【正文】 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。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)控車床，但各有分工。在設(shè)計(jì)中得到鄧?yán)蠋熌托牡闹笇?dǎo)和同學(xué)的熱心幫助才使得這次畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠完滿完成，同時(shí)也鞏固了我所學(xué)的知識(shí)，作為大學(xué)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(xué)到了不少的知識(shí)。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。 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(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。在每一個(gè)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(chǔ)。系統(tǒng)不再需要電池，免維護(hù)設(shè)計(jì)。 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) 。 SINUMERIK 802C base line 提供傳統(tǒng)的 177。輸出同時(shí)工作系數(shù)為 時(shí)負(fù)載能力可達(dá) 。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。 802C base line 控制單元和操作面板 SINUMERIK 802C base line 是專門為中國(guó)數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)而開發(fā)的經(jīng)濟(jì)型 CNC 控制系統(tǒng)。系統(tǒng)可與計(jì)算機(jī)通訊，編輯、保存和傳輸應(yīng)用程序。它將CNC（數(shù)控）、 PLC（可編程控制器）、 HMI（人機(jī)界面）和通訊任務(wù)集成于一體，可控制 3 個(gè)伺服電機(jī)進(jìn)給軸和 1 個(gè)伺服或變頻主軸，系統(tǒng) PLC 可直接應(yīng)用 SIMATIC S7200指令集。 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)。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)，滿足不同類型數(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。 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 28 頁(yè) 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(shì) 從 1952 年美國(guó)麻省理工學(xué)院研制出第一臺(tái)試驗(yàn)性數(shù)控系統(tǒng)，到現(xiàn)在已走過了 46 年歷程。 當(dāng)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(jìn)入液壓腔右腔，實(shí)現(xiàn)頂緊動(dòng)作，油液則經(jīng)液壓缸左腔直接流回油箱。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。當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出刀盤鎖緊動(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)刀盤鎖緊動(dòng)作。刀盤的松開與夾緊，由 1 個(gè)二位四通電磁 換向 閥 3 控制， 當(dāng)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(jìn)入液壓缸的左腔，推動(dòng)液壓缸活塞向右運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)刀盤抬起動(dòng)作。 支路上的壓力繼電器 5 用于測(cè)定卡盤的夾緊力是否達(dá)到要求，只有 卡盤 在夾緊狀態(tài)下的夾緊力達(dá)到設(shè)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(hào)，說明工件夾緊可靠，數(shù)控車床才進(jìn)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 27 頁(yè) 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(gè)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(dòng)作，在夾緊缸進(jìn)口處裝一壓力繼電器，只有當(dāng)夾緊壓力達(dá)到壓力繼電器的調(diào)節(jié)壓力時(shí)，才能發(fā)出信號(hào)，車床才能進(jìn)行切削加工 [18]。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。 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。由相關(guān)資料可知，當(dāng) ?? 時(shí)，一般取 / ? 。 對(duì)于單活塞桿缸來說，當(dāng)液壓油進(jìn)入油腔時(shí) 24qDd???? 式中 q輸入液壓缸的流量； ?液壓缸活塞的運(yùn)動(dòng)速度； 設(shè)液壓缸 活塞的往復(fù)速度比值為 ? ，即： 12/? ? ?? 。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]。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]。 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(jì)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(shè)液壓系統(tǒng)管道的總長(zhǎng)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(dòng)機(jī)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(jì)算管徑，再按與標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)足夠大，以減少油的壓力損失。 代入上式得 39。QA?? 式中 ?活塞運(yùn)動(dòng)速度； A 活塞有效工作面積。 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。 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)。液壓缸 活塞的有效工作面積設(shè)定為 ? ；則該刀架液壓缸的工作壓力 0 ap Mp? 。 油泵電動(dòng)機(jī)功率的選擇計(jì)算 1） 油泵工作壓力的計(jì)算 油泵工作壓力 sp 應(yīng)等于液壓缸的工作壓力 0p 和油液在管道中流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的壓力損 失 p? 之和。因而被廣泛用于數(shù)控機(jī)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(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。 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 21 頁(yè) 圖 刀架主軸結(jié)構(gòu)圖 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 22 頁(yè) 3 車床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算 刀架液壓控制系統(tǒng)液壓泵及油泵電動(dòng)機(jī)的選擇計(jì)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(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)車床在切削加工時(shí)， 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(qiáng)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(huì)不同； P為軸傳遞的功率，單位為 kW ； d為計(jì)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(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? 。 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。 (6) 精度等級(jí)公差和表面粗糙度的確定 考慮到所設(shè)計(jì)的蝸桿傳動(dòng)是動(dòng)力傳動(dòng)，屬于通用機(jī)械減速器，從 GB/T10089—1988圓柱蝸桿、蝸輪精度中選擇 8 級(jí)精度，側(cè)隙種類為 f，標(biāo)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(yīng)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(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 ? 。 ?? Z?? ，因此以上計(jì)算的結(jié)果可用。這時(shí) 1 / / 80 ??，從圖 1118 中可查得接觸系數(shù) 39。 應(yīng)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(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。 ? ?23 2 EHZZa KT ????