【正文】 2? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? = 2kgm [7] 設(shè)蝸桿的分度圓直徑 32 mm? 。 蝸輪蝸桿副的設(shè)計(jì)計(jì)算 設(shè)計(jì)的普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的功率為 kw? ，蝸桿的轉(zhuǎn)速為 1 1400 / minnr? ，傳動(dòng)比為 12 60i ? ，傳動(dòng)反向，工作載荷穩(wěn)定，但有不大的沖擊，要求設(shè)計(jì)壽命為 12021hLh? 。 5) 確定許用接觸應(yīng)力 ? ?H? 根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅 10 1ZCuSn P ，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度 ? 45HRC， 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 18 頁(yè) 可從表 117 中查得蝸輪的基本許用應(yīng)力為 ? ?39。 蝸輪分度圓直徑 22 2 6 2 1 2 4d mz mm? ? ? ? 蝸輪喉圓直徑 *2 2 22 ( ) 1 2 4 2 2 ( 1 0 .1 2 5 ) 1 2 8 .5aad d m h x m m? ? ? ? ? ? ? ? ? 蝸輪齒根圓直 **2 2 22 ( ) 1 2 4 2 2 ( 1 0 .1 2 5 1 ) 1 1 5 .5fad d m h x c m m? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 蝸輪咽喉母圓半徑 22118 0 1 2 8 .5 1 5 .7 522gar a d m m? ? ? ? ? ? 圖 蝸輪的結(jié)構(gòu)圖 (4) 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 ? ?22121 .5 3F F a FKT YYd d m ????? 當(dāng)量齒數(shù) 22 33 62 6 2 . 2 9c o s c o s 3 . 2 2v zz r? ? ? 根據(jù) 2 ? ， 2 ? ，從圖 1119 中可查得齒形系數(shù) 2 ? 。已知伺服電機(jī)的功率為 ，電機(jī)轉(zhuǎn)速 1 1400 / minnr? ，取經(jīng)蝸輪蝸桿副傳動(dòng)的效率 ?? ，蝸輪蝸桿副的傳動(dòng)比 60i? 。因而被廣泛用于數(shù)控機(jī)床的主要油源。 流量 Q 的計(jì)算方式如下： 液壓系統(tǒng)所需的油泵流量是由工作油缸的尺寸和運(yùn)動(dòng)速度的快慢要求來(lái)決定的。正確選用管徑一般是先選取管中的流速，然后計(jì)算管徑，再按與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格相近的選用。對(duì)于輕載高速的機(jī)床 (磨床 ,珩磨機(jī)和研磨機(jī)等 )一定要滿(mǎn)足速度的要求 ,計(jì)算時(shí)要以速度為主 .由于本刀架的抬起動(dòng)作是在數(shù)控車(chē)床脫離切削時(shí)完成的，因而在換刀過(guò)程中并沒(méi)有承受切削力的作用 ,因而符合第 二種情況 ,計(jì)算時(shí)以速度為主 [17]。為了解決進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路在活塞桿到達(dá)最大行程時(shí)沖擊現(xiàn)象，回油路上要設(shè)置背壓閥。反之，系統(tǒng)壓力油經(jīng)減壓閥 4， 二位四通 電磁 換向 閥 7（左位）， 單向 閥 12（ 左 位）至液壓缸左腔，活塞桿 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 27 頁(yè) 右移，卡盤(pán)松開(kāi)。支路中行程開(kāi)關(guān) 11 用于控制在刀盤(pán)抬起動(dòng)作中液壓缸活塞的行程，當(dāng)活塞桿碰到行程開(kāi)關(guān)時(shí)，即使液壓缸的左腔仍然通入壓力油，液壓缸的活塞也不會(huì)移動(dòng)，這樣能夠保證液壓缸不與液壓缸壁相撞。 數(shù)控系統(tǒng)的選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)機(jī)床的要求，以及充分考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及機(jī)床的經(jīng)濟(jì)性所以選用SINUMERIK 802C 數(shù)控系統(tǒng)。堅(jiān)固而又節(jié)省空間的設(shè)計(jì)，使它可以安裝到最方便用戶(hù)的位置 ； 4） 操作面板提供了所有的數(shù)控操作，編程和機(jī)床控制動(dòng)作的按鍵以及 8 英寸 LCD顯示器，同時(shí)還提供 12 個(gè)帶有 LED 的用戶(hù)自定義鍵。系統(tǒng)不再需要電池，免維護(hù)設(shè)計(jì)。 2）用 90 度外圓刀車(chē)工件右端面，粗車(chē)外圓至 ? 90。 d1=d2=(482)mm=。講求團(tuán)隊(duì)合作精神，這一課題的設(shè)置符合高等院校辦學(xué)精神，同時(shí)也符合現(xiàn)代企業(yè)的擇人準(zhǔn)則。在設(shè)計(jì)中我們小組緊密配合，雖是共同設(shè)計(jì)一臺(tái)數(shù)控車(chē)床，但各有分工。 8）割斷工件。 選擇 90 度正偏刀為 1 號(hào)刀， 2 號(hào)割槽刀（寬 4mm）， 60 度硬質(zhì)合金螺紋刀為 3 號(hào)刀。 10V 的接口用于連接主軸驅(qū)動(dòng) ； 8） SINUMERIK 802C base line 基本配置的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為 SIMODRIVE base line，3Nm/6Nm 和 6Nm/8Nm 雙軸模塊與 11Nm 單軸模塊，驅(qū)動(dòng)帶單極對(duì)旋轉(zhuǎn)變壓器的1FK 7 伺服電機(jī)， 當(dāng)需要進(jìn)行功率擴(kuò)展應(yīng)用時(shí)，可以選用 SIMODRIVE 611U 伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和帶單極對(duì)旋轉(zhuǎn)變壓器的 1FK 7 伺服電機(jī) 。 802C base line 控制單元和操作面板 SINUMERIK 802C base line 是專(zhuān)門(mén)為中國(guó)數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)而開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)型 CNC 控制系統(tǒng)。到 80 年代，總體發(fā)展趨勢(shì)是： 1)、 數(shù)控裝置由 NC 向 CNC 發(fā)展； 2）、 廣泛采用32 位 CPU 組成多微處理器系統(tǒng)； 3）、 提高系統(tǒng)的集成度，縮小體積，采用模塊化結(jié)構(gòu)，便于裁剪、擴(kuò)展和功能升級(jí)，滿(mǎn)足不同類(lèi)型數(shù)控機(jī)床的需 求 ； 4）、 驅(qū)動(dòng)裝置向交流、數(shù)字化方向發(fā)展； 5）、 CNC 裝置向人工智能化方向發(fā)展； 6）、 采用新型的自動(dòng)編程系統(tǒng)，增強(qiáng)通信功能， 使 數(shù)控系統(tǒng)可靠性不斷提高。當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出刀盤(pán)鎖緊動(dòng)作后，二位四通電磁換向閥 3 電磁鐵 斷電，壓力油經(jīng)電磁閥 3 右位進(jìn)入液壓缸右腔，推動(dòng)活塞向左運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)刀盤(pán)鎖緊動(dòng)作。系統(tǒng)壓力油經(jīng)減壓閥 4，二位四通 電磁 換向 閥 7（ 右 位）， 單向閥 12（ 右 位）至液壓缸右腔，活塞桿左移，卡盤(pán)夾緊。 從 GB234880 標(biāo)準(zhǔn)中選取的液壓缸內(nèi)徑為 80mm,活塞桿直徑取 40mm. 數(shù)控車(chē)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 液壓回路的選擇 首先選擇調(diào)速回路。YB 型葉片泵 , ? ? .此外 ,尚需考慮電動(dòng)機(jī)本身的效率及從電動(dòng)機(jī)到油泵的聯(lián)軸節(jié)或皮帶傳動(dòng)等的效率 ,故電動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)適當(dāng)?shù)丶哟?[7]。 所以 1. 2 12 .9 15 .4 8Q ? ? ? /minL 選用管徑 油管內(nèi)徑應(yīng)足夠大，以減少油的壓力損失。 347 . 8 4 1 0 QlpKd??? ? ? 2/Nm 式中 ?油的運(yùn)動(dòng)粘度（厘沲）； 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 23 頁(yè) Q流量（升 /分）； d 管子的內(nèi)徑（毫米）； l管道總長(zhǎng)（米）； K 修正系數(shù)。 液壓油泵的選擇 選擇油泵的主要依據(jù)是壓力和流量， 一般來(lái)說(shuō)，齒輪泵價(jià)格低，維修方便，但當(dāng) 系統(tǒng)壓力達(dá)到較大值時(shí)，輸油壓力脈動(dòng)大，噪聲大。 刀架主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 由刀架裝配圖可知，刀架主軸的支承方式為兩端游動(dòng)支承，其一端與刀盤(pán)固連，另一端與液壓缸的活塞間隙配合，同時(shí) 起到左端支承作用。 ?? Z?? ，因此以上計(jì)算的結(jié)果可用。 ? ?23 2 EHZZa KT ????????? 1) 確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 2T 按 1 1Z? ，估取效率 ?? ，則 2T = 61 10 /Pni?? = 6 0 .3 0 .89 .5 5 1 0 1 4 0 0 / 6 0 N m m?? = N mm? 2) 確定載荷系數(shù) K 因?yàn)楣ぷ鬏d荷穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù)為 1K?? ；由西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及機(jī)械零件教研 室編著的《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材表 115 選取使用系數(shù) ? ；由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動(dòng)載系數(shù) ? ；則 AVK K K K?? =1. 15 1 1. 05 1. 2? ? ? 3) 確定彈性影響系數(shù) EZ 因選用的是鑄錫青銅輪和鋼蝸桿相配，故 12160EaZ MP? 。該電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為1500r/min，額定輸出轉(zhuǎn)矩為 5Nm，額定功率為 。 (1) 刀盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 刀盤(pán)采用煙臺(tái)環(huán)球公司生產(chǎn)的 AK31 系列數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的配套產(chǎn)品，其主要尺寸如下：刀盤(pán)外徑 1 320D mm? ；盤(pán)也刀架主軸相連的孔徑 1 40d mm? ；刀盤(pán)寬 56P mm? 。 jt 加速時(shí)間 ,通常取 150 200ms 。刀盤(pán)被定位夾緊并向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，于是刀架的轉(zhuǎn)位、換刀循環(huán)完成。由于齒盤(pán)齒部強(qiáng)度高，并且一般齒數(shù)嚙合率不少于 90%，齒面嚙合長(zhǎng)度不少于 60%，故定位剛性好，承載能力大。由于圓柱銷(xiāo)和斜面銷(xiāo)定位時(shí)容易出現(xiàn)間隙，圓錐銷(xiāo)定位精度較高，它進(jìn)入定位孔時(shí)一般靠彈簧力或液壓力、氣動(dòng)力，圓錐銷(xiāo)磨損后仍可以消除間隙，以獲得較高的定位精度。如此反復(fù)下去，就能實(shí)現(xiàn)多次的刀架換刀操作。該刀架的換刀動(dòng)作分為刀盤(pán)抬起、刀盤(pán)分度轉(zhuǎn)位和刀盤(pán)鎖緊三個(gè)步驟，其中刀盤(pán)抬起和刀盤(pán)鎖緊定位由液壓來(lái)實(shí)現(xiàn)，而刀盤(pán)的分度轉(zhuǎn)位于 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 5） 刀架是為了提高機(jī)床自動(dòng)化而出現(xiàn)的，因而它的換刀時(shí)間應(yīng)盡可能縮短，以利于提高生產(chǎn)率。以保證刀具和工件間準(zhǔn)確的相對(duì)位置。它的動(dòng)作是由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令完成的。 1， 排式刀架 排式刀架一般用于小規(guī)格數(shù)控車(chē)床，以加工棒料或盤(pán)類(lèi)零件為主。 (4)，尾座套筒及主軸夾盤(pán)的控制亦采用液壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中刀盤(pán)抬起和刀架鎖緊由液壓來(lái)實(shí)現(xiàn)，而刀盤(pán)轉(zhuǎn)位則由伺服電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。按照床身導(dǎo)軌面與水平面的相對(duì)位置，床身的 結(jié)構(gòu)有 后斜床身 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 5 頁(yè) —斜滑板，直立床身 —直立滑板，平床身 —平滑板，前斜床身 —平滑板和平床身 —斜滑板等五種，它們各自有自己的優(yōu)點(diǎn)和局限性，采用什么樣的床身要根據(jù)實(shí)際情況定。新開(kāi)發(fā)的國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī) 床產(chǎn)品大部分達(dá)到期際上 20 世紀(jì) 80 年代中期水平，部分達(dá)到 90 年代水平，為國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)提供了一批高水平數(shù)控機(jī)床。一些較高檔次的數(shù)控系統(tǒng) (5 軸聯(lián)動(dòng) )，分辨率為 m? 的高精度數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)字仿型數(shù)控系統(tǒng) 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 4 頁(yè) 為柔性單元配套的數(shù)控系統(tǒng)都開(kāi)發(fā)出來(lái)了，并造出樣機(jī)。但由于電子元器件的質(zhì)量和制造工藝水平差，致使數(shù)控系統(tǒng)的可靠性 ,穩(wěn)定性末行到解決，因此末能廣泛推廣。近 20 年來(lái)，微處理機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的摟控機(jī)床得到飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，這就是第五代數(shù)控系統(tǒng) (MNC)。 1960 年以后，點(diǎn)位控制機(jī)床在美國(guó)得到迅速 發(fā)展 ,數(shù)控技術(shù)不僅在機(jī)床上得到實(shí)際應(yīng)用，而且逐步推廣到?jīng)_壓機(jī)、繞線(xiàn)機(jī)、焊接機(jī)、火焰切割機(jī)、包裝機(jī)和坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等，在程序編制方面，已由手工編程逐步發(fā)展到采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)編程。 國(guó)內(nèi)外 數(shù)控車(chē)床的 研究狀況和成果 1949 年帕森公司正式接受美國(guó)空軍委托，在麻省理工學(xué)院伺服機(jī)構(gòu)試驗(yàn)室的協(xié)助下，開(kāi) 始從事數(shù)控機(jī)床的研制工作。 隨著機(jī)械制造生產(chǎn)模式的演變 ,對(duì)機(jī)械制造裝備提出了不同的要求 .在 50 年代“剛性 ”生產(chǎn)模式下，通過(guò)提高效率，自動(dòng)化程度 ,進(jìn)行單一或少品種的大批量生產(chǎn)，以“規(guī)模經(jīng)濟(jì) ”實(shí)現(xiàn)降低成本和提高質(zhì)量的目的。從 90 年代開(kāi)始，為了對(duì)世界生產(chǎn)進(jìn)行快速響應(yīng)，逐步實(shí)現(xiàn)社會(huì)制造資源的快速集成，要求機(jī)械制造裝備的柔 性化程度更高 ,采用擬實(shí)制造和快速成形制造技術(shù) [1]。 1955 年，美國(guó)空軍花費(fèi)巨額經(jīng)費(fèi)訂購(gòu)了大約 100 臺(tái)數(shù)控機(jī)床 ,此后兩年，數(shù)控機(jī)床在美國(guó)進(jìn)入迅速發(fā)展階段 ,市場(chǎng)上出現(xiàn)了商品化數(shù)控機(jī)床。由于它體積小，功耗低，使用數(shù)控系統(tǒng)的可靠性得以進(jìn)一步提高，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展到第三代 【 2】 。當(dāng)時(shí)，一些高等院校 ,科研單位研制出試驗(yàn)樣機(jī)，是從電子管起步的。 1985 年，我國(guó)數(shù)控機(jī)床的品種有了新的發(fā)展。具有中國(guó)特色濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過(guò)這些年來(lái)的發(fā)展，有了較大的提高。本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容為： 1，數(shù)控車(chē)床 CK20 總體布局的設(shè)計(jì)； 2，數(shù)控車(chē)床回轉(zhuǎn)刀架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及總裝圖的繪制； 3，數(shù)控車(chē)床刀架，液壓夾盤(pán)，尾座套 筒等部分液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)； 4，數(shù)控車(chē)床數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)； 5，典型零件數(shù)控加工程序的編制； 6，外文資料的翻譯。平床身工藝性好，易于加工制造，由于車(chē)床刀架水平放置，對(duì)提高刀架的運(yùn)動(dòng)精度有好處 ,，但床身下部空間小，排屑回難。 圖 回轉(zhuǎn)刀架示意圖 (3)，本車(chē)床數(shù)控系統(tǒng)選用日本 FANUC公司的 FANUC系統(tǒng) .因?yàn)榫湍壳皝?lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)各數(shù)控機(jī)床用得最多的也是 FANUC系統(tǒng)，因?yàn)樗哂幸韵碌膬?yōu)點(diǎn)： 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 7 頁(yè) 1） 高可靠性及完整的質(zhì)量控制體系。這些刀架既安放刀具，而且還直接參與切削，承受極大的切削力作用，所以它往往成為工藝系統(tǒng)中的較薄弱環(huán)節(jié)。這種刀架在刀具布置和機(jī)床調(diào)整等方面都較為方便，可以根據(jù)具體工件的車(chē)削工藝要求，任意組合各種不同用途的刀具，一把刀具完成車(chē)削任務(wù)后，橫向滑