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畢業(yè)設(shè)計(論文)
Φ630mm的數(shù)控車床總體設(shè)計
及六角回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計
所在學(xué)院
專 業(yè)
班 級
姓 名
學(xué) 號
指導(dǎo)老師
年 月 日
摘要
現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床是未來工廠自動化的基礎(chǔ)。數(shù)控化設(shè)計范圍大、潛力大、投資少、見效快，促進(jìn)制造業(yè)技術(shù)進(jìn)步的重要手段。因此，數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計車床的研究具有重要意義。
本文在敘述了數(shù)控技術(shù)的歷史、現(xiàn)狀和發(fā)展的基礎(chǔ)上，通過機(jī)床設(shè)計的總體思想，提出了數(shù)控化設(shè)計的技術(shù)方案和新數(shù)控系統(tǒng)的選型配置方案;提高了傳動的精度，重新設(shè)計機(jī)床的控制邏輯，通過對伺服系統(tǒng)的分析，完成了機(jī)床各主要參數(shù)的優(yōu)化和匹配。
關(guān)鍵詞：Φ630mm，數(shù)控車床，機(jī)床，設(shè)計，數(shù)控系統(tǒng)。
Abstract
Modern CNC machine tools is the basis for the future of factory automation. CNC design range, potential is great, less investment, quick effect, promote manufacturing industry technological progress is an important means of. Therefore, the design of NC system for lathe has important significance to the research of.
This paper describes the CNC technology history, current situation and development on the basis of machine tool design, through the overall idea, put forward the technical scheme design of NC and CNC system selection scheme; the drive to improve the accuracy, to design machine tool control logic, through the servo system of a machine tool, completed the main parameters optimization and matching.
Key words:Φ 630mm, CNC lathes, machine tools, design, numerical control system.
目 錄
摘要 II
Abstract III
第1章 數(shù)控機(jī)床發(fā)展概述 1
1.1我國數(shù)控機(jī)床發(fā)展現(xiàn)狀及思考 1
1.1.1 不斷加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新是提高國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床水平的關(guān)鍵 1
1.1.2 制造水平與管理手段依然落后 1
1.1.3 服務(wù)水平與能力欠缺也是影響國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床占有率的一個重要因素 2
1.1.4 加大數(shù)控專業(yè)人才的培養(yǎng)力度 2
1.1.5結(jié)語 2
1.2數(shù)控機(jī)床及其特點 3
1.3數(shù)控機(jī)床的工藝范圍及加工精度 3
1.5 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨向 4
第2章 數(shù)控機(jī)床總體方案的制訂及比較 7
第3章 確定切削用量及選擇刀具 10
3.1科學(xué)選擇數(shù)控刀具 10
3.1.1選擇數(shù)控刀具的原則 10
3.1.2選擇數(shù)控車削用刀具 10
3.2 設(shè)置刀點和換刀點 10
3.3 確定切削用量 11
3.3.1確定主軸轉(zhuǎn)速 11
3.3.2確定進(jìn)給速度 11
3.3.3 確定背吃刀量 12
第4章 傳動系統(tǒng)圖的設(shè)計計算 12
4.1 參數(shù)的確定 12
4. 2 傳動設(shè)計 14
4.3轉(zhuǎn)速圖的擬定 16
第5章 數(shù)控車床的六角回轉(zhuǎn)刀架的設(shè)計原理和依據(jù) 18
5.1數(shù)控車床的六角回轉(zhuǎn)刀架的換刀工程 18
5.2數(shù)控車床的六角回轉(zhuǎn)刀架的設(shè)計要求 19
5.3數(shù)控車床的六角回轉(zhuǎn)刀架的機(jī)構(gòu)設(shè)計中的幾個主要問題 19
5.4本章小結(jié) 20
第6章 數(shù)控車床的六角回轉(zhuǎn)刀架的機(jī)構(gòu)設(shè)計 21
6.1數(shù)控車床的六角回轉(zhuǎn)刀架的分度機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計 21
6.1.1分度機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計的總思路 21
6.1.2分度機(jī)構(gòu)的刀架主軸設(shè)計 21
6.1.3主活塞的設(shè)計 23
6.1.4端齒盤離合器的設(shè)計 27
6.1.5分度活塞的設(shè)計 34
6.2精定位機(jī)構(gòu)——活動插銷機(jī)構(gòu)設(shè)計 35
6.2.1定位原理、設(shè)計思路 35
6.2.2材料選擇 36
6.2.3活動插銷機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 36
6.2.4插銷機(jī)構(gòu)的公差帶設(shè)計 37
6.2.5對插銷軸進(jìn)行校核 38
6.2.6校核結(jié)論 39
6.3 刀夾襯套的設(shè)計簡述 40
結(jié)論 42
參考文獻(xiàn): 43
致謝 44
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第1章 數(shù)控機(jī)床發(fā)展概述
1.1我國數(shù)控機(jī)床發(fā)展現(xiàn)狀及思考
我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展起步于二十世紀(jì)五十年代，通過“六五”期間引進(jìn)數(shù)控技術(shù)，“七五”期間組織消化吸收“科技攻關(guān)”，我國數(shù)控技術(shù)和數(shù)控產(chǎn)業(yè)取得了相當(dāng)大 的成績。特別是最近幾年，我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，1998～2004年國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量和消費(fèi)量的年平均增長率分別為39.3%34.9%。盡管如此，進(jìn) 口機(jī)床的發(fā)展勢頭依然強(qiáng)勁，從2002年開始，中國連續(xù)三年成為世界機(jī)床消費(fèi)第一大國、機(jī)床進(jìn)口第一大國，2004年中國機(jī)床主機(jī)消費(fèi)高達(dá)94.6億美 元，但進(jìn)出口逆差嚴(yán)重，國產(chǎn)機(jī)床市場占有率連年下降，1999年是33.6%，2003年僅占27.7%。1999年機(jī)床進(jìn)口額為8.78億美元 (7624臺)，2003年達(dá)27.1億美元(23320臺)，相當(dāng)于同年國內(nèi)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)值的2.7倍。國內(nèi)數(shù)控機(jī)床制造企業(yè)在中高檔與大型數(shù)控機(jī)床的研 究開發(fā)方面與國外的差距更加明顯，70%以上的此類設(shè)備和絕大多數(shù)的功能部件均依賴進(jìn)口。由此可以看出國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床特別是中高檔數(shù)控機(jī)床仍然缺乏市場競爭 力，究其原因主要在于國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的研究開發(fā)深度不夠、制造水平依然落后、服務(wù)意識與能力欠缺、數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)應(yīng)用推廣不力及數(shù)控人才缺乏等。
我們應(yīng)看清形勢，充分認(rèn)識國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的不足，努力發(fā)展先進(jìn)技術(shù)，加大技術(shù)創(chuàng)新與培訓(xùn)服務(wù)力度，以縮短與發(fā)達(dá)國家之間的差距。
1.1.1 不斷加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新是提高國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床水平的關(guān)鍵
國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床缺乏核心技術(shù)，從高性能數(shù)控系統(tǒng)到關(guān)鍵功能部件基本都依賴進(jìn)口，即使近幾年有些國內(nèi)制造商艱難地創(chuàng)出了自己的品牌，但其產(chǎn)品的功能、性能的可 靠性仍然與國外產(chǎn)品有一定差距。近幾年國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床制造商通過技術(shù)引進(jìn)、海內(nèi)外并購重組以及國外采購等獲得了一些先進(jìn)數(shù)控技術(shù)，但缺乏對機(jī)床結(jié)構(gòu)與精度、 可靠性、人性化設(shè)計等基礎(chǔ)性技術(shù)的研究，忽視了自主開發(fā)能力的培育，國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的技術(shù)水平、性能和質(zhì)量與國外還有較大差距，同樣難以得到大多數(shù)用戶的認(rèn)可。
1.1.2 制造水平與管理手段依然落后
一些國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床制造商不夠重視整體工藝與制造水平的提高，加工手段基本以普通機(jī)床與低效刀具為主，裝配調(diào)試完全靠手工，加工質(zhì)量在生產(chǎn)進(jìn)度的緊逼下不能 得到穩(wěn)定與提高。另外很多國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床制造商的生產(chǎn)管理依然沿用原始的手工臺賬管理方式，工藝水平和管理效率低下使得企業(yè)無法形成足夠生產(chǎn)規(guī)模。如國外機(jī) 床制造商能做到每周裝調(diào)出產(chǎn)品，而國內(nèi)的生產(chǎn)周期過長且很難控制。因此我們在引進(jìn)技術(shù)的同時應(yīng)注意加強(qiáng)自身工藝技術(shù)設(shè)計和管理水平的提升。
1.1.3 服務(wù)水平與能力欠缺也是影響國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床占有率的一個重要因素
由于數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，一部分企業(yè)不顧長遠(yuǎn)利益，對提高自身的綜合服務(wù)水平不夠重視，甚至對服務(wù)缺乏真正的理解，只注重推銷而不注重售前與售后服務(wù)。 有些企業(yè)派出的人員對生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床缺乏足夠了解，不會使用或使用不好數(shù)控機(jī)床，更不能指導(dǎo)用戶使用好機(jī)床；有的對先進(jìn)高效刀具缺乏基本了解，不能提供較 好的工藝解決方案，用戶自然對制造商缺乏信心。制造商的服務(wù)應(yīng)從研究用戶的加工產(chǎn)品、工藝、生產(chǎn)類型、質(zhì)量要求入手，幫助用戶進(jìn)行設(shè)備選型，推薦先進(jìn)工藝 與工輔具，配備專業(yè)的培訓(xùn)人員和良好的培訓(xùn)環(huán)境，幫助用戶發(fā)揮機(jī)床的最大效益、加工出高質(zhì)量的最終產(chǎn)品，這樣才能逐步得到用戶的認(rèn)同，提高國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的 市場占有率。
1.1.4 加大數(shù)控專業(yè)人才的培養(yǎng)力度
從我國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展形式來看需要三種層次的數(shù)控技術(shù)人才：第一種是熟悉數(shù)控機(jī)床的操作及加工工藝、懂得簡單的機(jī)床維護(hù)、能夠進(jìn)行手工或自動編程的車間技 術(shù)操作人員；第二種是熟悉數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)及數(shù)控系統(tǒng)軟硬件知識的中級人才，要掌握復(fù)雜模具的設(shè)計和制造知識，能夠熟練應(yīng)用UG、PRO/E等CAD /CAM軟件，同時有扎實的專業(yè)理論知識、較高的英語水平并積累了大量的實踐經(jīng)驗；第三種是精通數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計以及數(shù)控系統(tǒng)電氣設(shè)計、能夠進(jìn)行數(shù)控機(jī)床 產(chǎn)品開發(fā)及技術(shù)創(chuàng)新的數(shù)控技術(shù)高級人才。我國應(yīng)根據(jù)需要有目標(biāo)的加大人才培養(yǎng)力度，為我國的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)提供強(qiáng)大的技術(shù)人才支撐。
1.1.5結(jié)語
目前，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展日新月異，高速化、高精度化、復(fù)合化、智能化、開放化、并聯(lián)驅(qū)動化、網(wǎng)絡(luò)化、極端化、綠色化已成為數(shù)控機(jī)床發(fā)展的趨勢和方向。
中國作為一個制造大國，主要還是依靠勞動力、價格、資源等方面的比較優(yōu)勢，而在產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新與自主開發(fā)方面與國外同行的差距還很大。中國的數(shù)控產(chǎn)業(yè)不能 安于現(xiàn)狀，應(yīng)該抓住機(jī)會不斷發(fā)展，努力發(fā)展自己的先進(jìn)技術(shù)，加大技術(shù)創(chuàng)新與人才培訓(xùn)力度，提高企業(yè)綜合服務(wù)能力，努力縮短與發(fā)達(dá)國家之間的差距。力爭早日 實現(xiàn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品從低端到高端、從初級產(chǎn)品加工到高精尖產(chǎn)品制造的轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)從中國制造到中國創(chuàng)造、從制造大國到制造強(qiáng)國的轉(zhuǎn)變。
1.2數(shù)控機(jī)床及其特點
數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制機(jī)床（Computer numerical control machine tools）的簡稱，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機(jī)床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，從而使機(jī)床動作數(shù)控折彎機(jī)并加工零件。
數(shù)控機(jī)床的操作和監(jiān)控全部在這個數(shù)控單元中完成，它是數(shù)控機(jī)床的大腦。與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床有如下特點：
●對加工對象的適應(yīng)性強(qiáng)，適應(yīng)模具等產(chǎn)品單件生產(chǎn)的特點，為模具的制造提供了合適的加工方法；
●加工精度高，具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量；
●可進(jìn)行多坐標(biāo)的聯(lián)動，能加工形狀復(fù)雜的零件；
●加工零件改變時，一般只需要更改數(shù)控程序，可節(jié)省生產(chǎn)準(zhǔn)備時間； ●機(jī)床本身的精度高、剛性大，可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)率高（一般為普通機(jī)床的3~5倍）；
●機(jī)床自動化程度高，可以減輕勞動強(qiáng)度；
●有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化 數(shù)控機(jī)床使用數(shù)字信息與標(biāo)準(zhǔn)代碼處理、傳遞信息，使用了計算機(jī)控制方法，為計算機(jī)輔助設(shè)計、制造及管理一體化奠定了基礎(chǔ)；
●對操作人員的素質(zhì)要求較高，對維修人員的技術(shù)要求更高；
● 可靠性高。
1.3數(shù)控機(jī)床的工藝范圍及加工精度
數(shù)控車床是一種高精度、高效率的自動化機(jī)床，也是使用數(shù)量最多的數(shù)控機(jī)床，約占數(shù)控機(jī)床總數(shù)的25%。它主要用于精度要求高、表面粗糙度好、輪廓形狀復(fù)雜的軸類、盤類等零件的加工，能夠通過程序控制自動完成園柱面、圓錐面、圓弧面和各種螺紋的切削加工，并能進(jìn)行切槽、鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔等加工。
由于數(shù)控車床具有加工精度高、能作直線和圓弧插補(bǔ)功能，有些數(shù)控車床還具有非圓曲線插補(bǔ)功能以及加工過程中具有自動變速功能等特點，所以它的工藝范圍要比普通車床要寬得多。
1、精度要求高的零件
由于數(shù)控機(jī)床剛性好，制造和對刀精度高，以及能方便和精確地進(jìn)行人工補(bǔ)償和自動補(bǔ)償，所以能加工精度要求高的零件，甚至可以以銑代磨。
2、表面粗糙度要求高的零件
數(shù)控車床具有恒線速切削功能，能加工出表面粗糙度小的均勻的零件。使用恒線速切削功能，就可選用最佳速度來切削錐面和端面，使切削后的工件表面粗糙度既小又一致。數(shù)控車床還適合加工各表面粗糙度要求不同的工件。粗糙度要求大的部位選用較大的進(jìn)給量，要求小的部位選用小的進(jìn)給量。
3、輪廓形狀特別復(fù)雜和難于控制尺寸的零件
由于數(shù)控車床具有直線和圓弧插補(bǔ)功能，部分車床數(shù)控裝置還有某些非圓曲線和平面曲線插補(bǔ)功能，所以可以加工形狀特別復(fù)雜或難于控制尺寸的的零件。
4、帶特殊螺紋的零件
普通車床所能車削的螺紋類型相當(dāng)有限，它只能車等導(dǎo)程的直、錐面公、英制螺紋，而且一臺車床只能限定加工若干導(dǎo)程的螺紋。而數(shù)控車床不但能車削任何等導(dǎo)程的直、錐面螺紋和端面螺紋，而且能車變螺距螺紋，還可以車高精度螺紋。
1.5 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨向
數(shù)控機(jī)床是由美國發(fā)明家約翰·帕森斯上個世紀(jì)發(fā)明的。隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，世界機(jī)床業(yè)已進(jìn)入了以數(shù)字化制造技術(shù)為核心的機(jī)電一體化時代，其中數(shù)控機(jī)床就是代表產(chǎn)品之一。數(shù)控機(jī)床是制造業(yè) 的加工母機(jī)和國民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)。它為國民經(jīng)濟(jì)各個部門提供裝備和手段，具有無限放大的經(jīng)濟(jì)與社會效應(yīng)。目前，歐、美、日等工業(yè)化國家已先后完成了數(shù)控機(jī) 床產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，而中國從20世紀(jì)80年代開始起步，仍處于發(fā)展階段。
1、美國的數(shù)控發(fā)展史
美國政府重視機(jī)床工業(yè)，美國國防部等部門因其軍事方面的需求而不斷提出機(jī)床的發(fā)展方向、科研任務(wù)，并且提供充足的經(jīng)費(fèi)，且網(wǎng)羅世界人才，特別講究“效 率”和“創(chuàng)新”，注重基礎(chǔ)科研。因而在機(jī)床技術(shù)上不斷創(chuàng)新，如1952年研制出世界第一臺數(shù)控機(jī)床、1958年創(chuàng)制出加工中心、70年代初研制成FMS、 1987年首創(chuàng)開放式數(shù)控系統(tǒng)等。由于美國首先結(jié)合汽車、軸承生產(chǎn)需求，充分發(fā)展了大量大批生產(chǎn)自動化所需的自動線，而且電子、計算機(jī)技術(shù)在世界上領(lǐng)先， 因此其數(shù)控機(jī)床的主機(jī)設(shè)計、制造及數(shù)控系統(tǒng)基礎(chǔ)扎實，且一貫重視科研和創(chuàng)新，故其高性能數(shù)控機(jī)床技術(shù)在世界也一直領(lǐng)先。當(dāng)今美國生產(chǎn)宇航等使用的高性能數(shù) 控機(jī)床，其存在的教訓(xùn)是，偏重于基礎(chǔ)科研，忽視應(yīng)用技術(shù)，且在上世紀(jì)80代政府一度放松了引導(dǎo)，致使數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量增加緩慢，于1982年被后進(jìn)的日本超 過，并大量進(jìn)口。從90年代起，糾正過去偏向，數(shù)控機(jī)床技術(shù)上轉(zhuǎn)向?qū)嵱?，產(chǎn)量又逐漸上升。
2、德國的數(shù)控發(fā)展史
德國政府一貫重視機(jī)床工業(yè)的重要戰(zhàn)略地位，在多方面大力扶植。，于1956年研制出第一臺數(shù)控機(jī)床后，德國特別注重科學(xué)試驗，理論與實際相結(jié)合，基礎(chǔ)科 研與應(yīng)用技術(shù)科研并重。企業(yè)與大學(xué)科研部門緊密合作，對數(shù)控機(jī)床的共性和特性問題進(jìn)行深入的研究，在質(zhì)量上精益求精。德國的數(shù)控機(jī)床質(zhì)量及性能良好、先進(jìn) 實用、貨真價實，出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密數(shù)控機(jī)床。德國特別重視數(shù)控機(jī)床主機(jī)及配套件之先進(jìn)實用，其機(jī)、電、液、氣、光、刀具、測量、數(shù)控 系統(tǒng)、各種功能部件，在質(zhì)量、性能上居世界前列。如西門子公司之?dāng)?shù)控系統(tǒng)，均為世界聞名，競相采用。
3、日本的數(shù)控發(fā)展史
日本政府對機(jī)床工業(yè)之發(fā)展異常重視，通過規(guī)劃、法規(guī)(如“機(jī)振法”、“機(jī)電法”、“機(jī)信法”等)引導(dǎo)發(fā)展。在重視人才及機(jī)床元部件配套上學(xué)習(xí)德國，在質(zhì) 量管理及數(shù)控機(jī)床技術(shù)上學(xué)習(xí)美國，甚至青出于藍(lán)而勝于藍(lán)。自1958年研制出第一臺數(shù)控機(jī)床后，1978年產(chǎn)量(7,342臺)超過美國(5,688 臺)，至今產(chǎn)量、出口量一直居世界首位(2001年產(chǎn)量46,604臺，出口27,409臺，占59%)。戰(zhàn)略上先仿后創(chuàng)，先生產(chǎn)量大而廣的中檔數(shù)控機(jī) 床，大量出口，占去世界廣大市場。在上世紀(jì)80年代開始進(jìn)一步加強(qiáng)科研，向高性能數(shù)控機(jī)床發(fā)展。日本FANUC公司戰(zhàn)略正確，仿創(chuàng)結(jié)合，針對性地發(fā)展 市場所需各種低中高檔數(shù)控系統(tǒng)，在技術(shù)上領(lǐng)先，在產(chǎn)量上居世界第一。該公司現(xiàn)有職工3,674人，科研人員超過600人，月產(chǎn)能力7,000套，銷售額在 世界市場上占50%，在國內(nèi)約占70%，對加速日本和世界數(shù)控機(jī)床的發(fā)展起了重大促進(jìn)作用。
4、中國數(shù)控行業(yè)現(xiàn)狀及前景
“十五”期間，中國數(shù)控機(jī)床行業(yè)實現(xiàn)了超高速發(fā)展。其產(chǎn)量2001年為17521臺，2002年24803臺，2003年36813臺，2004年 51861臺，2004年產(chǎn)量是2000年的3.7倍，平均年增長39%；2005年國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量59639臺，接近6萬臺大關(guān)，是“九五”末期的 4.24倍?！笆濉逼陂g，中國機(jī)床行業(yè)發(fā)展迅猛的主要原因是市場需求旺盛。固定資產(chǎn)投資增速快、汽車和機(jī)械制造行業(yè)發(fā)展迅猛、外商投資企業(yè)增長速度加快 所致。
2006年，中國數(shù)控金切機(jī)床產(chǎn)量達(dá)到85756臺，同比增長32.8%，增幅高于金切機(jī)床產(chǎn) 量增幅18.4個百分點，進(jìn)而使金切機(jī)床產(chǎn)值數(shù)控化率達(dá)到37.8%，同比增加2.3個百分點。此外，數(shù)控機(jī)床在外貿(mào)出口方面亦業(yè)績驕人，全年實現(xiàn)出口額 3.34億美元，同比增長63.14%，高于全部金屬加工機(jī)床出口額增幅18.58個百分點。
2007年，中國數(shù)控金切機(jī)床產(chǎn)量達(dá)123,257臺，數(shù)控金屬成形機(jī)床產(chǎn)量達(dá)3,011臺；國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床擁有量約50萬臺，進(jìn)口約20萬臺。2008年10月，中國數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量達(dá)105,780臺，比2007年同比增長2.96%。
長期以來，國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床始終處于低檔迅速膨脹，中檔進(jìn)展緩慢，高檔依靠進(jìn)口的局面，特別是國家重點工程需要的關(guān)鍵設(shè)備主要依靠進(jìn)口，技術(shù)受制于人。究其原因，國內(nèi)本土數(shù)控機(jī)床企業(yè)大多處于“粗放型”階段，在產(chǎn)品設(shè)計水 平、質(zhì)量、精度、性能等方面與國外先進(jìn)水平相比落后了5-10年；在高、精、尖技術(shù)方面的差距則達(dá)到了10-15年。同時中國在應(yīng)用技術(shù)及技術(shù)集成方面的 能力也還比較低，相關(guān)的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的研究制定相對滯后，國產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床還沒有形成品牌效應(yīng)。同時，中國的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)目前還缺少完善的技術(shù)培訓(xùn)、服務(wù) 網(wǎng)絡(luò)等支撐體系，市場營銷能力和經(jīng)營管理水平也不高。更重要原因是缺乏自主創(chuàng)新能力，完全擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)少之又少，制約了數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
國外公司在中國數(shù)控系統(tǒng)銷量中的80%以上是普及型數(shù)控系統(tǒng)。如果我們能在普及型數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品 快速產(chǎn)業(yè)化上取得突破，中國數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)就有望從根本上實現(xiàn)戰(zhàn)略反擊。同時，還要建立起比較完備的高檔數(shù)控系統(tǒng)的自主創(chuàng)新體系，提高中國的自主設(shè)計、開發(fā) 和成套生產(chǎn)能力，創(chuàng)建國產(chǎn)自主品牌產(chǎn)品，提高中國高檔數(shù)控系統(tǒng)總體技術(shù)水平。
“十一五”期間，中國數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)將步入快速發(fā)展期，中國數(shù)控機(jī)床行業(yè)面臨千載難逢的大好發(fā)展機(jī)遇，根據(jù)中國數(shù)控車床1996-2005年消費(fèi)數(shù)量，通過模型擬合，預(yù)計2009年數(shù)控車床銷售數(shù)量將達(dá)8.9萬臺，年均增長率為16.5%。根據(jù)中國加工中心1996-2005年消費(fèi)增長模型，預(yù)計2009年加工中心消費(fèi)數(shù)量將達(dá)2.8萬臺，較2005年年均增長率為17.8%。
技術(shù)發(fā)展趨勢
高速、精密、復(fù)合、智能和綠色是數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展的總趨勢，近幾年來，在實用化和產(chǎn)業(yè)化等方面取得可喜成績。主要表現(xiàn)在：
1.機(jī)床復(fù)合技術(shù)進(jìn)一步擴(kuò)展隨著數(shù)控機(jī)床技術(shù)進(jìn)步，復(fù)合加工技術(shù)日趨成熟，包括銑-車復(fù)合、車銑復(fù)合、車-鏜-鉆-齒輪加工等復(fù)合，車磨復(fù)合，成形復(fù)合加工、特種復(fù)合加工等，復(fù)合加工的精度和效率大大提高。“一臺機(jī)床就是一個加工廠”、“一次裝卡，完全加工”等理念正在被更多人接受，復(fù)合加工機(jī)床發(fā)展正呈現(xiàn)多樣化的態(tài)勢。
2．?dāng)?shù)控機(jī)床的智能化技術(shù)有新的突破，在數(shù)控系統(tǒng)的性能上得到了較多體現(xiàn)。如：自動調(diào)整干涉防 碰撞功能、斷電后工件自動退出安全區(qū)斷電保護(hù)功能、加工零件檢測和自動補(bǔ)償學(xué)習(xí)功能、高精度加工零件智能化參數(shù)選用功能、加工過程自動消除機(jī)床震動等功能 進(jìn)入了實用化階段，智能化提升了機(jī)床的功能和品質(zhì)。
3．機(jī)器人使柔性化組合效率更高機(jī)器人與主機(jī)的柔性化組合得到廣泛應(yīng)用，使得柔性線更加靈活、 功能進(jìn)一步擴(kuò)展、柔性線進(jìn)一步縮短、效率更高。機(jī)器人與加工中心、車銑復(fù)合機(jī)床、磨床、齒輪加工機(jī)床、工具磨床、電加工機(jī)床、鋸床、沖壓機(jī)床、激光加工機(jī) 床、水切割機(jī)床等組成多種形式的柔性單元和柔性生產(chǎn)線已經(jīng)開始應(yīng)用。
4．精密加工技術(shù)有了新進(jìn)展數(shù)控金切機(jī)床的加工精度已從原來的絲級（0.01mm）提升到目前 的微米級（0.001mm），有些品種已達(dá)到0.05μm左右。超精密數(shù)控機(jī)床的微細(xì)切削和磨削加工，精度可穩(wěn)定達(dá)到0.05μm左右，形狀精度可達(dá) 0.01μm左右。采用光、電、化學(xué)等能源的特種加工精度可達(dá)到納米級（0.001μm）。通過機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化、機(jī)床零部件的超精加工和精密裝配、采用 高精度的全閉環(huán)控制及溫度、振動等動態(tài)誤差補(bǔ)償技術(shù)，提高機(jī)床加工的幾何精度，降低形位誤差、表面粗糙度等，從而進(jìn)入亞微米、納米級超精加工時代。
5．功能部件性能不斷提高功能部件不斷向高速度、高精度、大功率和智能化方向發(fā)展，并取得成熟的應(yīng)用。全數(shù)字交流伺服電機(jī)和驅(qū)動裝置，高技術(shù)含量的電主軸、力矩電機(jī)、直線電機(jī)，高性能的直線滾動組件，高精度主軸單元等功能部件推廣應(yīng)用，極大的提高數(shù)控機(jī)床的技術(shù)水平。
第2章 數(shù)控機(jī)床總體方案的制訂及比較
數(shù)控機(jī)床可以較好的解決形狀復(fù)雜、精密多品種及中小批零件的加工問題，能夠穩(wěn)定加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率，隨著制造技術(shù)向自動化、柔性化方向的發(fā)展，當(dāng)前機(jī)床的數(shù)控化率已經(jīng)成為衡量一個國家制造工業(yè)水平的重要標(biāo)志。
機(jī)床的數(shù)控化設(shè)計一般是指對現(xiàn)有某臺普通車床的某些部位做一定的改裝，配上經(jīng)濟(jì)型數(shù)控裝置或標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控數(shù)控系統(tǒng)，從而使原機(jī)床具有數(shù)控加工能力。這種技術(shù)工作有其獨(dú)特的特點。
機(jī)床的數(shù)控設(shè)計，主要是對原有機(jī)床的結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)造性的設(shè)計，最終使機(jī)床達(dá)到比較理想的狀態(tài)。數(shù)控車床是機(jī)電一體化的典型代表，其機(jī)械結(jié)構(gòu)同普通的機(jī)床有相似之處。然而，現(xiàn)代的數(shù)控機(jī)床不是簡單將傳統(tǒng)機(jī)床配備上數(shù)控系統(tǒng)即可，也不是在傳統(tǒng)機(jī)床的基礎(chǔ)上，僅對局部加以改進(jìn)而成。傳統(tǒng)機(jī)床存在著一些弱點，如剛性不足，抗震性差，熱變形大，滑動面的摩擦阻力大及傳動元件之間存在間隙等，難以勝任數(shù)控機(jī)床對加工精度，表面質(zhì)量，生產(chǎn)率以及使用壽命等要求?，F(xiàn)代機(jī)床的部件結(jié)構(gòu)，整體布局，外部造型都已經(jīng)形成了數(shù)控機(jī)床獨(dú)特的機(jī)械部件。因此，我們在對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行數(shù)控設(shè)計的過程中，應(yīng)在考慮各種情況下，使普通機(jī)床的各項性能指標(biāo)盡可能的 與數(shù)控機(jī)床相接近。
機(jī)床的設(shè)計主要應(yīng)具備兩個條件1.機(jī)床基礎(chǔ)件必須有足夠的剛度2.改裝的費(fèi)用要合適，經(jīng)濟(jì)性好。改裝前要對機(jī)床的性能指標(biāo)做出決定，改裝后其各項指標(biāo)能達(dá)到數(shù)控加工的要求。
機(jī)械部分?jǐn)?shù)控化設(shè)計需涉及電機(jī)的選擇、工作臺進(jìn)給結(jié)構(gòu)、傳動比分配與計算等方面的內(nèi)容。
1伺服驅(qū)動元件
進(jìn)給電機(jī)選用混合式步進(jìn)電機(jī)，其不僅步距角小運(yùn)行頻率高且功耗低低頻噪音小等優(yōu)點。廣泛用于開環(huán)控制系統(tǒng)，不需要反饋裝置，結(jié)構(gòu)簡單可靠，壽命長。橫垂直進(jìn)給電機(jī)均選用同一型號以便于設(shè)計和日后維修。脈沖當(dāng)量t=0.01mm/脈沖，選用步距角θ=0.6° 。對原機(jī)床的主傳動系統(tǒng)均維持不變，以節(jié)約資金及縮短改裝時間。
2機(jī)床導(dǎo)軌的選擇
由于原機(jī)床采用滑動導(dǎo)軌，在低速時容易發(fā)生“爬行”現(xiàn)象，直接影響運(yùn)動部件的定位精度。較經(jīng)濟(jì)的處理方法是采用貼塑滑動導(dǎo)軌。
3進(jìn)給傳動系統(tǒng)
數(shù)控機(jī)床要求進(jìn)給部分移動元件靈敏度高、精度高、反應(yīng)快、低速時無爬行。因此本設(shè)計中采用滾珠絲杠可以滿足要求。滾珠絲杠螺母副由絲杠、螺母、滾珠、反向器組成。其工作原理為：當(dāng)絲杠和螺母相對運(yùn)動時，在螺母上設(shè)有滾珠循環(huán)返回裝置，使得滾珠沿滾道面運(yùn)動后能通過這個裝置自動的返回其入口處，繼續(xù)參加工作。滾珠絲杠螺母副安裝時需要預(yù)緊，通過預(yù)緊可消除滾珠絲杠螺母副的軸向間隙，提高傳動剛度。本設(shè)計中的預(yù)緊方法是采用雙螺母墊片預(yù)緊式結(jié)構(gòu)。即通過改變兩個螺母的軸向相對位置，使每個螺母中滾珠分別接觸絲杠滾道的左右兩側(cè)來實現(xiàn)預(yù)緊。其特點是預(yù)緊結(jié)構(gòu)簡單，軸向剛度好，預(yù)緊可靠，軸向尺寸適中，工藝性好如圖2-1。為消除傳動系統(tǒng)中的反向間隙，提高重復(fù)定位精度，傳動元件連接采用無鍵錐環(huán)連接。
圖2-1 滾珠絲桿的結(jié)構(gòu)
第3章 確定切削用量及選擇刀具
3.1科學(xué)選擇數(shù)控刀具
3.1.1選擇數(shù)控刀具的原則
刀具壽命與切削用量有密切關(guān)系。在制定切削用量時，應(yīng)首先選擇合理的刀具壽命，而合理的刀具壽命則應(yīng)根據(jù)優(yōu)化的目標(biāo)而定。一般分最高生產(chǎn)率刀具壽命和最低成本刀具壽命兩種，前者根據(jù)單件工時最少的目標(biāo)確定，后者根據(jù)工序成本最低的目標(biāo)確定.
選擇刀具壽命時可考慮如下幾點根據(jù)刀具復(fù)雜程度、制造和磨刀成本來選擇。復(fù)雜和精度高的刀具壽命應(yīng)選得比單刃刀具高些。對于機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具，由于換刀時 間短，為了充分發(fā)揮其切削性能，提高生產(chǎn)效率，刀具壽命可選得低些，一般取15-30min。對于裝刀、換刀和調(diào)刀比較復(fù)雜的多刀機(jī)床、組合機(jī)床與自動化 加工刀具，刀具壽命應(yīng)選得高些，尤應(yīng)保證刀具可靠性。車間內(nèi)某一工序的生產(chǎn)率限制了整個車間的生產(chǎn)率的提高時，該工序的刀具壽命要選得低些當(dāng)某工序單位時 間內(nèi)所分擔(dān)到的全廠開支M較大時，刀具壽命也應(yīng)選得低些。大件精加工時，為保證至少完成一次走刀，避免切削時中途換刀，刀具壽命應(yīng)按零件精度和表面粗糙度 來確定。與普通機(jī)床加工方法相比，數(shù)控加工對刀具提出了更高的要求，不僅需要岡牲好、精度高，而且要求尺寸穩(wěn)定，耐用度高，斷和排性能壇同時要求安裝調(diào)整 方便，這樣來滿足數(shù)控機(jī)床高效率的要求。數(shù)控機(jī)床上所選用的刀具常采用適應(yīng)高速切削的刀具材料(如高速鋼、超細(xì)粒度硬質(zhì)合金)并使用可轉(zhuǎn)位刀片。
3.1.2選擇數(shù)控車削用刀具
目前，數(shù)控機(jī)床上大多使用系列化、標(biāo)準(zhǔn)化刀具，對可轉(zhuǎn) 位機(jī)夾外圓車刀、端面車刀等的刀柄和刀頭都有國家標(biāo)準(zhǔn)及系列化型號對于加工中心及有自動換刀裝置的機(jī)床，刀具的刀柄都已有系列化和標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)定，如錐柄刀 具系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)代號為TSG-JT，直柄刀具系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)代號為DSG-JZ,此外，對所選擇的刀具，在使用前都需對刀具尺寸進(jìn)行嚴(yán)格的測量以獲得精確數(shù)據(jù)， 并由操作者將這些數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)系統(tǒng)，經(jīng)程序調(diào)用而完成加工過程，從而加工出合格的工件。
3.2 設(shè)置刀點和換刀點
刀具究竟從什么位置開始移動到指定的位置呢?所以在程序執(zhí)行的一開始，必須確定刀具在工件坐標(biāo)系下開始運(yùn)動的位置，這一位置即為程序執(zhí)行時刀具相對于工 件運(yùn)動的起點，所以稱程序起始點或起刀點。此起始點一般通過對刀來確定，所以，該點又稱對刀點。在編制程序時，要正確選擇對刀點的位置。對刀點設(shè)置原則 是:便于數(shù)值處理和簡化程序編制。易于找正并在加工過程中便于檢查;引起的加工誤差小。對刀點可以設(shè)置在加工零件上，也可以設(shè)置在夾具上或機(jī)床上，為了提 高零件的加工精度，對刀點應(yīng)盡量設(shè)置在零件的設(shè)計基準(zhǔn)或工藝基誰上。實際操作機(jī)床時，可通過手工對刀操作把刀具的刀位點放到對刀點上，即“刀位點”與“對 刀點”的重合。所謂“刀位點”是指刀具的定位基準(zhǔn)點，車刀的刀位點為刀尖或刀尖圓弧中心。平底立銑刀是刀具軸線與刀具底面的交點;球頭銑刀是球頭的球心， 鉆頭是鉆尖等。用手動對刀操作，對刀精度較低，且效率低。而有些工廠采用光學(xué)對刀鏡、對刀儀、自動對刀裝置等，以減少對刀時間，提高對刀精度。加工過程中 需要換刀時，應(yīng)規(guī)定換刀點。所謂“換刀點”是指刀架轉(zhuǎn)動換刀時的位置，換刀點應(yīng)設(shè)在工件或夾具的外部，以換刀時不碰工件及其它部件為準(zhǔn)。
3.3 確定切削用量
數(shù)控編程時，編程人員必須確定每道工序的切削用量，并以指令的形式寫人程序中。切削用量包括主軸轉(zhuǎn)速、背吃刀量及進(jìn)給速度等。對于不同的加工方法，需要 選用不同的切削用量。切削用量的選擇原則是:保證零件加工精度和表面粗糙度，充分發(fā)揮刀具切削性能，保證合理的刀具耐用度，并充分發(fā)揮機(jī)床的性能，最大限 度提高生產(chǎn)率，降低成本。
3.3.1確定主軸轉(zhuǎn)速
主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)根據(jù)允許的切 削速度和工件(或刀具)直徑來選擇。其計算公式為:n=1000v/71D式中:v—切削速度，單位為m/m動，由刀具的耐用度決定;n一一主軸轉(zhuǎn)速，單 位為r/min,D—工件直徑或刀具直徑，單位為mm。計算的主軸轉(zhuǎn)速n，最后要選取機(jī)床有的或較接近的轉(zhuǎn)速。
3.3.2確定進(jìn)給速度
進(jìn)給速度是數(shù)控機(jī)床切削用量中的重要參數(shù)，主要根據(jù)零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性質(zhì)選取。最大進(jìn)給速度受機(jī)床剛度和進(jìn)給系統(tǒng)的 性能限制。確定進(jìn)給速度的原則:當(dāng)工件的質(zhì)量要求能夠得到保證時，為提高生產(chǎn)效率，可選擇較高的進(jìn)給速度。一般在100一200mm/min范圍內(nèi)選取; 在切斷、加工深孔或用高速鋼刀具加工時，宜選擇較低的進(jìn)給速度，一般在20一50mm/min范圍內(nèi)選取;當(dāng)加工精度，表面粗糙度要求高時，進(jìn)給速度應(yīng)選 小些，一般在20--50mm/min范圍內(nèi)選取;刀具空行程時，特別是遠(yuǎn)距離“回零”時，可以設(shè)定該機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)設(shè)定的最高進(jìn)給速度。
3.3.3 確定背吃刀量
背吃刀量根據(jù)機(jī)床、工件和刀具的剛度來決定，在剛度允許的條件下，應(yīng)盡可能使背吃刀量等于工件的加工余量，這樣可以減少走刀次數(shù)，提高生產(chǎn)效率。為了保 證加工表面質(zhì)量，可留少量精加工余量，一般0.2一0.5mm,總之，切削用量的具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)機(jī)床性能、相關(guān)的手冊并結(jié)合實際經(jīng)驗用類比方法確定。同時，使主軸轉(zhuǎn)速、切削深度及進(jìn)給速度三者能相互適應(yīng)，以形成最佳切削用量。
切削用量不僅是在機(jī)床調(diào)整前必須確定的重要參數(shù)，而且其數(shù)值合理與否對加工質(zhì)量、加工效率、生產(chǎn)成本等有著非常重要的影響。所謂“合理的”切削用量是指 充分利用刀具切削性能和機(jī)床動力性能(功率、扭矩)，在保證質(zhì)量的前提下，獲得高的生產(chǎn)率和低的加工成本的切削用量。
第4章 傳動系統(tǒng)圖的設(shè)計計算
Φ630機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)如表3-1：
最大回轉(zhuǎn)直徑
630mm
電機(jī)功率
10KW
Lmax
2000mm
快進(jìn)速度
縱向
2.4m/min
橫向
1.2m/min
切削速度
縱向
0.5m/min
橫向
0.25m/min
定位精度
0.015mm
移動部件重量
縱向
1200N
橫向
800N
加速時間
30ms
機(jī)床效率
0.7
表3-1 Φ630機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)
4.1 參數(shù)的確定
了解車床的基本情況和特點---車床的規(guī)格系列和類型
1. 通用機(jī)床的規(guī)格和類型有系列型譜作為設(shè)計時應(yīng)該遵照的基礎(chǔ)。因此，對這些基本知識和資料作些簡要介紹。本次設(shè)計中的車床是普通型車床，其品種，用途，性能和結(jié)構(gòu)都是普通型車床所共有的，在此就不作出詳細(xì)的解釋和說明了。
2.車床的主參數(shù)（規(guī)格尺寸）和基本參數(shù)（GB1582-79，JB/Z143-79）
最大的工件回轉(zhuǎn)直徑D是630mm；刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑D1大于或等于315mm；主軸通孔直徑d要大于或等于80mm；主軸頭號（JB2521-79）是4.5；最大工件長度L是1800mm；主軸轉(zhuǎn)速范圍是：30～1450r/min可無級調(diào)速.
參數(shù)確定的步驟和方法
a) 極限切削速度umax﹑umin
根據(jù)典型的和可能的工藝選取極限切削速度要考慮：工序種類 ﹑工藝要求 刀具和工件材料等因素。允許的切速極限參考值如《機(jī)床主軸變速箱設(shè)計指導(dǎo)書》。然而，根據(jù)本次設(shè)計的需要選取的值如下：
取umax=300m/min；
umin=8m/min。
b) 主軸的極限轉(zhuǎn)速
計算車床主軸的極限轉(zhuǎn)速時的加工直徑，按經(jīng)驗分別取（0.1～0.2）D和（0.45～0.5）D。由于D=630mm，則主軸極限轉(zhuǎn)速應(yīng)為：
加工條件
硬質(zhì)合金刀具粗加工鑄鐵件
30～50
硬質(zhì)合金刀具半精或精加工碳鋼工件
150～300
螺紋（絲杠等）加工鉸孔
3～8
nmax=r/min （2.1）
=758～1517r/min ，取=1000r/m；
nmin=r/min （2.2）
在中考慮車螺紋和絞孔時，其加工最大直徑應(yīng)根據(jù)實際加工情況選取0.1D和50左右。
所以 nmin==32r/min
由于轉(zhuǎn)速范圍 R= =
=31.25 ；
因為級數(shù)Z已知：
Z=16級 。
現(xiàn)以Φ=1.26和Φ=1.41代入R=
得R=32和173 ，因此取Φ=1.26更為合適。
各級轉(zhuǎn)速數(shù)列可直接從標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表中查出。標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列表給出了以Φ=1.06的從1～10000的數(shù)值，因Φ=1.26=，從表中找到nmax=1000r/min，就可以每隔4個數(shù)值取一個數(shù)，得： 1000，800，630，500，400，315，250，200，160，125，100，80，63，50，40，30。
c) 主軸轉(zhuǎn)速級數(shù)z和公比￠
已知 =Rn
Rn=且： z=
因機(jī)床的電動機(jī)轉(zhuǎn)速往往比主軸的大多數(shù)轉(zhuǎn)速高，變速系統(tǒng)以降速傳動居多，因此，傳動系統(tǒng)中若按傳動順序在前面的各軸轉(zhuǎn)速較高，根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式（單位N.m）
T=，當(dāng)傳遞功率一定時，轉(zhuǎn)速較高的軸所傳遞的扭矩就較小，在其他條件相同時，傳動件（如軸、齒輪）的尺寸就較小，因此，常把傳動副數(shù)較多的變速組安排在前面的高速軸上，這樣可以節(jié)省材料，減少傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量。因此選擇結(jié)構(gòu)式如下：
16=。
d) 主電機(jī)功率—動力參數(shù)的確定
合理地確定電機(jī)功率N，使用的功率實際情況既能充分的發(fā)揮其使用性能，滿足生產(chǎn)需要，又不致使電機(jī)經(jīng)常輕載而降低功率因素。
目前，確定機(jī)床電機(jī)功率的常用方法很多，而本次設(shè)計中采用的是：估算法，它是一種按典型加工條件（工藝種類、加工材料、刀具、切削用量）進(jìn)行估算。根據(jù)此方法，中型車床典型重切削條件下的用量：
根據(jù)設(shè)計書表中推薦的數(shù)值：
取 P=7.5kw
4. 2 傳動設(shè)計
1) 傳動結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇
結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)對于分析和選擇簡單的串聯(lián)式的傳動不失為有用的方法，但對于分析復(fù)雜的傳動并想由此導(dǎo)出實際的方案，就并非十分有效，可考慮到本次設(shè)計的需要可以參考一下這個方案。
確定傳動組及各傳動組中傳動副的數(shù)目
級數(shù)為Z的傳動系統(tǒng)有若干個順序的傳動組組成，各傳動組分別有Z1、Z2、Z3…個傳動副。即
Z=Z1Z2Z3…
傳動副數(shù)由于結(jié)構(gòu)的限制以2和3的因子積為合適，即變速級數(shù)Z應(yīng)為2和3的因子:
Z=
可以有幾種方案，由于篇幅的原因就不一一列出了，在此只把已經(jīng)選定了的和本次設(shè)計所須的正確的方案列出，具體的內(nèi)容如下：
傳動齒輪數(shù)目 2x（2+2+1）+2x(2+1)+1=17個
軸向尺寸 19b
傳動軸數(shù)目 8根
操縱機(jī)構(gòu) 簡單，兩個雙聯(lián)滑移齒輪
根據(jù)以上分析及計算，擬定主軸箱、變速箱傳動結(jié)構(gòu)圖如下：
圖二中，第Ⅰ軸至第Ⅲ軸，其結(jié)構(gòu)式為： 4=
圖一中，第Ⅳ軸至第Ⅷ軸，機(jī)床主軸箱傳動系統(tǒng)采用分離傳動，其主要特點是：
（1） 在滿足傳動副極限傳動比的條件下，可以得到較大的變速范圍。
（2） 高速由短支傳動，有助于減少高速時機(jī)床的空運(yùn)轉(zhuǎn)功率損失。而且高速分支的尺寸可相對小些。
（3） 變速級數(shù)不像常規(guī)變速系統(tǒng)那樣受2，3因子的限制，如與部分轉(zhuǎn)速重合的方法配合，幾乎可以得到任意的變速級數(shù)，大大增加了可供選擇方案的數(shù)目。
2) 主傳動順序的安排
16級轉(zhuǎn)速傳動系統(tǒng)的傳動組，可以安排成：2x2x2x2，選擇傳動組安排方式時，要考慮到機(jī)床主軸變速箱的具體結(jié)構(gòu)、裝置和性能。在Ⅰ軸上如果安裝摩擦離合器時，應(yīng)減小軸向尺寸，第一傳動組的傳動副不能多，以2為宜，本次設(shè)計中就是采用的2，一對是傳向正傳運(yùn)動的，另一個是傳向反向運(yùn)動的。
主軸對加工精度、表面粗糙度的影響大，因此主軸上齒輪少些為好，最后一個傳動組的傳動副選用2，或者用一個定比傳動副。
(5) 傳動系統(tǒng)的擴(kuò)大順序的安排
對于16級的傳動只有一種方案，準(zhǔn)確的說應(yīng)該不只有這一個方案，可為了使結(jié)構(gòu)和其他方面不復(fù)雜，同時為了滿足設(shè)計的需要，選擇的設(shè)計方案是：
16=2［2］x 2［1］+ 2［2］x 2[1]+ 2[2］x 2[1]x2[8]
傳動方案的擴(kuò)大順序與傳動順序可以一致也可以不一致，在此設(shè)計中，擴(kuò)大順序和傳動順序就是一致的。這種擴(kuò)大順序和傳動順序一致，稱為順序擴(kuò)大傳動。
(6) 傳動組的變速范圍的極限植
在主傳動系統(tǒng)的降速傳動中，主動齒輪的最少齒數(shù)受到限制，為了避免被動齒輪的直徑過大，齒輪傳動副最小傳動比umin≥，最大傳動比umax≤2，決定了一個傳動組的最大變速范圍rmax=umax/nmin≤8
因此，要按照參考書中所給出的表，淘汰傳動組變速范圍超過極限值的所有傳動方案。
極限傳動比及指數(shù)x，值為：
極限傳動比指數(shù)
1.26
x：umin==
6
值；umax==2
3
（x+）值：umin==8
9
(7) 最后擴(kuò)大傳動組的選擇
正常連續(xù)的順序擴(kuò)大的傳動（串聯(lián)式）的傳動結(jié)構(gòu)式為：
Z=Z1［1］Z2［Z1］Z3［Z1Z2］
即是：
Z=16=2［2］2［1］2［2］2[8]
4.3轉(zhuǎn)速圖的擬定
運(yùn)動參數(shù)確定以后，主軸各級轉(zhuǎn)速就已知，切削耗能確定了電機(jī)功率。在此基礎(chǔ)上，選擇電機(jī)型號，確定各中間傳動軸的轉(zhuǎn)速，這樣就擬定主運(yùn)動的轉(zhuǎn)圖，使主運(yùn)動逐步具體化。
1) 主電機(jī)的選定
中型機(jī)床上，一般都采用三相交流異步電機(jī)為動力源，可以在系列中選用。在選擇電機(jī)型號時，應(yīng)按以下步驟進(jìn)行：
1) 電機(jī)功率N：
根據(jù)機(jī)床切削能力的要求確定電機(jī)功率。但電機(jī)產(chǎn)品的功率已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，因此，按要求應(yīng)選取相近的標(biāo)準(zhǔn)值。
N=13kw
2.電機(jī)轉(zhuǎn)速nd
異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速有：3000、1500、1000、750r/min
類比同類機(jī)床CM6163，在此處選擇的是：
nd=1450r/min
這個選擇是根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與主軸最高轉(zhuǎn)速nmax和Ⅰ軸的轉(zhuǎn)速相近或相宜，以免采用過大的升速或過小的降速傳動。
3.雙速和多速電機(jī)的應(yīng)用
根據(jù)本次設(shè)計機(jī)床的需要，所選用的是：雙速電機(jī)
4.電機(jī)的安裝和外形
根據(jù)電機(jī)不同的安裝和使用的需要，有四種不同的外形結(jié)構(gòu)，用的最多的有底座式和發(fā)蘭式兩種。本次設(shè)計的機(jī)床所需選用的是外行安裝尺寸之一。具體的安裝圖可由手冊查到。
5.常用電機(jī)的資料
根據(jù)常用電機(jī)所提供的資料，選用：
Y132M-4
2) Ⅰ軸的轉(zhuǎn)速
Ⅰ軸從電機(jī)得到運(yùn)動，經(jīng)傳動系統(tǒng)化成主軸各級轉(zhuǎn)速。電機(jī)轉(zhuǎn)速和主軸最高轉(zhuǎn)速應(yīng)相接近。顯然，從傳動件在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下恒功率工作時所受扭矩最小來考慮，Ⅰ軸轉(zhuǎn)速不宜將電機(jī)轉(zhuǎn)速下降得太低。
但如果Ⅰ軸上裝有摩擦離合器一類部件時，高速下摩擦損耗、發(fā)熱都將成為突出矛盾，因此，Ⅰ軸轉(zhuǎn)速不宜太高。
Ⅰ軸裝有離合器的一些機(jī)床的電機(jī)、主軸、Ⅰ軸轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)：
參考這些數(shù)據(jù)，可見，車床Ⅰ軸轉(zhuǎn)速一般取700～1000r/min。另外，也要注意到電機(jī)與Ⅰ軸間的傳動方式，如用帶傳動時，降速比不宜太大，否則Ⅰ軸上帶輪太大，和主軸尾端可能干涉。因此，本次設(shè)計選用：
n1=1000r/min
3) 中間傳動軸的轉(zhuǎn)速
對于中間傳動軸的轉(zhuǎn)速的考慮原則是：妥善解決結(jié)構(gòu)尺寸大小與噪音、震動等性能要求之間的矛盾。
中間傳動軸的轉(zhuǎn)速較高時（如采用先升后降的傳動），中間轉(zhuǎn)動軸和齒輪承受扭矩小，可以使用軸徑和齒輪模數(shù)小寫：d∝ 、 m∝，從而可以使用結(jié)構(gòu)緊湊。但是，這將引起空載功率N空和噪音Lp（一般機(jī)床容許噪音應(yīng)小于85dB）加大：
N空=) KW （2.3）
式中：
C---系數(shù)，兩支承滾動或滑動軸承C=8.5，三支承滾動軸承C=10；
da---所有中間軸軸頸的平均直徑（mm）；
d主—主軸前后軸頸的平均直徑（mm）；
∑n—主軸轉(zhuǎn)速（r/min）。
（2.4）
（mz）a—所有中間傳動齒輪的分度圓直徑的平均值mm；
（mz）主—主軸上齒輪的分度圓的平均值mm；
q----傳到主軸所經(jīng)過的齒輪對數(shù)；
β----主軸齒輪螺旋角；
C1、K---系數(shù)，根據(jù)機(jī)床類型及制造水平選取。我國中型車床、銑床C1=3.5。車床K=54，銑床K=50.5。
從上訴經(jīng)驗公式可知：主軸轉(zhuǎn)速n主和中間傳動軸的轉(zhuǎn)速和∑n對機(jī)床噪音和發(fā)熱的關(guān)系。確定中間傳動軸的轉(zhuǎn)速時，應(yīng)結(jié)合實際情況作相應(yīng)修正：
1.功率較大的重切削機(jī)床，一般主軸轉(zhuǎn)速較低，中間軸的轉(zhuǎn)速適當(dāng)取高一些，對減小結(jié)構(gòu)尺寸的效果較明顯。
2.高速輕載或精密車床，中間軸轉(zhuǎn)速宜取低一些。
3.控制齒輪圓周速度u〈8m/s（可用7級精度齒輪）。在此條件下，可適當(dāng)選用較高的中間軸轉(zhuǎn)速。
4) 齒輪傳動比的限制
機(jī)床主傳動系統(tǒng)中，齒輪副的極限傳動比：
1. 升速傳動中，最大傳動比umax≤2。過大，容易引起震動和噪音。
2. 降速傳動中，最小傳動比umin≥1/4。過小，則使主動齒輪與被動齒輪的直徑相差太大，將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)龐大。
第5章 數(shù)控車床的六角回轉(zhuǎn)刀架的設(shè)計原理和依據(jù)
回轉(zhuǎn)刀架也稱為轉(zhuǎn)塔式刀架，它是數(shù)控車床上最常用，也是最簡單的一種自動換刀裝置?；剞D(zhuǎn)刀架使用回轉(zhuǎn)頭各刀座來安裝或夾持各種不同用途的刀具，通過回轉(zhuǎn)頭的旋轉(zhuǎn)分度定位來實現(xiàn)車床的自動換刀動作。回轉(zhuǎn)刀架可以設(shè)計成四方刀架、六角刀架或圓盤式軸向裝刀刀架等多種形式，其上可安裝4把、6把或更多的刀具，并可按數(shù)控裝置的指令換刀。我國目前制造業(yè)中廣泛使用的數(shù)控車床六角回轉(zhuǎn)刀架雖然是上世紀(jì)開發(fā)的產(chǎn)品，但其結(jié)構(gòu)具有當(dāng)代自動換刀裝置的典型結(jié)構(gòu)，和相對成熟的技術(shù)使得它極具經(jīng)濟(jì)性是使用性，它仍是我國大部分中小企業(yè)廣泛使用的數(shù)控車床部件。
5.1數(shù)控車床的六角回轉(zhuǎn)刀架的換刀工程
圖5.1所示為數(shù)控車床的六角回轉(zhuǎn)刀架，它適用于盤類零件的加工。在加工軸類零件時可以換成四方刀架，它們底部測尺寸是相同的，互換更換起來非常方便，因此在數(shù)控車床中使用得很廣泛。
這種刀架的全部動作由液壓系統(tǒng)通過電磁換向閥和順序閥進(jìn)行控制，其換刀過程如下四個步驟：
圖5.1 數(shù)控車床的六角回轉(zhuǎn)刀架
（1）刀架抬起。當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)出換刀指令后，壓力油由A進(jìn)入壓緊液壓缸的下腔，活塞上升，刀架體抬起，使定位活動插銷與固定插銷脫離。同時，活塞桿下端的端齒離合器與空套齒輪結(jié)合
（2）刀架轉(zhuǎn)位。當(dāng)?shù)都芴鹬?，壓力油從C孔轉(zhuǎn)入液壓缸左腔，活塞向右移動，通過連接板帶動齒條移動，使空套齒輪作逆時針方向轉(zhuǎn)動，通過端齒離合器使刀架轉(zhuǎn)過60o。活塞的行程應(yīng)等于齒輪節(jié)圓周長的1/6，并由限位開關(guān)控制。
（3）刀架壓緊。刀架轉(zhuǎn)位之后，壓力油從B孔進(jìn)入壓緊液壓缸的上腔，活塞帶動刀架體下降。缸體的底盤上精確地安裝六個帶斜楔的圓柱固定插銷，利用活動插銷消除定位銷與孔之間的間隙，實現(xiàn)反靠定位。刀架體下降時，定位活動插銷與另一個固定插銷卡緊，同時缸體與壓盤的錐面接觸，刀架在新的位置定位并壓緊。這時，端齒離合器與空套齒輪脫開。
（4）轉(zhuǎn)位液壓缸復(fù)位。刀架壓緊后，壓力油從D孔進(jìn)入轉(zhuǎn)位油缸右腔，活塞帶動齒條復(fù)位，由于此時端齒離合器已脫開，齒條帶動齒輪在軸上空轉(zhuǎn)。
如果定位和壓緊動作正常，拉桿與相應(yīng)的接觸頭接觸，發(fā)出信號表示換刀過程已結(jié)束，可以繼續(xù)進(jìn)行切削加工。
回轉(zhuǎn)刀架除了采用液壓缸驅(qū)動轉(zhuǎn)位和定位銷定位外，還可以采用電動機(jī)-馬氏機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)位和鼠盤定位，以及其它轉(zhuǎn)位和定位機(jī)構(gòu)。
5.2數(shù)控車床的六角回轉(zhuǎn)刀架的設(shè)計要求
回轉(zhuǎn)刀架在結(jié)構(gòu)上必須具有良好的強(qiáng)度和剛度，以承受粗加工時的切削抗力。由于車削加工精度在很大程度上取決于刀尖位置，對于數(shù)控車床來說，加工過程中刀具位置不進(jìn)行人工調(diào)整，因此更有必要選擇可靠的定位方案和合理的定位結(jié)構(gòu)，以保證回轉(zhuǎn)刀架在每次轉(zhuǎn)位之后，具有盡可能高的重復(fù)定位精度（一般為0.001～0.005mm）。
5.3數(shù)控車床的六角回轉(zhuǎn)刀架的機(jī)構(gòu)設(shè)計中的幾個主要問題
1. 回轉(zhuǎn)刀架的分度機(jī)構(gòu)
分度機(jī)構(gòu)是回轉(zhuǎn)刀架的核心機(jī)構(gòu)之一，要特別處理好分度的準(zhǔn)確性。
2. 刀盤機(jī)構(gòu)
刀盤是刀具裝填機(jī)構(gòu)，也是分度機(jī)構(gòu)直接作用的機(jī)構(gòu)。刀盤在設(shè)計時要注意刀具的大小、材料的選擇、大小和重量。
3. 定位精度的保證
必須選擇可靠的定位方案和合理的定位結(jié)構(gòu)，以保證回轉(zhuǎn)刀架在每次轉(zhuǎn)位之后，具有盡可能高的重復(fù)定位精度（一般為0.001～0.005mm）。
4. 定位動作結(jié)束的反饋機(jī)構(gòu)
回轉(zhuǎn)刀架的動作啟動和結(jié)束是通過液壓系統(tǒng)驅(qū)動的，而液壓系統(tǒng)由數(shù)控系統(tǒng)的CNC控制，因此CNC系統(tǒng)必須獲得反饋信號。
5.4本章小結(jié)
本章分析了六角回轉(zhuǎn)刀架的設(shè)計依據(jù)，分析了六角回轉(zhuǎn)刀架的結(jié)構(gòu)及工作原理，提出了設(shè)計過程中要注意的幾個問題。
第6章 數(shù)控車床的六角回轉(zhuǎn)刀架的機(jī)構(gòu)設(shè)計
回轉(zhuǎn)刀架，它是數(shù)控車床上最常用，也是最簡單的一種自動換刀裝置?；剞D(zhuǎn)刀架使用回轉(zhuǎn)頭各刀座來安裝或夾持各種不同用途的刀具，通過回轉(zhuǎn)頭的旋轉(zhuǎn)分度定位來實現(xiàn)車床的自動換刀動作。它相對成熟的技術(shù)使其具有經(jīng)濟(jì)性和實用性，目前，我過大部分中小企業(yè)還在使用六角回轉(zhuǎn)刀架，常見于數(shù)控車床上的自動換刀裝置的應(yīng)用。本課題對數(shù)控車床的六角回轉(zhuǎn)刀架的機(jī)構(gòu)設(shè)計具有現(xiàn)實意義。
6.1數(shù)控車床的六角回轉(zhuǎn)刀架的分度機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計
回轉(zhuǎn)刀架的工作原理簡單來說，就是利用幾何分度，在每個不同的分度上安裝不同的刀具，并能根據(jù)指令進(jìn)行轉(zhuǎn)動定位。因此，分度機(jī)構(gòu)是回轉(zhuǎn)刀架的核心機(jī)構(gòu)。
6.1.1分度機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計的總思路
分度機(jī)構(gòu)主要包括刀架主軸、主活塞、端齒盤離合器（分上下兩個端齒盤）、分度齒條和分度活塞。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計也圍繞這五個方面進(jìn)行。刀架主軸設(shè)計包括主軸的形狀/尺寸設(shè)計、材料選擇；主活塞設(shè)計包括其形狀/尺寸、材料選擇；端齒盤離合器的下端齒盤是不完全標(biāo)準(zhǔn)件，主要是上端齒盤是個特殊結(jié)構(gòu)，要進(jìn)行特別設(shè)計；分度齒條結(jié)構(gòu)簡單，主要考慮其長度；分度活塞主要考慮其與活塞桿連接的結(jié)構(gòu)。
分度機(jī)構(gòu)主要作用是分度，其精度主要由液壓系統(tǒng)和數(shù)控控制系統(tǒng)決定。而六角回轉(zhuǎn)刀架的重復(fù)定位精度是由刀盤定位系統(tǒng)決定的，故分度機(jī)構(gòu)定位精度沒有作為重要設(shè)計要求。
設(shè)計原則：保重分度性能，盡量用常用的材料和常見結(jié)構(gòu)，減低成本。
6.1.2分度機(jī)構(gòu)的刀架主軸設(shè)計
刀架主軸的作用主要是為刀盤的分度轉(zhuǎn)動提供轉(zhuǎn)軸和扭矩傳動，為刀盤的升高和壓緊提供動力傳動。主軸的設(shè)計包括其形狀/尺寸設(shè)計、材料選擇。
1.主軸的材料的選擇。考慮到主軸作為刀架所受切削力的受力中心，材料應(yīng)該選擇具有一定強(qiáng)度和剛度的材料，同時由于經(jīng)常轉(zhuǎn)動和抬壓刀盤，故要求其具有耐磨性。查表.4.1，考慮到最常用的軸類材料是45鋼，故選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理。表4.2列出了45鋼的力學(xué)性能。
表6.1
表6.2優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的力學(xué)性能
力學(xué)性能|σb/MPa≥: 600
力學(xué)性能|σs/MPa≥: 355
力學(xué)性能|δ5(%)≥: 16
力學(xué)性能|ψ(%)≥: 40
力學(xué)性能|AKU/J≥: 39
由于刀架的分度旋轉(zhuǎn)速度低、扭矩小，故刀盤轉(zhuǎn)動時主軸受到的扭矩相對很小；當(dāng)?shù)都芏ㄎ煌戤叄毒咔邢鞴ぜr，主軸受到切削力，和彎矩的作用，但是主軸外面有很厚的高強(qiáng)度鑄鋼包裹配合，同時45鋼調(diào)制后具有很好的韌性和強(qiáng)度，力學(xué)性能良好，主要受力軸段軸徑為Φ3