畢業(yè)論文題目VPAGE第1章引言1.1研究背景作為發(fā)動機的核心部件，活塞銷孔的制造好壞對發(fā)動機的使用及使用壽命有很大的影響。近幾年，由于我國汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，對制造高質(zhì)量、高效率的活塞銷孔的需求越來越大。采用常規(guī)的制造工藝已很難適應現(xiàn)代化的要求，研制一種專門用于鏜-缸銷孔的設(shè)備和工裝就顯得尤為重要。本項目的研究成果將為我國汽車工業(yè)的發(fā)展提供一種全新的解決方案，具有重要的理論意義和應用價值。本項目是在加工工藝、工裝設(shè)計等方面的一項重大探索，可望在該方向上取得新的突破。為提高國內(nèi)汽車工業(yè)、機器制造業(yè)在國際市場上的競爭能力，提供了一套專門的工具和工裝設(shè)備。在保證高質(zhì)量、高效率的前提下，其在制造過程中也有其自身的特點。由于其具有非常高的尺寸與外形精度，又需要在高溫高壓等苛刻條件下工作，所以對其特殊的設(shè)備與工裝提出了更高的需求。在特殊機床的結(jié)構(gòu)、剛度、精度等方面都要綜合考量。同時，為了保證加工時的準確位置和夾緊的可靠性，還應綜合考慮銷孔的形狀、尺寸及加工需求。另外，為了進一步提升產(chǎn)品的制造效率，減少產(chǎn)品的制造費用，我們也要進行研究。為此，本項目以面向現(xiàn)代航空航天領(lǐng)域?qū)Ω呔群透咝实男枨鬄檠芯繉ο?，以實現(xiàn)高效、高精度的航空航天航空航天裝備為研究對象，對其鏜孔的特殊結(jié)構(gòu)進行研究。本項目旨在通過對活塞銷孔的設(shè)計與加工工藝的革新，提升其加工精度、生產(chǎn)效率及質(zhì)量的一致性，促進我國航空航天工業(yè)的發(fā)展，并在加工工藝和工裝設(shè)計方面實現(xiàn)新的突破。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀當前，在世界范圍內(nèi)，各種類型的粗銑活塞銷孔加工設(shè)備和工裝的研制正處在一個活躍的發(fā)展時期。從世界范圍來看，以德國，美國，日本為代表的先進工業(yè)國家已經(jīng)開始了對高精密切削技術(shù)的研究與改革。該公司研發(fā)了一套高效的大型數(shù)控銑床及工裝，以達到更高的制造精度與效率。同時，在制造業(yè)方面，通過國際間的技術(shù)交換與協(xié)作，促進了這一行業(yè)的發(fā)展，促進了世界各地的制造業(yè)更好的共享。在中國，隨著我國制造業(yè)的快速發(fā)展，對精密零件的要求也越來越高。為此，在我國，人們越來越重視和研究粗銑活塞銷孔的特種加工設(shè)備和工裝。國內(nèi)外著名企業(yè)及科研院所紛紛投身于此項技術(shù)的研究與開發(fā)，致力于提升機器的性能與精密程度，以滿足各產(chǎn)業(yè)對機器的要求。另外，中國近年來也推出多項扶持產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的措施，對大口徑鏜削加工設(shè)備及工裝模具的研發(fā)具有重要意義。目前，國內(nèi)外已有不少研究成果，但在大鏜桿鏜孔的特殊加工設(shè)備與工裝的研究方面還存在很多問題。進一步研究的主要內(nèi)容為：提高加工精度，開發(fā)智能化控制系統(tǒng)，優(yōu)化加工工藝，減少制造費用。通過本項目的研究，可以更好地適應我國日益增加的高精密零件的要求，提升生產(chǎn)率，減少資源浪費，促進我國制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。1.3研究目的及意義針對目前汽車工業(yè)對高精度、高效率的要求，提出了一種新的高效、高精度的數(shù)控銑削加工方案。本文的研究價值是：第一，通過對特種設(shè)備和工裝進行合理的設(shè)計，使工藝過程得到最大程度的改善，同時也能有效地減少制造費用，增強企業(yè)的市場競爭能力。其次，通過對特種設(shè)備和工裝進行研究，可以有效地推進生產(chǎn)工藝的革新與發(fā)展，從而帶動國內(nèi)的汽車工業(yè)與機器制造業(yè)的發(fā)展；最終形成一支具有自主知識產(chǎn)權(quán)、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高素質(zhì)科技人員隊伍，為國家制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。因此，開展鏜-活塞銷孔特種加工設(shè)備與工裝的研究，將有助于提升國內(nèi)制造實力與國際競爭能力。

第2章相關(guān)介紹2.1活塞概述2.1.1活塞的功用與結(jié)構(gòu)特點往復式引擎和壓氣機的活塞，就是其中一種將線性移動轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)動，也可以將轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為線性。從附圖中可以看出，在2-1中，4個被稱作活塞頂部的表面，其經(jīng)受著燃氣的壓力和直接與高溫燃氣的相互作用。帶有環(huán)形凹槽5的活塞頂表面4被稱作活塞頭。四個環(huán)狀凹槽5，最接近頂部的三個凹槽叫氣環(huán)，氣環(huán)內(nèi)裝有一圈彈簧圈，它用來對活塞頂部上腔內(nèi)的高溫和壓力進行封閉；距頂部最大的一條天圈槽叫做油環(huán)，將一只油杯（或者叫刮油環(huán)）放在其中，將濺到氣缸套內(nèi)壁上的油脂刮掉，然后通過油環(huán)槽的回油孔3回流到曲柄箱中。活塞的下半部沒有環(huán)形的槽段1是活塞裙，它在活塞運轉(zhuǎn)時作為導引件。在該活塞中部的貫通孔7被稱作活塞銷釘孔，該釘銷釘孔在其兩側(cè)具有一個鎖定環(huán)凹槽6，該固定扣環(huán)可抑制該柱塞銷在軸線方向上的沖動。8是一種叫做活塞止動件的短圓筒和錐形表面結(jié)合在一起的零件，它是一種用于加工活塞的副精密參考表面，它在工作時是不工作的。1-活塞裙部2-活塞頭部3-回油小孔4-活塞頂面5-環(huán)槽6-鎖環(huán)槽7-活塞銷孔8-活塞止口圖2-1活塞簡圖活塞在氣缸內(nèi)受到高溫高壓氣體的擠壓，通過連桿傳遞壓力到曲柄軸帶動引擎轉(zhuǎn)動，或者通過連桿和活塞把曲柄的轉(zhuǎn)動壓力壓縮氣體，這就是空壓機。這張圖片顯示了活塞的構(gòu)造。由于在工作時受到壓力和熱量的共同作用，使活塞裙部分出現(xiàn)了變形。因為在活塞銷上的金屬分配比在縱向上的剛性要小，所以在上表面氣壓的影響下，沿著柱塞的軸線方向產(chǎn)生較大的變形；在此過程中，由于頂面在溫度作用下發(fā)生了熱膨脹，而在周向上，由于在軸向上存在著大量的金屬，因此在銷孔軸向上的擴展比在縱向上要大，見2-2。如果原本是圓形，那么受到外力作用，加熱后，由于加熱而產(chǎn)生的變化，使得裙面成為橢圓，兩者的相加，使得銷釘?shù)妮S向和縱向的銷釘都是橢圓的，因此，在長軸上，活塞和缸套之間的縫隙減小或完全沒有，極易產(chǎn)生嚴重的磨擦，乃至“咬死”。針對這一問題，本項目擬將其加工為橢圓型，并在其周邊澆注兩個凹腔，以增大其與缸體內(nèi)壁之間的縫隙。另外，頂部的熱從頂部轉(zhuǎn)移到下部，所以，在上部高下部，熱膨脹不均勻，所以由于做得越來越細，所以，由于活塞是漸縮的，所以頭很小，裙子也很大；裙邊也是錐形的，較大的一頭在下面。(a)受力變形圖(b)受熱變形圖圖2-2活塞變形示意圖部分活塞還加工橫向溝槽和縱溝槽，使得溝槽內(nèi)的熱變形不能延續(xù)，從而減小了熱變形。但是，由于銑削過程繁瑣，而且導致了活塞的剛度和強度下降，所以目前該類型的使用越來越少，取而代之的是通過改善活塞材質(zhì)，改善活塞裙的橢圓形狀來彌補熱變形的影響。2.1.2活塞材料、毛坯及熱處理對于汽油機和高速柴油機，為了減小其往復轉(zhuǎn)動的慣性力，都應該使用較輕的材質(zhì)，例如鋁合金。使用鋁合金具有熱傳導性好、重量輕、慣性力低、速度快、工藝性能好等特點。由于鋁合金具有良好的可切割性，可以通過金屬模的方式進行鑄件，從而提高了坯料的質(zhì)量，同時還可以對其進行鑄件，從而降低了機加工的工作量?？傊X合金有很多優(yōu)勢，因此在發(fā)動機中廣泛使用。在毛坯生產(chǎn)之前，先對其進行切削，然后再對其進行老化，以減少其在鑄件中的殘留應力。老化過程中，將活塞的溫度提高到180~200℃，然后在6~8小時的時間內(nèi)進行自然冷卻。通過時效可以改善活塞的強度和硬度。2.1.3活塞加工工藝過程分析零件名稱：解放牌汽車活塞材料：鋁硅合金ZL108年產(chǎn)量：25—30萬件由于活塞的外型及內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復雜，其裙邊呈錐形，外側(cè)設(shè)有垂直及橫向兩條溝槽，對其幾何尺寸及活塞銷孔的定位精度均有較高的要求。由于其薄壁和硬度較低，在受到外部載荷時，極易發(fā)生形變，同時由于受到切割熱量的影響，在加工時產(chǎn)生較大的熱變形。由于活塞的制造是批量、批量的，所以在制造過程中需要采用某些特殊的加工設(shè)備。如何選取合適的定位參考點：由于活塞為薄壁件，其制造過程路徑較長，在無標準參考的情況下，難以獲得理想的定位精度?，F(xiàn)在大部分廠家都是以擋口、端面作為輔助精參照，僅在精車外圓、精磨外圓時，止口正視和頂面加工搭的中間孔結(jié)合起來進行定位。其特征在于：可以進行多個零件的切削，例如：裙邊，頭部，頂面，銷孔，橫直槽等，一次夾緊就能實現(xiàn)外圓，頂面，環(huán)槽等的車削。大部分的活塞都是使用特殊的機器來進行的，它們都是使用相同的參考標準，這樣不僅可以增加產(chǎn)量，還可以確保高的表面定位的準確性?；钊N孔加工：在加工過程中，需要對其進行粗加工、加工和拋光，其中銷孔加工是其重要的加工過程。鋁活塞毛坯銷孔是事先澆鑄而成，由于孔具有錐形（拔模傾斜度），因此無法直接用于對其進行定位和夾持，通過對其進行粗鏜銷孔后，可以作為相關(guān)工藝的定位和夾持面。鏜孔加工一般采用鉆孔機進行，鉆孔機具有高精度、高轉(zhuǎn)速和低切削用量等特點。在鉆孔機上，由于其主軸旋轉(zhuǎn)中心的位置精度比較高，因此可以確保其尺寸、形狀及位置的準確性。2.2組合機床概述2.2.1組合機床的定義和特點多軸、多刀具、多工序、多側(cè)面或多個位置的多軸、多刀具、多工序、多面或多站的通用零件，是一種高效的特種設(shè)備。復合式機械設(shè)備的生產(chǎn)能力是普通機械設(shè)備的數(shù)到數(shù)十倍。本發(fā)明具有以下特性：（1）適用于盒形件及雜制品的表面及孔洞的加工。(2)高生產(chǎn)力。(3)工藝穩(wěn)定性好：由于工藝路線是確定的，所以可以選擇比較成熟的通用零件，精確的夾具，以及自動化的工作周期，以確保產(chǎn)品的精確的精度。(4)開發(fā)時間縮短，設(shè)計制造方便，維修方便，費用低廉。(5)具有較高的自動化水平和較少的工作強度。(6)具有彈性的結(jié)構(gòu)。2.2.2組合機床的配置形式和通用部件它又可劃分成兩類：一類是大型復合機，另一類是微型復合機。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點，可以將其劃分為兩種類型：一種是單機或多臺復合。單站復合式機床是指將工件安裝在一臺固定的夾持器內(nèi)，并通過驅(qū)動構(gòu)件的運動來實現(xiàn)各項工藝，這種設(shè)備可以確保相對高的定位精度。通用零件是指按照系列化、規(guī)范化和普適化原則，對機械零件進行設(shè)計和加工，使其具備一定的性能。一般可分成五個主要部分：動力部分，支撐部分，傳送部分，控制部分，輔助部分。2.2.3組合機床的設(shè)計步驟（1）編制加工計劃時，應到實際工作中去，掌握被加工工件的加工特點，精度與技術(shù)要求，定位夾緊條件，產(chǎn)量要求等。在成套設(shè)備上實現(xiàn)的技術(shù)要求及加工方式的選擇。（2）對設(shè)備的設(shè)計進行了設(shè)計，并依據(jù)技術(shù)要求，決定了設(shè)備的類型及整體布置。在對設(shè)備構(gòu)型進行設(shè)計時，應從實施過程的角度出發(fā)，兼顧加工精度、技術(shù)要求和生產(chǎn)率；也要考慮到機器的使用，維修，方便不方便。（3）在對組合式機床進行整體設(shè)計時，要明確其零件之間的聯(lián)系，選用一般零件，并對其進行引導，并進行加工參數(shù)和加工效率的計算。畫出機器整體連接的尺寸和工藝圖等。（4）在裝配式機械設(shè)備的零件及結(jié)構(gòu)設(shè)計中，在編制裝配式機器裝配生產(chǎn)線時，應區(qū)別于普通單一的裝配式機器。在生產(chǎn)過程中，因各工序間的結(jié)合方式不同，其類型及數(shù)目也各不相同。所以，在這個時候，我們要從整體上去思考，不要把一個或多個機器分開來進行設(shè)計。

第3章組合機床初步設(shè)計對于組合式機器，一般有兩種方法：一種是針對特定的被處理目標進行特殊的特殊設(shè)計，這是現(xiàn)在最常用的方法；第二，在國內(nèi)的機器制造業(yè)中，越來越多的廠家通過自身的制造和使用，他們認為，它們不但在構(gòu)成元件上具有共同之處，可以被設(shè)計成通用零件，并且有些產(chǎn)業(yè)或者已經(jīng)實現(xiàn)了某種技術(shù)層面的組合機床非常類似，有可能被設(shè)計成一種通用的組合機床，這樣的機床被稱之為“專用組合機床”。這一次的畢業(yè)設(shè)計，采取了一種特殊的設(shè)計方式，就是對一臺復合式機械進行特殊的設(shè)計。3.1組合機床工藝方案的制定在復合式機械設(shè)備的設(shè)計中，編制復合式機械加工計劃是一項非常關(guān)鍵的工作。該設(shè)備是否能夠?qū)崿F(xiàn)“重量輕，體積小，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，效率高，質(zhì)量好”，這是一項重要的技術(shù)指標。3.1.1工藝基面的分析按照該方案的需要，對解放牌轎車的活塞的銷孔進行了設(shè)計，通過對該部件的加工工藝進行了詳細的分析，得出了對活塞銷孔的尺寸和定位精度的要求很高，通過止動與端面相結(jié)合的方式消除了5個自由度，剩余的旋轉(zhuǎn)自由度則通過安裝在機器尾部套管上的銷邊銷的方式，將剩余的旋轉(zhuǎn)自由度通過安裝在機器尾部套管上的銷邊銷的方式進行了定位，這樣就能確保了鏜孔的切削余量。在使用擠壓裝置擠壓柱塞后，將銷釘從銷孔抽出，就能完成機械加工。3.1.2加工工藝的確定對于孔大于φ40mm的零件，一般都是在組合機上進行的。但如果鉆孔尺寸不大，即使是在φ40毫米以內(nèi)，也可以通過鉆孔來完成。將該方法用于有色金屬的精密鏜削，其精度容差達到IT11-13，其表面質(zhì)量達到25-50μm。關(guān)于粗鏜孔，請參照下表3-1：表3-1鏜削用量參考表工序刀具材料鑄鐵鋼鋁及合金工序刀具材料ｖ（m/min）S轉(zhuǎn)（mm/r）ｖ（m/min）S轉(zhuǎn)（mm/r）ｖ（m/min）S轉(zhuǎn)（mm/r）粗鏜高速鋼20-250.25-0.815-300.15-0.4100-5000.5-1.5粗鏜高速鋼硬質(zhì)合金35-500.4-1.550-700.35-0.7硬質(zhì)合金半精鏜高速鋼20-350.1-0.315-500.1-0.3100-2000.2-0.5半精鏜高速鋼硬質(zhì)合金50-700.15-0.4595-1350.15-0.45硬質(zhì)合金根據(jù)此表確定切削用量及選擇刀具：粗鏜鏜刀選擇高速鋼，切削速度取V=120m/min,每轉(zhuǎn)進給量取S轉(zhuǎn)=0.7mm/r。由公式：得：由公式：得：()式中：進給速度。 采用的鏜刀的幾何參數(shù)為：主偏角=45°，前角o=20°,刃傾角s=0°.刀尖圓弧半徑r=2.0.初定鏜孔加工余量為。根據(jù)《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)》計算切削力、切削功率。(1)切削力：其中查《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)》p48表2-3，得KMFC=1查表2-4得∴==1∴===（2）切削功率：==（3）切削扭矩：鏜桿尺寸的確定：鏜桿直徑和長度對剛性影響較大，直徑受到孔徑的限制，但應盡量大些，一般按下?。?，粗鏜用小值，精鏜用大值。,為了增加主軸系統(tǒng)的剛性，取鏜桿直徑為18mm。鏜孔直徑D，鏜桿直徑d，鏜刀截面之間的關(guān)系為：依據(jù)已知的D和d計算B,并且系數(shù)取小值。得：.?。?.2組合機床結(jié)構(gòu)方案的分析和確定3.2.1組合機床配置型式的選擇在確定了該設(shè)備的加工技術(shù)計劃之后，還需要確定其結(jié)構(gòu)形式。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合具體的工藝條件，確定了如下的組合機床結(jié)構(gòu)形式：水平單工作站，見圖3-1。在該類型的機器上，工件被夾在機器的一個靜止的夾子里，所有的工作都是通過動力構(gòu)件的運動來實現(xiàn)的，所以定位的準確性可以得到很高的保障，適合于制造中、小型的箱子類零件。圖3-1臥式單工位組合機床示意圖下面對固定架水平單座復合機床的加工精度進行了分析：這樣的機器能夠獲得的加工精度是最好的，在精加工機器上，它的容差通常是被加工部件的1/3，而在粗加工機器上，因為其它的原因，它的精度也不會太高。這樣一臺機器在鏜孔時，可以獲得以下幾個方面的精度：定位精度：使用了一定的精確引導，基本上就可以達到了，鉆孔的間距以及鉆孔的軸心與基面處的定位精度。軸向偏差與軸向偏差：如果是單面鉆，則鉆桿可通過前、后引導或多層精確引導，從而達到各種軸度。如果是雙向的，并且是單向的，方便的調(diào)節(jié)主軸的定位的準確性，并且可以達到不同的軸度。而從兩側(cè)多個軸線上進行切削，其軸向偏差通常是大于等于等于。鏜孔各軸之間的偏差，可以維持在允許的軸向間距的允許值的范圍內(nèi)，在精密的調(diào)節(jié)下，也可以達到。當然，隨著制造技術(shù)的不斷進步，材料技術(shù)的不斷進步，以及加工過程的不斷完善，機器可以獲得更高的精度。3.2.2動力頭工作循環(huán)及其行程的確定功率頭套圈通常包括快速進刀、工作進刀及快速倒刀三種操作方式，應按生產(chǎn)過程的特定要求而定。通過對所加工的活塞的切削過程分析，得出了該功率頭的周期運動規(guī)律：高速進給、工作進給、高速倒料。(1)工作進給長度的確定（如圖3-2所示）圖3-2加工長度的確定工作進給長度=切入長度+加工孔長度+切出長度。切入長度應根據(jù)工件斷面的誤差情況而定，一般為：切出長度參考下表：表3-2切出長度的確定工藝方法鉆孔擴孔鉸孔鏜孔切出長度（mm）注：1、為鉆頭直徑；2、表中數(shù)值在刀具出口平面為已加工時取最小值，反之取最大值。根據(jù)要求，?。呵腥腴L度=7mm,加工孔長度=102mm,切出長度=8mm.所以：工作進給長度=(2)快速引進長度的確定初定快速引進長度=283mm(3)快速后退長度的確定快速后退長度=工作進給長度+快速引進長度，所以：快速后退長度=3.2.3液壓滑臺的選擇根據(jù)動力頭工作行程選擇液壓滑臺型號為：1HY20A.滑臺與滑座配置為雙矩形導軌。1HY20A滑臺的技術(shù)性能如下表3-3：表3-31HY20A液壓滑臺技術(shù)性能表臺面寬（mm）行程（mm）進給力（N）油缸內(nèi)徑/活塞直徑(mm/mm)油泵流量（L/min）快進流量（L/min）最小進給量（mm/min）工進速度（mm/min）200400630050/3512124040-10003.2.4動力源動力源是一種為主軸盒中的工具提供切割主運動的傳動機構(gòu)，與主軸配合工作。在對諸如鋁及其他輕金屬材料進行粗鏜加工時，按照《組合機床設(shè)計》中的變速器，選用了滑輪驅(qū)動，因此，使用了帶有滑輪的驅(qū)動設(shè)備：。3.2.5主軸箱針對被加工柱塞的特征，在設(shè)計過程中，參考了在鉆孔機（如圖3-3）上鏜孔的例子（東大重工《機床夾具設(shè)計手冊》），主軸為剛性心軸，而心軸和鉆桿之間的聯(lián)接亦不使用浮動鉸，因此，本文提出了一種新的基于被加工柱塞的方法。鉆孔定位的準確性，是靠鉆孔主軸和鉆模的準確定位來實現(xiàn)的。一根主軸盒置于一滑動平臺上，由一根鉆桿連接一根鉆桿完成一次鉆孔。因此，在主軸箱上使用了特殊的硬鏜加工頭輪軸和滑輪驅(qū)動機構(gòu)。圖3-3金剛鏜床結(jié)構(gòu)示意圖3.2.6機床生產(chǎn)率的計算機床理想生產(chǎn)率是指機床百分之百負荷情況下每小時的生產(chǎn)能力。計算公式為：式中：單件工時和按下列公式計算：必須指出，由于組合機床工作過程中偶然事故以及操作人員的自然需要等所需時間，機床實際可能生產(chǎn)率要低于機床理想生產(chǎn)率。也就是：或式中：機床負荷率；組合機床實際可能生產(chǎn)率，亦可視為要求的機床生產(chǎn)率。當全年工時為4600小時（按兩班制15小時），則：根據(jù)本道工序制定的加工工藝計算粗鏜活塞銷孔組合機床的生產(chǎn)率：單件工時：機床的理想生產(chǎn)率：組合機床實際生產(chǎn)率：機床負荷率：3.3剛性主軸箱的設(shè)計在硬式鏜削機床中，工具無需通過引導便可完成，而主軸與刀柄之間為剛性聯(lián)接，對其剛度提出了更高的需求，其制造品質(zhì)與其自身的剛度密切相關(guān)。當主軸剛度不夠時，經(jīng)常會發(fā)生震動（斷刃），使得工件很難獲得所需的精度與光潔度，嚴重時還會造成工具的損傷。3.3.1主軸參數(shù)的確定因此，在進行硬式鏜孔加工時，雖然有許多方面需要加以考量，但首要之處在于，要使主軸系具有準確及適當?shù)膹姸取Ｖ鬏S的主要參數(shù)有：(如圖3-4所示)主軸平均外徑；主軸支承距；主軸的懸伸長；空心主軸的內(nèi)孔直徑；主軸的懸伸比；主軸的直徑比。圖3-4主軸參數(shù)示意圖(1)主軸懸伸長從提高主軸的剛性出發(fā)，希望主軸的前支承盡量靠近刀具，但是在組合機床中的剛性主軸設(shè)計中，是由被加工零件決定的根據(jù)本道工序，活塞銷孔加工長度為，切出長度為，為使主軸懸伸量盡量短，選取當?shù)毒咦咄赀M給長度后工件和主軸的距離為，主軸的外伸長度為，主軸箱端部到前支撐的距離為。所以：。（2）支承距和主軸的懸伸比這個數(shù)值直接影響主軸的剛度，下面討論如何正確的確定的值.根據(jù)《材料力學》，將機床主軸看作一根受剪切力的彈性支撐的梁，其受剪切力的影響可分解為兩個部件：主軸自身的變形與支撐體系的變形，而對其進行研究時，將主軸支撐看作是剛體，而將其作為一個彈性體（也就是，將其作為一個彈性體來處理。對其進行研究時，將主軸看作是剛體，而將支座看作是彈性體（也就是，用彈性支撐的剛梁）。圖3-6彈性支撐梁的撓度與支承間距的關(guān)系3-5是在前支撐剛性等于后支撐剛2倍的情況下，主軸體系的變形撓度與其之間的相關(guān)性。從3-6中可以看出，隨著懸掛率的增大，軸自身的位移也會增大，支撐的位移也會隨之降低。從圖表中還可以看出，當懸臂比例為某個特定的數(shù)值時，其整體撓曲是最小的，也就是說，在給定的條件下，當支座間距為某個特定的數(shù)值時，其整體的撓曲是最小的，因此，在進行結(jié)構(gòu)分析時，應盡量選擇在該位置的周圍。在裝配式機械中，普遍建議采用的是主軸的懸伸率，而對普通的毛坯，可采用一個較低的數(shù)值。在當前的設(shè)計中，選擇：而由：a=得：取。（3）主軸的平均直徑主軸直徑是決定主軸剛度的重要因素，在目前的組合機床設(shè)計時，尚無一成熟的方法。而采用經(jīng)驗公式：主軸傳遞的扭矩。0.73按主軸在一米長度上允許的最大扭轉(zhuǎn)角時由下表確定的：表3-4系數(shù)B的確定由前面所求得的求得：主軸的平均外徑確定以后，就可以大致確定軸承配合處的軸徑。通常主軸前徑較平均直徑大,主軸后徑大約減小。得：取：?。海?）主軸內(nèi)孔直徑在剛性主軸設(shè)計中，主軸常采用空心的，應該選擇得當，以起到節(jié)省材料而又不影響剛性。通常推薦的主軸比：由于數(shù)值不大，所以取比值為0.4，即：?。呵懊媲笾鬏S平均直徑的公式很粗略的，需對其進行核算。核算公式按下式進行：式中：主軸平均外徑；空心主軸內(nèi)孔直徑；主軸支承間距。剛度系數(shù)的數(shù)值，通常取，近幾年組合機床的使用經(jīng)驗表明，只要保證：的關(guān)系，就可獲得較高主軸剛度。本設(shè)計所取數(shù)值>4,主軸能夠有比較高的剛度。（5）主軸剛度的驗算一般來說，剛性主軸，只要其剛度能滿足要求，強度大多數(shù)都是足夠的。所以不必做強度驗算，只驗算其剛度就可以。主軸的剛度驗算，主要是驗算主軸在受力時的彎曲變形，即主軸前段的撓度和前支承處的傾角。根據(jù)《材料力學》計算彎曲變形和的公式：式中：主軸材料的彈性模量，鋼的為；前支承處的截面慣性矩，對于空心軸；主軸的半徑，;空心軸內(nèi)孔半徑，；軸支承的反力矩；切削力；傳動力。通常取=。驗算剛度時，采取下列許用值：根據(jù)所選擇的參數(shù)進行計算：所以：經(jīng)上述驗算，所設(shè)計的主軸參數(shù)是合理的，能滿足本道工序所需要的剛性。3.3.2主軸支承系統(tǒng)的設(shè)計影響剛性主軸工作性能的因素很多，除與主軸本身剛度有關(guān)外，與主軸支承系統(tǒng)的剛性有很大關(guān)系。(1)主軸常用的軸承類型由于其尺寸小、轉(zhuǎn)速高、使用壽命長、安裝簡便、密封潤滑簡單、可直接從試樣中選擇等優(yōu)勢，因此，目前已廣泛應用于剛性主軸支承體系。對于剛轉(zhuǎn)子，通常采用單列向心球軸承，單列向心短圓柱滾子軸承，單列向心短圓柱滾子軸承，雙列向心短圓柱滾子軸承（原為3182100)，單向推力球軸承（原為軸向負荷），單列內(nèi)向短圓柱滾子軸承。(2)軸承的剛度分析和選擇根據(jù)《滾動軸承應用》資料推薦，軸承的剛性與滾動體數(shù)量和直徑，存在下述關(guān)系：式中：與軸承中滾動體的數(shù)量；與滾珠（滾柱）的直徑；與軸承的剛度。在徑向剛度方面，NN3000K型是目前國內(nèi)最大的一類，由于其滾子數(shù)目最多，因此具有較高的剛度和較高的載荷?，F(xiàn)已廣泛應用于剛性錠子前支撐。單排向心滾珠軸承通常僅在承載能力比較小的場合中使用，如要選用36000、46000等一系列的徑向止推滾珠軸承。8000系列的單向推力球軸承在軸向硬度方面是最好的。根據(jù)《組合機床設(shè)計》中的“表5—24組合機床通用剛度軸承的簡圖”，選用下列軸承體系（如3~7所示）：圖3-7剛性主軸部件支承簡圖在前座上為NN3000K系列的雙排式內(nèi)心短輥滾動體，后座為30000（老7000）系列的錐形滾子體，用于承受徑向載荷。一個50000系列（型號8000）的單排止推滾珠軸承安裝在前部支座上，用于承載單向軸向力。圖3-8中顯示了這種軸承的構(gòu)造示意圖。（a）單列圓錐滾子軸承(b)雙列圓柱滾子軸承(c)單列推力球軸承圖3-8各種滾動軸承結(jié)構(gòu)圖該支撐具有良好的剛度和抗軸向力性能。適合粗、半精加工。(3)如何選取軸承的準確度水平軸承的精度水平直接關(guān)系到機床的工作特性，尤其是對高剛度機床來說。在確定軸承的精度級別時，應根據(jù)機床的工況及工件的工藝需要，也就是對機床主軸的徑向和軸向的跳躍進行設(shè)計。各類精密加工設(shè)備，其主軸承的準確度可參照表3-5進行選擇。表3-5主軸軸承精度機床精度等級前軸承后軸承普通精度級P5或P4P5或P4精密級P4或P2P4高精度級P2P2主軸承的準確度，一般采用P2,P4,P5（舊標準B,C,D）三個等級，現(xiàn)在一般的機床主軸，都趨向于往P4級方向發(fā)展，而P6（舊E）級，在機床的主軸上，也很少使用了。通常，對于堅硬的鉆孔軸，其前端支承都是P4，而匹配P4的NN3000K的止推軸承則是P5。。3.3.3剛性鏜削主軸箱的設(shè)計一種常用的特殊主軸盒，其特征在于：主軸剛度大，刀柄與心軸之間為剛性聯(lián)接，無需依賴導套及鉆孔模具；錠子的承載距離相對較大，這樣的主軸盒在厚度上要比普通的主軸盒厚；由于不需要引導，所以使用這樣的頭座，可以大大減小機器的縱向尺寸。(1)主軸箱箱體要想要按計算來設(shè)計主軸箱箱體，這幾乎是不可能的，應充分參考調(diào)查的實例進行設(shè)計，依然借鑒金剛鏜床的主軸箱。(2)主軸與刀桿的連接剛性鏜削主軸箱中主軸和刀桿的連接常見有以下兩種類型：①、柱孔和斷面定位，用螺釘緊固，以斷面鍵傳遞扭矩。這種連接方式，裝拆比較方便，應用較廣，但需要經(jīng)常注意定位面的維護，以保持良好的定位精度。②、和刀桿制成整體的。這種形式可以消除結(jié)合面處的變形，增強主軸剛性，但是加長了主軸的長度，對制造和維修都帶來了困難，所以這種形式目前很少使用。3.4組合機床液壓系統(tǒng)的設(shè)計3.4.1擬定液壓系統(tǒng)工作原理圖（1）確定供油方式：從加工過程中的載荷比較大的角度出發(fā)，提出了一種低速加工的方法。當快速前進，快速后退時，更少的負荷和更高的速率。從節(jié)約能源和降低熱量的角度出發(fā)，建議采用可調(diào)式水泵供料。目前使用的是限壓器可調(diào)葉輪。（2）調(diào)速方式的選擇：在中、小型特種加工設(shè)備中，通常使用節(jié)氣門和調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)進給速率。針對鏜孔特種加工設(shè)備的特性，確定了限制壓力的可變流量泵與速度調(diào)節(jié)閥構(gòu)成容量節(jié)流調(diào)節(jié)系統(tǒng)。該系統(tǒng)效率高，發(fā)熱少，轉(zhuǎn)速高。（3）快速運動回路的選擇：為了達到快速推進，在保證高速運行的前提下，采取了限制壓力型變量泵和差速聯(lián)接兩種手段，在保證高速運行的前提下，保證了高速運行。水泵的排量是隨時間而變動的，也就是說，在快沖程時，排量為最大，工作時，僅根據(jù)油缸所需的排量，靜止時，僅為彌補管路泄漏所需的排量。沒有溢漏，高效運行。（4）速度換接方式的選擇：該裝置使用了一種以行程閥為開關(guān)的轉(zhuǎn)速換接回路，其特征在于改善了換接的順暢性。最終將選定的各液壓回路進行組裝，構(gòu)成了本設(shè)計圖中的各液壓回路。它的工作方式在圖3-9中可以看到：圖3-9剛性鏜削組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)原理圖1—濾油器2—變量泵3、9、13—單向閥4、8、10、11、15、17—管路5—電液動換向閥6—背壓閥7—順序閥12—調(diào)速閥14—行程閥16—液壓缸17—壓力繼電器按下啟動按鈕，三位五通電液動換向閥5的先導閥1YA得電，使之閥芯右移，左位進入工作狀態(tài)，這是的主油路是：進油路：濾油器1→變量泵2→單向閥3→管路4→電液動換向閥5的P口到A口→管路10、11→行程閥14→管路15→液壓缸16左腔?；赜吐罚焊?6右腔→管路17→電液動換向閥的B口到T口→油路8→單向閥9→油路11→行程閥14→管路15→液壓缸16右腔。在這種情況下，就構(gòu)成了一個差分連接環(huán)，由于在快進過程中，滑臺的負荷很輕，并且，供油能夠通過閥門16直接進入到氣缸的左室，因此，在該系統(tǒng)中，由于該系統(tǒng)的壓力比較低，因此，在高速推進的情況下，使該傳動裝置的負荷降低，從而使該傳動裝置能夠迅速地向前移動，從而達到了快進的目的。在快速前進即將完成時，平臺上的擋鐵向下按壓沖程閥門14，使得沖程閥門上升，從而打開了油道11、15。電磁體1YA持續(xù)通電，電動-電動轉(zhuǎn)換閥5在左側(cè)位置上仍處于工作狀態(tài)，入口通道需要通過速度調(diào)節(jié)閥12才能到達氣缸左側(cè)的腔室中，在這個過程中，系統(tǒng)的壓力上升，開啟液體控制程序閥7，關(guān)閉止回閥9，從而將已完成差動連接的油壓氣缸的油道斷開，并且通過次序閥7和反壓閥6返回到油箱中。該主油路是這樣的：從P端口到A端口的P端口、通道10、速度通道12、通道15、通道15、通道16左側(cè)通道。回油路：右室16、油通道17、電氣-液壓轉(zhuǎn)換閥5的B端口至T端口、8通道、7通道、6通道通道、通道7通道、通道6通道、通道通道通道。死擋鐵止擋在該動力滑臺工作送料結(jié)束時，該制動裝置停止運轉(zhuǎn)，該裝置的氣壓繼續(xù)上升，直到該裝置的氣壓到達該壓力繼電器18的設(shè)定值時，該時間繼電器延遲，再次發(fā)送一個信號，將該滑臺送回，在該時間繼電器延遲作用之前，該平臺保持在該限位狀態(tài)?？焖俪吠水斠粋€時間繼電器發(fā)送一個信號之后，2YA通電，1YA斷電，電動液壓操縱閥5的右側(cè)動作，此時，主要的油道為：進氣道為：1、可變泵2、止回閥3、油道4、電動-液壓換向閥的P/B端口、17/16的右側(cè)腔室。回油路為：左側(cè)油缸16的腔室、油道15、止回閥13、11油道、電子-液壓切換閥的A至T端口、儲油槽。此時，系統(tǒng)的氣壓比較小，可調(diào)泵2的機油流量大，使功率滑臺的功率迅速返回，因為活塞桿的面積約為活塞的二分之一，因此，功率滑臺的快進和快退的速率差不多。原地停車在電動滑板回到原來的位置后，制動鐵向下移動，此時，電磁鐵1YA,2YA都不工作電動液壓電動液壓轉(zhuǎn)換閥5位于中間位置，電動滑動平臺停止移動，而可調(diào)泵2的液壓油的壓力上升，從而將泵的流速降低到最低限度。這個液壓系統(tǒng)的電磁鐵和行程閥的動作表如下表3-6所示：表3-6剛性鏜削組合機床動力滑臺液壓系統(tǒng)電磁鐵和行程閥的動作表1YA2YA14快進+——工進+—+死擋鐵停留———快退—+—原位停止———3.5主軸箱傳動裝置設(shè)計在“組合機床結(jié)構(gòu)方案的分析和確定”一節(jié)中已經(jīng)提出：主軸箱采用專用剛性鏜削主軸箱及皮帶輪傳動裝置?，F(xiàn)對皮帶設(shè)計做以下計算：已知電動機型號為Y100L2-4，額定功率為（3kW），轉(zhuǎn)速n1=1420（r/min），傳動比i=1.0043.5.1確定計算功率由公式其中：KA工作情況系數(shù)；P電動機額定功率，已知P=3（kW）；由《機械設(shè)計》p157表8-7，查得故3.5.2選取窄V帶帶型根據(jù)、，由圖8-8確定選用SPZ型窄V帶型。3.5.3確定帶輪基準直徑由表8-4和表8-8取主動輪基準直徑根據(jù)式根據(jù)表8-8，取按式驗算帶的速度故：帶的速度合適。3.5.4確定窄V帶的基準長度和傳動中心距根據(jù)，初步確定中心距計算帶所需的基準長度由表8-3選帶的基準長度Ld=800(mm)計算實際中心距a=300+(800－844)/2=256(mm)3.5.5帶輪上的包角所以：主動輪上的包角合適。3.5.6計算窄V帶的根數(shù)由式：其中包角系數(shù)；KL長度系數(shù)；P0單根V帶的基本額定功率；⊿P0單根V帶的基本額定功率的增量。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則=2.94取Z=3根3.5.7計算預緊力由式由表8-5，得q=0.07kg/m3.5.8計算作用在軸上的壓軸力由式==995.95(N)3.5.9帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計帶輪的材料選用牌號為HT200的鑄鐵?！逥≤300(mm)∴帶輪采用整體式結(jié)構(gòu)帶輪輪寬的設(shè)計：帶輪輪寬其中f-稱面至端面的距離，查表8-12，取f=8(mm)=40(mm)帶輪外徑的確定查表8-8得

第4章組合機床的總體設(shè)計4.1活塞銷孔加工工序圖被加工過程圖是指按照選擇的加工計劃，在一臺機器上的一條自動線上進行的工藝，包括加工零件的尺寸和精度，技術(shù)要求，加工用的定位基準，夾壓部分，被加工零件的材料，硬度，以及在該機床加工之前的毛坯狀況圖。在裝配式機器的研制中，對其進行調(diào)試和檢測具有一定的參考價值。通過查閱《互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)》一書，可以知道：粗銑加工可實現(xiàn)IT級精度。圓整及圓整誤差不超過0.05毫米，：誤差級別為一級；該產(chǎn)品的對稱性不超過0.02毫米，其容差級別。作為一種粗鏜孔，其幾何及形位誤差均遵循“獨立原則”，其特點是：圖紙上的形位誤差與形位誤差之間存在著一定的相關(guān)性，且它們之間具有一定的獨立性，且必須符合相應的公差準則。對粗鏜來說，可能會出現(xiàn)退刀痕，這是因為在鏜刀本身的重量作用下，在切削過程中，工具會掉落到一定程度。4.2粗鏜活塞銷孔加工示意圖機械結(jié)構(gòu)圖是一種非常關(guān)鍵的機械結(jié)構(gòu)圖，它對機械結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計起著非常關(guān)鍵的作用。為設(shè)計刀具、夾具、主軸箱、功率元件的選型提供了重要的數(shù)據(jù)，并為機器、刀具的調(diào)試提供了基礎(chǔ)。加工原理圖，要體現(xiàn)出機器的工藝和工藝方式，并且確定了浮動卡盤活接頭的大小、鉆桿長度、工具的類型和數(shù)目、工具的長度和已被切削的大小、主軸的長度和延伸長度、主軸、工具、導向與工件之間的連接尺寸等。要按照機器的生產(chǎn)能力和工具特性，正確地選用合適的切割參數(shù)，確定機頭的工作周期。4.3機床聯(lián)系尺寸圖的繪制是進行各種特殊零件的設(shè)計、最大占用空間的重要依據(jù)。一種新型的組合加工設(shè)備，一般零件與特殊零件相結(jié)合而成。要使得所設(shè)計的復合式機器在達到預定的功能需求的同時，還可以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)對稱、多快好省的思想，需要對其進行綜合的分析和研究。這一點可以通過畫出機器連接點的尺寸來實現(xiàn)。機器加載高度的測定針對國內(nèi)實際，從方便使用和節(jié)省人力出發(fā)，針對普通臥式組合機床，流水線及自動線，加載高度設(shè)在850毫米以內(nèi).工裝型面的設(shè)計工裝是用來對被加工對象進行定位、夾持，因此，加工后的工件外形及外形是決定工裝外形的基礎(chǔ)。因為該卡具沒有鉆套和鉆模座，因此，卡具底部的寬A等于工作物的寬，再加15毫米的補償鑄造誤差：夾具底座的確定：為了便于布置定位元件，一般夾具底座的高度不小于240mm,取250mm。中間底座的確定中間底座長度尺寸L的計算公式為：式中：加工完成后工件和主軸箱端面的距離；主軸箱的厚度；工件的厚度機床長度方向上，主軸箱與動力滑臺的重合長度；加工終了位置，滑臺前端面至滑座端面的距離；滑座前端面至側(cè)底座前端面的距離。取：，，，，。所以：。當算出值后，還必須檢查尺寸是否合適。當機床無冷卻液時，。。所以：的尺寸大小符合要求。當裝料高度為850mm時，床身和中間底座之間結(jié)合面的高度，無論哪一型號的床身都是