文献综述-燃油泵的三维设计

毕业设计（论文）文献综述题目燃油泵的三维设计学院名称机电工程学院专业班级机械设计制造及其自动化机械N101学生姓名1前言部分（阐明课题的研究背景和意义）汽车是能源消耗大户，同时也是空气污染大户。据悉，1997年全球石油的产销量约为6500万桶，石油年均需求一直超过2。我国是石油产量不足的国家，2000年进口石油量超过7000万吨，以后恐怕会持续增长。与中级车相比，小排量车百公里油耗平均要低3升或者更多。随着能源的进一步紧张，汽油仍有涨价的可能，小排量汽车能够节约能源是不争的事实。小排量车由于排量小，对空气的污染程度也相应降低，以其洁净、环保的优势，受到环保意识不断加强的消费者的普遍欢迎。汽车电动燃油泵是汽车燃油供给系统重要的组成部分，其作用是把燃油从油箱内吸出并通过喷油器供给发动机各气缸，燃油泵质量的好坏将直接影响到整车性能1。它一般由泵体、电动机以及支撑罩3个部分组成，其工作原理是电枢通电后带动泵体旋转，将燃油由进油口吸入，流经电动燃油泵的内部，再由出油口压出，给燃油系统供油（供给喷油器），它必须在任何工况下向发动机提高充分的燃油2。因此，燃油泵是供给发动机能量使其产生推力的能源元件，发动机的性能与燃油泵的性能有密切关系。例如，发动机最大推力就与燃油泵能否以一定压力向燃烧室提供所需要的最大燃油量有关。高性能发动机需要流量大、压力高的高性能燃油泵。正因为如此，对燃油泵的研究一直是及其重要的控制系统发展的关键技术之一。随着计算机软件技术的发展，计算机对数据的处理能力有了突飞猛进的提高，因此使得计算机仿真技术越来越多地用十汽车的研究开发和设计制造中3。目前流行的CAD技术基础理论主要有PRO/E为代表的参数化造型理论和以IDEAS为代表的变量化造型理论两大流派，它们都属于基于约束的实体造型技术。从1965年从LOCKHEED飞机公司研制CAD/CAM系统开始，CAD/CAM技术得到了迅猛地发展。CAD/CAM技术在机械、电子、航空、航天以及建筑部门得到了广泛的应用，在软件中有相应的功能，它能够真实的演示每个零件的材料，在装配零件中所要承受的各项载荷，还能帮助人们进行模拟仿真，来增加设计中的感性认识，使设计中更合理，经济的设计成所需要的零件。2主题部分（阐明课题的国内外发展现状和发展方向，以及对这些问题的评述）21燃油泵燃油泵是向发动机主燃烧室和加力燃烧室提供一定流量和一定压力燃油的油泵。燃油在燃烧室中通过燃烧将化学能转变为热能，并将一部分热能转变为推进功4。复合加工机床具有的功能是随着时代的变化而变化的。80年代中后期，开始出现车铣中心、磨削中心等，使复合加工得到扩展而不再局限于镗、铣等工序，90年代后期进一步发展了车铣中心、铣车中心、车磨中心等，近年来又出现由激光、电火花和超声波等特种加工方法与切削、磨削加工等方法组合的复合加工机床，使复合加工技术成为推动机床结构和制造工艺发展的一个新热点。与传统的数控机床相比，复合加工机床的具有的突出优势主要表现在以下几个方面3。（1）提高工序集中度，缩短产品制造工艺链。复合加工机床可以实现一次装夹完成全部或者大部分加工工序，从而大大缩短了由于装夹改变导致的生产辅助时间，减少了工装卡具制造周期和等待时间，显著提高了生产效率。（2）减少装夹及定位次数，提高加工精度。装夹次数的减少避免了由于定位基准转化而导致的误差积累。同时，目前的复合加工设备大都具有在线检测的功能，可以实现制造过程关键数据的在位检测和精度控制，从而提高产品的加工精度。（3）减少占地面积，降低生产成本。虽然复合加工设备的单台价格比较高，但由于制造工艺链的缩短和产品所需设备的减少，以及工装夹具数量、车间占地面积和设备维护费用的减少，能够有效降低总体固定资产的投资，以及生产运作和管理的成本。22复合机床的国内外发展现状及发展方向在全球机床制造和金属加工领域，复合加工技术已成为主要的发展趋势，并且在高速加工技术的有力支撑下，复合加工技术正以其强大的加工能力被不断发展和应用。由于我国复合加工机床起步比较晚，最早研究的是车铣复合加工机床。首台复合加工机床出现2001年中国国际机床展上，是由沈阳机床股份有限公司与德国MAXMULLER公司合作生产的车铣复合中心。此后，复合加工机床不会仅停留在车削和铣削上，从淬火，磨削，压入到冷压成形，超声波加工，激光加工等不同工种将都可能组合到一台机床上，朝着一台复合型加工机床的方向发展19。目前，复合加工机床日趋多样化，世界上主要的复合加工机床大体可分为三类第一类是以车削为基础的复合加工机床，如车铣复合中心、小型五轴车铣复合中心、车铣复合加工单元等；第二类是以铣削为基础的复合加工机床，如五轴棒料加工中心；第三类为一磨削为基础的车磨复合加工机床，如车磨复合加工机和倒置式车磨复合中心。（1）以车削为基础的复合加工机床这类机床在卧式车削中心和立式车削中心的基础上集成了铣削、钻削和攻丝、镗削、磨削以及滚齿和插齿等工艺方法，成为卧式或立式车铣复合加工机床。具有代表性的有奥地利WFLMILLTUNTECHNOLOGIES公司的M65和M60G；日本MAZAK公司的100、200、300系列，QTN100MS、250MSY、350M系列；德国INDEX公司的TRAUBTNX65；DMG公司的TWIN65等多种卧式车铣复合加工机床6。奥地利WFLMILLTUNTECHNOLOGIES公司的M65卧式车铣复合加工机床具有一定的代表性。该机床总体采用传统卧式车床布局形式，床身采用高刚性的60斜式床身结构，导轨为特殊设计的大尺寸直线导轨，具有高刚性和优良的抗振性。床身左端为车削主轴箱，具备C轴功能。右端为尾座装置。斜式床身上部是车、铣、镗主轴装置，可沿纵向（Z轴）、横向（X轴）、径向（Y轴）进行直线运动和B轴的摆动回转运动。此外，B轴还可以25为单位分度，具有进行旋风车铣粗加工的能力。斜式床身的下部是一个在纵向和横向均可机动控制的中心支架，用于端面和镗内孔加工不能使用尾座装置时支撑工件。而M60G在此位置是一个双刀盘式的车削回转刀架，在纵（Z1）轴、横向（X1轴）均可参与联动加工。因而该机床具备X、Y、Z、B和C多轴插补联动功能。在无人干预的情况下，进行车削、钻孔、铣削、磨削、枪钻、内外齿加工、车铣、圆弧铣削等加工任务。该机床在主轴箱后面配备一个多达120把刀位的无磨损、免维护盘式刀库取代传统的链式刀库，可存放长达900MM、重达20KG的刀具。换刀位置位于机床左端主轴箱主轴的上方，为减少换刀时车铣主轴往返移动带来的非生产性时间浪费，换刀位置在全纵向行程内编程置于程序库内。机床车铣主轴的下方配置的第二个刀具支撑附件采用独特坚固的燕尾槽结构，可以安装深孔钻刀杆、WFL系列镗刀杆、整体钻头、内型腔加工动力刀具和特殊型面镗刀等远大于标准刀具尺寸的大型刀具。在机床右端主轴上方设有换刀台，可自动存取最多两把，长度可达1550MM、重达150KG的大型刀具。深孔镗刀杆和内型腔加工动力刀具可装载多种加工刀具，可直接由左端刀库取刀，并且可由一独立的机床滑门操作，无需中断加工。对工件内、外圆同时进行加工时，可以达到极高的同轴度，同时又能保证镗孔和铣削表面的位置精度6。（2）以铣削为基础的复合加工机床这类机床在卧式加工中心和立式加工中心的基础上集成了车削、钻削和攻丝、镗削、磨削以及滚齿和插齿等工艺方法成为卧式或立式铣车复合加工机床。如日本MAZAK公司的INTEGREXE800V/5、E1550VL0卧式铣车复合加工机床在五轴卧式加工中心的工作台增加回转车削功能，可以在一次装卡下对圆型盘类零件实现车、铣等工序的完全加工。INTEGREXE500HS立式铣车复合加工机床则在机床左右两端各设一个带卡盘的回转主轴右端卡盘可在轴向伸缩，可对长轴类零件进行顶卡加工，也可在左右两端同时进行对两个短轴类零件的车、铣等工序的加工工作6。（3）以磨削为基础的车磨复合加工机床车磨复合机床研究方面，国内外已经有很多相关研究和生产。瑞士MAGERLE公司的MGR型立式车磨复合加工机床，机床上方配有多个磨头和一个车刀架，可以对零件进行磨削和精车，实现了一次装夹，完成多种工艺加工；日本森精机制造所的IGV3NT型磨头可回转式立式磨床，可在一次装夹下对零件内外圆和端面进行加工；瑞士STUDER公司的S33型万能数控磨床，可以在一次装夹下实现多线螺纹加工和内外圆、端面加工。南京数控机床有限公司的N094型数控双端面车磨复合机床是用于汽车刹车盘的双端面车和双端面磨加工的专用机床。车磨复合加工提高了加工精度，减少了零件的装夹时间以及砂轮的更换时间，提高了加工效率14。（4）以不同加工类型为基础的复合加工机床将多种不同的加工类型集成在一起，例如激光淬火与磨削加工集成的复合加工类型；切削、磨削、研磨加工集成的复合加工机床；铣削与激光三维加工集成的复合加工机床等。未来的复合加工机床将结合数控技术、软件技术、信息技术、可靠性技术的发展向构件简约化、结构紧凑化、配置模块化和部件商品化方向发展。复合加工机床的性能也会根据用户的加工要求向多样化发展，有为适合于多品种、单件和小批量生产条件的全功能性复合加工机床，也有为适合于提高生产效率、较大批量生产条件的专用的功能适宜的复合加工机床。同时复合加工技术也在重型、大型机床上有着广泛的开发前景。复合加工是未来机床发展的重要方向6。23相关技术研发针对国内燃油泵的现状，通过在普通数控车床上添加功能部件，扩展数控车床的加工范围，提高该数控车床的加工能力，将数控车床改造为车铣复合加工机床，从而大大减少设备投资，是国内许多工厂的迫切需要。数控车床功能部件涵盖了众多方面，如数控系统、刀库、数控刀架和转台、摆头、主轴、电主轴、滚珠丝杠副和滚动导轨副、高速防护等20。其中动力刀塔功能部件的应用对于数控车床加工范围的扩展起到了关键性的作用，通过在动力刀塔上安装车刀、铣刀、钻头、砂轮等，可以将数控车床扩展为集车削、铣削、磨削、钻孔等多种功能于一体的复合加工机床。231多功能车床刀塔多功能刀塔（如图1）作为选配模块配置在数控车床上。以实现车、铣和钻的工序复合。多功能刀塔主要结构由立柱和动力头两部分组成。其中动力头部分可安装L到3把平行的刀具，如图1中组件L。动力头安装在燕尾槽动导轨如图1组件3上，燕尾槽动导轨与丝杠螺母连接，丝杠螺母与立柱中的滚珠丝杠装配，燕尾槽动导轨在立柱表面上下滑动，从而实现动力头的Y向运动，刀塔立柱如图1组件4安装在横溜板如图1组件9上，实现整个动力单元的纵向进给。立柱外部尺寸为198168205MM。托板和横溜板分别控制刀塔的Z向进给铣削和X向进给钻销立柱通过导轨与刀头体连接，刀头体在步进电机5的驱动下由安装在立柱中的滚珠丝杠驱动完成Y轴方向的运动22。1动力头2伺服电动机3燕尾槽动导轨4立柱5步进电机6钻头7铣刀18铣刀29横溜板图1动力刀塔布置图231A轴动力刀塔立式车铣复合加工中心是新一代复合加工机床的代表，该机型可以通过一次装夹完成车、铣、钻、镗等多个工序的加工。与传统的多工序多机床的加工方式相比，具有精度易于保证、占地面积小，生产灵活高效等诸多优点。VHT系列立式车铣复合加工中心采用西门子840D系统控制，机床由高刚性的整体底座、高刚性轻量化设计的立柱、直驱技术的双功能车铣回转工作台、摆头动力刀塔、自动换刀系统、恒温系统、液压系统、冷却系统、排屑系统、机内对刀系统、走线系统、安全防护系统等组成。机床共设置X、Y、Z三个坐标轴，A、C两个旋转轴。立柱位于底座上方，可沿机床Y轴移动；力矩电机直接驱动的双功能车铣回转工作台带C轴功能，不仅可以实现铣削插补分度定位功能，而且还可实现车削旋转功能，整体双功能车铣回转工作台可沿机床X轴移动；摆头动力刀塔自身带A轴功能，安装在动立柱的滑板上，铣头旋转锁紧时可实现车削功能，摆头动力刀塔整体可沿机床Z轴上下移动。整体结构如图2所示9。1Y轴直线导轨2立柱3A轴刀架滑板装置4A轴车铣刀塔5中空滚珠丝杠副6机内螺旋排屑装置7回转工作台8X轴转台底座9底座图2立式车铣复合加工中心的总体结构图摆动动力刀塔（A轴），如图3所示，是车铣复合加工中心的核心部件，由A轴工作台和刀具主轴两部分组成，其工作特点是主轴铣削时动态旋转，车削时不转。车削时卸荷齿形联轴节将固定到旋转壳体上，消除主轴轴承负载，提供防铰定位精度，并吸收切削力。刀具则由碟簧夹紧，液压释放，通过液压系统压力差值监视刀具夹紧情况。在换刀时利用压缩空气清洁主轴锥面，并采用迷宫式密封结构防止主轴受到污染。同时该刀具主轴上有外冷却和内冷却两个冷却液出口，分别可实现刀具的外冷却和内冷却9。图3摆头动力刀塔（A轴）A轴动力刀塔主要由驱动单元和点主轴单元两大部分组成，如图4所示。1角度测量系统2转动轴3传动齿轮4传动皮带5伺服马达6赫式三片齿7电主轴（A）驱动单元结构示意图1换刀时清洁用的排风口2HSK或CAPTO3拉刀机构4刀具法兰与主轴紧密贴合面5心轴前端轴承6赫式三片齿7心轴8壳体9中心冷却液输送管10抓刀信号传感器11液压打刀缸12蝶形弹片13主轴转子与定子14外部冷却液连接口B电主轴结构示意图图4A轴动力刀塔结构示意图图5A所示的的驱动单元结构主要用于机床A轴的连续旋转和角度定位。由传动装置、内置编码器、变速齿轮箱、液压A轴夹紧松开装置和装有滚针轴承的回转装置等组成。此类结构的A轴刀塔与传统蜗轮蜗杆传动的刀塔相比具有结构更加简单，易于加工和装配的优点，提高了生产效率，降低了产品成本。图5B所示的电主轴结构，主要由内置式电主轴（主轴定子和转子）、HSK或CAPTOC6松拉刀装置、心轴锁紧及松开装置（通过液压控制的赫式三片齿）、环形外部冷却装置、中心出水装置及各位位置开关等部分组成。内置式电主轴驱动电机采用西门子IFE0934WH11，可以满足绝大多数的铣削加工需要。主轴刀柄形式为HSK63A或CAPTOC6选项，相对于以往使用的单面定位的BT刀柄，双面定位的双面定位的HSK及CAPTO主轴刀柄形式可以很好的解决10000RPM以上高速回转时主轴锥形口因离心力变形而引起的刀具振动问题；特别在使用车刀进行重切削的时候，CAPTOC6系列的刀柄接近于零误差的角向定位，完全避免了车刀因重复装取而引起的角向定位误差，实现高精度车削加工。拉刀系统通过蝶形弹片和释放液压来完成抓刀，换刀时，压缩空气通过心轴清洁主轴锥度内孔，由于电主轴前端使用迷宫方式密封，可以实现自动换刀。当进行车削加工时，电主轴被牙盘锁紧，心轴的前端轴承不受力，加工所受的力被电主轴壳体吸收。当进行铣削时，电主轴松开，进行高速铣削21。A轴摆头动力刀塔较之A/C,B/C摆头具有更好的可靠性并节约空间，而其特有的变速齿轮传动机构较之传统的蜗轮蜗杆传动机构有着良好的加工性、散热性和经济性；该技术提供了一种完善的加工解决方法，一次装夹便可实现多个表面或复杂形面的加工，因而大大简化了装夹和刀具系统的复杂性，同时减少夹具及非生产时间。由于主轴可以在一定范围内实现任意角度的回转定位，从而大大提高了机床的工艺范围。A轴技术使得动力回转轴的加工更加具有柔性，它可以对工件从任意角度进行面铣和端铣的雕刻式加工。其静轴加工能力，使得复杂零件的车削加工也更高效和经济。此技术的应用，将车削和铣削功能集成到一台高性能机床之中。233转塔动力刀架数控转塔动力刀架是精密数控车削中心的核心功能部件。国际上的数控回转动力刀架分为两个设计趋势（1）带刀库的自动换刀装置；（2）转塔式刀架。两种方案针对的加工对象有所不同前者结构尺寸较大，适合搭载在立式铣床上，对大尺寸工件进行加工；后者结构尺寸比较小，适合搭载于数控车床上，完成小尺寸零件的加工17。数控刀架作为数控车床的动作执行部件，其基本结构包括驱动装置，分度装置，预定位装置，松开、刹紧装置，进定位装置，发信装置，装刀装置。为满足不同工件的加工要求，数控刀架分为4、6、8、10、12工位，形式为立式和卧式16。数控刀架换刀动作16系统发出指令齿盘松开刀架旋转分度到达目的工位并发出信号预定位齿盘锁紧精定位系统确认后进行切削。转塔刀架的总装图（A）和机械结构简图（B），如图5所示。（A）1刀盘2动力传动部分3精确分度机构4液压控制系统5粗分度结构6动力刀具离合结构（B）图5转塔刀架总装图和机械结构简图234新型精密动力刀塔台湾六鑫公司是刀塔专业制造厂商，主要产品为各种精密动力刀塔。新系列刀塔之刀盘旋转与分割皆采用专用型伺服马达驱动，具有卓越特出的位精度与快速换刀特性。此外，重复精度更可达0003MM。拥有精密定位与优异重复精度的六鑫动力刀塔，在性能方面可媲美欧美知名品牌，其以优惠的价格帮助客户节省机器成本。换刀速度是六鑫动力刀塔的设计重点，换刀速度快速、顺畅、稳定，即使在高速换刀情况下，也绝不会产生乱刀问题。彻底凸显六鑫动力刀塔在快速换刀的卓越性能。此外，动力刀座规格符合DIN69880与DIN5480标准。图6台湾六鑫公司的新型精密动力刀塔3总结部分（将全文主题进行扼要总结，提出自己的见解并对进一步的发展方向做出预测）31机床业未来的发展趋势目前，在世界机床制造和机械加工领域，复合加工技术是处于领先地位的技术。所谓复合加工技术，即是在一台设备上完成车、铣、钻、攻丝、铰孔、扩孔等多种加工要求。其主要优点是能够减少加工时间，减少辅助时间，以提高生产率，车铣复合加工就是这一技术的典型代表。实现复合加工，有许多可行方案，其中，数控车床与数控车削中心的一个重要组成部分就是数控转塔刀架。数控转塔刀架是实现复合加工的核心功能部件，不仅可以像普通刀架装配多把普通车刀，并且能够同时提供动力驱动动力刀具，完成铣、钻、攻丝、铰孔等加工。复合机床是当前世界机床技术发展的潮流。复