Φ400mm的数控车床总体设计及四方回转刀架设计.docx

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Φ400mm的数控车床总体设计及四方回转刀架设计

毕业设计（论文）

Φ400mm的数控车床总体设计

及四方回转刀架设计

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摘要

在数控机床系统中，加工精度和加工可靠性是伺服系统决定的，本文对数控车床进行了分析和设计，全面阐述了数控车床的结构原理，设计特点，论述了采用伺服电机和滚珠丝杠螺母副的优点。

详细介绍了数控车床的结构设计及校核，并进行了分析。

另外汇总了有关技术参数。

其中着重介绍了四方刀架的原理包括种类选择、参数选择、精度选择、循环方式选择、与主机匹配的原则以及厂家的选择等。

关键词：

车床，数控，电机，刀架

Abstract

InthesystemoftheCNCmachinetool,machiningprecisionandreliabilityareservosystemisdetermined,basedontheCNClatheareanalyzedanddesigned,elaboratedintheroundCNClathestructureprinciple,designfeatures,discussestheuseofservomotorandballscrewnutpairadvantages.IntroducestheNClathestructuredesignandverification,andanalysis.Inadditiontocollecttherelatedtechnologyparameters.

Whichfocusesonthefourknifeprinciplesincludingtypeselection,parameterselection,precision,circulationmodeselection,matchedwiththehostmachineandtheselectionprincipleofmanufacturers.

KeyWords:

Lathes,CNC,machine,tool

第1章数控机床发展概述

1.1数控机床及其特点

数字控制机床是用数字代码形式的信息（程序指令），控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床，简称数控机床。

数控机床具有广泛的适应性，加工对象改变时只需要改变输入的程序指令；加工性能比一般自动机床高，可以精确加工复杂型面，因而适合于加工中小批量、改型频繁、精度要求高、形状又较复杂的工件，并能获得良好的经济效果。

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。

随着微电子技术、计算机技术和软件技术的迅速发展，数控机床的控制系统日益趋向于小型化和多功能化，具备完善的自诊断功能；可靠性也大大提高；数控系统本身将普遍实现自动编程。

未来数控机床的类型将更加多样化，多工序集中加工的数控机床品种越来越多；激光加工等技术将应用在切削加工机床上，从而扩大多工序集中的工艺范围；数控机床的自动化程度更加提高，并具有多种监控功能，从而形成一个柔性制造单元，更加便于纳入高度自动化的柔性制造系统中。

1.2数控车床的主要功能及加工对象

数控车床的功能分为一般功能和特殊功能。

一般功能是指各类数控车床普遍所具有的功能。

如点位控制功能、刀具半径自动补偿功能、镜象加工功能、固定循环功能等。

特殊功能是指数控车床在增加了某些特殊装置或附件后，分别具有或兼备的一些特殊功能。

如刀具长度补偿功能、靠模加工功能、自动变换工作台功能、自适应功能、数控采集功能等。

在使用数控车床加工工件时，只要充分利用数控车床的各种功能，就可以加工许多普通车床难加工的工件。

数控车床的主要加工对象有：

平面类零件；变斜角类零件；曲面类（立体类）零件。

1、直线插补:

 数控车床在完成工作时所具有的基本功能之一，一般情况下分为直线插补和空间直线插补等一些插补方式

2、圆弧插补:

 这也是数控车床在完成工作时所具有的基本功能之一，一般情况下可分为平面圆弧插补以及逼近圆弧插补等。

3、固定循环:

   固定循环是指通过各种参数使用不同的加工要求，主要用于实现一些鱼油经典型的需要多次重复的工作，这样使用固定循环是可以有效的简化程序的编制。

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。

1.3.1中小企业数控机床选用中存在的问题

　　目前中小型企业缺乏数控设备的使用经验和掌握数控加工技术的人才,在数控机床选购中存在着盲目性、片面性,主要表现在以下几方面:

　　1.决策者对数控机床的认识有误区,部分企业领导认为配置高精度数控设备是企业档次的象征。

选型时不考虑投资效益,忽略性价比,盲目追求进口、高档,片面讲究功能齐全。

而在后来的使用过程中才发现有些功能用不上或几乎不用。

2.机床选型混乱,数控机床类型、规格不配套。

选购不同厂家的产品,数控系统不统一,购置后给操作、编程、维修带来困难。

3.购置数控机床时只重视主机性能,而忽略附件和刀具的配套,致使在使用中因缺少某个附件或刀具而影响整个主机的运行。

4.对企业发展和产品变化预测不足,所购设备的功能的发挥受到制约。

1.3.2数控机床选购的策略

　　1.实用性。

选购数控机床时，企业要有明确的目的和出发点，首先考虑的是数控机床的实用性。

（1）数控机床规格、精度的实用性。

在选择数控机床时,首先应确定数控机床上加工的典型零件。

零件的尺寸决定机床的加工范围；零件关键部位的精度决定了所选机床的精度等级。

机床精度的评定指标较多，因数控机床类别而异,但共有的关键项目是定位精度、重复定位精度以及综合加工精度。

定位精度与传动链各环节的弹性、间隙等因素有关,反映了机械系统中的扭曲、挠度、爬行、共振等诸因素造成的综合误差。

这些指标既反映了伺服机构的刚度,也说明了位置反馈测量系统的质量。

重复定位精度反映了数控轴在全行程内定位点的稳定性，传动链刚性直接影响重复定位精度。

综合加工精度指最后加工出来的工件尺寸与所要求尺寸之间的误差。

选购时应避免盲目追求高精度，注意机床精度与工件精度相匹配。

（2）数控系统功能的实用性。

数控系统功能可分为基本功能与选用功能,各知名品牌数控系统的基本功能差别不大。

除基本功能以外,数控系统还为用户提供多种可选功能。

通常数控系统具备的基本功能比较便宜,而特定选择的功能很贵。

在可供选择的功能模块中,性能差别很大,价格也相差数倍，所以要根据加工要求和机床性能的需要来选择。

从控制方式、驱动形式、反馈形式、检测、操作方式、接口形式和故障诊断等方面来衡量,合理地选择适合机床的可选功能,放弃可有可无或不实用的可选功能。

比如，自动换刀装置（ATC）是加工中心的基本特征，ATC装置的投资往往占整机的30%～50%。

因此在满足使用要求的前提下尽量选用结构简单和可靠性高的ATC,以提高机床的可靠性和降低整机的价格。

应当注意，单独签订合同购买附件的单价大大高于随同主机一起供货的附件单价,应尽可能在购买主机时一并购置部分易损部件及其他附件。

2.经济性。

经济性是指选用的数控机床在满足加工要求的条件下,所支付的“钱”最少或较为合理的。

经济性往往是和实用性紧密相连的,机床选得实用、经济,可避免不必要的浪费,避免以高代价换来功能过多而又不实用的较复杂的数控机床，避免在操作使用、维护保养等诸多方面带来困难。

　　数控机床的设计使用寿命一般为7年,主要以数控方面的使用寿命为准。

同时还得考虑市场占有率,市场占有率高的数控设备说明是旺销产品,已受到多数用户的青睐和肯定,一般不会有太多的质量问题。

　　选购数控机床应考虑投资回报,能够在短期内收回投资的机床才是好机床。

因为数控机床的主要优势是实现工序集中，从而提高生产率和加工精度，所以数控机床既适于单件小批生产，又适于大批量生产。

多数中小型企业购买的数控机床用于批量生产，因为批量生产不仅节省编程、对刀等辅助时间，提高机床利用率；而且对操作者的技术要求不高，人工费用也相对较低。

所以用于大批量生产的机床投资回报较快。

少数产品附加值高，具有一定经济实力的企业，为了生产组织方便而购买用于单件生产的数控机床。

机床利用率较低时，不仅要考虑设备的使用费用，比如润滑油、冷却液、电力消耗等，还要计算设备折旧。

另外一个不可忽视的因素是设备的贬值，数控机床的升级、更新较快，同配置的一台机床，现在售价40万，三年后可能降至35万，这样算起来贬值和折旧一样不可忽视。

所以没有定型产品或产品附加值较低的中小型企业，在购置贵重数控设备之前，一定要充分研究收回投资的周期。

有些企业事先确定较稳定的批量加工意向，甚至已经接到订单，选购机床时要求机床厂为其准备工装、编制程序、培训工人，即所谓“交钥匙”工程，这是投资数控机床最理想的情况。

　　3.稳定可靠性。

数控设备的可靠性是广大数控设备用户必须关心的焦点问题,因此在选用数控设备时应注意生产厂家的规模和市场占有率,确认其产品是否达到国家规定的平均无故障时间标准（规定为500h）。

目前多数机床厂都采购成熟的数控系统和零部件进行组装。

国内应用较多的数控系统有日本FANUC、德国的西门子等。

立式加工中心的床身出自昆明和南京的居多，而床身中的直线导轨、主轴又分别来自德国和台湾等地。

所以机床的主要零部件的质量一般是可靠的，需要重点考察的是数控机床组装企业的售后服务网络是否健全,服务队伍的素质是否能胜任工作,服务能否及时,是否能履行承诺等。

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，包括铣-车复合、车铣复合、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、车铣复合机床、磨床、齿轮加工机床、工具磨