减速器箱体卧式钻孔专用组合机床设计【4张图/15000字】【优秀机械毕业设计论文】

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A0-多轴箱.dwg

A0-尺寸联系图.dwg

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关键词：: 减速器箱体卧式钻孔专用组合机床设计优秀优良机械毕业设计论文

资源描述：

文档包括:
说明书一份。38页，15000字。
工作记录一份。
开题报告一份。
外文翻译一份。
文献综述一份。

图纸共4张，如下所示
A0-多轴箱.dwg
A0-尺寸联系图.dwg
A1-三维视图.dwg
A1-加工工序简图.dwg

摘要
本文的设计题目是减速器箱体卧式钻孔专用组合机床结构设计。设计任务是制定减速器箱体结合件的加工工艺、组合钻孔工序的工装设计、液压控制系统设计、组合机床设计。
在工艺制定过程中，通过生产批量的分析确定减速器箱体结合件的加工方案，并寻求最佳的工艺方案，借此说明了工艺在生产过程中的重要性；在组合钻孔工序的工装设计过程中，结合实例，介绍了对孔的加工精度进行了探讨；在液压控制系统设计过程中，以三面钻孔组合机床为对象，依据液压系统设计的基本原理，拟出合理的液压系统图。通过系统主要参数的计算确定了液压元件的规格；在组合机床设计过程中，结合具体实例和设计经验, 阐述了通用件(如液压滑台，动力箱等)的选取及专用部件（如主轴箱）的设计计算。使得设计的组合机床达到效率最大化。

关键词：组合机床工艺方案钻孔工序液压传动

Abstract
This topic is the design of gear box special combination of horizontal drilling machine structure design The design task is to develop reducer box with pieces of the processing technology, combined drilling process tooling design, hydraulic control system design, machine design portfolio.
In the course of the development process, through the production of bulk analysis reducer box with the processing of the programme and seek the best technology programme, to take this description of the process in the importance of the production process；In the composition of the drilling process tooling design process, with examples, introduced a ixture design methods, especially for precision-processing were discussed；In the hydraulic control system design process, to three drilling machine for the composition of objects, the hydraulic system based on the basic principles of design, to be a reasonable map of the hydraulic system.Through the system of calculating the main parameters determining the specifications of the hydraulic components in the composition of machine design process, with specific examples and design experience, expounded the common parts (such as hydraulic slider, the driving force for me, and so on) select and exclusive parts (such as Multi-axle box) the design and calculation.

Key Words: Machine toll;Process plan;Drilling process;Hydraulic

目录
摘要
Abstract
绪论…………………………………………………………………………………………………1
第一章组合机床简介………………………………………………………………1
1.1组合机床的历史及发展情况 1
1.2本文的主要内容及设计步骤 2
第二章工艺方案的拟定 4
2.1减速器箱体零件的工艺技术分析 4
2.2减速器零件工序图 5
第三章组合机床的总体设计 7
3.1组合机床自动线的组成和分类 7
3.2被加工工件工序简图 7
3.2.1被加工零件工序简图的作用与内容 7
3.2.2 绘制被加工零件图的规定及注意事项： 8
3.3 加工示意图 8
3.3.1 加工示意图的作用和内容： 8
3.3.2选择刀具、导向及有关计算 8
3.4合机床通用部件的选用 9
3.4.1动力滑台的选用 10
3.4.2支撑部件的选用 11
3.4.3动力部件的选用 13
第四章立式多轴箱设计 16
4.1引言 16
4.2主体设计 16
4.2.1多轴箱盖与箱体的选用 16
4.2.2通用主轴类型的选用 16
4.2.3多轴箱原始设计图 16
4.3传动轴、主轴、齿轮的确定 17
4.3.1齿轮模数m的确定 17
4.3.2传动轴的选用 17
4.3.3主轴的选用 18
4.3.4多轴箱传动设计 18
4.3.5齿轮的校核 20
4.3.6键的校核 21
第五章液压系统设计 23
5.1钻削进给液压系统设计 23
5.1.1作F-t与V-t图 23
5.1.2确定液压系统参数 24
5.1.3拟定液压系统图 25
第六章组合机床PLC控制……………………………………………………………………26

总结 31
参考文献 32
致谢 33
附录 34

题目名称（包括主要技术参数）及要求：
题目：减速器箱体卧式钻孔专用组合机床结构设计
内容：针对减速器箱体零件的三个表面的孔设计专用机床，实现不同表面的多孔同时加工。
要求：1.根据所给零件图（减速器箱体）做三维数据建模2.分析零件工艺规程。3.根据零件结构设计专用组合机床，不同工类多轴箱结构。4.提供三维整天布局图。
技术参数：减速器箱体需加工三个平面上共计22个孔（上表面两个同心圆上陈列12个孔，左侧面上成矩形6个孔，右侧面上圆形陈列4个孔）表面粗糙度6.3，位置度±0.5。
论文开题报告（设计方案论证）
应包括以下几方面的内容：
1、本课题研究的意义；2、调研（社会调查）情况总结；3、查阅文献资料情况（列出主要文献清单）；4、拟采取的研究路线；5、进度安排.
（1）课题来源：由指导教师拟订结合我国机械制造及机电设计市场发展状况，进行设计的课题。
（2）课题意义：：组合机床是以系列化、标准化的通用部件为基础，配以少量的专用部件组成的专用机床[1]。它适宜于在大批、大量生产中对一种或几种类似零件的一道或几道工序进行加工。这种机床既有专用机床的结构简单、生产率和自动程度较高的特点，又具有一定的重新调整能力，以适应工件变化的需要。

2.调研（社会调查）情况总结：近年来随着数控技术、电子技术、计算机技术等的发展，组合机床的机械结构和控制系统也发生了巨大变化。组合机床有了以下的发展：1、数控化。数控组合机床的出现，不仅完全改变了过去那种由继电器电路组成的组合机床的控制系统，而目．也使组合机床机械结构乃至通用部件标准发生了或正在发生着巨大的变化。2、模块化。数控加工模块化极大地丰富了组合机床的通用件，它必将引起组合机床通用件发生根本性变化。3、高速化。由于高速加工可大大降低零件表面粗糙度及切削力，大大减小切削温度，提高生产效率，故机床的高速化研究方兴未艾，特别是数控机床的主运动和进给运动速度已达到了惊人高速。如美国生产的加工中心，主轴转速可达15 000—60 000r／min，工作台快进速度高达90—120m／min 。顺应机床高速化的潮流，组合机床的速度也越来越高。例如德国大众汽车厂在加工铝金缸盖燃烧室侧面时，采用PCD铣刀，铣削速度高达3 075m／min，进给速度达3 600mm／min，而采用安装有CBN刀片的新颖镗刀加工灰铸铁时，切削速度达800m／min，进给速度达I 500 mm／min。4、精密化。由于机床实现了数控化，因而机床的加工精度越来越高，使一些过去看来难以达到的加工精度今天也已经实现了。5、全防护化。全封闭是现在机床的一大特点，不论是单机还是机床生产线，均采用全封闭的外罩，电器、液压全部采用空中走线。全封闭防护，不但使机床及其生产线外形美观，而且也提高了安全性、可靠性和维修的便利性。
组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、缩短生产节拍；采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性；以及纳入柔性制造系统等[2]。

3.研究路线：收集材料→阅读相关材料→撰写开题报告→确定总体方案（功能原理设计）→具体结构设计计算→绘制草图→计算机绘图→设计说明书
4.参考文献：
[1] 于骏一，邹青主编.机械制造技术基础[M].北京：机械工业出版社，2004.
[2] Dubois,D.and Prade ,H.(eds).The Handbook of Fuzzy Sets:Fundmentals of Fuzzy sets,Volume T,kluwer Academis Press.Dordrecht,2000.
[3] 冯辛安主编.机械制造装备设计[M].北京：机械工业出版社，2000.
[4] 徐灏主编.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，1991.
[5] Collacott R A.Mechanical Fault Diagnosis and Condition Monitoring[M].London:Chapman and Hall,1977.
[6]《机床设计手册》编写组编.机床设计手册[M].北京：机械工业出版社，1996 .
[7] 赵如福主编.金属机械加工工艺人员手册[M].上海：上海科学技术出版社，1990 .
[8] 大连组合及研究所编.组合机床设计[M].北京：机械工业出版社，1975.
[9] 谢家瀛主编.组合机床设计简明手册[M].北京：机械工业出版社，1999.
[10] 徐晓旸主编.专用机床设备设计[M].重庆：重庆大学出版社，2003.
[11] 李庆余,张佳主编.机械制造装备设计[M].北京：机械工业出版社，2007.
[12] 组合机床编写小组编.组合机床讲义[M].北京：国防工业出版社，1975.
[13] Shigley J E.Theory of Machines and Mechanisms.McGraw-Hill Book Company,1980.
[14] 姜永武,刘薇娜主编.组合机床设计[M].成都：西南交通大学出版社，2004.
[15] 濮良贵主编.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2006.
[16] 刘朝儒,吴志军主编.机械制图[M].北京：高等教育出版社，2006.

减速器箱体卧式钻孔专用组合机床设计

内容简介：: 1 机床基础许多情况下，初步进行成型加工出来的工件必须在尺寸和表面光洁度方面进一步精整，以满足它们的设计技术要求。为了满足精密的公差，需要从工件上去掉小量材料。通常机床就是用于这种加工的设备。在美国，材料切削业是一个很大的企业费用每年超过 36 109 美元，包括材料，劳动力，管理费，机床装运费等所花的费用。由于 60%机械和工业工程以及技术等级评定工作都跟机械加工工业有某些关系，或者通过买卖、设计或者机器车间中操作或在有关工业企业中加工，因此，对于工程专业学生来说，在他的学习计划中集中一段时间去学习研究材料切削和机床，那是个好方法。机床通过切削工具去使工作成型以达到所需的尺寸提供了手段。机床通过其基础构件的功能作用，以控制相互关系方式支持、夹紧工具和工件，现将基本部件列举如下： (a)床身，构架即机架。这是一个主要部件，该部件为主轴、拖板箱等提供一个基础和连接中介，在负载作用下，它必须使变形和振动保持最小。 (b)拖板箱和导轨。机床部件（如拖板箱）的移动，通常是在精确的导轨面约束下靠直线运动来实现。 (c)主轴和轴承。角位移是围绕一个旋转轴线发生的，该轴线的位置必须在机床中极端精确的限度内保持恒定，而且是靠精密的主轴和轴承来提供保证。 (d)动力装置。电动机是为机床所普遍采用的动力装置。通过对各个电机的合适定位，使皮带和齿轮传动装置减少到最少。 (e)传动连杆机构。连杆机构是个通用术语，用来代表机械、液压、气动或电动机构的，这些机构与确定的角位移和线性位移相关联。加工工艺有两个主要组成部分： (a)粗加工工艺。粗加工，金属切除率高，因而往往切削力也大，但所要求的尺寸精度低。 (b)精加工工艺。精加工，金属切除率低，因而往往切削力也小，但所要求的尺寸精度和表面光洁度高。由此可见，静载荷和动载荷，例如由不平衡的砂轮引起的动载荷，在精加工中比粗加工中有着更为重要的意义。任何加工过程所获得的精度通常将受到由于力的作用引起发生的变形量的影响。机床座架一般是用铸铁制造的，然而有些也可能用铸钢或中碳钢来制造。选用铸铁是因为它便宜，刚性好，受压强度高，并且有减弱机床操作中产生的振动的能力。为了避免床身铸件硕大断面，精心地设计筋条构架以便提供最大的抗弯曲和抗扭转应力的能力。筋条的两种基本类型是：箱型结构和片状斜支撑式。箱型结构便于生产，箱壁上有孔口便于使型芯定位和取出。片状斜支撑筋条有较大的抗扭刚度亦能使截面上的碎屑掉落。它常常用于车床床身。机床的拖板箱和导轨是支撑和引导彼此相对运动的零部件，通常是改变刀具相对于工件的位置。运动一般以直线运动的方式，但也有时是转动，例如对应于工件的螺纹上的螺旋角方向而使万能螺纹磨床上的砂轮头转动一个角度。拖板箱构件的基本的几何结构形状是平的、 V 型槽形、燕尾槽形和圆柱形的。这些构件可根据用途，以各种方法分别使用或结合使用。导轨的特性如下： 2 (a)运动精确。于此拖板是要按直线移动的，这直线必定是由两个相互垂直的平面形成而且拖板必定不存在转动。机床导轨的直线度公差是每米 0 米，在水平面上这个公差可以进行处理，以使得凸形表面，这样就抵消导轨下凹的作用。 (b)调整手段。为了便于装配、维护精度和在发生磨损后便于限制移动构件之间的“窜动”，有时在拖板内装入扁条，这扁条被叫做“锒条”。通常该锒条用穿过长孔的沉头螺钉支住，而用平头螺钉调整好后用锁紧螺母上紧。 (c)润滑。导轨可用以下两种装置进行润滑： 1) 间歇润滑，通过润滑脂嘴或油嘴进行。这是一种适于运动速度低而不频繁场合的方法。 2) 连续润滑，例如通过计量阀和管道将润滑油泵送到润滑点。用这种方法引入两表面间的油膜必定是很薄的，目的是避免使拖板“浮起”。如果滑移表面似镜面平滑，油就会被挤出而导致表面粘贴。因而在实践上，拖板滑移表面是用凹面砂轮的刃进行磨削或进行刮研。两种工艺都可产生微小的表面凹痕，它就成为存油凹陷，相配合的零件就不会处处因“浮起”而发生分离，这样使拖板确定保持接触导轨。 (d) 防护。为了维护导轨处于良好状态，以下条件必须满足： 1) 必须防止外面物质，如碎屑进入。具有某一形状的导轨那是所期望的。在这种场合，是不可能进入杂物的，例如是倒 V 形的导轨时，那就不可能保存碎屑杂物在导轨上。 2) 必须保存润滑油。在垂直或倾斜的导轨面上使用的油要有粘性，那很重要。为了这种使用目的已经专门研制出多种有用的润滑油。油的粘性也要保护，以免被切削液冲毁。 3) 必须用防护罩来防止意外的损坏。一台机床实现三个主要功能： 1) 牢固的支持工件或者刀架和刀具； 2) 在工件和刀具之间提供相对运动； 3) 提供一定的走刀和切削速度范围。以去除切屑形式来加工金属的机床一般分为四大类：使用单点刀具切削的机床；使用多点刀具切削的机床；使用随机点刀具切削的机床（磨削）和考虑用于特殊场合的机床。本质上，使用单点刀具切削的机床包括： 1) 普通车床； 2) 塔式车床； 3) 仿形车床； 4)单轴自动车床； 5) 多轴自动车床； 6) 牛头刨和龙门刨床； 7)镗床。使用多点刀具切削的机床包括： 1) 钻床； 2) 铣床； 3) 拉床； 4) 锯床； 5)齿轮切割机床。使用随机点刀具切削的机床包括： 1) 外圆磨床； 2)无心磨床； 3)平面磨床。用特殊的方法进行金属切削的机床包括： 1) 化学蚀刻铣削机床； 2) 电火花加工机床； 3) 超声波加工机床。车床是借助于转动的工件对着刀具来切去金属材料，以产生外圆柱面或内圆柱面或锥形表面的。它借助端面切削也普遍用于加工平面。在端面切削加工中，工件旋转，而刀具作垂直于回转轴线方向移动。普通车床是基本的旋削机床，从这点出发，已经研制出其他旋削机床。驱动电机装在床身基础上并通过齿轮、皮带相结合来驱动主轴，以提供每分钟 25到 1500转的转速。主轴是一根坚固的空心轴，装在重型轴承之间，其前端用来安装驱动盘（花盘），以便把确定的运动传到工作。该驱动盘可借助螺纹、凸轮锁紧机构或借助一个螺纹垫圈和键固定在主轴上。车床的床身是铸铁件。它提供精确的磨削的滑动表面（导轨），其上放有拖板。该车床拖板是 H 型的铸件，而刀具就安装在拖板上的刀架上。溜板箱装在拖板前面，并装有移动刀具的齿轮机构，而拖板顺着导轨或横过导轨以提供所希望的刀具的运动。拖板上面的小刀架能使刀夹回转所要求的任意角度。为使刀具作线性 3 运动，在小刀架上装有手轮和丝杆。以手轮和使小刀架垂直于车床导轨移动的丝杆来提供横向进给。溜板箱中的齿轮系可为拖板沿着导轨和横跨导轨提供动力进给。进给箱齿轮将运动传给拖板并控制刀具相对于工件的运动速度。典型的车床进给范围是主轴每转从寸，大约有 50 级转速。由于进给箱的移动运动是由主轴齿轮驱动的，因此进给量直接与主轴速度有关。进给箱齿轮传动机构也用于加工螺纹并能加工每英寸 4 到 224 扣螺纹。进给箱和车床溜板箱之间的连结轴是光杆和丝杆。许多车床制造商把这两杆结合为一杆，实际上那就以精确的开支减少机器的费用。进给杆（光杆）用于提供刀具的运动，它对于精确的工件和好的表面光洁度是很重要的。螺纹导杆（丝杆）用于提供精确的（螺纹）导程，这对于螺纹切削是必需的。光杆是通过摩擦离合器来驱动的，那样在刀具切削超载情况下能够打滑保护。这一安全装置不能装在丝杆上，因为螺纹加工是不允许打滑的。由于螺纹全深很难一次走刀加工完成，因此装设一螺纹指示盘作为下几次走刀加工时重新对刀用。车床装有尾座，它具有一精确的轴，该轴有一锥孔，以便安装钻头、钻夹、铰刀和车床顶针。尾座可以沿着车床导轨移动以适应工件的不同长度以及加工锥体或锥形表面。转塔车床基本上是具有某种附加特性的普通车床，提供作为半自动加工和减少人工操作误差的机会。转塔车床的拖板设有 T 形槽以便在车床导轨两端安装夹刀装置，当转塔转入到合适位置时，要正确地装设刀具以便进行切削。拖板也装设有自动停机装置以便控制刀具行程和提供良好的切削的再生产。转塔车床的尾座是六角形结构，在六角头中可以装六把刀具。虽然装刀和加工准备要花大量时间，但转塔车床一次装刀以后无需熟练工人就可以连续地重复地操作加工，直到刀具变钝并需更换为止。这样转塔车床仅就生产工作在经济上是可行的、合理的，于此，根据所制造零件的数量，为加工准备需要花一定数量的时间是合理的，无可非议的。跟踪、重复加工车床装有一个重复装置以自动控制单点刀具纵向和横向的进给运动并可以一次或两次走刀就生产出所需形状和尺寸的光洁零件。单轴自动车床使用一个立式转塔和两个横向溜板。工件通过机床主轴孔被送入卡盘，而刀具是靠凸轮来自动操作控制。多轴自动车床装有四、五、六或八根主轴，在每根主轴中装一个工件。各主轴围绕着一根中心轴来转换位置。以主刀具溜板去接近各主轴。每根主轴位上都装有一侧向可以独立操作的刀具滑板。由于各刀具滑板都是靠凸轮操作的，因此加工准备可能花几天时间，因而至少需要 5000 件的批量生产，它的使用才是合理的。这种机床的主要优点就是所有的刀具同时工作，因而一个工人可以看管几部机床。对于相对简单的零件而言，多轴自动车床可以以每五秒一件的速度生产加工出成品来。牛头刨床使用装在滑枕一端的刀夹上的单点刀具。切削加工通常是以向前的行程来进行。刀具被抬刀架稍稍抬举，以避免（刀具）划过工件表面的严重拖刮。在返回行程中，刀具下面进给机构使工件进给为下一次切削作准备。立式箱形床身装有牛头刨的操作机构，亦用作安装支持工件的工作台。工作台可在与滑枕互相垂直的两个方向上移动。利用刀具滑块来控制切割深度并进行手动进给。它也可以在其法向垂直位置的各侧回转 90 度角，那样就允许相对于工作台表面成一个角度，再使刀具进给。牛头刨床有两种类型的驱动机构：修正过的惠式快回机构和液压驱动机构。对 4 于惠式机构，电动机驱动大齿轮，大齿轮驱动曲臂，通过可调节的曲柄销来控制行程长度。当大齿轮旋转时，摇杆臂受力而往复运动并把运动传递给牛头刨滑枕。在液压牛头刨中的电动机，仅仅是用来驱动液压泵。牛头刨的残余运动是靠液压油的流向来控制。为机械所驱动的牛头刨的切削行程只利用了大齿轮旋转的220 度。而返回行程利用了 140 度。这就构成切削行程与返回行程之速比为。速度图表明：切削行程中刀具的速度决不是恒定的，而液压牛头刨的速度图表明：对于大多数切削行程，切削速度是恒定的。液压牛头刨增加了一个优点，即切削速度可无级变速。这类机床的主要缺点是在滑枕冲程的终端缺乏确定的限制。那就可能允许有千分之几英寸的行程长度误差。使得由薄板型模板来再制轮廓成为可能的双套装置是有效的。薄板模用来跟液压控制相配合。各种规格和类型的立式钻床或手摇钻床是很有用的，并配以有足够宽范围的主轴速级，且能自动进给以满足大多数工业的需要。典型钻床的速级范围是从每分钟 76 转到每分钟 2025 转。钻头进给速度为：主轴每转从寸到每转摇臂钻床是用来钻削那种很笨重以至于不便搬动的工件。具有速度调节和进给调节机构的主轴被装在摇臂上。通过将转臂绕立柱的转动同主轴组件沿摇臂的移动相结合，可使主轴和钻头对准机床可达范围内的任何位置上。对于太大而不便于放在钻床工作台上的工件，可把主轴组件摆到地面上方并摆到放在机床旁边地上的工件上方。普通摇臂钻床只能使主轴垂直运动，而万能摇臂钻床允许主轴围绕垂直于摇臂的轴线旋转，而摇臂可绕着水平轴线旋转，这样就可以在任何角度方位下钻削。多轴钻床具有一个或多个通过万向接头和可伸缩的花键轴来驱动主轴的装置。所有的主轴通常都由同一部电动机驱动并同时进给以便钻削出所要求的孔数。在大多数钻床中，每根主轴都被装夹在一可调节盘中，以便它能相对于其他主轴而移动。相邻主轴所对准的区域部分交叠以便使钻床可在其范围内任何位置钻孔。铣削工艺是以旋转的刀具来切去金属。它包括从工件表面上切去金属，扩大孔眼和成形切削，例如螺纹加工和轮齿加工。升降台式的铣床内，立柱是为其他零件的主要支乘构件，并包括装有驱动电机、主轴和刀具的基础件。刀具装于主轴的刀杆上，并且通过悬臂内的轴承而被支承在其外端。升降台用燕尾槽装在立柱上，鞍座用燕尾槽固紧到升降台上，而工作台则被连接座架上。这样，该升降台的建立使立柱式钻床能提供相对于刀具的三个运动。借助使工作台绕着鞍座上的垂直轴线旋转，就可以提供四个运动。床身固定的铣床设计的具有比升降台和立柱式的更好的刚性。这工作台被直接安装在机床基础板上，为了吸收重大切削力，工作台具有良好的刚性，那是必要的，而且仅允许相对工作台作纵向运动。垂直运动靠移动整个刀头获得。仿型铣床的特点是刀具和跟踪元件的轨迹运动的协调或同步。在典型仿型铣床中，跟踪指针跟随模型的形状轮廓，而刀头重复着仿型运动。 5 n in to of of is In is a in 36 109 is 0 of or of or in it is an to in to A to a to in a of as (a)is a a be to a (b)of a is by of (c)an of of be in is by of (d)is to a (e)is to or in of (a)is (b)is It as an in in of in be by of as a of in be or is of 6 in in of to to of is to in of to it is of a to of to of in a is of a to an of of be or in to of as (a)a is to be in a in be no of 000mm;on be so a of (b)a is in is a is by is by by (c)be by of 1)or a 2)by a to of of by be to If be in in of a or of of at of is (d)in be 1)of be is no it is to a of 2)be of on or is of it by 7 3)be by A )it or 2)it 3)it a of to in of in )2) 3)4)5) 6)7)2)3)4)5)2)3)2)3)by a to or or is of by in is is to of is is in a of 5 500 is a a to to be to by by a or by a is on is a on is in a of or to A of a to in to to at to a of in 0 in is to is in 24 in a of at of is 8 is to is a in is is in of is in a is to is an a be to of as as to a be to to or is an to to of is a on of is of of is of in be a of is in up to a of is of to is in of of to be a to of a of in or of a as as is by is or in a to is a of by of a of at 000 is to of is at A a in a on of is on is by to is in of as a 9 be in to is to of is be 0 On of at an to of of a a a an to of is to to on a is to of by of of of 20 of of 40 a to .6 of is a of is an of of of is of a at of a of an in 单面多轴钻孔组合机床动力滑台液压系统一、设计要求及工况分析 1设计要求要求设计的动力滑台实现的工作循环是：快进工进快退停止。主要性能参数与性能要求如下：切削阻力 0000N；运动部件所受重力 G=10000N；快进、快退速度 1= 3=s，工进速度 2=10s；快进行程 50进行程 0复运动的加速时间 t=力滑台采用平导轨，静摩擦系数 s=摩擦系数 d=压系统执行元件选为液压缸。 2负载与运动分析 (1) 工作负载工作负载即为切削阻力 000N。 (2) 摩擦负载摩擦负载即为导轨的摩擦阻力：静摩擦阻力动摩擦阻力 (3) 惯性负载 (4) 运动时间快进工进快退设液压缸的机械效率出液压缸在各工作阶段的负载和推力，如表 1 所列。表 1液压缸各阶段的负载和推力工况负载组成液压缸负载 F/N 液压缸推力 G F N 1000 10000 1 . 0 d G F N 2 . 0 07 . 0 8 . 9 10000 i t g G F s 2 1 s 07 . 0 10 150 3 1 1 1 L t s 1 . 36 s 10 83 . 0 10 30 3 3 2 2 2 L t s 6 . 2 s 07 . 0 10 ) 30 150 ( 3 3 2 1 3 L L t 启动加速快进工进反向启动加速快退 2000 000 31000 2000 000 据液压缸在上述各阶段内的负载和运动时间，即可绘制出负载循环图速度循环图图 1 所示。二、确定液压系统主要参数 1初选液压缸工作压力所设计的动力滑台在工进时负载最大，在其它工况负载都不太高，参考表 2 和表 3，初选液压缸的工作压力 2计算液压缸主要尺寸鉴于动力滑台快进和快退速度相等，这里的液压缸可选用单活塞杆式差动液压缸（快进时液压缸差动连接。工进时为防止孔钻通时负载突然消失发生前冲现象，液压缸的回油腔应有背压，参考表 4 选此背压为表 2 按负载选择工作压力负载 / 0 工作压力 / 34 45 5 表 3 各种机械常用的系统工作压力机械类型机床农业机械小型工程机械建筑机械液压凿岩机液压机大中型挖掘机重型机械起重运输机械磨床组合机床龙门刨床拉床工作压力 / 35 28 810 1018 2032 表 4 执行元件背压力系统类型背压力 / 1 简单系统或轻载节流调速系统油路带调速阀的系统油路设置有背压阀的系统补油泵的闭式回路油路较复杂的工程机械回油路较短且直接回油可忽略不计表 5 按工作压力选取 d/D 工作压力 / 7.0 d/D 6 按速比要求确定 d/D 2/ 1 d/D ： 1 无杆腔进油时活塞运动速度； 2 有杆腔进油时活塞运动速度。由式得则活塞直径参考表 5 及表 6，得 d 77整后取标准数值得 D=110 d=80 由此求得液压缸两腔的实际有效面积为 242221 24222222 (4)(4 根据计算出的液压缸的尺寸，可估算出液压缸在工作循环中各阶段的压力、流量和功率，如表 7 所列，由此绘制的液压缸工况图如图 2 所示。表 7液压缸在各阶段的压力、流量和功率值工况推力回油腔压力油腔压力入流量 q10-3/m3/s 输入功率 P/算公式 2 4 2 6 2 1 m 10 93 m 10 ) 2 6 . 0 4 ( 9 . 0 31000 ) 2 ( p p F A 09 m 109 . 0 m 10 93 4 4 4 1 A D 快进启动 21 201 121 )( 加速 1507.9 p 恒速 1111.1 p 进 10 2201 21 快退启动 2 1201 32 加速恒速： 1. p 为液压缸差动连接时，回油口到进油口之间的压力损失，取 p= 2 快退时，液压缸有杆腔进油，压力为杆腔回油，压力为三、拟定液压系统原理图 1选择基本回路 (1) 选择调速回路由图 2 可知，这台机床液压系统功率较小，滑台运动速度低，工作负载为阻力负载且工作中变化小，故可选用进口节流调速回路。为防止孔钻通时负载突然消失引起运动部件前冲，在回油路上加背压阀。由于系统选用节流调速方式，系统必然为开式循环系统。 (2) 选择油源形式从工况图可以清楚看出，在工作循环内，液压缸要求油源提供快进、快退行程的低压大流量和工进行程的高压小流量的油液。最大流量与最小流量之比 0 44 ；其相应的时间之比(t1+表明在一个工作循环中的大部分时间都处于高压小流量工作。从提高系统效率、节省能量角度来看，选用单定量泵油源显然是不合理的，为此可选用限压式变量泵或双联叶片泵作为油源。考虑到前者流量突变时液压冲击较大，工作平稳性差，且后者可双泵同时向液压缸供油实现快速运动，最后确定选用双联叶片泵方案，如图 2a 所示。 (3) 选择快速运动和换向回路本系统已选定液压缸差动连接和双泵供油两种快速运动回路实现快速运动。考虑到从工进转快退时回油路流量较大，故选用换向时间可调的电液换向阀式换向回路，以减小液压冲击。由于要实现液压缸差动连接，所以选用三位五通电液换向阀，如图 2b 所示。图 2 液压缸工况图 (4) 选择速度换接回路由于本系统滑台由快进转为工进时，速度变化大（ 1/ 2=10 84），为减少速度换接时的液压冲击，选用行程阀控制的换接回路，如图 2c 所示。 (5) 选择调压和卸荷回路在双泵供油的油源形式确定后，调压和卸荷问题都已基本解决。即滑台工进时，高压小流量泵的出口压力由油源中的溢流阀调定，无需另设调压回路。在滑台工进和停止时，低压大流量泵通过液控顺序阀卸荷，高压小流量泵在滑台停止时虽未卸荷，但功率损失较小，故可不需再设卸荷回路。 2组成液压系统将上面选出的液压基本回路组合在一起，并经修改和完善，就可得到完整的液压系统工作原理图，如图 3 所示。在图 3 中，为了解决滑台工进时进、回油路串通使系统压力无法建立的问题，增设了单向阀 6。为了避免机床停止工作时回路中的油液流回油箱，导致空气进入系统，影响滑台运动的平稳性，图中添置了一个单向阀 13。考虑到这台机床用于钻孔（通孔与不通孔）加工，对位置定位精度要求较高，图中增设了一个压力继电器 14。当滑台碰上死挡块后，系统压力升高，它发出快退信号，操纵电液换向阀换向。四、计算和选择液压件 1确定液压泵的规格和电动机功率 (1) 计算液压泵的最大工作压力小流量泵在快进和工进时都向液压缸供油，由表 7可知，液压缸在工进时工作压力最大，最大工作压力为在调速阀进口节流调速回路中，选取进油路上的总压力损失 p=虑到压力继电器的可靠动作要求压差小流量泵的最高工作压力估算为大流量泵只在快进和快退时向液压缸供油，由表 7 可见，快退时液压缸的工作压力为快进时大。考虑到快退时进油不通过调速阀，故其进油路压力损失比前者小，现取进油路上的总压力损失 p=大流量泵的最高工作压力估算为 1 . 5 . 0 6 . 0 96 . 3 e 1 1 p p p p p 图 3 整理后的液压系统原理图图 2 选择的基本回路 (2) 计算液压泵的流量由表 7可知，油源向液压缸输入的最大流量为 10-3 m3/s ，若取回路泄漏系数 K=两个泵的总流量为考虑到溢流阀的最小稳定流量为 3L/进时的流量为 10-5 m3/s =小流量泵的流量最少应为 (3) 确定液压泵的规格和电动机功率根据以上压力和流量数值查阅产品样本，并考虑液压泵存在容积损失，最后确定选取3 型双联叶片泵。其小流量泵和大流量泵的排量分别为 6mL/r 和 33mL/r，当液压泵的转速 40r/，其理论流量分别为，若取液压泵容积效率v=液压泵的实际输出流量为 L / m i m i m i 取液压泵总效率 p=时液压泵的驱动电动机功率为根据此数值查阅产品样本，选用规格相近的 6 型电动机，其额定功率为定转速为 940r/ 2确定其它元件及辅件 (1) 确定阀类元件及辅件根据系统的最高工作压力和通过各阀类元件及辅件的实际流量，查阅产品样本，选出的阀类元件和辅件规格如表 8 所列。其中，溢流阀 9 按小流量泵的额定流量选取，调速阀 4选用 Q 6B 型，其最小稳定流量为，小于本系统工进时的流量表 8液压元件规格及型号序号元件名称通过的最大流量 q/L/格型号额定流量双联叶片泵 3 16 2 三位五通电液换向阀 70 350000 行程阀 2C 10000 调速阀 1 Q 6B 6 5 单向阀 70 I 100B 100 单向阀 100B 100 0 . 1 . 0 43 . 1 1 2 p p p p L/3 /s m 10 55 . 0 /s m 10 45 . 0 1 . 1 3 3 3 3 1 p Kq q 7 . 1 0 8 . 0 60 10 33 10 70 . 1 3 3 6 p p p q p P 7 液控顺序阀 Y 63B 63 背压阀 1 B 10B 10 9 溢流阀 10B 10 10 单向阀 100B 100 1 滤油器 U 80200 80 2 压力表开关 K 6B 13 单向阀 70 I 100B 100 4 压力继电器 14 *注：此为电动机额定转速为 940r/的流量。 (2) 确定油管在选定了液压泵后，液压缸在实际快进、工进和快退运动阶段的运动速度、时间以及进入和流出液压缸的流量，与原定数值不同，重新计算的结果如表 9 所列。表 9各工况实际运动速度、时间和流量快进工进快退 L /m m (95)(212q L /m m (2 m m m m 010)3212m / 10允许流速推荐值管道推荐流速 /(m/s) 吸油管道 0. 5 般取 1 以下 L/4 . 0 L/5 7 . 44 5 . 0 1 2 1 2 * AA q q s 38 . 1 s 109 . 0 10 150 3 1 t s 1 . 34 s 10 88 . 0 10 30 3 3 2 t m/s 10 824 . 0 m/s 10 95 60 10 47 . 0 3 4 3 1 1 2 A q s 46 . 1 s 123 . 0 10 180 3 3 t 压油管道 3 6，压力高，管道短，粘度小取大值回油管道 1. 5 3 由表 9 可以看出，液压缸在各阶段的实际运动速度符合设计要求。根据表 9 数值，按表 10 推荐的管道内允许速度取 =4 m/s，由式计算得与液压缸无杆腔和有杆腔相连的油管内径分别为 3 07044 33 为了统一规格，按产品样本选取所有管子均为内径 20径 28 10 号冷拔钢管。 (3) 确定油箱油箱的容量按式估算，其中为经验系数，低压系统， =2 4；中压系统， =57；高压系统， =6 12。现取 =6，得五液压缸设计基础压缸的轴向尺寸液压缸轴向长度取决于负载运行的有效长度（活塞在缸筒内能够移动的极限距离）、导向套长度、活塞宽度、缸底、缸盖联结形式及其固定安装形式。图示出了液压缸各主要零件轴向尺寸之间的关系。活塞宽度。活塞有效行程 1。导向套滑动面长度当d)0 ，。导向长度 2211020140220 1 ，缸筒长度 75011025)3020(0 。要零件强度校核筒壁厚 =4 m 18 . 0 3 15 . 0 1 L 因为方案是低压系统，校核公式 2e 式中： m） 1e )其中 1 ，b为材料抗拉强度（ , n=5。对于 5号调质钢，对于低压系统 e 2 66 因此满足要求。底厚度 1=11 对于平缸底，厚度 1 有两种算法 1 其中于液压缸快进和快退； e 621 其中 211022 d ,式中 F 是杆承受的负载（ N） F=是杆材料的许用应力，=100 11 . 0 785044 6 d1 1 式中般取 K= N）；的许用应力，，s为螺栓材料的屈服点（安全系数 n= 液压缸承受的负载 F 超过某临界值定性可用下式校核：式中定性安全系数， 2 ; 由于缸筒固定活塞动，412 ，由杆材料知硬钢，因此 16 8 5 0 式中 m）； m）； 1 1 =115； 2 压缸支承末端系数，取 2 =41；取 E= ；于实心杆642 ；对于空心杆 6444 ， D 为杆的外径， d 为杆的内径 m ； f f = 28 /106.5 ； 2m ； =50001；因此满足稳定性要求。液压缸设置缓冲压力装置时要计算缓缓从压力底强度计算的以缓冲时，缓冲腔的机械能力为塞运动的机械能为塞在机械能守恒中运行至终点。 211p 21c cc pc 中：）。力（所有缓冲过程中的摩擦）；缓冲运行的速度（）运动部件的总质量（）缓冲行程长度（）（缓冲腔中活塞有效面积kg;m;通过验算，液压缸强度和稳定性足以满足要求。六、验算液压系统性能 1验算系统压力损失由于系统管路布置尚未确定，所以只能估算系统压力损失。估算时，首先确定管道内液体的流动状态，然后计算各种工况下总的压力损失。现取进、回油管道长为 l=2m，油液的运动粘度取 =110s，油液的密度取 =03kg/ (1) 判断流动状态在快进、工进和快退三种工况下，进、回油管路中所通过的流量以快退时回油流量0L/最大，此时，油液流动的雷诺数 743101102060 107044 43 3e d 也为最大。因为最大的雷诺数小于临界雷诺数（ 2000），故可推出：各工况下的进、回油路中的油液的流动状态全为层流。 (2) 计算系统压力损失将层流流动状态沿程阻力系数 7575e 和油液在管道内流速 24 同时代入沿程压力损失计算公式 22l ，并将已知数据代入后，得 43 4341 020(54 可见，沿程压力损失的大小与流量成正比，这是由层流流动所决定的。在管道结构尚未确定的情况下，管道的局部压力损失 .0 各工况下的阀类元件的局部压力损失可根据下式计算 2q 数值由表 8 和表 9 列出。滑台在快进、工进和快退工况下的压力损失计算如下： 1快进滑台快进时，液压缸通过电液换向阀差动连接。在进油路上，油液通过单向阀 10、电液换向阀 2，然后与液压缸有杆腔的回油汇合通过行程阀 3 进入无杆腔。在进油路上，压力损失分别为 M P 388 M P 5 6 8 6 8 M P 222 p M P 在回油路上，压力损失分别为 M P 388 M P 100 222 p M P 将回油路上的压力损失折算到进油路上去，便得出差动快速运动时的总的压力损失M P p 2工进滑台工进时，在进油路上，油液通过电液换向阀 2、调速阀 4 进入液压缸无杆腔，在调速阀 4 处的压力损失为回油路上，油液通过电液换向阀 2、背压阀 8 和大流量泵的卸荷油液一起经液控顺序阀 7 返回油箱，在背压阀 8 处的压力损失为忽略管路的沿程压力损失和局部压力损失，则在进油路上总的压力损失为 M P 2 在回油路上总的压力损失为 M P 见此值与初算时参考表 4 选取的背压值基本相符。按表 7 的公式重新计算液压缸的工作压力为 M P 9 4 2 64 4612201 A 此略高于表 7 数值。考虑到压力继电器的可靠动作要求压差小流量泵的工作压力为 M P 此值与估算值基本相符，是调整溢流阀 10 的调整压力的主要参考数据。 3快退滑台快退时，在进油路上，油液通过单向阀 10、电液换向阀 2 进入液压缸有杆腔。在回油路上，油液通过单向阀 5、电液换向阀 2 和单向阀 13 返回油箱。在进油路上总的压力损失为 M P 22 此液压泵的驱动电动机的功率是足够的。在回油路上总的压力损失为 M P 的数值基本相符，故不必重算。大流量泵的工作压力为 M P 此值是调整液控顺序阀 7 的调整压力的主要参考数据。 2 验算系统发热与温升由于工进在整个工作循环中占 96%，所以系统的发热与温升可按工进工况来计算。在工进时，大流量泵经液控顺序阀 7 卸荷，其出口压力即为油液通过液控顺序阀的压力损失 M P 22 液压系统输出的有效功率即为液压缸输出的有效功率 4 4 8 32c 由此可计算出系统的发热功率为按式计算工进时系统中的油液温升，即 3 23 2 C 其中传热系数 K=15 W/（ C）。设环境温 5C，则热平衡温度为 551525 121 C 油温在允许范围内，油箱散热面积符合要求，不必设置冷却器。六、设计小结课程设计是机械设计当中的非常重要的一环，本次课程设计时间一周略显得仓促一些。但是通过本次每天都过得很充实的课程设计，从中得到的收获还是非常多的。这次课程设计，由于理论知识的不足，再加上平时没有什么设计经验，一开始的时候有些手忙脚乱，不知从何入手。在老师的谆谆教导，和同学们的热情帮助下，使我找到了信心。现在想想其实课程设计当中的每一天都是很累的，其实正向老师说得一样，机械设计的课程设计没有那么简单，你想为你的每一个数据都要从机械设计书上或者机械设计手册上找到出处。虽然种种困难我都已经克服，但是还是难免我有些疏忽和遗漏的地方。完美总是可望而不可求的，不在同一个地方跌倒两次才是最重要的。抱着这个心理我一步步走了过来，最终完成了我的任务。 W 4 . 564 W 8 . 0 60 10 9 . 27 10 0588 . 0 60 10 1 . 5 10 99 . 4 3 6 3 6 p 2 p 2 p 1 p 1 p r q p q p P 工作周记第一周：本周拿到毕业设计工作手册，大致了解自己设计的课题内容，了解开题报告的内容及要求，开始对课题的内容进行相关的调研，在图书馆和网上搜集关于组合机床的相关资料，对本课题研究的目的意义、国内外的研究现状以及组合机床的发展历史、工业应用和发展前景等方面有了初步的了解，对组合机床的基本知识概念进行学习，为以后的设计工作奠定基础。第二周：本周阅读了组合机床设计、组合机床设计简明手册等关于组合机床的专业书籍，主要以前言和第一章为主，深入了解组合机床整个行业的发展，国内外的现状，我国的组合机床行业起步较晚，这些年来经过改革有了一定的气色，但和国外发达国家相比还有不小的差距，这就更需要我们这代人发愤图强把国家的工业水平往上提高，基本完成开题报告的前两项。即课题研究的目的意义和国内外研究现状。第三周：本周主要阅读参考书籍中关于组合机床设计的注意事项，设计的基本流程等方面，使自己对以后的设计工作有个初步的了解，参阅了一些组合机床的案例，对其中的每一步骤进行大概的了解，按照自己的理解完成开题报告的两项即拟采取的研究路线和进度安排，对整个毕业设计的周期进行了一个大致的时间分配安排。并把前三周的文献进行了整理，写出文献综述的初稿交予老师审阅。第四周：本周主要进行的事誊抄开题报告并选取外文文献进行翻译，我选取的是一篇关于组合机床的基本介绍，通过外文翻译的过程，是自己对组合机床的基本知识概念有了更深的理解以及对基本的专业英语有所了解。第五周：从本周开始进行机床整体设计的部分也是核心部分，首先翻阅了组合机床设计对

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