1、本科毕业论文（20 届）曲轴车削试验装置床身与尾座的设计所在学院专业班级 机械设计制造及其自动化学生姓名指导教师完成日期诚信声明 本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名： 年 月 日毕业设计任务书设计题目：曲轴车削试验装置床身与尾座的设计1设计的主要任务及目标了解常用机械加工设备结构及应用。能够综合运用所学专业知识设计机械产品及其零部件。能够独立熟练地检索各方面文献资料。2设计的基本要求和内容国内外研究现状。曲轴车削试验装置床身总体设计。曲轴车削试验装置尾座主要部位的设计。曲轴车削试验装置重要部位的三维实体
2、建模及简单分析。3主要参考文献1 李海国.发动机曲轴制造新动向J.中国汽车制造 ,2006,(01):27-29.2 成大先.机械设计手册(第五版)M.北京:化学工业出版社 ,2008.3 许晓旸.专用机床设备M.重庆:重庆大学出版社 ,2003.4 褚守云，陈明.16V280 曲轴加工工艺研究D.上海：上海交通大学，2007.5 陈明.机械制造工艺学M.北京：北京机械出版社， 2005.4进度安排设计各阶段名称 起 止 日 期1 分析课题要求，拟定开题报告 2014.3.03-2014.3.232 了解国内外现状并完成床身的初步设计 2014.3.24-2014.4.203 完成床身的总体设
3、计和尾座的主要部位设计 2014.4.21-2014.5.304 对设计的重要部位进行三维建模并简单分析 2014.5.31-2014.6.095 整理打印论文,准备答辩 2014.6.10-2014.6.17曲轴车削试验装置床身与尾座的设计摘要：本次毕业设计的课题是曲轴车削试验装置床身与尾座的设计，主要包括国内外研究的现状分析、曲轴车削试验装置床身的总体设计、曲轴车削试验装置尾座主要部位的设计、曲轴车削试验装置尾座主要部位的三维实体建模及简单分析。建模软件用的是 Solidworks。产品的设计要考虑到曲轴加工精度和质量 ，要有现实生产的意义。运行可靠。关键词：组床身，精度，曲轴加工机床，建
4、模分析Design of the crankshaft turning test device body and tail seatAbstract: The graduation design topic is the crankshaft turning test device body and tail seat design, including the domestic and foreign research present situation analysis, crankshaft lathe bed test device design, crankshaft lathe t
5、ailstock test device of main pats of the design, the crankshaft turning test device tailstock main parts of the three-dimensional solid modeling and analysis. Modeling software with Solidworks. Product design should take into account the accuracy and quality of crankshaft machining, have realistic s
6、ignificance of production. Reliable operation.Key words: Combined lathe bed, precision,machine tools,crankshaft modeling analysisI目 录1 绪 论 -11.1 研究的背景与意义 -11.2 曲轴加工车床床身及尾座的关键技术与研究现状 -21.2.1 曲轴加工车床床身的关键技术与研究现状 -21.2.2 曲轴加工车床尾座的关键技术与研究现状 -31.3 曲轴加工车床床身及尾座的国内外发展趋势 -31.3.1 曲轴加工车床床身的国内外发展趋势 -41.3.2 曲轴加工车
7、床尾座的国内外发展趋势 -41.4 研究内容 -52 床身的设计 -72.1 床身的总体布局 -72.1.1 床身制造方法的选择 -72.1.2 床身的形状及形式 -82.2 前床身与后床身的结构设计 -102.2.1 前床身的结构设计 -102.2.2 后床身的结构设计 -152.3 前床身与后床身的连接方式及其精度保证 -202.3.1 前床身与后床身的连接方式 -202.3.2 精度保证 -212.4 床身所需精度要求及检验方法 -222.4.1 前床身精度要求 -222.4.2 后床身精度要求 -232.4.3 总体床身精度要求 -232.4.4 检验方法 -242.5 前后床身导轨的
8、校核 -262.5.1 前床身导轨的校核 -262.5.2 后床身导轨的校核 -282.6 本章小结 -293 尾座的设计 -30II3.1 尾座的整体设计 -303.2 尾座箱体的设计和制造方式 -323.3 轴的设计与校核 -333.3.1 尾座主轴的设计与校核 -333.3.2 中间轴的设计与校核 -353.3.3 花键套轴的设计与校核 -373.4 顶尖 -383.5 本章小结 -384 重要部件的三维建模及简单分析 -404.1 前床身建模及简单分析 -404.2 后床身建模及简单分析 -414.3 本章小结 -42结 论 -43参考文献 -44致 谢 -4511 绪论1.1 研究的
9、背景与意义曲轴作为发动机的核心部分，提高其精度，将直接提高发动机的性能，大大降低震动，噪音，减少油耗，废气排放。现今的曲轴加工技术大多是分别加工曲轴的主轴颈以及连杆颈，其加工工艺为粗加工，半精加工以及精加工。这种加工的生产效率低并且其加工余量大，浪费材料。尤其是加工曲轴连杆颈的时候，不仅加工效率低下，而且加工质量不稳定，尺寸的一致性差。这是由于加工曲轴连杆颈的时候，其加工中心线为连杆颈的中心线，而整个曲轴的质量重心在主轴颈的中心线上，这就造成了加工工件的质量重心不在回转中心线上面，因而惯性矩很大。惯性矩大，势必造成加工过程中震动大，因此加工精度低。为了提高加工精度，减少震动，一般采用的是降低主
10、轴的旋转速度，这样，加工效率也跟着降低。我们课题研究的是一种新型的曲轴加工机床。该机床能同时加工曲轴主轴颈与曲轴连杆颈。加工连杆颈时，传统加工采取的是刀具不动，工件旋转的方法来进行加工，而本机床采用的是刀具与工件同步旋转来完成加工的。我们采用具有平行四边形结构的机构来带动刀具旋转，其转速与主轴的转速相同。因此在加工曲轴连杆颈时，可以提高连杆颈的加工精度以及加工效率。另外此曲轴加工机床是一次装夹，就能将曲轴的主轴颈与连杆颈全部加工完成。考虑到这些因素，我们可以得知该机床的精度要求很高。如何提高该机床的加工精度，运用什么方法来提高加工精度，以及提高这种精度的方法是否合理等等一系列的问题都需要认真考
11、虑。我主要负责该曲轴加工机床的床身及尾座的设计。对床身这一部分，考虑到所设计的曲轴加工车床的结构以及铸造难度等方面的要求，本车床的床身分为前床身以及后床身两部分，即本曲轴加工机床的床身为组合式床身。前床身主要放置头架箱，尾架箱以及电机等；后床身主要放置十字工作滑台，刀架等等。因为该机床的加工精度要求很高，但是床身又不是整体式的床身，而为前后床身两大部分，因此前后床身导轨的垂直度很难保证。该垂直度直接影响到机床的加工精度。当然，前床身上的导轨之间的相互平行度也有很高的要求的，后床身上的导轨也同样。另外机床床身的刚度也是影响其加工精度的主要因素。我采用的是铸造床身，其结构的设计，如什么地方加筋，什
12、么地方开窗口，以及其壁2厚等等，如果设计的合理，将能保证其需要的刚度。床身作为整个机床的基础，对整体机床的加工精度的影响非常大，因此要合理的设计其结构，认真的考虑其加工工艺，才能保证整体机床的加工精度。对尾座这一部分，由于该曲轴加工机床的特别的加工方法，曲轴的主轴颈以及连杆颈是一次装夹，就能全部加工完成的，因此对一对主轴颈或者是连杆颈来说，先加工的曲轴颈与后加工的曲轴颈有可能由于该曲轴受到扭转力而相互之间的相位发生变化，从而使一对曲轴颈加工完成后，不是按照其要求的相位来分布的，这将使曲轴不平衡，从而形象引擎的质量。为了消除曲轴颈之间的相位误差，消除这种不平衡，我们采用的是双驱动，即通过花键轴，
13、来驱动尾座中的主轴，从而使头架主轴与尾座主轴同步转动，消除一端驱动带来的相位误差。由于是双驱动，尾座的结构与一般机床尾座的结构有很大的不同。在我们设计的该曲轴加工机床的尾座中，一共有三套轴，一套夹紧装置以及一套手动摇动的驱动装置，如何安排这些零部件以及箱体的合理设计，都需要认真的考虑，只有设计的合理，才能节省材料，降低制造难度，提高整体机床精度，才能提高曲轴的质量，进而提高引擎的性能。在本课题中，我们围绕的中心就是如何来提高整体机床的加工精度，以及在保证此精度要求的前提下，各个部件相互之问的位置合理，制造容易，装配简便，成本较低来进行讨论分析的。床身作为机床的基础，是机床中最大的一个部件，对机
14、床的加工精度影响很大，因此要合理设计。此机床中的尾座由于有特需的要求以及限制，其结构设计也需要认真考虑。总之，一切的设计都是为了保证机床的加工精度。1.2 曲轴加工车床床身及尾座的关键技术与研究现状1.2.1 曲轴加工车床床身的关键技术与研究现状曲轴是汽车发动机的关键零件之一。曲轴在发动机中将活塞连杆的往复运动变为旋转运动，其在工作过程中会不断承受很大的弯曲应力和扭转应力，且受力情况异常复杂。所以对曲轴的抗拉强度、刚度、耐磨性及冲击韧性等都提出了很高的要求，因此对曲轴在机械加工技术有着很高的要求。另外，曲轴也是最难加工的工件3之一，因为它极不对称、又细又长，所以对其的制造要求非常高。曲轴加工机
15、床作为曲轴的加工工具，因此将有着更高的要求，其精度将直接决定着所加工的曲轴的质量。而机床的床身作为机床的底座，一个非常重要的部位，床身的性能将直接影响到机床的加工精度。提高机床床身的静、动态性能，是当前各国的主要研究内容。床身的静、动态性能直接影响被加工零件的尺寸、形状和位置误差值。如如何提高机床床身的抗压、抗拉、抗弯强度，如何提高机床床身的抗振动性能、热稳定性以及环境抗干扰能力。当然，降低机床床身的成本，提高机床床身的使用寿命也是一个关键技术。在当前，为了提高机床的加工性能，对床身的要求一般是从其结构、材料以及制造工艺等方面来考虑。在结构方面，不同的机床，其结构有很大的不同，像一般的普通车床
16、，它是水平加工或者是垂直加工，另外也有斜车床结构，即它的加工方向是倾斜。其材料也有许多，最常见的就是铁质材料，如铸铁，钢等。另外，还有大理石、陶瓷、普通混凝土、钢混凝土等，现在发展到复合材料，如钢纤维混凝土等，这些材料各有各的优缺点。从制造方式方面，如铸造，焊接等。其制造工艺的好坏与否也将直接决定床身的性能的好坏。1.2.2 曲轴加工车床尾座的关键技术与研究现状尾座是曲轴加工车床上的常用部件，其工作状况对零件的加工质量有较大的影响。机床工作时会产生振动，特别是加工曲轴，因为曲轴较长，质量又比较大，旋转时产生的惯性量很大，而曲轴的加工精度又非常高，因此如何提高曲轴加工车床的抗振性非常重要。大量实
17、践可以证明，机床产生的振动系统，主要是主轴工件尾架这三部件组成的系统。尾座跟头架一样，作为与工件直接相连的部件，加工时产生的振动将直接传递到它的身上。提高尾座的抗振性是一个关键技术。即要提高其刚度，增加其阻尼质。作为曲轴加工机床，尾座在工件的加工过程中，一直存在着运动，这将出现磨损和定位偏差，这不仅将影响工件的加工精度，机床的使用寿命也将随之降低。当前尾座的材料一般是铸铁，随着科学的不断进步，也有其它的材料作为尾座的制造材料，如：聚合物树脂混凝土有很好的阻尼特性，可以改善机床的动态特性，其热变形也小，热稳定性高。为了提高尾座的性能，材料是一方面，而现今是主要从改进尾座的结构，提高其静、动态性能
18、这方面来提高尾座的性能的。41.3 曲轴加工车床床身及尾座的国内外发展趋势1.3.1 曲轴加工车床床身的国内外发展趋势随着社会的高速发展，曲轴加工机床也向着高精的方向发展。机床的高精加工，要求机床的刚度，抗振性能优异，作为曲轴加工机床的基座的床身，其刚度以及抗振性能也需要大大的提高。从结构上，不再是像以往那样常见的平床身，现在斜床身也越来越多。斜床身比之平床身，它更大的优点是刚性十足，可以增加机床的稳定性以及抗振性，从而提高机床加工精度。当然，斜床身还有一些其它的优点，例如它容易排屑，清洗也比平床身方便，另外，由于是倾斜的，其占地面积也比平机床床身小的多，在当今社会土地越来越贵的情况下，其占地
19、面积越小，相当于在相同的土地面积上能够放嚣更多的机床，因此其成本也相对来说比平机床要低。 不仅从结构上面束提高机床床身的性能，还可以从材料方面来提高其性能。我国机床床身的材料主要为铸铁以及钢，铸铁一般生产铸造床身，而钢质材料一般生产焊接床身。社会的不断进步，科技的不断发展，一些新型材料的出现，也应用到机床床身的生产中去了。1971年，德国的Schlesinger首先采用钢筋混凝土制造机床床身。上世纪40年代，德国Boehringer公司经研究后，成批生产了混凝土机床，这是为了节约钢材料，降低成本。前苏联与美国也先后于上世纪60年代在机床床身的生产上应用了混凝土结构。上世纪70年代，以钢筋混凝土
20、构件和人造花岗岩(聚合物混凝土)为材料的床身在瑞士、联邦德国以及意大利推出。上世纪80年代，日本陶瓷公司Kyocera与日本小型精密机床制造公司 Efuro在1984 年在东京机床展上展出了以热压陶瓷制成的机床床身。我国曲轴加工机床床身的新型材料应用起步较晚。上世纪50年代末，曾尝试用钢筋混凝土制造机床床身，但防腐等关键技术不能解决，而停止了研究。1985年以来，在人造花岗岩机床技术领域取得了很大的成就，其高的强度、阻尼及较好的耐腐蚀性和较短的固化时间，收缩、蠕变和热变形等性能均满足制造床身的要求。上世纪90年代新型材料钢纤维聚合物混凝土的研究有较大成果，其良好的物理、机械性能，能大大的提高机床床身的各项静、动态特性。1.3.2 曲轴加工车床尾座的国内外发展趋势
