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畢業(yè)設(shè)計(論文)
Φ630mm的數(shù)控車床總體設(shè)計
及液壓尾座設(shè)計
所在學院
專 業(yè)
班 級
姓 名
學 號
指導(dǎo)老師
年 月 日
摘 要
數(shù)控機床即數(shù)字程序控制機床，是一種自動化機床，數(shù)控技術(shù)是數(shù)控機床研究的核心，是制造業(yè)實現(xiàn)自動化、網(wǎng)絡(luò)化、柔性化、集成化的基礎(chǔ)。隨著制造技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代數(shù)控機床借助現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)、工序集約化和新的功能部件使機床的加工范圍、動態(tài)性能、加工精度和可靠性有了極大的提高。
本設(shè)計是對Φ630MM數(shù)控車床主要進行尾座設(shè)計。液壓尾座設(shè)計的主要內(nèi)容是尾座體、套筒、頂尖、尾座孔系、尾座導(dǎo)軌，撓度、轉(zhuǎn)角、液壓缸內(nèi)徑及壓板處螺栓直徑、鎖緊力的計算及校核。其中選擇莫氏4號錐度的尾座頂尖，是利用莫氏錐度自身的結(jié)構(gòu)特性來卡緊尾座頂尖的，它解決了頂尖在工作時會出現(xiàn)松動或轉(zhuǎn)動現(xiàn)象。在套筒中設(shè)計了滑鍵槽和頂尖頂出孔，解決了頂尖在工作時會隨套筒轉(zhuǎn)動從而影響工件的加工精度；還在套筒中設(shè)計了頂卸的裝置，便于頂尖的拆卸。
關(guān)鍵詞：數(shù)控車床，數(shù)控，液壓尾座
43
Abstract
NC machine tool is the digital process control machine tool, is an automated machine tools, CNC technology is the core of numerical control machine tool research, is the manufacturing industry that realizes the automation, network, flexible, integrated foundation. With the development of manufacturing technology, modern CNC machine tools with the aid of the modern design technology, process intensification and the new function part make machine processing range, dynamic performance, the processing precision and reliability are greatly improved.
The design of Φ630MM lathe numerical control transformation. Hydraulic tailstock design are the main contents of the tailstock body, sleeve, top, tailstock hole of tailstock guideways, deflection angle,,, inner diameter of the cylinder and the pressure plate, the diameter of the bolt locking force calculation and verification. The choice of Morse No. 4 taper of tailstock center, is the use of Morse taper their structural properties to clamp the tailstock top, which solves the problem of the top in the job will appear when loosening or rotation phenomenon. In the sleeve design of slide key groove and the top spire hole, resolved the top when working with the sleeve to rotate so as to influence the machining precision of the workpiece; still sleeve design top unloading device for removing, top.
Key words: CNC lathe, CNC, hydraulic tailstock
目錄
摘 要 I
Abstract II
目錄 III
第1章 數(shù)控機床發(fā)展概述 6
1.1數(shù)控機床及其特點 6
1.2 數(shù)控機床的工藝范圍及加工精度 6
1.3 數(shù)控機床的經(jīng)濟分析 6
1.4 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨向 7
1.5 國內(nèi)外現(xiàn)狀 8
1. 6本章小結(jié) 9
第2章 總體方案的制定與比較 9
2.1總體方案設(shè)計要求 9
2.2 總體方案擬定 10
2.3主要設(shè)計內(nèi)容 11
2.3.1伺服控制系統(tǒng)的選擇 11
2.3.2機械部分設(shè)計 12
第3章 確定切削用量及選擇刀具 13
3.1科學選擇數(shù)控刀具 13
3.1.1選擇數(shù)控刀具的原則 13
3.1.2選擇數(shù)控車削用刀具 14
3.2 設(shè)置刀點和換刀點 14
3.3 確定切削用量 15
3.3.1確定主軸轉(zhuǎn)速 15
3.3.2確定進給速度 15
3.3.3 確定背吃刀量 15
第4章 傳動系統(tǒng)圖的設(shè)計計算 16
4.1 參數(shù)的確定 16
4. 2 傳動設(shè)計 19
4.3轉(zhuǎn)速圖的擬定 21
第5章 液壓尾座部分設(shè)計 24
5.1 液壓尾座研究背景和意義 24
5.2液壓系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 25
5.3 尾座的整體設(shè)計 27
第6章 尾座結(jié)構(gòu)計算設(shè)計 28
6.1尾座體的設(shè)計 28
6.2尾座主軸的設(shè)計 29
6.3尾座頂尖的設(shè)計 29
6.4螺塞缸的設(shè)計 30
6.5尾座導(dǎo)軌的設(shè)計 30
6.6尾座孔系設(shè)計 31
6.7.1主軸孔的設(shè)計 31
6.7.2孔和鍵的設(shè)計 31
6.7.3配合 32
6.7.4密封及偏心軸的設(shè)計 33
6.7撓度、轉(zhuǎn)角、鎖緊力的計算及校核 33
6.7.1撓度的計算 34
6.7.2轉(zhuǎn)角的計算 34
6.7.3壓板處螺栓的選擇及校核 34
第7章 數(shù)控硬件電路設(shè)計 35
7.1硬件電路設(shè)計 36
7.1.1 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 36
7.1.2 數(shù)控系統(tǒng)硬件電路的功能 36
7.2關(guān)于各線路元件之間線路連接 37
7.3關(guān)于電路原理圖的一些說明 38
總結(jié)與展望 40
參考文獻 42
致 謝 43
第1章 數(shù)控機床發(fā)展概述
1.1數(shù)控機床及其特點
數(shù)控機床可以較好的解決形狀復(fù)雜、精密多品種及中小批零件的加工問題，能夠穩(wěn)定加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率，隨著制造技術(shù)向自動化、柔性化方向的發(fā)展，當前機床的數(shù)控化率已經(jīng)成為衡量一個國家制造工業(yè)水平的重要標志。
機床的數(shù)控化設(shè)計一般是指對現(xiàn)有某臺車床的某些部位做一定的裝，配上經(jīng)濟型數(shù)控裝置或標準型數(shù)控數(shù)控系統(tǒng)，從而使原機床具有數(shù)控加工能力。這種技術(shù)工作有其獨特的特點。
1.2 數(shù)控機床的工藝范圍及加工精度
數(shù)控車床用途廣泛，不僅可以加工各種平面、溝槽、螺旋槽、成型表面和孔。而且還能加工各種平面曲線和空間曲線等復(fù)雜型面。適用于各種模具、凸輪、板類及箱體類零件的加工。
隨著計算機技術(shù)應(yīng)用到機床上，機械產(chǎn)品的質(zhì)量在很大程度上不再依賴于機床操作者的操作水平，能實現(xiàn)復(fù)雜零件的加工。
1.3 數(shù)控機床的經(jīng)濟分析
近半個世紀以來，數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了兩個階段、六代的發(fā)展。
（1）硬件數(shù)控階段
50年代至70年代初期，計算機的運算速度低，不能適應(yīng)對機床進行實時控制的要求，人們不得不采用數(shù)字邏輯電路搭成機床專用的計算機，作為數(shù)控系統(tǒng)，被稱為硬件數(shù)控系統(tǒng)。隨著元器件的發(fā)展，這個階段經(jīng)歷了三代：
1) 1952年開始的第一代—電子管元件。
2）1959年開始的第二代—晶體管元件。
3) 1965年開始的第三代—小規(guī)模集成電路。
（2） 軟件數(shù)控階段
軟件數(shù)控階段也叫計算機數(shù)控(CNC)階段，是數(shù)控系統(tǒng)的第二階段(1970年～現(xiàn)在)，這個階段同樣經(jīng)歷了三代：
1)1970年開始的第一代—小型計算機。
2)1974年開始的第二代—微處理器。
3)1990年以后的第三代—PC機。
從1970年開始，通用小型計算機業(yè)己出現(xiàn)，并成批生產(chǎn)，它比專用計算機成本低，可靠性高，數(shù)控系統(tǒng)進入CNC階段。1971，產(chǎn)生了微處理器，1974年，微處理器被應(yīng)用于數(shù)控系統(tǒng)，1990年，PC機的性能已發(fā)展到很高的階段，可滿足作為數(shù)控系統(tǒng)核心部件的要求，而且PC機生產(chǎn)批量大，價格便宜，可靠性高，數(shù)控系統(tǒng)從此進入基于PC的階段。
數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)歷了幾十年來的發(fā)展，到了20世紀70年代后期，才從根本上解決了可靠性低、價格昂貴、應(yīng)用不便等關(guān)鍵問題。因此，即使在工業(yè)發(fā)達國家，數(shù)控機床也是在70年代末80年代初才開始得到大規(guī)模應(yīng)用和普及的。
1.4 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨向
隨著計算機技術(shù)及信息處理的發(fā)展,數(shù)控技術(shù)未來發(fā)展的趨勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
（1）開放式、低成本、高可靠性
PC機所具有的人機界面將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)，遠程通訊診斷和維修將更加普遍。
（2）高速化、高精度
數(shù)控系統(tǒng)高速處理并計算出伺服電機的移動量，并要求伺服電機能高速度地做出反應(yīng)，為使在極短的時間內(nèi)達到高速度和高速度下實現(xiàn)高定位精度，必須具備高加減速和高精度的位置檢測系統(tǒng)和伺服品質(zhì)。
（3）智能化
(1)應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù)、數(shù)字伺服驅(qū)動裝置
數(shù)控系統(tǒng)能檢測加工過程中的一些重要信息并自動調(diào)整系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)，使機床處于最佳工作狀態(tài)。
2)引入專家系統(tǒng)指導(dǎo)加工、故障診斷
將熟練工人和專家的經(jīng)驗、加工的一般規(guī)律與特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。
（4）網(wǎng)絡(luò)化
通過網(wǎng)絡(luò)連接，構(gòu)成一個整體的系統(tǒng)解決方案，通過網(wǎng)絡(luò)高速傳輸數(shù)據(jù)，進行整體化、一元化管理。
（5）直線交流伺服系統(tǒng)
直線交流伺服系統(tǒng)是21世紀數(shù)控機床不可缺少的功能部件。目前我國還沒有成熟產(chǎn)品，因此應(yīng)加強研究，開發(fā)和推廣應(yīng)用。
1.5 國內(nèi)外現(xiàn)狀
當今世界，工業(yè)發(fā)達國家對機床工業(yè)高度重視，競相發(fā)展機電一體化、高精、高效、高自動化先進機床，以加速工業(yè)和國民經(jīng)濟的發(fā)展。趕上計算機體系結(jié)構(gòu)前進的步伐、加快數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)速度，已成為數(shù)控發(fā)展的最主要趨勢。以第四代計算機的工程結(jié)構(gòu)和微電子工藝技術(shù)為基礎(chǔ)，充分利用現(xiàn)有微機的硬件、軟件資源，發(fā)展總線式、模塊式、開放型、嵌入式的柔性數(shù)控系統(tǒng)，使之既適合加工復(fù)雜零件、分機床用的數(shù)控系統(tǒng)的組成，又適合未來自動化升級時功能可擴展的要求。
我國數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展具有以下3個特征:
(1)高檔數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)突破。如華中I型等數(shù)控系統(tǒng)，都具有多軸聯(lián)動功能，快速進給速度在1.67m/s以上，具有較強的通信、管理功能。
(2)普及型數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)成熟。如北京機床研究所的BS91系統(tǒng)，這些系統(tǒng)一般配有CRT顯示器，可配置直流和交流司服驅(qū)動，2～4軸聯(lián)動。
(3)經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)仍有廣闊的市場前景。由于這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，非常適合中小型企業(yè)，目前仍是我國應(yīng)用面最廣的數(shù)控系統(tǒng)。比較典型的有南京大方的JWK系列。
我國是機床生產(chǎn)大國，又是使用大國。數(shù)控機床是機械工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵產(chǎn)品，我國的數(shù)控機床在機床產(chǎn)品中的比例總體水平低。但是我國是發(fā)展中國家，許多企業(yè)財力薄弱，不可能花費大量的資金添置許多全新的數(shù)控機床，但是大量的通用機床不可能全部淘汰。
因此，把機床設(shè)計為數(shù)控機床則不失為是一條提高數(shù)控化率的有效途徑，機床設(shè)計花費少，設(shè)計針對性強，時間短，設(shè)計后的機床大多能克服原機床的缺點和存在的問題，生產(chǎn)效率高。
1. 6本章小結(jié)
本章節(jié)首先介紹了數(shù)控技術(shù)的背景發(fā)展歷程，進而分析了數(shù)控技術(shù)的國內(nèi)外現(xiàn)狀及未來趨勢，最后介紹了研究的主要內(nèi)容和意義。
第2章 總體方案的制定與比較
2.1總體方案設(shè)計要求
總體方案設(shè)計應(yīng)考慮機床數(shù)控系統(tǒng)的類型，計算機的選擇，以及傳動方式和執(zhí)行機構(gòu)的選擇等。
數(shù)控車床是機電一體化的典型代表，其機械結(jié)構(gòu)同的機床有相似之處。然而，現(xiàn)代的數(shù)控機床不是簡單將傳統(tǒng)機床配備上數(shù)控系統(tǒng)即可，也不是在傳統(tǒng)機床的基礎(chǔ)上，僅對局部加以進而成。傳統(tǒng)機床存在著一些弱點，如剛性不足，抗震性差，熱變形大，滑動面的摩擦阻力大及傳動元件之間存在間隙等，難以勝任數(shù)控機床對加工精度，表面質(zhì)量，生產(chǎn)率以及使用壽命等要求?，F(xiàn)代機床的部件結(jié)構(gòu)，整體布局，外部造型都已經(jīng)形成了數(shù)控機床獨特的機械部件。因此，我們在對數(shù)控機床進行數(shù)控設(shè)計的過程中，應(yīng)在考慮各種情況下，使機床的各項性能指標盡可能的 與數(shù)控機床相接近。
將一臺Φ630MM車床設(shè)計數(shù)控車床要求結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟實用、易于推廣普及。因此采用步進電機為飼服元件，用來驅(qū)動縱橫向工作臺的進給運動。機床上縱橫向絲杠螺母元件，步進電機和減速齒輪驅(qū)動的滾珠絲杠螺母副。并選擇合適的數(shù)控系統(tǒng)，使其擴大加工范圍，適用于現(xiàn)階段我國的中小型機械加工企業(yè)。
機械部分數(shù)控化設(shè)計需涉及電機的選擇、工作臺進給結(jié)構(gòu)、傳動比分配與計算等方面的內(nèi)容。
1伺服驅(qū)動元件 進給電機選用混合式步進電機，其不僅步距角小運行頻率高且功耗低低頻噪音小等優(yōu)點。廣泛用于開環(huán)控制系統(tǒng)，不需要反饋裝置，結(jié)構(gòu)簡單可靠，壽命長。橫縱向進給電機均選用同一型號以便于設(shè)計和日后維修。脈沖當量t=0.01mm/脈沖，選用步距角θ=0.6° 。對原機床的主傳動系統(tǒng)均維持不變，以節(jié)約資金及縮短裝時間。
2機床導(dǎo)軌的選擇
由于原機床采用滑動導(dǎo)軌，在低速時容易發(fā)生“爬行”現(xiàn)象，直接影響運動部件的定位精度。較經(jīng)濟的處理方法是采用貼塑滑動導(dǎo)軌。
3進給傳動系統(tǒng)
數(shù)控機床要求進給部分移動元件靈敏度高、精度高、反應(yīng)快、低速時無爬行。因此本設(shè)計中采用滾珠絲杠可以滿足要求。滾珠絲杠螺母副由絲杠、螺母、滾珠、反向器組成。其工作原理為：當絲杠和螺母相對運動時，在螺母上設(shè)有滾珠循環(huán)返回裝置，使得滾珠沿滾道面運動后能通過這個裝置自動的返回其入口處，繼續(xù)參加工作。滾珠絲杠螺母副安裝時需要預(yù)緊，通過預(yù)緊可消除滾珠絲杠螺母副的軸向間隙，提高傳動剛度。本設(shè)計中的預(yù)緊方法是采用雙螺母墊片預(yù)緊式結(jié)構(gòu)。即通過變兩個螺母的軸向相對位置，使每個螺母中滾珠分別接觸絲杠滾道的左右兩側(cè)來實現(xiàn)預(yù)緊。其特點是預(yù)緊結(jié)構(gòu)簡單，軸向剛度好，預(yù)緊可靠，軸向尺寸適中，工藝性好如圖2-1。為消除傳動系統(tǒng)中的反向間隙，提高重復(fù)定位精度，傳動元件連接采用無鍵錐環(huán)連接。
圖2-1 滾珠絲桿的結(jié)構(gòu)
2.2 總體方案擬定
數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求：主傳動系統(tǒng)中保留主軸箱內(nèi)滑移齒輪變速機構(gòu)，取消原操作手柄，實現(xiàn)主軸的正反轉(zhuǎn)及停止，由數(shù)控系統(tǒng)直接控制主電機，當數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出M03指令后，主電機正轉(zhuǎn)，通過傳動系統(tǒng)實現(xiàn)主軸正轉(zhuǎn)?？v、橫進給系統(tǒng)均采用交流伺服電動機。用滾珠絲杠螺母機構(gòu)代替的滑動絲杠螺母機構(gòu),具有摩擦力小,運動靈敏, 無爬行現(xiàn)象, 也可以進行預(yù)緊, 以實現(xiàn)無間隙傳動,傳動剛度好,反向時無空程死區(qū)等特點?？商岣邆鲃泳取?dǎo)軌需沿用原機床的導(dǎo)軌，但因起精度較低，不適合數(shù)控機床。因而在原導(dǎo)軌上粘接四氟乙烯軟帶，使其有良好的耐摩性和較小的摩擦阻力，能預(yù)防爬行并具有自潤滑性。將原刀架和小托板拆除，將車床刀架換為四工位電動刀架，將刀架調(diào)整好高度安裝在中拖板上，由數(shù)控系統(tǒng)直接控制，減少輔助時間，提高效率。為保證加工螺紋時縱向進給運動與主軸的回轉(zhuǎn)運動有嚴格的運動關(guān)系，需要在主軸尾部安裝主軸脈沖發(fā)生器。主軸脈沖發(fā)生器與主軸同步旋轉(zhuǎn)，同時發(fā)出與主軸轉(zhuǎn)角相對應(yīng)的脈沖信號，使數(shù)控系統(tǒng)控制刀架的縱向移動量。
2.3主要設(shè)計內(nèi)容
2.3.1伺服控制系統(tǒng)的選擇
因要求設(shè)計后的車床為經(jīng)濟型數(shù)控車床。所以在保證具有一定加工精度的前提下，從設(shè)計成本考慮。應(yīng)簡化結(jié)構(gòu)，降低成本?？刹梢圆竭M電動機為驅(qū)動裝置的開環(huán)系統(tǒng)，但是考慮到加工精度的要求，應(yīng)采用以伺服電動機為驅(qū)動的半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。半閉環(huán)系統(tǒng)的環(huán)路短，剛性好，較容易獲得較高的精度和速度，目前大多數(shù)數(shù)控機床都采用半閉環(huán)系統(tǒng)，而隨著機電一體化技術(shù)的發(fā)展，伺服電動機生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)中就把電機和檢測元件直接安裝在一起，形成成套的產(chǎn)品，極大的方便了用戶，省去了安裝調(diào)整誤差。（半閉環(huán)控制系統(tǒng)如下圖1所示）
檢測器
執(zhí)行件
伺服放大器
伺服電機
減速箱
脈沖指令
比較線路
圖1 半閉環(huán)控制系統(tǒng)原理圖
2.3.2機械部分設(shè)計
1.床頭箱部分
保留主軸箱內(nèi)的滑移齒輪，取消操作手柄。將原床身的掛輪、進給箱及內(nèi)部傳動齒輪系統(tǒng)去除，其余部分保持不變。在該處安裝縱向伺服電動機與齒輪減速箱總成。絲杠、光杠和操作桿（“三桿”）拆去，齒輪箱連接滾珠絲杠。滾珠絲杠的另一端支承座安裝在車床尾座原來裝軸承座的部分。 并在主軸箱后端安裝光電編碼器。編碼器的安裝方式有兩種，一種是安裝，另一種是異軸安裝。因為原機床主動掛輪與主軸傳動比為1:1，所以可將編碼器安裝于原機床主動掛輪處。這種安裝方式較簡單，易安裝。
2.進給系統(tǒng)（橫向）的設(shè)計
將車床溜板箱拆除，在原處安裝滾珠絲杠螺母座，絲杠螺母固定在其上。將橫溜板中的絲杠、螺母拆除，在該處安裝橫向進給滾珠絲杠螺母副， 伺服電機與絲杠間采用一級減速器聯(lián)接, 以縮小傳動鏈, 提高系統(tǒng)剛度, 并減少傳動鏈誤差。橫向伺服電動機與齒輪減速器總成安裝在橫溜板后部并與滾珠絲杠通過膜片聯(lián)軸器相連。膜片聯(lián)軸器的特點是易平衡，不需潤滑。結(jié)構(gòu)簡單，有一定的補償性能和緩沖性能。因其尺寸較大，故可將其放在減速箱內(nèi)。
橫向滾珠絲杠選擇南京工藝裝備公司生產(chǎn)的FFZL型內(nèi)循環(huán)墊片預(yù)緊螺母式滾珠絲杠螺母副。型號為FFZL2505-3【1】,其公稱直徑d0 =25mm、基本導(dǎo)程L0=5mm 。滾珠絲杠的支撐方式選用兩端固定式，其傳動精度高，并有較好的剛度。適合于距離不長的場合。滾珠絲杠需要預(yù)緊，其大小約為軸向力的三分之一。
減速箱齒輪傳動初定傳動比為2，可取Z1=24 則Z2=48,齒寬B=17.在設(shè)計齒輪傳動時，為了提高傳動精度，必須消除齒輪副的間隙。數(shù)控機床進給系統(tǒng)由于經(jīng)常處于變向狀態(tài),反向時如果驅(qū)動鏈中的齒輪等傳動副存在間隔,就會使進給運動的反向滯后于指令信號,從而影響其傳動精度,因此24/48這一對齒輪還必須采取措施消除齒輪傳動中的間隙,以提高數(shù)控機床進給系統(tǒng)的傳動精度。齒輪間隙的調(diào)整采用圓柱薄片齒輪可調(diào)拉簧錯齒法來實現(xiàn),其結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2 齒輪間隙的調(diào)整結(jié)構(gòu)圖
圖中,在2 個薄片齒輪1 和2 上裝有螺紋的凸耳4 和8 ,彈簧的一段鉤在凸耳4上,另一端鉤在螺釘5 上。彈簧3 所受的張力大小可用螺母6 來調(diào)節(jié)螺釘5 的伸出長度,調(diào)整好后再用螺母7 鎖緊。
在選擇伺服電機時應(yīng)考慮以下幾點：a、慣量匹配，即0.25≤Jd/Jm≥1， 其中Jd為折算到到電動機的負載慣量，Jm為電動機轉(zhuǎn)動慣量。b、轉(zhuǎn)矩伺服電機的額定轉(zhuǎn)矩必須滿足實際需要，但是不需要留有過多的余量，因為一般情況下，其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的3 倍。c、短時間特性(加減速轉(zhuǎn)矩)，工作負載轉(zhuǎn)矩大于電動機加減速轉(zhuǎn)矩。根據(jù)以上原則，取電動機型號為1FT5066-0A01△【2】
3.導(dǎo)軌設(shè)計
因原機床的導(dǎo)軌精度不能滿足數(shù)控機床的要求。但設(shè)計的原則是盡量保持原機床的部件。故只能將導(dǎo)軌加以利用。導(dǎo)軌表面貼塑的方法可使得導(dǎo)軌精度提高。因此可在導(dǎo)軌上加四氟乙烯軟帶。其特點是，摩擦系數(shù)低，運動平穩(wěn)，可吸收震動，維修方便，損壞后更換容易。在本次設(shè)計中采用美國霞板公司研制的德爾賽塑料導(dǎo)軌軟帶。
第3章 確定切削用量及選擇刀具
3.1科學選擇數(shù)控刀具
3.1.1選擇數(shù)控刀具的原則
刀具壽命與切削用量有密切關(guān)系。在制定切削用量時，應(yīng)首先選擇合理的刀具壽命，而合理的刀具壽命則應(yīng)根據(jù)優(yōu)化的目標而定。一般分最高生產(chǎn)率刀具壽命和最低成本刀具壽命兩種，前者根據(jù)單件工時最少的目標確定，后者根據(jù)工序成本最低的目標確定.
選擇刀具壽命時可考慮如下幾點根據(jù)刀具復(fù)雜程度、制造和磨刀成本來選擇。復(fù)雜和精度高的刀具壽命應(yīng)選得比單刃刀具高些。對于機夾可轉(zhuǎn)位刀具，由于換刀時 間短，為了充分發(fā)揮其切削性能，提高生產(chǎn)效率，刀具壽命可選得低些，一般取15-30min。對于裝刀、換刀和調(diào)刀比較復(fù)雜的多刀機床、組合機床與自動化 加工刀具，刀具壽命應(yīng)選得高些，尤應(yīng)保證刀具可靠性。車間內(nèi)某一工序的生產(chǎn)率限制了整個車間的生產(chǎn)率的提高時，該工序的刀具壽命要選得低些當某工序單位時 間內(nèi)所分擔到的全廠開支M較大時，刀具壽命也應(yīng)選得低些。大件精加工時，為保證至少完成一次走刀，避免切削時中途換刀，刀具壽命應(yīng)按零件精度和表面粗糙度 來確定。與普通機床加工方法相比，數(shù)控加工對刀具提出了更高的要求，不僅需要岡牲好、精度高，而且要求尺寸穩(wěn)定，耐用度高，斷和排性能壇同時要求安裝調(diào)整 方便，這樣來滿足數(shù)控機床高效率的要求。數(shù)控機床上所選用的刀具常采用適應(yīng)高速切削的刀具材料(如高速鋼、超細粒度硬質(zhì)合金)并使用可轉(zhuǎn)位刀片。
3.1.2選擇數(shù)控車削用刀具
目前，數(shù)控機床上大多使用系列化、標準化刀具，對可轉(zhuǎn) 位機夾外圓車刀、端面車刀等的刀柄和刀頭都有國家標準及系列化型號對于加工中心及有自動換刀裝置的機床，刀具的刀柄都已有系列化和標準化的規(guī)定，如錐柄刀 具系統(tǒng)的標準代號為TSG-JT，直柄刀具系統(tǒng)的標準代號為DSG-JZ,此外，對所選擇的刀具，在使用前都需對刀具尺寸進行嚴格的測量以獲得精確數(shù)據(jù)， 并由操作者將這些數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)系統(tǒng)，經(jīng)程序調(diào)用而完成加工過程，從而加工出合格的工件。
3.2 設(shè)置刀點和換刀點
刀具究竟從什么位置開始移動到指定的位置呢?所以在程序執(zhí)行的一開始，必須確定刀具在工件坐標系下開始運動的位置，這一位置即為程序執(zhí)行時刀具相對于工 件運動的起點，所以稱程序起始點或起刀點。此起始點一般通過對刀來確定，所以，該點又稱對刀點。在編制程序時，要正確選擇對刀點的位置。對刀點設(shè)置原則 是:便于數(shù)值處理和簡化程序編制。易于找正并在加工過程中便于檢查;引起的加工誤差小。對刀點可以設(shè)置在加工零件上，也可以設(shè)置在夾具上或機床上，為了提 高零件的加工精度，對刀點應(yīng)盡量設(shè)置在零件的設(shè)計基準或工藝基誰上。實際操作機床時，可通過手工對刀操作把刀具的刀位點放到對刀點上，即“刀位點”與“對 刀點”的重合。所謂“刀位點”是指刀具的定位基準點，車刀的刀位點為刀尖或刀尖圓弧中心。平底立銑刀是刀具軸線與刀具底面的交點;球頭銑刀是球頭的球心， 鉆頭是鉆尖等。用手動對刀操作，對刀精度較低，且效率低。而有些工廠采用光學對刀鏡、對刀儀、自動對刀裝置等，以減少對刀時間，提高對刀精度。加工過程中 需要換刀時，應(yīng)規(guī)定換刀點。所謂“換刀點”是指刀架轉(zhuǎn)動換刀時的位置，換刀點應(yīng)設(shè)在工件或夾具的外部，以換刀時不碰工件及其它部件為準。
3.3 確定切削用量
數(shù)控編程時，編程人員必須確定每道工序的切削用量，并以指令的形式寫人程序中。切削用量包括主軸轉(zhuǎn)速、背吃刀量及進給速度等。對于不同的加工方法，需要 選用不同的切削用量。切削用量的選擇原則是:保證零件加工精度和表面粗糙度，充分發(fā)揮刀具切削性能，保證合理的刀具耐用度，并充分發(fā)揮機床的性能，最大限 度提高生產(chǎn)率，降低成本。
3.3.1確定主軸轉(zhuǎn)速
主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)根據(jù)允許的切 削速度和工件(或刀具)直徑來選擇。其計算公式為:n=1000v/71D式中:v—切削速度，單位為m/m動，由刀具的耐用度決定;n一一主軸轉(zhuǎn)速，單 位為r/min,D—工件直徑或刀具直徑，單位為mm。計算的主軸轉(zhuǎn)速n，最后要選取機床有的或較接近的轉(zhuǎn)速。
3.3.2確定進給速度
進給速度是數(shù)控機床切削用量中的重要參數(shù)，主要根據(jù)零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性質(zhì)選取。最大進給速度受機床剛度和進給系統(tǒng)的 性能限制。確定進給速度的原則:當工件的質(zhì)量要求能夠得到保證時，為提高生產(chǎn)效率，可選擇較高的進給速度。一般在100一200mm/min范圍內(nèi)選取; 在切斷、加工深孔或用高速鋼刀具加工時，宜選擇較低的進給速度，一般在20一50mm/min范圍內(nèi)選取;當加工精度，表面粗糙度要求高時，進給速度應(yīng)選 小些，一般在20--50mm/min范圍內(nèi)選取;刀具空行程時，特別是遠距離“回零”時，可以設(shè)定該機床數(shù)控系統(tǒng)設(shè)定的最高進給速度。
3.3.3 確定背吃刀量
背吃刀量根據(jù)機床、工件和刀具的剛度來決定，在剛度允許的條件下，應(yīng)盡可能使背吃刀量等于工件的加工余量，這樣可以減少走刀次數(shù)，提高生產(chǎn)效率。為了保 證加工表面質(zhì)量，可留少量精加工余量，一般0.2一0.5mm,總之，切削用量的具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)機床性能、相關(guān)的手冊并結(jié)合實際經(jīng)驗用類比方法確定。同時，使主軸轉(zhuǎn)速、切削深度及進給速度三者能相互適應(yīng)，以形成最佳切削用量。
切削用量不僅是在機床調(diào)整前必須確定的重要參數(shù)，而且其數(shù)值合理與否對加工質(zhì)量、加工效率、生產(chǎn)成本等有著非常重要的影響。所謂“合理的”切削用量是指 充分利用刀具切削性能和機床動力性能(功率、扭矩)，在保證質(zhì)量的前提下，獲得高的生產(chǎn)率和低的加工成本的切削用量。
第4章 傳動系統(tǒng)圖的設(shè)計計算
Φ630機床主要技術(shù)參數(shù)如表3-1：
最大回轉(zhuǎn)直徑
630mm
電機功率
10KW
Lmax
2000mm
快進速度
縱向
2.4m/min
橫向
1.2m/min
切削速度
縱向
0.5m/min
橫向
0.25m/min
定位精度
0.015mm
移動部件重量
縱向
1200N
橫向
800N
加速時間
30ms
機床效率
0.7
表3-1 Φ630機床主要技術(shù)參數(shù)
4.1 參數(shù)的確定
了解車床的基本情況和特點---車床的規(guī)格系列和類型
1. 通用機床的規(guī)格和類型有系列型譜作為設(shè)計時應(yīng)該遵照的基礎(chǔ)。因此，對這些基本知識和資料作些簡要介紹。本次設(shè)計中的車床是普通型車床，其品種，用途，性能和結(jié)構(gòu)都是普通型車床所共有的，在此就不作出詳細的解釋和說明了。
2.車床的主參數(shù)（規(guī)格尺寸）和基本參數(shù)（GB1582-79，JB/Z143-79）
最大的工件回轉(zhuǎn)直徑D是630mm；刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑D1大于或等于315mm；主軸通孔直徑d要大于或等于80mm；主軸頭號（JB2521-79）是4.5；最大工件長度L是1800mm；主軸轉(zhuǎn)速范圍是：30～1450r/min可無級調(diào)速.
參數(shù)確定的步驟和方法
a) 極限切削速度umax﹑umin
根據(jù)典型的和可能的工藝選取極限切削速度要考慮：工序種類 ﹑工藝要求 刀具和工件材料等因素。允許的切速極限參考值如《機床主軸變速箱設(shè)計指導(dǎo)書》。然而，根據(jù)本次設(shè)計的需要選取的值如下：
取umax=300m/min；
umin=8m/min。
b) 主軸的極限轉(zhuǎn)速
計算車床主軸的極限轉(zhuǎn)速時的加工直徑，按經(jīng)驗分別取（0.1～0.2）D和（0.45～0.5）D。由于D=630mm，則主軸極限轉(zhuǎn)速應(yīng)為：
加工條件
硬質(zhì)合金刀具粗加工鑄鐵件
30～50
硬質(zhì)合金刀具半精或精加工碳鋼工件
150～300
螺紋（絲杠等）加工鉸孔
3～8
nmax=r/min （2.1）
=758～1517r/min ，取=1000r/m；
nmin=r/min （2.2）
在中考慮車螺紋和絞孔時，其加工最大直徑應(yīng)根據(jù)實際加工情況選取0.1D和50左右。
所以 nmin==32r/min
由于轉(zhuǎn)速范圍 R= =
=31.25 ；
因為級數(shù)Z已知：
Z=16級 。
現(xiàn)以Φ=1.26和Φ=1.41代入R=
得R=32和173 ，因此取Φ=1.26更為合適。
各級轉(zhuǎn)速數(shù)列可直接從標準數(shù)列表中查出。標準數(shù)列表給出了以Φ=1.06的從1～10000的數(shù)值，因Φ=1.26=，從表中找到nmax=1000r/min，就可以每隔4個數(shù)值取一個數(shù)，得： 1000，800，630，500，400，315，250，200，160，125，100，80，63，50，40，30。
c) 主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)z和公比￠
已知 =Rn
Rn=且： z=
因機床的電動機轉(zhuǎn)速往往比主軸的大多數(shù)轉(zhuǎn)速高，變速系統(tǒng)以降速傳動居多，因此，傳動系統(tǒng)中若按傳動順序在前面的各軸轉(zhuǎn)速較高，根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式（單位N.m）
T=，當傳遞功率一定時，轉(zhuǎn)速較高的軸所傳遞的扭矩就較小，在其他條件相同時，傳動件（如軸、齒輪）的尺寸就較小，因此，常把傳動副數(shù)較多的變速組安排在前面的高速軸上，這樣可以節(jié)省材料，減少傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量。因此選擇結(jié)構(gòu)式如下：
16=。
d) 主電機功率—動力參數(shù)的確定
合理地確定電機功率N，使用的功率實際情況既能充分的發(fā)揮其使用性能，滿足生產(chǎn)需要，又不致使電機經(jīng)常輕載而降低功率因素。
目前，確定機床電機功率的常用方法很多，而本次設(shè)計中采用的是：估算法，它是一種按典型加工條件（工藝種類、加工材料、刀具、切削用量）進行估算。根據(jù)此方法，中型車床典型重切削條件下的用量：
根據(jù)設(shè)計書表中推薦的數(shù)值：
取 P=7.5kw
4. 2 傳動設(shè)計
1) 傳動結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇
結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)對于分析和選擇簡單的串聯(lián)式的傳動不失為有用的方法，但對于分析復(fù)雜的傳動并想由此導(dǎo)出實際的方案，就并非十分有效，可考慮到本次設(shè)計的需要可以參考一下這個方案。
確定傳動組及各傳動組中傳動副的數(shù)目
級數(shù)為Z的傳動系統(tǒng)有若干個順序的傳動組組成，各傳動組分別有Z1、Z2、Z3…個傳動副。即
Z=Z1Z2Z3…
傳動副數(shù)由于結(jié)構(gòu)的限制以2和3的因子積為合適，即變速級數(shù)Z應(yīng)為2和3的因子:
Z=
可以有幾種方案，由于篇幅的原因就不一一列出了，在此只把已經(jīng)選定了的和本次設(shè)計所須的正確的方案列出，具體的內(nèi)容如下：
傳動齒輪數(shù)目 2x（2+2+1）+2x(2+1)+1=17個
軸向尺寸 19b
傳動軸數(shù)目 8根
操縱機構(gòu) 簡單，兩個雙聯(lián)滑移齒輪
根據(jù)以上分析及計算，擬定主軸箱、變速箱傳動結(jié)構(gòu)圖如下：
圖二中，第Ⅰ軸至第Ⅲ軸，其結(jié)構(gòu)式為： 4=
圖一中，第Ⅳ軸至第Ⅷ軸，機床主軸箱傳動系統(tǒng)采用分離傳動，其主要特點是：
（1） 在滿足傳動副極限傳動比的條件下，可以得到較大的變速范圍。
（2） 高速由短支傳動，有助于減少高速時機床的空運轉(zhuǎn)功率損失。而且高速分支的尺寸可相對小些。
（3） 變速級數(shù)不像常規(guī)變速系統(tǒng)那樣受2，3因子的限制，如與部分轉(zhuǎn)速重合的方法配合，幾乎可以得到任意的變速級數(shù)，大大增加了可供選擇方案的數(shù)目。
2) 主傳動順序的安排
16級轉(zhuǎn)速傳動系統(tǒng)的傳動組，可以安排成：2x2x2x2，選擇傳動組安排方式時，要考慮到機床主軸變速箱的具體結(jié)構(gòu)、裝置和性能。在Ⅰ軸上如果安裝摩擦離合器時，應(yīng)減小軸向尺寸，第一傳動組的傳動副不能多，以2為宜，本次設(shè)計中就是采用的2，一對是傳向正傳運動的，另一個是傳向反向運動的。
主軸對加工精度、表面粗糙度的影響大，因此主軸上齒輪少些為好，最后一個傳動組的傳動副選用2，或者用一個定比傳動副。
(5) 傳動系統(tǒng)的擴大順序的安排
對于16級的傳動只有一種方案，準確的說應(yīng)該不只有這一個方案，可為了使結(jié)構(gòu)和其他方面不復(fù)雜，同時為了滿足設(shè)計的需要，選擇的設(shè)計方案是：
16=2［2］x 2［1］+ 2［2］x 2[1]+ 2[2］x 2[1]x2[8]
傳動方案的擴大順序與傳動順序可以一致也可以不一致，在此設(shè)計中，擴大順序和傳動順序就是一致的。這種擴大順序和傳動順序一致，稱為順序擴大傳動。
(6) 傳動組的變速范圍的極限植
在主傳動系統(tǒng)的降速傳動中，主動齒輪的最少齒數(shù)受到限制，為了避免被動齒輪的直徑過大，齒輪傳動副最小傳動比umin≥，最大傳動比umax≤2，決定了一個傳動組的最大變速范圍rmax=umax/nmin≤8
因此，要按照參考書中所給出的表，淘汰傳動組變速范圍超過極限值的所有傳動方案。
極限傳動比及指數(shù)x，值為：
極限傳動比指數(shù)
1.26
x：umin==
6
值；umax==2
3
（x+）值：umin==8
9
(7) 最后擴大傳動組的選擇
正常連續(xù)的順序擴大的傳動（串聯(lián)式）的傳動結(jié)構(gòu)式為：
Z=Z1［1］Z2［Z1］Z3［Z1Z2］
即是：
Z=16=2［2］2［1］2［2］2[8]
4.3轉(zhuǎn)速圖的擬定
運動參數(shù)確定以后，主軸各級轉(zhuǎn)速就已知，切削耗能確定了電機功率。在此基礎(chǔ)上，選擇電機型號，確定各中間傳動軸的轉(zhuǎn)速，這樣就擬定主運動的轉(zhuǎn)圖，使主運動逐步具體化。
1) 主電機的選定
中型機床上，一般都采用三相交流異步電機為動力源，可以在系列中選用。在選擇電機型號時，應(yīng)按以下步驟進行：
1) 電機功率N：
根據(jù)機床切削能力的要求確定電機功率。但電機產(chǎn)品的功率已經(jīng)標準化，因此，按要求應(yīng)選取相近的標準值。
N=13kw
2.電機轉(zhuǎn)速nd
異步電機的轉(zhuǎn)速有：3000、1500、1000、750r/min
類比同類機床CM6163，在此處選擇的是：
nd=1450r/min
這個選擇是根據(jù)電機的轉(zhuǎn)速與主軸最高轉(zhuǎn)速nmax和Ⅰ軸的轉(zhuǎn)速相近或相宜，以免采用過大的升速或過小的降速傳動。
3.雙速和多速電機的應(yīng)用
根據(jù)本次設(shè)計機床的需要，所選用的是：雙速電機
4.電機的安裝和外形
根據(jù)電機不同的安裝和使用的需要，有四種不同的外形結(jié)構(gòu)，用的最多的有底座式和發(fā)蘭式兩種。本次設(shè)計的機床所需選用的是外行安裝尺寸之一。具體的安裝圖可由手冊查到。
5.常用電機的資料
根據(jù)常用電機所提供的資料，選用：
Y132M-4
2) Ⅰ軸的轉(zhuǎn)速
Ⅰ軸從電機得到運動，經(jīng)傳動系統(tǒng)化成主軸各級轉(zhuǎn)速。電機轉(zhuǎn)速和主軸最高轉(zhuǎn)速應(yīng)相接近。顯然，從傳動件在高速運轉(zhuǎn)下恒功率工作時所受扭矩最小來考慮，Ⅰ軸轉(zhuǎn)速不宜將電機轉(zhuǎn)速下降得太低。
但如果Ⅰ軸上裝有摩擦離合器一類部件時，高速下摩擦損耗、發(fā)熱都將成為突出矛盾，因此，Ⅰ軸轉(zhuǎn)速不宜太高。
Ⅰ軸裝有離合器的一些機床的電機、主軸、Ⅰ軸轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)：
參考這些數(shù)據(jù)，可見，車床Ⅰ軸轉(zhuǎn)速一般取700～1000r/min。另外，也要注意到電機與Ⅰ軸間的傳動方式，如用帶傳動時，降速比不宜太大，否則Ⅰ軸上帶輪太大，和主軸尾端可能干涉。因此，本次設(shè)計選用：
n1=1000r/min
3) 中間傳動軸的轉(zhuǎn)速
對于中間傳動軸的轉(zhuǎn)速的考慮原則是：妥善解決結(jié)構(gòu)尺寸大小與噪音、震動等性能要求之間的矛盾。
中間傳動軸的轉(zhuǎn)速較高時（如采用先升后降的傳動），中間轉(zhuǎn)動軸和齒輪承受扭矩小，可以使用軸徑和齒輪模數(shù)小寫：d∝ 、 m∝，從而可以使用結(jié)構(gòu)緊湊。但是，這將引起空載功率N空和噪音Lp（一般機床容許噪音應(yīng)小于85dB）加大：
N空=) KW （2.3）
式中：
C---系數(shù)，兩支承滾動或滑動軸承C=8.5，三支承滾動軸承C=10；
da---所有中間軸軸頸的平均直徑（mm）；
d主—主軸前后軸頸的平均直徑（mm）；
∑n—主軸轉(zhuǎn)速（r/min）。
（2.4）
（mz）a—所有中間傳動齒輪的分度圓直徑的平均值mm；
（mz）主—主軸上齒輪的分度圓的平均值mm；
q----傳到主軸所經(jīng)過的齒輪對數(shù)；
β----主軸齒輪螺旋角；
C1、K---系數(shù)，根據(jù)機床類型及制造水平選取。我國中型車床、銑床C1=3.5。車床K=54，銑床K=50.5。
從上訴經(jīng)驗公式可知：主軸轉(zhuǎn)速n主和中間傳動軸的轉(zhuǎn)速和∑n對機床噪音和發(fā)熱的關(guān)系。確定中間傳動軸的轉(zhuǎn)速時，應(yīng)結(jié)合實際情況作相應(yīng)修正：
1.功率較大的重切削機床，一般主軸轉(zhuǎn)速較低，中間軸的轉(zhuǎn)速適當取高一些，對減小結(jié)構(gòu)尺寸的效果較明顯。
2.高速輕載或精密車床，中間軸轉(zhuǎn)速宜取低一些。
3.控制齒輪圓周速度u〈8m/s（可用7級精度齒輪）。在此條件下，可適當選用較高的中間軸轉(zhuǎn)速。
4) 齒輪傳動比的限制
機床主傳動系統(tǒng)中，齒輪副的極限傳動比：
1. 升速傳動中，最大傳動比umax≤2。過大，容易引起震動和噪音。
2. 降速傳動中，最小傳動比umin≥1/4。過小，則使主動齒輪與被動齒輪的直徑相差太大，將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)龐大。
第5章 液壓尾座部分設(shè)計
5.1 液壓尾座研究背景和意義
從20世紀中葉數(shù)控技術(shù)出現(xiàn)以來，數(shù)控機床給機械制造業(yè)帶來革命性的變化，近年來，由于液壓技術(shù)廣泛應(yīng)用了高技術(shù)成果，如自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、磨練磨損技術(shù)、可靠性技術(shù)及新工藝和新材料，使傳統(tǒng)技術(shù)有了新的發(fā)展，也使液壓系統(tǒng)和元件的質(zhì)量、水平有一定的提高。液壓傳動技術(shù)在數(shù)控自動化機床上的應(yīng)用也越來越廣泛，而且也為機床工業(yè)的自動化程度的提高上起到了重要的力量。盡管如此，走向二十一世紀的液壓技術(shù)不可能有驚人的技術(shù)突破，應(yīng)當主要靠現(xiàn)有技術(shù)的改進和擴展，不斷擴大其應(yīng)用領(lǐng)域以滿足未來的要求。液壓傳動是以流體作為工作介質(zhì)對能量進行傳動和控制的一種傳動形式。利用有壓的液體經(jīng)由一些機件控制之后來傳遞運動和動力。相對于電力拖動和機械傳動而言，液壓傳動具有輸出力大，重量輕，慣性小，調(diào)速方便以及易于控制等優(yōu)點，因而廣泛應(yīng)用于工程機械，建筑機械和機床等設(shè)備上。
據(jù)統(tǒng)計，世界各主要國家液壓工業(yè)銷售額占機械工業(yè)產(chǎn)值的2%~3.5%，而我國只占1%左右，這充分說明我國液壓技術(shù)使用率較低，努力擴大其應(yīng)用領(lǐng)域，將有廣闊的發(fā)展前景。液壓氣動技術(shù)具有獨特的優(yōu)點，如:液壓技術(shù)具有功率重量比大，體積小，頻響高，壓力、流量可控性好，可柔性傳送動力，易實現(xiàn)直線運動等優(yōu)點；氣動傳動具有節(jié)能、無污染、低成本、安全可靠、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，并易與微電子、電氣技術(shù)相結(jié)合，形成自動控制系統(tǒng)。因此，液壓氣動技術(shù)廣泛用于國民經(jīng)濟各部門。但是近年來，液壓氣動技術(shù)面臨與機械傳動和電氣傳動的競爭，如：數(shù)控機床、中小型塑機已采用電控伺服系統(tǒng)取代或部分取代液壓傳動。其主要原因是液壓技術(shù)存在滲漏、維護性差等缺點。為此，必須努力發(fā)揮液壓氣動技術(shù)的優(yōu)點，克服缺點，注意和電子技術(shù)相結(jié)合，不斷擴大應(yīng)用領(lǐng)域，同時降低能耗，提高效率，適應(yīng)環(huán)保需求，提高可靠性，這些都是液壓氣動技術(shù)繼續(xù)努力的永恒目標，也是液壓氣動產(chǎn)品參與市場競爭是否取勝的關(guān)鍵。
今天，為了和最新技術(shù)的發(fā)展保持同步，液壓技術(shù)必須不斷發(fā)展，不斷提高和改進元件和系統(tǒng)的性能，以滿足日益變化的市場需求。與世界上主要的工業(yè)國家相比，我國的液壓工業(yè)還是相當落后的，標準化的工作有待于繼續(xù)做好，優(yōu)質(zhì)化的工作須形成聲勢，智能化的工作則剛剛在準備起步，為此必須急起直追，才能迎頭趕上?？梢灶A(yù)見，為滿足國民經(jīng)濟發(fā)展需要，液壓技術(shù)也將繼續(xù)獲得飛速的發(fā)展，它在各個部門中的應(yīng)用越來越廣泛。
在這樣一種背景下，我的課題選擇為數(shù)控車床Φ630MM液壓尾座的設(shè)計，用以提高生產(chǎn)效率，產(chǎn)品質(zhì)量，降低工人勞動強度及降低企業(yè)成本。此外，力求完成課題之余，熟悉國內(nèi)外數(shù)控技術(shù)及液壓技術(shù)的發(fā)展趨勢,增強對如何發(fā)展民族數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)的感性認識。
5.2液壓系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀
液壓傳動相對于機械傳動來說，是一門新興的技術(shù)。液壓技術(shù)具有獨特的優(yōu)點，如:功率重量比大；可以實現(xiàn)大范圍的無級變速；體積小；頻響高；壓力、流量可控性好；可柔性傳送動力；易實現(xiàn)直線運動等優(yōu)點；并易與微電子、電氣技術(shù)相結(jié)合，形成自動控制系統(tǒng)[4]?；谝陨弦幌盗袃?yōu)點，液壓技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機床、工程機械、農(nóng)業(yè)機械和其它國民經(jīng)濟方面。
以數(shù)控機床為代表的數(shù)控設(shè)備的生產(chǎn)與應(yīng)用水平反映了一個國家的機械與電子工業(yè)水平[6]。它的推廣應(yīng)用對提高勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，改變我國制造技術(shù)落后的狀況起著極為重要的作用。液壓技術(shù)是實現(xiàn)數(shù)字控制與機電液一體的關(guān)鍵技術(shù)之一，世界各國對液壓工業(yè)的發(fā)展都給予很大重視。據(jù)統(tǒng)計，世界各主要國家液壓工業(yè)銷售額占機械工業(yè)產(chǎn)值的2%-3.5%，而我國只占1%左右，這充分說明我國液壓技術(shù)使用率較低，努力擴大其應(yīng)用領(lǐng)域，將有廣闊的發(fā)展前景。首先我們看下面的表格可清楚的看出國內(nèi)國外液壓技術(shù)發(fā)展的狀況。
表5.1 國內(nèi)外液壓發(fā)展方向
國 外
國 內(nèi)
高集成化、高功率、高密度
高性能、高質(zhì)量、高可靠性、系統(tǒng)成套
機電一體化集成元件和系統(tǒng)
低能耗、低噪聲、低振動、
智能化自動控制元件和系統(tǒng)
集成化、輕小型微型、多樣化
水基介質(zhì)傳動與控制技術(shù)
機電一體化
液壓產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展趨勢
1、減少損耗，充分利用能量
液壓技術(shù)在將機械能轉(zhuǎn)換成壓力能及反轉(zhuǎn)換過程中，總存在能量損耗。為減少能量的損失，必須解決下面幾個問題：減少元件和系統(tǒng)的內(nèi)部壓力損失，以減少功率損失；減少或消除系統(tǒng)的節(jié)流損失，盡量減少非安全需要的溢流量；采用靜壓技術(shù)和新型密封材料，減少摩擦損失；改善液壓系統(tǒng)性能，采用負荷傳感系統(tǒng)、二次調(diào)節(jié)系統(tǒng)和蓄能器回路。
2、泄漏控制
泄漏控制包括：防止液體泄漏到外部造成環(huán)境污染和外部環(huán)境對系統(tǒng)的侵害兩個方面。今后，將發(fā)展無泄漏元件和系統(tǒng)，如發(fā)展集成化和復(fù)合化的元件和系統(tǒng)，實現(xiàn)無管連接，研制新型密封和無泄漏管接頭，電機油泵組合裝置等。無泄漏將是世界液壓界今后努力的重要方向之一。
3、污染控制
過去，液壓行業(yè)主要致力于控制固體顆粒的污染，而對水、空氣等的污染控制往往不夠重視，今后應(yīng)重視并解決。嚴格控制產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的污染，發(fā)展封閉式系統(tǒng)，防止外部污染物侵入系統(tǒng)；應(yīng)改進元件和系統(tǒng)設(shè)計，使之具有更大的耐污染能力。同時開發(fā)耐污染能力強的高效濾材和過濾器。研究對污染的在線測量；開發(fā)油水分離凈化裝置和分離元件，以及開發(fā)能清除油中的氣體、水分、化學物質(zhì)和微生物的過濾元件及檢測裝置。
4、主動維護
開展液壓系統(tǒng)的故障預(yù)測，實現(xiàn)主動維護技術(shù)。必須使液壓系統(tǒng)故障診斷現(xiàn)代化，加強專家系統(tǒng)的開發(fā)研究，建立完整的、具有學習功能的專家知識庫，并利用計算機和知識庫中的知識，推算出引起故障的原因，提出維修方案和預(yù)防措施。
5、機電液一體化
機電液一體化可實現(xiàn)液壓系統(tǒng)柔性化、智能化，充分發(fā)揮液壓傳動動力大、慣性小、響應(yīng)快等優(yōu)點，其主要發(fā)展方向如下：液壓系統(tǒng)將有過去的電液系統(tǒng)和開環(huán)比例控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)向閉環(huán)比例伺服系統(tǒng)，同時對壓力、流量、位置、溫度、速度等傳感器實現(xiàn)標準化；提高液壓元件性能，在性能、可靠性、智能化等方面更適應(yīng)機電液一體化需求，發(fā)展與計算機直接接口的高頻，低功耗的電磁電控元件；液壓系統(tǒng)的流量、壓力、溫度、油污染度等數(shù)值將實現(xiàn)自動測量和診斷；電子直接控制元件將得到廣泛采用，如電控液壓泵，可實現(xiàn)液壓泵的各種調(diào)節(jié)方式，實現(xiàn)軟啟動、合理分配功率、自動保護等；借助現(xiàn)場總線，實現(xiàn)高水平信息系統(tǒng)，簡化液壓系統(tǒng)的調(diào)節(jié)、爭端和維護。
6、液壓CAD技術(shù)
充分利用現(xiàn)有的液壓CAD設(shè)計軟件，進行二次開發(fā)，建立知識庫信息系統(tǒng)，它將構(gòu)成設(shè)計-制造-銷售-使用-設(shè)計的閉環(huán)系統(tǒng)。下一個目標是，利用CAD技術(shù)實現(xiàn)液壓產(chǎn)品快速設(shè)計，并把CAD/CAM/CAPP/CAT，以及現(xiàn)代管理系統(tǒng)集成在一起建立集成計算機制造系統(tǒng)（CIMS），使液壓設(shè)計與制造技術(shù)有一個突破性的發(fā)展。
7、新材料、新工藝的應(yīng)用
新型材料的使用，如陶瓷、聚合物或涂敷料，可使液壓的發(fā)展引起新的飛躍。為了保護環(huán)境，研究采用生物降解迅速的壓力流體，如采用菜油基和合成脂基或者水基海水等介質(zhì)替代礦物液壓油。鑄造工藝的發(fā)展，將促進液壓元件性能的提高，如鑄造流道在閥體和集成塊中的廣泛使用，可優(yōu)化元件內(nèi)部流動，減少壓力損失和降低噪聲，實現(xiàn)元件小型化。
5.3 尾座的整體設(shè)計
1、機床采用標準液壓尾座，尾座套筒可編程控制，尾座體移動通過銷軸由托板帶動。根據(jù)用戶需求也可提供可程控尾座、內(nèi)置旋轉(zhuǎn)活絡(luò)頂尖等（特殊配置）。尾座單元安裝在床身導(dǎo)軌上，可沿導(dǎo)軌縱向調(diào)整其位置。它的功用是用頂尖支承長工件，也可以安裝鉆頭、鉸刀等孔加工刀具進行孔加工。
2、在裝配圖中的左視圖中畫了輔助零件的輪廓即為導(dǎo)軌，此導(dǎo)軌為三角形導(dǎo)軌，選擇三角形導(dǎo)軌的原因是它的導(dǎo)向性和精度保持性都比較高，當導(dǎo)軌有了磨損時會自動下沉補償磨損量，此導(dǎo)軌多用于精度要求較高的機床。尾座導(dǎo)軌W H為：95 40mm，尾座套筒直徑 85mm，套筒錐孔MT-4。因此，尾座具有足夠的剛性。
3、從整體上來看，該尾座主要包括尾座體、套筒、頂尖、液壓缸、導(dǎo)軌，其中尾座體設(shè)計時主要參看其他機床的尾座體和根據(jù)制造業(yè)在生產(chǎn)中所積累的經(jīng)驗，稍加設(shè)計而成的。套筒的主要尺寸是根據(jù)尾座體的尺寸選擇的，套筒的作用就是安裝尾座活塞軸和頂尖。車床的尾座頂尖，在車床的使用中經(jīng)常用到的定位元件，它可以幫助主軸一起限制的工件的自由度，并起到定心的作用。導(dǎo)軌的作用是引導(dǎo)機床運動部件作直線或圓周運動，并承受運動部件包括工件的重力和切削力等載荷。
第6章 尾座結(jié)構(gòu)計算設(shè)計
尾座是車床的重要附件，其主要作用是為軸類零件定心，同時具有輔助支撐和夾緊的功能。Φ630MM數(shù)控車床的尾座采用的是整體式結(jié)構(gòu)，整體式結(jié)構(gòu)尾座由尾座體、套筒、芯軸結(jié)構(gòu)、套筒液壓測力裝置、尾座和套筒移動機構(gòu)、尾座和套筒夾緊與放松結(jié)構(gòu)及液壓裝置等組成，芯軸結(jié)構(gòu)選用高精度的進口軸承支承，動、靜剛度好，精度高。套筒和尾座的移動均為機動，套筒和尾座的夾緊、放松均采用碟形彈簧夾緊，液壓放松的機動夾緊、放松結(jié)構(gòu)，夾緊力足夠大，安全可靠，工人操作簡單、方便、效率高。
其優(yōu)點在于：
1、剛度高、抗震性能好，精度高，精度保持性好，整體式尾座，將分體式尾座上、下體合為一個尾座整體，采用整體式箱形結(jié)構(gòu)設(shè)計，經(jīng)有限元分析、計算，通過對尾座內(nèi)部筋板的合理布置，提高了尾座的剛度和固有頻率，尾座采用高強度低應(yīng)力鑄鐵鑄造，經(jīng)良好的時效處理，熱變形小，在承受最大工件重量和最大額定切削力的情況下。尾座整體變形小，抗振性能好，滿足數(shù)控車床精度檢驗標準的要求。
2、結(jié)構(gòu)更加簡單、優(yōu)化、合理，整體式尾座將分體式尾座上、下體合為一個尾座整體，取消了分體式尾座聯(lián)結(jié)的定位鍵和把合螺釘，總零件數(shù)和標準件數(shù)更少，取消了分體式尾座上、下體的配合加工面，取消了分體式尾座上、下體的裝配環(huán)節(jié)，加工、裝配工藝性更好，節(jié)約了加工、裝配總費用，降低了尾座的總重量和總成本。
我設(shè)計的尾座的工作原理是尾座套筒、尾座油壓后座上都有油孔,尾座套筒和尾座活塞固定座通過螺釘連