畢業(yè)設(shè)計（論文）-數(shù)控車床刀架及其液壓系統(tǒng)的設(shè)計（含裝配圖） .doc

湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第1頁1引言裝配圖聯(lián)系1538937061.1畢業(yè)設(shè)計的背景及目的制造業(yè)是一個國家或地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱，其發(fā)展水平標(biāo)志著該國或地區(qū)經(jīng)濟(jì)的實力，科技水平，生活水準(zhǔn)和國防實力。國際市場的競爭歸根到底是各國制造生產(chǎn)能力及機(jī)械制造裝備的競爭。隨著機(jī)械制造生產(chǎn)模式的演變,對機(jī)械制造裝備提出了不同的要求.在50年代“剛性”生產(chǎn)模式下，通過提高效率，自動化程度,進(jìn)行單一或少品種的大批量生產(chǎn)，以“規(guī)模經(jīng)濟(jì)”實現(xiàn)降低成本和提高質(zhì)量的目的。在70年代主要通過改善生產(chǎn)過程管理來進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低成本。在80年代，較多地采用數(shù)控機(jī)床，機(jī)器人，柔性制造單元和系統(tǒng)等高技術(shù)的集成來滿足產(chǎn)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(chǎn)進(jìn)行快速響應(yīng)，逐步實現(xiàn)社會制造資源的快速集成，要求機(jī)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(shù)1。工業(yè)發(fā)達(dá)國家都非常注重機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，為了用先進(jìn)技術(shù)和工藝裝備制造業(yè)，機(jī)械制造裝備工業(yè)得到先發(fā)展。對比之下，我國目前機(jī)械制造業(yè)的裝備水平還比較落后，表現(xiàn)在大部分工廠的機(jī)械制造裝備基本上是通用機(jī)床加專用工藝裝備，數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造裝備中的比重還非常低，導(dǎo)致“剛性”強,更新產(chǎn)品速度慢，生產(chǎn)批量不宜太小，生產(chǎn)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(jī)床”，導(dǎo)致勞動生產(chǎn)率低下，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。因此，要縮小我國同工業(yè)發(fā)達(dá)國家的差距,我們必須在機(jī)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(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造裝備中的比重1。通過這次畢業(yè)設(shè)計，可以達(dá)到以下目的：1，培養(yǎng)綜合運用專業(yè)基礎(chǔ)知識和專業(yè)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(zhì)和創(chuàng)新能力；3，使本人受到從事本專業(yè)工程技術(shù)和科學(xué)研究工作的基本訓(xùn)練,提高工程繪圖、湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第2頁計算、數(shù)據(jù)處理、外文資料文獻(xiàn)閱讀、使用計算機(jī)、使用文獻(xiàn)資和手冊、文字表達(dá)等各方面的能力；4，培養(yǎng)正確的設(shè)計思想和工程經(jīng)濟(jì)觀點，理論聯(lián)系實際的工作作風(fēng)，嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度以及積極向上的團(tuán)隊合作精神。1.2國內(nèi)外數(shù)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(xué)院伺服機(jī)構(gòu)試驗室的協(xié)助下，開始從事數(shù)控機(jī)床的研制工作。經(jīng)過三年時間的研究，于1952年試制成功世界第一臺數(shù)控機(jī)床試驗性樣機(jī)，這是一臺采用脈沖乘法器原理的直線插補三坐標(biāo)連續(xù)控制銑床，這便是數(shù)控機(jī)床的第一代2。1953年，美國空軍與麻省理工學(xué)院協(xié)作，開始從事計算機(jī)自動編程的研究，這就是創(chuàng)制APT(AutomaticallyProgrammedTools)自動編程系統(tǒng)的開始。1955年，美國空軍花費巨額經(jīng)費訂購了大約100臺數(shù)控機(jī)床,此后兩年，數(shù)控機(jī)床在美國進(jìn)入迅速發(fā)展階段,市場上出現(xiàn)了商品化數(shù)控機(jī)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(shù)控機(jī)床，稱為”加工中心”。1959年，計算機(jī)行業(yè)研制出晶體管元器件，因而數(shù)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(shù)控時代。同時美國航空工業(yè)協(xié)會(AIA)和麻省理工學(xué)院發(fā)展了APT程序語言。1960年以后，點位控制機(jī)床在美國得到迅速發(fā)展,數(shù)控技術(shù)不僅在機(jī)床上得到實際應(yīng)用，而且逐步推廣到?jīng)_壓機(jī)、繞線機(jī)、焊接機(jī)、火焰切割機(jī)、包裝機(jī)和坐標(biāo)測量機(jī)等，在程序編制方面，已由手工編程逐步發(fā)展到采用計算機(jī)自動編程。除了APT數(shù)控語言外，又發(fā)展了許多自動騙程語言。從1960年開始，德國，日本等先進(jìn)工業(yè)國家都陸續(xù)開發(fā)，生產(chǎn)及使用了數(shù)控機(jī)床，1965年，出現(xiàn)了小規(guī)模集成電路。由于它體積小，功耗低，使用數(shù)控系統(tǒng)的可靠性得以進(jìn)一步提高，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展到第三代【2】。1967年，英國首先把幾臺數(shù)控機(jī)床聯(lián)接成具有柔性的加工系統(tǒng)，這就是最初的湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第3頁FMS(FlexibleManufacturingSystem，柔性制造系統(tǒng))。之后，美，歐，日也相繼進(jìn)行開發(fā)與應(yīng)用。1970年前后，美國英特爾公司開發(fā)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(shù)控系統(tǒng)。近20年來，微處理機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的摟控機(jī)床得到飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，這就是第五代數(shù)控系統(tǒng)(MNC)。20世紀(jì)80年代初，國際上又出現(xiàn)了柔性制造單元FMC(FleibieManufacturingCell)3。我國從1958年開始研究數(shù)控機(jī)床，一直到20世紀(jì)60年代中期還處于研制，開發(fā)時期。當(dāng)時，一些高等院校,科研單位研制出試驗樣機(jī)，是從電子管起步的。1965年，國內(nèi)開始研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)。20世紀(jì)60年代末至70年代初研制成了劈錐數(shù)控銑床，數(shù)控非圓齒輪插齒機(jī)。CIL18晶體管數(shù)控系統(tǒng)及Z53K1G立式數(shù)控銑床。從20世紀(jì)70年代開始,數(shù)控技術(shù)在車，銑，鏜,磨，齒輪加工，電加工等領(lǐng)域全面展開，數(shù)控加工中心在上海，北京研制成功。但由于電子元器件的質(zhì)量和制造工藝水平差，致使數(shù)控系統(tǒng)的可靠性,穩(wěn)定性末行到解決，因此末能廣泛推廣。20世紀(jì)80年代，我國從昌本發(fā)那科公司引進(jìn)了3,5,6,7等系列的數(shù)控系統(tǒng)和直流伺服電機(jī)，直流主軸電機(jī)等制造技術(shù)，以及引進(jìn)美國GE公司的MCI系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng)，德國西門子VS系列可控硅調(diào)速裝置，并進(jìn)行了商品化生產(chǎn).這些系統(tǒng)可靠性高，功能齊全。與此同時，還自行開發(fā)了3、4、5軸聯(lián)動的數(shù)控系統(tǒng)以及雙電機(jī)驅(qū)動的同步數(shù)控系統(tǒng)(用于火焰切割機(jī))和新品種的伺服電機(jī)，推動了我國數(shù)控機(jī)床穩(wěn)定發(fā)展，使我國數(shù)控機(jī)床在性能和質(zhì)量上產(chǎn)生了一個質(zhì)的飛躍。1985年，我國數(shù)控機(jī)床的品種有了新的發(fā)展。數(shù)控機(jī)床品種不斷增多，規(guī)格齊全。許多技術(shù)復(fù)雜的大型數(shù)控機(jī)床，重型數(shù)控機(jī)床都相繼研制出來。為了跟蹤國外現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展，北京機(jī)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(tǒng)。這個時期，我國在引進(jìn)，消化國外技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了大量開發(fā)工作。一些較高檔次的數(shù)控系統(tǒng)(5軸聯(lián)動)，分辨率為0.02m的高精度數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)字仿型數(shù)控系統(tǒng)湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第4頁為柔性單元配套的數(shù)控系統(tǒng)都開發(fā)出來了，并造出樣機(jī)。我國的數(shù)控技術(shù)經(jīng)過“六五”，“七五”，“八五”，到“九五”的近20年的發(fā)展，基本上掌握了關(guān)鍵技術(shù)，建立了數(shù)控開發(fā)，生產(chǎn)基地，培養(yǎng)了一批數(shù)控人才，初步形成了自己的數(shù)控產(chǎn)業(yè)?！笆濉惫リP(guān)開發(fā)的成果：華中號、中華號、航天號和藍(lán)天號4種基本系統(tǒng)建立了具有中國自主版機(jī)的數(shù)控技術(shù)平臺。具有中國特色濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過這些年來的發(fā)展，有了較大的提高。它們逐漸被用戶認(rèn)可，在市場上站住了腳3。目前我國數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)廠有100多家，生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床配套產(chǎn)品的企業(yè)有300余家，產(chǎn)品品種包括八大類2000種以上。目前已新開發(fā)出數(shù)控系統(tǒng)80余種，分為3種型級，即經(jīng)濟(jì)型，普及型和高級型?！熬盼濉逼陂g數(shù)控機(jī)床發(fā)展已進(jìn)入實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化階段，數(shù)控機(jī)床新開發(fā)品種300余種，已有一定的覆蓋面。新開發(fā)的國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品大部分達(dá)到期際上20世紀(jì)80年代中期水平，部分達(dá)到90年代水平，為國家重點建設(shè)提供了一批高水平數(shù)控機(jī)床。1.3設(shè)計內(nèi)容和研究方法本課題設(shè)計一臺數(shù)控車床-CK20，用于對回轉(zhuǎn)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、高精度的自動加工。該數(shù)控車床可以用于機(jī)械，汽車，航空航天等領(lǐng)域，實現(xiàn)加工自動化，提高產(chǎn)品質(zhì)量，高生產(chǎn)效率。本次設(shè)計的主要內(nèi)容為：1，數(shù)控車床CK20總體布局的設(shè)計；2，數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架的結(jié)構(gòu)設(shè)計及總裝圖的繪制；3，數(shù)控車床刀架，液壓夾盤，尾座套筒等部分液壓控制系統(tǒng)設(shè)計；4，數(shù)控車床數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計；5，典型零件數(shù)控加工程序的編制；6，外文資料的翻譯。CK20數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架的結(jié)構(gòu)設(shè)計及其液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計為本次畢業(yè)設(shè)計的重點內(nèi)容，同時也是難點。通過廣泛查閱文獻(xiàn)資料，參觀數(shù)控車床實物樣機(jī)以及組內(nèi)同學(xué)相互討論等途徑，擬定了如下的研究手段：(1)，本次研究的數(shù)控車床床身采用臥式斜床身結(jié)構(gòu)。因為車床的床身是整個車床的基礎(chǔ)支承件，是車床的主體，一般用來放置導(dǎo)軌、主軸箱等重要部件。床身的結(jié)構(gòu)對車床的布局有很大的影響。按照床身導(dǎo)軌面與水平面的相對位置，床身的結(jié)構(gòu)有后斜床身湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)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(yōu)點和局限性，采用什么樣的床身要根據(jù)實際情況定。一般來說，中、小規(guī)格的數(shù)控車床采用斜床身和平床身斜滑板的居多。只有大型數(shù)控車床或小型精密數(shù)控車床才采用平床身平滑板結(jié)構(gòu)，而立床身結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，再配置向上傾斜導(dǎo)軌防護(hù)罩，這樣既保持了平床身工藝性好的優(yōu)點，而且床身寬度也不會太大。斜床身和平床身斜滑板結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代數(shù)控車床中被廣泛采用，是因為這種布局有以下的優(yōu)點：1）易實現(xiàn)機(jī)電一體化；2）機(jī)床外觀整齊,美觀,占地面積??；3）容易設(shè)置封閉式防護(hù)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(dǎo)軌上影響導(dǎo)軌精度；6）宜人性好,便于操作；7）便于安裝機(jī)械手，實現(xiàn)單機(jī)自動化。機(jī)床床身的五種結(jié)構(gòu)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(xué)畢業(yè)設(shè)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(jié)構(gòu)示意圖(2)，數(shù)控車床的刀架采用回轉(zhuǎn)刀架?；剞D(zhuǎn)刀架的換刀分為刀盤抬起、刀架鎖緊和刀盤轉(zhuǎn)位三個動作。其中刀盤抬起和刀架鎖緊由液壓來實現(xiàn)，而刀盤轉(zhuǎn)位則由伺服電機(jī)來驅(qū)動。刀盤抬起動作的實現(xiàn)須經(jīng)以下步驟：數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出刀盤抬起命令液壓系統(tǒng)啟動壓力油進(jìn)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(zhuǎn)位動作的實現(xiàn)順經(jīng)以下步驟：數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出刀盤轉(zhuǎn)位的命令伺服電機(jī)啟動蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)動刀架主軸轉(zhuǎn)動實現(xiàn)刀盤轉(zhuǎn)位.刀盤鎖緊動作的實現(xiàn)順經(jīng)以下的步驟：數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出刀盤鎖緊命令液壓系統(tǒng)啟動壓力油進(jìn)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(xiàn)刀盤鎖緊。圖1.2回轉(zhuǎn)刀架示意圖(3)，本車床數(shù)控系統(tǒng)選用日本FANUC公司的FANUC系統(tǒng).因為就目前來說，國內(nèi)各數(shù)控機(jī)床用得最多的也是FANUC系統(tǒng)，因為它具有以下的優(yōu)點：湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第7頁1）高可靠性及完整的質(zhì)量控制體系。2）采用大規(guī)模及超大規(guī)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(shè)計。5）數(shù)字式進(jìn)給伺服和數(shù)字式主軸驅(qū)動4。(4)，尾座套筒及主軸夾盤的控制亦采用液壓來實現(xiàn)。因為液壓控制具有操作方便，工作可靠等特點。2數(shù)控車床刀架結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算2.1車床刀架的功能,類型和應(yīng)滿足的要求2.1.1車床刀架的功能機(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)換位的自動刀架，有的還使用兩個回轉(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)了大容量存儲刀具和自