粗镗活塞销孔组合机床设计

毕业论文题目毕业论文题目PAGEiiPAGEii题目：粗镗活塞销孔组合机床设计学院：粗镗活塞销孔组合机床设计毕业论文题目摘要本文主要介绍解放牌汽车活塞销孔的加工工艺，并设计粗镗活塞销孔的组合机床。这个课题是为了适合流水线生产，提高目前的生产效率、加工精度，从而降低加工成本而设计的。在设计过程中借鉴了国内外一些现有的组合机床设计资料，还参考了一些与本课题相关的文献资料。本组合机床具有提高生产效率，满足工件的加工精度，减少了工人的劳动强度的优点，较好的实现了设计的要求。关键词：组合机床、粗镗、活塞销孔.Abstract:Thispaperiscentralintroducethetechnologythatprocesspiston’stholeholeofJIEFANGautomobile.Anddesignthemodularmachine-tool。Theprojectaimstocatertotheassemblylineandimproveeffectivenessandprocessingprecisionsoastoreducethecost.Duringtheprocessofdesign,Idrewlessonsfrominternationalandnationaldata,andreferencedsomeliteraturematerialrelatedtothetopic.Theadvantagesofthismodularmachine-toolareproductionefficiency,highprecisionofprocessing,reducinglaborintensityoftheworkers.Keywords:modularmachine-tool、boring、piston’stholehole.目录1前言…………………12概述…………………12.1活塞概述………………………12.1.1活塞的功用与结构特点………………12.1.2活塞材料、毛坯及热处理……………32.1.3活塞加工工艺过程分析………………32.2组合机床概述…………………42.2.1组合机床的定义和特点………………42.2.2组合机床的配置形式和通用部件……52.2.3组合机床的设计步骤…………………53组合机床的初步设计………………53.1组合机床工艺方案的制定……………………63.1.1工艺基面的分析………63.1.2加工工艺的确定………63.2组合机床结构方案的分析和确定……………83.2.1组合机床配置型式的选择……………83.2.2动力头工作循环及其行程的确定……83.2.3液压滑台的选择………103.2.4动力源…………………103.2.5主轴箱…………………103.2.6机床生产率的计算……………………113.3刚性主轴箱的设计……………113.3.1主轴参数的确定………113.3.2主轴支承系统的设计…………………143.3.3刚性镗削主轴箱的设计………………173.4组合机床液压系统的设计……………………173.4.1确定对液压系统的工作要求…………173.4.2拟定液压系统工作原理图……………173.4.3计算和选择液压元件…………………203.5主轴箱传动装置设计…………243.5.1确定计算功率……………………243.5.2选取窄V带带型：……………………243.5.3确定带轮基准直径…………………243.5.4确定窄V带的基准长度和传动中心距………………253.5.5带轮上的包角………253.5.6计算窄V带的根数Z…………………253.5.7计算预紧力F0：………253.5.8计算作用在轴上的压轴力Q…………263.5.9带轮结构设计：………264组合机床的总体设计………………264.1活塞销孔加工工序图…………264.2粗镗活塞销孔加工示意图……………………274.3机床联系尺寸图的绘制………27后记……………………28参考文献………………29粗镗活塞销孔组合机床设计PAGEPAGE13粗镗活塞销孔组合机床设计1前言毕业设计是高等院校工科类学生毕业前进行的全面综合训练，是培养学生综合运用所学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，是学生在校获得的最后训练机会，也是对学生在校期间所获得知识的检验。这次设计的题目是：粗镗活塞销孔组合机床设计。并绘制出解放牌汽车用铝活塞销孔零件图、被加工零件工序图，加工示意图、组合机床联系尺寸图，进行组合机床的总体设计。在此次设计中，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。2概述2.1活塞概述2.1.1活塞的功用与结构特点往复式发动机与压缩机的活塞，是将直线运动变成旋转运动或者将旋转运动转变成直线运动的零件之一。活塞结构如2-1图所示，平面4称为活塞顶面，它承受气体压力，并受到高温气体的直接作用。活塞顶面4与环槽5称为活塞头部。四条圆环形的槽5，其中靠近顶面的三条环槽称为气环槽，在气环槽中放置有弹性的活塞环，用以密封活塞顶面上部燃烧室里的高温高压气体；离顶面最远的一天环槽称为油环槽，在油环槽哦中放置油杯（或称刮油环），把飞溅到汽缸套内壁上多余的润滑油刮去，使油从油环槽的回油小孔3中流回曲轴箱。活塞下部无环槽部分1为活塞裙部，活塞裙部在活塞工作过程中起导向作用。活塞中间的贯穿通孔7称为活塞销孔，活塞销孔的两端有锁环槽6，安装挡圈限制活塞销的轴向窜动。8是短圆柱面与圆锥面的组合部分，称为活塞止口，是为加工活塞而设置的辅助精基准面，在活塞工作过程当中不起作用。活塞裙部2-活塞头部3-回油小孔4-活塞顶面5-环槽6-锁环槽7-活塞销孔8-活塞止口图2-1活塞简图活塞在汽缸里承受高温、高压气体的压力，并将压力经连杆传给曲轴，驱动发动机运转，或将曲轴的旋转压力经连杆、活塞而压缩气体，即空气压缩机。活塞结构如图。因工作过程中受力与受热的影响，活塞裙部将产生如图所示的变形。由于金属分布在活塞销轴方向的刚度小于垂直该方向的刚度，因此在顶面气体压力的作用下，沿活塞销轴向变形量大；同时顶面受高温影响产生热膨胀，而圆周方向金属分布不均，销孔轴线方向金属多，热膨胀量大，也形成销孔轴线方向的膨胀量大于其垂直方向，如2-2图所示。若裙部原来呈圆形，则受力，受热后的变形结果使裙部变成椭圆形，两项叠加总是使销轴方向为椭圆长轴，垂直销轴方向为椭圆短轴，这样活塞与汽缸套的间隙，在长轴方向减少甚至消失，容易发生强烈摩擦甚至“咬死”。为了补偿上述变形，应将活塞裙部设计制造成椭圆形，椭圆的长轴在垂直于活塞销轴的方向，并在活塞裙部销轴附近铸造出两块凹坑，增加裙部与汽缸套内壁的间隙。此外，顶面热量由上向下传递，温度场上面高下面的，热膨胀不均，因此活塞因制成锥形，头部小，裙部大；裙部也带有锥度，大端在下方。(a)受力变形图(b)受热变形图图2-2活塞变形示意图为了进一步减少热传导，有的活塞还铣有横槽和纵向斜槽，以使热变形在开槽处不能连续而减少热变形量。但铣槽增加了工序，且降低了活塞的刚性和强度，现在这种活塞的应用正在逐步减少，而采用改进活塞材料，改进活塞裙部椭圆形状的方法，以补偿热变形误差。2.1.2活塞材料、毛坯及热处理汽油发动机及高速柴油机，应减少往复运动的惯性力，均采用轻质材料，如铝合金。采用铝合金的优点：导热性好，质量轻，惯性力小，可提高转速，加工工工艺性好。铝合金切削性能好，毛坯铸造可采用金属型压铸，毛坯精度高，活塞销孔也能够铸造出来，因此减少了机械加工量。总的来说，铝合金的优点很多，所以高速内燃机中均采用铝合金做活塞材料。毛坯在机械加工前要切去浇冒口，并进行时效处理，消除铸造时的残余应力。时效处理将活塞加热至180-200°C,保温6-8h后自然冷却。活塞经时效处理后，强度和硬度还能够提高。2.1.3活塞加工工艺过程分析零件名称：解放牌汽车活塞材料：铝硅合金ZL108年产量：25—30万件活塞外形和内腔形状复杂，裙部为带有锥度的椭圆，外部有直斜槽和横槽，主要表面尺寸精度和活塞销孔的位置精度要求很高。活塞壁薄，刚性差，在外力作用下很容易变形，受切削热的影响，加工过程热变形也大。活塞生产属于大批大量生产，工艺上必须采取一些专用工艺装备。定位基准的选择：活塞是薄壁零件，容易产生变形，且加工工艺路线又长，若没有一个统一的定位基准，很难达到所要求的位置精度。目前大多数生产厂均采用止口和端面做辅助精基准面，只有在精车外圆和精磨外圆时，才用止口处直面及顶面上的工艺搭子中心孔组合定位。止口和端面定位的特点是：可加工部位多，如裙部、头部、顶面、销孔、横直槽等只要表面，一次装夹情况下，可完成车削外圆、顶面、环槽等加工。活塞加工多采用专用机床，统一采用同一基准，既能够提高生产率，有能够保证表面位置精度。活塞销孔的加工：活塞销孔的技术要求很高，工艺上需安排粗加工、加工及光整加工,销孔加工是活塞加工的主要工序。铝合金活塞毛坯销孔预先铸造出来，因孔带有锥度（拔模斜度），直接用来定位与夹紧很不方便，经过粗镗销孔后，销孔便可用作有关工序的定位与夹紧表面。销孔的精加工通常放在金刚镗床上进行，金刚镗床精度高、转速快、切削用量小。为了保证活塞销孔的尺寸、形状和位置精度，金刚镗床主轴回转中心相对工件定位表面有较高的位置精度，因而可保证加工质量。2.2组合机床概述2pleasecontactQ3053703061giveyoumoreperfectdrawings图3-9刚性镗削组合机床动力滑台液压系统原理图1—滤油器2—变量泵3、9、13—单向阀4、8、10、11、15、17—管路5—电液动换向阀6—背压阀7—顺序阀12—调速阀14—行程阀16—液压缸17—压力继电器快进按下启动按钮，三位五通电液动换向阀5的先导阀1YA得电，使之阀芯右移，左位进入工作状态，这是的主油路是：进油路：滤油器1→变量泵2→单向阀3→管路4→电液动换向阀5的P口到A口→管路10、11→行程阀14→管路15→液压缸16左腔。回油路：缸16右腔→管路17→电液动换向阀的B口到T口→油路8→单向阀9→油路11→行程阀14→管路15→液压缸16右腔。这时形成差动连接回路，因为快进时，滑台的载荷较小，同时进油可以经阀16直通油缸左腔，系统中的压力较低，所以变量泵输出流量大，动力滑台快速前进，实现快进。工进在快进形成快结束时，滑台上的挡铁压下行程阀14，行程阀上位工作，使油路11和15断开。电磁铁1YA继续得电，电液动换向阀5左位仍然工作，进油路必须经调速阀12进入液压缸的左腔，以此同时，系统压力升高，将液控顺序阀7打开，关闭单向阀9，使液压缸实现差动连接的油路切断，回油经顺序阀7和背压阀6回到油箱。主油路如下：进油路：滤油器1→变量泵2→单向阀3→电液动换向阀5的P口到A口→油路10→调速阀12→油路15→液压缸16左腔。回油路：液压缸16右腔→油路17→电液动换向阀5的B口到T口→管路8→顺序阀7→背压阀6→油箱。死挡铁停留当动力滑台工作进给终了碰到死挡铁后，液压缸停止不动，系统的压力进一步升高，达到压力继电器18的调定值时，经时间继电器的延时，再发出信号，使滑台退回，在时间继电器延时动作前，滑台停留在死挡铁限制的位置上。快退时间继电器发出信号后，2YA得电，1YA失电，电液动换向阀5的右位工作，这时的主油路是：进油路：滤油器1→变量泵2→单向阀3→油路4→电液动换向阀的P口到B口→油路17→液压缸16的右腔。回油路：液压缸16的左腔→油路15→单向阀13→油路11→电液动换向阀的A口到T口→油箱。这时系统的压力较低，变量泵2输出油量大，动力滑台动力快速退回，由于活塞杆的面积大约是活塞的一半，所以动力滑台快进、快退的速度大致相等。原位停止当动力滑台退回到原位时，挡铁压下行程开关，这时电磁铁1YA、2YA均失电，电液动换向阀5处于中位，动力滑台停止运动，变量泵2输出油液的压力升高，使泵的流量自动减小至最小。这个液压系统的电磁铁和行程阀的动作表如下表3-6所示：表3-6刚性镗削组合机床动力滑台液压系统电磁铁和行程阀的动作表1YA2YA14快进+——工进+—+死挡铁停留———快退—+—原位停止———3.4.3计算和选择液压元件液压缸的计算根据前面所选择的动力滑台的参数进行计算：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。可根据滑座的外形尺寸和密度来估算其重力。pleasecontactQ3053703061giveyoumoreperfectdrawings绘制速度和负载循环图：速度循环图3-10负载循环图3-11②确定液压缸的结构尺寸和工作压力按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，所以：由于调速阀是安装在油路上的，故液压缸节流腔有效工作面积应选液压缸无杠腔的实际面积。即因为：所以：液压缸能选到所需流速。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(Mpa)。③计算在各工作阶段液压缸所需的流量：④液压泵的计算泵的实际工作压力的确定：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0.2~0.5（Mpa），复杂系统取0.5~1.5（Mpa）。本设计中取0.5（Mpa）。所以：上述计算所得的pp是系统的静态压力，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。另外考虑到一定的压力储备量，并确保泵的寿命，因此选泵的额定压力pn应满足。本设计中：由HY20A液压滑台的技术性能参数可知油泵的流量为根据以上算得的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），电动机转速nH=1450（r/min），容积效率ηv=0.85，总效率η=0.7与液压泵匹配的电动机的选定：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0.2~1L/min范围内，可取η=0.03~0.14。同时还应该注意到，为了使所选择的电动机在经过泵的流量特性曲线最大功率点时不致停转，需进行验算，即式中：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），由式得:快进时所需电动机的功率为：工进时所需电动机功率为：查阅电动机产品样本，选用Y90S-4型电动机，其具体参数为表3-4：表3-7Y90S-4性能参数表满载时功率(kW)电流（A）转速（r/min）效率（%）功率因数额定电流额定转矩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为:所以：P≤2×1.1=2.2(kW)即所选的电动机在拐点处能正常工作。⑤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，滤油器XU-B32X1002，液压泵YBX-163、9、12，单向阀AF3-EA10B5，电液动换向阀12，调速阀AQF3-E10B14，行程阀17，压力继电器DP1-63B⑥油管及其他装置的设计：油管内径尺寸可参照选用的液压元件的接口尺寸而定。本设计为中压系统。液压油箱有效容量按泵的流量的5~7倍来确定。现选用容量为160L的油箱。3.5主轴箱传动装置设计在“组合机床结构方案的分析和确定”一节中已经提出：主轴箱采用专用刚性镗削主轴箱及皮带轮传动装置。现对皮带设计做以下计算：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=1.0043.5.1确定计算功率：由公式其中：KA工作情况系数；P电动机额定功率，已知P=3（kW）；由《机械设计》p157表8-7，查得故3.5.2选取窄V带带型：根据、，由图8-8确定选用SPZ型窄V带型。3.5.3确定带轮基准直径：由表8-4和表8-8取主动轮基准直径根据式根据表8-8，取按式验算带的速度故：带的速度合适。3.5.4确定窄V带的基准长度和传动中心距：根据，初步确定中心距计算带所需的基准长度由表8-3选带的基准长度Ld=800(mm)计算实际中心距a=300+(800－844)/2=256(mm)3.5.5带轮上的包角：所以：主动轮上的包角合适。3.5.6计算窄V带的根数Z：由式：其中包角系数；KL长度系数；P0单根V带的基本额定功率；⊿P0单根V带的基本额定功率的增量。由n1=1420（r/min），D1=75(mm)，i=1.004，查表8-6C和表8-6d得：P0=1.41(kW)⊿P0=0.02(kW)查表8-9得Kα=0.995，查表8-10得KL=0.86则=2.94取Z=3根3.5.7计算预紧力F0：由式由表8-5，得q=0.07kg/m3.5.8计算作用在轴上的压轴力Q：由式==995.95(N)3.5.9带轮结构设计：带轮的材料选用牌号为HT200的铸铁。∵D≤300(mm)∴带轮采用整体式结构带轮轮宽的设计：带轮轮宽其中f称面至端面的距离，查表8-12，取f=8(mm)=40(mm)带轮外径的确定查表8-8得4组合机床的总体设计前面讨论了组合机床工艺方案和配置型式的确定，以及选择工艺与结构方案的一些原则与计算，以上这些并不在于懂得了组合机床方案设计以及能够解释组合机床方案如何设计，而是在于应用这些认识设计出我们需要的组合机床方案图纸，并依次展开组合机床的零部件设计，以便能够制造出符合“多快好省”原则的组合机床。组合机床设计，就是针对具体的被加工零件，在选定的工艺和结构方案的基础上，进行方案图纸设计，这些图纸包括：被加工零件工序图，加工示意图，生产率计算卡，机床联系尺寸图。通常称为“三图一卡”。4.1活塞销孔加工工序图被加工工序图是根据选定的工艺方案，表示在一台机床上活一条自动线上完成的工艺内容，加工部位的尺寸及精度、技术要求、加工用定位基准、夹压部分、一起被加工零件的材料、硬度和在本机床加工前毛坯情况图纸。它是组合机床设计的主要依据，也是制造适用时调整机床，检查精度的重要技术文件。粗镗活塞销孔工序所保证的尺寸、形状位置公差中，查《互换性与测量技术基础》可知：粗镗所能够达到的精度等级为IT。圆度和圆柱度不大于0.05mm,：公差等级为级；对称度不大于0.02mm,公差等级为级。由于是粗镗，尺寸和形位公差采用标注形位公差和尺寸公差相互关系的基本公差原则“独立原则”，即在图样上给出的尺寸公差和形位公差各自独立，应分别满足要求的公差原则。对于粗镗，可以允许有退刀痕迹，退刀痕迹是由于在刀杆的自重下使刀具下垂一定量而在加工是产生的。4.2粗镗活塞销孔加工示意图加工示意图是组合机床设计的重要图纸之一，在机床的总体设计中占有重要地位。它是设计刀具、夹具、主轴箱以及选择动力部件的主要资料，同时也是调整机床和刀具的依