卧式车床尾座结构设计

1、摘 要 本课题研究的主要目的是设计出与 C6611 卧式车床相匹配的尾座结构。 为了完成本课题的设计，首先是搜集和分析资料。主要包括国内外对卧式车床尾 座结构的研究现状；同等卧式车床尾座的图纸和资料以及进给与夹紧系统的基本资 料；其次是初步确定尾座的总体布局。包括进给系统与夹紧机构的布置及合理选用 该结构应用的标准件。最后主要是关于尾座相关方面的设计计算及技术要求。 目前，传统的卧式车床尾座中没有变速机构。当钻削大直径孔时，由于切削力过 大，操作工人通常采用加长力臂的方法来扳动手轮。而且耗时又耗力，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 C6611 车床加工过程中，当需 要

2、使用尾座时，可以降低工人的劳动强度，降低企业成本，提高生产效率。 关键词：卧式车床；尾座；进给机构；夹紧机构;齿轮变速箱 ABSTRACT The 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 interna

3、tional research 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 ration

4、al use of standard 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 la

5、rge, the workers 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 c

6、osts ,increase productivity. key word: general purpose centre lathes; tailstock; feed system; clamping mechanism; gear box 目 录 摘要. .I ABSTRACT. I 1 前言.4 1.1 选题目的和义4 1.2 当今机床的技术发展趋势.4 1.4 设计的主要研究内容.4 2 尾座部分的设计.6 2.1 总体布局.6 2.2 尾座体的设计.7 2.3 尾座顶尖的设计.7 2.4 支撑件的设计.8 2.5 套筒移动的进给机构.9 2.6 导轨设计.9 2.7 操纵机构设计8

7、 2.8 尾座的结构工艺性.10 2.9 尾架的变速设计.11 2.10 套筒加紧机构的设计.12 2.11 装配结构的工艺性12 3 尾座相关的设计计算与强度校核.13 3.1 挠度的计算.13 3.2 转角的计算.14 3.3 钻削力的计算与功率.14 3.4 主要零件强度校核.15 3.4.1 键的强度校核.15 3.4.2 齿根弯曲疲劳强度计算16 3.4.3 齿面接触疲劳强度算.17 3.4.4 压板处螺栓直径的校核17 3.5 蜗杆传动效率计算. .18 4 尾座精度的设计.19 4.2 尾座与机床形位公差的确定.19 4.3 底面及立导向面形位公差的确定.19 5 结论.20 参

8、考文献21 致谢.22 1.前言 1.1 选题目的和意义 金属切削机床是用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器。它是用来制 造机器的机器，所以又称为“工业母机”或“工具机” ，习惯上简称为机床。金属切 削机床是用来加工机器零件的主要设备，约占机器总制造量的 40%60%。机械制造 工业肩负着为国民经济各部门提供现代化技术设备的任务，是国民经济各部门赖以 发展的基础，而机床工业则是机械制造上业的基础，一个国家机床上业的技术水平 在很大程度上标志着这个国家的上业生产能力和科学技术水平。所以，金属切削机 床在国民经济现代化建设中起着重要的作用。 目前我国批量生产的产品均为由传统的电器液压控制的通

9、用机床，特点是性能 良好，基本机械机构合理，但控制和驱动方式落后，仍然属于中、低档产品，机床 加工精度能满足各类零件的精加工要求。而目前国内机床行业的数控机床主要有仿 制产品和技术引进产品两大类，仿制产品一般是结构原理与国外机床相同，只是在 局部功能与外形尺寸上有一此较大的变动。而技术引进产品则多数采用了国外进口 的数控系统，测量仪器及轴承、滚珠、丝杠等配套件。所以我国的机床产业今后的 努力方向应为加快技术创新，优化组织结构，调整产业结构，提高产品技术档次和 质量，努力开发高技术含量和高附加值的相床产品。 今天，为了和最新技术的发展保持同步，机床行业必须不断发展，不断提高和 改进元件和系统的性

10、能，以满足日益变化的市场需求。与世界上主要的工业国家相 比，我国的机床工业还是相当落后的，标准化的工作有待于继续做好，优质化的工 作须形成声势，智能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，机床行业也将继续获得飞速的发展，它 在各个工业部门中的应用越来越广泛。 在这样一种背景下，我的课题选择为卧式车床尾座结构的设计，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， 熟悉国内外机床行业的现状及发展趋势,增强对如何发展民族机床产业的感性认识。 1.2 当今机床的技术发展趋势 （1）高速高效仍是当今机床的主要发

11、展趋势 日本的一些机床制造厂家以金属切除率(cm3/min)来作为其产品的高效标志之一， 在评判机床进给速度时也引入了加速度这个概念，因为现代化生产要求不仅机床进 给速度快，而且响应变化率也要求高，即需要评估由静止状态至峰值之间的加速度 变化情况，如沈阳的 BW60 卧式加工心，其加速度为 1g,德国 DMG 公司的 85 V 立式 加工心，最大快进速度为 120m/ min，加速度为 2 g. 国外的加工中心，主轴转速均已达 12000r/min20000r/ min，快速行程为 40 m/ min 60 m/ min，换刀时间为 1. 5s3s。如意大利 FIDIA 公司的 664 高速铣

12、 床，主轴转速为 24000 r/ min;德国 Roders 公司的 RFM760 高速铣床，转速高达 42000 r/ min,国产数控机床的主转速也普遍提高，如我国沈阳和意大利 FIDIA 公司 的合作产品 DIGIT 165 高速铣床，转速可达 40000 r/ min，上海明精机床有限公司 推出的电主轴数控机床 H M077/ 25T 和 HY009,其主轴转速也分别达到 10000 r/ min 和 5000 r/ min。 机床高效的另一个标志是复合加工，德国 WFL 公司的 M ILLT U RN，是一种 集车、铣、镗、钻和测量功能于一身的高效率机床。它既可加工盘类、圆柱类、曲

13、 轴类零件，又可加上半类及箱体类零件，其装在刀架滑座上的主轴箱，既可自动换 刀进行铣削加工，又可装夹车刀直线进给。该机床为 6 轴控制，瑞士 MIKRON 公司的 M ulLisLep 复合加工系统，是组合机床效率与加工心柔性的完美结合。根据零件对 象，其加上单位可以任意组合，在每个单元中都有 2 个盘状刀具库，当其中一个与 主轴换刀时，另一个就寻找下一个刀位，机床配有回转工作台，实现五轴五面加工。 （2）环保机床是 21 世纪机床的发展重点之一。 当今世界，保护环境，建立可持续发展的生态环境日益受到全世界的重现，日 本就已提出今后机床业发展的重点是开发节能和环保机床，日前，该国已拔出专款 来

14、研究机床无切削液的课题，日立精机新近推出一种 V S50 立式加工中心，该产品 标记是“ECO. ECO,即环保性和经济性(Ccologyand Economy)。该机床的滚动体直 线导轨，将适量的润滑脂封入润滑块上，可以使其实现长期润滑，这样每年将可省 油 (润滑油)100L,对节能和环保很有益处。V S50 还可进行干切削加工，即采用油 雾冷却方式，这样每年可省切削液 150L，大大降低了对环境的污染及处理废油的成 本。据日本 Horkos 公司介绍，他们的干切削技术，重点在于改善了刀具和工件材料 之间的摩擦性能。在刀具上常镀 M0 或一些二硫化物，选用含 S 和 Si 的材料，可改 善工

15、件材料的机械性能，如日本大为公司(OKUMA)的 MA 系列机床，已逐步采用干切 削技术，使润滑减少 20%;并采用油水分离装置使油被分离出来，以防止冷却液的腐 蚀，同时采用了油雾，粉尘回收装置使大气污染减少到最低程度。该系列产品在停 止主运行时，液压装置，冷却电机及电磁阀等，都自动切断，从而使机床用电减少。 1.3 设计的主要研究内容 （1） 根据普通卧式车床 C6611 的整体结构要求，设计出与其相符合的尾座， 使其满足精度等众多要求，比如直线度，平面度，垂直度等精度要求。以使尾座结 构达到预期的要求。 （2） 分析搜集相关的资料 包括国内外机床，特别是普通卧式车床的发展现 状和发展方向；

16、夹紧机构与进给系统的基本资料和相关参数等；相关车床尾座的图 纸资料及技术要求等。 （3） 大致确定尾座的布局方式 包括主要机构的配置形式及选择相应的标准 件与外购件的技术规范。 （4） 尾座部分的相关设计及计算套筒、尾座体的设计，尾座导轨的设计，挠 度、转角、钻削力、钻削力的效率、蜗杆传动效率以及主要零件的强度校核。 （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。 2. 尾座部分的设计 尾座是卧式车床的重要附属部件，其主要作用是在加工特别是轴类零件时，可 以定心，同时具有辅助支撑和夹紧的功能。C6611 卧式车床的尾座采用的结构设

17、计 合理，动、静刚度好，精度高。套筒和尾座的移动均为机械传动，套筒和尾座的夹 紧、放松均采用相关机构夹紧，夹紧力足够大，安全可靠，工人操作简单、方便、 效率高。这种结构的尾座优点在于：(1) 精度保持性好，刚度高、精度高，抗震性 能好，这种结构的尾座，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，避免在加工过程中出现 影响加工精度的影响。尾座采用低应力高强度灰铸铁 HT200，经良好的人工时效处 理，热变形小，在加工大工件和大额切削力的情况下。尾座结构整体变形小，抗振 性能好，满足普通卧式车床精度检验标准的标准。(2)结构更加简单、优化

18、、合理， 这种结构的尾座，总零件数和标准件数更少，是得相关的零件加工表面大大减低， 比如零件之间配合的表面，采用这种结构的尾座可以减少配合的面积，是得加工效 率高，满足现代加工要求，同时可以减少资源的浪费，顺应国家节能减排的方针要 求。而且如果采用这种尾座，其加工，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。 下面详细介绍该车床尾座几个主要部分的设计 2.1 总体布局 经工艺分析后，确定出尾座所需的运动，如何实现这些运动，由哪个部件产生 运动以及怎样产生所需的运动，运动控制，机床操作位置等，都是总体布局所要考 虑的问题。 总体布局是指按工艺要求决定所需要的运动，确定相

19、关部件以及各个部件件的相对 运动和位置关系，同时也要确定其它机构的配置，并作出部件的联系尺寸图。总体 布局的基本要求有以下几点。 1.保证工艺方法所要求的工件和刀具的相对位置和相对运动。 2.保证机床具有与所要求的加工精度相适应的刚度与抗振性。 3.使用方便。具体的说，就是便于操作，调整，修理机床；便于输送，装卸工件， 排除切屑。 4.经济效果好，如节省材料，减少机床占用面积等。 5.造型美观。 总体布局设计的一般方法是，首先根据工艺分析分配相关的运动，选择传动形 式和支撑形式，然后安排操纵部位，并拟定在布局上改善部件的的性能和技术经济 指标的措施。上诉方法之间有着密切联系，必要时可互相穿插或

20、并进。 2.2 尾座体的设计 普通卧式车床 C6611 的尾座体是尾座的主要的机械部分，它是支撑其内部零件 的整体框架。可以说尾座体设计的好坏，直接影响着后续设计。尾座体在设计时主 要参考的是其它同类产品的尾座体和根据生产者在生产中所积累的生产经验，稍加 改造而成的。一般的尾座其手轮位于操作工人的右手边，而我设计的尾座其手轮则 是在操作者的正前方，也可以说是一种结构上的创新，满足不同操作工人的加工习 惯。另外就是，尾座体的壁厚要尽量均匀，这样可以有效的降低其在铸造时的难度， 避免产生缩孔，砂眼等影响其外部轮廓与技术要求的因素。同时，拐角处要设计成 圆角以减少集中应力。尾座体的材料采用 HT20

21、0，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。这样可以减少加工量，提 高效率。 图 1.尾座结构 2.3 尾座顶尖的设计 车床的尾座顶尖，它是在车床加工过程中起到定位作用的重要零件，它可以与 主轴一起限制加工零件的自由度，另外还可以定心工件，因此顶尖的精度往往要求 较高，在零件加工过程中要使尾座的轴心线与车床主轴的轴心线保证较高的同轴度 与直线度在进行工件的加工过程中一般采用前后顶尖来支承工件，来定位工件的旋 转中心并承受刀具在加工过程中所产生的切削力。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

22、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 加紧机构提供的压力，其主要夹紧工作原理会在下文中提到。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。由于普通卧式车床 C6611 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 6 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

23、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。 图 2 尾座顶针 2.4 支撑件的设计 支撑件是设备的基础构件，包括横梁，摇臂，底座，箱体等。这些构件一般都 比较大，所以也称大件。 支撑件的种类繁多。按构造方式可分为机座类，箱壳类，机架类，平板类；按结构 可分为整体式和装配式；按制造方法可分为铸造式，焊接式，螺栓式和组合式；按 力学模型可分为杆系结构，板壳结构和实体结构。支撑件的主要功用主要包括以下 几点。支撑件安装机器各部件零部件，并承受各种静态力及动态力（切削力） 。 保证各零部件间的相对位置精度和运动部件的运动精度。 用作液压油，润滑油，切削液的存储

24、器。 独立完成某些功能，如托架，支撑套等。 支撑件的设计步骤 支撑件的结构形状十分复杂，受力条件也很复杂，难以进行符 合实际的简化理论计算。因此，设计时首先根据其使用要求进行受力分析，其次根 据所受的力和其他要求，并参考现有设备的同类型件，初步决定其形状和尺寸。对 重要的支撑件，在初步选定其形状与尺寸后，可用有限元法，借助计算机进行验算 或进行模拟实验，求得其静态与动态特性，并据此设计进行修改或对几个方案进行 对比，选择最佳方案 2.5 套筒移动的进给机构 图 3 丝杠螺母结构 如上图所示为丝杠螺母结构，本结构主要是为了驱动套筒的运动。进而里面的 顶针相继运动。在加工过程中，特别是在加工一些轴

25、向长度较短的零件时，往往需 要移动套筒顶针来进行工件的精准定位与夹紧，此时如果采用如上图所示的结构。 则可以大大地简化结构，节约成本，提高效率。 2.6 导轨设计 导轨的功用是支撑并引导运动部件，使之沿着一定的轨迹准确运动。一对导轨 副中，运动的一方叫做动导轨，固定不动的叫做支撑导轨或静导轨。动导轨相对于 支撑导轨可以作直线运动或者回转运动。 导轨的基本要求 导轨是机床的关键部件之一，其性能的好坏，将直接影响机床的加工精度，承 载能力和使用寿命。因此它必须满足下列基本要求。 1.较高的导向精度 导向精度是指运动导轨轨迹的准确性。足够高的导向精度是保证机床加工精度的前 提，因而它是导轨的最基本要

26、求。 导轨在空载运动中和切削条件下运动时，都应具有足够的导向精度。影响导向精度 的主要因素是导轨的结构形式和装配精度，导轨的几何精度和接触精度，导轨与基 础部件的接触刚度与热变形导轨的油膜厚度和刚度等。不同类型的导轨的导向精度 不同，如三角形导轨比矩形导轨的导向精度高。 2.良好的耐磨性 导向精度的持久性主要是由导轨的耐磨性决定的。常见的磨损形式有磨料磨损， 接触疲劳磨损等。滑动导轨磨损的基本形式是磨料磨损和黏着磨损，这两种磨损常 常是伴随发生，相互影响的。滚动导轨则主要是疲劳磨损。导轨的耐磨性与导轨面 的摩擦性质，导轨材料，工艺方法，受力情况及导轨的相对运动速度等有关。另外， 导轨与基础部件

27、上的残余应力，也会使导轨发生蠕变而影响导轨精度的保持性。 3.足够的刚度 足够的刚度可以保证在额定载荷作用下，导轨的变形在允许的范围之内。受载后， 导轨的变形是绝对的，它会影响导向精度和部件的相对位置。因此，要求导轨应有 足够的刚度。主要影响因素有：导轨的结构形式，尺寸及与基础部件的连接方式， 受力情况等。 4.良好的低速运动平稳性 当导轨作低速运动或微量位移时，应保证导轨运动的平稳性，既不出现爬行状 况。爬行现象会严重影响加工精度，表面粗糙度和机床零部件的定位精度。主要因 素有：动静摩擦系数的差值，传动导轨运动的传动系统的刚度及导轨的结构和润滑 等。 5.结构简单，工艺性好 设计时要使导轨的

28、制造和维护方便，刮研量小。如果是镶装导轨，则应尽量做到 更换容易。 2.7 操纵机构设计 操纵系统是能够实现人为控制机械运行状态的机构及其装置的组合。机械系统 的运动状态如启停，换向，传动系统中传动路线的改变，执行系统的运动方式等都 是由操纵和控制系统的给定输入决定的。操纵机构虽不直接参与机床的工作运动， 对机床的精度，刚度和寿命等不产生直接影响，但对机床的布局，使用性能，生产 效率及外观造型等都有一定的影响。因此，在确定机床总体方案时，对操纵机构加 以考虑，并与相关部件一起进行结构设计。 操纵机构应满足的基本要求：1.轻便省力 操纵系统设计时应尽量减少操纵力， 有益于提高劳动生产效率和安全性

29、，提高操纵系统的灵敏度。手轮与手柄的操纵力 不应超过 GB9061 关于操纵力的规定。可采取以下措施。选择合适的传动比，杠杆比， 适当加长操纵手柄或加大手轮直径；将常用的操作件布置在人手所能及的便于操纵 的区域，还要根据具体情况就位，不应过高，过低或过远。2.易于操纵，便于记忆 为操纵方便舒适，不仅要求操纵力和操纵行程的大小要适宜，而且操纵件的形状， 尺寸，布置，运动方向和各操纵件的标记，操纵顺序都要符合人体状况和动作习惯。 为了减少操纵时产生差错和防止事故，可采取以下措施。 操纵件与运动件的运动方向应一致，手轮，摇把等的旋转方向应符合操作习惯， 即顺时针旋转时，移动件的移动方向应为离开操作者

30、或向右；操作手柄的尺寸应与 人手相称，不宜过大或过小。3.操纵件定位可靠 变换及换向用的操纵机构必须可 靠定位，以免工作过程中自动松开。有时操纵系统还需有自锁，互锁功能或具有自 动复位功能。此外，根据机床的特点，对操纵机构应有不同的要求。 2.8 尾座的结构工艺性 尾座即铸件的结构是指铸件的外形，内腔，壁厚及壁间的连接形式，加强板筋 等。在进行铸件结构设计时，不仅要保证零件的使用要求，还要考虑铸件铸造性能 要求，以及切削加工对铸件结构的要求，即铸件的结构工艺要求。 质量好的铸件应当具有轮廓清晰，尺寸精确，组织致密，细小颗粒等特点。铸 造性能是影响铸件质量的重要因素。一般情况下，应当从以下几个方

31、面考虑。 1.铸件的壁厚应合理 铸件的壁厚越大，金属液流动时的阻力越小，而且保持液态 的时间越长，因此有利于金属液充满型腔。但是，随着壁厚的增加，金属液的冷却 速度变小，壁厚铸件容易产生缩孔，缩松，晶粒粗大等缺陷，从而使铸件的力学性 能下降。从这方面考虑，各种铸造合金都存在一个临界壁厚。 2.铸件壁厚应尽量均匀 铸件各处的壁厚如果相差太大，必然会在厚壁处产生冷却慢的热节，热节处最后冷 凝得不到充分补偿时，便会产生缩孔，缩松，晶粒粗大等缺陷。同时，由于不同的 壁厚的冷却速度不一样，因而会在厚壁与薄壁之间产生热应力，就有可能导致产生 热裂纹。对于壁厚相差较大的铸件，由于收缩不均匀易产生变形。 3.

32、壁间连接要合理 要有铸造圆角；在铸件的转弯处如果是直角连接，则在此处不 仅会形成热节，容易产生缩孔和结晶薄弱区，又应产生应力集中而容易导致结晶薄 弱处产生裂纹。 壁厚与薄壁连接要逐步过渡。不同壁厚的连接要逐步过渡，避免突变；壁间连 接应避免交叉于锐角 两个以上铸件壁相连接处往往会形成热节，如果能够避免交 叉结构和锐角相交，即可防止缩孔等缺陷。 2.9 尾架的变速设计 图 4. 齿轮变速箱 如图 4 所示，我在车床尾架体尾部设置变速箱，箱内设有带有离合器的滑移齿 轮，普通圆柱齿轮，蜗轮蜗杆和一组锥齿轮的传动机构。 由手轮轴输入动力后，运动由手轮轴上的蜗杆经啮合传到蜗轮上。此时的蜗轮转动 是空转，

33、并没有带动丝杠轴运动。当将拨叉向右扳动时，滑移齿轮脱离与固定齿轮 的啮合。而是通过端面离合器与蜗轮端面啮合实现 5：1 的传动。当将拨叉置于左方 使，运动是先经过一对锥齿轮的啮合后，再经过一对直齿轮的啮合实现 1：1.78 的 传动。这样就实现了高低两种速度的进给速度。实现了预期的设计要求。 本变速装置结构紧凑、性能可靠，既保留了普通尾架的一般功能，又极大地满足了 中、重型卧式车床的操作工人在机械加工过程中，对尾架变速的要求，降低了操作 工人劳动强度。其特点是操作灵活、经济实用性强。 2.10 套筒夹紧机构的设计 图 5.尾座夹紧机构 如图 5，我在设计套筒夹紧机构时，采用了如上图所示的机构，

34、主要包括了带 有一段螺纹的轴以及上下套筒。此机构在工作原理是上下套筒相对运动，挤压里面 的套筒，从而使它夹紧。 当需要夹紧时，操作手柄，通过机构上套筒受到压力向下运动，而此时的下套筒由 于是和轴螺旋传动。所以下套筒的运动是向上的。在上下套筒的相对运动中，使得 中间的套筒夹紧。 本结构夹紧力大，且安全可靠，可以达到设计要求。 2.11 装配结构的工艺性 产品的结构工艺性包括产品生产工艺性与产品使用工艺性，前者是指其制造的 难易程度和经济性，后则指其在使用过程中维护保养和维修的难易程度与经济性。 产品生产工艺性除零件结构的装配工艺性外，还包括产品结构的装配结构的工艺性。 在产品的整个生产过程中，机

35、器结构的装配工艺性占有很重要的地位，装配过程的 难易，成本的高低，以及机器使用是否良好，在很大程度上取决于它本身的结构， 因此，产品结构的装配工艺性也是评定机器设计好坏标志之一。 装配对产品结构的要求，主要是要容易保证装配质量，装配的生产周期要短， 装配劳动量要少，归纳起来，有以下 6 条要求。结构的继承性要好。 能继承已有 产品的结构，便于零部件标准化，通用化，系列化，并可减少劳动量，降低成本， 提高装配生产率。能分解为若干个独立的装配单元各装配单元要有正确的装配 基准要便于装配和调整减少装配时的修配工作和机械加工满足装配尺寸链 “环数最少原则” 3.尾座相关的设计计算与强度校核 C6611

36、 的尾座受力简图: 图 6 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 尾座套筒直径 80mm 钢的弹性模量 E = 2.1106kgf/cm2 断面惯性矩 I=201104mm4 顶尖伸出套筒长 109mm 根据公式(材料力学 第一册) (3-1) NfaKF pcc )( 查表可知单位切削力 KC= 2305N/mm2 f = 0.3mm/r ap = 3.4mm 故切削力 FC = 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，

37、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。 3.1 挠度的计算 (材料力学 第一册) EI Pl 3 3 (3-2) 201101 . 23 4 . 17)13802370( 6 3 000156 . 0 l 0000009 . 0 许用挠度, 在范围之内。 ly 0001 . 0 0005 . 0 lyly l y 3. 2 转角的计算 (材料力学 第一册) EI Pl 2 2 (3-3) 201101 . 22 4 . 17)13802370( 6 2 rad0013 . 0 许用转角 ，在范围内。 001 .

38、0 rad005 . 0 3.3 钻削力的计算与功率 1.高速钢标准钻头钻削力及功率的计算公式金属切削原理与刀具 切削力扭矩 M=CMd0XMfYMKM10-8 (3-4) 轴向力 F=CFd0XFfYFKF (3-5) 切削功率 PM=6.28Mn010-3 (3-6) 2.公式中的系数与指数值 材料为灰铸铁 HB 190 扭矩 M 中的 CM，XM，YM分别为 225.63,1.9,0.8。 轴向力 F 中的 CF，XF，YF分别为 588.60,1,0.8。 3.切削条件变化后，切削力的修正系数 灰铸铁：K料 M= K料 F=(HB/190)0.6 (3-7) 表 1 切削力的修正系数

39、扭矩 M轴向力 F 未磨损磨钝后未磨损磨钝后 钻头磨损 K钝M=0.87MK钝M=1.0K钝F=0.9K钝F=1.0 公式中的单位： d0(mm);f(mm/r);n0(r/s). 已知切削条件为：钻头直径 d0=20mm;进给量 f=0.4 mm/r;钻头转速 n0=2 r/s 工件材料：灰铸铁 HB=210 按(3-5)式 M=225.63201.90.40.810-3=32.137(NM) 当 HB=210 时，由上表可得修正系数为 K 料 M= K料 F=(210/190)0.6 =1.062 实际切削扭矩及轴向力 F 为 M=32.1371.062=34.13(NM) F=5655.

40、861.062=6006.52(NM) 切削功率 Pm=23.1434.13210-3=0.43(KW) 3.4 主要零件强度校核 3.4.1 键的强度校核 普通平键的强度校核公式机械设计 键的联接工作面的挤压 JY=2T/dklJYP (3-8) 键的剪切 =2T/dblP (3-9) T-传递的转矩, NM; d-轴的直径，m; l-键的工作长度，m; k-键与轮毂的接触高度，m; b-键的宽度，m; 平键 k=h/2; JYP-键联接的许用挤压应力,Pa; P-键的许用剪应力, Pa; 表 2 键联接的许用应力 单位:MPa 应力种类联接方式零件材料载荷性质许用应力 JYP 静联接钢/铸

41、铁轻微冲击 100/53 P 静联接钢/铸铁轻微冲击90 注：JYP 应按联接材料机械性质较弱的零件选取。 已知条件： 手轮直径=0.175m; 手动力假设=200N； 则， T=2000.175=35 NM 校核对象为手轮与蜗杆轴联接的键。 已知该键的技术参数： 轴的直径 d=20mm; l=14-6=8mm; k=2.5mm; b=6mm; k=6mm; 由上表可得材料的许用 JYP 应取较小值=53 Mpa 校核强度 JY=235/(2010-32.510-3810-3)=1.75 Mpa53 Mpa =2T/dbl=235/(2010-3610-3810-3)=0.729 Mpa90

42、Mpa 故满足安全要求。 3.4.2 齿根弯曲疲劳强度计算 直齿锥齿轮的弯曲疲劳强度可以近似地按平均分度圆处的当量圆柱齿轮进行计算。 因而可直接沿用公式机械设计 （3-10） F m SaFat F bM YYKF 直齿锥齿轮的载荷系数同样为，其中使用系数可由表 10-2 查 KKKKK VAH A K 取；动载系数可按图 108 中低一级的精度线及（m/s）查取齿间载荷分配系 V K m V 数可取 1：齿向载荷分配系数可按下式计算，其中为轴承 beHFH KKK 5 . 1 beH K 系数可由表 10-9 查取。 ，分别为齿形系数及应力校正系数，按当量齿数查表 10-5. Fa Y sa

43、 Y v Z 将系数带入公式机械设计 ，得 （3- )5 . 01 ( F R saFat F bm YYKF 11） 表 10-9 轴承系数 小轮与大轮的支撑应用 两者都是两端支 撑 一个两端支撑一 个悬臂 两者都是悬臂 飞机 车辆 工业用，船舶用 1.00 1.00 1.10 1.10 1.10 1.25 1.25 1.25 1.50 将相关系数带入，得， 2 1 2 1 u mZRb RR 并将 （3- 1 1 1 1 1 )5 . 01 ( 222 Zm T Zm T d T F Rmm t 12） 代入上式，可得，该式即为齿根弯曲疲劳强度 3 2 2 1 2 1 1)5 . 01 (

44、 4 F SaYa RR YY uZ KT m 计算的公式。 将已知条件代入，得 m3.01，而设计的锥齿轮大端模数为 3.25.所以满足齿根弯曲 疲劳强度要求。 3.4.3 齿面接触疲劳强度计算 直齿锥齿轮的齿面接触疲劳强渡，仍按平均分度圆处的当量圆柱齿轮进行计算，工 作齿宽即为锥齿轮的齿宽 b.在计算齿面接触疲劳强度时，式中的综合曲率为 （3- 21 111 Vv 13） 得，及，并令接触线长度 L=b，) 1 1 ( sin cos21 1 1 vm ud 2 uuv 1 cos 2 1 u u 得 对 )5 . 01 ( 4 ) 1 1 ( sin cos2 cos 3 1 2 1 2

45、 1 1 H RR HEE m T E ca H ud kT ZZZ udb KF Z p 的直齿锥齿轮，=2.5，于是可得 （3- 20 H Z 14） ，该式即为齿面接触疲劳强度的校核计算公式。 u KTZ d RRH E 2 123 1 )5 . 01 ( ) (92 . 2 将已知条件代入得，。而已知设计的。所以，满足强度要求。mmd58 1 mmd65 1 3.4.4 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铰制孔螺栓连接尾座和导轨，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。下面校核连接螺栓的直径。 选用螺栓的材料为

46、 35 号钢，则许用抗拉强度=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等于通过顶尖作用在尾座上的轴向力， f F 即，根据金属切削原理与刀具切削时产生的轴向分力(0.10.6)， fF F c F 假设加工工件时产生的切削力为 3260N。则，。为了满足加 NNF195632606 . 0 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=2000N。 F =2KN,取摩擦系数为 F 12 . 0 由金属切削原理与刀具可知作用在下箱体上的压力 Nf （3-15）KNfN 7 . 16/ 那么作用在每个螺栓上的力为 35 . 8 2

47、 N F KN 因为压板与导轨之间的连接形式为松连接，由金属切削原理与刀具公式 4 F d 4 F d mm9 . 1 30014 . 3 35 . 8 4 现螺栓直径为，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 mm30 来确定。 3.5 蜗杆传动效率 蜗杆的传动效率为 =12机械零件手册 (3-16) 蜗杆传动的啮合效率 1 蜗杆主动 则，1=tgr/tg(r+e) (3-17 式中 r-蜗杆分度圆螺旋导角； e-当量摩擦角； 搅油损失的效率 2 通常为 0.940.99; 已知蜗杆的头数 Z1=6；直径系数 q=10; 查表可知 r=111836, e 查表可知为 309 1

48、=tg111836/tg(112736)=0.98; 2 取 0.96； 则，=12=0.94 4. 尾座精度的设计 4.1 尾座与机床形位公差的确定 设计的过程中不仅要保证尾座体内部各部件的相互配合关系和配合精度,确保尾 座体套筒顶尖的准确定心,还要确保尾座体与机床其它部件的配合关系,使尾座体各 部件与溜板,主轴的形位精度达到一定的设计标准,减少设计失误。 而由于尾座对机床其它部件的几何形状误差将导致在对工件的加工过程中使工 件的尺寸、形状精度降低，严重影响加工后工件的质量。 因此在进行尾座的设计中，不仅要考虑到各设计要素之间的相互配合关系，还 要考虑到在实际的安装过程中与机床其它部件的各安

49、装要素之间的相互配合关系。 4.2 底面及立导向面形位公差的确定 尾座体底面设计精度的高低是尾座安装在机床上以后定心精度高低的重要影响 因素。它不仅影响到与主轴中心线的同轴度误差，而且还会影响到尾座套筒锥孔轴 线与溜板的平行度等，因而在实际的设计加工装配过程中，尾座体底面的平面度为 0.013mm，与立导向面的垂直度是 0.026 mm。 立导向面是与尾座底面上垂直的平面，在尾座的设计中不仅要求尾座可在导轨上横 向移动，同时为了加工锥体或其它形状的零件，还需要尾座体在底板上作纵向移动， 通过安装在尾座底板上的螺栓与固定在尾座体下部的螺母孔相旋合使尾座体上部偏 移 5.结论 本课题研究的主要目的是设计出与 C6611 卧式车床相匹配的尾座，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。 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，主要包括国内外车床尾座的发展现状；进给系统与夹紧机构的基本资料；同 等机床尾座的图纸和资料等。其次是初步确定尾座的总体布局，包括配置形式相关 机构的布置及选择相应的配套元件等。最后主要是关于尾座的相关设计计算与技术 要求。 C6611 尾座顶紧的控制方式基本上是手工控制，在通常的加