2075 CW6163型臥式車床的數(shù)控化改造總體設(shè)計及自動回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計

2075 CW6163型臥式車床的數(shù)控化改造總體設(shè)計及自動回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計,cw6163,臥式,車床,數(shù)控,改造,總體,整體,設(shè)計,自動,回轉(zhuǎn),刀架 XX大學(xué)畢 業(yè) 設(shè) 計（ 論 文）題 目： CW6163型臥式車床的數(shù)控化改造總體設(shè)計及自動回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計院 （系 ） ：專 業(yè)：班 級：學(xué)生 姓名 ：導(dǎo)師 姓名 ： 職稱：起止 時間 ：摘 要隨 著當(dāng) 今 工業(yè) 設(shè) 備對 精 密程 度 的要 求 越來 越 高， 對 機械 加 工設(shè) 備 的加 工 精密 程度 也要 求 越來 越 高。 而 在中 國 的機 械 加工 設(shè) 備的 車 床中 普 通車 床 占了 很 大比 例 。這已 經(jīng)越 來 越制 約 著當(dāng) 今 工業(yè) 的 發(fā)展 。 而數(shù) 控 機床 由 于價 格 昂貴 ， 且需 要 較高 技 術(shù)的加 工 工 人 。 所 以 對 機 床 進 行 自 動 化 改 造 很 是 必 要 。 本 篇 論 文 是 在 對 普 通 臥 式 車 床CW6163的基 礎(chǔ)上對 其進行 自動化 改造。關(guān)鍵 詞： 機床 改造； 自動 化機床 ； 控制 系統(tǒng)ABSTRACTWiththe developm ent of industryequipm ent , the precisionrequiredof industryequipm ent is m ore andm ore high. Them ore andm ore precisionof equipm ent whichm achined theindustryequipm ent isrequired. But inChinathecom m on lathehaveaverygreat com parison inthem achined equipm ent , this alreadyrestrict the developm ent ofindustrial nowadays. But theCNlatheism ore expensive, andneededworkerswithhighertechnically. Soit isanecessityverym uch tom odify thecom m on lathetolathesautom atic .This paper is inthe foundationof the com m onness horizontal lather CW6163andm odified it toLathesautom atic .K eyK K K words:MachineryTol Reform ； Lathesautom atic ； Servosystem目 錄前 言 ............................................................................................................................................1第 一 章 緒 論 ............................................................................................................................31.1國 內(nèi) 外 數(shù) 控 車 床 的 研 究 狀 況 與 成 果 ..................................................................31.2數(shù) 控 刀 架 的 發(fā) 展 趨 勢 .............................................................................................4第 二 章 數(shù) 控 車 床 自 動 換 刀 裝 置 ........................................................................................52.1概 述 .............................................................................................................................52.2ATC刀 具 自 動 換 刀 形 式 ........................................................................................ 62.3 數(shù) 控 車 床 刀 架 的 功 能 、 類 型 和 滿 足 的 要 求 ...................................................72.3.1數(shù) 控 車 床 刀 架 的 功 能 .................................................................................82.3.2數(shù) 控 機 床 刀 架 的 類 型 .................................................................................82.3.3數(shù) 控 機 床 刀 架 應(yīng) 滿 足 的 要 求 ....................................................................9第 三 章 車 削 中 心 動 力 刀 架 總 體 方 案 設(shè) 計 ................................................................... 113.1調(diào) 查 研 究 與 資 料 收 集 ...........................................................................................113.1.1 課 題 的 調(diào) 查 研 究 ............................................................................................113.1.2資 料 收 集 ......................................................................................................113.2動 力 刀 架 的 整 體 方 案 設(shè) 計 與 選 擇 ....................................................................113.2.1 動 力 刀 架 的 整 體 方 案 設(shè) 計 .....................................................................113.2.2液 壓 驅(qū) 動 的 刀 架 工 作 原 理 ......................................................................123.2.3 刀 架 定 位 精 度 及 重 復(fù) 定 位 精 度 ............................................................133.3動 力 刀 架 傳 動 部 分 方 案 設(shè) 計 .............................................................................133.4 動 力 刀 架 的 分 度 機 構(gòu) 方 案 設(shè) 計 ....................................................................... 143.5動 力 刀 架 動 力 刀 具 方 案 設(shè) 計 .............................................................................153.5.1 齒 輪 傳 動 的 分 類 和 特 點 .........................................................................163.5.2 齒 輪 傳 動 類 型 選 擇 的 原 則 .....................................................................17第 四 章 典 型 零 件 的 設(shè) 計 和 選 用 ..................................................................................... 184.1 動 力 刀 架 傳 動 部 分 ............................................................................................184.1.1 刀 架 軸 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 及 計 算 .....................................................................184.1.2 液 壓 缸 的 設(shè) 計 .........................................................................................194.1.2.1 選 擇 液 壓 缸 類 型 ...........................................................................194.1.2.2 液 壓 缸 內(nèi) 徑 D和 活 塞 直 徑 d的 計 算 .......................................204.1.3 碟 形 彈 簧 的 計 算 及 選 用 .........................................................................214.1.4 軸 承 的 選 用 ..............................................................................................224.1.5 端 齒 盤 的 選 用 .........................................................................................234.1.5.1端 齒 盤 的 應(yīng) 用 .................................................................................234.1.5.2端 齒 盤 的 特 點 .................................................................................244.1.5.3 端 齒 盤 的 設(shè) 計 ............................................................................... 244.2 動 力 刀 架 的 分 度 機 構(gòu) 部 分 ................................................................................ 254.2.1伺 服 電 機 的 選 用 ........................................................................................254.2.1.1伺 服 電 機 的 分 類 ............................................................................264.2.1.2 伺 服 電 機 的 一 般 選 擇 原 則 .........................................................264.2.1.3伺 服 電 機 的 選 用 ............................................................................264.2.2凸 輪 機 構(gòu) 的 選 用 及 計 算 .......................................................................... 304.2.2.1凸 輪 式 間 歇 運 動 機 構(gòu) 的 特 點 及 應(yīng) 用 ........................................304.2.2.2圓 柱 凸 輪 分 度 機 構(gòu) 參 數(shù) 確 定 ......................................................314.3 動 力 刀 架 動 力 刀 具 部 分 ...................................................................................314.3.1交 流 伺 服 電 動 機 的 選 擇 .......................................................................... 324.3.1.1概 述 ...................................................................................................324.3.1.2 伺 服 電 機 的 性 能 ...........................................................................324.3.2 齒 輪 設(shè) 計 計 算 及 選 用 ............................................................................334.3.3 軸 承 的 選 用 ..............................................................................................35第 六 章 總 結(jié) ..........................................................................................................................42致 謝 ..........................................................................................................................................43參 考 文 獻 ： ............................................................................................................................44第 一 章 緒 論1.1本文選題的背景及意義 本文選題的背景及意義 本文選題的背景及意義 本文選題的背景及意義1.1.1概述 概述 概述 概述整 個 人 類 社 會 的 文 明 史 ， 就 是 制 造 技 術(shù) 不 斷 演 變 和 發(fā) 展 的 歷 史 。 任 何 國家 的 制 造 業(yè) 都 是 國 民 經(jīng) 濟 的 基 礎(chǔ) 產(chǎn) 業(yè) ， 也 是 國 民 經(jīng) 濟 的 主 要 來 源 。 沒 有 發(fā) 達 的制 造 業(yè) ， 就 不 可 能 有 國 家 真 正 的 繁 榮 和 強 大 。 制 造 技 術(shù) 是 制 造 業(yè) 的 技 術(shù) 支 柱 ，是 一 個 國 家 科 技 水 平 、 綜 合 國 力 的 重 要 體 現(xiàn) ， 制 造 技 術(shù) 的 發(fā) 展 是 一 個 國 家 經(jīng) 濟增 長 的 根 本 動 力 。 而 制 造 業(yè) 中 機 床 是 其 基 礎(chǔ) 裝 備 。 我 國 是 一 個 機 床 大 國 ， 有 三百 多 萬 臺 普 通 機 床 。 但 機 床 的 素 質(zhì) 差 ， 性 能 落 后 ， 單 臺 機 床 的 平 均 產(chǎn) 值 只 有 先進 工 業(yè) 國 家 的 1/10左 右 ， 差 距 太 大 ， 急 待 改 造 。 舊 機 床 的 數(shù) 控 化 改 造 ， 顧 名思 義 就 是 在 普 通 機 床 上 增 加 微 機 控 制 裝 置 ， 使 其 具 有 一 定 的 自 動 化 能 力 ， 以 實現(xiàn) 預(yù) 定 的 加 工 工 藝 目 標(biāo) 。 隨 著 數(shù) 控 機 床 越 來 越 多 的 普 及 應(yīng) 用 ， 數(shù) 控 機 床 的 技 術(shù)經(jīng) 濟 效 益 為 大 家 所 理 解 。 在 國 內(nèi) 工 廠 的 技 術(shù) 改 造 中 ， 機 床 的 微 機 數(shù) 控 化 改 造 已成 為 重 要 方 面 。 許 多 工 廠 一 面 購 置 數(shù) 控 機 床 一 面 利 用 數(shù) 控 、 數(shù) 顯 、 PC技 術(shù) 改造 普 通 機 床 ， 并 取 得 了 良 好 的 經(jīng) 濟 效 益 。 我 國 經(jīng) 濟 資 源 有 限 ， 國 家 大 ， 機 床 需要 量 大 ， 因 此 不 可 能 拿 出 相 當(dāng) 大 的 資 金 去 購 買 新 型 的 數(shù) 控 機 床 ， 而 我 國 的 舊 機床 很 多 ， 用 經(jīng) 濟 型 數(shù) 控 系 統(tǒng) 改 造 普 通 機 床 ， 在 投 資 少 的 情 況 下 ， 使 其 既 能 滿 足加 工 的 需 要 ， 又 能 提 高 機 床 的 自 動 化 程 度 ， 比 較 符 合 我 國 的 國 情 。 1984年 ，我 國 開 始 生 產(chǎn) 經(jīng) 濟 型 數(shù) 控 系 統(tǒng) ， 并 用 于 改 造 舊 機 床 。 到 目 前 為 止 ， 已 有 很 多 廠家 生 產(chǎn) 經(jīng) 濟 型 數(shù) 控 系 統(tǒng) 。 可 以 預(yù) 料 ， 今 后 機 床 的 經(jīng) 濟 型 數(shù) 控 化 改 造 將 迅 速 發(fā) 展和 普 及 。1.1.2數(shù)控 機床的 優(yōu)越性 數(shù)控 機床的 優(yōu)越性 數(shù)控 機床的 優(yōu)越性 數(shù)控 機床的 優(yōu)越性數(shù) 控機 床 是綜 合 應(yīng)用 計 算機 、 自動 控 制、 自 動檢 測 及精 密 機械 等 高新 技 術(shù)的 產(chǎn)物 ,是技 術(shù)密集 度及自 動化程 度很高 的典型 機電一 體化加 工設(shè)備 。 它與 普通機 床相比 ,其 優(yōu)越 性 是顯 而 易見 的 ,不 僅零 件 加工 精 度高 ,產(chǎn) 品質(zhì) 量 穩(wěn)定 ,且 自動 化 程度 極 高 ,可減 輕工 人 的體 力 勞動 強 度 ,大 大提 高 了生 產(chǎn) 效率 ,特 別值 得 一提 的 是數(shù) 控 機床 可 完成普 通 機 床 難 以 完 成 或 根 本 不 能 加 工 的 復(fù) 雜 曲 面 的 零 件 加 工 ,因 而 數(shù) 控 機 床 在 機 械 制造業(yè) 中的地 位愈來 愈顯得 重要。1.1.3數(shù)控 機床在 我國的 發(fā)展現(xiàn) 狀 數(shù)控 機床在 我國的 發(fā)展現(xiàn) 狀 數(shù)控 機床在 我國的 發(fā)展現(xiàn) 狀 數(shù)控 機床在 我國的 發(fā)展現(xiàn) 狀我 國是 世 界上 機 床產(chǎn) 量 最多 的 國家 ， 但在 國 際市 場 競爭 中 仍處 于 較低 水 平； 即使 國 內(nèi) 市 場 也 面 臨 著 嚴(yán) 峻 的 形 勢 ,一 方 面 國 內(nèi) 市 場 對 各 類 機 床 產(chǎn) 品 特 別 是 數(shù) 控 機 床有 大量 的 需求 ,而 另一 方 面卻 有 不少 國 產(chǎn)機 床 滯銷 積 壓 ,國 外機 床 產(chǎn)品 充 斥市 場 。 90年國 外數(shù)控 機床在 我國市 場的占 有率僅 達 15%左右 ,而 95年已 達 77%。 嚴(yán)重 影響我 國數(shù)控 機床自 主發(fā)展 的勢頭 。這 種現(xiàn) 象 的出 現(xiàn) ,除 了有 經(jīng) 營上 、 產(chǎn)品 制 造質(zhì) 量 上和 促 銷手 段 上等 原 因外 ,一 個主 要的 原 因是 我 國生 產(chǎn) 的數(shù) 控 機床 品 種、 性 能和 結(jié) 構(gòu)不 夠 先進 ,新 產(chǎn)品 (包 括基 型 、變 型和 專 用機 床 )的 開發(fā) 周 期長 ,從 而不 能 及時 針 對用 戶 的需 求 提供 滿 意的 產(chǎn) 品。 具體地 說 ,這個 問題反 映在下 列五個 方面 :(1)我國 機床廠 目前開 發(fā)基型 產(chǎn)品的 周期約 為 15～ 18個月 ,其中 設(shè)計時 間約 為5～ 8個月 ,占總 周期的 40%左右 。 而國 外一些 先進機 床廠同 類基型 產(chǎn)品的 開發(fā)周 期 為6～ 9個月 ,其中 設(shè)計約 1.5～ 2個月 ,只占 25%。 因此 無論是 產(chǎn)品開 發(fā)的總 周期還 是設(shè)計所 占的時 間比例 均與國 外先進 水平有 很大的 差距。(2)我 國工 廠 由于 缺 乏設(shè) 計 的科 學(xué) 分析 工 具 (如 分析 和 評價 軟 件、 整 機結(jié) 構(gòu) 有限 元分 析 方法 以 及機 床 性能 測 試裝 置 等 ),自 行開 發(fā) 的新 產(chǎn) 品大 多 基于 直 觀經(jīng) 驗 和類比 設(shè) 計 ,使 設(shè) 計 一 次 成 功 的 把 握 性 降 低 ,往 往 需 要 反 復(fù) 試 制 才 能 定 型 ,從 而 可 能 錯 過新產(chǎn) 品推向 市場的 良機。(3)用 戶 根 據(jù) 使 用 需 要 ,在 訂 貨 時 往 往 提 出 一 些 特 殊 要 求 ,甚 至 在 產(chǎn) 品 即 將 投產(chǎn) 時 有 的 用 戶 臨 時 提 出 一 些 要 求 ,這 就 需 要 迅 速 變 型 設(shè) 計 和 修 改 相 應(yīng) 的 圖 紙 及 技 術(shù)文 件。 在 國外 ,這 項修 改 工作 在 計算 機 的輔 助 下一 般 僅需 數(shù) 天至 一 周 ,而 在我 國 機床廠用 手工操 作就至 少 需 1～ 2個月 ,且由 于這些 圖紙和 文件涉 及多個 部門 ,常會 出現(xiàn)漏改和 失誤的 現(xiàn)象 ,影響 了產(chǎn)品 的質(zhì)量 和交貨 期。(4)現(xiàn) 在我 國 工廠 設(shè) 計和 工 藝人 員 中青 年 占多 數(shù) ,他 們的 專 業(yè)知 識 和實 際 經(jīng)驗不足 ,又擔(dān) 負著開 發(fā)的重 任。(5)由于 長期以 來形成 的設(shè)計 、 工藝 和制造 部門分 立 ,缺乏 有效的 協(xié)同開 發(fā)的模式 ,不 能 從 制 訂 方 案 開 始 就 融 入 各 方 面 的 正 確 意 見 ,容 易 造 成 產(chǎn) 品 的 反 復(fù) 修 改 ,延 長了開 發(fā)的周 期。為 解決 這 些問 題 ,必 須對 產(chǎn) 品開 發(fā) 的整 個 過程 綜 合應(yīng) 用 計算 機 技術(shù) ,發(fā) 展優(yōu) 化 和仿 真 技 術(shù) ,提 高 產(chǎn) 品結(jié) 構(gòu) 性 能 ,并 建 立 起基 于 并 行 工 程 (ConcurrentEngineering)的使設(shè) 計 、 工藝 和制造 人員協(xié) 同工作 和知識 共享的 產(chǎn)品虛 擬開發(fā) 環(huán)境 ,使用 相應(yīng)的 產(chǎn)品虛擬 開發(fā)軟 件 ， 這樣 才能有 效地解 決產(chǎn)品 開發(fā)的 落后局 面 ,使企 業(yè)取得 良好的 經(jīng)濟效益。 1.1.4機床 數(shù)控化 改造的 必要性 機床 數(shù)控化 改造的 必要性 機床 數(shù)控化 改造的 必要性 機床 數(shù)控化 改造的 必要性我 國 目前 機 床 總 量 380余 萬 臺， 而 其 中 數(shù) 控機 床 總 數(shù) 只 有 11.34萬 臺 ，即 我 國機床 數(shù)控化 率不到 3%。近 10年來 ，我國 數(shù)控機 床年產(chǎn) 量約為 0.6～ 0.8萬臺 ，年產(chǎn)值 約為 18億 元。 機 床的 年 產(chǎn)量 數(shù) 控化 率 為 6%。 我國 機 床役 齡 10年 以上 的 占 60%以上； 10年以 下的機 床中， 自動 /半自 動機床 不到 20%， FMC/FMS等自 動化生 產(chǎn)線更 屈指可 數(shù)（美 國和日 本自動 和半自 動機床 占 60%以上 ） 。可 見我們 的大多 數(shù)制造 行業(yè)和企業(yè) 的生產(chǎn) 、 加工 裝備絕 大數(shù)是 傳統(tǒng)的 機床 ， 而且 半數(shù)以 上是役 齡在 10年以 上的舊機 床。 用 這種 裝 備加 工 出來 的 產(chǎn)品 普 遍存 在 質(zhì)量 差 、品 種 少、 檔 次低 、 成本 高 、供貨 期長 ， 從而 在 國際 、 國內(nèi) 市 場上 缺 乏競 爭 力， 直 接影 響 一個 企 業(yè)的 產(chǎn) 品、 市 場、效益 ，影響 企業(yè)的 生存和 發(fā)展。 所以必 須大力 提高機 床的數(shù) 控化率 。 經(jīng) 過大 量 實踐 證 明普 通 機床 數(shù) 控化 改 造具 有 一定 經(jīng) 濟性 、 實用 性 和穩(wěn) 定 性。 所以 很多 企 業(yè)紛 紛 將現(xiàn) 有 機床 改 造成 經(jīng) 濟型 數(shù) 控機 床 ，這 種 做法 具 有投 資 少、 見 效快的 特點 。 事實 證 明： 用 較少 的 資金 ， 將普 通 機床 改 造升 級 為數(shù) 控 機床 ， 可以 為 企業(yè)帶來 可觀的 經(jīng)濟效 益。 1.2機床數(shù)控技術(shù)的基本概念 機床數(shù)控技術(shù)的基本概念 機床數(shù)控技術(shù)的基本概念 機床數(shù)控技術(shù)的基本概念1.2.1數(shù)控 機床和 數(shù)控技 術(shù) 數(shù)控 機床和 數(shù)控技 術(shù) 數(shù)控 機床和 數(shù)控技 術(shù) 數(shù)控 機床和 數(shù)控技 術(shù)數(shù) 控 技 術(shù) 及 數(shù) 控 機 床 在 當(dāng) 今 機 械 制 造 業(yè) 中 的 重 要 地 位 和 巨 大 效 益 ， 顯 示 了其 在 國 家 基 礎(chǔ) 工 業(yè) 現(xiàn) 代 化 中 的 戰(zhàn) 略 性 作 用 ， 并 已 成 為 傳 統(tǒng) 機 械 制 造 工 業(yè) 提 升 改造 和 實 現(xiàn) 自 動 化 、 柔 性 化 、 集 成 化 生 產(chǎn) 的 重 要 手 段 和 標(biāo) 志 。 數(shù) 控 技 術(shù) 及 數(shù) 控 機床 的 廣 泛 應(yīng) 用 ， 給 機 械 制 造 業(yè) 的 產(chǎn) 業(yè) 結(jié) 構(gòu) 、 產(chǎn) 品 種 類 和 檔 次 以 及 生 產(chǎn) 方 式 帶 來了 革 命 性 的 變 化 。 數(shù) 控 機 床 是 現(xiàn) 代 加 工 車 間 最 重 要 的 裝 備 。 它 的 發(fā) 展 是 信 息 技術(shù) (1T)與 制 造 技 術(shù) (MT)結(jié) 合 發(fā) 展 的 結(jié) 果 。 現(xiàn) 代 的 CAD/CAM、 FMS、 CIMS、 敏 捷制 造 和 智 能 制 造 技 術(shù) ， 都 是 建 立 在 數(shù) 控 技 術(shù) 之 上 的 。 掌 握 現(xiàn) 代 數(shù) 控 技 術(shù) 知 識 是現(xiàn) 代 機 電 類 專 業(yè) 學(xué) 生 必 不 可 少 的 。 在 數(shù) 控 加 工 中 ， 從 零 件 的 設(shè) 計 圖 紙 到 零 件 成 品 合 格 交 付 ， 不 僅 要 考 慮 到 數(shù)控 程 序 的 編 制 ， 還 要 考 慮 到 諸 如 零 件 加 工 工 藝 路 線 的 安 排 、 加 工 機 床 的 選 擇 、切 削 刀 具 的 選 擇 、 零 件 加 工 中 的 定 位 裝 夾 等 一 系 列 因 素 的 影 響 ， 在 開 始 編 程 前 ，必 須 要 對 零 件 設(shè) 計 圖 紙 和 技 術(shù) 要 求 進 行 詳 細 的 數(shù) 控 加 工 工 藝 分 析 ， 以 最 終 確 定哪 些 是 零 件 的 技 術(shù) 關(guān) 鍵 ， 哪 些 是 數(shù) 控 加 工 的 難 點 ， 以 及 數(shù) 控 程 序 編 制 的 難 易 程度 。 零 件 的 數(shù) 控 加 工 工 藝 分 析 是 編 制 數(shù) 控 程 序 中 最 重 要 而 又 極 其 復(fù) 雜 的 環(huán) 節(jié) ，也 是 數(shù) 控 加 工 工 藝 方 案 設(shè) 計 的 核 心 工 作 ， 必 須 在 數(shù) 控 加 工 方 案 制 定 前 完 成 。 一個 合 格 的 編 程 人 員 對 數(shù) 控 機 床 及 其 控 制 系 統(tǒng) 的 功 能 及 特 點 ， 以 及 影 響 數(shù) 控 加 工的 每 個 環(huán) 節(jié) 都 要 有 一 個 清 晰 、 全 面 的 了 解 ， 這 樣 才 能 避 免 由 于 工 藝 方 案 考 慮 不周 而 可 能 出 現(xiàn) 的 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 問 題 ， 造 成 無 謂 的 人 力 、 物 力 等 資 源 的 浪 費 。 全 面 合理 的 數(shù) 控 加 工 工 藝 分 析 是 提 高 數(shù) 控 編 程 質(zhì) 量 的 重 要 保 障 。 數(shù) 控 車 床 是 目 前 使 用 最 廣 泛 的 數(shù) 控 機 床 之 一 。 數(shù) 控 車 床 主 要 用 于 加 工 軸類 、 盤 類 等 回 轉(zhuǎn) 體 零 件 。 通 過 數(shù) 控 加 工 程 序 的 運 行 ， 可 自 動 完 成 內(nèi) 外 圓 柱 面 、圓 錐 面 、 成 形 表 面 、 螺 紋 和 端 面 等 工 序 的 切 削 加 工 ， 并 能 進 行 車 槽 、 鉆 孔 、 擴孔 、 鉸 孔 等 工 作 。1.2.2 數(shù) 控 機 床 的 特 點數(shù) 控 機 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 床 的 大腦 。 與 普 通 機 床 相 比 ， 數(shù) 控 機 床 有 如 下 特 點 ：● 加 工 精 度 高 ， 具 有 穩(wěn) 定 的 加 工 質(zhì) 量 ；● 可 進 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 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 床 的 3~5倍 ） ；● 機 床 自 動 化 程 度 高 ， 可 以 減 輕 勞 動 強 度 ；● 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 。數(shù) 控 機 床 一 般 由 下 列 幾 個 部 分 組 成 ：● 主 機 ， 他 是 數(shù) 控 機 床 的 主 題 ， 包 括 機 床 身 、 立 柱 、 主 軸 、 進 給 機 構(gòu)等 機 械 部 件 。 他 是 用 于 完 成 各 種 切 削 加 工 的 機 械 部 件 ?！?數(shù) 控 裝 置 ， 是 數(shù) 控 機 床 的 核 心 ， 包 括 硬 件 （ 印 刷 電 路 板 、 CRT顯示 器 、 鍵 盒 、 紙 帶 閱 讀 機 等 ） 以 及 相 應(yīng) 的 軟 件 ， 用 于 輸 入 數(shù) 字 化 的 零 件 程 序 ，并 完 成 輸 入 信 息 的 存 儲 、 數(shù) 據(jù) 的 變 換 、 插 補 運 算 以 及 實 現(xiàn) 各 種 控 制 功 能 。● 驅(qū) 動 裝 置 ， 他 是 數(shù) 控 機 床 執(zhí) 行 機 構(gòu) 的 驅(qū) 動 部 件 ， 包 括 主 軸 驅(qū) 動 單 元 、進 給 單 元 、 主 軸 電 機 及 進 給 電 機 等 。 他 在 數(shù) 控 裝 置 的 控 制 下 通 過 電 氣 或 電 液 伺服 系 統(tǒng) 實 現(xiàn) 主 軸 和 進 給 驅(qū) 動 。 當(dāng) 幾 個 進 給 聯(lián) 動 時 ， 可 以 完 成 定 位 、 直 線 、 平 面曲 線 和 空 間 曲 線 的 加 工 。 ● 輔 助 裝 置 ， 指 數(shù) 控 機 床 的 一 些 必 要 的 配 套 部 件 ， 用 以 保 證 數(shù) 控 機 床的 運 行 ， 如 冷 卻 、 排 屑 、 潤 滑 、 照 明 、 監(jiān) 測 等 。 它 包 括 液 壓 和 氣 動 裝 置 、 排 屑裝 置 、 交 換 工 作 臺 、 數(shù) 控 轉(zhuǎn) 臺 和 數(shù) 控 分 度 頭 ， 還 包 括 刀 具 及 監(jiān) 控 檢 測 裝 置 等 。● 編 程 及 其 他 附 屬 設(shè) 備 ， 可 用 來 在 機 外 進 行 零 件 的 程 序 編 制 、 存 儲 等 。自 從 1952年 美 國 麻 省 理 工 學(xué) 院 研 制 出 世 界 上 第 一 臺 數(shù) 控 機 床 以 來 ， 數(shù) 控機 床 在 制 造 工 業(yè) ， 特 別 是 在 汽 車 、 航 空 航 天 、 以 及 軍 事 工 業(yè) 中 被 廣 泛 地 應(yīng) 用 ，數(shù) 控 技 術(shù) 無 論 在 硬 件 和 軟 件 方 面 ， 都 有 飛 速 發(fā) 展 。1.3數(shù)控機床的組成和分類 數(shù)控機床的組成和分類 數(shù)控機床的組成和分類 數(shù)控機床的組成和分類1.3.1數(shù)控 機床的 組成 數(shù)控 機床的 組成 數(shù)控 機床的 組成 數(shù)控 機床的 組成(1)輸入 輸出設(shè) 備輸入 輸出設(shè) 備主要 實現(xiàn)程 序編制 、程序 和數(shù)據(jù) 的輸入 以及顯 示、存 儲和打 印 。(2)數(shù)控 裝置數(shù) 控裝 置 是數(shù) 控 機床 的 核心 。 它接 受 來自 輸 入設(shè) 備 的程 序 和數(shù) 據(jù) ，并 按 輸入 信息的 要求完 成數(shù)值 計算、 邏輯判 斷和輸 入輸出 控制等 功能。 (3)伺服 系統(tǒng)伺 服系 統(tǒng) 是接 受 數(shù)控 裝 置的 指 令， 驅(qū) 動機 床 執(zhí)行 機 構(gòu)運 動 的馭 動 部件 。 它包 括伺 服電 路 和伺 服 電機 組 成。 一 般來 說 ，數(shù) 控 機床 的 伺服 驅(qū) 動要 求 有好 的 快速 響 應(yīng)性能， 能靈敏 而準(zhǔn)確 地跟蹤 由數(shù)控 裝置發(fā) 出的指 令信號 。 (4)測量 反饋裝 置該 裝置 由 測量 部 件和 響 應(yīng)的 測 量電 路 組成 ， 其作 用 是檢 測 速度 和 位移 ， 并將 信息反 饋給數(shù) 控裝置 ，構(gòu)成 閉環(huán)控 制系統(tǒng) 。(5)機床 本體機床 本體是 數(shù)控機 床的主 體，是 用于完 成各種 切削加 工的機 械部分 。1.4數(shù)控機床的特點 數(shù)控機床的特點 數(shù)控機床的特點 數(shù)控機床的特點數(shù) 控 機 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 床 的 大腦 。 與 普 通 機 床 相 比 ， 數(shù) 控 機 床 有 如 下 特 點 ：● 加 工 精 度 高 ， 具 有 穩(wěn) 定 的 加 工 質(zhì) 量 ；● 可 進 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 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 床 的 3~5倍 ） ；● 機 床 自 動 化 程 度 高 ， 可 以 減 輕 勞 動 強 度 ；● 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 。數(shù) 控 機 床 一 般 由 下 列 幾 個 部 分 組 成 ：● 主 機 ， 他 是 數(shù) 控 機 床 的 主 題 ， 包 括 機 床 身 、 立 柱 、 主 軸 、 進 給 機 構(gòu)等 機 械 部 件 。 他 是 用 于 完 成 各 種 切 削 加 工 的 機 械 部 件 。● 數(shù) 控 裝 置 ， 是 數(shù) 控 機 床 的 核 心 ， 包 括 硬 件 （ 印 刷 電 路 板 、 CRT顯 示器 、 鍵 盒 、 紙 帶 閱 讀 機 等 ） 以 及 相 應(yīng) 的 軟 件 ， 用 于 輸 入 數(shù) 字 化 的 零 件 程 序 ， 并完 成 輸 入 信 息 的 存 儲 、 數(shù) 據(jù) 的 變 換 、 插 補 運 算 以 及 實 現(xiàn) 各 種 控 制 功 能 ?！?驅(qū) 動 裝 置 ， 他 是 數(shù) 控 機 床 執(zhí) 行 機 構(gòu) 的 驅(qū) 動 部 件 ， 包 括 主 軸 驅(qū) 動 單 元 、進 給 單 元 、 主 軸 電 機 及 進 給 電 機 等 。 他 在 數(shù) 控 裝 置 的 控 制 下 通 過 電 氣 或 電 液 伺服 系 統(tǒng) 實 現(xiàn) 主 軸 和 進 給 驅(qū) 動 。 當(dāng) 幾 個 進 給 聯(lián) 動 時 ， 可 以 完 成 定 位 、 直 線 、 平 面曲 線 和 空 間 曲 線 的 加 工 。 ● 輔 助 裝 置 ， 指 數(shù) 控 機 床 的 一 些 必 要 的 配 套 部 件 ， 用 以 保 證 數(shù) 控 機 床的 運 行 ， 如 冷 卻 、 排 屑 、 潤 滑 、 照 明 、 監(jiān) 測 等 。 它 包 括 液 壓 和 氣 動 裝 置 、 排 屑裝 置 、 交 換 工 作 臺 、 數(shù) 控 轉(zhuǎn) 臺 和 數(shù) 控 分 度 頭 ， 還 包 括 刀 具 及 監(jiān) 控 檢 測 裝 置 等 ?！?編 程 及 其 他 附 屬 設(shè) 備 ， 可 用 來 在 機 外 進 行 零 件 的 程 序 編 制 、 存 儲 等 。自 從 1952年 美 國 麻 省 理 工 學(xué) 院 研 制 出 世 界 上 第 一 臺 數(shù) 控 機 床 以 來 ， 數(shù) 控機 床 在 制 造 工 業(yè) ， 特 別 是 在 汽 車 、 航 空 航 天 、 以 及 軍 事 工 業(yè) 中 被 廣 泛 地 應(yīng) 用 ，數(shù) 控 技 術(shù) 無 論 在 硬 件 和 軟 件 方 面 ， 都 有 飛 速 發(fā) 展 。1.5數(shù)控機床的發(fā)展 數(shù)控機床的發(fā)展 數(shù)控機床的發(fā)展 數(shù)控機床的發(fā)展電 子 技 術(shù) 、 信 息 技 術(shù) 、 網(wǎng) 絡(luò) 技 術(shù) 、 模 糊 控 制 技 術(shù) 的 發(fā) 展 使 新 一 代 數(shù)控 系 統(tǒng) 技 術(shù) 水 平 大 大 提 高 ， 促 進 了 數(shù) 控 機 床 產(chǎn) 業(yè) 的 蓬 勃 發(fā) 展 ， 也 促 進 了 現(xiàn) 代 制造 技 術(shù) 的 快 速 發(fā) 展 。 數(shù) 控 機 床 性 能 在 高 速 度 、 高 精 度 、 高 可 靠 性 和 復(fù) 合 化 、 網(wǎng)絡(luò) 化 、 智 能 化 、 柔 性 化 、 綠 色 化 方 面 取 得 了 長 足 的 進 步 。 現(xiàn) 代 制 造 業(yè) 正 在 迎 來一 場 新 的 技 術(shù) 革 命 。 數(shù) 控 系 統(tǒng) 未 來 分 以 下 幾 個 發(fā) 展 方 向 ：● 數(shù) 控 系 統(tǒng) 向 開 放 式 體 系 結(jié) 構(gòu) 發(fā) 展● 數(shù) 控 系 統(tǒng) 向 軟 數(shù) 控 方 向 發(fā) 展● 數(shù) 控 系 統(tǒng) 控 制 性 能 向 智 能 化 方 向 發(fā) 展● 數(shù) 控 系 統(tǒng) 向 網(wǎng) 絡(luò) 化 方 向 發(fā) 展● 數(shù) 控 系 統(tǒng) 向 高 可 靠 性 方 向 發(fā) 展● 數(shù) 控 系 統(tǒng) 向 復(fù) 合 化 方 向 發(fā) 展● 數(shù) 控 系 統(tǒng) 向 多 軸 聯(lián) 動 化 方 向 發(fā) 展2總 體 方 案 的 擬 定2.1 總 體 方 案 的 設(shè) 計總 體 方 案 的 設(shè) 計總 體 方 案 的 設(shè) 計總 體 方 案 的 設(shè) 計本 設(shè) 計 是 針 對 CW6163普 通 車 床 進 行 數(shù) 控 改 造 。 利 用 微 機 對 縱 向 進 給系 統(tǒng) 進 行 開 環(huán) 控 制 ， 縱 向 （ Z向 ） 脈 沖 當(dāng) 量 為 0.01mm、 脈 沖 驅(qū) 動 元 件 采 用 步 進電 機 ， 傳 動 系 統(tǒng) 采 用 滾 珠 絲 杠 。 對 于 普 通 機 床 的 經(jīng) 濟 型 數(shù) 控 改 造 ， 在 確 定 總 體 設(shè) 計 方 案 時 ， 應(yīng) 考 慮 在 滿 足設(shè) 計 要 求 的 前 提 下 ， 對 機 床 的 改 動 應(yīng) 盡 可 能 少 ， 以 降 低 成 本 。2.1.1 數(shù)控 系統(tǒng)運 動方式 的確定數(shù) 控 系 統(tǒng) 按 運 動 方 式 可 分 為 點 位 控 制 系 統(tǒng) 、 點 位 直 線 控 制 系 統(tǒng) 、 連 續(xù) 控制 系 統(tǒng) 。 由 于 要 求 CW6163車 床 加 工 復(fù) 雜 輪 廓 零 件 ， 所 以 微 機 數(shù) 控 系 統(tǒng) 采 用 兩軸 聯(lián) 動 連 續(xù) 控 制 系 統(tǒng) 。 圖 2-1 所 示 。2.1.2 伺服 進給系 統(tǒng)的改 造設(shè)計數(shù) 控 機 床 的 伺 服 進 給 系 統(tǒng) 有 開 環(huán) 、 閉 環(huán) 之 分 。 因 為 開 環(huán) 控 制 具 有 結(jié) 構(gòu) 簡 單 、設(shè) 計 制 造 容 易 、 控 制 精 度 較 好 、 容 易 調(diào) 試 、 價 格 便 宜 、 使 用 維 修 方 便 等 優(yōu) 點 。所 以 ， 本 設(shè) 計 決 定 采 用 開 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) 。圖 2-1 臥 式 車 床 簡 圖CW6163車 床 的 主 軸 轉(zhuǎn) 速 部 分 保 留 原 機 床 的 功 能 ， 即 手 動 變 速 。 車 床 的縱 向 （ Z軸 ） 進 給 運 動 采 用 步 進 電 機 驅(qū) 動 。 由 8031單 片 機 組 成 微 機 作 為 數(shù) 控裝 置 的 核 心 ， 由 I/O接 口 、 環(huán) 形 分 配 器 與 功 率 放 大 器 一 起 控 制 步 進 電 機 轉(zhuǎn) 動 ，經(jīng) 齒 輪 減 速 后 帶 動 滾 珠 絲 杠 轉(zhuǎn) 動 ， 從 而 實 現(xiàn) 車 床 的 縱 向 進 給 運 動 。 為 保 持 切 削螺 紋 的 功 能 ， 必 須 安 裝 主 軸 脈 沖 發(fā) 生 器 ， 為 此 采 用 主 軸 靠 同 步 齒 行 帶 使 脈 沖 發(fā)生 器 同 步 旋 轉(zhuǎn) ， 發(fā) 出 兩 路 信 號 ： 每 轉(zhuǎn) 發(fā) 出 的 脈 沖 個 數(shù) 和 一 個 同 步 信 號 ， 經(jīng) 隔 離電 路 以 及 I/O接 口 送 給 微 機 。 系 統(tǒng) 總 體 方 案 圖 2-2所 示 ：圖 2-2經(jīng) 濟 型 數(shù) 控 機 床 總 體 方 案 總 體第 二 章 數(shù) 控 車 床 自 動 換 刀 裝 置2.1概 述 自 動 換 刀 裝 置 的 形 式 是 多 種 多 樣 的 ， 有 刀 庫 式 和 轉(zhuǎn) 塔 式 ， 雖 然 換 刀 過 程 、選 刀 方 式 、 刀 庫 結(jié) 構(gòu) 、 機 械 手 類 型 等 各 不 相 同 ， 但 都 是 在 數(shù) 控 裝 置 及 可 編 程 序控 制 器 控 制 下 ， 有 電 動 機 或 液 壓 或 氣 動 機 構(gòu) 驅(qū) 動 刀 庫 和 機 械 手 實 現(xiàn) 刀 具 的 選 擇與 交 換 。 我 們 把 這 種 為 實 現(xiàn) 多 工 序 的 連 續(xù) 加 工 ， 在 加 工 中 心 或 車 削 中 心 中 ， 可進 行 刀 具 的 選 擇 與 交 換 的 裝 置 叫 自 動 換 刀 裝 置 （ automatictoolchange 簡 稱ATC） 。 自 動 換 刀 裝 置 是 數(shù) 控 車 床 最 普 遍 的 一 種 輔 助 裝 置 ， 它 可 使 數(shù) 控 車 床 在 工件 一 次 裝 夾 中 完 成 多 種 甚 至 所 有 的 加 工 工 序 ， 以 縮 短 加 工 的 輔 助 時 間 ， 減 少 加工 過 程 中 由 于 多 次 安 裝 工 件 而 引 起 的 誤 差 ， 從 而 提 高 機 床 的 加 工 效 率 和 加 工 精度 [3]。 我 國 對 加 工 中 心 的 需 求 一 直 是 有 增 無 減 ， 同 時 ， 加 工 中 心 自 動 換 刀 裝 置的 開 發(fā) 也 有 長 足 的 發(fā) 展 。 對 于 臥 式 加 工 中 心 來 說 ， 有 從 用 于 JCS-013的 獨 立 式自 動 換 刀 裝 置 到 用 于 TH6350、 TH6363、 TH6380和 TH63100的 TB51.02雙 層 缸式 通 用 機 械 手 加 鏈 式 刀 庫 （ 北 京 機 床 研 究 所 設(shè) 計 并 制 造 ） 的 自 動 換 刀 裝 置 ； 對于 立 式 加 工 中 心 來 說 ， 有 從 用 于 JCS-018的 氣 液 型 鼓 輪 式 自 動 換 刀 裝 置 到 用 于XH715B和 XH715C的 多 凸 輪 聯(lián) 動 型 鼓 輪 式 自 動 換 刀 裝 置 。 特 別 是 用 于 TH715B和 TH715C的 多 凸 輪 聯(lián) 動 型 鼓 輪 式 自 動 換 刀 裝 置 ， 他 的 研 制 成 功 ， 為 我 國 自 動換 刀 裝 置 設(shè) 計 與 制 造 翻 開 了 嶄 新 的 一 頁 ， 自 1991年 鑒 定 后 批 量 生 產(chǎn) ， 已 累 計生 產(chǎn) 了 50多 臺 ， 由 于 其 結(jié) 構(gòu) 簡 單 ， 迅 速 可 靠 （ 刀 對 刀 2.5s） ， 受 到 廣 大 國 內(nèi) 外用 戶 的 一 致 好 評 。 加 工 中 心 和 車 削 中 心 自 動 換 刀 裝 置 的 發(fā) 展 趨 勢 是 四 個 方 向 ： 一 是 高 速 、 可靠 ， 追 求 的 目 標(biāo) 是 換 刀 時 間 盡 量 的 短 ， 以 換 取 加 工 中 心 和 車 削 中 心 的 高 效 性 ；二 是 簡 單 實 用 、 造 價 低 、 使 用 可 靠 ， 但 換 刀 速 度 不 快 。自 動 換 刀 裝 置 開 發(fā) 技 術(shù) 要 全 面 注 意 下 列 五 個 方 面 ：1） 自 動 換 刀 裝 置 的 可 靠 性 與 優(yōu) 化 設(shè) 計 研 究 。 通 過 對 自 動 換 刀 裝 置 進 行 可靠 性 分 析 研 究 ， 找 出 其 薄 弱 環(huán) 節(jié) ， 通 過 改 進 設(shè) 計 ， 使 自 動 換 刀 裝 置 故 障 率 大 大減 少 ， 保 證 百 萬 次 以 上 正 常 換 刀 的 品 質(zhì) 。 通 過 對 自 動 換 刀 裝 置 進 行 多 目 標(biāo) 的 優(yōu)化 設(shè) 計 ， 使 其 動 態(tài) 性 能 達 到 最 優(yōu) ， 進 而 提 高 自 動 換 刀 裝 置 的 性 能 ， 降 低 其 制 造成 本 ， 使 刀 對 刀 換 刀 時 間 對 40刀 柄 不 大 于 1s， 達 到 世 界 先 進 水 平 。2） 自 動 換 刀 裝 置 的 系 列 化 與 CAD設(shè) 計 。 使 自 動 換 刀 裝 置 適 用 國 內(nèi) 廠 家 的各 種 產(chǎn) 品 ， 以 便 得 到 推 廣 和 使 用 。 即 達 到 廠 家 一 旦 提 出 的 參 數(shù) ： 不 同 刀 柄 型 號 ，刀 庫 容 量 等 的 自 動 換 刀 裝 置 ， 使 廠 家 立 即 投 入 生 產(chǎn) ， 并 且 是 處 于 國 內(nèi) 先 進 水 平的 。3） 自 動 換 刀 裝 置 制 造 技 術(shù) 研 究 。 針 對 自 動 換 刀 裝 置 中 關(guān) 鍵 零 件 的 制 造 技術(shù) 進 行 研 究 ， 以 提 高 其 制 造 質(zhì) 量 和 降 低 制 造 成 本 。4） 自 動 換 刀 裝 置 新 技 術(shù) 的 研 究 。 跟 蹤 國 際 加 工 中 心 和 車 削 中 心 自 動 換 刀裝 置 的 發(fā) 展 主 流 ， 研 究 自 動 換 刀 裝 置 的 新 工 作 原 理 及 新 技 術(shù) 。5） 自 動 換 刀 裝 置 產(chǎn) 業(yè) 化 研 究 。 自 動 換 刀 裝 置 由 專 業(yè) 廠 生 產(chǎn) 比 現(xiàn) 有 各 廠 家自 行 生 產(chǎn) 可 降 低 成 本 ， 也 能 保 證 質(zhì) 量 ， 同 時 在 我 國 有 巨 大 的 市 場 ， 因 此 ， 在 技術(shù) 研 究 的 基 礎(chǔ) 上 ， 應(yīng) 研 究 使 我 國 的 自 動 換 刀 裝 置 生 產(chǎn) 走 上 產(chǎn) 業(yè) 化 的 道 路 ， 建 立生 產(chǎn) 自 動 換 刀 裝 置 的 基 地 。自動 換刀裝 置的設(shè) 計應(yīng)滿 足以下 基本要 求： 1）換 刀時間 短，以 減少非 加工時 間。2）減 少換刀 動作對 加工范 圍的干 擾。3）刀 具重復(fù) 定位精 度高。4）識 刀、選 刀可靠 ，換刀 動作簡 單可靠 。5）刀 庫刀具 存儲量 合理。6）刀 庫占地 面積小 ，并能 與主機 配合， 使機床 外觀協(xié) 調(diào)美觀 。7）刀 具裝卸 、調(diào)整 、維修 方便， 并能得 到清潔 的維護[4]。2.2ATC刀 具 自 動 換 刀 形 式為 進 一 步 提 高 數(shù) 控 機 床 的 加 工 效 率 ， 數(shù) 控 機 床 正 向 著 工 件 在 一 臺 機 床 一 次裝 夾 即 可 完 成 多 道 工 序 或 全 部 工 序 加