組合專機-電磁閥體中心孔組合機床、機床總體工位布置和鉆、擴、鉸工位液壓系統(tǒng)設計

組合專機-電磁閥體中心孔組合機床、機床總體工位布置和鉆、擴、鉸工位液壓系統(tǒng)設計,組合,專機,電磁,閥體,中心,機床,總體,整體,布置,以及,鉸工位,液壓,系統(tǒng),設計 四 川 理 工 學 院 專 業(yè) 機 械 加 工 工 序 卡 片 產(chǎn) 品 型 號 零（部）件圖號 Ａ3 共 頁 機械設計制造及自動化 （機制方向） 產(chǎn) 品 名 稱 電磁閥體 零（部）件名稱 共 頁 車 間 工 序 號 工 序 名 稱 材 料 牌 號 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每 坯 件 數(shù) 每 臺 件 數(shù) 設 備 名 稱 設 備 型 號 設 備 編 號 同時加工件數(shù) 夾 具 編 號 夾 具 名 稱 工位器具編號 工位器具名稱 專用夾具 冷 卻 液 工 序 工 時 準 終 單 件 工序號 工 步 內(nèi) 容 工 藝 裝 備 主軸轉(zhuǎn)數(shù)（轉(zhuǎn)/分） 切削速度（米/分） 走刀量（毫米/轉(zhuǎn)） 吃刀深度（毫米） 走刀次數(shù) 工 時 定 額 機 動 輔 助 1 鉆中心孔至Φ13.7，工作臺旋轉(zhuǎn)180° 麻花鉆 792.3 30.078 18 13.7 1 2 擴端面孔①，到Φ24,深至7mm，夾具旋轉(zhuǎn)180° 復合刀具 316 1.03 36 2.5 1 描 圖 擴端面②，到Φ24,深至7mm，到工作臺旋轉(zhuǎn)45° 復合刀具 316 1.03 36 2.5 1 鄧輝焦 3 擴中心孔到Φ15.9,工作臺旋轉(zhuǎn)45° 擴孔鉆 853.69 42.63 42 1.1 1 描 校 4 車槽2，第一次進給到43mm，車槽到Φ20mm 專用刀具 368 73.2 0.11 2 1 第二次進給到38mm,車槽到Φ20mm，夾具旋轉(zhuǎn)180° 專用刀具 368 73.2 0.11 2 1 底圖號 5 車槽4,第一次進給到43mm,車槽到Φ20mm 專用刀具 368 73.2 0.11 2 1 編 制 日 期 審核期 會簽日期 班 級 姓名 姓名 裝訂號 機制032班 標記 處數(shù) 更改文件號 簽字 日期 標記 處數(shù) 更改文件號 簽字 日期 四 川 理 工 學 院 專 業(yè) 機 械 加 工 工 序 卡 片 產(chǎn) 品 型 號 零（部）件圖號 Ａ3 共 頁 機械設計制造及自動化 （機制方向） 產(chǎn) 品 名 稱 電磁閥體 零（部）件名稱 共 頁 車 間 工 序 號 工 序 名 稱 材 料 牌 號 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每 坯 件 數(shù) 每 臺 件 數(shù) 設 備 名 稱 設 備 型 號 設 備 編 號 同時加工件數(shù) 夾 具 編 號 夾 具 名 稱 工位器具編號 工位器具名稱 專用夾具 冷 卻 液 工 序 工 時 準 終 單 件 工序號 工 步 內(nèi) 容 工 藝 裝 備 主軸轉(zhuǎn)數(shù)（轉(zhuǎn)/分） 切削速度（米/分） 走刀量（毫米/轉(zhuǎn)） 吃刀深度（毫米） 走刀次數(shù) 工 時 定 額 機 動 輔 助 第二次進給到38mm,車槽到Φ20mm，夾具旋轉(zhuǎn)180°,工作臺旋轉(zhuǎn)45° 專用刀具 368 73.2 0.11 2 1 6 車槽3，第一次進給到58mm，車槽到Φ20mm 專用刀具 368 73.2 0.11 2 1 描 圖 第二次進給到53mm,車槽到Φ20mm，夾具旋轉(zhuǎn)180°,工作臺旋轉(zhuǎn)45° 專用刀具 368 73.2 0.11 2 1 鄧輝焦 7 車槽1，第一次進給到28mm，車槽到Φ20mm 專用刀具 368 73.2 0.11 2 1 描 校 第二次進給到23mm,車槽到Φ20mm，夾具旋轉(zhuǎn)180°,工作臺旋轉(zhuǎn)45° 專用刀具 368 73.2 0.11 2 1 8 車槽5及卡圈槽,第一次進給到28mm,車槽到Φ20mm 專用刀具 368 73.2 0.11 2 1 底圖號 第二次進給到23mm,車槽到Φ20mm，夾具旋轉(zhuǎn)180°,工作臺旋轉(zhuǎn)45° 專用刀具 368 73.2 0.11 2 1 編 制 日 期 審核期 會簽日期 班 級 姓名 姓名 裝訂號 機制032班 標記 處數(shù) 更改文件號 簽字 日期 標記 處數(shù) 更改文件號 簽字 日期 四 川 理 工 學 院 專 業(yè) 機 械 加 工 工 序 卡 片 產(chǎn) 品 型 號 零（部）件圖號 Ａ3 共 頁 機械設計制造及自動化 （機制方向） 產(chǎn) 品 名 稱 電磁閥體 零（部）件名稱 共 頁 車 間 工 序 號 工 序 名 稱 材 料 牌 號 毛 坯 種 類 毛坯外形尺寸 每 坯 件 數(shù) 每 臺 件 數(shù) 設 備 名 稱 設 備 型 號 設 備 編 號 同時加工件數(shù) 夾 具 編 號 夾 具 名 稱 工位器具編號 工位器具名稱 專用夾具 冷 卻 液 工 序 工 時 準 終 單 件 工序號 工 步 內(nèi) 容 工 藝 裝 備 主軸轉(zhuǎn)數(shù)（轉(zhuǎn)/分） 切削速度（米/分） 走刀量（毫米/轉(zhuǎn)） 吃刀深度（毫米） 走刀次數(shù) 工 時 定 額 機 動 輔 助 9 鉸中心孔到Φ20mm，工作臺旋轉(zhuǎn)180° 鉸刀 318.87 16.2 1 0.05 1 描 圖 鄧輝焦 描 校 底圖號 編 制 日 期 審核期 會簽日期 班 級 姓名 姓名 裝訂號 機制032班 標記 處數(shù) 更改文件號 簽字 日期 標記 處數(shù) 更改文件號 簽字 日期 四川理工學院畢業(yè)設計（論文） 前　言 　　本課題主要涉及機械、液壓傳動兩大方面，近年來，液壓傳動在防漏、治污、降噪、減震、節(jié)能和材質(zhì)等各方面都有長足進步，它和電子技術(shù)的結(jié)合也由拼裝、混合到到整合，步步深入。到現(xiàn)在，在盡可能小的空間內(nèi)傳出盡可能在的功率并加以精確控制這一點上，液壓傳動已穩(wěn)居各種傳動方式之首，無可替代。這種情況使液壓傳動的元件類型、油路結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)設計和制作工藝等都發(fā)生了深刻的變化，也改變了人們對它進行認識、分析和綜合的方式方法。 31 第一章　電磁閥體中心孔加工工藝 1.1零件分析 對生產(chǎn)綱領(lǐng)5萬件/年的電磁閥體加工屬于大量生產(chǎn)，為了提高勞動生產(chǎn)效率，減輕工人的勞動強度，保證產(chǎn)品質(zhì)量，采用高效專用機床及自動化機床，按流水線或自動線依據(jù)工序?qū)ぜM行加工，為了實現(xiàn)工序自動化或建立自動線，應實行機床加工循環(huán)自動化，一般可通過機械、電氣、液壓、氣壓等控制實現(xiàn)自動化循環(huán)。 電磁閥是用來控制流體的自動化基礎元件，屬于執(zhí)行器；并不限于液壓，氣動。電磁閥用于控制液壓流動方向，工廠的機械裝置一般都由液壓缸控制，所以就會用到電磁閥。 　　電磁閥的工作原理，電磁閥里有密閉的腔，在的不同位置開有通孔，每個孔都通向不同的油管，腔中間是閥，兩面是兩塊電磁鐵，哪面的磁鐵線圈通電閥體就會被吸引到哪邊，通過控制閥體的移動來檔住或漏出不同的排油的孔，而進油孔是常開的，液壓油就會進入不同的排油管，然后通過油的壓力來推動油剛的活塞，活塞又帶動活塞桿，活塞桿帶動機械裝置動。這樣通過控制電磁鐵的電流就控制了機械運動。 1.2 明確設計要求 在開始設計液壓系統(tǒng)時，首先要對機械設備主機的工作情況進行詳細的分析，明確 主機對液壓系統(tǒng)提出的要求，具體包括： (1)主機的用途、主要結(jié)構(gòu)、總體布局；主機對液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件在位置布置和空 間尺寸上的限制。 (2)主機的工作循環(huán)，液壓執(zhí)行元件的運動方式(移動、轉(zhuǎn)動或擺動)及其工作范圍。 (3)液壓執(zhí)行元件的負載和運動速度的大小及其變化范圍。 (4)主機各液壓執(zhí)行元件的動作順序或互鎖要求。 (5)對液壓系統(tǒng)工作性能(如工作平穩(wěn)性、轉(zhuǎn)換精度等)、工作效率、自動化程度等方面的要求。 (6)液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境和工作條件，如周圍介質(zhì)、環(huán)境溫度、濕度、塵埃情況、外界沖擊振動等。 (7)其它方面的要求，如液壓裝置在重量、外形尺寸、經(jīng)濟性等方面的規(guī)定或限制。 1.3　對電磁閥總體加工工藝方案的設計 1.3.1.確定毛坯的制造形式 零件的材料為HT200的灰鑄鐵。由于零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)為5萬件/年，屬于大量生產(chǎn)，而且零件的輪廓尺寸不大，為了提高勞動生產(chǎn)率，減輕工人的勞動強度，保證產(chǎn)品的質(zhì)量，采用砂型壓實型鑄造。 1.3.2　基準的選擇 （1）粗基準的選擇： 對于一般的閥體類零件而言，以面作為粗基準是完全合理的。采用完全定位即可。 （2）精基準的選擇： 精基準是選擇主要應該考慮基準重合的問題。當設計基準與工序基準不重合時，應該進行尺寸換算。 　1.3.3　加工25公升電磁閥體的55毫米的四個平面銑削部分　 　根據(jù)工件的特點和需要本機床由左、右兩端各二個銑削頭組成,分別進行粗銑和 精銑兩道工序。 工件穿入心軸后裝入夾具體內(nèi),本機床一次可裝三個工件,一次走刀完成兩平面的粗、精加工工序。 工件材料:HT21-40 工件硬度:HB170-241 刀具:直徑90mm鑲硬質(zhì)合金端面銑刀 被加工閥體面單向余量:<3.5mm 主孔直徑16D加工前保證直徑11,面孔中心線對72mm邊不得偏差1mm。 1.3.4　電磁閥中心孔加工中心孔的槽的加工部分 Ⅴ 　　　　 圖1－1　切槽加工順序示意圖 電磁閥體的加工分為8個工位完成，車槽分別是第Ⅴ工位加工第2和第4個槽，加工完第2槽后夾具轉(zhuǎn)位180?°加工第4槽。然后工作臺旋轉(zhuǎn)45°進行第Ⅵ工位加工第3個槽。工作臺再旋轉(zhuǎn)45°進行第Ⅶ工位加工第1，第5個槽和兩端彈簧卡槽。每個槽車兩刀，每刀都用擋鐵定位。因此槽的縱向尺寸精度較高，但槽的尺寸必須是對稱的。每加工一個槽都要進行兩次進給。 1.3.5　鉆進、出油口的加工工藝 加工此油口零件的作用： 該零件是一個三位五通電磁換向閥體，主要的作用是借助電磁鐵吸力推動閥芯在閥體內(nèi)作相對運動來改變閥的工作位置。靈機只能的一個側(cè)面上有12H7的四個階梯孔，用以連接進相互口油管，起控制油量及換向的作用。 此零件油口的工藝分析 　三位五通電磁換向閥體共有兩組加工表面，它們相互之間有一定的位置要求及其精度?，F(xiàn)分析如下： （1）以20H7的階梯孔為中心的加工表面。這一組表面包括：四個20H7的階梯孔，尺寸為和四個的螺紋孔和，還有兩個的階梯孔。其中主要加工表面為的四個階梯孔。 （2）以的階梯孔為中心的加工表面。這一組加工表面包括：的四個螺紋孔，一個8mm的U形槽和的中心孔。 這兩組表面之間有著一定的位置關(guān)系，主要是： 四個的階梯孔與的階梯孔相通，且分布在中心孔的兩側(cè)。 由以上的分析可知，對于這兩組加工表面而言，可以先加工其中一組表面，然后借助于專用夾具加工另一組表面，并且保證它們之間的位置精度要求。 1.3.6　電磁閥總體加工工藝 根據(jù)上述對零件的分析，制定其加工工工藝見附表1 第二章　編制中心孔的加工工藝 2.1　確定加工方案： 圖2－1　電磁閥中心孔結(jié)構(gòu)圖 根據(jù)上圖其加工方案：鉆——擴——鉸。 加工閥體中心孔如圖所示 2.1.1刀具選擇 　　采用高速鋼刀具 　查得鉆頭直徑d小于等于20,后刀面磨損限度為0.5—0.8mm 不用切削液。（查《機械加工工藝手冊》 P544 表2.4－37） 鉆頭直徑d在11到20之間，鉆頭耐用度為2700（T）s. 2.2鉆孔： 2.2.1鉆削時的進給量： 查得 外頭直徑 d=13mm，灰鑄鐵HB200及銅合金，進給量取0.26－0.32.。（查《機械加工工藝手冊》 P545） 灰鑄鐵HB200的抗拉強度σb≥200 （查《機械加工工藝手冊》P63表1.2－47） 2.2.2確定其各加工余量： 鉆孔余量查得：孔精度H8－7 D＝10～30mm，鉆，擴及一次或二次鉸孔。：查《機械加工工藝手冊》表2.3－47 P494） 擴、鉸孔余量： 擴孔d＝10～18mm，擴孔余量：1.0～1.5mm，粗鉸余量：0.1～0.15mm精鉸余量：0.05mm（查《機械加工工藝手冊》表2.3－48 P498） 2.2.3確定麻花鉆的直徑并選擇： Dmin =16-1.5*2-0.05*2=12.9mm Dmax=16.018-1*2-0.05*2=13.918mm 采用直柄長麻花鉆： 查得：d0＝13.7 mm L＝214mm l=140mm 進給量f=0.30mm/r (查《機械加工工藝手冊》 P1031) 2.2.4確定主軸速度和轉(zhuǎn)速 V＝ 　　　　　　　　　　　　?。?－1） 查得f=0.3 CV=14.7 yV=0.55 (查《機械加工工藝手冊》表2.4－68 P575) 鉆孔時查得： KMV＝1.0 KLV=0.6 查表2.4－46 P556 代入公式得： V＝0.568m/s （即：34.078m/min） 則其轉(zhuǎn)速為： 　　　 算得： 　　m/s (即：792.3m/min) 2.3　擴孔： 2.3.1擴孔鉆的選擇： 查表2.4－51 P561 查得：擴孔鉆直徑d0≤20 高速鋼磨損為0.6～0.9mm 查《機械加工工藝手冊》P566 擴孔鉆的耐用度T（S）為1800s 查表2.4－56 查得：KMV＝1.0 查表2.4－52 P562 查得擴孔直徑d0≤15,HB≤200,f=0.7～0.9mm 因考慮到鉸刀時的加工余量，以及最后的中心孔的精度則需要把一直徑為15.9mm擴孔鉆。參考《機械加工工藝手冊》第2卷 機械工業(yè)出版社P10－43 表10.2－36 整體式高速直柄擴孔鉆形式和尺寸 GB4256－84 查得：自制鉆頭Φ15.7～16分級范圍15.00～16 偏差0－0.027 l=178mm l=120mm d1=10.4 螺旋角β＝20 Kr=60ο d=15.9mm 2.3.2　擴孔時的速度： V＝×KV　　　　　　　　　　　　　　　　　　(2－2) (其中查《機械加工工藝手冊》表2.4－56得：Kmv=0.1 Ktv=0.6 ) 算得： V＝0.71m/s (即：42.62m/min) 2.3.3　擴孔時的轉(zhuǎn)速： n=　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?。?－3） 算得：n=14.23m/s (即：n=853.69m/min) 2.4　鉸孔： 2.4.1鉸刀的選擇： 采用機鉸 查《機械加工工藝手冊》表2.4－58 鉸刀直徑：do在（10－20） 查得進給量為： 1.0－2.0 精鉸孔精度等級： 加工表面粗糙度等級 切削速度 1.6~0.8 0.03～0.05 3.2~1.6 0.06~0.08 查《機械加工工藝手冊》表2.4－57 P567 查得：鉸刀直徑d0≤20 后刀面最大磨損0.4～0.6; 耐用度T（S）＝2100S 查P567表2.4～58 查得：機鉸刀進給量取1.0～2.0 查修正系數(shù)表2.4－63 P571 高速鋼鉸刀粗鉸使用條件變換時切削時修正系數(shù)查得： 　　　　Kcv＝1.0 Ktv=1.0 2.4.2鉸刀速度： V＝　　　　　　　　　　　　?。?－4） ＝ ＝0.267m/s (即：16.02m/min) 2.4.3鉸刀轉(zhuǎn)速： n= =318.87m/min 2.5　計算切削力： 2.5.1鉆孔時的切削力： F＝9.81×42.7d0f0.8Kf (2－5) M=9.81×0.021d02f0.8Km (2—6) 　　查表2.4－47 P558 查得： Kmf=Kmm=1.0 普通標準頭型 Kxf=1.0 Knm=1.0 Kwf=1.0 Kwnf=1.0 則 F＝9.81×42.7×13.7×0.30.8×Kf 算得： F＝2190.355（N） M＝9.81×0.021×13.7×0.30.8×1.0 算得： F＝14.758（N。m） 2.5.2　擴孔時的扭矩： M＝9.81×0.196d00.85ap0.8f0.7Km (2－7) 算得： M=52.34(N.m) 2.6 鉆、擴、鉸切削的功率： 　Pm=　　　　　　　　　　　　　　　　?。?－8） 2.6.1鉆孔時的功率： Pm＝ 算得：Pm=1.7975(KW) 2.6.2 擴孔時的功率： Pm＝ 算得：Pm=4.6765(KW) 2.7 確定工作循環(huán)： 因中心孔是關(guān)于升起平分中心孔的軸線而對稱的，則為了保證精度，特此工作循環(huán)是鉆出中心孔在擴端面孔和車槽時每切削一個槽或一個端面孔時都將工件旋轉(zhuǎn)180度，加工另一面則其機床的工作過程和特點是： 由于中心孔的是孔中有槽和擴端面，加工中心孔的精度較高要擴和鉸孔，并且工作循環(huán)時還要旋轉(zhuǎn)。 則總共加工工步有：安裝工件，鉆、擴、鉸、車端面孔、旋轉(zhuǎn)180度、車槽旋轉(zhuǎn)180度、車槽旋轉(zhuǎn)180度、車槽共8步，以此循環(huán)。 2.8 專用機床的概述為： 圖2－2　工作臺布置圖 根據(jù)如圖所示工作循環(huán)，本機床總有8個工位，每一個加工工位各有一個回轉(zhuǎn)夾具和一個動力頭工作臺，夾具要求動力頭既能單獨工作，又能聯(lián)合自動循環(huán)工作，能同時進行鉆孔擴端面孔以及倒角、擴孔、車槽、鉸孔等工序。 當擴孔端面孔及車槽時，夾具能自動（逆時針）回轉(zhuǎn)180度，以完成兩端面的任務，機床每自動循環(huán)一次做完一個工件時，工件能自動（逆時針）回轉(zhuǎn)45度，將加工的工件送到操作工位以便裝卸工件。 刀具為液壓無級每一個元件加工時，在2～5分鐘財任意調(diào)整，機床動作全部用電氣液壓控制，操作者只需按電鈕，即可進行手動操作和自動循環(huán)工作。 第三章 液壓傳動的設計 3.1 負載分析： 由切削原理課程可知：高速鋼外頭鑄鐵孔時的軸向力切削力Ft（以N計）與鉆頭直徑D，每轉(zhuǎn)進給量s（以mm/r計）和鑄件硬度HB之間的經(jīng)驗。 算式為： Ft=25.5Ds0.8(HB)0.6　　　　　　　　　　　　　　?。?－1） 則 Ft＝25.5×13.4×0.30.8×2000.6 算得： Ft＝3203.14 （查〈機械設計課程設計手冊〉第二版 高等教育出版社 吳宗澤 主編 P2） 查得： 灰鑄鐵的［質(zhì)量］密度是7.0 （）＝7.0×103kg/m3 則 G＝ρ×g×v 算得： G＝7.0×103×110×10－3×72×10－3×9.8 ＝38.1N 設該工作部件的總重量為6000N 則 Fm＝ 算得： Fm＝357.1 加工Φ13.7的孔一個，刀具材料為高速鋼工件材料為鑄件，硬度為200HB，機床工作部件總重量為G＝6000N，快進、快退速度V1＝V3＝7m/min，快進行程長度l=70mm，工進長度為l2=130mm往復運動加速不希望超過0.2s，動力滑臺采用平導軌其摩擦系數(shù)fs=0.2;動摩擦系數(shù)fd=0.1,液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件使用液壓缸。 則 阻力負載： 靜摩擦阻力：Ffs=0.2×6000＝1200N 動摩擦阻力：Ffd=0.1×6000＝600N 所以 當液壓負啟動時需克服靜摩擦推力就行了，則F＝1333.4N 當液壓缸加速時需克服動摩擦力和工作部件重量帶的阻力，即 F＝1063.5N 快進時只需克服摩擦力 F＝666.7N 工進時需克服軸向力和動摩擦力 F＝4226.7N 表3－1　液壓缸在各工作階段的負載值 工況 負載組成 負載值 推力F／ηm(N) 啟動 F=Ffs 1200 1333.4 加速 F=Ffd+Fm 957.1 1063.5 快進 F=Ffd 600 666.7 工進 F=Ffd+Ft 3804 4226.7 快退 F=Ffd 600 666.7 注：液壓缸的機械效率取ηm=0.9。 不考慮動力滑臺上顛覆力矩的作用。 3.2 負載圖和速度圖的繪制： 負載圖按上面數(shù)值繪制速度圖已知數(shù)值V1＝V3＝7m/min l1=200mm l2=130mm,快退行程l3=l1+l2=200+130=430mm和工進速度V2等繪制如圖所示，其中主軸轉(zhuǎn)速及每分進給量求出。 即： V2＝n1s1=n2s2=34.078m/min 約取 34.1m/min 則其負載圖為： 圖3－1　負載圖 則速度圖為： 圖3－2　液壓速度圖 3.3 液壓缸主要參數(shù)的確定 由《液壓傳動》P178表11－1 執(zhí)行元件形式的選擇得： 運動形式為：往復直線運動和短行程。 采用的執(zhí)行元件形式：活塞缸。 表11－2按負載選擇執(zhí)行元件工作壓力分為：｛ 所以：鑒于動力滑臺要求快進、快退速度相等。這里，液壓缸可選用單桿的，這種情況由《液壓傳動》第五章得無桿腔工作面積A應用有桿腔工作面積工作。即：活塞桿直徑d與缸筒直徑D成d0＝0.707D的關(guān)系。 在鉆孔時，液壓缸回路必須具有背壓P2＝2～5×105Pa（回油路有背壓閥或調(diào)速系統(tǒng)：背壓壓力以0.5MPa計算） 則按GB2348－80將這些直徑圓整成就接近標準值時得： F1＝（P1A1－P2A2）ηm 推出：A＝（）／（P1－）　　　　　　　　　　　　　　　?。?－2） 代入數(shù)據(jù)得： 算得： A＝70.44cm2 則 D= 算得： D＝9.48cm 則d＝0.3D 算得： d＝2.8cm 查《機械設計手冊》下冊（第二版）由化學工業(yè)出版社 P159表11－133得: D=100mm d=70mm A1=78.54cm2 A2=40.06cm2 活塞桿的計算： 主要受拉力和壓力作用：（活塞桿材料取45號鋼 σb=110MPa） d≥　　　　　　　　　　　　　　（3－3） 代入數(shù)據(jù)得： d≥ 算得： d≥0.0686m 因 0.0686m<70mm 驗算合格 3.3.1穩(wěn)定性驗算： 活塞桿所能承受的負載FR應小于使它保持工作穩(wěn)定的負載FK、FR的值與活塞材料的性質(zhì)截面形狀、直徑長度以及安裝方式等因素有關(guān)，可按材料力學中有關(guān)公式進行計算： 即： FR≤FK/nK 　(其中nK:安全因素，一般取nK=2～4) 則 FK＝FR?nK　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?。?－6） 算得： FK=4226.7×2＝8453.4 活塞長度： L=1.01×d2×　　　　　　　　　　　　　　　　（3－5） 代入數(shù)據(jù)得： L=1.01×72× 算得： L=0.309m 則 J＝ 算得： J＝0.000001177 則 rK= 代入數(shù)據(jù)算得： rK=0.00172 所以 ＝ 算得: =179.73 算得結(jié)果為：42.5 因為> 則 FK＝ 算得：FK＝1.05×1011（N） FK／4＝ 算得結(jié)果為：0.2625×1011>FR 所以，穩(wěn)定性驗算結(jié)果滿足要求 則 液壓缸在不同工作階段的壓力、流量和功率值為 表3－2　液壓缸在不同工作階段的壓力、流量和功率值為 工況 負載 回油腔壓力 進油腔壓力 輸入負載 輸入功率 快進 啟動 1333.4 P2＝0 0.35 加速 1063.5 P2=P1+△P 0.29 恒速 666.7 0.18 27 0.081 工進 4226.7 0.8 1.08 0.5 0.009 快退 啟動 1333.4 P2=0 0.33 加速 1063.5 0.5 0.28 恒速 666.7 0.17 28 0.079 3.4液壓缸的組成： 通常它主要是由缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、緩沖裝置和排氣裝置五個部分組成的。但是根據(jù)工作具體情況的需要，在此次設計中沒有設置緩沖裝置都已經(jīng)達到工作的 3.4.1缸筒和缸蓋的聯(lián)接 　如圖所示： 圖3－3　缸筒和缸蓋的聯(lián)接 一般地說，缸筒和缸蓋的結(jié)構(gòu)形式和其使用的材料有關(guān)。工作壓力P<10MPa時使用無縫鋼管，這里所用的聯(lián)接形式為半環(huán)連接式，它的缸筒壁部因開了環(huán)形槽而削弱了強度，為此有時要加厚缸壁，它容易加和裝折，重量較輕，常用于無縫鋼管或鍛鋼制的缸筒上。 3.4.2　活塞和活塞桿的聯(lián)接 活塞和活塞桿的聯(lián)接形式有很多，這里所用的聯(lián)接是螺紋式連接，它結(jié)構(gòu)簡單，裝折方便，但在高壓大負載下需備有螺帽防松裝置。活塞一般用耐磨鑄鐵制造，活塞桿是采用空心的，用鋼料制造。 螺紋聯(lián)接形式采用類似的如圖所示 圖3－4　活塞和活塞桿連接圖 3.4.3　液壓缸的密封： 圖3－5　液壓缸密封圖 通常中用Ｏ形密封，它是利用橡膠或塑料的彈性使各種截面的環(huán)形圈幔在靜、動配 合面之間、缸蓋和活塞桿之間、活塞和活塞桿之間、缸筒和缸蓋這間都能使用。 對于活塞桿外伸部分來說，由于它很容易把臟物帶入液壓缸，使油液受污染，使密封件磨損，因此常需要在活塞桿密封處增添防塵圈，并在向著活塞桿外伸的一端。 3.5　液壓系統(tǒng)圖的擬定 3.5.1　 液壓回路的選擇 首先選擇調(diào)速回路，由圖可知，這臺機床液壓系統(tǒng)的功率小，滑臺運動速度低，工作負載變化小，可采用進口節(jié)流的調(diào)速形式，為了解決進口節(jié)流的調(diào)速形式，為了解決進口節(jié)流調(diào)速在孔鉆通時的滑臺突然前沖現(xiàn)象，回油路上要設置背壓閥。 快進、快退時工進所花的時間為： T1=　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?。?－7） 代入數(shù)據(jù)： T1＝ 算得： T1＝2.32(s) 0.35 0.29 0.18 1.08 0.33 0.28 0.17 進油圖 圖3－６　液壓進油圖　 27 0.5 28 輸入流量圖 圖3－7　液壓流量圖 0.081 0.009 0.079 功率圖 圖3－8　液壓功率圖 T2= 算得： T2＝13.74（s） 則 其速比為： φ＝ 代入數(shù)據(jù)算得： φ＝≈2 3.5.2 缸筒厚度 δ＝　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（3－8） 查《液壓傳動控制》駱簡文，主編 重慶大學出版社 P69 (4－12式) Py＝1.25Pn Pn≤16MPa時 則 δ≥ 算得： δ＝3.68mm 取δ＝5mm 因本缸屬于中低壓系統(tǒng)它的強度已足夠，不需要進行校核 則 缸的外徑為： 100＋2×5＝110mm 3.5.3　螺栓的計算 固定螺栓直徑按式計算： ds≥　　　　　　　　　　　　　　　　　?。?－9） (查《液壓傳動》機械工業(yè)出版社 P25 5－2式) 其中： F為液壓缸負載 Z為固定螺栓個數(shù) K為螺栓擰緊系數(shù) 一般K取1.12～1.5 ［σ］＝ σs為材料屈服極限 則 ds= 算得： ds＝20.7mm 查 《液壓傳動》北京理工大學出版社 李壽剛 編 P93 查得： 缸筒材料多用無縫鋼管，若缸筒上焊有缸底，耳軸等零部件時，缸筒用35號鋼，并需調(diào)質(zhì)處理，若缸筒上無焊接零件，則用45鋼調(diào)質(zhì)，若缸筒有內(nèi)部油道，常用鑄鋼。 缸筒內(nèi)徑和活塞用配合，表面粗糙度0.4～0.1,缸筒內(nèi)表面研磨，珩磨或滾壓，直徑的圓度不大于直徑公差之半，軸線的直徑線度在500mm長度上不大于0.03mm端面對軸線的垂直度100以上應小于0.04mm，缸體內(nèi)孔與螺紋或卡環(huán)的同軸度先差為0.02～0.05mm 活塞材料通常用耐磨鑄鐵，個別用銅（在外徑上套尼龍66或尼龍101耐磨環(huán)）其主要的兩個問題是活塞和缸筒之間的密封以及活塞桿的連接和密封，活塞和活塞桿之的密封多用O形密封圈。 3.5.4　端蓋厚度計算 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?。?－10） 前面算得： De=200mm dH=150mm db=24mm d1=115mm d2=125mm d=100mm 代入數(shù)據(jù)算得： h=0.11? h=0.0061m(即取h=7mm) 平底缸進度計算： 代入數(shù)據(jù)算得： 算得： h=7.722mm (即取h=8mm) 3.5.5　缸體連接計算 缸體端部采用螺紋連接進其強度計算為： 螺紋拉應力： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（3－11） 代入數(shù)據(jù)算得： 算得： 螺紋處剪切應力計算： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?。?－12） 代入數(shù)據(jù)算得： 算得： 則 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?。?－13） 代入數(shù)據(jù)算得： 算得： （其中：［σ］ 許用應力（MPa） ; 缸體材料的屈服極限（MPa）; n為安全系數(shù) n=1.2～2.5; P 液壓最大推力; D缸內(nèi)徑; K1螺紋內(nèi)摩擦系數(shù)K1＝0.07～2; d0:螺紋直徑; d1:螺紋內(nèi)徑; t:螺距（m）; K：擰緊螺紋系數(shù) K＝1.25～1.5.） 缸體法蘭連接的螺紋計算： 螺栓的強度計算： 螺紋處的拉應力： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（3－14） 代入數(shù)據(jù)算得： 螺紋處的剪切應力： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?。?－15） 代入數(shù)據(jù)算得： 算得： 其合成為： ＝73.4 缸體焊接計算： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（3－16） 代入數(shù)據(jù)得： 算得： 因 ≤ 則焊接合格 3.5.6液壓回路的選擇： 圖3－９　調(diào)速回路 首先選擇調(diào)速回路，由其前面的工況圖得：這臺機床系統(tǒng)的功率大小，滑臺運動速度低。工作負載變化不大，可采用節(jié)口節(jié)流調(diào)速回路。為解決進口節(jié)流調(diào)速回路在鉆孔時的滑臺，突然前沖現(xiàn)象，回油路上要設置背壓閥。 　　　　　?。ㄗⅲ? 進油節(jié)流調(diào)速回路的使用普遍，但由于執(zhí)行元件的回油不受限制，所以不宜用在超越負載（負載方向與運動方向相同）的場合。閥應安裝在液壓執(zhí)行元件的進油路上，多用于輕載，低速場合，對速度穩(wěn)定性要求不高時，可采用節(jié)流閥對速度穩(wěn)定性要求較高時，應用調(diào)速閥該回路效率低功率損失大。） 其次是選擇快速運動和換向回路， 系統(tǒng)中采用節(jié)流高速回路后，不管采用什么油源形式都必須有單獨的油路直接向液壓缸兩腔以實現(xiàn)快速運動。 　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　 圖3－10　換接回路圖 (注： 換接回路的功用是使執(zhí)行機構(gòu)在一個工作循環(huán)中有一種運動速度換成另一運動速度。 ) 圖示用行程程閥來實現(xiàn)快慢速度換接速度回路，當換向閥右位和行程閥下位接入回路中時，節(jié)流閥被短路，流入液壓缸左腔的壓力油使活塞快速向右運動。當活塞移動到擋塊壓下行程閥的位置時，行程閥關(guān)閥液壓缸右腔的油液必須通過節(jié)流閥才能流回油箱，活塞運動轉(zhuǎn)變?yōu)槁俟みM，當換向閥在位接入回路時，壓力油經(jīng)單向閥進入液壓缸右腔，活塞快速向左返回這種快慢換接過程比較平穩(wěn)，活塞換接點較易控制，缺點是行程閥的安裝位置不能任意布置，管路連接較為復雜，如將行程閥改用電磁閥，并通過擋塊下的電氣行程開關(guān)操作縱也可實現(xiàn)上述的快慢)自動換接，這樣雖可靈活地布置電磁閥的安裝位置，但換接平穩(wěn)性和慢換接精度沒有行程閥好！ 溢流定壓回路： （注： 它是通過改變回路中流量控制元件通流截面積的大小來控制流入執(zhí)行元件或自動執(zhí)行元件流出流量以調(diào)節(jié)真運動速度，定壓式節(jié)流調(diào)速回路的一般形式都是使用定量泵，并且必須并聯(lián)一個溢流閥。） 圖3－11　溢流定壓回路圖 卸荷回路： 卸荷回路的功用是在液壓泵驅(qū)動電機不須頻繁啟閉的情況下，使液壓泵在零壓或很低壓力下運轉(zhuǎn)，以減少功率損耗，降低系統(tǒng)發(fā)熱，延長液壓泵和電機的使用壽命。 把上面所選回路組合在一起，得到的圖為則液壓回路的綜合： 圖3－12　液壓系統(tǒng)圖 表3－3　鉆擴鉸動作情況表 序號 動作名稱 工位代號 記號來源 電磁鐵編號 1DT 2DT 3DT 3 動力頭 快進 1K3 ＋ － ＋ 4 工進 K7 ＋ － － 5 快退 K8 － ＋ － 6 停止 K10 － － － 3.6　液壓元件的選擇 3.6.1選擇液壓泵 　　　　液壓泵是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，它把驅(qū)動電機的機械能轉(zhuǎn)換成輸?shù)较到y(tǒng)中去的湍流的壓力能，供液壓系統(tǒng)使用。 液壓泵在整個工作循環(huán)中的最大工作壓力1.08MPa，如取進油路上壓力損失為0.8MPa,則流量泵的最大工作壓力為：1.08＋0.8＝1.88MPa。 　　供油時最大輸入流量為28L／min若回路中的泄漏按10%的輸入 流量估計， 則溢流閥的最小穩(wěn)定流量為2.8L／min，而工進時輸入的流量為0.5L／min所 以流量泵的最小規(guī)格為3.3L／min. 根據(jù)以上壓力和流量的數(shù)值查閱產(chǎn)品目錄，最后確定選取CB－B4單級齒輪 泵主要技術(shù)規(guī)格為： 型號：CB－B4; 工作壓力：25（公斤／平方厘米）;轉(zhuǎn)速1450轉(zhuǎn)／分 傳動功率（千瓦）：0.21; 容積效率（ηV）≥0.85; 重量：2.8公斤 生產(chǎn)廠：上海機床廠 取單級齒輪的總效率取ηP＝0.75 則液壓泵驅(qū)動電機所需的功率為： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（3－17） 代入數(shù)據(jù)算得： 根據(jù)此查閱電機產(chǎn)品目錄最后選定Y801－2型電動機。 其主要技術(shù)數(shù)據(jù)為： 額定功率：0.75Kw; 滿載：2825; 額定轉(zhuǎn)矩：2.2; 質(zhì)量：16Kg 同步轉(zhuǎn)速：300r/min; 2極 齒輪泵的優(yōu)缺點： 外嚙合齒輪泵的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，重量輕，制造方便，價格低廉，工作可靠，自吸能力強（容許的吸油真空度大），對油液污染不敏感，維護容易。它的缺點是一些機件承受不平衡徑向力，磨損嚴重，泄漏大，工作壓力的提高受到限制。此外，它的流量脈動大，因而壓力脈動和噪聲都較大。 3.6.2閥類元件及輔助元件 　　液壓閥的作用　 液壓閥是用來控制液壓系統(tǒng)中油液系統(tǒng)中的流動方向或調(diào)節(jié)其壓力和流量的。一個 形狀相同的閥，可以因為作用機制的不同，而具有不同的功能。壓力閥和流量閥利用截面的節(jié)流作用控制著系統(tǒng)的壓力和流量，而方向閥則利用通流的更換控制著湍流的流動方向。這就是說，盡管液壓閥存在著各種各樣的不同的類型，它們之間還是保持著一些基本共同之點的。 在結(jié)構(gòu)上，所有的閥都由閥體、閥心（座閥或滑閥）和驅(qū)動心動的元、部件組成。 在工作原理上，所有閥的開口大小，閥進、出口間的壓差以及流過閥的流量之間的關(guān)系都符合孔口流量公式，僅是各種閥控制的參數(shù)各不相同而已。 輔助裝置的功用 液壓系統(tǒng)中的輔助裝置，如蓄能器、濾油器、油箱、熱交換器、管件等，對系統(tǒng)的動態(tài)性能、工作穩(wěn)定性、工作壽命、溫升等都有直接影響，必須予以重視。其中油箱須根據(jù)系統(tǒng)要求自行設計，其它輔助裝置則做成標準件，供設計時選用。 根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力和通過各個閥類元件和輔助元件的實際流量可選出這些元件的型號和規(guī)格： 表3－4　液壓元件選擇圖 序號 元件名稱 估計通過流量 型號 規(guī)格 生產(chǎn)廠家 1 單級齒輪泵 CB－B4 28L／min 上海機床廠 2 三位四通電磁閥 63 34E－10※ 3 二位二通電磁閥（2） 63 22D－63 4 二位二通電磁閥（1） 10 22D－10 5 單向閥1 63 I－63 6 單向閥2 63 I－63 7 單向閥3 25 I－25 8 粗過濾器 32 XU－B32×100 25Kg/cm2 9 溢流閥 4.5 YF3－E10B 16MPa 10通徑 10 壓力表開關(guān) KF3－E3B 16MPa 3測點 11 調(diào)速閥 <1(L/min) AXQF-E10B 16MPa 10通徑 選擇油管 液壓系統(tǒng)中使用的油管種類很多，如鋼管、銅管、尼龍管、塑料管、橡膠管等，須按照安裝位置、工作環(huán)境和工作壓力來正確選用。 油管的管徑不宜選得過大，以免使液壓裝置的結(jié)構(gòu)龐大，但也不能選得太小，以免使管內(nèi)液體流速加大，系統(tǒng)壓力損失增加或產(chǎn)生振動和噪聲，影響正常工作。 在強度保證的情況下，管壁可盡量選得薄些。薄壁易于彎曲，規(guī)格較多，裝接較容易，采用它可減少管系統(tǒng)接頭數(shù)目，有助于解決系統(tǒng)泄漏問題。 液壓系統(tǒng)中的泄漏問題大部分都出現(xiàn)在它管系中的接頭上，為此對管材的選用，接頭形式的確定（包括接頭設計、墊圈、密封、箍套、防漏涂料的選用等），管系的設計（包括彎管設計、管道支承和支承形式的選取等）以及管道的安裝（包括正確的運輸、儲存、清洗、組裝等）都要仔細，以免影響整個系統(tǒng)的使用質(zhì)量。 各元件間連接管道的規(guī)格按元件接口處尺寸決定，液壓缸進出油管則按輸入排出最大流量計算，由于液壓泵具體選定之后，液壓缸在各階段進出流量已與原來數(shù)值不同，則需要重新計算，見表 表3－5　元件選擇后的工作情況表 快進 工進 快退 輸入流量 0.5 排出流量 運動速度 根據(jù)這些數(shù)值：當油液在壓力管中流速取3m/min時，按《液壓傳動》式（7－8）算得和液壓缸無桿腔和有桿腔相連油管內(nèi)徑分別為： mm mm 算得： d=18.54mm d=9.86mm 這兩根管都按JB827－60選用內(nèi)徑10mm、外徑20的無縫鋼管 選擇油箱 油箱的功用： 　　油箱的功用主要是儲存油液，此外還起著散發(fā)油液中的熱量（在周圍環(huán)境溫度較較低的情況下是保持油液中熱量）、釋出混　在油液中的氣體、沉淀油液中污物等作用。　　 油箱容積按《液壓傳動》式（7－7）估算，當取ξ為4時，求得其容積為： 按GB2876－81規(guī)定取最接近的標準值： 取得：V＝125L 3.7　液壓系統(tǒng)的性能驗算 3.7.1回路壓力損失驗算 由于系統(tǒng)的具體管路布置沿未確定，整個回路的壓力損失無法估算，僅只閥類元件對壓力損失造成的影響可以看出來，供調(diào)定系統(tǒng)中某些壓力值時參考，這里估算從略。 3.7.2　油液溫升驗算 工進在整個工作循環(huán)中所占的時間比例很大，所以系統(tǒng)發(fā)熱和油液溫升可用工時的情況來計算。 工進時液壓缸的有效功率為： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（3－18） 代入數(shù)據(jù)得： P0 則泵的總輸出功率： 代入數(shù)據(jù)得： =0.744Kw 由此得液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量為： Hi= 代入數(shù)據(jù)算得： Hi=0.744-0.041=0.703Kw 按《液壓傳動》式（11－3）求出油液溫升近似值： △ T 代入數(shù)據(jù)得： △ T ＝28.1度 溫升沒有超出允許范圍，液壓系統(tǒng)不設置冷卻器。 液壓缸緩沖計算： Pcmax 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（3－20） 設緩沖壓力為Pc=0.8 則代入數(shù)據(jù)算得： 液壓裝置中的控制系統(tǒng)可以是用液壓來實現(xiàn)控制的系統(tǒng)，（液壓開關(guān)的控制系統(tǒng)、液壓伺服控制系統(tǒng)、液壓比例控制系統(tǒng)等），也可以不是（繼電器控制系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)、數(shù)字控制系統(tǒng)等）。但不管是與不是，它們都必須設計得結(jié)構(gòu)簡單、作用迅速、準確、平穩(wěn)、可靠、經(jīng)濟耐用。 第四章　結(jié)論 本次設計主要是涉及機械加工和液壓傳動，在整個設計過程中，曾遇到許多問題，在老師的指導下和同學的幫助下最終完成了本次設計。 本次設計是對我們在大學里所學的知識綜合大考驗，查閱資料，以及對此綜合運用把我在大學里所學的知識不斷綜合達到學以致用目的，同時我們在設計中正確對待所遇問題，從發(fā)現(xiàn)問題、解決問題了解整個過程，這對于我們即將走出校門，參加工作有著很大的幫助。 參考文獻 ［1］ 張　捷.機械制造技術(shù)基礎［M］.西南交大出版社，2006.2 ［2］ 章宏甲.液壓傳動［M］.機械工業(yè)出版社，2005.8 ［3］ 施　平.機械工程專業(yè)英語［M］.哈爾濱工業(yè)大學出版社，2005.8 ［4］ 中國紡織大學工程圖學考研室等編.畫法幾何及工程制圖.［M］.上海科學技術(shù)出版社，1997.5 ［5］ 吳宗澤.機械設計課程設計手冊（第二版）［M］.高等教育出版社.2004.4 [6]　李益民.機械制造工藝設計簡明手冊[M]，北京：機械工業(yè)出版社，1994.7 　　[7] 邱宣懷.機械設計第四版[M]，北京：高等教育出版社，1997.4 致謝 本次設計是對我們即將結(jié)束的大學四年里最后一次設計，在四年里，我不僅學習了本專業(yè)各門專業(yè)課程，并且學有所得，這離不開老師和學校的精心培養(yǎng)，和同學們的幫助，才有我豐富的大學學習、生活環(huán)境，在此次設計中，遇到了許多的問題，我得到了指導老師耐心的幫助，老師每周都按時給我們指導，對同學得謁可親，和老師交流起來很隨和，這對設計有莫大的幫助，使我們對此次設計充滿了信心，同時對設計也有了清楚的認識和重視。使我們按時完成本次設計。 同時，也感謝許多的同學對我的幫助，有了同學的幫助使我加快了些設計的進度， 大學四年即將過去，在這四年的時間里學校給我留下了十分深刻的印象，在這里有教導我學習工作的老師，有關(guān)心互助的同學，有親密無間的朋友，有我留下汗水后的收獲，也有失敗后留給我的堅強，有大家共同創(chuàng)造的學習、生活環(huán)境。 在此特別感謝！