2075 CW6163型臥式車床的數(shù)控化改造總體設計及自動回轉刀架設計
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XX大學畢 業(yè) 設 計( 論 文)題 目: CW6163型臥式車床的數(shù)控化改造總體設計及自動回轉刀架設計院 (系 ) :專 業(yè):班 級:學生 姓名 :導師 姓名 : 職稱:起止 時間 :摘 要隨 著當 今 工業(yè) 設 備對 精 密程 度 的要 求 越來 越 高, 對 機械 加 工設 備 的加 工 精密 程度 也要 求 越來 越 高。 而 在中 國 的機 械 加工 設 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 今 工業(yè) 的 發(fā)展 。 而數(shù) 控 機床 由 于價 格 昂貴 , 且需 要 較高 技 術的加 工 工 人 。 所 以 對 機 床 進 行 自 動 化 改 造 很 是 必 要 。 本 篇 論 文 是 在 對 普 通 臥 式 車 床CW6163的基 礎上對 其進行 自動化 改造。關鍵 詞: 機床 改造; 自動 化機床 ; 控制 系統(tǒng)ABSTRACTWiththe developm ent of industryequipm ent , the precisionrequiredof industryequipm ent is m ore andm ore high. Them ore andm ore precisionof equipm ent whichm achined theindustryequipm ent isrequired. But inChinathecom m on lathehaveaverygreat com parison inthem achined equipm ent , this alreadyrestrict the developm ent ofindustrial nowadays. But theCNlatheism ore expensive, andneededworkerswithhighertechnically. Soit isanecessityverym uch tom odify thecom m on lathetolathesautom atic .This paper is inthe foundationof the com m onness horizontal lather CW6163andm odified it toLathesautom atic .K eyK K K words:MachineryTol Reform ; Lathesautom atic ; Servosystem目 錄前 言 .1第 一 章 緒 論 .31.1國 內 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 換 刀 裝 置 .52.1概 述 .52.2ATC刀 具 自 動 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 床 刀 架 的 類 型 .82.3.3數(shù) 控 機 床 刀 架 應 滿 足 的 要 求 .9第 三 章 車 削 中 心 動 力 刀 架 總 體 方 案 設 計 . 113.1調 查 研 究 與 資 料 收 集 .113.1.1 課 題 的 調 查 研 究 .113.1.2資 料 收 集 .113.2動 力 刀 架 的 整 體 方 案 設 計 與 選 擇 .113.2.1 動 力 刀 架 的 整 體 方 案 設 計 .113.2.2液 壓 驅 動 的 刀 架 工 作 原 理 .123.2.3 刀 架 定 位 精 度 及 重 復 定 位 精 度 .133.3動 力 刀 架 傳 動 部 分 方 案 設 計 .133.4 動 力 刀 架 的 分 度 機 構 方 案 設 計 . 143.5動 力 刀 架 動 力 刀 具 方 案 設 計 .153.5.1 齒 輪 傳 動 的 分 類 和 特 點 .163.5.2 齒 輪 傳 動 類 型 選 擇 的 原 則 .17第 四 章 典 型 零 件 的 設 計 和 選 用 . 184.1 動 力 刀 架 傳 動 部 分 .184.1.1 刀 架 軸 的 結 構 設 計 及 計 算 .184.1.2 液 壓 缸 的 設 計 .194.1.2.1 選 擇 液 壓 缸 類 型 .194.1.2.2 液 壓 缸 內 徑 D和 活 塞 直 徑 d的 計 算 .204.1.3 碟 形 彈 簧 的 計 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 用 .234.1.5.2端 齒 盤 的 特 點 .244.1.5.3 端 齒 盤 的 設 計 . 244.2 動 力 刀 架 的 分 度 機 構 部 分 . 254.2.1伺 服 電 機 的 選 用 .254.2.1.1伺 服 電 機 的 分 類 .264.2.1.2 伺 服 電 機 的 一 般 選 擇 原 則 .264.2.1.3伺 服 電 機 的 選 用 .264.2.2凸 輪 機 構 的 選 用 及 計 算 . 304.2.2.1凸 輪 式 間 歇 運 動 機 構 的 特 點 及 應 用 .304.2.2.2圓 柱 凸 輪 分 度 機 構 參 數(shù) 確 定 .314.3 動 力 刀 架 動 力 刀 具 部 分 .314.3.1交 流 伺 服 電 動 機 的 選 擇 . 324.3.1.1概 述 .324.3.1.2 伺 服 電 機 的 性 能 .324.3.2 齒 輪 設 計 計 算 及 選 用 .334.3.3 軸 承 的 選 用 .35第 六 章 總 結 .42致 謝 .43參 考 文 獻 : .44第 一 章 緒 論1.1本文選題的背景及意義 本文選題的背景及意義 本文選題的背景及意義 本文選題的背景及意義1.1.1概述 概述 概述 概述整 個 人 類 社 會 的 文 明 史 , 就 是 制 造 技 術 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 的 基 礎 產(chǎn) 業(yè) , 也 是 國 民 經(jīng) 濟 的 主 要 來 源 。 沒 有 發(fā) 達 的制 造 業(yè) , 就 不 可 能 有 國 家 真 正 的 繁 榮 和 強 大 。 制 造 技 術 是 制 造 業(yè) 的 技 術 支 柱 ,是 一 個 國 家 科 技 水 平 、 綜 合 國 力 的 重 要 體 現(xiàn) , 制 造 技 術 的 發(fā) 展 是 一 個 國 家 經(jīng) 濟增 長 的 根 本 動 力 。 而 制 造 業(yè) 中 機 床 是 其 基 礎 裝 備 。 我 國 是 一 個 機 床 大 國 , 有 三百 多 萬 臺 普 通 機 床 。 但 機 床 的 素 質 差 , 性 能 落 后 , 單 臺 機 床 的 平 均 產(chǎn) 值 只 有 先進 工 業(yè) 國 家 的 1/10左 右 , 差 距 太 大 , 急 待 改 造 。 舊 機 床 的 數(shù) 控 化 改 造 , 顧 名思 義 就 是 在 普 通 機 床 上 增 加 微 機 控 制 裝 置 , 使 其 具 有 一 定 的 自 動 化 能 力 , 以 實現(xiàn) 預 定 的 加 工 工 藝 目 標 。 隨 著 數(shù) 控 機 床 越 來 越 多 的 普 及 應 用 , 數(shù) 控 機 床 的 技 術經(jīng) 濟 效 益 為 大 家 所 理 解 。 在 國 內 工 廠 的 技 術 改 造 中 , 機 床 的 微 機 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 床 一 面 利 用 數(shù) 控 、 數(shù) 顯 、 PC技 術 改造 普 通 機 床 , 并 取 得 了 良 好 的 經(jīng) 濟 效 益 。 我 國 經(jīng) 濟 資 源 有 限 , 國 家 大 , 機 床 需要 量 大 , 因 此 不 可 能 拿 出 相 當 大 的 資 金 去 購 買 新 型 的 數(shù) 控 機 床 , 而 我 國 的 舊 機床 很 多 , 用 經(jīng) 濟 型 數(shù) 控 系 統(tǒng) 改 造 普 通 機 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 床 的 自 動 化 程 度 , 比 較 符 合 我 國 的 國 情 。 1984年 ,我 國 開 始 生 產(chǎn) 經(jīng) 濟 型 數(shù) 控 系 統(tǒng) , 并 用 于 改 造 舊 機 床 。 到 目 前 為 止 , 已 有 很 多 廠家 生 產(chǎn) 經(jīng) 濟 型 數(shù) 控 系 統(tǒng) 。 可 以 預 料 , 今 后 機 床 的 經(jīng) 濟 型 數(shù) 控 化 改 造 將 迅 速 發(fā) 展和 普 及 。1.1.2數(shù)控 機床的 優(yōu)越性 數(shù)控 機床的 優(yōu)越性 數(shù)控 機床的 優(yōu)越性 數(shù)控 機床的 優(yōu)越性數(shù) 控機 床 是綜 合 應用 計 算機 、 自動 控 制、 自 動檢 測 及精 密 機械 等 高新 技 術的 產(chǎn)物 ,是技 術密集 度及自 動化程 度很高 的典型 機電一 體化加 工設備 。 它與 普通機 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 量 穩(wěn)定 ,且 自動 化 程度 極 高 ,可減 輕工 人 的體 力 勞動 強 度 ,大 大提 高 了生 產(chǎn) 效率 ,特 別值 得 一提 的 是數(shù) 控 機床 可 完成普 通 機 床 難 以 完 成 或 根 本 不 能 加 工 的 復 雜 曲 面 的 零 件 加 工 ,因 而 數(shù) 控 機 床 在 機 械 制造業(yè) 中的地 位愈來 愈顯得 重要。1.1.3數(shù)控 機床在 我國的 發(fā)展現(xiàn) 狀 數(shù)控 機床在 我國的 發(fā)展現(xiàn) 狀 數(shù)控 機床在 我國的 發(fā)展現(xiàn) 狀 數(shù)控 機床在 我國的 發(fā)展現(xiàn) 狀我 國是 世 界上 機 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 市 場 也 面 臨 著 嚴 峻 的 形 勢 ,一 方 面 國 內 市 場 對 各 類 機 床 產(chǎn) 品 特 別 是 數(shù) 控 機 床有 大量 的 需求 ,而 另一 方 面卻 有 不少 國 產(chǎn)機 床 滯銷 積 壓 ,國 外機 床 產(chǎn)品 充 斥市 場 。 90年國 外數(shù)控 機床在 我國市 場的占 有率僅 達 15%左右 ,而 95年已 達 77%。 嚴重 影響我 國數(shù)控 機床自 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 量 上和 促 銷手 段 上等 原 因外 ,一 個主 要的 原 因是 我 國生 產(chǎn) 的數(shù) 控 機床 品 種、 性 能和 結 構不 夠 先進 ,新 產(chǎn)品 (包 括基 型 、變 型和 專 用機 床 )的 開發(fā) 周 期長 ,從 而不 能 及時 針 對用 戶 的需 求 提供 滿 意的 產(chǎn) 品。 具體地 說 ,這個 問題反 映在下 列五個 方面 :(1)我國 機床廠 目前開 發(fā)基型 產(chǎn)品的 周期約 為 15 18個月 ,其中 設計時 間約 為5 8個月 ,占總 周期的 40%左右 。 而國 外一些 先進機 床廠同 類基型 產(chǎn)品的 開發(fā)周 期 為6 9個月 ,其中 設計約 1.5 2個月 ,只占 25%。 因此 無論是 產(chǎn)品開 發(fā)的總 周期還 是設計所 占的時 間比例 均與國 外先進 水平有 很大的 差距。(2)我 國工 廠 由于 缺 乏設 計 的科 學 分析 工 具 (如 分析 和 評價 軟 件、 整 機結 構 有限 元分 析 方法 以 及機 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 和類比 設 計 ,使 設 計 一 次 成 功 的 把 握 性 降 低 ,往 往 需 要 反 復 試 制 才 能 定 型 ,從 而 可 能 錯 過新產(chǎn) 品推向 市場的 良機。(3)用 戶 根 據(jù) 使 用 需 要 ,在 訂 貨 時 往 往 提 出 一 些 特 殊 要 求 ,甚 至 在 產(chǎn) 品 即 將 投產(chǎn) 時 有 的 用 戶 臨 時 提 出 一 些 要 求 ,這 就 需 要 迅 速 變 型 設 計 和 修 改 相 應 的 圖 紙 及 技 術文 件。 在 國外 ,這 項修 改 工作 在 計算 機 的輔 助 下一 般 僅需 數(shù) 天至 一 周 ,而 在我 國 機床廠用 手工操 作就至 少 需 1 2個月 ,且由 于這些 圖紙和 文件涉 及多個 部門 ,常會 出現(xiàn)漏改和 失誤的 現(xiàn)象 ,影響 了產(chǎn)品 的質量 和交貨 期。(4)現(xiàn) 在我 國 工廠 設 計和 工 藝人 員 中青 年 占多 數(shù) ,他 們的 專 業(yè)知 識 和實 際 經(jīng)驗不足 ,又擔 負著開 發(fā)的重 任。(5)由于 長期以 來形成 的設計 、 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 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 過程 綜 合應 用 計算 機 技術 ,發(fā) 展優(yōu) 化 和仿 真 技 術 ,提 高 產(chǎn) 品結 構 性 能 ,并 建 立 起基 于 并 行 工 程 (ConcurrentEngineering)的使設 計 、 工藝 和制造 人員協(xié) 同工作 和知識 共享的 產(chǎn)品虛 擬開發(fā) 環(huán)境 ,使用 相應的 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)濟效益。 1.1.4機床 數(shù)控化 改造的 必要性 機床 數(shù)控化 改造的 必要性 機床 數(shù)控化 改造的 必要性 機床 數(shù)控化 改造的 必要性我 國 目前 機 床 總 量 380余 萬 臺, 而 其 中 數(shù) 控機 床 總 數(shù) 只 有 11.34萬 臺 ,即 我 國機床 數(shù)控化 率不到 3%。近 10年來 ,我國 數(shù)控機 床年產(chǎn) 量約為 0.6 0.8萬臺 ,年產(chǎn)值 約為 18億 元。 機 床的 年 產(chǎn)量 數(shù) 控化 率 為 6%。 我國 機 床役 齡 10年 以上 的 占 60%以上; 10年以 下的機 床中, 自動 /半自 動機床 不到 20%, FMC/FMS等自 動化生 產(chǎn)線更 屈指可 數(shù)(美 國和日 本自動 和半自 動機床 占 60%以上 ) 。可 見我們 的大多 數(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 機床 , 而且 半數(shù)以 上是役 齡在 10年以 上的舊機 床。 用 這種 裝 備加 工 出來 的 產(chǎn)品 普 遍存 在 質量 差 、品 種 少、 檔 次低 、 成本 高 、供貨 期長 , 從而 在 國際 、 國內 市 場上 缺 乏競 爭 力, 直 接影 響 一個 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 床的數(shù) 控化率 。 經(jīng) 過大 量 實踐 證 明普 通 機床 數(shù) 控化 改 造具 有 一定 經(jīng) 濟性 、 實用 性 和穩(wěn) 定 性。 所以 很多 企 業(yè)紛 紛 將現(xiàn) 有 機床 改 造成 經(jīng) 濟型 數(shù) 控機 床 ,這 種 做法 具 有投 資 少、 見 效快的 特點 。 事實 證 明: 用 較少 的 資金 , 將普 通 機床 改 造升 級 為數(shù) 控 機床 , 可以 為 企業(yè)帶來 可觀的 經(jīng)濟效 益。 1.2機床數(shù)控技術的基本概念 機床數(shù)控技術的基本概念 機床數(shù)控技術的基本概念 機床數(shù)控技術的基本概念1.2.1數(shù)控 機床和 數(shù)控技 術 數(shù)控 機床和 數(shù)控技 術 數(shù)控 機床和 數(shù)控技 術 數(shù)控 機床和 數(shù)控技 術數(shù) 控 技 術 及 數(shù) 控 機 床 在 當 今 機 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 工 業(yè) 現(xiàn) 代 化 中 的 戰(zhàn) 略 性 作 用 , 并 已 成 為 傳 統(tǒng) 機 械 制 造 工 業(yè) 提 升 改造 和 實 現(xiàn) 自 動 化 、 柔 性 化 、 集 成 化 生 產(chǎn) 的 重 要 手 段 和 標 志 。 數(shù) 控 技 術 及 數(shù) 控 機床 的 廣 泛 應 用 , 給 機 械 制 造 業(yè) 的 產(chǎn) 業(yè) 結 構 、 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 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 (1T)與 制 造 技 術 (MT)結 合 發(fā) 展 的 結 果 。 現(xiàn) 代 的 CAD/CAM、 FMS、 CIMS、 敏 捷制 造 和 智 能 制 造 技 術 , 都 是 建 立 在 數(shù) 控 技 術 之 上 的 。 掌 握 現(xiàn) 代 數(shù) 控 技 術 知 識 是現(xiàn) 代 機 電 類 專 業(yè) 學 生 必 不 可 少 的 。 在 數(shù) 控 加 工 中 , 從 零 件 的 設 計 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 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 計 圖 紙 和 技 術 要 求 進 行 詳 細 的 數(shù) 控 加 工 工 藝 分 析 , 以 最 終 確 定哪 些 是 零 件 的 技 術 關 鍵 , 哪 些 是 數(shù) 控 加 工 的 難 點 , 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 雜 的 環(huán) 節(jié) ,也 是 數(shù) 控 加 工 工 藝 方 案 設 計 的 核 心 工 作 , 必 須 在 數(shù) 控 加 工 方 案 制 定 前 完 成 。 一個 合 格 的 編 程 人 員 對 數(shù) 控 機 床 及 其 控 制 系 統(tǒng) 的 功 能 及 特 點 , 以 及 影 響 數(shù) 控 加 工的 每 個 環(huán) 節(jié) 都 要 有 一 個 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 量 問 題 , 造 成 無 謂 的 人 力 、 物 力 等 資 源 的 浪 費 。 全 面 合理 的 數(shù) 控 加 工 工 藝 分 析 是 提 高 數(shù) 控 編 程 質 量 的 重 要 保 障 。 數(shù) 控 車 床 是 目 前 使 用 最 廣 泛 的 數(shù) 控 機 床 之 一 。 數(shù) 控 車 床 主 要 用 于 加 工 軸類 、 盤 類 等 回 轉 體 零 件 。 通 過 數(shù) 控 加 工 程 序 的 運 行 , 可 自 動 完 成 內 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 行 車 槽 、 鉆 孔 、 擴孔 、 鉸 孔 等 工 作 。1.2.2 數(shù) 控 機 床 的 特 點數(shù) 控 機 床 的 操 作 和 監(jiān) 控 全 部 在 這 個 數(shù) 控 單 元 中 完 成 , 它 是 數(shù) 控 機 床 的 大腦 。 與 普 通 機 床 相 比 , 數(shù) 控 機 床 有 如 下 特 點 : 加 工 精 度 高 , 具 有 穩(wěn) 定 的 加 工 質 量 ; 可 進 行 多 坐 標 的 聯(lián) 動 , 能 加 工 形 狀 復 雜 的 零 件 ; 加 工 零 件 改 變 時 , 一 般 只 需 要 更 改 數(shù) 控 程 序 , 可 節(jié) 省 生 產(chǎn) 準 備 時 間 ; 機 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 床 的 35倍 ) ; 機 床 自 動 化 程 度 高 , 可 以 減 輕 勞 動 強 度 ; 對 操 作 人 員 的 素 質 要 求 較 高 , 對 維 修 人 員 的 技 術 要 求 更 高 。數(shù) 控 機 床 一 般 由 下 列 幾 個 部 分 組 成 : 主 機 , 他 是 數(shù) 控 機 床 的 主 題 , 包 括 機 床 身 、 立 柱 、 主 軸 、 進 給 機 構等 機 械 部 件 。 他 是 用 于 完 成 各 種 切 削 加 工 的 機 械 部 件 。 數(shù) 控 裝 置 , 是 數(shù) 控 機 床 的 核 心 , 包 括 硬 件 ( 印 刷 電 路 板 、 CRT顯示 器 、 鍵 盒 、 紙 帶 閱 讀 機 等 ) 以 及 相 應 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 、 數(shù) 據(jù) 的 變 換 、 插 補 運 算 以 及 實 現(xiàn) 各 種 控 制 功 能 。 驅 動 裝 置 , 他 是 數(shù) 控 機 床 執(zhí) 行 機 構 的 驅 動 部 件 , 包 括 主 軸 驅 動 單 元 、進 給 單 元 、 主 軸 電 機 及 進 給 電 機 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 現(xiàn) 主 軸 和 進 給 驅 動 。 當 幾 個 進 給 聯(lián) 動 時 , 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 床 的 一 些 必 要 的 配 套 部 件 , 用 以 保 證 數(shù) 控 機 床的 運 行 , 如 冷 卻 、 排 屑 、 潤 滑 、 照 明 、 監(jiān) 測 等 。 它 包 括 液 壓 和 氣 動 裝 置 、 排 屑裝 置 、 交 換 工 作 臺 、 數(shù) 控 轉 臺 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 備 , 可 用 來 在 機 外 進 行 零 件 的 程 序 編 制 、 存 儲 等 。自 從 1952年 美 國 麻 省 理 工 學 院 研 制 出 世 界 上 第 一 臺 數(shù) 控 機 床 以 來 , 數(shù) 控機 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 用 ,數(shù) 控 技 術 無 論 在 硬 件 和 軟 件 方 面 , 都 有 飛 速 發(fā) 展 。1.3數(shù)控機床的組成和分類 數(shù)控機床的組成和分類 數(shù)控機床的組成和分類 數(shù)控機床的組成和分類1.3.1數(shù)控 機床的 組成 數(shù)控 機床的 組成 數(shù)控 機床的 組成 數(shù)控 機床的 組成(1)輸入 輸出設 備輸入 輸出設 備主要 實現(xiàn)程 序編制 、程序 和數(shù)據(jù) 的輸入 以及顯 示、存 儲和打 印 。(2)數(shù)控 裝置數(shù) 控裝 置 是數(shù) 控 機床 的 核心 。 它接 受 來自 輸 入設 備 的程 序 和數(shù) 據(jù) ,并 按 輸入 信息的 要求完 成數(shù)值 計算、 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 動機 床 執(zhí)行 機 構運 動 的馭 動 部件 。 它包 括伺 服電 路 和伺 服 電機 組 成。 一 般來 說 ,數(shù) 控 機床 的 伺服 驅 動要 求 有好 的 快速 響 應性能, 能靈敏 而準確 地跟蹤 由數(shù)控 裝置發(fā) 出的指 令信號 。 (4)測量 反饋裝 置該 裝置 由 測量 部 件和 響 應的 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 ,構成 閉環(huán)控 制系統(tǒng) 。(5)機床 本體機床 本體是 數(shù)控機 床的主 體,是 用于完 成各種 切削加 工的機 械部分 。1.4數(shù)控機床的特點 數(shù)控機床的特點 數(shù)控機床的特點 數(shù)控機床的特點數(shù) 控 機 床 的 操 作 和 監(jiān) 控 全 部 在 這 個 數(shù) 控 單 元 中 完 成 , 它 是 數(shù) 控 機 床 的 大腦 。 與 普 通 機 床 相 比 , 數(shù) 控 機 床 有 如 下 特 點 : 加 工 精 度 高 , 具 有 穩(wěn) 定 的 加 工 質 量 ; 可 進 行 多 坐 標 的 聯(lián) 動 , 能 加 工 形 狀 復 雜 的 零 件 ; 加 工 零 件 改 變 時 , 一 般 只 需 要 更 改 數(shù) 控 程 序 , 可 節(jié) 省 生 產(chǎn) 準 備 時 間 ; 機 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 床 的 35倍 ) ; 機 床 自 動 化 程 度 高 , 可 以 減 輕 勞 動 強 度 ; 對 操 作 人 員 的 素 質 要 求 較 高 , 對 維 修 人 員 的 技 術 要 求 更 高 。數(shù) 控 機 床 一 般 由 下 列 幾 個 部 分 組 成 : 主 機 , 他 是 數(shù) 控 機 床 的 主 題 , 包 括 機 床 身 、 立 柱 、 主 軸 、 進 給 機 構等 機 械 部 件 。 他 是 用 于 完 成 各 種 切 削 加 工 的 機 械 部 件 。 數(shù) 控 裝 置 , 是 數(shù) 控 機 床 的 核 心 , 包 括 硬 件 ( 印 刷 電 路 板 、 CRT顯 示器 、 鍵 盒 、 紙 帶 閱 讀 機 等 ) 以 及 相 應 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 、 數(shù) 據(jù) 的 變 換 、 插 補 運 算 以 及 實 現(xiàn) 各 種 控 制 功 能 。 驅 動 裝 置 , 他 是 數(shù) 控 機 床 執(zhí) 行 機 構 的 驅 動 部 件 , 包 括 主 軸 驅 動 單 元 、進 給 單 元 、 主 軸 電 機 及 進 給 電 機 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 現(xiàn) 主 軸 和 進 給 驅 動 。 當 幾 個 進 給 聯(lián) 動 時 , 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 床 的 一 些 必 要 的 配 套 部 件 , 用 以 保 證 數(shù) 控 機 床的 運 行 , 如 冷 卻 、 排 屑 、 潤 滑 、 照 明 、 監(jiān) 測 等 。 它 包 括 液 壓 和 氣 動 裝 置 、 排 屑裝 置 、 交 換 工 作 臺 、 數(shù) 控 轉 臺 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 備 , 可 用 來 在 機 外 進 行 零 件 的 程 序 編 制 、 存 儲 等 。自 從 1952年 美 國 麻 省 理 工 學 院 研 制 出 世 界 上 第 一 臺 數(shù) 控 機 床 以 來 , 數(shù) 控機 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 用 ,數(shù) 控 技 術 無 論 在 硬 件 和 軟 件 方 面 , 都 有 飛 速 發(fā) 展 。1.5數(shù)控機床的發(fā)展 數(shù)控機床的發(fā)展 數(shù)控機床的發(fā)展 數(shù)控機床的發(fā)展電 子 技 術 、 信 息 技 術 、 網(wǎng) 絡 技 術 、 模 糊 控 制 技 術 的 發(fā) 展 使 新 一 代 數(shù)控 系 統(tǒng) 技 術 水 平 大 大 提 高 , 促 進 了 數(shù) 控 機 床 產(chǎn) 業(yè) 的 蓬 勃 發(fā) 展 , 也 促 進 了 現(xiàn) 代 制造 技 術 的 快 速 發(fā) 展 。 數(shù) 控 機 床 性 能 在 高 速 度 、 高 精 度 、 高 可 靠 性 和 復 合 化 、 網(wǎng)絡 化 、 智 能 化 、 柔 性 化 、 綠 色 化 方 面 取 得 了 長 足 的 進 步 。 現(xiàn) 代 制 造 業(yè) 正 在 迎 來一 場 新 的 技 術 革 命 。 數(shù) 控 系 統(tǒng) 未 來 分 以 下 幾 個 發(fā) 展 方 向 : 數(shù) 控 系 統(tǒng) 向 開 放 式 體 系 結 構 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 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 合 化 方 向 發(fā) 展 數(shù) 控 系 統(tǒng) 向 多 軸 聯(lián) 動 化 方 向 發(fā) 展2總 體 方 案 的 擬 定2.1 總 體 方 案 的 設 計總 體 方 案 的 設 計總 體 方 案 的 設 計總 體 方 案 的 設 計本 設 計 是 針 對 CW6163普 通 車 床 進 行 數(shù) 控 改 造 。 利 用 微 機 對 縱 向 進 給系 統(tǒng) 進 行 開 環(huán) 控 制 , 縱 向 ( Z向 ) 脈 沖 當 量 為 0.01mm、 脈 沖 驅 動 元 件 采 用 步 進電 機 , 傳 動 系 統(tǒng) 采 用 滾 珠 絲 杠 。 對 于 普 通 機 床 的 經(jīng) 濟 型 數(shù) 控 改 造 , 在 確 定 總 體 設 計 方 案 時 , 應 考 慮 在 滿 足設 計 要 求 的 前 提 下 , 對 機 床 的 改 動 應 盡 可 能 少 , 以 降 低 成 本 。2.1.1 數(shù)控 系統(tǒng)運 動方式 的確定數(shù) 控 系 統(tǒng) 按 運 動 方 式 可 分 為 點 位 控 制 系 統(tǒng) 、 點 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 雜 輪 廓 零 件 , 所 以 微 機 數(shù) 控 系 統(tǒng) 采 用 兩軸 聯(lián) 動 連 續(xù) 控 制 系 統(tǒng) 。 圖 2-1 所 示 。2.1.2 伺服 進給系 統(tǒng)的改 造設計數(shù) 控 機 床 的 伺 服 進 給 系 統(tǒng) 有 開 環(huán) 、 閉 環(huán) 之 分 。 因 為 開 環(huán) 控 制 具 有 結 構 簡 單 、設 計 制 造 容 易 、 控 制 精 度 較 好 、 容 易 調 試 、 價 格 便 宜 、 使 用 維 修 方 便 等 優(yōu) 點 。所 以 , 本 設 計 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 速 部 分 保 留 原 機 床 的 功 能 , 即 手 動 變 速 。 車 床 的縱 向 ( Z軸 ) 進 給 運 動 采 用 步 進 電 機 驅 動 。 由 8031單 片 機 組 成 微 機 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 電 機 轉 動 ,經(jīng) 齒 輪 減 速 后 帶 動 滾 珠 絲 杠 轉 動 , 從 而 實 現(xiàn) 車 床 的 縱 向 進 給 運 動 。 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 , 發(fā) 出 兩 路 信 號 : 每 轉 發(fā) 出 的 脈 沖 個 數(shù) 和 一 個 同 步 信 號 , 經(jīng) 隔 離電 路 以 及 I/O接 口 送 給 微 機 。 系 統(tǒng) 總 體 方 案 圖 2-2所 示 :圖 2-2經(jīng) 濟 型 數(shù) 控 機 床 總 體 方 案 總 體第 二 章 數(shù) 控 車 床 自 動 換 刀 裝 置2.1概 述 自 動 換 刀 裝 置 的 形 式 是 多 種 多 樣 的 , 有 刀 庫 式 和 轉 塔 式 , 雖 然 換 刀 過 程 、選 刀 方 式 、 刀 庫 結 構 、 機 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 機 或 液 壓 或 氣 動 機 構 驅 動 刀 庫 和 機 械 手 實 現(xiàn) 刀 具 的 選 擇與 交 換 。 我 們 把 這 種 為 實 現(xiàn) 多 工 序 的 連 續(xù) 加 工 , 在 加 工 中 心 或 車 削 中 心 中 , 可進 行 刀 具 的 選 擇 與 交 換 的 裝 置 叫 自 動 換 刀 裝 置 ( automatictoolchange 簡 稱ATC) 。 自 動 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 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 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 , 加 工 中 心 自 動 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 立 式自 動 換 刀 裝 置 到 用 于 TH6350、 TH6363、 TH6380和 TH63100的 TB51.02雙 層 缸式 通 用 機 械 手 加 鏈 式 刀 庫 ( 北 京 機 床 研 究 所 設 計 并 制 造 ) 的 自 動 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 換 刀 裝 置 到 用 于XH715B和 XH715C的 多 凸 輪 聯(lián) 動 型 鼓 輪 式 自 動 換 刀 裝 置 。 特 別 是 用 于 TH715B和 TH715C的 多 凸 輪 聯(lián) 動 型 鼓 輪 式 自 動 換 刀 裝 置 , 他 的 研 制 成 功 , 為 我 國 自 動換 刀 裝 置 設 計 與 制 造 翻 開 了 嶄 新 的 一 頁 , 自 1991年 鑒 定 后 批 量 生 產(chǎn) , 已 累 計生 產(chǎn) 了 50多 臺 , 由 于 其 結 構 簡 單 , 迅 速 可 靠 ( 刀 對 刀 2.5s) , 受 到 廣 大 國 內 外用 戶 的 一 致 好 評 。 加 工 中 心 和 車 削 中 心 自 動 換 刀 裝 置 的 發(fā) 展 趨 勢 是 四 個 方 向 : 一 是 高 速 、 可靠 , 追 求 的 目 標 是 換 刀 時 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 用 、 造 價 低 、 使 用 可 靠 , 但 換 刀 速 度 不 快 。自 動 換 刀 裝 置 開 發(fā) 技 術 要 全 面 注 意 下 列 五 個 方 面 :1) 自 動 換 刀 裝 置 的 可 靠 性 與 優(yōu) 化 設 計 研 究 。 通 過 對 自 動 換 刀 裝 置 進 行 可靠 性 分 析 研 究 , 找 出 其 薄 弱 環(huán) 節(jié) , 通 過 改 進 設 計 , 使 自 動 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 。 通 過 對 自 動 換 刀 裝 置 進 行 多 目 標 的 優(yōu)化 設 計 , 使 其 動 態(tài) 性 能 達 到 最 優(yōu) , 進 而 提 高 自 動 換 刀 裝 置 的 性 能 , 降 低 其 制 造成 本 , 使 刀 對 刀 換 刀 時 間 對 40刀 柄 不 大 于 1s, 達 到 世 界 先 進 水 平 。2) 自 動 換 刀 裝 置 的 系 列 化 與 CAD設 計 。 使 自 動 換 刀 裝 置 適 用 國 內 廠 家 的各 種 產(chǎn) 品 , 以 便 得 到 推 廣 和 使 用 。 即 達 到 廠 家 一 旦 提 出 的 參 數(shù) : 不 同 刀 柄 型 號 ,刀 庫 容 量 等 的 自 動 換 刀 裝 置 , 使 廠 家 立 即 投 入 生 產(chǎn) , 并 且 是 處 于 國 內 先 進 水 平的 。3) 自 動 換 刀 裝 置 制 造 技 術 研 究 。 針 對 自 動 換 刀 裝 置 中 關 鍵 零 件 的 制 造 技術 進 行 研 究 , 以 提 高 其 制 造 質 量 和 降 低 制 造 成 本 。4) 自 動 換 刀 裝 置 新 技 術 的 研 究 。 跟 蹤 國 際 加 工 中 心 和 車 削 中 心 自 動 換 刀裝 置 的 發(fā) 展 主 流 , 研 究 自 動 換 刀 裝 置 的 新 工 作 原 理 及 新 技 術 。5) 自 動 換 刀 裝 置 產(chǎn) 業(yè) 化 研 究 。 自 動 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 量 , 同 時 在 我 國 有 巨 大 的 市 場 , 因 此 , 在 技術 研 究 的 基 礎 上 , 應 研 究 使 我 國 的 自 動 換 刀 裝 置 生 產(chǎn) 走 上 產(chǎn) 業(yè) 化 的 道 路 , 建 立生 產(chǎn) 自 動 換 刀 裝 置 的 基 地 。自動 換刀裝 置的設 計應滿 足以下 基本要 求: 1)換 刀時間 短,以 減少非 加工時 間。2)減 少換刀 動作對 加工范 圍的干 擾。3)刀 具重復 定位精 度高。4)識 刀、選 刀可靠 ,換刀 動作簡 單可靠 。5)刀 庫刀具 存儲量 合理。6)刀 庫占地 面積小 ,并能 與主機 配合, 使機床 外觀協(xié) 調美觀 。7)刀 具裝卸 、調整 、維修 方便, 并能得 到清潔 的維護4。2.2ATC刀 具 自 動 換 刀 形 式為 進 一 步 提 高 數(shù) 控 機 床 的 加 工 效 率 , 數(shù) 控 機 床 正 向 著 工 件 在 一 臺 機 床 一 次裝 夾 即 可 完 成 多 道 工 序 或 全 部 工 序 加
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