多功能数控车床尾座的机构设计-机械毕业设计说明书论文CAD图
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多功能数控车床尾座的机构设计-机械毕业设计说明书论文CAD图,多功能,数控车床,机构,设计,机械,毕业设计,说明书,论文,CAD
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摘要这次设计主要是对多功能数控车床相对应搭配的液压尾座系统进行研究分析，设计一款比较符合这款机床使用的尾座。数控机床与普通机床相比，数控机床有如下特点：加工精度高，具有稳定的加工质量； 可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间；机床本身的精度高、刚性大,可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的35倍）；机床自动化程度高，可以减轻劳动强度；对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高。数控车床尾座是数控车床是不可或缺的一部分，对于车床的加工生产质量的好与坏有直接影响。多功能数控车床尾座一般是使用人工手动控制尾座。在进行正常运行的时候，是要人工手动调控的形式进行卡紧操作，在装夹完事以后再要人工手动调控尾座上面位置顶紧的操作。这种操作能够看得出来，机床的使用效率不是很多，反而是人工劳动力消耗的很多，浪费时间同时也浪费劳动力，进而成本增大。本次设计主要突出的是，在使用该机床进行加工的时候，用适合的尾座辅助，提升设备使用效率，减少成本，降低人工劳动力的消耗，减少加工时间，生产率得到增加等效果。关键词：多功能数控车床；尾座；设计；液压系统AbstractThis horizontal CNC lathe corresponding to the use of hydraulic tailstock system research and analysis, design a tailstock which is more in line with the use of this machine tool. Compared with ordinary machine tools, CNC machine tools have following characteristics: high machining accuracy and stable machining quality; It can carry out multi coordinate linkage, and can process complex parts; When the machining parts are changed, generally only the NC program needs to be changed, which can save the production preparation time; The machine tool itself has high precision and high rigidity. It can choose the favorable processing amount and has high productivity (generally 3 5 times of the ordinary machine tool); High degree of automation of machine tools can reduce labor intensity; The quality of operators is required to be higher, and the technical requirements of maintenance personnel are higher. CNC lathe tailstock is an indispensable part of CNC lathe, which has a direct impact on the processing quality of the lathe. Horizontal CNC machine tool generally uses manual control tailstock and change gear to clamp. During the normal operation, it is necessary to manually adjust and control the clamping operation and change the gear. After the clamping, it is necessary to manually adjust and control the upper position of the tailstock. This kind of operation can see that the use efficiency of the machine tool is not much, but a lot of labor consumption, waste of time and labor, and then the cost increases. The main highlight of this design is that when the machine tool is used for processing, suitable tailstock is used to improve the efficiency of the equipment, reduce the cost, reduce the consumption of labor. Keywords multi-function CNC lathe tailstock design hydraulic system目录摘要IAbstractII1绪论11.1研究背景和意义11.2国内外数控机床的发展现状11.2.1国外数控机床发展现状11.2.2国内数控机床发展现状21.3论文的主要研究内容32多功能数控车床简介52.1多功能数控车床的主要功能52.2多功能数控车床总体布局及要求52.2.1卧式数控车床多功能的整体设计52.2.2对卧式数控车床多功能各组成部分的要求52.3 多功能数控车床主要技术参数62.4尾座简介63 多功能数控车床尾座部分的设计83.1尾座套筒的设计83.2尾座体的设计83.3尾座顶尖的设计83.4液压缸的设计103.5尾座孔系设计103.5.1配合103.5.2套筒孔的设计103.5.3孔和键的设计103.6挠度、转角、液压缸内径、锁紧力的计算及校核113.6.1挠度的计算123.6.2转角的计算123.6.3压板处螺栓直径的校核123.7顶尖两端的轴承设计133.7.1轴承的寿命计算：133.7.2轴承的静强度计算：153.7.3顶尖心轴的设计与计算：153.7.4套杯的设计163.7.5轴承端盖的设计：173.7.6支撑体的设计：184 多功能数控车床液压缸的设计194.1工况分析194.2 拟定液压系统214.2.1 系统类型214.2.2 确定供油方式214.2.3 调速方式的选择214.2.4 调压方式的选择214.2.5 回路的选择214.3 机械部分设计计算214.3.1 液压缸系统压力 Ps 的估算214.3.2 计算液压缸内径 D 和活塞杆直径 d214.3.3 计算液压缸所需最大流量224.3.4液压缸壁厚和外径的计算234.3.5 液压缸工作行程的确定234.3.6缸盖厚度的确定234.3.7 最小导向长度的确定244.3.8 缸体长度的确定244.4 液压缸的结构设计264.4.1 液压缸的安装形式264.4.2 缸体与缸盖的连接形式264.4.3活塞杆与活塞的连接结构274.4.4 活塞杆导向部分的结构274.4.5 活塞及活塞杆处密封圈的选用284.4.6液压缸的缓冲装置284.4.7 液压缸主要零件的材料28结 论29致 谢30参考文献31IV1绪论1.1研究背景和意义多功能数控车床的主要用途有能够根据已编好的程序，使机床动作并加工零件。它综合了机械、自动化、计算机、测量、微电子等最新技术，使用了多种传感器。在数控机床上应用的传感器主要有光电编码器、直线光栅、接近开关、温度传感器、霍尔传感器、电流传感器、电压传感器、压力传感器、液位传感器、旋转变压器、感应同步器、速度传感器等，主要用来检测位置、直线位移和角位移、速度、压力、温度等。数控车床的尾座的作用是在加工轴类零件时，使用其顶尖顶紧工件，保证加工的稳定性。尾座的运动包括尾座体的移动和尾座套筒的移动。尾座体的移动有两个作用:一个作用是在加工轴类零件时，将尾座调整到使用位置;另一个作用是在加工短轴和盘类零件时，将尾座调至非干涉位置。尾座套筒的移动是为了使顶尖顶紧或松开工件的，通常是由液压缸控制的。车床尾架在你加工长车件的时候可以使用后座顶针防止车件因长而夹不住要车加工吃到刀的横向力后掉下来,还有一个作用就是可以安装各种钻具,对车件进行钻孔或者打中心角之类的工作。以上是车床的一些历史背景，通过对这些的了解，进行多功能数控车床搭配使用的液压尾座进行研究分析，设计出一款能够满足，减少员工劳动力、减少成本、缩短加工时间等要求。1.2国内外数控机床的发展现状数字控制加工的优点包括：精密能力比较高、柔性能力比较强、提升生产效率、降低劳动力使用等等。数控机床是具有高度机电一体化的一款机器，使用在少量加工零部件、构成比较杂乱、精密能力比较高的零部件、加工时间要求比较短、对于加工件进行频繁的改动加工成型等等。这种机床具备的特点和能够使用的场合让其在民用和国用中很是重要。1.2.1国外数控机床发展现状在国外有几个国家的数控机床发展表现是比较先进的。该国家有日本、德国和美国这3个。这几个国家在当下中，对于机床的研究分析、操作运行、设计更新上面都是很超前的，经验也是比较丰富的。由于国家是不同的，需求的方面也是不同的，因此每个国家的机床都有着自身的特点。 （1）美国的数控发展史首先先了解一下国外的一个国家就是美国，该国家的政府对于机床工业很是看重，政府中的军事方面的要求，提高了对机床技术的研究发展，该国家为了这款技术付出了很多的资金，招聘相应的人才，对于提升能力效率和创造新型特别看重，重视基础下的研究分析。由于该国家对机床技术研究特别重视，第1台数控机床就是诞生在美国。该国家是第一个把数控机床技术融合到各个行业中的生产线上，同时在电子方面也比较超前，这样对于数控机床的相关需要技术是比较基础牢固的，并且对于提升能力效率和创造新型特别看重，因此美国的数控机床技术在全球一直是比较超前的。同时在二十世纪八十年代左右该国家的政府没有做出有效的引导，这样就导致了数控机床生产提不上来，在后来另外一个国家日本的生产量超过了美国，需要从国外进口数控机床来使用。在二十世纪九十年代以后，该国家对于之前的错误进行改正，机床技术开始实际应用化，企业生产数量得到提高。（2）德国的数控发展史接下来再了解一下国外的另一个国家就是德国，该国家的政府对于机床工业也很是看重，从不同方向对机床技术进行帮助扶持。在二十世纪六十年代左右，该国研究出本土生产的第1台数控机床。该国对于知识方面的理论要结合实验和实际情况就行研究分析，把基础打牢，结合应用技术提升数控机床技术。德国生产机床的企业和大学的研究人员进行合作，对于该技术进行研究分析，提升该技术的性能。从开始到现在，该国的机械零部件在各个方面都是比较超前的，使用范围也是很广泛的。（3）日本的数控发展史最后了解一下国外的最后一个有代表性的国家就是日本，该国家对于机床技术的发展要求很重视，根据国家规定的一些内容有效的进行引导，让其能很好的进行发展。对于研究人员和机械零部件方面的研究分析，主要是向德国进行学习；对于管理和技术研究分析，主要是向美国进行学习，得到了很好的效果，还超过了这两个国家。在二十世纪七十年代末期，第一次数控机床生产数量成为全球第一，乃至到现在，也是生产数量的首位。时间是二十世纪八十年代的时候，日本开始对高性能数控机床进行研究分析。在该国的一家公司中，科学研究员工达到六百余人，使用先进的技术，创造产量是全球最前面的一个国家。1.2.2国内数控机床发展现状我们国家开始进行数控技术方面的涉及。一直到二十世纪六十年代左右的时候，我们国家才研究出本土生产的第1台数控机床。这个研发过程包括了2大阶段：第一阶段在1958年到1979年；第二阶段在1979年到今天。在第一阶段的二十几年中，由于当时对于数控机床整体方面不了解，接触到的机床也很有限，研究人员的知识量较少，配备的辅助工具有很有限的情况下，很多不同规模的企业都冲出来想要涉及数控机床技术，由于前面提到的那么不足，导致没有新的发展。当时社会上存在的问题就是知识量，科学精神都不够，对待事情特别的盲目，无从下手。在第二阶段中，是从几个国外购买了数控系统技术进行研究分析，在美、德、意、英、法、匈、奥等10个不同的国家购买了一些数控机床进行研究分析，和一些企业进行合作，投资入股进入到它们企业中，从而得到了安全可靠的效果，数控机床能够正常开始生产出来，同时能够投入到市场中使用，这是向前发展迈出的第一重要的一步。这之后，六五的时候，国家进入了数控技术，七五的时候，国家有效的出台了让企业进行 “科技攻关”的发言，这两次的改变给数控方面的内容得到了很多的有效的发展。在二十世纪五十年代开始，国内的数控技术才开始慢慢地进入，六五的时候，国家进入了数控技术，七五的时候，国家有效的出台了让企业进行 “科技攻关”的发言，这两次的改变给数控方面的内容得到了很多的有效的发展。在接下来的几年中，国家的数控企业都有着不同程度的发展。在1998年到2004年这几年里，国内生产机床的数量和购买数量在一年比上一年增加参考数值分别是百分之三十九点三和百分之三十四点九。尽管如此，进口机床的发展势头依然强劲，在二十一世纪初期的时候，国内连续好几次成为了全世界数控机床购买最多的国家，同时还是从国外购买最大的国家。首先需要对当下的形势进行了解，研究出国内的机床有什么不足之处，研究人员尽量对技术进行研究开发，提升后期维修维护的能力等，让企业更加完善数控机床，让我们的技术与国外的技术之间距离缩短。在二十一世纪初期的时候，我国已经成为了全世界数控机床购买最多的国家，同时还是从国外购买最大的国家。加工的精密性能分为两种：第一种是大小精密性能；第二种是几何精密性能。国内现在的市场中的机床技术在慢慢地向产业转变，技术能力还很一般。像一些功能或者是档次比较高的设备都要靠着引进国外的设备才能实现使用，国内购买不到能够匹配上的设备。这几年的快速发展，数控机床技术也提升了一个层次，软件的性能也跟上了步伐，主要差的地方就是机械的硬件上面，设备出现问题的次数比较多。国内很多企业都很想进入数控机床这个行业中，由于机械的硬件不够完善，导致机床故障频繁出现，同时机床的精密能力也很低。从现在来看，国内的企业还没有很好的机床技术，重要的数控机构这个方面也很是薄弱。在最近几年中，我们国家生产军用企业从国外引进了很多新型技术的数控机床，同时也在自己国家里购买了很多的通用常见的数控机床，军用企业的这种行为促进了国内企业对自身技术的更新，企业也进口了一部分新型技术的数控机床作为研究分析的素材，来提升自身企业的能力，生产能够匹配的数控机床。在很早之前的时候，国家就把国防事业提升了一个层次，社会经济也提升了一个层次，我们国家要努力建设一个经济相对应超前的，国防能力超高的国家。不用了十年，国内国防事业的能够更快速发展，各个行业也加快脚步跟上来，国内会出现很超前的新型数控机床，能够超过国外，成为全球数一数二的数控机床生产的国家。1.3论文的主要研究内容 （1）通过对机床的整体需求，设计出能够匹配的液压尾座，让机床在运行工作中提升性能，达到想要达到的效果。 （2）通过去图书馆，使用电脑收集相关的资料，了解国内和国外数控机床技术的发展情况，同时对于数控机床进行全方面的了解。 （3）通过对整体机床的研究分析，进行对液压尾座的选取和相关零部件的选取等。 （4）对于尾座的相关部分的零件进行设计，通过计算得出相应的参考数值，进行选型，最后是进行校核。 （5）对于尾座的各个方面的精密性能进行确认，降低误差。 （6）多功能数控车床的液压系统。2多功能数控车床简介2.1多功能数控车床的主要功能这个数控车床是对转体零部件进行加工操作的，它具有很多车床的能力，包括的车床有：第一种是卧式车床；第二种是转塔车床；第三种是多刀车床；第四种是仿形车床；第五种是自动车床；第六种是半自动车床。该车床是在市场中产量最多的一种。该车床可以加工的零部件包括：少量生产对于精密能力要求杂乱的零部件；加工时间要求比较短的；对于加工件进行频繁的改动加工成型等等。2.2多功能数控车床总体布局及要求2.2.1卧式数控车床多功能的整体设计多功能数控车床是一款全自动加工的机器。该机床上面有一个防护罩，在其下面进行运行操作，要想看机床加工情况要通过防护罩上面的玻璃窗口进行查看，这是它的优点之一。床身向后面倾斜的安装在底座上面的位置。导轨和平面之间形成的角度是45.00。主轴的右边上面的位置安装刀架。安装刀架的位置确定主轴和卧式车床的旋转方向是反向的。该机床在运行的时候，不需要担忧切屑伤害到人员，因此切削时候的速度能够很快，这样刀具可以发挥自身的能力。机床中的加工工序包括：第一种是粗加工；第二种是精加工，这样产生的切屑比较多，同时切削的力度也很高。导轨的耐磨能力比较好。主轴箱固定位置是床身的左边，中间的位置是刀架溜板，有上下2层，上层是横向的，下层是纵向的。2.2.2对卧式数控车床多功能各组成部分的要求 （1）导轨：该零件有很大一部分确定机床刚度的能力，精密能力和精密持久能力。通常机床上面使用的导轨选用的是金属加塑料方式的贴塑导轨。该导轨的摩擦能力很小，不容易损坏，不容易被腐蚀，构成简易，重量不大等优点；相反的，不怎么耐热，导热能力比较低等缺点。（2）刀具：机器在进行粗加工零件的时候，对于刀具的强度需求比较大、使用能力要强。机器在进行精加工零件的时候，对于刀具的精密能力要求比较强、使用能力要强。在后期刀具进行更换以及对刀的时候，操作要简易，在此使用机夹刀。刀具中的耐使用能力一定要很好。（3）刀架：该零件是在机器中必要零部件之一。该构成方式通常都是回转式，刀架的圆周位置是按照刀具的，大多数的刀具都可以安装使用。（4）卡盘：该零件是在机器工作中用来进行夹紧的必要附件之一。（5）床头箱里面的构成需要简易，同时要有比较强的刚度，这样确保在精密度较高的加工环境中能够正常工作。（6）机器中使用的润滑很多，这样确保在拖动的时候很方便，主要选用油雾自动润滑。2.3 多功能数控车床主要技术参数床身上最大回转直径 360 mm 滑板上最大回转直径 210 mm 两顶尖距 600 mm 主轴端部型式 A25主轴通孔直径 52 mm标准卡盘 6中空液压卡盘主轴转速范围 504000 prm 主电机功率 5.5 kw快移速度 10/12 mm/min行程 180/500 mm 电动刀架工位数 8套筒直径 100 mm 套筒行程 70 mm 尾座体行程 350 mm 套筒内孔锥度 Morse No.4（莫氏) 电源 13 KVA总重 3600 kg 占地面积 236017301900 mm22.4尾座简介（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用托板进行带动。还有一款能够编程控制的尾座，里面含有旋转活动的顶尖等等。机床中的导轨上面是固定尾座的位置。这个位置的尾座的功能是使用顶尖来支承加工的零件，还能够配备钻头等配件来加工孔。（2）尾座上面相关使用零件的相关数据：W.导轨和H.导轨的长度分别是95mm和40mm，套筒宽度100mm，锥孔是MT4。可以知道该尾座有很好的刚性。（3）尾座需要有比较好的净刚度和很强的刚度-重量比，其中刚度-重量比更能体现出设计很合理；需要有比较好的动态能力，其中含有很高的动态刚度和动态阻尼，和别的零件进行搭配，让机器发生共振的效果；需要有比较好的热改变能力，让机器在运行中精密度不会受到什么影响或者是机器的热改变很小；需要有比较好的工艺能力，方便制造和安装搭配使用。图2-1为尾座装配图。图2-1 尾座装配图3 多功能数控车床尾座部分的设计尾座是数控机床的主要部件之一，其功能是夹紧工件、固定工件中心、支撑工件，根据设计要求，能够满足本数控卧式车床要求的后座为一体式。包括：第一部分轮廓结构；第二部分为液压机构；第三部分为套筒机构，部分由芯轴组成，轴承采用进口轴承，精度高，支撑功能强，动静态刚度高，在后座设计中，套筒的工作是机械运动。具有两个特点：一是刚度高，抗振性好；通过对相关内容的研究和分析，利用计算公式，将尾翼的上部结构和下部结构设计为一个整体，以箱形为主。然后有效布置尾门内部，尾门刚度较高，频率相对固定，原材料为高强铸铁，经过有效的铸造处理，在工件重量较大、极限切削力较大的情况下，在热能作用下变形的概率相对较低最大，后座变形可能性小，抗振能力强，能满足卧式车床的精度要求。整体设计比较合理紧凑，后排座椅结构比较完整，上下结构后排座椅整体设计时，为了减少螺钉的使用，需要拆下中分型后排座椅的相关部件。整体式尾门可以降低成本，提高加工性能，缩短加工时间，减轻尾门自身重量。 3.1尾座套筒的设计尾座的尺寸主要由数控多功能车床的主要零件套筒决定。衬套工作时，确保工件不旋转。滑动扳手的槽装在上位置，滑动扳手也装在合适的位置。扳手滑滑滑槽扳手,防止套管一起旋转,所以在正在运行的进程不一起旋转,增加套管的使用时间,因为上面的优点是使用锥形固定,在运行的过程中,顶部应拆除及以上应打开所有套管孔,用于拆除的顶部。将拆卸插入顶部的拆卸孔中，用小锤子敲击拆卸，使顶部松动，然后拆除。尾板是S79-14。3.2尾座体的设计本多功能数控车床以尾座本体为主要零件，在设计时，以其他机床的主要使用情况和尾座本体的使用经验为参考，对制造做了适当的改动。尾座体的壁厚不需要均匀，拐角应圆润，以减少集中应力。选择。该原料用于制造尾座体，制造方法为铸造。当设计有针对性时，应对加工工艺、工艺凸台和工艺孔进行研究分析。最常用的是将钻头安装在尾座上，在车床上钻孔。加工长轴零件时，可快速定位并拧紧零件。尾锁:小型机床是用杠杆压紧(尾端在里面有一个手柄)，大型机床是由床身尾下部螺丝压紧在机器导轨上。在尾座的前端附近有一个把手，杠杆锁住尖端套筒。在本次设计中，尾座的机械部分类似于凸轮机构，需要通过拉动扳手上下移动来实现底部连接，从而达到摩擦锁定的目的。3.3尾座顶尖的设计在工件进行加工时车床尾座的定位元件我们常常会使用尾座中心的顶尖。有助于主轴将工件的加工角度固定在一起。这个函数是固定中心位置的效果。由此可见，对顶面有很高的精度能力要求。在机械技术中，机床是最主要的零件之一，其作用是夹紧表面十分凌乱，不能冲到工件上进行操作的零件。顶部有2个端部，第一端部可以夹紧到中心孔或管料孔位置;第二端应夹在套筒内。液压缸把一部分的压力和顶紧力加在一起，使顶紧。当加工零件时，上紧是在套筒的内部。上面没有做出来的，可以根据需要设计，找专门的企业购买。多功能数控机床主要是除了大型，大型机械加工机床设备外，尾座的尺寸需要搭配不会太大，可以选择顶部的莫尔斯4号。通用的国际规则是莫氏锥度，用于静态拟合以精确定位。在使用顶部的时候，会发现锥度不大，可以传递一部分的扭矩，而且发现拆卸起来可以很方便。锥柄安装后，钻头可以在工件上钻出所需的孔，而不需要在锥柄处旋转。驱动顶的工作原理:驱动顶是一种新型的机床附件，依靠嵌在工件端面上的驱动爪随机床主轴旋转，从而完全取代鸡爪和卡盘;如下图所示，本设计的顶点为液压驱动，如图所示。图3-2 顶尖有两种顶点:旋转(活)和整体(死)。第一种活顶尖，在顶尖中加入轴承，加入轴承后可以防止顶尖在加工工件时的转动减少顶尖的发热，但是活顶尖的缺点就是它的定位精度较差；第二种是是顶尖，是顶尖是一个整体，因为没有轴承所以在顶尖转动时会产生热量而导致被加工件受损。顶尖的作用是可以精准的定位，提高工件在夹装时的刚度，从而减少工件的前后振动。一般止顶是用于对转速低、精度要求高的零件进行精加工，使用前在零件的顶孔上涂上黄油，然后用顶顶支撑加工即可。本设计采用了止点的工作方式，但止点可以旋转，且止点安装在套筒内，在液压驱动下实现前后运动。3.4液压缸的设计液压缸通过气缸和缸盖来保障液压缸的密封，然后液压缸中还有活塞和活塞杆以及一个排气装置，最后还有一个缓冲。以千斤顶为例，千斤顶中的的液压缸里的气缸是所有气缸中最简单的一个，所以说每个气缸的工作原理都及其相似。通过单向阀门阀杆手动加压液压油进入油缸,缸的液压油,因为单一阀不能回来,迫使活塞杆,多余的油通过阀门回到我们的液压缸中，最后回到油箱里，每一个液压缸都是通过这种方式改造而成。3.5尾座孔系设计3.5.1配合在操作中有两种对应的套筒形式:一是对应的套筒与尾体;二是调整套筒与活塞轴的中心和尾部。考虑到上套与尾节流孔的接触部位不同，可以使用不同的对应注意事项，这就要求我们确定匹配水平。（1）在尾座体要选择相关的套筒时，我首先会通过查阅资料的方式进行相关的选择，以保证套筒和尾座体配套。因为尾座体与套筒契合是间隙很小，是为了防止间隙太大时会对加工件的精确度，也可以防止数控车床在工作时尾座体发生较大的跳动。当我们选用较大的套筒时就可以防止上述问题的发生。（2）套筒与顶座和尾座活塞轴的匹配，套筒和顶部、尾部活塞轴要求高，具有极小的间隙。的拟合精度的套管部分莫氏锥柄和尾座的孔是最高的,配合间隙很小,和制造成本高,所以它是最适合精确的滑动装置没有旋转,和精度等级的范围主要是用于一步一步。活塞轴表面粗糙度值小，减少摩擦。3.5.2套筒孔的设计在我们的这次设计中我们的顶尖使用的是莫式锥度为4的顶尖，因为顶部孔与中心孔的锥度必须相同，所以选用的套筒也必须为莫式锥度为4，从而保证不出现死点，因为这样可以减少他们之间的接触单位面积的压力。为了防止产生径向跳动，同时也可以防止同轴度公差，我们还需要保证选用的孔与数控车床的尾座中的套筒顶尖是同心的。3.5.3孔和键的设计在本次所设计的多功能数控车床的尾座中的套筒应该有一定的密封性，所以我在本设计中我们采用了油杯系统，这是一个相对简单的压力匹配系统，虽然简单但是可以满足我们所设计的套筒和尾座体孔，滑动键与滑键槽的润滑作用。设计这个油杯系统是因为机构在工作时会产生摩擦，而摩擦会产生大量的热量会对我们构件的表面造成一定的损伤，严重的还会产生疲劳裂纹，为了防止摩擦而加入润滑剂，润滑剂可以减少磨损，减小摩擦，也可以减少零件的疲劳强度的下降，同时润滑剂也可以将摩擦中产生的热量进行吸收，有一个散热的功能，我们的润滑剂可以选用固态的，因为固态的可以起到一定的密封作用，防止在运行的工作过程中有一些杂质进入，从而加重零件的磨损。为了防止在工作过程中产生转动，在本设计中设计了一个滑键槽了防止转动的产生，同时为了防止滑键槽产生转动我们在滑键槽中加入了一颗螺钉。滑动键槽的长度应满足以下条件:使凸套的长度达到设计要求。滑键槽的套管和尾座上的安装孔的设计不仅需要确保键槽对称度要求,并确保关键孔套筒孔对称中心轴和垂直度,所以在设计结合相关原则和实践经验,一个初步确定安装滑动钥匙孔对轴套孔的对称性。3.6挠度、转角、液压缸内径、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=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：100mm钢的弹性模量E=2.1106kgfcm2断面惯性矩I=D4 64=201104mm4顶尖伸出套筒长：109mm根据公式 （3-1） 查表可知单位切削力KC= 2305N/mm2 f=0.3mmr ap=3.4mm故切削力 Fc=2370N用机床加工零件重量很重的时候，通常尾座主轴会一直在里面。在此先假设张开了二分之一的长度，故张开65mm，计算悬臂65mm+109mm=174mm。3.6.1挠度的计算l （3-2）许用挠度,yle 故：X=0.41,Y=0.87 P2=1669N（4）寿命计算： 因为P1P2,且两轴承类型，尺寸相同，所以只按轴承计算寿命即可，取P=P1,得：L10h=10660nCP=1066050015.810331853h =4069.3h3000符合设计要求。3.7.2轴承的静强度计算：欲使轴承满足静强度要求，应满足下式：COPOSO式中 SO静强度安全因数，取SO=3.5； CO额定静载荷，取9.88KN； PO当量静载荷。PO1=XOFR1+YOFA1 =0.52654N+0.381805N=2013N因为PO1PO2，故只按PO1校核即可：COPO1=9.881032013=4.909SO=3.5满足静强度要求。3.7.3顶尖心轴的设计与计算：（1）顶尖心轴材料：40Cr 。（2）各轴段的直径：图 3-5各轴段的直径轴段2、4直径为d2=d4=25mm。轴段1、2间为定位轴肩，故取轴肩高度：h12=0.07d1+12mm=0.0725mm+12mm=2.753.75mm则轴段1直径：d1=d2+2h=25mm+23.454.45mm=32mm轴段2、3间为非定位轴肩，仅为轴承装拆方便而设，故d3比d2略小即可，选定d3=23mm。轴段5上加工有细牙普通螺纹，与圆螺母配合，故螺纹代号为M251.5。圆螺母GB/T 812-1988 M251.5。止动垫圈GB/T 858-1988 25。（3）各轴段的长度：图 3-6各轴段的长度根据设计要求，装配完成后顶尖伸出部分为35mm，轴段2、4长度取决于其上圆锥滚子轴承宽度，7205AC轴承宽度为15mm，故l2=18mm，l4=16.5mm。轴段6长度取决于其上止动垫圈及圆螺母厚度，止动垫圈2mm，圆螺母厚度为7.5mm。根据设计要求，粗估顶尖心轴长度l总=125mm，故轴段1长度L1=25.42mm、轴段3长度L3=26.2mm3.7.4套杯的设计（1）套杯材料： 45号钢。（2）套杯的结构图 3-7套杯的结构3.7.5轴承端盖的设计：（1）轴承端盖材料： 45号钢。（2）轴承端盖的结构：图3-8轴承端盖的结构3.7.6支撑体的设计：（1）支撑体材料： 45号钢（2）支撑体的结构：图 3-9支撑体的结构螺纹孔选M40.7，螺纹孔深12.2mm。4 多功能数控车床液压缸的设计4.1工况分析根据上文可知，控制整个机床尾座的移动采用的是液压控制，控制的精密度0.01mm。根据机床的结构以及设计的尾座结构可以知道，尾台的行程为450mm，限定运行油压6.5MPa，移动负荷过载质量168Kg，移动负荷过载阻力33.N，移动速度控制0.2M/S。即F=Ff+Fw+Fa (4-1)式中 Fw有用运行负荷过载，选取 Fw等于1680N;Fa速度在改变的时候，工作部件产生的惯性负荷过载；Ff导轨摩擦力负荷过载。开启的时候为静态，开启以后就改变为动态，用下面公式对平导轨进行计算Ff=f(G+FRT)式中 G运动部件重力；FRT垂直导轨运行负荷过载，相关参考数值是0.00；f导轨摩擦系数，静态摩擦是0.200，动态摩擦是0.100。计算得出 Ffs=0.11680=168NFfa=0.21680=336NFfs和Ffa分别代表：静态摩擦阻力和动态摩擦阻力。Fa=mvt (4-2)式中m 负载质量;D t 加速或减速时间, 本次设计中t取0.2s；D vt 时间里速度的改变量,速度最大是0. 200m/s, 得到v等于0. 200m/s；在本设计中Fa=mvt=1680.20.2=168N (4-3)通过上面公式计算的结果可以得：表4-1 前进时 最大负载 (N )启动加速F=Ffs+Fw+Fa2016匀速加速F=Ffa+Fw2016减速制动F=Ffs+FwFa1848图 4-1 速度循环图工程中液压缸工作优点分为三种：第一种是液压缸前一小部分做匀速度增加工作，再一大部分做匀速度，最后面一小部分做匀速度减慢到结束；第二种是液压缸在前一部分做匀速度增加工作，后一部分做匀速度减慢到结束，它们的速度的参考数值是一样的；第三种是液压缸在前一大部分的速度很慢在做匀速度增加工作，后一小部分做匀速度减慢到结束。上面图中的3.00条曲线代表的是速度，可以清楚地看出不同类型的液压缸的工作规律，同时也给出了不同类型液压缸工作中动力的特点。在对于比较杂乱的液压机构中，想知道该系统中每个液压缸的速度改变顺序，负荷过载改变顺序，需要通过每一个阶段的所有负荷过载力和它所使用的运行时间或者是位置移动。图4-2 负载循环图上面图片是一副负荷过载循环图，从0到t1，t1到t2，t2到t3，t3到t4分别代表的过程是：启动；加速；恒速；制动。从图片可以清晰地看出运行循环的负荷过载的规律。设计中是通过最大负荷过载对液压缸进行选择的依据。4.2 拟定液压系统4.2.1 系统类型该方位控制得到精密度仅可以是0. 3mm ，速度进行控制的精密度最多到百分之三， 压力进行控制的精密度最多到百分之三。设计中需求精密度是0.01m/s，选取闭环进行控制。4.2.2 确定供油方式设备的额定运行油压是6. 5MPa。4.2.3 调速方式的选择本设计是属于一个中小型的车床的液压系统，为了保证进给速度我采用了速度调节阀。根据一定的量的泵回速度，选择这种方式可以有更加便宜的造价，降低功率。4.2.4 调压方式的选择设备中使用溢流阀侧面安装在液压泵出口的位置，作用是控制该位置的油路的速度，来保证压力的安全稳定。4.2.5 回路的选择设备中使用电液比例换向阀，通过设计中的需求可以选择：第一种二位三通阀；第二种三位四通阀。4.3 机械部分设计计算4.3.1 液压缸系统压力 Ps 的估算设备中的阀控机构就是对节流进行控制，确保设备能够正常运行达到使用标准，压力应该在额定压力的三分之二以下进行选用。设计中已经给出Ps等于6.5MPa的参考数值。通过实践情况，在设计初期的时候，可以让系统压力和管道运行中部分损失以及运行轨迹损失相减得出剩下的压力，该三分之一分给克制执行系统匀速度产生的负荷，三分之一给执行元件产生的速度增多，三分之一给执行元件速度上。负荷分为两类：第一类静态；第二类加速度。机器在执行元件速度处产生压力的时候，压力油穿过阀口输入很是需要，也就是流动的压力油给液压阀带来压力降。4.3.2 计算液压缸内径 D 和活塞杆直径 d在这里要使用牛顿运动定律公式进行计算，原因是在开始加速度的过程运行负荷过载力特别的大。pAFfsFw=ma (4-4)A=ma+Ffs+Fwp (4-5)式中 A 液压缸有效工作面积(m2 )；p 分配给执行元件用于克服执行元件外负载的压力（MPa），p=6.5MPa；p=23(psp),p的相关参考数值是0.500MPa，就是部分损失加上运行轨迹损失得出的。在本设计中，A=ma+Ffs+Fwp=201623(6.50.5)106=0.005m2=50cm2 (4-6)由此求得， 活塞缸内径为D=4A=450=7.9cm=79mm (4-7)通过查找相关资料可以知道，液压缸里面的宽度D等于100mm ；杆的宽度d按d/D等于0.6得出d等于60mm 。由此求得A1=7.85cm2,A2=2.8cm2d/D液压缸里面的宽度和杆的宽度之间的联系。当杆承受被压，液压缸运行压力在5MPa到7MPa范围内，该参考数值选用0.6。液压缸最大工作压力p1=Fmax100A1=21601007.85=2.75MPa (4-8)根据液压缸公称压力系列（ GB/T7938-1987 ） 取液压缸额定工作压力为4MPa 。按最低工进速度验算液压缸的最小稳定速度Aqminvmin=0.0510310cm3=5cm3 (4-9)式中是由产品样本查的 GE 系列调速阀 AQF30-E10B 的最qmin小稳定流量为 0.05 /min L 。调速阀是安装在回油路上，故液压缸节流腔有效工作面积应选取液压缸有杆腔的实际面积，即A=4(D2d2)=4(7.8522.82)=42.2cm2 (4-10)上面计算结果符合需求，液压缸可以满足设计中需要的慢速度。4.3.3 计算液压缸所需最大流量qmax=Avmax (4-11)式中 A液压缸有效工作面积(m2 )； vmax最大控制速度， 题目给定为0.2m/s;qmax液压缸最大流量（L/min）。qmax=8.031040.210360=9.64L/min (4-12)4.3.4液压缸壁厚和外径的计算液压缸壁的宽度是使用液压缸的性能中的强度需求得出来的。通常选择无缝钢管用在工程机械中。很多结构都是薄壁圆简易的，通过公式得出pyD2 (4-13)式中 液压缸壁厚(m) ；D液压缸内径(m) ；py 试验压力， 取最大工作压力的1.5 倍（ MPa ）；缸筒材料的许用应力。无缝钢管45钢=100 MPa。1.530.12100=0.015m (4-14)液压缸壁厚取最小值=15mm液压缸壁厚算出后， 可求出缸体的外径D1D1D+2=100+215=130mm (4-15)4.3.5 液压缸工作行程的确定通过查找相关资料可以知道活塞轨迹相关的参考数值，选取的是450mm。4.3.6缸盖厚度的确定一般液压缸多为平底缸盖有孔时t0.433D2py (4-16)无孔时t0.433D2pyD2(D2d0) (4-17)式中 t 缸盖有效厚度(m) ； D2缸盖止口内径(m) ；d0缸盖孔的直径 (m) 。在本设计中有孔时t0.433D2py=0.4331001.53100=8.6mm (4-18)无孔时t0.433D2pyD2(D2d0)=0.4331001.5332100(10060)=8.22mm (4-19)4.3.7 最小导向长度的确定HL20+D2=45020+1002=72.5mm (4-20)活塞宽度 B 取B=0.6D=0.6100=60mm (4-21)缸盖滑动支承面的长度， 在缸径小于 80mm时取l1=0.6D=0.6100=60mm (4-22)隔套的长度C=H12(l1+B)=38.512(19.2+19.2)=12.5mm (4-23)4.3.8 缸体长度的确定活塞的轨迹加上活塞的宽度，它们两个得出的就是缸体里面的长度。缸体外面的长度要对两边的盖子的宽度进行考虑。正常情况下，缸体长度要是里面直径的20倍到30倍的范围内。因此取缸体长度为 470mm (4-24)式中 F活塞杆上的作用力；活塞杆材料的许用应力。为材料抗拉强度，45钢活塞杆稳定性的验算杆在受到轴向进行压缩产生负荷过载的时候，它受到的F要小于等于能够正常运行的，这样是为了防止纵向变弯，导致液压缸不能运行正常。的参考数值和杆选择使用的材料的属性性质、形状、大小等有联系。杆的安全稳定能力通过下面公式进行校核： (4-25)式中：为安全系数， 一般取当活塞杆的细长比时， (4-26)当活塞杆的细长比时，且，则 (4-27)式中 l安装长度， 其值与安装方式有关；活塞杆截面最小回转半径，；rk=JA柔性系数；由液压缸支承方式决定的末端系数， 其值见表 3-1；E活塞杆材料的弹性模量，对钢取；J 活塞杆横截面惯性矩； A 为活塞杆横截面积；f由材料强度决定的实验值、a为系数，具体数值均见表 3-2。表4-2 液压缸支承方式和末端系数的值支承方式末端系数一端自由， 一端固定0.25两端铰接1一端铰接， 一端固定2两端固定4 表 4-3 f 、 、的值材料a铸铁5.61/160080锻钢2.51/9000110软钢3.41/750090硬钢4.91/500085活塞杆的细长比为 (4-28)柔性系数取 85 ，采用一端铰接，一端固定的支承方式，末端系数取 2。所以， 采用公式计算安全系数取n=2所以，活塞杆稳定。4.4 液压缸的结构设计4.4.1 液压缸的安装形式在这里负荷过载的运行轨迹是直线，该力没有很多，因此选择使用液压缸进行固定位置，活塞杆工作的末端选择法兰进行安装，该优点就是螺钉承受到的力很少。4.4.2 缸体与缸盖的连接形式盖子和缸体边缘处的连接方式和运行的压力、选用缸的材料、运行条件都有联系。使用到的连接方式包括：第一种法兰连接；第二种螺纹连接；第三种半环连接。a 法兰连接 优点： (1) 结构简单、成本低；(2) 容易加工、便于装拆； (3) 强度较大、能承受高压。缺点：(1)径向尺寸较大； (2) 重量比螺纹连接的大；(3) 用钢管焊上法兰、工艺过程复杂些。b 螺纹连接优点： (1)外形尺寸小； (2)重量较轻。 缺点：(1)端部结构复杂、工艺要求较高； (2) 装拆时需用专用工具； (3) 拧端盖时易损坏密封圈。c半环连接优点： (1) 结构较简单；(2) 加工装配方便。 缺点： (1) 外形尺寸大； (2) 缸筒开槽，削弱了强度，需增加缸筒厚度比较各连接形式，本设计中选取法兰连接的形式。4.4.3活塞杆与活塞的连接结构活塞和杆进行构成方式一般包括：第一种分整体式结构；第二种组合式结构。第二种组合式结构还可以细分为：第一种螺纹连接；第二种半环连接；第三种锥销连接。a 整体式结构：构成简易，使用场合是缸的宽度很小的位置。b 螺纹连接：构成简易，松动会在振动的时候出现，因此要使用锁紧机构才可以。使用的地方很多。c 半环连接：构成简易，后期维修维护简单，松动不容易出现，但是会有间隙出现在轴向处。使用场合在压力比较强、负荷比较高、有振动的地方。d 锥销连接：构成安全可靠，使用锥销把销孔进行安装，此处需要配备铰，销钉安装完成以后进行锁紧处理。使用场合是负荷很小的地方。在设计中选择的是组合机床中使用的液压缸，通过查找相关资料，对于活塞和杆的连接选取的是螺纹连接方式。4.4.4 活塞杆导向部分的结构活塞杆导向位置的构成含有：盖子和杆、导向套构成、密封材料和方式等等。导向套构成分两种方式：第一种端盖整体式直接导向；第二种和端盖分离导向。a 端盖导向：(1)导向套和杆碰到的都是直接导向，构成简易，后期损坏之后能够直接换新整体盖子。 (2) 通常使用Y.类型和O.类型等密封作为盖子和杆的密封机构。(3) 防尘圈选取的是没有骨架的。b 导向套导向：(1)导向套和杆碰到的都是支承导向，后期损坏换新方便，导向套使用的是防止磨损的材料。(2) 通常使用Y.类型的密封作为盖子和杆的密封机构。中压、高压液压缸都适合使用。 (3) 通常使用J.类型或者是三角形作为防尘机构。在这里选取的是O.形圈的密封圈，因为这款密封材料可以和导向套构成一起给盖子导向，所以设计中使用盖子作为直接导向机构。4.4.5 活塞及活塞杆处密封圈的选用机器中的液压缸运行的压力是4.MPa ，运行速度小于0.5m/s范围内，因此缸体和盖子之间使用密封材料是O形圈。盖子和杆，缸体和活塞之间使用密封材料是Y形圈。图4-3 O形圈示意图4.4.6液压缸的缓冲装置设备中的液压缸的工作惯性比较小、工作速度也比较低，由此可以先选取圆柱形环状间隙式节流缓冲机构。4.4.7 液压缸主要零件的材料(1) 缸体无缝钢管 45钢45号钢制造缸体，适合较大批量加工，因此选择这种材料。(2)活塞铸铁HT200通常使用35号、45号钢、不容易磨损铸铁等等制造活塞。大多数活塞都是选用的铸铁，只有缸的宽度很小的时候选用35号和45号钢制造。(3) 活塞杆 45 钢通常使用35号、45号钢等等制造活塞杆。选用35号和45号的钢制造是实心的活塞杆。选用55号钢是制造冲击较大的活塞杆。(4)前缸盖 35 钢通常使用35号、45号的钢的短剑或者是毛坯进行铸造，还可以选择铸铁用来制造缸盖。(5) 后缸盖铸铁HT200通常使用35号、45号的钢或者是毛坯进行铸造，还可以选择铸铁用来制造缸盖。结 论本文主要设计一款多功能数控车床的液压尾座。通过对市面上现有产品的分析和了解，我对液压尾座有了一个改进方案。通过对尾座体的设计方案研究，我计算了尾座体不同组成部分的我计算了尾座体不同组成部分的尺寸参数。同时为了方便顶尖的运动，我们设针对尾座顶尖部分，专门进行了设计计算和校核。我们在尾座顶尖的部分添加了相应的轴承时顶尖活动，从而不影响数控车床加工时的相应的回转运动。尾座动力方面我们采取了液压驱动的方式，我们针对于尾座的压钢结构压动力和呃机械部分进行了大面积的计算校核。在设备设计过程中，也遇到了很多问题，比如：在液压缸装配尺寸
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