粗镗活塞销孔组合机床设计【毕业论文+CAD图纸通过答辩】
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毕业 设计 (论文 )任务书 设计（论文） 课题名称 粗镗活塞销孔组合机床设计 学生姓名 院（系） 专 业 指导教师 职 称 学 历 毕业设计（论文）要求： 学习“ 机械 制造工艺学”，“机床夹具设计”，“组合机床设计”等方面知识和参考资料。 通过 设计粗镗活塞销孔的 组合机床 ，培养 学生 综合运用 所学基本理论，基本知识，基本方法和基本技能，分析和解决实际 问题的能力 。要求 设计方案和计算正确，叙述清楚，图纸符合制图规范 。 毕业设计（论文）内容与技术参数： 进行 粗镗解放牌汽车用活塞 27 孔 组合机床的总体设计 ， 活塞材料为铝硅合金，年产量为 30 万台 ，保证工序的加工精度和表面质量。编制出活塞零件图、加工示意图、加工工序图、机床联系尺寸图等相关技术性图纸。并编写毕业设计说明书。 毕业设计（论文）工作计划： 1、 查找资料， 参观生产现场， 制定设计方案。 2、 进行 组合机床总体 设计的计算和设计。 3、 编制 组合机床 相关 技术性 图纸。 4、 编写毕业设计说明书。 接受任务日期 2009 年 2 月 10 日 要求完成日期 2009 年 5 月 10 日 学 生 签 名 2009 年 5 月 10 日 指导教师签名 年 月 日 院长（主任）签名 年 月 日 编 号 20050468 毕业设计材料 专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 周 益 材 料 目 录 序号 附 件 名 称 数量 备注 1 毕业设计论文 1 2 题 目 粗镗活塞销孔组合机床设计 粗镗活塞销孔组合机床设计 摘 要 本文主要介绍解放牌汽车活塞销孔的加工工艺，并设计粗镗活塞销孔的组合 机床。这个课题是为了适合流水线生产， 提高目前的生产效率、加工精度，从而降低加工成本而设计的。在设计过程中借鉴了国内外一些现有的组合机床设计资料，还参考了一些与本课题相关的文献资料。 本组合机床具有提高生产效率，满足工件的加工精度，减少了工人的劳动强度的优点，较好的实现了设计的要求。 关键词 ： 组合机床、粗镗、活塞销孔 . is s to to so as to of I to of of of s 粗镗活塞销孔组合机床设计 目录 1 前言 错误 !未定义书签。 2 概述 错误 !未定义书签。 塞概述 错误 !未定义书签。 塞的功用与结构特点 错误 !未定义书签。 塞材料、毛坯及热处理 错误 !未定义书签。 塞加工工艺过程分析 错误 !未定义书签。 合机床概述 错误 !未定义书签。 合机床的定义和特点 错误 !未定义书签。 合机床的配置形式和通用部件 错误 !未定义书签。 合机床的设计步骤 错误 !未定义书签。 3 组合机床的初步设计 错误 !未定义书签。 合机床工艺方案的制定 错误 !未定义书签。 艺基面的分析 错误 !未定义书签。 工工艺的确定 错误 !未定义书签。 合机床结构方案的分析和确 定 错误 !未定义书签。 合机床配置型式的选择 错误 !未定义书签。 力头工作循环及其行程的确定 错误 !未定义书签。 压滑台的选择 错误 !未定义书签。 粗镗活塞销孔组合机床设计 力源 错误 !未定义书签。 轴箱 错误 !未定义书签。 床生产率的计算 错误 !未定义书签。 性主轴箱的设计 错误 !未定义书签。 轴参数的确定 错误 !未定义书签。 轴支承系统的设计 错误 !未定义书签。 性镗削主轴箱的设计 错误 !未定义书签。 合机床液压系统的设计 错误 !未定义书签。 定对液压系统的工作要求 错误 !未定义书签。 定液压系统工作原理图 错误 !未定义书签。 算和选择液压元件 错误 !未定义书签。 轴箱传动装置设计 错误 !未定义书签。 定计算功率 错误 !未定义书签。 取窄 V 带带型： 错误 !未定义书签。 定带轮基准直径 错误 !未定义书签。 带的基准 长度和传动中心距 错误 !未定义书签。 轮上的包角1 错误 !未定义书签。 算窄 V 带的根数 Z 错误 !未定义书签。 算预紧力 错误 !未定义书签。 算作用在轴上的压轴力 Q 错误 !未定义书签。 轮结构设计： 错误 !未粗镗活塞销孔组合机床设计 定义书签。 4 组合机床的总体设计 错误 !未定义书签。 塞销孔加工工序图 错误 !未定义书签。 镗活塞销孔加工示意图 错误 !未定义书签。 床联系尺寸图的绘制 错误 !未定义书签。 后记 错误 !未定义书签。 参考文献 错误 !未定义书签。 粗镗活塞销孔组合机床设计 1 购买后包含有 纸和论文 ,咨询 粗镗活塞销孔组合机床设计 摘 要 本文主要介绍解放牌汽车活塞销孔的加工工艺，并设计粗镗活塞销孔的组合 机床。这个课题是为了适合流水线生产， 提高目前的生产效率、加工精度，从而降低加工成本而设计的。在设计过程中借鉴了国内外一些现有的组合机床设计资料，还参考了一些与本课题相关的文献资料。 本组合机床具有提高生产效率，满足工件的加工精度，减少了工人的劳动强度的优点，较好的实现了设计的要求。 关键词 ： 组合机床、粗镗、活塞销孔 . is s to to so as to of I to of of of s 购买后包含有 纸和论文 ,咨询 粗镗活塞销孔组合机床设计 目录 1 前言 1 2 概述 1 塞概述 1 塞的功用与结构特点 1 塞材料、毛坯及热处理 3 塞加工工艺过程分析 3 合机床概述 4 合机床的定义和特点 4 合机床的配置形式和通用部件 5 合机床的设计步骤 5 3 组合机床的初步设计 5 合机床工艺方案的制定 6 艺基面的分析 6 工工艺的确定 6 合机床结构方案的分析和确 定 8 合机床配置型式的选择 8 力头工作循环及其行程的确定 8 压滑台的选择 10 力源 10 轴箱 10 床生产率的计算 11 性主轴箱的设计 11 轴参数的确定 11 轴支承系统的设计 14 性镗削主轴箱的设计 17 合机床液压系统的设计 17 定对液压系统的工作要求 17 定液压系统工作原理图 17 算和选择液压元件 20 轴箱传动装置设计 24 定计算功率 24 取窄 V 带带型： 24 定带轮基准直径 24 定窄 V 带的基准 长度和传动中心距 25 轮上的包角1 25 算窄 V 带的根数 Z 25 购买后包含有 纸和论文 ,咨询 粗镗活塞销孔组合机床设计 算预紧力 25 算作用在轴上的压轴力 Q 26 轮结构设计： 26 4 组合机床的总体设计 26 塞销孔加工工序图 26 镗活塞销孔加工示意图 27 床联系尺寸图的绘制 27 后记 28 参考文献 29 粗镗活塞销孔组合机床设计 1 1 前言 毕业设计是高等院校工科类学生毕业前进行的全面综合训练，是培养学生综合运用所学培养综合运用所学基本理论，基本知识，基本方法和基本技能，分析问题和解决问题的能力，是学生在校获得的最后训练机会，也是对学生在校期间所获得知识的检验。 这次 设计的题目是：粗镗活塞销孔组合 机床设计。并绘制出解放牌汽车用铝活塞销孔零件图、被加工零件工序图，加工示意图、组合机床联系尺寸图，进行组合机床的总体设计。 在此次设计中，我明确设 计目的，并决定好好把握和利用这踏上工作岗位前的最后一次“演习”机会，仔细查阅资料，精心设计，努力工作，终于完成了这次设计任务，但由于水平和时间有限，本设计只实现了组合机床的总体设计，并且设计中错误难免，希望老师们批评指正，从而能得到不断的进步。 2 概述 塞概述 往复式发动机与压缩机的活塞，是将直线运动变成旋转运动或者将旋转运动转变成直线运动的零件之一。 活塞结构如 2面 4称为活塞顶面，它承受气体压力，并受到高温气体的直接作用。活塞顶面 4与环槽 5称为活塞头部 。四条圆环形的槽 5，其中靠近顶面的三条环槽称为气环槽，在气环槽中放置有弹性的活塞环，用以密封活塞顶面上部燃烧室里的高温高压气体；离顶面最远的一天环槽称为油环槽，在油环槽哦中放置油杯（或称刮油环），把飞溅到汽缸套内壁上多余的润滑油刮去，使油从油环槽的回油小孔 3 中流回曲轴箱。活塞下部无环槽部分 1为活塞裙部，活塞裙部在活塞工作过程中起导向作用。活塞中间的贯穿通孔 7 称为活塞销孔，活塞销孔的两端有锁环槽 6，安装挡圈限制活塞销的轴向窜动。 8 是短圆柱面与圆锥面的组合部分，称为活塞止口，是为加工活塞而设置的辅助精基准面，在 活塞工作过程当中不起作用。 粗镗活塞销孔组合机床设计 2 1- 活塞裙部 2 3 45 6 7 8图 2 活塞简图 活塞在汽缸里承受高温、高压气体的压力，并将压力经连杆传给曲轴，驱动发动机运转，或将曲轴的旋转压力经连杆、活塞而压缩气体，即空气压缩机。活塞结构如图。因工作过程中受力与受热的影响，活塞裙部将产生如图所示的变形。由于金属分布在活塞销轴方向的刚度小于垂直该方向的刚度，因此在顶面气体 压力的作用下，沿活塞销轴向变形量大；同时顶面受高温影响产生热膨胀，而圆周方向金属分布不均，销孔轴线方向金属多，热膨胀量大，也形成销孔轴线方向的膨胀量大于其垂直方向，如 2裙部原来呈圆形，则受力，受热后的变形结果使裙部变成椭圆形，两项叠加总是使销轴方向为椭圆长轴，垂直销轴方向为椭圆短轴，这样活塞与汽缸套的间隙，在长轴方向减少甚至消失，容易发生强烈摩擦甚至“咬死”。为了补偿上述变形，应将活塞裙部设计制造成椭圆形，椭圆的长轴在垂直于活塞销轴的方向，并在活塞裙部销轴附近铸造出两块凹坑，增加裙部与汽缸套内 壁的间隙。 此外，顶面热量由上向下传递，温度场上面高下面的，热膨胀不均，因此活塞因制成锥形，头部小，裙部大；裙部也带有锥度，大端在下方。 (a)受力变形图 (b)受热变形图 图 2活塞变形示意图 1245673粗镗活塞销孔组合机床设计 3 为了进一步减少热传导，有的活塞还铣有横槽和纵向斜槽，以使热变形在开槽处不能连续而减少热变形量。但铣槽增加了工序，且降低了活塞的刚性和强度，现在这种活塞的应用正在逐步减少，而采用改进活塞材 料，改进活塞裙部椭圆形状的方法，以补偿热变形误差。 坯及热处理 汽油发动机及高速柴油机，应减少往复运动的惯性力，均采用轻质材料，如铝合金。采用铝合金的优点：导热性好，质量轻，惯性力小，可提高转速，加工工工艺性好。铝合金切削性能好，毛坯铸造可采用金属型压铸，毛坯精度高，活塞销孔也能够铸造出来，因此减少了机械加工量。 总的来说，铝合金的优点很多，所以高速内燃机中均采用铝合金做活塞材料。毛坯在机械加工前要切去浇冒口，并进行时效处理，消除铸造时的残余应力。时效处理将活塞加热至 180C,保温 6自然冷却。活塞经时效处理后，强度和硬度还能够提高。 零件名称：解放牌汽车活塞 材料：铝硅合金 产量： 25 30万件 活塞外形和内腔形状复杂，裙部为带有锥度的椭圆，外部有直斜槽和横槽，主要表面尺寸精度和活塞销孔的位置精度要求很高。活塞壁薄，刚性差，在外力作用下很容易变形，受切削热的影响，加工过程热变形也大。活塞生产属于大批大量生产，工艺上必须采取一些专用工艺装备。 定位基准的选择：活塞是 薄壁零件，容易产生变形，且加工工艺路线又长，若没有一个统一的定位基准，很难达到所要求的位置精度。目前大多数生产厂均采用止口和端面做辅助精基准面，只有在精车外圆和精磨外圆时，才用止口处直面及顶面上的工艺搭子中心孔组合定位。止口和端面定位的特点是：可加工部位多，如裙部、头部、顶面、销孔、横直槽等只要表面，一次装夹情况下，可完成车削外圆、顶面、环槽等加工。活塞加工多采用专用机床，统一采用同一基准，既能够提高生产率，有能够保证表面位置精度。 活塞销孔的加 工：活塞销孔的技术要求很高，工艺上需安排粗加工、加工及光整 加工 ,销孔加工是活塞加工的主要工序。铝合金活塞毛坯销孔预先铸造出来，因孔带有锥度（拔模斜度），直接用来定位与夹紧很不方便，经过粗镗销孔后，销孔便可用作有关工序的定位与夹紧表面。销孔的精加工通常放在金刚镗床上进行，金刚镗床精度高、转速快、切削用量小。为了保证活塞销孔的尺寸、形状和位置精度，金刚镗床主轴回转中心相对工件定位表面有较高的位置精度，因粗镗活塞销孔组合机床设计 4 而可保证加工质量。 合机床概述 床的定义和特点 组合机床是用已经系列化、标准化的通用部件和少量专用部件组成的多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时 加工的高效率专用机床。 图 2组合机床实例 组合机床的生产率比通用机床高几倍至几十倍。其特点如下：（ 1） 主要用于粗镗活塞销孔组合机床设计 5 加工箱体类零件和杂件的平面和孔。（ 2） 生产率高。（ 3）加工精度稳定：因工序固定，可选用成熟的通用部件、精密夹具和自动工作循环来保证加工精度的一致性。（ 4）研制周期短，便于设计、制造和适用维护，成本低。（ 5）自动化程度高，劳动强度低。（ 6）配置灵活。 组合机床分为大型组合机床和小型组合机床，前者 的应用范围最广。大型组合机床的配置形式可分为单工位组合机床和多工位组合机床两大类。单工位组合机床加工时，工件装夹在机床的固定夹具中不动，由动力部件移动来完成各种加工，这类机床能够保证比较高的位置精度。 通用部件是由系列化、标准化、通用化原则设计制造的具有特定功能的组合机床基础部件。它通常分为五大类：动力部件、支承部件、输送部件、控制部件、辅助部件。 （ 1）制定工艺方案 要深入现场，了解被加工零件的加工特点、精度和技术要求、定位夹压情况以及生产率的要求。确定在组合机床上完成 的工艺内容和加工方法。 （ 2）机床结构方案的分析和确定 根据工艺方案确定机床的型式和总体布局。在选择机床配置型式时，既要考虑实现工艺方案，保证加工精度、技术要求及生产效率；又要考虑机床操作、维护、修理是否方便。 （ 3）组合机床总体设计 这里要确定机床各部件间的相互关系，选择通用部件和刀具的导向，计算切削用量及机床生产率。绘制机床的总联系尺寸及加工示意图等。 （ 4）组合机床的部件设计和施工设计 制定组合机床流水线的方案时，与一般单个的组合机床有所不同。在流水线上由于工序的组合不同，机床的型式和数量都会有较大的变化。因此，这时应该按流水线进行全面考虑，而不是将某一台或几台机床分裂开来设计。 3 组合机床的初步设计 组合机床的设计，目前基本上有两种做法：其一，根据具体加工对象的具体情况进行专门设计，这是当前最普遍的做法；其二，随着组合机床在我国机械行业的广泛应用，大量工厂总结自己生产和使用组合机床的经验，发现组合机床不仅在其组成部件方面有共性，可以设计成通用部件，而且一些行业或完成一定工艺范围的组合机床是极其相似的，有可能设计成为通用的组合机床，这种机床称为“专能组合机床”。 本次毕业设计采用第一种 设计方法，即进行组合机床的专门设计。 粗镗活塞销孔组合机床设计 6 合机床工艺方案的制定 制定组合机床工艺方案是设计组合机床最重要的步骤之一。工艺方案制定的正确与否，将决定机床能否达到“重量轻、体积小，结构简单、使用方便、效率高、质量好”的要求。 根据本设计的要求，设计出粗镗解放牌汽车的活塞的销孔，由前面对零件加工工艺过程的分析可知：活塞销孔要求有比较高的尺寸和位置精度，采用的是止口和端面组合定位，消去 5 个自由度，剩下的转动自由度用一根装在机床尾座套筒中的销边销插入销孔中来定位，从而保证镗孔的加工 余量均匀。当用压紧机构将活塞压紧后，再将销边销从销孔中退出，即可进行加工。 当被加工孔直径在 40上的孔，组合机床上多采用镗削的方法。但当被加工的孔较短，直径虽然在 40下时，亦可以用镗削的方法加工。 在组合机床上对有色金属进行镗孔加工时，精度公差等级可以达 13，表面粗糙度 达 25 对于粗镗孔的切削用量参考下表 3 表 3 镗削用量参考表 工序 刀具材料 铸铁 钢 铝及合金 （ m/ mm/r） （ m/ mm/r） （ m/ mm/r） 粗镗 高速钢 20 15 100 硬质合金 35 50 - 半精镗 高速钢 20 15 100 硬质合金 505 955 - 精镗 高速钢 - - - 硬质合金 705 1005 150 根据此表确定切削用量及选择刀具：粗镗镗刀选择高速钢，切削速度取V=120m/转进给量取 =r。 由公式： 1 0 0 0 /n v D 得： 1 0 0 0 1 2 0 / 2 7 1 4 1 4 . 7 ( / m i n ) 由公式： Vf f n得： 0 . 7 1 4 1 4 . 7 1 0 0 0 ( 式中： 采用的镗刀的几何参数为： 粗镗活塞销孔组合机床设计 7 主偏角 45，前角 o=20 , 刃倾角 s=0 =初定镗孔加工余量为 。 根据机械制造技术基础计算切削力、切削功率。 (1)切削力： X y F p F . 8 1 C a f 1 0 . 7 5 0 8 1 4 0 1. 5 0 . 7 1 2 0 K 其中F Z M F Z 0 F Z K F Z s F Z F K K K K K 查机械制造 技术基础 2 查表 20K F Z M F Z 0 F Z K F Z s F Z F K K K K K =1 1 . 0 1 . 0 1 . 0 1 . 0 1 . 0 =1 X F Z y F p F . 8 1 C a f = 1 0 . 7 5 0 8 1 4 0 1. 5 0 . 7 1 2 0 K = 1 0 . 7 5 09 . 8 1 4 0 1 . 5 0 . 7 1 2 0 1 = （ 2）切削功率： 3P c F V c / 6 0 1 0Z = 4 5 0 2 0 / 6 0 0 0 0 = （ 3）切削扭矩： 4 5 0 . 4 1 3 . 5 6 0 8 0 . 4 ( ) R N m m 扭镗杆尺寸的确定： 镗杆直径和长度对刚性影响较大，直径受到孔径的限制，但应尽量大些，一般按下取： ( 0 0 ，粗镗用小值，精镗用大值。 0 7 1 6 ,为了增加主轴系统的刚性，取镗杆直径为 18 镗孔直径 D，镗杆直径 d，镗刀截面 之间的关系为： (1 1 . 5 )2 依据已知的 D 和 d 计算 B,并且系数取小值。得： 2 7 1 8 4 . 粗镗活塞销孔组合机床设计 8 取： 88 合机床结构方案的分 析和确定 在制定了组合机床的加工工艺方案后，就要对组合机床的配置型式进行选择。 根据设计题目的要求和加 工工序的需要决定采用以下的组合机床配置型式：卧式单工位组合机床，如图 3示。 在这种机床上进行加工时，工件装夹在机床的固定夹具中不动，由动力部件移动来完成各种加工，因此能够保证较高的位置精度，适用于大中型箱体类零件的加工。 图 3卧式单工位组合机床示意图 现在分析固定式夹具卧式单工位组合机床的加工精度： 这类机床所能达到的加 工精度最高，对于精加工机床的夹具，其公差一般去被加工零件的 1/3,但对于粗加工机床，由于其他因素影响，精度要求也不能很低，这种机床用于镗孔加工所能达到的精度如下： 位置精度：采用固定精密导向一般能够达 ，孔间距离和孔的轴线与基面的位置精度可达 0 5 0 。 不同轴度及轴线间不平行度：若由一面镗孔，镗杆采用前后导 向 或多层精密导向，不同轴度可达 0 5 0 由两面镗孔而且是单 轴，便于调整主轴位置精度时，不同轴度也可达 0 5 0 从两面多轴加工时，孔的不同轴度一般为 镗孔轴线间的不平行度，可保持在轴线间距离公差数值范围之内，在调整精确时，也可达 0 . 0 2 0 . 0 5 / 8 0 0 1 0 0 0。 当然，随着生产技术的不断提高、材料技术的不断发展和加工工艺的不断改进，机床所能够达到的精度会越来越高。 粗镗活塞销孔组合机床设计 9 动力头循环一般包括快速引进、工作进给和 快速退回等动作，需要根据加工工艺具体需要来确定。根据被加工活塞销孔的加工工艺可知，动力头的循环动作为：快速进给工作进给快速退回。 (1)工作进给长度的确定（如图 3示） 图 3 加工长度的确定 工作进给长度 =切入长度 +加工孔长度 +切出长度。 切入长度应根据工件断面的误差情况而定，一般为： 5 10切出长度参考下表： 表 3 切出长度的确定 工艺方法 钻孔 扩孔 铰孔 镗孔 切出长度（ 1 / 3 (3 8)d 1015 1015 510 注： 1、 d 为钻头直径 () 2、表中数值在刀具出口平面为已加工时取最小值，反之取最大值。 根据要求，取：切入长度 =7加工孔长度 =102切出长度 =8 所以：工作进给长度 = 7 1 0 2 8 1 1 7 (2)快速引进长度的确定 初定快速引进长度 =2833)快速后退长度的确定 快速后退长度 =工作进给长度 +快速引进长度， 工作进给切入 加工部分 切出粗镗活塞销孔组合机床设计 10 所以：快速后退长度 =1 1 7 2 8 3 4 0 0 根据动力头工作行程选择液压滑台型号为： 1台的技术性能如下表 3 表 31压滑台技术性能表 台面宽 （ 行程 （ 进给力 （ N） 油缸内径 /活塞直径 (mm/油泵流量 （ L/ 快进流量 （ L/ 最小进给量 （ mm/ 工进速度 （ mm/ 200 400 6300 50/35 12 12 40 40动力源 动力源是为主轴箱的刀具提供切削主运动的驱动装置，它与主轴配套使用。 对铝及其合金等轻金属进行粗镗削时，根据组合机床设计对传动装置的选择，采用皮带轮传动装置，所以采用用皮带轮传动装置的型 号为： 44。 根据被加工活塞销孔的特点，本设计中主轴与镗模 的设计借鉴在金刚镗床 (如图 3示 )上镗削活塞销孔的实例（东北重型机械学院机床夹具设计手册643 644P ）：组合机床主轴采用刚性主轴，主轴与镗杆的连接也不采用浮动接头。孔的位置精度主要是由镗头主轴与夹具之间正确位置保证，夹具没有镗套。 主轴箱安装在滑台上，镗刀杆安装镗刀进行镗削。所以主轴箱采用专用刚性镗削主轴箱及皮带轮传动装置。 图 3 金刚镗床结构示意图 粗镗活塞销孔组合机床设计 11 机床理想生产率是指机床百分之百负荷情况下每小时的生产能力。计算公式为： 6 0 /单（ 件 / 小 时 ） T t t单 机 辅（ 分 ） 式中： 下列公 式计算： 12 2/ S L S t 分 1 分机( ) /t t t t L L v t t 移 移装 卸 装 卸辅 快 快 进 快 退 快 必须指出，由于组合机床工作过程中偶然事故以及操作人员的自然需要等所需时间，机床实际可能生产率1 。也就是： 1 负或1 /负式中： 负 1可视为要求的机床生产率。当全年工时为 4600 小时（按两班制 15 小时），则： / 4 6 0 0Q 年 产 量 （ 件 / 小 时 ） 根据本道工序制定的加工工艺计算粗镗活塞销孔组合机床的生产率： 单件工时： ( 0 . 3 0 . 2 0 . 0 2 4 0 . 1 1 7 0 . 0 5 0 . 0 3 3 0 . 2 0 . 3 ) / 2 0 . 6 1 2T 单 机床的理想生产率： 6 0 / 0 . 6 1 2 9 8 (Q 件 / 小 时 ） 组合机床实际生产率： 1 3 0 0 0 0 0 / 4 6 0 0 6 5 (Q 件 / 小 时 ）机床负荷率： 1 / 6 5 / 9 8 1 0 0 % 6 6 % 性主轴箱的设计 在刚性镗削主轴箱中，刀具不需要借助于导向进行加工，主轴和刀杆是采用刚性连接，这就要求 主轴有较高的刚度，加工质量在很大程度上取决于主轴系统本身的刚度。如果主轴的刚性不足，在加工过程中往往会产生振动（崩刀），使被加工的零件难以达到要求的精度和光洁度，甚至损坏刀具。 根据上述，在设计刚性镗削主轴箱时，尽管要求考虑的因素很多，但最主要的是主轴系统的设计，以确保主轴系统的精度和足够的强度。 粗镗活塞销孔组合机床设计 12 主轴的主要参数有： (如图 3 D L 距； a d / / 图 3 主轴参数示意图 (1)主轴悬伸长 a 从提高主轴的刚性出发，希望主轴的前支承尽量靠近刀具 ，但是在组合机床中的刚性主轴设计中， a 是由被加工零件决定的 根据本道工序，活塞销孔加工长度为 102切出长度为 8为使主轴悬伸量尽量短，选取当刀具走完进给长度后工件和主轴的距离为 30主轴的外伸长度为 20主轴箱端部到前支撑的距离为 25 所以： 1 0 2 8 3 0 2 0 2 5 1 8 5a m m 。 （ 2）支承距和主轴的悬伸比 / 这个数值直接影响主轴的刚度，下面讨论如何正确的确定 / 依据材料力学，把主轴视为弹性支承的梁，其在切削力的作用下的变形，分为两部分：主轴本身的变形和支承系统的变形，研究前者时，把主轴的支承视为刚性的，把轴视为弹性（即刚性支承弹性梁） ,如图 3a） ；研究后者时，把主 轴视为刚性的，而把支承视为弹性（即弹性支承刚性梁） ,如图 3b）。合成后如图 3c）。 图 3弹性支撑梁的弯曲 图 3性支撑梁的挠度与支承间距的关系 主轴系统的挠度与轴的悬伸比 /3是当主轴支承系统前L b)c)L 1+0 1 2 3 4 56 7 8 9 10L/挠度X/13 支承刚度为后支承刚 2 倍时，主轴系统变形的挠度与 / 3轴本身变形引起的挠度1由支承变形引起的挠度2图中还可以看到，悬伸比 /挠度12()小，也即：在 a 一定的情况下，支承间距为某一定值时，总挠度最小，在设计时 L 最好选在最小值附近。 在组合机床刚性主轴时，通常推荐的主轴悬伸比为 / 2本次设计中，取： / 而由： a=185： 取 280L 。 （ 3）主轴的平均直径 D 主轴直径 D 是决定主轴刚度的重要因素，在目前的组合机床设计时，尚无一成熟的方法。而采用经验公式： 4D B M扭 47 )M m m 扭 时由下表确定的： 表 3系数 B 的确定 ( / )m 1/4 1/2 1 B 由前面所求得的 6 0 8 0 . 4M N m m扭求得： 47 . 3 6 0 8 0 . 4 6 4D m m 主轴的平均外径 D 确定以后，就可以大致确定轴承配合处的轴径。通常主轴前径1 大 10 15% ,主轴后径20 15% 。 得： 1 1 . 1 6 4 7 0 . 4D m m 取： 1 71D 2 0 . 9 6 4 5 7 . 6D m m 取：2 58D 4）主轴内孔直径 d 在刚性主轴设计中，主轴常采用空心的， d 应该选择得当，以起到节省材料而又不影响刚性。通常推荐的主轴比： / 由于 64D 数值不大，所以取比值为 ： 0 . 4 0 . 4 6 4 2 5 . 6d D m m 取： 26d 前面求主轴平均直径的公式很粗略的，需对其进行核算。核算公式按下式进行： 4 4 35 3 0 ( ) / ( / ) d L K g m式中： D ) d ) 粗镗活塞销孔组合机床设计 14 L ) 刚度系数常取 ( 2 5 5 0 ) / g m，近几年组合机床的使用经验表明，只要保证： / 4 7的关系，就可获得较高主轴刚度。本设计所取数值 / 2 8 0 / 6 4 4 . 3 7 54,主轴能够有比较高的刚度。 （ 5）主轴刚度的验算 一般来说，刚性主轴，只要其刚度能满足要求，强度大多数 都是足够的。所以不必做强度验算，只验算其刚度就可以。 主轴的刚度验算，主要是验算主轴在受力时的弯曲变形，即主轴前段的挠度x 和前支承处的倾角 。 根据材料力学计算弯曲变形和的公式： 2 2 2 ( ) 0 . 5 ( ) / / 3 ( )x P a a L Q C L C a L M L a E J m m 22 0 . 5 ( ) / / 3 ( )P L a Q L C C L M L E J r a d 式中： E 的为 422 . 0 1 0 ( / )E K g m m ； J 于空心轴 44( ) / 4J R r 4() R ; r ； M )Kg P ) Q ) 通常取 M =(0 验算刚度时，采取下列许用值： 0 . 0 0 0 2 ( )x L m m最 大0 ( )ra d 最 大根据所选择的参数进行计算： 2 4 4 4 4 6 1 8 5 ( 1 8 5 2 8 0 ) 0 . 3 5 4 6 1 8 5 2 8 0 1 8 5 / 3 2 1 0 ( 6 4 2 6 ) / 4 x 0 1 0 7 ( ) 4 4 4 4 6 2 8 0 1 8 5 0 . 3 5 4 6 1 8 5 2 8 0 / 3 2 1 0 ( 6 4 2 6 ) / 4 63 0 ( )ra d 所以： 经上述验算，所设计的主轴参数是合理的，能满足本道工序所需要的刚性。 影响刚性主轴工作性能的因素很多，除与主轴本身刚度有关外，与主轴支承粗镗活塞销孔组合机床设计 15 系统的刚性有很大关系。 (1)主轴常用的轴承类型 在刚性主轴设计中对滑动轴承和滚动轴承都有采用，但因为滚动轴承具有尺寸小、转速高、寿命长、装配简单、密封和润滑较简单、而且可以直接从样本中选取的优点，在大 多数情况下采用滚动轴承，本设计中的刚性主轴支持系统也采用滚动轴承。 在刚性主轴的设计中，常用的滚动轴承有以下几种：单列向心球轴承 、单列向心推力球轴承、单列圆锥滚子轴承、双列向心短圆柱滚子轴承 (旧编号 3182100)、单向推力球轴承（用于承受轴向载荷）、单列向心短圆柱滚子轴承。 (2)轴承的刚度分析和选择 根据滚动轴承应用资料推荐，轴承的刚性与滚动体数量和直径，存在下述关系： 2 / 3 2 / 3 1 / 3 1 / 31 2 1 2 1 2/ ( / ) ( / )j j Z Z d d式中：1 1柱）的直径； 1 轴承的径向刚性，以 列轴承为最高，因为 滚柱数量最多，所以刚性 高 ，承载能力大。目前较多的用 于刚性主轴的前支承。 单列向心球轴承一般只用于载荷较轻的情况，当使用球轴承时，应尽量采用36000 型和 46000 型的单列向心推力球轴承。 轴承的轴向刚性，以 8000 系列单向推力球轴承为最高。 依据组合机床设计“表 5 组合机床常用刚性主轴支承简图”表，选择下面的支承系统（图 3 图 3 刚性主轴部件支承简图 前支承用 支承采用 30000系列（旧编号 7000 型）圆锥滚子轴承，以承受径向力。在前支承处 装置一个 50000 系列（旧编号 8000 型）的单列推力球轴承，以承受单方向的轴向力。这些轴承的结构图如图 3 粗镗活塞销孔组合机床设计 16 (a) 单列圆锥滚子轴承 (b)双列圆柱滚子轴承 (c)单列推力球轴承 图 3各种滚动轴承结构图 这种结构支承刚性较好，可以承受较大的轴向力。适用于粗镗和半精镗。 (3)轴承精度等级的选择 轴承的精度等级对主轴的性能影响很大，特别是刚性主轴。 选择轴承精度等级，主要是依据主轴的工作条件和被加工零 件的加工要求，即对主轴的径向跳动和轴向跳动的要求来定。 各种精度等级的机床，主轴轴承的精度可按参考表 3用。 表 3主轴轴承精度 机床精度等级 前轴承 后轴承 粗镗活塞销孔组合机床设计 17 普通精度级 5 或 密级 4 高精度级 2 主轴轴承的精度，应该采用 标准 B、 C、 D)三级，目前普通机床主轴轴承都有去 的趋势， E)级轴承，在机床主轴上已经很少采用。 一般用于镗孔的刚性主轴的前轴承采用 就满足要求了，而与 的承相配合的推力 轴承采用 。 刚性主轴箱是一种常见的专用主轴箱，其特点是：主轴有足够的刚性，刀杆与主轴采用刚性连接，加工时不需要依靠导向套和镗模；主轴的支承距比较大，所以此种主轴箱的厚度较标准主轴箱要厚；采用这种主轴箱时，因不用导向，因此可以使机床的纵向尺寸大为减少。 (1)主轴箱箱体 要想要按计算来设计主轴箱箱体，这几乎是不可能的，应充分参考调查的实例进行设计，依然借鉴金刚镗床的主轴箱。 (2)主轴与刀杆的连接 刚性镗削主轴箱中主轴和刀杆的连接常见有以下两种类型： 、柱孔和断面定位， 用螺钉紧固，以断面键传递扭矩。这种连接方式，装拆比较方便，应用较广，但需要经常注意定位面的维护，以保持良好的定位精度。 、和刀杆制成整体的。这种形式可以消除结合面处的变形，增强主轴刚性，但是加长了主轴的长度，对制造和维修都带来了困难，所以这种形式目前很少使用。 合机床液压系统的设计 根据对活塞销孔的加工要求，刀具旋转由机械传动来实现，主轴头沿导轨中心线方向的“快进工进快退停止”工作循环采用液压传动方式实现，故拟选定液压缸作执行机构。 作原理图 （ 1） 确定供油方式： 考虑到该机床在工作进给时负载较大，速度较低。而在快进，快退时负载较小，速度较高。从节省能量，减少发热考虑，泵源系统宜选用变量泵供油。现采用限压式变量叶片泵。 （ 2）调速方式的选择： 在中小型专用机床的液压系统中，进给速度的控制一般采用节流阀或调速粗镗活塞销孔组合机床设计 18 阀。根据镗削类专用机床的特点，决定采用限压式变量泵和调速阀组成的容积节流调速。这种调速回路具有效率高、发热少和速度刚性好的特点。 （ 3）快速运动回路的选择： 采用限压式变量泵和差动连接两个措施来实现快进，这样既能得到较高的快进速度， 又不致使系统效率过低。泵的流量自动变化，即在快速行程是流量最大，工进时只输出与液压缸需要相适应的流量，死挡铁停留时只输出补偿系统泄露所需的流量。系统无溢流损失，效率高。 （ 4）速度换接方式的选择： 本系统采用行程阀切换的速度换接回路，它的特点是可提高系统的换接平稳性。 最后把所选择的液压回路组合起来，即可组成图纸所示的液压系统原理图。其工作原理如下 图 3示 ： 图 3刚性镗削组合机床动力滑台液压系统原理图 1 滤油器 2 变量泵 3、 9、 13 单向阀 4、 8、 10、 11、 15、 17 管路 5 电液动换向阀 6 背压阀 7 顺序阀 12 调速阀 14 行程阀 16 液压缸 17 压力继电器 12345119 快进 按下启动按钮，三位五通电液动换向阀 5的先导阀 1电，使之阀芯右移，左位进入工作状态，这是的主油路是： 进油路：滤油器 1变量泵 2单向阀 3管路 4电液动换向阀 5的 路 10、 11行程阀 14管路 15液压缸 16 左腔。 回油路：缸 16 右腔管路 17电液动换向阀的 口油路 8单向阀 9油路 11行程阀 14管 路 15液压缸 16右腔。 这时形成差动连接回路，因为快进时，滑台的载荷较小，同时进油可以经阀16 直通油缸左腔，系统中的压力较低，所以变量泵输出流量大，动力滑台快速前进，实现快进。 工进 在快进形成快结束时，滑台上的挡铁压下行程阀 14，行程阀上位工作，使油路 11 和 15 断开。电磁铁 1续得电，电液动换向阀 5左位仍然工作，进油路必须经调速阀 12 进入液压缸的左腔，以此同时，系统压力升高，将液控顺序阀 7 打开，关闭单向阀 9，使液压缸实现差动连接的油路切断，回油经顺序阀 7和背压阀 6 回到油箱。主油路如下： 进油路：滤油 器 1变量泵 2单向阀 3电液动换向阀 5 的 P 口到 A 口油路 10调速阀 12油路 15液压缸 16 左腔。 回油路：液压缸 16 右腔油路 17电液动换向阀 5 的 B 口到 T 口管路 8顺序阀 7背压阀 6油箱。 死挡铁停留 当动力滑台工作进给终了碰到死挡铁后，液压缸停止不动，系统的压力进一步升高，达到压力继电器 18 的调定值时，经时间
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