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南京工程學(xué)院 工 業(yè) 中 心 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 題目： 車床用手動中心架結(jié)構(gòu)設(shè)計 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級： D機加工121 學(xué) 號：231120318 學(xué)生姓名： 荊劍 指導(dǎo)教師： 劉桂芝 2016年 03月 08 日 本科畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告 學(xué)生姓名 荊劍 學(xué) 號 231120318 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 指導(dǎo)教師姓名 劉桂芝 職 稱 研究員級高工 所在院系 工業(yè)中心 課題來源 D.自擬課題 課題性質(zhì) A.工程設(shè)計 課題名稱 車床用手動中心架結(jié)構(gòu)設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計的 內(nèi)容和意義 采用通過對傳統(tǒng)中心架與專用中心架的對比，進行手動中心架結(jié)構(gòu)的設(shè)計，使其滿足工人在各種環(huán)境中實際加工工件時的要求。 畢業(yè)設(shè)計的具體內(nèi)容： 1、外文翻譯 需要上網(wǎng)查閱各種文獻，挑選出適合自己的外文原文，并且進行符合原文原意的中文翻譯； 2、編寫開題報告，從對本課題研究的意義，文獻綜述，研究內(nèi)容，研究計劃，特色與創(chuàng)新幾個方面來進行開題報告的編寫； 3、完成畢業(yè)設(shè)計論文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)機械制圖 a CAD繪制中心架裝配圖1號 1張 b CAD繪制零件圖紙,零件CAD圖紙折合0號1.5張 （約15個零件） (3) 設(shè)計計算 a壓板鎖緊力計算 b中心架整體拖動力的計算， c確定中心架支撐范圍） (4) 技術(shù)經(jīng)濟分析 a翻譯有關(guān)外文 b課題成本計算 (5) 翻譯有關(guān)外文資料 畢業(yè)設(shè)計的 內(nèi)容和意義? 本課題對手動中心架進行了設(shè)計，其意義如下： 1. 在對這次畢業(yè)設(shè)計的課題進行了初步了解之后，隨著普通車床和數(shù)控車床的不斷發(fā)展，車床在加工長徑比較大的細長桿件時，中心架是必不可少的輔助部件。 2. 現(xiàn)有車床中心架的優(yōu)點: 結(jié)構(gòu)簡單、使用方便等,但實際使用表明還存在許多的不足如卡爪易磨損，裝夾不可靠，剛度達不到使用標(biāo)準(zhǔn)。 3.大學(xué)四年學(xué)習(xí)了很多的專業(yè)課知識，比如機械原理，數(shù)控機床，金屬材料的加工與熱處理，材料力學(xué)，理論力學(xué)等，本人在進行課程設(shè)計的過程中學(xué)會了如何利用書本上的知識來發(fā)現(xiàn)問題—分析問題—解決問題。經(jīng)過了各種實習(xí)的磨練，從一開始什么都不懂，到拿到具體的課題就明白從哪個角度著手，再分析實際加工過程所要遇到的一些問題。將理論與實際相結(jié)合，從而完成每一個課程設(shè)計任務(wù)，同時也為自己畢業(yè)以后參加工作打下一個堅實的基礎(chǔ)。 4.畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)生涯最后一個環(huán)節(jié)，本次課題的設(shè)計，我們需要查找關(guān)于該課題的很多文獻，通過對各類文獻的比較，我們可以了解中心架目前發(fā)展趨勢，所處的水平，從而總結(jié)出我們自己的一些觀點。 英文期刊文章引用：作者. 題名. 期刊名, 出版年份，期號：起止頁碼 文獻綜述 本次課題主要是對經(jīng)濟類型中精度機床功能部件手動中心架的設(shè)計與改進，在車床上典型的功能部件有，中心架，尾架，刀架等。目前，普通車床是切削加工中最常用的一種機床，其歷史悠久，應(yīng)用很廣，在金屬切削中車削加工約占全部機械加工的40%—60%。由于電子技術(shù)的飛躍發(fā)展和各種新的工藝方法的出現(xiàn), 對普通車床的發(fā)展有很大的影響, 目前世界各國的普通車床產(chǎn)量普遍有下降的趨勢。[1] 所以普通車床在以后的行業(yè)發(fā)展中需要作出一些改變。比如車床在加工過程中，由于進行高速種切削，所以單位時間內(nèi)產(chǎn)生的切屑量也越來越多，而且切削油的用量也越來越大。因此，近來看到了一些排屑容易的床身結(jié)構(gòu)，切屑盤也逐漸加大，采取防屑措施、改進切削油。[3]普通車床未來的發(fā)展方向：需要提高切削速度，提高自動化程度，提高剛度，采取模塊化設(shè)計，加強安全保護措施，降低噪聲等。相對于普通車床而言，數(shù)控車床自動化程度較高，對工人操作水平的要求相對降低。從20世紀(jì)中葉數(shù)控技術(shù)出現(xiàn)以來，數(shù)控機床給機械制造業(yè)帶來了革命性的變化。隨著計算機技術(shù)和現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的飛速發(fā)展以及裝備制造業(yè)對數(shù)控機床的大量需求，數(shù)控機床的應(yīng)用范圍在不斷擴大并不斷發(fā)展以更適應(yīng)生產(chǎn)加工的需要。[2]“十二五”是國產(chǎn)數(shù)控機床發(fā)展的一個新機遇期，全球已經(jīng)走出金融危機造成的經(jīng)濟最困難時期，國內(nèi)需求拉動的效果非常明顯?！案邠鯏?shù)控機床與基礎(chǔ)制造設(shè)備”科技重大專項已全面啟動和實施。[3]數(shù)控車床是在數(shù)控機床中占有比例較大、自動化程度較高、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的先進加工設(shè)備， 因此有必要了解數(shù)控車床技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢。當(dāng)前數(shù)控車床的發(fā)展趨勢：高速，高精度化，智能化，開放式，網(wǎng)絡(luò)化，高柔性化，綠色化。 隨著數(shù)控車床在機械行業(yè)中的廣泛應(yīng)用，客戶對數(shù)控車床的加工能力和加工范圍的要求也越來越高。機床的生產(chǎn)廠家不僅要提高主機的性能和精度，還要向用戶提供可靠方便的工裝夾具，以保證用戶加工出合格的零件。[4] 車床車削長軸時，如工件伸出夾具長度超過直徑15倍時的光滑軸（如車床光桿，絲杠），須用卡盤頂針，跟刀架裝卡?；蛴们昂箜斸樃都苎b卡。階臺軸（如車床主軸），須用卡盤、中心架裝卡。有些特長工件也可以采用卡盤，頂針，中心架，跟刀架同時裝夾。使用這種附加的裝卡工具，可以增加工件裝卡剛度，保證加工質(zhì)量，避免零件表面產(chǎn)生鼓面，減少振動，提高工件表面形狀精度和表面光潔度，同時可以采用大切削用量駕加工，提高勞動生產(chǎn)率。[5] 一般來說，當(dāng)軸的長度和直徑之比越大，則剛度越小，故機床在加工細長類軸時，需采用中心架，因為中心架是保證這些工件加工精度的主要附件之一。磨削工件時，固定軸的方法一般是采用軸的一端用頭架卡盤夾緊，或用頭架頂尖頂緊，另一端用尾架的頂尖將軸支撐起來。由于工件的長徑比值較大，加上在工件的自重和切削力的作用下，易使工件彎曲變形，造成工件在加工時發(fā)生振動和被磨成腰鼓形。 英文期刊文章引用：作者. 題名. 期刊名, 出版年份，期號：起止頁碼 文獻綜述 如圖1所示。但假如在工件中間部分使用一只中心架，如圖2所示，可以增加軸的剛度，以保證工件在加工過程中不至于出現(xiàn)腰鼓形不直度和“讓刀”現(xiàn)象。另一方面，此做法也能避免系統(tǒng)振動現(xiàn)象的產(chǎn)生，從而防止了軸的加工誤差變大。 產(chǎn)生上述原因是應(yīng)為在加工過程中，尤其是當(dāng)?shù)毒呖拷S中部的時候，工件會受到自身重力和刀具徑向切削力的作用，產(chǎn)生變形，使軸產(chǎn)生不同程度的彎曲，使加工產(chǎn)生誤差，從而導(dǎo)致加工完成后的軸成為腰鼓形，即中間大，兩端較小的形狀?？v截面一致性和圓度無法得到保證。所以為避免此類情況的發(fā)生，加工時需采用液壓中心架作為輔助支撐，以此來限制軸的變形，達到提高加工精度的目的。 中心架的結(jié)構(gòu)形式，按機床的不同結(jié)構(gòu)和零件的不同要求而變化，其結(jié)構(gòu)形式大致可以分為閉式中心架，開式中心架如圖3所示和專用中心架。 英文期刊文章引用：作者. 題名. 期刊名, 出版年份，期號：起止頁碼 文獻綜述 隨著機械工業(yè)制造設(shè)備的發(fā)展，數(shù)控機床已經(jīng)廣泛應(yīng)用，長軸類零件，外圓及軸端部分加工極為普遍。中心架一般是固定在機床導(dǎo)軌上，中心架觸頭卡在工件中部外圓。通常閉式中心架用于磨削內(nèi)孔和階梯軸，開式中心架用于磨長軸，絲桿和曲軸頸。加工零件外圓時，閉式中心架因刀具不能越過中心架，不能對零件外圓進行連續(xù)加工，開式中心架存在一個無法準(zhǔn)確定心的問題。定心不準(zhǔn)確同樣會引起精度的不足。[6] 現(xiàn)有車床中心架的優(yōu)點: 結(jié)構(gòu)簡單、使用方便等,但經(jīng)實際使用表明尚存不足[7-9]: (1)人工調(diào)整3 個支撐點對中，效率低; (2)工件與支撐塊之間為滑動摩擦，易磨損，壽命短; (3) 3 個圓柱支撐點，屬于懸臂結(jié)構(gòu)，剛度差，易振動。 (4) 安全性差。傳統(tǒng)中心架，靠一根緊定螺釘，緊固上下蓋，加工中，如果工件對中效果不好，旋轉(zhuǎn)中極易將中心架扭斷，造成設(shè)備、人身事故。 本人設(shè)計的中心架是自定心，滾輪手動中心架。 如圖所示： 英文期刊文章引用：作者. 題名. 期刊名, 出版年份，期號：起止頁碼 文獻綜述 普通車床中心架的頂塊組件部分如圖1 所示, 其作用是支撐在車床上加工的懸臂較長的軸類零件. 加工時中心架上的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法蘭盤工序就屬于這種情況, 此時工件高速旋轉(zhuǎn), 加之有切削力的作用, 3 塊頂塊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, 浪費較大。 經(jīng)分析認為: 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, 此時的頂塊與工件表面間的摩擦是滑動摩擦, 容易造成工件已加工表面的磨損、劃傷及升溫. 為此, 將3 塊頂塊改裝成如圖2 所示的形式, 裝上滾動軸承, 則此時頂塊與工件表面間的摩擦變?yōu)闈L動摩擦。經(jīng)試用, 前述弊病得以解決, 使用效果良好。[10] 本人設(shè)計的是滾動頂塊： 英文期刊文章引用：作者. 題名. 期刊名, 出版年份，期號：起止頁碼 文獻綜述 參考文獻： 1、劉金聲. 從普通車床技術(shù)性能分析看發(fā)展趨勢. 唐山. 唐山功臣技術(shù)學(xué)院學(xué)報.1998-04-01 2、王福印. 我國數(shù)控車床技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀與思考[J].西部大開發(fā)(中旬刊),2011(2):37-43. 3、李強,李東茹. 國產(chǎn)數(shù)控機床及其關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J].航空制造技術(shù).2010(10):26-30. 4、劉桂芝. 數(shù)控機床專用夾緊機構(gòu)——套圈式中心架的設(shè)計[J]. 機床與液壓, 2011, 39(18):20-22. 5、淺談中心架和跟刀架加工長軸的使用方法. 遼寧. 中國學(xué)術(shù)期刊. 1982-06-30 6、邱琦, 璩瑋. 中心架的設(shè)計與加工[J]. 精密制造與自動化, 2010(1):36-38. 7、王杰． 數(shù)控車床用機械可調(diào)式中心架［J］． 金屬加工( 冷加工)，2009 (9):39 － 41． 8、邊輝． 中心架聯(lián)動機構(gòu)的研究［J］． 制造技術(shù)與機床，2010(6):139－ 140． 9、盧學(xué)玉，謝能斌． 液壓自定心中心架凸輪曲線的推導(dǎo)研究［J］． 機械 設(shè)計與制造，2008(4):24 － 25． 10、王守河．車床中心架的改裝． 機械制造 ．中國學(xué)術(shù)期刊．1997-03-15 研究內(nèi)容 1.要計算中心架在支撐最大直徑零件加工時所需要承受的載荷，自身的剛度能否達到要求； 機架的設(shè)計主要應(yīng)保證剛度，強度和穩(wěn)定性。機架的強度和剛度都需要從靜態(tài)和動態(tài)兩方面來考慮。 2.卡爪的設(shè)計，材料的選擇將直接影響到被加工工件的表面質(zhì)量以及卡爪的使用壽命； 將滾輪作為頂塊，將傳統(tǒng)中心架的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，減小了支撐架和工件間的磨損，提高了滾輪的使用壽命; 3.中心架對于機床導(dǎo)軌的鎖緊問題，將直接威脅到工件加工中的工人的安全。 利用絲杠螺紋自鎖提供夾緊力，安全可靠。 研究計劃 研究周期與時間安排 畢業(yè)設(shè)計起止日期：2.22—6.03（第1周—第15周） 第1周（2.22-2.26）收集資料，學(xué)習(xí)有關(guān)書籍文獻，參觀工廠，搜集設(shè)計過程中所要遵照的有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)并進行學(xué)習(xí) 第2周（2.29-3.04）提出完成課題的基本思路和方法，暨完成該課題所采用的技術(shù)路線、方案，要設(shè)計和完成的任務(wù) 第3周（3.07-3.11）完成開題報告（含文獻綜述等）及外文翻譯 第4周（3.14-3.18）完成裝配圖、中心架拖動機構(gòu)草圖設(shè)計 第5周（3.21-3.25）壓板鎖緊力計算，中心架整體拖動力計算，確定中心架支撐直徑范圍確定 第6周（3.28-4.01）完成裝配圖、中心架設(shè)計拖動機構(gòu)設(shè)計 第7周（4.04-4.08）畢業(yè)設(shè)計中期檢查 第8周（4.11-4.22）進行零件圖CAD繪制 第9周（4.18-4.22）完成零件圖計算機繪圖 第10周（4.25-4.29）進行各零件及課題成本分析完成各零件成本及課題成本計算 第11周（5.02-5.06）遞交論文初稿 第12周（5.09-5.13）修改論文并定稿 第13周（5.16-5.20）論文評審及答辯資格確定 第14周（5.23-5.27）準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯 第15周（5.30-6.03）畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯 第16周（6.06-6.10）整理資料存檔 特色與創(chuàng)新 本論文特色與創(chuàng)新如下： （1）首先保留了傳統(tǒng)中心架結(jié)構(gòu)簡單，操作方便的優(yōu)點。 （2）利用V 形塊自動定心原理，代替人工對中，提高了效率，降低了勞動強度; （3）采用滾輪頂塊，將傳統(tǒng)中心架的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，減小了支撐架和工件間的磨損，提高了滾輪的使用壽命; （4）利用絲杠螺紋自鎖提供夾緊力，安全可靠。有4 個滾輪，用來夾緊工件。 指導(dǎo)教師 意 見 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 分中心意見 中心意見 分中心主任簽名： 年 月 日 教學(xué)主任簽名： 年 月 日 南京工程學(xué)院 工 業(yè) 中 心 本科畢業(yè)設(shè)計說明書（論文） 題 目： 車床用手動中心架結(jié)構(gòu)設(shè)計 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級： D機加工121 學(xué) 號： 221120318 學(xué)生姓名： 荊劍 指導(dǎo)教師： 劉桂芝（研究級高工） 起迄日期： 2016.2.22～2016.6.03 設(shè)計地點： 工程中心7號樓 畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）中文摘要 摘要： 本文主要是進行了車床用手動中心架結(jié)構(gòu)的設(shè)計 。中心架是車床加工細長軸類零件的輔助功能部件。通過對國內(nèi)外傳統(tǒng)中心架的分析和研究，對現(xiàn)有傳統(tǒng)中心架進行了改進設(shè)計。該中心架通過調(diào)整滾輪徑向位置實現(xiàn)不同直徑零件的支撐。滾輪與工件直接接觸，由傳統(tǒng)卡爪對工件的滑動摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動摩擦，大大延長了卡爪的使用壽命。并利用V形塊的自定心原理，對工件實現(xiàn)自動定心。從而大大改善了傳統(tǒng)中心架在實際加工過程中效率低，無法自動定心等問題。 關(guān)鍵詞：車床 中心架 滾輪 V形塊 畢業(yè)設(shè)計說明書（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)計說明書（論文） 目 錄 前 言 1 第一章 緒論 2 1.1選題的意義 2 1.1.1車床的發(fā)展趨勢 2 1.1.2中心架的現(xiàn)實需求 3 1.1.3設(shè)計中心架的意義 4 1.2研究內(nèi)容的背景 4 1.2.1傳統(tǒng)中心架在加工過程中遇到的問題 4 1.2.2國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 4 1.3課題的意義 7 第二章 中心架的簡介 9 2.1傳統(tǒng)中心架的簡介 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 11 第三章 中心架總體結(jié)構(gòu)設(shè)計計算 14 3.1壓板的鎖緊力計算 14 3.2中心架整體拖動力的計算 15 3.3確定中心架支撐直徑范圍 16 第四章 中心架部件計算 17 4.1滾輪尺寸設(shè)計計算 17 4.2支撐滾輪的圓柱鉸鏈尺寸設(shè)計 19 4.3軸套尺寸設(shè)計計算 20 4.4支撐軸的設(shè)計計算 21 4.5中心架架體以及中心架上頂蓋總體尺寸設(shè)計 22 4.6 V型塊總體設(shè)計尺寸 24 4.7壓板的總體設(shè)計尺寸 26 第五章 中心架的計算成本分析 27 5.1 技術(shù)經(jīng)濟分析的目的與意義 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)濟成本計算依據(jù) 28 5.3.1成本計算依據(jù) 28 第六章 結(jié) 論 30 致 謝 32 參考文獻 33 附錄A 裝配圖 零件圖 34 附錄B 畢業(yè)論文光盤資料 35 - I - 前 言 目前普通車床是切削加工中最常用的一種機床，其歷史很悠久，應(yīng)用很廣，在金屬切削中，車削加工大概占全部機械加工的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，對普通車床的發(fā)展產(chǎn)生了很大的影響, 目前世界各個國家的普通車床生產(chǎn)數(shù)量都有下降的趨勢。 因此普通車床在以后機械行業(yè)發(fā)展中需要作出一些調(diào)整。 車床是加工回轉(zhuǎn)類零件的主要設(shè)備，而中心架是車床在加工過程中的一個重要的輔助部件。在車床加工細長的軸類零件時，為了保證工件的加工質(zhì)量，需要使用中心架進行輔助加工。傳統(tǒng)中心架在設(shè)計過程中存在許多問題，比如：卡爪容易磨損，效率低，操作比較繁瑣，壽命短，在零件加工的過程中中心架可能會受力不均而受到損壞，從而對機床的精度產(chǎn)生影響，對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 車床加工長軸類零件時會采用一些機床功能部件，以提高零件加工剛性，中心架就是數(shù)控車床加工長軸類零件的專用部件，中心架的種類很多，有自定心的、專用圈式的、手動的等。而手動中心架是長軸類經(jīng)濟型數(shù)控車床所必備的部件，性價比較高。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車床的發(fā)展趨勢 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，車床在機械行業(yè)中占比非常高，同時它的作用也是非常大的。在不同的工作環(huán)境中，車床的種類也不一樣，加工的零件也是不一樣的。車床的工作原理：主運動是工件的回轉(zhuǎn)，進給運動是車刀的移動。近幾年來，由于電子技術(shù)發(fā)展速度非?？?，車床發(fā)展速度也非?？?，已經(jīng)進入了自動化時代。 車床的發(fā)展歷程: ?車床的第一發(fā)展階段：普通車床。人類由手工作業(yè)時代進入機械時代，普通車床由此誕生，也就是人類在機械時代的第一種種類的車床。普通車床能夠適應(yīng)的工作環(huán)境的范圍比較廣，所以在機械加工中是采用最普遍的車床類型。普通車床在每個學(xué)校的應(yīng)用也相當(dāng)普遍，用來培養(yǎng)機械操作人才，普通車床由于車床自身加工出零件，原理比較簡單，學(xué)生很容易理解并且掌握其中的要領(lǐng)，通過長期的鍛煉可以熟練地加工出工件并能達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越多的工作經(jīng)驗，也就能夠熟練地使用臥式車床在更短的時間內(nèi)加工出類型更多、精度更高的零件。普通車床的操作具有一定的危險性，因此車床的操作人員需要要經(jīng)過嚴(yán)格的培訓(xùn)，才能上車床動手進行操作。 ? 數(shù)控車床是車床的一個飛躍式發(fā)展階段。近些年來，隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，人們對該技術(shù)加以應(yīng)用，制造出了數(shù)控車床，可以說是機床行業(yè)的一次重大突破。數(shù)控車床的定義：運用數(shù)字技術(shù)使車床自動控制它的工作流程，從而生產(chǎn)出需要加工的零件。相對于普通車床來說，數(shù)控車床精度更高，自動化的程度也更高，操作起來也更加的方便，容易上手。操作人員只需要將工件的加工程序?qū)氲杰嚧驳目刂泼姘逯?，通過對車床加工過程的模擬，來檢測程序是否正確，然后再開始進行工件的加工。 普通車床與數(shù)控車床都是機械加工中重要的車床設(shè)備，兩者都有各自的優(yōu)勢和缺點。當(dāng)我們需要小批量并且加工精度不高的零件時，可以選擇普通車床，普通車床相對于數(shù)控車床來說容易維修，購買的價格也便宜很多。但是對于操作人員來講要求會更高，也會更危險。數(shù)控車床則比較適用于批量生產(chǎn)，所生產(chǎn)出來的零件精確度相對于普通車床來說比較高。但是數(shù)控車床的價格較高、維護更困難，生產(chǎn)成本也高。[1] 1.1.2中心架的現(xiàn)實需求 目前來說，切削加工中最常用的機床就是普通車床，它的歷史很悠久，應(yīng)用很廣，在金屬切削中，車削加工大概占全部機械加工的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，對普通車床的發(fā)展產(chǎn)生了很大的影響, 目前世界各個國家的普通車床生產(chǎn)數(shù)量都有下降的趨勢。[2] 因此普通車床在以后機械行業(yè)發(fā)展中需要作出一些調(diào)整。例如車床在進行加工的過程中，因為進行高速切削，所以單位時間內(nèi)產(chǎn)生的切屑量會越來越多，消耗的切削油也越多。因此普通車床以后的發(fā)展方向：需要提高切削的速度，提高其自動化的程度，提高床身剛度，采取模塊化設(shè)計，加強安全保護措施，降低車床噪聲等。相對于普通車床而言，數(shù)控車床具有優(yōu)勢，也有它的不足之處。優(yōu)勢就是自動化程度相對較高，工人操作難易程度降低。[3]隨著時間的轉(zhuǎn)移，各項技術(shù)的進步，不同行業(yè)對數(shù)控機床的需求越來越大，數(shù)控機床需要不停地發(fā)展來更適應(yīng)生產(chǎn)加工過程的需要?！笆濉笔菄a(chǎn)數(shù)控機床發(fā)展的一個新的機遇時期，全世界已經(jīng)走出金融危機造成的經(jīng)濟最困難時期，由于國內(nèi)的需求較大，拉動了數(shù)控機床飛速發(fā)展，效果非常明顯?！案邠鯏?shù)控機床與基礎(chǔ)制造設(shè)備”科技重大專項已全面啟動和實施。高度，高精，智能，開放，網(wǎng)絡(luò)，高柔性，綠色化是當(dāng)前數(shù)車的發(fā)展趨勢。[4] 車床在加工長軸的時候，就需要使用卡盤頂尖，跟刀架進行裝夾，或者兩端都用頂尖，跟刀架進行裝夾。在加工階臺軸時（如車床主軸），就要使用卡盤、中心架聯(lián)合進行裝夾。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] 因此中心架在車床加工細長軸類零件過程中不可或缺，中心架的現(xiàn)實需求是非常大的。 1.1.3設(shè)計中心架的意義 軸的長度和直徑比大的話，其剛度相對較低，就必須采用中心架。因為中心架是保證工件加工精度的主要輔助部件，可以提高加工剛度，避免工件在加工過程中彎曲變形。 因此設(shè)計中心架的意義就在于在車床加工細長類零件時，使用中心架進行輔助加工可以避免工件在加工過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研究內(nèi)容的背景 1.2.1傳統(tǒng)中心架在加工過程中遇到的問題 在車床加工細長類工件的同時，使用傳統(tǒng)的中心架進行輔助加工時，首先我們會發(fā)現(xiàn)中心架的卡爪不會跟隨工件同時旋轉(zhuǎn)，工件與卡爪之間屬于滑動摩擦，因此卡爪在長時間的加工過程中會產(chǎn)生較大的磨損，極易損壞即卡爪壽命較短，更換卡爪會更加頻繁，加工成本大大增加。 傳統(tǒng)中心架在加工工件的過程中，由于現(xiàn)有設(shè)計存在一定的局限性，傳統(tǒng)中心架，緊緊由一根緊定螺釘，緊固上下蓋，加工過程中如果工件對中性能不好，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，對工件無法進行自定心從而對工件的精度產(chǎn)生一定的影響。 1.2.2國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 （1）基本情況 金屬切削機床制造行業(yè)最大的的產(chǎn)業(yè)就是車床制造產(chǎn)業(yè)。根據(jù)資料統(tǒng)計，2005年金屬切削機床的產(chǎn)量：387863臺，當(dāng)中車床的生產(chǎn)量就達到了237464臺，占了百分之六十一點二。在車床這個產(chǎn)量中，普通車床的產(chǎn)量很高，數(shù)控車床的占比相對低了很多，大概占了百分之十三點五。雖然在2006年，該比例有所上升，卻不是很大。目前我們國家還是主要以普通車床生產(chǎn)的國家。車床的數(shù)控化比率反映了國家制造業(yè)的一個技術(shù)水平，同時是國家綜合國力的體現(xiàn)。 下面是各個國家的車床生產(chǎn)消費的具體情況：2003年美國數(shù)控臥床1816臺，消費的車床數(shù)量是7304臺，數(shù)車占了5428臺，消費車床占比達到了百分之七十四點三。日本2004年生產(chǎn)了26456臺車床，數(shù)車有21485臺，占比百分之八十二點一，消費的車床在9742臺，數(shù)控車床占了8667臺，占比百分之八十九。2004年韓國車床占整個機床產(chǎn)值的百分之四十點八。數(shù)控車床占車床的百分之九十五點二。 從以上國家的車床使用情況，可以看出我國的車床制造業(yè)以及整個制造行業(yè)與其他國家相比總體書評還存在不小的差距。 （2)數(shù)控車床的現(xiàn)狀 在二十世紀(jì)七十年代，我國就開始了對數(shù)控車床的研究與發(fā)展。經(jīng)過了幾十年的發(fā)展，我國生產(chǎn)的數(shù)車大概分為三類，一類是經(jīng)濟類型的臥式漱口可呢個車床，一類是普及型數(shù)控車床，另一類是中高檔數(shù)控車床。 經(jīng)濟類型的數(shù)控車床，價格便宜，約占普及型車床的三分之一，價格在十萬元。投入的費用較少，可以滿足廣大企業(yè)的初步發(fā)展需求，現(xiàn)在是我國數(shù)控車床的主要產(chǎn)品。國內(nèi)有很多家企業(yè)生產(chǎn)的規(guī)模達到了千臺以上每年。 普及型數(shù)車，國內(nèi)生產(chǎn)的也得到了用戶的普遍認可，可以滿足用戶大部分的需求。 中高檔數(shù)控車床包括車削中心在內(nèi)的3軸以上的車床，國內(nèi)的用戶大都選擇進口產(chǎn)品。國內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品市場占有比例不高，目前國內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)品還需進一步提高加工的進度，從而為自己正名。 (3)“十五”期間我國數(shù)控車床情況 我國數(shù)控車床在2001-2005年 的生產(chǎn)，進口，出口，消費的情況見 表1-1～1-4。 表1-1 2001~2005年我國數(shù)控車床生產(chǎn)情況 表1-2 2001~2005年我國數(shù)控車床進口情況 表1-3 2001~2005年我國數(shù)控車床出口情況 表1-4 2001~2005年我國數(shù)控車床消費情況 在“十五”期間我國的數(shù)控車床發(fā)展速度飛快，2001年生產(chǎn)量為10022臺，2005年的生產(chǎn)量為37811臺，一共增長了3.77倍?？偟漠a(chǎn)值也由原來的11.53億元人名幣變成了2005年的61.63億元,增長了5.35倍。2001年的平均單臺產(chǎn)值是11.6萬元，2005年的平均單臺產(chǎn)值達到了16。3萬元。2001年的數(shù)控車床的消費量為13123臺，2005年的數(shù)控車床的產(chǎn)量達到了42551臺，2001年的消費額度為3.06億美元，2005年的消費額度為11.8億美元。 隨著國內(nèi)生產(chǎn)的中高級數(shù)控車床種類的迅速發(fā)展，之前國內(nèi)需要靠進口的一些中高級數(shù)控車床，目前在國內(nèi)也研發(fā)成功，一些國內(nèi)的制造廠商已經(jīng)開始了小批次的生產(chǎn)。 我國的數(shù)控車床出口的增長速度開始加快，2001年出口數(shù)量為515臺，2005年增加到了2810臺，長了5.5倍。2001年的出口金額是688萬美元，2005年增加到了5163萬美元，長了7.5倍。隨著我國技術(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)濟類型的數(shù)控車床，而且普及型數(shù)控車床也逐步地開始對外出口。 (4)我國數(shù)控車床的技術(shù)差距 目前我國的數(shù)控車床發(fā)展目標(biāo)就是逐步縮小與發(fā)達國家的差距。提高加工的精度，縮短制造的周期是國外數(shù)控車床的發(fā)展目的，制造出集車削，銑削，鏜削，磨削等功能于一體的復(fù)合化加工中心。我國還需要加大在加工高轉(zhuǎn)矩，大功率車削中心和數(shù)控機床等方面的研究力度，爭取早日在核心內(nèi)容上取得一些突破。 (5)幾點建議 目前，我國數(shù)控車床的總體水平已經(jīng)接近世界先進的水平。要是要進一步縮小與國際先進制造國家的差距，提高市場的占有率。有如下幾點建議： ?經(jīng)濟類型的數(shù)控車床是過去幾十年的產(chǎn)物，處于發(fā)展中的國家使用率較高。隨著我國技術(shù)水平的上升，應(yīng)該調(diào)整經(jīng)濟類型數(shù)控車床的生產(chǎn)數(shù)量，以適應(yīng)目前市場的需求。 ?國內(nèi)生產(chǎn)的普及型數(shù)控車床，車削加工中心等產(chǎn)品收到了國外同類車床的挑戰(zhàn)，國內(nèi)企業(yè)無論是在產(chǎn)品技術(shù)上，還是每個月的生產(chǎn)量以及規(guī)模上都和國外企業(yè)有一定的差距。因此國內(nèi)企業(yè)還需要提高產(chǎn)品的性價比，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）在對這次畢業(yè)設(shè)計的課題進行了初步了解之后，隨著普通車床和數(shù)控車床的不斷發(fā)展，車床在加工長徑比較大的細長桿件時，中心架是必不可少的輔助部件。 （2）現(xiàn)有車床中心架的優(yōu)點: 結(jié)構(gòu)簡單、使用方便等,但實際使用表明還存在許多的不足如卡爪易磨損，裝夾不可靠，剛度達不到使用標(biāo)準(zhǔn)。 （3）大學(xué)四年學(xué)習(xí)了很多的專業(yè)課知識，比如機械原理，數(shù)控機床，金屬材料的加工與熱處理，材料力學(xué)，理論力學(xué)等，在進行課程設(shè)計的過程中學(xué)會了如何利用書本上的知識來發(fā)現(xiàn)問題—分析問題—解決問題。經(jīng)過了各種實習(xí)的磨練，從一開始什么都不懂，到拿到具體的課題就明白從哪個角度著手，再分析實際加工過程所要遇到的一些問題。將理論與實際相結(jié)合，從而完成每一個課程設(shè)計任務(wù)，同時也為自己畢業(yè)以后參加工作打下一個堅實的基礎(chǔ)。 （4）畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)生涯最后一個環(huán)節(jié)，本次課題的設(shè)計，我們需要查找關(guān)于該課題的很多文獻，通過對各類文獻的比較，我們可以了解中心架目前發(fā)展趨勢，所處的水平，從而總結(jié)出我們自己的一些觀點。 第二章 中心架的簡介 2.1傳統(tǒng)中心架的簡介 在機床附件當(dāng)中，中心架是加工較長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，一種為手動中心架?？删幊桃簤褐行募艿淖詣踊潭雀?，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，達到程序化自動加工?？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銑復(fù)合加工中心類機床；手動中心架一般使用在批量比較大，分步加工的場合，由于工件多次裝夾，中心架起到長工件一頭在裝夾過程中支撐定心的作用，液壓中心架由于結(jié)構(gòu)的問題，起不到這個作用，所以手動中心架多用在數(shù)控車床上。[7] 中心架為液壓自定心和手動中心架兩種，機床配置該中心架定心精度高、可靠性好、壽命長。 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，開式中心架如圖5所示和專用中心架。 （a） （b） 圖2-1 （a）：閉式中心架 （b）：開式中心架 2.1.1傳統(tǒng)中心架的構(gòu)造 傳統(tǒng)中心架一般由機架，頂蓋，壓板，軸，套，鎖緊板，安裝板等零件構(gòu)成。 機架，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進行連接，中心架的上頂蓋可以根據(jù)需要隨時打開或者關(guān)閉，可以用螺釘來進行固定。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行緊固。 先用卡盤固定好工件的一端，將事先打好中心孔的一端用頂尖進行裝夾?？梢灶A(yù)先車削一段毛坯（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)整三個支撐爪以使其均勻地接觸在工件上，再使用螺釘對支撐爪進行手動鎖緊。根據(jù)不同直徑的工件可以通過軸套內(nèi)的螺紋傳動來調(diào)整。中心架通過壓板與床身進行鎖緊，從而對工件進行加工。 2.1新型中心架的簡介 2.2.1新型中心架的構(gòu)造及工作原理 本課題設(shè)計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，即工件的一端用車床卡盤夾緊，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釘連接，在使用時可以根據(jù)實際需求打開或者關(guān)閉，使用球形螺栓進行固定。采用滾輪與工件直接接觸，通過軸套與手柄的相對運動，實現(xiàn)對不同加工工件直徑的調(diào)整，采用螺釘來緊固四個滾輪。 在加工細長類工件之前，工件一端使用三爪卡盤進行夾緊。另一端需要提前打中心孔，以方便頂尖裝夾，從而實現(xiàn)一夾一頂加工。將中心架滾輪裝在工件時，其直徑必須大于工件的毛坯直徑，通過V形塊的自定心原理對工件進行自動定心。然后將上頂蓋與中心架體通過球形螺栓進行鎖緊。在工件加工過程中需要觀察中心架的四個滾輪是否跟著工件同時旋轉(zhuǎn)。在確定中心架的具體位置時，要考慮是否具有足夠的剛度來進行工件的加工。若采用后頂尖來裝夾，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 中心架通常是固定在機床的導(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，磨削長軸，絲桿以及曲軸頸一般采用開式的中心架。在對零件外圓進行加工時，閉式中心架由于刀具不能越過中心架，不能對零件外圓進行連續(xù)加工，開式中心架存在一個無法準(zhǔn)確定心的問題。定心不準(zhǔn)確同樣會引起精度的不足。[8] 傳統(tǒng)車床中心架的優(yōu)點: 結(jié)構(gòu)簡單、使用方便等,但經(jīng)實際使用表明尚存不足: [9]－[11] (1)需要進行人工調(diào)整，使3 個支撐點進行對中，加工效率低; (2)工件與支撐塊之間直接接觸屬于滑動摩擦，容易磨損，壽命短; (3)3個圓柱支撐爪，屬于懸臂結(jié)構(gòu)，剛度比較差，容易產(chǎn)生振動。 (4)安全性差。傳統(tǒng)的中心架只靠一個緊定螺釘來鎖緊，夾緊不可靠。容易發(fā)生安全事故。 普通車床中心架的頂塊組件部分如圖1 所示, 其作用是支撐在車床上加工的懸臂較長的軸類零件. 加工時中心架上的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法蘭盤工序就屬于這種情況, 此時工件高速旋轉(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, 浪費較大。如圖2-2所示 圖2-2：傳統(tǒng)支撐塊 經(jīng)過分析認為: 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, 此時的頂塊與工件表面間的摩擦是滑動摩擦, 可能會是工件加工好的表面發(fā)生磨損或者溫度升高。 因為這個原因，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)過測試，之前的一些缺點得到了有效的解決，目前的效果比較好。本課題設(shè)計的是滾動頂塊： 圖2-3：滾輪頂塊 綜上新型中心架的優(yōu)點是： （1）首先保留了傳統(tǒng)中心架結(jié)構(gòu)簡單，操作方便的優(yōu)點。 （2）利用V 形塊的自動定心原理，提高了工件對中效率，降低了工人的勞動強度; （3）使用滾輪作為支撐元件，由原來的滑動摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)槟壳暗臐L動摩擦，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，采用普通細牙螺紋，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)計計算 3.1壓板的鎖緊力計算 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行手動鎖緊，從而讓中心架在進行輔助加工的過程中能夠安全可靠。以防止工人在加工。 壓板材料選擇原則有兩個：(1)與主體同硬度與密度，增加抗壓性 (2)增強局部與整體的連接 因為中心架的架體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：HT200 最低抗拉強度:200MPa HT200的特性及適用范圍：抗拉強度和塑形較低，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：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×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 2.螺紋副摩擦 約占40% 3.支撐摩擦，約占50% 后兩者占約90%. 計算公式： （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) 壓板的鎖緊力計算的關(guān)鍵在于使用壓板鎖緊時中心架與導(dǎo)軌面的摩擦力要大于沒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，中心架的正壓力必須大于中心架自身對創(chuàng)生產(chǎn)生的正壓力即F’>Fn=2214.6N。 3.2中心架整體拖動力的計算 對中心架整體拖動力計算的目的：讓操作員知道需要用多大的力才能使中心架在加工過程中實現(xiàn)Z向移動。 計算中心架整體拖動力就相當(dāng)于要計算中心架整體克服自身重力在導(dǎo)軌面上實現(xiàn)Z向移動。首先得計算出中心架整體的質(zhì)量從而計算出整個中心架的重力，計算出中心架對導(dǎo)軌面產(chǎn)生的正壓力。由于本次設(shè)計采用的是斜導(dǎo)軌，因此還要對中心架整體的重力進行力的分解，最終算出中心架整體對于導(dǎo)軌面的正壓力。通過摩擦力的計算公式算出中心架整體在拖動過程中所受摩擦力。 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：動摩擦系數(shù) 所以中心架整體拖動力F：221N 3.3確定中心架支撐直徑范圍 如果要對一個中心架進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，首先要確定中心架的支撐直徑在一個具體的范圍之內(nèi)，然后才能進行該中心架的其他結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算。 中心架支撐直徑范圍受幾個因數(shù)影響。第一，機床型號，機床的型號決定了加工工件的最大直徑。例如：CA6140 該車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)計中，任務(wù)書明確給出了中心架支撐直徑范圍：140mm~200mm，所以本課題設(shè)計的中心架支撐直徑范圍直接按照任務(wù)書上的要求進行設(shè)計。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《機械設(shè)計手冊》。 第四章 中心架部件計算 4.1滾輪尺寸設(shè)計計算 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)，由原先的滑動摩擦的方式轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動摩擦的工作方式。 本課題設(shè)計的滾輪直接由軸承來替代。一方面軸承在市場上十分地普遍，選材方便，另一方面價格比較實惠，是進行設(shè)計的一個良好選擇。 市場上軸承的種類非常多，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，一類是滑動摩擦軸承（滑動軸承），另一類是滾動摩擦軸承（滾動軸承）。 滑動軸承：在工作方式為滑動摩擦的條件下工作的軸承稱之為滑動軸承?；瑒虞S承在工作中非常地平穩(wěn)、而且非?？煽?、沒有噪聲。軸承經(jīng)過液體潤滑之后，滑動的表面由于潤滑油的作用被分離，不會與軸直接接觸，從而減小了工作表面的磨損，降低了摩擦損失，由潤滑油產(chǎn)生的油膜擁有一定的吸附振動的能力。由于滑動軸承的起動的動摩擦力相對較大。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，用來改善軸瓦表面的摩擦性能?；瑒虞S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合用滑動軸承比較合適。 滾動軸承：旋轉(zhuǎn)的軸和軸承座之間的滾動摩擦代替了滑動摩擦的工作方式，是一種用來降低摩擦損失的機械元件。 滾動軸承的基本結(jié)構(gòu)是由內(nèi)圈、外圈、滾動體（鋼球或滾子）和保持架四個零件組成。　 滾動軸承按受力方向分為如下三種： 徑向軸承：以深溝球類,圓柱滾子類，調(diào)心球類等軸承為代表，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，一般成對配對使用，可以同時承受軸向力和徑向力。 經(jīng)過對軸承種類以及用途的了解，滾輪與工件接觸時滾動摩擦，需要選擇滾動軸承。由于車床在加工細長類工件時，刀具沿軸向和徑向切削。通過對滾輪的受力分析，發(fā)現(xiàn)滾輪在工件加工過程中只承受徑向力，所以選擇滾動軸承里的深溝球軸承。 根據(jù)實際需求，將采用軸承型號：6204（d=20 D=47 B=14 Cr=12.8）軸承作為滾輪。材料為：軸承鋼。 軸承受力驗算公式： （4 - 1） C：基本額定動載荷計算值 P：當(dāng)量動載荷 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)計計算 設(shè)計軸套的目的：一方面是支撐滾輪，另一方面是可以通過調(diào)整軸套的位置來適應(yīng)不同直徑的工件。 軸套將采用45號鋼作為材料來設(shè)計。45鋼：優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，含碳量百分之零點四五，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 通過螺紋傳動來調(diào)整軸套的位置，滿足被加工工件兩個極限位置時的要求。 圖4-2為中心架頂蓋支撐滾輪的軸套。軸套設(shè)計長度為：100 內(nèi)螺紋長度為：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時的上極限位置。我們還需要檢驗被加工工件最小直徑時，軸套長度是否符合設(shè)計要求。 ∵內(nèi)螺紋長度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)計長度為：110，內(nèi)螺紋長度為：60 外徑：30 裝配圖中處于位置是被加工工件上極限位置。所以軸套長度100符合設(shè)計要求，同圖一檢驗原理，內(nèi)螺紋長度也符合設(shè)計要求。 4.4支撐軸的設(shè)計計算 設(shè)計支撐軸的目的：通過軸和軸套之間的螺紋傳動來實現(xiàn)對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。 碳素鋼價格低廉，對贏利集中敏感性比合金鋼低，應(yīng)用較為廣泛。 軸類零件一般采用45鋼作為材料，價格便宜，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)動的零件，另一方面可以和零件一起作回轉(zhuǎn)運動，從而傳遞運動、扭矩以及彎矩的機械零件。一般來說，機器中作為回轉(zhuǎn)運動的零件就會安裝在軸上。 軸可分為：直軸（直軸分為：①轉(zhuǎn)軸，②心軸，③傳動軸），曲軸和軟軸。 軸的工作能力一般取決于強度和剛度，轉(zhuǎn)速高時還取決于振動穩(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，一般來說，軸的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)該盡量的簡單。設(shè)計時應(yīng)該注意以下幾個方面的問題： （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盈配合時，若配合軸段的裝入端過長，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 進行中心架架體尺寸的設(shè)計的目的：使中心架的結(jié)構(gòu)緊湊，使其剛度能夠達到支撐工件進行加工的要求。 中心架上頂蓋尺寸設(shè)計的目的：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)計緊湊，同時剛度也需要達到實際使用要求。 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，而且價格比較低廉，成本低。 熱處理方式：去應(yīng)力退火。 鑄鐵的種類： 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:較高強度鑄鐵，基體為珠光體，強度、耐磨性、耐熱性均較好，減振性也良好；鑄造性能較好，需要進行人工時效處理. 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)計尺寸 V型塊可以對完整的外圓柱面進行定位，也可以對非完整外圓柱面進行定位，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)外圓面較長時，或兩段精基準(zhǔn)外圓面相距較遠或是階梯軸時的定位，也可做成兩個單獨的短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)定位外圓直徑與長度較大時，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，也可以面對直徑大小不一樣的外圓工件進行調(diào)整，可以通過更換不一樣厚度的墊塊調(diào)整V形塊，實現(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)計的V形塊如圖4-8所示： 圖4-8：V形塊設(shè)計圖 V形塊采用45鋼作為加工材料，綜合性能好，價格實惠。處理方式：調(diào)質(zhì)處理。 4.7壓板的總體設(shè)計尺寸 壓板是將工件固定在工作臺上應(yīng)用的。因為在銑床上銑件時，需要把工件固定在工作臺上。壓板就是固定工件用的。本設(shè)計的壓板是用來鎖緊中心架與床身的。壓板是采用HT200作為材料加工出來的固定元件。本次設(shè)計根據(jù)中心架和車床的結(jié)構(gòu)的不同，對壓板進行了專門的設(shè)計。在使用壓板的過程中，可以通過擰緊或者松開螺釘，從而調(diào)整整個中心架的加工位置，以滿足加工工件時的具體需求。 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)計圖 以上公式：（4 - 1）～（4 - 6）均出自《機械設(shè)計手冊》。 第5章 中心架的計算成本分析 5.1 技術(shù)經(jīng)濟分析的目的與意義 怎樣提高經(jīng)濟效益，如何去推動技術(shù)進行，是技術(shù)經(jīng)濟分析要做的事。雖然跨越了技術(shù)科學(xué)與經(jīng)濟科學(xué)兩個不同的領(lǐng)域，但是有著很緊密的關(guān)系，如果說技術(shù)的進步是一個國家經(jīng)濟快速發(fā)展的重要條件和手段，那么技術(shù)的進步的物質(zhì)基礎(chǔ)是經(jīng)濟發(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，如表5-1所示；非標(biāo)準(zhǔn)件外購費用統(tǒng)計，如表5-2所示。 表 5-1 非標(biāo)準(zhǔn)件統(tǒng)計 序號 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鋼的價格為3400元/噸，鑄鐵的價格為2800元/噸。 表 5-2 非標(biāo)準(zhǔn)件外購費用 序號 名稱 數(shù)量 單價（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)件外購總費用為19元。 5.2.2 標(biāo)準(zhǔn)件 裝配圖中標(biāo)準(zhǔn)件的統(tǒng)計，如表5-3所示。 表5-3 標(biāo)準(zhǔn)件外購費用統(tǒng)計 序號 名稱 規(guī)格 數(shù)量 單價（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 3×20 3 0.5 標(biāo)準(zhǔn)件的外購件費用為5.7元。 5.3 課題技術(shù)經(jīng)濟成本計算依據(jù) 5.3.1成本計算依據(jù) 根據(jù)零件的總數(shù)量，再求出加工費用，就可以求得課題設(shè)計的總成本。依據(jù)計算公式： 零件成本=材料費用+加工工時費用 材料費用=材料的單價×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 工時費：主要件（導(dǎo)料管、活塞、軸等）=材料費×8 一般件=材料費×（4~5） 材料費的計算 由計算公式可得： 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 主要件材料費用=13.158×10-3×3400 =44.74元 主要件工時費用=主要件材料費×8 =（軸的材料費+軸套的材料費+V形塊的材料費）×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 一般件材料費用=370.404×10-3×2800 =1037.13元 一般件工時費用=一般件材料費×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)對以上成本的計算，不一樣材料的零件，不同的熱處理方式，不同的加工工藝，進行的成本計算也不一樣。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。合理的成本計算可以為企業(yè)省掉很多額外的支出，給企業(yè)帶來一定的經(jīng)濟效益。 第六章 結(jié) 論 車床加工是當(dāng)今機械行業(yè)較為普遍的加工方式，也在該行業(yè)扮演著一個極其重要的角色。車床加工的同時需要輔助部件進行輔助加工，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床用手動中心架結(jié)構(gòu)的設(shè)計，對傳統(tǒng)中心架結(jié)構(gòu)進行分析，從而設(shè)計出新型的中心架，從精度，效率，結(jié)構(gòu)等方面進行改進。經(jīng)過大半個學(xué)期的課題設(shè)計，終于設(shè)計出了一套新型的手動中心架。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，挑選出適合自己的外文原文，并且進行符合原文原意的中文翻譯； 2、編寫開題報告，從對本課題研究的意義，文獻綜述，研究內(nèi)容，研究計劃，特色與創(chuàng)新幾個方面來進行開題報告的編寫； 3、完成畢業(yè)設(shè)計論文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)機械制圖 a CAD繪制中心架裝配圖1號 1張 b CAD繪制零件圖紙,零件CAD圖紙折合0號1.5張 （約15個零件） (3)設(shè)計計算 a壓板鎖緊力計算 b中心架整體拖動力的計算， c確定中心架支撐范圍） (4)技術(shù)經(jīng)濟分析 a翻譯有關(guān)外文 b課題成本計算 (5)翻譯有關(guān)外文資料 二、存在的問題 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標(biāo)零件不是特別清楚，需要查找工具書才能了解其具體的結(jié)構(gòu)。 3.對一些機械制圖的標(biāo)注要求理解的還不夠透徹，在標(biāo)注過程中標(biāo)注不規(guī)范，需要經(jīng)常請教指導(dǎo)老師。 三、發(fā)展展望 隨著車床行業(yè)的不斷發(fā)展，車床漸漸向高速度，高精度，自動化程度等方向發(fā)展，那么在車床加工工件的過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)計的中心架，在車床加工細長類工件時使用中心架輔助加工，對工件的精度有著直接的影響。所以中心架在車床加工行業(yè)中需求很大，隨著車床的不斷改進，中心架無論在其結(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