經(jīng)濟(jì)型數(shù)控儀表車床的設(shè)計(jì).doc

機(jī)電控制工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第1頁共36頁第一章概述1.1金屬切削機(jī)床及其在國民經(jīng)濟(jì)中的地位金屬切削機(jī)床是用切削的方法將金屬毛坯加工成機(jī)器零件的機(jī)器，他是制造機(jī)器的機(jī)器，所以又被稱為“工作母機(jī)”或“工具機(jī)”。機(jī)床的母機(jī)屬性決定了它在國民經(jīng)濟(jì)中的地位。機(jī)床工業(yè)為各種類型的機(jī)械制造廠提供先進(jìn)的制造技術(shù)與優(yōu)質(zhì)高效的機(jī)床設(shè)備，促進(jìn)機(jī)械制造工業(yè)的生產(chǎn)能力和工藝水平的提高。機(jī)械制造工業(yè)肩負(fù)著為國民經(jīng)濟(jì)各部門提供現(xiàn)代化技術(shù)裝備的任務(wù)，即為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、科研和國防等部門提供各種機(jī)器、儀器和工具。為適應(yīng)現(xiàn)代化建設(shè)的需要，必須大力發(fā)展機(jī)械制造工業(yè)?？梢?，機(jī)械制造工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)各部門賴以發(fā)展的基礎(chǔ)，而機(jī)床則是機(jī)械制造工業(yè)的基礎(chǔ)。一個(gè)國際機(jī)床工業(yè)的技術(shù)水平在很大程度上標(biāo)志著這個(gè)國家的工業(yè)生產(chǎn)能力和科學(xué)技術(shù)水平。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。1.3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)機(jī)電控制工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第2頁共36頁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1518個(gè)月,其中設(shè)計(jì)時(shí)間約為58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69個(gè)月,其中設(shè)計(jì)約1.52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12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(ConcurrentEngineering)的使設(shè)計(jì)、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(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。1.4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，而其中數(shù)控機(jī)床總數(shù)只有11.34萬臺，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0.60.8萬臺，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。用這種裝備加工機(jī)電控制工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第3頁共36頁出來的產(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。1.5數(shù)控化改造的方法其改造涉及到機(jī)械、電氣、計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域，是一項(xiàng)理論深、實(shí)踐強(qiáng)的系統(tǒng)工程。在進(jìn)行數(shù)控改造時(shí)，應(yīng)該做好改造前的技術(shù)準(zhǔn)備。改造過程中，機(jī)械修理與電氣改造相結(jié)合，先易后難、先局部后全局。由于本次設(shè)計(jì)是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控改造，所以在考慮具體方案時(shí)，基本原則是在滿足使用要求的前提下，對機(jī)床的改動(dòng)盡可能少，以降低成本。我們主要的任務(wù)是對其主傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行改造，通過改造使其具有數(shù)控機(jī)床的一般特性。1.5.1主軸系統(tǒng)改造拆除了原來的主軸變速箱，采用機(jī)械無級變速器和分級齒輪變速相結(jié)合的方案，分級齒輪采用撥叉的方式，主軸的調(diào)速范圍可以從100rpm到4000rpm，與原來的多級齒輪調(diào)速相比，其機(jī)械結(jié)構(gòu)大大簡化，而且實(shí)現(xiàn)了從有級調(diào)速到無級調(diào)速的跨越。1.5.2進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)對縱、橫向進(jìn)給系統(tǒng)進(jìn)行開環(huán)控制,驅(qū)動(dòng)元件采用直流步進(jìn)電機(jī),傳動(dòng)系統(tǒng)采用滾珠絲杠。步進(jìn)電機(jī)經(jīng)一級齒輪減速后,帶動(dòng)滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。在進(jìn)行該傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，通常先根據(jù)系統(tǒng)的要求,對各個(gè)部分進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)，如滾珠絲杠副、齒輪副等。1.6機(jī)床主要參數(shù)床身最大回轉(zhuǎn)直徑250mm最大工作長度350mm刀架最大回轉(zhuǎn)直徑120mm主