131 粗鏜活塞銷孔組合機(jī)床設(shè)計(jì)
131 粗鏜活塞銷孔組合機(jī)床設(shè)計(jì),活塞,組合,機(jī)床,設(shè)計(jì)
1,粗鏜活塞銷孔組合機(jī)床設(shè)計(jì),專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
姓 名：周 益
學(xué) 號(hào)：20050468
指導(dǎo)老師：肖懷國,江西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)士學(xué)位畢業(yè)論文答辯,2,第一章 概述,1.1、活塞概述
1.1.1活塞的功用與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
1.1.2活塞材料、毛坯及熱處理
1.1.3活塞加工工藝過程分析
1.2、組合機(jī)床概述
1.2.1組合機(jī)床的定義和特點(diǎn)
1.2.2組合機(jī)床的配置形式和通用部件
1.2.3組合機(jī)床的設(shè)計(jì)步驟,3,1.1 活塞概述,1.1.1活塞的功用與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
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。
活塞在工作過程中，沿活塞銷
軸向變形量大，銷孔軸線方向的膨
脹量大于其垂直方向 ，兩項(xiàng)疊加總
是使銷軸方向?yàn)闄E圓長軸，垂直銷軸
方向?yàn)闄E圓短軸。
頂面熱量由上向下傳遞，溫度
場上面高下面的，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。,,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 活塞簡圖,(a)受力變形圖 (b)受熱變形圖
圖2-2 活塞變形示意圖,4,1.1活塞概述,1.1.2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，因此減少了機(jī)械加工量。
總的來說，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。,5,1.1活塞概述,1.1.3活塞加工工藝過程分析
活塞外形和內(nèi)腔形狀復(fù)雜 、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。活塞生產(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) ：采用止口和端面做輔助精基準(zhǔn)面 。
特點(diǎn)：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。
活塞銷孔的加工：活塞毛坯銷孔預(yù)先鑄造出來，一般加工路線為：粗鏜→半精鏜→精鏜→光整加工。粗鏜工序放在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的組合機(jī)床上進(jìn)行加工，精鏜放在金剛鏜床上進(jìn)行精加工，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，因而可保證加工質(zhì)量。,6,1.2 組合機(jī)床概述,1.2.1組合機(jī)床的定義與特點(diǎn)
組合機(jī)床：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。
特點(diǎn)：
（1）主要用于加工箱體類零件的平面和孔。
（2）生產(chǎn)率高。
（3）加工精度穩(wěn)定。
（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。,7,1.2組合機(jī)床概述,組合機(jī)床實(shí)例圖一： 組合機(jī)床實(shí)例圖二：,8,2組合機(jī)床概述,1.2.2組合機(jī)床配置型式和通用部件
組合機(jī)床配置型式：
（1）大型組合機(jī)床
大型組合機(jī)床分為：
單工位組合機(jī)床
多工位組合機(jī)床
（2）小型組合機(jī)床,組合機(jī)床通用部件：
（1）動(dòng)力部件
（2）支承部件
（3）輸送部件
（4）控制部件
（5）輔助部件,1.2.3組合機(jī)床設(shè)計(jì)步驟：
（1）制定工藝方案；
（2）機(jī)床結(jié)構(gòu)方案的分析和確定；
（3）機(jī)床的總體設(shè)計(jì)；
（4）機(jī)床的部件設(shè)計(jì)和施工設(shè)計(jì)。,9,第二章 組合機(jī)床的初步設(shè)計(jì),2.1組合機(jī)床工藝方案的確定
2.2組合機(jī)床結(jié)構(gòu)方案的分析和確定
2.3剛性主軸箱的設(shè)計(jì)
2.4組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
2.5主軸箱傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì),10,2.1組合機(jī)床工藝方案的確定,2.1.1定位基準(zhǔn)的分析：
采用的是止口和端面（一面一孔）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。,11,2.1組合機(jī)床工藝方案的確定,2.1.2加工工藝的確定
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。
1、 鏜刀材料：高速鋼W6MoCr4V2
2、 切削用量：切削速度V=120m/min、 進(jìn)給量f=0.7mm/r 、
被吃刀量ap=1.5mm。
3、鏜刀幾何參數(shù)：主偏角45°，前角20°, 刃傾角0°.刀尖圓弧半徑2.0mm。
4、 切削力、切削功率、切削扭矩的計(jì)算：
切削力： Fz=450.4N
切削功率：Pc=Fz×Vc/60×1000=0.895kW
切削扭矩：M扭=Fz×R=6080.4
鏜桿尺寸：直徑d=(0.6-0.8)D=16.2mm，取d=18mm。
5、鏜孔直徑D，鏜桿直徑d，鏜刀截面B×B之間的關(guān)系為：
(D-d)/2=(1-1.5)B 。B=(27-18)/2=4.5
查表取值得：B×B=8×8。,,,12,2.2組合機(jī)床結(jié)構(gòu)方案的分析和確定,2.2.1組合機(jī)床配置型式的選擇
根據(jù)被工序要求和被加工活塞的特點(diǎn)選擇單工位臥式固定式夾具組合機(jī)床。
這類機(jī)床在組合機(jī)床中的加工精度最高。對(duì)于粗鏜工序來說，工序所要求的尺寸和位置精度一般都能夠滿足。,臥式單工位組合機(jī)床示意圖,13,2.2組合機(jī)床結(jié)構(gòu)方案的分析和確定,2.2.2動(dòng)力頭工作循環(huán)及其行程的確定
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)給長度的確定
工進(jìn)長度=切入長度+加工孔長度+切出長度。
切入長度 ：一般為5-10mm.
切出長度 :鏜孔是為5-10mm.
取值：切入長度=7mm,加工孔長度=102mm,
切出長度=8mm.
所以：工進(jìn)長度=7+102+8=117mm。
（2）快速引進(jìn)長度
初定快速引進(jìn)長度=283mm。
（3）快速后退長度
快退長度=工進(jìn)長度+快進(jìn)長度
=117+283=400mm。,加工長度的確定,14,2.2組合機(jī)床結(jié)構(gòu)方案的分析和確定,2.2.3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液壓滑臺(tái)的技術(shù)性能如下：
（1）臺(tái)面寬：200mm。 （2）行程：400mm
（3）進(jìn)給力：6300N。 （4）油缸內(nèi)徑/活塞直徑：50/35mm。
（5）油泵流量：12L/min。 （5）快進(jìn)流量：12L/min。
（6）最小進(jìn)給量：40mm/min。 （7）工作速度：40-1000mm/min。
2.2.4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：TXxx-F44。,15,2.2組合機(jī)床結(jié)構(gòu)方案的分析和確定,2.2.5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》）：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?？椎奈恢镁戎饕怯社M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。,16,2.2組合機(jī)床結(jié)構(gòu)方案的分析和確定,2.2.6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。
機(jī)床理想生產(chǎn)率 Q與機(jī)床實(shí)際可能生產(chǎn)率Q1的關(guān)系 ：,,,,,17,2.3剛性主軸箱的設(shè)計(jì),2.3.1主軸參數(shù)的確定
2.3.2主軸支承系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
2.3.3剛性鏜削主軸箱的設(shè)計(jì),18,2.3剛性主軸箱的設(shè)計(jì),2.3.1主軸參數(shù)的確定
D----主軸平均外徑；
L----主軸支承距；
a----主軸的懸伸長；
d----空心主軸的內(nèi)孔直徑；
L/a--主軸的懸伸比；
D/d--主軸的直徑比。
（1）a的確定
a=102+8+30+20+25=185mm
(2)L/a的確定
L/a=1.5
(3)D的確定
7.3----按主軸在一米長度上允許的最大扭轉(zhuǎn)角0.25°時(shí)確定的。
（4）d/D的確定
在剛性主軸中，主軸常采用空心的，以節(jié)省材料，但是應(yīng)當(dāng)以不影響主軸系統(tǒng)的剛度為前提。取：d/D=0.4.,,,19,2.3剛性主軸箱的設(shè)計(jì),主軸剛性的驗(yàn)算
一般來說，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。
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。
根據(jù)《材料力學(xué)》可知：
式中： E-主軸材料的彈性模量；
J-前支承的截面慣性矩；
M-軸支承的反力矩 ； 通常取：
P-切削力；
Q-傳動(dòng)力。
驗(yàn)算剛度時(shí)，取下列值：
計(jì)算得：x=0.00107(mm)
所得數(shù)值均滿足要求條件，所以剛性合適。,,,,,,20,2.3剛性主軸箱的設(shè)計(jì),2.3.2主軸支承系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
主軸支承系統(tǒng)對(duì)剛性主軸工作性能的影響很大，故對(duì)支承系統(tǒng)應(yīng)該進(jìn)行設(shè)計(jì)，也就是要選擇合適的主軸用軸承，以滿足剛性主軸的剛性條件。
根據(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圖”表 ：選擇支承系統(tǒng)如下：
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)圖如圖所示。,21,2.3剛性主軸箱的設(shè)計(jì),單列推力球軸承,22,2.3.3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靠圓柱孔和斷面定位，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主軸和刀桿制成整體的。這種形式可以消除結(jié)合面處的變形，增強(qiáng)主軸剛性，但是加長了主軸的長度，對(duì)制造和維修都帶來了困難，所以這種形式目前很少使用。,2.3剛性主軸箱的設(shè)計(jì),23,2.4組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì),2.4.1確定對(duì)液壓系統(tǒng)的工作要求
2.4.2擬定液壓系統(tǒng)原理圖
2.4.3計(jì)算和選擇液壓元件,24,2.4組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì),2.4.1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)。
2.4.2擬定液壓系統(tǒng)原理圖
供油方式：限壓式變量葉片泵
調(diào)速方式：限壓是變量泵和調(diào)速閥組成的容積節(jié)流調(diào)速
快速運(yùn)動(dòng)回路：限壓式變量泵和差動(dòng)連接
速度換接方式：行程閥切換,25,26,2.4組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì),2.4.3計(jì)算和選擇液壓元件
（1）液壓缸的計(jì)算
液壓滑臺(tái)重力N1=457.86N，主軸箱和動(dòng)力源的動(dòng)力N2=2799.78N
所以：運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)力：N=N1+N2=3257.64N。取N=4000N。
液壓缸所受的外負(fù)載：工作負(fù)載Fw=6300N,慣性負(fù)載Fa=1632.45N。
導(dǎo)軌摩擦負(fù)載Ff=fG.靜摩擦系數(shù)為0.18，動(dòng)摩擦系數(shù)為0.1
計(jì)算的：Ffs=720N,Ffa=400N.
所以，工作循環(huán)各負(fù)載為：
啟動(dòng)加速：F=Ffs+Fa=2352.65N；工進(jìn)：F=Ffa+Fw=6700N；
快進(jìn)：F=Ffa=400N； 快退：F=Ffa=400N。
確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸和工作壓力：
按液壓滑臺(tái)參數(shù)定：D/d為50/35mm；
工作壓力P可根據(jù)負(fù)載大小及機(jī)器的類型來初步確定，現(xiàn)參閱《液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡明手冊》P10表2-1取液壓缸工作壓力為：4MPa。,27,2.4組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì),（2）計(jì)算各工作階段液壓缸所需要流量,,,,,,,28,2.4組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì),（3）液壓泵的計(jì)算
泵的實(shí)際工作壓力：
式中：pp-----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）。
計(jì)算的：
由1HY20A液壓滑臺(tái)的技術(shù)性能參數(shù)可知油泵的流量為：
根據(jù)以上算得的pp和qp ，再查閱《液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡明手冊》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。,,,,29,2.4組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì),與液壓泵匹配的電動(dòng)機(jī)的選擇
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），
快進(jìn)時(shí)所需電動(dòng)機(jī)的功率為：
工進(jìn)時(shí)所需電動(dòng)機(jī)功率為：
查閱電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品樣本，選用Y90S-4型電動(dòng)機(jī)。
驗(yàn)算：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:
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。,,,,,,,,30,2.4組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì),（4）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
（5）油管及其其他裝置的設(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倍來確定?，F(xiàn)選用容量為160L的油箱。,31,2.5主軸箱傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì),2.5.1確定計(jì)算功率Pca
2.5.2選擇窄V帶帶型
2.5.3確定帶輪基準(zhǔn)直徑
2.5.4確定窄V帶的基準(zhǔn)長度和傳動(dòng)中心距
2.5.5帶輪上的包角
2.5.6計(jì)算窄V帶的根數(shù)Z
2.5.7計(jì)算預(yù)緊力F0
2.5.8計(jì)算作用在軸上的壓軸力Q
2.5.9帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),32,2.5主軸箱傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì),2.5.1確定計(jì)算功率Pca
由公式：
其中：KA----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
故：
2.5.2選擇窄V帶帶型
根據(jù)、，由圖8-8確定選用SPZ型窄V帶型。
2.5.3 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
根據(jù)式：
根據(jù)表8-8，取
按式
驗(yàn)算帶的速度：
故帶的速度合適。,,,,,,,,,,33,2.5主軸箱傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì),2.5.4確定窄V帶的基準(zhǔn)長度和傳動(dòng)中心距
初步確定中心距
計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長度
由表8-3選帶的基準(zhǔn)長度Ld=800(mm)
計(jì)算實(shí)際中心距a
2.5.5帶輪上的包角
所以：主動(dòng)輪上的包角合適。,,,,,=300+(800－844)/2
=256(mm),,,,34,2.5主軸箱傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì),2.5.6計(jì)算窄V帶的根數(shù)Z
由式：
其中 Ka ----包角系數(shù)；
KL----長度系數(shù)；
P0----單根V帶的基本額定功率；
⊿P0----單根V帶的基本額定功率的增量。
查表8-6C和表8-6d得：
P0=1.41(kW) ⊿P0=0.02(kW)
=2.94
取Z=3根,,查表8-9得Kα=0.995，查表8-10得KL=0.86,,35,2.5主軸箱傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì),2.5.7計(jì)算預(yù)緊力F0
由表8-5，得q=0.07kg/m
2.5.8計(jì)算作用在軸上的壓軸力Q,,,,,36,2.5主軸箱傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì),2.5.9帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
帶輪的材料選用牌號(hào)為HT200的鑄鐵。
∵D≤300(mm)
∴帶輪采用整體式結(jié)構(gòu)
帶輪輪寬
其中f----稱面至端面的距離，查表8-12，取f=8(mm)
帶輪外徑的確定
查表8-8得,,,,,,37,第三章 組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì),3.1粗鏜活塞銷孔加工工序圖
3.2粗鏜活塞銷孔加工示意圖
3.3組合機(jī)床聯(lián)系尺寸圖的繪制,38,第三章 組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì),3.1粗鏜活塞銷孔加工工序圖
被加工工序圖是根據(jù)選定的工藝方案，表示在一臺(tái)機(jī)床上活一條自動(dòng)線上完成的工藝內(nèi)容，加工部位的尺寸及精度、技術(shù)要求、加工用定位基準(zhǔn)、夾壓部分、一起被加工零件的材料、硬度和在本機(jī)床加工前毛坯情況圖紙。它是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，也是制造適用時(shí)調(diào)整機(jī)床，檢查精度的重要技術(shù)文件。
粗鏜活塞銷孔工序所保證的尺寸、形狀位置公差中，查《互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)》可知：
粗鏜所能夠達(dá)到的精度等級(jí)為IT10-12。
圓度和圓柱度不大于0.05mm,：公差等級(jí)為11-12級(jí)；
對(duì)稱度不大于0.02mm,公差等級(jí)為7-8級(jí)。
由于是粗鏜，尺寸和形位公差采用標(biāo)注形位公差和尺寸公差相互關(guān)系的基本公差原則“獨(dú)立原則”，即在圖樣上給出的尺寸公差和形位公差各自獨(dú)立，應(yīng)分別滿足要求的公差原則。
對(duì)于粗鏜，可以允許有退刀痕跡，退刀痕跡是由于在刀桿的自重下使刀具下垂一定量而在加工中產(chǎn)生的。,39,第三章 組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì),3.2粗鏜活塞銷孔加工示意圖
加工示意圖是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的重要圖紙之一，在機(jī)床的總體設(shè)計(jì)中占有重要地位。它是設(shè)計(jì)刀具、夾具、主軸箱以及選擇動(dòng)力部件的主要資料，同時(shí)也是調(diào)整機(jī)床和刀具的依據(jù)。
加工示意圖，要反映機(jī)床的加工過程和加工方法，并決定浮動(dòng)夾頭活接桿的尺寸，鏜桿長度，刀具種類和數(shù)量，刀具長度及加工尺寸，主軸尺寸及伸出長度，主軸、刀具、導(dǎo)向與工件間的聯(lián)系尺寸等。根據(jù)機(jī)床要求的生產(chǎn)率及刀具特點(diǎn)，合理選擇切削用量，并決定動(dòng)力頭的工作循環(huán)。,40,第三章 組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì),3.3組合機(jī)床聯(lián)系尺寸圖的繪制
機(jī)床聯(lián)系尺寸圖是決定各部件的輪廓尺寸及相互間聯(lián)系關(guān)系的，是開展各專用部件設(shè)計(jì)和確定機(jī)床最大占地面積的知道圖紙。
組合機(jī)床是由一些通用部件和專用部件組成的。為了使所設(shè)計(jì)的組合機(jī)床既能滿足預(yù)期的性能要求，又能夠做到配置勻稱合理，符合”多快好省”的精神，必須對(duì)所設(shè)計(jì)的組合機(jī)床各部件之間的關(guān)系進(jìn)行全面的分析研究。這是通過繪制機(jī)床聯(lián)系尺寸圖來達(dá)到的。
①機(jī)床裝料高度的確定
根據(jù)我國具體情況，為了便于操作和省力，對(duì)于一般臥式組合機(jī)床、流水線和自動(dòng)線，裝料高度定為850mm.
②夾具輪廓尺寸的確定
夾具是用于定位和夾緊工件的，所以工作的輪廓尺寸和形狀是確定夾具輪廓尺寸的依據(jù)。由于本夾具沒有鏜套和鏜模架，所以夾具底座的寬度A為工件的寬度加上補(bǔ)償鑄件的誤差15mm，得：
夾具底座的確定：為了便于布置定位元件，一般夾具底座的高度不小于240mm,取250mm。,,41,第三章 組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì),3.3組合機(jī)床聯(lián)系尺寸圖的繪制
中間底座長度尺寸
L1----加工完成后工件和主軸箱端面的距離；
L2----主軸箱的厚度；
L3----工件的厚度
l1----機(jī)床長度方向上，主軸箱與動(dòng)力滑臺(tái)的重合長度；
l2----加工終了位置，滑臺(tái)前端面至滑座端面的距離；
l3----滑座前端面至側(cè)底座前端面的距離。
當(dāng)算出值后，還必須檢查尺寸a是否合適。當(dāng)機(jī)床無冷卻液時(shí)
所以：a的尺寸大小符合要求。,,,,,,,,,,,,,,42,謝謝！,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 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………………………………………………………………………………… 12 概述………………………………………………………………………………… 12.1 活塞概述………………………………………………………………………12.1.1 活塞的功用與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)………………………………………………12.1.2 活塞材料、毛坯及熱處理……………………………………………32.1.3 活塞加工工藝過程分析………………………………………………32.2 組合機(jī)床概述…………………………………………………………………42.2.1 組合機(jī)床的定義和特點(diǎn)………………………………………………42.2.2 組合機(jī)床的配置形式和通用部件……………………………………52.2.3 組合機(jī)床的設(shè)計(jì)步驟…………………………………………………53 組合機(jī)床的初步設(shè)計(jì)………………………………………………………………53.1 組合機(jī)床工藝方案的制定……………………………………………………63.1.1 工藝基面的 分析………………………………………………………63.1.2 加工工藝的確定………………………………………………………63.2 組合機(jī)床結(jié)構(gòu)方案的分析和確定……………………………………………83.2.1 組合機(jī)床配置型式的選擇……………………………………………83.2.2 動(dòng)力頭工作循環(huán)及其行程的確定……………………………………83.2.3 液壓滑臺(tái)的選擇………………………………………………………103.2.4 動(dòng)力源…………………………………………………………………103.2.5 主軸箱…………………………………………………………………103.2.6 機(jī)床生產(chǎn)率的計(jì)算……………………………………………………113.3 剛性主軸箱的設(shè)計(jì)……………………………………………………………113.3.1 主軸參數(shù)的確定………………………………………………………113.3.2 主軸支承系統(tǒng)的設(shè)計(jì)…………………………………………………143.3.3 剛性鏜削主軸箱的設(shè)計(jì)………………………………………………173.4 組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)……………………………………………………173.4.1 確定對(duì)液壓系統(tǒng)的工作要求…………………………………………173.4.2 擬定液壓系統(tǒng)工作原理圖……………………………………………173.4.3 計(jì)算和選擇液壓元件…………………………………………………203.5 主軸箱傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)…………………………………………………………243.5.1 確定計(jì)算功率 Pca…………………………………………………… 243.5.2 選取窄 V 帶帶型：……………………………………………………243.5.3 確定帶輪基準(zhǔn)直徑………………………………………………… 243.5.4 確定窄 V 帶的基準(zhǔn)長度和傳動(dòng)中心距………………………………253.5.5 帶輪上的包角 1?………………………………………………………253.5.6 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)iii3.5.7 計(jì)算預(yù)緊力 F0：………………………………………………………253.5.8 計(jì)算作用在軸上的壓軸力 Q…………………………………………263.5.9 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：………………………………………………………264 組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì)………………………………………………………………264.1 活塞銷孔加工工序圖…………………………………………………………264.2 粗鏜活塞銷孔加工示意圖……………………………………………………274.3 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)11 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?；钊Y(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)壁上多余的潤滑油刮去，使油從油環(huán)槽的回油小孔 3 中流回曲軸箱。活塞下部無環(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?；钊虚g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)21- 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)⑶S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，因此減少了機(jī)械加工量?？偟膩碚f，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。活塞生產(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，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?；钊N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，因孔帶有錐度（拔模斜度） ，直接用來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，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)63.1 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，一般按下取： ，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?。?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)給長度的確定（如圖 3-2 所示） 圖 3-2 加工長度的確定工作進(jìn)給長度=切入長度+加工孔長度+切出長度。切入長度應(yīng)根據(jù)工件斷面的誤差情況而定，一般為： 5~10m切出長度參考下表：表 3-2 切出長度的確定工藝方法 鉆孔 擴(kuò)孔 鉸孔 鏜孔切出長度（mm）1/3(~8)d?105~150注：1、 為鉆頭直徑 ；d()m2、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，取：切入長度=7mm,加工孔長度=102mm,切出長度=8mm. 所以：工作進(jìn)給長度= 710287m??(2)快速引進(jìn)長度的確定 初定快速引進(jìn)長度=283mm(3)快速后退長度的確定 作作作粗鏜活塞銷孔組合機(jī)床設(shè)計(jì)10快速后退長度=工作進(jìn)給長度+快速引進(jìn)長度，所以：快速后退長度= 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 40-10003.2.4 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》）：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)123.3.1 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；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 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，活塞銷孔加工長度為 ，切出長度為 ，為使主軸102m8m懸伸量盡量短，選取當(dāng)?shù)毒咦咄赀M(jìn)給長度后工件和主軸的距離為 ，主軸30的外伸長度為 ，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)LaX121(X1+2)/P/202345678910L/a678903m/N作/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，取：/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取：29m?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、裝配簡單、密封和潤滑較簡單、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：單列向心球軸承、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，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，但是加長了主軸的長度，對(duì)制造和維修都帶來了困難，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)183.4.2 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?，F(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，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：123451YA2YA678910112314151617BPT18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?；赜吐罚阂簤焊?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???。???N401YA 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?⊿ （ ）??40129.805/6132NFf-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》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)22②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)器的類型來初步確定，現(xiàn)參閱《液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡明手冊》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)（ ） （ ）??1.5Lmin2 2/D/()工 進(jìn) 工 進(jìn)（ ） （ ） i2 22q/4(d)/40.5.3)1???????快 退 快 退（ ） － （ ） －??1Lin④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)簡明手冊》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=0.7B. 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 ()NmA1.1 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選擇液壓元件的規(guī)格：1，濾油器 XU-B32X1002，液壓泵 YBX-163、9、12，單向閥 AF3-EA10B5，電液動(dòng)換向閥12，調(diào)速閥 AQF3-E10B14，行程閥17，壓力繼電器 DP1-63B⑥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=1.0043.5.1 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)253.5.2 選取窄 V 帶帶型：根據(jù) 、 ，由圖 8-8 確定選用 SPZ 型窄 V 帶型。Pca1n3.5.3 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)長度 ??2d01210La(/) ()/(4a)?????－?27580753????84由表 8-3 選帶的基準(zhǔn)長度 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。3.5.6 計(jì)算窄 V 帶的根數(shù) Z：由式： 0LP/(K)ca???＝ （ ⊿ ）其中 ----包角系數(shù)；K?KL----長度系數(shù)；P0----單根 V 帶的基本額定功率；⊿P 0----單根 V 帶的基本額定功率的增量。由 n1=1420（r/min） ，D 1=75(mm)，i=1.004，粗鏜活塞銷孔組合機(jī)床設(shè)計(jì)26查表 8-6C 和表 8-6d 得：P0=1.41(kW) ⊿P 0=0.02(kW)查表 8-9 得 Kα =0.995，查表 8-10 得 KL=0.86則 Z3.6/14.2.950.86)??＝ （ ） (=2.94取 Z=3 根3.5.7 計(jì)算預(yù)緊力 F0：由式 25(2.5/K1)qvcaPVZ?????由表 8-5，得 q=0.07kg/m??203.6F5(./09).07356N7????3.5.8 計(jì)算作用在軸上的壓軸力 Q：由式 01Q2ZFsin(/)?= 36i78./2)??=995.95(N)3.5.9 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：帶輪的材料選用牌號(hào)為 HT200 的鑄鐵。∵D≤300(mm) ∴帶輪采用整體式結(jié)構(gòu)帶輪輪寬的設(shè)計(jì)：帶輪輪寬 B(Z1)e2f??－其中 f----稱面至端面的距離，查表 8-12，取 f=8(mm)?－(3)8－=40(mm)帶輪外徑的確定查表 8-8 得 ??w1D79 m?2844 組合機(jī)床的總體設(shè)計(jì)前面討論了組合機(jī)床工藝方案和配置型式的確定，以及選擇工藝與結(jié)構(gòu)方案的一些原則與計(jì)算，以上這些并不在于懂得了組合機(jī)床方案設(shè)計(jì)以及能夠解釋組合機(jī)床方案如何設(shè)計(jì)，而是在于應(yīng)用這些認(rèn)識(shí)設(shè)計(jì)出我們需要的組合機(jī)床方案圖紙，并依次展開組合機(jī)床的零部件設(shè)計(jì)，以便能夠制造出符合“多快好粗鏜活塞銷孔組合機(jī)床設(shè)計(jì)27省”原則的組合機(jī)床。組合機(jī)床設(shè)計(jì)，就是針對(duì)具體的被加工零件，在選定的工藝和結(jié)構(gòu)方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)行方案圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，這些圖紙包括：被加工零件工序圖，加工示意圖，生產(chǎn)率計(jì)算卡，機(jī)床聯(lián)系尺寸圖。通常稱為“三圖一卡” 。4.1 活塞銷孔加工工序圖被加工工序圖是根據(jù)選定的工藝方案，表示在一臺(tái)機(jī)床上活一條自動(dòng)線上完成的工藝內(nèi)容，加工部位的尺寸及精度、
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