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含CAD高清图纸和说明书 630 mm 数控车床 总体 设计 液压 CAD 图纸 说明书

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毕业设计(论文)630mm的数控车床总体设计及液压尾座设计所在学院专 业班 级姓 名学 号指导老师年 月 日摘 要数控机床即数字程序控制机床，是一种自动化机床，数控技术是数控机床研究的核心，是制造业实现自动化、网络化、柔性化、集成化的基础。随着制造技术的发展，现代数控机床借助现代设计技术、工序集约化和新的功能部件使机床的加工范围、动态性能、加工精度和可靠性有了极大的提高。本设计是对630MM数控车床主要进行尾座设计。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：数控车床，数控，液压尾座43AbstractNC machine tool is the digital process control machine tool, is an automated machine tools, CNC technology is the core of numerical control machine tool research, is the manufacturing industry that realizes the automation, network, flexible, integrated foundation. With the development of manufacturing technology, modern CNC machine tools with the aid of the modern design technology, process intensification and the new function part make machine processing range, dynamic performance, the processing precision and reliability are greatly improved.The design of 630MM lathe numerical control transformation. Hydraulic tailstock design are the main contents of the tailstock body, sleeve, top, tailstock hole of tailstock guideways, deflection angle, inner diameter of the cylinder and the pressure plate, the diameter of the bolt locking force calculation and verification. The choice of Morse No. 4 taper of tailstock center, is the use of Morse taper their structural properties to clamp the tailstock top, which solves the problem of the top in the job will appear when loosening or rotation phenomenon. In the sleeve design of slide key groove and the top spire hole, resolved the top when working with the sleeve to rotate so as to influence the machining precision of the workpiece; still sleeve design top unloading device for removing, top.Key words: CNC lathe, CNC, hydraulic tailstock目录摘 要IAbstractII目录III第1章 数控机床发展概述61.1数控机床及其特点61.2 数控机床的工艺范围及加工精度61.3 数控机床的经济分析61.4 数控技术的发展趋向71.5 国内外现状81. 6本章小结9第2章 总体方案的制定与比较92.1总体方案设计要求92.2 总体方案拟定102.3主要设计内容112.3.1伺服控制系统的选择112.3.2机械部分设计12第3章 确定切削用量及选择刀具133.1科学选择数控刀具133.1.1选择数控刀具的原则133.1.2选择数控车削用刀具143.2 设置刀点和换刀点143.3 确定切削用量153.3.1确定主轴转速153.3.2确定进给速度153.3.3 确定背吃刀量15第4章 传动系统图的设计计算164.1 参数的确定164. 2 传动设计194.3转速图的拟定21第5章 液压尾座部分设计245.1 液压尾座研究背景和意义245.2液压系统的发展现状255.3 尾座的整体设计27第6章 尾座结构计算设计286.1尾座体的设计286.2尾座主轴的设计296.3尾座顶尖的设计296.4螺塞缸的设计306.5尾座导轨的设计306.6尾座孔系设计316.7.1主轴孔的设计316.7.2孔和键的设计316.7.3配合326.7.4密封及偏心轴的设计336.7挠度、转角、锁紧力的计算及校核336.7.1挠度的计算346.7.2转角的计算346.7.3压板处螺栓的选择及校核34第7章 数控硬件电路设计357.1硬件电路设计367.1.1 数控系统的硬件结构367.1.2 数控系统硬件电路的功能367.2关于各线路元件之间线路连接377.3关于电路原理图的一些说明38总结与展望40参考文献42致 谢43第1章 数控机床发展概述1.1数控机床及其特点数控机床可以较好的解决形状复杂、精密多品种及中小批零件的加工问题，能够稳定加工质量和提高生产率，随着制造技术向自动化、柔性化方向的发展，当前机床的数控化率已经成为衡量一个国家制造工业水平的重要标志。机床的数控化设计一般是指对现有某台车床的某些部位做一定的装，配上经济型数控装置或标准型数控数控系统，从而使原机床具有数控加工能力。这种技术工作有其独特的特点。1.2 数控机床的工艺范围及加工精度数控车床用途广泛，不仅可以加工各种平面、沟槽、螺旋槽、成型表面和孔。而且还能加工各种平面曲线和空间曲线等复杂型面。适用于各种模具、凸轮、板类及箱体类零件的加工。随着计算机技术应用到机床上，机械产品的质量在很大程度上不再依赖于机床操作者的操作水平，能实现复杂零件的加工。1.3 数控机床的经济分析 近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段、六代的发展。（1）硬件数控阶段50年代至70年代初期，计算机的运算速度低，不能适应对机床进行实时控制的要求，人们不得不采用数字逻辑电路搭成机床专用的计算机，作为数控系统，被称为硬件数控系统。随着元器件的发展，这个阶段经历了三代：1) 1952年开始的第一代电子管元件。2）1959年开始的第二代晶体管元件。3) 1965年开始的第三代小规模集成电路。（2） 软件数控阶段 软件数控阶段也叫计算机数控(CNC)阶段，是数控系统的第二阶段(1970年现在)，这个阶段同样经历了三代：1)1970年开始的第一代小型计算机。2)1974年开始的第二代微处理器。3)1990年以后的第三代PC机。 从1970年开始，通用小型计算机业己出现，并成批生产，它比专用计算机成本低，可靠性高，数控系统进入CNC阶段。1971，产生了微处理器，1974年，微处理器被应用于数控系统，1990年，PC机的性能已发展到很高的阶段，可满足作为数控系统核心部件的要求，而且PC机生产批量大，价格便宜，可靠性高，数控系统从此进入基于PC的阶段。 数控系统经历了几十年来的发展，到了20世纪70年代后期，才从根本上解决了可靠性低、价格昂贵、应用不便等关键问题。因此，即使在工业发达国家，数控机床也是在70年代末80年代初才开始得到大规模应用和普及的。1.4 数控技术的发展趋向随着计算机技术及信息处理的发展,数控技术未来发展的趋势主要体现在以下几个方面：（1）开放式、低成本、高可靠性PC机所具有的人机界面将普及到所有的数控系统，远程通讯诊断和维修将更加普遍。（2）高速化、高精度数控系统高速处理并计算出伺服电机的移动量，并要求伺服电机能高速度地做出反应，为使在极短的时间内达到高速度和高速度下实现高定位精度，必须具备高加减速和高精度的位置检测系统和伺服品质。（3）智能化(1)应用自适应控制技术、数字伺服驱动装置 数控系统能检测加工过程中的一些重要信息并自动调整系统的有关参数，使机床处于最佳工作状态。2)引入专家系统指导加工、故障诊断将熟练工人和专家的经验、加工的一般规律与特殊规律存入系统中，以工艺参数数据库为支撑，建立具有人工智能的专家系统。（4）网络化通过网络连接，构成一个整体的系统解决方案，通过网络高速传输数据，进行整体化、一元化管理。（5）直线交流伺服系统 直线交流伺服系统是21世纪数控机床不可缺少的功能部件。目前我国还没有成熟产品，因此应加强研究，开发和推广应用。1.5 国内外现状当今世界，工业发达国家对机床工业高度重视，竞相发展机电一体化、高精、高效、高自动化先进机床，以加速工业和国民经济的发展。赶上计算机体系结构前进的步伐、加快数控系统的开发速度，已成为数控发展的最主要趋势。以第四代计算机的工程结构和微电子工艺技术为基础，充分利用现有微机的硬件、软件资源，发展总线式、模块式、开放型、嵌入式的柔性数控系统，使之既适合加工复杂零件、分机床用的数控系统的组成，又适合未来自动化升级时功能可扩展的要求。 我国数控系统发展具有以下3个特征:(1)高档数控系统技术已经突破。如华中I型等数控系统，都具有多轴联动功能，快速进给速度在1.67m/s以上，具有较强的通信、管理功能。(2)普及型数控系统技术已经成熟。如北京机床研究所的BS91系统，这些系统一般配有CRT显示器，可配置直流和交流司服驱动，24轴联动。(3)经济型数控系统仍有广阔的市场前景。由于这类系统结构简单，价格便宜，非常适合中小型企业，目前仍是我国应用面最广的数控系统。比较典型的有南京大方的JWK系列。我国是机床生产大国，又是使用大国。数控机床是机械工业发展的关键产品，我国的数控机床在机床产品中的比例总体水平低。但是我国是发展中国家，许多企业财力薄弱，不可能花费大量的资金添置许多全新的数控机床，但是大量的通用机床不可能全部淘汰。 因此，把机床设计为数控机床则不失为是一条提高数控化率的有效途径，机床设计花费少，设计针对性强，时间短，设计后的机床大多能克服原机床的缺点和存在的问题，生产效率高。1. 6本章小结本章节首先介绍了数控技术的背景发展历程，进而分析了数控技术的国内外现状及未来趋势，最后介绍了研究的主要内容和意义。第2章 总体方案的制定与比较2.1总体方案设计要求总体方案设计应考虑机床数控系统的类型，计算机的选择，以及传动方式和执行机构的选择等。数控车床是机电一体化的典型代表，其机械结构同的机床有相似之处。然而，现代的数控机床不是简单将传统机床配备上数控系统即可，也不是在传统机床的基础上，仅对局部加以进而成。传统机床存在着一些弱点，如刚性不足，抗震性差，热变形大，滑动面的摩擦阻力大及传动元件之间存在间隙等，难以胜任数控机床对加工精度，表面质量，生产率以及使用寿命等要求。现代机床的部件结构，整体布局，外部造型都已经形成了数控机床独特的机械部件。因此，我们在对数控机床进行数控设计的过程中，应在考虑各种情况下，使机床的各项性能指标尽可能的 与数控机床相接近。将一台630MM车床设计数控车床要求结构简单、经济实用、易于推广普及。因此采用步进电机为饲服元件，用来驱动纵横向工作台的进给运动。机床上纵横向丝杠螺母元件，步进电机和减速齿轮驱动的滚珠丝杠螺母副。并选择合适的数控系统，使其扩大加工范围，适用于现阶段我国的中小型机械加工企业。机械部分数控化设计需涉及电机的选择、工作台进给结构、传动比分配与计算等方面的内容。1伺服驱动元件 进给电机选用混合式步进电机，其不仅步距角小运行频率高且功耗低低频噪音小等优点。广泛用于开环控制系统，不需要反馈装置，结构简单可靠，寿命长。横纵向进给电机均选用同一型号以便于设计和日后维修。脉冲当量t=0.01mm/脉冲，选用步距角=0.6 。对原机床的主传动系统均维持不变，以节约资金及缩短装时间。2机床导轨的选择由于原机床采用滑动导轨，在低速时容易发生“爬行”现象，直接影响运动部件的定位精度。较经济的处理方法是采用贴塑滑动导轨。3进给传动系统数控机床要求进给部分移动元件灵敏度高、精度高、反应快、低速时无爬行。因此本设计中采用滚珠丝杠可以满足要求。滚珠丝杠螺母副由丝杠、螺母、滚珠、反向器组成。其工作原理为：当丝杠和螺母相对运动时，在螺母上设有滚珠循环返回装置，使得滚珠沿滚道面运动后能通过这个装置自动的返回其入口处，继续参加工作。滚珠丝杠螺母副安装时需要预紧，通过预紧可消除滚珠丝杠螺母副的轴向间隙，提高传动刚度。本设计中的预紧方法是采用双螺母垫片预紧式结构。即通过变两个螺母的轴向相对位置，使每个螺母中滚珠分别接触丝杠滚道的左右两侧来实现预紧。其特点是预紧结构简单，轴向刚度好，预紧可靠，轴向尺寸适中，工艺性好如图2-1。为消除传动系统中的反向间隙，提高重复定位精度，传动元件连接采用无键锥环连接。图2-1 滚珠丝杆的结构2.2 总体方案拟定数控车床的结构设计要求：主传动系统中保留主轴箱内滑移齿轮变速机构，取消原操作手柄，实现主轴的正反转及停止，由数控系统直接控制主电机，当数控系统发出M03指令后，主电机正转，通过传动系统实现主轴正转。纵、横进给系统均采用交流伺服电动机。用滚珠丝杠螺母机构代替的滑动丝杠螺母机构,具有摩擦力小,运动灵敏, 无爬行现象, 也可以进行预紧, 以实现无间隙传动,传动刚度好,反向时无空程死区等特点。可提高传动精度。导轨需沿用原机床的导轨，但因起精度较低，不适合数控机床。因而在原导轨上粘接四氟乙烯软带，使其有良好的耐摩性和较小的摩擦阻力，能预防爬行并具有自润滑性。将原刀架和小托板拆除，将车床刀架换为四工位电动刀架，将刀架调整好高度安装在中拖板上，由数控系统直接控制，减少辅助时间，提高效率。为保证加工螺纹时纵向进给运动与主轴的回转运动有严格的运动关系，需要在主轴尾部安装主轴脉冲发生器。主轴脉冲发生器与主轴同步旋转，同时发出与主轴转角相对应的脉冲信号，使数控系统控制刀架的纵向移动量。2.3主要设计内容2.3.1伺服控制系统的选择因要求设计后的车床为经济型数控车床。所以在保证具有一定加工精度的前提下，从设计成本考虑。应简化结构，降低成本。可采以步进电动机为驱动装置的开环系统，但是考虑到加工精度的要求，应采用以伺服电动机为驱动的半闭环伺服系统。半闭环系统的环路短，刚性好，较容易获得较高的精度和速度，目前大多数数控机床都采用半闭环系统，而随着机电一体化技术的发展，伺服电动机生产厂家在生产中就把电机和检测元件直接安装在一起，形成成套的产品，极大的方便了用户，省去了安装调整误差。（半闭环控制系统如下图1所示）检测器执行件伺服放大器伺服电机减速箱脉冲指令比较线路 图1 半闭环控制系统原理图 2.3.2机械部分设计1.床头箱部分保留主轴箱内的滑移齿轮，取消操作手柄。将原床身的挂轮、进给箱及内部传动齿轮系统去除，其余部分保持不变。在该处安装纵向伺服电动机与齿轮减速箱总成。丝杠、光杠和操作杆（“三杆”）拆去，齿轮箱连接滚珠丝杠。滚珠丝杠的另一端支承座安装在车床尾座原来装轴承座的部分。 并在主轴箱后端安装光电编码器。编码器的安装方式有两种，一种是安装，另一种是异轴安装。因为原机床主动挂轮与主轴传动比为1:1，所以可将编码器安装于原机床主动挂轮处。这种安装方式较简单，易安装。2.进给系统（横向）的设计将车床溜板箱拆除，在原处安装滚珠丝杠螺母座，丝杠螺母固定在其上。将横溜板中的丝杠、螺母拆除，在该处安装横向进给滚珠丝杠螺母副， 伺服电机与丝杠间采用一级减速器联接, 以缩小传动链, 提高系统刚度, 并减少传动链误差。横向伺服电动机与齿轮减速器总成安装在横溜板后部并与滚珠丝杠通过膜片联轴器相连。膜片联轴器的特点是易平衡，不需润滑。结构简单，有一定的补偿性能和缓冲性能。因其尺寸较大，故可将其放在减速箱内。横向滚珠丝杠选择南京工艺装备公司生产的FFZL型内循环垫片预紧螺母式滚珠丝杠螺母副。型号为FFZL2505-3【1】,其公称直径d0 =25mm、基本导程L0=5mm 。滚珠丝杠的支撑方式选用两端固定式，其传动精度高，并有较好的刚度。适合于距离不长的场合。滚珠丝杠需要预紧，其大小约为轴向力的三分之一。减速箱齿轮传动初定传动比为2，可取Z1=24 则Z2=48,齿宽B=17.在设计齿轮传动时，为了提高传动精度，必须消除齿轮副的间隙。数控机床进给系统由于经常处于变向状态,反向时如果驱动链中的齿轮等传动副存在间隔,就会使进给运动的反向滞后于指令信号,从而影响其传动精度,因此24/48这一对齿轮还必须采取措施消除齿轮传动中的间隙,以提高数控机床进给系统的传动精度。齿轮间隙的调整采用圆柱薄片齿轮可调拉簧错齿法来实现,其结构如图2所示。图2 齿轮间隙的调整结构图图中,在2 个薄片齿轮1 和2 上装有螺纹的凸耳4 和8 ,弹簧的一段钩在凸耳4上,另一端钩在螺钉5 上。弹簧3 所受的张力大小可用螺母6 来调节螺钉5 的伸出长度,调整好后再用螺母7 锁紧。在选择伺服电机时应考虑以下几点：a、惯量匹配，即0.25Jd/Jm1， 其中Jd为折算到到电动机的负载惯量，Jm为电动机转动惯量。b、转矩伺服电机的额定转矩必须满足实际需要，但是不需要留有过多的余量，因为一般情况下，其最大转矩为额定转矩的3 倍。c、短时间特性(加减速转矩)，工作负载转矩大于电动机加减速转矩。根据以上原则，取电动机型号为1FT5066-0A01【2】3.导轨设计因原机床的导轨精度不能满足数控机床的要求。但设计的原则是尽量保持原机床的部件。故只能将导轨加以利用。导轨表面贴塑的方法可使得导轨精度提高。因此可在导轨上加四氟乙烯软带。其特点是，摩擦系数低，运动平稳，可吸收震动，维修方便，损坏后更换容易。在本次设计中采用美国霞板公司研制的德尔赛塑料导轨软带。 第3章 确定切削用量及选择刀具3.1科学选择数控刀具3.1.1选择数控刀具的原则刀具寿命与切削用量有密切关系。在制定切削用量时，应首先选择合理的刀具寿命，而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而定。一般分最高生产率刀具寿命和最低成本刀具寿命两种，前者根据单件工时最少的目标确定，后者根据工序成本最低的目标确定. 选择刀具寿命时可考虑如下几点根据刀具复杂程度、制造和磨刀成本来选择。复杂和精度高的刀具寿命应选得比单刃刀具高些。对于机夹可转位刀具，由于换刀时 间短，为了充分发挥其切削性能，提高生产效率，刀具寿命可选得低些，一般取15-30min。对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自动化 加工刀具，刀具寿命应选得高些，尤应保证刀具可靠性。车间内某一工序的生产率限制了整个车间的生产率的提高时，该工序的刀具寿命要选得低些当某工序单位时 间内所分担到的全厂开支M较大时，刀具寿命也应选得低些。大件精加工时，为保证至少完成一次走刀，避免切削时中途换刀，刀具寿命应按零件精度和表面粗糙度 来确定。与普通机床加工方法相比，数控加工对刀具提出了更高的要求，不仅需要冈牲好、精度高，而且要求尺寸稳定，耐用度高，断和排性能坛同时要求安装调整 方便，这样来满足数控机床高效率的要求。数控机床上所选用的刀具常采用适应高速切削的刀具材料(如高速钢、超细粒度硬质合金)并使用可转位刀片。3.1.2选择数控车削用刀具目前，数控机床上大多使用系列化、标准化刀具，对可转 位机夹外圆车刀、端面车刀等的刀柄和刀头都有国家标准及系列化型号对于加工中心及有自动换刀装置的机床，刀具的刀柄都已有系列化和标准化的规定，如锥柄刀 具系统的标准代号为TSG-JT，直柄刀具系统的标准代号为DSG-JZ,此外，对所选择的刀具，在使用前都需对刀具尺寸进行严格的测量以获得精确数据， 并由操作者将这些数据输入数据系统，经程序调用而完成加工过程，从而加工出合格的工件。3.2 设置刀点和换刀点刀具究竟从什么位置开始移动到指定的位置呢?所以在程序执行的一开始，必须确定刀具在工件坐标系下开始运动的位置，这一位置即为程序执行时刀具相对于工 件运动的起点，所以称程序起始点或起刀点。此起始点一般通过对刀来确定，所以，该点又称对刀点。在编制程序时，要正确选择对刀点的位置。对刀点设置原则 是:便于数值处理和简化程序编制。易于找正并在加工过程中便于检查;引起的加工误差小。对刀点可以设置在加工零件上，也可以设置在夹具上或机床上，为了提 高零件的加工精度，对刀点应尽量设置在零件的设计基准或工艺基谁上。实际操作机床时，可通过手工对刀操作把刀具的刀位点放到对刀点上，即“刀位点”与“对 刀点”的重合。所谓“刀位点”是指刀具的定位基准点，车刀的刀位点为刀尖或刀尖圆弧中心。平底立铣刀是刀具轴线与刀具底面的交点;球头铣刀是球头的球心， 钻头是钻尖等。用手动对刀操作，对刀精度较低，且效率低。而有些工厂采用光学对刀镜、对刀仪、自动对刀装置等，以减少对刀时间，提高对刀精度。加工过程中 需要换刀时，应规定换刀点。所谓“换刀点”是指刀架转动换刀时的位置，换刀点应设在工件或夹具的外部，以换刀时不碰工件及其它部件为准。3.3 确定切削用量数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写人程序中。切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。对于不同的加工方法，需要 选用不同的切削用量。切削用量的选择原则是:保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度，并充分发挥机床的性能，最大限 度提高生产率，降低成本。3.3.1确定主轴转速主轴转速应根据允许的切 削速度和工件(或刀具)直径来选择。其计算公式为:n=1000v/71D式中:v切削速度，单位为m/m动，由刀具的耐用度决定;n一一主轴转速，单 位为r/min,D工件直径或刀具直径，单位为mm。计算的主轴转速n，最后要选取机床有的或较接近的转速。3.3.2确定进给速度进给速度是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。最大进给速度受机床刚度和进给系统的 性能限制。确定进给速度的原则:当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。一般在100一200mm/min范围内选取; 在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在20一50mm/min范围内选取;当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给速度应选 小些，一般在20-50mm/min范围内选取;刀具空行程时，特别是远距离“回零”时，可以设定该机床数控系统设定的最高进给速度。3.3.3 确定背吃刀量背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。为了保 证加工表面质量，可留少量精加工余量，一般0.2一0.5mm,总之，切削用量的具体数值应根据机床性能、相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。同时，使主轴转速、切削深度及进给速度三者能相互适应，以形成最佳切削用量。切削用量不仅是在机床调整前必须确定的重要参数，而且其数值合理与否对加工质量、加工效率、生产成本等有着非常重要的影响。所谓“合理的”切削用量是指 充分利用刀具切削性能和机床动力性能(功率、扭矩)，在保证质量的前提下，获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。第4章 传动系统图的设计计算630机床主要技术参数如表3-1：最大回转直径630mm电机功率10KWLmax2000mm快进速度纵向2.4m/min横向1.2m/min切削速度纵向0.5m/min横向0.25m/min定位精度0.015mm移动部件重量纵向1200N横向800N加速时间30ms机床效率0.7表3-1 630机床主要技术参数4.1 参数的确定了解车床的基本情况和特点-车床的规格系列和类型1. 通用机床的规格和类型有系列型谱作为设计时应该遵照的基础。因此，对这些基本知识和资料作些简要介绍。本次设计中的车床是普通型车床，其品种，用途，性能和结构都是普通型车床所共有的，在此就不作出详细的解释和说明了。 2.车床的主参数（规格尺寸）和基本参数（GB1582-79，JB/Z143-79）最大的工件回转直径D是630mm；刀架上最大工件回转直径D1大于或等于315mm；主轴通孔直径d要大于或等于80mm；主轴头号（JB2521-79）是4.5；最大工件长度L是1800mm；主轴转速范围是：301450r/min可无级调速. 参数确定的步骤和方法a) 极限切削速度umaxumin根据典型的和可能的工艺选取极限切削速度要考虑：工序种类 工艺要求 刀具和工件材料等因素。允许的切速极限参考值如机床主轴变速箱设计指导书。然而，根据本次设计的需要选取的值如下：取umax=300m/min； umin=8m/min。b) 主轴的极限转速计算车床主轴的极限转速时的加工直径，按经验分别取（0.10.2）D和（0.450.5）D。由于D=630mm，则主轴极限转速应为：加工条件硬质合金刀具粗加工铸铁件3050硬质合金刀具半精或精加工碳钢工件150300螺纹（丝杠等）加工铰孔38 nmax=r/min （2.1） =7581517r/min ，取=1000r/m； nmin=r/min （2.2）在中考虑车螺纹和绞孔时，其加工最大直径应根据实际加工情况选取0.1D和50左右。 所以 nmin=32r/min由于转速范围 R= = =31.25 ；因为级数Z已知： Z=16级 。现以=1.26和=1.41代入R=得R=32和173 ，因此取=1.26更为合适。 各级转速数列可直接从标准数列表中查出。标准数列表给出了以=1.06的从110000的数值，因=1.26=，从表中找到nmax=1000r/min，就可以每隔4个数值取一个数，得： 1000，800，630，500，400，315，250，200，160，125，100，80，63，50，40，30。c) 主轴转速级数z和公比 已知 =Rn Rn=且： z=因机床的电动机转速往往比主轴的大多数转速高，变速系统以降速传动居多，因此，传动系统中若按传动顺序在前面的各轴转速较高，根据转矩公式（单位N.m） T=，当传递功率一定时，转速较高的轴所传递的扭矩就较小，在其他条件相同时，传动件（如轴、齿轮）的尺寸就较小，因此，常把传动副数较多的变速组安排在前面的高速轴上，这样可以节省材料，减少传动系统的转动惯量。因此选择结构式如下： 16=。d) 主电机功率动力参数的确定 合理地确定电机功率N，使用的功率实际情况既能充分的发挥其使用性能，满足生产需要，又不致使电机经常轻载而降低功率因素。 目前，确定机床电机功率的常用方法很多，而本次设计中采用的是：估算法，它是一种按典型加工条件（工艺种类、加工材料、刀具、切削用量）进行估算。根据此方法，中型车床典型重切削条件下的用量： 根据设计书表中推荐的数值： 取 P=7.5kw4. 2 传动设计1) 传动结构式、结构网的选择结构式、结构网对于分析和选择简单的串联式的传动不失为有用的方法，但对于分析复杂的传动并想由此导出实际的方案，就并非十分有效，可考虑到本次设计的需要可以参考一下这个方案。确定传动组及各传动组中传动副的数目级数为Z的传动系统有若干个顺序的传动组组成，各传动组分别有Z1、Z2、Z3个传动副。即 Z=Z1Z2Z3传动副数由于结构的限制以2和3的因子积为合适，即变速级数Z应为2和3的因子:Z=可以有几种方案，由于篇幅的原因就不一一列出了，在此只把已经选定了的和本次设计所须的正确的方案列出，具体的内容如下：传动齿轮数目 2x（2+2+1）+2x(2+1)+1=17个轴向尺寸 19b传动轴数目 8根操纵机构 简单，两个双联滑移齿轮根据以上分析及计算，拟定主轴箱、变速箱传动结构图如下：图二中，第轴至第轴，其结构式为： 4=图一中，第轴至第轴，机床主轴箱传动系统采用分离传动，其主要特点是：（1） 在满足传动副极限传动比的条件下，可以得到较大的变速范围。（2） 高速由短支传动，有助于减少高速时机床的空运转功率损失。而且高速分支的尺寸可相对小些。（3） 变速级数不像常规变速系统那样受2，3因子的限制，如与部分转速重合的方法配合，几乎可以得到任意的变速级数，大大增加了可供选择方案的数目。2) 主传动顺序的安排16级转速传动系统的传动组，可以安排成：2x2x2x2，选择传动组安排方式时，要考虑到机床主轴变速箱的具体结构、装置和性能。在轴上如果安装摩擦离合器时，应减小轴向尺寸，第一传动组的传动副不能多，以2为宜，本次设计中就是采用的2，一对是传向正传运动的，另一个是传向反向运动的。 主轴对加工精度、表面粗糙度的影响大，因此主轴上齿轮少些为好，最后一个传动组的传动副选用2，或者用一个定比传动副。(5) 传动系统的扩大顺序的安排对于16级的传动只有一种方案，准确的说应该不只有这一个方案，可为了使结构和其他方面不复杂，同时为了满足设计的需要，选择的设计方案是： 16=22x 21+ 22x 21+ 22x 21x28传动方案的扩大顺序与传动顺序可以一致也可以不一致，在此设计中，扩大顺序和传动顺序就是一致的。这种扩大顺序和传动顺序一致，称为顺序扩大传动。(6) 传动组的变速范围的极限植在主传动系统的降速传动中，主动齿轮的最少齿数受到限制，为了避免被动齿轮的直径过大，齿轮传动副最小传动比umin，最大传动比umax2，决定了一个传动组的最大变速范围rmax=umax/nmin8因此，要按照参考书中所给出的表，淘汰传动组变速范围超过极限值的所有传动方案。极限传动比及指数x，值为：极限传动比指数1.26x：umin=6值；umax=23（x+）值：umin=89(7) 最后扩大传动组的选择正常连续的顺序扩大的传动（串联式）的传动结构式为： Z=Z11Z2Z1Z3Z1Z2即是： Z=16=222122284.3转速图的拟定 运动参数确定以后，主轴各级转速就已知，切削耗能确定了电机功率。在此基础上，选择电机型号，确定各中间传动轴的转速，这样就拟定主运动的转图，使主运动逐步具体化。1) 主电机的选定 中型机床上，一般都采用三相交流异步电机为动力源，可以在系列中选用。在选择电机型号时，应按以下步骤进行：1) 电机功率N：根据机床切削能力的要求确定电机功率。但电机产品的功率已经标准化，因此，按要求应选取相近的标准值。 N=13kw2.电机转速nd 异步电机的转速有：3000、1500、1000、750r/min 类比同类机床CM6163，在此处选择的是： nd=1450r/min 这个选择是根据电机的转速与主轴最高转速nmax和轴的转速相近或相宜，以免采用过大的升速或过小的降速传动。3.双速和多速电机的应用 根据本次设计机床的需要，所选用的是：双速电机4.电机的安装和外形 根据电机不同的安装和使用的需要，有四种不同的外形结构，用的最多的有底座式和发兰式两种。本次设计的机床所需选用的是外行安装尺寸之一。具体的安装图可由手册查到。5.常用电机的资料 根据常用电机所提供的资料，选用： Y132M-42) 轴的转速 轴从电机得到运动，经传动系统化成主轴各级转速。电机转速和主轴最高转速应相接近。显然，从传动件在高速运转下恒功率工作时所受扭矩最小来考虑，轴转速不宜将电机转速下降得太低。 但如果轴上装有摩擦离合器一类部件时，高速下摩擦损耗、发热都将成为突出矛盾，因此，轴转速不宜太高。 轴装有离合器的一些机床的电机、主轴、轴转速数据：参考这些数据，可见，车床轴转速一般取7001000r/min。另外，也要注意到电机与轴间的传动方式，如用带传动时，降速比不宜太大，否则轴上带轮太大，和主轴尾端可能干涉。因此，本次设计选用： n1=1000r/min3) 中间传动轴的转速 对于中间传动轴的转速的考虑原则是：妥善解决结构尺寸大小与噪音、震动等性能要求之间的矛盾。 中间传动轴的转速较高时（如采用先升后降的传动），中间转动轴和齿轮承受扭矩小，可以使用轴径和齿轮模数小写：d 、 m，从而可以使用结构紧凑。但是，这将引起空载功率N空和噪音Lp（一般机床容许噪音应小于85dB）加大： N空=) KW （2.3）式中：C-系数，两支承滚动或滑动轴承C=8.5，三支承滚动轴承C=10；da-所有中间轴轴颈的平均直径（mm）；d主主轴前后轴颈的平均直径（mm）；n主轴转速（r/min）。 （2.4）（mz）a所有中间传动齿轮的分度圆直径的平均值mm；（mz）主主轴上齿轮的分度圆的平均值mm；q-传到主轴所经过的齿轮对数；-主轴齿轮螺旋角；C1、K-系数，根据机床类型及制造水平选取。我国中型车床、铣床C1=3.5。车床K=54，铣床K=50.5。从上诉经验公式可知：主轴转速n主和中间传动轴的转速和n对机床噪音和发热的关系。确定中间传动轴的转速时，应结合实际情况作相应修正：1.功率较大的重切削机床，一般主轴转速较低，中间轴的转速适当取高一些，对减小结构尺寸的效果较明显。2.高速轻载或精密车床，中间轴转速宜取低一些。3.控制齿轮圆周速度u8m/s（可用7级精度齿轮）。在此条件下，可适当选用较高的中间轴转速。4) 齿轮传动比的限制 机床主传动系统中，齿轮副的极限传动比：1. 升速传动中，最大传动比umax2。过大，容易引起震动和噪音。2. 降速传动中，最小传动比umin1/4。过小，则使主动齿轮与被动齿轮的直径相差太大，将导致结构庞大。 第5章 液压尾座部分设计5.1 液压尾座研究背景和意义 从20世纪中叶数控技术出现以来，数控机床给机械制造业带来革命性的变化，近年来，由于液压技术广泛应用了高技术成果，如自动控制技术、计算机技术、微电子技术、磨练磨损技术、可靠性技术及新工艺和新材料，使传统技术有了新的发展，也使液压系统和元件的质量、水平有一定的提高。液压传动技术在数控自动化机床上的应用也越来越广泛，而且也为机床工业的自动化程度的提高上起到了重要的力量。尽管如此，走向二十一世纪的液压技术不可能有惊人的技术突破，应当主要靠现有技术的改进和扩展，不断扩大其应用领域以满足未来的要求。液压传动是以流体作为工作介质对能量进行传动和控制的一种传动形式。利用有压的液体经由一些机件控制之后来传递运动和动力。相对于电力拖动和机械传动而言，液压传动具有输出力大，重量轻，惯性小，调速方便以及易于控制等优点，因而广泛应用于工程机械，建筑机械和机床等设备上。 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。液压气动技术具有独特的优点，如:液压技术具有功率重量比大，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；气动传动具有节能、无污染、低成本、安全可靠、结构简单等优点，并易与微电子、电气技术相结合，形成自动控制系统。因此，液压气动技术广泛用于国民经济各部门。但是近年来，液压气动技术面临与机械传动和电气传动的竞争，如：数控机床、中小型塑机已采用电控伺服系统取代或部分取代液压传动。其主要原因是液压技术存在渗漏、维护性差等缺点。为此，必须努力发挥液压气动技术的优点，克服缺点，注意和电子技术相结合，不断扩大应用领域，同时降低能耗，提高效率，适应环保需求，提高可靠性，这些都是液压气动技术继续努力的永恒目标，也是液压气动产品参与市场竞争是否取胜的关键。今天，为了和最新技术的发展保持同步，液压技术必须不断发展，不断提高和改进元件和系统的性能，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，我国的液压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，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车床630MM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。5.2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，世界各国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5.1 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、多样化水基介质传动与控制技术机电一体化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。 4、主动维护 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、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。5.3 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，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，稍加设计而成的。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6章 尾座结构计算设计尾座是车床的重要附件，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。630MM数控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。6.1尾座体的设计数控车床630MM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，稍加设计而成的。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。在数控车床630MM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。6.2尾座主轴的设计数控车床630MM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。6.3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。由于数控车床630MM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。6.4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，使活塞不动主轴来回运动，起支撑主轴的作用。6.5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630MM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，矩形导轨存在侧向间隙，必须用镶条进行调整。燕尾形导轨刚度较差，加工、检验、和维修都不大方面。综以上一些因素我选择三角形导轨。6.6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85mm。6.7.1主轴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。6.7.2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,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=70 mm。(2)使滑键在滑动中顺利。因此，滑键槽的长度取L=155。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0.006。6.7.3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0.006mm、圆柱度为0.003mm。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IT5IT7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Ra3.2。6.7.4密封及偏心轴的设计1、尾座主轴与活塞的密封尾座主轴与活塞的密封采用的是橡胶密封圈，螺塞缸与活塞也是采用的橡胶密封圈，此密封圈的特点是耐油、耐热、耐磨、耐老化，质优价廉。2偏心轴的设计在尾座的后半部分，有个手柄是短暂的控制尾座在导轨上的运动，即使尾座停在导轨上，此原理离不开偏心轴，首先偏心轴固定在尾座体上，手柄固定在安装偏心轴的套筒上，当摇动手柄时，手柄带动偏心轴，偏心轴通过拉杆29使压板2压紧压板3，压板3紧紧压在导轨上使尾座停止。手柄旋转的角度很小，使偏心轴旋转的角度也很小，在偏心轴的最高处达到极限。如果使用普通的圆轴不能拉动拉杆，起不到固定尾座的作用。6.7挠度、转角、锁紧力的计算及校核 根据工件最大长度和最大旋转外径假设工件最大重量 Q=2760 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=1380 尾座主轴伸出尾座体最大长度 120尾座套筒直径 85钢的弹性模量 E 断面惯性矩 I=256104mm4顶尖伸出套筒长 70根据公式 (5-1)查表可知单位切削力 =3.6mm故切削力 =2489N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60，悬臂60+109=169。6.7.1挠度的计算 (5-2) =0.0000405 =0.000002许用挠度, 在范围之内。6.7.2转角的计算 (5-3) =0.0018 许用转角，在范围内。6.7.3压板处螺栓的选择及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。由于螺栓需支撑的强度比较大并且其长度大于160，而M16的螺栓的长度最高为160，因此我们选M20的螺栓，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=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，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)，F=0.62489=1493。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。,取摩擦系数为。由可知作用在下箱体上的压力从而可得转动凸轮轴端的方形部分所需要的力至少为16.7，那么作用在每个螺栓上的力为因为压板与导轨之间的连接形式为松连接，由公式 (3-4)于是可得=13.6mm现螺栓直径为20mm，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，图上有三个螺栓分别取170mm，180mm，190mm。第7章 数控硬件电路设计对机床控制进行调整。任何一个数控系统都由硬件和软件两部分组成，在处理信息方面，软件和硬件对要完成的任务是等价的，硬件处理速度快，线路复杂，软件设计灵活，适应性强，但速度较慢。随着高性能微处理器的诞生，现代数控已越来越倾向于软件控制。数控系统最核心的控制是位置控制，最重要的运算是插补运算，最主要的数据处理是刀具补偿。位置控制的实质就是位置负反馈，即指令位置和实际位置进行比较，用位置偏差进行控制；插补运算就是根据加工程序所确定的坐标点，通过一定的运算法则实时获得位置指令；刀具补偿就是要解决编程轨迹和刀具中心不相符的矛盾。7.1硬件电路设计7.1.1 数控系统的硬件结构 数控系统根据其使用单片机结构的划分，一般可分为单微处理器和多微处理器结构两大类。单微处理器数控系统由于结构简单，价格便宜，在一些标准型数控系统中应用广泛。多微处理器数控系统可以满足当今数控机床高速度、高精度和许多复杂功能的要求，代表当今数控发展的水平。根据设计任务要求，本设计将采用较经济的单微处理器数控结构，对于一般切削加工而言，其速度和精度已能满足实际要求。 数控机床单微处理器硬件结构电路概括起来有以下几个部分组成：（1）中央处理单元CPU；（2）总线，包括数据总线、地址总线和控制总线；（3）存储器，包括只读可编程存储器和随机读写存储器；（4）输入输出接口电路；（5）外围设备，如键盘、显示器及光电编码器等。7.1.2 数控系统硬件电路的功能 根据设计要求，确定数控系统应具有以下功能：读取键盘输入数据；读取操作面板开关及按钮信号；读取螺纹/光电编码器信号 ；读取电动刀架刀位信号；接受车床行程开关信号；控制LED显示；控制电动刀架自动选刀；控制纵向、横向电动机驱动；控制主轴正转、反转与停止；(10) 控制交流变频器；(11) 控制冷却泵启停；(12) 可与PC进行串行通信。本次设计在采用8031作为主控芯片,采用两片2764程序存储器之外还扩展了一片6264数据存储器,用一片74LS373锁存P0口传递低8位地址,地址译码采用74LS138C38译码器;采用全地址码,采用二个8155芯片,完成对执行元件的控制。此外,还设有越界报警急停处理电路.7.2关于各线路元件之间线路连接8031芯片的P 和P用来传送外部存储器的地址和数据, P口送的是8位地址, P口传送低八位地址和数据,故采用74LS373地址锁存器,锁存低八位地址,ALE作为首选通信号,当ALE为高电位,锁存器的输入输出速度,即输入的低八位地址在输出端出现,此时不需锁存,当ALE从高电平变为低电平,出现下降沿时,低八位地址在输出端出现,此时不需锁存,当ACE这样POD共组成16位地址,2764和6264芯片都是8KB,需要13根地址线, AA低8位安74L373芯片的输出,AA按8031芯片的PP系统采用全地址译码,两片2764新片选信号CE分别按74LS138译码器的和,系统复位以后程序从0000H开始执行,6264芯片的片选信号CE地址按74LS138的,单片机的扩展系统允许程序存储器和数据存储器独立编址,8031芯片控制信号PSEN按2764的OE引脚,读写控制信号WR和RD分别按6264芯片内部沿有ROM,始终要选片外程序存储器,故按EA地址由于8031只有P口和P口的部分能提供用户作I/O接口使用,不能满足输入输出口的需要,因此比喻扩展输入输出扩展电路.系统扩展3片8155可编程I/O接口芯片,8155(1)的片选信号按74LS138的端74LS138译码器有3个输入A B C 分别按8031的 P P P8个输出,低电平有效. 对应输出A B C DE 000至111 8种现合.其中对应A B C 为111.74LS138有3个使能端,其中2个为低电平使能端,另一个为高电平使能端.只有当使能端均处于有效电平是,输出才能产生,否则输出才能处在高电平无效.I/O接口芯片与外设的联接是这样安排的.8155芯片PA作为显示器段选信号, 输出PAP为显示器的位选信号,输出PC0PC4 5根线是键盘输入.8155芯片的20个引脚按8031芯片的P2.0,因此使用8155的I/O口时P2.0为高电平.8155(2),按X Z 向直流电机硬件环形分配器为输出,系统各芯片采用全地址译码,各存储器及I/O接口芯片.X向Z向直流电机硬件环形分配器采用YB0153-2相5相10拍方式工作,故 均按+5V,时钟输入端CP按8155芯片的TIME007用以决定脉冲分配器是如脉冲的频率,为实现插补时不同的进给的速度,可给8155芯片定时/计数器中设置不同的常数.7.3关于电路原理图的一些说明在此电路图中,还有其他功能电路,如报警电路,急停电路,复位电路,隔离电路,功效电路等,此外还有对自动回转刀架,螺纹加工进行控制.1、 复位电路 通常8031的复位有自动复位,和人工按钮复位两种,下面将分别显示电路结构 （A）(A)上电复位电路 （B）开关复位电路2、时钟电路 时钟电路如图所示,XTAL和XTAL2为内振荡电路输入线,这两个端口用来外接石英晶体和微调电器,用来联接8031片内OSC的定时反馈回路.3、 光电隔离电路 在直流电机驱动电路,脉冲分配器输出的