粗鏜活塞銷孔組合機床設(shè)計

畢業(yè)論文題目畢業(yè)論文題目PAGEiiPAGEii題目：粗鏜活塞銷孔組合機床設(shè)計學院：粗鏜活塞銷孔組合機床設(shè)計畢業(yè)論文題目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)計粗鏜活塞銷孔的組合機床。這個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)計的。在設(shè)計過程中借鑒了國內(nèi)外一些現(xiàn)有的組合機床設(shè)計資料，還參考了一些與本課題相關(guān)的文獻資料。本組合機床具有提高生產(chǎn)效率，滿足工件的加工精度，減少了工人的勞動強度的優(yōu)點，較好的實現(xiàn)了設(shè)計的要求。關(guān)鍵詞：組合機床、粗鏜、活塞銷孔.Abstract:Thispaperiscentralintroducethetechnologythatprocesspiston’stholeholeofJIEFANGautomobile.Anddesignthemodularmachine-tool。Theprojectaimstocatertotheassemblylineandimproveeffectivenessandprocessingprecisionsoastoreducethecost.Duringtheprocessofdesign,Idrewlessonsfrominternationalandnationaldata,andreferencedsomeliteraturematerialrelatedtothetopic.Theadvantagesofthismodularmachine-toolareproductionefficiency,highprecisionofprocessing,reducinglaborintensityoftheworkers.Keywords:modularmachine-tool、boring、piston’stholehole.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………………12.1.2活塞材料、毛坯及熱處理……………32.1.3活塞加工工藝過程分析………………32.2組合機床概述…………………42.2.1組合機床的定義和特點………………42.2.2組合機床的配置形式和通用部件……52.2.3組合機床的設(shè)計步驟…………………53組合機床的初步設(shè)計………………53.1組合機床工藝方案的制定……………………63.1.1工藝基面的分析………63.1.2加工工藝的確定………63.2組合機床結(jié)構(gòu)方案的分析和確定……………83.2.1組合機床配置型式的選擇……………83.2.2動力頭工作循環(huán)及其行程的確定……83.2.3液壓滑臺的選擇………103.2.4動力源…………………103.2.5主軸箱…………………103.2.6機床生產(chǎn)率的計算……………………113.3剛性主軸箱的設(shè)計……………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…………………143.3.3剛性鏜削主軸箱的設(shè)計………………173.4組合機床液壓系統(tǒng)的設(shè)計……………………173.4.1確定對液壓系統(tǒng)的工作要求…………173.4.2擬定液壓系統(tǒng)工作原理圖……………173.4.3計算和選擇液壓元件…………………203.5主軸箱傳動裝置設(shè)計…………243.5.1確定計算功率……………………243.5.2選取窄V帶帶型：……………………243.5.3確定帶輪基準直徑…………………243.5.4確定窄V帶的基準長度和傳動中心距………………253.5.5帶輪上的包角………253.5.6計算窄V帶的根數(shù)Z…………………253.5.7計算預(yù)緊力F0：………253.5.8計算作用在軸上的壓軸力Q…………263.5.9帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計：………264組合機床的總體設(shè)計………………264.1活塞銷孔加工工序圖…………264.2粗鏜活塞銷孔加工示意圖……………………274.3機床聯(lián)系尺寸圖的繪制………27后記……………………28參考文獻………………29粗鏜活塞銷孔組合機床設(shè)計PAGEPAGE13粗鏜活塞銷孔組合機床設(shè)計1前言畢業(yè)設(shè)計是高等院校工科類學生畢業(yè)前進行的全面綜合訓練，是培養(yǎng)學生綜合運用所學培養(yǎng)綜合運用所學基本理論，基本知識，基本方法和基本技能，分析問題和解決問題的能力，是學生在校獲得的最后訓練機會，也是對學生在校期間所獲得知識的檢驗。這次設(shè)計的題目是：粗鏜活塞銷孔組合機床設(shè)計。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、組合機床聯(lián)系尺寸圖，進行組合機床的總體設(shè)計。在此次設(shè)計中，我明確設(shè)計目的，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”機會，仔細查閱資料，精心設(shè)計，努力工作，終于完成了這次設(shè)計任務(wù)，但由于水平和時間有限，本設(shè)計只實現(xiàn)了組合機床的總體設(shè)計，并且設(shè)計中錯誤難免，希望老師們批評指正，從而能得到不斷的進步。2概述2.1活塞概述2.1.1活塞的功用與結(jié)構(gòu)特點往復式發(fā)動機與壓縮機的活塞，是將直線運動變成旋轉(zhuǎn)運動或者將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變成直線運動的零件之一。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?；钊斆?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?；钊虏繜o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向作用?；钊虚g的貫穿通孔7稱為活塞銷孔，活塞銷孔的兩端有鎖環(huán)槽6，安裝擋圈限制活塞銷的軸向竄動。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)置的輔助精基準面，在活塞工作過程當中不起作用。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)動發(fā)動機運轉(zhuǎn)，或?qū)⑶S的旋轉(zhuǎn)壓力經(jīng)連桿、活塞而壓縮氣體，即空氣壓縮機?；钊Y(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，兩項疊加總是使銷軸方向為橢圓長軸，垂直銷軸方向為橢圓短軸，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)生強烈摩擦甚至“咬死”。為了補償上述變形，應(yīng)將活塞裙部設(shè)計制造成橢圓形，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活塞變形示意圖為了進一步減少熱傳導，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度，現(xiàn)在這種活塞的應(yīng)用正在逐步減少，而采用改進活塞材料，改進活塞裙部橢圓形狀的方法，以補償熱變形誤差。2.1.2活塞材料、毛坯及熱處理汽油發(fā)動機及高速柴油機，應(yīng)減少往復運動的慣性力，均采用輕質(zhì)材料，如鋁合金。采用鋁合金的優(yōu)點：導熱性好，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，因此減少了機械加工量。總的來說，鋁合金的優(yōu)點很多，所以高速內(nèi)燃機中均采用鋁合金做活塞材料。毛坯在機械加工前要切去澆冒口，并進行時效處理，消除鑄造時的殘余應(yīng)力。時效處理將活塞加熱至180-200°C,保溫6-8h后自然冷卻?；钊?jīng)時效處理后，強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?；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，若沒有一個統(tǒng)一的定位基準，很難達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面，只有在精車外圓和精磨外圓時，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床，統(tǒng)一采用同一基準，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，因而可保證加工質(zhì)量。2.2組合機床概述2pleasecontactQ3053703061giveyoumoreperfectdrawings圖3-9剛性鏜削組合機床動力滑臺液壓系統(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—壓力繼電器快進按下啟動按鈕，三位五通電液動換向閥5的先導閥1YA得電，使之閥芯右移，左位進入工作狀態(tài)，這是的主油路是：進油路：濾油器1→變量泵2→單向閥3→管路4→電液動換向閥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?6右腔→管路17→電液動換向閥的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。這時形成差動連接回路，因為快進時，滑臺的載荷較小，同時進油可以經(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，動力滑臺快速前進，實現(xiàn)快進。工進在快進形成快結(jié)束時，滑臺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，電液動換向閥5左位仍然工作，進油路必須經(jīng)調(diào)速閥12進入液壓缸的左腔，以此同時，系統(tǒng)壓力升高，將液控順序閥7打開，關(guān)閉單向閥9，使液壓缸實現(xiàn)差動連接的油路切斷，回油經(jīng)順序閥7和背壓閥6回到油箱。主油路如下：進油路：濾油器1→變量泵2→單向閥3→電液動換向閥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?6右腔→油路17→電液動換向閥5的B口到T口→管路8→順序閥7→背壓閥6→油箱。死擋鐵停留當動力滑臺工作進給終了碰到死擋鐵后，液壓缸停止不動，系統(tǒng)的壓力進一步升高，達到壓力繼電器18的調(diào)定值時，經(jīng)時間繼電器的延時，再發(fā)出信號，使滑臺退回，在時間繼電器延時動作前，滑臺停留在死擋鐵限制的位置上?？焱藭r間繼電器發(fā)出信號后，2YA得電，1YA失電，電液動換向閥5的右位工作，這時的主油路是：進油路：濾油器1→變量泵2→單向閥3→油路4→電液動換向閥的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→電液動換向閥的A口到T口→油箱。這時系統(tǒng)的壓力較低，變量泵2輸出油量大，動力滑臺動力快速退回，由于活塞桿的面積大約是活塞的一半，所以動力滑臺快進、快退的速度大致相等。原位停止當動力滑臺退回到原位時，擋鐵壓下行程開關(guān)，這時電磁鐵1YA、2YA均失電，電液動換向閥5處于中位，動力滑臺停止運動，變量泵2輸出油液的壓力升高，使泵的流量自動減小至最小。這個液壓系統(tǒng)的電磁鐵和行程閥的動作表如下表3-6所示：表3-6剛性鏜削組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)電磁鐵和行程閥的動作表1YA2YA14快進+——工進+—+死擋鐵停留———快退—+—原位停止———3.4.3計算和選擇液壓元件液壓缸的計算根據(jù)前面所選擇的動力滑臺的參數(shù)進行計算：滑臺式后帶“A”表示滑座導軌為鑄鐵導軌。又球墨鑄鐵的密度為滑臺式后帶“A”表示滑座導軌為鑄鐵導軌。又球墨鑄鐵的密度為?？筛鶕?jù)滑座的外形尺寸和密度來估算其重力。pleasecontactQ3053703061giveyoumoreperfectdrawings繪制速度和負載循環(huán)圖：速度循環(huán)圖3-10負載循環(huán)圖3-11②確定液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸和工作壓力按HY20A液壓滑臺的參數(shù)定D/d為50/35按最低工作速度驗算液壓缸的最小穩(wěn)定速度由式式中A為液壓缸節(jié)流腔的有效工作面積，qmin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，所以：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際面積。即因為：所以：液壓缸能選到所需流速。工作壓力P可根據(jù)負載大小及機器的類型來初步確定，現(xiàn)參閱《液壓系統(tǒng)設(shè)計簡明手冊》p10表2-1取液壓缸工作壓力為4(Mpa)。③計算在各工作階段液壓缸所需的流量：④液壓泵的計算泵的實際工作壓力的確定：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進油管路中的壓力損失，初算時簡單系統(tǒng)可取0.2~0.5（Mpa），復雜系統(tǒng)取0.5~1.5（Mpa）。本設(shè)計中取0.5（Mpa）。所以：上述計算所得的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)的動態(tài)壓力往往超過靜態(tài)壓力。另外考慮到一定的壓力儲備量，并確保泵的壽命，因此選泵的額定壓力pn應(yīng)滿足。本設(shè)計中：由HY20A液壓滑臺的技術(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），電動機轉(zhuǎn)速nH=1450（r/min），容積效率ηv=0.85，總效率η=0.7與液壓泵匹配的電動機的選定：首先分別算出快進與工進兩種不同工況時的功率，取兩者較大值為選擇電動機規(guī)格的依據(jù)，由于在慢進時泵輸出的流量減少，泵的效率急劇降低，一般當流量在0.2~1L/min范圍內(nèi)，可取η=0.03~0.14。同時還應(yīng)該注意到，為了使所選擇的電動機在經(jīng)過泵的流量特性曲線最大功率點時不致停轉(zhuǎn)，需進行驗算，即式中：pn所選電動機額定功率pB限壓式變量泵的限定壓力qp壓力為pB時，泵的輸出流量首先計算快進時的功率，快進時的外負載為400N，進油路的壓力損失定為0.3（Mpa），由式得:快進時所需電動機的功率為：工進時所需電動機功率為：查閱電動機產(chǎn)品樣本，選用Y90S-4型電動機，其具體參數(shù)為表3-4：表3-7Y90S-4性能參數(shù)表滿載時功率(kW)電流（A）轉(zhuǎn)速（r/min）效率（%）功率因數(shù)額定電流額定轉(zhuǎn)矩1.12.71400790.786.52.2根據(jù)產(chǎn)品樣本可查得YBX-16的流量壓力特性曲線。再由已知的快進時的流量為11.5（L/min），工進時的流量為2（L/min），壓力為4.5(Mpa),作出泵的實際工作時的流量壓力特性曲線，查得該曲線拐點處的流量為24（L/min），壓力為2.9(Mpa)，該工作點處對應(yīng)的功率為:所以：P≤2×1.1=2.2(kW)即所選的電動機在拐點處能正常工作。⑤液壓閥的選擇：本設(shè)計均用GE系列閥，根據(jù)擬定的液壓系統(tǒng)圖。按通過各元件的最大流量來選擇液壓元件的規(guī)格：1，濾油器XU-B32X1002，液壓泵YBX-163、9、12，單向閥AF3-EA10B5，電液動換向閥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：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主軸箱傳動裝置設(shè)計在“組合機床結(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裝置?，F(xiàn)對皮帶設(shè)計做以下計算：已知電動機型號為Y100L2-4，額定功率為（3kW），轉(zhuǎn)速n1=1420（r/min），傳動比i=1.0043.5.1確定計算功率：由公式其中：KA工作情況系數(shù)；P電動機額定功率，已知P=3（kW）；由《機械設(shè)計》p157表8-7，查得故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。3.5.3確定帶輪基準直徑：由表8-4和表8-8取主動輪基準直徑根據(jù)式根據(jù)表8-8，取按式驗算帶的速度故：帶的速度合適。3.5.4確定窄V帶的基準長度和傳動中心距：根據(jù)，初步確定中心距計算帶所需的基準長度由表8-3選帶的基準長度Ld=800(mm)計算實際中心距a=300+(800－844)/2=256(mm)3.5.5帶輪上的包角：所以：主動輪上的包角合適。3.5.6計算窄V帶的根數(shù)Z：由式：其中包角系數(shù)；KL長度系數(shù)；P0單根V帶的基本額定功率；⊿P0單根V帶的基本額定功率的增量。由n1=1420（r/min），D1=75(mm)，i=1.004，查表8-6C和表8-6d得：P0=1.41(kW)⊿P0=0.02(kW)查表8-9得Kα=0.995，查表8-10得KL=0.86則=2.94取Z=3根3.5.7計算預(yù)緊力F0：由式由表8-5，得q=0.07kg/m3.5.8計算作用在軸上的壓軸力Q：由式==995.95(N)3.5.9帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計：帶輪的材料選用牌號為HT200的鑄鐵?！逥≤300(mm)∴帶輪采用整體式結(jié)構(gòu)帶輪輪寬的設(shè)計：帶輪輪寬其中f稱面至端面的距離，查表8-12，取f=8(mm)=40(mm)帶輪外徑的確定查表8-8得4組合機床的總體設(shè)計前面討論了組合機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算，以上這些并不在于懂得了組合機床方案設(shè)計以及能夠解釋組合機床方案如何設(shè)計，而是在于應(yīng)用這些認識設(shè)計出我們需要的組合機床方案圖紙，并依次展開組合機床的零部件設(shè)計，以便能夠制造出符合“多快好省”原則的組合機床。組合機床設(shè)計，就是針對具體的被加工零件，在選定的工藝和結(jié)構(gòu)方案的基礎(chǔ)上，進行方案圖紙設(shè)計，這些圖紙包括：被加工零件工序圖，加工示意圖，生產(chǎn)率計算卡，機床聯(lián)系尺寸圖。通常稱為“三圖一卡”。4.1活塞銷孔加工工序圖被加工工序圖是根據(jù)選定的工藝方案，表示在一臺機床上活一條自動線上完成的工藝內(nèi)容，加工部位的尺寸及精度、技術(shù)要求、加工用定位基準、夾壓部分、一起被加工零件的材料、硬度和在本機床加工前毛坯情況圖紙。它是組合機床設(shè)計的主要依據(jù)，也是制造適用時調(diào)整機床，檢查精度的重要技術(shù)文件。粗鏜活塞銷孔工序所保證的尺寸、形狀位置公差中，查《互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)》可知：粗鏜所能夠達到的精度等級為IT。圓度和圓柱度不大于0.05mm,：公差等級為級；對稱度不大于0.02mm,公差等級為級。由于是粗鏜，尺寸和形位公差采用標注形位公差和尺寸公差相互關(guān)系的基本公差原則“獨立原則”，即在圖樣上給出的尺寸公差和形位公差各自獨立，應(yīng)分別滿足要求的公差原則。對于粗鏜，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是產(chǎn)生的。4.2粗鏜活塞銷孔加工示意圖加工示意圖是組合機床設(shè)計的重要圖紙之一，在機床的總體設(shè)計中占有重要地位。它是設(shè)計刀具、夾具、主軸箱以及選擇動力部件的主要資料，同時也是調(diào)整機床和刀具的依