φ630mm數(shù)控車床總體設計及六角回轉刀架設計【床身最大工件回轉直徑630】【最大工件長度1800】【最大加工長度1700】【主傳動調(diào)速范圍30-1450】【說明書+CAD】

φ630mm數(shù)控車床總體設計及六角回轉刀架設計【床身最大工件回轉直徑630】【最大工件長度1800】【最大加工長度1700】【主傳動調(diào)速范圍30-1450】【說明書+CAD】,床身最大工件回轉直徑630,最大工件長度1800,最大加工長度1700,主傳動調(diào)速范圍30-1450,說明書+CAD,mm,妹妹,數(shù)控車床,總體,整體,設計,六角,回轉,刀架,床身,最大,工件,直徑,長度 畢業(yè)設計(論文) Φ630mm的數(shù)控車床總體設計 及六角回轉刀架設計 所在學院 專 業(yè) 班 級 姓 名 學 號 指導老師 年 月 日 摘要 現(xiàn)代數(shù)控機床是未來工廠自動化的基礎。數(shù)控化設計范圍大、潛力大、投資少、見效快，促進制造業(yè)技術進步的重要手段。因此，數(shù)控系統(tǒng)設計車床的研究具有重要意義。 本文在敘述了數(shù)控技術的歷史、現(xiàn)狀和發(fā)展的基礎上，通過機床設計的總體思想，提出了數(shù)控化設計的技術方案和新數(shù)控系統(tǒng)的選型配置方案;提高了傳動的精度，重新設計機床的控制邏輯，通過對伺服系統(tǒng)的分析，完成了機床各主要參數(shù)的優(yōu)化和匹配。 關鍵詞：Φ630mm，數(shù)控車床，機床，設計，數(shù)控系統(tǒng)。 Abstract Modern CNC machine tools is the basis for the future of factory automation. CNC design range, potential is great, less investment, quick effect, promote manufacturing industry technological progress is an important means of. Therefore, the design of NC system for lathe has important significance to the research of. This paper describes the CNC technology history, current situation and development on the basis of machine tool design, through the overall idea, put forward the technical scheme design of NC and CNC system selection scheme; the drive to improve the accuracy, to design machine tool control logic, through the servo system of a machine tool, completed the main parameters optimization and matching. Key words:Φ 630mm, CNC lathes, machine tools, design, numerical control system. 目 錄 摘要 II Abstract III 第1章 數(shù)控機床發(fā)展概述 1 1.1我國數(shù)控機床發(fā)展現(xiàn)狀及思考 1 1.1.1 不斷加強技術創(chuàng)新是提高國產(chǎn)數(shù)控機床水平的關鍵 1 1.1.2 制造水平與管理手段依然落后 1 1.1.3 服務水平與能力欠缺也是影響國產(chǎn)數(shù)控機床占有率的一個重要因素 2 1.1.4 加大數(shù)控專業(yè)人才的培養(yǎng)力度 2 1.1.5結語 2 1.2數(shù)控機床及其特點 3 1.3數(shù)控機床的工藝范圍及加工精度 3 1.5 數(shù)控機床的發(fā)展趨向 4 第2章 數(shù)控機床總體方案的制訂及比較 7 第3章 確定切削用量及選擇刀具 10 3.1科學選擇數(shù)控刀具 10 3.1.1選擇數(shù)控刀具的原則 10 3.1.2選擇數(shù)控車削用刀具 10 3.2 設置刀點和換刀點 10 3.3 確定切削用量 11 3.3.1確定主軸轉速 11 3.3.2確定進給速度 11 3.3.3 確定背吃刀量 12 第4章 傳動系統(tǒng)圖的設計計算 12 4.1 參數(shù)的確定 12 4. 2 傳動設計 14 4.3轉速圖的擬定 16 第5章 數(shù)控車床的六角回轉刀架的設計原理和依據(jù) 18 5.1數(shù)控車床的六角回轉刀架的換刀工程 18 5.2數(shù)控車床的六角回轉刀架的設計要求 19 5.3數(shù)控車床的六角回轉刀架的機構設計中的幾個主要問題 19 5.4本章小結 20 第6章 數(shù)控車床的六角回轉刀架的機構設計 21 6.1數(shù)控車床的六角回轉刀架的分度機構結構設計 21 6.1.1分度機構結構設計的總思路 21 6.1.2分度機構的刀架主軸設計 21 6.1.3主活塞的設計 23 6.1.4端齒盤離合器的設計 27 6.1.5分度活塞的設計 34 6.2精定位機構——活動插銷機構設計 35 6.2.1定位原理、設計思路 35 6.2.2材料選擇 36 6.2.3活動插銷機構的結構設計 36 6.2.4插銷機構的公差帶設計 37 6.2.5對插銷軸進行校核 38 6.2.6校核結論 39 6.3 刀夾襯套的設計簡述 40 結論 42 參考文獻: 43 致謝 44 - 45 - 第1章 數(shù)控機床發(fā)展概述 1.1我國數(shù)控機床發(fā)展現(xiàn)狀及思考 我國數(shù)控技術的發(fā)展起步于二十世紀五十年代，通過“六五”期間引進數(shù)控技術，“七五”期間組織消化吸收“科技攻關”，我國數(shù)控技術和數(shù)控產(chǎn)業(yè)取得了相當大 的成績。特別是最近幾年，我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，1998～2004年國產(chǎn)數(shù)控機床產(chǎn)量和消費量的年平均增長率分別為39.3%34.9%。盡管如此，進 口機床的發(fā)展勢頭依然強勁，從2002年開始，中國連續(xù)三年成為世界機床消費第一大國、機床進口第一大國，2004年中國機床主機消費高達94.6億美 元，但進出口逆差嚴重，國產(chǎn)機床市場占有率連年下降，1999年是33.6%，2003年僅占27.7%。1999年機床進口額為8.78億美元 (7624臺)，2003年達27.1億美元(23320臺)，相當于同年國內(nèi)數(shù)控機床產(chǎn)值的2.7倍。國內(nèi)數(shù)控機床制造企業(yè)在中高檔與大型數(shù)控機床的研 究開發(fā)方面與國外的差距更加明顯，70%以上的此類設備和絕大多數(shù)的功能部件均依賴進口。由此可以看出國產(chǎn)數(shù)控機床特別是中高檔數(shù)控機床仍然缺乏市場競爭 力，究其原因主要在于國產(chǎn)數(shù)控機床的研究開發(fā)深度不夠、制造水平依然落后、服務意識與能力欠缺、數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)應用推廣不力及數(shù)控人才缺乏等。 我們應看清形勢，充分認識國產(chǎn)數(shù)控機床的不足，努力發(fā)展先進技術，加大技術創(chuàng)新與培訓服務力度，以縮短與發(fā)達國家之間的差距。 1.1.1 不斷加強技術創(chuàng)新是提高國產(chǎn)數(shù)控機床水平的關鍵 國產(chǎn)數(shù)控機床缺乏核心技術，從高性能數(shù)控系統(tǒng)到關鍵功能部件基本都依賴進口，即使近幾年有些國內(nèi)制造商艱難地創(chuàng)出了自己的品牌，但其產(chǎn)品的功能、性能的可 靠性仍然與國外產(chǎn)品有一定差距。近幾年國產(chǎn)數(shù)控機床制造商通過技術引進、海內(nèi)外并購重組以及國外采購等獲得了一些先進數(shù)控技術，但缺乏對機床結構與精度、 可靠性、人性化設計等基礎性技術的研究，忽視了自主開發(fā)能力的培育，國產(chǎn)數(shù)控機床的技術水平、性能和質量與國外還有較大差距，同樣難以得到大多數(shù)用戶的認可。 1.1.2 制造水平與管理手段依然落后 一些國產(chǎn)數(shù)控機床制造商不夠重視整體工藝與制造水平的提高，加工手段基本以普通機床與低效刀具為主，裝配調(diào)試完全靠手工，加工質量在生產(chǎn)進度的緊逼下不能 得到穩(wěn)定與提高。另外很多國產(chǎn)數(shù)控機床制造商的生產(chǎn)管理依然沿用原始的手工臺賬管理方式，工藝水平和管理效率低下使得企業(yè)無法形成足夠生產(chǎn)規(guī)模。如國外機 床制造商能做到每周裝調(diào)出產(chǎn)品，而國內(nèi)的生產(chǎn)周期過長且很難控制。因此我們在引進技術的同時應注意加強自身工藝技術設計和管理水平的提升。 1.1.3 服務水平與能力欠缺也是影響國產(chǎn)數(shù)控機床占有率的一個重要因素 由于數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，一部分企業(yè)不顧長遠利益，對提高自身的綜合服務水平不夠重視，甚至對服務缺乏真正的理解，只注重推銷而不注重售前與售后服務。 有些企業(yè)派出的人員對生產(chǎn)的數(shù)控機床缺乏足夠了解，不會使用或使用不好數(shù)控機床，更不能指導用戶使用好機床；有的對先進高效刀具缺乏基本了解，不能提供較 好的工藝解決方案，用戶自然對制造商缺乏信心。制造商的服務應從研究用戶的加工產(chǎn)品、工藝、生產(chǎn)類型、質量要求入手，幫助用戶進行設備選型，推薦先進工藝 與工輔具，配備專業(yè)的培訓人員和良好的培訓環(huán)境，幫助用戶發(fā)揮機床的最大效益、加工出高質量的最終產(chǎn)品，這樣才能逐步得到用戶的認同，提高國產(chǎn)數(shù)控機床的 市場占有率。 1.1.4 加大數(shù)控專業(yè)人才的培養(yǎng)力度 從我國數(shù)控機床的發(fā)展形式來看需要三種層次的數(shù)控技術人才：第一種是熟悉數(shù)控機床的操作及加工工藝、懂得簡單的機床維護、能夠進行手工或自動編程的車間技 術操作人員；第二種是熟悉數(shù)控機床機械結構及數(shù)控系統(tǒng)軟硬件知識的中級人才，要掌握復雜模具的設計和制造知識，能夠熟練應用UG、PRO/E等CAD /CAM軟件，同時有扎實的專業(yè)理論知識、較高的英語水平并積累了大量的實踐經(jīng)驗；第三種是精通數(shù)控機床結構設計以及數(shù)控系統(tǒng)電氣設計、能夠進行數(shù)控機床 產(chǎn)品開發(fā)及技術創(chuàng)新的數(shù)控技術高級人才。我國應根據(jù)需要有目標的加大人才培養(yǎng)力度，為我國的數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)提供強大的技術人才支撐。 1.1.5結語 目前，數(shù)控機床的發(fā)展日新月異，高速化、高精度化、復合化、智能化、開放化、并聯(lián)驅動化、網(wǎng)絡化、極端化、綠色化已成為數(shù)控機床發(fā)展的趨勢和方向。 中國作為一個制造大國，主要還是依靠勞動力、價格、資源等方面的比較優(yōu)勢，而在產(chǎn)品的技術創(chuàng)新與自主開發(fā)方面與國外同行的差距還很大。中國的數(shù)控產(chǎn)業(yè)不能 安于現(xiàn)狀，應該抓住機會不斷發(fā)展，努力發(fā)展自己的先進技術，加大技術創(chuàng)新與人才培訓力度，提高企業(yè)綜合服務能力，努力縮短與發(fā)達國家之間的差距。力爭早日 實現(xiàn)數(shù)控機床產(chǎn)品從低端到高端、從初級產(chǎn)品加工到高精尖產(chǎn)品制造的轉變，實現(xiàn)從中國制造到中國創(chuàng)造、從制造大國到制造強國的轉變。 1.2數(shù)控機床及其特點 數(shù)控機床是數(shù)字控制機床（Computer numerical control machine tools）的簡稱，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，從而使機床動作數(shù)控折彎機并加工零件。 數(shù)控機床的操作和監(jiān)控全部在這個數(shù)控單元中完成，它是數(shù)控機床的大腦。與普通機床相比，數(shù)控機床有如下特點： ●對加工對象的適應性強，適應模具等產(chǎn)品單件生產(chǎn)的特點，為模具的制造提供了合適的加工方法； ●加工精度高，具有穩(wěn)定的加工質量； ●可進行多坐標的聯(lián)動，能加工形狀復雜的零件； ●加工零件改變時，一般只需要更改數(shù)控程序，可節(jié)省生產(chǎn)準備時間； ●機床本身的精度高、剛性大，可選擇有利的加工用量，生產(chǎn)率高（一般為普通機床的3~5倍）； ●機床自動化程度高，可以減輕勞動強度； ●有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化 數(shù)控機床使用數(shù)字信息與標準代碼處理、傳遞信息，使用了計算機控制方法，為計算機輔助設計、制造及管理一體化奠定了基礎； ●對操作人員的素質要求較高，對維修人員的技術要求更高； ● 可靠性高。 1.3數(shù)控機床的工藝范圍及加工精度 數(shù)控車床是一種高精度、高效率的自動化機床，也是使用數(shù)量最多的數(shù)控機床，約占數(shù)控機床總數(shù)的25%。它主要用于精度要求高、表面粗糙度好、輪廓形狀復雜的軸類、盤類等零件的加工，能夠通過程序控制自動完成園柱面、圓錐面、圓弧面和各種螺紋的切削加工，并能進行切槽、鉆孔、擴孔、鉸孔等加工。 由于數(shù)控車床具有加工精度高、能作直線和圓弧插補功能，有些數(shù)控車床還具有非圓曲線插補功能以及加工過程中具有自動變速功能等特點，所以它的工藝范圍要比普通車床要寬得多。 1、精度要求高的零件 由于數(shù)控機床剛性好，制造和對刀精度高，以及能方便和精確地進行人工補償和自動補償，所以能加工精度要求高的零件，甚至可以以銑代磨。 2、表面粗糙度要求高的零件 數(shù)控車床具有恒線速切削功能，能加工出表面粗糙度小的均勻的零件。使用恒線速切削功能，就可選用最佳速度來切削錐面和端面，使切削后的工件表面粗糙度既小又一致。數(shù)控車床還適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選用較大的進給量，要求小的部位選用小的進給量。 3、輪廓形狀特別復雜和難于控制尺寸的零件 由于數(shù)控車床具有直線和圓弧插補功能，部分車床數(shù)控裝置還有某些非圓曲線和平面曲線插補功能，所以可以加工形狀特別復雜或難于控制尺寸的的零件。 4、帶特殊螺紋的零件 普通車床所能車削的螺紋類型相當有限，它只能車等導程的直、錐面公、英制螺紋，而且一臺車床只能限定加工若干導程的螺紋。而數(shù)控車床不但能車削任何等導程的直、錐面螺紋和端面螺紋，而且能車變螺距螺紋，還可以車高精度螺紋。 1.5 數(shù)控機床的發(fā)展趨向 數(shù)控機床是由美國發(fā)明家約翰·帕森斯上個世紀發(fā)明的。隨著電子信息技術的發(fā)展，世界機床業(yè)已進入了以數(shù)字化制造技術為核心的機電一體化時代，其中數(shù)控機床就是代表產(chǎn)品之一。數(shù)控機床是制造業(yè) 的加工母機和國民經(jīng)濟的重要基礎。它為國民經(jīng)濟各個部門提供裝備和手段，具有無限放大的經(jīng)濟與社會效應。目前，歐、美、日等工業(yè)化國家已先后完成了數(shù)控機 床產(chǎn)業(yè)化進程，而中國從20世紀80年代開始起步，仍處于發(fā)展階段。 1、美國的數(shù)控發(fā)展史 美國政府重視機床工業(yè)，美國國防部等部門因其軍事方面的需求而不斷提出機床的發(fā)展方向、科研任務，并且提供充足的經(jīng)費，且網(wǎng)羅世界人才，特別講究“效 率”和“創(chuàng)新”，注重基礎科研。因而在機床技術上不斷創(chuàng)新，如1952年研制出世界第一臺數(shù)控機床、1958年創(chuàng)制出加工中心、70年代初研制成FMS、 1987年首創(chuàng)開放式數(shù)控系統(tǒng)等。由于美國首先結合汽車、軸承生產(chǎn)需求，充分發(fā)展了大量大批生產(chǎn)自動化所需的自動線，而且電子、計算機技術在世界上領先， 因此其數(shù)控機床的主機設計、制造及數(shù)控系統(tǒng)基礎扎實，且一貫重視科研和創(chuàng)新，故其高性能數(shù)控機床技術在世界也一直領先。當今美國生產(chǎn)宇航等使用的高性能數(shù) 控機床，其存在的教訓是，偏重于基礎科研，忽視應用技術，且在上世紀80代政府一度放松了引導，致使數(shù)控機床產(chǎn)量增加緩慢，于1982年被后進的日本超 過，并大量進口。從90年代起，糾正過去偏向，數(shù)控機床技術上轉向實用，產(chǎn)量又逐漸上升。 2、德國的數(shù)控發(fā)展史 德國政府一貫重視機床工業(yè)的重要戰(zhàn)略地位，在多方面大力扶植。，于1956年研制出第一臺數(shù)控機床后，德國特別注重科學試驗，理論與實際相結合，基礎科 研與應用技術科研并重。企業(yè)與大學科研部門緊密合作，對數(shù)控機床的共性和特性問題進行深入的研究，在質量上精益求精。德國的數(shù)控機床質量及性能良好、先進 實用、貨真價實，出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密數(shù)控機床。德國特別重視數(shù)控機床主機及配套件之先進實用，其機、電、液、氣、光、刀具、測量、數(shù)控 系統(tǒng)、各種功能部件，在質量、性能上居世界前列。如西門子公司之數(shù)控系統(tǒng)，均為世界聞名，競相采用。 3、日本的數(shù)控發(fā)展史 日本政府對機床工業(yè)之發(fā)展異常重視，通過規(guī)劃、法規(guī)(如“機振法”、“機電法”、“機信法”等)引導發(fā)展。在重視人才及機床元部件配套上學習德國，在質 量管理及數(shù)控機床技術上學習美國，甚至青出于藍而勝于藍。自1958年研制出第一臺數(shù)控機床后，1978年產(chǎn)量(7,342臺)超過美國(5,688 臺)，至今產(chǎn)量、出口量一直居世界首位(2001年產(chǎn)量46,604臺，出口27,409臺，占59%)。戰(zhàn)略上先仿后創(chuàng)，先生產(chǎn)量大而廣的中檔數(shù)控機 床，大量出口，占去世界廣大市場。在上世紀80年代開始進一步加強科研，向高性能數(shù)控機床發(fā)展。日本FANUC公司戰(zhàn)略正確，仿創(chuàng)結合，針對性地發(fā)展 市場所需各種低中高檔數(shù)控系統(tǒng)，在技術上領先，在產(chǎn)量上居世界第一。該公司現(xiàn)有職工3,674人，科研人員超過600人，月產(chǎn)能力7,000套，銷售額在 世界市場上占50%，在國內(nèi)約占70%，對加速日本和世界數(shù)控機床的發(fā)展起了重大促進作用。 4、中國數(shù)控行業(yè)現(xiàn)狀及前景 “十五”期間，中國數(shù)控機床行業(yè)實現(xiàn)了超高速發(fā)展。其產(chǎn)量2001年為17521臺，2002年24803臺，2003年36813臺，2004年 51861臺，2004年產(chǎn)量是2000年的3.7倍，平均年增長39%；2005年國產(chǎn)數(shù)控機床產(chǎn)量59639臺，接近6萬臺大關，是“九五”末期的 4.24倍?！笆濉逼陂g，中國機床行業(yè)發(fā)展迅猛的主要原因是市場需求旺盛。固定資產(chǎn)投資增速快、汽車和機械制造行業(yè)發(fā)展迅猛、外商投資企業(yè)增長速度加快 所致。 2006年，中國數(shù)控金切機床產(chǎn)量達到85756臺，同比增長32.8%，增幅高于金切機床產(chǎn) 量增幅18.4個百分點，進而使金切機床產(chǎn)值數(shù)控化率達到37.8%，同比增加2.3個百分點。此外，數(shù)控機床在外貿(mào)出口方面亦業(yè)績驕人，全年實現(xiàn)出口額 3.34億美元，同比增長63.14%，高于全部金屬加工機床出口額增幅18.58個百分點。 2007年，中國數(shù)控金切機床產(chǎn)量達123,257臺，數(shù)控金屬成形機床產(chǎn)量達3,011臺；國產(chǎn)數(shù)控機床擁有量約50萬臺，進口約20萬臺。2008年10月，中國數(shù)控機床產(chǎn)量達105,780臺，比2007年同比增長2.96%。 長期以來，國產(chǎn)數(shù)控機床始終處于低檔迅速膨脹，中檔進展緩慢，高檔依靠進口的局面，特別是國家重點工程需要的關鍵設備主要依靠進口，技術受制于人。究其原因，國內(nèi)本土數(shù)控機床企業(yè)大多處于“粗放型”階段，在產(chǎn)品設計水 平、質量、精度、性能等方面與國外先進水平相比落后了5-10年；在高、精、尖技術方面的差距則達到了10-15年。同時中國在應用技術及技術集成方面的 能力也還比較低，相關的技術規(guī)范和標準的研究制定相對滯后，國產(chǎn)的數(shù)控機床還沒有形成品牌效應。同時，中國的數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)目前還缺少完善的技術培訓、服務 網(wǎng)絡等支撐體系，市場營銷能力和經(jīng)營管理水平也不高。更重要原因是缺乏自主創(chuàng)新能力，完全擁有自主知識產(chǎn)權的數(shù)控系統(tǒng)少之又少，制約了數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 國外公司在中國數(shù)控系統(tǒng)銷量中的80%以上是普及型數(shù)控系統(tǒng)。如果我們能在普及型數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品 快速產(chǎn)業(yè)化上取得突破，中國數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)就有望從根本上實現(xiàn)戰(zhàn)略反擊。同時，還要建立起比較完備的高檔數(shù)控系統(tǒng)的自主創(chuàng)新體系，提高中國的自主設計、開發(fā) 和成套生產(chǎn)能力，創(chuàng)建國產(chǎn)自主品牌產(chǎn)品，提高中國高檔數(shù)控系統(tǒng)總體技術水平。 “十一五”期間，中國數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)將步入快速發(fā)展期，中國數(shù)控機床行業(yè)面臨千載難逢的大好發(fā)展機遇，根據(jù)中國數(shù)控車床1996-2005年消費數(shù)量，通過模型擬合，預計2009年數(shù)控車床銷售數(shù)量將達8.9萬臺，年均增長率為16.5%。根據(jù)中國加工中心1996-2005年消費增長模型，預計2009年加工中心消費數(shù)量將達2.8萬臺，較2005年年均增長率為17.8%。 技術發(fā)展趨勢 高速、精密、復合、智能和綠色是數(shù)控機床技術發(fā)展的總趨勢，近幾年來，在實用化和產(chǎn)業(yè)化等方面取得可喜成績。主要表現(xiàn)在： 1.機床復合技術進一步擴展隨著數(shù)控機床技術進步，復合加工技術日趨成熟，包括銑-車復合、車銑復合、車-鏜-鉆-齒輪加工等復合，車磨復合，成形復合加工、特種復合加工等，復合加工的精度和效率大大提高?！耙慌_機床就是一個加工廠”、“一次裝卡，完全加工”等理念正在被更多人接受，復合加工機床發(fā)展正呈現(xiàn)多樣化的態(tài)勢。 2．數(shù)控機床的智能化技術有新的突破，在數(shù)控系統(tǒng)的性能上得到了較多體現(xiàn)。如：自動調(diào)整干涉防 碰撞功能、斷電后工件自動退出安全區(qū)斷電保護功能、加工零件檢測和自動補償學習功能、高精度加工零件智能化參數(shù)選用功能、加工過程自動消除機床震動等功能 進入了實用化階段，智能化提升了機床的功能和品質。 3．機器人使柔性化組合效率更高機器人與主機的柔性化組合得到廣泛應用，使得柔性線更加靈活、 功能進一步擴展、柔性線進一步縮短、效率更高。機器人與加工中心、車銑復合機床、磨床、齒輪加工機床、工具磨床、電加工機床、鋸床、沖壓機床、激光加工機 床、水切割機床等組成多種形式的柔性單元和柔性生產(chǎn)線已經(jīng)開始應用。 4．精密加工技術有了新進展數(shù)控金切機床的加工精度已從原來的絲級（0.01mm）提升到目前 的微米級（0.001mm），有些品種已達到0.05μm左右。超精密數(shù)控機床的微細切削和磨削加工，精度可穩(wěn)定達到0.05μm左右，形狀精度可達 0.01μm左右。采用光、電、化學等能源的特種加工精度可達到納米級（0.001μm）。通過機床結構設計優(yōu)化、機床零部件的超精加工和精密裝配、采用 高精度的全閉環(huán)控制及溫度、振動等動態(tài)誤差補償技術，提高機床加工的幾何精度，降低形位誤差、表面粗糙度等，從而進入亞微米、納米級超精加工時代。 5．功能部件性能不斷提高功能部件不斷向高速度、高精度、大功率和智能化方向發(fā)展，并取得成熟的應用。全數(shù)字交流伺服電機和驅動裝置，高技術含量的電主軸、力矩電機、直線電機，高性能的直線滾動組件，高精度主軸單元等功能部件推廣應用，極大的提高數(shù)控機床的技術水平。 第2章 數(shù)控機床總體方案的制訂及比較 數(shù)控機床可以較好的解決形狀復雜、精密多品種及中小批零件的加工問題，能夠穩(wěn)定加工質量和提高生產(chǎn)率，隨著制造技術向自動化、柔性化方向的發(fā)展，當前機床的數(shù)控化率已經(jīng)成為衡量一個國家制造工業(yè)水平的重要標志。 機床的數(shù)控化設計一般是指對現(xiàn)有某臺普通車床的某些部位做一定的改裝，配上經(jīng)濟型數(shù)控裝置或標準型數(shù)控數(shù)控系統(tǒng)，從而使原機床具有數(shù)控加工能力。這種技術工作有其獨特的特點。 機床的數(shù)控設計，主要是對原有機床的結構進行創(chuàng)造性的設計，最終使機床達到比較理想的狀態(tài)。數(shù)控車床是機電一體化的典型代表，其機械結構同普通的機床有相似之處。然而，現(xiàn)代的數(shù)控機床不是簡單將傳統(tǒng)機床配備上數(shù)控系統(tǒng)即可，也不是在傳統(tǒng)機床的基礎上，僅對局部加以改進而成。傳統(tǒng)機床存在著一些弱點，如剛性不足，抗震性差，熱變形大，滑動面的摩擦阻力大及傳動元件之間存在間隙等，難以勝任數(shù)控機床對加工精度，表面質量，生產(chǎn)率以及使用壽命等要求?，F(xiàn)代機床的部件結構，整體布局，外部造型都已經(jīng)形成了數(shù)控機床獨特的機械部件。因此，我們在對數(shù)控機床進行數(shù)控設計的過程中，應在考慮各種情況下，使普通機床的各項性能指標盡可能的 與數(shù)控機床相接近。 機床的設計主要應具備兩個條件1.機床基礎件必須有足夠的剛度2.改裝的費用要合適，經(jīng)濟性好。改裝前要對機床的性能指標做出決定，改裝后其各項指標能達到數(shù)控加工的要求。 機械部分數(shù)控化設計需涉及電機的選擇、工作臺進給結構、傳動比分配與計算等方面的內(nèi)容。 1伺服驅動元件 進給電機選用混合式步進電機，其不僅步距角小運行頻率高且功耗低低頻噪音小等優(yōu)點。廣泛用于開環(huán)控制系統(tǒng)，不需要反饋裝置，結構簡單可靠，壽命長。橫垂直進給電機均選用同一型號以便于設計和日后維修。脈沖當量t=0.01mm/脈沖，選用步距角θ=0.6° 。對原機床的主傳動系統(tǒng)均維持不變，以節(jié)約資金及縮短改裝時間。 2機床導軌的選擇 由于原機床采用滑動導軌，在低速時容易發(fā)生“爬行”現(xiàn)象，直接影響運動部件的定位精度。較經(jīng)濟的處理方法是采用貼塑滑動導軌。 3進給傳動系統(tǒng) 數(shù)控機床要求進給部分移動元件靈敏度高、精度高、反應快、低速時無爬行。因此本設計中采用滾珠絲杠可以滿足要求。滾珠絲杠螺母副由絲杠、螺母、滾珠、反向器組成。其工作原理為：當絲杠和螺母相對運動時，在螺母上設有滾珠循環(huán)返回裝置，使得滾珠沿滾道面運動后能通過這個裝置自動的返回其入口處，繼續(xù)參加工作。滾珠絲杠螺母副安裝時需要預緊，通過預緊可消除滾珠絲杠螺母副的軸向間隙，提高傳動剛度。本設計中的預緊方法是采用雙螺母墊片預緊式結構。即通過改變兩個螺母的軸向相對位置，使每個螺母中滾珠分別接觸絲杠滾道的左右兩側來實現(xiàn)預緊。其特點是預緊結構簡單，軸向剛度好，預緊可靠，軸向尺寸適中，工藝性好如圖2-1。為消除傳動系統(tǒng)中的反向間隙，提高重復定位精度，傳動元件連接采用無鍵錐環(huán)連接。 圖2-1 滾珠絲桿的結構  第3章 確定切削用量及選擇刀具 3.1科學選擇數(shù)控刀具 3.1.1選擇數(shù)控刀具的原則 刀具壽命與切削用量有密切關系。在制定切削用量時，應首先選擇合理的刀具壽命，而合理的刀具壽命則應根據(jù)優(yōu)化的目標而定。一般分最高生產(chǎn)率刀具壽命和最低成本刀具壽命兩種，前者根據(jù)單件工時最少的目標確定，后者根據(jù)工序成本最低的目標確定. 選擇刀具壽命時可考慮如下幾點根據(jù)刀具復雜程度、制造和磨刀成本來選擇。復雜和精度高的刀具壽命應選得比單刃刀具高些。對于機夾可轉位刀具，由于換刀時 間短，為了充分發(fā)揮其切削性能，提高生產(chǎn)效率，刀具壽命可選得低些，一般取15-30min。對于裝刀、換刀和調(diào)刀比較復雜的多刀機床、組合機床與自動化 加工刀具，刀具壽命應選得高些，尤應保證刀具可靠性。車間內(nèi)某一工序的生產(chǎn)率限制了整個車間的生產(chǎn)率的提高時，該工序的刀具壽命要選得低些當某工序單位時 間內(nèi)所分擔到的全廠開支M較大時，刀具壽命也應選得低些。大件精加工時，為保證至少完成一次走刀，避免切削時中途換刀，刀具壽命應按零件精度和表面粗糙度 來確定。與普通機床加工方法相比，數(shù)控加工對刀具提出了更高的要求，不僅需要岡牲好、精度高，而且要求尺寸穩(wěn)定，耐用度高，斷和排性能壇同時要求安裝調(diào)整 方便，這樣來滿足數(shù)控機床高效率的要求。數(shù)控機床上所選用的刀具常采用適應高速切削的刀具材料(如高速鋼、超細粒度硬質合金)并使用可轉位刀片。 3.1.2選擇數(shù)控車削用刀具 目前，數(shù)控機床上大多使用系列化、標準化刀具，對可轉 位機夾外圓車刀、端面車刀等的刀柄和刀頭都有國家標準及系列化型號對于加工中心及有自動換刀裝置的機床，刀具的刀柄都已有系列化和標準化的規(guī)定，如錐柄刀 具系統(tǒng)的標準代號為TSG-JT，直柄刀具系統(tǒng)的標準代號為DSG-JZ,此外，對所選擇的刀具，在使用前都需對刀具尺寸進行嚴格的測量以獲得精確數(shù)據(jù)， 并由操作者將這些數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)系統(tǒng)，經(jīng)程序調(diào)用而完成加工過程，從而加工出合格的工件。 3.2 設置刀點和換刀點 刀具究竟從什么位置開始移動到指定的位置呢?所以在程序執(zhí)行的一開始，必須確定刀具在工件坐標系下開始運動的位置，這一位置即為程序執(zhí)行時刀具相對于工 件運動的起點，所以稱程序起始點或起刀點。此起始點一般通過對刀來確定，所以，該點又稱對刀點。在編制程序時，要正確選擇對刀點的位置。對刀點設置原則 是:便于數(shù)值處理和簡化程序編制。易于找正并在加工過程中便于檢查;引起的加工誤差小。對刀點可以設置在加工零件上，也可以設置在夾具上或機床上，為了提 高零件的加工精度，對刀點應盡量設置在零件的設計基準或工藝基誰上。實際操作機床時，可通過手工對刀操作把刀具的刀位點放到對刀點上，即“刀位點”與“對 刀點”的重合。所謂“刀位點”是指刀具的定位基準點，車刀的刀位點為刀尖或刀尖圓弧中心。平底立銑刀是刀具軸線與刀具底面的交點;球頭銑刀是球頭的球心， 鉆頭是鉆尖等。用手動對刀操作，對刀精度較低，且效率低。而有些工廠采用光學對刀鏡、對刀儀、自動對刀裝置等，以減少對刀時間，提高對刀精度。加工過程中 需要換刀時，應規(guī)定換刀點。所謂“換刀點”是指刀架轉動換刀時的位置，換刀點應設在工件或夾具的外部，以換刀時不碰工件及其它部件為準。 3.3 確定切削用量 數(shù)控編程時，編程人員必須確定每道工序的切削用量，并以指令的形式寫人程序中。切削用量包括主軸轉速、背吃刀量及進給速度等。對于不同的加工方法，需要 選用不同的切削用量。切削用量的選擇原則是:保證零件加工精度和表面粗糙度，充分發(fā)揮刀具切削性能，保證合理的刀具耐用度，并充分發(fā)揮機床的性能，最大限 度提高生產(chǎn)率，降低成本。 3.3.1確定主軸轉速 主軸轉速應根據(jù)允許的切 削速度和工件(或刀具)直徑來選擇。其計算公式為:n=1000v/71D式中:v—切削速度，單位為m/m動，由刀具的耐用度決定;n一一主軸轉速，單 位為r/min,D—工件直徑或刀具直徑，單位為mm。計算的主軸轉速n，最后要選取機床有的或較接近的轉速。 3.3.2確定進給速度 進給速度是數(shù)控機床切削用量中的重要參數(shù)，主要根據(jù)零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性質選取。最大進給速度受機床剛度和進給系統(tǒng)的 性能限制。確定進給速度的原則:當工件的質量要求能夠得到保證時，為提高生產(chǎn)效率，可選擇較高的進給速度。一般在100一200mm/min范圍內(nèi)選取; 在切斷、加工深孔或用高速鋼刀具加工時，宜選擇較低的進給速度，一般在20一50mm/min范圍內(nèi)選取;當加工精度，表面粗糙度要求高時，進給速度應選 小些，一般在20--50mm/min范圍內(nèi)選取;刀具空行程時，特別是遠距離“回零”時，可以設定該機床數(shù)控系統(tǒng)設定的最高進給速度。 3.3.3 確定背吃刀量 背吃刀量根據(jù)機床、工件和刀具的剛度來決定，在剛度允許的條件下，應盡可能使背吃刀量等于工件的加工余量，這樣可以減少走刀次數(shù)，提高生產(chǎn)效率。為了保 證加工表面質量，可留少量精加工余量，一般0.2一0.5mm,總之，切削用量的具體數(shù)值應根據(jù)機床性能、相關的手冊并結合實際經(jīng)驗用類比方法確定。同時，使主軸轉速、切削深度及進給速度三者能相互適應，以形成最佳切削用量。 切削用量不僅是在機床調(diào)整前必須確定的重要參數(shù)，而且其數(shù)值合理與否對加工質量、加工效率、生產(chǎn)成本等有著非常重要的影響。所謂“合理的”切削用量是指 充分利用刀具切削性能和機床動力性能(功率、扭矩)，在保證質量的前提下，獲得高的生產(chǎn)率和低的加工成本的切削用量。 第4章 傳動系統(tǒng)圖的設計計算 Φ630機床主要技術參數(shù)如表3-1： 最大回轉直徑 630mm 電機功率 10KW Lmax 2000mm 快進速度 縱向 2.4m/min 橫向 1.2m/min 切削速度 縱向 0.5m/min 橫向 0.25m/min 定位精度 0.015mm 移動部件重量 縱向 1200N 橫向 800N 加速時間 30ms 機床效率 0.7 表3-1 Φ630機床主要技術參數(shù) 4.1 參數(shù)的確定 了解車床的基本情況和特點---車床的規(guī)格系列和類型 1. 通用機床的規(guī)格和類型有系列型譜作為設計時應該遵照的基礎。因此，對這些基本知識和資料作些簡要介紹。本次設計中的車床是普通型車床，其品種，用途，性能和結構都是普通型車床所共有的，在此就不作出詳細的解釋和說明了。 2.車床的主參數(shù)（規(guī)格尺寸）和基本參數(shù)（GB1582-79，JB/Z143-79） 最大的工件回轉直徑D是630mm；刀架上最大工件回轉直徑D1大于或等于315mm；主軸通孔直徑d要大于或等于80mm；主軸頭號（JB2521-79）是4.5；最大工件長度L是1800mm；主軸轉速范圍是：30～1450r/min可無級調(diào)速. 參數(shù)確定的步驟和方法 a) 極限切削速度umax﹑umin 根據(jù)典型的和可能的工藝選取極限切削速度要考慮：工序種類 ﹑工藝要求 刀具和工件材料等因素。允許的切速極限參考值如《機床主軸變速箱設計指導書》。然而，根據(jù)本次設計的需要選取的值如下： 取umax=300m/min； umin=8m/min。 b) 主軸的極限轉速 計算車床主軸的極限轉速時的加工直徑，按經(jīng)驗分別?。?.1～0.2）D和（0.45～0.5）D。由于D=630mm，則主軸極限轉速應為： 加工條件 硬質合金刀具粗加工鑄鐵件 30～50 硬質合金刀具半精或精加工碳鋼工件 150～300 螺紋（絲杠等）加工鉸孔 3～8 nmax=r/min （2.1） =758～1517r/min ，取=1000r/m； nmin=r/min （2.2） 在中考慮車螺紋和絞孔時，其加工最大直徑應根據(jù)實際加工情況選取0.1D和50左右。 所以 nmin==32r/min 由于轉速范圍 R= = =31.25 ； 因為級數(shù)Z已知： Z=16級 。 現(xiàn)以Φ=1.26和Φ=1.41代入R= 得R=32和173 ，因此取Φ=1.26更為合適。 各級轉速數(shù)列可直接從標準數(shù)列表中查出。標準數(shù)列表給出了以Φ=1.06的從1～10000的數(shù)值，因Φ=1.26=，從表中找到nmax=1000r/min，就可以每隔4個數(shù)值取一個數(shù)，得： 1000，800，630，500，400，315，250，200，160，125，100，80，63，50，40，30。 c) 主軸轉速級數(shù)z和公比￠ 已知 =Rn Rn=且： z= 因機床的電動機轉速往往比主軸的大多數(shù)轉速高，變速系統(tǒng)以降速傳動居多，因此，傳動系統(tǒng)中若按傳動順序在前面的各軸轉速較高，根據(jù)轉矩公式（單位N.m） T=，當傳遞功率一定時，轉速較高的軸所傳遞的扭矩就較小，在其他條件相同時，傳動件（如軸、齒輪）的尺寸就較小，因此，常把傳動副數(shù)較多的變速組安排在前面的高速軸上，這樣可以節(jié)省材料，減少傳動系統(tǒng)的轉動慣量。因此選擇結構式如下： 16=。 d) 主電機功率—動力參數(shù)的確定 合理地確定電機功率N，使用的功率實際情況既能充分的發(fā)揮其使用性能，滿足生產(chǎn)需要，又不致使電機經(jīng)常輕載而降低功率因素。 目前，確定機床電機功率的常用方法很多，而本次設計中采用的是：估算法，它是一種按典型加工條件（工藝種類、加工材料、刀具、切削用量）進行估算。根據(jù)此方法，中型車床典型重切削條件下的用量： 根據(jù)設計書表中推薦的數(shù)值： 取 P=7.5kw 4. 2 傳動設計 1) 傳動結構式、結構網(wǎng)的選擇 結構式、結構網(wǎng)對于分析和選擇簡單的串聯(lián)式的傳動不失為有用的方法，但對于分析復雜的傳動并想由此導出實際的方案，就并非十分有效，可考慮到本次設計的需要可以參考一下這個方案。 確定傳動組及各傳動組中傳動副的數(shù)目 級數(shù)為Z的傳動系統(tǒng)有若干個順序的傳動組組成，各傳動組分別有Z1、Z2、Z3…個傳動副。即 Z=Z1Z2Z3… 傳動副數(shù)由于結構的限制以2和3的因子積為合適，即變速級數(shù)Z應為2和3的因子: Z= 可以有幾種方案，由于篇幅的原因就不一一列出了，在此只把已經(jīng)選定了的和本次設計所須的正確的方案列出，具體的內(nèi)容如下： 傳動齒輪數(shù)目 2x（2+2+1）+2x(2+1)+1=17個 軸向尺寸 19b 傳動軸數(shù)目 8根 操縱機構 簡單，兩個雙聯(lián)滑移齒輪 根據(jù)以上分析及計算，擬定主軸箱、變速箱傳動結構圖如下： 圖二中，第Ⅰ軸至第Ⅲ軸，其結構式為： 4= 圖一中，第Ⅳ軸至第Ⅷ軸，機床主軸箱傳動系統(tǒng)采用分離傳動，其主要特點是： （1） 在滿足傳動副極限傳動比的條件下，可以得到較大的變速范圍。 （2） 高速由短支傳動，有助于減少高速時機床的空運轉功率損失。而且高速分支的尺寸可相對小些。 （3） 變速級數(shù)不像常規(guī)變速系統(tǒng)那樣受2，3因子的限制，如與部分轉速重合的方法配合，幾乎可以得到任意的變速級數(shù)，大大增加了可供選擇方案的數(shù)目。 2) 主傳動順序的安排 16級轉速傳動系統(tǒng)的傳動組，可以安排成：2x2x2x2，選擇傳動組安排方式時，要考慮到機床主軸變速箱的具體結構、裝置和性能。在Ⅰ軸上如果安裝摩擦離合器時，應減小軸向尺寸，第一傳動組的傳動副不能多，以2為宜，本次設計中就是采用的2，一對是傳向正傳運動的，另一個是傳向反向運動的。 主軸對加工精度、表面粗糙度的影響大，因此主軸上齒輪少些為好，最后一個傳動組的傳動副選用2，或者用一個定比傳動副。 (5) 傳動系統(tǒng)的擴大順序的安排 對于16級的傳動只有一種方案，準確的說應該不只有這一個方案，可為了使結構和其他方面不復雜，同時為了滿足設計的需要，選擇的設計方案是： 16=2［2］x 2［1］+ 2［2］x 2[1]+ 2[2］x 2[1]x2[8] 傳動方案的擴大順序與傳動順序可以一致也可以不一致，在此設計中，擴大順序和傳動順序就是一致的。這種擴大順序和傳動順序一致，稱為順序擴大傳動。 (6) 傳動組的變速范圍的極限植 在主傳動系統(tǒng)的降速傳動中，主動齒輪的最少齒數(shù)受到限制，為了避免被動齒輪的直徑過大，齒輪傳動副最小傳動比umin≥，最大傳動比umax≤2，決定了一個傳動組的最大變速范圍rmax=umax/nmin≤8 因此，要按照參考書中所給出的表，淘汰傳動組變速范圍超過極限值的所有傳動方案。 極限傳動比及指數(shù)x，值為： 極限傳動比指數(shù) 1.26 x：umin== 6 值；umax==2 3 （x+）值：umin==8 9 (7) 最后擴大傳動組的選擇 正常連續(xù)的順序擴大的傳動（串聯(lián)式）的傳動結構式為： Z=Z1［1］Z2［Z1］Z3［Z1Z2］ 即是： Z=16=2［2］2［1］2［2］2[8] 4.3轉速圖的擬定 運動參數(shù)確定以后，主軸各級轉速就已知，切削耗能確定了電機功率。在此基礎上，選擇電機型號，確定各中間傳動軸的轉速，這樣就擬定主運動的轉圖，使主運動逐步具體化。 1) 主電機的選定 中型機床上，一般都采用三相交流異步電機為動力源，可以在系列中選用。在選擇電機型號時，應按以下步驟進行： 1) 電機功率N： 根據(jù)機床切削能力的要求確定電機功率。但電機產(chǎn)品的功率已經(jīng)標準化，因此，按要求應選取相近的標準值。 N=13kw 2.電機轉速nd 異步電機的轉速有：3000、1500、1000、750r/min 類比同類機床CM6163，在此處選擇的是： nd=1450r/min 這個選擇是根據(jù)電機的轉速與主軸最高轉速nmax和Ⅰ軸的轉速相近或相宜，以免采用過大的升速或過小的降速傳動。 3.雙速和多速電機的應用 根據(jù)本次設計機床的需要，所選用的是：雙速電機 4.電機的安裝和外形 根據(jù)電機不同的安裝和使用的需要，有四種不同的外形結構，用的最多的有底座式和發(fā)蘭式兩種。本次設計的機床所需選用的是外行安裝尺寸之一。具體的安裝圖可由手冊查到。 5.常用電機的資料 根據(jù)常用電機所提供的資料，選用： Y132M-4 2) Ⅰ軸的轉速 Ⅰ軸從電機得到運動，經(jīng)傳動系統(tǒng)化成主軸各級轉速。電機轉速和主軸最高轉速應相接近。顯然，從傳動件在高速運轉下恒功率工作時所受扭矩最小來考慮，Ⅰ軸轉速不宜將電機轉速下降得太低。 但如果Ⅰ軸上裝有摩擦離合器一類部件時，高速下摩擦損耗、發(fā)熱都將成為突出矛盾，因此，Ⅰ軸轉速不宜太高。 Ⅰ軸裝有離合器的一些機床的電機、主軸、Ⅰ軸轉速數(shù)據(jù)： 參考這些數(shù)據(jù)，可見，車床Ⅰ軸轉速一般取700～1000r/min。另外，也要注意到電機與Ⅰ軸間的傳動方式，如用帶傳動時，降速比不宜太大，否則Ⅰ軸上帶輪太大，和主軸尾端可能干涉。因此，本次設計選用： n1=1000r/min 3) 中間傳動軸的轉速 對于中間傳動軸的轉速的考慮原則是：妥善解決結構尺寸大小與噪音、震動等性能要求之間的矛盾。 中間傳動軸的轉速較高時（如采用先升后降的傳動），中間轉動軸和齒輪承受扭矩小，可以使用軸徑和齒輪模數(shù)小寫：d∝ 、 m∝，從而可以使用結構緊湊。但是，這將引起空載功率N空和噪音Lp（一般機床容許噪音應小于85dB）加大： N空=) KW （2.3） 式中： C---系數(shù)，兩支承滾動或滑動軸承C=8.5，三支承滾動軸承C=10； da---所有中間軸軸頸的平均直徑（mm）； d主—主軸前后軸頸的平均直徑（mm）； ∑n—主軸轉速（r/min）。 （2.4） （mz）a—所有中間傳動齒輪的分度圓直徑的平均值mm； （mz）主—主軸上齒輪的分度圓的平均值mm； q----傳到主軸所經(jīng)過的齒輪對數(shù)； β----主軸齒輪螺旋角； C1、K---系數(shù)，根據(jù)機床類型及制造水平選取。我國中型車床、銑床C1=3.5。車床K=54，銑床K=50.5。 從上訴經(jīng)驗公式可知：主軸轉速n主和中間傳動軸的轉速和∑n對機床噪音和發(fā)熱的關系。確定中間傳動軸的轉速時，應結合實際情況作相應修正： 1.功率較大的重切削機床，一般主軸轉速較低，中間軸的轉速適當取高一些，對減小結構尺寸的效果較明顯。 2.高速輕載或精密車床，中間軸轉速宜取低一些。 3.控制齒輪圓周速度u〈8m/s（可用7級精度齒輪）。在此條件下，可適當選用較高的中間軸轉速。 4) 齒輪傳動比的限制 機床主傳動系統(tǒng)中，齒輪副的極限傳動比： 1. 升速傳動中，最大傳動比umax≤2。過大，容易引起震動和噪音。 2. 降速傳動中，最小傳動比umin≥1/4。過小，則使主動齒輪與被動齒輪的直徑相差太大，將導致結構龐大。 第5章 數(shù)控車床的六角回轉刀架的設計原理和依據(jù) 回轉刀架也稱為轉塔式刀架，它是數(shù)控車床上最常用，也是最簡單的一種自動換刀裝置?；剞D刀架使用回轉頭各刀座來安裝或夾持各種不同用途的刀具，通過回轉頭的旋轉分度定位來實現(xiàn)車床的自動換刀動作?；剞D刀架可以設計成四方刀架、六角刀架或圓盤式軸向裝刀刀架等多種形式，其上可安裝4把、6把或更多的刀具，并可按數(shù)控裝置的指令換刀。我國目前制造業(yè)中廣泛使用的數(shù)控車床六角回轉刀架雖然是上世紀開發(fā)的產(chǎn)品，但其結構具有當代自動換刀裝置的典型結構，和相對成熟的技術使得它極具經(jīng)濟性是使用性，它仍是我國大部分中小企業(yè)廣泛使用的數(shù)控車床部件。 5.1數(shù)控車床的六角回轉刀架的換刀工程 圖5.1所示為數(shù)控車床的六角回轉刀架，它適用于盤類零件的加工。在加工軸類零件時可以換成四方刀架，它們底部測尺寸是相同的，互換更換起來非常方便，因此在數(shù)控車床中使用得很廣泛。 這種刀架的全部動作由液壓系統(tǒng)通過電磁換向閥和順序閥進行控制，其換刀過程如下四個步驟： 圖5.1 數(shù)控車床的六角回轉刀架 （1）刀架抬起。當數(shù)控裝置發(fā)出換刀指令后，壓力油由A進入壓緊液壓缸的下腔，活塞上升，刀架體抬起，使定位活動插銷與固定插銷脫離。同時，活塞桿下端的端齒離合器與空套齒輪結合 （2）刀架轉位。當?shù)都芴鹬?，壓力油從C孔轉入液壓缸左腔，活塞向右移動，通過連接板帶動齒條移動，使空套齒輪作逆時針方向轉動，通過端齒離合器使刀架轉過60o?；钊男谐虘扔邶X輪節(jié)圓周長的1/6，并由限位開關控制。 （3）刀架壓緊。刀架轉位之后，壓力油從B孔進入壓緊液壓缸的上腔，活塞帶動刀架體下降。缸體的底盤上精確地安裝六個帶斜楔的圓柱固定插銷，利用活動插銷消除定位銷與孔之間的間隙，實現(xiàn)反靠定位。刀架體下降時，定位活動插銷與另一個固定插銷卡緊，同時缸體與壓盤的錐面接觸，刀架在新的位置定位并壓緊。這時，端齒離合器與空套齒輪脫開。 （4）轉位液壓缸復位。刀架壓緊后，壓力油從D孔進入轉位油缸右腔，活塞帶動齒條復位，由于此時端齒離合器已脫開，齒條帶動齒輪在軸上空轉。 如果定位和壓緊動作正常，拉桿與相應的接觸頭接觸，發(fā)出信號表示換刀過程已結束，可以繼續(xù)進行切削加工。 回轉刀架除了采用液壓缸驅動轉位和定位銷定位外，還可以采用電動機-馬氏機構轉位和鼠盤定位，以及其它轉位和定位機構。 5.2數(shù)控車床的六角回轉刀架的設計要求 回轉刀架在結構上必須具有良好的強度和剛度，以承受粗加工時的切削抗力。由于車削加工精度在很大程度上取決于刀尖位置，對于數(shù)控車床來說，加工過程中刀具位置不進行人工調(diào)整，因此更有必要選擇可靠的定位方案和合理的定位結構，以保證回轉刀架在每次轉位之后，具有盡可能高的重復定位精度（一般為0.001～0.005mm）。 5.3數(shù)控車床的六角回轉刀架的機構設計中的幾個主要問題 1. 回轉刀架的分度機構 分度機構是回轉刀架的核心機構之一，要特別處理好分度的準確性。 2. 刀盤機構 刀盤是刀具裝填機構，也是分度機構直接作用的機構。刀盤在設計時要注意刀具的大小、材料的選擇、大小和重量。 3. 定位精度的保證 必須選擇可靠的定位方案和合理的定位結構，以保證回轉刀架在每次轉位之后，具有盡可能高的重復定位精度（一般為0.001～0.005mm）。 4. 定位動作結束的反饋機構 回轉刀架的動作啟動和結束是通過液壓系統(tǒng)驅動的，而液壓系統(tǒng)由數(shù)控系統(tǒng)的CNC控制，因此CNC系統(tǒng)必須獲得反饋信號。 5.4本章小結 本章分析了六角回轉刀架的設計依據(jù)，分析了六角回轉刀架的結構及工作原理，提出了設計過程中要注意的幾個問題。  第6章 數(shù)控車床的六角回轉刀架的機構設計 回轉刀架，它是數(shù)控車床上最常用，也是最簡單的一種自動換刀裝置?；剞D刀架使用回轉頭各刀座來安裝或夾持各種不同用途的刀具，通過回轉頭的旋轉分度定位來實現(xiàn)車床的自動換刀動作。它相對成熟的技術使其具有經(jīng)濟性和實用性，目前，我過大部分中小企業(yè)還在使用六角回轉刀架，常見于數(shù)控車床上的自動換刀裝置的應用。本課題對數(shù)控車床的六角回轉刀架的機構設計具有現(xiàn)實意義。 6.1數(shù)控車床的六角回轉刀架的分度機構結構設計 回轉刀架的工作原理簡單來說，就是利用幾何分度，在每個不同的分度上安裝不同的刀具，并能根據(jù)指令進行轉動定位。因此，分度機構是回轉刀架的核心機構。 6.1.1分度機構結構設計的總思路 分度機構主要包括刀架主軸、主活塞、端齒盤離合器（分上下兩個端齒盤）、分度齒條和分度活塞。因此，結構設計也圍繞這五個方面進行。刀架主軸設計包括主軸的形狀/尺寸設計、材料選擇；主活塞設計包括其形狀/尺寸、材料選擇；端齒盤離合器的下端齒盤是不完全標準件，主要是上端齒盤是個特殊結構，要進行特別設計；分度齒條結構簡單，主要考慮其長度；分度活塞主要考慮其與活塞桿連接的結構。 分度機構主要作用是分度，其精度主要由液壓系統(tǒng)和數(shù)控控制系統(tǒng)決定。而六角回轉刀架的重復定位精度是由刀盤定位系統(tǒng)決定的，故分度機構定位精度沒有作為重要設計要求。 設計原則：保重分度性能，盡量用常用的材料和常見結構，減低成本。 6.1.2分度機構的刀架主軸設計 刀架主軸的作用主要是為刀盤的分度轉動提供轉軸和扭矩傳動，為刀盤的升高和壓緊提供動力傳動。主軸的設計包括其形狀/尺寸設計、材料選擇。 1.主軸的材料的選擇?？紤]到主軸作為刀架所受切削力的受力中心，材料應該選擇具有一定強度和剛度的材料，同時由于經(jīng)常轉動和抬壓刀盤，故要求其具有耐磨性。查表.4.1，考慮到最常用的軸類材料是45鋼，故選用45鋼，調(diào)質處理。表4.2列出了45鋼的力學性能。 表6.1 表6.2優(yōu)質碳素結構鋼的力學性能 力學性能|σb/MPa≥: 600 力學性能|σs/MPa≥: 355 力學性能|δ5(%)≥: 16 力學性能|ψ(%)≥: 40 力學性能|AKU/J≥: 39 由于刀架的分度旋轉速度低、扭矩小，故刀盤轉動時主軸受到的扭矩相對很??；當?shù)都芏ㄎ煌戤?，刀具切削工件時，主軸受到切削力，和彎矩的作用，但是主軸外面有很厚的高強度鑄鋼包裹配合，同時45鋼調(diào)制后具有很好的韌性和強度，力學性能良好，主要受力軸段軸徑為Φ3