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斯太尔发动机缸盖精铰阀座导杆孔机床动力装置设计(有cad图).rar

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    编号:20181016173631146    类型:共享资源    大小:1.40MB    格式:RAR    上传时间:2018-10-16
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    斯太尔 发动机 缸盖 精铰阀座导杆孔 机床 动力装置 设计 cad
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    潍坊学院本科毕业设计1摘要:本论文主要介绍机床动力部件的选用及设计过程。包括动力头的设计,传动装置的设计,以及组合刀具的设计过程,首先分析了加工零件的工艺性, 动力头的设计涉及主轴组件的设计过程,主轴部件的布置形式的选用,轴承的配置形式, 轴承精度等级的选用,以及主轴结 构的设计,主 轴刚度的 计算等。然后介 绍了传动装置的设计,涉及 带传动的设计,包括了同步齿形带的传动计 算过程。刀具的 设计过程主要概括了,刀具主要参数的选择 确定过程。关键词:动力头 组合机床 动力装置 液压滑台Abstract:The present paper main introduction engine bed power part selects and the design process. Including the power head design, the transmission device design, as well as combines the cutting tool the design process, first analyzed the processing components technology capability, the power head design has involved the main axle module the design process, main axle part arrangement form selection, the bearing disposition form, bearing precision class selection, as well as main axle structure design, main axle rigidity computation and so on. Then introduced the transmission device design, involves the belt transmission the design, including synchronized tooth profile belt transmission computation process. The cutting tool design process mainly summarized, cutting tool main parameter choice definite process. Key words: power head unit machine power device hydraumatic skid platform潍坊学院本科毕业设计2前言组合机床是以通用部件为基础,配以按工件特定形状和加工工艺设计的专用部件和夹具,组成的半自动或自动专用机床。组合机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。加工时,工件一般不旋转,由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动,来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转,由刀具作进给运动,也可实现某些回转体类零件(如飞轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加工。二十世纪 70 年代以来,随着可转位刀具、密齿铣刀、镗孔尺寸自动检测和刀具自动补偿技术的发展,组合机床的加工精度也有所提高。铣削平面的平面度可达0.05 毫米/1000 毫米,表面粗糙度可低达 2.5~0.63 微米;镗孔精度可达 IT7~6级,孔距精度可达 0.03~0.02 微米。专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部件因重复使用,逐步发展成为通用部件,因而产生了组合机床。最早的组合机床是 1911 年在美国制成的,用于加工汽车零件。初期,各机床制造厂都有各自的通用部件标准。为了提高不同制造厂的通用部件的互换性,便于用户使用和维修,1953 年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商,确定了组合机床通用部件标准化的原则,即严格规定各部件间的联系尺寸,但对部件结构未作规定。通用部件按功能可分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件五类。动力部件是为组合机床提供主运动和进给运动的部件。主要有动力箱、切削头和动力滑台。支承部件是用以安装动力滑台、带有进给机构的切削头或夹具等的部件,有侧底座、中间底座、支架、可调支架、立柱和立柱底座等。输送部件是用以输送工件或主轴箱至加工工位的部件,主要有分度回转工作台、环形分度回转工作台、分度鼓轮和往复移动工作台等。控制部件是用以控制机床的自动工作循环的部件,有液压站、电气柜和操纵台等。辅助部件有润滑装置、冷却装置和排屑装置等。为了使组合机床能在中小批量生产中得到应用,往往需要应用成组技术,把结构和工艺相似的零件集中在一台组合机床上加工,以提高机床的利用率。这类机床常见的有两种,可换主轴箱式组合机床和转塔式组合机床。潍坊学院本科毕业设计3组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动,以简化结构、缩短生产节拍;采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统,以提高工艺可调性;以及纳入柔性制造系统等。1 零件工艺分析1.1 气缸盖的作用上装气门机构,与缸体用螺栓连接起来共同构成燃烧室。内设通入冷却水的冷却水套,防止发动机工作时因活塞过热而磨损。另外缸盖上还设有进气孔,排气孔和喷油嘴孔。分别用于进气,排气和安装喷油嘴。1.2 本工序各待加工处的技术要求表 1-1加工面 尺寸及偏差公差及精度等级表面粗糙度 形位公差进气孔 φ56 0+0.03 IT6 Ra0.8μm ◎φ0.05mm A排气孔 φ53 0+0.03 IT6 Ra0.8μm ◎φ0.05mm B进气导杆孔 φ16 0+0.015 IT7 Ra3.2μm ⊥φ0.05mm排气导杆孔 φ16 0+0.015 IT7 Ra3.2μm ⊥φ0.05mm气缸盖零件结构复杂,孔加工较多。且本次加工中对进排气孔的加工精度要求较高,主要是为了防止在做功冲程中有漏气现象的发生。同时要求零件有一定的耐磨性,因此要保证零件的硬度。1.3 审查气缸盖本次加工的工艺性导杆孔要求与端面 C 的垂直度为 φ0.05mm,位置精度要求较高。分步加工比较困难,所以考虑采用复合刀具进行加工,以减少其形位误差。进油口内槽加工精度要求较低,考虑到工艺经济性,进排气门阀座、导杆孔、轴向尺寸精度均较低。采用液压滑台驱动进给,以挡铁和行程开关完全可以保证其尺寸精度。潍坊学院本科毕业设计41.4 缸盖的生产类型 已知 Q=10000 台/年,m=6 件/台;结合生产实际备品率和废品率分别取 10%和10%代如公式得:已知 Q=10000 台/年,m=6 件/台;结合生产实际备品率和废品率分别取 10%和10%代如公式得:N=10000 台/年* m=6 件/台*(1+10%)*(1+10%)=72600 件/年2 组合机床动力部件选用通用部件是具有特定功能、按标准化、系列化、通用化原则设计制造的组合机床基础部件。2.1 选用通用部件的基本方法跟据所需的功率进给力、进给速度等要求,选择动力部件及其配套部件。选用原则如下:(1)切削功率应满足加工所需的计算功率(包括切削所需功率、空转功率及传动功率) 。(2)进给部件应满足加工所需的最大计算进给力、进给速度和工作行程及工作循环的要求,同时还须考虑装刀、调刀的方便性。应满足加工精度的要求。选用时应注意结构不同或者结构相同、精度等级不同的动力部件所能达到的加工精度是不同的。,尽可能按通用部件的配套关系选用有关通用部件。2.2 通用部件的选用(1) 动力部件的选用 选用动力部件主要是确定动力部件的品种和规格。根据加工工艺分析和机床总体设计选择所需的动力部件及规格如下:表 2-1部件名称 规格 数量铰孔铰头 DSS800-F-L 2左液压滑台 SEHY-F630/630 1右液压滑台 SEHY-F400/400 1铰孔电机 YD132S-6/4/2-B3 2切槽电机 Y100L-6B3 1动力滑台主要用来实现进给运动的通用部件。此外他还可以作为自动检验和压潍坊学院本科毕业设计5套等辅助工序的传动装置,以及自动线上的运输装置等用。液压滑台主要由滑座、滑台、和液压缸三部分组成。滑台由固定在滑座内的油缸活塞杆推动,沿滑座的导轨作直线运动,左侧滑台要承受较重的压力,故选用双矩形导轨,为提高精度,右侧选用三角形矩行组合导轨 。滑台的运动由液压系统控制,能实现快进-工进-停留-快退-停止。根据所选液压滑台选用相应的组件。以及配做相应的零件。3 主轴组件设计主轴组件包括主轴、主轴支撑和安装在主轴上的传动件、密封件等。因为主轴带动工件或刀具直接参加工件表面形成运动,所以它的工作性能对加工质量和生产率产生直接影响,是机床上最重要的部件之一。3.1 主轴组件的设计要求主轴组件应达到以下几点设计基本要求:(1) 旋转精度 指机床在空载低速旋转时(机动或手动) ,主轴前端安装工件或刀具部位的径向和轴向跳动值满足要求(其值可参见有关机床精度标准) 。目的是保证加工零件的几何精度和表面粗糙度。(2) 刚度 指主轴组件在外力(例如切削力)的作用下,仍能保持一定工作精度的能力。刚度不足时,不仅影响加工精度和表面质量,还容易引起振动。恶化传动件和轴承的工作条件。设计时应在其它条件允许的条件下,尽量提高刚度值。(3) 抗振性 指主轴组件在切屑过程中抵抗强迫振动和自己振动保持平稳运转的能力。抗振性直接影响加工表面质量和生产率,应尽量提高。(4) 温升和热变性 温升会引起机床部件热变性,使主轴旋转中心的相对位置发生变化,影响加工精度。并且温度过高会改变轴承等元件的间隙,破坏润滑条件,加速磨损甚至报废轴。(5) 耐磨性 指长期保持其原始精度的能力。主要影响因素有材料热处理、轴承类型和润滑方式。同时,主轴结构要保证各零件定位可靠、工艺性好等要求。设计时应综合考虑以上几项要求,注意吸收新技术,以获得满意的设计方案。3.2 主轴组件的设计步骤(1)调研,跟据设计要求调查机床厂现行同类型机床的主轴系统情况。查阅、收集和分析国内外有关技术资料。尤其注意新技术的应用情况。通过分析,摸清现有的技术水平和发展趋势。潍坊学院本科毕业设计6(2)在调研的基础上,考虑设计要求及给定的设计条件,确定主轴轴承类型及配置方式,合理布置传动件。(3)确定主轴轴径,选择主轴端部形状并初步确定支承跨距。然后再考虑各组件的定位、工艺性等要求的基础上定出主轴全部结构尺寸。(4)进行主轴刚度验算。如果转速较高,还应进行主轴临界转速的验算。(5)选定主轴材料、热处理及技术要求。3.3 主轴组件的布局3.3.1 轴承的选取机床主轴轴承有滚动轴承和滑动轴承两大类。滚动轴承性能日臻完善,并由专门工厂生产标准化的滚动轴承,得到广泛的应用。当然,滑动轴承工作平稳、抗震性好(阻尼比高),这是滚动轴承难以代替的。轴承的选择原则主要是下列几点:1,满足承载能力和刚度的要求。2,满足精度要求。3,满足转速要求。用容许极限转速作为衡量指标。4,适应结构的要求。为了在结构紧凑的前提下,尽量增大主轴直径以提高刚度,通常选用轻型或特轻型轴承减小外径尺寸。或在一个支承中安装两个轴承达到同一目的。3.3.2 轴承的配置形式轴承的配置以前轴承为中心,选择推力轴承的安装位置并配上合适的后轴承。当支承跨距较大时,为了增强刚性,可采用三支承的主轴系统。当以前中支承为主时,刚度较高,但结构复杂。而前后支撑为主时,刚度差一些,但结构上易于实现。选用和配置两支承主轴滚动轴承时应考虑的一般原则:(1)适应承载能力和刚度的要求所谓承载能力是指主轴在保证正常工作并在所具有额定寿命时间中,所能承受的最大负荷。在轴向承载能力和刚度方面,线接触的圆柱或圆锥滚子轴承要比点接触的球轴承好,双列滚动轴承比单列好。在轴向承载能力和刚度方面,以推力球轴承为最好,其次依次为圆锥滚子轴承和向心推力球轴承。向心球轴承也可以承受一些轴向力,但轴向刚度很差。因此,径向载荷较大时,一般应选用双列短圆柱滚子轴承或圆锥滚子轴承;较小时可选用向心推力球轴承。通常前支承所受载荷大于后支承,而且前支承变形对主轴轴端位影响较大,故一般要求前支承的承载能力和刚度应比后支承大。(2)适应转速的要求 轴承发热会直接影响它的精度和工作寿命,而发热量的大小主要取决于转速的高低。不同型号和规格的轴承所允许的最高转速是不同的。潍坊学院本科毕业设计7(3)适应精度的要求 主轴前、后支承处径向轴承类型的选用,主要有该处的支承精度要求和径向载荷来决定。(4)适应结构的要求 主轴部件在结构上要求径向尺寸紧凑时,可选用轻型或特轻型轴承。(5)适应经济性要求 在配置主轴轴承形式时,也要作经济分析,使经济效果好。3.3.3 滚动轴承间隙的调整和预紧 滚动轴承在较大间隙的情况下工作时,会使载荷集中作用在处于加载方向的一、二个滚动体上,使该滚动体和内、外圈滚道接触处产生很大的集中应力,从而使轴承磨损加快,寿命缩短,还降低刚度。当把轴承调整到不仅完全消除间隙,而且产生一定的过盈量时,这就是滚动轴承的预紧。这是滚动体和滚道接触处产生一定的弹性变形,它们间的接触面积加大了,承载区逐渐扩大,各滚动体受力较均匀,同时抵抗变形的能力也增大了,因此刚度增加,寿命延长。3.3.4 主轴滚动轴承的精度和配合主轴滚动轴承精度主要采用 C、D、E 三级。对于精度特别高的主轴部件,当 C级轴承仍不能满足要求时,可向轴承厂订购超 C 级的轴承。但应注意,轴承精度提高一级,价格要贵很多。前轴承的精度对主轴部件的旋转精度影响较大。因此,前轴承的选用精度高一级。各种精度等级的机床,主轴滚动轴承的精度等级可参考下表机床主轴轴承精度选择表 3-1机床精度等级 前轴承 后轴承和推力轴承普通精度级 D 或 C E 或 D精密级 C 或 B C高精度级 B B滚动轴承的配合对主轴部件的工作性能也有很大影响。轴承内圈与轴颈、外圈与支承座孔的配合过松,则受载后会出现松动,影响主轴部件的旋转精度和刚度,缩短轴承的使用寿命。过紧,则会使内、外圈变形,也会影响旋转精度,加速轴承的磨损、增加温升和热变形,并给装配带来困难。滚动轴承的配合可参考下表滚动轴承的配合表 3-2潍坊学院本科毕业设计8配合部位 配合主轴轴径与轴承内圈m5 k5 JS6 k6座孔与轴承外圈 K6 J6 或 JS6 或规定一定过盈量轴径与轴承内圈的配合用 m5,紧固性较好,但不易装拆。用 k5 则平均过盈接近于零,易装拆,受冲击不大时同轴度较好。轴承外圈与支承座孔的配合应稍松一点,常用 J6、JS6 或 K6,重载时才用 M6。对于轻载的精密机床,为避免轴颈或支承座孔的形状误差影响轴承精度,常采用有间隙的配合。对需要调整间隙的轴承,为使调整时能轴向移动,配合应稍松些。3.3.5 主轴传动件的布置这里是针对传动件直接装在主轴上,传动力主轴和主轴轴承承受的主轴组件。(1)传动件的轴向布置为增强刚度,传动件应尽可能靠近刚度高的前轴承。有两个齿轮时,传递大扭矩的齿轮应更靠近前轴承。对于传递进给运动的齿轮,也应靠近相应的轴承位置。(2)传动件空间布置目的是使主轴前端在对加工精度影响最大的方向上的变形最小。当然还应考虑结构上实现的可能性。3.3.6 主轴组件布局设计根据以上分析并结合工程实例,设计铰削头的主轴组件。目前国内外的镗铰床普遍采用双列向心轴承加推力轴承的结构,但也有不少镗铰床采用两个圆锥轴承的结构。分别绘制结构简图如下(图 3-1,图 3-2)图 3-1潍坊学院本科毕业设计9图 3-2这两种结构各有优缺点,前者径向和轴向刚度较好,但主轴结构复杂,装配调整调整比较麻烦。后者的轴向刚度稍差一点,但主轴结构简单,装配调适方便,精度也能满足要求。本系列镗削头用于粗精镗孔,切削受的径向力较大,轴向力较小,考虑到既要保证所要求的加工精度,同时又要尽量结构简单,便于制造、装配和调整。因此在本次设计中采用了两个圆锥滚子轴承组成主轴前固定支撑。后端采用短圆柱滚子轴承作为辅助支撑,允许主轴受热时有一定的轴向移动3.4 主轴结构设计3.4.1 主轴轴径的确定主轴轴径通常是指主轴前轴颈的直径。在确定前轴径 见下表)后,用下列公1D式得到后轴径 。 =(0.7~0.85)D12D2为了方便通过棒料和装拆工夹具应适当取较大值。但是当 时0.7d平( 为平均直径)主轴刚度会急剧下降。故一般情况取 。 根据一下经验平 .5平图表,现取主轴前端直径为 80mm。主轴轴径 1D表 3-3功率2.6~3.6 3.7~5.5 5.6~7.3 7.4~11 11~14.7 14.8~18.4 18.5~22 22~29.5车床70~90 70~105 95~130 110~145 140~165 150~190 220 230潍坊学院本科毕业设计10升降台铣床60~90 60~95 75~100 90~105 100~115外圆磨床50~60 55~70 70~80 75~90 75~100 90~100 105 1053.4.2 主轴前端悬伸量的选择主轴悬伸量 a 值愈小愈能提高主轴部件的刚度。为减小 a 值可采取下列措施:(1)尽量采用短锥法兰式的主轴端部结构。(2)前支承中的推力轴承应安装在径向轴承的内侧。3)尽量利用主轴端部的法兰盘和轴肩等构成密封装置。(4)成对安装的圆锥滚子轴承,应采取滚锥小端相对形式,成对安装的向心推力球轴承,应采取类似的背对背型安装。这样可提高前支承的刚性,有可减小 a 值。3.4.3 主轴刚度的验算 一般的说来,刚性主轴只要其刚度能满足要求,强度大多是足够的,除在特殊的重切削情况下工作的主轴外,通常不必作强度验算,只验算其刚度就可以了。主轴的刚度验算,主要是验算主轴在受力时的弯曲变形,即主轴前端的挠度 X 和前支承处的倾角 θ。(见图 3-4)2210.5(3aXPaLQCMLEJ   毫 米 )2(弧 度 )式中 E——主轴材料的弹性模数(公斤/毫米 2 );J——前支承处的截面惯性距(毫米 4 ):实心轴 ;24RJR——主轴的半径;M——轴支承的反力矩(公斤*毫米);P——切削力(公斤);
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