兰州理工学
毕 业 设 计〔 文〕
题 目：C6140型卧式车床数控化改造
液压尾座设计
院 〔系〕：
专 业：
班 级：
学生姓名：
导师姓名： 职称：
起止时间：
目 录
摘 ………………………………………………………………………………………2
Abstract …………………………………………………………………………………3
绪 ………………………………………………………………………………………4
第章C6140车床进伺服系统改造方案拟订………………………………………6
11 总体方案确定 …………………………………………………………………6
12 C6140车床设计参数…………………………………………………………………… 7
第二章 C6140车床进伺服系统机械局部设计计算 …………………………………8
21进伺服系统机械局部改造方案……………………………………………………8
22进伺服机构机械局部设计计算……………………………………………………9
23滚珠丝杠螺母副计算选型校核……………………………………………… 9
24横滚珠丝杠副参数………………………………………………14
25齿轮传动计算……………………………………………………………………… 15
第三章 C6140车床进局部电机选择……………………………………16
31进步进电机计算 ………………………………………………………………16
32横进步进电机计算……………………………………………………………… 19
第四章 液压尾座局部设计………………………………………………………23
41 液压尾座研究背景意义……………………………………………………………… 23
42 液压尾座研究背景意义……………………………………………………………… 23
43 液压尾座设计………………………………………………………………………… 23
44 尾座精度设计…………………………………………………………………………… 23
总结………………………………………………………………………………………25
参考文献…………………………………………………………………………………26
致谢………………………………………………………………………………………27
外文资料中文翻译……………………………………………………………………28
摘
数控机床机械制造业中发挥着巨作数控机床次性投资较机床进行数控化改造失良策C6140车床轴转速局部保存原车床手动变速功改造简单易行降低劳动强度提高生产效率介绍济型数控机床进()伺服系统设计计算阐述C6140普通数控车床轴系统改良机床控制系统改造
课题目设计出数控卧式车床C6140相匹配液压尾座系统课题数控卧式车床C6140液压尾座研究象设计出符合数控卧式车床C6140液压尾座
完钱课题设计设计前准备工作必须做首先搜集分析资料包括国外数控机床开展现状趋势液压技术液压传动系统根资料等机床液压尾座图纸资料等次初步确定液压尾座总体布局包括配置形式液压系统布置选择液压源相应配套元件等关尾座设计
C6140数控机床液压尾座设计容尾座体套筒顶尖尾座孔系尾座导轨挠度转角液压缸径压板处螺栓直径锁紧力计算校核中选择莫氏4号锥度尾座顶尖利莫氏锥度身结构特性卡紧尾座顶尖解决顶尖工作时会出现松动转动现象套筒中设计滑键槽顶尖顶出孔解决顶尖工作时会套筒转动影响工件加工精度套筒中设计顶卸装置便顶尖拆卸
关键词：C6140车床 数控改造 滚珠丝杠 步进电动机 尾座 液压系统 液压缸 设计 校核
Numerical Control Transform of C6140Common Lathe
And Design of C6140 CNC Machine Tailstock Hydraulic System
Abstract
The NC machine plays a verygreat role in mechanical engineering Although the investment needs a great deal of money it is a good way to try digital modification for ordinary lathe The spindle speed of C6140 remains the manual function of shifting gears The alteration is easy and it can reduce labor intensity and improve productive efficiency Introduces the design calculation of servo system on economic NC machine tools It also tells us howto improve the spindle and the control system of C6140 NC lathe
The main purpose of the research is based on C6140 CNC machine tools to design requirements designed to match its hydraulic Tailstock to meet the rotation accuracy rigidity temperature rise and so on seismic requirements to enhance the overall performance of machine tools
To accomplish this design I collected and analysed the information before the design including domestic and international development of CNC machine tools hydraulic system of hydraulic technology and the basic information equal hydraulic machine Tailstock the drawings and information Then is tentatively determined the overall layout of hydraulic Tailstock including the allocation of form layout and the hydraulic system of hydraulic energy and select the appropriate matching components such as This was followed by the main Tailstock the design and calculation
The main design of C6140CNC machine tools is that the tailstock top and the hole the tailstock and they are allowed to produce cantilever deflections corner hydraulic cylinder bore diameter and pressed the bolt in place the locking force of the school One of the nuclear option morse the cone at the end of the top and is using its own structure of the cone morse the nature of the top card up its tail it addresses the top of the work that is coming loose The turning or pivoting in the design of cylinder and the top of a punch to the top of the work will turn to the influence of the processing of precision It was set in the design of the top of the device to the top down
Key words：The C6140 lathe digital modification ball screw stepping motor machinetailstockhydraulicsystemhydraulic cylinder inside diameterdesignexamination
绪
着社会生产科学技术迅速开展机械产品日趋精密复杂需频繁改型普通机床已适应求数控机床应运生种新型机床具适应性强加工精度高加工质量稳定生产效率高等优点综合应电子计算机动控制伺服驱动精密测量新型机械结构等方面技术成果机床控制开展方
数控机床产生
数控机床早美国开始研制1948年美国帕森斯公司研制加工直升机桨叶轮廓检查样板加工机床务时提出研制数控机床初始设想1949年帕森斯公司麻省理工学院伺服机构实验室合作开始事数控机床研制工作1952年试制成功世界第台数控机床实验性样机台采脉法器原理直线插补三坐标连续控制铣床三年改良动编程研究1955年进入实阶段直20世纪50年代末价格技术原品种连续控制系统60年代晶体应数控系统提高性价格开始降民工业开始开展数控机床中数钻床床等点位控制机床数控技术仅机床实际应逐步推广焊接机火焰切割机等数控技术断扩展应范围
二数控机床开展
1952年美国研制成功第台数控机床着电子技术计算机技术动控制精密测量等相关技术开展数控机床迅速开展断更新换代先历五开展阶段
第代数控：19521959年采电子元件构成专数控装置
第二代数控：1959年开始采晶体电路NC系统
第三代数控：1965年开始采中规模集成电路NC系统
第四代数控：1970年开始采规模集成电路型通电子计算机控制系统
第五代数控：1974年开始采微型电子计算机控制系统
目前第五代微机数控系统根取代普通数控系统形成现代数控系统采微型处理器规模超规模集成电路具强程序存储力控制功控制功系列控制程序实现数控系统通性强需改变软件适应类型机床控制求具柔性着集成电路规模日益扩光缆通信技术应数控装置中体积日益缩价格逐年降性显著提高功更加完善
年微电子计算机技术日益成熟成果正断渗透机械制造领域中先出现计算机直接数控系统柔性制造系统计算机集成制造系统高级动化生产系统均数控机床根底代表着数控机床开展趋势
三国数控机床开展概况
国1958年北京机床研究清华学等首先研制数控机床试制成功第台电子数控机床1965年开始研制晶体数控系统直60年代末70年代初研制劈锥数控铣床非圆锥插齿机等获成功时开展数控加工面零件动编程研究19721979年数控机床生产阶段例：清华学研制成功集成电路数控系统数控技术车铣镗磨齿轮加工电加工等领域开始研究应数控加工中心机床研制成功数控升降台铣床数控齿轮加工机床开始批生产供市场80年代初开始着国开放政策实施先日美国德国等国家引进先进数控技术海机床研究引进美国GE公司MTC1数控系统等引进消化吸收国外先进技术根底北京机床研究开发出BSO3济型数控系统BSO4全功数控系统航空航天部706研制出MNC864数控系统等进推动国数控技术开展国数控机床品种性水均新飞跃国数控机床已跨入新开展阶段
四数控机床开展趋势
数控机床技术水高精度高速度高柔性功高动化数控机床重开展趋势单台机仅求提高柔性动化程度求具进入更高层次柔性制造系统计算机集成制造系统适应力
数控系统方面目前世界著名数控装置生产厂家诸日FANCU德国SIEMENS美国AB公司产品系列化模块化高性成套性方开展数控系统采16位32位微机处理机标准总线软件模块硬件模块结构存容量扩1MB机床分辨率达01微米高速进达100mmin控制轴数达16采先进电装工艺
驱动系统方面交流驱动系统开展迅速交流传动已模拟式数字式方开展运算放器等模拟器件控制器正微处理器数字集成元件取代克服零点漂移温度漂移等弱点
五数控机床改造意义
数控机床改造国外已开展成新兴工业部门早60年代已开始迅速开展开展原方面技术济市场生产原国拥300万台机床国家机床年累积生产通机床资金国机床制造厂力办快国现局部普通机床实现动化精密化改装国现设备技术改造迫切求解决课题数控技术改造机床正适应求建立微电子现代技术传统技术相结合根底机床改造中引入微机应技术具先进性时应传统动化改装方案较通性调性投入改造费低套济型数控装置价格仅全功数控装置1315户承起假设干单位成功应实例证明投入确实成倍提高生产效率减少废品率取显著技术济效益国提出力推广济型数控中间技术根底逐步推广全功数控条道路适合国济水教育水生产水已成国设备技术改造方时作全功数控机床应准备阶段全功数控机床培养积累维护验实现国传统机械制造技术机电体化方渡容
第章C6140车床进伺服系统改造方案拟订
11总体方案确定
C6140车床数控改造方案文改造结构种非常典型卧式车床数控改造结构改造时撤原机床横丝杠光杠溜板箱挂轮箱挂轮原手动刀架手柄等部件滚珠丝杠换原普通丝杠电动刀架换原普通刀架横进采步进电动机减速器驱动横步进电动机减速器装置安装机床床鞍部步进电动机减速器装置安装机床右端
改装机床身机械结构数控机床求设计精度刚度等性指标满足数控机床求普通机床改造全功数控机床味追求先进指标会偿失确定总体方案原应满足生产需前提原机床减少机械局部改动量选择简单易数控系统达合理性价次改造设计求根原提出根设计求设计参数机床数控改造理解总体方案确定：
〔1〕系统运动方式伺服系统选择
改造济型数控机床应具定位直线插补逆圆插补暂停循环加工公英制螺纹加工等功应选择连续控制系统考虑属济型数控机床加工精度求高简化结构降低钱采步进电机开环控制系统
〔2〕机械传动方式
实现机床求分辨率采步进电机齿轮减速传动丝杆保证定传动精度稳度量减少摩擦量力选滚珠丝杆螺母副时提高传动刚度消间隙采预加负荷结构齿轮传动采消齿侧间隙结构
12 C6140车床设计参数
根型普通原始数数控改造设计求确定：
加工直径：
车床身： 400mm
车床鞍： 210mm
加工长度： 1000mm
快进速度：
24mmin
横 12mmin
切削进速度：
06mmin
横 03mmin
脉量：
001mmstep
横 0005mmstep
脉分配方式： 逐点拟法
控制坐标数： 2
机床定位精度： ±0015
溜板刀架重力：
： 800N
横： 600N
动生降速性：
起动加速时间： 30ms
电机功率： 75Kw
第二章机床进伺服系统机械局部设计计算
21进伺服系统机械局部结构改造设计方案
211进机械结构改造方案
撤原机床进溜板箱滑动丝杠光杠等装步进电机齿轮减速箱滚珠丝杠螺母副提高支承刚度采心推力球轴承加止推轴承支承方式齿轮间隙采双薄片调隙方式
利原机床进箱安装孔销钉孔安装齿轮箱体滚珠丝杆安置原位置两端采原固定方式样减少改装工作量滚珠丝杠摩擦系数原丝杠外径原先进整体刚度增
进机构采级齿轮减速双片齿轮间没加弹簧动消间隙弹簧弹力难适应负载变化情况负载时弹簧弹力显起消间隙目负载时弹簧弹力显加速齿轮磨损采定期工调整螺钉紧固方法消间隙
212横进机械结构改造方案
撤原中拖板丝杆安装滚珠丝杆副提高横进系统刚度支承方式采两端装止推轴承步进电机齿轮箱安装机床侧减速机构影响走刀时消传动程击减速机构采二级传动动轮采双薄片错位消间隙
22进伺服机构机械局部设计计算
机床进伺服系统运动动力计算：
221进择脉量
根机床精度求确定脉量001mm步横0005mm步(半径)
221计算切削力
〔1〕车外圆
切削力Fz(N)验公式估算
Fz067Dmax15
067 x 40015 5360
切削力分力例 FzFxFyl02504
Fx 5360 x 025 1340
Fy 5360 x 04 2144
〔2〕横切端面
切削力F’z(N)取切12
时走刀抗力F’y(N)吃刀抗力F’x(N)述例粗略计算
F’zF’yF’x102504
F’y2680 x 025 670
F’x2680 x 04 1072
23滚珠丝杠螺母副计算选型
滚珠丝杠螺母副设计首先选择结构类型：确定滚珠循环方式滚珠丝杠副预紧方式结构类型确定计算确定技术参数包括：公称直径d0〔丝杠外径d〕导程L0滚珠工作圈数j列数K精度等级等
滚珠循环方式分外循环循环两类外循环分螺旋槽式插式选螺旋槽式外循环：螺母外圆铣出螺旋槽槽两端钻出通孔螺母螺纹滚道相切形成滚珠返回通道防止滚珠脱落螺旋槽钢套盖住通孔口设挡珠器引导滚珠进入通孔挡珠器圆钢弯成弧形杆焊螺栓螺帽固定螺母优点：工艺简单螺母外径尺寸较缺点：螺旋槽通孔易连接准确挡珠器钢性差耐磨性差
滚珠丝杠副预紧方法：双螺母垫片式预紧双螺母螺纹式预紧双螺母齿差式预紧单螺母变导程预紧盈滚珠预紧等
231进丝杠
〔1〕计算进率引力Fm(N)
进综合型导轨：
式中： K－－考虑颠复力矩影响实验系数综合导轨取K＝115
滑动导轨摩擦系数015018
G 溜板刀架重力 G 800N
（2） 计算动负载c
式中L0 ——滚珠丝杠导程初选L06mm
vs——切削力进速度取高进速度〔12～13〕处vs＝06mmin
fw——运转系数般运转取fw＝12～15
L——寿命106转1单位
〔3〕滚珠丝杠螺母副选型校核
采外循环螺纹调整预紧双螺母滚珠丝杠副1列25圈额定动负载16400N精度等级选3级
传动效率计算
式中：γ——螺旋升角W1L4O0bγ2044＇
φ——摩擦角取10＇滚动摩擦系数0003～0004
〔4〕刚度验算
般滚珠丝杠拟细长刚度应该充分重视
先画出进滚珠丝杠支承方式草图牵引力2530N支承间距L15OOmm丝杠螺母轴承均进行预紧预紧力轴负荷13
图41进系统计算简图
〔41〕丝杠拉伸压缩变形量δ1
根Pm2530NDo40mm 查资料查出δLLl2﹡lO5算出
δ1δLL×150012×105×150018×102(mm)
两端均采心推力球轴承丝杠进行预拉伸拉压刚度提高4倍实际变形量δ1 (mm)
〔42〕滚珠螺纹滚道间接触变形δ2
查资料W系列1列25圈滚珠螺纹滚道接触变形量δQ
进行预紧
(43)支承滚珠丝杠轴承轴接触变形δ3
采8107型推力球轴承d135mm滚动体直径dQ635mm滚动体数量z18
注意公式中Fm单位应kgf
施加预紧力
根计算：
定位精度
〔5〕稳定性校核
滚珠丝杠两端推力轴承会产生失稳现象需作稳定性校核
232横进丝杠
〔1〕计算进牵引力Fm
横导轨燕尾形计算
〔2〕计算动负载c
〔3〕选择滚珠丝杠螺母副
查资料W1L20051列25圈外循环螺纹预紧滚珠丝杠副额定动载荷8800N满足求选定精度3级
〔4〕传动效率计算
〔5〕刚度验算
横进丝杠支承方式〔21〕图示牵引力2425N支承间距L45Omm丝杠长度较短需预紧螺母轴承预紧图〔21〕
计算
(51)丝杠拉伸压缩变形量δ1 (mm)
查图46根F＇m＝2023ND2Omm查出δL L5×lO5算出
图42横进系统计算简图
(52)滚珠螺纹滚道间接触变形δ2
查资料：
进行预紧δ212δQ05*85425µm
(53)支承滚珠丝杠轴承轴接触变形δ3
采8102推力球轴承dQ4763z12dl5mm
考虑进行预紧
综合项变形量
显然变形量已定位精度求应该采取相应措施修改设计横溜板空间限制宜加滚珠丝杠直径采贴塑导轨减摩擦力减牵引力重新计算
资料查出Fm’1155N时δLL24×lO5
δ2δ3变δ＝δ1＋δ2＋δ3＝00108＋00043＋00047＝00198mm定位精度±0lmm变形量满足果滚珠丝杠预拉伸刚度提高四倍变形量控制求范围
面计算程出设计程反复修改参数反复计算达满意结果
〔6〕稳定性校核
计算界负载FK(N)
式中： E——材料弹性模量钢E＝206×1O6Ncm2
I——截面惯性矩〔cm4〕丝杠：di丝杠径
L——丝杠两支承端距离 (cm)
fZ丝杠支承方式系数表413中查出端固定端简支fZ 200
〔般[nk]25～4〕
滚珠丝杠会产生失稳
24横滚珠丝杠副参数
参数
名称 符号 公式
公称直径 35 20
导程 6 5
接触角 3°7’ 4°33’
钢球直径(㎜) 3969 3175
滚道法面半径 2064 1651
偏心距 0056 0045
螺纹升角 3°7’ 4°33’
螺杆外径 34 194
螺杆径 30984 1678
螺杆纹接触直径 31258 16835
螺母螺纹直径 39365 23212
螺母径 36125 20635
25齿轮传动计算
251进齿轮箱传动计算
已确定进脉量δp＝001滚珠丝杠导程L06mm初选步进电机步距角0750计算出传动i
选定齿轮齿数
252横进齿轮箱传动计算
已确定横进脉量δp＝O005滚珠丝杠导程L0＝5mm初选步进电机步距角0750计算传动i
考虑结构原齿轮直径太免影响横溜板效行程处采两级齿轮降速
进运动齿轮受力模数m取2相关参数表：
齿数
32
40
24
40
20
25
分度圆
64
80
48
80
40
50
齿顶圆
68
84
52
84
44
54
齿根圆
59
75
43
75
35
45
齿宽
〔6~10〕
20
20
20
20
20
20
中心距
72
64
45
第三章 C6140车床进局部电机选择
31进步进电机计算
311等效传动惯量计算
方法计算表示传动系统折算电机轴总传动惯量JΣ(kg•cm2)式计算：
JΣJm+J1+〔Z1÷Z2〕2〔(J2+Js)+G÷g(L0÷2π)2〕
式中：Jm—步进电机转子转动惯量(kg•cm2)
J1J2—齿轮Z1Z2转动惯量(kg•cm2)
Js—滚珠丝杠传动惯量(kg•cm2)
参考类型机床初选反响式步进电机150BF转子转动惯量Jm10(kg•cm2)
J1078×10－3×d14·L1078×10－3×642×226 kg•cm2
J2078×10－3×d24·L2078×10－3×82×2639 kg•cm2
Js078×10－3×44×15029952 kg•cm2
G800N
代入式：
JΣJm+J1+〔Z1÷Z2〕2〔(J2+Js)+G÷g(L0÷2π)2〕
10+262+(32÷40)2〔(639+29592)+800÷98(06÷2π)2〕
36355 kg•cm2
考虑步进电机传动系统惯量匹配问题
Jm÷JΣ10÷363550275
根满足惯量匹配求
312电机力矩计算
机床工况需转距面分阶段计算：
A快速空载启动力矩M起
快速空载起动阶段加速力矩占例较具体计算公式：
M起Mamax+Mf+Ma
MamaxJΣ·ε JΣnnax×10－2(60×ta2π)
JΣ×2π·nmax×10－2(60×ta)
nmaxνmax·θb÷δp·360
前面数代入式中符号意义前
nmaxνmax·θb÷δp·3602400×075÷(001×360)500rmin
启动加速时间ta30ms
MamaxJΣ×2π·nmax×10－2(60×ta)
36355×2π×500×102(60×003)
6345N·cm
折算电机轴摩擦力距Mf：
MfFOL0÷2πηif¹(Pz+G)×L0÷(2πηZ2÷Z1)
016×(5360+800)×06÷(2π×08×125)94 N·cm
附加摩擦力距M0
MOFPOL0(1－η02)2πηi1÷3×Ft×L0(1－η02)÷(2πηZ2÷Z1)
1÷3×2530×06×(1－092)÷( 2π×08×125)
8053×019153N·cm
述三项合计：
M起Mamax+Mf+Ma6345+94+1537438N·cm
B．快速移动时需力矩M快
M快Mf+M094+1531093N·cm
C．快速切削负载时需力矩 M切
M切Mf+M0+MtMf+M0+ FOL0÷2πηi
94+153+1340×06÷(2π×08×125)
94+153+12796
23726N·cm
面计算出M起M快M切三种工况快速空载起动需力矩项作初选步进电机
表查出步进电机三相六拍时 λMq÷Mjmax0951
静力矩Mjmax7438÷0951782N·cm
静力矩表查出150BF002型静转矩1372N·m需静转矩作初选型号需进步考核步进电机起动矩频特性运行矩频特性
313计算步进电机空载起动频率切削时工作频率
4000 HZ
1000 HZ
表中查出150BF002型步进电机允许高空载起动频率2800Hz运行频率8000Hz表中查出130BF001型步进电机起动矩频特性运行矩频特性曲线图2324示步进电机起动时f起2500时M100N·cm远远满足机床求空载起动力矩〔782N·cm〕直接会产生失步现象必须采升降速控制〔软件实现〕起动频率降1000Hz时起动力矩增加5884N·cm然电路采压驱动电路步进电机输出力矩扩倍左右
快速运动切削进时130BF001型步进电机运行矩频特性完全满足求
32横进步进电机计算
321等效传动惯量计算
横传动系统折算电机轴总转动惯量J式计算
JΣJm+J1+〔Z1÷Z2〕2{(J2+J3)+Z3÷Zф〔(Jφ+Jξ)+G÷g(L0÷2π)2}
式中符号意义前中
J1078×10－3×d14·L1078×10－3×482×2083kg•cm2
J2078×10－3×d24·L2078×10－3×84×264 kg•cm2
J3078×10－3×d24·L3078×10－3×44×204 kg•cm2
J4078×10－3×d24·L4078×10－3×54×2098 kg•cm2
Js078×10－3×24×45056kg•cm2
G600n
Jm47 〔初选反响式步进电机110BF〕
代入式：
JΣJm+J1+〔Z1÷Z2〕2{(J2+J3)+Z3÷Zф〔(Jφ+Jξ)+G÷g(L0÷2π)2〕}
47+083+(24÷10)2{(64+04)+(20÷25)2[(098+056)+600÷10(05÷2π)2]}
842kg·cm2
考虑步进电机传动系统惯量匹配问题
Jm÷JΣ47÷8420 558
根满足惯量匹配求
322电机力矩计算
A快速空载起动力矩M
M起Mamax+Mf+Ma
MamaxJΣ·ε JΣnnax×10－2÷(60×ta÷2π)
JΣ×2π·nmax×102÷(60×ta)
式中： nmaxνmax·θb÷δp·360
1200×075÷(0005×360)500rmin
ta30ms
MamaxJΣ×2π·nmax×102÷(60×ta)
842×2π×500×102÷(60×003)
147N·cm
折算电机轴摩擦力矩Mf
MfFOL0÷2πηif¹(Pz+G)×L0÷(2πηZ2÷Z1)
02×(2680+600)×05×048÷(2π×08)
313N·cm
附加摩擦力矩M0
MOFPOL0(1－η02)÷2πηi1÷3×Fˊt×L0(1－η02)÷(2πηZ2÷Z1)
1÷3×2023×05×048×(1－092)÷( 2π×08)
61N·cm
述三项合计：
M起Mamax+Mf+Ma147+313+611844N·cm
B．快速移动时需力矩M快
M快Mf+M0313+61374N·cm
C切削福载时需力矩M切
M切Mf+M0+MtMf+M0+ FOL0÷2πηi
374+1072×05×048÷(2π×08)
886N·cm
面计算出 M起M快M切三种工况快速空载起动需力矩项作选择步进电机根步进电机转矩Mq静转矩Mjmax关系知步进电机三相六拍时：λMq÷Mjmax0866
静力矩Mjmax1844÷0866213N·cm
查BF反响式步进电机技术参数110BF003型步进电机静转矩784N·m需静转矩作初选型号必须进步考核步进电机起动矩频特性运行矩频特性
323计算步进电机空载起动频率切削时工作频率
Fk1000Vmax÷60δp 1000×24÷60×0014000Hz
Fe1000Vs÷60δp 1000×06÷60×0011000Hz
110BF003型步进电机技术参数知高空载起动频率1500Hz运行频率7000Hz根110BF003型电机起动距频特性运行矩频特性曲线出步进电机起动时F1500HzM98N·cm机床需起动力矩〔1844N·cm〕直接会产生失步现象必须采升降速控制〔软件实现〕起动频率降1000Hz时满足求机床快速起动切削进时完全满足运行矩频求
第四章 液压尾座局部设计
液压尾座研究背景意义
20世纪中叶数控技术出现数控机床机械制造业带革命性变化年液压技术广泛应高技术成果动控制技术计算机技术微电子技术磨练磨损技术性技术新工艺新材料传统技术新开展液压系统元件质量水定提高液压传动技术数控动化机床应越越广泛机床工业动化程度提高起重力量走二十世纪液压技术惊技术突破应现技术改良扩展断扩应领域满足未求液压传动流体作工作介质量进行传动控制种传动形式利压液体机件控制传递运动动力相电力拖动机械传动言液压传动具输出力重量轻惯性调速方便易控制等优点广泛应工程机械建筑机械机床等设备
统计世界国家液压工业销售额占机械工业产值2~35国占1左右充分说明国液压技术率较低努力扩应领域广阔开展前景液压气动技术具独特优点液压技术具功率重量体积频响高压力流量控性柔性传送动力易实现直线运动等优点气动传动具节污染低钱安结构简单等优点易微电子电气技术相结合形成动控制系统液压气动技术广泛国民济部门年液压气动技术面机械传动电气传动竞争：数控机床中型塑机已采电控伺服系统取代局部取代液压传动原液压技术存渗漏维护性差等缺点必须努力发挥液压气动技术优点克服缺点注意电子技术相结合断扩应领域时降低耗提高效率适应环保需求提高性液压气动技术继续努力永恒目标液压气动产品参市场竞争否取胜关键
天新技术开展保持步液压技术必须断开展断提高改良元件系统性满足日益变化市场需求世界工业国家相国液压工业相落标准化工作继续做优质化工作须形成声势智化工作刚刚准备起步必须急起直追迎头赶预见满足国民济开展需液压技术继续获飞速开展部门中应越越广泛
样种背景课题选择数控卧式车床C6140液压尾座设计提高生产效率产品质量降低工劳动强度降低企业钱外力求完成课题余熟悉国外数控技术液压技术开展趋势增强开展民族数控机床产业感性认识
12液压系统开展现状
液压传动相机械传动说门新兴技术液压技术具独特优点功率重量实现范围级变速体积频响高压力流量控性柔性传送动力易实现直线运动等优点易微电子电气技术相结合形成动控制系统[4]基系列优点液压技术已广泛应机床工程机械农业机械国民济方面
数控机床代表数控设备生产应水反映国家机械电子工业水[6]推广应提高劳动生产率产品质量改变国制造技术落状况起着极重作液压技术实现数字控制机电液体关键技术世界国液压工业开展予重视统计世界国家液压工业销售额占机械工业产值235国占1左右充分说明国液压技术率较低努力扩应领域广阔开展前景首先面表格清楚出国国外液压技术开展状况
表11 国外液压开展方
国 外
国
高集成化高功率高密度
高性高质量高性系统成套
机电体化集成元件系统
低耗低噪声低振动
智化动控制元件系统
集成化轻型微型样化
水基介质传动控制技术
机电体化
液压产品技术开展趋势：
1减少损耗充分利量
液压技术机械转换成压力反转换程中总存量损耗减少量损失必须解决面问题：减少元件系统部压力损失减少功率损失减少消系统节流损失量减少非安需溢流量采静压技术新型密封材料减少摩擦损失改善液压系统性采负荷传感系统二次调节系统蓄器回路
2泄漏控制
泄漏控制包括：防止液体泄漏外部造成环境污染外部环境系统侵害两方面开展泄漏元件系统开展集成化复合化元件系统实现连接研制新型密封泄漏接头电机油泵组合装置等泄漏世界液压界努力重方
3污染控制
液压行业致力控制固体颗粒污染水空气等污染控制够重视应重视解决严格控制产品生产程中污染开展封闭式系统防止外部污染物侵入系统应改良元件系统设计具更耐污染力时开发耐污染力强高效滤材滤器研究污染线测量开发油水离净化装置离元件开发油中气体水分化学物质微生物滤元件检测装置
4动维护
开展液压系统障预测实现动维护技术必须液压系统障诊断现代化加强专家系统开发研究建立完整具学功专家知识库利计算机知识库中知识推算出引起障原提出维修方案预防措施
5机电液体化
机电液体化实现液压系统柔性化智化充分发挥液压传动动力惯性响应快等优点开展方：液压系统电液系统开环例控制系统转闭环例伺服系统时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性性智化等方面更适应机电液体化需求开展计算机直接接口高频低功耗电磁电控元件液压系统流量压力温度油污染度等数值实现动测量诊断电子直接控制元件广泛采电控液压泵实现液压泵种调节方式实现软启动合理分配功率动保护等助现场总线实现高水信息系统简化液压系统调节争端维护
6液压CAD技术
充分利现液压CAD设计软件进行二次开发建立知识库信息系统构成设计制造销售设计闭环系统目标利CAD技术实现液压产品快速设计CADCAMCAPPCAT现代理系统集成起建立集成计算机制造系统〔CIMS〕液压设计制造技术突破性开展
7新材料新工艺应
新型材料陶瓷聚合物涂敷料液压开展引起新飞跃保护环境研究采生物降解迅速压力流体采菜油基合成脂基者水基海水等介质代矿物液压油铸造工艺开展促进液压元件性提高铸造流道阀体集成块中广泛优化元件部流动减少压力损失降低噪声实现元件型化
13文研究容
1根数控卧式车床C6140整体求设计出相应液压尾座满足诸旋转精度等众求达预想目
2搜集分析资料包括液压技术液压传动系统根资料等机床液压尾座图纸资料等
3初步确定液压尾座总体布局包括配置形式液压系统布置选择液压源相应附属元件等
4尾座局部设计计算包括尾座顶尖套筒尾座体设计尾座孔系尾座导轨设计挠度转角压板处螺栓直径锁紧力计算校核
5尾座精度确实定包括尾座体外表粗糙度确实定尾座机床形位公差确实定底面立导面形位公差确实定
6C6140数控车床液压系统
24尾座整体设计
1机床采标准液压尾座尾座套筒编程控制尾座体移动通销轴托板带动根户需求提供程控尾座置旋转活络顶尖等〔特殊配置〕尾座单元安装床身导轨导轨调整位置功顶尖支承长工件安装钻头铰刀等孔加工刀具进行孔加工
2装配图中左视图中画辅助零件轮廓导轨导轨三角形导轨选择三角形导轨原导性精度保持性拟高导轨磨损时会动沉补偿磨损量导轨精度求较高机床尾座导轨W H：95 40mm尾座套筒直径 85mm套筒锥孔MT4尾座具足够刚性
3整体该尾座包括尾座体套筒顶尖液压缸导轨中尾座体设计时参机床尾座体根制造业生产中积累验稍加改造成套筒尺寸根尾座体尺寸选择套筒作安装尾座活塞轴顶尖车床尾座顶尖车床中常定位元件帮助轴起限制工件度起定心作导轨作引导机床运动部件作直线圆周运动承受运动部件包括工件重力切削力等载荷
第3章 尾座局部设计
尾座卧式车床重附件作轴类零件定心时具辅助支撑夹紧功C6140数控卧式车床尾座采整体式结构整体式结构尾座尾座体套筒芯轴结构套筒液压测力装置尾座套筒移动机构尾座套筒夹紧放松结构液压装置等组成芯轴结构选高精度进口轴承支承动静刚度精度高套筒尾座移动均机动套筒尾座夹紧放松均采碟形弹簧夹紧液压放松机动夹紧放松结构夹紧力足够安工操作简单方便效率高
优点：
1刚度高抗震性精度高精度保持性整体式尾座分体式尾座体合尾座整体采整体式箱形结构设计限元分析计算通尾座部筋板合理布置提高尾座刚度固频率尾座采高强度低应力铸铁铸造良时效处理热变形承受工件重量额定切削力情况尾座整体变形抗振性满足数控卧式车床精度检验标准求
2结构更加简单优化合理整体式尾座分体式尾座体合尾座整体取消分体式尾座联结定位键合螺钉总零件数标准件数更少取消分体式尾座体配合加工面取消分体式尾座体装配环节加工装配工艺性更节约加工装配总费降低尾座总重量总钱
设计尾座工作原理尾座套筒尾座油压座油孔尾座套筒尾座活塞固定座通螺钉连接起移动尾座油压座尾座体尾座活塞轴连接起固定动尾座活塞轴尾座套筒尾座活塞固定座形成液压缸分成两腔尾座油压座通液压油时液压油通油路进入尾座活塞轴腔进入套筒孔锥形腔时压力增套筒带动顶尖前移动反液压油通油路进入尾座活塞轴腔时退压力增套筒带动顶尖移动
31尾座体设计
数控卧式车床C6140尾座体尾座机械局部设计时参机床尾座体根制造业生产中积累验稍加改造成尾座体壁厚量均匀拐角处设计成圆角减少集中应力尾座体材料采HT200铸造加工成尾座体设计程中考虑加工工艺需设计出工艺凸台工艺孔
数控卧式车床C6140尾座设计中首先设计出尾座壳体设计出尾座台两者结合固定导轨样尾座工作尾座体设计中设计方面首先明细栏标注13〔直接写序号明细栏标注〕油杯选择直径10油杯压配式压注油杯油杯拟方面润滑轴时需油口准油杯口里注油拆装尾座起润滑作14键键形状面圆柱面四面体键作固定轴左右旋转伸缩旁边定位螺钉作键牢牢固定壳体防止键定位准
尾座壳体前面防尘罩防尘罩作防止轴伸出时杂质粘面防止杂质渗入影响轴伸出速度稳定性
32尾座轴设计
数控卧式车床C6140尾座套筒尺寸根尾座体尺寸选择套筒作安装尾座活塞轴顶尖利液压缸提供压力莫氏锥度身结构特性顶紧顶尖顶尖顶着工件加工时会工件起转动套筒工件起转动套筒部设计滑键槽尾座体设计滑键尾座工作时滑键滑键槽中滑动样套筒会着转时顶尖顶着工件加工时会工件起转动提高套筒寿命顶尖利氏锥度身结构特性卡紧工作中需拆卸顶尖需尾座体面设计螺塞拧动螺塞时螺塞推动顶杆前运动顶尖顶出方法简单
尾座轴尾部固定环相连通液压油流入流出孔回移动液压流入时轴缩回液压油流出时轴前运动轴活塞活塞轴壁接触密封性较保证轴运动灵敏性较
33尾座顶尖设计
车床尾座顶尖车床中常定位元件帮助轴起限制工件度起定心作求具较高精度中尾座轴心线机床轴轴心线保证较高轴度进行工件加工程中采前顶尖支承工件确定工件旋转中心承受刀具作工件切削力顶尖机械加工中机床重部件端面复杂零件允许中心孔零件进行支承顶尖端顶中心孔料孔端放入尾座套筒顶尖锁紧顶紧力液压缸提供压力加工时般紧缩尾座套筒顶尖般专门工厂生产根需买产品数控卧式车床C6140中型机械加工设备尾座总体尺寸选择莫氏4号顶尖莫氏锥度锥度国际标准静配合精确定位锥度传递定扭距锥度便拆卸利摩擦力原理定锥度范围工件拆装时工作时会影响效果方钻孔锥柄钻锥柄钻头工件钻出需孔锥柄处会出现转动现象方钻孔锥柄钻果中需拆卸钻头磨削拆卸重新装会影响钻头中心位置
34螺塞缸设计
液压缸工作原理 ：根5部件1缸筒缸盖2活塞活塞杆3密封装置4缓装置5排气装置 种缸工作原理相似手动千斤顶说工作原理吧千斤顶实简单油缸通手动增压秆(液压手动泵)液压油单阀进入油缸时进入油缸液压油单阀原倒退回逼迫缸杆然做工继续液压油断进入液压缸样断升降时候翻开液压阀液压油回油箱简单工作原根底改良尾座螺塞缸安装螺塞拧动螺塞时螺塞推动顶杆前运动进退出顶尖螺塞缸作固定活塞活塞动轴回运动起支撑轴作
35尾座导轨设计
1导轨作引导机床运动部件作直线圆周运动承受运动部件包括工件重力切削力等载荷导轨应满足导精度高精度保持性低速运动稳性摩擦阻力灵敏度高刚度高承载力结构简单便加工安装调配调整维修钱低等求
2导轨材料：导轨材料求耐磨性工艺性钱低常导轨材料铸铁钢色金属塑料中铸铁应普遍铸铁种钱低良减振性耐磨性易铸造切削加工金属材料
提高耐磨性防止咬焊动导轨支承导轨应量采材料果选相材料定采取热处理方式具硬度
灰铸铁常牌号HT200较润滑防护条件具定耐磨性适常工作精度保持性求高导轨
孕育铸铁常牌号HT300耐磨性高灰铸铁较脆硬易刮研钱较高常较精密机床导轨
耐磨铸铁中应较高磷铸铁磷铜钛铸铁钒钛铸铁孕育铸铁相耐磨性提高1～2倍钱较高常精密机床导轨
通材料类设计C6140液压尾座考虑价格等原选灰铸铁作导轨材料
3导轨形状：直线运动滑动导轨截面形状三角形矩形燕尾形圆形相互组合课题中选择三角形导轨选择三角形导轨原导性精度保持性拟高导轨磨损时会动沉补偿磨损量矩形导轨存侧间隙必须镶条进行调整燕尾形导轨刚度较差加工检验维修方面综素选择三角形导轨
36尾座孔系设计
设计中需提技术求中性质言致分两类：加工外表身尺寸精度形状精度外表粗糙度二保证定位基准面定位精度减轻加工中定位误差保证尾座体装配精度求较高相互位置精度根技术参数求确定套筒直径85mm
轴孔设计
通常情况顶尖中心孔锥度必须相数锥度60°减少接触面单位面积压力损坏死顶尖课题中顶尖莫氏锥度4号顶尖套筒前端套筒孔锥度莫氏锥度4号锥度顶尖〔死顶尖活顶尖〕锥面〔莫氏锥度公制锥度〕插入轴锥孔尾座顶尖套筒锥孔心保证设计时轴度求防止尾座偏移车削工件产生锥度设计中保证莫氏锥孔轴心线套筒轴心轴度公差001mm端面径跳动公差0006mm
孔键设计
尾座体孔套筒配合精度较高减轻滑键套筒滑键槽磨损需两者外表进行润滑减少摩擦防止产生磨粒磨损摩擦仅损坏配合外表品质会导致疲劳裂纹萌生急剧减低零件疲劳强度摩擦面参加润滑剂仅减低摩擦减轻磨损保护零件遭腐蚀起散热降温作采润滑油润滑时润滑油膜起缓吸热功采膏状润滑脂防止部润滑剂外泄阻止杂质侵入防止加剧零件磨损起密封作润滑油润滑脂供方法设计中重课题设计中尾座套筒孔两端采取定密封性设计采拟简单压配式注油杯系统进行间歇性润滑满足尾座体孔套筒滑键滑键槽润滑求注油孔加工精度求高注油孔设计加工中需考虑形位精度求仅保持滑键孔位置关系
尾座设计滑键目防止顶尖工作时转动套筒开设键槽滑键通尾座方钻通孔滑键固定尾座样套筒滑键尾座套筒孔轴移动需套筒铣出较长键槽滑键做短时防止滑键转动滑键固定采定防转动措施两者结合缝隙处钻孔攻丝安装螺钉滑键槽长度滑键套筒位置关滑键槽长度设计时应该满足两条件：(1)顶尖伸出套筒长度达设计求长度L70 mm(2)滑键滑动中利滑键槽长度取L155
套筒滑键槽尾座安装孔设计中仅需保证滑键槽称度求保证装键孔套筒孔中心轴线称度垂直度设计中结合关原实际验初步确定安装滑键孔套筒孔称度求0006
配合
套筒工作中两种配合求套筒尾座体配合二套筒顶尖尾座活塞轴配合考虑顶尖套筒尾座孔接触部位接触部位采配合等级分确定配合等级
1套筒尾座体配合
根关资料实际生产实践验套筒尾座体配合采基孔制间隙配合间隙防止工作中产生较跳动影响加工工件直线度圆柱度套筒尺寸较尾座体配合求保证套筒直线度圆柱度选直线度0006mm圆柱度0003mm
2套筒顶尖尾座活塞轴配合
套筒顶尖尾座活塞轴配合求较高配合间隙安装莫氏锥柄套筒部尾座孔配合精度求高配合间隙制造钱高适合回转精密滑动配合精度等级IT5～IT7级尾座活塞轴作推动顶尖套筒中伸缩套筒配合间隙配合外表粗糙度值求减摩擦力保证动作准确性迅速性推荐外表粗糙度值选择Ra32
364密封偏心轴设计
1尾座轴活塞密封
尾座轴活塞密封采橡胶密封圈螺塞缸活塞采橡胶密封圈密封圈特点耐油耐热耐磨耐老化质优价廉
2偏心轴设计
尾座半局部手柄短暂控制尾座导轨运动尾座停导轨原理离开偏心轴首先偏心轴固定尾座体手柄固定安装偏心轴套筒摇动手柄时手柄带动偏心轴偏心轴通拉杆29压板2压紧压板3压板3紧紧压导轨尾座停止手柄旋转角度偏心轴旋转角度偏心轴高处达极限果普通圆轴拉动拉杆起固定尾座作
37挠度转角锁紧力计算校核
根工件长度旋转外径假设工件重量 Q2760
顶尖三爪卡盘支撑工件简化简支梁尾座负重 Q21380
尾座轴伸出尾座体长度 120
尾座套筒直径 85
钢弹性模量
E
断面惯性矩
I256×104mm4
顶尖伸出套筒长 70
根公式
(31)
查表知单位切削力 36mm
切削力 2489N
机床加工重工件时尾座轴般紧缩尾座体现假设尾座轴伸出尾座轴伸出尾座体长度12伸出60悬臂60+109169
挠度计算
(32)
00000405
0000002
许挠度［］～[] 范围
转角计算
(33)
00018
许转角[]～[]范围
压板处螺栓选择校核
机床尾座通组两相螺栓连接尾座导轨压板固定压板作连接尾座导轨通连接螺栓紧固松开确定尾座导轨位置螺栓需支撑强度拟长度160M16螺栓长度高160选M20螺栓面确定连接螺栓直径
选螺栓材料35号钢许抗拉强度〔σ〕540Mpa作力反作力定理知尾座部部间摩擦力等通顶尖作尾座轴力根金属切削原理刀具切削时产生轴分力(01~06)F06×24891493满足加工工件精度求工件重量较切削力较情况机床发生振取轴力取摩擦系数
知作箱体压力
转动凸轮轴端方形局部需力少157作螺栓力
压板导轨间连接形式松连接公式
(34)
136mm
现螺栓直径20mm螺栓选择合理长度根尾座体螺栓尾座体确定图三螺栓分取170mm180mm190mm
第4章 尾座精度确实定
41外表粗糙度确实定
零件加工外表刀痕切削时金属塑性变形等影响会存间距较轮廓峰谷种零件外表具较间距峰谷组成微观特征称外表粗糙度外表粗糙度部件性寿命影响两相运动外表越粗糙摩擦系数越磨损越快时粗糙度影响配合性质稳定性间隙配合相运动外表粗糙迅速磨损导致间隙增渡配合说压力锤敲装配外表粗糙度会配合变松外粗糙度接触刚度密封性产品外观外表腐蚀力等明显影响保证机械零件性进行精度设计时必须提出合理外表粗糙度求选择外表粗糙度数值时应根零件功求济性结合关选原般说工作外表外表粗糙度数值应非工作外表承受交变应力零件易产生应力集中处圆角沟槽等外表粗糙度参数值应配合性质求稳定间隙配合受重载盈配合配合外表粗糙度参数值应时实际工作验缺乏情况注意外表粗糙度数值形状公差值协调关系结合关外表粗糙度数值选实例作参考初步确定尾座体部位外表粗糙度数值
尾座体孔尾座轴配合性质求较高尾座体孔外表粗糙度求较高求加工程中根出加工痕迹说明粗糙度值致取Ra32尾座体两端配合求选择粗糙度值取 Ra125 尾座底面立导面样具较高形位精度外表粗糙度采Ra125刮研
42尾座机床形位公差确实定
设计程中仅保证尾座体部部件相互配合关系配合精度确保尾座体套筒顶尖准确定心确保尾座体机床部件配合关系尾座体部件溜板轴形位精度达定设计标准减少设计失误
尾座机床部件形状误差导致工件加工程中工件尺寸形状精度降低严重影响加工工件质量
进行尾座设计中仅考虑设计素间相互配合关系考虑实际安装程中机床部件安装素间相互配合关系
43底面立导面形位公差确实定
尾座体底面设计精度尾座安装机床定心精度重影响素仅影响轴中心线轴度误差会影响尾座套筒锥孔轴线溜板行度等实际设计加工装配程中尾座体底面面度002mm立导面垂直度005 mm
立导面尾座底面垂直面尾座设计中仅求尾座导轨横移动时加工锥体形状零件需尾座体底板作移动通安装尾座底板螺栓固定尾座体部螺母孔相旋合尾座体部偏移
结
次毕业设计题目数控卧式车床C6140液压尾座设计目实现尾座快速稳定前进快退保证机床加工精度质量达预想目设计完成系统中尺寸计算结构设计进行系列校核项性指标完全满足求说明设计结构合理设计包括C6140数控车床外观功技术参数总体设计求尾座简介包括尾座体套筒设计顶尖尾座孔系设计尾座导轨设计挠度转角液压缸径压板处螺栓直径锁紧力计算校核挠度转角进行计算液压缸径压板处螺栓直径进行校核涉尾座精度尾座体外表粗糙度尾座机床形位公差底面立导面形位公差课题研究C6140数控车床液压系统尾座工作原理做相关说明
C6140数控车床言采液压系统变档具快速准确控性动控制等优点假设采机械变档操作员劳动强度变档速度太慢效率太低进生产效率产生影响课题设计尾座提高加工程机械化动化水提高生产效率降低工劳动强度降低企业钱
C6140液压尾座结构简单价格廉价障率低维修简单方便效率高操作编程简单等诸优点液压尾座机床中会成应体着数控技术机床行业开展液压尾座着广阔开展前景
致 谢
月忙碌工作次毕业设计已接尾声作科生毕业设计验匮乏难免许懂方果没老师催促指导起工作学支持想完成设计难想象里首先感谢指导老师田龙老师悉心指导老师严谨治学态度认真工作作风繁忙教学工作中挤出时间指导精神尤值学生钦佩学田老师致诚挚谢意次感谢起作毕业设计学细心解释清楚解设备结构工作原理时感谢提供实基鑫盛机床厂感谢厂里技术员张雷支持指导
感谢学四年老师机械专业知识根底时感谢安阳工学院四年力栽培成长绝件孤立事没支持帮助绝办感谢样空间予关心帮助说声谢谢〞
参考文献
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兰州理工学
毕 业 设 计〔 文〕
题 目：C6140型卧式车床数控化改造
液压尾座设计
院 〔系〕：
专 业：
班 级：
学生姓名：
导师姓名： 职称：
起止时间：
目 录
摘 ………………………………………………………………………………………2
Abstract …………………………………………………………………………………3
绪 ………………………………………………………………………………………4
第章C6140车床进伺服系统改造方案拟订………………………………………6
11 总体方案确定 …………………………………………………………………6
12 C6140车床设计参数…………………………………………………………………… 7
第二章 C6140车床进伺服系统机械局部设计计算 …………………………………8
21进伺服系统机械局部改造方案……………………………………………………8
22进伺服机构机械局部设计计算……………………………………………………9
23滚珠丝杠螺母副计算选型校核……………………………………………… 9
24横滚珠丝杠副参数………………………………………………14
25齿轮传动计算……………………………………………………………………… 15
第三章 C6140车床进局部电机选择……………………………………16
31进步进电机计算 ………………………………………………………………16
32横进步进电机计算……………………………………………………………… 19
第四章 液压尾座局部设计………………………………………………………23
41 液压尾座研究背景意义……………………………………………………………… 23
42 液压尾座研究背景意义……………………………………………………………… 23
43 液压尾座设计………………………………………………………………………… 23
44 尾座精度设计…………………………………………………………………………… 23
总结………………………………………………………………………………………25
参考文献…………………………………………………………………………………26
致谢………………………………………………………………………………………27
外文资料中文翻译……………………………………………………………………28
摘
数控机床机械制造业中发挥着巨作数控机床次性投资较机床进行数控化改造失良策C6140车床轴转速局部保存原车床手动变速功改造简单易行降低劳动强度提高生产效率介绍济型数控机床进()伺服系统设计计算阐述C6140普通数控车床轴系统改良机床控制系统改造
课题目设计出数控卧式车床C6140相匹配液压尾座系统课题数控卧式车床C6140液压尾座研究象设计出符合数控卧式车床C6140液压尾座
完钱课题设计设计前准备工作必须做首先搜集分析资料包括国外数控机床开展现状趋势液压技术液压传动系统根资料等机床液压尾座图纸资料等次初步确定液压尾座总体布局包括配置形式液压系统布置选择液压源相应配套元件等关尾座设计
C6140数控机床液压尾座设计容尾座体套筒顶尖尾座孔系尾座导轨挠度转角液压缸径压板处螺栓直径锁紧力计算校核中选择莫氏4号锥度尾座顶尖利莫氏锥度身结构特性卡紧尾座顶尖解决顶尖工作时会出现松动转动现象套筒中设计滑键槽顶尖顶出孔解决顶尖工作时会套筒转动影响工件加工精度套筒中设计顶卸装置便顶尖拆卸
关键词：C6140车床 数控改造 滚珠丝杠 步进电动机 尾座 液压系统 液压缸 设计 校核
Numerical Control Transform of C6140Common Lathe
And Design of C6140 CNC Machine Tailstock Hydraulic System
Abstract
The NC machine plays a verygreat role in mechanical engineering Although the investment needs a great deal of money it is a good way to try digital modification for ordinary lathe The spindle speed of C6140 remains the manual function of shifting gears The alteration is easy and it can reduce labor intensity and improve productive efficiency Introduces the design calculation of servo system on economic NC machine tools It also tells us howto improve the spindle and the control system of C6140 NC lathe
The main purpose of the research is based on C6140 CNC machine tools to design requirements designed to match its hydraulic Tailstock to meet the rotation accuracy rigidity temperature rise and so on seismic requirements to enhance the overall performance of machine tools
To accomplish this design I collected and analysed the information before the design including domestic and international development of CNC machine tools hydraulic system of hydraulic technology and the basic information equal hydraulic machine Tailstock the drawings and information Then is tentatively determined the overall layout of hydraulic Tailstock including the allocation of form layout and the hydraulic system of hydraulic energy and select the appropriate matching components such as This was followed by the main Tailstock the design and calculation
The main design of C6140CNC machine tools is that the tailstock top and the hole the tailstock and they are allowed to produce cantilever deflections corner hydraulic cylinder bore diameter and pressed the bolt in place the locking force of the school One of the nuclear option morse the cone at the end of the top and is using its own structure of the cone morse the nature of the top card up its tail it addresses the top of the work that is coming loose The turning or pivoting in the design of cylinder and the top of a punch to the top of the work will turn to the influence of the processing of precision It was set in the design of the top of the device to the top down
Key words：The C6140 lathe digital modification ball screw stepping motor machinetailstockhydraulicsystemhydraulic cylinder inside diameterdesignexamination
绪
着社会生产科学技术迅速开展机械产品日趋精密复杂需频繁改型普通机床已适应求数控机床应运生种新型机床具适应性强加工精度高加工质量稳定生产效率高等优点综合应电子计算机动控制伺服驱动精密测量新型机械结构等方面技术成果机床控制开展方
数控机床产生
数控机床早美国开始研制1948年美国帕森斯公司研制加工直升机桨叶轮廓检查样板加工机床务时提出研制数控机床初始设想1949年帕森斯公司麻省理工学院伺服机构实验室合作开始事数控机床研制工作1952年试制成功世界第台数控机床实验性样机台采脉法器原理直线插补三坐标连续控制铣床三年改良动编程研究1955年进入实阶段直20世纪50年代末价格技术原品种连续控制系统60年代晶体应数控系统提高性价格开始降民工业开始开展数控机床中数钻床床等点位控制机床数控技术仅机床实际应逐步推广焊接机火焰切割机等数控技术断扩展应范围
二数控机床开展
1952年美国研制成功第台数控机床着电子技术计算机技术动控制精密测量等相关技术开展数控机床迅速开展断更新换代先历五开展阶段
第代数控：19521959年采电子元件构成专数控装置
第二代数控：1959年开始采晶体电路NC系统
第三代数控：1965年开始采中规模集成电路NC系统
第四代数控：1970年开始采规模集成电路型通电子计算机控制系统
第五代数控：1974年开始采微型电子计算机控制系统
目前第五代微机数控系统根取代普通数控系统形成现代数控系统采微型处理器规模超规模集成电路具强程序存储力控制功控制功系列控制程序实现数控系统通性强需改变软件适应类型机床控制求具柔性着集成电路规模日益扩光缆通信技术应数控装置中体积日益缩价格逐年降性显著提高功更加完善
年微电子计算机技术日益成熟成果正断渗透机械制造领域中先出现计算机直接数控系统柔性制造系统计算机集成制造系统高级动化生产系统均数控机床根底代表着数控机床开展趋势
三国数控机床开展概况
国1958年北京机床研究清华学等首先研制数控机床试制成功第台电子数控机床1965年开始研制晶体数控系统直60年代末70年代初研制劈锥数控铣床非圆锥插齿机等获成功时开展数控加工面零件动编程研究19721979年数控机床生产阶段例：清华学研制成功集成电路数控系统数控技术车铣镗磨齿轮加工电加工等领域开始研究应数控加工中心机床研制成功数控升降台铣床数控齿轮加工机床开始批生产供市场80年代初开始着国开放政策实施先日美国德国等国家引进先进数控技术海机床研究引进美国GE公司MTC1数控系统等引进消化吸收国外先进技术根底北京机床研究开发出BSO3济型数控系统BSO4全功数控系统航空航天部706研制出MNC864数控系统等进推动国数控技术开展国数控机床品种性水均新飞跃国数控机床已跨入新开展阶段
四数控机床开展趋势
数控机床技术水高精度高速度高柔性功高动化数控机床重开展趋势单台机仅求提高柔性动化程度求具进入更高层次柔性制造系统计算机集成制造系统适应力
数控系统方面目前世界著名数控装置生产厂家诸日FANCU德国SIEMENS美国AB公司产品系列化模块化高性成套性方开展数控系统采16位32位微机处理机标准总线软件模块硬件模块结构存容量扩1MB机床分辨率达01微米高速进达100mmin控制轴数达16采先进电装工艺
驱动系统方面交流驱动系统开展迅速交流传动已模拟式数字式方开展运算放器等模拟器件控制器正微处理器数字集成元件取代克服零点漂移温度漂移等弱点
五数控机床改造意义
数控机床改造国外已开展成新兴工业部门早60年代已开始迅速开展开展原方面技术济市场生产原国拥300万台机床国家机床年累积生产通机床资金国机床制造厂力办快国现局部普通机床实现动化精密化改装国现设备技术改造迫切求解决课题数控技术改造机床正适应求建立微电子现代技术传统技术相结合根底机床改造中引入微机应技术具先进性时应传统动化改装方案较通性调性投入改造费低套济型数控装置价格仅全功数控装置1315户承起假设干单位成功应实例证明投入确实成倍提高生产效率减少废品率取显著技术济效益国提出力推广济型数控中间技术根底逐步推广全功数控条道路适合国济水教育水生产水已成国设备技术改造方时作全功数控机床应准备阶段全功数控机床培养积累维护验实现国传统机械制造技术机电体化方渡容
第章C6140车床进伺服系统改造方案拟订
11总体方案确定
C6140车床数控改造方案文改造结构种非常典型卧式车床数控改造结构改造时撤原机床横丝杠光杠溜板箱挂轮箱挂轮原手动刀架手柄等部件滚珠丝杠换原普通丝杠电动刀架换原普通刀架横进采步进电动机减速器驱动横步进电动机减速器装置安装机床床鞍部步进电动机减速器装置安装机床右端
改装机床身机械结构数控机床求设计精度刚度等性指标满足数控机床求普通机床改造全功数控机床味追求先进指标会偿失确定总体方案原应满足生产需前提原机床减少机械局部改动量选择简单易数控系统达合理性价次改造设计求根原提出根设计求设计参数机床数控改造理解总体方案确定：
〔1〕系统运动方式伺服系统选择
改造济型数控机床应具定位直线插补逆圆插补暂停循环加工公英制螺纹加工等功应选择连续控制系统考虑属济型数控机床加工精度求高简化结构降低钱采步进电机开环控制系统
〔2〕机械传动方式
实现机床求分辨率采步进电机齿轮减速传动丝杆保证定传动精度稳度量减少摩擦量力选滚珠丝杆螺母副时提高传动刚度消间隙采预加负荷结构齿轮传动采消齿侧间隙结构
12 C6140车床设计参数
根型普通原始数数控改造设计求确定：
加工直径：
车床身： 400mm
车床鞍： 210mm
加工长度： 1000mm
快进速度：
24mmin
横 12mmin
切削进速度：
06mmin
横 03mmin
脉量：
001mmstep
横 0005mmstep
脉分配方式： 逐点拟法
控制坐标数： 2
机床定位精度： ±0015
溜板刀架重力：
： 800N
横： 600N
动生降速性：
起动加速时间： 30ms
电机功率： 75Kw
第二章机床进伺服系统机械局部设计计算
21进伺服系统机械局部结构改造设计方案
211进机械结构改造方案
撤原机床进溜板箱滑动丝杠光杠等装步进电机齿轮减速箱滚珠丝杠螺母副提高支承刚度采心推力球轴承加止推轴承支承方式齿轮间隙采双薄片调隙方式
利原机床进箱安装孔销钉孔安装齿轮箱体滚珠丝杆安置原位置两端采原固定方式样减少改装工作量滚珠丝杠摩擦系数原丝杠外径原先进整体刚度增
进机构采级齿轮减速双片齿轮间没加弹簧动消间隙弹簧弹力难适应负载变化情况负载时弹簧弹力显起消间隙目负载时弹簧弹力显加速齿轮磨损采定期工调整螺钉紧固方法消间隙
212横进机械结构改造方案
撤原中拖板丝杆安装滚珠丝杆副提高横进系统刚度支承方式采两端装止推轴承步进电机齿轮箱安装机床侧减速机构影响走刀时消传动程击减速机构采二级传动动轮采双薄片错位消间隙
22进伺服机构机械局部设计计算
机床进伺服系统运动动力计算：
221进择脉量
根机床精度求确定脉量001mm步横0005mm步(半径)
221计算切削力
〔1〕车外圆
切削力Fz(N)验公式估算
Fz067Dmax15
067 x 40015 5360
切削力分力例 FzFxFyl02504
Fx 5360 x 025 1340
Fy 5360 x 04 2144
〔2〕横切端面
切削力F’z(N)取切12
时走刀抗力F’y(N)吃刀抗力F’x(N)述例粗略计算
F’zF’yF’x102504
F’y2680 x 025 670
F’x2680 x 04 1072
23滚珠丝杠螺母副计算选型
滚珠丝杠螺母副设计首先选择结构类型：确定滚珠循环方式滚珠丝杠副预紧方式结构类型确定计算确定技术参数包括：公称直径d0〔丝杠外径d〕导程L0滚珠工作圈数j列数K精度等级等
滚珠循环方式分外循环循环两类外循环分螺旋槽式插式选螺旋槽式外循环：螺母外圆铣出螺旋槽槽两端钻出通孔螺母螺纹滚道相切形成滚珠返回通道防止滚珠脱落螺旋槽钢套盖住通孔口设挡珠器引导滚珠进入通孔挡珠器圆钢弯成弧形杆焊螺栓螺帽固定螺母优点：工艺简单螺母外径尺寸较缺点：螺旋槽通孔易连接准确挡珠器钢性差耐磨性差
滚珠丝杠副预紧方法：双螺母垫片式预紧双螺母螺纹式预紧双螺母齿差式预紧单螺母变导程预紧盈滚珠预紧等
231进丝杠
〔1〕计算进率引力Fm(N)
进综合型导轨：
式中： K－－考虑颠复力矩影响实验系数综合导轨取K＝115
滑动导轨摩擦系数015018
G 溜板刀架重力 G 800N
（2） 计算动负载c
式中L0 ——滚珠丝杠导程初选L06mm
vs——切削力进速度取高进速度〔12～13〕处vs＝06mmin
fw——运转系数般运转取fw＝12～15
L——寿命106转1单位
〔3〕滚珠丝杠螺母副选型校核
采外循环螺纹调整预紧双螺母滚珠丝杠副1列25圈额定动负载16400N精度等级选3级
传动效率计算
式中：γ——螺旋升角W1L4O0bγ2044＇
φ——摩擦角取10＇滚动摩擦系数0003～0004
〔4〕刚度验算
般滚珠丝杠拟细长刚度应该充分重视
先画出进滚珠丝杠支承方式草图牵引力2530N支承间距L15OOmm丝杠螺母轴承均进行预紧预紧力轴负荷13
图41进系统计算简图
〔41〕丝杠拉伸压缩变形量δ1
根Pm2530NDo40mm 查资料查出δLLl2﹡lO5算出
δ1δLL×150012×105×150018×102(mm)
两端均采心推力球轴承丝杠进行预拉伸拉压刚度提高4倍实际变形量δ1 (mm)
〔42〕滚珠螺纹滚道间接触变形δ2
查资料W系列1列25圈滚珠螺纹滚道接触变形量δQ
进行预紧
(43)支承滚珠丝杠轴承轴接触变形δ3
采8107型推力球轴承d135mm滚动体直径dQ635mm滚动体数量z18
注意公式中Fm单位应kgf
施加预紧力
根计算：
定位精度
〔5〕稳定性校核
滚珠丝杠两端推力轴承会产生失稳现象需作稳定性校核
232横进丝杠
〔1〕计算进牵引力Fm
横导轨燕尾形计算
〔2〕计算动负载c
〔3〕选择滚珠丝杠螺母副
查资料W1L20051列25圈外循环螺纹预紧滚珠丝杠副额定动载荷8800N满足求选定精度3级
〔4〕传动效率计算
〔5〕刚度验算
横进丝杠支承方式〔21〕图示牵引力2425N支承间距L45Omm丝杠长度较短需预紧螺母轴承预紧图〔21〕
计算
(51)丝杠拉伸压缩变形量δ1 (mm)
查图46根F＇m＝2023ND2Omm查出δL L5×lO5算出
图42横进系统计算简图
(52)滚珠螺纹滚道间接触变形δ2
查资料：
进行预紧δ212δQ05*85425µm
(53)支承滚珠丝杠轴承轴接触变形δ3
采8102推力球轴承dQ4763z12dl5mm
考虑进行预紧
综合项变形量
显然变形量已定位精度求应该采取相应措施修改设计横溜板空间限制宜加滚珠丝杠直径采贴塑导轨减摩擦力减牵引力重新计算
资料查出Fm’1155N时δLL24×lO5
δ2δ3变δ＝δ1＋δ2＋δ3＝00108＋00043＋00047＝00198mm定位精度±0lmm变形量满足果滚珠丝杠预拉伸刚度提高四倍变形量控制求范围
面计算程出设计程反复修改参数反复计算达满意结果
〔6〕稳定性校核
计算界负载FK(N)
式中： E——材料弹性模量钢E＝206×1O6Ncm2
I——截面惯性矩〔cm4〕丝杠：di丝杠径
L——丝杠两支承端距离 (cm)
fZ丝杠支承方式系数表413中查出端固定端简支fZ 200
〔般[nk]25～4〕
滚珠丝杠会产生失稳
24横滚珠丝杠副参数
参数
名称 符号 公式
公称直径 35 20
导程 6 5
接触角 3°7’ 4°33’
钢球直径(㎜) 3969 3175
滚道法面半径 2064 1651
偏心距 0056 0045
螺纹升角 3°7’ 4°33’
螺杆外径 34 194
螺杆径 30984 1678
螺杆纹接触直径 31258 16835
螺母螺纹直径 39365 23212
螺母径 36125 20635
25齿轮传动计算
251进齿轮箱传动计算
已确定进脉量δp＝001滚珠丝杠导程L06mm初选步进电机步距角0750计算出传动i
选定齿轮齿数
252横进齿轮箱传动计算
已确定横进脉量δp＝O005滚珠丝杠导程L0＝5mm初选步进电机步距角0750计算传动i
考虑结构原齿轮直径太免影响横溜板效行程处采两级齿轮降速
进运动齿轮受力模数m取2相关参数表：
齿数
32
40
24
40
20
25
分度圆
64
80
48
80
40
50
齿顶圆
68
84
52
84
44
54
齿根圆
59
75
43
75
35
45
齿宽
〔6~10〕
20
20
20
20
20
20
中心距
72
64
45
第三章 C6140车床进局部电机选择
31进步进电机计算
311等效传动惯量计算
方法计算表示传动系统折算电机轴总传动惯量JΣ(kg•cm2)式计算：
JΣJm+J1+〔Z1÷Z2〕2〔(J2+Js)+G÷g(L0÷2π)2〕
式中：Jm—步进电机转子转动惯量(kg•cm2)
J1J2—齿轮Z1Z2转动惯量(kg•cm2)
Js—滚珠丝杠传动惯量(kg•cm2)
参考类型机床初选反响式步进电机150BF转子转动惯量Jm10(kg•cm2)
J1078×10－3×d14·L1078×10－3×642×226 kg•cm2
J2078×10－3×d24·L2078×10－3×82×2639 kg•cm2
Js078×10－3×44×15029952 kg•cm2
G800N
代入式：
JΣJm+J1+〔Z1÷Z2〕2〔(J2+Js)+G÷g(L0÷2π)2〕
10+262+(32÷40)2〔(639+29592)+800÷98(06÷2π)2〕
36355 kg•cm2
考虑步进电机传动系统惯量匹配问题
Jm÷JΣ10÷363550275
根满足惯量匹配求
312电机力矩计算
机床工况需转距面分阶段计算：
A快速空载启动力矩M起
快速空载起动阶段加速力矩占例较具体计算公式：
M起Mamax+Mf+Ma
MamaxJΣ·ε JΣnnax×10－2(60×ta2π)
JΣ×2π·nmax×10－2(60×ta)
nmaxνmax·θb÷δp·360
前面数代入式中符号意义前
nmaxνmax·θb÷δp·3602400×075÷(001×360)500rmin
启动加速时间ta30ms
MamaxJΣ×2π·nmax×10－2(60×ta)
36355×2π×500×102(60×003)
6345N·cm
折算电机轴摩擦力距Mf：
MfFOL0÷2πηif¹(Pz+G)×L0÷(2πηZ2÷Z1)
016×(5360+800)×06÷(2π×08×125)94 N·cm
附加摩擦力距M0
MOFPOL0(1－η02)2πηi1÷3×Ft×L0(1－η02)÷(2πηZ2÷Z1)
1÷3×2530×06×(1－092)÷( 2π×08×125)
8053×019153N·cm
述三项合计：
M起Mamax+Mf+Ma6345+94+1537438N·cm
B．快速移动时需力矩M快
M快Mf+M094+1531093N·cm
C．快速切削负载时需力矩 M切
M切Mf+M0+MtMf+M0+ FOL0÷2πηi
94+153+1340×06÷(2π×08×125)
94+153+12796
23726N·cm
面计算出M起M快M切三种工况快速空载起动需力矩项作初选步进电机
表查出步进电机三相六拍时 λMq÷Mjmax0951
静力矩Mjmax7438÷0951782N·cm
静力矩表查出150BF002型静转矩1372N·m需静转矩作初选型号需进步考核步进电机起动矩频特性运行矩频特性
313计算步进电机空载起动频率切削时工作频率
4000 HZ
1000 HZ
表中查出150BF002型步进电机允许高空载起动频率2800Hz运行频率8000Hz表中查出130BF001型步进电机起动矩频特性运行矩频特性曲线图2324示步进电机起动时f起2500时M100N·cm远远满足机床求空载起动力矩〔782N·cm〕直接会产生失步现象必须采升降速控制〔软件实现〕起动频率降1000Hz时起动力矩增加5884N·cm然电路采压驱动电路步进电机输出力矩扩倍左右
快速运动切削进时130BF001型步进电机运行矩频特性完全满足求
32横进步进电机计算
321等效传动惯量计算
横传动系统折算电机轴总转动惯量J式计算
JΣJm+J1+〔Z1÷Z2〕2{(J2+J3)+Z3÷Zф〔(Jφ+Jξ)+G÷g(L0÷2π)2}
式中符号意义前中
J1078×10－3×d14·L1078×10－3×482×2083kg•cm2
J2078×10－3×d24·L2078×10－3×84×264 kg•cm2
J3078×10－3×d24·L3078×10－3×44×204 kg•cm2
J4078×10－3×d24·L4078×10－3×54×2098 kg•cm2
Js078×10－3×24×45056kg•cm2
G600n
Jm47 〔初选反响式步进电机110BF〕
代入式：
JΣJm+J1+〔Z1÷Z2〕2{(J2+J3)+Z3÷Zф〔(Jφ+Jξ)+G÷g(L0÷2π)2〕}
47+083+(24÷10)2{(64+04)+(20÷25)2[(098+056)+600÷10(05÷2π)2]}
842kg·cm2
考虑步进电机传动系统惯量匹配问题
Jm÷JΣ47÷8420 558
根满足惯量匹配求
322电机力矩计算
A快速空载起动力矩M
M起Mamax+Mf+Ma
MamaxJΣ·ε JΣnnax×10－2÷(60×ta÷2π)
JΣ×2π·nmax×102÷(60×ta)
式中： nmaxνmax·θb÷δp·360
1200×075÷(0005×360)500rmin
ta30ms
MamaxJΣ×2π·nmax×102÷(60×ta)
842×2π×500×102÷(60×003)
147N·cm
折算电机轴摩擦力矩Mf
MfFOL0÷2πηif¹(Pz+G)×L0÷(2πηZ2÷Z1)
02×(2680+600)×05×048÷(2π×08)
313N·cm
附加摩擦力矩M0
MOFPOL0(1－η02)÷2πηi1÷3×Fˊt×L0(1－η02)÷(2πηZ2÷Z1)
1÷3×2023×05×048×(1－092)÷( 2π×08)
61N·cm
述三项合计：
M起Mamax+Mf+Ma147+313+611844N·cm
B．快速移动时需力矩M快
M快Mf+M0313+61374N·cm
C切削福载时需力矩M切
M切Mf+M0+MtMf+M0+ FOL0÷2πηi
374+1072×05×048÷(2π×08)
886N·cm
面计算出 M起M快M切三种工况快速空载起动需力矩项作选择步进电机根步进电机转矩Mq静转矩Mjmax关系知步进电机三相六拍时：λMq÷Mjmax0866
静力矩Mjmax1844÷0866213N·cm
查BF反响式步进电机技术参数110BF003型步进电机静转矩784N·m需静转矩作初选型号必须进步考核步进电机起动矩频特性运行矩频特性
323计算步进电机空载起动频率切削时工作频率
Fk1000Vmax÷60δp 1000×24÷60×0014000Hz
Fe1000Vs÷60δp 1000×06÷60×0011000Hz
110BF003型步进电机技术参数知高空载起动频率1500Hz运行频率7000Hz根110BF003型电机起动距频特性运行矩频特性曲线出步进电机起动时F1500HzM98N·cm机床需起动力矩〔1844N·cm〕直接会产生失步现象必须采升降速控制〔软件实现〕起动频率降1000Hz时满足求机床快速起动切削进时完全满足运行矩频求
第四章 液压尾座局部设计
液压尾座研究背景意义
20世纪中叶数控技术出现数控机床机械制造业带革命性变化年液压技术广泛应高技术成果动控制技术计算机技术微电子技术磨练磨损技术性技术新工艺新材料传统技术新开展液压系统元件质量水定提高液压传动技术数控动化机床应越越广泛机床工业动化程度提高起重力量走二十世纪液压技术惊技术突破应现技术改良扩展断扩应领域满足未求液压传动流体作工作介质量进行传动控制种传动形式利压液体机件控制传递运动动力相电力拖动机械传动言液压传动具输出力重量轻惯性调速方便易控制等优点广泛应工程机械建筑机械机床等设备
统计世界国家液压工业销售额占机械工业产值2~35国占1左右充分说明国液压技术率较低努力扩应领域广阔开展前景液压气动技术具独特优点液压技术具功率重量体积频响高压力流量控性柔性传送动力易实现直线运动等优点气动传动具节污染低钱安结构简单等优点易微电子电气技术相结合形成动控制系统液压气动技术广泛国民济部门年液压气动技术面机械传动电气传动竞争：数控机床中型塑机已采电控伺服系统取代局部取代液压传动原液压技术存渗漏维护性差等缺点必须努力发挥液压气动技术优点克服缺点注意电子技术相结合断扩应领域时降低耗提高效率适应环保需求提高性液压气动技术继续努力永恒目标液压气动产品参市场竞争否取胜关键
天新技术开展保持步液压技术必须断开展断提高改良元件系统性满足日益变化市场需求世界工业国家相国液压工业相落标准化工作继续做优质化工作须形成声势智化工作刚刚准备起步必须急起直追迎头赶预见满足国民济开展需液压技术继续获飞速开展部门中应越越广泛
样种背景课题选择数控卧式车床C6140液压尾座设计提高生产效率产品质量降低工劳动强度降低企业钱外力求完成课题余熟悉国外数控技术液压技术开展趋势增强开展民族数控机床产业感性认识
12液压系统开展现状
液压传动相机械传动说门新兴技术液压技术具独特优点功率重量实现范围级变速体积频响高压力流量控性柔性传送动力易实现直线运动等优点易微电子电气技术相结合形成动控制系统[4]基系列优点液压技术已广泛应机床工程机械农业机械国民济方面
数控机床代表数控设备生产应水反映国家机械电子工业水[6]推广应提高劳动生产率产品质量改变国制造技术落状况起着极重作液压技术实现数字控制机电液体关键技术世界国液压工业开展予重视统计世界国家液压工业销售额占机械工业产值235国占1左右充分说明国液压技术率较低努力扩应领域广阔开展前景首先面表格清楚出国国外液压技术开展状况
表11 国外液压开展方
国 外
国
高集成化高功率高密度
高性高质量高性系统成套
机电体化集成元件系统
低耗低噪声低振动
智化动控制元件系统
集成化轻型微型样化
水基介质传动控制技术
机电体化
液压产品技术开展趋势：
1减少损耗充分利量
液压技术机械转换成压力反转换程中总存量损耗减少量损失必须解决面问题：减少元件系统部压力损失减少功率损失减少消系统节流损失量减少非安需溢流量采静压技术新型密封材料减少摩擦损失改善液压系统性采负荷传感系统二次调节系统蓄器回路
2泄漏控制
泄漏控制包括：防止液体泄漏外部造成环境污染外部环境系统侵害两方面开展泄漏元件系统开展集成化复合化元件系统实现连接研制新型密封泄漏接头电机油泵组合装置等泄漏世界液压界努力重方
3污染控制
液压行业致力控制固体颗粒污染水空气等污染控制够重视应重视解决严格控制产品生产程中污染开展封闭式系统防止外部污染物侵入系统应改良元件系统设计具更耐污染力时开发耐污染力强高效滤材滤器研究污染线测量开发油水离净化装置离元件开发油中气体水分化学物质微生物滤元件检测装置
4动维护
开展液压系统障预测实现动维护技术必须液压系统障诊断现代化加强专家系统开发研究建立完整具学功专家知识库利计算机知识库中知识推算出引起障原提出维修方案预防措施
5机电液体化
机电液体化实现液压系统柔性化智化充分发挥液压传动动力惯性响应快等优点开展方：液压系统电液系统开环例控制系统转闭环例伺服系统时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性性智化等方面更适应机电液体化需求开展计算机直接接口高频低功耗电磁电控元件液压系统流量压力温度油污染度等数值实现动测量诊断电子直接控制元件广泛采电控液压泵实现液压泵种调节方式实现软启动合理分配功率动保护等助现场总线实现高水信息系统简化液压系统调节争端维护
6液压CAD技术
充分利现液压CAD设计软件进行二次开发建立知识库信息系统构成设计制造销售设计闭环系统目标利CAD技术实现液压产品快速设计CADCAMCAPPCAT现代理系统集成起建立集成计算机制造系统〔CIMS〕液压设计制造技术突破性开展
7新材料新工艺应
新型材料陶瓷聚合物涂敷料液压开展引起新飞跃保护环境研究采生物降解迅速压力流体采菜油基合成脂基者水基海水等介质代矿物液压油铸造工艺开展促进液压元件性提高铸造流道阀体集成块中广泛优化元件部流动减少压力损失降低噪声实现元件型化
13文研究容
1根数控卧式车床C6140整体求设计出相应液压尾座满足诸旋转精度等众求达预想目
2搜集分析资料包括液压技术液压传动系统根资料等机床液压尾座图纸资料等
3初步确定液压尾座总体布局包括配置形式液压系统布置选择液压源相应附属元件等
4尾座局部设计计算包括尾座顶尖套筒尾座体设计尾座孔系尾座导轨设计挠度转角压板处螺栓直径锁紧力计算校核
5尾座精度确实定包括尾座体外表粗糙度确实定尾座机床形位公差确实定底面立导面形位公差确实定
6C6140数控车床液压系统
24尾座整体设计
1机床采标准液压尾座尾座套筒编程控制尾座体移动通销轴托板带动根户需求提供程控尾座置旋转活络顶尖等〔特殊配置〕尾座单元安装床身导轨导轨调整位置功顶尖支承长工件安装钻头铰刀等孔加工刀具进行孔加工
2装配图中左视图中画辅助零件轮廓导轨导轨三角形导轨选择三角形导轨原导性精度保持性拟高导轨磨损时会动沉补偿磨损量导轨精度求较高机床尾座导轨W H：95 40mm尾座套筒直径 85mm套筒锥孔MT4尾座具足够刚性
3整体该尾座包括尾座体套筒顶尖液压缸导轨中尾座体设计时参机床尾座体根制造业生产中积累验稍加改造成套筒尺寸根尾座体尺寸选择套筒作安装尾座活塞轴顶尖车床尾座顶尖车床中常定位元件帮助轴起限制工件度起定心作导轨作引导机床运动部件作直线圆周运动承受运动部件包括工件重力切削力等载荷
第3章 尾座局部设计
尾座卧式车床重附件作轴类零件定心时具辅助支撑夹紧功C6140数控卧式车床尾座采整体式结构整体式结构尾座尾座体套筒芯轴结构套筒液压测力装置尾座套筒移动机构尾座套筒夹紧放松结构液压装置等组成芯轴结构选高精度进口轴承支承动静刚度精度高套筒尾座移动均机动套筒尾座夹紧放松均采碟形弹簧夹紧液压放松机动夹紧放松结构夹紧力足够安工操作简单方便效率高
优点：
1刚度高抗震性精度高精度保持性整体式尾座分体式尾座体合尾座整体采整体式箱形结构设计限元分析计算通尾座部筋板合理布置提高尾座刚度固频率尾座采高强度低应力铸铁铸造良时效处理热变形承受工件重量额定切削力情况尾座整体变形抗振性满足数控卧式车床精度检验标准求
2结构更加简单优化合理整体式尾座分体式尾座体合尾座整体取消分体式尾座联结定位键合螺钉总零件数标准件数更少取消分体式尾座体配合加工面取消分体式尾座体装配环节加工装配工艺性更节约加工装配总费降低尾座总重量总钱
设计尾座工作原理尾座套筒尾座油压座油孔尾座套筒尾座活塞固定座通螺钉连接起移动尾座油压座尾座体尾座活塞轴连接起固定动尾座活塞轴尾座套筒尾座活塞固定座形成液压缸分成两腔尾座油压座通液压油时液压油通油路进入尾座活塞轴腔进入套筒孔锥形腔时压力增套筒带动顶尖前移动反液压油通油路进入尾座活塞轴腔时退压力增套筒带动顶尖移动
31尾座体设计
数控卧式车床C6140尾座体尾座机械局部设计时参机床尾座体根制造业生产中积累验稍加改造成尾座体壁厚量均匀拐角处设计成圆角减少集中应力尾座体材料采HT200铸造加工成尾座体设计程中考虑加工工艺需设计出工艺凸台工艺孔
数控卧式车床C6140尾座设计中首先设计出尾座壳体设计出尾座台两者结合固定导轨样尾座工作尾座体设计中设计方面首先明细栏标注13〔直接写序号明细栏标注〕油杯选择直径10油杯压配式压注油杯油杯拟方面润滑轴时需油口准油杯口里注油拆装尾座起润滑作14键键形状面圆柱面四面体键作固定轴左右旋转伸缩旁边定位螺钉作键牢牢固定壳体防止键定位准
尾座壳体前面防尘罩防尘罩作防止轴伸出时杂质粘面防止杂质渗入影响轴伸出速度稳定性
32尾座轴设计
数控卧式车床C6140尾座套筒尺寸根尾座体尺寸选择套筒作安装尾座活塞轴顶尖利液压缸提供压力莫氏锥度身结构特性顶紧顶尖顶尖顶着工件加工时会工件起转动套筒工件起转动套筒部设计滑键槽尾座体设计滑键尾座工作时滑键滑键槽中滑动样套筒会着转时顶尖顶着工件加工时会工件起转动提高套筒寿命顶尖利氏锥度身结构特性卡紧工作中需拆卸顶尖需尾座体面设计螺塞拧动螺塞时螺塞推动顶杆前运动顶尖顶出方法简单
尾座轴尾部固定环相连通液压油流入流出孔回移动液压流入时轴缩回液压油流出时轴前运动轴活塞活塞轴壁接触密封性较保证轴运动灵敏性较
33尾座顶尖设计
车床尾座顶尖车床中常定位元件帮助轴起限制工件度起定心作求具较高精度中尾座轴心线机床轴轴心线保证较高轴度进行工件加工程中采前顶尖支承工件确定工件旋转中心承受刀具作工件切削力顶尖机械加工中机床重部件端面复杂零件允许中心孔零件进行支承顶尖端顶中心孔料孔端放入尾座套筒顶尖锁紧顶紧力液压缸提供压力加工时般紧缩尾座套筒顶尖般专门工厂生产根需买产品数控卧式车床C6140中型机械加工设备尾座总体尺寸选择莫氏4号顶尖莫氏锥度锥度国际标准静配合精确定位锥度传递定扭距锥度便拆卸利摩擦力原理定锥度范围工件拆装时工作时会影响效果方钻孔锥柄钻锥柄钻头工件钻出需孔锥柄处会出现转动现象方钻孔锥柄钻果中需拆卸钻头磨削拆卸重新装会影响钻头中心位置
34螺塞缸设计
液压缸工作原理 ：根5部件1缸筒缸盖2活塞活塞杆3密封装置4缓装置5排气装置 种缸工作原理相似手动千斤顶说工作原理吧千斤顶实简单油缸通手动增压秆(液压手动泵)液压油单阀进入油缸时进入油缸液压油单阀原倒退回逼迫缸杆然做工继续液压油断进入液压缸样断升降时候翻开液压阀液压油回油箱简单工作原根底改良尾座螺塞缸安装螺塞拧动螺塞时螺塞推动顶杆前运动进退出顶尖螺塞缸作固定活塞活塞动轴回运动起支撑轴作
35尾座导轨设计
1导轨作引导机床运动部件作直线圆周运动承受运动部件包括工件重力切削力等载荷导轨应满足导精度高精度保持性低速运动稳性摩擦阻力灵敏度高刚度高承载力结构简单便加工安装调配调整维修钱低等求
2导轨材料：导轨材料求耐磨性工艺性钱低常导轨材料铸铁钢色金属塑料中铸铁应普遍铸铁种钱低良减振性耐磨性易铸造切削加工金属材料
提高耐磨性防止咬焊动导轨支承导轨应量采材料果选相材料定采取热处理方式具硬度
灰铸铁常牌号HT200较润滑防护条件具定耐磨性适常工作精度保持性求高导轨
孕育铸铁常牌号HT300耐磨性高灰铸铁较脆硬易刮研钱较高常较精密机床导轨
耐磨铸铁中应较高磷铸铁磷铜钛铸铁钒钛铸铁孕育铸铁相耐磨性提高1～2倍钱较高常精密机床导轨
通材料类设计C6140液压尾座考虑价格等原选灰铸铁作导轨材料
3导轨形状：直线运动滑动导轨截面形状三角形矩形燕尾形圆形相互组合课题中选择三角形导轨选择三角形导轨原导性精度保持性拟高导轨磨损时会动沉补偿磨损量矩形导轨存侧间隙必须镶条进行调整燕尾形导轨刚度较差加工检验维修方面综素选择三角形导轨
36尾座孔系设计
设计中需提技术求中性质言致分两类：加工外表身尺寸精度形状精度外表粗糙度二保证定位基准面定位精度减轻加工中定位误差保证尾座体装配精度求较高相互位置精度根技术参数求确定套筒直径85mm
轴孔设计
通常情况顶尖中心孔锥度必须相数锥度60°减少接触面单位面积压力损坏死顶尖课题中顶尖莫氏锥度4号顶尖套筒前端套筒孔锥度莫氏锥度4号锥度顶尖〔死顶尖活顶尖〕锥面〔莫氏锥度公制锥度〕插入轴锥孔尾座顶尖套筒锥孔心保证设计时轴度求防止尾座偏移车削工件产生锥度设计中保证莫氏锥孔轴心线套筒轴心轴度公差001mm端面径跳动公差0006mm
孔键设计
尾座体孔套筒配合精度较高减轻滑键套筒滑键槽磨损需两者外表进行润滑减少摩擦防止产生磨粒磨损摩擦仅损坏配合外表品质会导致疲劳裂纹萌生急剧减低零件疲劳强度摩擦面参加润滑剂仅减低摩擦减轻磨损保护零件遭腐蚀起散热降温作采润滑油润滑时润滑油膜起缓吸热功采膏状润滑脂防止部润滑剂外泄阻止杂质侵入防止加剧零件磨损起密封作润滑油润滑脂供方法设计中重课题设计中尾座套筒孔两端采取定密封性设计采拟简单压配式注油杯系统进行间歇性润滑满足尾座体孔套筒滑键滑键槽润滑求注油孔加工精度求高注油孔设计加工中需考虑形位精度求仅保持滑键孔位置关系
尾座设计滑键目防止顶尖工作时转动套筒开设键槽滑键通尾座方钻通孔滑键固定尾座样套筒滑键尾座套筒孔轴移动需套筒铣出较长键槽滑键做短时防止滑键转动滑键固定采定防转动措施两者结合缝隙处钻孔攻丝安装螺钉滑键槽长度滑键套筒位置关滑键槽长度设计时应该满足两条件：(1)顶尖伸出套筒长度达设计求长度L70 mm(2)滑键滑动中利滑键槽长度取L155
套筒滑键槽尾座安装孔设计中仅需保证滑键槽称度求保证装键孔套筒孔中心轴线称度垂直度设计中结合关原实际验初步确定安装滑键孔套筒孔称度求0006
配合
套筒工作中两种配合求套筒尾座体配合二套筒顶尖尾座活塞轴配合考虑顶尖套筒尾座孔接触部位接触部位采配合等级分确定配合等级
1套筒尾座体配合
根关资料实际生产实践验套筒尾座体配合采基孔制间隙配合间隙防止工作中产生较跳动影响加工工件直线度圆柱度套筒尺寸较尾座体配合求保证套筒直线度圆柱度选直线度0006mm圆柱度0003mm
2套筒顶尖尾座活塞轴配合
套筒顶尖尾座活塞轴配合求较高配合间隙安装莫氏锥柄套筒部尾座孔配合精度求高配合间隙制造钱高适合回转精密滑动配合精度等级IT5～IT7级尾座活塞轴作推动顶尖套筒中伸缩套筒配合间隙配合外表粗糙度值求减摩擦力保证动作准确性迅速性推荐外表粗糙度值选择Ra32
364密封偏心轴设计
1尾座轴活塞密封
尾座轴活塞密封采橡胶密封圈螺塞缸活塞采橡胶密封圈密封圈特点耐油耐热耐磨耐老化质优价廉
2偏心轴设计
尾座半局部手柄短暂控制尾座导轨运动尾座停导轨原理离开偏心轴首先偏心轴固定尾座体手柄固定安装偏心轴套筒摇动手柄时手柄带动偏心轴偏心轴通拉杆29压板2压紧压板3压板3紧紧压导轨尾座停止手柄旋转角度偏心轴旋转角度偏心轴高处达极限果普通圆轴拉动拉杆起固定尾座作
37挠度转角锁紧力计算校核
根工件长度旋转外径假设工件重量 Q2760
顶尖三爪卡盘支撑工件简化简支梁尾座负重 Q21380
尾座轴伸出尾座体长度 120
尾座套筒直径 85
钢弹性模量
E
断面惯性矩
I256×104mm4
顶尖伸出套筒长 70
根公式
(31)
查表知单位切削力 36mm
切削力 2489N
机床加工重工件时尾座轴般紧缩尾座体现假设尾座轴伸出尾座轴伸出尾座体长度12伸出60悬臂60+109169
挠度计算
(32)
00000405
0000002
许挠度［］～[] 范围
转角计算
(33)
00018
许转角[]～[]范围
压板处螺栓选择校核
机床尾座通组两相螺栓连接尾座导轨压板固定压板作连接尾座导轨通连接螺栓紧固松开确定尾座导轨位置螺栓需支撑强度拟长度160M16螺栓长度高160选M20螺栓面确定连接螺栓直径
选螺栓材料35号钢许抗拉强度〔σ〕540Mpa作力反作力定理知尾座部部间摩擦力等通顶尖作尾座轴力根金属切削原理刀具切削时产生轴分力(01~06)F06×24891493满足加工工件精度求工件重量较切削力较情况机床发生振取轴力取摩擦系数
知作箱体压力
转动凸轮轴端方形局部需力少157作螺栓力
压板导轨间连接形式松连接公式
(34)
136mm
现螺栓直径20mm螺栓选择合理长度根尾座体螺栓尾座体确定图三螺栓分取170mm180mm190mm
第4章 尾座精度确实定
41外表粗糙度确实定
零件加工外表刀痕切削时金属塑性变形等影响会存间距较轮廓峰谷种零件外表具较间距峰谷组成微观特征称外表粗糙度外表粗糙度部件性寿命影响两相运动外表越粗糙摩擦系数越磨损越快时粗糙度影响配合性质稳定性间隙配合相运动外表粗糙迅速磨损导致间隙增渡配合说压力锤敲装配外表粗糙度会配合变松外粗糙度接触刚度密封性产品外观外表腐蚀力等明显影响保证机械零件性进行精度设计时必须提出合理外表粗糙度求选择外表粗糙度数值时应根零件功求济性结合关选原般说工作外表外表粗糙度数值应非工作外表承受交变应力零件易产生应力集中处圆角沟槽等外表粗糙度参数值应配合性质求稳定间隙配合受重载盈配合配合外表粗糙度参数值应时实际工作验缺乏情况注意外表粗糙度数值形状公差值协调关系结合关外表粗糙度数值选实例作参考初步确定尾座体部位外表粗糙度数值
尾座体孔尾座轴配合性质求较高尾座体孔外表粗糙度求较高求加工程中根出加工痕迹说明粗糙度值致取Ra32尾座体两端配合求选择粗糙度值取 Ra125 尾座底面立导面样具较高形位精度外表粗糙度采Ra125刮研
42尾座机床形位公差确实定
设计程中仅保证尾座体部部件相互配合关系配合精度确保尾座体套筒顶尖准确定心确保尾座体机床部件配合关系尾座体部件溜板轴形位精度达定设计标准减少设计失误
尾座机床部件形状误差导致工件加工程中工件尺寸形状精度降低严重影响加工工件质量
进行尾座设计中仅考虑设计素间相互配合关系考虑实际安装程中机床部件安装素间相互配合关系
43底面立导面形位公差确实定
尾座体底面设计精度尾座安装机床定心精度重影响素仅影响轴中心线轴度误差会影响尾座套筒锥孔轴线溜板行度等实际设计加工装配程中尾座体底面面度002mm立导面垂直度005 mm
立导面尾座底面垂直面尾座设计中仅求尾座导轨横移动时加工锥体形状零件需尾座体底板作移动通安装尾座底板螺栓固定尾座体部螺母孔相旋合尾座体部偏移
结
次毕业设计题目数控卧式车床C6140液压尾座设计目实现尾座快速稳定前进快退保证机床加工精度质量达预想目设计完成系统中尺寸计算结构设计进行系列校核项性指标完全满足求说明设计结构合理设计包括C6140数控车床外观功技术参数总体设计求尾座简介包括尾座体套筒设计顶尖尾座孔系设计尾座导轨设计挠度转角液压缸径压板处螺栓直径锁紧力计算校核挠度转角进行计算液压缸径压板处螺栓直径进行校核涉尾座精度尾座体外表粗糙度尾座机床形位公差底面立导面形位公差课题研究C6140数控车床液压系统尾座工作原理做相关说明
C6140数控车床言采液压系统变档具快速准确控性动控制等优点假设采机械变档操作员劳动强度变档速度太慢效率太低进生产效率产生影响课题设计尾座提高加工程机械化动化水提高生产效率降低工劳动强度降低企业钱
C6140液压尾座结构简单价格廉价障率低维修简单方便效率高操作编程简单等诸优点液压尾座机床中会成应体着数控技术机床行业开展液压尾座着广阔开展前景
致 谢
月忙碌工作次毕业设计已接尾声作科生毕业设计验匮乏难免许懂方果没老师催促指导起工作学支持想完成设计难想象里首先感谢指导老师田龙老师悉心指导老师严谨治学态度认真工作作风繁忙教学工作中挤出时间指导精神尤值学生钦佩学田老师致诚挚谢意次感谢起作毕业设计学细心解释清楚解设备结构工作原理时感谢提供实基鑫盛机床厂感谢厂里技术员张雷支持指导
感谢学四年老师机械专业知识根底时感谢安阳工学院四年力栽培成长绝件孤立事没支持帮助绝办感谢样空间予关心帮助说声谢谢〞
参考文献
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