粗镗活塞销孔专用机床及夹具设计

粗镗活塞销孔专用机床及夹具设计 1 目目 录录 目录目录 1 中英文摘要中英文摘要 2 第一章第一章 前言前言 2 第二章第二章 概述概述 2 一 毕业论文的内容和要求 2 二 零件的工作条件和技术要求 2 三 活塞主要技术条件分析 3 四 活塞材料及毛坯的制造 3 五 活塞销孔的机械加工工艺过程的分析 4 第三章第三章 粗镗活塞销孔专用机床及夹具的设计粗镗活塞销孔专用机床及夹具的设计 4 一 夹具设计初步方案 4 二 机床初步设计 5 1 动力部件的选择 5 2 确定切削用量和选择刀具 5 3 确定切削力 切削扭矩 切削功率 6 三 夹具设计的计算 7 1 原动力计算 7 2 扳手和螺栓的选用 8 四 机床液压滑台系统的具体设计 9 1 液压缸所受的外负载 10 2 拟定液压系统原理图 12 3 液压系统的计算和选择液压元件 15 五 v 带轮传动的设计 16 1 确定切削功率 16 2 选取窄 V 带带型 6 3 确定带轮基准直径 16 4 确定窄 V 带的基准长度和传动中心距 6 5 带轮上的包角 1 16 6 计算窄 V 带的根数 Z 17 7 计算预紧力 F0 17 8 计算作用在轴上的压轴力 Q 17 9 带轮结构设计 17 六 组合机床联系尺寸的确定 18 1 组合机床装料高度的确定 18 2 具体轮廓尺寸的确定 18 鸣谢鸣谢 20 参考文献参考文献 20 粗镗活塞销孔专用机床及夹具设计 2 粗镗活塞销孔专用机床及夹具设计粗镗活塞销孔专用机床及夹具设计 摘摘 要要 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 专用机床和 专用 夹具 关键词关键词 组合专用机床 粗镗 夹具 活塞销孔 ABSTRACT This paper is central introduce the technology that process piston s thole hole of JIE FANG automobile And design the special purpose lathe and fixture for boring the piston s thole hole KEY WORD special purpose lathe boring fixture piston s thole hole 粗镗活塞销孔专用机床及夹具设计 3 第一章第一章 前言前言 毕业设计是高等工业院校学生毕业前进行的全面综合训练 是培养学生 综合运用所学知识与技能解决实际问题的教学环节 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 粗镗活塞销孔专用机床及夹具设计 并绘制出解放 牌汽车用铝活塞销孔零件图 加工示意图 被加工零件工序图 组合机床联 系尺寸图和夹具结构图 并翻译一篇有关的外文资料 在这次设计中 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 在设计过程中 得到 了李作全老师的精心讲解和热情帮助 对此 特表示衷心的感谢 所有下载了本文的注意 本论文附有 所有下载了本文的注意 本论文附有 CAD 图纸和完整版图纸和完整版 word 版说明书 凡下载了本文的版说明书 凡下载了本文的 读者请加读者请加 QQ 83753222 或留下你的联系方式 或留下你的联系方式 QQ 邮箱 最后 希望此文能够帮到你 邮箱 最后 希望此文能够帮到你 第二章第二章 概述概述 一 毕业设计 论文 的内容和要求 通过设计粗镗活塞销孔的专用机床和夹具 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 设计方案和计标正确 叙述清楚 图纸符合制图规范 翻译一篇有关 的外文资料 需学习 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 二 零件的工作条件和技术要求 工作条件 在发动机汽缸内 活塞在一部分工作循环压缩气体 而在另一部分工 作循环 汽缸内的混合气体燃烧膨胀 活塞承受高温气体的压力 并把压 力通过活塞销 连杆传给曲轴 可见活塞是在高温高压下作长时间变负荷 粗镗活塞销孔专用机床及夹具设计 4 的往复运动 活塞的结构就要适应这样的工作条件 技术要求 1 销孔圆度和圆柱度均不大于0 015 2 销孔轴线对止口端面平行度不大于100 0 04 3 销孔轴线与止口内圈中心线对称度不大于0 20 4 销孔表面允许有深度不大于0 08 的正常退刀痕迹 三 活塞主要技术条件分析 销孔尺寸公差IT6 级以上 当销孔直径小于50mm 时销孔圆度误差 不大于 0 0015mm 圆柱度误差不大于0 003mm 销孔内圆表面粗糙度 Ra 0 2 m 活塞销孔轴心线到顶面的距离定为56 0 08mm 销孔轴 心线对裙部轴心线的垂直度在100mm 长度上公差为0 35mm 销孔轴 心线在裙部轴心线的对称度为0 2mm 四 活塞的材料及毛坯制造 在汽油发动机和高速柴油机中 为了减少往复直线运动部分的惯性作 用 都采用铜硅铝合金作为活塞材料 它的化学成分是 Si4 6 Cu5 8 Mg0 2 0 5 Fe 1 其余是铝 铝活塞毛坯采用金属模浇铸 毛坯的精度较高 活塞销孔也能铸出 因而机械加工余量可以相应地减少 铝活塞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 时因冷却不均匀而产生的内应力 时效处理时将活塞加热至 180 200 保温 6 8 小时 自然冷却 活塞经过时效处理后还能增加强 度和硬度 五 活塞销孔的机械加工工艺过程的分析 零件名称 解放牌汽车活塞 材料 铝合金HB95 140 年产量 25 30 万件 铝活塞的毛坯一般都铸出锥形销孔 便于拔模 由于销孔是许多工序施加夹 紧力的部分 所以在粗车止口工序之后即对销孔进行粗镗 以便在其后的工序 粗镗活塞销孔专用机床及夹具设计 5 夹紧力能较均匀地分布 而不至于压坏销孔所在的搭子 第三章第三章 粗镗活塞销孔专用机床及夹具设计粗镗活塞销孔专用机床及夹具设计 一 夹具的初步设计 方案 粗镗活塞销孔专用夹具的自由度 它用止口及端面定位 消去 个自由度 剩下的转动自由度用一根装在 尾座套筒中的削边销插入销孔中来定位 从而保证镗孔的加工余量均匀 当 用螺母与螺杆及压块将活塞压紧后 再将削边销从销孔中退出 即可进行加 工 二 机床的初步设计 根据加工工序的需要决定采用具有固定式夹具的主轴箱横向进给的卧 式单工位专用机床 1 动力部件的选择 采用通用部件 第一种动力部件是传递主运动的部件 包括动力源 和主轴箱 第二种传递进给运动的部件 包括液压滑台 1 液压滑台 液压滑台由滑台 滑座 油缸三部分组成 滑台与滑座配置双矩形导轨 初选HY20A 型液 压滑台 导轨为 矩 矩 型式 液压滑台技术性能 台面 宽 mm 行程 mm 进给 力 N 油缸 内径 活塞 直径 mm 油泵 流量 升 分 快进 流量 升 分 最小 进给 量 mm 分 工进速度 mm min 200400630050 3512124040 1000 粗镗活塞销孔专用机床及夹具设计 6 2 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 因为对铝及其合金等轻金属进行粗镗削时 根据 组合 机床设计 p20 对传动装置的选择 应采用皮带轮传动装置 所以现决定采用皮带轮传动装置的型号为TXxx F42 3 主轴箱 主轴箱安装在滑台上 镗刀杆上安装多个镗刀进行镗削 本 设计采用自行设计的主轴箱和TX20A F42 皮带轮传动装置 2 确定切削用量及选择刀具 查 组合机床设计 表 3 11 得 粗镗的镗刀的材料高速钢 切削 速度 v m min 在 100 150 范围内选取 初步定为120 每 转进给量 f mm 转 在 0 5 1 5 范围内选取 但考虑到液压滑台的 进给速度 v 40 1000mm min 的限制要取合适的值 f 由公式 n 1000v D 得 n 1000 120 27 1414 7 r min v f n 取滑台的进给速度为1000 则 f f v n 1000 1414 7 0 7 mm r f 3 确定切削力 切削扭矩 切削功率 切削力 Fc 切削扭矩 M 切削功率 N 刀具耐用度T 的计 算公式 初定镗刀装在镗杆上的几何参数为 主偏角K 45 前角 20 刃倾角 s 0 刀尖圆弧半径 20 mm 初定 镗孔加工余量ap 1 5mm 1 切削力 Fc 9 81 CFC apXFC fyFC KFC 9 81 40 1 51 0 70 75 1200 KFC 其中 KFC KMFC K 0FC KK FC K sFC K FC 查 机械制造技术 p48 表 2 3 得 KMFC 1 粗镗活塞销孔专用机床及夹具设计 7 查表 2 4 得 K 0FC 1 0 KK FC 1 0 K sFC 1 0 K FC 1 0 KFC KMFC K 0FC KK FC K sFC K FC 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 Fc 9 81 CFC apXFC fyFC KFC 9 81 40 1 51 0 70 75 1200 KFC 9 81 40 1 51 0 70 75 1200 1 450 4 N 2 切削功率 Pc Fc Vc 60 103 450 4 120 60000 0 895 kW 3 快速运动速度的确定 由 HY20A 液压滑台技术性能 可知快进速度为 12 米 分 4 选择刀具结构及切削扭矩 镗杆直径及镗刀截面尺寸 查 组合机床设计 p60 表 3 16 得 由镗孔直径 D 27 mm 取镗杆直径 22 mm 镗刀截面 BXB 8 8 mmXmm 主轴直径 d 25 mm 由式 d B 4 M 100 查 组合机床设计 p59 表 3 15 得 取系 B 7 3 M d B 4 100 25 7 3 4 100 13755 25 N mm 粗镗活塞销孔专用机床及夹具设计 8 5 电动机的选用 根据上面算出的转速为 1414 7 r min 和功率为 0 895 2 1 79 kW 现决定选用型号为 Y100L2 4 的电动 机 其额定功率为 3 kW 转速为 1420 r min 三 夹具设计 的计算 本设计查表 选择东北重型机械学院 机床 夹具设计手册 上海科学技术出版 1987 1 原动力计算 Me Wk r tg 1 rztg 2 0 N mm 其中 Wk 实际所需夹紧力 N r 螺杆端部与工件间的当量摩擦半径 mm 参见表 1 2 20 螺杆端部的结构形式为点接触 r 0 1 螺杆端部与工件的摩擦角 rz 螺纹中径之半 mm 初选 M10 P 1 查表 1 2 21 得 rz 4 675 螺纹升角 初选 M10 P 1 查表 1 2 21 得 1 57 2 螺旋副当量摩擦角 当选用三角螺纹时 由表1 2 22 查 得 2 9 50 0 除螺旋外机构的效率 其值为0 85 0 95 取 0 90 由表 1 2 24 中 初选螺纹公称直径为10 mm 的螺栓 查得其许用夹紧力为3924 N 加在螺母上的夹紧扭矩 为 9 320 N mm Me 450 4 0 4 675tg 1 57 9 50 0 9 484 7 N mm M10 的许用夹紧力 3924 450 4 N 粗镗活塞销孔专用机床及夹具设计 9 M10 的螺栓满足强度要求 2 扳手和螺栓的选用 当用扳手扳动M10 螺栓上的六角螺母时 查表1 2 25 得 柄长度 L 120 mm 作用力为 45 N 而夹紧力为3550 N 远 大于 450 4N 用 M10 的螺栓 并用扳手长度 L 120 mm 的扳手的方案符合要求 四 机床的液压滑台系统的具体设计 本节的设计参照杨培元主编的 液压 系统设计简明手册 工进长度的确定 工进长度 切入长度 加工孔长度 切出长度 取切入长度为7 mm 加工孔长度为102 mm 切出长度取 8 mm 工进长度 7 102 8 117 mm 快进长度 初定为283 mm 快退长度 快进长度 工进长度 283 117 400 mm 滑台式后带 A 表示滑座导轨为铸铁导轨 又 球墨铸铁的密度为7300kg m3 可根据滑座的外形尺寸和密度来估算其重力 估算液压滑台的重力N1 9 8 400 200 80 7300 10 9 457 86 N 估算主轴箱和动力源的重力N2 9 8 200 472 388 7300 10 9 2799 78 N 即运动部件的重力N N1 N2 3257 64 N 取 N 4000 N 1 液压缸所受的外负载 F 包括三种类型 F 工作负载 F 6300 N Fa 运动部件速度变化时的惯性负载Fa G v gX t 一般取 t 0 05 s 粗镗活塞销孔专用机床及夹具设计 10 Fa 4000 12 9 8 0 05 60 1632 65 N Ff 导轨摩擦阻力负载 启动时为静摩擦阻力 启动后为动摩擦 阻力 Ff fG 在本设计中取静摩擦系数为0 18 动摩擦系数为0 1 Ffs 0 18 4000 720 N Ffa 0 1 4000 400 N 工作循环各阶段的外负载为 启动加速 F Ffs Fa 720 1632 65 2352 65 N 工进 F Ffa F 400 6300 6700 N 快进 F Ffa 400 N 快退 F Ffa 400 N 速度循环图 负载循环图 2 拟定液压系统原理图 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 粗镗活塞销孔专用机床及夹具设计 11 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 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 4 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 1 快进 按下启动按钮 电磁铁1YA 通电吸合控制油路有泵16 经电磁先导阀13 的左位 单向阀11 进入液动阀14 的左端 油腔 液动阀14 左位接入系统 液动阀14 右端回油经过节 流器和阀 13 回油箱 阀 14 处于左位 主油路从泵 16 单向 阀 15 液动阀 14 左位 行程阀 9 常态 液压缸左腔 回 油路从液压缸的右腔 阀 14 的左位 单向阀 3 阀 9 液压 缸的左腔 2 工进 压下行程阀 9 则油路不能通过而只能通过调速阀6 此 时系统的压力升高 压力的升高使顺序控制阀2 打开而且也 会另限量叶片泵的流量减少 直到与经过调速阀6 流量相同 为止 液压的有杠腔的油液则通过液动阀14 经顺序阀 2 和 背压阀 1 回油路 两侧的压力差使单向阀3 关闭 3 死档铁停留 滑台工进终了 滑台体前端顶上固定在滑座体上的死档铁 滑台不能前进 而而油路系统还在供油 迫使油缸大腔油压升 粗镗活塞销孔专用机床及夹具设计 12 高 压力继电器5 发出信号 使2YA 通电 1YA 断电 实现滑台快退 压力继电器7 延时的过程就是滑台在死挡铁 停留的时间 4 滑台快退及原位停止 2YA 的通电使阀 14 接入系统 进油路有泵16 阀 15 液动阀 14 右路 液压缸右腔 回油 液压缸的左腔 单向阀 7 阀 14 右位 回油缸 由于此时空载 系统的压 力很低 泵输出的流量最大 滑台快退 当滑台快退到原位时 档块压下原位的行程开关 使电磁 铁都断电 阀13 和 14 都处于中位 滑台停止运动 泵通过 阀 14 的中位卸荷 3 液压系统的计算和选择液压元件 1 液压缸主要尺寸的确定 1 工作压力 P 的确定 工作压力 P 可根据负载大小及机器的类型来初步确定 现 参阅 液压系统设计简明手册 p10 表 2 1 取液压缸工作压 力为 4 Mpa 2 计算液压缸内径D 和活塞杠直径d 按 HY20A 液压滑台的参数定D d 为 50 35 按最低工作速度验算液压缸的最小稳定速度 由式 A qmin vmin 式中 A 为液压缸节流腔的有效工作面积 qmin是由 产品样本查得GE 系列调速阀 AQF3 E10B 的最小稳定流 量为 50 mL min vmin 4 cm min A qmin vmin 50 4 12 5 cm2 由于调速阀是安装在油路上的 故液压缸节流腔有效工 作面积应选液压缸无杠腔的实际面积 粗镗活塞销孔专用机床及夹具设计 13 即 A 4 D2 4 52 19 63 cm2 19 63 12 5 液压缸能选到所需流速 3 计算在各工作阶段液压缸所需的流量 q 快进 4 d2 V快进 4 3 5X10 2 2 12 11 5 L min q 工进 4 D2 V工进 4 5 10 2 2 1 2 L min q 快退 4 D2 d2 V 快退 4 0 052 0 0352 12 12 L min 2 确定液压泵的流量 压力和选择泵的规格 1 泵的工作压力的确定 pp p1 p 式中 pp 液压泵的最大工作压力 p1 执行元件最大工作压力 p 进油管路中的压力损失 初算时简单系统可取 0 2 0 5 Mpa 复杂系统取0 5 1 5 Mpa 本设计 中取 0 5 Mpa pp p1 p 4 0 5 4 5 Mpa 上述计算所得的pp是系统的静态压力 考虑到系统有各 种工况的过渡阶段出现的动态压力往往超过静态压力 另外考 虑到一定的压力储备量 并确保泵的寿命 因此选泵的额定压 力 pn应满足 pn 1 25 1 6 pp 本设计中 pn 1 25pp 5 625 Mpa 2 泵的流量的确定 粗镗活塞销孔专用机床及夹具设计 14 由 HY20A 液压滑台的技术性能参数可知油泵的流量 为 qp 12 L min 3 选择液压泵的规格 根据以上算得的pp和 qp 再查阅 液压系统设计简明 手册 p81 现选用 YBX 16 限压式变量叶片泵 该泵的基本 参数为 每转排量q0 16m L r 泵的额定压力 pn 6 3 Mpa 电动机转速nH 1450 r min 容积效率 v 0 85 总效率 0 7 4 与液压泵匹配的电动机的选定 首先分别算出快进与工进两种不同工况时的功率 取两者 较大值为选择电动机规格的依据 由于在慢进时泵输出的流量 减少 泵的效率急剧降低 一般当流量在0 2 1L min 范围 内 可取 0 03 0 14 同时还应该注意到 为了使所选择 的电动机在经过泵的流量特性曲线最大功率点时不致停转 需 进行验算 即 pB qp 2pn 式中 pn 所选电动机额定功率 pB 限压式变量泵的限定压力 qp 压力为 pB时 泵的输出流量 首先计算快进时的功率 快进时的外负载为400N 进油路的压力损失定为0 3 Mpa 由式 pp p1 p 得 pp 400 4 0 0352 10 6 0 3 0 40 Mpa 快进时所需电动机的功率为 P pp qp 0 40 11 5 60 0 7 0 11 kW 粗镗活塞销孔专用机床及夹具设计 15 工进时所需电动机功率为 P pp qp 4 5 2 60 0 7 0 22 kW 查阅电动机产品样本 选用Y90S 4 型电动机 其具体参数为 满载时功率 kW 电流 A 转速 r min 效率 功率因数 COS 额定电 流 额 定 转 矩 1 12 71400790 786 52 2 根据产品样本可查得YBX 16 的流量压力特性曲线 再由已知 的快进时的流量为11 5 L min 工进时的流量为2 L min 压力为 4 5 Mpa 作出泵的实际工作时的流量压力特性曲线 查得 该曲线拐点处的流量为24 L min 压力为 2 9 Mpa 该工作 点处对应的功率为 P 2 9 24 60 0 7 1 66 kW 2 1 1 2 2 kW 所选的电动机在拐点处能正常工作 3 液压阀的选择 本设计均用 GE 系列阀 根据拟定的液压系统图 按通过 各元件的最大流量来选择液压元件的规格 1 背压阀 2 液控顺序阀 3 7 11 1215 单向阀 AF3 EA10B 4 10 节流阀 5 压力继电器 DP1 63B 6 调速阀 AQF3 E10B 9 行程阀 粗镗活塞销孔专用机床及夹具设计 16 13 电磁先导阀 14 液动 换向阀 16 液压泵 YBX 16 17 滤油器 XU B32X100 4 确定管道尺寸 油管内径尺寸可参照选用的液压元件的接口尺寸而定 5 液压油箱容积的确定 本设计为中压系统 液压油箱有效容量按泵的流量的 5 7 倍来确定 现选用容量为160L 的油箱 五 V 带轮传动的设计 本设计的的 查表 数据参照 濮良贵主编的 机械设计 高等教育出版社 1996 已知电动机型号为Y100L2 4 额定功率为 3kW 转速 n1 1420 r min 传动比 i 1 014 1 确定计算功率Pca 由公式 Pca KAP 得 其中 KA为工作情况系数 P 为电动机额定功率 已知 P 3 kW 由 机械设计 p157 表 8 7 查得 KA 1 2 故 Pca 1 2 3 3 6 kW 2 选取窄 V 带带型 根据 Pca n1 由图 8 8 确定选用 SPZ 型窄 V 带型 3 确定带轮基准直径 由表 8 4 和表 8 8 取主动轮基准直径D1 75 mm 根据式 D2 i D1 1 014 75 76 05 mm 根据表 8 8 取 D2 80 mm 粗镗活塞销孔专用机床及夹具设计 17 按式 v X D1 n1 60 1000 验算带的速度 5 m s v X75 1420 60 1000 5 5735 35 m s 带的速度合适 4 确定窄 V 带的基准长度和传动中心距 根据 0 7 D1 D2 a0 2 D1 D2 初步确定中心距 a0 300 mm 计算带所需的基准长度 L d 2 a0 2 D1 D2 D2 D1 2 4 a0 2 300 2 75 80 80 75 2 4 300 844 mm 由表 8 3 选带的基准长度Ld 800 mm 计算实际中心距a a a0 Ld L d 2 300 800 844 2 256 mm 5 带轮上的包角 1 1 180 D2 D1 a 60 180 80 75 256 60 178 8 120 主动轮上的包角合适 6 计算窄 V 带的根数 Z 由式 Z Pca P0 P0 K KL 其中 K 包角系数 KL 长度系数 P0 单根 V 带的基本额定功率 P0 单根 V 带的基本额定功率的增量 由 n1 1420 r min D1 75 mm i 1 014 查表 8 粗镗活塞销孔专用机床及夹具设计 18 6C 和表 8 6d 得 P0 1 41 kW P0 0 02 kW 查表 8 9 得 K 0 995 查表 8 10 得 KL 0 86 则 Z 3 6 1 41 0 02 0 995 0 86 2 94 取 Z 3 根 7 计算预紧力 F0 由式 F0 500 Pca V Z 2 5 K 1 qXv2 由表 8 5 得 q 0 07kg m 故 F0 500 3 6 5 5375 3 2 5 0 995 1 0 07 5 53752 166 N 8 计算作用在轴上的压轴力Q 由式 Q 2 Z F0 sin 1 2 2 3 166 sin 178 8 2 995 95 N 9 带轮结构设计 带轮的材料选用牌号为HT200 的铸铁 D 300 mm 带轮采用整体 式结构 带轮轮宽的设计 带轮轮宽 B Z 1 e 2Xf 其中 f 第一槽对称面至端面的距离 查表8 12 取 f 8 mm B Z 1 e