組合專機-軸向柱塞泵泵體加工生產(chǎn)線專機及主輔助設(shè)備(車基準機床及雙頭鏜床液壓系統(tǒng)設(shè)計)
組合專機-軸向柱塞泵泵體加工生產(chǎn)線專機及主輔助設(shè)備(車基準機床及雙頭鏜床液壓系統(tǒng)設(shè)計),組合,專機,軸向,柱塞,泵泵體,加工,生產(chǎn)線,輔助,設(shè)備,裝備,基準,機床,鏜床,液壓,系統(tǒng),設(shè)計
四川理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文）
第1章 車基準機床液壓系統(tǒng)設(shè)計
車基準加工示意圖如下:
圖1-1 車基準加工示意圖
上圖由五個部分組成,在加工過程中共須要設(shè)計六個液壓缸實現(xiàn)。現(xiàn)對這些液壓缸設(shè)計如下。
1.1 編制車基準端面和車基準外圓的加工工序過程卡片
1.1.1 分析零件圖
本泵體為灰鑄鐵HT200,壓力鑄造而成,7級精度其加工序加工圖如下：
圖1-2車基準加工工序圖
本設(shè)計要設(shè)計加工A端面和B圓柱面。由圖上反應出來的公差可知道，車這兩個面要分兩步進行。即：粗車和半精車。
1.1.2 確定毛坯尺寸
1.1.2.1 外圓加工總余量
外圓 表面粗造度為： 。由《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)》表6.3可知，要達到此精度：粗車→半精車即可實現(xiàn)(如圖1-2)。由《機械加工實用手冊》表3.1-26得：基本尺寸在50mm～120mm的單邊余量為6mm 即毛坯總余量為：
因為是壓力鑄造，且為7級精度。由《機械加工實用手冊》表2.3-9可知其公差值，由偏差得上下偏差為
所以外圓尺寸為
圖1-3 余量尺寸鏈
外圓加工總余量如下表
表1-1
基本尺寸
ES
IS
61
0.3
-0.3
-55
+0.03375
+0.0225
6
0.3375
-0.0775
1.1.2.2 基準端面總加工余量
圖1-4基準端面余量尺寸鏈圖
由圖1-4得
表1-2
基本尺寸
ES
IS
237
-197
-55
3
1
-0.5
由表1-1得
1.1.3 擬定加工工藝路線
由圖1-1和1-2可確定其加工工藝路線圖如下：
圖1-5 加工工藝路線圖
1.1.4 確定工序尺寸及工差
1.1.4.1 端面半精車
由《機械加工實用手冊》表3.32-21得半精車工序余量： 粗車端面尺寸偏差為: ，即：半精車工序余量
1.1.4.2 端面粗車
其加工余量尺寸鏈圖如下：
圖1-6 端面粗車余量尺寸鏈
表1-3
基本尺寸
ES
IS
3
0.5
-0.5
-1.3
+0.54
+0.35
1.7
+1.04
-0.15
由表得， ，
1.1.4.3 外圓半精車外圓
由《機械加工工藝手冊》第一卷表3.2-2得：半精車加工余量Z=1.8，半精車直徑偏差:-0.35~-0.54即：。即粗車后直徑為：
1.1.4.4 粗車外圓
其加工余量尺寸鏈如圖
圖1-7 余量尺寸鏈
表1-4
基本尺寸
ES
IS
6
+0.3375
-0.0775
-1.8
+0.5
+0.35
4.2
+0.8775
+0.2725
由表得：，，
1.1.5 確定切削用量及工時
1.1.5.1 粗車端面
已知：，由《機械加工工藝手冊》表2.4-3得：
當車刀刀桿B×H=16×25，工件長度在100～400mm, 其,取
(1)、計算切削速度
由《機械加工工藝手冊》表8.4-8得公式
(1-1)
其中： （壽命選T=60）
（2）、確定機床主軸轉(zhuǎn)速
由《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)》式1-3得：
(1-2)
按機床說明，由《機械加工工藝手冊》表3.1-18可知跟相接近，即取，如果選則速度損失太大。所以實現(xiàn)切削速度為：
(1-3)
1.1.5.2 半精車端面
已知：由《機械加工工藝手冊》其,取
（1）、計算切削速度
由《機械加工工藝手冊》表8.4-8得公式
(1-4)
其中： （壽命選T=60）
（2）確定機床主軸轉(zhuǎn)速
由《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)》式1-3得：
(1-5)
按機床說明，由《機械加工工藝手冊》表3.1-18可知跟相接近，即取，如果選則速度損失太大。所以實際切削速度為：
(1-6)
1.1.5.3 車端面的工時
由《機械加工工藝手冊》表2.5-3得公式：
(1-7)
其中—零件加工表面長度（mm）;
、—刀具的切入和切出長度（mm）
—工伯每分鐘轉(zhuǎn)速（r/min）
—進給次數(shù)；
1.1.5.4 粗車外圓到
已知：由《機械加工工藝手冊》,取
(1) 計算切削速度
由《機械加工工藝手冊》表8.4-8得公式:
(1-8)
其中： （壽命選T=60）
(1-9)
(2)、確定機床主軸轉(zhuǎn)速
由工《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)》式3-1得
(1-10)
按機床說明，由《機械加工工藝手冊》表3.1-18可知跟相接近，即取，如果選則速度損失太大。所以實際切削速度為：
(1-11)
1.1.5.5 粗車外圓工時
《機械加工工藝手冊》表2.5-3得公式：
(1-12)
其中—零件加工表面長度（mm）;
、—刀具的切入和切出長度（mm）;
—工件每分鐘轉(zhuǎn)速（r/min）;
—進給次數(shù).
1.1.5.6 半精車外圓到
已知：由《機械加工工藝手冊》其,取
(1)、計算切削速度
由《機械加工工藝手冊》表8.4-8得公式
(1-13)
其中： （壽命選T=60）
(1-14)
（2）、確定機床主軸轉(zhuǎn)速
由《機械制造技術(shù)基礎(chǔ)》式3-1得：
(1-15)
按機床說明，由《機械加工工藝手冊》表3.1-18可知跟相接近，即取，如果選則速度損失太大。所以，實標切削速度為：
(1-16)
1.1.5.7 半精車外圓工時
《機械加工工藝手冊》表2.5-3得公式：
(1-17)
其中—零件加工表面長度（mm）;
、—刀具的切入和切出長度（mm）
—工進時每分鐘轉(zhuǎn)速（r/min）;
—進給次數(shù)；
即:車外圓基本總工時為：
(1-18)
1.1.6 填寫加工工序卡片
由以上計算數(shù)據(jù)得加工外圓和端面的加工工序卡片如附表1:
1.2 后刀架縱向液壓缸設(shè)計
對縱向液壓缸來說，它要完成的動作循環(huán)圖如下：
圖1-9 后刀架縱向液壓缸動作循環(huán)圖
它的工作是車基準外圓時提供縱向運動（走刀運動）。刀具材料為高速鋼，工件材料為鑄鐵HT200，硬度為HB190其快進時速度為機床總工作臺重為：G=1000N（g=10）。往復運動的加減速度時間不超過0.2s.動力滑臺采用燕尾導軌。其靜摩擦系數(shù)0.2，運動摩擦系數(shù)=0.1。其液壓缸示意圖如下：
圖1-10 后刀架液壓缸示意圖
1.2.1 負載分析
縱向液壓缸主要是提供車外圓時的縱向運動，即車削時能夠提供其軸向切削力能滿足要求。YT15在車鑄鐵時軸向切削力由《機械加工工藝手冊》表2.4-21得
(1-19)
其中,,,.
注:在加工過程中加工條件不改變.即不考慮.
1.2.1.1 阻力負載:
靜摩擦力: (1-20)
動摩擦力: (1-21)
慣性負: (1-22)
(1-23)
由此可得出液壓缸在各個工作階段的負載如下表：
表1-5
工況
負載阻力
負載力F(N)
推力
啟動
200
222
加速
158
176
快進
100
111
工進
1993
2214
快退
100
111
注:1、 液壓缸的機械效率；
2、 不考慮動力滑臺上顛覆力矩的作用。
1.2.2 負載圖和速度圖的繪制
綜上計算數(shù)據(jù),速度圖按已知數(shù)值：， ， ， 快進，工進 ，快退 。其負載圖和速度圖分別如下：
圖1-11 縱向液壓缸負載圖和速度圖
1.2.3 液壓缸主要參數(shù)的確定
由表縱向液壓缸負載圖可知其最負載為2214N，由《液壓傳動》表11-2可知，當負載時，其工作壓力應取,本設(shè)計中取.由<<液壓傳動與控制>>表7-2可知:因為本系統(tǒng)是一般輕載的節(jié)流調(diào)速系統(tǒng),背壓在應在 之間，本設(shè)計中取。由<<液壓傳動與控制>>表7-3可知,當液壓缸的工作壓力時,活塞桿的直徑，本設(shè)計取。由<<液壓傳動與控制>>表7-3,當時,液壓缸往返速率比,即。已知液壓缸有桿腔的
所以由<<液壓傳動與控制>>式7-10得液壓缸無桿腔面積:
(1-24)
由上式得液壓缸有桿腔面積:
(1-25)
所以有桿腔的面積為：
由此得液壓缸的內(nèi)徑:
(1-26)
活塞桿直徑為：
(1-27)
由<<液壓傳動與控制>>表7-5和7-6(GB2348-80)得：液壓缸內(nèi)徑，活塞桿直徑。即有桿腔的實際面積為: ，液壓缸無桿腔實際面積為: 。
1.2.4 液壓缸的強度校核
1.2.4.1 液壓缸軸向尺寸
液壓軸向尺寸取決于負載運動的有效長度（活塞在缸內(nèi)能移動的極限距離）、導向長度、活塞寬度、缸蓋聯(lián)接形式及安裝形式。
圖‰ 表示出了液壓缸各主要零件軸向尺寸之間的關(guān)系。
由<<液壓與氣壓傳動>>書活塞寬度.活塞有效行程取決于機構(gòu)運動的最大行程.導向滑動面積長度C的值:當D>80mm時，.當時, ,因為D=80mm,這里取。導向長度L可由《液壓與氣壓傳動》式（4-35）來確定。缸筒長度。
圖1-12 液壓缸尺寸圖
1.2.4.2 缸筒的壁厚校核
選缸筒材料為由<<機械工藝設(shè)計手冊>>得 ,活塞桿材料為45鋼，取10mm.由<<液壓傳動>> 可知道缸筒厚校核時分薄壁和厚壁兩種情況。當時為薄壁。按式（50-20）進行校核<<液壓傳動>>：
(1-28)
式中，D為缸筒內(nèi)徑；為缸筒的試驗壓力，當時，取；而當時，?。粸楦淄驳牟牧系脑S用應力，，為材料抗拉強度，n為安全系數(shù)，一般取5。，n取5。
按下公式進行計算（<<液壓傳動>>式5-21）:
(1-29)
δ=10mm>1.047mm 即：合格
1.2.4.3 活塞桿徑d按<<液壓傳動>>式5-22進行校核：
(1-30)
式中，F(xiàn)為活塞桿上的作用力；為活塞桿材料的許用應力： (1-31)
即合格
1.2.4.4 液壓缸蓋固定螺栓直徑(45鋼)取，校核按<<液壓傳動>>式（5-23）進行校核。
(1-32)
其中，F(xiàn)為液壓缸負載F=2214N；Z為固定螺栓個數(shù)，取Z=6；K為螺紋擰緊系數(shù)，，取K=1.4；為材料屈服極限， 本設(shè)計取：
合格
1.2.5 穩(wěn)定性校核
活塞桿的長取200mm，并采用一端固定一端自由。由《液壓傳動與控制》可知道，受壓活塞桿，當其軸向負載F超過穩(wěn)定臨界力時，會產(chǎn)生縱向彎曲而喪失穩(wěn)定，所以液壓缸的負載應滿足下列條件：
(1-33)
其中《液壓傳動與控制》式3-19
式中 F--活塞桿最大軸向負載；
--活塞桿產(chǎn)生縱向彎曲喪失穩(wěn)定的最小力，即能保持壓活塞桿穩(wěn)定的臨界力；
--安全系數(shù)，其值為
臨界力 值與活塞桿的材料性質(zhì)、截面形狀、長度、剛度以及液壓缸安裝方式等因素有關(guān)。一般當液壓缸安裝長度與活塞桿直徑之比(見表3-1《液壓傳動與控制》)時，就易出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，就必須進行壓桿穩(wěn)定性校核。這里近力學中有關(guān)公式進行校核。由《液壓傳動與控制》可知：
(1-34)
由上可知，所以用《液壓傳動與控制》（3-21）公式進行校核：
(1-35)
上式中 ---安裝長度，其值與安裝方式有關(guān)，見《液壓傳動與控制》表3-1；
---活塞的回轉(zhuǎn)半徑，
---活塞桿橫截面慣性矩，對實心活塞桿本設(shè)計中：
A---活塞桿橫截面積，活塞桿橫截面面積；
m---柔性系數(shù)，對剛?cè)=85;
---材料強度試驗值，對鋼取
---系數(shù)，對剛。
液壓缸支承方式?jīng)Q定的末端系數(shù)n，可按《液壓傳動與控制》表3-1選取
(1-36)
(1-37)
，即合格！
1.2.6 液壓缸在不同階段的壓力、流量、功率計算
根據(jù)上述D與d的什，可估算液壓缸在各個工作階段中的壓力、流量和功率如下表：
，，，
，，
表1-6
工況
負載
回油腔壓力
進油腔壓力
輸入流量
輸入功率
計算式
快進
啟動
222
0
0.059
____
____
加速
176
0
0.047
____
____
恒速
111
0
0.029
26.39
0.013
工進
2214
0
0.44
1.0054
0.007
快退
啟動
222
0
0.044
____
____
加速
176
0
0.035
____
____
恒速
111
0
0.022
26.14
0.01
1.3 后刀架橫向液壓缸設(shè)計
后刀架橫向液壓缸主要是提供橫向進給運動.它要實現(xiàn):快進→工進→快退
圖1-13 橫向液壓缸動作循環(huán)圖
它的工作是車基準外圓時提供橫向運動（走刀運動）。刀具材料為高速鋼，工件材料為鑄鐵HT200，硬度為HB190其快進時速度為機床總工作臺重為：G=1000N（g=10）。往復運動的加減速度時間不超過0.2s.動力滑臺采用燕尾導軌。其靜摩擦系數(shù)0.2，運動摩擦系數(shù)=0.1。其液壓缸示意圖如下：
圖1-14 液壓缸示意圖
1.3.1 負載分析
縱向液壓缸主要是提供車外圓時的縱向運動，即車削時能夠提供其軸向切削力能滿足要求。YT15在車鑄鐵時軸向切削力根據(jù)機械加工過程卡片和《機械加工工藝手冊》表2.4-21
(1-38)
其中,,,.
注:在加工過程中加工條件不改變.即不考慮.
1.3.1.1 阻力負載:
靜摩擦力: (1-39)
動摩擦力: (1-40)
慣性負: (1-42)
(1-43)
由此可得出液壓缸在各個工作階段的負載如下表：
阻力負載:
表1-7
工況
負載阻力
負載力F(N)
推力
啟動
200
222
加速
158
176
快進
100
111
工進
789.13
877
快退
100
111
注:1、 液壓缸的機械效率
2、 不考慮動力滑臺上顛覆力矩的作用。
1.3.2 負載圖和速度圖的繪制
綜上計算數(shù)據(jù),速度圖按已知數(shù)值：， ， ， 快進，工進 ，快退 。其負載圖和速度圖分別如下：
圖1-15 液壓缸負載圖和速度圖
1.3.3 液壓缸主要參數(shù)的確定
由表圖1-15，可知道其最大負載為877N，由《液壓傳動》表11-2可知，當負載時，其工作壓力應取,本設(shè)計中取.
由<<液壓傳動與控制>>表7-2可知:因為本系統(tǒng)是一般輕載的節(jié)流調(diào)速系統(tǒng),背壓在應在 之間,本設(shè)計中取。
由<<液壓傳動與控制>>表7-3可知,當液壓缸的工作壓力時,活塞桿的直徑 ，本設(shè)計取。由<<液壓傳動與控制>>表7-3,當時,液壓缸往返速率比,即。
已知液壓缸有桿腔的 所以由<<液壓傳動與控制>>
式7-10得液壓缸無桿腔面積:
(1-44)
由上式得液壓缸有桿腔面積:
(1-45)
即：
所以液壓缸的內(nèi)徑:
(1-46)
活塞桿直徑d:
(1-47)
由<<液壓傳動與控制>>表7-5和7-6(GB2348-80)?。?
液壓缸內(nèi)徑
活塞桿直徑
即液壓缸有桿腔的實際面積為:
(1-48)
液壓缸無桿腔實際的面積為:
(1-49)
1.3.4 液壓缸的強度校核
1.3.4.1 液壓缸軸向尺寸
液壓軸向尺寸取決于負載運動的有效長度（活塞在缸內(nèi)能移動的極限距離）、導向長度、活塞寬度、缸蓋聯(lián)接形式及安裝形式。
圖1-16 表示出了液壓缸各主要零件軸向尺寸之間的關(guān)系。
由<<液壓與氣壓傳動>>書活塞寬度.活塞有效行程取決于機構(gòu)運動的最大行程.導向滑動面積長度C的值:當D>80mm時，.當時, ,因為D=80mm,這里取。導向長度L可由《液壓與氣壓傳動》式（4-35）來確定。缸筒長度。
圖1-16 液壓缸尺寸圖
1.3.4.2 缸筒的壁厚校核
選缸筒材料為由<<機械工藝設(shè)計手冊>>得 ,活塞桿材料為45鋼，取10mm.由<<液壓傳動>> 可知道缸筒厚校核時分薄壁和厚壁兩種情況。當時為薄壁。按式（50-20）進行校核<<液壓傳動>>：
(1-50)
式中，D為缸筒內(nèi)徑；為缸筒的試驗壓力，當時，取；而當時，取；為缸筒的材料的許用應力，，為材料抗拉強度，n為安全系數(shù)，一般取5。，n取5。
按下公式進行計算（<<液壓傳動>>式5-21）:
(1-51)
δ=10mm>0.06547mm 即：合格
1.3.4.3 活塞桿徑d按<<液壓傳動>>式5-22進行校核：
(1-52)
式中，F(xiàn)為活塞桿上的作用力；為活塞桿材料的許用應力， (1-53)
即合格
1.3.4.4 液壓缸蓋固定螺栓直徑(45鋼)取，校核按<<液壓傳動>>式（5-23）進行校核。
(1-54)
其中，F(xiàn)為液壓缸負載F=877N；Z為固定螺栓個數(shù)，取Z=6；K為螺紋擰緊系數(shù)，，取K=1.4；為材料屈服極限， 本設(shè)計取： (1-55)
合格
1.3.5 穩(wěn)定性校核
活塞桿的長取200mm，并采用一端固定一端自由。由《液壓傳動與控制》可知道，受壓活塞桿，當其軸向負載F超過穩(wěn)定臨界力時，會產(chǎn)生縱向彎曲面喪失穩(wěn)定，所以液壓缸的負載應滿足下列條件：
(1-56)
其中《液壓傳動與控制》式3-19
式中 F--活塞桿最大軸向負載；
--活塞桿產(chǎn)生縱向彎曲喪失穩(wěn)定的最小力，即能保持活塞桿穩(wěn)定的臨界力；
--安全系數(shù)，其值為
臨界力 值與活塞桿的材料性質(zhì)、截面形狀、長度、剛度以及液壓缸安裝方式等因素有關(guān)。一般當液壓缸安裝長度與活塞桿直徑之比(見表3-1《液壓傳動與控制》)時，就易出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，就必須進行壓桿穩(wěn)定性校核。這里近力學中有關(guān)公式進行校核。由《液壓傳動與控制》可知：
(1-57)
由上可知，所以用《液壓傳動與控制》（3-21）公式進行校核：
(1-58)
上式中 ---安裝長度，其值與安裝方式有關(guān)，見《液壓傳動與控制》表3-1；
---活塞的回轉(zhuǎn)半徑，
---活塞桿橫截面慣性矩，對實心活塞桿本設(shè)計中：
A---活塞桿橫截面積，活塞桿橫截面面積
；
m---柔性系數(shù)，對剛?cè)=85;
---材料強度試驗值，對鋼取
---系數(shù)，對剛。
液壓缸支承方式?jīng)Q定的末端系數(shù)n，可按《液壓傳動與控制》表3-1選取
(1-59)
(1-60)
，即合格！
1.3.6 液壓缸在不同階段的壓力、流量、功率計算
根據(jù)上述D與d的什，可估算液壓缸在各個工作階段中的壓力、流量和功率如下表：
, ,
,,,
表1-8
工況
負載
回油腔壓力
進油腔壓力
輸入流量
輸入功率
計算式
快進
啟動
222
0
0.113
____
____
加速
176
0
0.082
____
____
恒速
111
0
0.057
10.208
0.01
工進
877
0
0.447
0.218
0.002
快退
啟動
222
0
0.1507
____
____
加速
176
0
0.119
____
____
恒速
111
0
0.075
10.311
0.013
1.4 前刀架橫向液壓缸和縱向液壓缸設(shè)計
由于前刀架的工作情況和后刀架的工作情況一樣，不同之處只是后架用于粗加工，前刀架用于精加工。在這里，為了節(jié)約成本，前刀架的各參數(shù)都用后刀架的參數(shù)。在此就不再作計算。
1.5 夾緊液壓缸設(shè)計
夾緊液壓液壓缸在本工件加工過程中起著非常重要的作用，它的作用是將工件夾緊。如果不能夾緊，那么加工出來的工件就可能精度達不到或是廢品。所以，在整個加工過程中，夾緊液壓缸是非常的重要。下圖為夾緊液壓缸示意圖。
圖1-17
P1——液壓缸工作壓力；
P2 ——液壓缸回油腔工作壓力；
——液壓缸無桿腔面積；
——液壓缸有桿腔的有效面積。
它的動作只有夾緊和松開，夾緊的程度由溢流閥來控制。而下一步的工作則是由壓力繼電器來控制，當夾緊到一定程度時，也就是壓力增加到一定時，壓力繼電器會發(fā)出一個信號來控制下一步動作的進行。
1.5.1 夾緊液壓缸負載分析
夾緊液壓缸的主要工作是將工件夾緊，不讓工件在車削時轉(zhuǎn)動。其夾緊力應大于或等于主切削力
由《機械加工工藝基礎(chǔ)》式1-15
(1-61)
其中： ，，，，
由于加工條件不變，即不考濾
設(shè)機床總工作臺重為:G=500N（g=10）。往復運動的加減速度時間不超過0.2s。其靜摩擦系數(shù)0.2，運動摩擦系數(shù)=0.1.
阻力負載:
靜摩擦力 (1-62)
動摩擦力 (1-63)
慣性負 (1-64)
(1-65)
由此可得出液壓缸在各個工作階段的負載如表:
表2-5
工況
負載阻力
負載力F(N)
推力
啟動
823.3
914.8
加速
429.1
476.8
快進
411.6
457.3
恒壓
4527.6
5030.7
快退
411.6
457.3
注:1、 液壓缸的機械效率
2 、不考慮動力滑臺上顛覆力矩的作用。
1.5.2 夾緊液壓缸負載圖和速度圖的繪制
負載圖按上面的數(shù)據(jù)繪制，如圖下圖。速度圖按已知數(shù)值：，、、（快進和快退行程）。
圖1-18 負載圖和速度圖
1.5.3 夾緊液壓缸主要參數(shù)的確定
由圖1-18可知道其最大負載為5030.7N，由《液壓傳動》表11-2可知，當負載時，其工作壓力應取,本設(shè)計中取.
由<<液壓傳動與控制>>表7-2可知:因為本系統(tǒng)是一般輕載的節(jié)流調(diào)速系統(tǒng),背壓在應在 之間本設(shè)計中取。由<<液壓傳動與控制>>表7-3可知,當液壓缸的工作壓力時,活塞桿的直徑。
本設(shè)計取
由<<液壓傳動與控制>>表7-3,當時,液壓缸往返速率比,即
已知液壓缸無桿腔的即所以由<<液壓傳動與控制>>式7-10得液壓缸無桿腔面積:
(1-66)
由上式得液壓缸有桿腔面積:
(1-67)
所以液壓缸的內(nèi)徑:
(1-68)
活塞桿直徑:
(1-69)
由<<液壓傳動與控制>>表7-5和7-6(GB2348-80)
液壓缸內(nèi)徑；活塞桿直徑
即有桿腔的實際面積為:
(1-70)
液壓缸無桿腔實際面積為:
(1-72)
1.5.4 夾緊液壓缸的強度校核
液壓缸的壁筒厚、活塞桿直徑d和缸蓋處固定螺栓直徑，在高壓系統(tǒng)中必須進行強度校核。
由<<液壓與氣壓傳動>>書可知活塞寬度.活塞有效行程取決于機構(gòu)運動的最大行程.導向滑動面積長度C的值:當時, ,因為D=50mm,這里取
1.5.4.1 缸筒的壁厚校核
選缸筒材料為由<<機械工藝設(shè)計手冊>>得 ,活塞桿材料為45鋼由<<液壓傳動>> P75
n取5,
按下公式進行計算:
(1-73)
δ=9mm>1mm ,合格
1.5.4.2 桿徑d
(1-74)
即合格
其中:
1.5.4.3 液壓缸蓋固定螺栓直徑(45鋼)取
(1-75)
其中Z=6,F=915.7N,K=1.4,
合格
1.5.5 夾緊液壓缸穩(wěn)定性校核
活塞桿的長取200mm，并采用一端固定一端自由。由《液壓傳動與控制》可知道，受壓活塞桿，當其軸向負載F超過穩(wěn)定臨界力時，會產(chǎn)生縱向彎曲而喪失穩(wěn)定，所以液壓缸的負載應滿足下列條件：
(1-76)
其中
式中 F-------活塞桿最大軸向負載；
-----活塞桿產(chǎn)生縱向彎曲喪失穩(wěn)定的最小力，即能保持壓桿穩(wěn)定的臨界力；
-------安全系數(shù)，其值為
(1-77)
(1-78)
取n=4,m=85
所以
所以用公式：
(1-79)
其中 材料強度試驗值，對鋼取
活塞桿橫截面面積
液壓缸支承方式?jīng)Q定的末端系數(shù)n，可按《液壓傳動與控制》表3-1選取
合格
1.5.6 夾緊液壓缸在不同階段的壓力、流量、功率計算
根據(jù)上述D與d的什，可估算液壓缸在各個工作階段中的壓力、流量和功率如下表：
，，,，，，,
表1-9
工況
負載
回油腔壓力
進油腔壓力
輸入流量
輸入功率
計算式
快進
啟動
914.8
0
0.1
____
____
加速
476.8
0
0.052
____
____
恒速
457.33
0
0.499
5.279
0.043
夾緊
5030.7
0
1.0007
0
0
快退
啟動
914.8
0
0.182
____
____
加速
483
0
0.096
____
____
恒速
457.33
0
0.09
21.059
0.032
1.6 頂尖液壓缸設(shè)計
在加工過程中，對頂尖來說，只要要求能夠頂?shù)郊纯?。從前面的設(shè)計中可知道，后刀架的橫向液壓缸的參數(shù)可以滿足頂尖液壓缸的各工作參數(shù)。所以，這里為了節(jié)約生產(chǎn)成本，就以后刀架橫向液壓缸的各參數(shù)作為頂尖液壓缸的參數(shù)。在此就不再作計算。在這時里，車準的各液壓缸全部計算完畢。
1.7 液壓系統(tǒng)圖的擬定
從整個系統(tǒng)來看，該系統(tǒng)共由六個液壓缸組成，分別為：頂尖液壓缸、夾緊液壓缸、后刀架橫向液壓缸、后刀架縱向液壓缸、前刀架橫向液壓缸、前刀架縱向液壓缸。在整個過程中，每個液壓缸都有單獨的動作，沒有聯(lián)動
1.7.1 液壓回路的選擇
1.7.1.1 保壓回路
在系統(tǒng)中，要使車的每一個工序都能順利進行，那么工件必須得夾緊。夾緊裝置由頂尖液壓缸和夾緊液壓缸組成，夾緊在整個加工過程中非常重要，因此必須有一個保壓回路來維持夾緊時的壓力。其保壓回路的圖如下:
圖1-19
1.7.1.2 調(diào)速回路（速度換接回路）
在加工過程中因有快進、工進，它們的速度不同。因而必須有一個調(diào)速回路來實現(xiàn)這一過程的速度的控制。在本系統(tǒng)中，由于要求較高，即高速都受用出口節(jié)流高速回路來制控其速度的變化。其圖如下：
圖1-20
1.7.1.3 換向路回
在不同的工作情況下，尚油液的流向是不相同的。因此必須有一個換向回路來控制液壓油的流向。在本設(shè)計中可以采用三位四通電磁換向閥來實現(xiàn)這一過程的控制。其圖如下：
圖1-21
1.7.1.4 卸載回路
因是大批量生產(chǎn)，所以中間裝夾工件時與加工工件之間必然有停，而我們不可能將整個系統(tǒng)的電繁頻起停，這樣會影響其整個統(tǒng)系的使用壽命。因而要設(shè)計一個卸載回路來解決加工中的這一問題。其圖如下：
圖1-22
1.7.1.5 換速回路
本設(shè)計中各個階段的作動都有不同之處，為了達到做完一個過程后能進行下一個程，就必須有一個控制回路來實現(xiàn)。本設(shè)計中選用行程開關(guān)來實現(xiàn)這一個程。每當在工作時碰到一個行程開關(guān)時，行程開關(guān)都會發(fā)出一個電信號來控制下一步的工作的進行。其圖如下：
圖1-23
1.7.2 液壓回路的綜合
把上面各路回組合畫在一起，即得了綜合回路。其圖如下：
圖1-24
表1-10
1.8 液壓元件的選擇
1.8.1 液壓泵和電動機
1.8.1.1 液壓泵
從以上分析和各液壓缸在不同工作階段的壓力流量和功率值的表中可知液壓缸在整個工作循環(huán)中的最大工作壓力為，如取進油路上的壓力損失為0.2MPa，壓力繼電器調(diào)整壓力高出系統(tǒng)最大工作壓力值為0.1MPa。則液壓泵的最大工作壓力應為：
(1-80)
液壓泵向液壓缸提供的最大流量為，若回路中的泄漏按液壓缸輸入的10%計算，溢流閥的最小穩(wěn)定流量為：則液壓泵的總流量應為:
(1-81)
根據(jù),
由《機械設(shè)計手冊》表20-5-6選內(nèi)嚙合齒輪泵：
表1-11
型 號
BB-B
額定壓力(MPa)
2 .5
排 量(mL/r)
4~125
轉(zhuǎn) 速(r/min)
1500
容積效率
>80~90%
生產(chǎn)廠家
上海機床廠
1.8.1.2 電動機
液壓泵輸出壓力為；壓力為0.8MPa如取內(nèi)嚙齒輪泵的總功率為，則液壓泵驅(qū)動電機所需的功率為
(1-82)
根據(jù)此數(shù)值查閱《機械設(shè)計手冊》電機產(chǎn)品目錄，最后確定選取
Y802-2型三相異步電動機:
表1-12
電動機型號
Y802-2
額定功率（kw）
1.1
滿載轉(zhuǎn)速（r/min）
2825
額定轉(zhuǎn)矩
2.2
重 量（Kg
17
1.8.2 閥類元件及輔助元件
根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力和通過各個閥類元件的實際流量，可選出這些元件的型號規(guī)格如下表。
表格 1-13
序號
名 稱
通過流量
額定流量
額定壓力
MPa
型號規(guī)格
1
過濾器
46
80
<0.02(壓力損失)
XU-80-80J
2
先導益流閥
46
63
16
YF3-10B
3
內(nèi)嚙合齒輪泵
46
______
_____
BB-B
4
三向異步電動機
_______
______
_____
Y802-2
5
二位二通電磁換向閥
46
180
16
22DF3-E16B
6
三位四通電磁換向閥
10
25
16
34DF3-E6B
7
二位二通電磁換向閥
10
25
16
22DF3-E6B
8
調(diào)速閥
<1
50
16
AQF3-E10B
9
單向閥
10
80
16
AF3-Ea-10B
10
三位四通電磁換向閥
0
60
16
34DF3-E10B
11
二位二通電磁換向閥
21
60
16
22DF3-E10B
12
液控單向閥
64
250
25
CPG-6-35-50
13
行程開關(guān)
______
_____
_____
14
直通式溢流閥
64
250
35.5
DBD15P
15
壓力繼電器
______
_____
14
PF-B8C
16
開關(guān)
______
_____
____
Y63
17
壓力表
____
_____
16
AF6P30
18
壓力繼電器
_____
50
16
PF-B10C
19
二位四通電磁換向閥
5
25
16
24DF3-E6B
1.8.3 油管和油箱
1.8.3.1 油管
各元件間連接管道的規(guī)格按元件接口處決定，液壓缸進，出的最大流量計算。由于液壓泵具體選定之后液壓缸在各個階段的進，出流量已與原定數(shù)值不同，所以重新計算：
表1-14
快 進
工 進
快 退
輸入流量（L/min）
排出流量（L/min）
運動速度（m/min）
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）得液壓缸有桿腔和無桿腔相連的油管內(nèi)徑分別為：
(1-83)
由《機械設(shè)計手冊-液壓傳動》表20-8-2得d=25mm,管厚取2mm(這兩根油管都按GB/T 8163)，管接頭螺紋M24。
1.8.3.2 油箱
油箱容積按《液壓傳動》式7-7估算，當取時，求得其容積為：
(1-84)
由《機械設(shè)計手冊-液壓傳動》表20-8-160取靠近標準值V=370L（按GB 2876-81）
1.9 液壓系統(tǒng)的性能驗算
工進在在整個工作循環(huán)中所占的時間比例最大，所以系統(tǒng)發(fā)熱和油液溫升可用工進時的情況來計算。工進時液壓缸的有效功率為：
(1-85)
液壓缸的輸出功率為：
(1-86)
由此得液壓系統(tǒng)的發(fā)熱量為：
(1-87)
按《液壓傳動》式11-3求了出油液溫升近似值：
(1-88)
溫升沒有走超出允許范圍，液壓系統(tǒng)中不須要設(shè)置冷卻器。
57
2 章 雙頭鏜床液壓系統(tǒng)設(shè)計
雙頭鏜加工示意圖如下：
圖2-1 雙頭鏜床加工示意圖
由上圖可知，該系統(tǒng)由三個液壓缸組成：左動力頭液壓缸、右動力頭液壓缸、夾緊液壓缸?，F(xiàn)在對其液壓缸設(shè)計如下：
2.1 編制雙頭半精鏜加工工序過程卡片
2.1.1 分析零件圖
本工序采用復合鏜刀，分別從兩頭一次進給完成加工。
圖2-2 半精鏜加工示意圖
由上圖可知道，要求加工的面共有9個：A、B、C、D、E、F、G、H。要想達到一次加工完成，就得用9把鏜刀，并用兩個鏜刀桿分別從兩邊同時進給其刀具圖如上。這樣才能很好的完成。
2.1.2 確定毛坯尺寸
由下圖各尺寸和上圖各尺寸可確定雙頭鏜的毛坯尺寸如下表：(注：斜面加工尺寸不用確定，因此只有B、E、F、H、I面)
圖2-3
表格 2-1
基本尺寸
ES
IS
基本尺寸
ES
IS
55
-61.6
-0.5
0
128
-130.6
-0.5
0
+0.1
-0.1
+0.1
-0.1
B=-6.6
+0.6
-0.1
E=-2.6
+0.6
-0.1
125
-129.6
+0.5
0
60
-68
-0.5
0
+0.1
-0.1
+0.1
-0.1
F=4.6
+0.6
-0.1
H=-8
-0.4
-0.1
93
-95.6
-0.5
0
+0.1
-0
I=-2.6
-0.4
0
2.1.3 擬定加工工藝路線
由半精鏜加工示意圖可，雖然是用復合鏜刀對工件同時加工，但也有一定的先后順序。對左動力頭來說，它的加工順序為：B→G→H→A。對于右動力頭來說，它的加工順序為：I→C→F→E→D。
2.1.4 確定工序尺寸及公差
由表2-1可得各工序單邊工序尺寸及公差如下：
，
，
，
,
，
2.1.5 確定切削用量及工時
鏜刀桿直徑由《組合機床》表4-5
鏜孔直徑D
30~40
40~50
50~70
70~90
90~100
鏜桿直徑d
20~30
30~40
40~50
50~65
65~90
鏜刀截面B×B
8×8
10×10
12×12
16×16
16×16/20×20
鏜刀裝好后，在半精鏜時，一般要保證下列幾何參數(shù)：
主偏角： 副偏角：
前角： 刃傾角：
主后角： 副后角：
刀尖圓角半徑：
由上圖可知，鏜刀為復合鏜刀。其加工余量可由粗鏜圖與其相比取平均的得：，由《機械加工工藝手冊》表11.4-1得，取
即轉(zhuǎn)速為：
(2-1)
由《機械加工工藝手冊》選臥式T68鏜床，查得其實際轉(zhuǎn)速為：
加工工時：
(2-2)
2.1.6 填寫加工工序卡片
雙頭鏜加工工序卡片如附表：
2.2 雙頭鏜床左右動力頭液壓缸設(shè)計
對半精鏜這道工序來說，它要求的軸向進給的精度要求是非常高的，在設(shè)計過程中得非常小心。其加工示意圖如下：
圖2-4
該系統(tǒng)共由三個液壓缸組成：夾緊液壓缸、左進給液壓缸、右進給液壓缸。在加工過程中，當工件夾緊后，左右動力頭同時對工件進行加工，只有當左右加工全部完成后，夾緊液壓缸才會松開，然后才能從裝工件，進行下一個零件的加工。其液壓缸示意圖如下：
圖2-5
P1——液壓缸工作壓力；
P2 ——液壓缸回油腔工作壓力；
——液壓缸無桿腔面積；
——液壓缸有桿腔的有效面積。
因左、右的工作是一樣的，在設(shè)計過程中只要設(shè)計一個即可以。
刀具材料為高速鋼，工件材料為鑄鐵HT200，硬度為：HB190其快進時速度為機床總工作臺重為：G=3000N（g=10）。往復運動的加減速時間不超過0.2s。動力滑臺采用燕尾導軌，其靜摩擦系數(shù)0.2，運動摩擦系數(shù)=0.1。
2.2.1 液壓缸負載分析
半精鏜液壓缸主要是提供鏜孔時的軸向運動，即鏜削時能夠提供其軸向切削力能滿足要求。YT15在車鑄鐵時軸向切削力由《機械加工工藝手冊》表2.4-21得
(2-3)
其中 ，，，，
注:在加工過程中加工條件不改變.即不考慮.
阻力負載:
靜摩擦力 (2-4)
動摩擦力 (2-5)
慣性負： (2-6)
(2-7)
由此可得出液壓缸在各個工作階段的負載如表:
表2-2
工況
負載阻力
負載力F(N)
推力
啟動
600
667
正向加速
425
472
快 進
300
333
工進
882
980
反向加速
469
518
快退
300
333
注:1 液壓缸的機械效率
2 不考慮動力滑臺上顛覆力矩的作用。
2.2.2 液壓缸負載圖和速度圖的繪制
綜上計算數(shù)據(jù),其負載圖和速度圖分別如下：速度按已知數(shù)值，，由主軸轉(zhuǎn)速和每轉(zhuǎn)進給量求出、快進行程、工進行程、快退行程
圖2-6
2.2.3 液壓缸主要參數(shù)的確定
由表2-6可知道其最大負載為854N，由《液壓傳動》表11-2可知，當負載時，其工作壓力應取,本設(shè)計中取.由<<液壓傳動與控制>>表7-2可知:因為本系統(tǒng)是一般輕載的節(jié)流調(diào)速系統(tǒng),背壓在應在 之間本設(shè)計中取。由<<液壓傳動與控制>>表7-3可知,當液壓缸的工作壓力時,活塞桿的直徑，本設(shè)計取。
由<<液壓傳動與控制>>表7-3,當時,液壓缸往返速率比,即
已知液壓缸有桿腔的
所以由<<液壓傳動與控制>>式7-10
得液壓缸有桿腔面積:
(2-8)
由上式得液壓缸無桿腔面積:
(2-9)
所以液壓缸的內(nèi)徑:
(2-10)
活塞桿直徑:
(2-11)
由<<液壓傳動與控制>>表7-5和7-6(GB2348-80)
液壓缸內(nèi)徑;活塞桿直徑。
即有桿腔的實際面積為:
(2-12)
液壓缸無桿腔實際面積為:
(2-13)
2.2.4 液壓缸的強度校核
由<<液壓與氣壓傳動>>書活塞寬度.活塞有效行程取決于機構(gòu)運動的最大行程.導向滑動面積長度C的值:當時, ,因為D=50mm,這里取
2.2.4.1 缸筒的壁厚校核
選缸筒材料為由<<機械工藝設(shè)計手冊>>得 ,活塞桿材料為45鋼由<<液壓傳動>>
n取5,
按下公式進行計算:
(2-14)
δ=10mm>0.065mm 合格
2.2.4.2 桿徑d
(2-15)
即合格
其中:
液壓缸蓋固定螺栓直徑(45鋼)取
(2-16)
其中Z=6,F=854N,K=1.4,
合格
2.2.5 液壓缸穩(wěn)定性校核
活塞桿的長取200mm，并采用一端固定一端自由。由《液壓傳動與控制》可知道，受壓活塞桿，當其軸向負載F超過穩(wěn)定臨界力時，會產(chǎn)生縱向彎曲面喪失穩(wěn)定，所以液壓缸的負載應滿足下列條件：
(2-18)
其中
式中 F-------活塞桿最大軸向負載；
-----活塞桿產(chǎn)生縱向彎曲喪失穩(wěn)定的最小力，即能保持壓桿穩(wěn)定的臨界力；
-------安全系數(shù)，其值為
取n=4,m=85
所以
所以用公式：
(2-19)
其中 材料強度試驗值，對鋼取
活塞桿橫截面面積
液壓缸支承方式?jīng)Q定的末端系數(shù)n，可按《液壓傳動與控制》表3-1選取
(2-20)
合格
2.2.6 液壓缸在不同階段的壓力、流量、功率計算
根據(jù)上述D與d的什，可估算液壓缸在各個工作階段中的壓力、流量和功率如下表：
，，
，， ，
圖2-3
工況
負載
回油腔壓力
進油腔壓力
輸入流量
輸入功率
計算式
快進
啟動
667
0
0.34
____
____
加速
472
0
0.24
____
____
恒速
333
0
0.17
9.81
0.028
工進
854
0
0.43
0.118
0.0085
快退
啟動
667
0
0.42
____
____
加速
518
0
0.33
____
____
恒速
333
0
0.21
26.14
0.0915
2.3 雙頭鏜床夾緊液壓缸設(shè)計
夾緊液壓液在本工件加工過程中起著非常重要的作用，它的作用是將工件夾緊。如果不能夾緊，那么加工出來的工件就可能精度達不到或是廢品。所以，在整個加工過程中，夾緊液壓缸是非常的重要。其示意圖如下：
圖2-7
P1——液壓缸工作壓力；
P2 ——液壓缸回油腔工作壓力；
——液壓缸無桿腔面積；
——液壓缸有桿腔的有效面積。
它的動作只有夾緊和松開，夾緊的的程度由溢流閥來控制。而下一步的工作則是由壓力繼電器來控制，當夾緊到一定程度時，也就是壓力增加到一定時，壓力繼電器 會發(fā)出一個信號來控制下一步動作的進行。
夾緊液壓缸的主要工作是將工件夾緊，不讓工件在車削時轉(zhuǎn)動。其夾緊力應大于或等于主切削力。由《機械加工工藝基礎(chǔ)》式1-15
(2-21)
其中： ，，，，
由于加工條件不變，即不考濾
由知道該液壓缸所要承受的力與前所計算的后刀架橫向液壓缸所要承受的力大小差不多，在這里就選用后刀架橫向液壓缸的各參數(shù)。在此就不在作計算。
2.4 雙頭鏜床液壓系統(tǒng)圖的擬定
從整個系統(tǒng)來看，該系統(tǒng)共由三個液壓缸組成，分別為：左動力頭液壓缸、右動力頭液壓缸、夾緊液壓缸。在工作過程中左動力頭液壓缸和右動力頭液壓缸是同時工作的。
2.4.1 雙頭鏜床液壓回路的選擇
2.4.1.1 保壓回路
在系統(tǒng)中，要使車的每一個工序都能順利進行，那么工件必須得夾緊。夾緊裝置由頂尖液壓缸和夾緊液壓缸組成，夾緊在整個加工過程中非常重要，因此必須有一個保壓回路來維持夾緊時的壓力。其保壓回路的圖如下：
圖2-8
2.4.1.2 調(diào)速回路（速度換接回路）
在加工過程中因有快進、工進，它們的速度不同。因而必須有一個高速回路來實
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