【正文】 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。目前已新開(kāi)發(fā)出數(shù)控系統(tǒng) 80 余種，分為 3 種型級(jí)，即經(jīng)濟(jì)型，普及型和高級(jí)型。它們逐漸被用戶認(rèn)可，在市場(chǎng)上站住了腳 [3]。 “十五 ”攻關(guān)開(kāi)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(guó)自主版機(jī)的數(shù)控技術(shù)平臺(tái)。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)。為了跟蹤國(guó)外現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展，北京機(jī)床研究所研制出了 JCSFMS1 型和 2 型的柔性制造單元和柔性制造系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床品種不斷增多，規(guī)格齊全。與此同時(shí)，還自行開(kāi)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(guó)數(shù)控機(jī)床穩(wěn)定發(fā)展，使我國(guó)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。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。 CIL—18 晶體管數(shù)控系統(tǒng)及 Z53K—1G 立式數(shù)控銑床。 1965 年，國(guó)內(nèi)開(kāi)始研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)。 我國(guó)從 1958 年開(kāi)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(kāi)發(fā)時(shí)期。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)。 1970 年前后，美國(guó)英特爾公司開(kāi)發(fā)和使用了微處理器。 1967 年，英國(guó)首先把幾臺(tái)數(shù)控機(jī)床聯(lián)接成具有柔性的加工系統(tǒng)，這就是最 初的 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 頁(yè) FMS(Flexible Manufacturing System，柔性制造系統(tǒng) )。 從 1960 年開(kāi)始，德國(guó)，日本等先進(jìn)工業(yè)國(guó)家都陸續(xù)開(kāi)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。 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。 1959 年，計(jì)算機(jī)行業(yè)研制出晶體管元器件，因而數(shù)控裝置中廣泛采用晶體管和印制電路板，從而跨入第二代數(shù)控時(shí)代。 1958 年，美國(guó)克耐 ? 杜列克公司 (Keaney amp。 1953 年，美國(guó)空軍與麻省理工學(xué)院協(xié)作，開(kāi)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(kāi)始。 國(guó)內(nèi)外 數(shù)控車床的 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。 因此，要縮小我國(guó)同工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的差距 ,我們必須在 機(jī)械制造裝備方面大下功夫，其中最重要的一個(gè)方面就是增加數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造裝備中的比重 [1]。 工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都非常注重機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，為了用先進(jìn)技術(shù)和工藝裝備制造業(yè)，機(jī)械制造裝備工業(yè)得到先發(fā)展。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(lái)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。 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。 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1 頁(yè) 1 引言 裝配圖聯(lián)系 153893706 畢業(yè)設(shè)計(jì)的 背景 及目的 制造業(yè)是一個(gè)國(guó)家或地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱，其發(fā)展水平標(biāo)志著該國(guó)或地區(qū)經(jīng)濟(jì)的實(shí)力，科技水平，生活水準(zhǔn)和國(guó)防實(shí)力。國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)歸根到底是各國(guó)制造生產(chǎn)能力 及機(jī)械制造裝備的競(jìng)爭(zhēng)。在 70 年代主要通過(guò)改善生產(chǎn)過(guò)程管理來(lái)進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低成本。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]。對(duì)比之下，我國(guó)目前機(jī)械制造業(yè)的裝備水平還比較落后，表現(xiàn)在大部分工廠的機(jī)械制造裝備基本上是通用機(jī)床加專用工藝裝備，數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造裝備中的比重還非常低，導(dǎo)致 “剛性 ”強(qiáng) ,更新產(chǎn)品速度慢，生產(chǎn)批量不宜太小，生產(chǎn)品種不宜過(guò)多；自動(dòng)化程度基本上還是 “一個(gè)工人，一把刀，一臺(tái)機(jī)床 ”，導(dǎo)致勞動(dòng)生產(chǎn)率低下，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。 通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，可以達(dá)到以下目的： 1，培養(yǎng)綜合運(yùn)用專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)技能來(lái)解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力； 2，強(qiáng)化工程實(shí)踐能力和意識(shí) ,提高本人綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力； 3，使本人受到從事本專業(yè)工程技術(shù)和科學(xué)研究工作的基本訓(xùn)練 ,提高工程繪圖、 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2 頁(yè) 計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、外文資料文獻(xiàn)閱讀、使用計(jì)算機(jī)、使用文獻(xiàn)資和手冊(cè)、文字表達(dá)等各方面的能力； 4，培養(yǎng)正確的設(shè)計(jì)思想和工程經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)，理論聯(lián)系實(shí)際的工作作風(fēng)，嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度以及積極向上的團(tuán)隊(duì)合作 精神。經(jīng)過(guò)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]。 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。Trecker Co.)在世界上首先研制成功帶自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床，稱為 ”加工中心 ”。同時(shí)美國(guó)航空工業(yè)協(xié)會(huì) (AIA)和麻省理工學(xué)院發(fā)展了 APT 程序語(yǔ)言。除了 APT 數(shù)控語(yǔ)言外，又發(fā)展了許多自動(dòng)騙程語(yǔ)言。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】 。之后，美，歐，日也相繼進(jìn)行開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。 1974 年美，日等國(guó)首先研制出以微處理器為核心的數(shù)控系統(tǒng)。 20 世紀(jì) 80 年代初，國(guó)際上又出現(xiàn)了柔性制造單元 FMC(Fleibie—Manufacturing Cell) [3]。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。 20 世紀(jì) 60 年代末至 70 年代初研制成了劈錐數(shù)控銑床，數(shù)控非圓齒輪插齒機(jī)。 從 20 世紀(jì) 70 年代開(kāi)始 ,數(shù)控技術(shù)在車，銑 ，鏜 ,磨，齒輪加工，電加工等領(lǐng)域全面展開(kāi)，數(shù)控加工中心在上海，北京研制成功。 20 世紀(jì) 80 年代，我國(guó)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(guó) GE 公司的 MCI 系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng)，德國(guó)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。 1985 年，我國(guó)數(shù)控機(jī)床的品種有了新的發(fā)展。許多技術(shù)復(fù)雜的大型數(shù)控機(jī)床， 重型數(shù)控機(jī)床都相繼研制出來(lái)。這個(gè)時(shí)期，我國(guó)在引進(jìn)，消化國(guó)外技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了大量開(kāi)發(fā)工作。 我國(guó)的數(shù)控技術(shù)經(jīng)過(guò) “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(kāi)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)。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。 目前我國(guó)數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)廠有 100 多家，生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床配套產(chǎn)品的企業(yè)有 300 余家，產(chǎn)品品種包括八大類 2021 種以上?！熬盼濉逼陂g數(shù)控機(jī)床發(fā)展已進(jìn)入實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化階段，數(shù)控機(jī)床新開(kāi)發(fā)品種 300 余種，已有一定的覆蓋面。 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。本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容為： 1，數(shù)控車床 CK20 總體布局的設(shè)計(jì)； 2，數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及總裝圖的繪制； 3，數(shù)控車床刀架，液壓夾盤，尾座套 筒等部分液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)； 4，數(shù)控車床數(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。通過(guò)廣泛查閱文獻(xiàn)資料，參觀數(shù)控車床實(shí)物樣機(jī)以及組內(nèi)同學(xué)相互討論等途徑，擬定了如下的研究手段： (1)，本次研究的數(shù)控車床床身采用臥式斜床身結(jié)構(gòu)。床身的結(jié)構(gòu)對(duì)車床的布局有很大的影響。一般來(lái)說(shuō)，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。平床身工藝性好，易于加工制造，由于車床刀架水平放置，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。斜床身和平床身斜滑板結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代數(shù)控車床中被廣泛采用，是因?yàn)檫@種布局有以下的優(yōu)點(diǎn)： 1） 易實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化； 2） 機(jī)床外觀整齊 ,美觀 ,占地面積小； 3） 容易設(shè)置封閉式防護(hù)裝置； 4） 容易排屑和安裝自支排屑器； 5） 從工件上切下的熾熱切屑不至于堆積在導(dǎo)軌上影響導(dǎo)軌精度； 6） 宜人性好 ,便于操作； 7） 便于安裝機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化?；剞D(zhuǎn)刀架的換刀分為刀盤抬起、刀架鎖緊和刀盤轉(zhuǎn)位三個(gè)動(dòng)作。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。 圖 回轉(zhuǎn)刀架示意圖 (3)，本車床數(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。 3） 全自動(dòng)化工廠生制造。 5） 數(shù)字式進(jìn)給伺服和數(shù)字式主軸驅(qū)動(dòng) [4]。因?yàn)橐簤嚎刂凭哂胁?作方便，工作可靠等特點(diǎn)。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)。加 工中心則進(jìn)一步采用了刀庫(kù)和換刀機(jī)械手，定現(xiàn)了大容量存儲(chǔ)刀具和自動(dòng)交換刀具的功能，這種刀庫(kù)安放刀具的數(shù)量從幾十把到上百把，自動(dòng)交換刀具的時(shí)間從十幾秒減少到幾秒甚至零點(diǎn)幾秒。 機(jī)床刀架的類型 按換刀方式的不同，數(shù)控車床的刀架系統(tǒng)主要有回轉(zhuǎn)刀架、排式刀架和帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀裝置等多種形式 ,下面對(duì)這三種形式的刀架作簡(jiǎn)單的介紹。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。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，一把刀具完成車削任務(wù)后，橫向滑板只要按程序沿 X 軸移動(dòng)預(yù)先設(shè)定的距離后，第二把刀就到達(dá)加工位置，這樣就完成了機(jī)床的換刀動(dòng)作。寶雞機(jī)床廠生產(chǎn)的 CK7620P 全功能數(shù)控車床配置的就是排式刀架?；剞D(zhuǎn)刀架的換刀動(dòng)作可分為刀架抬起、刀架轉(zhuǎn)位和刀架鎖緊等幾個(gè)步驟?；剞D(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。當(dāng)由于某種原因需要數(shù)量較多的刀具時(shí)，應(yīng)采用帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀裝置。 (a)回轉(zhuǎn)刀架 (b) 排式刀架 圖 機(jī)床刀架類型結(jié)構(gòu)圖 機(jī)床刀架應(yīng)滿足的要求 1）滿足工藝過(guò)程所提出的要求。 2）在刀架以要 能牢固地安裝刀具，在刀架上安裝刀具進(jìn)還應(yīng)能精確地調(diào)整刀具的 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 9 頁(yè) 位置，采用自動(dòng)交換刀具時(shí)，應(yīng)能保證刀具交換前后都能處于正確位置。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。 3）刀架應(yīng)具有足夠的剛度?？紤]到采用新型刀具材料和先進(jìn)的 切削用量，所以刀架必須具有足夠的剛度，以使切削過(guò)程和換刀過(guò)程平穩(wěn)。由于刀架在機(jī)床工作過(guò)程中，使用次數(shù)很多，而且使用頻率也高，所以必須充分重視它的可靠性。目前自動(dòng)換刀裝置的換刀時(shí)間在 —6 秒之間不等。 6）操作方便和安全。刀架上應(yīng)便于工人裝刀和調(diào)刀，切屑流出方向不能朝向 工人，而且操作調(diào)整刀架的手柄（或手輪）要省力，應(yīng)盡量設(shè)置在便于操作的地方 [6]。根據(jù)前部分對(duì)機(jī)床刀架類型、性能及其使用場(chǎng)合的綜合比較，并結(jié)合現(xiàn)有數(shù)控車床的實(shí)例，本次設(shè)計(jì)的數(shù)控車床 CK20 擬采用回轉(zhuǎn)刀架中的六工位六方刀架。 車床刀架的轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 一般來(lái)說(shuō)，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 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 10 頁(yè) 穩(wěn)，結(jié)構(gòu)尺寸較小，制造容易，因而應(yīng)用較廣泛。也有采用氣動(dòng)的，氣動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)