液压尾座总体设计

第一章绪论……………………1论文研究背景和意义………11.2国内外机床发展现状…………………2论文主要研究内容…………2第二章液压尾座总体设计……………32.1设计方案确定……………32.2设计方案论证……………3第三章液压尾座的设计……………………4液压尾座的设计要求………4445673.7顶尖的设计…………73.8尾座芯轴的设计………………………7…………7…………7第四章尾座精度设计………………………74.1尾座与机床几何精度的确定 84.2座体表面 9结论……………11致谢………………12参考文献…………13第一章绪论论文研究背景和意义近些年来，随着电子技术、计算机技术、信息技术以及激光技术等的发展并应用于机床领域，使机床的发展进入了一个新时代。人不仅不需要提供动力，连操纵都交给了机器。人只需要规定电脑的工作程序，由电脑操作机床。紧张的重复性的操作都可由电脑完成，而且不会出错。自动化、精密化、高效化和多样化成为这一时代机床发展的特征，用于满足社会生产多种多样越来越多的要求，推动社会生产力的发展。新技术的迅猛发展和客观需要的多样化，决定了机床必须多品种；技术的加速更新和产品更新换代的加快，使机床主要面对多品种的中小批量生产。因此现代机床不仅要保证加工精度、效率和高度自动化，还必须有一定的柔性，即灵活性，使之能够很方便的适应加工任务的改变。提高机床的精密度不只是现代机床技术发展的基础，也是当前发展某些新、高技术产品的迫切需要。1950〜1980年的30年间，普通机械加工的精度已达到了5口m；精密加工精度提高到了近两个数量级，一些工业发达国家把发展精密和超精密加工当作一项战略任务。不断的提高劳动生产率和自动化程度是机床发展的基本方向。近年来，数控机床已成为机床发展的主流。数控机床无需人工操作，而是靠数控程序完成加工循环。因此调整方便，适应灵活多变的产品，使得中小批生产自动化成为可能。同时，数控机床在防护罩封闭的条件现自动加工，不用怕切削飞出伤人，不用怕切削液溅在操作者身上。可用大流量切削液喷射冷却。从而实现高速切削，充分发挥刀具的切削性能。快移速度大大提高（已达到20M/MIN以上）,不用担心人工操作过于紧张的问题，从而缩短了加工辅助时间。工序集中，一次装夹完成尽可能多的工序，这对重型零件加工特别有利。我国机床工业已经取得了很大的成就，但世界先进水平相比，还有较大差距。主要表现在：大部分高精度和超精密机床的性能还不能满足要求，精度保持性也较差，特别是高效自动化和数控机床的产量仅是全部机床产量的1.5%，而同期日本机床产值数控化率为80%，德国为54.2%，我国数控机床、铣床和加工中心等。精密、大型、重型或小型数控机床，还远远不能满足要求。本课题重点对CW6163B液压尾座的主体结构进行研究。 CW6163B卧式车床适应于对铸件、钢件及有色金属的大、中型零件进行加工，主要是承担各种车削工作，它能够车削各种零件的端面、外圆、内孔及公制螺纹、英制螺纹、模数螺纹及径节螺纹等。可用上刀架单独机动车削短圆锥面，也可用上刀架与纵进给配合机动车削长的锥度，此外还可以承担钻孔、套料、镗孔等工艺，机床的功率、转速、刚性等均能很好地满足粗精加工地需要。本机床也适用于硬质合金刀具进行强力车削，加工各种黑色金属和有色金属。尾座是机床的重要组成部件，用于支承工件和安装刀具。通过这次设计，培养了综合运用所学的专业知识和基础理论解决本专业一般工程技术问题的能力。实现了由学习阶段向实用工程技术的转变，对提高自身的工程意识及技术素质具有重要的意义。国内外机床发展现状随着现代社会的飞速发展，新产品、新技术的更新换代也逐步加快，从而对机床的品种、加工精度及效率等提出了更高的要求。当今世界，工业发达国家对机床工业高度重视，竞相发展机电一体化、高质量、高精度、高效率的自动化机床，以加速本国工业和国民经济的发展。随科技、特别是微电子、计算机技术的进步而不断发展。美、德、日三国是当今世上在数控机床科研、设计、制造和使用上，技术最先进、经验最多的国家。虽然我国机床工业已经取得了很大的成绩，但与世界先进水平相比，还是具有较大的差距，大部分高精度和超精密机床的性能不能满足要求，精度保持性差。对先进的机床理论和应用技术研究明显落后，而对机床的改进和更新速度也比不上一些发达国家。总体来说，国内机床工业仍要加强实力，加速数控机床产业的发展，注重基础科研，在技术上要不断创新。随着经济全球化进程的加快和先进制造技术的发展，制造业有了很大的飞跃。机床工业正朝着高速化、精密化、完整加工和微型化等方面发展。论文主要研究内容对尾座主体部分的研究设计主要包括回转尾座主体部分结构设计及主要尺寸的计算；尾座有关表面的形位精度及与机床其它部件的几何精度等。通过对机床尾座主体部分的性能进行分析、研究，运用了数学、力学、材料、公差、设计以及有关专业等个方面的知识，结合有关数据和资料利用综合法进行分析结合尾座套筒，顶尖的技术要求设计出合理的尾座主体。第二章液压尾座总体设计设计方案确定根据课题的要求尾座要具有夹持、顶紧、支承工件以及安装刀具加工零件等多种功能，由于CW6163B机床加工的零件直径较大，因此对尾座的强度、刚度要求较高。由于不同机床上加工工件的不同导致一些尾座套筒的进给方式也各有不同，因此在设计中可采用以下多种设计方案：<1>液动尾座此种尾座采用液压油推动套筒的移动，简化了尾座部件，并且由于液压油作用在缸体活塞上的压力比较均匀，结构复杂、制造较麻烦，多用于精度要求较到的机床上。<2>手动尾座手动尾座米用手轮摇动，直接带动丝杠轴转动，丝杠的转动带动与其以螺纹相结合的套筒在导向键的作用下滑动。这种手动尾座的结构比较简单，目前在各种机床上都得到了普遍应用。但在实际是应用中需要转动手轮来夹持支承工件，很难实现一个人单独操作，增强了劳动量和危险性。<3>电动尾座 电动尾座是在手动尾座的基础上改进而成的，既是将手轮改换成电机，通过控制电机的正反转来实现套筒的伸缩。这种改进减轻了工人的劳动强度，对提高工作效率具有一定的作用，并且利用小型步进电机来带动蜗轮蜗杆副的转动从而使套筒、顶尖伸缩，保证了可靠的定位以及良好的夹持状态。本课题为CW6163B液压尾座的设计，CW6163B型卧式机床多用于加工大直径的零件，加工零件的种类较多，所需要的夹持力比较大，这就要求在设计尾座时，需提高尾座的自身强度，保证尾座底板与导轨面的配合要求，达到所设计的精度。也既是尾座底板的加工精度要求达到一定的设计标准。通过对上述三种方案的比较论证并结合在实际生产、应用中对这三种尾座的性能差别，目前就绝大多数机床而言还是多采用手动式尾座，液压尾座和电动尾座多用于精密机床上，没有得到广泛的普及。综合各方面的分析、调查就目前总体的使用情况及发展趋势来说，手动式尾座由于其使用时需要摇动手柄，并且施力时作用效果不好一致，手动尾座有被电动尾座及液压尾座取代的趋势，电动尾座的成本太高。抗震性差。工作噪声大。精度不高。液压尾座是全自动化。

精度高。稳定性好。动态性好。效率高。结构简单化。工作安全性高。寿命长。经济好。使用维修方便。因此液压尾座总体各方面综合性能好，是最好的选择。第三章液压尾座的总体设计在尾座体的设计中螺栓的主要作用就是将压板和尾座夹紧在床身导轨上，防止尾座在导轨上的移动，从而实现对工件的夹持和支承。在对螺栓及其孔的设计过程中，不仅要考虑到连接类型，被连接零件的材料，形状及尺寸等因素，还要考虑到螺栓的强度，刚度以及经济性等基本问题。3.1液压尾座的设计要求本设计液压尾座主要解决：A利用车床尾座自动进给，实现钻屑；B利用液压油缸推动尾座芯轴自动顶紧工作。设计基本参数根据床头箱中心高315mm，设计尾座其中心高为315mm。根据普通车床标准尾座拟订外形尺寸不变，仅增加液压油缸为进给动力并且在尾座顶部增加信号发送装置。A主要结构：尾座体内安装有尾座心轴，法兰固定在尾座体后部，通过螺栓连接液压油缸。液压缸活塞杆通过镶嵌尾座芯轴上的螺母连接。在尾座体上设置有防转键，在尾座芯轴上设置有导向槽，尾座芯轴上面配有卸刀孔和顶丝孔，尾座体配有普通尾座的手柄卸刀结构与防转结构。本设计在整个结构上紧凑。易用。方便。顶尖或钻头等工具的装卸，可以达到很好的精度和提高工作效率。B防转结构：在使用顶尖时，搬动手柄，是凸轮转动.拉动锁紧套，夹紧尾座芯轴，使尾座芯轴不转动；反之.搬动手柄，使凸轮转动，在弹簧作用力下，锁紧套脱离尾座芯轴，从而使尾座芯轴转动。C传动结构：摇动手柄杆，通过齿轮轴上的齿轮与床身上安装的齿条的齿合，从而带动尾座前进或者后退。摇动适合位置，便于加工。D压紧结构：在尾座体上安装有两条螺栓，当需要尾座停在其一位置而不能够移动时，锁紧螺栓上的螺母，使压块压紧床身，从而使尾座不能移动；反之，松开螺栓上的螺母，使压块与床身分离，使尾座能够自由移动。F调整结构：在尾座体下部靠近中间处，设有2个螺栓，调节前后螺栓，使尾座中心和主轴中心同轴。调节螺钉钉紧尾座垫块凸台，使尾座体靠近经过刮研的定位面。此尾座增加行程控制装置用于钻屑.

A根据要求设定钻屑直径为€25，工件材料为45刚，查手册选取切削用量取V=18米(3-1)(3-2)根据公式 P=0-7 8b(3-1)(3-2)计算轴向力.A钻头直径=25mm, 8b抗拉强度{kg/mm2}表取8b=55kg/mm2XDXS0-7X8b0-75X25XO.3o-7X550-75=3-3X25XX=716kgB根据机床系统压力为2mp=20kg/厘米2=/毫米2计算油缸油塞面积其中A—面积.试取活塞直径€90符合压力条件根据普通尾座行程，p=P轴JL A其中A—面积.试取活塞直径€90符合压力条件根据普通尾座行程，p=P轴JL AP—轴向力 P—系统压强则A=P轴=^轴=3580(mm2)AA活塞杆直径为€50'90„2=6358mm2(50„2—mm2A—A=6358—1962.5=4395>358012选取行程为360mm的油缸按照缸径①90。活塞杆€50。取液压油缸其型号为；Y—HG—E90/50X360LF—HLOT1 5 1 1(3-3)(3-4)(3-5)行程360。选(3-6)这种液压油缸其性能如下；(3-8)(3-8)(3-9)(3-10)(3—11)(3—12)压力：E级大于6.3小于16mpa密封：E级泵用了结构简单，耐密封性能好的YX行聚氨密封圈防尘：本液压和泵用聚氨密封脂或丁晴橡胶无骨架防尘圈适用介质：液压油适用温度： 一40C〜+120C：采用前法兰连接压紧螺栓的校核根据轴向力P=216lg.效验尾座垫铁压紧螺钉的摩擦力因为摩擦力p1€F•f （3－7）其中F—压紧力 f—摩擦系数查表知每个M30螺栓压紧力为F1=101000N=10100kg则两螺栓；F€2Fi€2X10100=20100kg查表得；f€0.15摩擦力Pi€20200X=3030kgP1>716 满足要求计算油缸顶紧力，校核垫铁螺栓摩擦力。.油缸顶紧力：P=PXA顶系其中A—油缸活塞与活塞杆面积差P=PX（a—aX4395=879kg顶 1 23．7顶尖的设计液压尾座的顶尖设计按照零件互换性原理，大致与普通尾座顶尖相似。其顶尖头部设计为60°（按A型中心孔设计）锥柄采用英氏5号锥度，这样便于零件布件互换，尾部采用有舌尾的锥体，便于顶尖的加紧与装卸。顶尖材料选用9sicr，热处理HRC58,这样提高了顶尖的强度和弹性。3.8尾座芯轴的设计尾座芯轴与液压油缸是通过液压油缸的前端M42X2螺丝连接。因此尾座芯轴的后端螺母内部尺寸为M42X2。所以，螺母外径设计为直径①65,长度为60,这样方便与液压轴缸的连接，螺母与尾座芯轴连接采用过渡配分，并且在后端面增加2个M10X16的内六角锥端紧定螺钉和中间加一个A8X18的内螺丝圆锥销，其目的增加牢固性和同轴，因为液压油缸的内孔定位直径€65，由螺母设定.因此，外径设计为直径€100。与尾座体配合采用间缝配合。由于选取液压油缸的行程为360.所以，液压芯轴的长度应大与360，并且还要有一定的导向性，其长度尺寸设计为610，其中在液压芯轴上设计对称的2个键槽，其目的为了导向和防止转动长度为385（大于360.有一定的调节性）在其中有2个卸力孔，方便顶针，钻套等装卸，有2个孔，其目的的顶紧顶针。钻套等。在液压油缸的头部设计有密封环，主要是为了密封和防尘作用。内部也采用莫氏5号锥度，其粗糙度为0.8，要求与顶尖配合紧密，内部①60通孔，其减轻重量的作用，液压芯轴材料选用45,热处理HRC45，增加其强度。耐磨性和弹性。尾座体的设计采用普通尾座外姓及联系尺寸，底部与垫铁连接初与普通尾座相同。不同之处在尾座体尾部设计与液压芯轴配合采用间歇配合材料选用HT150。电器系统操作为了便于操作液压油缸的进给，在尾座芯轴上装有拉杆。导向块。支架上装有接近开关，其中第一个第三个的接近开关为限位开关，第两个接近开关为快进开关。当尾座手动操作时，首先将黑色两位旋钮板到手动位置，欲使尾座手动快速前进，按下前进绿色按钮，尾座快速前进，当接近工进接近开关尾座开始工进。松开按钮尾座后退停止；当尾座自动操作时，首先将黑色的两位旋钮拌到自动位置，按自动进行按钮之前，在手动操作下，使尾座退到原位，方可自动操作，按下自动进给按钮。尾座开始快速前进，接近工进接近开关，尾座开始工进，接近前进目标接近开关尾座开始快速后退，直到接近原位接近开关尾座停止，自动运行一个循环停止。第四章尾座精度设计尾座与机床几何精度的确定尾座在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.目前就卧式机床中对尾座所要求的几何精度摘录如下表4-1:表4-1车床的几何精度检验项目允差/mm检验工具尾座移动对溜板移动的Da<800800<Da<1250平行度：Dc<1500a、在垂直平面内；a和b0.03a士匕二P冥b、在水平平面内指示器Dc〉1500尾座套筒轴线对溜板移aa.在100测量长度上为0.015a动的平行度：只许向上偏a、在垂直平面内；指示器b、在水平平面内只许向前偏顶尖的跳动专用顶尖尾座套筒锥孔轴线对溜a a板移动的平行度：a、在垂直平面内；只许向上偏b、在水平平面内（测量指示器和检长度为Da/2或不超过验棒300mm；对于Da〉800mm的机床，则测量长度应增只许向前偏加至500mm)床头和尾座两顶尖的等0.04指示器和检咼度只许尾座等高验棒注：De表示最大工件长度；Da表示最大工件回转直径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。具体的几何误差对加工质量的影响如下表4-2所示：表4-2几何误差对加工质量的影响序号 机床几何误差对加工质量的影响用顶尖支承工件车削外圆时，刀尖移动轨迹与工作回转轴线间产生平行度误差，影响工件素线的直线速；1前后顶尖的等高度用装在尾座套筒锥孔中的孔加工刀具进行钻、扩、铰孔时，刀具轴线与工件回转轴线间产生同轴度误差，引起被加工孔径扩大尾座套筒锥孔轴线对溜板

移动的平行度尾座套筒轴线对溜板移动

的平行度尾座移动对溜板移动的平

行度同装在尾座套筒锥孔中的的孔加工刀具进行钻、扩、铰孔时，刀具轴线与工件回转轴线间产生同轴度误差引起被加工孔径扩大，并产生喇叭形同装在尾座套筒锥孔中的的孔加工刀具进行钻、扩、铰孔时，刀具轴线与工件回转轴线不重合，引起被加工孔径扩大和产生喇叭形；用两顶尖支承工件车削外圆时，影响工件表面的直线度尾座移至床身导轨不同纵向位置时，尾座套筒的锥孔轴线与主轴轴线会产生高度误差，影响钻、扩、铰以及两顶尖支承工件车削外圆时的加工精度尾座套筒锥孔轴线对溜板

移动的平行度尾座套筒轴线对溜板移动

的平行度尾座移动对溜板移动的平

行度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装要素之间的相互配合关系。座体表面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。此外表面粗糙度对接触刚度、密封性、产品外观及表面发射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，必须提出合理的表明粗糙度要求，而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明粗糙度参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参数值与形状公差值的协调关系，结合有关表面粗糙度参数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。由于套筒孔与套筒的配合性质要求较高，对其内孔表面粗糙度数值要求也是和高的，要求在加工的过程中基本上看不出加工的痕迹。因而其表面粗糙度值大致取Ra0.8；套筒孔两端面由于为一般遮板的结合面，属于半光加工，对两端面的表面粗糙度的要求数值为Ra6.3;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Ra3.2,在对其两面进行加工时，由于采用机床加工时装夹复杂，不易很好的定位导致加工误差，因而在实际中多采用刮刀刮削的方式来进行加工，尽管加工精度高但是劳动强度大，工作效率较低。毕业设计是对我们大学知识的总结和应用，通过这次毕业设计不仅巩固、深化了所学的基础理论和专业知识，注重对基本概念、原理的应用，还近一步培养和训练了分析问题、解决问题的能力。本论文主要是对CW6163B液压尾座进行设计，尾座在机床上主要是用来支承工件和安装刀具的。因此也是机床的重要组成部件。通过对CW6163B液压尾座的总体设计，初步确定了尾座体各主要部件、部位的尺寸、形状及位置精度，同时还对一些较薄弱部位进行了讨论和重点设计，确保尾座整体在强度、刚度，考虑到在实际的加工过程中各部位的加工经济性等问题，综合各方面的因素来确定各尺寸数字和各公差值，使尾座具有良好的使用性能和功用。由于以前的基础知识掌握得不牢固，在这次设计中确实是遇到了很多的问题，尽管对尾座有关主要部分进行了分析、设计，但仍存在不足之处，比如在对尾座各部位与机床其它部件的配合精度设计时，没有充分考虑实际工