Φ430mm的数控车床总体设计及液压尾座设计【通过答辩毕业论文+CAD图纸】
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I 毕业设计说明书 设计题目： 430数控车床总体设计 及 液压尾座设计 学 生 班 级 学 号 指导教师 继 续 教 育 学 院 二零一 三 年 十 月 业设计任务书 设计题目： 430数控车床总体设计 及 液压尾座设计 学 生 班 级 学 号 指导教师 继 续 教 育 学 院 二零一三年十月 州 理 工 大 学 毕 业 设 计 任 务 书 学 生 指导教师 胡世军 班 级 职 称 副教授 一 毕业 设计题目 320数控 车床 总体设计及 横向进给 设计 320数控 车床 总体设计及 纵向进给 设计 320数控 车床 总体设计及 液压尾座 设计 320数控 车床 总体设计及 四方回转刀架 设计 320数控 车床 总体设计及 六角回转刀架 设计 430数控 车床 总体设计及 横向进给 设计 430数控 车床 总体设计及 纵向进给 设计 430数控 车床 总体设计及 液压尾座 设计 430数控 车床 总体设计及 四方回转刀架 设计 430数控 车床 总体设计及 六角回转刀架 设计 460控 车床 总体设 计及 横向进给 设计 460数控 车床 总体设计及 纵向进给 设计 460数控 车床 总体设计及 液压尾座 设计 460数控 车床 总体设计及 四方回转刀架 设计 460数控 车床 总体设计及 六角回转刀架 设计 500数控 车床 总体设计及 横向进给 设计 500数控 车床 总体设计及 纵向进给 设计 500数控 车床 总体设计及 液压尾座 设计 500数控 车床 总体设计及 四方回转刀架 设计 500数控 车床 总体设计及 六角回转刀架 设计 550控 车床 总体设计及 横向进给 设计 550数控 车 床 总体设计及 纵向进给 设计 550数控 车床 总体设计及 液压尾座 设计 550数控 车床 总体设计及 四方回转 刀架 设计 550数控 车床 总体设计及 六角回转刀架 设计 600控 车床 总体设计及 横向进给 设计 600数控 车床 总体设计及 纵向进给 设计 600数控 车床 总体设计及 液压尾座 设计 600数控 车床 总体设计及 四方回转 刀架 设计 600数控 车床 总体设计及 六角回转刀架 设计 630数控 车床 总体设计及 横向进给 设计 630数控 车床 总体设计及 纵向进给 设计 630数控 车床 总体设计及 液压尾座 设计 630数控 车床 总体设计及 四方回转 刀架 设计 630数控 车床 总体设计及 六角回转刀架 设计 二、主要设计参数及技术指标 1、 X 轴 (横向 )、 纵向 )改为微机控制，采用步进电机或直流伺服电机驱动，滚珠丝杠传动。其中 X 轴 (横向 )脉冲当量： 冲， Z 轴 (纵向 )脉冲当量： 冲。 2、 实现功能：车削外圆、端面、圆弧、圆锥及螺纹加工 3、 操作要求：起动、点动、单步运行、自动循环、暂停、停止 4、 采用回转刀架及液压尾座 5、 其余参数见原机床 三、毕业设计内 容及工作量 （一） 设计计算说明书 一份 字 （二）、 图纸部分 1、普通车床数控化改造总体方案图 2、机床尺寸联系图 3、主要部件装配图（主轴箱等） 4、数控机床硬件电路图 做） V 四 毕业设计的基本要求： 能按时独立完成毕业设计规定的全部内容，方案选择正确，论据充分，对设计中的主要问题分析深入，解决合理，有独立见解，能很好运用所 学理论和提供的资料解决设计中的问题，能独立查阅和正确引用中外文参考资料，说明书文字通顺、清楚、选用数据论证合理、计算准确，图面整洁。 五、 进程安排 序号 主 要 任 务 时间 备注 1 查阅文献、调研、收集资料、实习 2 总体方案图 3 机床尺寸联系图 4 主要部件装配图 5 编写设计计算说明书 6 准备答辩 六 数控机床设计 陈婵娟主编 化学工业出版社 经 济型数控机床系统设计张新义主编 机械工业出版社 新编机床数控技术 任玉田主编 北京理工大学出版社 机床设计图册 上海纺织工学院等主编 上海科学技术出版社 机械设计手册 成大先主编 化学工业出版社 七、 设计书的装订及格式 装订必须采用横向翻页方式。内容顺序为：封面，任务书，目录，中文摘要，中文关键词，引言，正文，结论（计算结果），参考文献，致谢。 要 本课题研究的主要目的是设计出与 430式数控车床相匹配的液压尾座系统，本课题将以其尾座为研究对象，设计出符合该车床的液压尾座。 为了完成本课题的设计，在设计之前的准备工作必须做好，首先是搜集和分析资料，主要包括国内外数控机床的发展现状；液压技术和 液压传动系统的基本资料；同等机床液压尾座的图纸和资料等。其次是初步确定液压尾座的总体布局，包括配置形式、液压系统的布置及 选择液压能源及相应的配套元件 等。最后主要是关于尾座的设计计算。 关键词 : 数控机床 尾座 液压系统 液压缸 设计 校核 录 第 1 章 绪论 . 1 控机床及其特点 . 2 控机床的工艺范围及加工精度 . 2 控机床的经济分析 . 3 控机床的发展趋向 . 4 第 2 章 数控机床总体方案的制订及比较 . 7 体方案比较 . 7 控车床方案确定 . 7 第 2 章 数控机床总体方案的制订及比较 . 8 体方案比较 . 8 计要求 . 9 控车床方案确定 . 11 床设计的总体任务 . 12 动系统方案确定 . 12 服系统的选择 . 12 动方式的选择 . 13 控系统软硬件总体设计 . 13 控系统硬件结构 . 14 控系统软件结构 . 14 第 3 章 确定切削用量及选择刀具 . 15 . 15 . 15 . 16 . 16 . 19 第 4 章 传动系统图的设计计算 . 20 数的确定 . 20 4. 2 传动设计 . 22 速图的拟定 . 24 第 5 章 尾座部分的设计 . 27 座套筒的设计 . 28 座体的设计 . 29 座顶尖的设计 . 29 压缸的设计 . 29 座导轨的设计 . 30 座孔系设计 . 30 合 . 31 筒孔的设计 . 31 和键的设计 . 31 度、转角、液压缸内径、锁紧力的计算及校核 . 32 度的计算 . 33 角的计算 . 33 板处螺栓直径的校核 . 34 压缸内径的校核 . 35 座锁紧力的验算 . 35 第 6 章 尾座精度的设计 . 36 面粗糙度的确定 . 36 座与机床形位公差的确定 . 36 面及立导向面形位公差的确定 . 37 第 7 章 电路控制原理图设计 . 38 件电路设计 . 38 控系统的硬件结构 . 38 控系统硬件电路的功能 . 39 于各线路元件之间线路连接 . 39 于电路原理图的一些说明 . 40 总结 . 44 参考文献 . 45 谢 . 46 1 2 第 1 章 绪论 控机床及其特点 数控机床是一种高效能自动加工机床，是一种典型的机电一体化产品。与普通机床相比，数控机床具有如下一些优点： 数控 机床的机械结构主要由传动系统、支承部件、分度台等部分组成。传动系统的作用是把运动和力由动力源传递给机床执行件，而且要保证传递过程中有良好的动态特性。传动系统在工作过程中，经常受到激振力和激振力矩的作用，使传动系统的轴组件产生弯曲和扭转振动，从而影响机床的工作性能。随着机床切削速度的提高和自动化方向的发展，传动系统的结构组成越来越简单，但对其机械结构性能的要求却越来越高，从而使传统的设计方法远远达不到要求，这样，各种设计理论的研究和使用就得到了迅猛的发展。 数控机床是高精度和高生产率的自动化机床，其加工过程中 的动作顺序、运动部件的坐标位置及辅助功能，都是通过数字信息自动控制的，操作者在加工过程中无法干预，不能像在普通机床上加工零件那样，对机床本身的结构和装配的薄弱环节进行人为补偿，所以数控机床几乎在任何方面均要求比普通机床设计得更为完善，制造得更为精密。为满足高精度、高效率、高自动化程度的要求，数控机床的结构设计已形成自己的独立体系，在这一结构的完善过程中，数控机床出现了不少完全新颖的结构及元件。与普通机床相比，数控机床机械结构有许多特点。 控机床的工艺范围及加工精度 随着机械制造生产模式的演变 ,对机械 制造装备提出了不同的要求 0 年代“刚性 ”生产模式下，通过提高效率，自动化程度 ,进行单一或少品种的大批量生产，以“规模经济 ”实现降低成本和提高质量的目的。从 90 年代开始，为了对世界生产进行快速响应，逐步实现社会制造资源的快速集成，要求机械制造装备的柔性化程度更高 ,采用拟实制造和快速成形制造技术。 工业发达国家都非常注重机械制造业的发展，为了用先进技术和工艺装备制造业，机械制造装备工业得到先发展。对比之下，我国目前机械制造业的装备水平还比较落后，3 表现在大部分工厂的机械制造装备基本上是通用机床加专用工艺装备， 数控机床在机械制造装备中的比重还非常低，导致 “刚性 ”强 ,更新产品速度慢，生产批量不宜太小，生产品种不宜过多；自动化程度基本上还是 “一个工人，一把刀，一台机床 ”，导致劳动生产率低下，产品质量不稳定。 因此，要缩小我国同工业发达国家的差距 ,我们必须在机械制造装备方面大下功夫，其中最重要的一个方面就是增加数控机床在机械制造装备中的比重。 数控设备的发展方向六个方面：智能化、网络化、高速、高精度、符合、环保。目前德国和瑞士的机床精度最高，综合起来，德国的水平最高，日本的产值最大。美国的机床业一般。中国大陆、韩国。台 湾属于同一水平。但就门类、种类多少而言，我们应该能进世界前 4名。 数控系统 由显示器、控制器伺服、伺服电机、和各种开关、传感器构成。目前世界最大的三家厂商是：日本发那客、德国西门子、日本三菱；其余还有法国扭姆、西班牙凡高等。国内由华中数控、航天数控等。国内的数控系统刚刚开始产业化、水平质量一般。高档次的系统全都是进口。 华中数控这几年发展迅速，软件水平相当不错，但差就差在电器硬件上，故障率比较高。华中数控也有意向数控机床业进军，但机床的硬件方面不行，质量精度一般。目前国内一些大厂还没有采用华中数控的。广州机 床厂的简易数控系统也不错。 我们国家机床业最薄弱的环节在数控系统。 机床精度 工精度（包括尺寸精度和几何精度）、定位精度、重复定位精度等 5 种。 前我们国家内承认的大致是四种体系：德国 准、日本 准、国际标准 准、国标 标和国际标准差不多。 看它的重复定位精度，一台机床的重复定位精度如果能达到 准 .、统计法 ),就是一台高精度机床，在 准 .、统计法 )以下，就是超高精度 机床，高精度的机床，要有最好的轴承、丝杠。 只要求机床精度高，还要有好的工艺方法、好的夹具、好的刀具。 控机床的经济分析 目前世界著名机床厂商在我国的投资情况 1. 2000年，世界最大的专业机床制造商马扎克（ 宁夏银川投资建了名为 “宁夏小巨人机床公司 ”的机床公司，生产数控车床、立式加工中心和车铣复合中心。机床质量不错，目前效益良好，年产 600 台，4 目前正在建 2 期工程，建成后可以年产 1200 台。 2. 2003 年，德国著名的机床制造商德马吉在上海投资建厂，目前年组装 生产数控车床和立式加工中心 120台左右。 3. 2002年，日本著名的机床生产商大隈公司和北京第一机床厂合资建厂，年生产能力为 1000台，生产数控车床、立式加工中心、卧式加工中心。 前生产能力不知。 生产能力 800 台。 民营企业进入机床行业情况 2000年投产，生产数控车床、加工中心。年生产能力 300 台。 2 2004年，浙江宁波著名的铸塑机厂商海天公司投资生产机床，主要是从日本引进技术，目前刚开始，起点 比较高。 3 2002年，西安北村投产，名字象日本的，其实老板是中国人，采用日本技术。生产小型仪表数控车床，水平相当不错。 军工企业技情况 军工企业得到国家拨款开始于当年 “大使馆被炸 ”，后来台湾阿扁上台后，大规模技开始了，军工企业进入新一轮的技高峰，我们很多军工企业开始停止购买普通设备。尤其是近 3年来，我们的军工企业从欧洲和日本买了大批量的先进数控机床。也从国内机床厂哪里采购了大批普通数控机床，国内机床厂商为了迎接这次大技，也引进了不少先进技术，争取军工企业的高端订单。 听在军工企业的朋友讲，阿扁如果再能 “顶 ”三年，我们的整体水平会上一个台阶。 其实，胡锦涛总书记掌权以来，已经把国防事业提到了和经济发展一样的高度上，他说，我们要建立和经济发展相适应的国防能力，相信再过 10 年，随着我国国防工业和汽车行业的发展，我们国家会诞生世界水平的机床制造商，也将会超越日本，成为世界第一机床生产大国。 控机床的发展趋向 数控技术是先进制造技术的核心，是制造业实现自动化、网络化、柔性化、集成化的基础。数控装备的整体水平标志着一个国家工业现代化水平和综合国力的强弱。 随着柔性制造系统的迅速发展和计算机集成系统的不断成 熟，对数控加工技术提出了更高要求。当今数控机床信息化正朝着以下几个方面发展。 高速度、高精度化。速度和精度是数控机床的两个重要指标，它直接关系到加工效率和产品质量。目前，我国生产的第六代数控机床系统均采用位数、频率更高的处理器，5 以提高系统的基本运算速度，使得高速运算、模块化及多轴成组控制系统成为可能。同时，新一代数控机床将采用超大规模的集成电路和多微处理器结构，以提高系统的数据处理能力。 智能化。现代数控机床的智能化发展将通过对影响加工精度和效率的物理量进行检测、建模、提取特征、自动感知加工系统的内部状 态及外部环境，快速作出实现最佳目标的智能决策，对机床的工艺参数进行实时控制，使机床的加工过程处于最佳状态。 基于 数控编程自动化。随着计算机应用技术的发展，目前 数控技术发展的新趋势。它是利用 计算机内的刀具轨迹数据进行计算和后置处理，从而自动生成数控机床零部件加工程序，以实现 集成。随着 术的发展，当前又出现了 编程所需的加工工艺参数不必由人工参与 ，直接从系统内的 据库获得，推动数控机床系统自动化的进一步发展。 一 、 是高速加工技术发展迅速 高速加工技术发展迅速，在高档数控机床中得到广泛应用。应用新的机床运动学理论和先进的驱动技术，优化机床结构，采用当前数控机床技术发展趋势 高性能功能部件，移动部件轻量化，减少运动惯性。在刀具材料和结构的支持下，从单一的刀具切削高速加工，发展到机床加工全面高速化，如数控机床主轴的转速从每分钟几千转发展到几万转、几十万转；快速移动速度从每分钟十几米发展到几十米和超过百米；换刀时间从十几秒下降到 10秒、 3秒、 1秒以下，换刀速度加快了几倍到十几倍。应用高速加工技术达到缩短切削时间和辅助时间，从而实现加工制造的高质量和高效率。 二 、 是精密加工技术有所突破 通过机床结构优化、制造和装配的精化，数控系统和伺服控制的精密化，高精度功能部件的采用和温度、振动误差补偿技术的应用等，从而提高机床加工的几何精度、运动精度，减少形位误差、表面粗糙度。加工精度平均每 8年提高 1倍，从 1950年至 2000年 50年内提升 100倍。目前，精密数控机床的重复定位精度可以达到 1m，进入亚微米超精加工时代。 6 三 、 是技术集成和技术复合趋势明显 技术集成和技术复合是数控机床技术最活跃的发展趋势之一，如工序复合型 车、铣、钻、镗、磨、齿轮加工技术复合，跨加工类别技术复合 金切与激光、冲压与激光、金属烧结与镜面切削复合等，目前已由机加工复合发展到非机加工复合，进而发展到零件制造和管理信息及应用软件的兼容，目的在于实现复杂形状零件的全部加工及生产过程集约化管理。技术集成和复合形成了新一类机床 复合加工机床，并呈现出复合机床多样性的创新结构。 四 、 是数字化控制技术进入了智能化的新阶段 数字化控制技术发展经历了三个阶段 :数字化控制技术对机床单机控制； 集合生产管理信息形成生产过程自动控制；生产过程远程控制，实现网络化和无人化工厂的智能化新阶段。智能化指工作过程智能化，利用计算机、信息、网络等智能化技术有机结合，对数控机床加工过程实行智能监控和人工智能自动编程等。加工过程智能监控可以实现工件装卡定位自动找正，刀具直径和长度误差测量，加工过程刀具磨损和破损诊断、零件装卸物流监控，自动进行补偿、调整、自动更换刀具等，智能监控系统对机床的机械、电气、液压系统出现故障自动诊断、报警、故障显示等，直至停机处理。随着网络技术的发展，远程故障诊断专家智能系统开始应用。数 控系统具有在线技术后援和在线服务后援。人工智能自动编程系统能按机床加工要求对零件进行自动加工。在线服务可以根据用户要求随时接通 受远程服务。采用智能技术来实现与管理信息融合下的重构优化的智能决策、过程适应控制、误差补偿智能控制、故障自诊断和智能维护等功能，大大提高成形和加工精度、提高制造效率。信息化技术在制造系统上的应用，发展成柔性制造单元和智能网络工厂，并进一步向制造系统可重组的方向发展。 五 、 是极端制造扩张新的技术领域 极端制造技术是指极大型、极微型、极精密型等极端条件下的制造技术。极端 制造技术是数控机床技术发展的重要方向。重点研究微纳机电系统的制造技术，超精密制造、巨型系统制造等相关的数控制造技术、检测技术及相关的数控机床研制，如微型、高精度、远程控制手术机器人的制造技术和应用；应用于制造大型电站设备、大型舰船和航空航天设备的重型、超重型数控机床的研制； 业等高新技术的发展需要超精细加工和微纳米级加工技术，研制适应微小尺寸的微纳米级加工新一代微型数控机床和特种加7 工机床；极端制造领域的复合机床的研制等。 第 2 章 数控机床总体方案的制订及比较 体方案比较 总体方案应考虑车床数控 系统的运动方式、进给伺服系统的类型、数控系统 选择，以及进给传动方式和执行机构的选择等。 数控车床后应具有单坐标定位，两坐标直线插补、圆弧插补以及螺纹插补的功能。因此，数控系统应设计成连续控制型。 属于经济型数控机床，在保证一定加工精度的前提下，应结构简化，降低成本。因此，进给伺服系统采用步进电动机的开环控制系统。 比较项目 方案一 方案二 确定后的方案 具体原因 主轴箱 分级变速采用 调速电机 + 齿轮传动 采用三相异步 电机 +减速器 方案一 变速级数比较多 满足多种加工 需要，也符合 任务书要求 进给机构 滚珠丝杠 +步进电机 滚珠丝杠 +伺服电机 方案一 脉冲当量 步进电机控制 的准确 刀架 四工位回转 刀架 六工位回转 刀架 都可以 各有各的好处 尾座 液压尾座 手动普通尾座 液压尾座 可通过数控系统 调整方便 数控系统 8位单片机 16位单片机 方案一 基本需求可以满足 控 车床方案确定 (1) 主传动系统设计 为了保证主轴在运动时有准确的定位，安装主传动的定位检测装置。采用电气式主轴准停装置，利用磁力传感器检测定位。只要数控系统发出指令信号，主轴就可以准确8 的定位。这种磁力传 感器的工作原理是，在主轴上装上永磁铁和主轴一起旋转，在距离磁铁 定一个磁传感器，当传感器发出信号后经过放大，由定向电路使电动机准确的停止在规定的周向位置上。将主传动采用变频交流电动机无级调速。低档转速为 270档转速为 1500各档内可以实现无级调速。与原立式车床的机械结构相比比较简单，这是因为变速功能全部或大部分由主轴电动机的无级调速来承担，省去了复杂的齿轮变速机构，主传动系统是一个开环控制的交流变频调速系统，通过软件来实现它的调速。 (2) 进给传动系统设计 进给采用滚珠丝杠，并由齿轮箱与滚珠丝杠连接，使机床的机械传动部分具有高静态、动态刚度；运动副之间的摩擦因数小，传动无间隙；功率大；便于操作和维修。，其定位精度为 复定位精度为 0 005 (3) 数控系统的设计 采用 用模块化设计方案，从总体上分为人机界面模块、坐标进给模块、变频调速控制模块、串行通信模块、液压系统、冷却系统、润滑系统及基于 89用变频调速的原理，设计主轴的无级变频调速系统；通过插补算法，实 现步进电机的准确定位以便达到工件的精确度；通过键盘和显示模块，实现程序的编辑和显示；通过其他辅助系统的设计，实现机床功能的完善化。 第 2 章 数控机床总体方案的制订及比较 体方案比较 总体方案应考虑车床数控系统的运动方式、进给伺服系统的类型、数控系统 选择，以及进给传动方式和执行机构的选择等。 数控车床后应具有单坐标定位，两坐标直线插补、圆弧插补以及螺纹插补的功能。因此，数控系统应设计成连续控制型。 属于经济型数控机床，在保证一定加工精度的前提下，应结构简化，降低成本。因此，进给伺服系统采用步 进电动机的开环控制系统。 比较项目 方案一 方案二 确定后的方案 具体原因 9 主轴箱 分级变速采用 调速电机 + 齿轮传动 采用三相异步 电机 +减速器 方案一 变速级数比较多 满足多种加工 需要，也符合 任务书要求 进给机构 滚珠丝杠 +步进电机 滚珠丝杠 +伺服电机 方案一 脉冲当量 步进电机控制 的准确 刀架 四工位回转 刀架 六工位回转 刀架 都可以 各有各的好处 尾座 液压尾座 手动普通尾座 液压尾座 可通过数控系统 调整方便 数控系统 8位单片机 16位单片机 方案一 基本需求可以满足 计要求 设计参数包括车床的部分技术参数和设计数控进给伺服系统所需要的参数。 现列出 430式车床的技术数据： 名称 技术参数 在床身上 430件最大直径 在刀架上 225尖间最大距 离 650;900;1400;1900 制螺纹 10 种 ) 加工螺纹范围 英制螺纹 t/m 20 种 ) 模数螺纹 1 种 ) 径节螺纹 t/m 74 种 ) 最大通过直径 48锥度 莫氏 6# 主轴 正转转速级数 24 正转转速范围 101400r/0 反转转速级数 12 反转转速范围 14向级数 64 进给量 纵向范围 r 横向级数 64 横向范围 r 滑板行程 横向 320向 650;900;1400;1900大行程 140架 最大回转角 90 刀杠支承面至中心的距离 26杠截面 B H 25 25尖套莫氏锥度 5# 尾座 横向最大移动量 10形尺寸 长宽高 2418 1000 1267度 作精度 圆柱度 200:面度 300面粗糙度 m 主电动机 动机功率 总功率 造设计参数如下 : 最大加工直径 在床面上 430床鞍上 225大加工长度 1000进速度 纵向 1 横向 大切削进给速度 纵向 向 板及刀架重力 纵向 800N 横向 600N 代码制 冲分配方式 逐点比较法 输入方式 增量值、绝对值通用 控制坐标数 2 脉冲当量 纵向 冲 横向 冲 机床定位精度 具补偿量 给传动链间隙补偿量 纵向 向 动升降速性能 有 控车床方案确定 (1) 主传动系统设计 为了保证主轴在运动时有准确的定位，安装主传动的定位检测装置。采用电气式主轴准停装置，利用磁力传感器检测定位。只要数控系统发出指令信号，主轴就可以准确的定位。这种磁力传感器的工作原理是，在主轴上装上永磁铁和主轴一起旋转，在距 离磁铁 定一个磁传感器，当传感器发出信号后经过放大，由定向电路使电动机准确的停止在规定的周向位置上。将主传动采用变频交流电动机无级调速。低档转速为 270档转速为 1500各档内可以实现无级调速。与原立式车床的机械结构相比比较简单，这是因为变速功能全部或大部分由主轴电动机的无级调速来承担，省去了复杂的齿轮变速机构，主传动系统是一个开环控制的交流变频调速系统，通过软件来实现它的调速。 (2) 进给传动系统设计 进给采用滚珠丝杠，并由齿轮箱与滚 珠丝杠连接，使机床的机械传动部分具有高静12 态、动态刚度；运动副之间的摩擦因数小，传动无间隙；功率大；便于操作和维修。，其定位精度为 复定位精度为 0 005 (3) 数控系统的设计 采用 用模块化设计方案，从总体上分为人机界面模块、坐标进给模块、变频调速控制模块、串行通信模块、液压系统、冷却系统、润滑系统及基于 89用变频调速的原理，设计主轴的无级变频调速系统；通过插补算法，实现步进电机的准确定位以便达到工件的精确度；通过键盘和显示 模块，实现程序的编辑和显示；通过其他辅助系统的设计，实现机床功能的完善化。 床设计的总体任务 进给伺服系统设计计算：此部分为设计计算部分，用以确定脉冲当量，进给牵引力，选择丝杠螺母副，计算传动效率，确定传动比，选择伺服电机等，并绘制设计后机床的总装配图及箱体。 动系统方案确定 服系统的选择 伺服系统分为开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统： 开环控制系统中没有检测反馈装置，数控装置的控制指令直接通过驱动装置控制步进电机的运转，然后通过机械传动系统转化成刀架或工作台的位移。这 种控制系统由于没有检测反馈校正，位移精度一般不高，但其控制方便、结构简单、价格便宜。 闭环控制系统又称全闭环控制系统，其检测装置安装在机床刀架或工作台等执行部件上，用以直接检测这些执行部件的实际运行位置（直线位移），并将其与 置的指令位置（或位移）相比较，用差值进行控制。但是，由于很多机械传动环节包含在闭环控制的环路中，各部件的摩擦性，刚性等都是非线性量，直接影响系统的调节参数，因此，闭环系统的设计和调速都有很大难度。所以，闭环控制系统主要用于精度要求高的场合。 半闭环控制系统，它的检测元件装在电机或 者丝杠的端头，通过测量伺服电机的角位移间接计算出机床工作台等执行部件的实际位置（或位移），然后进行反馈控制。由于将丝杠螺母副及机床工作台等大惯量环节排除在闭环控制系统之外，不能补偿他们的运动误差，精度受到影响，但系统稳定性有所提高，调试比较方便、价格也13 较全闭环系统便宜。 本次设计由于使用步进电机，所以可以选择开环控制系统。 动方式的选择 为保证设计后的数控系统的传动精度及工作台的平稳性，在设计机床的传动系统时，应努力保证传动系统低摩擦、低惯量、高效率、高刚度。因此在传动系统中注意以下几点： (1) 用低摩擦高精度的传动元件：如滚珠丝杠螺母副，滚动导轨。 (2) 采用消隙齿轮减小传动间隙。 控系统软硬件总体设计 为了使数控系统能够长期、可靠、方便地在工业环镜中运行，在制定数控系统总体方案时必须重点考虑以下几个方面。 (1) 加强系统可靠性。影响数控系统可靠性的因素很多，硬件规模和硬件的制造工艺水平往往是影响可靠性的关键因素。因此，应选用高性能的 尽量用软件来实现数控系统的功能。在系统的具体硬件构成上，选用可靠性高的工控 少自制硬件数量 。此外，在软件设计、电源选用、接插件设计与选用、接地与屏蔽设计等方面采用强抗干扰、高可靠性的设计，从而全面提高系统的可靠性。 (2) 提高数控系统的控制精度。数控系统的控制精度是保证机床加工精度的关键。因此，它在数控系统中处于重要位置。如提高数控系统的最小分辨率，使用高精度的步进电机，采用高速高精度插补算法，提高轨迹生成精度 ;增强位置环控制能力 ;增加补偿功能等。 (3) 提高使用方便性。提高数控编程的方便性，是提高数控系统使用方便性的关键。因此，数控系统除提供全屏幕编辑进行手工编程外，还应该配置自动编程系统 ，从而大大提高数控编程的速度和智能化程度，大大方便普通用户的使用。另外，因为现代工人都比较熟悉个人计算机，数控系统在操作方面应采用标准计算机键盘或与其兼容的薄膜键盘等输入设备，也可用软盘、移动磁盘、串行通讯、网络系统等输入零件程序。此外，数控系统中应设置仿真功能，便于用户在加工前检查零件程序的正确性。 14 控系统硬件结构 系统由工控 控操作面板 (包括 盘 )、数控接口板卡 (工/0板， D/和驱动执行机构等组成。 源母板、工控 盘驱动器等。数控操作面板上有液晶显示器和薄膜键盘等。数控接口板卡是计算机与外部执行装置间进行信息交换和转换的通道，对内通过无源母板与工控 PC 1 毕业设计说明书 设计题目： 学 生 班 级 学 号 指导教师 继 续 教 育 学 院 二 O 一三年五月 2 毕业设计任务书 设计题目： 学 生 班 级 学 号 指导教师 继 续 教 育 学 院 二 O 一三年五月 3 兰 州 理 工 大 学 毕 业 设 计 任 务 书 学 生 指导教师 班 级 职 称 一 毕业设计题目 320数控 车床 总体设计及 横向进给 设计 320数控 车床 总体设计及 纵向进给 设计 320数控 车床 总体设计及 液压尾座 设计 320数控 车床 总体设计及 四方回转刀架 设计 320数控 车床 总体设计及 六角回转刀架 设计 430数控 车床 总体设计及 横向进给 设计 430数控 车床 总体设计及 纵向进 给 设计 430数控 车床 总体设计及 液压尾座 设计 430数控 车床 总体设计及 四方回转刀架 设计 430数控 车床 总体设计及 六角回转刀架 设计 460控 车床 总体设计及 横向进给 设计 460数控 车床 总体设计及 纵向进给 设计 460数控 车床 总体设计及 液压尾座 设计 460数控 车床 总体设计及 四方回转刀架 设计 460数控 车床 总体设计及 六角回转刀架 设计 500数控 车床 总体设计及 横向进给 设计 500数控 车床 总体设计及 纵向进给 设计 500数控 车床 总体设计 及 液压尾座 设计 500数控 车床 总体设计及 四方回转刀架 设计 500数控 车床 总体设计及 六角回转刀架 设计 550控 车床 总体设计及 横向进给 设计 550数控 车床 总体设计及 纵向进给 设计 550数控 车床 总体设计及 液压尾座 设计 550数控 车床 总体设计及 四方回转 刀架 设计 550数控 车床 总体设计及 六角回转刀架 设计 600控 车床 总体设计及 横向进给 设计 600数控 车床 总体设计及 纵向进给 设计 600数控 车床 总体设计及 液压尾座 设计 600数控 车床 总 体设计及 四方回转 刀架 设计 600数控 车床 总体设计及 六角回转刀架 设计 630数控 车床 总体设计及 横向进给 设计 630数控 车床 总体设计及 纵向进给 设计 630数控 车床 总体设计及 液压尾座 设计 630数控 车床 总体设计及 四方回转 刀架 设计 630数控 车床 总体设计及 六角回转刀架 设计 二 主要设计参数及技术指标 1、主要技术参数 ： 4 床身最大工件回转直径 (主参数 320 430 460 500 550 600 630 最大 工件长度（第二主参数， 700 1000 1200 1500 1600 1700 1800 最大加工长度/ 650 900 1000 1400 1500 1600 1700 主传动调速范围r 0/800 10/1400 20/1200 20/1250 25/1250 30/1450 30/1450 2、主传动采用交、直流调速电动机，并可无级调速。 3、 X 轴 (横向 )、 Z 轴 (纵向 )为微机控制，采用步进电机或伺服电机驱动，滚珠丝杠传动，X 轴 (横向 )脉冲当量 冲， Z 轴 (纵向 )脉冲当量 冲。 4、刀架采用四方回转刀架、六角回转刀架 6、定位精度： 、重复定位精度： 、实现功能：车削外圆、端面、内圆、圆弧、圆锥及螺纹加工 9、操作要求：起动、点动、单步运行、自动循环、暂停、停止 10、 工件材料：钢、铸铁 11、 刀具材料：高速钢、硬质合金 三 毕业设计内容及工作量 (一 )设计说明书 1、数控机床发展概述 数控机床及其特点。 数控机床的工艺范围及加工精度。 数控机床的经济分析。 数控机床的发展趋向 。 2、数控机床总体方案的制订及比较 3、确定切削用量及 选择刀具 4、传动系统图的设计计算 5、 主轴箱装配图 的设计计算 6、 X 轴 (横向 )、 Z 轴 (纵向 )机械 装配 图的设计计算 7、 床鞍、刀架装配图的设计 计算 8、 主轴箱（进给变速箱、床身、主轴、主轴箱齿轮、丝杠、开合螺母）的零件图 的设计计算 9、机床硬件电路图的设计 （二）、图纸部分 1、机床尺寸联系图 张 2、机床传动系统图 张 3、主要部件装配 图 张 4、机床硬件电路图 张 说明： 1、第 1 第 2 项每个学生必须选做。 2、第 3 项要求每个学生按照题目不同设计完成不同内容。 3、第 4 项学生可根据自身情况选做。 5 4、要求每个学生必须至少完成 3 张 。 四 毕业设计的基本要求： 能按时独立完成毕业设计规定的全部内容，方案选择正确，论据充分，对设计中的主要问题分析深入，解决合理，有独立见解，能很好运用所学理论和提供 的资料解决设计中的问题，能独立查阅和正确引用中外文参考资料，说明书文字通顺、清楚、选用数据论证合理、计算准确，图面整洁。 五、 进程安排 序号 主 要 任 务 预定完成 日期 时间 备注 1 查阅文献，收集资料 1 周 2 工厂调研、参观 1 周 3 机床总体方案图 4 机床传动系统图 5 主轴箱装配图 2 周 5 进给系统装配 图 2 周 5 尾座、刀架装配图 2 周 6 机床硬件电路图 1 周 7 设计说明书 1 周 六、主要参考文献 经济型数 控机床系统设计张新义主编 机械工业出版社 新编机床数控技术 任玉田主编 北京理工大学出版社 机床设计图册 上海纺织工学院等主编 上海科学技术出版社 机械设计手册 成大先主编 化学工业出版社 数控机床设计 陈婵娟主编 化学工业出版社 I 毕业设计说明书 设计题目： 430数控车床总体设计 及 液压尾座设计 学 生 班 级 学 号 指导教师 继 续 教 育 学 院 二零一 三 年 十 月 业设计任务书 设计题目： 430数控车床总体设计 及 液压尾座设计 学 生 班 级 学 号 指导教师 继 续 教 育 学 院 二零一三年十月 州 理 工 大 学 毕 业 设 计 任 务 书 学 生 指导教师 胡世军 班 级 职 称 副教授 一 毕业 设计题目 320数控 车床 总体设计及 横向进给 设计 320数控 车床 总体设计及 纵向进给 设计 320数控 车床 总体设计及 液压尾座 设计 320数控 车床 总体设计及 四方回转刀架 设计 320数控 车床 总体设计及 六角回转刀架 设计 430数控 车床 总体设计及 横向进给 设计 430数控 车床 总体设计及 纵向进给 设计 430数控 车床 总体设计及 液压尾座 设计 430数控 车床 总体设计及 四方回转刀架 设计 430数控 车床 总体设计及 六角回转刀架 设计 460控 车床 总体设 计及 横向进给 设计 460数控 车床 总体设计及 纵向进给 设计 460数控 车床 总体设计及 液压尾座 设计 460数控 车床 总体设计及 四方回转刀架 设计 460数控 车床 总体设计及 六角回转刀架 设计 500数控 车床 总体设计及 横向进给 设计 500数控 车床 总体设计及 纵向进给 设计 500数控 车床 总体设计及 液压尾座 设计 500数控 车床 总体设计及 四方回转刀架 设计 500数控 车床 总体设计及 六角回转刀架 设计 550控 车床 总体设计及 横向进给 设计 550数控 车 床 总体设计及 纵向进给 设计 550数控 车床 总体设计及 液压尾座 设计 550数控 车床 总体设计及 四方回转 刀架 设计 550数控 车床 总体设计及 六角回转刀架 设计 600控 车床 总体设计及 横向进给 设计 600数控 车床 总体设计及 纵向进给 设计 600数控 车床 总体设计及 液压尾座 设计 600数控 车床 总体设计及 四方回转 刀架 设计 600数控 车床 总体设计及 六角回转刀架 设计 630数控 车床 总体设计及 横向进给 设计 630数控 车床 总体设计及 纵向进给 设计 630数控 车床 总体设计及 液压尾座 设计 630数控 车床 总体设计及 四方回转 刀架 设计 630数控 车床 总体设计及 六角回转刀架 设计 二、主要设计参数及技术指标 1、 X 轴 (横向 )、 纵向 )改为微机控制，采用步进电机或直流伺服电机驱动，滚珠丝杠传动。其中 X 轴 (横向 )脉冲当量： 冲， Z 轴 (纵向 )脉冲当量： 冲。 2、 实现功能：车削外圆、端面、圆弧、圆锥及螺纹加工 3、 操作要求：起动、点动、单步运行、自动循环、暂停、停止 4、 采用回转刀架及液压尾座 5、 其余参数见原机床 三、毕业设计内 容及工作量 （一） 设计计算说明书 一份 字 （二）、 图纸部分 1、普通车床数控化改造总体方案图 2、机床尺寸联系图 3、主要部件装配图（主轴箱等） 4、数控机床硬件电路图 做） V 四 毕业设计的基本要求： 能按时独立完成毕业设计规定的全部内容，方案选择正确，论据充分，对设计中的主要问题分析深入，解决合理，有独立见解，能很好运用所 学理论和提供的资料解决设计中的问题，能独立查阅和正确引用中外文参考资料，说明书文字通顺、清楚、选用数据论证合理、计算准确，图面整洁。 五、 进程安排 序号 主 要 任 务 时间 备注 1 查阅文献、调研、收集资料、实习 2 总体方案图 3 机床尺寸联系图 4 主要部件装配图 5 编写设计计算说明书 6 准备答辩 六 数控机床设计 陈婵娟主编 化学工业出版社 经 济型数控机床系统设计张新义主编 机械工业出版社 新编机床数控技术 任玉田主编 北京理工大学出版社 机床设计图册 上海纺织工学院等主编 上海科学技术出版社 机械设计手册 成大先主编 化学工业出版社 七、 设计书的装订及格式 装订必须采用横向翻页方式。内容顺序为：封面，任务书，目录，中文摘要，中文关键词，引言，正文，结论（计算结果），参考文献，致谢。 要 本课题研究的主要目的是设计出与 430式数控车床相匹配的液压尾座系统，本课题将以其尾座为研究对象，设计出符合该车床的液压尾座。 为了完成本课题的设计，在设计之前的准备工作必须做好，首先是搜集和分析资料，主要包括国内外数控机床的发展现状；液压技术和 液压传动系统的基本资料；同等机床液压尾座的图纸和资料等。其次是初步确定液压尾座的总体布局，包括配置形式、液压系统的布置及 选择液压能源及相应的配套元件 等。最后主要是关于尾座的设计计算。 关键词 : 数控机床 尾座 液压系统 液压缸 设计 校核 录 第 1 章 绪论 . 1 控机床及其特点 . 1 控机床的工艺范围及加工精度 . 1 控机床的经济分析 . 2 控机床的发展趋向 . 3 第 2 章 数控机床总体方案的制订及比较 . 6 体方案比较 . 6 控车床方案确定 . 6 第 2 章 数控机床总体方案的制订及比较 . 7 体方案比较 . 7 计要求 . 8 控车床方案确定 . 10 床设计的总体任务 . 11 动系统方案确定 . 11 服系统的选择 . 11 动方式的选择 . 12 控系统软硬件总体设计 . 12 控系统硬件结构 . 13 控系统软件结构 . 13 第 3 章 确定切削用量及选择刀具 . 14 . 14 . 14 . 15 . 15 . 18 第 4 章 传动系统图的设计计算 . 19 数的确定 . 19 4. 2 传动设计 . 21 速图的拟定 . 23 第 5 章 尾座部分的设计 . 26 座套筒的设计 . 27 座体的设计 . 28 座顶尖的设计 . 28 压缸的设计 . 28 座导轨的设计 . 29 座孔系设计 . 29 合 . 30 筒孔的设计 . 30 和键的设计 . 30 度、转角、液压缸内径、锁紧力的计算及校核 . 31 度的计算 . 32 角的计算 . 32 板处螺栓直径的校核 . 33 压缸内径的校核 . 34 座锁紧力的验算 . 34 第 6 章 尾座精度的设计 . 35 面粗糙度的确定 . 35 座与机床形位公差的确定 . 35 面及立导向面形位公差的确定 . 36 第 7 章 电路控制原理图设计 . 37 件电路设计 . 37 控系统的硬件结构 . 37 控 系统硬件电路的功能 . 38 于各线路元件之间线路连接 . 38 于电路原理图的一些说明 . 39 总结 . 43 参考文献 . 44 谢 . 45 1 第 1 章 绪论 控机床及其特点 数控机床是一种高效能自动加工机床，是一种典型的机电一体化产品。与普通机床相比，数控机床具有如下一些优点： 数控机床的机械 结构主要由传动系统、支承部件、分度台等部分组成。传动系统的作用是把运动和力由动力源传递给机床执行件，而且要保证传递过程中有良好的动态特性。传动系统在工作过程中，经常受到激振力和激振力矩的作用，使传动系统的轴组件产生弯曲和扭转振动，从而影响机床的工作性能。随着机床切削速度的提高和自动化方向的发展，传动系统的结构组成越来越简单，但对其机械结构性能的要求却越来越高，从而使传统的设计方法远远达不到要求，这样，各种设计理论的研究和使用就得到了迅猛的发展。 数控机床是高精度和高生产率的自动化机床，其加工过程中的动作顺序 、运动部件的坐标位置及辅助功能，都是通过数字信息自动控制的，操作者在加工过程中无法干预，不能像在普通机床上加工零件那样，对机床本身的结构和装配的薄弱环节进行人为补偿，所以数控机床几乎在任何方面均要求比普通机床设计得更为完善，制造得更为精密。为满足高精度、高效率、高自动化程度的要求，数控机床的结构设计已形成自己的独立体系，在这一结构的完善过程中，数控机床出现了不少完全新颖的结构及元件。与普通机床相比，数控机床机械结构有许多特点。 控机床的工艺范围及加工精度 随着机械制造生产模式的演变 ,对机械制造装备提 出了不同的要求 0 年代“刚性 ”生产模式下，通过提高效率，自动化程度 ,进行单一或少品种的大批量生产，以“规模经济 ”实现降低成本和提高质量的目的。从 90 年代开始，为了对世界生产进行快速响应，逐步实现社会制造资源的快速集成，要求机械制造装备的柔性化程度更高 ,采用拟实制造和快速成形制造技术。 工业发达国家都非常注重机械制造业的发展，为了用先进技术和工艺装备制造业，2 机械制造装备工业得到先发展。对比之下，我国目前机械制造业的装备水平还比较落后，表现在大部分工厂的机械制造装备基本上是通用机床加专用工艺装备，数控机床在 机械制造装备中的比重还非常低，导致 “刚性 ”强 ,更新产品速度慢，生产批量不宜太小，生产品种不宜过多；自动化程度基本上还是 “一个工人，一把刀，一台机床 ”，导致劳动生产率低下，产品质量不稳定。 因此，要缩小我国同工业发达国家的差距 ,我们必须在机械制造装备方面大下功夫，其中最重要的一个方面就是增加数控机床在机械制造装备中的比重。 数控设备的发展方向六个方面：智能化、网络化、高速、高精度、符合、环保。目前德国和瑞士的机床精度最高，综合起来，德国的水平最高，日本的产值最大。美国的机床业一般。中国大陆、韩国。台湾属于同一 水平。但就门类、种类多少而言，我们应该能进世界前 4名。 数控系统 由显示器、控制器伺服、伺服电机、和各种开关、传感器构成。目前世界最大的三家厂商是：日本发那客、德国西门子、日本三菱；其余还有法国扭姆、西班牙凡高等。国内由华中数控、航天数控等。国内的数控系统刚刚开始产业化、水平质量一般。高档次的系统全都是进口。 华中数控这几年发展迅速，软件水平相当不错，但差就差在电器硬件上，故障率比较高。华中数控也有意向数控机床业进军，但机床的硬件方面不行，质量精度一般。目前国内一些大厂还没有采用华中数控的。广州机床厂的简易 数控系统也不错。 我们国家机床业最薄弱的环节在数控系统。 机床精度 工精度（包括尺寸精度和几何精度）、定位精度、重复定位精度等 5 种。 前我们国家内承认的大致是四种体系：德国 准、日本 准、国际标准 准、国标 标和国际标准差不多。 看它的重复定位精度，一台机床的重复定位精度如果能达到 准 .、统计法 ),就是一台高精度机床，在 准 .、统计法 )以下，就是超高精度机床，高精 度的机床，要有最好的轴承、丝杠。 只要求机床精度高，还要有好的工艺方法、好的夹具、好的刀具。 控机床的经济分析 目前世界著名机床厂商在我国的投资情况 1. 2000年，世界最大的专业机床制造商马扎克（ 宁夏银川投资建了名为 “宁夏小巨人机床公司 ”的机床公司，生产3 数控车床、立式加工中心和车铣复合中心。机床质量不错，目前效益良好，年产 600 台，目前正在建 2 期工程，建成后可以年产 1200 台。 2. 2003 年，德国著名的机床制造商德马吉在上海投资建厂，目前年组装生产数控车 床和立式加工中心 120台左右。 3. 2002年，日本著名的机床生产商大隈公司和北京第一机床厂合资建厂，年生产能力为 1000台，生产数控车床、立式加工中心、卧式加工中心。 前生产能力不知。 生产能力 800 台。 民营企业进入机床行业情况 2000年投产，生产数控车床、加工中心。年生产能力 300 台。 2 2004年，浙江宁波著名的铸塑机厂商海天公司投资生产机床，主要是从日本引进技术，目前刚开始，起点比较高。 3 2002年，西安北村投产，名字象日本的，其实老板是中国人，采用日本技术。生产小型仪表数控车床，水平相当不错。 军工企业技情况 军工企业得到国家拨款开始于当年 “大使馆被炸 ”，后来台湾阿扁上台后，大规模技开始了，军工企业进入新一轮的技高峰，我们很多军工企业开始停止购买普通设备。尤其是近 3年来，我们的军工企业从欧洲和日本买了大批量的先进数控机床。也从国内机床厂哪里采购了大批普通数控机床，国内机床厂商为了迎接这次大技，也引进了不少先进技术，争取军工企业的高端订单。 听在军工企业的朋友讲，阿扁如果再能 “顶 ”三年， 我们的整体水平会上一个台阶。 其实，胡锦涛总书记掌权以来，已经把国防事业提到了和经济发展一样的高度上，他说，我们要建立和经济发展相适应的国防能力，相信再过 10 年，随着我国国防工业和汽车行业的发展，我们国家会诞生世界水平的机床制造商，也将会超越日本，成为世界第一机床生产大国。 控机床的发展趋向 数控技术是先进制造技术的核心，是制造业实现自动化、网络化、柔性化、集成化的基础。数控装备的整体水平标志着一个国家工业现代化水平和综合国力的强弱。 随着柔性制造系统的迅速发展和计算机集成系统的不断成熟，对数控 加工技术提出了更高要求。当今数控机床信息化正朝着以下几个方面发展。 高速度、高精度化。速度和精度是数控机床的两个重要指标，它直接关系到加工效4 率和产品质量。目前，我国生产的第六代数控机床系统均采用位数、频率更高的处理器，以提高系统的基本运算速度，使得高速运算、模块化及多轴成组控制系统成为可能。同时，新一代数控机床将采用超大规模的集成电路和多微处理器结构，以提高系统的数据处理能力。 智能化。现代数控机床的智能化发展将通过对影响加工精度和效率的物理量进行检测、建模、提取特征、自动感知加工系统的内部状态及外部环 境，快速作出实现最佳目标的智能决策，对机床的工艺参数进行实时控制，使机床的加工过程处于最佳状态。 基于 数控编程自动化。随着计算机应用技术的发展，目前 数控技术发展的新趋势。它是利用 计算机内的刀具轨迹数据进行计算和后置处理，从而自动生成数控机床零部件加工程序，以实现 集成。随着 术的发展，当前又出现了 编程所需的加工工艺参数不必由人工参与，直接从系 统内的 据库获得，推动数控机床系统自动化的进一步发展。 一 、 是高速加工技术发展迅速 高速加工技术发展迅速，在高档数控机床中得到广泛应用。应用新的机床运动学理论和先进的驱动技术，优化机床结构，采用当前数控机床技术发展趋势 高性能功能部件，移动部件轻量化，减少运动惯性。在刀具材料和结构的支持下，从单一的刀具切削高速加工，发展到机床加工全面高速化，如数控机床主轴的转速从每分钟几千转发展到几万转、几十万转；快速移动速度从每分钟十几米发展到几十米和超过百米；换刀时间从十几秒下降到 10秒、 3秒、 1秒以 下，换刀速度加快了几倍到十几倍。应用高速加工技术达到缩短切削时间和辅助时间，从而实现加工制造的高质量和高效率。 二 、 是精密加工技术有所突破 通过机床结构优化、制造和装配的精化，数控系统和伺服控制的精密化，高精度功能部件的采用和温度、振动误差补偿技术的应用等，从而提高机床加工的几何精度、运动精度，减少形位误差、表面粗糙度。加工精度平均每 8年提高 1倍，从 1950年至 2000年 50年内提升 100倍。目前，精密数控机床的重复定位精度可以达到 1m，进入亚微米5 超精加工时代。 三 、 是技术集成和技术复合趋势明显 技术集成 和技术复合是数控机床技术最活跃的发展趋势之一，如工序复合型 车、铣、钻、镗、磨、齿轮加工技术复合，跨加工类别技术复合 金切与激光、冲压与激光、金属烧结与镜面切削复合等，目前已由机加工复合发展到非机加工复合，进而发展到零件制造和管理信息及应用软件的兼容，目的在于实现复杂形状零件的全部加工及生产过程集约化管理。技术集成和复合形成了新一类机床 复合加工机床，并呈现出复合机床多样性的创新结构。 四 、 是数字化控制技术进入了智能化的新阶段 数字化控制技术发展经历了三个阶段 :数字化控制技术对机床单机控制；集合生产管 理信息形成生产过程自动控制；生产过程远程控制，实现网络化和无人化工厂的智能化新阶段。智能化指工作过程智能化，利用计算机、信息、网络等智能化技术有机结合，对数控机床加工过程实行智能监控和人工智能自动编程等。加工过程智能监控可以实现工件装卡定位自动找正，刀具直径和长度误差测量，加工过程刀具磨损和破损诊断、零件装卸物流监控，自动进行补偿、调整、自动更换刀具等，智能监控系统对机床的机械、电气、液压系统出现故障自动诊断、报警、故障显示等，直至停机处理。随着网络技术的发展，远程故障诊断专家智能系统开始应用。数控系统具有 在线技术后援和在线服务后援。人工智能自动编程系统能按机床加工要求对零件进行自动加工。在线服务可以根据用户要求随时接通 受远程服务。采用智能技术来实现与管理信息融合下的重构优化的智能决策、过程适应控制、误差补偿智能控制、故障自诊断和智能维护等功能，大大提高成形和加工精度、提高制造效率。信息化技术在制造系统上的应用，发展成柔性制造单元和智能网络工厂，并进一步向制造系统可重组的方向发展。 五 、 是极端制造扩张新的技术领域 极端制造技术是指极大型、极微型、极精密型等极端条件下的制造技术。极端制造技术是 数控机床技术发展的重要方向。重点研究微纳机电系统的制造技术，超精密制造、巨型系统制造等相关的数控制造技术、检测技术及相关的数控机床研制，如微型、高精度、远程控制手术机器人的制造技术和应用；应用于制造大型电站设备、大型舰船和航6 空航天设备的重型、超重型数控机床的研制； 业等高新技术的发展需要超精细加工和微纳米级加工技术，研制适应微小尺寸的微纳米级加工新一代微型数控机床和特种加工机床；极端制造领域的复合机床的研制等。 第 2 章 数控机床总体方案的制订及比较 体方案比较 总体方案应考虑车床数控系统的运动 方式、进给伺服系统的类型、数控系统 选择，以及进给传动方式和执行机构的选择等。 数控车床后应具有单坐标定位，两坐标直线插补、圆弧插补以及螺纹插补的功能。因此，数控系统应设计成连续控制型。 属于经济型数控机床，在保证一定加工精度的前提下，应结构简化，降低成本。因此，进给伺服系统采用步进电动机的开环控制系统。 比较项目 方案一 方案二 确定后的方案 具体原因 主轴箱 分级变速采用 调速电机 + 齿轮传动 采用三相异步 电机 +减速器 方案一 变速级数比较多 满足多种加工 需要，也符合 任务书要求 进给机构 滚珠丝杠 +步进电机 滚珠丝杠 +伺服电机 方案一 脉冲当量 步进电机控制 的准确 刀架 四工位回转 刀架 六工位回转 刀架 都可以 各有各的好处 尾座 液压尾座 手动普通尾座 液压尾座 可通过数控系统 调整方便 数控系统 8位单片机 16位单片机 方案一 基本需求可以满足 控 车床方案确定 (1) 主传动系统设计 7 为了保证主轴在运动时有准确的定位，安装主传动的定位检测装置。采用电气式主轴准停装置，利用磁力传感器检测定位。只要数控系统发出指令信号，主轴就可以准确的定位。这种磁力传感器的工作 原理是，在主轴上装上永磁铁和主轴一起旋转，在距离磁铁 定一个磁传感器，当传感器发出信号后经过放大，由定向电路使电动机准确的停止在规定的周向位置上。将主传动采用变频交流电动机无级调速。低档转速为 270档转速为 1500各档内可以实现无级调速。与原立式车床的机械结构相比比较简单，这是因为变速功能全部或大部分由主轴电动机的无级调速来承担，省去了复杂的齿轮变速机构，主传动系统是一个开环控制的交流变频调速系统，通过软件来实现它的调速。 (2) 进给 传动系统设计 进给采用滚珠丝杠，并由齿轮箱与滚珠丝杠连接，使机床的机械传动部分具有高静态、动态刚度；运动副之间的摩擦因数小，传动无间隙；功率大；便于操作和维修。，其定位精度为 复定位精度为 0 005 (3) 数控系统的设计 采用 用模块化设计方案，从总体上分为人机界面模块、坐标进给模块、变频调速控制模块、串行通信模块、液压系统、冷却系统、润滑系统及基于 89用变频调速的原理，设计主轴的无级变频调速系统；通过插补算法，实现步进电机 的准确定位以便达到工件的精确度；通过键盘和显示模块，实现程序的编辑和显示；通过其他辅助系统的设计，实现机床功能的完善化。 第 2 章 数控机床总体方案的制订及比较 体方案比较 总体方案应考虑车床数控系统的运动方式、进给伺服系统的类型、数控系统 选择，以及进给传动方式和执行机构的选择等。 数控车床后应具有单坐标定位，两坐标直线插补、圆弧插补以及螺纹插补的功能。因此，数控系统应设计成连续控制型。 属于经济型数控机床，在保证一定加工精度的前提下，应结构简化，降低成本。因此，进给伺服系统采用步进电动机的 开环控制系统。 8 比较项目 方案一 方案二 确定后的方案 具体原因 主轴箱 分级变速采用 调速电机 + 齿轮传动 采用三相异步 电机 +减速器 方案一 变速级数比较多 满足多种加工 需要，也符合 任务书要求 进给机构 滚珠丝杠 +步进电机 滚珠丝杠 +伺服电机 方案一 脉冲当量 步进电机控制 的准确 刀架 四工位回转 刀架 六工位回转 刀架 都可以 各有各的好处 尾座 液压尾座 手动普通尾座 液压尾座 可通过数控系统 调整方便 数控系统 8位单片机 16位单片机 方案一 基本需求可以满足 计 要求 设计参数包括车床的部分技术参数和设计数控进给伺服系统所需要的参数。 现列出 430式车床的技术数据： 名称 技术参数 在床身上 430件最大直径 在刀架上 225尖间最大距 离 650;900;1400;1900 制螺纹 10 种 ) 加工螺纹范围 英制螺纹 t/m 20 种 ) 模数螺纹 1 种 ) 径节螺纹 t/m 74 种 ) 最大通过直径 48锥度 莫氏 6# 主轴
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