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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
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,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 年 月 日
院長(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 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………………………………………………………………………………… 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 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。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。 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。 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?;钊诒。瑒傂圆?,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?;钊庸ざ嗖捎脤S脵C(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,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) 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()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 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 40-1000 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) 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;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)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: 取:.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 確定對液壓系統(tǒng)的工作要求 根據(jù)對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) 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: 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》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)( ) ( )??1.5Lmin 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=0.7 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-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。現(xiàn)對皮帶設(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。