粗镗活塞销孔专用机床和夹具设计组合机床设计

1、1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2目目 录录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

2、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 164， 确定窄 v 带的基准长度和传动中心距 65， 带轮上的包角 1 16 6， 计算窄 v 带的根数 z 177， 计算预紧力 f0 178， 计算作用在轴上的压轴力 q 179， 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

3、 18 鸣谢鸣谢 20 参考文献参考文献 203摘摘 要要: : 本本文文主主要要介介绍绍解解放放牌牌汽汽车车活活塞塞销销孔孔的的加加工工工工艺艺，并并设设计计粗粗镗镗活活塞塞销销孔孔的的 组组合合 专专用用机机床床和和 专专用用 夹夹具具。关键词关键词: : 组组合合专专用用机机床床、粗粗镗镗 、夹夹具具、活活塞塞销销孔孔abstract：this paper is central introduce the technology that process pistons thole hole of jie fang automobile. and design the special-pu

4、rpose lathe and fixture for boring the pistons thole hole.key word： special-purpose lathe、boring、fixture、pistons thole hole.4第一章第一章 前言前言这次设计的题目是：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

5、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。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

6、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的往复运动，活塞的结构就要适应这样的工作条件。5三， 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ra0.2m。活塞销孔轴心线到顶面的距离定为560.08mm。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

7、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：si46%，cu58%,mg0.20.5%,fe1%, 其余是铝。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180200，保温 68 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hb95140年产量： 2530 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

8、工序，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6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

9、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）200400630050/35121240401000（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t

10、xxx-f42。 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 100150 范围内选取，初步定为120。每转进给量 f（mm/转）在 0.51.5 范围内选取，但考虑到液压滑台的7进给速度 v（401000mm/min）的限制要取合适的值。f由公式 n=1000v/d 得： n=1000120/27=1414.7(r/min) v=fn 取滑台的进给速度为1000，则ff=v/n=1000/1414.7=0.7（mm/r）f 3， 确定切削力，切削扭矩，切削功率： 初定镗刀装在镗杆上的几何参数为：主偏角k=45，前角。

11、=20，刃倾角 s0，刀尖圆弧半径=20（mm）,初定镗孔加工余量ap=1.5mm（1） ，切削力 fc=9.81cfcapxfcfyfckfc =9.81401.510.70.751200kfc其中 kfc= kmfc k0fc kkfc ksfc kfc查机械制造技术 p48 表 2-3，得 kmfc=1查表 2-4 得 k0fc=1.0 kkfc=1.0 ksfc=1.0 kfc=1.0kfc= kmfc k0fc kkfc ksfc kfc =11.01.01.01.01.0 =1 fc=9.81cfcapxfcfyfckfc =9.81401.510.70.751200kfc =9.

12、81401.510.70.7512001 =450.4(n)（2） ，切削功率：pc=fcvc/60103 =450.4120/60000 =0.895(kw)8 （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： （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0.8952=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，

13、 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【rtg1+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(157+950)】/0.9 =484.7(n.mm)m10 的许用夹紧力 =3924450.4(n)m10 的螺栓满足强度要求。 2， 扳手和螺栓的选用： 当用扳手

14、扳动m10 螺栓上的六角螺母时，查表1-2-25 得，9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

15、)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=9.840020080730010-9=457.86(n)估算主轴箱和动力源的重力n2=9.8200472388730010-9 =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=gv/gxt 一般取t=0.05（s） fa=400012/9.8/0.05/60=1632.65(n)

16、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=fg10 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，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

17、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

18、路从泵 16单向11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，迫使油缸大腔油压升高，压力继电器5 发出信号，实现滑台快退。压力继电器7 延时的过

19、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 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(m

20、pa)。122） ，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，即 a=（/4） d2=（/4） 52 =19.63(cm2)19.6312.5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）d2v快进 =

21、（/4）(3.5x10-2)212=11.5(l/min)q工进=（/4）d2 v工进 =（/4）(510-2)2 1=2 (l/min)q快退=（/4） (d2d2) v快退=（/4） (0.0520.0352) 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130.20.5（mpa） ，复杂系统取0.51.5（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

22、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。因此选泵的额定压力pn应满足 pn（1.251.6）pp。 本设计中 pn= 1.25pp=5.625 （mpa） 2） ， 泵的流量的确定： 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） ，容积效率 v=0.85，总效率 =0.7 4） ， 与液压泵匹配的电动机的

23、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0.21l/min 范围内，可取 =0.030.14。同时还应该注意到， pbqp/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14 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/=0.4011.5/60/0.7

24、 =0.11(kw)工进时所需电动机功率为： p= pp qp/=4.52/60/0.7 =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

25、为p=2.924/60/0.7=1.66(kw)21.1=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15 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 dp1-63b6.调速阀 aqf3-e10b9.行程阀13，电磁先导阀14，液动换向阀16，液压泵 ybx-1617，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

26、设计为中压系统。液压油箱有效容量按泵的流量的57 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： 2， 选取窄 v 带带型： 3， 确定带轮基准直径： 4， 确定窄 v 带的基准长度和传动中心距： 5， 带轮上的包角1： 6， 计算窄 v 带的根数 z：由 n1=1420（r/min） ，d1=75(mm)，i=1.014，查表 8-166c 和表

27、 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 z3.6/（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)+0.075.53752=166(n) 8， 计算作用在轴上的压轴力q：由式 q=2zf0 sin(1/2) =23166 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。d300(mm) 带轮采用整体 式结构带轮轮宽的设计：带轮轮宽 b=(z1)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=(z1)e+2f =(31)12+28 =40(mm)带轮外径的确定 查表 8-8 得 dw1=7