數(shù)控機床自動對刀儀的設(shè)計含開題及13張CAD圖,數(shù)控機床,自動,對于,設(shè)計,開題,13,cad 學(xué)生姓名 學(xué)號 年級專業(yè)及班級 指導(dǎo)教師及職稱 ? 開題時間 畢業(yè)論文（設(shè)計）題目 數(shù)控機床自動對刀儀的設(shè)計 文獻綜述（選題研究意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、主要參考文獻等） 一、選題研究意義： 1、在高新技術(shù)日新月異的今天，使用簡單的高度測量儀和千分表的調(diào)整手段的時代雖然已經(jīng)一去不復(fù)返了，對刀工作越來越成為現(xiàn)代化生產(chǎn)的一個核心點。隨著加工機床效率越來越高，刀具的功能越來越強，切削形狀越來越復(fù)雜，對對刀儀的要求也在與日俱增；所導(dǎo)致的結(jié)果是對刀儀從原來簡單的功能，逐步發(fā)展成為一個集很多功能于一身的測量中心。 2、 對刀是數(shù)控加工中的主要操作和重要技能。對刀的準(zhǔn)確性決定了零件的加工精度，同時，對刀效率還直接影響數(shù)控加工效率。對刀儀用于檢測數(shù)控機床和加工中心所用刀具切削刃的位置，還能檢測刀尖的角度、圓度和刃口情況。隨著我國機械加工行業(yè)的高速發(fā)展，數(shù)控機床、加工中心應(yīng)用已得到日益普及，對刀儀的需求也越來越大。 3、在工件的加工過程中，工件裝卸、刀具調(diào)整等輔助時間，占加工周期中相當(dāng)大的比例， 其中刀具的調(diào)整既費時費力，又不易準(zhǔn)確，最后還需要試切。統(tǒng)計資料表明，一個工件的加工，純機動時間大約只占總時間的55%，裝夾和對刀等輔助時間占45%。因此，對刀儀便顯示出極大的優(yōu)越性，對刀儀的研究和研發(fā)直接影響了工業(yè)生產(chǎn)效率，關(guān)系整個工業(yè)產(chǎn)品的市場競爭力，在我國關(guān)于對刀儀的研究和國外先進水平相比還有很大差距，對刀儀的性能還有待更進一步提升。因此，進行對刀儀的設(shè)計是很有意義和必要的。 4、機械制造精度重點要看所測量刀具的數(shù)量或所需測量點的數(shù)量。所以，只有必須使裝置做出大量的行走動作以測量刀具的時候，對自動裝置的投資才有價值。這時，自動裝置可以替代對軸的人工定位，而且通過所編制的程序，裝置行走的測量路線也達到高度的一致，也就是說可以不受人員操作的影響。這不僅可以提高作業(yè)的可靠性，而且也可以避免不熟練的人員對刀具的測量。 二 、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀： 對刀儀根據(jù)測量方法主要分為光學(xué)投影式與電子攝影式兩種，目前，國內(nèi)外對對刀儀的研究主要以電子攝像式為主，國內(nèi)廠家還停留在光學(xué)投影式，但一直在進行電子攝影式開發(fā)研究工作。在國內(nèi)，最近幾年涌現(xiàn)了一批優(yōu)秀的對刀儀生產(chǎn)企業(yè)和相關(guān)的對刀儀產(chǎn)品，其中，諾信新研制的PT-L-A對刀儀是國內(nèi)首創(chuàng)的有別于市場上的大部分結(jié)構(gòu)觸點接觸式的對刀儀，該對刀儀是一種無觸點的非接觸式位置檢測裝置，它的功能通過光柵原理檢測光電信號實現(xiàn)。因此，該產(chǎn)品不存在觸點影響其壽命和精度的問題，檢測精度高，經(jīng)檢驗對比高于國內(nèi)同業(yè)及臺灣地區(qū)的產(chǎn)品，并與日本著名品牌的產(chǎn)品的技術(shù)性能相等。PT-L-A對刀儀電纜線在離對刀儀1.5米處有一防水接頭，使對刀儀安裝、拆換 更方便。公司目前已經(jīng)完成耐久耐候測試及壽命400萬次穩(wěn)定測試，重復(fù)精度0.001MM近期將投放市場。在國外，對刀儀研究時間比我國開展的早很多，因此，技術(shù)性能比國內(nèi)產(chǎn)品占有優(yōu)勢，例如瑞士TRIMOS公司能提供大范圍的測量解決方案,產(chǎn)品精度高、技術(shù)新。1972年，TRIMOS在測量領(lǐng)域達到《Swiss made》的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。產(chǎn)品有：A、高度測量和劃線儀;B、長度測量和設(shè)定儀;C、刀具測量和預(yù)調(diào)儀;D、軸類測量儀;E、激光粗糙度儀。Werth公司創(chuàng)立1951年，總部位于德國法蘭克福。主要有三大系列 (Scope,Video,Tomo)的測量機。測量范圍從幾十個毫米到數(shù)米，測量精度從幾個微米到百個納米級，測量分辨率最高到達1個納米，可集成進去的測量傳感器多達10余種。 盡管目前我們國家的對刀儀研究水平仍然落后于國外一些國家，且針對近兩年來國外對刀儀制造商另辟蹊徑，開始與國外數(shù)控機床制造商聯(lián)手的新情況，國內(nèi)對刀儀研究也開始發(fā)生了新變化。一是與高校聯(lián)手，出資定向培養(yǎng)精通光、機、電方面的復(fù)合型人才。即從高校中選拔幾名大四學(xué)生，推薦他們帶著天門精機公司的科研課題讀研，學(xué)成后回到公司專事產(chǎn)品創(chuàng)新。為了給科研人員打造一個趕超世界先進水平的創(chuàng)新平臺，同時組建了中國第一個對刀儀實驗室。二是鎖定高端對刀儀進行攻堅，爭取國家和地方科研經(jīng)費的支持。去年，天津市相關(guān)部門投資150萬元啟動的DTGⅢ 2550型光電自動刀具預(yù)調(diào)測量儀創(chuàng)新項目，今年已順利納入天津市科委發(fā)展計劃項目。按計劃，這一填補國內(nèi)空白、達到國際先進水平，具有對刀速度快、精度高、易操作、可適用于任何類型數(shù)控機床的對刀儀精品今年將批量上市。 三、主要參考文獻： ［1］劉白雁, 等. 機電系統(tǒng)動態(tài)仿真[M ]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2005. 7 ［2］胡壽松. 自動控制原理[M ]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 2000. 4 ［3］張利平. 液壓控制系統(tǒng)及設(shè)計[M ] . 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2006. 6 ［4］王春行. 液壓控制系統(tǒng)[M ]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 1999. 3 ［5］李科杰. 傳感器技術(shù)手冊[M ]. 北京: 國防科技出版社, 2002. 6 ［6］王文紅.數(shù)控車床、銑床的一種手工對刀方法.機械制造與自動化，2001(5):22-23 ［7］林奕鴻.機床數(shù)控技術(shù)及其應(yīng)用.北京:機械工業(yè)出版社，1994.31 注：此表如不夠填寫，可另加頁。 研究方案（研究目的、內(nèi)容、方法、預(yù)期成果、條件保障等） 一、研究目的： 掌握簡易對刀儀的設(shè)計方法。 二、研究內(nèi)容： 1.自動對刀儀的分析與設(shè)計。 2. 對刀儀傳感器的設(shè)計。 2.1.測頭的設(shè)計 2.2. 傳感器表面保護 2.3.彈簧的選擇與測頭壓力分析計算 2.4. 傳感器結(jié)構(gòu)及原理說明 2.5. 傳感器的安裝 三、研究的主要方法：通過去圖書館查閱相關(guān)資料。 四、預(yù)期成果：設(shè)計出一個能在簡易數(shù)控車床上使用的自動對刀儀。 五、條件保障：由于指導(dǎo)老師張嵐老師研究機械設(shè)計，加上本人在學(xué)好機械設(shè)計與制造的基礎(chǔ)上查閱了大量國內(nèi)外研究資料。 開題論證小組意見 ? ? ? ? ? ? ? ????????????????????????????? 組長簽名： ??????????????????????????????????????????????? 年?? 月?? 日 專業(yè)委員會意見 ? ? ? ? ???????????????????????????????????專業(yè)教研室主任簽名： ??????????????????????????????????????????????????????????? 年?? 月?? 日 注：此表意見欄必須由相應(yīng)責(zé)任人親筆填寫。 數(shù)控機床自動對刀儀的設(shè)計 摘 要：為滿足用戶對加工精度和效率越來越高的要求，很多數(shù)控機床生產(chǎn)廠家及用戶都希望在其機床上配備各種加工精度監(jiān)測設(shè)備，在機床上使用測量裝置進行自動測量，對刀具位置進行測量，并根據(jù)測量結(jié)果自動修正刀具的偏置量，使同樣的機床能加工出更高精度的零件。本文設(shè)計的就是一個能在簡易數(shù)控鏜床上使用的自動對刀儀.本對刀儀對刀迅速簡捷，一般對刀只需幾分鐘，而且對刀準(zhǔn)確，有信號顯示，使用非常方便，消除對刀者對刀的煩惱，提高數(shù)控鏜床加工效率，具有較高的實用價值。 關(guān)鍵詞：自動對刀儀;刀補；數(shù)控鏜床 Design of automatic tool-setting instrument for NC Machine tool Abstract：To satisfying the more and more needs of customer in manufacturing precision and in efficiency, a lot of NC lathe factories and customers hope to provide kinds of monitor equipments to process the precision,using the measure equipment to measure automatically,so that receive the tool directly,and automatically correct the tool positions according to the measure result,thus we can get the higher precision in same NC lathe. This paper aims to designing a tool checking instrument that can be used for NC Boring Lathe. By the display of signal,the tool checking not only can work accurately and expediently but also can avoid the bother of operator,increasing the level of processing efficiency and having the higher practical applying value. Key words:Tool Checking Instrument; tool repair; NC boring lathe  目 錄 摘要……………………………………………………………………………………1 關(guān)鍵詞…………………………………………………………………………………1 1 前言…………………………………………………………………………………2 2 國內(nèi)外對刀儀產(chǎn)品介紹 …………………………………………………………3 2.1 國內(nèi)產(chǎn)品………………………………………………………………………3 2.2 國外產(chǎn)品……………………………………………………………………3 3數(shù)控機床自動對刀儀的設(shè)計要求…………………………………………………3 4 整體方案的設(shè)計……………………………………………………………………4 4.1方案比較………………………………………………………………………4 4.2方案細化優(yōu)選…………………………………………………………………6 4.3標(biāo)準(zhǔn)公差及配合的選用……………………………………………………7 4.3.1標(biāo)準(zhǔn)公差…………………………………………………………………7 4.3.2配合………………………………………………………………………8 4.3.3標(biāo)準(zhǔn)公差與配合的選用…………………………………………………8 4.3.4基準(zhǔn)制的選用……………………………………………………………8 5 零部件設(shè)計…………………………………………………………………………9 5.1刀套的設(shè)計……………………………………………………………………9 5.2軸承的設(shè)計…………………………………………………………………10 5.3底座的設(shè)計…………………………………………………………………12 5.4底座端蓋的設(shè)計……………………………………………………………13 5.5端蓋的螺栓設(shè)計……………………………………………………………14 5.6導(dǎo)柱的設(shè)計…………………………………………………………………14 5.6.1設(shè)計要求………………………………………………………………14 5.6.2設(shè)計過程………………………………………………………………15 5.6.3細長軸加工工藝………………………………………………………21 5.7彈性滑套的設(shè)計……………………………………………………………22 5.7.1設(shè)計要求………………………………………………………………22 5.7.2上彈性導(dǎo)套的作用……………………………………………………22 5.7.3上彈性導(dǎo)套的設(shè)計程序與過程………………………………………23 5.7.4下彈性導(dǎo)套的作用……………………………………………………24 5.7.5下彈性滑套擰緊支塊的設(shè)計…………………………………………24 5.8限位板的設(shè)計………………………………………………………………24 5.8.1設(shè)計要求………………………………………………………………24 5.8.2設(shè)計過程………………………………………………………………24 6傳動方案的設(shè)計…………………………………………………………………25 7 對刀儀的裝配……………………………………………………………………25 8簡易對刀儀的使用說明…………………………………………………………27 9 結(jié)論………………………………………………………………………………27 參考文獻……………………………………………………………………………28 致謝…………………………………………………………………………………29 1 前言 隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機械產(chǎn)品日趨精密、復(fù)雜和改型頻繁，單件和小批量產(chǎn)品占到70%以上。而且當(dāng)產(chǎn)品改型時機床與工藝裝備均作較大的變換和調(diào)整，這就要求機床具有較強的適應(yīng)產(chǎn)品變化的能力，數(shù)控機床應(yīng)運而生并且很快得到廣泛的應(yīng)用[22]。另一方面目前制造業(yè)正處于設(shè)備新老交替階段，經(jīng)濟型數(shù)控鏜床和采用簡易數(shù)控裝置改造的普通設(shè)備的應(yīng)用非常廣泛，這些數(shù)控鏜床是使用最廣的數(shù)控機床，約占數(shù)控機床總數(shù)的42%，是加工回轉(zhuǎn)類零件的主要設(shè)備，且多為開環(huán)控制的數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)濟實用。但是開環(huán)控制的簡易數(shù)控鏜床，由于不具備位置檢測功能，所以每次開機后，刀具距離機床零點的位置是隨機的，為了確定刀具(起刀點)在機床坐標(biāo)系中的位置，操作者只能通過試切用卡尺測量或通過刻度盤讀數(shù)，大概的確定刀具初始位置[15]，即實現(xiàn)所謂對零操作，從而獲取起刀點在機床坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo)值。其次對于簡易數(shù)控鏜床刀架上安裝的多把刀具而言，由于刀具類型不同，有安裝時的隨機性，而且多把刀的刀尖位置不一致，需一把一把地去測量并計算出刀補值，以便換刀時使程序能繼續(xù)運行加工合格的零件。手動對刀特別麻煩且誤差大，對于需頻繁換刀的小批量工件的加工，更會增加大量占機試切工時，使加工效率大大降低，且不利于實現(xiàn)自動化加工，使數(shù)控機床的優(yōu)勢難以發(fā)揮。由于每把刀具的刀位點(車刀刀尖)在機床坐標(biāo)系中的位置是不同的，如果以對零操作時使用的刀具為標(biāo)準(zhǔn)，則其它刀具與標(biāo)準(zhǔn)刀具刀位點之間存在一個相對位置偏差，即所謂刀補值，為了獲取加工程序中所需刀補數(shù)據(jù)，對刀架上的各刀具均需用對零操作相似的辦法進行操作[20]。這樣就增加了許多人為因素，降低了加工精度和生產(chǎn)率(尤其是形狀比較復(fù)雜，使用刀具較多的情況下)，使數(shù)控系統(tǒng)的優(yōu)勢難以充分發(fā)揮。若使用對刀裝置，對出標(biāo)準(zhǔn)刀后，以后的刀具通過觸發(fā)對刀儀記錄相對于標(biāo)準(zhǔn)刀的位置偏差，便可得到各刀的刀補值，既準(zhǔn)確可靠，又很方便。對于產(chǎn)品更新頻繁，生產(chǎn)周期要求短的加工，更有必要使用對刀裝置。另一方面由于用戶對加工精度和效率的要求越來越高，很多數(shù)控機床生產(chǎn)廠及用戶都希望在其機床上配備各種加工精度監(jiān)測設(shè)備，在機床上使用測頭進行自動測量，在加工循環(huán)中不需人為介入，直接對刀具尺寸及位置進行測量，并根據(jù)測量結(jié)果自動修正刀具的偏置量，使同樣的機床能加工出更高精度的零件[21]。 2 國內(nèi)外對刀儀產(chǎn)品介紹 2.1 國內(nèi)產(chǎn)品 目前，國內(nèi)比較成熟的數(shù)控鏜床的對刀儀器是手動對刀儀，當(dāng)?shù)毒吲龅綄Φ秲x的測頭時，對刀儀的信號指示燈亮，此時記錄下屏幕上的刀具坐標(biāo)即為刀具的真實坐標(biāo)。最后根據(jù)測得的數(shù)據(jù)做簡單的運算，便能得到刀補值，如哈爾濱先鋒機電技術(shù)開發(fā)有限公司開發(fā)的ETC一l和ETC一4M電子對刀器，對刀簡單，直觀清晰，適合于數(shù)控車、銑、銼等機床。由于該系統(tǒng)利用機床數(shù)控系統(tǒng)實時坐標(biāo)顯示功能在機床上實現(xiàn)刀具的X軸(工件直徑)和Z軸(工件長度)方向上的對刀，采用這種對刀器對刀時，機床主軸不必旋轉(zhuǎn)，所以操作簡單，有利于提高生產(chǎn)效率。因此，該對刀儀在對刀功能更為齊全的同時，又可以得到比較高的測量精度，另外對刀儀的安裝也比較方便。但該對刀儀的缺點也很明顯，對刀儀是靠三爪夾盤來固定的，這樣裝夾工件后便不能對刀，而且對完刀后還需將對刀儀取下，降低了工作效率[13]。 2.2 國外產(chǎn)品 目前，英國、美國、德國、日本、瑞士和意大利等國均有多種型號的對刀儀產(chǎn)品。如德國的Zoller、Mi一ocrset和美國的EX一ELL公司的產(chǎn)品，不僅能迅速進行瞄準(zhǔn)測量，而且能夠利用微機對刀庫進行管理?？傮w來說，國外數(shù)控鏜床的自動對刀儀的技術(shù)較成熟，但價格較高，與其它機床的匹配也比較專業(yè)，需要進行人員培訓(xùn)和專門的技術(shù)服務(wù)。而且也只是為數(shù)不多的大企業(yè)才能夠生產(chǎn)，如:著名的英國雷尼紹公司，該公司的產(chǎn)品主要是一種電機驅(qū)動的全自動精密對刀儀，該對刀儀的重復(fù)定位誤差極小，所以每次對刀完畢，可將對刀臂打回原位，操作方便而且精度較高其測量精度為0.001。測頭通過聯(lián)接臂和底座固定在機床主軸旁，測頭的垂直中心線分別與機床的x、z軸平行。測量時移動刀架，當(dāng)?shù)毒叩牡都獠糠峙c測頭接觸時，測頭發(fā)出觸發(fā)信號，通過信號連接線觸發(fā)數(shù)控系統(tǒng)記下此時的刀具位置，然后通過相應(yīng)的測量軟件計算出刀具的固定補償值，并直接傳送至相應(yīng)的刀補單元。測量完畢后操作者即可使用該刀具進行力口工。該對刀儀還可以進行刀具破損檢測，刀具破損檢測功能能夠檢查刀具的長度，以確定刀具在最后一次設(shè)定后，是否有任何破損或裂紋[11]。 3 數(shù)控機床自動對刀儀的設(shè)計要求 數(shù)控機床自動對刀儀的設(shè)計思路源于對簡易對刀儀的原理的理解和延伸，在此基礎(chǔ)上就孕育了我的設(shè)計。 數(shù)控機床自動對刀儀的設(shè)計原理是抓住了對刀儀測量的是刀尖的最高點和刀尖的最大旋轉(zhuǎn)半徑原理，設(shè)計是在此基礎(chǔ)上利用兩個基面來確定刀尖的最高點和刀尖的最大旋轉(zhuǎn)半徑的，一個水平的高度基面和一個垂直的半徑基面；通過測量這兩個基面所移動的距離來計算出其他刀具相對于基準(zhǔn)刀的差值，以達到測量的目的。 數(shù)控機床自動對刀儀的設(shè)計要求是根據(jù)其的使用環(huán)境（數(shù)控加工車間），加工制作條件和經(jīng)濟條件多方面的考慮，只要求其的測量精度達到0.01mm，所以采用數(shù)顯卡尺（數(shù)顯卡尺的測量精度為0.01mm）和千分表配合使用。使用環(huán)境在刀尖高度方面的尺寸要求相對于刀尖半徑方面的尺寸要低些，因此，刀尖半徑方面的尺寸測量加一個千分表作精確測量，半徑方面的尺寸可以達到0.001mm，完全能夠滿足使用要求。 4 整體方案的設(shè)計 方案一：雙圓導(dǎo)柱式 方案二：單圓導(dǎo)柱式 1） 對稱式 1 ） 普通圓導(dǎo)柱式 2） 單邊式 2 ） 雙削邊圓導(dǎo)柱式 4．1 方案比較 方案一如圖所示： 圖1 雙圓導(dǎo)柱式 Figure 1 The double circle guide rod type 方案一中的對稱式把測量半徑的量具兩邊都固定死了，一防止了滑套的轉(zhuǎn)動，二防止了出現(xiàn)自由誤差（由于測量半徑的量具兩邊都固定了，上下滑動時，兩滑套隨便怎么傾斜，量具都是水平的，出現(xiàn)的誤差是一個系統(tǒng)誤差，是可以確定的），但由于是固定死的，不能轉(zhuǎn)動，上面的量具就必須向上移動很長一段距離才能把刀具放得下去，這樣就增加了圓導(dǎo)柱的加工難度，那樣的圓導(dǎo)柱是一跟細長軸，既要保證圓柱度，又要保證垂直度，是很難達到加工要求的。 單邊式的是讓上滑套在同一邊兩個并排的一大一小的導(dǎo)柱上滑動，下滑套是在大導(dǎo)柱上滑動，同時還固定了小導(dǎo)柱，這樣就延續(xù)了雙圓導(dǎo)柱防止出現(xiàn)自由誤差的優(yōu)點。上下滑套可同時繞大導(dǎo)柱轉(zhuǎn)動，這樣就防止了量尺與刀具的干涉，方便了放刀，把普通圓導(dǎo)柱的優(yōu)點也結(jié)合起來了，同時也出現(xiàn)了轉(zhuǎn)動的不確定性，為防止這一點，我們在底座上加了一個定位裝置——中心定位裝置，解決了普通圓導(dǎo)柱很難確保量具過刀具中心的確定，相對精度有所提高。由于可以轉(zhuǎn)動了，導(dǎo)柱的高度也就降下來了，比對稱式節(jié)約材料，而且精度也高些。由于滑套又出現(xiàn)了既要轉(zhuǎn)動又要滑動，滑套又繼續(xù)采用了滾針式配合接觸，無形之中又增加了加工難度和裝配難度[3]。 雙圓導(dǎo)柱式的結(jié)構(gòu)把自由誤差轉(zhuǎn)變成了系統(tǒng)誤差，測量精度有所提高，加工也比較容易，裝配時相對較復(fù)雜些。 方案二如圖所示： 圖2 單圓導(dǎo)柱式 Figure 2 The single circle guide rod type 方案二中普通圓導(dǎo)柱式容易加工，易保證加工精度，裝配容易，能很好的達到配合要求。但由于考慮要放刀具下去，因此就要求圓導(dǎo)柱上滑套必須能夠轉(zhuǎn)動，同時又要考慮到還要上下滑動，所以滑套與導(dǎo)柱的配合要求就很高，采用滾針式接觸（價格低廉）或者是直線式軸承套（價格比較貴）能解決配合問題，滾針式接觸能達到配合要求而且價格便宜，所以采用后者。由于這樣導(dǎo)致上面的滑套容易轉(zhuǎn)動，而且同時必須轉(zhuǎn)動一定角度才能把刀具放下，因此準(zhǔn)確固定上增加了難度，這樣就很難保證測量工具與刀具的中心在一條線上，測量比較困難，而且測量精度比較低[10]。 雙削邊圓導(dǎo)柱式解決了普通圓導(dǎo)柱上的滑套會轉(zhuǎn)動的問題，由于只要求上下滑動，所以不要用滾針式接觸了，也就簡化了裝配，同時，它與底座的配合是一個普通圓柱和雙削邊圓柱組合的臺階式軸，容易保證測量工具與刀具的中心在一條線上，而且也容易讓上面的測量工具偏轉(zhuǎn)一個角度，只要稍微提起導(dǎo)柱，旋轉(zhuǎn)180度，就可以把刀具放下，但這樣也就要求雙削邊圓導(dǎo)柱與底座的配合要求相當(dāng)高，相對普通圓柱式的加工就困難多，而且由于加工精度要求比較高，那些與之配套的滑套孔就很難達到加工要求，明顯就增加了成本。 單圓柱式的外型簡單，容易裝配，加工時易保證各方面的加工尺寸要求，但是裝配以后，上滑套移動后，隨時都有一個傾斜的角度，而且這個角度是在變化的，有時可能上抬，有時也可能是下降，造成自由誤差太大，對測量精度影響大。 4．2 方案細化優(yōu)選 軸承與刀套的配合：軸階式的和階梯式的 圓導(dǎo)柱：普通圓柱型和削邊圓柱型 底座：圓導(dǎo)柱單邊分布型和對稱分布型 滑套：彈性滑套和嵌滾針滑套 數(shù)顯卡尺安放：測量半徑和測量高度的數(shù)顯卡尺 測量精度的提高：數(shù)顯卡尺和千分表配合使用 通過對各部分細化優(yōu)選，并對一些局部零件進行修改以及裝配方法的改變，使得整體方案達到了一種最優(yōu)搭配，得出整體方案的草圖如下： 圖3 整體方案草圖 Figure 3 Whole project grass diagram 從整體方案中可以看出，綜合了幾種方案的優(yōu)點，軸承與刀套采用的是階梯式的安裝方式，這是考慮到實驗室的實際加工條件，一次性鏜孔太深會出現(xiàn)一定的錐度，有可能使下面的軸承放不到位，做成階梯式的就減少了這種可能；采用了單圓導(dǎo)柱和雙圓導(dǎo)柱相結(jié)合的優(yōu)點，外加了一個提高測量精度的千分表配合使用；為了提高底座的平穩(wěn)性，采用了支出塊對稱分布；為防止滑套可能會卡死，采用了彈性滑套，還防止了滑套與導(dǎo)柱之間出現(xiàn)較大間隙，盡可能的達到無間隙配合；為了使用起來方便點，采用了測量半徑的數(shù)顯卡尺反裝，這樣就不需要轉(zhuǎn)動卡尺，就可以放下刀具，減少了因轉(zhuǎn)動帶來的不定定位誤差[9]。 此外，考慮到右邊的小導(dǎo)柱很容易發(fā)生位置偏移，因此在后面的設(shè)計中加了一塊用于限位的限位板。 4.3 標(biāo)準(zhǔn)公差及配合的選用 4.3.1 標(biāo)準(zhǔn)公差 GB/T1800.2-1998規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)公差等級代號用符號IT和數(shù)字組成，例如IT7。當(dāng)其與代表基本偏差的字母一起組成公差帶時，省略IT字母，如h7。GB/T1800.3-1998對基本尺寸至500mm內(nèi)規(guī)定了IT01、IT0、IT1—IT18共20個標(biāo)準(zhǔn)公差等級：基本尺寸大于500mm至3150mm內(nèi)規(guī)定了IT1至IT18共18個標(biāo)準(zhǔn)公差等級[8]。 4.3.2 配合 GB/T1800.2-1998規(guī)定配合用相同的基本尺寸后跟孔、軸公差帶表示孔、軸公差帶寫成分?jǐn)?shù)形式，分?jǐn)?shù)為孔公差帶：分母為軸公差帶，例如52H/g6或52 配合分基軸制配合和基孔制配合：如有特殊要求，容許將任一孔、軸公差組成配合，無論基孔制配合還是基軸制配合，都有間隙配合、過渡配合和過盈配合三類。 4.3.3 標(biāo)準(zhǔn)公差與配合的選用 公差與配合的選用不僅關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量，而且關(guān)系到產(chǎn)品的制造和生產(chǎn)成本。選用公差和配合的原則應(yīng)為：在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下盡量可能便于制造和降低成本，以取得最佳的技術(shù)經(jīng)濟效果，選用公差與配合的方法大體可歸納為類比法、計算法和實驗法三種，類比法又稱“先例法”、“對照法”，它是以類似的機械、機構(gòu)、零部件為參照對象，在功能、結(jié)構(gòu)、材料和使用條件等方面與所要設(shè)計的對象進行對比后，確定公差與配合的方法。計算法是按照一定的理論和公式通過計算確定公差和配合的方法。我國已將尺寸鏈的計算和選用（見 GB/T5847-1986）,過盈配合的計算和選用（見GB/T5371-1985）進行了標(biāo)準(zhǔn)化。間隙配合計算以及計算機輔助公差設(shè)計（含優(yōu)化設(shè)計、并行設(shè)計）等方法也日趨成熟，但尚未制定標(biāo)準(zhǔn)和推廣。實驗法是通過實驗確定公差和配合的方法。以往常用比較古老的方法進行實物實驗，現(xiàn)在由于科學(xué)技術(shù)和計算機的發(fā)展，各種模擬、仿真等先進方法也應(yīng)用而生[12]。 4.3.4 基準(zhǔn)制的選用 基準(zhǔn)制的選用應(yīng)從結(jié)構(gòu)、工藝、經(jīng)濟等方面綜合考慮。GB/T1800.2-1998提出：一般情況下優(yōu)先選用基孔制配合，如有特殊需要，容許將任一孔、軸公差帶組成配合。之所以提出優(yōu)先選用基孔制配合，主要出自工藝、經(jīng)濟的考慮一般中等尺寸有較高公差等級要求的孔，常用定植刀具（如鉸刀、拉刀等）加工，用定植量具（如光滑極限量規(guī)）檢驗，如用基孔制配合，既可減少定值刀、量具的品種，又利于提高效率和保證質(zhì)量。基準(zhǔn)制的選用與使用要求無關(guān)，主要從結(jié)構(gòu)、工藝和經(jīng)濟幾方面來考慮[7]。 1 、一般情況下有限使用基孔制。如果對基本尺寸相同的孔和軸，給定的公差值相同，這時孔比軸的加工要困難。當(dāng)采用基孔制時，可以減少定值刀具、量具的規(guī)格數(shù)量，有利于刀、量具的標(biāo)位化、系列化。 2 、與標(biāo)準(zhǔn)件配合時 ，配合制的選擇通常依標(biāo)準(zhǔn)件而定。如與滾動軸承內(nèi)圈相配的軸選用基孔制，與滾動軸承外圈配合的孔選用基軸制。 3 、為了滿足配合的特殊要求，允許采用混合配合。 5 零部件的設(shè)計 5.1 刀套的設(shè)計 刀套的尺寸是由刀具錐柄的尺寸得來的（型號：ISO7388-40）[1]。 如圖示刀具錐柄為銑床用標(biāo)準(zhǔn)刀具錐柄，最大圓面為：44.45mm，圓錐面的長度為：68.4mm，錐度為7：24，刀具錐柄下面還有一段拉釘伸出的長度為：35mm。 由圖示尺寸和考慮到要保證刀套的強度而得出的刀套壁厚大于10mm小于15mm就產(chǎn)生了刀套的初略外形，由于還要考慮到轉(zhuǎn)動，刀套還得與軸承配合，我們就選用了45mm和60mm的內(nèi)徑的軸承，于是就有了如圖示的刀套尺寸。 圖4 刀具錐柄圖 Figure 4 Diagram of tool taper shank 圖5 拉釘圖 Figure 5 Diagram of pop rivete 圖6 刀套圖 Figure 6 Diagram of an edge case 5.2 軸承的設(shè)計 滾動軸承的代號 滾動軸承代號有基本代號、前置代號和后置代號組成，用字母和數(shù)字表示。 5.2.1 基本代號用來表示軸承的內(nèi)徑、直徑系列、寬度系列和類型 1）軸承的內(nèi)徑用基本代號右起第一、二位數(shù)字表示，對常用內(nèi)徑d=20~480mm的軸承，內(nèi)徑一般為5的倍數(shù)，如04表示d=20mm,內(nèi)徑10mm，12mm,15mm和17mm的軸承，內(nèi)徑代號一次為00、01、02和03. 2）軸承的直徑系列，用基本代號右起第三位數(shù)字表示，直徑系列代號有7、8、9、0、1、2、3、4、5。對應(yīng)于相同內(nèi)徑軸承的外徑尺寸依次遞增。 3）軸承的寬度系列用基本代號右起第四位數(shù)字表示，當(dāng)寬度系列為0系列時，對多數(shù)軸承在代號中不標(biāo)出寬度系列代號0，但對于調(diào)心滾子軸承和圓錐滾子軸承寬度系列代號0應(yīng)標(biāo)出[4]。 5.2.2 后置代號 1）軸承的公差等級分為2級、4級、5級、6級和0級，共六個級別，依次由高級到低級，其代號分別為/P2、/P4、/P5、/P6、/P6X和P0。公差等級中，6X級僅適用于圓錐滾子軸承；0級為普通級，在軸承代號中標(biāo)出。 2）常用的軸承徑向間隙系列分為1組、2組、0組、3組、4組和5組，共6咯組別，徑向游隙依次由小到大。0組游隙是常用的游隙組別，在軸承代號中不標(biāo)出，其余的游隙組別在軸承代號中軸承代號中分別用/C1、/C2、/C3、/C4、/C5表示。 5.2.3 前置代號 軸承的前置代號用于表示軸承的分部件，用字母表示，如用L表示可分離軸承的可分離套圈；K表示軸承的滾動體與保持架組件等等。 如30209—表示內(nèi)徑為45mm，圓錐滾子軸承，尺寸系列為02，正常結(jié)構(gòu)，0級公差，0組游隙。 如30212—表示內(nèi)徑為60mm，圓錐滾子軸承，尺寸系列為02，正常結(jié)構(gòu)，0級公差，0組游隙。 角接觸球軸承與圓錐滾子軸承的比較： 角接觸球軸承：可同時承受徑向和軸向載荷，限制一個方向的軸向位移，根據(jù)轉(zhuǎn)速高，適宜于承受徑向和軸向載荷的聯(lián)合載荷，通常成對使用，接觸角大時可承受的軸向載荷也較大。 圓錐滾子軸承：30000型可承受以軸向載荷為主的軸向和徑向聯(lián)合載荷，31000型可承受以軸向載荷為主的軸向和徑向聯(lián)合載荷，限制一個方向的軸向位移，極限轉(zhuǎn)速中，可分別安裝內(nèi)圈和外圈，在安裝和使用中，可調(diào)整徑、軸向游隙，常用于轉(zhuǎn)速不太高，剛性好，徑向和軸向載荷較大的軸，常成對使用。 選擇滾動軸承類型時，應(yīng)考慮的因素： 1） 軸承所受載荷的大小和方向（徑向、軸向或既有徑向又有軸向的聯(lián)合載荷） 2） 軸承載荷的性質(zhì)（固定、動或沖擊載荷） 3） 工作環(huán)境（溫度和濕度等）和軸承轉(zhuǎn)速。 4） 對軸承剛性的要求（預(yù)緊以增加軸承部件的剛度） 5） 調(diào)心性能的要求（軸的軸線和殼體孔的軸線的同軸度） 6） 軸向位移的要求（固定支撐或游動支撐） 7） 要求軸承工作時振動小，噪聲低和安裝維修方便等。 試選擇圓錐滾子軸承，已知軸頸直徑d=45mm,轉(zhuǎn)速小于100r/min,軸承的工作溫度t＜50°C，載荷有輕微沖擊，要求軸承的使用壽命為L=10年=87600小時 1) 按題意試選30205型軸承 2) 選角度 參考資料：?機械設(shè)計?第七版 濮良貴 紀(jì)名剛主編 高等教育出版社 由上述參考資料P302表13-1常用滾動軸承的類型，主要性能和特點查得a=18o 3)求Fa 。Fr ∵Fa/ F=Cos18° Fr/F=Sin18o ∴Fa=5×9.8×cos18°=46.6N Fr =5×9.8×sin18°=15.14N 4)求比值: Fa/ Fr=46.5/15.14=3.08 參考資料：?簡明機械設(shè)計手冊?唐金松主編 第二版 上海科學(xué)技術(shù)出版社 由上述資料P446頁表15-24圓錐滾子軸承（GB/T297-94） 查得：e=0.4 ∴Fa/ Fr=3.08＞e ∴可查的Y=1.5 由?機械零件?P314頁表3-15徑向動載荷系數(shù)X和軸向動載荷系數(shù)Y查得： X=0.4 5)初步計算當(dāng)量動載荷P，根據(jù)： P=fp(X Fr+Y Fa) 由?機械零件?表3-16載荷系數(shù)fp查得 fp=1.0-1.2 取 fp=1.2 6）根據(jù)式： 由?簡明機械設(shè)計手冊? P418頁規(guī)定滾子軸承Σ=10/3 ∴ 7）根據(jù)?機械零件?314頁表13-5有：當(dāng)量動載荷P=91.15N 8)驗算30204軸承的壽命，根據(jù)： ∴ ∴約等于預(yù)期計算壽命 故可采用30204型號軸承[24] 5.3 底座的設(shè)計 底座的尺寸是由刀套與軸承的配合得來的。 上面已經(jīng)有刀套和軸承的基本尺寸以及零件圖，刀套和軸承配合起來的組合件的外形尺寸就決定了底座的內(nèi)孔尺寸，因為二者配合一種緊配合；刀套和軸承配合的最大外徑加上留出的壁厚，螺釘直徑和強度余量，得出底座的基本尺寸。底座的支出塊尺寸是由整體方案中量具的安放位置和滑套的尺寸來確定（在此待定，只定大概外形）。 底座的外形是由整體方案得來的。 基本尺寸與整體方案要求結(jié)合起來定下底座的基本外形，由上面的尺寸和整體方案可一確定底座的外形，支出塊的外形在整體方案中就已經(jīng)選擇了，其具體的尺寸由導(dǎo)柱和滑套的具體裝配尺寸來確定。 圖7 底座圖 Figure 7 Base diagram 5．4 底座端蓋的設(shè)計 參考資料：《機械設(shè)計—課程設(shè)計圖冊》 龔溎義主編 第三版 高等教育出版社[2] 具體參考在《機械設(shè)計—課程設(shè)計圖冊》P85頁軸承端蓋結(jié)構(gòu)（6） 由于底座的錐套伸出底座的上表平面，故端蓋必須采用中間空的環(huán)行端蓋，即如圖8所示： [參考《機械設(shè)計——課程設(shè)計圖冊》P85頁圖（6）] 圖中各尺寸的確定： e = 1.2 d3 = 1.2 6 = 7.2 [在（底座端蓋的螺栓設(shè)計）中設(shè)計d3=6] 由于m ≥10mm , 故選用m=10mm 由于s3=6～8mm,故選用s3=7mm 由于d1、 b1、 b2由密封尺寸確定，故 d1=69 b1=15 b2=7（見機械零件手冊P127） 由于D2=D+（5～5.5）d3 因為D=110mm d3=6mm 所以D2=110+（5～5.5）6=140～143mm 選D2=140mm 由于D0=0.5 (D2+D)=0.5 (140+110)=125mm 圖8 底座端蓋圖 Figure 8 Diagram of the end cap of base 5.5 端蓋的螺栓設(shè)計 參考資料：機械零件手冊 周開勤主編 第五版 高等教育出版社 根據(jù)底座端蓋的直徑為40mm,端蓋，厚度選擇GB/T5783-2000MX20的螺栓。 螺栓的尺寸數(shù)據(jù)由?機械零件手冊?P72頁表6-12六角頭螺栓---全螺紋---A和B級。 （GB/T5783-2000）查得：（螺栓圖在?機械零件手冊?的P74頁） L=20 a=3 k=4 d=6 k’=3 C=0.5 r=0.3 da=6.8 dw=9 e=12 S=10 a=30o 5.6 導(dǎo)柱的設(shè)計 5.6.1 設(shè)計要求 幾何精度，即導(dǎo)向精度，也就是運動直線度和回轉(zhuǎn)精度，直線度為0.01mm，圓柱度為0.01mm； 運動精度：一是運動的平穩(wěn)性，低速沿著導(dǎo)柱爬行，垂直度為小于0.01個絲； 二是定位精度（線定位），沿直線爬行，不沿圓柱轉(zhuǎn)動，即沿圓柱的轉(zhuǎn)動值為0。 具有足夠的承載能力和剛度，使用壽命為10年； 結(jié)構(gòu)簡單，工藝性好，便于調(diào)整和維修； 具有良好的潤滑和防護裝置。 材料選擇： 應(yīng)具有良好的耐磨性、摩擦系數(shù)小、動靜摩擦系數(shù)小； 加工和使用時產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力小，尺寸穩(wěn)定性好等性能。 設(shè)計程序和內(nèi)容： 根據(jù)工作條件、負載特點，確定導(dǎo)柱的類型，截面形狀和結(jié)構(gòu)尺寸； 進行導(dǎo)柱的力學(xué)的計算，選擇導(dǎo)柱的材料，表面精加工和熱處理方法以及摩擦面硬度匹配； 設(shè)計導(dǎo)柱的配合間隙和預(yù)加負荷調(diào)整機構(gòu)； 設(shè)計導(dǎo)柱的潤滑方法及防護措施； 制定導(dǎo)柱的精度和技術(shù)條件。 5.6.2 設(shè)計過程 大導(dǎo)柱的作用： 使彈性滑套在大導(dǎo)柱上上下滑動，以便帶動安裝在大導(dǎo)柱上滑套游標(biāo)卡尺的滑動，從而測量出刀具的高度和半徑[23]。 小導(dǎo)柱的作用： 一根為防止安裝在大導(dǎo)柱上的上下兩個彈性滑套繞大導(dǎo)柱轉(zhuǎn)動的導(dǎo)柱，另外一根則是安裝千分表的彈性導(dǎo)套的導(dǎo)柱，以便使安裝千分表的導(dǎo)套自由的上下滑動。 普通滑動導(dǎo)軌的主要特點： 1.結(jié)構(gòu)簡單，使用維修方便； 2.未形成完全液體摩擦?xí)r低速易爬行； 3.磨損大，壽命低，運動精度不穩(wěn)定。 截面的設(shè)計： 根據(jù)運動是垂直水平面，因此采用圓截面的導(dǎo)柱。 其特點及應(yīng)用：制造簡單，內(nèi)孔可研磨，外圓可采用磨削可達到配合精度，磨損不能自動調(diào)整間隙；主要用于軸向載荷場合。 兩根平行的圓柱： 制造工藝性，導(dǎo)向性好；主要用于輕型機械或者受軸向力的場合。 導(dǎo)柱材料的選擇： 由于導(dǎo)套要上下滑動，因此要求導(dǎo)柱具有一定的硬度，故采用T10的材料。 導(dǎo)柱的熱處理： 重要導(dǎo)柱在粗加工之后就要進行一次時效處理； 高精度導(dǎo)柱一般在半精加工之后就還要進行二次時效處理。 常用導(dǎo)柱淬火方法有： 1.高、中頻淬火，淬硬層深度（1mm～2mm）硬度（45HRC～50HRC）； 2.電接觸加熱自冷表面淬火，淬火硬度層深度（0.2mm～0.25mm）顯微硬度為600HM左右，這種方法這樣要用于大型導(dǎo)軌。 表面粗糙度： 1. 刮研導(dǎo)柱： 具有接觸好，變形小，可以存油，外觀美等優(yōu)點，但勞動強度大，生產(chǎn)率低，主要用于高精度導(dǎo)柱。刮研導(dǎo)柱面每 25 mm 25 mm 面積內(nèi)的接觸點數(shù)見表： 表1 刮研導(dǎo)柱面接觸點數(shù)表 Table 1 Pare off to grind to lead the pillar to face the contact to order the few watch 類型 滑動導(dǎo)軌寬度 滑動導(dǎo)軌寬度 高精度型Ⅰ級 高精度型Ⅱ級 25～30 16～20 16～20 20～25 精密型 16～20 13～16 普通型 10～13 8～10 2.磨削導(dǎo)柱： 生產(chǎn)率高，是加工淬硬導(dǎo)軌唯一方法，磨削導(dǎo)軌表面粗糙度（Ra）應(yīng)達到的要求見表[12]： 表2 磨削導(dǎo)柱表面粗糙度表 Table 2 Whet to pare to lead a watch of the pillar surface 動導(dǎo)軌類型 中小型 大型 重型 高精度型Ⅰ級 0.2 0.4 0.8〔0.4〕 高精度型Ⅰ級 〔0.1〕 〔0.2〕 0.8〔0.4〕 高精度型Ⅱ級 0.4 0.8 0.8〔0.4〕 高精度型Ⅱ級 〔0.2〕 〔0.4〕 0.8〔0.4〕 精密型 0.4 0.8 1.6 精密型 〔0.2〕 〔0.4〕 〔0.8〕 普通型 0.8 1.6 1.6 普通型 〔0.4〕 〔0.8〕 〔0.8〕 磨削導(dǎo)軌面的接觸指標(biāo)（%） 表3 導(dǎo)軌面接觸指標(biāo) Table 3 Lead the track faces to get in touch with the index sign 滑動導(dǎo)軌類型 全長上 全寬寬 80 75 70 70 60 50 高精度型 精密型 普通型 導(dǎo)柱的許用壓強分析 導(dǎo)柱的壓強是影響導(dǎo)柱耐磨性和接觸變形的主要因素之一。設(shè)計導(dǎo)軌時將壓強取得過大，則會加劇導(dǎo)柱的磨損；若取得過小，又會增大尺寸。因此，應(yīng)根據(jù)具體情況，適當(dāng)?shù)倪x擇壓強的許用值。重型和精密型的壓強可取得小些；中等普通型的壓強應(yīng)取得大些；通用型的許用壓強（專用的許用壓強比表中的數(shù)值減少25%~30%）見表： 表4 導(dǎo)柱許用壓強 Table 4 Lead the pillar uses to press strong 導(dǎo)軌類型 平均壓強（Mpa) 主運動和滑動速度較大的圓導(dǎo)柱直徑D＜300 主運動和滑動速度較大的圓導(dǎo)柱直徑D＞300 主運動和滑動速度較小的圓導(dǎo)柱直徑D＜300 主運動和滑動速度較小的圓導(dǎo)柱直徑D＞300 0.4 0.2～0.3 1.3 0.5 壓強的分布與假設(shè)條件： 影響導(dǎo)柱的壓強分布的因素很多，情況復(fù)雜，為了便于進行工程設(shè)計，進行如下假設(shè)：1.導(dǎo)柱本身剛度大于接觸剛度---此時只考慮接觸變形對壓強的影響，沿導(dǎo)柱的接觸變形和壓強按線性分布，在寬度上視為均布，通常按壓強線性分布計算的較多。2.導(dǎo)柱剛度較低---如果導(dǎo)柱剛度較低時，在確定導(dǎo)柱壓強時就應(yīng)同時考慮導(dǎo)柱本身的彈性變形和導(dǎo)柱面的接觸變形，壓強不是線性分布，最大壓強和平均壓強之比可達到2~3倍或更多。 導(dǎo)柱的受力分析： 導(dǎo)柱上所受的外力包括：可動部件的重量，牽引力和轉(zhuǎn)動力，這些外力使各支撐導(dǎo)柱面產(chǎn)生支反力和支反力矩，牽引力、支反力和支反力矩都為未知，一般可用靜力平衡方程求出，也可根據(jù)接觸變形的條件建立附加方程求各力。 導(dǎo)柱壓強的計算： 平均壓強的計算---對于各種形式的導(dǎo)軌的平均壓強皆為： RA、 RB、 RC、 RC’ 為各導(dǎo)柱面上的反力（N）; a 、 b 、 c 、c’為各導(dǎo)柱面上的寬度（mm）; L----動導(dǎo)軌的長度（mm） [P]m----許用平均壓強（Mpa）。 壓強按線性分布時最大壓強的計算： a 、 b 、 c 、 c’為各導(dǎo)柱面上的寬度（mm）; L---動導(dǎo)軌的長度（mm）; [P]m--- 許用平均壓強（Mpa）。 壓強按線性分布時最大壓強的計算： 當(dāng) 時（M---某導(dǎo)軌面的支反力矩，F(xiàn)---支反力），主導(dǎo)柱面上的最大壓強Pmax=P平均 + PM。當(dāng) 時，不采用輔助導(dǎo)柱，主導(dǎo)柱面 上的壓強最大 來計算。當(dāng) 采用輔助導(dǎo)軌 時，則需要分別計算主導(dǎo)柱面和輔助導(dǎo)柱面的最大壓強。 公式： 式中：-----考慮間隙影響的系數(shù)； ------考慮輔助導(dǎo)柱面參與工作時的系數(shù)； M-------導(dǎo)柱面的支反力矩； F---------導(dǎo)柱面的支反力(N)。 導(dǎo)柱結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計： 大導(dǎo)柱： a) 長度的設(shè)計： 由于導(dǎo)柱要插入底座而且保證不動，因此采用插入底座的深度為35mm；又根據(jù)最短的刀具從錐柄到刀尖的最大值為300mm，上導(dǎo)套的高度為50 mm,在測量時由于測量半徑的數(shù)顯游標(biāo)卡尺需要往上移動51mm，底座錐柄高出底座28.4mm，并且留出一定的余量，所以此軸的長度設(shè)計為480mm。 b) 導(dǎo)柱的直徑與公差的設(shè)計: 根據(jù)參考資料：?互換性與技術(shù)測量? 第四版 中國計量出版社 廖念釗等編，第21頁表1-15基孔常用、優(yōu)先配合和第29頁表1-24優(yōu)先配合選用說明導(dǎo)柱直徑為? 25的尺寸段（35mm長）導(dǎo)柱采用過盈配合（基孔制）?25H7/s6;中等壓入配合適用于一般剛件，用于鑄鐵件可得到最緊的配合，由?互換性與技術(shù)測量?第19頁表1-8標(biāo)準(zhǔn)公差數(shù)值，第14頁表1-10基本尺寸至500mm，國標(biāo)軸的基本偏差，第16頁表1-11基本尺寸至500mm國標(biāo)孔的基本偏差差得?25H7/s6; 孔：IT7=0.021mm EI=0 ∴ ES=0.021mm ∴ 孔的尺寸為：?25 軸：IT6=0.013mm ei=+0.035mm ∴es=0.048 ∴軸的尺寸為：?25 用來使得導(dǎo)套滑動的尺寸段（445mm長）導(dǎo)柱采用間隙配合（基孔制）?24H7/g6;間隙很小的滑動配合，用于不希望自由轉(zhuǎn)動，但可以自由移并精密配合定位的配合；也可以用于要求明確的定位配合，由參考資料?互換性與技術(shù)測量?查得：動和滑動 孔：IT7=0.021mm EI=0 ∴ES=+0.021mm ∴孔的尺寸為： 軸：IT6=0.013mm ei=-0.007mm ∴es=-0.020mm ∴軸的尺寸為： 由于大導(dǎo)柱是用于導(dǎo)套的滑動，即是 導(dǎo)軌（柱），因此，表面粗糙度要求較高，根據(jù)參考資料：?機械設(shè)計手冊3? 第二版 聞邦椿主編 機械工業(yè)出版社 的第28-120頁 2.5導(dǎo)軌的技術(shù)要求 2.5.1表面粗糙度查得大導(dǎo)柱直徑為?24的尺寸段（長度為345mm）采用表面粗糙度為0.8;直徑為?25的尺寸段（長度為35 mm）與底座采用過盈配合，所以采用表面粗糙度為1.6。 由于上滑導(dǎo)在大導(dǎo)柱上滑動，因而要求有很高的精度，從而可保證上導(dǎo)套在大導(dǎo)柱上自由的滑動，故大導(dǎo)柱(圓軸)采用同軸度為0.01。 此外，為了方便限位板的安裝，在導(dǎo)柱的上端做成一處突起，用以安放限位板。 圖9 大導(dǎo)柱圖 Figure 9 Diagram of large guide rod 小導(dǎo)柱： 小導(dǎo)柱的設(shè)計方法與大導(dǎo)柱一樣，只是所設(shè)計的尺寸有所不同，并且，小導(dǎo)柱為兩件，兩件的尺寸完全一樣。 c) 長度的設(shè)計： 由于導(dǎo)柱要插入底座而且保證不轉(zhuǎn)動，因此采用插入底座的深度為35mm，又根據(jù)最短的刀具從錐柄到刀尖的最大值為300mm,上導(dǎo)柱的高度為50mm，在測量時由于測量半徑的數(shù)顯游標(biāo)卡尺需要往上移動51mm，底座錐柄高出底座28.4mm，并且留一定的余量，所以此軸的長度設(shè)計為480mm。 d) 導(dǎo)柱的直徑與公差的設(shè)計： 小導(dǎo)柱與底座配合的尺寸段（長度為35mm）采用直徑為?20,它的配合公差與大導(dǎo)柱一樣采用過盈配合，即是 ，與大導(dǎo)柱一樣由參考資料?互換性與技術(shù)測量?差得： 孔：IT7=0.021 EI=0 ∴ES=+0.021 ∴孔的尺寸為： 軸：IT7=0.013 es=-0.007 ∴ei=-0.020 ∴軸的尺寸為： 小導(dǎo)柱與導(dǎo)套配合的尺寸段（長度為445mm）采用直徑為?19，它與導(dǎo)套的配合和大導(dǎo)柱一樣采用間隙配合即為： ，與大導(dǎo)柱一樣由參考資料?互換性與技術(shù)測量?查得： 孔：IT7=0.021mm EI=0 ∴ES=+0.021mm ∴孔的尺寸為： 軸：IT6=0.013mm ei=-0.007mm ∴es=-0.020mm ∴軸的尺寸為： 小導(dǎo)柱的表面粗糙度與大導(dǎo)柱一樣，直徑為?20的尺寸段（長度為35mm）采用1.6，直徑為?19的尺寸段（長度為345mm）表面粗糙度為0.8。 圖10 小導(dǎo)柱圖 Figure 10 Diagram of small guide rod 5.6.3 細長軸加工工藝 由于細長軸剛性很差，在加工中極易變形，對加工精度和加工質(zhì)量影響很大，為此，生產(chǎn)中常采用下列措施予以解決。 （一）改進工件的裝夾方法 粗加工時，由于切削余量大，工件受的切削力也大，一般采用卡定法，尾座頂尖采用彈性頂尖，可以使工件在軸向自由伸長，但是，由于頂尖彈性的限制，軸向伸長量也受到限制，因而頂緊力不是很大，在高速、大用量切削時，有使工件脫離頂尖的危險。采用卡位法可避免這種現(xiàn)象的產(chǎn)生。 精車時，采用雙頂尖法（此時尾座應(yīng)采用彈性頂尖）有利于提高精度，其關(guān)鍵是提高中心孔精度。 （二）采用跟刀架 跟刀架是車削細長軸極其重要的附件，采用跟刀架能抵消加工時徑向切削分力的影響，從而減少切削振動和工件變形，但必須注意仔細調(diào)整，使跟刀架的中心與機床頂尖中心保持一致。 （三）采用反向進給 車削細長軸時，常使車刀向尾座方向作進給運動（此時應(yīng)安裝卡拉工具），這樣刀具施加于工件上的進給力方向朝向尾座，因而有使工件產(chǎn)生軸向伸長的趨勢，而卡拉工具大大減少了由于工件伸長造成的彎曲變形。 （四）采用車削細長軸的車刀 車削細長軸的車刀一般前角和主偏角較大，以使切削輕快，減小徑向振動和彎曲變形。粗加工用車刀在前刀面上開有斷屑槽，使斷屑容易，精車用刀常有一定的負刃傾角，使切削流向待加工面。 5.7 彈性滑套的設(shè)計 5.7.1 設(shè)計要求 設(shè)計一上一下成對的兩個彈性導(dǎo)套和一單個的固定千分表的彈性滑套，使成對的固定在大導(dǎo)柱和小導(dǎo)柱組成的導(dǎo)柱上以及一個單獨固定在單獨的導(dǎo)柱上，并且成對的還要用來固定測量高度和半徑的數(shù)顯游標(biāo)卡尺以及與顯示數(shù)字相連的那一部分，單獨的滑套要開燕尾槽以固定千分表固定套。 （彈性滑套的尺寸是與導(dǎo)柱的配合得來。圓導(dǎo)柱分為一大一小兩種導(dǎo)柱，大的為24mm，小的為19mm。彈性滑套采用的T10（碳素工具鋼 10型），兩邊留足5～10的強度余量，外加擰螺釘?shù)牟糠趾脱b數(shù)顯卡尺和千分表的部分，就確定了彈性滑套的基本外形。） 5.7.2 上彈性導(dǎo)套的作用 帶動測量高度游標(biāo)卡尺和測量半徑游標(biāo)卡尺的上下滑動。 5.7.3 上彈性導(dǎo)套的設(shè)計程序與過程 1. 彈性導(dǎo)套與大、小兩根導(dǎo)柱相配合的孔的尺寸的設(shè)計： 由于彈性導(dǎo)套要在大、小兩根導(dǎo)柱上、下滑動，因此必須采用間隙配合（與前面所設(shè)計的大、小導(dǎo)柱配合）。 與大導(dǎo)柱所配合的孔：它的直徑為Φ24，與大導(dǎo)柱的設(shè)計一樣，由參考資料《互換性與技術(shù)測量》查得為： Φ24。 與小導(dǎo)柱所配合的孔，它的直徑為Φ19，與直徑為Φ24的設(shè)計一樣，由參考資料《互換性與技術(shù)測量》查得：Φ19。 2. 兩個孔之間的尺寸的確定： 為保證兩個孔之間的強度，它們之間的厚度為10mm。根據(jù)兩個孔的基本尺寸Φ19和Φ24，以及它們之間的厚度，算得兩個中心孔的距離的基本尺寸為31.5mm。 為了保證在加工完裝配之后，不出現(xiàn)卡死的情況，必須設(shè)計兩中心孔的距離的公差。由兩個孔的尺寸與公差Φ19和Φ24、兩個孔之間的壁厚10mm可得兩個孔之間的尺寸公差為：31.5。 在加工時，設(shè)計以彈性套的下底面作為基準(zhǔn)面A。為了能夠安裝，兩個孔都設(shè)計一個垂直度（相對于基準(zhǔn)面A）為：0.01mm。 3. 安裝測量半徑數(shù)顯游表卡尺的尺寸的確定： 根據(jù)數(shù)顯游標(biāo)卡尺顯示數(shù)字的部分的厚度為15mm、長度為21mm、高度為31mm，則設(shè)計一個與之一樣大小的槽：15mm×21mm×31mm，（它的開口方向與基準(zhǔn)面A互相垂直），以用來安裝測量半徑的數(shù)顯游標(biāo)卡尺。 同時，為了保證數(shù)顯游標(biāo)卡尺通過底座的中心，安裝數(shù)顯游標(biāo)卡尺的槽的31mm×15mm面（靠近大孔的哪個面）表面粗糙度必須好，所以上述面相對于基準(zhǔn)面A也有一個垂直度為：0.01mm。 在測量時，與顯示數(shù)字相連的那一個卡爪必須固定，因此，可以采用兩個M3的螺釘將其固定。 安裝測量高度數(shù)顯游標(biāo)卡尺的的尺寸的確定： 與安裝測量半徑的數(shù)顯游標(biāo)卡尺一樣，安裝高度數(shù)顯游標(biāo)卡尺的槽的尺寸也為：15mm×21mm×31mm，但是槽的開口方向與安裝測量半徑的數(shù)顯游標(biāo)卡尺垂直，既開口方向與基準(zhǔn)面A互相垂直。 在測量時，和固定測量半徑的數(shù)顯游標(biāo)卡尺一樣，采用兩個M3的螺釘將其固定，固定部分也是與顯示數(shù)字的那一個卡爪。 4. 上彈性滑套擰緊支塊的設(shè)計： 在測量時，彈性套的升、降之后為了方便固定好彈性套將其開口方向設(shè)計為向右開口，即把彈性套固定在小的導(dǎo)柱上。 根據(jù)彈性套彈性的大小，設(shè)計其開口寬度的大小尺寸為 4mm。為了設(shè)計簡易對刀儀的外觀，并且節(jié)省材料，設(shè)計其為：24mm×20mm×40mm。 5. 上彈性套緊固所采用的螺釘與螺孔的設(shè)計： 根據(jù)上彈性套的重量約為1.5公斤，而且所留的壁厚有10mm左右，要受比較大的力才能擰得動，螺釘太小，容易壞絲，所以采用M8的螺釘。 5.7.4 下彈性導(dǎo)套的作用 固定測量高度的數(shù)顯游標(biāo)卡尺的與顯示數(shù)字相連的那一個卡爪。 下滑套的孔的主要尺寸和位置尺寸與上滑套是一樣的，只有安放數(shù)顯卡尺的尺寸有區(qū)別。 安裝測量高度數(shù)顯游標(biāo)卡尺的的尺寸的確定[6]： 由于下彈性滑導(dǎo)是固定測量高度數(shù)顯游標(biāo)卡尺的與尺身相連的卡爪，根據(jù)卡爪的尺寸確定設(shè)計的槽為：3.1mm×37.5mm×15mm，槽的開口方向與向與基準(zhǔn)面A互相垂直，并且靠近大孔的槽的那個面相對于基準(zhǔn)面A有垂直度為：0.01mm。 在裝配時，采用兩個M3的螺釘將其固定，固定部分即是數(shù)顯游標(biāo)卡尺與尺身相連的那一個卡爪。 5.7.5 下彈性滑套擰緊支塊的設(shè)計 外形和上滑套一樣的，由于下滑套本身的高度比上滑套要矮些，所以擰緊支塊的尺寸相映的也改變了，其尺寸為：24mm×20mm×25mm。 5.8 限位板的設(shè)計 5.8.1 設(shè)計要求 設(shè)計成一塊有一定剛度和強度的薄板，用以限制小導(dǎo)柱的位移誤差。起到加固小導(dǎo)柱的剛度和強度的作用。由于導(dǎo)柱的大部分長度都要用來提供給數(shù)顯卡尺的移動來工作，所以薄板應(yīng)安裝在導(dǎo)柱的上端部分，這樣不但不會影響到對刀儀的對刀，同時也能最大限度的控制小導(dǎo)柱的位置偏差，有效提高對刀精度。 5.8.2 設(shè)計過程 由于限位板要同時與兩根導(dǎo)柱相配合，即同時與?20的小導(dǎo)柱和?25的大導(dǎo)柱相配合，且要限制小導(dǎo)柱上端的位置偏差，所以要有足夠的強度和剛度，因而選用HT200來鑄造，要求鑄造過程要嚴(yán)格控制質(zhì)量，鑄件不能出現(xiàn)有沙眼裂紋等缺陷，此外，鑄件應(yīng)時效處理，以消除內(nèi)應(yīng)力。根據(jù)大小兩根導(dǎo)柱之間的位置，將限位板兩孔之間的距離設(shè)計為166mm，為了保證有足夠的剛度，將孔緣半徑設(shè)計為16mm,采用對稱的結(jié)構(gòu)。高度設(shè)計為12mm，寬度設(shè)為87mm.板邊緣圓角半徑為1mm，由于不要求有較高的接觸精度要求，因而將表面粗糙度設(shè)為6.3，兩中心孔之間有較低的尺寸偏差[5]。 圖11 限位板圖 Figure 11 Limit position board diagram