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1、毕业设计（论文）文献综述题目车铣复合机床12工位刀架及部分控制电路设计机械设计制造及其自动化机0843080211115雷旭阳指导教师刘鸿雁二O二年前言部分前言目前，世界上越来越多的复杂零件采用复合机床进行综合加工。经过搜索了大量的网络信息和查看大量有关机床资料，发现复合加工 机床已成为机床发展的一个重要方向。复合加工技术是20世纪末兴起 的一门先进制造技术。随着工业技术的蓬勃发展，复合机床应运而生。 近年来，越来越多的复杂零件采用复合机床进行综合加工，它的种类 也日渐繁多起来。复合加工机床最突出的优点是大大缩短零件的生产 周期、提高零件的加工精度。为什么复合加工机床能使工件在一次装卡中完成大
2、部分或全部 加工工序呢？其归功于自动转位刀架，因此车铣复合车床刀架及部分 控制电路设计也成为工业发展的一个重要方面。为了提高生产率，压缩非切削时间，随着自动化技术的发展，机 床的刀架也产生了许多变化，各种刀具的自动更换装置得到进一步的 完善和提高，现代机床逐步发展成为在一台机床上只需要一次装夹即 可完成多工序或全部工序的加工。特别是车铣复合机床上安装的刀 架，采用电驱动，通过机械机构来完成刀架的松开，抬起，转位，定 位和夹紧等动作，这类刀具自动更换装置通常有较大的刀具容量，能 够快捷可靠地完成自动换刀，充分体现了它的加工的自动化和高效化。刀架自动化的发展对社会制造业有着至关重要的作用。相关概念
3、11车铣复合加工的含义车铳是利用铳刀旋转和工件旋转的合成运动来实现对工件的切削加工，使工件在形状精度、位置精度、已加工表面完整性等多方面 达到使用要求的一种先进切削加工方法。车铳复合加工不是单纯的将 车削和铳削两种加工手段合并到一台机床上，而是利用车铳合成运 动来完成各类表面的加工，是在当今数控技术得到较大发展的条件 下产生的一种新的切削理论和切削技术12复合加工机床的定义国际上对复合化机床尚无明确定义，目前正处于创新发展之中2, 3。 复合加工又叫完全加工、多功能加工。早期曾将加工中心称为复合加 工机床。但是随着复合加工技术的不断发展与进步，现在的复合加工 机床与以前所称的复合加工机床有了本
4、质上的区别。复合加工机床通 过一次装夹零件完成多种加工工序，缩短了加工时间，提高了加工精 度，因而受到用户的欢迎。数控车铳复合机床是复合加工机床的一种 主要机型，通常是在数控车床上实现平面铳削、钻孑L攻丝、铳槽等 铳削加工工序，具有车削、铳削以及镗削等复合功能，能够实现一次 装夹、全部完上的加工理念14。车铳复合加工机床的运动包括铳刀旋转、工件旋转、铳刀轴向进给和径向进给四个基本运动。依据工件旋转轴线与刀具旋转轴线相对位置的不同，车铣复合加工主要可分为轴向车铣加工、正交车铣加工以及一般车铣加工。其中轴 向车铣和正交车铣是应用范围最广泛的两类车铣加工方法。轴向车铣 加工由于铣刀与工件的旋转轴线相
5、互平行，因此它不但可以加工外 圆柱表面，也可加工内孔表面。正交车铣加工由于铣刀与工件的旋转 轴线相互垂直，在内孔直径较小时它不能对内孔进行加工，但在 加工外圆柱表面时由于铣刀的纵向行程不受限制，且可以采用较大的 纵向进给，因此，在加工外圆柱表面时效率较高4。1.3刀架的了解机床刀架装置按其功能特征可分为普通机床刀架，数控机床刀架和加工中心刀架装置三种类型。数控机床采用自动换刀装置，自动换刀装置的结构与机床的形式，工 艺范围以及刀具的种类和数量等参数有关，其驱动一般采用电器（步 进电机或伺服电机）或液压（液压马达）自动实现。目前，除了主要 用于数控车床，铣床，镗床的自动换刀装置外，在数控磨床等数
6、控机 床上也较多的采用了自动换刀结构，如自动换砂轮，自动更换模具等。 加工中心刀架装置，由刀库和机械手臂等组成5。就数控系统而言， 自动转位刀架控制的顺序动作控制，是由PLC完成的。数控系统中的 PLC控制分为内嵌式和独立式两种类型，内嵌式PLC是指PLC内置在CNC中，与CNC共用CPU,这是当今数控机床的主流控制形式；独立式PLC是指PLC软硬件完全独立于CNC,是数控改造和系统升级常选用 的方式。本文主要介绍了笔者在数控改造过程中，采用独立式PLC实 现对市场使用较广泛的AK31系列8 12工位卧式转塔刀架的控制的方 法。16主题部分历史2.1复合加工技术的发展在全球机床制造和金属加工领
7、域，复合加工技术正以其强大的加 工能力被不断发展与应用。所谓复合加工技术，即是在一台设备上完 成车、铣、钻、镗、攻丝、铰孔、扩孔等多种加工要求，复合加工机 床的最突出优点是可以大大缩短工件的生产周期、提高工件加工精 度。为了实现复杂形状工件的加工，使在一台机床上能完成复数工序 和复数工种的加工，这样的机床称为复合加工机床。就是说，在复合 化机床上可以实现完全不同性质加工过程的加工。复合加工机床功能范围随着时代变化而变化。有一时期，曾经 把加工中心称为复合加工机床。可是，一般的加工中心不能超出某种切削加工范围。现在的复合加工机床已不是那时的复合加工机床，具有本质上差异。现代的复合加工机床是更进一
8、步复合化的开发，如在 车削中心上装载有回转刀具的铣削功能，在加工中心上有车削功能， 最近又出现了不同原理加工方法的集约如激光加工和切削加工的复 合等，进一步提高机床复合化程度。2.2复合加工机床的发展历史1845年美国丁菲奇发明转塔车床，1911年美国格林里公司为汽 车零件加工开发了第一台组合机床。1952年三轴数控铣床研制成功。 1958年美国KT公司研制出带有刀具自动交换装置的加工中心，有力 地推动了工序集中的加工方法的发展。复合加工及其制造装备的出现 已有百余年的历史，但是真正得到较广泛的应用还是在20世纪80年 代，数控技术和数控机床成为制造技术的主流后出现的。20世纪80 年代中后期
9、，随着加工中心功能和结构的完善，显示了这种工序集中 数控机床的优越性，开始出现车削中心、磨削中心等，使复合加工得 到扩展而不再局限于镗、铣等工序。90年代后期又进一步发展了车 铣中心、铣车中心、车磨中心等，近年来又出现由激光、电火花和超 声波等特种加工方法与切削、磨削加工方法组合的复合机床，使复合加工技术成为推动机床结构和制造工艺发展的一个新热点。2.3现状在我国复合加工机床刚刚起步，主要是车铣复合加工机床。首台 复合加工机出现在2001年中国国际机床展上，是由沈阳机床股份有 限公司与德国MAXMULLER公司合作生产的车铣复合中心6东欧这些国家的机床生产品种不全，配套件缺乏，而中国机床工 业
10、经过这几年的高速发展，已具备相当规模，产品门类齐全，数控机 床的品种从几百种发展到近两千种，全行业开发出一批市场急需的新 产品，填补了国内空白。一批高精、高速、高效，一批多坐标、复合、 智能型，一批大规格、大吨位、大尺寸的数控机床新产品满足了国家 重点用户需要。目前，中国机床工业正在通过调整产业结构、产品结 构，提高自主创新能力，转变发展方式，借鉴国际先进制造技术，培 育企业高水平的自主开发和创新能力。以精密、高效、柔性、成套、 绿色需求为方向，以改革、改组、改造为动力，购并国际名牌企业和 产品，努力提高国产机床市场占有率，不断拓宽机床工具产品的发展 空间。中国机床工业的“大”表现在产值位列世
11、界第一，“不强” 表现之一是低档产品产能过剩，表现之二是科技基础薄弱、产品质量水平低，表现之三是缺乏大型国际集团、市场竞争力弱。2.4发展趋势伴随着市场对零件的复杂程度的要求，复合加工机床需求随之的不断 增加，复合加工机床将进入激烈的竞争时代。将来的复合加工不会仅 仅是车铣复合加工，而是将车削、铣削、钻削、磨削、淬火、超声波 加工、激光加工等不同工种都组合到一台机床上，朝一台完成型加工 机的方向发展2，7。另夕卜，咼速、咼精、咼效、复合和环保仍然是 复合机床技术发展的方向和制造商追求的目标。未来的复合加工机床 将结合数控技术、软件技术、信息技术、可靠性技术，向构件简约化、 结构紧凑化、配置模块
12、化和部件商品化方向发展。复合机床与电子控制的结合是本轮产业升级的必经之路。随着国 内劳动力成本上涨，环境压力下的节能减排的迫切需求，以及对外人 民币长期升值，国外需求不足的现状。这将促使中国制造业的新一轮 产业升级。新一轮的产业升级必将是高端制造业代替简单制造业，技 术密集型代替劳动密集型。这种转型将会大大减少简单机械的需求， 增加更加高效、更加精确的数控复合机床需求。再说说复合机床的刀架，现代机床逐步发展成为在一台机床上只需要一次装夹即可完成多工序或全部工序的加工。特别是车铣复合机床上安装的刀架，采用电驱动，通过机械机构来完成刀架的松开，抬 起，转位，定位和夹紧等动作，这类刀具自动更换装置通
13、常有较大的 刀具容量，能够快捷可靠地完成自动换刀，充分体现了它的加工的自 动化和高效化。复合机床的结构主机，他是数控机床的主题，包括机床身、立柱、主轴、进给机 构等机械部件。他是用于完成各种切削加工的机械部件。入入数控装置，是数控机床的核心，包括硬件（印刷电路板、CRT 显示器、键盒、纸带阅读机等）以及相应的软件，用于输入数字化的 零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现 各种控制功能。入入驱动装置，他是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单 元、进给单元、主轴电机及进给电机等。他在数控装置的控制下通过 电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。当几个进给联动时，可以 完成
14、定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。入入辅助装置，指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机 床的运行，如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。它包括液压和气动 装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具 及监控检测装置等。入入编程及其他附属设备，可用来在机外进行零件的程序编制、存 储等。如图为M40车铣复合机床的整体图15.图2传动系统工件随主轴的旋转运动、溜板箱通过丝杠带动铣刀头箱纵向移动、铣 刀头独立旋转运动的有机合成，可实现偏心螺旋面的加工。整个传动 系统原理如图2所示8。图3车铳笈合机床的外观、润滑和操纵系统车铣复合机床如图3所示。该图较清楚地反映了机床的润滑部位
15、和操作系统的手柄布置，从图3中可了解机床的整体布局、外形特征、 操作方式及手柄功能8。刀架结构目前国内在普通车床的微机数控改造中使用的转位刀架就其整体结构而言都是机电分离式的，由转位刀架与控制线路两部分组成,体积庞大，安装麻烦，使用不便。JD l型机电一体化自动转位刀架在 机械结构及电气控制线路的设计中尽量采用先进的元件与技术，使机 一电结构融为一体11。自动转位刀架为了更好的承受加工时的切削 抗力，在结构上必须要求有良好的刚性和强度。自动转位刀架还要选 择可靠的定位方案和合理的定位结构以保证转位具有高的重复定位 精度。自动转位刀架的自动换刀由控制系统和驱动电路来实现的12。自动回转刀架在机床
16、加工中应用广泛13,按工作原理可分： 凸台棘爪式刀架、电磁式刀架、螺母升降转位刀架、槽轮原理转位及 缩紧刀架、液压摆动油缸控制转位刀架、蜗轮蜗杆式转位及反靠紧缩 刀架。电动刀架有四工位，六工位或多工位，由电动机、机械换刀机 构、发讯盘等组成，当系统发出换刀信号，刀架电机正转，通过减速 机构和升降机构将上刀体上升至一定位置，离合盘起作用，带动上刀 体旋转到所选择刀位，发讯盘发出刀位到位信号，刀架电机反转，完 成初定位后上刀体下降，齿牙盘啮合，完成精确定位，并通过升降机 构锁紧刀架9。以JD-1为例，JDT型自动转位刀架的结构与下图所示，所有的 零件都固定在底坐上，其特点是零件少，结构简单，操纵方便。刀架 换刀的转
