凸輪軸拋光機(jī)床的設(shè)計(jì)講解

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1、濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題 目 凸輪軸拋光機(jī)床的設(shè)計(jì) 系 別 機(jī)電系 專 業(yè) 機(jī)電一體化技術(shù) 班 級(jí) 機(jī)電0407 姓 名 學(xué) 號(hào) 200402235 指導(dǎo)教師 日 期 2008 年11月 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)任務(wù)書 設(shè)計(jì)題目 凸輪軸拋光機(jī)床的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要求： 1、拋光在現(xiàn)代加工工藝中的重要性減速器軸類的設(shè)計(jì)。 2、使工件與工藝分析。 3、確定機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)。 4、機(jī)床的總體布局。 5、液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)進(jìn)度： 第一周：確定并上交畢業(yè)設(shè)計(jì)題目； 第二周：查找資料，相關(guān)內(nèi)容的分析； 第三周：電子稿的初步整理，零件

2、圖草圖的繪制； 第四周：修改內(nèi)容，繼續(xù)整理電子稿，零件圖電子稿完成; 第五周：對(duì)電子稿中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)一步更改、設(shè)計(jì)； 第六周：畢業(yè)設(shè)計(jì)上交電子稿。 第七周：打印電子稿。 第八周：答辯。 指導(dǎo)教師（簽名） I 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 摘要 拋光是一種應(yīng)用廣泛的磨料加工方法， 金屬及非金屬材料制品，精密機(jī)電產(chǎn) 品，日常生活用品，均采用拋光加工來(lái)提高表面質(zhì)量。 拋光工序在現(xiàn)代加工工藝中的重要性是由拋光自身的特點(diǎn)及零件要求的表 面質(zhì)量的日益提高決定的。它是對(duì)零件表面進(jìn)行的光飾加工， 主要的目的是去除 上道工序的加工痕跡，如到痕、戈旺除麻點(diǎn)、尖棱、毛刺等，改善零件表面粗糙

3、 度，獲得光亮平整的加工表面，增加美觀，提高工件的抗疲勞和抗腐蝕的性能。 經(jīng)拋光的的零件表面粗糙度一般可以達(dá)到 Ra0.4vm, 止匕外，拋光還可以作為一道中間加工工序，為油漆、電鍍等后道工序提供油 膜、鍍層附著能力強(qiáng)的表面。 本畢業(yè)設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的凸輪軸拋光機(jī)床， 采用能克服傳統(tǒng)“靠?！睊伖庖鸬?升程和回程表面接觸力不相等及需嚴(yán)格的工件和靠模轉(zhuǎn)動(dòng)同步等缺陷的“抱拋” 拋光原理，利用模塊化的設(shè)計(jì)方法將凸輪軸拋光機(jī)床分主軸箱、 抱拋裝置、床身、 尾架、底座和溜板六大模塊，且各模塊采用獨(dú)立的動(dòng)力源。在整個(gè)機(jī)床的設(shè)計(jì)中 需解決的兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題為： (1)保持抱拋機(jī)構(gòu)兩拋光輪對(duì)凸輪表面的徑向

4、作用力的恒定。 (2)伴隨工件的轉(zhuǎn)動(dòng)，拋光輪的運(yùn)動(dòng)控制。 為解決這兩個(gè)問(wèn)題，在設(shè)計(jì)中采用了包壓隨動(dòng)液壓系統(tǒng)。至于其它模塊的設(shè) 計(jì)則根據(jù)需要和具體設(shè)計(jì)情況，采用類比C6140普通車床的有關(guān)尺寸進(jìn)行變型設(shè) 計(jì)，如床身的設(shè)計(jì)等。 關(guān)鍵詞：光飾加工，抱拋裝置，靠模 II 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 目錄 摘 要 II 1引言 6 1.1 拋光在現(xiàn)代加工工藝中的重要性 6 1.2 拋光的分類 6 1.3 國(guó)內(nèi)外凸輪軸拋光機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀 6 1.4 本次所設(shè)計(jì)拋光機(jī)的特點(diǎn)及有關(guān)說(shuō)明 錯(cuò)誤！未定義書簽。 2使工件與工藝分析 8 2.1 確定工藝方案 8 2.

5、2 擬定夾具方案 11 2.3 擬定砂帶拋光裝置的結(jié)構(gòu)方案 12 3確定機(jī)床主要技術(shù)參數(shù) 15 3.1 確定主參數(shù) 15 3.2 其他參數(shù)的確定 15 4機(jī)床的總體布局 19 4.1 運(yùn)動(dòng)的分配 19 4.2 機(jī)床的傳動(dòng)形式 19 4.3 機(jī)床的支承形式 19 4.4 機(jī)床總聯(lián)系尺寸圖 20 5液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 21 5.1 工況分析 21 5.2 擬訂液壓系統(tǒng)工作原理圖 27 5.3 液壓元件的選擇與計(jì)算 27 5.4 系統(tǒng)性能驗(yàn)算 32 5.5 系統(tǒng)的可行性驗(yàn)證 34 5.6 支撐件及導(dǎo)軌設(shè)計(jì) 35 致謝 36 參考文獻(xiàn) 3

6、7 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文意見表 38 專科階段的畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)三年學(xué)習(xí)的最后一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，是實(shí)現(xiàn)工科大學(xué)生培養(yǎng)目 標(biāo)的實(shí)踐性、綜合性教學(xué)的必經(jīng)環(huán)節(jié)；是實(shí)現(xiàn)教學(xué)、科研、工程實(shí)踐的重要結(jié)合點(diǎn)；是我 們畢業(yè)生作為一名專門的技術(shù)性人才第一次也是本科階段的最后一次比較全面地接受檢 驗(yàn)的機(jī)會(huì)。它不但能較好地反映我們?cè)谡麄€(gè)大學(xué)學(xué)習(xí)期間的基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識(shí)和基本技 能的掌握情況，還有助于我們提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，全面提高我們的素質(zhì)，為 即將走向生產(chǎn)和科研崗位打下良好的基礎(chǔ)。因而，對(duì)于每一個(gè)即將畢業(yè)的畢業(yè)生來(lái)說(shuō)有著 非常大的重要性。 在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我所選的設(shè)計(jì)題目為一一凸輪軸拋光機(jī)床的設(shè)

7、計(jì)(總體設(shè)計(jì)) 。難 度應(yīng)屬于中等，能從各個(gè)方面綜合考查大學(xué)三年所學(xué)過(guò)的專業(yè)知識(shí)，能代表系統(tǒng)機(jī)械選型 設(shè)計(jì)的一般過(guò)程。由于設(shè)計(jì)題目與焦作市中原軸件廠生產(chǎn)實(shí)踐掛鉤，實(shí)踐性較強(qiáng)。 本畢業(yè)設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的凸輪軸拋光機(jī)床，采用能克服傳統(tǒng)“靠?！睊伖庖鸬纳毯突?程表面接觸力不相等及需嚴(yán)格的工件和靠模轉(zhuǎn)動(dòng)同步等缺陷的“抱拋”拋光原理，利用模 塊化的設(shè)計(jì)方法將凸輪軸拋光機(jī)床分主軸箱、抱拋裝置、床身、尾架、底座和溜板六大模 塊，且各模塊采用獨(dú)立的動(dòng)力源。在整個(gè)機(jī)床的設(shè)計(jì)中需解決的兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題為： (1)保持抱拋機(jī)構(gòu)兩拋光輪對(duì)凸輪表面的徑向作用力的恒定。 (2)伴隨工件的轉(zhuǎn)動(dòng)，拋光輪的運(yùn)動(dòng)控制。

8、為解決這兩個(gè)問(wèn)題，在設(shè)計(jì)中采用了包壓隨動(dòng)液壓系統(tǒng)。至于其它模塊的設(shè)計(jì)則根據(jù) 需要和具體設(shè)計(jì)情況，采用類比 C6140普通車床的有關(guān)尺寸進(jìn)行變型設(shè)計(jì)，如床身的設(shè)計(jì) 等。 限于我自身的設(shè)計(jì)水平及實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)的相對(duì)欠缺，本次設(shè)計(jì)中難免有疏漏或不恰當(dāng) 之處。懇請(qǐng)各位老師和翻閱者給以指正。 21 1引言 1.1 拋光在現(xiàn)代加工工藝中的重要性 拋光是一種應(yīng)用廣泛的磨料加工方法，金屬及非金屬材料制品，精密機(jī)電產(chǎn)品，日常 生活用品，均采用拋光加工來(lái)提高表面質(zhì)量。 拋光工序在現(xiàn)代加工工藝中的重要性是由拋光自身的特點(diǎn)及零件要求的表面質(zhì)量的日 益提高決定的。它是對(duì)零件表面進(jìn)行的光飾加工，主要的目的是

9、去除上道工序的加工痕跡， 如到痕、戈旺除麻點(diǎn)、尖棱、毛刺等，改善零件表面粗糙度，獲得光亮平整的加工表面， 增加美觀，提高工件的抗疲勞和抗腐蝕的性能。經(jīng)拋光的的零件表面粗糙度一般可以達(dá)到 Ra0.4vmb 止匕外，拋光還可以作為一道中間加工工序，為油漆、電鍍等后道工序提供油膜、鍍層 附著能力強(qiáng)的表面。 1.2 拋光的分類 拋光一般可以分為柔性機(jī)械拋光、機(jī)械化學(xué)拋光、電化學(xué)拋光和磁化學(xué)拋光等。在日 常的加工中常用的是柔性機(jī)械拋光，它包括輪式拋光、帶式拋光、盤式拋光和滾筒拋光等。 而本論文所采用的是帶式拋光。 1.3 國(guó)內(nèi)外凸輪軸拋光機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀 在國(guó)內(nèi)過(guò)去的二十年間，我國(guó)的傳統(tǒng)制造業(yè)中

10、一般采用砂輪磨削或手工拋磨來(lái)完成拋 磨工序，技術(shù)含量、自動(dòng)化程度和加工精度都較低。在八十年代初到九十年代初的十年中， 砂帶磨削拋光工藝引起了我國(guó)大專院校和科研所及企業(yè)界的極大關(guān)注，他們發(fā)表了相當(dāng)數(shù) 量的試驗(yàn)報(bào)告及論文。但由于對(duì)砂帶磨削工藝特性的了解不夠、砂帶質(zhì)量、品種及規(guī)格不 能滿足生產(chǎn)需求、砂帶磨床品種太少等原因，導(dǎo)致在國(guó)內(nèi)的砂帶熱沒(méi)持續(xù)幾年就沉寂下來(lái) 了。近年來(lái)，砂帶拋光機(jī)床稍有回頭，一般加工工藝范圍小，品種少，應(yīng)用范圍小，主要 應(yīng)用于棒料、平面等簡(jiǎn)單型面的加工，而用于凸輪軸拋光的有到目前為止只有 B6006砂帶 拋光機(jī)床。 在國(guó)外，最早的凸輪軸砂帶磨削機(jī)床已于 1978年在米蘭展出，

11、但并沒(méi)馬上獲得成功 而近年來(lái)對(duì)凸輪軸的研究與應(yīng)用以美國(guó)尤為突出，制造出了多砂帶凸輪磨削拋光機(jī)床，并 成功地應(yīng)用于汽車的加工中 2.使工件與工藝分析 首先，我們得對(duì)凸輪軸有個(gè)初步的了解，通常凸輪軸的材料為鑄鐵或合金鋼，鑄造的 凸輪軸一般經(jīng)過(guò)鑄造、硬化（有的是在鑄造時(shí)采用冷激鑄鐵，組織是白口鐵） 、磨削、拋 光。鋼制的凸輪軸在磨削、淬硬和拋光前，其毛胚是鍛造的，或者用棒料粗加工成形的。 而加工凸輪軸的拋光工序通常為加工工藝的最后一道工序，且加工余量很小。 由于此機(jī)床專為凸輪軸的拋光工序設(shè)計(jì)，具有較強(qiáng)的針對(duì)性，因此屬于專用機(jī)床的設(shè) 計(jì)的范圍。同時(shí)由于凸輪軸上凸輪的獨(dú)特曲面特性，應(yīng)采用與之相

12、適應(yīng)的加工方法來(lái)對(duì)其 進(jìn)行加工，其具體的分析如下。 2.1 確定工藝方案 為了在滿足加工要求的前提下采用較優(yōu)的加工方案，我們?cè)诖_定加工方案時(shí)得注重考 慮以下的幾個(gè)問(wèn)題： 首先，拋光的目的是獲得較高的表面質(zhì)量，但評(píng)價(jià)拋光機(jī)床的拋光質(zhì)量有這樣兩方面 的內(nèi)容：一方面是機(jī)床應(yīng)保證工件拋光后的最終尺寸精度，保證這些部位拋光前各道工序 所獲得的形狀、位置精度，這是拋光質(zhì)量的先決條件；另一方面是拋光后的表面粗糙度。 對(duì)于一般的圓柱工件來(lái)說(shuō)，保證尺寸公差是較容易的，因?yàn)楣ば蛑袨閽伖夤ば蛄粲羞m當(dāng)?shù)?拋光余量，而這些拋光余量則可根據(jù)拋削量制定。 其次，我們得考慮的是被加工工件的表面形狀，對(duì)于我們現(xiàn)有的特定

13、加工對(duì)象一一凸 輪軸而言，各凸輪的曲面為凹或?yàn)橥辜案魍馆喌南鄬?duì)轉(zhuǎn)角（如圖 2.1所示）及近年來(lái)對(duì)加 工表面質(zhì)量的要求日趨提高和機(jī)床應(yīng)具備一定的加工工藝范圍等，在很大程度上決定了我 們所采用加工機(jī)床、刀具、拋光裝置，為了在機(jī)床設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)成本、效率、結(jié)構(gòu)、技術(shù)熟 練成度要求等的優(yōu)化設(shè)計(jì)，現(xiàn)在可對(duì)以下的幾種加工方案進(jìn)行分析對(duì)比，擇優(yōu)采用符合生 產(chǎn)實(shí)際的加工方案。 圖2.1 四缺凸輪軸端面視圖 2.1.1 第一種方案，采用砂輪磨床進(jìn)行拋光 在此方案中，可采用較高的砂輪和工件的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)速度，可進(jìn)行較大的磨削進(jìn)給量， 獲得較大的金屬切除率，同時(shí)若采用小磨粒的砂輪，也可獲得較高的表面質(zhì)量和較低

14、的表 面粗糙度，但若用在凸輪軸加工中，則將主要存在以下的三個(gè)問(wèn)題： （1）工作節(jié)拍 由于凸輪輪廓復(fù)雜，精度要求高，而且同一凸輪軸上各個(gè)凸輪之間有嚴(yán)格的相位要求， 這在前面的圖2-1可以看到。從其表面曲線來(lái)看，凸輪軸上的凸輪曲線由基圓部分和工作 段部分組成，而工作段部分則由開放曲線、凸尖、關(guān)閉曲線組成（如圖 2.2 ）0為了保證閥 門開關(guān)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)要求。這些曲線的設(shè)計(jì)有專門的要求。對(duì)于凸輪的設(shè)計(jì)者要要仔細(xì)分析凸 輪的輪廓、升程值及其一階導(dǎo)數(shù)（速度）和二階導(dǎo)數(shù)（加速度） ，有時(shí)還得分析三階導(dǎo)數(shù) （加速度的變化），此外，吸氣凸輪與排氣凸輪在外形輪廓上稍有不同。還有，為實(shí)現(xiàn)發(fā) 動(dòng)機(jī)氣缸的正確點(diǎn)火周

15、期，每個(gè)凸輪的相位角是不同地安置的，由于這些原因會(huì)導(dǎo)致砂輪 進(jìn)進(jìn)給控制非常的困難，難以保證加工凸輪的加工精度。同時(shí)其靈活性小，若對(duì)四缸或六 缸的凸輪軸進(jìn)行加工，則需配備10-14套拋光裝置，或者配備一個(gè)可編程的控制系統(tǒng)來(lái)控 制砂輪的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，這樣都會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)的機(jī)床相當(dāng)復(fù)雜。 （2）燒傷 燒傷另一有關(guān)的是磨削凸輪軸凸輪的表面質(zhì)量。顯然，金屬切除率是直接正比于砂輪 與凸輪的相對(duì)周邊速度。由于凸輪的基圓部分和工作段部分的周邊速度不一樣，因而凸輪 圖2.2凸輪磨削曲線 1 .凸尖2.基圓曲線 3.回程曲線 4.升程曲線 各部分的金屬切除率不相同，從而由磨削過(guò)程中產(chǎn)生的塑性變形而產(chǎn)生的

16、熱量相應(yīng)增多， 其熱量的大部分積聚在工件的表面而導(dǎo)致表面局部燒傷。 (3)凹入的凸輪輪廓 這樣的凸輪軸砂輪磨床的前瞻性不好，適應(yīng)性有限，對(duì)于凹入的凸輪沒(méi)法加工，或者 說(shuō)加工成本很高，可采用小直徑的 CBN^加工，但由于其經(jīng)濟(jì)問(wèn)題在大規(guī)模生產(chǎn)中是無(wú)法 推廣的。近年來(lái)，凹入的凸輪已經(jīng)被發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)者感興趣，其凸輪曲線在開放曲線和關(guān)閉 曲線處的曲率是負(fù)值，在這種廓形中，以凹曲線代替直的或凸的曲線。這樣的凸輪在工作 中比現(xiàn)在的凸輪能更快的開關(guān)閥門，這樣燃燒更完全，輸出的馬力更大。 當(dāng)然在以上的三個(gè)問(wèn)題中對(duì)于針對(duì)中軸廠的中小規(guī)模的生產(chǎn)類型及現(xiàn)有的生產(chǎn)加工 條件，按照結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、效率高、成本低、

17、操作方便簡(jiǎn)單等機(jī)床設(shè)計(jì)原則。第一個(gè) 問(wèn)題，即凸輪軸的工作節(jié)拍是我們面臨的最為關(guān)鍵的問(wèn)題，若采用與凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)同步的控 制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，具較高的技術(shù)難度和成本，致使此種方案的可行性較小。 2.1.2第二種方案，采用砂帶拋光機(jī)床進(jìn)行拋光 砂帶拋光是根據(jù)工件形狀，用相應(yīng)的接觸方式及高速運(yùn)動(dòng)的砂帶對(duì)工件進(jìn)行磨削拋光 的一種新工藝。在過(guò)去的五、六十年里，砂帶磨削作為一種新工藝，在像塑料、皮革、不 銹鋼、陶瓷等表面要求較高而又特別難加工的金屬和非金屬材料。在現(xiàn)代工業(yè)中，砂帶磨 削拋光技術(shù)以其獨(dú)具的加工特點(diǎn)被視為一種很重要的加工方法。國(guó)外有專家曾把砂帶磨床 比做“未來(lái)的巨人”加以評(píng)述。 下面將對(duì)砂帶磨削拋

18、光的有關(guān)原理及其特點(diǎn)加以分析。 (1)砂帶磨削拋光原理 實(shí)現(xiàn)砂帶磨削加工的主要方法有：砂帶自由張緊法、帶有接觸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)砂帶法和接觸 板法。最常用的是帶有接觸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)砂帶法。如圖 2.3所示 根據(jù)工件形狀和加工要求，以相應(yīng)的接觸方式和適當(dāng)?shù)哪ハ鲄?shù)對(duì)工件進(jìn)行磨削加工 或拋光。 圖2.3拋光原理圖 2.2擬定夾具方案 對(duì)于特定的加工工件，下面以中原軸件廠提供的六缸凸輪軸為例，如圖 2.4所示，此 六缸凸輪軸中的加工表面為1中的十二個(gè)進(jìn)排氣凸輪面2中的六個(gè)凸輪軸軸頸和3中的兩 個(gè)滾子軸承端面，同時(shí)還可從圖中可看到凸輪軸的兩端有兩個(gè)圓柱。 兩個(gè)端面孔和軸的右端的專為裝夾預(yù)留

19、的部分，從而我們可采用三爪卡盤加尾架的定 位方式來(lái)完成夾緊、定位。這其中的三爪卡盤具有自動(dòng)定心的功能，因此在此裝置中只需 保證主軸和尾架頂錐的同軸度即可保證加工工件的同軸度，如圖 2.5所示。 圖2.4六缸凸輪軸 1.十二個(gè)進(jìn)排氣凸輪 2.六個(gè)凸輪軸軸頸3.端面軸徑 由皿皿皿口zoO：DD?1口「 圖2.5凸輪軸的裝夾示意圖 2.3擬定砂帶拋光裝置的結(jié)構(gòu)方案 2.3.1 國(guó)內(nèi)外砂帶拋光機(jī)現(xiàn)狀及分析 從六十年代起，用于國(guó)產(chǎn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸的砂帶拋光機(jī)床一直采用“靠模頂拋”式 結(jié)構(gòu)，如圖2-6所示，其工作原理是：用一個(gè)與被加工工件形狀、尺寸相同的零件做靠模， 靠模與工件之間用連桿

20、聯(lián)接著，連桿靠近工件的一端裝有拋光爪，拋光砂帶由傳送裝置送 到工件與拋光爪之間，拋光爪使砂帶貼在工件表面上，連桿的另一端安裝仿形滾輪。連桿 在彈簧力作用下使?jié)L輪緊靠著靠模。當(dāng)靠模與工件同步旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)連桿，拋光爪即沿工 件做仿形運(yùn)動(dòng)，砂帶即把工件表面拋光。使用此類機(jī)床必須保證以下兩點(diǎn)：第一，在安裝 工件時(shí)，應(yīng)使工件表面的某一點(diǎn) Af靠模對(duì)應(yīng)的某一點(diǎn)A在同一平面內(nèi)，且角度與位置相 同。第二，拋光時(shí)工件與靠模必須保持嚴(yán)格地同步旋轉(zhuǎn)。在實(shí)際工作中，傳動(dòng)誤差與安裝 誤差總是存在的，這些誤差使得工件凸輪曲線在各點(diǎn)的極座標(biāo)值與靠模對(duì)應(yīng)點(diǎn)的極座標(biāo)值 不一致，最終導(dǎo)致拋光時(shí)砂帶與工件表面接觸力不穩(wěn)定，影響了拋

21、光質(zhì)量。“靠模頂拋” 式砂帶拋光機(jī)的另一缺點(diǎn)是：連桿尺寸大，質(zhì)量也大，運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的動(dòng)員，特別當(dāng) 連桿的兩端靠近凸輪尖端部位的升回程表面時(shí)，連桿將獲得最大的動(dòng)量變化值，使凸輪 圖2.6靠模頂拋示意圖 1.彈簧2.滾輪3.靠模4.連桿5.砂帶6.工件7.拋光爪 開、回程表面的拋光壓力不均勻，因而影響拋光質(zhì)量.即當(dāng)拋光爪處于凸輪回程面時(shí)，較 大的連桿動(dòng)量值由于慣性的作用，迫使拋光爪離開凸輪表面或者拋光爪之間的壓力降低， 也就是砂帶與工件表面脫離接觸或壓力降低，而當(dāng)拋光爪處在凸輪的升程面時(shí)，連桿運(yùn)動(dòng) 產(chǎn)生的慣性力與彈簧力方向一致，增加了拋光爪作用在位拋光表面的壓力。因此，在拋光 過(guò)

22、程中作用力大小不一致，使得拋光質(zhì)量不如人意。 為了克服“靠模頂拋”式砂帶拋光機(jī)的缺點(diǎn)，國(guó)際上各主要汽車生產(chǎn)國(guó)使用的砂帶拋 光機(jī)床普遍采用“抱拋”式拋光頭，且由 PLC4行控制，具結(jié)構(gòu)如圖2.7所示。 從圖中可以看到，工件每一個(gè)拋光面都有一對(duì)拋光爪，平時(shí)是撐開的，工作時(shí)兩個(gè)拋 光爪將工件“抱”住，砂帶從兩個(gè)拋光爪內(nèi)穿過(guò)，再與工件表面接觸，工件每旋轉(zhuǎn)一周， 砂帶兩次拋削工件表面，工作效率是“靠模頂拋”結(jié)構(gòu)的兩倍。“抱拋”結(jié)構(gòu)在工作時(shí)， 兩個(gè)拋光爪作用在工件上的力大小相等、方向相反，不但使凸輪開、回程表面的拋光質(zhì)量 均勻一致而且使機(jī)床主軸和尾架不受徑向力，從而提高了機(jī)床的使用壽命。 圖2.

23、7 “抱拋”機(jī)構(gòu)圖 1.氣缸2.新砂帶3.過(guò)砂帶裝置 4.廢砂帶5.拋光頭6.工件 “抱拋式”拋光頭沒(méi)有靠模和連桿，結(jié)構(gòu)尺寸小，重量輕，動(dòng)量慣性小，每個(gè)拋光頭 都配有一個(gè)砂帶卡盤，更換砂帶方便。 圖2.8改造的“抱拋”結(jié)構(gòu)示意圖 1 .主動(dòng)輪2.擺動(dòng)液壓缸3.張緊輪4.拋光頭 5.錢鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 6.輔助輪7.砂帶8.加工工件 3.確定機(jī)床主要技術(shù)參數(shù) 由于此機(jī)床專為凸輪軸的拋光工序而設(shè)計(jì)，同時(shí)又具有一定的可調(diào)節(jié)性，因此也可定 義為可調(diào)凸輪軸拋光專用機(jī)床。下面將確定其主要技術(shù)參數(shù)如下。 3.1 確定主參數(shù) 由于本次設(shè)計(jì)的機(jī)床為針對(duì)具體的凸輪軸而設(shè)計(jì)，因

24、此我們的主參數(shù)和基本參數(shù)的選 定可根據(jù)給定的加工工件尺寸（最大直徑 父最大長(zhǎng)度為52.5mm 837mm和我們所設(shè)計(jì)的機(jī) 床形式（臥式）相結(jié)合，利用相似類比的方法參照《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) 3部件、機(jī)構(gòu)及其總 體設(shè)計(jì)》將其設(shè)計(jì)所需的主參數(shù)如表3-1如下： 表3-1 床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑 D（mm） 500 拋光機(jī)構(gòu)上的最大工件回轉(zhuǎn)直徑 D1 （mrm 100 最大工件長(zhǎng)度 L 1000 3.2 其他參數(shù)的確定 3.2.1 確定主軸的轉(zhuǎn)速 由于本機(jī)床為特定工件的特定工序而設(shè)計(jì)的專用機(jī)床，其凸輪在徑向上的變動(dòng)不大。 同時(shí)考慮到砂帶加工機(jī)床的工件轉(zhuǎn)速一般取 0?20m/mi

25、n的轉(zhuǎn)速及實(shí)際凸輪表面質(zhì)量的要 求不是太高，其表面粗糙度R#勺取值為0.4?12.5um。因此可根據(jù)下面的公式： 1000 v n = 叼（轉(zhuǎn)/分） （3-1） 式中：。——選定的切削速度（米/分）； d ——刀具直徑或工件直徑（毫米）； 在這里選取0?20m/min的中間值15m/min的轉(zhuǎn)速和工件的變化范圍為 30?100mm^ 確定主軸的轉(zhuǎn)速N的變化范圍，進(jìn)而初步確定一適當(dāng)?shù)闹鬏S轉(zhuǎn)速值。在 "一定的情況下可 獲得主軸的極限轉(zhuǎn)速。 當(dāng)d取小值30mm寸可得最大極限轉(zhuǎn)速: 1000 15 nmax=兀父30 =159.2 (轉(zhuǎn)/分) 當(dāng)d取100mm寸，則可獲得最小極

26、限轉(zhuǎn)速: 1000 15 47.7 30?100mnrt的轉(zhuǎn)速u ,由 nmin = n x100 (轉(zhuǎn)/分) 因此，可初步取其中間值n =64轉(zhuǎn)/分來(lái)驗(yàn)算工件直徑在 公式（3-1 ）可得工件切削速度v : u = 1000 (m/min) (3-2) 當(dāng)d取小值30mm寸可得最低工件切削速度: n 二 d 1000 64 3.14 30 :6.0 10 0 0 2 8 (m/min) 當(dāng)d取大值100mm寸可得最高工件切削速度: ■ max n 二 d 1000 64 3.14 100 1000 =20 .096 (

27、m/min) 由于中原軸件廠提供的凸輪軸在直徑方向上的變化范圍為 44?80mm為使給定的凸 輪軸（最大直徑父最大長(zhǎng)度為52.5mm837mm即六缸發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸）加工時(shí)能處于最佳的 加工狀態(tài)，即15?20m/min。因此，最終取主軸轉(zhuǎn)速為 n主軸二60轉(zhuǎn)/分。 3.2.2 確定切削數(shù)據(jù) ①切削力 由于對(duì)于砂帶的磨削拋光中的受力分析和計(jì)算公式，到目前為止還沒(méi)有一套具體的計(jì) 算公式，因此只能采用參照的方法，取徑向方向上的最大分力 Fn =100N （因?yàn)樵谏皫C(jī)床中一般取50?300N ,同時(shí)又考慮到此機(jī)床為半精加工的精密拋光， 所以為得到較好的拋光表面粗糙度取較小一

28、點(diǎn)的值 100）。對(duì)于其切向分力FJ最大值通 常取徑向分力的一半，這將按最大值來(lái)取值，故拋光的最大切向分力 F =50N ②切削用量 同上的分析類同，由于無(wú)法在理論上計(jì)算出砂帶接觸輪的縱向進(jìn)給量，而只能在生產(chǎn) 實(shí)際中根據(jù)具體的生產(chǎn)實(shí)際調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)的壓力值，即可調(diào)節(jié)接觸輪的徑向壓力，進(jìn)而得 到加工所需的各個(gè)縱向進(jìn)給量和所需的各個(gè)表面粗糙度值。 同理，機(jī)床的橫向進(jìn)給為手動(dòng)調(diào)節(jié)，因而無(wú)需確定，在生產(chǎn)中根據(jù)實(shí)際需要手動(dòng)調(diào)節(jié) 即可。 3.2.3 確定主運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率 現(xiàn)采用計(jì)算法 為了不使電動(dòng)機(jī)在工作時(shí)出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)經(jīng)常處于低負(fù)荷工作狀態(tài)而造成浪費(fèi)，或者電動(dòng) 機(jī)經(jīng)常處于超負(fù)荷狀態(tài)而導(dǎo)致電

29、機(jī)或電氣元件的燒壞（為主要考慮因素） 初步確定主電動(dòng)機(jī)的功率。 一般來(lái)說(shuō)，機(jī)床主電動(dòng)機(jī)的功率 (3-3) N = N切+ N空+ N附 式中： N切——消耗與切削的功率，又稱為有效功率（千瓦） N空 ——空載功率（千瓦）； N附——載荷附加功率（千瓦）。 對(duì)于砂帶磨削拋光機(jī)床可按磨床來(lái)計(jì)算其切削功率 PZ ? (3-3a) N 切=—— 6120 Pz 式中： —一切削力的切向分量（公斤力），這里由于拋光時(shí)主要承受徑向壓力， Pz 且徑向力一般為50?200n ,所以這里可取較大值 =10公斤力（按通常切向力一般取徑 向力的一半的經(jīng)驗(yàn)方法）來(lái)驗(yàn)算； 。—一切

30、削速度（米/分）。這里取最佳切削速度15米/分。 10 15 N 切= =0.0245 6120 （千瓦） 而計(jì)算載荷附加功率的公式為： N切 N附=考——N切 (3-3b) 式中：N附一一載荷附加功率（千瓦）； 三——主傳動(dòng)鏈的機(jī)械效率。 將式（3-3b）代入（3-3）得： N切 N= ? +N空 （3-3c） 此時(shí)，式（3-3c）中的N空為主要消耗功率的元素，但又無(wú)法在實(shí)際的機(jī)床中測(cè)得， 故只能按相似類比的方法，類比于機(jī)床C A 6140來(lái)初步擬定為1.5 KW。 同時(shí)又因?yàn)闄C(jī)床的主運(yùn)動(dòng)為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因而取較大一點(diǎn)的效率值 "床=0.80,代入式 (3-3d)

31、中得: N = N切十 N 空=0.0245+1.5=1.531 （千瓦） 月床 0.80 因此電機(jī)的額定功率： N 額定=— （3-3d） k 對(duì)連續(xù)工作的機(jī)床，取k為1.0 ,則 N額定二^二生1："?"千瓦） k 1.0 最后，由于本機(jī)床在設(shè)計(jì)時(shí)采用模塊化設(shè)計(jì)的方法，為給機(jī)床功能改造和將來(lái)的擴(kuò)展 留有一定的預(yù)留功率，因此在這選用 2.2 KW的主電動(dòng)機(jī)。 3.2.4確定砂帶拋光裝置電動(dòng)機(jī)的功率 由于具體的砂帶拋光機(jī)構(gòu)的具體尺寸和偏角需在拋光機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)完后，才能進(jìn)行較為精 確的計(jì)算?，F(xiàn)在只能參考取值，參照《機(jī)床液壓》中的寧波高等?？茖W(xué)校機(jī)械工程系的陳 廉濤和俞利鋒的論文“

32、砂帶磨削及機(jī)床設(shè)計(jì)” （315010）主傳動(dòng)裝置白^取值范圍（0.3? 0.7kw/10mm,按寬度?。?，取小值0.3進(jìn)行計(jì)算。同時(shí)我們所需拋光的圓面和凸輪面的最 大寬度值為30mm因此所需電動(dòng)機(jī)功率為 P=0.3*30/10=0.9 kw 查中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社出版的吳相憲等主編的《實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 p163頁(yè)表11-1 ,選 Y90S-4型號(hào)的電動(dòng)機(jī)，具額定功率為 1.1kw,滿載轉(zhuǎn)速為1420r/min 4.機(jī)床的總體布局 4.1 運(yùn)動(dòng)的分配 從第一節(jié)的分析我們知道在砂帶拋光機(jī)中所需的運(yùn)動(dòng)為工件與砂帶的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)和拋 光裝置中的拋光頭相對(duì)工件的徑向方向上的運(yùn)動(dòng)。 根據(jù)機(jī)床設(shè)

33、計(jì)的小件承擔(dān)運(yùn)動(dòng)的原則及砂帶拋光機(jī)床中的工件與砂帶的相對(duì)運(yùn)動(dòng)特 性和拋光裝置中拋光頭的特殊運(yùn)動(dòng)形式，決定采用以下的運(yùn)動(dòng)分配形式：即工件承擔(dān)相對(duì) 于砂帶運(yùn)動(dòng)方向反方向的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，此運(yùn)動(dòng)從主軸箱的主軸獲得；砂帶做相對(duì)于工件轉(zhuǎn)動(dòng) 反方向的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，此運(yùn)動(dòng)由單獨(dú)的動(dòng)力源供給（主要原因是可簡(jiǎn)化機(jī)床的運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng), 從而簡(jiǎn)化機(jī)床）；拋光頭的特殊路線的運(yùn)動(dòng)，則由恒壓的液壓系統(tǒng)提供恒定的外力伴隨工 件的轉(zhuǎn)動(dòng)而自動(dòng)隨動(dòng)完成。具運(yùn)動(dòng)的分配如上頁(yè)圖 4.1所示。 圖4.1拋光機(jī)床的運(yùn)動(dòng)分配示意圖 4.2 機(jī)床的傳動(dòng)形式 在此機(jī)床的設(shè)計(jì)中，由于主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)間沒(méi)有嚴(yán)格的傳動(dòng)比要求，及各模塊單獨(dú) 的動(dòng)力

34、源設(shè)計(jì)。因此，機(jī)床的傳動(dòng)形式為機(jī)床主軸箱的齒輪機(jī)械傳動(dòng)、拋光裝置中的恒壓 系統(tǒng)中的液壓傳動(dòng)、主電動(dòng)機(jī)與主軸箱及砂帶與各傳動(dòng)輪的帶傳動(dòng)。 4.3 機(jī)床的支承形式 在機(jī)床的常用支承件一床身、底座、立柱、橫梁、橫臂等的使用中，或單獨(dú)使用，或 組合使用。具支承形式主要有以下的五種形式： 1、“一”形（一字形）支承。 2、F”形（柱形）支承。 3、形（倒丁字形）支承。 4、 “匚”形（槽形）支承。 5、“口”形（框形）支承。 由于凸輪軸一般都為桿件，所以通?？刹捎谩耙弧毙危ㄒ蛔中危┲С泻汀浮毙危ㄖ?形）支承，但為了操作時(shí)裝夾方便、簡(jiǎn)化機(jī)床等決定采用“一”形（一字形）支承的機(jī)床, 也可稱

35、之為臥式拋光機(jī)床，具示意圖如圖 4.2所示： 圖4.2機(jī)床支承示意圖 4.4機(jī)床總聯(lián)系尺寸圖 圖4.3機(jī)床聯(lián)系尺寸圖 則液壓缸的輸出功率為 N = F h =320 0.031 =9.92(W) 5.液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 5.1 工況分析 為了能夠設(shè)計(jì)一個(gè)合理的、實(shí)用的液壓系統(tǒng)，必須進(jìn)行工況分析，以明確機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng) 過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和負(fù)載的大小及其變化規(guī)律。凸輪軸拋光機(jī)機(jī)床的液壓系統(tǒng)主要是為拋 光機(jī)在拋光工件時(shí)，能隨工件的轉(zhuǎn)動(dòng)提供一個(gè)理想恒定的隨動(dòng)工作壓力。下面將對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn) 行運(yùn)動(dòng)分析和負(fù)載的分析以便確定所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)。 5.1.1 運(yùn)動(dòng)分析 由于凸輪軸的

36、加工過(guò)程是一個(gè)連續(xù)不斷的變化過(guò)程，現(xiàn)在討論的是液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)所需 的負(fù)載，及負(fù)載的變化程度?，F(xiàn)將以中軸提供的六缸凸輪軸（注：此軸的加工部位的形狀 為圓面和凸輪面，圓的直徑為 80mm凸輪的尺寸為：長(zhǎng)軸父短軸為51.6mm父44mm（排氣 凸輪）、SOImmM4mm（吸氣凸輪），因而在拋光加工前的凸輪尺寸大概為 52mm 45mm為 主，選定其加工運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的兩個(gè)極限位置（兩拋光接觸輪間的最近位置 44mrnffi接觸的 最遠(yuǎn)位置52mm進(jìn)行分析。其示意分析圖如圖 5.1 o 從圖5-1上可以看到，在凸輪軸運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)極限位置上（只取了拋光裝置的一邊進(jìn)行 分析，因?yàn)閽伖鈾C(jī)構(gòu)基本成對(duì)稱分布，其運(yùn)動(dòng)

37、規(guī)律和受力情況基本一致，只是時(shí)間上的先 后差別），拋光機(jī)構(gòu)上的桿件和接觸輪整體轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，并在垂直方向上與初始位置 有一定的高度差。在這為方便分析起見，在這兩個(gè)取定的特殊位置上，假定 1位置為初始 位置，這樣當(dāng)凸輪軸上的凸輪部分轉(zhuǎn)到 2位置的過(guò)程中，桿件cef及接觸輪a將整體繞點(diǎn) e順時(shí)針?lè)较蚱D(zhuǎn)一偏角N dec,又桿件ad和桿件def為固定連接，因而其偏轉(zhuǎn)角與桿 ad 相同，即 圖5.1運(yùn)動(dòng)位置分析示意圖 dec= aeb 這里由于凸輪在長(zhǎng)度上的差值此時(shí)為最大(但在水平方向上不到 7mm因?yàn)榻佑|輪與 凸輪表面在拋光過(guò)程中始終相切，此時(shí)由于接觸輪繞 e點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)，因而會(huì)導(dǎo)致

38、凸輪和接觸 輪的相切點(diǎn)并不絕對(duì)的在水平方向上， 而是有小角度的偏移，約等于2aeb的值)，因而整 個(gè)機(jī)構(gòu)的往外偏轉(zhuǎn)的程度為最大。在凸輪軸的加工過(guò)程中只需考慮其凸輪軸在水平和垂直 方向上的力的大小及變化，即可初步擬訂液壓缸的額定壓強(qiáng)的要求。 5.1.2 負(fù)載分析 (a)機(jī)構(gòu)在理想狀態(tài)下受力情況及其變化情況進(jìn)行分析如下： ① 在1位置時(shí)。此時(shí)接觸輪與凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)中心線所組成的 平面與水平面的夾角為0度，凸輪的徑向力為100N ,因而作用在c點(diǎn)桿件上的反作用 力F2=100N其受力圖如圖5-2所示。從上圖可以看出，力F2給與桿件一個(gè)相對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn) e的順時(shí)針?lè)较虻霓D(zhuǎn)矩 M2=100*220/

39、1000=22N/m 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) F- = =10O 圖5.2位置受力分析圖 因而，液壓缸得相應(yīng)的給予一個(gè)相對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn) e的逆時(shí)針?lè)较虻霓D(zhuǎn)矩 M1,并使得 M1=M2 又ef的長(zhǎng)度為10 0 mm因而力 F1=M1/Lef =22/0.1=220N ②、在2位置時(shí)。此時(shí)接觸輪與凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)中心所組成的平面與水平面方向有一定的火 角，因而點(diǎn)c處的力的方向與水平方向也有一定的夾角，從而水平方向上的分力將發(fā)生變 化，成變小的趨勢(shì)。下圖為2位置時(shí)受力分析圖和位置示意圖如 5.3a所示。 在這兩圖中，/1為/ hig=/1g , /2為/ abo,此時(shí)仍然假定液壓

40、缸的推力為2 2 0 N,即圖6-3b中的力Fb= 2 2 0 N,由圖6-3a可以知道 Zaeb>/ aob,又/ aob的 角度值很小，趨近于零，所以可以近似地認(rèn)為/ aeb= /aob。由于/ dab也較小，因而可 認(rèn)為線段ab的長(zhǎng)度為7mm則 ab 2 /aeb=2arsin。220 父 220 +50 父50 =「8。 所以/ aob= / aeb=1.8 ,這里假定/ 1^7 2=1.8 0來(lái)估算力Fd及力Fc的大小及變 化。由5-3b 圖5.3b位置受力分析圖 可知： Fb=220 N, WJ F3=100 N Fd=F3 Mcos/2=100Mcos1

41、.8=99.95 N Fc=F3 xsin /2 =100 51.8=3.14 N 因而在水平方向上 △ F=F2-Fd=100-99.95=0.05 N 在垂直方向上 F=0-3.14=-3.14 N 由于其值都很小，因而在水平方向和垂直方向上基本可以看作是恒定的工作壓力（水 0.05 平方向僅為 /100,而垂直方向相對(duì)與工件的自重則更是微乎其微了） 因此，在不考慮自身重力的理想狀態(tài)下，液壓缸應(yīng)提供的力 F理想應(yīng)為： 院里想二220 N 但由于拋光裝置是橫置的，同時(shí)桿件和活塞皆為有一定質(zhì)量的元件，因而還的考慮其 重力的影響。 (b)、考慮重力狀態(tài)下的受力分析 由于拋

42、光機(jī)構(gòu)為橫置，故桿件的兩端重力差將產(chǎn)生的一定方向的轉(zhuǎn)矩 ，現(xiàn)在對(duì)起機(jī)構(gòu) 的重力分布情況進(jìn)行了初步的估算，其大致情況如圖 5.4所示： 圖5.4受力分析圖 1.桿件左端2.桿件右端3.接觸輪4.兩導(dǎo)向輪 設(shè)G1作用點(diǎn)到e的距離為ef/2=50mm； G2作用點(diǎn)到e的距離為右邊長(zhǎng)度的一半，即 為150mm所有構(gòu)件皆按鑄鐵材料來(lái)計(jì)算，此時(shí) P=7.9g/ cm3;而3輪的尺寸直徑又厚度 為60mm50mm4、5輪的尺寸直徑M厚度為40mm 30mmi肖的尺寸直徑尺長(zhǎng)度為10mm 50mm 因此 左邊的質(zhì)量 m1= Pv1=7.9M (10父 20M 100) =158g 右邊的

43、質(zhì)量 m2= ： v2 2 =7.9 M (10M 20M 300+元父 30 M 30+2^ . 20*20 30+2 20 50 30+15 50 m 30+冗父 5*5 m 50 M 3) /1000=2484g 所以 三 M二(2484 150-158 50) 10/(100 1000) =3650 N.mm 所以 F缸=三 M/ef=3650/100=36.5 N 由于在液壓缸的工作過(guò)程中還存在摩擦力等的影響，因而液壓缸提供的力 F> F理想 +F缸=256.3 N 5.1.3運(yùn)動(dòng)行程分析與計(jì)算 由前面的分析可知，在每個(gè)凸輪的加工過(guò)程中偏轉(zhuǎn)角的變化很小，在桿

44、件的軸向方向 上的差值不大，因而可以進(jìn)近似地將圓弧看成水平直線來(lái)分析，這樣工件在水平方向上的 液壓缸的工作行程可用圖5.5來(lái)近似計(jì)算；已知拋光機(jī)床的加工范圍為 30?100mm即4 X=70/2=35mm由圖可知桿件在1和2位置所組成的圖形是成相似三角形的，因而相應(yīng)邊 的比值相等，即 △X 220 △ x 一 100 所以 △ x =100-^AX =—>^35 =15.9mm 220 220 圖5.5機(jī)構(gòu)上桿件偏轉(zhuǎn)極限示意圖 啟動(dòng) 恒壓工作 停止 圖5.6工作循環(huán)圖 5.2 擬訂液壓系統(tǒng)工作原理圖 在綜合考慮第一部分的設(shè)計(jì)要求及相關(guān)液壓系統(tǒng)、液壓元件的性

45、能和特性后，可采用 如圖5-7所示的調(diào)壓液壓系統(tǒng)（為系統(tǒng)智能符號(hào)圖）。 _ 圖5.7 拋光機(jī)床液壓系統(tǒng)圖 1 .固定液壓缸2.轉(zhuǎn)動(dòng)活塞桿及活塞 3.電磁換向閥 4.抱拋機(jī)構(gòu)桿件5.溢流閥6.油管7. 電動(dòng)機(jī) 8.濾油器 9.油缸10.葉片泵11.單向閥12.壓力表13.液壓缸復(fù)位彈簧 5.3 液壓元件的選擇與計(jì)算 由于系統(tǒng)所要求的工作推力條件不高，即只需大于（ 256.3+N彈簧）N,在液壓缸的工 作壓力及尺寸上沒(méi)有任何附加的條件。因而，在設(shè)計(jì)本液壓系統(tǒng)時(shí)采用了選定液壓泵后再 設(shè)計(jì)相關(guān)的元件的設(shè)計(jì)方案來(lái)設(shè)計(jì)本系統(tǒng)，并在最后對(duì)其有關(guān)參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證和計(jì)算。 5.3.1 液壓

46、泵的選擇 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》?（4、液壓、氣壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)及機(jī)床現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法）,選表8.3-7中 的BB-B4型擺線內(nèi)齒輪泵。因?yàn)樵撔吞?hào)的泵具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸油平穩(wěn)、噪音低、良好的高 速性能等特點(diǎn)。適用于低壓液壓系統(tǒng)，價(jià)格也較便宜。該型號(hào)的齒輪泵的主要參數(shù)如表 5-1。 表5-1BB-B4型擺線內(nèi)齒輪泵主要參數(shù)表 流量（L/min ） 4 壓力（MPa 2.5 轉(zhuǎn)數(shù)（r/min ） 1500 壓力振擺（MPa 0.15 容積效率（%） >80 驅(qū)動(dòng)功率（kw） 0.25 5.3.2 液壓泵電動(dòng)機(jī)的確定與選擇 由上邊參數(shù)表中的驅(qū)動(dòng)功率和轉(zhuǎn)速，可查吳相憲、王正為、黃玉

47、堂主編的實(shí)用機(jī)械設(shè) 計(jì)手冊(cè)P163頁(yè)表11-1 （Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)），選Y801-4型號(hào)的三相異步電 動(dòng)機(jī)，額定功率為0.55kw。 5.3.3 液壓油的選用 為了在滿足系統(tǒng)要求的前提下，選用合適的液壓油還得考慮所選油的價(jià)格性能比問(wèn) 題。由于所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的液壓泵的額定壓力僅為 2.5MPa,而且工作壓力取得更低，為 1 .0MPa左右，故屬于低壓系統(tǒng)。而在通常的機(jī)床低壓液壓系統(tǒng)中，一般都采用 10號(hào)、20 號(hào)、30號(hào)機(jī)械油、8號(hào)柴油機(jī)油，及22號(hào)、30號(hào)汽輪機(jī)油等。在這系統(tǒng)中，考慮壓力低 和通用性及價(jià)格性能比等，系統(tǒng)在春、冬季由于溫度較低選用粘度較低的 10號(hào)機(jī)械油，

48、夏、秋季選用粘度較高的 20號(hào)機(jī)械油。查上?？茖W(xué)技術(shù)出版社出版的《液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)手 冊(cè)》P1022頁(yè)表12-6得到這兩種油的主要性能參數(shù)如表 5-2所式。 表 5-2 (GB443-64 10號(hào)機(jī)械油 20號(hào)機(jī)械油 運(yùn)動(dòng)粘度［cSt］ 713 1723 恩氏粘度［ E］ 2.63.31 酸彳直[mgKOH/g] < 0.14 0.16 灰分［%］ 0.007 0.007 水溶性酸和堿 無(wú) 無(wú) 機(jī)械雜質(zhì)［%］ < 0.005 0.005 水分［%］ 無(wú) 無(wú) 閃點(diǎn)［ C］之 165 170 凝點(diǎn)[ C] < -15 -15 5

49、.3.4 活塞桿直徑的選定與校核 d 一 這里按d=0.5D取，則d=0.5*50=25mm為確定所選直徑是否滿足設(shè)計(jì)要求，下面對(duì) 其進(jìn)行剛度校核： (5-3) 式中F ——活塞桿上的作用力; ［ 仃］——活塞桿材料的許用應(yīng)力；［仃產(chǎn)睦川；雇為材料抗拉強(qiáng)度，n為安全 系數(shù)，一般取n=1.4。 取缸筒相同材料，因而 %相同，即340MPa取n=1.4, F=2000(前面已分析得出)那 d 一 4 2000 3.14 340 1.4 =10.5mm - 25mm 因而所選直徑尺寸滿足強(qiáng)度要求，為合理取用 5.3.5 其它元件的選用與計(jì)算 (a)油管和管接頭的選

50、擇 ①油管類型的選擇 在整個(gè)液壓系統(tǒng)中，處在不同位置的油管應(yīng)相應(yīng)地采用不同類型的油管，以便取得較 好的效果。因?yàn)橛凸艿倪x擇是否恰當(dāng)，對(duì)液壓系統(tǒng)的工作可靠性、安裝合理性和維修方便 性等都有影響。同時(shí)不同類型的有關(guān)具有不同的特性和最佳使用場(chǎng)合，比如鋼管，它能承 受高壓、耐油、抗腐蝕性和鋼性好的特點(diǎn)。主要使用于中、高壓系統(tǒng)。而銅管它易彎曲， 承受的壓力也較高，但價(jià)格高，抗振能力弱，只用于液壓裝置配接不方便的地方。至于軟 管，主要用于兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)之間的連接。這里我們?cè)谝簤合到y(tǒng)的連接中，在進(jìn)油管路上采 用冷拔鋼管，在換相閥與液壓缸之間采用軟管連接。 ②油管尺寸的計(jì)算 油管內(nèi)徑d的計(jì)算公式為

51、(5-4) d=4Q 式中：Q——通過(guò)油管的最大流量； 。一一油管中允許的流速，一般吸油管去0.5?5m/s；壓力油管2.5?5m/s；回 油管取1.5?2m/s。 因而，對(duì)于吸油管： 4 4 1000/60 d 吸 = =0.849 cm = 8.5mm 兀父1父100 查上?？茖W(xué)技術(shù)出版社出版的《液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 8-1管道公稱通徑系列參 (JB825-66),選系列中的14mm再查表8-2得管壁厚為2mm管接頭連接螺紋 M221.5 對(duì)于壓力油管: 4 4 1000/60 d壓= 二 2.5 100 =0.34cm = 3.4mm 同上選公稱通徑為1

52、0mm油管壁厚為1mm接頭連接螺紋為M10 1 對(duì)于回油管: 4 4 1000/60 d 回= =0.57cm = 5.7 mm 二 1.5 100 同上選公稱通徑為10mm油管壁厚為1mm接頭連接螺紋為M10" (b)溢流閥的選用 溢流閥作為液壓系統(tǒng)中不可少缺的壓力控制元件。其主要功能就是能在系統(tǒng)中起調(diào)壓 和限壓作用。除此之外，溢流閥還可以作背壓閥、遠(yuǎn)程調(diào)壓閥、卸荷閥等多種用途。 在本系統(tǒng)中采用溢流閥，主要用來(lái)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作壓力和限制活塞缸的壓強(qiáng)，以便保 持基本恒定的活塞推力。因而對(duì)選用的活塞要求壓力 -流量特性要好。在溢流閥的種類中 主要分為兩種，即直動(dòng)式溢流閥和先導(dǎo)式溢

53、流閥。由于先導(dǎo)式溢流閥的壓力 -流量特性比 直動(dòng)式溢流閥要好，因而要盡量采用先導(dǎo)式溢流閥。結(jié)合所調(diào)節(jié)壓力系統(tǒng)的壓力不高，為 低壓系統(tǒng)，及資料《液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》(上海科學(xué)技術(shù)出版社出版的)P622頁(yè)表7-88, 選用P-B10型低壓溢流閥(廣州型)。其壓力范圍為0.3?2.5MPa,額定流量為10L/min , 接口尺寸為8mm (c)單向閥的選用 為減少齒輪泵本身的流量脈動(dòng)對(duì)液壓缸的影響及液壓缸負(fù)載變化引起的壓力變化對(duì) 泵的影響，在中間設(shè)置一單向閥。根據(jù)設(shè)計(jì)要求查資料《液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》 (上海 科學(xué)技術(shù)出版社出版的)P568頁(yè)，選DIF-L10H1型號(hào)的單向閥。其公稱通徑為

54、 10mm額 定流量為25L/min。 (d)電磁換向閥的選用 由于在換相控制中只需能實(shí)時(shí)控制油路的通斷即可，這里采用資料《液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè) 計(jì)手冊(cè)》(上海科學(xué)技術(shù)出版社出版的)P669頁(yè)表7-149中的23D-10B型號(hào)的板式二位三 通單電磁鐵彈簧復(fù)位式換相閥。流量為 10 L/min,最大壓力為6.3MPa,接口直徑為8mm (e)濾油器 濾油器用于濾除油液中非可溶性顆粒污染物，對(duì)油液進(jìn)行凈化，以保證系統(tǒng)工作的穩(wěn) 定和延長(zhǎng)液壓元件的使用壽命。 濾油器的從結(jié)構(gòu)上可分為多種，比如網(wǎng)式濾油器、線式濾油器、紙式濾油器、燒結(jié)式 濾油器等。 考慮到本液壓系統(tǒng)基本為封閉的系統(tǒng)及對(duì)系統(tǒng)一定程度靈敏

55、度的的要求，在滿足通油 能力和耐壓、抗腐蝕的能力的基礎(chǔ)上，優(yōu)先采用線隙式濾油器，并安裝在液壓泵的進(jìn)油管 上，以便保護(hù)液壓泵。查上?？茖W(xué)技術(shù)出版社出版的《液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 10-10 XU 型線隙式濾油器中的XU-B16100型號(hào)，其流量為16L/min,可承受壓力為25MPa壓力損 失僅為0.3?0.6 MPa過(guò)濾精度為100N ,現(xiàn)有產(chǎn)品為沈陽(yáng)黃河五金液壓件廠的 XU-15^100 型號(hào)，其參數(shù)相同。 (f)油箱 油箱的主要作用是儲(chǔ)油、散發(fā)油的熱量、沉淀油中雜質(zhì)、逸出油中氣體。油箱分為開 式油箱和閉式油箱，這里采用開式油箱。放置于機(jī)床床身的空腔中，具開式油箱的結(jié)構(gòu)圖 如圖5.8所

56、式。 圖5.8油箱結(jié)構(gòu)圖 37 1.空氣過(guò)濾器2.回油管3.油面指示器4.放油塞 5.線隙式過(guò)濾器 6.隔板 7.吸油管 8.頂板 很明顯此油箱為固定式油箱，同時(shí)由于溫升不高，故采用自然冷卻的方式來(lái)冷卻油液 油箱的尺寸(長(zhǎng)：寬：高)可基本認(rèn)為 1:1:1。則油箱的有效容積可按4倍每分鐘的流 量，即 (5-5) V =4交泵 所以： V=4*4=16L (h)壓力表 由于本系統(tǒng)為低壓力系統(tǒng)，故只需采用一般的壓力表即可。查上海科學(xué)技術(shù)出版社出 版的《液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》P972頁(yè)表10-34,選用上海宜川儀表廠的一般用彈簧管壓力表 Y-60型號(hào)的壓力表。 5

57、.4系統(tǒng)性能驗(yàn)算 5.4.1 傳動(dòng)路線中的壓力損失 液壓系統(tǒng)的傳動(dòng)路線應(yīng)分吸油段和壓油段兩部分來(lái)分別計(jì)算壓力損失。由于管道暫時(shí) 沒(méi)有布置完，這里按d=10mm#計(jì)算，取L=2.5m估算。油液的運(yùn)動(dòng)粘度為10號(hào)機(jī)械油計(jì) 算。由前面的元件選用可得如表 5-3所式的數(shù)據(jù)： 表5-3各控制閥參數(shù)表 序 號(hào) 控制元 件名稱 型號(hào)規(guī) 格 技術(shù)數(shù)據(jù) px10”(Pa) 2 Q(m2/s) 實(shí)際流量 2 Q(m2/s) 額定流量時(shí) 的壓力損失 △Px1G(Pa) 1 溢流閥 P-B10B pmax =25 Q=0.17x10-3 0.067 x 10， 卸荷

58、壓力 1 ?1.5 2 單向閥 DIF-L10 H1 Pmax =210 Q=0.42x10^ 0.067 父 10， 2 3 二位三 通電磁 換向閥 23D-10B P=63 Q=0.17m10， 0.067 m 10， 2 首先判斷液流狀態(tài)，由于雷若數(shù) 4Q 二d、 一上 4 0.067 10 二 10 10，7.13 10” = 11.97 -2000 故為層流 管路沿程壓力損失: △ PL = d4 1016 4.3 7.13 10 0.067 104 2.5 104 _16 _5 - 1016

59、 =5.1 105(Pa) 取局部壓力損失 △ PT = 0.W\PL =0.1 父 5.1 父 105 =0.51 父 105(Pa) 油液流經(jīng)單向閥和二位三通換向閥的壓力損失為: - - QV / 0.067 10 Q067 10 5 工 AFV = E △(") =2父1(5( + -) =1.1><105(Pa) QV 0.17 10“ 0.42 10” 因而，整個(gè)回路的壓力損失為 △ P =△ pL 記pj江p = (5.1+0.51 + 1.1)x105 =671x105(Pa) 5.4.2 確定液壓泵工作壓力 為了不使彈簧承受太大的拉力，選液壓缸工作推力為

60、 320N,則 F 320 6 5 PL=— = 2 10 =1.632 10 (Pa) A 二 50 4 所以液壓泵的工作壓力： P >PL +AP = (6.71x1.632)x105 = 8.342父 105(Pa) 5 故溢流閥的調(diào)整壓力取9父10 (Pa)。 5.4.3 液壓系統(tǒng)的效率 液壓缸活塞的速度 Q , 0.067 10，0.9 h = " = 2 =0.031(m/s) A 二 502 上 10 4 液壓泵的輸出功率為 Nb=PQ=9 105 0.067 10 二=60.3(W) 所以整個(gè)系統(tǒng)的效率(取齒輪泵的效率為 0.8) N 9

61、92 N= — ?"泵=992x0.8=0.132 NB 60.3 5.5系統(tǒng)的可行性驗(yàn)證 由于在機(jī)床的加工過(guò)程中，工件每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，抱拋機(jī)構(gòu)的每個(gè)單邊均做一次升程和回程 運(yùn)動(dòng)，而回程運(yùn)動(dòng)由彈簧來(lái)完成。機(jī)床上的工件轉(zhuǎn)速為 60r/min ,故工件每一秒鐘得轉(zhuǎn)一 轉(zhuǎn)，若按工件每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，液壓缸里油量變化四次來(lái)計(jì)算臨界速度，(取每次變化量為3.2mn^ 則 4 4 10" u臨= =0.16乂10 (m/s) Muh =0.031(m/s) 1 故所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)符合機(jī)構(gòu)控制要求 5.6支撐件及導(dǎo)軌設(shè)計(jì) 機(jī)床中的支承件主要是指床身、立柱、橫梁、底座等大件。而且在設(shè)計(jì)時(shí)可主要從剛 度、

62、熱變形與內(nèi)應(yīng)力等方面來(lái)著重考慮。而在本次的拋光機(jī)床的支承件設(shè)計(jì)中，主要為床 身和底座的設(shè)計(jì)，為縮短設(shè)計(jì)的時(shí)間和周期，采用基于 CA61401通車床的變形設(shè)計(jì)方法。 其主要的尺寸和結(jié)構(gòu)基本與 CA6140的成比例，因而在滿足機(jī)床的性能要求上不會(huì)存在失 效的情形，具體的設(shè)計(jì)尺寸、結(jié)構(gòu)及相關(guān)的技術(shù)要求見零件圖和總裝圖。 論文至此，將近兩個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)也即將告一段落了， 此時(shí)此刻，感觸最深的是： 畢業(yè)設(shè)計(jì)真能鍛煉人，同時(shí)也非常慶幸自己選了往年沒(méi)做過(guò)的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目， 讓自己 在大學(xué)的最后階段真真正正地鍛煉一下自己。 雖然在設(shè)計(jì)之初也曾后悔過(guò)，沒(méi)有選一 個(gè)較容易的設(shè)計(jì)題目，雖然在我的設(shè)計(jì)中也還存在一

63、些問(wèn)題， 雖然現(xiàn)在我還不可能知 道我的畢業(yè)設(shè)計(jì)的成績(jī)，但事實(shí)證明了我做到了我曾經(jīng)為此而疑惑、徘徊猶豫過(guò)的問(wèn) 題。而且，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的這段時(shí)間里，它讓我學(xué)會(huì)了一種通用的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，讓我 學(xué)會(huì)了獨(dú)立做研究、查資料、做設(shè)計(jì)等。同時(shí)也培養(yǎng)了我們?cè)谧鲈O(shè)計(jì)過(guò)程中的團(tuán)隊(duì)合 作。我想這也許就是我們做畢業(yè)設(shè)計(jì)的最初目標(biāo)所在吧！ 彈指一揮問(wèn)，大學(xué)就這樣結(jié)束了，回想當(dāng)時(shí)剛剛上大學(xué)的時(shí)候，就一懵懂的小青 年，上了一個(gè)有著悠久歷史的學(xué)校，，我就是伴著新校區(qū)成長(zhǎng)的，它成長(zhǎng)的同時(shí)也哺 育了我成長(zhǎng)。 最后，我要特地感謝的是：在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中為我解除過(guò)疑難的老師及帶過(guò)我們 畢業(yè)實(shí)習(xí)和設(shè)計(jì)過(guò)程中幫助過(guò)我的老師。感謝他們?cè)谖耶?/p>

64、業(yè)設(shè)計(jì)中對(duì)我的指導(dǎo)和幫 助。祝他們： 身體健康！工作愉快！生活美滿！ 參考文獻(xiàn) [1]鄧文英.2004.金屬工藝學(xué).北京：高等教育出版社 [2] 丁樹膜.2004.機(jī)械工程學(xué).北京：機(jī)械工業(yè)出版社 [3]房世榮.1994.工程材料與金屬工藝學(xué).北京：機(jī)械工業(yè)出版社 [4]郭炯凡，陳定乾.2000.金屬工藝學(xué).北京：高等教育出版社 [5]李義增.1998.金屬工藝學(xué).北京：機(jī)械工藝出版社 [6]凌愛林.2001.金屬工藝學(xué).北京：機(jī)械工藝出版社 [7]羅會(huì)昌.2000.金屬工藝學(xué).北京：高等教育出版社 [8]劉躍南.2000.機(jī)械基礎(chǔ)工藝學(xué).北京：機(jī)械工業(yè)出版社 [9]孫學(xué)強(qiáng).2001.機(jī)械制造基礎(chǔ).北京：機(jī)械工藝出版社 [10]王英杰.2001.金屬工藝學(xué).北京.高等教育出版社 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文意見表 指導(dǎo)教師意見: 教師簽字： 年 月 日 評(píng)閱人意見: 評(píng)閱人簽字： 年 月 日 答辯委員會(huì)意見: 成績(jī)?cè)u(píng)定： 答辯組組長(zhǎng)簽字： 年 月 日