《畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）多軸鉆床總體設(shè)計(jì)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）多軸鉆床總體設(shè)計(jì)（46頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、焦作大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 總體設(shè)計(jì) 1.1概述 據(jù)有關(guān)資料報(bào)道，在一些工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家，設(shè)備的平均役齡控制在10~20年之間，設(shè)備的“技術(shù)老化”期短于10年，10年役齡以內(nèi)的設(shè)備數(shù)量能夠達(dá)到設(shè)備總數(shù)的50%左右，由此可見(jiàn)，設(shè)備更新速度相當(dāng)快，一是用技術(shù)更為先進(jìn)的新設(shè)備來(lái)代替技術(shù)性能“老化”了的舊設(shè)備；另一是進(jìn)行有效的技術(shù)改造，使舊設(shè)備適應(yīng)新的生產(chǎn)需要。 一般，普通單軸搖臂鉆床只在主軸上裝一個(gè)鉆頭，進(jìn)行單孔鉆削。如果大批量生產(chǎn)中也用這種方法加工，不僅生產(chǎn)率低，而且勞動(dòng)強(qiáng)度大。為提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，在鉆床主軸上裝一個(gè)多軸頭架，可以同時(shí)加工工件上的幾個(gè)孔。

2、 可以看出，改裝后的多軸鉆床，可以同時(shí)完成多個(gè)孔的鉆、擴(kuò)、鉸等工序。工藝范圍可以滿足一般加工情況的孔類鉆削要求。多軸頭架可以起到提高生產(chǎn)效率、降低成本、提高孔系加工精度等作用。此外該裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)，值得推廣。 這種齒輪式多軸頭架的潤(rùn)滑性能好，不易生熱，適應(yīng)于在較高轉(zhuǎn)速下工作，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜一些，尤其鉆孔主軸比較多時(shí)，更顯的比較突出。機(jī)床的總體設(shè)計(jì)，就是針對(duì)具體的被加工零件，在選定的工藝和結(jié)構(gòu)方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)行方案和圖紙的設(shè)計(jì)。這些圖紙包括：被加工零件工序圖，加工示意圖，生產(chǎn)率計(jì)算卡片，機(jī)床聯(lián)系尺寸圖等。 本次設(shè)計(jì)的題目為多軸鉆床，多軸鉆

3、床是為加工汽車輪輻，為汽車輪輻外側(cè)的擴(kuò)孔而專門設(shè)計(jì)的專用機(jī)床，由底座、液壓立式滑臺(tái)、立體床身、動(dòng)力頭以及多軸箱、專用夾具等有關(guān)部件組成。 專用機(jī)床區(qū)別于普通機(jī)床的基本特點(diǎn)就是它是專為某一固定工序服務(wù)的。因此，多軸鉆床機(jī)床又屬于工藝裝備。由于專用機(jī)床是為某一固定的，所以專用機(jī)床的先進(jìn)程度、種類、型式和規(guī)格都取決于工藝需要。只有定出先進(jìn)合理的工藝，才能設(shè)計(jì)出合理的專用機(jī)床。 在生產(chǎn)中用機(jī)械加工方法直接改變毛坯的形狀，尺寸和材料性能，使之 成為零件的過(guò)程，叫做機(jī)械加工工藝過(guò)程。設(shè)計(jì)時(shí)，工藝方案的制定是否合理，對(duì)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量有著極大的影響。制定工藝方案時(shí)，應(yīng)首先分析生產(chǎn)類型。生產(chǎn)類

4、型是衡量生產(chǎn)規(guī)模的標(biāo)志。 本次畢業(yè)實(shí)習(xí)是在強(qiáng)力車輪公司，該公司是一家專門生產(chǎn)車輪輪輻的公司，常年為一汽和東風(fēng)二汽等大型的汽車制造公司生產(chǎn)輪輻。其生產(chǎn)特點(diǎn)具有年產(chǎn)量大，產(chǎn)品種類單一，生產(chǎn)過(guò)程不斷重復(fù)，機(jī)器設(shè)備廣泛采用專用和高效率設(shè)備。刀具多為專用的和標(biāo)準(zhǔn)的；工人操作技術(shù)可以低一點(diǎn)；生產(chǎn)周期短；還有大多數(shù)工作地點(diǎn)及工序內(nèi)容經(jīng)常不變等等。 生產(chǎn)類型不同，生產(chǎn)組織，生產(chǎn)管理，車間布置以及毛坯、設(shè)備、工具、加工方法和工人熟練程度等方面的要求程度均有所不同。在大量生產(chǎn)下，每個(gè)工序任務(wù)比較穩(wěn)定，因此，有條件采用高效率專用機(jī)床和工夾具，勞動(dòng)效率可大大提高，產(chǎn)品成本也可降低。但產(chǎn)量小的情況

5、下，如果仍使用這些高效率的專用機(jī)床和工裝夾具，由于加工對(duì)象經(jīng)常改變，勢(shì)必造成機(jī)床調(diào)整的復(fù)雜化，降低機(jī)床利用率，提高加工成本。所以制定的工藝過(guò)程應(yīng)與生產(chǎn)類型相適應(yīng)，以取得合理的經(jīng)濟(jì)效果。 1.2工藝方案的制定 在生產(chǎn)中用機(jī)械加工方法直接改變毛坯的形狀，尺寸和材料性能，使之成為零件的過(guò)程，叫做機(jī)械加工工藝過(guò)程。設(shè)計(jì)時(shí)，工藝方案的制定是否合理，對(duì)生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量有著極大的影響。制定工藝方案時(shí)，應(yīng)首先分析生產(chǎn)類型。生產(chǎn)類型是衡量生產(chǎn)規(guī)模的標(biāo)志。 生產(chǎn)類型不同，生產(chǎn)組織，生產(chǎn)管理，車間布置以及毛坯、設(shè)備、工具、加工方法和工人熟練程度等方面的要求程度均有所不同。在大量生產(chǎn)下，每個(gè)工序任務(wù)比較

6、穩(wěn)定，因此，有條件采用高效率專用機(jī)床和工夾具，勞動(dòng)效率可大大提高，產(chǎn)品成本也可降低。但產(chǎn)量小的情況下，如果仍使用這些高效率的專用機(jī)床和工裝夾具，由于加工對(duì)象經(jīng)常改變，勢(shì)必造成機(jī)床調(diào)整的復(fù)雜化，降低機(jī)床利 用率，提高加工成本。所以制定的工藝過(guò)程應(yīng)與生產(chǎn)類型相適理的經(jīng)濟(jì)效果 1.2.1 制定工藝方案的原始條件分析 在制定工藝方案時(shí)，首先對(duì)產(chǎn)品的裝配圖進(jìn)行研究分析，熟悉該產(chǎn)品的用途性能及工作條件，明確該工件在產(chǎn)品中的地位和作用，然后對(duì)工件的工作圖進(jìn)行分析和工藝審查。 從零件圖，圖1中可見(jiàn)，圖紙比較完整，技術(shù)要求也一般，沒(méi)什么難以加工的結(jié)構(gòu)。根據(jù)機(jī)床所完成的工序，對(duì)輪輻的8個(gè)孔擴(kuò)孔，而這

7、8個(gè)孔在同一平面上沿圓周均勻分布。擴(kuò)孔后，只需保證其位置精度，其他沒(méi)有特殊要求，用一般擴(kuò)孔鉆進(jìn)行擴(kuò)孔就可以達(dá)到要求。 工件的材料為碳結(jié)構(gòu)鋼（Q235B），無(wú)特殊要求，在進(jìn)行加工前無(wú)熱處理，沒(méi)有硬度要求。 與該零件結(jié)構(gòu)相同的還有幾種，但其8個(gè)孔的沿圓周均布及中心距是不變的，只需更換一下鉆頭，同樣適合在這臺(tái)設(shè)備上加工，便于有效的利用設(shè)備。但由于廠內(nèi)的實(shí)際需要及經(jīng)濟(jì)實(shí)力以及生產(chǎn)規(guī)模的制約，工件在機(jī)床間的流動(dòng)還主要靠人工搬運(yùn)，所以不考慮流水線生產(chǎn)。 1.2.2 工藝基準(zhǔn)的選擇——定位基準(zhǔn) 在選擇基準(zhǔn)時(shí)盡量選擇設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)，這樣可避免由于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和定位基準(zhǔn)不重合所引起的定位誤差

8、。如圖1-1所示： 圖1-1： 擴(kuò)孔前的零件圖 圖1-2:多軸箱鉆床布局圖 由于8個(gè)孔均布，則選擇任意兩對(duì)稱孔為定位基準(zhǔn)用浮動(dòng)銷定位，則只剩下Z↑向的一個(gè)自由度，選擇N面均勻支承。當(dāng)工件不斷向上進(jìn)給時(shí)，壓向G面的壓料半板和N面的均勻支承便限制了Z↑的自由度，隨著進(jìn)給的繼續(xù)進(jìn)行鉆頭下鉆，浮動(dòng)銷被鉆頭下壓，鉆頭變成為新的定位裝置。 1.2.3 工藝路線的制定 （1） 制定工藝過(guò)程 由于本工序僅需一次擴(kuò)孔可完成，故工藝過(guò)程比較簡(jiǎn)單，其工藝過(guò)程如下： ① 鉆（擴(kuò)孔）：按圖紙要求對(duì)8ⅹ23.5進(jìn)行擴(kuò)孔至8ⅹ26.50.2（精度無(wú)特別要

9、求）； ② 檢驗(yàn)：按圖紙要求，檢查各孔的位置精度。 （2） 繪制工序簡(jiǎn)圖 ① 被加工零件工序圖的作用和要求 被加工零件工序圖是根據(jù)選定的工藝方案，表示在一臺(tái)機(jī)床上或一條流水線上完成的工藝內(nèi)容，加工部位的尺寸及精度，技術(shù)要求，加工用定位基準(zhǔn)，夾壓部位，以及被加工零件的材料、硬度和在本機(jī)床加工前毛坯形狀的圖紙。它是在原有的工件圖基礎(chǔ)上，以突出本機(jī)床或自動(dòng)線加工內(nèi)容，加上必要說(shuō)明繪制的。它是機(jī)床設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，也是制造使用時(shí)調(diào)整機(jī)床，檢查精度的重要技術(shù)文件。 ②工件工序圖所包含的內(nèi)容： a 在圖上表示出被加工零件的形狀，尤其要設(shè)置中間導(dǎo)向時(shí)，應(yīng)表示出工件內(nèi)部筋的布置和尺寸，以便檢查工件裝

10、進(jìn)夾具是否相碰，以及刀具通過(guò)的可能性； b 在圖上表示加工基面以及夾壓方向及位置，以便依次進(jìn)行夾具的支承，定位及夾壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)； c 在圖上表示加工表面的尺寸，精度，光潔度，位置尺寸及精度和技術(shù)條件（包括對(duì)上道工序的要求及本機(jī)床保證的部分）； d 圖中還應(yīng)注明被加工零件的名稱、編號(hào)、材料、硬度以及被加工部位的余量； e 為了使工序圖清晰明了和突出本機(jī)床的加工內(nèi)容，繪制時(shí)對(duì)本機(jī)床的加工部位用粗實(shí)線表示，其尺寸打上方框，其余部位用細(xì)實(shí)線表示。 （3） 如圖1-2所示：被加工零件加工示意圖：擴(kuò)圓柱孔 圖1-3：擴(kuò)孔示意圖 備注： ① 被加工零件 名稱及編號(hào)：汽車輪輻8.5-20

11、-I，STR擴(kuò)孔。 材料及硬度：碳結(jié)構(gòu)鋼Q235B 重 量：20～25kg ② 加工余量 26.5-￠23.5=3.0mm 則每個(gè)孔的直徑上加工余量為3.0mm ③ 技術(shù)條件 a 本機(jī)床加工前應(yīng)保證零件圖上的所有尺寸； b 本機(jī)床保證：加工后各對(duì)稱孔的中心距不變；加工后的孔的尺寸為￠26.50.2；其余尺寸不變。 1.3刀具的選擇及切削用量的確定 1.3.1 刀具與工藝方案的關(guān)系 專用機(jī)床刀具，是專用機(jī)床主要組成部分之一。刀具的選用、設(shè)計(jì)、制造正確與否，對(duì)機(jī)床的加工精度和效率有著重要影響。在專用機(jī)床上常采用多刀，復(fù)合刀具及特種刀具，從而使工序集中，機(jī)床結(jié)構(gòu)

12、簡(jiǎn)化，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。 1.3.2 刀具的選擇原則 （1）如果條件允許，應(yīng)該首先選取標(biāo)準(zhǔn)刀具； （2）為提高工序集中程度，或達(dá)到更高的精度，可采用復(fù)合刀具。但在確定復(fù)合刀具結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)盡可能采用組裝式復(fù)合刀具。 1.3.3 切削用量的確定 （1） 切削速度 式中： D——工件或刀具的外徑（mm）； n——工件或刀具的每分鐘轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/每分）。 （2） 吃刀深度 式中： D——待加工表面直徑（mm） d——已加工表面直徑（mm） 2 機(jī)床總體布局 2.1機(jī)床總體布局的要求 （1）保證給定的工藝過(guò)程要求,最大限度地考慮機(jī)床部件的通用化； （2）保證

13、機(jī)床的剛度，精度，抗振性和穩(wěn)定性，力求減輕機(jī)床的重量； （3）保證機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且盡量采用較短的傳動(dòng)鏈，以提高傳動(dòng)精度和傳動(dòng)效率； （4）保證良好的加工工藝性，以便于機(jī)床的加工和裝配； （5）保證生產(chǎn)安全，便于操作、調(diào)整和維修； （6）對(duì)于生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度較高的機(jī)床和專用機(jī)床，應(yīng)力求便于自動(dòng)上、下料或納入自動(dòng)線，并便于排除鐵屑； （7）盡可能減小機(jī)床的戰(zhàn)地面積； （8）機(jī)床外形美觀，大方; (9) 其它特殊要求。 2.2機(jī)床總體布局方案分析 在方案的擬訂當(dāng)中，起決定作用的是正確分析與確定機(jī)床的總體布局方案。 上面敘述了各種因素對(duì)機(jī)床總體布局的影響，然而就同一類機(jī)床來(lái)說(shuō)，

14、尚需對(duì)專用機(jī)床的支承部件、傳動(dòng)部件和執(zhí)行部件等三大部分的布局進(jìn)行方案分析。 2.2.1 同類機(jī)床總體布局方案分析： 2.2.1.1 支承部件的布局： 支承部件通常是由床身、立柱、底座、橫梁、橫臂等組成，這些部件或者單獨(dú)使用，或者組合起來(lái)，用做機(jī)床的支承。這些部件安放位置的不同，就形成了不同的支承形式。常見(jiàn)的支承形式有以下幾種： （1）、橫“一”字支承。支承部件是床身或床身與底座的結(jié)合。由這種支承部件組成的機(jī)床稱為臥式機(jī)床。 （2）、豎“一”字支承。支承部件是立柱，或床身和立柱的組合。由這種部件所組成的機(jī)床，稱之為立式機(jī)床。 （3）、倒“丁”字機(jī)床。支承部件是床身和立柱的組合。有

15、它組成的機(jī)床稱為復(fù)合式機(jī)床。 （4）、側(cè)開(kāi)口行支承。支承部件是床身（或底座），立柱、橫梁的組合。有它組成的機(jī)床稱為單臂式機(jī)床。 （5）、方框形支承。機(jī)床的支承部件由床身、橫梁以及兩個(gè)立柱組合而成，形成封閉的方框，其所組成的機(jī)床，稱之為龍門式機(jī)床。 2.1.1.2、上述機(jī)床有如下特點(diǎn)： （1）、立式機(jī)床 ①、占地面積小； ②、動(dòng)運(yùn)自由度大； ③、操作方便，操作者可站在機(jī)床的前面，左面，右面操作； ④、當(dāng)工作件較長(zhǎng)時(shí)，機(jī)床的重心偏高，易造成加工時(shí)工件的振動(dòng)。 （2）、臥式機(jī)床的特點(diǎn)： ①、占地面積較大； ②、機(jī)床的重心低；有利于減少機(jī)床的振動(dòng)； ③、機(jī)床的執(zhí)行部件可以在縱橫

16、兩方面移動(dòng)。 （3）、單臂式機(jī)床的特點(diǎn)； 可加工橫向尺寸較大的工件，但受力時(shí)橫梁相當(dāng)于懸臂梁，機(jī)床的剛度地較低。橫梁越大，則可加工的橫向尺寸越大，但剛度也就越低。 （4）、龍門機(jī)床的特點(diǎn)： 它的支承部件組成了封閉的方框。因此，大大提高了機(jī)床的剛度。但龍門式機(jī)床的支承部件較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜龐大布局時(shí)要特別注意，避免支承部件對(duì)操作者視線的妨礙。 （5）、復(fù)合式 根據(jù)多面同時(shí)加工的需要所配置的形式。就同一類機(jī)床而言，確定機(jī)床配置部件的形式時(shí)，應(yīng)注意下面問(wèn)題： ①、機(jī)床的支承部件要有足夠的剛度和較好的受力情況； ②、力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便； ③、保證較高的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率；

17、④、要保證操縱的方便性、習(xí)慣性。 （6）傳動(dòng)部件的布局： 機(jī)床上的傳動(dòng)方案主要可分為集中傳動(dòng)和分離傳動(dòng)，無(wú)級(jí)變速與齒輪變速。 執(zhí)行元件的布局： 執(zhí)行部件一般指安裝刀具與工件的部件，如主軸部件，工作臺(tái)部件及刀架等， 2.1.1.3 汽車輪輻擴(kuò)孔加工專用機(jī)床總體布局方案分析： 1、單位提出的設(shè)計(jì)任務(wù)： （1）、設(shè)計(jì)為加工汽車輪輻的專用機(jī)床； （2）、在該機(jī)床上完成對(duì)零件圖上十個(gè)螺栓空的擴(kuò)孔加工； （3）、各孔的精度、光潔度、無(wú)特殊要求，只需保證各孔的位置度； （4）、毛坯的材料是碳結(jié)構(gòu)鋼Q235B； （5）、要求大批量生產(chǎn)。 2、工藝分析：（見(jiàn)上） 3、機(jī)床總體布局方案的

18、確定（三方案） （1）、臥式機(jī)床：考慮到零件的夾具設(shè)計(jì)，采用臥式機(jī)床將導(dǎo)致零件裝夾難度的增加； （2）、懸臂式機(jī)床：考慮到零件的橫向尺寸不大，所以沒(méi)有必要采用該形式的機(jī)床； （3）、立式機(jī)床：立式機(jī)床運(yùn)動(dòng)自由度大，操作方便，足可以滿足該零件的加工。戰(zhàn)地面積小，動(dòng)運(yùn)自由度大，操作方便，操作者可站在機(jī)床的前面，左面，右面操作。 綜上所述，決定采用立式機(jī)床這一形式。 2.3 運(yùn)動(dòng)聯(lián)系分析 本次設(shè)計(jì)的為立式鉆床，該鉆床采用主運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力源為機(jī)械聯(lián)系。其傳動(dòng)系統(tǒng)如圖2-1所示： 圖2-1：主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng) 1電動(dòng)機(jī)，2標(biāo)準(zhǔn)減速器，3聯(lián)軸器，4大齒輪，5小齒輪十個(gè)， 6工作軸十根，7大齒

19、輪軸。 該機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)（主軸旋轉(zhuǎn)）的驅(qū)動(dòng)力為機(jī)械的，由電動(dòng)機(jī)經(jīng)主軸箱變速傳遞為鉆頭的旋轉(zhuǎn)。擴(kuò)孔時(shí)，由液壓驅(qū)動(dòng)的工件向上做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，整個(gè)擴(kuò)孔過(guò)程便由兩個(gè)簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)組成，即主軸帶動(dòng)鉆頭的主運(yùn)動(dòng)和液壓推動(dòng)工件的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 此機(jī)床由于機(jī)械、液壓的聯(lián)合作用，實(shí)現(xiàn)了較多的自動(dòng)化動(dòng)作，從而使生產(chǎn)率高，自動(dòng)化程度高，占地面積小等特點(diǎn)。 3 主軸箱及傳動(dòng)件的設(shè)計(jì) 3.1主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般要求 1.在保證主軸的強(qiáng)度、剛度、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向要求的前提下，力求是傳動(dòng)軸和輪為最少。應(yīng)盡量用一根傳動(dòng)軸帶動(dòng)多根主軸；當(dāng)齒輪嚙合中心距不符合要求時(shí)，可采用齒輪變位的方法來(lái)湊中心距： 當(dāng) 時(shí)，采用正常齒輪；

20、 時(shí)，采用修正齒輪。 式中：A——實(shí)際中心矩； M——為模數(shù)； 、——分別為兩嚙合齒輪齒數(shù)。 2.在保證有足夠強(qiáng)度的前提下，主軸、傳動(dòng)軸和齒輪的規(guī)格要盡可能少，以減少各類零件的品種； 3.通常應(yīng)避免通過(guò)主動(dòng)主軸帶動(dòng)主軸，否則將增加主動(dòng)主軸的負(fù)荷； 4.最佳傳動(dòng)比為11.5，但允許采用到3~3.5； 5.盡可能避免升速傳動(dòng)，必要的升速最好放在傳動(dòng)鏈的最末一、二級(jí)，以減少功率損失。 3.2 動(dòng)力部件的選擇 動(dòng)力部件是用以實(shí)現(xiàn)切削刀具的旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)（動(dòng)力頭）只用于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)（動(dòng)力滑臺(tái)），是組合機(jī)床最主要的通用部件。 選用何種動(dòng)力部件，應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體的加工工藝

21、，機(jī)床型式，使用條件，生產(chǎn)條件來(lái)確定。例如：對(duì)于一般的多軸鉆床和鏜孔機(jī)床，可用機(jī)械或液壓動(dòng)力頭，對(duì)于銑削、鏜端面孔機(jī)床、精鏜等機(jī)床，應(yīng)用動(dòng)力滑臺(tái)配以相應(yīng)的銑頭，鏜孔車端面頭，精鏜等；立式機(jī)床宜采用動(dòng)力滑臺(tái)或機(jī)械動(dòng)力頭等?？傊x用合適的動(dòng)力部件，使機(jī)床具有先進(jìn)的工藝水平和技術(shù)水平，以及良好的工藝效果。 3.3 電動(dòng)機(jī)的選擇計(jì)算 3.3.1 電動(dòng)機(jī)功率的估算 3.3.1.1 鉆頭擴(kuò)孔時(shí)的扭矩及軸向力的估算 扭矩公式： 軸向力公式： 式中： ——為鉆頭直徑。 ——為工件擴(kuò)孔前直徑。 （查《機(jī)械制造手冊(cè)》——遼寧出版社） [

22、工件的材料為Q235碳結(jié)構(gòu)鋼] ， ， ， ， ， ， 。 （以上軸向力、力矩公式和數(shù)值來(lái)自 《專用機(jī)床設(shè)計(jì)與制造》——黑龍江人民出版社 P679） ， 則： 3.3.1.2 切削功率的計(jì)算： ——《專用機(jī)床設(shè)計(jì)與制造》 ——刀具轉(zhuǎn)速： ——刀具直徑。 則有： 則8根鉆頭的總功率為： 3.3.1.3 求減速器的輸出功率 其中： ——聯(lián)軸器的效率； ——滾動(dòng)軸承的效率； ——圓柱齒輪的效率。 3.3.1.4 計(jì)算所需電動(dòng)機(jī)的輸出功率 減速器的輸出功率：

23、 ； 單級(jí)標(biāo)準(zhǔn)件速器的效率為： ； 則： ——《新編機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)》上 所需電動(dòng)機(jī)的輸出功率為： （取工況系數(shù)） 3.3.2 選擇電動(dòng)機(jī)的型號(hào) 3.3.2.1電動(dòng)機(jī)選擇時(shí)要考慮的問(wèn)題： （1）由于一般生產(chǎn)單位多采用三相交流電源，故無(wú)特殊要求時(shí)均應(yīng)選用三相交流電動(dòng)機(jī)。其中以三相異步帶能動(dòng)機(jī)應(yīng)用最多，常用為Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)。 （2）電動(dòng)機(jī)的功率選擇是否合適，對(duì)電動(dòng)機(jī)的正常工作和經(jīng)濟(jì)性都有影響。功率選的過(guò)小不能保證工作機(jī)的正常工作，或使電動(dòng)機(jī)因超載而過(guò)早損壞；功率選的過(guò)大則電動(dòng)機(jī)的價(jià)格高，能力又得不到充分的發(fā)揮，而且由于電動(dòng)機(jī)經(jīng)常不在滿載下運(yùn)

24、轉(zhuǎn)，其效率和功率因數(shù)都較低而造成能源的浪費(fèi) （3）電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速愈高，磁極對(duì)數(shù)愈少，外廓尺寸愈小，價(jià)格愈低。但是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相對(duì)于工作機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)高勢(shì)必使總傳動(dòng)比加大，致使傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外廓尺寸增加，制造成本提高。而選用較低轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)，其優(yōu)缺點(diǎn)剛好相反。因此，在確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速時(shí)，應(yīng)進(jìn)行分析比較，權(quán)衡利弊，按最佳方案選擇。 3.3.2.2 電動(dòng)機(jī)功率的選擇 考慮到減速器的降速比不宜過(guò)大，所以初步選擇電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 再根據(jù)所須電動(dòng)機(jī)功率為。 查簡(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 續(xù)表 選用三相異步電動(dòng)機(jī)，型號(hào)為Y160L-8，其輸出功率P=7.5kw 但是，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用情況輸出功率7.5kw有點(diǎn)

25、小，應(yīng)選用輸出功率為11kw的電動(dòng)機(jī)，其型號(hào)為Y180L-8。其主要性能參數(shù)如表3-1所示。 表3-1：電機(jī)的主要性能參數(shù) 電動(dòng)機(jī)的功率P 7.5 kw 電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速n 730 r/min 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 / 額定轉(zhuǎn)矩 2.0 電動(dòng)機(jī)的效率 0.86 電動(dòng)機(jī)的重量 175kg 3.3.2.3 電動(dòng)機(jī)的安裝型式 選用基本結(jié)構(gòu)型式，機(jī)座不帶底腳，端蓋有凸緣。安裝結(jié)構(gòu)型式為，制造范圍（機(jī)座號(hào)）為80-315。其示意圖如圖3-1所示： 圖3-1：電動(dòng)機(jī)的安裝示意圖 主要安裝型式尺寸如下表3-2所示。 表3-2：電動(dòng)機(jī)的安裝尺寸 電動(dòng)機(jī)軸伸直徑D 48mm 電動(dòng)機(jī)軸

26、伸長(zhǎng)度E 18mm 軸伸上鍵槽的尺寸 14mm9mm 電動(dòng)機(jī)法蘭外徑尺寸 350mm 電動(dòng)機(jī)法蘭內(nèi)徑尺寸 250mm` 電動(dòng)機(jī)法蘭螺栓孔均不圓直徑 300mm 法蘭螺栓孔的數(shù)量和直徑 419 電動(dòng)機(jī)的總高度L 78mm 3.4減速器的選擇 電動(dòng)機(jī)額定功率為，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 考慮到降速比不宜過(guò)大，這樣功率損失比較嚴(yán)重。所以選擇單級(jí)減速器，另外如果降速比過(guò)小，減速器輸出的轉(zhuǎn)速將會(huì)比較高，這樣會(huì)使主軸箱的速比加大， 從而使大小齒輪的齒數(shù)比加大，這樣的話工作軸的轉(zhuǎn)速就會(huì)升高。綜合考慮后，選擇的標(biāo)準(zhǔn)減速器的型號(hào)為： NGW—L 3 1—9 GB3724—84 NGW——

27、 行星齒輪減速器 L——表示立式 3——機(jī)座號(hào) 1——表示單級(jí)減速器 9——第9種傳動(dòng)比，公稱傳動(dòng)比i=8 JB3724—84——標(biāo)準(zhǔn)號(hào) 所選單級(jí)減速器高速軸許用輸入功率為11.2kw大于電動(dòng)機(jī)的額定11kw 減速器與電動(dòng)機(jī)的連接是直連式， 減速器的主要外形和安裝尺寸如表3-3所示。 表3-3：減速器的主要外形和安裝尺寸 法蘭外徑 430mm 法蘭內(nèi)徑 330mm 法蘭上螺栓均布的圓周直徑 380mm 法蘭上螺栓孔的直徑和個(gè)數(shù)n- 618mm 法蘭的厚度 6mm 減速器軸伸直徑d 70mm 減速器軸伸長(zhǎng)度l 85mm 軸與鍵的總高度t 74.5

28、mm 鍵的寬度b 20mm 減速器的重量 120kg 減速器的長(zhǎng)度L 按所配電機(jī)確定 3.5 齒輪齒數(shù)的確定 由被加工零件的工作圖可以看出：十根擴(kuò)孔鉆分布的圓周直徑為。即十個(gè)小齒輪的分布圓直徑也是d=336mm。 主軸箱里齒輪的分布簡(jiǎn)圖如圖3-2所示： 圖3-2：主軸箱大小齒輪的分布 1大齒輪分度圓直徑；2小齒輪分度圓直徑； 3十個(gè)小齒輪的分布圓直徑。 初選齒輪的模數(shù)為m=3mm（廠方經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，要求至少用此模數(shù)） 由公式： 式中： ——小齒輪齒數(shù)； ——小齒輪齒數(shù)。 帶入數(shù)據(jù)得齒數(shù)和：+=112 大齒輪的轉(zhuǎn)速（經(jīng)過(guò)減速器）

29、 式中： 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n=730r/min 標(biāo)準(zhǔn)減速器的公稱傳動(dòng)比i=8 查閱手冊(cè)資料，擴(kuò)孔鉆的轉(zhuǎn)速一般在200r/min左右，不超過(guò)28r/min，這也是小齒輪的轉(zhuǎn)速。 所以取小齒輪的轉(zhuǎn)速 即：大小齒輪的傳動(dòng)比 查《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》表3-6，可選： 小齒輪的齒數(shù)：=29； 大齒輪的齒數(shù)：=112-27=83。 4 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4.1液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求的提出 根據(jù)工廠的實(shí)際生產(chǎn)和加工情況，以及廠方提出的具體要求，在設(shè)計(jì)多軸鉆床液壓系統(tǒng)的時(shí)候重點(diǎn)考慮以下技術(shù)要求： （1） 加工對(duì)象為8孔汽車輪輻； （2） 其為成批生產(chǎn)，為提高效率，系統(tǒng)應(yīng)能滿足自動(dòng)化要求；

30、 （3） 工作臺(tái)快進(jìn)速度為0.072m/s，工進(jìn)速度為； （4） 系統(tǒng)發(fā)熱量小； （5） 維修方便。 4.2 液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 4.2.1 概述 根據(jù)主機(jī)的工作情況、主機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)的技術(shù)要求、液壓系統(tǒng)的工作條件和環(huán)境環(huán)境條件以及成本、經(jīng)濟(jì)性、經(jīng)濟(jì)性、供貨情況等諸多因素，進(jìn)行全面、綜合的設(shè)計(jì)，從而擬定出一定各方面比較合理的、可實(shí)現(xiàn)的液壓系統(tǒng)的方案。其內(nèi)容包括：油路循環(huán)方式的分析與選擇，油源形式的分析與選擇，液壓回路的分析、選擇與合成，液壓系統(tǒng)原理圖的擬定、設(shè)計(jì)與分析。 4.3 工況分析與初定液壓系統(tǒng)的主要參數(shù) 4.3.1 工況分析 為了使設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)合理、實(shí)用，必須對(duì)其進(jìn)行工

31、況分析，以明確機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和負(fù)載的大小及其變化規(guī)律。多軸鉆床的液壓系統(tǒng)主要是在多軸鉆床工作時(shí)，活塞桿推動(dòng)工作臺(tái)進(jìn)給和后退。下面將對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析和負(fù)載的分析以便確定所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)。 4.3.1.1 負(fù)載分析 液壓缸推動(dòng)工作臺(tái)做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其克服的主要負(fù)載有：工作負(fù)載 ；摩擦負(fù)載 ；慣性負(fù)載 ；重力負(fù)載 ；彈簧壓力 。受力示意圖如圖5-1所示： 圖4-1：液壓系統(tǒng)受力示意圖 1液壓缸推力；2摩擦負(fù)載；3重力負(fù)載；4摩擦負(fù)載；5工作負(fù)載；6彈簧壓力。（1） 工作負(fù)載 多軸鉆床的工作負(fù)載即為擴(kuò)削時(shí)鉆頭產(chǎn)生的軸向力，參考同組同學(xué)的計(jì)算結(jié)果： 式中： —

32、—單個(gè)鉆頭擴(kuò)削時(shí)所受軸向力 （2）摩擦負(fù)載 摩擦負(fù)載主要包括兩個(gè)方面，一個(gè)是工作臺(tái)的8個(gè)滑塊與方形柱面之間產(chǎn)生的摩擦力，二是液壓缸密封裝置的摩擦阻力。 其中，滑塊與方形柱面間的摩擦力包括兩個(gè)部分，動(dòng)摩擦和靜摩擦。 式中： ——作用在單個(gè)柱面的預(yù)緊力 ——柱面與滑塊間的摩擦系數(shù) 取 ，則： 液壓缸密封裝置的摩擦阻力計(jì)入液壓缸的機(jī)械效率中，（取液壓缸的機(jī)械效率）。 （3） 慣性負(fù)載 慣性負(fù)載是活塞，活塞桿，夾具和工件，工作臺(tái)在加速和制動(dòng)的過(guò)程中的慣性力，其平均值： 式中：　——重力加速度 　　——啟動(dòng)或制動(dòng)時(shí)間 　　——時(shí)間內(nèi)的速度變化值 　　

33、——運(yùn)動(dòng)部件的重量 則：　 （4） 重力負(fù)載 工作臺(tái)及其上部件垂直作用在液壓缸活塞桿上的力， （5） 彈簧壓力 彈簧的壓力值界于零到最大值之間，計(jì)算其最大值， 式中：　——彈簧的彈性系數(shù) 　　——彈簧的最大壓縮 工作臺(tái)液壓缸在各工況階段的負(fù)載值列于表4－１中 　　　　　　　　　　表4－１　各階段負(fù)載值 工況 負(fù)載計(jì)算公式 液壓缸負(fù)載　F（N） 液壓缸推力F0（N） 啟動(dòng) 3956 4164 加速 3999 428 快進(jìn) 3940 4147 工進(jìn) 6518 6861 反向啟動(dòng) -4160 -4227 反向加

34、速 -3957 -4165 快退 -3908 -4114 負(fù)載循環(huán)圖如圖4－2所示： 圖4－2：負(fù)載循環(huán)圖 4.3.2　運(yùn)動(dòng)分析 根據(jù)給定條件，快進(jìn)，快退速度為０.０７２，其行程分別為：２１６和２３６，工進(jìn)速度為，給出速度循環(huán)圖如圖5－２所示： 圖4－3：速度循環(huán)圖 4.4 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算與選定 4.4.1 初選液壓缸的工作壓力 根據(jù)液壓缸推力為：6865Ｎ，查機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)并參照同類機(jī)床，初選液壓缸的工作壓力為。 4.4.2 確定液壓缸的尺寸 由于多軸鉆床工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度較為簡(jiǎn)單，因此選用單活塞桿液壓缸。管路中有壓力損失，又因管路相對(duì)不復(fù)雜，快

35、進(jìn)時(shí)回油路壓力損失取，快退時(shí)回油路壓力損失取，快退時(shí)，因工作臺(tái)的重力負(fù)載和慣性負(fù)載，在液壓缸進(jìn)油回路上加背壓閥，取背壓值為。 根據(jù)ＧＢ２３４８－８０，參照同類機(jī)床取液壓缸內(nèi)徑　，根據(jù)公式，可求出液壓缸活塞桿的直徑為： 將其圓整為就近的標(biāo)準(zhǔn)值，得　，于是液壓缸的實(shí)際有效工作面積為： 4.4.3 液壓缸工作循環(huán)中各階段的壓力，流量和功率計(jì)算 表4－２：各工況壓力流量及功率計(jì)算值 工況 計(jì)算公式 液壓缸 Ｑ （） 快進(jìn) 啟動(dòng) 3956 0 9.4 0.41 376 加速 3999 2.5 9.5 恒速

36、 3940 2.5 9.4 工進(jìn) 6518 0 5.6 0.0037 20.2 快退 啟動(dòng) -4160 0 5.9 0.41 198 加速 -3957 5 5.5 恒速 -3908 5 4.6 4.4.4 繪制液壓缸工況圖 根據(jù)表4－１計(jì)算結(jié)果，分別繪制Ｐ－Ｌ，Ｑ－Ｌ和Ｎ－Ｌ圖，如圖4－4所示。 圖4-4：Ｐ－Ｌ，Ｑ－Ｌ和Ｎ－Ｌ圖 4.5 確定液壓系統(tǒng)圖 4.5.1 液壓系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì) 4.5.1.1油路循環(huán)方式的分析與選擇 液壓系統(tǒng)油路循環(huán)方式分為開(kāi)式和閉式兩種，它們各自的特點(diǎn)及其相互比較見(jiàn)表4-3。

37、開(kāi)式系統(tǒng) 閉式系統(tǒng) 油液循環(huán)方式 開(kāi)式 閉式 散熱條件 較方便，但油箱較大 較復(fù)雜、須用輔泵換油冷卻 抗污染性 較差，但可采用壓力油箱或呼吸器來(lái)改善 較好，但油液過(guò)濾要求較高 系統(tǒng)效率 管路壓力損失較大。用節(jié)流調(diào)速時(shí)效率低 管路壓力損失較小，容積調(diào)速時(shí)，效率較高 限速、制動(dòng)形式 用平衡閥進(jìn)行能耗限速，用制動(dòng)閥進(jìn)行能耗制動(dòng)，引起油液發(fā)熱 液壓泵由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)時(shí)限速及制動(dòng)過(guò)程中拖動(dòng)電機(jī)能向電網(wǎng)輸電，回收部分能量，即是再生限速（可省去平衡閥）及再生制動(dòng) 其他 對(duì)泵的自吸性能要求高 對(duì)主泵的自吸性能要求低 表4—3：開(kāi)式系統(tǒng)與閉式

38、系統(tǒng)的比較 油路循環(huán)方式的選擇主要取決于液壓系統(tǒng)的調(diào)速方式和散熱條件。 一般來(lái)說(shuō)，凡備有較大空間可以存放油箱且不需另設(shè)散熱裝置的系統(tǒng)。要求結(jié)構(gòu)盡可能簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，采用節(jié)流調(diào)速或容積一節(jié)濟(jì)調(diào)速 的系統(tǒng)，均宜采用開(kāi)式系統(tǒng)。例如，泵向多個(gè)液壓執(zhí)行元件供油且功率較小的機(jī)器（如組合機(jī)床、磨床等）、內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器（如鏟車、高空作業(yè)車、液壓汽車起重機(jī)，裝載機(jī)及挖掘機(jī)等）以及固定式機(jī)械。 凡允許采用輔助泵進(jìn)行補(bǔ)油并通過(guò)換油來(lái)達(dá)到冷卻目的的系統(tǒng)，對(duì)工作穩(wěn)定性和效率有較高要求的系統(tǒng)、采用容積調(diào)速的系統(tǒng)，都宜采用閉式系統(tǒng)，對(duì)工作穩(wěn)定性大且換向頻繁的機(jī)構(gòu)（如一些起重機(jī)的旋轉(zhuǎn)、運(yùn)行機(jī)構(gòu)及龍門刨床，拉床的工作臺(tái)等）

39、、重力下降機(jī)構(gòu)（如不平衡類型的起升、動(dòng)臂擺動(dòng)機(jī)構(gòu)等）、要求結(jié)構(gòu)特別緊湊的運(yùn)動(dòng)式機(jī)械（如液壓汽車平板車、拖拉機(jī)、礦車及飛機(jī)等）。大型貨輪的舵、工程船舶調(diào)距槳等系統(tǒng)也常用閉式系統(tǒng)。 開(kāi)式系統(tǒng)油路組合方式的分析與選擇： 當(dāng)系統(tǒng)有多個(gè)液壓執(zhí)行元件時(shí)，開(kāi)式系統(tǒng)按油路的不同連接方式，又可分為串聯(lián)、并聯(lián)、獨(dú)聯(lián)以及它們的組合－復(fù)聯(lián)等。 （1） 串聯(lián) 串聯(lián)方式除第一個(gè)液壓執(zhí)行元件的進(jìn)油口和最后一個(gè)執(zhí)行元件的回油口分別與液壓泵和油箱連接外，其余壓執(zhí)行元件的進(jìn)、出口依次相連。這種連接方式的特點(diǎn)是多個(gè)液壓執(zhí)行元件同時(shí)動(dòng)作時(shí)，其運(yùn)動(dòng)速度不隨外負(fù)載而變，故輕載時(shí)可多個(gè)液壓執(zhí)行遠(yuǎn)件同時(shí)動(dòng)作；但液壓泵的壓力負(fù)擔(dān)重，受原

40、動(dòng)機(jī)功率限制，故重載時(shí)不宜多個(gè)液壓執(zhí)行元件同時(shí)動(dòng)作。另外，系統(tǒng)的壓力損失也較大。 串聯(lián)連接方式適用于中小型工程機(jī)械液壓系統(tǒng)、單泵供油的工程機(jī)械的行走機(jī)構(gòu)，以保證行走的直線性。 （2） 并聯(lián) 在并聯(lián)連接方式中，液壓泵與所有液壓執(zhí)行元件的進(jìn)油口相連，而其回油口都接油箱。 這種連接方式的特點(diǎn)是多個(gè)液壓執(zhí)行元件同時(shí)動(dòng)作時(shí)，負(fù)載小的液壓執(zhí)行元件的速度會(huì)增大，但液壓泵的壓力負(fù)擔(dān)輕，為任一液壓執(zhí)行遠(yuǎn)件的負(fù)載壓力與其相應(yīng)回路的壓力損失之和。 并聯(lián)連接方式適用于多個(gè)液壓執(zhí)行元件不要求同時(shí)動(dòng)作；或要求同時(shí)動(dòng)作但功率較小，或工作時(shí)間較短的，如機(jī)床、機(jī)械手等；也常用于大型工程機(jī)械的雙液壓泵雙回路系統(tǒng)。 4.5

41、.2 選擇液壓回路 4.5.2.1 調(diào)速回路 由工況圖4－1可知，該多軸鉆床液壓系統(tǒng)功率小，因此選用節(jié)流調(diào)速方式，工進(jìn)時(shí)用進(jìn)油路節(jié)流閥來(lái)保證速度穩(wěn)定，快退時(shí)利用節(jié)流閥產(chǎn)生背壓，在回油路上產(chǎn)生阻尼作用。 前面介紹的三種基本回路其速度的穩(wěn)定性均隨負(fù)載的變化而變化，對(duì)于一些負(fù)載變化較大，對(duì)速度穩(wěn)定性要求較高的液壓系統(tǒng)，可采用調(diào)速閥來(lái)改善起速度-負(fù)載特性。 采用調(diào)速閥也可按其安裝位置不同，分為進(jìn)油節(jié)流、回油節(jié)流、旁路節(jié)流三種基本調(diào)速回路。 其工作原理與采用節(jié)流的進(jìn)油節(jié)流閥調(diào)速回路相似，在這里當(dāng)負(fù)載F變化而使p1變化時(shí)，由于調(diào)速閥中的定差輸出減壓閥的調(diào)節(jié)作用，使調(diào)速閥中的節(jié)流閥的前后壓差

42、Δp保持不變，從而使流經(jīng)調(diào)速閥的流量q1不變，所以活塞的運(yùn)動(dòng)速度v也不變。 由于泄漏的影響，實(shí)際上隨負(fù)載F的增加，速度v有所減小。 在此回路中，調(diào)速閥上的壓差Δp包括兩部分：節(jié)流口的壓差和定差輸出減壓口上的壓差。 所以調(diào)速閥的調(diào)節(jié)壓差比采用節(jié)流閥時(shí)要大，取Δp≥585Pa，。這樣泵的供油壓力pB相應(yīng)地比采用節(jié)流閥時(shí)也要調(diào)得高些，故其功率損失也要大些。 這種回路其他調(diào)速性能的分析方法與采用節(jié)流閥時(shí)基本相同。 綜上所述，采用調(diào)速閥的節(jié)流調(diào)速回路的低速穩(wěn)定性、回路剛度、調(diào)速范圍等，要比采用節(jié)流閥的節(jié)流調(diào)速回路都好，所以在多軸鉆床的液壓系統(tǒng)中應(yīng)用調(diào)速閥進(jìn)行速度（流量）的調(diào)節(jié)。 4.5.2.

43、2 換向回路和卸荷回路 多軸鉆床工作臺(tái)采用單活塞桿液壓缸驅(qū)動(dòng)，由工況圖知，系統(tǒng)壓力和流量都不大，同時(shí)考慮工作臺(tái)工作一個(gè)循環(huán)后須換裝工件。為方便工作臺(tái)的，選用三位四通Ｍ型電磁換向閥，并由電氣行程開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換向，換向閥應(yīng)用中間位置卸荷，活塞可以在行程上的任何位置鎖緊。由于滑閥內(nèi)部的泄露，再加上快退時(shí)受負(fù)的負(fù)載，故不能有效鎖緊，但可以用在這種鎖緊要求不高的場(chǎng)合下，這種系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單和廉價(jià)。 4.5.2.3 壓力控制回路 由于液壓系統(tǒng)流量較小，鉆床工作臺(tái)進(jìn)給時(shí)，采用進(jìn)油路節(jié)流調(diào)速。故選用內(nèi)反饋限壓式變量葉片泵供油比較簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)。維持液壓泵出口壓力恒定。 4.5.3 液壓系統(tǒng)合成 根據(jù)以上選擇

44、的液壓基本回路，合成圖5-5所示的定量泵－節(jié)流調(diào)速液壓系統(tǒng)。 圖4-5：液壓系統(tǒng)原理圖 1.油箱 2.內(nèi)反饋控制回路 3.變量葉片泵 5. 三位四通電磁換向閥 6.兩段式調(diào)速閥 7.液壓缸 8.電磁芯 9.電動(dòng)機(jī) 8.液壓系統(tǒng)的工作原理： 圖4-6支撐桿 如圖所示的多軸鉆床工作臺(tái)液壓傳動(dòng)原理圖，液壓泵3由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，從油箱1中吸油，然后將具有壓力能的油液輸送到管路，油液通過(guò)管路流至三位四通換向閥5，換向閥有三個(gè)不同的工作位置，因此通路情況不同。當(dāng)閥芯處于中間位置時(shí)，同向液壓缸的油路被堵死，液壓缸不能通壓力油，所以工作臺(tái)停止不動(dòng)。若將閥芯向左推，這時(shí)壓力油

45、流入液壓缸的左腔，壓力油流入換向閥，活塞7在液壓缸下腔壓力油的作用下推動(dòng)工作臺(tái)向上運(yùn)動(dòng)，液壓缸上腔的油通過(guò)換向閥流回油箱。若將換向閥5的閥芯右推（右端工作位置），活塞帶動(dòng)工作臺(tái)向下移動(dòng)。因此換向閥5的工作位置不同時(shí)，就能改變壓力油的通路，使液壓缸不斷換向，以實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)所需要的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 根據(jù)加工要求的不同，工作臺(tái)的移動(dòng)速度可以通過(guò)兩段式調(diào)速閥6來(lái)調(diào)節(jié)，利用改變兩段式調(diào)速閥開(kāi)口的大小來(lái)調(diào)節(jié)通過(guò)的流量，以控制工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度。 工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于工作情況的不同，要克服的阻力也不同，不同的阻力都是由液壓泵輸出油液的壓力能來(lái)克服的，系統(tǒng)的壓力可通過(guò)內(nèi)反饋限壓式變量葉片泵3來(lái)調(diào)節(jié)。當(dāng)系統(tǒng)中的油壓升高

46、到稍高于溢流閥的調(diào)定壓力值時(shí)，溢流閥上的鋼球被頂開(kāi)，油液經(jīng)溢流閥排回油箱，這時(shí)油壓不再升高，維持穩(wěn)定值。 為保持油液的清潔，設(shè)置了過(guò)濾器8，將油液中的污物雜質(zhì)去掉，使系統(tǒng)能夠正常工作。 4.6 液壓元件的計(jì)算與選擇 4.6.1　計(jì)算液壓泵的工作壓力 泵的工作壓力按下列公式確定： 式中：　　——執(zhí)行元件最大工作壓力 　　　　　——系統(tǒng)進(jìn)油路壓力損失。初算，由于系統(tǒng)管路簡(jiǎn)單且采用節(jié)流閥調(diào)速，取，考慮到系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)壓力因素影響，液壓泵的額定工作壓力為： 4.6.2　計(jì)算液壓泵的流量 泵的流量應(yīng)按執(zhí)行元件的工況圖上的最大流量和系統(tǒng)的泄露量來(lái)確定 式中：　K——液壓系統(tǒng)泄露系數(shù)

47、 　　　　——系統(tǒng)的最大流量 根據(jù)，和選定限壓式變量泵型式，查手冊(cè)選用ＢＹ－３２型反饋式變量葉片泵。 4.6.3　確定液壓泵電動(dòng)機(jī)的功率 在一個(gè)工作循環(huán)中，液壓泵壓力和流量變化不是很大，則電機(jī)的功率為： 查電工手冊(cè)選取1kw的電動(dòng)機(jī)。 4.6.4　選擇控制閥 依據(jù)系統(tǒng)的最高壓力和通過(guò)閥的最大流量來(lái)選取控制閥，查手冊(cè)選取標(biāo)準(zhǔn)元件如表所示。 選取各三位四通閥的主要技術(shù)參數(shù)如4-4所示： 表4-4：三位四通閥的主要技術(shù)參數(shù) 序號(hào) 控制元件名稱 型號(hào)規(guī)格 技術(shù)數(shù)據(jù) 實(shí)際流量 系統(tǒng)流量的壓力損失 1 三位四通電磁換向閥 34DY-63M2 P= 泄荷

48、 兩段式調(diào)速閥的型號(hào)和主要技術(shù)參數(shù)如圖4-6所示： 圖4-7：兩段式調(diào)速閥的型號(hào)和主要技術(shù)參數(shù) 4.6.5　選擇油管和管接頭 （１） 油管 在整個(gè)液壓系統(tǒng)中，處在不同位置的油管應(yīng)相應(yīng)地采用不同類型的油管，以便取得較好的效果。因?yàn)橛凸艿倪x擇是否恰當(dāng)，對(duì)液壓系統(tǒng)的工作可靠性、安裝合理性和維修方便性等都有影響。同時(shí)不同類型的有關(guān)具有不同的特性和最佳使用場(chǎng)合，比如鋼管，它能承受高壓、耐油、抗腐蝕性和鋼性好的特點(diǎn)。主要使用于中、高壓系統(tǒng)。而銅管它易彎曲，承受的壓力也較高，但價(jià)格高，抗振能力弱，只用于液壓裝置配接不方便的地方。至于軟管，主要用于兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)之間的連接。這里我們?cè)谝?/p>

49、壓系統(tǒng)的連接中，在進(jìn)油管路上選用焊接鋼管。鋼的價(jià)格低廉，性能好，使用也最廣泛，在換向閥與液壓缸之間亦才用鋼管連接。 ① 油管尺寸： 根據(jù)所選擇的液壓系統(tǒng)所選擇的元器件確定其管道尺寸，由調(diào)速閥的規(guī)格查得為16mm。 4.6.6 油箱的設(shè)計(jì) ⑴ 油箱的作用及設(shè)計(jì)要求 合理確定油箱容量是保證液壓系統(tǒng)正常工作的重要條件，參照同類機(jī)床和有關(guān)技術(shù)資料，擬出油箱的作用及設(shè)計(jì)要求： 油箱在液壓系統(tǒng)中主要用于儲(chǔ)存系統(tǒng)所需要的油液，散發(fā)熱量；分離混進(jìn)油液中的空氣和沉淀油中的污物?？紤]設(shè)計(jì)要求： ① 有足夠的剛度，防止扭曲，以安裝其他元件。 ② 設(shè)置漏油邊，以便在元件時(shí)，防止油液漏到地面。 ③

50、設(shè)置油箱清洗蓋，其開(kāi)口大小可以觸及到箱內(nèi)各個(gè)角落。 ④ 油箱底為傾斜式，并在最底處設(shè)置放油塞，以便排空和清洗油箱。 ⑤ 為改善油箱散熱，便于清晰和搬運(yùn)，油箱有一定的離地高度。 ⑥ 設(shè)置液位計(jì)，以便在外面觀察液面高低和液位的變化情況。 ⑦ 設(shè)置空氣濾清器，以便油箱內(nèi)通氣和凈化抽吸的空氣，但必須注意濾清器 空氣流量要大于油箱最大的浮動(dòng)體積。該濾清器亦為加油口，故需配置過(guò)濾器。 ⑧ 進(jìn)入油箱的吸油管及回油管應(yīng)盡量閣開(kāi)，吸油管離箱底應(yīng)（管徑），距箱邊不小于3D。回油管要伸入液面以下，距箱底，以防止回油時(shí)帶進(jìn)空氣。油管的排口面向箱壁，管端斜切成45。 ⑨ 選擇開(kāi)式油箱：應(yīng)用廣泛，油箱內(nèi)液面與

51、大氣相通，為減小污染，油箱蓋上設(shè)有空氣濾清器。 （2） 油箱容量的確定： 考慮油箱容量時(shí)，考慮下列因素： ① 當(dāng)系統(tǒng)停止工作時(shí),由于重力等因素的影響,應(yīng)能儲(chǔ)存系統(tǒng)中各元件(缸,液壓閥等)的全部回油。 ②系統(tǒng)工作時(shí),液面應(yīng)能保持一定的高度。 ③能及時(shí)散熱,保持一定的油溫；④能維持一定的油液循環(huán)速度,并具有足夠的油液表面積和安排好吸油管和回油管的相互位置及管出口傾斜方向，以使油也在油箱中有較長(zhǎng)的時(shí)間分離氣泡和沉淀污染物。 固定式油箱在一般情況下，其有效容量應(yīng)為泵流量的三倍以上。且當(dāng)油箱周圍通氣良好，在自然散熱的條件下，其有效容積的最下容量可按下式計(jì)算： 式中：——系統(tǒng)總發(fā)熱量（J

52、） ——長(zhǎng)時(shí)間工作下系統(tǒng)油溫（K） ——環(huán)境溫度（K） 故： 4.6.7　液壓油的選擇 （1） 選擇液壓油應(yīng)滿足的基本要求： ① 粘溫性能應(yīng)在使用范圍內(nèi)，油液粘度隨溫度的變化比較小。 ② 具有良好的潤(rùn)滑性能。工作油液不僅是傳遞能量的介質(zhì)，也是相對(duì)運(yùn)動(dòng)零件之間的潤(rùn)滑劑，油液應(yīng)當(dāng)能在零件的滑動(dòng)表面上形成強(qiáng)度較高的油膜，以便形成液體潤(rùn)滑，避免干摩擦。 ③ 質(zhì)地應(yīng)當(dāng)純凈，不含有各種雜質(zhì)。如果含有酸堿，會(huì)使機(jī)件和密封裝置受腐蝕，如含有機(jī)械雜質(zhì)，容易使油路堵塞。如果含有揮發(fā)性物質(zhì)，在長(zhǎng)期使用后就會(huì)使油液變稠，同時(shí)容易在油液中產(chǎn)生氣泡。 ④ 不易氧化。油液在使用的過(guò)程中，由于溫度升高可能

53、氧化而產(chǎn)生膠質(zhì)和瀝青質(zhì)，使油液變質(zhì)，同時(shí)這些物質(zhì)容易使油路堵塞以及附著在相對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)體表面上而影響工作。 ⑤ 在需要防火的地方，油液的閃點(diǎn)要高；在氣候寒冷的條件下工作時(shí)，凝固點(diǎn)要低。 ⑥ 在油液中如果混入水分會(huì)使油液浮化，降低油的潤(rùn)滑性能，增加油的酸值，縮短油的使用壽命。油液在使用中產(chǎn)生泡沫，以致在系統(tǒng)中引起短油或空穴現(xiàn)象，影響系統(tǒng)的正常工作。因此油液要有良好的抗乳化性和抗泡沫性。 ⑦ 具有良好的相容性，即對(duì)密封、軟管和涂料等無(wú)溶解等有害影響。 （2）液壓油的選用 粘度是液壓油的最重要使用性能指標(biāo)之一。它的選擇合理與否，對(duì)液壓系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，工作可靠性與靈敏性、系統(tǒng)效率、功率損耗、氣

54、蝕現(xiàn)象、溫升和磨損等都有顯著影響，甚至于使系統(tǒng)不能工作，所以選用液壓油時(shí)，要根據(jù)具體情況或系統(tǒng)要求選擇合適的粘度和適當(dāng)?shù)挠鸵浩贩N，通常按以下幾個(gè)方面進(jìn)行選用： ① 按工作機(jī)械的不同要求選用 精密機(jī)械與一般機(jī)械對(duì)粘度要求不同。為了避免溫度升高而引起機(jī)體變形，影響工作精度，精密機(jī)械宜采用較低粘度的液壓油。如機(jī)床液壓伺服系統(tǒng)，為保證伺服機(jī)構(gòu)的動(dòng)作靈敏性，也宜采用粘度較低的油。 ② 按液壓泵的類型選用 液壓泵是液壓系統(tǒng)的重要元件，在系統(tǒng)中它的運(yùn)動(dòng)速度、壓力和溫升都較高，工作時(shí)間又長(zhǎng)，因而對(duì)粘度要求較嚴(yán)格，所以選擇粘度時(shí)應(yīng)先考慮到液壓泵。否則，泵磨損快，容積效率降低，甚至可能破壞泵的吸油條件。在一般

55、情況下，可將液壓油的粘度作為液壓泵的基準(zhǔn)，如表5-5所示。 表4-5：液壓泵類型推薦用油粘度 條件 液壓泵類型 環(huán)境溫度（5~40）時(shí) 環(huán)境溫度（40~80）時(shí) 葉片泵 7MPa以下 30~50 40~75 7MPa以上 50~70 55~90 齒輪泵 30~70 65~165 柱塞泵 70~80 65~240 ③ 按液壓系統(tǒng)工作壓力選用 通常，當(dāng)工作壓力較高時(shí)，宜選用粘度較高的油，以免系統(tǒng)泄露過(guò)多，效率過(guò)底；工作壓力較低時(shí)，宜采用粘度較底的油，這樣可以減少壓力損失，例如機(jī)床液壓傳動(dòng)的工作壓力一般底于6.3MPa，采用的油液；工程機(jī)械的液壓系統(tǒng)，其工作

56、壓力屬于高壓，多采用較高粘度的油液。 ④ 考慮液壓系統(tǒng)的環(huán)境溫度 礦物油的粘度由于溫度的影響變化很大，為保證在工作溫度時(shí)有較適宜的粘度，還必須考慮周圍環(huán)境因素的影響。當(dāng)溫度升高時(shí)，宜采用粘度較高的油液；環(huán)境溫度較低時(shí)，宜采用粘度較低的油液。 ⑤ 考慮液壓系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)速度 當(dāng)液壓系統(tǒng)中工作部件的運(yùn)動(dòng)速度很高時(shí)，油液的流速也很高，液壓損失隨著增大，而泄露相對(duì)減少，因此宜用粘度較低的油液；反之，當(dāng)工作部件的運(yùn)動(dòng)速度相對(duì)較低時(shí)，每分鐘所需的油量很小，這時(shí)泄露相對(duì)較大，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)速度影響也較大，所以宜用粘度較高的油液。 ⑥ 選擇合適的液壓油品種 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中使用油液品種很多，主要有機(jī)械油、

57、變壓器油、汽輪機(jī)油、通用液壓油、低溫液壓油、抗燃液壓油和抗磨液壓油等。機(jī)械油最為廣泛采用。如果環(huán)境溫度較低或溫度變化較大，應(yīng)選擇粘溫特性好的低溫液壓油；若環(huán)境溫度較大且有防火要求，則應(yīng)選擇抗燃液壓油；如果設(shè)備長(zhǎng)期在重載下工作，為減少磨損，可選用抗磨液壓油。選擇合適的液壓油品種可保證液壓系統(tǒng)正常工作，少發(fā)生故障，還可以提高設(shè)備壽命。 選用　國(guó)產(chǎn)４０號(hào)機(jī)械油（ＨＪ－４０）ＧＢ４４３－６４，其運(yùn)動(dòng)粘度３９～４３（cＳＴ）。 4.7 液壓系統(tǒng)的計(jì)算 4.7.1　管路系統(tǒng)壓力損失計(jì)算 4.7.1.1 回路中的壓力損失 ① 快進(jìn)時(shí)壓力損失 液體在管道中的流動(dòng)有兩種狀態(tài)：層流和紊流。在層

58、流運(yùn)動(dòng)中，液體各質(zhì)點(diǎn)平行于管道軸線方向流動(dòng)，而紊流運(yùn)動(dòng)時(shí)，除了這一運(yùn)動(dòng)之外，尚有液體質(zhì)點(diǎn)作橫向渦流運(yùn)動(dòng)，液體在液壓管道中的流動(dòng)狀態(tài)取決于——無(wú)因因數(shù)，其值與管道尺寸以及液體的流速和粘度有關(guān)。即為雷諾數(shù)。 對(duì)于圖形或圖形斷面的孔道，雷諾數(shù)可由下列公式求得： 式中： ——平均流速（） ——管道內(nèi)徑（） ——液體密度（） ——?jiǎng)恿φ扯龋ǎ? 由于， ——運(yùn)動(dòng)粘度[st]， 則： 式中： Q——液體流量，在壓油管道中，取油流速度為。 由于雷諾數(shù)小于2000，故判定液體在壓油管道中的流動(dòng)狀態(tài)為層流。 管道沿程壓力損失為：

59、 取管道局部損失 。 油液流經(jīng)三位四通換向閥的壓力損失按公式計(jì)算，參照所選有關(guān)參數(shù)，表 ？-？得： 式中： ——額定流量時(shí)壓力損失 ——元件的實(shí)際流量 ——元件的額定流量 快進(jìn)時(shí)進(jìn)油路總壓力損失： ② 工進(jìn)時(shí)回油路壓力損失：因回油管路流量為： 首先判別回油管路中的液流狀態(tài)： 故液流狀態(tài)為層流。 于是沿程壓力損失為： 局部壓力損失： 回油路中油液流經(jīng)三位四通換向閥時(shí)的壓力損失計(jì)算方法同上，即： 快進(jìn)時(shí)回油路的壓力總損失 將回油路上的壓力損失折算在進(jìn)油

60、路上，就可以求出工進(jìn)時(shí)回油路中的整個(gè)壓力損失為： （2）工進(jìn)時(shí)壓力損失： ① 進(jìn)油管路壓力損失：經(jīng)雷諾系數(shù)檢驗(yàn)，判定工進(jìn)時(shí)進(jìn)油管路的液流狀態(tài)為層流。 壓油管路沿程壓力損失為： 取管道局部損失： 油液流經(jīng)三位四通換向閥和調(diào)速閥的壓力損失為： 工進(jìn)時(shí)進(jìn)油路總壓力損失： ② 工進(jìn)時(shí)回油路壓力損失： 因回油管路流量為 經(jīng)判別，回油路中液流為層流。 管路沿程壓力損失： 取管道局部壓力損失： 油液流經(jīng)三位四通換向閥的壓力損失： 工進(jìn)時(shí)回油路中

61、的壓力總損失： 將回油路中的壓力損失折算到進(jìn)油路中去，可得到工進(jìn)時(shí)油路中的整個(gè)壓力損失： （3） 快退時(shí)油路中的壓力損失： ①進(jìn)油路壓力損失： 經(jīng)判別，油路的液流狀態(tài)為層流。所以，管路沿程壓力損失： 取管道局部損失 回油路中油液流經(jīng)三位四通換向閥時(shí)的壓力損失計(jì)算方法同上，即： 快退時(shí)進(jìn)油路總壓力損失： ② 快退時(shí)回油路壓力損失： 因回油管路流量 首先判別回油管路中的液流狀態(tài)為層流： 于是沿程壓力損失為： 局部壓力損失： 回油路中油液流經(jīng)三位四通換向閥和調(diào)速閥時(shí)的

62、壓力損失計(jì)算方法同上，即： 快退時(shí)回油路的壓力總損失 將回油路上的壓力損失折算在進(jìn)油路上，就可以求出快退時(shí)回油路中的整個(gè)壓力損失為： 可見(jiàn)，油路中的壓力損失值較預(yù)先估計(jì)的要稍大一些，因此液壓系統(tǒng)中的元件規(guī)格和管道直徑都不宜選得再小。 4.7.2. 確定液壓泵工作壓力 （1） 快進(jìn)時(shí)，負(fù)載壓力 液壓泵的工作壓力： （2） 工進(jìn)時(shí)，負(fù)載壓力 液壓泵的工作壓力： （3） 快退時(shí)，負(fù)載壓力 液壓泵的工作壓力： 4.7.3 液壓系統(tǒng)的效率 在整個(gè)工作循環(huán)中，工進(jìn)的時(shí)間最長(zhǎng)，用工進(jìn)時(shí)的情況來(lái)計(jì)算系統(tǒng)的效率。工進(jìn)的速度為0.003m/s，

63、則液壓缸的輸出功率為 液壓泵輸出功率： 工進(jìn)時(shí)液壓回路效率： 液壓系統(tǒng)效率： 4.7.4 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升計(jì)算 液壓泵輸入功率： 液壓缸有效功率： 系統(tǒng)總發(fā)熱功率： 油箱散熱面積： 式中： ——油箱的容積 油液溫升： ℃ 式中：——油液的比熱容，取=15。 可見(jiàn)，溫升沒(méi)有超出允許溫升25~30的范圍。可以采用自然冷卻的方式。 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)詳見(jiàn)圖紙。 參考文獻(xiàn) 1 朱耀祥主編. 《組合夾具》 第1版. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990.1 2 《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫組編. 《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》第三及第四冊(cè) .第1版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19

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