【正文】 國數(shù)控機床生產(chǎn)廠有 100 多家，生產(chǎn)數(shù)控機床配套產(chǎn)品的企業(yè)有 300 余家，產(chǎn)品品種包括八大類 2021 種以上。 設(shè)計內(nèi)容和研究方法 本課題設(shè)計一臺數(shù)控車床 CK20，用于對回轉(zhuǎn)零件的圓柱面，圓弧面，圓錐面，端面，切槽，及各種公、英制螺紋等進(jìn)行批量、高效、高精度的自動加工。通過廣泛查閱文獻(xiàn)資料，參觀數(shù)控車床實物樣機以及組內(nèi)同學(xué)相互討論等途徑，擬定了如下的研究手段： (1)，本次研究的數(shù)控車床床身采用臥式斜床身結(jié)構(gòu)。一般來說，中、小規(guī)格的數(shù)控車床采用斜床身和平床身斜滑板的居多。斜床身和平床身斜滑板結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代數(shù)控車床中被廣泛采用，是因為這種布局有以下的優(yōu)點： 1） 易實現(xiàn)機電一體化； 2） 機床外觀整齊 ,美觀 ,占地面積小； 3） 容易設(shè)置封閉式防護(hù)裝置； 4） 容易排屑和安裝自支排屑器； 5） 從工件上切下的熾熱切屑不至于堆積在導(dǎo)軌上影響導(dǎo)軌精度； 6） 宜人性好 ,便于操作； 7） 便于安裝機械手，實現(xiàn)單機自動化。刀盤抬起動作的實現(xiàn)須經(jīng)以下步驟：數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出刀盤抬起命令 ?液壓系統(tǒng)啟 動?壓力油進(jìn)入液壓缸右腔 ?活塞向左運動 ?刀架主軸向左移動 ?端齒盤脫離嚙合 ?刀盤抬起。 3） 全自動化工廠生制造。因為液壓控制具有操 作方便，工作可靠等特點。加 工中心則進(jìn)一步采用了刀庫和換刀機械手，定現(xiàn)了大容量存儲刀具和自動交換刀具的功能，這種刀庫安放刀具的數(shù)量從幾十把到上百把，自動交換刀具的時間從十幾秒減少到幾秒甚至零點幾秒。它的結(jié)構(gòu)形式為： 夾持著各種不同用 途刀具的刀夾沿著機床的 X 坐標(biāo)軸方向排列在橫向滑板上。寶雞機床廠生產(chǎn)的 CK7620P 全功能數(shù)控車床配置的就是排式刀架?；剞D(zhuǎn)刀架根據(jù)刀架回轉(zhuǎn)軸與安裝底面的相對位置，分為立式刀架和臥式刀架兩種。 (a)回轉(zhuǎn)刀架 (b) 排式刀架 圖 機床刀架類型結(jié)構(gòu)圖 機床刀架應(yīng)滿足的要求 1）滿足工藝過程所提出的要求。刀架的運動精度將直接反映到加工工件的幾何形狀精度和表面粗糙度上，為此，刀架的運動軌跡必須準(zhǔn)確，運動應(yīng)平穩(wěn)，刀架運轉(zhuǎn)的終點到位應(yīng)準(zhǔn)確?？紤]到采用新型刀具材料和先進(jìn)的 切削用量，所以刀架必須具有足夠的剛度，以使切削過程和換刀過程平穩(wěn)。目前自動換刀裝置的換刀時間在 —6 秒之間不等。刀架上應(yīng)便于工人裝刀和調(diào)刀，切屑流出方向不能朝向 工人，而且操作調(diào)整刀架的手柄（或手輪）要省力，應(yīng)盡量設(shè)置在便于操作的地方 [6]。 車床刀架的轉(zhuǎn)位機構(gòu)方案設(shè)計 一般來說，機床刀架的轉(zhuǎn)位機構(gòu)主要有以下幾種： 1，液壓（或氣動）驅(qū)動的活塞齒條齒輪轉(zhuǎn)位機構(gòu) 這種由液動機驅(qū)動的轉(zhuǎn)位機構(gòu)調(diào)速范圍大、緩沖制動容易，轉(zhuǎn)位速度可調(diào)，運動平 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 10 頁 穩(wěn)，結(jié)構(gòu)尺寸較小，制造容易，因而應(yīng)用較廣泛。 2，圓柱凸輪步進(jìn)式轉(zhuǎn)位機構(gòu) 這種 轉(zhuǎn)位機構(gòu)依靠凸輪輪廓強制刀架作轉(zhuǎn)位運動，運動規(guī)律完全取決于凸輪輪廓形狀。由于凸輪是一個兩端開口的非閉合曲線輪廓，所以 當(dāng)凸輪正反轉(zhuǎn)進(jìn)均可帶動刀盤正反兩個方向的旋轉(zhuǎn)。所以在現(xiàn)代數(shù)控機床中被廣泛 采用 [6]。端齒盤定位由兩個齒形相同的端面齒盤相嚙合而成，由于齒合時各個齒的誤差相互抵償，起著誤差均化的作用，定位精度高。所以中心軸的回轉(zhuǎn)精度、間隙及磨損對定心精度幾乎沒有影響，對中心軸的精度要求低，裝置容易。 考慮到端面齒盤具有以上的各種優(yōu)點，因而本次設(shè)計的刀架采用端面齒盤定位 [6]。當(dāng)車床數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀指令后，刀架上的液壓缸右腔通入壓力油，活塞 1 及軸 6 在壓力油推動下向左移動，通過刀架主軸使端齒盤 3 和 4 脫開嚙合，實現(xiàn)刀盤抬起動作。在車床自動工作狀態(tài)下，當(dāng)指定換刀的刀號后，數(shù)控系統(tǒng)可以通過內(nèi)部的運算判斷，實行刀盤就近轉(zhuǎn)位換刀，即刀盤既可正轉(zhuǎn)也可以反轉(zhuǎn)。由以上的方法可知，由于該數(shù)控車床采用的是電和液換位的 6 工 位六方 自動 回轉(zhuǎn) 刀架 ，因而插滿刀盤的半個圓需要 3 把刀具。 mJ 電動機轉(zhuǎn)子慣量 ( 2kgm ),可查樣本 。 i? 各直線運動件的 速度 ( /ms)。 則刀盤的轉(zhuǎn)動慣量 22111 12 2 2h DdJm ??? ? ? ?????? ? ? ?? ? ? ??? 2 2 2 21 1 1112 2 2 2 2D d D dP??? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? 2 2 2 231 0 . 3 2 0 . 0 4 0 . 3 2 0 . 0 47 . 8 5 1 0 3 . 1 4 0 . 0 5 62 2 2 2 2? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 14 頁 = 2kgm (2) 刀架主軸轉(zhuǎn)動慣量的計算 刀架主軸的轉(zhuǎn)動慣量 2hJ 按如下的方法估算： 刀架主軸的最大直徑 max 40d mm? ；最小直徑 min 25d mm? ；刀架主軸長度取 390l mm? 。 則刀架加速扭矩 ? ?260 mj m LjnT J Jt??? Nm 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 16 頁 ? ?2 3 . 1 4 1 4 0 00 . 0 0 0 0 3 0 . 0 0 0 6 76 0 0 . 1 6??? ? ?? = Nm 5) 驅(qū)動電動機輸出扭矩 DT 的估算 [7] 驅(qū)動電動機的輸出扭矩 DT 應(yīng)同時滿足刀架負(fù)載扭矩 FT 和加速扭矩 JT 之和，將以上計算的刀架負(fù)載扭矩和加速扭矩?fù)Q為驅(qū)動電動機軸上的輸出扭矩 DT 的公式為： FFD TTT ??? Nm 式中 ?傳動效率 取 。 蝸輪蝸桿的設(shè)計計算 各參數(shù)的取定 本 刀架的轉(zhuǎn)位機構(gòu)是采用 直流伺服電機驅(qū)動蝸桿、蝸輪（消除間隙）實現(xiàn)刀架的轉(zhuǎn)位，其中蝸輪蝸桿副的傳動比取 i? 60，伺服電機的轉(zhuǎn)速取 n? 1400 /minr ；刀架的轉(zhuǎn)位速度設(shè)計為 1 23 / m in /n r r s??，由于刀盤為 6 工位刀盤，則該刀架換一次刀的最大耗時不到 1s [9]。蝸輪用鑄錫磷青銅 10 1ZCuSn P ，金屬模鑄造。 4) 確定接觸系數(shù) Z? 先假設(shè)蝸桿分度圓直徑 1d 和傳動中心距 a 的比值 1/ ? ，從圖 1118 中可查得Z? = 。 0 .9 4 2 6 8 2 5 0 .8H N H aH K M P??? ? ? ? 6) 計算中心距 23 1 6 0 2 . 91 . 2 9 8 3 6 9 . 1 7 3 . 9 32 5 0 . 8a m m???? ? ? ????? 取中心距 a=80mm，因 60,i? 故從表 112 中取模數(shù)為 m=2mm，蝸桿分度圓直徑1 mm? 。 (2) 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 1) 蝸桿 軸向齒距 3. 14 2 6. 28ap m m m?? ? ? ? 直徑系數(shù) 1 / / 2 d m m m? ? ? 齒頂圓直徑 *11 2 2 2 d h m m m? ? ? ? ? ? 齒根圓直徑 *11 2 ( ) 3 5 .5 2 2 3 1 .5fad d h m c m m? ? ? ? ? ? ? 分度圓導(dǎo)程角 1 1 01ta n( / ) ta n( 1 / 17. 75 ) 2zq? ??? ? ? 蝸桿軸向齒厚 11 3 .1 4 2 3 .1 422as m m m?? ? ? ? ? 圖 蝸桿的結(jié)構(gòu)圖 1) 蝸輪 蝸輪齒數(shù) 2 62z ? ；變位系數(shù) 2 ? 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 19 頁 驗算傳動比 1262 621zi z? ? ? ，這時傳動比誤差為 6 2 6 0 0 .0 3 3 3 3 3 .3 %60? ??，是允許的。 56FaMP? ? 壽命系數(shù) 69710 0 .5 6 51 .7 1 0FNK ??? ? ? 5 6 0 .5 6 5 3 1 .6 4FaMP? ? ? ? 1 . 5 3 1 . 2 9 8 3 6 9 . 1 2 . 2 5 0 . 9 7 7 2 6 . 5 73 5 . 5 1 2 4 2 MP? ??? ? ? ??? 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 20 頁 彎曲強度滿足要求。而軸的中間部位由刀盤至液壓缸的方向分別與圓柱滾子軸承和蝸輪相連，圓柱滾子軸承起右支承作用。根據(jù)表 15—3，取 0 105A? ，于是得 3m i n 0 3 0 .2 8 8331 0 5 2 4 .2 72 3 .3Pd A m mn? ? ? ? 從而取軸的最小直徑為 min 25d mm? ；軸的最大直徑為 max 40d mm? [9]。不宜作數(shù)控機床的油源；葉片泵的輸油壓力脈動小，噪聲小。即 0sp p p? ?? （ 1）液壓缸工作壓力的估算 對于中小型的數(shù)控車床，通常推薦液壓缸的拉緊力為 10 20kN 。 當(dāng) eR 2021? 時， K =1 當(dāng) eR 2021? 時， QKd???? ????。 取 /ms?? ；取 ? 。但管徑若過大則會使結(jié)構(gòu)笨重、增加制造成本。因此只需算出油泵輸出液壓油的功率就可以確定該選多大功率的電動機。 液壓缸的設(shè)計 選擇液壓缸類型 由于該液壓缸主要用于驅(qū)動刀架主軸的直線往反動動 .故選用雙作用單桿活塞缸 . 液壓缸內(nèi)徑 D 和活塞桿直徑 d 的計算 計算液壓缸的內(nèi)徑和活塞桿直徑都必須考慮到設(shè)備的類型 ,例如在金屬切削機床中 ,對于動力較大的機床 (刨床 ,拉床和組合機床 )一定要滿足牽引力的要求 ,計算時要以力為 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 25 頁 主 。由于活塞往復(fù)運動的速度相等，所以 1?? 。由本數(shù)控車床刀架的工作原理可知，這臺車床液壓系統(tǒng)的功率較小，推動刀架主軸往復(fù)運動的液壓缸活塞運動速度低，工作負(fù)載變化小，因而可采用進(jìn)口節(jié)流的調(diào)速形式。 擬定液壓系統(tǒng)圖 [18] 綜合以上分析和所擬定的方案，將各種回路合理地組合成為該車床液壓系統(tǒng)原理圖， 如下圖所示。這時液壓缸左 腔 的油液經(jīng) 單向 閥 12（左位）直接回油箱。 回轉(zhuǎn)刀架 的 控制 回轉(zhuǎn)刀架換刀時，首先是刀盤松開，刀盤就近轉(zhuǎn)位到達(dá)指定的刀位，最后到盤復(fù)位 夾 緊。液壓缸左腔的油液則經(jīng)電磁閥 3 的右位直接流回油箱。反之，三位四通電磁換向閥 10 的電磁鐵 4 通電，壓力油經(jīng)單向閥 2，減壓閥 8，三位四通電磁換向閥 10 右位進(jìn)入液壓缸左腔，實現(xiàn) 退回 動作，油液則經(jīng)液壓缸右腔直接流回油箱。總之，數(shù)控機床技術(shù)不斷發(fā)展，功能越來越完善，使用越來越方便，可靠性越來越高，性能 價格比也越來越高 [20]。 CNC 編程使用西門子 G 代碼。其特性如下 ： 1） 緊湊，高度集成于一體的數(shù)控單元，操作面板，機床操作面板和輸入輸出單元 ； 2） 床調(diào)試配置數(shù)據(jù)少，系統(tǒng)與機床匹配更快速、更容易 ； 3） 簡單而友好的編程 界面，保證了生產(chǎn)的快速進(jìn)行，優(yōu)化了機床的使用 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 29 頁 SINUMERIK 802C base line 集成了所有的 CNC， PLC， HMI， I/O 于一身： 獨立于其他部件進(jìn)行安裝。為了方便安裝，輸入輸出采用可移動的螺絲夾緊端子，該端子可用普通的螺絲刀來緊固 ； 6） SINUMERIK 802C base line 可控制三個進(jìn)給軸。 SINUMERIK 802C base line 控制軟件已經(jīng)存儲在數(shù)控部分的 FlashEPROM(閃存 )上， Toolbox 軟件工具 (調(diào)整所用的軟件工具 )包含在標(biāo)準(zhǔn)的供貨范圍內(nèi)。系統(tǒng)軟件面向車床和銑床應(yīng)用，并可單獨安裝。 1）工件伸出卡盤外 95mm，找正后夾緊。 5）精車外形輪廓至尺寸。 1）計算雙線螺紋 M483()的底徑。本次設(shè)計針對這些可能出現(xiàn)的故障及錯誤進(jìn)行了仔細(xì)，嚴(yán)謹(jǐn)，認(rèn)真的分析，使車床回轉(zhuǎn)刀架的可靠性有了很大程度的提高。這就為我們的創(chuàng)新思維留足了廣闊的自由空間，在追求統(tǒng)一的前提下充分發(fā)揮自己的想象力。相信經(jīng)過這次訓(xùn)練后，無論是在以后的工作還是學(xué)習(xí)中，必定