液压半自动专用机床设计（车床设计包含床头箱、刀架）【毕业论文+CAD图纸全套】

沈阳航空航天大学毕业设计（论文）I液压半自动专用机床（一）学院机电工程学院专业机械设计制造及其自动化班级学号姓名指导教师负责教师液压半自动专用机床II沈阳航空航天大学毕业设计（论文）III摘要这篇论文介绍了液压半自动车床的设计。目的是为了满足自行车变速轴外壳的大规模生产的需要，用于对变速轴外壳的外圆以及内孔进行加工。此专用车床是采用液压和电气系统联合控制。通过液压系统实现对工件的自动夹紧和松开，刀架的自动纵向进给和横向退刀。通过主轴箱的手柄对主轴进行变速。刀架最大行程是160MM,最大加工工件外径58MM此车床的优点是结构简单，易于操作，维修方便，能满足生产率的要求，同时还有较高的经济性。本篇论文从专用车床的角度考虑，系统的对整个设计过程做了详细的介绍，从机床的总体结构设计到车床的液压系统,电气系统的设计。并且对主要受力件进行了校核。在保证验算后合格的情况下，进行了具体尺寸的设计，各标准件与非标准件的选择和应用。关键词半自动液压主轴刀架液压半自动专用机床IVABSTRACTTHEPAPERINTRODUCESTHEDESIGNOFAHYDRAULICSEMIAUTOMATICSPECIALLATHETHISDESIGNISINORDERTOMEETOFTHELARGESCALEPRODUCTIONOFTHEVARIABLESPEEDCASESHELLOFBICYCLE,THESPECIALLATHEISUSEDTOMACHINETHEEXCIRCLEANDTHEINTHOLEOFTHEVARIABLESPEEDAXISCASESHELLTHISSPECIALLATHEISJOINTLYCONTROLLEDBYHYDRAULICSYSTEMANDELECTRICSYSTEMTHEHYDRAULICSYSTEMTOGAINTHEAUTOMATICCLAMPINGANDLOOSINGTOTHEWORKPLACE,THEAUTOMATICLONGITUDINALFEEDINGANDCROSSRETRACTOFTHETOOLCARRIERTHESHANKINTHEFRONTOFTHESPINGLEHEADISUSEDTOCHANGETHESPINDLEROTATIONALSPEEDTHEMAXSTROKEOFTHETOOLCARRIERIS160MM,THEMAXOUTSIDEDIAMETEROFTHEWORKPLACECANBEMACHINEDIS58MMTHESPECIALLATHEHAVESOMEADVANTAGE,FOREXAMPLESIMPLESTRUCTURE,CONVENIENTOPERATIONANDEASYUPKEEPANDSOON,ITALSOCANSATISFIEDTHEREPUIREOFPRODUCTIVITY,ASTHESAMETIMEITHASAHIGHERECONOMYWITHTHEANGLEOFTHESPECIALLATHE,THEPAPERISSYSTEMATICTOMAKEDETAILEDINTRODUCTIONFORENTIREDESIGNCOURSE,FROMTHEOVERALLSTRUCTURALDESIGNTOTHEDESIGNOFHYDRAULICSYSTEMANDELECTRICALSYSTEMANDCARRIEDOUTTHECHECKINGNUCLEUSMAINLYBYFORCE,UNDERTHECONDITIONOFCHECKINGCOMPUTATION,THEPAPERHAVECARRIEDOUTTHEDESIGNOFSPECIFICSIZE,SELECTEDANDAPPLIEDSTANDARDCOMPONENTSANDNONSTANDARDKEYWORDSEMIAUTOMATICHYDRAULICPRESSURESPINDLETOOLCARRIER沈阳航空航天大学毕业设计（论文）V目录1概述111液压半自动车床设计的目的112液压半自动专用车床的特点及用途1121机床的特点1122机床的用途113机床的结构及其使用2131主轴箱2132刀架2133液压控制系统214机床的调整315机床备件的生产3151非标准件3152标准件42液压半自动专用车床总体结构设计521机床重要技术参数的确定5211机床的主要技术参数5212其他主要技术参数5213已知技术参数522机床的总体布局6221有关机床总体布局原则的论述6222具体的车床布局方案623机床传动系统的方案论证7231主轴变速方案论证7232刀架的传动方案论证7233夹紧方案论证724对于一些未知重要技术参数的计算和确定7液压半自动专用机床VI241主轴电机的选择7242主轴功率8243计算极限切削速度8244计算极限切削力9245计算进给抗力和径向力9246估算夹紧力93液压半自动专用车床主传动系统设计1131传动比的确定1132转速图1133齿轮齿数的确定1234计算转速误差12341计算主轴的各级实际转速12342验算转速误差1335齿轮模数的初估1336轴径的初估14361确定各传动轴的转速14362确定主轴前轴颈直径15363估算传动轴直径1537传动系统图164液压传动系统设计1741工况分析17411绘制运动部件的速度循环图17412确定工作负载1842拟订液压系统原理图19421确定供油方式19422调速方式的选择19423速度换接方式的选择19沈阳航空航天大学毕业设计（论文）VII424夹紧回路的选择19425绘制液压系统原理图1943液压系统的工作原理2044液压缸的参数计算和液压泵的选择21441液压缸主要尺寸的确定21442液压泵流量、压力的确定和泵规格的选择2445液压缸缓冲装置的结构设计255液压半自动专用车床的主要结构设计及零件选用2651主要结构的设计26511主轴箱26512刀架26513床身28514操纵机构2852零件的选择286液压半自动专用车床主要受力件的强度校核3061主轴静刚度的校核3062花键轴弯曲刚度的校核3163花键侧挤压应力的计算3464齿轮模数的验算3465轴承的验算3666液压缸的验算37661缸盖固定螺栓直径的校核37662控制行程螺杆稳定性的校核387润滑、密封与冷却系统的设计3971润滑与密封3972冷却系统40721切削液的选用40722切削液的加注方法40液压半自动专用机床VIII723选择冷却液泵408液压半自动专用车床经济性分析4181机床行业的市场环境分析4182使用上的经济性分析4183维修上的经济性分析4184能耗上的经济性分析4185液压半自动专用车床的发展前景429结论43参考文献44致谢45沈阳航空航天大学毕业设计（论文）1液压半自动专用机床3液压半自动专用机床4液压半自动专用机床6沈阳航空航天大学毕业设计（论文）7液压半自动专用机床8沈阳航空航天大学毕业设计（论文）91概述11液压半自动车床设计的目的本机床为液压半自动专用车床，用来满足自行车变速轴外壳外圆及内孔的加工。适合成批及大批量生产的需要，操作简单可以提高生产效率，降低工人的劳动强度，并保证工件必要的加工精度。12液压半自动专用车床的特点及用途121机床的特点液压半自动专用车床，是采用液压和电气的联合控制，工件可实现自动夹紧及松开动作，采用专用组合刀具切削工件，适合加工各种轴类零件。机床通过液压系统，对主轴箱前端的弹性夹头进行控制，实现一齐工作，同时实现对工件的自动夹紧和松开动作。机床正常车削过程中，刀具的纵向进给与横向退刀均由液压系统自动控制，零件的车削过程中进刀速度可以进行无级变速。主轴通过齿轮啮合实现变速将电机转速转化为800R/MIN和600R/MIN两极转速输出。以上阐述的是本机床的操作及运行特点，所以本机床具有操作简便，劳动强度低，加工可靠等优点。而且实现了半自动化加工，对工人的要求低，减轻了工人的劳动量，适于零件的大批量生产。机床能够保证必要加工精度的前提下，没有设计过多的不必要的功能，主轴只采用两极变速输出，从而也降低了成本，提高了机床的经济性。122机床的用途液压半自动专用床主要实现了车床加工过程的半自动化，使用专用组合刀具。本次设计主要用于对自行车变速轴外壳的外圆及内孔进行加工，同时也适用于其他任何直径小于58MM的轴类零件的外圆和内孔的加工。液压半自动专用机床1013机床的结构及其使用131主轴箱主轴箱电机固定在箱体左端面上，主轴共有两种转速输出（800R/MIN；600R/MIN）可用变速手柄来实现变速，另外，主轴装有弹簧夹头可夹持直径为58毫米以下的棒料和轴类零件，主轴后端的油缸通过液压油路的控制可实现装夹零件。132刀架刀架主要分为刀台，上滑板，中滑板，下导轨以及纵向油缸和横向油缸等部分组成。横向油缸的作用是实现一次加工行程之后的横向让刀运动（让刀行程为2MM）。刀架整体可在床身固定底面上的T型槽内前后调整。上滑板两端装有调整用的手轮，可以用它实现刀台在上滑板做横向的微量调节。调节时，首先将锁定螺母松开，旋动手轮（两个手轮均可调节），将刀台调整到所需位置。调整之后，一定要锁紧锁定螺母，以免加工过程中碰到手轮，影响加工精度，甚至产生其他不良后果。另外，在纵向油缸后端盖上有一个球头圆杆，其作用是用以调整快速行程。当球头圆杆插入活塞杆内套筒时，快速行程即告结束，快速进给速度转变为工作进给速度。本机床快速行程的大小，可以通过下导轨前端的调整螺杆调节。其方法是旋动调整杆调整轴套与球头圆杆之间的距离，从而达到调整行程的目的。本机床的快速行程（从起点位置算起），不得小于40MM，因此，在调正调整杆时，应注意不要将球头圆杆与调整轴套之间的距离调到40MM以下，以免他们之间发生碰撞，以至损坏机件。沈阳航空航天大学毕业设计（论文）11133液压控制系统液压控制板固定在床身右端面上。液压控制板的进油接头下端与油泵电机出口相连，上端与主轴夹紧油缸和刀架上的纵横油缸相连接；回油接头直接接入油箱油池之中；对于调节纵向油缸工作进给时的进给速度，由单向调速阀实现，单向调速阀安装在控制板上；工作压力由控制板上的压力调节阀来控制，压力的大小通过安装在床身后部纵向油缸前的压力表显示。14机床的调整采用试切法来确定机床的加工长度，并对其进行调整。具体办法是试切一个工件，将要达到切削长度时，利用单向调速阀手柄切断回路，停止刀架的进给运动，此时可以测量工件的切削长度，可以将调整阀稍稍打开少许，令刀架运动，直到达到所需要的切削长度为止（将行程开关固定在此位置上），再将单向调速阀关死，停止刀架进给，然后再关闭油泵，并调节反向碰撞螺钉使其与下导轨上的顶块接触，并用螺母（M16）将螺钉锁死。吃刀量的微量调节可以转动调节手轮实现，调节之后锁紧螺母。对于快速行程的长短的调节，可以转动调整螺杆来实现，右旋时，快速行程加长，左旋时缩短。在调整时，注意用力不能过大，以免达到孔点时因用力过猛而损坏机件。另外，快速行程不能小于40MM。15机床备件的生产本车床实现了工件加工的半自动化，不需要工人在加工过程中进行全程职守，但本机床在正常的零件车削过程中与其他普通车床一样，有许多零部件会不断的磨损，当磨损到一定程度时，将无法保证车床所必要的加工精度，同时大大的影响了零件的尺寸精度和加工范围，无法进行正常工作，浪费能源。因此必须对机床定期作精度检查，对于已不能达到要求精度的零件要及时更换。液压半自动专用机床12151非标准件非标准零件是一个机械设备中不可或缺的重要组成，为了保证设备能在长时间内保证加工进程，不影响生产周期，必须生产有备件，以备磨损后更换。另外一方面就是要设法延长其使用寿命，其方法是可以选择使用一些耐磨性好的材料加工此类零件，然后对磨损表面进行一些必要的表面处理。比如说，主轴上夹紧工件的弹性夹头在车削过程中不断的受力，装卸工件时不断磨损，属于易磨损件，在加工时，我们选择强度、硬度以及耐磨性都比较好的65MN制造此零件。又如机床的导轨，刀架不断进行往复运动，当然也容易磨损。同时，导轨的精度一定要高。在导轨的制造过程中，我们一定要考虑到这一点。导轨属于铸件，我们可以在导轨上采用镶钢结构，淬火提高整体刚度之后，可以对其进行表面处理，如渗碳、渗氮或者喷漆等，然后进行磨削。现将易损件及检查精度列表如下表11易损件名称及检查精度列表序号零件名称或检查位置公差类别公差值1主轴装弹性夹头处的内孔径向跳动001MM2主轴装弹性夹头的座孔锥面径向跳动001MM3导轨在刀架移动方向上对主轴平行度001MM4弹性夹头装夹工件的内端面端面跳动002MM5弹性夹头装夹工件的内孔径向跳动002MM152标准件标准件是按国家统一标准生产的零件，可直接购买，不需要另行生产，只需定期更换就可以。易磨损标准件主要有O型橡胶密封圈，现在对其分类列表如下表12固定及往复式密封环明细表沈阳航空航天大学毕业设计（论文）13名称规格数量材料标准O型橡胶密封圈1252651耐油橡胶GB3452192O型橡胶密封圈2002653耐油橡胶GB3452192O型橡胶密封圈2802652耐油橡胶GB3452192O型橡胶密封圈520533耐油橡胶GB3452192O型橡胶密封圈800534耐油橡胶GB3452192O型橡胶密封圈850533耐油橡胶GB3452192O型橡胶密封圈900534耐油橡胶GB3452192表13活塞杆密封环明细表名称规格数量材料标准活塞杆密封圈302耐油橡胶GB10708189活塞杆密封圈401耐油橡胶GB10708189用O形密封圈密封是最常用的一种密封方式，密封圈密封属于挤压弹性体密封，是靠密封环预先被挤压由弹性变形产生预紧力，使之产生自紧力。2液压半自动专用车床总体结构设计21机床重要技术参数的确定211机床的主要技术参数机床主要技术参数包括主参数和基本参数。主参数是机床参数中最主要的，它必须满足下列要求能直接反映出机床的加工能力和特性；决定其他参数数值的大液压半自动专用机床14小；作为机床设计的出发点；作为用户选用机床的主要依据。无论是通用机床或者是专用机床，其主参数通常是以机床的最大加工尺寸表示，只有在不适于用工件最大尺寸表示时，才采用其他尺寸或物理量。212其他主要技术参数除主参数之外，机床的主要技术参数还包括下列基本参数与工件有关的参数；工件、夹具、量具标准化有关的参数；与机床结构有关的参数；与机床运动特性和动力特性有关的参数。这些基本参数可以归纳为尺寸参数、运动参数和动力参数三种。尺寸参数是表示机床工作范围的主要尺寸和工、夹、量具的标准化及机床结构有关的主要尺寸。运动参数包括机床主运动的速度范围和级数，进给范围和级数以及辅助运动的速度等，它是由加工表面成形运动和工艺要求所决定的。动力参数指主运动、进给运动和辅助运动的动力消耗，它主要由机床的切削载荷和驱动的工件重量等因素所决定的。213已知技术参数1主参数加工工件的最大外径尺寸58毫米；刀架纵向行程160毫米；刀架横向行程（让刀）2毫米；2运动参数主轴转速（二级）800转/分；600转/分沈阳航空航天大学毕业设计（论文）1522机床的总体布局221有关机床总体布局原则的论述参考机床设计手册第3卷，可知设计本半自动专用车床，安排其基本布局应满足以下基本要求1车床布局应首先满足题目给出的各种要求，如加工范围、工作精度、生产率和经济性等等。2确保实现既定工艺方法所要求的工件和刀具的相对位置与相对运动。在经济合理的条件下，尽量采用较短的传动链，以简化机构，提高传动精度和传动效率。3确保机床具有与要求的加工精度相适应的刚度，抗振性、热变形及噪声水平。4应力求便于自动上下料及纳入自动线。5应便于观察加工过程；便于操作、调整和维修机床；便于输送、装卸工件和排除切屑；注意机床防护，确保安全生产。6车床结构要力求简单，合理可靠，便于加工和装配并尽量采用此技术新的国家标准。7要力求体积小，重量轻，节省原材料，降低制造成本，缩小机床占地面积，然后在此基础之上力求外形美观大方。222具体的车床布局方案1机床整体上采用卧式布局，由床身、主轴箱、刀架、液压系统和电气系统组成。2主轴箱安排在床身的左侧（观察者面对视图），刀架在右侧3主轴电机固定在主轴箱的左端面上，油泵电机嵌于床身左端，水泵电机尽量安装在床身右后上方。液压半自动专用机床164导轨嵌于床身上，刀架在上滑板上横向运动，在中滑板上纵向移动5按钮板、变速手柄安装于车床前侧，距地面约09米高处并尽量集中，以便于工人操作。6液压系统采用集成板安装在床身后侧，结构简单、维修方便、安全可靠。7排屑口置于主轴后下方，排屑口宽敞，便于排屑，不易堆积。23机床传动系统的方案论证231主轴变速方案论证主轴只需要二级转速且变速比不高，通常都采用齿轮传动。因此，决定采用二级圆柱直齿轮传动，以得到要求的二级主轴转速。当然，可以满足要求的传动方案有许多种，例如可以使用涡轮蜗杆传动；斜圆柱齿轮传动；皮带轮以及各种传动方案的综合运用等。但在本车床设计当中，对传动的精度要求不是太多，选择二组圆柱齿轮变速体积小，经济性好，故可行。232刀架的传动方案论证此处的传动可以应用电气系统或者液压系统实现。但相同功率的电气传动和液压传动，液压系统具有体积小，重量轻的特点。另外，液压传动工作平稳，横向冲击小，适于换向频繁的场合；此外，液压传动还有转速范围大，低速传动平稳，易实现无级变速，反应灵敏，控制精度高，操作方便等许多优点。因此，刀架的纵、横向进给运动采用液压传动的方式实现自动夹紧。233夹紧方案论证在普通通用车床上，对工件的夹紧多用三爪卡盘，手动实现，夹紧力大小不易掌握，夹紧不够安全可靠，更重要的是效率太低，不适于大批量零件的生产加工，且工人劳动强度较高。沈阳航空航天大学毕业设计（论文）17本机床设计为专用车床，用于零件的大批量加工，因此夹紧及松开动作必须能自动实现，以提高生产效率。在刀架的纵向与横向进给传动方案设计中，以确定采用液压系统自动的实现。因此，只需在另行设计一条油路，就可自动实现对工件的夹紧。所以，专用车床的夹紧方法采用液压系统控制弹性夹头实现对工件的自动夹紧和松开。24对于一些未知重要技术参数的计算和确定241主轴电机的选择查资料【9】得35MMF04MM/RV80M/MIN切削力1900334477N075切削功率446KW60000电动机功率55KW选择电动机型号为Y132M2655960/其主要结构特点是能防止灰尘、铁屑及其他杂物侵入电机。具有效率高、耗电少、性能好、噪声低、振动小、体积小、重量轻、运行可靠、维护方便等优点。242主轴功率21式中电机额定功率；传动效率；22齿轮2轴承所以液压半自动专用机床18534KW齿轮2轴承243计算极限切削速度1计算最大切削速度当最大工件尺寸进行外圆车削时，切削速度在主轴高转速情况下的有最大值，其值为800145696M/MIND10002计算最小切削速度因设计题目中未给出车床加工的最小尺寸，但对于弹簧夹头，装夹工件尺寸为一个区间，不能无限小，所以最小加工半径必然出现在对内孔加工。取机床最小加工孔径为10MM，则在对此孔径尺寸镗削时，在低主轴转速情况下，切削速度有最小值，其值为6001884M/MIN1000244计算极限切削力查阅机械设计手册第3卷可知，主轴功率与切削速度和切削力有如下关系V/100023所以60000/V243当切削速度V为最大时，有最小值F60000/21991NV4当切削速度V取最小值时，有最大值F60000/170064NFV沈阳航空航天大学毕业设计（论文）19245计算进给抗力和径向力参见参考资料10可知极限切削力为（22225）式中主切削力；F进给抗力，0106取06FFFFF径向力01507取07FFFFF则可求得12505NF7503NF8753NF246估算夹紧力弹簧夹头施于工件上的夹紧力主要是抵抗切削加工时，主切削力对工件产生F的扭转力矩。则分析可知，夹紧力是作用于工件的整个圆周表面上，依靠其与工件外表面之间的静摩擦力避免产生相对转动。则由此可知，夹紧力的分作用力与之间的关系为F夹紧F（2F夹紧工件F工件6）式中，U为弹簧夹头与工件外表面之间的静摩擦系数，参见1（卷一）表72液压半自动专用机床206知淬硬钢和软钢之间的摩擦系数U035040，取U035。则求得3572857NF夹紧沈阳航空航天大学毕业设计（论文）213液压半自动专用车床主传动系统设计本液压半自动专用车床的传动系统主要由两个部分组成，第一部分是主传动系统，传递切下切屑的运动亦既是主轴转动。第二部分是液压传动系统，此部分传递的是实现维持切屑得以继续进行的运动和用于实现使工件表面达到所需尺寸的运动以及用于实现使切削加工过程得以正常进行的辅助运动，此三者在此车床上的实现就是刀架的纵向进给、横向进给、工件的夹紧运动。主传动系统的传动方案在前面已经确定为用二级直圆柱齿轮实现主轴的二级转速800转/分和600转/分，现对其进行以下具体设计。31传动比的确定因为本车床设计只要求主轴输出两种转速800转/分和600转/分，故在第一组齿轮变速过程中就将电机转速（960转/分）变为主轴的高转速（800转/分），这样使齿轮级数最少，可使体积减小，成本减低且传动能量损失变小，精度提高。则传动比为960/800121则在第二组变速中，传动比为800/6001332在直齿轮进行主传动时，一般要求，降速比分配应尽量“前慢后快”。142此设计符合这两个要求，而且传动链最短，故降速比分配合适。32转速图根据上述内容，现绘制本液压半自动专用车床的转速图，如下液压半自动专用机床22图31转速图33齿轮齿数的确定查资料9表233，选择68，72,S为变速组的齿数和。在选择时，为防SS止产生根切现象，应满足最少齿数Z1820。现对各齿轮齿数列表如下表31齿轮齿数列表第一变速组第二变速组齿数和6872SS齿轮123456齿数31373636314134计算转速误差341计算主轴的各级实际转速已知公式N1Z11Z231则N电机Z1N轴Z2沈阳航空航天大学毕业设计（论文）23/804R/MIN轴高（主轴高级转速）N电机Z1Z2同理可知主轴低级转速/608R/MINN轴低N电机Z15Z26342验算转速误差转速误差用主轴实际转速与标准转速相对误差的绝对值表示（3实际标准标准10（1）2）则对主轴各级转速计算如下页表32。参见公式719和71102知133RN80060011531表32主轴各级转速表高级转速低级转速标准转速800600实际转速80460805133所以10153，由此可见，通过齿轮变速所获得的主轴各级转速均1符合要求。35齿轮模数的初估在同一变速系统中，为了设计与制造方便，最好选用一种或两种模数。参见24179可知齿轮模数估算公式，如下液压半自动专用机床24按齿面接触疲劳强度MM（33）2673122按齿轮弯曲疲劳强度MM（34）2673确定公式中涉及到的各参数如下齿数比11912/113226/5齿宽系数B/M5取6MM10齿轮传递功率P载荷系数K通常取1012，故取K12系数611复合齿形系数40许用接触应力091170N/13002许用齿根接触应力14370518N/21齿数为31和37的齿轮17911165所以取模数为251,22齿数为31和41的齿轮16866174所以取,模数为33,45,6沈阳航空航天大学毕业设计（论文）2536轴径的初估361确定各传动轴的转速此车床主轴只有两级转速（800转/分和600转/分），因此，取计算转速600R/MIN则各轴的计算转速确定如下N电机轴960R/MINN1中间轴800R/MINN2主轴600R/MINN3362确定主轴前轴颈直径参见表2329可知。对于功率为055KW的卧式车床，其前轴径通常取70105MM，但考虑到本车床对加工工件的尺寸以及其他一些实际情况。故取前支撑处轴径110MMD1则后轴径0708577935MMD2D1取80MMD2363估算传动轴直径按扭转刚度估算中间轴的直径，需依据资料公式2419D91MM（35）4式中液压半自动专用机床26D为轴危险截面处直径MM；P为该传动轴的输入功率KW；电动机额定功率KW；P从电动机到该传动轴之间各传动件的传动效率乘积（不计该轴的轴承的效率）；该轴的计算转速R/MIN；N该轴允许的扭转角DCG/M，一般情况下，主轴151，一般传动轴115。对于长键轴，一般将估算值减少70作花键轴的小径，再选择相近的标准花键轴。则根据公式可以计算结果如下226MM,取28MMD1D1234MD2因II轴为花键轴，所以D22342347021762取花键轴尺寸NDDB626326D3251故前面所确定主轴的前后轴颈尺寸合理。37传动系统图基于以上对各参数的计算合分析，对液压半自动专用车床的传动系统图绘制如下Y132M2631M2537M2512沈阳航空航天大学毕业设计（论文）2736M336M331M341M33456图32车床主传动系统液压半自动专用机床284液压传动系统设计液压传动系统主要实现此液压半自动车床的进给运动和夹紧、松开的动作。在本车床工作时，液压控制系统完成的工作循环是工件夹紧刀架横向进给刀架纵向快进刀架的纵向工进刀架横向让刀刀架快退工件松开。41工况分析411绘制运动部件的速度循环图图41速度循环图沈阳航空航天大学毕业设计（论文）29图42负载循环图412确定工作负载液压缸所受到的负载F包括三种类型，即F（4FWFFFA1）式中工作负载，对于此液压半自动车床来说，即为沿活塞运动方向上的切FW削力，即是进给抗力；FW7503N运动部件速度变化时的惯性负载，在此车床中，刀架的重量不大，故FA此负载可忽略不计；摩擦阻力负载，启动时为静摩擦阻力负载（可忽略不计）；启动后为FF动摩擦阻力负载，对于水平方向上的运动；可由下式求得FF液压半自动专用机床30FG（4FFFRN2）G运动部件，即刀架重力（可忽略）；垂直于运动平面及中滑板的工作负载，在此车床设计中即为刀具与工FRN件之间的主切削力12505NFCF摩擦系数取为01。因此，可求得12505NFFF75031250587535NFWFF42拟订液压系统原理图421确定供油方式考虑到本车床在工作进给时负载较大，速度较低。而在快进快退时的负载较小，速度较高。从节省能量，减少发热的角度考虑，泵源系统选用双泵供油或用变量泵供油。现采用带压力及反馈的限压式变量叶片泵。422调速方式的选择在中小型专用车床的液压系统中，对于进给速度的控制一般都采用节流阀或调速阀。对于此液压半自动专用车床对低速性能和速度负载特性都有一定要求的特点，所以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、发热小和速度刚性好的特点，并且调速阀装在回油路上，具有承受负载切削力的能力。423速度换接方式的选择本系统采用电磁阀的快慢速来接回路，它的特点是结构简单、调节行程比较方便，阀的安装也较容易，但速度换接的平稳性较差（若要提高系统的换接平稳性，沈阳航空航天大学毕业设计（论文）31则可改用行阀切换的速度换接回路）。424夹紧回路的选择有二位四通电磁阀来控制夹紧、松开换向动作时，为了避免突然失电而松开，采用失电夹紧方式。考虑到夹紧时间可调节，当进油路压力瞬时下降时仍然保持夹紧力，所以接入节流阀调速和单向阀保压。在该回路中还装有减压阀，用来调节夹紧力的大小和保持夹紧力的稳定。425绘制液压系统原理图把上述所选择的液压回路组合起来，即可组成如大图所示的液压系统原理图。图43液压系统原理图液压半自动专用机床3243液压系统的工作原理当油泵启动后，压力油分别进入三个二位四通电磁换向阀1M、2M和3M（参见液压系统原理图），此时纵向油缸退回到起点位置，横向油缸（让刀油缸）处于让刀位置，当需要刀架进给时，3M得电，油路换向（图中所示为断电位置），压力油进入纵向油缸后腔，纵向油缸后腔的油液分两路一路直接经过电磁换向阀进入油缸，一路经电磁阀流及单向调速阀QI25B的节流口进入油缸。1M得电油路换向，压力油进入油缸后腔，横向油缸前腔的油液通过换向阀流回油池。1M、3M与继电器的电器元件组成电器电路，保证刀架进给时，3M先得电，当刀架到达指定位置时，1M得电；退刀时，1M先断电，当刀架让刀到指定位置时，3M断电，纵向退刀。注意当油泵启动前，若刀架不在退刀位置，确保夹头上无工件。或者可以使1M、3M先通电，再断电后启动油泵。当刀架工作到终点时，碰上单触点开关通过时间继电器延时，待机械定程撞块接触后，1M、3M断电，油路换向，恢复图示位置实现横向油缸让刀及纵向油缸退回到起点位置。改变单向调速阀的开口量，即可达到工作进给的无级变速。进入2M的压力阀，当2M处于图示位置，断电时，压力油进入夹紧油缸的后腔，活塞杆向前运动，将工件夹紧，并通过压力继电器监视夹紧油缸的工作状态，工作正常时，开关的常开触点闭合，方可使主轴旋转，此时，才能接通1M使刀架实现进给运动。当2M通电时，油路换向，压力油进入夹紧油缸前腔，工件松开，则一个循环停止。在夹紧过程中，可以通过减压阀来调节夹紧力的大小和保持夹紧力的稳定，当进油路压力瞬时下降时，可以通过单向阀AF3EA25B保压，保持夹紧力。沈阳航空航天大学毕业设计（论文）3344液压缸的参数计算和液压泵的选择441液压缸主要尺寸的确定1纵向油缸A工作压力P可根据负载大小及机器类型来初步确定，现参见表216取液压缸工作压力为3MPA。B初步计算缸内径D和活塞杆的直径D。由前边的计算可知，纵向油缸的最大负载为F87535N，按表226取为05MPA,095,，又考虑到刀架快进，P2CM快退速度相等，取D/D07。参照公式236。D（43）41CM13112代入以上各参数，可得D,因此参照表246，将D圆整为668780MM,即D56MMC确定油缸的结构尺寸。采用HT250为缸体材料，外形截面为正方形的长方体，内为圆孔的结构，缸体与刀架及缸盖均采用螺栓连接。取最薄处壁厚为12MM，则缸体截面尺寸为104104MM的正方形（如下图）。利用公式对壁厚进行校核，可知强度足够，并有较大的安全储备。/2液压半自动专用机床34刀架的纵向行程为160MM，则活塞杆有效长度L120MM，液压缸有效工作长度为160MM。因液压缸支撑长度为1015D，故活塞杆可以稳定工作不须校核。LB活塞杆与活塞之间采用螺纹连接，并配有防松螺母。D确定缸盖厚度。按有孔时有效厚度强度公式（44）04330式中实验压力（MPA）。当工作压力P16MPA时,15P当P16时，125。故此处1545缸体材料的许用应力取为110PA106缸底油口直径0则求得T738由于结构关系取36E确定活塞厚度活塞厚度D48。80故取482横向油缸A取缸筒外径为110毫米，壁厚为10毫米，活塞杆直径为30毫米。经校核，缸筒壁厚强度以及活塞杆强度均满足条件，有很大的安全储备。由于刀架的横向让刀行程为2MM，即横向液压缸的有效工作长度为2毫米，因液压缸支撑长度1015D故不需对活塞杆进行稳定性校核。此处活塞与活塞杆采用整体式结构。LBH当压板受力较大，或导轨工作长度较短时，压板长度等于导轨长度。当压板受力不大，或导轨工作长度较长时，只需在运动部件的两端或中间（受力区）装短的压板。短压板。短压板的长度可取为导轨工作长度的1/31/4。在此，矩形导轨采用带镶条的压板调整间隙，其调整也方便精度也较高。只是刚度低，使其容易磨损，使用一段时间之后要修正或更换，以保证其精度。2液压缸的设计纵横油缸均采用HT250为缸体材料，外形采用截面为正方形，内腔为圆柱面的长方体形式。活塞采用45钢，调质到HB241285的空心轴结构，活塞也采用45钢。513床身车床床身在水平面和垂直面承受弯矩作用，在床身的长度方向上承受扭矩作用，车床床身宜采用封闭截面，由于车床为高效机床，切削速度大，需有较大空间及时排除切削和冷却液（避免切削的热量使床身产生较大热变形）是车床床身设计必须考虑的问题。普通车床截面的高度和宽度之比H/B1,六角车床H/B1215。车床床身由前壁，后壁，肋板组成。焊接床身可以充分利用焊接的优势，采用型材或钢板冲压件组合或刚度高而重量轻的结构。床身导轨部分的刚度直接影响机床的工作精度，床身的联接刚度也影响机床的工作精度，一些小型或中型机床尤其是小型精密机床为提高机架的整体刚度，将床身和底座制成一体。514操纵机构为适应不同的加工状态，主轴要求有两级转速，根据滑移齿轮变速传动的特点。采用单独的操纵机构。I轴上的滑移齿轮，通过拨块的来回摆动带动其进行前后往复运动，与主轴的两个固定齿轮相啮合，实现主轴的两级转速。这种结构原理简单，造价低廉，便于操作，有利于生产加工。液压半自动专用机床42为了保证操纵机构的工作准确可靠，该机床在运动中被操纵件应进行定位。因齿轮在旋转过程中并没有轴向载荷。因此，采用钢球与弹簧组合的装量对手柄进行定位即可。根据箱体的具体结构和齿轮之间相互位置关系，确定拨块前后移动的行程为47毫米，拨杆的旋转角度为36。在主轴运转过程中，千万注意不要进行变速，以免产生太大冲击，损坏机件，以待主轴完全静止下来之后，才进行变速调整。确定了主要的传动原理和一些重要参数，就可以对齿轮块进行具体设计了。采用齿轮块进行拨空齿轮进行变速的优点是整体性好，I轴上的两个齿轮一个整体，相对位置精度高，两齿轮见留有齿轮块厚度的距离，充当空刀槽，降低了加工难度。与滑移齿轮相互啮合的齿轮与主轴之间采用键连接，进行周向定位，由于主轴直径足够大，因此采用单键联接即可。52零件的选择标准件的选择重要的是轴承的选择。为防止轴向左右窜动，以不利于齿轮与,与,与的稳定啮合。轴Z1Z2Z3Z4Z5Z6两端采用单列圆锥滚子轴承7205型，采用E级精度，主轴由于受轴向力作用其尾部及液压缸前部分别采用止推轴承8000型，采用D级精度，主轴后支承采用单列向心推力球轴承36212E型，采用E级精度，主轴前支承采用双列向心短圆柱滚子轴承3182119D型，采用D级精度，轴承间隙靠垫片调节。对于主轴的轴承，之所以如此选用，是由于主轴受的弯矩较大（参见受力简图），但由于主轴本身较粗、刚度较高，且对精度要求不是很高，因此适合用于这种结构。沈阳航空航天大学毕业设计（论文）43液压半自动专用机床446液压半自动专用车床主要受力件的强度校核61主轴静刚度的校核车床的主轴静刚度验算根据其许用弯曲刚度K150N/NM。（1）前面已求出切削力在周向和径向的分力分别为12505N87535N（2）齿轮传动力Q是径向力和切向力的合成，可以取11。切削力F与齿轮传动动力Q不在同一平面时，应按Y,Z两个方向分解。（62/1）式中T9550000P/N84995ND111MM则1531N2/Q1684N11Q1582NCOS20Q576NQSIN20（3）切削力引起主轴端部的挠度计算FMM（62/32）FMM（62/33）沈阳航空航天大学毕业设计（论文）45式中A轴端部悬伸量，A80MM；L支撑跨距，L280MM；E弹性模量，E21MPA105J惯性力矩，惯性力矩J/64MM平44/L1143MM平J2028MM106所以00226MM00158MM（4）齿轮传动引起主轴端部的挠度计算BCLC（6/64）BCLC（6/65）式中B齿轮中心到前支承点距离，B180MM；C齿轮中心到后支承点距离，C160MM；所以000224MM0000816MM（5）计算总的挠度2484MM10316616MM103则2989MM22103液压半自动专用机床46（6）计算主轴实际刚度KF/15264/298951067N/MMK103故主轴静刚度合格。因主轴直径较大，故不需进行扭转刚度校核。62花键轴弯曲刚度的校核（1）花键轴上的齿轮为滑移齿轮，通常选择主轴处于计算转速时（600R/MIN）的齿轮啮合位置为计算位置。根据本车床齿轮排列特点，画出花键的受力简图如下。图61花键轴受力简图对于安装在花键轴上的齿轮和的受力分析如下图。对花键的受力图分析可知，在X165MM处轴的刚Z2Z3度最小，则只需对当X165MM处的轴的挠度及对左右端的倾角进行验算即可。沈阳航空航天大学毕业设计（论文）47图62花键受力分析图（2）首先参考9，对齿轮受力进行分析T9550000P/N63030N2T/D26DMZP528KWN800R/MIN则可知13628N26647N211672N35693N3（3）参考资料9，进行挠度，倾角的计算如下参见62图，知A20MMBLA310MM液压半自动专用机床48C165MMF165MMN165MML330MM则I22420N46426464则XOY平面内的挠度为0017,622223222ZOY平面内的挠度为00216,622223222合成挠度为Y0027,2,23311607738528所以受压螺栓杆稳定性合格。沈阳航空航天大学毕业设计（论文）557润滑、密封与冷却系统的设计71润滑与密封各运动件之间都存在着摩擦，通过润滑系统的润滑，可以减少摩擦系数，从而减少系统的能量损失，提高机械效率。1主轴变速箱的润滑此液压半自动车床的主轴箱内采用飞溅润滑的方式，因其简单易行，经济性较好。飞溅润滑的实现是借助高速转动的齿轮或专门装设的甩油盘，甩油片等将油池中的润滑油带起，飞溅到各摩擦部位。这种方式只能用密闭的机构，其特点是能防止润滑油的沾污，可以循环使用。飞溅润滑时，浸在油池中的机件的圆周速度不应超过12M/S齿轮浸油深度不应大与齿高，否则会产生大量泡沫及油雾，使油迅速氧化变质。在本车床中直接采用主轴齿轮润滑，圆周速度远远大于12M/S故不可行，需另行设计溅油轮。2滚动轴承的润滑滚动轴承大多采用润滑油润滑，也可采用润滑脂润滑。在此车床设计中，决定采用脂润滑的方式对轴承进行润滑。此设计所用到的轴承均在主轴箱内，为避免飞溅的油液浸入轴承而稀释润滑脂，必需加挡油环。脂润滑与油润滑相比具有很多优点，如不易泄露，维护简单，可使用较长时间而不需更换，且不需特殊的装置进行润滑。3润滑剂的选择1）润滑油在此选用20号机械油（HJ20）。其选择原则是转速越高，润滑油精度应越低；负荷越重，润滑油精度应越高。2）润滑脂润滑脂的选择是根据工作条件（转速、温度、负荷等条件）来进行的。机床中常用的润滑脂有钙基润滑脂和锂基润滑脂。在此选用锂基润滑脂。因液压半自动专用机床56锂基润滑脂是一种高性能润滑脂，具有良好的抗水性能，在较大的温度范围和转速范围内均有良好的润滑作用，使用于主轴滚动轴承。密封装置的作用是防止润滑脂被稀释，和防止灰尘，冷却液及杂质等浸入轴承内。如果密封不良，则不仅机床不清洁，而且影响机床性能和使用寿命。根据密封装置是否与它相对运动件接触，可分为接触式密封和非接触式密封。其选择原则是，在密封处线速度不超过7M/S的油润滑均合可采用毡封圈；脂润滑均合可选用耐油橡胶制成的径向密封圈。在转速很高的场合（线速度超过7M/S）应采用非接触式密封。72冷却系统721切削液的选用在金属切削过程中，切削液不仅能带走大量切削热，降低切削区温度，而且由于它的润滑作用，还能够减少摩擦力，从而减低切削力和切削热。因此切削液能提高加工表面质量，保证加工精度，降低动力消耗，提高刀具耐用度和生产效率。因此切削液通常有冷却、润滑、清洗及防锈的作用。切削液主要有水剂和油剂两大类，为了改善切削液的性能，常添加不同性质的化学物质添加剂。在特殊情况下四氯化碳、三氯乙烯也可做切削液。参照表7552（卷三）选用普通乳化液（2号乳化油），进行冷却。722切削液的加注方法选择浇注法723选择冷却液泵1确定冷却液用量有公式7552（卷三）可知QKNL/MIN（71）1沈阳航空航天大学毕业设计（论文）57式中N切削功率，2911KW；K与加工方法、机床类别、切削液种类有关的系数（LKW/MIN），按表758选取K3；清洗作用所需的切削液用量（L/MIN），一般1Q530L/MIN，取Q10L/MIN；则解得Q18733L/MIN2泵的选择选用DB25A电泵，其主要技术参数为额定流量为25L/MIN；额定扬程为4M；电动机额定功率为120W；同步转速为3000L/MIN；效率为60；总重量为49KG。液压半自动专用机床588液压半自动专用车床经济性分析81机床行业的市场环境分析据中国机床工具工业协会最新预测，2009年全行业工业总产值和产品销售收入将达到2500亿元，比上年增长15左右。2009年，我国金属加工机床的销售产值在950亿元左右，金属加工机床的消费金额将在220亿美元左右，消费质量和档次将进一步提高。该预测还显示，2009年我国机床工具产品进口的增长幅度不会太大，进口金额预计在310亿美元左右，其中金属加工机床进口金额保持在175亿美元左右。液压半自动专用车床在我国工业产品生产的行业中有着很好的技术优势和需求量，对于提高工业产品的生产效率，提高工业自动化程度有着重要的作用。82使用上的经济性分析液压半自动专用车床在使用过程中整机的工作性能稳定，提高了车床的寿命。相普通的车床相比可提高是寿命1030，从而也提高了该机床的利用率。而且操作、维修简单，在零件加工工程中无需工作人员全程职守