C616车床尾座精度设计与检测.docx
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C616车床尾座精度设计与检测
南阳理工学院
本科生毕业设计（论文）
学院（系）：
机电工程系
专业：
机械设计制造及其自动化
学生：
指导教师：
绳飘
完成日期年月
南阳理工学院本科生毕业设计（论文）
C616车床尾座精度设计与检测
C616LatheTailstockPrecisionDesignandTesting
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南阳理工学院本科毕业设计（论文）
C616车床尾座精度设计与检测
C616LatheTailstockPrecisionDesignandTesting
学院（系）：
机电工程系
专业：
机械设计制造及其自动化
学生姓名：
学号：
指导教师（职称）：
绳飘（讲师）
评阅教师：
完成日期：
南阳理工学院
NanyangInstituteofTechnology
C616车床尾座精度设计与检测
机械设计制造及其自动化专业张才骞
[摘要]车床尾座的作用主要是以顶尖顶持工作，并承受切削力，尾座顶尖与主轴顶尖有严格的同轴度要求，但在加工和装配过程中会不可避免地出现误差，若误差过大，则会影响车床的零件加工质量。
本文结合C616车床尾座各零件的作用和特点，按照尺寸精度设计的内容对各零件间相互关系进行了精度设计，又对相应的零件设计出了具体的检测方法。
从而确保车床尾座能满足各种条件的使用要求。
[关键词]车床尾座；精度设计；检测
C616LatheTailstockPrecisionDesignandTesting
MechanicalDesign,ManufacturingandAutomationMajorZHANGCai－qian
Abstract:
Theroleoflathetailstockcametoworkmainlyrooftop,andbearthecuttingforce,tailstockspindletopandtopwithstrictconcentricityrequirements,butintheprocessofmachiningandassemblyerrorswillbeinevitableiftheerroristoolargewillaffectthequalityoflathemachiningparts.Inthispaper,c616LatheTailstocktheroleandcharacteristicsofvariousparts,inaccordancewiththedimensionalaccuracyofthecontentsofthedesigninteractionsbetweenthevariouspartswereprecisiondesignofthecorrespondingpartsofthedesignspecificdetectionmethod.Lathetailstocktoensureconditionsofusecansatisfytherequirement.
Keywords:
lathetailstock;precisiondesign;testing
1引言1
2C616车床尾座精度设计1
2.1车床尾座零件的分析2
2.1.1丝杆2
2.1.2螺母2
2.1.3顶尖套筒3
2.2公差与配合的选用3
3C616车床尾座精度检测6
3.1丝杆的精度检测6
致谢16
1引言
机械产品的精度和使用性能在很大程度上取决于机械零部件的精度及零部件之间结合的正确性。
机械零件的精度是零件的主要指标之一。
因此，零件精度设计在机械设计中占有重要地位。
机械零件精度设计就是根据零件在机构和系统中的功能要求，合理地确定装配图中配合尺寸的配合代号、零件各要素的尺寸精度、形状和位置精度以及表面粗糙度参数值。
[1-5]
C616型车床尾座属于中等精度，多小批量生产。
尾座的作用主要是以顶尖顶持工作，并承受切削力，尾座顶尖与主轴顶尖有严格的同轴度要求，但在加工和装配过程中会不可避免地出现误差，若误差过大，则会影响车床的零件加工质量。
因此，对车床尾座在加工和装配过程中给定合理的尺寸精度要求非常重要。
为了满足机械产品的功能使用要求，在正确合理地完成了可靠性、使用寿命、运动精度等方面的设计以后，还须进行加工和装配过程的制造工艺设计，即确定加工方法、加工设备、工艺参数、生产流程及检测手段。
其中，特别重要的环节就是质量保证措施中的精度检验。
“检测”就是确定产品是否满足设计要求的过程，即判断产品合格性的过程。
2C616车床尾座精度设计
2.1C616车床尾座的分析
1．功能的分析
C616车床尾座的作用主要是以顶尖顶住工件或安装钻头、铰刀等，车削工件时承受大的切削力。
顶尖既能灵活伸缩，又能精确定位。
2．技术要求分析
见上图C616车床属中等精度、多属小批量生产的机械。
为了保证车削工件时有较高的尺寸精度和形位精度，要求尾座与主轴严格同轴，要求顶尖不能有明显的摇晃和扭动。
为适应不同长度的工件，尾座要能沿床身导轨移动。
移动到位后，扳动扳手11，通过偏心轴12使拉紧螺钉13上提，再由连接件18上的杠杆15，通过小压块16、压块22使压板17紧压床身，从而固定尾座位置。
转动手抡9，通过丝杆5，可推动螺母6连带顶尖套筒3和顶尖1沿轴向移动（由定位块4导向），以顶住工件。
扳动小扳手21，通过螺杆20拉紧夹紧套19，可紧抱顶尖套筒（转动手轮前要先松开小扳手21），从而使顶尖位置固定。
根据以上要求确定C6132车床尾座有关部位的配合选择。
车床尾座装配图
2.2公差与配合的选用
1选择基准制[1-7]
（1）顶尖套筒3的外圆柱面与尾座体2上Φ60孔的配合结构无特殊要求，优先采用基孔配合制，即尾座体2上孔的基本偏差代号为H。
（2）螺母6与套筒3上Ф32内孔的配合结构无特殊要求，优先采用基孔配合制，即套筒3内孔的基本偏差代号为H。
（3）套筒3上长槽与定位块4侧面的配合是按定位块的宽度是按平键标准，为基轴制配合，偏差带号为h。
（4）定位块4与尾座体Ф10孔的配合结构无特殊要求，优先采用基孔配合制，即尾座体上的孔的基本偏差代号为H。
（5）后盖8凸肩与尾座体2上Φ60孔的配合结构无特殊要求，优先采用基孔配合制，即后端盖8凸肩的基本偏差代号为H。
（6）丝杆5的轴颈与后盖8上Ф20内孔的配合结构无特殊要求，优先采用基孔配合制，即后盖内孔的基本偏差代号为H。
（7）丝杆5轴端与手轮9上Ф18孔的配合结构无特殊要求，优先采用基孔配合制，即手轮孔的基本偏差代号为H。
（8）偏心轴10与扳手11孔的配合结构无特殊要求，优先采用基孔配合制，即扳手孔的基本偏差代号为H。
（9）偏心轴10两轴颈与尾座体2上Ф18各Ф35两支承的配合无特殊要求，优先采用基孔配合制，即尾座体2的基本偏差代号为H。
（10）偏心轴10偏心圆柱面与拉紧螺钉12的配合无特殊要求，优先采用基孔配合制，即尾座体2的基本偏差代号为H。
2确定公差等级[1-7]
（1）根据参考文献[5]表3-7（各个公差等级的应用范围）和3-8（配合尺寸5-12级的应用）,又考虑工艺等价原则，选择尾座体2上孔的公差等级为IT6，顶尖套筒3外圆柱面公差等级为IT5。
（2）根据参考文献[5]表3-7（各个公差等级的应用范围）和3-8（配合尺寸5-12级的应用），又因它是普通机床的主要配合部位，应选择套筒孔公差等级为IT7，螺母6外圆柱面公差等级为IT6。
（3）根据参考文献[5]表3-7（各个公差等级的应用范围）和3-8（配合尺寸5-12级的应用），此处配合仅起导向作用，不影响机床加工精度，属一般要求的配合，定位块侧面的公差等级可选用IT9，套筒3的上长槽的公差等级为IT10。
（4）根据参考文献[5]表3-7（各个公差等级的应用范围）和3-8（配合尺寸5-12级的应用），此处要求的精度不高，尾座体2上的孔的公差等级为IT9，定位块的公差等级为IT8。
（5）根据参考文献[5]表3-7（各个公差等级的应用范围）和3-8（配合尺寸5-12级的应用），以及考虑加工高精度孔与轴的工艺等价原则，应选择尾座体2上Φ60孔公差等级为IT6，后端盖8凸肩公差等级为IT5。
（6）根据参考文献[5]表3-7（各个公差等级的应用范围）和3-8（配合尺寸5-12级的应用），根据丝杆在传动中的作用，该配合为重要的配合部位，应选内孔公差等级为IT7，考虑加工孔、轴的工艺等价性，选用丝杆轴颈为IT6。
（7）根据参考文献[5]表3-7（各个公差等级的应用范围）和3-8（配合尺寸5-12级的应用），以及考虑加工高精度孔与轴的工艺等价原则，选择手轮Ф18孔的公差等级为IT7，丝杆的公差等级为IT6。
（8）根据参考文献[5]表3-7（各个公差等级的应用范围）和3-8（配合尺寸5-12级的应用），以及考虑加工高精度孔与轴的工艺等价原则，选择扳手Ф19孔的公差等级为IT7，偏心轴的公差等级为IT6。
（9）根据参考文献[5]表3-7（各个公差等级的应用范围）和3-8（配合尺寸5-12级的应用），以及考虑加工高精度孔与轴的工艺等价原则，选择尾座体Ф18和Ф35孔的公差等级为IT8，偏心轴的公差等级为IT7。
（10）根据参考文献[5]表3-7（各个公差等级的应用范围）和3-8（配合尺寸5-12级的应用），以及考虑加工高精度孔与轴的工艺等价原则，选择尾座体Ф26孔的公差等级为IT8，偏心轴的公差等级为IT7。
3选择配合[1-7]
（1）由于车床工作时承受较大的切削力，要保证顶尖高的精度，顶尖套筒的外圆柱面与尾座体上Φ60孔的配合是尾座上直接影响使用功能的最重要配合。
套筒要求能在孔中沿轴向移动，并且移动时套筒（连带顶尖）不能晃动，否则会影响工作精度。
另外移动速度很低，又无转动，所以应选高精度的小间隙配合。
根据参考文献[9]，选择顶尖套筒的外圆柱面的基本偏差代号为h。
故顶尖套筒的外圆柱面与尾座体上Φ60孔的配合为Φ60H6/h5。
（2）由于螺母零件装入套筒，靠圆柱面来径向定位，然后用螺钉固定，为了装配方便，应该没有过盈，但也不允许间隙过大，以免螺母在套筒中偏心，影响丝杆移动的灵活性。
根据参考文献[9]，选择相配件螺母外圆柱面基本偏差代号为h。
因此，外圆柱面与套筒内孔Φ32的配合为Φ32H7/h6。
（3）定位块的侧面对套筒起导向作用，考虑长槽与套筒轴线有歪斜，故采用较松配合。
根据参考文献[9]，选择长槽的基本偏差代号为D。
故套筒3上长槽与定位块4侧面的配合为Φ12D10/h9。
（4）定位4应在套筒3的长槽内装配方便，其中轴应能在Ф10孔内稍作回转，应有一定的间隙。
根据参考文献[9]，选择轴的基本偏差代号为h。
故定位块与尾座体Ф10孔的配合为Φ10H9/h8。
（5）后盖8要求可沿径向挪动，以补偿其与丝杆轴装配后可能产生的偏心误差，从而保证丝杆转动的灵活性。
这里需用小间隙配合，因尾座体孔与套筒3已选定为Φ60H6/h5，故这里孔的公差带仍用Φ60H6。
又因配合长度很短，装配时，此间隙可使后盖窜动，以补偿偏心误差，使丝杠轴能够灵活转动。
根据参考文献[9]，选择后盖凸肩的基本偏差代号为js。
故后端盖8凸肩与尾座体2上Φ60的配合为Φ60H6/js5。
（6）要求丝杆能在后盖孔中低速转动，间隙应比只有轴向移动稍大。
根据参考文献[9]，选择丝杆轴颈的基本偏差代号为g。
故丝杆5的轴颈与后盖8内孔的配合为Φ20H7/g6。
（7）手轮通过半圆键带动丝杆一起转动，选择配合应考虑拆装方便并避免手轮在该轴端上晃动。
根据参考文献[9]，选择丝杆的基本偏差代号为js。
故丝杆5轴端与手轮9上Ф18孔的配合为Φ18H7/js6
（8）两件上备装销钉的小孔在装配时配作。
配钻前，要紧定尾座的位置来调整扳手11的方向，此时偏心轴的应处于偏心向上的位置。
这样在装配时两者要能作相对的回转，其配合应有间隙但无需过大。
根据参考文献[9]，选择偏心轴的基本偏差代号为h。
故偏心轴10与扳手11上Φ19的配合为Φ19H7/g6
（9）偏心轴要能顺利回转，同时补偿偏心轴两轴颈与两支承孔的同轴度误差，故应分别用较大间隙的配合。
根据参考文献[9]，选择偏心轴的基本偏差代号为d。
故偏心轴10两轴颈与尾座体2上Ф18和Ф35两支承的配合为Ф18H8/d7和Ф35H8/d7。
（10）此处的功能同（9），故偏心轴10偏心圆柱面与拉紧螺钉12的配合为Ф26H8/d7。
依据上述方法
（11）杠杆14上Ф10孔与小压块16的配合，只要求装配方便，且在装拆后不易掉出，故选用间隙很小（少数情况下可略有过盈）的配合Ф10H7/js6。
（12）压板18上Ф18孔与压块17的配合，要求同（11），选Ф18H7/js6。
（13）底板13上Ф32孔与件拉紧螺钉的配合，要求在有横向推力时不松动，装配时可用锤击，选Ф32H7/n6。
（14）夹紧套20与尾座体2上Ф32孔的配合，当扳手松开后，夹紧套应能很容易地退出，不与套筒3接触，故应选用间隙较大的配合Ф32H8/e7。
（15）小扳手21上Ф16孔与螺杆的配合，二者用半圆键联结，功能与（7）相近，但二者要求能在较小范围内一起回转，故间隙可稍大于（7），选用Φ16H7/h6。
2.3零部件精度的确定
2.3.1丝杆
1.一般车床尾座丝杆只用作推动顶尖与套筒作轴向滑动，对传动精度要求不高，且不需表示位移量，故不用象车床中其他传动丝杆那样规定精度等级，只需按GB5796.4–1996《梯形螺纹公差》规定公差。
[1-3]
按中等精度和中等旋合长度N，选用中径公差带为7h，查表知牙顶间隙为0.25，直径公差及表面粗糙度Ra值见图标注。
[5-7]
2．半圆键轴槽宽公差带按一般联结取N9，对称度公差取12
（精度8级）。
[1-6]
丝杆
2.3.2螺母
1．和丝杆一样按GB5796.4–1996规定公差，从表5-3中按中等精度和中等旋合长度N查得中径公差带为7H，直径公差及表面粗糙度Ra值见图标注。
[5-7]
螺母
2.Ф58台肩面为螺母安装基准，故应以Ф32h6的轴线为基准规定垂直度公差，可用端面圆跳动代替，公差值取30
（精度7级）。
[1-6]
2.3.3顶尖套筒
1．顶尖套筒外径与尾座体上Ф60孔的配合要求很严，如有晃动，将直接影响车床的加工精度。
因此除采用包容原则（标注Ф60h5
）外，还对圆柱度作进一步要求，采用7级公差，查表知为8
。
[1-3]
2．Ф32H7孔是螺母6的定位孔。
由于丝杆还通过后盖8联接在尾座体2上，故套筒上Ф32H7孔对其与尾座体孔配合的Ф60h5外圆柱面，应有同轴度要求，否则将影响丝杆转动的灵活性与平衡性。
为了检测方便，这里是规定同轴度误差，故选用比较一般的8级精度公差，查表为30
。
[5-7]
顶尖套筒
3．莫氏锥度孔：
莫氏锥度孔用锥度量规检查，接触面积不少于80%，表面粗糙度Ra值取0.8
。
莫氏锥度孔与Ф60h5轴线同轴，取同轴度公差为5级，公差值8
。
考虑到检查方便，一般用锥度心轴插入锥孔，检查其径向圆跳动。
在靠近端部处径向圆跳动值不得大于8
，由于轴线可能歪斜，在离端部300mm处检测径向圆跳动值不得大于20
。
[9]
4．定位槽宽按表6-3，选用“较松联结”，公差带为12D10。
对称度公差为20
（精度8级）。
[5-7]
5．表面粗糙度要求Ф60h5外圆柱面及顶尖的4号莫氏锥孔要求高，Ra值取0.8
，其次为安装螺母的Ф32H7孔表面，Ra值取1.6
。
[9]
3c616车床尾座精度检测
制成的零件时否满足要求，要通过检测才能判断。
检测包含检验与测量。
几何量的检测是指确定零件的几何参数是否在规定的极限范围内，并作出合格性判断，不一定得出被检测量具体数值。
测量是将被测量的量与一个作为计量单位的标准量进行比较，以确定被测量具体数值的过程。
检测不仅用来评定产品合格与否，还用于分析产生不合格的原因、改进生产工艺过程、预防废品产生等。
事实证明，产品质量的提高，除了需要设计和加工精度的提高外，还必须依靠检测精度的提高。
3.1丝杆的精度检测
1.Φ20g6的尺寸检测
a）确定安全裕度A和计量器具不确定度允许值U1
根据参考文献[5]表3-9[安全裕度（A）与计量器具的测量不确定度允许值（U1）]查得：
T=0.013mmA=0.0013mmU1=0.0012mm
b）选择计量器具
根据参考文献[5]表3-11（比较仪的不确定度）中查得工件尺寸20mm属于0－25mm的尺寸段，又查得分度值为0.001mm的比较仪，其不确定度U=0.0010mmc）确定验收极限
上验收极限=20-A=19.9987mm
下验收极限=20-T+A=19.9883mm
检测设备：
立式光学比较仪
检测方法：
（1）根据被测零件形状选择测头，由于被测件是圆柱面，所以选用球面工件；
（2）按被测工件的外径的基本尺寸组合量块，为减少误差，试验时选择两块量块组合即可；
（3）调整仪器零位；
（4）测量工件，将工件轻轻放到工作台上，并在测头下来回移动，按试验规定的部位进行测量，并记录测量结果；
（5）合格性判断，按照零件图样所规定的尺寸公差和形位公差，判断零件的合格性。
只要测得零件的尺寸在19.9883到19.9987之间证明即为合格。
2.Φ18js6的尺寸检测
a）确定安全裕度A和计量器具不确定度允许值U1
根据参考文献[5]表3-9[安全裕度（A）与计量器具的测量不确定度允许值（U1）]查得：
T=0.011mmA=0.0011mmU1=0.0017mm
b）选择计量器具
根据参考文献[5]表3-11（比较仪的不确定度）中查得工件尺寸18mm属于0－25mm的尺寸段，又查得分度值为0.001mm的比较仪，其不确定度U=0.0010mmc）确定验收极限
上验收极限=18-A=17.9989mm
下验收极限=18-T+A=17.9901mm
检测设备：
立式光学比较仪
检测方法：
同上。
只要测得零件的尺寸在17.9989到17.9901之间证明即为合格。
3．Φ18上键槽宽5N9的尺寸检测
a）确定安全裕度A和计量器具不确定度允许值U1
根据参考文献[5]表3-9[安全裕度（A）与计量器具的测量不确定度允许值（U1）]查得：
T=0.03mmA=0.003mmU1=0.0027mm
b）选择计量器具
根据参考文献[8]表5-17（用万能测长仪测量轴承内径）中查得可用万能测长仪测量：
在1－200mm的尺寸段，查得分度值为0.001mm，其不确定度U=0.001mmc）确定验收极限
上验收极限=5-A=4.997mm
下验收极限=5-T+A=4.973mm
测量步骤：
（1）按被测孔径的尺寸组合量块，用量块组调整仪器零位或用仪器所带的标准环调零；
（2）将被测工件安装在工作台上，并用压板固定；
（3）松开测量轴固定螺钉，按上述方法调整万能工作台，使工件处于正确位置，从读数显微镜中读数；
（4）重复步骤（3），记录每次测量结果；
（5）进行等精度多次测量的人工数据处理，判断被测孔径的合格性。
只要测得零件的尺寸在4.993到4.997之间证明即为合格。
4．Φ18js6键槽对称度为0.012的检测
根据参考文献[10]表13-13（对称度误差的检测）用V形块和定位块测量面对线对称度误差的方法。
采用的量仪：
形块、定位块、平板、带指示计的测架。
使用说明：
基准轴线由V形块模拟；被测中心平面由定位块模拟。
测量步骤：
a）调整被测件，使定位块沿径向与平板平行。
测量定位块与平板之间的距离。
b）再将被测件转过180度后，并在同一剖面上重复上述测量。
c）设测量所得的该剖面上下二对应点的读数差的最大值为m,则该剖面的对称度误差为：
式中：
R——轴的半径;h——槽深；d——轴的直径。
d）沿键槽长度方向测量，取长向两点的最大读数差为长向对称度误差：
e）取两个方向误差的最大值作为该零件的对称度误差。
5．丝杆表面粗糙度的检测
将丝杆进行定位,测量时,将金刚石针尖和被测轴被测轴需进行检测的各轴段表面接触,当针尖以一定的速度沿着被测表面的微小峰谷,使触针水平移动的同时还沿轮廓的垂直方向上下运动.触针的上下运动通过传感器转换为电信号,并经过计算加以处理,然后对实际轮廓的仪器上的记录进行分析计算,或直接从仪器的指示表中获得Ra值，然后与图纸上零件图上所标注的粗糙度值进行比较，判断零件的粗糙度是否合格。
6．Tr18×4LH-7h螺纹的检测
根据参考文献[10]知丝杆的检测：
（1）小径的测量
用影像法测量：
a）把丝杆装夹在仪器两顶尖间；
b）将显微镜立柱倾斜一个螺纹升角a，螺纹升角a按下式计算：
式中n——被测螺纹头数
P——被测螺纹螺距（mm）
d2——被测螺纹中径（mm）
c）调整焦距，使目镜中观察到的牙形两侧的影像都很清晰；
d）测量时，使测角目镜米线中间横线与小径处的直线与圆弧的连接点重合，如图所示。
并记下横向读数。
然后横向移动工作台（或立柱），使米字线中间横线再与相对的另一面小径处的圆弧起点重合，记下第二次横向读数。
e）两次读数之差，即为被测螺纹的小径尺寸。
影像法测量小径影像法测量大径影像法测量中径
（2）大径的测量
用影像法测大径，如图所示，测量方法与测小径相同。
（3）中径的测量
用影像法测中径，如图所示，测量方法与测小径相同，为了削除安装时螺纹轴线与横向移动方向不垂直而引起的测量误差，应对螺纹牙型左、右两侧各测量一次中径，取其算术平均值作为实际中径，即
（4）牙型角的测量
丝杆牙型角可用样板以光隙法测量，也可用游标万能角度尺直接测量，还可以应用万能或大型工具显微镜以影像法测量，其测量方法与圆柱外螺纹牙型角测量方法相同。
（5）螺纹和螺距累积误差的测量
用螺距仪直接测量
测量方法：
a）测量前，先用标准丝杆对螺距仪进行调整：
将螺距仪放在标准丝杆上，根据所跨螺距数对好指示表零位。
b）测量时，将调整好的螺距仪放到丝杆上，指示表上的读数，即为n个螺距的偏差。
（6）螺旋线误差的测量
螺旋线误差的间断测量可以用万能工具显微镜进行，
测量方法：
a）将被测丝杆支承在万能工具显微镜的V形架上，丝杆一端套上一多面棱体，用准直光管定位；丝杆另一端套上一平行平晶，用测微表进行轴向定位；
b）选择测量点数和圈数，被测丝杆在一转范围内，测量点数为8点，并且通常要测量3圈以上；
c）计算出被测丝杆的转角和相应的轴向距离；
d）用分度头或多面棱体按测点进行分度，丝杆每转过一定的角度，由万能工具显微镜用轴切法或干涉法测出与转过角度相应的轴向距离，
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