【正文】 ....................... 31 自動(dòng)換刀裝置的作用與要求 ............................................................... 31 自動(dòng)換刀裝置的選用 ........................................................................... 31 本章小結(jié) ...................................................................................................... 31 結(jié) 論 .................................................................................................................. 32 致 謝 .................................................................................................................... 33 參考文獻(xiàn) .............................................................................................................. 34 成都理工大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第 1章 緒論 數(shù)控技術(shù)與數(shù)控機(jī)床 數(shù)控技術(shù)，簡稱數(shù)控 (Numerical Control—— NC)，是利用數(shù)字化信息對機(jī)械運(yùn)動(dòng)及加工過程進(jìn) 行控制的一種方法。由于現(xiàn)代數(shù)控都采用了計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，因此，也可以稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控 (Computer Numerical Control—— CNC)。 采用了數(shù)控技術(shù)進(jìn)行控制的機(jī)床，或者說裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床稱為數(shù)控機(jī)床。它是一種綜合應(yīng)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、精密測量技術(shù)和機(jī)床設(shè)計(jì)等先進(jìn)技術(shù)的典型機(jī)電一體化產(chǎn)品，是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)，它很好地解決了形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度要求高及小批量零件的加工問題且能穩(wěn)定產(chǎn)品的加工質(zhì)量，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，大幅度提高生產(chǎn)效率。機(jī)床控制也是數(shù)控技術(shù)應(yīng)用最早、最廣泛的領(lǐng)域，因此 ，數(shù)控機(jī)床的水平代表了當(dāng)前數(shù)控技術(shù)的發(fā)展水平和方向。與普通機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床能夠自動(dòng)換刀、自動(dòng)變更切削參數(shù)，完成平面、回旋面、平面曲線的加工，加工精度和生產(chǎn)效率都比較高，因而應(yīng)用日益廣泛 [2]。 數(shù)控化改造的背景 隨著國內(nèi)外科技水平的不斷發(fā)展，各行業(yè)對機(jī)械產(chǎn)品的性能和質(zhì)量有了很高的要求。同時(shí)產(chǎn)品的更新?lián)Q代也在加快。所以機(jī)床不僅僅要求有很高的生產(chǎn)率與精度，而且要能迅速適應(yīng)產(chǎn)品的交換。普通的機(jī)床已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)的需要，從而催生了數(shù)控機(jī)床，加快了數(shù)控化改造的發(fā)展。 隨著微電子技術(shù)，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展 ，數(shù)控機(jī)床迅速地發(fā)展起來。盡管數(shù)控機(jī)床可以較好地解決形狀復(fù)雜、精密、小批量多品種零件的加工問題，能夠穩(wěn)定加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)率。同時(shí)數(shù)控機(jī)床是實(shí)現(xiàn)柔性化、靈捷化、智能化和信息化加工制造的基本單元。但是我國現(xiàn)有數(shù)控機(jī)床的占有率卻不容樂觀，我國機(jī)床總量約 380萬臺(tái)，其中數(shù)控機(jī)床只有 11萬臺(tái)，數(shù)控機(jī)床占有率不足 3%，而一些發(fā)達(dá)國家已達(dá)到 20%以上 [1]。 逐步提高數(shù)控機(jī)床的占有率，已經(jīng)成為我國制造技術(shù)發(fā)展的總趨勢。而提高數(shù)控機(jī)床占有率的方法有兩種：其一是通過增添新的數(shù)控機(jī)床，但是由于數(shù)控機(jī)床的價(jià)格昂貴，一次性投資大， 并且很多企業(yè)還擁有成都理工大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 大量的普通機(jī)床，所以考慮到資金與資源的利用，這種方法很難實(shí)施。其二是對普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造，以此來提高普通機(jī)床的先進(jìn)性與數(shù)控化，數(shù)控化改造費(fèi)用低廉，經(jīng)改造后的機(jī)床基本上能夠達(dá)到機(jī)械產(chǎn)品的加工精度要求，所以數(shù)控化改造是一條可行的道路。 車床數(shù)控化改造研究是提高我國技術(shù)裝備水平的重要項(xiàng)目，在我國目前擁有大量超期服役和技術(shù)陳舊的機(jī)床急待更新的情況下，由于數(shù)控車床的加工能力和資金受限，對車床進(jìn)行數(shù)控化改造是一條節(jié)約資金、快速上馬的有效途徑。利用現(xiàn)有臥式車床，通過數(shù)控化改造，使其成為一臺(tái)高效、多功 能的數(shù)控車床，是一種盤活資金的有效途徑，也是低成本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的行之有效的方法。因?yàn)橐环矫嫖覈P式車床保有量大，要將臥式車床淘汰掉是不經(jīng)濟(jì)、也不現(xiàn)實(shí)的做法；另一方面，從我國目前生產(chǎn)狀況來看，仍然以生產(chǎn)臥式車床為主，臥式車床的數(shù)控化改造將會(huì)長期存在， 并會(huì)不斷的發(fā)展 [2]。 數(shù)控化改造的優(yōu)點(diǎn) 經(jīng)過數(shù)控化改造后的普通車床雖然達(dá)不到數(shù)控機(jī)床的標(biāo)準(zhǔn)，但相對普通車床而言，在很多方面都有了很大的提升，尤其是自動(dòng)化控制與無級(jí)調(diào)速。以下便是經(jīng)過數(shù)控化改造后的車床的優(yōu)勢： 1）擁有數(shù)控車床的直線與圓弧插補(bǔ)功能，能夠加工倒 角，圓弧和復(fù)雜的回轉(zhuǎn)體零件。 2）由于主傳動(dòng)和進(jìn)給系統(tǒng)分別用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)快速、精確控制。所以加工出來的零件有較高的精度 3）縮短了加工輔助時(shí)間，不再需要人工換刀，批量生產(chǎn)是只需經(jīng)過一次對刀，很大的提高了生產(chǎn)效率 4）由于一臺(tái)機(jī)床能夠?qū)崿F(xiàn)多工序的加工，省去了工件的搬運(yùn)時(shí)間 能夠控制機(jī)床進(jìn)行自動(dòng)切削，降低了人工強(qiáng)度和人工操作誤差。減少了工裝，縮短了新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對市場需求作出快速反應(yīng)。 5）可以實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化、柔性化，從而效率比傳統(tǒng)機(jī)床提高 37倍。 6）機(jī)床數(shù)控化還是推行 FMC(柔性 制造單元 )、 FMS(柔性制造系統(tǒng) )以及CIMS(算機(jī)集成制造系統(tǒng) )等企業(yè)信息化改造的基礎(chǔ)。 成都理工大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 普通車床數(shù)控化改造的現(xiàn)狀 數(shù)控化改造國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 美國、日本和德國等發(fā)達(dá)國家把機(jī)床改造作為新的經(jīng)濟(jì)增長行業(yè)，美國、日本和德國等發(fā)達(dá)國家在大量生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的同時(shí)，還非常重視普通機(jī)床的數(shù)控化改造，機(jī)床改造正逐步從制造業(yè)中分化出來，并形成了把機(jī)床改造作為新的經(jīng)濟(jì)增長行業(yè)。如德國的 Schiess 公司在 1981 年把一臺(tái)加工直徑為 19m 的超重型立式車床改裝成數(shù)控機(jī)床。在美國機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床再生 (Remanufacturing)業(yè)。從事再生業(yè)的著名公司有： Bertsche 工程公司、 ayton 機(jī)床公司、 Devlieg—Bullavd(得寶 )服務(wù)集團(tuán)、 US 設(shè)備公司等。美國得寶公司已在中國開辦公司。在日本，機(jī)床改造業(yè)稱為機(jī)床改裝 (Retrofilng)業(yè)。從事改裝業(yè)的著名公司有：大隈工程集團(tuán)、崗三機(jī)械公司、千代陽工機(jī)公司、野崎工程公司、濱團(tuán)工程公司、山本工程公司等 [9]。 目前國內(nèi)數(shù)控機(jī)床的占有率很低，與其他發(fā)達(dá)國家相比有很大的差距，但由于購買數(shù)控機(jī)床昂貴，對普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造成為了提高數(shù)控車床占有率唯一可行的方 法。如：國防科技工業(yè)開展普通機(jī)床數(shù)控化改造“十五”期間計(jì)劃改造 1． 2～ 1． 6 萬臺(tái)，目前已完成 3000 多臺(tái)。改造后生產(chǎn)效率提高約 3倍，加工精度提高 20％，與新購設(shè)備相比可節(jié)約資金 50％以上。中國三江航天集團(tuán)對具有改造價(jià)值的 109臺(tái)普通機(jī)床進(jìn)行了數(shù)控化改造，取得了良好的效果。中國兵器工業(yè)集團(tuán)西南自動(dòng)化研究所積極開發(fā)普通機(jī)床數(shù)控化改造技術(shù)，累計(jì)完成普通機(jī)床數(shù)控化改造 2020 余臺(tái) [9]。 普通機(jī)床數(shù)控化改造的趨勢 對普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造的最終目的就是能夠使改造后的機(jī)床能夠無限接近數(shù)控機(jī)床的性能，所以數(shù) 控化改造也隨著數(shù)控機(jī)床的發(fā)展發(fā)展： 1)高速化、高精度、高可靠性 目前車床和車削中心主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到 8000 r／ min，加工中心的主軸轉(zhuǎn)速一般都在 15000r／ min～ 20200 r／ min，高的達(dá)到 60000 r／ min，切削進(jìn)給速度般達(dá)到 20 m／ min，高的甚至達(dá)到 60 m／ min，為充分發(fā)刀具材料性能、提高加工效成都理工大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 率、降低加工成本，并且高加工精度和表面加工品質(zhì)，數(shù)控裝備將進(jìn)一步向高速度或超高速方向發(fā)展。近 10 年來，在加工精度方面，普通級(jí)數(shù)控機(jī)床的加工精度已由177。 10um 提高到177。 5um；精密級(jí)加工中心則從177。 (35)um，提高到177。 (11． 5）um；超精密加工精度已開始進(jìn)入納米級(jí) (0． 0019m)。國外數(shù)控裝置 MTBF己達(dá) 60000 h以上，伺服系統(tǒng) MTBF 達(dá)到 30000 h 以上，表現(xiàn)出非常高的可靠性。 2)柔性化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化 作為推行 FMC,FMS,CIMS 等信息化改造的基礎(chǔ)，經(jīng)數(shù)控化改造后的機(jī)床不僅要求能夠?qū)崿F(xiàn)基本的切削加工、自動(dòng)換刀、自動(dòng)工作臺(tái)交換等功能，隨著數(shù)控機(jī)床相柔性化方向的發(fā)展功能集成化更多體現(xiàn)在：工件自動(dòng)裝卸、工件自動(dòng)定位、工件自動(dòng)對刀、工件自動(dòng)測量和集裝卸、加工、測量為一體的“完整加工” 等。并且目前先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)為用戶提供了強(qiáng)的聯(lián)網(wǎng)能力，除了具有 RS232C 外，還帶有遠(yuǎn)程緩沖功能的 DNC 接口，可以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)數(shù)控機(jī)床間的數(shù)據(jù)通信和直接對多臺(tái)數(shù)控進(jìn)行控制。 3）工藝復(fù)合化 為了減少加工的輔助時(shí)間，往往很多工序都集中在一臺(tái)機(jī)床上進(jìn)行加工，這就是工藝復(fù)合化。數(shù)控機(jī)床的工藝復(fù)合化是指工件在一臺(tái)機(jī)床上一次裝夾后，通過自動(dòng)換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺(tái)等各種措施，完成多工序、多表面的復(fù)合加工，以減少非加工時(shí)間。因?yàn)樵诹慵庸み^程中有大量的無功時(shí)間消耗在工件搬運(yùn)、上下料、安裝調(diào)整、換刀和主軸的升降速上。 4）智能 化 隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域不斷滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)向智能化方向發(fā)展。在新一代的數(shù)控系統(tǒng)中，由于采用“進(jìn)化運(yùn)算”、“模糊系統(tǒng)”和“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”等控制機(jī)理，性能大大提高，具有加工過程的自動(dòng)適應(yīng)控制、負(fù)載自動(dòng)識(shí)別、工藝參數(shù)自生成、運(yùn)動(dòng)參數(shù)自動(dòng)補(bǔ)償、只能診斷、智能監(jiān)控等功能。 數(shù)控化改造的目的和內(nèi)容 數(shù)控化改造的目的 通過對普通的 CA6132 車床進(jìn)行數(shù)控化改造，從而使普通車床實(shí)現(xiàn)數(shù)控化控制，在充分利用現(xiàn)有資源的同時(shí)提高生產(chǎn)加工效率和加工精度，使普通車床的功成都理工大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 能能夠滿足現(xiàn)代制造業(yè)的要求。同時(shí)通過此次 的論文設(shè)計(jì)對普通車床與數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、所能實(shí)現(xiàn)的功能和各個(gè)機(jī)構(gòu)的工作原理有更深的認(rèn)識(shí)，對機(jī)床數(shù)控化改造的步驟和理論知識(shí)的應(yīng)用有大概的把握與了解，積累在這方面的經(jīng)驗(yàn)。 數(shù)控化改造的內(nèi)容 CA6132 普通車床的機(jī)械部分?jǐn)?shù)控化改造主要是對主傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)和刀架的改造。主傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)無級(jí)調(diào)速，并且保證有較大的調(diào)速范圍。當(dāng)車床低速切削時(shí)主軸電機(jī)能夠提供足夠大的切削功率。同時(shí)主軸必須保持一定的回轉(zhuǎn)精度，從而提高車床的加工精度。改造后的進(jìn)給系統(tǒng)不但要求能夠加工復(fù)雜的回轉(zhuǎn)體零件和圓弧，還應(yīng)該有很 高的精度和快速響應(yīng)的特性，這樣才能保證所要求的精度要求。刀架有多個(gè)刀位，并且刀架能夠通過計(jì)算機(jī)控制而實(shí)現(xiàn)刀架的回轉(zhuǎn)。 本章小結(jié) 本章主要介紹了數(shù)控機(jī)床對現(xiàn)代切削加工的重要性和優(yōu)勢，數(shù)控化改造產(chǎn)生的背景、歷史以及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀?？偨Y(jié)出數(shù)控化改造的目的和內(nèi)容。 成都理工大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 第 2章 機(jī)械部分?jǐn)?shù)控化改造總體方案 CA6132 普通車床與數(shù)控車床的參數(shù)對比 表 21 參數(shù)對比 參數(shù) 普通車床 數(shù)控車床 改造后的車床 床身上最大工件回轉(zhuǎn)直徑 （ mm） 320 320 320 刀架上最大工件回轉(zhuǎn)直徑 （ mm） 175 最大工件長度 （ mm） 750/1000 650 700 主軸轉(zhuǎn)速范圍（級(jí)數(shù)）（ r/min） 43― 2020（ 12級(jí)） 200― 3000 200― 3000 主軸通孔直徑 （ mm） 36 53 公制螺紋范圍（種數(shù)） （ mm） （ 17） 英制螺紋范圍（種數(shù)） （ 牙 /時(shí) ） 238（ 32） 模數(shù)螺紋范圍（種數(shù)） （ mm） （ 17） 縱向進(jìn)給范圍 （ mm/r） 橫 向 進(jìn) 給范圍 （ mm/r） 主軸電機(jī)功率 （ kw） 4 5 冷卻 /潤滑電機(jī)功率 （ w） 120 機(jī)床重量 （ kg） 1600/1700 外形尺寸 （ mm） 2175X900X1185 2275X900X1185 包裝尺寸 （ mm） 2035X1080X1520 2405X1080X1520 成都理工大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 數(shù)控化改造的總體設(shè)計(jì)方案 主傳動(dòng)系統(tǒng) 由于要保證加工零件表面質(zhì)量的一致性和加工質(zhì)量，所以必須是主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)穩(wěn)定并能實(shí)現(xiàn)恒速切削。 這就要求主軸能