數(shù)控機床自動對刀儀的設計含開題及13張CAD圖,數(shù)控機床,自動,對于,設計,開題,13,cad 數(shù)控機床自動對刀儀的設計 摘 要：為滿足用戶對加工精度和效率越來越高的要求，很多數(shù)控機床生產廠家及用戶都希望在其機床上配備各種加工精度監(jiān)測設備，在機床上使用測量裝置進行自動測量，對刀具位置進行測量，并根據測量結果自動修正刀具的偏置量，使同樣的機床能加工出更高精度的零件。本文設計的就是一個能在簡易數(shù)控鏜床上使用的自動對刀儀.本對刀儀對刀迅速簡捷，一般對刀只需幾分鐘，而且對刀準確，有信號顯示，使用非常方便，消除對刀者對刀的煩惱，提高數(shù)控鏜床加工效率，具有較高的實用價值。 關鍵詞：自動對刀儀;刀補；數(shù)控鏜床 Design of automatic tool-setting instrument for NC Machine tool Abstract：To satisfying the more and more needs of customer in manufacturing precision and in efficiency, a lot of NC lathe factories and customers hope to provide kinds of monitor equipments to process the precision,using the measure equipment to measure automatically,so that receive the tool directly,and automatically correct the tool positions according to the measure result,thus we can get the higher precision in same NC lathe. This paper aims to designing a tool checking instrument that can be used for NC Boring Lathe. By the display of signal,the tool checking not only can work accurately and expediently but also can avoid the bother of operator,increasing the level of processing efficiency and having the higher practical applying value. Key words:Tool Checking Instrument; tool repair; NC boring lathe  目 錄 摘要……………………………………………………………………………………1 關鍵詞…………………………………………………………………………………1 1 前言…………………………………………………………………………………2 2 國內外對刀儀產品介紹 …………………………………………………………3 2.1 國內產品………………………………………………………………………3 2.2 國外產品……………………………………………………………………3 3數(shù)控機床自動對刀儀的設計要求…………………………………………………3 4 整體方案的設計……………………………………………………………………4 4.1方案比較………………………………………………………………………4 4.2方案細化優(yōu)選…………………………………………………………………6 4.3標準公差及配合的選用……………………………………………………7 4.3.1標準公差…………………………………………………………………7 4.3.2配合………………………………………………………………………8 4.3.3標準公差與配合的選用…………………………………………………8 4.3.4基準制的選用……………………………………………………………8 5 零部件設計…………………………………………………………………………9 5.1刀套的設計……………………………………………………………………9 5.2軸承的設計…………………………………………………………………10 5.3底座的設計…………………………………………………………………12 5.4底座端蓋的設計……………………………………………………………13 5.5端蓋的螺栓設計……………………………………………………………14 5.6導柱的設計…………………………………………………………………14 5.6.1設計要求………………………………………………………………14 5.6.2設計過程………………………………………………………………15 5.6.3細長軸加工工藝………………………………………………………21 5.7彈性滑套的設計……………………………………………………………22 5.7.1設計要求………………………………………………………………22 5.7.2上彈性導套的作用……………………………………………………22 5.7.3上彈性導套的設計程序與過程………………………………………23 5.7.4下彈性導套的作用……………………………………………………24 5.7.5下彈性滑套擰緊支塊的設計…………………………………………24 5.8限位板的設計………………………………………………………………24 5.8.1設計要求………………………………………………………………24 5.8.2設計過程………………………………………………………………24 6傳動方案的設計…………………………………………………………………25 7 對刀儀的裝配……………………………………………………………………25 8簡易對刀儀的使用說明…………………………………………………………27 9 結論………………………………………………………………………………27 參考文獻……………………………………………………………………………28 致謝…………………………………………………………………………………29 1 前言 隨著生產和科學技術的發(fā)展，機械產品日趨精密、復雜和改型頻繁，單件和小批量產品占到70%以上。而且當產品改型時機床與工藝裝備均作較大的變換和調整，這就要求機床具有較強的適應產品變化的能力，數(shù)控機床應運而生并且很快得到廣泛的應用[22]。另一方面目前制造業(yè)正處于設備新老交替階段，經濟型數(shù)控鏜床和采用簡易數(shù)控裝置改造的普通設備的應用非常廣泛，這些數(shù)控鏜床是使用最廣的數(shù)控機床，約占數(shù)控機床總數(shù)的42%，是加工回轉類零件的主要設備，且多為開環(huán)控制的數(shù)控系統(tǒng)，經濟實用。但是開環(huán)控制的簡易數(shù)控鏜床，由于不具備位置檢測功能，所以每次開機后，刀具距離機床零點的位置是隨機的，為了確定刀具(起刀點)在機床坐標系中的位置，操作者只能通過試切用卡尺測量或通過刻度盤讀數(shù)，大概的確定刀具初始位置[15]，即實現(xiàn)所謂對零操作，從而獲取起刀點在機床坐標系內的坐標值。其次對于簡易數(shù)控鏜床刀架上安裝的多把刀具而言，由于刀具類型不同，有安裝時的隨機性，而且多把刀的刀尖位置不一致，需一把一把地去測量并計算出刀補值，以便換刀時使程序能繼續(xù)運行加工合格的零件。手動對刀特別麻煩且誤差大，對于需頻繁換刀的小批量工件的加工，更會增加大量占機試切工時，使加工效率大大降低，且不利于實現(xiàn)自動化加工，使數(shù)控機床的優(yōu)勢難以發(fā)揮。由于每把刀具的刀位點(車刀刀尖)在機床坐標系中的位置是不同的，如果以對零操作時使用的刀具為標準，則其它刀具與標準刀具刀位點之間存在一個相對位置偏差，即所謂刀補值，為了獲取加工程序中所需刀補數(shù)據，對刀架上的各刀具均需用對零操作相似的辦法進行操作[20]。這樣就增加了許多人為因素，降低了加工精度和生產率(尤其是形狀比較復雜，使用刀具較多的情況下)，使數(shù)控系統(tǒng)的優(yōu)勢難以充分發(fā)揮。若使用對刀裝置，對出標準刀后，以后的刀具通過觸發(fā)對刀儀記錄相對于標準刀的位置偏差，便可得到各刀的刀補值，既準確可靠，又很方便。對于產品更新頻繁，生產周期要求短的加工，更有必要使用對刀裝置。另一方面由于用戶對加工精度和效率的要求越來越高，很多數(shù)控機床生產廠及用戶都希望在其機床上配備各種加工精度監(jiān)測設備，在機床上使用測頭進行自動測量，在加工循環(huán)中不需人為介入，直接對刀具尺寸及位置進行測量，并根據測量結果自動修正刀具的偏置量，使同樣的機床能加工出更高精度的零件[21]。 2 國內外對刀儀產品介紹 2.1 國內產品 目前，國內比較成熟的數(shù)控鏜床的對刀儀器是手動對刀儀，當?shù)毒吲龅綄Φ秲x的測頭時，對刀儀的信號指示燈亮，此時記錄下屏幕上的刀具坐標即為刀具的真實坐標。最后根據測得的數(shù)據做簡單的運算，便能得到刀補值，如哈爾濱先鋒機電技術開發(fā)有限公司開發(fā)的ETC一l和ETC一4M電子對刀器，對刀簡單，直觀清晰，適合于數(shù)控車、銑、銼等機床。由于該系統(tǒng)利用機床數(shù)控系統(tǒng)實時坐標顯示功能在機床上實現(xiàn)刀具的X軸(工件直徑)和Z軸(工件長度)方向上的對刀，采用這種對刀器對刀時，機床主軸不必旋轉，所以操作簡單，有利于提高生產效率。因此，該對刀儀在對刀功能更為齊全的同時，又可以得到比較高的測量精度，另外對刀儀的安裝也比較方便。但該對刀儀的缺點也很明顯，對刀儀是靠三爪夾盤來固定的，這樣裝夾工件后便不能對刀，而且對完刀后還需將對刀儀取下，降低了工作效率[13]。 2.2 國外產品 目前，英國、美國、德國、日本、瑞士和意大利等國均有多種型號的對刀儀產品。如德國的Zoller、Mi一ocrset和美國的EX一ELL公司的產品，不僅能迅速進行瞄準測量，而且能夠利用微機對刀庫進行管理?？傮w來說，國外數(shù)控鏜床的自動對刀儀的技術較成熟，但價格較高，與其它機床的匹配也比較專業(yè)，需要進行人員培訓和專門的技術服務。而且也只是為數(shù)不多的大企業(yè)才能夠生產，如:著名的英國雷尼紹公司，該公司的產品主要是一種電機驅動的全自動精密對刀儀，該對刀儀的重復定位誤差極小，所以每次對刀完畢，可將對刀臂打回原位，操作方便而且精度較高其測量精度為0.001。測頭通過聯(lián)接臂和底座固定在機床主軸旁，測頭的垂直中心線分別與機床的x、z軸平行。測量時移動刀架，當?shù)毒叩牡都獠糠峙c測頭接觸時，測頭發(fā)出觸發(fā)信號，通過信號連接線觸發(fā)數(shù)控系統(tǒng)記下此時的刀具位置，然后通過相應的測量軟件計算出刀具的固定補償值，并直接傳送至相應的刀補單元。測量完畢后操作者即可使用該刀具進行力口工。該對刀儀還可以進行刀具破損檢測，刀具破損檢測功能能夠檢查刀具的長度，以確定刀具在最后一次設定后，是否有任何破損或裂紋[11]。 3 數(shù)控機床自動對刀儀的設計要求 數(shù)控機床自動對刀儀的設計思路源于對簡易對刀儀的原理的理解和延伸，在此基礎上就孕育了我的設計。 數(shù)控機床自動對刀儀的設計原理是抓住了對刀儀測量的是刀尖的最高點和刀尖的最大旋轉半徑原理，設計是在此基礎上利用兩個基面來確定刀尖的最高點和刀尖的最大旋轉半徑的，一個水平的高度基面和一個垂直的半徑基面；通過測量這兩個基面所移動的距離來計算出其他刀具相對于基準刀的差值，以達到測量的目的。 數(shù)控機床自動對刀儀的設計要求是根據其的使用環(huán)境（數(shù)控加工車間），加工制作條件和經濟條件多方面的考慮，只要求其的測量精度達到0.01mm，所以采用數(shù)顯卡尺（數(shù)顯卡尺的測量精度為0.01mm）和千分表配合使用。使用環(huán)境在刀尖高度方面的尺寸要求相對于刀尖半徑方面的尺寸要低些，因此，刀尖半徑方面的尺寸測量加一個千分表作精確測量，半徑方面的尺寸可以達到0.001mm，完全能夠滿足使用要求。 4 整體方案的設計 方案一：雙圓導柱式 方案二：單圓導柱式 1） 對稱式 1 ） 普通圓導柱式 2） 單邊式 2 ） 雙削邊圓導柱式 4．1 方案比較 方案一如圖所示： 圖1 雙圓導柱式 Figure 1 The double circle guide rod type 方案一中的對稱式把測量半徑的量具兩邊都固定死了，一防止了滑套的轉動，二防止了出現(xiàn)自由誤差（由于測量半徑的量具兩邊都固定了，上下滑動時，兩滑套隨便怎么傾斜，量具都是水平的，出現(xiàn)的誤差是一個系統(tǒng)誤差，是可以確定的），但由于是固定死的，不能轉動，上面的量具就必須向上移動很長一段距離才能把刀具放得下去，這樣就增加了圓導柱的加工難度，那樣的圓導柱是一跟細長軸，既要保證圓柱度，又要保證垂直度，是很難達到加工要求的。 單邊式的是讓上滑套在同一邊兩個并排的一大一小的導柱上滑動，下滑套是在大導柱上滑動，同時還固定了小導柱，這樣就延續(xù)了雙圓導柱防止出現(xiàn)自由誤差的優(yōu)點。上下滑套可同時繞大導柱轉動，這樣就防止了量尺與刀具的干涉，方便了放刀，把普通圓導柱的優(yōu)點也結合起來了，同時也出現(xiàn)了轉動的不確定性，為防止這一點，我們在底座上加了一個定位裝置——中心定位裝置，解決了普通圓導柱很難確保量具過刀具中心的確定，相對精度有所提高。由于可以轉動了，導柱的高度也就降下來了，比對稱式節(jié)約材料，而且精度也高些。由于滑套又出現(xiàn)了既要轉動又要滑動，滑套又繼續(xù)采用了滾針式配合接觸，無形之中又增加了加工難度和裝配難度[3]。 雙圓導柱式的結構把自由誤差轉變成了系統(tǒng)誤差，測量精度有所提高，加工也比較容易，裝配時相對較復雜些。 方案二如圖所示： 圖2 單圓導柱式 Figure 2 The single circle guide rod type 方案二中普通圓導柱式容易加工，易保證加工精度，裝配容易，能很好的達到配合要求。但由于考慮要放刀具下去，因此就要求圓導柱上滑套必須能夠轉動，同時又要考慮到還要上下滑動，所以滑套與導柱的配合要求就很高，采用滾針式接觸（價格低廉）或者是直線式軸承套（價格比較貴）能解決配合問題，滾針式接觸能達到配合要求而且價格便宜，所以采用后者。由于這樣導致上面的滑套容易轉動，而且同時必須轉動一定角度才能把刀具放下，因此準確固定上增加了難度，這樣就很難保證測量工具與刀具的中心在一條線上，測量比較困難，而且測量精度比較低[10]。 雙削邊圓導柱式解決了普通圓導柱上的滑套會轉動的問題，由于只要求上下滑動，所以不要用滾針式接觸了，也就簡化了裝配，同時，它與底座的配合是一個普通圓柱和雙削邊圓柱組合的臺階式軸，容易保證測量工具與刀具的中心在一條線上，而且也容易讓上面的測量工具偏轉一個角度，只要稍微提起導柱，旋轉180度，就可以把刀具放下，但這樣也就要求雙削邊圓導柱與底座的配合要求相當高，相對普通圓柱式的加工就困難多，而且由于加工精度要求比較高，那些與之配套的滑套孔就很難達到加工要求，明顯就增加了成本。 單圓柱式的外型簡單，容易裝配，加工時易保證各方面的加工尺寸要求，但是裝配以后，上滑套移動后，隨時都有一個傾斜的角度，而且這個角度是在變化的，有時可能上抬，有時也可能是下降，造成自由誤差太大，對測量精度影響大。 4．2 方案細化優(yōu)選 軸承與刀套的配合：軸階式的和階梯式的 圓導柱：普通圓柱型和削邊圓柱型 底座：圓導柱單邊分布型和對稱分布型 滑套：彈性滑套和嵌滾針滑套 數(shù)顯卡尺安放：測量半徑和測量高度的數(shù)顯卡尺 測量精度的提高：數(shù)顯卡尺和千分表配合使用 通過對各部分細化優(yōu)選，并對一些局部零件進行修改以及裝配方法的改變，使得整體方案達到了一種最優(yōu)搭配，得出整體方案的草圖如下： 圖3 整體方案草圖 Figure 3 Whole project grass diagram 從整體方案中可以看出，綜合了幾種方案的優(yōu)點，軸承與刀套采用的是階梯式的安裝方式，這是考慮到實驗室的實際加工條件，一次性鏜孔太深會出現(xiàn)一定的錐度，有可能使下面的軸承放不到位，做成階梯式的就減少了這種可能；采用了單圓導柱和雙圓導柱相結合的優(yōu)點，外加了一個提高測量精度的千分表配合使用；為了提高底座的平穩(wěn)性，采用了支出塊對稱分布；為防止滑套可能會卡死，采用了彈性滑套，還防止了滑套與導柱之間出現(xiàn)較大間隙，盡可能的達到無間隙配合；為了使用起來方便點，采用了測量半徑的數(shù)顯卡尺反裝，這樣就不需要轉動卡尺，就可以放下刀具，減少了因轉動帶來的不定定位誤差[9]。 此外，考慮到右邊的小導柱很容易發(fā)生位置偏移，因此在后面的設計中加了一塊用于限位的限位板。 4.3 標準公差及配合的選用 4.3.1 標準公差 GB/T1800.2-1998規(guī)定標準公差等級代號用符號IT和數(shù)字組成，例如IT7。當其與代表基本偏差的字母一起組成公差帶時，省略IT字母，如h7。GB/T1800.3-1998對基本尺寸至500mm內規(guī)定了IT01、IT0、IT1—IT18共20個標準公差等級：基本尺寸大于500mm至3150mm內規(guī)定了IT1至IT18共18個標準公差等級[8]。 4.3.2 配合 GB/T1800.2-1998規(guī)定配合用相同的基本尺寸后跟孔、軸公差帶表示孔、軸公差帶寫成分數(shù)形式，分數(shù)為孔公差帶：分母為軸公差帶，例如52H/g6或52 配合分基軸制配合和基孔制配合：如有特殊要求，容許將任一孔、軸公差組成配合，無論基孔制配合還是基軸制配合，都有間隙配合、過渡配合和過盈配合三類。 4.3.3 標準公差與配合的選用 公差與配合的選用不僅關系到產品的質量，而且關系到產品的制造和生產成本。選用公差和配合的原則應為：在保證產品質量的前提下盡量可能便于制造和降低成本，以取得最佳的技術經濟效果，選用公差與配合的方法大體可歸納為類比法、計算法和實驗法三種，類比法又稱“先例法”、“對照法”，它是以類似的機械、機構、零部件為參照對象，在功能、結構、材料和使用條件等方面與所要設計的對象進行對比后，確定公差與配合的方法。計算法是按照一定的理論和公式通過計算確定公差和配合的方法。我國已將尺寸鏈的計算和選用（見 GB/T5847-1986）,過盈配合的計算和選用（見GB/T5371-1985）進行了標準化。間隙配合計算以及計算機輔助公差設計（含優(yōu)化設計、并行設計）等方法也日趨成熟，但尚未制定標準和推廣。實驗法是通過實驗確定公差和配合的方法。以往常用比較古老的方法進行實物實驗，現(xiàn)在由于科學技術和計算機的發(fā)展，各種模擬、仿真等先進方法也應用而生[12]。 4.3.4 基準制的選用 基準制的選用應從結構、工藝、經濟等方面綜合考慮。GB/T1800.2-1998提出：一般情況下優(yōu)先選用基孔制配合，如有特殊需要，容許將任一孔、軸公差帶組成配合。之所以提出優(yōu)先選用基孔制配合，主要出自工藝、經濟的考慮一般中等尺寸有較高公差等級要求的孔，常用定植刀具（如鉸刀、拉刀等）加工，用定植量具（如光滑極限量規(guī)）檢驗，如用基孔制配合，既可減少定值刀、量具的品種，又利于提高效率和保證質量?；鶞手频倪x用與使用要求無關，主要從結構、工藝和經濟幾方面來考慮[7]。 1 、一般情況下有限使用基孔制。如果對基本尺寸相同的孔和軸，給定的公差值相同，這時孔比軸的加工要困難。當采用基孔制時，可以減少定值刀具、量具的規(guī)格數(shù)量，有利于刀、量具的標位化、系列化。 2 、與標準件配合時 ，配合制的選擇通常依標準件而定。如與滾動軸承內圈相配的軸選用基孔制，與滾動軸承外圈配合的孔選用基軸制。 3 、為了滿足配合的特殊要求，允許采用混合配合。 5 零部件的設計 5.1 刀套的設計 刀套的尺寸是由刀具錐柄的尺寸得來的（型號：ISO7388-40）[1]。 如圖示刀具錐柄為銑床用標準刀具錐柄，最大圓面為：44.45mm，圓錐面的長度為：68.4mm，錐度為7：24，刀具錐柄下面還有一段拉釘伸出的長度為：35mm。 由圖示尺寸和考慮到要保證刀套的強度而得出的刀套壁厚大于10mm小于15mm就產生了刀套的初略外形，由于還要考慮到轉動，刀套還得與軸承配合，我們就選用了45mm和60mm的內徑的軸承，于是就有了如圖示的刀套尺寸。 圖4 刀具錐柄圖 Figure 4 Diagram of tool taper shank 圖5 拉釘圖 Figure 5 Diagram of pop rivete 圖6 刀套圖 Figure 6 Diagram of an edge case 5.2 軸承的設計 滾動軸承的代號 滾動軸承代號有基本代號、前置代號和后置代號組成，用字母和數(shù)字表示。 5.2.1 基本代號用來表示軸承的內徑、直徑系列、寬度系列和類型 1）軸承的內徑用基本代號右起第一、二位數(shù)字表示，對常用內徑d=20~480mm的軸承，內徑一般為5的倍數(shù)，如04表示d=20mm,內徑10mm，12mm,15mm和17mm的軸承，內徑代號一次為00、01、02和03. 2）軸承的直徑系列，用基本代號右起第三位數(shù)字表示，直徑系列代號有7、8、9、0、1、2、3、4、5。對應于相同內徑軸承的外徑尺寸依次遞增。 3）軸承的寬度系列用基本代號右起第四位數(shù)字表示，當寬度系列為0系列時，對多數(shù)軸承在代號中不標出寬度系列代號0，但對于調心滾子軸承和圓錐滾子軸承寬度系列代號0應標出[4]。 5.2.2 后置代號 1）軸承的公差等級分為2級、4級、5級、6級和0級，共六個級別，依次由高級到低級，其代號分別為/P2、/P4、/P5、/P6、/P6X和P0。公差等級中，6X級僅適用于圓錐滾子軸承；0級為普通級，在軸承代號中標出。 2）常用的軸承徑向間隙系列分為1組、2組、0組、3組、4組和5組，共6咯組別，徑向游隙依次由小到大。0組游隙是常用的游隙組別，在軸承代號中不標出，其余的游隙組別在軸承代號中軸承代號中分別用/C1、/C2、/C3、/C4、/C5表示。 5.2.3 前置代號 軸承的前置代號用于表示軸承的分部件，用字母表示，如用L表示可分離軸承的可分離套圈；K表示軸承的滾動體與保持架組件等等。 如30209—表示內徑為45mm，圓錐滾子軸承，尺寸系列為02，正常結構，0級公差，0組游隙。 如30212—表示內徑為60mm，圓錐滾子軸承，尺寸系列為02，正常結構，0級公差，0組游隙。 角接觸球軸承與圓錐滾子軸承的比較： 角接觸球軸承：可同時承受徑向和軸向載荷，限制一個方向的軸向位移，根據轉速高，適宜于承受徑向和軸向載荷的聯(lián)合載荷，通常成對使用，接觸角大時可承受的軸向載荷也較大。 圓錐滾子軸承：30000型可承受以軸向載荷為主的軸向和徑向聯(lián)合載荷，31000型可承受以軸向載荷為主的軸向和徑向聯(lián)合載荷，限制一個方向的軸向位移，極限轉速中，可分別安裝內圈和外圈，在安裝和使用中，可調整徑、軸向游隙，常用于轉速不太高，剛性好，徑向和軸向載荷較大的軸，常成對使用。 選擇滾動軸承類型時，應考慮的因素： 1） 軸承所受載荷的大小和方向（徑向、軸向或既有徑向又有軸向的聯(lián)合載荷） 2） 軸承載荷的性質（固定、動或沖擊載荷） 3） 工作環(huán)境（溫度和濕度等）和軸承轉速。 4） 對軸承剛性的要求（預緊以增加軸承部件的剛度） 5） 調心性能的要求（軸的軸線和殼體孔的軸線的同軸度） 6） 軸向位移的要求（固定支撐或游動支撐） 7） 要求軸承工作時振動小，噪聲低和安裝維修方便等。 試選擇圓錐滾子軸承，已知軸頸直徑d=45mm,轉速小于100r/min,軸承的工作溫度t＜50°C，載荷有輕微沖擊，要求軸承的使用壽命為L=10年=87600小時 1) 按題意試選30205型軸承 2) 選角度 參考資料：?機械設計?第七版 濮良貴 紀名剛主編 高等教育出版社 由上述參考資料P302表13-1常用滾動軸承的類型，主要性能和特點查得a=18o 3)求Fa 。Fr ∵Fa/ F=Cos18° Fr/F=Sin18o ∴Fa=5×9.8×cos18°=46.6N Fr =5×9.8×sin18°=15.14N 4)求比值: Fa/ Fr=46.5/15.14=3.08 參考資料：?簡明機械設計手冊?唐金松主編 第二版 上?？茖W技術出版社 由上述資料P446頁表15-24圓錐滾子軸承（GB/T297-94） 查得：e=0.4 ∴Fa/ Fr=3.08＞e ∴可查的Y=1.5 由?機械零件?P314頁表3-15徑向動載荷系數(shù)X和軸向動載荷系數(shù)Y查得： X=0.4 5)初步計算當量動載荷P，根據： P=fp(X Fr+Y Fa) 由?機械零件?表3-16載荷系數(shù)fp查得 fp=1.0-1.2 取 fp=1.2 6）根據式： 由?簡明機械設計手冊? P418頁規(guī)定滾子軸承Σ=10/3 ∴ 7）根據?機械零件?314頁表13-5有：當量動載荷P=91.15N 8)驗算30204軸承的壽命，根據： ∴ ∴約等于預期計算壽命 故可采用30204型號軸承[24] 5.3 底座的設計 底座的尺寸是由刀套與軸承的配合得來的。 上面已經有刀套和軸承的基本尺寸以及零件圖，刀套和軸承配合起來的組合件的外形尺寸就決定了底座的內孔尺寸，因為二者配合一種緊配合；刀套和軸承配合的最大外徑加上留出的壁厚，螺釘直徑和強度余量，得出底座的基本尺寸。底座的支出塊尺寸是由整體方案中量具的安放位置和滑套的尺寸來確定（在此待定，只定大概外形）。 底座的外形是由整體方案得來的。 基本尺寸與整體方案要求結合起來定下底座的基本外形，由上面的尺寸和整體方案可一確定底座的外形，支出塊的外形在整體方案中就已經選擇了，其具體的尺寸由導柱和滑套的具體裝配尺寸來確定。 圖7 底座圖 Figure 7 Base diagram 5．4 底座端蓋的設計 參考資料：《機械設計—課程設計圖冊》 龔溎義主編 第三版 高等教育出版社[2] 具體參考在《機械設計—課程設計圖冊》P85頁軸承端蓋結構（6） 由于底座的錐套伸出底座的上表平面，故端蓋必須采用中間空的環(huán)行端蓋，即如圖8所示： [參考《機械設計——課程設計圖冊》P85頁圖（6）] 圖中各尺寸的確定： e = 1.2 d3 = 1.2 6 = 7.2 [在（底座端蓋的螺栓設計）中設計d3=6] 由于m ≥10mm , 故選用m=10mm 由于s3=6～8mm,故選用s3=7mm 由于d1、 b1、 b2由密封尺寸確定，故 d1=69 b1=15 b2=7（見機械零件手冊P127） 由于D2=D+（5～5.5）d3 因為D=110mm d3=6mm 所以D2=110+（5～5.5）6=140～143mm 選D2=140mm 由于D0=0.5 (D2+D)=0.5 (140+110)=125mm 圖8 底座端蓋圖 Figure 8 Diagram of the end cap of base 5.5 端蓋的螺栓設計 參考資料：機械零件手冊 周開勤主編 第五版 高等教育出版社 根據底座端蓋的直徑為40mm,端蓋，厚度選擇GB/T5783-2000MX20的螺栓。 螺栓的尺寸數(shù)據由?機械零件手冊?P72頁表6-12六角頭螺栓---全螺紋---A和B級。 （GB/T5783-2000）查得：（螺栓圖在?機械零件手冊?的P74頁） L=20 a=3 k=4 d=6 k’=3 C=0.5 r=0.3 da=6.8 dw=9 e=12 S=10 a=30o 5.6 導柱的設計 5.6.1 設計要求 幾何精度，即導向精度，也就是運動直線度和回轉精度，直線度為0.01mm，圓柱度為0.01mm； 運動精度：一是運動的平穩(wěn)性，低速沿著導柱爬行，垂直度為小于0.01個絲； 二是定位精度（線定位），沿直線爬行，不沿圓柱轉動，即沿圓柱的轉動值為0。 具有足夠的承載能力和剛度，使用壽命為10年； 結構簡單，工藝性好，便于調整和維修； 具有良好的潤滑和防護裝置。 材料選擇： 應具有良好的耐磨性、摩擦系數(shù)小、動靜摩擦系數(shù)小； 加工和使用時產生的內應力小，尺寸穩(wěn)定性好等性能。 設計程序和內容： 根據工作條件、負載特點，確定導柱的類型，截面形狀和結構尺寸； 進行導柱的力學的計算，選擇導柱的材料，表面精加工和熱處理方法以及摩擦面硬度匹配； 設計導柱的配合間隙和預加負荷調整機構； 設計導柱的潤滑方法及防護措施； 制定導柱的精度和技術條件。 5.6.2 設計過程 大導柱的作用： 使彈性滑套在大導柱上上下滑動，以便帶動安裝在大導柱上滑套游標卡尺的滑動，從而測量出刀具的高度和半徑[23]。 小導柱的作用： 一根為防止安裝在大導柱上的上下兩個彈性滑套繞大導柱轉動的導柱，另外一根則是安裝千分表的彈性導套的導柱，以便使安裝千分表的導套自由的上下滑動。 普通滑動導軌的主要特點： 1.結構簡單，使用維修方便； 2.未形成完全液體摩擦時低速易爬行； 3.磨損大，壽命低，運動精度不穩(wěn)定。 截面的設計： 根據運動是垂直水平面，因此采用圓截面的導柱。 其特點及應用：制造簡單，內孔可研磨，外圓可采用磨削可達到配合精度，磨損不能自動調整間隙；主要用于軸向載荷場合。 兩根平行的圓柱： 制造工藝性，導向性好；主要用于輕型機械或者受軸向力的場合。 導柱材料的選擇： 由于導套要上下滑動，因此要求導柱具有一定的硬度，故采用T10的材料。 導柱的熱處理： 重要導柱在粗加工之后就要進行一次時效處理； 高精度導柱一般在半精加工之后就還要進行二次時效處理。 常用導柱淬火方法有： 1.高、中頻淬火，淬硬層深度（1mm～2mm）硬度（45HRC～50HRC）； 2.電接觸加熱自冷表面淬火，淬火硬度層深度（0.2mm～0.25mm）顯微硬度為600HM左右，這種方法這樣要用于大型導軌。 表面粗糙度： 1. 刮研導柱： 具有接觸好，變形小，可以存油，外觀美等優(yōu)點，但勞動強度大，生產率低，主要用于高精度導柱。刮研導柱面每 25 mm 25 mm 面積內的接觸點數(shù)見表： 表1 刮研導柱面接觸點數(shù)表 Table 1 Pare off to grind to lead the pillar to face the contact to order the few watch 類型 滑動導軌寬度 滑動導軌寬度 高精度型Ⅰ級 高精度型Ⅱ級 25～30 16～20 16～20 20～25 精密型 16～20 13～16 普通型 10～13 8～10 2.磨削導柱： 生產率高，是加工淬硬導軌唯一方法，磨削導軌表面粗糙度（Ra）應達到的要求見表[12]： 表2 磨削導柱表面粗糙度表 Table 2 Whet to pare to lead a watch of the pillar surface 動導軌類型 中小型 大型 重型 高精度型Ⅰ級 0.2 0.4 0.8〔0.4〕 高精度型Ⅰ級 〔0.1〕 〔0.2〕 0.8〔0.4〕 高精度型Ⅱ級 0.4 0.8 0.8〔0.4〕 高精度型Ⅱ級 〔0.2〕 〔0.4〕 0.8〔0.4〕 精密型 0.4 0.8 1.6 精密型 〔0.2〕 〔0.4〕 〔0.8〕 普通型 0.8 1.6 1.6 普通型 〔0.4〕 〔0.8〕 〔0.8〕 磨削導軌面的接觸指標（%） 表3 導軌面接觸指標 Table 3 Lead the track faces to get in touch with the index sign 滑動導軌類型 全長上 全寬寬 80 75 70 70 60 50 高精度型 精密型 普通型 導柱的許用壓強分析 導柱的壓強是影響導柱耐磨性和接觸變形的主要因素之一。設計導軌時將壓強取得過大，則會加劇導柱的磨損；若取得過小，又會增大尺寸。因此，應根據具體情況，適當?shù)倪x擇壓強的許用值。重型和精密型的壓強可取得小些；中等普通型的壓強應取得大些；通用型的許用壓強（專用的許用壓強比表中的數(shù)值減少25%~30%）見表： 表4 導柱許用壓強 Table 4 Lead the pillar uses to press strong 導軌類型 平均壓強（Mpa) 主運動和滑動速度較大的圓導柱直徑D＜300 主運動和滑動速度較大的圓導柱直徑D＞300 主運動和滑動速度較小的圓導柱直徑D＜300 主運動和滑動速度較小的圓導柱直徑D＞300 0.4 0.2～0.3 1.3 0.5 壓強的分布與假設條件： 影響導柱的壓強分布的因素很多，情況復雜，為了便于進行工程設計，進行如下假設：1.導柱本身剛度大于接觸剛度---此時只考慮接觸變形對壓強的影響，沿導柱的接觸變形和壓強按線性分布，在寬度上視為均布，通常按壓強線性分布計算的較多。2.導柱剛度較低---如果導柱剛度較低時，在確定導柱壓強時就應同時考慮導柱本身的彈性變形和導柱面的接觸變形，壓強不是線性分布，最大壓強和平均壓強之比可達到2~3倍或更多。 導柱的受力分析： 導柱上所受的外力包括：可動部件的重量，牽引力和轉動力，這些外力使各支撐導柱面產生支反力和支反力矩，牽引力、支反力和支反力矩都為未知，一般可用靜力平衡方程求出，也可根據接觸變形的條件建立附加方程求各力。 導柱壓強的計算： 平均壓強的計算---對于各種形式的導軌的平均壓強皆為： RA、 RB、 RC、 RC’ 為各導柱面上的反力（N）; a 、 b 、 c 、c’為各導柱面上的寬度（mm）; L----動導軌的長度（mm） [P]m----許用平均壓強（Mpa）。 壓強按線性分布時最大壓強的計算： a 、 b 、 c 、 c’為各導柱面上的寬度（mm）; L---動導軌的長度（mm）; [P]m--- 許用平均壓強（Mpa）。 壓強按線性分布時最大壓強的計算： 當 時（M---某導軌面的支反力矩，F(xiàn)---支反力），主導柱面上的最大壓強Pmax=P平均 + PM。當 時，不采用輔助導柱，主導柱面 上的壓強最大 來計算。當 采用輔助導軌 時，則需要分別計算主導柱面和輔助導柱面的最大壓強。 公式： 式中：-----考慮間隙影響的系數(shù)； ------考慮輔助導柱面參與工作時的系數(shù)； M-------導柱面的支反力矩； F---------導柱面的支反力(N)。 導柱結構尺寸的設計： 大導柱： a) 長度的設計： 由于導柱要插入底座而且保證不動，因此采用插入底座的深度為35mm；又根據最短的刀具從錐柄到刀尖的最大值為300mm，上導套的高度為50 mm,在測量時由于測量半徑的數(shù)顯游標卡尺需要往上移動51mm，底座錐柄高出底座28.4mm，并且留出一定的余量，所以此軸的長度設計為480mm。 b) 導柱的直徑與公差的設計: 根據參考資料：?互換性與技術測量? 第四版 中國計量出版社 廖念釗等編，第21頁表1-15基孔常用、優(yōu)先配合和第29頁表1-24優(yōu)先配合選用說明導柱直徑為? 25的尺寸段（35mm長）導柱采用過盈配合（基孔制）?25H7/s6;中等壓入配合適用于一般剛件，用于鑄鐵件可得到最緊的配合，由?互換性與技術測量?第19頁表1-8標準公差數(shù)值，第14頁表1-10基本尺寸至500mm，國標軸的基本偏差，第16頁表1-11基本尺寸至500mm國標孔的基本偏差差得?25H7/s6; 孔：IT7=0.021mm EI=0 ∴ ES=0.021mm ∴ 孔的尺寸為：?25 軸：IT6=0.013mm ei=+0.035mm ∴es=0.048 ∴軸的尺寸為：?25 用來使得導套滑動的尺寸段（445mm長）導柱采用間隙配合（基孔制）?24H7/g6;間隙很小的滑動配合，用于不希望自由轉動，但可以自由移并精密配合定位的配合；也可以用于要求明確的定位配合，由參考資料?互換性與技術測量?查得：動和滑動 孔：IT7=0.021mm EI=0 ∴ES=+0.021mm ∴孔的尺寸為： 軸：IT6=0.013mm ei=-0.007mm ∴es=-0.020mm ∴軸的尺寸為： 由于大導柱是用于導套的滑動，即是 導軌（柱），因此，表面粗糙度要求較高，根據參考資料：?機械設計手冊3? 第二版 聞邦椿主編 機械工業(yè)出版社 的第28-120頁 2.5導軌的技術要求 2.5.1表面粗糙度查得大導柱直徑為?24的尺寸段（長度為345mm）采用表面粗糙度為0.8;直徑為?25的尺寸段（長度為35 mm）與底座采用過盈配合，所以采用表面粗糙度為1.6。 由于上滑導在大導柱上滑動，因而要求有很高的精度，從而可保證上導套在大導柱上自由的滑動，故大導柱(圓軸)采用同軸度為0.01。 此外，為了方便限位板的安裝，在導柱的上端做成一處突起，用以安放限位板。 圖9 大導柱圖 Figure 9 Diagram of large guide rod 小導柱： 小導柱的設計方法與大導柱一樣，只是所設計的尺寸有所不同，并且，小導柱為兩件，兩件的尺寸完全一樣。 c) 長度的設計： 由于導柱要插入底座而且保證不轉動，因此采用插入底座的深度為35mm，又根據最短的刀具從錐柄到刀尖的最大值為300mm,上導柱的高度為50mm，在測量時由于測量半徑的數(shù)顯游標卡尺需要往上移動51mm，底座錐柄高出底座28.4mm，并且留一定的余量，所以此軸的長度設計為480mm。 d) 導柱的直徑與公差的設計： 小導柱與底座配合的尺寸段（長度為35mm）采用直徑為?20,它的配合公差與大導柱一樣采用過盈配合，即是 ，與大導柱一樣由參考資料?互換性與技術測量?差得： 孔：IT7=0.021 EI=0 ∴ES=+0.021 ∴孔的尺寸為： 軸：IT7=0.013 es=-0.007 ∴ei=-0.020 ∴軸的尺寸為： 小導柱與導套配合的尺寸段（長度為445mm）采用直徑為?19，它與導套的配合和大導柱一樣采用間隙配合即為： ，與大導柱一樣由參考資料?互換性與技術測量?查得： 孔：IT7=0.021mm EI=0 ∴ES=+0.021mm ∴孔的尺寸為： 軸：IT6=0.013mm ei=-0.007mm ∴es=-0.020mm ∴軸的尺寸為： 小導柱的表面粗糙度與大導柱一樣，直徑為?20的尺寸段（長度為35mm）采用1.6，直徑為?19的尺寸段（長度為345mm）表面粗糙度為0.8。 圖10 小導柱圖 Figure 10 Diagram of small guide rod 5.6.3 細長軸加工工藝 由于細長軸剛性很差，在加工中極易變形，對加工精度和加工質量影響很大，為此，生產中常采用下列措施予以解決。 （一）改進工件的裝夾方法 粗加工時，由于切削余量大，工件受的切削力也大，一般采用卡定法，尾座頂尖采用彈性頂尖，可以使工件在軸向自由伸長，但是，由于頂尖彈性的限制，軸向伸長量也受到限制，因而頂緊力不是很大，在高速、大用量切削時，有使工件脫離頂尖的危險。采用卡位法可避免這種現(xiàn)象的產生。 精車時，采用雙頂尖法（此時尾座應采用彈性頂尖）有利于提高精度，其關鍵是提高中心孔精度。 （二）采用跟刀架 跟刀架是車削細長軸極其重要的附件，采用跟刀架能抵消加工時徑向切削分力的影響，從而減少切削振動和工件變形，但必須注意仔細調整，使跟刀架的中心與機床頂尖中心保持一致。 （三）采用反向進給 車削細長軸時，常使車刀向尾座方向作進給運動（此時應安裝卡拉工具），這樣刀具施加于工件上的進給力方向朝向尾座，因而有使工件產生軸向伸長的趨勢，而卡拉工具大大減少了由于工件伸長造成的彎曲變形。 （四）采用車削細長軸的車刀 車削細長軸的車刀一般前角和主偏角較大，以使切削輕快，減小徑向振動和彎曲變形。粗加工用車刀在前刀面上開有斷屑槽，使斷屑容易，精車用刀常有一定的負刃傾角，使切削流向待加工面。 5.7 彈性滑套的設計 5.7.1 設計要求 設計一上一下成對的兩個彈性導套和一單個的固定千分表的彈性滑套，使成對的固定在大導柱和小導柱組成的導柱上以及一個單獨固定在單獨的導柱上，并且成對的還要用來固定測量高度和半徑的數(shù)顯游標卡尺以及與顯示數(shù)字相連的那一部分，單獨的滑套要開燕尾槽以固定千分表固定套。 （彈性滑套的尺寸是與導柱的配合得來。圓導柱分為一大一小兩種導柱，大的為24mm，小的為19mm。彈性滑套采用的T10（碳素工具鋼 10型），兩邊留足5～10的強度余量，外加擰螺釘?shù)牟糠趾脱b數(shù)顯卡尺和千分表的部分，就確定了彈性滑套的基本外形。） 5.7.2 上彈性導套的作用 帶動測量高度游標卡尺和測量半徑游標卡尺的上下滑動。 5.7.3 上彈性導套的設計程序與過程 1. 彈性導套與大、小兩根導柱相配合的孔的尺寸的設計： 由于彈性導套要在大、小兩根導柱上、下滑動，因此必須采用間隙配合（與前面所設計的大、小導柱配合）。 與大導柱所配合的孔：它的直徑為Φ24，與大導柱的設計一樣，由參考資料《互換性與技術測量》查得為： Φ24。 與小導柱所配合的孔，它的直徑為Φ19，與直徑為Φ24的設計一樣，由參考資料《互換性與技術測量》查得：Φ19。 2. 兩個孔之間的尺寸的確定： 為保證兩個孔之間的強度，它們之間的厚度為10mm。根據兩個孔的基本尺寸Φ19和Φ24，以及它們之間的厚度，算得兩個中心孔的距離的基本尺寸為31.5mm。 為了保證在加工完裝配之后，不出現(xiàn)卡死的情況，必須設計兩中心孔的距離的公差。由兩個孔的尺寸與公差Φ19和Φ24、兩個孔之間的壁厚10mm可得兩個孔之間的尺寸公差為：31.5。 在加工時，設計以彈性套的下底面作為基準面A。為了能夠安裝，兩個孔都設計一個垂直度（相對于基準面A）為：0.01mm。 3. 安裝測量半徑數(shù)顯游表卡尺的尺寸的確定： 根據數(shù)顯游標卡尺顯示數(shù)字的部分的厚度為15mm、長度為21mm、高度為31mm，則設計一個與之一樣大小的槽：15mm×21mm×31mm，（它的開口方向與基準面A互相垂直），以用來安裝測量半徑的數(shù)顯游標卡尺。 同時，為了保證數(shù)顯游標卡尺通過底座的中心，安裝數(shù)顯游標卡尺的槽的31mm×15mm面（靠近大孔的哪個面）表面粗糙度必須好，所以上述面相對于基準面A也有一個垂直度為：0.01mm。 在測量時，與顯示數(shù)字相連的那一個卡爪必須固定，因此，可以采用兩個M3的螺釘將其固定。 安裝測量高度數(shù)顯游標卡尺的的尺寸的確定： 與安裝測量半徑的數(shù)顯游標卡尺一樣，安裝高度數(shù)顯游標卡尺的槽的尺寸也為：15mm×21mm×31mm，但是槽的開口方向與安裝測量半徑的數(shù)顯游標卡尺垂直，既開口方向與基準面A互相垂直。 在測量時，和固定測量半徑的數(shù)顯游標卡尺一樣，采用兩個M3的螺釘將其固定，固定部分也是與顯示數(shù)字的那一個卡爪。 4. 上彈性滑套擰緊支塊的設計： 在測量時，彈性套的升、降之后為了方便固定好彈性套將其開口方向設計為向右開口，即把彈性套固定在小的導柱上。 根據彈性套彈性的大小，設計其開口寬度的大小尺寸為 4mm。為了設計簡易對刀儀的外觀，并且節(jié)省材料，設計其為：24mm×20mm×40mm。 5. 上彈性套緊固所采用的螺釘與螺孔的設計： 根據上彈性套的重量約為1.5公斤，而且所留的壁厚有10mm左右，要受比較大的力才能擰得動，螺釘太小，容易壞絲，所以采用M8的螺釘。 5.7.4 下彈性導套的作用 固定測量高度的數(shù)顯游標卡尺的與顯示數(shù)字相連的那一個卡爪。 下滑套的孔的主要尺寸和位置尺寸與上滑套是一樣的，只有安放數(shù)顯卡尺的尺寸有區(qū)別。 安裝測量高度數(shù)顯游標卡尺的的尺寸的確定[6]： 由于下彈性滑導是固定測量高度數(shù)顯游標卡尺的與尺身相連的卡爪，根據卡爪的尺寸確定設計的槽為：3.1mm×37.5mm×15mm，槽的開口方向與向與基準面A互相垂直，并且靠近大孔的槽的那個面相對于基準面A有垂直度為：0.01mm。 在裝配時，采用兩個M3的螺釘將其固定，固定部分即是數(shù)顯游標卡尺與尺身相連的那一個卡爪。 5.7.5 下彈性滑套擰緊支塊的設計 外形和上滑套一樣的，由于下滑套本身的高度比上滑套要矮些，所以擰緊支塊的尺寸相映的也改變了，其尺寸為：24mm×20mm×25mm。 5.8 限位板的設計 5.8.1 設計要求 設計成一塊有一定剛度和強度的薄板，用以限制小導柱的位移誤差。起到加固小導柱的剛度和強度的作用。由于導柱的大部分長度都要用來提供給數(shù)顯卡尺的移動來工作，所以薄板應安裝在導柱的上端部分，這樣不但不會影響到對刀儀的對刀，同時也能最大限度的控制小導柱的位置偏差，有效提高對刀精度。 5.8.2 設計過程 由于限位板要同時與兩根導柱相配合，即同時與?20的小導柱和?25的大導柱相配合，且要限制小導柱上端的位置偏差，所以要有足夠的強度和剛度，因而選用HT200來鑄造，要求鑄造過程要嚴格控制質量，鑄件不能出現(xiàn)有沙眼裂紋等缺陷，此外，鑄件應時效處理，以消除內應力。根據大小兩根導柱之間的位置，將限位板兩孔之間的距離設計為166mm，為了保證有足夠的剛度，將孔緣半徑設計為16mm,采用對稱的結構。高度設計為12mm，寬度設為87mm.板邊緣圓角半徑為1mm，由于不要求有較高的接觸精度要求，因而將表面粗糙度設為6.3，兩中心孔之間有較低的尺寸偏差[5]。 圖11 限位板圖 Figure 11 Limit position board diagram