机械机床毕业设计12BL系列台车中的床身与尾架的设计文档格式.docx

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本设计课题是BL系列台式车设计，BL系列台车有多种形式，可针对用户要求的不同而有所不同。

本课题针对BL系列化台式车床的设计特点，对台式车床的不同规格、不同用户的设计要求进行总结，以获得其产品配置知识，这种知识即产品中的部件组成、各部件的功能、各部件之间的关系、车床零件的设计特点、不同部件中零件的精度要求等，以抽象出各类用于进行车床快速数字化设计的车床数字模型，为进行车床的快速数字化设计作好准备。

虽然车床的设计比较复杂，但是随着现代技术的发展，与车床设计相关的造型软件不断的出现，产生了新的设计方法，建摸设计，它能适应不同的设计要求，可以进行快速设计，本设计选用了UG工具进行快速设计，希望能达到即改即建的快速化的目的。

本设计的床身和尾架是车床比较重要的部位，床身用来支承机床各部件，承受切削力、重力、惯性力、摩擦力等静态力和动态力。

保证各部件之间的相对位置精度和运动部件的相对运动轨迹的准确关系。

床身除装有各种零部件外，其内部空间常作为切削液、润滑油的储存器或液压油的油箱，有时电动机和电气箱也放在它里面。

尾架用来协助装夹工件，保证精度。

1．床身的设计

1．1床身的功用及基本要求

1.1.1功用

床身对整个机床来说是很重要的一个部件

1）它是用来支承机床各部件，承受切削力、重力、惯性力、摩擦力等静态力和动态力的机床部件

2）它能保证各部件之间的相对位置精度和运动部件的相对运动轨迹的准确关系。

3）它上面除装有各种零部件外，其内部空间常作为切削液、润滑油的储存器或液压油的油箱，有时电动机和电气箱也放在它里面。

1.1.2基本要求

床身是机床的基础构件，其结构及布局是否合理将直接影响机床的加工质量和生产率。

对床身的基本设计要求如下：

1．足够的静刚度和较高的刚度/重量比

要求在规定的最大载荷（限定载荷）作用下，变形量不得超过一定的数值，以保证在加工过程中，刀具和工件的相对位移不超过加工允许的误差。

床身重量约占机床总重量的80%-85%，所以在满足刚度的前提下，应尽量减轻床身的重量。

刚度重量比在很大程度上反映了床身的合理性。

2．良好的动态特性

要求在规定的切削条件下工作时，使受迫振动的振幅不超过允许值，不产生自激振动，保证切削的稳定性。

3．较小的热变形和内应力

在机床工作过程中的摩擦热、切削热等都会引起床身的温度变化，产生热变形和热应力；

床身在铸造、焊接和粗加工过程中，材料内部会形成内应力，在使用中内应力的重新分布和消失，会使床身变形。

热变形和内应力都将破坏部件间的相互位置关系和相对运动轨迹，影响加工精度

4．其它

床身的设计应便于制造、装配、维修、排屑和吊运。

1．2床身的受力分析

了解床身的受力情况，产生的变形以及由此引起的加工误差是合理设计床身的依据。

根据机床所受载荷的特点，对不同类型的机床受力分析各有所侧重。

对于中小形普通机床应以切削力为主；

对于精密机床应以移动部件的重量为主；

对于大型、重型机床则需要同时考虑工件重量，移动部件和切削力。

本课题设计的是中小型车床，床身的受力分析如图1-1

工件两端分别支承在主轴和尾架的顶尖上。

尾座处于床身尾部，刀架处于床身中部。

作用在刀尖上的切削力可分解为、和三个分力。

轴向力使床身产生拉伸变形，影响很小，可以不计。

和使床身受弯曲和扭转。

为便于分析受力及变形，在受扭转时，可将床身视为两端固定的梁；

在受弯曲时可将床身视为简之梁。

在垂直（X-Z）平面内，经刀架作用在床身上，经工件作用于主轴箱和尾架上的力为和。

由将引起床身在垂直方向的弯距为。

由于的作用点到主轴中心线的距离为（为工件直径），因此在床身上还作用有扭距=。

在水平平面内，经刀架作用在床身上，其反作用力和经工件作用在主轴箱和尾架上。

由将引起床身在水平方向的弯矩。

由于的作用点到床身中心轴的距离为，因此对床身还作用有扭矩。

由此可见，车床床身变形的主要形式是垂直和水平面内的弯曲，以及由联合作用下的扭转。

车床床身变形对加工精度的影响见图1-2。

图1-2a为在垂直平面内的弯曲变形对加工精度的影响；

图1-2b为在水平面内的弯曲变形对加工精度的影响，变形近似以反映为工件的半径误差；

图1-2为扭转变形对加工精度的影响。

可见水平面内的弯曲对加工精度的影响远比垂直面内的影响大；

扭转变形也会使刀尖在y方向产生较大的偏移。

因此，设计车床床身时，也要注意提高扭转刚度。

1.3床身的静刚度和动态特性

1.3.1床身的静刚度

床身的变形一般包括自身变形、局部变形和接触变形。

设计要注意这三类变形的匹配，针对薄弱环节予以加强。

（一）自身钢度

前面分析普通车床床身的受力和变形，主要是指支承件自身变形。

支承件抵抗自身变形的能力，称为自身刚度。

支承件的自身刚度和扭转刚度。

它取决于支承件材料、构造、形状、尺寸和隔板的布置。

（二）局部刚度

抵抗局部变形的能力，称为局部刚度。

局部变形主要发生在支承件上载荷较集中的局部结构处。

局部刚度主要取决于受载部位的构造、尺寸以及筋的配置

（三）接触刚度

两个平面相接触时，由于两个平面都有一定的宏观不平度和微观不平度，所以真正接触的只是一些高点。

支承件各接触面抵抗接触变形的能力，称为接触刚度。

支承件的自身刚度和局部刚度对接触压强分布是有影响的。

如自身刚度和局部刚度较高，则接触压强的分布基本上是均匀的，接触刚度也较高；

如自身刚度和局部刚度不足，则在集中载荷作用下，构件变形较大，使接触压强分布不均，使接触刚度分布也不均，降低了接触刚度。

1.3.2动态特性简述

机床动态分析是研究抵抗动态作用力的能力。

主要是指抵抗振动的能力，包括抗振性和切削稳定性。

抗振性是指抵抗受迫振动的能力。

切削稳定性是指抵抗切削自激振动的极限切削宽度来表示。

极限切削宽度愈大，表示机床抵抗自激振动的能力愈好，即切削稳定性愈高。

振动与机床的加工质量和切削效率紧密相关。

在切削时，来自切削过程、机床传动系统以及外界的各种力将作用在机床—工件—刀具的弹性系统上。

其中静态力引起弹性变形，动态力使系统产生受迫振动，致使刀具与工件之间产生相对变为，破坏了它们之间的正确位置关系，并在加工表面上留下振纹，从而降低了被加工零件的精确读我，导致加工表面粗糙度的恶化。

切削过程的自激振动，破坏了切削过程的稳定性，不仅降低了加工质量，而且使切削难以继续进行，降低了切削效率。

振动还使机床和刀具在动载荷下工作，加速了机床和刀具的磨损，从而降低了机床的使用寿命和刀具的耐用度。

振动还产生恶化环境的噪声。

1.4床身的结构设计

床身的设计通常是根据使用要求和受力情况，参考同类型的机床，初步确定

其形状和尺寸。

对较重要的的支承件进行验算或模型试验，根据验算或试验结果作适当修改。

1.4.1提高支承件自身刚度

一、正确选择截面的形状和尺寸

（1）截面积相同时空心截面刚度大于实心截面刚度因此设计时，采用空心截面，加大外轮廓尺寸，在工件允许的条件下，尽可能减小壁厚。

可以大大提高截面的抗弯和抗扭强度。

（2）方形截面的抗弯刚度高于圆形截面，而抗扭刚度则较低。

因此，如支承件以承受扭距为主，用圆形截面；

若以承受力矩为主，用方形或矩形截面

（3）不封闭的截面比封闭截面刚度显著下降，特别是抗扭刚度下降更多。

因此，在可能的条件下，应尽量把支承件的截面设计成封闭式。

二、合理布置隔板.

在两壁之间起连接作用的内壁称为隔板。

隔板的功用在于把作用于支承件局部地区的载荷传递给其他隔板，从而使整个支承件各隔板能比较均匀的承受载荷。

因此，当支承件不能采用全封闭截面时，常常布置来提高支承件的自身刚度。

小型车床的床身，为了排屑，上下都不能封闭，用隔板来连接前后壁板。

切削力经三角形导轨作用于前壁，薄壁板的抗挽强度是很低的，有了隔板，就可能把载荷传递到后壁。

这样，前壁的弯曲转化为整个床身的弯曲，即转化为前壁的拉伸和后壁的压缩，大幅度提高抗弯刚度。

龙门刨床的隔板放置在内部。

隔板布置有三种方式，即纵向隔板、横向隔板和斜向隔板。

纵向隔板主要提高抗弯刚度；

横向隔板主要提高抗扭刚度；

斜向隔板两者兼而有之，斜向隔板应布置在弯曲平面内。

三、合理开孔和加盖

开孔对抗扭刚度影响较大。

所以，应该尽量避免在主要的承受扭矩的支承件上开孔。

必须开孔时，应靠近支承件几何中心附近。

孔宽或孔径以不超过支承件的宽度的0.25倍为宜。

1．4．2提高局部刚度

（一）合理选择连接部位的结构

（二）合理选择螺钉尺寸和布置

当受力矩时，螺钉主要布置在受拉伸的一侧；

当受扭矩时，螺钉应均匀分布在连接部位的四周。

（三）注意床身与导轨连接处的局部过度

图1-10示为床身过渡的几种形式。

图1-10a为床身与导轨以单壁连接，结构简单，刚度较差，适用于承受小载荷；

图1-10b单壁减薄与加强筋结构，刚度较前一种形式好，适用于中等载荷；

图1-10c双壁连接，结构比较复杂，刚度较高，适用于中等载荷及重载荷；

图1-10d为直接连接，没有过度壁，导轨的局部刚度最高。

（四）合理布置加强筋

有些支承件的内部要安装其它机构，不但不能分布，安置隔板也会有所妨碍。

这时就只有采用加强筋来提高刚度。

合理配置加强筋是提高局部刚度的有效方法。

例如图1-11a和b的筋分别用来提高导轨和轴承处的局部刚度。

如图1-11c、d、e为当壁板面积大于400时，为避免薄壁振动而在内表面加的筋，以提高壁板的抗弯刚度。

加强筋的高度可取为壁厚的4-5倍，筋的厚度取壁厚的0.8-1倍。

1.4.3提高接触刚度

减少接触面的层次，是提高接触刚度的最好方法。

例如将床身和床腿作成整体式。

常采取下述措施。

（一）导轨面和重要的固定结合面必须陪刮或配磨刮研时，每，高精度机床为12点，精密机床为8点，普通机床为6点，并应使接触点均匀分布。

固定结合面配磨时，表面粗糙度不小于1.6。

（二）以固定螺钉