组合机床的滑台及底座设计（机械cad图纸）学士学位论文

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Abstract

This passage tells about one part of the process of design the modular machine tool, whichdrills the six holes on the collar according to the machine working technology of the rear-axle of the caterpillar tractor. The article explains the design process of the guide rail, supports pieces. And the design of the table slide contains the design of table slide, the body of the table slide, and the base of the table slide. The overall layout of Machine determines the various machine tool components. The design of the guide rail includes the choice of the guide rail and the material,the checking computations of the shape of section,thedimensionoftheconstructionandthepressure,the

technicalrequirementofmaterial,heattreatment,lubrication,shelter and themachining slide way.

There are five parts of the design of the supports pieces, the determination of minimum wall thickness; division plate and the stiffening rib, the chosen of the material ant effectiveness treatthe rationality of the technical structure and the determination of the diameter. The design of spindle components includes the drive spindle, spindle diameter of theidentification, lubrication and seal,spindlerolling choice, Spindle Box outline size determination, spindle box drive system design.

Keywords modular machine tool;table slide;guide rail;supports piecesspindle components

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目 录

1绪论

1.1机床总体设计……………………………………………………………………….….7 1.2工艺分析..........................................................................................................................7 1.3机床总体布局………………………………………………………………………..…8 1.4机床技术参数的确定……………………………………………………….………….9 1.5配置型式及结构方案的确定……………………………………………….….......…10 2导轨

2.1导轨的功用与分类………………………………………………………………...…12 2.2导轨应满足的要求…………………………………………………………….....…...12 2.3导轨的结构类型…………………………………………………….…………...…....14 2.4导轨的尺寸…………………………………………………….…………………..….15 2.5导轨材料的热处理………………………………………………….………………...16 2.6导轨的润滑与保护……………………………………………………………….…...19 2.7 滑动导轨磨损的基本形式…………………………………………………..........….20 2.8提高导轨的耐磨性措施………………………………………………………………20 2.9导轨的验算……………………………………………………………………………20 3 支承件…………………………………………………………………..……….…………21 4 液压滑台

4.1 液压滑台的类型选择………………………………………………………….....…..22 4.1.2 液压滑台的技术性能规格………………………………………………..….…22 4.1.3 滑台体、滑台座的工艺性…………………………………………….……..…25 4.14 滑台的总体尺寸……………………………………………………………….....26 5 侧底座

5.1 中间底座…………………………………………………………………...…………28 5.2 侧底座的形状…………………………………………………………...….….…..…28 5.3 壁厚的选择…………………………………………………………………...........…29 5.4侧底座的尺寸…………………………………………………………..….……….…29 5.5侧底座的材料……………………………………………………………............……29 6 主轴组件

6.1 主轴组件的组成及特点……………………………………………..………….....…30 6.1.1 主轴组件的功用…………………………………………………...……………30 6.1.2 主轴组件的基本要求……………………. ……………………………........….30 6.2 主轴………………………………………………………………………….……......31

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6.3 主轴的传动………………………………….………………………….………….…31 6.3.1 主轴的传动方式…………………………………………………….…..………32 6.3.2 主轴传动件的布置………………………………………………..….……...….32 6.4 主轴滚动轴承…………………………………………………………………...........33 7 主轴箱的设计

7.1 主轴箱轮廓尺寸的确定…………………………………………...….…………...…34 7.2主轴箱通用轴类零件选择………………………………………..………………..…34 7.2.1 确定传动轴的直径及选材……………………………………………......….…35 7.3 主轴箱传动系统的设计……………………………………………..…………….…36 结论……………………… ……………………………………………………….………….37 致谢………………………………………………………………………………………….38 参考文献…………………………………………………………………………...…………39 附录……………………………………………………………………………..………….…40 附录1....................................................................40 英文原文.................................................................40 中文翻译……………………………………………………………….……………..………49

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1绪论

1.1机床总体设计

机床总体设计，是确定所设计机床的工艺方法、运动及其分配、传动和控制、结构和性能，最后画出机床总体布局图等机床设计工作。

1.2工艺分析

（1）工艺方案的确定

机床上的工艺方法多种多样，其对机床的结构和性能影响很大。工艺方法的改革常导致机床的运动、传动、布局、结构、性能以及经济效果等方面的一系列变化。本机床是用来加工履带式拖拉机后桥轴的专用组合机床，具体工艺见工艺过程卡片和工序卡片，此机床设计的是专用在法兰盘的钻孔的组合机床。 （2） 夹具方案的拟定

对于专用机床，夹具是针对某特定工件而设计的，它是专用机床的一个重要部件，夹具方案的拟定是专用机床总体方案设计的组成部分，本机床夹具用专用液压夹具，用限位装置，V 形块定位，来夹紧后桥轴对法兰盘进行钻孔，具体图示如机械加工工序卡片图所示。

（3） 机床运动的确定

机床运动的确定 是要确定机床运动的数目、运动的类型以及运动的执行件。 一般来说，工艺方法决定机床运动，上述专用组合机床的工艺方法是六把钻头同时运作，相应的表面成型运动为：六主轴的可回转主运动，工作台纵向进给运动；辅助运动为：工作台快速移近，快速退回。

1.3机床总体布局

机床总体布局是确定机床的组成部件以及各个部件和操纵，控制机构在整台机床中的配置。机床共包括左右侧底座，中间底座，左右侧主轴箱，电气设备，电动机，工作台，夹持工件的夹具，以及刀具等装置，夹具安装在工作台上，工作台由进给油缸驱动，沿床身导轨作纵向进给运动、按钮台手柄，行程开关等分别设在机床中适当部位。 （1） 运动的分配

机床上的工艺方法确定后，刀具和工件在切削加工时的相对运动亦随着被规定了，机床运动的合理分配是由多方面因素决定的，对于一般钻孔工作，主运动和进给运动均由刀具完成比较方便，但在钻深孔时，为了提高被加工孔中心线的直线度，须将回转主运动分配给工件，不过此设计的组合机床即是一般情况即可。 （2） 加工精度和粗糙度

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运动轨迹的形状误差要求，如直线导轨的直线度和圆导轨的圆柱度；二是运动轨迹的位置误差要求，即导轨与有关部件之间的位置精度。例如，车床床身导轨相对主轴轴线的平行度。 2精度保持性

为了保证机床的工作能力，能够长期的保持其导向精度，对导轨提出了耐磨性和刚度的要求。

工作部件 导轨面长期运行会引起导轨不均匀磨损，破坏导轨的导向精度。如有些普通车床的铸铁导轨，一旦润滑较差，前导轨靠近床头箱的一段，每年磨损量可达 0.2～0.3mm，直接影响了机床的加工精度和使用寿命。

在外力作用下，导轨要产生变形，不仅破坏了导轨的导向精度，也会恶化导轨的工作条件，使导轨的压强分布不均匀，加剧导轨的磨损。因此，导轨的刚度是导轨的工作质量的另一重要指标。 3低速运动平稳性

即应保证在作低速运动或微量位移时不出现不平稳现象；进给运动时的不平稳将使加工表面粗糙度增大；定位运动时的不平稳，将降低定位精度。低速运动的平稳性与导轨的结构和润滑，动、静摩擦系数的差值，以及传动动导轨运动的传动系统的刚度等有关。

爬行是个很复杂的现象，它的主要原 之一在于静、动摩擦系数的差异。试验表明，两个物体之间的摩擦系数是随着速度的变化而变化的。

出现爬行的原 主要在于：

1 当摩擦面处于边界摩擦状态时，存在着动、静摩擦系数发生变化和动摩擦系数随速度的增加而降低的现象； 2 运动件的质量较大； 3 传动件刚度不够； 4 运动速度太低。

爬行会影响加工精度和粗糙度，甚至会产生废品和事故。为防止出现爬行现象，在设计低速运动机构时，除提高传动机构的刚度降低移动件质量外，在导轨副设计中可采取措施来减少静、动摩擦系数之差> f。具体办法有：

1 用滚动摩擦、液体摩擦代替滑动摩擦。如采用滚动丝杠、静压螺母、滚动导轨和静压导轨 （它们的摩擦系数都很小 等。从根本上改变了摩擦面间的性质，基本上可以清除爬行。

2 使作用在导轨面的正压力降低，如采用卸荷导轨。 3 采用减摩材料。

4 采用导轨油。其可以大大减小摩擦表面之间的静、动摩擦系数之差， 而能降低临界速度，甚至完全消除爬行。 5提高传动机构的刚度k

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如果以上几种防止爬行的办法中，单独采用一种难以奏效，也可以几种办法联合使用。

（4）导向精度

导向精度包括两方面的要求：一是运动轨迹的位置误差要求，即导轨与有关部件之间的位置精度；二是运动轨迹的形状误差要求，如直线导轨的直线度和圆导轨的圆柱度。

2.3 导轨的结构类型

选择合适的结构，以减小导轨的比压，力求磨损均匀，并使导轨从结构上保 磨损后能调整间隙及磨损后对精度影响尽可能小。为了能承受更大的颠覆力矩 （在垂直于运动的平面内），减少导轨上的单位压力，一般机床导轨都采用两根导轨组成。在引导同一部位的一组导轨中，根据受力大小和方向不同，并考虑到工艺性等要求，各根导轨常做成不同形状，组合在一起来应用。三角形导轨的导向性好，能自动补偿间隙，矩形导轨的工艺性好，因此这两种型式的导轨组合应用最普遍。导轨组合型式与应用见表2.1

表2.1 导轨的组合形式特点及其应用

导轨的组合形式 特点与应用 无间隙，导向精度高，磨损后相对位置变化小，精度保持性好，但工艺性差，制造困难，加工检修困难。适用于高精度机床。 不需要用镶条调整间隙，导向精度中等，双三角型 一山一矩型 刚度也较高，易于制造，加工、检验和维修方便，但由于两条导轨磨损不同，因而回引起移动部件的偏移。适用于一般机床。 主要承受于主支撑面相垂直的作用力，刚双矩型 度较高，加工、检验和维修方便，能承受大载荷，但导向精度低，存在侧向间隙，必须用镶条进行调整，适用于重型机床。 易于制造，两导轨间平行度要求高，磨损双圆型 后很难调整和补偿间隙，圆柱直径较小时刚度较差，直径较大时难以保证加工精度。 综合图2.1导轨的组合型式的不同特点，再结合所设计的组合机床的特点，一山一矩

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型导轨具有不需要用镶条调整间隙，导向精度中等，刚度也较高，易于制造，加工装配方便经济性高等特点，是最适合的导轨类型。所以应采用一山一矩型导轨。

2.4 导轨的尺寸

导轨跨距的选择参数见 图2.1所示“

图2.1 导轨的尺寸

2.4.1 导轨面的尺寸

导轨面尺寸包括宽度b 和厚度h，一般根据横向外形尺寸Bm选择，可根据

b/Bm?0.2~0.3,h/Bm?0.05~0.15, 因此由Bm=400mm, 可选b=80mm，h=25mm，α一般都取90°

2.4.2 导轨跨Bd

导轨的跨距Bd可根据导轨的受力分析及同类型机床的统计分析得出，曾加跨距Bd可使运动部件的偏转角减小，减小加工误差。此外，曾加跨距Bd并加大导轨相连部件的宽度可使其抗弯惯性矩曾加，提高导轨的刚度。

结合JB/GQ-Z26-80，选Bd=250mm.

2.4.3 导轨的长度

在不至使部件尺寸过大的情况下，应尽量增加导轨的工作长度，可减小运动部件的偏转角，并使运动部件移动轻便，使导轨各处比压均匀。因此根据滑座的长度可选导轨的长度为1340mm。

2.4.4 间隙调整装置

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由于导轨结构选取一山一矩形，因此不需要镶条，只需要压板即可，压板用螺钉固定在运动部件上，用镶快，垫片或直接刮配的方法来调整间隙。装压板后，导轨可以承受倾覆力矩。

2.5 导轨材料的热处理

在液压滑台中存在着导轨，而在导轨副摩擦中，为了提高耐摩性动导轨和支撑导轨应有不同的硬度，因此尽量采用不同的材料，如果采取相同材料，也应采取不同的热处理方式。

导轨材料及其特点和应用见表2.2：

表2.2 导轨材料及其特点和应用

材料种类、热处理或表面处理 灰铸铁 HT200 铸铁 HT300 耐磨铸铁 高磷铸铁 磷铜钛铸铁 钒钛铸铁 合金工具钢及滚珠轴承钢9Mn2V,CrwMn 耐磨性比铸铁高5~10倍，一般时制成导轨条，镶钢 高碳工具钢 中碳钢及合金工具钢45、40Cr 低碳机构钢20Cr 氮化钢 有色金属 锌合金 整体淬火，HRC?58 装在固定部件上，成本较高适合于耐磨性要求较整体淬火，HRC?48 整体淬火。HRC?60 氮化，HRC?85 铝青铜 锡青铜 防撕伤能力强，常用于重载导轨 高的滑动导轨和滚动导轨 整体淬火，HRC?60 表面高（中）频淬火或电接触淬火或火焰淬火，可达HRC45~55。也可表面镶钼 成本低，工艺性好，减震性好。广泛应用与一般的机械 特点和应用 导轨材料的搭配情况有：铸铁铸铁、铸铁 淬火铸铁、铸铁 淬火钢、有色金属铸铁、淬火钢淬火钢等，前者为动导轨，后者为支承导轨。在此选用铸铁铸铁导轨，因为如表1.2铸铁是一种低成本，有良好减振性和耐磨性，易于铸造和切削加工的金属材料。由于滑台体属于动导轨，因此可以根据表中所示材料的特点及应用，选择铸铁HT150而

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滑座与导轨是铸为一体的，属于支承导轨，因此其铸铁材料可根据导轨的要求选择。由于导轨的材料要耐磨性好、工艺性好、成本低，常用铸铁、钢、有色金属和塑料。这里选于导轨的材料要耐磨性好、工艺性好、成本低，常用铸铁、钢、有色金属和塑料。这里选常用灰铸铁HT200，孕育铸铁HT300，耐磨铸铁如高磷铸铁、磷铜铸铁等。而HT200 用于精度保持要求不高，载荷较小，需刮研加工的导轨。HT300 用于较精密的机床导轨。耐磨铸铁用于精密机床。综合上述材料特点，滑座材料应该选用灰铸铁HT200。为提高导轨的硬度，对铸铁导轨常采用高频淬火，超高频淬火，中频淬火及电接触自冷淬火，提高表面硬度，表面淬火硬度一般在45～55HRC左右，增加抗硬粒的磨损能力和防止撕伤。

2.6 导轨的润滑与保护

对普通的滑台导轨，具有良好的润滑条件是非常重要的，在设计和使用中都必须注意。良好的润滑可以减少导轨的摩擦，提高机床的效率；减少磨损，延长寿命；降低温度，改善工作条件和防止生锈。

导轨的润滑方式很多，对于一般低速的中小型机床的导轨，可以采用油杯润滑或定时注油润滑。也可以在运动部件上安装手动油泵，工作前可拉动油泵几次进行润滑，还可借助于溜板箱内任一缓慢旋转的轴作动力，利用偏心轮作用。在轴端装一简单的柱塞泵，由偏心轮推动柱塞泵对导轨面及需要润滑的注油点供油。

为了使润滑油在导轨面上均匀分布，保证充分的润滑效果，必须在导轨面上开出油槽。油经运动部件上的油孔进入油槽。油槽与导轨边缘不能开通，以免润滑油流失，但应保证导轨面的全部表面都能得到润滑。

当导轨面的压强P＜0.1Mpa 的高中速小型设备，应使用全损耗系统用油L AN20 或32；当导轨面的压强P =0.2～0.4Mpa 的低速导轨，应使用L AN46 或68；当导轨面的压强P ＞0.4 Mpa 时，应使用L AN68 或100。而垂直、倾斜导轨用油粘度相应提高一个粘度等级。对于精度要求较高、受力大小和方向变化较大的场合，滚动导轨应预紧。合理的将滚动导轨预紧可以提高其承载能力、运动精度和刚度。导轨磨损的原因是由于导轨接合面在一定压强作用下直接接触并相对运动而造成的。因此，争取不磨损的条件是让接合面在运动时不接触。方法是保证完全的液体润滑，用油膜隔开相对接触的导轨面，如采用静压导轨。争取少磨损，可采用加大导轨接触面和减轻负荷的办法来降低导轨面的压强。采用卸荷导轨是减轻导轨负荷、降低压强的好方法，尤其是采用自动调节气压卸荷导轨，可以使摩擦力基本保持恒定，卸荷力能随外载荷变化而自动调节。争取均匀磨损要使摩擦面上压强分布均匀，尽量减少扭转力矩颠覆力矩，导轨的形状尺寸要尽可能对集中载荷对称。磨损后间隙变大，设计时要考虑如何补偿、调整间隙。如采用可以自动调节间隙的三角形导轨。采用镶条压板结构，定期调整补偿。导轨的防护主要是与各种硬粒隔绝或将落在导轨上的尘屑较彻底地排除。由于卧式钻孔组合机床的切屑

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