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1、软件职业技术学院2007级（高职）毕业实训 目 录1 绪论11.1国外数控机床状况分析11.2 国内数控机床状况分析22 卡盘的设计52.1卡盘方案的确定52.2卡盘原理简介52.4卡盘定位分析62.4卡盘夹紧力的计算72.5液压缸的设计92.6弹簧的设计计算113 回转刀架的设计123.1回转刀架总体方案选择123.2刀架原理简介143.3回转刀架电机的选择163.4刀架设计的要点及计算183.5刀架三维零件的建立224 微机控制系统硬件电路设计244.1控制系统的设计要求244.2硬件组成244.3电气系统的设计314.4程序设计33结论40致谢41参考文献421、 绪论数控机床是一种典型
2、的机电一体化产品，它综合了电子计算机、自动控制、自动检测、液压与气动及精密机械等方面的技术，该系统能逻辑的处理具有使用数字号码或者其它符号编码指令规定的程序，可以自动完成信息的输入、译码、运算，从而控制机床的运动和加工过程。数控车床是数控机床中的一种，它与普通车床一样主要用来加工轴类或盘类转体零件，如车削圆柱、圆锥、圆弧和各种螺纹等。与普通车床相比，数控车床的加工精度高、加工质量稳定、效率高、适应性强、操作劳动强度低，是目前使用较为广泛的一种数控机床。数控车床为了能在工件的一次装夹中完成多工序加工，缩短辅助时间，减少多次安装所引起的加工误差，必须带有自动回转刀架。根据装刀数量的不同，自动回转刀
3、架分有四工位六工位和八工位等多种形式。根据安装方式的不同，自动回转刀架可分为立式和卧式两种。根据机械定位方式的不同，自动回转刀架又可分为端齿盘定位型和三齿盘定位型等。其中断齿盘定位型换刀时刀架需抬起，换刀速度较慢且密封性较差，但其结构较简单。三齿盘定位型又叫免抬型，其特点是换刀时刀架不抬起，因此换刀时速度快且密封性好，但其结构较复杂。自动回转刀架在结构上必须具有良好的强度和刚性，以承受粗加工时的切削抗力。为了保证转位具有高的重复定位精度，自动回转刀架还要选择可靠的定位方案和合理的定位结构。自动回转刀架的自动换刀时由控制系统和驱动电路来实现的1.1国外数控机床状况分析机床作为工业发展所必须之复杂
4、生产工具，属生产资料、固定资产，其订货需求与经济发展兴衰密切相关。当前世界经济处於波浪式曲线上升时期，总体上世界机床市场需求比较旺盛。20032007年5年间，世界机床总产值连续上升，已从2003年的 367.8亿美元上升至2007年的 697.8亿美元（估计数字尚未公布），年均增幅约15%。 当今世界，工业发达国家对机床工业高度重视，竞相发展机电一体化、高精、高效、高自动化先进机床，以加速工业和国民经济的发展。长期以来，欧、美、亚在国际市场上相互展开激烈竞争，已形成一条无形战线，特别是随微电子、计算机技术的进步，数控机床在20世纪80年代以后加速发展，各方用户提出更多需求，早已成为四大国际机
5、床展上各国机床制造商竞相展示先进技术、争夺用户、扩大市场的焦点。 数控机床出现至今的50多年，随科技、特别是微电子、计算机技术的进步而不断发展。美、德、日三国是当今世上在数控机床科研、设计、制造和使用上，技术最先进、经验最多的国家。因其社会条件不同，各有特点。 美国的特点是，政府重视机床工业，美国国防部等部门不断提出机床的发展方向、科研任务和提供充足的经费，且网罗世界人才，特别讲究“效率”和“创新”，注重基础科研。因而在机床技术上不断创新，如1952年研制出世界第一台数控机床、1958年创制出加工中心、70年代初研制成FMS、1987年首创开放式数控系统等。由於美国首先结合汽车、轴承生产需求，
6、充分发展了大量大批生产自动化所需的自动线，而且电子、计算机技术在世界上领先，因此其数控机床的主机设计、制造及数控系统基础扎实，且一贯重视科研和创新，故其高性能数控机床技术在世界也一直领先。当今美国不仅生产宇航等使用的高性能数控机床，也为中小企业生产廉价实用的数控机床(如Haas、Fadal公司等)。其存在的教训是，偏重於基础科研，忽视应用技术，且在上世纪80代政府一度放松了引导，致使数控机床产量增加缓慢，於1982年被后进的日本超过，并大量进口。从90年代起，纠正过去偏向，数控机床技术上转向实用，产量又逐渐上升。 德国政府一贯重视机床工业的重要战略地位，在多方面大力扶植。特别讲究“实际”与“实
7、效”，坚持“以人为本”，师徒相传，不断提高人员素质。在发展大量大批生产自动化的基础上，於1956年研制出第一台数控机床后，一直坚持实事求是，讲求科学精神，不断稳步前进。德国特别注重科学试验，理论与实际相结合，基础科研与应用技术科研并重。企业与大学科研部门紧密合作，对用户产品、加工工艺、机床布局结构、数控机床的共性和特性问题进行深入的研究，在质量上精益求精。德国的数控机床质量及性能良好、先进实用、货真价实，出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密数控机床。德国特别重视数控机床主机及配套件之先进实用，其机、电、液、气、光、刀具、测量、数控系统、各种功能部件，在质量、性能上居世界前列。如西门子公司之数控
8、系统和Heidenhain公司之精密光栅，均为世界闻名，竞相采用。 日本政府对机床工业之发展异常重视，通过规划、法规(如“机振法”、“机电法”、“机信法”等)引导发展。在重视人才及机床元部件配套上学习德国，在质量管理及数控机床技术上学习美国，甚至青出於蓝而胜於蓝。日本也和美、德两国相似，充分发展大量大批生产自动化，继而全力发展中小批柔性生产自动化的数控机床。自1958年研制出第一台数控机床后，1978年产量(7,342台)超过美国(5,688台)，至今产量、出口量一直居世界首位(2001年产量46,604台，出口27,409台，占59%)。战略上先仿后创，先生产量大而广的中档数控机床，大量出口
9、，占去世界广大市场。在上世纪80年代开始进一步加强科研，向高性能数控机床发展。在策略上，首先通过学习美国全面质量管理(TQC)，变为职工自觉群体活动，保产品质量。进而加速发展电子、计算机技术，进入世界前列，为发展机电一体化的数控机床开道。日本在发展数控机床的过程中，狠抓关键，突出发展数控系统。日本FANUC公司战略正确，仿创结合，针对性地发展市场所需各种低中高档数控系统，在技术上领先，在产量上居世界第一。该公司现有职工3,674人，科研人员超过600人，月产能力7,000套，销售额在世界市场上占50%，在国内约占70%，对加速日本和世界数控机床的发展起了重大促进作用。1.2 国内数控机床状况分
10、析1.2.1国内数控机床现状2007年世界GDP增长约 5.2%，而中国独为11.4%，远高出其他国家（地区）。机床市场也呈现出空前繁荣，企业任务饱满，供不应求，甚至难以按期交货。2007年金属加工机床（金属切削和成形）产值达111.9亿美元（中国公布），比上年70亿美元增长59.8%，产值居世界第三位，仅次於日本、德国，成为机床产值超百亿美元的世界机床生产大国。2007年中国机床消费额（产值进口额出口额）达166.1亿美元（中国公布），世界机床总产值697.8亿美元之24%，比上年129.4亿美元增28.4%，连续第六年成为世界最大的机床消费国。2007年，中国的机床消费额，约为第二消费大国
11、日本之2倍，世界老牌机床消费国美国的2.5倍，德国的3倍。 数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备。世界各国信息产业、生物产业、航空、航天等国防工业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对市场的适应能力和竞争能力。工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅大力发展自己的数控技术及其产业，而且在高精尖数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。因此大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为我国加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。 而在数控机床中数控车床又占主导地位。我国数控车床发展 ,始于 20世纪70年代 ,通过 30多年
12、的发展 ,我国生产的数控车床,按中国需求的特色,形成经济型卧式数控车床（平床身卧式数控车床）、普及型数控车床 （斜床身数控卧式车床和数控立式车床）和中高档数控车床（3轴控制以上）三种形式。经济型卧式数控车床 ,普遍采用平床身结构和立轴四 工位方 刀架 ,约 占数控车床产量90%。普及型数控车床生产量不到数控车床产量的10% 。中高档数控车床 ,即车削中心和车铣复合中心 ,约占数控车床产量的 0.02%。经济型数控车床 ,价格低廉 ,售价仅10万元左右 ,不到普及型数控车床的1/3,设备费用投入较少 ,可以广泛地满足企业发展初期的需要 ,特别是受到民营经济企业的欢迎 ,仍是我国当前数控车床的主流
13、产品。我国已有十余家企业生产规模达到年产千台以上。普及型数控车床 ,即 2轴控制的卧式数控车床 斜床身 和立式数控车床,国产产品得到了用户认可 ,基本可以满足用户需要。车削中心等3 轴控制以上的中高档数控车床 ,国内用户选购的大部分是进口产品或合资、独资企业如大连因代克斯、宁夏小巨人、杭州友佳、上海哈挺等机床有限公司生产的产品,国产机床市场占有率较低。近几年 ,虽然我国开发不少中高档数控车床新品种 ,如具有Y轴功能的车削中心 、双主轴双刀架一车削中心 、倒置顺置主轴立式车削单元 、车铣复合中心等等,但是,高级型数控车床的重点是要进一步开发市场,取得国内用户广泛认可“十五”期间国产数控机床发展很
14、快。从技术上看,数控车床技术比较成熟,通过技术引进和合作生产、消化吸收和自主创新,我国已掌握了数控车床设计和制造技术。从产品水平上看,我国自已能自行开发设计各种中高档数控车床 , 国际上最热门的、水平最高的双主轴、双刀架 轴控制车铣复合中心 ,我国已有多家企业开发试制成功,有的已被国内用户选购和出口国外。从品种上看 ,我国生产的数控车床品种比较齐全 ,每年都有多个数控车床新品种,可供各方面用户选用。从生产规模上看 ,国产经济型数控车床已形成规模生产 ,有十余家企业生产规模达到年产千台以上。1.2.2国内数控机床的特点(1).新产品开发有了很大突破，技术含量高的产品占据主导地位。(2).数控机床
15、产量大幅度增长，数控化率显著提高。2001年国内数控金切机床产量已达1.8万台，比上年增长28.5%。金切机床行业产值数控化率从2000年的17.4%提高到2001年的22.7%。(3).数控机床发展的关键配套产品有了突破。近年来通过政府的支持，数控机床配套生产得到了快速发展。如北京航天机床数控系统集团公司建立了具有自主知识产权的新一代开放式数控系统平台。 1.2.3经济型数控车床我的设计题目为数控车床卡盘和回转刀架的设计，考虑到电气方面单片机的广泛应用，而在数控车床中只有经济型数控车床采用单片机控制，因此，我选择设计经济型数控车床中的卡盘和回转刀架。经济型数控机床就是指价格低廉、操作使用方便，比较适合国内国情的，在普通机床上加装数控系统的高级自动化机床。经济型数控车床。对于保证和提高被加工零件的精度，主要依靠两方面来实现：一是系统的控制精度；二是机床本身的机械传动精度。数控车床的进给传动系统，由于必须对进给位移的位置和速度同时实现自动控制，所以，数控车床与普通卧室车床相比，应具有更好的精度，以确保机械传动系统的传动精度和工作稳定性。1.2.4设计参数：最大回转直径：540mm/260mm最大切削直径：轴类零件 150 mm 盘类零件 400 mm最小外圆车削直径： 10 mm最
