立式铣床润滑系统及切削液供给系统设计
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英文文献翻译微动疲劳下二阶裂纹拓展的力学分析B. Yang a,*, S. Mall ba美国,FL 32901,墨尔本,佛罗里达理工学院,机械与航空航天工程系 b 美国,OH 45433,代顿,赖特-帕特森空军基地,航空技术学院,飞行技术与航空系摘要通过实验观察的启发,我们用高效,准确的边界元法对微动疲劳下的两阶段裂纹扩展进行了数值分析。首先,我们在循环载荷中的应力场变化开始分析。考虑到摩擦接触区是已被证明的相当影响应力场系数的多种因素。那么,假设发生裂纹萌生于剪切模量中,表面开口裂纹引入到标本在剪应力幅值最高位置。裂纹尖端的应力强度因子(应力强度因子)适合于各种不同裂缝长度和裂缝角度,大致至左右的接触面。结果表明,对于载荷比为0.5的来说,它的循环模式- II的应力强度因子裂纹长度的增加幅度减少,同时其平均值就增加。这表明,在(第一阶段)剪切裂缝迟早会成为休眠状态,或切换到另一个模式,一个可以提供裂纹继续扩展的模式。然后,第一阶段剪切裂缝被人为得弯折成第二个阶段的开放式裂纹,接着我们就要分析后续的驱动力。事实表明,只有当第一阶段的裂纹增长到一定的长度时才能有利于弯折的结果。因此,本研究提供了两个阶段裂纹扩展在力学上深刻见解,并且频繁观察了在微动疲劳下的典型的燕尾结合。同时也建议改进实验装置来定量调查燕尾结合中的微动疲劳。关键词:边界元法;接触力学;裂纹开裂;裂纹弯折;燕尾结合;断裂力学;摩擦力;微动疲劳1导论危险应力状态出现在两配合零件的接触区会导致局部塑性变形和损坏。如果载荷是循环的,就会更加危险,从而导致裂纹开裂且扩展。这种包含裂纹扩展的损坏过程被称为微动疲劳。它实际上已分为两个阶段,即萌生与扩展阶段,这取决于裂纹尺寸的大小,它可以由有效的无损评估技术检测到。起始阶段包括早期裂纹扩展到几百微米。与此同时,传播阶段是后续的裂纹增长,直至结构破坏。在起始阶段,人们发现裂缝发展经常倾向于从接触面的表面。然后,他们弯折并最终传播到大型张力正常,并表现出典型的两阶段裂纹的萌生和发展模式。为了表征微动疲劳裂纹萌生,研究员们利用剪应力幅值作为以压力为基础方法的关键参数。莱金斯等人后来通过将数值模拟与实验相结合发现圆筒上的平面和平面上的平面接触的微动疲劳裂纹萌生的地点是可以合理地解释这个参数配置分析。此外,杨和莫应用了裂纹模拟模型/断裂力学的方法来研究初始驱动力模式- I和模式- II的裂缝边缘的接触带的摩擦系数来作为关键参数。通过与实验结果进行比较,他们发现,微动疲劳裂纹萌生在剪切模式了。另一方面,在一个最初磨损的缝隙所观察到的扭结暗示从剪切断裂机制到开放模式转变。一些裂缝力学为基础的方法已被用于分析微动疲劳裂纹的萌生和发展,没有把它们分开,在任何一种开放模式或沿指定路径混合模式的条件。然而,这两个裂解过程中的关于微动疲劳阶段参数研究尚未文献报道。与此同时,一些以关键平面为基础的方法在没有任何断裂力学的原理的情况下提出了一些考虑预测裂纹萌生寿命的应力以在接触表面裂纹萌生应变振幅为基础。这些关键面为基础的方法可以得到改善,如果两个阶段裂纹的萌生和早期生长的考虑在内。这促使现有的研究。在目前的工作,我们数学上模拟了的两个阶段的开裂微动疲劳的实验观察指导的过程。首先,对应力场的一个典型负荷周期的变化进行了分析。摩擦系数在接触带不同的值进行检查,这证明它是相当的影响了应力场。然后,一个表面破剪型裂纹在最高剪应力振幅接触区的位置被引进了。裂纹尖端的应力强度因子(SIF)有各种计算裂纹长度,范围从25到45左右的接触面不同裂缝方位角度。它是那么扭结成手动对最大切向应力幅标准为基础的开放式裂纹。这个参数的研究表明,裂缝应成为休眠状态,或切换到一个开放的剪切模式,扭结传播后一定距离。这与实验结果一致。在塞克申,摩擦接触,非线性问题,制定打击。它是通过应用解决边界元(BE)的方法。在第二节,在裂纹萌生前接触区应力场分析了各种微动疲劳参数,包括装载率和摩擦系数。在塞克申,微动疲劳裂纹萌生和早期生长两个阶段进行了分析2问题公式化在燕尾联合设计中一个主要的担心和忧虑,例如,用于连接燃气涡轮发动机的刀片和磁盘(图1a),就是所说的微动疲劳。当循环加载应用,动力在连接部位接触带之间的(刀片和磁盘)的作用在正常和切向分量有差异。这两个组件的耦合由几何联合确定的方式。然而,这往往是在实验上用微动测试设置来研究,也是在理论上,当正交力分量(或正常位移分量)保持不变,而切向分力是多种多样的(大多数情况中)。实用几何学中的燕尾结合也已考虑到一些微动疲劳研究。在本研究中,我们考虑到正常和切向荷载的组件是耦合配置,如图2所示。它更贴切地描述了联合的现实状况,如图1b和1a中的一部分所示。此外,此设置可能很容易像以前的设置一样在实验室里实现。图1,(a)涡轮发动机中一个典型的燕尾榫连接一个刀片和一个圆盘; (b)在(a)中选定的局部区域如图2所示的设置由两部分组成:一个标本,和一个应用微动负荷通过垫试样组件。在我们的模拟,标本和装载组件采取的是同样的材料,它是各向同性和线性弹性的。这个标本是受制于沿其底部和右侧的边界平稳滑导刚性壁。装载组件是遭受了其左边的边界正常的牵引,然后它沿着上边界平稳的滑动到刚性壁。装载组件最初通过一个圆柱形垫和用平顶面标本连接,在没有预应力的情况下。由于装载组件是楔形形状,所以衬垫和试样上表面接触有限区域,当R应用时。否则它的结构将远离牵引力。边界条件和其他细节都显示在图2示意。加载方向,可能需要进行调整负荷之间的组件和标本的密封性,其中分别紧密代表刀片的零件和燕尾磁盘中的一个关节。当机构(图2)承受疲劳载荷,即循环R,一个裂纹可能集中在标本的接触表面。裂纹可能会裂开,闭合,或者局部处于这两者之间的循环载荷。它的密封性取决于强加在垫和标本之间的封闭裂纹的相对平面。接触面之间切向作用力是以库仑型摩擦定律为模型的, , (1)其中,和p分别为摩擦力切向与法向的分力,f是摩擦系数,接触表面间单位时间内相对位移的变化,是它的大小。牵引力的分力,和p是根据标本来定义的。图2,模拟了精密配合下的微动疲劳的一种装置。这个镶嵌件展示了一个圆柱垫的载荷分量和一个裂纹可能被引发并在接触的后缘增长。它的大小由一个特定的长度尺寸L决定。 因为材料是具有线性弹性的材料(各向同性),这个相对于边界点的位移可以表示成加权位移的积分和沿着边界线与裂纹的摩擦力。它是为了交换标本上的载荷分量,他们分别为; (2) (3)其中分别为载荷分量和标本的界限,是裂纹的一面,u为位移,p是摩擦力,w是裂纹裂开的宽度,和是位移和摩擦力的各向同性弹性的基本解式。为了解决构想在单域内的裂纹问题,下面的对摩擦力的分析需要应用积分方程。 (4)其中是和的组合导数,公式(1)中也有,以上的公式(2)(4)可以建立一个有效而准确的伯努利方程在数学上解决上面提到的非线性边界值问题。这指的是1适用于数值模拟技术的一般细节,2-4适用于详细处理摩擦接触和裂纹的非线性问题。因此,依靠迭代方案解决目前的非线性问题是必要的。3接触应力分析在下面的模拟中,我们设置了加载方向b = 30_,圆柱半径垫 = 10升,其他如图所示的几何参数。 2,其中L是一个长度尺度来规范的所有的长度尺寸。在B或在R变化的对幅度有重大影响,但对接触区的应力场特征影响不大。杨氏模量E是用来规范所有压力维度的。Poison的比率米被设定为0.3。我们我们采用了一种自适应网格与浓度元素及周边地区的接触区相符合。以下解决方案受到了所有与网格细化收敛检查。最后网就是这样,当网密度增加一倍,位移相对变化小于0.1。第一次模拟运行系统被加载单调到R = 0.005E,然后卸载完全。在接触区摩擦系数F = 0.3。应力沿试样接触面被记录下高峰负荷和三个中间装卸水平。结果被绘制在三维图3a中。在图3a中,该系统是受制于高峰负荷。受切引力组件sxy变化表明,接触区是完整的下滑状态,也就是在总滑移条件下。正切力组件Rx是具拉伸的和集中在接触后缘,但压(不集中)在接触前沿。图3B - D显示卸载后的应力状态。在卸货过程中,压力,即正常牵引组件Ry的跌幅。反相滑移发生在在棍子区域内双方的接触边缘。棒子区逐渐减弱至消退。正切应力组件RX在接触后缘(在高峰负荷时拉伸)迅速变成压缩。然而,在接触前沿(在高峰负荷压缩)切向应力分量变成紧张,呈现出轻微的浓度,并最终消退。这些数字显示在裂纹萌生前载荷循环期间接触应力变化的特点的一个模拟燕尾结合的,以及准确的数值解周期装置中。为了解摩擦的作用,另一个模拟与上述参数相同除了接触带中的摩擦系数更改为0.7。该系统单调的装载货物至高峰负荷,然后卸载到一半,即载荷比R = 0.5。应力沿接触面至最大负荷,最终卸载点绘制在图4a和b中。相较于以前的情况下,较小的接触区有较低接触压力Ry,较高的剪切牵引组件sxy,以及较高的切线(拉伸)应力RX集中在接触后缘地带经实验得出在接触带中有较高价值的摩擦系数f。然而,它似乎有些变化在沿接触表面应力分布的定性特征。图3,在摩擦系数的情况下,分别当(a)(最大负载);(b)(空载)(c);(d)时,沿着接触表面的应力分量的变化情况。图4,当摩擦系数的情况下,分别当(a)(最大负载)和(b)(空载)时,沿着接触表面的应力分量的变化情况。为了准备两个阶段裂纹扩展下一步分析,应力振幅用装载比R = 0.5来审查和摩擦系数f = 0.3和0.7。最大常应力幅值,最大剪应力幅,及最大剪应力沿接触面角度的变化幅度都分别绘制在图5,6a和b。其最大正常应力幅角等于最大剪应力幅加45度角。首先,可以看出接触后缘的经历着比接触前沿更严重的疲劳载荷。因此,裂缝分析下一步将侧重于前者。它也看到,有两个最大正应力振幅峰。在接触边缘高峰负荷存在一个更高的峰值,并在卸载(高峰负荷的一半)后的反滑带钟存在一个较低的。在反滑带只有一个最大剪应力振幅峰值。最重要的是,它表明,常最大应力和最大剪应力幅值都表现出更高规模,接触区内更高梯度及更高价值的摩擦系数。因此,合成应力场在腐蚀疲劳期间会越来越对微动裂纹萌生有害当摩擦系数的规模增强(由于表面粗糙)。此外,最大剪应力幅角变化约5至45从反粘滑边界位置到高峰负荷接触的边缘。图5,当摩擦系数和时,沿着接触表面的最大的标准应力幅值的变化情况。图6,( a)摩擦系数和时,沿着接触表面的最大的标准应力幅值的变化情况; (b)当摩擦系数和时,沿着接触表面的同位角的变化情况。4裂纹分析 在一节中,我们考察了两个阶段微动疲劳裂纹扩展在燕尾关节样的配置的过程,如图2所示。摩擦系数在接触区等于0.7和负载率等于0.5那是在上一节开裂已经研究过。分析裂纹,表面裂痕引入到标本最高剪应力幅位置,并在2545左右的接触面。这个角度范围是因为飞机,可观的剪应力幅已被实验出,如图6所示。值得重视的剪应力幅也已发现5至25角度。然而,在这个角度范围内,初始裂纹始终为已检验的裂纹长度范围内封闭。因此,它没有考虑到下面的议论。初始裂纹的位置是固定在最高剪应力幅位置,因为通过对初始裂纹的位置大量的模拟得出裂纹行为被认为是敏感的位置。为了简单起见,裂纹表面被认为是光滑的。裂纹表面摩擦被认为是只能在数量上改变。裂纹尖端应力强度因子在最大和最小负载的情况下可以被计算出各种裂缝长度。在最低负载瞬间,裂纹全部关闭。在高峰负荷瞬间,裂纹是关闭所有的长度如果25的角度。当角大于25度,在小的裂缝长度开放,但在较长的长度封闭。该平均价格的变动和循环模式II的应力强度因子沿裂纹路径幅度被绘制在图 7中。同时,模型 I应力强度因子与裂纹长度在高峰负荷变化图被绘制于图8中。 图7的平均模式II显示应力强度因子随裂纹长度增加。内裂纹角由25至45是不敏感的范围。另一方面,模式II的SIF的幅度明显变化当角达40。当裂纹角度大于40(小于45)的差异变得微不足道。在所有这些情况下,模式II SIF的幅度先增加后裂纹的长度减小。这意味着达到一定长度后将破解,如果该进程是只有这个参数控制。或者,它会切换到开放模式,或任何混合模式,它们可以提供持续增长的支持。在图7和8中曲线的尖锐扭结符合裂缝在高峰负荷增长最初打开能足够增长和转变成在一个负荷周期完全封闭裂缝。图8中清楚明白的告诉我们常态裂纹应力强度因子变为零。模式I的历史证明模式I的幅度足以与模式IISIF相比较。在模式转型过程中它有可能在初始剪切裂纹扩展提供援助。图7在模式II SIF下,(a)裂纹长度在不同的裂纹角的平均值的变化情况; (b)裂纹长度在不同的裂纹角的振幅的变化情况。 图8,裂纹长度在最大负载的情况下,不同裂纹角在模式I SIF的变化情况。图9(a)在不同的一阶裂纹长度下的二阶弯折裂纹的路径;(b)模式I SIF路径上的振幅。 另一个模拟实验设置在当初始剪裂缝根据最大切向应力准则被迫转入到不同深度开放式裂纹。然后,裂纹被允许在开放模式增长成同样的标准。请注意,在振幅方面是按照SIF标准来应用的,即沿裂缝传播沿着模式I SIF最大幅值和零度模拟II SIF的幅度的方向。然而,模式- IISIF本身可能是非0度的。例如,图9A显示了两阶段裂缝轨迹的各种扭曲深度。第一阶段裂缝倾向于在35度时。与此同时,图9B显示是模式二沿着裂缝的应力强度因子幅度轨迹。可以看出,裂缝,在任何情况下,在接触面的方向从73扭结。这是拉应力幅度最大批量的方向。此外,模式- I SIF的振幅模式对扭结深度是不敏感的,它似乎是所有这些不同的扭结深度的主曲线。沿着这条主曲线,模式一SIF幅值先增加后裂纹长度减小,裂纹的长度。这显示了在一个区域内其早期裂纹增长的过渡是接触应力占主导地位所在地区对他的影响削弱了。最后,它清楚地表明,弯折过程只在第一个阶段剪裂缝已发展到一定的深度。以上力学中两个阶段的微动疲劳裂纹扩展的讨论应分析定性不变的加载方向b或垫半径与力学,因此按照在参数方面做一些详细的参数研究是不必要的。当然,他们是在实际设计中是很重要的。总之,第一阶段的剪切裂缝启动后,经历了在一个递减驱动力下的增长。在的模式-II的裂纹增长的驱动力变得无效之前,如果在过渡过程中提供足够的驱动力,裂纹将切换到一个开放模式。我们现在研究所显示出来的的早期的微动疲劳的裂纹增长的二阶力学过程与以前所广泛引用的以前实验观察的结果是相一致的。它可能将范围拓展到涡轮发动机上的燕尾榫上早期的微动疲劳裂纹增长,同时考虑到在配合实际几何和载荷条件下的模型/预测。 5结语我们用数值计算,分析了微动疲劳下的二阶断裂的过程。首先,对一个鸠尾榫连接类的装置接触应力场进行了微动疲劳各种参数的分析,包括疲劳载荷率和接触区的摩擦系数。例如,在载荷比是0.5的情况下,最大切应力振幅被证明是可以发生在滑粘边界附近的瞬间和在最小载荷和尾缘的接触区负荷高峰的瞬间。相应的角度如下,相应的飞机到达最大切应力振幅的情况下,范围从5度到45度的接触表面。两个最大的标准和最大切应力振幅都集中在开头和结尾的联系更严重的边缘在后者的位置。 然后,一个裂缝被介绍给标本最高切应力所在地之振幅。计算了裂纹尖端应力场突变型多模光纤为各种各样的裂纹取向角、不同的长度。结果表明:突变型多模光纤振幅二期先增大后减小,随着裂纹长度,同时意味着值增加。这表明,第一期的裂缝被逮捕,或者保持较快增长通过切换到开放的模式。因此,一个初始剪切裂缝是故意气气在不同深度手动。沿裂纹路径后,一期弯折期货振幅被证明是可以提高最初但减少以后的学习。这意味着,第一期角剪切裂缝迟早会成为休眠/被捕状态,或转换最初模式中保证其疲劳增长能持续下去。所有这些数值计算与以往的实验定性观察结果非常吻合。参考文献1 Brebbia CA, Telles JCF, Wrobel LC. 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ASME J Appl Mech 2001;68:7680湘 潭 大 学毕业论文(设计)任务书论文(设计)题目:立式铣床润滑系统及切削液供给系统 学号: 姓名: 专业:机械设计制造及其自动化 指导教师: 系主任: 周友行 一、主要内容及基本要求主要内容:设计X51A立式铣床润滑系统及切削液供给系统 基本参数:X51A立式铣床 设计说明书: 1份 图纸:3张 外国文献翻译:1篇 要求 :能熟练使用AUTOCAD软件; 能熟练运用所学液压知识进行液压系统原理分析与设计; 能熟练运用所学机械原理知识进行系统安装设计; 二、重点研究的问题X51A立式铣床润滑系统设计及润滑系统各元件安装分析,包括: 润滑系统方案选择、各液压元件选择及设计计算、管道选择、系统压力损失分析。 X51A 立式铣床切削液供给系统设计及切削液供给系统各元件安装分析,包括: 切削液供给系统方案选择、油泵,电机选择,安装位置分析。 三、进度安排序号各阶段完成的内容完成时间1查阅相关文献12周2根据已查阅文献确定基本方向34周3着手润滑系统的分析计算510周4根据分析计算结果进行选型1112周5整理整个设计过程以及结果1314周6画润滑系统、切削液供给系统装配图1415周7写设计说明书1516周8进行毕业答辩16周后四、应收集的资料及主要参考文献1濮良贵、纪名刚编.机械设计M.北京:高等教育出版社,2008 2机械电子工业部编.铣工工艺学M.北京:机械工业出版社,2009.9 3戴曙编.金属切削机床M.北京:机械工业出版社,2007.12 4吴宗泽编.机械设计课程设计手册(第三版)M.北京:教育出版社, 5第一机械工业部编.金属切削机床产品样本 铣床 1977M.北京:机械工业出版社 1980.3 6孙桓、陈作模、葛文杰编.机械原理M.北京:高等教育出版社,2006.5 7赵家奇编.机械制造工艺学课程设计指导书(第二版)M.北京:机械工业出版 社,2000.10 8李云主编.机械制造及设备指导手册M.北京:机械工业出版社,1997.8 9周良德、朱泗芳、杨世平编.现在工程图学M.湖南:科学技术出版社,2008.2 10液压传动设计手册,上海人民出版社,1972.12 11王明智主编.液压传动与气压传动M.武汉:华中科技大学出版社,2008.4 立 式 铣 床-润 滑 系 统 及 切 削 液 供 给 系 统 大学毕业设计说明书题 目:立式铣床润滑系统及切削液供给系统学 院: 专 业: 机械设计制造及其自动化 学 号: 姓 名: 指导教师: 完成日期: 2012-5-30 45 第一章 绪论41.1 中国铣床业最新发展动态41.2 立式铣床的基本简介51.2.1简介51.2.2发展历程51.2.3主要分类51.3润滑系统介绍71.3.1润滑系统的组成71.3.2保证润滑系统的基本要求71.3.3润滑系统的方法和分类71.3.4集中润滑系统的类型81.3.5润滑系统的选择原则9第二章 润滑系统的方案设计102.1工作台导轨润滑系统的方案简述102.2高速铣床电主轴的润滑系统的方案简述10第三章 润滑系统设计123.1 手动操作润滑系统的设计123.2 工作台润滑系统的设计123.3 导轨润滑油槽的形式和尺寸163.4 液体动压润滑导轨的油槽尺寸和润滑系统223.5 主轴的润滑与冷却243.6 润滑系统总装26第四章 润滑系统液压设计计算及液压元件选择274.1 基于液压系统的设计计算274.1.1液压回路的选择274.1.2 拟定液压系统图274.2 各液压参数确定284.2.1 确定油泵及油泵驱动电机284.2.2 确定管道尺寸及型号294.3 系统压力损失分析324.3 油箱尺寸设计计算354.3.1 油箱容积的确定354.3.2 油箱结构354.4 通过设计计算选择的各元件型号规格表绘制38第五章 切削液供给系统395.1 切削液供给系统组成395.2 各元件的选择395.2.1冷却液箱分析395.2.2油泵及驱动电机的选择395.2.3输液管道的选择405.2.4 绘制切削液供给系统原理图40致谢42参考文献43英文文献翻译44摘要:本次毕业设计的是润滑系统及切削液供给系统设计,X51a立式铣床的润滑系统是以液压传动为基础,配以少量专用部件组成的一种机床。在生产中液压专用铣床有着较大实用性,可以以液压传动的大小产生不同性质的铣床。此次设计主要是将自己所学的知识结合辅助材料运用到设计中,尤其是一些计算、绘图等细小方面。在设计过程中最主要的是图纸的绘制,这不仅可以清楚的将所设计的内容完整的显示出来,还能看出所学知识是否已完全掌握了。整个主要设计过程分成下面几个部分:参数的选择、方案的制定、图卡的编制、专用铣床的设计、液压系统的设计、主轴润滑系统的设计、工作台润滑系统的设计、手动操作系统中润滑设计,导轨润滑设计、切削液供给系统设计以及最后有关的验算。主体部分基本在图的编制和液压系统的设计,切削液供给系统设计三部分中完成的。关键词: 润滑系统、液压传动、稳定性、液压系统。ABSTRACT The graduation design is lubricating system and cutting fluid supply system design, X51a vertical milling machine lubrication system based on hydraulic transmission, match with a few special parts of a machine tool. During production has great practical hydraulic special milling machine, with hydraulic drive size produces different nature of the milling machine. This design is mainly with the knowledge they learned to use to design of auxiliary materials, especially some calculation, drawing tiny. The main design process into for the following parts: parameter selection, plan formulation, the figure card planning, special milling machine design, hydraulic system design, spindle of design, workbench lubrication system design, lubricating system manual operation system lubrication design, guide lubrication design, cutting fluids supply system design and final relevant calculating. Main part in figure for the basic design of the hydraulic system, electrical control system design in three parts,Key words: Lubrication system, hydraulic transmission, stability, hydraulic system and electrical control system第一章 绪论1.1 中国铣床业最新发展动态在综合规模和重点品种方面,中国都已进入到世界前几名。2006年,中国铣床工业为中国提供的铣床数量是4050万台,其中数控铣床85,756台(另有数控中低档电加工铣床4、5万台未包括在内),从数量上来讲,在世界上是少有的。就铣床的品种,为适应用户行业多样化需求,整体来说中国有3500多个品种,其中数控铣床有1500多种,这些数字在世界上来说是有地位的。中国的数控铣床品种很全,市场需要的无论是车、铣、磨、特种加工,以及各种门类金属成型铣床(重型、超重型)等等都有。同时,中国的市场发展很快,需求量很大,中国铣床产品就国内市场占有率而言,去年约为44.6%,工具产品市场占有率约为65%。部分国产新产品达世界水平,有一些世界水平的国产新产品成就值得介绍,比如:济南第二铣床厂为航空工业飞机大梁加工而开发的XHF2707型五轴联动定梁龙门移动式仿形复合加工中心,为美国汽车工业提供的5000吨的多任务位压力机,为奇瑞汽车提供的20条近200台大型冲压生产线;上海铣床厂为临港重型制造基地生产的数控轧辊磨床,加工直径达2.5m;杭州铣床集团的七轴五联动强力成型磨床,天津市天锻压力机有限公司研发的THP10-10000型万吨数控等温锻造液压机;大连铣床集团为中国航空工业提供的CHD25型9轴5联动的车铣复合中心;沈阳集团为航天业提供的GMC桥式高速龙门铣;齐齐哈尔第二铣床有限公司生产的SKLCR120/150型数控龙门式纤维缠绕机,可以实现10个坐标五五联动;武汉重型铣床集团有限公司为中国二重集团提供的DL250卧式数控铣床,加工直径达5m;齐重数控装备公司生产的超重型曲轴加工铣床,可以加工万匹、甚至更大功率用于船舶柴油机的曲轴;还有武重及齐重正在为核工业制造的带中央立柱的超高超重型立式铣床等等。在齿轮铣床方面,重庆铣床厂生产的七轴五联动滚齿机,秦川铣床厂生产的七大系列直齿磨齿机,中大创远公司近三四年开发的弧齿锥齿轮铣削、磨削加工铣床方面不仅在中小规格、特别是加工直径1m到2m的大型品种,在规格上和技术原理上都已进入世界最前沿。哈量集团测量直径2m的齿轮综合测量仪,属于世界最大型齿轮量仪之列。在并联铣床方面,哈量集团推出的新一代产品在这一领域中取得领先地位。北京铣床研究所纳米级铣床品种位居世界前列。苏州电加工研究所小孔电加工铣床居世界先进水平;株州硬质合金集团荆州切削刀具公司微型钻头、成都森泰英格HSK刀柄进入世高端市场。1.2 立式铣床的基本简介1.2.1简介铣床是一种用途广泛的机床,在铣床上可以加工平面(水平面、垂直面)、沟槽(键槽、T形槽、燕尾槽等)、分齿零件(齿轮、花键轴、链轮、螺旋形表面(螺纹、螺旋槽)及各种曲面。此外,还可用于对回转体表面、内孔加工及进行切断工作等。铣床在工作时,工件装在工作台上或分度头等附件上,铣刀旋转为主运动,辅以工作台或铣头的进给运动,工件即可获得所需的加工表面。由于是多刀断续切削,因而铣床的生产率较高。简单来说,铣床就是用铣刀对工件进行铣削加工的机床。1.2.2发展历程铣床最早是由美国人E.惠特尼于1818年创制的卧式铣床。为了铣削麻花钻头的螺旋槽,美国人J.R.布朗于1862年创制了第一台万能铣床,是为升降台铣床的雏形。1884年前后出现了龙门铣床。20世纪20年代出现了半自动铣床,工作台利用挡块可完成“进给-快速”或“快速-进给”的自动转换。1950年以后,铣床在控制系统方面发展很快,数字控制的应用大大提高了铣床的自动化程度。尤其是70年代以后,微处理机的数字控制系统和自动换刀系统在铣床上得到应用,扩大了铣床的加工范围,提高了加工精度与效率。随着机械化进程不断加剧,数控编程开始广泛应用与于机床类操作,极大的释放了劳动力。数控编程铣床将逐步取代现在的人工操作。对员工要求也会越来越高,当然带来的效率也会越来越高。1.2.3主要分类一.按布局形式和适用范围加以区分 (1) 升降台铣床:有万能式、卧式和立式等,主要用于加工中小型零件,应用最广。(2) 龙门铣床:包括龙门铣镗床、龙门铣刨床和双柱铣床,均用于加工大型零件。(3) 单柱铣床和单臂铣床:前者的水平铣头可沿立柱导轨移动,工作台作纵向进给;后者的立铣头可沿悬臂导轨水平移动,悬臂也可沿立柱导轨调整高度。两者均用于加工大型零件。(4) 工作台不升降铣床:有矩形工作台式和圆工作台式两种,是介于升降台铣床和龙门铣床之间的一种中等规格的铣床。其垂直方向的运动由铣头在立柱上升降来完成。(5) 仪表铣床:一种小型的升降台铣床,用于加工仪器仪表和小型零件。(6) 工具铣床:用于模具和工具制造,配有立铣头、万能角度工作台和插头等多种附件,还可进行钻削、镗削和插削等加工。 (7) 其他铣床:如键槽铣床、凸轮铣床、曲轴铣床、轧辊轴颈铣床和方钢锭铣床等,是为加工相应的工件而制造的专用铣床。按控制方式,铣床又分为仿形铣床(见仿形铣床)、程序控制铣床和数字控制铣床(见数字控制机床) 。二.按结构分 (1) 台式铣床:小型的用于铣削仪表、仪器等小型零件的铣床。 (2) 悬臂式铣床:铣头装在悬臂上的铣床,床身水平布置,悬臂通常可沿床身一侧立柱导轨作垂直移动,铣头沿悬臂导轨移动。 (3) 滑枕式铣床:主轴装在滑枕上的铣床,床身水平布置,滑枕可沿滑鞍导轨作横向移动,滑鞍可沿立柱导轨作垂直移动。 (4) 龙门铣床:床身水平布置,其两侧的立柱和连接梁构成门架的铣床。铣头装在横梁和立柱上,可沿其导轨移动。通常横梁可沿立柱导轨垂向移动,工作台可沿床身导轨纵向移动,用于大件加工。 (5) 平面铣床:用于铣削平面和成型面的铣床,床身水平布置,通常工作台沿床身导轨纵向移动,主轴可轴向移动。它结构简单,生产效率高。 (6) 仿形铣床:对工件进行仿形加工的铣床。一般用于加工复杂形状工件。 (7) 升降台铣床:具有可沿床身导轨垂直移动的升降台的铣床,通常安装在升降台上的工作台和滑鞍可分别作纵向、横向移动。 (8) 摇臂铣床:摇臂装在床身顶部,铣头装在摇臂一端,摇臂可在水平面内回转和移动,铣头能在摇臂的端面上回转一定角度的铣床。 (9) 车身式铣床:工作台不能升降,可沿床身导轨作纵向移动,铣头或立柱可作垂直移动的铣床。 (10) 专用铣床:例如工具铣床:用于铣削工具模具的铣床,加工精度高,加工形状复杂。 1.3润滑系统介绍1.3.1润滑系统的组成 润滑系统的设计要根据各种机械设备的特点和使用条件而定,但它总是由几种主要元件如液压泵、油箱、过滤器、冷却装置、加热装置、密封装置、缓冲装置、安全装置、报警器等所组成。 1.3.2保证润滑系统的基本要求一般而言,机械设备的润滑系统应满足以下要求: 1) 保证均匀、边续地对各润滑点供应一定压力的润滑剂,油量充足,并可按需要调节。 2) 工作可靠性高。采用有效的密封和过滤装置,保持润滑剂的清洁,防止外界环境中灰尘、水分进入系统,并防止因泄漏而污染环境。 3) 结构简单,尽可能标准化,便于维修及高速调整,便于检查及更换润滑剂,起始投资及维修费用低。 4) 当润滑系统需要保证合适的润滑剂工作温度时,可加装冷却及预热装置以及热交换器。 在设计润滑系统时必须考虑以三种润滑要素,即: 1 摩擦副的种类(如轴承、齿轮、导轨等类支承元件)和其运转条件(如速度、载荷、温度以及油膜形成机理等); 2 润滑剂的类型(如润滑油、脂或固体、气体润滑剂)以及它们的性能; 3 润滑方法的种类和供油条件等。 1.3.3润滑系统的方法和分类目前机械设备使用的润滑系统和方法的类型很多,通常可按润滑剂的使用方式和情况分为分散润滑系统和集中润滑系统两大类;同时这两类润滑系统又可分为全损耗性和循环润滑两类。 除以上分类而外,还可根据所供给的润滑剂类型,将润滑方法分为润滑油润滑(或称稀油润滑)、润滑脂润滑(或称干油润滑)以及固体润滑、气体润滑等。 1) 分散润滑常用于润滑分散的或个别部件的润滑点。在分散润滑中还可分为全损耗(或“一次结油润滑”)型和循环型两种基本类型,如使用便携式加油工具(油壶、油枪、手刷、氯溶胶喷枪等)对油池、油嘴、油杯、导轨表面等润滑点手工加油,以及油绳或油垫润滑、飞溅润滑、油环或油链润滑等。 2) 集中润滑使用成套供油装置同时对许多润滑点供油,常用于变速箱、进给箱、整台或成套机械设备以及自动化生产线的润滑。集中润滑系统按供油方式可分为手动操纵、半自动操纵以及自动操纵三类系统。它同时又可分为全损耗性系统、循环系统是指润滑剂送至润滑点以后,不再回收循环使用,常用于润滑剂回收困难或无须回收、需油量很小、难以安置油臬或油池的场合。而循环润滑系统的润滑剂送至润滑点进行润滑以后又流回油箱再循环使用。静压润滑系统则是利用外部的供油装置,将具有一定压力的润滑剂输送到静压支承中进行润滑的系统。 1.3.4集中润滑系统的类型集中润滑系统是在机械设备中应用最广泛的系统,类型很多,大致可分为以下7种类型: 1 节流式利用流体阻力分配润滑剂,所分配的润滑剂量与压力及流孔尺寸成正比,供油压力范围为0.21.5MPa,润滑点可多至300以上。 2 单线式润滑剂在间歇压力(直接的或延迟的)下通过单线的主管路被送至喷油嘴,然后送至各润滑点.供油压力范围为0.321MPa,润滑点可多至此200以上。 3 双线式润滑剂在压力作用下通过由一个方向控制阀交替变换流向的两条主管路送至定量分配器,依靠主管路中润滑剂压的交替升降操纵量分配器,领先主管路中润滑剂压力的交替升降操纵定量分配器,使定量润滑剂供送至润滑点.供油压力范围0.340MPa润滑点可多达2000个。 4 多线式多头油泵的多个出口各有一条管路直接将定量的润滑剂送至相应的润滑点.管路的布置可以是并联或串联安装.供油压力范围0.340MPa,润滑点亦可多达2000个。 5 递进式由压力升降操纵定量分配器按预定的递进程序将润滑剂送至各润滑点.供油压范围0.340MPa,润滑点在800个以上。 6 油雾/油气式 油雾/油气润滑是压缩空气与润滑油液混合后经凝缩嘴或喷嘴后呈现油雾或微细油滴送向润滑点的润滑方式.供油量可以调整,润滑油能随压缩空气中含有悬浮的油雾,对环境有污染,必要时可用通风装置排除废气. 采用此润滑方式时,必须采用经过除水分和净化的压缩空气,同时,润滑油最好加抗氧化添加剂.油雾和油气润滑的区别是,前者的油颗粒尺寸为13m,而后者的油颗粒尺寸为50100m,通常为微小油滴状,其输送距离较前者短得多. 1.3.5润滑系统的选择原则在设计润滑系统时,应对机械设备各部分的润滑要求作全面的分析,确定所使用润滑剂的品种,尽量减少润滑剂和润滑装置的类别.在保证主要总值件的良好润滑条件下,综合考虑其他润滑点的润滑,要保证润滑质量。应使润滑系统既满足设备运转中对润滑的需要,又应与设备的工况条件和使用环境相适应,以免产生不适当的摩擦、温度、噪声及过早的失效。应使润滑系统供送的油保持清洁,防止外界尘屑等的侵入造成污染、损伤摩擦表面,提高使用中的可靠性。复杂润滑系统的主要元件如泵、分配阀、过滤器等应适当地组合在一起并尽可能标准化,便于接近进行维护、清洗,降低设备运转与维修、保养费用,防止发生人身、设备安全事故。在选择润滑系统时,要注意该系统自动化程度和可靠性,注意装设指示、报警和工况监控装置,预测和防止早期润滑故障,以提高设备开动率和使用寿命。1.3.6润滑系统常见问题及处理方法润滑系统问题分析: 润滑系统中的润滑油有下面四个方面作用:减轻滑动部位的磨损,延长零件寿命;减少摩擦功耗;冷却作用,可导走摩擦热,使零件的工作温度不过高,从而保证滑动部分必要的运转间隙,防止接触面被烧伤。这些作用都与设备的效率有着直接或间接的关系。但在高温下润滑油会氧化,这些作用效果都会降低。且会生成固体物,造成运行部件的磨损,导致被压缩气体的泄漏。 处理方法: 合理使用质量高的润滑油,这些润滑油必须具有在高温条件下有足够的黏度,以便对各密封间隙能保持一定的密封能力;应有一定高的闪点;要有良好的化学稳定性,较好的氧化安全性,并使胶质和积炭减少到最低限度。除此还要定期检查、更换润滑油,要定期清洗油池、油管、油过滤器及注油器等,保证油路畅通。 第二章 润滑系统的方案设计2.1工作台导轨润滑系统的方案简述1:方案一:导轨最简单的润滑方式是人工定期直接加油或用油杯供油(滴油润滑)。方法简单,成本低,但润滑不可靠,给油不均匀,用过的油不能回收,用油不经济,所以,目前仅用于不常工作的调节机构的移置导轨,或移动速度低,工作不太频繁的滑动及滚动导轨上。2:方案二:当导轨面较多或导轨的位置不便于人工加油时(如立式铣床),一般用手动油泵间歇供油。手动油泵结构简单(一般用柱塞泵),不需动力,但不能连续供油,润滑油大都不再回收。3:方案三:现代铣床的发展趋势是采用油泵供油用压力油强制润滑,以保证充足的润滑条件。例如同一型号的车床床身导轨由手动加油润滑改为溜班箱内的油泵供油润滑后,导轨的磨损平均减少20%。采用油泵供油压力润滑,虽然要增加机构,使系统复杂,成本增加,但对于负载大、精度高和工作繁重的铣床,采用压力油润滑后减少了驱动功率,节约电力消耗,延长导轨的寿命,在经济上还是合算的。2.2高速铣床电主轴的润滑系统的方案简述1:方案一:脂润滑:脂润滑在 n d 值较低的电主轴中是较常见的润滑方式 。脂润滑型高速电主轴结构简单 , 使用方便 , 无污染 , 通用性强 , 但主轴温升较高 , 工作寿命较短 。但是由于其造价相对低廉 , 在低端的高速铣床上还在被使用 。2:方案二:油雾润滑:油雾润滑具有润滑和冷却双重作用 , 它以压缩空气为动力 , 通过油雾器将油液雾化并混入空气流中 , 然后输送到需要润滑的地方 。当电主轴高速旋转时 , 油雾可在轴承沟道内形成流体动力润滑油膜 。油雾润滑属持续润滑 , 油雾经过油路 , 源源不断进入轴承 , 有利于高速电主轴稳定工作 。油雾润滑所需设备简单 , 维修方便 , 是广泛使用的一种高速电主轴润滑方式 。尽管油雾润滑方式价格比较便宜 , 但它也有污染环境 , 损害工人健康 , 油耗比较高等缺点 。图1-1表示高速电主轴油雾润滑油路典型结构 。图2-1 油雾润滑油路典型结构图3:方案三:少油润滑:少油润滑是新型润滑方式 , 它主要包括油气润滑 、喷油润滑 、环下润滑等 。其中油气润滑使用的最为广泛 , 下面对油气润滑进行重点介绍和分析 。油气润滑技术就是利用压缩空气将微量的润滑油分别连续不断地 、精确地供给每一套主轴轴承 , 微小油滴在滚动体和内外滚道间形成弹性动压油膜 , 而压缩空气则带走轴承运转所产生的部分热量 。油气润滑系统中 , 油和气混合装置工作原理如图2-2所示。每隔一定时间(可调)由定量柱塞泵分配器定量输出的微量润滑油, 在混合阀中与压缩空气混合 后,经尼龙管输出油气。与油雾润滑比起来油气润滑所需设备复杂,成本高,但这种润滑方式能对每个轴承分别进行精确润滑,润滑油利用率极高(用油量只有油雾润滑的1/ 10) , 轴承发热量小 , 无环境污染 , 必将为高速电主轴未来发展开辟新的途径。图2-2油气润滑系统原理示意图第三章 润滑系统设计3.1 手动操作润滑系统的设计压力油润滑非为连续供油和间歇供油两大类,前者由铣床的液压系统或润滑系统引出一股油经油量或油压的调节阀后进入轨道。连续供油油量充足对导轨有冲洗作用并带走部分热量,油压和油量可以调节,主要用于速度较高或比压较大的滑动导轨。对于多数的导轨速度地,不需要大量的润滑油时,采用间歇供油的压力润滑:分油阀从铣床的润滑系统中分油润滑,图3-1为手动分油阀结构。图3-1 手动分油阀3.2 工作台润滑系统的设计图3-2为自动分油阀,当运动部件上的挡块作用在阀芯上时,便接通进入导轨的右路。图3-2 自动分油阀一、用液压操作阀从铣床润滑系统中分油润滑(图3-3)。油泵启动以前液压阀处于导通状态,油泵刚启动时压力尚未达到调定值油泵输出油液便进入导轨,压力升高至调定值时将阀芯顶起截断进入导轨的油路,只在油泵启动瞬间供油。图3-3 液压操作阀分油润滑二、用压力油推动润滑泵供油润滑(图3-4)。柱塞泵由液压传动系统的油推动。图3-4a中当手动操作阀1置于润滑导轨位置时,压力油进入柱塞泵2推动柱塞将导轨油打入导轨,液压传动用油与导轨润滑油分开,便于采用高粘度润滑油或含防爬行剂的导轨油。图3-4b为自动润滑,工作台每往复一次,往导轨送油一次。图3-4 压力油推动润滑泵供油润滑采用连续润滑时应注意下列问题:1、保证润滑系统工作可靠。最好在工作部件启动之前先使润滑油通入导轨。在油压不足或润滑系统受阻中断供油时,能使运动部件停止或发出报警信号。在工作台导轨的润滑系统中(图3-5),当润滑油压力不足时,压力继电器2使工作台的驱动电机停止转动。当滤油器堵塞时,压力继电器1能使蜂鸣器或指示灯发出警报信号。2、润滑油压及流量均能调节。最佳的油压和油量随导轨的工作条件而异,因此在润滑系统中应设有压力及流量的调节装置。例如在X51A立式铣床工作台导轨中,在油压不足,油膜厚度太薄时。可能出现干摩擦;油压太高会使工作台漂浮影响加工精度;导轨供油速度太低跟不上工作台移动时可能在润滑油槽末端形成真空。因此,要求提高润滑油压力。在图7中,设有两套压力调节阀,粗加工时关闭阀11,调节压力阀9,使油压约为1-2.5 Kg/c。手动截止阀11有“精加工”和“粗加工”两个位置。图3-5 工作台导轨润滑系统图3-6 X51A立式铣床床身润滑系统图3、润滑油需要继续过滤,并使导轨油可靠的防护装置。如图3-6的润滑系统中设有两个过滤器,当一个滤油器堵塞时,将手动截止阀4转换到另一个滤油器工作,可以不停车清洗滤油器。润滑用过的油流回油箱前最好也要过滤。4、V-平导轨的润滑,每条导轨的油压或流量可以单独调整。压力油润滑和液体摩擦状态下,工作台可能会有漂浮现象。在V形和平面导轨上,如果导轨面间法向的油膜厚度h相同,理论上V形导轨的漂浮量hr(hr=h/sin(/2),-V形导轨夹角)比平导轨上的漂浮量h大。而且在V形导轨上容易积油。因此,V形导轨的一侧工作台升起较多。为了消除这种现象,应使每条导轨的油压或流量可以单独调整。有些铣床每条导轨还分别采用独立的润滑系统(图3-7)。图3-7 V-平导轨采用独立的润滑系统针对平导轨不易积油,可在平导轨两侧增加凸边形成储油槽,并在两导轨的排油管中分别安装节流阀,使两条导轨漂浮量接近相同。此外,对于重要的导轨还可设置反映导轨润滑情况的检测装置,如油位、油压、流量以及高速导轨工作面油温的测量等。为了获得最佳的润滑效果,除了精心设计润滑系统外,还应注意滑动导轨结构的设计要有利于液体摩擦的建立。例如,增大导轨面积以减小平均比压,均匀的分布载荷以减小最大比压。比压高不易形成液体摩擦,比压低相应形成液体摩擦的临界速度也低,容易形成液体摩擦;导轨的宽度小,润滑油的侧向泄露大,也不易形成液体动压力,并将提高临界速度(当导轨长宽比L/b=30时,它的临界速度约为L/b=20时的两倍),因此,应尽量选用较宽的导轨。下导轨尽量采用凹形导轨,导轨中心部分不开设润滑油槽,也都有利于液体摩擦的建立。3.3 导轨润滑油槽的形式和尺寸为了使润滑油能均匀地分布在整个导轨工作面上,在导轨工作面上应开适当润滑油槽。现有、四种油槽形式及其尺寸列于表1。表中La为导轨的工作长度;b为导轨宽度。图3-8导轨油槽形式和尺寸 使用表1时应注意以下问题:若能将润滑油送入每个横向油槽时,应该优先选用型油槽,相当于提高b/L而提高动压效应且能使导轨面间压力均匀;若往每个横向油槽送油有困难时用型油槽,与型相比,型的缺点是减少了形成动压效应的导轨宽度,导轨面为垂直或倾斜时,纵向油槽应放在上部(图9a),由运动部件供油时,进油孔应对正纵向油槽。润滑油来自比它高的邻近导轨时,可采用型油槽(图3-9b);垂直运动部件的导轨为避免润滑油很快流失采用型曲回式油槽,进油孔在上部油槽内,纵横油槽可以交错(图3-10a)。为加工方便,可以用圆环形油槽代替直油槽(图10b),槽距t按表1选择;油槽末端因加工方法不同可开成图3-11所示两种形式。油槽表面光洁度不低于4。图3-9 油槽应用型油槽变形 b)圆环形油槽图3-10图3-11 油槽末端形状为了增加导轨液体动压承载能力,不推荐在捣鬼中间采用纵向油槽或对角线油槽(图3-12)。导轨中间部分的液体动压力最大,中间纵向油槽容易破坏油膜,削弱油膜承载刚度。纵向油槽将支承表面分为两部分,当油槽在正中时,每部分的长宽比为没有中间槽时的两倍。长宽比愈大,侧向泄露愈严重,两部分的承压力比没有中间油槽时低得多。因此应尽量避免在导轨的中间开纵向油槽。由图3-13也可看出有纵向油槽的导轨摩擦系数比没有纵向油槽的大。图3-12 不推荐采用的油槽图3-13 油槽形式与摩擦系数横向油槽也不宜过多,过多导轨的承压力也会下降。运动部件的导轨在行程末端伸出下导轨面时,在导轨的外露部分不应开油槽,以免油漏到床身上。但是,为了减少两端导轨的磨损,可以开有与润滑系统不相通的盛油槽(图3-14a),当导轨不外露时可在工作台导轨面的油槽两端各开一条放气槽(图3-14b)使油槽与大气相通,一方面排除油槽内的空气,另一方面当润滑油压过高时可以泄压,以防止工作台漂浮起来。通常都有固定的部件如床身往导轨面送油。油槽开在运动部件上。但在床身上进油孔附近可开直的进油槽(图3-14c),进油槽长度1大于移动部件上油槽的槽间距t,以保证润滑油能充分流到整个导轨槽,避免局部导轨面因缺油而出现干摩擦。床身导轨上的进油孔的进油槽应开在导轨的不外露部分。油孔要正对工作台导轨上的纵向油槽。如果不外露的导轨长度还不及床身的一半,则在外露的导轨上也钻油孔(图3-15中1和2)。但是,必须在露出该孔时停止往该孔送油,如图8所示,当油孔15外露时,输油管被行程阀12截断。当工作台将油孔15盖住时,工作台上的挡块作用在行程阀上将油路打开,然后才能往导轨送油。或者在输油孔上装钢珠油阀,工作台往钢珠时送油。图3-15 床身油孔位置当油泵装置在运动部件上时,由运动部件导轨供油方便。如车床床身导轨用溜板箱内油泵供油,则由溜板导轨上的孔进油。此外,如果润滑油由床身送入,正对进油口的一段导轨漂浮显著,工作台移动后,漂浮点连续变化,尤其是工作台载荷不均时,将显著影响加工精度。但是,改由工作台进油时。润滑油槽内进油孔的数量和位置根据具体结构而定。为了使导轨面间压力均匀,宜采用型油槽,此时每个油槽上均有进油孔,或采用图3-16的油槽形式,每个油槽上有进油孔并单独供油,这样不仅供油压力均匀,而且当一条油路堵塞时导轨面不致因缺油而磨损。进油孔的形式见图3-17.镶条压板上的油槽的导轨面的油槽相同。采用镶片导轨时,润滑油槽不能使镶片开穿。如果镶片太薄可能开穿时,可减少槽深,适当增加槽宽(但不宜超过1.5倍)。图3-16图3-17 进油孔的形式3.4 液体动压润滑导轨的油槽尺寸和润滑系统X51A立式铣床的主运动导轨的最高工作速度约90-600米/分,在较大的速度范围内能够形成液体摩擦。但在启动的方向时不能保证,为此可采用动压的静压联合润滑系统。要形成液体动压摩擦,除了滑动速度要足够外,还希望运动时工作台倾斜产生油楔。为了在工作台不倾斜时也能形成液体动压力,而是在导轨面上做成具有斜面的油腔(沿运动方向截面逐渐收缩的油腔);为了保证工作台的正反方向都能形成动压,而在导轨面上做成对的油腔。直线运动动压导轨的油槽和油腔尺寸见表2。斜面高度按表3选取。 X51A立式铣床上导轨的油槽及油腔开在工作台上,而由床身进油。进油孔要对准工作台上的纵向油槽。以较低压力供以充分的润滑油。刨削时工作台为高速运动,供低压油;铣削时工作台是低速运动,动压力很小,应供高压油以实现静压卸荷。圆周运动动压导轨的油槽及油腔尺寸见表4。注:m的小值用于铸铁-铸铁、铸铁-有色合金;m的大值用于铸铁-塑料;t=(8.5-4.5)L,并满足润滑油槽数i=Dcp/t 取整数,且不可少于6;在工作台底座导轨上加工出整数个依次相间的两种油槽,一半是开通的,一半是封闭的。开通的送入低压油,封闭的通入高压油形成静压卸荷;圆锥面和v形导轨的长鞭均可开油槽及斜面油腔,短边上不需要开油槽及油腔;不需要反向时仅在每个油槽一侧开出斜面油腔。3.5 主轴的润滑与冷却 主轴的润滑高速铣削加工的主轴系统是高速铣床的核心部件 , 高转速下电主轴所选择的润滑 、冷却系统优劣都会对高速电主轴的使用寿命及铣削加工的精度有着重要影一、高速铣床电主轴系统的结构图3.18 高速电主轴结构示意图在高速铣床上的主轴系统多采用高速电主轴。高速电主轴是由内装交流高频伺服电机直接驱动 , 铣床主轴转速高、功率大 、结构简单 、高转速下可保持良好的动平衡 。高速铣床电主轴的结构示意图见图3-18。高速铣床电主轴主要包括: 壳体、滚动轴承、定子、转子、转轴、润滑和冷却系统 。滚动轴承支承高速电主轴的最高转速取决于轴承的大小 、布置和润滑、冷却方式。3.5.2:高速铣床电主轴的冷却系统以上三种是高速电主轴最常见的润滑方式 , 各种润滑方式下的转速参数 n d 分别能达到:脂润滑: 113 10*6 ; 少油润滑 : ( 1182) 10*6; 油雾润滑 :1010216 10*6。图 4 为在油雾润滑和少油润滑的状态下 ,10高速电主轴不同转速下的功率特性曲线 。从图中可以得出 , 选用何种润滑方式是非常重要的。图3-19 高速电主轴的转速功率特性曲线高速电主轴在将电能转化为机械能的同时,也有一部分转化为热能。所有这些热量无法通过风扇和机壳向外扩散 , 必须加以控制 , 否则高速电主轴将因温度过高而使主轴的机械效率下降 、主轴精度丧失 , 主轴轴承也将受到损坏。电主轴的热量大部分产生于通电后的定子 。为了使电主轴在正常的温度下工作, 可设计一个通入冷却液的铝制套筒 , 其内装定子绕组, 用循环冷却液体吸收和及时 、迅速的带走电机产生的热量 , 保持高速电主轴单元壳体均匀的温度分布。因此, 高速电主轴的常用冷却方法是利用水冷或油 - 水冷来降低主轴系统的温升 。冷却液的流量可由主电动机的发热量进行计算来决定 。图3-20 水套式循环冷却系统原理示意图3.6 润滑系统总装由以上对铣床润滑部位分析,最终确定此套润滑系统大概总装图如下所示 图3-21 铣床润滑系统如图:通过泵的作用,将油液输送到各个需要润滑的部位。第四章 润滑系统液压设计计算及液压元件选择4.1 基于液压系统的设计计算4.1.1液压回路的选择 首先选择调速回路,由于此液压系统只是为了供油润滑,可以简单的使用节流调速的方式,可以再在润滑喷嘴油管前加单向调速阀,确定管道油液的稳定流通。 由于润滑部位较多,所以系统采用三位四通换向阀,实现油液的换向。4.1.2 拟定液压系统图综合上述分析和所拟定的方案,将各种回路合理地组合成为该润滑系统原理图,: 图4-1 润滑系统原理图图中:1-油缸,2-叶片泵,3、6-单向阀,4、11-溢流阀,5-三位四通换向阀,10-调速阀,8-喷油嘴,9、13-过滤器,7-电磁继电器工作原理:液压泵工作从油缸中吸油,经过过滤网(避免杂质进入管道)和单向阀(是油路只能单向通过),连接溢流阀(稳定油路压力),连接三位四通换向阀( 通过换向阀改变油路方向,从而达到多个部位),连接单向调速阀(稳定回路压力),连接电磁继电器(通过继电器作用换向阀,从而改变换向阀的流速方向),连接过滤嘴(润滑各部位,主轴变速箱、进给变速箱、升降台、横向工作台、纵向工作台)。4.2 各液压参数确定4.2.1 确定油泵及油泵驱动电机 根据X51a铣床,以及工作分析,主要设计润滑部位为主轴变速箱、进给变速箱、升降工作台、纵向工作台,设计选取油路应该提供的流量为: ; 对于此润滑系统不做液压取力使用,只是单纯的供油系统,根据设计的流量,查阅产品目录,选取YB-10型单级叶片油泵以及查阅YB-10型单级叶片泵的有关参数如下: 表4-1 YB-10型单级叶片油泵技术规格型号流量l/min压力MPa转速 r/min容积效率%驱动功率KW重量KGYB-1010 6.31450801.55 由表4.1YB-10叶片泵驱动功率为1.5KW以及转速为1450r/min,根据此数值查阅电机产品目录,选择功率和额定转速相近的电机,选择电机型号为Y90L-4。4.2.2 确定管道尺寸及型号液压系统用油管传送液体,用管接头把油管、元件连接起来。油管的种类有无缝钢管、有缝钢管、橡胶软管、紫铜管、尼龙管、塑料管等。油管内径d和金属管壁厚及外径D分别按下面公式算出后,按有关标准圆整为标准值。 ( m ) (4-1) ( m ) (4-2) ( m ) (4-3)式中:q为管内流量( );v为管内油液流速,压力低的取小值,压力高的取大值(吸油管取0.51.5m/s,压力在3MPa以下的取2.53m/s,压力在36MPa之间的取4m/s,压力在6MPa以上的取5m/s,短管及局部收缩处取57m/s),管道较长的取小值,较短的取大值,油液粘度大时取小值,对橡胶软管,无论用于何处,流速都不能超过35m/s;p为管内液体最大工作压力(Pa);为许用拉伸应力();对于铜管,;对于钢管,=;n为安全系数,当时取n=8,时取n=6,时取n=4;为管材抗拉强度。1) 确定主管道尺寸:根据以上以及泵的流量、压力,选取=5m/s,选用铜管管道,选取=,则可计算得出: = 取标准圆直径, =m查标准,油管接头连接螺纹连接标准为 M181;2) 确定各个分流管道尺寸由于设计润滑的部位包括:主轴、主轴变速箱、进给变速箱、升降工作台、横向工作台、纵向工作台。现设各个部位所需流量( L/min )大小以及各管内液体最大工作压力( Pa )、流速 ( m/s )分别为下表所示: 表4-2 各部位管道流量以及液体最大工作压力部位主轴主轴变速箱进给变速箱升降工作台横向工作台纵向工作台流量L/min222111最大压力Pa444222流速M/s 222111以下为个管道计算结果及选取管道,根据公式(4-1 )、( 4-2 )、( 4-3 )计算:1 =1.410-2 m取标准1.510-2 m2 =1.410-2 m取标准1.510-2 m3 =1.410-2 m取标准1.510-2 m4 取标准1.210-2 m5 取标准1.210-2 m6 取标准1.210-2 m4.3 系统压力损失分析液压系统压力损失包括:管道压力损失、阀类压力损失、局部压力损失等。管道压力损失分析:首先判断系统流体运动为紊流还是层流,根据雷诺数公式: ( 4-4 )式中:v为液体运动粘度;为液体动力粘度;为液体密度;为液体运动的平均速度;为水力直径或等效直径。 对圆形断面管 ( 4- 5 )雷诺通过大量实验得出结果如表所示管道形状管道形状光滑金属圆管20002300有环槽的同心环缝700橡胶软管16002000有环槽的偏心环缝400光滑同心环缝1100滑阀阀口260光滑偏心环缝1000当雷诺数时,为紊流。1.沿程压力损失液体在等断面直管内,沿流动方向,沿流动方向各流层之间的内摩擦而产生的压力损失,称为沿程压力损失。它主要取决于管道长度、管径d、液体流速、液体粘度以及液体在管中的流动状态。通过量纲分析和实验得到计算沿程压力损失的公式如下: ( 4-6 ) ( 4-7 )式中:为沿程压力损失;为以液柱高表示的沿程压力损失;为液体密度;g为重力加速度;为沿程压力损失系数,不同的流体,有不同的值。2. 圆管紊流运动的压力损失由于液体具有粘度,即使在紊流运动条件下,壁面处速度仍为零,因此在壁面附近总是有一薄层液体呈现层流状态,称为近壁层流层。其厚壁与雷诺数有关,液体紊动越剧烈,雷诺数就越高,其近壁层层流就越薄。通常用下述经验公式近似地表示他们之间的关系: ( 4-8 )式中:为沿程损失系数;d为管道直径。3. 局部压力损失液体在流动中,由于遇到局部障碍而产生的机械能损失,称为局部压力损失。局部压力损失计算公式为 ( 4-9 )或 ( 4-10 )式中:为局部压力损失;为以液柱高表示的局部压力损失;为局部损失系数;为液体过流断面上平均速度;为液体密度。管路系统总压力损失 ( 4-11 )或 ( 4-12 )式中: hf 为以液柱高表示的总压力损失 通过计算 得出 4.3 油箱尺寸设计计算4.3.1 油箱容积的确定从油箱的散热、沉淀杂质和分离气泡等职能开看,油箱容积越大越好。但若容积太大,会导致体积大,重量大,操作不便,特别是在行走机械中矛盾突出。对于固定设备的油箱,一般建议其有效容积V为液压泵每分钟流量的3倍以上。通常根据系统的工作来概略地确定油箱的有效容积V。1) 低压系统:V=(24)60q(m3 )2) 中压系统:V=(57)60q(m3 )。式中:q为液压泵的流量(m3/s)。此液压紧为供油润滑属于低压系统,所以按公式 计算 V=360=108L ( 4-13 )4.3.2 油箱结构油箱有开式、隔离式和压力式三种类型。1. 开式油箱设计开式油箱时,应注意以下几个为:1) 油箱内设隔板将吸油区和回油区隔开,以利散热,沉淀污物和分离气泡,隔板高度一般为液体高度的2/33/4。2) 油箱底部应略带斜度,并在最低处设放油螺塞。3) 油箱上部应设置带过滤网的加油口,平时用盖子封闭;油箱上部还设有带空气滤清器的通气孔。4) 油箱侧面装设油位计和温度计。5) 吸油管和回油管尽量远离。6) 系统中的泄漏油管应尽量单独接入油箱。其中,各类控制阀的泄漏油管端部应在油面之上,以免产生背压。7) 一般油箱可通过拆卸上端进行清洗、维护。对大容量的油箱,多在油箱侧面设清洗用的窗口,平时用侧板密封。8) 油箱容量较小时,可用钢板直接焊接而成;对于大容量的油箱,特别是在油箱盖板上安装电动机,泵和其他液压件时,不仅应使盖板加厚,局部加强,而且应在油箱各面加焊角板、加强筋,以加强刚度和强度。9) 油箱内部要作专门处理。 图4-2 开式油箱图中隔板11将吸油管5和回油管3、泄油管4隔开。顶部、侧部及底部分别装有空气滤清器6、注油管2、液位计1以及过滤器12等。安装液压泵及其驱动电机的安装板7可以固定在油箱的顶面上。油箱的箱体10通常用2.5mm5mm钢板焊接而成。 2. 隔离式油箱、充气式油箱 两种油箱分别如下图所示: 图 4-3 隔离式、充气式油箱 4.4 通过设计计算选择的各元件型号规格表绘制各元件型号、参数如表4-3所示 表4-3 各元件参数规格序号元件名称估计流过流量/Lmin-1型 号规 格1油缸 - 110L2叶片泵10YB-106.3MPa、10L/min3单向阀 10DIF-L10H14溢流阀10JF-L10G 6.3MPa5三位四通换向阀1034DH-B8C-T*6.3MPa6单向减压阀3-10JDF-L10G6.3MPa7调速阀3-10QDFT-B8H6.3MPa8喷油嘴5-106.3MPa9过滤器10XU-22X1006.3MPa10过滤器3-10XU-22X1006.3MPa11压力继电器 -DP1-63B6.3MPa第5章 切削液供给系统5.1 切削液供给系统组成 切削液系统包括以下几个部分组成:切削液水箱、切削液油泵、过滤器、溢流阀、切削液喷嘴和管道等组成。5.2 各元件的选择5.2.1冷却液箱分析沉淀用过的并存储待用冷却液;其应有足够的有效容积使通过的冷却液能自然冷却,将由切削区带来的热量散发掉。冷却箱容积一般可取冷却液泵每分钟输出冷却液容积的410倍。冷却液箱通常分为两种结构形式:1、利用床身或底座等铸件内衣个足够大容积空间作为冷却液箱,但精密机床不宜采用,其产生热变形影响精度,清洗也不方便。2、用钢板焊接单独成箱。冷却液油箱高度必须低于床身回液槽出口高度,以便使冷却液顺利地流回冷却液箱。由于铣床精度较高,而且水箱经常需要清洗,故选择第二种形式,用钢板焊接单独水箱。5.2.2油泵及驱动电机的选择切削液只为刀具加工零件时,起到冷却作用,流量选取Q=6L/min 即可,查阅资料,选取 YB-6型单级叶片泵即可。驱动电机选择根据选择的泵为YB-6型单级叶片泵,查阅资料选择Y80M2-2电机作为驱动电机。5.2.3输液管道的选择1、管道:硬管用于连接固定零部件,常采用水或煤气输送钢管;软管用于连接运动部件.管有夹布压力胶管,编织胶管,全胶管和各种金属胶管.管内径 d-管内径(mm);Q通过管道流量 (L/min);V管中冷却液流速(m/s)因此油剂冷却液供油管道V=0.51.5m/s,回油管道V=0.20.5m/s.水平管道应有1:40安装斜度,以使冷却系统不工作时候 ,管道中不积存冷却液。因此,Q=6L/
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