液壓半自動(dòng)專(zhuān)用車(chē)床設(shè)計(jì)

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1、）1 概述1.1液壓半自動(dòng)車(chē)床設(shè)計(jì)的目的本機(jī)床為液壓半自動(dòng)專(zhuān)用車(chē)床，用來(lái)滿(mǎn)足自行車(chē)變速軸外殼外圓及內(nèi)孔的加工。適合成批及大批量生產(chǎn)的需要，操作簡(jiǎn)單可以提高生產(chǎn)效率，降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，并保證工件必要的加工精度。1.2液壓半自動(dòng)專(zhuān)用車(chē)床的特點(diǎn)及用途1.2.1機(jī)床的特點(diǎn)液壓半自動(dòng)專(zhuān)用車(chē)床，是采用液壓和電氣的聯(lián)合控制，工件可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)夾緊及松開(kāi)動(dòng)作，采用專(zhuān)用組合刀具切削工件，適合加工各種軸類(lèi)零件。機(jī)床通過(guò)液壓系統(tǒng)，對(duì)主軸箱前端的彈性?shī)A頭進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)一齊工作，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的自動(dòng)夾緊和松開(kāi)動(dòng)作。機(jī)床正常車(chē)削過(guò)程中，刀具的縱向進(jìn)給與橫向退刀均由液壓系統(tǒng)自動(dòng)控制，零件的車(chē)削過(guò)程中進(jìn)刀速度可以進(jìn)行無(wú)級(jí)變速。

2、主軸通過(guò)齒輪嚙合實(shí)現(xiàn)變速將電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為1000r/min和800r/min兩極轉(zhuǎn)速輸出。以上闡述的是本機(jī)床的操作及運(yùn)行特點(diǎn)，所以本機(jī)床具有操作簡(jiǎn)便，勞動(dòng)強(qiáng)度低，加工可靠等優(yōu)點(diǎn)。而且實(shí)現(xiàn)了半自動(dòng)化加工，對(duì)工人的要求低，減輕了工人的勞動(dòng)量，適于零件的大批量生產(chǎn)。機(jī)床能夠保證必要加工精度的前提下，沒(méi)有設(shè)計(jì)過(guò)多的不必要的功能，主軸只采用兩極變速輸出，從而也降低了成本，提高了機(jī)床的經(jīng)濟(jì)性。1.2.2機(jī)床的用途液壓半自動(dòng)專(zhuān)用床主要實(shí)現(xiàn)了車(chē)床加工過(guò)程的半自動(dòng)化，使用專(zhuān)用組合刀具。本次設(shè)計(jì)主要用于對(duì)自行車(chē)變速軸外殼的外圓及內(nèi)孔進(jìn)行加工，同時(shí)也適用于其他任何直徑小于60mm的軸類(lèi)零件的外圓和內(nèi)孔的加工。1.3

3、機(jī)床的結(jié)構(gòu)及其使用1.3.1主軸箱主軸箱電機(jī)（Y100L2-4）固定在箱體左端面上，主軸共有兩種轉(zhuǎn)速輸出（1000r/min；800r/min）可用變速手柄來(lái)實(shí)現(xiàn)變速，另外，主軸裝有彈簧夾頭可夾持直徑為60毫米以下的棒料和軸類(lèi)零件，主軸后端的油缸通過(guò)液壓油路的控制可實(shí)現(xiàn)裝夾零件。1.3.2刀架刀架主要分為：刀臺(tái)，上滑板，中滑板，下導(dǎo)軌以及縱向油缸和橫向油缸等部分組成。橫向油缸的作用是實(shí)現(xiàn)一次加工行程之后的橫向讓刀運(yùn)動(dòng)（讓刀行程為2mm）。刀架整體可在床身固定底面上的T型槽內(nèi)前后調(diào)整。上滑板兩端裝有調(diào)整用的手輪，可以用它實(shí)現(xiàn)刀臺(tái)在上滑板做橫向的微量調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)時(shí)，首先將鎖定螺母松開(kāi)，旋動(dòng)手輪（兩個(gè)

4、手輪均可調(diào)節(jié)），將刀臺(tái)調(diào)整到所需位置。調(diào)整之后，一定要鎖緊鎖定螺母，以免加工過(guò)程中碰到手輪，影響加工精度，甚至產(chǎn)生其他不良后果。另外，在縱向油缸后端蓋上有一個(gè)球頭圓桿，其作用是用以調(diào)整快速行程。當(dāng)球頭圓桿插入活塞桿內(nèi)套筒時(shí)，快速行程即告結(jié)束，快速進(jìn)給速度轉(zhuǎn)變?yōu)楣ぷ鬟M(jìn)給速度。本機(jī)床快速行程的大小，可以通過(guò)下導(dǎo)軌前端的調(diào)整螺桿調(diào)節(jié)。其方法是旋動(dòng)調(diào)整桿調(diào)整軸套與球頭圓桿之間的距離，從而達(dá)到調(diào)整行程的目的。本機(jī)床的快速行程（從起點(diǎn)位置算起），不得小于40mm，因此，在調(diào)正調(diào)整桿時(shí)，應(yīng)注意不要將球頭圓桿與調(diào)整軸套之間的距離調(diào)到40mm以下，以免他們之間發(fā)生碰撞，以至損壞機(jī)件。1.3.3液壓控制系統(tǒng)液壓控

5、制板固定在床身右端面上。液壓控制板的進(jìn)油接頭下端與油泵電機(jī)出口相連，上端與主軸夾緊油缸和刀架上的縱橫油缸相連接；回油接頭直接接入油箱油池之中；對(duì)于調(diào)節(jié)縱向油缸工作進(jìn)給時(shí)的進(jìn)給速度，由單向調(diào)速閥實(shí)現(xiàn)，單向調(diào)速閥安裝在控制板上；工作壓力由控制板上的壓力調(diào)節(jié)閥來(lái)控制，壓力的大小通過(guò)安裝在床身后部縱向油缸前的壓力表顯示。1.4機(jī)床的調(diào)整采用試切法來(lái)確定機(jī)床的加工長(zhǎng)度，并對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。具體辦法是試切一個(gè)工件，將要達(dá)到切削長(zhǎng)度時(shí)，利用單向調(diào)速閥手柄切斷回路，停止刀架的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，此時(shí)可以測(cè)量工件的切削長(zhǎng)度，可以將調(diào)整閥稍稍打開(kāi)少許，令刀架運(yùn)動(dòng)，直到達(dá)到所需要的切削長(zhǎng)度為止（將行程開(kāi)關(guān)固定在此位置上），再將單

6、向調(diào)速閥關(guān)死，停止刀架進(jìn)給，然后再關(guān)閉油泵，并調(diào)節(jié)反向碰撞螺釘使其與下導(dǎo)軌上的頂塊接觸，并用螺母（M16）將螺釘鎖死。吃刀量的微量調(diào)節(jié)可以轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)手輪實(shí)現(xiàn)，調(diào)節(jié)之后鎖緊螺母。對(duì)于快速行程的長(zhǎng)短的調(diào)節(jié)，可以轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)整螺桿來(lái)實(shí)現(xiàn)，右旋時(shí)，快速行程加長(zhǎng)，左旋時(shí)縮短。在調(diào)整時(shí)，注意用力不能過(guò)大，以免達(dá)到孔點(diǎn)時(shí)因用力過(guò)猛而損壞機(jī)件。另外，快速行程不能小于40mm。1.5機(jī)床備件的生產(chǎn)本車(chē)床實(shí)現(xiàn)了工件加工的半自動(dòng)化，不需要工人在加工過(guò)程中進(jìn)行全程職守，但本機(jī)床在正常的零件車(chē)削過(guò)程中與其他普通車(chē)床一樣，有許多零部件會(huì)不斷的磨損，當(dāng)磨損到一定程度時(shí)，將無(wú)法保證車(chē)床所必要的加工精度，同時(shí)大大的影響了零件的尺寸精度

7、和加工范圍，無(wú)法進(jìn)行正常工作，浪費(fèi)能源。因此必須對(duì)機(jī)床定期作精度檢查，對(duì)于已不能達(dá)到要求精度的零件要及時(shí)更換。1.5.1非標(biāo)準(zhǔn)件非標(biāo)準(zhǔn)零件是一個(gè)機(jī)械設(shè)備中不可或缺的重要組成，為了保證設(shè)備能在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保證加工進(jìn)程，不影響生產(chǎn)周期，必須生產(chǎn)有備件，以備磨損后更換。另外一方面就是要設(shè)法延長(zhǎng)其使用壽命，其方法是可以選擇使用一些耐磨性好的材料加工此類(lèi)零件，然后對(duì)磨損表面進(jìn)行一些必要的表面處理。比如說(shuō)，主軸上夾緊工件的彈性?shī)A頭在車(chē)削過(guò)程中不斷的受力，裝卸工件時(shí)不斷磨損，屬于易磨損件，在加工時(shí)，我們選擇強(qiáng)度、硬度以及耐磨性都比較好的65Mn制造此零件。又如機(jī)床的導(dǎo)軌，刀架不斷進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)然也容易磨損。同

8、時(shí)，導(dǎo)軌的精度一定要高。在導(dǎo)軌的制造過(guò)程中，我們一定要考慮到這一點(diǎn)。導(dǎo)軌屬于鑄件，我們可以在導(dǎo)軌上采用鑲鋼結(jié)構(gòu)，淬火提高整體剛度之后，可以對(duì)其進(jìn)行表面處理，如滲碳、滲氮或者噴漆等，然后進(jìn)行磨削?，F(xiàn)將易損件及檢查精度列表如下：表1-1易損件名稱(chēng)及檢查精度列表Table 1-1 Wearing parts and to check the accuracy of the list of names序號(hào)零件名稱(chēng)或檢查位置公差類(lèi)別公差值1主軸裝彈性?shī)A頭處的內(nèi)孔徑向跳動(dòng)0.01mm2主軸裝彈性?shī)A頭的座孔錐面徑向跳動(dòng)0.01mm3導(dǎo)軌在刀架移動(dòng)方向上對(duì)主軸平行度0.01mm4彈性?shī)A頭裝夾工件的內(nèi)端面端面跳

9、動(dòng)0.02mm5彈性?shī)A頭裝夾工件的內(nèi)孔徑向跳動(dòng)0.02mm1.5.2標(biāo)準(zhǔn)件標(biāo)準(zhǔn)件是按國(guó)家統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的零件，可直接購(gòu)買(mǎi)，不需要另行生產(chǎn)，只需定期更換就可以。易磨損標(biāo)準(zhǔn)件主要有O型橡膠密封圈，現(xiàn)在對(duì)其分類(lèi)列表如下：表1-2固定及往復(fù)式密封環(huán)明細(xì)表Table 1-2 Reciprocating seal ring fixed and schedules名稱(chēng)規(guī)格數(shù)量材料標(biāo)準(zhǔn)O型橡膠密封圈12.52.651耐油橡膠GB3452.1-92O型橡膠密封圈20.0 2.653耐油橡膠GB3452.1-92O型橡膠密封圈28.0 2.652耐油橡膠GB3452.1-92O型橡膠密封圈52.0 5.33耐油橡膠

10、GB3452.1-92O型橡膠密封圈80.0 5.34耐油橡膠GB3452.1-92O型橡膠密封圈85.0 5.33耐油橡膠GB3452.1-92O型橡膠密封圈90.0 5.34耐油橡膠GB3452.1-92表1-3活塞桿密封環(huán)明細(xì)表Table 1-3 Piston rod sealing ring schedule名稱(chēng)規(guī)格數(shù)量材料標(biāo)準(zhǔn)活塞桿密封圈302耐油橡膠GB10708.1-89活塞桿密封圈401耐油橡膠GB10708.1-89用O形密封圈密封是最常用的一種密封方式，密封圈密封屬于擠壓彈性體密封，是靠密封環(huán)預(yù)先被擠壓由彈性變形產(chǎn)生預(yù)緊力，使之產(chǎn)生自緊力。2液壓半自動(dòng)專(zhuān)用車(chē)床總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2

11、.1機(jī)床重要技術(shù)參數(shù)的確定2.1.1機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)包括主參數(shù)和基本參數(shù)。主參數(shù)是機(jī)床參數(shù)中最主要的，它必須滿(mǎn)足下列要求：能直接反映出機(jī)床的加工能力和特性；決定其他參數(shù)數(shù)值的大小；作為機(jī)床設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)；作為用戶(hù)選用機(jī)床的主要依據(jù)。無(wú)論是通用機(jī)床或者是專(zhuān)用機(jī)床，其主參數(shù)通常是以機(jī)床的最大加工尺寸表示，只有在不適于用工件最大尺寸表示時(shí)，才采用其他尺寸或物理量。2.1.2其他主要技術(shù)參數(shù)除主參數(shù)之外，機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)還包括下列基本參數(shù)：與工件有關(guān)的參數(shù)；工件、夾具、量具標(biāo)準(zhǔn)化有關(guān)的參數(shù)；與機(jī)床結(jié)構(gòu)有關(guān)的參數(shù)；與機(jī)床運(yùn)動(dòng)特性和動(dòng)力特性有關(guān)的參數(shù)。這些基本參數(shù)可以歸納為尺寸參數(shù)、運(yùn)動(dòng)

12、參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)三種。尺寸參數(shù)是表示機(jī)床工作范圍的主要尺寸和工、夾、量具的標(biāo)準(zhǔn)化及機(jī)床結(jié)構(gòu)有關(guān)的主要尺寸。運(yùn)動(dòng)參數(shù)包括機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的速度范圍和級(jí)數(shù)，進(jìn)給范圍和級(jí)數(shù)以及輔助運(yùn)動(dòng)的速度等，它是由加工表面成形運(yùn)動(dòng)和工藝要求所決定的。動(dòng)力參數(shù)指主運(yùn)動(dòng)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和輔助運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力消耗，它主要由機(jī)床的切削載荷和驅(qū)動(dòng)的工件重量等因素所決定的。2.1.3已知技術(shù)參數(shù)1.主參數(shù) 加工工件的最大外徑尺寸：60毫米；刀架縱向行程：120毫米；刀架橫向行程（讓刀）：2毫米；2.運(yùn)動(dòng)參數(shù) 主軸轉(zhuǎn)速（二級(jí)）：1000轉(zhuǎn)/分；800轉(zhuǎn)/分3.動(dòng)力參數(shù) 主軸電機(jī)：額定功率3千瓦，額定轉(zhuǎn)速1430轉(zhuǎn)/分2.2機(jī)床的總體布局2.2.1

13、有關(guān)機(jī)床總體布局原則的論述參考機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)第3卷，可知設(shè)計(jì)本半自動(dòng)專(zhuān)用車(chē)床，安排其基本布局應(yīng)滿(mǎn)足以下基本要求：1.車(chē)床布局應(yīng)首先滿(mǎn)足題目給出的各種要求，如加工范圍、工作精度、生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性等等。2.確保實(shí)現(xiàn)既定工藝方法所要求的工件和刀具的相對(duì)位置與相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在經(jīng)濟(jì)合理的條件下，盡量采用較短的傳動(dòng)鏈，以簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)，提高傳動(dòng)精度和傳動(dòng)效率。3.確保機(jī)床具有與要求的加工精度相適應(yīng)的剛度，抗振性、熱變形及噪聲水平。4.應(yīng)力求便于自動(dòng)上下料及納入自動(dòng)線(xiàn)。5.應(yīng)便于觀察加工過(guò)程；便于操作、調(diào)整和維修機(jī)床；便于輸送、裝卸工件和排除切屑；注意機(jī)床防護(hù)，確保安全生產(chǎn)。6.車(chē)床結(jié)構(gòu)要力求簡(jiǎn)單，合理可靠，便于加工和裝

14、配并盡量采用此技術(shù)新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。7.要力求體積小，重量輕，節(jié)省原材料，降低制造成本，縮小機(jī)床占地面積，然后在此基礎(chǔ)之上力求外形美觀大方。2.2.2具體的車(chē)床布局方案1.機(jī)床整體上采用臥式布局，由床身、主軸箱、刀架、液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)組成。2.主軸箱安排在床身的左側(cè)（觀察者面對(duì)視圖），刀架在右側(cè)3.主軸電機(jī)固定在主軸箱的左端面上，油泵電機(jī)嵌于床身左端，水泵電機(jī)盡量安裝在床身右后上方。4.導(dǎo)軌嵌于床身上，刀架在上滑板上橫向運(yùn)動(dòng)，在中滑板上縱向移動(dòng)5.按鈕板、變速手柄安裝于車(chē)床前側(cè)，距地面約0.9米高處并盡量集中，以便于工人操作。6.液壓系統(tǒng)采用集成板安裝在床身后側(cè)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便、安全可靠。7

15、.排屑口置于主軸后下方，排屑口寬敞，便于排屑，不易堆積。2.3機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)的方案論證2.3.1主軸變速方案論證主軸只需要二級(jí)轉(zhuǎn)速且變速比不高，通常都采用齒輪傳動(dòng)。因此，決定采用二級(jí)圓柱直齒輪傳動(dòng)，以得到要求的二級(jí)主軸轉(zhuǎn)速。當(dāng)然，可以滿(mǎn)足要求的傳動(dòng)方案有許多種，例如可以使用渦輪蝸桿傳動(dòng)；斜圓柱齒輪傳動(dòng)；皮帶輪以及各種傳動(dòng)方案的綜合運(yùn)用等。但在本車(chē)床設(shè)計(jì)當(dāng)中，對(duì)傳動(dòng)的精度要求不是太多，選擇二組圓柱齒輪變速體積小，經(jīng)濟(jì)性好，故可行。2.3.2刀架的傳動(dòng)方案論證此處的傳動(dòng)可以應(yīng)用電氣系統(tǒng)或者液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。但相同功率的電氣傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)，液壓系統(tǒng)具有體積小，重量輕的特點(diǎn)。另外，液壓傳動(dòng)工作平穩(wěn)，橫向沖擊

16、小，適于換向頻繁的場(chǎng)合；此外，液壓傳動(dòng)還有轉(zhuǎn)速范圍大，低速傳動(dòng)平穩(wěn)，易實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速，反應(yīng)靈敏，控制精度高，操作方便等許多優(yōu)點(diǎn)。因此，刀架的縱、橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)采用液壓傳動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)夾緊。2.3.3夾緊方案論證在普通通用車(chē)床上，對(duì)工件的夾緊多用三爪卡盤(pán)，手動(dòng)實(shí)現(xiàn)，夾緊力大小不易掌握，夾緊不夠安全可靠，更重要的是效率太低，不適于大批量零件的生產(chǎn)加工，且工人勞動(dòng)強(qiáng)度較高。本機(jī)床設(shè)計(jì)為專(zhuān)用車(chē)床，用于零件的大批量加工，因此夾緊及松開(kāi)動(dòng)作必須能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，以提高生產(chǎn)效率。在刀架的縱向與橫向進(jìn)給傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)中，以確定采用液壓系統(tǒng)自動(dòng)的實(shí)現(xiàn)。因此，只需在另行設(shè)計(jì)一條油路，就可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的夾緊。所以，專(zhuān)用車(chē)床

17、的夾緊方法采用液壓系統(tǒng)控制彈性?shī)A頭實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的自動(dòng)夾緊和松開(kāi)。2.4對(duì)于一些未知重要技術(shù)參數(shù)的計(jì)算和確定2.4.1主軸功率 (2-1)式中 電機(jī)額定功率；傳動(dòng)效率； (2-2)所以： KW 2.4.2計(jì)算極限切削速度1.計(jì)算最大切削速度當(dāng)最大工件尺寸進(jìn)行外圓車(chē)削時(shí)，切削速度在主軸高轉(zhuǎn)速情況下的有最大值，其值為：V=1000/1000=188.496m/min2.計(jì)算最小切削速度因設(shè)計(jì)題目中未給出車(chē)床加工的最小尺寸，但對(duì)于彈簧夾頭，裝夾工件尺寸為一個(gè)區(qū)間，不能無(wú)限小，所以最小加工半徑必然出現(xiàn)在對(duì)內(nèi)孔加工。取機(jī)床最小加工孔徑為10mm，則在對(duì)此孔徑尺寸鏜削時(shí)，在低主軸轉(zhuǎn)速情況下，切削速度有最小值，

18、其值為：V=800/1000=25.133m/min2.4.3計(jì)算極限切削力查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第3卷可知，主軸功率與切削速度和切削力有如下關(guān)系： (2-3) 所以： (2-4)1.當(dāng)切削速度V為最大時(shí)，有最小值：2.當(dāng)切削速度V取最小值時(shí)，有最大值： 2.4.4計(jì)算進(jìn)給抗力和徑向力參見(jiàn)參考資料10可知極限切削力為： （2-5）式中 主切削力；進(jìn)給抗力， ?。粡较蛄?， 取；則可求得： 2.4.5估算夾緊力彈簧夾頭施于工件上的夾緊力主要是抵抗切削加工時(shí)，主切削力對(duì)工件產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力矩。則分析可知，夾緊力是作用于工件的整個(gè)圓周表面上， 依靠其與工件外表面之間的靜摩擦力避免產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。則由此可知，夾緊力

19、的分作用力與之間的關(guān)系為： （2-6）式中，為彈簧夾頭與工件外表面之間的靜摩擦系數(shù)，參見(jiàn)1（卷一）表7.2-6知淬硬鋼和軟鋼之間的摩擦系數(shù)=0.350.40，取=0.35。則求得： 3液壓半自動(dòng)專(zhuān)用車(chē)床主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)本液壓半自動(dòng)專(zhuān)用車(chē)床的傳動(dòng)系統(tǒng)主要由兩個(gè)部分組成，第一部分是主傳動(dòng)系統(tǒng)，傳遞切下切屑的運(yùn)動(dòng)亦既是主軸轉(zhuǎn)動(dòng)。第二部分是液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，此部分傳遞的是實(shí)現(xiàn)維持切屑得以繼續(xù)進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)和用于實(shí)現(xiàn)使工件表面達(dá)到所需尺寸的運(yùn)動(dòng)以及用于實(shí)現(xiàn)使切削加工過(guò)程得以正常進(jìn)行的輔助運(yùn)動(dòng)，此三者在此車(chē)床上的實(shí)現(xiàn)就是刀架的縱向進(jìn)給、橫向進(jìn)給、工件的夾緊運(yùn)動(dòng)。主傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)方案在前面已經(jīng)確定為用二級(jí)直圓柱齒輪實(shí)

20、現(xiàn)主軸的二級(jí)轉(zhuǎn)速：800轉(zhuǎn)/分和1000轉(zhuǎn)/分，現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行以下具體設(shè)計(jì)。3.1主軸電機(jī)的選擇在此專(zhuān)用車(chē)床設(shè)計(jì)中，給出所需要電機(jī)的額定功率和額定轉(zhuǎn)速分別為3KW和1430r/min，在一般情況下，機(jī)床動(dòng)力源沒(méi)有特殊要求的情況下，應(yīng)優(yōu)先選用Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)，故本液壓半自動(dòng)專(zhuān)用車(chē)床的主軸電機(jī)選擇為Y系列封閉式（IP44）三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，型號(hào)為：Y100L2-4。其主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是能防止灰塵、鐵屑及其他雜物侵入電機(jī)。具有效率高、耗電少、性能好、噪聲低、振動(dòng)小、體積小、重量輕、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。3.2傳動(dòng)比的確定因?yàn)楸拒?chē)床設(shè)計(jì)只要求主軸輸出兩種轉(zhuǎn)速：800轉(zhuǎn)/分和1000轉(zhuǎn)/分，故在第一組

21、齒輪變速過(guò)程中就將電機(jī)轉(zhuǎn)速（1430轉(zhuǎn)/分）變?yōu)橹鬏S的高轉(zhuǎn)速（1000轉(zhuǎn)/分），這樣使齒輪級(jí)數(shù)最少，可使體積減小，成本減低且傳動(dòng)能量損失變小，精度提高。則傳動(dòng)比為： 則在第二組變速中，傳動(dòng)比為：在直齒輪進(jìn)行主傳動(dòng)時(shí)，一般要求，降速比分配應(yīng)盡量“前慢后快”。此設(shè)計(jì)符合這兩個(gè)要求，而且傳動(dòng)鏈最短，故降速比分配合適。3.3轉(zhuǎn)速圖根據(jù)上述內(nèi)容，現(xiàn)繪制本液壓半自動(dòng)專(zhuān)用車(chē)床的轉(zhuǎn)速圖，如下：圖3-1轉(zhuǎn)速圖Figure 3-1 Speed Chart3.4齒輪齒數(shù)的確定查資料9表2.3-3，選擇，S為變速組的齒數(shù)和。在選擇時(shí)，為防止產(chǎn)生根切現(xiàn)象，應(yīng)滿(mǎn)足最少齒數(shù)?，F(xiàn)對(duì)各齒輪齒數(shù)列表如下：表3-1齒輪齒數(shù)列表Ta

22、ble 3-1 List of gear teeth第一變速組第二變速組齒數(shù)和齒輪齒數(shù)2637383834423.5計(jì)算轉(zhuǎn)速誤差1.計(jì)算主軸的各級(jí)實(shí)際轉(zhuǎn)速已知公式： （3-1）則： =1005r/min 同理可知主軸低級(jí)轉(zhuǎn)速：=809r/min2.驗(yàn)算轉(zhuǎn)速誤差轉(zhuǎn)速誤差用主軸實(shí)際轉(zhuǎn)速與標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速相對(duì)誤差的絕對(duì)值表示： （3-2）則對(duì)主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速計(jì)算如下頁(yè)表3-2。參見(jiàn)公式7.1-9和7.1-102知 表3-2主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速表Table 3-2 Spindle speed table at all levels高級(jí)轉(zhuǎn)速低級(jí)轉(zhuǎn)速標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速1000800實(shí)際轉(zhuǎn)速10058090.5%1.125%所以，由此可

23、見(jiàn)，通過(guò)齒輪變速所獲得的主軸各級(jí)轉(zhuǎn)速均符合要求。3.6齒輪模數(shù)的初估在同一變速系統(tǒng)中，為了設(shè)計(jì)與制造方便，最好選用一種或兩種模數(shù)。參見(jiàn)2.4-179可知齒輪模數(shù)估算公式，如下：按齒面接觸疲勞強(qiáng)度：mm （3-3）按齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度： mm （3-4）確定公式中涉及到的各參數(shù)如下：1.齒數(shù)比 2.齒寬系數(shù) 取 3.齒輪傳遞功率 4.載荷系數(shù)K通常取1.01.2，故取 K=1.25.系數(shù) 6.復(fù)合齒形系數(shù) 7.許用接觸應(yīng)力 N/mm 8.許用齒根接觸應(yīng)力 N/mm 則可知： 所以取，模數(shù)為2.5；，模數(shù)為3，即： 3.7軸徑的初估1.確定各傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速此車(chē)床主軸只有兩級(jí)轉(zhuǎn)速（1000轉(zhuǎn)/分和800

24、轉(zhuǎn)/分），因此，取計(jì)算轉(zhuǎn)速，則各軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速確定如下：電機(jī)軸： =1430r/min中間軸： =1000r/min主 軸： =800r/min2.確定主軸前軸頸直徑參見(jiàn)表2.3-29可知。對(duì)于功率為04KW的臥式車(chē)床，其前軸徑通常取7090mm，但考慮到本車(chē)床對(duì)加工工件的尺寸以及其他一些實(shí)際情況。故取前支撐處軸徑： 則后軸徑： 取 ： 3.估算傳動(dòng)軸直徑按扭轉(zhuǎn)剛度估算中間軸的直徑，需依據(jù)資料公式2.4-19：（mm） （3-5）式中： 為軸危險(xiǎn)截面處直徑；為該傳動(dòng)軸的輸入功率；電動(dòng)機(jī)額定功率；從電動(dòng)機(jī)到該傳動(dòng)軸之間各傳動(dòng)件的傳動(dòng)效率乘積（不計(jì)該軸的軸承的效率）；該軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速(r/min)；該

25、軸允許的扭轉(zhuǎn)角(dcg/m)，一般情況下，主軸=1.51，一般傳動(dòng)軸=11.5。對(duì)于長(zhǎng)鍵軸，一般將估算值減少70%作花鍵軸的小徑，再選擇相近的標(biāo)準(zhǔn)花鍵軸。則根據(jù)公式可以計(jì)算結(jié)果如下：，??；因II軸為花鍵軸，所以：取花鍵軸尺寸為故前面所確定主軸的前后軸頸尺寸合理。3.8傳動(dòng)系統(tǒng)圖基于以上對(duì)各參數(shù)的計(jì)算合分析，對(duì)液壓半自動(dòng)專(zhuān)用車(chē)床的傳動(dòng)系統(tǒng)圖繪制如下：圖3-2車(chē)床主傳動(dòng)系統(tǒng)Figure 3-2 Lathe main drive system4液壓傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)此液壓半自動(dòng)車(chē)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和夾緊、松開(kāi)的動(dòng)作。在本車(chē)床工作時(shí)，液壓控制系統(tǒng)完成的工作循環(huán)是：工件夾緊刀架橫向進(jìn)給刀架縱向快

26、進(jìn)刀架的縱向工進(jìn)刀架橫向讓刀刀架快退工件松開(kāi)。4.1工況分析1.繪制運(yùn)動(dòng)部件的速度循環(huán)圖圖3-3速度循環(huán)圖Figure 3-3 The speed of the cycle map2.確定工作負(fù)載 液壓缸所受到的負(fù)載包括三種類(lèi)型，即： （4-1）式中 工作負(fù)載，對(duì)于此液壓半自動(dòng)車(chē)床來(lái)說(shuō)，即為沿活塞運(yùn)動(dòng)方向上的切削力，即是進(jìn)給抗力；運(yùn)動(dòng)部件速度變化時(shí)的慣性負(fù)載，在此車(chē)床中，刀架的重量不大，故此負(fù)載可忽略不計(jì)；摩擦阻力負(fù)載，啟動(dòng)時(shí)為靜摩擦阻力負(fù)載（可忽略不計(jì)）；啟動(dòng)后為動(dòng)摩擦阻力負(fù)載，對(duì)于水平方向上的運(yùn)動(dòng)；可由下式求得： （4-2）運(yùn)動(dòng)部件，即刀架重力（可忽略）；垂直于運(yùn)動(dòng)平面及中滑板的工作負(fù)載，

27、在此車(chē)床設(shè)計(jì)中即為刀具與工件之間的主切削力；摩擦系數(shù)取為0.1。因此，可求得： 4.2擬訂液壓系統(tǒng)原理圖1.確定供油方式考慮到本車(chē)床在工作進(jìn)給時(shí)負(fù)載較大，速度較低。而在快進(jìn)快退時(shí)的負(fù)載較小，速度較高。從節(jié)省能量，減少發(fā)熱的角度考慮，泵源系統(tǒng)選用雙泵供油或用變量泵供油。現(xiàn)采用帶壓力及反饋的限壓式變量葉片泵。2.調(diào)速方式的選擇在中小型專(zhuān)用車(chē)床的液壓系統(tǒng)中，對(duì)于進(jìn)給速度的控制一般都采用節(jié)流閥或調(diào)速閥。對(duì)于此液壓半自動(dòng)專(zhuān)用車(chē)床對(duì)低速性能和速度負(fù)載特性都有一定要求的特點(diǎn)，所以決定采用限壓式變量泵和調(diào)速閥組成的容積節(jié)流調(diào)速。這種調(diào)速回路具有效率高、發(fā)熱小和速度剛性好的特點(diǎn)，并且調(diào)速閥裝在回油路上，具有承受

28、負(fù)載切削力的能力。3.速度換接方式的選擇本系統(tǒng)采用電磁閥的快慢速來(lái)接回路，它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)節(jié)行程比較方便，閥的安裝也較容易，但速度換接的平穩(wěn)性較差（若要提高系統(tǒng)的換接平穩(wěn)性，則可改用行閥切換的速度換接回路）。4.夾緊回路的選擇有二位四通電磁閥來(lái)控制夾緊、松開(kāi)換向動(dòng)作時(shí)，為了避免突然失電而松開(kāi)，采用失電夾緊方式?？紤]到夾緊時(shí)間可調(diào)節(jié)，當(dāng)進(jìn)油路壓力瞬時(shí)下降時(shí)仍然保持夾緊力，所以接入節(jié)流閥調(diào)速和單向閥保壓。在該回路中還裝有減壓閥，用來(lái)調(diào)節(jié)夾緊力的大小和保持夾緊力的穩(wěn)定。5.繪制液壓系統(tǒng)原理圖把上述所選擇的液壓回路組合起來(lái)，即可組成如附圖一所示的液壓系統(tǒng)原理圖。4.3液壓系統(tǒng)的工作原理當(dāng)油泵啟動(dòng)

29、后，壓力油分別進(jìn)入三個(gè)二位四通電磁換向閥1M、2M和3M（參見(jiàn)液壓系統(tǒng)原理圖），此時(shí)縱向油缸退回到起點(diǎn)位置，橫向油缸（讓刀油缸）處于讓刀位置，當(dāng)需要刀架進(jìn)給時(shí)，3M得電，油路換向（圖中所示為斷電位置），壓力油進(jìn)入縱向油缸后腔，縱向油缸后腔的油液分兩路：一路直接經(jīng)過(guò)電磁換向閥進(jìn)入油缸，一路經(jīng)電磁閥流及單向調(diào)速閥QI-25B的節(jié)流口進(jìn)入油缸。1M得電油路換向，壓力油進(jìn)入油缸后腔，橫向油缸前腔的油液通過(guò)換向閥流回油池。1M、3M與繼電器的電器元件組成電器電路，保證刀架進(jìn)給時(shí)，3M先得電，當(dāng)?shù)都艿竭_(dá)指定位置時(shí)，1M得電；退刀時(shí)，1M先斷電，當(dāng)?shù)都茏尩兜街付ㄎ恢脮r(shí)，3M斷電，縱向退刀。注意：當(dāng)油泵啟動(dòng)前

30、，若刀架不在退刀位置，確保夾頭上無(wú)工件?；蛘呖梢允?M、3M先通電，再斷電后啟動(dòng)油泵。當(dāng)?shù)都芄ぷ鞯浇K點(diǎn)時(shí)，碰上單觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)通過(guò)時(shí)間繼電器延時(shí)，待機(jī)械定程撞塊接觸后，1M、3M斷電，油路換向，恢復(fù)圖示位置實(shí)現(xiàn)橫向油缸讓刀及縱向油缸退回到起點(diǎn)位置。改變單向調(diào)速閥的開(kāi)口量，即可達(dá)到工作進(jìn)給的無(wú)級(jí)變速。進(jìn)入2M的壓力閥，當(dāng)2M處于圖示位置，斷電時(shí)，壓力油進(jìn)入夾緊油缸的后腔，活塞桿向前運(yùn)動(dòng)，將工件夾緊，并通過(guò)壓力繼電器監(jiān)視夾緊油缸的工作狀態(tài)，工作正常時(shí)，開(kāi)關(guān)的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，方可使主軸旋轉(zhuǎn)，此時(shí)，才能接通1M使刀架實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。當(dāng)2M通電時(shí)，油路換向，壓力油進(jìn)入夾緊油缸前腔，工件松開(kāi)，則一個(gè)循環(huán)停止。在夾緊

31、過(guò)程中，可以通過(guò)減壓閥來(lái)調(diào)節(jié)夾緊力的大小和保持夾緊力的穩(wěn)定，當(dāng)進(jìn)油路壓力瞬時(shí)下降時(shí)，可以通過(guò)單向閥保壓，保持夾緊力。4.4液壓缸的參數(shù)計(jì)算和液壓泵的選擇1.液壓缸主要尺寸的確定（1）縱向油缸a.工作壓力可根據(jù)負(fù)載大小及機(jī)器類(lèi)型來(lái)初步確定，現(xiàn)參見(jiàn)表2-16取液壓缸工作壓力為。b.初步計(jì)算缸內(nèi)徑和活塞桿的直徑。由前邊的計(jì)算可知，縱向油缸的最大負(fù)載為，按表2-26取為0.5 ，又考慮到刀架快進(jìn)，快退速度相等，取d/D=0.5。參照公式2-36。 （4-3）代入以上各參數(shù)，可得： ，因此參照表2-46，將圓整為則 c.確定油缸的結(jié)構(gòu)尺寸。采用HT250為缸體材料，外形截面為正方形的長(zhǎng)方體，內(nèi)為圓孔的結(jié)

32、構(gòu)，缸體與刀架及缸蓋均采用螺栓連接。取最薄處壁厚為12，則缸體截面尺寸為的正方形（如下圖）。圖4-4縱向油缸結(jié)構(gòu)圖Figure 4-4 Vertical structure of the fuel tank利用公式對(duì)壁厚進(jìn)行校核，可知強(qiáng)度足夠，并有較大的安全儲(chǔ)備。利用公式：故活塞桿的強(qiáng)度也足夠有較大的安全儲(chǔ)備。刀架的縱向行程為，則活塞桿有效長(zhǎng)度，液壓缸有效工作長(zhǎng)度為。因液壓缸支撐長(zhǎng)度為，故活塞桿可以穩(wěn)定工作不須校核?；钊麠U與活塞之間采用螺紋連接，并配有防松螺母。d.確定缸蓋厚度。按有孔時(shí)有效厚度強(qiáng)度公式： （4-4）式中 實(shí)驗(yàn)壓力（）。當(dāng)工作壓力時(shí)，；當(dāng)時(shí)，。故此處缸體材料的許用應(yīng)力取為缸底油

33、口直徑則求得： 由于結(jié)構(gòu)關(guān)系?。?e.確定活塞厚度活塞厚度故取(2) 橫向油缸a.取缸筒外徑為110毫米，壁厚為10毫米，活塞桿直徑為30毫米。經(jīng)校核，缸筒壁厚強(qiáng)度以及活塞桿強(qiáng)度均滿(mǎn)足條件，有很大的安全儲(chǔ)備。由于刀架的橫向讓刀行程為2mm，即橫向液壓缸的有效工作長(zhǎng)度為2毫米，因液壓缸支撐長(zhǎng)度故不需對(duì)活塞桿進(jìn)行穩(wěn)定性校核。此處活塞與活塞桿采用整體式結(jié)構(gòu)。b.計(jì)算缸蓋的厚度按平形有孔缸底公式： （4-5）解得： ，考慮到結(jié)構(gòu)關(guān)系，取c.活塞厚度計(jì)算?。?（3）夾緊油缸a.計(jì)算夾緊時(shí)，油缸需施于錐套的推力前邊已求出夾緊力。又已經(jīng)錐套內(nèi)錐角約為，故可知推力與夾緊力之間的關(guān)系為：所以： b.計(jì)算油缸直徑

34、按公式2-36解得： 注：在上述設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程中，夾緊油缸的工作壓力為?；赜捅硥毫榱?，為0.95。因在此油缸中有主軸通過(guò)，所以實(shí)際內(nèi)徑和之間應(yīng)滿(mǎn)足關(guān)系：式中： 解得： ?。?c.計(jì)算各階段液壓缸所需的流量首先確定各工作參數(shù)：快進(jìn)快退時(shí)速度為3m/min；工進(jìn)速度在4001200mm/min間無(wú)級(jí)變速；夾緊松開(kāi)行程，夾緊時(shí)間為。則：L/minL/minL/minm/minL/min2.液壓泵流量、壓力的確定和泵規(guī)格的選擇（1）泵的工作壓力的確定考慮到正常工作中進(jìn)油管路有一定的壓力損失，所以泵的工作壓力為： （4-6）式中：泵的最大工作壓力執(zhí)行元件最大工作壓力進(jìn)閥管路中的壓力損失，初算時(shí)簡(jiǎn)單系統(tǒng)可

35、取0.20.5，復(fù)雜系統(tǒng)取0.51.5，在本車(chē)床液壓系統(tǒng)中取0.5所以： 在上述計(jì)算中所得的是系統(tǒng)靜壓力，考慮到系統(tǒng)在各種工況的過(guò)濾階段出現(xiàn)的動(dòng)態(tài)壓力往往超過(guò)靜態(tài)壓力。另外，考慮到要有一定的壓力儲(chǔ)備量，并確保泵的使用壽命，因此選泵的額定壓力應(yīng)滿(mǎn)足。中低壓系統(tǒng)取小值，高壓系統(tǒng)取大值。在此?。?。（2）泵流量的確定液壓泵的最大流量為： 式中：液壓泵的最大流量；同時(shí)動(dòng)作的各執(zhí)行元件所需要流量之和的最大值。如果此時(shí)溢流閥正在工作，尚須加溢流閥的最小溢流量：2-3L/min。系統(tǒng)泄露系數(shù)，一般取：=1.11.3?，F(xiàn)取： =1.2。所以： （3）泵規(guī)格的選擇根據(jù)以上算得的和值，參見(jiàn)手冊(cè)6，選用限壓式葉片泵Y

36、BX-16，該泵的基本參數(shù)為：每轉(zhuǎn)排量=16mL/r；泵的額定功率；總效率。（4）與液壓泵匹配的電動(dòng)機(jī)的選定選擇Y90L-4電動(dòng)機(jī)額定功率為1.5KW。額定轉(zhuǎn)速為1400r/min。4.5液壓缸緩沖裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)液壓缸在帶動(dòng)工作部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，在到達(dá)行程終點(diǎn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生液壓沖擊，當(dāng)運(yùn)動(dòng)件質(zhì)量較大，運(yùn)動(dòng)速度較多時(shí)，沖擊會(huì)很大，甚至使活塞與缸筒端蓋之間產(chǎn)生機(jī)械碰撞。為防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，必須在行程末端設(shè)置緩沖裝置。對(duì)于用液壓系統(tǒng)的常用的緩沖裝置主要有以下幾種結(jié)構(gòu)：a.環(huán)狀間隙式節(jié)流緩沖裝置；b.三角槽式節(jié)流緩沖裝置；c.可調(diào)節(jié)流緩沖裝置；因刀架的質(zhì)量不太大，速度也不高；夾緊油缸的運(yùn)動(dòng)速度也不高，故此油缸

37、選用環(huán)狀間隙式節(jié)流緩沖裝置。此緩沖裝置有圓柱形緩沖柱塞和圓錐式緩沖柱塞的兩種。本機(jī)床選用圓錐式緩沖柱塞的緩沖裝置。其工作原理（參見(jiàn)圖3.5）：活塞端部的緩沖柱塞1向端蓋3方向進(jìn)入圓柱形油腔2時(shí)，將封閉在柱塞與端蓋之間的油液從環(huán)狀間隙中擠出去。由于間隙很小，因而起節(jié)流緩沖作用。 圖4-5緩沖裝置Figure 4-5 Buffer圓錐形柱塞，緩沖時(shí)有明顯的衰減作用。其制動(dòng)錐的參數(shù)可參照表2-116選取。5液壓半自動(dòng)專(zhuān)用車(chē)床的主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及零件選用5.1主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)5.1.1主軸箱1.主軸空間位置臥式車(chē)床主軸中心高一般為。為床身最大回轉(zhuǎn)直徑，在本液壓半自動(dòng)專(zhuān)用車(chē)床中=251。但是在本設(shè)計(jì)中考慮到要

38、通過(guò)手柄帶動(dòng)撥塊撥動(dòng)滑移齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn)主軸變速，撥塊的軸桿應(yīng)位于主軸的下部。因此，取主軸中心高，刀架低于主軸中心高約為190毫米，I軸到箱底的高度約為175毫米，撥桿距箱底為100毫米。2.主軸箱體設(shè)計(jì)箱體各面之間均為相互垂直關(guān)系，在連接處采用圓角進(jìn)行過(guò)渡，避免有銳邊，以免劃傷工人，并使線(xiàn)條美觀。主軸箱體與床身之間采用螺栓進(jìn)行垂直連接。主軸箱壁厚在保證剛度足夠的前提下，壁厚應(yīng)盡量小，參見(jiàn)表2.5-159，選取主軸箱壁厚。同時(shí)，在軸承孔處要鑄出凸臺(tái)，提高強(qiáng)度，滿(mǎn)足安裝要求。5.1.2刀架刀架是平行于主軸軸線(xiàn)水平安裝在床身上的，縱向行程為120毫米，靠液壓及電氣系統(tǒng)聯(lián)合控制，對(duì)自行車(chē)變速軸的外殼的外圓

39、及內(nèi)孔進(jìn)行加工。刀架可通過(guò)液壓系統(tǒng)橫向讓刀（2毫米），也可以通過(guò)刀架兩側(cè)的手輪進(jìn)行微調(diào)。刀架整體可在床身固定底面上的T型槽內(nèi)進(jìn)行前后調(diào)整。同時(shí)，為了改善受力情況，液壓傳動(dòng)中采用活塞桿固定而使缸體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的方法。1.刀架導(dǎo)軌設(shè)計(jì)刀架只有上下兩層導(dǎo)軌，來(lái)實(shí)現(xiàn)縱向進(jìn)給和橫向進(jìn)給?？v向下導(dǎo)軌采用雙矩形導(dǎo)軌組合，橫向上導(dǎo)軌采用雙燕尾型導(dǎo)軌組合，同時(shí)它們安裝在帶梯形槽的導(dǎo)軌底座上，使刀架整體前后進(jìn)行調(diào)整，底座與床身采用螺栓連接。a.矩形導(dǎo)軌設(shè)計(jì)矩形導(dǎo)軌的特點(diǎn)是剛度高，當(dāng)量摩擦系數(shù)比三角形導(dǎo)軌低，承載能力高，加工檢驗(yàn)和維修都很方便。側(cè)面的導(dǎo)向面用鑲條調(diào)整間隙，但接觸剛度低，且必須留有間隙，降低了導(dǎo)向精度。用

40、兩條導(dǎo)軌內(nèi)側(cè)面導(dǎo)向。當(dāng)傳動(dòng)件位于中心線(xiàn)上時(shí)，可減小牽引力引起的運(yùn)動(dòng)部件偏轉(zhuǎn)，提高導(dǎo)向精度。其具體尺寸可參照表2-11-39選取。b.燕尾槽導(dǎo)軌設(shè)計(jì)燕尾槽導(dǎo)軌尺寸緊湊，適于高度小層次多的部件，同時(shí)可承受顛覆力矩，是閉式導(dǎo)軌中接觸面最小的一種結(jié)構(gòu)。燕尾槽導(dǎo)軌可通過(guò)鑲條調(diào)整間隙，間隙調(diào)整方便，一根鑲條就可以調(diào)節(jié)各接觸面的間隙，只是剛度略差，不及矩形導(dǎo)軌?？蓞⒄毡?-11-49確定尺寸。c.鑲條與壓板鑲條裝在運(yùn)動(dòng)部件上并位于受力較小的一側(cè)。如果當(dāng)兩側(cè)受力都較大時(shí)，應(yīng)選用斜鑲條。但由于受力大的一側(cè)磨損大，間隙消除后，會(huì)使運(yùn)動(dòng)部件向裝鑲條的一側(cè)移動(dòng)。如果不允許有該向移動(dòng)（例如絲杠傳動(dòng)會(huì)引起絲杠彎曲），可在

41、導(dǎo)軌兩側(cè)各用一個(gè)鑲條，以保持間隙調(diào)整后中心位置不變。斜鑲條由于厚度不等，在加工后內(nèi)應(yīng)力分布不均，容易彎曲，在調(diào)整，壓緊或在機(jī)床工作狀態(tài)下也會(huì)彎曲，對(duì)于兩端用調(diào)整螺釘調(diào)整的鑲條更容易彎曲。因此，為了增加鑲條的柔度，宜選用小的厚度和斜度。對(duì)尺寸較大的鑲條，可在其上開(kāi)橫向槽。用鑲條調(diào)整燕尾槽導(dǎo)軌間隙，調(diào)整方便，精度較高。矩形導(dǎo)軌壓板的尺寸參照標(biāo)準(zhǔn)B63-1表6.2-92（卷三）中的參數(shù)設(shè)計(jì)。當(dāng)壓板厚度h16mm時(shí)，壓板螺釘?shù)墓Q(chēng)直徑d即等于h；當(dāng)h20mm時(shí)，d=(0.70.8)h.當(dāng)壓板受力較大，或?qū)к壒ぷ鏖L(zhǎng)度較短時(shí)，壓板長(zhǎng)度等于導(dǎo)軌長(zhǎng)度。當(dāng)壓板受力不大，或?qū)к壒ぷ鏖L(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)，只需在運(yùn)動(dòng)部件的兩端

42、或中間（受力區(qū)）裝短的壓板。短壓板。短壓板的長(zhǎng)度可取為導(dǎo)軌工作長(zhǎng)度的1/31/4。在此，矩形導(dǎo)軌采用帶鑲條的壓板調(diào)整間隙，其調(diào)整也方便精度也較高。只是剛度低，使其容易磨損，使用一段時(shí)間之后要修正或更換，以保證其精度。2.液壓缸的設(shè)計(jì)縱橫油缸均采用HT250為缸體材料，外形采用截面為正方形，內(nèi)腔為圓柱面的長(zhǎng)方體形式?；钊捎?5鋼，調(diào)質(zhì)到HB241285的空心軸結(jié)構(gòu)，活塞也采用45鋼。5.1.3操縱機(jī)構(gòu)為適應(yīng)不同的加工狀態(tài)，主軸要求有兩級(jí)轉(zhuǎn)速，根據(jù)滑移齒輪變速傳動(dòng)的特點(diǎn)。采用單獨(dú)的操縱機(jī)構(gòu)。I軸上的滑移齒輪，通過(guò)撥塊的來(lái)回?cái)[動(dòng)帶動(dòng)其進(jìn)行前后往復(fù)運(yùn)動(dòng)，與主軸的兩個(gè)固定齒輪相嚙合，實(shí)現(xiàn)主軸的兩級(jí)轉(zhuǎn)速

43、。這種結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，便于操作，有利于生產(chǎn)加工。為了保證操縱機(jī)構(gòu)的工作準(zhǔn)確可靠，該機(jī)床在運(yùn)動(dòng)中被操縱件應(yīng)進(jìn)行定位。因齒輪在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中并沒(méi)有軸向載荷。因此，采用鋼球與彈簧組合的裝量對(duì)手柄進(jìn)行定位即可。根據(jù)箱體的具體結(jié)構(gòu)和齒輪之間相互位置關(guān)系，確定撥塊前后移動(dòng)的行程為47毫米，撥桿的旋轉(zhuǎn)角度為。在主軸運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，千萬(wàn)注意不要進(jìn)行變速，以免產(chǎn)生太大沖擊，損壞機(jī)件，以待主軸完全靜止下來(lái)之后，才進(jìn)行變速調(diào)整。確定了主要的傳動(dòng)原理和一些重要參數(shù)，就可以對(duì)齒輪塊進(jìn)行具體設(shè)計(jì)了。采用齒輪塊進(jìn)行撥空齒輪進(jìn)行變速的優(yōu)點(diǎn)是：整體性好，I軸上的兩個(gè)齒輪一個(gè)整體，相對(duì)位置精度高，兩齒輪見(jiàn)留有齒輪塊厚度的距離，充

44、當(dāng)空刀槽，降低了加工難度。與滑移齒輪相互嚙合的齒輪與主軸之間采用鍵連接，進(jìn)行周向定位，由于主軸直徑足夠大，因此采用單鍵聯(lián)接即可。5.2零件的選擇標(biāo)準(zhǔn)件的選擇重要的是軸承的選擇。為防止軸向左右竄動(dòng)，以不利于齒輪與的穩(wěn)定嚙合。軸兩端采用單列圓錐滾子軸承7205型，采用E級(jí)精度，主軸由于受軸向力作用其尾部及液壓缸前部分別采用止推軸承8000型，采用D級(jí)精度，主軸后支承采用單列向心推力球軸承36212-E型，采用E級(jí)精度，主軸前支承采用雙列向心短圓柱滾子軸承3182119-D型，采用D級(jí)精度，軸承間隙靠墊片調(diào)節(jié)。對(duì)于主軸的軸承，之所以如此選用，是由于主軸受的彎矩較大（參見(jiàn)受力簡(jiǎn)圖），但由于主軸本身較粗

45、、剛度較高，且對(duì)精度要求不是很高，因此適合用于這種結(jié)構(gòu)。圖5-1主軸受力簡(jiǎn)圖Figure 5-1 Spindle force diagram6液壓半自動(dòng)專(zhuān)用車(chē)床主要受力件的強(qiáng)度校核6.1主軸靜剛度的校核車(chē)床的主軸靜剛度驗(yàn)算根據(jù)其許用彎曲剛度：K=150N/nm。（1）前面已求出切削力在周向和徑向的分力分別為：（2）齒輪傳動(dòng)力是徑向力和切向力的合成，可以取。切削力與齒輪傳動(dòng)動(dòng)力不在同一平面時(shí)，應(yīng)按兩個(gè)方向分解。 （6-1）式中： T=950000P/N=28363.5Nmm則： （3）切削力引起主軸端部的撓度計(jì)算(mm) （6-2） (mm) （6-3）式中 軸端部懸伸量，=90；支撐跨距，；彈

46、性模量，；慣性力矩，慣性力矩，mm；J=所以： （4）齒輪傳動(dòng)引起主軸端部的撓度計(jì)算 （6-4） （6-5）式中：b齒輪中心到前支承點(diǎn)距離，；c齒輪中心到后支承點(diǎn)距離，；所以：（5）計(jì)算總的撓度則： （6）計(jì)算主軸實(shí)際剛度K=F/ 故主軸靜剛度合格。因主軸直徑較大，故不需進(jìn)行扭轉(zhuǎn)剛度校核。6.2花鍵軸彎曲剛度的校核（1）花鍵軸上的齒輪為滑移齒輪，通常選擇主軸處于計(jì)算轉(zhuǎn)速時(shí)（1000r/min）的齒輪嚙合位置為計(jì)算位置。根據(jù)本車(chē)床齒輪排列特點(diǎn)，畫(huà)出花鍵的受力簡(jiǎn)圖如下。圖6-1花鍵軸受力簡(jiǎn)圖Figure 6-1 Spline shaft by the force diagram對(duì)于安裝在花鍵軸上的

47、齒輪和的受力分析如下圖。對(duì)花鍵的受力圖分析可知，在處軸的剛度最小，則只需對(duì)當(dāng)處的軸的撓度及對(duì)左右端的傾角進(jìn)行驗(yàn)算即可。圖6-2花鍵受力分析圖Figure 6-2 Spline Stress Analysis Chart（2）首先參考9，對(duì)齒輪受力進(jìn)行分析：；n=1000r/min則可知： （3）參考資料9，進(jìn)行撓度，傾角的計(jì)算如下：參見(jiàn)6-2圖，知：；則： 則平面內(nèi)的撓度為：平面內(nèi)的撓度為：合成撓度為：0.03（許用值）故合格。對(duì)左支承在平面內(nèi)的傾角為：對(duì)左支承在平面內(nèi)的傾角為：則合成： （許用值）故合格。對(duì)右支承在平面內(nèi)的傾角為：對(duì)右支承在平面內(nèi)的傾角為：所以合成：（許用值）故合格。6.3花

48、鍵側(cè)擠壓應(yīng)力的計(jì)算參見(jiàn)表119，知： （6-6）式中 最大轉(zhuǎn)矩，；花鍵軸小徑，；花鍵軸大徑，；載荷分布不均勻系數(shù)，取；鍵數(shù)，；有效工作長(zhǎng)度，；許用擠壓應(yīng)力，；故計(jì)算出：故花鍵側(cè)擠壓應(yīng)力校驗(yàn)合格。6.4齒輪模數(shù)的驗(yàn)算參照P303，表129的計(jì)算過(guò)程，現(xiàn)列表如下：表6-1模數(shù)驗(yàn)算公式表Table 6-1 Modulus checking formula table驗(yàn)算公式按齒面接觸疲勞強(qiáng)度按齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度式中 齒數(shù)， ；使用系數(shù)，；、功率利用系數(shù)，、；、轉(zhuǎn)速變化系數(shù)， 、；、工作用量系數(shù)，、；、工作期限系數(shù)，、；名義切向力，；分度圓圓周速度，=；動(dòng)輕系數(shù)，=；齒向輕荷分布系數(shù)，=；、齒向輕荷分配

49、系數(shù)，=1.1、=1.1；節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)，=2.5；彈性系數(shù)，；重合度及螺旋角系數(shù)，=0.85；許用應(yīng)力， ； 復(fù)合齒形系數(shù)，=4.06；重合度螺旋角系數(shù)，=0.70；許用齒根應(yīng)力，；接觸強(qiáng)度模數(shù)，=2.014（2.422）；彎曲強(qiáng)度模數(shù)，=1.313（1.464）；經(jīng)過(guò)計(jì)算可知，所取齒輪模數(shù)均合適。6.5軸承的驗(yàn)算根據(jù)軸的受力狀態(tài)，分別計(jì)算出左（A端），右（B端）兩支承端支反力。zoy面內(nèi)： N Nxoy面內(nèi)： N N左、右端支反力為： N N兩端支承軸承受力狀態(tài)相同，左端受力大，所以只驗(yàn)算左端軸承。同理可求出主軸兩端支承反力分別為： N N兩端受力狀態(tài)相同，右端受力較大，只驗(yàn)算右端軸承。驗(yàn)算

50、公式：9疲勞壽命驗(yàn)算： （小時(shí)）靜負(fù)荷驗(yàn)算： （N）則有，軸承及其驗(yàn)算所需參數(shù)值列表如下：表6-2軸承及其驗(yàn)算所需參數(shù)值表Table 6-2 Bearings and check the parameter values needed to form額定動(dòng)負(fù)荷（N） C32140119000速度系數(shù) 0.3570.38使用系數(shù) 1.1 1.1功率利用系數(shù) 0.92 0.92轉(zhuǎn)速變化系數(shù) 0.92 0.85齒輪輪換工作系數(shù) 0.750.85當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷 F840.194033.5許用壽命 T10000 15000壽命指數(shù) 3.3 3.3額定壽命 9.14.09額定靜負(fù)荷 23010 121000安

51、全系數(shù) 1.1 1.1當(dāng)量靜負(fù)荷 840.19 4033.5靜負(fù)荷 924.2 4436.856.6液壓缸的驗(yàn)算液壓缸的缸筒厚度驗(yàn)算及活塞桿直徑的驗(yàn)算見(jiàn)液壓缸的設(shè)計(jì)部分，此外只驗(yàn)算缸蓋處固定螺栓的直徑強(qiáng)度及擋鐵行程控制螺栓的穩(wěn)定性。6.6.1缸蓋固定螺栓直徑的校核驗(yàn)算公式為： 式中 z為固定螺栓個(gè)數(shù) z=4 K為螺紋緊系數(shù) 1.121.5取K=1.5 MPa 取 MPa 為材料屈服強(qiáng)度 N mm 取mmmm故缸蓋固定螺栓直徑合格6.6.2控制行程螺桿穩(wěn)定性的校核求其臨界力 式中 E為彈性模量 E=2-1 MPa，d=12 mm，l=130 mm， N 所以受壓螺栓桿穩(wěn)定性合格。7潤(rùn)滑、密封與冷

52、卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)7.1潤(rùn)滑與密封1.各運(yùn)動(dòng)件之間都存在著摩擦，通過(guò)潤(rùn)滑系統(tǒng)的潤(rùn)滑，可以減少摩擦系數(shù)，從而減少系統(tǒng)的能量損失，提高機(jī)械效率。a.主軸變速箱的潤(rùn)滑此液壓半自動(dòng)車(chē)床的主軸箱內(nèi)采用飛濺潤(rùn)滑的方式，因其簡(jiǎn)單易行，經(jīng)濟(jì)性較好。飛濺潤(rùn)滑的實(shí)現(xiàn)是借助高速轉(zhuǎn)動(dòng)的齒輪或?qū)ｉT(mén)裝設(shè)的甩油盤(pán)，甩油片等將油池中的潤(rùn)滑油帶起，飛濺到各摩擦部位。這種方式只能用密閉的機(jī)構(gòu)，其特點(diǎn)是能防止?jié)櫥偷恼次郏梢匝h(huán)使用。飛濺潤(rùn)滑時(shí)，浸在油池中的機(jī)件的圓周速度不應(yīng)超過(guò)12m/s齒輪浸油深度不應(yīng)大與齒高，否則會(huì)產(chǎn)生大量泡沫及油霧，使油迅速氧化變質(zhì)。在本車(chē)床中直接采用主軸齒輪潤(rùn)滑，圓周速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于12m/s故不可行，需另行設(shè)計(jì)

53、濺油輪。b.滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑滾動(dòng)軸承大多采用潤(rùn)滑油潤(rùn)滑，也可采用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑。在此車(chē)床設(shè)計(jì)中，決定采用脂潤(rùn)滑的方式對(duì)軸承進(jìn)行潤(rùn)滑。此設(shè)計(jì)所用到的軸承均在主軸箱內(nèi)，為避免飛濺的油液浸入軸承而稀釋潤(rùn)滑脂，必需加擋油環(huán)。脂潤(rùn)滑與油潤(rùn)滑相比具有很多優(yōu)點(diǎn)，如不易泄露，維護(hù)簡(jiǎn)單，可使用較長(zhǎng)時(shí)間而不需更換，且不需特殊的裝置進(jìn)行潤(rùn)滑。c.潤(rùn)滑劑的選擇1）潤(rùn)滑油：在此選用20號(hào)機(jī)械油（HJ-20）。其選擇原則是轉(zhuǎn)速越高，潤(rùn)滑油精度應(yīng)越低；負(fù)荷越重，潤(rùn)滑油精度應(yīng)越高。2）潤(rùn)滑脂：潤(rùn)滑脂的選擇是根據(jù)工作條件（轉(zhuǎn)速、溫度、負(fù)荷等條件）來(lái)進(jìn)行的。機(jī)床中常用的潤(rùn)滑脂有：鈣基潤(rùn)滑脂和鋰基潤(rùn)滑脂。在此選用鋰基潤(rùn)滑脂。因鋰基潤(rùn)滑脂

54、是一種高性能潤(rùn)滑脂，具有良好的抗水性能，在較大的溫度范圍和轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)均有良好的潤(rùn)滑作用，使用于主軸滾動(dòng)軸承。2.密封裝置的作用是防止?jié)櫥幌♂專(zhuān)头乐够覊m，冷卻液及雜質(zhì)等浸入軸承內(nèi)。如果密封不良，則不僅機(jī)床不清潔，而且影響機(jī)床性能和使用壽命。根據(jù)密封裝置是否與它相對(duì)運(yùn)動(dòng)件接觸，可分為接觸式密封和非接觸式密封。其選擇原則是，在密封處線(xiàn)速度不超過(guò)7m/s的油潤(rùn)滑均合可采用氈封圈；脂潤(rùn)滑均合，可選用耐油橡膠制成的徑向密封圈。在轉(zhuǎn)速很高的場(chǎng)合（線(xiàn)速度超過(guò)7m/s）應(yīng)采用非接觸式密封。7.2冷卻系統(tǒng)1.切削液的選用在金屬切削過(guò)程中，切削液不僅能帶走大量切削熱，降低切削區(qū)溫度，而且由于它的潤(rùn)滑作用，還能夠減少摩擦力，從而減低切削力和切削熱。因此切削液能提高加工表面質(zhì)量，保證加工精度，降低動(dòng)力消耗，提高刀具耐用度和生產(chǎn)效率。因此切削液通常有冷卻、潤(rùn)滑、清洗及防銹的作用。切削液主要有水劑和油劑兩大類(lèi)，為了改善切削液的性能，常添加不同性質(zhì)的化學(xué)物質(zhì)-添加劑。在特殊情況下四氯化碳、三氯乙烯也可做切削液。參照表7.5-52（卷三）選用普通乳化液（2號(hào)乳化油），進(jìn)行冷卻。2.切削液的加注方法：選擇澆注法。3.選擇冷卻液泵a.確定冷卻液用量有公式7.5-52（卷三）可知：Q=KN