数控车床设计说明书

第1页共95页一、总体方案设计机床工业是机器制造业的重要部门，肩负着为农业、工业、科学技术和国防现代化提供技术装备的任务，是使现代化工业生产具有高生产率和先进的技术经济指标的保证。设计机床的目标就是选用技术先进。经济效果显著的最佳可行方案，以获得高的经济效益和社会效益。我国是一个机床拥有量大、大部分机床役龄长、数控化程度不高的发展中国家。因此，从事机床设计的人员，应不断地把经过实践检验的新理论、新技术、新方法应用到设计中，做到既要技术先进、经济效益好、效率高。要不断的吸收国外的成功经验，做到既要符合我国国情，又要赶超国际水平。要不断的开拓创新，设计和制造出更多的生产率高、静态动态性能好、结构简单、使用方便、维修容易、造型美观、耗能少、成本低的现代化机床。设计本着以上原则进行，尽量向低成本、高效率、简化操作、符合人机工程的方向考虑。（一）、主传动的组成部分主传动由动力源、变速装置及执行元件（如主轴、刀架、工作台等）部分组成。主传动系统属于外联系传动链。主传动包括动力源（电动机）、变速装置、定比传动机构、主轴组件、操纵机构等十部分组成。1、动力源电动机或液压马达，它给执行件提供动力，并使其获得一定的运动速度和方向。2、定比传动机构具有固定传动比的传动机构，用来实现降速、升速或运动联接，本设计中采用齿轮和带传动。3、变速装置传递动力、运动以及变换运动速度的装置，本设计中采用两个滑移齿轮变速组和一个背轮机构使主轴获得18级转速。4、主轴组件第2页共95页机床的执行件之一，它由主轴支承和安装在主轴上的传动件等组成，5、开停装置用来实现机床的启动和停止的机构，本设计中采用直接开停电动机来实现主轴的启动和停止。6、制动装置用来控制主轴迅速停止转动的装置，以减少辅助时间。本设计中采用电磁式制动器。7、换向装置用来变换机床主轴的旋转方向的装置。本设计中采用电动机直接换向。8、操纵机构控制机床主轴的开停、换向、变速及制动的机构。本设计中，开停、换向和制动采用电控制；变速采用液压控制。9、润滑与密封为了保证主传动的正常工作和良好的使用寿命，必须有良好的润滑装置和可靠的密封装置。本设计中采用箱外循环强制润滑，主轴组件采用迷宫式密封。10、箱体上述个机构和装置都装在箱体中，并应保证其相互位置的准确性。本设计中采用灰铁铸造箱体。11、刀架数控机床中为了实现对刀架的自动控制，采用制动转位刀架。（二）、机床主要部件及其运动方式的选定主运动的实现根据设计要求，本设计采用分离式主传动系统，包括变速箱、主轴箱两部分。其中，变速箱与电动机至于机座内，主轴箱与变速箱采用带传动连接。所有的变速都采用液压操作。进给运动的实现本次所设计的机床进给运动均由单片机进行数字控制，因此在X、Y方向上，第3页共95页进给运动均采用滚珠丝杠螺母副，其动力由步进电机通过齿轮传递。齿轮的消隙采用偏心环调整。数字控制的实现采用单片机控制，各个控制按扭均安装在控制台上，而控制台摆放在易操作的位置，这一点须根据实际情况而定。机床其它零部件的选择考虑到生产效率以及生产的经济性，机床附件如油管、行程开关等，以及标准件如滚珠丝杠、轴承等均选择外购形式。（三）、机床的主要技术参数由设计任务书的要求，现将CJK6132经济型数控车床的主要技术参数及加工范围技术参数列于下：项目单位规格床身上最大回转直径mm320最大工件长度mm750最大切削直径mm320最大切削长度mm750床鞍（滑板）上最大切削直径mm250主轴前端锥孔莫氏6号锥度主轴孔径mm350主轴转速范围r/min40~1800主轴转速级数18级主轴电机输出功率（普通）kW5中心高距床身mm250距地面mm1130尾座套筒直径mm65尾座套筒行程mm150尾座套筒锥孔锥度莫氏5号（四）、各组成部件的特性与所应达到的要求1．床身第4页共95页机床床身采用优质铸铁，内部筋采用U形布局，床身整体刚性高。滑动导轨面采用中频淬火，淬硬层深。硬度达HRC52以上，拖板滑动面贴塑，使得进给系统的刚度，摩擦阻尼系数等动、静特性都处于最佳状态。2.床头箱结构机床主传动采用液压操纵机构，可实现十八级转速。机床主轴箱内的传动齿轮均经淬硬磨齿处理，传动比稳定，运转噪音低。机床主轴为二支撑结构，前支撑采用C级高精度轴承，润滑油润滑，提高了回转精度，使机床主轴具有良好的精度和刚性。机床采用单片式电磁刹车离合器，解决主轴的刹车及离合问题，离合器安装于床头箱带轮侧，使床头箱内结构大为简化，便于维修。3.进给系统机床两轴进给系统采用步进电机驱动滚珠丝杠的典型传动方式，在滑板与床鞍及床鞍与床身之间的滑动面处贴有TSF导轨板，滑动磨擦系数非常小，有助于提高了机床的快速响应性能及生产效率。在进给系统各滑动处及两轴丝杠丝母处都设置了润滑点。4.刀架机床采用立式四工位刀架，该刀架布刀方便，刚性好。5.尾座采用手动尾座6.冷却系统冷却箱放在后床腿中。7.卡盘机床标准配置为_250手动卡盘，8.电气系统电路的动力回路，均有过流、短路保护，机床相关动作都有相应的互锁，以保障设备和人身安全。电气系统具有自诊断功能，操作及维修人员可根据指示灯及显示器等随时观察到机床各部分的运行状态。9.安全保护当机床遇到外部突然断电或自身故障时，由控制电路的设计，机床可动进给轴，冷却电机等如已在“启动”状态者，将进入“停止”状态；如已在“停止”状态的第5页共95页则不可自行进入启动状态，确保了机床的安全。另外由于机床计算机内的控制程序是“固化”在芯片中的，而零件加工程序是由电池供电保护的，所以，意外断电或故障时，不会丢失计算机内存储的程序菜单。机床具有报警装置及紧急停止按钮，可防止各种突发故障给机床造成损坏。由于软件的合理设计，报警可通过显示器显示文字及报警号，通过操作面板的指示灯指示；机床根据情况将报警的处理方式分为三类：对紧急报警实行“急停”；对一般报警实行“进给保持”；对操作错误只进行“提示”。第6页共95页二、机床主传动设计（一）、主要技术参数的确定机床的主要技术参数包括主参数和基本参数。主参数是机床参数中最主要的，它必须满足以下要求：a、直接反映出机床的加工能力和特性；b、决定其他基本参数值的大小；c、作为机床设计的出发点；d、作为用户选用机床的主要依据。对于通用机床（包括专门化机床），主参数通常都以机床的最大加工尺寸表示，只有在不适用于用工件最大尺寸表示时，才采用其他尺寸或物理量。如卧式镗床的主参数用主轴直径，拉床用额定拉力等。为了更完整地表示出机床的工作能力和加工范围，有时在主参数后面标出另一参数值，称为第二主参数。如最大工件长度、最大跨度、主轴数和最大加工模数等。除主参数外，机床的主要技术参数还包括下列基本参数：a、与工件尺寸有关的参数；b、与工、夹、量具标准化有关的参数；c、与机床结构有关的参数；d、与机床运动特性和动力特性有关的参数。这些基本参数可以归纳为尺寸参数、运动参数和动力参数三种。1．尺寸参数尺寸参数是表示机床工作范围的主要尺寸和工、夹、量具的标准化及机床结构有关的主要参数。如普通车床横刀架上最大工件的回转直径，在相同中心高的情况下，这一尺寸参数既决定加工长工件的最大直径，又决定刀架的厚度及其刚性。机床主要尺寸参数内容见下表（）。第7页共95页与工件主要尺寸有关的参数最大加工尺寸最大加工直径或最大工件直径，最大加工模数、螺旋角主轴通孔直径最大加工长度或最大工件长度最大工件安装尺寸。如工作台尺寸、主轴端面至工作台面最大距离、主轴中心线至工作台面最大距离或立柱间距等最小工件加工尺寸。如主轴中心线至工作台面距离、最小车削直径、最小磨削外径或孔径等部件运动尺寸范围刀架、工作台、主轴箱、横梁的最大行程刀架、工作台、砂轮（导轮）箱或摇臂的最大回转角度与工、夹、量具标准化有关的参数主轴或尾架套筒的锥孔大小工件头架或尾架的顶尖安装锥度刀杆断面尺寸、刀夹最大尺寸、安装的刀具直径工作台T型槽的尺寸和数目与机床结构有关的参数床身或摇臂的导轨宽度花盘或圆工作台的直径主轴中心线或工作台面至地面的高度机床主要尺寸参数内容机床的主参数主要决定于工件的尺寸。对于各类通用机床，已在调查研究各种工件的基础上制定出了机床的参数标准，设计时应该遵照执行。专用机床的主参数则基本上可以根据工件尺寸决定。主参数系列采用优先数系，这样做有如下好处：（1）优先数按等比级数分级，能在较宽的范围内以较少的品种，经济合理地满足用户的需要，即可把产品的品种规格限制在必需的最少范围内。（2）优先数系具有各种不同公比的系列，因而可以满足较密和较疏的分级要求。随着形势的发展，可以通过插入中间值使较疏的系列变成较密的系列，而原来的项值保留不变。在参数范围很宽时，根据经济性和需要量等不同的条件，还可以分段选用最合适的基本系列（即选用不同的公比），以复合系列的形式组成最佳系列。（3）优先数系是国际上统一的数值制度，有利于国际的标准化。其他尺寸参数一般根据主参数来确定。但由于机床的使用情况比较复杂，这些尺寸参数的确定还有相似分析法和图解分析法及回归分析法。由此可以得到CK6140数控车床的尺寸参数如下表所示：第8页共95页参数项目单位数值床身上最大工件回转直径mm320刀架上最大工件回转直径mm160主轴通孔直径mm35主轴锥孔莫氏Nq6尾架顶尖套锥孔莫氏Nq5最大工件长度Lmm750刀杆截面尺寸mm20×202．运动参数运动参数包括机床主运动（切削运动）的速度范围和级数，进给量范围和级数以及辅助运动的速度等，它是由加工表面成形运动的工艺要求所决定的。主轴极限转速和变速范围对于主运动为回转运动的机床，主轴极限转速为：min)(1000minmaxmaxrdvnmin)(1000maxminminrdvn式中的mind或maxd不是该机床可能加工的的最小或最大直径，而是认为是在机床全部工艺范围内可以用最大切削速度maxv来加工时的最小工件直径和用最小切削速度minv来加工时的最大工件直径，这样才能得出合理的极限转速值。（1）极限切削速度Vmax、Vmin根据典型的和可能的工艺选取极限切削速度要考虑：工序种类、工艺要求、刀具和工件材料等因素。允许的切削速度极限参考值如下表所示：第9页共95页加工条件maxvminv硬质合金刀具粗加工80~120硬质合金刀具半精加工或精加工150~250高速钢刀具低速光刀10安装磨头附件进行磨削3.5~7.5精铰孔1.5~4宽刀加工1.5~3.5精车丝杠或蜗轮1.25~1.5选择极限转速的典型条件为：a．最大切削速度按硬质合金车刀半精车和精车钢料来取值．考虑较小规格车床可普遍采用可转位刀片，切速可适当提高，故对主参数为Ｄ（最大工件回转直径）＝250~630mm的车床取250m/min,而大规格车床换刀费时取切速小些耐用度可以高些，故Ｄ＝800~1000mm的车床取200m/min；b．最小切速minv可考虑两种情况，即（a）高速钢车刀精车丝杠和（b）高速钢车刀低速光车盘类零件，故minv分别取（a）1.5m/min和（b）8m/min；c．最小工件直径mind，即使用maxv时可能遇到的最小工件直径，一般取0.1Ｄ；d．最大工件直径maxd，当minv为b中情况（a）时，即按车削丝杠可能遇到的最大直径，取0.1Ｄ，minv为b中情况（b）时，按刀架滑板上最大工件回转直径Ｄ1（对多数车床Ｄ1＝0.5Ｄ）．由上分析得到按典型加工条件选取的数值如下表（）所示：第10页共95页主参数系列极限切削速度（m/min）最大和最小工件直径（mm）变速范围nR最大工件回转直径Ｄ（mm）maxvminvRvmindmaxdRn=RvRd（a）（b）（a）（b）250~6302501.58（a）Rv=166.7（b）Rv=31.250.1D0.1DD1（0.5D）（a）Rn=166.7（b）Rn=156.2800~1000200（a）Rv=133.3（b）Rv=25（a）Rn=133.3（b）Rn=1253、主轴转速的确定（1）、主轴最高转速MaxN的确定根据分析，用硬质合金车刀对小直径钢材半精车外圆时，主轴转速为最高，按经