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1、 湖南大学毕业设计（论文） 第 1 页1 引言装配图联系1538937061.1 毕业设计的背景及目的 制造业是一个国家或地区经济发展的重要支柱，其发展水平标志着该国或地区经济的实力，科技水平，生活水准和国防实力。国际市场的竞争归根到底是各国制造生产能力及机械制造装备的竞争。随着机械制造生产模式的演变,对机械制造装备提出了不同的要求.在50年代“刚性”生产模式下，通过提高效率，自动化程度,进行单一或少品种的大批量生产，以“规模经济”实现降低成本和提高质量的目的。在70年代主要通过改善生产过程管理来进一步提高产品质量和降低成本。在80年代，较多地采用数控机床，机器人，柔性制造单元和系统等高技术的
2、集成来满足产品个性化和多样化的要求，以满足社会各消费群体的不同要求。从90年代开始，为了对世界生产进行快速响应，逐步实现社会制造资源的快速集成，要求机械制造装备的柔性化程度更高,采用拟实制造和快速成形制造技术1。工业发达国家都非常注重机械制造业的发展，为了用先进技术和工艺装备制造业，机械制造装备工业得到先发展。对比之下，我国目前机械制造业的装备水平还比较落后，表现在大部分工厂的机械制造装备基本上是通用机床加专用工艺装备，数控机床在机械制造装备中的比重还非常低，导致“刚性”强,更新产品速度慢，生产批量不宜太小，生产品种不宜过多；自动化程度基本上还是“一个工人，一把刀，一台机床”，导致劳动生产率低
3、下，产品质量不稳定。 因此，要缩小我国同工业发达国家的差距,我们必须在机械制造装备方面大下功夫，其中最重要的一个方面就是增加数控机床在机械制造装备中的比重1。通过这次毕业设计，可以达到以下目的：1，培养综合运用专业基础知识和专业技能来解决工程实际问题的能力；2，强化工程实践能力和意识,提高本人综合素质和创新能力；3，使本人受到从事本专业工程技术和科学研究工作的基本训练,提高工程绘图、计算、数据处理、外文资料文献阅读、使用计算机、使用文献资和手册、文字表达等各方面的能力；4，培养正确的设计思想和工程经济观点，理论联系实际的工作作风，严肃认真的科学态度以及积极向上的团队合作精神。1.2 国内外数控
4、车床的研究状况和成果 1949年帕森公司正式接受美国空军委托，在麻省理工学院伺服机构试验室的协助下，开 始从事数控机床的研制工作。经过三年时间的研究，于1952年试制成功世界第一台数控机床试验性样机，这是一台采用脉冲乘法器原理的直线插补三坐标连续控制铣床，这便是数控机床的第一代2。 1953年，美国空军与麻省理工学院协作，开始从事计算机自动编程的研究，这就是创制APT(Automatically Programmed Tools )自动编程系统的开始。 1955年，美国空军花费巨额经费订购了大约100台数控机床,此后两年，数控机床在美国进入迅速发展阶段,市场上出现了商品化数控机床。1958年，
5、美国克耐杜列克公司(Keaney &Trecker Co.)在世界上首先研制成功带自动换刀装置的数控机床，称为”加工中心”。 1959年，计算机行业研制出晶体管元器件，因而数控装置中广泛采用晶体管和印制电路板，从而跨入第二代数控时代。同时美国航空工业协会(AIA)和麻省理工学院发展了APT程序语言。 1960年以后，点位控制机床在美国得到迅速发展,数控技术不仅在机床上得到实际应用，而且逐步推广到冲压机、绕线机、焊接机、火焰切割机、包装机和坐标测量机等，在程序编制方面，已由手工编程逐步发展到采用计算机自动编程。除了APT数控语言外，又发展了许多自动骗程语言。 从1960年开始，德国，日本等先进工
6、业国家都陆续开发，生产及使用了数控机床， 1965年，出现了小规模集成电路。由于它体积小，功耗低，使用数控系统的可靠性得以进一步提高，数控系统发展到第三代【2】。 1967年，英国首先把几台数控机床联接成具有柔性的加工系统，这就是最初的FMS(Flexible Manufacturing System，柔性制造系统)。之后，美，欧，日也相继进行开发与应用。 1970年前后，美国英特尔公司开发和使用了微处理器。1974年美，日等国首先研制出以微处理器为核心的数控系统。近20年来，微处理机数控系统的搂控机床得到飞速发展和广泛应用，这就是第五代数控系统(MNC)。20世纪80年代初，国际上又出现了柔
7、性制造单元FMC(FleibieManufacturing Cell) 3。我国从1958年开始研究数控机床，一直到20世纪60年代中期还处于研制，开发时期。当时，一些高等院校,科研单位研制出试验样机，是从电子管起步的。1965年，国内开始研制晶体管数控系统。20世纪60年代末至70年代初研制成了劈锥数控铣床，数控非圆齿轮插齿机。CIL18晶体管数控系统及Z53K1G立式数控铣床。从20世纪70年代开始,数控技术在车，铣 ，镗,磨，齿轮加工，电加工等领域全面展开，数控加工中心在上海，北京研制成功。但由于电子元器件的质量和制造工艺水平差，致使数控系统的可靠性,稳定性末行到解决，因此末能广泛推广。
8、20世纪80年代，我国从昌本发那科公司引进了3,5,6,7等系列的数控系统和直流伺服电机，直流主轴电机等制造技术，以及引进美国GE公司的MCI系统和交流伺服系统，德国西门子VS系列可控硅调速装置，并进行了商品化生产.这些系统可靠性高，功能齐全。与此同时，还自行开发了3、4、5轴联动的数控系统以及双电机驱动的同步数控系统(用于火焰切割机)和新品种的伺服电机，推动了我国数控机床稳定发展，使我国数控机床在性能和质量上产生了一个质的飞跃。1985年，我国数控机床的品种有了新的发展。数控机床品种不断增多，规格齐全。许多技术复杂的大型数控机床，重型数控机床都相继研制出来。为了跟踪国外现代制造技术的发展，北
9、京机床研究所研制出了JCS-FMS-1型和2型的柔性制造单元和柔性制造系统。这个时期，我国在引进，消化国外技术的基础上，进行了大量开发工作。一些较高档次的数控系统(5轴联动)，分辨率为0.02的高精度数控系统，数字仿型数控系统为柔性单元配套的数控系统都开发出来了，并造出样机。我国的数控技术经过“六五”，“七五”，“八五”，到“九五”的近20年的发展，基本上掌握了关键技术，建立了数控开发，生产基地，培养了一批数控人才，初步形成了自己的数控产业。“十五”攻关开发的成果：华中号、中华号、航天号和蓝天号4种基本系统建立了具有中国自主版机的数控技术平台。具有中国特色济型数控系统经过这些年来的发展，有了较
10、大的提高。它们逐渐被用户认可，在市场上站住了脚3。目前我国数控机床生产厂有100多家，生产数控机床配套产品的企业有300余家，产品品种包括八大类2000种以上。目前已新开发出数控系统80余种，分为3种型级，即经济型，普及型和高级型。“九五”期间数控机床发展已进入实现产业化阶段，数控机床新开发品种300余种，已有一定的覆盖面。新开发的国产数控机床产品大部分达到期际上20世纪80年代中期水平，部分达到90年代水平，为国家重点建设提供了一批高水平数控机床。1.3 设计内容和研究方法本课题设计一台数控车床-CK20，用于对回转零件的圆柱面，圆弧面，圆锥面，端面，切槽，及各种公、英制螺纹等进行批量、高效
11、、高精度的自动加工。该数控车床可以用于机械，汽车，航空航天等领域，实现加工自动化，提高产品质量，高生产效率。本次设计的主要内容为：1，数控车床CK20总体布局的设计；2，数控车床回转刀架的结构设计及总装图的绘制；3，数控车床刀架，液压夹盘，尾座套筒等部分液压控制系统设计；4，数控车床数控系统的设计；5，典型零件数控加工程序的编制；6，外文资料的翻译。CK20数控车床回转刀架的结构设计及其液压控制系统的设计为本次毕业设计的重点内容，同时也是难点。通过广泛查阅文献资料，参观数控车床实物样机以及组内同学相互讨论等途径，拟定了如下的研究手段：(1)，本次研究的数控车床床身采用卧式斜床身结构。因为车床的
12、床身是整个车床的基础支承件，是车床的主体，一般用来放置导轨、主轴箱等重要部件。床身的结构对车床的布局有很大的影响。按照床身导轨面与水平面的相对位置，床身的结构有后斜床身斜滑板，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种，它们各自有自己的优点和局限性，采用什么样的床身要根据实际情况定。一般来说，中、小规格的数控车床采用斜床身和平床身斜滑板的居多。只有大型数控车床或小型精密数控车床才采用平床身平滑板结构，而立床身结构采用得较少。平床身工艺性好，易于加工制造，由于车床刀架水平放置，对提高刀架的运动精度有好处,，但床身下部空间小，排屑回难。平床身斜滑板结构，再配置向上倾斜导轨防
13、护罩，这样既保持了平床身工艺性好的优点，而且床身宽度也不会太大。斜床身和平床身斜滑板结构在现代数控车床中被广泛采用，是因为这种布局有以下的优点：1） 易实现机电一体化；2） 机床外观整齐,美观,占地面积小；3） 容易设置封闭式防护装置；4） 容易排屑和安装自支排屑器；5） 从工件上切下的炽热切屑不至于堆积在导轨上影响导轨精度；6） 宜人性好,便于操作；7） 便于安装机械手，实现单机自动化。机床床身的五种结构形式图示如下： (a) 斜床身斜滑板 (b) 直立床身直立滑板 (c) 平床身平滑板 (d) 前斜床身平滑板 (e) 平床身斜滑板 图1.1 床身结构示意图(2)，数控车床的刀架采用回转刀架
14、。回转刀架的换刀分为刀盘抬起、刀架锁紧和刀盘转位三个动作。其中刀盘抬起和刀架锁紧由液压来实现，而刀盘转位则由伺服电机来驱动。刀盘抬起动作的实现须经以下步骤：数控系统发出刀盘抬起命令液压系统启动压力油进入液压缸右腔活塞向左运动刀架主轴向左移动端齿盘脱离啮合刀盘抬起。刀盘转位动作的实现顺经以下步骤：数控系统发出刀盘转位的命令伺服电机启动蜗轮蜗杆转动刀架主轴转动实现刀盘转位.刀盘锁紧动作的实现顺经以下的步骤： 数控系统发出刀盘锁紧命令液压系统启动压力油进入液压缸左腔活塞向右运动刀架主轴向右移动端齿盘啮合实现刀盘锁紧。 图1.2 回转刀架示意图(3)，本车床数控系统选用日本FANUC公司的FANUC系
15、统.因为就目前来说，国内各数控机床用得最多的也是FANUC系统，因为它具有以下的优点： 1） 高可靠性及完整的质量控制体系。 2） 采用大规模及超大规模的专用集成电路芯片。 3） 全自动化工厂生制造。 4） 良好的控制软件设计。 5） 数字式进给伺服和数字式主轴驱动4。 (4)，尾座套筒及主轴夹盘的控制亦采用液压来实现。因为液压控制具有操作方便，工作可靠等特点。 2 数控车床刀架结构设计及计算2.1车床刀架的功能,类型和应满足的要求2.1.1车床刀架的功能机床上的刀架是安放刀具的重要部件，许多刀架还直接参与切削工作，如卧式车床上的四方刀架，转塔车床的转塔刀架，回轮式转塔车床的回轮刀架，自动车床的转塔刀架和天平刀架等。这些刀架既安放刀具，而且还直接参与切削，承受极大的切削力作用，所以它往往成为工艺系统中的较薄弱环节。随着自动化技术的发展，机床的刀架也有了许多变化，特别是数控车床上采
