毕业论文（设计） 砂带抛光机床的设计

1、毕业论文设计 砂带抛光机床的设计 毕 业 设 计论文说 明 书题 目： 砂带抛光机床的设计 姓 名： 编 号： 平顶山工业职业技术学院2021 年 5 月 20 日平顶山工业职业技术学院毕业设计论文辩论委员会记录 系 专业，学生 于 年 月 日进行了毕业设计论文辩论。设计题目： 专题论文题目： 指导老师： 辩论委员会根据学生提交的毕业设计论文材料，根据学生辩论情况，经辩论委员会讨论评定，给予学生 毕业设计论文成绩为 。辩论委员会 人，出席 人辩论委员会主任签字： 辩论委员会副主任签字： 辩论委员会委员： ， ， ， ， ， ， 目录摘要1目录1第一章 引 言31.1 抛光在现代加工工艺中的重要

2、性31.2 抛光的分类31.3国内外凸轮轴抛光机床的开展现状31.4本次所设计抛光机的特点及有关说明4第二章 工艺分析52.1确定工艺方案52.1.1 第一种方案，采用砂轮磨床进行抛光。62.1.2 第二种方案，采用砂带抛光机床进行抛光。72.2拟定夹具方案92.3 拟定砂带抛光装置的结构方案102.3.1 国内外砂带抛光机现状及分析102.3.2 结论12第三章 确定机床主要技术参数133.1确定主参数133.2其他参数确实定133.2.1确定主轴的转速133.2.2确定切削数据143.2.3确定主运动电动机的功率153.2.4确定砂带抛光装置电动机的功率16第四章 机床的总体布局174.1

3、 运动的分配174.2机床的传动形式174.3 机床的支承形式184.4 机床总联系尺寸图18第五章 液压系统的设计195.1工况分析195.1.1 运动分析195.1.2 负载分析205.1.3 运动行程分析与计算235.1.4 结论235.2拟订液压系统工作原理图245.3液压元件的选择与计算245.3.1 液压泵的选择245.3.2 液压泵电动机确实定与选择255.3.3 液压油的选用255.3.4 确定液压缸的主要参数265.3.5活塞杆直径的选定与校核275.3.6其它元件的选用与计算275.4系统性能验算305.4.1 传动路线中的压力损失305.4.2 确定液压泵工作压力315.

4、4.3 液压系统的效率325.5系统的可行性验证325.6 支撑件及导轨设计32参考文献33致 谢341.1 抛光在现代加工工艺中的重要性抛光是一种应用广泛的磨料加工方法，金属及非金属材料制品，精密机电产品，日常生活用品，均采用抛光加工来提高外表质量。抛光工序在现代加工工艺中的重要性是由抛光自身的特点及零件要求的外表质量的日益提高决定的。它是对零件外表进行的光饰加工，主要的目的是去除上道工序的加工痕迹，如到痕、划印、麻点、尖棱、毛刺等，改善零件外表粗糙度，获得光亮平整的加工外表，增加美观，提高工件的抗疲劳和抗腐蚀的性能。经抛光的的零件外表粗糙度一般可以到达Ra0.4vm。此外，抛光还可以作为一

5、道中间加工工序，为油漆、电镀等后道工序提供油膜、镀层附着能力强的外表。1.2 抛光的分类抛光一般可以分为柔性机械抛光、机械化学抛光、电化学抛光和磁化学抛光等。在日常的加工中常用的是柔性机械抛光，它包括轮式抛光、带式抛光、盘式抛光和滚筒抛光等。而本论文所采用的是带式抛光。在国内过去的二十年间，我国的传统制造业中一般采用砂轮磨削或手工抛磨来完成抛磨工序，技术含量、自动化程度和加工精度都较低。在八十年代初到九十年代初的十年中，砂带磨削抛光工艺引起了我国大专院校和科研所及企业界的极大关注，他们发表了相当数量的试验报告及论文。但由于对砂带磨削工艺特性的了解不够、砂带质量、品种及规格不能满足生产需求、砂带

6、磨床品种太少等原因，导致在国内的砂带热没持续几年就寂静下来了。近年来，砂带抛光机床稍有回头，一般加工工艺范围小，品种少，应用范围小，主要应用于棒料、平面等简单型面的加工，而用于凸轮轴抛光的有到目前为止只有B6006砂带抛光机床。在国外，最早的凸轮轴砂带磨削机床已于1978年在米兰展出，但并没马上获得成功。而近年来对凸轮轴的研究与应用以美国尤为突出，制造出了多砂带凸轮磨削抛光机床，并成功地应用于汽车的加工中。本次设计的砂带抛光机床采用砂带与接触轮的接触应力保持不变的砂带抱抛式抛光装置，并采用基于CA6140普通机床的变形设计方法，因而在相关尺寸确实定上采用关联比例来确定，具体的尺寸、结构和有关要

7、求下列图 工艺分析首先，我们得对凸轮轴有个初步的了解，通常凸轮轴的材料为铸铁或合金钢，铸造的凸轮轴一般经过铸造、硬化有的是在铸造时采用冷激铸铁，组织是白口铁、磨削、抛光。钢制的凸轮轴在磨削、淬硬和抛光前，其毛胚是锻造的，或者用棒料粗加工成形的。而加工凸轮轴的抛光工序通常为加工工艺的最后一道工序，且加工余量很小。 由于此机床专为凸轮轴的抛光工序设计，具有较强的针对性，因此属于专用机床的设计的范围。同时由于凸轮轴上凸轮的独特曲面特性，应采用与之相适应的加工方法来对其进行加工，其具体的分析如下。为了在满足加工要求的前提下采用较优的加工方案，我们在确定加工方案时得注重考虑以下的几个问题：首先，抛光的目

8、的是获得较高的外表质量，但评价抛光机床的抛光质量有这样两方面的内容：一方面是机床应保证工件抛光后的最终尺寸精度，保证这些部位抛光前各道工序所获得的形状、位置精度，这是抛光质量的先决条件；另一方面是抛光后的外表粗糙度。对于一般的圆柱工件来说，保证尺寸公差是较容易的，因为工序中为抛光工序留有适当的抛光余量，而这些抛光余量那么可根据抛削量制定。 其次，我们得考虑的是被加工工件的外表形状，对于我们现有的特定加工对象凸轮轴而言，各凸轮的曲面为凹或为凸及各凸轮的相对转角如图2-1所示及近年来对加工外表质量的要求日趋提高和机床应具备一定的加工工艺范围等，在很大程度上决定了我们所采用加工机床、刀具、抛光装置，

9、为了在机床设计中实现本钱、效率、结构、技术熟练成度要求等的优化设计，现在可对以下的几种加工方案进行分析比照，择优采用符合生产实际的加工方案。2.1.1 第一种方案，采用砂轮磨床进行抛光。在此方案中，可采用较高的砂轮和工件的相对转动速度，可进行较大的磨削进给量，获得较大的金属切除率，同时假设采用小磨粒的砂轮，也可获得较高的外表质量和较低的外表粗糙度，但假设用在凸轮轴加工中，那么将主要存在以下的三个问题。1、工作节拍由于凸轮轮廓复杂，精度要求高，而且同一凸轮轴上各个凸轮之间有严格的相位要求，这在前面的图2-1可以看到。从其外表曲线来看，凸轮轴上的凸轮曲线由基圆局部和工作段局部组成，而工作段局部那么

10、由开放曲线、凸尖、关闭曲线组成如图2-2。为了保证阀门开关运动平稳要求。这些曲线的设计有专门的要求。对于凸轮的设计者要要仔细分析凸轮的轮廓、升程值及其一阶导数速度和二阶导数加速度，有时还得分析三阶导数加速度的变化，此外，吸气凸轮与排气凸轮在外形轮廓上稍有不同。还有，为实现发动机气缸的正确点火周期，每个凸轮的相位角是不同地安置的，由于这些原因会导致砂轮的进给控制非常的困难，难以保证加工凸轮的加工精度。同时其灵活性小，假设对四缸或六缸的凸轮轴进行加工，那么需配备10-14套抛光装置，或者配备一个可编程的控制系统来控制砂轮的进给运动，这样都会导致设计的机床相当复杂。2、烧伤烧伤另一有关的是磨削凸轮轴

11、凸轮的外表质量。显然，金属切除率是直接正比于砂轮与凸轮的相对周边速度。由于凸轮的基圆局部和工作段局部的周边速度不一图2-2 凸轮磨削曲线1、凸尖 2、基圆曲线 3、回程曲线 4、升程曲线样，因而凸轮各局部的金属切除率不相同，从而由磨削过程中产生的塑性变形而产生的热量相应增多，其热量的大局部积聚在工件的外表而导致外表局部烧伤。3、凹入的凸轮轮廓这样的凸轮轴砂轮磨床的前瞻性不好，适应性有限，对于凹入的凸轮没法加工，或者说加工本钱很高，可采用小直径的CBN来加工，但由于其经济问题在大规模生产中是无法推广的。近年来，凹入的凸轮已经被发动机设计者感兴趣，其凸轮曲线在开放曲线和关闭曲线处的曲率是负值，在这

12、种廓形中，以凹曲线代替直的或凸的曲线。这样的凸轮在工作中比现在的凸轮能更快的开关阀门，这样燃烧更完全，输出的马力更大。当然在以上的三个问题中对于针对中轴厂的中小规模的生产类型及现有的生产加工条件，按照结构简单、重量轻、效率高、本钱低、操作方便简单等机床设计原那么。第一个问题，即凸轮轴的工作节拍是我们面临的最为关键的问题，假设采用与凸轮轴转动同步的控制系统来实现，其较高的技术难度和本钱，致使此种方案的可行性较小。2.1.2 第二种方案，采用砂带抛光机床进行抛光。砂带抛光是根据工件形状，用相应的接触方式及高速运动的砂带对工件进行磨削抛光的一种新工艺。在过去的五、六十年里，砂带磨削作为一种新工艺，在

13、像塑料、皮革、不锈钢、陶瓷等外表要求较高而又特别难加工的金属和非金属材料。在现代工业中，砂带磨削抛光技术以其独具的加工特点被视为一种很重要的加工方法。国外有专家曾把砂带磨床比做“未来的巨人加以评述。下面将对砂带磨削抛光的有关原理及其特点加以分析。1、砂带磨削抛光原理实现砂带磨削加工的主要方法有：砂带自由张紧法、带有接触轮的转动砂带法和接触板法。最常用的是带有接触轮的转动砂带法。如图2-3所示根据工件形状和加工要求，以相应的接触方式和适当的磨削参数对工件进行磨削加工或抛光。图 2-3 抛光原理图2、砂带磨削抛光机床的根本部件a主轴传动装置。有单速或具有较大灵活性的变速传动，有时装有可逆电动机，以

14、改变砂带的运动方向。皮带速度为1050m/min，通常取1630m/min，主传动装置的功率，在每10mm宽的砂带上是0.30.7kw。b砂带张紧装置。保持磨削及导向时砂带的适当张力，在砂带磨削中起到非常重要的作用，它影响到砂带的切削性能和加工零件外表粗糙度。当增加砂带拉力时，可提高金属切除量，但同时也提高了外表粗糙度值和磨料覆盖层的消耗量。经试验说明，砂带的张力在68N/mm范围内，在逆磨削时每次行程能切出最大的金属量。拉紧机构有各种形式，从简单的机械或弹簧方法到宽砂带与重负载磨削机床用的气动及液压拉紧装置。同时，为获得最大的生产率，必须使更换砂带的时间最少，通常操作者能在一分钟内更换砂带。

15、c砂带导向装置。这一装置可设计成手动或自动的，视具体情况而定，主要起导向作用。d接触轮。接触轮在磨削点上支承砂带，其本体是用铝或钢制成，轮上覆盖有橡胶、纤维、毛毯或其它材料制成的弹性圈。此外，还有吸尘装置。3 、砂带磨削抛光的特点砂带与易损坏的工具如单刃车刀、铣刀、砂轮磨削等工具相比，具有以下的特点：a加工效率高。经过精选的针状砂粒采用先进的“静电植砂法, 使砂粒均匀直立于基底、且锋口向上、定向整齐排列, 等高性好, 容屑间隙大, 接触面小, 具有较好的切削性能。应用这一多刀多刃的切削工具进行磨削加工, 对钢材的切除率已达每mm 宽砂带200600mm/min。 b 加工外表质量高。砂带磨削时

16、接触面小摩擦发热少, 且磨粒散热时间间隔长, 可以有效地减少工件变形及烧伤, 故加工精度高, 尺寸精度可达±0.002mm，平度可达0. 001mm。另外, 砂带在磨削时是柔性接触, 具有较好地磨削、研磨和抛光等多重作用, 再加上磨削系统振动小, 磨削速度稳定使得外表加工质量粗糙度值小, 剩余应力状态好,工件的粗糙度可达Ra0. 40. 1m ,且外表有均匀的粗糙度。但由于砂带不能修整,故砂带磨削加工精度比砂轮磨削略低。 c 工艺灵活性大, 适应性强。砂带磨削可以方便地用于平面、外圆、内圆磨削、复杂的异形面加工、切削余量20mm 以下的粗加工磨削、去毛刺和为镀层零件的预加工、抛光外表

17、、消除板坯外表缺陷、刃磨和研磨切削工具、消除焊接处的凸瘤、代替钳工作业的手工劳动。除了有各种通用、专用设备外, 设计一个砂带磨头能方便地装于车床、刨床和铣床等常规现成设备上, 不仅能使这些机床功能大为扩展, 而且能解决一些难加工零件如超长、超大型轴类、平面零件、不规那么外表等的精密加工。 d 砂带有很大的弹性, 因而整个系统有较高的抗振性。 e 砂带尺寸可很大, 适用于大面积高效率加工,且设备简单, 操作平安, 使用维护方便, 更换砂带和培训机床操作人员花费时间较少。由上面两加工方案的优缺点的比照可知，在凸轮轴的抛光加工工序中应采用砂带加工的加工方案。对于特定的加工工件，下面以中原轴件厂提供的

18、六缸凸轮轴为例，如图24所示，此六缸凸轮轴中的加工外表为1中的十二个进排气凸轮面、2中的六个凸轮轴轴颈和3中的两个滚子轴承端面，同时还可从图中可看到凸轮轴的两端有两个圆柱。 两个端面孔和轴的右端的专为装夹预留的局部，从而我们可采用三爪卡盘加尾架的定位方式来完成夹紧、定位。这其中的三爪卡盘具有自动定心的功能，因此在此装置中只需保证主轴和尾架顶锥的同轴度即可保证加工工件的同轴度，如图2-5所示。图24六 缸凸轮轴十二个进排气凸轮 2、六个凸轮轴轴颈 3、端面轴径图2-5 凸轮轴的装夹示意图2.3 拟定砂带抛光装置的结构方案2.3.1 国内外砂带抛光机现状及分析 从六十年代起，用于国产汽车发动机凸轮

19、轴的砂带抛光机床一直采用“靠模顶抛式结构，如图2-6所示，其工作原理是：用一个与被加工工件形状、尺寸相同的零件做靠模，靠模与工件之间用连杆联接着，连杆靠近工件的一端装有抛光爪，抛光砂带由传送装置送到工件与抛光爪之间，抛光爪使砂带贴在工件外表上，连杆的另一端安装仿形滚轮。连杆在弹簧力作用下使滚轮紧靠着靠模。当靠模与工件同步旋转时，通过连杆，抛光爪即沿工件做仿形运动，砂带即把工件外表抛光。使用此类机床必须保证以下两点：第一，在安装工件时，应使工件外表的某一点A与靠模对应的某一点A在同一平面内，且角度与位置相同。第二，抛光时工件与靠模必须保持严格地同步旋转。在实际工作中，传动误差与安装误差总是存在的

20、，这些误差使得工件凸轮曲线在各点的极座标值与靠模对应点的极座标值不一致，最终导致抛光时砂带与工件外表接触力不稳定，影响了抛光质量。“靠模顶抛式砂带抛光机的另一缺点是：连杆尺寸大，质量也大，运动时会产生较大的发动，特别当连杆的两端靠近凸轮尖端部位的升回程外表时，连杆将获得最大的动量变化值，使凸图2-6 靠模顶抛示意图1、弹簧 2、滚轮 3、靠模 4、连杆 5、砂带 6、工件 7、抛光爪轮升、回程外表的抛光压力不均匀，因而影响抛光质量即当抛光爪处于凸轮回程面时，较大的连杆动量值由于惯性的作用，迫使抛光爪离开凸轮外表或者使工件与抛光爪之间的压力降低，也就是砂带与工件外表脱离接触或压力降低，而当抛光爪

21、处在凸轮的升程面时，连杆运动产生的惯性力与弹簧力方向一致，增加了抛光爪作用在位抛光外表的压力。因此，在抛光过程中作用力大小不一致，使得抛光质量不如人意。为了克服“靠模顶抛式砂带抛光机的缺点，国际上各主要汽车生产国使用的砂带抛光机床普遍采用“抱抛式抛光头，且由PLC进行控制，其结构如图2-7所示。从图中可以看到，工件每一个抛光面都有一对抛光爪，平时是撑开的，工作时两个抛光爪将工件“抱住,砂带从两个抛光爪内穿过，再与工件外表接触，工件每旋转一周，砂带两次抛削工件外表，工作效率是“靠模顶抛结构的两倍。“抱抛结构在工作时，两个抛光爪作用在工件上的力大小相等、方向相反，不但使凸轮升、回程外表的抛光质量均

22、匀一致而且使机床主轴和尾架不受径向力,从而提高了机床的使用寿命。图2-7 “抱抛机构图气缸 2、新砂带 3、过砂带装置 4、废砂带 5、抛光头 6、工件“抱抛式抛光头没有靠模和连杆，结构尺寸小，重量轻，动量惯性小，每个抛光头都配有一个砂带卡盘，更换砂带方便。图2-8 改造的“抱抛结构示意图、主动轮 、摆动液压缸 、张紧轮 、抛光头、铰链传动机构 、辅助轮 、砂带 、加工工件2.3.2 结论由上面的分析很明显地知道应该采用“抱抛式抛光结构。同时考虑到现有的生产条件及各方面的实际情况和机床设计的“三化，即系列化、通用化、标准化的原那么，决定在抱抛结构的控制系统改用液压恒压系统来取代PLC，同时为降

23、低运行本钱，提高砂带的利用率，采用闭式砂带装置取代开式砂带装置如图2-8所示，这样一来，在实现同等控制效果的根底上，既能简化机床又降低机床的制造本钱、运行本钱和维护本钱等，具有较强的现实可行性。第三章 确定机床主要技术参数 由于此机床专为凸轮轴的抛光工序而设计，同时又具有一定的可调节性，因此也可定义为可调凸轮轴抛光专用机床。下面将确定其主要技术参数如下。3.1确定主参数 由于本次设计的机床为针对具体的凸轮轴而设计，因此我们的主参数和根本参数的选定可根据给定的加工工件尺寸最大直径最大长度为52.5mm837mm和我们所设计的机床形式卧式相结合，利用相似类比的方法参照?机床设计手册 3 部件、机构

24、及其总体设计?的普通机床参数的表71-88，将其设计所需的主参数如表3-1如下：表3-1床身上最大工件回转直径 D mm 500抛光机构上的最大工件回转直径 mm100最大工件长度 由于本机床为特定工件的特定工序而设计的专用机床，其凸轮在径向上的变动不大。同时考虑到砂带加工机床的工件转速一般取020m/min的转速及实际凸轮外表质量的要求不是太高，其外表粗糙度Ra的取值为0.412.5um。因此可根据下面的公式： 转/分 3-1 式中：选定的切削速度米/分； d刀具直径或工件直径毫米；在这里选取020m/min的中间值15m/min的转速和工件的变化范围为30100mm可确定主轴的转速的变化范

25、围，进而初步确定一适当的主轴转速值。在一定的情况下可获得主轴的极限转速。当d取小值30mm时可得最大极限转速 159.2转/分 当d取100mm时，那么可获得最小极限转速： 转/分 因此，可初步取其中间值 64转/分来验算工件直径在30100mm内的转速，由公式3-1可得工件切削速度： m/min 3-2 当d取小值30mm时可得最低工件切削速度： m/min 当d取大值100mm时可得最高工件切削速度： m/min 由于中原轴件厂提供的凸轮轴在直径方向上的变化范围为4480mm，为使给定的凸轮轴最大直径最大长度为52.5mm837mm，即六缸发动机凸轮轴加工时能处于最正确的加工状态，即152

26、0m/min。因此，最终取主轴转速为 60转/分。切削力由于对于砂带的磨削抛光中的受力分析和计算公式，到目前为止还没有一套具体的计算公式，因此只能采用参照的方法，取径向方向上的最大分力因为在砂带机床中一般取50300，同时又考虑到此机床为半精加工的精密抛光，所以为得到较好的抛光外表粗糙度取较小一点的值100。对于其切向分力，最大值通常取径向分力的一半，这将按最大值来取值，故抛光的最大切向分力 50N 切削用量 同上的分析类同，由于无法在理论上计算出砂带接触轮的纵向进给量，而只能在生产实际中根据具体的生产实际调节液压系统的压力值，即可调节接触轮的径向压力，进而得到加工所需的各个纵向进给量和所需的

27、各个外表粗糙度值。 同理，机床的横向进给为手动调节，因而无需确定，在生产中根据实际需要手动调节即可。 为了不使电动机在工作时出现电动机经常处于低负荷工作状态而造成浪费，或者电动机经常处于超负荷状态而导致电机或电气元件的烧坏为主要考虑因素。现采用计算法初步确定主电动机的功率。 一般来说，机床主电动机的功率 3-3式中： 消耗与切削的功率，又称为有效功率 消耗与切削的功率，又称为有效功率千瓦； 空载功率千瓦；载荷附加功率千瓦。对于砂带磨削抛光机床可按磨床来计算其切削功率 3-3a 式中： 切削力的切向分量公斤力，这里由于抛光时主要承受径向压力，且径向力一般为50200，所以这里可取较大值 10公斤

28、力按通常切向力一般取径向力的一半的经验方法来验算； 切削速度米/分。这里取最正确切削速度15米/ 分。千瓦 而计算载荷附加功率的公式为： 3-3b 式中： 载荷附加功率千瓦主传动链的机械效率。 将式3-3b代入3-3得： 3-3c 此时，式3-3c中的为主要消耗功率的元素，但又无法在实际的机床中测得，故只能按相似类比的方法，类比于机床6140来初步拟定为1.5。同时又因为机床的主运动为回转运动，因而取较大一点的效率值，代入式3-4d中得：千瓦 因此电机的额定功率： 3-3d对连续工作的机床，取k为1.0，那么千瓦 最后，由于本机床在设计时采用模块化设计的方法，为给机床功能改造和将来的扩展留有一

29、定的预留功率，因此在这选用2.2的主电动机。由于具体的砂带抛光机构的具体尺寸和偏角需在抛光机构设计完后，才能进行较为精确的计算。现在只能参考取值，参照?机床液压?中的宁波高等专科学校机械工程系的陈廉清和俞利锋的论文“砂带磨削及机床设计315010主传动装置的取值范围0.30.7kw/10mm，按宽度取，取小值0.3进行计算。同时我们所需抛光的圆面和凸轮面的最大宽度值为30mm，因此所需电动机功率为 P 0.3*30/10 0.9 kw查中国矿业大学出版社出版的吴相宪等主编的?实用机械设计手册?页表11-1，选Y90s-4型号的电动机，其额定功率为1.1kw，满载转速为1420r/min 机床的

30、总体布局4.1 运动的分配从第一节的分析我们知道在砂带抛光机中所需的运动为工件与砂带的相对转动和抛光装置中的抛光头相对工件的径向方向上的运动。根据机床设计的小件承当运动的原那么及砂带抛光机床中的工件与砂带的相对运动特性和抛光装置中抛光头的特殊运动形式，决定采用以下的运动分配形式：即工件承当相对于砂带运动方向反方向的转动运动，此运动从主轴箱的主轴获得；砂带做相对于工件转动反方向的独立运动，此运动由单独的动力源供应主要原因是可简化机床的运动传动系统，从而简化机床；抛光头的特殊路线的运动，那么由恒压的液压系统提供恒定的外力伴随工件的转动而自动随动完成。其运动的分配如上页图4-1所示。图4-1 抛光机

31、床的运动分配示意图在此机床的设计中，由于主运动和进给运动间没有严格的传动比要求，及各模块单独的动力源设计。因此，机床的传动形式为机床主轴箱的齿轮机械传动、抛光装置中的恒压系统中的液压传动、主电动机与主轴箱及砂带与各传动轮的带传动。4.3 机床的支承形式在机床的常用支承件床身、底座、立柱、横梁、横臂等的使用中，或单独使用，或组合使用。其支承形式主要有以下的五种形式：1、“一形一字形支承。2、“形柱形支承。3、“形倒丁字形支承。4、“形槽形支承。5、“形框形支承。由于凸轮轴一般都为杆件，所以通常可采用“一形一字形支承和“形柱形支承，但为了操作时装夹方便、简化机床等决定采用“一形一字形支承的机床，也

32、可称之为卧式抛光机床，其示意图如图4-2所示：图4-2 机床支承示意图4.4 机床总联系尺寸图图43 机床联系尺寸图第五章 液压系统的设计为了能够设计一个合理的、实用的液压系统，必须进行工况分析，以明确机构在运动过程中的运动规律和负载的大小及其变化规律。凸轮轴抛光机机床的液压系统主要是为抛光机在抛光工件时，能随工件的转动提供一个理想恒定的随开工作压力。下面将对机构进行运动分析和负载的分析以便确定所设计的液压系统的主要参数。5.1.1 运动分析由于凸轮轴的加工过程是一个连续不断的变化过程，现在讨论的是液压系统设计所需的负载，及负载的变化程度。现将以中轴提供的六缸凸轮轴注：此轴的加工部位的形状为圆

33、面和凸轮面，圆的直径为80mm，凸轮的尺寸为：长轴短轴为51.6mm 44mm排气凸轮、50.7mm44mm吸气凸轮，因而在抛光加工前的凸轮尺寸大概为52mm45mm为主，选定其加工运动过程中的两个极限位置两抛光接触轮间的最近位置44mm和接触的最远位置52mm进行分析。其示意分析图如图5-1。从图5-1上可以看到，在凸轮轴运动的两个极限位置上只取了抛光装置的一边进行分析，因为抛光机构根本成对称分布，其运动规律和受力情况根本一致，只是时间上的先后差异，抛光机构上的杆件和接触轮整体转动一定的角度，并在垂直方向上与初始位置有一定的高度差。在这为方便分析起见，在这两个取定的特殊位置上，假定1位置为初

34、始位置，这样当凸轮轴上的凸轮局部转到2位置的过程中，杆件cef及接触轮a将整体绕点e顺时针方向偏转一偏角dec，又杆件ad和杆件def为固定连接，因而其偏转角与杆ad相同，即图5-1、运动位置分析示意图 dec aeb这里由于凸轮在长度上的差值此时为最大但在水平方向上不到7mm，因为接触轮与凸轮外表在抛光过程中始终相切，此时由于接触轮绕e点的转动，因而会导致凸轮和接触轮的相切点并不绝对的在水平方向上，而是有小角度的偏移，约等于aeb的值，因而整个机构的往外偏转的程度为最大。在凸轮轴的加工过程中只需考虑其凸轮轴在水平和垂直方向上的力的大小及变化，即可初步拟订液压缸的额定压强的要求。5.1.2 负

35、载分析a、机构在理想状态下受力情况及其变化情况进行分析如下：、在1位置时。此时接触轮与凸轮的转动中心线所组成的平面与水平面的夹角为0度，凸轮的径向力为100，因而作用在c点杆件上的反作用力F2 100N。其受力图如图5-2所示。从上图可以看出，力F2给与杆件一个相对于转动点e的顺时针方向的转矩M2 100*220/1000 22N/m图5-2、1位置受力分析图因而，液压缸得相应的给予一个相对于转动点e的逆时针方向的转矩M1,并使得M1 M2又ef的长度为mm，因而力F1 M1/ 22/0.1 220N、在位置时。此时接触轮与凸轮转动中心所组成的平面与水平面方向有一定的夹角，因而点c处的力的方向

36、与水平方向也有一定的夹角，从而水平方向上的分力将发生变化，成变小的趋势。下列图为位置时受力分析图和位置示意图如5-3a所示。图5-3a、2位置分析图在这两图中，为higfig，为abo，此时仍然假定液压缸的推力为N，即图6-3b中的力FbN，由图6-3a可以知道 aebaob，又aob的角度值很小，趋近于零，所以可以近似地认为aebaob。由于dab也较小，因而可认为线段ab的长度为7mm，那么aeb 2arsin°所以aob°，这里假定1°来估算力Fd及力Fc的大小及变化。由5-3b图5-3b、2位置受力分析图可知： Fb 220 N,那么F3 100 N Fd

37、 F3cos2 100cos1.8 99.95 N Fc F3sin2 100sin1.8 3.14 N因而在水平方向上F F2-Fd 100-99.95 0.05 N 在垂直方向上F 0-3.14 -3.14 N由于其值都很小，因而在水平方向和垂直方向上根本可以看作是恒定的工作压力水平方向仅为，而垂直方向相对与工件的自重那么更是微乎其微了因此，在不考虑自身重力的理想状态下，液压缸应提供的力应为： 220 N但由于抛光装置是横置的，同时杆件和活塞皆为有一定质量的元件，因而还的考虑其重力的影响。b、考虑重力状态下的受力分析由于抛光机构为横置，故杆件的两端重力差将产生的一定方向图5-4、受力分析图

38、1、杆件左端 2、杆件右端 3、接触轮 4、5、两导向轮的转矩，现在对起机构的重力分布情况进行了初步的估算，其大致情况如图5-4所示：设G1作用点到e的距离为ef/2 50mm；G2作用点到e的距离为右边长度的一半，即为150mm；所有构件皆按铸铁材料来计算，此时 7.9g/；而3轮的尺寸直径厚度为60mm50mm，4、5轮的尺寸直径厚度为40mm30mm，销的尺寸直径长度为10mm50mm；因此 左边的质量 m1 v1 7.91020210 158g右边的质量 m2 v2 7.91020300+30+220*2030+2205030+155030+5*5503/1000 2484g所以M 2

39、484150-15850 10/ 1001000 所以 M/ef 3650/100 36.5 N由于在液压缸的工作过程中还存在摩擦力等的影响，因而液压缸提供的力F+ 256.3 N5.1.3 运动行程分析与计算由前面的分析可知，在每个凸轮的加工过程中偏转角的变化很小，在杆件的轴向方向上的差值不大，因而可以进近似地将圆弧看成水平直线来分析，这样工件在水平方向上的液压缸的工作行程可用图5-5来近似计算；抛光机床的加工范围为30100mm。即X 70/2 35mm，由图可知杆件在1和2位置所组成的图形是成相似三角形的，因而相应边的比值相等，即所以 mm图5-5、机构上杆件偏转极限示意图图5-6、工作

40、循环图5.1.4 结论经过上述的分析和估算，对所设计的液压系统可提出以下的几个设计要求：、所设计的液压系统提供的压力为相对恒定的稳压系统，其提供的推力应不低于256.3N。、所设计的液压系统的单边工作行程应大于15.9mm。、所设计的液压系统中的活塞杆能绕杆件的f点小角度的偏转。、液压系统的工作控制循环如图5-6所示，并能实现实时的起停控制。在综合考虑第一局部的设计要求及相关液压系统、液压元件的性能和特性后，可采用如图5-7所示的调压液压系统为系统智能符号图。图5-7 抛光机床液压系统图1、固定液压缸 2、转动活塞杆及活塞 3、电磁换向阀 4、抱抛机构杆件 5、溢流阀 6、油管 7、电动机 8

41、、滤油器 9、油缸 10、叶片泵 11、单向阀 12、压力表 13、液压缸复位弹簧由于系统所要求的工作推力条件不高，即只需大于256.3+N，在液压缸的工作压力及尺寸上没有任何附加的条件。因而，在设计本液压系统时采用了选定液压泵后再设计相关的元件的设计方案来设计本系统，并在最后对其有关参数进行验证和计算。5.3.1 液压泵的选择查?机械设计手册?4、液压、气压系统设计及机床现代设计方法，选表8.3-7中的BB-B4型摆线内齿轮泵。因为该型号的泵具有结构简单、输油平稳、噪音低、良好的高速性能等特点。适用于低压液压系统，价格也较廉价。该型号的齿轮泵的主要参数如表5-1。表5-1BB-B4型摆线内齿

42、轮泵主要参数表流量L/min 4压力MPa2.5转数r/min1500压力振摆MPa容积效率 % 驱动功率 kw 0.255.3.2 液压泵电动机确实定与选择由上边参数表中的驱动功率和转速，可查吴相宪、王正为、黄玉堂主编的实用机械设计手册P163页表11-1Y系列三相异步电动机技术数据，选Y-4型号的三相异步电动机，额定功率为0.55kw。5.3.3 液压油的选用为了在满足系统要求的前提下，选用适宜的液压油还得考虑所选油的价格性能比问题。由于所设计的系统的液压泵的额定压力仅为2.5MPa，而且工作压力取得更低，为1 .0MPa左右，故属于低压系统。而在通常的机床低压液压系统中，一般都采用10号

43、、20号、30号机械油、8号柴油机油，及22号、30号汽轮机油等。在这系统中，考虑压力低和通用性及价格性能比等，系统在春、冬季由于温度较低选用粘度较低的10号机械油，夏、秋季选用粘度较高的20号机械油。查上海科学技术出版社出版的?液压系统设计手册?P1022页表12-6得到这两种油的主要性能参数如表5-2所式。表5-2GB443-6410号机械油20号机械油运动粘度cSt7131723恩氏粘度°E2.63.31酸值mgKOH/g0.140.16灰分%0.0070.007水溶性酸和碱无无机械杂质%0.0050.005水分%无无闪点°C165170凝点°C-15-15

44、5.3.4 确定液压缸的主要参数a初选液压缸的工作压力根据所选的液压泵的额定压力为2.5MPa，令回路的压力损失为P 0.5 MPa，取系统总效率 60%，综合参考王裕清等主编的?液压传动与控制技术?表4-2和表4-3，初选液压缸的工作压力为0.8MPa，液压缸推力为1000 N。b确定液压缸尺寸 液压缸内径由于本系统采用的是单缸双活塞弹簧复位液压缸，因而其油液的作用面仅为无杆的端面，由公式 5-1 得到液压缸的内径D: 查上海科学技术出版社出版?液压传动设计手册?第441页表6-1 油缸的内径系列参数JB826-66取最近值D 50mm此时，倒向推算得 P 2000/ 3.14*0.05*0

45、.05/4 1.02 MPa 2.5*0.8*0.6 1.2 MPa因而选用50mm是合理的。液压缸长度尺寸一般来说，液压缸的长度L由最大工作行程a、活塞长度b、活塞杆导向长度c、密封长度c及必要时的特殊长度d等局部组成。根据前面的分析及设计的特殊情况即单缸双活塞结构可将其各组成局部的尺寸确定如下：最大工作行程a ： a2倍单活塞工作行程，即为2x 31.8mm ；活塞长度b： b 0.6D 30mm；导向长度c： c 0.6D 30mm由于需要平面上的转动，故取为0.6倍；特殊长度取40mm。 由此液压缸长度L: L a+b+c 100mm即液压缸长度 L 100mm。缸筒壁厚首先初取厚度 10mm。那么缸筒内径与壁厚的比值D/ 10,故按公式： 5-2式中：试验压力，当液压缸的额定工作压力时， 1.5； 当16MPa时， 1.25； 缸筒材料的许用应力； ；为材料抗拉强度，n为平安系数，一般取n 5。由于一般压力低于10 MPa的液压缸大都采用铸铁材料制造，这里选用HT350 号灰铸铁。查于永泗、齐民主编的?机械工程材料?第五版P132页表7-4灰铸铁的牌号、力学性能、显微组织及用途GB9489-1988得 340 MPa。取n 5，那么 10因此，所选缸筒厚度刚度足够。这里按d 0.5D 取，那么d 0.