔組合機(jī)床設(shè)計(jì) 16 圖 3-7 剛性主軸部件支承簡(jiǎn)圖 前支承用 NN3000K 系列雙列向心短圓柱滾子軸承，后支承采用 30000 系列 （舊編號(hào) 7000 型）圓錐滾子軸承，以承受徑向力。在前支承處裝置一個(gè) 50000 系列（舊編號(hào) 8000 型）的單列推力球軸承，以承受單方向的軸向力。這些軸承 的結(jié)構(gòu)圖如圖 3-8 所示。 (a) 單列圓錐滾子軸承 (b)雙列圓柱滾子軸承 (c)單列推力球軸承 圖 3-8 各種滾動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)圖 這種結(jié)構(gòu)支承剛性較好，可以承受較大的軸向力。適用于粗鏜和半精鏜。 (3)軸承精度等級(jí)的選擇 粗鏜活塞銷孔組合機(jī)床設(shè)計(jì) 17 軸承的精度等級(jí)對(duì)主軸的性能影響很大，特別是剛性主軸。 選擇軸承精度等級(jí)，主要是依據(jù)主軸的工作條件和被加工零件的加工要求， 即對(duì)主軸的徑向跳動(dòng)和軸向跳動(dòng)的要求來(lái)定。 各種精度等級(jí)的機(jī)床，主軸軸承的精度可按參考表 3-5 選用。 表 3-5 主軸軸承精度 機(jī)床精度等級(jí) 前軸承 后軸承 普通精度級(jí) P5 或 P4 P5 或 P4 精密級(jí) P4 或 P2 P4 高精度級(jí) P2 P2 主軸軸承的精度，應(yīng)該采用 P2、P4、P5(舊標(biāo)準(zhǔn) B、C、D)三級(jí)，目前普通機(jī) 床主軸軸承都有去 P4 級(jí)的趨勢(shì)，P6(舊 E)級(jí)軸承，在機(jī)床主軸上已經(jīng)很少采用。 一般用于鏜孔的剛性主軸的前軸承采用 P4 級(jí)就滿足要求了，而與 P4 級(jí)的 NN3000K 軸承相配合的推力軸承采用 P5 級(jí)。 3.3.3 剛性鏜削主軸箱的設(shè)計(jì) 剛性主軸箱是一種常見的專用主軸箱，其特點(diǎn)是：主軸有足夠的剛性，刀 桿與主軸采用剛性連接，加工時(shí)不需要依靠導(dǎo)向套和鏜模；主軸的支承距比較 大，所以此種主軸箱的厚度較標(biāo)準(zhǔn)主軸箱要厚；采用這種主軸箱時(shí)，因不用導(dǎo) 向，因此可以使機(jī)床的縱向尺寸大為減少。 (1)主軸箱箱體 要想要按計(jì)算來(lái)設(shè)計(jì)主軸箱箱體，這幾乎是不可能的，應(yīng)充分參考調(diào)查的 實(shí)例進(jìn)行設(shè)計(jì)，依然借鑒金剛鏜床的主軸箱。 (2)主軸與刀桿的連接 剛性鏜削主軸箱中主軸和刀桿的連接常見有以下兩種類型： ①、柱孔和斷面定位，用螺釘緊固，以斷面鍵傳遞扭矩。這種連接方式， 裝拆比較方便，應(yīng)用較廣，但需要經(jīng)常注意定位面的維護(hù)，以保持良好的定位 精度。 ②、和刀桿制成整體的。這種形式可以消除結(jié)合面處的變形，增強(qiáng)主軸剛 性，但是加長(zhǎng)了主軸的長(zhǎng)度，對(duì)制造和維修都帶來(lái)了困難，所以這種形式目前 很少使用。 3.4 組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3.4.1 確定對(duì)液壓系統(tǒng)的工作要求 根據(jù)對(duì)活塞銷孔的加工要求，刀具旋轉(zhuǎn)由機(jī)械傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，主軸頭沿導(dǎo)軌 中心線方向的“快進(jìn)→工進(jìn)→快退→停止”工作循環(huán)采用液壓傳動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)， 故擬選定液壓缸作執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 粗鏜活塞銷孔組合機(jī)床設(shè)計(jì) 18 3.4.2 擬定液壓系統(tǒng)工作原理圖 （ 1）確定供油方式： 考慮到該機(jī)床在工作進(jìn)給時(shí)負(fù)載較大，速度較低。而在快進(jìn)，快退時(shí)負(fù)載 較小，速度較高。從節(jié)省能量，減少發(fā)熱考慮，泵源系統(tǒng)宜選用變量泵供油。 現(xiàn)采用限壓式變量葉片泵。 （2）調(diào)速方式的選擇： 在中小型專用機(jī)床的液壓系統(tǒng)中，進(jìn)給速度的控制一般采用節(jié)流閥或調(diào)速 閥。根據(jù)鏜削類專用機(jī)床的特點(diǎn)，決定采用限壓式變量泵和調(diào)速閥組成的容積 節(jié)流調(diào)速。這種調(diào)速回路具有效率高、發(fā)熱少和速度剛性好的特點(diǎn)。 （3）快速運(yùn)動(dòng)回路的選擇： 采用限壓式變量泵和差動(dòng)連接兩個(gè)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)快進(jìn)，這樣既能得到較高的 快進(jìn)速度，又不致使系統(tǒng)效率過低。泵的流量自動(dòng)變化，即在快速行程是流量 最大，工進(jìn)時(shí)只輸出與液壓缸需要相適應(yīng)的流量，死擋鐵停留時(shí)只輸出補(bǔ)償系 統(tǒng)泄露所需的流量。系統(tǒng)無(wú)溢流損失，效率高。 （4）速度換接方式的選擇： 本系統(tǒng)采用行程閥切換的速度換接回路，它的特點(diǎn)是可提高系統(tǒng)的換接平 穩(wěn)性。 最后把所選擇的液壓回路組合起來(lái)，即可組成圖紙所示的液壓系統(tǒng)原理圖。 其工作原理如下圖 3-9 所示： 123451YA2YA678910 112314151617ABPT18 粗鏜活塞銷孔組合機(jī)床設(shè)計(jì) 19 圖 3-9 剛性鏜削組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)原理圖 1—濾油器 2—變量泵 3、9、13—單向閥 4、8、10、11、15、17—管路 5—電液動(dòng)換向閥 6—背壓閥 7—順序閥 12—調(diào)速閥 14—行程閥 16—液壓缸 17—壓力繼電器 ① 快進(jìn) 按下啟動(dòng)按鈕，三位五通電液動(dòng)換向閥 5 的先導(dǎo)閥 1YA 得電，使之閥芯右 移，左位進(jìn)入工作狀態(tài)，這是的主油路是： 進(jìn)油路：濾油器 1→變量泵 2→單向閥 3→管路 4→電液動(dòng)換向閥 5 的 P 口 到 A 口→管路 10、11→行程閥 14→管路 15→液壓缸 16 左腔。 回油路：缸 16 右腔→管路 17→電液動(dòng)換向閥的 B 口到 T 口→油路 8→單向 閥 9→油路 11→行程閥 14→管路 15→液壓缸 16 右腔。 這時(shí)形成差動(dòng)連接回路，因?yàn)榭爝M(jìn)時(shí)，滑臺(tái)的載荷較小，同時(shí)進(jìn)油可以經(jīng) 閥 16 直通油缸左腔，系統(tǒng)中的壓力較低，所以變量泵輸出流量大，動(dòng)力滑臺(tái)快 速前進(jìn)，實(shí)現(xiàn)快進(jìn)。 ② 工進(jìn) 在快進(jìn)形成快結(jié)束時(shí)，滑臺(tái)上的擋鐵壓下行程閥 14，行程閥上位工作，使 油路 11 和 15 斷開。電磁鐵 1YA 繼續(xù)得電，電液動(dòng)換向閥 5 左位仍然工作，進(jìn) 油路必須經(jīng)調(diào)速閥 12 進(jìn)入液壓缸的左腔，以此同時(shí)，系統(tǒng)壓力升高，將液控順 序閥 7 打開，關(guān)閉單向閥 9，使液壓缸實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接的油路切斷，回油經(jīng)順序 閥 7 和背壓閥 6 回到油箱。主油路如下： 進(jìn)油路：濾油器 1→變量泵 2→單向閥 3→電液動(dòng)換向閥 5 的 P 口到 A 口→ 油路 10→調(diào)速閥 12→油路 15→液壓缸 16 左腔。 回油路：液壓缸 16 右腔→油路 17→電液動(dòng)換向閥 5 的 B 口到 T 口→管路 8→順序閥 7→背壓閥 6→油箱。 ③ 死擋鐵停留 當(dāng)動(dòng)力滑臺(tái)工作進(jìn)給終了碰到死擋鐵后，液壓缸停止不動(dòng)，系統(tǒng)的壓力進(jìn) 一步升高，達(dá)到壓力繼電器 18 的調(diào)定值時(shí)，經(jīng)時(shí)間繼電器的延時(shí)，再發(fā)出信號(hào)， 使滑臺(tái)退回，在時(shí)間繼電器延時(shí)動(dòng)作前，滑臺(tái)停留在死擋鐵限制的位置上。 ④ 快退 時(shí)間繼電器發(fā)出信號(hào)后，2YA 得電，1YA 失電，電液動(dòng)換向閥 5 的右位工作， 這時(shí)的主油路是： 粗鏜活塞銷孔組合機(jī)床設(shè)計(jì) 20 進(jìn)油路：濾油器 1→變量泵 2→單向閥 3→油路 4→電液動(dòng)換向閥的 P 口到 B 口→油路 17→液壓缸 16 的右腔。 回油路：液壓缸 16 的左腔→油路 15→單向閥 13→油路 11→電液動(dòng)換向閥 的 A 口到 T 口→油箱。 這時(shí)系統(tǒng)的壓力較低，變量泵 2 輸出油量大，動(dòng)力滑臺(tái)動(dòng)力快速退回，由 于活塞桿的面積大約是活塞的一半，所以動(dòng)力滑臺(tái)快進(jìn)、快退的速度大致相等。 ⑤ 原位停止 當(dāng)動(dòng)力滑臺(tái)退回到原位時(shí)，擋鐵壓下行程開關(guān)，這時(shí)電磁鐵 1YA、2YA 均失 電，電液動(dòng)換向閥 5 處于中位，動(dòng)力滑臺(tái)停止運(yùn)動(dòng)，變量泵 2 輸出油液的 壓力升高，使泵的流量自動(dòng)減小至最小。 這個(gè)液壓系統(tǒng)的電磁鐵和行程閥的動(dòng)作表如下表 3-6 所示： 表 3-6 剛性鏜削組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)電磁鐵和行程閥的動(dòng)作表 3.4.3 計(jì)算和選擇液壓元件 ① 液壓缸的計(jì)算 根據(jù)前面所選擇的動(dòng)力滑臺(tái)的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算： 滑臺(tái)式后帶“A”表示滑座導(dǎo)軌為鑄鐵導(dǎo)軌。 又球墨鑄鐵的密度為滑臺(tái)式后帶“A”表示滑座導(dǎo)軌為鑄鐵導(dǎo)軌。 又球墨鑄鐵的密度為 。370kg/m 可根據(jù)滑座的外形尺寸和密度來(lái)估算其重力。 估算液壓滑臺(tái)的重力 91N9.842087310??????56 估算主軸箱和動(dòng)力源的重力 92.4?? 7 即運(yùn)動(dòng)部件的重力 ??12 3.N?? 取： ??N40 1YA 2YA 14 快進(jìn) + — — 工進(jìn) + — + 死擋鐵停留 — — — 快退 — + — 原位停止 — — — 粗鏜活塞銷孔組合機(jī)床設(shè)計(jì) 21 液壓缸所受的外負(fù)載： F 包括三種類型： Fω -工作負(fù)載 Fω =6300(N) Fa-運(yùn)動(dòng)部件速度變化時(shí)的慣性負(fù)載 一般取aGv/gXt??⊿ ⊿ t0.5s?⊿ （ ） ??40129.805/6132N Ff-導(dǎo)軌摩擦阻力負(fù)載，啟動(dòng)時(shí)為靜摩擦阻力，啟動(dòng)后為動(dòng)摩擦 阻力 Ff=fG 在本設(shè)計(jì)中查《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》得： 靜摩擦系數(shù)為 0.18，動(dòng)摩擦系數(shù)為 0.1??fs0.184720N?? aF 所以，工作循環(huán)各階段的外負(fù)載為： 啟動(dòng)加速： ??fs Fa 1632.5.6N??? 工進(jìn) ： 4070? 快進(jìn) ： ??fa N 快退 ： 繪制速度和負(fù)載循環(huán)圖： 速度循環(huán)圖 3-10 負(fù)載循環(huán)圖 3-11 粗鏜活塞銷孔組合機(jī)床設(shè)計(jì) 22 ②確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸和工作壓力 按 HY20A 液壓滑臺(tái)的參數(shù)定 D/d 為 50/35 按最低工作速度驗(yàn)算液壓缸的最小穩(wěn)定速度 由式 ??miniAq/v＞ 式中 A 為液壓缸節(jié)流腔的有效工作面積，q min 是由產(chǎn)品樣本查得 GE 系 列調(diào)速閥 AQF3-E10B 的最小穩(wěn)定流量為 ，??50L/min??inv4c/min? 所以： ??2mini//41.c?＞ 由于調(diào)速閥是安裝在油路上的，故液壓缸節(jié)流腔有效工作面積應(yīng)選液壓 缸無(wú)杠腔的實(shí)際面積。 即 22A/4D/45???（ ） （ ） ??19.63c 因?yàn)椋?5＞ 所以：液壓缸能選到所需流速。 工作壓力 P 可根據(jù)負(fù)載大小及機(jī)器的類型來(lái)初步確定，現(xiàn)參閱《液壓 系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》p10 表 2-1 取液壓缸工作壓力為 4(Mpa)。 ③計(jì)算在各工作階段液壓缸所需的流量： ??22q/4dV/43.5X10???????快 進(jìn) 快 進(jìn)（ ） （ ）??1.5Lmin 2 2/D/()工 進(jìn) 工 進(jìn)（ ） （ ） i 2 22q/4(d)/40.5.3)1???????快 退 快 退（ ） － （ ） －??1Lin ④液壓泵的計(jì)算 A. 泵的實(shí)際工作壓力的確定： p1???⊿ 式中：p p----液壓泵的最大工作壓力 p1----執(zhí)行元件最大工作壓力 ∑⊿p----進(jìn)油管路中的壓力損失，初算時(shí)簡(jiǎn)單系統(tǒng)可取 0.2~0.5（Mpa ） ， 復(fù)雜系統(tǒng)取 0.5~1.5（Mpa ） 。本設(shè)計(jì)中取 0.5 （Mpa） 。 所以： p140.5Mpa????⊿ （ ） 上述計(jì)算所得的 pp 是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，考慮到系統(tǒng)有各種工況的過渡階段 出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)壓力往往超過靜態(tài)壓力。另外考慮到一定的壓力儲(chǔ)備量，并確保泵 的壽命，因此選泵的額定壓力 pn 應(yīng)滿足 。np1.25~6?（ ） 本設(shè)計(jì)中： 1.25.6a?（ ） 粗鏜活塞銷孔組合機(jī)床設(shè)計(jì) 23 由 HY20A 液壓滑臺(tái)的技術(shù)性能參數(shù)可知油泵的流量為 pq12L/min?（ ） 根據(jù)以上算得的 pp 和 qp，再查閱《液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》p81，現(xiàn)選用 YBX-16 限壓式變量葉片泵，該泵的基本參數(shù)為：每轉(zhuǎn)排量 q0=16m（L/r） ，泵 的額定壓力 pn=6.3（Mpa ） ，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 nH=1450（ r/min） ，容積效率 ηv=0.85，總效率 η=0.7 B. 與液壓泵匹配的電動(dòng)機(jī)的選定： 首先分別算出快進(jìn)與工進(jìn)兩種不同工況時(shí)的功率，取兩者較大值為選擇電 動(dòng)機(jī)規(guī)格的依據(jù)，由于在慢進(jìn)時(shí)泵輸出的流量減少，泵的效率急劇降低，一般 當(dāng)流量在 0.2~1L/min 范圍內(nèi)，可取 η=0.03~0.14 。同時(shí)還應(yīng)該注意到，為了使 所選擇的電動(dòng)機(jī)在經(jīng)過泵的流量特性曲線最大功率點(diǎn)時(shí)不致停轉(zhuǎn)，需進(jìn)行驗(yàn)算， 即 Bpnq/2??? 式中：p n----所選電動(dòng)機(jī)額定功率 pB----限壓式變量泵的限定壓力 qp----壓力為 pB 時(shí)，泵的輸出流量 首先計(jì)算快進(jìn)時(shí)的功率，快進(jìn)時(shí)的外負(fù)載為 400N，進(jìn)油路的壓力損失定為 0.3（Mpa ） ，由式 得:p1???⊿ 26p40/0.3510.3????（ （ ） ） ??.Ma 快進(jìn)時(shí)所需電動(dòng)機(jī)的功率為： pP q/../(6.7)??? ??01kW 工進(jìn)時(shí)所需電動(dòng)機(jī)功率為： p q/4.52/(60.7)?? ??0.2k 查閱電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品樣本，選用 Y90S-4 型電動(dòng)機(jī)，其具體參數(shù)為表 3-4： 表 3-7 Y90S-4 性能參數(shù)表 滿載時(shí) 功率 (kW) 電流 （ A） 轉(zhuǎn)速 （ r/min） 效率 （%） 功率因數(shù) COS?（ ） 額定電流 ()A額定轉(zhuǎn)矩 ()NmA 1.1 2.7 1400 79 0.78 6.5 2.2 粗鏜活塞銷孔組合機(jī)床設(shè)計(jì) 24 根據(jù)產(chǎn)品樣本可查得 YBX-16 的流量壓力特性曲線。再由已知的快進(jìn)時(shí)的流 量為 11.5（L/min） ，工進(jìn)時(shí)的流量為 2（L/min） ，壓力為 4.5(Mpa),作出泵的實(shí) 際工作時(shí)的流量壓力特性曲線，查得該曲線拐點(diǎn)處的流量為 24（L/min） ，壓力 為 2.9(Mpa)，該工作點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的功率為: ??P2.94/60.71kW??? 所以：P≤2× 1.1=2.2(kW) 即所選的電動(dòng)機(jī)在拐點(diǎn)處能正常工作。 ⑤液壓閥的選擇： 本設(shè)計(jì)均用 GE 系列閥，根據(jù)擬定的液壓系統(tǒng)圖。按通過各元件的最大流量 來(lái)選擇液壓元件的規(guī)格： 1，濾油器 XU-B32X100 2，液壓泵 YBX-16 3、9、12，單向閥 AF3-EA10B 5，電液動(dòng)換向閥 12，調(diào)速閥 AQF3-E10B 14，行程閥 17，壓力繼電器 DP1-63B ⑥油管及其他裝置的設(shè)計(jì)： 油管內(nèi)徑尺寸可參照選用的液壓元件的接口尺寸而定。 本設(shè)計(jì)為中壓系統(tǒng)。液壓油箱有效容量按泵的流量的 5~7 倍來(lái)確定?，F(xiàn)選 用容量為 160L 的油箱。 3.5 主軸箱傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 在“組合機(jī)床結(jié)構(gòu)方案的分析和確定”一節(jié)中已經(jīng)提出： 主軸箱采用專用剛性鏜削主軸箱及皮帶輪傳動(dòng)裝置?，F(xiàn)對(duì)皮帶設(shè)計(jì) 做以下計(jì)算： 已知電動(dòng)機(jī)型號(hào)為 Y100L2-4，額定功率為（3kW） ，轉(zhuǎn)速 n1=1420（r/min） ，傳動(dòng)比 i=1.004 3.5.1 確定計(jì)算功率 ：Pca 由公式 KA? 其中：K A----工作情況系數(shù)； P----電動(dòng)機(jī)額定功率，已知 P=3（kW） ； 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》p157 表 8-7，查得 K1.2A? 故 P1.23.6kWca??（ ） 粗鏜活塞銷孔組合機(jī)床設(shè)計(jì) 25 3.5.2 選取窄 V 帶帶型： 根據(jù) 、 ，由圖 8-8 確定選用 SPZ 型窄 V 帶型。Pca1n 3.5.3 確定帶輪基準(zhǔn)直徑： 由表 8-4 和表 8-8 取主動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑 ??1D75m? 根據(jù)式 21Di????.0475.3m 根據(jù)表 8-8，取 28 按式 驗(yàn)算帶的速度1vn/(60)??? ??5/s14/(60)5.73 m/s????＜ ＜ 故：帶的速度合適。 3.5.4 確定窄 V 帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度和傳動(dòng)中心距： 根據(jù) ，????120120.7D aD ??＜ ＜ 初步確定中心距 3mO? 計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 ??2d01210La(/) ()/(4a)?????－?27580753????84 由表 8-3 選帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 Ld=800(mm) 計(jì)算實(shí)際中心距 a0da ()/2???－ =300+(800－844)/2 =256(mm) 3.5.5 帶輪上的包角 ：1?180(D2)/a60????－ － 75－ －7.＞ 所以：主動(dòng)輪上的包角合適。