四工位专用机床工作台转位机构和刀具进给机构设计
The Design of Four Station Dedicated Machine Tool
Feed Mechanism And Indexing Mechanism
学生姓名学号
所在学院班级
所在专业机械设计制造及其自动化
申请学位工程学士
指导教师职称
副指导教师职称
答辩时间2015年 6 月 5 日
目录
设计总说明I
INTRODUCTION II
1绪论1
1.1专用机床的发展与现状1
1.2研究的目的及其意义2
2课题内容及其要求3
2.1设计要求3
2.2设计相关参数4
3机构运动循环图的绘制4
3.1工艺动作分解数据的计算4
3.2机构运动循环图5
4机械总体结构的设计6
4.1系统传动简图6
4.2原动机的选用6
4.3减速机构6
4.4执行部分总体部局7
5主要零部件的设计计算8
5.1减速机构设计8
5.2齿轮的设计：8
5.2.1齿轮1的设计8
5.2.2齿轮2设计14
5.3单销四槽槽轮机构设计21
5.4凸轮机构的设计22
5.4.1进给凸轮机构的设计22
5.5轴的设计计算23
5.5.1轴Ⅰ的结构设计23
5.5.2轴Ⅱ的结构设计26
5.5.3轴Ⅲ的结构设计27
5.5.4轴Ⅳ的结构设计27
5.6键联接强度校核28
5.6.1轴Ⅲ上布置的键联接强度校核28
5.6.2其余轴上键的强度校核28
5.7滚动轴承寿命验算29鸣谢30
参考文献31
设计总说明
机床是把毛坯加工成机器零件的机器，它是制造机器的机器，因此，又被称作为“工作母机”，是现代工业发展中不可或缺的重要组成部分。而四工位专用机床由于其结构简单，加工效率较高，操作简便，一次可完成装夹工件、钻孔、扩孔、铰孔、卸载工件的工序。而本设计是对四工位专用机床的刀具进给机构及工作台转位机构这两大关键机构进行设计。
本设计主要完成以下的具体工作：
1、简要的介绍国内外关于四工位机床的研究背景及相关的发展状况，阐述设计目的及意义。
2、对给出的设计要求及参数进行分析，参考相关资料，整理资料，为做好设计做准备。
3、对工艺动作分解相关数据进行计算，绘制机构运动循环图。
4、对四工位专用机床的刀具进给机构及其工作台转位机构进行总体设计，对比相关方案，选取最适合的设计方案，并绘制出系统传动简图。
5、对机床刀具进给机构及工作台转位机构的具体结构进行设计计算，如：齿轮、槽轮、凸轮、轴、键等进行设计计算。
6、根据计算结果及数据画出装配图及各具体的零件图。
通过以上设计，最终完成对四工位专用机床工作台转位机构及其刀具进给机构的相关设计。
关键词：四工位；工作台转位；刀具进给
INTRODUCTION
Machine toolis the blank into a machine parts processing machine, which is used in making machines, therefore, also referred to as "workhorses" of modern industrial development is an indispensable part of. The four-station-specific machine toolbecause of its simple structure, high working efficiency, easy operation, one can complete the workpiece clamping, drilling, reaming, the workpiece unloading process. And this design is a four-station-specific machine tool table feeding mechanism and indexing mechanism design these two key institutions. This design implements the following specific tasks:
1, a brief introduction and abroad about four-station machine tool research background and related developments, describes the purpose and significance of design.
2, the design requirements and parameters given in the analysis, refer to the relevant information, organize information, prepare to make the design.
3, the operation of the decomposition process related data is calculated, the movement cycle diagram drawing mechanism.
4, four-station-specific machine tool table feeding mechanism and indexing mechanism overall design, contrast-related programs, to select the most suitable design, and draw the diagram of the system drive.
5, the machine tool feed mechanism and the table indexing mechanism of concrete structure design calculations, such as: gears, sheaves, cams, shafts, and other key design calculations. 6, according to the results and data to draw assembly drawings and various specific parts diagram.
By the above design, the final completion of the four-station dedicated machine table indexing mechanism and tool feed related design institutions.
KEYWORDS: FOUR-STATION; WORKTABLE TRANSLOCATION; TOOL FEED
四工位专用机床工作台转位机构和刀具进给机构的设计
（机械设计制造及其自动化，2，赖剑超）
指导教师：（刘峰）
毕业设计说明书
1绪论
1.1专用机床的发展与现状
专用机床是一种适用于特定零件及其相关一个或多个工序加工地机床，是组成自动化生产线制造系统不可缺少的机床品种。
1911年美国制成了专用机床最早组合机床，当时最主要用途是汽车的零件。刚刚开始，各个机床制造厂都有自己的通用部件标准，但是厂与厂之间却没有一个相同的通用部件标准，为了提高通用部件的互换性，同时也为了方便用户的使用和维修，于1953年，通用汽车公司和美国福特汽车公司经过协商与美国机床制造厂正式地确定了组合机床的相关通用部件标准化的原则，严格地规定了部件与部件之间的联系尺寸，但是对部件结构的标准化却未作任何规定，但依旧对组合机床的发展做出了不可磨灭的贡献。
通用部件按功能可以分为以下这五大部分：动力部件、控制部件、输送部件、支承部件及其辅助部件。
1)动力部件主要包括以下部分三部分动力箱、切削头和动力滑台，其主要作用是为组
合机床提供主运动以及进给运动，就犹如人体内的心脏，随时随地为机床提供动力。
2)控制部件主要包括有这些部分电气柜、液压站和操纵台等，它的主要作用是控制机
床的工作循环，以方便于机床连续加工，能够有效地提高机床的加工效率。
3)输送部件主要有以下几个工作部分组成：环形分度回转工作台、分度回转工作台、
往复移动工作台及其分度鼓轮等，它的主要作用是将主轴箱及其要加工的工件输送到特定的加工工位，是机床加工不可缺少的重要组成部分。
4)支承部件则主要有以下部分组成：支架、底座、可调支架、立柱，其主要作用是使
动力滑台、切削头及其夹具等相关部件能够安装到正确的位置，相当于是机床的骨架，支撑起整个机床的部件，并使有关部件能保持较为精确的相对位置。
5)辅助部件主要有润滑装置、冷却装置和排屑装置等，其主要作用是对机床的部件进
行润滑，减少部件与部件之间的摩擦；冷却机床部件，防止机床与工件温度过高；
把切削出来的碎屑集中于一处，并排出。
同时为了加大组合机床的应用范围，可以把结构及其工艺相似的零件集中到一台组合机床上进行加工（即成组技术），以提高机床的利用率，使其也能够在中小批量生产中也能够得到广泛的使用，而不仅仅是使用于大批量的生产中。这类增大使用范围的机床较为常见的有这两种转塔式组合机床及其可换主轴箱式组合机床。
为了极大的简化组合机床的结构，使其结构更为紧凑，提高其精度，组合机床的未来发展方向主要是采用滚珠丝杠及其调速电动机等进行传动；采用数控系统、夹具自动更换系统，以提高组合机床的生产效率及工艺可调性，同时也大大的减少人们的工作量；同时其未来的发展还可纳入柔性制造系统，使生产更加的自动化，大大地节省人力资源。
专用机床是采用多轴、多把刀具、多工序、多处工位同时进行加工,生产效率得到极大的提高，是通用机床效率高几倍至几十倍。经过一系列的改善，现在专用机床的通用部件已经进行了一系列的标准化和系列化,可根据工厂自身的需要进行灵活配置,极大地缩短了机床的设计与制造周期。因此专用机床具有效率高、制造成本低等优点，由于这些优点，其在中、大批量生产过程中得到了广泛的应用。
专用机床主要用于箱体类零件及其特殊形状零件的加工，一般组合机床的工件不旋转，刀具旋转，来实现孔的加工、铣削平面、切削内外螺纹、加工外圆和端面等。
1.2研究的目的及其意义
由于专用机床是一种针对性较强的产品，具有高效自动化、生产效率高等优点，是需要大批量生产的企业的理想装备。随着制造技术逐步发展及其数控技术的快速普及，专用机床也逐步朝数控化方向发展，并且发展与普及速度也在逐步加快，因此，专用机床在制造业中占有较大的比重，并且比重还在不停增长当中，以适应社会生产效率的快速增长。
专用机床具有以下两个极为鲜明的特征：
（1）集成性：用户订购专用机床的最基本要求就是现买现用，它集机床开发设计，夹具与刀具的开发设计及其选择，加工工艺的设计，检验测量机床是否符合精度要求，切屑的处理与排出，冷却液的防护与处理等于一体。它所解决的不是单一的一个问题，而是涉及多领域、宽领域的多个问题。
（2）单一性：专用机床由于针对性比较强，一般只适合特定零件的加工制造，因此，几乎所有的专用机床都是单一性生产，根据用户所提出的各种针对机床的要求（如：精度、效率、针对何种零件的加工等），进行一次性研究及其开发，然后再进行一次性制造，并且还要求一次性成功，以节省成本及加快生产效率。
专用机床制造有以下八个特点：
（1）技术难度大：由于它集成性非常的高，所涉及的领域极为的宽，而且要求一次性开发研究，一次性制造，一次性成功，这种种要求大大地加大了专用机床的技术难度。
（2）经营风险高：专用机床是按照用户要求进行量身定制的，只能是加工一种零
件，而不像通用机床一样，可进行多种零件的加工制造，因此开发出来的专用机床就只能适合于某一用户。而且专用机床的技术难度大，而要解决这种种难题并不是一件容易的事，需要耗费大量的时间与金钱，这不仅加大了专用机床的制造成本，而且还可能在用户所要求的期限当中，无法完成机床的制造。这些都导致了专用机床的经营风险大大的提高。
（3）协作困难大：由于是一次性的制造生产，不会像标准零件、通用机床等可进行大批量生产，所以较少厂家会从事专用机床的零件的开发生产，因此找协作厂家会十分不易，一般的厂家的制造水平又不够高，可能无法满足用户的要求，而大厂家又太少，而且零件会供不应求。
（4）技术依赖性强：专用机床和其生产的自动线的设计，工艺的设计，机床的生产制造，机床的检测研究都需要大量的有经验的技术人员，而当前中国制造业所面临的一个问题就是有经验的技术人员太少。
（5）利润空间小：大批量生产，中批量生产，小批量生产这些不同的生产模式所获得的利润差别很大，在国外不同模式下的利润相差不大，而在在中国却相差太远。
（6）技术成长期长：专用机床的设计所涉及的知识面要求十分的广泛，且对专业知识的要求十分高。而许多厂都都缺乏这方面的人才，而要培养一名合格的技术研发人员，需要几年的时间。
（7）人员流动困难：由于订单不能够平衡，因此生产量也无法平均，导致不同时期需要的劳动生产力也不同，许多企业为了节省成本，在旺季便大量的招聘一些临时工，在淡季，则裁掉大量临时工，导致人员流动十分频繁，这就导致这些临时工所学技术多而不专，导致了企业缺乏大量的有经验，有技术的技工人员。
（8）技术引进困难，与国外合作难：由于专用机床的针对性较强，只能加工特定零件，这就导致专用机床一次性使用。而现如今，国外为了保持其技术领先的优势，因此其不愿与国内厂家进行合资，只愿意谈具体项目的合作事宜，导致技术的引进变得困难重重。
八个特点，即各有关联，又各具特点，但却极大的反应了现在我国专用机床设计制造所存在的种种问题，这些问题都值得我们去思考与解决。
随着生产技术的不断发展，对生产效率的要求越来越高，因此专用机床的开发与研究便变得十分的有意义。
2课题内容及其要求
2.1设计要求
专用机床工作台总共有四个工作位置，主轴箱安装有三把刀具。当主轴箱每进给一
次的时候，在四个工位分别完成装、卸工件，钻、扩、铰孔的工作；当刀具退出工件时，工作台便回转90°，工作台回转完后，主轴箱将再次进给。由此依次循环四次，一个工件就会完成安装、钻孔、扩孔、铰孔、卸载五个工序。工作台转位机构及其刀具进给机构具有严格的时间顺序要求，因此采用电动机带动分支并列两套机构的集中驱动方式，并且由凸轮、齿轮、槽轮等封闭，组成一个组合机构系统。主要研究的内容是确定机床传动方案，以便于设计刀具的进给机构及其工作台的转位机构的具体结构。
图2-1 四工位示意图
2.2设计相关参数
设计参数各数据如表2-1：
表2-1 参数数据表
3机构运动循环图的绘制
3.1工艺动作分解数据的计算
根据相关参数可计算出各过程所用时间
表2-2 各过程所用时间列表
时间/s 时间/s 时间/s 时间/s 时间/s 时间/s 时间/s
60 11.1 21.4 27.5 2.5 20 5
3.2机构运动循环图
根据专用机床的相关参数及运动过程可画出机构运动循环图如图3-1所示：
图3-1 机构运动循环图
该专用机床要求刀架进给与退回、工作台的旋转和工作台的定位这三个动作协调运行，其工作过程如图3-2：
图3-2 机床工作运动模型
为防止工件与刀具接触时卡盘旋转，导致工件损坏，因此要求在工件与刀具接触时工作台固定不动，刀具退出工件到下次接触工件这段时间必须完成工作台的旋转动作，以防止工件与刀具接触时，工作台旋转，导致工件被破坏。几个动作必须得相互协调，并且按一定规律来回的往复进行运动。
4机械总体结构的设计
4.1系统传动简图
专用自动机床机构简图如图4-1：
图4-1 系统传动简图
1、摆线针轮减速器
2、电动机
3、进刀圆柱凸轮
4、刀具专用电机
5、主轴箱
6、刀具
7、工件
8、单销四槽槽轮机构
9、齿轮2 10、齿轮1
4.2原动机的选用
原动机选择A02系列电机A02-5022三相异步电动机，其电动机额定功率P=0.06KW,而额定转速n=1400r/min。
4.3减速机构
经前面的计算，系统的总传动比为i=n/n5,其中n5便是圆柱凸轮所在轴的转速，其中圆柱凸轮的转速为1r/min，则总传动比为i=n/n6=1400/1。
由于总传动较大，所以可选用渐开线行星齿轮减速器、摆线针轮减速器、谐波传动减速器及蜗杆减速器等具有较大传动比的减速器。但由于行星齿轮减速器尺寸过大，因此会加大机床尺寸；蜗杆减速器传动效率低、发热量大；谐波传动减速器传动功率较低，因此不太适合，而摆线针轮减速器具有传动比高和效率高、结构较为紧凑、体积较小、运转时较为平稳、噪声低、寿命长及其容易分解安装等优点，可选择摆线针轮减速器。
综上，减速器型号选择二级直联型卧式摆线针轮减速器：ZWE 0.06-20A-473，电机输入功率为0.06kw,机型号：20A，传动比i=473
4.4执行部分总体部局
执行机构主要由旋转工件的卡盘与移动刀架这两大部分组成，这两个两大部分的运动在机床加工零件时，要保持一定的相对精度，以保证加工出来的零件满足要求。所以，在执行机构设计过程中可分为以下三个部分：进、退刀机构设计、工作台旋转机构和减速机构设计。进退刀机构的主要设计部分为圆柱凸轮的设计，而圆柱凸轮的设计最主要的还是圆柱凸轮轮廓线的设计；工作台的设计主要是间歇机构（槽轮机构）的设计及其计算。
在执行的过程中，由于原动机所传动出来的速度并非执行机构所需要的速度，因此，需要具有一定传动比的减速机构对电动机转速进行减速，以达到执行机构所要求的速度。下面我们将先大概计算一下减速机构总传动比的确定：刀具位于距离工件65mm处然后快速进给60mm，于距离工件表面5mm开始匀速推进55mm（其中刀具切入量：5mm，工件孔深：40mm，刀具切出量：10mm），然后再快速返回到距离工件表面65mm处，然后再快速进给，依次循环下去。要求每个小时加工60件产品，而一个产品加工出来刚好是刀具进给与退回的一个来回（即1分钟），而每加工一个产品，工作台旋转90°。
图4-2 刀具行程
根据此运动规律，由此可以计算出凸轮所在轴的转速为1r/min，所以减速机构的总传动比为i=电动机转速/凸轮所在轴转速=1400/1。
执行机构运动相关协调问题的讨论：由上面运动循环图可知，在工件安装好之后，刀具进给机构快速的完成快速进给、匀速进给、快速返回等这一系列的动作，而退刀后，即工件与刀具不接触的这一段时间，工作台必须旋转到下一个工作位置。而且还需要满足间歇以及固定这两个工作，因此选用单销四槽轮机构解决协调问题，具体的实现步骤参考“槽轮机构设计”。由于进刀机构运动较复杂，所以需要满足工作地几个状态，用
凸轮轮廓线设计的办法较容易满足。轮廓线的设计参考“主要零部件设计计算”。
5 主要零部件的设计计算 5.1 减速机构设计
传动比分配： 总传动比:473 2.961400
111
n i i i n ??=
=
==
电机减齿主轴
；其中：473, 2.96i i ==减齿，取3i =齿 5.2 齿轮的设计： 5.2.1 齿轮1的设计
已知：输入功率0.060.90.054P P kw kw η=?=?=电减；小齿轮转速3/min n r =小；齿数比u=3;工作寿命10年，每年工作300天，两班制。 设计计算：
1. 选齿轮类别、精度、材料及其齿数 （1） 选用直齿圆柱齿轮，压力角选为20°。
（2） 专用机床为金属切割机床，参考表10-1（机械设计），选用6级精度
（3） 材料的选择：小齿轮的材料硬度要求相对比大齿轮要高，因此，可选用40Cr （调
质），经查其齿面的硬度为280HBS ，而大齿轮的材料选常用材料45钢（调质），齿面的硬度为240HBS 。
（4） 选择小齿轮的齿数121z =，则大齿轮的齿数2121363z uz ==?=，取262z = 2. 按照齿面接触疲劳强度进行设计 （1） 试算小齿轮的分度圆直径，即
1t d ≥1) 确定公式中的各参数：
○1试选 1.3Ht K =。 ○
2计算小齿轮传递转矩。 665119.5510/9.55100.054/3 1.71910T P n N mm N mm =?=???=??
○3由《机械设计》（以下齿轮计算皆是出自于本书）表10-7选齿宽系数1d φ= ○4由图10-20查得的区域系数 2.5H
Z = ○5由表10-5查得的材料弹性影响系数为1/2189.8E
Z MPa = ○6由式（10-9）计算小齿轮的接触疲劳强度用重合度系数Z ε
。 *111arccos[cos /(2)]arccos[21cos 20/(2121)]30.909a a z z h αα=+=??+?=? *222arccos[cos /(2)]arccos[62cos 20/(6221)]22.449a a z z h αα=+=??+?=?
1122[(tan tan ')(tan tan ')]/2 1.270a a z z αεααααπ=-+-=
0.954Z ε=
= ○7计算接触疲劳许用应力[]H
σ 由图10-25d 查得小，大齿轮的接触疲劳极限分别为：
lim1lim2700,650H H Mpa Mpa σσ==
由式（10-15）计算齿轮的应力循环次数：
6116048.6410h N n jL ==? 621/ 2.92610N N u ==?
通过图10-23查取其接触疲劳寿命系数121.16, 1.22HN HN K K == 暂取失效概率为1%、安全系数S=1，由式10-14得：
1lim1
1[]812HN H H K MPa S σσ=
=
2lim2
2[]793HN H H K MPa S
σσ=
=
取1[]H σ和2[]H σ中值较小者作为齿轮副接触疲劳许用应力，即
2[][]793H H MPa σσ==
2) 算小齿轮分度圆直径
1t d ≥（2） 调整小齿轮的分度圆直径 1) 计算实际载荷系数前数据。
○
1圆周速度v 。 311
9.1110601000
t d n v π-=
=??m/s
○
2齿宽b 。 157.988d t b d mm φ==
2) 算实际载荷系数H K 。
○1通过表10-2查得使用系数1A
K =。 ○2根据39.1110/v m s -=?、6级精度及图10-8查得动载系数为 1.01v K =。 ○
3齿轮的圆周力。 31112/ 5.92910t t F T d N ==?
1/102.2/100/A t K F b N mm N mm =>
查表10-3得到齿间载荷分配系数为1H K α=。
○
4由表10-4使用插值法查得6级精度、小齿轮相对轴承成非对称分布时，得到齿向载荷分配系数位 1.407H K β=。由此得到实际载荷系数为
1.421H A V H H K K K K K αβ==
3) 由式（10-12
）可得按实际载荷系数计算得分度圆直径
1159.734t d d == 及相应齿轮模数
11/ 2.844m d z mm ==
3. 按照齿根弯曲疲劳强度进行设计 （1） 由式（10-7）算模数，即
t m ≥
1）确定公式中各参数值
○1试选 1.3Ft
K =。 ○
2由式（10-5）算弯曲疲劳强度用重合系数如下。 0.75
0.250.84Y εα
ε=+
=
○
3计算[]
Fa sa
F Y Y σ。
由图10-17可查得齿形系数122.78, 2.28Fa Fa Y Y ==。 由图10-18可查得应力修正系数121.56, 1.74sa sa Y Y ==。
由图10-24c 可查得小齿轮及大齿轮的齿根弯曲疲劳极限分别为：
lim1lim2500,380F F MPa MPa σσ==
由图10-22查得其弯曲疲劳寿命系数为120.98,0.99FN FN K K ==。 选取弯曲疲劳安全系数为S=1.4，由式（10-14）得：
[]1lim11350FN F F K MPa S σ
σ==
[]2lim22268.71FN F F K MPa S
σ
σ==
[]11
1
0.0124Fa sa F Y Y σ=
[]22
2
0.0149Fa sa F Y Y σ=
因为大齿轮
[]
Fa sa
F Y Y σ大于小齿轮的，所以取
[]
Fa sa
F Y Y σ=
[]22
2
0.0149Fa sa F Y Y σ=
2）试算模数
2.333t m mm
≥= （2） 调整齿轮的模数
1）算实际载荷系数前的参数准备。
○
1圆周速度v 。
111 2.3332148.995d m z mm ==?=
311
48.9953
/7.7010601000
601000
d n v m s ππ-??=
=
=???
○
2齿宽b 。 1148.99548.995d b d mm mm φ==?=
○
3宽高比b/h 。 ()()*2210.25 2.333 5.249a t h h c m mm mm *=+=?+?=
/48.995/5.2499.33b h ==
2）算实际载荷系数F K 。
○1根据37.710/v m s -=?，6级精度与图10-8查得动载系数 1.01V K =。 ○2由1
54112/2 1.71910/48.995 1.68410t F T d N ==??=?， 1/343.7/100/A t K F b N mm N mm =>，查表10-3查得齿间载荷分配系数1F K α=。
○3由表10-4使用插值法查得 1.405H K β=,结合b/h=9.33查图10-13，得 1.32F K β=。
则载荷系数为
1 1.011 1.3
2 1.333F A v F F K K K K K αβ==???=
3）由式（10-13），可以得到按实际载荷系数算得的齿轮模数
2.353m m mm == 对比计算结果，按齿面接触疲劳强度所计算的模数m 大于按齿根弯曲疲劳强度所计算的模数，因为齿轮模数m 的大小主要取决于由弯曲疲劳强度决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度决定的承载能力，仅和齿轮直径有关，可以取由弯曲疲劳强度计得的模数2.353mm ，并就近圆整成标准值m=2.5mm ，按照接触疲劳强度计得的分度圆直径
159.734d mm =，算出的小齿轮齿数为11/23.894z d m ==，取124z =，大齿轮齿数为21132472z u z ==?=，取271z =，1z 与2z 互为质数。
4. 几何尺寸的计算 （1） 计算分度圆直径如下
1124 2.560d z m mm mm ==?= 2271 2.5177.5d z m mm mm ==?=
（2） 计算中心距
()()12/260177.5/2118.75a d d mm mm =+=+=
（3） 计算齿轮宽度
116060d b d mm mm φ==?=
考虑不可避免安装误差及为了保护设计齿宽b 和减少材料，一般要将小齿轮略微加宽（5~10）mm ，即
()()15~10605~1065~70b b mm mm mm =+=+=
取167b mm =，而让大齿轮齿宽与设计齿宽相等，即260b b mm ==。 5. 中心距圆整后的强度校核
上述齿轮副中心距不便于相关零件设计和制造。为此，可以通过调整齿轮传动比、改变齿轮或者变位法进行圆整。本例用变位法对中心距圆整至a ’=120mm 。圆整时，以变位系数及不超出图10-21a 中推荐合理工作范围为宜。其它几何参数，如12,,,,z z m b α等保持不变。
齿轮变位后，齿轮副相关几何尺寸发生了变化。应重新对齿轮强度进行校核，以明确齿轮工作能力。 （1） 算变位系数和
○
1计啮合角、变位系数和、齿数和、齿顶高降低系数及中心距变动系数。 ()'arccos cos /'21.580a a αα==?????
12247195z z z ∑=+=+=
()()12'/20.649x x x inv inv z tan ααα∑∑=+=-= ()()'/120118.5/20.625y a a m =-=-=
0.6490.6250.024y x y ∑?=-=-=
由图10-21a 可知，当前变位系数和提高了齿轮的强度，但是重合度有所下降。
○2确定分配变位系数12
,x x 。 由图10-21a 知，坐标点()/2,/2z x ∑∑=（47.5,0.325）位于L12线和L13线之间。于这两条线之间做射线，在从横坐标为1,2z z 处作垂直线，可查得与射线交点的纵坐标分别为120.385,0,264x x ==。
（2） 齿面接触疲劳强度的校核
按前述相类似的做法，先计算式（10-10）中各参数。为了节省篇幅，此处仅给出计算结果：
51/2
111.421, 1.71910,1,60,3, 2.36,189.8H d H E K T N mm d mm u Z Z MPa φ==??=====0.874Z ε=。将它们代入式（10-10），得到
[]679.8793H H E H Z Z Z MPa MPa εσσ=
=<= 综上，齿面接触疲劳强度满足相关要求，且齿面接触应力比标准齿轮略微下降。 （3） 齿根弯曲疲劳强度的校核
按前述相类似做法，先计算式（10-6）中的各参数。为了节省篇幅，这里仅给出相关计算结果51111.35, 1.71910, 2.25, 1.77F Fa Sa K T N mm Y Y ==??==22, 2.16, 1.84Fa Sa Y Y ==
10.690,1, 2.5,24d Y m mm z εφ====。将它们代入式（10-6），可得到
[]111132112141.7F Fa Sa F F d K TY Y Y MPa m z ε
σσφ=
=<
[]122132
21
2141.4F Fa Sa F F d K TY Y Y MPa m z ε
σσφ=
=< 齿根弯曲疲劳强度满足设计要求，且小齿轮抵抗弯曲疲劳破坏能力大于大齿轮。 6. 主要设计结论
小齿轮选用材料为40Cr （调质），大齿轮选用材料45钢（调质）。齿轮按6级精度设计。
表5-1 齿轮1各参数表
5.2.2 齿轮2设计
已知：输入功率0.060.90.980.053P P kw kw η=?=??=电减；小齿轮转速1/min n r =小；齿数比u=1;工作寿命10年，每年工作300天，两班制。 设计计算：
1. 选齿轮类别、精度等级、材料和齿数。
（1） 选直齿圆柱齿轮，压力角选为20°。
（2） 专用机床为金属切割机床，参考表10-1（机械设计），选用6级精度。 （3） 材料的选择：由于小齿轮与大齿轮的传动比为1，因此，要求小齿轮与大齿轮的
硬度要求差不多，小齿轮与大齿轮的材料都选为40Cr （调质），齿面的硬度为280HBS 。
（4） 选小齿轮的齿数为124z =，则大齿轮的齿数2124124z uz ==?=，取224z = 2. 按照齿面接触疲劳强度进行设计 （1） 试算小齿轮的分度圆直径，即
1t d ≥1) 确定公式中的各参数：
○1试选 1.3Ht K =。 ○
2计算小齿轮传递转矩。 665119.5510/9.55100.053/1 5.06010T P n N mm N mm =?=???=??
○3由《机械设计》（以下齿轮计算皆是出自于本书）表10-7选齿宽系数0.8d φ= ○4由图10-20查得的区域系数 2.5H
Z = ○5由表10-5查得的材料弹性影响系数为1/2189.8E
Z MPa = ○6由式（10-9）计算小齿轮的接触疲劳强度用重合度系数Z ε
。 *111arccos[cos /(2)]arccos[24cos 20/(2421)]29.841a a z z h αα=+=??+?=? *111arccos[cos /(2)]arccos[24cos 20/(2421)]29.841a a z z h αα=+=??+?=?
1122[(tan tan ')(tan tan ')]/2 1.602a a z z αεααααπ=-+
-=
Z ε=
= ○7计算接触疲劳许用应力[]H
σ 由图10-25d 查得小，大齿轮的接触疲劳极限分别为：
lim1lim2700,700H H MPa MPa σσ==
由式（10-15）计算齿轮的应力循环次数：
摘要 本论文针对目前国内外数控车床的现状、发展动态和发展方向及其在现代工业中的重要作用，运用液压元件的基本理论，对其主关键结构液压系统箱进行了原理分析和优化设。根据设计的实际需要，对车床液压系统开展研究，并对液压系统的结构元件和液压控制系统的结构进行了优化设计。并介绍了一种在三爪卡盘上加装摆动式液压缸和平面螺旋机构的螺旋摆动式液压缸增力机构的结构。叙述了主要的设计步骤和参数的确定。 关键词：数控车床液压油泵液压油缸液压控制阀三爪卡盘性能分析参数优化设计 G RADUATE D ESIGN (T HESIS) 设计(论文)题目：数控机床液压系统设计 指导教师：李洪奎 I
Abstract The present paper in view of the present domestic and foreign numerical control lathe present situation, the development tendency and the development direction and in the modern industry vital role, the utilization hydraulic unit basic theory, has carried on the static analysis and the optimized design to its important structure lathe bed, then achieved the instruction designs and enhances the numerical control lathe technical performance the goal. According to the design actual need, the method of hydraulics systems used in the actual project the related theory and the realization principle has carried on the elaboration, and has carried on the lathe bed champing and drive module design as well as the optimized design. The research process mainly divides into hydraulic system analysis and hydraulic control of the optimization designs, obtained the lathe bed static stress and the strain, and has carried on the optimized design to the lathe bed structure, has carried on a more scientific appraisal to the product. Key word：Numerical control lathe ;Hydraulic pumps ;Hydraulic cylinders ;control valves;performance analysis ;Optimized design II
2 液压传动的工作原理和组成 液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件(缸或马达)把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动。驱动机床工作台的液压系统是由油箱、过滤器、液压泵、溢流阀、开停阀、节流阀、换向阀、液压缸以及连接这些元件的油管、接头等组成。 2.1 工作原理 1)电动机驱动液压泵经滤油器从油箱中吸油，油液被加压后,从泵的输出口输入管路。油液经开停阀、节流阀、换向阀进入液压缸，推动活塞而使工作台左右移动。液压缸里的油液经换向阀和回油管排回油箱。 2)工作台的移动速度是通过节流阀来调节的。当节流阀开大时，进入液压缸的油量增多，工作台的移动速度增大；当节流阀关小时，进入液压缸的油量减少，工作台的移动速度减少。由此可见，速度是由油量决定的。 2.2 液压系统的基本组成 1）能源装置——液压泵。它将动力部分（电动机或其它远动机）所输出的机械能转换成液压能，给系统提供压力油液。 2）执行装置——液压机（液压缸、液压马达）。通过它将液压能转换成机械能，推动负载做功。 3）控制装置——液压阀。通过它们的控制和调节，使液流的压力、流速和方向得以改变，从而改变执行元件的力（或力矩）、速度和方向，根据控制功能的不同，液压阀可分为村力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为益流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。 4）辅助装置——油箱、管路、蓄能器、滤油器、管接头、压力表开关等.通过这些元件把系统联接起来，以实现各种工作循环。 5）工作介质——液压油。绝大多数液压油采用矿物油，系统用它来传递能量或信息。
数控车床保养维护 目录 前言 一、数控机床主要的日常维护与保养工作的内容 1、选择合适的使用环境 2、为数控车床配备数专业人员 3、长期不用数控车床的维护与保养 4、数控系统中硬件控制部分的维护与保养 5、机床机械部分的维护与保养 6、机床主轴电机的维护与保养 7、机床进给伺服电机的维护与保养 8、机床测量反馈元件的维护与保养 9、机床电气部分的维护与保养 10、机床液压系统的维护与保养 11、机床气动系统的维护与保养 12、机床润滑部分的维护与保养 13、可编程机床控制器 生，必须做好日常维护工作，所以要求数控车床维护人员不仅要有机械、加工工艺以及液压气动方面的知识，也要具备电子计算机、自动控制、驱动及测量技术等知识，这样才能全面了解、掌握数控车床，及时搞好维护工作。 一、数控机床主要的日常维护与保养工作的内容： 1、选择合适的使用环境 数控车床的使用环境<如温度、湿度、振动、电源电压、频率及干扰等）会影响机床的正常运转，所以在安装机床时应严格要求做到符合机床说明书规定的安装条件和要求。在经济条件许可的条件下，应将数控车床与普通机械加工设备隔离安装，以便于维修与保养。 2、为数控车床配备数专业人员 这些人员应熟悉所用机床的机械部分、数控系统、强电设备、液压、气压等部分及使用环境、加工条件等，并能按机床和系统使用说明书的要求正确使用数控车床。 3、长期不用数控车床的维护与保养 在数控车床闲置不用时，应经常经数控系统通电，在机床锁住情况下，使其空运行。在空气湿度较大的霉雨季节应该天天通电，利用电器元件本身发热驱走数控柜内的潮气，以保证电子部件的性能稳定可靠。 4、数控系统中硬件控制部分的维护与保养 每年让有经验的维修电工检查一次。检测有关的参考电压是否 工位专用机床的设计 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】 湖南工业大学 课程设计 资料袋 机械工程学院（系、部）第二零一零---二零一一学年第二学期课程名称机械原理课程设计指导教师职称教授 学生姓名专业班级学号 题目四工位专用机床的设计 成绩起止日期2011年7月1日～2011年7月5日 目录清单 机械原理课程设计 设计说明书 四工位专用机床的设计 起止日期：2011年7月1日至2011年7月5日 学生姓名 班级 学号 成绩 指导教师(签字) 机械工程学院（部） 2011年7月1日 目录 0.课程设计任务书 (2) 1.设计题目 (3) 2.工作原理和工艺动作分解 (4) 3.根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图 (5) 4.四工位专用机床的功能分析与设计过程 (5) 5.间歇转动机构与刀具移动机构等主要机构选型 (7) 6.机构运动方案的评价和选择 (11) 7.机械传动系统的速比和变速机构 (13) 8.执行机构的尺度综合 (14) 9.画机构运动简图 (15) 10.参考资料 (16) 11.设计总结及感悟 (16) 湖南工业大学 课程设计任务书 2010—2011学年第2学期 机械工程学院（系、部）机械大类专业班级 课程名称：机械原理课程设计 设计题目：四工位专用机床的设计 完成期限：自2011年7月1日至2011年7月5日共1周 指导教师：2011年7月1日 系（教研室）主任：2011年7月1日 1.设计题目：四工位专用机床的设计 设计原理： 四工位专用机床是在四个工位上分别完成工件的装卸、钻孔、扩孔、铰孔工作的专用加工设备。机床的执行动作有两个：一是装有工件的回转工作台的间歇转动；二是装有三把专用刀具的主轴箱的往复移动（刀具的转动由专用电机驱动）。两个执行动作由同一台电机驱动，工作台转位机构和主轴箱往复运动机构按动作时间顺序分支并列，组合成一个机构系统。 设计要求： 1）刀具顶端离开工作表面65mm,快速移动送进60mm，再匀速送进60mm（包括5mm刀具切入量、45mm工件孔深、10mm刀具切出量，如图1-1），然后快速返回。行程速比系数K=； 2）刀具匀速进给速度为2mm/s，工件装卸时间不超过10s； 3）机床生产率60件/h； 4）执行机构及传动机构能装入机体内； 5）传动系统电机为交流异步电动机，功率，转速960r/min。 图1-1孔加工示意图 2. 工作原理和工艺动作分解 目录 设计任务分析 (1) 机床结构和工作原理 (2) 圆柱凸轮 (4) 小凸轮 (7) 定位机构 (8) 槽轮机构 (9) 自我鉴定 (9) 附录1(五次多项式求解Ｃ程序) (10) 附录2(圆柱凸轮Ｃ程序) (11) 附录3（定位凸轮C程序） (14) 设计任务分析 一：工作原理及工艺动作过程 四工位专用机床是在四个工位上分别完成工件的装卸、钻孔、扩孔、铰孔工作的专用加工设备。机床的执行动作有两个：一是装有工件的回转工作台的间歇转动；二是装有三把专用刀具的主轴箱的往复移动（刀具的转动由专用电机驱动）。两个执行动作由同一台电机驱动，工作台转位机构和主轴箱往复运动机构按动作时间顺序分支并列，组合成一个机构系统。 二：原始数据及设计要求 （１）刀具顶端离开工作表面65mm，快速移动送进60mm 后，再匀速送进60mm（包括５mm刀具切入量、45mm 工件孔深、10mm刀具切出量，如右图所示），然后快速 返回。回程和进程的平均速度之比K=2。 （２）刀具匀速进给速度为3mm/s，工件装卸时间不超过10s。 （３）机床生产率每小时约75件。 （４）执行机构及传动机构能装入机体内。 （５）传动系统电机为交流异步电动机。 三：任务分析 (1) 为了达到进给要求，适宜用凸轮机构来控制钻头的运动。由于刀具匀速进给速度为3mm/s，所以就要求凸轮的转速为每四十八秒一转。 (2) 考虑到加工的精密稳定性，本机床的传动机构宜多采用齿轮。并且凸轮的运动中不应出现刚性冲击，要选择合适的运动规律，如五次多项式。 (3) 为实现工作台的间歇运动，可以选择槽轮机构。 (4) 为保证钻头加工位置的准确，还应该设计定位机构。 (5) 最后需要绘制出至少两张A1图来表达本机床的设计思想。分别为机箱传动图、槽轮机构和定位机构既工作台转位机构和定位机构。 四：设计流程 1.专用机床的刀具进给机构方案图及运动循环图。 2.设计工作台转位机构及定位机构方案图及运动循环图。 3.设计圆柱凸轮机构。 4.设计定位凸轮机构。 5.凸轮机构设计计算，选择和设计从动件的运动规律。 6.编写设计说明书。 机床结构和工作原理 数控拉床中液压系统故障及维修方法 由于数控机床在生产加工过程中的普遍应用，对数控车床液压系统的维护保养要求标准更高，如果使用维护不当，则严重影响车床的可靠性和使用寿命。 目前拉床液压系统存在问题主要有:溜板工作时产生振动;噪声超过85dB;维修困难和维修费用高;耗能大、油温高等问题。造成这几种问题的主要原因是选用的标准液压元件为淘汰产品和有关的液压元件设计不正确。数控拉床液压技术驱动方式是利用油泵的，在技术上优势特别明显，加工工艺更加精密，并且硬度也有了明显的提高，产品的耐磨性更加好。 液压拉床可以加工各种不同形状的零件，如方孔、花键、各种角等等。液压是液压拉床的传动方式，并且传动的方向可以进行变化，并不是单一的，因此具有很好的灵活性。液压拉床可以实现多种操作方式，使机床和液压形成一体化，在使用功能上有了成倍提升。 液压拉床冷却系统有着良好的构造结构，只要操作正确，不会出现问题。如出现切屑问题，一般均是由于操作不当。如果要避免操作不当，先要利用正确的切屑方式，把切削液放到容器里面的时候，就要注意不能全部倒满，留有空间可以让切屑充分储存住。否则过多的切屑就会导致车削液的空间被占用，最终导致液面的上升。对于多余 的切屑进行清理，维护液压拉床生产的清洁卫生。 另一方面，应注意根据额定拉力来进行具体的拉削作业。因为拉床在生产过程中，拉削能获得较高的尺寸精度和较小的表面粗糙度，提高生产效率。保护好拉刀，因为锋利拉刀可以针对不同形状的拉床进行加工，特别是硬质合金可转位拉刀在拉削效率上更高，更要特别养护。 液压系统在数控拉床中的作用，详细分析拉床中液压系统中会出现的故障以及维修方法维护方法，以及拉床液压系统的结构和原理。拉床的生产过程中，拉削能获得较高的尺寸精度和较小的表面粗糙度，提高生产效率。保护好拉刀，因为锋利的拉刀可以针对不同形状的拉床进行加工，尤其是硬质合金可转位拉刀在拉削效率上更高，需要额外养护。 一、拉床液压系统中液压油泵不输油的原因及相应的解决方法： (一)产生原因1.溢流阀无压力，因此液压油泵输出的油从滋流阀排回油箱，而无油输人液压油泵中。2.液压系统中的操纵阀卡住或安装电磁铁的螺钉脱落及电磁铁铁芯上的销钉断裂或脱落。 目录 第一章课程设计题目简介及设计要求 (1) 1、课程设计题目简介 (1) 2、原始数据和设计要求 (2) 3、设计任务 (2) 第二章机械运动方案设计 (2) 第三章机械总体结构设计 (3) 1、原动机构 (4) 2、传动机构 (4) 3、执行部分总体部局 (4) 第四章机械传动系统设计 (6) 1、涡轮蜗杆减速器 (6) 2、外啮合行星齿轮减速器 (6) 第五章执行机构和传动部件的机构设计 (8) 1、方案设计 (8) 2、方案比较 (8) 第六章主要零部件的设计计算 (12) 1、减速机构设计 (12) 2、圆柱凸轮进刀机构设计 (15) 3、回转工作台机构设计 (16) 4、圆柱凸轮定位销机构设计 (19) 第七章最终设计方案和机构简介 (20) 1、方案选择 (20) 2、方案简介及运动分析 (21) 第八章设计小结 (23) 第九章参考资料 (24) 第一章课程设计题目简介及设计要求 一、设计题目简介 设计四工位专用机床的刀具进给机构和工作台转位机构。工作台有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个工作位置：位Ⅰ装卸工具，位Ⅱ钻孔，位Ⅲ扩孔，位Ⅳ铰孔。主轴箱上装有三把刀具，对应是钻头、扩孔钻和铰刀。刀具由专用电机带动绕其自身轴线转动。主轴箱每向左移送进一次，在四个工位上分别完成相应的装卸工件、钻孔、扩孔、铰孔工作。当主轴箱右移（退回）到刀具离开工件后，工作台回转90°，然后主轴箱再次左移。这时。对其中的一个工件来说，都进入了下一个工位的加工。依次循环四次，一个工件就完成了装、钻、扩、铰、卸等工序。由于主轴箱往复一次，在四个工位上同时工作，所以每次就有一个工件完成上述全部工序。 《液压与气压传动》 课程设计说明书 题目：卧式双面洗削组合机床液压系统 院系：国际教育 专业：机电一体化 班级：51301 姓名：陈雪峰 指导教师：徐巧 日期：2015.5.21 《液压与气压传动》课程设计任务书 一、设计目的 《液压与气压传动》课程设计是机械工程专业教学中重要的实践性教学环节，也是整个专业教学计划中的重要组成部分，是培养学生运用所学有关理论知识来解决一般工程实际问题能力的初步训练。 课程设计过程不仅要全面运用《液压与气压传动》课程有关知识，还要根据具体情况综合运用有关基础课、技术基础课和专业课的知识，深化和扩大知识领域，培养独立工作能力。 通过课程设计，使学生在系统设计方案的拟定、设计计算、工程语言的使用过程中熟悉和有效地使用各类有关技术手册、技术规范和技术资料，并得到设计构思、方案拟定、系统构成、元件选择、结构工艺、综合运算、编写技术文件等方面的综合训练，使之树立正确的设计思想，掌握基本设计方法。 二、设计内容 1．《液压与气压传动》系统图，包括以下内容： 1）《液压与气压传动》系统工作原理图； 2）系统工作特性曲线； 3）系统动作循环表； 4）元、器件规格明细表。 2．设计计算说明书 设计计算说明书用以论证设计方案的正确性，是整个设计的依据。要求设计计算正确，论据充分，条理清晰。运算过程应用三列式缮写，单位量纲统一，采用ISO制，并附上相应图表。具体包括以下内容： 1）绘制工作循环周期图； 2）负载分析，作执行元件负载、速度图； 3）确定执行元件主参数：确定系统最大工作压力，液压缸主要结构尺寸，计算各液压缸工作阶段流量，压力和功率，作工况图； 4）方案分析、拟定液压系统； 5）选择液压元件； 6）验算液压系统性能； 7）绘制液压系统工作原理图，阐述系统工作原理。 三、设计要求与方法步骤 1．认真阅读设计任务书，明确设计目的、内容、要求与方法步骤； 2．根据设计任务书要求，制定个人工作计划； 3．准备必要绘图工具、图纸，借阅有关技术资料、手册； 4．认真对待每一设计步骤，保证质量，在教师指导下独立完成设计任务。 （课程设计说明书封面格式与设计题目附后） 二、液压传动课程设计(大型作业)的内容和设计步骤 1．工况分析 在分析机器的工作情况(工况)的基础上，确定液动机(液压缸和液压马达)的负载、速度、调速范围、功率大小、动作循环、自动化程度等并绘制出工况图。 2．初定液动机的基本参数 数控拉床液压系统的维修与维护 一、液压系统的维修与维护 由于数控机床在生产加工过程中的普遍应用，对数控车床液压系统的维护保养要求标准更高，如果使用维护不当，则严重影响车床的可靠性和使用寿命。目前拉床液压系统存在问题主要有：溜板工作时产生振动；噪声超过85dB;维修困难和维修费用高；耗能大、油温高等问题。造成这几种问题的主要原因是选用的标准液压元件为淘汰产品和有关的液压元件设计不正确。 数控拉床液压技术驱动方式是利用油泵的，在技术上优势特别明显，加工工艺更加精密，并且硬度也有了明显的提高，产品的耐磨性更加好。液压拉床可以加工各种不同形状的零件，如方孔、花键、各种角等等。液压是液压拉床的传动方式，并且传动的方向可以进行变化，并不是单一的，因此具有很好 的灵活性。液压拉床可以实现多种操作方式，使机床和液压形成一体化，在使用功能上有了成倍提升。液压拉床冷却系统有着良好 的构造结构，只要操作正确，不会出现问题。如出现切屑问题，一般均是由于操作不当。要避免操作不当，先要利用正确的切屑方式，把切削液放到容器里面的时候，就要注意不能全部倒满，留有空间可以让切屑充分储存住。否则过多的切屑就会导致车削液的空间被占用，最终导致液面的上升。对于多余的切屑进行清理，维护液压拉床生产的清洁卫生。 另一方面，应注意根据额定拉力来进行具体的拉削作业。因为拉床在生产过程中，拉削能获得较高的尺寸精度和较小的表面粗糙度，提高生产效率。保护好拉刀，因为锋利拉刀可以针对不同形状的拉床进行加工，特别是硬质合金可转位拉刀在拉削效率上更高，更要特别养护。 二、维护保养内容及要求 1日常保养 1.1定期时间：每班班前、班后。1.2作业时间：各15分钟内。1.3班前 1.3.1擦干净外露导轨、活塞杆尘土及油污。132按润滑规定 注油。1.3.3空车试运转。 1.3.4检查油泵压力、油缸工作情况。 1.4班后 1.4.1清理拉屑。 1.4.2擦拭拉床各部外表。1.4.3机床各部位归位。2 一级保养 2.1定期时间：每季度一次。2.2作业时间：4小时内。2.3外表 2.3.1擦拭机床外表，罩盖及附件，达到内外清洁，无锈蚀，无黄袍。2.3.2检查补齐螺钉、螺母、手柄（球）、油杯等。2.4工作台、拖板与导轨。 设计任务书 设计任务: 1 按工艺动作过程拟定机构运动循环图 2 进行回转台间歇机构,主轴箱道具移动机构的选型,并进行机械运动方案评价与选择 3 按选定的电动机与执行机构的运动参数进行机械传动方案的拟定 4 对传动机构与执行机构进行运动尺寸设计 5 在2号图纸上画出最终方案的机构运动简图 6 编写设计计算说明书 设计要求: 1 从刀具顶端离开工件表面65mm位置,快速移动送进了60mm后,在匀速送进60mm(5mm 刀具切入量,45mm工件孔深,10mm刀具切出量),然后快速返回。回程与工作行程的速比系数K=2。 2 生产率约每小时60件。 3 刀具匀速进给速度2mm/s,工件装、卸时间不超过10s。 4 执行机构能装入机体内。 机械运动方案设计 根据专用机床的工作过程与规律可得其运动循环图如下: 钻 头头进匀速60°快 钻0°240° 进 钻 头快退工作台转动 307.4° 位 销 插 入 定定 位销拔 出 工 作台静 止凸 轮钻397.4° 该专用机床要求三个动作的协调运行,即刀架进给、卡盘旋转与卡盘的定位。其工作过程如下: 要确保在刀具与工件接触时卡盘固定不动,刀具退出工件到下次接触工件前完成卡盘旋转动作。几个动作必须协调一致,并按照一定规律运动。 机械总体结构设计 一、原动机构: 原动机选择Y132S-4异步电动机,电动机额定功率P=5、5KW,满载转速n=1440r/min 。 二、传动机构: 传动系统的总传动比为i=n/n 6,其中n 6为圆柱凸轮所在轴的转速,即总传动比为1440/1。采用涡轮蜗杆减速机构(或外啮合行星减速轮系)减速。 三、执行部分总体部局: 执行机构主要有旋转工件卡盘与带钻头的移动刀架两部分,两个运动在工作过程中要保持相当精度的协调。因此,在执行机构的设计过程中分为,进刀机构设计、卡盘旋转机构与减速机构设计。而进刀机构设计归结到底主要就是圆柱凸轮廓线的设计,卡盘的设 机构运动循环图 机床工作运动模型 数控机床故障诊断与维修论文 摘要:数控机床故障诊断数控机床是个复杂的系统,一台数控机床既有机械装置、液压系统,又有电气控制部分和软件程序等。组成数控机床的这些部分, 由于种种原因,不可避免地会发生不同程度、不同类型的故障,导致数控机床不能正常工作。故障诊断是进行数控机床维修的第一步,它不仅可以迅速查明故障原因,排除故障,也可以起到预防故障发生与扩大的作用。文章结合数控机床中几个故障的维修实例,说明加强理论学习,适当了解数控系统硬件的相关连接及工作原理，了解PLC与外部器件的联系，并注重系统保养，对于准确维修数控机床故障, 降低机床故障率具有重要意义。 关键词: 数控机床PLC ;故障诊断; 故障维修 一、数控机床故障诊断的基本方法 数控设备是一种自动化程度较高,结构较复杂的先进加工设备,是企业的重点、关键设备。要发挥数控设备的高效益,就必须正确的操作和精心的维护,才能保证设备的利用率。正确的操作使用能够防止机床非正常磨损, 避免突发故障; 做好日常维护保养,可使设备保持良好的技术状态, 延缓劣化进程,及时发现和消灭故障隐患,从而保证安全运行,故障诊断是进行数控机床维修的第一步,它不仅可以迅速查明故障原因, 排除故障, 也可以起到预防故障的发生与扩大的作用。一般来说, 数控机床的故障诊断方法主要有以下几种: （一常规诊断法 对数控机床的机、电、液等部分进行的常规检查, 通常包括:（1 检查电源的 规格（包括电压、频率、相序、容量等是否符合要求；（2CNC、伺服驱动、主轴驱动、电机、输入/输出信号的连接是否正确、可靠；（3CNC、伺服驱动等装置内的印制电路板是否安装牢固, 接插部位是否有松动；（4CNC、伺服驱动、主轴驱动等部分的设定端、电位器的设定、调整是否正确；（5液压、气动、润滑部件的油 液压传动系统三级项目 ——机床液压传动系统 学院： 班级： 成员： 指导教师： 日期：2012年6月22日 一、液压传动系统概述 液压传动是用液体作为工作介质来传递能量和进行控制的传动方式。液压传动技术广泛应用于现代机床生产中，我们以数控车床为例，介绍液压传动系统在机床中的应用。 现代数控机床在实现整机的全自动化控制中，除数控系统外，还需要配备液压传动装置来辅助实现整机的自动运行功能。液压传动装置由于使用工作压力高的油性介质，因此机构输出力大，机械机构紧凑，动作平稳可靠，易于调节，噪声较小。 液压传动系统在数控机床中具有如下辅助功能： （1）自动换刀所需的动作。如机械手的伸、缩、回转和摆动及刀具的松开和夹紧动作。 （2）机床运动部件的运动、制动和离合器的控制、齿轮拨叉挂档等。 二、设计机床液压传动系统的依据 （1）机床的总体布局和工艺要求，包括采用液压传动所完成的机床运动种类、机械设计时提出可能用的液压执行元件的种类和型号、执行元件的位置及其空间的尺寸范围、要求的自动化程度等。 （2）机床的工作循环、执行机构的运动方式（移动、转动或摆动），以及完成的工作范围。 （3）液压执行元件的运动速度、调速范围、工作行程、载荷性质和变化范围。（4）机床各部件的动作顺序和互锁要求，以及各部件的工作环境与占地面积等。（5）液压系统的工作性能，如工作平稳性、可靠性、换向精度、停留时间和冲出量等方面的要求。 （6）其它要求，如污染、腐蚀性、易燃性以及液压装置的质量、外形尺寸和经 济性等。 三、设计液压传动系统的步骤 1、明确对液压传动系统的工作要求，是设计液压传动系统的依据，由使用部门以技术任务书的形式提出。 2、拟定液压传动系统图。（1）根据工作部件的运动形式，合理地选择液压执行元件；（2）根据工作部件的性能要求和动作顺序，列出可能实现的各种基本回路。此时应注意选择合适的调速方案、速度换接方案，确定安全措施和卸荷措施，保证自动工作循环的完成和顺序动作和可靠。 液压传动方案拟定后，应按国家标准规定的图形符号绘制正式原理图。图中应标注出各液压元件的型号规格，还应有执行元件的动作循环图和电气元件的动作循环表，同时要列出标准（或通用）元件及辅助元件一览表。 3、绘制液压系统工作图，编制技术文件。 四、设计液压传动系统时应注意问题 1、在组合基本回路时，要注意防止回路间相互干扰，保证正常的工作循环。 2、提高系统的工作效率，防止系统过热。例如功率小，可用节流调速系统；功率大，最好用容积调速系统；经常停车制动，应使泵能够及时地卸荷；在每一工作循环中耗油率差别很大的系统，应考虑用蓄能器或压力补偿变量泵等效率高的回路。 3、防止液压冲击，对于高压大流量的系统，应考虑用液压换向阀代替电磁换向阀，减慢换向速度；采用蓄能器或增设缓冲回路，消除液压冲击。 4、系统在满足工作循环和生产率的前提下，应力求简单，系统越复杂，产生故障的机会就越多。系统要安全可靠，对于做垂直运动提升重物的执行元件应设有平衡回路；对有严格顺序动作要求的执行元件应采用行程控制的顺序动作回路。此外，还应具有互锁装置和一些安全措施。 5、尽量做到标准化、系列化设计，减少专用件设计。 五、数控车床液压系统的原理图 机械工程学院机械原 理课程设计 姓名：麦麦提敏。图尔荪 学号：20092001403 班级：机械09-2班 指导老师：穆塔里夫 2012年6月 新疆大学 《机械原理课程设计》任务书 班级: 机械09-2 姓名: 麦麦提敏。图尔荪课程设计题目: 四工位加工机床的刀具进给系统和工作台转位系统设计 课程设计完成内容: 设计说明书一份(主要包括:运动方案设计、方案的 决策与尺度综合、必要的机构运动 分析和相关的机构运动简图) 发题日期: 2012 年 6 月 24 日 完成日期: 2012 年 7 月 2 日 指导教师: 穆塔里夫 机械原理课程设计说明书 一、设计题目： 四工位专用机床。 二、四工位专用机床的功能和 设计要求： 1、功能： 所谓四工位即四个工位能够同时做相应的工作，四工位专用机床在小型制造车间里可完成工件的连续生产，提高了生产效率。在这里，四工位机床要求在四个工位上分别完成相应的装卸工件，钻孔、扩孔、铰孔工作，一个工件经过在四个工位上的依次作业，即完成了这个工件的加工，循环进行，加快了工件的生产速度，提高了工件的加工效率。 2、设计要求： 1)四工位专用机床中，回转台的旋转运动与刀具的进给运动之间一下要配合后，时间上的要求极其严格。从而速度要求也要合理。如果刀具在工件加工时，回转台已开始转动，必发生折刀。相反，如果刀具尚未到达工件，即工件未加工之前，回转台已开始转动，则刀具来不及对工件进行加工，而且刀具在工件加工时，进给速度，运动方向一定要稳定，不然的话，也极容易出现折刀，毁坏工件之类现象。 2)从执行动作上来分，四工位机床共分为三个执行机构，即回转台的回转运动，主轴箱的水平移动，及刀具的旋转运动。 3)考虑到四工位机床应用于小型制造车间，其特点为简洁易维修使用，拆卸，更换零件方便，故采用了手工安装零件，而不采用机器手来安装，后者一般在大规模生产车间采用，而且后者的安装时间相应来说比手工安装应短许多，但会增加成本，在这里有足够的时间(36s)，可供手工安装零件，故无需用机器手。 4)四工位专用机床的性能要求和原始数据： (1)刀具匀速进给加工速度2mm/s。 (2)生产率为每小时约74件。 (3)刀具顶端离开工件表面65mm。 (4)回转及工件行程的平均速度之比为k≥2。 三、功能分析： 四工位专用机床与传统相比提高了工件的加工效率。它利用四个工位可以在不同的工位上分别完成不同的工序加工，从而增加了单位时间的工件加工数目。对于本题目，要求在三个工位上完成工件的加工动作，即钻孔，扩孔，铰孔，而在另一个工位上则完成工件的装卸工作，它利用回转台使三个加工工序配合起来，从而完成了一个工件的加工，在回转台转动时，装有刀具的主轴箱进行快进，快退，一旦当回 目录 摘要............................................................................................................... 错误！未定义书签。目录.. (2) 1 课题题目 (3) 1.1 课程设计课题内容 (3) 1.1.1 设计的目的 (3) 1.2设计内容及步骤 (3) 1.2.1 设计的内容及步骤 (4) 2. 正文 (5) 2.1 设计要求及设计参数 (5) 2.1.1设计要求 (5) 2.1.2设计参数 (5) 2.2负载与运动分析 (5) 2.2.1负载分析 (6) 2.2.2运动分析 (6) 2.2.3负载图与运动图的绘制 (6) 2.3确定液压系统主要参数 (9) 2.3.1液压缸的选定 (9) 2.3.2液压缸各阶段的压力，流量和功率 (11) 2.3.3液压缸的工况图 (13) 3 选型及计算书 (14) 3.1 拟定液压系统原理图 (14) 3.2液压元件的选择 (15) 3.2.1确定液压泵的规格和电动机的功率 (15) 3.2.2选择阀类元件及辅助元件 (17) 3.3液压确定系统性能的验算 (17) 总结 (18) 参考文献 (18) 1课题题目 1.1课程设计课题内容 1.1.1设计的目的 专用平面磨床液压系统的设计是为了使得工作台的往复运动采用液压运动，平面磨床为精加工磨床，磨削力及变化量不大，工作台往复运动速度高，调速范围广，要求换向灵敏迅速，冲击小，所以采用液压传动能够达到这些效果，液压传动主要是为了操纵平面磨床的往复运动，所以是液压系统的主体回路，其中主要有工作台油路的控制，和工作台速度的控制，工作台制动，换向和停留以及工作台手动与自动控制互锁。专用平面磨床工作台液压系统设计能够提高运动的效率和精确度，并且能够对调速，运动平稳性，换向精度，换向频率都有较好的控制，所以对液压系统也有较高的要求。 小型平面磨床工作台的液压传动系统，其采用液压系统和双出杆液压缸组成了液压传动系统，取代原机床手动传动系统。工作台的来回纵向运动由安装在拖板上的液压缸的液压杆来回运动而牵引着工作台来回运动。其运动行程和方向转换则由安装在工作台上的行程挡块和安装在拖板上的磨床专用液压阀所决定。本发明解决了手动平面磨床以纯人工手动操作的这一系列的动作，大大提高生产效率，降低劳动强度，而且重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快 1.1.2设计的要求 1.设计时必须从实际出发，综合考虑实用性、经济性、先进性及操作维修方便。如果可以用简单的回路实现系统的要求，就不必过分强调先进性。并非是越先进越好。同样，在安全性、方便性要求较高的地方，应不惜多用一些元件或采用性能较好的元件，不能单独考虑简单、经济； 2.独立完成设计。设计时可以收集、参考同类机械的资料，但必须深入理解，消化后再借鉴。不能抄袭； 3.在课程设计的过程中，要随时复习液压元件的工作原理、基本回路及典型系统的组成，积极思考。不能直接向老师索取答案。 4.液压传动课程设计的题目均为中等复杂程度液压设备的液压传动装置设计。 1.2设计内容及步骤 1.2.1 设计的内容及步骤 （一）设计内容 1. 液压系统的工况分析，绘制负载和速度循环图； 数控机床液压系统的保养与维护 一、选择适合的液压油 液压油在液压系统中起着传递压力、润滑、冷却、密封的作用,液压油选择不恰当就是液压系统早期故障与耐久性下降的主要原因。应按随机《使用说明书》中规定的牌号选择液压油,特殊情况需要使用代用油时,应力求其性能与原牌号性能相同。不同牌号的液压油不能混合使用,以防液压油产生化学反应、性能发生变化。深褐色、乳白色、有异味的液压油就是变质油,不能使用。 二、防止固体杂质混入液压系统 清洁的液压油就是液压系统的生命。液压系统中有许多精密偶件,有的有阻尼小孔、有的有缝隙等。若固体杂质入侵将造成精密偶件拉伤、发卡、油道堵塞等,危及液压系统的安全运行。一般固体杂质入侵液压系统的途径有:液压油不洁;加油工具不洁;加油与维修、保养不慎;液压元件脱屑等。可以从以下几个方面防止固体杂质入侵系统: 1加油时 液压油必须过滤加注,加油工具应可靠清洁。不能为了提高加油速度而去掉油箱加油口处的过滤器。加油人员应使用干净的手套与工作服,以防固体杂质与纤维杂质掉入油中。 2 保养时 拆卸液压油箱加油盖、滤清器盖、检测孔、液压油管等部位,造成系统油道暴露时要避开扬尘,拆卸部位要先彻底清洁后才能打开。如拆卸液压油箱加油盖时,先除去油箱盖四周的泥土,拧松油箱盖后,清除残留在接合部位的杂物(不能用水冲洗以免水渗入油箱),确认清洁后才能打开油箱盖。如需使用擦拭材料与铁锤时,应选择不掉纤维杂质的擦拭材料与击打面附着橡胶的专用铁锤。液压元件、液压胶管要认真清洗,用高压风吹干后组装。选用包装完好的正品滤芯(内包装损坏,虽然滤芯完好,也可能不洁)。换油时同时清洗滤清器,安装滤芯前应用擦拭材料认真清洁滤清器壳内底部污物。 三、液压系统的清洗 清洗油必须使用与系统所用牌号相同的液压油,油温在45～80℃之间,用大流量尽可能将系统中杂质带走。液压系统要反复清洗三次以上,每次清洗完后,趁油热时将其全部放出系统。清洗完毕再清洗滤清器、更换新滤芯后加注新油。 设计任务书 设计任务： 1 按工艺动作过程拟定机构运动循环图 2 进行回转台间歇机构，主轴箱道具移动机构的选型，并进行机械运动方案评价和选择 3 按选定的电动机和执行机构的运动参数进行机械传动方案的拟定 4 对传动机构和执行机构进行运动尺寸设计 5 在2号图纸上画出最终方案的机构运动简图 6 编写设计计算说明书 设计要求： 1 从刀具顶端离开工件表面65mm位置，快速移动送进了60mm后，在匀速送进60mm（5mm刀具切入量，45mm工件孔深，10mm刀具切出量），然后快速返回。回程和工作行程的速比系数K=2。 2 生产率约每小时60件。 3 刀具匀速进给速度2mm/s，工件装、卸时间不超过10s。 4 执行机构能装入机体内。 机械运动方案设计 根据专用机床的工作过程和规律可得其运动循环图如下： 机构运动循环图 机械总体结构设计 一、原动机构： 原动机选择Y132S-4异步电动机，电动机额定功率P=5.5KW,满载转速n=1440r/min。 二、传动机构： 传动系统的总传动比为i=n/n6,其中n6为圆柱凸轮所在轴的转速，即总 传动比为1440/1。采用涡轮蜗杆减速机构（或外啮合行星减速轮系）减速。 三、执行部分总体部局： 执行机构主要有旋转工件卡盘和带钻头的移动刀架两部分，两个运动在工作过程中要保持相当精度的协调。因此，在执行机构的设计过程中分为，进刀机构设计、卡盘旋转机构和减速机构设计。而进刀机构设计归结到底主要是圆柱凸轮廓线的设计，卡盘的设计主要是间歇机构的选择。 在执行过程中由于要满足相应的运动速度，因此首先应该对于原动机的输出进行减速。下面先讨论减速机构传动比的确定：由于从刀具顶端离开工件表面65mm位置，快速移动送进了60mm后，在匀速送进60mm（5mm 刀具切入量，45mm工件孔深，10mm刀具切出量），然后快速返回。要求效率是６０件／小时，刀架一个来回（生产１个工件）的时间应该是１分钟。根据这个运动规律，可以计算出电机和工作凸轮之间的传动比为1440/1。两种方案的传动比计算，参考主要零部件设计计算。 下面讨论执行机构的运动协调问题：有运动循环图可知，装上工件之后，进刀机构完成快进、加工、退刀工作，退后卡盘必须旋转到下一个工作位置，且在加工和退刀的前半个过程中卡盘必须固定不动，由于卡盘的工作位置为四个，还要满足间歇和固定两个工作，于是选择单销四槽轮机构（或棘轮机构、不完全齿轮机构与定位销协调）解决协调问题，具体实现步骤参考“回转工作台设计”。由于进刀机构的运动比较复杂，因此要满足工作的几个状态，用凸轮廓线设计的办法比较容易满足。廓线的设计参考主要零部件设计计算。 TPX6113/2机床的液压系统 本机床液压系统分为两部分,即主轴箱液压系统和工作台液压系统. 一\主轴箱液压系统: 油泵电机,油泵,一次滤油器均按在主轴箱尾筒背面,尾筒下部即为邮箱..电磁阀,二次滤油器,压力表均安装在主轴箱顶面. 1.主编苏,进给变速及TPX6113,TPX6113/2,TPX6113/4型卧式镗床平旋盘结合与脱开由一个两位四通电磁阀(YV1)控制. .主变速是通过一个二十五位十通转阀控制三个三位和一个二位油缸实现的. TPX6113,TPX6113/2,TPX6113/4型卧式镗床平旋盘的回转与径向刀架的进给是通过一个两位八通转阀控制二个二位油缸实现的. 变速时首先将转阀转至所需要的位置,按动变速执行按钮,油泵电机启动, 电磁阀,(YV1)通电,向系统共有,各油缸开始动作,油缸动作完毕,由各油缸活塞杆的封闭循环油路控制压力继电器,电器开关有释放回到压缩位置,这是时油泵电机停止转动,电磁阀(YV1)断电,变速完成主电机自动启动. 2. TPX6113型卧式镗床主轴进给分配和TPX6113/2,TPX6113/4型卧式镗床主轴或平旋盘运动分配, 是由一个三位四通电磁阀控制一个两位油缸实现的. 当分配开关分配到主轴和TPX6113,TPX6113/2,TPX6113/4型卧式镗床主轴或平旋盘位置时油泵电机启动, 电磁阀(YV10)通电, 向油缸供油, 活塞动作完毕,压电器开关, 延时后, 油泵停止转动, YV10断电. 3.主轴箱夹紧与松开及导轨润滑, 有一个三位四通电磁阀控制,, 分配开关分配到主轴箱位置是,油泵启动, 电磁阀YV12 通电,向油缸供油, 主轴箱有夹紧转台变到松开状态,同时主轴箱导轨自动定量润滑一次,动作完毕, 压继电器开关, 延时后油泵电机停止转动, YV12断电. 4.进给换向是有一个三位四通M形电磁阀控制, 按正向进给或反向按钮时,油泵启动, 油缸两端同时供油, 使结合子脱开, 此时油缸电机停止转动. (二)工作台液压系统 回转工作台, 上/下滑座的夹紧,松开分别由三个三位四通电磁阀控制(图9.3) 工作原理同主轴箱运动分配相同. 该液压系统集中设置在下滑座内端部. 机床使用较长时间后, 如发现油泵出现噪声是须立即清晰邮箱的滤油器. 5.各部夹紧装置的调整 1)主轴箱, 上滑座和下滑座夹紧的调整(图8.5) 首先将调整螺钉3和2松开,然后使夹紧器处于夹紧状态; 重新调整夹紧螺钉2, 使夹紧力矩达到下列要求, 用本机床的专用手摇把作为力臂, 分别摇动各部夹紧力矩( 布包裹夹紧前的力矩)各拉力是: 1.主轴箱>=225,4牛顿 2.上滑座>=196N 3.下滑座>=196N 使夹紧力达到要求后,将夹紧器处于松开状态, 检查弹簧板应能活动,然后在将防松螺钉紧固即可. 2)工作台夹紧的调整; 加紧力的调整是调整夹紧虎口外露的螺母.夹紧力的确定,首先将工作台一道下滑座一端,用主轴进给在距工作台中心500毫米出进行最大切削抗力实验, 当保险离合器打滑时,工 数控机床液压系统的维修与维护 一选择适合的液压油 液压油在液压系统中起着传递压力、润滑、冷却、密封的作用，液压油选择不恰当是液压系统早期故障和耐久性下降的主要原因。应按随机《使用说明书》中规定的牌号选择液压油，特殊情况需要使用代用油时，应力求其性能与原牌号性能相同。不同牌号的液压油不能混合使用，以防液压油产生化学反应、性能发生变化。深褐色、乳白色、有异味的液压油是变质油，不能使用。 二防止固体杂质混入液压系统 清洁的液压油是液压系统的生命。液压系统中有许多精密偶件，有的有阻尼小孔、有的有缝隙等。若固体杂质入侵将造成精密偶件拉伤、发卡、油道堵塞等，危及液压系统的安全运行。一般固体杂质入侵液压系统的途径有：液压油不洁；加油工具不洁；加油和维修、保养不慎；液压元件脱屑等。可以从以下几个方提高加油速度而去掉油箱加油口处的过滤器。加油人员应使用面防止固体杂质入侵系统： 1 加油时液压油必须过滤加注，加油工具应可靠清洁。不能为了干净的手套和工作服，以防固体杂质和纤维杂质掉入油中。 2 保养时拆卸液压油箱加油盖、滤清器盖、检测孔、液压油管等部位，造成系统油道暴露时要避开扬尘，拆卸部位要先彻底清洁后才能打开。如拆卸液压油箱加油盖时，先除去油箱盖四周的泥土，拧松油箱盖后，清除残留在接合部位的杂物（不能用水冲洗以免水渗入油箱），确认清洁后才能打开油箱盖。如需使用擦拭材料和铁锤时，应选择不掉纤维杂质的擦拭材料和击打面附着橡胶的专用铁锤。液压元件、液压胶管要认真清洗，用高压风吹干后组装。选用包装完好的正品滤芯（内包装损坏，虽然滤芯完好，也可能不洁）。换油时同时清洗滤清器，安装滤芯前应用擦拭材料认真清洁滤清器壳内底部污物。 三液压系统的清洗 清洗油必须使用与系统所用牌号相同的液压油，油温在45?80 C之间，用大流量尽可能将系统中杂质带走。液压系统要反复清洗三次以上，每次清洗完后，趁油热时将其全部放出系统。清洗完毕再清洗滤清器、更换新滤芯后加注新油。防止空气和水入侵液压系统. 四防止空气入侵液压系统 在常压常温下液压油中含有容积比为6?8%的空气，当压力工位专用机床的设计
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