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减震器 铝合金 双面 专用 机床 设计 优秀 优良 机械 毕业设计 论文

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1 a of of to a to on of up a to a to on to to of a to a a in if a to an to on to of of a a a of it in on of of of be is to to of to to to a to on to to of a to in to of he to a to a on to to of as , to is to a a 34 to be in to a of to s to of no a be n if is to on to to to to to t so of of to up a to is 22 of be is to is no to of a in a is of be of on to do on in of of it as to a of of as it on to s s to in of S 1a 5, of of an of u; 4no a to no a of 4a a to a of s is an to it is to a as of to an s to u a of of of up a to is in of a of to to on to to of up , of of on in 2 be a to to or ) to to q or v).O in to to a of to to to it is in to to a is to to to to it is a F of of 3 or to to of of a of to to in of to to it or to to to to to of of to up on to a to as to is at of on if to 3s 4 of , , of of no a of in to is to of ai to a of ai at a of to an to a is to to on to to go of in to of a in to on of be to an a to on of to on to at in ao it is to on to to is in a to go up on s in in a of to be 0%is to on a to to of to in of to on to to to of as a of on if to a a to to of at to up 4 a a by of a as to of is of t t to on a of to on to to of to to of be an a of on to of to to of in up an of a to as of to on a of on of it to of on an to on to of of of 4 no 3 of .5 , as bs in to on to in to is by 0 3 up a 0.7 of to 0%, of to to a to on to to e a of to of a is to on of as to its on a to a is an in to a is an is 946 in to It in is 5 up to 952, to S. of is to to to an to is ( 952- 1959- 1965 - 970, it on in of to 971, in - it is 974 in is an to in at it to to be is 990, PC to on C In 970- 1974990- (C. C to at so on by PC 6 to be in he in he s in as to ay to on to so on to be of or is 7 to to so as a of is on in of 0s, at of 0s to on in in as 7 in andI 无锡 太湖学院 机 信 系 机械工程及其自动化 专业 毕 业 设 计论 文 任 务 书 一、 题目及专题： 1、题目 减震器缸体双面扩绞专用机床设计 2、专题 进给系统设计和夹具设计 二、课题来源及选题依据 无锡市惠发特精密机械制造公司 2、 减震器铝合金缸筒的图样及实物。 3. 缸体每年产 50000 件，大批量生产 。 4. 制造厂现有的生产条件，厂方对生产成本的要求 。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 1. 进给系统应采用一般简易数控专用机床的滚珠丝杆付及滚动导轨的传动方案，并选用步进电机 。 设计 之夹具必须根据工件尺寸大小有一定的调节范围。 求 包括必要的计算并且 文字简洁通顺，表达清晰，字数一万字左右。 四、接受任务学生： 机械 96 班 姓名 吴宏伟 五、开始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日至 2013 年 5 月 25 日 六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师 签名 签名 签名 教 研 室 主 任 学科组组长研究所所长 签名 系主任 签名 2012 年 11 月 12 日 无锡太湖学院 毕业设计（论文） 开题报告 题目： 减震器铝合金缸筒双 面扩绞专用机床设计 机信 系 机械工程及自动化 专业 学 号： 0923277 学生姓名： 吴宏伟 指导教师： 张大骏 （职称： 高级工程师 ） （职称： ） 2012年 11 月 23日 课题来源 无锡惠发特精密机械有限公司提供，为加工摩托车减震器部件而设计，此机床所加工之零件用途较为广泛，产品需求量大，年产一般在 5件左右，根据产品加工制造情况，采用双面进给孔加工的专用机床。 科学依据 （包括课题的科学意义；国内外研究概况、水平和发展趋势；应用前景等） 该工件的双端孔，其尺寸精度、位置精度、表面粗糙度的要求都相对比较高。因此这个孔无论从产品角度还是从工艺角度来分析都是十分重要的。如何来高速、高效、高质量的加工是一个具有指导性意义的课 题。国外如英国的哈曼机械研究公司在该类项目的研究中具有 无可争辩的领先地位，其技术已十分完善。我国在此项目的研究上与他们仍有较大的距离。 研究内容： 双端面孔加工专用机床设计 1. 根据提供的产品图样及样品以及产品结构，设计出较为合理的 加工工序和工艺方案，及工序图的绘制。 2. 双端面孔加工专用机床设计 专用机床 夹具设计 专用机床进给系统设计 机床主要部件设计图纸 绘制专用机床夹具和进给系统图纸 3. 设计应达到如下 要求：机床结构表达清晰合理，说明书工整并 有理论依据。 拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析 首先对被加工零件及现有一些加工机床、工艺要求等数据进行采集，以确定计算的方案。 其次，分析零件工艺。分析现有所具备的条件因素，考虑到厂房，实际技术水平、制造成本和客户订货要求进行方案制定。 最后，进行机床 夹具及进给系统的设计 。 无 锡惠发特精密机械有限公司所制造的有关此类孔加工机床，其通用部件已标准化、系列化，这就可以根据实际需要灵活配置，以缩短设计制造周期。从而使机床在大批量生产中得以广泛应用，并可组 成流水线，自动线生产，所以此类机床研发的可能性空间很大。 研究计划及预期成果 12 年 11 月 13 年 3 月 准备、下厂调研、收集数据 13 年 3 月 4 日 3 月 21 日 方案论证、比较、初步设计 3 月 26 日 4 月 1 日 方案确定、 夹具设计、进给设计 4 月 2 日 5 月 3 日 书写设计说明书 5 月 4 日 5 月 12 日 修改、整理 设计说明书 5 月 12 日 5 月 31 日 上交、准备毕业论文答辩 6 月 1 日 6 月 3 日 论文答辩 特色或创新之处 相对普通通用机床，该类机床采用精确定位，特种复合刀具，进给系统采用滚动导轨和滚珠丝杠付，伺服系统采用步进电机，并用液压夹具夹紧，因此生产效率比普通通用机床要高出十倍甚至几十倍。 已具备的条件和尚需解决的问题 无锡惠发特精密机械有限公司对此零件及专用机床已拥有比较成熟的生产制造和工艺技术上的经验，并已有产品在生产减震器的厂家应用，在工艺和加工方面具有很强的技术性 指导，使设计更具有可行性。 指导教师意见 本课题为实际生产中的课题，对学生综合运用机械制造基本理论，结合生产实践知识，对立解决和分析问题有现实意义，且具有一定的难度，对学 生起一定的锻炼作用。 指导教师签名： 年 月 日 教研室（学科组、研究所）意见 教研室主任签名： 年 月 日 系意见 主管领导签名： 年 月 日 要 组合机床是一种高效率专用机床，有 一定 的使用条件，不是在 所有情况下都 可以收到良好的经济效益，在确定设计机床前， 需要 进行具体的经济技术 论证 。加工同一个产品的零件，通常会有很多种工艺 方法 ，不同的 方法 会有不同的经济 效益 ，影响技术经济的 成分有很多，有时技术指标先进的方 发 ，经济指标不一定 先进 ，因此，需要对技术、经济指标作综合 评估 ，综合多数的意见，选出优化方 法 进行经济效果 评估 ，如果满意即可决定 采用哪种方法 。 本课题设计的是双端面孔加工组合机床。其来源于惠发特精密机械有限公司。在设计中：通过研究被加工零件的特点，对 相关数据进行计算，对相关部件进行选择，从而确定机床的 整体 布局。并绘制出被加工 示意图 ，加工 零件工序图 ，机床联系尺寸图和生产率计算卡。在此 条件 上拟定了主轴箱的传动路线，设计了轴的结构，进行了皮带轮及轴等相关零件的强度，刚度校核，并绘制出主轴箱总装图和相关零件图。该机床对零件的两端孔同时进行加工，加工的工艺性好，工件装夹方便。采用滚珠丝杠导轨实现刀具进给。工件采用 压夹紧，一次装夹完成 不止 保证了孔的加工精度，而且还 提升 了加工效率，降低了工人的劳动强度。 关键词 : 组合机床 ； 双端面孔加工； 液压夹紧 is an of in of is is of of of a to a of of to if be to is of It is In by of to to of to of on to of of to at of of V 目录 摘要 .录 . 绪 论 . 错误 !未定义书签。 课题的研究内容和意义 . 错误 !未定义书签。 内外的发展概况 . 错误 !未定义书签。 课题应达到的要求 . 错误 !未定义书签。 2 对总体设计的理解 . 错误 !未定义书签。 床的主要用途 . 错误 !未定义书签。 床的主 要部件 . 错误 !未定义书签。 体设计工艺方案的制定 . 错误 !未定义书签。 序 . 错误 !未定义书签。 装 . 错误 !未定义书签。 订加工工艺路线 . 错误 !未定义书签。 种加工路线的比较 . 错误 !未定义书签。 具与夹具的比较 . 错误 !未定义书签。 序的集中与分散 . 错误 !未定义书签。 定加工工艺路线 . 错误 !未定义书签。 3 进给系统设计 . 错误 !未定义书签。 定传动方式 . 错误 !未定义书签。 轴器的选用 . 错误 !未定义书签。 轨形式的确定（选用和载荷计算） . 错误 !未定义书签。 用 . 错误 !未定义书签。 荷计算 . 错误 !未定义书签。 珠丝杆的机械特性的设计计算 . 错误 !未定义书签。 珠 丝杆副的选用 . 错误 !未定义书签。 珠丝杆的验算 . 错误 !未定义书签。 进电机的选用 . 错误 !未定义书签。 动系统的结构设计 . 错误 !未定义书签。 母 . 错误 !未定义书签。 灵座 . 错误 !未定义书签。 板 . 错误 !未定义书签。 杆夹具 . 错误 !未定义书签。 给系统图 . 错误 !未定义书签。 4 夹具设计 . 错误 !未定义书签。 加工零件的加工要求 . 错误 !未定义书签。 具设计的主要依据 . 错误 !未定义书签。 加工零件的加工精度和加工工序 . 错误 !未定义书签。 加工零件特点 . 错误 !未定义书签。 件的生产批量 . 错误 !未定义书签。 件的定位方案确定 . 错误 !未定义书签。 工示意图的作用和内容 . 错误 !未定义书签。 工示意图的画法及注意事项 . 错误 !未定义书签。 择刀具，工具，导向装置并标注其相关位置及尺寸 . 错误 !未定义书签。 件夹紧方案确定 . 错误 !未定义书签。 紧方向 . 错误 !未定义书签。 紧部件 . 错误 !未定义书签。 4. 5 定位元件，夹紧元件的设计 . 错误 !未定义书签。 位元件的设计 . 错误 !未定义书签。 紧元件设计 . 错误 !未定义书签。 紧力 计算 . 错误 !未定义书 签。 紧油缸设计 . 错误 !未定义书签。 压缸的载荷组成与计算 . 错误 !未定义书签。 选系统工作压力 . 错误 !未定义书签。 压缸的主要结构尺寸 . 错误 !未定义书签。 缸密封 . 错误 !未定义书签。 具体及其他零件设计 . 错误 !未定义书签。 形简图 . 错误 !未定义书签。 料选择 . 错误 !未定义书签。 具的安装与调整 . 错误 !未定义书签。 装 . 错误 !未定义书签。 整 . 错误 !未定义书签。 具的可调节性 . 错误 !未定义书签。 5 总结与展望 . 错误 !未定义书签。 致 谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 错误 !未定义书签。 减震器铝合金缸筒双面扩绞专用机床进给系统和夹具设计 1 1 绪 论 课题的研究内容和意义 人们在生活中的每个方面都离不开机械设备。专业为机械方面的人，毕业后想要从事机械设计及制造工作都需要具备机械方面的基础知识与基础技能。毕业设计是概括性，综合性的实践课程，是工科各专业学生的必经之路，是所有学生离开学校之前最重要的任务。 本毕业设计是从事专业机床设计。包括总体设计，进给系统，床身部件，液压系统，主轴箱和机床夹具部分。 课程来源于无锡市惠发特精密机械有限公司。本课题系机动车减震器缸筒加工的专用机床设计，对于摩托车及其这一些激动车的减震器缸筒加工均有一定的参 考价值，在减震器行业技术更新中起相当的作用。 内外的发展概况 回首过去几十年来，机床行业已经能够实现平稳较快发展，得益于该行业在新形势下，把握“抓创新，调结构，促改革”的工作主线，使虽然在此期间显著改善产业格局，广大员工在机床行业和公司的大力支持下，各个方面的共同努力，已取得长足的进步， 2009年，中国的机床产量位居第一，在世界，在国内市场占有率国内机床工具的 80以上，但应该可以看到机床行业，我们只能将其视为一个“发展中的国 家”在中国的机床工具产品结构，价格实惠的产品仍然占了很大的比例 ;国家重点发展领域的一些必要的高端产品仍然需要依赖进口，我们的机床出口，仍然依靠大量的低价值，低成本的仿制产品，以支持，但总是有进口进出口逆差。尽管多年的努力，中国的机床工具企业，有已经被一些国际影响力的群体，一些世界先进水平和机床出口的国际竞争力已经开始，但整个行业的整体，自主创新能力，基础制造，低水平的同质化现象严重，低水平重复建设，难以解决的问题仍然存在自主创新产品推广应用，产品的质量和服务水平还有待提高，所以贯彻落实科学发展观，转变经济增 长方式，大力调整的工业结构和产品结构，并力求在未来的一个重大突破，这将是中国机床工具行业的共同努力我们的方向和目标，组合机床的发展有 28年的历史，它的研究和生产是相当的基础上，应用程序也已经渗透到许多行业。机械制造行业目前的产品更新，技术创新，提高生产效率和高速发展的必备设备。如何加快，高效率，高品质的加工是一个指导性意义的课题。外国如英国研究公司哈曼机械研究项目中的类，具有无可争议的领导者，在其技术已经非常完善。在我们的研究在这个项目上，他们仍然有较大的距离 。 课题应达到的要求 此次毕业设计任务 要求机床功能得到进一步的完善，能够提高零件的加工精度和加工效率，能够降低加工成本。该零件属摩托车减震器用，其材料为铸铝，要求单班制生产，年产量 5 万件。机床结构表达清晰合理，说明书工整并有理论依据。进给系统应采用一般简易数控专用机床的滚珠丝杆付及滚动导轨的传动方案，并选用步进电机。绘制进给系统总图一份。绘制夹具总图一份，所设计之夹具必须根据工件尺寸大小有一定的调节范围。无锡太湖学院学士学位论文 2 编写说明书，要求包括必要的计算并且文字简洁通顺，表达清晰，字数一万字左右。专业英文资料翻译一万字左右。此次毕业设计从十一月十二日开始至五月二十 五日结束。 减震器铝合金缸筒双面扩绞专用机床进给系统和夹具设计 3 2 对总体设计的理解 床的主要用途 双工位扩绞专用机床是用于减震器生产线上铝筒加工的专用设备。双工位钻床的使用可以稳定高效地保证铝筒加工的精度，得到优良的加工质量，并可大幅度的降低加工成本，企业增效显著。 双工位扩绞专用机床是一种简易的数控专用机 床，受制造成本的制约，为了节约成本结构要求简单，制造维修方便。 床的主要部件 本机床主要由床身、主轴箱、夹具、进给系统和液压系统等部件组成。 体设计工艺方案的制定 机械加工工艺规程是规定产品或零部件机械加工工艺过程和操作方法的工艺文件。生产规模的大小，工艺水平的高低以及解决各种工艺问题的方法和手段都要通过机械加工工艺规程来体现。因此，机械加工工艺规程设计是一项重要而又严肃的工作。为能具体确切地说明工艺过程，一般将机械加工工艺过程分为工序、安装、工位、工步和走刀。 这是设计专用机床最重要的 一步。工艺方案制定得正确与否，将决定机床能否达到“体积小，重量轻，结构简单，使用方便，效率高，质量好”的要求。我们想让工艺方案采用的正确，必定先认真的分析加工零件的图纸，走进厂房详细的知道产品的结构突出点，加工地方，精度要求技术要求，粗糙度，定位夹紧方式采用的工艺和生产过程所采用的刀类，辅具，切屑用量情况及产生率要求高，分析其优缺点，总结设计，制造，使用单位和操作者的丰富的实践经验，以求理论紧密联系生产实际，从而确定零件在组合机床上完成的工艺（工序）内容及方法，决定刀具种类，结构型式，数量及切屑用量等。 根 据选定的工艺方案确定机床的配置型式，并定出影响机床总体布局和技术性能的主要部件的结构方案。既要考虑能实现工艺方案，以确保零件的加工精度，技术要求及生产率；又要考虑机床的操作方便可靠，易于维修，且冷却，排屑情况良好。 以上两个步骤是十分重要的。对于同一个零件的加工，可能会有各种不同的工艺方案和机床配置方案，在最后决定采取哪种方案时，决不能草率，要全面地看问题，综合分析各方面的情况，进行多种方案对比，从中选择最佳方案 2。 序 被加工零件为一棒铝合金 代号 1104Z 铸造方法 : 金属型 热处理 : 淬火 +人工时效 力学性能 : 抗拉强度 145:/ 伸长率 (%)5 : 2 无锡太湖学院学士学位论文 4 布氏硬度 :)30/250/5(50 铸造铝合金应具有良好的铸造性能，其成分应接近共晶点。此外，为了提高其力学性能，常常采用变质处理和固溶热处理。 双孔加工，左端 面粗糙度 米 ” 右端阶梯孔 最大 小 28，表面粗糙度 米 其他技术要求见孔位图，要求生产纲领为年产 量 5 万件，单班制生产。 机械加工工艺过程的工序是指：一个（或一组）工人在一个工作地点对一个（或同时对几个）工件连续完成的那一部分加工过程。 图 震器零件图 其加工内容是 : 对左右两端钻孔 加工深孔 去毛刺 这些加工内容安排在 3 个工序中完成，如下表所示。 表 2合金缸筒工序安排方案 工 序 号 工 序 内 容 设 备 1 对左右两端钻孔 专业钻床 2 加工深孔 专业钻床 3 手工去毛刺 装 在同一个工序中，工件每定位和夹紧一次所完成的那部分加工称为一个安装。此次全部工序的完成需要两次定位和夹紧。如下表所示。 减震器铝合金缸筒双面扩绞专用机床进给系统和夹具设计 5 表 2合金缸筒的工序和安装 工序号 安 装 号 安 装 内 容 设 备 1 1 左右两端钻孔 专业钻床 2 2 加工深孔 专业钻床 订加工工艺路线 根据厂方要求，该零件有两种 加工方案，一是先加工深孔再加工双端面孔，二是先加工双端面孔再加工深孔。 金属切屑机床又称工作母机，是机械制造业的基础装备。随着社会需求和科学技术的发展，对机床设计技术要求越来越高。一方面为了适应社会需求的变化，出现了柔性制造系统（ 先进的自动化制造系统，除了传统的机床设计要求之外，还要求机床增加柔性，并能与系统有机结合。另一方面数控技术和 术的发展，为机床设计提供了新的条件和支撑。因此机床的设计方法和设计技术也在发生着深刻变化。 种加工路线的比较 A 先加工深孔再加工两端 面孔路线 根据加工深孔时工件旋转而刀具不转的原理，此方案在先加工深孔时需要一个导航设备，以确保刀具能够精准地校准工件中心。在工件夹紧方面，工件左面可考虑选用三爪卡盘夹具，这样可以带动工件高速旋转。由于深孔加工的特殊要求，工件若只夹紧一侧，会由于震动而导致误差偏大，达不到工件的精度要求。故而需要设计一辅助夹具，用来夹紧工件的另一侧，以确保工件能够达到厂方要求。但由于工件需要高速旋转，此辅助夹具也必须能够高速旋转。这一特殊要求将给此辅助夹具的设计带来相当大的困难，暂考虑以同样的三爪卡盘来夹紧工件的另一侧。由于深 孔加工对刀具的特殊要求，刀具在加工时需要一个导航设备，以避免刀具在加工时产生较大的偏移。经这样考虑，辅助夹具和导航设备的安装又将是另一难题。若将此两个设备以前后顺序安装于同一板垫上，则或多或少会影响加工精度。 现在来考虑加工两端面孔。我们要求两端面孔要同时加工 ,这样不仅可以提高工作效率 ,对两端孔的中心线的合一也能够很好的解决 ,避免了先后加工两端面孔时由于拆卸工件所带来的认为误差。由于这一要求 ,所以对夹具的设计要进行一番考虑。现设计夹具为臂杆式 ,左右各一个 ,如“ T”型状 ,利用液压缸夹紧 ,简图如下。 无锡太湖学院学士学位论文 6 图 具简图 综上所述 ,方案一需消耗人力 ,才力和资源比较大 ,成本高 ,方案实行比较困难 . B 先加工两端面孔再加工深孔路线 两端面孔的加工要求同步进行 ,并在同时间内完成加工任务 ,在刀具设计方面同上一方案。 现在来考虑加工深孔。深孔加工要求工件高速旋转，上一方案考虑用三爪卡盘夹紧两端面里带动工件完成高速运转。此方案在实际亦不可行，现由于工件两端面孔已经加工完成，故可考虑用顶针顶住工件左端面孔，依靠机床结构对工件向左的紧压力所产生的摩擦力带动工件高速运转。根据工件右端面孔的特征，可以设计一个刀具导向套，利于机床部件 运动给工件一个向左的压紧力，此刀具导向套简图如下所示。 图 具导向套简图 这样便可以成功地解决工件高速运转所带来的夹具设计困难问题。此方案不仅方便可行，而且成本低，运用合理，完全能够满足加工要求 3。 具与夹具的比较 刀具 两种方案对刀具的要求是统一的，故不论是哪种方案，其刀具的设计是完全一样的，勿需比较。 夹具 方案一所需要的夹具，在加工两端面时与方案二是一样的，但在加工深孔时，夹具的减震器铝合金缸筒双面扩绞专用机床进给系统和夹具设计 7 设计比较困难，成本较高，较难实现。 方案二所需的夹具在加工深孔时比较容易，设计简单，成本 低，可以顺利达到工件的加工要求。 序的集中与分散 同一工件，同样的加工内容可以安排两种不同的形式的工艺规程：一种是工序集中，另一种是工序分散。 集中工序有帮助保护各加工面间的相关地位精确度要求，有效于使用高效率机床，节约装配工件的长度，减弱工件的搬动来回。分散工序可让每个工序采取的设备和夹具比较容易，对刀也比较简单，对操作工人的层次要求比较少。 采用高效自动化机床 ,以工序集中的形式组织生产 ,除了具有上述工序集中的优点以外 ,生产适应强 ,因而虽然设备价格昂贵 ,但仍然受到愈来愈多的重视 . 综上所 述 ,此次加工采用的是工序集中的工艺规程 . 定加工工艺路线 根据上述内容 ,对各种方案的比较 ,选用先加工两端面孔再加工深孔这一方案比较合理 ,也比较科学 ,这一方案不仅降低了生产成本 ,提高了生产效率 ,同时也容易完成加工任务 钻 两 端 面 孔 钻 深 孔 图 2工工艺路线简图 无锡太湖学院学士学位论文 8 3 进给系统设计 定传动方式 机械部件中我们经常用的是螺旋传动、齿冷传动 、同步带、和各种非线性传动部件等。它的功能主要的是传输转矩和转速，实际上说就是一种转矩和转速变化器。目的是使执行机构和负载之间获得最佳匹配方面的转矩和转速。机械传动部分的传动类型、传输模式、刚度和传输可靠性的机电一体化系统的准确性、稳定性和快速响应有显著的影响 , 应设计和选择传动间隙小、精度高、体积小、重量轻、运行平稳、传递转矩大的传动部件。 丝杠螺母机构又称螺旋传动机构。它主要用于将旋转运动转换成线性运动或直线运动转换成旋转运动。螺杆螺母机构滑动摩擦和滚动摩擦的点。滑动丝杠螺母机构，结构简单，易于加工，制 造成本低，具有自锁功能。但摩擦阻力，传动效率低。滚动丝杠螺母机构虽然结构复杂，制造成本高，但其最大的优点是摩擦阻力小，传动效率高，因此在机电一体化系统中得到广泛应用。 在本设计中工作台行程的直线运动导轨，主体，以传递运动，需要更高的传输精度和紧凑的，所以使用的进给丝杠螺母驱动机构。 轴器的选用 联轴器主要用来联接不同部件之间的两根轴，使其一同回转并传递转矩。可分为两大类弹性联轴器刚性联轴器和联轴器。挠性接头，根据划分是否弹性元件的非弹性和弹性元件弹性联轴器的弹性联轴器元件 。 弹性套柱销联轴器加工简 单，装拆方便，成本较低，可以补偿综合位移，具有一定的缓冲和吸震能力，适用于正反转或启动频繁的传递中。 此次设计中选用弹性套柱销联轴器。它属于非金属弹性元件挠性联轴器。其构造与凸缘联轴器相似，只是用装有弹性套的柱销代替了联接螺栓。弹性套的变形可以补偿两轴的径向位移和角位移。 轨形式的确定（选用和载荷计算 ） 用 机电一体化系统对导轨的基本要求是导向精度高、刚性好、运动轻便平稳、耐磨性好、温度变化小以及结构工艺性好等。 按接触面的摩擦性质可分为： A. 滑动导轨副： 滑动导轨机构 简单，阻尼系数大，刚度大；但易产生低速爬行现象，易磨损。滑动导轨是金属对金属型式，目前在数控机床上很少采用。摩擦系数较大，而且变化范围也大，对于精度高的工件加工心有余而力不足。承载能力中等。接触刚度高。滑动导轨一般仅用于普通精度的机床。数控机床已不采用。 B. 滚动导轨副： 减震器铝合金缸筒双面扩绞专用机床进给系统和夹具设计 9 直线滚动导轨由导轨和滑块两部分组成。导轨通常为两根，装在支撑件上，每根导轨上有 2 个滑块，固定在移动件导轨体上。 直线滚动导轨副的工作原理就是滑块中装有四组滚珠，在导轨条的滑块的断点，就经合成树脂制造的端面挡板和滑块中的 回珠孔回到另一端，经另一端端面挡板再进入循环。四组滚珠各有自己的回株孔，分别处于滑块的四角。四组滚珠和滚道相当于四个直线运动角接触滚珠轴承。接触角为 45 度时，四个方向具有相同的承载能力。 C. 液体静压导轨： 无磨损，无静摩擦，无低速爬行现象，阻尼系数大；但设计、制造、使用较复杂。 D. 气浮导轨： 无磨损，无静摩擦，无低速爬行现象，无需回行管道，不产生污染；但刚度小，阻尼系数很小，容易引起振荡。 此次设计中选用滚动导轨副。 荷计算 垂直载荷为 200N，取 计算导轨的静安全系数 0.4代入式 0 ，计算出为导轨的基本静额定载荷； 工作载荷： 3 64 2)6 08 41 20 0( ( 4 5 6 83 6 4 24 根据计算结果查有关资料初选导轨： 依据速度 v=m/选定导轨的基本动额定载荷验算导轨的工作寿命 0 015 60 8/16 72 8601050)/(3333）（(珠丝杆的机械特性的设计计算 滚珠丝杠 被认为是如今所有 机床 进给的主要传动 装置 ，以其长 使用 、高 强度 、高 效果 、高 灵活度 、无 间隔 等 明显优点 而得以 宽泛使用 ，成为各 种 机床 的 关键配合部分 ，并已实现了 好通用，标准好 。 数控机床，以满足进给速度高，定位精度高，稳定性高，响应速度快的要求，必须选择滚珠丝杆，并进行必要的验算。 无锡太湖学院学士学位论文 10 表 3 珠丝杠的计算列表 说明 备注 1轴 向载 荷寿 命 在轴向载荷 较高速运转 610 转。其 90%的滚珠丝杆副不产生疲劳剥落，此时的 为 见尺寸规格表 滚珠丝杆副在静止或者转速较低状态下，承受最大接触应力的滚珠和滚珠接触面的塑性变形量之和为钢珠直径的十万分之一的轴向载荷 1 3 回转寿命 L 7 0 0 93 6 210 63 式中 L回转寿命 额定动载荷 6728轴向载荷 284载荷系数 2.10 式中 年 回转寿命 N转速 =r/ 按预 期工作时 间确定预 期额定动 载荷 )(10 03 式中 预期工作时间， H 普通机械 10005000500010000 20000精密机床 20000测试机床 15000航空机床 1000减震器铝合金缸筒双面扩绞专用机床进给系统和夹具设计 11 续表 3说明 备注 期工 作时间 确定预 期额定 动载荷 精度系数 精度 0.1 0 0.8 可靠性系数，一般 1载荷系数 无冲击平稳 轻微冲击 拌有冲击，震动 2当量转速 ,r/m i nm a x 当量载荷 ,N, 87 632 m i nm a x 6253 式中 当量载荷 ,N 当轴向载荷不能确定时取 108 F 过大，影响寿命及摩擦力矩增大；过小，会出现轴向间隙，影响定位精度 预紧 珠丝杆轴在制造时，可提出目标行程的行程补偿 C， 式中 3t 温度变化值，一般取 32 滚珠丝杆副的有效行程， a丝杆膨胀系数为 C 无锡太湖学院学士学位论文 12 续 表 3说明 备注 2 滚珠丝杆副安装时丝杆的拉伸力 222 式中 t 滚珠丝杆的温升，一般取 3 2d 滚珠丝杆螺纹底径， E弹性模量， 25 /101.2 全长总修正量 , 丝杆在两支撑轴间距离， 4滚珠丝杆副的极限转速和允许转速 限转速(3510260 2222 式中 k 安全系数，一般去 0.8 安装间距 35丝杆横截面积 611d 滚珠丝杆螺纹底径 丝杆最小截面惯性矩 29728弹性模量 材料密度 f 、 表示与支撑形式有关的系数 固定 自由 4.3f 支持 支持 7.9f 固定 支持 f 固定 固定 f 高 速 运转时，避免产生震动现象 减震器铝合金缸筒双面扩绞专用机床进给系统和夹具设计 13 续表 3明 备注 许 转 速( 6 37 0 0 0 0 D滚珠丝杆的公称直径，32珠丝杆副的选用 综合上述所选主要技术参数，根据滚珠丝杠产品样本，即可确定所选滚珠丝杠副型号规格 3207图 3珠丝杠 珠丝杆的验算 (1) 刚度验算 滚珠丝杠副在工作载荷 F=7284N 扭矩 同作用下，所引起的螺纹每米导程变形总误差 按下式 计算 ： 3m a x 10)15001000( K （ 式中： A丝杠截面积， 41 2G丝杠材料剪切弹性模量，对钢 2/82400 无锡太湖学院学士学位论文 14 K安装方式系数 (固定 自由： K=1；固定 固定： K= 验算不等式为： 300V (300一导程变动量 )。 (2) 效率验算 %90)( %100 式中： 丝杠螺纹螺旋升角； =摩擦角。 如上述验算不满足要求，需另选其它型号，重复以上步骤，直至满足要求为止。 丝杠受工作负载引起的导程变化量很小，可忽略不计。就不 在具体计算总长变形量、滚道接触变形量、轴承轴向变形量了 10。 进电机的选用 A 步进电机的分类及优缺点 步进电机的运动是由输入的电脉冲信号控制的，每当电机绕组接收一个脉冲，转子就转过一个相应的角度。其角位移量与输入脉冲的个数严格成正比，在时间上与输入脉冲同步。因而，只要控制输入脉冲的数量、频率和电机绕组的相序，即可得到所需转动的速度和方向。 步进电机有反应式、永磁式和混合式三种类型。 步进电机的主要特性指标：步距角、最高启动频率、最高连续工作频率等。 步进电机的主要特性： 1 步进电机必须加驱动才 能运转，动力来源必须是脉冲号码，没有脉冲的时候，步进电机关闭，当加入合理的脉冲信源，就会转动一定角度。转动的速度和脉冲的频率成一定关系； 2 步进电机的步进角度为 ，一圈 360 度，需要 48 个脉冲实现； 3 步进电机含有瞬时启动并且快速停住的好处； 4 为实现改变转动方位可以改变脉冲顺序。步进电机有其独特的优点，归纳起来主要有： 1)步矩值不受各种干扰因素的影响 2)误差不长期积累 3)控制性能好 B 伺服电机的分类及优缺点 直流伺服电动机具有良好的线性调节特性及快速的时间响应。 所以区分步进电机与伺服电机 的依据条件 主要视具体应用情况而定，简单地说要确定：负载的性质（如水平还是垂直负载等），转矩、惯量、精度、加减速等要求，上位控制 条件 （如对端口界面 条件 和通讯方面 条件 的 使用条件 ），主要控制 形式 是 方位 、转矩还是速度方式。供电电源是直流还是交流电源， 或者是 电池供电，电压范围。 以此为依据来确定电机和配用驱动器或控制器的型号。 还可以按照下表区别选择步进系统还是伺服系统（步进电机的负荷及扭矩计算） : 减震器铝合金缸筒双面扩绞专用机床进给系统和夹具设计 15 表 3进电机系统 伺服电机系统 小 扭 矩 范 围 扭 矩（ 20普遍以下）小，中，大，全范围 低转速范围 内（通常在不到2000 高 扭 矩 电 机 小 于1000 高（可达 5000直流伺服电机和 1 至 20000 转 /分钟 控制方式 主要是位置控制 多元化智能控制，位置 /速度/转矩模式 平滑性 低速振动（但与驱动器的子类型可以显着改善） 好，运行平滑 精度 一般较低，细分型驱动时较高 高 矩频特性 高速时，力矩下降快 力矩特性好，特性较硬 过载特性 过载时会失步 可 310 倍过载（短时） 反馈方式 的开环控制，也可以被连接到编码器，以防止失步 闭环方式，编码器反馈 编码器类型 光电旋转编码 器（增量 /绝对） 旋转变压器型 旋转变压器型 一般 快 温升 运行温度高 一般 维护性 基本可以免维护 较好 价格 低 较高 所以考虑到这次设计的要求，为了在不影响工作精度条件下，我选择了步进电机。 表 3步进电机计算列表 说明 备注 5电机选择 5 1 外部载荷所产生的摩擦力锯 )(2 p =9696 式中 轴向载荷 ， =7284N F 切削力， 7224N W 工作台总重量， 1200N N 摩擦系数 动或滚珠） l 导程， 418锡太湖学院学士学位论文 16 续表 3明 备注 紧力产生的摩擦力矩 D 1012 32式中 预紧力， 1618N l 导程， 预紧滚珠杠副的效率（ 承轴承产生的摩擦力矩 查 阅 轴 承样本 速度产生的负荷扭矩 当 电 机 转 速 从 1n 升至 2n 时 : )(1780360 )(2 21 当 电 机 从 静 止 升 至 : ma x 508602 式中 j 加在电机上的惯性矩， 9720 2 电机最高转速， 35 r/ 加速时间， 2s 机总扭矩 2 6 5 3 2 N 通常将 T 限制在电机输出功率的 10%30%左右，尤 其是选用小电机时更要注意 11 给 系 统 的 刚 度)/( 432111111 式中 1K 滚珠丝杠的轴向刚度， 螺母的轴向刚度， 支承轴承的轴向刚度， 动系统的结构设计 母 螺母的工作原理是采用螺母和螺栓之间的摩擦力进行自锁的。但是在动载荷中这种自锁的可靠性就会降低。在一些重要的场合我们就会采取一些防松措施，保证螺母锁紧的可靠性。其中用锁紧螺母就是其中的一种防松措施。 锁紧螺母也有两种，一种是用两个一样的螺母拧在同一支螺栓上，在两个螺母之间附 加一个拧紧力矩，使得螺栓连接可靠。 另一种是专用的防松螺母，需要和一 种可以防松垫片一起使用。专用的防松螺母不是六角螺母，而是一中圆螺母，在螺母的圆周上开有 6 个缺口，这六个缺口既是拧紧工具的着力点，又是防松垫片卡口的卡入处。 13 第二种防松方式比第一种更可靠，但是结构相对复杂。 这次设计我们选用第 2 种方案 灵座 图 灵座 主轴箱上电机只带动主轴旋转，和进给运动无关联，所以我们用到了活灵座，起连接丝杆与进给的桥梁。 活灵座固定丝杆的螺母，一头固定在滑台上，丝杆轴向固 定，旋转时带动螺母和活灵座再带动滑台，实现进给运动。 无锡太湖学院学士学位论文 18 数据显示：长 90 98 112面粗糙度为 轴承座 轴承座顾名思义就是轴承的支撑座 。 轴承座的作用是稳定轴承及其所连接的回转轴，确保轴和轴承内圈平稳回转避免因承载回转引起的轴承扭动或跳动！螺孔是上轴承盖的 。 图 承座 承 滚动轴承的种类、类型及尺寸是 多种多样的。为使机械装置发挥出预期的性能，选择最适宜的轴承是 非常关键的 。 选它 ， 我们分析多个原因，从各种角度评审 选择轴承的 条件 ，并无特殊规格，但一般顺序如下： (1)掌握机械 物件 和轴承的 要求 (2)明确对轴承的 使用环境 (3)选定轴承的类型 (4)选定轴承配置方式 (5)选定轴承尺寸 (6)选定轴承规格 减震器铝合金缸筒双面扩绞专用机床进给系统和夹具设计 19 (7)选定轴承的安装方法 承的使用条件与环境条件 正确把握轴承在机械装置的使用部位及使用条件与环境条件是选择适宜轴承的前提。为之，需要取得以下几个方面的数据和资料： (1)机械装置的功能 与结构 (2)轴承的使用部位 (3)轴承负荷 (大小、方向 ) (4)旋转速度 (5)振动、冲击 (6)轴承温度 (周围温度、温升 ) (7)周围气氛 (腐蚀性，清洁性，润滑性 ) 承配置方式的选择 通常，轴是以两个轴承在径向和轴向进行支撑的，此时，将一侧的轴承称为固定侧轴承，它承受径向和轴向两种负荷，起固定轴与轴承箱之间的相对轴向位移的作用。将另一侧称之为自由侧，仅承受径向负荷，轴向可以相对移动，以此解决因温度变化而产生的轴的伸缩部题和安装轴承的间隔误差。 对于固定侧轴承，需选择可用滚动面在轴向移 动 (如圆柱滚子轴承 )或以装配面移动 (如向心球轴承 )的轴承。在比较短的轴上，固定侧与自由侧无甚别的情况下，使用只单向固定轴向移动的轴承 (如向心推力球轴承 )。 承类型的选定 选择轴承类型时，全面掌握轴承的使用条件是至关重要的。下表列出了主要的分析项目 : 表 3承类型选择应注意问题 分析项目 作用 选择方法 1) 轴 承 的安装空间 能容纳于轴承安装空间内的轴承型 由于设计轴系时注重轴的刚性和强度，因此一般先确定轴径，即轴承内径。但滚动轴承有多种尺寸系列和类型，应从中选择最为合适的轴承类 型。 2)负荷 轴承负荷的大小、方向和性质 轴承的负荷能力用基本额定负荷表示，其数值载于轴承尺寸表 轴承负载的变化，如负载的大小，是否只有径向负荷，轴向负荷是单向的或双向的，所以振动或冲击的程度。在考虑这些因素后，再选择最合适的轴承类型。一般来说，相同内径的轴承的径向负荷能力按下列顺序：深沟球轴承 20 米 /分钟。一般用于这些孔的直径 25 孔的加工，特别是在应用程序中的多个大直径镗 。 择导向参数 导向件的形状，内部结构的刚性工具，精密的加工和特定的情况下，应根据编号。通常钻，扩，铰孔孔或单壁与小悬镗杆镗，扩，铰孔深度是不是一个大洞，选择一个单加工为主。铰孔时，在工件施放时，加强工具导向，通常采取两种加工为主的刚性 ;离开植树节限制长悬伸或扩，铰长孔的位置精度的工件时的内部结构高外，还应考虑一个长单或双导向的外向型加工的布局。镗孔时或大型多系列薄壁工件同轴孔，具体的结构和形状的工件提供双重引导或引导的过程。导向的主要参数包括：管直径和公差，导套长度，导套和工件的端面的距离。必须强调的是，不扩，铰只相当无聊，只能用旋转方向与固定导。实际使用中，扩，铰，也是相当沉闷的旋转引导面向固定的情况下使用。有时，由于结构上的限制，在使用双取向或取向处理，以及固定和旋 转面向混合使用的情况。 还应当指出的是，使用的复合材料模具孔导向的引导，一定要检查到引导部分长度 L（ L D， 以防止的制导或导游长度不足的加工情况开始加工，凉亭。 寸，外伸长度和选择接杆 主轴型式主要取决于进给抗力和主轴 轴尺寸规格应根据选定的切削用量计算出切削扭矩 M，查表初定主轴直径 d，再综合考虑加工精度和具体工作条件，根据表决定主轴外伸部分尺寸及配套的刀具接杆莫氏锥号，攻丝靠模规格代号等 5 件夹紧方案确定 紧方向 无锡太湖学院学士学位论文 30 图 件夹紧示意图 紧部件 图 定 V 型块 对其去毛刺，然后淬火 6 62。 减震器铝合金缸筒双面扩绞专用机床进给系统和夹具设计 31 锐角倒钝；倒角 1 45；然后调制、渗碳。 图 杆 调制 235； 未注倒角 1 45； 发黑。 图 杆 无锡太湖学院学士学位论文 32 图 紧块 压紧块为材料 止出现压痕 图 契 减震器铝合金缸筒双面扩绞专用机床进给系统和夹具设计 33 全部倒角 1 45；发黑。 图 塞压紧块 本次设计中定位误差选用 V 型块，零件以 V 型块定位时工序定位误差 在机械零件的设计和制造中，一般应确定零件的设计基准，进而确定零件各尺寸；在制造中，先根据零件的结构功能特殊处选取加工工艺路线、工序定位基准、余量等，再行加工。工序的定位和及定位误差解析在计算零件设计和机械加工中起着至关重要的作用。加工质量、和生产的成本直接与定位误差的确定有很大关系。通常设计师或工艺师用经验判定定位误 差的大小。 定位误差是指采用调整法加工一批工件时，由于定位不准确而造成某一工序在工序尺寸（通常指加工表面对工序基准的距离尺寸）或位置要求方面的加工误差。 （ 分析工序基准的两个极端情况，然后根据相关公式和公差确定具体变动量。如图 12，两个极端 情况：情况 1，,11 使工序基准尽可能地“高”得加工尺寸；情无锡太湖学院学士学位论文 34 况 2， ,11 使工序基准尽可能的“低”得加工尺寸。且该工序东位误差 1212)( （ 1概念确定的定位误差 2/2)2/s i 12/)22(2(212/2)2/221()( m i nm a （ 更为简单的情况 )(两个极端情况 :情况 1， 使工序基准 A 获得最高点；情况 2， 时 A 获得最低点；两者之差即为该工序的定位误差。 设计夹紧机构一般应遵循以下主要原则： (1) 夹紧必须保证定位准确可靠，而不能破坏定位； (2) 工件和夹具变形必须在允许的范围内； (3) 必须有可靠的夹紧机构。有足够刚度和强度的夹紧机构各种元件，手动夹紧机构必须保证能够自锁，机动夹紧应有联锁保护设备，有足够的夹紧行程； (4)夹紧机构操作必须安全，省力，方便，快捷，根据工人操作实践 ; (5)所述夹持机构的复杂性，程度的自动化和工厂的生产程序必须 气动夹紧装置采用空气作为夹紧装置的动力源。压缩空气具有粘度小，不污染，传送分配方便的优点。缺点是夹紧力比液压夹紧小，一般压缩空气工作压力为 构尺寸较大，有排气噪音。 液压夹紧装置的工作原理和结构基本上与气动夹紧装置相似，它与气 动夹紧装置相比有下列优点 : (1) 压力油工作压力可达 6此液压缸尺寸小，不需增力机构，夹紧装置紧凑； (2) 压力油具有不可压缩性，因此夹紧装置刚度大，工作平稳可靠； (3) 液压夹紧装置噪声小。 其缺点是需要有一套供油装置，成本要相对高一些。因此适用于具有液压传动系统的机床和切削力较大的场合。 减震器铝合金缸筒双面扩绞专用机床进给系统和夹具设计 35 本设计采用的是液压夹紧装置 6。 4. 5 定位元件，夹紧元件的设计 由于定位元件的精度对工件的加工精度影响很大，所以在设计定位元件时，其材料的选择和技术条件应有较高要求，定位元件与工件定位基准面或与夹 具体接触或配合的表面，一般不低于 选 至 造；定位元件工作表面粗糙度一般不应大于 选 米；采用调整法和修配法提高装配精度，以保证支承钉和支承板的等高性以及夹具安装面的平行度或垂直度等要求；定位元件可选用 45、 40优质碳素结构钢或合金钢制造；或选用 碳素工具钢制造，并经淬火处理提高表面硬度及耐磨性；对于尺寸较大或装配时需要做定位销孔的定位元件，如加紧力等负荷较大时可采用 20、 20低碳钢经渗碳并淬火后再磨制。 位元件的 设计 工件以外圆柱面作定位基准时，根据外圆柱面的完整程度、加工要求和安装方式，可以在 V 形块、定位套、半圆套及 圆锥 套中定位。其中最常用的是在 V 形块上定位。 根据工件与 V 形块的接触母线长度，固定式 V 形块可以分为 短 V 形块 和 长 V 形块 ，前者限制工件两个自由度，后者限制工件四个自由度。 V 形块 定位的优 点 是： 对中性好 ， 即能使工件的定位基准轴线对中在 V 形块两斜面的对称平面上， 在 左右方向上的 不会发生偏移，且 安装方便 ；应用范围较广。 不论定位基准是否经过加工，不论是完整的圆柱面还 是 局部圆弧面，都可采用 V 形块定位。 V 形块上两 斜面间的夹角一般选用 60、 90和 120，其中以 90应用最多。其典型结构和尺寸均已标准化，设计时可查国家标准手册。 V 形块的材料一般用 20 钢，火硬度为 60 64 工件以外圆柱表面定位有两种形式，一种是定心定位，另一种是支承定位。 (1) 定心定位 与工件以圆柱孔定心类似，用各种卡头或弹性筒夹代替心轴或柱销，来定位和夹紧工件的外圆。有时也可以采用套筒和锥套来定位