【正文】 湖南大學畢業(yè)設計（論文） 。經(jīng)過我們小組同學的認真討論和研究，最終我們圓滿的設計出了一臺 CK20 數(shù)控車床，雖然這臺車床在很多方面還沒有達到工程實際要求的水平，但必盡這是我們邁向工程實際的第一步，也是最為關鍵的一步。講求團隊合作精神， 這一課題的設置符合高等院校辦學精神，同時也符合現(xiàn)代企業(yè)的擇人準則。在設計中我們小組緊密配合，雖是共同設計一臺數(shù)控車床，但各有分工。在設計中得到鄧老師耐心的指導和同學的熱心幫助才使得這次畢業(yè)設計能夠完滿完成，同時也鞏固了我所學的知識，作為大學四年的最后的一次作業(yè)，自始至終我都用心的去完成，并從中學到了不少的知識。刀架的精度，剛度以及可靠性都直接影響機床的使用性能，在機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)位錯誤、刀架錯位、刀架報警、刀架不能正常換刀等等一系列的故障都會導致機床不能正常工作。 d1=d2=(482)mm=。 8） 割斷工件。 6）割退刀槽，并用割槽刀右刀尖倒出 M483 螺紋左端 C2 倒角。 4）車右端圓弧，車圓錐，分別留 精車余量。 2）用 90 度外圓刀車工件 右端面，粗車外圓至 ? 90。 選擇 90 度正偏刀為 1 號刀， 2 號割槽刀（寬 4mm）， 60 度硬質(zhì)合金螺紋刀為 3 號刀。在每一個工具盒中都包含有車床和銑床的 PLC 程序示例，以便用戶能很快地調(diào)試完畢。程序的變化和新程序軟件存儲。系統(tǒng)不再需要電池，免維護設計。 10V 的接口用于連接主軸驅(qū)動 ； 8） SINUMERIK 802C base line 基本配置的驅(qū)動系統(tǒng)為 SIMODRIVE base line，3Nm/6Nm 和 6Nm/8Nm 雙軸模塊與 11Nm 單軸模塊，驅(qū)動帶單極對旋轉(zhuǎn)變壓器的1FK 7 伺服電機， 當需要進行功率擴展應用時，可以選用 SIMODRIVE 611U 伺服驅(qū)動系統(tǒng)和帶單極對旋轉(zhuǎn)變壓器的 1FK 7 伺服電機 。 SINUMERIK 802C base line 提供 傳統(tǒng)的 177。輸出同時工作系數(shù)為 時負載能力可達 。堅固而又節(jié)省空間的設計，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，編程和機床控制動作的按鍵以及 8 英寸 LCD顯示器，同時還提供 12 個帶有 LED 的用戶自定義鍵。 802C base line 控制單元和操作面板 SINUMERIK 802C base line 是專門為中國數(shù)控機床市場而開發(fā)的經(jīng)濟型 CNC 控制系統(tǒng)。系統(tǒng)可與計算機通訊，編輯、保存和傳輸應用程序。它將CNC（數(shù)控）、 PLC（可編程控制器）、 HMI（人機界面）和通訊任務集成于一體，可控制 3 個伺服電機進給軸 和 1 個伺服或變頻主軸，系統(tǒng) PLC 可直接應用 SIMATIC S7200指令集。 數(shù)控系統(tǒng)的選擇 根據(jù)設計機床的要求，以及充分考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及機床的經(jīng)濟性所以選用SINUMERIK 802C 數(shù)控系統(tǒng)。到 80 年代，總體發(fā)展趨勢是： 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、擴展和功能升級，滿足不同類型數(shù)控機床的需 求 ； 4）、 驅(qū)動裝置向交流、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）、 采用新型的自動編程系統(tǒng)，增強通信功能， 使 數(shù)控系統(tǒng)可靠性不斷提高。 湖南大學畢業(yè)設計（論文） 第 27 頁 4 CK20 數(shù)控車床的數(shù)控系統(tǒng) 數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展 及 趨 勢 從 1952 年美國麻省理工學院研制出第一臺試驗性數(shù)控系統(tǒng)，到現(xiàn)在已走過了 46 年歷程。 當數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出頂緊指令后，三位四通電磁換向閥 10 電磁鐵 3 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 左位進入液壓腔右腔，實現(xiàn)頂緊動作，油液則經(jīng)液壓缸左腔直接流回油箱。支路中行程開關 11 用于控制在刀盤抬起動作中液壓缸活塞的行程，當活塞桿碰到行程開關時，即使液壓缸的左腔仍然通入壓力油，液壓缸的活塞也不會移動，這樣能夠保證液壓缸不與液壓缸壁相撞。當數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出刀盤鎖緊動作后，二位四通電磁換向閥 3 電磁鐵斷電，壓力油經(jīng)電磁閥 3 右位進入液壓缸右腔，推動活塞向左運動，實現(xiàn)刀盤鎖緊動作。刀盤的松開與夾緊，由 1 個二位四通電磁 換向 閥 3 控制， 當數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出刀盤松開指令后，二位四通電磁換向閥 3 電磁鐵通電，電磁閥 3 的左位接通，壓力油經(jīng)電磁閥 3 的左位進入液壓缸的左腔，推動液壓缸活塞向右運動，實現(xiàn)刀盤抬起動作。 支路上的壓力繼電器 5 用于測定卡盤的夾緊力是否達到要求，只有 卡盤 在夾緊狀態(tài)下的夾緊力達到設定的壓力要求，壓力繼電器 5 才向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出電信號，說明工件夾緊可靠，數(shù)控車床才進行切削加工。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 湖南大學畢業(yè)設計（論文） 第 26 頁 右移，卡盤松開。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，卡盤夾緊。 圖 液壓系統(tǒng)控制回路 液壓系統(tǒng)的控制原理 主軸卡盤的控制 主軸卡盤的夾與松開，由一個二位四通電磁 換向 閥 7 控制。為保證工件確已夾緊后車床切削才能動作，在夾緊缸進口處裝一壓力繼電器，只有當夾緊壓力達到壓力繼電器的調(diào)節(jié)壓力時，才能發(fā)出信號，車床才能進行切削加工 [18]。為了解決進口節(jié)流調(diào)速回路在活塞桿到達最大行程時沖擊現(xiàn)象，回油路上 要設置背壓閥。 從 GB234880 標準中選取的液壓缸內(nèi)徑為 80mm,活塞桿直徑取 40mm. 數(shù)控車床液壓系統(tǒng)的設計 液壓回路的選擇 首先選擇調(diào)速回路。由相關資料可知，當 ?? 時，一般取 / ? 。 對于單活塞桿缸來說，當液壓油進入油腔時 24qDd???? 式中 q輸入液壓缸的流量； ?液壓缸活塞的運動速度； 設液壓缸活塞的往復速度比值為 ? ，即： 12/? ? ?? 。對于輕載高速的機床 (磨床 ,珩磨機和研磨機等 )一定要滿足速度的要求 ,計算時要以速度為主 .由于本刀架的抬起動作是在數(shù)控車床脫離切削時完成的，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 ,計算時以速度為主 [17]。YB 型葉片泵 , ? ? .此外 ,尚需考慮電動機本身的效率及從電動機到油泵的聯(lián)軸節(jié)或皮帶傳動等的效率 ,故電動機的功率應適當?shù)丶哟?[7]。 油泵的輸出功率 sN P Q?? 式中 sP 液壓泵的工作壓力； Q液壓系統(tǒng)的液壓油流量。 將上面計算的結(jié)果代入式中得 4Qd??? 4 0 .0 0 0 2 1 50 .0 3 3 3 33 .1 4 0 .2 5 mm?? ? ?? 設液壓系統(tǒng)管道的總長度 5000l mm? 則有 3 3 644 0 . 0 0 0 2 1 5 57 . 8 4 1 0 7 . 8 4 1 0 4 6 1 0 10 . 0 3 3QlpK d??? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? aP 得油泵的工作壓力 0sp p p? ?? = 3. 5 0. 00 03 6 3. 5a a aMP MP MP?? 根據(jù)能量守恒原理，油泵輸出液壓油的功率就是需要油泵電動機的功率（不考慮效率）。正確選用管徑一般是先選取管中的流速，然后計算管徑，再按與標準規(guī)格相近的選用。 所以 1. 2 12 .9 15 .4 8Q ? ? ? /minL 選用管徑 油管內(nèi)徑應足夠大，以減少油的壓力損失。 代入上式得 39。QA?? 式中 ?活塞運動速度； A 活塞有效工作面積。 流量 Q 的計算方式如下： 液壓系統(tǒng)所需的油泵流量是由工作油缸的尺寸和運動速度的快慢要求來決定的。 347 . 8 4 1 0 QlpKd??? ? ? 2/Nm 式中 ?油的運動粘度（厘沲）； 湖南大學畢業(yè)設計（論文） 第 22 頁 Q流量（升 /分）； d 管子的內(nèi)徑（ 毫米）； l管道總長（米）； K 修正系數(shù)。液壓缸 活塞的有效工作面積設定為 ? ；則該刀架液壓缸的工作壓力 0 ap Mp? 。 油泵電動機功率的選擇計算 1） 油泵工作壓力的計算 油泵工作壓力 sp 應等于液壓缸的工作壓力 0p 和油液在管道中流動時產(chǎn)生的壓力損 失 p? 之和。因而被廣泛用于數(shù)控機床的主要油源。 液壓油泵的選擇 選擇油泵的主要依據(jù)是壓力和流量，一般來說，齒輪泵價格低，維修方便，但當 系統(tǒng)壓力達到較大值時，輸油壓力脈動大，噪聲大。 圖 刀架主軸結(jié)構(gòu)圖 湖南大學畢業(yè)設計（論文） 第 21 頁 3 車床液壓系統(tǒng)設計與計算 刀架液壓控制系統(tǒng)液壓泵及油泵電動機的選擇計算 由于該刀架刀盤的松開和夾緊均由液壓系統(tǒng)通才液壓缸活塞的往反運動來實現(xiàn)，當車床在切削加工時， 刀具所受的切削力由端 面 齒盤通過螺栓卸荷給刀架 ，為使刀架在強力切削下能穩(wěn)妥可靠地工作，液壓缸必須有足夠的拉緊力拉住刀盤，使用于夾緊定位的端面 齒盤在車床切削過程中始終處于嚙合狀態(tài)。 式中： 0A 為系數(shù)，軸的 材料不同，則 0A 的值會不同； P為軸傳遞的功率，單位為 kW ； d為計算截面處軸的直徑，單位為 mm； n為軸的轉(zhuǎn)速，單位為 /minr ； 選取軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。已知伺服電機的功率為 ，電機轉(zhuǎn)速 1 1400 / minnr? ，取經(jīng)蝸輪蝸桿副傳動的效率 ?? ，蝸輪蝸 桿副的傳動比 60i? 。 刀架主軸的結(jié)構(gòu)設計計算 由刀架裝配圖可知，刀架主軸的支承方式為兩端游動支承，其一端與刀盤固連，另一端與液壓缸的活塞間隙配合，同時起到左端支承作用。 (6) 精度等級公差和表面粗糙度的確定 考慮到所設計的蝸桿傳動是動力傳動，屬于通用機械減速器，從 GB/T10089—1988圓柱蝸桿、蝸輪精度中選擇 8 級精度，側(cè)隙種類為 f，標注為 8f GB/T10089—1988。F F FNK??? 從表 118 中查得由 10 1ZCuSn P 制造的蝸輪的基本許用彎曲應力 ? ?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 根彎曲疲勞強度 湖南大學畢業(yè)設計（論文） 第 19 頁 ? ?22121 .5 3F F a FKT YYd d m ????? 當量齒數(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 ? 。 ?? Z?? ，因此以上計算的結(jié)果可用。 這時 1 / / 80 ??，從圖 1118 中可查得接觸系數(shù) 39。 應力循環(huán)次數(shù) 72 14006 0 6 0 1 1 2 0 0 0 1 . 7 1 060hN jn L? ? ? ? ? ? ? 壽命系數(shù) 78710 0 .9 41 .7 1 0HNK ??? 則 ? ? ? ?39。 5) 確定許用接觸應力 ? ?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力為 ? ?39。 ? ?