敏敏液压半自动专用车床说明书

1、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84060108学 号2008040601263姓 名袁敏指导教师负责教师沈阳航空航天大学2012年6月沈阳航空航天大学毕业设计（论文）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

2、，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AbstractThe paper introduces the design of a hydraulic semi-automatic special lathe. This design is in order to meet of the large-scale production of the vari

3、able-speed case shell of bicycle, The: special lathe is used to machine the excircle and the inthole of the variable-speed axis case shell.This special lathe is jointly controlled by hydraulic system and electric system. The hydraulic system to gain the automatic clamping and loosing to the workplac

4、e, the automatic longitudinal feeding and cross retract of the tool carrier .The shank in the front of the spinglehead is used to change the spindle rotational speed. The max stroke of the tool carrier is 160mm, the max outside diameter of the workplace can be machined is 58mm.The special lathe have

5、 some advantage, for example simple structure, convenient operation and easy upkeep and so on, it also can satisfied the repuire of productivity, as the same time it has a higher economy.With the angle of the special lathe, the paper is systematic to make detailed introduction for entire design-cour

6、se, From the overall structural design to the design of hydraulic-system and electrical-system. and carried out the checking nucleus mainly by force, under the condition of checking computation, the paper have carried out the design of specific size, Selected and applied standard components and nons

7、tandard.Keyword: semi-automatic; hydraulic pressure; spindle; tool carrier 目 录1概述11.1液压半自动车床设计的目的11.2液压半自动专用车床的特点及用途11.2.1机床的特点11.2.2机床的用途11.3机床的结构及其使用21.3.1主轴箱21.3.2刀架21.3.3液压控制系统21.4机床的调整31.5机床备件的生产31.5.1非标准件31.5.2标准件42液压半自动专用车床总体结构设计52.1机床重要技术参数的确定52.1.1机床的主要技术参数52.1.2其他主要技术参数52.1.3已知技术参数52.2机床的总

8、体布局62.2.1有关机床总体布局原则的论述62.2.2具体的车床布局方案62.3机床传动系统的方案论证72.3.1主轴变速方案论证72.3.2刀架的传动方案论证72.3.3夹紧方案论证72.4对于一些未知重要技术参数的计算和确定72.4.1主轴电机的选择72.4.2主轴功率82.4.3计算极限切削速度82.4.4计算极限切削力92.4.5计算进给抗力和径向力92.4.6估算夹紧力93液压半自动专用车床主传动系统设计113.1传动比的确定113.2转速图113.3齿轮齿数的确定123.4计算转速误差123.4.1计算主轴的各级实际转速123.4.2验算转速误差133.5齿轮模数的初估133.6

9、轴径的初估143.6.1确定各传动轴的转速143.6.2确定主轴前轴颈直径153.6.3估算传动轴直径153.7传动系统图164液压传动系统设计174.1工况分析174.1.1绘制运动部件的速度循环图174.1.2确定工作负载184.2拟订液压系统原理图194.2.1确定供油方式194.2.2调速方式的选择194.2.3速度换接方式的选择194.2.4夹紧回路的选择194.2.5绘制液压系统原理图194.3液压系统的工作原理204.4液压缸的参数计算和液压泵的选择214.4.1液压缸主要尺寸的确定214.4.2液压泵流量、压力的确定和泵规格的选择244.5液压缸缓冲装置的结构设计255液压半自

10、动专用车床的主要结构设计及零件选用265.1主要结构的设计265.1.1主轴箱265.1.2刀架265.1.3床身285.1.4操纵机构285.2零件的选择286液压半自动专用车床主要受力件的强度校核306.1主轴静刚度的校核306.2花键轴弯曲刚度的校核316.3花键侧挤压应力的计算346.4齿轮模数的验算346.5轴承的验算366.6液压缸的验算376.6.1缸盖固定螺栓直径的校核376.6.2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397.1润滑与密封397.2冷却系统407.2.1切削液的选用407.2.2切削液的加注方法407.2.3选择冷却液泵408液压半自动专用车

11、床经济性分析418.1机床行业的市场环境分析418.2使用上的经济性分析418.3维修上的经济性分析418.4能耗上的经济性分析418.5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45V沈阳航空航天大学毕业设计（论文）1概述1.1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。1.2液压半自动专用车床的特点及用途1.2.1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

12、，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

13、高了机床的经济性。1.2.2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。1.3机床的结构及其使用1.3.1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。1.3.2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

14、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

15、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。1.3.3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。1.4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。

16、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。1.5机床备件的生产

17、 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。1.5.1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

18、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1-1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 0.01mm2 主轴装弹性夹头的座

19、孔锥面 径向跳动 0.01mm 3 导轨在刀架移动方向上对主轴 平行度 0.01mm 4 弹性夹头装夹工件的内端面 端面跳动 0.02mm 5 弹性夹头装夹工件的内孔 径向跳动 0.02mm1.5.2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1-2固定及往复式密封环明细表名称 规格 数量 材料 标准 O型橡胶密封圈 12.52.65 1 耐油橡胶 GB3452.1-92O型橡胶密封圈 20.02.65 3 耐油橡胶 GB3452.1-92O型橡胶密封圈 28.02.65 2 耐油橡胶 G

20、B3452.1-92O型橡胶密封圈 52.05.3 3 耐油橡胶 GB3452.1-92O型橡胶密封圈 80.05.3 4 耐油橡胶 GB3452.1-92O型橡胶密封圈 85.05.3 3 耐油橡胶 GB3452.1-92O型橡胶密封圈 90.05.3 4 耐油橡胶 GB3452.1-92表1-3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 30 2 耐油橡胶 GB10708.1-89 活塞杆密封圈 40 1 耐油橡胶 GB10708.1-89 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

21、压半自动专用车床总体结构设计2.1机床重要技术参数的确定2.1.1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。2.1.2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

22、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。2.1.3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2.2机床的总体布局2.2.1有关机床总体布局原

23、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

24、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。2.2.2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。4. 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0.9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

25、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。2.3机床传动系统的方案论证2.3.1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。2.3.2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

26、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。2.3.3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。 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

27、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。2.4对于一些未知重要技术参数的计算和确定2.4.1主轴电机的选择查资料【9】得ap=3.5mm f=0.4mm/r v=80m/min切削力 Fz=1900apf0.75=3344.77N切削功率 Pm=Fzv60000=4.46KW电动机功率 PE= Pm=5.5KW 选择电动机型号为 Y132M2-6 PE=5.5KW nE=960r/min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。2.4.2主轴功率 Pm

28、 =PE (2-1)式中 PE 电机额定功率； 传动效率； =齿轮2轴承 (2-2)所以 Pm =PE齿轮2轴承=5.34 KW2.4.3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： Vmax=800Dmax1000=145.696m/min2. 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： Vmin=600Dmin1000=1

29、8.84m/min2.4.4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： Pm =FZ v/1000 (2-3) 所以： FZ =60000Pm /v (2-4) 3. 当切削速度V为最大时，FZ有最小值：FZmin=60000Pm /v max=2199.1N4. 当切削速度V取最小值时，FZ有最大值： FZmax =60000Pm /Vmin=17006.4N2.4.5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： FZ =Fc2+Ff2+Fp2 （2-5） 式中 Fc主切削力； Ff 进给抗力，Ff =(0.10.6) Fc 取 Ff=0.6F

30、c Fp径向力 Fp =(0.150.7) Fc 取Fp=0.7Fc则可求得： Fcmax=12505NFfmax=7503NFpmax=8753N2.4.6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Fc对工件产生的扭转力矩。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F夹紧与Fc之间的关系为： F夹紧R工件= FcR工件 （2-6） 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7.2-6知淬硬钢和软钢之间的摩擦系数u=0.350.40，取u=0.35。 则求得： F

31、夹紧=35728.57N 3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。3.1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

32、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： 1=960/800=1.2则在第二组变速中，传动比为： 2=800/600=1.33在直齿轮进行主传动时，一般要求142，降速比分配应尽量“前慢后快”。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。3.2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：图3-1转速图3.3齿轮齿数的确定查资料9表2.3-3，选择Sa=68，Sb=72,S为变速组的齿数和。在选择时，为防止产生根切现象，应满足最少齿数zm

33、in1820。 现对各齿轮齿数列表如下： 表3-1齿轮齿数列表第一变速组 第二变速组齿数和 Sa=68 Sb=72齿轮 Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6齿数 31 37 36 36 31 413.4计算转速误差3.4.1计算主轴的各级实际转速已知公式： n1z1=n1z 2 (3-1) 则： n电机z1=n轴Iz 2 n轴高（主轴高级转速）=(n电机z1)/ z 2=804r/min同理可知主轴低级转速： n轴低=(n电机z1Z5)/ z 2Z6=608r/min3.4.2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： n=n实际-n标准n标准10（-1）% （3-2）则

34、对主轴各级转速计算如下页表3-2。 参见公式7.1-9和7.1-102知 Rn=nmaxnmin=800600=1.33 =z-1Rn=1.153表3-2主轴各级转速表高级转速 低级转速标准转速 800 600实际转速 804 608 n 0.5% 1.33%所以10(-1)%=1.53%，由此可见，通过齿轮变速所获得的主轴各级转速均符合要求。3.5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2.4-179可知齿轮模数估算公式，如下： 按齿面接触疲劳强度： mH267AH3KP(u1)mncz2HP2umm （3-3）按齿轮弯曲疲劳强度： mF267AF3

35、KPYFSmnczFPmm （3-4）确定公式中涉及到的各参数如下：齿数比 u1=z2/z1=1.19 u2=z6/z5=1.32齿宽系数 m=b/m=510 取m=6mm齿轮传递功率 P=PE载荷系数K通常取1.01.2，故取 K=1.2系数 AH=61 AF=1复合齿形系数 YFS=4.0许用接触应力 HP=0.91300=1170N/mm2许用齿根接触应力 FP=1.4370=518 N/mm21.齿数为31和37的齿轮 mH11.79mF11.65所以取Z1,Z2模数为2.52.齿数为31和41的齿轮 mH61.68 mF61.74所以取Z3,Z4, Z5,Z6模数为33.6轴径的初估

36、3.6.1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nc=600r/min则各轴的计算转速确定如下： 电机轴： nc1=960r/min中间轴： nc2=800r/min主 轴： nc3=600r/min3.6.2确定主轴前轴颈直径参见表2.3-29可知。对于功率为05.5KW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： D1=110mm 则后轴径： D2=(0.70.85) D1=7793.5mm取 ： D2=80mm 3.6.3估算传动轴直径按扭转刚度估算中间轴的直径，需依据资

37、料公式2.4-19： d=914Pnc mm （3-5） 式中： d为轴危险截面处直径(mm)； P为该传动轴的输入功率(kw)； PE电动机额定功率(kw)； 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）； nc该轴的计算转速(r/min)； 该轴允许的扭转角(dcg/m)，一般情况下，主轴 =1.51，一般传动轴=11.5。 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： d122.6mm,取d1=28mm; d223.4m因II轴为花键轴，所以： d223.4-23.470%=21.762mm取花键轴尺寸(N

38、dDB)626326 d325.1mm故前面所确定主轴的前后轴颈尺寸合理。3.7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：Y132M2-6 Z1=31 m=2.5 Z2=37 m=2.5 Z3=36 m=3 Z4=36 m=3 Z5=31 m=3 Z6=41 m=3图3-2车床主传动系统4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。 4.1工况分析4.1.1绘制运动部件的速度循环图图4-1 速度循

39、环图图4-2 负载循环图4.1.2确定工作负载液压缸所受到的负载F包括三种类型，即： F=Fw+Ff+F a （4-1）式中 Fw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削力，即是进给抗力；Fw=7503N F a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，故此负载可忽略不计； Ff摩擦阻力负载，启动时为静摩擦阻力负载（可忽略不计）；启动后为动摩擦阻力负载，对于水平方向上的运动； Ff可由下式求得： Ff=f(G+Frn) （4-2）G运动部件，即刀架重力（可忽略）； Frn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件之间的主切削力Fc=12

40、505Nf 摩擦系数取为0.1。因此，可求得： Ff=1250.5NF=Fw+Ff=7503+1250.5=8753.5N4.2拟订液压系统原理图4.2.1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。 4.2.2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

41、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。4.2.3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，则可改用行阀切换的速度换接回路）。 4.2.4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。 4.2.5绘制液压系统原理图把上述所选择的液压回路组合

42、起来，即可组成如大图所示的液压系统原理图。图4-3 液压系统原理图4.3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QI-25B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

43、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

44、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AF3-EA25B保压，保持夹紧力。4.4液压缸的参数计算和液压泵的选择4.4.1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2-16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F=8753.5N，按表2-26取P2为0.5MPa,cm=0.95, ，又考虑到刀架快进，快退速度相等，

45、取d/D=0.7。参照公式2-36。 D4FP1cm1-P3P11-(dD)2 （4-3）代入以上各参数，可得：D66.87mm , 因此参照表2-46，将D圆整为80mm,即d=56mmc.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104 104 mm 的正方形（如下图）。利用公式pyD/2 对壁厚进行校核，可知强度足够，并有较大的安全储备。刀架的纵向行程为160mm ，则活塞杆有效长度L=120 mm ，液压缸有效工作长度为160mm。 因液压缸支撑长度为Lb= (10

46、15)d，故活塞杆可以稳定工作不须校核。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： t0.433DpyD(D-d0) （4-4）式中 py实验压力（MPa）。当工作压力 P16MPa 时, py=1.5P;当P16MPa时，py=1.25P。故此处py=1.5P=4.5MPa 缸体材料的许用应力取为110 106Pa d0缸底油口直径 则求得： t7.38 由于结构关系取： t=36mme.确定活塞厚度活塞厚度D=4880mm 故取B=48mm。2.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

47、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 Lb(1015)d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。b.计算缸盖的厚度 按平形有孔缸底公式: t0.433DpyD(D-d0) （4-5）解得： t9.654mm，考虑到结构关系，取t=35mmc.活塞厚度计算 B=(0.61.0)D=5490mm 取B=54mm3.夹紧油缸 a.计算夹紧时，油缸需施于锥套的推力 前边已求出夹紧力F=35728.57N。又已经锥套内锥角约为20，故可知推力F锥与夹紧力F之间的关系为：F锥=F tan200

48、，所以：F锥 =13004Nb.计算油缸直径 按公式2-36解得： D83.5mm注：在上述设计计算过程中，夹紧油缸的工作压力为2.5MPa。回油背压力为零，cm为0.95。因在此油缸中有主轴通过，所以实际内径 D和D之间应满足关系：(D2-d2)D2式中 d=52mm解得：D98.37mm取：D=100mmc.计算各阶段液压缸所需的流量 首先确定各工作参数：快进快退时速度为3m/min；工进速度在4001200mm/min间无级变速；夹紧松开行程10mm，夹紧时间为1s。则：q快进=4d2v快进=7.385L/min q工进= 4D2v工进max=6.0288 L/min q快退= 4（D2-d2)v快退=7.6867 L/minq夹= 4D2v夹=3.0144 L/min4.4.2液压泵流量、压