車床數(shù)控改造設(shè)計(jì)【含CAD圖紙和畢業(yè)論文全套】

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床身 機(jī)床的床身是整個(gè)機(jī)床的基礎(chǔ)支承件 是機(jī)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(duì)機(jī)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(duì)位置 床身有圖 1 所示的 5 種布局形式 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 立床身采用的較少 平床身工藝性好 易于加工制 造 由于刀架水平放置 對(duì)提高刀架的運(yùn)動(dòng)精度有好處 但床身下部空間小 排屑困難 刀架橫滑板較長(zhǎng) 加大了機(jī)床的寬度尺寸 影響外觀 平床身斜滑 板結(jié)構(gòu) 再配置上傾斜的導(dǎo)軌防護(hù)罩 這樣既保持了平床身工藝性好的優(yōu)點(diǎn) 床身寬度也不會(huì)太大 斜床身和平床身斜滑板結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代數(shù)控車床中被廣泛應(yīng) 用 是因?yàn)檫@種布局形式具有以下特點(diǎn) 容易實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化 機(jī)床外形整齊 美觀 占地面積小 容易設(shè)置封閉式防護(hù)裝置 容易排屑和安裝自動(dòng)排屑器 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 宜人性好 便于操作 便于安裝機(jī)械手 實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化 例如 寶雞機(jī)床廠設(shè)計(jì)生產(chǎn)的 CJK6140H 系列簡(jiǎn)式數(shù)控車床采用的是平床身 平滑板結(jié)構(gòu) CK75 系列全功能數(shù)控車床采用的是后斜床身斜滑板結(jié)構(gòu) 而我們 剛剛研制開發(fā)完成的 CK535D 全功能數(shù)控倒置立式車床 采用的是直立床身直立 滑板結(jié)構(gòu) 該機(jī)床采用大功率內(nèi)藏式電主軸結(jié)構(gòu) 主軸可沿 X 和 Z 軸移動(dòng) 以 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上下料功能 該機(jī)床配置有自動(dòng)回轉(zhuǎn)料庫 從而實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化 同 時(shí)該機(jī)床也很容易被加入生產(chǎn)線 a 后斜床身 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 圖 1 床身布局 2 導(dǎo)軌 車床的導(dǎo)軌可分為滑動(dòng)導(dǎo)軌和滾動(dòng)導(dǎo)軌兩種 滑動(dòng)導(dǎo)軌具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 制造方便 接觸剛度大等優(yōu)點(diǎn) 但傳統(tǒng)滑動(dòng)導(dǎo)軌 摩擦阻力大 磨損快 動(dòng) 靜摩擦系數(shù)差別大 低速時(shí)易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象 目前 數(shù)控車床已不采用傳統(tǒng)滑動(dòng)導(dǎo)軌 而是采用帶有耐磨粘貼帶覆蓋層的滑動(dòng)導(dǎo)軌 和新型塑料滑動(dòng)導(dǎo)軌 它們具有摩擦性能良好和使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn) 導(dǎo)軌剛度的大小 制造是否簡(jiǎn)單 能否調(diào)整 摩擦損耗是否最小以及能否 保持導(dǎo)軌的初始精度 在很大程度上取決于導(dǎo)軌的橫截面形狀 車床滑動(dòng)導(dǎo)軌 的橫截面形狀常采用山形截面和矩形截面 山形截面 如圖 2 a 所示 這種截 面導(dǎo)軌導(dǎo)向精度高 導(dǎo)軌磨損后靠自重下沉自動(dòng)補(bǔ)償 下導(dǎo)軌用凸形有利于排 污物 但不易保存油液 矩形截面 如圖 2 b 所示 這種截面導(dǎo)軌制造維修方 便 承載能力大 新導(dǎo)軌導(dǎo)向精度高 但磨損后不能自動(dòng)補(bǔ)償 需用鑲條調(diào)節(jié) 影響導(dǎo)向精度 a 山形截面 b 矩形截面 圖 2 導(dǎo)軌截面 寶雞機(jī)床廠生產(chǎn)的 CJK6140H 系列簡(jiǎn)式數(shù)控車床床身采用的是山形貼塑導(dǎo)軌 CK75 系列全功能數(shù)控車床采用的是矩形貼塑導(dǎo)軌 滾動(dòng)導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn)是摩擦系數(shù)小 動(dòng) 靜摩擦系數(shù)很接近 不會(huì)產(chǎn)生爬行現(xiàn) 象 可以使用油脂潤(rùn)滑 數(shù)控車床導(dǎo)軌的行程一般較長(zhǎng) 因此滾動(dòng)體必須循環(huán) 根據(jù)滾動(dòng)體的不同 滾動(dòng)導(dǎo)軌可分為滾珠直線導(dǎo)軌和滾柱直線導(dǎo)軌 如圖 3 所 示 后者的承載能力和剛度都比前者高 但摩擦系數(shù)略大 寶雞機(jī)床廠生產(chǎn)的 CK75C 系列全功能數(shù)控車床采用的是滾珠直線導(dǎo)軌 CK535D 全功能數(shù)控倒置立 式車床 X 向?qū)к壊捎玫氖菨L柱直線導(dǎo)軌 a 滾珠直線導(dǎo)軌 b 滾柱直線導(dǎo)軌 圖 3 滾動(dòng)導(dǎo)軌 2 主軸變速系統(tǒng) 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床大多數(shù)是不能自動(dòng)變速的 需要變速時(shí) 只能把機(jī)床停止 然后手動(dòng)變速 而全功能數(shù)控車床的主傳動(dòng)系統(tǒng)大多采用無級(jí)變速 目前 無 級(jí)變速系統(tǒng)主要有變頻主軸系統(tǒng)和伺服主軸系統(tǒng)兩種 一般采用直流或交流主 軸電機(jī) 通過帶傳動(dòng)帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn) 或通過帶傳動(dòng)和主軸箱內(nèi)的減速齒輪 以獲 得更大的轉(zhuǎn)矩 帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn) 由于主軸電機(jī)調(diào)速范圍廣 又可無級(jí)調(diào)速 使得 主軸箱的結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化 主軸電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速時(shí)可輸出全部功率和最大轉(zhuǎn)矩 3 刀架系統(tǒng) 數(shù)控車床的刀架是機(jī)床的重要組成部分 刀架用于夾持切削用的刀具 因 此其結(jié)構(gòu)直接影響機(jī)床的切削性能和切削效率 在一定程度上 刀架的結(jié)構(gòu)和 性能體現(xiàn)了機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)水平 隨著數(shù)控車床的不斷發(fā)展 刀具結(jié)構(gòu) 形式也在不斷翻新 刀架是直接完成切削加工的執(zhí)行部件 所以 刀架在結(jié)構(gòu)上必須具有良好 的強(qiáng)度和剛度 以承受粗加工時(shí)的切削抗力 由于切削加工精度在很大程度上 取決于刀尖位置 所以要求數(shù)控車床選擇可靠的定位方案和合理的定位結(jié)構(gòu) 以保證有較高的重復(fù)定位精度 此外 刀架的設(shè)計(jì)還應(yīng)滿足換刀時(shí)間短 結(jié)構(gòu) 緊湊和安全可靠等要求 按換刀方式的不同 數(shù)控車床的刀架系統(tǒng)主要有回轉(zhuǎn)刀架 排式刀架和帶 刀庫的自動(dòng)換刀裝置等多種形式 1 排式刀架 排式刀架一般用于小規(guī)格數(shù)控車床 以加工棒料或盤類零件為主 它的結(jié) 構(gòu)形式為 夾持著各種不同用途刀具的刀夾沿著機(jī)床的 X 坐標(biāo)軸方向排列在橫 向滑板上 刀具的典型布置方式如圖 4 所示 這種刀架在刀具布置和機(jī)床調(diào)整 等方面都較為方便 可以根據(jù)具體工件的車削工藝要求 任意組合各種不同用 途的刀具 一把刀具完成車削任務(wù)后 橫向滑板只要按程序沿 X 軸移動(dòng)預(yù)先設(shè) 定的距離后 第二把刀就到達(dá)加工位置 這樣就完成了機(jī)床的換刀動(dòng)作 這種 換刀方式迅速省時(shí) 有利于提高機(jī)床的生產(chǎn)效率 寶雞機(jī)床廠生產(chǎn)的 CK7620P 全功能數(shù)控車床配置的就是排式刀架 圖 4 排式刀架 2 回轉(zhuǎn)刀架 回轉(zhuǎn)刀架是數(shù)控車床最常用的一種典型換刀刀架 通過刀架的旋轉(zhuǎn)分度定位來 實(shí)現(xiàn)機(jī)床的自動(dòng)換刀動(dòng)作 根據(jù)加工要求可設(shè)計(jì)成四方 六方刀架或圓盤式刀 架 并相應(yīng)地安裝 4 把 6 把或更多的刀架 回轉(zhuǎn)刀架的換刀動(dòng)作可分為刀架 抬起 刀架轉(zhuǎn)位和刀架鎖緊等幾個(gè)步驟 它的動(dòng)作是由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令完成 的 回轉(zhuǎn)刀架根據(jù)刀架回轉(zhuǎn)軸與安裝底面的相對(duì)位置 分為立式刀架和臥式刀 架兩種 寶雞機(jī)床廠生產(chǎn)的 CJK6140H 系列簡(jiǎn)式數(shù)控車床配置的是四工位立式刀 架或六工位臥式刀架 CK75 系列全功能數(shù)控車床配置的是 8 工位或 12 工位臥 式刀架 如圖 5 所示 圖 5 臥式回轉(zhuǎn)刀架 3 帶刀庫的自動(dòng)換刀裝置 上述排刀式刀架和回轉(zhuǎn)刀架所安裝的刀具都不可能太多 即使是裝備兩個(gè) 刀架 對(duì)刀具的數(shù)目也有一定限制 當(dāng)由于某種原因需要數(shù)量較多的刀具時(shí) 應(yīng)采用帶刀庫的自動(dòng)換刀裝置 帶刀庫的自動(dòng)換刀裝置由刀庫和刀具交換機(jī)構(gòu) 組成 4 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng) 數(shù)控車床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)一般均采用進(jìn)給伺服系統(tǒng) 這也是數(shù)控車床區(qū)別 于普通車床的一個(gè)特殊部分 數(shù)控車床的伺服系統(tǒng)一般由驅(qū)動(dòng)控制單元 驅(qū)動(dòng)元件 機(jī)械傳動(dòng)部件 執(zhí) 行件和檢測(cè)反饋環(huán)節(jié)等組成 驅(qū)動(dòng)控制單元和驅(qū)動(dòng)元件組成伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 機(jī) 械傳動(dòng)部件和執(zhí)行元件組成機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng) 檢測(cè)元件與反饋電路組成檢測(cè)系統(tǒng) 進(jìn)給伺服系統(tǒng)按其控制方式不同可分為開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng) 閉環(huán)控制方 式通常是具有位置反饋的伺服系統(tǒng) 根據(jù)位置檢測(cè)裝置所在位置的不同 閉環(huán) 系統(tǒng)又分為半閉環(huán)系統(tǒng)和全閉環(huán)系統(tǒng) 半閉環(huán)系統(tǒng)具有將位置檢測(cè)裝置裝在絲 杠端頭和裝在電機(jī)軸端兩種類型 前者把絲杠包括在位置環(huán)內(nèi) 后者則完全置 機(jī)械傳動(dòng)部件于位置環(huán)之外 全閉環(huán)系統(tǒng)的位置檢測(cè)裝置安裝在工作臺(tái)上 機(jī) 械傳動(dòng)部件整個(gè)被包括在位置環(huán)之內(nèi) 開環(huán)系統(tǒng)的定位精度比閉環(huán)系統(tǒng)低 但它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 工作可靠 造價(jià)低廉 由于影響定位精度的機(jī)械傳動(dòng)裝置的磨損 慣性及間隙的存在 故開環(huán)系統(tǒng)的 精度和快速性較差 全閉環(huán)系統(tǒng)控制精度高 快速性能好 但由于機(jī)械傳動(dòng)部件在控制環(huán)內(nèi) 所以系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能不僅取決于驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)和參數(shù) 而且還與機(jī)械傳動(dòng)部 件的剛度 阻尼特性 慣性 間隙和磨損等因素有很大關(guān)系 故必須對(duì)機(jī)電部 件的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行綜合考慮才能滿足系統(tǒng)的要求 因此全閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)機(jī)床的要 求比較高 且造價(jià)也較昂貴 閉環(huán)系統(tǒng)中采用的位置檢測(cè)裝置有 脈沖編碼器 旋轉(zhuǎn)變壓器 感應(yīng)同步器 磁尺 光柵尺和激光干涉儀等 數(shù)控車床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)中常用的驅(qū)動(dòng)裝置是伺服電機(jī) 伺服電機(jī)有直流 伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)之分 交流伺服電機(jī)由于具有可靠性高 基本上不需 要維護(hù)和造價(jià)低等特點(diǎn)而被廣泛采用 二 數(shù)控車床發(fā)展趨勢(shì) 數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化 使制造業(yè)成為工 業(yè)化的象征 而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大 它對(duì)國計(jì)民生 的一些重要行業(yè) IT 汽車 輕工 醫(yī)療等 的發(fā)展起著越來越重要的作用 因 為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢(shì) 當(dāng)前數(shù)控車床呈現(xiàn)以下 發(fā)展趨勢(shì) 1 高速 高精密化 高速 精密是機(jī)床發(fā)展永恒的目標(biāo) 隨著科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展 機(jī)電 產(chǎn)品更新?lián)Q代速度加快 對(duì)零件加工的精度和表面質(zhì)量的要求也愈來愈高 為 滿足這個(gè)復(fù)雜多變市場(chǎng)的需求 當(dāng)前機(jī)床正向高速切削 干切削和準(zhǔn)干切削方 向發(fā)展 加工精度也在不斷地提高 另一方面 電主軸和直線電機(jī)的成功應(yīng)用 陶瓷滾珠軸承 高精度大導(dǎo)程空心內(nèi)冷和滾珠螺母強(qiáng)冷的低溫高速滾珠絲杠副 及帶滾珠保持器的直線導(dǎo)軌副等機(jī)床功能部件的面市 也為機(jī)床向高速 精密 發(fā)展創(chuàng)造了條件 數(shù)控車床采用電主軸 取消了皮帶 帶輪和齒輪等環(huán)節(jié) 大大減少了主傳 動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 提高了主軸動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和工作精度 徹底解決了主軸高速運(yùn) 轉(zhuǎn)時(shí)皮帶和帶輪等傳動(dòng)的振動(dòng)和噪聲問題 采用電主軸結(jié)構(gòu)可使主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到 10000r min 以上 直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)速度高 加減速特性好 有優(yōu)越的響應(yīng)特性和跟隨精度 用 直線電機(jī)作伺服驅(qū)動(dòng) 省去了滾珠絲杠這一中間傳動(dòng)環(huán)節(jié) 消除了傳動(dòng)間隙 包 括反向間隙 運(yùn)動(dòng)慣量小 系統(tǒng)剛性好 在高速下能精密定位 從而極大地提 高了伺服精度 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副 由于其具有各向間隙為零和非常小的滾動(dòng)摩擦 磨損小 發(fā)熱可忽略不計(jì) 有非常好的熱穩(wěn)定性 提高了全程的定位精度和重復(fù)定位精 度 通過直線電機(jī)和直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的應(yīng)用 可使機(jī)床的快速移動(dòng)速度由目前 的 10 20m mim 提高到 60 80m min 甚至高達(dá) 120m min 2 高可靠性 數(shù)控機(jī)床的可靠性是數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品質(zhì)量的一項(xiàng)關(guān)鍵性指標(biāo) 數(shù)控機(jī)床能否 發(fā)揮其高性能 高精度和高效率 并獲得良好的效益 關(guān)鍵取決于其可靠性的 高低 3 數(shù)控車床設(shè)計(jì) CAD 化 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模塊化 隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的普及及軟件技術(shù)的發(fā)展 CAD 技術(shù)得到了廣泛發(fā)展 CAD 不僅可以替代人工完成繁瑣的繪圖工作 更重要的是可以進(jìn)行設(shè)計(jì)方案選擇和 大件整機(jī)的靜 動(dòng)態(tài)特性分析 計(jì)算 預(yù)測(cè)及優(yōu)化設(shè)計(jì) 可以對(duì)整機(jī)各工作部 件進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬仿真 在模塊化的基礎(chǔ)上在設(shè)計(jì)階段就可以看出產(chǎn)品的三維幾 何模型和逼真的色彩 采用 CAD 還可以大大提高工作效率 提高設(shè)計(jì)的一次 成功率 從而縮短試制周期 降低設(shè)計(jì)成本 提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力 通過對(duì)機(jī)床部件進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì) 不僅能減少重復(fù)性勞動(dòng) 而且可以快速 響應(yīng)市場(chǎng) 縮短產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)周期 4 功能復(fù)合化 功能復(fù)合化的目的是進(jìn)一步提高機(jī)床的生產(chǎn)效率 使用于非加工輔助時(shí)間 減至最少 通過功能的復(fù)合化 可以擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍 提高效率 實(shí)現(xiàn)一 機(jī)多用 一機(jī)多能 即一臺(tái)數(shù)控車床既可以實(shí)現(xiàn)車削功能 也可以實(shí)現(xiàn)銑削加 工 或在以銑為主的機(jī)床上也可以實(shí)現(xiàn)磨削加工 寶雞機(jī)床廠已經(jīng)研制成功的 CX25Y 數(shù)控車銑復(fù)合中心 該機(jī)床同時(shí)具有 X Z 軸以及 C 軸和 Y 軸 通過 C 軸 和 Y 軸 可以實(shí)現(xiàn)平面銑削和偏孔 槽的加工 該機(jī)床還配置有強(qiáng)動(dòng)力刀架和 副主軸 副主軸采用內(nèi)藏式電主軸結(jié)構(gòu) 通過數(shù)控系統(tǒng)可直接實(shí)現(xiàn)主 副主軸 轉(zhuǎn)速同步 該機(jī)床工件一次裝夾即可完成全部加工 極大地提高了效率 5 智能化 網(wǎng)絡(luò)化 柔性化和集成化 21 世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng) 智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控 系統(tǒng)中的各個(gè)方面 為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化 如加工過程的 自適應(yīng)控制 工藝參數(shù)自動(dòng)生成 為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接方面的智能化 如前饋控制 電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算 自動(dòng)識(shí)別負(fù)載自動(dòng)選定模型 自整定等 簡(jiǎn)化編程 簡(jiǎn)化操作方面的智能化 如智能化的自動(dòng)編程 智能化的人機(jī)界面 等 還有智能診斷 智能監(jiān)控等方面的內(nèi)容 以方便系統(tǒng)的診斷及維修等 網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控裝備是近年來機(jī)床發(fā)展的一個(gè)熱點(diǎn) 數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大 地滿足生產(chǎn)線 制造系統(tǒng) 制造企業(yè)對(duì)信息集成的需求 也是實(shí)現(xiàn)新的制造模 式 如敏捷制造 虛擬企業(yè) 全球制造的基礎(chǔ)單元 數(shù)控機(jī)床向柔性自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)是 從點(diǎn) 數(shù)控單機(jī) 加工中心和數(shù) 控復(fù)合加工機(jī)床 線 FMC FMS FTL FML 向面 工段車間獨(dú)立制造島 FA 體 CIMS 分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng) 的方向發(fā)展 另一方面向注重應(yīng)用性和經(jīng) 濟(jì)性方向發(fā)展 柔性自動(dòng)化技術(shù)是制造業(yè)適應(yīng)動(dòng)態(tài)市場(chǎng)需求及產(chǎn)品迅速更新的 主要手段 是各國制造業(yè)發(fā)展的主流趨勢(shì) 是先進(jìn)制造領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù) 其重 點(diǎn)是以提高系統(tǒng)的可靠性 實(shí)用化為前提 以易于聯(lián)網(wǎng)和集成為目標(biāo) 注重加 強(qiáng)單元技術(shù)的開拓和完善 CNC 單機(jī)向高精度 高速度和高柔性方向發(fā)展 數(shù) 控機(jī)床及其構(gòu)成柔性制造系統(tǒng)能方便地與 CAD CAM CAPP 及 MTS 等聯(lián)結(jié) 向信 息集成方向發(fā)展 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)向開放 集成和智能化方向發(fā)展