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1、缸体气缸孔镗削动力头的设计学 生：指导老师： 摘 要:机床中，动力头是机床的核心部件，直接反应着机床的加工性能。而零件是否能达到加工要求，主要取决于机床本身动力头的设计与制造精度是否达到了一定的程度。本设计是镗床动力头，用于加工气缸孔。本设计主要是对动力头的动力学参数和运动学方案的确定，再根据动力头的传动方案，设计出主轴箱，即主轴箱、主轴、传动轴和齿轮的参数，选定主轴和传动轴的轴承并对其进行校核。而动力头的进给运动采用液压传动的方式，并进行液压系统的设计与计算，得到一个完整的液压传动系统方案。最终完一个镗床动力头的设计。关键字：动力头；镗床；镗削加工；液压系统由于部分原因，说明书已删除大部分，
2、完整版说明书，CAD图纸等，联系153893706The Design of Boring Machine Kinetic Head For Cylinder HoleAuthor:Sun ZhenxiangTutor:Zhou Guangyong(Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128) Abstract: In the machine tool, the boring head is the core component of the machine, whi
3、ch reflects the processing performance directly. And the design of boring head itself and whether the precision of manufacture achieves certain degree decide whether the parts can achieve processing requirements. This design is about boring head, which is used for machining cylinder hole. I firstly
4、focused on how to determine the kinematics parameters and kinematical programs of the boring head. Then, on the basis of the power transmission project, I designed the spindle box, namely the spindle box, spindle, transmission shaft and the parameter selection, selected spindle and drive shaft beari
5、ngs and do the checking. I used hydraulic transmission in feeding movement of power head，and designed and calculated the hydraulic system to get a full hydraulic transmission system. In this way, I finally accomplished the design of a boring head.Keywords: power head Boring ; machine; Boring ; Hydra
6、ulic system1 前言在机械制造中，对单件或小批量生产的工件，许多工厂采用通用机床加工。由于通用机床要适应被加工零件形状和尺寸的要求，故机床结构一般比较复杂。不仅如此，在实际加工中，由于只能单人单机操作，一道一道工序地完成，所以工人的劳动强度大、生产率低，工件的加工质量也不稳定。本设计的课题是气缸盖半精镗、精镗组合机床及夹具设计。这个课题是针对气缸孔镗削，主要是为了适合流水线生产，提高目前的生产效率、加工精度，从而降低加工成本。在设计过程中借鉴了国内外一些现有的镗床设计资料，还参考了一些与本课题相关的文献资料。在机床中，动力头是机床的核心部件，直接反应着机床的加工性能。而零件是否能达到
7、加工要求，主要取决于机床本身动力头的设计与制造精度是否达到了一定的程度。现在，很多动力头基本上已经标准化，这为机床的制造，改装带来了很大的方便，但为了提高精度，工作效率，就需要设计出更专用化的动力头部件。对于本课题研究镗床动力头的加工对象是EQ6100缸体气缸孔，它是发动机的基础零件，发动机各机构和系统的零部件都安装在它的内部或外部。气缸孔的精度与粗糙度，气缸孔中心线对曲轴中心线的对称度都必须靠机床的动力头报证，故该课题的研究意义深远。 首先，通过任务书给定的精度，初步确定动力学参数，再根据传动方案，最后计算出主运动参数；根据任务书给定的寸要求，选用液压进给方式作为副运动。2 动力学参数的选定
8、根据参考文献，取相应的切削用量及动力学参数为：进给量： ，背吃刀量： ， 切削速度：；刀具材料：高速钢。则有转速：。根据任务书得知：EQ6100缸体气缸材料：HT250 ；加工精度：7级；气缸口直径：104mm；气缸孔中心距：130mm；气缸孔深度：300mm；加工方式：精镗。2.1 切削力计算根据参考文献，利用指数公式来计算切削力及切削功率，即： （1） 式中、工件材料和切削条件对切削力的影响系数；、背吃刀量对切削力的影响指数；、进给量对切削力的影响指数；主偏角不能小于45，否则会引起振动。刀具寿命长，表面质量好。由于EQ6100缸体气缸孔镗削方式为为工作台进给镗削法，六轴同时镗削。故切削力
9、为主切削力，进给力，背向力，分别为：切削功率： （2） 电动机功率： （3）式中：是传动装置结构系统的总效率，取0.80。2.1 选择电动机根据计算结果电动机功率：及电动功率，选取电动机功率型号为Y60M18型号电动机，其额定功率：，同步转速：，满载转速：3 运动学及结构方案的确定3.1 主运动传动方案的一般要求（1）要求保证主轴的强度、刚度、转速，并力求传动轴和齿轮规格、数量为最少。为此，应该尽量用一根中间传动轴带动多根主轴，并将齿轮布置在同一排上。（2）尽量不用主轴带动主轴的方案，以免增加主轴负荷遇到主轴较密时，布置齿轮的空间受到限制或主轴负荷较小，加工精度要求不高，也可能一根强度较高的主
10、轴带动12根主轴的传动方案。（3）为使结构紧装，多轴箱内齿轮副的传动比一般要大于1/2，后盖内齿轮传动比允许到1/3，尽量避免升速传动，当驱动轴转速轻低时，允许先升速再降一些。驱动轴直接带动驱动轴数不能超过两根，以免经装配带来困难。3.2 主轴布置方案最终根据主轴的分布类型，遵循主轴箱的一般设计原则，拟定三种主轴箱传动方案，如下：图1 主轴箱传动方案一Fig l The first programme of the main axis transmission 图2 主轴箱传动方案二Fig 2 The second programme of the main axis transmission
11、图3 主轴箱传动方案三Fig 3 The Third programme of the main axis transmission3.3 主轴布置方案评价方案一：结构简单，对称，不易发生结构冲突。但主轴带动其他轴运动，传动平稳性、刚性影响大，对于精加工的机床来说是不适合的。方案二：总体上看，结构紧奏，对称，传动级数少，仅两级。传动轴和齿轮的规格较少，动力从驱动轴经过两级传动比到达主轴。各轴的相对位置容易确定。由一根传动轴带动两根主轴同时转动，主轴之间相互独立，不带动其他轴，能较好的保证主轴的刚度。方案三：传动轴少，结构简单，制造容易，但浮动性大，一端悬空，稳定性差，对加工精度、表面粗糙度有极
12、大的影响。综合上述，最后选择方案二。4 主运动结构设计4.1 传动装置传动比计算传动装置总传动比和分配各级传动。总传动比：根据所选电动机的满载时的转速即为动力头驱动轴转速，则：驱动轴转速：输出轴转速：故有总传动比：各级传动比：为了使传动系统传动结构稳定，两级的大齿轮有相近的浸油深度，高速级传动比和低速级传动可按下列方法分配： （4）则:4.2 计算传动装置的运动和动力参数4.2.1 转速根据下面公式计算各轴转速: , （5）则有各轴的转速为驱 动 轴：传动轴：传动轴、：传动轴、：主轴-: 4.2.2 功率驱 动 轴：传动轴：传动轴、：传动轴、：主轴-: 4.2.3 转矩驱动轴：传动轴：传动轴、
13、：传动轴、：主轴-: 4.3 齿轮设计计算及校核4.3.1 驱动轴与传动轴的齿轮设计与计算及校核（1）选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数根据动力头精度要求，选用斜齿圆柱齿轮传动。镗床动力头为高精装置，速度高，精度要求高，故选用5级精度。材料选择，小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS， 大齿轮材料为45号钢（调质），硬度为240HBS。选小齿轮齿数，则大齿轮齿数。选取螺旋角。初选螺旋角 （2）按齿面接触强度计算 根据参考文献设计计算公式（1021）计算，即 （6） (I)确定公式内的各计算值 a 试选载荷系数, 根据参考文献图1030选取区域系数。 b 根据参考文献图1026查得，。
14、则： c 根据参考文献表107选取齿宽系数。由参考文献根据表106查得材料的弹性影响系数。 d 根据参考文献图1021d按齿轮面硬度查得小，大齿轮的接触疲劳强度极限分别为：。 e 根据参考文献式1013计算应力循环次数。 工作寿命15 f 根据参考文献图1019取接触疲劳寿命系数。 g 计算接疲劳许用力。取失效概率为1%，安全系数S1，根据参考文献得 （7）许用接触应力 (II)计算 a 试算小齿轮分度圆直径, 由计算公式得： b 计算圆周速度。 c 计算齿宽b及模数 （8） （9） （10） （11） d 计算纵向重合度 （12） 此处已删除亦即是。因此从提高系统效率、节省能量的角度上来看，
15、采用单个定量泵作为油源显然是不合适的，而宜选用大、小两个液压泵自动并联供油的油源方案。其次是选择快速运动和换向回路。系统中采用节流调整回路后，不管采用什么油源形式都必须有单独的油路直接向液压缸两腔，以实现快速运动。在本系统中，单杆液压缸要作差动连接，所以它的快进快退换向回路应采用所示的形式。再次是选择速度换接回路。由工况图10中的q曲线得知，当滑台从快进转为工进时，输入液压缸的流量3.928L/min降到0.053L/min，滑台的速度变化较大，宜选用行程阀来控制速度的换接，以减少液压冲击。当滑台由工进转为快退时，回路中通过的流量很大进油路中通过3.768L/min，回油路中通过。为了保证换向
16、平稳起见，可采用电液换向阀式换接回路。由于这一回路要实现液压缸的差动连接，换向阀必须是五通的。最后再考虑压力控制回路。系统的调压问题和卸荷问题已在油源中解决，就不需再设置专用的元件或油路。5.4.2 液压回路的综合经过上述修改、整理后的液压系统如图11所示，它在各方面都比较合理、完善了。动力滑台液压系统的动作循环，如表5所示。5.4.3 液压元件的选择（1）液压泵液压缸在整个工作循环中的最大工作压力为，如取进油路上的压力损失为，压力继电器调整压力高出系统最大工作压力之值为，则小流量泵的最大工作压力应为。表5 液压系统的动作循环表Table5 The movement loop of hydra
17、ulic system动作名称电磁铁工作状态液压元件工作状态1YA2YA换向阀2顺序阀7行程阀3快进+-左位关闭左位工进+-左位打开左位停留+-左位打开右位快退-+右位关闭右位停止-中位关闭右位图11 液压系统图 Fig 11 The diagram of Hydraulic system大流量泵是在快快速运动时才向液压缸输油的，由图可知，快退时液压缸中的工作压力比快进时大，如取进油路上的压力损失为，则大流量泵的最高工作压力为两个液压泵应向液压缸提供的最大流理为，若回路中的泄漏按液压缸输入流量的估计，则两个泵的总流量应为。由于溢流阀的最小稳定溢流量为，而工进时输入液压缸的流量为，由小流量液压缸
18、泵单独供油，所以小液压泵的流量规格最少应为。根据以上压力和流量的数值查问产品样本，最后确定选取PV2R126/26型又联叶片泵，其小泵和大泵的排量数分别为和，若取液压泵的容积效率，则当泵的转速时，液压泵的实际输出流量为由于液压缸在快退时输入功率最大，这时液压泵工作压力为、流量为。取泵的总效率，则液压泵驱动电动机所需的功率为根据此数值按JB/T96161999，查阅电动机产品样本选取YS906型电动机，其额定功率，额定转速。（2）阀类元件及辅助元件根据阀类及辅助元件所在油路是最大工作压力和通过该元件的最大实际流量，可选出这些液压元件的型号及规格见下表。表6 液压系统的元件型号及规格Table 6
19、 Hydraulic systems part model and standard 序号元件名称估计通过流量额定流量额定压力额定压降型号、规格1双联叶片泵（0.846+5.076）16/14PV2R12-6/262三位五通电液阀750160.535DYF3Y-E10B3行程阀1225160.2AXQF4调速阀0.30.7-25165单向阀1540160.26单向阀1040160.2AF3-Ea10B7液控顺序阀840160.2XF3-E10B8背压阀0.34016YF3-E10B9溢流阀1.54016YF3-E10B10单向阀840160.2AF3-Ea10B11过滤器1063160.02X
20、U-6380-J12压力表开关16KF3-Ea10B13单向阀1540160.2AF3-Ea10B14压力继电器10HED1kA/1015单向顺序阀2040160.3AX-D6B 此为电动机额定转速时液压泵输出的实际流量（3）油管各元件间连接管道的规格按元件接口处尺过决定，液压缸进、出口油管则按则按输入、排出的最大流量计算。由于液压泵具体选定之后液压缸在各个阶段的进、出流量已与原定数值不同，所以要重新计算如表（4）所示。表中数值说明，液压缸快进、快退速度、与设计要求相近。这表明所选液压泵的型号、规格是适宜的。表7 液压缸的进、出流量和运动速度Table 7 The entering flow
21、,exiting flow and speed of Hydraulic cylinders 流量速流快进工进快退输入流量/Lmin-1排出流量/Lmin-1运动速度/mmin-1根据表/Lmin-1的数值，当油液在压力管中流速取3m/min时，算得与液压缸无杆腔和有杆腔相连的油管内径分别为这两根油管都按GB/T 23512005选用外径、内径的无缝钢管。（4）油箱油箱容积按式（78）估算，当取为7时，求得其容积为按JB/T 79381999规定，取标准值5.5 油液温升验算工进在整个工作循环中所占的确时间比例为，所以系统发热和油液温升可用工进进的情况来计算。工进时液压缸的有效功率（即系统输出
22、功率）为这时大流量泵通过顺序阀7卸荷，小流理泵在高压下供油，所以两个泵的总输出功率（即系统输入功率）为由此得液压系统的发热量为按式（112）求出油液温升近似值温升远没有超出允许范围，液压系统中不需设置冷却器。6 结论设计的整个过程是艰辛的，在设计过程中必须要考虑到方方面面的问题。由于所学的知识的有限，因此在设计过程中查阅了大量的相关资料，以补充自己的不足之处。运用四年来所学的专业知识，针对现实中遇到的实际情况，做到举一反三，触类旁同。整个设计过程不仅涉及到以前所学的知识，而且还设计到新的理念，所以我在设计过程中一边温习以前所学的知识，一边学习新的知识，这样拓宽了我的视眼。通过自身的努力，结合理
23、论和实际，从合理性、经济性、工艺性、实用性及其对被加工零件的具体要求对现有机床进行研究分析，找出可以进行改进的地方，通过相互对比，确定一个新的，周全的设计方案。经过这段时间，从中得到了许多的以前没有接触过的知识，对以后的工作相当的有帮助，十分有意义。结果还是在指导老师周光永老师的悉心指导下，和一些同学相互讨论学习和帮助下，经过几个月的艰辛劳动，终于完成了这一设计课题。总之，机械设计是一项相当复杂和烦琐的工作。要完成这项工作，不但需要自己具有全面的素质，而且还要不断学习最前沿的知识，不断的更新自己的知识库，以使设计和生产效率得到提高。参考文献1 濮良贵，纪名刚.机械设计M.北京：高等教育出版社，
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27、der using multitrack and M-code.Optical Engineering,2003,42 (1):124-130.致 谢 本论文是在周光永老师的悉心指导和热情关怀下完成的,要强烈感谢我的设计指导老师周老师，他对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行设计的修改和改进。另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。在此向帮助和指导过我的各位老师表示最中心的感谢！感谢这篇设计所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇设计。感谢我的同学和朋友，在我设计的过程中给予我了很多素材，还在设计的撰写和排版灯过程中提供热情的帮助。由于我的学术水平有限，所写设计难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正！附录附录1：主轴箱体零件图附录2：主轴零件图附录3：传动轴零件图附录4：斜齿轮零件图附录5：液压系统图附录6：控制原理图附录7：主轴箱装配图
