2071 CJK6256B數控車床主軸箱的改進設計,cjk6256b,數控車床,主軸,改進,改良,設計 1前言隨著科學技術的不斷發(fā)展，機械產品日趨精密、復雜，改型也日益頻繁，對機床的性能、精度、自動化程度等提出了越來越高的要求。機械加工工藝過程自動化是實現上述要求的重要技術措施之一，不僅能夠提高產品質量和生產率，降低生產成本，還能改善工人的勞動條件。為此，許多企業(yè)采用自動機床、組合機床和專用機床組成自動或半自動生產線。但是，采用這種自動、高效的設備，需要很大的初期投資以及較長的生準備周期，只有在大批量的生產條件（如汽車、拖拉機、家用電器等工業(yè)主要零件的生產） ，才會有顯著的經濟效益。在機械制造工業(yè)中，單件、小批量生產的零件約占機械加工總量的70%~80%?？茖W技術的進步和機械制造產品市場競爭的日趨激烈，致使機械產品不斷改型、更新換代，批量相對減少，質量要求越來越高。采用專用的自動機床加工這類零件就顯得很不合理，而且調整或改裝專用的“剛性”自動生產線投資大、周期長，有時從技術上甚至是不可能實現的。采用各類仿型機床，雖然可以部分地解決小批量復雜零件的精度很難達到的要求。為了解決上述問題，滿足多品種、小批量，特別是結構復雜、精度要求高的零件的自動化生產，迫切需要一種靈活的、通用的、能夠適用于產品頻繁變化的“柔性”自動化機床。隨著計算機科學技術的發(fā)展，1952 年，美國帕森斯公司(Parsons)和麻省理工學院（MIT）合作，研制成功了世界上第一臺以數字計算機為基礎的數字控制(numerical control,簡稱 NC)3 坐標直線插補銑床，從而使機械制造業(yè)進入了 一個新階段。 因此，在畢業(yè)設計到來時，根據我們專業(yè)與企業(yè)的要求，在徐衛(wèi)國老師的指導下，本人選擇了數控車床的改造這一課題。通過研究，改造主要有三個部分：（1）主軸箱（2）電器（3）自動刀架此課題有本人承擔，本人改造主軸箱中的主軸部件是機床重要組成部分之一。除了與普通機床一樣要求具有良好的旋轉精度、靜剛度、抗振性、熱穩(wěn)定性及耐磨性外，由于數控機床在加工過程中不進行人工調整，且數控機床要求的轉速更高，功率大。所以數控機床的主軸部件在上述幾方面要求更高且更嚴格。在主軸部件的改造方面，本人采取盡可能按原機床傳動路線，并選用主軸脈沖發(fā)生器來輸出主軸轉速，主軸轉一轉，主軸脈沖發(fā)生器 發(fā)出 1024 個脈沖。數控車床的電器也很重要，車床的自動化程度也就在此體現。電器方面，本人參考 CJK6256B 簡易數控車床的電器原理，該結構簡單，能 2較好的實現對主軸電機主軸變頻器，刀臺電機正反轉，風扇等等的控制。自動刀架也是數控車床與普通車床的重要區(qū)別之一，它具有準確的重復定位功能，具有較高的精度。 3目錄第一章數控機床的主傳動及主軸部件1.1 數控機床主傳動裝置……………………………………………………4-61.1.1 特點1.1.2 變速方式1.1.3 選擇電動機1.1.4 選擇帶輪1.1.5 確定傳動方式1.2 主軸組件設計………………………………………………………………7-91.2.1 主軸主件類型1.2.2 主軸設計1.2.3 主軸支承1.2.4 主軸停止功能 11.3 中間軸的設計…………………………………………………………………101.4 輸入軸的設計…………………………………………………………………111.5 主軸箱的裝配…………………………………………………………………12第二章電器…………………………………………………………………………13-14第三章自動刀架……………………………………………………………………15結論……………………………………………………………………16參考文獻……………………………………………………………………………17附錄…………………………………………………………………………………18 4第一章數控機床的主傳動及主軸組件1.1 數控機床主傳動裝置1.1.1 特點數控機床的主傳動與普通機床的相比具有以下特點：（1） 主軸傳動系統轉速高，功率大，能滿足數控機床大功率切削和高速切削的要求，實現機床高效率工作。（2） 傳動系統調速范圍較大，變速迅速可靠，并能實現自動無級調速，使切削工作始終在最佳狀態(tài)下進行。（3） 為實現刀具的快速或自動裝卸，主軸上具有特殊的刀具安裝結構。（4） 主軸部件要求有較大的剛度和較高的精度。1.1.2 變速方式本人根據原機床結構采用雙向內齒離合器來使主軸實現四級變速。1.1.3 選擇電動機選用 Y160L-4 A 型鼠籠轉子電動機系列。功率 15KW 轉速 1460r/min.額定轉矩2.2kn/m。1.1.4 選擇帶輪根據電動機的輸出功率、輸出軸所需的轉速、工作時間，選擇并校核帶輪，確定小帶輪與大帶輪的基準直徑，大帶輪如裝配圖 所示，基準直徑為 304mm，采用孔板式結構。此結構可以避免齒輪傳動時引起的振動與噪聲，傳動比較準確，傳動精度高、平穩(wěn)、噪聲小，維修保養(yǎng)方便，不需潤滑。采用無級變速主軸電機（直流或交流） ，主軸箱內齒輪變速級數很少（一般最多為四級） 。主軸箱內設置齒輪變速，主要目的是重復利用電機的恒功率，輸出范圍一般多用于大中型機床，一部分小型機床為了獲得強力切削也在應用。變速級改變通常是用液壓控制齒輪滑移來實現，一般小型數控機床的主軸箱步設置齒輪變速機構其噪聲與振動大大減少由于主軸功率特性在不斷改進，無齒輪變速的主傳動得到越來越多的應用。液壓刀架使用廣泛，性能比較穩(wěn)定，電機帶動的刀架沒有液壓管路，結構簡單。1.1.5 確定傳動方式 5傳動路線如下：離合器 1 撥叉向左— —Ⅲ—24電動機—帶輪—Ⅰ—離合器 1 撥叉向右 — Ⅱ — 離合器 2 撥叉向左—Ⅳ— —Ⅴ603離合器 2 撥叉向右— —Ⅱ— —Ⅳ— —Ⅴ6024603離合器 2 撥叉向左— —Ⅲ—Ⅳ— —Ⅴ24離合器 2 撥叉向右— —Ⅲ—Ⅳ— —Ⅴ6024603 61.2 主軸組件設計主軸組件由主軸、主軸支承、裝在主軸上的傳動件和密封件等組成。機床加工時，主軸帶動工件或刀具直接參與表面成型運動，所以主軸的精度、剛度和熱變形對加工質量和生產效率等有著重要的影響，而且由于數控機床在加工過程中心 線 的 平 均 空 間 位 置 稱 為 瞬 時 回 轉 中 心 線 。 瞬 時 回 轉 中 心 線 相 對 于 理 想 回 轉 中心 線 的 距 離 ， 就 是 主 軸 的 回 轉 誤 差 。 而 回 轉不進行人為調整，這些影響就更為重要。（ 1） 回 轉 精 度 高回 轉 中 心 線 的 空 間 位 置 ， 在 理 想 的 情 況 下 應 是 固 定 不 變 的 ， 稱 為 理 想 中 心 線 。 實 際 上 ，由 于 主 軸 組 件 中 各 種 因 素 的 影 響 ， 回 轉 中 心 線 的 空 間 位 置 每 一 瞬 間 都 是 變 化 的 ， 這 些瞬 時 回 轉 中 誤 差 的 范 圍 ， 就 是 主 軸 的 回 轉 精 度 。 徑 向 誤 差 、 角 度 誤 差 和 軸 向 誤 差 很 少單 獨 存 在 ， 當 徑 向 誤 差 和 角 度 誤 差 同 時 存 在 時 ， 構 成 徑 向 跳 動 ， 而 軸 向 誤 差 和 角 度 誤差 同 時 存 在 時 構 成 端 面 跳 動 。（ 2） 剛 度 大主 軸 組 件 的 剛 度 是 指 受 外 力 作 用 時 ， 主 軸 組 件 抵 抗 變 形 的 能 力 。 主 軸 組 件 的 剛 度越 大 ， 主 軸 受 力 后 的 變 形 越 小 。 若 主 軸 組 件 的 剛 度 不 足 ， 在 切 削 力 及 其 它 力 的 作 用 下 ，主 軸 將 產 生 較 大 的 彈 性 變 形 ， 不 僅 影 響 工 件 的 加 工 質 量 ， 還 會 破 壞 齒 輪 、 軸 承 的 正 常工 作 條 件 ， 加 快 其 磨 損 ， 降 低 精 度 。 主 軸 部 件 的 剛 度 與 主 軸 的 結 構 尺 寸 、 支 承 跨 距 、所 選 用 的 軸 承 類 型 及 其 配 置 形 式 、 軸 承 間 隙 的 調 整 、 主 軸 上 傳 動 元 件 的 位 置 關 系 等 有 關 。（ 3） 抗 振 性 強主 軸 組 件 的 抗 振 性 是 指 切 削 加 工 時 ， 主 軸 保 持 平 穩(wěn) 運 轉 而 不 發(fā) 生 振 動 的 能 力 。 若主 軸 組 件 抗 振 性 差 ， 工 作 時 容 易 產 生 振 動 ， 不 僅 會 降 低 加 工 質 量 ， 而 且 限 制 了 機 床 生產 率 的 提 高 ， 使 就 刀 具 的 耐 用 度 下 降 。（ 4） 溫 升 低主 軸 組 件 運 轉 中 的 溫 升 過 高 會 引 起 兩 個 方 面 的 不 良 結 果 ： 一 是 主 軸 組 件 和 箱 體 因熱 膨 脹 而 變 形 ， 主 軸 的 回 轉 中 心 線 和 機 床 其 它 元 件 的 相 對 位 置 發(fā) 生 變 化 ， 直 接 影 響 到加 工 精 度 ； 二 是 軸 承 等 元 件 會 因 溫 度 過 高 而 改 變 已 調 好 的 間 隙 ， 破 壞 正 常 工 作 ， 嚴 重時 甚 至 會 發(fā) 生 “抱 軸 ”。 數 控 機 床 為 了 解 決 溫 升 問 題 ， 一 般 采 用 恒 溫 主 軸 箱 。（ 5） 耐 磨 性 好主軸組件必須有足夠的耐磨性，以便能長期保持精度。主軸上易磨損的地方是刀具或工作安裝部位，以及移動式主軸的工作表面。為了提高耐磨性，主軸的上述部位應該淬火硬，或氮化處理，以提高硬度，增加耐磨性。主軸軸承也需要有良好的潤滑，以提高其耐磨性。 71.2.1 主軸組件的類型主軸組件按運動方式可分為五類：（1）只有旋轉運動的主軸組件。這類主軸組件結構較為簡單，如車床、銑床、和磨床等主軸組件。（2）既有旋轉運動又有軸向進給運動的主軸組件。（3）既有旋轉運動又有軸向調整移動的主軸組件。如滾齒機、部分立式銑床等的主軸組件。主軸在套筒內作旋轉運動，并可根據需要隨主軸套筒一起作軸向調整運動。主軸組件工作時，用其中的夾緊裝置將主軸套筒夾緊在主軸箱內，以提高主軸部件的剛度。（4）既有旋轉運動又有徑向進給運動的主軸部件。如臥式鏜床的平旋盤主軸組件、組合機床的鏜孔車端面頭主軸組件。主軸作旋轉運動時，裝在主軸前端面平旋盤上的徑向滑塊可帶動刀具作徑向進給運動。（5）主軸作旋轉運動又作行星運動的主軸部件。1.2.2 主軸設計主軸是主軸組件的重要組成部分，它的結構尺寸和形狀、制造精度、材料及其熱處理等。對主軸組件的工作性能都有很大的影響，其主要尺寸參數包括如下四個部分：（1）主軸直徑（2）內孔直徑（3）懸件長度（4）支承跨距根據原有結構，本人采用原有主軸，改變主軸支承方案來增強主軸的強度與剛性。1.2.3 主軸支承根據各段軸的直徑，確定主軸支承。前支承用 3182132 型雙短圓柱滾子軸承與 8218 推力球軸承，后支承采用 3182124 型雙短圓柱滾子軸承，中間輔助支承為 128 型單列滾珠軸承。這樣不僅保證主軸的回轉精度，也提高了主軸剛度和抗振性。由于運轉中會發(fā)熱，主軸必然會膨脹，為了吸收這個熱膨脹量，希望后支承能沿軸向移動，容易使軸承受損。因此從提高后支承剛性和適應主軸熱膨脹的要求來說，前支承采用 3182132 型雙短圓柱滾子軸承為好，右端用端蓋頂住，左面用調整螺母來預緊。 81.2.4 主軸停止功能為使停車時克服旋件的慣性，采用液壓摩擦制動器使主軸迅速停止，此裝置結構簡單，性能較好，主軸通過齒輪嚙合傳至主軸脈沖器。主軸原理床頭箱中的雙向內齒離合器和，由操縱油缸中的活塞帶動撥叉和來控制它接通或放松，使主軸實現四級變速。停車時為克服旋轉件的慣性，采用液壓摩擦制動器使主軸迅速停止。主軸運動通過齒輪傳至主軸脈沖發(fā)生器，其傳動比為。主軸轉一轉，主軸脈沖發(fā)生器發(fā)出個脈沖。改變主電機正、反轉。主軸具有三個支承：前支承為雙列短圓柱滾子軸承；后支承為雙列短圓柱滾子軸承；中間輔助支承為型單列滾珠軸承。這樣不僅保證主軸的回轉精度，也提高了主軸剛度和抗振性。. 91.3 中間軸的設計根據傳動方式，中間軸與主軸通過一對斜齒輪來傳動，中間軸由兩段軸Ⅲ、Ⅳ共同組成，兩段都裝有與內齒離合器 55 相嚙合的齒輪 48、57，從而實現變速，用來使主軸迅速停止的液壓摩擦制動器 23 就裝在前一段軸 22 上，中間軸后端用制動器 23 固定，前端則用調整螺栓結構 62 頂住，中間軸用滾動軸承與單列圓錐滾子球軸承來支承，可用來支承較大的徑向力。其中，前一個單列圓錐滾子球軸承用軸肩與調整螺栓 62 來固定調整，后一個則用箱壁與斜齒輪61 固定，深溝球軸承 58 用擋圈、套筒、軸肩來固定。 101.4 輸入軸的設計根據傳動比與功率確定輸入軸的各段結構。輸入軸也又兩段，分別為軸Ⅰ和軸Ⅱ，其后端與帶輪 28 通過鍵 31 來連接并用調整螺母 30 來預緊，前端用端蓋 56 頂住軸承。軸用深溝球軸承支承，兩段軸也分別裝有與離合器 42 相嚙合的齒輪 39 和 47。通過離合器 42 與 55 一起實現四級變速。齒輪 53 用擋圈固定。同樣，深溝球軸承也用套筒與彈性擋圈固定。輸入軸后端為 1：15 的錐度，以便拆裝。1.5 主軸箱裝配主軸箱裝配不作說明，詳見裝配圖。 11第二章 電器電器部分，數控車床的電器有兩部分組成，強電部分與弱電部分。介與本人的專業(yè)水平有限，因此本人所改裝的車床主要采用簡易數控車床CKJ6256B 的電器結構。弱電部分，由于本人能力有限，便不作詳細說明，強電部分則參考上述車床的電器圖講一下電器結構，此部分由十一個部分構成：1.空氣開關2.主軸變頻器3.刀臺電機正反轉4.冷泵電機5.驅動電源6.工作燈7.VC 電源8.控制電源9.主軸電機風扇10.穩(wěn)壓源11.潤滑泵電機以上結構在圖中表達的很清楚。另外電器圖中的各個元件代號的名稱如下：QF 空氣開關FR 熱繼電器M1 主電機M2 刀臺電機 M3 冷卻電泵 M4、M5 軸流風扇FU 熔斷器1RC~3RC 三相滅弧器4RC~8RC 單相滅弧器 KM 交流接觸器R 電阻TC1 驅動電源變壓器TC2 照明控制電源變壓器 12VC 24V 直流穩(wěn)壓源EL 工作燈KA 中間繼電器SQ2~SQ7 霍爾元件SQ8 安全開關SQ9、SQ11、SQ13 X、Z 軸軟限位SQ10、SQ12、SQ14 回零開關SB1 急停開關SQ15、SQ16 接近開關根據本人的設計任務，主要繪制了主軸電機與刀臺電機的電器原理，這一部分詳見原理圖。 13第三章 自動刀架數控機床為了能在工作一次裝夾中完成多種甚至所有加工工序，以減少輔助時間和減少多次安裝工件所引起的誤差，必須具備自動裝置。一般數控機床常采用轉塔頭式換刀裝置，如數控車床的轉塔刀架、數控鉆鏜床的多主軸轉塔頭等，這種換刀裝置能裝 6-8 個刀具，由于受液壓刀架使用廣泛，性能比較穩(wěn)定，電機帶動的刀架沒有液壓管路，結構簡單。在這里本人采用四方自動刀架，設計原則參考 CK6136 刀架，此刀架就是采用液壓來控制，下面就根據其裝配圖來說明一下其工作原理。刀架的松開、轉位和夾緊采用液壓驅動，運動循環(huán)位：刀架抬起——轉位——定位與夾緊——活塞空程退回?；钊?4 上移，刀架松開，活塞齒條 29 移動使刀架轉位，調整螺釘 22 和 33可控制活塞齒條 29 的行程，實現初定位。當活塞齒條 29 行程結束時，觸頭25 壓開關發(fā)出訊號，液壓油換向，活塞 4 落下，多齒盤 20 和 21 結合實現精確定位。此時齒輪 7 和活塞齒條 29 脫開，而且多齒盤 20 上的觸頭 9 和多齒盤上 21 的四個觸點 8 中的一個接通，發(fā)出訊號判別刀架位置。接著活塞齒條 29 空程退回，觸頭 25 壓合開關 27 發(fā)出訊號表示轉位結束。調整順序閥 30 和 34 的彈簧力以保證每個動作按順序進行。刀架上裝有四個快換刀夾，用刀夾上的銷 11 和刀架上的圓柱銷 12 定位。 刀架原理刀架的松開、轉位和夾緊采用液壓驅動，運動循環(huán)位：刀架抬起——轉位——定位與夾緊——活塞空程退回?；钊弦疲都芩砷_，活塞齒條移動使刀架轉位，調整螺釘和可控制活塞齒條的行程，實現初定位。當活塞齒條行程結束時，觸頭壓開關發(fā)出訊號，液壓油換向，活塞落下，多齒盤和結合實現精確定位。此時齒輪和活塞齒條脫開，而且多齒盤上的觸頭和多齒輪上的四個觸點中的一個接通，發(fā)出訊號判別刀架位置。接著活塞齒條空程退回，觸頭壓合開關發(fā)出訊號表示轉位結束。調整順序閥和的彈簧力以保證每個動作按順序進行。刀架上裝有四個快換刀夾，用刀夾上的銷和刀架上的圓柱銷定位。 14結論本人通過此次畢業(yè)設計，對數控車床的結構、原理有了更伸層次的了解，特別是它的主軸箱、電器和自動刀架部分，其優(yōu)點與改造前的普通車床有著明顯的區(qū)別。它能更精確的進行內外圓柱面、圓錐面、圓弧面、圓柱螺紋和圓錐螺紋等加工。機床主軸的起動、停止和變速，縱向和橫向進給運動的行程和速度，刀具的變換和冷卻，都可以自動控制。并具有直線、錐度、直螺紋和錐螺紋等自動循環(huán)機能。在該機床中采用液壓卡盤、液壓尾座、快換刀夾和機床外對刀裝置。該機床適合用于加工形狀復雜的中小批量的零件。禰補了普通機床加工精度不高與不能較好的加工復雜零件的缺點。此次畢業(yè)設計的課題，就本人個人而言，對于我們數控專業(yè)的學生來講有著很重要的意義，它能夠讓我們清楚的搞懂普通機床與數控機床之間的區(qū)別，能讓我們對三年所學的專業(yè)知識有一個系統的、全面的、清楚的綜合與回顧。對我們的讀圖能力、實踐能力都有著較高的要求。不過，介于當今社會的發(fā)展水平，現代企業(yè)的日新月異，新型的產業(yè)結構對機械加工的要求是越來越高，它已不在停留在相對簡單的加工上，它需要的是加工形狀復雜、精度高的零件，這就需要對機床有更高的要求，它要求有很高的自動化程度，于是，市場上有了很先進的各類數控機床，但是其經濟成本也令一些企業(yè)望而卻步，因此許多企業(yè)都采取了把普通機床改裝成數控機床。因此我們這一課題很有用，但是，隨之又產生了一系列問題，改裝的數控機床雖然在經濟上比較合適，但其加工精度、自動化程度還是不近人意，所以本人認為此課題最好能夠有所改進，本人希望從現在的普通機床的改裝改進為老式數控機床的改進，把老式的數控機床的步進電機改為伺服電機，這樣便能夠更精確的來加工較為復雜的零件，從而達到要求。還有，本人認為在電器方面也需要有更深程度的了解，因為現代企業(yè)對機械已有了更高的要求，它需要機械與電器相結合，形成機電一體化。從而提高自動化程度，來適應現代社會的需要?？傊?，通過此次設計，本人對車床的認識有了很大的提高，這將對我在今后的工作過程中有著很大的幫助，這將對我的一生起很大的作用。 15致謝感謝江陰職業(yè)技術學院機電工程系各位老師的付出！在老師的悉心教導下，我完成了三年的大專學業(yè)，使我成為一名數控機床維修專業(yè)的畢業(yè)生。學院為我們定位為企業(yè)“班組長”。作為一名生產一線的職工必須具有一定質量的專業(yè)知識。三年中老師們所教授的基礎知識為我將來進修提供了條件，老師們教授的專業(yè)知識使我在一線工作中有了很大的幫助。與此同時,本文在寫作過程中，承我的指導老師徐衛(wèi)國先生的悉心指教，并得到其他幾位老師的關心和幫助，在此一并謹致謝忱。畢業(yè)在即，衷心祝愿各位老師身體健康、萬事如意！ 16參考文獻華東紡織工學院、哈爾濱工業(yè)大學、天津大學主編 《機床設計圖冊》 上海科技技術出版社 1979范云漲、陳兆年主編 《金屬切削機床設計簡明手冊》機械工業(yè)出版社 1993許高燕主編 《機械設計手冊及課程設計》中國地質大學出版社 2001呂慧瑛主編 《機械設計基礎》上海交通大學出版社 2001成大憲主編 《機械設計手冊》化學工業(yè)出版社 1998王炳實主編 《機床電器控制》機械工業(yè)出版社 1999彭曉南主編 《數控技術》 機械工業(yè)出版社 2001李宏勝主編 《機床數控技術及應用》 17附錄主要技術參數設計部分：工件最大回轉直徑……………………………………………………………630 毫米工件最大長度……………………………………………………………… 1500 毫米主軸孔徑……………………………………………………………………… 80 毫米主軸前端孔錐度………………………………………………………… 公制 100 號主軸轉速范圍（16 級）………………………………………………32-1600 轉/分刀架縱進給量和螺紋的螺距范圍 0.01-20.47 毫米刀架橫向進給量范圍（在直徑上）0.01-20.47 毫米刀架縱向與橫向進給的脈沖當量 0.01 毫米刀架快速移動速度：縱向 3.6 米/分橫向 1.8 米/分 18 1前言隨著科學技術的不斷發(fā)展，機械產品日趨精密、復雜，改型也日益頻繁，對機床的性能、精度、自動化程度等提出了越來越高的要求。機械加工工藝過程自動化是實現上述要求的重要技術措施之一，不僅能夠提高產品質量和生產率，降低生產成本，還能改善工人的勞動條件。為此，許多企業(yè)采用自動機床、組合機床和專用機床組成自動或半自動生產線。但是，采用這種自動、高效的設備，需要很大的初期投資以及較長的生準備周期，只有在大批量的生產條件（如汽車、拖拉機、家用電器等工業(yè)主要零件的生產） ，才會有顯著的經濟效益。在機械制造工業(yè)中，單件、小批量生產的零件約占機械加工總量的70%~80%。科學技術的進步和機械制造產品市場競爭的日趨激烈，致使機械產品不斷改型、更新換代，批量相對減少，質量要求越來越高。采用專用的自動機床加工這類零件就顯得很不合理，而且調整或改裝專用的“剛性”自動生產線投資大、周期長，有時從技術上甚至是不可能實現的。采用各類仿型機床，雖然可以部分地解決小批量復雜零件的精度很難達到的要求。為了解決上述問題，滿足多品種、小批量，特別是結構復雜、精度要求高的零件的自動化生產，迫切需要一種靈活的、通用的、能夠適用于產品頻繁變化的“柔性”自動化機床。隨著計算機科學技術的發(fā)展，1952 年，美國帕森斯公司(Parsons)和麻省理工學院（MIT）合作，研制成功了世界上第一臺以數字計算機為基礎的數字控制(numerical control,簡稱 NC)3 坐標直線插補銑床，從而使機械制造業(yè)進入了 一個新階段。 因此，在畢業(yè)設計到來時，根據我們專業(yè)與企業(yè)的要求，在徐衛(wèi)國老師的指導下，本人選擇了數控車床的改造這一課題。通過研究，改造主要有三個部分：（1）主軸箱（2）電器（3）自動刀架此課題有本人承擔，本人改造主軸箱中的主軸部件是機床重要組成部分之一。除了與普通機床一樣要求具有良好的旋轉精度、靜剛度、抗振性、熱穩(wěn)定性及耐磨性外，由于數控機床在加工過程中不進行人工調整，且數控機床要求的轉速更高，功率大。所以數控機床的主軸部件在上述幾方面要求更高且更嚴格。在主軸部件的改造方面，本人采取盡可能按原機床傳動路線，并選用主軸脈沖發(fā)生器來輸出主軸轉速，主軸轉一轉，主軸脈沖發(fā)生器 發(fā)出 1024 個脈沖。數控車床的電器也很重要，車床的自動化程度也就在此體現。電器方面，本人參考 CJK6256B 簡易數控車床的電器原理，該結構簡單，能 2較好的實現對主軸電機主軸變頻器，刀臺電機正反轉，風扇等等的控制。自動刀架也是數控車床與普通車床的重要區(qū)別之一，它具有準確的重復定位功能，具有較高的精度。 3目錄第一章數控機床的主傳動及主軸部件1.1 數控機床主傳動裝置……………………………………………………4-61.1.1 特點1.1.2 變速方式1.1.3 選擇電動機1.1.4 選擇帶輪1.1.5 確定傳動方式1.2 主軸組件設計………………………………………………………………7-91.2.1 主軸主件類型1.2.2 主軸設計1.2.3 主軸支承1.2.4 主軸停止功能 11.3 中間軸的設計…………………………………………………………………101.4 輸入軸的設計…………………………………………………………………111.5 主軸箱的裝配…………………………………………………………………12第二章電器…………………………………………………………………………13-14第三章自動刀架……………………………………………………………………15結論……………………………………………………………………16參考文獻……………………………………………………………………………17附錄…………………………………………………………………………………18 4第一章數控機床的主傳動及主軸組件1.1 數控機床主傳動裝置1.1.1 特點數控機床的主傳動與普通機床的相比具有以下特點：（1） 主軸傳動系統轉速高，功率大，能滿足數控機床大功率切削和高速切削的要求，實現機床高效率工作。（2） 傳動系統調速范圍較大，變速迅速可靠，并能實現自動無級調速，使切削工作始終在最佳狀態(tài)下進行。（3） 為實現刀具的快速或自動裝卸，主軸上具有特殊的刀具安裝結構。（4） 主軸部件要求有較大的剛度和較高的精度。1.1.2 變速方式本人根據原機床結構采用雙向內齒離合器來使主軸實現四級變速。1.1.3 選擇電動機選用 Y160L-4 A 型鼠籠轉子電動機系列。功率 15KW 轉速 1460r/min.額定轉矩2.2kn/m。1.1.4 選擇帶輪根據電動機的輸出功率、輸出軸所需的轉速、工作時間，選擇并校核帶輪，確定小帶輪與大帶輪的基準直徑，大帶輪如裝配圖 所示，基準直徑為 304mm，采用孔板式結構。此結構可以避免齒輪傳動時引起的振動與噪聲，傳動比較準確，傳動精度高、平穩(wěn)、噪聲小，維修保養(yǎng)方便，不需潤滑。采用無級變速主軸電機（直流或交流） ，主軸箱內齒輪變速級數很少（一般最多為四級） 。主軸箱內設置齒輪變速，主要目的是重復利用電機的恒功率，輸出范圍一般多用于大中型機床，一部分小型機床為了獲得強力切削也在應用。變速級改變通常是用液壓控制齒輪滑移來實現，一般小型數控機床的主軸箱步設置齒輪變速機構其噪聲與振動大大減少由于主軸功率特性在不斷改進，無齒輪變速的主傳動得到越來越多的應用。液壓刀架使用廣泛，性能比較穩(wěn)定，電機帶動的刀架沒有液壓管路，結構簡單。1.1.5 確定傳動方式 5傳動路線如下：離合器 1 撥叉向左— —Ⅲ—24電動機—帶輪—Ⅰ—離合器 1 撥叉向右 — Ⅱ — 離合器 2 撥叉向左—Ⅳ— —Ⅴ603離合器 2 撥叉向右— —Ⅱ— —Ⅳ— —Ⅴ6024603離合器 2 撥叉向左— —Ⅲ—Ⅳ— —Ⅴ24離合器 2 撥叉向右— —Ⅲ—Ⅳ— —Ⅴ6024603 61.2 主軸組件設計主軸組件由主軸、主軸支承、裝在主軸上的傳動件和密封件等組成。機床加工時，主軸帶動工件或刀具直接參與表面成型運動，所以主軸的精度、剛度和熱變形對加工質量和生產效率等有著重要的影響，而且由于數控機床在加工過程中心 線 的 平 均 空 間 位 置 稱 為 瞬 時 回 轉 中 心 線 。 瞬 時 回 轉 中 心 線 相 對 于 理 想 回 轉 中心 線 的 距 離 ， 就 是 主 軸 的 回 轉 誤 差 。 而 回 轉不進行人為調整，這些影響就更為重要。（ 1） 回 轉 精 度 高回 轉 中 心 線 的 空 間 位 置 ， 在 理 想 的 情 況 下 應 是 固 定 不 變 的 ， 稱 為 理 想 中 心 線 。 實 際 上 ，由 于 主 軸 組 件 中 各 種 因 素 的 影 響 ， 回 轉 中 心 線 的 空 間 位 置 每 一 瞬 間 都 是 變 化 的 ， 這 些瞬 時 回 轉 中 誤 差 的 范 圍 ， 就 是 主 軸 的 回 轉 精 度 。 徑 向 誤 差 、 角 度 誤 差 和 軸 向 誤 差 很 少單 獨 存 在 ， 當 徑 向 誤 差 和 角 度 誤 差 同 時 存 在 時 ， 構 成 徑 向 跳 動 ， 而 軸 向 誤 差 和 角 度 誤差 同 時 存 在 時 構 成 端 面 跳 動 。（ 2） 剛 度 大主 軸 組 件 的 剛 度 是 指 受 外 力 作 用 時 ， 主 軸 組 件 抵 抗 變 形 的 能 力 。 主 軸 組 件 的 剛 度越 大 ， 主 軸 受 力 后 的 變 形 越 小 。 若 主 軸 組 件 的 剛 度 不 足 ， 在 切 削 力 及 其 它 力 的 作 用 下 ，主 軸 將 產 生 較 大 的 彈 性 變 形 ， 不 僅 影 響 工 件 的 加 工 質 量 ， 還 會 破 壞 齒 輪 、 軸 承 的 正 常工 作 條 件 ， 加 快 其 磨 損 ， 降 低 精 度 。 主 軸 部 件 的 剛 度 與 主 軸 的 結 構 尺 寸 、 支 承 跨 距 、所 選 用 的 軸 承 類 型 及 其 配 置 形 式 、 軸 承 間 隙 的 調 整 、 主 軸 上 傳 動 元 件 的 位 置 關 系 等 有 關 。（ 3） 抗 振 性 強主 軸 組 件 的 抗 振 性 是 指 切 削 加 工 時 ， 主 軸 保 持 平 穩(wěn) 運 轉 而 不 發(fā) 生 振 動 的 能 力 。 若主 軸 組 件 抗 振 性 差 ， 工 作 時 容 易 產 生 振 動 ， 不 僅 會 降 低 加 工 質 量 ， 而 且 限 制 了 機 床 生產 率 的 提 高 ， 使 就 刀 具 的 耐 用 度 下 降 。（ 4） 溫 升 低主 軸 組 件 運 轉 中 的 溫 升 過 高 會 引 起 兩 個 方 面 的 不 良 結 果 ： 一 是 主 軸 組 件 和 箱 體 因熱 膨 脹 而 變 形 ， 主 軸 的 回 轉 中 心 線 和 機 床 其 它 元 件 的 相 對 位 置 發(fā) 生 變 化 ， 直 接 影 響 到加 工 精 度 ； 二 是 軸 承 等 元 件 會 因 溫 度 過 高 而 改 變 已 調 好 的 間 隙 ， 破 壞 正 常 工 作 ， 嚴 重時 甚 至 會 發(fā) 生 “抱 軸 ”。 數 控 機 床 為 了 解 決 溫 升 問 題 ， 一 般 采 用 恒 溫 主 軸 箱 。（ 5） 耐 磨 性 好主軸組件必須有足夠的耐磨性，以便能長期保持精度。主軸上易磨損的地方是刀具或工作安裝部位，以及移動式主軸的工作表面。為了提高耐磨性，主軸的上述部位應該淬火硬，或氮化處理，以提高硬度，增加耐磨性。主軸軸承也需要有良好的潤滑，以提高其耐磨性。 71.2.1 主軸組件的類型主軸組件按運動方式可分為五類：（1）只有旋轉運動的主軸組件。這類主軸組件結構較為簡單，如車床、銑床、和磨床等主軸組件。（2）既有旋轉運動又有軸向進給運動的主軸組件。（3）既有旋轉運動又有軸向調整移動的主軸組件。如滾齒機、部分立式銑床等的主軸組件。主軸在套筒內作旋轉運動，并可根據需要隨主軸套筒一起作軸向調整運動。主軸組件工作時，用其中的夾緊裝置將主軸套筒夾緊在主軸箱內，以提高主軸部件的剛度。（4）既有旋轉運動又有徑向進給運動的主軸部件。如臥式鏜床的平旋盤主軸組件、組合機床的鏜孔車端面頭主軸組件。主軸作旋轉運動時，裝在主軸前端面平旋盤上的徑向滑塊可帶動刀具作徑向進給運動。（5）主軸作旋轉運動又作行星運動的主軸部件。1.2.2 主軸設計主軸是主軸組件的重要組成部分，它的結構尺寸和形狀、制造精度、材料及其熱處理等。對主軸組件的工作性能都有很大的影響，其主要尺寸參數包括如下四個部分：（1）主軸直徑（2）內孔直徑（3）懸件長度（4）支承跨距根據原有結構，本人采用原有主軸，改變主軸支承方案來增強主軸的強度與剛性。1.2.3 主軸支承根據各段軸的直徑，確定主軸支承。前支承用 3182132 型雙短圓柱滾子軸承與 8218 推力球軸承，后支承采用 3182124 型雙短圓柱滾子軸承，中間輔助支承為 128 型單列滾珠軸承。這樣不僅保證主軸的回轉精度，也提高了主軸剛度和抗振性。由于運轉中會發(fā)熱，主軸必然會膨脹，為了吸收這個熱膨脹量，希望后支承能沿軸向移動，容易使軸承受損。因此從提高后支承剛性和適應主軸熱膨脹的要求來說，前支承采用 3182132 型雙短圓柱滾子軸承為好，右端用端蓋頂住，左面用調整螺母來預緊。 81.2.4 主軸停止功能為使停車時克服旋件的慣性，采用液壓摩擦制動器使主軸迅速停止，此裝置結構簡單，性能較好，主軸通過齒輪嚙合傳至主軸脈沖器。主軸原理床頭箱中的雙向內齒離合器和，由操縱油缸中的活塞帶動撥叉和來控制它接通或放松，使主軸實現四級變速。停車時為克服旋轉件的慣性，采用液壓摩擦制動器使主軸迅速停止。主軸運動通過齒輪傳至主軸脈沖發(fā)生器，其傳動比為。主軸轉一轉，主軸脈沖發(fā)生器發(fā)出個脈沖。改變主電機正、反轉。主軸具有三個支承：前支承為雙列短圓柱滾子軸承；后支承為雙列短圓柱滾子軸承；中間輔助支承為型單列滾珠軸承。這樣不僅保證主軸的回轉精度，也提高了主軸剛度和抗振性。. 91.3 中間軸的設計根據傳動方式，中間軸與主軸通過一對斜齒輪來傳動，中間軸由兩段軸Ⅲ、Ⅳ共同組成，兩段都裝有與內齒離合器 55 相嚙合的齒輪 48、57，從而實現變速，用來使主軸迅速停止的液壓摩擦制動器 23 就裝在前一段軸 22 上，中間軸后端用制動器 23 固定，前端則用調整螺栓結構 62 頂住，中間軸用滾動軸承與單列圓錐滾子球軸承來支承，可用來支承較大的徑向力。其中，前一個單列圓錐滾子球軸承用軸肩與調整螺栓 62 來固定調整，后一個則用箱壁與斜齒輪61 固定，深溝球軸承 58 用擋圈、套筒、軸肩來固定。 101.4 輸入軸的設計根據傳動比與功率確定輸入軸的各段結構。輸入軸也又兩段，分別為軸Ⅰ和軸Ⅱ，其后端與帶輪 28 通過鍵 31 來連接并用調整螺母 30 來預緊，前端用端蓋 56 頂住軸承。軸用深溝球軸承支承，兩段軸也分別裝有與離合器 42 相嚙合的齒輪 39 和 47。通過離合器 42 與 55 一起實現四級變速。齒輪 53 用擋圈固定。同樣，深溝球軸承也用套筒與彈性擋圈固定。輸入軸后端為 1：15 的錐度，以便拆裝。1.5 主軸箱裝配主軸箱裝配不作說明，詳見裝配圖。 11第二章 電器電器部分，數控車床的電器有兩部分組成，強電部分與弱電部分。介與本人的專業(yè)水平有限，因此本人所改裝的車床主要采用簡易數控車床CKJ6256B 的電器結構。弱電部分，由于本人能力有限，便不作詳細說明，強電部分則參考上述車床的電器圖講一下電器結構，此部分由十一個部分構成：1.空氣開關2.主軸變頻器3.刀臺電機正反轉4.冷泵電機5.驅動電源6.工作燈7.VC 電源8.控制電源9.主軸電機風扇10.穩(wěn)壓源11.潤滑泵電機以上結構在圖中表達的很清楚。另外電器圖中的各個元件代號的名稱如下：QF 空氣開關FR 熱繼電器M1 主電機M2 刀臺電機 M3 冷卻電泵 M4、M5 軸流風扇FU 熔斷器1RC~3RC 三相滅弧器4RC~8RC 單相滅弧器 KM 交流接觸器R 電阻TC1 驅動電源變壓器TC2 照明控制電源變壓器 12VC 24V 直流穩(wěn)壓源EL 工作燈KA 中間繼電器SQ2~SQ7 霍爾元件SQ8 安全開關SQ9、SQ11、SQ13 X、Z 軸軟限位SQ10、SQ12、SQ14 回零開關SB1 急停開關SQ15、SQ16 接近開關根據本人的設計任務，主要繪制了主軸電機與刀臺電機的電器原理，這一部分詳見原理圖。 13第三章 自動刀架數控機床為了能在工作一次裝夾中完成多種甚至所有加工工序，以減少輔助時間和減少多次安裝工件所引起的誤差，必須具備自動裝置。一般數控機床常采用轉塔頭式換刀裝置，如數控車床的轉塔刀架、數控鉆鏜床的多主軸轉塔頭等，這種換刀裝置能裝 6-8 個刀具，由于受液壓刀架使用廣泛，性能比較穩(wěn)定，電機帶動的刀架沒有液壓管路，結構簡單。在這里本人采用四方自動刀架，設計原則參考 CK6136 刀架，此刀架就是采用液壓來控制，下面就根據其裝配圖來說明一下其工作原理。刀架的松開、轉位和夾緊采用液壓驅動，運動循環(huán)位：刀架抬起——轉位——定位與夾緊——活塞空程退回?；钊?4 上移，刀架松開，活塞齒條 29 移動使刀架轉位，調整螺釘 22 和 33可控制活塞齒條 29 的行程，實現初定位。當活塞齒條 29 行程結束時，觸頭25 壓開關發(fā)出訊號，液壓油換向，活塞 4 落下，多齒盤 20 和 21 結合實現精確定位。此時齒輪 7 和活塞齒條 29 脫開，而且多齒盤 20 上的觸頭 9 和多齒盤上 21 的四個觸點 8 中的一個接通，發(fā)出訊號判別刀架位置。接著活塞齒條 29 空程退回，觸頭 25 壓合開關 27 發(fā)出訊號表示轉位結束。調整順序閥 30 和 34 的彈簧力以保證每個動作按順序進行。刀架上裝有四個快換刀夾，用刀夾上的銷 11 和刀架上的圓柱銷 12 定位。 刀架原理刀架的松開、轉位和夾緊采用液壓驅動，運動循環(huán)位：刀架抬起——轉位——定位與夾緊——活塞空程退回?；钊弦?，刀架松開，活塞齒條移動使刀架轉位，調整螺釘和可控制活塞齒條的行程，實現初定位。當活塞齒條行程結束時，觸頭壓開關發(fā)出訊號，液壓油換向，活塞落下，多齒盤和結合實現精確定位。此時齒輪和活塞齒條脫開，而且多齒盤上的觸頭和多齒輪上的四個觸點中的一個接通，發(fā)出訊號判別刀架位置。接著活塞齒條空程退回，觸頭壓合開關發(fā)出訊號表示轉位結束。調整順序閥和的彈簧力以保證每個動作按順序進行。刀架上裝有四個快換刀夾，用刀夾上的銷和刀架上的圓柱銷定位。 14結論本人通過此次畢業(yè)設計，對數控車床的結構、原理有了更伸層次的了解，特別是它的主軸箱、電器和自動刀架部分，其優(yōu)點與改造前的普通車床有著明顯的區(qū)別。它能更精確的進行內外圓柱面、圓錐面、圓弧面、圓柱螺紋和圓錐螺紋等加工。機床主軸的起動、停止和變速，縱向和橫向進給運動的行程和速度，刀具的變換和冷卻，都可以自動控制。并具有直線、錐度、直螺紋和錐螺紋等自動循環(huán)機能。在該機床中采用液壓卡盤、液壓尾座、快換刀夾和機床外對刀裝置。該機床適合用于加工形狀復雜的中小批量的零件。禰補了普通機床加工精度不高與不能較好的加工復雜零件的缺點。此次畢業(yè)設計的課題，就本人個人而言，對于我們數控專業(yè)的學生來講有著很重要的意義，它能夠讓我們清楚的搞懂普通機床與數控機床之間的區(qū)別，能讓我們對三年所學的專業(yè)知識有一個系統的、全面的、清楚的綜合與回顧。對我們的讀圖能力、實踐能力都有著較高的要求。不過，介于當今社會的發(fā)展水平，現代企業(yè)的日新月異，新型的產業(yè)結構對機械加工的要求是越來越高，它已不在停留在相對簡單的加工上，它需要的是加工形狀復雜、精度高的零件，這就需要對機床有更高的要求，它要求有很高的自動化程度，于是，市場上有了很先進的各類數控機床，但是其經濟成本也令一些企業(yè)望而卻步，因此許多企業(yè)都采取了把普通機床改裝成數控機床。因此我們這一課題很有用，但是，隨之又產生了一系列問題，改裝的數控機床雖然在經濟上比較合適，但其加工精度、自動化程度還是不近人意，所以本人認為此課題最好能夠有所改進，本人希望從現在的普通機床的改裝改進為老式數控機床的改進，把老式的數控機床的步進電機改為伺服電機，這樣便能夠更精確的來加工較為復雜的零件，從而達到要求。還有，本人認為在電器方面也需要有更深程度的了解，因為現代企業(yè)對機械已有了更高的要求，它需要機械與電器相結合，形成機電一體化。從而提高自動化程度，來適應現代社會的需要?？傊?，通過此次設計，本人對車床的認識有了很大的提高，這將對我在今后的工作過程中有著很大的幫助，這將對我的一生起很大的作用。 15致謝感謝江陰職業(yè)技術學院機電工程系各位老師的付出！在老師的悉心教導下，我完成了三年的大專學業(yè)，使我成為一名數控機床維修專業(yè)的畢業(yè)生。學院為我們定位為企業(yè)“班組長”。作為一名生產一線的職工必須具有一定質量的專業(yè)知識。三年中老師們所教授的基礎知識為我將來進修提供了條件，老師們教授的專業(yè)知識使我在一線工作中有了很大的幫助。與此同時,本文在寫作過程中，承我的指導老師徐衛(wèi)國先生的悉心指教，并得到其他幾位老師的關心和幫助，在此一并謹致謝忱。畢業(yè)在即，衷心祝愿各位老師身體健康、萬事如意！ 16參考文獻華東紡織工學院、哈爾濱工業(yè)大學、天津大學主編 《機床設計圖冊》 上?？萍技夹g出版社 1979范云漲、陳兆年主編 《金屬切削機床設計簡明手冊》機械工業(yè)出版社 1993許高燕主編 《機械設計手冊及課程設計》中國地質大學出版社 2001呂慧瑛主編 《機械設計基礎》上海交通大學出版社 2001成大憲主編 《機械設計手冊》化學工業(yè)出版社 1998王炳實主編 《機床電器控制》機械工業(yè)出版社 1999彭曉南主編 《數控技術》 機械工業(yè)出版社 2001李宏勝主編 《機床數控技術及應用》 17附錄主要技術參數設計部分：工件最大回轉直徑……………………………………………………………630 毫米工件最大長度……………………………………………………………… 1500 毫米主軸孔徑……………………………………………………………………… 80 毫米主軸前端孔錐度………………………………………………………… 公制 100 號主軸轉速范圍（16 級）………………………………………………32-1600 轉/分刀架縱進給量和螺紋的螺距范圍 0.01-20.47 毫米刀架橫向進給量范圍（在直徑上）0.01-20.47 毫米刀架縱向與橫向進給的脈沖當量 0.01 毫米刀架快速移動速度：縱向 3.6 米/分橫向 1.8 米/分 18