【正文】 數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機(jī)床。所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。 可以實(shí)現(xiàn)加工的柔性自動(dòng)化，從而效率比傳統(tǒng)機(jī)床提高3～7倍。 可實(shí)現(xiàn)多工序的集中，減少零件在機(jī)床間的頻繁搬運(yùn)。 因此，采用數(shù)控機(jī)床，可以降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省勞動(dòng)力（一個(gè)人可以看管多臺(tái)機(jī)床），減少工裝，縮短新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期，可對(duì)市場(chǎng)需求作出快速反應(yīng)。數(shù)控技術(shù)已經(jīng)成為制造業(yè)自動(dòng)化的核心技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)。從2005年的市場(chǎng)消費(fèi)內(nèi)容也可可看出,普通機(jī)床的市場(chǎng)份額在下降,數(shù)控機(jī)床則大幅度增長(zhǎng)，尤其是中高檔數(shù)控機(jī)床供不應(yīng)求。[2]在這樣一種背景下，我的課題選擇為設(shè)計(jì)一臺(tái)數(shù)控車床——CK20，用于對(duì)轉(zhuǎn)體零件的圓柱面、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，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量和降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。此外，力求完成課題之余，熟悉國(guó)內(nèi)外數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì),增強(qiáng)對(duì)如何發(fā)展民族數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)的感性認(rèn)識(shí)。目前，數(shù)控系統(tǒng)正處于第六代――基于PC（PC－BASED）。至少采用PC機(jī)作為它的前端機(jī)，來(lái)處理人機(jī)界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問(wèn)題，由原有的系統(tǒng)承擔(dān)數(shù)控的任務(wù)。 （2）引入專家系統(tǒng)指導(dǎo)加工 將熟練工人和專家的經(jīng)驗(yàn)，加工的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。 我國(guó)數(shù)控車床的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)研究現(xiàn)狀我國(guó)數(shù)控車床從20世紀(jì)70年代初進(jìn)入市場(chǎng)，至今通過(guò)各大機(jī)床廠家的不懈努力，通過(guò)采取與國(guó)外著名機(jī)床廠家的合作、合資、技術(shù)引進(jìn)、樣機(jī)消化吸收等措施，使得我國(guó)的機(jī)床制造水平有了很大的提高，其產(chǎn)量在金屬切削機(jī)床中占有較大的比例。 1）床身按照床身導(dǎo)軌面與水平面的相對(duì)位置，床身有圖1所示的5種布局形式。平床身工藝性好，易于加工制造。平床身斜滑板結(jié)構(gòu)，再配置上傾斜的導(dǎo)軌防護(hù)罩，這樣既保持了平床身工藝性好的優(yōu)點(diǎn)，床身寬度也不會(huì)太大。 2)導(dǎo)軌 車床的導(dǎo)軌可分為滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌兩種。但傳統(tǒng)滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦阻力大，磨損快，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)差別大，低速時(shí)易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。它們具有摩擦性能良好和使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。根據(jù)滾動(dòng)體的不同，滾動(dòng)導(dǎo)軌可分為滾珠直線導(dǎo)軌和滾柱直線導(dǎo)軌。 a)后斜床身斜滑板 b)直立床身直立滑板 c)平床身平滑板 d)前斜床身平滑板 e)平床身斜滑板 床身布局型式3）主軸傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)可分為分級(jí)變速傳動(dòng)和無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)。無(wú)級(jí)變速形式可以在一定范圍內(nèi)連續(xù)改變轉(zhuǎn)速，以便得到滿足加工要求的最佳轉(zhuǎn)速，能在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速，便于自動(dòng)變速。 與普通車床相比，數(shù)控車床的主傳動(dòng)采用交、直主軸調(diào)速電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)調(diào)速范圍大，并可無(wú)級(jí)調(diào)速，使主軸結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化。 ⑴電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng) 主軸電動(dòng)機(jī)與主軸通過(guò)聯(lián)軸器直接連接，或采用內(nèi)裝式主軸電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。這種傳動(dòng)的特點(diǎn)是主軸轉(zhuǎn)速的變化、輸出轉(zhuǎn)矩與主軸的特性完全一致。⑵采用定比傳動(dòng) 主軸電動(dòng)機(jī)經(jīng)定比傳動(dòng)給主軸。 目前，交流、直流主軸電動(dòng)機(jī)的恒功率轉(zhuǎn)速范圍一般只有24，而恒轉(zhuǎn)矩范圍則達(dá)100以上；許多大、中型機(jī)床的主軸要求有更寬的恒功率轉(zhuǎn)速范圍。所以這種變速方式多用于小型或高速數(shù)控機(jī)床。變速多采用齒輪副來(lái)實(shí)現(xiàn)，電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)變速配合變速機(jī)構(gòu)可確保主軸的功率、轉(zhuǎn)矩要求，滿足各種切削運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩輸出，特別是保證低速時(shí)的轉(zhuǎn)矩和擴(kuò)大恒功率的調(diào)速范圍。排式刀架一般用于小規(guī)格數(shù)控車床，以加工棒料或盤類零件為主。根據(jù)刀架回轉(zhuǎn)軸與安裝底面的相對(duì)位置，回轉(zhuǎn)刀架分為立式刀架和臥式刀架兩種。5）進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng) 數(shù)控車床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)一般均采用進(jìn)給伺服系統(tǒng)，按其控制方式不同可分為開(kāi)環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)。閉環(huán)系統(tǒng)中采用的位置檢測(cè)裝置有：脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、磁尺、光柵尺和激光干涉儀等。伺服電機(jī)有直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)之分。發(fā)展趨勢(shì)1）高速、高精密化 當(dāng)前機(jī)床正向高速切削、干切削和準(zhǔn)干切削方向發(fā)展，加工精度也在不斷地提高。 2）高可靠性 3）數(shù)控車床設(shè)計(jì)CAD化、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊化 采用CAD技術(shù)以替代人工完成繁瑣的繪圖工作，進(jìn)行設(shè)計(jì)方案選擇和大件整機(jī)的靜、動(dòng)態(tài)特性分析、計(jì)算、預(yù)測(cè)及優(yōu)化設(shè)計(jì)，以及對(duì)整機(jī)各工作部件進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬仿真。 4）功能復(fù)合化 擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍、提高效率，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用、一機(jī)多能，即一臺(tái)數(shù)控車床既可以實(shí)現(xiàn)車削功能，也可以實(shí)現(xiàn)銑削加工。 課題研究?jī)?nèi)容本課題設(shè)計(jì)的數(shù)控車床的主要參數(shù)如下：床身上最大回轉(zhuǎn)直徑：；溜板箱上直徑： 最大車削長(zhǎng)度：；主軸錐度：莫氏6主軸轉(zhuǎn)速：25~2500rpm（有級(jí)或無(wú)極變頻調(diào)速）；主軸功率：4Kw課題研究的主要內(nèi)容包括主軸傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、編碼盤的安裝及離合器的使用。第二步，進(jìn)工廠觀摩，大量收集國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料，吸取專家的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。選擇了SINUMERIK 802D機(jī)床微機(jī)控制系統(tǒng)。根據(jù)切削力大小及機(jī)床的變速要求，初步確定主電機(jī)型號(hào)；（3）設(shè)計(jì)主傳動(dòng)系統(tǒng)及箱體。 論文構(gòu)成本論文構(gòu)成如下：第一章闡述課題的研究背景及內(nèi)容。第三章詳細(xì)介紹液壓卡盤的設(shè)計(jì)選用。第五章提供了在本機(jī)床加工一典型零件的程序。論文最后是本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的心得和參考文獻(xiàn)。具有較高的精度和剛度、傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲低。這些自動(dòng)變速又是無(wú)級(jí)變速，以利于在一定的調(diào)速范圍內(nèi)選擇理想的切削速度，這樣有利于提高加工精度，又有利于提高切削效率。由于數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)的調(diào)速范圍較大（），單靠調(diào)速電機(jī)無(wú)法滿足這么大的調(diào)速范圍，另一方面調(diào)速電機(jī)的功率扭矩特性也難于直接與機(jī)床的功率和轉(zhuǎn)矩要求相匹配。 為簡(jiǎn)化主軸箱結(jié)構(gòu)，本方案僅采用二級(jí)機(jī)械變速機(jī)構(gòu)，：有級(jí)變速的自動(dòng)變換方法一般有液壓和電磁離合器兩種。液壓撥叉變速是一種有效的方法，工作平穩(wěn)，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 主軸傳動(dòng)圖電磁離合器是應(yīng)用電磁效應(yīng)接通或切斷運(yùn)動(dòng)的元件，由于它便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作，并有現(xiàn)成的系列產(chǎn)品可供選用，因而它已成為自動(dòng)裝置中常用的操作元件。通過(guò)若干個(gè)安裝在各傳動(dòng)軸上的離合器的吸合和分離的不同組合來(lái)改變齒輪的傳動(dòng)路線，實(shí)現(xiàn)主軸的變速。 選擇電機(jī)選擇電機(jī)應(yīng)綜合考慮的問(wèn)題(1)根據(jù)機(jī)械的負(fù)載特性和生產(chǎn)工藝對(duì)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速等要求，選擇電動(dòng)機(jī)類型。所選電動(dòng)機(jī)功率應(yīng)留有余量，～。(4)根據(jù)企業(yè)的電網(wǎng)電壓標(biāo)準(zhǔn)和對(duì)功率因素的要求，確定電動(dòng)機(jī)的電壓等級(jí)和類型。此外，還要考慮節(jié)能、可靠性、供貨情況、價(jià)格、維護(hù)等等因素[11]?？偟膩?lái)說(shuō)，選擇主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將在價(jià)格與性能之間找出一種理想的折衷[9]。下面將對(duì)各種交流主軸系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比、分析。 經(jīng)過(guò)對(duì)比分析本設(shè)計(jì)中決定采用VFNC系列變頻主軸電機(jī)。電動(dòng)機(jī)容量的選擇選擇電動(dòng)機(jī)容量就是合理確定電動(dòng)機(jī)的額定功率。電動(dòng)機(jī)發(fā)熱與其工作情況有關(guān)。（4）電動(dòng)機(jī)電壓和轉(zhuǎn)速的選擇由資料[10],表22－1－9，小功率電動(dòng)機(jī)一般選為380V電壓。 同一類型、功率相同的電動(dòng)機(jī)具有多種轉(zhuǎn)速。選用轉(zhuǎn)速低的電動(dòng)機(jī)則情況相反。本課題中數(shù)控機(jī)床的主軸的轉(zhuǎn)速范圍要求為25r/min~2500r/min。V帶輪傳動(dòng)比確定為，I軸上齒輪傳動(dòng)比確定為，II軸上兩對(duì)直齒輪的傳動(dòng)比分別為，所以兩條傳動(dòng)鏈中，高速傳動(dòng)鏈傳動(dòng)比4，低速傳動(dòng)鏈傳動(dòng)比，由此可得電機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍：（5）確定電機(jī)的型號(hào)由前面信息，可選取VFNC系列變頻主軸電機(jī)型號(hào)VFNC 。2. 恒功率范圍寬，可實(shí)現(xiàn)1:6倍恒功率設(shè)計(jì)3. （是我司“基頻制設(shè)計(jì)原理”在機(jī)床主軸電機(jī)上的成功應(yīng)用），達(dá)成低速力矩大，確保低速?gòu)?qiáng)力切削，超寬恒功率調(diào)速范圍，保障高速切削光潔度。電機(jī)參數(shù)如下表所示： 電機(jī)參數(shù)型號(hào)S1100%連續(xù)額定S650% ED轉(zhuǎn)動(dòng)慣量G（）恒轉(zhuǎn)矩范圍恒功率范圍額定功率Kw額定電流A額定轉(zhuǎn)矩Nm額定功率Kw額定電流A額定轉(zhuǎn)矩Nm，30~1000r/minS1100%,1000~6000 r/minS650%,1000~4500 r/minVFNC 5474機(jī)座長(zhǎng)為470mm，電機(jī)軸徑為，軸伸為60mm，中心高115mm，其余安裝尺寸及其外形由資料[7]得。取，則對(duì)于數(shù)控車床，為了加工端面時(shí)滿足恒線速度切削的要求，應(yīng)使轉(zhuǎn)速有一些重復(fù)，故取Z=2故前面?zhèn)鲃?dòng)比分配可取。根據(jù)工作原理可分為兩類：摩擦帶傳動(dòng)和嚙合帶傳動(dòng)。 普通V帶傳動(dòng)是常見(jiàn)的帶傳動(dòng)形式，其結(jié)構(gòu)為：承載層為繩芯或膠簾布，楔角為40176。其特點(diǎn)為：當(dāng)量摩擦系數(shù)大，工作面與輪槽粘附著好，允許包角小、傳動(dòng)比大、預(yù)緊力小。其應(yīng)用于：帶速V≤25～30m/s。傳動(dòng)比i≤10軸間距小的傳動(dòng)。 保證帶在工作中不打滑的前提下能傳遞最大功率，并具有一定的疲勞強(qiáng)度和使用壽命是V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，也是靠摩擦傳動(dòng)的其它帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)算帶速傳V：1初選帶輪的基準(zhǔn)直徑由表86和表88確定：取小帶輪直徑=125mm2驗(yàn)算帶速V：因?yàn)?m/sV30m/s,故帶速合適。=i?=125=300mm根據(jù)表88圓整為=315mm確定V帶的中心距a和基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld 1初定帶輪距得： 即: 初取 2計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長(zhǎng)度：由表82選帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld=1800mm3計(jì)算實(shí)際中心距：安裝時(shí)所需最小軸間距：張緊或補(bǔ)償伸長(zhǎng)所需最大軸間距：(5)驗(yàn)算小帶輪包角：所以小帶輪包角合適。1單根V帶的基本額定功率：根據(jù)dd1和=1000r/min查表84a得基本額定功率=。取 根。 I軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（如無(wú)特殊說(shuō)明，本小節(jié)公式均出自資料[14]）I軸上的零件主要是齒輪1。,精度等級(jí),材料及齒數(shù).根據(jù)選定的傳動(dòng)方案,選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng).（1）本次設(shè)計(jì)屬于金屬切削機(jī)床類,一般齒輪傳動(dòng),故選用6級(jí)精度.（2）(調(diào)質(zhì)),硬度為280HBS,大齒輪材料為45鋼(調(diào)質(zhì))硬度為240HBS,二者材料硬度差為40HBS.（3）選小齒輪齒數(shù)大齒輪齒數(shù) 由設(shè)計(jì)計(jì)算公式(109a)進(jìn)行試算,即：