C6140型卧式车床的数控化改造及液压尾座设计-论文-

1、需说明书、图纸等完整设计请加叩叩 2215891151 需说明书、图纸等完整设计请加叩叩 2215891151 .大学大学 毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）文） 题 目：c6140 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： 需说明书、图纸等完整设计请加叩叩 2215891151 需说明书、图纸等完整设计请加叩叩 2215891151 目目 录录 摘要 2 abstract 3 绪论 4 第一章 c6140 车床进给伺服系统改造方案的拟订6 1.1 总体方案确定 6 1.2 c6140 车床的设计参数 7 第二章 c

2、6140 车床进给伺服系统机械部分设计计算 8 2.1 进给伺服系统机械部分的改造方案8 2.2 进给伺服机构机械部分的设计计算9 2.3 滚珠丝杠螺母副的计算和选型、校核 9 2.4 纵向及横向滚珠丝杠副几何参数14 2.5 齿轮传动比计算 15 第三章 c6140 车床进给部分电机的选择16 3.1 纵向进给步进电机计算 16 3.2 横向进给步进电机计算 19 第四章 液压尾座部分设计23 4.1 液压尾座研究背景和意义 23 4.2 液压尾座研究背景和意义 23 4.3 液压尾座的设计 23 4.4 尾座精度设计 23 总结25 参考文献26 致谢27 外文资料及中文翻译28 需说明书

3、、图纸等完整设计请加叩叩 2215891151 需说明书、图纸等完整设计请加叩叩 2215891151 摘 要 数控机床在机械制造业中发挥着巨大的作用,但数控机床一次性投资较大,对机床进行 数控化改造不失为一良策。c6140 车床主轴转速部分保留原车床的手动变速功能,改造简 单易行,可降低劳动强度,提高生产效率。主要介绍了经济型数控机床进给(纵向)伺服系统 设计计算。阐述了 c6140 普通数控车床的主轴系统的改进及机床控制系统的改造。 本课题的目的在于设计出与数控卧式车床c6140相匹配的液压尾座系统。本课题将以 数控卧式车床c6140的液压尾座为研究对象，设计出符合数控卧式车床c6140的

4、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， 包括国内外数控机床的发展现状及趋势；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。 c6140 数控机床液压尾座设计的主要内容是尾座体、套筒、顶尖、尾座孔系、尾座导 轨，挠度、转角、液压缸内径及压板处螺栓直径、锁紧力的计算及校核。其中选择莫氏 4 号锥度的尾座顶尖，是利用莫氏锥度自身的结构特性来卡紧尾座顶尖的，它解决了顶尖 在工作时会出现松动或转动现象。在套筒中设

5、计了滑键槽和顶尖顶出孔，解决了顶尖在 工作时会随套筒转动从而影响工件的加工精度；还在套筒中设计了顶卸的装置，便于顶 尖的拆卸。 关键词：c6140 车床 数控改造 滚珠丝杠 步进电动机 尾座 液压系统 液压缸 设计 校核 需说明书、图纸等完整设计请加叩叩 2215891151 需说明书、图纸等完整设计请加叩叩 2215891151 numerical control transform of c6140common lathe and design of c6140 cnc machine tailstock hydraulic system abstract the nc machine p

6、lays a verygreat role in mechanical engineering. although the investment needs a great deal of money, it is a good way to try digital modification for ordinary lathe. the spindle speed of c6140 remains the manual function of shifting gears. the alteration is easy and it can reduce labor intensity an

7、d improve productive efficiency. introduces the design calculation of servo system on economic nc machine tools. it also tells us howto improve the spindle and the control system of c6140 nc lathe. the main purpose of the research is based on c6140 cnc machine tools to design requirements, designed

8、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

9、 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

10、 system of hydraulic energy, and select the appropriate matching components, such as. this was followed by the main tailstock the design and calculation. the main design of c6140cnc machine tools is that the tailstock, top and the hole, the tailstock, and they are allowed to produce cantilever defle

11、ctions corner, hydraulic cylinder bore diameter and pressed the bolt in place, the locking force of the school. one of the nuclear option morse the cone at the end of the top and is using its own structure of the cone morse the nature of the top 需说明书、图纸等完整设计请加叩叩 2215891151 需说明书、图纸等完整设计请加叩叩 221589115

12、1 card up its tail, it addresses the top of the work that is coming loose. the turning or pivoting in the design of cylinder and the top of a punch to the top of the work will turn to the influence of the processing of precision ;it was set in the design of the top of the device to the top down. key

13、 words：the c6140 lathe; digital modification; ball screw; stepping motor； machine;tailstock;hydraulicsystem;hydraulic cylinder inside diameter;design;examination 绪 论 随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品日趋精密复杂，且需频繁改型，普通 机床已不能适应这些要求，数控机床应运而生。这种新型机床具有适应性强、加工精度 高、加工质量稳定和生产效率高等优点。它综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱 动、精密测量和新型机械结构等多方面的

14、技术成果，是今后机床控制的发展方向。 一、数控机床的产生 数控机床最早是从美国开始研制的。1948 年，美国帕森斯公司在研制加工直升机桨 叶轮廓用检查样板的加工机床任务时，提出了研制数控机床的初始设想。1949 年，帕森 斯公司与麻省理工学院伺服机构实验室合作，开始从事数控机床的研制工作。并于 1952 年试制成功世界上第一台数控机床实验性样机。这是一台采用脉冲乘法器原理的直线插 补三坐标连续控制铣床。经过三年改进和自动编程研究，于 1955 年进入实用阶段。一直 到 20 世纪 50 年代末，由于价格和技术原因，品种多为连续控制系统。到了 60 年代，由 于晶体管的应用，数控系统提高了可靠性

15、且价格开始下降，一些民用工业开始发展数控 机床，其中多数是钻床、冲床等点位控制的机床。数控技术不仅在机床上得到实际应用， 而且逐步推广到焊接机、火焰切割机等，使数控技术不断的扩展应用范围。 二、数控机床的发展 自 1952 年，美国研制成功第一台数控机床以来，随着电子技术、计算机技术、自动 控制和精密测量等相关技术的发展，数控机床也在迅速地发展和不断地更新换代，先后 经历了五个发展阶段。 第一代数控：1952-1959 年采用电子管元件构成的专用数控装置。 第二代数控：从 1959 年开始采用晶体管电路的 nc 系统。 第三代数控：从 1965 年开始采用小、中规模集成电路的 nc 系统。 第

16、四代数控：从 1970 年开始采用大规模集成电路的小型通用电子计算机控制的系统。 需说明书、图纸等完整设计请加叩叩 2215891151 需说明书、图纸等完整设计请加叩叩 2215891151 第五代数控：从 1974 年开始采用微型电子计算机控制的系统。 目前，第五代微机数控系统基本上取代了以往的普通数控系统，形成了现代数控系统。 它采用微型处理器及大规模或超大规模集成电路，具有很强的程序存储能力和控制功能。 这些控制功能是由一系列控制程序来实现的。这些数控系统的通用性很强，几乎只需改 变软件，就可以适应不同类型机床的控制要求，具有很大的柔性。随着集成电路规模的 日益扩大，光缆通信技术应用于

17、数控装置中，使其体积日益缩小，价格逐年下降，可靠 性显著提高，功能也更加完善。 近年来，微电子和计算机技术的日益成熟，它的成果正在不断渗透到机械制造的各个 领域中，先后出现了计算机直接数控系统，柔性制造系统和计算机集成制造系统。所有 这些高级的自动化生产系统均是以数控机床为基础，它们代表着数控机床今后的发展趋 势。 三、我国数控机床的发展概况 我国从 1958 年由北京机床研究所和清华大学等首先研制数控机床，并试制成功第一 台电子管数控机床。从 1965 年开始，研制晶体管数控系统，直到 60 年代末和 70 年代初， 研制的劈锥数控铣床、非圆锥插齿机等获得成功。与此同时，还开展了数控加工平面

18、零 件自动编程的研究。1972-1979 年是数控机床的生产和使用阶段。例如：清华大学研制成 功集成电路数控系统；数控技术在车、铣、镗、磨、齿轮加工、电加工等领域开始研究 与应用；数控加工中心机床研制成功；数控升降台铣床和数控齿轮加工机床开始小批生 产供应市场。从 80 年代初开始，随着我国开放政策的实施，先后从日本、美国、德国等 国家引进先进的数控技术。上海机床研究所引进美国 ge 公司的 mtc-1 数控系统等。在引 进、消化、吸收国外先进技术基础上，北京机床研究所又开发出 bso3 经济型数控系统和 bso4 全功能数控系统，航空航天部 706 所研制出 mnc864 数控系统等。进而推

19、动了我国数 控技术的发展，使我国数控机床在品种上、性能上以及水平上均有了新的飞跃。我国的 数控机床已跨入一个新的发展阶段。 四、数控机床的发展趋势 从数控机床技术水平看，高精度、高速度、高柔性、多功能和高自动化是数控机床 的重要发展趋势。对单台主机不仅要求提高其柔性和自动化程度，还要求具有进入更高 层次的柔性制造系统和计算机集成制造系统的适应能力。 在数控系统方面，目前世界上几个著名的数控装置生产厂家，诸如日本的 fancu，德 需说明书、图纸等完整设计请加叩叩 2215891151 需说明书、图纸等完整设计请加叩叩 2215891151 国的 siemens 和美国的 a-b 公司，产品都向

20、系列化、模块化、高性能和成套性方向发展。 它们的数控系统都采用了 16 位和 32 位微机处理机、标准总线及软件模块和硬件模块结 构，内存容量扩大到 1mb 以上，机床分辨率可达 0.1 微米，高速进给可达 100m/min,控制 轴数可达 16 个，并采用先进的电装工艺。 在驱动系统方面，交流驱动系统发展迅速。交流传动已由模拟式向数字式方向发展， 以运算放大器等模拟器件为主的控制器正在被以微处理器为主的数字集成元件所取代， 从而克服了零点漂移、温度漂移等弱点。 五、数控机床改造的意义 数控机床改造在国外已发展成一个新兴的工业部门，早在 60 年代已经开始迅速发展，其 发展的原因是多方面的，主

21、要有技术、经济、市场和生产上的原因。我国是拥有 300 多 万台机床的国家。而这些机床又大多是多年累积生产的通用机床，不论资金和我国机床 制造厂的能力都是办不到的。因此，尽快将我国现有一部分普通机床实现自动化和精密 化改装，是我国现有设备技术改造迫切要求解决的课题。用数控技术改造机床，正是适 应了这一要求。它是建立在微电子现代技术与传统技术相结合的基础上。在机床改造中 引入微机的应用，不但技术上具有先进性，同时，在应用上比其它传统的自动化改装方 案，有较大的通用性与可调性。而且所投入的改造费用低，一套经济型数控装置的价格 仅为全功能数控装置的 1/3 至 1/5，用户承担的起。从若干单位成功应

22、用的实例可以证明， 投入使用后，确实成倍地提高了生产效率，减少了废品率，取得了显著的技术经济效益。 因此，我国提出从大力推广经济型数控这一中间技术的基础上，再逐步推广全功能数控 这条道路，适合我国的经济水平、教育水平和生产水平，已成为我国设备技术改造主要 方向之一。同时，它还可以作为全功能数控机床应用的准备阶段，为今后使用全功能数 控机床，培养人才，积累维护、使用经验，而且也是实现我国传统的机械制造技术朝机 电一体化的方向过渡的主要内容之一 第一章 c6140 车床进给伺服系统改造方案的拟订 1.1 总体方案确定 c6140 车床数控改造方案本文改造后的结构是一种非常典型卧式车床的数控改造结构

23、， 改造时拆除原机床的纵向和横向丝杠光杠、溜板箱、挂轮箱的挂轮、原手动刀架及手柄 等部件，用滚珠丝杠替换原有普通丝杠、用电动刀架替换原有的普通刀架。纵向和横向 需说明书、图纸等完整设计请加叩叩 2215891151 需说明书、图纸等完整设计请加叩叩 2215891151 进给采用步进电动机及减速器驱动，横向步进电动机及减速器装置安装在机床床鞍的后 部，纵向的步进电动机减速器装置安装在机床的右端。 由于被改装的机床本身的机械结构不是按数控机床的要求设计的，其精度和刚度等性 能指标往往不能满足数控机床的要求，因此将普通机床改造为全功能的数控机床，一味 追求先进指标则会得不偿失，所以确定总体方案的原

24、则应当是在满足生产需要的前提下， 对原机床尽可能减少机械部分的改动量，选择简单易用的数控系统，达到合理的性价比。 本次改造设计要求就是根据这一原则提出的。根据设计要求、依据设计参数及机床数控 改造的理解，总体方案确定如下： （1）系统的运动方式与伺服系统的选择 由于改造后的经济型数控机床应具有定位、直线插补、顺、逆圆插补、暂停、循环加 工、公英制螺纹加工等功能，故应选择连续控制系统。考虑到属于经济型数控机床加工 精度要求不高，为了简化结构、降低成本，采用步进电机开环控制系统。 （2）.机械传动方式 为实现机床所要求的分辨率，采用步进电机经齿轮减速再传动丝杆，为保证一定的传 动精度和平稳度，尽量

25、减少摩擦量力，选用滚珠丝杆螺母副。同时，为提高传动刚度和 消除间隙，采用有预加负荷的结构。齿轮传动也要采用消除齿侧间隙的结构。 1.2 c6140 车床的设计参数 根据型普通原始数据及数控改造设计要求，确定主要如下： 最大加工直径： 车床身上： 400mm 车床鞍上： 210mm 最大加工长度： 1000mm 快进速度： 纵向 2.4m/min 横向 1.2m/min 最大切削进给速度： 纵向 0.6m/min 横向 0.3m/min 脉冲当量： 需说明书、图纸等完整设计请加叩叩 2215891151 需说明书、图纸等完整设计请加叩叩 2215891151 纵向 0.01mm/step 横向

26、0.005mm/step 脉冲分配方式： 逐点比较法 控制坐标数： 2 机床定位精度： 0.015 溜板及刀架重力： 纵向： 800n 横向： 600n 自动生降速性能： 有 起动加速时间： 30ms 主电机功率： 7.5kw 第二章机床进给伺服系统机械部分的设计和计算 2.1 进给伺服系统机械部分的结构改造设计方案 2.1.1 纵向进给机械结构改造方案 拆除原机床的进给像、溜板箱、滑动丝杠、光杠等，装上步进电机、齿轮减速箱和滚 珠丝杠螺母副。为了提高支承刚度，采用向心推力球轴承对加止推轴承支承方式。齿轮 间隙采用双薄片调隙方式。 利用原机床进给箱的安装孔和销钉孔安装齿轮箱体。滚珠丝杆仍安置在

27、原来的位置， 两端仍采用原固定方式。这样可减少改装工作量，并由于滚珠丝杠的摩擦系数小于原丝 杠，且外径比原先的大，从而使纵向进给整体刚度只可能增大。 纵向进给机构都采用了一级齿轮减速。双片齿轮间没有加弹簧自动消除间隙。因 为弹簧的弹力很难适应负载的变化情况。当负载大时，弹簧弹力显小，起不到消除间隙 之目的；当负载小时，弹簧弹力又显大，则加速齿轮的磨损。因此，采用定期人工调整、 螺钉紧固的办法消除间隙。 2.1.2 横向进给机械结构改造方案 拆除原中拖板丝杆，安装滚珠丝杆副，为提高横向进给系统刚度，支承方式采用 需说明书、图纸等完整设计请加叩叩 2215891151 需说明书、图纸等完整设计请加

28、叩叩 2215891151 两端装止推轴承。步进电机、齿轮箱安装于机床后侧，为了使减速机构不影响走刀，同 时消除传动过程的冲击，减速机构采用二级传动，从动轮采用双薄片错位消除间隙。 2.2 进给伺服机构机械部分的设计计算 此机床进给伺服系统运动及动力计算如下： 2.2.1 进择脉冲当量 根据机床精度要求确定脉冲当量，纵向:0.01mm/步，横向:0.005mm/步(半径)。 2.2.1 计算切削力 （1）纵车外圆 主切削力 fz(n)按经验公式估算: fz=0.67dmax1.5 =0.67 x 4001.5 =5360 按切削力各分力比例: fz:fx:fy=l:0.25:0.4 fx =

29、5360 x 0.25 = 1340 fy = 5360 x 0.4 = 2144 （2）横切端面 主切削力 fz(n)可取纵切的 1/2: 2680 2 1 z zff 此时走刀抗力为 fy(n)，吃刀抗力为 fx(n)。仍按上述比例粗略计算: fz:fy:fx=1:0.25:0.4 fy=2680 x 0.25 = 670 fx=2680 x 0.4 = 1072 2.3 滚珠丝杠螺母副的计算和选型 滚珠丝杠螺母副的设计首先要选择结构类型：确定滚珠循环方式，滚珠丝杠副的预紧 方式。结构类型确定之后，再计算和确定其他技术参数，包括：公称直径 d0（丝杠外径 d） 、导程 l0、滚珠的工作圈数

30、 j、列数 k、精度等级等。 滚珠循环方式可分为外循环和内循环两大类，外循环又分为螺旋槽式和插管式。我们 在此选用螺旋槽式外循环：在螺母外圆上铣出螺旋槽，槽的两端钻出通孔，同螺母的螺 纹滚道相切，形成滚珠返回通道。为防止滚珠脱落，螺旋槽用钢套盖住。在通孔口设有 挡珠器，引导滚珠进入通孔。挡珠器用圆钢弯成弧形杆，并焊上螺栓，用螺帽固定在螺 需说明书、图纸等完整设计请加叩叩 2215891151 需说明书、图纸等完整设计请加叩叩 2215891151 母上。它的优点是：工艺简单，螺母外径尺寸较小。缺点是：螺旋槽同通孔不易连接准 确，挡珠器钢性差、耐磨性差。 滚珠丝杠副的预紧方法有：双螺母垫片式预紧

31、、双螺母螺纹式预紧、双螺母齿差式预 紧、单螺母变导程预紧以及过盈滚珠预紧等。 2.3.1 纵向进给丝杠 （1）计算进给率引力 fm(n) 纵向进给为综合型导轨： 2530)8005360(16 . 0 134015 . 1 )( gffkff zxm 式中： k考虑颠复力矩影响的实验系数，综合导轨取 k1.15; -滑动导轨摩擦系数:0.15-0.18; f g -溜板及刀架重力: g = 800n。 （2） 计算最大动负载 c: mwf flc 3 6 10 60tn l 0 1000 l v n s 式中:l0 滚珠丝杠导程，初选 l0=6mm; vs最大切削力下的进给速度，可取最高进给速

32、度的（1/21/3） ，此处 vs0.6m/min； fw运转系数，按一般运转取 fw1.21.5； l寿命、以 106转为 1 单位。 nfflc tn l r l v n mw s 7 . 1079825302 . 145 45 10 150005060 10 60 min/50 6 5 . 06 . 010001000 33 66 0 （3）滚珠丝杠螺母副的选型和校核 可采用外循环螺纹调整预紧的双螺母滚珠丝杠副，1 列 2.5 圈，其额定动负载为 需说明书、图纸等完整设计请加叩叩 2215891151 需说明书、图纸等完整设计请加叩叩 2215891151 16400n，精度等级选 3

33、级。 传动效率计算 )( tg tg 式中：螺旋升角，w1l4o0b=2044 摩擦角取 10滚动摩擦系数 0.0030.004 94 . 0 ) 10442( 442 )( 0 0 tg tg tg tg （4）刚度验算 一般滚珠丝杠比较细长，它的刚度应该给与充分重视。 先画出此纵向进给滚珠丝杠支承方式草图。最大牵引力为 2530n。支承间距 l=15oomm 丝杠螺母及轴承均进行预紧，预紧力为最大轴向负荷的 1/3。 图 4-1、纵向进给系统计算简图 （4.1）丝杠的拉伸或压缩变形量 1 根据 pm=2530n,do=40mm, 查资料可查出 l/l=l.2lo-5，可算出: 1=l/l1

34、500=1.210-51500=1.810-2(mm) 由于两端均采用向心推力球轴承，且丝杠又进行了预拉伸，故其拉压刚度可以提高 4 倍。其实际变形量 1 (mm)为: 2 11 1045 . 0 4 1 （4.2）滚珠与螺纹滚道间接触变形 2 查资料 w 系列 1 列 2.5 圈滚珠和螺纹滚道接触变形量 q m q 4 . 6 需说明书、图纸等完整设计请加叩叩 2215891151 需说明书、图纸等完整设计请加叩叩 2215891151 因进行了预紧， m q 2 . 34 . 6 2 1 2 1 2 (4.3)、支承滚珠丝杠轴承的轴向接触变形 3 采用 8107 型推力球轴承，d1=35m

35、m，滚动体直径 dq=6.35mm，滚动体数量 z=18, )(0075 . 0 1835 . 6 253 0024 . 0 0024 . 0 3 2 2 3 2 2 mm zd f q m c 注意，此公式中 fm 单位应为 kgf 因施加预紧力，故 mm c 0038 . 0 0075 . 0 2 1 2 1 3 根据以上计算： 定位精度 mm0115 . 0 0038 . 0 0032 . 0 0045 . 0 321 （5）稳定性校核 滚珠丝杠两端推力轴承，不会产生失稳现象不需作稳定性校核。 2.3.2 横向进给丝杠 （1）计算进给牵引力 fm: 横向导轨为燕尾形，计算如下: ngff

36、fff xzym 2023)600107222680(2 . 06704 . 1) 2( 4 . 1 （2）计算最大动负载 c mmfflc tn l l v n mw s 728330 . 2 2 . 127 27 10 150003060 10 60 30 5 5 . 03 . 010001000 33 66 0 （3）选择滚珠丝杠螺母副 查资料，w1l20051 列 2.5 圈外循环螺纹预紧滚珠丝杠副，额定动载荷为 8800n，可 满足要求，选定精度为 3 级。 （4）传动效率计算 965 . 0 ) 10334( 334 )( 0 0 tg tg tg tg （5）刚度验算 需说明书、

37、图纸等完整设计请加叩叩 2215891151 需说明书、图纸等完整设计请加叩叩 2215891151 横向进给丝杠支承方式如（2-1）图所示，最大牵引力为 2425n，支承间距 l=45omm，因丝杠长度较短，不需预紧，螺母及轴承预紧。 图 （2-1） 计算如下: (5.1)、丝杠的拉伸或压缩变形量 1 (mm) 查图 4-6，根据 fm2023n，d。=2omm，查出 l /l=5lo-5，可算出 mml l l25 1 1089 . 1 450102 . 4 图 4-2、横向进给系统计算简图 (5.2)、滚珠与螺纹滚道间接触变形 2 查资料： m q 5 . 8 需说明书、图纸等完整设计请

38、加叩叩 2215891151 需说明书、图纸等完整设计请加叩叩 2215891151 因进行了预紧 2=1/2q=0.5*8.5=4.25m (5.3)、支承滚珠丝杠的轴承的轴向接触变形 3 采用 8102 推力球轴承，dq=4.763,z=12，d=l5mm 需说明书、图纸等完整设计请加叩叩 2215891151 亲，由于某些原因，没有上传完整的毕业设计（完整的应包括毕业设计说明书、相关图纸 cad/proe、中英文文献及翻译等） ，此文档也稍微删除了一部分内容（目录及某些关键内容）如需 要的朋友，请联系我的叩扣:2215891151，数万篇现成设计及另有的高端团队绝对可满足您的需要. 此处

39、删除 xxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx xxxxxxx 约 5000 字,需完整说明书联系 q2215891151。 化的工作则刚刚在准备起步，为此必须急起直追，才能迎头赶上。可以预见，为满 足国民经济发展需要，液压技术也将继续获得飞速的发展，它在各个部门中的应用越来 越广泛。 在这样一种背景下，我的课题选择为数控卧式车床 c6140 液压尾座的设计，用以提 高生产效率，产品质量，降低工人劳动强度及降低企业成本。此外，力求完成课题之余， 熟悉国内外数控技术及液压技术的发展趋势,增强对如何发展民族数控机床产业的感性认 识。 1.

40、2 液压系统的发展现状液压系统的发展现状 液压传动相对于机械传动来说，是一门新兴的技术。液压技术具有独特的优点，如: 功率重量比大；可以实现大范围的无级变速；体积小；频响高；压力、流量可控性好； 可柔性传送动力；易实现直线运动等优点；并易与微电子、电气技术相结合，形成自动 控制系统4。基于以上一系列优点，液压技术已经广泛应用于机床、工程机械、农业机 械和其它国民经济方面。 以数控机床为代表的数控设备的生产与应用水平反映了一个国家的机械与电子工业 水平6。它的推广应用对提高劳动生产率和产品质量，改变我国制造技术落后的状况起 着极为重要的作用。液压技术是实现数字控制与机电液一体的关键技术之一，世界

41、各国 需说明书、图纸等完整设计请加叩叩 2215891151 需说明书、图纸等完整设计请加叩叩 2215891151 对液压工业的发展都给予很大重视。据统计，世界各主要国家液压工业销售额占机械工 业产值的 2%-3.5%，而我国只占 1%左右，这充分说明我国液压技术使用率较低，努力扩 大其应用领域，将有广阔的发展前景。首先我们看下面的表格可清楚的看出国内国外液 压技术发展的状况。 表 1.1 国内外液压发展方向 国 外国 内 高集成化、高功率、高密度高性能、高质量、高可靠性、系统成套 机电一体化集成元件和系统低能耗、低噪声、低振动、 智能化自动控制元件和系统集成化、轻小型微型、多样化 水基介质

42、传动与控制技术机电一体化 1.2.1、液压产品技术发展趋势： 1、减少损耗，充分利用能量 液压技术在将机械能转换成压力能及反转换过程中，总存在能量损耗。为减少能量 的损失，必须解决下面几个问题：减少元件和系统的内部压力损失，以减少功率损失； 减少或消除系统的节流损失，尽量减少非安全需要的溢流量；采用静压技术和新型密封 材料，减少摩擦损失；改善液压系统性能，采用负荷传感系统、二次调节系统和蓄能器 回路。 2、泄漏控制 泄漏控制包括：防止液体泄漏到外部造成环境污染和外部环境对系统的侵害两个方 面。今后，将发展无泄漏元件和系统，如发展集成化和复合化的元件和系统，实现无管 连接，研制新型密封和无泄漏管

43、接头，电机油泵组合装置等。无泄漏将是世界液压界今 后努力的重要方向之一。 3、污染控制 过去，液压行业主要致力于控制固体颗粒的污染，而对水、空气等的污染控制往往 不够重视，今后应重视并解决。严格控制产品生产过程中的污染，发展封闭式系统，防 止外部污染物侵入系统；应改进元件和系统设计，使之具有更大的耐污染能力。同时开 发耐污染能力强的高效滤材和过滤器。研究对污染的在线测量；开发油水分离净化装置 和分离元件，以及开发能清除油中的气体、水分、化学物质和微生物的过滤元件及检测 装置。 需说明书、图纸等完整设计请加叩叩 2215891151 需说明书、图纸等完整设计请加叩叩 2215891151 4、主

44、动维护 开展液压系统的故障预测，实现主动维护技术。必须使液压系统故障诊断现代化， 加强专家系统的开发研究，建立完整的、具有学习功能的专家知识库，并利用计算机和 知识库中的知识，推算出引起故障的原因，提出维修方案和预防措施。 5、机电液一体化 机电液一体化可实现液压系统柔性化、智能化，充分发挥液压传动动力大、惯性小、 响应快等优点，其主要发展方向如下：液压系统将有过去的电液系统和开环比例控制系 统转向闭环比例伺服系统，同时对压力、流量、位置、温度、速度等传感器实现标准化； 提高液压元件性能，在性能、可靠性、智能化等方面更适应机电液一体化需求，发展与 计算机直接接口的高频，低功耗的电磁电控元件；液

45、压系统的流量、压力、温度、油污 染度等数值将实现自动测量和诊断；电子直接控制元件将得到广泛采用，如电控液压泵， 可实现液压泵的各种调节方式，实现软启动、合理分配功率、自动保护等；借助现场总 线，实现高水平信息系统，简化液压系统的调节、争端和维护。 6、液压 cad 技术 充分利用现有的液压 cad 设计软件，进行二次开发，建立知识库信息系统，它将构 成设计-制造-销售-使用-设计的闭环系统。下一个目标是，利用 cad 技术实现液压产品 快速设计，并把 cad/cam/capp/cat，以及现代管理系统集成在一起建立集成计算机制造 系统（cims） ，使液压设计与制造技术有一个突破性的发展。 7

46、、新材料、新工艺的应用 新型材料的使用，如陶瓷、聚合物或涂敷料，可使液压的发展引起新的飞跃。为了 保护环境，研究采用生物降解迅速的压力流体，如采用菜油基和合成脂基或者水基海水 等介质替代矿物液压油。铸造工艺的发展，将促进液压元件性能的提高，如铸造流道在 阀体和集成块中的广泛使用，可优化元件内部流动，减少压力损失和降低噪声，实现元 件小型化。 1.3 论文的主要研究内容论文的主要研究内容 1、根据数控卧式车床 c6140 的整体要求，设计出与其相对应的液压尾座，使其满足 诸如旋转精度等众多要求，以使其达到预想的目的。 2、搜集和分析资料，包括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

47、图纸和资料等。 3、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 需说明书、图纸等完整设计请加叩叩 2215891151 需说明书、图纸等完整设计请加叩叩 2215891151 及相应的附属元件等。 4、尾座部分的设计及计算，包括尾座顶尖、套筒、尾座体的设计，尾座孔系、尾座 导轨的设计，挠度、转角及压板处螺栓直径以及锁紧力的计算及校核。 5、尾座精度的确定，包括尾座体表面粗糙度的确定、尾座与机床形位公差的确定、 底面及立导向面形位公差的确定。 6、c6140 数控车床的液压系统。 2.4 尾座的整体设计尾座的整体设计 1、机床采用标准液压尾座，尾座套筒可编程控制，尾座

48、体移动通过销轴由托板带动。 根据用户需求也可提供可程控尾座、内置旋转活络顶尖等（特殊配置） 。尾座单元安装在 床身导轨上，可沿导轨纵向调整其位置。它的功用是用顶尖支承长工件，也可以安装钻 头、铰刀等孔加工刀具进行孔加工。 2、在装配图中的左视图中画了辅助零件的轮廓即为导轨，此导轨为三角形导轨，选 择三角形导轨的原因是它的导向性和精度保持性都比较高，当导轨有了磨损时会自动下 沉补偿磨损量，此导轨多用于精度要求较高的机床。尾座导轨 w h 为：95 40mm，尾 座套筒直径 85mm，套筒锥孔 mt-4。因此，尾座具有足够的刚性。 3、从整体上来看，该尾座主要包括尾座体、套筒、顶尖、液压缸、导轨，

49、其中尾座 体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。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。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。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。 第第 3 章章 尾座部分的设计尾座部分的设计 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。c6140 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

50、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： 需说明书、图纸等完整设计请加叩叩 2215891151 需说明书、图纸等完整设计请加叩叩 2215891151 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

51、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。 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

52、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。 3.1 尾座体的设计尾座体的设计 数控卧式车床 c6140 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

53、材料采用 ht200，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。 在数控卧式车床 c6140 的尾座设计中，首先设计出尾座壳体并设计出尾座台，使其 两者结合固定在导轨上，这样才能使尾座工作。在尾座体得设计中，我设计了以下几个 方面，首先明细栏标注的 13（以下直接写的序号以明细栏标注为主）油杯选择为直径为 10，此油杯为压配式压注油杯，此油杯使用比较方面，当润滑主轴时只需将油口对准油 杯口即可往里注油，不用拆装尾座即可起到润滑的作用。14 为键，此键的形状为上面圆 柱，下面为四面体，此键的作用是固定主轴，使其不能左右旋转只能伸缩，在其旁边有 一定位螺钉，此

54、作用是将键牢牢固定于壳体，防止键定位不准。 此尾座壳体的前面有防尘罩，此防尘罩的作用是防止主轴伸出时有杂质粘在上面， 也防止杂质渗入影响主轴伸出的速度及稳定性。 需说明书、图纸等完整设计请加叩叩 2215891151 需说明书、图纸等完整设计请加叩叩 2215891151 3.2 尾座主轴的设计尾座主轴的设计 数控卧式车床 c6140 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

55、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，因此需要在尾座体的后面设计了螺塞，当向内拧动螺塞时，螺塞推动顶 杆向前运动将顶尖顶出，此方法简单使用。 尾座主轴的尾部与固定环相连。可以通过液压油的流入与流出在孔内来回移动，当 液压有流入时主轴向后缩回，当液压油流出时主轴向前运动，主轴内有活塞，因为活塞 与主轴内壁接触，密封性较好，保证主轴运动灵敏性较好。 3.3 尾座顶尖的设计尾座顶尖的设计 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

56、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 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 c6140 是中小型机械加工设备， 尾座总体尺寸并不是很大所

57、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 螺塞缸的设计螺塞缸的设计 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 需说明书、图纸等完整设计请加叩叩 2215891151

58、 需说明书、图纸等完整设计请加叩叩 2215891151 4-缓冲装置 5-排气装置 。每种缸的工作原理几乎都是相似的,拿一个手动千斤顶来说它的 工作原理吧,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 经过一个单向阀进入油缸,这时进入油缸的液压油因为单向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.此 尾座的螺塞缸是安装螺塞的，当拧动螺塞时，螺塞再推动顶杆向前运动，进而退出顶尖， 螺塞缸还有一个作用就是固定活塞，使活塞不

59、动主轴来回运动，起支撑主轴的作用。 3.5 尾座导轨的设计尾座导轨的设计 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、承载能力大；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，因为铸铁是一种成本 低，有良好的减振性和耐磨性，易于铸造和切削加工的金属材料。 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

60、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。 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 12 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 c6140 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