毕业设计（论文）-粗镗活塞销孔专用机床及夹具设计

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1、粗镗活塞销孔专用机床及夹具设计摘 要本文主要介绍解放牌汽车活塞销孔的加工工艺，并设计粗镗活塞销孔的组合专用机床和专用夹具。这次设计的题目是：粗镗活塞销孔专用机床及夹具设计。并绘制出解放牌汽车用铝活塞销孔零件图、加工示意图、被加工零件工序图、组合机床联系尺寸图和夹具结构图。通过设计粗镗活塞销孔的专用机床和夹具。培养综合运用所学基本理论，基本知识，基本方法和基本技能，分析问题和解决问题的能力。并且到当地工厂进行实地考察，了解了在现今工厂中所用到的粗镗活塞销的专用机床及其夹具，并确定了其发展方向和所要求的精度范围。现今工厂中所用到的粗镗活塞销的专用机床及其夹具，并确定了其发展方向和所要求的精度范围。

2、毕业设计是高等工业院校学生毕业前进行的全面综合训练，是培养学生综合运用所学知识与技能解决实际问题的教学环节，是学生在校获得的最后训练机会，也是对学生在校期间所获得知识的检验。关键词：关键词： 组合专用机床；粗镗；夹具；活塞销孔AbstractThis paper is central introduce the technology that process pistons thole hole of JIE FANG automobile.And design the special-purpose lathe and fixture for boring the pistons thole

3、 hole. The design is entitled: rough boring machine for the Pistons pin hole and fixture design.And to map out Detroit liberating Al Car Parts pin hole,processing diagram,map processes parts processing,machine tool portfolio size map and link structure of the fixture.Boring through the rough design

4、of the piston pin hole for machine tools and fixtures.Training of the integrated use of the basic theory,basic knowledge,the basic methods and basic skills,analytical and problem-solving abilities. And to the local factory site visits,in the understanding of the present factory in the rough boring P

5、istons used a special machine and its sales fixture, and to determine its direction and scope of the required accuracy.The current factory in the rough boring Pistons used a special machine and its sales fixture, and to determine its direction and scope of the required accuracy. Higher industrial de

6、sign graduate students graduated from institutions prior to a comprehensive training,is to train students in the integrated use of the knowledge and skills to solve practical problems of teaching, students in school was the last training opportunities, but also to students in school during the acces

7、s to knowledge The test.Keywords： special-purpose lathe；boring；fixture；pistons thole hole目目 录录摘摘 要要.IAbstract.II第第 1 章章前言前言.31.1 本课题的研究意义.31.2 背景.31.3 目的.3第第 2 章章概述概述.42.1 毕业设计的内容和要求：.42.2 零件的工作条件和技术要求：.42.3 活塞主要技术条件分析.42.4 活塞的材料及毛坯制造.52.5 活塞销孔的机械加工工艺过程的分析.6第第 3 章章粗镗活塞销孔专用机床及夹具设计粗镗活塞销孔专用机床及夹具设计.73.1

8、 夹具的初步设计方案.73.2 机床的初步设计.73.2.1 动力部件的选择.73.2.2 确定切削用量及选择刀具.83.2.3 确定切削力切削扭矩切削功率.93.2.4 选择刀具结构及镗杆.103.3 夹具设计的有关计算.103.3.1 原动力计算.103.3.2 弹性夹盘的设计.113.3.3 支架和底座设计.123.3.4 镗套及衬套选用.133.3.5 扳手和螺栓的选用.133.4 机床的液压系统的具体设计.133.4.1 机床液压滑台液压系统设计.133.4.2 液压滑台液压缸所受的外负载.143.4.3 液压滑台系统工作原理.143.4.4 定位液压系统设计.153.4.5 液压系

9、统的计算和选择液压元件.173.5 V 带轮传动的设计.183.5.1 确定切削功率.183.5.2 计算轴间距选取 V 带.183.5.3 确定带轮、计算基准直径及包角.193.5.4 组合机床联系尺寸的确定.20参考文献参考文献 .22致致 谢谢 .23附附 录录 1 .24附附 录录 2 .36第第 1 章章 前言前言1.1 本课题的研究意义镗床是装备工业的基本生产手段之一，镗削工业是关系国计民生、国防建设的基础工业和战略性产业。专用夹具设计更是为提高加工质量及效率 自动化的要求，促进经济发展和科技进步。培养综合运用所学基本理论，基本知识，基本方法和基本技能，分析问题和解决问题的能力。并

10、且到当地工厂进行实地考察，了解了在现今工厂中所用到的粗镗活塞销的专用机床及其夹具，并确定了其发展方向和所要求的精度范围。现今工厂中所用到的粗镗活塞销的专用机床及其夹具，并确定了其发展方向和所要求的精度范围。毕业设计是高等工业院校学生毕业前进行的全面综合训练，是培养学生综合运用所学知识与技能解决实际问题的教学环节，是学生在校获得的最后训练机会，也是对学生在校期间所获得知识的检验。粗镗活塞销孔专用机床及夹具设计。并绘制出解放牌汽车用铝活塞销孔零件图、加工示意图、被加工零件工序图、组合机床联系尺寸图和夹具结构图。1.2 背景 在当今社会，各种加工方法不断更新，本文主要介绍解放牌汽车活塞销孔的加工工艺

11、，并设计粗镗活塞销孔的组合专用机床和专用夹具。对零件的加工要求不断严格，零件的精度也在不断的要求更高，所以，我们要不断的更新加工的设备，加强机床的设计，只有这样，我们才能跟上时代的发展，在提高机床的工作效率的同时，又能完成所要求的加工精度。镗床的设计是我们迎接新世纪需要，将机床的自动化和半自动化等拥有车窗中，是我们的工业有突出的发展和进步，不断提升机床的性能，使工作更加安全可靠，更能使用人的需求，安全可靠，工作良好。1.3 目的这次设计的题目是：粗镗活塞销孔专用机床及夹具设计。并绘制出解放牌汽车用铝活塞销孔零件图、加工示意图、被加工零件工序图、组合机床联系尺寸图和夹具结构图。并翻译一篇有关的外

12、文资料。第第 2 章章 概述概述2.1 毕业设计的内容和要求：通过设计粗镗活塞销孔的专用机床和夹具。培养综合运用所学基本理论，基本知识，基本方法和基本技能，分析问题和解决问题的能力。设计方案和计标正确，叙述清楚，图纸符合制图规范。翻译一篇有关的外文资料。 需学习“机械制造工艺学”， “机床夹具设计”， “组合机床设计”等方面知识和参考资料。使用二维软件进行零件的绘制和总体结构的设计。设计包括：绘制解放牌汽车用铝活塞销孔零件图，加工示意图，夹具图。并翻译一篇有关的外文资料。设计中需参考国内外各品牌结构和样式，对各机构进行精确计算。力争使所设计的机床及夹具优越且价格适中，有竞争力。2.2 零件的工

13、作条件和技术要求：工作条件：在发动机汽缸内，活塞在一部分工作循环压缩气体，而在另一部分工作循环，汽缸内的混合气体燃烧膨胀，活塞承受高温气体的压力，并把压力通过活塞销、连杆传给曲轴。可见活塞是在高温高压下作长时间变负荷的往复运动，活塞的结构就要适应这样的工作条件。技术要求：1.销孔圆度和圆柱度均不大于0.0152.销孔轴线对止口端面平行度不大于100：0.043.销孔轴线与止口内圈中心线对称度不大于0.204.销孔表面允许有深度不大于0.08 的正常退刀痕迹2.3 活塞主要技术条件分析销孔尺寸公差IT6 级以上。当销孔直径小于50mm 时销孔圆度误差不大于0.0015mm，圆柱度误差不大于0.0

14、03mm。销孔内圆表面粗糙度Ra0.2m。活塞销孔轴心线到顶面的距离定为560.08mm。销孔轴心线对裙部轴心线的垂直度在 100mm 长度上公差为0.35mm。销孔轴心线在裙部轴心线的对称度为0.2mm。活塞由顶部、头部和裙部组成。裙部包括销座、销孔等，由于活塞是在高温高压条件下连续负荷运动的，所有必须有相适应的结构来满足活塞的这一特定的工作条件，路合金材料的导热性好、质量轻、惯性力小，用它制造活塞有利于活塞的工作。活塞的顶部工作条件最为恶劣，从活塞的整体结构上，设计成顶部及头部的壁浇厚，一下壁渐薄。并使销孔至内表面为整体小坐；对销座设计加强筋，使整个活塞有足够的刚性。为得到满意的配合间隙，

15、理想的活塞应该和缸筒一样是正圆的。实际工作状态下的活塞，其侧压力主要在垂直于销孔的方向，又因其在热变形的情况下要求它能正常的工作，即在热变形厚趋于正圆，所以大多数活塞裙部是设计成椭圆的。也有的活塞考虑到自上而下温度减低的特点，将裙部设计成锥体（下小上大）。6102 发动机活塞是裙部桶形变形，为使活塞能在及其恶劣的条件下连续运行，要求裙部保留有间隙和刀痕，以便能储存润滑油，是发动机在工作中活塞与缸壁见形成一层油膜。 2.4 活塞的材料及毛坯制造在汽油发动机和高速柴油机中,为了减少往复直线运动部分的惯性都用铜硅铝合金作为活塞材料,它的化学成分Si46%Cu58%,Mg0.20.6,其余是铝。图 2

16、-1 零件毛坯铝活塞毛坯采用金属模浇铸。毛坯的精度较高，活塞销孔也能铸出，因而机械加工余量可以相应地减少。铝活塞毛坯在机械加工前要切去浇冒口，并进行时效处理，消除铸造时因冷却不均匀而产生的内应力。时效处理时将活塞加热至180200，保温 68 小时，自然冷却。活塞经过时效处理后还能增加强度和硬度。2.5 活塞销孔的机械加工工艺过程的分析零件名称：解放牌汽车活塞材料：铝合金HB95140年产量： 2530 万件铝活塞的毛坯一般都铸出锥形销孔（便于拔模） 。由于销孔是许多工序施加夹紧力的部分，所以在粗车止口工序之后即对销孔进行粗镗，以便在其后的工序，夹紧力能较均匀地分布，而不至于压坏销孔所在的搭子

17、。活塞销孔是活塞精度要求最高的部位，为保证严格的尺寸，形状位置公差及表面粗糙度等，共选用五道工序进行销孔加工。二工序是在毛坯上钻销孔。内顶面作为活塞的轴向定位面，用销座内侧面做角向孔基础上，尺寸扩大到 26mm，钻头在钻模套引导下对活塞进行钻孔加工。 七工序是扩销孔，用头部外断面定位，第一环岸自定心，在之口端面压紧，同时在销孔外侧倒角。十一工序为粗镗半精镗销孔，采用自定心夹具加紧，头部外断面定位，利用第一环岸加紧，镗杆上一把刀，用以对销孔的粗镗及半精镗加工。十三工序时精细镗销孔的工序，选用高精度的静压镗床和聚晶金刚石镗刀，加工完的销孔尺寸及形状公差可完全满足产品要求，夹具及加工方法与十一工序基

18、本相同。以上四道工序的设备及全部工装，在设计时已保证了加工的销孔的轴心线与裙部新线偏移 1mm 的要求，一般情况下不需调整。为进一步降低表面粗糙度数值，增加表面硬度及去掉没沟槽产生的毛刺，切削加工完毕的销孔，最后要经过一次滚挤。第第 3 章章 粗镗活塞销孔专用机床及夹具设计粗镗活塞销孔专用机床及夹具设计3.1 夹具的初步设计方案粗镗活塞销孔专用夹具的自由度：它用底面及外圆表面定位，消去个自由度，根据零件的形状及要求，使用自定心夹具的三个定位销初定位，使用圆头销定位活塞销孔，进行精定位，确保定位的精确性，由夹爪极夹块自定心加紧。设计销与孔大小相同。根据定位小孔的大小及尺寸，选用 32 的定位销，

19、过渡配合，使用液压系统驱动，销的头部设计为球面，以保证定位时不准确，不压坏零件的表面，长度为 100mm。支架高度与工件孔在同一水平，形状如镗削支架由液压装置驱动。当弹性夹盘将工件加紧后，液压装置快退，将定位销抽出，即可进行加工。图 3-1 弹性夹具3.2 机床的初步设计根据加工工序的需要决定采用具有固定式夹具的主轴箱横向进给的卧式单工位专用机床：3.2.1 动力部件的选择采用通用部件。第一种动力部件是传递主运动的部件，包括动力源和主轴箱。第二种传递进给运动的部件，包括液压滑台。第三种是定位进给，使用液压系统控制。1.液压滑台 液压滑台由滑台，滑座，油缸三部分组成。表 3-1 液压滑台技术性能

20、台面宽(mm)行程(mm)进给力(N)油缸内径 /活塞直径(mm)油泵流量(升/分)快进流量(升/分)最小进给量(mm/分)工进速度（mm/min）100200320050/3588404010002.动力源滑台与滑座配置双矩形导轨，初选HY20A 型液压滑台，导轨为“矩矩 ”型式。 选择直流电动机为动力部件，动力源是为主轴箱的刀具提供切削主运动的驱动装置它与主轴配套使用。因为对铝及其合金等轻金属进行粗镗削时，根据组合机床设计 p20 对传动装置的选择，应采用皮带轮传动装置，所以现决定采用皮带轮传动装置的型号为 TXxx-F42。3.主轴箱主轴箱安装在滑台上，镗杆直接由皮带轮带动，可以跟随电动

21、机一起在加工时在导轨上往复运动，镗刀杆上安装 1 个镗刀进行镗削。本设计采用自行设计的主轴箱和TX20A-F42 皮带轮传动装置。4.电动机的选用根据上面算出的转速为 1414.7(r/min)和功率为 0.8952=1.79(kW)。现决定选用型号为 Y100L2-4 的电动机。其额定功率为 3(kW)，转速为 1420(r/min)。3.2.2 确定切削用量及选择刀具查组合机床设计 表 3-11 得。粗镗的镗刀的材料高速钢，切削速（m/min）在 100150 范围内选取，初步定为120。镗削余量为 0.24mm，使用硬质合金镗刀加工。每转进给量 f（mm/转）在 0.51.5 范围内选取

22、，但考虑到液压滑台的进给速度 v （401000mm/min）的限制要取合适的值。f由公式 n=1000v/D 得：n=1000120/27=1414.7(r/min) v =fn 取滑台的进给速度为 1000，则 f=v /n=1000/1414.7=0.7（mm/r）ff3.2.3 确定切削力切削扭矩切削功率由机床设计手册（第二版）表 1-2-3，铝硅合金镗削使用 392ts0.75kp，kp 为修正系数，S 为每转进给量，T 为切削深度。切削力 Fc,切削扭矩 M，切削功率 N，刀具耐用度 T 的计算公式： 初定镗刀装在镗杆上的几何参数为：主偏角K=45，前角 。=20，刃倾角 s0，刀

23、尖圆弧半径=20（mm）,初定镗孔加工余量ap=1.5mm1.切削力Fc=9.81CFCapXFCfyFCKFCFc =9.81401.510.70.751200KFC其中 KFC= KMFC K0FC KKFC KsFC KFC查机械制造技术 p48 表 2-3，得 KMFC=1查表 2-4 得 K0FC=1.0 KKFC=1.0 KsFC=1.0 KFC=1.0KFC= KMFC K0FC KKFC KsFC KFC =11.01.01.01.01.0 =1 Fc=9.81CFCapXFCfyFCKFC =9.81401.510.70.751200KFC =9.81401.510.70.7

24、512001 =450.4(N)2.切削功率Pc=FcVc/60103 =450.4120/60000 =0.895(kW)3.2.4 选择刀具结构及镗杆根据活塞销孔的大小，由于镗杆直径和长度对刚性影响较大，直径受到加工孔径的限制，但应尽量大些，直径 d 一般用下式选取：d=（0.6-0.8）D 选择 0.6 计算得 19.2mm，查表选取镗杆直径及镗刀截面尺寸： 由镗孔直径 D=27(mm)，取镗杆直径 =22(mm), （ D-d）/2=B 即算得 B=.2.5mm根据机床设计手册，表 3-4-4 查得：图 3-2 镗杆D0=32mm,D=25mm,B=8mm,H=9mm,d=M8,d1=

25、1M12,d2=14mm,R=6mm,m=5mm,h=10mm,h1=12 mm,l=36 mm,f=2 mm,T=8 mm,C=2 mm,a0=45mm镗刀截面 BB=88(mmXmm)主轴直径 d=25(mm)由式 d=B 4(M/100) 查组合机床设计p59 表 3-15 得,取系 B=7.3mm。3.3 夹具设计的有关计算3.3.1 原动力计算年生产率 30 万件，一年 365 天，每天 8 小时工作，所以有 300000/365/8=1.460 件每小时。由功率要求，查表选：为保证加紧可靠，实际所需夹紧力数值为：Wk=WK式中 Wk 为实际所需夹紧力（N）W 为在一定条件下，由静力

26、平衡算出的理论夹紧力（N）K 为安全系数。查表 1-2-1:k0=1.2，k1=1.2，k2=1.6，k3=1.0，k4=1.0，k5=1.0，k6=1.0；安全系数 k=k0k1k2k3k4k5k6得 2.342.5 根据规定，选取 2.5。.削力为 F=3920.240.10.75=0.1783920.24=17N切削力矩为 Mp=1716=272Nmm切削功率为 FV=2.1kwMe=Wk【rtg1+rztg(+2)】/0(N.mm)由表 1-2-24 中，初选螺纹公称直径为10(mm)的螺栓，查得其许用夹紧力为 3924(N)，加在螺母上的夹紧扭矩为9.320(N.mm)Me=450.

27、4【0+4.675tg(157+950)】/0.9=484.7(N.mm)M10 的许用夹紧力 =3924450.4(N)M10 的螺栓满足强度要求。3.3.2 弹性夹盘的设计由机床设计手册表 1-3-4 弹性盘自定心夹具的设计与计算1.弹性盘夹持直径 d=Dg（mm）=100.82.安装直径 D=1.5d=151mm3.卡爪悬伸长度 H=0.25D=37.8mm4.弹性有效变形半径 r1=0.5D=75.5mm5.卡盘位置半径 r 2=0.5r1=37.7mm6.弹性盘厚度 h=0.05r1=3.77mm7.卡盘所需 2c=WknH3k1/（h3105）=0.00013mm8.卡盘实际张量

28、2s=2c+ p=0.138mm9.每个卡爪所需径向加紧力 Wk=KMp/(Nr 0.1)=1.36N10.薄壁盘所需推力 Q=4 kcs103k3/(r2Hln（r2/r1)，其中 kc=93.771012 由表 1-3-7 的 k3=0.81.11.验算弹性盘厚度。3.3.3 支架和底座设计镗模支架和底座均为镗模主要零件。支架和底座要求刚性要好，变形要小。支架和底座典型结构和尺寸见机床设计手册，表 3-2。.图 3-3 支架表 3-2 支座尺寸表图 3-4 底座底座厚度尺寸 H 与长度尺寸之比为 H/l=1/5,筋厚一般取 15-20mm，底座的壁厚 20mm找正基面的平面度为 0.05m

29、m。底座为 45 号钢，铸造后时效处理，上表面采用镗削，然后是磨削，上装支架等工具。型式HBLS1,S2abcdehkl1按工件中心高定1/2-3/5H1/3-1/2H按工件中心据定10-2015-2530-403-520-3020-303-5按镗套标准定3.3.4 镗套及衬套选用D=35mm，上偏差+0.0016，下偏差 0.，D=45mm，上偏差-0.0009，下偏差-0.020，H=35mm，l=6mm,D1=56mm,D2=54mm,h=15mm,m=23mm,m1=28mm,r=2,r1=33mm,r2=39.5mm,r3=11mm,r4=2mm,t=1.5 mm,a=1 mm,b=

30、3 mm,c=1 mm,c1=2 mm 配用螺钉M108GB830-76.镗套是固定式镗套，使用过渡配合装在镗杆支架上，作用是，保证镗杆的刚度，确保镗削时，镗杆的中心和所加工的活塞孔在一条直线上，使之满足加工的要求，另外也可以减少加工中的震动，避免加工中造成的不必要的伤害等，保证机床和人身安全。衬套选取：1.材料：20 按 GB699-652.热处理：渗碳深度 0.8-1.2mm，HRC58-64.3.d 的公差带为 H6, 上偏差+0.003，下偏差为 0，l=0.005mm，d=32H6 上偏差+0.016，下偏差 0.H=35mm,D=38mm,c=3mm.镗套衬套的大小根据镗套的大小而

31、定，采用过渡配合，一方面方便拆装，另外也便于保证同轴度，确保加工的精确性。长时间使用后，如果磨损等，可以根据需要更换。3.3.5 扳手和螺栓的选用螺栓选用 M16 的，45 号钢，使用 4 个，在弹性夹具的四周均匀分布，普通螺栓，六角头。螺栓长度为 50mm，螺栓连接时，采用铰削加工，配合时为过渡配合，作用力为剪切力和翻转扭矩。当用扳手扳动 M10 螺栓上的六角螺母时，查表 1-2-25 得，柄长度 L=120(mm),作用力为 45（N）用 M16 的螺栓，并用扳手长度 L=120(mm)的扳手的方案符合要求。3.4 机床的液压系统的具体设计3.4.1 机床液压滑台液压系统设计工进长度的确定

32、：工进长度 =切入长度 +加工孔长度 +切出长度 ，取切入长度为7(mm)，加工孔长度为 102(mm)， 切出长度取 8(mm)。工进长度 =7+102+8=117(mm)，快进长度，初定为170(mm)。快退长度 =快进长度 +工进长度 =283+117=220(mm)， 滑台式后带 “A”表示滑座导轨为铸铁导轨。又球墨铸铁的密度为7300kg/m3 ， 可根据滑座的外形尺寸和密度来估算其重力。估算液压滑台的重力N1=9.840020080730010-9=457.86(N)估算主轴箱和动力源的重N2=9.8200472388730010-9=2400(N)，即运动部件的重力N= N1 +

33、N2=800(N) ，取 N=2000(N)。3.4.2 液压滑台液压缸所受的外负载F 包括三种类型：F-工作负载F=3100(N)Fa-运动部件速度变化时的惯性负载 Fa=Gv/gXt 一般取t=0.05（s） ，Fa=200012/9.8/0.05/60=800.5(N)，Ff-导轨摩擦阻力负载，启动时为静摩擦阻力，启动后为动摩擦阻力Ff=fG在本设计中取静摩擦系数为 0.18，动摩擦系数为 0.1。Ffs=0.182000=360(N)Ffa=0.12000=200(N)工作循环各阶段的外负载为：启动加速：F= Ffs +Fa = 360+800.5=1160.5(N)工进：F= Ffa

34、+ F=200+3100=3300(N)快进：F= Ffa=200(N)快退：F= Ffa=200(N)3.4.3 液压滑台系统工作原理考虑到该机床在工作进给时负载较大，速度较低。而在快进，快退时负载较小，速度较高。从节省能量，减少发热考虑，泵源系统宜选用变量泵供油。现采用限压式变量叶片泵。1.调速方式的选择在中小型专用机床的液压系统中，进给速度的控制一般采用节流阀或调速阀。根据镗削类专用机床的特点，决定采用限压式变量泵和调速阀组成的容积节流调速。这种调速回路具有效率高、发热少和速度刚性好的特点。2.速度换接方式的选择本系统采用行程阀切换的速度换接回路，它的特点是可提高系统的换接平稳性。3.液

35、压回路组合1）快进按下启动按钮，电磁铁1YA 通电吸合控制油路有泵16 经电磁先导阀13的左位，单向阀11，进入液动阀14 的左端油腔，液动阀14 左位接入系统。液动阀 14 右端回油经过节流器和阀13 回油箱。阀 14 处于左位。主油路从泵16单向阀 15液动阀 14 左位 行程阀 9（常态） 液压缸左腔。回油路从液压缸的右腔 阀 14 的左位 单向阀 3阀 9液压缸的左腔。2）工进压下行程阀 9，则油路不能通过而只能通过调速阀6，此时系统的压力升高，压力的升高使顺序控制阀2 打开而且也会另限量叶片泵的流量减少，直到与经过调速阀6 流量相同为止。液压的有杠腔的油液则通过液动阀14，经顺序阀

36、2 和背压阀 1 回油路。（两侧的压力差使单向阀3 关闭）3）死档铁停留：滑台工进终了，滑台体前端顶上固定在滑座体上的死档铁，滑台不能前进，而而油路系统还在供油，迫使油缸大腔油压升高，压力继电器5 发出信号，使2YA 通电， 1YA 断电，实现滑台快退。压力继电器7 延时的过程就是滑台在死挡铁停留的时间。4）滑台快退及原位停止：2YA 的通电使阀 14 接入系统，进油路有泵16阀 15液动阀 14 右路 液压缸右腔。回油：液压缸的左腔单向阀 7阀 14 右位 回油缸。由于此时空载，系统的压力很低，泵输出的流量最大，滑台快退。当滑台快退到原位时，档块压下原位的行程开关，使电磁铁都断电，阀 13

37、和 14 都处于中位，滑台停止运动。泵通过阀 14 的中位卸荷。3.4.4 定位液压系统设计由液压系统的溢流阀设定定位时的液压缸作用力，N=5N。 Ff=Fg, 在本设计中取静摩擦系数为 0.18，动摩擦系数为 0.1。Ffs=0.1810=1.8(N)Ffa=0.110=1(N)图 3-5 液压缸端盖要求：材料 35，技术条件；去尖角 145,热处理，调质 HRC3035，发蓝，活塞要求 45Cr，技术条件热处理，淬火发蓝，使用 M12 的螺钉将端盖与缸体连接，其中有弹簧保证活塞杆能顺利的返回，比较方便进行定位作用，活塞杆连接定位销，保证同轴要求，缸体要求与上述相同。工作原理为是，当快进时液

38、压缸的伸出段将定位销推入到一定的位置，保证了零件在夹具体上的位置精度，当加紧完成后，液压缸自动的将定位销从远位置缩回，准备下一次的定位工作。在弹性夹具盘下的液压定位装置如下图所示，它有溢流阀保证液压力在定位时的恒定，以防止推力过大，将弹性家具盘顶坏，确保了工作的连续进行和安全可靠，液压缸将斜面推到固定的位置，斜快推动顶杆，将夹具盘推变形，零件可以安全的放入，然后可以进行所需的加工过程。整个过程有快进快退，和定压过程，快退时，斜快自动沿槽型的面退回，准备下一次的定位工作。液压设备由手动控制，方便可靠，结构简单，占用的空间较小，在不加工时液压系统自动恢复到不伸长的状态，可以使家具体不会因变形而降低

39、加紧的误差。图 3-6 液压系统1.电机 2.定压泵 3.溢流阀 4.换向阀 5.油缸3.4.5 液压系统的计算和选择液压元件1.液压滑台液压系统计算1）工作压力 P 的确定：工作压力 P 可根据负载大小及机器的类型来初步确定，现参阅液压系统设计简明手册 p10 表 2-1 取液压缸工作压力为4(Mpa)。2）计算液压缸内径D 和活塞杠直径d：按 HY20A 液压滑台的参数定D/d 为 50/35 按最低工作速度验算液压缸的最小稳定速度。由式 A (qmin/vmin)式中 A 为液压缸节流腔的有效工作面积，qmin是由产品样本查得 GE 系列调速阀 AQF3-E10B 的最小稳定流量为50(

40、mL/min)，vmin=4(cm/min)。A(qmin/vmin)=50/4=12.5(cm2)由于调速阀是安装在油路上的，故液压缸节流腔有效工作面积应选液压缸无杠腔的实际面积。即 A=（/4） D2=（/4） 52 =19.63(cm2)19.6312.5液压缸能选到所需流速。3）计算在各工作阶段液压缸所需的流量：q快进=（/4）d2V快进 =（/4）(3.5X10-2)212=11.5(L/min)q工进=（/4）D2 V工进 =（/4）(510-2)2 1=2 (L/min)q快退=（/4） (D2d2) V快退=（/4） (0.0520.0352) =12(L/min)2.定位液压

41、系统计算用定量油泵供油，供油率一般为 Q=8l/min 左右，当压力达到预定需求压力时，溢流阀就自动卸荷。液压系统计算 P3=0.003p p 选 2Mpa 则 p3=0.006N，回油腔作用力p4=p4F= 0.3F=1.510-4N。活塞作用力 P=P1+ p2+p3+p5+p6=20+0.00.+0.0015+ p5+p2=21 N，活塞作用力 p 近似计算 p=P1/p2=22N，吸油管 d=4.6mm，压油管内径 d=6.5mm，进油管的壁厚h=pd/2=2mm。油缸计算 Q=3.14D25V1/40 D=320/3.14、4=25.4mm。3.液压油箱容积的确定本设计为中压系统。液

42、压油箱有效容量按泵的流量的 57 倍来确定。现选用容量为160L 的油箱。3.5 V 带轮传动的设计已知电动机型号为Y100L2-4，额定功率为（ 3kW） ，转速n1=1420（r/min） ，传动比 i=1.014。3.5.1 确定切削功率由机床零件设计手册，机械工业出版社，吴总泽 主编。根据切削力大小知，切削功率为 172516=6800w 查表 4-8 载荷变动小，轻载荷启动，每天工作 8 小时知，ka=1.1。由机床设计手册，表 14-7 知设计功率 pd=kap=1.1p=1.12.2=2.42kw。选定带型，由机床设计手册，图 14-2，3 及 14-4 选取 dd=90A 带，

43、传动比 i=n1/n2=3，小带轮基准直径140mm 大带轮基准直径 420mm。带的速度 vmax=2530m/s。选取 25m/s。3.5.2 计算轴间距选取 V 带根据 Pca、n1，由图 8-8 确定选用 SPZ 型窄 V 带型。轴间距计算： A0=0.7（dd1+dd2）=a02(dd1+dd2)在 392 和 1200 之间，选取 500mm。所取基准长度 ld0=2a0+3.14/2(dd1+dd2)+（dd2-dd1）=100+2803.14+4500=1000+2803.14+39.2=1918.4mm。由机床零件设计手册，表 14-3表 14-5 钻去 ld 得 1490m

44、m。A 型 v 带，由表 14-1 查得：节宽 bp=11，顶宽 b=13，高度 h=8.0，楔角 a=40 度，适用槽型的基准宽度为 11mm，实际轴间距 a=a0+（ld-ld0）/2=267+(1940-1918.4)/2=312mm.V 带计算及选取：根据 0.7(D1+ D2) a02(D1+ D2)，初步确定中心距a0=300(mm)Ld=2a0+(/2) (D1+ D2)+ (D2 D1)2/(4a0)=2300+(/2)(75+80)+(80-75) 2/(4300)=844(mm)由表 8-3 选带的基准长度Ld=800(mm)V 带根数计算：z=pd/(p1+ p2kakl

45、 ka 为小带轮包角的修正系数，查表 14-9 Kl 为带长修正系数，由由机床零件设计手册，表 14-11，12。 Z=2.42/2.64/0.961.03=1.96 可以选定为 2 根。单根 v 带的预紧力：FQ=（2.5/0.92-12.42/z/v+mv2=5001.7170.0968+625m=83+6250.11940/1000=95.125NM 由由机床零件设计手册，表 14-10 查出为 0.10kg/m.作用在轴上的力 Fr=2 FQsina1/2=295.125sin74.1=190.250.96=183N.单根 v 带传递的额定功率：P1(kw)由由机床零件设计手册，表 1

46、4-13（a）-（n）查得，p 为 2.45kw，传动比 i不为一的额定功率增量 p 由由机床零件设计手册，表 14-13（a）-（n）查得为 0.19kw。3.5.3 确定带轮、计算基准直径及包角由机床零件设计手册，由于是 A 型 v 带传动，根据电动机的轴直径，长度，选取小带轮的直径，并根据传动比的大带轮的直径。表 14-14-14-18 查得：槽型 SPA，基准直径为 40mm，圆跳动 0.3t/mm，大带轮 420mm，圆跳动 0.5t/mm。图 3-7这是 v 带的轮缘外形图，轮槽尺寸及轮宽按表 14-16 计算，参考图 14-15 典型结构，画出小带轮的工作图。技术要求，轮槽工作面

47、不应有砂眼，气孔，各轮槽间距的累计误差不得超过+-0.8，材料：HT200。由表 8-4 和表 8-8 取主动轮基准直径D1=75(mm)。根据式 D2=iD1=1.01475=76.05(mm)根据表 8-8，取 D2=80(mm)按式 v= D1 n1/60/1000 验算带的速度5(m/s)v=X75 1420/60/1000=5.573535 (m/s)带的速度合适。带轮包角：a1=180-（dd2-dd1）/a57.3 =180-280/48957.3=148.2 度。带轮的包角合适。3.5.4 组合机床联系尺寸的确定具体轮廓尺寸的确定：镗模架厚度为75(mm)工件宽度为 102(m

48、m)工件和镗模架间的距离为27(mm)夹具底座的总长尺寸（加上补偿铸件的铸造误差15mm,再加上夹具座往中间底座上固定用的凸台尺寸，每边48mm） 。A=75+102+27+15+48X2=315(mm)夹具座高度定为250(mm)L1=45+134+21+40=240(mm)L2=138(mm)L3=102(mm)L4=27+75=102(mm)其中：L1-工件端面至主轴箱端面在加工终了时的距离L2-主轴箱厚度L3-工件沿机床长度方向的尺寸L4-工件的另一端面至镗套座端面的距离l1-机床长度方向上，主轴箱与动力滑台的重合长度，l 1=138(mm)l2-加工终了位置，滑台前端面至滑座端面的距

49、离，取l2=20(mm)l3-滑座前端面至侧底座前端面的距离，取l3=100(mm) L=(2 L1+2 L2+ L3)2 l12 l22l3 =(2X240+2X 138+ 102)2X 1382X202X100 =342(mm)a=(LA)/2 =(342315)/2 =13.5(mm)通常，当机床不用冷却液时，a 的尺寸最小可取1015(mm)。 a 的尺寸大小符合要求。参考文献参考文献1顾崇衡.机械制造工艺学.陕西科学出版社，19952丛凤廷.组合机床设计.上海科学技术出版社，19943哈尔滨工业大学.机床夹具设计.上海科学技术出版社，19904东北重型机械学院.机床夹具设计手册.上海

50、科学技术出版，1978 5周开勤.机械零件手册.高等教育出版社，19946濮良贵.机械设计.高等教育出版社，19967大连组合机床研究所.组合机床设计.机械工业出版社， 1978 8王启平.机械制造工艺学.哈尔滨工业大学出版社，19999陈宏钧.实用机械加工工艺手册.机械工业出版社，199710戴曙.金属切削机床.机械工业出版社，199311陈日曜.金属切削原理.机械工业出版社，200212孙恒.陈作模.机械原理.高等教育出版社，200013张毅刚.单片机原理及应用.高等教育出版社，200314胡凤兰.互换性与技术测量基础.高等教育出版社，200515Tool and Manufacturin

51、g Engineers Handbook VolumeI.Machinery.SME，198316Kuehnle M R.Toroidal Drive combines concepts.product Engineering.Aug.1979致致 谢谢经过一个多月的艰苦工作，我的毕业设计在各位老师的悉心指点下，终于圆满地完成了设计任务。特别感谢我的指导老师给我的大力帮助，无私的给我们借阅设计所需的专业文献及资料，使我们在设计中有理可依，有资料可查，为我们的设计带来很多的方便。而且他给我们耐心的指导，帮我们解决实际问题，每个星期都组织进程交流会，了解我们的设计进程，解答设计中出现的新问题，新情

52、况，使我们能顺利进行下去。路漫漫其修远兮，吾将上下而求索，在以后的生活学习中，我会向老师一样和同学朋友好好相处，将老师的那种美好品德发展下去，希望以后的日子里我们还能合作交流。这次设计也暴露了自己知识面不足的情况。在自己将来的学习中，一定要注意弥补。在设计得到了指导老师的指导和帮助，在此表示我深深的谢意！附附 录录 1人形机器人的实时路径规划航行概要我们拥有关于人形机器人实时的路径规划的一个数据结构和一算法。由于机器人有许多自由度,形状和可用行为更接近于有效地发现解决方法。三空间的配置空间是在研究 A* 算法中在十分之一秒在低性能,镶嵌着式硬件中发现解决方案。试验结果证明我们的解决办法关于机器

53、人生存在一个含有不同高度楼房的障碍和一个更高水平平台的世界。1. 简介简介路径规划是移动机器人航行的基本问题之一 .。在很久以前，它已经展现出问题,就是空间移动一个东西是关于物体的自由度的一个时间复杂性指数的空间难问题Latombe, 1991很少。在移动机器人自由度是往往小(三或更少) 这样开启了一个明确地裁制这一问题的一系列研究技术的应用领域。如果一个人能疏忽方向,例如，一圆柱的完整系统,二空间的配置空间问题能被A* ,D* Stentz,1995 ,或动态规划Buhmann et al., 1995有效地解决。类人机器人运动时要求比通常三个自由度更多。 他们的脚可以以一个更加巨大的选择安

54、置，并且身体势的变动准许克服那些轮式机器人无法通过的障碍。这使类人机器人能跨越目标Kuffner et al., 2002，爬上或爬下台阶Hirai et al.,1998; Gutmann et al., 2004，跨越障碍Guan etal., 2004，或者在对象下爬行Shiller et al., 2001;Kanehiro et al., 2004.更高的自由程度能够被处理。例如，随即道路图 Kavraki et al., 1996。 然而，如果你发现一适当的近似方法的，从而使用一种非机率的研究方法，然后可以看到，由于它关键的实质，解决方案更适合。一可能的近似法是像圆筒一样塑造机器人

55、或通过允许有有效的碰撞检查的凸壳来塑造Okada et al., 2003.我们应该采取不过分简单化问题。 类人机器人是非完整性的，即， 他们在没有足够空间时是不能到位转动。身体中心的轨迹描绘类似汽车机器人的曲线，尽管轮半径一般是相小的。 它是可能占轮半径扩大两倍的机器人的圆筒模型外的旋转空间Li et al., 2003; Sabe et al., 2004。然而，就像我们将显示的，这样近似法将是很悲观的且阻止机器人穿过狭窄的空间。分解机器人的可能行动到小组精选行动里，例如，不同的脚安置，这将产生发现有效解决方案的另一方式。 被诱导的搜索图以步的数量计按指数形式增长，然而，只有很小数量的脚步

56、在一个实时系统可以被探索到Lorch et al., 2002.然而在一个杂种体系中，这样脚步规划系统是一个可贵的工具，且在这一体系中一位高水平计划者为这个子系统提供小站Chestnutt and Kuffner, 2004.。Shiller et al2001分解了一数字模型的轨迹和方向，这一模型能够向前走，斜向一边，转向和爬行。 他们为每一位置和方向的连接维持了一障碍空间并且能有效地发现十步弹道轨迹的解决方法。我们通过使用多圆筒模仿机器人的形状和分解一组定向特征来为类人机器人的体心计算出一条弹道轨迹。 当跟踪这条弹道时，下几脚步就被运用一个分析方法计算出。这使类人机器人在一实时系统里能够找

57、到几米的路径;且包括行动，例如通过狭窄的空间斜向一边走和爬上爬下台阶。我们的工作与 Shiller 的不同，我们不计划行为，而是当走一条已发现的道路，根据环境选择行为，例如，在基石上攀登台阶。我们只也维护一障碍空间并且展示如何执行有效的碰撞检查。最重要的是，我们的系统在一个真正的机器人被示范，在这个机器人里立体声范围的数据不断地更新了世界的表示方法。我们对形状空间和动作的近似法将在下一部分讲诉。 第 3 部简洁地描述我们的为碰撞检查创建已导航地图的方法。 第 4 部分详述我们的 A*算法在道路搜寻上的应用。索尼的类人机器人 QRIO 的实验性结果将在第 5 部分被描述。最后，我们在第 6 部分

58、谈论我们的方法局限和延伸。2 形状空间和行为这种机器人在二维空间里运动。 障碍、不同的高度的地板和台阶被列为一种模型。 我们没有忽略非类人机器人的取向，因而形状空间 C 是三维的。 为获得有效的研究方法，我们用 8 个不同方向将 C 离散为一个规则的均匀间隔的细胞栅格：C=X*Y*X, Y=ics|00 i n =i45| i 0.h0(x0, y0) =h0 h.作为一种数字类型 4（a）展示一个数值模拟世界完全被一种较空的理想所观察，NAV结果刚度在数字4（b）显示出来，白色表示平面高度，蓝色和绿色阶梯被棕色条纹标记，边界被棕色填充，障碍物为黑色，不同灰色阴影显示网格的间隙，那里明亮间隙暗

59、示比较深的间隙大一些，记录有多高的障碍物在底部，正确增大更多和正确的图（到平面距离部 hl 大）和较高水平平面更小一点。4.路径设计我们现在有基本工具从思想上定义路径问题，让 c, c0C 是组态，转换 c0=succ(c, a)对单一活动，aA 在数据 1 给出，我们定义 succ 为一系列递推活动：a1a2. . . amsucc(c, a1a2. . . am) =succ(succ(c, a1), a2. . . am). (11)为测试a活动是否在组态c中申请，我们在NAV类型和c间隙中写入：app(c, a) = allow(c, a)clear(c, ra) clear(succ

60、(c, a), ra) . (12)当允许(c, a) 禁止确定的活动，依据在NAV位置c的类型t（e.g我们不允许后退和边缘行走，在不确定情况和仅允许向楼梯行走），ra是条件空间要求的对与a情况（参考据3），和clear(c, r) = d r,c = (x, y,), NAV(x, y) = （a, d). (13)我们也定义app在a1a2. . . am 的一系列活动中，app(c, a1a2 . . . am)app(c,a1)app(succ(c, a1), a2. . . am).如果14执行，执行14的一系列路径。路径设计的问题是给定开始和目标组态。cstart ，cgoalC

61、f ree 当发现路a1a2 . . . am 。cgoal=succ(cstart, ). (15) 这样的问题叫可解决问题。一般来说那里有更多解决问题的办法，我们对选择路径感兴趣，i.e一条可以花费最小的路径。= argming(cstart, ).(16)在我们的系统中，我们发现下列花费活动有价值：g(c, a1) =ga(a1) + gt0(c0) + go(c0) (17)g(c, a1a2. . . am) =g(c, a1) + gc(a1, a2) +g(a) (18)g(c0, a2 . . . am)当c0= succ(c, a1), ga 的花销依靠作用（等等.趋向运动比

62、花费更多时间的边界运动花费少），gt0 花费在类型t0上依靠NVA刚度，（平面是更好的在梯度和未知因素上），gc 在活动中包含改变（机器人不得不增加步数），而且go 考虑了c0在NVA的间隙，为了到障碍物有更远的间隙的更安全的路径：go(c)=o max(dmax d, 0). (19)这儿dmax 是最大间隙，不可能期望提高更大了，d 是在（13）被定义的o 是一个被提前定义的内容，我们利用众所周知的A* 算法去寻找解答，A* 维持一个前序列，哪儿候选排列根据评价f 功能组成g的花费作用和一个评估f (cstart, ) = g(cstart, ) + h(succ(cstart, )(20

63、).对我们选择C的判断力，我们可以使用下面的启发，它是一个乐观的比评价距离有较大花费的评估。h(c) = ga xy xy +22y,x,x x yy(21)在x =|x xg|和y=|y yg|绝对协调不同，从c=(x,y,)到 cggoal =(xg, yg,) 和g 是最小活动花费。从A*算法的可能性和我们选择的花费及它附带启发作用，A*寻找到花费的可选途径，根据（16）如果解决方案存在。一个影响A*重要因素是去决定是否一个配型在以前访问过。通过使用规则栅格，我们可以提前计算循迹图。（但没有选择路径，在环境不明情况下）填写在常数时间内打印出来，这是这种方法优点在研究填表时，建立一个跟长久

64、的打印过程，等等。机器人规格和栅格维度rl = 60mmhl= 100mmdf loor = 15mmcs = 40mmru=140mmrh = 500mmdstairs= 50mmn = 100根据 NAV 类型允许的行动准许(c， a)平面未知的台阶边界障碍向前 真实 真实真实错误错误转向 真实 真实 错误 错误错误斜向一边错误真实错误错误错误落后真实错误错误错误错误根据行动另外的清除 raa 向前转向后斜向一边ra60mm80mm060mm根据取向行动 ga (a)的费用ga (a) 向前转 向后斜向一边011.11.324521.11.3222根据 NAV 类型行动 at0 的费用平面

65、 未知 楼梯 边界 障碍gt0(c)00.51 其他为常数的费用函数gc(a, a) = 0gc(a1, a2) = 0.25,a16= a2dmax = 200mmo= 3/dmaxa= 15.结果我们在 QRIO 实施了我们的方法，索尼的小类人机器人用以 38 个自由 度 Fujita， 2003 年。机器人装备使用 3 MIPS R5000 时钟 400MHz CPUs 和一个在 12.5 fps 可以提供45 视觉立体声照相机系统并且提供差距图象，这立体声数据在实时被更新的平台表示法分割入被我们的 F OG 和 NAV 栅格。表 1 列出用于我们在前面的部分介绍的所有可变物的实施的参量

66、，我们仅制约步行转动台阶 .因此，机器人仅在平直的楼梯寻找道路，除非有一个更大的 区域 用于可能的转向。因为机器人不能看入它移动的方向，我们在未知的地形禁止他斜向一边和向后面 步行。 因为它一般是更加不安全的，所以我们把后移设置高费用。 在不明地形行走费用增加了，在楼梯上它聚焦于寻找已知的路线，即使比在其他地形行走距离大。为我们的实验我们建立了 4 米长和 1 米宽的几个障碍阶段，如图 5 所显示，、一块4cm 高基石，一个以 4 步每 3cm 高的楼梯和一个较高水平平台 。我们在左端的阶段安置了 QRIO 并且通过让它 在服务环境当场转动。 我们要求机器人寻找和跟随到达位置 3 米以前的途径(高水平平台的中心)。 我们的道路计划系统将连续评估当前 NAV 被安置在一阶上。 楼梯导向一个高水平平台。 图 5 ： 实验性设定。 几个障碍和基石图 6 ：在狭窄的环境里道路计划：机器人使用斜向一边的步行为穿过障碍图 7 ：在基石上的道路计划：在下个障碍附近移动机器人找到一条直线路径通过基石图 8 ：到更高的平台道路计划： 机器人沿着楼梯直线向上爬栅格和发送道路到一个道路的跟随系统，计算下二脚