车床尾架设计说明书

C0630车床尾架设计说明书

一、车床尾架的设计背景及意义

制造业中的车床是主要用车刀对旋转工件进行车削加工的机床。车床主要用于加工轴、盘、套和其他具有回转表面的工件，是机械制造和修配工厂中使用最广的一类机床。其结构主要分为：主轴箱、尾架、光杠、丝杠、溜板箱、床身、进给箱、刀架。

尾架是车床的重要部件之一，它在车床加工中起到了重要的作用。尾架体安装在车床的右导轨上，尾架套筒可以安装顶尖，以支撑较长的工件的右端、安装钻头、铰刀，进行加工。也可以安装丝锥攻螺纹工具、圆柱牙套螺纹工具加工内、外螺纹。尾架体可以沿尾座导轨作纵向调整移动，然后压下尾座紧固手轮，将尾座夹紧在所需位置，摇动尾座手轮可以实现对工件的顶紧、松开或对工件进行切削的纵向进给。

C0630车床是一种经济型轻型车床，具有加工范围大、主轴变速范围广，具备普通车床的基本功能，消耗功率小等特点。在该机床上，除可完成车削外圆、端面、切槽、镗孔等工艺工作外，还可进行钻孔、铰孔、车削公英制内外螺纹及攻丝、套丝等工作。因此，本机床适用于仪器、仪表制造，医疗卫生器械制造，适用于单件小批量生产。

二、车床尾架的工作原理

顶针（4）以1:20的圆锥体装在轴套（6）的锥孔内，螺母（9）用两外螺钉M12x20（10）与轴套固定，螺钉M15x30（8）用其圆柱端限制轴套只能作轴向移动。当转动手轮（14）时，通过键A8x14（15）使螺杆（11）旋转（不能轴向移动），再通过螺母（9）的作用，使轴套带着顶针作轴向移动。当顶针移动到所需要的位置时，转动手柄（7）和螺杆（19），使夹紧套（18、20）将轴套锁紧。整个尾架是靠定位键（25）嵌入床身的T型槽内作横向定位，但可沿槽作纵向滑动来改变尾架与主轴端面的位置，以适应加工不同长度的工件。顶紧工件后，可旋紧螺母M24（22）和双头螺柱M24x75（23），带动螺柱头（24）将尾架锁紧在床身上。（注：零件编号详情见配套A0图纸）

三、车床尾座的设计

尾座是卧式车床的重要附属部件，其主要作用是在加工特别是轴类零件时，

可以定心，同时具有辅助支撑和夹紧的功能。C0630卧式车床的尾座采用的结构设计合理，动、静刚度好，精度高。套筒和尾座的移动均为机械传动，套筒和尾座的夹紧、放松均采用相关机构夹紧，夹紧力足够大，安全可靠，工人操作简单、方便、效率高。这种结构的尾座优点在于：(1)精度保持性好，刚度高、精度高，抗震性能好，这种结构的尾座，采用整体式箱形结构设计，经有限元分析、计算，通过对尾座内部筋板的合理布置，提高了尾座的刚度和固有频率，避免在加工过程中出现影响加工精度的影响。尾座采用低应力高强度灰铸铁HT200，经良好的人工时效处理，热变形小，在加工大工件和大额切削力的情况下。尾座结构整体变形小，抗振性能好，满足普通卧式车床精度检验标准的标准。(2)结构更加简单、优化、合理，这种结构的尾座，总零件数和标准件数更少，是得相关的零件加工表面大大减低，比如零件之间配合的表面，采用这种结构的尾座可以减少配合的面积，是得加工效率高，满足现代加工要求，同时可以减少资源的浪费，顺应国家节能减排的方针要求。而且如果采用这种尾座，其加工，装配工艺性更好，节约了加工、装配总费用，降低了尾座的总重量和总成本。

下面详细介绍该车床尾座几个主要部分的设计

3.1 总体布局

经工艺分析后，确定出尾座所需的运动，如何实现这些运动，由哪个部件产生运动以及怎样产生所需的运动、运动控制、机床操作位置等，都是总体布局所要考虑的问题。总体布局是指按工艺要求决定所需要的运动，确定相关部件以及各个部件件的相对运动和位置关系，同时也要确定其它机构的配置，并作出部件的联系尺寸图。

总体布局的基本要求有以下几点。

1.保证工艺方法所要求的工件和刀具的相对位置和相对运动。

2.保证机床具有与所要求的加工精度相适应的刚度与抗振性。

3.使用方便。具体的说，就是便于操作、调整、修理机床；便于输送、装卸工件，排除切屑。

4.经济效果好，如节省材料、减少机床占用面积等。

5.造型美观。

总体布局设计的一般方法是，首先根据工艺分析分配相关的运动，选择传动

形式和支撑形式，然后安排操纵部位，并拟定在布局上改善部件的的性能和技术经济指标的措施。上诉方法之间有着密切联系，必要时可互相穿插或并进。

3.2 尾座体的设计

普通卧式车床C0630的尾座体是尾座的主要的机械部分，它是支撑其内部零件的整体框架。可以说尾座体设计的好坏，直接影响着后续设计。尾座体在设计时主要参考的是其它同类产品的尾座体和根据生产者在生产中所积累的生产经验，稍加改造而成的。一般的尾座其手轮位于操作工人的右手边，而我设计的尾座其手轮则是在操作者的正前方，也可以说是一种结构上的创新，满足不同操作工人的加工习惯。另外就是，尾座体的壁厚要尽量均匀，这样可以有效的降低其在铸造时的难度，避免产生缩孔、砂眼等影响其外部轮廓与技术要求的因素。同时，拐角处要设计成圆角以减少集中应力。尾座体的材料采用HT200，铸造加工而成。在尾座体的设计过程中考虑到加工工艺，需要设计出工艺凸台和工艺孔。这样可以减少加工量，提高效率。

3.3 尾座顶尖的设计

车床的尾座顶尖，它是在车床加工过程中起到定位作用的重要零件，它可以与主轴一起限制加工零件的自由度，另外还可以定心工件，因此顶尖的精度往往要求较高，在零件加工过程中要使尾座的轴心线与车床主轴的轴心线保证较高的同轴度与直线度在进行工件的加工过程中一般采用前后顶尖来支承工件，来定位工件的旋转中心并承受刀具在加工过程中所产生的切削力。顶尖是机械加工中的机床的重要部件，它可对端面复杂的零件和不允许打中心孔的零件进行支承。顶尖的一端可顶中心孔或管料的内孔，另一端则放入到尾座套筒内。顶尖的锁紧主要是靠顶紧力和加紧机构提供的压力，其主要夹紧工作原理会在下文中提到。顶尖一般由专门的工厂生产，我们只要根据自己的需要买产品。由于普通卧式车床C0630是中小型机械加工设备，尾座总体尺寸并不是很大所以选择莫氏6号的顶尖。莫氏锥度是一个锥度的国际标准，用于静配合以精确定位。由于锥度很小，可以传递一定的扭距，又因为有锥度，又便于拆卸。利用的就是摩擦力的原理，在一定的锥度范围内，工件可以自由的拆装，同时在工作时又不会影响到使用效果，比如钻孔的锥柄钻。在锥柄上好后，钻头可以将工件钻出需要的孔，而锥柄

处不会出现转动现象。又比如钻孔的锥柄钻，如果使用中需要拆卸钻头磨削，拆卸后重新装上不会影响钻头的中心位置。

3.4 支撑件的设计

支撑件是设备的基础构件，包括横梁、摇臂、底座、箱体等。这些构件一般都比较大，所以也称大件。

支撑件的种类繁多。按构造方式可分为机座类、箱壳类、机架类、平板类；按结构可分为整体式和装配式；按制造方法可分为铸造式、焊接式、螺栓式和组合式；按力学模型可分为杆系结构、板壳结构和实体结构。支撑件的主要功用主要包括以下几点。

①支撑件安装机器各部件零部件，并承受各种静态力及动态力（切削力）。

②保证各零部件间的相对位置精度和运动部件的运动精度。

③用作液压油，润滑油，切削液的存储器。

④独立完成某些功能，如托架、支撑套等。

支撑件的设计步骤

支撑件的结构形状十分复杂，受力条件也很复杂，难以进行符合实际的简化理论计算。因此，设计时首先根据其使用要求进行受力分析，其次根据所受的力和其他要求，并参考现有设备的同类型件，初步决定其形状和尺寸。对重要的支撑件，在初步选定其形状与尺寸后，可用有限元法，借助计算机进行验算或进行模拟实验，求得其静态与动态特性，并据此设计进行修改或对几个方案进行对比，选择最佳方案

3.5 套筒移动的进给机构

如上图所示为丝杠螺母结构，本结构主要是为了驱动套筒的运动。进而里面的顶针相继运动。在加工过程中，特别是在加工一些轴向长度较短的零件时，往往需要移动套筒顶针来进行工件的精准定位与夹紧，此时如果采用图中所示的结构。则可以大大地简化结构，节约成本，提高效率。

3.6 操纵机构设计

操纵系统是能够实现人为控制机械运行状态的机构及其装置的组合。机械系统的运动状态如启停、换向，传动系统中传动路线的改变，执行系统的运动方式

等都是由操纵和控制系统的给定输入决定的。操纵机构虽不直接参与机床的工作运动，对机床的精度、刚度和寿命等不产生直接影响，但对机床的布局，使用性能，生产效率及外观造型等都有一定的影响。因此，在确定机床总体方案时，对操纵机构加以考虑，并与相关部件一起进行结构设计。

操纵机构应满足的基本要求：

1.轻便省力。操纵系统设计时应尽量减少操纵力，有益于提高劳动生产效率和安全性，提高操纵系统的灵敏度。手轮与手柄的操纵力不应超过GB9061关于操纵力的规定。可采取以下措施。选择合适的传动比、杠杆比，适当加长操纵手柄或加大手轮直径；将常用的操作件布置在人手所能及的便于操纵的区域，还要根据具体情况就位，不应过高、过低或过远。

2.易于操纵，便于记忆。为操纵方便舒适，不仅要求操纵力和操纵行程的大小要适宜，而且操纵件的形状、尺寸、布置、运动方向和各操纵件的标记，操纵顺序都要符合人体状况和动作习惯。为了减少操纵时产生差错和防止事故，可采取以下措施。操纵件与运动件的运动方向应一致，手轮、摇把等的旋转方向应符合操作习惯，即顺时针旋转时，移动件的移动方向应为离开操作者或向右；操作手柄的尺寸应与人手相称，不宜过大或过小。

3.操纵件定位可靠。变换及换向用的操纵机构必须可靠定位，以免工作过程中自动松开。有时操纵系统还需有自锁，互锁功能或具有自动复位功能。此外，根据机床的特点，对操纵机构应有不同的要求。

3.7 尾座的结构工艺性

尾座即铸件的结构是指铸件的外形，内腔，壁厚及壁间的连接形式，加强板筋等。在进行铸件结构设计时，不仅要保证零件的使用要求，还要考虑铸件铸造性能要求，以及切削加工对铸件结构的要求，即铸件的结构工艺要求。

质量好的铸件应当具有轮廓清晰，尺寸精确，组织致密，细小颗粒等特点。铸造性能是影响铸件质量的重要因素。一般情况下，应当从以下几个方面考虑：

1.铸件的壁厚应合理。铸件的壁厚越大，金属液流动时的阻力越小，而且保持液态的时间越长，因此有利于金属液充满型腔。但是，随着壁厚的增加，金属液的冷却速度变小，壁厚铸件容易产生缩孔、缩松、晶粒粗大等缺陷，从而使铸件的力学性能下降。从这方面考虑，各种铸造合金都存在一个临界壁厚。

2.铸件壁厚应尽量均匀。铸件各处的壁厚如果相差太大，必然会在厚壁处产生冷却慢的热节，热节处最后冷凝得不到充分补偿时，便会产生缩孔，缩松，晶粒粗大等缺陷。同时，由于不同的壁厚的冷却速度不一样，因而会在厚壁与薄壁之间产生热应力，就有可能导致产生热裂纹。对于壁厚相差较大的铸件，由于收缩不均匀易产生变形。

3.壁间连接要合理。要有铸造圆角；在铸件的转弯处如果是直角连接，则在此处不仅会形成热节，容易产生缩孔和结晶薄弱区，又应产生应力集中而容易导致结晶薄弱处产生裂纹。

4.壁厚与薄壁连接要逐步过渡。不同壁厚的连接要逐步过渡，避免突变；壁间连接应避免交叉于锐角两个以上铸件壁相连接处往往会形成热节，如果能够避免交叉结构和锐角相交，即可防止缩孔等缺陷。

3.8 套筒夹紧机构的设计

在设计套筒夹紧机构时，主要包括了带有一段螺纹的轴以及上下套筒。此机构在工作原理是上下套筒相对运动，挤压里面的套筒，从而使它夹紧。当需要夹紧时，操作手柄，通过机构上套筒受到压力向下运动，而此时的下套筒由于是和轴螺旋传动。所以下套筒的运动是向上的。在上下套筒的相对运动中，使得中间的套筒夹紧。本结构夹紧力大，且安全可靠，可以达到设计要求。

3.9 装配结构的工艺性

产品的结构工艺性包括产品生产工艺性与产品使用工艺性，前者是指其制造的难易程度和经济性，后则指其在使用过程中维护保养和维修的难易程度与经济性。产品生产工艺性除零件结构的装配工艺性外，还包括产品结构的装配结构的工艺性。在产品的整个生产过程中，机器结构的装配工艺性占有很重要的地位，装配过程的难易，成本的高低，以及机器使用是否良好，在很大程度上取决于它本身的结构，因此，产品结构的装配工艺性也是评定机器设计好坏标志之一。

装配对产品结构的要求，主要是要容易保证装配质量，装配的生产周期要短，装配劳动量要少，归纳起来，有以下6条要求。⑴结构的继承性要好。能继承已有产品的结构，便于零部件标准化，通用化，系列化，并可减少劳动量，降低成本，提高装配生产率；⑵能分解为若干个独立的装配单元；⑶各装配单元要有正确的装配基准；⑷要便于装配和调整；⑸减少装配时的修配工作和机械加工；⑹

满足装配尺寸链“环数最少原则”。

四、尾座的设计计算

根据工件最大长度和最大旋转外径假设工件最大重量 Q=2760N

顶尖和三爪卡盘支撑工件可简化为简支梁，尾座负重Q/2=1380N

尾座主轴伸出尾座体最大长度 100mm

尾座套筒直径 90mm

钢的弹性模量 E = 2.1×106kgf/cm 2

断面惯性矩 I=201×104mm^4

顶尖伸出套筒长 99mm

据公式 ()c c p F K fa N =

查表可知单位切削力KC= 2305N/mm2 f = 0.3mm/r ap = 3.4mm

故切削力 Fc = 2370N 机床加工如此重的工件时，尾座主轴一般紧缩在尾座体内，现在假设尾座主轴伸出为尾座主轴伸出尾座体最大长度的1/2，即伸出50mm ，悬臂50mm+99mm=149mm 。

4.1 挠度的计算

3

3

63(23701380)16.93 2.110201

0.000137Pl EI

γ=+?=???=

/0.00000081t γ=

许用挠度[/]0.0001~0.0005t γ= ,所以 /t γ在合理范围之内。

4. 2 转角的计算

2

2

62(23701380)16.92 2.110201

0.00127Pl EI

θ=+?=???=

许用转角[]0.001~0.005rad θ=,所以θ在合理的范围之内。

五、尾座精度的设计

5.1尾座与机床形位公差的确定

设计的过程中不仅要保证尾架内部各个部件的相互配合关系和配合精度确保尾架座套筒顶尖的准确定心，还要确保尾架体与机床其他部件的配合关系，使尾架体各部件与溜板，主轴的形位精度达到一定的设计标准，减少设计失误。

而由于尾座对机床其他部件的几何形状误差导致在对工件的加工过程中使工件的尺寸、形状精度降低，严重影响加工后的工件质量。

因此在进行尾座的设计中，不仅要考虑到各设计要素之间的相互配合关系，还要考虑到在实际的安装过程中与机床其他部件的各安装要素之间的相互配合关系。

5.2 底面及立导向面形位公差的确定

尾座体底面设计精度的高低是尾座安装在机床上以后定心精度高低的重要影响因素。它不仅影响到与主轴中心线的同轴度误差，而且还会影响到尾座套筒锥孔轴线与溜板的平行度等。立导向面是与尾座底面上垂直的平面，在尾座的设计中不仅要求尾座可以在导轨上横向移动，同时为了加工椎体或其他形状的零件，还需要为题作在地板上做纵向移动，通过安装在尾座底板上的螺栓与固定在尾座体下部的螺母孔相旋合使尾座体上部偏移。