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河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
前 言
為期四年的大學(xué)生活即將結(jié)束，最后一項(xiàng)重要任務(wù)就是畢業(yè)設(shè)計(jì)。畢業(yè)設(shè)計(jì)是工科專業(yè)學(xué)校教學(xué)計(jì)劃的一個(gè)重要組成部分，是教學(xué)環(huán)節(jié)的繼續(xù)深化和檢驗(yàn)，其實(shí)踐性和綜合性是其它教學(xué)環(huán)節(jié)所不能代替的。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)使學(xué)生獲得綜合訓(xùn)練，有利于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立工作能力，鞏固和提高所學(xué)知識，全面提高畢業(yè)生的素質(zhì)，使之能較快的適合工程實(shí)踐，對培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際工作能力具有十分重要的作用。
通過這一環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，提高了以下能力：
1、 綜合運(yùn)用所學(xué)知識和技能，獨(dú)立分析和解決實(shí)際問題的能力；
2、 綜合運(yùn)用基本技能，包括繪圖、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、翻譯、查閱及閱讀文獻(xiàn)等等的能力；
3、 調(diào)動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究的積極性，技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和組織協(xié)作工作的能力，學(xué)習(xí)撰寫科技論文和技術(shù)報(bào)告，正確運(yùn)用國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)語言闡述理論和技術(shù)問題的能力；
4、 學(xué)會收集加工各種信息的能力，以及獲取新知識的能力；
5、 培養(yǎng)創(chuàng)新意識和嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)作風(fēng)。
我們的設(shè)計(jì)題目是：臥式單工位雙面車方組合機(jī)床。我們知道，組合機(jī)床是用按系列化標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的通用部件和按被加工零件的形狀及加工工藝要求設(shè)計(jì)的專用部件組成的專用機(jī)床。它專門用于加工一種工件或一種工件的一定工序，機(jī)床的輔助部件部分地實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，大大的提高了生產(chǎn)率。而車方機(jī)床，就是用曲率半徑很大的橢圓短半軸曲線代替直線切削方形工件。在機(jī)床中間底座上裝有固定夾具,用于安裝工件。機(jī)床工作時(shí),裝兩把車刀的車頭主軸由單獨(dú)電機(jī)驅(qū)動(dòng)作回轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng),同時(shí)車頭由側(cè)底座上的液壓滑臺帶動(dòng)作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。一次裝夾,一個(gè)工步完成了4 個(gè)平面的切削。與一般銑削相比，減少了工件的二次裝夾和調(diào)整分度的時(shí)間，提高了生產(chǎn)率，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了生產(chǎn)成本。
車方機(jī)床只是眾多機(jī)床類型中的一種，其設(shè)計(jì)也應(yīng)符合一般機(jī)床的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，即：
（1）工藝可行性。指機(jī)床適應(yīng)不同生產(chǎn)的需要。大致包括以下內(nèi)容：機(jī)床可完成的工序種類，加工零件的類型、材料和尺寸范圍，毛坯的種類等。
（2）加工精度和表面粗糙度。
（3）生產(chǎn)率。
（4）自動(dòng)化程度。
(5）操作安全方便和工作可靠。
（6）效率，使用期限和成本等等。
設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)該注意使機(jī)床體積小，重量輕，占地面積小，外形美觀以及注意防止環(huán)境污染，如減少噪音，防止漏油等等。
在設(shè)計(jì)過程中，遇到了很多困難和問題，一方面我們自己不斷查閱相關(guān)資料盡力去解決，同時(shí)，還得到了許多老師的大力支持，他們有問必答，講解耐心詳細(xì)，誨人不倦，在此表示衷心的感謝。
1.制定機(jī)床總體設(shè)計(jì)方案
1.1設(shè)計(jì)任務(wù)
設(shè)計(jì)任務(wù)：臥式單工位雙面車方組合機(jī)車
工件名稱：小型拖拉機(jī)操縱軸
生產(chǎn)批量：中批生產(chǎn)
材料：45鋼
產(chǎn)品圖如下
1.2機(jī)床總體設(shè)計(jì)的依據(jù)
1.2.1概述
機(jī)床設(shè)計(jì)，是設(shè)計(jì)人員根據(jù)使用部門的要求和制造部門的可能，運(yùn)用有關(guān)的科學(xué)技術(shù)知識，所進(jìn)行的創(chuàng)造性勞動(dòng)。而機(jī)床設(shè)計(jì)的第一步，就是整體方案的確定。即在調(diào)查和分析的基礎(chǔ)上，提出所設(shè)計(jì)機(jī)床的工藝方法、運(yùn)動(dòng)和布局、傳動(dòng)和控制、結(jié)構(gòu)和性能等的初步方案。
總體方案是部件和零件的設(shè)計(jì)依據(jù)，對整個(gè)機(jī)床設(shè)計(jì)的影響較大。因此，在擬定總體方案的過程中，必須綜合地考慮，使所定方案技術(shù)上先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)效果好。確定機(jī)床的總體方案，包括下列內(nèi)容：
（1）調(diào)查研究 包括調(diào)查和分析工件、了解使用要求和制造條件、調(diào)查研究現(xiàn)有同類型機(jī)床等。
（2）工藝分析 包括確定機(jī)床上的工藝方法、運(yùn)動(dòng)等。
（3）機(jī)床總體布局 一般包括：分配運(yùn)動(dòng)、選擇傳動(dòng)形式和支承形式、安排手柄等操作件的位置、擬定從布局上改善機(jī)床性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的措施等。最后，繪制機(jī)床的總聯(lián)系尺寸圖，以表達(dá)所采用的總體布局，規(guī)定聯(lián)系尺寸，并確定主要技術(shù)參數(shù)。
另外，當(dāng)機(jī)床的傳動(dòng)和控制較復(fù)雜時(shí)，須擬定機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)的草圖。對于不同類型的機(jī)床，擬定總體方案的側(cè)重點(diǎn)也是不同的。通用機(jī)床的工藝比較定型，一般是側(cè)重于機(jī)床的系列化工作、對現(xiàn)有同類型機(jī)床的調(diào)查分析以及新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。
1.2.2機(jī)床的總體布局
機(jī)床的總體布局是指確定機(jī)床的組成部件，以及各個(gè)部件和操縱、控制機(jī)構(gòu)在整臺機(jī)床中的配置。
合理的總體布局的基本要求是：
（1）保證工藝方法所要求的工件和刀具的相對位置和相對運(yùn)動(dòng)。
（2）保證機(jī)床具有與所要求的加工精度相適應(yīng)的剛度和抗振性。
（3）便于操作、調(diào)整、修理機(jī)床；便于輸送、裝卸工件、排除切屑。
（4）經(jīng)濟(jì)效果好，如節(jié)省材料、減少機(jī)床占地面積等。
（5）造型美觀。
機(jī)床總體布局設(shè)計(jì)的一般步驟是，首先根據(jù)工藝分析分配機(jī)床部件的運(yùn)動(dòng)，選擇傳動(dòng)形式和支承形式；然后安排操作部位，并擬定在布局上改善機(jī)床性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的措施。上述步驟之間有著密切聯(lián)系，必要時(shí)可互相穿插或并進(jìn)。
此次畢業(yè)設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的機(jī)床為一臺專用組合機(jī)床，組合機(jī)床是針對被加工零件的特點(diǎn)及工藝要求，按高度集中工序原則設(shè)計(jì)的一種高效率專用機(jī)床。設(shè)計(jì)組合機(jī)床前，首先應(yīng)根據(jù)組合機(jī)床完成工藝的一些限制及組合機(jī)床各種工藝方法能達(dá)到的加工精度，表面粗糙度及技術(shù)要求、解決零件是否可以利用組合機(jī)床加工以及采用組合機(jī)床加工是否合理的問題。如果確定零件可以利用組合機(jī)床加工，那么，為使加工過程順利進(jìn)行并達(dá)到要求的生產(chǎn)率，必須在掌握大量的零件加工工藝資料基礎(chǔ)上，全面考慮影響制定零件丁藝方案、機(jī)床配置型式、結(jié)構(gòu)方案的各種因素反應(yīng)注意的問題。經(jīng)過分析比較，以確定零件在組合機(jī)床上合理可行的加工方法(包括安排工序及工藝流程，確定工序中的工步數(shù)，選擇加工的定位基難及夾壓方案等)、確定工序(或工步)間加工余量、選擇合適的切削用量、相應(yīng)的刀具結(jié)構(gòu)、確定機(jī)床配置型式等等，這些便是組合機(jī)床方案制定的主要內(nèi)容。
1.2.3.工件及工藝分析
工件是機(jī)床的工作對象，是機(jī)床總體方案設(shè)計(jì)的依據(jù)。因此，必須明確工件的特點(diǎn)和加工要求，諸如：被加工面的尺寸精度、相互位置精度、表面光潔度以及對生產(chǎn)率的要求等。
選擇典型工件進(jìn)行分析：如圖1-1
圖1-1
加工拖拉機(jī)操縱軸方頭(見圖1-1) ，原工序?yàn)樵谝鸭庸ち送鈭A后,用銑床銑削方頭,由于需要分度轉(zhuǎn)位,輔助工時(shí)較長。改為專用臥式組合機(jī)床車削方頭,在機(jī)床中間底座上裝有固定夾具,用于安裝工件。機(jī)床工作時(shí),裝兩把車刀的車頭主軸由單獨(dú)電機(jī)驅(qū)動(dòng)作回轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng),同時(shí)車頭由側(cè)底座上的液壓滑臺帶動(dòng)作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。一次裝夾,一個(gè)工步完成了4 個(gè)平面的切削,提高了生產(chǎn)效率。
① 零件材料為45號鋼，零件工作中受力不很大，可以在車削之后做淬火處理，以提高起剛度強(qiáng)度，延長使用壽命。
② 此生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，應(yīng)盡量提高生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，采用專用機(jī)床生產(chǎn)比較合理。
1.3工件加工原理
車方機(jī)床由車頭行星輪系機(jī)構(gòu)產(chǎn)生刀尖的橢圓曲線軌跡。
圖1-2
車方原理見圖1-2 ,齒輪與的傳動(dòng)比為1∶2 ,當(dāng)?shù)都獍惭b在比齒輪 的分度圓小的圓周上時(shí),則刀尖的運(yùn)動(dòng)軌跡為橢圓。證明如下:設(shè)齒輪 的分度圓半徑為OA =R , O點(diǎn)為齒輪的分度圓中心,刀尖在分度圓內(nèi)定點(diǎn)a處,且Oa/ OA = λ 。當(dāng)?shù)姆侄葓A在上作純滾動(dòng)時(shí),圓心O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到O′,齒輪上a點(diǎn)運(yùn)動(dòng)至a′點(diǎn)( 坐標(biāo)為x,y) ,而Oa = O′a′,由圖2 可知:
x = Pb + ca′= PO′cosθ+ O′a′cosθ = Rcosθ+Oa cosθ
= Rcosθ+λRcosθ = R (1 +λ) cosθ （1)
y = O′b - O′c = PO′sinθ- O′a′sinθ = Rsinθ- Oasinθ
=Rsinθ- λRsinθ = R (1 - λ) sinθ (2)
由式(1) 得
=
由式(2) 得
=
則/ (1 +λ) 2 +/(1 - λ) 2 = + = 1 (3) 式(3) 為橢圓方程,所以a 點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡為橢圓。同理可以證明,和a 點(diǎn)對稱于中心O 點(diǎn)的另一刀尖的運(yùn)動(dòng)軌跡也是一個(gè)橢圓。若λ接近于1 時(shí),橢圓短半徑處曲率半徑很大,接近于直線。設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)男行禽?的分度圓半徑,可以控制用橢圓曲線代替直線所引起的直線度誤差,滿足加工一般方頭的精度要求。
1.4行星輪計(jì)算及原理誤差分析
車方機(jī)床的車頭行星輪系如圖1-3 所示。
圖1-3
1.行星輪分度圓直徑D3 的設(shè)計(jì)計(jì)算
圖1.2 所示的E 點(diǎn)與F 點(diǎn)的y 坐標(biāo)值之差為計(jì)算直線度誤差的初始值。根據(jù)工件精度要求,給出初始直線度公差0.09mm。由零件簡圖1 的方頭邊長 = 26.91 ±0.09和初始線度公差值,我們可以計(jì)算出圖2 中E點(diǎn)和F點(diǎn)的坐標(biāo)在E點(diǎn)，零件的直線度誤差大到最大值則： =2 6.91 2=13.455
在F點(diǎn)，零件的直線度誤差達(dá)到最小值，則：
=26.91 2-0.09=03.365
所以 E 點(diǎn)坐標(biāo)為 (0 ,13.455) ,
F 點(diǎn)坐標(biāo)為(13144 ,13144) ,顯然刀尖在E 點(diǎn)時(shí),θ( ∠O′PO) = 90°。但必須注意的是,在F 點(diǎn)時(shí),夾角θ不等于45°。
將E 點(diǎn)θ = 90°和y = 13.455代入式(2) 中,得
R (1 - λ) = 13.455 (4)
將F 點(diǎn)坐標(biāo)代入式(1) 和(2) 中,得
R (1 +λ) cosθ = 13.365 (5)
R (1 - λ) sinθ = 13.365 (6)
聯(lián)立式(4) 、(5) 和(6) 解得R =64.59997mm ,圓整取R =65mm。 分度圓直徑 = 130mm。
將R = 65mm 代入式(4) 中得λ = 0.791 718 2
2.曲線近似直線的車方原理直線度誤差的分析計(jì)算
由于工件上有的圓角,橢圓曲線近似直線段的長度小于GF ,近似直線段的車方原理直線度誤差值小于計(jì)算給出的初始值。
一個(gè)橢圓曲線與圓有4 個(gè)交點(diǎn),相鄰兩點(diǎn)在x 方向上的距離為近似直線段的長度。交點(diǎn)I 的y 值與中點(diǎn)E 的y值之差即為原理直線度誤差。
橢圓方程： +=1
圓的方程： + =
聯(lián)立解之得4 個(gè)交點(diǎn),其中第一象限的交點(diǎn)I 的坐標(biāo)值為
= （7）
= (8)
由變換為,工件倒圓直徑的基本尺寸d = 29.65mm ,半徑基本尺寸r = 14.825mm ,將R =65mm ,
λ = 0.791 718 2 , r = 14.825mm代入式(7) 和(8) 得
= 13.405mm, = 6.269mm
近似直線段的長度L′= 2= 2 ×6.104 = 12.538mm。
令PE = h ,按圖1 計(jì)算的直線段長度為
L = 2 = 2 = 12.448mm
兩者之差ΔL = L′- L = 12.538 – 12.448 = 0.09mm ,符合零件圖紙的要求。
近似直線段的車方原理的直線度誤差計(jì)算值Δ=h-= 13.455– 13.405 = 0.05mm ,即直線段的車方原理直線度誤差是0.05mm ,比初始值小的多,完全可以滿足一般方頭的精度要求。
2.機(jī)床配置形式的選擇
2.1機(jī)床配置形式概述
機(jī)床的配置形式通常根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，加工要求，生產(chǎn)率和工藝過程方案等就可以確定。但在在基本形式的基礎(chǔ)上，由于工藝的組織，動(dòng)力頭的不同配置方法，零件安裝數(shù)目和工位數(shù)多少等具體安排不同，而具有多種配置方案。他們對機(jī)床的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度，通用化程度，結(jié)構(gòu)工藝性能，重新調(diào)整的可能性以及經(jīng)濟(jì)效果，還有維修操作是否方便等，都具有不同的影響。另外，還必須看到，就是在有些情況下，多工藝過程方案不大的更改或重新安排，往往會使機(jī)車簡單，工作可靠，結(jié)構(gòu)緊湊，更符合實(shí)際生產(chǎn)的要求。因此，在最后決定機(jī)床配置形式結(jié)構(gòu)方案時(shí)，必須注意下面一些問題。
（1）加工精度的要求影響
固定式夾具組合機(jī)床能達(dá)到的加工精度最高，帶移動(dòng)式加具機(jī)床精度相對較差。
（2）機(jī)床生產(chǎn)率的影響
機(jī)床要求的生產(chǎn)率對機(jī)床配置形式結(jié)構(gòu)方案有很大影響，它是決定采單工位機(jī)床，多工位機(jī)床或自動(dòng)線，還是按中小批生產(chǎn)所需組合機(jī)床的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)的重要因素。有時(shí)從工件外形及輪廓尺寸來看，完全可以采用單工位固定夾具的機(jī)床形式。但由于生產(chǎn)率要求很高，就不得不采用多工位的方案，使裝卸時(shí)間和機(jī)動(dòng)時(shí)間相重合。
（3）被加工零件的大小、形狀、加工部位特點(diǎn)的影響
這些特點(diǎn)很大程度上決定了采取臥式、立式或是傾斜式機(jī)床。一般來說，臥式機(jī)床多用于加工孔中心線與定位基準(zhǔn)面平行，又需要由一面或是幾面同時(shí)加工的箱體。一些在立式機(jī)床上安裝不方便或者受到高度限制的細(xì)長工件，也適宜采用臥式機(jī)床加工。立式機(jī)床則適于加工定基面是水平的，而加工面的孔與基面相垂直的工件。
總之，在擬訂機(jī)床配置形式結(jié)構(gòu)方案時(shí)，必須認(rèn)真分析工件加工工藝的要求及加工部位的特點(diǎn)，選擇恰當(dāng)?shù)姆桨浮?
2.2機(jī)床支撐形式的選擇
機(jī)床中常用的支承件有床身、底座、立柱、橫梁、橫臂、刀架及工作臺等。這些支承件，或單獨(dú)使用，或組合使用。
支承件應(yīng)滿足的基本要求：
1.應(yīng)具有足夠的剛度和較高的剛度——質(zhì)量比。
2.應(yīng)具有較好的動(dòng)態(tài)特性，包括較大的位移阻抗和阻尼，整機(jī)的低階頻較高，若階頻不致引起結(jié)構(gòu)共振，不會因薄壁振動(dòng)而產(chǎn)生噪聲。
3.熱穩(wěn)定性好，熱變形對機(jī)床加工精度的影響較小。
排屑暢通，吊運(yùn)安全，并具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性。
機(jī)床支承形式可歸納為下列5種：
（1）一字形（“一”形）支承 支承件是床身，或床身與底座的組合。具有這種支承形式的機(jī)床，稱為臥式機(jī)床。
（2）柱形（“┃”形）支承 支承件是立柱，或立柱與底座的組合。具有這種支承形式的機(jī)床，稱為立式機(jī)床。
（3）倒丁字形（“”形）支承 支承件是床身和立柱的組合。具有這種支承形式的機(jī)床，稱為復(fù)合式機(jī)床。
（4）槽形（“”形）支承 支承件是床身（或底座）、立柱、橫臂三者的組合。具有這種支承形式的機(jī)床，稱為單臂式機(jī)床。
（5）框形（“ ”形）支承 機(jī)床的支承件由床身、橫梁及雙立柱組合而成，形成封閉的框形結(jié)構(gòu)。具有這種支承形式的機(jī)床，稱為龍門式機(jī)床。
由于支承件的結(jié)構(gòu)形狀十分復(fù)雜，受力條件也很復(fù)雜，所以對支承件主要是進(jìn)行近似的工程技術(shù)計(jì)算，用近似的技術(shù)計(jì)算結(jié)果，來和已有的經(jīng)過生產(chǎn)實(shí)踐考驗(yàn)的同類型支承件的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，進(jìn)而評價(jià)所設(shè)計(jì)的支承件。
由工件的形狀及加工原理知，宜采用臥式形式（帶一固定式夾具）。
圖2—1
2.3床身設(shè)計(jì)
臥式床身有3種結(jié)構(gòu)形式：中小型機(jī)床的床身是安裝在床腿上的，例如回轉(zhuǎn)直徑在630毫米及以下的車床，六角車床等；大型機(jī)床的床身是直接安裝在基礎(chǔ)上的，如大型臥式車床臥式鏜床等；某些臥式床身是框架式的，如仿行車床，多刀車床等。從載荷的觀點(diǎn)來分析，有的床身主要是在切削力的作用下受兩個(gè)方向的彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷，如車床，六角車床和鏜床床身；有的床身主要是在重力的作用下受豎直面內(nèi)的彎曲載荷，如龍門刨床和龍門銑床的床身。
表2-1 鑄鐵件的推薦壁厚
當(dāng)量尺寸（m）
0.75
1.0
1.5
1.8
2.0
2.5
3
3.5
4.5
外壁厚（mm）
8
10
12
14
16
18
20
22
25
隔板或筋厚（mm）
6
8
10
12
12
14
16
18
20
1.截面形狀
床身的截面形狀決定于剛度要求，導(dǎo)軌的位置，內(nèi)部需要安裝的零，部件，排屑等。
2..截面寬度和高度
截面的寬度由工件大小，剛度要求和刀架或工作臺的導(dǎo)向性決定。
普通車床床身截形的最佳比例為高比寬約等于1。
這里借鑒CA6140車床的床身設(shè)計(jì)。
床身采用鑄鐵件（材料是HT30-45號灰鑄鐵）。截面形狀如圖2—2。
圖 2—2
整體圖如圖2—3所示
圖 2—3
3.動(dòng)力部件的選擇
3.1切削力的計(jì)算及刀具的選擇
車方機(jī)床的主軸上對稱安裝了兩把車刀,但由圖2 可知,兩把刀不會同時(shí)切削,切削深度從F 點(diǎn)= 0 逐漸增大至E 點(diǎn) == 1.5mm ,再逐漸減小至G 點(diǎn)= 0 。其它3 個(gè)面的切削深度也依次作同樣改變。所以最大切深度 = 1.5mm ,根據(jù)零件表面粗糙度的要求,選f =0.3mm/ r。由= 可以計(jì)算滑臺速度。
刀具材料選用YT15（適合加工鋼料及斷續(xù)切削）。為了保證一定的刀具耐用度,選v = 90m/ min = 1.5m/ s。
零件材料45 鋼,加工時(shí)的材料硬度為187HB ,查《機(jī)械加工工藝手冊》,得:單位切削力p = 1 962N/ mm2 ;切削力Fz = p f = 1 962 ×1.5 ×0.3 = 883N ;切削功率P = v ×= 883×1.5×=1.3245kW;取機(jī)床總效率η= 0.75 ,則電機(jī)功率= P/η = 1.3245/ 0.75 = 1.766kW。
3.2電動(dòng)機(jī)的選擇
1.電動(dòng)機(jī)選擇時(shí)要考慮的問題：
（1）由于一般生產(chǎn)單位多采用三相交流電源，故無特殊要求時(shí)均應(yīng)選用三相交流電動(dòng)機(jī)。其中以三相異步帶能動(dòng)機(jī)應(yīng)用最多，常用為Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)。
（2）電動(dòng)機(jī)的功率選擇是否合適，對電動(dòng)機(jī)的正常工作和經(jīng)濟(jì)性都有影響。功率選的過小不能保證工作機(jī)的正常工作，或使電動(dòng)機(jī)因超載而過早損壞；功率選的過大則電動(dòng)機(jī)的價(jià)格高，能力又得不到充分的發(fā)揮，而且由于電動(dòng)機(jī)經(jīng)常不在滿載下運(yùn)轉(zhuǎn)，其效率和功率因數(shù)都較低而造成能源的浪費(fèi)
（3）電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速愈高，磁極對數(shù)愈少，外廓尺寸愈小，價(jià)格愈低。但是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相對于工作機(jī)轉(zhuǎn)速過高勢必使總傳動(dòng)比加大，致使傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外廓尺寸增加，制造成本提高。而選用較低轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)，其優(yōu)缺點(diǎn)剛好相反。因此，在確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速時(shí)，應(yīng)進(jìn)行分析比較，權(quán)衡利弊，按最佳方案選擇。
2.電動(dòng)機(jī)功率的選擇
考慮到減速器的降速比不宜過大，所以初步選擇電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速
再根據(jù)所須電動(dòng)機(jī)功率為。
查簡明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 續(xù)表
但是，考慮到機(jī)床可能調(diào)整加工其它尺寸、材料的方頭或六方頭工件,取電機(jī)功率為2.2kW。選用封閉式三相異步電動(dòng)機(jī)，型號為Y132S-8，其輸出功率P=2.2kw。其主要性能參數(shù)如表3-1所示。
表3-1 電動(dòng)機(jī)主要性能參數(shù)
電動(dòng)機(jī)的功率P
2.2 kw
額定電流
5.5A
額定轉(zhuǎn)距
2.0
電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速n
710 r/min
堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 / 額定轉(zhuǎn)矩
2.0
電動(dòng)機(jī)的效率
0.81
電動(dòng)機(jī)的重量
63kg
3.電動(dòng)機(jī)的安裝型式
選用基本結(jié)構(gòu)型式，機(jī)座不帶底腳，端蓋有凸緣。安裝結(jié)構(gòu)型式為
制造范圍（機(jī)座號）為80-315。其示意圖如圖3-1所示：
圖3-1 電動(dòng)機(jī)的安裝示意圖
主要安裝型式尺寸如表3-2所示。
表3-2 電動(dòng)機(jī)主要安裝尺寸
電動(dòng)機(jī)軸伸直徑D
48mm
電動(dòng)機(jī)軸伸長度E
110mm
軸伸上鍵槽的尺寸
14mm9mm
電動(dòng)機(jī)法蘭外徑尺寸
350mm
電動(dòng)機(jī)法蘭內(nèi)徑尺寸
250mm`
電動(dòng)機(jī)法蘭螺栓孔均不圓直徑
300mm
法蘭螺栓孔的數(shù)量和直徑
419
電動(dòng)機(jī)的總高度L
710mm
4.液壓滑臺的設(shè)計(jì)
4.1液壓滑臺系統(tǒng)概述
4.1.1液壓滑臺系統(tǒng)的特點(diǎn)
（1）滑臺的主要負(fù)載是切削力、摩擦力和啟動(dòng)、制動(dòng)過程的慣性力，最大負(fù)荷一般<10kN。為保證運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和工作可靠性，一般都采取中低壓系統(tǒng)，壓力在6MPa以下。液壓系統(tǒng)的流量是根據(jù)滑臺快速進(jìn)退的速度確定的，一般<100L/min。
（2）通?；_快進(jìn)與快退的速度大致相等，因此多采用差動(dòng)連接的單出桿液壓缸。
（3）為解決工進(jìn)與快進(jìn)、快退對流量需求差別較大的矛盾，提高系統(tǒng)效率，除采用差動(dòng)缸外，通常采用限壓式變量泵、高低壓雙泵或單定量泵加蓄能器的供油方式。
（4）各工況速度換接多采用行程控制，如行程閥，或電器行程開關(guān)與電磁閥組合方式。
4.1.2滑臺對液壓系統(tǒng)的要求
（1）能在變負(fù)載或在斷續(xù)負(fù)載下工作，能保證滑臺的進(jìn)給速度特
別是最低進(jìn)給速度（一般約為5mm/min）穩(wěn)定，以保證加工精度。
（2）能承受規(guī)定的最大載荷，并具有較大的工進(jìn)調(diào)速范圍（通常為（5～900）mm/min），以適應(yīng)不同工序的工藝需求。
（3）能實(shí)現(xiàn)快速進(jìn)退及各進(jìn)給速度間的平穩(wěn)換接。
（4）對于多個(gè)滑臺同時(shí)工作的系統(tǒng)，應(yīng)防止各液壓執(zhí)行元件的壓力、流量相互影響引起動(dòng)作上的干擾。
（5）合理利用能量，提高系統(tǒng)效率，減少發(fā)熱。合理解決工進(jìn)速度與快速進(jìn)退速度差值，造成流量值較大的矛盾。
4.2導(dǎo)軌的選擇
4.2.1導(dǎo)軌的功用和分類
導(dǎo)軌的功用是導(dǎo)向和承載。即保證運(yùn)動(dòng)部件在外力作用下，能淮確地沿著一定的方向運(yùn)動(dòng)。在導(dǎo)軌剮中，運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌叫做動(dòng)導(dǎo)軌，不動(dòng)的導(dǎo)軌叫做支承導(dǎo)軌。動(dòng)導(dǎo)軌相對于支承導(dǎo)軌通常只有一個(gè)自由度，即直線運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
1.導(dǎo)軌可按下列性質(zhì)分類：
(1)按運(yùn)動(dòng)性質(zhì)可分為主運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和移置導(dǎo)軌。移置導(dǎo)軌只用于調(diào)整部件之間的相對位置，在加工時(shí)沒有相對運(yùn)動(dòng)。例如車床昆座用的導(dǎo)軌。
(2)按摩擦性質(zhì)可分為滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌?；瑒?dòng)導(dǎo)軌按兩導(dǎo)軌面問的摩擦狀態(tài)又可分為混合摩擦導(dǎo)軌、邊界摩擦導(dǎo)軌、液體動(dòng)壓導(dǎo)軌和液體靜壓導(dǎo)軌。滾動(dòng)導(dǎo)軌按其滾動(dòng)體不同又可分為滾珠導(dǎo)軌，滾柱導(dǎo)軌和滾針導(dǎo)軌。
(3)按受力情況可分為開式導(dǎo)軌和閉式導(dǎo)軌。如圖4—1所示，在部件自重和外載荷作用下，導(dǎo)軌面c和d在導(dǎo)軌全長上始終可以貼合的稱為開式導(dǎo)軌。在受較大的傾覆力矩時(shí)，如圖，部件的自重不能伎主導(dǎo)軌面e、f始終貼合，就必須增加壓板1和2．形成輔助導(dǎo)軌面g和h，稱為閉式導(dǎo)軌。
圖4—1 開式導(dǎo)軌與閉式導(dǎo)軌
2、導(dǎo)軌應(yīng)滿足的基本要求
機(jī)床導(dǎo)軌的質(zhì)量在一定程度上決定了機(jī)床的加工精度，工作能力和使用壽命，因此必須滿足下列基本要求：
（1)導(dǎo)向精度
導(dǎo)軌在空載和在切伊陳件下運(yùn)動(dòng)時(shí)，都應(yīng)具有足夠的導(dǎo)向精度
軌運(yùn)動(dòng)軌跡的準(zhǔn)確度。影響導(dǎo)向精度的主要因素有導(dǎo)軌的幾何精度、導(dǎo)軌的接觸精度、導(dǎo)軌及其支承件的自身剛度及熱變形等。
〔2)精度保持性
為了能長期保持導(dǎo)向精度、對導(dǎo)軌提出了剛度和耐磨件的要求。若剛度不足，則直接影響部件之間的相對位置精度和導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度，使導(dǎo)軌面上的壓強(qiáng)分布不均，加劇導(dǎo)軌的磨損。所以剛度是導(dǎo)軌工作質(zhì)量的另—個(gè)重要指標(biāo)。導(dǎo)軌的耐磨性是決定導(dǎo)向精度能否長期保持的關(guān)鍵，是衡量機(jī)床質(zhì)量的重要指標(biāo)。導(dǎo)軌耐磨性與導(dǎo)軌材料、導(dǎo)軌受的摩擦性質(zhì)、導(dǎo)軌受力情況及兩導(dǎo)執(zhí)相對運(yùn)動(dòng)速度有關(guān)。
(3)低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性
即應(yīng)保證在作低速運(yùn)動(dòng)或微量位移時(shí)不出現(xiàn)不平穩(wěn)現(xiàn)象。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)的不平穩(wěn)將使加工表面粗糙度增大；定位運(yùn)動(dòng)時(shí)的不平穩(wěn)，將降低定位精度。低速運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性與導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)和潤滑，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)的差值，以及傳動(dòng)動(dòng)導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度等有關(guān)。
（4）結(jié)構(gòu)工藝性
在可能的情況下，應(yīng)盡量使導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡單，便于制造和維護(hù)。對于刮研導(dǎo)軌，應(yīng)盡量減少刮研量；對于鑲裝導(dǎo)軌，應(yīng)做到更換容易。
3、導(dǎo)軌的磨損形式
滑動(dòng)導(dǎo)軌磨損的基本形式是磨粒磨損和咬合磨損。這兩種磨損常同時(shí)發(fā)生，它們既相互聯(lián)系，又相互影響。磨粒磨損往往是咬合磨損的起因，咬合磨損反過來又會加劇磨粒磨損，只是有時(shí)其中一種磨損可能起主要作用。滾動(dòng)導(dǎo)軌則主要是疲勞磨損。
(1)磨粒磨損
磨粒主要是指存在于導(dǎo)軌面之間的微小硬粒．如切屑、塵粒和導(dǎo)軌自身磨損后的殘余產(chǎn)物等。這些微小硬粒在有—定的壓強(qiáng)作用并做相對運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌面之間起著切刮或刻劃導(dǎo)軌面的作用，使導(dǎo)軌面產(chǎn)生機(jī)械劃傷或磨損溝痕。磨粒磨損與導(dǎo)軌間的相對滑動(dòng)速度及導(dǎo)軌面比壓成正比。這種磨損是不可避免的，只能采取某些措施，努力減少這種磨損。
(2)咬合磨損
咬臺磨損又稱咬焊。它是指相對運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)表固互相咬合，并在表面產(chǎn)生撕裂的現(xiàn)象。這是由于導(dǎo)軌面相互運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)軌表面覆蓋的一層氧化膜因摩擦發(fā)熱而受到破壞，裸露的金屬表面因分子問的相互吸引、滲透，使接觸點(diǎn)粘結(jié)而發(fā)生咬焊，隨著接觸面的相對運(yùn)動(dòng)，咬焊點(diǎn)被拉開，如此反復(fù)多次，就產(chǎn)生撕裂性破壞。嚴(yán)重的咬合磨損將使兩個(gè)導(dǎo)軌面無法相對運(yùn)動(dòng)。因此，這種磨損是不允許發(fā)生的。
（3)疲勞磨損和壓演現(xiàn)象
滾動(dòng)導(dǎo)軌疲勞磨損主要是因?yàn)閷?dǎo)軌表面受滾動(dòng)體局部應(yīng)力作用而產(chǎn)生彈性變形，當(dāng)滾動(dòng)體離開后，變形得到恢復(fù)，這種現(xiàn)象連續(xù)發(fā)生，達(dá)到一定循環(huán)次數(shù)后，就使導(dǎo)軌表層產(chǎn)生疲勞點(diǎn)蝕現(xiàn)象，這就是滾動(dòng)導(dǎo)軌的疲勞磨損。如果局部應(yīng)力過大而使表層產(chǎn)生凹坑狀的塑性變形，這就是壓潰現(xiàn)象，這種破壞是不允許發(fā)生的。
4.2.2.滑動(dòng)導(dǎo)軌
滑動(dòng)導(dǎo)軌足最常見的導(dǎo)軌，其他類型的導(dǎo)軌部是在滑動(dòng)導(dǎo)軌的基礎(chǔ)上逐步發(fā)展起來的，由于滑動(dòng)導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡，有良好的工藝性，剛度利精度易于保證，所以在—般機(jī)床上仍然得到廣泛的應(yīng)用。
1.導(dǎo)軌的材料和熱處理
（1）對導(dǎo)軌材料的要求和搭配
對導(dǎo)軌材料的主要要術(shù)是耐磨件好、工藝件好、成本低。常用的導(dǎo)軌材料有鑄鐵、鋼、有色金屬和塑料．其中以鑄鐵應(yīng)用最為廣泛。
為了提高耐磨性．動(dòng)導(dǎo)軌和支承導(dǎo)軌應(yīng)盡量采用不同的材料，如果選用相同的材料，也一定要采取不同的熱處理方式以使其具有不同的硬度。
在直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌中，長導(dǎo)軌(通常是支承導(dǎo)軌)要用耐磨性較好和硬度較高的材料制造。這是因?yàn)橹С袑?dǎo)軌各處使用機(jī)會難以均等，且修復(fù)困難，而動(dòng)導(dǎo)軌總是全長接觸，且動(dòng)導(dǎo)軌短，磨損后易于維修；長導(dǎo)軌不易防護(hù)等原因：在回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌中，一般均是將較軟的材料用于動(dòng)導(dǎo)軌：因?yàn)榛ūP或圓工作臺導(dǎo)軌比底座加工方便些，磨損后易于在機(jī)床上加工，可減少修理的工作量。
表4-1導(dǎo)軌材料的搭配
序號
1
2
3
4
5
6
相對壽命
1
2-3
>2
4-5
動(dòng)導(dǎo)軌
鑄鐵
鑄鐵
鑄鐵
淬硬鑄鐵
有色金屬
塑料
支撐導(dǎo)軌
鑄鐵
淬硬鑄鐵
淬硬鋼
淬硬鋼
鑄鐵
鑄鐵
導(dǎo)軌常用材料搭配見表4—1。除鑄鐵外，其余導(dǎo)軌都是鑲裝的。
（2）鑄鐵
鑄鐵是一種成本低，有良好減振性和耐磨性，易于鑄造和切削加工的金屬材料。導(dǎo)軌常用的鑄鐵有灰鑄鐵、孕育鑄鐵和耐磨鑄鐵等。
灰鑄鐵府用最多的牌號是HT200。在較好的潤滑與防護(hù)條件下，具有一定的耐磨性。適用于需手工刮研的導(dǎo)軌；潤滑和防護(hù)條件好、輕載荷的機(jī)床導(dǎo)軌；不經(jīng)常工作的導(dǎo)軌(包括移置導(dǎo)軌)；對精度要求不高的次要導(dǎo)軌等。
常用的孕育鑄鐵牌號足HT300。耐磨性高于灰鑄鐵，但較脆硬，不易刮研，且成本較高。常用于較精密的機(jī)床導(dǎo)軌。
為了提高鑄鐵導(dǎo)軌的硬度，以增強(qiáng)抗磨粒磨損的能力和防止撕傷，鑄鐵導(dǎo)軌經(jīng)常采用高頻淬火、小頻淬火及電接觸自冷淬火等表面淬火方法。
（3)鋼
在耐磨性要求較高的機(jī)休上，可采用淬硬鋼制成的鑲鋼導(dǎo)軌。淬火鋼的耐磨性比普通鑄鐵高5-10倍。
鑲鋼導(dǎo)軌通常采用45鋼或45cr等材料，表面淬硬或全淬透，硬度達(dá)到HRc52—58；或者采用20Cr，20CrMn等滲碳淬硬至HRc56—62。鑲鋼導(dǎo)軌工藝復(fù)雜，成本高，目前國內(nèi)主要用于數(shù)控機(jī)床的滾動(dòng)導(dǎo)軌上。
（4)有色金屬
有色金屬鑲裝導(dǎo)軌常用于重型機(jī)床的動(dòng)導(dǎo)軌上，與鑄鐵的支承導(dǎo)軌搭配，以防止咬合磨損，保證運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性和提高運(yùn)動(dòng)精度。常用的材料有錫青銅ZQSn6—6—3，鋁青銅ZQAl9—4和鋅鋁銅合金ZZnAL10一5等。
（5)塑料
塑料導(dǎo)軌具有良好的耐磨性能，落在導(dǎo)軌表面上的硬?？蓴D入導(dǎo)軌內(nèi)部，避免了磨粒磨損和撕傷。常用的塑料材料有環(huán)氧樹脂耐磨涂料和聚四氟乙烯基滑動(dòng)導(dǎo)軌軟帶等。適用于中、小型精密機(jī)床和數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌，用于豎直導(dǎo)軌更可顯示其優(yōu)點(diǎn)。
這里我選用鑄鐵導(dǎo)軌。
2.導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)
1）截面形狀
滑動(dòng)導(dǎo)軌可分為凸形和凹形兩大類。對于水平布置的機(jī)床，凸形導(dǎo)軌不易積存切屑，但難以保存潤滑油，因此只適用于低速運(yùn)動(dòng)；凹形導(dǎo)軌潤滑性能良好．適用于高速運(yùn)動(dòng)，但為防止落入切屑等．必須配備良好的防護(hù)裝置。
直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌截面的基本形狀見圖4—2。
A b c d
圖 4—2
三角形導(dǎo)軌，見圖a。支承導(dǎo)軌為凸形時(shí)，稱為山形導(dǎo)軌；支承導(dǎo)軌為凹形時(shí)，稱為V形導(dǎo)軌。三角形導(dǎo)軌依靠二角形的兩個(gè)斜面導(dǎo)向，磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償，不影響導(dǎo)向精度。但水平和垂直兩個(gè)方向上的誤差相萬影響，給制造和檢修帶來困難。導(dǎo)向精度隨頂角。的增加而降低；承載面積隨的增加而增加。當(dāng)兩導(dǎo)軌面上受力不對稱且相差較大時(shí)，可采用不對稱三角形導(dǎo)軌，以保證導(dǎo)軌面壓力分布均勻。通常取=。對于受力較大的大型或重型機(jī)床，可取＝--；對于精密機(jī)床，常取=。
支承導(dǎo)軌為V形時(shí)，不易積存放大的切屑，也不易存留潤滑油，適用于不易防護(hù)、速度較低的進(jìn)結(jié)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌。支承導(dǎo)軌為V形時(shí)，由于能得到較充足的潤滑，除用于精密和大型機(jī)床的進(jìn)給導(dǎo)軌外，還可用于主運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，如龍門刨床床身導(dǎo)軌。但是必須很好地防護(hù)，以防止落人切屑和塵土。
矩形導(dǎo)軌，見圖b。矩形導(dǎo)軌制造簡單，剛度高，承載能力大，具有水平和垂直兩個(gè)方向的導(dǎo)軌面．而且兩個(gè)導(dǎo)軌面的誤差不會相互影響，便于安裝調(diào)整。但側(cè)面磨損后不能自動(dòng)補(bǔ)償，需要有間隙調(diào)整裝置，因此導(dǎo)向件較差。適用于載荷較大而導(dǎo)向性要求不高的機(jī)床。根據(jù)導(dǎo)向形式的不同，矩形導(dǎo)軌又可分為窄式組合和寬式組合兩種。
燕尾形導(dǎo)軌，見圖C。燕尾形導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)緊湊、高度尺寸較小，可承受顛覆力矩，但磨損后不能自動(dòng)補(bǔ)償間隙，需用鑲條調(diào)整，剛性較差，摩擦力較大，制造和檢修都比較復(fù)雜，一般用作中、低速的多層導(dǎo)軌。
圓體形導(dǎo)軌，見圖D。圓柱形導(dǎo)軌制造簡單，不易積存較大的鐵屑。但磨損后很難調(diào)整和補(bǔ)償間隙，通常用在承受軸向載荷的場合。
這里選用矩形導(dǎo)軌。
2）組合形式
為了限制運(yùn)動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌一般都由兩條導(dǎo)軌組合而戍。對重型機(jī)床，由于共移動(dòng)部件寬度較大，又承受較重載荷，因此常采用3條或3條以上導(dǎo)軌，來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向外承受載荷。常見的導(dǎo)軌組合形式見圖4—3。
圖4—3
雙二角形組合(圖a) 導(dǎo)向精度高，磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償．具有較好的精度保持性，但很難達(dá)到4個(gè)表面同時(shí)接觸的要求，制造較困難。適用于精度要求較高的機(jī)床，如高精度絲杠機(jī)床刀架導(dǎo)軌和滾齒機(jī)立體導(dǎo)軌等。
雙矩形組合(圖b) 具有較大的承載能力，制造調(diào)整比較簡單，但導(dǎo)向性差，磨損后不能自動(dòng)補(bǔ)償，對加工精度有較大影響；多用于普通精度機(jī)床和重型機(jī)床，如萬能升降臺銑床工作臺導(dǎo)軌等。
三角形-矩形組合(圖4 c) 這種組合形式兼有導(dǎo)向性好、制造方便和剛度高的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用最廣泛，如普通車床溜板、龍門刨床工作臺導(dǎo)軌、萬能外因磨床砂輪架導(dǎo)軌等。
燕尾形組合(圖d) 兩個(gè)燕尾平面同時(shí)起導(dǎo)向及壓板作用，用一根鑲條就可調(diào)整各接觸面的間隙，但不能承受過大的顛覆力矩，摩擦損失也較大。用于要求層數(shù)多、尺寸小、調(diào)整間隙方便和移動(dòng)速度不大的場合，如車床刀架、牛頭刨床滑枕導(dǎo)軌等。
燕尾形—矩形組合(圖e) 能承受較大力矩，間隙調(diào)整也比較方便，多用于橫梁、立柱、搖臂等的導(dǎo)軌，如龍門刨床橫梁導(dǎo)軌等。
雙圓柱形組合(圖f) 容易制造，但磨損后不易補(bǔ)償。常用于僅受軸向力的場合，如壓力機(jī)、機(jī)械手的導(dǎo)軌。
這里選用雙矩形組合
3）間隙調(diào)整
閉式導(dǎo)軌的結(jié)合面之間應(yīng)有適當(dāng)?shù)拈g隙。若間隙過小，不但增加運(yùn)動(dòng)阻力，而且會加速導(dǎo)軌磨損；若間隙過大，又會使導(dǎo)向精度降低，還容易產(chǎn)生振動(dòng)。因此，除裝配過程中應(yīng)仔細(xì)調(diào)整導(dǎo)軌的間隙外，在使用一段時(shí)間后，因磨損還需重調(diào)。常用鑲條和壓板來調(diào)整導(dǎo)軌的間隙。
（1）壓板
壓板用于調(diào)整間隙和承受顛覆力矩下圖所示為矩形導(dǎo)軌上常用的幾種壓板裝置。
圖4—4 壓板
1-動(dòng)導(dǎo)軌 2-支承導(dǎo)軌 3-壓板 4-墊片 5-平鑲條 6-螺釘
圖a所示的壓板裝置通過磨削或副研壓板3與動(dòng)導(dǎo)軌1相接觸的d面，或磨、刮與支承導(dǎo)軌2相接觸的e面來調(diào)整垂直方向的間隙。間隙過大時(shí)磨、刮d面：間隙過小則磨、刮e面。壓板上的d，e面需用空刀槽分開。這種方式結(jié)構(gòu)簡單，但調(diào)整比較麻煩。圖b所示是采用在壓板與動(dòng)導(dǎo)軌接觸處放幾層薄墊片4來調(diào)整垂直方向的間隙。隨著摩擦表面的不斷磨損，逐次取下一層墊片。這種方法比磨、刮省力，但調(diào)整量受墊片厚度限制。圖c所示是在壓板與支承導(dǎo)軌間用平鑲條5來調(diào)整間隙。只要擰動(dòng)帶有鎖緊螺母的螺釘6即可調(diào)整間隙，故調(diào)整方便。但由于鑲條下面只與幾個(gè)螺釘接觸，因此剛度較差。
（2）．鑲條
鑲條用來調(diào)整矩形和燕尾形導(dǎo)軌的側(cè)面間隙，以保證導(dǎo)軌面的正常接觸。常用的鑲條有平鑲條和斜鑲條兩種。
3.導(dǎo)軌的潤滑與防護(hù)
1）導(dǎo)軌潤滑
導(dǎo)軌潤滑的目的是：減少磨損以延長導(dǎo)凱使用壽命；降低溫度以改善工作條件；減小摩擦力以提高機(jī)械效率；保護(hù)導(dǎo)軌表面以防止生銹。
導(dǎo)軌的潤滑方法很多，最簡單的潤滑方法是人工定期地直接在導(dǎo)軌上澆油或油杯供油。這種方法成本低廉，但不能保證充分的潤滑。一般用于移置導(dǎo)軌或移動(dòng)速度較低的滑動(dòng)導(dǎo)軌及滾動(dòng)導(dǎo)軌。另一種手動(dòng)潤滑方式是在機(jī)床上裝手動(dòng)油泵，在工作前拉動(dòng)油泵幾次，進(jìn)行人工潤滑，這種方式操作方便．但不能保證連續(xù)供油，用于低中速、低載荷、小行程或不經(jīng)常運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌上。現(xiàn)代機(jī)床上多采用全自動(dòng)壓力油強(qiáng)制潤滑，這種方法效果較好．可保證充分潤滑，不斷地沖洗和冷卻表面，與運(yùn)動(dòng)速度無關(guān)，但必須有專門的供油系統(tǒng)，成本較高。
為了使?jié)櫥驮趯?dǎo)軌向上均勻分布，保證充分的潤滑效果，應(yīng)在導(dǎo)軌面上開出油溝。
2）導(dǎo)軌的防護(hù)
導(dǎo)軌的防護(hù)裝置應(yīng)盡可能使導(dǎo)軌面封閉起來，如果不能封閉，則應(yīng)能將落在導(dǎo)軌上的塵屑較徹底地清除，還應(yīng)具有耐紅熱切屑的能力，防冷卻液浸蝕的能力，便于裝卸及清洗導(dǎo)軌，制造容易、耐用和美觀。
圖4—5 導(dǎo)軌的防護(hù)
圖示為幾種導(dǎo)軌的防護(hù)方式。圖a為刮板式防護(hù)裝置。在動(dòng)導(dǎo)軌的端面上裝有毛氈l，并用金屬刮板2及螺釘壓緊，當(dāng)動(dòng)導(dǎo)軌移動(dòng)時(shí)，通過毛氈排除落在支承導(dǎo)軌上的切屑及灰塵。這種裝置容易被細(xì)小的切屑及雜物填塞，對導(dǎo)軌產(chǎn)生刮磨作用，因此僅適用于移動(dòng)速度較低的導(dǎo)軌。圖b，為鋼帶式防護(hù)單，韌帶4的一端繞在床身端部的滾輪3上，另一端則固定在運(yùn)動(dòng)部件上，運(yùn)動(dòng)部件移動(dòng)時(shí)，鋼帶隨著展開或卷在滾輪上。這種防護(hù)罩結(jié)構(gòu)簡單，但切屑及雜物在滾輪卷動(dòng)時(shí)．容易被帶至鋼帶內(nèi)表面而掉在導(dǎo)軌面上，影響防護(hù)效果。圖c為固定式防護(hù)罩、鐵皮罩固定在運(yùn)動(dòng)部件上，以蓋住導(dǎo)軌表面。這種隊(duì)護(hù)罩結(jié)構(gòu)簡單，但密封性較差，且使機(jī)床外形尺寸增大，僅通用于行程不大的中小型機(jī)床。圖 d為層疊式防護(hù)罩，用多段金屬薄板制成，最外層蓋板6和最內(nèi)層蓋板7分別固定在運(yùn)動(dòng)部件5和床身8上，當(dāng)運(yùn)動(dòng)部件移動(dòng)時(shí)，防護(hù)罩可隨之伸長或縮短。這種防護(hù)罩耐熱性好，使用壽命長，但制造較復(fù)雜，成本較高，適用于大型及精密機(jī)床。圖 c為折疊式防護(hù)罩，用皮革、塑料或帆布制成，這種防護(hù)罩結(jié)構(gòu)簡單，防護(hù)效果好．但容易損壞，成本高，常用于磨床和精密機(jī)床上。
這里選用刮板式防護(hù)裝置。
4.滑動(dòng)導(dǎo)軌的驗(yàn)算
設(shè)計(jì)滑動(dòng)導(dǎo)軌時(shí)，先參考同類型機(jī)床，初步擬定導(dǎo)軌的形狀和尺寸，然后再進(jìn)行驗(yàn)算。
滑動(dòng)導(dǎo)軌的驗(yàn)算，主要是通過受力分析，求出導(dǎo)軌的平均壓強(qiáng)和最大壓強(qiáng)、與導(dǎo)軌的許用壓強(qiáng)相對照，判斷導(dǎo)軌設(shè)計(jì)是合合理。根據(jù)壓強(qiáng)分布情況，判斷是合需用壓板。*
1）導(dǎo)軌壓強(qiáng)的分布
當(dāng)導(dǎo)軌的自身剛度大于接觸剛度時(shí)，可忽略導(dǎo)軌自身變形的影響，而只考慮接觸變形的影響。這時(shí)，沿導(dǎo)軌長度方向的接觸變形和壓強(qiáng)可視為線性分布，沿寬度方向可視為均勻分布。當(dāng)導(dǎo)軌的自身剛度較低時(shí)，既要考慮導(dǎo)軌表面接觸變形，又要考慮導(dǎo)軌自身變形，這時(shí)壓強(qiáng)為非線性分布，下面只討論線性分布的導(dǎo)軌壓強(qiáng)的計(jì)算。
每條導(dǎo)軌面所受的載荷，都可以簡化為一個(gè)距導(dǎo)軌中心距離為x的力，這個(gè)力的作用又等價(jià)于一個(gè)位于導(dǎo)軌中心的力F和一個(gè)顛覆力矩M的作用。如圖4—6所示。
圖4—6 導(dǎo)軌受力情況
在力F作用下，導(dǎo)軌面的壓強(qiáng)（單位為MPa）：
= …………………………….（1）
在力矩M作用下，導(dǎo)軌面產(chǎn)生的最大壓強(qiáng)（單位為MPa）
由于 M= aLL=a
因此 = ………………………………（2）
式中 F—導(dǎo)軌承受的集中力，單位為N；
M—導(dǎo)軌承受的顛覆力矩，單位為Nmm；
a—導(dǎo)軌的寬度，單位為mm；
L—?jiǎng)訉?dǎo)軌的長度，單位為mm；
--集中力F力引起的壓強(qiáng)，單位為MPa；
--顛覆力矩M引起的最大壓強(qiáng)，單位為MPa。
由于力F與力矩M同時(shí)作用，閱此尋軌所承受的最大、最小、平均壓強(qiáng)分別為：
=+ = （1 + ）…………………（3）
=— = （1—）…………………（4）
= （+）=…………………………..（5）
從式(4—7)可見，平均壓強(qiáng)只與力F的大小和導(dǎo)軌幾何尺寸有關(guān)，而與力的作用點(diǎn)無關(guān)。
從式(4—5)、(44)可知：
(1)x＝0，即力F作用于導(dǎo)軌中點(diǎn)，M==0，==0，壓強(qiáng)呈矩形分布（如下圖a），導(dǎo)軌受力均勻，但實(shí)際上很難實(shí)現(xiàn)這種情況。
(2)x＜L／6，即M＝＜FL／6時(shí)，6M／FL＜1，＜2，0，壓強(qiáng)呈梯形分布（如圖b）。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡可能保證導(dǎo)軌在這種受力狀態(tài)下工作。
（3)x=L／6，即M＝=FL/6時(shí)， 6M／FL=1，=0，=2，壓強(qiáng)呈三角形分布(圖c)。導(dǎo)軌兩端壓強(qiáng)分布相差較大，但仍保持了導(dǎo)軌面全長接觸，設(shè)計(jì)時(shí)也可采用。
(4)xL／6，即M= FL/6時(shí)，6M/FL 1，＜0。這時(shí)，導(dǎo)軌一端將出現(xiàn)間隙(圖d)。為此，需要在導(dǎo)軌下面安裝壓板，形成輔助導(dǎo)軌面。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避免出現(xiàn)這種情況。
圖4—7 導(dǎo)軌壓強(qiáng)的分布
表4—2 鑄鐵導(dǎo)軌的壓強(qiáng)分布 /MPa
導(dǎo)軌種類
機(jī)床類別
平均壓強(qiáng)
最大壓強(qiáng)
直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌
主運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和速度較高的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌
中型機(jī)床
0.4—0.5
0.8—1.0
重型機(jī)床
0.2—0.3
0.4—0.6
速度較低的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌
中型機(jī)床
1.2—1.5
2.5—3.0
重型機(jī)床
0.5
1.0—1.5
磨 床
0.025-0.04
0.05—0.08
主運(yùn)動(dòng)和速度較高的圓周運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌
D——導(dǎo)軌直徑，mm
D<3000
0.4
D>3000
0.2—0.3
環(huán) 行
0.15
2）導(dǎo)軌的許用壓強(qiáng)
導(dǎo)軌的壓強(qiáng)是影響導(dǎo)軌耐磨性的一個(gè)主要因素。導(dǎo)軌的支承面積應(yīng)與導(dǎo)軌所承受的載荷相適應(yīng)。如果導(dǎo)軌面的壓強(qiáng)很大，導(dǎo)軌表面將因油膜壓破而加劇磨損。為此，應(yīng)保證導(dǎo)軌面上的平均壓強(qiáng)不超過許用值。由于導(dǎo)軌面上的壓強(qiáng)分布不可能完全均勻，所以還必須保證最大壓強(qiáng)不超過許用值。
機(jī)床鑄鐵·鑄鐵、鑄鐵·鋼導(dǎo)軌副的許用壓強(qiáng)按表4—2選取。始終以固定切削條件工作的專用機(jī)床，許用壓強(qiáng)應(yīng)比表中數(shù)值減小25％—30％。鋼—鋼導(dǎo)軌副的許用壓強(qiáng)可比表中數(shù)值增加20％—30％。動(dòng)導(dǎo)軌上鑲裝以聚四氟乙烯為基體的導(dǎo)軌板時(shí)，如滑動(dòng)速度v1m/min時(shí)，則pv植不宜超過o．2MPa·m/min；如滑動(dòng)速度v1m/min時(shí)，則許用壓強(qiáng)取0.2MPa。
鋅鋁銅合金ZZnAll0—5導(dǎo)軌的許用平均壓強(qiáng)[p]0.2MPa。
5.提高導(dǎo)軌耐磨性的措施
1）力求無磨損
磨損的原因是配合面在一定的壓強(qiáng)作用下直接接觸并作相對運(yùn)動(dòng)。因此不磨損的條件是配合面在作相對運(yùn)動(dòng)時(shí)不直接接觸，接觸時(shí)則無相對運(yùn)動(dòng)。靜壓導(dǎo)軌與動(dòng)壓導(dǎo)軌可以實(shí)現(xiàn)完全的液體潤滑狀態(tài)，潤滑油使兩導(dǎo)軌面分開而不直接接觸，這種導(dǎo)軌的耐磨性最好。
2）力求少磨損
在有些場合既不便采用靜壓導(dǎo)軌，也不能采用動(dòng)壓導(dǎo)軌，就只能爭取少磨損。減少磨損的措施有：
(1)降低導(dǎo)軌面間的壓強(qiáng)，減小單位面積上承受的摩擦力，可采用加大接觸面積和減輕負(fù)荷的辦法來降低壓強(qiáng)。采用卸荷導(dǎo)軌可以減輕負(fù)荷，加寬導(dǎo)軌面或加長動(dòng)導(dǎo)軌的長度可以加大接觸面積，提高導(dǎo)軌接觸精度和減小表面粗糙度，也可以增加實(shí)際接觸面積。
(2)降低摩擦系數(shù)，例如采用滾動(dòng)導(dǎo)軌：在滑動(dòng)導(dǎo)軌中正確選擇摩擦副的材料；正確選擇潤滑油或采用循環(huán)潤滑方式來改善潤滑條件。
(3)適當(dāng)?shù)臒崽幚矸绞娇商岣邔?dǎo)軌抗磨損的能力。
(4)加強(qiáng)防護(hù)。
3）均勻磨損
(1)力求使摩擦面上的壓強(qiáng)均勻分布，例如導(dǎo)軌的形狀和尺寸要盡可能與集中載荷對稱。
(2)盡量減小扭矩和顛覆力矩。
(3)保證工作臺、溜板等支承件有足夠的剛度。
(4)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌不宜太寬，以免線速度相差太大。
(5)導(dǎo)軌副中全長上使用機(jī)會不均的導(dǎo)軌，硬度應(yīng)高些。
4.2.3滑臺的結(jié)構(gòu)形式
圖 4-8 滑臺的結(jié)構(gòu)形式示意圖
1--導(dǎo)軌上部 2-壓板 3-導(dǎo)軌下部 4-液壓缸
導(dǎo)軌間距的大小根據(jù)導(dǎo)軌的受力情況和和參考現(xiàn)有同類型機(jī)床導(dǎo)軌的尺寸確定。從統(tǒng)計(jì)資料來看，中等尺寸的普通車床，床鞍導(dǎo)軌的跨距和最大回轉(zhuǎn)半徑之比=0.8—1.0。這里取系數(shù)為1.0。則：
=1.0=6521.0=130（mm）
5.液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算
5.1液壓系統(tǒng)概述
液壓傳動(dòng)是以有壓液體為能源介質(zhì)實(shí)現(xiàn)各種機(jī)械的傳動(dòng)。液壓傳動(dòng)與控制以液壓油或其他合成液體作為工作介質(zhì)，并采用各種允件組成所需要的控制回路，再由若干回路有機(jī)組合成能完成各種控制功能的傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換傳遞與控制。
與機(jī)械傳動(dòng)，電力傳動(dòng)等傳動(dòng)方式相比，液壓傳動(dòng)具有下列優(yōu)點(diǎn)：
1.在傳送同等功率的情況下，液壓傳動(dòng)裝置的體積小、重量輕、慣性小、結(jié)構(gòu)緊湊。據(jù)統(tǒng)計(jì)，液壓馬達(dá)的重量只有同功率電動(dòng)機(jī)重量的10％—20％，而且能夠傳遞較大的力或轉(zhuǎn)矩。
2.液壓傳動(dòng)裝置工作比較平穩(wěn)、反應(yīng)快、沖擊小，能高速啟動(dòng)、制動(dòng)和換向。液壓傳動(dòng)裝置的換向頻率高，對于回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)每分鐘可達(dá)500次，直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)每分鐘可達(dá)400-1000次。這是其他傳動(dòng)控制方式無法比擬的。
3.液壓傳動(dòng)裝置能在運(yùn)動(dòng)過程中進(jìn)行無級調(diào)速，調(diào)速方便，調(diào)速范圍大，而且調(diào)速性能好。其傳動(dòng)比可達(dá)100：1至2000：1。
4.液壓傳動(dòng)裝置的控制、調(diào)節(jié)比較簡單，操縱比較方便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，如與電氣控制相配合，可方便地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的程序動(dòng)作和遠(yuǎn)程控制。
5.液壓傳動(dòng)裝置易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。由于采用油液作為工作介質(zhì)，液壓傳動(dòng)裝置能自行潤滑，故使用壽命較長。
6.液壓元件已標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，便于設(shè)計(jì)和選用。
由于液壓傳動(dòng)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)很多，因而在國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門得到了廣泛應(yīng)用。目前，其應(yīng)用領(lǐng)域仍在不斷擴(kuò)展，從組合機(jī)床、機(jī)械手、自動(dòng)加工及裝配線到金屬及非金屬壓延、注射成型設(shè)備，從材料及構(gòu)件強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)到電液仿真試驗(yàn)平臺，從建筑、工程機(jī)械到農(nóng)業(yè)、環(huán)保設(shè)備，從能源機(jī)械調(diào)整控制到熱力與化工設(shè)備過程控制，從橡膠、皮革、造紙機(jī)械到建筑材料生產(chǎn)自動(dòng)線，從采煤機(jī)械到石油鉆探及采收設(shè)備，從航空航天器控制到船舶、火車、汽車等運(yùn)輸設(shè)備等等，液壓傳動(dòng)與控制技術(shù)已成為現(xiàn)代機(jī)械工程制造業(yè)的基本要素和工程控制的關(guān)鍵技術(shù)之一。
5.2參數(shù)及數(shù)據(jù)
根據(jù)工件加工方法的分析，可知為一次裝加，一次進(jìn)刀完成切削。因此，工作臺自動(dòng)循環(huán)為：快進(jìn)—工進(jìn)—快退—停止。
參數(shù)為：滑臺總重量：5000N，切削最大阻力883N，滑臺快進(jìn)，快退速度為0.05m/s，工進(jìn)速度為12—37mm/min，加速（或減速）時(shí)間0.1s，采用的為矩形導(dǎo)軌，取靜摩擦系數(shù)=0.2，動(dòng)摩擦系數(shù)=0.1，滑臺快進(jìn)行程0.15m，工進(jìn)行程0.05m。
5.3確定液壓系統(tǒng)工作要求
根據(jù)加工要求，工件不動(dòng)，主軸和刀具由液壓滑臺帶動(dòng)進(jìn)給，“快進(jìn)一工進(jìn)一快退—停止”，工作循環(huán)采用液壓傳動(dòng)方式，選用活塞桿做執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
考慮到車削進(jìn)給系統(tǒng)傳動(dòng)功率不大，且要求低速穩(wěn)定性好，故擬選用調(diào)速閥、定量泵組成的節(jié)流調(diào)速方式。
為自動(dòng)實(shí)現(xiàn)上述工作循環(huán)，并保證零件的加工長度(該長度并無過高的精度要求)，擬采用行程開關(guān)及電磁換向閥組成行程控制順序動(dòng)作回路，實(shí)現(xiàn)順序動(dòng)作。
圖5—1 車方機(jī)床外形示意圖
5.4擬訂液壓系統(tǒng)原理圖
系統(tǒng)同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)車削頭，動(dòng)作循環(huán)完全相同。
為保證快速進(jìn)退速度相等，并減小液壓泵流量規(guī)格，選用差動(dòng)連接回路。
在行程控制中，由快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)時(shí)，采用機(jī)動(dòng)滑閥，速度轉(zhuǎn)換平穩(wěn)，且安全可靠。工進(jìn)終了壓下行程開關(guān)返回?？焱说浇K點(diǎn)，壓下電氣行程開關(guān)，運(yùn)動(dòng)停止。
快進(jìn)轉(zhuǎn)工進(jìn)后，系統(tǒng)壓力升高，遙控順序閥打開，回油經(jīng)背壓閥回油箱，系統(tǒng)不再差動(dòng)連接。
圖5—2 液壓系統(tǒng)工作原理圖
1-電磁鐵 2-換向閥 3-液壓缸 4-活塞桿 5-行程開關(guān)
6-換向閥 7-調(diào)速閥 8-單向閥 9-壓力表開關(guān) 10-壓力表
11-液壓泵 12-濾油網(wǎng) 13-油箱 14-溢流閥
5.5計(jì)算和選擇液壓元件
5.5.1液壓缸的計(jì)算
1.計(jì)算液壓缸的總機(jī)械載荷F
根據(jù)機(jī)構(gòu)的工作情況，液壓缸受力如圖5—3所示
圖5—3 液壓缸受力示意圖
F=++++
式中 ——按題目給定為5000N；
——活塞上所受慣性力；
——密封阻力；
——導(dǎo)軌摩擦阻力；
——回油背壓形成的阻力。
(1) 的計(jì)算
按下式計(jì)算：
＝ (N)
式中 G——液壓缸所要移動(dòng)