组合式床身的设计研究

组合式床身的设计研究

胡明豪

（武汉理工大学，湖北 武汉 430070）

摘要：所介绍的床身是一台新型的曲轴加工车床的床身，考虑到所设计的曲轴加工车床的结构以及铸造难度等方面的要求，因此，本车床的床身采用组合式床身，床身分为前床身和后床身两部分，采用螺栓来连接前后床身。床身是铸件，材料为HT150-250，其结构的设计主要是从刚度和功能等方面来考虑的。为了保证连接精度，一是采用刮研法精加工结合面，二是从工艺方面来保证结合面处的位置公差。采用专用样板、骄尺以及塞尺等检测工具来检验导轨的各项平面以及位置精度。

关键词：曲轴加工机床；组合式床身；精度

中图分类号：TG65 文献标识码：A 文章编号：1006－0316 (2010) 04－0051－03

The design research of combined lathe bed

HU Ming-hao

（Wuhan University of Technology，Wuhan 430070，China）

Abstract：This paper describes the method of how to design a lathe bed of a new type crankshaft turning lathe.According to the processing requests of the equipment,and the existing issues of manufactureing the lathe bed, so,the lathe bed is combined lathe bed.It is divided into two parts,the front lathe bed and the behind lathe bed. Using the bolt to connect the two lathe beds.The lathe bed is a casting and the material is HT150-250.The structure design is according to the rigidity and the function.We guarantee the connection accuracy from two aspects.First,use handscraping to process the fitting surface.Second,guarantee the location tolerance from craft.Use the models,for example,special-purpos model and feeler gauge,to test the accuracy of the guides.

Key words：crankshaft turning lathe；combined bed；accuracy

传统的曲轴加工车床加工曲轴连杆颈的时候采用的是连杆颈的中心线为加工中心线，由于曲轴的质量中心不在回转中心线上，因此惯性矩很大，要求机床主轴的转速要低，加工的效率也因此而大大降低。为了提高曲轴加工的生产效率，我们设计了一台曲轴复合跟随车削加工机床，此设备的特点是以主轴颈的中心线为中心，采用双刀架，同时加工主轴颈与连杆颈，因而大大提高了曲轴的加工效率。考虑到此曲轴加工机床所承担的加工工艺要求，以及床身本身的加工制造等问题，床身不宜制成整体结构，因此将床身分为前后床身两部分。前床身主要放置主轴箱与尾架箱，后床身主要放置十字工作台与刀架部分。

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1 前床身与后床身的结构

前床身与后床身采用铸件，材料为HT150－250。图1为后床身主视图，图2为前床身的一个剖视图，图3为前床身的主视图。其中前床身总长2222 mm，总宽704 mm，总高845 mm，壁厚20 mm。后床身总长1285 mm，总宽1245 mm，总高802 mm，壁厚20 mm。其结构的设计是从以下几个方面来考虑的：一是要保证床身有足够的刚度；二是要求重量合理；三是要求各个尺寸能对上，合理，如主轴箱与尾架箱的中心线和刀架的回转中心要在同一高度，工人操作时轻松方便等。

前后床身的连接处，采用门形的凸台，这样不仅可以减少加工面积，其抗扭，抗剪切等性能也能

收稿日期：2010－01－07 作者简介：胡明豪（1983－），男，湖北黄冈人，硕士，主要研究方向为数字制造技术。

·52· 计算机应用技术 机械 2010年第4期 总第37卷 得到保障。图1中所标注的H面以及图3中的A面及为前后床身的连接面。

M OF G

C

B N M P

D

D H

F

图1 后床身主视图 图2 前床身剖视图

A

图3为前床身的主视图

2 前床身与后床身的联接方式

我们采用螺栓连接，将前床身和后床身连接成一个整体。从图1和图3可以看出，共用10颗螺栓，一边5枚（参考图1和图3）。为保证装拆，采用了两定位销定位。如图3所示，在该前床身的最右边是放置电机的，最左边是放置接线盒的，并且宽度为704 mm，考虑到这些因素，上螺母不好操作。因此后床身上的孔为通孔，前床身上孔为螺纹孔。采用M20X60的螺栓，以及Ø22平垫圈和Ø22弹性挡圈，由于此车床的精度要求比较高，上垫片处要锪平，并采用平垫圈及弹性挡圈双垫圈，这是防止在工作过程中，由于震动而导致螺栓松动。

3 精度的保证

对本机床的总体床身来说，即前床身与后床身联接起来后，前床身导轨与后床身导轨的垂直度为0.02。分开来说，即单独对前床身与后床身来说。对前床身，两导轨间的平行度为0.02，导轨对两床身间的结合面的平行度为0.02。对后床身，两导轨间的平行度为0.02，导轨对两床身的结合面的垂直度为0.02。从上面的要求可以看出，两床身的结合面的精度直接影响到两队导轨间的垂直精度，从而影响到曲轴的加工精度。

为了保证在前床身与后床身联接起来后，其垂直精度在0.02以内，采用了以下方法：

（1）从上面的分析可以看出，结合面的精度是一个关键，只要结合面的精度得以保证，就能够保证整体床身的精度。因此，对结合面处的加工方法采用刮研法。刮研法能提高其几何精度及接触精度，一般来说，刮研法能使精度达到0.005～0.01/1000 mm，能保证本机床的精度要求。

（2）另外，还可以从工艺的方面来保证此精度要求。对前床身和后床身而言，如果加工后，其误

差都偏向一边，当前床身与后床身联接后，其垂直度将达到0.04，这将不满足要求，因此，采用如下方法：我们所说的平行度与垂直度是有两个方向的，即可以偏向一边，也可以偏向另一边。以结合面为参照，对前床身，结合图2与图3，如果导轨面B与结合面A不是理想上的绝对平行，而是偏向一边，在图3中，假设实际情况是B面与A面在水平面上成一个锐角，那么，对后床身来说，在图1中，C面与结合面H的垂直就要向左边偏一点，即C面与H面在水平面上成一个钝角。当前后床身装配起来后，还是可以控制前后床身导轨的垂直度在0.02这一要求之内。控制它们的偏转方向，可以通过修整结合面来实现。

4 检验

检验包括前后床身导轨的检验以及装配后前后床身导轨垂直度的检验。

前床身导轨的检验：导轨M、O面，在垂直平面内的不直度（只允许凸起）0.018/1000，在水平面内的不直度0.018/1000，在垂直平面内相互的不平行度（扭曲度）0.018/1000。导轨用压板结合面N、P对平面M、O的不平行度0.2/1000。M、O面截面形状的不正确性（分别用样板检查）塞尺0.05。用专用样板检查山型导轨与平导轨的高度差，用塞尺检查平导轨上平面0.02不入。

后床身导轨的检验：导轨G、D面，在垂直平面内的不直度（只允许凸起）0.018/1000，在水平平面内的不直度0.018/1000，在垂直平面内相互的不平行度（扭曲度）0.018/1000。导轨用压板结合面E、F对平面G，D的不平行度0.2/1000。G、D面截面形状的不正确性（分别用样板检查）塞尺0.05。用

（下转第67页）

机械 2010年第4期 总第37卷 机器人技术 ·67·

A

tanα=

CyA

C （7）

x

式中：ACx、ACy、ACz为机器人坐标系的圆点C在激光跟踪系统坐标系A中坐标。

图3 跟踪算法

3 激光跟踪测量机器人的测量仿真

利用3D建模软件UG，建立大平面工件和机器人的3D模型，并导入到VRML的仿真环境中，利用JAVA脚本语言，编辑对机器人的控制算法程序，其程序流程图如图4所示。

图4 程序流程图

仿真结果如图5所示，首先人工建立测量坐标系，根据工件的轮廓模型，规划激光束扫描路径，利用控制算法程序自动控制机器人开始跟踪，完成对工件的测量。

4 结论

激光制导测量机器人，可以实现“光束扫描－光靶跟踪”的设计。在虚拟现实技术VRML环境中，

对控制方法算法的仿真成功，验证了对机器人的控制算法的正确性，为激光制导测量机器人的进一步研发和制作提供了理论依据。

图5 激光制导测量机器人测量演示

参考文献：

[1]欧阳健飞，夏飞，刘万里，等．激光制导测量机器人运动学分析[J]. 红外与激光工程，2008，37（1）：79-81.

[2]范明聪，吴月华，许曼，等．高机动性越障机器人运动学分析与

轨迹控制研究[J]．光学精密工程，2004，12（z1）：194-197． [3]项志宇，刘济林．基于环境特征跟踪的移动机器人定位[J]. 仪器仪表学报，2003，24（4）：391-94．

[4]单建华. 未知环境下移动机器人实时模糊路径规划[J]. 机电工程，2009，26（1）：1-4. （上接第52页）

专用样板检查山型导轨与平导轨的高度差，用塞尺检查平导轨上平面0.02不入。

前后床身导轨垂直度的检验：前后床身装配时

较平导轨x，

y方向的平行度，前后床身导轨平面x，y方向平行度在0.02/1000以内，用骄尺检查前后床身的导轨垂直度在0.02/1000以内。

5 结束语

本文所介绍的床身结构与一般机床的床身有较大的区别，该床身精度要求很高，且床身结构比较大，故而采用了组合式床身。如何连接前后床身，以及装配后如何保证整体床身的精度要求，是我们在设计中遇到的一个难点。本文所介绍的前床身与后床身的连接方式，是从其结构和装配方便来考虑

的，实践证明这种连接方式可行。从加工方法与加工工艺两方面来着手整体床身的精度。采用专用样板检测导轨以及导轨间的精度。

参考文献：

[1]王玉. 机械精度设计与检测技术[M]. 北京：国防工业出版社，2005. [2]王文彦. 提高精密机床导轨精度的几项措施[J]. 天津冶金，2000，（4），46-48.