Φ460mm的数控车床总体设计及六角回转刀架设计.docx
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Φ460mm的数控车床总体设计及六角回转刀架设计
毕业设计（论文）
Φ460mm的数控车床总体设计
及六角回转刀架设计
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摘要
现代数控机床是未来工厂自动化的基础。
数控化设计范围大、潜力大、投资少、见效快，促进制造业技术进步的重要手段。
因此，数控系统设计车床的研究具有重要意义。
本文在叙述了数控技术的历史、现状和发展的基础上，通过机床设计的总体思想，提出了数控化设计的技术方案和新数控系统的选型配置方案;提高了传动的精度，重新设计机床的控制逻辑，通过对伺服系统的分析，完成了机床各主要参数的优化和匹配。
关键词：
Φ460mm，数控车床，机床，设计，数控系统。
Abstract
ModernCNCmachinetoolsisthebasisforthefutureoffactoryautomation.CNCdesignrange,potentialisgreat,lessinvestment,quickeffect,promotemanufacturingindustrytechnologicalprogressisanimportantmeansof.Therefore,thedesignofNCsystemforlathehasimportantsignificancetotheresearchof.
ThispaperdescribestheCNCtechnologyhistory,currentsituationanddevelopmentonthebasisofmachinetooldesign,throughtheoverallidea,putforwardthetechnicalschemedesignofNCandCNCsystemselectionscheme;thedrivetoimprovetheaccuracy,todesignmachinetoolcontrollogic,throughtheservosystemofamachinetool,completedthemainparametersoptimizationandmatching.
Keywords:
Φ460mm,CNClathes,machinetools,design,numericalcontrolsystem.
第1章数控机床发展概述
1.1数控机床及其特点
随着数控技术的发展，采用数控系统的机床品种日益增多，有车床、车床、镗床、钻床、磨床、齿轮加工机床和电火花加工机床等。
此外还有能自动换刀、一次装卡进行多工序加工的加工中心、车削中心等。
数控机床主要由数控装置、伺服机构和机床主体组成。
输入数控装置的程序指令记录在信息载体上，由程序读入装置接收，或由数控装置的键盘直接手动输入。
1.2数控机床的工艺范围及加工精度
1.2.1工艺范围
数控车床是一种高精度、高效率的自动化机床，也是使用数量最多的数控机床，约占数控机床总数的25%。
它主要用于精度要求高、表面粗糙度好、轮廓形状复杂的轴类、盘类等回转体零件的加工，能够通过程序控制自动完成园柱面、圆锥面、圆弧面和各种螺纹的切削加工，并能进行切槽、钻孔、扩孔、铰孔等加工。
1.2.2加工精度
由于数控车床具有加工精度高、能作直线和圆弧插补功能，有些数控车床还具有非圆曲线插补功能以及加工过程中具有自动变速功能等特点，所以它的工艺范围要比普通车床要宽得多。
1.精度要求高的回转体零件
由于数控车床刚性好，制造和对刀精度高，以及能方便和精确地进行人工补偿和自动补偿，所以能加工精度要求高的零件，甚至可以以车代磨。
2.表面粗糙度要求高的回转体零件
数控车床具有恒线速切削功能，能加工出表面粗糙度小的均匀的零件。
使用恒线速切削功能，就可选用最佳速度来切削锥面和端面，使切削后的工件表面粗糙度既小又一致。
数控车床还适合加工各表面粗糙度要求不同的工件。
粗糙度要求大的部位选用较大的进给量，要求小的部位选用小的进给量。
3.轮廓形状特别复杂和难于控制尺寸的回转体零件
由于数控车床具有直线和圆弧插补功能，部分车床数控装置还有某些非圆曲线和平面曲线插补功能，所以可以加工形状特别复杂或难于控制尺寸的的回转体零件。
4.带特殊螺纹的回转体零件
普通车床所能车削的螺纹类型相当有限，它只能车等导程的直、锥面公、英制螺纹，而且一台车床只能限定加工若干导程的螺纹。
而数控车床不但能车削任何等导程的直、锥面螺纹和端面螺纹，而且能车变螺距螺纹，还可以车高精度螺纹。
1.3数控机床的经济分析
近几年，随着国民经济快速稳定发展，我国机床制造行业受益于国家振兴装备制造业的大环境，有了长足进展，这其中领先当今机械制造技术水平的数控机床产业更胜一筹。
由于数控设备的先进性、复杂性和发展的迅速性,以及品种型号、档次的多样性,决定了选用数控设备的复杂性和难度。
如何从品种繁多、价格昂贵的产品中选择适用的设备,成为中小型企业十分关心的问题。
数控车床是一种高精度、高效率的自动化机床，也是使用数量最多的数控机床，约占数控机床总数的25%。
它主要用于精度要求高、表面粗糙度好、轮廓形状复杂的轴类、盘类等零件的加工，能够通过程序控制自动完成园柱面、圆锥面、圆弧面和各种螺纹的切削加工，并能进行切槽、钻孔、扩孔、铰孔等加工。
由于数控车床具有加工精度高、能作直线和圆弧插补功能，有些数控车床还具有非圆曲线插补功能以及加工过程中具有自动变速功能等特点，所以它的工艺范围要比普通车床要宽得多。
1、精度要求高的零件
由于数控机床刚性好，制造和对刀精度高，以及能方便和精确地进行人工补偿和自动补偿，所以能加工精度要求高的零件，甚至可以以铣代磨。
2、表面粗糙度要求高的零件
数控车床具有恒线速切削功能，能加工出表面粗糙度小的均匀的零件。
使用恒线速切削功能，就可选用最佳速度来切削锥面和端面，使切削后的工件表面粗糙度既小又一致。
数控车床还适合加工各表面粗糙度要求不同的工件。
粗糙度要求大的部位选用较大的进给量，要求小的部位选用小的进给量。
3、轮廓形状特别复杂和难于控制尺寸的零件
由于数控车床具有直线和圆弧插补功能，部分车床数控装置还有某些非圆曲线和平面曲线插补功能，所以可以加工形状特别复杂或难于控制尺寸的的零件。
4、带特殊螺纹的零件
普通车床所能车削的螺纹类型相当有限，它只能车等导程的直、锥面公、英制螺纹，而且一台车床只能限定加工若干导程的螺纹。
而数控车床不但能车削任何等导程的直、锥面螺纹和端面螺纹，而且能车变螺距螺纹，还可以车高精度螺纹。
1.4数控机床的发展趋向
数控机床是由美国发明家约翰·帕森斯上个世纪发明的。
随着电子信息技术的发展，世界机床业已进入了以数字化制造技术为核心的机电一体化时代，其中数控机床就是代表产品之一。
数控机床是制造业的加工母机和国民经济的重要基础。
它为国民经济各个部门提供装备和手段，具有无限放大的经济与社会效应。
技术发展趋势：
高速、精密、复合、智能和绿色是数控机床技术发展的总趋势，近几年来，在实用化和产业化等方面取得可喜成绩。
主要表现在：
1.机床复合技术进一步扩展随着数控机床技术进步，复合加工技术日趋成熟，包括车-车复合、车车复合、车-镗-钻-齿轮加工等复合，车磨复合，成形复合加工、特种复合加工等，复合加工的精度和效率大大提高。
“一台机床就是一个加工厂”、“一次装卡，完全加工”等理念正在被更多人接受，复合加工机床发展正呈现多样化的态势。
2．数控机床的智能化技术有新的突破，在数控系统的性能上得到了较多体现。
如：
自动调整干涉防碰撞功能、断电后工件自动退出安全区断电保护功能、加工零件检测和自动补偿学习功能、高精度加工零件智能化参数选用功能、加工过程自动消除机床震动等功能进入了实用化阶段，智能化提升了机床的功能和品质。
3．机器人使柔性化组合效率更高机器人与主机的柔性化组合得到广泛应用，使得柔性线更加灵活、功能进一步扩展、柔性线进一步缩短、效率更高。
机器人与加工中心、车车复合机床、磨床、齿轮加工机床、工具磨床、电加工机床、锯床、冲压机床、激光加工机床、水切割机床等组成多种形式的柔性单元和柔性生产线已经开始应用。
4．精密加工技术有了新进展数控金切机床的加工精度已从原来的丝级（0.01mm）提升到目前的微米级（0.001mm），有些品种已达到0.05μm左右。
超精密数控机床的微细切削和磨削加工，精度可稳定达到0.05μm左右，形状精度可达0.01μm左右。
采用光、电、化学等能源的特种加工精度可达到纳米级（0.001μm）。
通过机床结构设计优化、机床零部件的超精加工和精密装配、采用高精度的全闭环控制及温度、振动等动态误差补偿技术，提高机床加工的几何精度，降低形位误差、表面粗糙度等，从而进入亚微米、纳米级超精加工时代。
5．功能部件性能不断提高功能部件不断向高速度、高精度、大功率和智能化方向发展，并取得成熟的应用。
全数字交流伺服电机和驱动装置，高技术含量的电主轴、力矩电机、直线电机，高性能的直线滚动组件，高精度主轴单元等功能部件推广应用，极大的提高数控机床的技术水平。
第2章数控机床总体方案的制订及比较
2.1总体方案设计内容
数控机床可以较好的解决形状复杂、精密多品种及中小批零件的加工问题，能够稳定加工质量和提高生产率，随着制造技术向自动化、柔性化方向的发展，当前机床的数控化率已经成为衡量一个国家制造工业水平的重要标志。
机床的数控化设计一般是指对现有某台普通车床的某些部位做一定的改装，配上经济型数控装置或标准型数控数控系统，从而使原机床具有数控加工能力。
这种技术工作有其独特的特点。
机床的数控设计，主要是对原有机床的结构进行创造性的设计，最终使机床达到比较理想的状态。
数控车床是机电一体化的典型代表，其机械结构同普通的机床有相似之处。
然而，现代的数控机床不是简单将传统机床配备上数控系统即可，也不是在传统机床的基础上，仅对局部加以改进而成。
传统机床存在着一些弱点，如刚性不足，抗震性差，热变形大，滑动面的摩擦阻力大及传动元件之间存在间隙等，难以胜任数控机床对加工精度，表面质量，生产率以及使用寿命等要求。
现代机床的部件结构，整体布局，外部造型都已经形成了数控机床独特的机械部件。
因此，我们在对数控机床进行数控设计的过程中，应在考虑各种情况下，使普通机床的各项性能指标尽可能的与数控机床相接近。
机床的设计主要应具备两个条件1.机床基础件必须有足够的刚度2.改装的费用要合适，经济性好。
改装前要对机床的性能指标做出决定，改装后其各项指标能达到数控加工的要求。
机械部分数控化设计需涉及电机的选择、工作台进给结构、传动比分配与计算等方面的内容。
1伺服驱动元件
进给电机选用混合式步进电机，其不仅步距角小运行频率高且功耗低低频噪音小等优点。
广泛用于开环控制系统，不需要反馈装置，结构简单可靠，寿命长。
横垂直进给电机均选用同一型号以便于设计和日后维修。
脉冲当量t=0.01mm/脉冲，选用步距角θ=0.6。
对原机床的主传动系统均维持不变，以节约资金及缩短改装时间。
接到一个数控装置的设计任务以后，必须首先拟定总体方案，绘制系统总体框图，才能决定各种设计参数和结构，然后再分别对机械部分和电气部分进行设计。
机床数控系统总体方案的拟定包括以下内容：
系统运动方式的确定、伺服系统的选择、执行机构的结构及传动方式的确定，计算机系统的选择等内容。
一般应根据设计任务和要求提出数个总体方案，进行综合分析、比较和论证，最后确定一个可行的总体方案。
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