閥蓋414通孔鉆削專機(jī)總體結(jié)構(gòu)夾具及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、序言 金屬切削加工是指利用刀具切除被加工零件多余材料的方法，是機(jī)械制造行業(yè)中最基本的加工方法，金屬切削加工過(guò)程是由金屬切削機(jī)床來(lái)實(shí)現(xiàn)的。金屬切削機(jī)床是用切削的方法將金屬毛坯加工成機(jī)器零件的機(jī)器。 在現(xiàn)代機(jī)械制造行業(yè)中，隨著加工零件方式多樣化及工藝合理化的發(fā)展的要求，加工零件的方法也呈現(xiàn)出多樣化，如：除切削加工外，還有鑄造、鍛造、焊接、沖壓、擠壓和輥軋等，在這其中機(jī)床切削加工的工作量約占總制造工作量的40%～60%(其中鉆床占11.2%),所以在目前的機(jī)械制造行業(yè)中金屬切削機(jī)床是主要的加工設(shè)備。而機(jī)床的技術(shù)性能又直接影響機(jī)械制造行業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率，所以為了提高國(guó)家的工業(yè)生產(chǎn)能力和科學(xué)

2、技術(shù)水平，必須對(duì)機(jī)床的發(fā)展作出新的要求。 隨著機(jī)械工業(yè)的擴(kuò)大和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，尤其是計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)的機(jī)械制造行業(yè)正朝著立式化、精密化、高效率和多樣化的方向發(fā)展。 我國(guó)機(jī)床工業(yè)自1949年建立以來(lái)，雖然在短短的時(shí)間內(nèi)取得了很大的成就，但與世界先進(jìn)水平相比還有較大的差距。就現(xiàn)狀看，主要表現(xiàn)在：我國(guó)機(jī)床工業(yè)起步晚、技術(shù)不成熟；大部分高精度和超精度機(jī)床的性能還不能滿足要求，精度保持度也差，特別是高效立式化和數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)量、技術(shù)水平和質(zhì)量等方面都明顯落后[8]。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)我國(guó)數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)量?jī)H是全部機(jī)床產(chǎn)量的1.5%，產(chǎn)值數(shù)控化僅為8.7%（至1990年底）；我國(guó)數(shù)控機(jī)床基本上

3、是中等規(guī)格的車床、銑床和加工中心等，而精密、大型、重型或小型數(shù)控機(jī)床還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求；另外我國(guó)機(jī)床在技術(shù)水平和性能方面的差距也很明顯，機(jī)床理論和應(yīng)用技術(shù)的研究也明顯落后。所以我們要不斷學(xué)習(xí)和引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，大力發(fā)展研究，推動(dòng)我國(guó)機(jī)床工業(yè)的發(fā)展。 由以上現(xiàn)狀分析我們可以看出，在機(jī)床加工中鉆床的加工工作量在總制造工作量中占有很大的比重。鉆床為孔加工機(jī)床，按其結(jié)構(gòu)形式不同可以分為搖臂鉆床、立式鉆床、臥式鉆床、深孔鉆床、多軸鉆床等。主要用來(lái)進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、絞孔、攻絲等。長(zhǎng)期以來(lái)我國(guó)的機(jī)械制造工業(yè)中孔類加工多數(shù)由傳統(tǒng)鉆床來(lái)完成，但是傳統(tǒng)的鉆床在大批量生產(chǎn)時(shí)存在許多的不足之處： (1)立式化程

4、度不高，難以進(jìn)行大批量的生產(chǎn)； (2)工作效率低，且工人的工作環(huán)境惡劣； (3)占用人力較多，操作固定不易出錯(cuò)； (4)精度不高，工件裝夾費(fèi)時(shí)； (5)加工產(chǎn)品質(zhì)量不高； 針對(duì)以上傳統(tǒng)鉆床的不足之處及生產(chǎn)中存在的問(wèn)題，我們有必要對(duì)傳統(tǒng)鉆床進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)。通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)鉆床手動(dòng)的進(jìn)給系統(tǒng)、夾緊系統(tǒng)及人工送料系統(tǒng)的改進(jìn)和設(shè)計(jì)，從而提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)立式化，降低勞動(dòng)強(qiáng)度及工作量。 當(dāng)前傳統(tǒng)鉆床問(wèn)題的存在主要在于立式化程度、生產(chǎn)效率、工作環(huán)境及產(chǎn)品質(zhì)量。在生產(chǎn)過(guò)程中，手動(dòng)的操作、繁鎖的裝夾、大量生產(chǎn)力的投入和單一的生產(chǎn)流程導(dǎo)致了鉆床加工的立式化程度低、生產(chǎn)效率低、工作環(huán)境惡劣和產(chǎn)品質(zhì)量

5、不高，因此，我們要解決的問(wèn)題在于如何實(shí)現(xiàn)鉆床加工的立式化、減少生產(chǎn)力的投入生產(chǎn)和與其它工藝流程相結(jié)合，同時(shí)也要考慮經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。 經(jīng)過(guò)分析，我們可以從機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)兩方面去考慮。通過(guò)對(duì)鉆床機(jī)構(gòu)的改造來(lái)實(shí)現(xiàn)立式化控制的要求，提高產(chǎn)品的加工精度及質(zhì)量；通過(guò)導(dǎo)入先進(jìn)的控制系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行立式操控，從而實(shí)現(xiàn)立式化，便于導(dǎo)入到其它生產(chǎn)流程中去。為了解決問(wèn)題和便于設(shè)計(jì)改造，我們將鉆床分為傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)、夾緊系統(tǒng)、送料系統(tǒng)和控制系統(tǒng)五個(gè)部分，下面分別對(duì)各部分的問(wèn)題提出解決方案： (1)傳動(dòng)系統(tǒng) 為滿足改進(jìn)后的加工及工作要求，在做出相應(yīng)的計(jì)算后對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)和調(diào)整。 (2)進(jìn)給系統(tǒng) 傳統(tǒng)的鉆床主軸進(jìn)給

6、系統(tǒng)主要由主軸、主軸套筒、主軸套筒鑲套、齒輪齒條和軸承等組成。主軸在加工時(shí)即要作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也要作軸向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。機(jī)床主軸被裝置在主軸套筒內(nèi)，套筒放置在主軸箱體孔的鑲套內(nèi)，主軸上側(cè)由花鍵連接。機(jī)床加工時(shí)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)由花鍵傳入，而進(jìn)給運(yùn)動(dòng)則由齒輪通過(guò)齒條帶動(dòng)套筒在鑲套內(nèi)運(yùn)動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)立式化控制的要求，主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)改進(jìn)主要有：主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)依然由電動(dòng)機(jī)傳入，而進(jìn)給則由液壓傳動(dòng)替代手動(dòng)的齒條傳動(dòng)，通過(guò)液壓控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)給動(dòng)作。 (3)夾緊系統(tǒng) 傳統(tǒng)鉆床的夾緊主要是手工操作，由夾具夾緊工件。為了便于實(shí)現(xiàn)立式化控制，工件夾緊由夾具完成，動(dòng)力源由夾緊液壓缸導(dǎo)入，通過(guò)液壓控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)夾緊動(dòng)作的立式化。 (

7、4)送料系統(tǒng) 在生產(chǎn)過(guò)程中，鉆床的送料主要由人工輸入，這使得投入了大量的生產(chǎn)力，消耗了大量的工時(shí)，使的生產(chǎn)率不高，為此我們通過(guò)導(dǎo)入立式送料系統(tǒng)來(lái)減少生產(chǎn)力的投入和工時(shí)的消耗。立式送料系統(tǒng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)要根據(jù)生產(chǎn)的需求作出相應(yīng)的設(shè)計(jì)需求，動(dòng)力源可由電機(jī)或液壓系統(tǒng)傳入，二者均可實(shí)現(xiàn)立式化控制。 (5)控制系統(tǒng) 當(dāng)前機(jī)床控制系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)數(shù)控、繼電器電氣控制和PLC控制等，由于繼電器電氣控制系統(tǒng)，其聯(lián)動(dòng)關(guān)系復(fù)雜，維修困難，故障率高，經(jīng)常影響正常生產(chǎn)，計(jì)算機(jī)數(shù)控造價(jià)高、系統(tǒng)復(fù)雜，而PLC控制系統(tǒng)可靠性好、造價(jià)低、抗干擾能力強(qiáng)、柔性好、編程簡(jiǎn)單、使用方便、擴(kuò)充靈活、功能完善，所以我們利用PLC控制技術(shù)來(lái)實(shí)

8、現(xiàn)對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)、夾緊系統(tǒng)和送料系統(tǒng)的液壓控制系統(tǒng)的控制。 本文主要是通過(guò)應(yīng)用機(jī)床設(shè)計(jì)的一般方法對(duì)傳統(tǒng)鉆床的機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)及改進(jìn)。研究的主要內(nèi)容是普通臺(tái)式鉆床傳動(dòng)系統(tǒng)的改進(jìn)、進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、進(jìn)給系統(tǒng)液壓缸的設(shè)計(jì)和PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等四個(gè)方面。其中重點(diǎn)在于進(jìn)給系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)液壓缸和PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是解決主軸高速旋轉(zhuǎn)與軸向進(jìn)給兩個(gè)自由度的實(shí)現(xiàn)；進(jìn)給系統(tǒng)液壓缸設(shè)計(jì)包括液壓缸的設(shè)計(jì)、液壓缸與主軸的配合和液壓缸油路控制； PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是通過(guò)應(yīng)用PLC控制程序來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓油路的動(dòng)作控制及鉆床加工過(guò)程的動(dòng)作控制。我們通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)臺(tái)式鉆床的改進(jìn)及設(shè)計(jì)，要達(dá)到的目標(biāo)在于通

9、過(guò)改進(jìn)鉆床能夠?qū)崿F(xiàn)工作立式化，最終能滿足以下要求： (1)能實(shí)現(xiàn)立式化連續(xù)生產(chǎn)，改善產(chǎn)品加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率； (2)降低工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度和工作量； (3)鉆床系統(tǒng)工作平穩(wěn)，滿足工作要求； (4)經(jīng)濟(jì)因素合理[3]； 1 零件的工藝性分析以及生產(chǎn)類型的制定 1.1 閥蓋的作用 裝有閥桿密封件的閥零件，用于連接或是支撐執(zhí)行機(jī)構(gòu)，閥蓋與閥體可以是一個(gè)整體，也可以分離。 1.2 分析零件（閥蓋）的工藝性 通過(guò)對(duì)零件圖的重新繪制，知原圖樣的視圖正確、完整，尺寸、公差及技術(shù)要求齊全。該零件需要加工的表面均需切削加工，各表面的加工精度和表面粗糙

10、度都不難獲得。以下是閥蓋需要加工的表面以及加工表面之間的位置要求： 1.左右端面粗糙度為25，孔φ35，粗糙度為12.5，此孔為加工其他孔的基準(zhǔn)?？爪?5內(nèi)表面，粗糙度為12.5，孔φ20，粗糙度為25. 2. φ41外圓面，粗糙度為25；φ50外圓，粗糙度為12.5；φ50外圓右端面，粗糙度為12.5；φ53外圓右端面，粗糙度為25；φ53外圓，左端面，粗糙度為25。 3.孔φ14H8，粗糙度為12.5； 根據(jù)各加工方法的經(jīng)濟(jì)精度及一般機(jī)床所能達(dá)到的位置精度，該零件沒(méi)有很難加工的孔，上述各孔的技術(shù)要求采用常規(guī)加工工藝均可以保證。 1.3 零件的生產(chǎn)類型 1.3.1 計(jì)算生產(chǎn)綱領(lǐng)

11、 生產(chǎn)綱領(lǐng)：企業(yè)在計(jì)劃期內(nèi)應(yīng)當(dāng)生產(chǎn)產(chǎn)品的品種、規(guī)格及產(chǎn)量和進(jìn)度計(jì)劃。計(jì)劃期通常為1年，所以生產(chǎn)綱領(lǐng)也通常稱為年生產(chǎn)綱領(lǐng)。 零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)可按式1-1計(jì)算： N=Qn（1+α）（1+β）=4800021.051.01=101808件 (1-1) 取Q=102000件 注：Q—產(chǎn)品的年產(chǎn)量，臺(tái)/年； n—每臺(tái)產(chǎn)品中該零件的數(shù)量，件/臺(tái)； α—備品率，5%；β—廢品率，1%； 1.3.2 確定生產(chǎn)類型 生產(chǎn)類型是是產(chǎn)品的品種、產(chǎn)量和生產(chǎn)的專業(yè)化程度在企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)技術(shù)、組織、經(jīng)濟(jì)效果等方面的綜合表現(xiàn)。不同的生產(chǎn)類型所對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其運(yùn)行機(jī)制

12、是不同的，相應(yīng)的生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行管理方法也不相同。選擇生產(chǎn)類型為大批大量生產(chǎn)。 1.4選擇毛坯，確定毛坯尺寸，設(shè)計(jì)毛坯圖 1.4.1.選擇毛坯 該零件材料為鑄鋼，零件結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，為使零件有較好的力學(xué)性能，保證零件工作可靠，故采用模鍛成形。這從提高生產(chǎn)效率保證加工精度上考慮也是應(yīng)該的。零件形狀并不復(fù)雜，因此毛坯形狀可以與零件的形狀盡量接近，內(nèi)孔不鑄出。毛坯尺寸通過(guò)確定加工余量后再?zèng)Q定。 1.4.2.確定機(jī)械加工余量 根據(jù)鍛件質(zhì)量、零件表面粗糙度、形狀復(fù)雜系數(shù)查2-28表得。 鍛件孔的精鉸：0.05mm.粗鉸：0.95mm.鉆：0.94mm. 1.4.3.確定毛

13、坯尺寸 毛坯尺寸只需將零件的尺寸加上所查得的余量值即可。 （1）確定圓角半徑 查表得： 外圓角半徑 r=2.5mm 內(nèi)圓角半徑 R=8mm （2）確定模鍛斜度 查表得： 模鍛斜度為：5～10。 2 選擇加工方法，制定工藝路線 2.1定位基準(zhǔn)的選擇 粗基準(zhǔn)的選擇：按有關(guān)基準(zhǔn)的選擇原則，即當(dāng)零件有不加工表面時(shí)，應(yīng)以這些不加工表面作粗基準(zhǔn)；若零件有若干不加工表面時(shí)，則應(yīng)以與加工表面要求相對(duì)位置精度高的不加工表面作粗基準(zhǔn)。現(xiàn)以零件的側(cè)面為主要的定位

14、粗基準(zhǔn)。 精基準(zhǔn)的選擇：考慮要保證零件的加工精度和裝夾準(zhǔn)確方便，依據(jù)“基準(zhǔn)重合”原則和“基準(zhǔn)統(tǒng)一”原則，選擇以圓柱體的Φ12H7孔為精基準(zhǔn)。 2.2零件表面加工方法的選擇 （1）左右端面 為未注公差尺寸，表面粗糙度為Ra25，根據(jù)GB 1800-79規(guī)定起公差等級(jí)按IT13，需進(jìn)行粗銑 （2）Φ35孔 公差等級(jí)為IT11，表面粗糙度為Ra12.5，需進(jìn)行鉆和粗鉸。 （3）Φ35內(nèi)表面 為未注公差尺寸，根據(jù)GB 1800-79規(guī)定起公差等級(jí)按IT13，表面粗糙度為Ra12.5，用平面锪鉆。 （4）Φ20孔 為未注公差尺寸，根

15、據(jù)GB 1800-79規(guī)定起公差等級(jí)按IT13，表面粗糙度為Ra25，需進(jìn)行鉆。 （5）φ41外圓面 為未注公差尺寸，根據(jù)GB 1800-79規(guī)定起公差等級(jí)按IT13，表面粗糙度為Ra25，粗車即可。 （6）φ50外圓右端面， 為未注公差尺寸，根據(jù)GB 1800-79規(guī)定起公差等級(jí)按IT13，粗糙度為12.5，對(duì)φ35H11孔的垂直度為0.05，采用粗車 半精車 （7）φ50外圓， 公差等級(jí)為IT11，粗糙度為12.5，采用粗車 半精車。 （8）φ53外圓右端面 為未注公差尺寸，根據(jù)GB 1800-79規(guī)定起公差等級(jí)按IT13，粗糙度為25，粗車即可。 （9）φ5

16、3外圓 為未注公差尺寸，根據(jù)GB 1800-79規(guī)定起公差等級(jí)按IT13，粗糙度為25，粗車即可。 （10）φ53外圓左端面 為未注公差尺寸，根據(jù)GB 1800-79規(guī)定起公差等級(jí)按IT13，粗糙度為25，粗車即可。 （11）M36外螺紋 為未注公差尺寸，根據(jù)GB 1800-79規(guī)定起公差等級(jí)按IT13，采用粗車。 （12）φ28.5孔 公差等級(jí)為IT8，粗糙度為12.5，采用鉆，鉸。 （13）φ28.5孔右端面 為未注公差尺寸，根據(jù)GB 1800-79規(guī)定起公差等級(jí)按IT13，粗糙度為12.5，用平面锪鉆 （14）倒角

17、 粗糙度為25，粗車即可。 （15）4-φ14孔 為未注公差尺寸，根據(jù)GB 1800-79規(guī)定起公差等級(jí)按IT13，表面粗糙度為Ra12.5，需進(jìn)行鉆。 2.3 制定工藝路線 工序Ⅰ：粗銑左右兩水平端面。 工序Ⅱ：鉆、粗鉸Φ35的孔。 工序Ⅲ：锪鉆鍃平Φ35內(nèi)表面。 工序Ⅳ：鉆Φ20的孔。 工序Ⅴ：粗車φ41外圓面。 工序Ⅵ：粗車、半精車φ50外圓右端面。 工序Ⅶ：粗車、半精車φ50外圓。 工序Ⅷ：粗車φ53外圓右端面 工序Ⅸ：粗車φ53外圓。 工序Ⅹ：粗車φ53外圓左端面。 工序Ⅺ：粗車M36外螺紋 工序Ⅻ：車倒角。。 工

18、序XIII：鉆、粗鉸、精鉸φ28.5的孔。 工序XIV：锪鉆鍃平φ28.5孔右端面 工序XV：鉆4-φ14孔。 工序XVI：清洗。 工序XVII:終檢。 3 組合機(jī)床方案的制定 3.1 制定組合機(jī)床的配置型式及結(jié)構(gòu)方案 閥蓋屬于中小型零件，設(shè)計(jì)工序?yàn)殂@4φ14通孔，采用單工位組合機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)良好的預(yù)期生產(chǎn)效果。 3.2 制定鉆4Φ14通孔工序切削用量及刀具 根據(jù)所加工零件材料，選擇高速鋼麻花鉆，選取直柄麻花鉆5GB/T6135.3-1996，根據(jù)所需要加工的零件結(jié)合表3-1選定所選直柄變麻花鉆的尺寸。用高速鋼鉆頭加工鑄鐵件的切削用量（已知HB=220）查表

19、3-2選擇v=15m/min,f=0.1mm/r。 圖3-1 直柄麻花鉆 Figure3-1Straight shank twist drills 表3-1直柄麻花鉆（摘自GB/T 6135.3-1996） Table3-1 Straight shank twist drills (from GB/T 6135.3-1996) Dh8 L L1 8.00 75 117 9.00 81 125 10.00 87 133 11.00 94 142 12.00 101 151 13.00 14.00 108 160 表

20、3-2 用高速鋼鉆頭加工鑄鐵的切削用量 Table3-2 HSS drill processing of cast iron with cutting dosages 加工直徑 （mm） HB160~200 HB200~241 HB300~400 切 削 用 量 V（m/min） F(mm/r) V(m/min) V(m/min) V(m/min) f(mm/r) 1~6 16~24 0.07~0.12 10~18 0.05~0.10 5~12 0.03~0.08 6~12 0.12~0.20 0.10~0.18 0.08~0

21、.15 12~22 0.20~0.40 0.18~0.25 0.`15~0.20 22~50 0.40~0.80 0.25~0.40 0.20~0.30 3.3 確定切削力、切削轉(zhuǎn)矩、切削功率及刀具耐用度 已知高速鋼鉆頭直徑d=9mm，工件硬度為220HB，孔深12mm，由L/d=12/9=1.34 查表3-3得K速度=0.95 表3-3 速度修正系數(shù) Table5-1 speed adjustment coefficient L/D 1~3 3~4 4~5 5~6 6~8 8~10 K速度 0.98~0.9 0.9~0.8 0.8~0.

22、7 0.7~0.6 0.65~0.6 0.6~0.5 V=V公稱K速度=150.95=14.25m/min,HB=220 切削力F=26Df0.8HB0.6： F=26140.10.82200.6=1467.2N 切削轉(zhuǎn)矩： 切削功率： 切削時(shí)間： 4 組合機(jī)床的總設(shè)計(jì)“三圖一卡”的編制 4.1 被加工零件工序圖 被加工零件的工序圖是根據(jù)制定的工藝方案，表示一臺(tái)組合機(jī)床或自動(dòng)線完成的工藝內(nèi)容，加工部位的尺寸、形狀位置精度及技術(shù)要求、定位及被加工零件的材料、硬度、重量和在本道工序加工前毛坯或半成品情況的圖紙。它不能用原

23、產(chǎn)品圖紙代替，而須在原零件圖基礎(chǔ)上，突出本機(jī)床或自動(dòng)線的加工內(nèi)容，加上必要說(shuō)明繪制而成。它是設(shè)計(jì)組合機(jī)床的重要依據(jù)，也是制造、使用和調(diào)試機(jī)床的重要技術(shù)文件。 圖4-1 閥蓋工序圖 Figure4-1 process drawing valve cover 4.2 加工示意圖 加工示意圖：加工示意圖是組合機(jī)床設(shè)計(jì)的主要圖紙之一，在總體設(shè)計(jì)中占有重要位置。它是刀具、輔具、夾具、多軸箱、液壓電氣裝置設(shè)計(jì)及通用部件選擇的原始要求，同時(shí)還是調(diào)整機(jī)床、刀具及試車的依據(jù)。以下為加工示意圖設(shè)計(jì)過(guò)程： 圖4-2 組合機(jī)床加工示意圖 Figure4-2 S

24、chematic diagram of combined machining 4.2.1 選擇刀具、導(dǎo)向裝置并標(biāo)注其相關(guān)位置及尺寸 a刀具選擇 直柄麻花鉆 5GB/T 6135.3-1996刀具的選擇考慮加工尺寸精度、表面粗糙度、切削的排除及生產(chǎn)率要求等因素 b導(dǎo)向套的選擇 在組合機(jī)床上加工孔，除用剛性主軸的方案外，工件的尺寸、位置精度主要取決于夾具導(dǎo)向。因此正確選擇導(dǎo)向裝置的類型，合理確定其尺寸、精度，是設(shè)計(jì)組合機(jī)床的重要內(nèi)容，也是繪制加工示意圖時(shí)必須解決的內(nèi)容。 1) 選擇導(dǎo)向類型 根據(jù)刀具導(dǎo)向部分直徑d=1cm和刀具導(dǎo)向的線速度v=15m/min<20m/min，選擇

25、固定式導(dǎo)向。 2） 導(dǎo)向套的參數(shù) 根據(jù)刀具的直徑選擇固定導(dǎo)向裝置。 查表4-1選取導(dǎo)向的長(zhǎng)度L1=4d=56mm,導(dǎo)套離工件端面的距離L2=d=14mm 表4-1 導(dǎo)向裝置的布置和應(yīng)用范圍 Table4-1 Arrangement of guides and applications 導(dǎo) 向 類 別 工 藝 方 法 導(dǎo)向布置簡(jiǎn)圖 導(dǎo)向長(zhǎng)度L1（mm） 導(dǎo)套至工件端面的距離L2 （mm） 常用導(dǎo)向的直徑范圍（mm） 使用速度范圍（m/min） 刀具與主軸的連接形式 第 一 類 導(dǎo) 向 鉆 孔 （2~4）d小直徑取大值；大直徑取小值。

26、 鉆鋼：（1~1.5）d 鉆鑄鐵：≈d；過(guò)大或過(guò)小不適用 ≦40 中、低速（＜20） 剛性 查表4-2選取導(dǎo)向裝置的配合 D2：(H7/h6) D1：(H7/js6) d：（G7） 圖4-2 導(dǎo)向裝置的配合 Figure4-2 meet between oriented device 表4-2 導(dǎo)向裝置的配合 Table4-2 meet between oriented device 導(dǎo)向 類別 工藝 方法 d D1 D2 刀具導(dǎo)向部分的外徑 用刀具本身導(dǎo)向 用接桿導(dǎo)向 第 一 類 導(dǎo) 向 鉆孔 G7(或F8)

27、 用鉆頭本身導(dǎo)向 擴(kuò)孔 G7 擴(kuò)H9孔時(shí)為h6擴(kuò)H11以下孔為g6 鉸 孔 粗 鉸 鉸H9 或H11 G7(或H7) 按略小于h6的公差選擇 精 鉸 鉸H8 或H7 G6(或H6) 按略小于h5的公差選擇 第 二 類 導(dǎo) 向 鏜 孔 或 車 外 圓 粗 加 工 H7 1.中間有套時(shí)：D1≤80取，否則取 2.無(wú)中間套時(shí)，取或 按h6公差或特殊公差制造 特殊公差： 上偏差為g6上偏差的1/2 下偏差為g6偏差的2/3~4/5 精 加 工 H6 或（） 按h5公差或按特殊公差制

28、造 特殊公差： 上偏差為g5上偏差的1/4~1/3 下偏差為g5下偏差的1/2~2/3 4.2.2夾具設(shè)計(jì) 1.定位方案 工件以一端面和Φ20孔為定位基準(zhǔn)，采用平面和定位銷組合定位方案，在定位平面及定位銷的圓柱面上定位，其中平面限制3個(gè)自由度、短圓柱銷限制2個(gè)自由度，共限制了五個(gè)自由度。由于加工的孔是與20共軸線的，所以繞Z軸的旋轉(zhuǎn)不需要限制。 2.夾緊機(jī)構(gòu) 根據(jù)生產(chǎn)率要求，運(yùn)用手動(dòng)夾緊可以滿足。采用彈簧壓板夾緊機(jī)構(gòu)，通過(guò)擰螺母實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的上表面夾緊。壓板夾緊力主要作用是防止工件在切削力的作用下產(chǎn)生震動(dòng)。由于夾緊力與鉆孔時(shí)產(chǎn)生的力方向相同，所以可免去夾緊力的計(jì)算。 3.導(dǎo)

29、向裝置 采用可換鉆套作為導(dǎo)向裝置，選用JB/T 8045.3-1999。鉆套高度H=20mm，排削間隙h=5mm. 4.夾具與機(jī)床連接元件 在夾具體上設(shè)計(jì)座耳，用T形螺栓固定，螺紋孔M10，通孔φ10。 圖4-3 閥蓋夾具裝配圖 Figure4-3 Valve cover fixture assembly diagram 4.2.3初定主軸類型、尺寸、外伸長(zhǎng)度 因?yàn)檩S的材料為HT200，主軸與刀具非剛性聯(lián)接（連桿聯(lián)接），M=1467.2Nmm，非剛性主軸取[Φ]=0.5/m,由公式得，，參考《組合機(jī)床的設(shè)計(jì)》表3-22，取d=13mm。 驗(yàn)證公式，由M=1467.2Nmm

30、； =139.4； 剪切彈性模量[τ]=0.9[σ]=0.9200 MPa=180MPa 故1467.2/2129.6=0.403<180,故所選直徑合格。 1.確定主軸外伸長(zhǎng)度 確定主軸尺寸 D/d1=30/20 , L=115mm 注：D 主軸直徑 d1主軸內(nèi)孔直徑 L主軸外伸長(zhǎng)度 2.接桿的選擇 查表4-3，確定接桿為：1-200 T0635-01 圖4-4 組合機(jī)床用接桿 Figure4-4 Arbors used in modular machine tool 表4-3 通用鉆削類主軸的系列參數(shù) Table 4-3 Spin

31、dle drilling a series of generic class parameters 主軸外伸 主軸類型 主軸直徑 種數(shù) 短主軸 前、后支撐均為圓錐滾子軸承的短主軸 25 30 35 40 50 60 6 長(zhǎng)主軸 前、后支撐均為圓錐滾子軸承的長(zhǎng)主軸 20 25 30 35 40 50 60 7 前支撐為推力球軸承和向心球軸承或圓錐滾子軸承的主軸 15 20 25 30 35 40 12 前、后支撐均為推力球軸承和無(wú)內(nèi)圈滾子軸承的主軸 15 20 25 30 35 40

32、 20 主軸外伸尺寸(mm) D/d1 22/14 30/20 38/26 50/36 50/36 65/44 80/60 90/60 L 85 115 115 115 115 135 135 135 4.2.4 確定動(dòng)力部件的工作循環(huán)及工作行程 由于加工的是螺紋底孔，確定動(dòng)力部件的工作循環(huán)方式為： 快速引進(jìn)—工作進(jìn)給—快速退回 1 工作進(jìn)給長(zhǎng)度 L工=工件加工部位長(zhǎng)度L+刀具切入長(zhǎng)度（5-10mm）+刀具切出長(zhǎng)度 L工=22+8=33mm 2 快速退回長(zhǎng)度 結(jié)合主軸外伸長(zhǎng)度，直柄麻花鉆尺寸和工作進(jìn)給長(zhǎng)度取L快退=120mm

33、， L快退=L快進(jìn)+L工進(jìn)=153mm 3動(dòng)力原件總行程的長(zhǎng)度 L總=L前備（40）+L后備（22）+L快退=215mm 5 機(jī)床聯(lián)系尺寸圖 5.1 聯(lián)系尺寸圖的作用 一般來(lái)說(shuō)，組合機(jī)床是由標(biāo)準(zhǔn)的通用部件—?jiǎng)恿_(tái)、動(dòng)力箱、各種工藝切削頭、側(cè)底座、立柱、立柱底座及中間底座加上專用部件—多軸箱、刀、輔具系統(tǒng)，夾具，液、電、冷卻、潤(rùn)滑、排屑系統(tǒng)組合裝配而成。聯(lián)系尺寸圖用來(lái)表示機(jī)床各組成部件的相互裝配關(guān)系和運(yùn)動(dòng)關(guān)系，以檢驗(yàn)機(jī)床各部件相對(duì)位置及尺寸聯(lián)系是否滿足加工要求；通用部件的選擇是否合適；并為進(jìn)一步開(kāi)展多軸箱、夾具等專用部件、零件的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。聯(lián)系尺寸圖也可看成是簡(jiǎn)化的機(jī)床總圖，它表

34、示機(jī)床的配置形式及總體布局。 5.2 選擇動(dòng)力部份 5.2.1 選擇主運(yùn)動(dòng)動(dòng)力箱型號(hào)規(guī)格 切削功率：4P=40.095kw＝0.38kw； 據(jù)《組合機(jī)床的設(shè)計(jì)》表2-14，選擇動(dòng)力箱的型號(hào)為1TD12，電動(dòng)機(jī)功率0.75kw 5.2.2 動(dòng)力滑臺(tái)的型號(hào)和規(guī)格的確定 軸向總切削力=2595 N <8000N,結(jié)合L總=210mm； 據(jù)《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)》，選擇滑臺(tái)型號(hào)為1HY25M 5.2.3 行程 選用動(dòng)力滑臺(tái)時(shí)，必須考慮其允許最大行程。設(shè)計(jì)時(shí)，所確定的動(dòng)力部件總行程應(yīng)小于所選動(dòng)力滑臺(tái)的最大行程。 L總=215mm

35、 選取長(zhǎng)寬高規(guī)格為 H=560mm， B=450mm， L=900mm的側(cè)底座1CC251。 5.2.5 機(jī)床裝料高度H1 組合機(jī)床按拆裝分布標(biāo)準(zhǔn)推薦裝料高度H1=850mm。 5.2.6 中間底座的輪廓尺寸 中間底座的輪廓尺寸： L=（L1 +2L2+L3）－2（l1+l2+l3） 其中：L1 加工終了位置，多軸箱端面至工件端面的距離；L2 多軸箱厚度，L3 沿機(jī)床長(zhǎng)度方向上工件的尺寸；l1 機(jī)床長(zhǎng)度方向上多軸箱與動(dòng)力滑臺(tái)的重合度；l2 加工終了位置，滑臺(tái)前端面至滑座前端面的距離；l3 滑座前端面至側(cè)底座前端面的距離。 注：由加工示意圖知L1=330mm；由多軸

36、箱尺寸知L2=295mm；L3=44mm；取l1=250mm；l2=40mm；l3=100mm；得：L=184mm； 根據(jù)夾具圖，夾具底座長(zhǎng)度A=150mm，所以?shī)A具底座和中間底座四周的距離a取60mm，符合要求。 5.2.7 多軸箱的輪廓尺寸 選用標(biāo)準(zhǔn)通用立式鉆削類機(jī)床多軸箱的厚度為320mm，繪制機(jī)床的聯(lián)系尺寸時(shí)，需要確定的尺寸是多軸箱的寬度B、高度H和最低主軸高度h1。 被加工零件輪廓以點(diǎn)劃線、多軸箱輪廓尺寸用粗實(shí)線表示。多軸箱寬度B、高度H的大小主要與被加工零件孔的分布位置有關(guān)，如圖5-1所示。 多軸箱尺寸按下式確定： B=b+2b1； H=h+h1+b1； 其中：

37、b 工件在寬度方向相距最遠(yuǎn)的兩孔的距離（mm）； b1 主軸中心距箱外壁的距離（mm）； h 工件在高度方向相距最遠(yuǎn)的兩孔距離（mm）； h1 最低主軸高度（mm）。 b和h為已知尺寸。為保證多軸箱有排布齒輪的足夠空間，b=100mm，推薦b1>70—100mm取b1=150mm。 根據(jù)工件最下面孔位置（h2=40mm）、機(jī)床裝料高度（H1=900mm），滑臺(tái)滑座總高（h3=250mm）、側(cè)底座高度（h4=560mm）、滑座與側(cè)底座之間調(diào)整墊高度（h7=5mm）等尺寸之間的關(guān)系確定多軸箱最低主軸高度h1。 通常：h1>85—140

38、mm h1=h2+H1-(0.5+h3+h7+h4)=124.5mm 取b1=150mm，則多軸箱的輪廓尺寸： B=b+2b1=400mm H=h+h1+b1=499mm 所以多軸箱的輪廓尺寸為： BH=400499mm。 圖5-1 多軸箱輪廓尺寸 Figure5-1 Multi-axle box outline size 5.3聯(lián)系尺寸圖的畫法和步驟 5.3.1主視圖的繪制 主視圖的圖形布置直接關(guān)系到整張聯(lián)系尺寸圖，所以應(yīng)與實(shí)際機(jī)床工作位置一致，并應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)谋壤? 1首先用雙點(diǎn)劃線或細(xì)實(shí)線畫出被加工零件的長(zhǎng)高。以工件兩端面及工件最低孔中心線O1—O2

39、分別為長(zhǎng)度方向和高度方向上的基準(zhǔn)，根據(jù)已確定的機(jī)床各組成部件輪廓尺寸及主要相關(guān)尺寸按下列順序進(jìn)行：以工件左端面為基準(zhǔn)，根據(jù)前面已經(jīng)確定的工件端面至多軸箱端面的最小距離L1=250mm確定機(jī)床左面至多軸箱前端面的軸向位置。 2再根據(jù)多軸箱最低主軸高度位置尺寸h1=124.5mm及多軸箱輪廓尺寸BH=400499mm畫出左多軸箱外廓。多軸箱以其后蓋與動(dòng)力箱定位連接，根據(jù)已選擇的ITD12—ⅠA型動(dòng)力箱的安裝連接尺寸畫出動(dòng)力箱輪廓。動(dòng)力箱以其底面與動(dòng)力滑臺(tái)定位連接，在機(jī)床長(zhǎng)度方向上，通常動(dòng)力箱后端面應(yīng)與滑臺(tái)后端面平齊安裝。動(dòng)力滑臺(tái)與滑座在機(jī)床長(zhǎng)度方向上的相對(duì)位置，由加工終了時(shí)滑臺(tái)前端面到滑座前端面

40、的距離l2決定。l2是在機(jī)床長(zhǎng)度方向上各部件聯(lián)系尺寸的可調(diào)環(huán)節(jié)。對(duì)于通用標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)力滑臺(tái)，l2尺寸范圍為75 ~85mm。l2是動(dòng)力滑臺(tái)、滑座本身結(jié)構(gòu)決定的滑臺(tái)前端面到滑座前端面的最小距離與前備量二者之和。通常前者不應(yīng)小于15 ~20mm，這里選取為20mm，l2=20+20=40mm。 為便于機(jī)床的調(diào)整和維修，滑座與側(cè)底座之間需加5mm厚的調(diào)整墊。而滑座與側(cè)底座在機(jī)床長(zhǎng)度方向上的相對(duì)位置為滑座前端面而到側(cè)底座前端面的距離l3決定。若采用的側(cè)底座為標(biāo)準(zhǔn)型，則l3可由組合機(jī)床通用部件聯(lián)系尺寸標(biāo)準(zhǔn)中查得；若不能采用標(biāo)準(zhǔn)型側(cè)底座，則可根據(jù)具體情況而定，這里取l3=100。 中間底座輪廓尺寸的確定原則

41、前面已有闡述。其長(zhǎng)度方向尺寸可按下式確定 L=（L1 +2L2+L3）－2（l1+l2+l3） 其中： L1 加工終了位置，多軸箱端面至工件端面的距離，由加工示意圖知L1=330mm；L2 多軸箱厚度，由多軸箱尺寸知L2=295mm；L3 沿機(jī)床長(zhǎng)度方向上工件的尺寸，L3=44mm； l1 機(jī)床長(zhǎng)度方向上，多軸箱與動(dòng)力滑臺(tái)的重合度，取l1=250mm；l2 加工終了位置，滑臺(tái)前端面至滑座前端面的距離，取l2=40mm；l3 滑座前端面至側(cè)底座前端面的距離，取l3=100mm； 得 ：L=（L1 +2L2+L3）－2（l1+l2+l3）=190mm。 5.3.

42、2左視圖的繪制 配合主視圖完成聯(lián)系尺寸圖所要求表達(dá)的內(nèi)容。 5.3.3 聯(lián)系尺寸圖應(yīng)注明的狀態(tài)和尺寸 1標(biāo)注機(jī)床各主要組成部件的輪廓尺寸及相關(guān)聯(lián)系尺寸，使機(jī)床在長(zhǎng)、寬、高三個(gè)方向的尺寸鏈封閉。 2清楚表示運(yùn)動(dòng)部件狀態(tài)及運(yùn)動(dòng)過(guò)程情況，以確定機(jī)床最大輪廓尺寸。 3注明各部件對(duì)稱中心線間的位置關(guān)系。因?yàn)楫?dāng)工件加工部位對(duì)工件中心不對(duì)稱和有某些具體要求時(shí)，動(dòng)力部件相對(duì)夾具，夾具相對(duì)中間底座也就不對(duì)稱，所以還應(yīng)該注明它們相互偏置的尺寸。 4注明標(biāo)準(zhǔn)件及通用部件規(guī)格和其主要輪廓尺寸，并對(duì)組成機(jī)床的所有部件進(jìn)行分組編號(hào)，作為該設(shè)計(jì)的原始依據(jù)。 圖5-2 組合機(jī)床總體結(jié)構(gòu)圖 Figure

43、5-2 tool overall structure 6 機(jī)床生產(chǎn)率計(jì)算卡 6.1生產(chǎn)率計(jì)算卡 生產(chǎn)率計(jì)算卡是反映所設(shè)計(jì)機(jī)床的工作循環(huán)過(guò)程、動(dòng)作時(shí)間、切削用量、生產(chǎn)略、負(fù)荷率等技術(shù)文件，通過(guò)生產(chǎn)率計(jì)算卡，可以分析擬定的方案是否滿足用戶對(duì)生產(chǎn)率及負(fù)荷率的要求。計(jì)算過(guò)程如下： 6.2 生產(chǎn)率和負(fù)荷率的計(jì)算方法 6.2.1 期望生產(chǎn)率Q 完成年生產(chǎn)綱領(lǐng)A（包括備品率廢品率在內(nèi)102000件）所要求的機(jī)床生產(chǎn)率。它與全年工時(shí)總數(shù)有關(guān)，取兩班制，工時(shí)4600h，則： 6.2.2 實(shí)際生產(chǎn)率Q1 所設(shè)計(jì)機(jī)床每小時(shí)實(shí)際可以生產(chǎn)的零件數(shù)量。 Q1=60/T單（件/小時(shí)） 其中：

44、T單 生產(chǎn)一個(gè)零件所需的時(shí)間（mm），根據(jù)下式計(jì)算： = =2.11min 其中 L工進(jìn) 刀具進(jìn)給行程長(zhǎng)度（mm）； vf 刀具進(jìn)給量（mm/min）； t停 動(dòng)力滑臺(tái)在死擋鐵上的停留時(shí)間，通常指刀具在加工終了時(shí)無(wú)進(jìn)給狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)5 ~10r所需的時(shí)間（min）； L快進(jìn)、L快退 分別為動(dòng)力部件的快進(jìn)、快退長(zhǎng)度（mm）； Vfs 快速移動(dòng)速度； t移 工作臺(tái)移動(dòng)時(shí)間（min），一般為0.05~0.13取0.1min； t裝卸 裝卸工件時(shí)

45、間，一般取0.5~1.5min，這里取1min。 所以實(shí)際生產(chǎn)率：Q1=60/T單=60/2.11=28.4（件/小時(shí)） 6.2.3 機(jī)床負(fù)荷率η負(fù) 機(jī)床負(fù)荷率按下式計(jì)算: 6.2.4 生產(chǎn)率計(jì)算卡的一般格式 機(jī)床生產(chǎn)率計(jì)算卡是按一定格式要求編制的反映零件在機(jī)床上的加工過(guò)程、工作時(shí)間、機(jī)床生產(chǎn)率、機(jī)床負(fù)荷率的簡(jiǎn)明表格。表6-1所示為軸承座專用組合機(jī)床的生產(chǎn)率計(jì)算卡。 7 進(jìn)給液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7.1 負(fù)載分析 一般情況下，作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的液壓缸的負(fù)載由六部分組成，即工作阻力、摩擦阻力、慣性力、重力、密封阻力和背壓力。 負(fù)載分析中，我們暫不考慮回油腔的背時(shí)

46、壓力，液壓缸的密封裝置產(chǎn)生的摩擦阻力在機(jī)械效率中加以考慮。因改造后的自動(dòng)鉆床和普通臺(tái)式鉆床一樣豎直放置，所以需要考慮的力有：工作阻力（鉆床軸向切削力）、系統(tǒng)摩擦阻力（在機(jī)械效率中考慮）、重力和慣性力。 負(fù)載中工作阻力為鉆床的軸向切削力，其大小=2595 N。 系統(tǒng)摩擦阻力在機(jī)械效率中考慮，軸承傳動(dòng)效率取0.99，花鍵傳動(dòng)效率取0.98，液壓傳動(dòng)效率取0.95，所以計(jì)算出整下系統(tǒng)的機(jī)械效率η為[6]： η=0.990.990.980.95=0.91 （7.11） 系統(tǒng)要克服的重力有鉆床主軸重力和液壓缸活塞桿重力，鉆床主軸重力

47、可按下式計(jì)算： 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》[1]鋼材密度取7.85 ，主軸體積V為： （7.12） 式中： V——主軸體積（m3） d——主軸直徑 (mm)，取40mm ——主軸長(zhǎng)度（mm），取550mm 所以主軸重力為：= （7.13） 式中： V——主軸體積（m3） ρ——主軸材料密度（） g——重力加速度（），取10 ——主軸重力（N） 計(jì)算出主軸重量=55N.考慮到軸上零件和液壓缸活塞桿重力，現(xiàn)取整個(gè)系統(tǒng)要承受的重力=

48、200N。 慣性力Fm指運(yùn)動(dòng)部件在啟動(dòng)或制動(dòng)過(guò)程中的慣性力，查《液壓與氣壓傳動(dòng)》[3]得其計(jì)算公式為： （7.14） 式中，——系統(tǒng)重力 ——重力加速度 ——時(shí)間內(nèi)的速度變化量 ——加速或減速時(shí)間 已知主軸系統(tǒng)重力G=200N；快進(jìn)行程70mm；工進(jìn)行程為20mm；根據(jù)工時(shí)安排可確定主軸快進(jìn)快退速度為3m/min；工進(jìn)速度為0.17m/min；加速、減速時(shí)間一般取Δt=0.2s；所以可以計(jì)算出慣性力： =5N

49、 （7.15） 快進(jìn)時(shí)，在不考慮背壓的情況下，主軸會(huì)在重力的作用下自動(dòng)下移，且加速度大約為9.8，因此，液壓缸在快進(jìn)時(shí)受到的最大作用力F=Gη=182N。 工進(jìn)時(shí)，液壓缸要克服工作阻力（主軸軸向切削力）和系統(tǒng)摩擦力，此時(shí)系統(tǒng)重力起到動(dòng)力作用。所以F=（-G）/η，為了設(shè)計(jì)的可行性，使得液壓缸有足夠的液壓作用力，計(jì)算中我們?nèi)∠到y(tǒng)重力的一半代入到式中，F(xiàn)=2742N。 快退時(shí)，液壓缸要克服重力和系統(tǒng)摩擦力，所以F=G/η考慮到鉆頭退出工件時(shí)的摩擦力，η在計(jì)算時(shí)取0.89，所以計(jì)算出此時(shí)F=225N。 列出主軸系統(tǒng)各運(yùn)動(dòng)階段的液壓負(fù)載計(jì)算公式及大

50、小如表3.2所示。 表7.2 液壓缸各運(yùn)動(dòng)階段負(fù)載表 Table7.2 hydraulic cylinder load table of the stage of exercise 運(yùn)動(dòng)階段 計(jì)算公式 負(fù)載大小（N） 主軸快進(jìn) F=Gη 182 主軸工進(jìn) F=（-G）/η 2742 主軸快退 F=G/η 225 根據(jù)液壓缸各運(yùn)動(dòng)階段負(fù)載計(jì)算結(jié)果和已知各階段的運(yùn)動(dòng)速度，我們可以畫出負(fù)載圖（F-）和速度圖(V-)。 圖7.1 速度循環(huán)圖 Figure7.1 speed cyclic graph 圖7.2 負(fù)載循環(huán)圖 Figure7.2

51、load cyclic graph 8.2 液壓缸執(zhí)行元件主要參數(shù)的確定 (1)初選液壓缸的工作壓力 表8.3 液壓設(shè)備常用的工作壓力表 Table8-3 hydraulic equipment commonly used in the workof the pressure gauge 設(shè)備類型 機(jī)床 農(nóng)業(yè)機(jī)械或中型工程機(jī)械 液壓機(jī)、重型機(jī)械起重運(yùn)輸機(jī)械 磨床 組合機(jī) 床 龍門刨床 拉床 工作壓力P1/（MPa） 0.8～2.0 3～5 2～8 8～10 10～16 20～32 液壓缸的工作壓力主要根據(jù)液壓設(shè)備的類型來(lái)

52、確定，對(duì)不同的液壓設(shè)備，由于工作條件的不同，通常采用的壓力范圍也不同。根據(jù)鉆床的工作條件和加工要求，參考液壓設(shè)備常用的工作壓力表3.3和同類機(jī)床的液壓工作壓力，初選液壓缸的工作壓力=3。 (2)確定液壓缸的類型及主要結(jié)構(gòu)尺寸 根據(jù)設(shè)計(jì)的要求和鉆床主軸的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，選擇雙桿活塞缸，活塞桿為中空桿，以便主軸穿過(guò)；活塞桿兩端裝有軸承，以固定主軸。雙桿活塞缸的活塞桿兩側(cè)都可伸出，根據(jù)工作需要，選用活塞缸采用缸筒固定式。缸筒固定式雙桿活塞缸簡(jiǎn)圖如圖7.7所示。 自動(dòng)鉆床在完成工進(jìn)后，為了防止在鉆通要加工的孔后主軸突然前沖，我們要在回油路上安裝背壓閥。查表7.4液壓缸參考背壓表，回油路背壓選擇=0.8

53、。 表7.4 液壓缸參考背壓 Table7-4 Reference back-pressure cylinder 系統(tǒng)類型 背壓（） 回油路上有節(jié)流閥的調(diào)速系統(tǒng) 0.2～0.5 回油路上有調(diào)速閥的調(diào)速系統(tǒng) 0.5～0.8 回油路上裝有背壓閥 0.5～1.5 帶補(bǔ)油泵的閉式回路 0.8～1.5 由表3.1 主軸零件選用表可知，活塞桿兩端要裝軸承。深溝球軸承選用滾動(dòng)軸承 6208 GB/T 276-1994，其外徑為80mm，查表3.5活塞桿直徑系列表，活塞桿直徑選用=100mm。 表7.5 活塞桿直徑系列（GB2348-80）（mm） Tabl

54、e7-5 Piston rod diameter series（GB2348-80）（mm） 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 400 由表3.2可知，當(dāng)主軸工進(jìn)時(shí)液壓系統(tǒng)的負(fù)載最大F=2742N，由此可計(jì)算出液壓缸的有效面積A為： （3.1

55、6） 式中：——液壓缸內(nèi)徑（） ——液壓缸活塞桿直徑（）, =100mm ——液壓缸負(fù)載（）, F=2742 ——液壓缸工作壓力（）, =3 ——回油路背壓力（）, ==0.8 所以可計(jì)算也液壓缸內(nèi)徑=117。為了便于采用標(biāo)準(zhǔn)的密封式元件，查表3.6對(duì)液壓缸內(nèi)徑進(jìn)行圓整。圓整后取=125。 表7.6 液壓缸內(nèi)徑尺寸系列（GB2348-80）(mm) Table7-6 cylinder bore size series（GB2348-80）（mm） 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 （90） 100 （110）

56、 125 （140） 160 （180） 200 220 250 320 400 500 630 液壓缸基本尺寸確定后，要按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸的尺寸。即保證液壓缸的有效工作面積要大于或等于保證最小穩(wěn)定速度時(shí)的最小有效面積。 即： ≥ （3.17） 式中，——流量閥的最小穩(wěn)定流量，=0.05 ——液壓缸的最低速度, =0.17 由計(jì)算可得A=2767≥=294,因此，液壓系統(tǒng)基本尺寸滿足最低速度的要求。 (3)液壓缸材料的選擇 液壓缸材料的選擇主要受以下幾個(gè)因素的制約： （a）

57、液壓缸要有足夠的強(qiáng)度； （b）液壓缸要有足夠的剛度； （c）液壓缸要有很好的耐磨性能； 因此，基于以上因素及國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的液壓缸材料，液壓缸材料選擇45號(hào)無(wú)縫鋼管[3]。 (4)液壓缸各工作階段的工作壓力、流量和功率計(jì)算 表7.7 液壓缸所需的實(shí)際流量、壓力和功率 Table7.7 The actual flow of the hydraulic cylinder, pressure and power 工作循環(huán) 計(jì)算公式 進(jìn)油壓力 回油壓力 所需流量 輸入功率 （） （） （） P（） 主軸快進(jìn) =- = P= 0.43 0.5 8.3

58、 0.06 主軸工進(jìn) =+ = P= 1.8 0.8 0.47 0.02 主軸快退 =+ = P= 0.6 0.5 8.3 0.08 注：表中A為液壓缸有效面積，V為各階段穩(wěn)定速度。 根據(jù)液壓缸的負(fù)載圖和速度圖以及上述液壓缸的計(jì)算數(shù)值，可以計(jì)算出液壓缸工作各階段的壓力、流量和功率。在計(jì)算時(shí)工進(jìn)時(shí)背壓按=0.8代入，快退快進(jìn)時(shí)背壓按=0.5代入計(jì)算。計(jì)算公式及計(jì)算結(jié)果列于表7.7中。 自動(dòng)鉆床快進(jìn)和工進(jìn)時(shí)，液壓缸上油缸進(jìn)油下油缸回油；快退時(shí)液壓缸下油缸進(jìn)油上油缸回油。因此計(jì)算液壓缸工作各階段的壓力、流量和功率如表7.7所示。 (5)液壓缸壁厚和最小導(dǎo)

59、向長(zhǎng)度的計(jì)算 液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來(lái)計(jì)算。 液壓缸的壁厚一般是指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度。因壁厚不同可分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。 液壓缸的內(nèi)徑D與其壁厚δ的比值圓筒稱為薄壁圓筒。工程機(jī)械的液壓缸大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，其壁厚按薄壁圓筒公式計(jì)算： （7.18） 式中δ—液壓缸壁厚（m）； D—液壓缸的內(nèi)徑（m）； —試驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的（1.25～1.50）倍； [σ]—缸筒材料的許用應(yīng)力。其值：鍛鋼：[σ]=110～120；鑄鋼：[σ]=100～110；無(wú)縫鋼管：[σ

60、]= 100～110；高強(qiáng)度鑄鐵：[σ]=60；灰鑄鐵：[σ]=25。 根據(jù)表3-5中計(jì)算的結(jié)果，代入計(jì)算公式中，可計(jì)算出液壓缸壁厚δ=4mm。考慮到與缸蓋的聯(lián)接，所以設(shè)計(jì)中取液壓缸的壁厚δ=8mm。 最小導(dǎo)向長(zhǎng)度是指當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支撐面中點(diǎn)到缸蓋滑動(dòng)支撐面中點(diǎn)的距離H稱為對(duì)一般的液壓缸，最小導(dǎo)向長(zhǎng)度應(yīng)滿足以下要求[3] （7.19） 式中 —液壓缸的最大行程； —液壓缸的內(nèi)徑。 本設(shè)計(jì)中液壓缸的最大行程為100mm，液壓缸的內(nèi)徑為125mm，代入上

61、式可計(jì)算得出H≥67.5mm,設(shè)計(jì)中取H=70mm。 (6)液壓系統(tǒng)原理圖 自動(dòng)鉆床要完成快進(jìn)、工進(jìn)和快退的工作循環(huán)?？爝M(jìn)和工進(jìn)時(shí)進(jìn)給液壓缸上油缸進(jìn)油下油缸出油，而快退時(shí)進(jìn)給液壓缸下油缸進(jìn)油上油缸出油，因此液壓控制時(shí)只需一次換向?？紤]到系統(tǒng)工進(jìn)完后，需要定時(shí)停留，因此，換向閥選擇具有中位封閉功能的三位四通電磁換向閥。由于快進(jìn)快退和工進(jìn)時(shí)的速度不一樣，所以系統(tǒng)要有調(diào)整裝置。根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)可知，液壓系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)速度不是太大，負(fù)載也不大，因此，調(diào)整系統(tǒng)選擇進(jìn)口節(jié)流調(diào)整，該調(diào)整系統(tǒng)具有較好的低速穩(wěn)定性和速度負(fù)載特性；液壓泵選用單向定量液壓泵[3]。 立式鉆床液壓進(jìn)給系統(tǒng)控制原理圖如圖7.8所示。

62、 圖7.3 組合機(jī)床液壓進(jìn)給系統(tǒng)控制原理圖 1、三位四通電磁換向閥2、二位二通電磁換向閥3、調(diào)速閥4、液壓缸 5、二位三通電磁換向閥6、7、8、溢流閥（6、7作背壓閥用）9、液壓泵10、過(guò)濾器 快進(jìn)時(shí)，液壓系統(tǒng)在PLC自動(dòng)控制下啟動(dòng)，電磁鐵1Y得電，三位四通電磁換向閥1接入左位，液壓泵9供油經(jīng)二位二通電磁換向閥2進(jìn)入液壓缸4上腔，回油經(jīng)三位四通電磁換向閥1、二位三通電磁換向閥5、溢流閥6回油箱。 工進(jìn)時(shí)，電磁鐵1Y、3Y和4Y得電，三位四通電磁換向閥1接入左位，二位二通電磁換向閥2接入左位，二位三通電磁換向閥5位入左位，液壓泵9供油經(jīng)調(diào)整閥3進(jìn)入液壓缸4上腔，回油經(jīng)三位四通電磁換

63、向閥1、二位三通電磁換向閥5和溢流閥7回油箱。 主軸停留，三位四通電磁換向閥1處于中位，液壓泵9供油在達(dá)到一定壓力的條件下回油箱，液壓系統(tǒng)處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)。停留時(shí)間由PLC定時(shí)控制。 快退時(shí)，電磁鐵2Y，三位四通電磁換向閥1接入右位，液壓泵9供油到液壓缸4下腔，回油經(jīng)二位二通電磁換向閥2、三位四通電磁換向閥1、二位三通電磁換向閥5和溢流閥6回油箱。 工作循環(huán)過(guò)程中電磁鐵動(dòng)作表7.8所示。 表7.8 電磁鐵動(dòng)作表 Table7-8 solenoid action table 工作階段 1Y 2Y 3Y 4Y 快進(jìn) + - - - 工進(jìn) + - +

64、 + 停留 - - + + 快退 - + - - (7)液壓元件的選擇 (a)液壓泵的選擇 液壓泵的最高工作壓力可按下式計(jì)算[3]： （7.20） 式中，——液壓泵的最高工作壓力 ——液壓缸的最大工作壓力；查表3.5 =1.8 ——進(jìn)油管路總壓力損失；初算時(shí)簡(jiǎn)單系統(tǒng)可取～0.5，復(fù)雜系統(tǒng)可取～1.5。取=0.5。 根據(jù)上式及數(shù)據(jù)值，可計(jì)算出=2.3。計(jì)算出的是系統(tǒng)的靜態(tài)壓力，因?yàn)橄到y(tǒng)在各種工況的過(guò)度階段出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)壓力往往超過(guò)靜態(tài)壓力。另

65、外考慮到一定的壓力儲(chǔ)備量，并確保泵的壽命，因此選泵的額定壓力應(yīng)滿足～，中低壓系統(tǒng)取小值，高壓系統(tǒng)取大值。所以泵的額定壓力為： =1.25=2.9 （7.21） 液壓泵的最大流量應(yīng)滿足下面公式： （7.22） 式中，——液壓泵的最大流量 ——同時(shí)動(dòng)作的各執(zhí)行元件所需流量之和的最大值。如果這時(shí)溢流閥正在進(jìn)行工作，需加上溢流閥的最小溢流量～3；查表3.5取=8.3；——系統(tǒng)泄漏系數(shù)，一般取～，式中??；

66、所以計(jì)算出≥9.96。 根據(jù)上面計(jì)算的壓力和流量，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》[1]液壓泵產(chǎn)品樣本，選擇YB1-12型，其額定壓力為6.3，排量為12,額定轉(zhuǎn)速為960，驅(qū)動(dòng)功率為2。其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、壓力流量脈動(dòng)小、噪聲低和壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。 (a)液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇 根據(jù)已選擇的液壓泵的規(guī)格，我們可知已選液壓泵需要的驅(qū)動(dòng)功率2，查電機(jī)樣本表可選液壓泵驅(qū)動(dòng)電機(jī)型號(hào)為：Y132S-6。其額定功率為3，滿載轉(zhuǎn)速為960。 (b)液壓系統(tǒng)液壓閥的選擇 表7.9 液壓系統(tǒng)液元件明細(xì)表 Table7.9 Schedule of the hydraulic system hydraulic components 序號(hào) 元件名稱 最大通過(guò)流量（） 型號(hào) 1 三位四通電磁換向閥 15 WE5E5/AW220-50 2 二位二通電磁換向閥 15 3WE5E5/AW220-50 3 調(diào)速閥 0.6 31-2FRM5/0.6 5 二位三通電磁換向閥 15 4WE5E5/AW22