斯太爾發(fā)動機缸蓋精鉸閥座導桿孔機床動力裝置設計

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1、摘要：本論文主要介紹機床動力部件的選用及設計過程。 包括動力頭的設計，傳 動裝置的設計，以及組合刀具的設計過程，首先分析了加工零件的工藝性，動力頭的 設計涉及主軸組件的設計過程，主軸部件的布置形式的選用，軸承的配置形式，軸承 精度等級的選用，以及主軸結構的設計，主軸剛度的計算等。然后介紹了傳動裝置的 設計，涉及帶傳動的設計，包括了同步齒形帶的傳動計算過程。 刀具的設計過程主要 概括了，刀具主要參數(shù)的選擇確定過程。 關鍵詞：動力頭組合機床 動力裝置 液壓滑臺 Abstract： The present paper main introduction engine bed power pa

2、rt selects and the design process. Including the power head design, the transmission device design, as well as combines the cutting tool the design process, first analyzed the processing components technology capability, the power head design has involved the main axle module the design process, mai

3、n axle part arrangement form selection, the bearing disposition form, bearing precision class selection, as well as main axle structure design, main axle rigidity computation and so on. Then introduced the transmission device design, involves the belt transmission the design, including synchronized

4、tooth profile belt transmission computation process. The cutting tool design process mainly summarized, cutting tool main parameter choice definite process. power head unit machine power device hydraumaticskid platform 刖百 組合機床是以通用部件為基礎，配以按工件特定形狀和加工工藝設計的專用部件 和夾具，組成的半自動或自動專用機床。 組合機床一般用于加工箱體類或特殊形狀的

5、零件。 加工時，工件一般不旋轉, 由刀具的旋轉運動和刀具與工件的相對進給運動，來實現(xiàn)鉆孔、擴孔、物孔、較孔、 鏈孔、銃削平面、切削內外螺紋以及加工外圓和端面等。 有的組合機床采用車削頭夾 持工件使之旋轉，由刀具作進給運動，也可實現(xiàn)某些回轉體類零件 （如飛輪、汽車后 橋半軸等）的外圓和端面加工。 二十世紀70年代以來，隨著可轉位刀具、密齒銃刀、鏈孔尺寸自動檢測和刀 具自動補償技術的發(fā)展，組合機床的加工精度也有所提高。銃削平面的平面度可達 0.05毫米/ 1000毫米，表面粗糙度可低達 2.5?0.63微米；鏈孔精度可達IT7?6 級，孔距精度可達0.03?0.02微米。 專用機床是隨著

6、汽車工業(yè)的興起而發(fā)展起來的。 在專用機床中某些部件因重復 使用，逐步發(fā)展成為通用部件，因而產(chǎn)生了組合機床。 最早的組合機床是1911年在美國制成的，用于加工汽車零件。初期，各機床制 造廠都有各自的通用部件標準。為了提高不同制造廠的通用部件的互換性， 便于用戶 使用和維修，1953年美國福特汽車公司和通用汽車公司與美國機床制造廠協(xié)商，確 定了組合機床通用部件標準化的原則，即嚴格規(guī)定各部件間的聯(lián)系尺寸，但對部件結 構未作規(guī)定。 通用部件按功能可分為動力部件、支承部件、輸送部件、控制部件和輔助部件五 類。動力部件是為組合機床提供主運動和進給運動的部件。主要有動力箱、切削頭和 動力滑臺。 支承部

7、件是用以安裝動力滑臺、帶有進給機構的切削頭或夾具等的部件， 有側底 座、中間底座、支架、可調支架、立柱和立柱底座等。 1零件工藝分析 1.1 氣缸蓋的作用 1.2 本工序各待加工處的技術要求 加，向 尺寸及偏差 公差及精度 等級 表面粗糙度 形位公差 進氣孔 ° 560+0.03 IT6 Ra0.8 仙 m ◎（|）0.05mm A 排氣孔 ° 530+0.03 IT6 Ra0.8 p m ◎（|）0.05mm B 進氣導桿孔 ,—+0.015 小160 IT7 Ra3.2 p m ±（|）0.05mm 排氣導桿孔 ,—+0.015

8、 小160 IT7 Ra3.2 n m ±（|）0.05mm 1.3 審查氣缸蓋本次加工的工藝性 1.4 缸蓋的生產(chǎn)類型 N=10000 臺/年* m=6 件/ 臺*(1+10%)*(1+10%)=72600 件/ 年 2組合機床動力部件選用 2.1 選用通用部件的基本方法 (1)切削功率應滿足加工所需的計算功率(包括切削所需功率、空轉功率及傳 動功率)。 (2)進給部件應滿足加工所需的最大計算進給力、進給速度和工作行程及工作 循環(huán)的要求，同時還須考慮裝刀、調刀的方便性。 2.2 通用部件的選用 (1) 動力部件的選用 選用動力部件主要是確定動力部件的品種和規(guī)格。 根

9、據(jù)加工工藝分析和機床總體設計選擇所需的動力部件及規(guī)格如下： 表2-1 部件名稱 規(guī)格 數(shù)量 錢孔較頭 DSS800-F-L 2 左液壓滑臺 SEHY-F630/630 1 右液壓滑臺 SEHY-F400/400 1 錢孔電機 YD132S-6/4/2-B3 2 切槽電機 Y100L-6B3 1 動力滑臺主要用來實現(xiàn)進給運動的通用部件。此外他還可以作為自動檢驗和壓套 等輔助工序的傳動裝置，以及自動線上的運輸裝置等用。液壓滑臺主要由滑座、滑臺、 和液壓缸三部分組成?；_由固定在滑座內的油缸活塞桿推動， 沿滑座的導軌作直線 運動，左側滑臺要承受較重的壓力，故選

10、用雙矩形導軌，為提高精度，右側選用三角 形矩行組合導軌?；_的運動由液壓系統(tǒng)控制，能實現(xiàn)快進-工進-停留-快退-停止。 根據(jù)所選液壓滑臺選用相應的組件。以及配做相應的零件。 3主軸組件設計 主軸組件包括主軸、主軸支撐和安裝在主軸上的傳動件、 密封件等。因為主軸帶 動工件或刀具直接參加工件表面形成運動，所以它的工作性能對加工質量和生產(chǎn)率產(chǎn) 生直接影響，是機床上最重要的部件之一 3.1 主軸組件的設計要求 主軸組件應達到以下幾點設計基本要求： (1)旋轉精度 指機床在空載低速旋轉時(機動或手動)，主軸前端安裝工件 或刀具部位的徑向和軸向跳動值滿足要求(其值可參見有關機床精度標準) 。目

11、的是 保證加工零件的幾何精度和表面粗糙度。 (2)剛度指主軸組件在外力(例如切削力)的作用下，仍能保持一定工作精 度的能力。剛度不足時，不僅影響加工精度和表面質量，還容易引起振動。惡化傳動 件和軸承的工作條件。設計時應在其它條件允許的條件下，盡量提高剛度值。 (3)抗振性 指主軸組件在切屑過程中抵抗強迫振動和自己振動保持平穩(wěn)運 轉的能力。抗振性直接影響加工表面質量和生產(chǎn)率，應盡量提高。 (4)溫升和熱變性溫升會引起機床部件熱變性，使主軸旋轉中心的相對位置 發(fā)生變化，影響加工精度。并且溫度過高會改變軸承等元件的間隙，破壞潤滑條件， 加速磨損甚至報廢軸。 (5)耐磨性 指長期保持其原始精度

12、的能力。主要影響因素有材料熱處理、軸 承類型和潤滑方式。 同時，主軸結構要保證各零件定位可靠、工藝性好等要求。 設計時應綜合考慮以上幾項要求，注意吸收新技術，以獲得滿意的設計方案。 3.2 主軸組件的設計步驟 3.3 主軸組件的布局 3.3.1 軸承的選取 3.3.2 軸承的配置形式 3.3.3 滾動軸承間隙的調整和預緊 3.3.4 主軸滾動軸承的精度和配合 機床精度等級 前軸承 后軸承和推力軸承 普通精度級 D或C E或D 精密級 5B C  高精度級 配合部位 配合 主軸軸徑與軸承 內圈 m5 k5 JS6 k6 座孔與軸承外圈 K

13、6 J6 或 JS6 或規(guī)定一定過盈量 3.3.5 主軸傳動件的布置 3.3.6 主軸組件布局設計 圖3-1 圖3-2 3.4 主軸結構設計 3.4.1 主軸軸徑的確定 功 率 2.6~3.6 3.7~5.5 5.6~7.3 7.4~11 11~14.7 14.8~18.4 18.5~22 22~29.5 車 床 70~90 70~105 95~130 110~145 140~165 150~190 220 230 升 降 臺 銃 床 60~90 60~95 75~100 90~105 100~11

14、5 外 圓 磨 床 50~60 55~70 70~80 75~90 75~100 90~100 105 105 3.4.2 主軸前端懸伸量的選擇 3.4.3 主軸剛度的驗算 4傳動裝置設計 4.1 傳動方案擬定 比。 4.2 帶傳動設計 4.2.1 選用的齒形帶的參數(shù)一般如下: 4.2.2 同步齒形帶的傳動計算 (1) 確定計算功率) (2) 選擇齒形帶模 (3) 確定小帶輪齒數(shù)乙20 (4) 確定大齒輪齒數(shù)Z2 Z2 =iZ1 =40 (5) 確定小帶輪節(jié)圓直徑 (6) 確定 ⑺ 二 Di n1 v 二 60*100

15、0 (8)確定齒 = 12.18mm/s_ vmax 形帶長度與齒數(shù)L(mm),Z 2 二 D2 - Di Lo 2Ao — (Di D2)—— —— 2 4Ao 查表[1]5.2-41 選區(qū)相近的帶長和齒數(shù) L=1068.1 Z=85 (10)核驗小帶輪與齒形帶的嚙合齒數(shù) Z：. a Z-=乙一,6 3607 (11)確定1mmg齒形帶由離心力而產(chǎn)生的張力 T(Kfg/mm) 2 T =qv- =71.2 10" g (12) 確定齒形帶寬度b(mm) 102Nj b= Ipl-T v 取 b=50mm (13)確定齒形帶傳動對軸的作用力 Q(kgf

16、) Q= ：「1.0~1.2 P ,, ,, 一一 102N 式中P-一傳遞白圓周力P =又組(kgf) v Q=1242.36kgf 5加工刀具設計 12.1 次設計中應考慮的問題及應采取的方案 12.2 具設計 刀具是機械加工工藝中必要的工藝裝備之一，而復合刀具的采用是把幾道工序合 并在一起，可縮短基本工作時間和輔助時間，顯著提高了勞動生產(chǎn)率；止匕外，由于工序 數(shù)目的減少，導致降低工藝系統(tǒng)的調整誤差，從而提高了零件的加工精度；同時簡化了 操作過程。用一臺機床完成多臺機床才能完成的加工任務，也減少了操作工人的數(shù)目。 12.2.1 合較刀的應用 現(xiàn)將在氣缸蓋氣門座孔和氣門導

17、桿孔的精加工工序中,采用一把精錢擠光復合較 刀把氣門導桿孔的精較、擠壓和氣門座孔的精錢加工三道工序合并一次完成介紹如 下。 氣門導桿孔和氣門座孔圖紙要求如圖 1所示。氣門導才f孔尺寸為416魯18,圓柱 度公差0.01,與底面垂直度公差為100: *0.1,表面粗糙度Ra=3.2N m.氣門座孔尺寸 *53103 (幃6。'03),圓柱度公差為0.015，與氣門導桿孔的同軸度公差為0 0.05，表面 粗糙度Ra=3.2」m. 萬案一 氣門導桿孔和氣門座孔加工工藝過程是在二孔半精鏈后，再用專用較刀精較孔至 * 15.79 0.015，再在40噸油壓機上用推擠刀擠壓孔為6 16曹18。 方

18、案二采用精較擠光復合銀刀合并工序 精錢刀部分是六齒較刀.具體結構如圖總體分五部分，前導部分精校刀部分，擠 光部分(無刃較刀)，較座孔部分和刀柄部分.采用精餃擠光復合較刀，可以使氣門導桿 孔的精錢和擠光兩道工序連續(xù)進行，而且在擠光氣門導桿孔的同時又能較削氣門座 孔。使三道工序合并。 12.2.2 用精較擠光復合錢刀的作用 (1)無刃較刀的過度刃和每一個刀的前后角幾何形狀都制成圓滑過渡面 ，并且和 精較刀尺寸公差一樣，無刃較刀外圓及過渡面的粗糙度與精較刀的外圓表面粗糙度一 致。這樣，刀具在導桿中平滑擠壓通過時，擠去精較后孔的收縮量及中心歪斜引起的附 加量，使孔表面呈現(xiàn)黑色，且發(fā)亮，粗糙度可

19、達Ra=0.8Nm,尺寸精度可達H7,且孔徑尺 寸穩(wěn)定。 (3)由于擠光段無刃銀刀和導桿孔的精銀刀具有相同的尺寸公差，當無刃銀刀全 長進入導桿孔后，無刃較刀的中心線就代表了導桿孔的中心線，在精校座圈孔時，無刃 錢刀起定心作用，而且提高了座圈孔中心線與導桿孔中心線的同軸度。減少了工件在 原工序時的裝夾次數(shù)，避免了多次裝夾帶來的安裝誤差。 (4)采用精較擠光復合銀刀，使擠壓導桿孔和精較閥座孔的機動時間重合。這樣 使機加工時縮短，而且由于工序合并減少了多次裝卸的輔助時間，由原精加工工時29 分鐘縮減為12分鐘，提高工效近1.5倍。 (5)精較擠光復合銀刀代替了原3個工序所用的刀具，使刀具成本降

20、低了 50%. (6)精較擠光復合銀刀做到了工序集中，這樣，減少了機床和生產(chǎn)工人的數(shù)量，減 少了車間面積和運輸工作量，同時也簡化了生產(chǎn)計劃和組織工作。采用精餃擠光復合 錢刀加工氣門導桿孔和氣門座孔，既可以保證零件加工質量，提高加工精度，又提高了 勞動生產(chǎn)率，降低了成本，具有明顯的技術經(jīng)濟效益。 12.2.3 刀刀片材料選擇 所加工缸蓋倒桿孔材料為合金鑄鐵,硬度為HB200-230,鑄件。導桿孔要求低的表 面粗糙度和高的加工精度。 12.2.4 較刀直徑和公差確定 錢刀的直徑與公差直接影響到被加工孔的尺寸精度、錢刀的制造成本與使用壽 命。錢刀在加工合金鑄鐵件時，由于刀齒的徑向跳動、

21、工作與刀具的安裝偏差、積屑 瘤的作用，較出的孔要比校準部分的實際直徑大，即產(chǎn)生所謂的“擴張”現(xiàn)象。因此 確定槍錢刀公差上、下極限值的規(guī)則［2］為： ⑴ 錢刀直徑的上限尺寸等于孔的最大直徑減 0.1IT , 0.1IT的值應圓整到 0.001mm整數(shù)倍。 ⑵錢刀直徑的下限尺寸等于孔的最大直徑減 0.35IT , 0.35IT的值應圓整到 0.001mm整數(shù)倍。 因加工孔的公差為小16H7”15mm所以較刀公差為： 上限尺寸=16.015-0.1 X0.015=16.013mm 下限尺寸=16.013-0.35 X 0.015=16.008mm 所以較刀直徑公差為小16梵03 mm

22、 12.2.5 刀齒數(shù)Z選擇 如較刀齒數(shù)過少，加工出的孔精度和表面粗糙度達不到要求，齒數(shù)過多，容屑槽 尺寸小，刀齒強度削弱。加工韌性材料取小值，脆性材料取大值。為了便于測量，齒數(shù) 取偶數(shù)。根據(jù)較刀直徑確定齒數(shù)，d=(16~32)之間的且孔精度較高，Z=6比較合適。 12.2.6 刀齒槽形狀確定 選擇導桿孔較刀齒槽為直槽。 12.2.7 刀幾何參數(shù)確定 ⑴主偏角Kr 切削厚度ac = f sinKr，軸向力Fx= FN sinKr。由此可見，Kr愈小，軸向力Fx 和切削厚度a,也愈小，較削時，銀刀的導向性好，已加工表面粗糙度較小，加工精 度高。但 Kr 過小時，鉸削時，擠壓摩擦較大，鉸刀耐用度低，切入和切出時間長。 鉸加工鑄鐵時 Kr 取值 3 ° ~5°，取 Kr=5 °為了減小表面粗糙度，在切削刃和校準 部分之間磨出長度為1?2mm的過渡刃，其偏角Kr =1 °?2。。 ⑵前角T p 鉸削余量一般很小，切屑很薄，切屑與前刀面接觸長度很短，前角作用不大。一 股為丫 0=00。但在加工韌性材料時，為了減小切屑變形及抑制積屑瘤產(chǎn)生，可取 T 0 =5 0 ?10°。取丫 0=5°。