2075 CW6163型臥式車床的數(shù)控化改造總體設(shè)計(jì)及自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì)
2075 CW6163型臥式車床的數(shù)控化改造總體設(shè)計(jì)及自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì),cw6163,臥式,車床,數(shù)控,改造,總體,整體,設(shè)計(jì),自動(dòng),回轉(zhuǎn),刀架
XX 大學(xué)畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）題 目：CW6163 型臥式車床的數(shù)控化改造總體設(shè)計(jì)及自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì)院 （系）： 專 業(yè)： 班 級(jí)： 學(xué)生姓名： 導(dǎo)師姓名： 職稱： 起止時(shí)間： 摘 要隨著當(dāng)今工業(yè)設(shè)備對精密程度的要求越來越高，對機(jī)械加工設(shè)備的加工精密程度也要求越來越高。而在中國的機(jī)械加工設(shè)備的車床中普通車床占了很大比例。這已經(jīng)越來越制約著當(dāng)今工業(yè)的發(fā)展。而數(shù)控機(jī)床由于價(jià)格昂貴，且需要較高技術(shù)的加工工人。所以對機(jī)床進(jìn)行自動(dòng)化改造很是必要。本篇論文是在對普通臥式車床CW6163 的基礎(chǔ)上對其進(jìn)行自動(dòng)化改造。關(guān)鍵詞：機(jī)床改造； 自動(dòng)化機(jī)床； 控制系統(tǒng)ABSTRACTWith the development of industry equipment, the precision required of industry equipment is more and more high. The more and more precision of equipment which machined the industry equipment is required. But in China the common lathe have a very great comparison in the machined equipment, this already restrict the development of industrial nowadays. But the CN lathe is more expensive, and needed workers with higher technically. So it is a necessity very much to modify the common lathe to lathes automatic. This paper is in the foundation of the commonness horizontal lather CW6163 and modified it to Lathes automatic.Key words: Machinery Tool Reform； Lathes automatic； Servo system目 錄前 言 ..............................................................1第 一 章 緒 論 .......................................................31.1 國 內(nèi) 外 數(shù) 控 車 床 的 研 究 狀 況 與 成 果 .............................31.2 數(shù) 控 刀 架 的 發(fā) 展 趨 勢 .........................................4第 二 章 數(shù) 控 車 床 自 動(dòng) 換 刀 裝 置 .......................................52.1 概 述 .......................................................52.2 ATC 刀 具 自 動(dòng) 換 刀 形 式 .......................................62.3 數(shù) 控 車 床 刀 架 的 功 能 、 類 型 和 滿 足 的 要 求 ......................72.3.1 數(shù) 控 車 床 刀 架 的 功 能 ....................................82.3.2 數(shù) 控 機(jī) 床 刀 架 的 類 型 ....................................82.3.3 數(shù) 控 機(jī) 床 刀 架 應(yīng) 滿 足 的 要 求 ..............................9第 三 章 車 削 中 心 動(dòng) 力 刀 架 總 體 方 案 設(shè) 計(jì) ..............................113.1 調(diào) 查 研 究 與 資 料 收 集 ........................................113.1.1 課 題 的 調(diào) 查 研 究 ........................................113.1.2 資 料 收 集 .............................................113.2 動(dòng) 力 刀 架 的 整 體 方 案 設(shè) 計(jì) 與 選 擇 ..............................113.2.1 動(dòng) 力 刀 架 的 整 體 方 案 設(shè) 計(jì) ..............................113.2.2 液 壓 驅(qū) 動(dòng) 的 刀 架 工 作 原 理 ...............................123.2.3 刀 架 定 位 精 度 及 重 復(fù) 定 位 精 度 ..........................133.3 動(dòng) 力 刀 架 傳 動(dòng) 部 分 方 案 設(shè) 計(jì) ..................................133.4 動(dòng) 力 刀 架 的 分 度 機(jī) 構(gòu) 方 案 設(shè) 計(jì) ...............................143.5 動(dòng) 力 刀 架 動(dòng) 力 刀 具 方 案 設(shè) 計(jì) ..................................153.5.1 齒 輪 傳 動(dòng) 的 分 類 和 特 點(diǎn) ................................163.5.2 齒 輪 傳 動(dòng) 類 型 選 擇 的 原 則 ..............................17第 四 章 典 型 零 件 的 設(shè) 計(jì) 和 選 用 ......................................184.1 動(dòng) 力 刀 架 傳 動(dòng) 部 分 ........................................184.1.1 刀 架 軸 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 及 計(jì) 算 ..............................184.1.2 液 壓 缸 的 設(shè) 計(jì) .......................................194.1.2.1 選 擇 液 壓 缸 類 型 .................................194.1.2.2 液 壓 缸 內(nèi) 徑 D 和 活 塞 直 徑 d 的 計(jì) 算 .................204.1.3 碟 形 彈 簧 的 計(jì) 算 及 選 用 ................................214.1.4 軸 承 的 選 用 .........................................224.1.5 端 齒 盤 的 選 用 .......................................234.1.5.1 端 齒 盤 的 應(yīng) 用 ...................................234.1.5.2 端 齒 盤 的 特 點(diǎn) ...................................244.1.5.3 端 齒 盤 的 設(shè) 計(jì) ...................................244.2 動(dòng) 力 刀 架 的 分 度 機(jī) 構(gòu) 部 分 ...................................254.2.1 伺 服 電 機(jī) 的 選 用 .......................................254.2.1.1 伺 服 電 機(jī) 的 分 類 .................................264.2.1.2 伺 服 電 機(jī) 的 一 般 選 擇 原 則 .........................264.2.1.3 伺 服 電 機(jī) 的 選 用 .................................264.2.2 凸 輪 機(jī) 構(gòu) 的 選 用 及 計(jì) 算 .................................304.2.2.1 凸 輪 式 間 歇 運(yùn) 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 的 特 點(diǎn) 及 應(yīng) 用 .................304.2.2.2 圓 柱 凸 輪 分 度 機(jī) 構(gòu) 參 數(shù) 確 定 .......................314.3 動(dòng) 力 刀 架 動(dòng) 力 刀 具 部 分 ....................................314.3.1 交 流 伺 服 電 動(dòng) 機(jī) 的 選 擇 .................................324.3.1.1 概 述 ...........................................324.3.1.2 伺 服 電 機(jī) 的 性 能 .................................324.3.2 齒 輪 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 及 選 用 .................................334.3.3 軸 承 的 選 用 .........................................35第 六 章 總 結(jié) ......................................................42致 謝 .............................................................43參 考 文 獻(xiàn) ： .......................................................44第 一 章 緒 論1.1 本文選題的背景及意義1.1.1 概述整 個(gè) 人 類 社 會(huì) 的 文 明 史 ， 就 是 制 造 技 術(shù) 不 斷 演 變 和 發(fā) 展 的 歷 史 。 任 何 國 家的 制 造 業(yè) 都 是 國 民 經(jīng) 濟(jì) 的 基 礎(chǔ) 產(chǎn) 業(yè) ， 也 是 國 民 經(jīng) 濟(jì) 的 主 要 來 源 。 沒 有 發(fā) 達(dá) 的 制造 業(yè) ， 就 不 可 能 有 國 家 真 正 的 繁 榮 和 強(qiáng) 大 。 制 造 技 術(shù) 是 制 造 業(yè) 的 技 術(shù) 支 柱 ， 是一 個(gè) 國 家 科 技 水 平 、 綜 合 國 力 的 重 要 體 現(xiàn) ， 制 造 技 術(shù) 的 發(fā) 展 是 一 個(gè) 國 家 經(jīng) 濟(jì) 增長 的 根 本 動(dòng) 力 。 而 制 造 業(yè) 中 機(jī) 床 是 其 基 礎(chǔ) 裝 備 。 我 國 是 一 個(gè) 機(jī) 床 大 國 ， 有 三 百多 萬 臺(tái) 普 通 機(jī) 床 。 但 機(jī) 床 的 素 質(zhì) 差 ， 性 能 落 后 ， 單 臺(tái) 機(jī) 床 的 平 均 產(chǎn) 值 只 有 先 進(jìn)工 業(yè) 國 家 的 1/10 左 右 ， 差 距 太 大 ， 急 待 改 造 。 舊 機(jī) 床 的 數(shù) 控 化 改 造 ， 顧 名 思 義就 是 在 普 通 機(jī) 床 上 增 加 微 機(jī) 控 制 裝 置 ， 使 其 具 有 一 定 的 自 動(dòng) 化 能 力 ， 以 實(shí) 現(xiàn) 預(yù)定 的 加 工 工 藝 目 標(biāo) 。 隨 著 數(shù) 控 機(jī) 床 越 來 越 多 的 普 及 應(yīng) 用 ， 數(shù) 控 機(jī) 床 的 技 術(shù) 經(jīng) 濟(jì)效 益 為 大 家 所 理 解 。 在 國 內(nèi) 工 廠 的 技 術(shù) 改 造 中 ， 機(jī) 床 的 微 機(jī) 數(shù) 控 化 改 造 已 成 為重 要 方 面 。 許 多 工 廠 一 面 購 置 數(shù) 控 機(jī) 床 一 面 利 用 數(shù) 控 、 數(shù) 顯 、 PC 技 術(shù) 改 造 普通 機(jī) 床 ， 并 取 得 了 良 好 的 經(jīng) 濟(jì) 效 益 。 我 國 經(jīng) 濟(jì) 資 源 有 限 ， 國 家 大 ， 機(jī) 床 需 要 量大 ， 因 此 不 可 能 拿 出 相 當(dāng) 大 的 資 金 去 購 買 新 型 的 數(shù) 控 機(jī) 床 ， 而 我 國 的 舊 機(jī) 床 很多 ， 用 經(jīng) 濟(jì) 型 數(shù) 控 系 統(tǒng) 改 造 普 通 機(jī) 床 ， 在 投 資 少 的 情 況 下 ， 使 其 既 能 滿 足 加 工的 需 要 ， 又 能 提 高 機(jī) 床 的 自 動(dòng) 化 程 度 ， 比 較 符 合 我 國 的 國 情 。 1984 年 ， 我 國開 始 生 產(chǎn) 經(jīng) 濟(jì) 型 數(shù) 控 系 統(tǒng) ， 并 用 于 改 造 舊 機(jī) 床 。 到 目 前 為 止 ， 已 有 很 多 廠 家 生產(chǎn) 經(jīng) 濟(jì) 型 數(shù) 控 系 統(tǒng) 。 可 以 預(yù) 料 ， 今 后 機(jī) 床 的 經(jīng) 濟(jì) 型 數(shù) 控 化 改 造 將 迅 速 發(fā) 展 和 普及 。1.1.2 數(shù)控機(jī)床的優(yōu)越性數(shù)控機(jī)床是綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、自動(dòng)檢測及精密機(jī)械等高新技術(shù)的產(chǎn)物,是技術(shù)密集度及自動(dòng)化程度很高的典型機(jī)電一體化加工設(shè)備。它與普通機(jī)床相比,其優(yōu)越性是顯而易見的,不僅零件加工精度高,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,且自動(dòng)化程度極高,可減輕工人的體力勞動(dòng)強(qiáng)度,大大提高了生產(chǎn)效率,特別值得一提的是數(shù)控機(jī)床可完成普通機(jī)床難以完成或根本不能加工的復(fù)雜曲面的零件加工,因而數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)中的地位愈來愈顯得重要。1.1.3 數(shù)控機(jī)床在我國的發(fā)展現(xiàn)狀我國是世界上機(jī)床產(chǎn)量最多的國家，但在國際市場競爭中仍處于較低水平；即使國內(nèi)市場也面臨著嚴(yán)峻的形勢,一方面國內(nèi)市場對各類機(jī)床產(chǎn)品特別是數(shù)控機(jī)床有大量的需求,而另一方面卻有不少國產(chǎn)機(jī)床滯銷積壓,國外機(jī)床產(chǎn)品充斥市場。90年國外數(shù)控機(jī)床在我國市場的占有率僅達(dá) 15%左右,而 95 年已達(dá) 77%。嚴(yán)重影響我國數(shù)控機(jī)床自主發(fā)展的勢頭。這種現(xiàn)象的出現(xiàn),除了有經(jīng)營上、產(chǎn)品制造質(zhì)量上和促銷手段上等原因外,一個(gè)主要的原因是我國生產(chǎn)的數(shù)控機(jī)床品種、性能和結(jié)構(gòu)不夠先進(jìn),新產(chǎn)品(包括基型、變型和專用機(jī)床)的開發(fā)周期長,從而不能及時(shí)針對用戶的需求提供滿意的產(chǎn)品。具體地說,這個(gè)問題反映在下列五個(gè)方面:(1) 我國機(jī)床廠目前開發(fā)基型產(chǎn)品的周期約為 15～18 個(gè)月,其中設(shè)計(jì)時(shí)間約為 5～8 個(gè)月,占總周期的 40%左右。而國外一些先進(jìn)機(jī)床廠同類基型產(chǎn)品的開發(fā)周期為 6～9 個(gè)月,其中設(shè)計(jì)約 1.5～2 個(gè)月,只占 25%。因此無論是產(chǎn)品開發(fā)的總周期還是設(shè)計(jì)所占的時(shí)間比例均與國外先進(jìn)水平有很大的差距。(2) 我國工廠由于缺乏設(shè)計(jì)的科學(xué)分析工具(如分析和評(píng)價(jià)軟件、整機(jī)結(jié)構(gòu)有限元分析方法以及機(jī)床性能測試裝置等),自行開發(fā)的新產(chǎn)品大多基于直觀經(jīng)驗(yàn)和類比設(shè)計(jì),使設(shè)計(jì)一次成功的把握性降低,往往需要反復(fù)試制才能定型,從而可能錯(cuò)過新產(chǎn)品推向市場的良機(jī)。(3) 用戶根據(jù)使用需要,在訂貨時(shí)往往提出一些特殊要求,甚至在產(chǎn)品即將投產(chǎn)時(shí)有的用戶臨時(shí)提出一些要求,這就需要迅速變型設(shè)計(jì)和修改相應(yīng)的圖紙及技術(shù)文件。在國外,這項(xiàng)修改工作在計(jì)算機(jī)的輔助下一般僅需數(shù)天至一周,而在我國機(jī)床廠用手工操作就至少需 1～2 個(gè)月,且由于這些圖紙和文件涉及多個(gè)部門,常會(huì)出現(xiàn)漏改和失誤的現(xiàn)象,影響了產(chǎn)品的質(zhì)量和交貨期。(4) 現(xiàn)在我國工廠設(shè)計(jì)和工藝人員中青年占多數(shù),他們的專業(yè)知識(shí)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)不足, 又擔(dān)負(fù)著開發(fā)的重任。(5)由于長期以來形成的設(shè)計(jì)、工藝和制造部門分立,缺乏有效的協(xié)同開發(fā)的模式,不能從制訂方案開始就融入各方面的正確意見,容易造成產(chǎn)品的反復(fù)修改,延長了開發(fā)的周期。為解決這些問題,必須對產(chǎn)品開發(fā)的整個(gè)過程綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù),發(fā)展優(yōu)化和仿真技術(shù),提高產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性能,并建立起基于并行工程(Concurrent Engineering)的使設(shè)計(jì)、工藝和制造人員協(xié)同工作和知識(shí)共享的產(chǎn)品虛擬開發(fā)環(huán)境,使用相應(yīng)的產(chǎn)品虛擬開發(fā)軟件，這樣才能有效地解決產(chǎn)品開發(fā)的落后局面,使企業(yè)取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。1.1.4 機(jī)床數(shù)控化改造的必要性我國目前機(jī)床總量 380 余萬臺(tái)，而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有 11.34 萬臺(tái)，即我國機(jī)床數(shù)控化率不到 3%。近 10 年來，我國數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量約為 0.6～0.8 萬臺(tái)，年產(chǎn)值約為 18 億元。機(jī)床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為 6%。我國機(jī)床役齡 10 年以上的占 60%以上；10 年以下的機(jī)床中，自動(dòng)/半自動(dòng)機(jī)床不到 20%，F(xiàn)MC/FMS 等自動(dòng)化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國和日本自動(dòng)和半自動(dòng)機(jī)床占 60%以上） ?？梢娢覀兊拇蠖鄶?shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機(jī)床，而且半數(shù)以上是役齡在 10 年以上的舊機(jī)床。用這種裝備加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展。所以必須大力提高機(jī)床的數(shù)控化率。 經(jīng)過大量實(shí)踐證明普通機(jī)床數(shù)控化改造具有一定經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性和穩(wěn)定性。所以很多企業(yè)紛紛將現(xiàn)有機(jī)床改造成經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，這種做法具有投資少、見效快的特點(diǎn)。事實(shí)證明：用較少的資金，將普通機(jī)床改造升級(jí)為數(shù)控機(jī)床，可以為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。1.2 機(jī)床數(shù)控技術(shù)的基本概念1.2.1 數(shù)控機(jī)床和數(shù)控技術(shù)數(shù) 控 技 術(shù) 及 數(shù) 控 機(jī) 床 在 當(dāng) 今 機(jī) 械 制 造 業(yè) 中 的 重 要 地 位 和 巨 大 效 益 ， 顯 示 了 其在 國 家 基 礎(chǔ) 工 業(yè) 現(xiàn) 代 化 中 的 戰(zhàn) 略 性 作 用 ， 并 已 成 為 傳 統(tǒng) 機(jī) 械 制 造 工 業(yè) 提 升 改 造和 實(shí) 現(xiàn) 自 動(dòng) 化 、 柔 性 化 、 集 成 化 生 產(chǎn) 的 重 要 手 段 和 標(biāo) 志 。 數(shù) 控 技 術(shù) 及 數(shù) 控 機(jī) 床的 廣 泛 應(yīng) 用 ， 給 機(jī) 械 制 造 業(yè) 的 產(chǎn) 業(yè) 結(jié) 構(gòu) 、 產(chǎn) 品 種 類 和 檔 次 以 及 生 產(chǎn) 方 式 帶 來 了革 命 性 的 變 化 。 數(shù) 控 機(jī) 床 是 現(xiàn) 代 加 工 車 間 最 重 要 的 裝 備 。 它 的 發(fā) 展 是 信 息 技 術(shù)(1T)與 制 造 技 術(shù) (MT)結(jié) 合 發(fā) 展 的 結(jié) 果 。 現(xiàn) 代 的 CAD/CAM、 FMS、 CIMS、 敏 捷 制造 和 智 能 制 造 技 術(shù) ， 都 是 建 立 在 數(shù) 控 技 術(shù) 之 上 的 。 掌 握 現(xiàn) 代 數(shù) 控 技 術(shù) 知 識(shí) 是 現(xiàn)代 機(jī) 電 類 專 業(yè) 學(xué) 生 必 不 可 少 的 。在 數(shù) 控 加 工 中 ， 從 零 件 的 設(shè) 計(jì) 圖 紙 到 零 件 成 品 合 格 交 付 ， 不 僅 要 考 慮 到 數(shù)控 程 序 的 編 制 ， 還 要 考 慮 到 諸 如 零 件 加 工 工 藝 路 線 的 安 排 、 加 工 機(jī) 床 的 選 擇 、切 削 刀 具 的 選 擇 、 零 件 加 工 中 的 定 位 裝 夾 等 一 系 列 因 素 的 影 響 ， 在 開 始 編 程 前 ，必 須 要 對 零 件 設(shè) 計(jì) 圖 紙 和 技 術(shù) 要 求 進(jìn) 行 詳 細(xì) 的 數(shù) 控 加 工 工 藝 分 析 ， 以 最 終 確 定哪 些 是 零 件 的 技 術(shù) 關(guān) 鍵 ， 哪 些 是 數(shù) 控 加 工 的 難 點(diǎn) ， 以 及 數(shù) 控 程 序 編 制 的 難 易 程度 。零 件 的 數(shù) 控 加 工 工 藝 分 析 是 編 制 數(shù) 控 程 序 中 最 重 要 而 又 極 其 復(fù) 雜 的 環(huán) 節(jié) ， 也是 數(shù) 控 加 工 工 藝 方 案 設(shè) 計(jì) 的 核 心 工 作 ， 必 須 在 數(shù) 控 加 工 方 案 制 定 前 完 成 。 一 個(gè)合 格 的 編 程 人 員 對 數(shù) 控 機(jī) 床 及 其 控 制 系 統(tǒng) 的 功 能 及 特 點(diǎn) ， 以 及 影 響 數(shù) 控 加 工 的每 個(gè) 環(huán) 節(jié) 都 要 有 一 個(gè) 清 晰 、 全 面 的 了 解 ， 這 樣 才 能 避 免 由 于 工 藝 方 案 考 慮 不 周而 可 能 出 現(xiàn) 的 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 問 題 ， 造 成 無 謂 的 人 力 、 物 力 等 資 源 的 浪 費(fèi) 。 全 面 合 理的 數(shù) 控 加 工 工 藝 分 析 是 提 高 數(shù) 控 編 程 質(zhì) 量 的 重 要 保 障 。 數(shù) 控 車 床 是 目 前 使 用 最 廣 泛 的 數(shù) 控 機(jī) 床 之 一 。 數(shù) 控 車 床 主 要 用 于 加 工 軸 類 、盤 類 等 回 轉(zhuǎn) 體 零 件 。 通 過 數(shù) 控 加 工 程 序 的 運(yùn) 行 ， 可 自 動(dòng) 完 成 內(nèi) 外 圓 柱 面 、 圓 錐面 、 成 形 表 面 、 螺 紋 和 端 面 等 工 序 的 切 削 加 工 ， 并 能 進(jìn) 行 車 槽 、 鉆 孔 、 擴(kuò) 孔 、鉸 孔 等 工 作 。1.2.2 數(shù) 控 機(jī) 床 的 特 點(diǎn)數(shù) 控 機(jī) 床 的 操 作 和 監(jiān) 控 全 部 在 這 個(gè) 數(shù) 控 單 元 中 完 成 ， 它 是 數(shù) 控 機(jī) 床 的 大 腦 。與 普 通 機(jī) 床 相 比 ， 數(shù) 控 機(jī) 床 有 如 下 特 點(diǎn) ： ● 加 工 精 度 高 ， 具 有 穩(wěn) 定 的 加 工 質(zhì) 量 ； ● 可 進(jìn) 行 多 坐 標(biāo) 的 聯(lián) 動(dòng) ， 能 加 工 形 狀 復(fù) 雜 的 零 件 ； ● 加 工 零 件 改 變 時(shí) ， 一 般 只 需 要 更 改 數(shù) 控 程 序 ， 可 節(jié) 省 生 產(chǎn) 準(zhǔn) 備 時(shí) 間 ；● 機(jī) 床 本 身 的 精 度 高 、 剛 性 大 ,可 選 擇 有 利 的 加 工 用 量 ， 生 產(chǎn) 率 高 （ 一般 為 普 通 機(jī) 床 的 3~5 倍 ） ； ● 機(jī) 床 自 動(dòng) 化 程 度 高 ， 可 以 減 輕 勞 動(dòng) 強(qiáng) 度 ； ● 對 操 作 人 員 的 素 質(zhì) 要 求 較 高 ， 對 維 修 人 員 的 技 術(shù) 要 求 更 高 。 數(shù) 控 機(jī) 床 一 般 由 下 列 幾 個(gè) 部 分 組 成 ： ● 主 機(jī) ， 他 是 數(shù) 控 機(jī) 床 的 主 題 ， 包 括 機(jī) 床 身 、 立 柱 、 主 軸 、 進(jìn) 給 機(jī) 構(gòu) 等機(jī) 械 部 件 。 他 是 用 于 完 成 各 種 切 削 加 工 的 機(jī) 械 部 件 。 ● 數(shù) 控 裝 置 ， 是 數(shù) 控 機(jī) 床 的 核 心 ， 包 括 硬 件 （ 印 刷 電 路 板 、 CRT 顯示 器 、 鍵 盒 、 紙 帶 閱 讀 機(jī) 等 ） 以 及 相 應(yīng) 的 軟 件 ， 用 于 輸 入 數(shù) 字 化 的 零 件 程 序 ，并 完 成 輸 入 信 息 的 存 儲(chǔ) 、 數(shù) 據(jù) 的 變 換 、 插 補(bǔ) 運(yùn) 算 以 及 實(shí) 現(xiàn) 各 種 控 制 功 能 。 ● 驅(qū) 動(dòng) 裝 置 ， 他 是 數(shù) 控 機(jī) 床 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 的 驅(qū) 動(dòng) 部 件 ， 包 括 主 軸 驅(qū) 動(dòng) 單 元 、進(jìn) 給 單 元 、 主 軸 電 機(jī) 及 進(jìn) 給 電 機(jī) 等 。 他 在 數(shù) 控 裝 置 的 控 制 下 通 過 電 氣 或 電 液 伺服 系 統(tǒng) 實(shí) 現(xiàn) 主 軸 和 進(jìn) 給 驅(qū) 動(dòng) 。 當(dāng) 幾 個(gè) 進(jìn) 給 聯(lián) 動(dòng) 時(shí) ， 可 以 完 成 定 位 、 直 線 、 平 面曲 線 和 空 間 曲 線 的 加 工 。 ● 輔 助 裝 置 ， 指 數(shù) 控 機(jī) 床 的 一 些 必 要 的 配 套 部 件 ， 用 以 保 證 數(shù) 控 機(jī) 床 的運(yùn) 行 ， 如 冷 卻 、 排 屑 、 潤 滑 、 照 明 、 監(jiān) 測 等 。 它 包 括 液 壓 和 氣 動(dòng) 裝 置 、 排 屑 裝置 、 交 換 工 作 臺(tái) 、 數(shù) 控 轉(zhuǎn) 臺(tái) 和 數(shù) 控 分 度 頭 ， 還 包 括 刀 具 及 監(jiān) 控 檢 測 裝 置 等 。 ● 編 程 及 其 他 附 屬 設(shè) 備 ， 可 用 來 在 機(jī) 外 進(jìn) 行 零 件 的 程 序 編 制 、 存 儲(chǔ) 等 。 自 從 1952 年 美 國 麻 省 理 工 學(xué) 院 研 制 出 世 界 上 第 一 臺(tái) 數(shù) 控 機(jī) 床 以 來 ， 數(shù) 控機(jī) 床 在 制 造 工 業(yè) ， 特 別 是 在 汽 車 、 航 空 航 天 、 以 及 軍 事 工 業(yè) 中 被 廣 泛 地 應(yīng) 用 ，數(shù) 控 技 術(shù) 無 論 在 硬 件 和 軟 件 方 面 ， 都 有 飛 速 發(fā) 展 。1.3 數(shù)控機(jī)床的組成和分類1.3.1 數(shù)控機(jī)床的組成(1)輸入輸出設(shè)備輸入輸出設(shè)備主要實(shí)現(xiàn)程序編制、程序和數(shù)據(jù)的輸入以及顯示、存儲(chǔ)和打印 。(2)數(shù)控裝置數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心。它接受來自輸入設(shè)備的程序和數(shù)據(jù)，并按輸入信息的要求完成數(shù)值計(jì)算、邏輯判斷和輸入輸出控制等功能。(3)伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)是接受數(shù)控裝置的指令，驅(qū)動(dòng)機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的馭動(dòng)部件。它包括伺服電路和伺服電機(jī)組成。一般來說，數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動(dòng)要求有好的快速響應(yīng)性能，能靈敏而準(zhǔn)確地跟蹤由數(shù)控裝置發(fā)出的指令信號(hào)。(4)測量反饋裝置該裝置由測量部件和響應(yīng)的測量電路組成，其作用是檢測速度和位移，并將信息反饋給數(shù)控裝置，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。(5)機(jī)床本體機(jī)床本體是數(shù)控機(jī)床的主體，是用于完成各種切削加工的機(jī)械部分。1.4 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)數(shù) 控 機(jī) 床 的 操 作 和 監(jiān) 控 全 部 在 這 個(gè) 數(shù) 控 單 元 中 完 成 ， 它 是 數(shù) 控 機(jī) 床 的 大 腦 。與 普 通 機(jī) 床 相 比 ， 數(shù) 控 機(jī) 床 有 如 下 特 點(diǎn) ： ● 加 工 精 度 高 ， 具 有 穩(wěn) 定 的 加 工 質(zhì) 量 ； ● 可 進(jìn) 行 多 坐 標(biāo) 的 聯(lián) 動(dòng) ， 能 加 工 形 狀 復(fù) 雜 的 零 件 ； ● 加 工 零 件 改 變 時(shí) ， 一 般 只 需 要 更 改 數(shù) 控 程 序 ， 可 節(jié) 省 生 產(chǎn) 準(zhǔn) 備 時(shí) 間 ；● 機(jī) 床 本 身 的 精 度 高 、 剛 性 大 ,可 選 擇 有 利 的 加 工 用 量 ， 生 產(chǎn) 率 高 （ 一般 為 普 通 機(jī) 床 的 3~5 倍 ） ； ● 機(jī) 床 自 動(dòng) 化 程 度 高 ， 可 以 減 輕 勞 動(dòng) 強(qiáng) 度 ； ● 對 操 作 人 員 的 素 質(zhì) 要 求 較 高 ， 對 維 修 人 員 的 技 術(shù) 要 求 更 高 。 數(shù) 控 機(jī) 床 一 般 由 下 列 幾 個(gè) 部 分 組 成 ： ● 主 機(jī) ， 他 是 數(shù) 控 機(jī) 床 的 主 題 ， 包 括 機(jī) 床 身 、 立 柱 、 主 軸 、 進(jìn) 給 機(jī) 構(gòu) 等機(jī) 械 部 件 。 他 是 用 于 完 成 各 種 切 削 加 工 的 機(jī) 械 部 件 。 ● 數(shù) 控 裝 置 ， 是 數(shù) 控 機(jī) 床 的 核 心 ， 包 括 硬 件 （ 印 刷 電 路 板 、 CRT 顯 示器 、 鍵 盒 、 紙 帶 閱 讀 機(jī) 等 ） 以 及 相 應(yīng) 的 軟 件 ， 用 于 輸 入 數(shù) 字 化 的 零 件 程 序 ， 并完 成 輸 入 信 息 的 存 儲(chǔ) 、 數(shù) 據(jù) 的 變 換 、 插 補(bǔ) 運(yùn) 算 以 及 實(shí) 現(xiàn) 各 種 控 制 功 能 。 ● 驅(qū) 動(dòng) 裝 置 ， 他 是 數(shù) 控 機(jī) 床 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) 的 驅(qū) 動(dòng) 部 件 ， 包 括 主 軸 驅(qū) 動(dòng) 單 元 、進(jìn) 給 單 元 、 主 軸 電 機(jī) 及 進(jìn) 給 電 機(jī) 等 。 他 在 數(shù) 控 裝 置 的 控 制 下 通 過 電 氣 或 電 液 伺服 系 統(tǒng) 實(shí) 現(xiàn) 主 軸 和 進(jìn) 給 驅(qū) 動(dòng) 。 當(dāng) 幾 個(gè) 進(jìn) 給 聯(lián) 動(dòng) 時(shí) ， 可 以 完 成 定 位 、 直 線 、 平 面曲 線 和 空 間 曲 線 的 加 工 。 ● 輔 助 裝 置 ， 指 數(shù) 控 機(jī) 床 的 一 些 必 要 的 配 套 部 件 ， 用 以 保 證 數(shù) 控 機(jī) 床 的運(yùn) 行 ， 如 冷 卻 、 排 屑 、 潤 滑 、 照 明 、 監(jiān) 測 等 。 它 包 括 液 壓 和 氣 動(dòng) 裝 置 、 排 屑 裝置 、 交 換 工 作 臺(tái) 、 數(shù) 控 轉(zhuǎn) 臺(tái) 和 數(shù) 控 分 度 頭 ， 還 包 括 刀 具 及 監(jiān) 控 檢 測 裝 置 等 。 ● 編 程 及 其 他 附 屬 設(shè) 備 ， 可 用 來 在 機(jī) 外 進(jìn) 行 零 件 的 程 序 編 制 、 存 儲(chǔ) 等 。 自 從 1952 年 美 國 麻 省 理 工 學(xué) 院 研 制 出 世 界 上 第 一 臺(tái) 數(shù) 控 機(jī) 床 以 來 ， 數(shù) 控機(jī) 床 在 制 造 工 業(yè) ， 特 別 是 在 汽 車 、 航 空 航 天 、 以 及 軍 事 工 業(yè) 中 被 廣 泛 地 應(yīng) 用 ，數(shù) 控 技 術(shù) 無 論 在 硬 件 和 軟 件 方 面 ， 都 有 飛 速 發(fā) 展 。1.5 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展電 子 技 術(shù) 、 信 息 技 術(shù) 、 網(wǎng) 絡(luò) 技 術(shù) 、 模 糊 控 制 技 術(shù) 的 發(fā) 展 使 新 一 代 數(shù) 控系 統(tǒng) 技 術(shù) 水 平 大 大 提 高 ， 促 進(jìn) 了 數(shù) 控 機(jī) 床 產(chǎn) 業(yè) 的 蓬 勃 發(fā) 展 ， 也 促 進(jìn) 了 現(xiàn) 代 制 造技 術(shù) 的 快 速 發(fā) 展 。 數(shù) 控 機(jī) 床 性 能 在 高 速 度 、 高 精 度 、 高 可 靠 性 和 復(fù) 合 化 、 網(wǎng) 絡(luò)化 、 智 能 化 、 柔 性 化 、 綠 色 化 方 面 取 得 了 長 足 的 進(jìn) 步 。 現(xiàn) 代 制 造 業(yè) 正 在 迎 來 一場 新 的 技 術(shù) 革 命 。 數(shù) 控 系 統(tǒng) 未 來 分 以 下 幾 個(gè) 發(fā) 展 方 向 ：● 數(shù) 控 系 統(tǒng) 向 開 放 式 體 系 結(jié) 構(gòu) 發(fā) 展● 數(shù) 控 系 統(tǒng) 向 軟 數(shù) 控 方 向 發(fā) 展● 數(shù) 控 系 統(tǒng) 控 制 性 能 向 智 能 化 方 向 發(fā) 展● 數(shù) 控 系 統(tǒng) 向 網(wǎng) 絡(luò) 化 方 向 發(fā) 展● 數(shù) 控 系 統(tǒng) 向 高 可 靠 性 方 向 發(fā) 展 ● 數(shù) 控 系 統(tǒng) 向 復(fù) 合 化 方 向 發(fā) 展 ● 數(shù) 控 系 統(tǒng) 向 多 軸 聯(lián) 動(dòng) 化 方 向 發(fā) 展2 總 體 方 案 的 擬 定2.1 總 體 方 案 的 設(shè) 計(jì)本 設(shè) 計(jì) 是 針 對 CW6163 普 通 車 床 進(jìn) 行 數(shù) 控 改 造 。 利 用 微 機(jī) 對 縱 向 進(jìn) 給 系統(tǒng) 進(jìn) 行 開 環(huán) 控 制 ， 縱 向 （ Z 向 ） 脈 沖 當(dāng) 量 為 0.01mm、 脈 沖 驅(qū) 動(dòng) 元 件 采 用 步 進(jìn) 電機(jī) ， 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 采 用 滾 珠 絲 杠 。對 于 普 通 機(jī) 床 的 經(jīng) 濟(jì) 型 數(shù) 控 改 造 ， 在 確 定 總 體 設(shè) 計(jì) 方 案 時(shí) ， 應(yīng) 考 慮 在 滿 足 設(shè)計(jì) 要 求 的 前 提 下 ， 對 機(jī) 床 的 改 動(dòng) 應(yīng) 盡 可 能 少 ， 以 降 低 成 本 。2.1.1 數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方式的確定數(shù) 控 系 統(tǒng) 按 運(yùn) 動(dòng) 方 式 可 分 為 點(diǎn) 位 控 制 系 統(tǒng) 、 點(diǎn) 位 直 線 控 制 系 統(tǒng) 、 連 續(xù) 控制 系 統(tǒng) 。 由 于 要 求 CW6163 車 床 加 工 復(fù) 雜 輪 廓 零 件 ， 所 以 微 機(jī) 數(shù) 控 系 統(tǒng) 采 用 兩軸 聯(lián) 動(dòng) 連 續(xù) 控 制 系 統(tǒng) 。 圖 2-1 所 示 。2.1.2 伺服進(jìn)給系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)數(shù) 控 機(jī) 床 的 伺 服 進(jìn) 給 系 統(tǒng) 有 開 環(huán) 、 閉 環(huán) 之 分 。 因 為 開 環(huán) 控 制 具 有 結(jié) 構(gòu) 簡 單 、設(shè) 計(jì) 制 造 容 易 、 控 制 精 度 較 好 、 容 易 調(diào) 試 、 價(jià) 格 便 宜 、 使 用 維 修 方 便 等 優(yōu) 點(diǎn) 。所 以 ， 本 設(shè) 計(jì) 決 定 采 用 開 環(huán) 控 制 系 統(tǒng) 。圖 2-1 臥 式 車 床 簡 圖CW6163 車 床 的 主 軸 轉(zhuǎn) 速 部 分 保 留 原 機(jī) 床 的 功 能 ， 即 手 動(dòng) 變 速 。 車 床 的 縱向 （ Z 軸 ） 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 采 用 步 進(jìn) 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 。 由 8031 單 片 機(jī) 組 成 微 機(jī) 作 為 數(shù) 控 裝置 的 核 心 ， 由 I/O 接 口 、 環(huán) 形 分 配 器 與 功 率 放 大 器 一 起 控 制 步 進(jìn) 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 動(dòng) ， 經(jīng)齒 輪 減 速 后 帶 動(dòng) 滾 珠 絲 杠 轉(zhuǎn) 動(dòng) ， 從 而 實(shí) 現(xiàn) 車 床 的 縱 向 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 。 為 保 持 切 削 螺紋 的 功 能 ， 必 須 安 裝 主 軸 脈 沖 發(fā) 生 器 ， 為 此 采 用 主 軸 靠 同 步 齒 行 帶 使 脈 沖 發(fā) 生器 同 步 旋 轉(zhuǎn) ， 發(fā) 出 兩 路 信 號(hào) ： 每 轉(zhuǎn) 發(fā) 出 的 脈 沖 個(gè) 數(shù) 和 一 個(gè) 同 步 信 號(hào) ， 經(jīng) 隔 離 電路 以 及 I/O 接 口 送 給 微 機(jī) 。 系 統(tǒng) 總 體 方 案 圖 2-2 所 示 ：圖 2-2 經(jīng) 濟(jì) 型 數(shù) 控 機(jī) 床 總 體 方 案 總 體第 二 章 數(shù) 控 車 床 自 動(dòng) 換 刀 裝 置2.1 概 述自 動(dòng) 換 刀 裝 置 的 形 式 是 多 種 多 樣 的 ， 有 刀 庫 式 和 轉(zhuǎn) 塔 式 ， 雖 然 換 刀 過 程 、 選刀 方 式 、 刀 庫 結(jié) 構(gòu) 、 機(jī) 械 手 類 型 等 各 不 相 同 ， 但 都 是 在 數(shù) 控 裝 置 及 可 編 程 序 控制 器 控 制 下 ， 有 電 動(dòng) 機(jī) 或 液 壓 或 氣 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 驅(qū) 動(dòng) 刀 庫 和 機(jī) 械 手 實(shí) 現(xiàn) 刀 具 的 選 擇 與交 換 。 我 們 把 這 種 為 實(shí) 現(xiàn) 多 工 序 的 連 續(xù) 加 工 ， 在 加 工 中 心 或 車 削 中 心 中 ， 可 進(jìn)行 刀 具 的 選 擇 與 交 換 的 裝 置 叫 自 動(dòng) 換 刀 裝 置 （ automatic tool change 簡 稱ATC） 。自 動(dòng) 換 刀 裝 置 是 數(shù) 控 車 床 最 普 遍 的 一 種 輔 助 裝 置 ， 它 可 使 數(shù) 控 車 床 在 工 件一 次 裝 夾 中 完 成 多 種 甚 至 所 有 的 加 工 工 序 ， 以 縮 短 加 工 的 輔 助 時(shí) 間 ， 減 少 加 工過 程 中 由 于 多 次 安 裝 工 件 而 引 起 的 誤 差 ， 從 而 提 高 機(jī) 床 的 加 工 效 率 和 加 工 精 度 [3]。我 國 對 加 工 中 心 的 需 求 一 直 是 有 增 無 減 ， 同 時(shí) ， 加 工 中 心 自 動(dòng) 換 刀 裝 置 的開 發(fā) 也 有 長 足 的 發(fā) 展 。 對 于 臥 式 加 工 中 心 來 說 ， 有 從 用 于 JCS-013 的 獨(dú) 立 式自 動(dòng) 換 刀 裝 置 到 用 于 TH6350、 TH6363、 TH6380 和 TH63100 的 TB51.02 雙 層 缸式 通 用 機(jī) 械 手 加 鏈 式 刀 庫 （ 北 京 機(jī) 床 研 究 所 設(shè) 計(jì) 并 制 造 ） 的 自 動(dòng) 換 刀 裝 置 ； 對于 立 式 加 工 中 心 來 說 ， 有 從 用 于 JCS-018 的 氣 液 型 鼓 輪 式 自 動(dòng) 換 刀 裝 置 到 用 于XH715B 和 XH715C 的 多 凸 輪 聯(lián) 動(dòng) 型 鼓 輪 式 自 動(dòng) 換 刀 裝 置 。 特 別 是 用 于 TH715B和 TH715C 的 多 凸 輪 聯(lián) 動(dòng) 型 鼓 輪 式 自 動(dòng) 換 刀 裝 置 ， 他 的 研 制 成 功 ， 為 我 國 自 動(dòng) 換刀 裝 置 設(shè) 計(jì) 與 制 造 翻 開 了 嶄 新 的 一 頁 ， 自 1991 年 鑒 定 后 批 量 生 產(chǎn) ， 已 累 計(jì) 生產(chǎn) 了 50 多 臺(tái) ， 由 于 其 結(jié) 構(gòu) 簡 單 ， 迅 速 可 靠 （ 刀 對 刀 2.5s） ， 受 到 廣 大 國 內(nèi) 外用 戶 的 一 致 好 評(píng) 。加 工 中 心 和 車 削 中 心 自 動(dòng) 換 刀 裝 置 的 發(fā) 展 趨 勢 是 四 個(gè) 方 向 ： 一 是 高 速 、 可 靠 ，追 求 的 目 標(biāo) 是 換 刀 時(shí) 間 盡 量 的 短 ， 以 換 取 加 工 中 心 和 車 削 中 心 的 高 效 性 ； 二 是簡 單 實(shí) 用 、 造 價(jià) 低 、 使 用 可 靠 ， 但 換 刀 速 度 不 快 。自 動(dòng) 換 刀 裝 置 開 發(fā) 技 術(shù) 要 全 面 注 意 下 列 五 個(gè) 方 面 ：1） 自 動(dòng) 換 刀 裝 置 的 可 靠 性 與 優(yōu) 化 設(shè) 計(jì) 研 究 。 通 過 對 自 動(dòng) 換 刀 裝 置 進(jìn) 行 可 靠性 分 析 研 究 ， 找 出 其 薄 弱 環(huán) 節(jié) ， 通 過 改 進(jìn) 設(shè) 計(jì) ， 使 自 動(dòng) 換 刀 裝 置 故 障 率 大 大 減少 ， 保 證 百 萬 次 以 上 正 常 換 刀 的 品 質(zhì) 。 通 過 對 自 動(dòng) 換 刀 裝 置 進(jìn) 行 多 目 標(biāo) 的 優(yōu) 化設(shè) 計(jì) ， 使 其 動(dòng) 態(tài) 性 能 達(dá) 到 最 優(yōu) ， 進(jìn) 而 提 高 自 動(dòng) 換 刀 裝 置 的 性 能 ， 降 低 其 制 造 成本 ， 使 刀 對 刀 換 刀 時(shí) 間 對 40 刀 柄 不 大 于 1s， 達(dá) 到 世 界 先 進(jìn) 水 平 。2） 自 動(dòng) 換 刀 裝 置 的 系 列 化 與 CAD 設(shè) 計(jì) 。 使 自 動(dòng) 換 刀 裝 置 適 用 國 內(nèi) 廠 家 的 各種 產(chǎn) 品 ， 以 便 得 到 推 廣 和 使 用 。 即 達(dá) 到 廠 家 一 旦 提 出 的 參 數(shù) ： 不 同 刀 柄 型 號(hào) ，刀 庫 容 量 等 的 自 動(dòng) 換 刀 裝 置 ， 使 廠 家 立 即 投 入 生 產(chǎn) ， 并 且 是 處 于 國 內(nèi) 先 進(jìn) 水 平的 。3） 自 動(dòng) 換 刀 裝 置 制 造 技 術(shù) 研 究 。 針 對 自 動(dòng) 換 刀 裝 置 中 關(guān) 鍵 零 件 的 制 造 技 術(shù)進(jìn) 行 研 究 ， 以 提 高 其 制 造 質(zhì) 量 和 降 低 制 造 成 本 。4） 自 動(dòng) 換 刀 裝 置 新 技 術(shù) 的 研 究 。 跟 蹤 國 際 加 工 中 心 和 車 削 中 心 自 動(dòng) 換 刀 裝置 的 發(fā) 展 主 流 ， 研 究 自 動(dòng) 換 刀 裝 置 的 新 工 作 原 理 及 新 技 術(shù) 。5） 自 動(dòng) 換 刀 裝 置 產(chǎn) 業(yè) 化 研 究 。 自 動(dòng) 換 刀 裝 置 由 專 業(yè) 廠 生 產(chǎn) 比 現(xiàn) 有 各 廠 家 自行 生 產(chǎn) 可 降 低 成 本 ， 也 能 保 證 質(zhì) 量 ， 同 時(shí) 在 我 國 有 巨 大 的 市 場 ， 因 此 ， 在 技 術(shù)研 究 的 基 礎(chǔ) 上 ， 應(yīng) 研 究 使 我 國 的 自 動(dòng) 換 刀 裝 置 生 產(chǎn) 走 上 產(chǎn) 業(yè) 化 的 道 路 ， 建 立 生產(chǎn) 自 動(dòng) 換 刀 裝 置 的 基 地 。自動(dòng)換刀裝置的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下基本要求：1）換刀時(shí)間短，以減少非加工時(shí)間。 2）減少換刀動(dòng)作對加工范圍的干擾。3）刀具重復(fù)定位精度高。4）識(shí)刀、選刀可靠，換刀動(dòng)作簡單可靠。5）刀庫刀具存儲(chǔ)量合理。6）刀庫占地面積小，并能與主機(jī)配合，使機(jī)床外觀協(xié)調(diào)美觀。7）刀具裝卸、調(diào)整、維修方便，并能得到清潔的維護(hù) [4]。 2.2 ATC 刀 具 自 動(dòng) 換 刀 形 式為 進(jìn) 一 步 提 高 數(shù) 控 機(jī) 床 的 加 工 效 率 ， 數(shù) 控 機(jī) 床 正 向 著 工 件 在 一 臺(tái) 機(jī) 床 一 次 裝夾 即 可 完 成 多 道 工 序 或 全 部 工 序 加 工 的 方 向 發(fā) 展 ， 因 此 出 現(xiàn) 了 各 種 類 型 的 加 工中 心 機(jī) 床 ， 如 車 削 中 心 、 鏜 銑 加 工 中 心 、 鉆 削 中 心 等 等 。 這 類 多 工 序 加 工 的 數(shù)控 機(jī) 床 在 加 工 過 程 中 要 使 用 多 種 刀 具 ， 因 此 必 須 有 自 動(dòng) 換 到 裝 置 ， 以 便 選 用 不同 刀 具 ， 完 成 不 同 工 序 的 加 工 工 藝 。 自 動(dòng) 換 到 裝 置 應(yīng) 當(dāng) 具 備 換 刀 時(shí) 間 短 、 刀 具重 復(fù) 定 位 精 度 高 、 足 夠 的 刀 具 儲(chǔ) 備 量 、 占 地 面 積 小 、 安 全 可 靠 等 特 性 [5]。各 類 數(shù) 控 機(jī) 床 的 自 動(dòng) 換 到 裝 置 的 結(jié) 構(gòu) 取 決 于 機(jī) 床 的 類 型 、 工 藝 范 圍 、 使 用 刀具 種 類 和 數(shù) 量 。 數(shù) 控 機(jī) 床 常 用 的 自 動(dòng) 換 刀 裝 置 的 類 型 、 特 點(diǎn) 、 適 用 范 圍 見 表1-1。 表 1-1 自動(dòng)換刀裝置類型類別型式 特點(diǎn) 適用范圍回轉(zhuǎn)刀架多為順序換刀，換刀時(shí)間短、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、容納刀具較少各種數(shù)控車床，數(shù)控車削加工中心轉(zhuǎn)塔式 轉(zhuǎn)塔頭順序換刀，換刀時(shí)間短，刀具主軸都集中在轉(zhuǎn)塔頭上，結(jié)構(gòu)緊湊。但剛性較差，刀具主軸數(shù)受限制數(shù)控鉆、鏜、銑床刀刀具與主軸之間直接換刀換刀運(yùn)動(dòng)集中，運(yùn)動(dòng)不見少。但刀庫容量受限各種類型的自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床。尤其是對使用回轉(zhuǎn)類刀具的數(shù)控鏜、銑床庫式用機(jī)械手配合刀庫進(jìn)行換刀刀庫只有選刀運(yùn)動(dòng)，機(jī)械手進(jìn)行換刀運(yùn)動(dòng)，刀庫容量大類立式、臥式加工中心機(jī)床要根據(jù)工藝范圍和機(jī)床特點(diǎn)，確定刀庫容量和自動(dòng)換刀裝置類型 2.3 數(shù)控車床刀架的功能、類型和滿足的要求數(shù) 控 轉(zhuǎn) 塔 刀 架 是 加 工 中 心 、 數(shù) 控 車 床 必 備 的 機(jī) 床 附 件 ， 尤 其 適 用 全 功 能 數(shù) 控車 床 。 當(dāng) 前 ， 數(shù) 控 機(jī) 床 發(fā) 展 迅 猛 ， 一 方 面 向 高 速 、 高 效 、 高 精 度 方 面 發(fā) 展 ， 同時(shí) ， 在 制 造 行 業(yè) 中 廣 泛 存 在 原 有 設(shè) 備 的 數(shù) 控 改 造 和 系 統(tǒng) 升 級(jí) 問 題 。 作 為 關(guān) 鍵 附件 ， 高 性 能 的 數(shù) 控 轉(zhuǎn) 塔 刀 架 對 于 提 高 機(jī) 床 整 體 運(yùn) 行 的 可 靠 性 、 穩(wěn) 定 性 和 效 率 有著 重 要 意 義 ， 數(shù) 控 轉(zhuǎn) 塔 刀 架 是 由 數(shù) 控 系 統(tǒng) 來 控 制 的 ， 因 此 ， 在 轉(zhuǎn) 塔 刀 架 本 身 性能 提 高 的 情 況 下 ， 如 何 實(shí) 現(xiàn) 控 制 任 務(wù) 就 顯 得 十 分 重 要 了 。2.3.1 數(shù)控車床刀架的功能數(shù)控機(jī)床上的刀架是安放刀具的重要部件，許多刀架還直接參與切削工作，如臥式車床上的四方刀架，轉(zhuǎn)塔車床的轉(zhuǎn)塔刀架，回輪式轉(zhuǎn)塔車床的回輪刀架，自動(dòng)車床的轉(zhuǎn)塔刀架和天平刀架等。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)。隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，機(jī)床的刀架也有了許多變化，特別是數(shù)控車床上采用電(液)換位的自動(dòng)刀架，有的還使用兩個(gè)回轉(zhuǎn)刀盤。加工中心則進(jìn)一步采用了刀庫和換刀機(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。這種刀庫和換刀機(jī)械手組成的自動(dòng)換刀裝置，就成為加工中心的主要特征 [6]。因此，刀架的性能和結(jié)構(gòu)往往直接影響到機(jī)床的切削性能、切削效率和體現(xiàn)了機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)水平 [7]。2.3.2 數(shù)控機(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、排式刀架和帶刀庫的自動(dòng)換刀裝置等多種形式，下面對這三種形式的刀架作簡單的介紹。 1. 排式刀架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。其結(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。刀具的典型布置方式如圖 2.1 所示。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。這種換刀方式迅速省時(shí)，有利于提高機(jī)床的生產(chǎn)效率。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。2. 回轉(zhuǎn)刀架 回轉(zhuǎn)刀架是數(shù)控車床最常用的一種典型換刀刀架，一般通過液壓系統(tǒng)或電氣來實(shí)現(xiàn)機(jī)床的自動(dòng)換刀動(dòng)作，根據(jù)加工要求可設(shè)計(jì)成四方、六方刀架或圓盤式刀架，并相應(yīng)地安裝 4 把、6 把或更多的刀具?；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。它的動(dòng)作是由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令完成的?；剞D(zhuǎn)刀架根據(jù)刀架回轉(zhuǎn)軸與安裝底面的相對位置，分為立式刀架和臥式刀架兩種。 3. 帶刀庫的自動(dòng)換刀裝置 上述排刀式刀架和回轉(zhuǎn)刀架所安裝的刀具都不可能太多，即使是裝備兩個(gè)刀架，對刀具的數(shù)目也有一定限制。當(dāng)由于某種原因需要數(shù)量較多的刀具時(shí)，應(yīng)采用帶刀庫的自動(dòng)換刀裝置。帶刀庫的自動(dòng)換刀裝置由刀庫和刀具交換機(jī)構(gòu)組成。(a)回轉(zhuǎn)刀架 (b) 排式刀架圖 2.1 機(jī)床刀架類型結(jié)構(gòu)圖2.3.3 數(shù)控機(jī)床刀架應(yīng)滿足的要求1） 滿足工藝過程所提出的要求。機(jī)床依靠刀具和工件間相對運(yùn)動(dòng)形成工件表面，而工件的表面形狀和表面位置的不同，要求刀架能夠布置足夠多的刀具，而且能夠方便而正確地加工各工件表面， 為了實(shí)現(xiàn)在工件的一次安裝中完成多工序加工，所以要求刀架可以方便地轉(zhuǎn)位。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。以保證刀具和工件間準(zhǔn)確的相對位置。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。面且這種精度保持性要好，以便長期保持刀具的正確位置。3） 刀架應(yīng)具有足夠的剛度。由于刀具的類型、尺寸各異，重量相差很大，刀具在自動(dòng)轉(zhuǎn)換過程中方向變換較復(fù)雜，而且有些刀架還直接承受切削力?？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，以使切削過程和換刀過程平穩(wěn)。4） 可靠性高。由于刀架在機(jī)床工作過程中，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。5） 刀架是為了提高機(jī)床自動(dòng)化而出現(xiàn)的，因而它的換刀時(shí)間應(yīng)盡可能縮短，以利于提高生產(chǎn)率。目前自動(dòng)換刀裝置的換刀時(shí)間在 0.8—6 秒之間不等。而且還在進(jìn)一步縮短。6） 操作方便和安全。刀架是工人經(jīng)常操作的機(jī)床部件之一，因此它的操作是否方便和安全，往往是評(píng)價(jià)刀架設(shè)計(jì)好壞的指標(biāo)。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 [8]。第三章 車削中心動(dòng)力刀架總體方案設(shè)計(jì)3.1 調(diào)查研究與資料收集3.1.1 課題的調(diào)查研究從國內(nèi)外市場調(diào)研結(jié)果看，國內(nèi)對數(shù)控車床轉(zhuǎn)塔刀架的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)都是依賴于先進(jìn)國家的，而且產(chǎn)品的性能方面跟國外還有一定的差距，期待開發(fā)設(shè)計(jì)一種性能最優(yōu)，最有實(shí)用價(jià)值的轉(zhuǎn)塔刀架，適應(yīng)市場，替代進(jìn)口產(chǎn)品低價(jià)位的數(shù)控車床用轉(zhuǎn)塔刀架，占領(lǐng)國內(nèi)市場，并達(dá)到國際領(lǐng)先水平，為國產(chǎn)機(jī)床工業(yè)的發(fā)展作出貢獻(xiàn)。車削加工中心是目前國際上比較前端的一種數(shù)控機(jī)床，可以進(jìn)行多工序加工，如車削、鉆削、銑削等。有關(guān)人士指出，數(shù)控機(jī)床附件及其配套功能附件是我國機(jī)床工具制造業(yè)“十五”計(jì)劃重點(diǎn)發(fā)展產(chǎn)品。雖然我國數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品附件的研制由無到有，取得了顯著成績，但與國外先進(jìn)水平相比還是有一定差距的。為確保國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的大發(fā)展，就必須把數(shù)控機(jī)床附件盡快搞上去。為此他們建議國家有關(guān)部門，盡快制定有關(guān)鼓勵(lì)、扶持國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床附件發(fā)展的相關(guān)政策，加大數(shù)控機(jī)床附件行業(yè)科研和技術(shù)改進(jìn)投入，使國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床附件行業(yè)有一個(gè)大發(fā)展。而且動(dòng)力刀架是數(shù)控機(jī)床附件中尤為重要的一個(gè)部件，把這一技術(shù)提高是我們義不容辭的事情。3.1.2 資料收集課題涉及到的有關(guān)知識(shí)包括：數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)、車削加工中心、自動(dòng)換刀裝置等等方面；其次還包括一些機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械傳動(dòng)、液壓、間歇分度機(jī)構(gòu)等方面的知識(shí)，在校圖書館借閱了一些關(guān)于本次設(shè)計(jì)有關(guān)的資料，而且還在網(wǎng)上搜索了一些相關(guān)資料：1）現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊；2）實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊；3）機(jī)械設(shè)計(jì)手冊；4）數(shù)控車床設(shè)計(jì)；5）數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)與維修等等。3.2 動(dòng)力刀架的整體方案設(shè)計(jì)與選擇3.2.1 動(dòng)力刀架的整體方案設(shè)計(jì)刀架是車床的重要組成部分，車削
收藏