數(shù)控機(jī)床自動(dòng)對(duì)刀儀的設(shè)計(jì)含開(kāi)題及13張CAD圖,數(shù)控機(jī)床,自動(dòng),對(duì)于,設(shè)計(jì),開(kāi)題,13,cad 數(shù)控機(jī)床自動(dòng)對(duì)刀儀的設(shè)計(jì) 摘 要：為滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)加工精度和效率越來(lái)越高的要求，很多數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)廠家及用戶(hù)都希望在其機(jī)床上配備各種加工精度監(jiān)測(cè)設(shè)備，在機(jī)床上使用測(cè)量裝置進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，對(duì)刀具位置進(jìn)行測(cè)量，并根據(jù)測(cè)量結(jié)果自動(dòng)修正刀具的偏置量，使同樣的機(jī)床能加工出更高精度的零件。本文設(shè)計(jì)的就是一個(gè)能在簡(jiǎn)易數(shù)控鏜床上使用的自動(dòng)對(duì)刀儀.本對(duì)刀儀對(duì)刀迅速簡(jiǎn)捷，一般對(duì)刀只需幾分鐘，而且對(duì)刀準(zhǔn)確，有信號(hào)顯示，使用非常方便，消除對(duì)刀者對(duì)刀的煩惱，提高數(shù)控鏜床加工效率，具有較高的實(shí)用價(jià)值。 關(guān)鍵詞：自動(dòng)對(duì)刀儀;刀補(bǔ)；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(guó)內(nèi)外對(duì)刀儀產(chǎn)品介紹 …………………………………………………………3 2.1 國(guó)內(nèi)產(chǎn)品………………………………………………………………………3 2.2 國(guó)外產(chǎn)品……………………………………………………………………3 3數(shù)控機(jī)床自動(dòng)對(duì)刀儀的設(shè)計(jì)要求…………………………………………………3 4 整體方案的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………4 4.1方案比較………………………………………………………………………4 4.2方案細(xì)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(jì)…………………………………………………………………………9 5.1刀套的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………9 5.2軸承的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………10 5.3底座的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………12 5.4底座端蓋的設(shè)計(jì)……………………………………………………………13 5.5端蓋的螺栓設(shè)計(jì)……………………………………………………………14 5.6導(dǎo)柱的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………14 5.6.1設(shè)計(jì)要求………………………………………………………………14 5.6.2設(shè)計(jì)過(guò)程………………………………………………………………15 5.6.3細(xì)長(zhǎng)軸加工工藝………………………………………………………21 5.7彈性滑套的設(shè)計(jì)……………………………………………………………22 5.7.1設(shè)計(jì)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(jì)程序與過(guò)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(jì)…………………………………………24 5.8限位板的設(shè)計(jì)………………………………………………………………24 5.8.1設(shè)計(jì)要求………………………………………………………………24 5.8.2設(shè)計(jì)過(guò)程………………………………………………………………24 6傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………25 7 對(duì)刀儀的裝配……………………………………………………………………25 8簡(jiǎn)易對(duì)刀儀的使用說(shuō)明…………………………………………………………27 9 結(jié)論………………………………………………………………………………27 參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………28 致謝…………………………………………………………………………………29 1 前言 隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)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(shí)機(jī)床與工藝裝備均作較大的變換和調(diào)整，這就要求機(jī)床具有較強(qiáng)的適應(yīng)產(chǎn)品變化的能力，數(shù)控機(jī)床應(yīng)運(yùn)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(jì)型數(shù)控鏜床和采用簡(jiǎn)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(jī)床，約占數(shù)控機(jī)床總數(shù)的42%，是加工回轉(zhuǎn)類(lèi)零件的主要設(shè)備，且多為開(kāi)環(huán)控制的數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。但是開(kāi)環(huán)控制的簡(jiǎn)易數(shù)控鏜床，由于不具備位置檢測(cè)功能，所以每次開(kāi)機(jī)后，刀具距離機(jī)床零點(diǎn)的位置是隨機(jī)的，為了確定刀具(起刀點(diǎn))在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置，操作者只能通過(guò)試切用卡尺測(cè)量或通過(guò)刻度盤(pán)讀數(shù)，大概的確定刀具初始位置[15]，即實(shí)現(xiàn)所謂對(duì)零操作，從而獲取起刀點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系內(nèi)的坐標(biāo)值。其次對(duì)于簡(jiǎn)易數(shù)控鏜床刀架上安裝的多把刀具而言，由于刀具類(lèi)型不同，有安裝時(shí)的隨機(jī)性，而且多把刀的刀尖位置不一致，需一把一把地去測(cè)量并計(jì)算出刀補(bǔ)值，以便換刀時(shí)使程序能繼續(xù)運(yùn)行加工合格的零件。手動(dòng)對(duì)刀特別麻煩且誤差大，對(duì)于需頻繁換刀的小批量工件的加工，更會(huì)增加大量占機(jī)試切工時(shí)，使加工效率大大降低，且不利于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工，使數(shù)控機(jī)床的優(yōu)勢(shì)難以發(fā)揮。由于每把刀具的刀位點(diǎn)(車(chē)刀刀尖)在機(jī)床坐標(biāo)系中的位置是不同的，如果以對(duì)零操作時(shí)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(diǎn)之間存在一個(gè)相對(duì)位置偏差，即所謂刀補(bǔ)值，為了獲取加工程序中所需刀補(bǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)刀架上的各刀具均需用對(duì)零操作相似的辦法進(jìn)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(shì)難以充分發(fā)揮。若使用對(duì)刀裝置，對(duì)出標(biāo)準(zhǔn)刀后，以后的刀具通過(guò)觸發(fā)對(duì)刀儀記錄相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)刀的位置偏差，便可得到各刀的刀補(bǔ)值，既準(zhǔn)確可靠，又很方便。對(duì)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(duì)刀裝置。另一方面由于用戶(hù)對(duì)加工精度和效率的要求越來(lái)越高，很多數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)廠及用戶(hù)都希望在其機(jī)床上配備各種加工精度監(jiān)測(cè)設(shè)備，在機(jī)床上使用測(cè)頭進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，在加工循環(huán)中不需人為介入，直接對(duì)刀具尺寸及位置進(jìn)行測(cè)量，并根據(jù)測(cè)量結(jié)果自動(dòng)修正刀具的偏置量，使同樣的機(jī)床能加工出更高精度的零件[21]。 2 國(guó)內(nèi)外對(duì)刀儀產(chǎn)品介紹 2.1 國(guó)內(nèi)產(chǎn)品 目前，國(guó)內(nèi)比較成熟的數(shù)控鏜床的對(duì)刀儀器是手動(dòng)對(duì)刀儀，當(dāng)?shù)毒吲龅綄?duì)刀儀的測(cè)頭時(shí)，對(duì)刀儀的信號(hào)指示燈亮，此時(shí)記錄下屏幕上的刀具坐標(biāo)即為刀具的真實(shí)坐標(biāo)。最后根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)做簡(jiǎn)單的運(yùn)算，便能得到刀補(bǔ)值，如哈爾濱先鋒機(jī)電技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司開(kāi)發(fā)的ETC一l和ETC一4M電子對(duì)刀器，對(duì)刀簡(jiǎn)單，直觀清晰，適合于數(shù)控車(chē)、銑、銼等機(jī)床。由于該系統(tǒng)利用機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)坐標(biāo)顯示功能在機(jī)床上實(shí)現(xiàn)刀具的X軸(工件直徑)和Z軸(工件長(zhǎng)度)方向上的對(duì)刀，采用這種對(duì)刀器對(duì)刀時(shí)，機(jī)床主軸不必旋轉(zhuǎn)，所以操作簡(jiǎn)單，有利于提高生產(chǎn)效率。因此，該對(duì)刀儀在對(duì)刀功能更為齊全的同時(shí)，又可以得到比較高的測(cè)量精度，另外對(duì)刀儀的安裝也比較方便。但該對(duì)刀儀的缺點(diǎn)也很明顯，對(duì)刀儀是靠三爪夾盤(pán)來(lái)固定的，這樣裝夾工件后便不能對(duì)刀，而且對(duì)完刀后還需將對(duì)刀儀取下，降低了工作效率[13]。 2.2 國(guó)外產(chǎn)品 目前，英國(guó)、美國(guó)、德國(guó)、日本、瑞士和意大利等國(guó)均有多種型號(hào)的對(duì)刀儀產(chǎn)品。如德國(guó)的Zoller、Mi一ocrset和美國(guó)的EX一ELL公司的產(chǎn)品，不僅能迅速進(jìn)行瞄準(zhǔn)測(cè)量，而且能夠利用微機(jī)對(duì)刀庫(kù)進(jìn)行管理?？傮w來(lái)說(shuō)，國(guó)外數(shù)控鏜床的自動(dòng)對(duì)刀儀的技術(shù)較成熟，但價(jià)格較高，與其它機(jī)床的匹配也比較專(zhuān)業(yè)，需要進(jìn)行人員培訓(xùn)和專(zhuān)門(mén)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(guó)雷尼紹公司，該公司的產(chǎn)品主要是一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)的全自動(dòng)精密對(duì)刀儀，該對(duì)刀儀的重復(fù)定位誤差極小，所以每次對(duì)刀完畢，可將對(duì)刀臂打回原位，操作方便而且精度較高其測(cè)量精度為0.001。測(cè)頭通過(guò)聯(lián)接臂和底座固定在機(jī)床主軸旁，測(cè)頭的垂直中心線(xiàn)分別與機(jī)床的x、z軸平行。測(cè)量時(shí)移動(dòng)刀架，當(dāng)?shù)毒叩牡都獠糠峙c測(cè)頭接觸時(shí)，測(cè)頭發(fā)出觸發(fā)信號(hào)，通過(guò)信號(hào)連接線(xiàn)觸發(fā)數(shù)控系統(tǒng)記下此時(shí)的刀具位置，然后通過(guò)相應(yīng)的測(cè)量軟件計(jì)算出刀具的固定補(bǔ)償值，并直接傳送至相應(yīng)的刀補(bǔ)單元。測(cè)量完畢后操作者即可使用該刀具進(jìn)行力口工。該對(duì)刀儀還可以進(jìn)行刀具破損檢測(cè)，刀具破損檢測(cè)功能能夠檢查刀具的長(zhǎng)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(jī)床自動(dòng)對(duì)刀儀的設(shè)計(jì)要求 數(shù)控機(jī)床自動(dòng)對(duì)刀儀的設(shè)計(jì)思路源于對(duì)簡(jiǎn)易對(duì)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(jì)。 數(shù)控機(jī)床自動(dòng)對(duì)刀儀的設(shè)計(jì)原理是抓住了對(duì)刀儀測(cè)量的是刀尖的最高點(diǎn)和刀尖的最大旋轉(zhuǎn)半徑原理，設(shè)計(jì)是在此基礎(chǔ)上利用兩個(gè)基面來(lái)確定刀尖的最高點(diǎn)和刀尖的最大旋轉(zhuǎn)半徑的，一個(gè)水平的高度基面和一個(gè)垂直的半徑基面；通過(guò)測(cè)量這兩個(gè)基面所移動(dòng)的距離來(lái)計(jì)算出其他刀具相對(duì)于基準(zhǔn)刀的差值，以達(dá)到測(cè)量的目的。 數(shù)控機(jī)床自動(dòng)對(duì)刀儀的設(shè)計(jì)要求是根據(jù)其的使用環(huán)境（數(shù)控加工車(chē)間），加工制作條件和經(jīng)濟(jì)條件多方面的考慮，只要求其的測(cè)量精度達(dá)到0.01mm，所以采用數(shù)顯卡尺（數(shù)顯卡尺的測(cè)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(duì)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(cè)量加一個(gè)千分表作精確測(cè)量，半徑方面的尺寸可以達(dá)到0.001mm，完全能夠滿(mǎn)足使用要求。 4 整體方案的設(shè)計(jì) 方案一：雙圓導(dǎo)柱式 方案二：?jiǎn)螆A導(dǎo)柱式 1） 對(duì)稱(chēng)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(duì)稱(chēng)式把測(cè)量半徑的量具兩邊都固定死了，一防止了滑套的轉(zhuǎn)動(dòng)，二防止了出現(xiàn)自由誤差（由于測(cè)量半徑的量具兩邊都固定了，上下滑動(dòng)時(shí)，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(gè)系統(tǒng)誤差，是可以確定的），但由于是固定死的，不能轉(zhuǎn)動(dòng)，上面的量具就必須向上移動(dòng)很長(zhǎng)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(xì)長(zhǎng)軸，既要保證圓柱度，又要保證垂直度，是很難達(dá)到加工要求的。 單邊式的是讓上滑套在同一邊兩個(gè)并排的一大一小的導(dǎo)柱上滑動(dòng)，下滑套是在大導(dǎo)柱上滑動(dòng)，同時(shí)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(diǎn)。上下滑套可同時(shí)繞大導(dǎo)柱轉(zhuǎn)動(dòng)，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(diǎn)也結(jié)合起來(lái)了，同時(shí)也出現(xiàn)了轉(zhuǎn)動(dòng)的不確定性，為防止這一點(diǎn)，我們?cè)诘鬃霞恿艘粋€(gè)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(guò)刀具中心的確定，相對(duì)精度有所提高。由于可以轉(zhuǎn)動(dòng)了，導(dǎo)柱的高度也就降下來(lái)了，比對(duì)稱(chēng)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(dòng)又要滑動(dòng)，滑套又繼續(xù)采用了滾針式配合接觸，無(wú)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(cè)量精度有所提高，加工也比較容易，裝配時(shí)相對(duì)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(dá)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(dòng)，同時(shí)又要考慮到還要上下滑動(dòng)，所以滑套與導(dǎo)柱的配合要求就很高，采用滾針式接觸（價(jià)格低廉）或者是直線(xiàn)式軸承套（價(jià)格比較貴）能解決配合問(wèn)題，滾針式接觸能達(dá)到配合要求而且價(jià)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(dòng)，而且同時(shí)必須轉(zhuǎn)動(dòng)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(cè)量工具與刀具的中心在一條線(xiàn)上，測(cè)量比較困難，而且測(cè)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(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)的問(wèn)題，由于只要求上下滑動(dòng)，所以不要用滾針式接觸了，也就簡(jiǎn)化了裝配，同時(shí)，它與底座的配合是一個(gè)普通圓柱和雙削邊圓柱組合的臺(tái)階式軸，容易保證測(cè)量工具與刀具的中心在一條線(xiàn)上，而且也容易讓上面的測(cè)量工具偏轉(zhuǎn)一個(gè)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(duì)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(dá)到加工要求，明顯就增加了成本。 單圓柱式的外型簡(jiǎn)單，容易裝配，加工時(shí)易保證各方面的加工尺寸要求，但是裝配以后，上滑套移動(dòng)后，隨時(shí)都有一個(gè)傾斜的角度，而且這個(gè)角度是在變化的，有時(shí)可能上抬，有時(shí)也可能是下降，造成自由誤差太大，對(duì)測(cè)量精度影響大。 4．2 方案細(xì)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(duì)稱(chēng)分布型 滑套：彈性滑套和嵌滾針滑套 數(shù)顯卡尺安放：測(cè)量半徑和測(cè)量高度的數(shù)顯卡尺 測(cè)量精度的提高：數(shù)顯卡尺和千分表配合使用 通過(guò)對(duì)各部分細(xì)化優(yōu)選，并對(duì)一些局部零件進(jìn)行修改以及裝配方法的改變，使得整體方案達(dá)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(diǎn)，軸承與刀套采用的是階梯式的安裝方式，這是考慮到實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際加工條件，一次性鏜孔太深會(huì)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(diǎn)，外加了一個(gè)提高測(cè)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(duì)稱(chēng)分布；為防止滑套可能會(huì)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(dá)到無(wú)間隙配合；為了使用起來(lái)方便點(diǎn)，采用了測(cè)量半徑的數(shù)顯卡尺反裝，這樣就不需要轉(zhuǎn)動(dòng)卡尺，就可以放下刀具，減少了因轉(zhuǎn)動(dòng)帶來(lái)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(jì)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(jí)代號(hào)用符號(hào)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(shí)，省略IT字母，如h7。GB/T1800.3-1998對(duì)基本尺寸至500mm內(nèi)規(guī)定了IT01、IT0、IT1—IT18共20個(gè)標(biāo)準(zhǔn)公差等級(jí)：基本尺寸大于500mm至3150mm內(nèi)規(guī)定了IT1至IT18共18個(gè)標(biāo)準(zhǔn)公差等級(jí)[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(xiě)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(wú)論基孔制配合還是基軸制配合，都有間隙配合、過(guò)渡配合和過(guò)盈配合三類(lèi)。 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(jì)效果，選用公差與配合的方法大體可歸納為類(lèi)比法、計(jì)算法和實(shí)驗(yàn)法三種，類(lèi)比法又稱(chēng)“先例法”、“對(duì)照法”，它是以類(lèi)似的機(jī)械、機(jī)構(gòu)、零部件為參照對(duì)象，在功能、結(jié)構(gòu)、材料和使用條件等方面與所要設(shè)計(jì)的對(duì)象進(jìn)行對(duì)比后，確定公差與配合的方法。計(jì)算法是按照一定的理論和公式通過(guò)計(jì)算確定公差和配合的方法。我國(guó)已將尺寸鏈的計(jì)算和選用（見(jiàn) GB/T5847-1986）,過(guò)盈配合的計(jì)算和選用（見(jiàn)GB/T5371-1985）進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。間隙配合計(jì)算以及計(jì)算機(jī)輔助公差設(shè)計(jì)（含優(yōu)化設(shè)計(jì)、并行設(shè)計(jì)）等方法也日趨成熟，但尚未制定標(biāo)準(zhǔn)和推廣。實(shí)驗(yàn)法是通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定公差和配合的方法。以往常用比較古老的方法進(jìn)行實(shí)物實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)在由于科學(xué)技術(shù)和計(jì)算機(jī)的發(fā)展，各種模擬、仿真等先進(jìn)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(jì)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(jì)的考慮一般中等尺寸有較高公差等級(jí)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(yàn)，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?；鶞?zhǔn)制的選用與使用要求無(wú)關(guān)，主要從結(jié)構(gòu)、工藝和經(jīng)濟(jì)幾方面來(lái)考慮[7]。 1 、一般情況下有限使用基孔制。如果對(duì)基本尺寸相同的孔和軸，給定的公差值相同，這時(shí)孔比軸的加工要困難。當(dāng)采用基孔制時(shí)，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(shí) ，配合制的選擇通常依標(biāo)準(zhǔn)件而定。如與滾動(dòng)軸承內(nèi)圈相配的軸選用基孔制，與滾動(dòng)軸承外圈配合的孔選用基軸制。 3 、為了滿(mǎn)足配合的特殊要求，允許采用混合配合。 5 零部件的設(shè)計(jì) 5.1 刀套的設(shè)計(jì) 刀套的尺寸是由刀具錐柄的尺寸得來(lái)的（型號(hào)：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(zhǎng)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(zhǎng)度為：35mm。 由圖示尺寸和考慮到要保證刀套的強(qiáng)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(dòng)，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(jì) 滾動(dòng)軸承的代號(hào) 滾動(dòng)軸承代號(hào)有基本代號(hào)、前置代號(hào)和后置代號(hào)組成，用字母和數(shù)字表示。 5.2.1 基本代號(hào)用來(lái)表示軸承的內(nèi)徑、直徑系列、寬度系列和類(lèi)型 1）軸承的內(nèi)徑用基本代號(hào)右起第一、二位數(shù)字表示，對(duì)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(hào)一次為00、01、02和03. 2）軸承的直徑系列，用基本代號(hào)右起第三位數(shù)字表示，直徑系列代號(hào)有7、8、9、0、1、2、3、4、5。對(duì)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(hào)右起第四位數(shù)字表示，當(dāng)寬度系列為0系列時(shí)，對(duì)多數(shù)軸承在代號(hào)中不標(biāo)出寬度系列代號(hào)0，但對(duì)于調(diào)心滾子軸承和圓錐滾子軸承寬度系列代號(hào)0應(yīng)標(biāo)出[4]。 5.2.2 后置代號(hào) 1）軸承的公差等級(jí)分為2級(jí)、4級(jí)、5級(jí)、6級(jí)和0級(jí)，共六個(gè)級(jí)別，依次由高級(jí)到低級(jí)，其代號(hào)分別為/P2、/P4、/P5、/P6、/P6X和P0。公差等級(jí)中，6X級(jí)僅適用于圓錐滾子軸承；0級(jí)為普通級(jí)，在軸承代號(hào)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(hào)中不標(biāo)出，其余的游隙組別在軸承代號(hào)中軸承代號(hào)中分別用/C1、/C2、/C3、/C4、/C5表示。 5.2.3 前置代號(hào) 軸承的前置代號(hào)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(dòng)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(jí)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(jí)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(shí)承受徑向和軸向載荷，限制一個(gè)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(duì)使用，接觸角大時(shí)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(gè)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(duì)使用。 選擇滾動(dòng)軸承類(lèi)型時(shí)，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(dòng)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(duì)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(xiàn)和殼體孔的軸線(xiàn)的同軸度） 6） 軸向位移的要求（固定支撐或游動(dòng)支撐） 7） 要求軸承工作時(shí)振動(dòng)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(zhǎng)=10年=87600小時(shí) 1) 按題意試選30205型軸承 2) 選角度 參考資料：?機(jī)械設(shè)計(jì)?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(dòng)軸承的類(lèi)型，主要性能和特點(diǎn)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(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)?唐金松主編 第二版 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 由上述資料P446頁(yè)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(jī)械零件?P314頁(yè)表3-15徑向動(dòng)載荷系數(shù)X和軸向動(dòng)載荷系數(shù)Y查得： X=0.4 5)初步計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷P，根據(jù)： P=fp(X Fr+Y Fa) 由?機(jī)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(jiǎn)明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)? P418頁(yè)規(guī)定滾子軸承Σ=10/3 ∴ 7）根據(jù)?機(jī)械零件?314頁(yè)表13-5有：當(dāng)量動(dòng)載荷P=91.15N 8)驗(yàn)算30204軸承的壽命，根據(jù)： ∴ ∴約等于預(yù)期計(jì)算壽命 故可采用30204型號(hào)軸承[24] 5.3 底座的設(shè)計(jì) 底座的尺寸是由刀套與軸承的配合得來(lái)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(lái)的組合件的外形尺寸就決定了底座的內(nèi)孔尺寸，因?yàn)槎吲浜弦环N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(qiáng)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(lái)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(lái)的。 基本尺寸與整體方案要求結(jié)合起來(lái)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(lái)確定。 圖7 底座圖 Figure 7 Base diagram 5．4 底座端蓋的設(shè)計(jì) 參考資料：《機(jī)械設(shè)計(jì)—課程設(shè)計(jì)圖冊(cè)》 龔溎義主編 第三版 高等教育出版社[2] 具體參考在《機(jī)械設(shè)計(jì)—課程設(shè)計(jì)圖冊(cè)》P85頁(yè)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(jī)械設(shè)計(jì)——課程設(shè)計(jì)圖冊(cè)》P85頁(yè)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(jì)）中設(shè)計(jì)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(jiàn)機(jī)械零件手冊(cè)P127） 由于D2=D+（5～5.5）d3 因?yàn)镈=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(jì) 參考資料：機(jī)械零件手冊(cè) 周開(kāi)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(jī)械零件手冊(cè)?P72頁(yè)表6-12六角頭螺栓---全螺紋---A和B級(jí)。 （GB/T5783-2000）查得：（螺栓圖在?機(jī)械零件手冊(cè)?的P74頁(yè)） 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(jì) 5.6.1 設(shè)計(jì)要求 幾何精度，即導(dǎo)向精度，也就是運(yùn)動(dòng)直線(xiàn)度和回轉(zhuǎn)精度，直線(xiàn)度為0.01mm，圓柱度為0.01mm； 運(yùn)動(dòng)精度：一是運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，低速沿著導(dǎo)柱爬行，垂直度為小于0.01個(gè)絲； 二是定位精度（線(xiàn)定位），沿直線(xiàn)爬行，不沿圓柱轉(zhuǎn)動(dòng)，即沿圓柱的轉(zhuǎn)動(dòng)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(jiǎn)單，工藝性好，便于調(diào)整和維修； 具有良好的潤(rùn)滑和防護(hù)裝置。 材料選擇： 應(yīng)具有良好的耐磨性、摩擦系數(shù)小、動(dòng)靜摩擦系數(shù)小； 加工和使用時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力小，尺寸穩(wěn)定性好等性能。 設(shè)計(jì)程序和內(nèi)容： 根據(jù)工作條件、負(fù)載特點(diǎn)，確定導(dǎo)柱的類(lèi)型，截面形狀和結(jié)構(gòu)尺寸； 進(jìn)行導(dǎo)柱的力學(xué)的計(jì)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(jì)導(dǎo)柱的配合間隙和預(yù)加負(fù)荷調(diào)整機(jī)構(gòu)； 設(shè)計(jì)導(dǎo)柱的潤(rùn)滑方法及防護(hù)措施； 制定導(dǎo)柱的精度和技術(shù)條件。 5.6.2 設(shè)計(jì)過(guò)程 大導(dǎo)柱的作用： 使彈性滑套在大導(dǎo)柱上上下滑動(dòng)，以便帶動(dòng)安裝在大導(dǎo)柱上滑套游標(biāo)卡尺的滑動(dòng)，從而測(cè)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(gè)彈性滑套繞大導(dǎo)柱轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)。 普通滑動(dòng)導(dǎo)軌的主要特點(diǎn)： 1.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(yùn)動(dòng)精度不穩(wěn)定。 截面的設(shè)計(jì)： 根據(jù)運(yùn)動(dòng)是垂直水平面，因此采用圓截面的導(dǎo)柱。 其特點(diǎn)及應(yīng)用：制造簡(jiǎn)單，內(nèi)孔可研磨，外圓可采用磨削可達(dá)到配合精度，磨損不能自動(dòng)調(diào)整間隙；主要用于軸向載荷場(chǎng)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(jī)械或者受軸向力的場(chǎng)合。 導(dǎo)柱材料的選擇： 由于導(dǎo)套要上下滑動(dòng)，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(jìn)行一次時(shí)效處理； 高精度導(dǎo)柱一般在半精加工之后就還要進(jìn)行二次時(shí)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(diǎn)，但勞動(dòng)強(qiáng)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(diǎn)數(shù)見(jiàn)表： 表1 刮研導(dǎo)柱面接觸點(diǎn)數(shù)表 Table 1 Pare off to grind to lead the pillar to face the contact to order the few watch 類(lèi)型 滑動(dòng)導(dǎo)軌寬度 滑動(dòng)導(dǎo)軌寬度 高精度型Ⅰ級(jí) 高精度型Ⅱ級(jí) 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(dá)到的要求見(jiàn)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(dòng)導(dǎo)軌類(lèi)型 中小型 大型 重型 高精度型Ⅰ級(jí) 0.2 0.4 0.8〔0.4〕 高精度型Ⅰ級(jí) 〔0.1〕 〔0.2〕 0.8〔0.4〕 高精度型Ⅱ級(jí) 0.4 0.8 0.8〔0.4〕 高精度型Ⅱ級(jí) 〔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(dòng)導(dǎo)軌類(lèi)型 全長(zhǎng)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(qiáng)分析 導(dǎo)柱的壓強(qiáng)是影響導(dǎo)柱耐磨性和接觸變形的主要因素之一。設(shè)計(jì)導(dǎo)軌時(shí)將壓強(qiáng)取得過(guò)大，則會(huì)加劇導(dǎo)柱的磨損；若取得過(guò)小，又會(huì)增大尺寸。因此，應(yīng)根據(jù)具體情況，適當(dāng)?shù)倪x擇壓強(qiáng)的許用值。重型和精密型的壓強(qiáng)可取得小些；中等普通型的壓強(qiáng)應(yīng)取得大些；通用型的許用壓強(qiáng)（專(zhuān)用的許用壓強(qiáng)比表中的數(shù)值減少25%~30%）見(jiàn)表： 表4 導(dǎo)柱許用壓強(qiáng) Table 4 Lead the pillar uses to press strong 導(dǎo)軌類(lèi)型 平均壓強(qiáng)（Mpa) 主運(yùn)動(dòng)和滑動(dòng)速度較大的圓導(dǎo)柱直徑D＜300 主運(yùn)動(dòng)和滑動(dòng)速度較大的圓導(dǎo)柱直徑D＞300 主運(yùn)動(dòng)和滑動(dòng)速度較小的圓導(dǎo)柱直徑D＜300 主運(yùn)動(dòng)和滑動(dòng)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(qiáng)的分布與假設(shè)條件： 影響導(dǎo)柱的壓強(qiáng)分布的因素很多，情況復(fù)雜，為了便于進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，進(jìn)行如下假設(shè)：1.導(dǎo)柱本身剛度大于接觸剛度---此時(shí)只考慮接觸變形對(duì)壓強(qiáng)的影響，沿導(dǎo)柱的接觸變形和壓強(qiáng)按線(xiàn)性分布，在寬度上視為均布，通常按壓強(qiáng)線(xiàn)性分布計(jì)算的較多。2.導(dǎo)柱剛度較低---如果導(dǎo)柱剛度較低時(shí)，在確定導(dǎo)柱壓強(qiáng)時(shí)就應(yīng)同時(shí)考慮導(dǎo)柱本身的彈性變形和導(dǎo)柱面的接觸變形，壓強(qiáng)不是線(xiàn)性分布，最大壓強(qiáng)和平均壓強(qiáng)之比可達(dá)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(dòng)部件的重量，牽引力和轉(zhuǎn)動(dòng)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(qiáng)的計(jì)算： 平均壓強(qiáng)的計(jì)算---對(duì)于各種形式的導(dǎo)軌的平均壓強(qiáng)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(dòng)導(dǎo)軌的長(zhǎng)度（mm） [P]m----許用平均壓強(qiáng)（Mpa）。 壓強(qiáng)按線(xiàn)性分布時(shí)最大壓強(qiáng)的計(jì)算： a 、 b 、 c 、 c’為各導(dǎo)柱面上的寬度（mm）; L---動(dòng)導(dǎo)軌的長(zhǎng)度（mm）; [P]m--- 許用平均壓強(qiáng)（Mpa）。 壓強(qiáng)按線(xiàn)性分布時(shí)最大壓強(qiáng)的計(jì)算： 當(dāng) 時(shí)（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(qiáng)Pmax=P平均 + PM。當(dāng) 時(shí)，不采用輔助導(dǎo)柱，主導(dǎo)柱面 上的壓強(qiáng)最大 來(lái)計(jì)算。當(dāng) 采用輔助導(dǎo)軌 時(shí)，則需要分別計(jì)算主導(dǎo)柱面和輔助導(dǎo)柱面的最大壓強(qiáng)。 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(shí)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(jì)： 大導(dǎo)柱： a) 長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)： 由于導(dǎo)柱要插入底座而且保證不動(dòng)，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(cè)量時(shí)由于測(cè)量半徑的數(shù)顯游標(biāo)卡尺需要往上移動(dòng)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(zhǎng)度設(shè)計(jì)為480mm。 b) 導(dǎo)柱的直徑與公差的設(shè)計(jì): 根據(jù)參考資料：?互換性與技術(shù)測(cè)量? 第四版 中國(guó)計(jì)量出版社 廖念釗等編，第21頁(yè)表1-15基孔常用、優(yōu)先配合和第29頁(yè)表1-24優(yōu)先配合選用說(shuō)明導(dǎo)柱直徑為? 25的尺寸段（35mm長(zhǎng)）導(dǎo)柱采用過(guò)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(cè)量?第19頁(yè)表1-8標(biāo)準(zhǔn)公差數(shù)值，第14頁(yè)表1-10基本尺寸至500mm，國(guó)標(biāo)軸的基本偏差，第16頁(yè)表1-11基本尺寸至500mm國(guó)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(lái)使得導(dǎo)套滑動(dòng)的尺寸段（445mm長(zhǎng)）導(dǎo)柱采用間隙配合（基孔制）?24H7/g6;間隙很小的滑動(dòng)配合，用于不希望自由轉(zhuǎn)動(dòng)，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(cè)量?查得：動(dòng)和滑動(dòng) 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(dòng)，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(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)3? 第二版 聞邦椿主編 機(jī)械工業(yè)出版社 的第28-120頁(yè) 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(zhǎng)度為345mm）采用表面粗糙度為0.8;直徑為?25的尺寸段（長(zhǎng)度為35 mm）與底座采用過(guò)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(dòng)，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(dòng)，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(jì)方法與大導(dǎo)柱一樣，只是所設(shè)計(jì)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(zhǎng)度的設(shè)計(jì)： 由于導(dǎo)柱要插入底座而且保證不轉(zhuǎn)動(dòng)，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(cè)量時(shí)由于測(cè)量半徑的數(shù)顯游標(biāo)卡尺需要往上移動(dòng)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(zhǎng)度設(shè)計(jì)為480mm。 d) 導(dǎo)柱的直徑與公差的設(shè)計(jì)： 小導(dǎo)柱與底座配合的尺寸段（長(zhǎng)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(guò)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(cè)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(zhǎng)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(cè)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(zhǎng)度為35mm）采用1.6，直徑為?19的尺寸段（長(zhǎng)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(xì)長(zhǎng)軸加工工藝 由于細(xì)長(zhǎng)軸剛性很差，在加工中極易變形，對(duì)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(jìn)工件的裝夾方法 粗加工時(shí)，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(zhǎng)，但是，由于頂尖彈性的限制，軸向伸長(zhǎng)量也受到限制，因而頂緊力不是很大，在高速、大用量切削時(shí)，有使工件脫離頂尖的危險(xiǎn)。采用卡位法可避免這種現(xiàn)象的產(chǎn)生。 精車(chē)時(shí)，采用雙頂尖法（此時(shí)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(chē)削細(xì)長(zhǎng)軸極其重要的附件，采用跟刀架能抵消加工時(shí)徑向切削分力的影響，從而減少切削振動(dòng)和工件變形，但必須注意仔細(xì)調(diào)整，使跟刀架的中心與機(jī)床頂尖中心保持一致。 （三）采用反向進(jìn)給 車(chē)削細(xì)長(zhǎng)軸時(shí)，常使車(chē)刀向尾座方向作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)（此時(shí)應(yīng)安裝卡拉工具），這樣刀具施加于工件上的進(jìn)給力方向朝向尾座，因而有使工件產(chǎn)生軸向伸長(zhǎng)的趨勢(shì)，而卡拉工具大大減少了由于工件伸長(zhǎng)造成的彎曲變形。 （四）采用車(chē)削細(xì)長(zhǎng)軸的車(chē)刀 車(chē)削細(xì)長(zhǎng)軸的車(chē)刀一般前角和主偏角較大，以使切削輕快，減小徑向振動(dòng)和彎曲變形。粗加工用車(chē)刀在前刀面上開(kāi)有斷屑槽，使斷屑容易，精車(chē)用刀常有一定的負(fù)刃傾角，使切削流向待加工面。 5.7 彈性滑套的設(shè)計(jì) 5.7.1 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)一上一下成對(duì)的兩個(gè)彈性導(dǎo)套和一單個(gè)的固定千分表的彈性滑套，使成對(duì)的固定在大導(dǎo)柱和小導(dǎo)柱組成的導(dǎo)柱上以及一個(gè)單獨(dú)固定在單獨(dú)的導(dǎo)柱上，并且成對(duì)的還要用來(lái)固定測(cè)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(dú)的滑套要開(kāi)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(lái)。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(qiáng)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(dòng)測(cè)量高度游標(biāo)卡尺和測(cè)量半徑游標(biāo)卡尺的上下滑動(dòng)。 5.7.3 上彈性導(dǎo)套的設(shè)計(jì)程序與過(guò)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(jì)： 由于彈性導(dǎo)套要在大、小兩根導(dǎo)柱上、下滑動(dòng)，因此必須采用間隙配合（與前面所設(shè)計(jì)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(jì)一樣，由參考資料《互換性與技術(shù)測(cè)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(jì)一樣，由參考資料《互換性與技術(shù)測(cè)量》查得：Φ19。 2. 兩個(gè)孔之間的尺寸的確定： 為保證兩個(gè)孔之間的強(qiáng)度，它們之間的厚度為10mm。根據(jù)兩個(gè)孔的基本尺寸Φ19和Φ24，以及它們之間的厚度，算得兩個(gè)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(jì)兩中心孔的距離的公差。由兩個(gè)孔的尺寸與公差Φ19和Φ24、兩個(gè)孔之間的壁厚10mm可得兩個(gè)孔之間的尺寸公差為：31.5。 在加工時(shí)，設(shè)計(jì)以彈性套的下底面作為基準(zhǔn)面A。為了能夠安裝，兩個(gè)孔都設(shè)計(jì)一個(gè)垂直度（相對(duì)于基準(zhǔn)面A）為：0.01mm。 3. 安裝測(cè)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(zhǎng)度為21mm、高度為31mm，則設(shè)計(jì)一個(gè)與之一樣大小的槽：15mm×21mm×31mm，（它的開(kāi)口方向與基準(zhǔn)面A互相垂直），以用來(lái)安裝測(cè)量半徑的數(shù)顯游標(biāo)卡尺。 同時(shí)，為了保證數(shù)顯游標(biāo)卡尺通過(guò)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(gè)面）表面粗糙度必須好，所以上述面相對(duì)于基準(zhǔn)面A也有一個(gè)垂直度為：0.01mm。 在測(cè)量時(shí)，與顯示數(shù)字相連的那一個(gè)卡爪必須固定，因此，可以采用兩個(gè)M3的螺釘將其固定。 安裝測(cè)量高度數(shù)顯游標(biāo)卡尺的的尺寸的確定： 與安裝測(cè)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(kāi)口方向與安裝測(cè)量半徑的數(shù)顯游標(biāo)卡尺垂直，既開(kāi)口方向與基準(zhǔn)面A互相垂直。 在測(cè)量時(shí)，和固定測(cè)量半徑的數(shù)顯游標(biāo)卡尺一樣，采用兩個(gè)M3的螺釘將其固定，固定部分也是與顯示數(shù)字的那一個(gè)卡爪。 4. 上彈性滑套擰緊支塊的設(shè)計(jì)： 在測(cè)量時(shí)，彈性套的升、降之后為了方便固定好彈性套將其開(kāi)口方向設(shè)計(jì)為向右開(kāi)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(jì)其開(kāi)口寬度的大小尺寸為 4mm。為了設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易對(duì)刀儀的外觀，并且節(jié)省材料，設(shè)計(jì)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(jì)： 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(dòng)，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(cè)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(gè)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(cè)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(cè)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(jì)的槽為：3.1mm×37.5mm×15mm，槽的開(kāi)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(gè)面相對(duì)于基準(zhǔn)面A有垂直度為：0.01mm。 在裝配時(shí)，采用兩個(gè)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(gè)卡爪。 5.7.5 下彈性滑套擰緊支塊的設(shè)計(jì) 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(jì) 5.8.1 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)成一塊有一定剛度和強(qiáng)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(qiáng)度的作用。由于導(dǎo)柱的大部分長(zhǎng)度都要用來(lái)提供給數(shù)顯卡尺的移動(dòng)來(lái)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(huì)影響到對(duì)刀儀的對(duì)刀，同時(shí)也能最大限度的控制小導(dǎo)柱的位置偏差，有效提高對(duì)刀精度。 5.8.2 設(shè)計(jì)過(guò)程 由于限位板要同時(shí)與兩根導(dǎo)柱相配合，即同時(shí)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(qiáng)度和剛度，因而選用HT200來(lái)鑄造，要求鑄造過(guò)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(shí)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(jì)為166mm，為了保證有足夠的剛度，將孔緣半徑設(shè)計(jì)為16mm,采用對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu)。高度設(shè)計(jì)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