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1、目 录前 言1第一章 绪论2第二章 中心架的简介92.1传统中心架的简介92.1.1传统中心架的构造92.1.2传统中心架的工作原理102.1.3传统中心架的使用方法102.1CA6140中心架的简介102.2.1CA6140中心架的构造及工作原理102.2.2CA6140中心架的使用方法102.2.3CA6140中心架的优缺点11第三章 中心架总体结构设计计算143.1压板的锁紧力计算143.2中心架整体拖动力的计算153.3确定中心架支撑直径范围16第四章 中心架部件计算174.1滚轮尺寸设计计算174.2支撑滚轮的圆柱铰链尺寸设计194.3轴套尺寸设计计算204.4支撑轴的设计计算214
2、.5中心架架体以及中心架上顶盖总体尺寸设计224.6 V型块总体设计尺寸224.7压板的总体设计尺寸23参考文献23前 言目前普通车床是切削加工中最常用的一种机床，其历史很悠久，应用很广，在金属切削中，车削加工大概占全部机械加工的40%60%。电子技术的飞跃式的发展，各种新工艺方法的出现等现状，对普通车床的发展产生了很大的影响, 目前世界各个国家的普通车床生产数量都有下降的趋势。 因此普通车床在以后机械行业发展中需要作出一些调整。车床是加工回转类零件的主要设备，而中心架是车床在加工过程中的一个重要的辅助部件。在车床加工细长的轴类零件时，为了保证工件的加工质量，需要使用中心架进行辅助加工。传统中
3、心架在设计过程中存在许多问题，比如：卡爪容易磨损，效率低，操作比较繁琐，寿命短，在零件加工的过程中中心架可能会受力不均而受到损坏，从而对机床的精度产生影响，对加工工人的人身安全产生威胁等等。第一章 绪论车床加工长轴类零件时会采用一些机床功能部件，以提高零件加工刚性，中心架就是数控车床加工长轴类零件的专用部件，中心架的种类很多，有自定心的、专用圈式的、手动的等。而手动中心架是长轴类经济型数控车床所必备的部件，性价比较高。主要零件包括:中心架支架、中心架体、球形螺栓、轴、套、锁紧块、压板等。1.1.1车床的发展趋势随着科学技术的发展，车床在机械行业中占比非常高，同时它的作用也是非常大的。在不同的工
4、作环境中，车床的种类也不一样，加工的零件也是不一样的。车床的工作原理：主运动是工件的回转，进给运动是车刀的移动。近几年来，由于电子技术发展速度非常快，车床发展速度也非常快，已经进入了自动化时代。车床的发展历程:车床的第一发展阶段：普通车床。人类由手工作业时代进入机械时代，普通车床由此诞生，也就是人类在机械时代的第一种种类的车床。普通车床能够适应的工作环境的范围比较广，所以在机械加工中是采用最普遍的车床类型。普通车床在每个学校的应用也相当普遍，用来培养机械操作人才，普通车床由于车床自身加工出零件，原理比较简单，学生很容易理解并且掌握其中的要领，通过长期的锻炼可以熟练地加工出工件并能达到图纸上的精
5、度要求。经常接触的话，操作人员就慢慢地积累到越来越多的工作经验，也就能够熟练地使用卧式车床在更短的时间内加工出类型更多、精度更高的零件。普通车床的操作具有一定的危险性，因此车床的操作人员需要要经过严格的培训，才能上车床动手进行操作。 数控车床是车床的一个飞跃式发展阶段。近些年来，随着数字技术的发展，人们对该技术加以应用，制造出了数控车床，可以说是机床行业的一次重大突破。数控车床的定义：运用数字技术使车床自动控制它的工作流程，从而生产出需要加工的零件。相对于普通车床来说，数控车床精度更高，自动化的程度也更高，操作起来也更加的方便，容易上手。操作人员只需要将工件的加工程序导入到车床的控制面板中，通
6、过对车床加工过程的模拟，来检测程序是否正确，然后再开始进行工件的加工。普通车床与数控车床都是机械加工中重要的车床设备，两者都有各自的优势和缺点。当我们需要小批量并且加工精度不高的零件时，可以选择普通车床，普通车床相对于数控车床来说容易维修，购买的价格也便宜很多。但是对于操作人员来讲要求会更高，也会更危险。数控车床则比较适用于批量生产，所生产出来的零件精确度相对于普通车床来说比较高。但是数控车床的价格较高、维护更困难，生产成本也高。1目前来说，切削加工中最常用的机床就是普通车床，它的历史很悠久，应用很广，在金属切削中，车削加工大概占全部机械加工的40%60%。电子技术的飞跃式的发展，各种新工艺方
7、法的出现等现状，对普通车床的发展产生了很大的影响, 目前世界各个国家的普通车床生产数量都有下降的趋势。2 因此普通车床在以后机械行业发展中需要作出一些调整。例如车床在进行加工的过程中，因为进行高速切削，所以单位时间内产生的切屑量会越来越多，消耗的切削油也越多。因此普通车床以后的发展方向：需要提高切削的速度，提高其自动化的程度，提高床身刚度，采取模块化设计，加强安全保护措施，降低车床噪声等。相对于普通车床而言，数控车床具有优势，也有它的不足之处。优势就是自动化程度相对较高，工人操作难易程度降低。3随着时间的转移，各项技术的进步，不同行业对数控机床的需求越来越大，数控机床需要不停地发展来更适应生产
8、加工过程的需要。“十二五”是国产数控机床发展的一个新的机遇时期，全世界已经走出金融危机造成的经济最困难时期，由于国内的需求较大，拉动了数控机床飞速发展，效果非常明显。“高挡数控机床与基础制造设备”科技重大专项已全面启动和实施。高度，高精，智能，开放，网络，高柔性，绿色化是当前数车的发展趋势。4车床在加工长轴的时候，就需要使用卡盘顶尖，跟刀架进行装夹，或者两端都用顶尖，跟刀架进行装夹。在加工阶台轴时（如车床主轴），就要使用卡盘、中心架联合进行装夹。用装夹工具可以保证装夹刚度以及保证工件的加工质量，在加工中可以加大切削用量，即提高了生产效率。5因此中心架在车床加工细长轴类零件过程中不可或缺，中心架
9、的现实需求是非常大的。第二章 中心架的简介2.1传统中心架的简介在机床附件当中，中心架是加工较长工件必不可少的选择。中心架在选择当中一般有两种形式，一种为可编程液压中心架，一种为手动中心架。可编程液压中心架的自动化程度高，可以在加工程序中按照加工内容、加工顺序编入加工的步骤，达到程序化自动加工。可编程液压中心架多使用在小批量复杂零件的生产，可实现在一次装夹中完成除夹持的部分外其余的全部加工，这种液压中心架多使用在车铣复合加工中心类机床；手动中心架一般使用在批量比较大，分步加工的场合，由于工件多次装夹，中心架起到长工件一头在装夹过程中支撑定心的作用，液压中心架由于结构的问题，起不到这个作用，所以
10、手动中心架多用在数控车床上。7中心架为液压自定心和手动中心架两种，机床配置该中心架定心精度高、可靠性好、寿命长。中心架的结构形式，其结构形式大致可以分为闭式中心架，开式中心架如图5所示和专用中心架。 （a） （b）图2-1 （a）：闭式中心架 （b）：开式中心架2.1.1传统中心架的构造传统中心架一般由机架，顶盖，压板，轴，套，锁紧板，安装板等零件构成。机架，顶盖，压板，安装板，锁紧板一般采用的是铸造件，结构复杂，形状与零件相近，切削加工工作量大大减少，同时节省了大量材料。轴和套一般采用45钢（优质碳素结构钢），综合力学性能好，容易加工。2.1.2传统中心架的工作原理采用一夹一顶中心架辅助加工
11、，即用卡盘夹紧工件的一端，工件另一端使用顶尖顶住，中间使用中心架支撑。2.1.3传统中心架的使用方法将中心架与床面固定在一起，将压板与中心架的主体座用螺栓进行连接并且固定在床面上。中心架上顶盖和中心架架体用销进行连接，中心架的上顶盖可以根据需要随时打开或者关闭，可以用螺钉来进行固定。为了使用不同大小的工件，可以调整支撑爪的位置，采用螺钉将支撑爪进行紧固。先用卡盘固定好工件的一端，将事先打好中心孔的一端用顶尖进行装夹。可以预先车削一段毛坯（留有总够的加工余量），将中心架的支撑爪装夹在车的那段工件直径上。使用中心架之前，首先得固定中心架，打开中心架上顶盖，将工件放入中心架，随后关闭上顶盖并且锁紧。
12、然后调整三个支撑爪以使其均匀地接触在工件上，再使用螺钉对支撑爪进行手动锁紧。根据不同直径的工件可以通过轴套内的螺纹传动来调整。中心架通过压板与床身进行锁紧，从而对工件进行加工。2.1CA6140中心架的简介2.2.1CA6140中心架的构造及工作原理本课题设计的CA6140中心架由中心架支架、中心架体、安装板、球形螺栓、轴、套、锁紧块、压板、V形块等零件构成。 CA6140中心架工作原理：CA6140中心架也是采用一夹一顶中心架辅助加工，即工件的一端用车床卡盘夹紧，用顶尖顶住工件的另一端，中间使用中心架支承。2.2.2CA6140中心架的使用方法将中心架固定在床面一定位置处，采用锁紧压板与与床
13、面锁紧。中心架上顶盖与架体采用销钉连接，在使用时可以根据实际需求打开或者关闭，使用球形螺栓进行固定。采用滚轮与工件直接接触，通过轴套与手柄的相对运动，实现对不同加工工件直径的调整，采用螺钉来紧固四个滚轮。在加工细长类工件之前，工件一端使用三爪卡盘进行夹紧。另一端需要提前打中心孔，以方便顶尖装夹，从而实现一夹一顶加工。将中心架滚轮装在工件时，其直径必须大于工件的毛坯直径，通过V形块的自定心原理对工件进行自动定心。然后将上顶盖与中心架体通过球形螺栓进行锁紧。在工件加工过程中需要观察中心架的四个滚轮是否跟着工件同时旋转。在确定中心架的具体位置时，要考虑是否具有足够的刚度来进行工件的加工。若采用后顶尖
14、来装夹，中心架支承位置最好是采用工件的中部。若加工端面或者内孔的时候，就需要接近工件端部作为中心架支承位置。2.2.3CA6140中心架的优缺点中心架通常是固定在机床的导轨上，中心架的支撑爪应该卡在工件中部外圆柱面上。磨削内孔和阶梯轴一般采用闭式的中心架，磨削长轴，丝杆以及曲轴颈一般采用开式的中心架。在对零件外圆进行加工时，闭式中心架由于刀具不能越过中心架，不能对零件外圆进行连续加工，开式中心架存在一个无法准确定心的问题。定心不准确同样会引起精度的不足。8传统车床中心架的优点: 结构简单、使用方便等,但经实际使用表明尚存不足: 911(1)需要进行人工调整，使3 个支撑点进行对中，加工效率低;
15、 (2)工件与支撑块之间直接接触属于滑动摩擦，容易磨损，寿命短; (3)3个圆柱支撑爪，属于悬臂结构，刚度比较差，容易产生振动。 (4)安全性差。传统的中心架只靠一个紧定螺钉来锁紧，夹紧不可靠。容易发生安全事故。普通车床中心架的顶块组件部分如图1 所示, 其作用是支撑在车床上加工的悬臂较长的轴类零件. 加工时中心架上的3 块顶块与工件直接接触, 该形式不适用于精加工工序应用。如曲轴精磨以后的精车法兰盘工序就属于这种情况, 此时工件高速旋转, 加上由于切削力的作用, 3 块支撑爪与精磨后的主轴颈表面接触, 造成零件加工表面磨损与划伤. 此外, 由于接触面处的温度急剧升高造成工件表层组织的变化。 为解决以上问题, 曾将顶块的材料由45 钢用铜或尼龙棒代替, 但磨损较快, 浪费较大。如图2-2所示图2-2：传统支撑块经过分析认为: 造成以上弊病的原因是由于顶块与工件表面间的摩擦性质决定的, 此时的顶块与工件表面间的摩擦是滑动摩擦, 可能会是工件加工好的表面发生磨损或者温度升高。 因为这个原因，将之前的支撑爪改为滚轮支撑，改变了与工
