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黑龙江工程学院本科生毕业设计毕业设计开题报告题 目 名 称: M1432A万能外圆磨床液压系统设计 院 系 名 称: 机电工程学院 专 业 班 级: 机械设计制造及自动化08-12 学 生 姓 名: 姜长志 导 师 姓 名: 张荣沂 开 题 时 间: 2012.02.27 指导委员会审查意见： 签字： 年 月 日M1432A万能外圆磨床液压系统设计1.选题的目的及研究意义在国民经济各部门、人民的日常生活中，使用者各种机器设备、仪器工具，这些机器、机械 、仪器设备和工具大部分是由一定的形状和尺寸的金属零件所组成的。生产这些零件并将它们装配成机器、机械、仪器和工具的工业，称为机械制造工业。在机械零件的制造过程中，采用铸造、锻压、焊接、冲压等制造方法，可以获得低精度零件。对于精度要求高、表面粗糙度小的零件，主要依靠切削加工的方法获得，尤其是加工精密零件时，需经过多道工序的切削加工才能完成。因此，机械加工设备是机械制造业的主要加工设备。在一般的机器制造厂中，金属切削机床所负担的加工工作量，余额占总工作量的40%60%。金属切削机床的技术性能直接影响机械产品的质量及其制造的经济性，进而决定着国民经济的发展水平。机床是在人类认识和改造自然的过程中产生，又随着社会生产的发展和科学技术的进步而不断发展、不断完成的。最原始的机床是木制的，所有运动由人力或畜力驱动，主要用于加工木料、石料和陶瓷制品的泥坯，它们实际上并不是一种完整的机器。现代意义上的用于加工金属机械零件的机床，是在18世纪中叶开始发展起来的。18世纪发明了机动刀架，并以蒸汽机为动力，对机床进行驱动或通过多轴对机床进行集群驱动，才形成了现代机床的雏形。19世纪至20世纪初，随着电动机的问世，电动机取代了蒸汽机，经过了多轴对机床进行集群驱动、单独电动机驱动的封闭齿轮箱的发展过程，才使机床具备了现代的结构形式。上世纪40年代，随着高速钢的和硬质合金工具的使用以及液压技术的应用，使机床在传动、机构、控制等方面得到很大的改进，加工精度和生产率得到显著提高。自上世纪50年代以来，计算机技术开始应用于机床中，先后出现了数控机床、加工中心柔性制造系统等。计算机集成制造的出现，表明机械制造业正在走向一个新的变革时代。电火花加工、电解加工、超声波加工、电子束加工等各种机械加工设备，表明特种加工设备也有了长足的发展。机床设计是设计人员根据不同使用部门的要求，运用有关的科学技术知识，进行创造性的劳动。随着生产的发展，使用的要求也不断地提高，而科学技术的发展和工艺水平的提高，从而使机床的设计和制造获得了迅速的发展。毕业设计是培养学生设计能力的重要实践环节，通过设计掌握机械设计的一般规律，树立正确的设计思想，培养学生分析和解决实际问题的能力，使学生成功的走向工作岗位。我设计的题目为：M1432A万能外圆磨床液压系统设计，通过本次设计毕业设计对普通机床组成、控制、结构运动、设计加以了解；通过机床设计掌握普通机床设计的基本方法,并且对专用机床的设计作进一步了解；通过机床设计培养和锻炼自身的工程素质和工程实践能力。2、课题研究现状2.1国内外数控机床研究现状20世纪人类社会最伟大的科技成果是计算机的发明与应用，计算机及控制技术在机械制造设备中的应用是世纪内制造业发展的最重大的技术进步。自从1952年美国第台数控铣床问世至今已经历了50个年头。数控设备包括：车、铣、加工中心、镗、磨、冲压、电加工以及各类专机，形成庞大的数控制造设备家族，每年全世界的产量有1020万台，产值上百亿美元。 世界制造业在20世纪末的十几年中经历了几次反复，曾一度几乎快成为夕阳工业，所以美国人首先提出了要振兴现代制造业。90年代的全世界数控机床制造业都经过重大改组。如美国、德国等几大制造商都经过较大变动，从90年代初开始已出现明显的回升，在全世界制造业形成新的技术更新浪潮。如德国机床行业从2000年至今已接受个月以后的订货合同，生产任务饱满。我国数控机床制造业在80年代曾有过高速发展的阶段，许多机床厂从传统产品实现向数控化产品的转型。但总的来说，技术水平不高，质量不佳，所以在90年代初期面临国家经济由计划性经济向市场经济转移调整，经历了几年最困难的萧条时期，那时生产能力降到50，库存超过个月。从1995年“九五”以后国家从扩大内需启动机床市场，加强限制进口数控设备的审批，投资重点支持关键数控系统、设备、技术攻关，对数控设备生产起到了很大的促进作用，尤其是在1999年以后，国家向国防工业及关键民用工业部门投入大量技改资金，使数控设备制造市场一派繁荣。从2000年月份的上海数控机床展览会和2001年月北京国际机床展览会上，也可以看到多品种产品的繁荣景象。数控技术经过50年的个阶段和代的发展： 第阶段：硬件数控（NC） 第代：1952年的电子管 第代：1959年晶体管分离元件 第代：1965年的小规模集成电路。第阶段：软件数控（CNC） 第代：1970年的小型计算机 第代：1974年的微处理器 第代：1990年基于个人PC机（PC-BASEO） 第代的系统优点主要有： （） 元器件集成度高，可靠性好，性能高，可靠性已可达到万小时以上； （2） 提供了开放式基础，可供利用的软、硬件资源丰富，使数控功能扩展到很宽的领域（如CAD、CAM、CAPP，连接网卡、声卡、打印机、摄影机等）； （3） 对数控系统生产厂来说，提供了优良的开发环境，简化了硬件。 目前，国际上最大的数控系统生产厂是日本FANUC公司，年生产万套以上系统，占世界市场约40左右，其次是德国的西门子公司约占15以上，再次是德海德汉尔，西班牙发格，意大利菲亚，法国的，日本的三菱、安川。2.2发展趋势制造业是一个国家或地区经济发展的重要支柱，机械制造是制造业的核心。数控技术的应用使得传统的制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对国民生计起着越来与重要的作用。当前数控技术及其装备的发展的趋势：1、高速、精密化 2、可靠性 3、数控机床设计CAD化、功能多样化 4、智能化、网络化、柔性化、集成化 5、开放性 6、复合性 7、串行总线计算机数控系统 8、重视新技术标准、规范的建立。2.3机械装备设计的方法机械制造装备设计的步骤设计类型而不同。创新设计可分为产品规划、方案设计、技术设计和工艺设计等四个阶段。2.3.1产品规划阶段产品规划阶段的任务是明确设计任务，通常应在市场调查与预测的基础上识别产品需求，进行可行性分析，制定设计任务书。在产品规划阶段将综合运用技术预测、市场学、信息学等理论和方法来解决设计中出现的问题。2.3.1.1需求分析产品设计是为了满足市场的要求，而市场的需求往往是不具体的，有时是模糊的 、潜在的，甚至是不可能实现的。需求分析的任务是使这些需求具体化和恰到好处。明确设计任务的要求。需求分析的任务本身就是设计工作的一部分，是设计工作的一部分，是设计工作的开始，而且自始至终指导设计工作的进行。需求分析一般包括对销售市场和原材料市场的分析2.3.1.2调查研究调查研究包括市场调研、技术调研和社会环境调研三个部分2.3.1.3预测定性预测和定量预测 2.3.1.4可行性分析2.3.1.5编制设计任务书2.3.2方案设计阶段a、对设计任务的抽象b、建立功能结构c、寻求原理与求解方法d、初步设计方案的形成e、设计方案的评价与赛选2.3.3技术设计阶段1、确定结构原理方案2、总体设计3、结构设计2.3.4工艺设计阶段2.3.4.1零件图设计在零件图中包含了为制造零件所需的全部信息，这些信息包括几何形状、全部尺寸、加工面的尺寸公差、形位公差和表面粗糙度、材料和热处理要求、其他特殊技术要求等。2.3.4.2完善装配图在绘制零件图时，更加具体地从结构强度、工艺性和标准化等方面进行零件的结构设计，不可避免地要对技术设计阶段提供的装配图做些修改2.3.4.3编写技术文档3.基本内容，拟解决问题基本内容；M1432A万能外圆磨床总体尺寸布局设计 根据设计过程中所需的技术参数，使主要构件的结构具有经济性，合理性。保证设计的工艺性，装配的可行性，主要装配精度的合理性，主要参数的可检查性。3.1本课题将要解决的主要问题3.1.1 总体结构布局的设计M1432A万能外圆磨床主轴部件直接影响工件的精度和表面粗糙度，应具有高的回转精度、刚度、抗振性及耐磨性，是总体布局的关键部分。 装在头架主轴上的零件如皮带轮、砂轮压紧盘、砂轮等都应仔细平衡，四根三角皮带的长度也应一致，否则易引起砂轮主轴的振动，直接影响磨削表面的表面粗糙度。3.1.2液压系统的设计液压系统传递比较平稳，而且代价不高。液压系统是由很多元器件组成，元器件的选择要根据液压系统的性能指标进行选择。阀的规格用阀进、出油口的名义通径表示，单位为mm。相同的阀，其阀口的实际尺寸不一定完全相同。目前仍在使用的某些按旧标准生产的阀，其性能参数主要有额定压力、额定流量、额定压力损失、最小稳定流量等数值参数。阀类元件的规格应按阀所在的回路的最大工作压力和通过该阀的最大流量从产品样本上选定。选用阀类元件时应考虑其结构形式、特性、压力等级、连接方式、集成方式及操纵方式等。选择压力控制阀时，应考虑压力阀的压力调节范围、流量范围、流量变化范围、所要求的压力灵敏度进和平稳度等。特别是溢流阀的额定流量必须满足液压泵最大流量的要求。选择流量控制阀时，应考虑流量阀的流量调节范围、流量压力特性、最小稳定流量、压力补偿要求或温度补偿要求，对滤油器过滤精度的要求，阀进、出口压差大小及阀内泄漏的大小等。机床设计工作大体的可分为三个步骤：3.2调查研究调查研究的内容一般包括有： 学习有关机床设计的方针、政策，明确设计要求； 到使用单位调查了解所涉及机床所要承担的生产任务和加工工艺，了解使用单位的对机床的要求； 到制造单位调查，了解制造厂的设备条件、技术能力和生产经验； 收集国内外同类型机床的技术文献和图纸资料，并注意调查它的结构性能、使用和制造情况等，尤其注意了解新技术在同类机床上应用的情况，以及在设计新机床时将要进行那些科学试验。3.3方案拟定在调查研究的基础上，通常可拟定出多个方案进行比较分析。每个方案所包括的内容有：工艺分析、主要技术参数、总体布局、主要部件的结构草图、试验结果及技术经济分析等在制定方案时应注意以下几点： 处理好使用和制造之间的关系：应首先满足使用要求，其次是尽可能便于制造。 注意倾听各方面意见，经过分析比较，去粗取精，最后形成一个比较使用方案。 实验是检验真理的唯一标准，设计必须以生产实践和科学实验为依据，凡是未经实践考验的方案，必须经过实验证明可考后采用与设计。 继承性和创造性的相结合，尽量采用先进技术，迅速提高生产力。3.4工作图设计首先，绘制M1432A万能外圆磨床总装配图及液压系统传动图。一般应画出机床的总体尺寸参数图，在图中确定各部件的轮廓尺寸和各部件有联系的相关尺寸，同时画出机床的头架装配图，并进行必要的计算。其次，进行液压元器件的选择，绘制液压系统图。3.5说明书的撰写4、检索与本课题有关参考文献资料的简要说明1.机械设计手册 成大先 化学工业出版社 20022.实用机床设计手册 李洪 辽宁科学技术出版社 3.机械最优设计技术 孟兆明 化学工业出版社 2002.44.机械精度设计与检测技术 刘品 哈尔滨工业大学出版社 5.电力拖动基础 彭鸿才 机械工业出版社 6.金属切削机床理论 贾亚州 机械工业出版社 5、毕业论文进程安排1.2月27日3月11日 查阅资料 2 3月12日3月18日 消化资料 3.3月19日4月1 日 撰写开题报告 4.4月 2 日4月20日 方案设计，写说明书草稿 5 4月21日5月5 日 画草图，写说明书草稿 6 5月 6 日5月27日 画 cad图，整理说明书 7 5月28日6月10日 打印说明书8 6月11日6月15日 准备答辩 指导教师（签名）： 年 月 日 所在院（系）审查意见：负责人签字(盖公章) 毕业设计开题报告题 目 名 称: M1432A万能外圆磨床液压系统设计 院 系 名 称: 机电工程学院 专 业 班 级: 机械设计制造及自动化08-12 学 生 姓 名: 姜长志 导 师 姓 名: 张荣沂 开 题 时 间: 2012.02.27 指导委员会审查意见： 签字： 年 月 日黑龙江工程学院本科生毕业设计I摘 要在全面了解磨床结构、工作原理、液压系统的基础上，论文对磨床总体尺寸进行布局及对液压系统进行设计。M1432A 型万能外圆磨床主要以磨削圆柱形或圆锥形（包括阶梯形）的外圆表面和内孔，成品的尺寸精度可达 12 级，表面光洁度可达 T8T10。对机床液压系统有着较高、较复杂的要求。用液压系统实现工作台的自动往复运动、砂轮架的快速进退、尾架顶尖的伸缩以及必要的联锁动作。本系统在结构上采用了将开停阀、先导阀、换向阀、节流阀、抖动缸等组合一体的操纵箱。使结构紧凑、管路减短、操纵方便，又便于制造和装配修理。此操纵箱属行程制动换向回路，具有较高的换向位置精度和换向平稳性。而且采用活塞杆固定式双杆液压缸，还对液压系统的回路做了进一步的设计和改进。关键词：磨床；液压缸；万能型外圆磨床；液压系统；操纵箱黑龙江工程学院本科生毕业设计IIABSTRACTBased on understanding grinder structure, work principle, and the hydraulic system, the paper carries on the overall size layout of the grinder and the design of the hydraulic system. M1432A multifunction cylindrical grinding is mainly used to grind the cylindrical surface and the hole inside of cylinder and cone (including stepped appearance). The size precision of the final product may achieve 12grade. The finish degree of surface may achieve T8-T10. So it required higher and more complex requirement to the hydraulic pressure system of machine tool. Through hydraulic system, the automatically reciprocating motion of working table, the advance and retreat of grinding wheel rack, the expansion and contraction of tail stock center, as well as the essential interconnection movement can be realized.In the paper, the system adopt the control box which is composed of the opening and stopping valve, pilot valve, directional control valve, throttle valve, the vibration cylinder and so on. It makes the structure compact, the pipeline short, and the operation convenient, and it is convenient to manufacture, assemble and repair. This control box is a type of travel braking changeover circuit; it has higher commutation position precision and the commutation stability. Moreover, the system adopts the piston rod stationary type double pole hydraulic cylinder, and we also make the further design and change to the loop of hydraulic system.Key words:Grinder；Hydraulic Cylinder；Multi-purpose Cylindrical Grinder； Hydraulic System；Control Box黑龙江工程学院本科生毕业设计目 录摘要.IAbstract.II第 1 章 绪论.11.1 选题的背景目的及其意义.11.1.1 背景.11.1.2 目的及其意义.21.2 国内外磨床研究状况和相关领域中已有的研究成果.21.3 对选题的研究设想、研究方法.31.4 预期结果和意义.5第 2 章 机床总体方案的确定.62.1 总体设计.62.1.1 主要技术指标设计.62.1.2 总体方案设计.62.1.3 总体方案综合评价和选择.62.1.4 总体方案的设计修改和优化.62.2 详细设计.72.3 机床整体综合评价.72.4 本章小结.7第 3 章 总体尺寸布局设计.83.1 纵向尺寸关系图的确定与绘制.83.1.1 确定纵向尺寸的基准线.83.1.2 确定砂轮对称中心线位置.83.1.3 确定工作台对称中心线位置.93.1.4 确定上、下工作台长度.93.1.5 确定油压筒用活塞杆的固定形式和长度.93.1.6 确定后床身上面的垫导板导轨尺寸位置.103.1.7 确定横进给丝杆中心位置.10黑龙江工程学院本科生毕业设计3.1.8 确定手摇台面机构的手轮中心位置.113.1.9 确定齿条长度及齿轮位置.113.2 横向尺寸关系图的确定与绘制.113.2.1 确定横向尺寸的基准线.113.2.2 确定上下工作台厚度和宽度.113.2.3 确定头尾架顶尖中心位置.133.2.4 确定头尾架顶尖中心至床身面的高度.133.2.5 确定横进给机构手轮中心的高度.133.2.6 确定油压套中心位置.133.2.7 确定工作台回转中心位置.133.2.8 确定后床身有关的几个尺寸.133.2.9 确定最大最小极限位置.143.2.10 确定砂轮架横向行程长度.143.2.11 确定滑鞍长度.153.2.12 确定垫板长度.153.3 本章小结.16第 4 章 M1432A 万能外圆磨床液压系统.174.1 设计步骤.174.2 液压系统总体布局及其原理.174.2.1 工作台往复运动.174.2.2 砂轮架快速进退.194.2.3 尾架顶尖的液动夹紧.194.3 液压系统的工作原理.194.3.1 工作台的往复运动.194.3.2 砂轮架的快速进退.204.3.3 尾架顶尖的液动夹紧.214.4 液压系统中的换向机构及其性能.214.4.1 采用先导阀.214.4.2 选用行程控制式制动.224.4.3 使换向阀分段变速移动.224.4.4 使先导阀快跳.234.5 液压系统的特点.23黑龙江工程学院本科生毕业设计4.6 液压系统的计算.244.6.1 计算工作台的负载.244.6.2 选择油缸的工作压力和确定油泵的供油压力.254.6.3 计算工作台油缸直径.254.6.4 计算各油缸的流量和油泵流量.264.6.5 计算油泵的电动机功率.264.6.6 计算油管内径.264.6.7 油池的容积计算.274.7 本章小结.27第 5 章 工作台液压操纵箱及液压缸的设计.285.1 工作台液压系统的功能.285.2 工作台液压系统的工作原理.285.3 操纵箱的系统的特点.285.4 液压缸的典型结构.295.5 液压缸的组成.295.6 本章小结.32结论.33参考文献.34致谢.35黑龙江工程学院本科生毕业设计0第 1 章 绪 论1.1 选题的背景、目的及其意义磨床是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床。大多数的磨床是使用高速旋转的砂轮进行磨削加工，少数的是使用油石、砂带等其他磨具和游离磨料进行加工，如珩磨机、超精加工机床、砂带磨床、研磨机和抛光机等。1.1.1 背景1.正在精磨轧辊的大型磨床磨床能加工硬度较高的材料，如淬硬钢、硬质合金等；也能加工脆性材料，如玻璃、花岗石。磨床能作高精度和表面粗糙度很小的磨削，也能进行高效率的磨削，如强力磨削等。十八世纪 30 年代，为了适应钟表、自行车、缝纫机和枪械等零件淬硬后的加工，英国、德国和美国分别研制出使用天然磨料砂轮的磨床。这些磨床是在当时现成的机床如车床、刨床等上面加装磨头改制而成的，它们结构简单，刚度低，磨削时易产生振动，要求操作工人要有很高的技艺才能磨出精密的工件。1876 年在巴黎博览会展出的美国布朗-夏普公司制造的万能外圆磨床，是首次具有现代磨床基本特征的机械。它的工件头架和尾座安装在往复移动的工作台上，箱形床身提高了机床刚度，并带有内圆磨削附件。1883 年，这家公司制成磨头装在立柱上、工作台作往复移动的平面磨床。1900 年前后，人造磨料的发展和液压传动的应用，对磨床的发展有很大的推动作用。随着近代工业特别是汽车工业的发展，各种不同类型的磨床相继问世。例如20 世纪初，先后研制出加工气缸体的行星内圆磨床、曲轴磨床、凸轮轴磨床和带电磁吸盘的活塞环磨床等。自动测量装置于 1908 年开始应用到磨床上。到了 1920 年前后，无心磨床、双端面磨床、轧辊磨床、导轨磨床，珩磨机和超精加工机床等相继制成使用；50 年代又出现了可作镜面磨削的高精度外圆磨床；60 年代末又出现了砂轮线速度达 6080米/秒的高速磨床和大切深、缓进给磨削平面磨床；70 年代，采用微处理机的数字控制和适应控制等技术在磨床上得到了广泛的应用1。2.能做镜面磨削的精密磨床黑龙江工程学院本科生毕业设计1随着高精度、高硬度机械零件数量的增加，以及精密铸造和精密锻造工艺的发展，磨床的性能、品种和产量都在不断的提高和增长。磨床是各类金属切削机床中品种最多的一类，主要类型有外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、无心磨床、工具磨床等。外圆磨床是使用的最广泛的，能加工各种圆柱形和圆锥形外表面及轴肩端面的磨床。万能外圆磨床还带有内圆磨削附件，可磨削内孔和锥度较大的内、外锥面。不过外圆磨床的自动化程度较低，只适用于中小批单件生产和修配工作。内圆磨床的砂轮主轴转速很高，可磨削圆柱、圆锥形内孔表面。普通内圆磨床仅适于单件、小批生产。自动和半自动内圆磨床除工作循环自动进行外，还可在加工中自动测量，大多用于大批量的生产中。平面磨床的工件一般是夹紧在工作台上，或靠电磁吸力固定在电磁工作台上，然后用砂轮的周边或端面磨削工件平面的磨床；无心磨床通常指无心外圆磨床，即工件不用顶尖或卡盘定心和支承，而以工件被磨削外圆面作定位面，工件位于砂轮和导轮之间，由托板支承，这种磨床的生产效率较高，易于实现自动化，多用在大批量生产中。3.大型曲轴磨床工具磨床是专门用于工具制造和刀具刃磨的磨床，有万能工具磨床、钻头刃磨床、拉刀刃磨床、工具曲线磨床等，多用于工具制造厂和机械制造厂的工具车间。砂带磨床是以快速运动的砂带作为磨具，工件由输送带支承，效率比其他磨床高数倍，功率消耗仅为其他磨床的几分之一，主要用于加工大尺寸板材、耐热难加工材料和大量生产的平面零件等。专门化磨床是专门磨削某一类零件，如曲轴、凸轮轴、花键轴、导轨、叶片、轴承滚道及齿轮和螺纹等的磨床。除以上几类外，还有珩磨机、研磨机、坐标磨床和钢坯磨床等多种类型。1.1.2 目的及意义磨床是金属切削行业的一个重要分支，随着工业的发展，对机械零件的加工精度及表面粗糙度的要求日益提高，磨削加工显得更加重要。尤其在汽车、电力、船舶、冶金、军工、航空航天等行业，国产数控磨床正在发挥着越来越大的作用。1.2 国内外磨床研究状况和相关领域中已有的研究成果随着生产的发展，社会需求也在发生变化。在机械制造业中，多品种、小批量生产的需求日益增加，因此出现了与之相适应的 FMS 等先进制造系统。机床是FMS 的核心装备。前期的 FMS，可以说是“以机床为主的系统”设计，即根据现有机黑龙江工程学院本科生毕业设计2床的特点来构成 FMS，但是传统的机床（包括数控机床）设计时并未考虑到它在FMS 中的应用，因此在功能上制约了 FMS 的发展。FMS 的发展对机床提出了新的要求，要求机床设计向“以系统为主的机床设计”方向发展，即在机床设计时就要考虑到它如何更好地适应 FMS 等先进制造系统的要求，例如要求具有时、空柔性，与物流的可亲性等等，这就机床设计的方法学提出了新的要求。国产数控磨床正在发挥着越来越大的作用。 “十一五”期间，经过调整和整合期后的磨床行业，将会迎来新一轮的发展期。 2003 年和 2004 年两年的磨床市场交易量(内销、进口、出口量的总和)为 64756台，其中内销量占 63.63%、进口量为 23.44%、出口量为 12.92%；市场交易额为108.06 亿元，其中内销额占 34.34%、进口额占 63.80%、出口额占 1.86%。从而可知，进口量占磨床市场交易量的 23.44%，而进口额占磨床市场交易额的 63.6%，可见进口磨床的技术档次或附加值远远高出内销磨床。目前汽车制造厂曲轴线上的磨床主要依赖进口，而国产磨床基本供汽车零配件厂使用5。1.3 对选题的研究设想、研究方法机床的设计方法是根据其设计类型而定。通用机床采用系列化设计方法。1.工艺范围机床是用来完成工件表面加工的，应该具备完成一定工艺范围（包括加工方法、工件类型、加工表面形状、尺寸等）的加工功能，因此，也可以把工艺范围称之为机床的加工功能。对于专用机床，工艺范围较窄，相应的功能也较少。而普通机床，工艺范围较宽，功能较强，特别是多品种，小批量生产需求的增加，要求扩大机床的功能。机床功能的增加，将使机床的结构复杂程度增加，制造难度、制造周期及制造成本增加。对于生产率，就机床本身而言，功能增加，可能会使生产率下降，但就机械制造系统（或工件的制造全过程）而言，机床功能的增加，将会减少工件的装卸次数，减少安装、搬运等辅助时间，会使总的生产率提高。机床的功能主要根据被加工对象的批量来选择。大批量生产用的专用机床的功能设置较少，只要满足特定的工艺范围要求就行了，以获得提高生产率、缩短机床制造周期及降低机床成本等效果。单件小批量生产用的通用机床则应扩大机床的功能。2.柔性随着多品种小批量生产的发展，对机床的柔性要求越来越高。机床的柔性，是指其适应加工对象变化的能力，包括空间上的柔性和时间上的柔性。所谓空间柔性也就是功能柔性，指的是在同一时期内，机床能够适应多品种小批量的加工，即机黑龙江工程学院本科生毕业设计3床的运动功能和刀具数目多，工艺范围广，一台机床具备有几台机床的功能，因此在空间上布置一台高柔性机床，其作用等于布置了几台机床。所谓时间上的柔性也就是结构柔性，指的是在不同时期，机床各部分重新组合，构成新的机床功能，即通过机床重构，改变其功能，以适应产品更新变化快的要求。又如，有的单件或小批量 FMS 作业线上，经过识别装置对下一个待加工的工件进行识别，根据其加工要求，在作业线上就可自动进行机床功能重构，有些重构几秒钟内即可完成，这就要求机床的功能部件具有快速分离与组合的功能。3.与物流系统的可亲性可亲性就是指机床与物流系统之间进行物料（工件、刀具、切屑等）交接的方便程度。对于单机工作形式的普通机床，是由人进行物料交接的，要求机床的使用、操作、清理、维护方便。对于自动化柔性制造系统，机床与物流系统（如输送线）是自动进行物料交接的，要求机床结构形式开放性好，物料交接方便。4.刚度机床的刚度将影响机床的加工精度和生产率，因此机床应有足够的刚度。刚度包括静态刚度、动态刚度、热态刚度。5.精度为保证能加工出一定精度的工件，作为工作母机的机床必须具有更高的精度要求。机床精度分为机床本身的精度，即空载条件下的精度（包括几何精度、运动精度、传动精度、定位精度等）和工作精度（加工精度） 。6.噪声噪声损坏人的听觉器官和生理功能，是一种环境污染。设计和制造过程中要设法降低噪声。7.生产率和自动化机床的生产率用单位时间内机床所能加工的工件数量来表示。机床的切削效率越高，辅助时间越短，则它的生产率越高。对用户而言，使用高效率的机床，可以降低工件的加工成本，机床的自动化程度越高，则它的生产率越高，加工精度的稳定性越好，越容易适应自动化制造系统的要求。8.成本成本概念贯穿在产品的整个生命周期内，包括设计、制造、包装、运输、使用维护和报废处理等的费用，是衡量产品市场竞争力的重要指标，应在尽可能保证机床性能要求的前提下，提高其性能价格比。9.生产周期黑龙江工程学院本科生毕业设计4为了快速响应市场需求变化，生产周期（包括设计和制造）是衡量产品市场竞争力的重要指标，应尽可能缩短机床的生产周期。这就要求机床设计应尽可能采用现代设计方法，如 CAD、模块化设计等。10.可靠性应保证机床在规定的使用条件下、在规定的时间内，完成规定的加工功能时，无故障运行的概率要高。11.造型与色彩机床的外观造型与色彩，要求简洁明快、美观大方、宜人性好。应根据机床功能、结构、工艺及操作控制等特点，按照人机工程学的要求进行设计6。1.4 预期结果和意义M1432A 液压系统最终实现，1.能实现工作台的自动往复运动，并能在 0.054m/min 之间无级调速，工作台换向平稳，起动制动迅速，换向精度高。2.在装卸工件和测量工件时，为缩短辅助时间，砂轮架具有快速进退动作，为避免惯性冲击，控制砂轮架快速进退的液压缸设置有缓冲装置。3.为方便装卸工件，尾架顶尖的伸缩采用液压传动。4.工作台可作微量抖动：切入磨削或加工工件略大于砂轮宽度时，为了提高生产率和改善表面粗糙度，工作台可作短距离(13mm)、频繁往复运动(100150 次/min)。5.传动系统具有必要的联锁动作：(1)工作台的液动与手动联锁，以免液动时带动手轮旋转引起工伤事故。(2)砂轮架快速前进时，可保证尾架顶尖不后退，以免加工时工件脱落。(3)磨内孔时，为使砂轮不后退，传动系统中设置有与砂轮架快速后退联锁的机构，以免撞坏工件或砂轮。(4)砂轮架快进时，头架带动工件转动，冷却泵启动；砂轮架快速后退时，头架与冷却泵电机停转。从而使 M1432A 型万能外圆磨床更加稳定的工作。黑龙江工程学院本科生毕业设计5第 2 章 机床总体方案的确定2.1 总体设计2.1.1 主要技术指标设计主要技术指标设计是后续设计的前提和依据。设计任务的来源不同，如工厂的规划产品，或根据机床系列型谱进行设计的产品，或用户订货等，具体的要求不同，但所要进行的内容大致相同。主要技术指标包括：1.用途 即机床的工艺范围，包括加工对象的材料、质量、形状及尺寸等。2.生产率 包括加工对象的种类、批量、及所要求的生产率。3.性能指标 加工对象所要求的精度（用户订货设计）或机床的精度、刚度、热变形、噪声等性能指标。4.主要参数 即确定机床的加工空间和主参数。5.驱动方式 机床的驱动方式有电动机驱动和液压驱动方式。电机驱动方式中又有普通电机驱动、步进电机驱动和伺服电机驱动。驱动方式的确定不仅与机床的成本有关，还将直接影响运动方式的确定。6.成本及生产周期 无论是订货还是工厂规划产品，都应确定成本及生产周期方面的指标。2.1.2 总体方案设计总体方案设计包括：1.M1432A 万能外圆磨床总体尺寸关系，包括纵向尺寸关系(正视图)，横向尺寸关系图(侧视图)，和顶视图。2.M1432A 万能外圆磨床液压系统，包括工作台液压系统，砂轮架液压系统,尾架液压系统。3.操纵箱设计，将开停阀、先导阀、换向阀、节流阀、抖动缸等组合一体的操纵箱。2.1.3 总体方案综合评价和选择在总体方案设计阶段，对其各种方案进行综合评价，从中选择较好的方案。2.1.4 总体方案的设计修改和优化对所选择的方案进行进一步的修改或优化，确定最终方案。上述设计内容，在设计过程中要交叉进行。黑龙江工程学院本科生毕业设计62.2 详细设计1.技术设计 包括确定结构原理方案、装配图设计、分析计算或优化。2.施工设计 包括零件图设计、商品化设计、编制技术文档等。2.3 机床整体综合评价上述步骤可反复进行，直到达到技术结果满意为止。在设计过程中，设计和评价反复进行，可以提高一次设计成功率。2.4 本章小结 本章介绍了机床以及液压系统的总体设计方案，进行了主要技术指标的设计、总体方案综合评价、机床整体综合评价。根据任务书中的要求，做出自己的设计方案和理念。黑龙江工程学院本科生毕业设计7第 3 章 总体尺寸布局设计3.1 纵向尺寸关系图的确定与绘制 3.1.1 确定纵向尺寸的基准线画出床身对称中心线（OO） ，它是纵向尺寸的基准线（图 3.1） 。ol2下台丝丝丝丝丝丝丝丝丝丝丝丝丝丝丝丝丝丝丝丝丝丝丝丝丝丝丝丝baL支架l6L油压筒L活塞L右盖L床L齿条L头L顶尖L尾l4oBB1B2B3l6l3l7l8l6l中心l5l1图 3.1 纵向尺寸图3.1.2 确定砂轮对称中心线位置1l由于头架的纵向尺寸一般大于尾架的纵向尺寸，所以砂轮对称中心线位置偏于床身对称中心线的右侧，其偏离值根据头、尾架纵向尺寸的大小而定。为避免头架伸出床身太多，考虑头架处磨内孔时要安放夹具，尾架处磨长工件时要砂轮修整器，故只 取mm 定mm1430315115lLL尾头1105l 式中：头架纵向尺寸；L头黑龙江工程学院本科生毕业设计8 尾架纵向尺寸。L尾 由图 3.1 知 1()2aoboLLL尾顶尖头得 mm21()4792laoLLLL尾头顶尖头式中：头、尾架最大顶尖距L顶尖 而 mm0.0751000751075LLL顶尖式中：最大磨削长度=1000mm。LL3.1.3 确定工作台对称中心线位置通常工作台对称中心线放在床身对称中心线同一位置（图 3.1） 。3.1.4 确定上、下工作台长度 上工作台长度应考虑除了能容纳头、尾架最大顶尖距和头、尾架长度外，其二端需有畅流的水槽和压板的弧形边。按经验推荐，后者一般为前者 1/10 左右。 上工作台长度 0.1()LLLLLLL尾尾上台顶尖头顶尖头 mm1820 1822002 故取 mm2000L上台 同样在确定下工作台长度（L下台）时，需考虑上、下工作台间压板及二头装导轨防护罩的位置，故定0.05 0.15LLL下台上台上台 =2195mm3.1.5 确定油压筒用活塞杆的固定形式和长度 确定工作台最大行程L工作行程 故定mmLL工作行程顶尖1100L工作行程 由此能确定油压筒长度 LLL油压筒工作行程活塞mm1185式中：活塞长度，定为 85mm。L活塞黑龙江工程学院本科生毕业设计9 确定活塞杆的固定在床身上，即活塞杆固定，如图（3.1） ，则：45L左盖m m mm41181205.52lLLL工作行程活塞盖定 mm41205l 式中：油压筒端盖厚度。L盖 这样床身的长度（）可以初步确定：L床 mm4222856LlL床支架 定 mm2900L床式中：活塞杆支架长度。L支架3.1.6 确定后床身上面的垫导板导轨尺寸位置从砂轮对称中心线引出后床身垫板 V 开导轨中心线位置，再根据已确定的砂5l轮架垫板导轨参数 B1、B2、中心，绘制 V-平导轨（图 3.1） 。5的大小决定于下列二ll个因素。在可能情况下，5尽可能取小些，避免主轴悬伸过长，这对提高砂轮主轴刚性l有利，查文献2得： 531112 302lBBmm=502557=1320.3 0.4 l5中心符合l的要求式中：V 形导轨中心线到垫板侧面的距离，通常:3Bmm311(12 302BB)7512.5=502Bmm(砂轮宽)=503.1.7 确定横向进给丝杆中心位置6l 根据理论分析的要求，横向进给丝杆中心最好安排在砂轮架的中心位置上，而砂轮架的中心偏于 V 形导轨一边，故过去其位置均按设计，而不考60.41 0.45ll中心黑龙江工程学院本科生毕业设计10虑具体条件，如导轨是滚动还是滑动，以及其他有关因素。 在设计 M1432A 万能外圆磨床时，根据实践经验，认为丝杆和消除间隙的闸钢应尽可能安置离 V 形导轨近一些，可以提高进给刚性和平稳性，而两者中以闸钢的影响比较大。把消除间隙的闸刚放在丝杆与 V 形导轨之间，由于结构关系将丝杆中心位置移到偏近平导轨一边（图 3.1） ，M1432A 万能外圆磨床的效果更稳定。3.1.8 确定手摇台面机构的手轮中心位置7l一般进给机构手轮中心与横进给丝杆中心在同一垂直平面内，而手摇台面机构手轮中心与横进给机构手轮中心在同一水平面内（图 3.1） 。两个手轮中心接近一些较好，这样造作方便，但须考虑能安置液压操纵扳的地位，故两轮的中心距：7650 750l 毫米则 M1432A 万能外圆磨床的mm。7700l 3.1.9 确定齿条长度及齿轮位置齿条的长度必须大于油压套的工作长度，以保持小齿轮与齿条不脱开。 (3.1)82lll齿条工作行程80.5Dl小齿式中：D小齿小齿轮节径齿条的安装位置以小齿轮的中心为基准。一般小齿轮的中心与手摇台面机构的手轮中心在同一垂直平面内，根据油压套的两端行程而定（图 3.1） 。3.2 横向尺寸关系图的确定与绘制3.2.1 确定横向尺寸的基准线画出床身的 V 形导轨中心线，作为横向尺寸的基准线，画机床的平导轨面，作为高度尺寸的基准线。根据已确定的工作台导轨参数、，画出导轨（图1B2Bl中心3.2） 。3.2.2 确定上、下工作台厚度和宽度1.厚度工作台在运动时的精度稳定性和过重问题，构成上下工作台厚度的一对矛盾，因此在设计中应合理考虑内部结构。此外还需考虑在工作台二端加上工艺“搭子”，备加工时压紧用。外圆磨床的工作台厚度可按类比法确定：黑龙江工程学院本科生毕业设计11一般取下工作台厚度 1(0.3 0.4)hl中心（3.2）上台工作台厚度 2(0.25 0.35)hl中心（3.3）B7B6l丝丝L垫板s丝杆+余量s快速B2B1h2h1H3H2H1H4B8B9aD丝丝丝丝D丝丝丝D丝丝丝D丝丝丝丝B10S丝丝D丝丝丝丝+D丝丝丝H5h4d滚h9L滑鞍B丝图 3.2 横向尺寸关系图具体选定厚度时要按照工作台长短而定，工作台长则适当放厚些，还需考虑水槽的高度不宜太低，否则冷却液会溢出。则 M1432A 万能外圆磨床下工作台厚度 mm175h 上工作台厚度 mm253h 上工作台型面有不同的倾斜，习惯上尺寸注法不一，为便于计算，这里的厚度（是指地面到斜面最低点的尺寸（图 3.2） 。2h黑龙江工程学院本科生毕业设计122.宽度mm452104952311BlBB工作台中心式中：下工作台平导轨中心线到前侧的宽度（图 3.2）；4B46BB下工作台 V 形导轨中心线到前侧面的宽度；5B57BB床身平导轨中心线到前侧面的宽度；6B621(12 30)2BB床身 V 形导轨中心线到边缘的宽度。7B711(12 30)2BB3.2.3 确定头、尾架顶尖中心位置对于一般外圆磨床，由于加工工件范围较大，故其头、尾架顶尖中心（即工件中心）位置常安排在 V 形导轨中心线上，这样使砂轮在磨最小直径时，砂轮架趋近工作台致相碰，但却使 V 形导轨承载压力较大，故通常适当加宽 V 形导轨宽度来弥补。延伸 V 形导轨中心线，根据中心高（H） ，可画出头、尾架顶尖中心位置。3.2.4 确定头、尾架顶尖中心至床身面的高度（）1H根据一般操作工人的身长来决定。所以取 mm,M1432A 万能外圆1H1000 1100磨床取 1010mm。由此可以确定平导轨面到床身底面的高度（） ，2Hmm2112(/cos)700HHhhH式中：工作台型面倾斜度。3.2.5 确定横进给机构手轮中心的高度3H横进给机构手轮中心的高度（3） ，直接影响操作时的劳动条件，一般取H3mm，M1432A 万能外圆磨床取 580mm。H600 7003.2.6 确定油压套中心位置8B油压桶中心安置在移动件的重心或接近中心的位置，由于它常偏于与 V 形导轨中心，故取：mm80.40 0.450.43 21090Bl中心3.2.7 确定工作台回转中心位置9B黑龙江工程学院本科生毕业设计13工作台回转中心处于 V平导轨的中间，即mm91121010522Bl中心3.2.8 确定后床身有关的几个尺寸确定后床身顶面至前床身平导轨的高度以及到砂轮架中心高之间的几个厚度尺寸（图 3.2） 。垫板厚度3、滑鞍厚度4、砂轮中心至砂轮架底面的高度5与后身顶面至平hhH导轨的高度4，相互关系比较复杂，应同时考虑，不能孤立地定下哪一个尺寸。因H为后床身上面的几个部件的结构形式并不完全一致，如外圆磨床没有滑鞍，砂轮架用不用转动；又如垫板在保证加工刚性条件，本来可以薄一些，但其中需安装横向快速进退油缸，同时为了满足产品系列化，扩大部件通用化，常以垫板厚度作高度尺寸调整的环节。为了避免上工作台回转时与垫板相碰，安装在后床身上的垫板顶面需低于下工作台的顶面；同时还应考虑横进给传动机构穿过床身的位置等等。一般根据经验数据，其后身顶面至平导轨的高度：mm 取 120mm。4110 150H 垫板厚度 mm30.3 0.45160hl中心式中：砂轮架垫板导轨中心距（毫米） 。l中心滑鞍顶面与砂轮架底面接触，做回转调整或直线移动；而滑鞍底面与垫板导轨接触，若是滚动导轨，中间还隔有滚柱mm。确定滑鞍厚度时，一般按类10d滚4h比法取：mm4(0.23 0.30)hl中心106在确定砂轮中心至砂轮底面的高度时，应注意，砂轮架底面与滑鞍接触的回5H转面是圆盘式的，则：mm52001652DH砂3.2.9 确定最大最小极限位置最大砂轮磨削最大工件和最小砂轮磨削最小工件时的极限位置（图 3.2） 。mm mm400D砂轮最大280D砂轮最小黑龙江工程学院本科生毕业设计14mm mm320D工最大8D工 最小3.2.10 确定砂轮架横向行程长度一般砂轮架横向行程长度mm0.1 0.2274SSSS丝杆快速快速式中：砂轮架工作行程（mm） ；S丝杆砂轮架快速进退量（mm） 。S快速1.：根据技术参数一章中有关工件及砂轮直径确定，已能满足最大直径砂S丝杆轮磨削最大直径工件和以最小直径砂轮磨削最小工件： ,2222DDDDS工件最大工件最小砂,最大砂,最小丝杆（3.4）式中：最大的砂轮直径（mm） ；D砂,最大 最小的砂轮直径，一般=；D砂,最小D砂,最小0.700.75 AD砂,最大 最大磨削工件直径（mm） ；,D工件最大最小磨削工件直径（mm） 。,D工件最小M1432A 万能外圆磨床的= 400mm =280mmD砂,最大D砂,最小= 320mm =8mm,D工件最大,D工件最小则由式（3.4）得: 40030028082162222S丝杆m m2.：一般是 50mm 左右。S快速3.2.11 确定滑鞍长度 L滑鞍一般来说长则倾侧力小，导向性好，移动轻便，同时滑鞍导轨的接触刚性L滑鞍亦相对提高，不过太长了对制造不利。一般mm1.5 2500Ll滑鞍中心黑龙江工程学院本科生毕业设计153.2.12 确定垫板长度 L滑鞍滑动导轨：滑鞍在前后两极限位置时，允许少量伸出垫板，且一般前端伸出量小于后端伸出量，其值，则：0.05 0.15 L滑鞍 (3.5)S-2 0.050.15LLL垫板滑鞍滑鞍式中：S砂轮架横向行程（mm） 。上述尺寸确定后，即可画出床身宽为=1180mm106BLBlB床垫板中心式中：10前床身 V 导轨中心到垫片端面的距离（mm） 。确定10时，考虑必BB要的水槽宽度及保证滑鞍在垫板前端的伸出量不要过大。M1432A 万能外圆磨床采用前一种形式，其关系尺寸说明如下：为使内圆磨削时不需拆除外圆砂轮，故中心是以最大外圆砂轮半径加上头架卡S盘的半径来确定的：=380mm2DDS砂,最大卡盘中心磨架是安装内圆磨具的，在考虑他的刚性的前提下，其长度9与磨具直径道具lD之比不宜过小，一般确定9道具。l2.5D磨架纵向位置的安排，一般偏近于外圆砂轮处，但应注意外圆砂轮罩与磨架间留有必要的间隙，故磨架纵向位置10=1040mm。l3.3 本章小结本章阐述了如何确定磨床总体尺寸关系, 和确定 M1432A 总体尺寸的大小,方法和计算过程. 综上所述，M1432A 万能外圆磨床总体布局的主要尺寸关系图的方法大致是这样的。黑龙江工程学院本科生毕业设计0第 4 章 M1432A 万能外圆磨床液压系统液压传动系统是液压机械的一个组成部分，液压传动系统的设计要同主机的总体设计同时进行。着手设计时，必须从实际情况出发，有机地结合各种传动形式，充分发挥液压传动的优点，力求设计出结构简单、工作可靠、成本低、效率高、操作简单、维修方便的液压传动系统。4.1 设计步骤液压系统的设计步骤并无严格的顺序，各步骤间往往要相互穿插进行。一般来说，在明确设计要求之后，大致按如下步骤进行。 1.确定液压执行元件的形式； 2.进行工况分析，确定系统的主要参数； 3.制定基本方案，拟定液压系统原理图； 4.选择液压元件； 5.液压系统的性能验算； 6.绘制工作图，编制技术文件。4.2 液压系统总体布局及其原理M1432A 型万能外圆磨床主要以磨削圆柱形或圆锥形（包括阶梯形）的外圆表面和内孔，成品的尺寸精度可达 12 级，表面光洁度可达 IT8IT10。这台机床液压系统的性能如下：工作台往复运动、砂轮架快速进退、尾架顶尖的液动夹紧。4.2.1 工作台往复运动性能方面的要求更是如此万能外圆磨床工作台的往复运动一般都比较低，这台机床的工作台能在 0.10.5m/min 之间进行无级调速，并能作 1030mm/min 的低速、无爬行运动以精修砂轮。工作台的换向过程平稳，启动、停止迅速为了保证在机床上磨削阶梯轴和阶梯孔，工作台应有较高的换向精度，以防止砂轮碰撞工件台阶，造成事故。这台磨床的同速换向精度（指同一速度下换向点的位置精度）不大于0.03mm，异速换向精度（指速度由最小增至最大时换向点的位置误差）不大于0.3mm。外圆磨床上的砂轮一般是不越出工件的，为了避免工件两端因磨削时间较短而引起外圆尺寸偏大（内孔尺寸偏小）起见，这台机床工作台换向时在两端有一短暂的停留阶段，停留时间为 05s，并可进行调节。黑龙江工程学院本科生毕业设计1图 4.1 液压系统原理图黑龙江工程学院本科生毕业设计2这台机床能做高生产率的切入磨削，其工作台能使向高频率、短行程的换向（通常称为抖动） ，以提高磨削的表面光洁度和效率，并使砂轮磨损均匀。 为保证操作安全，这台机床工作台的液压驱动和手动操作能互锁。 万能外圆磨床对工作台往复运动的要求是很高的换向，液压系统中的这一部分往往成为整个系统的核心部分，这台机床也清楚的反映出这一点。4.2.2 砂轮架快速进退为了提高生产率，缩短辅助时间、保证安全操作，在装卸或测量工件使这台机床上的砂轮架能快速进退。砂轮架快进时有很高的重复位置精度和运动平稳性，但在使用内圆磨具时有能锁住不动，保证操作安全。4.2.3 尾架顶尖的液动夹紧为了保证安全操作，这台机床上的尾架顶尖只有在砂轮架退出后才能松开。4.3 液压系统的工作原理如图 4.1 所示，M1432A 型万能外圆磨床的液压系统原理图，其作用情况如下：4.3.1 工作台的往复运动在图示位置上，开停阀 E 打开，节流阀 F 处在开口最大的位置（见 a2a2截面上节流口的开口），先导阀 C 和换向阀 D 都处于右端位置，这时工作台向右运动，因为主油路中的油流为：进油路：泵 B油路 1换向阀 D油路 2 工作台液压缸 Z1右腔。 回油路：工作台液压缸 Z1左腔油路 3换向阀 D油路 5先导阀 C油路6开停阀 E 的 a1-a1截面开停阀 E 的轴向槽（图中虚线）开停阀 E 的 b1-b1截面油路 14节流阀 F 的 b2-b2截面及其轴向槽节流阀 F 的 a2-a2截面上的节流口油箱。当工作台向右运动到预先调整好的位置时，固定在工作台上的左挡块通过拨杆，推动先导阀 C 向左移动，先导阀中段的右制动锥逐渐将油路 5 和 6 之间的通道关小，使工作台逐渐减速，实现预制动。当工作台继续推先导阀向左移动到先导阀阀芯上右面的环槽使油路 7 和 9 接通，左面的环槽使油路 8 和油箱接通时，控制油路被切换。从泵 B 经精滤油器 A2来的油一支进入抖动缸 H1，推动先导阀快速移向左位；另一支经单向阀 I2 进入换向阀右端，推换向阀阀芯向左移动。这时控制油路中的油流为：进油路：泵 BA2油路 7先导阀 C油路 9H1I2油路 13 换向阀 D右端。 回油路：抖动缸 H2油路 8先导阀 C油箱。黑龙江工程学院本科生毕业设计3另一方面，换向阀左端的油经过三种不同的通道返回油箱，使换向阀 D 的阀芯产生第一次快跳、慢移和第二次快跳，其过程如下：开始时，由于换向阀左端油路8先导阀 C油箱。回油畅通无阻，阀芯移动速度很大，出现第一次快跳。阀芯快速移动一小段距离后，当它中间一阶台肩移到阀体的中间沉割槽处时，液压缸两腔油路连通，工作台迅速停止运动，完成终制动。此后换向阀在压力油作用下继续移动，当阀芯盖住左端油路 8 时，回流只能通过节流阀（也叫停留阀）J1返回油箱，即换向阀左端油路 12节流阀 J1油路 8先导阀 C油箱。这时阀芯以节流阀 J1调定的速度慢速移动。在慢移阶段中，由于阀体上那个中间沉割槽比阀芯上的中间台肩宽，液压缸两腔油路继续连通，工作台在换向点继续停留，这就是反向前的端点停留（停留时间由节流阀 J1控制，可在 05S 内调整）。最后，当阀芯慢移到其左端环槽使油路 10 和 8 接通时，换向阀左端油路 12油路10换向阀 D 左端环槽先导阀 C油箱。回油又畅通无阻阀芯实现第二次快跳；而主油路被迅速切换，工作台反向起动。这是主油路中的油流情况为：进油路：泵 B油路 1换向阀 D油路 3液压缸左腔；回油路：液压缸右腔油路 2换向阀 D油路 4先导阀 C油路 6开停阀E 的 a1-a1截面开停阀 E 的 b1-b1截面油路 14节流阀 F 的 b2-b2截面节流阀 F的 a2-a2截面上的节流口油箱。于是工作台向左运动，并在其右挡块碰上拨杆后，控制油路按上述相同的过程进行反方向的切换，主油路也随之作反方向的切换，工作台又向右运动。如此不断反复，使工作台实现往复运动。调节节流阀 F 开口的大小，可使工作台在 0.054m/min 之间无级变速。 当开停阀 E 处在“开”位时， 从油路 1 来的压力油经开停阀的 d1-d1截面和油路15，进入手摇机构液压缸 K，推动活塞，使一对啮合齿轮脱开，因此，工作台往复运动时，手轮不会转动。当把开停阀转到“停”位时，开停阀的 b1-b1截面关闭了通往节流阀 F 的回油路，而其 c1-c1截面使液流回油箱，活塞在弹簧作用下使齿轮啮合，工作台就可以通过摇动手轮来操作了。4.3.2 砂轮架的快速进退砂轮架的快速进退回路比较简单，是通过一个手动二位四通阀 M 来操纵的。为了保证快进的重复位置精度，防止进退到终点时出现冲击起见，在快速进退液压缸黑龙江工程学院本科生毕业设计4Z2中设有缓冲装置，快进终点位置是靠活塞与缸盖的接触来保证的，其重复位置误差不大于 0.005mm。 在手动换向阀 M 的下面，有一个行程开关和一个内外圆磨削连锁电磁铁。当扳动阀 M 的手柄使砂轮架快进时，手柄同时压下该行程开关，使头架和冷却泵启动。当翻下内圆磨具进行内圆磨削时，磨具压下另一个行程开关，使内外圆磨削连锁电磁铁吸合，将阀 M 锁住在快进位置上，这样手柄就不可能被扳动，保证了安全操作。4.3.3 尾架顶尖的液动夹紧液压尾架的顶尖只有在砂轮快退时才能松开，因为尾架液压缸 L 的压力油来自Z2的前腔，并有一个脚踏式的二位三通阀 P 来操纵。阻尼孔 J7、J8或 J9分别通至手摇机构、丝杠螺母副、平导轨及 V 形轨等处供润滑之用。润滑油在通过阻尼孔时减轻了压力，其值由溢流阀 G2进行调节；各润滑点上所需的流量分别由各节流阀调节。除此之外，液压系统已开始工作，柱塞缸 N 内就通入压力油，柱塞就顶住在砂轮架上，将进给丝杠螺母副的间隙消除掉，保证横向进给的准确。4.4 液压系统中的换向机构及其性能万能外圆磨床为了适应加工阶梯轴或阶梯孔的需要，对工作台换向性能有很高的要求。良好的换向性能包括换向冲击小，换向精度高，冲出量小，换向停留时间可调以及换向时间短等五项。这几个指标实际上是相互矛盾的，很难全部达到要求。一般来说，换向时间短、换向精度高、冲出量小时，换向冲击就大；换向时间长、换向冲击小时，换向精度就会低，换向冲出量就会大。为了获得较好的换向性能，除了合理的选择换向阀，在外圆磨床上常采用下列几种措施：采用先导阀，选用行程控制式制动，使换向阀分段变速移动，使先导阀快跳。4.4.1 采用先导阀工作台自动换向最简单的机构是采用机动的二位四通换向阀。这种机构的缺点在于工作台低速运动下换向时，挡块推动拨杆带着换向阀阀芯移至中间位置时会出现“换向死点”（工作台因失去动力而停止），实现不了自动换向；而工作台高速运动下换向时又会因挡块推动拨杆使换向阀快速移动，换向时间过短，液压缸一腔压力突然降低，一腔压力突然升高而引起换向冲击。所以，这种机构现在磨床上很少采用。当采用电磁阀换向时，上述机动操作的第一个缺陷（出现换向“死点”）可以避免，但第二个缺陷（出现换向冲击）依然存在，同时，电磁阀还存在着换向频率不够高，寿命低，易产生故障等缺点。黑龙江工程学院本科生毕业设计5 但采用一个二位四通的机动滑阀作为先导阀，有它来控制一个可调的液动换向阀以实现工作台的换向时，（图 4.1）上述缺点就可以全部克服掉。在这里，先导阀 C只用来控制液动换向阀 D 的换向。当工作台上的挡块碰动拨杆并使先导阀移至中位时，压力油仍然可以通过换向阀 D 进入液压缸，不会出现换向“死点”；另一方面液动换向阀的移动速度可以通过其两端的单向节流阀进行调整，与工作台速度无关，只要调得合适就可以基本上消除换向冲击。4.4.2 选用行程控制式制动磨床工作台换向过程中的制动方式由时间控制式和行程控制式两种。时间控制式换向回路，其工作情况如下：当换向阀 D 在压力油作用下向左移动时，液压缸右腔的回油通道逐渐关小，工作台移动速度逐渐减慢，并在阀芯移过一段距离 L 后回油通道全部封闭，工作台停止运动。在这里，当调节好节流阀 J1的开口量、规定下换向阀 D 的移动速度之后换向阀移过 L 这段距离所需的时间（即使工作台制动的时间）就被确定了。在油液粘度基本上无变化的情况下，无论工作台移动速度快慢如何这个时间基本上是不变的，所以这种方式叫做时间控制式制动。时间控制式制动的异速换向精度较差(因为工作台速度愈大，冲出量也就愈大)，同速换向精度亦不高(因为制动时间实际上还受其他一些因素的影响，并不是一成不变的)；但这种方式允许按具体情况去调整制动时间：当工作台速度高、重量大，也就是惯性大时，可以把制动时间调得长一些以利于消除换向冲击；在相反的情况下则可以把它调得短一些以利于提高效率。由此可见，时间控制式制动最宜用在换向频率高，要求换向平稳、无冲击，但不要求换向精度很高的场合（例如，平面磨床上），把它用在外圆磨床上显然是不合适的。制动式换向回路，在这里，液压缸的回路不但要通过换向阀 D 而且还要通过先导阀 C 才能排回油箱。拿图示工作台向右移动的情形来说，当挡块碰动拨杆、先导阀 C 向左移动时，先导阀 C 右边的制动锥逐渐将液压缸右腔回油路关小，对工作台起制动作用，使其速度逐渐减小。在此回油通口接近于封闭（还留下很小一点开口量x）、工作台速度已变得很小时控制油路才开始切换，使换向阀移动并实现工作台开始切换。在这种情况下，无论工作台原来速度快慢如何，先导阀总是先移过一定的行程（l-x）使工作台预先制动到差不多相同的很小速度后才开始使换向阀切换所以这种方式叫做行程控制式制动。行程制动式制动可以大大提高换向精度，减小冲出量，但是它使工作台的制动行程基本上保持恒定，因此工作台速度愈高，制动时间就愈短，换向冲击就愈大。对于万能外圆磨床来说，由于工作台的往复运动速度不高，换向冲击不是主要矛盾，而换向精度却十分重要，所以采用行程控制式制动是完全合适的。黑龙江工程学院本科生毕业设计64.4.3 使换向阀分段变速移动 为了提高换向精度、减小冲出量，万能外圆磨床液压系统中换向阀阀芯的移动最好分第一次快跳，慢速移动和第二次快跳三个阶段进行。这是因为先导阀对工作台的制动只能将其速度减得很慢，不能使其运动停止，工作台的终制动还是要靠换向阀到达中间位置使液压缸两腔都接通压力油时才能完成的。如果回路中换向阀阀芯只有一种移动速度，当根据停留要求将节流阀开口调得很小时，阀芯就会移动得很慢、工作台制动时间就会很长，不利于减少冲出量和提高换向精度。如果换向阀有一个第一次快跳的阶段，其阀心就能很快到达中间位置，制动精度就可以大大提高。实践证明，采取这一措施后磨床工作台的异速换向精度可以从原来的 0.7mm 提高到 0.2mm,同速换向精度提高到 0.03mm。 第一次快跳结束后工作台停止运动，换向阀阀芯则在慢速移动中，它所经历的时间就是工作台换向过程中的停留时间，其长短可按实际需要由停留阀 J1或 J2调节。停留阶段结束后换向阀阀芯第二次进行快跳，使工作台迅速反向启动，这样做有利于提高生产率和保证磨削质量。4.4.4 使先导阀快跳为了进一步提高换向精度，磨床工作台液压换向回路中的先导阀亦应实现快跳，这样做就不会在工作台移动速度极慢时出现先导阀阀芯还没有达到换向点位置而换向阀阀芯已走完其第一次快跳途中使工作台停止运动，也不会使工作台在低速度下换向时出现停留时间过长、换向迟缓等现象，反而可以借助先导阀开始快跳时的位置来精确的调整工作台的换向点、满足磨削阶梯轴或阶梯孔时的对刀需要。先导阀快跳还可以用来实现工作台的短距离换向（工作台抖动）：在有快跳动作的先导阀上，先导阀一快跳就会使阀上的主回油口完全打开，因此先导阀阀芯只要稍微偏离其中位置、发出换向信号就可以使通向换向阀两端的控制油路和主油路切换，在工作台两个挡块几乎夹住拨杆的情况下实现短距离（12mm）的换向。这对切入式磨削的提高磨削质量和工作效率并使砂轮磨损均匀来说，都是很有必要的。4.5 液压系统的特点这台磨床的液压系统具有如下的一些特点：1.采用了活塞杆固定式的双杆液压缸，为了保证左、右两个方向运动速度的一致，又减小了机床的占地面积。2.采用了结构简单，价格便宜而压力损失又小的简单节流阀式调速回路，它对调速范围不大、负载很小且又基本上恒定的磨削加工来说是完全合适的。黑龙江工程学院本科生毕业设计73.采用了出口节流式调速回路，液压缸回油腔中有背压力，可以防止空气渗入液压系统，并使质量较大的磨床工作台加速制动。至于停车后再起动时的工作台“前冲”现象，则可由缓慢转动开停阀来改善。 4.采用了把先导阀、换向阀和开停阀做在一个共同阀体内的液压操纵箱式结构。它能显著的缩小液压元件的总体积、缩短阀间通道长度、减少油管及管接头的数目，并改善液压系统的工作性能，此外，操纵也较方便。5.采取了能使先导阀快跳，能使换向阀实现一次快跳、慢速移动、二次快跳的油路结构，从而使工作台有可能获得很高的换向精度。 6.设置了抖动缸，使工作台能做很短距离的高频抖动，有利于保证切入式磨削和阶梯轴（孔）磨削的加工质量。4.6 液压系统的计算 根据液压原理图和总体设计所给予的力、速度等参数，进行概略的计算。计算的目的要得到液压系统的两个参数：压力和流量。 已知 M1432A 万能外圆磨床：工作台运动速度m/min，0.1 4v 工作台、头尾架、工件、油缸（油缸移动）的总重量 G600N4.6.1 计算工作台的负载P查文献11得 =1479 +628 +81 背惯封导PPPPPPX+=2431.1NP1 . 0式中：平行床身导轨的轴向磨削力；很小可忽略不计。可见这台磨床的工xPxP作台负载主要不是磨削力，而是摩擦力、惯性力和背压力等；床身导轨的摩擦力。对于磨床中常用的 V-平组合导轨，计算为：P导 2sin222ZZPGffPGP导=1479N707. 02116576001 . 021 . 0211657600式中：工作台、头架、尾架、工件等的总重量；GV 形导轨的夹角，一般；a90a 黑龙江工程学院本科生毕业设计8垂直于导轨的切向磨削分力，的计算为：，砂轮架电动机zPzP102zVPN切功率=4kw，砂轮架线速度m/s 时，约为 11657N；N切35v zP工作台导轨与床身导轨间的摩擦系数，f起动时=0.15，f低速时=0.10.12，f 高速润滑良好时=0.050.08；f 工作台在起动或制动过程中将产生加速度，其惯性力为：P惯NGP816005. 0481. 9600tvgtvmma惯式中：起动或制动时间，一般取 0.01 0.05s。总重量 G 轻时取小,G 重时取大；t 在时间内，速度从 0 到时的速度变化值；vtmaxv 重力加速度，g=9.81m/s2；g背压：P背=31.420= 628NFP背背p式中：背压力。回油节流调速时，背压力与负载、速度有关，负载大，背压p背力小；速度低，背压力很大，甚至仅比工作压力小 1020N/cm2。当工作台在快速或用背压阀获得背压力时，一般取 2050N/cm2； 油缸有效面积：Fcm222()/431.4FDd式中：活塞直径，设为 70mm；D活塞杆直径，设为 30mm；d密封装置的摩擦力，按经验一般取。P封0.1PP封黑龙江工程学院本科生毕业设计94.6.2 选择油缸的工作压力和确定油泵的供油压力 1pp选择油缸的工作压力千克/和确定油泵的供油压力为 250N/cm219 11p 2厘米p的。4.6.3 计算工作台油缸直径 D：由于 PdDP2214（4.1）得 D= = 67 mm 取 70mm4d4121PPP4.6.4 计算各油缸的流量和油泵流量：1.工作台油缸：L/min5 .121044 .3110maxmaxFVQ式中：工作台最快速度时油缸所需的最大流量；maxQ 工作台最快速度；maxv 油缸有效面积。F2.砂轮架快速进退油缸：L/min8 . 31013810maxmaxFVQ式中：cm2（以快速引进位置计算，故不计 d）。2273844FD油泵流量： L/minmax12.53.816.3QQ我们选用 16L/min 的 CBB16 型齿轮油泵，虽与计算的流量有出入，但事实上工作台以最大速度运动，砂轮架同时作快速引进，这种机会很少而且也没有必要。为了尽量减少液压系统的发热，因此选用流量为 16L/min 的油泵，可以满足系统的需要。 4.6.5 计算油泵的电动机功率：Kw36. 08 . 06121611612PQN黑龙江工程学院本科生毕业设计10 在正常工作条件下，只需要 0.36w。由于工作台换向时，瞬时压力将到 200N/cm2左右，以及电机的实际使用功率最好是额定功率的，因此选用 0.45Kw 的电70 80%动机。4.6.6 计算油管内径： 吸油管： mmmax0164.364.3618.521Qdv 压油管： mmmax0164.364.3610.063Qdv式中：通过油管的最在流量；maxQ 通过油管的油流速度。为减小过大的压力损失，对有限制：0v0v吸油管 m/s，00.5 1.5v 压油管 m/s，03 6v 所以：吸油管选 ；20(内径)24(外径)的油管 压油管选 。12(内径)15(外径)的油管4.6.7 油池的容积计算根据机床精度要求，一般要求油池温度不大于左右。对于开式油池，容积C50至少要有三分钟的流量：L464VQ4.7 本章小结 本章阐述了液压系统的原理、液压系统总体布局、液压系统的工作原理、液压系统的换向机构及其性能、液压系统的特点，并进行了设计和计算，对 M1432A 万能外磨床液压系统进行了完整的布局，并详细的说明了其原理，对其特点也进行了说明。黑龙江工程学院本科生毕业设计11第 5 章 工作台液压操纵箱及液压缸的设计5.1 工作台液压系统的功能M1432A 型万能外圆磨床主要用于磨削 IT5IT7 精度的圆柱形或圆锥形外圆和内孔，表面粗糙度在 Ra=1.250.08 之间。该工作台机床的液压系统具有以下功能：1.能实现工作台的自动往复运动，并能在 0.054m/min 之间无级调速，工作台换向平稳，起动制动迅速，换向精度高。2.传动系统具有必要的联锁动作。(1)工作台的液动与手动联锁，以免液动时带动手轮旋转引起工伤事故。(2)砂轮架快速前进时，可保证尾架顶尖不后退，以免加工时工件脱落。(3)磨内孔时，为使砂轮不后退，传动系统中设置有与砂轮架快速后退联锁的机构，以免撞坏工件或砂轮。(4)砂轮架快进时，头架带动工件转动，冷却泵启动；砂轮架快速后退时，头架与冷却泵电机停转。5.2 工作台液压系统的工作原理根据第四章中工作台液压系统的工作原理如图（5.1）对工作台液压操纵箱进行设计。此工作台液压系统包括开停阀，节流阀，停留阀，先导阀，换向阀，单向阀等。依据其功能进行设计。开停阀：控制工作台的开停和工作台液动与手动联锁。黑龙江工程学院本科生毕业设计12节流阀：调节工作台速度。溢流阀：控制油速。先导阀：控制换向阀换向,使工作台换向时先进行制动。换向阀：工作台换向包括制动，停止和起步三阶段。单向节流阀：调节工作台在换向点上的停留时间。5.3 操纵箱的系统的特点在结构上采用了将开停阀、先导阀、换向阀、节流阀、抖动缸等组合一体的操纵箱。使结构紧凑、管路减短、操纵方便，又便于制造和装配修理。此操纵箱属行程制动换向回路，具有较高的换向位置精度和换向平稳性。A-A丝 丝262225211751191850355106532398液压缸75224282633液压缸辅助油 1G-GB-BC-CA-AB-B丝丝丝丝丝丝丝 丝图 5.1 工作台液压系统5.4 液压缸的结构如图 5.2 所示为 M1432A 万能外圆磨床一空心双活塞杆式液压缸的结构。由图可见，液压缸的左右两腔是通过油口 b 和 d 经活塞杆 1 和 15 的中心孔与左右径向孔 a和 c 相通的。由于活塞杆固定在床身上，缸体 10 固定在工作台上，工作台在径向孔c 接通压力油，径向孔 a 接通回油时向右移动；反之则向左移动。在这里，缸盖 18和 24 是通过螺钉(图中未画出)与压板 11 和 20 相连，并经钢丝环 12 相连，左缸盖 24空套在托架 3 孔内，可以自由伸缩。空心活塞杆的一端用堵头 2 堵死，并通过锥销 9和 22 与活塞 8 相连。缸筒相对于活塞运动由左右两个导向套 6 和 19 导向。活塞与缸筒之间、缸盖与活塞杆之间以及缸盖与缸筒之间分别用 O 形圈 7、V 形圈 4