畢業論文題目畢業論文題目PAGEiiPAGEii題目：粗鏜活塞銷孔組合機床設計學院：粗鏜活塞銷孔組合機床設計畢業論文題目摘要本文主要介紹解放牌汽車活塞銷孔的加工工藝，并設計粗鏜活塞銷孔的組合機床。這個課題是為了適合流水線生產，提高目前的生產效率、加工精度，從而降低加工成本而設計的。在設計過程中借鑒了國內外一些現有的組合機床設計資料，還參考了一些與本課題相關的文獻資料。本組合機床具有提高生產效率，滿足工件的加工精度，減少了工人的勞動強度的優點，較好的實現了設計的要求。關鍵詞：組合機床、粗鏜、活塞銷孔.Abstract:Thispaperiscentralintroducethetechnologythatprocesspiston’stholeholeofJIEFANGautomobile.Anddesignthemodularmachine-tool。Theprojectaimstocatertotheassemblylineandimproveeffectivenessandprocessingprecisionsoastoreducethecost.Duringtheprocessofdesign,Idrewlessonsfrominternationalandnationaldata,andreferencedsomeliteraturematerialrelatedtothetopic.Theadvantagesofthismodularmachine-toolareproductionefficiency,highprecisionofprocessing,reducinglaborintensityoftheworkers.Keywords:modularmachine-tool、boring、piston’stholehole.目錄1前言…………………12概述…………………12.1活塞概述………………………12.1.1活塞的功用與結構特點………………12.1.2活塞材料、毛坯及熱處理……………32.1.3活塞加工工藝過程分析………………32.2組合機床概述…………………42.2.1組合機床的定義和特點………………42.2.2組合機床的配置形式和通用部件……52.2.3組合機床的設計步驟…………………53組合機床的初步設計………………53.1組合機床工藝方案的制定……………………63.1.1工藝基面的分析………63.1.2加工工藝的確定………63.2組合機床結構方案的分析和確定……………83.2.1組合機床配置型式的選擇……………83.2.2動力頭工作循環及其行程的確定……83.2.3液壓滑臺的選擇………103.2.4動力源…………………103.2.5主軸箱…………………103.2.6機床生產率的計算……………………113.3剛性主軸箱的設計……………113.3.1主軸參數的確定………113.3.2主軸支承系統的設計…………………143.3.3剛性鏜削主軸箱的設計………………173.4組合機床液壓系統的設計……………………173.4.1確定對液壓系統的工作要求…………173.4.2擬定液壓系統工作原理圖……………173.4.3計算和選擇液壓元件…………………203.5主軸箱傳動裝置設計…………243.5.1確定計算功率……………………243.5.2選取窄V帶帶型：……………………243.5.3確定帶輪基準直徑…………………243.5.4確定窄V帶的基準長度和傳動中心距………………253.5.5帶輪上的包角………253.5.6計算窄V帶的根數Z…………………253.5.7計算預緊力F0：………253.5.8計算作用在軸上的壓軸力Q…………263.5.9帶輪結構設計：………264組合機床的總體設計………………264.1活塞銷孔加工工序圖…………264.2粗鏜活塞銷孔加工示意圖……………………274.3機床聯系尺寸圖的繪制………27后記……………………28參考文獻………………29粗鏜活塞銷孔組合機床設計PAGEPAGE13粗鏜活塞銷孔組合機床設計1前言畢業設計是高等院校工科類學生畢業前進行的全面綜合訓練，是培養學生綜合運用所學培養綜合運用所學基本理論，基本知識，基本方法和基本技能，分析問題和解決問題的能力，是學生在校獲得的最后訓練機會，也是對學生在校期間所獲得知識的檢驗。這次設計的題目是：粗鏜活塞銷孔組合機床設計。并繪制出解放牌汽車用鋁活塞銷孔零件圖、被加工零件工序圖，加工示意圖、組合機床聯系尺寸圖，進行組合機床的總體設計。在此次設計中，我明確設計目的，并決定好好把握和利用這踏上工作崗位前的最后一次“演習”機會，仔細查閱資料，精心設計，努力工作，終于完成了這次設計任務，但由于水平和時間有限，本設計只實現了組合機床的總體設計，并且設計中錯誤難免，希望老師們批評指正，從而能得到不斷的進步。2概述2.1活塞概述2.1.1活塞的功用與結構特點往復式發動機與壓縮機的活塞，是將直線運動變成旋轉運動或者將旋轉運動轉變成直線運動的零件之一。活塞結構如2-1圖所示，平面4稱為活塞頂面，它承受氣體壓力，并受到高溫氣體的直接作用。活塞頂面4與環槽5稱為活塞頭部。四條圓環形的槽5，其中靠近頂面的三條環槽稱為氣環槽，在氣環槽中放置有彈性的活塞環，用以密封活塞頂面上部燃燒室里的高溫高壓氣體；離頂面最遠的一天環槽稱為油環槽，在油環槽哦中放置油杯（或稱刮油環），把飛濺到汽缸套內壁上多余的潤滑油刮去，使油從油環槽的回油小孔3中流回曲軸箱。活塞下部無環槽部分1為活塞裙部，活塞裙部在活塞工作過程中起導向作用。活塞中間的貫穿通孔7稱為活塞銷孔，活塞銷孔的兩端有鎖環槽6，安裝擋圈限制活塞銷的軸向竄動。8是短圓柱面與圓錐面的組合部分，稱為活塞止口，是為加工活塞而設置的輔助精基準面，在活塞工作過程當中不起作用。活塞裙部2-活塞頭部3-回油小孔4-活塞頂面5-環槽6-鎖環槽7-活塞銷孔8-活塞止口圖2-1活塞簡圖活塞在汽缸里承受高溫、高壓氣體的壓力，并將壓力經連桿傳給曲軸，驅動發動機運轉，或將曲軸的旋轉壓力經連桿、活塞而壓縮氣體，即空氣壓縮機。活塞結構如圖。因工作過程中受力與受熱的影響，活塞裙部將產生如圖所示的變形。由于金屬分布在活塞銷軸方向的剛度小于垂直該方向的剛度，因此在頂面氣體壓力的作用下，沿活塞銷軸向變形量大；同時頂面受高溫影響產生熱膨脹，而圓周方向金屬分布不均，銷孔軸線方向金屬多，熱膨脹量大，也形成銷孔軸線方向的膨脹量大于其垂直方向，如2-2圖所示。若裙部原來呈圓形，則受力，受熱后的變形結果使裙部變成橢圓形，兩項疊加總是使銷軸方向為橢圓長軸，垂直銷軸方向為橢圓短軸，這樣活塞與汽缸套的間隙，在長軸方向減少甚至消失，容易發生強烈摩擦甚至“咬死”。為了補償上述變形，應將活塞裙部設計制造成橢圓形，橢圓的長軸在垂直于活塞銷軸的方向，并在活塞裙部銷軸附近鑄造出兩塊凹坑，增加裙部與汽缸套內壁的間隙。此外，頂面熱量由上向下傳遞，溫度場上面高下面的，熱膨脹不均，因此活塞因制成錐形，頭部小，裙部大；裙部也帶有錐度，大端在下方。(a)受力變形圖(b)受熱變形圖圖2-2活塞變形示意圖為了進一步減少熱傳導，有的活塞還銑有橫槽和縱向斜槽，以使熱變形在開槽處不能連續而減少熱變形量。但銑槽增加了工序，且降低了活塞的剛性和強度，現在這種活塞的應用正在逐步減少，而采用改進活塞材料，改進活塞裙部橢圓形狀的方法，以補償熱變形誤差。2.1.2活塞材料、毛坯及熱處理汽油發動機及高速柴油機，應減少往復運動的慣性力，均采用輕質材料，如鋁合金。采用鋁合金的優點：導熱性好，質量輕，慣性力小，可提高轉速，加工工工藝性好。鋁合金切削性能好，毛坯鑄造可采用金屬型壓鑄，毛坯精度高，活塞銷孔也能夠鑄造出來，因此減少了機械加工量。總的來說，鋁合金的優點很多，所以高速內燃機中均采用鋁合金做活塞材料。毛坯在機械加工前要切去澆冒口，并進行時效處理，消除鑄造時的殘余應力。時效處理將活塞加熱至180-200°C,保溫6-8h后自然冷卻。活塞經時效處理后，強度和硬度還能夠提高。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年產量：25—30萬件活塞外形和內腔形狀復雜，裙部為帶有錐度的橢圓，外部有直斜槽和橫槽，主要表面尺寸精度和活塞銷孔的位置精度要求很高。活塞壁薄，剛性差，在外力作用下很容易變形，受切削熱的影響，加工過程熱變形也大。活塞生產屬于大批大量生產，工藝上必須采取一些專用工藝裝備。定位基準的選擇：活塞是薄壁零件，容易產生變形，且加工工藝路線又長，若沒有一個統一的定位基準，很難達到所要求的位置精度。目前大多數生產廠均采用止口和端面做輔助精基準面，只有在精車外圓和精磨外圓時，才用止口處直面及頂面上的工藝搭子中心孔組合定位。止口和端面定位的特點是：可加工部位多，如裙部、頭部、頂面、銷孔、橫直槽等只要表面，一次裝夾情況下，可完成車削外圓、頂面、環槽等加工。活塞加工多采用專用機床，統一采用同一基準，既能夠提高生產率，有能夠保證表面位置精度。活塞銷孔的加工：活塞銷孔的技術要求很高，工藝上需安排粗加工、加工及光整加工,銷孔加工是活塞加工的主要工序。鋁合金活塞毛坯銷孔預先鑄造出來，因孔帶有錐度（拔模斜度），直接用來定位與夾緊很不方便，經過粗鏜銷孔后，銷孔便可用作有關工序的定位與夾緊表面。銷孔的精加工通常放在金剛鏜床上進行，金剛鏜床精度高、轉速快、切削用量小。為了保證活塞銷孔的尺寸、形狀和位置精度，金剛鏜床主軸回轉中心相對工件定位表面有較高的位置精度，因而可保證加工質量。2.2組合機床概述2pleasecontactQ3053703061giveyoumoreperfectdrawings圖3-9剛性鏜削組合機床動力滑臺液壓系統原理圖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—調速閥14—行程閥16—液壓缸17—壓力繼電器快進按下啟動按鈕，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，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。回油路：缸16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。這時形成差動連接回路，因為快進時，滑臺的載荷較小，同時進油可以經閥16直通油缸左腔，系統中的壓力較低，所以變量泵輸出流量大，動力滑臺快速前進，實現快進。工進在快進形成快結束時，滑臺上的擋鐵壓下行程閥14，行程閥上位工作，使油路11和15斷開。電磁鐵1YA繼續得電，電液動換向閥5左位仍然工作，進油路必須經調速閥12進入液壓缸的左腔，以此同時，系統壓力升高，將液控順序閥7打開，關閉單向閥9，使液壓缸實現差動連接的油路切斷，回油經順序閥7和背壓閥6回到油箱。主油路如下：進油路：濾油器1→變量泵2→單向閥3→電液動換向閥5的P口到A口→油路10→調速閥12→油路15→液壓缸16左腔。回油路：液壓缸16右腔→油路17→電液動換向閥5的B口到T口→管路8→順序閥7→背壓閥6→油箱。死擋鐵停留當動力滑臺工作進給終了碰到死擋鐵后，液壓缸停止不動，系統的壓力進一步升高，達到壓力繼電器18的調定值時，經時間繼電器的延時，再發出信號，使滑臺退回，在時間繼電器延時動作前，滑臺停留在死擋鐵限制的位置上。快退時間繼電器發出信號后，2YA得電，1YA失電，電液動換向閥5的右位工作，這時的主油路是：進油路：濾油器1→變量泵2→單向閥3→油路4→電液動換向閥的P口到B口→油路17→液壓缸16的右腔。回油路：液壓缸16的左腔→油路15→單向閥13→油路11→電液動換向閥的A口到T口→油箱。這時系統的壓力較低，變量泵2輸出油量大，動力滑臺動力快速退回，由于活塞桿的面積大約是活塞的一半，所以動力滑臺快進、快退的速度大致相等。原位停止當動力滑臺退回到原位時，擋鐵壓下行程開關，這時電磁鐵1YA、2YA均失電，電液動換向閥5處于中位，動力滑臺停止運動，變量泵2輸出油液的壓力升高，使泵的流量自動減小至最小。這個液壓系統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———3.4.3計算和選擇液壓元件液壓缸的計算根據前面所選擇的動力滑臺的參數進行計算：滑臺式后帶“A”表示滑座導軌為鑄鐵導軌。又球墨鑄鐵的密度為滑臺式后帶“A”表示滑座導軌為鑄鐵導軌。又球墨鑄鐵的密度為。可根據滑座的外形尺寸和密度來估算其重力。pleasecontactQ3053703061giveyoumoreperfectdrawings繪制速度和負載循環圖：速度循環圖3-10負載循環圖3-11②確定液壓缸的結構尺寸和工作壓力按HY20A液壓滑臺的參數定D/d為50/35按最低工作速度驗算液壓缸的最小穩定速度由式式中A為液壓缸節流腔的有效工作面積，qmin是由產品樣本查得GE系列調速閥AQF3-E10B的最小穩定流量為，所以：由于調速閥是安裝在油路上的，故液壓缸節流腔有效工作面積應選液壓缸無杠腔的實際面積。即因為：所以：液壓缸能選到所需流速。工作壓力P可根據負載大小及機器的類型來初步確定，現參閱《液壓系統設計簡明手冊》p10表2-1取液壓缸工作壓力為4(Mpa)。③計算在各工作階段液壓缸所需的流量：④液壓泵的計算泵的實際工作壓力的確定：式中：pp液壓泵的最大工作壓力p1執行元件最大工作壓力∑⊿p進油管路中的壓力損失，初算時簡單系統可取0.2~0.5（Mpa），復雜系統取0.5~1.5（Mpa）。本設計中取0.5（Mpa）。所以：上述計算所得的pp是系統的靜態壓力，考慮到系統有各種工況的過渡階段出現的動態壓力往往超過靜態壓力。另外考慮到一定的壓力儲備量，并確保泵的壽命，因此選泵的額定壓力pn應滿足。本設計中：由HY20A液壓滑臺的技術性能參數可知油泵的流量為根據以上算得的pp和qp，再查閱《液壓系統設計簡明手冊》p81，現選用YBX-16限壓式變量葉片泵，該泵的基本參數為：每轉排量q0=16m（L/r），泵的額定壓力pn=6.3（Mpa），電動機轉速nH=1450（r/min），容積效率ηv=0.85，總效率η=0.7與液壓泵匹配的電動機的選定：首先分別算出快進與工進兩種不同工況時的功率，取兩者較大值為選擇電動機規格的依據，由于在慢進時泵輸出的流量減少，泵的效率急劇降低，一般當流量在0.2~1L/min范圍內，可取η=0.03~0.14。同時還應該注意到，為了使所選擇的電動機在經過泵的流量特性曲線最大功率點時不致停轉，需進行驗算，即式中：pn所選電動機額定功率pB限壓式變量泵的限定壓力qp壓力為pB時，泵的輸出流量首先計算快進時的功率，快進時的外負載為400N，進油路的壓力損失定為0.3（Mpa），由式得:快進時所需電動機的功率為：工進時所需電動機功率為：查閱電動機產品樣本，選用Y90S-4型電動機，其具體參數為表3-4：表3-7Y90S-4性能參數表滿載時功率(kW)電流（A）轉速（r/min）效率（%）功率因數額定電流額定轉矩1.12.71400790.786.52.2根據產品樣本可查得YBX-16的流量壓力特性曲線。再由已知的快進時的流量為11.5（L/min），工進時的流量為2（L/min），壓力為4.5(Mpa),作出泵的實際工作時的流量壓力特性曲線，查得該曲線拐點處的流量為24（L/min），壓力為2.9(Mpa)，該工作點處對應的功率為:所以：P≤2×1.1=2.2(kW)即所選的電動機在拐點處能正常工作。⑤液壓閥的選擇：本設計均用GE系列閥，根據擬定的液壓系統圖。按通過各元件的最大流量來選擇液壓元件的規格：1，濾油器XU-B32X1002，液壓泵YBX-163、9、12，單向閥AF3-EA10B5，電液動換向閥12，調速閥AQF3-E10B14，行程閥17，壓力繼電器DP1-63B⑥油管及其他裝置的設計：油管內徑尺寸可參照選用的液壓元件的接口尺寸而定。本設計為中壓系統。液壓油箱有效容量按泵的流量的5~7倍來確定。現選用容量為160L的油箱。3.5主軸箱傳動裝置設計在“組合機床結構方案的分析和確定”一節中已經提出：主軸箱采用專用剛性鏜削主軸箱及皮帶輪傳動裝置。現對皮帶設計做以下計算：已知電動機型號為Y100L2-4，額定功率為（3kW），轉速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；P電動機額定功率，已知P=3（kW）；由《機械設計》p157表8-7，查得故3.5.2選取窄V帶帶型：根據、，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式根據表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，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Z：由式：其中包角系數；KL長度系數；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F0：由式由表8-5，得q=0.07kg/m3.5.8計算作用在軸上的壓軸力Q：由式==995.95(N)3.5.9帶輪結構設計：帶輪的材料選用牌號為HT200的鑄鐵。∵D≤300(mm)∴帶輪采用整體式結構帶輪輪寬的設計：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4組合機床的總體設計前面討論了組合機床工藝方案和配置型式的確定，以及選擇工藝與結構方案的一些原則與計算，以上這些并不在于懂得了組合機床方案設計以及能夠解釋組合機床方案如何設計，而是在于應用這些認識設計出我們需要的組合機床方案圖紙，并依次展開組合機床的零部件設計，以便能夠制造出符合“多快好省”原則的組合機床。組合機床設計，就是針對具體的被加工零件，在選定的工藝和結構方案的基礎上，進行方案圖紙設計，這些圖紙包括：被加工零件工序圖，加工示意圖，生產率計算卡，機床聯系尺寸圖。通常稱為“三圖一卡”。4.1活塞銷孔加工工序圖被加工工序圖是根據選定的工藝方案，表示在一臺機床上活一條自動線上完成的工藝內容，加工部位的尺寸及精度、技術要求、加工用定位基準、夾壓部分、一起被加工零件的材料、硬度和在本機床加工前毛坯情況圖紙。它是組合機床設計的主要依據，也是制造適用時調整機床，檢查精度的重要技術文件。粗鏜活塞銷孔工序所保證的尺寸、形狀位置公差中，查《互換性與測量技術基礎》可知：粗鏜所能夠達到的精度等級為IT。圓度和圓柱度不大于0.05mm,：公差等級為級；對稱度不大于0.02mm,公差等級為級。由于是粗鏜，尺寸和形位公差采用標注形位公差和尺寸公差相互關系的基本公差原則“獨立原則”，即在圖樣上給出的尺寸公差和形位公差各自獨立，應分別滿足要求的公差原則。對于粗鏜，可以允許有退刀痕跡，退刀痕跡是由于在刀桿的自重下使刀具下垂一定量而在加工是產生的。4.2粗鏜活塞銷孔加工示意圖加工示意圖是組合機床設計的重要圖紙之一，在機床的總體設計中占有重要地位。它是設計刀具、夾具、主軸箱以及選擇動力部件的主要資料，同時也是調整機床和刀具的依