湖南大學畢業設計（論文）第1頁1引言裝配圖聯系1538937061.1畢業設計的背景及目的制造業是一個國家或地區經濟發展的重要支柱，其發展水平標志著該國或地區經濟的實力，科技水平，生活水準和國防實力。國際市場的競爭歸根到底是各國制造生產能力及機械制造裝備的競爭。隨著機械制造生產模式的演變,對機械制造裝備提出了不同的要求.在50年代“剛性”生產模式下，通過提高效率，自動化程度,進行單一或少品種的大批量生產，以“規模經濟”實現降低成本和提高質量的目的。在70年代主要通過改善生產過程管理來進一步提高產品質量和降低成本。在80年代，較多地采用數控機床，機器人，柔性制造單元和系統等高技術的集成來滿足產品個性化和多樣化的要求，以滿足社會各消費群體的不同要求。從90年代開始，為了對世界生產進行快速響應，逐步實現社會制造資源的快速集成，要求機械制造裝備的柔性化程度更高,采用擬實制造和快速成形制造技術1。工業發達國家都非常注重機械制造業的發展，為了用先進技術和工藝裝備制造業，機械制造裝備工業得到先發展。對比之下，我國目前機械制造業的裝備水平還比較落后，表現在大部分工廠的機械制造裝備基本上是通用機床加專用工藝裝備，數控機床在機械制造裝備中的比重還非常低，導致“剛性”強,更新產品速度慢，生產批量不宜太小，生產品種不宜過多；自動化程度基本上還是“一個工人，一把刀，一臺機床”，導致勞動生產率低下，產品質量不穩定。因此，要縮小我國同工業發達國家的差距,我們必須在機械制造裝備方面大下功夫，其中最重要的一個方面就是增加數控機床在機械制造裝備中的比重1。通過這次畢業設計，可以達到以下目的：1，培養綜合運用專業基礎知識和專業技能來解決工程實際問題的能力；2，強化工程實踐能力和意識,提高本人綜合素質和創新能力；3，使本人受到從事本專業工程技術和科學研究工作的基本訓練,提高工程繪圖、湖南大學畢業設計（論文）第2頁計算、數據處理、外文資料文獻閱讀、使用計算機、使用文獻資和手冊、文字表達等各方面的能力；4，培養正確的設計思想和工程經濟觀點，理論聯系實際的工作作風，嚴肅認真的科學態度以及積極向上的團隊合作精神。1.2國內外數控車床的研究狀況和成果1949年帕森公司正式接受美國空軍委托，在麻省理工學院伺服機構試驗室的協助下，開始從事數控機床的研制工作。經過三年時間的研究，于1952年試制成功世界第一臺數控機床試驗性樣機，這是一臺采用脈沖乘法器原理的直線插補三坐標連續控制銑床，這便是數控機床的第一代2。1953年，美國空軍與麻省理工學院協作，開始從事計算機自動編程的研究，這就是創制APT(AutomaticallyProgrammedTools)自動編程系統的開始。1955年，美國空軍花費巨額經費訂購了大約100臺數控機床,此后兩年，數控機床在美國進入迅速發展階段,市場上出現了商品化數控機床。1958年，美國克耐杜列克公司(Keaney&TreckerCo.)在世界上首先研制成功帶自動換刀裝置的數控機床，稱為”加工中心”。1959年，計算機行業研制出晶體管元器件，因而數控裝置中廣泛采用晶體管和印制電路板，從而跨入第二代數控時代。同時美國航空工業協會(AIA)和麻省理工學院發展了APT程序語言。1960年以后，點位控制機床在美國得到迅速發展,數控技術不僅在機床上得到實際應用，而且逐步推廣到沖壓機、繞線機、焊接機、火焰切割機、包裝機和坐標測量機等，在程序編制方面，已由手工編程逐步發展到采用計算機自動編程。除了APT數控語言外，又發展了許多自動騙程語言。從1960年開始，德國，日本等先進工業國家都陸續開發，生產及使用了數控機床，1965年，出現了小規模集成電路。由于它體積小，功耗低，使用數控系統的可靠性得以進一步提高，數控系統發展到第三代【2】。1967年，英國首先把幾臺數控機床聯接成具有柔性的加工系統，這就是最初的湖南大學畢業設計（論文）第3頁FMS(FlexibleManufacturingSystem，柔性制造系統)。之后，美，歐，日也相繼進行開發與應用。1970年前后，美國英特爾公司開發和使用了微處理器。1974年美，日等國首先研制出以微處理器為核心的數控系統。近20年來，微處理機數控系統的摟控機床得到飛速發展和廣泛應用，這就是第五代數控系統(MNC)。20世紀80年代初，國際上又出現了柔性制造單元FMC(FleibieManufacturingCell)3。我國從1958年開始研究數控機床，一直到20世紀60年代中期還處于研制，開發時期。當時，一些高等院校,科研單位研制出試驗樣機，是從電子管起步的。1965年，國內開始研制晶體管數控系統。20世紀60年代末至70年代初研制成了劈錐數控銑床，數控非圓齒輪插齒機。CIL18晶體管數控系統及Z53K1G立式數控銑床。從20世紀70年代開始,數控技術在車，銑，鏜,磨，齒輪加工，電加工等領域全面展開，數控加工中心在上海，北京研制成功。但由于電子元器件的質量和制造工藝水平差，致使數控系統的可靠性,穩定性末行到解決，因此末能廣泛推廣。20世紀80年代，我國從昌本發那科公司引進了3,5,6,7等系列的數控系統和直流伺服電機，直流主軸電機等制造技術，以及引進美國GE公司的MCI系統和交流伺服系統，德國西門子VS系列可控硅調速裝置，并進行了商品化生產.這些系統可靠性高，功能齊全。與此同時，還自行開發了3、4、5軸聯動的數控系統以及雙電機驅動的同步數控系統(用于火焰切割機)和新品種的伺服電機，推動了我國數控機床穩定發展，使我國數控機床在性能和質量上產生了一個質的飛躍。1985年，我國數控機床的品種有了新的發展。數控機床品種不斷增多，規格齊全。許多技術復雜的大型數控機床，重型數控機床都相繼研制出來。為了跟蹤國外現代制造技術的發展，北京機床研究所研制出了JCS-FMS-1型和2型的柔性制造單元和柔性制造系統。這個時期，我國在引進，消化國外技術的基礎上，進行了大量開發工作。一些較高檔次的數控系統(5軸聯動)，分辨率為0.02m的高精度數控系統，數字仿型數控系統湖南大學畢業設計（論文）第4頁為柔性單元配套的數控系統都開發出來了，并造出樣機。我國的數控技術經過“六五”，“七五”，“八五”，到“九五”的近20年的發展，基本上掌握了關鍵技術，建立了數控開發，生產基地，培養了一批數控人才，初步形成了自己的數控產業。“十五”攻關開發的成果：華中號、中華號、航天號和藍天號4種基本系統建立了具有中國自主版機的數控技術平臺。具有中國特色濟型數控系統經過這些年來的發展，有了較大的提高。它們逐漸被用戶認可，在市場上站住了腳3。目前我國數控機床生產廠有100多家，生產數控機床配套產品的企業有300余家，產品品種包括八大類2000種以上。目前已新開發出數控系統80余種，分為3種型級，即經濟型，普及型和高級型。“九五”期間數控機床發展已進入實現產業化階段，數控機床新開發品種300余種，已有一定的覆蓋面。新開發的國產數控機床產品大部分達到期際上20世紀80年代中期水平，部分達到90年代水平，為國家重點建設提供了一批高水平數控機床。1.3設計內容和研究方法本課題設計一臺數控車床-CK20，用于對回轉零件的圓柱面，圓弧面，圓錐面，端面，切槽，及各種公、英制螺紋等進行批量、高效、高精度的自動加工。該數控車床可以用于機械，汽車，航空航天等領域，實現加工自動化，提高產品質量，高生產效率。本次設計的主要內容為：1，數控車床CK20總體布局的設計；2，數控車床回轉刀架的結構設計及總裝圖的繪制；3，數控車床刀架，液壓夾盤，尾座套筒等部分液壓控制系統設計；4，數控車床數控系統的設計；5，典型零件數控加工程序的編制；6，外文資料的翻譯。CK20數控車床回轉刀架的結構設計及其液壓控制系統的設計為本次畢業設計的重點內容，同時也是難點。通過廣泛查閱文獻資料，參觀數控車床實物樣機以及組內同學相互討論等途徑，擬定了如下的研究手段：(1)，本次研究的數控車床床身采用臥式斜床身結構。因為車床的床身是整個車床的基礎支承件，是車床的主體，一般用來放置導軌、主軸箱等重要部件。床身的結構對車床的布局有很大的影響。按照床身導軌面與水平面的相對位置，床身的結構有后斜床身湖南大學畢業設計（論文）第5頁斜滑板，直立床身直立滑板，平床身平滑板，前斜床身平滑板和平床身斜滑板等五種，它們各自有自己的優點和局限性，采用什么樣的床身要根據實際情況定。一般來說，中、小規格的數控車床采用斜床身和平床身斜滑板的居多。只有大型數控車床或小型精密數控車床才采用平床身平滑板結構，而立床身結構采用得較少。平床身工藝性好，易于加工制造，由于車床刀架水平放置，對提高刀架的運動精度有好處,，但床身下部空間小，排屑回難。平床身斜滑板結構，再配置向上傾斜導軌防護罩，這樣既保持了平床身工藝性好的優點，而且床身寬度也不會太大。斜床身和平床身斜滑板結構在現代數控車床中被廣泛采用，是因為這種布局有以下的優點：1）易實現機電一體化；2）機床外觀整齊,美觀,占地面積小；3）容易設置封閉式防護裝置；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軌上影響導軌精度；6）宜人性好,便于操作；7）便于安裝機械手，實現單機自動化。機床床身的五種結構形式圖示如下：(a)斜床身斜滑板(b)直立床身直立滑板(c)平床身平滑板湖南大學畢業設計（論文）第6頁(d)前斜床身平滑板(e)平床身斜滑板圖1.1床身結構示意圖(2)，數控車床的刀架采用回轉刀架。回轉刀架的換刀分為刀盤抬起、刀架鎖緊和刀盤轉位三個動作。其中刀盤抬起和刀架鎖緊由液壓來實現，而刀盤轉位則由伺服電機來驅動。刀盤抬起動作的實現須經以下步驟：數控系統發出刀盤抬起命令液壓系統啟動壓力油進入液壓缸右腔活塞向左運動刀架主軸向左移動端齒盤脫離嚙合刀盤抬起。刀盤轉位動作的實現順經以下步驟：數控系統發出刀盤轉位的命令伺服電機啟動蝸輪蝸桿轉動刀架主軸轉動實現刀盤轉位.刀盤鎖緊動作的實現順經以下的步驟：數控系統發出刀盤鎖緊命令液壓系統啟動壓力油進入液壓缸左腔活塞向右運動刀架主軸向右移動端齒盤嚙合實現刀盤鎖緊。圖1.2回轉刀架示意圖(3)，本車床數控系統選用日本FANUC公司的FANUC系統.因為就目前來說，國內各數控機床用得最多的也是FANUC系統，因為它具有以下的優點：湖南大學畢業設計（論文）第7頁1）高可靠性及完整的質量控制體系。2）采用大規模及超大規模的專用集成電路芯片。3）全自動化工廠生制造。4）良好的控制軟件設計。5）數字式進給伺服和數字式主軸驅動4。(4)，尾座套筒及主軸夾盤的控制亦采用液壓來實現。因為液壓控制具有操作方便，工作可靠等特點。2數控車床刀架結構設計及計算2.1車床刀架的功能,類型和應滿足的要求2.1.1車床刀架的功能機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，轉塔車床的轉塔刀架，回輪式轉塔車床的回輪刀架，自動車床的轉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中的較薄弱環節。隨著自動化技術的發展，機床的刀架也有了許多變化，特別是數控車床上采用電(液)換位的自動刀架，有的還使用兩個回轉刀盤。加工中心則進一步采用了刀庫和換刀機械手，定現了大容量存儲刀具和自