【文章內(nèi)容簡介】 業(yè)設(shè)計（論文） 1 第 1 章 緒論 數(shù)控機床簡介 數(shù)控機床的產(chǎn)生和發(fā)展 科學技術(shù)的不斷發(fā)展，對機械產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率提出了越來越高的要求。機械加工工藝過程的自動化是實現(xiàn)上述要求的最主要的措施之一。它不僅提高產(chǎn)品的質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、還能夠大大 改善工人的勞動條件。 大批量的自動化生產(chǎn)廣泛采用自動機床、組合機床和專用機床以及專用自動生產(chǎn)線，實行多刀、多工位 多面同時加工，以達到高效率和高自動化。但這些都屬于剛性自動化，在面對小批量生產(chǎn)時并不是適用，因 為小批量生產(chǎn)需要經(jīng)常變化產(chǎn)品的種類，這就要求生產(chǎn)線具有柔性。而從某種程度上說，數(shù)控機床的出現(xiàn) 正是很地滿足了這一要求。 1952 年，美國麻省理工學院成功地研制出一套三坐標聯(lián)動，利用脈沖乘法器原理的試驗性數(shù)控系統(tǒng)，并把 它裝在一臺立式銑床上。當時用的電子元件是電子管，這就是第一代世界上第一臺數(shù)控床。 我國是從 1958 年開始研究數(shù)控技術(shù)，一直到 60 年代中期處于研制、開發(fā)時期。當時一些高等院校、科研單位研制出試驗樣機，開發(fā)也 是從電子管開始的。 1965 年國內(nèi)開始研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)。從 70 年代開 始，數(shù)控技術(shù)在車、銑、鉆、鏜、磨、齒輪加工、點加工等領(lǐng)域全面展開，數(shù)控加工中心在上海、北京研制成功。在這一時期，數(shù)控線切割機床由于結(jié)構(gòu)簡單，使用方便、價格低廉，在模具加工中得到了推廣。 80 年代，我國從日本發(fā)那科公司引進了 3 等系列的數(shù)控系統(tǒng)和交流伺服電機、交流主軸電機技術(shù)，以及從美國、德國引進一些新技術(shù)。這使我國的數(shù)控機床在性能和質(zhì)量上產(chǎn)生了一個質(zhì)的飛躍。 1985 年，我國數(shù)控機床品種有了新的發(fā)展。 90年代以及接下來主要是向高檔數(shù)控機床 發(fā)展。 所謂經(jīng)濟型數(shù)控機床是指價格低廉、操作使用方便、適合我國國情發(fā)展的裝有數(shù)控系統(tǒng)的高效自動化機床。 數(shù)控機床的特點 數(shù)控機床在機械制造業(yè)中得到日益廣泛的應(yīng)用，是因它具有如下的特點： 湖南工業(yè)大學科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 （ 1） 能適應(yīng)不同零件的加工。數(shù)控機床是按照被加工零件的數(shù)控程序來進行自動加工的，當改變加工零件時，只要改變加工程序，不必用凸輪、靠模、樣板等專用工藝裝備。因此，生產(chǎn)準備周期短，不利于機械產(chǎn)品的更新?lián)Q代。 [1] （ 2） 生產(chǎn)效率和加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定。數(shù)控機床可以采用較大的切削用量，有效的節(jié)省了機動工時。還有自動 換速、自動換刀和其它輔助操作自動化等功能，使輔助時間大為縮短，而且無需工序間的檢驗與測量，所以，比普通機床的生產(chǎn)率高 34倍甚至更高。同時由于數(shù)控機床本身的精度較高，還可以利用軟件進行精度校正和補償，又因為它是根據(jù)數(shù)控程序自動進行加工，可以避免人為的誤差，因此，不但加工精度高，而且質(zhì)量穩(wěn)定。 [2] （ 3） 能完成復雜型面的加工。 （ 4） 工序集中，一機多用。數(shù)控機床，特別是自動換刀的數(shù)控機床，在一次裝夾的情況下，幾乎可以完成零件的全部加工，一臺數(shù)控機床可以代替數(shù)臺普通機床。這樣可以減少裝夾誤差，節(jié)約工序之間的運 輸、測量和裝夾等輔助時間，和可以節(jié)省機床的占地面積，帶來較高的經(jīng)濟效益。 （ 5） 數(shù)控機床是一種高技術(shù)的設(shè)備。因此，機床價格較高，而且要求具有較高技術(shù)水平的人員來操作和維修。盡管如此，使用數(shù)控機床的經(jīng)濟效益還是很高的。 以驅(qū)動和定位方式劃分，經(jīng)濟型數(shù)控機床系統(tǒng)可以分為以下三類： （ 1） 步進電機式 采用步進電機驅(qū)動與定位，是開環(huán)系統(tǒng)，同時限于造價，不再采用其他措施補償位置誤差，由于目前功率步進電機的力矩不太大，所以機床的空行程速度極低，一般用于半精加工。這種系統(tǒng)具有 23 種插補功能，通過軟件控制接口，可加工錐 面、螺紋、簡單外形的曲面，十分靈活。由于性能價格比較恰當，一般中小型企業(yè)在技術(shù)力量和財力上都比較容易實現(xiàn)。因此，在全國較容易推廣、普及。 （ 2） 交流定位式 采用交流電機變頻驅(qū)動，用光柵數(shù)字點位控制，與步進電機相比，提高了定位精度。該類系統(tǒng)在盤類、軸類零件加工中，效果尤為顯著。目前，交流點位式系統(tǒng)只能加工柱面，不能加工曲面和螺紋，功能上有局限，而且成本較高，使性價比相對下降。一般在大企業(yè)和專業(yè)化工廠使用。 （ 3） 半閉環(huán)連續(xù)控制式 采用直流伺服電機驅(qū)動，以脈沖編碼器檢測位置，實現(xiàn)半閉環(huán)連續(xù)控制。由于采用了高性能 直流電動機驅(qū)動，扭矩大，速度高，過載能力強，可進行強力切割。該系統(tǒng)功能齊全，還帶有可編程序控制器，使強電設(shè)計大大簡化。但由于造價較高，性能價格比較低。 [3] 湖南工業(yè)大學科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 數(shù)控機床的工作原理和組成 數(shù)控機床的工作原理 數(shù)控機床加工零件時，首先應(yīng)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)控裝備，再用數(shù)控裝置控制機床主運動的變速、啟停，進給運動的方向、速度和位移大小，以及其它諸如刀具選擇交換、工作夾松緊和冷卻潤滑的啟、停等動作，使刀具與工件及其它輔助裝置嚴格的按照數(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。 數(shù)控機床的組成 如圖 所示，數(shù)控機床由以下幾個部分組成。 （ 1）程序編制和程序載體 數(shù)控程序是數(shù)控機床自動加工零件的工作指令。在對加工零件進行工藝分析的基礎(chǔ)上，確定零件坐標系在機床坐標系的相對位置，即零件在機床的安裝位置；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時序；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。編制程序的工作可由人工進行，或者在數(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，可以在它的裝置上直接編程。 [5] 圖 數(shù)控機床控制流程圖 編好的數(shù)控程序，存放在便于輸入到數(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(shè)計類型。 （ 2） 伺服驅(qū)動系統(tǒng)和位置檢測裝置 伺服驅(qū)動系統(tǒng)由伺服驅(qū)動電路和伺服驅(qū)動裝置組成，并與機床的執(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)行湖南工業(yè)大學科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 部件的進給速度、方向和位移。每個作進給運動的執(zhí)行部件，都配有一套伺服驅(qū)動系統(tǒng)。伺服驅(qū)動系統(tǒng)有開環(huán)、半閉環(huán)和閉環(huán)之分。在閉環(huán)和半閉環(huán)伺服系統(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(zhuǎn)換放大后控制執(zhí)行部件的進給運動。 (3)機床的機械部分 數(shù)控的機械部件包括：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承不見，此外，還有冷卻、潤滑、轉(zhuǎn)位和夾緊等輔助裝置。對于加工中心內(nèi)的數(shù)控機床 ，還有存放刀具的刀庫，交換刀具的機械手部件。數(shù)控機床機械部件的組成與普通機床相似，但傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)要求更為簡單，在精度、剛度、抗震性等方面要求更高，而且其傳動和變速系統(tǒng)更便于實現(xiàn)自動化控制。 [5] 數(shù)控機床的分類 數(shù)控設(shè)備的種類很多，各行業(yè)都有自己的數(shù)控設(shè)備和分類方法。在機床行業(yè)，數(shù)控機床通常從以下不同角度進行分類。 （ 1） 按工藝用途分類 目前，數(shù)控機床的品種規(guī)格已達 500 多種，按其工藝用途可以劃分為以下四大類。 1）金屬切削類 它又可分為兩類：普通數(shù)控機床和數(shù)控加工中心。 2）金屬成形類 3）特種加工 類 4）測量、繪圖類 （ 2） 按控制運動的方式分類 1）點位控制數(shù)控機床 2）點位直線控制數(shù)控機床 3）輪廓控制數(shù)控機床 （ 3） 按伺服系統(tǒng)的控制方式分類 1）開環(huán)數(shù)控機床 2）半閉環(huán)控制數(shù)控機床 湖南工業(yè)大學科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 3）閉環(huán)控制數(shù)控機床 （ 4） 按所用數(shù)控系統(tǒng)的檔次分類 按所用數(shù)控系統(tǒng)的檔次通常把數(shù)控機床分為低、中、高檔三類。 湖南工業(yè)大學科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 第二章 銑齒機總體及各部件的工作原理 產(chǎn)品概述 本銑齒機用于銑削鑰匙片上的齒槽。鑰匙的形狀及要求見圖 。鑰匙片上共有五個齒槽，齒槽深度有四個尺寸，即 177。 、 177。 、 177。 、 177。 ，分別編號為 1， 2， 3， 4，五個齒槽的深度是按這四個深度尺寸排列，四片鑰匙為一組。銑齒機每銑削完一組鑰匙后自動換號，如第一組的齒槽深度排列號為 1， 2， 3， 4， 4，第一組銑削完成后，第二組的齒槽深度就是為 1， 2， 3， 4， 3，其余如此類推，齒槽深度的排列稱為齒譜。 鎖廠對銑齒機的要求如下： 的需要； ，每加工一組鑰匙的時間小于 30S； ； ； ，如“ 1， 2， 3， 4， 4”該齒譜在整個齒譜中的排序號，如“ 1000”以及該班工人加工的數(shù)量，“自動”或者“手動”。 ，性能穩(wěn)定，使用維護方便。 圖 ： 湖南工業(yè)大學科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 圖 鑰匙片 數(shù)控銑齒機總體的工作原理 銑齒要實現(xiàn)銑削齒槽加工就必須要有下面四個運動： ； ； ； 。 為了保證銑齒機各運動之間的協(xié)調(diào)，我 們設(shè)定了銑齒機各運動部件按圖 所示的時序圖進行控制。 湖南工業(yè)大學科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 圖 銑齒機各運動的實現(xiàn) 銑齒機銑刀的切削旋轉(zhuǎn)運動是由電機通過皮帶傳動銑刀軸旋轉(zhuǎn)而使銑刀產(chǎn)生切削旋轉(zhuǎn)運動。 銑齒機銑刀的走刀運動是由電機通過蝸輪減速器帶動圓盤凸輪旋轉(zhuǎn)，通過推桿推動銑刀組件安裝座向左運動，產(chǎn)生走刀運動。 銑齒機銑刀進給方向的運動是由步進電機通過滾珠絲杠帶動銑刀安裝座運動，提升進給深度及 退刀距離均由單片機控制步進電機正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)。 銑齒機鑰匙片夾持組件的運動，即分距運動是由步進電機通過滾珠絲杠帶動鑰匙片夾持組件安裝座運動，分距的長度及銑削完齒槽后，夾持組件回位由單片機控制步進電機正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)。 銑齒機的工作原理 為了使單片機控制各運動組件的正常，協(xié)調(diào)運動，在銑齒機上設(shè)置了四個接近開關(guān)。 湖南工業(yè)大學科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 ，接近開關(guān) 1 是在凸輪回程結(jié)束時刻產(chǎn)生信號，接近開關(guān) 2 是在凸輪回程開始時刻產(chǎn)生信號。 3，接近開關(guān) 3 是在 分距夾持組件運動到銑刀對準第一齒槽的位置時產(chǎn)生的信號。 4，接近開關(guān) 4 是在銑刀組件加工完鑰匙后，退回到起始位置時產(chǎn)生的信號。 銑齒機的工作原理如下（參見圖 ） 接通電源，按下啟動按鈕，銑刀的銑削動力電機及走刀動力電機運轉(zhuǎn)，但此時銑刀只有旋轉(zhuǎn)運動，沒有走刀運動，因為控制走刀運動的凸輪雖能推動推桿左右移動，但此時推桿頂不到裝有銑刀組件的滑座，滑座組件沒有運動，因此，銑刀組件沒有走刀運動產(chǎn)生。 當裝夾好待加工的鑰匙片后，工人輸入齒譜，按下鍵盤上的工作按鍵，此時單片機開始對各運動進行控制。 第一，控制銑刀的提升，使銑刀進給到規(guī)定的高度。當凸輪回程結(jié)束時刻，接近開關(guān) 1 產(chǎn)生的信號輸入給單片機，單片機控制進刀步進電機反轉(zhuǎn)，步進電機帶動銑刀組件上升，銑刀提升到一定的高度后在凸輪升程開始時刻，控制步進電機停止運轉(zhuǎn)。當凸輪轉(zhuǎn)至接近開關(guān) 1 又產(chǎn)生信號時，單片機又控制進刀步進電機反轉(zhuǎn)，并根據(jù)第一齒槽所需的深度，帶動銑刀組件上升，進刀至所需的深度，為了防止進刀運動和走刀運動的干涉，銑刀提升時，凸輪的基圓對準推桿，推桿不產(chǎn)生運動，因此銑刀沒有走刀運動。 第二，銑刀進刀至所需的深度，當凸輪轉(zhuǎn) 至升程開始并繼續(xù)運轉(zhuǎn)時推桿推動銑刀組件安裝滑座運動，便有走刀運動產(chǎn)生，開始銑削第一齒槽，當?shù)谝积X槽銑削完成，凸輪轉(zhuǎn)至升程結(jié)束時，接近開關(guān) 2 產(chǎn)生的信號輸入給單片機，控制進刀步進電機正轉(zhuǎn)5步，使齒槽底部與銑刀之間存在 的間隙，防止銑刀退回時損傷齒槽。然后在彈簧的作用下，銑刀組件退回。當在凸輪回程結(jié)束時間，接近開關(guān) 1 又給單片機輸入一個信號，單片機便根據(jù)齒譜第二齒槽的深度，控制進刀步進電機運轉(zhuǎn)，使銑刀組件進刀至所需的深度。與此同時，單片機還控制分距步進電機僅轉(zhuǎn)一圈，產(chǎn)生分距，使鑰匙夾持組件向后移動 4mm。此時 第二齒槽位置對準銑刀，凸輪轉(zhuǎn)至升程開始后，接著進行第二個齒槽的銑削，同理加工齒槽 3，齒槽 4，齒槽 5。 湖南工業(yè)大學科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 第三，當 5 個齒槽加工完畢后，在接近開關(guān) 1產(chǎn)生信號時，單片機控制進刀步進電機正轉(zhuǎn)，帶動銑刀組件下降到一定距離，在凸輪升程開始時刻，控制步進電機停止運轉(zhuǎn)。當凸輪轉(zhuǎn)至接近開關(guān) 1 又產(chǎn)生信號時，單片機又控制步進電機停止正轉(zhuǎn)，帶動銑刀組件繼續(xù)下降，當下降到接近開關(guān) 4產(chǎn)生信號時，單片機控制進刀步進電機停止運轉(zhuǎn)，此時銑刀組件下降到起始位置。與此同時，單片機控制分距步進電機正轉(zhuǎn)，分距步進電機帶動鑰匙夾持組件向前運動，當運動到 接近開關(guān) 3產(chǎn)生信號時，單片機控制分距步進電動機停止運轉(zhuǎn)，此時第一齒槽的位置對準銑刀。如此完成一組鑰匙片的加工。 湖南工業(yè)大學科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 第三章 銑齒機機械部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計 銑齒機的機械部分由機座，分距夾持組件，銑削動力及進刀組件，走刀組件四大部分組成，詳細見銑齒機總體設(shè)計圖。 機座 機座用于安裝，連接各組件。 機座采用鑄造成型。采用 HT250 灰口鑄鐵為材料，其強度，耐磨性，鑄造工藝性都比較好。 走刀組件及動力 走刀組件及動力傳動的結(jié)構(gòu)原理圖見圖 。 電機 1 通過聯(lián)軸器 2 與蝸輪減速器 3 相聯(lián)接，電機的額定轉(zhuǎn)速為 1400r/min，蝸輪減速器的傳動比 i=30，蝸輪減速器的輸出軸通過鍵與圓盤凸輪連接。圓盤凸輪推動推桿組件 8左右移動，從而推桿再推動滑座組件 6 移動?；M件的回位是依靠回位彈簧 7 的彈力回位，在推桿的兩端裝有推桿支座 9，對推桿進行導向，推桿支座是固定在機座上，滾珠滑座安裝在滑座組件上?；匚粡椈?7,一端支靠在推桿支座端面。該端面不動，另一端支靠在滑座組件端。此端隨滑座組件而運動。 圖 湖南工業(yè)大學科技學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 1. 走刀動力電機