【文章编号】１００７－９４６７（２００７）０５－０１０５－０３ 机床铸造车间设计■任永明（机械工业第一设计研究院，安徽蚌埠２３３０１７） 【摘要】介绍了一个年产１５０００ｔ高档机床铸件车间的设计过程，重点分析车间设计的要点，各生产工序的关系、总体布局和主要设备的选择。 【关键词】机床铸件；树脂砂；铸造车间 【中图分类号】ＴＢ４９１；ＴＵ２７４【文献标志码】 ＤｅｓｉｇｎｏｆｅｎｇｉｎｅｂｅｄＦｏｕｎｄｒｙ ＲＥＮＹｏｎｇ－ｍｉｎｇ （ＦｉｒｓｔＤｅｓｉｇｎ＆ＲｅｃｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＭＩ，Ｂｅｎｇｂｕ２３３０１７，Ｃｈｉｎａ）【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈｅｄｅｓｉｇｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆａｆｏｕｎｄｒｙｙｅａｒｌｙｐｒｏｄｕｃｅｓ１５，０００ｔｏｎｕｐｓｃａｌｅｅｎｇｉｎｅｂｅｄｃａｓｔｉｎｇ，ａｎａｌｙｚｅｄｐｒｏｄｕｃｔｃｌａｓｓｏｆｔｈｅｗｏｒｋｓｈｏｐｗｉｔｈｅｍｐｈａｓｉｓ，ｍａｉｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔｃｈｏｉｃｅａｎｄｏｖｅｒａｌｌｌａｙｏｕｔ．Ｔｈｉｓｗｏｒｋｓｈｏｐｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔｓｅｒｖｉｃｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈｅｄｅｓｉｇｎｉｓｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌ． 【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ】ｅｎｇｉｎｅｂｅｄｃａｓｔｉｎｇ；ｒｅｓｉｎｓａｎｄ；ｆｏｕｎｄｒｙ １设计任务 某机床铸造车间年产机床铸件１５０００ｔ，产品主要为各种机床厂配套及出口；主要铸件为床身、工作台、升降台。最大件４５９０×１２５０×７１０ｍｍ（长×宽×高），７４００ｋｇ。材料为高强度孕育铸铁。 ２机床铸件生产的特殊性 １）ＨＴ３５０高强度孕育铸铁，具有良好的精度稳定性，抗压强度和减震性，高的弹性模量和耐磨性。 ２）单件小批量生产方式；大型铸件多采用地坑造型，床身等箱体类铸件大量采用组芯生产。 ３）外形多箱形，易产生应力，不宜上落砂机振动落砂。 ４）铸件的重量、尺寸差别大，生产组织复杂。其中，工作台铸件由于长宽比大，要特别关注生产的特殊性。 ３车间设计要点 １）熔化方式必须使铁液出炉温度达到１４７０℃￣１５２０℃，能够可靠加大炉料组成中废钢比例（质量分数达到４０％￣５０％），可灵活采用Ｃ－Ｓｉ，Ｃａ－Ｂａ和ＣａＭｎＳｉＢｉ系孕育剂等技术措施，多措施保证铸件的材质要求。能够适应不同重量铸件的生产，特别要满足大型铸件对铁液供应的要求。 ２）针对不同铸件的特点，具备包括地面有箱造型、地坑造型、简易造型线（小件）等多种造型方式；混砂机的配置与造型任务相适应。 ３）充分考虑组芯生产特点，组芯精度保证措施，对起吊设备的要求。 ４）砂芯的生产能力与造型能力的匹配问题要引起足够重视。由于机床铸件需要大量砂芯，仅考虑砂芯混砂能力是不够的，必须解决砂芯涂料、烘干、储存、转运等一系列问题；同时考虑制芯工序的机械化程度，提高生产效率和面积利用率。 ５）由于机床铸件大部分不宜上落砂机，在砂再生落砂机选择上要考虑落砂机台面尺寸与承载力的合理关系，做到大台面中等承载。 ６）重视各工序间的转运，包括熔化的铁液到合 ＭａｎｕｆａｃｔｕｒｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤｅｓｉｇｎ 制造工程设计 １０５
优秀设计 前言 CA6140车床是普通精度级万能车床，它运用加工各种轴类，套筒类和盘类零件上的回转表面，以及车削端面等，是应用最广泛的车床。 CA6140车床床身是机床的基础构件，机床的各个主要部件和零件都装在床身或床身的导轨上作相对运动。在切削中，刀具与工件的相互作用力传递到床身上而使床身变形 床身的变形和振动直影响到被加工零件的精度和表面粗糙度，因此，床身是车床上极为重要的一个部件。 而导轨，则是床身上极为重要的一个部分，床身上共有四条导轨，其中，有两条导轨是拖板用的导轨，另外两条导轨为尾座导轨，其作用为导向和承载，所以，以导轨要求有较高的的导向精度，结构简单，工艺好等特点。 本次的设计主要就是针对加工床身导轨而进行设计的，为了保证导轨的精度，降低工人的劳动强度，床身导轨的加工基准选用导轨本身即“自为基准”原则。本次设计的主要内容是设计一个调节装置，其作用就是在加工床身时对床身在空间的各个位置进行调节，限于目前的水平有限，希望各位老师给予指正。
第1章零件的分析 1.1零件的作用 题目所给的零件是CA6140机床床身，它是机床的基础构件。机床的各个主要部件和零件都装在床身上或在床身导轨上作相对运动。床身是机床的支承件，装左床腿和右床腿并支承在地基上。床身上安装着机床的各部件，并保证它们之间具有要求的相互准确位置。 在床身上安装有刀架、尾座、床头箱等零件。在切削中，刀具与工件相互作用力传递到床身上而床身变形，床身的变形和振动直接影响到被加工零件的精度和表面粗糙度。因此，床身是机床上极为重要的构件。 1.2 零件的工艺分析 该零件主要有四组加工表面，该三组加工表面都要求有较小的表面粗糙度值。现述如下： 1.2.1床鞍与床身的结合面。该平面是床鞍与床身的结合面，负责纵向进给运动。所以，要求该平面的表面粗糙度值不得超过1.6，以保证纵向进给的精度。 1.2.2导轨面。床身上有四条导轨，其中有两条上安装拖板，另两条安装尾架，导轨面是床身的的一个重要表面，刀架负责安装车刀，直接影响到工件的切削精度，尾座可以安装钻头进行钻削等工作，因此，要求导轨面有较小的表面粗糙度值和好的直线度，以保证零件的加工精度。 1.2.3床头箱的安装定位面。该平面主要安装床头箱，所以，要求该平面要较小的表面粗糙度和好的平面度。 1.2.4钻孔。该项加工主要包括钻床身的安装孔、齿条安装孔、床头箱安装孔。要求加工这些孔的时候，保证良好的位置精度，以保证安装时的顺利。
第三章典型部件设计 1.主轴部件应满足那些基本要求？ 答：主轴部件应满足的基本要求有旋转精度、刚度、抗振性、温升热变形和精度保持性等。主轴的旋转精度是指装配后，在无载荷、低速转动条件下，在安装工件或刀具的主轴部位的径向和轴向跳动。旋转精度取决于主轴、轴承、箱体孔等的制造、装配和调整精度。主轴部件的刚度是指其在外加载荷作用下抵抗变形的能力，通常以主轴前端产生单位位移的弹性变形时，在位移方向上所施加的作用力来定义，主轴部件的刚度是综合刚度，它是主轴、轴承等刚度的综合反映。主轴部件的抗振性是指抵抗受迫振动和自激振动的能力。主轴部件的振动会直接影响工件的表面加工质量，刀具的使用寿命，产生噪声。主轴部件的精度保持性是指长期地保持其原始制造精度的能力，必须提高其耐磨性。 2.主轴轴向定位方式有那几种？各有什麽特点？适用场合 答：（1）前端配置两个方向的推力轴承都分布在前支撑处；特点：在前支撑处轴承较多，发热大，升温高；但主轴承受热后向后伸，不影响轴向精度；适用场合：用于轴向精度和刚度要求较高的高精度机床或数控机床。 （2）后端配置两个方向的推力轴承都布置在后支撑处；特点：发热小、温度低，主轴受热后向前伸长，影响轴向精度；适用范围：用于普通精度机床、立铣、多刀车床。 （3）两端配置两个方向的推力轴承分别布置在前后两个支撑处；特点：这类配置方案当主轴受热伸长后，影响轴承的轴向间隙，为避免松动，可用弹簧消除间隙和补偿热膨胀；适用范围：用于短主轴，如组合机床。 （4）中间配置两个方向的推力轴承配置在前支撑后侧；特点：此方案可减少主轴的悬伸量，使主轴热膨胀后向后伸长，但前支撑结构复杂，温升可能较高。3.试述主轴静压轴承的工作原理 答：主轴静压轴承一般都是使用液体静压轴承，液体静压轴承系统由一套专用供油系统、节流器和轴承三部分组成。静压轴承由供油系统供给一定压力油，输进轴和轴承间隙中，利用油的静压压力支撑载荷、轴颈始终浮在压力油中。所以，轴承油膜压强与主轴转速无关，承载能力不随转速而变化。静压轴承与动压轴承相比有如下优点：承载能力高；旋转精度高；油膜有均化误差的作用，可提高加工精度；抗振性好；运转平稳；既能在极低转速下工作，也能在极高转速下工作；摩擦小，轴承寿命长。
机械制造装备设计 第一章、 机械制造及装备设计方法 第一节、概述 机械制造装备的发展趋势 1、向高效、高速、高精度方向发展 2、多功能复合化、柔性自动化 3、绿色制造和可持续发展 4、智能制造技术和智能化装备 第二节 机械制造装备应具备的主要功能 机械制造装备应具备的主要功能需满足以下几方面要求： 1、 一般的功能要求 2、 柔性化 3、 精密化 4、 自动化 一般的功能要求包括 （1）加工精度方面的要求 （2）强度、刚度和抗振性方面的要求 （3）加工稳定性方面的要求 （4）耐用性方面的要求 （5）技术经济方面的要求 第三节 机械制造装备的分类 机械制造装备的分类 1、加工装备（机床或工作母机） 2、工艺装备 3、 储运装备 4、辅助装备 加工装备包括：金属加工机床、特种加工机床、锻压机床、 冲压机床、注塑机、焊接设 备、铸造设备等。 金属切削机床可按如下特征进行分类： 1、按机床的加工原理分为：车床、钻床、镗床、纹加工机床、铣床、刨(插) 床、拉床、
切断机床和其它机床等。 2、按机床的使用范围分为： 通用机床：通用的金属切削机床可加工多种尺寸和形状的工件的多种加工面 专用机床：用于特定工件的特定表面、特定尺寸和特定工序加工的机床 专门化机床：用于对形状相似尺寸不同的工件的特定表面，按特定的工序进行加工3、机床按其通用特征可分为高精度精密、自动、半自动、数控、仿形、自动换刀、轻型、万能和简式机床等 第四节机械制造装备设计的类型 机械制造装备设计可分为创新设计、变型设计和模块化设计等三大类 第五节机械制造装备设计的方法 机械制造装备设计的典型步骤 (一)产品规划阶段(二)方案设计阶段 (三)技术设计阶段(四)施工设计阶段 第二章金属切削机床设计 第一节概述 机床设计应满足的基本要求 （1）工艺范围（2）柔性（3）和物流系统的可亲性（4）刚度（5）精度（6）噪声 （7）成产率和自动化（8）成本（9）生产周期 （10）可靠性（11）造型和色彩 机床设计步骤 1、确定结构原理方案 2、总体设计 3、结构设计 4、工艺设计 5、机床整机综合评价 6、定型设计 第二节金属切削机床设计的基本理论 机床的运动学原理 金属切削机床工作原理是通过刀具和工件之间的相对运动，由刀具切除工件加工表面多余的金属材料，形成工件加工表面的几何形状、尺寸，并达到其精度要求。 工件表面的形成方法和机床运动
大型机床床身铸造工艺研究 摘要:简述大型机床床身的特点、要求及铸造难度;阐述该类铸件的造型方法,工艺参数的选取,浇注系统设计、熔炼浇注工艺;介绍了一种简易的组箱组芯铸造工艺;对容易产生的导轨变形、砂芯漂芯、组织疏松、硬度低、硬质点及淬火问题等重点缺陷进行了原因分析并提出了防止措施。 关键词:大型机床床身,组箱组芯,铸造缺陷,铸造工艺 目前国产大型机床包括车床、铣床、刨床、磨床、数控机床等各类机床床身铸件的壁厚一般在20～40mm,属于中厚壁铸件,重量一般在5～50t,材质为HT250或HT300。该类铸件的最大特点是导轨较长,一般在几米甚至十几米,非常容易产生弯曲变形,且导轨非常厚大,一般在40～100mm,导轨容易产生组织缺陷,特别是10m长的导轨要保证无任何气孔砂眼也是较困难的。该类铸件往往是单件小批量生产,没有现成的工装砂箱,投资较大,特别是数控机床床身,结构 形状比较复杂,在模样制作、砂芯紧固、等造型操作方面存在较大难度;其材质要求具有良好的精度稳定性、抗压强度和减震性,良好的切削性能和铸造性能,其硬度要求180～241HB,硬度差△HB≤35[1],有些采用淬火硬化的机床导轨要求HT300以上牌号,易产生组织疏松、硬度低、硬质点及淬火效果差等缺陷,一旦因为这些问题导致铸件报废,损失非常惨重,因此很有必要进行专门研究。 1造型工艺
1.1造型方法的选择 首先要生产该类件需有专用工装,一般铸造厂无此专用工装,而且该类件往往都是定单制作,批量不大,没有规模效益。所以要生产该类件所投工装砂箱费用比铸件的价值还要大,一旦导轨等重要部位出现重大缺陷造成废品,那损失更是不可估量。因此铸造厂做此类铸件有时得不偿失,而且10m多长的铸件需要10m多长的砂箱,对整铸式砂箱的强度和刚度要求也相当高,如果在吊装过程中发生折断砂箱的情况,造成人员伤亡,那更是雪上加霜。因此如何生产此类铸件,非常值得探讨。一般厂家采用地坑造型,但对于紧张的造型面积,地坑造型不是很合适,而采用简易的组箱组芯法较好地解决了这一问题,它可以有效利用车间面积。 1.2组箱组芯法简介 该工艺区别于传统的组箱组芯法(劈模造型)。传统的劈模造型是将模样根据各个面的形状分成几部分,然后将这几部分固定在模板上,再用专用砂箱舂箱,舂完箱再将各面砂箱组起来,用螺栓紧固好,空腔用砂芯组合。而新型组箱组芯法不用外模样,不用模板,直接将分段砂箱组合起来,在组合好后的砂箱内用砂芯直接组出铸件结构形状。采用组箱组芯法制作专用工装,铸件结构形状全部用砂芯组合,重点要解决好砂箱组合起来的刚度问题,所以必须用螺栓连接,这是该件能够投产的前提条件。对于分成若干段的总共长达十几米的砂
结构及多学科优化工程应用与理论研讨会’2009（CSMO-2009） 中国·大连—2009年9月3日-4日 机床床身结构优化设计 陈叶林 丁晓红 郭春星 郭媛美 (上海理工大学 机械工程学院) 摘要:在机床的各个组成部分中，机床床身等支承件的重量占整机总重量的20%～30%，而其动静态性能直接影响整台机床的加工精度和稳定性。随着加工业的发展，传统的经验设计方法已经无法满足高加工精度和经济性要求。本文以机床床身为研究对象，深入研究在保证床身动静态性能的条件下，机床床身结构轻量化设计的方法和策略。 机床刚度指机床工作时达到预定加工精度的能力。当机床刚度近似线性时，用垂直于加工面方向上的静载荷对综合位移的比值来表示机床静刚度。而机床的固有频率决定于机床的静刚度和质量，当机床静刚度越大而质量越小时，机床的固有频率越大，当激振频率与固有频率之比小于一定值时，振幅主要决定于静刚度，为振动的准静态区。因此提高机床的静刚度，降低机床的质量可在保证机床加工精度的同时，提高机床的经济性能。机床床身一般是由壁板组成的框架结构，内置纵横筋板，以提高床身的抗弯及抗扭刚度，因此床身刚度主要与床身筋板的布置、垫铁位置以及壁板上孔的位置等因数有关。本文以某型号外圆磨床床身结构为研究对象，首先建立床身结构的参数化模型，以床身内部筋板和垫铁间距为设计变量，以导轨刚度为设计目标，对床身结构进行优化设计，得到床身筋板和垫铁的合理布置。在此基础上，以满足床身静刚度和固有频率为约束条件，以床身质量为设计目标，对床身结构进行拓扑优化设计，得到床身结构合理的材料分布。并综合考虑床身的制造工艺及装配等条件，提出了床身结构的最终优化方案。通过与原模型的动静态性能对比，说明了优化后床身结构的合理性。研究表明，采用本文提出的床身结构优化设计方法，在保证床身动静态性能的基础上，可减轻床身质量，达到节省材料，降低机床的生产成本，提高经济效益的目的。 关键词：机床床身结构；优化设计；刚度；固有频率 317
铸造机床床身的方法 机床床身铸造方法常用的是砂型铸造，其次是特种铸造方法，如：金属型铸造、熔模铸造、石膏型铸造；而砂型铸造又可以分为粘土砂型、有机粘结剂砂型、树脂自硬砂型、消失模等等。 铸造方法选择的原则： 1、优先采用砂型铸造,主要原因是砂型铸造较之其它铸造方法成本低、生产工艺简单、生产周期短；当湿型不能满足要求时再考虑使用粘土砂表干砂型、干砂型或其它砂型；粘土湿型砂铸造的铸件重量可从几公斤直到几十公斤，而粘土干型生产的铸件可重达几十吨。 2、铸造方法应和生产批量相适应，低压铸造、压铸、离心铸造等铸造方法，因设备和模具的价格昂贵，所以只适合批量生产。 3、造型方法应适合工厂条件，例如同样是生产大型机床床身等铸件，一般采用组芯造型法，不制作模样和砂箱，在地坑中组芯；而另外的工厂则采用砂箱造型法，制作模样；不同的企业生产条件（包括设备、地、员工素质等）、生产习惯、所积累的经验各不一样，应该根据这些条件考虑适合做什么产品和不适合（或不能）做什么产品。 4、要兼顾铸件的精度要求和成本，机床铸件的质量主要包括外观质量、内在质量和使用质量。 机床铸件的外观质量指集机床铸件表面粗糙度、表面缺陷、尺寸偏差、形状偏差、重量偏差；机床铸件的内在质量主要指机床铸件的化学成分、物理性能、机械性能、金相组织以及存在于机床铸件内部的孔洞、裂纹、夹杂、偏析等情况；机床铸件的使用质量指机床铸件在不同条件下的工作耐久能力，包括耐磨、耐腐蚀、耐激冷激热、疲劳、吸震等性能以及被切削性、可焊性等工艺性能；机床铸件质量对机械产品的性能有很大影响；例如，机床铸件的耐磨性和尺寸稳定性，直接影响机床的精度保持寿命。
车床床身加工工艺及夹具设计说明书 1
前言 CA6140车床是普通精度级万能车床,它运用加工各种轴类,套筒类和盘类零件上的回转表面,以及车削端面等,是应用最广泛的车床。 CA6140车床床身是机床的基础构件,机床的各个主要部件和零件都装在床身或床身的导轨上作相对运动。在切削中,刀具与工件的相互作用力传递到床身上而使床身变形 床身的变形和振动直影响到被加工零件的精度和表面粗糙度,因此,床身是车床上极为重要的一个部件。 而导轨,则是床身上极为重要的一个部分,床身上共有四条导轨,其中,有两条导轨是拖板用的导轨,另外两条导轨为尾座导轨,其作用为导向和承载,因此,以导轨要求有较高的的导向精度,结构简单,工艺好等特点。 本次的设计主要就是针对加工床身导轨而进行设计的,为了保证导轨的精度,降低工人的劳动强度,床身导轨的加工基准选用导轨本身即”自为基准”原则。本次设计的主要内容是设计一个调节装置,其作用就是在加工床身时对床身在空间的各个位置进行调节,限于当前的水平有限,希望各位老师给予指正。 1
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第1章零件的分析 1.1零件的作用 题目所给的零件是CA6140机床床身,它是机床的基础构件。机床的各个主要部件和零件都装在床身上或在床身导轨上作相对运动。床身是机床的支承件,装左床腿和右床腿并支承在地基上。床身上安装着机床的各部件,并保证它们之间具有要求的相互准确位置。 在床身上安装有刀架、尾座、床头箱等零件。在切削中,刀具与工件相互作用力传递到床身上而床身变形,床身的变形和振动直接影响到被加工零件的精度和表面粗糙度。因此,床身是机床上极为重要的构件。 1.2 零件的工艺分析 该零件主要有四组加工表面,该三组加工表面都要求有较小的表面粗糙度值。现述如下: 1.2.1 床鞍与床身的结合面。该平面是床鞍与床身的结合面,负责纵向进给运动。因此,要求该平面的表面粗糙度值不得超过 1.6,以保证纵向进给的精度。 1.2.2 导轨面。床身上有四条导轨,其中有两条上安装拖板,另两条安装尾架,导轨面是床身的的一个重要表面,刀架负责安装车刀,直接影响到工件的切削精度,尾座能够安装钻头进行钻削等工作,因此,要求导轨面有较小的表面粗糙度值和好的直线度,以保证零件的加工精度。 1.2.3 床头箱的安装定位面。该平面主要安装床头箱,因此,要求该平面 1
机床铸件技术要求及验收 适用范围：本要求用于金属切削机床的床身（底座）、立柱、工作台、主轴箱、工件架、滑座、横梁、支架等灰铸铁铸件的验收和不合格品的处理规定。 参考标准及文献： 机械工程学会铸造分会《铸造手册》机械工业出版社2002 GB/T9439-1988 灰铸铁牌号和力学性能 GB/T6414-1999 铸件尺寸公差等级及加工余量 GB/T6060.1-1997 铸造表面粗糙度 JB/T3997-94 金属切削机床灰铸铁件技术条件 JB/T7134.1-93 金属切削机床灰铸铁件疏松级别评定JB/T7134.2-93 金属切削机床灰铸铁件疏松级别比较样块JB/GQ1082-86 机床灰铸铁件缺陷修补技术条件 机械性能 3．1 要求 3．1．2 铸件的抗拉度强应合国符家标准GB/9439-8 规定 3．1．2机床铸件须检验导轨面硬度 JB/T3997-1994 对机床灰铸铁件滑动导轨的工作面的硬度做了规定，可作为机床铸件导轨面硬度验收依据，如附表1
附表1 机床导轨硬度的规定 附表2铸件本体的硬度（参照日本标准） 注：1，当导轨厚度大于60mm时，附表1 中的下限值允许降低5HBS。 2，要求表面淬火的导轨，附表1中的下限值应当提高5HBS。当表面硬度达不到表中要求时，须在设计的许可下，由供需双方协商依据金相组织进行铸件验收。 3．1．3 表面贴塑（或其他耐磨材料）或者不属于滑动摩擦的导轨面，其表面硬度值可依照附表2 中的重要件作为参考。 3．2 检验方法
3．2．1 抗拉强度采用Φ30 单铸试棒加工成试样测定。试样的制作和试验方法应符合GB/9439-88 规定。 3．2．2 硬度的测定直接在铸件导轨面上进行。导轨长度小于2500 时测定应不少于三点，大于2500 铸件重量大于5吨时应不少于四点。3．3 检验规则 3．3．1 批量划分：根据JB/T3997-94 规定，每包铁水浇注的铸件为一个批量，每批量铸件须提供一组试棒；如同一牌号铁水熔化量大，每包铁水均严格采用一定形式的工艺控制（光谱分析、热分析、及三角试样检验）时，可每炉次同牌号铁水浇一组试棒。每组试棒共四根（抗拉强度试验一根，金相组织化学成分分析一根，两根备用）。3．3．2 试验有效性 抗拉强度试验有下列情况使得试验结果不符合要求时，则该试验无效，应重新试验 A．试样在试验机上安装不当或试验机操作不当。 B．试样有铸造缺陷或试样切削加工不当。 C．试样断口在平行段外。 D．试样拉断后断口上有铸造缺陷。 硬度试验有下列情况使得测试结果不符合要求时，该次测试无效，应重新测试。 A．硬度计操作不当。 B．铸件测定处有缺陷。 3．4 检验结果的评定和复检
前言 CA6140车床是普通精度级万能车床，它运用加工各种轴类，套筒类和盘类零件上的回转表面，以及车削端面等，是应用最广泛的车床。 CA6140车床床身是机床的基础构件，机床的各个主要部件和零件都装在床身或床身的导轨上作相对运动。在切削中，刀具与工件的相互作用力传递到床身上而使床身变形 床身的变形和振动直影响到被加工零件的精度和表面粗糙度，因此，床身是车床上极为重要的一个部件。 而导轨，则是床身上极为重要的一个部分，床身上共有四条导轨，其中，有两条导轨是拖板用的导轨，另外两条导轨为尾座导轨，其作用为导向和承载，所以，以导轨要求有较高的的导向精度，结构简单，工艺好等特点。 本次的设计主要就是针对加工床身导轨而进行设计的，为了保证导轨的精度，降低工人的劳动强度，床身导轨的加工基准选用导轨本身即“自为基准”原则。本次设计的主要内容是设计一个调节装置，其作用就是在加工床身时对床身在空间的各个位置进行调节，限于目前的水平有限，希望各位老师给予指正。
第1章零件的分析 1.1零件的作用 题目所给的零件是CA6140机床床身，它是机床的基础构件。机床的各个主要部件和零件都装在床身上或在床身导轨上作相对运动。床身是机床的支承件，装左床腿和右床腿并支承在地基上。床身上安装着机床的各部件该零件主要有四组加工表面，该三组加工表面都要求有较小的表面粗糙度值。现述如下： 1.2.1床鞍与床身的结合面。该平面是床鞍与床身的结合面，负责纵向进给运动。所以，要求该平面的表面粗糙度值不得超过1.6，以保证纵向进给的精度。 1.2.2导轨面。床身上有四条导轨，其中有两条上安装拖板，另两条安装尾架，导轨面是床身的的一个重要表面，刀架负责安装车刀，直接影响到工件的切削精度，尾座可以安装钻头进行钻削等工作，因此，要求导轨面有较小的表面粗糙度值和好的直线度，以保证零件的加工精度。 1.2.3床头箱的安装定位面。该平面主要安装床头箱，所以，要求该平面要较小的表面粗糙度和好的平面度。 1.2.4钻孔。该项加工主要包括钻床身的安装孔、齿条安装孔、床头箱安装孔。要求加工这些孔的时候，保证良好的位置精度，以保证安装时的顺利。 第2章工艺规程设计 2.1 确定毛坯的制造形式 正确的选择毛坯，具有重大的经济技术意义，毛坯的材料、制造方法和制造精度对工件的加工过程、加工劳动量、材料利用率和工件成本都有很大的影响。 由于床身的结构较复杂，生产量又为大批量的生产，所在毛坯应选用铸件，为了
安全管理编号：YTO-FS-PD859 铸造车间设计安全要求及生产机械化 通用版 In The Production, The Safety And Health Of Workers, The Production And Labor Process And The Various Measures T aken And All Activities Engaged In The Management, So That The Normal Production Activities. 标准/ 权威/ 规范/ 实用 Authoritative And Practical Standards
铸造车间设计安全要求及生产机械 化通用版 使用提示：本安全管理文件可用于在生产中，对保障劳动者的安全健康和生产、劳动过程的正常进行而采取的各种措施和从事的一切活动实施管理，包含对生产、财物、环境的保护，最终使生产活动正常进行。文件下载后可定制修改，请根据实际需要进行调整和使用。 铸造车间设计属于工业企业设计范畴，是机械制造工厂设计的一个部分。由于铸造生产过程的复杂性，也就决定了铸造车间设计的特殊性。例如，车间内生产工序间的运输量大，非标设备选用多，立体布置复杂，高温、扬尘、噪声点多面广等。这些都决定了铸造车间设计中必须把安全置于重要地位。 铸造车间设计的安全要求是多方面的，其中包括厂址选择、安全卫生设施、厂房内外交通，平面布置等。从以往发生的事故来看，常因车间设计不当，基本建设时考虑不周，给以后的生产带来不安全因素。 根据我国铸造车间设计的实践经验和国家在有关设计工作规定中提出的要求，设计除应考虑技术和经济的正确结合，全面提高建设的经济效果，做到技术先进、产品质量好、生产效率高外，还必须注意下叙安全要求。 一、铸造车间的位置选译 铸造生产一般都存在多烟尘、高噪声、散发热量多等
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机床床身导轨的安装与调试 一 1.将床身放在调整垫铁上，将导轨面用120号高标汽油擦拭干净，用手感应导轨面，若有高点，用油石将其磨平，之后擦干净，最后用手在擦拭一遍，之后将水平尺放在导轨面上，对导轨面进行调试，将水平尺放在导轨面上，调节到能读数，推动水平尺，调节床身地下的调整垫铁，将床身扭曲调平， 2.将导轨拆封，不要弄脏，将导轨安装在导轨面上，固定个螺钉，将另一导轨安装在导轨面上，但不紧死，将大理石量尺放在丝杆座处，将千分表放在一固定导轨的滑块上。滑动滑块，将大理石量尺调平。若能调平则加工面与导轨符合要求，调直后，将千分表固定在另一侧滑块上，将个螺丝预紧，对导轨进行调试，若不直，通过调节个螺钉将导轨调直。出厂标准时1.5道。但在实际调节是，应将误差控制在8um以内。 3.测量上母线，将一块垫块放在两滑块上，用螺丝固定，将水平尺放在垫块上，调节水平尺能读数，推动滑块，一段段的测量导轨上母线的直线度， 4.测量扭曲.将大理石量尺放在两导轨上，将水平尺放在大理石量尺上，调节水平尺到可以读数，推动大理石量尺观察水平尺，若有变动，调节四块垫铁，将变动控制在两格以内。 二滑板与工作台的调试 1 将滑板上的导轨安装在导轨面上，不用调试，将滑板安装在床身上，将工作台安装在滑板上。将工作台擦拭干净，在用手擦拭
一遍，将大理石量尺放在床身上，将千分表放在滑板上，推动工作台，将大尺调平，之后测量上母线，若表的波动范围在8um以内即为合格。 测量工作台的水平垂直，将方尺放在工作台上，将千分表固定在滑板上，推动工作台将方尺调平，之后用垂直测量工装，测量垂直，将表固定在工装，测量方尺的另一侧面，若有波动，调节滑板上的调节螺钉，将工作台调节垂直， 测量扭曲，将水平尺放在工作台上，调到能读数，在不同的位置推动工作台，计数。若有波动，调节四块垫铁使水平尺波动在两格以内。 二滚珠丝杆的安装与调试 1.电机座处，将端盖安装在丝杠座上，装丝杠，将丝杠一断吊起，另一端装入丝杠座处，装好后放平，将轴承用黄油润滑，装入丝杠上，封端盖，锁紧螺母，将丝杠与丝杠座装入机床上，另一端个无端盖处，按图纸讲个零件装入，锁紧个螺母螺钉，将千分表放在滑块上，以测量丝杠上母线，若不平，松开无电机处座，在下面垫塑料纸，以调节丝杠上母线，之后测量侧母线，用一定位工装，将表固定在定位工装上，测量丝杠侧母线，若不直，松开丝杠无电机处座，敲击座以调节侧母线。 三导轨与滑块。可分为导轨固定滑块移动 滑块固定导轨移动 导轨分为主轨和副轨，出厂的时候主轨的标签地kb，副轨不带
机床床身铸铁的热处理工艺 热处理一般不改变工件的形状而是通过改变工件内部的显微组织，或改变铸铁平台和机床表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。下面介绍一下机床床身铸铁的热处理工艺。 第一，球铁的多温淬火；球铁经等温淬火后可以获得高强度，同时兼有较好的塑性和韧性。多温淬火加热温度的选择主要考虑使原始组织全部A化、不残留F，同时也避免A晶粒长大。加热温度一般采用Afc1以上30~50℃，等温处理温度为0~350℃以保证获得具有综合机械性能的下贝氏体组织。稀土镁铝球铁等温淬火后σb=1200~1400MPa， αk=3~3.6J/cm2，HRC=47~51。但应注意等温淬火后再加一道回火工序。 第二，消除应力退火；由于铸件壁厚不均匀，在加热，冷却及相变过程中，会产生效应力和组织应力。另外大型零件在机加工之后其内部也易残存应力，所有这些内应力都必须消除。去应力退火通常的加热温度为500~550℃保温时间为2~8h，然后炉冷(灰口铁)或空冷(球铁)。采用这种工艺可消除铸件内应力的90~95%，但铸铁组织不发生变化。若温度超过550℃或保温时间过长，反而会引起石墨化，使铸件强度和硬度降低。 第三，消除铸件白口的高温石墨化退火；铸件冷却时，表层及薄截面处，往往产生白口。白口组织硬而脆、加工性能差、易剥落。因此必须采用退火(或正火)的方法消除白口组织。退火工艺为:加热到550-950℃保温2~5h，随后炉冷到500—550℃再出炉空冷。在高温保温期间，游高渗碳体和共晶渗碳体分解为石墨和A，在随后护冷过程中二次渗碳体和共析渗碳体也分解，发生石墨化过程。由于渗碳体的分解，导致硬度下降，从而提高了切削加工性。 第四，球铁的正火；球铁正火的目的是为了获得珠光体基体组织，并细化晶粒，均匀组织，以提高铸件的机械性能。有时正火也是球铁表面淬火在组织上的准备、正火分高温正火和低温正火。高温正火温度一般不超过950~980℃，低温正火一般加热到共折温度区间820~860℃。正火之后一般还需进行四人处理，以消除正火时产生的内应力。 第五，球铁的淬火及回火；为了提高球铁的机械性能，一般铸件加热到Afc1以上 30~50℃(Afc1代表加热时A形成终了温度)，保温后淬入油中，得到马氏体组织。为了适当降低淬火后的残余应力，一般淬火后应进行回火，低温回火组织为回火马氏作加残留贝氏体再加球状石墨。这种组织耐磨性好，用于要求高耐磨性，高强度的零件。中温回火温度为350—500℃回火后组织为回火屈氏体加球状石墨，适用于要求耐磨性好、具有一定效稳定性和弹性的厚件。高温回火温度为500—60D℃，回火后组织为回火索氏作加球状石墨，具有韧性和强度结合良好的综合性能，因此在生产中广泛应用。 第六，化学热处理；对于要求表面耐磨或抗氧化、耐腐蚀的铸件，可以采用类似于钢的化学热处理工艺，如气体软氯化、氯化、渗硼、渗硫等处理。 此工艺关系到机床产品的使用效果和效率，因此我们要更加重视。 中国新型涂料网
CA6140机床床身结构设计与优化 机床床身的结构性能对整机特性影响很大，关系到整机的加工精度和零件的加工质量，以及整机的运行稳定性与工作寿命。目前，对普通车床床身的设计缺乏有效的理论依据，床身的设计不尽合理，结构设计上存在不少缺陷。针对这些因素，有必要进行以减重为目的的床身结构优化。 CA6140车床是普通车床中的主流车床之一，因此对该型号车床的床身进行优化设计有重要的实际意义。本文利用三维建模软件UG建立床身的简化模型，导入ANSYS中进行模态分析，求得其6阶固有频率，为以防止共振为目的的结构优化提供方向和依据。以床身原结构为参考，对其腔体数量、肋板厚度及形状进行设计，得到4种优化方案，逐一导入ANSYS中进行分析，求得各方案质量、固有频率、最大振幅以及振型图等。对各优化后的方案作对比分析，综合考虑刚度、固有频率、质量、振幅与噪声等影响，选择最优方案。 1、车床床身三维模型的建立 车床零部件较多，其中对整机结构性能影响较大的零部件主要有床身、主轴箱、溜板箱、尾架等，因此可以对CA6140车床模型进行简化。根据CA6140实体建立的床身UG模型如图1所示。车床模型总体长1810mm，宽240mm，高397mm。 图1床身UG模型
2、床身结构的有限元模态分析 模态是结构的固有振动属性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和振型，模态分析在结构动态设计中不可缺少。固有频率和振型是机械零部件承受动态载荷时结构设计中的重要参数，为了有效避免结构在使用中因共振等因素造成的影响，对床身进行模态分析，从而确定机床结构的模态频率、阻尼比和振型，分析结果可作为结构优化设计和结构改进的理论依据。 将UG建立的三维实体模型导入ANSYS。设置床身材料为HT300，密度为7850kg/m3，泊松比μ=0．3，弹性模量E=200GPa，压缩屈服强度为250MPa。 在2个床腿处施加固定约束，以约束全部自由度。网格可划分为1～10个精度等级，选6级精度对床身模型进行网格划分，共划分出149705个节点，89260个单元，如图2所示。在ANSYS中定义自由模态分析阶数为6阶进行有限元分析。求解得到床身前6阶刚体模态振型如图3所示。床身结构的前6阶固有频率和振型见表1。 图2网格划分模型
题目：CA6140车床床身有限元分析 二〇一七年十二月
绪论 (3) 1、目的 (4) 2、实验设备 (4) 3、课题来源 (4) 4、床身几何模型的建立及受力分析 (5) 5、利用ANSYS15.0经典模块进行床身静力分析 (7) 5.1床身材料选取 (7) 5.2床身的有限元分析 (7) 5.3对ANSYS软件的介绍 (7) 5.4床身的静力学分析 (8) 5.4.1床身模型的导入 (8) 5.4.2定义属性单元类型 (9) 5.4.3模型属性材料设置 (9) 5.4.4网格划分 (10) 5.4.5列表整体模型参数 (14) 5.4.6加载与求解 (16) 5.4.7进入后处理器查看计算结果 (19) 5.4.8结果分析 (23) 6、利用ANSYS17.0 Workbench模块进行车床床身静力分析 (25) 6.1车床床身有限元模型的建立 (25) 6.1.1 车床车身三维模型建立 (25) 6.1.2 启动Workbench 17.0并建立分析项目 (25) 6.1.3工程参数设定 (26) 6.1.4 模型导入 (27) 6.1.5网格划分 (27) 6.2车床床身约束及载荷施加 (29) 6.2.1添加车床床身约束 (29) 6.2.2车床床身载荷的添加 (29) 6.3静力分析结果 (30) 6.4绘制应力分布曲线 (31) 6.5结果分析 (33) 7、总结 (33)
绪论 机床床身在其应用设备中是非常重要的部件，它的强度和刚度会直接影响到整个设备的工作性能。本文首先描述了本课题的实验目的及课题来源，然后建立了床身的几何模型并对其进行受力分析，最后使用ANSYS软件对床身进行建模分析，直观的观察床身的变形情况，并详细介绍了使用ANSYS对床身的建模处理方法与过程。本文主要对于ANSYS中三维建模后导入到ANSYS经典和ANSYS Workbench中分析进行操作，比较互相之间的区别，并总结合适的场合，以适应在不同场合快速、准确、灵活运用ANSYS的目的。 床身在使用过程中承受静压力和部分冲击载荷，从而引起变形，而随着时间的推移和累积这种压缩变形和弯曲变形也会逐渐积累变大，若不及时检修极有可能会影响整个设备的正常使用，进而影响整个任务的完成，因此提前对床身受力分析及变形进行仿真与检验，从而保证床身工作可靠性是极为重要的。而如何较准确地得到静压作用下床身的应力、变形的大小及分布，对于床身的设计、改进具有十分重要的作用。
机械制造装备设计复习（部分） 课程导入 *机械的定义： 机械是由人为制造的、具有特定功能的、能够进行能量转换的产物。 *为什么说机械制造装备在国民经济发展中起着重要的作用？ 制造业是国民经济发展的支柱产业，也是科技技术发展的载体及使其转化为规模生产力的工具和桥梁。装备制造业是一个国家综合制造能力的集中表现，重大装备研制能力是衡量一个国家工业化水平和综合国力的重要标准。 *机械制造装备包括那几个部分？各有什么作用? 机械制造装备包括：加工装备、工艺装备、仓储输送装备和辅助装备等。(1)加工装备主要指机床（工作母机），包括金属切削机床、锻压机床、特种加工机床、木工机床等； (2)工艺装备是指在产品制造过程中所用各种工具的总称，包括刀具、夹具、量具、辅具、模具、检具、钳具、工具、工位器等，是保证产品质量、贯彻工艺规程、提高生产效率的重要手段； （3）输送及仓储装备主要包括物料输送装置、机床上料装置、各级仓储装置及立体仓库等，物料输送装置用于实现毛坯、半成品、成品等在车间内工作中心传送的设备。仓储是用来存储原料、毛坯、外购件、半成品、成品、工具等物品的设施。 （4）辅助装备辅助装备包括清洗剂、排屑装置和计量装置等。 *机械制造装备与其他工业化装备相比，特别强调应满足哪些要求？ 1)柔性化精密化自动化机电一体化节材节能 2)符合工业工程要求符合 绿色工程要求 *什么是加工精度，影响加工精度的因素有那些？ 加工精度是指加工后零件对理想尺寸、形状和位置的符合程度,一般包括尺寸精度、表面形状精度、相互位置精度和表面粗糙度等。满足加工精度方面的要求。 影响机械制造装备加工精度的因素有很多，与机械制造装备本身有关的因素有几何精度、传动精度、运动精度、定位精度（机床的定位件运动到达规定位置的精度）和低速运动平稳性等。 *机床精度包括：几何精度，传动精度，运动精度和定位精度。 *机床主要设计内容有哪些？ 1.总体设计 （1）主要技术指标确定
斜床身数控车床与平身数控车床的比较 国内一般称平床身数控车床为经济型数控车床，或者是简易数控车床。而普及 型数控车床和全功能数控车床都是斜床身的。从中可以分析出，斜床身数控车床比平床身数控车床的档次要高。王侯将相宁有种乎?为什么斜床身数控车床就一定比 平床身数控车床高贵呢? 平床身数控车床和斜床身数控车床干的都是车削的活，从这一点上讲，没有什么区别。公务员和服务员，都是为人民服务，可社会地位和收入报酬却一个是天上，一个是地下。 数控机床是为了适应现代工业生产的批量自动化生产而诞生的，关键词是自动化。平床身数控车床是从普通车床加以简单数控改造而来的，在自动化方面的考虑不全面。斜床身数控车床是根据数控加工的原理开发设计的，针对性很强，在机床的布局、刚性、精度，以及排屑能力方面，都比平床身数控车床有了显著的提高，这些优势是娘胎里带来的先天优势，不是靠制造手段能缩小的。 机床布局对比 平床身数控车床的两根导轨所在平面与地平面平行。斜床身数控车床的两根导轨所在平面则与地平面相交，成一个斜面，角度有30°，45°，60°，75°之分。 从机床侧面看，平床身数控车床的床身呈四方形，斜床身数控车床的床身呈直角三角形。很明显，在相同导轨宽度的情况下，斜床身的X向拖板比平床身的要长，应用在车床的实际意义是可以安排更多的刀位数。 切削刚性对比 斜床身数控车床的截面积要比同规格平床身的大，即抗弯曲和抗扭能力更强。
斜床身数控车床的刀具是在工件的斜上方往下进行切削，切削力与工件的重力方向基本一致，所以主轴运转相对平稳，不易引起切削振动，而平床身数控车床在切削时，刀具与工件产生的切削力与工件重力成90°，容易引起振动。 机床加工精度对比 数控车床的传动丝杆是高精度的滚珠丝杆，丝杆与螺母之间的传动间隙很小，但也不是说没有间隙，而只要有间隙，当丝杆向着一个方向运动后再反向传动时，难免会产生反向间隙，有反向间隙就会影响数控车床的重复定位精度，从而影响加工精度。斜床身数控车床的布局直接可以影响X方向滚珠丝杆的间隙，重力直接作用于丝杆的轴向，使传动时的反向间隙几乎为零。平床身数控车床的X方向丝杆不受轴向重力影响，间隙无法直接消除。这就是设计给斜床身数控车床带来的先天精度优势。 排屑能力对比 由于重力的关系斜床身数控车床不易产生缠绕刀具，利于排屑;同时配合中置丝杆和导轨防护钣金，可以避免切屑在丝杆和导轨上堆积。 斜床身数控车床一般都配置自动排屑机，可以自动清除切屑，增加工人的有效工作时间。平床身的结构很难加设自动排屑机。 自动化生产对比 机床刀位数的增加，自动排屑机的配置，实际上都是为自动化生产打基础。一人值守多台机床，一直是机床发展的方向。斜床身数控车床再增设铣削动力头、自动送料机床或者机械手，自动上料，一次装夹完成所有的切屑工序，自动下料，自动排屑，就成了工作效率极高的自动数控车床。平床身数控车床的结构在自动化生产方面处于劣势。