摘 要
本次设计任务来源于校企合作开发课题。
先调研数控车床的发展状况，随着科学技术的发展，机械产品结构越来越合理，其性能、精度和效率日趋提高更新换代频繁，生产类型由大批大量生产向多品种小批量生产转化。因此，对机械产品的加工相应得提出了高精度、高柔性与高度自动化的要求。数字控制机床就是为了解决单件、小批量、特别是复杂型面零件加工的自动化并保证质量要求而产生的。
该设计主要考虑两大方面：数控部分和机械部件。首先进行数控车床总体方案的比较，然后确定最佳方案，完成半闭环数控车床的总体布局，绘制出半闭环数控车床的传动系统图，数控车床总体的尺寸联系图。通过对切削力的计算来设计进给系统、刀架、主轴卡盘的夹紧、液压尾座的行程等。完成该数控车床总体设计，总体布局，绘制尺寸联系总图一份，以及床身设计，绘制床身零件图，底座设计，绘制底座零件图。对车床振动的分析来提出加强机床刚度的方法，还有设计该数控机床的排屑装置及尾架装置。最后叙述该机床平时的维护及保养，有利于机床的正常运转。
预期成果设计出符合机械厂要求的通用型的，半闭环，斜床身，双轴联动，卧式数控车床，尽量满足生产需要，使我们设计的数控机床可靠性，加工精度，变速范围，操作宜人性，工作效率及防护结构，造型等诸多方面更加适合实际的使用要求。
关键词：半闭环；数控车床；总体设计；
Abstract
This design task comes from the school-enterprise cooperation and development issues. Development of the first investigation of CNC lathe, with the development of science and technology, mechanical product structure more reasonable, and its performance, efficiency and precision of increasingly improved frequent replacement, production types from mass production to the many varieties of small batch production. Therefore, the processing machinery products corresponding to the high precision, high flexibility and high automation. Digital control of machine tool is to solve the one-piece, small batch, especially in the automatic processing of complex surface parts and ensure the quality requirement and produce.
This design mainly consider two aspects: numerical control part and mechanical part. First compared the overall scheme of CNC lathe, and then determine the optimal scheme, to complete the overall layout of CNC lathe, draw the diagram of transmission system semi-closed-loop CNC lathe, CNC lathe overall contact map size. To the design of feed system, turret, spindle chuck through calculation of cutting force, the clamping hydraulic tailstock travel. To complete the overall design of the CNC lathe, general layout, drawing a connection dimension in general, and the body design, drawing machine parts drawing, base design, drawing the base part drawing. Analysis on the lathe vibration proposed method to strengthen the stiffness of machine tools, as well as the design of the CNC machine tool cutting device and a tail frame device. Finally, describes the machine daily maintenance and maintenance, is conducive to the normal operation of the machine.
The expected results of design to meet the requirements of general machinery factory, half closed, slant bed lathe, CNC horizontal lathe, biaxial linkage, as far as possible to meet the need of production, reliability, CNC machine tools enable us to design the machining accuracy, speed range, operation comfort, efficiency and protection structure, other aspects are more suitable for practical use requirements.
Key words: Half closed loop； CNC lathe； The overall design;
目录
摘 要 III
Abstract IV
目录 V
1 绪论 1
1.1 本课题的研究内容和意义 1
1.1.1 本次课题的意义 1
1.1.2 本次课题的目的 1
1.1.3 本次课题的所要达到的技术要求 1
1.2 国内外的发展概况 2
1.2.1 国内外数控机床的形势 2
1.2.2 数控机床未来发展趋势 3
1.3 本课题应达到的要求 4
2 数控机床总体方案的比较及其确定 5
2.1 调研情况 5
2.2 总体方案比较及确定 5
2.2.1 机床的总体布局 5
2.2.2 机床总体布局的基本要求 5
2.2.3 影响总体布局的因素 6
2.2.4 简述数控车床的特点 6
2.2.5 数控车床总体设计方案1 6
2.2.6 数控车床总体设计方案2 8
2.2.7 数控车床总体设计方案的确定 10
3 数控车床总体设计 11
3.1 数控机床的工作原理 11
3.2 数控机床的组成 11
3.2.1 程序编制及程序载体 11
3.2.2输入装置 11
3.2.3数控装置及强电控制装置 11
3.2.4伺服驱动系统及位置检测装置 12
3.2.5 机床的机械部件 12
3.3 参数确定 13
3.3.1 主参数和基本参数 13
3.3.2 切削用量的选择 13
3.3.3 运动参数和动力参数的计算 14
3.4 数控车床传动系统图 14
3.5 数控车床总体联系图 15
3.6 机床的润滑与维护 17
4 数控车床部件设计 18
4.1 机床底座，床身大件类的设计要求，方法 18
4.2 机床的振动和提高刚度措施 18
4.2.1 机床振动的类型 18
4.2.2 提高机床结构动刚度的措施 19
4.3 机床热变形的形成及其特点 20
4.4 床身与底座的结构设计 21
4.5 机床的隔振 22
4.6 排屑装置的设计 23
4.7 尾架装置的设计 26
5 数控机床的维护与保养 27
6 结论 29
致谢 30
参考文献 31
附录 32
1 绪论
1.1 本课题的研究内容和意义
1.1.1 本次课题的意义
随着科学技术发展，机械产品结构越来越合理，其性能、精度和效率日趋提高更新换代频繁，生产类型由大批大量生产向多品种小批量的生产转化。因此，对机械产品的加工相应得提出了高精度、高柔性与高度自动化的要求。
大批大量的产品，如汽车，拖拉机和家用电器的零件，为解决高产优质的问题，多采用专用的自动生产线和自动化车间进行生产。但是应用这些专用生产设备，生产准备周期增长。在机械产品中，单件与小批量产品占到70—80％，这类产品一般都采用通用机床加工，当产品改变时，机床与工艺装备均需作相应的变换和调整，而且通用机床的自动化程度不高，基本上由人工操作，难于提高生产效率和保证产品质量。特别是一些由曲线，曲面轮廓组成的复杂零件，只能借助靠仿形机床，或借助划线和样板用手工操作的方法来加工，加工精度和生产效率受到很大的限制。
数字控制机床就是为了解决单件、小批量、特别是复杂型面零件加工的自动化并保证质量要求而产生的。
柔性制造技术的发展，已经形成了在自动化程度和规模上不同的多钟层次和级别的柔性制造系统。带有自动换刀装置的数控加工中心，是柔性制造的硬件基础，是制造系统的基本级别。在多台加工中心机床或柔性制造单元的基础上，增加刀具和工件在加工设备与包装之间的流通传输和存贮，和必要的工件清洗和尺寸检查设备，并由高一级的计算机整个系统进行控制和管理，这样就构成柔性制造体统。它可以实现多品种的全部机械加工或部件装配，DNC的控制原理是它的控制基础。
随着科学技术和制造工业的飞速发展，迫切需要实现机器的智能化和脑力劳动自动化，以便于适应市场产品需求多变的要求。自动化制造技术不仅需要发展车间制造过程的自动化，而且要全面实现从生产决策，产品设计，市场预测直到销售的整个生产活动的自动化，特别是技术和管理科室的自动化，将这些要求综合成一个完整的生产制造系统，即所谓的计算机集成制造系统。它将一个制造工厂的生态活动进行有机的集成，以实现更高效益，更高柔性的智能化生产。该系统是当今自动化制造技术发展的最高阶段。
1.1.2 本次课题的目的
根据校企合作开发要求设计一通用型的，半闭环，斜床身，双轴联动，卧式数控车床。在进行机床的总体布局的设计过程中逐渐了解机床的加工原理即机床各部件的相对运动关系，结合考虑工件的形状，尺寸和位置等因素，来确定各部件之间的相对位置，和床身、底座等部分部件的选择和设计。
1.1.3 本次课题的所要达到的技术要求
主轴转速范围： 40—4000rmp；
最大车削直径： Φ200mm；
最大切削长度l： l=750mm.
1.2 国内外的发展概况
1.2.1 国内外数控机床的形势
在国外市场，德国、美国、日本等几个国家基本都掌控了中高档数控系统。国外的主要数控系统制造商有西门子、法拉克（FANUC）、三菱电机、海德汉等。随着国际学术及产业界对开放式数控系统研究的日益推进，我国的相关研究也越来越受到重视。经过几十年的不断发展，我国机床行业也形成了具有一定生产规模和技术水平的产业体系，国产数控系统产业发展迅速，在质与量上都取得了飞跃。国内数控系统基本占领低端数控系统市场，在中高档数控系统的研发和应用上也取得了一定的成绩。目前，数控技术正在发生根本性的变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CAD/CAM与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。
总结如下：
国内数控机床现状：
低技术水平的产品竞争激烈，互相靠压价促销；高技术水平、全功能产品主要靠进口；配套的高质量功能部件、数控系统附件主要靠进口；应用技术水平较低，联网技术没有完全推广使用；自行开发能力较差，相对有较高技术水平的产品主要靠引进图纸、合资生产或进口件组装。
随着我国工业化进程的不断推进与发展，数控机床发展也是突飞猛进，高速高效方向、自诊断方向、网络化方向、模块化方向已成为数控机床未来发展的趋势与方向。近年来，在国家863计划和科技攻关计划多年连续的支持下，企业生产数控机床的积极性和成果也不断地丰富起来。陆续开发研制了如华中系列、航天系列、中华系列等数控系统。
国外数控机床现状：
（1） 高速高精与多轴加工成为数控机床的主流，纳米控制已经成为高速高精加工的潮流。
（2） 多任务和多轴加工的数控机床越来越多地应用到能源、航空航天等行业。
（3） 机床与机器人的集成应用日趋普及，并且结构形式多样化，应用范围扩大化，运动速度高速化，多传感器融合技术实用化，控制功能智能化，多机器人协同普及化。
（4） 智能化加工与监测功能不断扩充，车间的加工监测与管理可实时获取机床本身的状态信息，分析相关数据，预测机床的状态，提前进行相关的维护，避免事故的发生，减少机床的故障率，提高机床的利用率。
（5） 最新的机床误差检测和补偿技术能够在较短的时间内完成对机床的补偿测量，与传统的激光干涉仪相比，对机床误差的补偿精度能够提高了3～4倍，同时效率得到大幅度地提升。
（6） 最新的CAD/CAM技术为多轴多任务数控机床的加工提供了强有力的支持，可以大幅度地提高加工效率。
（7） 刀具技术发展迅速，众多刀具的设计涵盖整个加工过程，并且新型刀具能够满足平稳加工以及抗振性能的要求。
1.2.2 数控机床未来发展趋势
（1） 高速化、高精度化：采用高速的32位以上的微处理器，可以提高数控系统的分辨率及实现连续小程序段的高速、高精加工，通过减少数控系统误差和采用补偿技术可提高数控机床的加工精度。它直接关系到加工效率和产品的质量。高速度、超精度加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。
（2） 多功能化：在零件加工过程中有大量的无用时间消耗在工件的搬运、上下料、安装调整、 换刀和主轴的升、降速上，为了尽可能降低这些无用时间，人们希望将不同的加工功能整合在同一台机床上， 因此数控机床实现了一机多功能，以最大限度地提高 设备利用率。另外前台加工、后台编辑的前后台功能，充分提高其工作效率和机床利用率。数控机床还具有更高的通讯功能，现代数控机床除具有通信口，DNC功能外，还具有网络功能。
（3） 智能化：引进了自适应控制技术.自适应控制（Adaptive Control，简称AC）技术是能调节在加工过程中所测得的工作状态特性，且能使切削过程达到并维持最佳状态的技术。其重点是以提高系统的可靠性、实用化为前提，以易于联网和集成为目标；注重加强单元技术的开拓和完善；CNC单机向高精度、高速度和高柔性方向发展；数控机床及其 构成柔性制造系统能方便地与CAD、CAM、CAPP、MTS联结，向信息集成方向发展；网络系统向开放、集成和智能化方向发展。智能化是二十一世纪制造技术发展的一个大方向。
（4） 模块化：模块化的设计思想已经广泛应用于各设计行业。数控机床设计也不例外的广泛使用模块制造功能各异的设备。所设计的模块往往是通用的企业用户可以根据生产需要随时更换所需模块。采用模块化思想的数控机床增加了数控机床的灵活性降低了企业生产成本，提高了企业生产效率，增强企业竞争的能力。严格按照模块化的设计思想设计数控机床，不仅能够有效的保障操作员和设备运行的安全，同时也是保证数控车床能够达到产品技术性能、充分发挥数控机床的加工特点。此外，模块化的设计还有助于增强数控车床的使用效率，减少故障率，提高数控车床的生产水平。
（5） 自诊断化：随着人工智能技术的不断成熟与发展，数控机床性能也得到了明显的改善。在新一代的数控机床控制系统中大量地采用了模糊控制系统、神经网络控制系统和专家控制系统使数控机床的性能大大改善。采用高通过数控机床自身的故障诊断程序，自动实现对数控机床硬件设备、软件程序和其他附属设备进行故障诊断和自动预警。数控机床可依据现有的故障信息，实现快速定位故障源，并给出故障排除建议，使用者可以通过自动预警提示及时解决故障问题，实现故障自恢复防止和解决各种突发性事件时从而进行相应的保护。
应用前景：由于产品的多样化和产品更新快是当前机械制造业的明显特点。因而多品种，中小批量生产越来越占优势。由于加工不大的零件占有很大的比例，这就要求加工设备有很大的灵活性，而新型产品中所需要零件的精度越来越高，形状也变得相当复杂，这就要求具有高的效率和加工精度。由于以上几点具体要求结合成一体的分析，用一般的普通机床是无法满足现代社会化发展的需要。
1.3 本课题应达到的要求
为了提高设计质量和速度，要重视设计方法和设计工具的现代化，要积极推广应用价值工程，优化设计工具的现代化，要积极推广应用价值工程，优化设计，可靠性设计，艺术造型设计，计算机绘图等。
通过查阅专业文献资料初步掌握数控车床总体设计的相关知识,参加工厂的生产实践,在生产中学习、思考、分析，从而设计出符合机械厂要求的通用型的，半闭环，斜床身，双轴联动，卧式数控车床，满足生产需要，尽量使我们设计的数控机床可靠性，加工精度，变速范围，操作宜人性，工作效率及防护结构，造型等诸多方面更加适合实际的使用要求。其中本次课题主要考虑完成该半闭环数控机床的总体方案设计，完成总体布局，绘制出该机床的尺寸联系总图，完成对床身和底座的设计，并绘制零件图。
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