全自动液压专用机床改造设计【全套CAD图纸+毕业答辩论文】

买文档就送全套 纸 扣扣交流 414951605 含全套 纸和论文 答辩精品 摘 要 车床是主要用车刀对旋转的工件进行车削加工的机床 ,而 专用机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式 ,生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化 ,可根据需要灵活配置 ,能缩短设计和制造周期。因此专用机床兼有低成本和高效率的优点 ,在大批、大量生产中得到广泛应用 ,并可用以组成自动生产线。 专用机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。加工时 ,工件一般不旋转 ,由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动 ,来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端 面等。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转 ,由刀具作进给运动 ,也可实现某些回转体类零件 (如飞轮、汽车后桥半轴等 )的外圆和端面加工。 本设计是把 6136 普通车床改造成全自动液压专用机床，对车床结构作了设计，在设计过程中考虑到车床的形成工艺，床身的受力分析和床身的热态分析。该设计满足了全自动液压专用机床的加工精度要求，整体性能稳定。 关键词： 刀架拖板 ；液压缸；上料机构 ；分析 is or at is or to gm be to to So of is in be to is in or by of of to a to of as of is 136 to a of in of of of V 目 录 摘 要 . . 录 . V 1 绪论 . 零件的工艺性分析 . 2 3 总体方案的确定 . 4 4 刀架拖板 设计 . 6 计本部分的重要性 . 6 部分的设计方案 . 6 向液压缸的安置 . 6 向液压 缸的位置 . 7 屑 . 9 5 结构设计及计算分析 . 10 向液压缸的设计 . 10 压缸的类型和安装形式 . 10 压缸工作压力的确定 . 10 压缸内径及液压缸活塞杆直径的确定 . 11 压缸的推力和流量计算 . 12 塞杆直径的验算 . 12 压缸长度及壁厚的确定 . 12 压缸外径的计算 . 13 压缸进出油口尺寸的确定 . 13 压缸的结构设计 . 13 向液压缸的设计 . 14 压缸的类型和安装形式 . 14 压缸工作压力的确定 . 15 压缸内径及液压缸活塞杆直径的确定 . 15 压缸的推力和流量计算 . 15 塞杆直径的验算 . 16 压缸壁厚的计算和刹那高度的计算 . 16 缸外径液的计算 . 16 压缸进出油口尺寸的确定 . 16 压缸的结构设计 . 17 簧的设计与计算 . 17 杆的校核 . 18 6 计 . 20 套的 . 22 7 结论与展望 . 24 论 . 24 望 . 24 致 谢 . 25 参考文献 . 26 附录 . 27 自动液压专用机床设计 刀架和上料机构设计 1 1 绪论 随着科学技术的发展，即使原来属于新颖，先进的机床也会逐渐变得陈旧，落后，满足不了产品科类日益增加和质量不断提高的需要，因此， “ 技术老化 ” 是客观规律。 目前，我国的工厂企业，除了一些新建单位外，大多数都存在设备老化问题，设备役龄在 15 年以上，所占比重相当大，面对这么多的陈旧设备应该怎样办呢？一方面要创造或引进新技术，新工艺，新设备， 进行必要的设备更新。另一方面则要进行技术革新，挖掘设备潜力，进行有效的技术改造，使旧设备适应新的生产需要。 本设计是把 6136 普通车床改造成全自动液压专用机床，这样生产锭脚时，生产率大大提高，劳动强度大大降低。而且因为是在原有的旧设备进行改造，就能够充分利用原机床的结构，避免了重新设计和制造许许多多的零部件，使工作量大大地减少，节省很多物质，制造成本低，见效快。改造机床还有一个显著的特点是兴废利旧，使原先已淘汰的机床重见阳光，充分发挥其使用价值。 改造后的机床为全自动液压专用机床。专用机床是加工某种特定零件 ，完成某些特定工序的专门机床，他有利于实现单机自动化，组成生产自助线，提高劳动生产率的，降低劳动强度。随着生产率的发展和自助化程度的提高，专用机床目前在生产中的应用已越来越广。 本设计的主要要求为用 6136 普通车床改造为全自动液压专机加工锭脚的端面和外圆。生产纲领：粗车为 600 件 /班，精车为 680 件 /班。 本设计的方案力求简单可行，工作可靠，便于调整。 由于设计时间有限，加之实践经验不足，设计中难免有些错误，请各位老师批评指正。 无锡太湖学院学士学位论文 2 2 零件的工艺性分析 工件是机床改造后的加工对象，也是改造机床工作的主要依据之一，故对工件进行工艺性分析是必须的。 由于改造后的专用机床只加工零件的端面和外圆，故在此也只对这道工序的工艺性进行分析。 根据工厂生产锭脚的工艺路线，在进行车端面和外圆加工前， C 端面， 16+和末端中心孔已经加工完毕。在这道工序中，要保证的尺寸精度有 11 24 以及 保证的位置精度是 D 端面相对于 锥孔的圆跳动为 有在精车时，要车 退刀槽。在这道工序中， 要求达到的粗糙度为 从以上的分析中可以看到，这道工序的加工要求并不太高，首先要保证的是位置精度，其次是尺寸精度，粗糙度 精车时就能够达到 1。 针对杆类零件的加工特点和该零件的具体形状以及加工要求，我们决定采用短锥销 顶尖定位，短锥销定位可限制 x,y,z 三个移动自由度。顶尖可限制 y,z 方面的转动自由度（如下图 2示）。这样定位后，只剩下一个需要转动的 x 方向的转动自由度，故此定位正确 8。 图 锥销 采用这样的定位方法之后，如何夹紧工件并使工件旋转呢？经过讨论，我们决定采用这样的专用夹具（见下图 全自动液压专用机床设计 刀架和上料机构设计 3 图 用夹具 在工装上装四个弹簧销，工件上料时，可以有两个压在工件下面，帮助落料，另两个卡在零件的铣平面上，带动工件旋转。零件的末端有中心孔，故采用顶尖锁紧，以此来夹紧工件。设计这个专用夹具，不仅可以完成爱动工件转动的重任，而且还可靠弹簧销来帮助落料，真是一举两得。至此，工件的定位，夹紧已确定。 无锡太湖学院学士学位论文 4 3 总体方案的确定 针对 6136 普通车床，根据对零件的工艺分析和给定的液压传动方式知道，由于采用液压传动实现自动化，使用专 用夹具夹紧定位，所以要拆掉溜板箱，进给齿轮箱，改造刀架拖板和尾架，设计夹具和上下料机构，原来车床的床身，床头箱等则可利用。 根据以上的条件，我们设计了三套方案，一套是采用单刀靠模。采用一把车刀进行车端面和两个外圆。同时在纵横方向上进行靠模。如下图 3示。 1主轴箱 2夹具 3死挡铁 4尾架 5刀架拖板 6镶条 7死挡铁 8顶针 图 刀靠模 单刀靠模在纵横向都需要靠模，特别是纵向靠模比较麻烦，改造的机构增多。虽然采用单刀靠模车床的抗振性较好，同时因为吃力相同， 光洁度较好，但这样改造不但复杂繁琐，不经济，而且生产率较低。另一套方案是采用双刀靠模。则采用两把刀同时车外圆，开始时，利用第一把成形车刀进行车端面（精加工时通过靠模车刀可切出退刀槽）。之后两把刀同时进行两个外圆的车削，见下图 示： 1 主轴箱 2 定位件 3 尾架 4 刀架拖板 5 镶钢 6 死挡铁 全自动液压专用机床设计 刀架和上料机构设计 5 图 刀靠模 这套方案比第一套方案设计简单，生产率高，粗糙度在精车时完全可以达到，加工零件少，成本低。而且 床能够承受的轴向抗力为 520向抗力为 390远地小于 390以可以看到机床的刚性是足够的，故决定采用第二套方案。 在这套方案中，刀具是由两把车刀组成的，第一把是成形车刀，进行车端面，切退刀槽和车外圆。第二把是 60 外圆车刀，车 小外圆。安装时，两把刀的切削刃间距等于 35一把刀比第一把刀进 削时，先是第一把刀车端面，通过靠模，切出退刀槽，遇到行程开关之后即进行纵车外圆，此时后面的一把刀也进行切削，两把刀同时纵车外圆，到后一把刀加工完毕时，前一把早已切削完毕。这样这道工序即加工完毕。 加工中，刀具的运动是通过行程开关发 信，死挡铁限位，由掖压缸来驱动 11。 无锡太湖学院学士学位论文 6 4 刀架拖板设计 计本部分的重要性 在车床上加工零件，其表面成形运动由两个运动所组成，一是工件的旋转运动，另一个就是刀具的进给运动。刀具的进给运动直接参与切削过程，改变工件的形状，尺寸和精度。本设计中，刀具的进给运动则是由刀架拖的运动来实现的。所以，刀架拖板传动设计的合理与否，制造精确与否，直接关系到机床的加工质量和生产率，反映到加工工件上。工件的加工精度，尺寸要求，以及切削用量等都需要本部分的设计来保证 。可以说本部分的设计在整个设计中占有重要地位 12。 部分的设计方案 根据总体方案来进行本部分的设计。首先按照课题把 造成用来加工锭脚端面和外圆的全自动液压专用机床设计以及锭脚的加工精度等，要求进行改装的 6136 车床具有下列的精度要求： 1. 溜板箱移动对主轴中心线的不平行度允差 00 2. 导轨的直线性允差每米不可超过 . 导轨间的不平行性偏差每米不可超过 . 刀架横向移动对主轴轴线的垂直度允差为 00 5. 主轴的轴向窜动允差 00 本部分的设 计是如何来完成纵横向的进给运动。既然给定用液压传动，那么进给运动就靠液压缸了。 向液压缸的安置 方案一： 1 主轴箱 2 刀架 3 大拖板 4 纵向液压缸 5 锭脚 全自动液压专用机床设计 刀架和上料机构设计 7 图 向液压缸安置在齿轮箱处 如图 示，纵向液压缸安装在原来拖板齿轮箱处，液压缸采用杆固定的双出杆式。在原来花键轴的位置上固定锭脚。液压缸则通过螺钉和定位销连接刀架溜板。纵向液压缸这样放置，结构紧凑，但设计，安装，调试复杂。 方案二： 1 主轴箱 2 刀架拖板 3 跳板 4 支架 5 液压缸 6 滑板 图 向液压缸安置于床身导轨上 纵向液压缸安置在尾架后的床身导轨上，缸固定通过滑板利用调节螺钉固定在床身导轨上，锭脚通过支架和跳板来拖动大拖板纵向移动（跳板分别与支架和大拖板相连接）。这样安置虽然看上去零散，但结构简单，安装调试方便，而且占据的空间位置并不影响其他装置。对于旧机床改 造，力求简单可行，调试方便，工作可靠，所以，决定采用本方案。如图 示。 向液压缸的位置 横向液压缸的安置有两种方案，一种是液压缸放在后导轨上，用支承板来固定液压缸，这样安置就刀架拖板部分来讲，这样安置比较有利，对人的操作无影响，但是因为本机床上有自动上下料机构，上料机构就安置在后面，要与横向液压缸相碰，故此方案不能成立。另一种方案是横向液压缸安置在前导轨的大拖板上，用两个螺钉固定在大拖板上。这样安装虽对工人操作有所影响，但却是可行的。事实上，这液压缸尺寸较小，又是全自动机床，对工人操 作的影响是微乎其微了。 所以，刀架拖板的液压缸布置如下图 无锡太湖学院学士学位论文 8 图 向及纵向液压缸安置 全自动液压专用机床设计 刀架和上料机构设计 9 屑 在原来的 6136 车床上，铁屑是靠操作工人排屑的，现在改为自动车床后，不可能再由工人来排屑。一是吸尘，因为工件材料为灰铸铁，加工时细小铁屑易风风扬扬，采用吸尘措施可以改善这一情况，细小的铁屑都被吸走了，剩下较大的铁屑怎么办呢？设计时采用了第二条排屑措施，在大拖板设置出屑板，出屑板倾斜（和水平面） 30 ,其高度略小于加工高度，铁屑落下后就不会堆积在拖板上，而是顺斜坡滑到落料机构中，落 料机构中的板是网眼板，铁屑则通过网眼落到下面的容器内，这样排屑问题基本解决了 13。 无锡太湖学院学士学位论文 10 5 结构设计及计算分析 向液压缸的设计 压缸的类型和安装形式 纵向液压缸是用来拖动刀架拖板在床身导轨上来回移动，根据总体设计，方案的要求选用双作用单锭脚液压缸。安装形式因为是水平安装在床身导轨上，故采用切向底座的安装方式，如下图 示。 图 向底座的安装方式 压缸工作压力的确定 工作载荷 ： F=Fx+ 纵车时的轴向力 在垂直方向上的力（包括重力，主求削力） 摩擦系数 ,取 车时，两把刀同时切削，故 成形车刀车外圆时 0 ,外圆车刀 0 系数 ,因为 0 ，查表6 t 切深（ 据零件的尺寸要求， t=1 进给量（ ），根据总体计算， S=0.7( ) 全自动液压专用机床设计 刀架和上料机构设计 11 因为161 310N 21 1 442N 所以 110+440=754N 19 1 758N 19 21 622N 158+622=1380N 600N F= Fx+F=754+600 138060=1426N 所以工作负载 F=1562 小于 5000N，故选用工作压力为 参考 马恩液压与气压传动 M 69 页表 3 10 缸筒内径尺寸系列（ 5 压缸内径及液压缸活塞杆直径的确定 液压缸内径和液压缸活塞杆的直径可以由公式得出： 当刀具进行切削时液压缸为有杆腔进油 D=111 2 1 243 . 1 4 ( ) ( )p p p1=液压缸内径（ 1p 液压缸回油腔压力（ 设计中背景压力为 =111 2 1 243 . 1 4 ( ) ( )p p p带入数据得 D= D=70活塞杆直径 d=70=35锡太湖学院学士学位论文 12 压缸的推力和流量计算 实际工作推力 P=N） P=223 . 1 41 . 2 ( )4 =3464N 流量计算： Q=Av 根据总体设计，纵车快退时间为 v=80 .2 0=v A=12.3 取 Q=10 代入数据，则 实际液压缸速度为： v=.7 t=s） 10 塞杆直径的验算 按强度条件验算活塞杆的直径 活塞杆长度为 350以 d 必须大于或等于 P公式中 = s 极限（ n 塞杆材料为 45 号钢，s=353n 取 2 =353 2=35 4 所以活塞 杆直径满足要求。 全自动液压专用机床设计 刀架和上料机构设计 13 压缸长度及壁厚的确定 液压缸长度由工作行程来确定，纵向液压缸的工作行程为 80液压缸的长度为85压缸壁厚的计算 所以此液压缸为低压系统，其壁厚根据结构设计，取 =14。 压缸外径的计算 D=D+2 =70+2 14=98（ 压缸进出油口尺寸的确定 液压缸的进出口尺寸，是根据油管内的平均流速来确定的，注意要结构上的可能性，按表选取连接螺纹为 称直径为 15 压 缸的结构设计 液压缸缸体与缸盖采用法兰连接，如下图 示。 图 体及缸盖的法兰连接 采用法兰连接结构简单，容易加工，容易装卸，法兰连接在生产中使用广泛。 活塞杆的导向是利用前缸盖来导向的，其最小导向长度为： + 20 2式中： H 最小导向长度 锡太湖学院学士学位论文 14 L 液压缸最大工作行程 液压缸内径 80 7020 2=4+35=39mm 图 塞与活塞杆的连接 采用螺纹连接，这种连接稳固，活塞与锭脚之间无公差要求。 液压缸中的密封采用 O 形密封，因为液压缸工作在低压系统，而且其结构简单，方便安装，空间小，适用范围广 3。 向液压缸的设计 压缸的类型和安装形式 根据方案设计要求，选用双作用单活塞杆液压缸，安装方式采用头部外法兰式，如下图 示。 图 部外法兰式 全自动液压专用机床设计 刀架和上料机构设计 15 压缸工作压力的确定 工作负载：x s f F车端面时，成形车刀的 0 查表23 8 1 243N 23 1=908N F= ()x G ZF f F F为 3000N F= ()x s G ZF f F F=243+00 90860=据工作负载选定工作压力 F=5000N 故选用工作压力为 液压缸内径及液压缸 活塞杆直径的确定 当刀具进行切削时，液压缸为无杆腔进油直径为： D= 2 21 2 1 243 . 1 4 ( ) ( ) p p2p 液压缸回油腔压力（ ,本设计中背压为 d 活塞杆 直径 ,暂取 d= 2 21 2 1 243 . 1 4 ( ) ( )p p p= 24 7 2 6 . 2 0 . 5 0 . 53 . 1 4 (1 . 2 0 . 5 ) 1 . 2 0 . 5DD= D=50塞杆直径根据结构设计需要取 20 液压缸的推力和流量计算 实际工作推力 P=) P=P A= 23 1 04=2356N 21 . 2 5 0 2 3 5 64P p A N B 无锡太湖学院学士学位论文 16 流量计算： Q=据总体设计，横向快退时间初定 0.5(s) v=40 4800 48 向液压缸的行程为 40=v A= 223 . 1 44 8 ( 0 . 5 0 . 2 )4 =7.9 取 Q= 则液压缸的实际速度为： v=2103 ( 0 4 =6.1 t=60=s） 塞杆 直径的验算 按强度条件验算锭脚的直径。 因为活塞杆长度 L 10d=d P = P= 4 7 2 6 1 4 1 7 6 =20以活塞杆满足要求 压缸壁厚的计算和刹那高度的计算 因为此液压缸用语低压系统，其壁厚根据结构设计，取 =10压缸长度由工作行程 40确定，故液压缸长度为 45 压缸外径液的计算 D=D+2 =5。 0+2 10=80（ 压缸进出油口尺寸的确定 查表液压缸进出油口的公称直径为 18 自动液压专用机床设计 刀架和上料机构设计 17 压缸的结构设计 此液压缸的活塞杆比较短，而且活塞直径与杆直径相差不 大，故决定采用活塞与活塞杆做成一体的结构。 最小导向长度的确定： 4 0 5 0 272 0 2 2 0 2m m 除以上两点外，横向液压缸的结构设计与纵向液压缸的结构设计相似 6。 簧的设计与计算 根据胡克定律，高一时就已学到，定律内容是：在弹簧的弹性限度内，弹簧的伸长与受到的拉力成正比。公式表示为： F=式中的 x 表示弹簧的伸长，也就是弹簧的现在的长度减去原来的长度得到的数， k 是比例系数，叫做弹性系数、劲度系数或倔强系数， F 表示弹簧的拉力大小。 以下大概介绍了弹簧的优势、特定的 应用空间和材料选择原则及计算校核方法。在结构设计上创造性地使用弹簧，可以实现其独特的功能，而先进的 算手段有助于弹簧的设计制造。 本次设计为防止换向时和拖板纵向快退到死挡铁时，液压缸产生冲击，故在支架之前加一弹簧来起缓冲作用。 根据工作条件已知： 最大工作负荷 在最大工作负荷下的变形量 h=14簧材料为碳素弹簧钢丝；端部并紧不磨平；主要参数的制造精度为 2 级。 计算：根据 以及锭脚 的结构设计，查手册得：如下表 5数据所示： 表 5据 弹簧丝直径 d 中径 节距 L 单圈变形量 单圈展开长度 单圈 刚度P， 3 . 5 m m 2 8 m m 9 . 95 1 . 4 8 7 K g 7 92 . 0 6 5 K g 无锡太湖学院学士学位论文 18 10000 2 4 . 2 . 1 . 7 2 9 /14 6 . 8 3 6. 3 . 9 5 4 1 . 7 2 9 6 . 8 3 6 1 . 7 1 /42 4 2 61 . 5 4 9 . 9 5 1 . 5 3 . 5 4 5 . 0 5 . 4 51 . 5 4 5 1 . 5 3 . 59 . 9 3 7 5 k g m n k g m n t d m m H m m 弹 簧 要 求 刚 度有 效 圈 数 取弹 簧 实 际 刚 度总 圈 数自 由 高 度 取弹 簧 实 际 节 距最01022 4 . 214 1 . 7 34 5 1 4 3 18 7 . 9 2 6 5 2 7 . 5 2 6 2 . 6 F m mL l n m 作 负 荷 下 的 变 形最 大 工 作 负 荷 下 高 度展 开 长 度细 长 比 故 稳 定 。杆的校核 图 杆校核 当横向液压缸有杆腔进油时，刀架快退， T 形槽带动螺杆快退，此时螺杆受剪切力， 危险截面受到的力为摩擦力。 F=300N f=300=60N 全自动液压专用机床设计 刀架和上料机构设计 19 图 杆截面 危险截面面积 A= 2 2 22 1 0 3 4 7 3 . 6 剪切应力： 4 4 6 0 3 . 1 4 57 6 . 3F m P 螺杆的材料为 #45 钢，其许用剪切应力为 80p 因为 16。 无锡太湖学院学士学位论文 20 6 计 算机辅助制造 )的核心是计算机数值控制 (简称数控 )，是将计算机应用于制造生产过程的过程或系统。 1952 年美国麻省理工学院首先研制成数控铣床。数控的特征是由编码在穿孔纸带上的程序指令来控制机床。此后发展了一系列 的数控机床，包括称为 “加工中心 ”的多功能机床，能从刀库中自动换刀和自动转换工作位置，能连续完成锐、钻、饺、攻丝等多道工序，这些都是通过程序指令控制运作的，只要改变程序指令就可改变加工过程，数控的这种加工灵活性称之为 “柔性 ”。加工程序的编制不但需要相当多的人工，而且容易出错，最早的 是计算机辅助加工零件编程工作。麻省理工学院于 1950 年研究开发数控机床的加工零件编程语言 是类似高级语言。增强了几何定义、刀具运动等语句，应用 编写程序变得简单。这种计算机辅助编程是批处理的 14。 统一般具有数据转换和过程自动化两方面的功能。 涉及的范围，包括计算机数控，计算机辅助过程设计。 数控除了在机床应用以外，还广泛地用于其它各种设备的控制，如冲压机、火焰或等离子弧切割、激光束加工、自动绘图仪、焊接机、装配机、检查机、自动编织机、电脑绣花和服装裁剪等，成为各个相应行业 基础 2。 计算机辅助制造系统是通过计算机分级结构控制和管理制造过程的多方面工作，它的目标是开发一个集成的信息网络来监测一个广阔的相互关联的制造作业范围，并根据一个总体的管理策略控制每项作业。 从 自动化的角度看，数控机床加工是一个工序自动化的加工过程，加工中心是实现零件部分或全部机械加工过程自动化，计算机直接控制和柔性制造系统是完成一族零件或不同族零件的自动化加工过程，而计算机辅助制造是计算机进入制造过程这样一个总的概念。 一个大规模的计算机辅助制造系统是一个计算机分级结构的网络，它由两级或三级计算机组成，中央计算机控制全局，提供经过处理的信息，主计算机管理某一方面的工作，并对下属的计算机工作站或微型计算机发布指令和进行监控，计算机工作站或微型计算机承担单一的工艺控制过程或管理工作 15。 计 算机辅助制造系统的组成可以分为硬件和软件两方面：硬件方面有数控机床、加工中心、输送装置、装卸装置、存储装置、检测装置、计算机等，软件方面有数据库、计算机辅助工艺过程设计、计算机辅助数控程序编制、计算机辅助工装设计、计算机辅助作业计划编制与调度、计算机辅助质量控制等。 到目前为止，计算机辅助制造（ 狭义和广义的两个概念。 狭义概念指的是从产品设计到加工制造之间的一切生产准备活动，它包括 程、工时定额的计算、生产计划的制订、资 源需求计划的制订等。这是最初 统的狭义概念。到今天， 狭义概念甚至更进一步缩小为 程的同义词。 被作为一个专门的子系统，而工时定额的计算、生产计划的制订、资源全自动液压专用机床设计 刀架和上料机构设计 21 需求计划的制订则划分给 。 了上述 义定义所包含的所有内容外，它还包括制造活动中与物流有关的所有过程（加工、装配、检验、存贮、输送）的监视、控制和管理。 数控系统 数控系统是机床的控制部分，它根据输入的零件图纸信息、工艺过程和工艺参数，按照人机交互的方式生成数控加 工程序，然后通过电脉冲数，再经伺服驱动系统带动机床部件作相应的运动 9。 传统的数控机床（ ，零件的加工信息是存