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南京工程學(xué)院
工 業(yè) 中 心
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）
題 目： 車(chē)床用手動(dòng)中心架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)： D機(jī)加工121 學(xué) 號(hào)： 221120318
學(xué)生姓名： 荊劍
指導(dǎo)教師： 劉桂芝（研究級(jí)高工）
起迄日期： 2016.2.22～2016.6.03
設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 工程中心7號(hào)樓
畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）中文摘要
摘要：
本文主要是進(jìn)行了車(chē)床用手動(dòng)中心架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 。中心架是車(chē)床加工細(xì)長(zhǎng)軸類(lèi)零件的輔助功能部件。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外傳統(tǒng)中心架的分析和研究，對(duì)現(xiàn)有傳統(tǒng)中心架進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)。該中心架通過(guò)調(diào)整滾輪徑向位置實(shí)現(xiàn)不同直徑零件的支撐。滾輪與工件直接接觸，由傳統(tǒng)卡爪對(duì)工件的滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，大大延長(zhǎng)了卡爪的使用壽命。并利用V形塊的自定心原理，對(duì)工件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定心。從而大大改善了傳統(tǒng)中心架在實(shí)際加工過(guò)程中效率低，無(wú)法自動(dòng)定心等問(wèn)題。
關(guān)鍵詞：車(chē)床 中心架 滾輪 V形塊
畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）英文摘要
Title Structure design of manual center frame for lathe
Abstract
This paper mainly carries on the design of the manual center frame structure of the lathe.Center frame is a kind of auxiliary function parts of the lathe to process the slender shaft parts.Through the analysis and research of the traditional center at home and abroad, the existing traditional center frame has been improved.The center frame is realized by adjusting the radial position of the roller wheel to support the support of different diameter parts.The rolling wheel and the workpiece are directly contacted, and the sliding friction of the workpiece is changed into rolling friction by the traditional clamping claws, which greatly prolongs the service life of the clamping claw.And use the self centering principle V block, the workpiece automatic centering.It improves the traditional center frame in the actual process of low efficiency, not self centering etc..
Keywords lathe center frame roller V shape block
II
南京工程學(xué)院工業(yè)中心畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）
目 錄
前 言 1
第一章 緒論 2
1.1選題的意義 2
1.1.1車(chē)床的發(fā)展趨勢(shì) 2
1.1.2中心架的現(xiàn)實(shí)需求 3
1.1.3設(shè)計(jì)中心架的意義 4
1.2研究?jī)?nèi)容的背景 4
1.2.1傳統(tǒng)中心架在加工過(guò)程中遇到的問(wèn)題 4
1.2.2國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 4
1.3課題的意義 7
第二章 中心架的簡(jiǎn)介 9
2.1傳統(tǒng)中心架的簡(jiǎn)介 9
2.1.1傳統(tǒng)中心架的構(gòu)造 9
2.1.2傳統(tǒng)中心架的工作原理 10
2.1.3傳統(tǒng)中心架的使用方法 10
2.1新型中心架的簡(jiǎn)介 10
2.2.1新型中心架的構(gòu)造及工作原理 10
2.2.2新型中心架的使用方法 10
2.2.3新型中心架的優(yōu)缺點(diǎn) 11
第三章 中心架總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 14
3.1壓板的鎖緊力計(jì)算 14
3.2中心架整體拖動(dòng)力的計(jì)算 15
3.3確定中心架支撐直徑范圍 16
第四章 中心架部件計(jì)算 17
4.1滾輪尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算 17
4.2支撐滾輪的圓柱鉸鏈尺寸設(shè)計(jì) 19
4.3軸套尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算 20
4.4支撐軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 21
4.5中心架架體以及中心架上頂蓋總體尺寸設(shè)計(jì) 22
4.6 V型塊總體設(shè)計(jì)尺寸 24
4.7壓板的總體設(shè)計(jì)尺寸 26
第五章 中心架的計(jì)算成本分析 27
5.1 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的目的與意義 27
5.2 成本材料分析 27
5.2.1 非標(biāo)準(zhǔn)件 27
5.3 課題技術(shù)經(jīng)濟(jì)成本計(jì)算依據(jù) 28
5.3.1成本計(jì)算依據(jù) 28
第六章 結(jié) 論 30
致 謝 32
參考文獻(xiàn) 33
附錄A 裝配圖 零件圖 34
附錄B 畢業(yè)論文光盤(pán)資料 35
- I -
前 言
目前普通車(chē)床是切削加工中最常用的一種機(jī)床，其歷史很悠久，應(yīng)用很廣，在金屬切削中，車(chē)削加工大概占全部機(jī)械加工的40%—60%。電子技術(shù)的飛躍式的發(fā)展，各種新工藝方法的出現(xiàn)等現(xiàn)狀，對(duì)普通車(chē)床的發(fā)展產(chǎn)生了很大的影響, 目前世界各個(gè)國(guó)家的普通車(chē)床生產(chǎn)數(shù)量都有下降的趨勢(shì)。 因此普通車(chē)床在以后機(jī)械行業(yè)發(fā)展中需要作出一些調(diào)整。
車(chē)床是加工回轉(zhuǎn)類(lèi)零件的主要設(shè)備，而中心架是車(chē)床在加工過(guò)程中的一個(gè)重要的輔助部件。在車(chē)床加工細(xì)長(zhǎng)的軸類(lèi)零件時(shí)，為了保證工件的加工質(zhì)量，需要使用中心架進(jìn)行輔助加工。傳統(tǒng)中心架在設(shè)計(jì)過(guò)程中存在許多問(wèn)題，比如：卡爪容易磨損，效率低，操作比較繁瑣，壽命短，在零件加工的過(guò)程中中心架可能會(huì)受力不均而受到損壞，從而對(duì)機(jī)床的精度產(chǎn)生影響，對(duì)加工工人的人身安全產(chǎn)生威脅等等。
第一章 緒論
1.1選題的意義
車(chē)床加工長(zhǎng)軸類(lèi)零件時(shí)會(huì)采用一些機(jī)床功能部件，以提高零件加工剛性，中心架就是數(shù)控車(chē)床加工長(zhǎng)軸類(lèi)零件的專(zhuān)用部件，中心架的種類(lèi)很多，有自定心的、專(zhuān)用圈式的、手動(dòng)的等。而手動(dòng)中心架是長(zhǎng)軸類(lèi)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床所必備的部件，性價(jià)比較高。主要零件包括:中心架支架、中心架體、球形螺栓、軸、套、鎖緊塊、壓板等。
1.1.1車(chē)床的發(fā)展趨勢(shì)
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，車(chē)床在機(jī)械行業(yè)中占比非常高，同時(shí)它的作用也是非常大的。在不同的工作環(huán)境中，車(chē)床的種類(lèi)也不一樣，加工的零件也是不一樣的。車(chē)床的工作原理：主運(yùn)動(dòng)是工件的回轉(zhuǎn)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是車(chē)刀的移動(dòng)。近幾年來(lái)，由于電子技術(shù)發(fā)展速度非?？?，車(chē)床發(fā)展速度也非常快，已經(jīng)進(jìn)入了自動(dòng)化時(shí)代。
車(chē)床的發(fā)展歷程:
?車(chē)床的第一發(fā)展階段：普通車(chē)床。人類(lèi)由手工作業(yè)時(shí)代進(jìn)入機(jī)械時(shí)代，普通車(chē)床由此誕生，也就是人類(lèi)在機(jī)械時(shí)代的第一種種類(lèi)的車(chē)床。普通車(chē)床能夠適應(yīng)的工作環(huán)境的范圍比較廣，所以在機(jī)械加工中是采用最普遍的車(chē)床類(lèi)型。普通車(chē)床在每個(gè)學(xué)校的應(yīng)用也相當(dāng)普遍，用來(lái)培養(yǎng)機(jī)械操作人才，普通車(chē)床由于車(chē)床自身加工出零件，原理比較簡(jiǎn)單，學(xué)生很容易理解并且掌握其中的要領(lǐng)，通過(guò)長(zhǎng)期的鍛煉可以熟練地加工出工件并能達(dá)到圖紙上的精度要求。經(jīng)常接觸的話，操作人員就慢慢地積累到越來(lái)越多的工作經(jīng)驗(yàn)，也就能夠熟練地使用臥式車(chē)床在更短的時(shí)間內(nèi)加工出類(lèi)型更多、精度更高的零件。普通車(chē)床的操作具有一定的危險(xiǎn)性，因此車(chē)床的操作人員需要要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的培訓(xùn)，才能上車(chē)床動(dòng)手進(jìn)行操作。
? 數(shù)控車(chē)床是車(chē)床的一個(gè)飛躍式發(fā)展階段。近些年來(lái)，隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)該技術(shù)加以應(yīng)用，制造出了數(shù)控車(chē)床，可以說(shuō)是機(jī)床行業(yè)的一次重大突破。數(shù)控車(chē)床的定義：運(yùn)用數(shù)字技術(shù)使車(chē)床自動(dòng)控制它的工作流程，從而生產(chǎn)出需要加工的零件。相對(duì)于普通車(chē)床來(lái)說(shuō)，數(shù)控車(chē)床精度更高，自動(dòng)化的程度也更高，操作起來(lái)也更加的方便，容易上手。操作人員只需要將工件的加工程序?qū)氲杰?chē)床的控制面板中，通過(guò)對(duì)車(chē)床加工過(guò)程的模擬，來(lái)檢測(cè)程序是否正確，然后再開(kāi)始進(jìn)行工件的加工。
普通車(chē)床與數(shù)控車(chē)床都是機(jī)械加工中重要的車(chē)床設(shè)備，兩者都有各自的優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)。當(dāng)我們需要小批量并且加工精度不高的零件時(shí)，可以選擇普通車(chē)床，普通車(chē)床相對(duì)于數(shù)控車(chē)床來(lái)說(shuō)容易維修，購(gòu)買(mǎi)的價(jià)格也便宜很多。但是對(duì)于操作人員來(lái)講要求會(huì)更高，也會(huì)更危險(xiǎn)。數(shù)控車(chē)床則比較適用于批量生產(chǎn)，所生產(chǎn)出來(lái)的零件精確度相對(duì)于普通車(chē)床來(lái)說(shuō)比較高。但是數(shù)控車(chē)床的價(jià)格較高、維護(hù)更困難，生產(chǎn)成本也高。[1]
1.1.2中心架的現(xiàn)實(shí)需求
目前來(lái)說(shuō)，切削加工中最常用的機(jī)床就是普通車(chē)床，它的歷史很悠久，應(yīng)用很廣，在金屬切削中，車(chē)削加工大概占全部機(jī)械加工的40%—60%。電子技術(shù)的飛躍式的發(fā)展，各種新工藝方法的出現(xiàn)等現(xiàn)狀，對(duì)普通車(chē)床的發(fā)展產(chǎn)生了很大的影響, 目前世界各個(gè)國(guó)家的普通車(chē)床生產(chǎn)數(shù)量都有下降的趨勢(shì)。[2] 因此普通車(chē)床在以后機(jī)械行業(yè)發(fā)展中需要作出一些調(diào)整。例如車(chē)床在進(jìn)行加工的過(guò)程中，因?yàn)檫M(jìn)行高速切削，所以單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的切屑量會(huì)越來(lái)越多，消耗的切削油也越多。因此普通車(chē)床以后的發(fā)展方向：需要提高切削的速度，提高其自動(dòng)化的程度，提高床身剛度，采取模塊化設(shè)計(jì)，加強(qiáng)安全保護(hù)措施，降低車(chē)床噪聲等。相對(duì)于普通車(chē)床而言，數(shù)控車(chē)床具有優(yōu)勢(shì)，也有它的不足之處。優(yōu)勢(shì)就是自動(dòng)化程度相對(duì)較高，工人操作難易程度降低。[3]隨著時(shí)間的轉(zhuǎn)移，各項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)步，不同行業(yè)對(duì)數(shù)控機(jī)床的需求越來(lái)越大，數(shù)控機(jī)床需要不停地發(fā)展來(lái)更適應(yīng)生產(chǎn)加工過(guò)程的需要。“十二五”是國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床發(fā)展的一個(gè)新的機(jī)遇時(shí)期，全世界已經(jīng)走出金融危機(jī)造成的經(jīng)濟(jì)最困難時(shí)期，由于國(guó)內(nèi)的需求較大，拉動(dòng)了數(shù)控機(jī)床飛速發(fā)展，效果非常明顯?！案邠鯏?shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造設(shè)備”科技重大專(zhuān)項(xiàng)已全面啟動(dòng)和實(shí)施。高度，高精，智能，開(kāi)放，網(wǎng)絡(luò)，高柔性，綠色化是當(dāng)前數(shù)車(chē)的發(fā)展趨勢(shì)。[4]
車(chē)床在加工長(zhǎng)軸的時(shí)候，就需要使用卡盤(pán)頂尖，跟刀架進(jìn)行裝夾，或者兩端都用頂尖，跟刀架進(jìn)行裝夾。在加工階臺(tái)軸時(shí)（如車(chē)床主軸），就要使用卡盤(pán)、中心架聯(lián)合進(jìn)行裝夾。用裝夾工具可以保證裝夾剛度以及保證工件的加工質(zhì)量，在加工中可以加大切削用量，即提高了生產(chǎn)效率。[5]
因此中心架在車(chē)床加工細(xì)長(zhǎng)軸類(lèi)零件過(guò)程中不可或缺，中心架的現(xiàn)實(shí)需求是非常大的。
1.1.3設(shè)計(jì)中心架的意義
軸的長(zhǎng)度和直徑比大的話，其剛度相對(duì)較低，就必須采用中心架。因?yàn)橹行募苁潜ＷC工件加工精度的主要輔助部件，可以提高加工剛度，避免工件在加工過(guò)程中彎曲變形。
因此設(shè)計(jì)中心架的意義就在于在車(chē)床加工細(xì)長(zhǎng)類(lèi)零件時(shí)，使用中心架進(jìn)行輔助加工可以避免工件在加工過(guò)程中在外力的作用下產(chǎn)生彎曲變形，從而影響工件的加工精度。
1.2研究?jī)?nèi)容的背景
1.2.1傳統(tǒng)中心架在加工過(guò)程中遇到的問(wèn)題
在車(chē)床加工細(xì)長(zhǎng)類(lèi)工件的同時(shí)，使用傳統(tǒng)的中心架進(jìn)行輔助加工時(shí)，首先我們會(huì)發(fā)現(xiàn)中心架的卡爪不會(huì)跟隨工件同時(shí)旋轉(zhuǎn)，工件與卡爪之間屬于滑動(dòng)摩擦，因此卡爪在長(zhǎng)時(shí)間的加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大的磨損，極易損壞即卡爪壽命較短，更換卡爪會(huì)更加頻繁，加工成本大大增加。
傳統(tǒng)中心架在加工工件的過(guò)程中，由于現(xiàn)有設(shè)計(jì)存在一定的局限性，傳統(tǒng)中心架，緊緊由一根緊定螺釘，緊固上下蓋，加工過(guò)程中如果工件對(duì)中性能不好，在零件的旋轉(zhuǎn)中容易將中心架扭斷，從而導(dǎo)致設(shè)備、人身事故。
傳統(tǒng)中心架加工效率低，對(duì)工件無(wú)法進(jìn)行自定心從而對(duì)工件的精度產(chǎn)生一定的影響。
1.2.2國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀
（1）基本情況
金屬切削機(jī)床制造行業(yè)最大的的產(chǎn)業(yè)就是車(chē)床制造產(chǎn)業(yè)。根據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，2005年金屬切削機(jī)床的產(chǎn)量：387863臺(tái)，當(dāng)中車(chē)床的生產(chǎn)量就達(dá)到了237464臺(tái)，占了百分之六十一點(diǎn)二。在車(chē)床這個(gè)產(chǎn)量中，普通車(chē)床的產(chǎn)量很高，數(shù)控車(chē)床的占比相對(duì)低了很多，大概占了百分之十三點(diǎn)五。雖然在2006年，該比例有所上升，卻不是很大。目前我們國(guó)家還是主要以普通車(chē)床生產(chǎn)的國(guó)家。車(chē)床的數(shù)控化比率反映了國(guó)家制造業(yè)的一個(gè)技術(shù)水平，同時(shí)是國(guó)家綜合國(guó)力的體現(xiàn)。
下面是各個(gè)國(guó)家的車(chē)床生產(chǎn)消費(fèi)的具體情況：2003年美國(guó)數(shù)控臥床1816臺(tái)，消費(fèi)的車(chē)床數(shù)量是7304臺(tái)，數(shù)車(chē)占了5428臺(tái)，消費(fèi)車(chē)床占比達(dá)到了百分之七十四點(diǎn)三。日本2004年生產(chǎn)了26456臺(tái)車(chē)床，數(shù)車(chē)有21485臺(tái)，占比百分之八十二點(diǎn)一，消費(fèi)的車(chē)床在9742臺(tái)，數(shù)控車(chē)床占了8667臺(tái)，占比百分之八十九。2004年韓國(guó)車(chē)床占整個(gè)機(jī)床產(chǎn)值的百分之四十點(diǎn)八。數(shù)控車(chē)床占車(chē)床的百分之九十五點(diǎn)二。
從以上國(guó)家的車(chē)床使用情況，可以看出我國(guó)的車(chē)床制造業(yè)以及整個(gè)制造行業(yè)與其他國(guó)家相比總體書(shū)評(píng)還存在不小的差距。
（2)數(shù)控車(chē)床的現(xiàn)狀
在二十世紀(jì)七十年代，我國(guó)就開(kāi)始了對(duì)數(shù)控車(chē)床的研究與發(fā)展。經(jīng)過(guò)了幾十年的發(fā)展，我國(guó)生產(chǎn)的數(shù)車(chē)大概分為三類(lèi)，一類(lèi)是經(jīng)濟(jì)類(lèi)型的臥式漱口可呢個(gè)車(chē)床，一類(lèi)是普及型數(shù)控車(chē)床，另一類(lèi)是中高檔數(shù)控車(chē)床。
經(jīng)濟(jì)類(lèi)型的數(shù)控車(chē)床，價(jià)格便宜，約占普及型車(chē)床的三分之一，價(jià)格在十萬(wàn)元。投入的費(fèi)用較少，可以滿足廣大企業(yè)的初步發(fā)展需求，現(xiàn)在是我國(guó)數(shù)控車(chē)床的主要產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)有很多家企業(yè)生產(chǎn)的規(guī)模達(dá)到了千臺(tái)以上每年。
普及型數(shù)車(chē)，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的也得到了用戶的普遍認(rèn)可，可以滿足用戶大部分的需求。
中高檔數(shù)控車(chē)床包括車(chē)削中心在內(nèi)的3軸以上的車(chē)床，國(guó)內(nèi)的用戶大都選擇進(jìn)口產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品市場(chǎng)占有比例不高，目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品還需進(jìn)一步提高加工的進(jìn)度，從而為自己正名。
(3)“十五”期間我國(guó)數(shù)控車(chē)床情況
我國(guó)數(shù)控車(chē)床在2001-2005年 的生產(chǎn)，進(jìn)口，出口，消費(fèi)的情況見(jiàn)
表1-1～1-4。
表1-1 2001~2005年我國(guó)數(shù)控車(chē)床生產(chǎn)情況
表1-2 2001~2005年我國(guó)數(shù)控車(chē)床進(jìn)口情況
表1-3 2001~2005年我國(guó)數(shù)控車(chē)床出口情況
表1-4 2001~2005年我國(guó)數(shù)控車(chē)床消費(fèi)情況
在“十五”期間我國(guó)的數(shù)控車(chē)床發(fā)展速度飛快，2001年生產(chǎn)量為10022臺(tái)，2005年的生產(chǎn)量為37811臺(tái)，一共增長(zhǎng)了3.77倍?？偟漠a(chǎn)值也由原來(lái)的11.53億元人名幣變成了2005年的61.63億元,增長(zhǎng)了5.35倍。2001年的平均單臺(tái)產(chǎn)值是11.6萬(wàn)元，2005年的平均單臺(tái)產(chǎn)值達(dá)到了16。3萬(wàn)元。2001年的數(shù)控車(chē)床的消費(fèi)量為13123臺(tái)，2005年的數(shù)控車(chē)床的產(chǎn)量達(dá)到了42551臺(tái)，2001年的消費(fèi)額度為3.06億美元，2005年的消費(fèi)額度為11.8億美元。
隨著國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的中高級(jí)數(shù)控車(chē)床種類(lèi)的迅速發(fā)展，之前國(guó)內(nèi)需要靠進(jìn)口的一些中高級(jí)數(shù)控車(chē)床，目前在國(guó)內(nèi)也研發(fā)成功，一些國(guó)內(nèi)的制造廠商已經(jīng)開(kāi)始了小批次的生產(chǎn)。
我國(guó)的數(shù)控車(chē)床出口的增長(zhǎng)速度開(kāi)始加快，2001年出口數(shù)量為515臺(tái)，2005年增加到了2810臺(tái)，長(zhǎng)了5.5倍。2001年的出口金額是688萬(wàn)美元，2005年增加到了5163萬(wàn)美元，長(zhǎng)了7.5倍。隨著我國(guó)技術(shù)水平的提高，出口的產(chǎn)品質(zhì)量也大大提高，不僅出口一些經(jīng)濟(jì)類(lèi)型的數(shù)控車(chē)床，而且普及型數(shù)控車(chē)床也逐步地開(kāi)始對(duì)外出口。
(4)我國(guó)數(shù)控車(chē)床的技術(shù)差距
目前我國(guó)的數(shù)控車(chē)床發(fā)展目標(biāo)就是逐步縮小與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距。提高加工的精度，縮短制造的周期是國(guó)外數(shù)控車(chē)床的發(fā)展目的，制造出集車(chē)削，銑削，鏜削，磨削等功能于一體的復(fù)合化加工中心。我國(guó)還需要加大在加工高轉(zhuǎn)矩，大功率車(chē)削中心和數(shù)控機(jī)床等方面的研究力度，爭(zhēng)取早日在核心內(nèi)容上取得一些突破。
(5)幾點(diǎn)建議
目前，我國(guó)數(shù)控車(chē)床的總體水平已經(jīng)接近世界先進(jìn)的水平。要是要進(jìn)一步縮小與國(guó)際先進(jìn)制造國(guó)家的差距，提高市場(chǎng)的占有率。有如下幾點(diǎn)建議：
?經(jīng)濟(jì)類(lèi)型的數(shù)控車(chē)床是過(guò)去幾十年的產(chǎn)物，處于發(fā)展中的國(guó)家使用率較高。隨著我國(guó)技術(shù)水平的上升，應(yīng)該調(diào)整經(jīng)濟(jì)類(lèi)型數(shù)控車(chē)床的生產(chǎn)數(shù)量，以適應(yīng)目前市場(chǎng)的需求。
?國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的普及型數(shù)控車(chē)床，車(chē)削加工中心等產(chǎn)品收到了國(guó)外同類(lèi)車(chē)床的挑戰(zhàn)，國(guó)內(nèi)企業(yè)無(wú)論是在產(chǎn)品技術(shù)上，還是每個(gè)月的生產(chǎn)量以及規(guī)模上都和國(guó)外企業(yè)有一定的差距。因此國(guó)內(nèi)企業(yè)還需要提高產(chǎn)品的性價(jià)比，質(zhì)量的穩(wěn)定性能，還需要縮短交貨期。
需要積極地去研發(fā)一些航天，軍工等高新技術(shù)行業(yè)。數(shù)控車(chē)床向高速高效高精，大功率，超大功率，高轉(zhuǎn)矩的發(fā)展。[6]
1.3課題的意義
（1）在對(duì)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題進(jìn)行了初步了解之后，隨著普通車(chē)床和數(shù)控車(chē)床的不斷發(fā)展，車(chē)床在加工長(zhǎng)徑比較大的細(xì)長(zhǎng)桿件時(shí)，中心架是必不可少的輔助部件。
（2）現(xiàn)有車(chē)床中心架的優(yōu)點(diǎn): 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便等,但實(shí)際使用表明還存在許多的不足如卡爪易磨損，裝夾不可靠，剛度達(dá)不到使用標(biāo)準(zhǔn)。
（3）大學(xué)四年學(xué)習(xí)了很多的專(zhuān)業(yè)課知識(shí)，比如機(jī)械原理，數(shù)控機(jī)床，金屬材料的加工與熱處理，材料力學(xué)，理論力學(xué)等，在進(jìn)行課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中學(xué)會(huì)了如何利用書(shū)本上的知識(shí)來(lái)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題—分析問(wèn)題—解決問(wèn)題。經(jīng)過(guò)了各種實(shí)習(xí)的磨練，從一開(kāi)始什么都不懂，到拿到具體的課題就明白從哪個(gè)角度著手，再分析實(shí)際加工過(guò)程所要遇到的一些問(wèn)題。將理論與實(shí)際相結(jié)合，從而完成每一個(gè)課程設(shè)計(jì)任務(wù)，同時(shí)也為自己畢業(yè)以后參加工作打下一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
（4）畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)生涯最后一個(gè)環(huán)節(jié)，本次課題的設(shè)計(jì)，我們需要查找關(guān)于該課題的很多文獻(xiàn)，通過(guò)對(duì)各類(lèi)文獻(xiàn)的比較，我們可以了解中心架目前發(fā)展趨勢(shì)，所處的水平，從而總結(jié)出我們自己的一些觀點(diǎn)。
第二章 中心架的簡(jiǎn)介
2.1傳統(tǒng)中心架的簡(jiǎn)介
在機(jī)床附件當(dāng)中，中心架是加工較長(zhǎng)工件必不可少的選擇。中心架在選擇當(dāng)中一般有兩種形式，一種為可編程液壓中心架，一種為手動(dòng)中心架?？删幊桃簤褐行募艿淖詣?dòng)化程度高，可以在加工程序中按照加工內(nèi)容、加工順序編入加工的步驟，達(dá)到程序化自動(dòng)加工?？删幊桃簤褐行募芏嗍褂迷谛∨繌?fù)雜零件的生產(chǎn)，可實(shí)現(xiàn)在一次裝夾中完成除夾持的部分外其余的全部加工，這種液壓中心架多使用在車(chē)銑復(fù)合加工中心類(lèi)機(jī)床；手動(dòng)中心架一般使用在批量比較大，分步加工的場(chǎng)合，由于工件多次裝夾，中心架起到長(zhǎng)工件一頭在裝夾過(guò)程中支撐定心的作用，液壓中心架由于結(jié)構(gòu)的問(wèn)題，起不到這個(gè)作用，所以手動(dòng)中心架多用在數(shù)控車(chē)床上。[7]
中心架為液壓自定心和手動(dòng)中心架兩種，機(jī)床配置該中心架定心精度高、可靠性好、壽命長(zhǎng)。
中心架的結(jié)構(gòu)形式，其結(jié)構(gòu)形式大致可以分為閉式中心架，開(kāi)式中心架如圖5所示和專(zhuān)用中心架。
（a） （b）
圖2-1 （a）：閉式中心架 （b）：開(kāi)式中心架
2.1.1傳統(tǒng)中心架的構(gòu)造
傳統(tǒng)中心架一般由機(jī)架，頂蓋，壓板，軸，套，鎖緊板，安裝板等零件構(gòu)成。
機(jī)架，頂蓋，壓板，安裝板，鎖緊板一般采用的是鑄造件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，形狀與零件相近，切削加工工作量大大減少，同時(shí)節(jié)省了大量材料。
軸和套一般采用45鋼（優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼），綜合力學(xué)性能好，容易加工。
2.1.2傳統(tǒng)中心架的工作原理
采用一夾一頂中心架輔助加工，即用卡盤(pán)夾緊工件的一端，工件另一端使用頂尖頂住，中間使用中心架支撐。
2.1.3傳統(tǒng)中心架的使用方法
將中心架與床面固定在一起，將壓板與中心架的主體座用螺栓進(jìn)行連接并且固定在床面上。中心架上頂蓋和中心架架體用銷(xiāo)進(jìn)行連接，中心架的上頂蓋可以根據(jù)需要隨時(shí)打開(kāi)或者關(guān)閉，可以用螺釘來(lái)進(jìn)行固定。為了使用不同大小的工件，可以調(diào)整支撐爪的位置，采用螺釘將支撐爪進(jìn)行緊固。
先用卡盤(pán)固定好工件的一端，將事先打好中心孔的一端用頂尖進(jìn)行裝夾?？梢灶A(yù)先車(chē)削一段毛坯（留有總夠的加工余量），將中心架的支撐爪裝夾在車(chē)的那段工件直徑上。使用中心架之前，首先得固定中心架，打開(kāi)中心架上頂蓋，將工件放入中心架，隨后關(guān)閉上頂蓋并且鎖緊。然后調(diào)整三個(gè)支撐爪以使其均勻地接觸在工件上，再使用螺釘對(duì)支撐爪進(jìn)行手動(dòng)鎖緊。根據(jù)不同直徑的工件可以通過(guò)軸套內(nèi)的螺紋傳動(dòng)來(lái)調(diào)整。中心架通過(guò)壓板與床身進(jìn)行鎖緊，從而對(duì)工件進(jìn)行加工。
2.1新型中心架的簡(jiǎn)介
2.2.1新型中心架的構(gòu)造及工作原理
本課題設(shè)計(jì)的新型中心架由中心架支架、中心架體、安裝板、球形螺栓、軸、套、鎖緊塊、壓板、V形塊等零件構(gòu)成。
新型中心架工作原理：新型中心架也是采用一夾一頂中心架輔助加工，即工件的一端用車(chē)床卡盤(pán)夾緊，用頂尖頂住工件的另一端，中間使用中心架支承。
2.2.2新型中心架的使用方法
將中心架固定在床面一定位置處，采用鎖緊壓板與與床面鎖緊。中心架上頂蓋與架體采用銷(xiāo)釘連接，在使用時(shí)可以根據(jù)實(shí)際需求打開(kāi)或者關(guān)閉，使用球形螺栓進(jìn)行固定。采用滾輪與工件直接接觸，通過(guò)軸套與手柄的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同加工工件直徑的調(diào)整，采用螺釘來(lái)緊固四個(gè)滾輪。
在加工細(xì)長(zhǎng)類(lèi)工件之前，工件一端使用三爪卡盤(pán)進(jìn)行夾緊。另一端需要提前打中心孔，以方便頂尖裝夾，從而實(shí)現(xiàn)一夾一頂加工。將中心架滾輪裝在工件時(shí)，其直徑必須大于工件的毛坯直徑，通過(guò)V形塊的自定心原理對(duì)工件進(jìn)行自動(dòng)定心。然后將上頂蓋與中心架體通過(guò)球形螺栓進(jìn)行鎖緊。在工件加工過(guò)程中需要觀察中心架的四個(gè)滾輪是否跟著工件同時(shí)旋轉(zhuǎn)。在確定中心架的具體位置時(shí)，要考慮是否具有足夠的剛度來(lái)進(jìn)行工件的加工。若采用后頂尖來(lái)裝夾，中心架支承位置最好是采用工件的中部。若加工端面或者內(nèi)孔的時(shí)候，就需要接近工件端部作為中心架支承位置。
2.2.3新型中心架的優(yōu)缺點(diǎn)
中心架通常是固定在機(jī)床的導(dǎo)軌上，中心架的支撐爪應(yīng)該卡在工件中部外圓柱面上。磨削內(nèi)孔和階梯軸一般采用閉式的中心架，磨削長(zhǎng)軸，絲桿以及曲軸頸一般采用開(kāi)式的中心架。在對(duì)零件外圓進(jìn)行加工時(shí)，閉式中心架由于刀具不能越過(guò)中心架，不能對(duì)零件外圓進(jìn)行連續(xù)加工，開(kāi)式中心架存在一個(gè)無(wú)法準(zhǔn)確定心的問(wèn)題。定心不準(zhǔn)確同樣會(huì)引起精度的不足。[8]
傳統(tǒng)車(chē)床中心架的優(yōu)點(diǎn): 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便等,但經(jīng)實(shí)際使用表明尚存不足: [9]－[11]
(1)需要進(jìn)行人工調(diào)整，使3 個(gè)支撐點(diǎn)進(jìn)行對(duì)中，加工效率低;
(2)工件與支撐塊之間直接接觸屬于滑動(dòng)摩擦，容易磨損，壽命短;
(3)3個(gè)圓柱支撐爪，屬于懸臂結(jié)構(gòu)，剛度比較差，容易產(chǎn)生振動(dòng)。
(4)安全性差。傳統(tǒng)的中心架只靠一個(gè)緊定螺釘來(lái)鎖緊，夾緊不可靠。容易發(fā)生安全事故。
普通車(chē)床中心架的頂塊組件部分如圖1 所示, 其作用是支撐在車(chē)床上加工的懸臂較長(zhǎng)的軸類(lèi)零件. 加工時(shí)中心架上的3 塊頂塊與工件直接接觸, 該形式不適用于精加工工序應(yīng)用。如曲軸精磨以后的精車(chē)法蘭盤(pán)工序就屬于這種情況, 此時(shí)工件高速旋轉(zhuǎn), 加上由于切削力的作用, 3 塊支撐爪與精磨后的主軸頸表面接觸, 造成零件加工表面磨損與劃傷. 此外, 由于接觸面處的溫度急劇升高造成工件表層組織的變化。
為解決以上問(wèn)題, 曾將頂塊的材料由45 鋼用銅或尼龍棒代替, 但磨損較快, 浪費(fèi)較大。如圖2-2所示
圖2-2：傳統(tǒng)支撐塊
經(jīng)過(guò)分析認(rèn)為: 造成以上弊病的原因是由于頂塊與工件表面間的摩擦性質(zhì)決定的, 此時(shí)的頂塊與工件表面間的摩擦是滑動(dòng)摩擦, 可能會(huì)是工件加工好的表面發(fā)生磨損或者溫度升高。 因?yàn)檫@個(gè)原因，將之前的支撐爪改為滾輪支撐，改變了與工件的接觸方式，為滾動(dòng)摩擦接觸，大大降低了接觸面積，降低了工件被加工表面的磨損速度，經(jīng)過(guò)測(cè)試，之前的一些缺點(diǎn)得到了有效的解決，目前的效果比較好。本課題設(shè)計(jì)的是滾動(dòng)頂塊：
圖2-3：滾輪頂塊
綜上新型中心架的優(yōu)點(diǎn)是：
（1）首先保留了傳統(tǒng)中心架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便的優(yōu)點(diǎn)。
（2）利用V 形塊的自動(dòng)定心原理，提高了工件對(duì)中效率，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度;
（3）使用滾輪作為支撐元件，由原來(lái)的滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)槟壳暗臐L動(dòng)摩擦，由面接觸變?yōu)榫€接觸，接觸面積變小，從而大大降低了支撐件的磨損，提高了滾輪的使用壽命。
（4）利用軸套內(nèi)部的螺紋傳動(dòng)，采用普通細(xì)牙螺紋，因其有自鎖功能，可以提供可靠的夾緊力。
第三章 中心架總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1壓板的鎖緊力計(jì)算
選用壓板的目的：在壓板與中心架中采用螺釘固定，主要是將中心架與床身進(jìn)行手動(dòng)鎖緊，從而讓中心架在進(jìn)行輔助加工的過(guò)程中能夠安全可靠。以防止工人在加工。
壓板材料選擇原則有兩個(gè)：(1)與主體同硬度與密度，增加抗壓性
(2)增強(qiáng)局部與整體的連接
因?yàn)橹行募艿募荏w與頂蓋材料均使用的是HT200，所以壓板的材料為HT200。
材料名稱：灰口鑄鐵（灰鐵200）牌號(hào)：HT200
最低抗拉強(qiáng)度:200MPa
HT200的特性及適用范圍：抗拉強(qiáng)度和塑形較低，但是鑄造性能和減震性能好。
HT200參數(shù)：
彈性模量：1.13～1.57×105MPa 剪切模量：0.45×105MPa
泊松比：0.23～0.27 熔點(diǎn)：1200℃
線膨脹系數(shù)：8.5～11.6×10-6/K 熱導(dǎo)率：39.2W/(m·k）
壓板的總體尺寸：長(zhǎng)×寬×高-----260×108×53
擰緊螺母的力矩由三部分組成：1.由升角產(chǎn)生用于產(chǎn)生預(yù)緊力從而使螺栓桿伸長(zhǎng) 2.螺紋副摩擦 約占40% 3.支撐摩擦，約占50% 后兩者占約90%.
計(jì)算公式：
（3 - 1）
T:擰緊螺母的力矩
K：扭矩系數(shù)
F:預(yù)緊力
d：螺栓大經(jīng)
壓板的鎖緊力計(jì)算的關(guān)鍵在于使用壓板鎖緊時(shí)中心架與導(dǎo)軌面的摩擦力要大于沒(méi)使用壓板鎖緊之前的摩擦力。
(3 - 2)
=μ×G中心架×cos40°
=2891×cos40°×0.1= 221 N
當(dāng)F’摩擦>F摩擦 才能使壓板鎖緊中心架
∴使用壓板鎖緊時(shí)，中心架的正壓力必須大于中心架自身對(duì)創(chuàng)生產(chǎn)生的正壓力即F’>Fn=2214.6N。
3.2中心架整體拖動(dòng)力的計(jì)算
對(duì)中心架整體拖動(dòng)力計(jì)算的目的：讓操作員知道需要用多大的力才能使中心架在加工過(guò)程中實(shí)現(xiàn)Z向移動(dòng)。
計(jì)算中心架整體拖動(dòng)力就相當(dāng)于要計(jì)算中心架整體克服自身重力在導(dǎo)軌面上實(shí)現(xiàn)Z向移動(dòng)。首先得計(jì)算出中心架整體的質(zhì)量從而計(jì)算出整個(gè)中心架的重力，計(jì)算出中心架對(duì)導(dǎo)軌面產(chǎn)生的正壓力。由于本次設(shè)計(jì)采用的是斜導(dǎo)軌，因此還要對(duì)中心架整體的重力進(jìn)行力的分解，最終算出中心架整體對(duì)于導(dǎo)軌面的正壓力。通過(guò)摩擦力的計(jì)算公式算出中心架整體在拖動(dòng)過(guò)程中所受摩擦力。
中心架整體材料： HT200 密度7.35*10^3KG/M^3
中心架架體質(zhì)量 ：
（3 - 3）
=7.35×103×(0.32×0.26×0.38)=232kg
上頂蓋質(zhì)量：
（3 - 4）
=7.35×103×(0.415×0.09×0.26)/2=35.7kg
支撐板質(zhì)量：
（3 - 5）
=7.35×103×（0.187×0.16×0.069）=15.1kg
壓板質(zhì)量：
（3 - 6）
=7.35×103×（0.11×0.26×0.052）=11kg
調(diào)整板質(zhì)量：
（3 - 7）
=7.35×103×（0.05×0.012×0.26）=1.1kg
中心架整體質(zhì)量=上頂蓋質(zhì)量+中心架架體質(zhì)量+支撐板質(zhì)量+壓板質(zhì)量+調(diào)整板質(zhì)量=232+35.7+15.1+11+1.1=295kg
中心架整體重力：
（3 - 8）
=295×9.8=2891N
（3 - 9）
=0.1×2891×cos40°=221N
Fn:正壓力 μ：動(dòng)摩擦系數(shù)
所以中心架整體拖動(dòng)力F：221N
3.3確定中心架支撐直徑范圍
如果要對(duì)一個(gè)中心架進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，首先要確定中心架的支撐直徑在一個(gè)具體的范圍之內(nèi)，然后才能進(jìn)行該中心架的其他結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算。
中心架支撐直徑范圍受幾個(gè)因數(shù)影響。第一，機(jī)床型號(hào)，機(jī)床的型號(hào)決定了加工工件的最大直徑。例如：CA6140 該車(chē)床的最大加工直徑就是400mm。第二中心架的規(guī)格，中心架架體的尺寸也影響了加工工件的直徑。
本次課題設(shè)計(jì)中，任務(wù)書(shū)明確給出了中心架支撐直徑范圍：140mm~200mm，所以本課題設(shè)計(jì)的中心架支撐直徑范圍直接按照任務(wù)書(shū)上的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。圖3-1所示位置為中心架支撐工件的最大極限位置，虛線圓為最小極限位置。
圖3-1中心架支撐直徑范圍
以上公式：（3 - 1）～（3 - 9）均出自《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》。
第四章 中心架部件計(jì)算
4.1滾輪尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算
新型中心架將滾輪代替了卡爪與工件直接接觸，隨著工件同步旋轉(zhuǎn)，由原先的滑動(dòng)摩擦的方式轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動(dòng)摩擦的工作方式。
本課題設(shè)計(jì)的滾輪直接由軸承來(lái)替代。一方面軸承在市場(chǎng)上十分地普遍，選材方便，另一方面價(jià)格比較實(shí)惠，是進(jìn)行設(shè)計(jì)的一個(gè)良好選擇。
市場(chǎng)上軸承的種類(lèi)非常多，軸承要是根據(jù)其工作的摩擦性質(zhì)的不同，可以分為兩類(lèi)，一類(lèi)是滑動(dòng)摩擦軸承（滑動(dòng)軸承），另一類(lèi)是滾動(dòng)摩擦軸承（滾動(dòng)軸承）。
滑動(dòng)軸承：在工作方式為滑動(dòng)摩擦的條件下工作的軸承稱之為滑動(dòng)軸承?；瑒?dòng)軸承在工作中非常地平穩(wěn)、而且非?？煽?、沒(méi)有噪聲。軸承經(jīng)過(guò)液體潤(rùn)滑之后，滑動(dòng)的表面由于潤(rùn)滑油的作用被分離，不會(huì)與軸直接接觸，從而減小了工作表面的磨損，降低了摩擦損失，由潤(rùn)滑油產(chǎn)生的油膜擁有一定的吸附振動(dòng)的能力。由于滑動(dòng)軸承的起動(dòng)的動(dòng)摩擦力相對(duì)較大。由軸承支承的那一部分軸稱為軸頸，軸瓦就是與軸頸相互匹配的那個(gè)零件。軸承襯就是在軸瓦的表面澆鑄的那一層減磨材料，用來(lái)改善軸瓦表面的摩擦性能?；瑒?dòng)軸承材料分為軸瓦和軸承襯兩種。低速度，載荷較輕或者間歇工作的場(chǎng)合用滑動(dòng)軸承比較合適。
滾動(dòng)軸承：旋轉(zhuǎn)的軸和軸承座之間的滾動(dòng)摩擦代替了滑動(dòng)摩擦的工作方式，是一種用來(lái)降低摩擦損失的機(jī)械元件。
滾動(dòng)軸承的基本結(jié)構(gòu)是由內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體（鋼球或滾子）和保持架四個(gè)零件組成?！?
滾動(dòng)軸承按受力方向分為如下三種：
徑向軸承：以深溝球類(lèi),圓柱滾子類(lèi)，調(diào)心球類(lèi)等軸承為代表，主要承受徑向力。?
平面軸承：以推力球、推力滾子軸承為代表，主要承受軸向力。?
復(fù)合軸承：以圓錐滾柱軸承，角接觸球軸承為代表，一般成對(duì)配對(duì)使用，可以同時(shí)承受軸向力和徑向力。
經(jīng)過(guò)對(duì)軸承種類(lèi)以及用途的了解，滾輪與工件接觸時(shí)滾動(dòng)摩擦，需要選擇滾動(dòng)軸承。由于車(chē)床在加工細(xì)長(zhǎng)類(lèi)工件時(shí)，刀具沿軸向和徑向切削。通過(guò)對(duì)滾輪的受力分析，發(fā)現(xiàn)滾輪在工件加工過(guò)程中只承受徑向力，所以選擇滾動(dòng)軸承里的深溝球軸承。
根據(jù)實(shí)際需求，將采用軸承型號(hào)：6204（d=20 D=47 B=14 Cr=12.8）軸承作為滾輪。材料為：軸承鋼。
軸承受力驗(yàn)算公式：
（4 - 1）
C：基本額定動(dòng)載荷計(jì)算值
P：當(dāng)量動(dòng)載荷
Fh:壽命系數(shù)
Fn:速度因數(shù)
Fd：沖擊載荷因數(shù)
Fm:力矩載荷因數(shù)
Ft:溫度因數(shù)
Cr:軸承尺寸及性能表中所例徑向基本額定載荷
（4 - 2）
Fr：徑向載荷（400）
Fa：軸向載荷（50）
X,Y：徑向系數(shù)，軸向系數(shù)
Dw：球的直徑 Z：球數(shù)
（4 - 3）
（4 - 4）
=400/（20×52）
=0.8>0.125
所以 X=1， Y=0
所以 Pr=1×400=400
=（3.142×2×1.2×400）/（0.347×1）
=9656.5N
6500N
所以圓柱鉸鏈選取的直徑符合設(shè)計(jì)要求。
總體尺寸如圖4-1所示：
圖4-1支撐滾輪圓柱鉸鏈
4.3軸套尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算
設(shè)計(jì)軸套的目的：一方面是支撐滾輪，另一方面是可以通過(guò)調(diào)整軸套的位置來(lái)適應(yīng)不同直徑的工件。
軸套將采用45號(hào)鋼作為材料來(lái)設(shè)計(jì)。45鋼：優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，含碳量百分之零點(diǎn)四五，綜合力學(xué)性能好，適合制作受力復(fù)雜的工件。熱處理方式：調(diào)質(zhì)處理。
軸套尺寸如圖4-2，4-3所示：
圖4-2上滾輪支撐軸套
圖4-3下滾輪支撐軸套
通過(guò)螺紋傳動(dòng)來(lái)調(diào)整軸套的位置，滿足被加工工件兩個(gè)極限位置時(shí)的要求。
圖4-2為中心架頂蓋支撐滾輪的軸套。軸套設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為：100 內(nèi)螺紋長(zhǎng)度為：60 外徑：30 裝配圖中軸套處于的位置是被加工工件最大直徑為200mm時(shí)的上極限位置。我們還需要檢驗(yàn)被加工工件最小直徑時(shí)，軸套長(zhǎng)度是否符合設(shè)計(jì)要求。
∵內(nèi)螺紋長(zhǎng)度60>200/2(加工工件最大半徑）-140/2（加工工件最小半徑）=30mm
∴軸套的設(shè)計(jì)符合要求
圖4-3為中心架架體支撐滾輪的軸套。軸套設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為：110，內(nèi)螺紋長(zhǎng)度為：60
外徑：30 裝配圖中處于位置是被加工工件上極限位置。所以軸套長(zhǎng)度100符合設(shè)計(jì)要求，同圖一檢驗(yàn)原理，內(nèi)螺紋長(zhǎng)度也符合設(shè)計(jì)要求。
4.4支撐軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
設(shè)計(jì)支撐軸的目的：通過(guò)軸和軸套之間的螺紋傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同直徑工件的加工。
軸的材料品種很多，通常多用碳素鋼，合金鋼或者球墨鑄鐵。
碳素鋼價(jià)格低廉，對(duì)贏利集中敏感性比合金鋼低，應(yīng)用較為廣泛。
軸類(lèi)零件一般采用45鋼作為材料，價(jià)格便宜，綜合力學(xué)性能較好，所以支撐軸選用45鋼。熱處理方式：調(diào)質(zhì)處理。
軸：是由軸承支承或者齒輪，車(chē)輪等中間一根圓柱形物體，也有很少一部分是方型的。軸一方面可以支承轉(zhuǎn)動(dòng)的零件，另一方面可以和零件一起作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而傳遞運(yùn)動(dòng)、扭矩以及彎矩的機(jī)械零件。一般來(lái)說(shuō)，機(jī)器中作為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零件就會(huì)安裝在軸上。
軸可分為：直軸（直軸分為：①轉(zhuǎn)軸，②心軸，③傳動(dòng)軸），曲軸和軟軸。
軸的工作能力一般取決于強(qiáng)度和剛度，轉(zhuǎn)速高時(shí)還取決于振動(dòng)穩(wěn)定性。
軸的結(jié)構(gòu)工藝性，是指軸應(yīng)具有良好的加工和裝配工藝性，有利于提高生產(chǎn)率和降低成本，一般來(lái)說(shuō)，軸的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)該盡量的簡(jiǎn)單。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：
（1） 軸上需要磨削的軸徑階梯處，應(yīng)該留砂輪越程槽，需要切制螺紋的階梯處，應(yīng)該有退刀槽。
（2） 軸端和各階梯端面應(yīng)該制出45°倒角。
（3） 當(dāng)軸與軸上零件采用過(guò)盈配合時(shí)，若配合軸段的裝入端過(guò)長(zhǎng)，則可采用非定位的軸肩結(jié)構(gòu)，同一軸段的不同部位選用不同的尺寸公差或者裝入端加工導(dǎo)向圓錐面。
（4） 為了減小盈利集中，常在軸的界面尺寸變化處采用過(guò)渡圓角，但要注意軸上零件定位可靠性的要求。
支撐軸的設(shè)計(jì)尺寸如圖4-4所示：
圖4-4 支撐軸
4.5中心架架體以及中心架上頂蓋總體尺寸設(shè)計(jì)
進(jìn)行中心架架體尺寸的設(shè)計(jì)的目的：使中心架的結(jié)構(gòu)緊湊，使其剛度能夠達(dá)到支撐工件進(jìn)行加工的要求。
中心架上頂蓋尺寸設(shè)計(jì)的目的：為了中心架能夠使工件夾緊的足夠可靠，結(jié)構(gòu)需要設(shè)計(jì)緊湊，同時(shí)剛度也需要達(dá)到實(shí)際使用要求。
中心架架體和上頂蓋的使用材料：一般采用鑄鐵，鑄鐵一般用于制造形狀比較復(fù)雜的部件，而且價(jià)格比較低廉，成本低。
熱處理方式：去應(yīng)力退火。
鑄鐵的種類(lèi)：
①灰口鑄鐵②白口鑄鐵③可鍛鑄鐵④球墨鑄鐵⑤蠕墨鑄鐵。
鑄鐵具有以下性能：
1.優(yōu)良的鑄造性能
2.優(yōu)良的耐磨性和消震性
3.較低的缺口敏感性和良好的切削加工性能
4.灰鑄鐵的機(jī)械性能
由于中心架結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，所以采用鑄造成型，使用HT200作為中心架架體的材料。HT200:較高強(qiáng)度鑄鐵，基體為珠光體，強(qiáng)度、耐磨性、耐熱性均較好，減振性也良好；鑄造性能較好，需要進(jìn)行人工時(shí)效處理.
HT200工作條件：
1.承受較大應(yīng)力的零件（彎曲應(yīng)力<29.40MPa）
2.摩擦面間的單位面積壓力>0.49MPa（大于10t在磨損下工作的大型鑄件壓力>1.47MPa）
3.要求一定的氣密性或耐弱腐蝕性介質(zhì)。
中心架架體總體尺寸：320×260×380 如圖4-5所示
中心架上頂蓋總體尺寸：415×90×260如圖4-6所示
圖4-5：中心架架體
圖4-6：中心架上頂蓋
4.6 V型塊總體設(shè)計(jì)尺寸
V型塊可以對(duì)完整的外圓柱面進(jìn)行定位，也可以對(duì)非完整外圓柱面進(jìn)行定位，V型塊也是外圓定位最常用的一種定位元件。V型塊的結(jié)構(gòu)：
如圖2.14所示為幾種典型的V形塊結(jié)構(gòu)。圖4-7（a）是標(biāo)準(zhǔn)V型塊，用于較短精基準(zhǔn)外圓面定位；圖4-7（b）的結(jié)構(gòu)用于較長(zhǎng)的粗基準(zhǔn)外圓面定位；圖4-7（c）用于精基準(zhǔn)外圓面較長(zhǎng)時(shí)，或兩段精基準(zhǔn)外圓面相距較遠(yuǎn)或是階梯軸時(shí)的定位，也可做成兩個(gè)單獨(dú)的短V型塊再裝配在夾具體上，目的是是減短V形塊的工作面寬度有利于定位穩(wěn)定。
當(dāng)定位外圓直徑與長(zhǎng)度較大時(shí)，采用如圖4-7（d）所示的鑄鐵底座鑲淬火鋼墊塊的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)一方面它的制造經(jīng)濟(jì)性比較好，另一方面V形塊定位工作面如果出現(xiàn)磨損的壞更換也是十分的方便，也可以面對(duì)直徑大小不一樣的外圓工件進(jìn)行調(diào)整，可以通過(guò)更換不一樣厚度的墊塊調(diào)整V形塊，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的通用化。也有在鋼墊塊上鑲焊硬質(zhì)合金，以提高定位工作面的耐磨性。
圖4-7：V形塊
本課題設(shè)計(jì)的V形塊如圖4-8所示：
圖4-8：V形塊設(shè)計(jì)圖
V形塊采用45鋼作為加工材料，綜合性能好，價(jià)格實(shí)惠。處理方式：調(diào)質(zhì)處理。
4.7壓板的總體設(shè)計(jì)尺寸
壓板是將工件固定在工作臺(tái)上應(yīng)用的。因?yàn)樵阢姶采香娂r(shí)，需要把工件固定在工作臺(tái)上。壓板就是固定工件用的。本設(shè)計(jì)的壓板是用來(lái)鎖緊中心架與床身的。壓板是采用HT200作為材料加工出來(lái)的固定元件。本次設(shè)計(jì)根據(jù)中心架和車(chē)床的結(jié)構(gòu)的不同，對(duì)壓板進(jìn)行了專(zhuān)門(mén)的設(shè)計(jì)。在使用壓板的過(guò)程中，可以通過(guò)擰緊或者松開(kāi)螺釘，從而調(diào)整整個(gè)中心架的加工位置，以滿足加工工件時(shí)的具體需求。
處理方式：去應(yīng)力退火。
壓板的總體尺寸260×108×62 如圖4-9所示
圖4-9：壓板設(shè)計(jì)圖
以上公式：（4 - 1）～（4 - 6）均出自《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》。
第5章 中心架的計(jì)算成本分析
5.1 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的目的與意義
怎樣提高經(jīng)濟(jì)效益，如何去推動(dòng)技術(shù)進(jìn)行，是技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析要做的事。雖然跨越了技術(shù)科學(xué)與經(jīng)濟(jì)科學(xué)兩個(gè)不同的領(lǐng)域，但是有著很緊密的關(guān)系，如果說(shuō)技術(shù)的進(jìn)步是一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的重要條件和手段，那么技術(shù)的進(jìn)步的物質(zhì)基礎(chǔ)是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的前提。
5.2 成本材料分析
5.2.1 非標(biāo)準(zhǔn)件
裝配圖中非標(biāo)準(zhǔn)件的統(tǒng)計(jì)，如表5-1所示；非標(biāo)準(zhǔn)件外購(gòu)費(fèi)用統(tǒng)計(jì)，如表5-2所示。
表 5-1 非標(biāo)準(zhǔn)件統(tǒng)計(jì)
序號(hào)
名稱
材料
數(shù)量
凈重（Kg）
1
中心架上頂蓋
HT200
1
35.7
2
中心架架體
HT200
1
232
3
軸
45
3
0.369
4
軸套
45
2
1.55
5
V形塊
45
1
2.646
6
軸套
45
1
1.7
7
壓板
HT200
1
11
8
支撐板
HT200
1
15.1
9
壓板
HT200
3
0.841
10
調(diào)整板
HT200
1
1.1
45鋼總凈重：G1=8.553Kg，鑄鐵總凈重：G2=296.323Kg
目前，45鋼的價(jià)格為3400元/噸，鑄鐵的價(jià)格為2800元/噸。
表 5-2 非標(biāo)準(zhǔn)件外購(gòu)費(fèi)用
序號(hào)
名稱
數(shù)量
單價(jià)（元/件）
1
軸承(6204深溝球球軸承)
4
3
2
支撐軸
4
1
3
圓柱鉸鏈
2
0.5
4
圓柱鉸鏈
4
0.5
非標(biāo)準(zhǔn)件外購(gòu)總費(fèi)用為19元。
5.2.2 標(biāo)準(zhǔn)件
裝配圖中標(biāo)準(zhǔn)件的統(tǒng)計(jì)，如表5-3所示。
表5-3 標(biāo)準(zhǔn)件外購(gòu)費(fèi)用統(tǒng)計(jì)
序號(hào)
名稱
規(guī)格
數(shù)量
單價(jià)（元/件）
1
內(nèi)六角圓柱螺釘
M6×10
3
0.01
2
內(nèi)六角圓柱螺釘
M8×16
6
0.01
3
內(nèi)六角圓柱螺釘
M8×25
8
0.01
4
球形螺栓
M20×20
1
1
5
手輪
50×30
3
0.01
6
鎖緊螺釘
35×48
3
1
7
連接銷(xiāo)
3×20
3
0.5
標(biāo)準(zhǔn)件的外購(gòu)件費(fèi)用為5.7元。
5.3 課題技術(shù)經(jīng)濟(jì)成本計(jì)算依據(jù)
5.3.1成本計(jì)算依據(jù)
根據(jù)零件的總數(shù)量，再求出加工費(fèi)用，就可以求得課題設(shè)計(jì)的總成本。依據(jù)計(jì)算公式：
零件成本=材料費(fèi)用+加工工時(shí)費(fèi)用
材料費(fèi)用=材料的單價(jià)×材料的毛坯重量
毛坯的重量=凈重/材料的利用率
材料的利用率：45鋼為0.6~0.7，鑄鐵0.8
工時(shí)費(fèi)：主要件（導(dǎo)料管、活塞、軸等）=材料費(fèi)×8
一般件=材料費(fèi)×（4~5）
材料費(fèi)的計(jì)算
由計(jì)算公式可得：
45鋼毛坯重量=8.553/0.65=13.158kg
鑄鐵毛坯重量=296.323/0.8=370.404kg
主要件包括：軸，軸套，V形塊
主要件材料費(fèi)用=13.158×10-3×3400
=44.74元
主要件工時(shí)費(fèi)用=主要件材料費(fèi)×8
=（軸的材料費(fèi)+軸套的材料費(fèi)+V形塊的材料費(fèi)）×8
=44.74×8
=357.9元
一般件包括：中心架架體，上頂蓋壓板，材調(diào)整板，支撐板
一般件材料費(fèi)用=370.404×10-3×2800
=1037.13元
一般件工時(shí)費(fèi)用=一般件材料費(fèi)×4
=1037.13×4
=4148.52元
∴零件成本=44.74+357.9+1037.13+4148.52=5588.29元
根據(jù)對(duì)以上成本的計(jì)算，不一樣材料的零件，不同的熱處理方式，不同的加工工藝，進(jìn)行的成本計(jì)算也不一樣。應(yīng)該去合理地選材，選擇合理的熱處理方式，從而降低零件的生產(chǎn)成本。合理的成本計(jì)算可以為企業(yè)省掉很多額外的支出，給企業(yè)帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)效益。
第六章 結(jié) 論
車(chē)床加工是當(dāng)今機(jī)械行業(yè)較為普遍的加工方式，也在該行業(yè)扮演著一個(gè)極其重要的角色。車(chē)床加工的同時(shí)需要輔助部件進(jìn)行輔助加工，因此輔助部件又是必不可少的一部分。本論文的主旨就是車(chē)床用手動(dòng)中心架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，對(duì)傳統(tǒng)中心架結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，從而設(shè)計(jì)出新型的中心架，從精度，效率，結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行改進(jìn)。經(jīng)過(guò)大半個(gè)學(xué)期的課題設(shè)計(jì)，終于設(shè)計(jì)出了一套新型的手動(dòng)中心架。相關(guān)工作如下：
1、 主要工作及結(jié)論
1、外文翻譯 需要上網(wǎng)查閱各種文獻(xiàn)，挑選出適合自己的外文原文，并且進(jìn)行符合原文原意的中文翻譯；
2、編寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告，從對(duì)本課題研究的意義，文獻(xiàn)綜述，研究?jī)?nèi)容，研究計(jì)劃，特色與創(chuàng)新幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行開(kāi)題報(bào)告的編寫(xiě)；
3、完成畢業(yè)設(shè)計(jì)論文15000字的任務(wù)要求，
(1)中心架主要零件 包括:中心架支架、中心架體、安裝板、球形螺栓、軸、套、鎖緊塊、壓板等
(2)機(jī)械制圖 a CAD繪制中心架裝配圖1號(hào) 1張
b CAD繪制零件圖紙,零件CAD圖紙折合0號(hào)1.5張 （約15個(gè)零件）
(3)設(shè)計(jì)計(jì)算 a壓板鎖緊力計(jì)算
b中心架整體拖動(dòng)力的計(jì)算，
c確定中心架支撐范圍）
(4)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 a翻譯有關(guān)外文
b課題成本計(jì)算
(5)翻譯有關(guān)外文資料
二、存在的問(wèn)題
1.新型中心架的結(jié)構(gòu)還不是特別的緊湊，尺寸比較大，不方便裝拆。
2.新型中心架中的一些國(guó)標(biāo)零件不是特別清楚，需要查找工具書(shū)才能了解其具體的結(jié)構(gòu)。
3.對(duì)一些機(jī)械制圖的標(biāo)注要求理解的還不夠透徹，在標(biāo)注過(guò)程中標(biāo)注不規(guī)范，需要經(jīng)常請(qǐng)教指導(dǎo)老師。
三、發(fā)展展望
隨著車(chē)床行業(yè)的不斷發(fā)展，車(chē)床漸漸向高速度，高精度，自動(dòng)化程度等方向發(fā)展，那么在車(chē)床加工工件的過(guò)程中其中輔助部件也發(fā)揮了非常重要的作用。像本次課題設(shè)計(jì)的中心架，在車(chē)床加工細(xì)長(zhǎng)類(lèi)工件時(shí)使用中心架輔助加工，對(duì)工件的精度有著直接的影響。所以中心架在車(chē)床加工行業(yè)中需求很大，隨著車(chē)床的不斷改進(jìn)，中心架無(wú)論在其結(jié)構(gòu)還是精度要求上都需要不停地改變。中心架在以后發(fā)展