【正文】 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? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? = 2kgm (2) 刀架主軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 刀架主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)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? 。 mJ 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子慣量 ( 2kgm ),可查樣本 。在車床自動(dòng)工作狀態(tài)下，當(dāng)指定換刀的刀號(hào)后，數(shù)控系統(tǒng)可以通過內(nèi)部的運(yùn)算判斷，實(shí)行刀盤就近轉(zhuǎn)位換刀，即刀盤既可正轉(zhuǎn)也可以反轉(zhuǎn)。 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 11 頁 考慮到端面齒盤具有以上的各種優(yōu)點(diǎn)，因而本次設(shè)計(jì)的刀架采用端面齒盤定位 [6]。端齒盤定位由兩個(gè)齒形相同的端面齒盤相嚙合而成，由于齒合時(shí)各個(gè)齒的誤差相互抵償，起著誤差均化的作用，定位精度高。由于凸輪是一個(gè)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(dòng)刀盤正反兩個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)。 車床刀架的轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 一般來說，機(jī)床刀架的轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)主要有以下幾種： 1，液壓（或氣動(dòng)）驅(qū)動(dòng)的活塞齒條齒輪轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu) 這種由液動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)調(diào)速范圍大、緩沖制動(dòng)容易，轉(zhuǎn)位速度可調(diào)，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)尺寸較小，制造容易，因而應(yīng)用較廣泛。目前自動(dòng)換刀裝置的換刀時(shí)間在 —6 秒之間不等。刀架的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)軌跡必須準(zhǔn)確，運(yùn)動(dòng)應(yīng)平穩(wěn)，刀架運(yùn)轉(zhuǎn)的終點(diǎn)到位應(yīng)準(zhǔn)確。回轉(zhuǎn)刀架根據(jù)刀架回轉(zhuǎn)軸與安裝底面的相對(duì)位置，分為立式刀架和臥式刀架兩種。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(jī)床的 X 坐標(biāo)軸方向排列在橫向滑板上。因?yàn)橐簤嚎刂凭哂胁僮鞣奖悖ぷ骺煽康忍攸c(diǎn)。刀盤抬起動(dòng)作的實(shí)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(dòng)?壓力油進(jìn)入液壓缸右腔 ?活塞向左運(yùn)動(dòng) ?刀架主軸向左移動(dòng) ?端齒盤脫離嚙合 ?刀盤抬起。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。 設(shè)計(jì)內(nèi)容和研究方法 本課題設(shè)計(jì)一臺(tái)數(shù)控車床 CK20，用于對(duì)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(dòng)加工。 我國的數(shù)控技術(shù)經(jīng)過 “六五 ”， “七五 ”， “八五 ”，到 “九五 ”的近 20 年的發(fā)展，基本上掌握了關(guān)鍵技術(shù)，建立了數(shù)控開發(fā)，生產(chǎn)基地，培養(yǎng)了一批數(shù)控人才，初步形成了自己的數(shù)控產(chǎn)業(yè)。 20 世紀(jì) 80 年代，我國從昌本發(fā)那科公司引進(jìn)了 3,5,6,7 等系列的數(shù)控系統(tǒng)和直流伺服電機(jī)，直流主軸電機(jī)等制造技術(shù)，以及引進(jìn)美國 GE 公司的 MCI 系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng)，德國西門子 VS 系列可控硅調(diào)速裝置，并進(jìn)行了商品化生產(chǎn) .這些系統(tǒng)可靠性高，功能齊全。 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 頁 20 世紀(jì) 80 年代初，國際上又出現(xiàn)了柔性制造單元 FMC(Fleibie—Manufacturing Cell) [3]。除了 APT 數(shù)控語言外，又發(fā)展了許多自動(dòng)騙程語言。經(jīng)過三年時(shí)間的研究，于 1952 年試制成功世界第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床試驗(yàn)性樣機(jī)，這是一臺(tái)采用脈沖乘法器原理的直線插補(bǔ)三坐標(biāo)連續(xù)控制銑床，這便是數(shù)控機(jī)床的 第一代 [2]。在 70 年代主要通過改善生產(chǎn)過程管理來進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低成本。在 80 年代，較多地采用數(shù)控機(jī)床 ，機(jī)器人，柔性制造單元和系統(tǒng)等高技術(shù)的集成來滿足產(chǎn)品個(gè)性化和多樣化的要求，以滿足社會(huì)各消費(fèi)群體的不同要求。 1953 年，美國空軍與麻省理工學(xué)院協(xié)作，開始從事計(jì)算機(jī)自動(dòng)編程的研究，這就是創(chuàng)制 APT(Automatically Programmed Tools )自動(dòng)編程系統(tǒng)的開始。 從 1960 年開始，德國，日本等先進(jìn)工業(yè)國家都陸續(xù)開發(fā)，生產(chǎn)及使用了數(shù)控機(jī)床， 1965 年，出現(xiàn)了小規(guī)模集成電路。 我國從 1958 年開始研究數(shù)控機(jī)床，一直到 20 世紀(jì) 60 年代中期還處于研制，開發(fā)時(shí)期。與此同時(shí)，還自行開發(fā)了 5 軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控系統(tǒng)以及雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)的同步數(shù)控系統(tǒng) (用于火焰切割機(jī) )和新品種的伺服電機(jī)，推動(dòng)了我國數(shù)控機(jī)床穩(wěn)定發(fā)展，使我國數(shù)控機(jī)床在性能和質(zhì)量上產(chǎn)生了一個(gè)質(zhì)的飛躍?！笆?”攻關(guān)開發(fā)的成果：華中 ? 號(hào)、中華 ? 號(hào)、航天 ? 號(hào)和藍(lán)天 ? 號(hào) 4 種基本系統(tǒng)建立了具有中國自主版機(jī)的數(shù)控技術(shù)平臺(tái)。該數(shù)控車床可以用于機(jī)械， 汽車，航空航天等領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)加工自動(dòng)化，提高產(chǎn)品質(zhì)量，高生產(chǎn)效率。只有大型數(shù)控車床或小型精密數(shù)控車床才采用平床身平滑板結(jié)構(gòu)，而立床身結(jié)構(gòu)采用得較少。刀盤轉(zhuǎn)位動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)順經(jīng)以下步驟：數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出刀盤轉(zhuǎn)位的命令 ?伺服電機(jī)啟動(dòng) ?蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng) ?刀架主軸轉(zhuǎn)動(dòng) ?實(shí)現(xiàn)刀盤轉(zhuǎn)位 .刀盤鎖緊動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)順經(jīng)以下的步驟： 數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出刀盤鎖緊命令 ?液壓系統(tǒng)啟動(dòng) ?壓力油進(jìn)入液壓缸左腔 ?活塞向右運(yùn)動(dòng) ?刀架主軸向右移動(dòng) ?端齒盤嚙合 ?實(shí)現(xiàn)刀盤鎖緊。 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 7 頁 2 數(shù)控車床刀架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算 車床刀架的功能 ,類型和應(yīng)滿足的要求 車床刀架的功能 機(jī)床上的刀架是安放刀具的重要部件，許多刀架還直接參與切削工作，如臥式車床上的四方刀架，轉(zhuǎn)塔車床的轉(zhuǎn)塔刀架，回輪式轉(zhuǎn)塔車床的回輪刀架，自動(dòng)車床的轉(zhuǎn)塔刀架和天平刀架等。刀具的典型布置方式如圖 4 所示。 3， 帶刀庫的自動(dòng)換刀 裝置 上述排刀式刀架和回轉(zhuǎn)刀架所安裝的刀具都不可能太多，即使是裝備兩個(gè)刀架，對(duì)刀具的數(shù)目也有一定限制。面且這種精度保持性要好 ，以便長期保持刀具的正確位置。而且還在進(jìn)一步縮短。而轉(zhuǎn)位角度大小可由活塞桿上的限位檔塊來調(diào)整。這種轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)位速度高、精度較低，運(yùn)動(dòng)特性可以自由設(shè)計(jì)選取但制造較困難、成本較高、結(jié)構(gòu)尺寸較大。 端齒盤定位的特點(diǎn)： （ 1）定位精度高 由于端齒盤定位齒數(shù)多，且沿圓周均布，向心多齒結(jié)構(gòu)，經(jīng)過研齒的齒盤其分度精度一般可達(dá) 39。 車 床刀架 的工作原理 下圖所示為回轉(zhuǎn)刀架的結(jié)構(gòu)圖，刀架的松開和夾緊 以及刀盤的分度轉(zhuǎn)位分別由液壓系統(tǒng)和直流伺服電機(jī)來實(shí)現(xiàn)。但當(dāng)手動(dòng)操作車床時(shí)，從刀盤方向觀察，只充許刀盤順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)換刀。 LJ 負(fù)載慣量折算到電動(dòng)機(jī)軸上的慣量 ( 2kgm? ). 3) 負(fù)載慣量折算到電動(dòng)機(jī)軸上的慣量 LJ 的估算 22hiL h iKiJ J m????? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ????? 2kgm 式中 hJ 各旋轉(zhuǎn)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ( 2kgm )。 則刀架主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 2m a x m in2 122h ddJm ???? ????[7] 22m a x m i n m a x m i n12 2 2d d d dl?? ??? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? 2231 0 . 0 4 0 . 0 2 5 0 . 0 4 0 . 0 2 57 . 8 5 1 0 3 . 1 4 0 . 3 92 2 2??? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? = 2kgm (3) 蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 蝸輪蝸桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 3hJ 的估算方法如下： 設(shè)蝸輪的分度圓直徑 3 124hD mm? ；其與刀架主軸相連的孔徑 3 mm? ；蝸輪齒寬 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 14 頁 3 10hb mm? . 則蝸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 23331 12 2 2hhh DdJM ??? ? ? ?????? ? ? ?? ? ? ??? 2 2 2 23 3 3 312 2 2 2 2h h h hD d D db??? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? 2 2 2 231 0 . 1 2 4 0 . 0 3 2 5 0 . 0 1 2 4 0 . 0 3 2 57 . 8 5 1 0 3 . 1 4 0 . 0 12 2 2 2 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 12020hLh? 。 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， 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 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 19 頁 ? ?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)控車床脫離切削時(shí)完成的，因而在換刀過程中并沒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 26 頁 右移，卡盤松開。支路中行程開關(guān) 11 用于控制在刀盤抬起動(dòng)作中液壓缸活塞的行程，當(dāng)活塞桿碰到行程開關(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 度外圓刀車工件 右端面，粗車外圓至 ? 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。經(jīng)過我們小組同學(xué)的認(rèn)真討論和研究，最終我們圓滿的設(shè)計(jì)出了一臺(tái) CK20 數(shù)控車床，雖然這臺(tái)車床在很多方面還沒有達(dá)到工程實(shí)際要求的水平，但必盡這是我們邁向工程實(shí)際的第一步，也是最為關(guān)鍵的一步。刀架的精度，剛度以及可靠性都直接影響機(jī)床的使用性能，在機(jī)床的致命性分析中轉(zhuǎn)塔刀架的致命度是最高的，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令后刀架不轉(zhuǎn)位、刀架轉(zhuǎn)位錯(cuò)誤、刀架錯(cuò)位、刀架報(bào)警、刀架不能正常換刀等等一系列的故障都會(huì)導(dǎo)致機(jī)床不能正常工作。 4）車右端圓弧，車圓錐，分別留 精車余量。程序的變化和新程序軟件存儲(chǔ)。輸出同時(shí)工作系數(shù)為