斯太爾發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋精鉸閥座導(dǎo)桿孔機(jī)床動(dòng)力裝置設(shè)計(jì)

摘要：本論文主要介紹機(jī)床動(dòng)力部件的選用及設(shè)計(jì)過程。包括動(dòng)力頭的設(shè)計(jì)，傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)，以及組合刀具的設(shè)計(jì)過程，首先分析了加工零件的工藝性，動(dòng)力頭的設(shè)計(jì)涉及主軸組件的設(shè)計(jì)過程，主軸部件的布置形式的選用，軸承的配置形式，軸承精度等級(jí)的選用，以及主軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，主軸剛度的計(jì)算等。然后介紹了傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)，涉及帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)，包括了同步齒形帶的傳動(dòng)計(jì)算過程。刀具的設(shè)計(jì)過程主要概括了，刀具主要參數(shù)的選擇確定過程。關(guān)鍵詞：動(dòng)力頭組合機(jī)床動(dòng)力裝置液壓滑臺(tái)Abstract：Thepresentpapermainintroductionenginebedpowerpartselectsandthedesignprocess.Includingthepowerheaddesign,thetransmissiondevicedesign,aswellascombinesthecuttingtoolthedesignprocess,firstanalyzedtheprocessingcomponentstechnologycapability,thepowerheaddesignhasinvolvedthemainaxlemodulethedesignprocess,mainaxlepartarrangementformselection,thebearingdispositionform,bearingprecisionclassselection,aswellasmainaxlestructuredesign,mainaxlerigiditycomputationandsoon.Thenintroducedthetransmissiondevicedesign,involvesthebelttransmissionthedesign,includingsynchronizedtoothprofilebelttransmissioncomputationprocess.Thecuttingtooldesignprocessmainlysummarized,cuttingtoolmainparameterchoicedefiniteprocess.powerheadunitmachinepowerdevicehydraumaticskidplatform前言組合機(jī)床是以通用部件為基礎(chǔ)，配以按工件特定形狀和加工工藝設(shè)計(jì)的專用部件和夾具，組成的半自動(dòng)或自動(dòng)專用機(jī)床。

組合機(jī)床一般用于加工箱體類或特殊形狀的零件。加工時(shí)，工件一般不旋轉(zhuǎn)，由刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和刀具與工件的相對進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，來實(shí)現(xiàn)鉆孔、擴(kuò)孔、锪孔、鉸孔、鏜孔、銑削平面、切削內(nèi)外螺紋以及加工外圓和端面等。有的組合機(jī)床采用車削頭夾持工件使之旋轉(zhuǎn)，由刀具作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，也可實(shí)現(xiàn)某些回轉(zhuǎn)體類零件(如飛輪、汽車后橋半軸等)的外圓和端面加工。

二十世紀(jì)70年代以來，隨著可轉(zhuǎn)位刀具、密齒銑刀、鏜孔尺寸自動(dòng)檢測和刀具自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展，組合機(jī)床的加工精度也有所提高。銑削平面的平面度可達(dá)0.05毫米／1000毫米，表面粗糙度可低達(dá)2.5～0.63微米；鏜孔精度可達(dá)IT7～6級(jí)，孔距精度可達(dá)0.03～0.02微米。

專用機(jī)床是隨著汽車工業(yè)的興起而發(fā)展起來的。在專用機(jī)床中某些部件因重復(fù)使用，逐步發(fā)展成為通用部件，因而產(chǎn)生了組合機(jī)床。最早的組合機(jī)床是1911年在美國制成的，用于加工汽車零件。初期，各機(jī)床制造廠都有各自的通用部件標(biāo)準(zhǔn)。為了提高不同制造廠的通用部件的互換性，便于用戶使用和維修，1953年美國福特汽車公司和通用汽車公司與美國機(jī)床制造廠協(xié)商，確定了組合機(jī)床通用部件標(biāo)準(zhǔn)化的原則，即嚴(yán)格規(guī)定各部件間的聯(lián)系尺寸，但對部件結(jié)構(gòu)未作規(guī)定。通用部件按功能可分為動(dòng)力部件、支承部件、輸送部件、控制部件和輔助部件五類。動(dòng)力部件是為組合機(jī)床提供主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的部件。主要有動(dòng)力箱、切削頭和動(dòng)力滑臺(tái)。支承部件是用以安裝動(dòng)力滑臺(tái)、帶有進(jìn)給機(jī)構(gòu)的切削頭或夾具等的部件，有側(cè)底座、中間底座、支架、可調(diào)支架、立柱和立柱底座等。1零件工藝分析1.1氣缸蓋的作用1.2本工序各待加工處的技術(shù)要求加工面尺寸及偏差公差及精度等級(jí)表面粗糙度形位公差進(jìn)氣孔φ560+0.03IT6Ra0.8μm◎φ0.05mmA排氣孔φ530+0.03IT6Ra0.8μm◎φ0.05mmB進(jìn)氣導(dǎo)桿孔φ160+0.015IT7Ra3.2μm⊥φ0.05mm排氣導(dǎo)桿孔φ160+0.015IT7Ra3.2μm⊥φ0.05mm1.3審查氣缸蓋本次加工的工藝性1.4缸蓋的生產(chǎn)類型N=10000臺(tái)/年*m=6件/臺(tái)*(1+10%)*(1+10%)=72600件/年2組合機(jī)床動(dòng)力部件選用2.1選用通用部件的基本方法（1）切削功率應(yīng)滿足加工所需的計(jì)算功率（包括切削所需功率、空轉(zhuǎn)功率及傳動(dòng)功率）。（2）進(jìn)給部件應(yīng)滿足加工所需的最大計(jì)算進(jìn)給力、進(jìn)給速度和工作行程及工作循環(huán)的要求，同時(shí)還須考慮裝刀、調(diào)刀的方便性。2.2通用部件的選用動(dòng)力部件的選用選用動(dòng)力部件主要是確定動(dòng)力部件的品種和規(guī)格。根據(jù)加工工藝分析和機(jī)床總體設(shè)計(jì)選擇所需的動(dòng)力部件及規(guī)格如下：表2-1部件名稱規(guī)格數(shù)量鉸孔鉸頭DSS800-F-L2左液壓滑臺(tái)SEHY-F630/6301右液壓滑臺(tái)SEHY-F400/4001鉸孔電機(jī)YD132S-6/4/2-B32切槽電機(jī)Y100L-6B31動(dòng)力滑臺(tái)主要用來實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的通用部件。此外他還可以作為自動(dòng)檢驗(yàn)和壓套等輔助工序的傳動(dòng)裝置，以及自動(dòng)線上的運(yùn)輸裝置等用。液壓滑臺(tái)主要由滑座、滑臺(tái)、和液壓缸三部分組成?；_(tái)由固定在滑座內(nèi)的油缸活塞桿推動(dòng)，沿滑座的導(dǎo)軌作直線運(yùn)動(dòng)，左側(cè)滑臺(tái)要承受較重的壓力，故選用雙矩形導(dǎo)軌，為提高精度，右側(cè)選用三角形矩行組合導(dǎo)軌?；_(tái)的運(yùn)動(dòng)由液壓系統(tǒng)控制，能實(shí)現(xiàn)快進(jìn)-工進(jìn)-停留-快退-停止。根據(jù)所選液壓滑臺(tái)選用相應(yīng)的組件。以及配做相應(yīng)的零件。3主軸組件設(shè)計(jì)主軸組件包括主軸、主軸支撐和安裝在主軸上的傳動(dòng)件、密封件等。因?yàn)橹鬏S帶動(dòng)工件或刀具直接參加工件表面形成運(yùn)動(dòng)，所以它的工作性能對加工質(zhì)量和生產(chǎn)率產(chǎn)生直接影響，是機(jī)床上最重要的部件之一。3.1主軸組件的設(shè)計(jì)要求主軸組件應(yīng)達(dá)到以下幾點(diǎn)設(shè)計(jì)基本要求：旋轉(zhuǎn)精度指機(jī)床在空載低速旋轉(zhuǎn)時(shí)（機(jī)動(dòng)或手動(dòng)），主軸前端安裝工件或刀具部位的徑向和軸向跳動(dòng)值滿足要求（其值可參見有關(guān)機(jī)床精度標(biāo)準(zhǔn)）。目的是保證加工零件的幾何精度和表面粗糙度。剛度指主軸組件在外力（例如切削力）的作用下，仍能保持一定工作精度的能力。剛度不足時(shí)，不僅影響加工精度和表面質(zhì)量，還容易引起振動(dòng)。惡化傳動(dòng)件和軸承的工作條件。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在其它條件允許的條件下，盡量提高剛度值?？拐裥灾钢鬏S組件在切屑過程中抵抗強(qiáng)迫振動(dòng)和自己振動(dòng)保持平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)的能力?？拐裥灾苯佑绊懠庸け砻尜|(zhì)量和生產(chǎn)率，應(yīng)盡量提高。溫升和熱變性溫升會(huì)引起機(jī)床部件熱變性，使主軸旋轉(zhuǎn)中心的相對位置發(fā)生變化，影響加工精度。并且溫度過高會(huì)改變軸承等元件的間隙，破壞潤滑條件，加速磨損甚至報(bào)廢軸。耐磨性指長期保持其原始精度的能力。主要影響因素有材料熱處理、軸承類型和潤滑方式。同時(shí)，主軸結(jié)構(gòu)要保證各零件定位可靠、工藝性好等要求。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮以上幾項(xiàng)要求，注意吸收新技術(shù)，以獲得滿意的設(shè)計(jì)方案。3.2主軸組件的設(shè)計(jì)步驟3.3主軸組件的布局3.3.1軸承的選取3.3.2軸承的配置形式3.3.3滾動(dòng)軸承間隙的調(diào)整和預(yù)緊3.3.4主軸滾動(dòng)軸承的精度和配合機(jī)床精度等級(jí)前軸承后軸承和推力軸承普通精度級(jí)D或CE或D精密級(jí)C或BC高精度級(jí)BB配合部位配合主軸軸徑與軸承內(nèi)圈m5k5JS6k6座孔與軸承外圈K6J6或JS6或規(guī)定一定過盈量3.3.5主軸傳動(dòng)件的布置3.3.6主軸組件布局設(shè)計(jì)圖3-1圖3-23.4主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.4.1主軸軸徑的確定功率2.6~3.63.7~5.55.6~7.37.4~1111~14.714.8~18.418.5~2222~29.5車床70~9070~10595~130110~145140~165150~190220230升降臺(tái)銑床60~9060~9575~10090~105100~115外圓磨床50~6055~7070~8075~9075~10090~1001051053.4.2主軸前端懸伸量的選擇3.4.3主軸剛度的驗(yàn)算4傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)4.1傳動(dòng)方案擬定比。4.2帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)4.2.1選用的齒形帶的參數(shù)一般如下：4.2.2同步齒形帶的傳動(dòng)計(jì)算確定計(jì)算功率）選擇齒形帶模確定小帶輪齒數(shù)20確定大齒輪齒數(shù)=40確定小帶輪節(jié)圓直徑確定（7）12.18mm/s（8）確定齒形帶長度與齒數(shù)L(mm),Z查表[1]5.2-41選區(qū)相近的帶長和齒數(shù)L=1068.1Z=85（10）核驗(yàn)小帶輪與齒形帶的嚙合齒數(shù)（11）確定1mm寬齒形帶由離心力而產(chǎn)生的張力T(Kfg/mm)71.2（12）確定齒形帶寬度b(mm)取b=50mm（13）確定齒形帶傳動(dòng)對軸的作用力Q(kgf)式中P——傳遞的圓周力Q=1242.36kgf5加工刀具設(shè)計(jì)5.1本次設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的問題及應(yīng)采取的方案5.2刀具設(shè)計(jì)刀具是機(jī)械加工工藝中必要的工藝裝備之一,而復(fù)合刀具的采用是把幾道工序合并在一起,可縮短基本工作時(shí)間和輔助時(shí)間,顯著提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率;此外,由于工序數(shù)目的減少,導(dǎo)致降低工藝系統(tǒng)的調(diào)整誤差,從而提高了零件的加工精度;同時(shí)簡化了操作過程。用一臺(tái)機(jī)床完成多臺(tái)機(jī)床才能完成的加工任務(wù),也減少了操作工人的數(shù)目。5.2.1復(fù)合鉸刀的應(yīng)用現(xiàn)將在氣缸蓋氣門座孔和氣門導(dǎo)桿孔的精加工工序中,采用一把精鉸擠光復(fù)合鉸刀把氣門導(dǎo)桿孔的精鉸、擠壓和氣門座孔的精鉸加工三道工序合并一次完成介紹如下。氣門導(dǎo)桿孔和氣門座孔圖紙要求如圖1所示。氣門導(dǎo)桿孔尺寸為16，圓柱度公差0.01,與底面垂直度公差為100:0.1,表面粗糙度Ra=3.2m.氣門座孔尺寸（）,圓柱度公差為0.015,與氣門導(dǎo)桿孔的同軸度公差為0.05,表面粗糙度Ra=3.2m.方案一氣門導(dǎo)桿孔和氣門座孔加工工藝過程是在二孔半精鏜后,再用專用鉸刀精鉸孔至15.79,再在40噸油壓機(jī)上用推擠刀擠壓孔為16。方案二采用精鉸擠光復(fù)合鉸刀合并工序精鉸刀部分是六齒鉸刀.具體結(jié)構(gòu)如圖總體分五部分,前導(dǎo)部分精鉸刀部分,擠光部分(無刃鉸刀),鉸座孔部分和刀柄部分.采用精鉸擠光復(fù)合鉸刀,可以使氣門導(dǎo)桿孔的精鉸和擠光兩道工序連續(xù)進(jìn)行,而且在擠光氣門導(dǎo)桿孔的同時(shí)又能鉸削氣門座孔。使三道工序合并。5.2.2采用精鉸擠光復(fù)合鉸刀的作用(1)無刃鉸刀的過度刃和每一個(gè)刀的前后角幾何形狀都制成圓滑過渡面,并且和精鉸刀尺寸公差一樣,無刃鉸刀外圓及過渡面的粗糙度與精鉸刀的外圓表面粗糙度一致。這樣,刀具在導(dǎo)桿中平滑擠壓通過時(shí),擠去精鉸后孔的收縮量及中心歪斜引起的附加量,使孔表面呈現(xiàn)黑色,且發(fā)亮,粗糙度可達(dá)Ra=0.8m,尺寸精度可達(dá)H7,且孔徑尺寸穩(wěn)定。(3)由于擠光段無刃鉸刀和導(dǎo)桿孔的精鉸刀具有相同的尺寸公差,當(dāng)無刃鉸刀全長進(jìn)入導(dǎo)桿孔后,無刃鉸刀的中心線就代表了導(dǎo)桿孔的中心線,在精鉸座圈孔時(shí),無刃鉸刀起定心作用,而且提高了座圈孔中心線與導(dǎo)桿孔中心線的同軸度。減少了工件在原工序時(shí)的裝夾次數(shù),避免了多次裝夾帶來的安裝誤差。(4)采用精鉸擠光復(fù)合鉸刀,使擠壓導(dǎo)桿孔和精鉸閥座孔的機(jī)動(dòng)時(shí)間重合。這樣使機(jī)加工時(shí)縮短,而且由于工序合并減少了多次裝卸的輔助時(shí)間,由原精加工工時(shí)29分鐘縮減為12分鐘,提高工效近1.5倍。(5)精鉸擠光復(fù)合鉸刀代替了原3個(gè)工序所用的刀具,使刀具成本降低了50%.(6)精鉸擠光復(fù)合鉸刀做到了工序集中,這樣,減少了機(jī)床和生產(chǎn)工人的數(shù)量,減少了車間面積和運(yùn)輸工作量,同時(shí)也簡化了生產(chǎn)計(jì)劃和組織工作。采用精鉸擠光復(fù)合鉸刀加工氣門導(dǎo)桿孔和氣門座孔,既可以保證零件加工質(zhì)量,提高加工精度,又提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率,降低了成本,具有明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。5.2.3鉸刀刀片材料選擇所加工缸蓋倒桿孔材料為合金鑄鐵,硬度為HB200-230,鑄件。導(dǎo)桿孔要求低的表面粗糙度和高的加工精度。5.2.4精鉸刀直徑和公差確定鉸刀的直徑與公差直接影響到被加工孔的尺寸精度、鉸刀的制造成本與使用壽命。鉸刀在加工合金鑄鐵件時(shí)，由于刀齒的徑向跳動(dòng)、工作與刀具的安裝偏差、積屑瘤的作用，鉸出的孔要比校準(zhǔn)部分的實(shí)際直徑大，即產(chǎn)生所謂的“擴(kuò)張”現(xiàn)象。因此確定槍鉸刀公差上、下極限值的規(guī)則[2]為：⑴鉸刀直徑的上限尺寸等于孔的最大直徑減0.1IT，0.1IT的值應(yīng)圓整到0.001mm整數(shù)倍。⑵鉸刀直徑的下限尺寸等于孔的最大直徑減0.35IT，0.35IT的值應(yīng)圓整到0.001mm整數(shù)倍。因加工孔的公差為φ16H7mm，所以鉸刀公差為：上限尺寸=16.015-0.1×0.015=16.013mm下限尺寸=16.013-0.35×0.015=16.008mm所以鉸刀直徑公差為φ16mm5.2.5鉸刀齒數(shù)Z選擇如鉸刀齒數(shù)過少,加工出的孔精度和表面粗糙度達(dá)不到要求,齒數(shù)過多,容屑槽尺寸小,刀齒強(qiáng)度削弱。加工韌性材料取小值,脆性材料取大值。為了便于測量，齒數(shù)取偶數(shù)。根據(jù)鉸刀直徑確定齒數(shù)，d=(16~32)之間的且孔精度較高，Z=6比較合適。5.2.6鉸刀齒槽形狀確定選擇導(dǎo)桿孔鉸刀齒槽為直槽。5.2.7鉸刀幾何參數(shù)確定⑴主偏