131 粗鏜活塞銷(xiāo)孔組合機(jī)床設(shè)計(jì)
131 粗鏜活塞銷(xiāo)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(xiāo)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(guó),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(guò)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(guò)程中,沿活塞銷(xiāo)
軸向變形量大,銷(xiāo)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(xiāo)軸方向?yàn)闄E圓長(zhǎng)軸,垂直銷(xiāo)軸
方向?yàn)闄E圓短軸。
頂面熱量由上向下傳遞,溫度
場(chǎng)上面高下面的,熱膨脹不均,因此活
塞因制成錐形,頭部小,裙部大;裙部
也帶有錐度,大端在下方。,,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(xiāo)孔 8-活塞止口
圖2-1 活塞簡(jiǎn)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(xiāo)孔也能夠鑄造出來(lái),因此減少了機(jī)械加工量。
總的來(lái)說(shuō),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(guò)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(guò)程熱變形也大?;钊a(chǎn)屬于大批大量生產(chǎn),工藝上必須采取一些專用工藝裝備。
定位基準(zhǔn) :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(xiāo)孔、橫直槽等只要表面,一次裝夾情況下,可完成車(chē)削外圓、頂面、環(huán)槽等加工。
活塞銷(xiāo)孔的加工:活塞毛坯銷(xiāo)孔預(yù)先鑄造出來(lái),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(lèi)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(xiāo)邊銷(xiāo)插入銷(xiāo)孔中來(lái)定位,從而保證鏜孔的加工余量均勻。當(dāng)用壓緊機(jī)構(gòu)將活塞壓緊后,再將銷(xiāo)邊銷(xiāo)從銷(xiāo)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(lèi)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(lái)說(shuō),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(lái)確定。根據(jù)被加工活塞銷(xiāo)孔的加工工藝可知,動(dòng)力頭的循環(huán)動(dòng)作為:快速進(jìn)給→工作進(jìn)給→快速退回。
(1)工作進(jìn)給長(zhǎng)度的確定
工進(jìn)長(zhǎng)度=切入長(zhǎng)度+加工孔長(zhǎng)度+切出長(zhǎng)度。
切入長(zhǎng)度 :一般為5-10mm.
切出長(zhǎng)度 :鏜孔是為5-10mm.
取值:切入長(zhǎng)度=7mm,加工孔長(zhǎng)度=102mm,
切出長(zhǎng)度=8mm.
所以:工進(jìn)長(zhǎng)度=7+102+8=117mm。
(2)快速引進(jìn)長(zhǎng)度
初定快速引進(jìn)長(zhǎng)度=283mm。
(3)快速后退長(zhǎng)度
快退長(zhǎng)度=工進(jìn)長(zhǎng)度+快進(jìn)長(zhǎng)度
=117+283=400mm。,加工長(zhǎng)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(xiāo)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(xiāo)孔的實(shí)例(東北重型機(jī)械學(xué)院《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》):組合機(jī)床主軸采用剛性主軸,主軸與鏜桿的連接也不采用浮動(dòng)接頭??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(méi)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(zhǎng);
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(zhǎng)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。?。篸/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(lái)說(shuō),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?。? 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(jiǎn)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(jiàn)的專用主軸箱,其特點(diǎn)是:主軸有足夠的剛性,刀桿與主軸采用剛性連接,加工時(shí)不需要依靠導(dǎo)向套和鏜模;主軸的支承距比較大,所以此種主軸箱的厚度較標(biāo)準(zhǔn)主軸箱要厚;采用這種主軸箱時(shí),因不用導(dǎo)向,因此可以使機(jī)床的縱向尺寸大為減少。
(1)主軸箱箱體
要想要按計(jì)算來(lái)設(shè)計(jì)主軸箱箱體,這幾乎是不可能的,應(yīng)充分參考調(diào)查的實(shí)例進(jìn)行設(shè)計(jì),依然借鑒金剛鏜床的主軸箱。
(2)主軸與刀桿的連接
剛性鏜削主軸箱中主軸和刀桿的連接常見(jiàn)有以下兩種類(lèi)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(zhǎng)了主軸的長(zhǎng)度,對(duì)制造和維修都帶來(lái)了困難,所以這種形式目前很少使用。,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(xiāo)孔的加工要求,刀具旋轉(zhuǎn)由機(jī)械傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn),主軸頭沿導(dǎo)軌中心線方向的“快進(jìn)→工進(jìn)→快退→停止”工作循環(huán)采用液壓傳動(dòng)方式實(shí)現(xiàn),故擬選定液壓缸作執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
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(lèi)型來(lái)初步確定,現(xiàn)參閱《液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》P10表2-1取液壓缸工作壓力為: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(jiǎn)單系統(tǒng)可取0.2~0.5(Mpa),復(fù)雜系統(tǒng)取0.5~1.5(Mpa)。本設(shè)計(jì)中取0.5 (Mpa)。
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(jiǎn)明手冊(cè)》p81,現(xiàn)選用YBX-16限壓式變量葉片泵,該泵的基本參數(shù)為:每轉(zhuǎn)排量q0=16m(L/r),泵的額定壓力pn=6.3(Mpa),電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速nh=1450(r/min),容積效率ηv=0.85,總效率η=0.7。,,,,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(guò)各元件的最大流量來(lái)選擇液壓元件的規(guī)格:
1,濾油器 XU-B32X100
2,液壓泵 YBX-16
3、9、12,單向閥 AF3-EA10B
5,電液動(dòng)換向閥
12,調(diào)速閥 AQF3-E10B
14,行程閥
17,壓力繼電器 DP1-63B
(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(lái)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)度
由表8-3選帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld=800(mm)
計(jì)算實(shí)際中心距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(zhǎng)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(xiāo)孔加工工序圖
3.2粗鏜活塞銷(xiāo)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(xiāo)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(xiāo)孔工序所保證的尺寸、形狀位置公差中,查《互換性與測(cè)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(xiāo)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(guò)程和加工方法,并決定浮動(dòng)夾頭活接桿的尺寸,鏜桿長(zhǎng)度,刀具種類(lèi)和數(shù)量,刀具長(zhǎng)度及加工尺寸,主軸尺寸及伸出長(zhǎng)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(kāi)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(guò)繪制機(jī)床聯(lián)系尺寸圖來(lái)達(dá)到的。
①機(jī)床裝料高度的確定
根據(jù)我國(guó)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(méi)有鏜套和鏜模架,所以?shī)A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(zhǎng)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(zhǎng)度方向上,主軸箱與動(dòng)力滑臺(tái)的重合長(zhǎng)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(wú)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(xiāo)孔組合機(jī)床設(shè)計(jì) 學(xué) 院: 工 學(xué) 院 姓 名: 周 益 學(xué) 號(hào): 20050468 專 業(yè): 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 年 級(jí): 2005 級(jí) 指導(dǎo)教師: 肖 懷 國(guó) 二 OO 九年 五 月粗鏜活塞銷(xiāo)孔組合機(jī)床設(shè)計(jì)i摘 要本文主要介紹解放牌汽車(chē)活塞銷(xiāo)孔的加工工藝,并設(shè)計(jì)粗鏜活塞銷(xiāo)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(guò)程中借鑒了國(guó)內(nèi)外一些現(xiàn)有的組合機(jī)床設(shè)計(jì)資料,還參考了一些與本課題相關(guān)的文獻(xiàn)資料。本組合機(jī)床具有提高生產(chǎn)效率,滿足工件的加工精度,減少了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn),較好的實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的要求。關(guān)鍵詞:組合機(jī)床、粗鏜、活塞銷(xiāo)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(xiāo)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(guò)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(zhǎng)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(xiāo)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(xiāo)孔加工工序圖…………………………………………………………264.2 粗鏜活塞銷(xiāo)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(xiāo)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(lèi)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(wèn)題和解決問(wèn)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(xiāo)孔組合機(jī)床設(shè)計(jì)。并繪制出解放牌汽車(chē)用鋁活塞銷(xiāo)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?;钊斆?4 與環(huán)槽 5 稱為活塞頭部。四條圓環(huán)形的槽5,其中靠近頂面的三條環(huán)槽稱為氣環(huán)槽,在氣環(huán)槽中放置有彈性的活塞環(huán),用以密封活塞頂面上部燃燒室里的高溫高壓氣體;離頂面最遠(yuǎn)的一天環(huán)槽稱為油環(huán)槽,在油環(huán)槽哦中放置油杯(或稱刮油環(huán)) ,把飛濺到汽缸套內(nèi)壁上多余的潤(rùn)滑油刮去,使油從油環(huán)槽的回油小孔 3 中流回曲軸箱?;钊虏繜o(wú)環(huán)槽部分 1為活塞裙部,活塞裙部在活塞工作過(guò)程中起導(dǎo)向作用。活塞中間的貫穿通孔 7稱為活塞銷(xiāo)孔,活塞銷(xiāo)孔的兩端有鎖環(huán)槽 6,安裝擋圈限制活塞銷(xiāo)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(guò)程當(dāng)中不起作用。粗鏜活塞銷(xiāo)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(xiāo)孔 8-活塞止口圖2-1 活塞簡(jiǎn)圖活塞在汽缸里承受高溫、高壓氣體的壓力,并將壓力經(jīng)連桿傳給曲軸,驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn),或?qū)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(guò)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(xiāo)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(xiāo)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(xiāo)孔軸線方向金屬多,熱膨脹量大,也形成銷(xiāo)孔軸線方向的膨脹量大于其垂直方向,如 2-2 圖所示。若裙部原來(lái)呈圓形,則受力,受熱后的變形結(jié)果使裙部變成橢圓形,兩項(xiàng)疊加總是使銷(xiāo)軸方向?yàn)闄E圓長(zhǎng)軸,垂直銷(xiāo)軸方向?yàn)闄E圓短軸,這樣活塞與汽缸套的間隙,在長(zhǎng)軸方向減少甚至消失,容易發(fā)生強(qiáng)烈摩擦甚至“咬死” 。為了補(bǔ)償上述變形,應(yīng)將活塞裙部設(shè)計(jì)制造成橢圓形,橢圓的長(zhǎng)軸在垂直于活塞銷(xiāo)軸的方向,并在活塞裙部銷(xiāo)軸附近鑄造出兩塊凹坑,增加裙部與汽缸套內(nèi)壁的間隙。此外,頂面熱量由上向下傳遞,溫度場(chǎng)上面高下面的,熱膨脹不均,因此活塞因制成錐形,頭部小,裙部大;裙部也帶有錐度,大端在下方。(a)受力變形圖 (b)受熱變形圖圖 2-2 活塞變形示意圖1245673粗鏜活塞銷(xiāo)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(kāi)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(xiāo)孔也能夠鑄造出來(lái),因此減少了機(jī)械加工量。總的來(lái)說(shuō),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(guò)程分析零件名稱:解放牌汽車(chē)活塞材料:鋁硅合金 ZL108年產(chǎn)量:25—30 萬(wàn)件活塞外形和內(nèi)腔形狀復(fù)雜,裙部為帶有錐度的橢圓,外部有直斜槽和橫槽,主要表面尺寸精度和活塞銷(xiāo)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(guò)程熱變形也大?;钊a(chǎn)屬于大批大量生產(chǎn),工藝上必須采取一些專用工藝裝備。定位基準(zhǔn)的選擇:活塞是薄壁零件,容易產(chǎn)生變形,且加工工藝路線又長(zhǎng),若沒(méi)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(chē)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(xiāo)孔、橫直槽等只要表面,一次裝夾情況下,可完成車(chē)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(xiāo)孔的加工:活塞銷(xiāo)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(xiāo)孔加工是活塞加工的主要工序。鋁合金活塞毛坯銷(xiāo)孔預(yù)先鑄造出來(lái),因孔帶有錐度(拔模斜度) ,直接用來(lái)定位與夾緊很不方便,經(jīng)過(guò)粗鏜銷(xiāo)孔后,銷(xiāo)孔便可用作有關(guān)工序的定位與夾緊表面。銷(xiāo)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(xiāo)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(xiāo)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(xiāo)孔組合機(jī)床設(shè)計(jì)5于加工箱體類(lèi)零件和雜件的平面和孔。 (2)生產(chǎn)率高。 (3)加工精度穩(wěn)定:因工序固定,可選用成熟的通用部件、精密夾具和自動(dòng)工作循環(huán)來(lái)保證加工精度的一致性。 (4)研制周期短,便于設(shè)計(jì)、制造和適用維護(hù),成本低。 (5)自動(dòng)化程度高,勞動(dòng)強(qiáng)度低。 (6)配置靈活。2.2.2 組合機(jī)床的配置形式和通用部件組合機(jī)床分為大型組合機(jī)床和小型組合機(jī)床,前者的應(yīng)用范圍最廣。大型組合機(jī)床的配置形式可分為單工位組合機(jī)床和多工位組合機(jī)床兩大類(lèi)。單工位組合機(jī)床加工時(shí),工件裝夾在機(jī)床的固定夾具中不動(dòng),由動(dòng)力部件移動(dòng)來(lái)完成各種加工,這類(lèi)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(lèi):動(dòng)力部件、支承部件、輸送部件、控制部件、輔助部件。2.2.3 組合機(jī)床的設(shè)計(jì)步驟(1)制定工藝方案 要深入現(xiàn)場(chǎng),了解被加工零件的加工特點(diǎn)、精度和技術(shù)要求、定位夾壓情況以及生產(chǎn)率的要求。確定在組合機(jī)床上完成的工藝內(nèi)容和加工方法。(2)機(jī)床結(jié)構(gòu)方案的分析和確定 根據(jù)工藝方案確定機(jī)床的型式和總體布局。在選擇機(jī)床配置型式時(shí),既要考慮實(shí)現(xiàn)工藝方案,保證加工精度、技術(shù)要求及生產(chǎn)效率;又要考慮機(jī)床操作、維護(hù)、修理是否方便。(3)組合機(jī)床總體設(shè)計(jì) 這里要確定機(jī)床各部件間的相互關(guān)系,選擇通用部件和刀具的導(dǎo)向,計(jì)算切削用量及機(jī)床生產(chǎn)率。繪制機(jī)床的總聯(lián)系尺寸及加工示意圖等。(4)組合機(jī)床的部件設(shè)計(jì)和施工設(shè)計(jì) 制定組合機(jī)床流水線的方案時(shí),與一般單個(gè)的組合機(jī)床有所不同。在流水線上由于工序的組合不同,機(jī)床的型式和數(shù)量都會(huì)有較大的變化。因此,這時(shí)應(yīng)該按流水線進(jìn)行全面考慮,而不是將某一臺(tái)或幾臺(tái)機(jī)床分裂開(kāi)來(lái)設(shè)計(jì)。3 組合機(jī)床的初步設(shè)計(jì)組合機(jī)床的設(shè)計(jì),目前基本上有兩種做法:其一,根據(jù)具體加工對(duì)象的具體情況進(jìn)行專門(mén)設(shè)計(jì),這是當(dāng)前最普遍的做法;其二,隨著組合機(jī)床在我國(guó)機(jī)械行業(yè)的廣泛應(yīng)用,大量工廠總結(jié)自己生產(chǎn)和使用組合機(jī)床的經(jīng)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)組合機(jī)床不僅在其組成部件方面有共性,可以設(shè)計(jì)成通用部件,而且一些行業(yè)或完成一定工藝范圍的組合機(jī)床是極其相似的,有可能設(shè)計(jì)成為通用的組合機(jī)床,這種機(jī)床稱為“專能組合機(jī)床” 。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用第一種設(shè)計(jì)方法,即進(jìn)行組合機(jī)床的專門(mén)設(shè)計(jì)。粗鏜活塞銷(xiāo)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(jiǎn)單、使用方便、效率高、質(zhì)量好”的要求。3.1.1 工藝基面的分析根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求,設(shè)計(jì)出粗鏜解放牌汽車(chē)的活塞的銷(xiāo)孔,由前面對(duì)零件加工工藝過(guò)程的分析可知:活塞銷(xiāo)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(xiāo)邊銷(xiāo)插入銷(xiāo)孔中來(lái)定位,從而保證鏜孔的加工余量均勻。當(dāng)用壓緊機(jī)構(gòu)將活塞壓緊后,再將銷(xiāo)邊銷(xiāo)從銷(xiāo)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(xiāo)孔組合機(jī)床設(shè)計(jì)7采用的鏜刀的幾何參數(shù)為:主偏角 =45°,前角 o=20°, 刃傾角 s=0°.刀尖圓弧半徑Kr??r =2.0 .初定鏜孔加工余量為 。?m1.5apm?根據(jù)《機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)》計(jì)算切削力、切削功率。(1)切削力: XyFZFZp9.81CafKZ???10.750FZ4.2其中 MFZsFZK ?????查 《 機(jī) 械 制 造 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 》 p48 表 2-3, 得 KMFC=1查 表 2-4 得 01.?KFZ1.0?sFZ???∴ FZM0sFZ??????= ...=1∴ XFZypFZ9.8CafKZ?= 0.7504.12??= 1..= ??50N( 2) 切 削 功 率 : 3PcFV/61Z??=4.2= ??0895kW( 3) 切 削 扭 矩 :4.135608.4()ZMFRNm???A扭鏜桿尺寸的確定:鏜桿直徑和長(zhǎng)度對(duì)剛性影響較大,直徑受到孔徑的限制,但應(yīng)盡量大些,一般按下?。?,粗鏜用小值,精鏜用大值。(0.6~8)dD?,為了增加主軸系統(tǒng)的剛性,取鏜桿直徑為 18mm。0.6271.d??鏜孔直徑 D,鏜桿直徑 d,鏜刀截面 B?之間的關(guān)系為:(.5)?依據(jù)已知的 D 和 d 計(jì)算 B,并且系數(shù)取小值。得:.27184B?粗鏜活塞銷(xiāo)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(lái)完成各種加工,因此能夠保證較高的位置精度,適用于大中型箱體類(lèi)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(lèi)機(jī)床所能達(dá)到的加工精度最高,對(duì)于精加工機(jī)床的夾具,其公差一般去被加工零件的 1/3,但對(duì)于粗加工機(jī)床,由于其他因素影響,精度要求也不能很低,這種機(jī)床用于鏜孔加工所能達(dá)到的精度如下:位置精度:采用固定精密導(dǎo)向一般能夠達(dá) ,孔間距離和孔的軸線與0.2m?基面的位置精度可達(dá) 。0.25~.?不同軸度及軸線間不平行度:若由一面鏜孔,鏜桿采用前后導(dǎo)向或多層精密導(dǎo)向,不同軸度可達(dá) 。若由兩面鏜孔而且是單軸,便于調(diào)整.1.3主軸位置精度時(shí),不同軸度也可達(dá) 。但從兩面多軸加工時(shí),孔05.的不同軸度一般為 。鏜孔軸線間的不平行度,可保持在軸線間距離公差0.5m數(shù)值范圍之內(nèi),在調(diào)整精確時(shí),也可達(dá) 。.2~.0/810當(dāng)然,隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高、材料技術(shù)的不斷發(fā)展和加工工藝的不斷改進(jìn),機(jī)床所能夠達(dá)到的精度會(huì)越來(lái)越高。3.2.2 動(dòng)力頭工作循環(huán)及其行程的確定粗鏜活塞銷(xiāo)孔組合機(jī)床設(shè)計(jì)9動(dòng)力頭循環(huán)一般包括快速引進(jìn)、工作進(jìn)給和快速退回等動(dòng)作,需要根據(jù)加工工藝具體需要來(lái)確定。根據(jù)被加工活塞銷(xiāo)孔的加工工藝可知,動(dòng)力頭的循環(huán)動(dòng)作為:快速進(jìn)給→工作進(jìn)給→快速退回。(1)工作進(jìn)給長(zhǎng)度的確定(如圖 3-2 所示) 圖 3-2 加工長(zhǎng)度的確定工作進(jìn)給長(zhǎng)度=切入長(zhǎng)度+加工孔長(zhǎng)度+切出長(zhǎng)度。切入長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)工件斷面的誤差情況而定,一般為: 5~10m切出長(zhǎng)度參考下表:表 3-2 切出長(zhǎng)度的確定工藝方法 鉆孔 擴(kuò)孔 鉸孔 鏜孔切出長(zhǎng)度(mm)1/3(~8)d?105~150注:1、 為鉆頭直徑 ;d()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,?。呵腥腴L(zhǎng)度=7mm,加工孔長(zhǎng)度=102mm,切出長(zhǎng)度=8mm. 所以:工作進(jìn)給長(zhǎng)度= 710287m??(2)快速引進(jìn)長(zhǎng)度的確定 初定快速引進(jìn)長(zhǎng)度=283mm(3)快速后退長(zhǎng)度的確定 作作作粗鏜活塞銷(xiāo)孔組合機(jī)床設(shè)計(jì)10快速后退長(zhǎng)度=工作進(jìn)給長(zhǎng)度+快速引進(jìn)長(zhǎng)度,所以:快速后退長(zhǎng)度= 1728340m??3.2.3 液壓滑臺(tái)的選擇根據(jù)動(dòng)力頭工作行程選擇液壓滑臺(tái)型號(hào)為:1HY20A.滑臺(tái)與滑座配置為雙矩形導(dǎo)軌。1HY20A 滑臺(tái)的技術(shù)性能如下表 3-3:表 3-3 1HY20A 液壓滑臺(tái)技術(shù)性能表臺(tái)面寬(mm)行程(mm)進(jìn)給力(N)油缸內(nèi)徑/活塞直徑(mm/mm)油泵流量(L/min)快進(jìn)流量(L/min)最小進(jìn)給量(mm/min)工進(jìn)速度(mm/min)200 400 6300 50/35 12 12 40 40-10003.2.4 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(xiāo)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(xiāo)孔的實(shí)例(東北重型機(jī)械學(xué)院《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》):組合機(jī)床主軸采用剛性主軸,主軸與鏜桿的連接也不采用浮動(dòng)接頭。643P?孔的位置精度主要是由鏜頭主軸與夾具之間正確位置保證,夾具沒(méi)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(xiāo)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(guò)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(xiāo)孔組合機(jī)床的生產(chǎn)率:?jiǎn)渭r(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(guò)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(xiāo)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(zhǎng);a----空心主軸的內(nèi)孔直徑;d---主軸的懸伸比;/---主軸的直徑比。 圖 3-4 主軸參數(shù)示意圖D(1)主軸懸伸長(zhǎng) 從提高主軸的剛性出發(fā),希望主軸的前支承盡量靠近a刀具,但是在組合機(jī)床中的剛性主軸設(shè)計(jì)中, 是由被加工零件決定的a根據(jù)本道工序,活塞銷(xiāo)孔加工長(zhǎng)度為 ,切出長(zhǎng)度為 ,為使主軸102m8m懸伸量盡量短,選取當(dāng)?shù)毒咦咄赀M(jìn)給長(zhǎng)度后工件和主軸的距離為 ,主軸30的外伸長(zhǎng)度為 ,主軸箱端部到前支撐的距離為 。20m5所以: 。1832058a???(2)支承距和主軸的懸伸比 這個(gè)數(shù)值直接影響主軸的剛度,下面/La討論如何正確的確定 的值./依據(jù)《材料力學(xué)》 ,把主軸視為彈性支承的梁,其在切削力的作用下的變形,分為兩部分:主軸本身的變形和支承系統(tǒng)的變形,研究前者時(shí),把主軸的支承視為剛性的,把軸視為彈性(即剛性支承彈性梁),如圖 3-5(a) ;研究后者時(shí),把主軸視為剛性的,而把支承視為彈性(即彈性支承剛性梁),如圖 3-5(b) 。合成后如圖 3-5(c) 。LadDa)bc)LaX121(X1+2)/P/202345678910L/a678903m/N作/P粗鏜活塞銷(xiāo)孔組合機(jī)床設(shè)計(jì)13圖 3-5 彈性支撐梁的彎曲 圖 3-6 彈性支撐梁的撓度與支承間距的關(guān)系主軸系統(tǒng)的撓度與軸的懸伸比 有一定關(guān)系,3-5 圖是當(dāng)主軸支承系統(tǒng)/La前支承剛度為后支承剛 2 倍時(shí),主軸系統(tǒng)變形的撓度與 的關(guān)系,由 3-6 圖/La可知:由軸本身變形引起的撓度 隨懸伸比 增加而增加,而由支承變形引1x/起的撓度 隨 的增加而減小。從圖中還可以看到,懸伸比 為某一定值2x/La /時(shí),總撓度 最小,也即:在 一定的情況下,支承間距為某一定值時(shí),1()?a總撓度最小,在設(shè)計(jì)時(shí) 最好選在最小值附近。在組合機(jī)床剛性主軸時(shí),通常推薦的主軸懸伸比為 .對(duì)于一般/15~2La?粗加工的機(jī)床可以取下限值。在本次設(shè)計(jì)中,?。?1.5La?而由:a= 得: 取 。185m27m280?(3)主軸的平均直徑 主軸直徑 是決定主軸剛度的重要因素,在DD目前的組合機(jī)床設(shè)計(jì)時(shí),尚無(wú)一成熟的方法。而采用經(jīng)驗(yàn)公式:4BM?扭 4.3()扭----主軸傳遞的扭矩。M扭0.73----按主軸在一米長(zhǎng)度上允許的最大扭轉(zhuǎn)角 時(shí)由下表確定1/4???的:表 3-4 系數(shù) B 的確定[](/)m??1/41/2B7.36.5.2由前面所求得的 求得:608MNm?A扭4..D??主軸的平均外徑 確定以后,就可以大致確定軸承配合處的軸徑。通常主軸前徑 較平均直徑 大 ,主軸后徑 大約減小 。11~5%2D10~5%得: 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?取:..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(xiāo)孔組合機(jī)床設(shè)計(jì)14進(jìn)行:43530()/(/)bRDdLKgm???式中: ----主軸平均外徑 ;Dc----空心主軸內(nèi)孔直徑 ;d----主軸支承間距 。L()剛度系數(shù) 的數(shù)值,通常取 ,近幾年組合機(jī)床的使用bR25~0)/bRg??經(jīng)驗(yàn)表明,只要保證: 的關(guān)系,就可獲得較高主軸剛度。本設(shè)計(jì)所/47取數(shù)值 >4,主軸能夠有比較高的剛度。/280/6.3D?(5)主軸剛度的驗(yàn)算一般來(lái)說(shuō),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(xiāo)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(lèi)型在剛性主軸設(shè)計(jì)中對(duì)滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承都有采用,但因?yàn)闈L動(dòng)軸承具有尺寸小、轉(zhuǎn)速高、壽命長(zhǎng)、裝配簡(jiǎn)單、密封和潤(rùn)滑較簡(jiǎn)單、而且可以直接從樣本中選取的優(yōu)點(diǎn),在大多數(shù)情況下采用滾動(dòng)軸承,本設(shè)計(jì)中的剛性主軸支持系統(tǒng)也采用滾動(dòng)軸承。在剛性主軸的設(shè)計(jì)中,常用的滾動(dòng)軸承有以下幾種:?jiǎn)瘟邢蛐那蜉S承、單列向心推力球軸承、單列圓錐滾子軸承、雙列向心短圓柱滾子軸承 NN3000K 型(舊編號(hào) 3182100)、單向推力球軸承(用于承受軸向載荷) 、單列向心短圓柱滾子軸承。(2)軸承的剛度分析和選擇根據(jù)《滾動(dòng)軸承應(yīng)用》資料推薦,軸承的剛性與滾動(dòng)體數(shù)量和直徑,存在下述關(guān)系:2/3/1/3/112/()()jZd??式中: 與 ----軸承中滾動(dòng)體的數(shù)量;與 ----滾珠(滾柱)的直徑;1d2與 ----軸承的剛度。j軸承的徑向剛性,以 NN3000K 系列軸承為最高,因?yàn)?NN3000K 的滾柱數(shù)量最多,所以剛性高,承載能力大。目前較多的用于剛性主軸的前支承。單列向心球軸承一般只用于載荷較輕的情況,當(dāng)使用球軸承時(shí),應(yīng)盡量采用 36000 型和 46000 型的單列向心推力球軸承。軸承的軸向剛性,以 8000 系列單向推力球軸承為最高。依據(jù)《組合機(jī)床設(shè)計(jì)》 “表 5-24 組合機(jī)床常用剛性主軸支承簡(jiǎn)圖”表,選擇下面的支承系統(tǒng)(圖 3-7):粗鏜活塞銷(xiāo)孔組合機(jī)床設(shè)計(jì)16圖 3-7 剛性主軸部件支承簡(jiǎn)圖前支承用 NN3000K 系列雙列向心短圓柱滾子軸承,后支承采用 30000 系列(舊編號(hào) 7000 型)圓錐滾子軸承,以承受徑向力。在前支承處裝置一個(gè) 50000系列(舊編號(hào) 8000 型)的單列推力球軸承,以承受單方向的軸向力。這些軸承的結(jié)構(gòu)圖如圖 3-8 所示。(a) 單列圓錐滾子軸承 (b)雙列圓柱滾子軸承(c)單列推力球軸承圖 3-8 各種滾動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)圖這種結(jié)構(gòu)支承剛性較好,可以承受較大的軸向力。適用于粗鏜和半精鏜。(3)軸承精度等級(jí)的選擇粗鏜活塞銷(xiāo)孔組合機(jī)床設(shè)計(jì)17軸承的精度等級(jí)對(duì)主軸的性能影響很大,特別是剛性主軸。選擇軸承精度等級(jí),主要是依據(jù)主軸的工作條件和被加工零件的加工要求,即對(duì)主軸的徑向跳動(dòng)和軸向跳動(dòng)的要求來(lái)定。各種精度等級(jí)的機(jī)床,主軸軸承的精度可按參考表 3-5 選用。表 3-5 主軸軸承精度機(jī)床精度等級(jí) 前軸承 后軸承普通精度級(jí) P5 或 P4 P5 或 P4精密級(jí) P4 或 P2 P4高精度級(jí) P2 P2主軸軸承的精度,應(yīng)該采用 P2、P4、P5(舊標(biāo)準(zhǔn) B、C、D)三級(jí),目前普通機(jī)床主軸軸承都有去 P4 級(jí)的趨勢(shì),P6(舊 E)級(jí)軸承,在機(jī)床主軸上已經(jīng)很少采用。一般用于鏜孔的剛性主軸的前軸承采用 P4 級(jí)就滿足要求了,而與 P4 級(jí)的NN3000K 軸承相配合的推力軸承采用 P5 級(jí)。3.3.3 剛性鏜削主軸箱的設(shè)計(jì)剛性主軸箱是一種常見(jiàn)的專用主軸箱,其特點(diǎn)是:主軸有足夠的剛性,刀桿與主軸采用剛性連接,加工時(shí)不需要依靠導(dǎo)向套和鏜模;主軸的支承距比較大,所以此種主軸箱的厚度較標(biāo)準(zhǔn)主軸箱要厚;采用這種主軸箱時(shí),因不用導(dǎo)向,因此可以使機(jī)床的縱向尺寸大為減少。(1)主軸箱箱體要想要按計(jì)算來(lái)設(shè)計(jì)主軸箱箱體,這幾乎是不可能的,應(yīng)充分參考調(diào)查的實(shí)例進(jìn)行設(shè)計(jì),依然借鑒金剛鏜床的主軸箱。(2)主軸與刀桿的連接剛性鏜削主軸箱中主軸和刀桿的連接常見(jiàn)有以下兩種類(lèi)型:①、柱孔和斷面定位,用螺釘緊固,以斷面鍵傳遞扭矩。這種連接方式,裝拆比較方便,應(yīng)用較廣,但需要經(jīng)常注意定位面的維護(hù),以保持良好的定位精度。②、和刀桿制成整體的。這種形式可以消除結(jié)合面處的變形,增強(qiáng)主軸剛性,但是加長(zhǎng)了主軸的長(zhǎng)度,對(duì)制造和維修都帶來(lái)了困難,所以這種形式目前很少使用。3.4 組合機(jī)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.4.1 確定對(duì)液壓系統(tǒng)的工作要求根據(jù)對(duì)活塞銷(xiāo)孔的加工要求,刀具旋轉(zhuǎn)由機(jī)械傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn),主軸頭沿導(dǎo)軌中心線方向的“快進(jìn)→工進(jìn)→快退→停止”工作循環(huán)采用液壓傳動(dòng)方式實(shí)現(xiàn),故擬選定液壓缸作執(zhí)行機(jī)構(gòu)。粗鏜活塞銷(xiāo)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(lèi)專用機(jī)床的特點(diǎn),決定采用限壓式變量泵和調(diào)速閥組成的容積節(jié)流調(diào)速。這種調(diào)速回路具有效率高、發(fā)熱少和速度剛性好的特點(diǎn)。(3)快速運(yùn)動(dòng)回路的選擇:采用限壓式變量泵和差動(dòng)連接兩個(gè)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)快進(jìn),這樣既能得到較高的快進(jìn)速度,又不致使系統(tǒng)效率過(guò)低。泵的流量自動(dòng)變化,即在快速行程是流量最大,工進(jìn)時(shí)只輸出與液壓缸需要相適應(yīng)的流量,死擋鐵停留時(shí)只輸出補(bǔ)償系統(tǒng)泄露所需的流量。系統(tǒng)無(wú)溢流損失,效率高。(4)速度換接方式的選擇:本系統(tǒng)采用行程閥切換的速度換接回路,它的特點(diǎn)是可提高系統(tǒng)的換接平穩(wěn)性。最后把所選擇的液壓回路組合起來(lái),即可組成圖紙所示的液壓系統(tǒng)原理圖。其工作原理如下圖 3-9 所示:123451YA2YA678910112314151617BPT18粗鏜活塞銷(xiāo)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?;赜吐罚焊?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(kāi)。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(kāi),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?;赜吐罚阂簤焊?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(xiāo)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(kāi)關(guān),這時(shí)電磁鐵 1YA、2YA 均失電,電液動(dòng)換向閥 5 處于中位,動(dòng)力滑臺(tái)停止運(yùn)動(dòng),變量泵 2 輸出油液的壓力升高,使泵的流量自動(dòng)減小至最小。這個(gè)液壓系統(tǒng)的電磁鐵和行程閥的動(dòng)作表如下表 3-6 所示:表 3-6 剛性鏜削組合機(jī)床動(dòng)力滑臺(tái)液壓系統(tǒng)電磁鐵和行程閥的動(dòng)作表3.4.3 計(jì)算和選擇液壓元件① 液壓缸的計(jì)算根據(jù)前面所選擇的動(dòng)力滑臺(tái)的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算:滑臺(tái)式后帶“A”表示滑座導(dǎo)軌為鑄鐵導(dǎo)軌。又球墨鑄鐵的密度為滑臺(tái)式后帶“A”表示滑座導(dǎo)軌為鑄鐵導(dǎo)軌。又球墨鑄鐵的密度為 。370kg/m可根據(jù)滑座的外形尺寸和密度來(lái)估算其重力。估算液壓滑臺(tái)的重力 91N9.842087310??????56估算主軸箱和動(dòng)力源的重力 92.4??7即運(yùn)動(dòng)部件的重力 ??12 3.N???。???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(xiāo)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(lèi)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(cè)》得:靜摩擦系數(shù)為 0.18,動(dòng)摩擦系數(shù)為 0.1??fs0.184720N??aF所以,工作循環(huán)各階段的外負(fù)載為:?jiǎn)?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(xiāo)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(wú)杠腔的實(shí)際面積。即 22A/4D/45???( ) ( )??19.63c因?yàn)椋?5>所以:液壓缸能選到所需流速。工作壓力 P 可根據(jù)負(fù)載大小及機(jī)器的類(lèi)型來(lái)初步確定,現(xiàn)參閱《液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》p10 表 2-1 取液壓缸工作壓力為 4(Mpa)。③計(jì)算在各工作階段液壓缸所需的流量:??22q/4dV/43.5X10???????快 進(jìn) 快 進(jìn)( ) ( )??1.5Lmin2 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(jiǎn)單系統(tǒng)可取 0.2~0.5(Mpa ) ,復(fù)雜系統(tǒng)取 0.5~1.5(Mpa ) 。本設(shè)計(jì)中取 0.5 (Mpa) 。所以: p140.5Mpa????⊿ ( )上述計(jì)算所得的 pp 是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力,考慮到系統(tǒng)有各種工況的過(guò)渡階段出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)壓力往往超過(guò)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(xiāo)孔組合機(jī)床設(shè)計(jì)23由 HY20A 液壓滑臺(tái)的技術(shù)性能參數(shù)可知油泵的流量為 pq12L/min?( )根據(jù)以上算得的 pp 和 qp,再查閱《液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)》p81,現(xiàn)選用YBX-16 限壓式變量葉片泵,該泵的基本參數(shù)為:每轉(zhuǎn)排量 q0=16m(L/r) ,泵的額定壓力 pn=6.3(Mpa ) ,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 nH=1450( r/min) ,容積效率ηv=0.85,總效率 η=0.7B. 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(guò)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(xiāo)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(guò)各元件的最大流量來(lái)選擇液壓元件的規(guī)格:1,濾油器 XU-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(lái)確定。現(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(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(xiāo)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(zhǎng)度和傳動(dòng)中心距:根據(jù) ,????120120.7D aD ??< <初步確定中心距 3mO?計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 ??2d01210La(/) ()/(4a)?????-?27580753????84由表 8-3 選帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 Ld=800(mm)計(jì)算實(shí)際中心距 a0da ()/2???-=300+(800-844)/2=256(mm)3.5.5 帶輪上的包角 :1?180(D2)/a60????- - 75- -7.>所以:主動(dòng)輪上的包角合適。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(zhǎng)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(xiāo)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(kāi)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(xiāo)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(xiāo)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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