在当前的工农业生产过程中

1、摘 要在当前的工农业生产过程中，皮带运输机的用途较为广泛，其上的托辊是皮带运输上的多用件和易损件。由于一个大型的皮带运输机上至少需要托辊上千个，故说是多用件，至于易损件是由于工作环境差，受外界因素破坏较厉害，加之自身在工作时的振动和磨损较为严重，因此，托辊需要大批量生产，方能满足厂矿企业单位的需要。关键字：皮带运输机；托辊；多用件；易损件AbstractIn currently of the work agriculture production line, leather belt conveyance machine of use more extensive, it top of giv

2、e stick is a leather belt conveyance up of use piece more with easy Sun piece.Because a large leather belt conveyance on board at least demand give stick up to thousand, so say that is to use piece more, as for easy Sun piece is because of work environment bad, be subjected to the external world fac

3、tor break more severe, add of vibration for oneself to work with wear away more serious, therefore give stick demand large quantity quantity produce, then can satisfy the factory mineral business enterprise unit of demand.Keywords: Leather belt conveyance machine；Give stick；Use piece more；Easy Sun p

4、ie目 录前 言11 机床总体设计方案21.1 加工工艺分析21.2 加工方案的确定22 床身设计52.1 对床身的设计要求52.2 材料的选择52.3 受力分析6床身受力基本类型6床身变形基本类型6床身受力变形受力分析62.4 床身的结构设计8设计的基础问题8床身结构和设计参数8断面形状的选择8合理布置隔板和加强筋9床身壁厚的选择10床身和导轨的连接11截面宽度和高度的确定11床身的加工工艺过程123 导轨设计133.1 导轨的功用及分类133.2 导轨的结构143.3 导轨材料及热处理153.4 导轨尺寸的选择163.5 导轨面上的压强校核173.6 导轨面的选用及加工方法203.7 导轨

5、的磨损 润滑与防护20导轨的磨损20导轨的润滑21导轨的防护214 夹紧系统设计与锥形套设计224.1 油缸设计23夹紧力的计算23负载分析25油缸尺寸的确定25油缸校核28液压缸主要零件材料，技术要求和密封295 液压系统原理设计31结束语32参考文献33致谢34前 言大学生活即将结束，我们也即将走上社会，走上自己的工作岗位，去迎接充满竞争的的丰富多彩的社会三年来，我们学习了几十门专业课和基础课，使我们了解了机械专业的一些基础知识和原理，为进一步巩固、扩大和深化我们的基础理论，将三年所学的知识融会贯通，提高综合适应知识的能力。检验我们的学习成果。我们在辅导老师的带领下搞完了这次毕业设计。我们

6、这个小组的设计题目是“托辊加工专用机床”，是生产托辊的专用机床。我的任务是机床床身、导轨和夹紧系统的设计以及液压传动原理的设计。我和肖德春、吴永涛同学共同搞得这个题目。为了确保设计质量，我们先后多次到起重机机械厂、托辊传送加工厂等厂家进行了深入细致的调查研究，熟悉生产过程和设备情况，走访一些工人师傅和有关技术人员，向他们询问生产过程中存在的一些问题及解决的方法，从而获得了第一手的资料，为我们顺利完成毕业设计打下了良好的基础。但是由于本人知识面窄，能力有限，还是在设计中遇到了一些问题，因此我们又查阅了大量的技术资料和工具书，经过反复论证、比较，最后终于确定了设计方案，在大致分配时间安排后，便开始

7、了各自的工作。本设计的专用加工机床，就是在的传统加工机床的基础上，加上液压控制系统，改造了加紧系统，还重新设计了径向让刀系统，这样改造的目的，就在于使其在加工过程中更加准确快捷，在设计过程中我也认识到我们国家的技术还是相对落后的，许多先进的技术和材料在我国都还无法应用，作为一名即将毕业的大学生更感任重道远。这次设计，使我进一步提高了理论水平，增强了实际工作的能力，更深一步理解了所学知识，它对今后的工作无疑是极大的帮助。虽然设计已经查阅过大量的资料，但这设计中肯定还有错误，只有去请各位老师、同学帮忙指正，以便于今后的改进和提高。1 机床总体设计方案在当前的工农业生产过程中，皮带运输机的用途较为广

8、泛，其上的托辊是皮带运输上的多用件和易损件。由于一个大型的皮带运输机上至少需要托辊上千个，故说是多用件，至于易损件是由于工作环境差，受外界因素破坏较厉害，加之自身在工作时的振动和磨损较为严重，因此，托辊需要大批量生产，方能满足厂矿企业单位的需要。1.1 加工工艺分析由托辊的零件图可知,辊筒两端的轴承孔102的表面粗糙度Ra=6.3Nm，等级较低，而圆柱度和同轴度的要求较高。另见壁厚为5mm，属于薄壁件，因此，设计的机床在加工时必须解决如下几个问题：1、孔的位置必须正确。避免空的轴心线与管体的轴心线偏差过大。 2、保证孔的圆柱度。如果圆柱度超差过大，轴承装配就比较困难。3、保证两端孔的同轴度。如

9、果同轴度超差，装配后，托滚不能均匀转动，从而使轴承和皮带及滚筒的使用寿命降低。4、表面粗糙度必须保证，否则将影响到与轴承衬套的配合，筒壁工作时，受力不均匀，将加快滚筒的损坏。5、加工时，夹紧力要适合，方向作用点要得当，而且要求作用均匀。否则容易引起工件变形，这样加工的废品率必然升高，造成成本提高，经济性差。通过以上的分析，需要我们在设计机床和夹具时，尽可能满足上述几个方面的要求。1.2 加工方案的确定 机床上的加工方法是多种多样的，根据托辊的自身特点和加工要求，显然只有采用车或镗两种方法，具体方案确定如下：第一种方案：单头车（如简图1-1）工作过程：工件作回转体运动，刀具直线进给，加工一头后再

10、调头加工另一头，此方案的优点是结构简单、紧凑、容易制造，缺点是加工过程中需要装 夹两次，外圆又是未加工表面，调头后可能使工件绕两个回转轴线旋转，不能保证内外圆的同轴度，并且增加了装夹时间，生产效率降低。图1-1 单头车1、床身 2、主轴箱 3 、三爪卡盘 4、工件5、刀具 6、刀杆 7、溜板箱 8、导轨Fig 1-1 Single-truck1、Lathe Bed 2、Spindle Box 3、Scroll Chuck 4、Workpiece5、Tool 6、Arbor 7、Slip-box 8、Guide第二种方案：两头车（如简图1-2）采用此方案加工时，要求工件不动，刀具旋转并同时进给，

11、两端同时加工，此方案的优点是工件一次安装，两端同时加工，工序集中，生产效率高，能够保证工件外圆的同轴度。缺点是：由于两端同时加工，必须需要很大的夹紧力。如果采用外圆表面定位的夹具，就会造成外圆表面变形，破坏外圆直线度，为加工带来误差。图1-2 两头车1、床身 2、箱体 3、刀具 4、工件 5、夹具 6、导轨Fig 1-2 Two Lathe1、Lathe Bed 2、Cabinet 3、Tool 4、Workpiece 5、Fixture 6、Guide 第三种方案：两头镗（如简图1-3） 此方案，结合了上述两种方案的优点。首先，一次装夹，同时完成两端内孔加工，能够保证工件内外圆的同轴度要求，

12、并且工序集中，生产效率高;其次，工件是靠两端及倒角定位夹紧，由于本工件是薄壁圆筒，不会破坏外圆的直线度，容易保证加工要求，并且液压旋转偏心让刀，能够防止退刀时，刀尖划伤已加工表面，刀具轴向进给采用无级调速及无触点开关控制，刀行程由刀杆尾部刻度调整，夹紧也采用液压传动和无触点开关限位，这样，通过液压元件及电器元件的控制，易实现自动化，自动循环，可大大提高劳动生产率，减少工人劳动强度。图1-3 两头镗1、进刀油缸 2、刀杆 3、刀具 4、主油箱5、工件 6、夹具 7、床身 8、导轨Fig 1-3 Two Boring Machine1、Feed Cylinder 2、Arbor 3、Tool 4、

13、Main oil tank5、Workpiece 6、Fixture 7、Lathe Bed 8、Guide同过对以上三种方案的分析与比较，本设计决定采用第三种方案。2 床身设计2.1 对床身的设计要求床身是专用机床的基础，也是专用机床制造的关键零件之一，机床上很多零件、部件都是装载床身上，有的还在床身导轨上运动，因而有关部件之间的相对位置和相对运动精度都是由床身来保证的，为了在加工过程中，在各种因素的影响下能保证机床的精度并长期保持机床原有精度，则要求机床具有足够的刚性、抗震性和耐磨性，而这些方面又大多与床身的结构设计和加工精度有关，在床身加工中，床身与导轨的精度对工件加工的精度影响最大，因

14、而床身导轨面的加工，是床身加工的重点，因此，在设计机床床身时，既要选择好合理的结构，还要更加注意导轨形式的选择及导轨所必备的严格的技术要求。为保证零部件在工作时的相对位置及相对位置运动具有足够的精度，以及整台机床在工作时不出现震动，对于床身的设计，提出下列要求：1、工艺性良好，易于制造和装配。2、足够的精钢度和较高的刚度重量比，要求在规定的最大载荷（额定载荷）作用下，变形量不得超过一定的数值，以保证在加工过程中，刀具和工件的重量约占机床总重量的8085%，所以在满足刚度的前提下，应尽量减轻支撑件的重量。3、良好的动态特性。要求在规定的切削条件下工作时，使受迫振动振幅不超过允许值，不产生自激振动

15、，保证切削的稳定性。4、较小的热变形和内应力，要求温度分布合理，工作是的热变形对加工精度影响较小。5、导轨面受力合理，耐磨性良好。6、结构设计合理，耐磨性良好。7、排屑容易。冷却液和润滑油的渠道畅通，电器液压元件的安装位置合理。8、易于运输、吊装。2.2 材料的选择 对于床身的材料主要有铸铁和钢，一般支承件用灰铸铁制成，我们在这里也把床身材料设计为铸铁，且取材料为HT2040，砂型铸造。灰口铸铁的优点是：良好的铸铁性能，优良的耐磨性能和消振性，良好的自润滑作用计贮油结构。基于以上优点，消振耐磨，故选用床身材料为HT2040。为了保证机床精度，稳定床身尺寸，应消除铸造冷却收缩造成的内应力，所以应

16、当进行人工实效处理，同时对于导轨表面还要进行淬火处理，使其耐磨性提高，变形小，机械性能最佳，所以应当选择高频率淬火，其硬度HRC48552.3 受力分析 床身受力基本类型床身受力是承受力有：(1)、切削力：指X、Y、Z三个方向上的切削力。即Fx、Fy、Fz。Fx进给抗力（轴向）Fy吃刀深度（深度）Fz主切削力（2）、重力：指工件和机床部件等重量 。（3）、摩擦力：指动部件和固定部件相对运动时，导轨面间的摩擦力 。（4）、夹紧力：指连接部件、移动部件间的连接力。（5）、惯性力。（6）、冲击和振动（7）、热应力。 上各力中 (2)(4)(7)属于静力 (6)属于动力 床身变形基本类型 床身在静力和

17、力矩作用下，将发生以下类型变形： （1）床体变形 （2）断面畸形 （3）局部变形 （4）解除变形 床身受力变形受力分析床身在载荷作用下，主要产生水平弯曲变形、垂直弯曲变形以及绕床身X轴方向的扭转变形，在设计床身时，特别要注意的是提高扭转刚度，为了保证床身有足够的刚度，减少在受载情况下床身变形引起的加工误差，保证工件的加工精度要求 ，现在对床身的受力做如下分析：床身受力情况如图2-1图2-1 床身受力Fig 2-1 Sustaining of bed按图示机床受力情况可知，床身受力变形有三种：垂直面内的弯曲变形，水平面内的弯曲变形以及绕床身力X 轴方向的扭转变形 ，其中床身的扭转变形对加工精度影

18、响最大 ，床身横截面上受到的扭矩是： M床=2Fy(h1+h2)+Fz.d式中： Fy-径向切削分力 Fz-垂直切削分力 h1-中心高 h2-床身导轨面到床身扭转中心距离扭矩使床身扭转变形,必然造成导轨前后不平行,失去原有的精度,切削加工时，溜板沿变形的导轨移动，使工件产生加工误差。轴向力Fx 与床身平行，使床身产生拉伸变形，影响很小，可以不计。Fx与Fz产生的弯矩使床身在垂直面内产生弯曲变形，导致工件误差，对工件直径影响较小。Fx与Fz产生的弯矩使床身在水平面内产生弯曲变形，这样就对工件直径影响较小。以上分析可知，床身各个截面的变形所造成的工件加工误差不同，垂直面可以忽略不计，而扭转变形产生

19、的影响最为严重。2.4 床身的结构设计 设计的基础问题为了提高机床的刚度，减小床身变形，现进行床身的结构设计。在进行床身结构设计时，必须考虑床身的工作性能和工艺性。应该在满足机床工作性能的前提下，减轻床身的重量，节约材料 ，提高床身的静刚度和动态性能，减少床身铸造和加工的工作量。 床身结构和设计参数机床床身的合理结构，意味着在最小重量的条件下，具有最大的静刚度，由于机床的固有频率： fm=因此，静刚度的提高和重量的减轻，同时都可能提高床身的固有频率，在大多数情况下，提高固有频率，可以改变床身的动态特征。设计床身结构时，应考虑以下几个主要方面：1、选择适当的断面形状和尺寸。适当的断面形状和尺寸，

20、可以使构件在同样重量的条件下，具有较高的抗弯度和抗扭刚度。2、适当安排筋板位置和筋条的位置、形状和数量，以增加床身的刚度，减小断面形状的畸变。3、导轨与床身（体）的连接壁的形式要适当，减小床身受力后发生局部变形。4、提高连接面的刚度（如床身与其他大件间的连接方式，以及床身于其他地基的连接方式等），以减小床身的接触变形。2.4.3 断面形状的选择机床支撑件受力情况是复杂的，但主要是受扭矩和弯矩作用，因而产生扭转和弯曲变形，由材料力学可知，当支撑件受弯矩作用而其他条件相同时，其变形程度取决于截面的抗弯与抗扭的惯性矩，而惯性矩又与截面的形状有关，同一种材料，截面面积相等而形状不同时，截面惯性矩相差很

21、大，经计算比较可知：（1）空心截面的惯性矩比实心的大，在相同截面面积的条件下，加大轮廓尺寸，减少壁厚，可以大大提高刚度，因此，设计支撑件时总是使壁厚在工艺可能的前提下尽量薄一些，不用增加壁厚的办法来提高刚度。（2）方形截面的抗弯刚度比圆型的大，而抗扭刚度比圆形的小，因此，若支撑件所承受的弯矩大于扭矩，则截面形状以选择方形或矩形截面为佳。矩形截面在其高度方向的抗弯刚度比方形截面的高，但抗扭刚度比方形的低。因此，以承受一个方向的弯矩为主要的支撑件，其截面形状常取矩形，以其高度方向为受弯方向;若弯矩和扭矩都相当大,则截面形状取正方形。（3）不封闭的截面刚度比封闭的截面刚度有明显下降,因此,在可能条件

22、下,应尽量把支撑件的截面做成封闭矩形。但是实际上由于排屑、出砂、安装电器、液压件、传动件等的需要往往很难做成四面封闭的，有时甚至连三面封闭的都难以做到。综上所述，据此机床的工作特性，应选择截面形状为矩形。 合理布置隔板和加强筋设置隔板和加强筋是提高刚度的有效办法，特别是当截面无法封闭时更为重要。1、合理布置隔板在两壁之间起连接作用的内壁称为隔板。为了便于排屑，上下都不能封闭，这时必须用隔板把前后壁连接起来，以便于提高水平方向的抗弯刚度和抗扭刚度。隔板的功用在于把作用于支撑件局部地区的载荷传递给其他壁板，从而使整个支撑件各壁板都能比较均匀的承受载荷。例如车床车身，切削力y经过三角形导轨作用于前壁

23、，前壁的弯曲转化为整个床身的弯曲，即转化为前壁的拉伸和后壁的压缩，大幅度的提高了抗弯刚度，这是因为有了隔板的缘故，其实薄壁板的抗弯刚度是很低的，因为有了隔板可把载荷传递到后壁，从而提高支撑件的自身刚度。隔板布置一般有三种基本形式，即纵向隔板、横向隔板和斜向隔板。纵向隔板主要提高抗弯刚度；横向隔板主要提高抗扭刚度：斜向隔板则兼有提高抗弯刚度和抗扭刚度的效果。隔板的布置方向，纵向隔板应布置在弯曲平面内，此时隔板对X轴的惯性矩为 /12(如图2-2(a)；若将隔板布置在与弯曲平面相垂直的平面内时，则惯性矩为 /12(如图2-2(b) ,两者之比为，由于，则图2-2(a)的抗弯性刚度比图2-2(b)要

24、大的多，抗扭刚度比图2-2(b)小,所以综合以上对机床的受力分析,故应选用图2-2(b)横向隔板. a b图2-2隔板的布置方向Fig 2-2 Partition of the layout direction2、合理配置加强筋有些支撑件的内部要安装其他机构，不但不能封闭，安装隔板也会有所妨碍。这时就只能采用加强筋来提高刚度。合理配置加强筋是提高局部刚度的有效方法。如图2-3所示的加强筋可以用来提高导轨的局部刚度。加强筋的高度可以采取为壁厚的45倍，筋的厚度取壁厚的0.81倍。图2-3 加强筋Fig 2-3 Rebar 床身壁厚的选择床身壁厚应在刚度要求和铸造工艺允许条件下，尽量采用较小值，来

25、节约材料，减轻重量，降低制造成本，根据实践经验，铸造床身壁厚可以根据大件外形的最大尺寸或床身外形空间尺寸来选定，灰铸铁件的壁厚可根据 查表得，外壁厚20mm 内壁厚16mm 床身和导轨的连接导轨通过过渡壁和床身连接为一体，连接处的构造对局部刚度影响很大。这个连接部分的结构必须设计得合理，否则常成为机床的薄弱环节，而在工作时出现严重局部变形。导轨部分的刚度主要取决于床身及过渡壁的刚度，最好不用增加壁厚而用加筋的方法来提高刚度。床身的基本部分较薄，导轨部分则较厚，所以可以经过壁与导轨连接，过渡壁的形式有以下几种：单壁、单壁加筋、双壁和直线附着，没有过渡壁。过渡壁的高度L、在机床工作的允许范围内应尽

26、量取最小值，这样可以增大刚度值，布置加强筋，也可以有效地提高连接部分的刚度，加强筋之间的距离，应取流板导轨长度的1/22/3，对刚性要求较高的机床，则略小于1/2，间距过小，对刚度的进一步提高无明显作用，从刚度的观点来看，导轨的厚度应为宽度的三分之一左右，本设计中的过渡壁是采用单壁连接的。机床的床身在装配时，用螺钉互相连接成为整体，一般机床在工作时，床身或底座下都需要用螺栓固定在地基上。 截面宽度和高度的确定受有空间力，并且扭转载荷的床身，则宽度由刚度要求而定，刚度约与宽度的平方成正比，因此，这类床身应在结构允许的条件下尽量的宽一些。无床腿，直接支撑在基础上的床身，其高度决定于工件的高度，使工

27、件处于最便于观察的位置，因此，高度往往小于宽度，因此刚度靠床身和基础联合保证。综上分析，可得出床身的基本尺寸为：床身高：600mm 矩形导轨（后导轨） 630mm 三角形导轨（前导轨）床身宽：745mm床身长：2600mm两隔板间距：440mm隔板宽度：70mm厚度：40mm具体尺寸详见图纸。床身尺寸的确定还依同类型机床及经验而定。 床身的加工工艺过程对该机床的加工是单件小批量生产，故加工时应采用万能机床，因此制定其加工工艺过程如下：1、 铸造：HT200-40（砂型铸造）2、 钳：划线3、 刨：粗刨地面（以矩形导轨为基准）4、 刨：粗刨三角形导轨两侧面（以底面为基准）5、 时效：自然时效24

28、小时（本床身在粗加工前已经进行了一次人工时效，因此粗加工后再经过一次自然时效就能达到要求）。6、 钳：划各个面上所有的孔线7、 钻：钻各个面上所有的孔8、 刨：精刨底面9、 钳：攻各个面上所有的螺丝纹孔 10、刨：精刨导轨面及各加工表面11、热处理：导轨表面电火花淬火处理（HRC47-52，淬硬深度2-6mm。金相组织马氏体）12、 磨：在导轨磨床上精磨导轨面（余量不超过0.5mm）13、 检查：用水平仪等检查导轨的精度。3 导轨设计导轨用来支承和引导运动部件沿一定轨迹运动，机床上与相对运动部件配合面组成一对导轨副，其中不动配合面称为固定导轨，运动配合面称为运动导轨。机床上的运动部件都是沿着它

29、的床身、立柱、横梁等大件上的导轨表面运动的，机床导轨的质量在很大程度上决定了机床的加工精度，工作能力和使用寿命，因此、导轨设计必须满足以下几点基本要求：（1）导向精度：导向精度是指运动导轨沿支承导轨运动时，直线运动导轨的直线性和圆周运动导轨的真圆性，以及导轨同其他运动件之间相互位置的准确性，影响导向精度的主要因素有导轨的几何精度，导轨的结构形式、导轨及其支承件的自身刚度和油膜刚度以及热变形等。（2）精度保持性，为了能长期保持导向精度，对导轨提出了刚度和耐磨性的要求，若刚度不够，则直接影响导向精度，使导轨面上的比压分布不均匀，则直接影响部件之间的相对位置精度和导轨的磨损，所以刚度是导轨工作质量的

30、另一个重要指标；导轨耐磨性是决定导向精度能否长期保持的关键，是衡量机床质量的重要指标，导轨的耐磨性与导轨的材料、导轨面的摩擦性质、导轨受力情况及两导轨相对的运动速度等有关。（3）低速运动平稳性：就是要保证在作低速运动或微量位移时不出现不平稳现象，进给运动时的不平稳将使加工表面粗糙度增大；定位运动时的不平稳，讲降低定位精度，低速运动平稳性与导轨的结构和润滑，动、静摩擦系数的差值，以及传动导轨运动的传动系统的刚度等有关。（4）结构工艺性：在可能的情况下，应尽量使导轨结构简单，便于制造和维护。对于刮研导轨，应尽量减少刮研量，对于镶装导轨，应做到更换容易。基于以上对导轨的要求，其设计过程大体上在以下分

31、别作了介绍。3.1 导轨的功用及分类导轨的功用是导向和承载，即保证运动部件在外力作用下，能准确地沿着一定的方向运动。导轨可按下列性质分类：（1）按工作性质可分为主运动导轨，进给运动导轨和调位导轨，调位导轨只用于调整部件之间的相对位置，在加工时没有相对运动。（2）按摩擦性质可分为滑动导轨和滚动导轨。滑动导轨按两导轨面的摩擦状态又可以分为混合摩擦导轨、边界摩擦导轨、液体动压导轨和液体静压导轨。滚动导轨按其滚动体不同又可以分为滚珠导轨、滚柱导轨和滚针导轨。 （3）按受力情况，可分为开式导轨和闭式导轨。所谓开式导轨是指靠外载荷和部件自重，使导轨面在全长上保持贴合的导轨。所谓闭式导轨是指必须用压板作为辅

32、助导轨面才能保证主导轨面贴合的导轨。根据本工作的一些条件来选择合适的导轨类型，在此机床中选用调位导轨。 3.2 导轨的结构一、滑动导轨的截面形状导轨的截面可分为凸形和凹形两大类，对于水平布置的机床，凸形导轨不易积存切屑，但难以保存润滑油；凹形导轨润滑性能好，但为防止落入切屑等，必须配备良好的防护装置，在本设计中，我们选用凸形导轨。导轨的截面形状大致有四种：三角形、矩形、燕尾形和圆柱形四大类，对其截面的选用应按照各自的特性来选用。通常情况下，限制运动部件自由度的面可以集中在一条导轨上，但此时移动部件承受垂直于移动方向平面内的颠覆力矩的能力较差，因此，绝大多数机床的移动部件都采用两条导轨组合而成，

33、。常见的导轨组合形式有以下几种：双三角形组合导轨双矩形组合导轨三角形-矩形组合导轨双燕尾形组合导轨燕尾形-矩形组合导轨双圆柱形组合导轨 选择哪种组合形式，应注意：（1） 运动部件所受作用力最好近似垂直于导轨面，这样可使在导轨面上引起的压力最小。（2） 要合理布置切屑里，运动部件的牵引力和导轨面间的位置，使作用在运动导轨上的颠覆力矩尽可能小，使导轨全长上的压力分布均匀。（3） 要提高导轨的工艺性 通过比较以上各类组合导轨特性及选择组合导轨要求的分析，结合本机床的工作情况，决定选用导轨截面形状为矩形三角形组合导轨。 其优点大致为：导向性良好加工制造比较方便前导轨为三角形导轨，依靠三角形的两个侧面导

34、向，磨损后能自动补偿，不会影响导向精度。后导轨为矩形导轨，制造简单，刚度高，支承能力大，且有水平和垂直两个方向的导轨面，而且这两个导轨面的误差不会相互影响，便于安装调整，这种组合的工艺性也比较好，在机床的设备中，应用最广泛。二、间隙调整 导轨接合面之间都存在有间隙，若间隙过小，不但增加运动阻力，而且会加速导轨磨损；若间隙过大，又会使导向精度降低，还容易产生振动，因此，除装配过程中应仔细调整导轨的间隙外，在使用一段时间后，因磨损还需要调。常用镶条和压板来调整导轨的间隙。在机床采用的组合导轨中，矩形导轨起导向作用的导轨面，磨损后不会自动补偿，应备有间隙调整装置，而三角形导轨磨损后可以自动补偿，其间

35、隙不需要调整。其间隙调整的具体方法，见图2-2(a)，引用压板1调整垂直方向的间隙，镶条2调整水平方向的间隙来构成间隙调整结构来调节举行导轨。压板用螺钉固定在运动部件上，用刮配、镶块、或垫片来调整间隙、镶条与支承导轨间的间隙用螺钉进行调整，用螺母进行锁紧。 3.3 导轨材料及热处理导轨的材料主要从保证它的耐磨性来考虑，常用的导轨材料有铸铁、钢、有色金属和塑料，对导轨材料的主要要求是耐磨性好、工艺性好、成本低。在导轨加工中，以铸铁应用最为普遍，是一种成本低，有良好减振性和耐磨性，易于铸造和切削加工的金属材料，导轨常见的铸铁有灰铸铁，孕育铸铁和耐磨铸铁等。常用的孕育铸铁牌号是HT300，耐磨性高，

36、但较脆硬，不易刮研，且成本较高，常用于较精密机床的导轨，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1-2倍，但成本较高，常用于精密机床导轨。灰铸铁应用最多的牌号是HT200，在较好的润滑与防护条件下，具有一定的耐磨性，适用于需要手工刮研的导轨；润滑和防护条件好，轻载荷的机床导轨；不经常工作的导轨（包括调位导轨）；对精度保持性要求不高的导轨等。据本机床的工作特性，又因床身与导轨铸为一体，所以导轨材料与床身材料一致，选用比较常用的灰铸铁HT200，它是一种成本低，有良好减振性和耐磨性，并易于铸造和切削加工的金属材料。导轨面的热处理方法是采用淬火的办法来提高铸

37、铁导轨表面的硬度，高频淬火时借助200300Hz的高频电流对导轨面加热，淬火温度一般为900950摄氏度。淬火深度可达1.53mm，硬度达HRC4855，可以使普通铸铁耐磨性提高2倍左右，以增强抗硬粒磨损，黏着磨损的能力，防止划伤于撕伤，提高导轨的耐磨性。3.4 导轨尺寸的选择 根据机床设计手册第三分册中有关查表得导轨具体尺寸如下：1、 三角形导轨型式尺寸图3-1 三角形导轨型式尺寸Fig 3-1 Size Guide triangular pattern2、矩形导轨型式尺寸图 3-2 矩形导轨型式尺寸Fig 3-2 Rectangular pattern Size Guide3.5 导轨面上

38、的压强校核为了提高导轨的耐磨性，必须限制导轨面上的平均压力（平均地压）。导轨的比压是影响导轨耐磨性的一个重要因素。导轨的支承面积应与导轨所承受的载荷相适应。如机床导轨支承面积设计过小，而负载很大，这样，导轨面单位面积所承受的平均压力就很大，其结果会使导轨表面因油膜破坏而加剧磨损。为了避免这种情况，在设计时就需要保证将导轨面上的平均比压保持在一定数值内，不超过许用值，由于导轨面上的比压分布不可能完全均匀，所以还必须保证最大比压不超过允许值。当导轨滑动速度为10m/min时，允许平均比压P一般为0.405MPa.若速度更大时可比上值略小。进给速度很低的车床或铣床可取得大一倍的值，具体方法如下：由总

39、体进给：溜板及主箱重量G=700N 最大夹紧速度V max =5m/min图 3-3 矩形导轨型式Fig 3-3 Rectangular pattern Guide图 3-4 三角形导轨型式Fig 3-4Guides triangle pattern 工件重量： =70.56N =7.199千克力 因为： 所以： =0.06 因为： 许用平均比压 所以： 导轨强度使用。3.6 导轨面的选用及加工方法 导轨面耐磨性提高的措施有以下几种：(1)力求无磨损。不磨损的条件是配合面在做相对运动时不直接接触，接触时则无相对运动，这种导轨的耐磨性最好。(2)力求少磨损。在有些场合不便采用静压，也不能采用动压

40、导轨，就只能争取少磨损，减少磨损的措施有降低导轨面间的比压，降低摩擦系数、热处理及加强防护等。(3)均匀摩擦。就本设计来看，适当降低导轨工作表面的粗糙度有利于耐磨性的提高。导轨面一般要求加工到Ra小于0.8Nm，导轨面若太粗糙，表面上尖峰很多，压强就很大，极易破坏润滑油膜，当然也降低了导轨的接触刚度，但导轨面也不能过于光滑，否则不能贮存润滑油，甚至产生“分子吸力”而咬合在一起，以至于撕伤导轨表面。导轨表面粗糙度取决于采用的导轨的精加工方法，一般的床身导轨采用精刨和磨削。精刨导轨由于刀具沿一个方向切削，使导轨表面疏松，容易引起咬合磨损，降低耐磨性，磨削导轨可将导轨表面的疏松组织磨掉，提高耐磨性，

41、用于淬硬后加工。3.7 导轨的磨损 润滑与防护 导轨的磨损滑动导轨磨损的基本形式是磨粒磨损和咬合磨损。这两种磨损一般都是伴随发生的，既相互联系又相互影响，磨粒磨损往往是咬合磨损的起因，咬合磨损反过来又会加剧磨粒磨损，只是有时其中一种磨损可能起主要作用。滚动导轨则主要是疲劳磨损。（一）磨粒磨损 磨粒主要指存在于导轨面之间的微小颗粒，如切屑、主粒和导轨自身磨损后的残余产物等，这些微小硬粒在有一定压强作用并作相对运动的导轨面之间起着切刮或刻划导轨面的作用，使导轨面产生机械划伤或磨损划痕，这种磨损不可避免，应采取措施，努力减少这种磨损。（二）咬合磨损咬合磨损又称咬焊,它是指相对运动的两个表面互相咬合,

42、并在表面产生撕裂现象,这是由于导轨面在相互运动时,导轨表面覆盖的一层氧化膜因摩擦发热而受到破坏所造成的,严重的咬合磨损将使两个导轨面无法相对运动,因此,这种磨损是不允许发生的。（三）疲劳磨损和压溃现象滚动导轨疲劳磨损主要是因为导轨表面受滚动体局部应力作用而产生弹性变形。当滚动体离开时，变形得到恢复，这样循环一定次数后，就会使导轨表面产生疲劳破坏，出现点蚀。如果局部应力过大而使表层产生塑性变形而压出凹坑，这就是压溃现象，这种破坏也是不允许发生的。 导轨的润滑为了降低摩擦力、减小磨损、降低温度和防止生锈以及延长导轨的使用寿应选择合理的润滑系统。 导轨的润滑方法很多，可以人工定期向导轨面浇油;也可以

43、在运动部件上装油杯，使油铅油孔或滴向导轨面；也可以在运动部件上装润滑电磁泵或手动润滑泵 ，定时拉动几下供油等等，由于本机床不是精密机床，可以采用简单易行的人工定期润滑。润滑油的黏度可以根据导轨的工作条件和润滑方式选择，此机床可以采用30#或40#机械油。 导轨的防护导轨防护装置的作用是防止切屑及灰尘等脏物落到导轨面上而引起导轨面的磨损、擦伤和生锈。导轨的防护方式很多，有刮板式、隙缝式、整罩式、层叠式等，这些属于间接防护，还有一种直接防护方式 ，而据本机床的工作特点，应采用间接防护中的刮板式，这种防护方式虽然不能防止切屑及灰尘等脏物落到导轨面上，但是能刮除落在导轨面上的尘屑，适用于低俗移动的导轨

44、，此结构既简单、经济，又能满足使用要求。4 夹紧系统设计与锥形套设计我们所加工的零件是易损件，且由专用机床加工，属于大批量的生产，要大批量地生产出合格的产品，我们必须对夹紧系统提出高效、保质、省工省时的要求。就目前的加工厂家来看，所用的专用夹具有以下几种：三爪卡盘、半圆弧定位专用夹具、双V形块夹具等。本机床所加工的零件是薄壁件，如果夹紧力的作用力方向不当或夹具选用不当，工件就容易变形，对圆柱度的要求就难以保证。下面对各种夹具进行分析，以确定我们所需用的夹具。 三种夹具，其产生夹紧力作用均不均匀，会产生如图所示的变形误差，图1-1(a)所示夹具夹紧速度高，定心可靠，操作简单方便，加工工件必须中间

45、调头，同轴度不以保证。图4-1(b)所示夹具比图4-1(a)有所改善、有固定值、夹紧、卸掉都很费力。图4-1(c)示同轴容易保证，仍会使工件变形，但应采用哪种夹具呢，总结以上几种均为镜像夹紧，如果夹紧力是轴向夹紧，不论力是否均匀，工件在径向方向的变形甚微，故孔的圆柱度能够保证。 图4-1 三种夹具形式Fig 4-1 Three fixture form综上所述，最后确定以辊筒的外圆倒角锥面为定位基准。夹具的定位元件选用圆椎孔采用一次定心夹紧。由于工件具有倒角，故与之配合的锥形套应具有锥角。为不妨进给，锥形套的小端直径不能过小，因工件加工后内经为102mm，故取锥形套小端直径为104mm。斜面长

46、度取10mm，锥形套与大齿轮用M 8螺钉相连接，锥形套具体结构图见图纸因为该夹具夹紧力与切割力呈垂直状态，夹紧是通过锥形套与工件倒角之间的摩擦力来实现的，故对锥形套来说，应有较高的硬度和耐磨性。查机械零件课程设计手册2-4表 锥形套取材料50Mn热处理 调质HB2553024.1 油缸设计 夹紧力的计算 主切屑力 Fz=158N 切深抗力 Fy=484N 进给抗力 Fx=946N取：刀具偏心距 e=27mm 刀杆 L=27mm 工件内经 d=102mm如图4-2偏心角 = 切削扭矩 M合=MFy+MFz = = =夹紧摩擦力： 取摩擦系数 f=0.1图4-2受力简图Fig 4-2Diagram

47、 of the force夹紧正压力： 夹紧力： = = 负载分析 取溜板及主轴箱重量： G=7000N 最大夹紧速度： Vmax=5m/min 加减速在2秒内完成 摩擦系数为： f=0.1 惯性力 Fa= = =300N 摩擦力 ： 工作负载 =13020.6+300+700 =14020.6N 油缸尺寸的确定1、由液压传动表13-4查得：可取液压缸工作压力 P=4MPa 本油缸采用单杆活塞式取 背压 （参液压传动辅导教材表3-2 式中：F-缸的负载 -液压缸的机械效率 = = = =4154 可得 ： 由液压传动手册表2-4、2-5查得： 液压缸内径 D=80mm 活塞直径 d=50mm2

48、、 液压缸壁厚和外径的计算2：可知式：式中：-液压缸的壁厚 D-液压缸的内径 -试验压力。一般取最大工作压力的1.251.5倍-缸筒材料的许用压力，取= 式中：-缸体材料的抗拉强度，取=600 n-安全系数，n=3.05,一般取5，n=5 = =2mm取=7mm油缸外径 ： 3、缸盖厚度的确定 一般液压缸多为平底缸盖，其有效厚度t的计算如下： 根据缸体结构取t=20mm4、缸筒长度采用轴向底座固定式油缸参液压传动手册2-6表，确定执行机构的最大行程，取L=250mm活塞宽度B一般为：B=（0.61.0）D这里取B=0.6D=0.680=48mm 取B =50mm缸盖滑动支承面的长度： 最小导向

49、长度 附加长度取=28mm缸筒总长： 油缸校核1、压杆稳定性 活塞杆细长比L/d=250/50=5<10压杆稳定，不需校核2、活塞杆强度校核： 参液压传动式4-15 式中：F-活塞杆所受负载 d-活塞杆直径-活塞杆材料许用 式中：-材料抗拉强度，=600 n-安全系数、n=1.4 = = <50mm活塞杆强度满足.3、螺纹连接强度的校核加紧缸盖和缸筒采用M20螺纹连接参液压传动式4-16可知，采用此连接时，螺纹处的拉应力为： T= 式中: F-液压缸最大作用力 -螺纹内经 = -1.224t,t为螺距 t=1 -螺纹直径 Z-螺栓的个数 取Z=4 =17.13由液压传动式4-17、

50、4-18可知剪切力 要求式中：k -螺纹预紧系数 k=1.2-1.5,取k=1.35-螺纹内摩擦系数 =0.12-许用应力-材料屈服极限-安全系数，一般=1.2-2.5， 取n=2参机械零件课程设计手册表2-3得所以强度满足 液压缸主要零件材料，技术要求和密封1油缸材料油缸采用无缝钢管技术要求：（1） 内径用H8-H9配合（2） 缸体内圆柱表面粗糙度（3） 缸体和端面盖采用螺纹连接时，螺纹采用6H级精度（4） 为防止腐蚀和提高寿命，内劲表面可以镀0.03-0.04mm厚的硬锣，在进行抛光，缸体外涂耐腐蚀油漆。2活塞材料 活塞采用耐磨铸铁HT3000 技术要求：活塞外圆柱粗糙度（1）外圆D的圆度

51、，圆柱度不大于外劲公差之半（2）端面对轴线垂直度在直径100mm不大于0.04mm（3）活塞外劲用橡胶密封圈密封时可取配合，内孔与活塞杆的配合可取H8（4）外劲D对内孔的径向跳动不大于外劲公差之半3活塞杆材料 缸活塞材料采用45#钢 技术要求（1） 材料热处理：调制20-25HRC（2） 钢外圆柱面粗糙度为Ra0.4-0.8（3） 外径圆度。圆柱度不大于直径公差之半4 钢盖材料钢盖采用45#钢技术要求： （1） 配合表面粗糙度Ra0.8-1.6（2） 配合表面的圆度。圆柱度不大于直径公差之半5 导向套导向套材料采用青铜技术要求：（1） 导向表面粗糙度为Ra0.8（2） 导向套的长度一般去活塞杆直径的60%-100%（3） 外径与内孔的同轴度不大于内孔公差之半6 密封