臥式車床尾座結(jié)構(gòu)設計

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1、摘 要本課題研究的主要目的是設計出與 C6611 臥式車床相匹配的尾座結(jié)構(gòu)。為了完成本課題的設計，首先是搜集和分析資料。主要包括國內(nèi)外對臥式車床尾座結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀；同等臥式車床尾座的圖紙和資料以及進給與夾緊系統(tǒng)的基本資料；其次是初步確定尾座的總體布局。包括進給系統(tǒng)與夾緊機構(gòu)的布置及合理選用該結(jié)構(gòu)應用的標準件。最后主要是關于尾座相關方面的設計計算及技術(shù)要求。目前，傳統(tǒng)的臥式車床尾座中沒有變速機構(gòu)。當鉆削大直徑孔時，由于切削力過大，操作工人通常采用加長力臂的方法來扳動手輪。而且耗時又耗力，還會增加企業(yè)成本。因此，本課題研究所要達到的預期效果是在 C6611 車床加工過程中，當需要使用尾座時，可以降

2、低工人的勞動強度，降低企業(yè)成本，提高生產(chǎn)效率。關鍵詞：臥式車床；尾座；進給機構(gòu)；夾緊機構(gòu);齒輪變速箱ABSTRACTThe main purpose of this research is to design the general purpose centre lathes tailstock matching the C6611.To complete the design of this project, before the first is to collect and analyze data, including domestic and international resear

3、ch about the tailstock;the blueprint and data of the same lathe tailstock and the basic information of the feed mechanisms and clamp mechanisms;Secondly,make sure the overall layout of the tailstock initially, including the layout of feed system and the clamping mechanism and the rational use of sta

4、ndard parts of the structure. Finally, the main aspect is the related design calculations about tailstock and technical requirements. Currently,there is no gear box in the traditional general purpose centre lathes . When drilling large diameter holes, because the cutting force is too large, the work

5、ers flip the hand wheel with extending the moment of force.And it not only consume times and labor but also increase business costs. Therefore,the expected results of studying this subject is when needing the tailstock in the working process, it can reduce labor intensity and business costs ,increas

6、e productivity. key word: general purpose centre lathes; tailstock; feed system; clamping mechanism; gear box目 錄摘要. .IABSTRACT. I 1 前言.41.1 選題目的和義41.2 當今機床的技術(shù)發(fā)展趨勢.41.4 設計的主要研究內(nèi)容.42 尾座部分的設計.62.1 總體布局.62.2 尾座體的設計.72.3 尾座頂尖的設計.72.4 支撐件的設計.82.5 套筒移動的進給機構(gòu).92.6 導軌設計.92.7 操縱機構(gòu)設計82.8 尾座的結(jié)構(gòu)工藝性.102.9 尾架的變速設計.

7、112.10 套筒加緊機構(gòu)的設計.122.11 裝配結(jié)構(gòu)的工藝性123 尾座相關的設計計算與強度校核.133.1 撓度的計算.133.2 轉(zhuǎn)角的計算.143.3 鉆削力的計算與功率.143.4 主要零件強度校核.153.4.1 鍵的強度校核.15 3.4.2 齒根彎曲疲勞強度計算163.4.3 齒面接觸疲勞強度算.17 3.4.4 壓板處螺栓直徑的校核173.5 蝸桿傳動效率計算. .184 尾座精度的設計.194.2 尾座與機床形位公差的確定.194.3 底面及立導向面形位公差的確定.195 結(jié)論.20參考文獻21致謝.221.前言1.1 選題目的和意義 金屬切削機床是用切削的方法將金屬毛坯

8、加工成機器零件的機器。它是用來制造機器的機器，所以又稱為“工業(yè)母機”或“工具機” ，習慣上簡稱為機床。金屬切削機床是用來加工機器零件的主要設備，約占機器總制造量的 40%60%。機械制造工業(yè)肩負著為國民經(jīng)濟各部門提供現(xiàn)代化技術(shù)設備的任務，是國民經(jīng)濟各部門賴以發(fā)展的基礎，而機床工業(yè)則是機械制造上業(yè)的基礎，一個國家機床上業(yè)的技術(shù)水平在很大程度上標志著這個國家的上業(yè)生產(chǎn)能力和科學技術(shù)水平。所以，金屬切削機床在國民經(jīng)濟現(xiàn)代化建設中起著重要的作用。目前我國批量生產(chǎn)的產(chǎn)品均為由傳統(tǒng)的電器液壓控制的通用機床，特點是性能良好，基本機械機構(gòu)合理，但控制和驅(qū)動方式落后，仍然屬于中、低檔產(chǎn)品，機床加工精度能滿足各類

9、零件的精加工要求。而目前國內(nèi)機床行業(yè)的數(shù)控機床主要有仿制產(chǎn)品和技術(shù)引進產(chǎn)品兩大類，仿制產(chǎn)品一般是結(jié)構(gòu)原理與國外機床相同，只是在局部功能與外形尺寸上有一此較大的變動。而技術(shù)引進產(chǎn)品則多數(shù)采用了國外進口的數(shù)控系統(tǒng)，測量儀器及軸承、滾珠、絲杠等配套件。所以我國的機床產(chǎn)業(yè)今后的努力方向應為加快技術(shù)創(chuàng)新，優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)品技術(shù)檔次和質(zhì)量，努力開發(fā)高技術(shù)含量和高附加值的相床產(chǎn)品。今天，為了和最新技術(shù)的發(fā)展保持同步，機床行業(yè)必須不斷發(fā)展，不斷提高和改進元件和系統(tǒng)的性能，以滿足日益變化的市場需求。與世界上主要的工業(yè)國家相比，我國的機床工業(yè)還是相當落后的，標準化的工作有待于繼續(xù)做好，優(yōu)質(zhì)化的工

10、作須形成聲勢，智能化的工作則剛剛在準備起步，為此必須急起直追，才能迎頭趕上?？梢灶A見，為滿足國民經(jīng)濟發(fā)展需要，機床行業(yè)也將繼續(xù)獲得飛速的發(fā)展，它在各個工業(yè)部門中的應用越來越廣泛。在這樣一種背景下，我的課題選擇為臥式車床尾座結(jié)構(gòu)的設計，用以提高生產(chǎn)效率，產(chǎn)品質(zhì)量，降低工人勞動強度及降低企業(yè)成本。此外，力求完成課題之余，熟悉國內(nèi)外機床行業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢,增強對如何發(fā)展民族機床產(chǎn)業(yè)的感性認識。1.2 當今機床的技術(shù)發(fā)展趨勢（1）高速高效仍是當今機床的主要發(fā)展趨勢 日本的一些機床制造廠家以金屬切除率(cm3/min)來作為其產(chǎn)品的高效標志之一，在評判機床進給速度時也引入了加速度這個概念，因為現(xiàn)代化生

11、產(chǎn)要求不僅機床進給速度快，而且響應變化率也要求高，即需要評估由靜止狀態(tài)至峰值之間的加速度變化情況，如沈陽的 BW60 臥式加工心，其加速度為 1g,德國 DMG 公司的 85 V 立式加工心，最大快進速度為 120m/ min，加速度為 2 g.國外的加工中心，主軸轉(zhuǎn)速均已達 12000r/min20000r/ min，快速行程為 40 m/ min 60 m/ min，換刀時間為 1. 5s3s。如意大利 FIDIA 公司的 664 高速銑床，主軸轉(zhuǎn)速為 24000 r/ min;德國 Roders 公司的 RFM760 高速銑床，轉(zhuǎn)速高達42000 r/ min,國產(chǎn)數(shù)控機床的主轉(zhuǎn)速也普遍

12、提高，如我國沈陽和意大利 FIDIA 公司的合作產(chǎn)品 DIGIT 165 高速銑床，轉(zhuǎn)速可達 40000 r/ min，上海明精機床有限公司推出的電主軸數(shù)控機床 H M077/ 25T 和 HY009,其主軸轉(zhuǎn)速也分別達到 10000 r/ min 和 5000 r/ min。機床高效的另一個標志是復合加工，德國 WFL 公司的 M ILLT U RN，是一種集車、銑、鏜、鉆和測量功能于一身的高效率機床。它既可加工盤類、圓柱類、曲軸類零件，又可加上半類及箱體類零件，其裝在刀架滑座上的主軸箱，既可自動換刀進行銑削加工，又可裝夾車刀直線進給。該機床為 6 軸控制，瑞士 MIKRON 公司的M ul

13、LisLep 復合加工系統(tǒng)，是組合機床效率與加工心柔性的完美結(jié)合。根據(jù)零件對象，其加上單位可以任意組合，在每個單元中都有 2 個盤狀刀具庫，當其中一個與主軸換刀時，另一個就尋找下一個刀位，機床配有回轉(zhuǎn)工作臺，實現(xiàn)五軸五面加工。（2）環(huán)保機床是 21 世紀機床的發(fā)展重點之一。 當今世界，保護環(huán)境，建立可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)環(huán)境日益受到全世界的重現(xiàn)，日本就已提出今后機床業(yè)發(fā)展的重點是開發(fā)節(jié)能和環(huán)保機床，日前，該國已拔出?？顏硌芯繖C床無切削液的課題，日立精機新近推出一種 V S50 立式加工中心，該產(chǎn)品標記是“ECO. ECO,即環(huán)保性和經(jīng)濟性(Ccologyand Economy)。該機床的滾動體直線導

14、軌，將適量的潤滑脂封入潤滑塊上，可以使其實現(xiàn)長期潤滑，這樣每年將可省油 (潤滑油)100L,對節(jié)能和環(huán)保很有益處。V S50 還可進行干切削加工，即采用油霧冷卻方式，這樣每年可省切削液 150L，大大降低了對環(huán)境的污染及處理廢油的成本。據(jù)日本 Horkos 公司介紹，他們的干切削技術(shù)，重點在于改善了刀具和工件材料之間的摩擦性能。在刀具上常鍍 M0 或一些二硫化物，選用含 S 和 Si 的材料，可改善工件材料的機械性能，如日本大為公司(OKUMA)的 MA 系列機床，已逐步采用干切削技術(shù)，使?jié)櫥瑴p少 20%;并采用油水分離裝置使油被分離出來，以防止冷卻液的腐蝕，同時采用了油霧，粉塵回收裝置使大氣

15、污染減少到最低程度。該系列產(chǎn)品在停止主運行時，液壓裝置，冷卻電機及電磁閥等，都自動切斷，從而使機床用電減少。1.3 設計的主要研究內(nèi)容 （1） 根據(jù)普通臥式車床 C6611 的整體結(jié)構(gòu)要求，設計出與其相符合的尾座，使其滿足精度等眾多要求，比如直線度，平面度，垂直度等精度要求。以使尾座結(jié)構(gòu)達到預期的要求。 （2） 分析搜集相關的資料 包括國內(nèi)外機床，特別是普通臥式車床的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展方向；夾緊機構(gòu)與進給系統(tǒng)的基本資料和相關參數(shù)等；相關車床尾座的圖紙資料及技術(shù)要求等。 （3） 大致確定尾座的布局方式 包括主要機構(gòu)的配置形式及選擇相應的標準件與外購件的技術(shù)規(guī)范。 （4） 尾座部分的相關設計及計算套筒

16、、尾座體的設計，尾座導軌的設計，撓度、轉(zhuǎn)角、鉆削力、鉆削力的效率、蝸桿傳動效率以及主要零件的強度校核。 （5） 尾座精度的確定 包括尾座體表面粗糙度的確定、尾座與機床形位公差的確定、底面及立導向面形位公差的確定。2. 尾座部分的設計尾座是臥式車床的重要附屬部件，其主要作用是在加工特別是軸類零件時，可以定心，同時具有輔助支撐和夾緊的功能。C6611 臥式車床的尾座采用的結(jié)構(gòu)設計合理，動、靜剛度好，精度高。套筒和尾座的移動均為機械傳動，套筒和尾座的夾緊、放松均采用相關機構(gòu)夾緊，夾緊力足夠大，安全可靠，工人操作簡單、方便、效率高。這種結(jié)構(gòu)的尾座優(yōu)點在于：(1) 精度保持性好，剛度高、精度高，抗震性能

17、好，這種結(jié)構(gòu)的尾座，采用整體式箱形結(jié)構(gòu)設計，經(jīng)有限元分析、計算，通過對尾座內(nèi)部筋板的合理布置，提高了尾座的剛度和固有頻率，避免在加工過程中出現(xiàn)影響加工精度的影響。尾座采用低應力高強度灰鑄鐵 HT200，經(jīng)良好的人工時效處理，熱變形小，在加工大工件和大額切削力的情況下。尾座結(jié)構(gòu)整體變形小，抗振性能好，滿足普通臥式車床精度檢驗標準的標準。(2)結(jié)構(gòu)更加簡單、優(yōu)化、合理，這種結(jié)構(gòu)的尾座，總零件數(shù)和標準件數(shù)更少，是得相關的零件加工表面大大減低，比如零件之間配合的表面，采用這種結(jié)構(gòu)的尾座可以減少配合的面積，是得加工效率高，滿足現(xiàn)代加工要求，同時可以減少資源的浪費，順應國家節(jié)能減排的方針要求。而且如果采用

18、這種尾座，其加工，裝配工藝性更好，節(jié)約了加工、裝配總費用，降低了尾座的總重量和總成本。下面詳細介紹該車床尾座幾個主要部分的設計2.1 總體布局經(jīng)工藝分析后，確定出尾座所需的運動，如何實現(xiàn)這些運動，由哪個部件產(chǎn)生運動以及怎樣產(chǎn)生所需的運動，運動控制，機床操作位置等，都是總體布局所要考慮的問題。總體布局是指按工藝要求決定所需要的運動，確定相關部件以及各個部件件的相對運動和位置關系，同時也要確定其它機構(gòu)的配置，并作出部件的聯(lián)系尺寸圖。總體布局的基本要求有以下幾點。1.保證工藝方法所要求的工件和刀具的相對位置和相對運動。2.保證機床具有與所要求的加工精度相適應的剛度與抗振性。3.使用方便。具體的說，就

19、是便于操作，調(diào)整，修理機床；便于輸送，裝卸工件，排除切屑。4.經(jīng)濟效果好，如節(jié)省材料，減少機床占用面積等。5.造型美觀。 總體布局設計的一般方法是，首先根據(jù)工藝分析分配相關的運動，選擇傳動形式和支撐形式，然后安排操縱部位，并擬定在布局上改善部件的的性能和技術(shù)經(jīng)濟指標的措施。上訴方法之間有著密切聯(lián)系，必要時可互相穿插或并進。2.2 尾座體的設計普通臥式車床 C6611 的尾座體是尾座的主要的機械部分，它是支撐其內(nèi)部零件的整體框架?？梢哉f尾座體設計的好壞，直接影響著后續(xù)設計。尾座體在設計時主要參考的是其它同類產(chǎn)品的尾座體和根據(jù)生產(chǎn)者在生產(chǎn)中所積累的生產(chǎn)經(jīng)驗，稍加改造而成的。一般的尾座其手輪位于操作

20、工人的右手邊，而我設計的尾座其手輪則是在操作者的正前方，也可以說是一種結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新，滿足不同操作工人的加工習慣。另外就是，尾座體的壁厚要盡量均勻，這樣可以有效的降低其在鑄造時的難度，避免產(chǎn)生縮孔，砂眼等影響其外部輪廓與技術(shù)要求的因素。同時，拐角處要設計成圓角以減少集中應力。尾座體的材料采用 HT200，鑄造加工而成。在尾座體的設計過程中考慮到加工工藝，需要設計出工藝凸臺和工藝孔。這樣可以減少加工量，提高效率。圖 1.尾座結(jié)構(gòu)2.3 尾座頂尖的設計車床的尾座頂尖，它是在車床加工過程中起到定位作用的重要零件，它可以與主軸一起限制加工零件的自由度，另外還可以定心工件，因此頂尖的精度往往要求較高，在零

21、件加工過程中要使尾座的軸心線與車床主軸的軸心線保證較高的同軸度與直線度在進行工件的加工過程中一般采用前后頂尖來支承工件，來定位工件的旋轉(zhuǎn)中心并承受刀具在加工過程中所產(chǎn)生的切削力。頂尖是機械加工中的機床的重要部件，它可對端面復雜的零件和不允許打中心孔的零件進行支承。頂尖的一端可頂中心孔或管料的內(nèi)孔，另一端則放入到尾座套筒內(nèi)。頂尖的鎖緊主要是靠頂緊力和加緊機構(gòu)提供的壓力，其主要夾緊工作原理會在下文中提到。頂尖一般由專門的工廠生產(chǎn)，我們只要根據(jù)自己的需要買產(chǎn)品。由于普通臥式車床 C6611 是中小型機械加工設備，尾座總體尺寸并不是很大所以選擇莫氏 6 號的頂尖。莫氏錐度是一個錐度的國際標準，用于靜配

22、合以精確定位。由于錐度很小，可以傳遞一定的扭距，又因為有錐度，又便于拆卸。利用的就是摩擦力的原理，在一定的錐度范圍內(nèi)，工件可以自由的拆裝，同時在工作時又不會影響到使用效果，比如鉆孔的錐柄鉆。在錐柄上好后，鉆頭可以將工件鉆出需要的孔，而錐柄處不會出現(xiàn)轉(zhuǎn)動現(xiàn)象。又比如鉆孔的錐柄鉆，如果使用中需要拆卸鉆頭磨削，拆卸后重新裝上不會影響鉆頭的中心位置。圖 2 尾座頂針2.4 支撐件的設計支撐件是設備的基礎構(gòu)件，包括橫梁，搖臂，底座，箱體等。這些構(gòu)件一般都比較大，所以也稱大件。支撐件的種類繁多。按構(gòu)造方式可分為機座類，箱殼類，機架類，平板類；按結(jié)構(gòu)可分為整體式和裝配式；按制造方法可分為鑄造式，焊接式，螺栓

23、式和組合式；按力學模型可分為桿系結(jié)構(gòu)，板殼結(jié)構(gòu)和實體結(jié)構(gòu)。支撐件的主要功用主要包括以下幾點。支撐件安裝機器各部件零部件，并承受各種靜態(tài)力及動態(tài)力（切削力） 。保證各零部件間的相對位置精度和運動部件的運動精度。用作液壓油，潤滑油，切削液的存儲器。獨立完成某些功能，如托架，支撐套等。支撐件的設計步驟 支撐件的結(jié)構(gòu)形狀十分復雜，受力條件也很復雜，難以進行符合實際的簡化理論計算。因此，設計時首先根據(jù)其使用要求進行受力分析，其次根據(jù)所受的力和其他要求，并參考現(xiàn)有設備的同類型件，初步?jīng)Q定其形狀和尺寸。對重要的支撐件，在初步選定其形狀與尺寸后，可用有限元法，借助計算機進行驗算或進行模擬實驗，求得其靜態(tài)與動態(tài)

24、特性，并據(jù)此設計進行修改或?qū)讉€方案進行對比，選擇最佳方案2.5 套筒移動的進給機構(gòu)圖 3 絲杠螺母結(jié)構(gòu)如上圖所示為絲杠螺母結(jié)構(gòu)，本結(jié)構(gòu)主要是為了驅(qū)動套筒的運動。進而里面的頂針相繼運動。在加工過程中，特別是在加工一些軸向長度較短的零件時，往往需要移動套筒頂針來進行工件的精準定位與夾緊，此時如果采用如上圖所示的結(jié)構(gòu)。則可以大大地簡化結(jié)構(gòu)，節(jié)約成本，提高效率。2.6 導軌設計導軌的功用是支撐并引導運動部件，使之沿著一定的軌跡準確運動。一對導軌副中，運動的一方叫做動導軌，固定不動的叫做支撐導軌或靜導軌。動導軌相對于支撐導軌可以作直線運動或者回轉(zhuǎn)運動。導軌的基本要求 導軌是機床的關鍵部件之一，其性能的

25、好壞，將直接影響機床的加工精度，承載能力和使用壽命。因此它必須滿足下列基本要求。1.較高的導向精度導向精度是指運動導軌軌跡的準確性。足夠高的導向精度是保證機床加工精度的前提，因而它是導軌的最基本要求。導軌在空載運動中和切削條件下運動時，都應具有足夠的導向精度。影響導向精度的主要因素是導軌的結(jié)構(gòu)形式和裝配精度，導軌的幾何精度和接觸精度，導軌與基礎部件的接觸剛度與熱變形導軌的油膜厚度和剛度等。不同類型的導軌的導向精度不同，如三角形導軌比矩形導軌的導向精度高。2.良好的耐磨性 導向精度的持久性主要是由導軌的耐磨性決定的。常見的磨損形式有磨料磨損，接觸疲勞磨損等?；瑒訉к壞p的基本形式是磨料磨損和黏著

26、磨損，這兩種磨損常常是伴隨發(fā)生，相互影響的。滾動導軌則主要是疲勞磨損。導軌的耐磨性與導軌面的摩擦性質(zhì)，導軌材料，工藝方法，受力情況及導軌的相對運動速度等有關。另外，導軌與基礎部件上的殘余應力，也會使導軌發(fā)生蠕變而影響導軌精度的保持性。3.足夠的剛度 足夠的剛度可以保證在額定載荷作用下，導軌的變形在允許的范圍之內(nèi)。受載后，導軌的變形是絕對的，它會影響導向精度和部件的相對位置。因此，要求導軌應有足夠的剛度。主要影響因素有：導軌的結(jié)構(gòu)形式，尺寸及與基礎部件的連接方式，受力情況等。4.良好的低速運動平穩(wěn)性 當導軌作低速運動或微量位移時，應保證導軌運動的平穩(wěn)性，既不出現(xiàn)爬行狀況。爬行現(xiàn)象會嚴重影響加工精

27、度，表面粗糙度和機床零部件的定位精度。主要因素有：動靜摩擦系數(shù)的差值，傳動導軌運動的傳動系統(tǒng)的剛度及導軌的結(jié)構(gòu)和潤滑等。5.結(jié)構(gòu)簡單，工藝性好 設計時要使導軌的制造和維護方便，刮研量小。如果是鑲裝導軌，則應盡量做到更換容易。2.7 操縱機構(gòu)設計 操縱系統(tǒng)是能夠?qū)崿F(xiàn)人為控制機械運行狀態(tài)的機構(gòu)及其裝置的組合。機械系統(tǒng)的運動狀態(tài)如啟停，換向，傳動系統(tǒng)中傳動路線的改變，執(zhí)行系統(tǒng)的運動方式等都是由操縱和控制系統(tǒng)的給定輸入決定的。操縱機構(gòu)雖不直接參與機床的工作運動，對機床的精度，剛度和壽命等不產(chǎn)生直接影響，但對機床的布局，使用性能，生產(chǎn)效率及外觀造型等都有一定的影響。因此，在確定機床總體方案時，對操縱機構(gòu)

28、加以考慮，并與相關部件一起進行結(jié)構(gòu)設計。操縱機構(gòu)應滿足的基本要求：1.輕便省力 操縱系統(tǒng)設計時應盡量減少操縱力，有益于提高勞動生產(chǎn)效率和安全性，提高操縱系統(tǒng)的靈敏度。手輪與手柄的操縱力不應超過 GB9061 關于操縱力的規(guī)定?？刹扇∫韵麓胧＿x擇合適的傳動比，杠桿比，適當加長操縱手柄或加大手輪直徑；將常用的操作件布置在人手所能及的便于操縱的區(qū)域，還要根據(jù)具體情況就位，不應過高，過低或過遠。2.易于操縱，便于記憶 為操縱方便舒適，不僅要求操縱力和操縱行程的大小要適宜，而且操縱件的形狀，尺寸，布置，運動方向和各操縱件的標記，操縱順序都要符合人體狀況和動作習慣。為了減少操縱時產(chǎn)生差錯和防止事故，可采

29、取以下措施。操縱件與運動件的運動方向應一致，手輪，搖把等的旋轉(zhuǎn)方向應符合操作習慣，即順時針旋轉(zhuǎn)時，移動件的移動方向應為離開操作者或向右；操作手柄的尺寸應與人手相稱，不宜過大或過小。3.操縱件定位可靠 變換及換向用的操縱機構(gòu)必須可靠定位，以免工作過程中自動松開。有時操縱系統(tǒng)還需有自鎖，互鎖功能或具有自動復位功能。此外，根據(jù)機床的特點，對操縱機構(gòu)應有不同的要求。 2.8 尾座的結(jié)構(gòu)工藝性尾座即鑄件的結(jié)構(gòu)是指鑄件的外形，內(nèi)腔，壁厚及壁間的連接形式，加強板筋等。在進行鑄件結(jié)構(gòu)設計時，不僅要保證零件的使用要求，還要考慮鑄件鑄造性能要求，以及切削加工對鑄件結(jié)構(gòu)的要求，即鑄件的結(jié)構(gòu)工藝要求。質(zhì)量好的鑄件應當

30、具有輪廓清晰，尺寸精確，組織致密，細小顆粒等特點。鑄造性能是影響鑄件質(zhì)量的重要因素。一般情況下，應當從以下幾個方面考慮。1.鑄件的壁厚應合理 鑄件的壁厚越大，金屬液流動時的阻力越小，而且保持液態(tài)的時間越長，因此有利于金屬液充滿型腔。但是，隨著壁厚的增加，金屬液的冷卻速度變小，壁厚鑄件容易產(chǎn)生縮孔，縮松，晶粒粗大等缺陷，從而使鑄件的力學性能下降。從這方面考慮，各種鑄造合金都存在一個臨界壁厚。2.鑄件壁厚應盡量均勻鑄件各處的壁厚如果相差太大，必然會在厚壁處產(chǎn)生冷卻慢的熱節(jié)，熱節(jié)處最后冷凝得不到充分補償時，便會產(chǎn)生縮孔，縮松，晶粒粗大等缺陷。同時，由于不同的壁厚的冷卻速度不一樣，因而會在厚壁與薄壁之

31、間產(chǎn)生熱應力，就有可能導致產(chǎn)生熱裂紋。對于壁厚相差較大的鑄件，由于收縮不均勻易產(chǎn)生變形。3.壁間連接要合理 要有鑄造圓角；在鑄件的轉(zhuǎn)彎處如果是直角連接，則在此處不僅會形成熱節(jié)，容易產(chǎn)生縮孔和結(jié)晶薄弱區(qū)，又應產(chǎn)生應力集中而容易導致結(jié)晶薄弱處產(chǎn)生裂紋。壁厚與薄壁連接要逐步過渡。不同壁厚的連接要逐步過渡，避免突變；壁間連接應避免交叉于銳角 兩個以上鑄件壁相連接處往往會形成熱節(jié)，如果能夠避免交叉結(jié)構(gòu)和銳角相交，即可防止縮孔等缺陷。2.9 尾架的變速設計圖 4. 齒輪變速箱如圖 4 所示，我在車床尾架體尾部設置變速箱，箱內(nèi)設有帶有離合器的滑移齒輪，普通圓柱齒輪，蝸輪蝸桿和一組錐齒輪的傳動機構(gòu)。由手輪軸輸

32、入動力后，運動由手輪軸上的蝸桿經(jīng)嚙合傳到蝸輪上。此時的蝸輪轉(zhuǎn)動是空轉(zhuǎn)，并沒有帶動絲杠軸運動。當將撥叉向右扳動時，滑移齒輪脫離與固定齒輪的嚙合。而是通過端面離合器與蝸輪端面嚙合實現(xiàn) 5：1 的傳動。當將撥叉置于左方使，運動是先經(jīng)過一對錐齒輪的嚙合后，再經(jīng)過一對直齒輪的嚙合實現(xiàn) 1：1.78 的傳動。這樣就實現(xiàn)了高低兩種速度的進給速度。實現(xiàn)了預期的設計要求。本變速裝置結(jié)構(gòu)緊湊、性能可靠，既保留了普通尾架的一般功能，又極大地滿足了中、重型臥式車床的操作工人在機械加工過程中，對尾架變速的要求，降低了操作工人勞動強度。其特點是操作靈活、經(jīng)濟實用性強。2.10 套筒夾緊機構(gòu)的設計圖 5.尾座夾緊機構(gòu)如圖

33、5，我在設計套筒夾緊機構(gòu)時，采用了如上圖所示的機構(gòu)，主要包括了帶有一段螺紋的軸以及上下套筒。此機構(gòu)在工作原理是上下套筒相對運動，擠壓里面的套筒，從而使它夾緊。當需要夾緊時，操作手柄，通過機構(gòu)上套筒受到壓力向下運動，而此時的下套筒由于是和軸螺旋傳動。所以下套筒的運動是向上的。在上下套筒的相對運動中，使得中間的套筒夾緊。本結(jié)構(gòu)夾緊力大，且安全可靠，可以達到設計要求。2.11 裝配結(jié)構(gòu)的工藝性產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)工藝性包括產(chǎn)品生產(chǎn)工藝性與產(chǎn)品使用工藝性，前者是指其制造的難易程度和經(jīng)濟性，后則指其在使用過程中維護保養(yǎng)和維修的難易程度與經(jīng)濟性。產(chǎn)品生產(chǎn)工藝性除零件結(jié)構(gòu)的裝配工藝性外，還包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的裝配結(jié)構(gòu)的工藝

34、性。在產(chǎn)品的整個生產(chǎn)過程中，機器結(jié)構(gòu)的裝配工藝性占有很重要的地位，裝配過程的難易，成本的高低，以及機器使用是否良好，在很大程度上取決于它本身的結(jié)構(gòu)，因此，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的裝配工藝性也是評定機器設計好壞標志之一。裝配對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的要求，主要是要容易保證裝配質(zhì)量，裝配的生產(chǎn)周期要短，裝配勞動量要少，歸納起來，有以下 6 條要求。結(jié)構(gòu)的繼承性要好。 能繼承已有產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，便于零部件標準化，通用化，系列化，并可減少勞動量，降低成本，提高裝配生產(chǎn)率。能分解為若干個獨立的裝配單元各裝配單元要有正確的裝配基準要便于裝配和調(diào)整減少裝配時的修配工作和機械加工滿足裝配尺寸鏈“環(huán)數(shù)最少原則”3.尾座相關的設計計算與強度校核

35、C6611 的尾座受力簡圖:圖 6 尾座受力圖根據(jù)工件最大長度和最大旋轉(zhuǎn)外徑假設工件最大重量 Q=2760N 頂尖和三爪卡盤支撐工件可簡化為簡支梁，因此尾座負重 Q/2=1380N 尾座主軸伸出尾座體最大長度 130mm尾座套筒直徑 80mm鋼的彈性模量 E = 2.1106kgf/cm2斷面慣性矩 I=201104mm4頂尖伸出套筒長 109mm根據(jù)公式(材料力學 第一冊) (3-1)NfaKFpcc)(查表可知單位切削力 KC= 2305N/mm2 f = 0.3mm/r ap = 3.4mm故切削力 FC = 2370N機床加工如此重的工件時，尾座主軸一般緊縮在尾座體內(nèi)，現(xiàn)在假設尾座主軸

36、伸出為尾座主軸伸出尾座體最大長度的 1/2，即伸出 65mm，懸臂 65mm+109mm=174mm。3.1 撓度的計算 (材料力學 第一冊) EIPl33(3-2) 201101 . 234 .17)13802370(63 000156. 0 l0000009. 0許用撓度, 在范圍之內(nèi)。ly0001. 00005. 0 lylyly3. 2 轉(zhuǎn)角的計算 (材料力學 第一冊) EIPl22(3-3) 201101 . 224 .17)13802370(62 rad0013. 0許用轉(zhuǎn)角 ，在范圍內(nèi)。001. 0rad005. 03.3 鉆削力的計算與功率1.高速鋼標準鉆頭鉆削力及功率的計算公

37、式金屬切削原理與刀具切削力扭矩 M=CMd0XMfYMKM10-8 (3-4)軸向力 F=CFd0XFfYFKF (3-5)切削功率 PM=6.28Mn010-3 (3-6)2.公式中的系數(shù)與指數(shù)值 材料為灰鑄鐵 HB 190 扭矩 M 中的 CM，XM，YM分別為 225.63,1.9,0.8。 軸向力 F 中的 CF，XF，YF分別為 588.60,1,0.8。3.切削條件變化后，切削力的修正系數(shù)灰鑄鐵：K料 M= K料 F=(HB/190)0.6 (3-7) 表 1 切削力的修正系數(shù) 扭矩 M軸向力 F未磨損磨鈍后未磨損磨鈍后鉆頭磨損K鈍M=0.87MK鈍M=1.0K鈍F=0.9K鈍F=

38、1.0 公式中的單位： d0(mm);f(mm/r);n0(r/s).已知切削條件為：鉆頭直徑 d0=20mm;進給量 f=0.4 mm/r;鉆頭轉(zhuǎn)速 n0=2 r/s工件材料：灰鑄鐵 HB=210 按(3-5)式 M=225.63201.90.40.810-3=32.137(NM)當 HB=210 時，由上表可得修正系數(shù)為 K 料 M= K料 F=(210/190)0.6 =1.062 實際切削扭矩及軸向力 F 為 M=32.1371.062=34.13(NM) F=5655.861.062=6006.52(NM)切削功率 Pm=23.1434.13210-3=0.43(KW)3.4 主要零

39、件強度校核3.4.1 鍵的強度校核普通平鍵的強度校核公式機械設計 鍵的聯(lián)接工作面的擠壓 JY=2T/dklJYP (3-8) 鍵的剪切 =2T/dblP (3-9)T-傳遞的轉(zhuǎn)矩, NM; d-軸的直徑，m;l-鍵的工作長度，m; k-鍵與輪轂的接觸高度，m;b-鍵的寬度，m; 平鍵 k=h/2;JYP-鍵聯(lián)接的許用擠壓應力,Pa;P-鍵的許用剪應力, Pa;表 2 鍵聯(lián)接的許用應力 單位:MPa應力種類聯(lián)接方式零件材料載荷性質(zhì)許用應力JYP靜聯(lián)接鋼/鑄鐵輕微沖擊100/53P靜聯(lián)接鋼/鑄鐵輕微沖擊90注：JYP 應按聯(lián)接材料機械性質(zhì)較弱的零件選取。已知條件： 手輪直徑=0.175m; 手動力

40、假設=200N； 則， T=2000.175=35 NM校核對象為手輪與蝸桿軸聯(lián)接的鍵。 已知該鍵的技術(shù)參數(shù)： 軸的直徑 d=20mm; l=14-6=8mm; k=2.5mm; b=6mm; k=6mm;由上表可得材料的許用 JYP 應取較小值=53 Mpa 校核強度 JY=235/(2010-32.510-3810-3)=1.75 Mpa53 Mpa =2T/dbl=235/(2010-3610-3810-3)=0.729 Mpa90 Mpa 故滿足安全要求。3.4.2 齒根彎曲疲勞強度計算直齒錐齒輪的彎曲疲勞強度可以近似地按平均分度圓處的當量圓柱齒輪進行計算。因而可直接沿用公式機械設計

41、（3-10）FmSaFatFbMYYKF直齒錐齒輪的載荷系數(shù)同樣為，其中使用系數(shù)可由表 10-2 查KKKKKVAHAK??；動載系數(shù)可按圖 108 中低一級的精度線及（m/s）查取齒間載荷分配系VKmV數(shù)可取 1：齒向載荷分配系數(shù)可按下式計算，其中為軸承beHFHKKK5 . 1beHK系數(shù)可由表 10-9 查取。，分別為齒形系數(shù)及應力校正系數(shù)，按當量齒數(shù)查表 10-5.FaYsaYvZ將系數(shù)帶入公式機械設計 ，得 （3-)5 . 01 (FRsaFatFbmYYKF11）表 10-9 軸承系數(shù)小輪與大輪的支撐應用兩者都是兩端支撐一個兩端支撐一個懸臂兩者都是懸臂飛機車輛工業(yè)用，船舶用1.001

42、.001.101.101.101.251.251.251.50將相關系數(shù)帶入，得，2121umZRbRR并將 （3-11111)5 . 01 (222ZmTZmTdTFRmmt12）代入上式，可得，該式即為齒根彎曲疲勞強度3221211)5 . 01 (4FSaYaRRYYuZKTm計算的公式。將已知條件代入，得 m3.01，而設計的錐齒輪大端模數(shù)為 3.25.所以滿足齒根彎曲疲勞強度要求。3.4.3 齒面接觸疲勞強度計算直齒錐齒輪的齒面接觸疲勞強渡，仍按平均分度圓處的當量圓柱齒輪進行計算，工作齒寬即為錐齒輪的齒寬 b.在計算齒面接觸疲勞強度時，式中的綜合曲率為 （3-21111Vv13）得，

43、及，并令接觸線長度 L=b，)11 (sincos2111vmud2uuv1cos21uu得對)5 . 01 (4)11 (sincos2cos3121211HRRHEEmTEcaHudkTZZZudbKFZp的直齒錐齒輪，=2.5，于是可得 （3-20HZ14），該式即為齒面接觸疲勞強度的校核計算公式。uKTZdRRHE21231)5 . 01 ()(92. 2將已知條件代入得，。而已知設計的。所以，滿足強度要求。mmd581mmd6513.4.4 壓板處螺栓直徑的校核在機床尾座上通過一組兩個相同的鉸制孔螺栓連接尾座和導軌，并用壓板固定。壓板的作用是連接尾座和導軌，并通過連接螺栓的緊固或松開

44、來確定尾座在導軌上的位置。下面校核連接螺栓的直徑。選用螺栓的材料為 35 號鋼，則許用抗拉強度=540Mpa，由作用力與反作用力定理可知尾座的上部和下部之間的摩擦力等于通過頂尖作用在尾座上的軸向力，fF即，根據(jù)金屬切削原理與刀具切削時產(chǎn)生的軸向分力(0.10.6)，fF FcF假設加工工件時產(chǎn)生的切削力為 3260N。則，。為了滿足加NNF195632606 . 0工后的工件的精度要求，在工件重量較大和切削力較大的情況下機床不發(fā)生共振，取軸向力=2000N。F=2KN,取摩擦系數(shù)為F12. 0由金屬切削原理與刀具可知作用在下箱體上的壓力Nf （3-15）KNfN7 .16/那么作用在每個螺栓上

45、的力為35. 82NFKN因為壓板與導軌之間的連接形式為松連接，由金屬切削原理與刀具公式 4Fd 4Fd mm9 . 130014. 335. 84現(xiàn)螺栓直徑為，故螺栓選擇合理。其長度可以根據(jù)尾座體和螺栓所在尾座體mm30來確定。3.5 蝸桿傳動效率 蝸桿的傳動效率為 =12機械零件手冊 (3-16) 蝸桿傳動的嚙合效率 1 蝸桿主動 則，1=tgr/tg(r+e) (3-17式中 r-蝸桿分度圓螺旋導角；e-當量摩擦角； 攪油損失的效率 2 通常為 0.940.99;已知蝸桿的頭數(shù) Z1=6；直徑系數(shù) q=10; 查表可知 r=111836, e 查表可知為 3091=tg111836/tg

46、(112736)=0.98; 2 取 0.96； 則，=12=0.944. 尾座精度的設計4.1 尾座與機床形位公差的確定設計的過程中不僅要保證尾座體內(nèi)部各部件的相互配合關系和配合精度,確保尾座體套筒頂尖的準確定心,還要確保尾座體與機床其它部件的配合關系,使尾座體各部件與溜板,主軸的形位精度達到一定的設計標準,減少設計失誤。而由于尾座對機床其它部件的幾何形狀誤差將導致在對工件的加工過程中使工件的尺寸、形狀精度降低，嚴重影響加工后工件的質(zhì)量。因此在進行尾座的設計中，不僅要考慮到各設計要素之間的相互配合關系，還要考慮到在實際的安裝過程中與機床其它部件的各安裝要素之間的相互配合關系。4.2 底面及立

47、導向面形位公差的確定尾座體底面設計精度的高低是尾座安裝在機床上以后定心精度高低的重要影響因素。它不僅影響到與主軸中心線的同軸度誤差，而且還會影響到尾座套筒錐孔軸線與溜板的平行度等，因而在實際的設計加工裝配過程中，尾座體底面的平面度為0.013mm，與立導向面的垂直度是 0.026 mm。立導向面是與尾座底面上垂直的平面，在尾座的設計中不僅要求尾座可在導軌上橫向移動，同時為了加工錐體或其它形狀的零件，還需要尾座體在底板上作縱向移動，通過安裝在尾座底板上的螺栓與固定在尾座體下部的螺母孔相旋合使尾座體上部偏移5.結(jié)論本課題研究的主要目的是設計出與 C6611 臥式車床相匹配的尾座，使其滿足諸如旋轉(zhuǎn)精

48、度等眾多要求，以使其達到預想的目的。為了完成本課題的設計，在設計之前的準備工作必須做好，首先是搜集和分析資料，主要包括國內(nèi)外車床尾座的發(fā)展現(xiàn)狀；進給系統(tǒng)與夾緊機構(gòu)的基本資料；同等機床尾座的圖紙和資料等。其次是初步確定尾座的總體布局，包括配置形式相關機構(gòu)的布置及選擇相應的配套元件等。最后主要是關于尾座的相關設計計算與技術(shù)要求。C6611 尾座頂緊的控制方式基本上是手工控制，在通常的加工過程中，需先用手工控制的方式完成變檔和卡緊工作，然后再進行裝夾，在裝夾完畢后還需要使用手工控制的方式完成尾座的頂緊工作。特別是對大直徑孔鉆削時，由于切削力過大，操作工人往往采用加長力臂的方法扳動手輪，這樣不僅費時費

49、力，而且加劇了手輪的磨損。由此可知，車床的加工作效率并不高，而且工人勞動強度大，還會增加企業(yè)成本。因此，本課題研究所要達到的預期效果是在 C6611 車床加工過程中，當需要使用尾座時，使用本課題所設計的尾座可以提高加工過程的機械化和自動化水平，提高生產(chǎn)效率，降低工人的勞動強度，降低企業(yè)成本。本次設計是根據(jù)實際生產(chǎn)中存在的問題，提出能改善這種狀況的可行性方案。通過這次設計，可以達到以下目的：培養(yǎng)綜合運用專業(yè)基礎知識和專業(yè)技能來解決工程實際問題的能力；強化工程實踐能力和意識，提高本人綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力；使本人受到從事本專業(yè)工程技術(shù)和科學研究工作的基本訓練，提高工程繪圖、計算、數(shù)據(jù)處理、外文資料文獻

50、閱讀、使用計算機、使用文獻資和手冊、文字表達等各方面的能力；培養(yǎng)正確的設計思想和工程經(jīng)濟觀點，理論聯(lián)系實際的工作作風，嚴肅認真的科學態(tài)度以及積極向上的團隊合作精神。參考文獻1S. KiLippornchai, Y. Xiang, C. M.Wang and K. M. L iew.Free ibration of isosceles triangular M indlin PlateJ. International Journal of Mechanical Seiences. 1993,(35):89-1022 David Carpenter. Model Engineer .2007 ,(

51、198):46-473賈亞州.金屬切削機床概論M .北京:機械工業(yè)出版，19944吳祖育數(shù)控機床M.上海:上?？萍汲霭嫔纾?990.5顧維幫.金屬切削機床M.北京:機械工業(yè)出版社,1992.6戴曙.金屬切削機床設計M .北京:機械工業(yè)出版社,1985.7李善術(shù).數(shù)控機床及應用M .北京:機械工業(yè)出版社,1997.8趙月望.機械制造技術(shù)實踐M .北京京:機械工業(yè)出版社,19939王公安.車工工藝學M .北京:中國勞動出版社，2005.10王先逵.機械制造工藝學M .北京:機械工業(yè)出版社.2002.11濮良貴，紀名剛.機械設計第八版M.北京：高等教育出版社，2006.1212機械設計手冊編委會.

52、機械設計手冊新版M. 北京：機械工業(yè)出版社， 2004.813唐保寧.機械設計與制造簡明手冊M. 同濟大學出版社，1998.214郭榮第.金屬切削原理與刀具M.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2007.715顧熙棠，金瑞琪，劉瑾金屬切削機床M上海：上海科學技術(shù)出版社，1993.216 趙大興.工程制圖M. 北京：高等教育出版社，2004.717 聯(lián)合編寫組機械設計手冊(中冊)M北京：化學工業(yè)出版社，1987.218 顧熙棠，金瑞琪，劉瑾金屬切削機床M上海：上?？茖W技術(shù)出版社，1993.219 機械設計手冊編委會. 機械設計手冊新版M. 北京：機械工業(yè)出版社， 2004.820 唐保寧.機械設計與

53、制造簡明手冊M. 同濟大學出版社，1998.221 陳立德.機械制造裝備設計 M.國防工業(yè)出版社，2009.12致 謝在三個月的畢業(yè)設計期間，特別感謝侯志堅老師為我提供畢業(yè)設計所需的資料和技術(shù)指導，在本次設計中對我的悉心指導和幫助，使我能夠順利地完成該設計。同時要感謝滕州機床廠。感謝滕州機床廠為我提供此次設計課題和實習、調(diào)研場地，通過在滕州機床廠實習，我對相關臥式車床尾座系統(tǒng)進行了系統(tǒng)而又全面的學習和研究，從而可以設計出 C6611 臥式車床尾座系統(tǒng)。在本文完成之際，在此特以表達我對滕州機床廠的感激之情。向為我畢業(yè)設計提供方便的學校、學院，表示感謝。感謝各位專家、教授和各位老師對我畢業(yè)設計的評審和指導。