φ320mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及四方回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì)

φ320mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及四方回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì),mm,妹妹,數(shù)控車床,總體,整體,設(shè)計(jì),四方,回轉(zhuǎn),刀架 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 設(shè)計(jì)題目：Φ320mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及四方回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì) 學(xué) 生 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 繼 續(xù) 教 育 學(xué) 院 二零一三年十月 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 設(shè)計(jì)題目：Φ320mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及四方回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì) 學(xué) 生 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 繼 續(xù) 教 育 學(xué) 院 二零一三年十月 蘭 州 理 工 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 學(xué) 生 ` 指導(dǎo)教師 胡世軍 班 級(jí) 職 稱 副教授 一． 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目 Φ320MM數(shù)控型臥式車床數(shù)控化設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)及橫向進(jìn)給設(shè)計(jì) Φ320MM數(shù)控型臥式車床數(shù)控化設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)及縱向進(jìn)給設(shè)計(jì) Φ320MM數(shù)控型臥式車床數(shù)控化設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)及液壓尾座設(shè)計(jì) Φ320MM數(shù)控型臥式車床數(shù)控化設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)及液壓尾座設(shè)計(jì) Φ320MM數(shù)控型臥式車床數(shù)控化設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)及四方回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì) Φ320MM數(shù)控型臥式車床數(shù)控化設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)及六角回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì) Φ320MM數(shù)控型臥式車床數(shù)控化設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)及縱向進(jìn)給設(shè)計(jì) Φ320MM數(shù)控型臥式車床數(shù)控化設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)及橫向進(jìn)給設(shè)計(jì) 二、主要設(shè)計(jì)參數(shù)及技術(shù)指標(biāo) 1、 X軸(橫向)、Z軸(縱向)改為微機(jī)控制，采用步進(jìn)電機(jī)或直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，滾珠絲杠傳動(dòng)。其中X軸(橫向)脈沖當(dāng)量：0.005mm/脈沖，Z軸(縱向)脈沖當(dāng)量：0.010mm/脈沖。 2、 實(shí)現(xiàn)功能：車削外圓、端面、圓弧、圓錐及螺紋加工 3、 操作要求：起動(dòng)、點(diǎn)動(dòng)、單步運(yùn)行、自動(dòng)循環(huán)、暫停、停止 4、 采用回轉(zhuǎn)刀架及液壓尾座 5、 其余參數(shù)見原機(jī)床 三、畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容及工作量 （一） 設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 一份0.8—1.0萬字 （二）、 圖紙部分 1、普通車床數(shù)控化設(shè)計(jì)總體方案圖 A0一張 2、機(jī)床尺寸聯(lián)系圖 A0一張 3、主要部件裝配圖（主軸箱等） A0一張 4、數(shù)控機(jī)床硬件電路圖 A0一張（選做） 四． 畢業(yè)設(shè)計(jì)的基本要求： 能按時(shí)獨(dú)立完成畢業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)定的全部內(nèi)容，方案選擇正確，論據(jù)充分，對(duì)設(shè)計(jì)中的主要問題分析深入，解決合理，有獨(dú)立見解，能很好運(yùn)用所學(xué)理論和提供的資料解決設(shè)計(jì)中的問題，能獨(dú)立查閱和正確引用中外文參考資料，說明書文字通順、清楚、選用數(shù)據(jù)論證合理、計(jì)算準(zhǔn)確，圖面整潔。 五、 進(jìn)程安排 序號(hào) 主 要 任 務(wù) 時(shí)間 備注 1 查閱文獻(xiàn)、調(diào)研、收集資料、實(shí)習(xí) 0.5周 2 總體方案圖 1.0周 3 機(jī)床尺寸聯(lián)系圖 2.5周 4 主要部件裝配圖 2.5周 5 編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書 1.0周 6 準(zhǔn)備答辯 0.5周 六.主要參考文獻(xiàn) 《數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)》 陳嬋娟主編 化學(xué)工業(yè)出版社 《經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》張新義主編 機(jī)械工業(yè)出版社 《新編機(jī)床數(shù)控技術(shù)》 任玉田主編 北京理工大學(xué)出版社 《機(jī)床設(shè)計(jì)圖冊(cè)》 上海紡織工學(xué)院等主編 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 成大先主編 化學(xué)工業(yè)出版社 7、 設(shè)計(jì)書的裝訂及格式 裝訂必須采用橫向翻頁方式。內(nèi)容順序?yàn)椋悍饷?，任?wù)書，目錄，中文摘要，中文關(guān)鍵詞，引言，正文，結(jié)論（計(jì)算結(jié)果），參考文獻(xiàn)，致謝。 摘 要 在數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)中，加工精度和加工可靠性是伺服系統(tǒng)決定的，本文對(duì)數(shù)控車床進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)，全面闡述了數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)原理，設(shè)計(jì)特點(diǎn)，論述了采用伺服電機(jī)和滾珠絲杠螺母副的優(yōu)點(diǎn)。詳細(xì)介紹了數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核，并進(jìn)行了分析。另外匯總了有關(guān)技術(shù)參數(shù)。 其中著重介紹了四方刀架的原理包括種類選擇、參數(shù)選擇、精度選擇、循環(huán)方式選擇、與主機(jī)匹配的原則以及廠家的選擇等。 關(guān)鍵詞：車床，數(shù)控，電機(jī)，刀架 V Abstract In the system of the CNC machine tool, machining precision and reliability are servo system is determined, based on the CNC lathe are analyzed and designed, elaborated in the round CNC lathe structure principle, design features, discusses the use of servo motor and ball screw nut pair advantages. Introduces the NC lathe structure design and verification, and analysis. In addition to collect the related technology parameters. Which focuses on the four knife principles including type selection, parameter selection, precision, circulation mode selection, matched with the host machine and the selection principle of manufacturers. Key Words: Lathes, CNC, machine, tool 目 錄 摘 要 V Abstract VI 第1章 數(shù)控機(jī)床發(fā)展概述 1 1.1數(shù)控機(jī)床及其特點(diǎn) 1 1.2數(shù)控車床的主要功能及加工對(duì)象 1 1.3 數(shù)控機(jī)床的經(jīng)濟(jì)分析 2 1.3.1中小企業(yè)數(shù)控機(jī)床選用中存在的問題 2 1.3.2 數(shù)控機(jī)床選購的策略 2 1.4 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 5 2.1 總體設(shè)計(jì)方案 5 2.2 主傳動(dòng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 2.2.1機(jī)械部分的數(shù)控化設(shè)計(jì) 7 2.2.2電氣部分的數(shù)控化設(shè)計(jì) 7 2.3進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 8 2.3.1進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 8 2.3.2 ΦΦ320MM車床的設(shè)計(jì)要求 8 2.3.3導(dǎo)軌副的設(shè)計(jì) 8 2.4 微機(jī)系統(tǒng)的硬件與軟件設(shè)計(jì) 9 2.4.1系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 9 2.4.2硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 2.5設(shè)計(jì)方案論證 10 2.6 Φ320MM數(shù)控車床的設(shè)計(jì)參數(shù) 11 2.7 總體方案的確定 11 第3章 Φ320MM數(shù)控車床設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì) 13 3.1.主動(dòng)參數(shù)參數(shù)的擬定 13 3.2 變速結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 14 3.2.1 主變速方案擬定 14 3.2.2 變速結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)網(wǎng)的選擇 14 3.3 各變速組齒輪模數(shù)的確定 18 第4章 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 23 4.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 23 4.1.1減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 23 4.1.2 上刀體鎖緊與精定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 24 4.1.3 刀架抬起機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 24 4.2 刀架主要零件設(shè)計(jì) 24 4.2.1 動(dòng)齒盤與靜齒盤 24 4.2.2 活塞 24 4.2.3 花鍵軸 25 4.2.4 防水、防塵設(shè)計(jì) 25 4.2.5 控制方式 25 4.2.6 刀架定位精度及重復(fù)定位精度 25 4.2.7 刀架驅(qū)動(dòng)形式 25 第5章 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架主要傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 26 5.1 蝸桿副的設(shè)計(jì)計(jì)算 26 5.1.1蝸桿的選型 26 5.1.2蝸桿副的材料 26 5.1.3按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) 26 5.1.4 蝸桿和蝸輪的主要計(jì)算參數(shù)和幾何尺寸 28 5.1.5 校核蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 29 5.2 蝸桿的設(shè)計(jì)計(jì)算 30 5.2.1 蝸距的確定 30 5.2.2其它參數(shù)的確定 30 5.2.3自鎖性能校核 30 第6章 數(shù)控硬件電路系統(tǒng)設(shè)計(jì) 31 6.1硬件電路設(shè)計(jì) 31 6.1.1 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 31 6.1.2 數(shù)控系統(tǒng)硬件電路的功能 31 6.2關(guān)于各線路元件之間線路連接 32 6.3 關(guān)于電路原理圖的一些說明 33 總 結(jié) 36 參考文獻(xiàn) 37 致 謝 38 IX Φ320mm的數(shù)控車床總體設(shè)計(jì)及四方回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì) 第1章 數(shù)控機(jī)床發(fā)展概述 1.1數(shù)控機(jī)床及其特點(diǎn) 數(shù)字控制機(jī)床是用數(shù)字代碼形式的信息(程序指令)，控制刀具按給定的工作程序、運(yùn)動(dòng)速度和軌跡進(jìn)行自動(dòng)加工的機(jī)床，簡稱數(shù)控機(jī)床。 數(shù)控機(jī)床具有廣泛的適應(yīng)性，加工對(duì)象改變時(shí)只需要改變輸入的程序指令；加工性能比一般自動(dòng)機(jī)床高，可以精確加工復(fù)雜型面，因而適合于加工中小批量、改型頻繁、精度要求高、形狀又較復(fù)雜的工件，并能獲得良好的經(jīng)濟(jì)效果。 隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，采用數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床品種日益增多，有車床、車床、鏜床、鉆床、磨床、齒輪加工機(jī)床和電火花加工機(jī)床等。此外還有能自動(dòng)換刀、一次裝卡進(jìn)行多工序加工的加工中心、車削中心等。 數(shù)控機(jī)床主要由數(shù)控裝置、伺服機(jī)構(gòu)和機(jī)床主體組成。輸入數(shù)控裝置的程序指令記錄在信息載體上，由程序讀入裝置接收，或由數(shù)控裝置的鍵盤直接手動(dòng)輸入。 隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和軟件技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的控制系統(tǒng)日益趨向于小型化和多功能化，具備完善的自診斷功能；可靠性也大大提高；數(shù)控系統(tǒng)本身將普遍實(shí)現(xiàn)自動(dòng)編程。 未來數(shù)控機(jī)床的類型將更加多樣化，多工序集中加工的數(shù)控機(jī)床品種越來越多；激光加工等技術(shù)將應(yīng)用在切削加工機(jī)床上，從而擴(kuò)大多工序集中的工藝范圍；數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化程度更加提高，并具有多種監(jiān)控功能，從而形成一個(gè)柔性制造單元，更加便于納入高度自動(dòng)化的柔性制造系統(tǒng)中。 1.2數(shù)控車床的主要功能及加工對(duì)象 數(shù)控車床的功能分為一般功能和特殊功能。一般功能是指各類數(shù)控車床普遍所具有的功能。如點(diǎn)位控制功能、刀具半徑自動(dòng)補(bǔ)償功能、鏡象加工功能、 固定循環(huán)功能等。特殊功能是指數(shù)控車床在增加了某些特殊裝置或附件后，分別具有或兼?zhèn)涞囊恍┨厥夤δ堋Ｈ绲毒唛L度補(bǔ)償功能、靠模加工功能、自動(dòng)變換工作臺(tái)功能、自適應(yīng)功能、數(shù)控采集功能等。 在使用數(shù)控車床加工工件時(shí)，只要充分利用數(shù)控車床的各種功能，就可以加工許多普通車床難加工的工件。數(shù)控車床的主要加工對(duì)象有：平面類零件；變斜角類零件；曲面類（立體類）零件。 1、直線插補(bǔ):數(shù)控車床在完成工作時(shí)所具有的基本功能之一，一般情況下分為直線插補(bǔ)和空間直線插補(bǔ)等一些插補(bǔ)方式 2、圓弧插補(bǔ):?這也是數(shù)控車床在完成工作時(shí)所具有的基本功能之一，一般情況下可分為平面圓弧插補(bǔ)以及逼近圓弧插補(bǔ)等。 3、固定循環(huán):固定循環(huán)是指通過各種參數(shù)使用不同的加工要求，主要用于實(shí)現(xiàn)一些魚油經(jīng)典型的需要多次重復(fù)的工作，這樣使用固定循環(huán)是可以有效的簡化程序的編制。 1.3 數(shù)控機(jī)床的經(jīng)濟(jì)分析 近幾年，隨著國民經(jīng)濟(jì)快速穩(wěn)定發(fā)展，我國機(jī)床制造行業(yè)受益于國家振興裝備制造業(yè)的大環(huán)境，有了長足進(jìn)展，這其中領(lǐng)先當(dāng)今機(jī)械制造技術(shù)水平的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)更勝一籌。由于數(shù)控設(shè)備的先進(jìn)性、復(fù)雜性和發(fā)展的迅速性,以及品種型號(hào)、檔次的多樣性,決定了選用數(shù)控設(shè)備的復(fù)雜性和難度。如何從品種繁多、價(jià)格昂貴的產(chǎn)品中選擇適用的設(shè)備, 成為中小型企業(yè)十分關(guān)心的問題。 1.3.1中小企業(yè)數(shù)控機(jī)床選用中存在的問題 目前中小型企業(yè)缺乏數(shù)控設(shè)備的使用經(jīng)驗(yàn)和掌握數(shù)控加工技術(shù)的人才,在數(shù)控機(jī)床選購中存在著盲目性、片面性,主要表現(xiàn)在以下幾方面: 1.決策者對(duì)數(shù)控機(jī)床的認(rèn)識(shí)有誤區(qū),部分企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)認(rèn)為配置高精度數(shù)控設(shè)備是企業(yè)檔次的象征。選型時(shí)不考慮投資效益,忽略性價(jià)比,盲目追求進(jìn)口、高檔,片面講究功能齊全。而在后來的使用過程中才發(fā)現(xiàn)有些功能用不上或幾乎不用。 2.機(jī)床選型混亂, 數(shù)控機(jī)床類型、規(guī)格不配套。選購不同廠家的產(chǎn)品, 數(shù)控系統(tǒng)不統(tǒng)一, 購置后給操作、編程、維修帶來困難。 3.購置數(shù)控機(jī)床時(shí)只重視主機(jī)性能, 而忽略附件和刀具的配套, 致使在使用中因缺少某個(gè)附件或刀具而影響整個(gè)主機(jī)的運(yùn)行。4.對(duì)企業(yè)發(fā)展和產(chǎn)品變化預(yù)測不足, 所購設(shè)備的功能的發(fā)揮受到制約。 1.3.2 數(shù)控機(jī)床選購的策略 1.實(shí)用性。選購數(shù)控機(jī)床時(shí)，企業(yè)要有明確的目的和出發(fā)點(diǎn)，首先考慮的是數(shù)控機(jī)床的實(shí)用性。 (1)數(shù)控機(jī)床規(guī)格、精度的實(shí)用性。在選擇數(shù)控機(jī)床時(shí),首先應(yīng)確定數(shù)控機(jī)床上加工的典型零件。零件的尺寸決定機(jī)床的加工范圍；零件關(guān)鍵部位的精度決定了所選機(jī)床的精度等級(jí)。機(jī)床精度的評(píng)定指標(biāo)較多，因數(shù)控機(jī)床類別而異,但共有的關(guān)鍵項(xiàng)目是定位精度、重復(fù)定位精度以及綜合加工精度。定位精度與傳動(dòng)鏈各環(huán)節(jié)的彈性、間隙等因素有關(guān),反映了機(jī)械系統(tǒng)中的扭曲、撓度、爬行、共振等諸因素造成的綜合誤差。這些指標(biāo)既反映了伺服機(jī)構(gòu)的剛度,也說明了位置反饋測量系統(tǒng)的質(zhì)量。重復(fù)定位精度反映了數(shù)控軸在全行程內(nèi)定位點(diǎn)的穩(wěn)定性，傳動(dòng)鏈剛性直接影響重復(fù)定位精度。綜合加工精度指最后加工出來的工件尺寸與所要求尺寸之間的誤差。選購時(shí)應(yīng)避免盲目追求高精度，注意機(jī)床精度與工件精度相匹配。 (2)數(shù)控系統(tǒng)功能的實(shí)用性。數(shù)控系統(tǒng)功能可分為基本功能與選用功能, 各知名品牌數(shù)控系統(tǒng)的基本功能差別不大。除基本功能以外, 數(shù)控系統(tǒng)還為用戶提供多種可選功能。通常數(shù)控系統(tǒng)具備的基本功能比較便宜, 而特定選擇的功能很貴。在可供選擇的功能模塊中, 性能差別很大,價(jià)格也相差數(shù)倍，所以要根據(jù)加工要求和機(jī)床性能的需要來選擇。 從控制方式、驅(qū)動(dòng)形式、反饋形式、檢測、操作方式、接口形式和故障診斷等方面來衡量, 合理地選擇適合機(jī)床的可選功能,放棄可有可無或不實(shí)用的可選功能。比如，自動(dòng)換刀裝置(ATC) 是加工中心的基本特征，ATC裝置的投資往往占整機(jī)的30%～50%。因此在滿足使用要求的前提下盡量選用結(jié)構(gòu)簡單和可靠性高的ATC, 以提高機(jī)床的可靠性和降低整機(jī)的價(jià)格。應(yīng)當(dāng)注意，單獨(dú)簽訂合同購買附件的單價(jià)大大高于隨同主機(jī)一起供貨的附件單價(jià),應(yīng)盡可能在購買主機(jī)時(shí)一并購置部分易損部件及其他附件。 2.經(jīng)濟(jì)性。經(jīng)濟(jì)性是指選用的數(shù)控機(jī)床在滿足加工要求的條件下, 所支付的“錢”最少或較為合理的。經(jīng)濟(jì)性往往是和實(shí)用性緊密相連的, 機(jī)床選得實(shí)用、經(jīng)濟(jì), 可避免不必要的浪費(fèi), 避免以高代價(jià)換來功能過多而又不實(shí)用的較復(fù)雜的數(shù)控機(jī)床，避免在操作使用、維護(hù)保養(yǎng)等諸多方面帶來困難。 數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)使用壽命一般為7年, 主要以數(shù)控方面的使用壽命為準(zhǔn)。同時(shí)還得考慮市場占有率, 市場占有率高的數(shù)控設(shè)備說明是旺銷產(chǎn)品, 已受到多數(shù)用戶的青睞和肯定, 一般不會(huì)有太多的質(zhì)量問題。 選購數(shù)控機(jī)床應(yīng)考慮投資回報(bào), 能夠在短期內(nèi)收回投資的機(jī)床才是好機(jī)床。因?yàn)閿?shù)控機(jī)床的主要優(yōu)勢是實(shí)現(xiàn)工序集中，從而提高生產(chǎn)率和加工精度，所以數(shù)控機(jī)床既適于單件小批生產(chǎn)，又適于大批量生產(chǎn)。多數(shù)中小型企業(yè)購買的數(shù)控機(jī)床用于批量生產(chǎn)，因?yàn)榕可a(chǎn)不僅節(jié)省編程、對(duì)刀等輔助時(shí)間，提高機(jī)床利用率；而且對(duì)操作者的技術(shù)要求不高，人工費(fèi)用也相對(duì)較低。所以用于大批量生產(chǎn)的機(jī)床投資回報(bào)較快。少數(shù)產(chǎn)品附加值高，具有一定經(jīng)濟(jì)實(shí)力的企業(yè)，為了生產(chǎn)組織方便而購買用于單件生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床。機(jī)床利用率較低時(shí)，不僅要考慮設(shè)備的使用費(fèi)用，比如潤滑油、冷卻液、電力消耗等，還要計(jì)算設(shè)備折舊。另外一個(gè)不可忽視的因素是設(shè)備的貶值，數(shù)控機(jī)床的升級(jí)、更新較快，同配置的一臺(tái)機(jī)床，現(xiàn)在售價(jià)40萬，三年后可能降至35萬，這樣算起來貶值和折舊一樣不可忽視。所以沒有定型產(chǎn)品或產(chǎn)品附加值較低的中小型企業(yè)，在購置貴重?cái)?shù)控設(shè)備之前，一定要充分研究收回投資的周期。有些企業(yè)事先確定較穩(wěn)定的批量加工意向，甚至已經(jīng)接到訂單，選購機(jī)床時(shí)要求機(jī)床廠為其準(zhǔn)備工裝、編制程序、培訓(xùn)工人，即所謂“交鑰匙”工程，這是投資數(shù)控機(jī)床最理想的情況。 3.穩(wěn)定可靠性。數(shù)控設(shè)備的可靠性是廣大數(shù)控設(shè)備用戶必須關(guān)心的焦點(diǎn)問題, 因此在選用數(shù)控設(shè)備時(shí)應(yīng)注意生產(chǎn)廠家的規(guī)模和市場占有率, 確認(rèn)其產(chǎn)品是否達(dá)到國家規(guī)定的平均無故障時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)(規(guī)定為500h)。目前多數(shù)機(jī)床廠都采購成熟的數(shù)控系統(tǒng)和零部件進(jìn)行組裝。國內(nèi)應(yīng)用較多的數(shù)控系統(tǒng)有日本FANUC、德國的西門子等。立式加工中心的床身出自昆明和南京的居多，而床身中的直線導(dǎo)軌、主軸又分別來自德國和臺(tái)灣等地。所以機(jī)床的主要零部件的質(zhì)量一般是可靠的，需要重點(diǎn)考察的是數(shù)控機(jī)床組裝企業(yè)的售后服務(wù)網(wǎng)絡(luò)是否健全,服務(wù)隊(duì)伍的素質(zhì)是否能勝任工作,服務(wù)能否及時(shí),是否能履行承諾等。 1.4 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(gè)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(shí)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(gè)部門提供裝備和手段，具有無限放大的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效應(yīng)。 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(shí)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?！耙慌_(tái)機(jī)床就是一個(gè)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(dòng)調(diào)整干涉防 碰撞功能、斷電后工件自動(dòng)退出安全區(qū)斷電保護(hù)功能、加工零件檢測和自動(dòng)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(dòng)消除機(jī)床震動(dòng)等功能 進(jìn)入了實(shí)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(jí)（0.01mm）提升到目前 的微米級(jí)（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(jí)（0.001μm）。通過機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(dòng)等動(dòng)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(jí)超精加工時(shí)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(dòng)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(dòng)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 2.1 總體設(shè)計(jì)方案 床身的上部內(nèi)裝主軸傳動(dòng)系統(tǒng)為主軸變速系統(tǒng)，這部分采用原機(jī)床的主軸傳動(dòng)系統(tǒng)即保留原機(jī)床的電動(dòng)機(jī)等等，還有添加的變速箱。床身的底部是可作冷卻液箱的底座，數(shù)控系統(tǒng)顯示器及按鍵位于操作者的右邊，便于調(diào)試、和操作觀察。床身右側(cè)的電器箱內(nèi)裝有兩坐標(biāo)的進(jìn)給伺服控制系統(tǒng)，床身左側(cè)的電器箱內(nèi)裝有主控器和強(qiáng)電系統(tǒng)。顯示器采用LED，用以顯示輸入的程序，機(jī)床的實(shí)際位置和已存儲(chǔ)的各種信息。手動(dòng)操作時(shí)，顯示器可作為數(shù)字讀出裝置使用。 控制部分 數(shù)控系統(tǒng)采用為兩坐標(biāo)CNC開環(huán)控制，由步進(jìn)電機(jī)經(jīng)一級(jí)齒輪變速箱后減速驅(qū)動(dòng)?？蓪?shí)現(xiàn)兩坐標(biāo)直線插補(bǔ)和兩坐標(biāo)圓弧插補(bǔ)。采用MCS－51系列單片機(jī)組成微機(jī)控制系統(tǒng)，它的可靠性高、能在惡劣的環(huán)境下工作，適應(yīng)能力較好，且功能強(qiáng)，速度高。數(shù)控系統(tǒng)還具有刀具長度偏移和半徑補(bǔ)償功能，自診斷功能，可進(jìn)行自動(dòng)加、減速，并具有備用電池，停電時(shí)可做存儲(chǔ)已編程序的電極。采用CNC－51微機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，由I/O接口輸出脈沖信號(hào)，經(jīng)光電隔離電路，功率放大再傳給步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)X、Z 兩個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，加工零件?？傮w設(shè)計(jì)如圖2-1所示： 信號(hào)分配及放大電路 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) （X軸） 信號(hào)分配及放大電路 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) （Z軸） 圖2-1 無反饋控制電路 方案2顯示器采用LED，用以顯示輸入的程序，機(jī)床的實(shí)際位置和已存儲(chǔ)的各種信息。手動(dòng)操作時(shí)，顯示器可作為數(shù)字讀出裝置使用。假如數(shù)控系統(tǒng)采用為兩坐標(biāo)ＮＣ閉環(huán)或者半閉環(huán)控制，那么必須要有電路反饋信息，反饋位移或角位移的電路，這樣可以有更加精確的加工路線，更加便于操作者了解機(jī)床的行經(jīng)過程。仍由步進(jìn)電機(jī)經(jīng)一級(jí)齒輪變速箱后減速驅(qū)動(dòng)。可實(shí)現(xiàn)兩坐標(biāo)直線插補(bǔ)和兩坐標(biāo)圓弧插補(bǔ)。采用MCS-51系列單片機(jī)組成微機(jī)控制系統(tǒng)，它的可靠性高、能在惡劣的環(huán)境下工作，適應(yīng)能力較好，且功能強(qiáng)，速度高。數(shù)控系統(tǒng)還具有刀具長度偏移和半徑補(bǔ)償功能，自診斷功能，可進(jìn)行自動(dòng)加、減速，并具有備用電池，停電時(shí)可做存儲(chǔ)已編程序的電極。采用mcs-51微機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，由I/O接口輸出脈沖信號(hào)，經(jīng)光電隔離電路，功率放大再傳給步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)X、Y 兩個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，加工零件。如圖2-2所示． 圖2-2 有反饋控制電路 方案的取舍：比較兩者的設(shè)計(jì)方案，方案1的布置比較合理，完全按照機(jī)床的正常布置而設(shè)計(jì)，沒有其他什么多余的功能，是經(jīng)過了市場調(diào)查后而進(jìn)行的，雖然沒有位移的反饋信息電路，加工精度也不如方案2高，但是卻可以節(jié)約資金，在很多加工要求不必太高，不需要反饋信息進(jìn)行控制的電路時(shí)，也是能夠達(dá)到精度要求的，所以在本設(shè)計(jì)中無須反饋電路，即采用開環(huán)系統(tǒng)。在很多的小工廠里也是可以進(jìn)行這種數(shù)控設(shè)計(jì)，其范圍廣。并且對(duì)CNC和NC控制作比較，CNC的功能比NC強(qiáng)大許多，在現(xiàn)在軟件發(fā)展如此之快的情況下，CNC已經(jīng)完全取代了NC，采取CNC不但經(jīng)濟(jì)，而且功能又符合ΦΦ320MM車床機(jī)床的數(shù)控設(shè)計(jì)。綜合，在本設(shè)計(jì)中，方案1-1是可行的方案。 2.2 主傳動(dòng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.2.1機(jī)械部分的數(shù)控化設(shè)計(jì) 數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)： ① 結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，自動(dòng)化程度高； ② 廣泛采用高效、無間隙傳動(dòng)裝置和新技術(shù)、新產(chǎn)品； ③ 具有適應(yīng)無人化、柔性化加工的特殊部件； ④ 對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)、零部件的要求高。 主傳動(dòng)系統(tǒng)采用電動(dòng)機(jī)（7.5KW）。進(jìn)給系統(tǒng)采用滾動(dòng)絲杠副螺母副代替原有絲杠副，以提高機(jī)床運(yùn)行精度和傳動(dòng)效率?？紤]到設(shè)計(jì)的目標(biāo)及成本的原因，決定主軸支承仍采用滾動(dòng)軸承支承，導(dǎo)軌仍使用動(dòng)壓導(dǎo)軌。 2.2.2電氣部分的數(shù)控化設(shè)計(jì) 機(jī)床加工的零件多屬中小型，且加工精度要求不是很高，原有的交流電機(jī)就能夠滿足加工要求。因此其主傳動(dòng)系統(tǒng)的電氣部分仍采用其原來配置的7.5KW的交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。 2.3進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 2.3.1進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 考慮到該數(shù)控系統(tǒng)是開環(huán)控制，沒有位置反饋電路，故進(jìn)給系統(tǒng)盡可能的要減少中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)。本車床的X，Y，Z兩軸進(jìn)給系統(tǒng)去掉了原來的進(jìn)給系統(tǒng)的中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，直接采用了步進(jìn)電機(jī)＋一級(jí)減速齒輪＋滾珠絲桿的傳動(dòng)方案。拆除原來的絲桿，增加少量的機(jī)械附件，就可安裝步進(jìn)電機(jī)及滾珠絲桿螺母副。本設(shè)計(jì)選用步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)為110BF004，步進(jìn)電機(jī)步距角選用，扭距是4.61Nm，電機(jī)脈沖當(dāng)量：。 2.3.2 ΦΦ320MM車床的設(shè)計(jì)要求 進(jìn)給伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)后性能的好壞將直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能的好壞。也因此對(duì)進(jìn)給伺服系統(tǒng)提出了設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求： ①提高傳動(dòng)部件的剛度，減小傳動(dòng)部件的慣量； ②減小傳動(dòng)部件的間隙，并減小系統(tǒng)的摩擦阻力； ③高精度 就是說伺服系統(tǒng)的輸出量能復(fù)現(xiàn)輸入量的精確程度。 ④穩(wěn)定性好 指系統(tǒng)在給定輸入或受外界干擾作用下，能在短暫的調(diào)節(jié)后，達(dá)到新的或者恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)。 ⑤快速響應(yīng)，無超調(diào) 它是衡量伺服系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)的重要指標(biāo)，反映了系統(tǒng)的跟蹤精度。 ⑥低速大轉(zhuǎn)矩 機(jī)床加工的特點(diǎn)是在低速時(shí)進(jìn)行重切削。因此，要求伺服系統(tǒng)在低速時(shí)要有大的轉(zhuǎn)矩輸出。 ⑦調(diào)速范圍寬 指機(jī)械要求電機(jī)能提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比。在數(shù)控機(jī)床中，由于加工用刀具、被加工材質(zhì)及零件加工要求的不同，為保證在任何情況下都能得到最佳切削條件，就要求伺服系統(tǒng)具有足夠?qū)挼恼{(diào)速范圍。 2.3.3導(dǎo)軌副的設(shè)計(jì) ΦΦ320MM車床采用的是鑄鐵-淬火鋼滑動(dòng)導(dǎo)軌，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)相差較大，低速易出現(xiàn)爬行，平穩(wěn)性和定位精度較低，能量損失大。在數(shù)控設(shè)計(jì)中可采用在原導(dǎo)軌上粘貼聚四乙炔軟帶涂層的方法，以減小摩擦系數(shù)，增加耐磨性，且具有良好的自潤滑性和抗震性，該方法實(shí)現(xiàn)易、費(fèi)用低。 2.4 微機(jī)系統(tǒng)的硬件與軟件設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體考慮： ①確定功能指標(biāo)； ②明確硬、軟件分工； ③重視接口設(shè)計(jì)； ④認(rèn)真選擇微機(jī)。 2.4.1系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用8031單片機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制，使機(jī)床移動(dòng)部件沿X、Y坐標(biāo)方向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)刀具與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，完成零件加工。軟件系統(tǒng)由初始化模塊、鍵盤處理模塊、LED顯示模塊、輸入輸出處理模塊等組成。其中步進(jìn)電機(jī)控制程序由軟件實(shí)現(xiàn)脈沖分配（由８０３１單片機(jī)實(shí)現(xiàn)環(huán)形分配），通過改變８２５５相應(yīng)端口的狀態(tài)完成控制過程。 2.4.2硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用MCS-51系列單片機(jī)芯片8031為控制器，1片8kb的eprom2764作為程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展芯片；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展芯片用1片8kb的ram6264；而選用1片可編程并行Ｉ／Ｏ接口芯片8255作為系統(tǒng)擴(kuò)展的Ｉ／Ｏ口，對(duì)Ｘ、Ｙ軸步進(jìn)電機(jī)及主軸進(jìn)行控制,通過鍵盤的命令可使X、Y 工作臺(tái)聯(lián)動(dòng)，并可以靈活地輸入切削程序和數(shù)據(jù)。用１片８１５５做為機(jī)床開關(guān)、刀架控制信號(hào)及主軸編碼器反饋信號(hào)Ｉ／Ｏ口用；1片8279作為鍵盤／顯示器接口，識(shí)別鍵盤按鍵信號(hào)，對(duì)顯示器自動(dòng)掃描，完成鍵盤輸入和led顯示控制功能；采用74ls138做為統(tǒng)一地址譯碼器尋址，并用74ls343為地址鎖存器，并由8031對(duì)各步進(jìn)電機(jī)脈沖信號(hào)進(jìn)行環(huán)形分配，如圖1-3所示。 圖2-3 數(shù)控系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 為避免強(qiáng)電干擾可采用光電耦合電路(GO102)進(jìn)行光電隔離。因?yàn)?255輸出的信號(hào)功率很小，故用功率放大器對(duì)輸出的脈沖信號(hào)放大，以驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)工作。 2.5設(shè)計(jì)方案論證 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?，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?cè)趯?duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行數(shù)控設(shè)計(jì)的過程中，機(jī)床的設(shè)計(jì)主要應(yīng)具備兩個(gè)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(duì)機(jī)床的性能指標(biāo)做出決定，改裝后其各項(xiàng)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(jì)需涉及電機(jī)的選擇、工作臺(tái)進(jìn)給結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)比分配與計(jì)算等方面的內(nèi)容。 1伺服驅(qū)動(dòng)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(diǎn)。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(hào)以便于設(shè)計(jì)和日后維修。脈沖當(dāng)量t=0.01mm/脈沖，選用步距角θ=0.6°。對(duì)原機(jī)床的主傳動(dòng)系統(tǒng)均維持不變，以節(jié)約資金及縮短改裝時(shí)間。 2機(jī)床導(dǎo)軌的選擇 采用滑動(dòng)導(dǎo)軌，在低速時(shí)容易發(fā)生“爬行”現(xiàn)象，直接影響運(yùn)動(dòng)部件的定位精度。較經(jīng)濟(jì)的處理方法是采用貼塑滑動(dòng)導(dǎo)軌。 3進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng) 數(shù)控機(jī)床要求進(jìn)給部分移動(dòng)元件靈敏度高、精度高、反應(yīng)快、低速時(shí)無爬行。因此本設(shè)計(jì)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(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，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(dòng)后能通過這個(gè)裝置自動(dòng)的返回其入口處，繼續(xù)參加工作。滾珠絲杠螺母副安裝時(shí)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(dòng)剛度。本設(shè)計(jì)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(gè)螺母的軸向相對(duì)位置，使每個(gè)螺母中滾珠分別接觸絲杠滾道的左右兩側(cè)來實(shí)現(xiàn)預(yù)緊。其特點(diǎn)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。為消除傳動(dòng)系統(tǒng)中的反向間隙，提高重復(fù)定位精度，傳動(dòng)元件連接采用無鍵錐環(huán)連接。 2.6 Φ320MM數(shù)控車床的設(shè)計(jì)參數(shù) 根據(jù)數(shù)控設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求，確定主要如下： 最大加工直徑： 車床身上： 320mm 車床鞍上： 185mm 最大加工長度： 750mm 脈沖當(dāng)量： 縱向 0.01mm/step 橫向 0.005mm/step 脈沖分配方式： 逐點(diǎn)比較法 控制坐標(biāo)數(shù)： 2 機(jī)床定位精度： ±0.015 2.7 總體方案的確定 Φ320MM數(shù)控車床設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)方案的內(nèi)容包括：系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定，伺服系統(tǒng)的選擇，執(zhí)行機(jī)構(gòu)及傳動(dòng)方式的確定、數(shù)控系統(tǒng)的選擇等內(nèi)容，應(yīng)仔細(xì)考慮各種高性能、自動(dòng)化等要求，也要考慮被設(shè)計(jì)機(jī)床的具備條件，是技術(shù)的先進(jìn)性與經(jīng)濟(jì)性的合理性交好的統(tǒng)一。 對(duì)于橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)，保留原手動(dòng)于調(diào)刀，原支承結(jié)構(gòu)也保留。和縱向進(jìn)給一樣步進(jìn)電機(jī)與縱向滾珠絲杠間任何需一級(jí)齒輪減速，絲杠螺母與橫向施板任用一螺母座連接。施板后部開軸承孔以便滾珠絲杠的連通與支承，后接減速箱與步進(jìn)電機(jī)。 縱、橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)減速齒輪采用雙片齒輪，靠錯(cuò)位消除嚙合間隙。絲杠外加防塵罩，溜板箱上安裝急停按鈕，以適應(yīng)意外情況的急停。 硬件方面控制系統(tǒng)的硬件配置是，基本系統(tǒng)包括單片機(jī)AT89C51、鎖存器、EPROM和RAM存儲(chǔ)器。并行接口8255用作連接開關(guān)量的輸入輸出和對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行控制。8279為鍵盤顯示器接口。 軟件方面，軟包裝件設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，以便于系統(tǒng)功能的擴(kuò)展。分為三塊：手動(dòng)操作、加工、編輯。 圖2-1 機(jī)床的操作模式圖 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，系統(tǒng)采用輪廓控制形式，控制系統(tǒng)硬件由微機(jī)控制部分、鍵盤及顯示器、I/O接口及光電隔離器、步進(jìn)電機(jī)、功率放大器等組成。在其縱橫向均采用步進(jìn)電機(jī) 減速齒輪 滾珠絲杠螺母副 溜板的傳動(dòng)方式，刀架更換為四刀位回轉(zhuǎn)刀架，將原先的普通尾座設(shè)計(jì)成液壓尾座。設(shè)計(jì)后的機(jī)床傳動(dòng)系統(tǒng)圖如圖所示： 圖2-2 車床傳動(dòng)系統(tǒng)圖 第3章 Φ320MM數(shù)控車床設(shè)計(jì)總體方案設(shè)計(jì) 3.1.主動(dòng)參數(shù)參數(shù)的擬定 因?yàn)橐阎? ， ∴ Z=+1 ∴===1.4129 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)公比。這里我們?nèi)?biāo)準(zhǔn)公比系列=1.41. 因?yàn)?1.41=1.06，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)列。首先找到最小極限轉(zhuǎn)速20，再每跳過5個(gè)數(shù)（1.26～1.06）取一個(gè)轉(zhuǎn)速，即可得到公比為1.41的數(shù)列：20，35.5，50，71，100，140，200，280，Φ320，560，800 合理的確定電機(jī)功率P，使機(jī)床既能充分發(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。 現(xiàn)在以常見的中碳鋼為工件材料，取45號(hào)鋼，正火處理，車削外圓，表面粗糙度=3.2mm。采用車刀具，可轉(zhuǎn)位外圓車刀，刀桿尺寸：16mm25mm。刀具幾何參數(shù)：=15，=6，=75，=15，=0，=-10，b=0.3mm，r=1mm。 現(xiàn)以確定粗車是的切削用量為設(shè)計(jì)： a） 確定背吃刀量和進(jìn)給量f，根據(jù)【2】表8-50，取4mm，f取0.6。 b） 確定切削速度，參【2】表8-57，取V=1.7。 c） 機(jī)床功率的計(jì)算， 主切削力的計(jì)算 根據(jù)【2】-表8-59和表8-60，主切削力的計(jì)算公式及有關(guān)參數(shù)： F=9.81 =9.8127040.920.95 =3242（N） 切削功率的計(jì)算 ==32421.7=5.5（kW） 依照一般情況，取機(jī)床變速效率=0.8. ==6.86(kW) 根據(jù)【3】表12-1 Y系列（IP44）電動(dòng)機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù),Y系列（IP44）電動(dòng)機(jī)為一般用途全封閉自扇冷式籠型異步電動(dòng)機(jī)，具有防塵埃、鐵屑或其他雜物侵入電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的特點(diǎn)，B級(jí)絕緣，工業(yè)環(huán)境溫度不超過+40℃，相對(duì)濕度不超過95%，海拔高度不超過1000m，額定電壓380V，頻率50Hz。適用于無特殊要求的機(jī)械上，如機(jī)床，泵，風(fēng)機(jī)，攪拌機(jī)，運(yùn)輸機(jī)，農(nóng)業(yè)機(jī)械等。 根據(jù)以上要求，我們選取Y132M-4型可調(diào)速電動(dòng)機(jī)，額定功率7.5kW,滿載轉(zhuǎn)速1440，額定轉(zhuǎn)矩2.2，質(zhì)量81kg。 3.2 變速結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 3.2.1 主變速方案擬定 擬定變速方案，包括變速型式的選擇以及開停、換向、制動(dòng)、操縱等整個(gè)變速系統(tǒng)的確定。變速型式則指變速和變速的元件、機(jī)構(gòu)以及組成、安排不同特點(diǎn)的變速型式、變速類型。 變速方案和型式與結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度密切相關(guān)，和工作性能也有關(guān)系。因此，確定變速方案和型式，要從結(jié)構(gòu)、工藝、性能及經(jīng)濟(jì)等多方面統(tǒng)一考慮。 變速方案有多種，變速型式更是眾多，比如：變速型式上有集中變速，分離變速；擴(kuò)大變速范圍可用增加變速組數(shù)，也可采用背輪結(jié)構(gòu)、分支變速等型式；變速箱上既可用多速電機(jī)，也可用交換齒輪、滑移齒輪、公用齒輪等。 顯然，可能的方案有很多，優(yōu)化的方案也因條件而異。此次設(shè)計(jì)中，我們采用集中變速型式的主軸變速箱。 3.2.2 變速結(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(duì)于分析和選擇簡單的串聯(lián)式的變速不失為有用的方法，但對(duì)于分析復(fù)雜的變速并想由此導(dǎo)出實(shí)際的方案，就并非十分有效。 數(shù)為Z的變速系統(tǒng)由若干個(gè)順序的變速組組成，各變速組分別有、……個(gè)變速副。即 變速副中由于結(jié)構(gòu)的限制以2或3為合適，即變速級(jí)數(shù)Z應(yīng)為2和3的因子： ，可以有三種方案： 12級(jí)轉(zhuǎn)速變速系統(tǒng)的變速組，選擇變速組安排方式時(shí)，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軸如果安置換向摩擦離合器時(shí)，為減少軸向尺寸，第一變速組的變速副數(shù)不能多，以2為宜。 主軸對(duì)加工精度、表面粗糙度的影響很大，因此主軸上齒輪少些為好。最后一個(gè)變速組的變速副數(shù)常選用2。 綜上所述，變速式為12=2×3×2。 對(duì)于12=2×3×2傳動(dòng)式，有6種結(jié)構(gòu)式和對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)。分別為： ， ， ， 由于本次設(shè)計(jì)的機(jī)床I軸裝有摩擦離合器，在結(jié)構(gòu)上要求有一齒輪的齒根圓大于離合器的直徑。初選的方案。 從電動(dòng)機(jī)到主軸主要為降速變速，若使變速副較多的變速組放在較接近電動(dòng)機(jī)處可使小尺寸零件多些，大尺寸零件少些，節(jié)省材料，也就是滿足變速副前多后少的原則，因此取12=2×3×2方案為好。 設(shè)計(jì)車床主變速傳動(dòng)系時(shí)，為避免從動(dòng)齒輪尺寸過大而增加箱體的徑向尺寸，在降速變速中，一般限制限制最小變速比 ；為避免擴(kuò)大傳動(dòng)誤差，減少震動(dòng)噪聲，在升速時(shí)一般限制最大轉(zhuǎn)速比。斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)較平穩(wěn)，可取。因此在主變速鏈任一變速組的最大變速范圍。在設(shè)計(jì)時(shí)必須保證中間變速軸的變速范圍最小。 根據(jù)中間變速軸變速范圍小的原則選擇結(jié)構(gòu)網(wǎng)。從而確定結(jié)構(gòu)網(wǎng)如下： 主軸的變速范圍應(yīng)等于住變速傳動(dòng)系中各個(gè)變速組變速范圍的乘積，即： 檢查變速組的變速范圍是否超過極限值時(shí)，只需檢查最后一個(gè)擴(kuò)大組。因?yàn)槠渌兯俳M的變速范圍都比最后擴(kuò)大組的小，只要最后擴(kuò)大組的變速范圍不超過極限值，其他變速組就不會(huì)超過極限值。 其中，， ∴，符合要求。 繪制轉(zhuǎn)速圖 ⑴、選擇Y132M-4型Y系列籠式三相異步電動(dòng)機(jī)。 ⑵、分配總降速變速比 總降速變速比 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不符合轉(zhuǎn)速數(shù)列標(biāo)準(zhǔn)，因而增加一定比變速副。 ⑶、確定變速軸軸數(shù) 變速軸軸數(shù) = 變速組數(shù) + 定比變速副數(shù) + 1 = 3 + 1 + 1 = 5。 ⑷、確定各級(jí)轉(zhuǎn)速 由、、z = 12確定各級(jí)轉(zhuǎn)速： 800、560、Φ320、280、200、140、100、71、50、35.5、20r/min。 ⑸、繪制轉(zhuǎn)速圖 在五根軸中，除去電動(dòng)機(jī)軸，其余四軸按變速順序依次設(shè)為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（主軸）。Ⅰ與Ⅱ、Ⅱ與Ⅲ、Ⅲ與Ⅳ軸之間的變速組分別設(shè)為a、b、c?，F(xiàn)由Ⅳ（主軸）開始，確定Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ軸的轉(zhuǎn)速： 5 先來確定Ⅲ軸的轉(zhuǎn)速 變速組c 的變速范圍為，結(jié)合結(jié)構(gòu)式， Ⅲ軸的轉(zhuǎn)速只有一種可能： 100、140、200、280、Φ320、560r/min。 ② 確定軸Ⅱ的轉(zhuǎn)速 變速組b的級(jí)比指數(shù)為2，希望中間軸轉(zhuǎn)速較小，因而為了避免升速，又不致變速比太小，可取 ，， 軸Ⅱ的轉(zhuǎn)速確定為：Φ320、560r/min。 ③確定軸Ⅰ的轉(zhuǎn)速 對(duì)于軸Ⅰ，其級(jí)比指數(shù)為1,可取 ， 確定軸Ⅰ轉(zhuǎn)速為800r/min。 由此也可確定加在電動(dòng)機(jī)與主軸之間的定變速比。下面畫出轉(zhuǎn)速圖（電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與主軸最高轉(zhuǎn)速相近）。 齒輪齒數(shù)的確定，當(dāng)各變速組的傳動(dòng)比確定以后，可確定齒輪齒數(shù)。對(duì)于定比傳動(dòng)的齒輪齒數(shù)可依據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)推薦的方法確定。對(duì)于變速組內(nèi)齒輪的齒數(shù)，如傳動(dòng)比是標(biāo)準(zhǔn)公比的整數(shù)次方時(shí)，變速組內(nèi)每對(duì)齒輪的齒數(shù)和及小齒輪的齒數(shù)可以從【1】表3-9中選取。一般在主傳動(dòng)中，最小齒數(shù)應(yīng)大于18～20。采用三聯(lián)滑移齒輪時(shí)，應(yīng)檢查滑移齒輪之間的齒數(shù)關(guān)系：三聯(lián)滑移齒輪的最大齒輪之間的齒數(shù)差應(yīng)大于或等于4，以保證滑移是齒輪外圓不相碰。 根據(jù)【1】,查表3-9各種常用變速比的使用齒數(shù)。 ⑴、變速組a: ∵，； 時(shí)：……57、60、63、66、69、72、75、78…… 時(shí)：……58、60、63、65、67、68、70、72、73、77…… 可取84,于是可得軸Ⅰ齒輪齒數(shù)分別為：28、35。 于是，， 可得軸Ⅱ上的三聯(lián)齒輪齒數(shù)分別為：56、49。 ⑵、變速組b: 根據(jù)【1】,查表3-9各種常用變速比的使用齒數(shù), ∵，, 時(shí)：……87、89、90、91、92…… 時(shí)：……87、89、90、91…… 時(shí)：……86、88、90、91…… 可取 90，于是可得軸Ⅱ上兩聯(lián)齒輪的齒數(shù)分別為：18、30、45。 于是 ，，，得軸Ⅲ上兩齒輪的齒數(shù)分別為：72，60、45。 ⑶、變速組c: 根據(jù)【1】,查表3-9各種常用變速比的使用齒數(shù), , 時(shí)：……、85、89、90、94、95、108…… 時(shí)： ……84、87、89、90、108…… 可取 108. 為降速變速，取軸Ⅲ齒輪齒數(shù)為22； 為升速變速，取軸Ⅳ齒輪齒數(shù)為36。 于是得, 得軸Ⅲ兩聯(lián)動(dòng)齒輪的齒數(shù)分別為22，72； 得軸Ⅳ兩齒輪齒數(shù)分別為86，36。 3.3 各變速組齒輪模數(shù)的確定 齒輪模數(shù)的估算。通常同一變速組內(nèi)的齒輪取相同的模數(shù)，如齒輪材料相同時(shí)，選擇負(fù)荷最重的小齒輪，根據(jù)齒面接觸疲勞強(qiáng)度和齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度條件按【5】表7-17進(jìn)行估算模數(shù)和，并按其中較大者選取相近的標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)，為簡化工藝變速傳動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)各變速組的齒輪模數(shù)最好一樣，通常不超過2～3種模數(shù)。 先計(jì)算最小齒數(shù)齒輪的模數(shù)，齒輪選用直齒圓柱齒輪及斜齒輪傳動(dòng)，查【4】表10-8齒輪精度選用7級(jí)精度，再由【4】表10-1選擇小齒輪材料為40C(調(diào)質(zhì))，硬度為280HBS： 根據(jù)【5】表7-17；有公式： ①齒面接觸疲勞強(qiáng)度： ②齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度： ⑴、a變速組：分別計(jì)算各齒輪模數(shù)，先計(jì)算最小齒數(shù)28的齒輪。 ①齒面接觸疲勞強(qiáng)度： 其中: -公比 ； = 2； P-齒輪傳遞的名義功率；P = 0.967.5=7.2KW； -齒寬系數(shù)=； -齒輪許允接觸應(yīng)力，由【5】圖7-6按MQ線查取; -計(jì)算齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速; K-載荷系數(shù)取1.2。 =650MPa， ∴ 根據(jù)【6】表10-4將齒輪模數(shù)圓整為4mm 。 6 齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度： 其中: P-齒輪傳遞的名義功率；P = 0.967.5=7.2KW； -齒寬系數(shù)=； -齒輪許允齒根應(yīng)力，由【5】圖7-11按MQ線查??； -計(jì)算齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速; K-載荷系數(shù)取1.2。 ， ∴ ∴ 根據(jù)【6】表10-4將齒輪模數(shù)圓整為2.5mm 。 ∵所以 于是變速組a的齒輪模數(shù)取m = 4mm，b = 32mm。 軸Ⅰ上主動(dòng)輪齒輪的直徑： 。 軸Ⅱ上三聯(lián)從動(dòng)輪齒輪的直徑分別為： ⑵、b變速組：確定軸Ⅱ上另兩聯(lián)齒輪的模數(shù)，先計(jì)算最小齒數(shù)18的齒輪。 6、 齒面接觸疲勞強(qiáng)度： 其中: -公比 ； =4； P-齒輪傳遞的名義功率；P = 0.9227.5=6.915KW； -齒寬系數(shù)=； -齒輪許允接觸應(yīng)力，由【5】圖7-6按MQ線查取; -計(jì)算齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速; K-載荷系數(shù)取1.2。 =650MPa， ∴ ∴ 根據(jù)【6】表10-4將齒輪模數(shù)圓整為5mm 。 7、 齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度： 其中: P-齒輪傳遞的名義功率；P =0.9227.5=6.915KW； -齒寬系數(shù)=； -齒輪許允齒根應(yīng)力，由【5】圖7-11按MQ線查??； -計(jì)算齒輪計(jì)算轉(zhuǎn)速; K-載荷系數(shù)取1.2。 ， ∴ ∴ 根據(jù)【6】表10-4將齒輪模數(shù)圓整為3mm 。 ∵所以 于是變速組b的齒輪模數(shù)取m = 5mm，b = 40mm。 軸Ⅱ上主動(dòng)輪齒輪的直徑： 軸Ⅲ上三聯(lián)從動(dòng)輪齒輪的直徑分別為： ⑶、c變速組： 為了使傳動(dòng)平穩(wěn)，所以使用斜齒輪，取，螺旋角。 計(jì)算中心距a， ∴圓整為280mm。 修正螺旋角， 因值改變不多，所以參數(shù)，，等值不必修正。 所以軸Ⅲ上兩聯(lián)動(dòng)主動(dòng)輪齒輪的直徑分別為： 軸Ⅳ上兩從動(dòng)輪齒輪的直徑分別為： ⑷、標(biāo)準(zhǔn)齒輪參數(shù)： 從【7】表5-1查得以下公式 齒頂圓直徑 ； 齒根圓直徑； 分度圓直徑 ； 齒頂高 ； 齒根高 ； 齒輪的具體值見表 表5.1齒輪尺寸表 （單位：mm） 齒輪 齒數(shù) z 模數(shù) 分度圓直徑d 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 齒頂高 齒根高 ⒈ 28 4 112 120 102 4 5 ⒉ 35 4 140 148 130 4 5 ⒊ 56 4 224 232 214 4 5 ⒋ 49 4 196 204 186 4 5 ⒌ 18 5 90 100 77.5 5 6.25 ⒍ 30 5 150 160 137.5 5 6.25 ⒎ 45 5 225 235 212.5 5 6.25 ⒏ 72 5 360 370 347.5 5 6.25 ⒐ 60 5 200 210 187.5 5 6.25 ⒑ 45 5 225 235 212.5 5 6.25 ⒒ 22 5 113.12 123.5 101.16 5.19 3.68 ⒓ 72 5 373.44 383.82 360.48 5.19 3.68 ⒔ 36 5 183.92 197.1 173.76 5.19 3.68 ⒕ 86 5 446.06 453.64 433.1 5.19 3.68 第4章 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架，適用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，使自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架在結(jié)構(gòu)上具有良好的強(qiáng)度和剛性，以承受粗加工時(shí)的切削抗力，同時(shí)具有換刀時(shí)的快速性、穩(wěn)定性和高定位精度的重復(fù)性。 圖3-1為自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3-1 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖 1 發(fā)信盤 2 推力軸承 3 螺桿螺母副 4 端面齒盤 5 反靠圓盤 6 三相異步電動(dòng)機(jī) 7 聯(lián)軸器 8 蝸桿副 9 反靠銷 10 圓柱銷 11 上蓋圓盤 12 上刀體 4.1.1減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 普通的三相異步電動(dòng)機(jī)因轉(zhuǎn)速太快，不能直接驅(qū)動(dòng)刀架進(jìn)行換刀，必須經(jīng)過適當(dāng)?shù)臏p速。根據(jù)立式轉(zhuǎn)位刀架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用蝸桿副減速是最佳選擇。蝸桿副傳動(dòng)可以改變運(yùn)動(dòng)的方向，獲得較大的傳動(dòng)比，保證傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，并且具有自鎖功能，還可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置的小型化。 4.1.2 上刀體鎖緊與精定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 由于刀具直接安裝在上刀體上，所以上刀體要承受全部的切削力，其鎖緊與定位的精度將直接影響工件的加工精度。本設(shè)計(jì)上刀體的鎖緊與定位機(jī)構(gòu)選用端面齒盤，將上刀體和下刀體的配合面加工成梯形端面齒。當(dāng)?shù)都芴幱阪i緊狀態(tài)時(shí)，上下端面齒相互咬合，這時(shí)上刀體不能繞刀架的中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)；換刀時(shí)電動(dòng)機(jī)正傳，抬起機(jī)構(gòu)使上刀體抬起，等上下端面齒脫開后，上刀體才可以繞刀架中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，完成轉(zhuǎn)位動(dòng)作。 4.1.3 刀架抬起機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 要想使上，下刀體的兩個(gè)端面齒脫離，就必須設(shè)計(jì)合適的機(jī)構(gòu)使上刀體抬起。本設(shè)計(jì)選用螺桿-螺母副，在上刀體內(nèi)部加工出內(nèi)螺紋，當(dāng)電動(dòng)機(jī)通過蝸桿-蝸輪帶動(dòng)蝸桿繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，作為螺母的上刀體要么轉(zhuǎn)動(dòng)，要么上下移動(dòng)。當(dāng)?shù)都芴幱阪i緊狀態(tài)時(shí)，上刀體與下刀體的端面齒相互咬合，因?yàn)檫@時(shí)上刀體不能與螺桿一起轉(zhuǎn)動(dòng)，所以螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)使上刀體向上移動(dòng)。當(dāng)端面齒脫離咬合時(shí)，上刀體就與螺桿一同轉(zhuǎn)動(dòng)。 4.2 刀架主要零件設(shè)計(jì) 4.2.1 動(dòng)齒盤與靜齒盤 動(dòng)齒盤與靜齒盤是數(shù)控刀架的兩個(gè)主要零件，其精度決定刀架性能的好壞，齒盤的齒形可設(shè)計(jì)成向心齒（即齒面為梯形齒、齒的截面也為梯形）或設(shè)計(jì)成矩形齒（即齒面為矩形、齒的截面為梯形）。本刀架采用工藝性能好的矩形齒，齒的嚙合深度通常設(shè)計(jì)為4～5mm，可獲得所需的鎖緊力滿足刀架剛度要求。 4.2.2 活塞 對(duì)活塞的設(shè)計(jì)要求：當(dāng)花鍵軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，活塞是不允許隨之轉(zhuǎn)動(dòng)的，所以兩者之間應(yīng)有軸承來傳動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，顯然在這里用滾動(dòng)軸承是不合適的，必需采用滑動(dòng)軸承。本設(shè)計(jì)直接在活塞孔內(nèi)開螺旋形潤滑油槽，把活塞孔設(shè)計(jì)成滑動(dòng)軸承。由于省去了花鍵軸與活塞孔之間的滑動(dòng)軸承，使刀架的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步得到簡化。 4.2.3 花鍵軸 花鍵軸是本刀架的重要零件之一，它既是刀架的傳動(dòng)軸又是液壓缸的活塞桿；它既有往復(fù)運(yùn)動(dòng)，又有轉(zhuǎn)動(dòng)，所以花鍵軸與活塞配合部分的配合采用G7/h6。配合特點(diǎn)