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1、缸体凸轮轴孔和曲轴孔镗削动力头的设计学生 ： 指导老师: 由于部分原因，说明书已删除大部分，完整版说明书，CAD图纸等，联系153893706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，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
2、计。关键字：镗床；动力头；镗削加工The Design of Boring Machine Kinetic Head Cam Shaft and Crank Hole Student: Tutor:(Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128) Abstract: In the Machine tool, the power head is the core component of the machine, which is the direct reaction
3、process performance. But whether the parts can achieve processing requirements, mainly depends on the machine head itself in the design and manufacture of precision is achieved certain degree. This design is boring head, This design is mainly to the head of the kinematics and dynamics of parameter d
4、esign, according to the power transmission project, the design of the spindle box, namely the spindle box, spindle, transmission shaft and the parameter selection, the gear axis and the shaft bearings and carries on the check. The head and feeding movement by hydraulic transmission, and hydraulic sy
5、stem design and calculation, get a full hydraulic transmission system. Finally accomplish a boring head design。Key words: boring machine; power head; boring1 前言凸轮轴孔与曲轴孔的加工是发动机加工的重要程序。加工完成后的孔必须满足一定的尺寸精度、形状精度、位置精度和表面粗糙度等要求。因此，在发动机的大批量生产当中，为了保证凸轮轴与曲轴孔相应的精度和提高生产率，必须采用合适的加工设备和工艺手段，本论文研究的题目为基于液压控制的EQ6100发
6、动机凸轮轴与曲轴孔组合镗床动力头的设计，研究的意义在于保证孔相应的精度的同时，充分提高劳动生产率、降低成本。组合镗床与一般镗床相比，它具有设计制造方便，加工范围广，加工灵活性高和效率高的特点。在发动机凸轮轴孔与曲轴孔的加工中，广泛采用组合镗床加工。动力头为组合镗床的关键部件，其性能直接决定机床的整体性能和加工零件的精度。因此，动力头的设计师组合机床设计中最重要的一环1。本设计针对凸轮轴孔和曲轴孔的精镗工序，由主轴箱主轴带动镗杆同时对凸轮轴孔和曲轴孔进行加工，一次性完成加工过程。为了保证加工精度的要求，对动力头的各组成部分都应有相应的要求。其中主轴的影响最关键，主轴的径向跳动和轴向窜动将直接影响
7、凸轮轴和曲轴孔的圆度、平行度等精度的要求。进给运动主要通过滑台来实现。滑台分为液压滑台和机械滑台。液压滑台由液压系统控制实现进给运动。机械滑台是依靠电机通过机械传动来驱动滑台实现进给运动。不同的进给控制方式有其各自的特点。本设计由液压滑台来实现进给运动，液压滑台由液压系统来驱动，实现工作过程中的快进、工进和快退的循环过程2。 2 课题背景及现状随着科技的发展与社会的进步，人们的生活质量越来越高，对衣、食、住、行提出了更高的要求。而出行的快捷性、方便性与安全性则依赖于交通工具的发展。汽车作为重要交通工具之一，已经成为人类生活不可缺少的一部分，汽车工业则成为现代国家国民经济的支柱产业之一。发动机是
8、汽车的核心部件，其制造水平的高低直接影响到发动机的使用性能，而汽车发动机制造则在汽车工业中有着举足轻重的地位。随着我国汽车行业的发展，在对汽车产品及其零、部件质量要求提高的同时，对发动机制造业中的机械加工方式也提出了新的要求。在国家发布的“十一五科技发展规划纲要中，明确说明应重点发展高效率、高精度的数控镗铣床和组合机床，以满足汽车发动机缸体、缸盖及航空航天等行业各种难加工零件的加工需要。汽缸体是汽车发动机乃至汽车中最重要的零件之一，是发动机的核心基础零件，通过它将发动机的曲柄连杆机构和配气机构以及供油、润滑、冷却等机构联接成一个整体。在实际工作时，缸体、活塞及缸盖共同组成了柴油机燃烧室。对于干
9、式缸套，其外壁不直接接触冷却水，在其机体内有密封水套，这将使缸体壁厚变薄且厚度不均，对其加工带来困难。气缸体上“止口形位精度超差，则会使装配的缸套上部产生挤压变形，导致发动机运行时出现拉缸、泄漏;缸套内孔与端面形位要求及粗糙度超差，会使加工中凸肩上轴向夹紧力不均匀，加工后凸肩会存在显微裂纹，致使发动机工作时出现窜气、烧机油，甚至在耐用期内出现显微裂纹处开裂等现象，使发动机功率下降，无法启动，严重影响发动机的技术性能及使用效果。因此发动机缸体的加工长期以来一直受到国内外有关生产厂家的高度重视。缸体曲轴孔对缸套与止口之间的形位公差要求非常高，所以在加工时，常将缸孔及止口一次定位加工完成，这样既可保
10、证同轴度的要求，又解决了止口端面对缸孔的跳动问题，这就要求有一台专机或自动线来进行加工，通常采用精密镗削的加工方法来保证精度。它是发动机机体生产中最后一道金属切削工序，也是发动机机体压装缸套前的最后一道机械加工工序，其加工质量对发动机的性能有着直接的影响。对于完成该工序的专用设备汽缸孔高性能镗削组合机床因其精度要求高、技术难度大，国内很难生产，而国外一些如GROB.WERKE、HELLER、HUllerHille、CROSS、LAMB、CROWSE等知名公司的产品一直垄断着高性能组合机床的世界市场，进口该类型设备成本很高，动辄需要上千万元，增加了发动机制造成本，严重制约了我国发动机行业的发展。
11、因此对汽缸孔精加工工艺及其生产设备一组合镗床进行研究，对提高工艺技术水平、降低生产成本、实现汽车生产关键设备国产化具有重要意义。3 动力学参数的选定根据参考文献4，取相应的切削用量及动力学参数为：进给量： ，背吃刀量 ap=0.8mm， 切削速度：v=80m/min；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 曲轴孔直径：70mm；凸轮轴孔直径：40mm；两孔深度：900mm 两孔中心距：80mm 加工方式：精镗3。4 切削力计算根据参考文献2，利用指数公式来计算切削力及切削功率，即：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
12、切削力的影响指数；进给量对切削力的影响指数；切削功率： 效率：电动机功率： 5 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Y132S8型号电动机，其额定功率：，同步转速：，满载转速： 6 拟定传动方案6.1 主轴布置方案分析传动系统的工作情况及销切加工精度等要求，考虑到节省基本时间，保证提高生产效率，故采用两轴同时镗孔，一次镗销完成加工，可以使几个孔的基本时间重叠，镗床工作台进给镗削法。初步确定三种主轴箱传动方案，如下：图一 Fig 1 图二 Fig 2图三Fig 36.2 轴布置方案评价方案一：很难保证加工出的两孔中心距为80mm，不适合。方案二：因为传动比较小，所
13、以一级减速就可以了。而且一端悬空，稳定性差，对加工精度、表面粗糙度有极大的影响。方案三：稳定性相对较好，采用齿轮、轴的数量也相对合理。综合上述，最后选择方案三。此处已删除图2 负载与速度图Fig 2 The figure of load and speed9.3 液压缸主要参数的确定由表可知，组合机床液压系统在最大负载约为时宜取。鉴于动力滑台要求快进、快退速度相等，这里的液压缸可选用单杆式的，并在快进时作差动连接。这种情况下液压缸无杆工作面积应为有杆腔工作面积两倍，即活塞杆直径与缸筒直径呈的关系。在镗削孔加工时，液压缸回油路上必须具有背压，以防孔被镗削时滑台突然前冲。根据现代机械设备设计手册中
14、推荐数值，可取。快进时液压缸虽作差动连接，但由于油管中有压降存在，有杆腔的压力必须大于无杆腔，估算时可取。快退时回油腔中是有背压的，这时可按估算。由工进时的推力式，计算液压缸面积 （29） 故有；当按GB/T 2348-2001将这些直径圆整成就近标准值时得：，。由此求得液压两腔的实际有效面积为： 经检验，活塞标的强度和稳定性均符合要示。根据上述与的值，可估算液压缸在各个工作阶段中的压力、流量和功率，如下表所示，并据此绘出工况图所示。液压缸在不同工作阶段的压力、流量和功率值表 4 工况表Table 4 The table of condition工 况推力回油腔压力进油腔压力输入流量输入功率快
15、进起动108902.506加速9142.4492.149恒速5441.6961.3963.9280.091工 进14410.81.8900.0530.002快退起动108902.312加速9140.63.166恒速5442.3803.7680.0919.4 液压系统图的拟定9.4.1 液压回路的选择首先要选择调速回路。由图中的些曲线得知，机床液压系统的功率小，滑台运动速度低，工作负载变化小，可采用进口节流的调整形式。为了解决进口节流调整回路在镗削进的滑台突然前冲现象，回油路上要设置背压阀。由于液压系统选用了节流调整的方式，系统中油液的循环必然是开式的。从工况图中可以清楚地看到，在这个液压系统的
16、工作循环内，液压缸要求油源交替地提借低压大流量的和高压小流量的油液。最大流量与最小流量之比约为，而快进退所需的时间和工进所需的时间分别为： （30）亦即是。因此从提高系统效率、节省能量的角度上来看，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。由工况图中的曲线得知，当滑台从快进转为工进时，输入液压缸的流量3.928L/min降到
17、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。9.4.2 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大流量泵是在快快速运动时才向液压缸输油
18、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
19、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表。表 5 元件的型号Table 5 Model of components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.
20、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1063160.02XU-6380-J12压力表开关16KF3-Ea10B13单向阀1540160.2AF3-Ea10B14压力继电器10HED1kA/10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
21、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 6 液压缸的进、出流量和运动速度Table 6 The speed and flow of hydraulic cylinder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/L时，按式/Lm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9.5
22、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没有超出允许范围，液压系统中不需设置冷却器。10 总结随着毕业日子的到来，毕业设计也接近了尾声。经过几周的奋战我的毕业设计终于完成了。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力
23、的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质，将来在工作生活中学以至只用。在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。 我的心得也就这么多了，总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出
24、一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。参考文献1 王先逵.机械加工工艺手册M.北京,机械工业出版社,2008:26-27. 2 王先逵.机械制造工艺学M.北京,机械工业出版社,2006:15-24.3 徐学林.互换性与测量技术基础M,长沙湖南大学出版社,2005:10-20.4 韩荣第.金属切削原理与刀具M.哈尔滨,哈尔滨工业大学出版社,2007:20-30.5 濮良贵，纪名刚. 机械设计M.北京,高等教育出版社，2007:2-10.6 史国生.电气控制与可编程控制器技术M.北京,化学工业出版
25、社，2007:5-20.7 孙桓，陈作模，葛文杰. 机械原理M.北京,高等教育出版社，200610-20.8 王积伟.章宏甲，黄谊.液压传动M.北京,机械工业出版社,2006:5-10.9 成大先.机械设计手册M.北京,化学工业出版社,2004:10-15.10 贾亚洲.金属切削机床概论M.北京,机械工业出版社,2007:20-30.11 刘群山，张忠诚，张占收. 制造工程实践M.天津,天津大学出版社,2007:24-35.12 戴亚春.机械制造工艺实习指导书M.北京,化学工业出版社，2007:5-30.13 机械零件设计手册M.北京,机械工业出版社，2002:14-20.14 机械零件设计手
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27、configuration of ASVC for power transmission application.Electric Power Systems Research.1999:6-10,致 谢在此要感谢我的指导老师周光永教授对我悉心的指导，感谢老师给我的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。谢谢！ 附录：附录一：装配图附录二：箱体零件图附录三：齿轮轴零件图附录四：齿轮零件图附录五：控制原理图
