曲軸銑端面專用機(jī)床設(shè)計(jì)

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1、曲軸銑端面專用機(jī)床設(shè)計(jì) 52 摘 要 本文主要是設(shè)計(jì)一臺(tái)曲軸銑端面專用機(jī)床，此次設(shè)計(jì)主要是為了讓學(xué)生進(jìn)一步熟悉機(jī)械制造技術(shù)和機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)，建立正確的設(shè)計(jì)思想，進(jìn)一步掌握綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決本專業(yè)工程技術(shù)問(wèn)題的方法和手段，能對(duì)以前自身所學(xué)的本專業(yè)知識(shí)有進(jìn)一步的掌握和提高。本次設(shè)計(jì)主要是通過(guò)查閱相關(guān)的工程手冊(cè)、圖表等技術(shù)資料，選用合理的參數(shù)來(lái)設(shè)計(jì)機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)和其控制部分。使用CAD軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和工程圖的繪制。本文主要從零件分析工藝規(guī)

2、程的制定、機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和機(jī)床控制部分的設(shè)計(jì)三方面進(jìn)行闡述。在對(duì)零件分析時(shí)作了工藝路線的擬定；對(duì)于機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，首先確定了切削用量，從而選擇了適合的動(dòng)力頭，對(duì)動(dòng)力滑臺(tái)和專用夾具進(jìn)行了設(shè)計(jì)；并對(duì)機(jī)床進(jìn)行PLC接口電路設(shè)計(jì)及機(jī)床總體電氣原理設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：曲軸端面，專用機(jī)床，設(shè)計(jì)，PLC控制 Abstract This paper is to design of a crankshaft end milling special machine, the design mainly to make the students become more familiar with the

3、 mechanical manufacturing technology and mechatronics system design knowledge, to establish the correct design idea, and further grasp the comprehensive use of the knowledge of professional engineering and technology to solve this problem ways and means to their own previous studies of this expertis

4、e to further understand and improve. The design is mainly related to the project through access to manuals, diagrams and other technical information, a reasonable choice of parameters to design the machine mechanical structure and its control section. Use CAD software to computer-aided design and en

5、gineering mapping. In this paper, a point of order from the parts of the development process, machine design and mechanical structure design of machine control section described the three aspects. Analysis of parts made in the course of the development process; for the machine tool mechanical struct

6、ure design, first determine the cutting parameters to select the appropriate power head, on the power sliding table and special fixture was designed; and design the PLC interface circuit and the electric circuit theory of the machine center. Keywords: crankshaft end, special machine, design, PLC co

7、ntrol 目錄 1 緒論---------------------------------------------------------------------------------------------------------1 1.1 專用機(jī)床特點(diǎn)----------------------------------------------------------------------------------1 1.2 專用機(jī)床的工藝分析--------------------------------------------------------------------

8、----1 2 課題綜述-------------------------------------------------------------------------------------------------4 2.1 完成課題的方案及主要措施--------------------------------------------------------------4 2.2 銑床介紹-----------------------------------------------------------------------------------------5 2.3 銑床

9、布局分類----------------------------------------------------------------------------------5 2.4 雙端面銑床介紹及特點(diǎn)---------------------------------------------------------------------6 3 零件分析及工藝規(guī)程的制定-----------------------------------------------------------------8 3.1零件的分析-----------------------------------

10、----------------------------------------------------8 3.2工藝規(guī)程的制定--------------------------------------------------------------------------------9 4 選擇切削用量---------------------------------------------------------------------------------------12 4.1主要切削用量的確定-----------------------------------------

11、-------------------------------13 4.2 動(dòng)力頭的選擇---------------------------------------------------------------------------------14 5 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)-------------------------------------------------------------------------------------------18 5.1導(dǎo)軌設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容--------------------------------------------------------

12、----------------20 5.2導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-------------------------------------------------------------------------------20 5.3滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)----------------------------------------------------------22 5.4滾動(dòng)導(dǎo)軌的選擇-------------------------------------------------------------------------------25 5.5校核計(jì)算---------

13、--------------------------------------------------------------------------------25 6.滾珠絲杠的設(shè)計(jì)-----------------------------------------------------------------------------------27 6.1機(jī)械傳動(dòng)部件及其功能要求--------------------------------------------------------------27 6.2滾珠絲杠--------------------------------

14、---------------------------------------------------------27 6.3滾珠絲杠副支承方式的選擇--------------------------------------------------------------29 6.4校核計(jì)算-----------------------------------------------------------------------------------------30 7.專用夾具設(shè)計(jì)--------------------------------------------------

15、-------------------------------------36 7.1夾具定位支承系統(tǒng)---------------------------------------------------------------------------37 7.2夾緊機(jī)構(gòu)-----------------------------------------------------------------------------------------38 7.3銑床夾具設(shè)計(jì)要點(diǎn)----------------------------------------------------------

16、-----------------41 7.4對(duì)刀裝置工作原理---------------------------------------------------------------------------41 8 控制部分設(shè)計(jì)---------------------------------------------------------------------------------------42 8.1滑臺(tái)定位元件的選擇------------------------------------------------------------------------42 8.

17、2 PLC型號(hào)的選擇-------------------------------------------------------------------------------43 8.3 PLC程序的編寫(xiě)-------------------------------------------------------------------------------46 結(jié)論與展望-----------------------------------------------------------------------------------------------50 參考文獻(xiàn)----

18、-----------------------------------------------------------------------------------------------51 致謝-----------------------------------------------------------------------------------------------------------52 1 緒論 曲軸在軸類零件分類中屬于異形軸，是發(fā)動(dòng)機(jī)上的一個(gè)重要零件，承受由活塞通過(guò)連桿傳來(lái)的力，并將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)通過(guò)曲柄連桿機(jī)構(gòu)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，將發(fā)動(dòng)機(jī)所做的功傳遞出去。

19、曲軸在工作時(shí)所承受的是很大的扭轉(zhuǎn)力矩以及大小和方向都變化的彎曲力。目前，發(fā)動(dòng)機(jī)的需求量越來(lái)越大，相對(duì)的發(fā)動(dòng)機(jī)上的重要零件曲軸的需求量也在日益增加。所以我們需要對(duì)于曲軸端面銑削的專用機(jī)床以提高生產(chǎn)效率以及質(zhì)量要求。 目前國(guó)內(nèi)機(jī)床的加工水平與世界領(lǐng)先國(guó)家的差距還較大，幾乎所有高檔機(jī)床仍依賴于進(jìn)口設(shè)備。 1.1 專用機(jī)床特點(diǎn) 專用機(jī)床是專為加工某種零件的一個(gè)或幾個(gè)固定工序服務(wù)的，通常多用于成批，大批，大量生產(chǎn)。 專用機(jī)床的特點(diǎn)： （1）加工對(duì)象專一，加工工序特定，工藝范圍單一。 （2）自動(dòng)化程度和生產(chǎn)率較高。 （3）可根據(jù)特定的加工條件和工藝分析，直接確定機(jī)床的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)，主傳

20、動(dòng)系統(tǒng)比通用機(jī)床簡(jiǎn)單得多。 （4）在選擇切削用量時(shí)，刀具壽命往往會(huì)成為限制因素，所以必須進(jìn)行刀具壽命核算。通常應(yīng)保證換刀間隔時(shí)間不低于8h（1個(gè)班換一次刀）或至少不低于4h（半個(gè)班換一次刀），但此時(shí)應(yīng)作多方案比較和成本計(jì)算，按經(jīng)濟(jì)分析結(jié)果作出選擇。 （5）在大批大量生產(chǎn)中，專用機(jī)床應(yīng)力求便于自動(dòng)上下料及納入自動(dòng)線。 1.2 專用機(jī)床的工藝分析 專用機(jī)床是專門(mén)為加工某種零件的一個(gè)或幾個(gè)固定工序服務(wù)的，因此它的加工對(duì)象單一，工藝分析具體，比通用機(jī)床簡(jiǎn)單，但為了使機(jī)床的方案制定得合理先進(jìn)，必須充分調(diào)查研究，總結(jié)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，全面了解加工零件的加工情況和影響加工精度和機(jī)床方案制定的各種因素。 （

21、1）專用機(jī)床切削用量選擇的注意點(diǎn)： 1）專用機(jī)床很多是多刀加工，有的專用機(jī)床采用復(fù)合刀具，價(jià)格貴。為了減少刀具磨損、消耗和換刀時(shí)間，必須適當(dāng)降低切削用量，通常專用機(jī)床的切削用量比單刀加工的通用機(jī)床要低30%左右。在核算刀具壽命時(shí)，一般應(yīng)保證換刀時(shí)間在8h（一個(gè)班）以上。 2）多刀同時(shí)加工的專用機(jī)床（如組合鉆床），它們的合理切削用量各不相同，為使多種刀具都有比較合適的切削用量，同時(shí)不致對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)要求過(guò)分復(fù)雜，又能使刀具各自發(fā)揮其效能，可在各種刀具的切削用量中折中處理，如對(duì)鉆鉸復(fù)合刀具的進(jìn)給量按鉆頭選擇，切削速度按鉸刀選擇。對(duì)于整體復(fù)合刀具，由于其強(qiáng)度較低，切削用量應(yīng)選得小些。 （2）不同工

22、藝方案對(duì)專用機(jī)床的影響 在工藝分析時(shí)必須充分考慮不同工藝方案對(duì)機(jī)床的影響，認(rèn)真研究下列問(wèn)題： 1）加工工序和加工精度的要求：被加工工件在專用機(jī)床上完成的工序及加工精度是制定專用機(jī)床工藝方案的主要依據(jù)。制定工藝方案時(shí)，首先要全面分析工件的加工精度及技術(shù)要求，了解現(xiàn)場(chǎng)加工工藝及保證精度和技術(shù)要求的措施。例如加工級(jí)精度的孔，不僅工步數(shù)要多，而且加工不同的孔徑時(shí)應(yīng)采用不同的加工方法，在同一軸線上幾個(gè)同軸度要求高的孔應(yīng)從一面加工。 2）被加工工件的特點(diǎn)：工件的材料、硬度、剛度、工藝基面等對(duì)專用機(jī)床都有重要的影響。例如：工件的剛度不足，加工時(shí)工序不能太集中，以免同時(shí)加工時(shí)因工件受力變形、發(fā)熱變形以及

23、振動(dòng)影響加工精度。必須重視專用機(jī)床加工前已完成工序以及毛坯質(zhì)量的影響，例如當(dāng)毛坯余量很大，鑄造質(zhì)量較差時(shí)常采用粗加工工序。 3）工件的生產(chǎn)方式：被加工工件的生產(chǎn)批量的大小，對(duì)專用機(jī)床的工藝方案制定也有影響。大批量生產(chǎn)中，必須從提高生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度、穩(wěn)定地保證加工精度的角度來(lái)確定工藝方案。在中小批量的生產(chǎn)中，完成同樣的工藝內(nèi)容則力求減少機(jī)床臺(tái)數(shù)，集中加工工序，以提高專用機(jī)床的利用率。 專用機(jī)床常用于大批或成批生產(chǎn)中，在確定其工藝方案后，確定其切削用量及其他數(shù)據(jù)，應(yīng)進(jìn)行單件生產(chǎn)率計(jì)算和方案比較，有條件時(shí)還應(yīng)進(jìn)行成本計(jì)算和方案比較以及必要的工藝試驗(yàn)，以確定經(jīng)濟(jì)的、可靠的和先進(jìn)的工藝方案

24、、最佳的合理的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)。 （3）專用機(jī)床工藝分析的步驟： 1）加工工件加工內(nèi)容及其相關(guān)問(wèn)題的了解，如工件材料，尺寸，加工精度等，這是工藝分析的第一步。 2）加工工件工藝基準(zhǔn)的分析。選擇工藝基準(zhǔn)和夾壓部位是制定工藝方案中極其重要的問(wèn)題，工藝基準(zhǔn)選擇正確與否是保證加工精度的重要條件。例如箱體類零件常用的典型定位方法有一面二孔定位和三面定位，沒(méi)有良好的定位基面的箱體可以人為地創(chuàng)造其穩(wěn)定的工藝基面。在選擇工藝基準(zhǔn)時(shí)應(yīng)當(dāng)盡量選擇設(shè)計(jì)基面作為機(jī)床加工時(shí)的工藝基面，即做到基準(zhǔn)統(tǒng)一，這樣能減少累積誤差，有利于保證加工精度。同時(shí)所選基準(zhǔn)面應(yīng)能保證工件穩(wěn)定定位，定位的支承面應(yīng)該大一些，力求采用已加

25、工面作為定位面，在加工精度高時(shí)尤為必要。選擇基面時(shí)還應(yīng)保證裝夾工件方便，夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。在選擇工藝基面的同時(shí)相應(yīng)地決定夾壓位置，夾壓位置應(yīng)保證夾壓后工件定位穩(wěn)定，減少夾壓引起的工件變形而影響加工精度。 3）決定工藝方案。由于工件精度要求和加工部位的特點(diǎn)、工件材料等的不同，因此同一工件表面的加工可以采用不同的工藝方案，即要正確地選擇加工方法。工序間余量和切削用量等。 2 課題綜述 這次設(shè)計(jì)的曲軸銑端面專用機(jī)床是主要用于銑削發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸前后兩端面。曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)中承受沖擊載荷、傳遞動(dòng)力的重要零件，在發(fā)動(dòng)機(jī)五大件中最難以保證加工質(zhì)量。由于曲軸工作條件惡劣，因此對(duì)于曲軸材質(zhì)以及毛坯加工技術(shù)、精度、表

26、面粗糙度、熱處理和表面強(qiáng)化、動(dòng)平衡等要求都十分嚴(yán)格。如果其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)質(zhì)量沒(méi)有得到保證。則可能?chē)?yán)重影響曲軸的使用壽命和整機(jī)的可靠性。然而，這次所設(shè)計(jì)的曲軸銑端面專用機(jī)床可以提高曲軸端面加工過(guò)程的生產(chǎn)效率和精度要求。 2.1 完成課題的方案及主要措施 2.1.1 預(yù)計(jì)達(dá)到的目標(biāo) 熟悉曲軸銑端面專用機(jī)床的工作原理及其組成部分的結(jié)構(gòu)，掌握曲軸銑端面專用機(jī)床的整機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算。充分應(yīng)用和鞏固在大學(xué)里學(xué)的各類知識(shí)如（機(jī)械設(shè)計(jì)﹑液壓傳動(dòng)﹑材料力學(xué)﹑微機(jī)控制﹑電子學(xué)等），把在學(xué)校里學(xué)到的知識(shí)靈活應(yīng)用。這次所設(shè)計(jì)的曲軸銑端面專用機(jī)床可以一次性銑削曲軸兩端面，以達(dá)到提高生產(chǎn)效率以及質(zhì)量的要求。本課題給出的

27、零件是蘇南某柴油機(jī)廠生產(chǎn)的曲軸零件。其材料為球墨鑄鐵（QT60-2），零件為鑄件。汽車(chē)、拖拉機(jī)用的發(fā)動(dòng)機(jī)和固定式高速發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸常用整體式模鍛件，而重型和低速發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸常用組合式的模鍛件。整體式曲軸具有強(qiáng)度高、剛性好、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，但是組合式曲軸毛坯制造和機(jī)械加工比整體式的簡(jiǎn)單。 2.1.2 技術(shù)方案 專用機(jī)床是按具體加工對(duì)象專門(mén)設(shè)計(jì)，可以按最合理的工藝過(guò)程進(jìn)行加工，也可以同時(shí)以幾個(gè)方面采用多把刀具對(duì)工件進(jìn)行加工，是提高生產(chǎn)率的有效設(shè)備。本課題“曲軸銑端面專用機(jī)床設(shè)計(jì)”是針對(duì)曲軸左右兩個(gè)端面進(jìn)行設(shè)計(jì)的，工藝要求在工序20銑端面中完成銑削端面工作。該工序采用雙面銑的方法同時(shí)對(duì)兩個(gè)端面進(jìn)行

28、加工。該零件總體輪廓尺寸較小，屬于小型零件加工，零件的定位夾緊元件也不會(huì)太大，設(shè)計(jì)時(shí)考慮到諸多因素后，決定選用臥式雙面銑削方案。 2.1.3 要解決的主要問(wèn)題 （1）在雙面銑削時(shí)零件曲軸的定位問(wèn)題，定位精度首先要達(dá)到要求。這就需要用專用夾具。在本課題中要設(shè)計(jì)一個(gè)專用夾具，用于實(shí)現(xiàn)曲軸的準(zhǔn)確定位、夾緊、刀具的導(dǎo)向以及裝卸工件時(shí)的限位作用。曲軸雖然屬于異形軸，但是它的定位與一般軸類零件基本相同，即：圓柱面定位。本道工序是加工曲軸兩個(gè)端面。根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和加工部位確定其定位方案為：采用兩個(gè)V形塊分別在兩主軸頸處定位，限制四個(gè)自由度；為防止加工過(guò)程中工件的軸向移動(dòng)，用一個(gè)定位銷在扇形面處定位，

29、限制一個(gè)自由度；工件沿軸向轉(zhuǎn)動(dòng)不影響加工的準(zhǔn)確性，此處自由度可不限制。至此，工件的五個(gè)自由度全部被限制住了，可保證工件加工的準(zhǔn)確性。 （2）在同時(shí)銑削兩個(gè)端面時(shí)對(duì)于尺寸精度的控制。這就需要在對(duì)于控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的同時(shí)加入反饋裝置（傳感器），可以保證所加工零件的尺寸要求。 2.2 銑床介紹 銑床是一種用途廣泛的機(jī)床。它可以加工平面(水平面、垂直面等)、溝槽（鍵槽、燕尾槽、T型槽等）、多齒零件上齒槽（齒輪、棘輪、鏈輪、花鍵軸等）、螺旋形表面（螺紋和螺旋槽）及各種曲面。此外，它還可以用于加工回轉(zhuǎn)體表面及內(nèi)孔，以及進(jìn)行切斷工作等。 由于銑床使用旋轉(zhuǎn)的多齒刀具加工工件，同時(shí)有數(shù)個(gè)刀齒參加切削，所以生

30、產(chǎn)效率高，但是，由于銑刀每個(gè)刀齒的切削過(guò)程是斷續(xù)的，且每一個(gè)的切削厚度又是變化的，這就使切削力相應(yīng)地發(fā)生變化，容易引起機(jī)床振動(dòng)，因此，銑床在結(jié)構(gòu)上要求有較高的剛度和抗振性。 銑床的類型很多，主要類型有：臥式升降臺(tái)銑床、立式升降臺(tái)銑床、龍門(mén)銑床、工具銑床和各種專門(mén)化銑床等。 2.3 銑床布局分類 影響銑床類機(jī)床布局的主要因素： （1）工件的大小、重量和形式 如銑削小型工件一般可采用升降臺(tái)式布局；銑削中型工件一般可采用工作臺(tái)不升降式布局；銑削大型工件一般可采用龍門(mén)式、定梁龍門(mén)式、龍門(mén)（或橫梁）移動(dòng)式（地坑式）布局形式。 由于工件大小及3個(gè)坐標(biāo)方向的行程要求不同，工作臺(tái)不升降式布局，又分

31、為十字工作臺(tái)與立柱（或滑枕）移動(dòng)式兩種布局形式。 需銑削兩平行面的工件的高度較大時(shí)，可采用無(wú)頂梁的定（橫）梁雙柱式銑床的布局；需銑削復(fù)雜成形表面工件時(shí)，可采用各種仿形銑床和數(shù)控銑床的布局形式。 （2）機(jī)床的萬(wàn)能性要求 為擴(kuò)大機(jī)床的銑削范圍和提高機(jī)床的萬(wàn)能性，可將機(jī)床設(shè)計(jì)成懸梁在床身頂部回轉(zhuǎn)、懸梁前后移動(dòng)及裝在懸梁上的銑頭作各方向回轉(zhuǎn)等布局形式，以使一臺(tái)銑床同時(shí)承擔(dān)臥銑與立銑工作，可減少工件的裝卸次數(shù)。 （3）機(jī)床的剛度和抗振性要求 銑削是一種斷續(xù)切削，因切削力變動(dòng)而產(chǎn)生的震動(dòng)較大，因而機(jī)床要有足夠的剛度。一般框架式布局如龍門(mén)銑床比懸梁式如單臂式銑床剛度高；工作臺(tái)不升降式布局比升降臺(tái)式

32、布局剛度高。 （4）機(jī)床的生產(chǎn)率要求 為提高生產(chǎn)率可采用多銑頭或連續(xù)作業(yè)布局形式，如多頭圓工作臺(tái)銑床布局形式。 （5）機(jī)床的“三化”要求 布局應(yīng)力求提高機(jī)床部件的通用化程度，以便于從基型產(chǎn)品生產(chǎn)出多種變形產(chǎn)品。 2.4 雙端面銑床介紹及特點(diǎn) 雙端面銑床是具有兩動(dòng)力頭用滾珠絲杠進(jìn)給調(diào)節(jié)，工作臺(tái)采用自動(dòng)進(jìn)給，可根據(jù)不同的切削用具選擇進(jìn)給方式，采用動(dòng)力頭形式，穩(wěn)定性好，剛度高，從而提高切削能力。銑床主軸錐孔均采用標(biāo)準(zhǔn)莫氏，縱向進(jìn)給采用優(yōu)質(zhì)的直線滾珠導(dǎo)軌，共有精度高，操作靈活方便，耐磨等優(yōu)點(diǎn)，動(dòng)力頭采用配對(duì)軸承，噪音低，精度高，壽命長(zhǎng)，轉(zhuǎn)速高。 雙端面銑床結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： （1）工作臺(tái) 工

33、作臺(tái)采用優(yōu)質(zhì)耐磨鑄鐵鑄造而成，精加工后，采用手工鏟刮與導(dǎo)軌面配產(chǎn)而成。工作臺(tái)的進(jìn)給采用變頻器，實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速?；虿捎米兯傧潺X輪變速。 （2）床身 床身分為雙矩形導(dǎo)軌和一矩一V形組合導(dǎo)軌兩種。床身導(dǎo)軌面都經(jīng)過(guò)超音頻淬火處理，深度為，硬度為。耐磨性能好，使用壽命長(zhǎng)。 （3）主軸 擁有獨(dú)立進(jìn)給系統(tǒng)，進(jìn)給速度由變頻器控制，可根據(jù)工件不同材質(zhì)，調(diào)節(jié)銑削速度。 圖2-1 雙端面銑床 本課題所設(shè)計(jì)的專用機(jī)床是曲軸兩端面同時(shí)銑削專用機(jī)床。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)是曲軸銑端面專用機(jī)床的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：動(dòng)力滑臺(tái)設(shè)計(jì)，工作臺(tái)及夾具設(shè)計(jì)，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 3 零件分析及工藝規(guī)程的制定 3.

34、1零件的分析 3.1.1曲軸的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 軸類零件的功用為支承傳動(dòng)零件、傳遞扭矩和承受載荷以及保證裝在軸上的工件（刀具）具有一定的回轉(zhuǎn)精度。 曲軸在軸類零件分類中屬于異形軸，是發(fā)動(dòng)機(jī)上的一個(gè)重要零件，承受由活塞通過(guò)連桿傳來(lái)的力，并將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)通過(guò)曲柄連桿機(jī)構(gòu)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，將發(fā)動(dòng)機(jī)所做的功傳遞出去。曲軸在工作時(shí)所承受的是很大的扭轉(zhuǎn)力矩以及大小和方向都變化的彎曲力。 本次設(shè)計(jì)給出的零件時(shí)蘇南某柴油機(jī)廠生產(chǎn)的曲軸零件。其材料為球墨鑄鐵（QT62-2），零件為鑄件。汽車(chē)、拖拉機(jī)用的發(fā)動(dòng)機(jī)和固定式高速發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸常用整體式模鍛件，而重型和低速發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸常用組合式的模鍛件。整體式曲軸具有強(qiáng)度高

35、、剛性好、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，但是組合式曲軸毛坯制造和機(jī)械加工比整體式的簡(jiǎn)單。 S195-05006型曲軸有左、右二個(gè)主軸頸和一個(gè)連桿軸頸，其外形結(jié)構(gòu)式曲軸類零件中比較簡(jiǎn)單的一種。它的工作過(guò)程是：在外力作用下使曲軸旋轉(zhuǎn)，通過(guò)連桿軸頸上的連桿將運(yùn)動(dòng)傳遞到缸筒內(nèi)的活塞，從而壓縮缸內(nèi)的高壓油并將油點(diǎn)燃，燃燒的高壓油將自身的內(nèi)能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)又傳到連桿再通過(guò)連桿帶動(dòng)連桿軸頸，這樣曲軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。 3.1.2零件的技術(shù)要求 （1）鑄件應(yīng)該經(jīng)正火處理，硬度為，顯微組織按部標(biāo)JB1802，石墨數(shù)不低于5級(jí)，球化體大于75%，允許有少于5%的碳化鐵+磷共晶，但磷共晶為。 （2）未注圓角半徑為3

36、mm。 （3）加工面不應(yīng)該有毛刺、裂縫、結(jié)疤、夾渣等缺陷，并應(yīng)清理清潔。 （4）所有加工表面應(yīng)光潔，不可有裂縫、壓痕、毛刺、氣孔、凹痕以及非金屬夾雜物，在磨光表面上不該有深痕和黑點(diǎn)。 （5）錐形規(guī)涂色檢查錐面密合面應(yīng)不少于70%。 （6）清除油道及其他部分的金屬屑、污染物及其他雜物，并清洗吸干。 （7）中心孔必須保持完好。 （8）精加工后，應(yīng)經(jīng)磁力探傷并退磁。 （9）允許在R96表面上鉆孔調(diào)整不平衡力矩，孔徑15mm，孔邊應(yīng)不少于10mm，深度不大于30mm，不平衡重心應(yīng)在曲軸對(duì)稱平面內(nèi)允許偏差。 （10）、三處軸頸淬硬，淬深。軸頸圓角處允許不淬火，但在距離軸頸端面內(nèi)均勻過(guò)渡。

37、 3.2工藝規(guī)程的制定 零件加工的工藝規(guī)程就是一系列不同工序的綜合。由于生產(chǎn)規(guī)模和具體情況的不同，對(duì)同一零件的加工工序可能有很多的方案。應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體條件采用其中最完善和最經(jīng)濟(jì)的一種方案。工藝規(guī)程選擇要考慮的基本因素如下。 （1）生產(chǎn)規(guī)模是決定生產(chǎn)類型的主要因素，即設(shè)備、用具、機(jī)械化、自動(dòng)化程度等。 （2）制造零件所用的坯料或型材的形狀、尺寸和精度。 （3）零件材料性質(zhì)。 （4）零件制造的精度，包括尺寸公差、形位公差以及零件圖上所指定的要求。 （5）零件表面粗糙度。 （6）特殊限制條件，如：工廠設(shè)備和用具條件。 （7）編制的加工規(guī)程要在生產(chǎn)規(guī)模與生產(chǎn)條件下達(dá)到最經(jīng)濟(jì)與安全的效果

38、。 3.2.1曲軸材料（S195-05006）及毛坯 S195-05006型曲軸材料為球墨鑄鐵（QT60-2）。該材料強(qiáng)度高、耐磨，并有一定的韌性，用于制作部分機(jī)床的主軸，空壓機(jī)、冷凍機(jī)的曲軸、缸體，小水輪發(fā)電機(jī)主軸，中小型柴油機(jī)、汽油機(jī)曲軸，部分輕型柴油機(jī)、汽油機(jī)的凸輪軸、汽缸套，農(nóng)業(yè)機(jī)械小負(fù)荷齒輪等。 毛坯種類的確定是與零件的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸大小、材料的力學(xué)性能和零件的生產(chǎn)類型直接相關(guān)的，另外還和毛坯車(chē)間的具體生產(chǎn)條件相關(guān)。 鑄件：包括鑄鋼、鑄鐵、有色金屬及合金的鑄件等。鑄件毛坯的形狀可以相當(dāng)復(fù)雜，尺寸可以相當(dāng)大，且吸振性能好，但鑄件的力學(xué)性能差。 在大批量生產(chǎn)中，常采用精度和生產(chǎn)

39、率高的毛坯制造方法，如金屬型鑄造，可以使毛坯的形狀接近于零件的形狀，因此可以減小切削加工用量，從而提高材料的利用率，降低了機(jī)械加工成本。本零件選用的造型方法為砂型機(jī)器造型。 3.2.2生產(chǎn)類型及工藝特征 零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)： （3-1） 式中：——零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)，件/年； ——產(chǎn)品的年產(chǎn)量，臺(tái)/年； ——每臺(tái)產(chǎn)品中包含該零件的數(shù)量； ——該零件備件的百分率，%； ——該零件廢品的百分率，%。 劃分生產(chǎn)類型時(shí)，既要根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)，同時(shí)還要考慮零件的體積、質(zhì)量等因素。值得一提的是生產(chǎn)類型將直接影響

40、工藝過(guò)程的內(nèi)容和生產(chǎn)的組織形式，并在一定程度上對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也起著重要的作用。 由于本零件是大批量生產(chǎn)，零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)N為15000件/年，他的主要工藝特征是廣泛采用專用機(jī)床、專用夾具及專用刀具、量具，機(jī)床按工藝路線排列組織流水生產(chǎn)。為減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，留有進(jìn)一步提高生產(chǎn)率的可能，該曲軸在工藝設(shè)計(jì)上采用了組合機(jī)床流水線加工的方式。 3.2.3定位基準(zhǔn)的選擇 工件在機(jī)床上用夾具進(jìn)行夾緊工件時(shí)，用來(lái)決定工件相對(duì)于刀具的位置的工件上的這些表面成為定位基準(zhǔn)。定位基準(zhǔn)分為粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)。 曲軸和一般軸類零件的主要區(qū)別是：一般軸件的全部軸頸都位于同一軸線上，而曲軸的主軸頸雖然也位于同一軸線上，

41、但是其連桿軸頸不與主軸頸同軸，而是離開(kāi)一定距離而彼此平衡。 為保證各軸頸的同軸度要求，在基準(zhǔn)選擇時(shí)采用基準(zhǔn)統(tǒng)一的原則，即粗、精加工各主軸頸時(shí)都采用頂尖孔作為定位基準(zhǔn)。對(duì)于連桿軸頸的加工，為保證連桿軸頸軸線與主軸頸的軸線之間的平行，在基準(zhǔn)選擇時(shí)應(yīng)采用定位基準(zhǔn)和裝配基準(zhǔn)重合的原則，即粗、精加工連桿軸頸時(shí)都采用兩個(gè)主軸頸作為定位基準(zhǔn)。若有兩個(gè)或兩個(gè)以上連桿軸頸，還要多選一個(gè)基準(zhǔn)作為加工連桿軸頸的角度定位面，通常是在曲柄上銑出兩個(gè)小平面作為輔助基準(zhǔn)。根據(jù)本曲軸的特點(diǎn)，連桿軸頸只有一個(gè)，因此不存在與主軸頸的角度問(wèn)題。在加工連桿軸頸時(shí)選擇主軸頸定位，加工主軸頸時(shí)則選擇頂尖孔定位。 3.2.4工藝路線的

42、擬定 擬定工藝路線的出發(fā)點(diǎn)是使零件的幾何形狀、尺寸精度以及位置精度等技術(shù)要求能得到保證。工藝路線的擬定一般需要做兩個(gè)方面的工作：一是根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)確定加工工序和工藝內(nèi)容，根據(jù)工序的集中和分散程度劃分工藝；二是選擇工藝基準(zhǔn)，即主要選擇定位基準(zhǔn)和檢驗(yàn)基準(zhǔn)。在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定為批量生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用萬(wàn)能機(jī)床、專用機(jī)床和專用夾具，并盡量采用工序集中的原則，減少安裝的次數(shù)來(lái)提高生產(chǎn)率。除此之外，還應(yīng)盡量考慮經(jīng)濟(jì)精度以便使生產(chǎn)成本盡量下降，根據(jù)以上原則，擬定的工藝路線如下。 10 鑄造 15 正火 20 銑端面 25 打中心孔 30 粗車(chē)扇形面外圓及側(cè)面 40 粗車(chē)長(zhǎng)軸端外

43、圓及側(cè)面 45 粗車(chē)錐面1：10 50 粗車(chē)短軸端外圓及側(cè)面 60 精車(chē)長(zhǎng)軸端外圓及側(cè)面 70 精車(chē)短軸端外圓及側(cè)面 80 銑扇形側(cè)面 90 銑連桿軸頸 100 鉆孔，擴(kuò)孔，攻螺紋 110 鉆斜油孔 115 鉆連桿軸頸斜孔 120 檢驗(yàn) 125 淬火 130 修整中心孔 140 粗磨主軸頸 150 銑鍵槽 160 磨錐面1：10 165 粗磨連桿軸頸 170 精磨主軸頸 175 精磨連桿軸頸 180 車(chē)退刀槽 190 車(chē)螺紋M42 200 拋光主軸頸及連桿軸頸 210 檢驗(yàn)，探傷，退磁，清理油孔 4 選擇切削用量 1.銑削用量、進(jìn)給

44、運(yùn)動(dòng)參數(shù) 1）背吃刀量 在通過(guò)切削刃基點(diǎn)并垂直于工作平面的方向上測(cè)量的吃刀量。立銑和端銑時(shí)，為切削層深度；圓柱銑削時(shí)，為被加工表面的寬度。 2）側(cè)吃刀量 在平行于工作平面并垂直于切削刃基點(diǎn)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上測(cè)量的吃刀量。立銑和端銑時(shí)，為被加工表面的寬度；圓柱銑削時(shí)，為切削層深度。 3）每齒進(jìn)給量 指銑刀每轉(zhuǎn)過(guò)一齒相對(duì)工件在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上的位移量，單位為。 4）每轉(zhuǎn)進(jìn)給量 指銑刀每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)相對(duì)工件在進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上的位移量，單位為。 5）進(jìn)給速度 指銑刀切削刃基點(diǎn)相對(duì)于工件的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度，單位為。 6）銑刀齒數(shù) 7）銑刀直徑 單位為。 8）銑刀轉(zhuǎn)速 單位為。 2.

45、銑削力的分析與計(jì)算 銑削加工時(shí)，每個(gè)銑刀齒所受切削力的大小和方向都在不斷變化，為了便于分析，可假定各刀齒上的總切削力作用在某一個(gè)刀齒上，并根據(jù)需要，將力分解為三個(gè)互相垂直的分力： 1）主切削力 總切削力在銑刀主運(yùn)動(dòng)方向上的分力，即沿銑刀外圓切線方向上的分力，是主要消耗功率的力。 2）垂直切削力 在工作平面內(nèi)，總切削力在垂直于主運(yùn)動(dòng)方向上的分力，即沿銑刀半徑方向的力，它使刀桿產(chǎn)生彎曲。 3）背向力 總切削力在垂直于工作平面上的分力，即沿銑刀軸線方向的力。 在設(shè)計(jì)機(jī)床與夾具時(shí)，為了方便測(cè)量，通常將作用在工件上的總切削力（與大小相等，方向相反），沿機(jī)床工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)方向分解為三個(gè)力：

46、 1）進(jìn)給力 總切削力在縱向進(jìn)給方向上的分力。 2）橫向進(jìn)給力 總切削力在橫向進(jìn)給方向上的分力。 3）垂直進(jìn)給力 總切削力在垂直進(jìn)給方向上的分力。 銑削時(shí)，各進(jìn)給力和切削力具有一定的比例關(guān)系，如表4-1所示，如果求出了，便可計(jì)算出、和三個(gè)分力。 銑刀總切削力的大小為： （4-1） 表4-1 各銑削力之間比值 銑削條件 比值 對(duì)稱銑削 不對(duì)稱銑削 逆銑 順銑 端銑削 0.3-0.4 0.6-0.9 0.15-0.30 0.85-0.95 0.45-0.70 0.9-1.00 0.50-0.5

47、5 0.50-0.55 0.5-0.55 3.銑削功率的分析與計(jì)算 銑削過(guò)程中消耗的功率主要按圓周切削力和銑削速度進(jìn)行計(jì)算： （4-2） 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)也消耗一些功率，一般情況下，，所以總的銑削功率，由此可估算銑床主電動(dòng)機(jī)的功率： （4-3） 式中，——銑床傳動(dòng)效率，一般取。 4.1主要切削用量的確定 （1）主軸轉(zhuǎn)速計(jì)算 查《現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)》得硬質(zhì)合金端銑刀的銑削用量，如表4-2所示。 表4-2 硬質(zhì)合

48、金端銑刀的銑削用量 加工材料 工序 背吃刀量 銑削速度 每齒進(jìn)給量 鑄鐵 粗銑 精銑 注：銑削切削用量的選擇與要求的加工表面粗糙度及效率有關(guān)，當(dāng)要求較小的銑削表面粗糙度時(shí)，則銑削速度應(yīng)高一些，每齒進(jìn)給量應(yīng)小一些。 初選： 銑削深度： 銑削速度： 每齒進(jìn)給量：齒 計(jì)算主軸轉(zhuǎn)速： 本式中，——主軸轉(zhuǎn)速，單位為； ——切削速度，單位為； ——工件（或刀具）直徑，單位為。 根據(jù)實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)，主軸轉(zhuǎn)速選取為，故實(shí)際切削速度為： 所以，銑削速度：。 （2）切削力的計(jì)算 （4-4） 式中

49、，——主切削力，單位為。 4.2 動(dòng)力頭的選擇 TX系列動(dòng)力頭簡(jiǎn)介： TX銑削動(dòng)力頭與相應(yīng)規(guī)格的HJ系列滑臺(tái)配套，或與XG系列銑削工作臺(tái)配套，可組成各種形式組合銑床，用以完成對(duì)鑄鐵、鋼及有色金屬件的平面銑削、溝槽銑和平面銑等工序。 TX系列銑削頭可選配四種傳動(dòng)裝置。配以齒形帶傳動(dòng)裝置，適用于高速銑削，主要用于有色金屬的粗精加工及鋼和鑄鐵件的精加工；配以頂置式交換齒輪變速的傳動(dòng)裝置，主要用于對(duì)鑄鐵和鋼件中低速粗、精銑削，較適用于大批大量生產(chǎn)臥式組合機(jī)床；配以尾置式交換齒輪變速的傳動(dòng)裝置和配以手柄變速傳動(dòng)裝置（屬于中低速傳動(dòng)），加工性能均與配置的銑削頭相同，僅宜于配置立式機(jī)床，宜配置為中小

50、批多品種加工的組合機(jī)床。 TX系列銑削頭結(jié)構(gòu)： TX系列銑削頭按精度分為普通級(jí)、精密級(jí)和高精度級(jí)三種，其結(jié)構(gòu)完全相同。僅主要零件和軸承的精度不同。根據(jù)主軸滑套移動(dòng)方式不同，又分兩種方式：Ⅰ型只能手動(dòng)移動(dòng)和夾緊滑套，用于對(duì)刀調(diào)整；Ⅱ型能液壓自動(dòng)移動(dòng)和夾緊滑套，用于精銑自動(dòng)讓刀或凹入面加工進(jìn)退刀。 圖4-1所示為T(mén)X系列滑套式銑削頭結(jié)構(gòu)。銑削頭由主軸及軸承、滑套移動(dòng)機(jī)構(gòu)、滑套夾緊機(jī)構(gòu)和液壓讓刀機(jī)構(gòu)四部分組成。主軸通過(guò)兩個(gè)雙列向心短圓柱滾子軸承支承在滑套3內(nèi)。在前支承還裝有接觸角的雙向推力球軸承，用于承受左右兩個(gè)方向的軸向力。這種主軸結(jié)構(gòu)不僅剛性好、軸承間隙容易調(diào)整、易于保持精度，而且因推力軸

51、承較接近主軸前端面，后軸承可軸向游動(dòng)，故當(dāng)主軸以推力軸承為支點(diǎn)向前和向后熱伸長(zhǎng)時(shí)，對(duì)銑削精度影響小。 圖4-1 TX系列銑削頭結(jié)構(gòu) 1-法蘭盤(pán) 2-液壓缸 3-滑套 4-擋鐵 5-螺桿 6-擋鐵 7-螺母 8-螺母套 9-圓螺母 10-楔塊 11-夾緊液壓缸 12-楔塊 13-夾緊螺桿 14-滑套 傳動(dòng)裝置的用途及配置形式 NG系列傳動(dòng)裝置是通用主軸部件必不可少的配套部件，它是使刀具作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)裝置。NG系列傳動(dòng)裝置是根據(jù)“跨系列通用”原則設(shè)計(jì)的“跨系列傳動(dòng)裝置”，即每一種傳動(dòng)裝置均可與同規(guī)格的五個(gè)系列的六種主軸部件（是指銑削頭、鏜削頭與鏜孔車(chē)

52、端面頭、鉆削頭、攻螺紋頭和可調(diào)鉆孔與攻螺紋頭等六種）配套使用。TX系列銑削頭分別配置四種傳動(dòng)裝置如圖4-2所示，由此可見(jiàn)，NG系列主傳動(dòng)裝置具有通用化程度高、選配靈活、便于生產(chǎn)管理等優(yōu)點(diǎn)。 圖4-2 1TX系列銑削頭分別配置四種傳動(dòng)裝置 a) 齒形皮帶 b) 頂置式 c) 尾置式 d) 手柄變速 4.2.1 校驗(yàn)機(jī)床功率 本次設(shè)計(jì)選用的動(dòng)力頭為T(mén)X25型銑削頭，其技術(shù)性能主要有：電機(jī)額定功率：3kw。 主運(yùn)動(dòng)消耗的切削功率為： 式中：——切削功率，； ——切削力，N； ——切削速度，。 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)也消耗一些功率，一般情況

53、下，，所以總的銑削功率，由此可估算銑床主電動(dòng)機(jī)的功率： 由于電機(jī)實(shí)際功率小于電機(jī)額定功率（），所以該切削用量的選擇符合實(shí)際生產(chǎn)要求。 5 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì) 1.導(dǎo)軌的概述 導(dǎo)軌是兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件接合面組成的滑動(dòng)副，一般由機(jī)床的支承部件（床身、立柱、橫梁）和執(zhí)行部件（主軸箱、溜板箱、刀架）匹配而成。在支承部件上的導(dǎo)軌稱支承導(dǎo)軌或固定導(dǎo)軌，簡(jiǎn)稱下導(dǎo)軌；在執(zhí)行部件上的導(dǎo)軌稱為運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，簡(jiǎn)稱上導(dǎo)軌。 導(dǎo)軌是機(jī)床的重要部件之一，它在很大程度上決定機(jī)床的剛度、精度與精度的保持性。 2.導(dǎo)軌的功用和分類 導(dǎo)軌的功用：對(duì)支承部件起承載作用；對(duì)執(zhí)行部件起引導(dǎo)作用，見(jiàn)表5-1。 表5-1導(dǎo)軌的

54、功用 功能 簡(jiǎn)要說(shuō)明 支承作用 車(chē)床導(dǎo)軌的本體變形，其彎曲變形占床身變形的25%以上；導(dǎo)軌面的接觸變形，對(duì)于臥式鏜床，主軸箱體與立柱導(dǎo)軌面的接觸變形，將占鏜床各大件總變形的。所以，通過(guò)減小導(dǎo)軌本體的剛性變形，是提高導(dǎo)軌工作精度的一個(gè)重要方面。因此要把導(dǎo)軌與機(jī)床整體設(shè)計(jì)聯(lián)系起來(lái)。 導(dǎo)軌的接觸剛度設(shè)計(jì)，主要通過(guò)控制導(dǎo)軌面的壓強(qiáng)和卸荷裝置來(lái)解決的。 導(dǎo)向作用 從運(yùn)動(dòng)學(xué)原則出發(fā)，導(dǎo)向作用要導(dǎo)軌副設(shè)置5個(gè)自由度的約束，只允許上導(dǎo)軌有一個(gè)確定的自由度，即直線度或圓度。從機(jī)床整體功能出發(fā)，導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度，包括導(dǎo)軌幾何精度、接觸精度及精度保持性；運(yùn)動(dòng)和定位的準(zhǔn)確性、平穩(wěn)性、靈活性等要

55、求。 導(dǎo)軌副按下列性質(zhì)可以分為： 表5-2導(dǎo)軌副的分類 運(yùn)動(dòng)軌跡 直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和圓周運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌。 摩擦性質(zhì) 滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌。 工作性質(zhì) 主運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌、移置導(dǎo)軌和卸荷導(dǎo)軌。 3.導(dǎo)軌應(yīng)滿足的基本要求 （1）導(dǎo)向精度：主要指導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)軌跡的精確度。影響導(dǎo)向精度的主要因素有：導(dǎo)軌的幾何精度和接觸精度、導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式、導(dǎo)軌及其支承件的剛度和熱變形，靜（動(dòng)）壓導(dǎo)軌副之間的油膜厚度及其剛度等； （2）精度保持性：主要由導(dǎo)軌的耐磨性決定，耐磨性與導(dǎo)軌材料、導(dǎo)軌副的摩擦性質(zhì)、導(dǎo)軌上的壓強(qiáng)及其分布規(guī)律等因素有關(guān)； （3）剛度：包括導(dǎo)軌自身剛度和接觸剛度。主要取

56、決于導(dǎo)軌的形狀、尺寸和支承件的連接方式及受力狀況等因素； （4）低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性：動(dòng)導(dǎo)軌作低速運(yùn)動(dòng)或微量位移時(shí)易產(chǎn)生摩擦自激振動(dòng)，即爬行現(xiàn)象。爬行會(huì)降低定位精度或增大被加工工件表面的粗糙度的值。 4.導(dǎo)軌的主要失效形式 （1）磨損：可分為磨粒磨損和膠合磨損； （2）疲勞和壓潰：表面疲勞是因?yàn)楸韺邮芙佑|應(yīng)力而產(chǎn)生彈性變形，脫離接觸時(shí)則彈性恢復(fù)，這種過(guò)程達(dá)到一定循環(huán)次數(shù)后，表層形成龜裂而產(chǎn)生剝落片。壓潰是由于接觸應(yīng)力過(guò)大而使表層產(chǎn)生塑性變形而形成坑。 5.導(dǎo)軌的材料及特點(diǎn) 隨著高效自動(dòng)化、數(shù)控機(jī)床、高精度精密機(jī)床和重型機(jī)床的發(fā)展，促使機(jī)床導(dǎo)軌材料的構(gòu)成比發(fā)生了顯著的變化?？傮w趨勢(shì)可概括為

57、：與采用鑄鐵合金化強(qiáng)化導(dǎo)軌相比，采用表面熱處理強(qiáng)化的導(dǎo)軌有增多的趨勢(shì)，其中鑲鋼導(dǎo)軌的增加尤為明顯；與滑動(dòng)導(dǎo)軌相比，滾動(dòng)導(dǎo)軌所占比例增加，與金屬導(dǎo)軌相比，塑料導(dǎo)軌的增加特別明顯。 （1）鑄鐵-鑄鐵： 動(dòng)導(dǎo)軌常用灰鑄鐵。支承導(dǎo)軌采用孕育鑄鐵，高磷鑄鐵和合金鑄鐵，其耐磨性比普通鑄鐵高2-4倍； （2）鑄鐵-淬硬鑄鐵： 動(dòng)導(dǎo)軌常用普通灰鑄鐵，并經(jīng)亂配加工。支承導(dǎo)軌常用HT200鑄鐵并進(jìn)行表面淬火提高共硬度及耐磨性； （3）鑄鐵-淬硬鋼板： 動(dòng)導(dǎo)軌常用鑄鐵。支承導(dǎo)軌為淬硬鋼導(dǎo)軌，分段鑲裝在鑄鐵床身上，所用材料是碳素鋼（T108A，T8A等）合金鋼（40Cr，等）； （4）塑料-鑄鐵： 在

58、動(dòng)導(dǎo)軌上粘貼聚四氟乙烯塑料軟帶。它與鑄鐵導(dǎo)軌組成摩擦副時(shí)，摩擦系數(shù)僅為0.02-0.03，是鑄鐵-鑄鐵副的左右； （5）有色金屬-鑄鐵： 在動(dòng)導(dǎo)軌基體上鑲裝有色金屬板，主要有，等。 當(dāng)運(yùn)動(dòng)件沿著承導(dǎo)件作直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，承導(dǎo)件上的導(dǎo)軌起支承和導(dǎo)向的作用，即支承運(yùn)動(dòng)件和保證運(yùn)動(dòng)件在外力（載荷及運(yùn)動(dòng)件本身的重量）的作用下，沿給定的方向進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)。對(duì)導(dǎo)軌的要求如下： （1）一定的導(dǎo)向精度。導(dǎo)向精度是指運(yùn)動(dòng)件沿導(dǎo)軌移動(dòng)的直線性，以及它與有關(guān)基面間的互相位置的準(zhǔn)確性。 （2）運(yùn)動(dòng)輕便平穩(wěn)。工作時(shí)，應(yīng)輕便省力，速度均勻，低速時(shí)無(wú)爬行現(xiàn)象。 （3）良好的耐磨性。導(dǎo)軌的耐磨性是指導(dǎo)軌長(zhǎng)期使用后，能

59、保持一定的使用精度。導(dǎo)軌在使用過(guò)程中要磨損，應(yīng)使磨損量小，且磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償或便于調(diào)整。 （4）足夠的剛度。運(yùn)動(dòng)件所受的外力，是由導(dǎo)軌面承受的，故導(dǎo)軌應(yīng)有足夠的接觸剛度。為此，常用加大導(dǎo)軌面寬度，以降低導(dǎo)軌面比壓。 （5）溫度變化影響小。應(yīng)保證導(dǎo)軌在工作溫度變化的條件下，能正常工作。 （6）結(jié)構(gòu)工藝性好。在保證導(dǎo)軌其它要求的前提下，應(yīng)使導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于加工、測(cè)量、裝配和調(diào)整，降低成本。 不同設(shè)備的導(dǎo)軌，必須做具體分析，對(duì)其提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求。必須指出，上述六點(diǎn)要求是互相影響的。 5.1導(dǎo)軌設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 （1）設(shè)計(jì)導(dǎo)軌應(yīng)包括下列幾個(gè)方面內(nèi)容： 1）根據(jù)工作條件，選擇適合的導(dǎo)軌類

60、型。 2）選擇導(dǎo)軌的截面形狀，以保證導(dǎo)向精度。 3）選擇適當(dāng)?shù)膶?dǎo)軌結(jié)構(gòu)及尺寸，使其在給定的載荷及工作溫度范圍內(nèi)，有足夠的剛度，良好的耐磨性，以及運(yùn)動(dòng)輕便和平穩(wěn)。 4）選擇導(dǎo)軌的補(bǔ)償及調(diào)整裝置，經(jīng)長(zhǎng)期使用后，通過(guò)調(diào)整能保持需要的導(dǎo)向精度。 5）選擇合理的潤(rùn)滑方法和防護(hù)裝置，使導(dǎo)軌有良好的工作條件，以減少摩擦和磨損。 6）制定保證導(dǎo)軌所必須的技術(shù)條件，如選擇適當(dāng)?shù)牟牧希约盁崽幚?、精加工和測(cè)量方法等。 5.2導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （1）滑動(dòng)導(dǎo)軌 表5-3 滑動(dòng)導(dǎo)軌的種類 滑動(dòng)導(dǎo)軌的種類 特點(diǎn) 三角形導(dǎo)軌 該導(dǎo)軌磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償，故導(dǎo)向精度高。它的截面角度由載荷大小及導(dǎo)向精度要求而

61、定，一般為。為增加承載面積，減小比壓，在導(dǎo)軌高度不變的條件小，采用較大的頂角（）；為提高導(dǎo)向性，采用較小的頂角（）。如果導(dǎo)軌上所受的力，在兩個(gè)方向上的分力相差很大，應(yīng)采用不對(duì)稱三角形，以使力的作用方向盡可能垂直于導(dǎo)軌面。 續(xù)表5-3 滑動(dòng)導(dǎo)軌的種類 特點(diǎn) 矩形導(dǎo)軌 優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、檢驗(yàn)和修理方便；導(dǎo)軌面較寬，承載力較大，剛度高，故應(yīng)用廣泛。但它的導(dǎo)向精度沒(méi)有三角形導(dǎo)軌高；導(dǎo)軌間隙需用壓板或鑲條調(diào)整，且磨損后需要重新調(diào)整。 燕尾形導(dǎo)軌 燕尾形導(dǎo)軌的調(diào)整及夾緊較簡(jiǎn)便，用一根鑲條可調(diào)節(jié)各面的間隙，且高度小，結(jié)構(gòu)緊湊；但制造檢驗(yàn)不方便，摩擦力較大，剛度較差。用于運(yùn)動(dòng)速度不高

62、，受力不大，高度尺寸受限制的場(chǎng)合。 圓形導(dǎo)軌 制造方便，外圓采用磨削，內(nèi)孔研磨可達(dá)精密配合，但磨損后不能調(diào)整間隙。為防止轉(zhuǎn)動(dòng)，可在圓柱表面開(kāi)鍵槽或加工出平面，但不能承受大的扭矩。宜用于承受軸向載荷的場(chǎng)合。 這四類導(dǎo)軌又分別為凸形導(dǎo)軌和凹形導(dǎo)軌。凸形有利于排屑，不易保存潤(rùn)滑油，只宜用于低速運(yùn)動(dòng)，凹形容易保存潤(rùn)滑油，需要注意導(dǎo)軌的防護(hù)。 （2）滾動(dòng)導(dǎo)軌 在相配的兩導(dǎo)軌面之間防止?jié)L動(dòng)體或滾動(dòng)支承，使導(dǎo)軌面間的摩擦性質(zhì)成為滾動(dòng)摩擦，這種導(dǎo)軌就叫做滾動(dòng)導(dǎo)軌。 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的最大特點(diǎn)是摩擦系數(shù)小，動(dòng)、靜摩擦因數(shù)很接近，與滑動(dòng)導(dǎo)軌副相比具有表5-4所列的特點(diǎn)。 表5-4 滾動(dòng)導(dǎo)軌副的特點(diǎn)

63、序號(hào) 特 點(diǎn) 應(yīng) 用 1 運(yùn)動(dòng)靈敏度高，滾動(dòng)導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)小，只有，驅(qū)動(dòng)功率大幅度下降，只相當(dāng)于普通機(jī)械的。 坐標(biāo)鏜床、數(shù)控機(jī)床和外圓低速精密磨床砂輪架導(dǎo)軌，能精密位移。 大型外圓磨床工作臺(tái)滾動(dòng)導(dǎo)軌是為防止高速移動(dòng)時(shí)因動(dòng)壓效應(yīng)使工作臺(tái)浮起，以提高加工精度。 立式車(chē)床工作臺(tái)采用滾動(dòng)導(dǎo)軌，為了提高速度。 工具磨床工作臺(tái)用滾動(dòng)導(dǎo)軌，則為手搖輕便靈活。 一般普通機(jī)械用于精密直線傳動(dòng)。 2 動(dòng)、靜摩擦力之差很小，隨動(dòng)性極好，即驅(qū)動(dòng)信號(hào)與機(jī)械動(dòng)作滯后的時(shí)間間隔極短，有利于提高數(shù)控系統(tǒng)的響應(yīng)速度和靈敏度。 3 適應(yīng)高速直線運(yùn)動(dòng)，其瞬時(shí)速度比滑動(dòng)導(dǎo)軌提

64、高約10倍。 4 能實(shí)現(xiàn)無(wú)間隙運(yùn)動(dòng)，提高機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)剛度。 5 成對(duì)使用導(dǎo)軌副時(shí)，具有“誤差均化效應(yīng)”，從而降低基礎(chǔ)件（導(dǎo)軌安裝面）的加工精度要求，降低基礎(chǔ)件的機(jī)械制造成本與難度。 6 由專業(yè)廠生產(chǎn)，可以外購(gòu)選用，簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造。 7 缺點(diǎn)：抗震性差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高。 5.3滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 經(jīng)多年研究開(kāi)發(fā)，我國(guó)目前現(xiàn)已形成GGB、GGC、GGE、GGF、GGY、GZV等系列，由于它具有諸多特殊的優(yōu)點(diǎn)，已被數(shù)控機(jī)床及許多機(jī)電一體化專業(yè)生產(chǎn)單位和自動(dòng)化生產(chǎn)線制造單位所應(yīng)用和關(guān)注。 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副是由導(dǎo)軌、滑塊、鋼球、返向器、

65、保持架、密封端蓋及擋板等組成。當(dāng)導(dǎo)軌與滑塊作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，鋼球就沿著導(dǎo)軌上的經(jīng)過(guò)淬硬和精密磨削加工而成的四條滾道滾動(dòng)，在滑塊端部鋼球又通過(guò)返向裝置（返向器）進(jìn)入返向孔后再進(jìn)入滾道，鋼球就這樣周而復(fù)始地進(jìn)行滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)。返向器兩端裝有防塵密封端蓋，可有效地防止灰塵、屑末進(jìn)入滑塊內(nèi)部。 優(yōu)點(diǎn)： （1）滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副是在滑塊與導(dǎo)軌之間放入適當(dāng)?shù)匿撉?，使滑塊與導(dǎo)軌之間的滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，大大降低二者之間的運(yùn)動(dòng)摩擦阻力，從而獲得： 1）動(dòng)、靜摩擦力之差很小，隨動(dòng)性極好，即驅(qū)動(dòng)信號(hào)與機(jī)械動(dòng)作滯后的時(shí)間間隔極短，有利于提高數(shù)控的響應(yīng)速度和靈敏度。 2）驅(qū)動(dòng)功率大幅度下降，只相當(dāng)于普通機(jī)械的。 3）與

66、V形十字交叉滾子導(dǎo)軌相比，摩擦阻力可下降約40倍。 4）適應(yīng)高速直線運(yùn)動(dòng)，其瞬時(shí)速度比滑動(dòng)導(dǎo)軌提高約10倍。 5）能實(shí)現(xiàn)高定位精度和重復(fù)定位精度。 （2）能實(shí)現(xiàn)無(wú)間隙運(yùn)動(dòng)，提高機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)剛度。 （3）成對(duì)使用導(dǎo)軌副時(shí)，具有“均化誤差效應(yīng)”，從而降低基礎(chǔ)件（導(dǎo)軌安裝面）的加工精度要求，降低基礎(chǔ)件的機(jī)械制造成本和難度。 （4）導(dǎo)軌副滾道截面采用合理比值的圓弧溝槽，接觸應(yīng)力小，承接能力及剛度比平面與鋼球點(diǎn)接觸時(shí)大大提高，滾動(dòng)摩擦力比雙圓弧滾道有明顯降低。 （5）導(dǎo)軌采用表面硬化處理，使導(dǎo)軌具有良好的可校性，心部保持良好的機(jī)械性能。 （6）簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造。 國(guó)外滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的結(jié)構(gòu)類型較多，根據(jù)需要，國(guó)內(nèi)已開(kāi)發(fā)生產(chǎn)出多種結(jié)構(gòu)類型的滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副，主要類型及其特點(diǎn)： 表5-5 滾動(dòng)導(dǎo)軌類型及特點(diǎn) 型號(hào) 名稱 特性 應(yīng)用 GGB AA AAL 四方向等載荷滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副 1.一體型 2.上下左右四方額定載荷相等，用途較廣 3.額定載荷大剛度高適于重載 1.機(jī)械加工中心 2.NC車(chē)床CNC車(chē)床 3.重型切削