半閉環(huán)數(shù)控車床總體設計【含3張CAD圖紙】

資源目錄里展示的全都有，所見即所得。下載后全都有,請放心下載。原稿可自行編輯修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑問可加】 摘 要 本次設計任務來源于校企合作開發(fā)課題。 先調研數(shù)控車床的發(fā)展狀況，隨著科學技術的發(fā)展，機械產品結構越來越合理，其性能、精度和效率日趨提高更新?lián)Q代頻繁，生產類型由大批大量生產向多品種小批量生產轉化。因此，對機械產品的加工相應得提出了高精度、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、特別是復雜型面零件加工的自動化并保證質量要求而產生的。 該設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)控車床總體設計，總體布局，繪制尺寸聯(lián)系總圖一份，以及床身設計，繪制床身零件圖，底座設計，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。 預期成果設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，盡量滿足生產需要，使我們設計的數(shù)控機床可靠性，加工精度，變速范圍，操作宜人性，工作效率及防護結構，造型等諸多方面更加適合實際的使用要求。 關鍵詞：半閉環(huán)；數(shù)控車床；總體設計； 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 science 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 corresponding 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 control 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, turret, 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 drawing. 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 machine. 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, operation comfort, efficiency and protection structure, other aspects are more suitable for practical use requirements. 　　 Key words: Half closed loop； CNC lathe； The overall design; 目錄 摘 要 III ABSTRACT IV 目錄 V 1 緒論 1 1.1 本課題的研究內容和意義 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要求 1 1.2 國內外的發(fā)展概況 2 1.2.1 國內外數(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)控車床總體設計方案1 6 2.2.6 數(shù)控車床總體設計方案2 8 2.2.7 數(shù)控車床總體設計方案的確定 10 3 數(shù)控車床總體設計 11 3.1 數(shù)控機床的工作原理 11 3.2 數(shù)控機床的組成 11 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 4 數(shù)控車床部件設計 18 4.1 機床底座，床身大件類的設計要求，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 18 4.2.2 提高機床結構動剛度的措施 19 4.3 機床熱變形的形成及其特點 20 4.4 床身與底座的結構設計 21 4.5 機床的隔振 22 4.6 排屑裝置的設計 23 4.7 尾架裝置的設計 26 5 數(shù)控機床的維護與保養(yǎng) 27 6 結論 29 致謝 30 參考文獻 31 附錄 32 半閉環(huán)數(shù)控車床總體設計 1 緒論 1.1 本課題的研究內容和意義 1.1.1 本次課題的意義 隨著科學技術發(fā)展，機械產品結構越來越合理，其性能、精度和效率日趨提高更新?lián)Q代頻繁，生產類型由大批大量生產向多品種小批量的生產轉化。因此，對機械產品的加工相應得提出了高精度、高柔性與高度自動化的要求。 大批大量的產品，如汽車，拖拉機和家用電器的零件，為解決高產優(yōu)質的問題，多采用專用的自動生產線和自動化車間進行生產。但是應用這些專用生產設備，生產準備周期增長。在機械產品中，單件與小批量產品占到70—80％，這類產品一般都采用通用機床加工，當產品改變時，機床與工藝裝備均需作相應的變換和調整，而且通用機床的自動化程度不高，基本上由人工操作，難于提高生產效率和保證產品質量。特別是一些由曲線，曲面輪廓組成的復雜零件，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，加工精度和生產效率受到很大的限制。 數(shù)字控制機床就是為了解決單件、小批量、特別是復雜型面零件加工的自動化并保證質量要求而產生的。 柔性制造技術的發(fā)展，已經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，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上，增加刀具和工件在加工設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。 隨著科學技術和制造工業(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，以便于適應市場產品需求多變的要求。自動化制造技術不僅需要發(fā)展車間制造過程的自動化，而且要全面實現(xiàn)從生產決策，產品設計，市場預測直到銷售的整個生產活動的自動化，特別是技術和管理科室的自動化，將這些要求綜合成一個完整的生產制造系統(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。該系統(tǒng)是當今自動化制造技術發(fā)展的最高階段。 1.1.2 本次課題的目的 根據(jù)校企合作開發(fā)要求設計一通用型的，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系，結合考慮工件的形狀，尺寸和位置等因素，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計。 1.1.3 本次課題的所要達到的技術要求 主軸轉速范圍： 40—4000rmp； 最大車削直徑： Φ200mm； 最大切削長度l： l=750mm. 1.2 國內外的發(fā)展概況 1.2.1 國內外數(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。隨著國際學術及產業(yè)界對開放式數(shù)控系統(tǒng)研究的日益推進，我國的相關研究也越來越受到重視。經過幾十年的不斷發(fā)展，我國機床行業(yè)也形成了具有一定生產規(guī)模和技術水平的產業(yè)體系，國產數(shù)控系統(tǒng)產業(yè)發(fā)展迅速，在質與量上都取得了飛躍。國內數(shù)控系統(tǒng)基本占領低端數(shù)控系統(tǒng)市場，在中高檔數(shù)控系統(tǒng)的研發(fā)和應用上也取得了一定的成績。目前，數(shù)控技術正在發(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。在集成化基礎上，數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)了超薄型、超小型化；在智能化基礎上，綜合計算機、多媒體、模糊控制、神經網絡等多學科技術，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；在網絡化基礎上，CAD/CAM與數(shù)控系統(tǒng)集成為一體，機床聯(lián)網，實現(xiàn)了中央集中控制的群控加工。 總結如下： 國內數(shù)控機床現(xiàn)狀： 低技術水平的產品競爭激烈，互相靠壓價促銷；高技術水平、全功能產品主要靠進口；配套的高質量功能部件、數(shù)控系統(tǒng)附件主要靠進口；應用技術水平較低，聯(lián)網技術沒有完全推廣使用；自行開發(fā)能力較差，相對有較高技術水平的產品主要靠引進圖紙、合資生產或進口件組裝。 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、網絡化方向、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計劃和科技攻關計劃多年連續(xù)的支持下，企業(yè)生產數(shù)控機床的積極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，納米控制已經成為高速高精加工的潮流。 （2） 多任務和多軸加工的數(shù)控機床越來越多地應用到能源、航空航天等行業(yè)。 （3） 機床與機器人的集成應用日趨普及，并且結構形式多樣化，應用范圍擴大化，運動速度高速化，多傳感器融合技術實用化，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，分析相關數(shù)據(jù)，預測機床的狀態(tài)，提前進行相關的維護，避免事故的發(fā)生，減少機床的故障率，提高機床的利用率。 （5） 最新的機床誤差檢測和補償技術能夠在較短的時間內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3～4倍，同時效率得到大幅度地提升。 （6） 最新的CAD/CAM技術為多軸多任務數(shù)控機床的加工提供了強有力的支持，可以大幅度地提高加工效率。 （7） 刀具技術發(fā)展迅速，眾多刀具的設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 （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可提高數(shù)控機床的加工精度。它直接關系到加工效率和產品的質量。高速度、超精度加工技術可極大地提高效率，提高產品的質量和檔次，縮短生產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功能外，還具有網絡功能。 （3） 智能化：引進了自適應控制技術.自適應控制（Adaptive Control，簡稱AC）技術是能調節(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。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)網和集成為目標；注重加強單元技術的開拓和完善；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 構成柔性制造系統(tǒng)能方便地與CAD、CAM、CAPP、MTS聯(lián)結，向信息集成方向發(fā)展；網絡系統(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發(fā)展的一個大方向。 （4） 模塊化：模塊化的設計思想已經廣泛應用于各設計行業(yè)。數(shù)控機床設計也不例外的廣泛使用模塊制造功能各異的設備。所設計的模塊往往是通用的企業(yè)用戶可以根據(jù)生產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)生產成本，提高了企業(yè)生產效率，增強企業(yè)競爭的能力。嚴格按照模塊化的設計思想設計數(shù)控機床，不僅能夠有效的保障操作員和設備運行的安全，同時也是保證數(shù)控車床能夠達到產品技術性能、充分發(fā)揮數(shù)控機床的加工特點。此外，模塊化的設計還有助于增強數(shù)控車床的使用效率，減少故障率，提高數(shù)控車床的生產水平。 （5） 自診斷化：隨著人工智能技術的不斷成熟與發(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)中大量地采用了模糊控制系統(tǒng)、神經網絡控制系統(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)控機床硬件設備、軟件程序和其他附屬設備進行故障診斷和自動預警。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警提示及時解決故障問題，實現(xiàn)故障自恢復防止和解決各種突發(fā)性事件時從而進行相應的保護。 應用前景：由于產品的多樣化和產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，這就要求加工設備有很大的靈活性，而新型產品中所需要零件的精度越來越高，形狀也變得相當復雜，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 本課題應達到的要求 為了提高設計質量和速度，要重視設計方法和設計工具的現(xiàn)代化，要積極推廣應用價值工程，優(yōu)化設計工具的現(xiàn)代化，要積極推廣應用價值工程，優(yōu)化設計，可靠性設計，藝術造型設計，計算機繪圖等。 通過查閱專業(yè)文獻資料初步掌握數(shù)控車床總體設計的相關知識,參加工廠的生產實踐,在生產中學習、思考、分析，從而設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，滿足生產需要，盡量使我們設計的數(shù)控機床可靠性，加工精度，變速范圍，操作宜人性，工作效率及防護結構，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計，并繪制零件圖。 2 數(shù)控機床總體方案的比較及其確定 2.1 調研情況 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都用數(shù)字化的代碼表示出來，通過控制介質將數(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)控技術是由機床、數(shù)控系統(tǒng)和外圍技術三部分組成的。 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。由于產品多樣化和產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，這就要求加工設備具有很大的靈活性，而新型產業(yè)所需零件的精度越來越高，形狀也相當?shù)膹碗s，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)代社會化生產發(fā)展的需要。由此可見，提出滿足生產要求的數(shù)控機床的大量普及是社會化大生產所面臨的迫切需要解決的問題。 機床新產品開發(fā)設計工作應以“上質量、上品種、上水平、提高經濟效益”為指導思想；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品，滿足國民經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發(fā)展趨勢，及時開發(fā)適銷對路的新產品。 為了提高設計質量和速度，要重視設計方法和設計工具的現(xiàn)代化，需要要積極推廣應用價值工程，優(yōu)化設計，可靠性設計，藝術造型設計，計算機繪圖等。 機床產品的分段設計，可以提高設計工作的調理性和平密性，保證設計質量。 因此，為了我們的設計更加合理，我們作了一定的調研，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，及防護結構，造型等諸多方面更加適合實際使用要求。 2.2 總體方案比較及確定 2.2.1 機床的總體布局 機床總體布局的目的是按照簡單，合理，經濟的原則，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，表面光潔度及生產效率等因素所決定。 2.2.2 機床總體布局的基本要求 （1） 保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） 保證機床結構簡單，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，便于操作，調整和維修； （6） 對于生產效率和自動化程度較高的機床或專用機床，應力求便于自動上，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； （8） 機床外形美觀，大方。 2.2.3 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； （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，觀察與調整對布局的影響。 2.2.4 簡述數(shù)控車床的特點 此數(shù)控車床用于加工回轉體零件，它集中了臥式車床，轉塔車床，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200mm，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，而缺點是徑向寬度會加大，車床底座也相應的加大，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構，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轉向應與普通車床相反，而且數(shù)控車床不用擔心切削飛濺傷人，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刀架，回轉刀架換刀時，首先是刀盤松開，之后刀盤就運轉位到達指定刀位，最后刀盤復位夾緊，刀盤的旋轉有正轉和反轉兩個方向，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.導軌： 本數(shù)控車床是雙軸數(shù)控車床，其X方向Z方向的導軌采用滾動導軌，滾動導軌運動方便，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，尾架導軌模仿C6140導軌，采用了直接鑄造加工，經淬硬加工，磨削，可得較高精度及較高耐磨性，另外，此導軌與Z方向導軌都是斜置在45°床身上，滾動導軌靠壓板固定，而尾架導軌則采用閉式導軌（因其承受一定的顛覆力矩）故采用三角形與矩形相結合的導軌，其具有導向性好，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向導軌之間及X方向兩導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°，因此不自鎖。 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。并利用偏心輪機構對尾座進行夾緊，尾架安裝在鑄造的滑動導軌上。 （5） 排屑機構 選用型號為QPJL225型平板鏈式排屑裝置，排屑機構把它安放在底座中，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 冷卻箱體與底座鑄造在一起，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，以防液壓站受熱影響電氣控制。 （10） 外殼 外殼采用閉式結構，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軌，應裝上導軌防護板，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。 ①V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，結構尺寸小，極限轉速高，壽命較長，節(jié)能等優(yōu)點，應用日趨廣泛。 ②高速平帶傳送一般用于帶速超過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，質量均勻，運轉平穩(wěn)，吸振性好的特點，其缺點是壽命短，效率低。 ③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。 它具有傳動比準確，軸壓力小，結構緊湊，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v＜50m/s，功率P＜300kw，傳動比i≤10，效率η=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，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，結構緊湊，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，其傳動結構簡單，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，鏈傳動廣泛應用于礦山機械，農業(yè)機械，石油機械，機床及摩托車中，通常鏈傳動的傳動比i≤8，中心距a≤5-6m，傳遞功率p≤100kw，圓周速度v≤15m/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)控機床傳動結構圖 2.2.6 數(shù)控車床總體設計方案2 由于方案1是最初擬定的，仔細設計下去難免會發(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，具有的好處是結構緊 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 第1方案排屑機構和冷卻系統(tǒng)是分開的，不結合成一個整體。現(xiàn)將其改用一種排屑機構與冷卻機構合二為一的裝置，簡圖可參見部件設計中的排屑裝置部分（本說明書）。 （2) 床身，底座結構 隨著排屑機構與冷卻系統(tǒng)空間的壓縮，底座也可隨之減少許多，具體結構如圖2.2所示： 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，它結構的好壞決定了機床的性能及加工精度的高低，所以經過商量，查資料，問詢廠部技術科，經許老師的指導，故我們仍選用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。但經幾個廠的實物參觀，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)控車床總體設計方案的確定 （1） 車床為機，電，液三位一體，按照人體工程學宜人化進行布局設計，全封閉防護，操作簡捷，使用方便。 （2） 機床采用臥式車身，45°傾斜導軌布局的形式，以利于排屑。床身為整體高剛性結構。 （3） 矩形軌道，采用寬支撐窄導向的設計以增強運動的平穩(wěn)性。 （4） 床身左端為主軸箱，其結構簡單，無齒輪傳動，主軸由交流調速主軸電機驅動，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?？v向驅動直接安裝在縱向床身導軌之間。電機采用直接配有脈沖解碼器，可以直接反應滾珠絲杠的精度。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） 車床的床鞍溜板導軌上裝有8位的電動軌塔刀架，它具有分度轉位快，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，電氣設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。機床配有防護外殼。 （12） 機床數(shù)控系統(tǒng)配有日本FANUC—6T CNC系統(tǒng)。 當然了，以上兩個方案雖然經過我們的深思熟慮，且經過實地考察，廠家參觀，機床測繪及資料的查問，廠技術科的指導，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驗的缺乏有一定的關系。在這里，懇切各位老師評閱后批評指正。 半閉環(huán)數(shù)控車床總體設計 3 數(shù)控車床總體設計 3.1 數(shù)控機床的工作原理 數(shù)控機床加工零件時，首先應編制零件的數(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)控機床的組成 3.2.1 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，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)控裝置的設計類型。 3.2.2輸入裝置 它的作用是將程序載體上的數(shù)控代碼變成相應的電脈沖信號，傳送并存入數(shù)控裝置內。根據(jù)程序存儲介質的不同，輸入裝置可以是光電閱讀機，錄音機或軟盤驅動器。有些數(shù)控機床，不用任何程序存儲載體，而是將數(shù)控程序單的內容通過數(shù)控裝置上的鍵盤，用手工方式（MDI方式）輸入，或將數(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)控裝置是數(shù)控機床的核心，它接受輸入裝置送來的脈沖信號，經數(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，送伺服驅動系統(tǒng)驅動執(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，經必要的編譯，邏輯判斷，功率放大后，直接驅動相應的電器，液壓，氣動和機械部件，以完成指導所規(guī)定的動作。此外，還有開關信號經它送數(shù)控裝置進行處理。 3.2.4伺服驅動系統(tǒng)及位置檢測裝置 伺服驅動系統(tǒng)是由伺服驅動電路和伺服驅動裝置組成，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。每個作經給運動的執(zhí)行部件都配有一套伺服驅動系統(tǒng)。伺服驅動系統(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 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，轉位和夾緊等輔助裝置。對于加工中心類的數(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，但是傳動結構要求更為簡單，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： 則是這次設計的全部內容：我們將對以下幾點進行部分設計，布局，計算： （1） 主軸，主軸由交流調速主軸電機驅動，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向導軌傾斜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。并利用偏心輪機構對尾座進行夾緊，尾架安裝在鑄造的滑動導軌上。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鈕來控制。 （5） 外殼。按照人體工程學宜人化進行布局設計，全封閉防護，配有手拉門，操作簡捷，使用方便。 3.3 參數(shù)確定 3.3.1 主參數(shù)和基本參數(shù) 本數(shù)控車床主要技術參數(shù)： 允許最大工件回轉直徑：Φ300mm 最大切削直徑：Φ200mm, 最大切削長度：750mm， 主軸轉速范圍：40-4000rpm， 主軸通孔直徑：Φ40mm， 拉管通孔直徑：Φ20mm， 刀架有效行程：X軸 200mm Z軸 750—800mm 安裝刀具數(shù)： 12把， 尾座套筒直徑：Φ80mm， 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 進給伺服電機功率： X軸：0.9kw； Z軸：0.9kw； 機床外形尺寸： 2575Χ2000Χ1900 為了方便各部門設計時，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，用硬質合金車刀， s=0.5mm/r。 切削速度 v： 半精切，用硬質合金車刀 v=130—160mm/r。 刀具的選擇： 用主偏角Kr=75°的硬質合金車刀車直徑為Φ200mm的中碳鋼。 切削厚度： a=0.46mm 切削切除率： 當a=0.46mm 單位切削功率 范圍內取 切削切除率 按工件直徑及轉速計算切削速度 主切削力: 3.3.3 運動參數(shù)和動力參數(shù)的計算 確定計算轉速n： 數(shù)控機床采用直流或交流無級調速電動實現(xiàn)無級調速時，應按電動機的恒功率輸出轉速范圍的低轉速。（額定轉速）來確定計算轉速： 主切削力： N=4096.4N 主軸需轉矩： 計算轉速： 3.4 數(shù)控車床傳動系統(tǒng)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。 3.5 數(shù)控車床總體聯(lián)系圖 數(shù)控車床總體布局圖如圖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 滾動導軌（Z軸） 45 頂板 20 聯(lián)軸器（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 機床的潤滑與維護 該機床屬于機電一體化高技術產品，各部件的精度要求都很高，經常維護和良好潤滑，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。滾動導軌為導軌座注油式，用專業(yè)油槍注入優(yōu)質鉀基潤滑脂，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軌相同，也可直接涂于絲杠表面，其余軸承等應每一年涂一次鉀基潤滑脂，涂脂前應將軸承清洗干凈，不得有污物或異物混入。 尾座套筒與尾座底座與床身導軌間為油潤滑，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，應每八年大修一次，在此期間，應三年內中修一次，以檢查機床各部是否正常，在適當?shù)臅r間內，應小修一次，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，應注意按之前的說明進行維護和潤滑。 4 數(shù)控車床部件設計 4.1 機床底座，床身大件類的設計要求，方法 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，但是重量卻占了機床總量的80—85％，而且這類大件是整臺機床的基礎和支架，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，在預訂的切削條件下工作時不產生振動。 （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） 結構設計合理，鑄造應力小，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，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。 機床大件的設計，目前主要是根據(jù)生產中使用性能良好的同類型產品的同類型大件進行類比設計。但由于各種機床的受力情況和工作要求不盡相同，為了使類比設計能符合實際需要，并進一步提高機床大件的設計水平，應對機床受力情況，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計出性能良好，工藝簡單的大件結構。 對一些高精度機床，大型機床或者所設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，選擇各類結構。 4.2 機床的振動和提高剛度措施 4.2.1 機床振動的類型 機床振動的分類有以下幾種： （1）按產生振動的原因分 a. 自動振動 彈性系統(tǒng)離開平衡位置后，在沒有外界振動條件下，只靠其彈性恢復力來維持的振動叫自由振動。自由振動的頻率為系統(tǒng)的固有頻率。當有阻尼時，振動逐漸衰減。例如機床大件受到移動部件撞擊后產生的振動。機床是經常產生的振動，大多是自激振動和受迫振動。 b. 受迫振動 在外界激振動的持續(xù)作用下，彈性系統(tǒng)被迫振動叫受迫振動。受迫振動的特性與外界激振力的大小和頻率密切相關，振動的頻率和激振力的相同。當激振頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時，振幅急劇增加，即系統(tǒng)的振動強烈，這種現(xiàn)象叫“共振”。例如，斷續(xù)切削力，運動部件的離心力，由地基傳來的外界振源的激振力等作用在大件上所引起的振動。 受迫振動的振源，最主要的是旋轉體的不平衡所引起的。機床內部的受迫振源大致有以下幾類： ①由高速零件的不平衡所產生的離心力造成的。這些零件首先是電機轉子，其次是帶輪（特別是帶有輪幅和輪緣內表面未加工的帶輪），法蘭盤，銑刀頭等。滾動軸承的跳動有時也有很大的影響。 ②往復運動機構與搖擺機構所引起的慣性沖擊。如插齒機插齒刀的往復運動等。 ③由于傳動力變化所引起的受迫振動。如膠帶的接頭和膠帶的不均勻性；齒輪齒距和齒形的誤差及齒形變形；高速軸上裝有凸輪等等。 ④切削過程的不連續(xù)性所引起的受迫振動。如在銑削中由于銑刀每個齒的斷續(xù)切削以及切削斷面積的變化；車削中由于切削余量的變化等。 c. 自激振動 沒有外界激振力。維持振動的交變力，是由機床切削過程本身所產生或控制的。當切削過程一停止，就沒有交變力。振動的頻率接近于