機械畢業(yè)設(shè)計（論文）-半閉環(huán)數(shù)控車床總體設(shè)計【全套圖紙】

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1、編編 號號 無錫太湖學(xué)院 畢畢業(yè)業(yè)設(shè)設(shè)計計（論論文文） 題目：題目： 半閉環(huán)數(shù)控車床總體設(shè)計半閉環(huán)數(shù)控車床總體設(shè)計 信機 系系 機械工程及自動化 專專 業(yè)業(yè) 學(xué) 號： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： （職稱：副教授 ） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 誠誠 信信 承承 諾諾 書書 全套圖紙，加全套圖紙，加 153893706 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文） 半閉環(huán)數(shù)控車床總體 設(shè)計 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的成果，其內(nèi) 容除了在畢業(yè)設(shè)計（論文）中特別加以標注引用，表示致謝的內(nèi)容外， 本畢業(yè)設(shè)計（論文）

2、不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作 品。 班 級： 機械 91 學(xué) 號： 0923007 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 無無錫錫太太湖湖學(xué)學(xué)院院 信信 機機 系系 機機械械工工程程及及自自動動化化 專專業(yè)業(yè) 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計計論論 文文 任任 務(wù)務(wù) 書書 一、題目及專題：一、題目及專題： 1、題目 半閉環(huán)數(shù)控車床總體設(shè)計 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù)二、課題來源及選題依據(jù) 本次課題來源于： 校企合作開發(fā)課題。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機械產(chǎn)品結(jié) 構(gòu)越來越合理，其性能、精度和效率日趨提高更新?lián)Q代頻繁，生產(chǎn)類型由大批 大量生產(chǎn)向多品種小批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)化。因此，對機械產(chǎn)品的

3、加工相應(yīng)的提出了 高精度、高柔度與高度自動化的要求。數(shù)字控制機床就是為了解決單件、小批 量、特別是復(fù)雜型面零件加工的自動化并保證質(zhì)量要求而產(chǎn)生的。 三、本設(shè)計（論文或其他）應(yīng)達到的要求：三、本設(shè)計（論文或其他）應(yīng)達到的要求： 完成該數(shù)控車床總體方案設(shè)計，完成總體布局，繪制尺寸聯(lián)系總圖一份； 完成床身設(shè)計，繪制床身零件圖； 完成底座設(shè)計，繪制底座零件圖； 完成設(shè)計說明書一份，有必要的闡述、分析、計算、說明。 II 四、接受任務(wù)學(xué)生：四、接受任務(wù)學(xué)生： 機械 91 班班 姓名姓名 五、開始及完成日期：五、開始及完成日期： 自自 2012 年年 11 月月 12 日日 至至 2013 年年 5 月月

4、 25 日日 六、設(shè)計（論文）指導(dǎo)（或顧問）：六、設(shè)計（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 簽名簽名 簽名簽名 簽名簽名 教教研研室室主主任任 學(xué)科組組長研究所所長學(xué)科組組長研究所所長 簽名簽名 系主任系主任 簽名簽名 2012 年年 11 月月 12 日日 III 摘摘 要要 本次設(shè)計任務(wù)來源于校企合作開發(fā)課題。 先調(diào)研數(shù)控車床的發(fā)展狀況，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)越來越合理，其 性能、精度和效率日趨提高更新?lián)Q代頻繁，生產(chǎn)類型由大批大量生產(chǎn)向多品種小批量生 產(chǎn)轉(zhuǎn)化。因此，對機械產(chǎn)品的加工相應(yīng)得提出了高精度、高柔性與高度自動化的要求。 數(shù)字控制機床就是為了解決單件、小批量、特別是復(fù)

5、雜型面零件加工的自動化并保證質(zhì) 量要求而產(chǎn)生的。 該設(shè)計主要考慮兩大方面：數(shù)控部分和機械部件。首先進行數(shù)控車床總體方案的比 較，然后確定最佳方案，完成半閉環(huán)數(shù)控車床的總體布局，繪制出半閉環(huán)數(shù)控車床的傳 動系統(tǒng)圖，數(shù)控車床總體的尺寸聯(lián)系圖。通過對切削力的計算來設(shè)計進給系統(tǒng)、刀架、 主軸卡盤的夾緊、液壓尾座的行程等。完成該數(shù)控車床總體設(shè)計，總體布局，繪制尺寸 聯(lián)系總圖一份，以及床身設(shè)計，繪制床身零件圖，底座設(shè)計，繪制底座零件圖。對車床 振動的分析來提出加強機床剛度的方法，還有設(shè)計該數(shù)控機床的排屑裝置及尾架裝置。 最后敘述該機床平時的維護及保養(yǎng)，有利于機床的正常運轉(zhuǎn)。 預(yù)期成果設(shè)計出符合機械廠要求的

6、通用型的，半閉環(huán)，斜床身，雙軸聯(lián)動，臥式數(shù) 控車床，盡量滿足生產(chǎn)需要，使我們設(shè)計的數(shù)控機床可靠性，加工精度，變速范圍，操 作宜人性，工作效率及防護結(jié)構(gòu)，造型等諸多方面更加適合實際的使用要求。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：半閉環(huán)；數(shù)控車床；總體設(shè)計； IV Abstract This design task comes from the school-enterprise cooperation and development issues. Development of the first investigation of CNC lathe, with the development of scienc

7、e and technology, mechanical product structure more reasonable, and its performance, efficiency and precision of increasingly improved frequent replacement, production types from mass production to the many varieties of small batch production. Therefore, the processing machinery products correspondi

8、ng to the high precision, high flexibility and high automation. Digital control of machine tool is to solve the one-piece, small batch, especially in the automatic processing of complex surface parts and ensure the quality requirement and produce. This design mainly consider two aspects: numerical c

9、ontrol part and mechanical part. First compared the overall scheme of CNC lathe, and then determine the optimal scheme, to complete the overall layout of CNC lathe, draw the diagram of transmission system semi-closed-loop CNC lathe, CNC lathe overall contact map size. To the design of feed system, t

10、urret, spindle chuck through calculation of cutting force, the clamping hydraulic tailstock travel. To complete the overall design of the CNC lathe, general layout, drawing a connection dimension in general, and the body design, drawing machine parts drawing, base design, drawing the base part drawi

11、ng. Analysis on the lathe vibration proposed method to strengthen the stiffness of machine tools, as well as the design of the CNC machine tool cutting device and a tail frame device. Finally, describes the machine daily maintenance and maintenance, is conducive to the normal operation of the machin

12、e. The expected results of design to meet the requirements of general machinery factory, half closed, slant bed lathe, CNC horizontal lathe, biaxial linkage, as far as possible to meet the need of production, reliability, CNC machine tools enable us to design the machining accuracy, speed range, ope

13、ration comfort, efficiency and protection structure, other aspects are more suitable for practical use requirements. Key words: Half closed loop； CNC lathe； The overall design; V 目錄目錄 摘 要 .III ABSTRACT IV 目錄.V 1 緒論 .1 1.1 本課題的研究內(nèi)容和意義 1 1.1.1 本次課題的意義 .1 1.1.2 本次課題的目的 .1 1.1.3 本次課題的所要達到的技術(shù)要求 .1 1.2 國內(nèi)

14、外的發(fā)展概況 2 1.2.1 國內(nèi)外數(shù)控機床的形勢 .2 1.2.2 數(shù)控機床未來發(fā)展趨勢 .3 1.3 本課題應(yīng)達到的要求 4 2 數(shù)控機床總體方案的比較及其確定 .5 2.1 調(diào)研情況 5 2.2 總體方案比較及確定 5 2.2.1 機床的總體布局 .5 2.2.2 機床總體布局的基本要求 .5 2.2.3 影響總體布局的因素 .6 2.2.4 簡述數(shù)控車床的特點 .6 2.2.5 數(shù)控車床總體設(shè)計方案 1 6 2.2.6 數(shù)控車床總體設(shè)計方案 2 8 2.2.7 數(shù)控車床總體設(shè)計方案的確定 .10 3 數(shù)控車床總體設(shè)計 .11 3.1 數(shù)控機床的工作原理 11 3.2 數(shù)控機床的組成 1

15、1 3.2.1 程序編制及程序載體 .11 3.2.2 輸入裝置 11 3.2.3 數(shù)控裝置及強電控制裝置 11 3.2.4 伺服驅(qū)動系統(tǒng)及位置檢測裝置 12 3.2.5 機床的機械部件 .12 3.3 參數(shù)確定 13 3.3.1 主參數(shù)和基本參數(shù) .13 3.3.2 切削用量的選擇 .13 3.3.3 運動參數(shù)和動力參數(shù)的計算 .14 3.4 數(shù)控車床傳動系統(tǒng)圖 14 3.5 數(shù)控車床總體聯(lián)系圖 15 3.6 機床的潤滑與維護 17 VI 4 數(shù)控車床部件設(shè)計 .18 4.1 機床底座，床身大件類的設(shè)計要求，方法 18 4.2 機床的振動和提高剛度措施 18 4.2.1 機床振動的類型 .1

16、8 4.2.2 提高機床結(jié)構(gòu)動剛度的措施 .19 4.3 機床熱變形的形成及其特點 20 4.4 床身與底座的結(jié)構(gòu)設(shè)計 21 4.5 機床的隔振 22 4.6 排屑裝置的設(shè)計 23 4.7 尾架裝置的設(shè)計 26 5 數(shù)控機床的維護與保養(yǎng) .27 6 結(jié)論 .29 致謝 .30 參考文獻 .31 附錄 .32 半閉環(huán)數(shù)控車床總體設(shè)計 1 1 緒論緒論 1.1 本本課課題題的的研研究究內(nèi)內(nèi)容容和和意意義義 1.1.1 本本次次課課題題的的意意義義 隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，機械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)越來越合理，其性能、精度和效率日趨提高更新 換代頻繁，生產(chǎn)類型由大批大量生產(chǎn)向多品種小批量的生產(chǎn)轉(zhuǎn)化。因此，對機械產(chǎn)品的

17、加工相應(yīng)得提出了高精度、高柔性與高度自動化的要求。 大批大量的產(chǎn)品，如汽車，拖拉機和家用電器的零件，為解決高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的問題，多 采用專用的自動生產(chǎn)線和自動化車間進行生產(chǎn)。但是應(yīng)用這些專用生產(chǎn)設(shè)備，生產(chǎn)準備 周期增長。在機械產(chǎn)品中，單件與小批量產(chǎn)品占到 7080，這類產(chǎn)品一般都采用通用 機床加工，當產(chǎn)品改變時，機床與工藝裝備均需作相應(yīng)的變換和調(diào)整，而且通用機床的 自動化程度不高，基本上由人工操作，難于提高生產(chǎn)效率和保證產(chǎn)品質(zhì)量。特別是一些 由曲線，曲面輪廓組成的復(fù)雜零件，只能借助靠仿形機床，或借助劃線和樣板用手工操 作的方法來加工，加工精度和生產(chǎn)效率受到很大的限制。 數(shù)字控制機床就是為了解決單件、

18、小批量、特別是復(fù)雜型面零件加工的自動化并保 證質(zhì)量要求而產(chǎn)生的。 柔性制造技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)形成了在自動化程度和規(guī)模上不同的多鐘層次和級別的 柔性制造系統(tǒng)。帶有自動換刀裝置的數(shù)控加工中心，是柔性制造的硬件基礎(chǔ)，是制造系 統(tǒng)的基本級別。在多臺加工中心機床或柔性制造單元的基礎(chǔ)上，增加刀具和工件在加工 設(shè)備與包裝之間的流通傳輸和存貯，和必要的工件清洗和尺寸檢查設(shè)備，并由高一級的 計算機整個系統(tǒng)進行控制和管理，這樣就構(gòu)成柔性制造體統(tǒng)。它可以實現(xiàn)多品種的全部 機械加工或部件裝配，DNC 的控制原理是它的控制基礎(chǔ)。 隨著科學(xué)技術(shù)和制造工業(yè)的飛速發(fā)展，迫切需要實現(xiàn)機器的智能化和腦力勞動自動 化，以便于適應(yīng)市場

19、產(chǎn)品需求多變的要求。自動化制造技術(shù)不僅需要發(fā)展車間制造過程 的自動化，而且要全面實現(xiàn)從生產(chǎn)決策，產(chǎn)品設(shè)計，市場預(yù)測直到銷售的整個生產(chǎn)活動 的自動化，特別是技術(shù)和管理科室的自動化，將這些要求綜合成一個完整的生產(chǎn)制造系 統(tǒng)，即所謂的計算機集成制造系統(tǒng)。它將一個制造工廠的生態(tài)活動進行有機的集成，以 實現(xiàn)更高效益，更高柔性的智能化生產(chǎn)。該系統(tǒng)是當今自動化制造技術(shù)發(fā)展的最高階段。 1.1.2 本次課題的目的本次課題的目的 根據(jù)校企合作開發(fā)要求設(shè)計一通用型的，半閉環(huán)，斜床身，雙軸聯(lián)動，臥式數(shù)控車 床。在進行機床的總體布局的設(shè)計過程中逐漸了解機床的加工原理即機床各部件的相對 運動關(guān)系，結(jié)合考慮工件的形狀，尺

20、寸和位置等因素，來確定各部件之間的相對位置， 和床身、底座等部分部件的選擇和設(shè)計。 1.1.3 本次課題的所要達到的技術(shù)要求本次課題的所要達到的技術(shù)要求 主軸轉(zhuǎn)速范圍： 404000rmp； 最大車削直徑： 200mm； 最大切削長度 l： l=750mm. 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 1.2 國國內(nèi)內(nèi)外外的的發(fā)發(fā)展展概概況況 1.2.1 國內(nèi)外數(shù)控機床的形勢國內(nèi)外數(shù)控機床的形勢 在國外市場，德國、美國、日本等幾個國家基本都掌控了中高檔數(shù)控系統(tǒng)。國外的 主要數(shù)控系統(tǒng)制造商有西門子、法拉克（FANUC） 、三菱電機、海德漢等。隨著國際學(xué)術(shù) 及產(chǎn)業(yè)界對開放式數(shù)控系統(tǒng)研究的日益推進，我國的相關(guān)研究

21、也越來越受到重視。經(jīng)過 幾十年的不斷發(fā)展，我國機床行業(yè)也形成了具有一定生產(chǎn)規(guī)模和技術(shù)水平的產(chǎn)業(yè)體系， 國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，在質(zhì)與量上都取得了飛躍。國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)基本占領(lǐng)低端數(shù) 控系統(tǒng)市場，在中高檔數(shù)控系統(tǒng)的研發(fā)和應(yīng)用上也取得了一定的成績。目前，數(shù)控技術(shù) 正在發(fā)生根本性的變革，由專用型封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實時動態(tài)全閉環(huán) 控制模式發(fā)展。在集成化基礎(chǔ)上，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了超薄型、超小型化；在智能化基礎(chǔ)上， 綜合計算機、多媒體、模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等多學(xué)科技術(shù)，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了高速、高精、 高效控制，加工過程中可以自動修正、調(diào)節(jié)與補償各項參數(shù)，實現(xiàn)了在線診斷和智能化 故障處理；在網(wǎng)絡(luò)化基礎(chǔ)上，

22、CAD/CAM 與數(shù)控系統(tǒng)集成為一體，機床聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)了中央 集中控制的群控加工。 總結(jié)如下： 國內(nèi)數(shù)控機床現(xiàn)狀： 低技術(shù)水平的產(chǎn)品競爭激烈，互相靠壓價促銷；高技術(shù)水平、全功能產(chǎn)品主要靠進 口；配套的高質(zhì)量功能部件、數(shù)控系統(tǒng)附件主要靠進口；應(yīng)用技術(shù)水平較低，聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 沒有完全推廣使用；自行開發(fā)能力較差，相對有較高技術(shù)水平的產(chǎn)品主要靠引進圖紙、 合資生產(chǎn)或進口件組裝。 隨著我國工業(yè)化進程的不斷推進與發(fā)展，數(shù)控機床發(fā)展也是突飛猛進，高速高效方 向、自診斷方向、網(wǎng)絡(luò)化方向、模塊化方向已成為數(shù)控機床未來發(fā)展的趨勢與方向。近 年來，在國家 863 計劃和科技攻關(guān)計劃多年連續(xù)的支持下，企業(yè)生產(chǎn)數(shù)控機床的積極

23、性 和成果也不斷地豐富起來。陸續(xù)開發(fā)研制了如華中系列、航天系列、中華系列等數(shù)控系 統(tǒng)。 國外數(shù)控機床現(xiàn)狀： （1） 高速高精與多軸加工成為數(shù)控機床的主流，納米控制已經(jīng)成為高速高精加工 的潮流。 （2） 多任務(wù)和多軸加工的數(shù)控機床越來越多地應(yīng)用到能源、航空航天等行業(yè)。 （3） 機床與機器人的集成應(yīng)用日趨普及，并且結(jié)構(gòu)形式多樣化，應(yīng)用范圍擴大化， 運動速度高速化，多傳感器融合技術(shù)實用化，控制功能智能化，多機器人協(xié)同普及化。 （4） 智能化加工與監(jiān)測功能不斷擴充，車間的加工監(jiān)測與管理可實時獲取機床本 身的狀態(tài)信息，分析相關(guān)數(shù)據(jù)，預(yù)測機床的狀態(tài)，提前進行相關(guān)的維護，避免事故的發(fā) 生，減少機床的故障率，

24、提高機床的利用率。 （5） 最新的機床誤差檢測和補償技術(shù)能夠在較短的時間內(nèi)完成對機床的補償測量， 與傳統(tǒng)的激光干涉儀相比，對機床誤差的補償精度能夠提高了 34 倍，同時效率得到大 幅度地提升。 （6） 最新的 CAD/CAM 技術(shù)為多軸多任務(wù)數(shù)控機床的加工提供了強有力的支持， 半閉環(huán)數(shù)控車床總體設(shè)計 3 可以大幅度地提高加工效率。 （7） 刀具技術(shù)發(fā)展迅速，眾多刀具的設(shè)計涵蓋整個加工過程，并且新型刀具能夠 滿足平穩(wěn)加工以及抗振性能的要求。 1.2.2 數(shù)控機床未來發(fā)展趨勢數(shù)控機床未來發(fā)展趨勢 （1） 高速化、高精度化：采用高速的 32 位以上的微處理器，可以提高數(shù)控系統(tǒng)的 分辨率及實現(xiàn)連續(xù)小程

25、序段的高速、高精加工，通過減少數(shù)控系統(tǒng)誤差和采用補償技術(shù) 可提高數(shù)控機床的加工精度。它直接關(guān)系到加工效率和產(chǎn)品的質(zhì)量。高速度、超精度加 工技術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。 （2） 多功能化：在零件加工過程中有大量的無用時間消耗在工件的搬運、上下料、 安裝調(diào)整、 換刀和主軸的升、降速上，為了盡可能降低這些無用時間，人們希望將不同 的加工功能整合在同一臺機床上， 因此數(shù)控機床實現(xiàn)了一機多功能，以最大限度地提高 設(shè)備利用率。另外前臺加工、后臺編輯的前后臺功能，充分提高其工作效率和機床利用 率。數(shù)控機床還具有更高的通訊功能，現(xiàn)代數(shù)控機床除具有通信口，DNC

26、功能外，還具 有網(wǎng)絡(luò)功能。 （3） 智能化：引進了自適應(yīng)控制技術(shù).自適應(yīng)控制（Adaptive Control，簡稱 AC） 技術(shù)是能調(diào)節(jié)在加工過程中所測得的工作狀態(tài)特性，且能使切削過程達到并維持最佳狀 態(tài)的技術(shù)。其重點是以提高系統(tǒng)的可靠性、實用化為前提，以易于聯(lián)網(wǎng)和集成為目標； 注重加強單元技術(shù)的開拓和完善；CNC 單機向高精度、高速度和高柔性方向發(fā)展；數(shù)控 機床及其 構(gòu)成柔性制造系統(tǒng)能方便地與 CAD、CAM、CAPP、MTS 聯(lián)結(jié)，向信息集成方 向發(fā)展；網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)向開放、集成和智能化方向發(fā)展。智能化是二十一世紀制造技術(shù)發(fā)展 的一個大方向。 （4） 模塊化：模塊化的設(shè)計思想已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各設(shè)

27、計行業(yè)。數(shù)控機床設(shè)計也不 例外的廣泛使用模塊制造功能各異的設(shè)備。所設(shè)計的模塊往往是通用的企業(yè)用戶可以根 據(jù)生產(chǎn)需要隨時更換所需模塊。采用模塊化思想的數(shù)控機床增加了數(shù)控機床的靈活性降 低了企業(yè)生產(chǎn)成本，提高了企業(yè)生產(chǎn)效率，增強企業(yè)競爭的能力。嚴格按照模塊化的設(shè) 計思想設(shè)計數(shù)控機床，不僅能夠有效的保障操作員和設(shè)備運行的安全，同時也是保證數(shù) 控車床能夠達到產(chǎn)品技術(shù)性能、充分發(fā)揮數(shù)控機床的加工特點。此外，模塊化的設(shè)計還 有助于增強數(shù)控車床的使用效率，減少故障率，提高數(shù)控車床的生產(chǎn)水平。 （5） 自診斷化：隨著人工智能技術(shù)的不斷成熟與發(fā)展，數(shù)控機床性能也得到了明 顯的改善。在新一代的數(shù)控機床控制系統(tǒng)中大

28、量地采用了模糊控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 系統(tǒng)和專家控制系統(tǒng)使數(shù)控機床的性能大大改善。采用高通過數(shù)控機床自身的故障診斷 程序，自動實現(xiàn)對數(shù)控機床硬件設(shè)備、軟件程序和其他附屬設(shè)備進行故障診斷和自動預(yù) 警。數(shù)控機床可依據(jù)現(xiàn)有的故障信息，實現(xiàn)快速定位故障源，并給出故障排除建議，使 用者可以通過自動預(yù)警提示及時解決故障問題，實現(xiàn)故障自恢復(fù)防止和解決各種突發(fā)性 事件時從而進行相應(yīng)的保護。 應(yīng)用前景：由于產(chǎn)品的多樣化和產(chǎn)品更新快是當前機械制造業(yè)的明顯特點。因而多 品種，中小批量生產(chǎn)越來越占優(yōu)勢。由于加工不大的零件占有很大的比例，這就要求加 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 工設(shè)備有很大的靈活性，而新型產(chǎn)品中所需要

29、零件的精度越來越高，形狀也變得相當復(fù) 雜，這就要求具有高的效率和加工精度。由于以上幾點具體要求結(jié)合成一體的分析，用 一般的普通機床是無法滿足現(xiàn)代社會化發(fā)展的需要。 1.3 本本課課題題應(yīng)應(yīng)達達到到的的要要求求 為了提高設(shè)計質(zhì)量和速度，要重視設(shè)計方法和設(shè)計工具的現(xiàn)代化，要積極推廣應(yīng)用 價值工程，優(yōu)化設(shè)計工具的現(xiàn)代化，要積極推廣應(yīng)用價值工程，優(yōu)化設(shè)計，可靠性設(shè)計， 藝術(shù)造型設(shè)計，計算機繪圖等。 通過查閱專業(yè)文獻資料初步掌握數(shù)控車床總體設(shè)計的相關(guān)知識,參加工廠的生產(chǎn)實踐,在 生產(chǎn)中學(xué)習(xí)、思考、分析，從而設(shè)計出符合機械廠要求的通用型的，半閉環(huán)，斜床身， 雙軸聯(lián)動，臥式數(shù)控車床，滿足生產(chǎn)需要，盡量使我們

30、設(shè)計的數(shù)控機床可靠性，加工精 度，變速范圍，操作宜人性，工作效率及防護結(jié)構(gòu)，造型等諸多方面更加適合實際的使 用要求。其中本次課題主要考慮完成該半閉環(huán)數(shù)控機床的總體方案設(shè)計，完成總體布局， 繪制出該機床的尺寸聯(lián)系總圖，完成對床身和底座的設(shè)計，并繪制零件圖。 半閉環(huán)數(shù)控車床總體設(shè)計 5 2 數(shù)控機床總體方案的比較及其確定數(shù)控機床總體方案的比較及其確定 2.1 調(diào)調(diào)研研情情況況 數(shù)字控制機床簡稱數(shù)控機床，它是近期發(fā)展起來的具有廣闊應(yīng)用前景的新型自動化 機床。數(shù)控機床就是將加工過程中所需的更重操作（如主軸變速、夾松工件、進刀和退 刀、開刀和停車、選擇刀具、供給冷卻液等等）和步驟以及刀具與工件的相對位置

31、都用 數(shù)字化的代碼表示出來，通過控制介質(zhì)將數(shù)字信息送入專用的或通用的計算機，計算機 對輸入的信息進行處理與運算，發(fā)出各種指令來控制機床的伺服系統(tǒng)和其他執(zhí)行元件， 使機床自動加工所需要的工件。機床數(shù)控技術(shù)是由機床、數(shù)控系統(tǒng)和外圍技術(shù)三部分組 成的。 數(shù)控機床是新型的自動化機床，它對解決復(fù)雜型面和高精度零件的加工，對單件小 批量的自動化等都具有重要意義。由于產(chǎn)品多樣化和產(chǎn)品更新快是當前機械制造業(yè)的明 顯特點，因而多品種、中小批量生產(chǎn)越來越占優(yōu)勢。由于加工不大的占有很大比例，這 就要求加工設(shè)備具有很大的靈活性，而新型產(chǎn)業(yè)所需零件的精度越來越高，形狀也相當 的復(fù)雜，這就要求具有高的效率和加工精度。由于

32、以上幾點具體要求結(jié)合成一體的分析， 用一般性的普通機床是無法滿足現(xiàn)代社會化生產(chǎn)發(fā)展的需要。由此可見，提出滿足生產(chǎn) 要求的數(shù)控機床的大量普及是社會化大生產(chǎn)所面臨的迫切需要解決的問題。 機床新產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計工作應(yīng)以“上質(zhì)量、上品種、上水平、提高經(jīng)濟效益”為指導(dǎo)思想；以提供性能 好、成本低、可靠性高、高效節(jié)能，便于維護操作的機床產(chǎn)品，滿足國民經(jīng)濟各部門和國際市場的需求為 宗旨；建立市場觀念，競爭觀念，主動研究市場和技術(shù)發(fā)展趨勢，及時開發(fā)適銷對路的新產(chǎn)品。 為了提高設(shè)計質(zhì)量和速度，要重視設(shè)計方法和設(shè)計工具的現(xiàn)代化，需要要積極推廣應(yīng)用價值工程，優(yōu) 化設(shè)計，可靠性設(shè)計，藝術(shù)造型設(shè)計，計算機繪圖等。 機床產(chǎn)品

33、的分段設(shè)計，可以提高設(shè)計工作的調(diào)理性和平密性，保證設(shè)計質(zhì)量。 因此，為了我們的設(shè)計更加合理，我們作了一定的調(diào)研，并閱讀了大量的資料，參考了一系列數(shù)控車 床，盡量使我們設(shè)計的數(shù)控車床可靠性，加工精度，變速范圍，操作宜人，工作效率，及防護結(jié)構(gòu)，造型 等諸多方面更加適合實際使用要求。 2.2 總總體體方方案案比比較較及及確確定定 2.2.1 機床的總體布局機床的總體布局 機床總體布局的目的是按照簡單，合理，經(jīng)濟的原則，制定一種實現(xiàn)加工要求的方案，它基本上由工 藝方法，運動分配，工件尺寸，重量精度，表面光潔度及生產(chǎn)效率等因素所決定。 2.2.2 機床總體布局的基本要求機床總體布局的基本要求 （1） 保

34、證給定的工藝過程要求，最大限度地考慮機床部件的通用性； （2） 保證機床的剛度，精度，抗振性和穩(wěn)定性，力求減輕機床的重量； （3） 保證機床結(jié)構(gòu)簡單，且盡量采用較短的傳動鏈，以提高傳動精度和傳動效率。 （4） 保證良好的加工工藝性，以便于機床的加工和裝配； （5） 保證安全生產(chǎn)，便于操作，調(diào)整和維修； （6） 對于生產(chǎn)效率和自動化程度較高的機床或?qū)Ｓ脵C床，應(yīng)力求便于自動上，下料或納入自動線，并 便于排除鐵屑； （7） 盡可能減小機床占地面積； 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 （8） 機床外形美觀，大方。 2.2.3 影響總體布局的因素影響總體布局的因素 （1） 機床的運動及其分配對布局的影響；

35、（2） 機床所加工工件（極限范圍）對布局的影響； （3） 機床性能對布局的影響； （4） 操作，觀察與調(diào)整對布局的影響。 2.2.4 簡述數(shù)控車床的特點簡述數(shù)控車床的特點 此數(shù)控車床用于加工回轉(zhuǎn)體零件，它集中了臥式車床，轉(zhuǎn)塔車床，多刀車床，仿形車床，自動和半自 動車床的功能，是數(shù)控機床中產(chǎn)量最大的品種之一，數(shù)控車床不需要人工操作，也沒用機械操作元件，機 床在防護罩的保護下工作，只能通過防護罩上的玻璃觀察車床工作情況，因此數(shù)控車床的布局存其自身無 法與其他車床比擬的優(yōu)點，好處。 2.2.5 數(shù)控車床總體設(shè)計方案數(shù)控車床總體設(shè)計方案 1 （1） 床身及底座 此數(shù)控機床加工范圍中最大的加工直徑為 2

36、00mm，最大加工長度為 750mm，范圍較 大，因此一般只能選用臥式，且由于數(shù)控車床不需手操作和為了便于排屑，往往將臥式 床身作成傾斜式（45和 60兩種常用） ，45床身主要是重心穩(wěn)定，這樣加工精度也會 隨之變得便于保證，而缺點是徑向?qū)挾葧哟?，車床底座也相?yīng)的加大，而 60床身落 屑更方便，缺點是重心不如 45穩(wěn)定，比較之下，本套數(shù)控機床選用 45床身，而且床 身及底座采用鑄造方式，鑄適床身，吸振性好，多用于精度要求高的機床及大型機床， 且床身采用中空箱式結(jié)構(gòu)，強度比臥式普通車床的床身高。 （2） 刀架 刀架裝在主軸的右側(cè)面，這顯然是為方便操作者操作而采用的布局，刀架的位置決 定了主軸的

37、轉(zhuǎn)向應(yīng)與普通車床相反，而且數(shù)控車床不用擔(dān)心切削飛濺傷人，所以切削速 度可以提高，以便于充分發(fā)揮刀具的切削性能且刀架為液壓回轉(zhuǎn)刀架，回轉(zhuǎn)刀架換刀時， 首先是刀盤松開，之后刀盤就運轉(zhuǎn)位到達指定刀位，最后刀盤復(fù)位夾緊，刀盤的旋轉(zhuǎn)有 正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)兩個方向，靠液壓馬達來控制刀架有 6 個工位，可能 12 把刀，且刀架中安有 切削液出口。 （3） 進給系統(tǒng) a.導(dǎo)軌： 本數(shù)控車床是雙軸數(shù)控車床，其 X 方向 Z 方向的導(dǎo)軌采用滾動導(dǎo)軌，滾動導(dǎo)軌運動 方便，輕捷，摩擦力小，摩擦發(fā)熱少，磨損小可避免爬行，可得較高的定位精度，尾架 導(dǎo)軌模仿 C6140 導(dǎo)軌，采用了直接鑄造加工，經(jīng)淬硬加工，磨削，可得較高精度及較

38、高 耐磨性，另外，此導(dǎo)軌與 Z 方向?qū)к壎际切敝迷?45床身上，滾動導(dǎo)軌靠壓板固定，而 尾架導(dǎo)軌則采用閉式導(dǎo)軌（因其承受一定的顛覆力矩）故采用三角形與矩形相結(jié)合的導(dǎo) 軌，其具有導(dǎo)向性好，制造方便及剛度高的優(yōu)點。 b.絲杠與伺服電機： 數(shù)控機床都取消了進給箱，采用了伺服電機帶傳動滾珠絲杠進行進給，并將絲杠布 置車身兩 Z 向?qū)к壷g及 X 方向兩導(dǎo)軌之間消除了傾覆力矩影響，并利用伺服電機帶傳 動，精度隨之大幅度提高，且滾珠絲杠靈敏度，定位精度較高，并可防止爬行，且傳動 效率高，可達 85%-98%，是普通滾動絲杠副的 2-4 倍，滾之絲杠副的摩擦角小于 1，因 半閉環(huán)數(shù)控車床總體設(shè)計 7 此不自

39、鎖。 c.溜板： 床身中部為刀架溜板，底層為縱向（C 向）溜板，可以延床身導(dǎo)軌作移動，上層為橫 向（X 向）即床身傾斜方向，溜板都靠滾珠絲杠帶動。 （4） 尾座 尾座是液壓尾套座，套筒的伸進伸出靠液壓控制，但大的行程則靠手動來移動尾架。 并利用偏心輪機構(gòu)對尾座進行夾緊，尾架安裝在鑄造的滑動導(dǎo)軌上。 （5） 排屑機構(gòu) 選用型號為 QPJL225 型平板鏈式排屑裝置，排屑機構(gòu)把它安放在底座中，并在底座 上端開有排屑槽，使鐵屑延防護板和切削液一起流入排屑裝置中通過平板鏈輸送到積屑 箱里，此排屑裝置還具有分流切削液功能，切削液從排屑裝置頭部直接流回冷卻系統(tǒng)中 的冷卻箱。 （6） 冷卻機構(gòu) 冷卻箱體與底

40、座鑄造在一起，主要是為滿足廠方需要，冷卻箱體有兩個腔，中間有 一帶孔隔壁，起到初步過液作用，再利用冷卻泵的過濾網(wǎng)進行三次過液，把切削液用冷 卻泵打出，通過管道，從刀架的出水口噴出，進行循環(huán)。 （7） 主軸箱 主軸箱采用鐵架三角式，它跨度較大，斜臥式車床身上，利用導(dǎo)軌安裝面定位，所 以精度較高，且主軸箱與床身給合面較大，重心低，穩(wěn)重足以承受任何切削力。主軸箱 上安裝有主軸，編碼器。張緊安裝床身上，并可以調(diào)節(jié)安裝位置。 （8） 液壓系統(tǒng) 本機采用獨立液壓站，但是按廠方要求，為便于搬運，安裝，把獨立液壓給安放在 底座之上。 （9） 電氣箱 電氣箱與液壓系統(tǒng)并排放在一起，但當中隔開了一段距離，以防液壓

41、站受熱影響電 氣控制。 （10） 外殼 外殼采用閉式結(jié)構(gòu)，使機床工作時絕無半點鐵屑，切削液飛出，便于操作及使工作 環(huán)境舒適，加上便捷的移門及各處的小門使機床工作及維護更加方便。 （11） 防護板 為了便于落屑及保護導(dǎo)軌，應(yīng)裝上導(dǎo)軌防護板，使機床壽命大大加強。 （12） 傳動方式 常見的傳動方式有帶傳動，鏈傳動，圓柱齒輪傳動，錐齒輪傳動，蝸桿傳動等。 （1) 帶傳動的類型很多，機床上常用的有 V 帶傳動，平帶傳動和同步帶傳動。 V 帶有普通 V 帶和窄 V 帶，窄 V 帶傳動比普通 V 帶傳動具有傳動能力高，結(jié)構(gòu)尺寸小，極限轉(zhuǎn)速 高，壽命較長，節(jié)能等優(yōu)點，應(yīng)用日趨廣泛。 高速平帶傳送一般用于帶速

42、超過 30m/s 的高速，精磨機床，它與 V 帶傳動比較，具有帶的厚度薄體 輕，質(zhì)量均勻，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，吸振性好的特點，其缺點是壽命短，效率低。 同步帶是工作面為齒形的環(huán)形傳送帶，靠與帶輪嚙合傳動。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 它具有傳動比準確，軸壓力小，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動間距，以及可在低速下傳遞動力等優(yōu)點，但是制造和 安裝要求高，其一般參數(shù)：線速度 v50m/s，功率 P300kw，傳動比 i10，效率 =0.92-0.98,工作溫度- 20-80，主要用于要求同步的或低速的傳動，適合于中心距較大的傳動，帶具有良好的彈性可緩和沖擊， 吸附振動。 （2）鏈傳動 與帶傳動相比，鏈傳動沒有彈性滑動和打滑

43、，能保持準確的平均傳動比，需要的張緊力小，作用在軸 上的壓力也小，可減小軸承的摩擦損失，結(jié)構(gòu)緊湊，能車溫度較高，有油污等嚴劣環(huán)境條件下工作與齒輪 傳動相比，鏈傳動的制造和安裝精度低，中心距大時，其傳動結(jié)構(gòu)簡單，鏈傳動的主要缺點是：瞬時鏈速 和瞬時傳動比不足常數(shù)，因此傳動平穩(wěn)性較差，工作中有一定的沖擊和噪聲，目前，鏈傳動廣泛應(yīng)用于礦 山機械，農(nóng)業(yè)機械，石油機械，機床及摩托車中，通常鏈傳動的傳動比 i8，中心距 a5-6m，傳遞功率 p100kw，圓周速度 v15m/s，傳動效率約為 0.95-0.98。 本機床主軸上用楔形帶與電機相連，與編碼器用同步齒形帶。如圖 2.1 所示： 圖 2.1 數(shù)控

44、機床傳動結(jié)構(gòu)圖 2.2.6 數(shù)控車床總體設(shè)計方案數(shù)控車床總體設(shè)計方案 2 由于方案 1 是最初擬定的，仔細設(shè)計下去難免會發(fā)現(xiàn)許多不足之處，有待改進，故在第 1 方案的基礎(chǔ) 上考慮了第 2 方案，第 2 方案與第 1 方案相比較，具有的好處是結(jié)構(gòu)緊 湊，外形尺寸有了較大的減小，這樣就可以減少機床占地空間，但第 2 方案同第 1 方案相比也有其不足之 處，那就是經(jīng)濟性，成本變高了。 現(xiàn)將第 2 方案與第 1 方案的不同之處簡述如下： （1) 排屑機構(gòu) 第 1 方案排屑機構(gòu)和冷卻系統(tǒng)是分開的，不結(jié)合成一個整體?，F(xiàn)將其改用一種排屑機構(gòu)與冷卻機構(gòu)合 二為一的裝置，簡圖可參見部件設(shè)計中的排屑裝置部分（本說

45、明書）。 （2) 床身，底座結(jié)構(gòu) 隨著排屑機構(gòu)與冷卻系統(tǒng)空間的壓縮，底座也可隨之減少許多，具體結(jié)構(gòu)如圖 2.2 所示： 半閉環(huán)數(shù)控車床總體設(shè)計 9 圖 2.2 數(shù)控機床底座俯視圖 床身是機床中最為重要的部分，因所有的部件都與它安裝，有一定聯(lián)系，它結(jié)構(gòu)的好壞決定了機床的 性能及加工精度的高低，所以經(jīng)過商量，查資料，問詢廠部技術(shù)科，經(jīng)許老師的指導(dǎo)，故我們?nèi)赃x用 45 床身。 （3）主軸箱 鐵三角式主軸箱，性能相當?shù)姆€(wěn)定，且定位精度也較高，制造方案為鑄造，可吸振。 （4) 液壓系統(tǒng) 由于考慮第 1 方案時，廠方要求將獨立液壓站放在底座上，做成整體式，以便于搬運，外形完整，沒 有露在外面的部件。但經(jīng)幾

46、個廠的實物參觀，并且資料的查詢，可得出，其這一要求并沒有必要，而且液 壓站發(fā)熱，與底座聯(lián)結(jié)在一起后易發(fā)生熱變形，從而影響機床的精度，所以決定采用將獨立式液壓站放在 地面上的方案，這樣靈活性也較好，且便于維修。 2.2.7 數(shù)控車床總體設(shè)計方案的確定數(shù)控車床總體設(shè)計方案的確定 （1） 車床為機，電，液三位一體，按照人體工程學(xué)宜人化進行布局設(shè)計，全封閉 防護，操作簡捷，使用方便。 （2） 機床采用臥式車身，45傾斜導(dǎo)軌布局的形式，以利于排屑。床身為整體高 剛性結(jié)構(gòu)。 （3） 矩形軌道，采用寬支撐窄導(dǎo)向的設(shè)計以增強運動的平穩(wěn)性。 （4） 床身左端為主軸箱，其結(jié)構(gòu)簡單，無齒輪傳動，主軸由交流調(diào)速主軸電

47、機驅(qū) 動，機床在低速下也具有高功率輸出，恒功率區(qū)寬。機床可以無級調(diào)速和恒線速度切削， 有利于降低端面加工時的表面粗糙度，并且便于選取最能發(fā)揮刀具切削性能的切削速度。 （5） 主軸軸承為超精密角接觸球軸承和雙列圓柱滾子軸承以保證主軸的剛度和精 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 度。主軸軸承采用高潤滑，低溫度，熱變形小。 （6） 機床縱向和橫向運動均采用交流伺服電機，它們兩者均直接采用消隙聯(lián)軸器 把電機與滾珠絲杠連接起來。縱向驅(qū)動直接安裝在縱向床身導(dǎo)軌之間。電機采用直接配 有脈沖解碼器，可以直接反應(yīng)滾珠絲杠的精度。機床采用節(jié)歇潤滑系統(tǒng)對床身軌道，床 鞍和滾珠絲杠等部件集中潤滑。 （7） 機床卡盤采用

48、液壓控制。液壓夾緊油缸為高速卡盤液壓缸，卡盤為高速液壓 卡盤，卡盤的松緊由控制面板上的按鈕來控制。 （8） 機床尾座亦采用液壓控制。通過液壓油來控制尾座套筒的進退，它是由控制 面板上的按鈕來控制的。 （9） 車床的床鞍溜板導(dǎo)軌上裝有 8 位的電動軌塔刀架，它具有分度轉(zhuǎn)位快，平穩(wěn) 可靠，無滲透等優(yōu)點。分度控制采用編碼器和接近開關(guān)，電氣設(shè)計上增加了雙保險安全 保護環(huán)節(jié)以確定電機的安全，換刀準確。 （10） 機床配有自動對刀儀，通過接觸式傳感器，可以快而準確的測出刀具安裝時 的偏差值，傳輸給計算機系統(tǒng)，在加工時可進行刀具的自動補償。 （11） 機床具有良好的擴展性，機床配有排屑器，實現(xiàn)自動排屑。機床

49、配有防護外 殼。 （12） 機床數(shù)控系統(tǒng)配有日本 FANUC6T CNC 系統(tǒng)。 當然了，以上兩個方案雖然經(jīng)過我們的深思熟慮，且經(jīng)過實地考察，廠家參觀，機 床測繪及資料的查問，廠技術(shù)科的指導(dǎo)，但由于最終方案還是由自己考慮定下來的，其 錯誤欠妥之處肯定在所難免，這與我們自身實踐經(jīng)驗的缺乏有一定的關(guān)系。在這里，懇 切各位老師評閱后批評指正。 半閉環(huán)數(shù)控車床總體設(shè)計 11 3 數(shù)控車床總體設(shè)計數(shù)控車床總體設(shè)計 3.1 數(shù)數(shù)控控機機床床的的工工作作原原理理 數(shù)控機床加工零件時，首先應(yīng)編制零件的數(shù)控程序，這是數(shù)控機床的工作指令。將數(shù)控程序輸入到數(shù) 控裝置，再由數(shù)控裝置控制機床主運動的變速，啟停，進給運動

50、方向的速度和位移大小，以及其它諸如刀 具選擇交換，工件夾緊松開和冷卻潤滑的啟，停等動作，使刀具與工件及其他輔助裝置嚴格地按照數(shù)控程 序規(guī)定的順序，路程和參數(shù)進行工作，從而加工出形狀，尺寸與精度符合要求的零件。 如圖 3.1 所示，數(shù)控機床由以下幾個部分組成： 圖 3.1 數(shù)控機床工作原理簡圖 3.2 數(shù)數(shù)控控機機床床的的組組成成 3.2.1 程序編制及程序載體程序編制及程序載體 數(shù)控程序是數(shù)控機床自動加工零件的工作指令，加工零件進行時，工藝分析的基礎(chǔ)上，確定：零件坐 標系車床坐標系上的相對位置，即零件在機床上安裝位置；刀具與零件相對運動的尺寸參數(shù)；零件加工的 工藝路線或加工順序；主運動的啟停，

51、換向，變速；進給運動的速度，位移大小等工藝參數(shù)，以及輔助裝 置的動作。這樣便得到零件的所有運動，尺寸，工藝參數(shù)等加工信息，然后用標準的由文字，數(shù)字和符號 組成的數(shù)控代碼，按規(guī)定的方法和格式，編制零件加工的數(shù)控程序單。編制程序的工作可由人工進行，或 則在數(shù)控機床以外用自動編程計算機系統(tǒng)來完成，比較先進的數(shù)控機床，可以在它的數(shù)控裝置上直接編程。 編好的數(shù)控程序，存放在便于輸送到數(shù)控裝置的一種存儲載體上，它可以是穿孔紙帶，錄音磁卡，軟 磁盤等，采用哪一種存儲載體，取決于數(shù)控裝置的設(shè)計類型。 3.2.2 輸入裝置輸入裝置 它的作用是將程序載體上的數(shù)控代碼變成相應(yīng)的電脈沖信號，傳送并存入數(shù)控裝置內(nèi)。根據(jù)

52、程序存儲 介質(zhì)的不同，輸入裝置可以是光電閱讀機，錄音機或軟盤驅(qū)動器。有些數(shù)控機床，不用任何程序存儲載體， 而是將數(shù)控程序單的內(nèi)容通過數(shù)控裝置上的鍵盤，用手工方式（MDI 方式）輸入，或?qū)?shù)控程序由編程計 算機用通信方式傳送到數(shù)控裝置。 3.2.3 數(shù)控裝置及強電控制裝置數(shù)控裝置及強電控制裝置 數(shù)控裝置是數(shù)控機床的核心，它接受輸入裝置送來的脈沖信號，經(jīng)數(shù)控裝置的系統(tǒng)軟件或邏輯電路進 行編譯，運算和邏輯處理后，輸出各種信號和指令控制機床的各個部分，進行規(guī)定的，有序的動作。這些 控制信號中最基本的信號是：經(jīng)插補運算決定的各坐標軸（即作進給運動的各個執(zhí)行部件）的進給速度， 進給方向和位移量指令，送伺服

53、驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動執(zhí)行部件進行進給運動。其他還有主運動部件的變速，換向 和啟停信號，選擇和交換刀具指令信號，控制冷卻，潤滑的啟停，工件和機床部件松開，夾緊等輔助指令 信號等。 強電控制裝置是介于數(shù)控裝置和機床機械，液壓部件之間的控制系統(tǒng)。其主要作用是接收數(shù)控裝置輸 出的主運動變速，刀具選擇交換，輔助裝置動作等指令信號，經(jīng)必要的編譯，邏輯判斷，功率放大后，直 接驅(qū)動相應(yīng)的電器，液壓，氣動和機械部件，以完成指導(dǎo)所規(guī)定的動作。此外，還有開關(guān)信號經(jīng)它送數(shù)控 裝置進行處理。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 3.2.4 伺服驅(qū)動系統(tǒng)及位置檢測裝置伺服驅(qū)動系統(tǒng)及位置檢測裝置 伺服驅(qū)動系統(tǒng)是由伺服驅(qū)動電路和伺服驅(qū)動

54、裝置組成，并與機床上的執(zhí)行部件和機械傳動部件組成數(shù) 控機床的進給系統(tǒng)。它根據(jù)數(shù)控裝置發(fā)來的速度和位移指令控制執(zhí)行部件的進給速度，方向和位移。每個 作經(jīng)給運動的執(zhí)行部件都配有一套伺服驅(qū)動系統(tǒng)。伺服驅(qū)動系統(tǒng)有開環(huán)，半閉環(huán)和閉環(huán)之分。在半閉環(huán)和 閉環(huán)伺服驅(qū)動系統(tǒng)中，還得使用位置檢測裝置，間接或直接測量執(zhí)行部件的實際進給位移，與指令位移進 行比較，按閉環(huán)原理，將其誤差轉(zhuǎn)換放大后控制執(zhí)行部件的進給運動。 3.2.5 機床的機械部件機床的機械部件 數(shù)控機床的機械部件包括：主運動部件，進給運動執(zhí)行部件如工作臺，拖板及其傳動部件和床身立柱 等支撐部件，此外，還有冷卻，潤滑，轉(zhuǎn)位和夾緊等輔助裝置。對于加工中心類

55、的數(shù)控機床，還有存放刀 具的刀庫，交換刀具的機械手等部件。數(shù)控機床機械部件組成與普通機床相似，但是傳動結(jié)構(gòu)要求更為簡 單，車精度，剛度，抗振性等方面要求更高，而且其傳動和變速系統(tǒng)要便于實現(xiàn)自動化控制。 綜上所述，機床的五大部分，在我們實際設(shè)計中，我們主要考慮以下兩個方面。 數(shù)控部分： 可以采用一個集成線路板及一些電器元件集成塊。利用編程器直接對其控制，可以在機床的數(shù)控裝置 上直接編程以實現(xiàn)機床上的各系統(tǒng)的運動，如：刀具與零件相對運動；零件的加工，工藝路線和加工順序； 主運動的啟，停，換向，變換；進給運動的速度，位移大小等。 機械部件： 則是這次設(shè)計的全部內(nèi)容：我們將對以下幾點進行部分設(shè)計，布局

56、，計算： （1） 主軸，主軸由交流調(diào)速主軸電機驅(qū)動，機床在低速下也具有高功率輸出，恒功率區(qū)寬。 （2） 進給系統(tǒng)，x 向與水平面呈 45方向進給，z 向?qū)к墐A斜 45放置。機床縱向和橫向運動均采 用交流伺服電機，它們兩者均直接采用消隙聯(lián)軸器把電機與滾珠絲杠連接起來。 （3） 床身部件，底座部件。這是大件須考慮布局及各部件在其上的安裝及地基的安裝； （4） 尾架，卡盤均采用液壓控制，尾座是液壓尾套座，套筒的伸進伸出靠液壓控 制，但大的行程則靠手動來移動尾架。并利用偏心輪機構(gòu)對尾座進行夾緊，尾架安裝在 鑄造的滑動導(dǎo)軌上。液壓夾緊油缸為高速卡盤液壓缸，卡盤為高速液壓卡盤，卡盤的松 緊由控制面板上的按

57、鈕來控制。 （5） 外殼。按照人體工程學(xué)宜人化進行布局設(shè)計，全封閉防護，配有手拉門，操作簡捷，使用方便。 3.3 參參數(shù)數(shù)確確定定 3.3.1 主參數(shù)和基本參數(shù)主參數(shù)和基本參數(shù) 本數(shù)控車床主要技術(shù)參數(shù)： 允許最大工件回轉(zhuǎn)直徑：300mm 最大切削直徑：200mm, 最大切削長度：750mm， 主軸轉(zhuǎn)速范圍：40-4000rpm， 主軸通孔直徑：40mm， 拉管通孔直徑：20mm， 刀架有效行程：X 軸 200mm Z 軸 750800mm 安裝刀具數(shù)： 12 把， 尾座套筒直徑：80mm， 尾座套筒行程：66mm， 主軸電機功率：6.5/8kw 電動機輸出功率：7.5kw 半閉環(huán)數(shù)控車床總體設(shè)

58、計 13 進給伺服電機功率： X 軸：0.9kw； Z 軸：0.9kw； 機床外形尺寸： 257520001900 為了方便各部門設(shè)計時，所考慮到的受力情況，現(xiàn)將切削力計算如下：有了切削力也就可以依據(jù)它， 設(shè)計進給系統(tǒng)，刀架，主軸卡盤的夾緊，液壓尾座的行程等等。 3.3.2 切削用量的選擇切削用量的選擇 切削用量的計算 （本計算過程均參考金屬切削手冊） 切削深度 t： 半精切 取 t=5mm。 進給量 s： 半精切，用硬質(zhì)合金車刀， s=0.5mm/r。 切削速度 v： 半精切，用硬質(zhì)合金車刀 v=130160mm/r。 刀具的選擇： 用主偏角 Kr=75的硬質(zhì)合金車刀車直徑為 200mm 的

59、中碳鋼。 切削厚度： a=0.46mm 切削切除率： mmmm tDtsnZw /103 . 2 )( 35 當 a=0.46mm 單位切削功率分）（毫米千瓦/10)35 . 2( 35 范圍內(nèi)取 分）（毫米千瓦/108 . 2 35 Ns 切削切除率 kw44.6 ws ZNN切 按工件直徑及轉(zhuǎn)速計算切削速度 min/ 3 . 94 1000 m nD v 主切削力: N v N P Z 4096 fkg4180 6120 切 3.3.3 運動參數(shù)和動力參數(shù)的計算運動參數(shù)和動力參數(shù)的計算 確定計算轉(zhuǎn)速 n： 數(shù)控機床采用直流或交流無級調(diào)速電動實現(xiàn)無級調(diào)速時，應(yīng)按電動機的恒功率輸出轉(zhuǎn)速范圍的低

60、轉(zhuǎn)速。 （額定轉(zhuǎn)速）來確定計算轉(zhuǎn)速： 主切削力： 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 N=4096.4N 主軸需轉(zhuǎn)矩： mNM64.409 max 計算轉(zhuǎn)速： min/175 6 .409 5 . 7 9550 r n 3.4 數(shù)數(shù)控控車車床床傳傳動動系系統(tǒng)統(tǒng)圖圖 數(shù)控機床的傳動系統(tǒng)圖如圖 3.2 所示。 圖 3.2 數(shù)控車床傳動系統(tǒng)圖 注： 1.伺服電機與滾珠絲桿之間用聯(lián)軸器聯(lián)接； 2.尾架手工移動、固定，頂針伸縮液壓實現(xiàn)； 3.刀架轉(zhuǎn)位、夾緊松開液壓實現(xiàn)； 4.換刀裝置可采用液壓控制或電動控制。 半閉環(huán)數(shù)控車床總體設(shè)計 15 3.5 數(shù)數(shù)控控車車床床總總體體聯(lián)聯(lián)系系圖圖 數(shù)控車床總體布局圖如圖

61、 3.3 所示。 圖 3.3 數(shù)控車床總體聯(lián)系圖 部分主要部件名稱： 1 窗玻璃 23 精密滾珠絲杠（Z 軸） 2 尾架頂尖 24 Z 向拖板 3 液壓尾架 25 X 向拖板 4 通油管 26 電動刀架 5 排屑裝置 28 機殼 7 移門 29 帶輪 8 主軸 30 張緊輪 9 液壓卡盤 33 冷卻泵源 10 主軸箱 34 減壓閥 13 主電機 38 電氣柜 14 接頭 40 底板 15 回轉(zhuǎn)油缸 41 油箱 16 楔形帶 42 油箱部件 17 同步帶 43 電動機（液壓站） 18 編碼器（主軸） 44 集成塊 19 滾動導(dǎo)軌（Z 軸） 45 頂板 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 20 聯(lián)軸器

62、（Z 軸） 47 鉸鏈 21 聯(lián)軸器（Z 軸） 48 液壓站 22 尾架底座（除尾座） 3.6 機機床床的的潤潤滑滑與與維維護護 該機床屬于機電一體化高技術(shù)產(chǎn)品，各部件的精度要求都很高，經(jīng)常維護和良好潤 滑，可以保持機床的精度，延長機床的使用壽命。 機床主軸前后軸承的精度高、轉(zhuǎn)速高，因此用高級進口高速潤滑脂潤滑，每注一次 潤滑脂，可以正常使用一個大修期。滾動導(dǎo)軌為導(dǎo)軌座注油式，用專業(yè)油槍注入優(yōu)質(zhì)鉀 基潤滑脂，每次以注滿為宜，每次注完可連續(xù)運行 30km，滾珠絲杠潤滑方式與滾動導(dǎo)軌 相同，也可直接涂于絲杠表面，其余軸承等應(yīng)每一年涂一次鉀基潤滑脂，涂脂前應(yīng)將軸 承清洗干凈，不得有污物或異物混入。

63、尾座套筒與尾座底座與床身導(dǎo)軌間為油潤滑，尾座體上有一油杯（總共 3 個）每班 需注 1 至 2 次，50 號機油，以適量為宜。 本機床按每日三班制正常使用情況下，應(yīng)每八年大修一次，在此期間，應(yīng)三年內(nèi)中 修一次，以檢查機床各部是否正常，在適當?shù)臅r間內(nèi)，應(yīng)小修一次，間隔時間視具體情 況確定，一般以一年左右為宜。每維修一次，應(yīng)注意按之前的說明進行維護和潤滑。 半閉環(huán)數(shù)控車床總體設(shè)計 17 4 數(shù)控車床部件設(shè)計數(shù)控車床部件設(shè)計 4.1 機機床床底底座座，床床身身大大件件類類的的設(shè)設(shè)計計要要求求，方方法法 機床大件通常是指床身，箱體，底座等尺寸和重量較大的零件。一臺機床的大件數(shù) 量雖然不多，但是重量卻占

64、了機床總量的 8085，而且這類大件是整臺機床的基礎(chǔ)和 支架，機床的其他零部件，或者固定在大件上，或者在大件的導(dǎo)軌上運動。因此，為了 保證這些零部件工作時的相對位置和相對運動具有足夠的精確度，以及使整臺機床在工 作時不出現(xiàn)振動，對這類大件的設(shè)計，一般都要提出下列要求： （1） 工藝性良好，易于制造和裝配。 （2） 靜剛度良好，在最大允許載荷時，變形量不超過規(guī)定值。 （3） 動剛度好，在預(yù)訂的切削條件下工作時不產(chǎn)生振動。 （4） 溫度場分布合理，工 作時的熱變形對加工精度的影響小。 （5） 結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，鑄造應(yīng)力小，能長期地保持規(guī)定精度。 （6） 大型機床大件的運輸和吊裝方便。 （7） 排屑容易

65、，冷卻液和潤滑油的渠道通暢，電氣，液壓部件的安裝位置合理。 機床大件的設(shè)計，目前主要是根據(jù)生產(chǎn)中使用性能良好的同類型產(chǎn)品的同類型大件 進行類比設(shè)計。但由于各種機床的受力情況和工作要求不盡相同，為了使類比設(shè)計能符 合實際需要，并進一步提高機床大件的設(shè)計水平，應(yīng)對機床受力情況，靜剛度，動剛度 和熱變形特性進行分析，以確定各大件的合理組合和設(shè)計出性能良好，工藝簡單的大件 結(jié)構(gòu)。 對一些高精度機床，大型機床或者所設(shè)計的機床缺乏可供參考的同類機床時，就需 要對機床大件受載后的變形量和剛度進行分析，以便對比，選擇各類結(jié)構(gòu)。 4.2 機機床床的的振振動動和和提提高高剛剛度度措措施施 4.2.1 機床振動的類型機床振動的類型 機床振