尾架设计说明书

1、目录:一、 背景资料1.1.1选题目的和意义1.1.2当今机床的技术发展趋势 21.3设计的主要研究内容 2二、尾架部分设计 2.2.1 总体布局3.2.2 尾座体的设计 3.2.3尾座顶尖的设计4.2.4支撑件的设计 4.2.5套筒移动的进给机构.5.2.6导轨设计5.2.7 操纵机构设计 6.2.8尾座的结构工艺性7.2.9套筒夹紧机构的设计7.2.10装配结构的工艺性 .8.2.11尾架工作原理 8.三、尾座相关的设计计算与强度校核 93.1挠度的计算1.03.2转角的计算1.03.3钻削力的计算与功率103.4主要零件强度校核 11四、尾座精度的设计 1.24.1尾座与机床形位公差的确

2、定 124.2底面及立导向面形位公差的确定 12一、背景资料1.1选题目的和意义机械制造业是国民经济的基础产业，它的发展直接影响到国民经济各部门的 发展,也影响到国防力量的加强，因此,各国都把机械制造业的发展放在首要位 置。随着机械产品国际市场竞争的日益加剧，各大公司都把高新技术注入机械产 品的开发中，作为竞争取胜的重要段。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，

3、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。车床是主要用车刀对旋转的工件进行车削加工的机床。车床主要用于加工 轴、盘、套和其他具有回转表面的工件，是机械制造和修配工厂中使用最广的一 类机。主要分为：主轴箱（床头箱 ）、尾架、光杠、丝杠、溜板箱、床身、进 给箱（走刀箱）、刀架。尾架是车床上的重要的部件之一，它在机床上起到了关键作用。尾架体安装 在机床的右端导轨上，尾架上的套筒可以安装顶尖，以支承较长的工件的右端、 安装钻头、绞刀，进行空

4、加工，也可以安装丝锥攻螺纹工具、圆柱牙套螺纹工 具 加工内、外螺纹。尾架体可以沿尾座导轨作纵向调整移动， 然后压下尾座紧 固手轮将尾座夹紧在所需位置，摇动尾座手轮可以实现对工件的顶紧、松开或对 工件进行切削的纵向进给。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展趋势国外的加工中心，主轴转速均已达 12000r/min 20000r/ min，快速行程为 40

5、 m/ min 60 m/ min，换刀时间为1.5s 3s。上海明精机床有限公司推出 的电主轴数控机床H M 077/ 25T和HY 009,其主轴转速也分别达到了 10000 r/ min 和5000 r/ min 。 机床高效的另一个标志是复合加工，（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正日益受到全世界的重现。1.3设计的主要研究内容（1）根据整体结构要求，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

6、和发展方向；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，挠度、转角、钻削力、 钻削力的效率、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。二、尾架部分设计尾座是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。车床的尾座采用的结构设计合理，动、 静刚度好，精度高。套筒和尾座的移动均为机械传

7、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，尾座采用低应力高强度 灰铸铁HT20Q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)结构简单、优化、合理，这种结构的尾座，其加工，装配工艺性好，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

8、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，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。3. 经济效果好，如节省材料，减少机床占用面积等。4. 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

9、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并进。2.2尾座体的设计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。尾座其手轮位于操作工人的右手边。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 HT2O0铸造加工而成。在尾座体的设计

10、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。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

11、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。 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。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

12、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

13、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，可用有限兀法，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丝杠螺母结构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，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

14、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

15、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，导轨与济南大学毕业设计基础部件上的残余应力，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

16、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

17、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，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

18、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

19、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

20、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. 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套筒夹紧

21、机构的设计在设计套筒夹紧机构时，采用的机构，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。 2.10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

22、的工艺性。在产品的整个生产过程中，机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”2.11尾架工作原理该尾

23、架的结构装置有如下几部分：（1）顶针轴向移动装置一一由于轴有长短，除要求尾架在车床导轨上移动外，还要求尾架的顶针5在尾架体3内作轴向运动，这是靠转动手轮 15通过平 键25使螺杆9转动，螺母10推动套筒4,使顶针在尾架体内作轴向移动。尾架 体与套筒之间装有陷入平键 3,故套筒只能作轴向移动。而不能转动。螺母10是用两个骑缝的紧固螺钉11与套筒固定在一起。（2） 套筒锁紧装置一一套筒带动顶针到所需要的位置后，需要把套筒锁紧。 转动手柄杆6,通过手柄座18带动锁紧轴20转动，使上下锁紧套17,27沿锁紧 轴作轴向移动，套筒可夹紧或者放松。（3） 尾架锁紧装置一一当尾架移动到所需位置后，需要固定，拧

24、紧螺母21, 通过螺栓23,压板24,将尾架2和底座1 一起锁紧在车床导轨上。（4）横向调节装置一一当加工具有锥度的零件时候，需将尾架上的顶针和车床主轴的轴线间偏移一定距离。这是通过调节螺母29和尾架底座两旁在同一轴线上的两个螺钉37来作横向调节尾架体。（5）支紧装置一一为了使得尾架体和底座在滑槽处保持一边接触，用支紧 螺钉31顶住调节螺母29,由于调节螺母装在底座上，因此转动支紧螺母即可使 得滑槽处保持接触。（6）牵引装置一一为使得尾架体在车床导轨上移动时能降低劳动强度，可利用带动溜板箱的动力来牵引尾架移动。这是由转动板41和装在尾架底下的转动杆36及星型把手33组成，转动星型把手，使转动板

25、钩住溜板箱上的一个圆螺 钉头，当电动机拖动溜板箱时，即可同时牵引尾架在导轨上的移动。移动完毕， 再做相反动作，使转动版脱开圆螺母头即可。如图中 D方向视图。三、尾座相关的设计计算与强度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=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120mm尾座套筒直径90mm钢的弹性模量 E = 2.1 x 106kgf/cm 2断面惯性矩1=201 x 104mmA4顶尖伸出套筒长109mm据公式 Fc 二 Kc（fap）N查表可知单位切削力 KC= 2305N/mm2 f = 0.3mm/r a

26、p = 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，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 60mm 悬臂 65mm+109mm=169mm3.1挠度的计算Pl3_3EI(2370 1380) 16.9363 2.1 10201= 0.000137/t =0.00000081许用挠度/t =0.00010.0005 ,所以/t在合理范围之内3.2转角的计算Pl 2EI(23701380) 16.922 2.1 106 201-0.00127许用转角讨二.010.05rad ,所以二在合理的范围之内3.3钻削力的计算与功

27、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XMr YM8M 二 CmfKm *10轴向力F 二CF *d(X fYF *Kf切削功率PM =6.28 *M010 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 。切削条件变化后，切削力的修正系数灰铸铁：K料萨K料f=(HB/190) a0.6表1切削力的修正系数帖头劑閔扭矩M轴向力F未磨损磨吨后磨饨心K n pyf=iL 87MK tF=lO公式中的单位：do(mm);f(mm/r)

28、; n o(r/s)。已知切削条件为：钻头直径 do=2Omm进给量f=0.4 mm/r;钻头转速no=2 r/s工件材料：灰铸铁 HB=210 按式 M=225.63 X 201.9 X 0.40.8 X 10 -3 =32.137(N* M) 当HB=210时，由上表可得修正系数为 K料萨K料f=(210/190) 0.6 =1.062 实际切削扭矩及轴向力 F为M=32.137X 1.062=34.13(N*M)F=5655.86X 1.062=6006.52N 切削功率 Pm=2X 3.14 X 34.13 X 2X 10-3=0.43(KW)3.4主要零件强度校核键的强度校核：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S jY=2T/dkl S jyp键的剪切t =2T/db