《非标准教学设计项目实例详解》车洪麒，张素辉编著|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《非标准教学设计项目实例详解》

【作　者】车洪麒，张素辉编著

【页 数】 397

【出版社】 北京：机械工业出版社 , 2021.03

【ISBN号】978-7-111-68046-8

【价 格】128.00

【分 类】机械设计

【参考文献】 车洪麒，张素辉编著. 非标准教学设计项目实例详解. 北京：机械工业出版社, 2021.03.

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图书目录：

《非标准教学设计项目实例详解》内容提要：

本书共介绍了7例非标准机械的设计过程，涉及机床、液压机、工程机械及自动控制结构等多种产品。

《非标准教学设计项目实例详解》内容试读

第1例铣床主轴锥孔高精度专用磨床设计

1.1概述

铣床主轴是铣床的重要零件，其自身的加工精度对机床的加工精度有着重要的影响。故而，在铣床的几何精度标准中，有关主轴的标准，都占有很大的比例。例如升降台式万能铣床的几何精度检验标准，检验项目共计15项，其中有关主轴的项目就有6项。

为了保证机床的加工精度，在机床设计中，对主轴这一零件的加工精度，必然要提出更高的要求。特别是为航空航天工业所制造的加工中心之类的产品，对主轴的加工精度往往有更高的要求。于是，铣床主轴的高精度加工，便成了一项重要课题。

其中，铣床主轴锥孔的精加工也成了重要的攻关项目。但是，此项精加工却不是通用机床所能胜任的。因为铣床主轴的长度尺寸较大，约为700~800mm左右，而且锥孔的锥度也比较大，为7：24，所以无论是内圆磨床或万能外圆磨床都无法加工。

于是，一家铣床厂便自行设计制造了一台“高精度铣床主轴锥孔专用磨床”，解决了这

一难题。现将该专用机床的设计、制造（实为改造）的概况，介绍如下。

1.2铣床主轴锥孔高精度专用磨床的技术条件

专用机床的设计宗旨，就是要满足工件加工的某些工艺要求，实现图样规定的相关技术条件。该厂是国家的重点企业，产品范围包括了通用铣床的多种产品，如立铣、卧铣、万能铣、龙门铣及铣床加工中心等。工艺部门要求，此专用磨床应可用于完成上述各种铣床主轴锥孔的精密加工。图1-1所示是其中一种铣床主轴的简图。

L0.002C

a0

u04

ZIHL

☑0.003-8

a0.4

6724

4023

60

44.5110

730

图1-1铣床主轴简图

其技术条件如下：

1)工件锥孔的锥度及尺寸：

50号7：24锥孔、大端直径：b69.85mm,标准长度：101.8mm。40号7：24锥孔，大端直径：44.45mm,标准长度：65.4mm。

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非标准机械设计项目实例详解

2)工件的外形长度：600~800mm。3)工件的最大外径：130mm。

4)工件定心轴颈的尺寸：55~中100mm。5)工件的最大质量：30kg。

6)工件锥孔的加工精度及表面粗糙度：

①锥孔对主轴定心轴颈的斜向圆跳动公差：0.003mm。

②锥孔轴线对轴肩支承端面的垂直度公差：0.002mm。

③锥孔的锥度，用锥度塞规涂色检验，接触面积不小于80%。

④锥孔表面粗糙度：Ra0.4um。

1.3工件的工艺分析及专用机床应具有的机械运动的确定

机床的用途，就是对机械零件进行机械加工。所以机床的设计，往往是从工件的工艺分析开始。专用机床的设计，首先要做的工作也应是对加工对象的工艺过程进行仔细分析，从而确定机床应具有的机械运动，确定应有的部件组成及其主要尺寸。

其次，要根据工件的几何形状、尺寸大小、质量、材料的性质、技术要求、生产效率等条件，确定工件的装夹方法，确定机床应有的机械运动，并确定应有的部件组成，以及部件的部局和主要尺寸；初步确定机床的动力消耗，确定机床的自动化程度，以及操作者的站位。

以上是关于专用机床总体设计过程的概括描述。具体到这台机床的设计，根据图1-1，工件属轴类零件，长度尺寸较大，加工部位是轴端的锥孔。根据上述条件可以确定加工时工

件的轴线应水平放置，即机床应设计成“卧式”。由图可知，A、B轴颈是锥孔加工精度的

检验基准。所以加工时也应以此二轴颈作为定位基准。即加工时应在这两处分别设置一个中心架，用来支承工件。为了安装这两个中心架，还应设置一个工作台，称为“上工作台”。

根据锥孔加工精度和表面粗糙度的要求，加工类别应选择磨削，而且是高精度磨削。由此可以确定，此专用机床应按高精度锥孔磨床来设计。

在加工过程中，工件必须绕轴线不停地回转，这是该机床应有的第一项运动。为了驱动工件的回转，需设置一个主轴箱部件。为了便于与工件连接，主轴箱也应安装在上工作台上。

为了实现锥孔的高精度、高等级的表面粗糙度，必须设置一个高精度的内圆磨具。这是该机床应有的第二项运动。

在锥孔加工过程中，内圆磨具的砂轮还必须沿工件锥孔的母线做往复的轴向运动，而且此运动的速度和运动范围应是可调整的。这是这台专用机床应有的第三项运动。为此，机床必须设置一个液压传动系统和操纵机构。

为了控制锥孔的加工直径，内圆磨具还必须做横向（砂轮轴的径向）运动，这是该机床应有的第四项运动。为了控制此项运动的精确度，机床应设置精确的进给机构。

以上，根据工件的技术条件和工艺分析，一步步地确定了专用机床的结构特征、加工类别、部件组成及应具有的机械运动。初步完成了机床的总体设计。

第1例铣床主轴锥孔高精度专用磨床设计

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1.4专用机床设计方案的确定

通过前文对工件进行的工艺分析可知，工件加工的工艺特征与一般的内圆磨削是相同的。唯一的区别是：工件的长度尺寸过大，普通内圆磨床无法装夹。

于是产生了一个思路：如果解决了工件的装夹问题，普通内圆磨床亦可对此工件进行加工。根据这一思路，确定铣床主轴锥孔高精度专用磨床的设计方案如下：

1)选择规格适宜的内圆磨床，作为专用磨床的主体，经过适当改造，使之成为一台高精度的专用磨床。

2)这台被选用的内圆磨床，其床身、主轴箱、液压系统、电气控制系统、操作机构、进给机构、滑鞍部件等，仍保持原设计，不需改进。即这台内圆磨床的全部零部件仍要继续使用，无一丢弃

3)需另行设计制造两件中心架部件，用于支承工件。

4)需另行设计制造一件上工作台部件，用于安装中心架和主轴箱等部件。

5)上工作台的右端，通过主轴箱底座（属内圆磨床原有件）安装在内圆磨床的床身上。左端则安装在另行设计制造的立柱上。

6)在水平投影面上、上工作台的轴线与内圆磨床床身的轴线相交，交角为8.297

(a8,297°=？×分)。并且，此交角可进行微量调整，从而可保证加工出的锥孔锥度符合

技术条件。

7)由于新设置了上工作台这一部件，工件的轴线提高了一个等于上工作台厚度的高度。所以，内圆磨具的轴线也必须相应提高一个同等的高度，为此应再增加一个零件一滑鞍座。滑鞍座安装在滑鞍的下面，它只是提高滑鞍及内圆磨具的高度，并不改变它们在水平投影面上的位置。

8)按技术条件，工件锥孔的表面粗糙度为R0.4m。这是很高的要求，是普通内圆磨床所达不到的。为了实现这一要求，需要对普通内圆磨床进行如下改造：

①改进床身导轨润滑的设计，减小其摩擦力，实现工作台低速运动(15~50mm/min)时不“爬行”（即无停顿现象）。内圆磨床工作台的运动速度，最低一般为200mm/min,不符合要求。

②改进内圆磨具的设计，提高其运转精度和刚度。

9)设计专用夹具一工件转动的传动机构，改进主轴箱主轴与工件的连接方式，使之只传递转矩而不对工件施加径向力和轴向力。

10)设计工件定心顶尖座，提高工件的定心精度。

上述将通用机床改造成为专用机床的设计方案，有如下优点：

①经济，即制造成本低。专用机床的需要数量一般都很少，一般只生产一台，如果采用全新的设计则费用会很高，可能达到通用机床的数倍。

②快捷，可缩短制造周期。因为绝大部分零件不需重新制造。

③成功率高。因为通用机床的技术是成熟的，以此为主体，则专用机床的主要部分不会出现问题，从而为设计的成功奠定了基础。

正是由于有上述的优点，以通用机床为主体来设计改造专用机床，已为很多企业尤其是

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非标准机械设计项目实例详解

中小企业所采用。

1.5改造所用内圆磨床的选型

改造专用磨床所需的内圆磨床的选型，是机床总体设计工作中的重要工作。选型的依据是工件的外形尺寸和加工部位的尺寸，及对机床性能的要求。工件的加工尺寸为两种规格，即50号7：24锥孔，大径D=69.85mm,小径d=39.6mm,锥面长度L=101.8mm,外径最大尺寸：中130mm;40号7：24锥孔，大径D=44.45mm,小径d=中28mm,锥面长度

L=65.4mm,外径最大尺寸：中110mm。对照内圆磨床的技术参数，并根据厂内现有设备情

况，选定内圆磨床的型号为M220。其主要技术参数如下：

1)可加工内孔直径：30~200mm。2)最大磨孔长度：125mm。3)内圆磨具为两件，参数如下：大号：砂轮直径：38mm。

可加工最小孔径：40mm。砂轮轴转速：10000r/min。砂轮轴接杆直径：24mm。套筒外径：b100mm。

小号：砂轮直径：26mm。

可加工最小孔径：27mm。砂轮轴转速：12500r/min。砂轮轴接杆直径：中18mm。套筒外径；中100mm。

4)内圆磨具电动机功率：4.5kW。5)工件转速：120~350r/min。6)主轴箱主轴卡盘安装直径：90mm。7)床身导轨距离：230mm。8)床身导轨宽度：55mm。9)工作台最大行程：600mm。

10)工作台运动速度：0.4~8mm/min。11)主轴中心离地面高度：1100mm。

由上述技术参数可知，该机床可加工的工件的参数与铣床主轴锥孔的参数是吻合的，特别是它的内圆磨具有大、小两件，恰好适合加工大小两种工件。

1.6专用磨床的总体布局

在专用磨床设计的过程中，在完成了总体设计和方案设计之后，机床的部件组成已经确定，接下来的工作就是进行机床的总体布局设计。即按合理、简单、经济的原则将各部件布置在正确的位置上。并且根据方便观察、方便操作、保障人身安全的要求来确定操作者的站位—操作者工作时的主要位置。

第1例铣床主轴锥孔高精度专用磨床设计

·5.

由于专用磨床是以普通内圆磨床为基础改造而成，所以其总体布局就应以所选用的内圆磨床的总体布局为基础来设计。于是，总体布局的设计工作，主要就是对新增零部件的位置的确定，然后初步确定专用机床的外形尺寸。

铣床主轴锥孔高精度专用磨床的总体布局，如图1-2所示。由图可知，机床的外形尺寸与原来的内圆磨床相比较，有了较大的变化：机床的长度增加了约50%，高度增加80mm。在俯视图上，工作台的中心线与床身的中心线有8.297°的交角，这个交角可保证加工出的

工件锥孔的锥度为7：24。操作者的站位在A处，由俯视图可以看到，站在这个位置能观察

到工件锥孔的加工情况。而且这个位置距操纵箱和进给手轮都比较近，便于操作。

夹具工件中心架

内圆磨具

滑鞍

滑鞍座

主轴箱

850

上工作台

400

200

200

8

立柱

工作台

2000

床身

1400

主轴箱底座

操纵箱

回转中心

8.297°

200

8

一进给机构

图1-2铣床主轴锥孔高精度专用磨床总体布局

1.7改装的准备工作一对选用的内圆磨床进行重点测绘

在一般情况下，机床厂销售产品是不提供产品图样的，提供给用户的技术资料只是使用说明书。如果要对机床进行改造，则必须对与改造相关的零部件进行重点测绘。如果要绘制改造后的机床总图，则还要测绘原机床的总图。但是，这种测绘不是要仿制原设计，所以不必十分精细。只需对与改造有关的部位进行简单的测绘，记下与改造相关的尺寸与装配关系即可，但是不得有差错。

而且，测绘之前还要拟订一份测绘计划，以防止有所疏漏。

·6…

非标准机械设计项目实例详解

本机床的测绘计划如下：

1)测绘内圆磨床简略总图，标明机床的外形尺寸、部件组成及总体布局。

2)测绘主轴箱底面的主要尺寸，示明其定位与紧固的方法，以及紧固件的参数。同时还要测绘主轴中心高及外伸的尺寸。

3)测绘主轴箱底座的主要尺寸及其与床身的连接。

4)测绘床身导轨的结构及主要尺寸，为改进设计准备资料。5)测绘内圆磨具，绘制较详细的装配图，为改进设计准备资料。

测绘的机床外观总图，如图1-3所示。通过总图的测绘，同时还应了解机床原有的部件设计，机械运动的组成，机床的性能，操作方法等知识，这些都是专用机床设计中必须掌握的资料

测绘的主轴箱底面简图，如图1-4所示。由图可知，当内圆磨床磨锥孔时，是以定位轴

为回转中心将主轴箱主轴的轴线扭转一个角度，然后用T形槽螺栓紧固。在专用磨床的设

计中，主轴箱不需要扭转角度，将它安装在上工作台上，它的紧固仍然由T形槽螺栓来实

现。需要说明的是，图1-4中的两个定位键及其紧固螺钉GB/T70-M5×12,是原设计所没

有的，是改造中增加的，是为了减少图样的数量而提前绘上去了。

在专用磨床的设计中，主轴箱底座将用来支承上工作台的右端，所以也应进行测绘。测绘图如图1-5所示。由图可知，主轴箱底座安装在床身上，用螺栓紧固，用锥销定位，工作台在其下方运动。在专用磨床的设计中，上述的设计保持不变。

图1-5还绘出了工作台及床身的横截面图并注明了主要尺寸，这也是专用磨床设计中所需的资料，也是测绘计划的一部分。

2120

主轴箱

内圆磨具

滑鞍

工作台

-850

400

2020

200

液压缸

床身

2000

2200

图1-3M220型内圆磨床测绘外观总图

···试读结束···