數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架系統(tǒng)設(shè)計.doc

1陜西航空職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書機電工程系機電一體化專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文）題目數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架系統(tǒng)設(shè)計學生姓名學號指導教師職稱年月日2畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書機電工程系機電一體化專業(yè)學生姓名學號一、畢業(yè)設(shè)計（論文）題目數(shù)控機床回轉(zhuǎn)刀架機電系統(tǒng)設(shè)計二、畢業(yè)設(shè)計（論文）時間09年1月5日至09年6月三、畢業(yè)設(shè)計（論文）地點：陜西航空職業(yè)技術(shù)學院四、畢業(yè)設(shè)計（論文）的內(nèi)容要求：1.設(shè)計任務(wù)題目；2.數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架總體結(jié)構(gòu)設(shè)計；3.主要傳動部件的計算4.電氣控制部分設(shè)計5.典型零件數(shù)控加工程序的編制6.結(jié)論7.參考文獻指導教師09年1月5日批準年月日3摘要數(shù)控車床為了能在工件的一次裝夾中完成多工序加工，縮短輔助時間，減少多次安裝所引起的加工誤差，必須帶有自動回轉(zhuǎn)刀架。根據(jù)裝刀數(shù)量的不同，自動回轉(zhuǎn)刀架分有四工位六工位和八工位等多種形式。根據(jù)安裝方式的不同，自動回轉(zhuǎn)刀架可分為立式和臥式兩種。根據(jù)機械定位方式的不同，自動回轉(zhuǎn)刀架又可分為端齒盤定位型和三齒盤定位型等。其中斷齒盤定位型換刀時刀架需抬起，換刀速度較慢且密封性較差，但其結(jié)構(gòu)較簡單。三齒盤定位型又叫免抬型，其特點是換刀時刀架不抬起，因此換刀時速度快且密封性好，自動回轉(zhuǎn)刀架在結(jié)構(gòu)上必須具有良好的強度和剛性，以承受粗加工時的切削抗力。為了保證轉(zhuǎn)位具有高的重復定位精度，自動回轉(zhuǎn)刀架還要選擇可靠的定位方案和合理的定位結(jié)構(gòu)。自動回轉(zhuǎn)刀架自動換刀時由控制系統(tǒng)和驅(qū)動電路來實現(xiàn)。圖為六工位臥式自動回轉(zhuǎn)刀架4目錄一畢業(yè)設(shè)計的背景及目的51.1畢業(yè)設(shè)計的背景及目的51.2國內(nèi)外數(shù)控車床的研究狀況和成果6二設(shè)計任務(wù)題目8三總體結(jié)構(gòu)設(shè)計93.1數(shù)控車床刀架總體方案設(shè)計93.2車床刀架的工作原理113.3車床刀架的功能,類型和應(yīng)滿足的要求123.4數(shù)控車床刀架總體方案設(shè)計與選擇13四主要傳動部件的計算144.1蝸桿副的設(shè)計計算144.2蝸桿的設(shè)計計算154.3刀架主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算17五電氣控制部分設(shè)計205.1.C616數(shù)控車床電氣控制205.2典型零件的數(shù)控編程26六結(jié)論33七致謝34八參考文獻355一畢業(yè)設(shè)計的背景及目的1.1畢業(yè)設(shè)計的背景及目的制造業(yè)是一個國家或地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱，其發(fā)展水平標志著該國或地區(qū)經(jīng)濟的實力，科技水平，生活水準和國防實力。國際市場的競爭歸根到底是各國制造生產(chǎn)能力及機械制造裝備的競爭。隨著機械制造生產(chǎn)模式的演變,對機械制造裝備提出了不同的要求.在50年代“剛性”生產(chǎn)模式下，通過提高效率，自動化程度,進行單一或少品種的大批量生產(chǎn)，以“規(guī)模經(jīng)濟”實現(xiàn)降低成本和提高質(zhì)量的目的。在70年代主要通過改善生產(chǎn)過程管理來進一步提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低成本。在80年代，較多地采用數(shù)控機床，機器人，柔性制造單元和系統(tǒng)等高技術(shù)的集成來滿足產(chǎn)品個性化和多樣化的要求，以滿足社會各消費群體的不同要求。從90年代開始，為了對世界生產(chǎn)進行快速響應(yīng)，逐步實現(xiàn)社會制造資源的快速集成，要求機械制造裝備的柔性化程度更高,采用擬實制造和快速成形制造技術(shù)。工業(yè)發(fā)達國家都非常注重機械制造業(yè)的發(fā)展，為了用先進技術(shù)和工藝裝備制造業(yè)，機械制造裝備工業(yè)得到先發(fā)展。對比之下，我國目前機械制造業(yè)的裝備水平還比較落后，表現(xiàn)在大部分工廠的機械制造裝備基本上是通用機床加專用工藝裝備，數(shù)控機床在機械制造裝備中的比重還非常低，導致“剛性”強,更新產(chǎn)品速度慢，生產(chǎn)批量不宜太小，生產(chǎn)品種不宜過多；自動化程度基本上還是“一個工人，一把刀，一臺機床”，導致勞動生產(chǎn)率低下，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。因此，要縮小我國同工業(yè)發(fā)達國家的差距,我們必須在機械制造裝備方面大下功夫，其中最重要的一個方面就是增加數(shù)控機床在機械制造裝備中的比重。通過這次畢業(yè)設(shè)計，可以達到以下目的：1，培養(yǎng)綜合運用專業(yè)基礎(chǔ)知識和專業(yè)技能來解決工程實際問題的能力；2，強化工程實踐能力和意識，提高本人綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力；3，使本人受到從事本專業(yè)工程技術(shù)和科學研究工作的基6本訓練,提高工程繪圖、計算、數(shù)據(jù)處理、外文資料文獻閱讀、使用計算機、使用文獻資和手冊、文字表達等各方面的能力；4，培養(yǎng)正確的設(shè)計思想和工程經(jīng)濟觀點，理論聯(lián)系實際的工作作風，嚴肅認真的科學態(tài)度以及積極向上的團隊合作精神。1.2國內(nèi)外數(shù)控車床的研究狀況和成果1949年帕森公司正式接受美國空軍委托，在麻省理工學院伺服機構(gòu)試驗室的協(xié)助下，開始從事數(shù)控機床的研制工作。經(jīng)過三年時間的研究，于1952年試制成功世界第一臺數(shù)控機床試驗性樣機，這是一臺采用脈沖乘法器原理的直線插補三坐標連續(xù)控制銑床，這便是數(shù)控機床的第一代。1953年，美國空軍與麻省理工學院協(xié)作，開始從事計算機自動編程的研究，這就是創(chuàng)制APT(AutomaticallyProgrammedTools)自動編程系統(tǒng)的開始。1955年，美國空軍花費巨額經(jīng)費訂購了大約100臺數(shù)控機床，此后兩年，數(shù)控機床在美國進入迅速發(fā)展階段，市場上出現(xiàn)了商品化數(shù)控機床。1958年，美國克耐杜列克公司(Keaney&TreckerCo.)在世界上首先研制成功帶自動換刀裝置的數(shù)控機床，稱為”加工中心”。1959年，計算機行業(yè)研制出晶體管元器件，因而數(shù)控裝置中廣泛采用晶體管和印制電路板，從而跨入第二代數(shù)控時代。同時美國航空工業(yè)協(xié)會(AIA)和麻省理工學院發(fā)展了APT程序語言。1960年以后，點位控制機床在美國得到迅速發(fā)展,數(shù)控技術(shù)不僅在機床上得到實際應(yīng)用，而且逐步推廣到?jīng)_壓機、繞線機、焊接機、火焰切割機、包裝機和坐標測量機等，在程序編制方面，已由手工編程逐步發(fā)展到采用計算機自動編程。除了APT數(shù)控語言外，又發(fā)展了許多自動騙程語言。從1960年開始，德國，日本等先進工業(yè)國家都陸續(xù)開發(fā)，生產(chǎn)及使用了數(shù)控機床，1965年，出現(xiàn)了小規(guī)模集成電路。由于它體積小，功耗低，使用數(shù)控系統(tǒng)的可靠性得以進一步提高，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展到第三代。1967年，英國首先把幾臺數(shù)控機床聯(lián)接成具有柔性的加工系統(tǒng)，這就是最初的FMS(FlexibleManufacturingSystem，柔性制造系統(tǒng))。之后美、歐、日也相繼7進行開發(fā)與應(yīng)用。1970年前后，美國英特爾公司開發(fā)和使用了微處理器。1974年美、日等國首先研制出以微處理器為核心的數(shù)控系統(tǒng)。近20年來，微處理機數(shù)控系統(tǒng)的摟控機床得到飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，這就是第五代數(shù)控系統(tǒng)(MNC)。20世80年代初，國際上又出現(xiàn)了柔性制造單元FMC(FleibieManufacturingCell)。我國從1958年開始研究數(shù)控機床，一直到20世紀60年代中期還處于研制，開發(fā)時期。當時一些高等院校、科研單位研制出試驗樣機是從電子管起步的。1965年國內(nèi)開始研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)。20世紀60年代末至70年代初研制成了劈錐數(shù)控銑床，數(shù)控非圓齒輪插齒機。CIL18晶體管數(shù)控系統(tǒng)及Z53K1G立式數(shù)控銑床。從20世紀70年代開始，數(shù)控技術(shù)在車、銑、鏜、磨、齒輪加工、電加工等領(lǐng)域全面展開，數(shù)控加工中心在上海，北京研制成功。但由于電子元器件的質(zhì)量和制造工藝水平差，致使數(shù)控系統(tǒng)的可靠性,穩(wěn)定性末行到解決，因此末能廣泛推廣。20世紀80年代，我國從昌本發(fā)那科公司引進了3、5、6、7等系列的數(shù)控系統(tǒng)和直流伺服電機，直流主軸電機等制造技術(shù)，以及引進美國GE公司的MCI系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng)，德國西門子VS系列可控硅調(diào)速裝置，并進行了商品化生產(chǎn).這些系統(tǒng)可靠性高，功能齊全。與此同時，還自行開發(fā)了3、4、5軸聯(lián)動的數(shù)控系統(tǒng)以及雙電機驅(qū)動的同步數(shù)控系統(tǒng)(用于火焰切割機)和新品種的伺服電機，推動了我國數(shù)控機床穩(wěn)定發(fā)展，使我國數(shù)控機床在性能和質(zhì)量上產(chǎn)生了一個質(zhì)的飛躍。1985年，我國數(shù)控機床的品種有了新的發(fā)展。數(shù)控機床品種不斷增多，規(guī)格齊全。許多技術(shù)復雜的大型數(shù)控機床，重型數(shù)控機床都相繼研制出來。為了跟蹤國外現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展，北京機床研究所研制出了JCS-FMS-1型和2型的柔性制造單元和柔性制造系統(tǒng)。這個時期，我國在引進，消化國外技術(shù)的基礎(chǔ)上，進行了大量開發(fā)工作。一些較高檔次的數(shù)控系統(tǒng)(5軸聯(lián)動)，分辨率為0.02m的高8精度數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)字仿型數(shù)控系統(tǒng)為柔性單元配套的數(shù)控系統(tǒng)都開發(fā)出來了，并造出樣機。我國的數(shù)控技術(shù)經(jīng)過“六五”、“七五”、“八五”、到“九五”的近20年的發(fā)展，基本上掌握了關(guān)鍵技術(shù)，建立了數(shù)控開發(fā)生產(chǎn)基地，培養(yǎng)了一批數(shù)控人才，初步形成了自己的數(shù)控產(chǎn)業(yè)。“十五”攻關(guān)開發(fā)的成果：華中號、中華號、航天號和藍天號4種基本系統(tǒng)建立了具有中國自主版機的數(shù)控技術(shù)平臺。具有中國特色濟型數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過這些年來的發(fā)展，有了較大的提高。它們逐漸被用戶認可，在市場上站住了腳。目前我國數(shù)控機床生產(chǎn)廠有100多家，生產(chǎn)數(shù)控機床配套產(chǎn)品的企業(yè)有300余家，產(chǎn)品品種包括八大類2000種以上。目前已新開發(fā)出數(shù)控系統(tǒng)80余種，分為3種型級，即經(jīng)濟型、普及型和高級型?！熬盼濉逼陂g數(shù)控機床發(fā)展已進入實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化階段，數(shù)控機床新開發(fā)品種300余種，已有一定的覆蓋面。新開發(fā)的國產(chǎn)數(shù)控機床產(chǎn)品大部分達到期際上20世紀80年代中期水平部分達到90年代水平，為國家重點建設(shè)提供了一批高水平數(shù)控機床。二.設(shè)計任務(wù)題目任務(wù)：設(shè)計一臺六工位的臥式自動回轉(zhuǎn)刀架如圖（2-1），適用于C616或C6132經(jīng)濟型數(shù)控車床。要求繪制自動回轉(zhuǎn)刀架的機械結(jié)構(gòu)圖，設(shè)計控制刀架自動轉(zhuǎn)位的硬件電路編寫刀架的控制軟件。推薦刀架所用電動機的額定功率為90W，額定轉(zhuǎn)速為1440r/min，換刀時要求刀架轉(zhuǎn)動的速度為30r/min.92-1上圖為六工位臥式自動換刀刀架的外型三總體結(jié)構(gòu)設(shè)計.3.1數(shù)控車床刀架總體方案設(shè)計3.1.1減速傳動機構(gòu)的設(shè)計普通的三相異步電動機因轉(zhuǎn)速太快，不能直接驅(qū)動刀架進行換刀，必須經(jīng)過適當?shù)臏p速。根據(jù)立式轉(zhuǎn)位刀架的結(jié)構(gòu)特點，采用蝸桿副減速是最佳選擇。蝸桿副傳動可以改變運動的方向，獲得較大的傳動比，保證傳動精度和平穩(wěn)性，并且具有自鎖功能，還可以實現(xiàn)整個裝置的小型化。31.2上刀體鎖緊與精定位機構(gòu)的設(shè)計由于刀具直接安裝在上刀體上，所以上刀體要承受全部的切削力，其鎖緊與定位的精度將直接影響工件的加工精度。本設(shè)計上刀體的鎖緊與定位機構(gòu)選用端面齒盤，將上刀體和下刀體的配合面加工成梯形端面齒。當?shù)都芴幱阪i緊狀態(tài)時，上下端面齒相互咬合，這時上刀體不能繞刀架的中心軸轉(zhuǎn)動；換刀時電動機正傳，抬起機構(gòu)使上刀體抬起，等上下端面齒脫開后，上刀體才可以繞刀架中心軸轉(zhuǎn)動，完成轉(zhuǎn)位動作。3.1.3.刀架抬起機構(gòu)的設(shè)計要想使上。下刀體的兩個