C6150型卧式车床的数控化改造总体设计及液压尾座设计12

毕业设计(论文) 题 目：C6150C6150C6150C6150型卧式车床的数控化改造 及液压尾座设计 院 （系）： 专 业： 班 级： 学生姓名： 导师姓名： 职称： 起止时间： 机械设计服务 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 注：样稿，论文不完整，勿抄袭 第- 2 -页 共 28页 目录目录目录目录 摘要....................................................................................................................... -3- Abstract..................................................................................................................-4- 第一章 绪论........................................................................................................-5- 数控技术的产生和发展··········································································································5- 数控技术的发展趋势············································································································ -5- 第二章 数控机床系统总体设计.........................................................................10- 一 总体 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 设计内容···································································································· - 10 - 二 总体方案确定················································································································11- 第三章 液压尾座设计...................................................................................- 10 - 总结.................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... ----23232323---- 致谢..................................................................................................................... -24- 参考文献............................................................................................................... -25 机械设计服务 (有图纸 CAD 和 WORD论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 注：样稿，论文不完整，勿抄袭 机械设计服务 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 注：样稿，论文不完整，勿抄袭 第- 3 -页 共 28页 摘 要 本文介绍普通车床 C6150 的数控化改造，重点介绍机床数控化改造方案的确定，基 本步骤，目的，经济合理性，机床数控化改造计算。本课题研究的主要目的是设计出与 C6150 卧式数控车床相匹配的液压尾座系统，本课题将以其尾座为研究对象，设计出符 合该车床的液压尾座。 为了完成本课题的设计，在设计之前的准备工作必须做好，首先是搜集和分析资料， 主要包括国内外数控机床的发展现状；液压技术和液压传动系统的基本资料；同等机床 液压尾座的图纸和资料等。其次是初步确定液压尾座的总体布局，包括配置形式、液压 系统的布置及选择液压能源及相应的配套元件等。最后主要是关于尾座的设计计算。 C6150 数控机床变档卡紧及尾座顶紧的控制方式基本上是手工控制，在通常的加 工过程中，需先用手工控制的方式完成变档和卡紧工作，然后再进行装夹，在装夹完毕 后还需要使用手工控制的方式完成尾座的顶紧工作。由此可知，在数控机床的加工作效 率效率并不高，而且工人劳动强度大，耗时又耗力，还会增加企业成本。因此，本课题 研究所要达到的预期效果是在 C6150 数控车床加工过程中，当需要使用尾座时，使用本 课题所设计的尾座可以提高加工过程的机械化和自动化水平，提高生产效率，降低工人 的劳动强度，降低企业成本。 关键词：关键词：关键词：关键词：数控化改造，微机控制，,数控机床,尾座,液压系统,液压缸,设计,校核 机械设计服务 (有图纸 CAD 和 WORD论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 注：样稿，论文不完整，勿抄袭 机械设计服务 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 注：样稿，论文不完整，勿抄袭 第- 4 -页 共 28页 AbstractAbstractAbstractAbstract This design is about the common Lathe C6150 transformation of NC, It mainly introduce the arragments of NC Transformation, basic steps, purpose, economic rationality, and the calculation of NC Transformation。The main purpose of the research is based on C6150 CNC machine tools to design requirements, designed to match its hydraulic Tailstock to meet the rotation accuracy, rigidity, temperature rise, and so on seismic requirements, to enhance the overall performance of machine tools. To accomplish this design, I collected and analysed the information before the design, including domestic and international development of CNC machine tools; hydraulic system of hydraulic technology and the basic information; equal hydraulic machine Tailstock the drawings and information . Then is tentatively determined the overall layout of hydraulic Tailstock, including the allocation of form, layout and the hydraulic system of hydraulic energy, and select the appropriate matching components, such as. This was followed by the main Tailstock the design and calculation. C6150 CNC machine tools changed file cards bear and Tailstock top tight is basically manual control, in the conventional process, the change required manual card file and clamping a tight and then again after the fixture also need to use a manual Tailstock The top tight. Therefore, in the process of CNC machine tools in efficiency is not high, workers in labor intensity and great. Therefore, the issue of the Institute to achieve the desired results in the C6150 CNC lathe processing, when the need to use Tailstock, the use of this issue by the Tailstock design can improve the process of mechanization and automation level, increase production efficiency and reduce Workers in the labor intensity. KeyKeyKeyKey wordswordswordswords：NC Transformation ，rotary turret,Numerically-controlled machine；Tailstock； Hydraulic system；Hydraulic cylinder inside diameter；Design；Examination 机械设计服务 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 注：样稿，论文不完整，勿抄袭 第- 5 -页 共 28页 第一章 绪论 数控技术的产生和发展 当今世界数控技术及装备发展的趋势及我国数控装备技术发展和产业化的现状，在此基础 上讨论了在我国加入 WTO 和对外开放进一步深化的新环境下，发展我国数控技术及装备、 提高我国制造业信息化水平和国际竞争能力的重要性，并从战略和策略两个层面提出了发展 我国数控技术及装备的几点看法。 数控技术，简称“数控”。英文：Numerical Control（NC）。是指用数字、文字和符号组成的数字 指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。它所控制的通常 是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。数控的产生依赖于数据载体和二进制 形式数据运算的出现。1908年，穿孔的金属薄片互换式数据载体问世；19世纪末，以纸为数据载体 并具有辅助功能的控制系统被发明；1938年，香农在美国麻省理工学院进行了数据快速运算和传输， 奠定了现代计算机，包括计算机数字控制系统的基础。数控技术是与机床控制密切结合发展起来的。 1952 年，第一台数控机床问世，成为世界机械工业史上一件划时代的事件，推动了自动化的发展。 现在，数控技术也叫计算机数控技术，目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。这种技术 用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路 组成的数控装置，使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可以通过计 算机软件来完成。 数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装备 是以数控技术为代 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品， 即所谓的数字化装备，其技术范围覆盖很多领域：(1)机械制造技术；(2)信息处理、加工、 传输技术；(3)自动控制技术；(4)伺服驱动技术；(5)传感器技术；(6)软件技术等。 数控技术的发展趋势 数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征， 而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、 轻工、意料等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发 展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个 方面［1～4］。 1．1 高速、高精加工技术及装备的新趋势 效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品 的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为 5 大 现代制造技术之一，国际生产工程学会（CIRP）将其确定为 21 世纪的中心研究方向之一。 在轿车工业领域，年产 30 万辆的生产节拍是 40 秒/辆，而且多品种加工是轿车装备必 须解决的重点问题之一；在航空和宇航工业领域，其加工的零部件多为薄壁和薄筋，刚度很 差，材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切削力很小的情况下，才能对这些筋、壁进行 加工。近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个 零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装，使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。 机械设计服务 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 注：样稿，论文不完整，勿抄袭 第- 6 -页 共 28页 这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。 从 EMO2001 展会情况来看，高速加工中心进给速度可达 80m/min，甚至更高，空运行 速度可达 100m/min 左右。目前世界上许多汽车厂，包括我国的上海通用汽车公司，已经采 用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国 CINCINNATI 公司的 HyperMach 机床进给速度最大达 60m/min，快速为 100m/min，加速度达 2g，主轴转速已达 60 000r/min。 加工一薄壁飞机零件，只用 30min，而同样的零件在一般高速铣床加工需 3h，在普通铣床 加工需 8h；德国 DMG 公司的双主轴车床的主轴速度及加速度分别达 12*!000r/mm 和 1g。 在加工精度方面，近 10 年来，普通级数控机床的加工精度已由 10μm 提高到 5μm，精 密级加工中心则从 3～5μm，提高到 1～1.5μm，并且超精密加工精度已开始进入纳米级 (0.01μm)。 在可靠性方面，国外数控装置的 MTBF 值已达 6 000h 以上，伺服系统的 MTBF 值达到 30000h 以上，表现出非常高的可靠性。 为了实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应 用领域进一步扩大。 1.2 5 轴联动加工和复合加工机床快速发展 采用 5 轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高， 而且效率也大幅度提高。一般认为，1 台 5 轴联动机床的效率可以等于 2 台 3 轴联动机床， 特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时，5 轴联动加工可比 3 轴 联动加工发挥更高的效益。但过去因 5 轴联动数控系统、主机结构复杂等原因，其价格要比 3 轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大，制约了 5 轴联动机床的发展。 当前由于电主轴的出现，使得实现 5 轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难 度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型 5 轴联动机床 和复合加工机床（含 5 面加工机床）的发展。 在 EMO2001 展会上，新日本工机的 5 面加工机床采用复合主轴头，可实现 4 个垂直平 面的加工和任意角度的加工，使得 5 面加工和 5 轴加工可在同一台机床上实现，还可实现倾 斜面和倒锥孔的加工。德国 DMG 公司展出 DMUVoution 系列加工中心，可在一次装夹下 5 面加工和 5 轴联动加工，可由 CNC 系统控制或 CAD/CAM 直接或间接控制。 1.3 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势 21 世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各 个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自 动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、 自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自 动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维 修等。 为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。目前许多国 家对开放式数控系统进行研究，如美国的 NGC(The Next Generation Work-Station/Machine Control)、欧共体的 OSACA(Open System Architecture for Control within Automation 机械设计服务 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 注：样稿，论文不完整，勿抄袭 第- 7 -页 共 28页 Systems)、日本的 OSEC(Open System Environment for Controller)，中国的 ONC(Open Numerical Control System)等。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式 数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改 变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术 诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个 性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数 控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。 网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大 地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、 虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年 推出了相关的新概念和样机，如在 EMO2001 展中，日本山崎马扎克（Mazak)公司展出的 “CyberProduction Center”（智能生产控制中心，简称 CPC)；日本大隈（Okuma）机床公司 展出“IT plaza”（信息技术广场，简称 IT 广场)；德国西门子(Siemens)公司展出的 Open Manufacturing Environment（开放制造环境，简称 OME）等，反映了数控机床加工向网络 化方向发展的趋势。 1.1 改造的可行性 随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品的质量和性能不断提高，产品的更 新换代也不断加快，因此对机床不仅要求具有较高的精度和生产率，而且应能迅速地更 换产品的零件。生产需要促使了数控机床的产生，随着电子技术，特别是计算机技术的 发展，数控机床也迅速地发展起来。 从第一台数控机床问世至今，世界上主要工业化国家的数控机床进入了批量生产。 机床的数控化程度在不断地提高。 我国从开放搞活以来，加快了数控机床技术的引进，促进了我国机床数控技术的普 及和发展。各大企业不断地购进数控机床，扩大生产和替换陈旧设备，数控机床在企业 中也不是凤毛麟角，而是不断地提高普及率。在这种情况下，普通机床的数控改造是重 要的。 如以下几个方面的说明： 1.1.1 机床改造的必要性 数控机床可以较好地解决形状复杂、精密、小批量和多变零件的加工问题,能够稳 定加工质量和提高生产效率,但是应用数控机床还受到其他条件的限制。 （1）数控机床价格昂贵，一次性投资大，对中小型企业是心有余而力不足。 （2）目前各企业都有大量的普通机床，完全用数控机床替换根本 可能，而且替换下来的普通机床闲置下来又会造成浪费。 （3）在国内订购新数控机床的交货周期一般较长，往往不可能满足生产的需要。 （4）通用数控机床对具体生产有多余功能。 机械设计服务 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 注：样稿，论文不完整，勿抄袭 第- 8 -页 共 28页 要较好地解决上述问题，应走普通机床的数控化改造之路，从美国、日本等工业化 国家的经验看，机床地数控化改造必不可少，数控机床占有很大比例。因此，普通机床 的数控化改造不但有存在的必要，而且大有可为，尤其对一些中小型企业更是如此。 1.1.2 数控改造的优点 （1）易对现有的机床实现自动化，而且专业性强，没有多余功能。 （2）减少辅助加工时间，提高机床的生产效率。 （3）降低对工人技术等级的要求。 （4）数控改造费用低，可充分利用原有机床设备。 （5）数控改造周期短，可满足生产急需。 所有这些目的都是围绕一点，即提高机床的性能价格比，用较少的价格得到较高的 机床性能。 因此数控改造具有以下几点： （1）易于对现有机床实现自动化、而且专业性强，没有多余的功能。 （2）减少辅助加工时间，提高机床的生产效率。 （3）降低对工人技术等级的要求。 （4）数控改造费用低，可充分利用原有机床设备。 （5）数控改造的周期短，可满足生产急需。 1.2 机床的设计改造 数控机床业的发展，机械产品的性能和质量不断提高，产品的更新换代也不断加快， 因此对机床位不仅要求具有较高的精度和生产率，而且应该能迅速的适应零件的变换。 生产的需要促进数控机床的产生，随着电子技术，特别是计算机技术的发展，数控机床 迅速地发展起来。 从第一代数控机床问世以来，世界上主要工业化国家得数控机床已经进入批量生产。 机床的数控化率在不断的提高到 1998 年，日本生产机床的数控率达到 70%。我国从改革 开放以来，加快了数控机床技术的引进，促使我国机床数控技术的普及和发展。各大企 业不断购进数控机床扩大再生产和替换陈旧设备，数控机床在企业中再不是凤毛麟角， 而是不断提高普及率。广泛的运用到个工业领域。数控机床作为机电一体化的典型产品， 在机械制造业中发挥着重要作用，其可以很好的解决现代制造业中的复杂、精密、小批、 多变零件的加工问题，能稳定加工质量，提高劳动生产率。但其价格昂贵，一次性投入 大，往往使企业心有余而力不足，我国作为机床大国，数控化的道路漫长，走改革之路 为上策。我们对 C6150 进行了数控改造，效果良好。 机械设计服务 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 注：样稿，论文不完整，勿抄袭 第- 9 -页 共 28页 第二章 数控机床系统总体设计 总体方案的设计总体方案的设计总体方案的设计总体方案的设计 本设计是针对 CA6150 普通车床进行数控改造。利用微机对纵向进给系统 进行开环控制，纵向（Z 向）脉冲当量为 0.01mm、脉冲驱动元件采用步进电机， 传动系统采用滚珠丝杠。 对于普通机床的经济型数控改造，在确定总体设计方案时，应考虑在满足设 计要求的前提下，对机床的改动应尽可能少，以降低成本。 2.2.1 数控系统运动方式的确定 数控系统按运动方式可分为点位控制系统、点位直线控制系统、连续控制 系统。由于要求 C6150 车床加工复杂轮廓零件，所以微机数控系统采用两轴联动 连续控制系统。图 2-1 所示。 2.2.2 伺服进给系统的改造设计 数控机床的伺服进给系统有开环、闭环之分。因为开环控制具有结构简单、 设计制造容易、控制精度较好、容易调试、价格便宜、使用维修方便等优点。所 以，本设计决定采用开环控制系统。 2.2.3 数控系统的硬件电路设计 任何一个数控系统都由硬件和软件两部分组成。硬件是数控系统的基础，性 能的好坏直接影响整体数控系统的工作性能。有了硬件，软件才能有效的运行。 再设计的数控装置中，CPU 是关键。 在我国，普通机床数控改造方面应用较普遍的事 MCS-51 系列单片机。主要 是因为它的配套芯片便宜，普及型、通用性强。制造和维修方便，完全能满足经 济型数控机床的改造需要。本设计中是以 MCS- 51 系列单片机，51 系列相对 48 系列指令丰富，相对 96 系列价格便宜。本设计以 8031 为核心，增加储存器扩展 电路，接口和面板操作开关组成的控制系统。 机械设计服务 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 注：样稿，论文不完整，勿抄袭 第- 10 -页 共 28页 图 2-1 C6150 卧式车床简图 C6150 车床的主轴转速部分保留原机床的功能，即手动变速。车床的纵向（Z 轴）进给运动采用步进电机驱动。由 8031 单片机组成微机作为数控装置的核心， 由 I/O 接口、环形分配器与功率放大器一起控制步进电机转动，经齿轮减速后带 动滚珠丝杠转动，从而实现车床的纵向进给运动。为保持切削螺纹的功能，必须 安装主轴脉冲发生器，为此采用主轴靠同步齿行带使脉冲发生器同步旋转，发出 两路信号：每转发出的脉冲个数和一个同步信号，经隔离电路以及 I/O 接口送给 微机。系统总体方案图 2-2 所示： 机械设计服务 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 注：样稿，论文不完整，勿抄袭 第- 11 -页 共 28页 图 2-2 经济型数控机床总体方案总体 第 3 章 尾座部分的设计 尾座是卧式车床的重要附件，其主要作用是为轴类零件定心，同时具有辅助支撑和 夹紧的功能。C6150 数控卧式车床的尾座采用的是整体式结构，整体式结构尾座由尾座 体、套筒、芯轴结构、套筒液压测力装置、尾座和套筒移动机构、尾座和套筒夹紧与放 松结构及液压装置等组成，芯轴结构选用高精度的进口轴承支承，动、静刚度好，精度 高。套筒和尾座的移动均为机动，套筒和尾座的夹紧、放松均采用碟形弹簧夹紧，液压 放松的机动夹紧、放松结构，夹紧力足够大，安全可靠，工人操作简单、方便、效率高。 其优点在于：(1)刚度高、抗震性能好，精度高，精度保持性好，整体式尾座，将分体式 尾座上、下体合为一个尾座整体，采用整体式箱形结构设计，经有限元分析、计算，通 过对尾座内部筋板的合理布置，提高了尾座的刚度和固有频率，尾座采用高强度低应力 铸铁铸造，经良好的时效处理，热变形小，在承受最大工件重量和最大额定切削力的情 况下。尾座整体变形小，抗振性能好，满足数控卧式车床精度检验标准的要求。(2)结构 更加简单、优化、合理，整体式尾座将分体式尾座上、下体合为一个尾座整体，取消了 分体式尾座联结的定位键和把合螺钉，总零件数和标准件数更少，取消了分体式尾座上、 下体的配合加工面，取消了分体式尾座上、下体的装配环节，加工、装配工艺性更好， 节约了加工、装配总费用，降低了尾座的总重量和总成本。 机械设计服务 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 注：样稿，论文不完整，勿抄袭 第- 12 -页 共 28页 我设计的尾座的工作原理是尾座套筒、尾座油压后座上都有油孔,尾座套筒和尾座活 塞固定座通过螺钉连接在一起，可以移动。尾座油压后座、尾座体和尾座活塞轴连接在 一起，固定不动。尾座活塞轴、尾座套筒和尾座活塞固定座形成一个液压缸，并且分成 两个腔。当给尾座油压后座通液压油时，液压油通过油路进入尾座活塞轴上的一个腔， 在进入套筒孔的锥形腔内，此时压力增大，套筒带动顶尖向前移动。反之，当液压油通 过油路进入尾座活塞轴上的另一个腔，此时向后退的压力增大，套筒带动顶尖向后移动。 下面介绍该车床尾座几个主要部分的设计 3.1 尾座套筒的设计 数控卧式车床 C6150 的尾座套筒的主要尺寸是根据尾座体的尺寸选择的。套筒的作 用就是安装尾座活塞轴和顶尖，利用液压缸提供的压力和莫氏锥度本身的结构特性顶紧 顶尖，使顶尖在顶着工件加工时不会随工件一起转动。为了使套筒不随工件一起转动在 套筒上部设计了滑键槽，在尾座体上设计有滑键。尾座工作时滑键在滑键槽中滑动，这 样套筒就不会跟着转了，同时，顶尖在顶着工件加工时也不会随工件一起转动了。从而 提高了套筒的使用寿命。由于顶尖是利用氏锥度本身的结构特性卡紧的，但是在工作中 需要拆卸顶尖，因此需要在尾座套筒上设计顶尖退套孔，用于拆卸顶尖。当需要拆卸顶 尖时，把退套楔插入顶尖退套孔，用小锤敲击退套楔使顶尖松动并可以取出。退套楔的 规格是 S79-1 4。 3.2 尾座体的设计 数控卧式车床 C6150 的尾座体是尾座的主要的机械部分，设计时主要参看其他机床 的尾座体和根据制造业在生产中所积累的经验，稍加改造而成的。尾座体的壁厚要尽量 均匀，拐角处要设计成圆角以减少集中应力。尾座体的材料采用 HT250，铸造加工而成。 在尾座体的设计过程中考虑到加工工艺，需要设计出工艺凸台和工艺孔。 3.3 尾座顶尖的设计 车床的尾座顶尖，在车床的使用中经常用到的定位元件，它可以帮助主轴一起限制 的工件的自由度，并起到定心的作用，因此要求具有较高的精度，在使用中要使尾座的 轴心线与机床主轴的轴心线保证较高的同轴度在进行工件的加工过程中多采用前后顶尖 机械设计服务 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 注：样稿，论文不完整，勿抄袭 第- 13 -页 共 28页 来支承工件，来确定工件的旋转中心并承受刀具作用在工件上的切削力。顶尖是机械加 工中的机床的重要部件，它可对端面复杂的零件和不允许打中心孔的零件进行支承。顶 尖的一端可顶中心孔或管料的内孔，另一端则放入到尾座套筒内。顶尖的锁紧主要是靠 顶紧力和液压缸提供的压力，加工时一般紧缩在尾座套筒内。顶尖一般由专门的工厂生 产，我们只要根据自己的需要买产品。由于数控卧式车床 C6150 是中小型机械加工设备， 尾座总体尺寸并不是很大所以选择莫氏 4 号的顶尖。莫氏锥度是一个锥度的国际标准， 用于静配合以精确定位。由于锥度很小，可以传递一定的扭距，又因为有锥度，又便于 拆卸。利用的就是摩擦力的原理，在一定的锥度范围内，工件可以自由的拆装，同时在 工作时又不会影响到使用效果，比如钻孔的锥柄钻。在锥柄上好后，钻头可以将工件钻 出需要的孔，而锥柄处不会出现转动现象。又比如钻孔的锥柄钻，如果使用中需要拆卸 钻头磨削，拆卸后重新装上不会影响钻头的中心位置。 3.4 液压缸的设计 液压缸的工作原理 ：它的最基本 5个部件,1-缸筒和缸盖 2-活塞和活塞杆 3-密封装 置 4-缓冲装置 5-排气装置 。每种缸的工作原来几乎都是相似的,拿一个手动千斤顶来说 它的工作原来吧,千斤顶其实也就是个最简单的油缸了.通过手动增压秆(液压手动泵)使 液压油经过一个单项阀进入油缸,这时进入油缸的液压油因为单项阀的原因不能再倒退 回来,逼迫缸杆向上,然后在做工继续使液压油不断进入液压缸,就这样不断上上升,要降 的时候就打开液压阀,使液压油回到油箱.这个是最简单的工作原来了,其他的都在这个 基础上改进的. 3.5 尾座导轨的设计 （1）导轨的作用是引导机床运动部件作直线或圆周运动，并承受运动部件包括工件 的重力和切削力等载荷。导轨应满足导向精度高、精度保持性好、低速运动平稳性好； 摩擦阻力小、灵敏度高；刚度高、承载能力达；结构简单，便于加工、安装、调配、调 整和维修，成本低等要求。 （2）导轨的材料：对导轨材料的主要要求是耐磨性好、工艺性好、成本低。常用的 导轨材料有铸铁、钢、有色金属和塑料，其中以铸铁应用最为普遍。 机械设计服务 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 注：样稿，论文不完整，勿抄袭 第- 14 -页 共 28页 为了提高耐磨性和防止咬焊，动导轨和支承导轨应尽量采用不同的材料。如果选用 相同的材料，也一定要采取不同的热处理方式以使其具有不同的硬度。 材料以铸铁为例，铸铁是一种成本低，良好减震性和耐磨性，易于铸造和切削加工 的金属材料。导轨常用的铸铁材料有灰铸铁、孕育铸铁和耐磨铸铁等。 灰铸铁常用的牌号是 HT200。在较好的润滑与防护条件下，具有一定的耐磨性。适 用于不经常工作且对精度保持性要求不高的导轨。 孕育铸铁常用的牌号是 HT300。耐磨性高于灰铸铁，但较脆硬，不易刮研，且成本 较高。常用于较精密的机床导轨。 耐磨铸铁中应用较多的是高磷铸铁、磷铜钛铸铁及钒钛铸铁。与孕育铸铁相比，其 耐磨性提高 1～2倍，但成本较高，常用于精密机床导轨。 通过对材料的类比，由于我设计的是 C6150 液压尾座,考虑价格等原因，选用灰铸铁 作为导轨材料。 （3）导轨的形状：直线运动滑动导轨截面形状主要有三角形、矩形、燕尾形和圆形， 并且可以相互组合。在本课题中，我选择双矩形导轨。这种导轨的刚度高，当量摩擦系 数比三角形导轨低，承载能力高，加工、检验和维修都方便。矩形导轨存在侧向间隙， 必须用镶条进行调整。 3.6 尾座孔系设计 设计中所需提及的主要技术要求中，就其性质而言，大致可分为两类：一是各加工 表面自身的尺寸精度、几何形状精度和表面粗糙度；二是为了保证定位基准面的定位精 度，以及为了减轻在加工中的定位误差。为了保证尾座体在装配精度，还要求有较高的 相互位置精度。根据技术参数的要求，确定套筒直径为 80mm。 3.6.1 配合 套筒在工作中主要有两种配合要求。其一，套筒与尾座体的配合，其二，套筒与顶 尖、尾座活塞轴的配合。考虑到顶尖套筒与尾座孔在不同的接触部位其接触部位的不同， 因此可以采用不同的配合等级。因此，我们分别确定其配合等级。 （1）套筒与尾座体的配合 机械设计服务 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 注：样稿，论文不完整，勿抄袭 第- 15 -页 共 28页 根据有关资料和实际的生产实践经验，套筒与尾座体的配合采用基孔制，间隙配合， 但间隙很小，防止在工作中产生较大的跳动，影响加工工件的直线度和圆柱度。由于套 筒的尺寸较大，又和尾座体有配合要求，所以要保证套筒的直线度和圆柱度，可选直线 度为 0.012mm、圆柱度为 0.01mm。 （2）套筒与顶尖、尾座活塞轴的配合 套筒与顶尖、尾座活塞轴的配合要求较高，配合间隙很小。安装莫氏锥柄的套筒部 与尾座孔的配合精度要求最高，配合间隙很小，制造成本也高，最适合于不回转的精密 滑动配合，精度等级多用于 IT5～IT7 级。尾座活塞轴的作用是推动顶尖，使其在套筒中 伸缩，因此，与套筒的配合也用间隙配合，并且表面粗糙度值要求也要小，以减小摩擦 力，保证动作的准确性、迅速性。推荐表面粗糙度值选择 Ra0.8。 3.6.2 套筒孔的设计 通常情况下顶尖和中心孔的锥度必须相同，并且多数为锥度为 60°，这是为了减少 接触面的单位面积压力和不损坏死顶尖。但在本课题中，所使用的顶尖是莫氏锥度 4号 的顶尖，因此，套筒前端的套筒孔的锥度也为莫氏锥度 4号锥度。顶尖（死顶尖或活顶 尖）的锥面（莫氏锥度或公制锥度）插入主轴锥孔和尾座顶尖套筒的锥孔内要同心，既 要保证设计时同轴度的要求，避免由于尾座的偏移使车削工件产生锥度，因此在设计中 要保证莫氏锥孔轴心线与套筒轴心的同轴度公差为 0.01mm,端面径向跳动公差为 0.006mm。 3.6.3 孔和键的设计 由于尾座体孔和套筒的配合精度较高，为了减轻滑键在套筒滑键槽内的磨损,需要对 两者的表面进行润滑，减少摩擦，防止产生磨粒磨损。摩擦不仅损坏配合表面的品质， 而且会导致疲劳裂纹的萌生，从而急剧地减低零件的疲劳强度。而在摩擦面加入润滑剂 不仅可以减低摩擦，减轻磨损，保护零件不遭腐蚀，而且能起到散热降温的作用。采用 润滑油来润滑时,润滑油膜可起到缓冲，吸热的功能；而采用膏状的润滑脂，即可防止内 部的润滑剂的外泄，又可阻止杂质侵入，避免加剧零件的磨损,起到密封作用。因而润滑 油或润滑脂的供应方法在设计中很重要。本课题的设计中尾座套筒孔的两端采取了一定 的密封性设计,因此可采用比较简单的压配式注油杯系统来进行间歇性的润滑即满足尾 机械设计服务 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 注：样稿，论文不完整，勿抄袭 第- 16 -页 共 28页 座体孔和套筒、滑键与滑键槽的润滑要求。由于对注油孔的加工精度要求不是很高，因 此在对注油孔的设计及加工中不需要考虑过多的形位精度要求,仅保持与滑键孔的位置 关系即可。 在尾座上设计滑键的主要目的是防止顶尖在工作时转动。在套筒上开设键槽，将滑 键通过在尾座上方钻通孔来将滑键固定在尾座上,这样套筒只能在滑键尾座的套筒孔内 轴向移动,只需要在套筒上铣出较长的键槽，而滑键可做得短一些.同时为了防止滑键的 转动在将滑键固定好以后要采用一定的防转动 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 ,既是在两者的结合缝隙处钻孔攻丝 安装上一个螺钉。滑键槽的长度主要和滑键在套筒上的位置有关。滑键槽的长度在设计 时应该满足以下两个条件：(1)使顶尖伸出套筒长度达到设计要求的长度，即 L=109 mm。 (2)使滑键在滑动中顺利。因此，滑键槽的长度取 L=140。 在对套筒上的滑键槽以及尾座上的安装孔的设计中不仅需要保证滑键槽的对称度要 求,还要保证装键孔对套筒孔中心轴线的对称度和垂直度,因此在设计中结合有关原则和 实际经验,初步确定安装滑键的孔对套筒孔的对称度要求为 0.002。 3.7 挠度、转角、液压缸内径、锁紧力的计算及校核 数控卧式车床 C6150 的尾座受力简图: 图 3.1 尾座受力图 根据工件最大长度和最大旋转外径假设工件最大重量 Q=2760N 顶尖和三爪卡盘支撑工件可简化为简支梁，因此尾座负重 Q/2=1380N 尾座主轴伸出尾座体最大长度 130mm 机械设计服务 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 注：样稿，论文不完整，勿抄袭 第- 17 -页 共 28页 尾座套筒直径 80mm 钢的弹性模量 E = 2.1×106kgf/cm2 断面惯性矩 I 64 4 Dπ = =201×104mm4 顶尖伸出套筒长 109mm 根据公式 NfaKF pcc )(= (3-1) 查表可知单位切削力 c K = 2305N/mm2 f = 0.3mm/r p a = 3.4mm 故切削力 c F = 2370N 机床加工如此重的工件时，尾座主轴一般紧缩在尾座体内，现在假设尾座主轴伸出 为尾座主轴伸出尾座体最大长度的 1/2，即伸出 65mm，悬臂 65mm+109mm=174mm。 3.7.1 挠度的计算 EI Pl 3 3 =γ (3-2) 201101.23 4.17)13802370( 6 3 ××× ×+ = 000156.0= lγ 0000009.0= 许用挠度［ ly ］ 0001.0= ～ 0005.0 , 〈ly [ ly ], l y 在范围之内。 3.7.2 转角的计算 EI Pl 2 2 =θ (3-3) 机械设计服务 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 注：样稿，论文不完整，勿抄袭 第- 18 -页 共 28页 201101.22 4.17)13802370( 6 2 ××× ×+ = rad0013.0= 许用转角[θ ] 001.0= ～ rad005.0 ，θ在[θ ]范围内。 3.7.3 压板处螺栓直径的校核 在机床尾座上通过一组两个相同的螺栓连接尾座和导轨的，并用压板固定。压板的 作用是连接尾座和导轨，并通过连接螺栓的紧固或松开来确定尾座在导轨上的位置。下 面我们来确定连接螺栓的直径。 选用螺栓的材料为 35 号钢，则许用抗拉强度〔σ〕=540Mpa，由作用力与反作用力 定理可知尾座的上部和下部之间的摩擦力 f 等于通过顶尖作用在尾座上的轴向力 F ，即 fF = ，根据《金属切削原理与刀具》切削时产生的轴向分力 =F (0.1~0.6) c F ， NF 142223706.0 =×= 。为了满足加工后的工件的精度要求，在工件 重量较大和切削力较大的情况下机床不发生共振，取轴向力 F N1800= 。 F KN8.1= ,取摩擦系数为µ 12.0= 由 Nf µ= 可知作用在下箱体上的压力 µfN = KN7.1512.08.1 == 从而可得转动凸轮轴端的方形部分所需要的力至少为 15.7 KN ，那么作用在每个螺 栓上的力为 85.727.152' === NF KN 因为压板与导轨之间的连接形式为松连接，由公式 ][ 4 ' σπ F d ≥ （3-4） 于是可得 机械设计服务 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 注：样稿，论文不完整，勿抄袭 第- 19 -页 共 28页 ][ 4 ' σπ F d ≥ 30014.3 85.74 × × = mm8.1= 现螺栓直径为 mm16 ，故螺栓选择合理。其长度可以根据尾座体和螺栓所在尾座体 来确定，取 mmL 225= 。 3.7.4 液压缸内径的校核 切削力与工件重量的合力 N375013802370 =+ 通过顶尖需要的轴向推力 ×= 3750F cos30°×cos60° KN6.1= 根据公式： P F AL 7.35=Φ （3-5） 尾座液压站所供油压为 0.8～4.5Mpa，正常工作压力取 P=1.5 Mpa 以上，下面按正常工 作的最小压力 P=0.8 Mpa 计算，则尾座液压缸的内径为： P F AL 7.35=Φ 8.0 6.1 7.35= mm5.50= 现缸内径为 55mm，以上计算为最大工件重量与最大切削力，平时工作载荷要小的多。 故缸内径选择合理。 3.7.5 尾座锁紧力的验算 机械设计服务 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 注：样稿，论文不完整，勿抄袭 第- 20 -页 共 28页 尾座有两个锁紧压板，每个上面有 2个直径为 30mm 的活塞；活塞总的面积为： 02262.0015.0015.0162 =××××= πA 2m 由于尾座芯轴的顶紧力为 20KN ，故压板和床身的摩擦力 F要大于 20KN ，取： =F 20 KN 由公式 )( gmAPfF ×+×= (3-6) 得： cmKgAmgfFP 58)( =−= f —— 摩擦系数，导轨材料为铸铁，活塞材料为铜，取 0.15， m —— 尾座重量，取 250 Kg , 尾座轴向力主要由尾座顶杆承担，锁紧压板主要承受的是倾覆力矩，故应完全能够 满足要求。 第 4 章 尾座精度的设计 4.1 表面粗糙度的确定 零件经过加工后，其表面因刀痕及切削时金属的塑性变形等影响，会存在间距较小 的轮廓峰谷。这种零件表面上具有的较小间距和峰谷所组成的微观几何特征称为表面粗 糙度。表面粗糙度的大小对部件的使用性能和使用寿命有很大的影响，两相对运动的表 面越粗糙，摩擦系数就越大，磨损也就越快。同时粗糙度还影响到配合性质的稳定性。 对于间隙配合，相对运动的表面因粗糙不平而迅速磨损，导致间隙增大；对于过渡配合 来说，因多用压力及锤敲装配，表面粗糙度也会使配合变松。此外粗糙度对接触刚度、 机械设计服务 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 注：样稿，论文不完整，勿抄袭 第- 21 -页 共 28页 密封性、产品外观及表面腐蚀能力等都有明显的影响。因此为保证机械零件的使用性能， 在对其进行精度设计时，必须提出合理的表面粗糙度要求。在选择表面粗糙度的数值大 小时还应当根据零件的功能要求和经济性结合有关的选用原则。一般来说工作表面的表 面粗糙度数值应比非工作表面小；承受交变应力的零件，易产生应力集中处，如圆角、 沟槽等，其表面粗糙度参数值应小；配合性质要求稳定、小间隙配合和受重载的过盈配 合，其配合表面粗糙度参数值应小。同时在实际工作经验不足的情况下还要注意表面粗 糙度数值与形状公差值的协调关系，结合有关表面粗糙度数值选用的实例作参考来初步 确定尾座体各部位的表面粗糙度数值的大小。 由于尾座体孔与套筒的配合性质要求较高，对尾座体孔表面粗糙度要求也是较高的， 要求在加工的过程中基本上看不出加工的痕迹。因而其表明粗糙度值大致取 Ra0.3；尾 座体两端都有配合要求，因此我们选择粗糙度值取 Ra1.6； 尾座底面和立导向面同样具 有较高的形位精度，表面粗糙度多采用 Ra1.6 并刮研。 4.2 尾座与机床形位公差的确定 设计的过程中不仅要