CK6136H车床尾架的结构分析与工艺设计

题 目 床尾架的结构分析与工艺设计 机械工程 学院 机械设计制造及其自动化专业 学生姓名 学号 指导教师 职称 起讫日期 设计地点 摘 要 机械工业的生产水平是一个国家现代化建设水平的主要标志之一。而 总体看来我国的生产力水平较低，技术不发达。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 手 段。 该篇论文是对 床尾架的结构分析与工艺设计。本论文主要包括车床尾架零件的平面二维图绘制及三维实体设计；车床尾架的结构分析；尾架体及套筒工艺分析；对套筒制定零件的加工工艺过程，拟定工艺卡。通过查找资料和实际中对尾架的使用以及尺寸的测量、咨询老师等方法，熟悉车床尾架的内部结构，结合实际改进车床尾架结构，以提高车床加工精度。 通过此次设计，真正熟悉车床尾架的 内部结构与加工工艺，把所学的知识运用到生产实践中去。 关键字 ： 床尾架 ； 结构分析 ； 工艺设计 is of a s of of in of as a to an is on up so on to as as s s in 目 录 第一章 概论 . 1 架产生的时代背景 . 1 课题研究的意义 . 1 第二章 尾架的结构分析 . 2 架的组成及主要作用 . 2 架的工作原理 . 3 架的夹紧机构 . 3 架的调整机构 . 14 第三章 车床尾架的工艺分析 . 16 架体的工艺分析 . 16 架套筒的工艺分析 . 22 筒类零件简介 . 22 床尾架套筒的工艺设计 . 23 第四章 尾架的润滑 . 33 结 束 语 . 36 致 谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 38 附 录 . 39 1 第一章 概论 架产生的时代背景 早在古埃及时代，人们已经发明了 将木材绕着它的中心轴旋转时用刀具进行车削的技术。起初，人们是用 2 根立木作为支架，架起要车削的木材，利用树枝的弹力把绳索卷到木材上，拉动绳子转动木材，用刀具车削。 这种古老的方法逐渐演化，发展成了在滑轮上绕二三圈绳子，绳子架在弯成弓形的弹性杆上，来回推拉弓使加工物体旋转从而进行车削，这便是 “ 弓车床 ” 。 到了中世纪，有人设计出了用脚踏板旋转曲轴并带动飞轮，再传动到主轴使其旋转的 “ 脚踏车床 ” 。 16 世纪中叶，法国有一个叫贝松的设计师设计了一种用螺丝杠使刀具滑动的车螺丝用的车床，可惜的是，这种 车床并没有推广使用。 时间到了 18 世纪，又有人设计了一种用脚踏板和连杆旋转曲轴，可以把转动动能贮存在飞轮上的车床上，并从直接旋转工件发展到了旋转床头箱，床头箱是一个用于夹持工件的卡盘。 随着工艺水平的发展，已有的加工设备已经不能满足人们的需要，同一台机床已不再仅仅局限于单一零件的加工，为了提高机床的利用率，于是，尾架应运而生。 课题研究的意义 制造业中的 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 床。主要分为：主轴箱、尾架、光杠、丝杠、溜板箱、床身、进给箱、刀架。 尾架是车床的重要的部件之一，它在车床加工中起到了重要作用。尾架体安装在机床的右端导轨上，尾架套筒可以安装顶尖，以支承较长的工件的右端、安装钻头、铰刀，进行加工，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。 该论文对 床尾架进行结构和工艺方面的研究，一方面，有助于加 深自己对尾架结构和零件加工方面的理解，提高绘图能力以及增加一些零件配合方面的知识。在工艺分析过程中，会涉及到所用机床型号，因此会增加自己对更多机床型号的认识、提高工艺分析的能力。另一方面，也可以帮助非机械专业的人全面掌握尾架方面的知识。 2 第二章 尾架的结构分析 架的组成及主要作用 尾架广泛应用于机械加工设备中，比如车床、铣床、镗床、磨床等。它是是机床的重要组成部分，是机床功能的扩展，是不可或缺的，因此分析尾架的结构、了解其作用很有必要。 1、 尾架的组成 （ 1） 尾架是多层结构。 由尾架体与尾架底板组成，其优 点是方便加工与中心高的调节。 （ 2） 尾架组成的主要零部件与机构有： 套筒：是尾架功能实现的主要零件。 套筒夹紧机构：对套筒进行夹紧。 偏心夹紧机构：尾架与导轨之间的夹紧。 其他零部件与机构：包括套筒进给机构、润滑机构、锁紧手柄机构。 尾架的各组成零部件见下图 2图 2床尾架 1 手轮、 2 轴承盖、 3 尾架体、 4 上、下夹紧块、 5 套筒、 6 底板、 7 压板、 8 夹紧螺钉、 9 夹紧螺柱、10 偏心轴 3 2、尾架在加工中的作用 （ 1）支承 尾架常用于辅助加工轴向尺寸较大的轴类零件，零件轴向尺寸过大，由于较大的径 向切削力的存在，使轴类零件产生径向跳动，无法加工。此时可以用尾架顶尖顶住零件的一端（尾部钻有中心孔），以提高零件的装夹可靠性，再进行加工。 （ 2）扩大机床的使用范围 尾架可钻孔、铰孔。钻孔的时候，把钻头安装在具有莫氏锥柄的钻套上，再把钻套安装在尾架套筒的莫氏锥孔上，就可以实现钻孔、铰孔等。 车、磨锥度内外圆柱面。利用尾架横向调节能力，使尾架中心偏移，达到锥面角度，配合机床夹具使用。机床刀架正常纵向走刀，从而达到车、磨锥度内外圆柱面的目的。 （ 3）中心高的确定。可通过调节尾架来调整刀具的中心高； 架的工作原理 尾架主要通过夹紧机构和调整机构来工作的。 1、在车床上的应用 （ 1）双顶尖安装工件 在车床上加工轴类工件时，一般用双顶尖安装工件，如图 2示。把轴架在前后两 个顶尖上，前顶尖装在主轴锥孔内，并和主轴一起旋转，后顶尖装在尾座套筒内，前后顶尖就 确定了轴的位置。将卡箍紧固在轴的一端，卡箍的尾部插入拨盘的槽内，拨盘安装在主轴上 (安装方式与三爪卡盘相同 )并随主轴一起转动，通过拨盘带动卡箍即可使轴转动，并承受切削时产生的扭矩。 图 2双顶尖安装工件 4 常用的顶尖有 死顶尖和活顶尖两种，其形状如图 2示。车床的前顶尖用死顶尖， 后顶尖常用活顶尖。这是因为在高速切削时为了防止后顶尖与中心孔之间因摩擦过热而烧 坏顶尖或工件。由于活顶尖的精度不如死顶尖高，故一般用于轴的粗加工和半精加工。 （ a） 死顶尖 (b)活顶尖 图 2顶尖 （ 2）车锥面 号及计算公式 图 2圆锥面的基本参数，其中 C 为锥度， 为圆锥角 (/2 称为圆锥半角，亦称斜角 )， D 为 大端直径， d 为小端直径， L 为圆锥的轴向长度。 它们之间的关系为 2 L 1） 当 2 6 时， 2 可用下列近似公式进行计算： L 2） 图 2 车锥面的方法有四种 :小拖板转位法、尾座偏移法、靠模法和 宽刀法。 小拖板转位法 小拖板转位法车锥面如图 2示。根据零件的圆锥角 ，把小滑 板下面的转盘顺时针或逆时针扳转 /2 角度后再锁紧。当用手缓慢而均匀地转动小拖板 手柄时，刀尖则沿着锥面的母线移动，从而加工出所需要的锥面。 5 (a) (b) 图 2小拖板转位法车锥面 小拖板转位法车锥面操作简便，可加工任意锥角的内外锥面。但加工长度受小拖板行程的限制 (式车床小拖板行程为 1，不能自动走刀，需手 动进给，劳动强度较大，表面粗糙度 为 要用于单件小批生产中车削精度较低和长度较短的内外锥面。 尾座偏移法 尾座主要由尾座体和底座两部分组成，如图 2-6(a)所示。底座用压板和固定螺钉紧固在床身上，尾座体可在底座上作横向位置调节。当松开固定螺钉而拧动两个调节螺钉时，即可使尾座体在横向移动一定的距离，如图 2-6(b)所示。 （ a） （ b） 图 2尾座 尾座偏移法车锥面如图 2示，工件安装在前后顶尖之间。将尾座体相对底座在横向向前或向 后偏移一定距离 s，使工件回转轴线与车床主轴轴线的夹角等于工件圆锥斜角/2 ，也就是使圆锥面的母线与车床主轴轴线平行，当刀架自动或手动纵向进给时，即可车出所需的锥面。 6 （ a） （ b） 图 2尾座偏移法车锥面 若工件总长为 ，尾座偏移量 S 的计算公式如下 : 22t a 0 （ 3） 尾座偏移法最好使用球顶尖，以保持顶尖与中心孔有良好的接触状杏。尾座偏移法只适用于在双顶尖上 加工较长轴类工件的外锥面，且圆锥斜角 /28 气由于能自动走刀进给，表面粗糙度 可达 用于单件和成 批生产。 靠模法 靠模法车锥面如图 2示。靠模装置固定在床身后面。车锥面时，靠模板绕回转中心销钉相对底座扳转圆锥斜角 /2 ，滑块在靠模板导轨上可自由滑动，并通过联接板与中滑板相联。将中滑板的螺母与横向丝杠脱开，当床鞍自动或手动纵向进给时，中滑板与滑块一起沿靠模板导轨方向移动，即可车出圆锥斜角为 /2 的锥面。加工时，小滑板需扳转 90 ，以便调整车刀的横向位置和进背吃刀量。靠模法能 自动走刀进给，可加 工长度较长而圆锥斜角 /212 的内外锥面，表面粗糙度 可达 用于 成批和大量生产。 宽刀法 宽刀法 (又称样板刀法 )车锥面如图 2示。刀刃必须平直，与工件轴线的夹角应等于锥面的圆锥斜角 /2 ，工件和车刀的刚度要好，否则容易引起振动。表面粗糙度取决于车刀刀刃的刃磨质量和加工时的振动情况， 可达 刀法只适宜车削较短的锥面，生产率高，在成批生产特别是大批大量生产中用得较多。宽刀法多用于车削外锥面，如果孔径较大，车孔刀又有足够的刚度，也可 车削锥孔。 图 2模法车锥面 图 2刀法车锥面 7 （ 3）两顶尖对中 安装并校正顶尖是依靠其尾部锥面与主轴或尾座套筒锥孔的配合而装紧的，因此安装顶尖时，必须先擦净配合面，然后用力对正撞紧，否则安装不牢或安装不正。 校正顶尖的方法是将尾座移向主轴箱，检查前后两个顶尖的轴线是否重合。如果不重 合，必须将尾座体作横向调节，使之符合要求，如图 6图 6示。 （ a）两顶尖轴线必须重合 （ b）横向调节尾架体使两顶尖轴线重合 图 2校正顶尖 2、夹紧装置基本部分组成 (1)力源装置 ,即产生原始作用力的部分。 (2)夹紧机构，即接收和传递原始作用力，使之变为夹紧力，并执行夹紧任务的部分。夹紧机构包括中间递力机构和夹紧元件。中间递力机构把力源传递给夹紧元件，再由夹紧元件直接与工件接触，最终完成夹紧任务。一般递力机构可以在传递夹紧作用力过程中，改变夹紧作用力方向和大小，并具有一定的自锁性能，以保证夹紧可靠。 3、 床尾架的固定方式 尾架的固定包括尾架与车床 床身的固定和尾架套筒定位后的固定。 床尾架采用偏心夹紧机构和螺旋夹紧机构来固定。 （ 1）偏心夹紧机构 偏心夹紧机构利用其动作速度快的特点以便在不同尺寸工件的频繁更换中达到快速装夹的目的。如图 2a)为偏心轴直接夹紧工件的原理图。图 (b)为 床尾架的偏心夹紧轴，其偏心距为 3 (a) 偏心轴夹紧工件的 原理图 8 (b) 床尾架的偏心夹紧轴 图 2偏心轴 在工作结束后，逆时针转动偏心轴手柄，松开压块。整个操作 过程简单、省时、省力。通过压紧或放松 手柄，就可控制尾架偏心轮的夹紧或者松开。 综上可得 快速偏心夹紧机构有以下优点： 9 a 偏心夹紧机构结构简单，尺寸、精度要求低，制造工艺简单。 b 用快速偏心夹紧机构夹紧工件动作简单、操作灵活，易实现自锁，夹紧可靠，更换方便，能快速夹紧因而大大提高了生产效率使用效果良好。 c 速偏心夹紧机构结构紧凑。 d 速偏心夹紧机构在金相切割机上使用取得满意效果。亦可适用于其它机床装夹工件。 （ 2）螺旋夹紧机构 螺旋夹紧机构是应用最广的一种夹紧机构，造容易、夹紧可靠、增力比大、行程不受限制等优点。但同时也具有夹紧动作慢、辅助时间长、效率低等缺点，尤其是当用同一夹具频繁交替夹紧大小不同的工件时，更要不停的转动螺杆以改 变行程。 床尾架的上下两个夹紧装置都有螺旋夹紧的应用。如下图 2示， 1 所指向部位为上夹紧机构， 2、 3、 4 为下夹 紧机构。 2床尾架夹紧机构位置图 夹紧时 整个操作过程极其简单。上夹紧机构在套筒定位之后，只要旋转手柄，就可以利用图 2a)(b)两零件将套筒夹紧，固定在某一个需要的位置。下夹夹紧机构中有螺旋夹紧和偏心夹紧的组合 应用。其作用是当尾架移动到车床导轨的某一位置之后，将尾架固定于导轨上。使用时，先用螺母将图 2示的零件 (c)和 (d)稍微拧紧 (这里采用的是螺旋夹紧 )，再压紧手柄 ,利用 (d)和偏心轴两零件将 尾架固定于导轨上 (这一步所采用的是偏心夹紧 )。 10 （ a） 11 12 (b) 13 (d) 2紧装置所用的零件图 14 尾架在安装调试时，其顶尖位置是需要人工调节的，调整过程就需要用到尾架的调整机构，它工作原理如下： 1、纵向 尾架加工时通过尾架底板的配做来达到机床中心高的 要求。如果纵向过高，则可以通过铣削加工底板的上平面，铣去高出的部分，再进行飞刮、精加工。 使用一段时间后，如果纵向被磨损变 低，则可： a 在底饭上镶以铜板或粘接胶木板、尼龙板，用刮研方法修复到所要求的高度。 b 报废已磨损的尾架底板，更换新件。 c 采用新工艺涂覆法，在尾架底板下滑面上涂敷 耐磨涂料、涂层来补偿磨损量。 2、横向 横向上可直接调节底板前后面的调节螺钉即可，操作简单方便。下图 2示为调节横向位置的螺钉的位置 (在尾架体后方的对称位置处也有相同结构 )。图 2调节尾架的调节螺母，它与调节 螺钉配合调节尾架的横向位置。 图 2调节横向位置的螺钉 15 图 2向调节螺母 16 第三章 车床尾架的工艺分析 机械零件结构工艺性 ,是指所设计的零件在满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性。即在保证产品使用性能的前提下 ,能用生产率高 ,劳动量小 ,成本低的方法制造出来的特性。 零件结构工艺性包含了零件各个制造过程中的工艺性 ,有零件结构的铸造、锻造、冲压、焊接、热处理、机械加工及装配工艺性等。可见零件结构工艺性涉及面广 ,具有综合性 ,必须全面综合分析。 机械零件结构 ,尤其是复杂零件 (箱体、 连杆、套筒等类零件 )的结构 ,首先要详细分析零件图纸和产品装配图 ,搞清楚该零件在产品中的装配关系和作用 ,对该零件尺寸、形状、精度、表面粗糙度进行详细分析。而很多人设计时往往看不到产品装配图 ,那就更应该对零件图纸进行认真分析 ,即对零件图纸中。哪些是加工面、哪些是非加工面分清 ,要将零件图中所有各加工表面拆分成若干个几何单元 ,对各几何单元的尺寸、形状、精度、表面粗糙度进行详细分析 ,弄清各形状和位置尺寸的设计基准。 搞清楚零件的结构 ,即对零件各切削加工表面的形状、尺寸、精度、表面粗糙度进行分析 ,弄清各形状和位置尺寸的 设计基准 ,然后对各表面进行工艺性分析 ,看各切削加工表面设计基准和定位基准能否重合 ,尽量避免基准不重合 ,以免造成不必要的尺寸链换算。 下面以一个典型箱体类和套筒类零件为例分析其结构工艺性，然后 为 筒制定详细的工艺过程卡片。 架体的工艺分析 箱体类零件 是机器及其部件的基础零件。它将机器及其部件中的轴、轴承套和齿轮等零件按一定的相互关系装配成一整体，并按预定的传动关系协调运动。因此，箱体的加工质量，直接影响着机器的性能、精度和寿命。 箱体的结构形式虽然多种多样，但仍有共同的主要特点：形状复 杂、壁薄且不均匀，内部呈腔形，加工部位多，加工难度大，既有精度要求较高的孔系和平面，也有许多精度要求较低的紧固孔。因此，一般中型机床制造厂用于箱体类零件的机械加工劳动量约占整个产品加工 量的 15% 因此，箱体类零件的加工不仅加工部位多，而且加工难度也大。 图 3示是 17 （ a） 床尾架体 (b) 架体主视图 18 (c) 架体左视图 (d) 架体剖视图 19 (e) 架 体俯视图 (f) 架体仰视图 20 (g) 架体剖视图 (h) 架体剖视图 图 3床尾架体 1、 主要表面 加工 方法的选择 箱体的主要表面有平面 （图 3a）中的基准面 B） 和轴 类的 支承孔 （图（ a）中的 55和图 (e)中的 35 ） 。 主要平面 的加工 ，对于中、小件，一般在牛头刨床或普通铣床上进行。对于大件，一般在龙门刨床或龙门铣床上进行。刨削的刀具结构简单，机床成 本低，调整方便，但生产率低；在大批、大量生产时，多采用铣削；当生产批量大 且精度 又较高时可采用磨削。单件小批生产 精度 较高的平面时，除一些高 精度 的箱体仍需手工刮研外，一般采用宽刃精刨。当生产批量较大或为保证平面间的相互位置 精度 ，可采用组合铣削和组合磨削 。 箱体支承孔的 加工 ，对于直径小于 50孔，一般不铸出，可采用钻扩 (或半精镗 )铰 (或精镗 )的方案。对于已铸出的孔，可采用粗镗半精镗精镗 (用浮动镗刀片 )的方案。由于主轴轴承孔 精度 和表面质量要求 比其余轴孔高，所以，在精镗后，还要用浮动镗刀片进行精细镗。对于 箱体上的 高精度 孔，最后 精加工 工序也可采用珩磨、滚压 等工艺 方法。 2、 拟定 工艺 过程的原则 (1)先面后孔的 加工 顺序 箱体主要是由平面和孔组成，这也是它的主要表面。先 加工 平面，后 加工 孔，是箱体加工 的一般 规律。因为主要平面是箱体往机器上的装配基准，先 加工 主要平面后 加工 支承孔，使定位基准与设计基准和装配基准重合，从而消除因基准不重合而引起的误差。另外，先以孔为粗基准 加工 平面，再以平面为精基准 加工 孔，这样，可为孔的 加工 提供稳定可靠的定位基准，并且 加工 平面时切去了铸件的硬皮和凹凸不平，对后序孔的 加工 有利，可减少 钻头引 偏和崩刃现象，对刀调整也比较方便。 21 (2)粗精 加工 分阶段进行 粗、 精 加工 分开的原则：对于刚性差、批量较大、要求 精度 较高的箱体，一般要粗、精 加工 分开进行，即在主要平面和各支承孔的粗 加工 之后再进行主要平面和各支承孔的精加工 。这样，可以消除由粗 加工 所造成的内应力、切削力、切削热、夹紧力对 加工精度 的影响，并且有利于合理地选用设备等 。 粗、精 加工 分开进行，会使机床，夹具的数量及工件安装次数增加，而使成本提高，所 以对单件、小批生产、 精度 要求不高的箱体，常常将粗、精 加工 合并在一道工序进行，但必须采取相应措施，以减少 加工 过程中的变形。例如粗 加工 后松开工件，让工件充分冷却，然后用较小的夹紧力、以较小的切削用量，多次走刀进行精 加工 。 (3)合理地安排热处理工序 为 了消除铸造后铸件中的内应力，在毛坯铸造后安排一次人工时效处理，有时甚至在半 精加工 之后还要安排一次时效处理，以便消除残留的铸造内应力和切削 加工 时产生的内应力 。对于特别精密的箱体，在机械 加工 过程中还应安排较长时间的自然时效（如坐标镗床 主轴箱箱体）。箱体人工时效的方法，除加热保温外，也可采用振动时效。 3、 定位基准的选择 (1)粗基准的选择在选择粗基准时，通常应满足以下几点要求： 第一， 在保证 加工 面均有余量的前提下，应使重要孔的 加工 余量均匀 ,孔壁的厚薄尽量均匀，其余部位均有适当的壁厚； 第二，装入箱体内的回转零件 (如齿轮、轴套等 )应与箱壁有足够的间隙； 第三，注意保持箱体必要的外形尺寸。此外，还应保证定位稳定，夹紧可靠。 为了满足上述要求，通常选用箱体重要孔 的毛坯孔作粗基准。由于铸造箱体毛坯时，形成主轴孔、其它支承孔及箱体内壁的型芯是装成一整体放入的，它们之间有较高的相互位置精度 ，因此不仅可以较好地保证轴孔和其它支承孔的 加工 余量均匀，而且还能较好地保证各孔的轴线与箱体不 加工 内壁的相互位置，避免装入箱体内的齿轮、轴套等旋转零件在运转时与箱体内壁相碰 。 根据生产类型不同，实现以主轴孔为粗基准的工件安装方式也不一样。大批大量生产时，由于毛坯 精度 高 ,可以直接用箱体上的重要孔在专用夹具上定位，工件安装迅速，生产率高。在单件、小批及中批生产时，一般毛坯 精度 较低，按上述办法 选择粗基准，往往会造成箱体外形偏斜，甚至局部 加工 余量不够，因此通常采用划线找正的办法进行第一道工序的 加工 ，即以主轴孔及其中心线为粗基准对毛坯进行划线和检查，必要时予以纠正，纠正后孔的余量应足够，但不一定均匀。 (2)精基准的选择为了保证箱体零件孔与孔、孔与平面、平面与平面之间的相互位置和距离尺寸 精度 ，箱体类零件精基准选择常用两种原则：基准统一原则、基准重合原则。 一面两孔 (基准统一原则 )在多数工序中 ，箱体利用底面 (或顶面 )及其上的两孔作定位基准， 加工 其它的平面和孔系，以避免由于基准转换而带来的累积误差。 22 三面定位 (基准重合原则 )箱体上的装配基准一般为平面，而它们又往往是箱体上其它要素的设计基准，因此以这些装配基准平面作为定位基准，避免了基准不重合误差，有利于提高箱体各主要表面的相互 位置精度 。 架套筒的工艺分析 1、类零件的技术要求 a 内孔 :起支承 ,导向作用 ,尺寸精一般 缸内孔尺寸精一般要求较低，为 粗糙 度值则较低， 孔形状精度一般控制在尺寸公差以内，为防止泄漏，除对孔有圆度要求外，还有圆柱度，直线度等形状公差的要求。 b 外圆：一般是套类零件的支承表面，与机体上的孔相配合。尺寸精度为 糙度值 的达 c 内外圆的同轴度一般为 1轴度要求高的为 d 内孔轴线对端面的垂直度，如在使用或加工过程中承受轴向力，其垂直度一般为： 2 套筒类零件的材料与毛坯 1、材料 :大多数为低碳钢或中碳钢 ,如 5#钢 ;少数采用合金钢如 :2508 ,有时也选用铸铁 ,青铜 ,黄铜等。 2、毛坯 :棒料 ,锻件 ,铸件 ,无缝钢管等 0,35,27扎或冷拔无缝钢管。 3、般套筒的作用有 (1)减少摩擦； (2)减少振动； (3)防腐蚀； (4)减少噪音； (5)便于维修； (6)利用不同材料组成的摩擦副减少黏结； (7)简化结构制造工艺。 4、 床尾架套筒的作用 23 床尾架套筒除了有一般套筒的作用外，还有其特殊的作用，但是它的作用要与该尾架结合起来讲，它是尾架的一个最重要的零部件之一，车床尾架的主要作用也就是该套筒的主要作用。 床尾架套筒的工艺设计 床尾座套筒零件见下图 324 图 3筒零件图 25 1、零件图样分析 (l) 圆的圆柱度公差为 (2)莫氏 4 号锥孔轴心线与 圆轴心线的同轴度公差为 (3)莫氏 4 号锥孔轴心线对 550013.0圆轴心线的径向跳动公差为 (4)键槽 圆轴心线的平行度公差为 (5)锥孔涂色检查其接触面积应大于 75%。 (6)调质处理 (7)外圆及锥孔淬火 2、车床尾座套筒机械加工工艺过程卡。 注：以下步骤中，所说的左端为图 3的有莫氏锥度的一端 ,右端为 30 孔的一端。 表 1 车床尾座套筒机械加工工艺过程卡 工序号 工序名称 工序内容 工艺装备 1 下料 棒料 60310床 2 热处理 正火 热处理炉 3 粗车 夹一端粗车外圆至尺寸 58 200端面见平即可。钻孔 26 206 粗车 倒头，夹 58圆并找正，车另一端处圆至 58上序光滑接刀，车端面保证总长 305中心孔并钻孔 20通 热处理 调质 处理炉 6 半 精车 夹左端外圆，中心架支撑右端外圆，车右端面保证总长 302外圆至 26至 28 210端倒角 2 45，车 34圆柱面 半精车 倒头，车左端外圆，光滑接刀，左端倒 角，车端面保证总长 300车莫氏 4 号锥孔，保证大端直径为 28左端 3660内锥面 精车 夹左端外圆，中心架支撑右端外圆，车外圆 55 56 至 29 55 342 精车 倒头，夹右端外圆，中心架支撑左端外圆，车莫氏 4号内锥孔，至大端尺寸为 33 26 10 钻 钻 4 螺纹孔至 ，其中心距右端面均为 181 钳 修毛刺 12 热处理 左端莫氏 4 号锥孔，高频感应加热淬火 5处理炉 13 粗磨 夹右端外圆，中心架支撑左端外圆，粗莫氏 4 号锥孔，留磨余量 2110A 14 粗磨 采用两顶尖定位装夹工作，粗磨 0 圆，留磨余量 2110A 15 精磨 夹右端外圆，中心架支撑左端外圆，精磨莫氏 4 号锥孔至图样尺寸，大端为 色检查，接触面积应大于 75%。修研 60锥面 氏 4 号锥度塞规 16 精车 夹左端外圆，中心架支撑右端外圆， 图样尺寸，深 研 60锥面 7 攻螺纹 夹左端面，攻 螺纹 18 精磨 采用两顶尖定位装夹工作，精磨外圆至图样尺寸0 2110A 19 检验 按图样检查各部尺寸及精度 20 入库 涂油入库 第一步： 下料：因为套筒最终尺寸为 55 300以我选择的棒料尺寸稍微比成品套筒尺寸的大，棒料 60310下图 3示。 图 3筒棒料 第二步： 热处理：为了便于切削加工，改善棒料组织 ，加工前先正火处理。 第三步： 粗车：任夹一端粗车外圆至尺寸 58 200端面见平即可。为了提高套筒精度，应减少装夹次数，所以端面加工之后紧接着打中心孔，然后钻孔 26 205 27 第四步： 粗车：倒头，粗车另一端外圆 58至与已加工的 58圆光滑表面接刀为止。然后加工端面，保证总长为 305了减少装夹次数，继续钻孔 20通。 粗车之后零件图样如下图 3示。 图 3车之后零件图样 第五步： 热处理：粗车之后应先进行正火处理，以消除加工应力以及改 善组织（粗加工时零件会有微小变形）。 第六步： 半精车：夹左端外圆，为了保证圆跳动，所以采用中心架支撑右端外圆，车外圆至 右端面保证总长 302 26至 28 210 34圆柱面。 第七步： 半精车：倒头，车左端外圆，光滑接刀，左端倒 角，车端面保证总长 300莫氏 4 号锥孔，保证大端直径为 28。车左端 3660锥面。 在这一步中选用数控车床进行加工是考虑到加工效率，虽然数控车床采用插补进给的方 法来加工锥孔，所加工出的锥度不是严格的光滑锥面。而采用普通车床，通过调节尾架小拖板，就可以加工出比数控车床更光滑的锥面，但是由于莫氏 4 号锥孔还需最终的磨削，因此，这里只要效率高，粗糙度可不用考虑。 半粗车之后零件图样如下图 3示。 图 3粗车之后零件图样 28 第八步： 精车：夹左端外圆，中心架支撑右端外圆，车外圆 55 56 至 29 55 342 第九步： 倒头，夹右端外圆，中心架支撑左端外圆， 车莫氏 4 号内锥孔，至大端尺寸为 33 精车之后零件图样如下图 3示。 图 3车之后零件图样 第十步： 钻 4 螺纹孔至 ，其中心距右端面均为 18 钻孔之后零件图样如下图 3示。 图 3孔之后零件图样 第十一步： 钳：将零件表面毛刺修掉。 第十二步： 29 热处理：左端莫氏 4 号锥孔，高频感应加热淬火 5检验硬度。 第十三步： 粗磨；夹右端外圆，中心架支撑左端外圆，粗磨莫氏 4 号锥孔，留磨余量 磨边用莫氏锥 度检验棒检验锥度。 第十四步： 粗磨；采用两顶尖定位装夹工作，粗磨 圆，留磨余量 第十五步： 精磨：夹右端外圆，中心架支撑左端外圆，精磨莫氏 4 号锥孔至图样尺寸，大端为 色检查，接触面积应大于 75%。修研 60锥面。边磨边用莫氏锥度检验棒检验锥度。 第十六步： 精车：夹左端外圆，中心架支撑右端外圆，精车内孔 图样尺寸，研 60锥面。 第十七步： 攻螺纹：夹左端面，攻 螺纹。 第十八步： 精磨：采用两顶尖定位装夹工作，精磨外圆至图样尺寸 第十九步： 检验：按图样检查各部尺寸及精度。 第二十步： 入库：将零件表面涂油入库。 说明 : (1）在安排加工工序时，应将粗、精加工分开，以减少切削应力对加工精度的影响。并在调质处理前进行粗加工，调质处理后进行半精加工和精加工。 (2）车床尾座套筒左端莫氏 4 号锥孔与有端 28 30，应在进行调质处理前钻通，这样有利于加热和内部组织的转变，使工件内孔得到较好的处理。 (3）精磨 圆时，以两端 60锥面定位，分两次装夹，这样有利于消除磨削应力引起工件变形。也可采用专用锥度心轴定位装夹工件，精磨 圆。 (4)工序 18 以后，再采用中心架支撑夹工件外圆时，由于键槽 影响，这时应配做一套筒配合中心架的装夹，以保证工件旋转平稳，不发生振动。 (5） 圆的轴心线是工件的测量基准，所以磨削莫氏 4 号锥孔时，定位基准必须采用 圆。加工时还应找正其上母线与侧母线之后进行。 (6）加工 槽时，应在夹具上设置对称度测量基准，在加工对刀时，可边对刀边测量，以保证键槽 圆轴心线的对称度。 30 (7） 圆的圆柱度检验，可将工件外圆放置在示准 V 形块上 (V 形块放在标准平板上 )，用百分表测量出外圆点的圆度值，然后再算出圆柱度值也可采用偏摆仪方法，先测出工件的圆度值，然后再计算出圆柱度 (8） 槽对称度的检验，采用键槽时对称度量规进行检查。 (9）用标准莫氏 4 号锥塞规涂色检查工件的锥孔，其接触面积应大于 75%。 薄壁套筒在 加工过程中，往往由于夹紧力、切削力和切削热的影响而引起变形，致使加工精度降低。需要热处理的薄壁套筒，如果热处理工序安排 不当，也会造成不可校正的变形。 3、钻孔切削力计算： 对套筒 4孔钻销时切削力的计算。 4孔是先加工 孔后再磨到 4，所以计算是 切削力来源于三个方面： （ 1） 克服被加工材料对弹性变形的抗力； （ 2） 克服被加工材料对塑性变形的抗力； （ 3） 克服切屑对前刀面的摩擦力和刀具后刀面对过渡表面与已加工表面之间的摩擦力。 上述各力的总和形成作用在刀具上的合力 标为 F)。为了实际应用， 分解为相互垂直的 个分力。在车削时： 切削力或切向 力。它切于过渡表面并与基面垂直。 计算车刀强度，设计机床零件，确定机床功率所必需的。 进给力、轴向力或走刀力。它是处于基面内并与工件轴线平行与走刀方向相反的力。 设计走刀机构，计算车刀进给功率所必需的。 切深抗力、或背向力、径向力、吃刀力。它是处于基面内并与工件轴线垂直的力。 来确定与工件加工精度有关的工件挠度，计算机床零件和车刀强度。它与工件在切削过程中产生的振动有关。 消耗在切削过程中的功率称为切削功率 际为 切削功率为力 移，所以不消耗功率。于是 310)1 0 0 0/( （ 1） 其中： 31 ）。进给量（）；工件转速（）；进给力（）；切削速度（）；切削力（）；切削功率（m m / 相对于 F 所消耗的功率来说，一般很小（ 1% 2%），可以略去不计，于是： 310 （ 2） 计算切削力： 用功率表测出机床电机在切削过程中所消耗的功率 按下式计算出切 削功率 P （ 3） 式中 ： m 机床的传动效率，一般取为 值适用于新机床，小值适用于旧机床。 在切削速度 V 为已知的情况下，利用 。 此次夹具设计中，我使用了 式钻床钻孔。其机床电机型号为 4 型，电压为 380V，功率为 钻头直径 D 为 4速为 800r/m值取 综上所述可得： 2/ (4) m / V 则 3 F 所以在加工 孔时所用的切削力约为 2767N。 4、 减少切削力对变形的影响 由上述计算可见，加工切削力比较大，因此应想办法减小切削力。 常用的方法有下列几种： （ 1） 减小径向力，通常可借助增大刀具的主偏角来达到。 （ 2） 内外表面同时加工，使径向切削力相互抵消。 （ 3） 粗、精加工分开进行，使粗加工时产生的变形能在精加工中能得到纠正。 32 5、 减小夹紧力对变形的影响 切削加工时，夹具所用的夹紧力也不应太大，因此也应采取措施减小夹紧力对零件变形的影响。方法有： 1、 采用轴向夹紧工件的夹具。由于工件靠螺母端面沿轴向夹紧，故其夹紧力产生的径向变形极小。 2、 夹紧力不宜集中于工件的某一部分，应使其分布在较大的面积上，以使工件单位面积上所受的压力较小，从而减少其变形。例如 工件外圆用卡盘夹紧时，可以采用软卡爪，用来增加卡爪的宽度和长。同时软卡爪应采取自镗的工艺措施，以减少安装误差，提高加工精度。由于开缝套筒与工件接触面大，夹紧力均匀分布在工件外圆上，不易产生变形。当薄壁套筒以孔为定位基准时，宜采用涨开式心轴。 3、 在工件上做出加强刚性的辅助凸边，加工时采用特殊结构的卡爪夹紧，当加工结束时 ，将凸边切去。 6、 减少热变形引起的误差 工件在加工过程中受切削热后要膨胀变形，从而影响工件的加工精度。为了减少热变形对加工精度的影响，应在粗、精加工之间留有充分冷却的时间，并在加工时注入足 够的切削液。 热处理对套筒变形的影响也很大，除了改进热处理方法外，在安排热处理工序时，应安排在精加工之前进行，以使热处理产生的变形在以后的工序中得到纠正。 33 第四章 尾架的润滑 润滑技术是摩擦学三大支柱 (摩擦、磨损、润滑 )之一，是保证机械设备得以高效、正常、长期运转的基本手段，是机械运转的命脉。世界上 1/3 的能源消耗在摩擦上，各种机械零件因摩擦磨损失效的也占全部失效零件的 80%。 润滑剂的分类：液体润滑剂（润滑油）、半固 体润滑剂（润滑脂）和固体润滑剂。 1 滑油的选用 在选择润滑油时 ，应主要考虑运动副的工作温度、载荷、运动速度、环境温度、介质腐蚀性，以及特殊环境的真空度、受辐射强度等因素。 （ 1）、工作温度对油品的要求： 工作温度高的润滑点，应使用粘度大、闪点高和抗氧化安定性好的油品，其闪点应比最高温度高 20 30；长期低温条件下工作的机械应选用凝点（或倾点）低的油品，其 应低于环境温度 8 10。本因素受气象条件影响较大，应根据季节变化调换相应油品。 (2)、工作载荷对油品的要求： 运动副所受载荷大，用油粘度较大，油性和耐压性应好；反之粘度要小，对油品的油性和耐 压性要求低些。 (3)、运动速度对油品的要求： 运动副的速度高，应使用较低粘度的油品；速度低，应使用较高粘度的油品。 (4)、温度高及有腐蚀性介质的环境对油品的要求： 当润滑部位处于以上工作环境中，应选用抗乳化性强、防锈、抗腐蚀及粘附性好、化 学稳定性好的油品，同时还应采取相应的密封措施，防止腐蚀性介质侵入。 (5)、 超真空条件下，所用油品蒸发度较低： 在辐射条件下工作，油品应有较强的抗辐射性；在高温条件下应选用难然油品。 2 润滑脂的选用 （ 1）、在选用润滑脂时，首 先应明确润滑脂所起的作用，即目的是做润滑减磨、防护、还是密封。 润滑减磨用，应主要考虑脂的适温范围，耐负荷指数及流动性。 防护用脂：应主要考虑自身特点，对受保护表面的防护性（如脂的氧化安定性、防锈性、抗水性等）能否达标。 34 做密封用脂：则应根据杰出的密封件材质和受密封的介质特性来选用适宜品种牌号对于静密封应选择粘稠密封脂；动密封，则应选择粘度低一些的密封脂；介质为水或醇类，应选用大粘度的石蜡基酰胺脂或脲基脂；而介质为油类的则应选用耐油密封脂。 （ 2）、工作温度：对脂的润滑作用和工作寿命有很大影响 。一般情况下，润滑点工作温度超过脂的适温 1015 ，其总的工作寿命就能降低一半。在外界温度降至负 40 以下时，还应考虑此环境下对启动力矩和润滑性的影响；在选脂时，应重点考虑润滑部位发热最高的温度、外界温度、以及设备工作中，负荷、速度、运转时间、注脂数量等因素共同作用可能达到的温度最高值。 （ 3）、速度：被润滑部位的运转速度越高，脂受得剪切力越大，脂的使用寿命会缩短。通常根据速度因数大小来选择相应的润滑脂，在温度负荷一定时，速度是影响脂