Φ320mm的数控车床总体设计及液压尾座设计【全套CAD图纸和毕业论文】【独家设计】【精品论文】
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数控车床
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摘 要
数控机床作为机电液气一体化的典型产品，能解决机械制造中结构复杂、精密、批量、零件多变的问题，加工质量稳定，生产效率较高。
本文的主要内容有：
1．介绍数控车床数控化设计的目的意义及设计的必要性；
2.对Φ320mm数控车床进行经济性评价详细论证，确定数控车床设计方案；
3.设计液压尾座；
4.绘出相应的装备图；
5．给出数控车床的安装、调试方法。
关键词：数控车床，数控，设计
目 录
第1章 数控机床发展概述1
1.1数控机床1
1.1.1数控机床的特点1
1.1.2数控机床的发展简史1
1.1.3数控机床的分类2
1.1.4数控机床的组成5
1.1.5数控机床的数字控制6
1.1.6数控机床的伺服机构6
1.1.7数控机床的关键零部件7
1.1.8数控机床的发展方向7
1.2数控机床的工艺范围及加工精度11
1.2.1工艺范围11
1.2.2加工精度11
1.3数控机床的经济分析12
1.4数控机床的发展趋向14
第2章 数控机床总体方案的制订及比较15
2.1总体方案设计的内容15
2.1.1系统运动方式的确定15
2.1.2伺服系统的选择16
2.1.3执行机构传动方式的确定16
2.1.4计算机的选择16
2.2总体设计方案的确定17
2.2.1系统的运动方式与伺服系统的选择17
2.2.2计算机系统17
2.2.3机械传动方式17
第3章 液压尾座总体设计17
3.1 液压尾座研究背景和意义17
3.2液压系统的发展现状18
3.3论文的主要研究内容21
3.4尾座的整体设计21
第4章 尾座各部分的具体结构设计23
4.1尾座体的设计23
4.2尾座主轴的设计24
4.3尾座顶尖的设计24
4.4螺塞缸的设计25
4.5尾座导轨的设计25
4.6尾座孔系设计26
4.6.1主轴孔的设计26
4.6.2孔和键的设计27
4.6.3配合27
4.6.4密封及偏心轴的设计28
4.7挠度、转角、锁紧力的计算及校核28
4.7.1挠度的计算29
4.7.2转角的计算29
4.7.3压板处螺栓的选择及校核29
第5章 尾座精度的确定31
5.1表面粗糙度的确定31
5.2尾座与机床形位公差的确定31
5.3底面及立导向面形位公差的确定32
第6章 数控硬件电路设计33
6.1硬件电路设计33
6.1.1 数控系统的硬件结构33
6.1.2 数控系统硬件电路的功能33
6.2关于各线路元件之间线路连接34
6.3关于电路原理图的一些说明35
总 结38
参考文献39
致 谢40
第1章 数控机床发展概述
1.1数控机床
数字控制机床是用数字代码形式的信息（程序指令），控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床，简称数控机床。
1.1.1数控机床的特点
数控机床具有广泛的适应性，加工对象改变时只需要改变输入的程序指令；加工性能比一般自动机床高，可以精确加工复杂型面，因而适合于加工中小批量、改型频繁、精度要求高、形状又较复杂的工件，并能获得良好的经济效果。
随着数控技术的发展，采用数控系统的机床品种日益增多，有车床、车床、镗床、钻床、磨床、齿轮加
- 内容简介：
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I毕业设计说明书毕业设计说明书设计题目：设计题目：320mm320mm 的数控车床总体设计及液压尾座设计的数控车床总体设计及液压尾座设计 学学 生生 班班 级级 学学 号号 指导教师指导教师 继 续 教 育 学 院二零一二年九月II摘摘 要要数控机床作为机电液气一体化的典型产品，能解决机械制造中结构复杂、精密、批量、零件多变的问题，加工质量稳定，生产效率较高。本文的主要内容有：1介绍数控车床数控化设计的目的意义及设计的必要性；2.对 320mm 数控车床进行经济性评价详细论证，确定数控车床设计方案；3.设计液压尾座；4.绘出相应的装备图；5给出数控车床的安装、调试方法。关键词：数控车床，数控，设计III目目 录录第 1 章 数控机床发展概述.11.1 数控机床.11.1.1 数控机床的特点.11.1.2 数控机床的发展简史.11.1.3 数控机床的分类.21.1.4 数控机床的组成.51.1.5 数控机床的数字控制.61.1.6 数控机床的伺服机构.61.1.7 数控机床的关键零部件.71.1.8 数控机床的发展方向.71.2 数控机床的工艺范围及加工精度.111.2.1 工艺范围.111.2.2 加工精度.111.3 数控机床的经济分析.121.4 数控机床的发展趋向.14第 2 章 数控机床总体方案的制订及比较.152.1 总体方案设计的内容.152.1.1 系统运动方式的确定.152.1.2 伺服系统的选择.162.1.3 执行机构传动方式的确定.162.1.4 计算机的选择.162.2 总体设计方案的确定.172.2.1 系统的运动方式与伺服系统的选择.172.2.2 计算机系统.172.2.3 机械传动方式.17第 3 章 液压尾座总体设计.173.1 液压尾座研究背景和意义.173.2 液压系统的发展现状.18IV3.3 论文的主要研究内容.213.4 尾座的整体设计.21第 4 章 尾座各部分的具体结构设计.234.1 尾座体的设计.234.2 尾座主轴的设计.244.3 尾座顶尖的设计.244.4 螺塞缸的设计.254.5 尾座导轨的设计.254.6 尾座孔系设计.264.6.1 主轴孔的设计.264.6.2 孔和键的设计.274.6.3 配合.274.6.4 密封及偏心轴的设计.284.7 挠度、转角、锁紧力的计算及校核.284.7.1 挠度的计算.294.7.2 转角的计算.294.7.3 压板处螺栓的选择及校核.29第 5 章 尾座精度的确定.315.1 表面粗糙度的确定.315.2 尾座与机床形位公差的确定.315.3 底面及立导向面形位公差的确定.32第 6 章 数控硬件电路设计.336.1 硬件电路设计.336.1.1 数控系统的硬件结构.336.1.2 数控系统硬件电路的功能.336.2 关于各线路元件之间线路连接.346.3 关于电路原理图的一些说明.35总 结.38参考文献.39V致 谢.40 1第 1 章 数控机床发展概述1.1 数控机床 数字控制机床是用数字代码形式的信息（程序指令） ，控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床，简称数控机床。1.1.1 数控机床的特点 数控机床具有广泛的适应性，加工对象改变时只需要改变输入的程序指令；加工性能比一般自动机床高，可以精确加工复杂型面，因而适合于加工中小批量、改型频繁、精度要求高、形状又较复杂的工件，并能获得良好的经济效果。 随着数控技术的发展，采用数控系统的机床品种日益增多，有车床、车床、镗床、钻床、磨床、齿轮加工机床和电火花加工机床等。此外还有能自动换刀、一次装卡进行多工序加工的加工中心、车削中心等。1.1.2 数控机床的发展简史 1948 年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制飞机螺旋桨叶片轮廓样板的加工设备。由于样板形状复杂多样，精度要求高，一般加工设备难以适应，于是提出计算机控制机床的设想。1949 年，该公司在美国麻省理工学院（MIT）伺服机构研究室的协助下，开始数控机床研究，并于 1952 年试制成功第一台由大型仿形车床改装而成的三坐标数控车床，不久即开始正式生产，于 1957 年正式投入使用。这是制造技术发展过程中的一个重大突破，标志着制造领域中数控加工时代的开始。数控加工是现代制造技术的基础，这一发明对于制造行业而言，具有划时代的意义和深远的影响。世界上主要工业发达国家都十分重视数控加工技术的研究和发展。 当时的数控装置采用电子管元件，体积庞大，价格昂贵，只在航空工业等少数有特殊需要的部门用来加工复杂型面零件；1959 年，制成了晶体管元件和印刷电路板，使数控装置进入了第二代，体积缩小，成本有所下降；1960 年以后，较为简单和经济的点位控制数控钻床，和直线控制数控车床得到较快发展，使数控机床在机械制造业各部门逐步获得推广。我国于 1958 年开始研制数控机床，成功试制出配有电子管数控系统的数控机床，1965 年开始批量生产配有晶体管数控系统的三坐标数控车床。 1965 年，出现了第三代的集成电路数控装置，不仅体积小，功率消耗少，且可靠2性提高，价格进一步下降，促进了数控机床品种和产量的发展。60 年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统（简称 DNC） ，又称群控系统；采用小型计算机控制的计算机数控系统（简称 CNC）,使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代。 1974 年，研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置（简称MNC） ，这是第五代数控系统。第五代与第三代相比，数控装置的功能扩大了一倍，而体积则缩小为原来的 1/20，价格降低了 3/4，可靠性也得到极大的提高。 80 年代初，随着计算机软、硬件技术的发展，出现了能进行人机对话式自动编制程序的数控装置；数控装置愈趋小型化，可以直接安装在机床上；数控机床的自动化程度进一步提高，具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。1.1.3 数控机床的分类数控机床的品种很多，根据其加工、控制原理、功能和组成，可以从以下几个不同的角度进行分类。一、按加工工艺方法分类1金属切削类数控机床与传统的车、铣、钻、磨、齿轮加工相对应的数控机床有数控车床、数控车床、数控钻床、数控磨床、数控齿轮加工机床等。尽管这些数控机床在加工工艺方法上存在很大差别，具体的控制方式也各不相同，但机床的动作和运动都是数字化控制的，具有较高的生产率和自动化程度。在数控数控机床加装一个刀库和换刀装置就成为数控加工中心机床。加工中心机床进一步提高了数控数控机床的自动化程度和生产效率。例如铣、镗、钻加工中心， 它是在数控车床基础上增加了一个容量较大的刀库和自动换刀装置形成的，工件一次装夹后，可以对箱体零件的四面甚至五面大部分加工工序进行铣、镗、钻、扩、 铰以及攻螺纹等多工序加工，特别适合箱体类零件的加工。加工中心机床可以有效地避免由于工件多次安装造成的定位误差，减少了机床的台数和占地面积，缩短了 辅助时间，大大提高了生产效率和加工质量。2特种加工类数控机床除了切削加工数控机床以外，数控技术也大量用于数控电火花线切割机床、数控电火花成型机床、数控等离子弧切割机床、数控火焰切割机床以及数控激光加工机床3等。3板材加工类数控机床常见的应用于金属板材加工的数控机床有数控压力机、数控剪板机和数控折弯机等。近年来，其它机械设备中也大量采用了数控技术，如数控多坐标测量机、自动绘图机及工业机器人等。二、按控制运动轨迹分类1点位控制数控机床点位控制数控机床的特点是机床移动部件只能实现由一个位置到另一个位置的精确定位，在移动和定位过程中不进行任何加工。机床数控系统只控制行程终点的坐标 值，不控制点与点之间的运动轨迹，因此几个坐标轴之间的运动无任何联系。可以几个坐标同时向目标点运动，也可以各个坐标单独依次运动。这类数控机床主要有数控坐标镗床、数控钻床、数控冲床、数控点焊机等。点位控制数控机床的数控装置称为点位数控装置。2直线控制数控机床直线控制数控机床可控制刀具或工作台以适当的进给速度，沿着平行于坐标轴的方向进行直线移动和切削加工，进给速度根据切削条件可在一定范围内变化。直线控制的简易数控车床，只有两个坐标轴，可加工阶梯轴。直线控制的数控车床，有三个坐标轴，可用于平面的铣削加工。现代组合机床采用数控进给伺服系统，驱动动力头带有多轴箱的轴向进给进行钻镗加工，它也可算是一种直线控制数控机床。数控镗车床、加工中心等机床，它的各个坐标方向的进给运动的速度能在一定范围内进行调整，兼有点位和直线控制加工的功能，这类机床应该称为点位/直线控制的数控机床。3轮廓控制数控机床轮廓控制数控机床能够对两个或两个以上运动的位移及速度进行连续相关的控制，使合成的平面或空间的运动轨迹能满足零件轮廓的要求。它不仅能控制机床移动部件的起点与终点坐标，而且能控制整个加工轮廓每一点的速度和位移，将工件加工成要求的轮廓形状。4常用的数控车床、数控车床、数控磨床就是典型的轮廓控制数控机床。数控火焰切割机、电火花加工机床以及数控绘图机等也采用了轮廓控制系统。轮廓控制系统的结构要比点位/直线控系统更为复杂，在加工过程中需要不断进行插补运算，然后进行相应的速度与位移控制。现在计算机数控装置的控制功能均由软件实现，增加轮廓控制功能不会带来成本的增加。因此，除少数专用控制系统外，现代计算机数控装置都具有轮廓控制功能。三、按驱动装置的特点分类1开环控制数控机床这类控制的数控机床是其控制系统没有位置检测元件，伺服驱动部件通常为反应式步进电动机或混合式伺服步进电动机。数控系统每发出一个进给指令，经驱动电路 功率放大后，驱动步进电机旋转一个角度，再经过齿轮减速装置带动丝杠旋转，通过丝杠螺母机构转换为移动部件的直线位移。移动部件的移动速度与位移量是由输 入脉冲的频率与脉冲数所决定的。此类数控机床的信息流是单向的，即进给脉冲发出去后，实际移动值不再反馈回来，所以称为开环控制数控机床。开环控制系统的数控机床结构简单，成本较低。但是，系统对移动部件的实际位移量不进行监测，也不能进行误差校正。因此，步进电动机的失步、步距角误差、齿 轮与丝杠等传动误差都将影响被加工零件的精度。开环控制系统仅适用于加工精度要求不很高的中小型数控机床，特别是简易经济型数控机床。2闭环控制数控机床闭环控制数控机床是在机床移动部件上直接安装直线位移检测装置，直接对工作台的实际位移进行检测，将测量的实际位移值反馈到数控装置中，与输入的指令位移 值进行比较，用差值对机床进行控制，使移动部件按照实际需要的位移量运动，最终实现移动部件的精确运动和定位。从理论上讲，闭环系统的运动精度主要取决于 检测装置的检测精度，也与传动链的误差无关，因此其控制精度高。图 1-3 所示的为闭环控制数控机床的系统框图。图中 A 为速度传感器、C 为直线位移传感器。当位移指令值发送到位置比较电路时，若工作台没有移动，则没有反馈量，指令值使得伺服电动机转动，通过 A 将速度反馈信号送到速度控制电路，通过 C 将工作台实际位移量反馈回去，在位置比较电路中与位移指令值相比较，用比较后得到的差值进行位置控制，直至差值为零时为止。这类控制的数控机床，因把机床工作台纳入了控制环节，故称5为闭环控制数控机床。闭环控制数控机床的定位精度高，但调试和维修都较困难，系统复杂，成本高。3半闭环控制数控机床半闭环控制数控机床是在伺服电动机的轴或数控机床的传动丝杠上装有角位移电流检测装置（如光电编码器等） ，通过检测丝杠的转角间接地检测移动部件的实际位移，然后反馈到数控装置中去，并对误差进行修正。图 1-4 所示的为半闭环控制数控机床的系统框图。图中速度传感器、角度传感器。通过测速元件 A 和光电编码盘 B 可间接检测出伺服电动机的转速，从而推算出工作台的实际位移量，将此值与指令值进行比较，用差值来实现控制。由于工作台没有包括在控制回路中，因而称为半闭环控制数控机床。半闭环控制数控系统的调试比较方便，并且具有很好的稳定性。目前大多将角度检测装置和伺服电动机设计成一体，这样，使结构更加紧凑。4混合控制数控机床将以上三类数控机床的特点结合起来，就形成了混合控制数控机床。混合控制数控机床特别适用于大型或重型数控机床，因为大型或重型数控机床需要较高的进给速 度与相当高的精度，其传动链惯量与力矩大，如果只采用全闭环控制，机床传动链和工作台全部置于控制闭环中，闭环调试比较复杂。混合控制系统又分为两种形 式：（1）开环补偿型。图 1-5 为开环补偿型控制方式。它的基本控制选用步进电动机的开环伺服机构，另外附加一个校正电路。用装在工作台的直线位移测量元件的反馈信号校正机械系统的误差。（2）半闭环补偿型。图 1-6 为半闭环补偿型控制方式。它是用半闭环控制方式取得高精度控制，再用装在工作台上的直线位移测量元件实现全闭环修正，以获得高速度与高精度的统一。其中是速度测量元件（如测速发电机） ，B 是角度测量元件，C是直线位移测量元件。1.1.4 数控机床的组成 数控机床通常由控制系统、伺服系统、检测系统、机械传动系统及其他辅助系统组成。控制系统用于数控机床的运算、管理和控制，通过输入介质得到数据，对这些数据进行解释和运算并对机床产生作用；伺服系统根据控制系统的指令驱动机床，把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移动部件的运动指令，使刀具和零件执行数控代6码规定的运动；检测系统则是用来检测机床执行件(工作台、转台、滑板等)的位移和速度变化量，并将检测结果反馈到输入端，与输入指令进行比较，根据其差别调整机床运动；机床传动系统是由进给伺服驱动元件至机床执行件之间的机械进给传动装置；辅助系统种类繁多，如：固定循环(能进行各种多次重复加工)、自动换刀(可交换指定刀具)、传动间隙补偿偿机械传动系统产生的间隙误差)等等。1.1.5 数控机床的数字控制 数控装置包括程序读入装置和由电子线路组成的输入部分、运算部分、控制部分和输出部分等。数控装置按所能实现的控制功能分为点位控制、直线控制、连续轨迹控制三类。 点位控制是只控制刀具或工作台从一点移至另一点的准确定位，然后进行定点加工，而点与点之间的路径不需控制。采用这类控制的有数控钻床、数控镗床和数控坐标镗床等。 直线控制是除控制直线轨迹的起点和终点的准确定位外，还要控制在这两点之间以指定的进给速度进行直线切削。采用这类控制的有平面铣削用的数控车床，以及阶梯轴车削和磨削用的数控车床和数控磨床等。 连续轨迹控制（或称轮廓控制）能够连续控制两个或两个以上坐标方向的联合运动。为了使刀具按规定的轨迹加工工件的曲线轮廓，数控装置具有插补运算的功能，使刀具的运动轨迹以最小的误差逼近规定的轮廓曲线，并协调各坐标方向的运动速度，以便在切削过程中始终保持规定的进给速度。采用这类控制的有能加工曲面用的数控车床、数控车床、数控磨床和加工中心等。 1.1.6 数控机床的伺服机构 伺服机构分为开环、半闭环和闭环三种类型。开环伺服机构是由步进电机驱动线路，和步进电机组成。每一脉冲信号使步进电机转动一定的角度，通过滚珠丝杠推动工作台移动一定的距离。这种伺服机构比较简单，工作稳定，容易掌握使用，但精度和速度的提高受到限制。 半闭环伺服机构是由比较线路、伺服放大线路、伺服马达、速度检测器和位置检测器组成。位置检测器装在丝杠或伺服马达的端部，利用丝杠的回转角度间接测出工作台的位置。常用的伺服马达有宽调速直流电动机、宽调速交流电动机和电液伺服马7达。位置检测器有旋转变压器、光电式脉冲发生器和圆光栅等。这种伺服机构所能达到的精度、速度和动态特性优于开环伺服机构，为大多数中小型数控机床所采用。 闭环伺服机构的工作原理和组成与半闭环伺服机构相同，只是位置检测器安装在工作台上，可直接测出工作台的实际位置，故反馈精度高于半闭环控制，但掌握调试的难度较大，常用于高精度和大型数控机床。闭环伺服机构所用伺服马达与半闭环相同，位置检测器则用长光栅、长感应同步器或长磁栅。 1.1.7 数控机床的关键零部件 为了保证机床具有很大的工艺适应性能和连续稳定工作的能力，数控机床结构设计的特点是具有足够的刚度、精度、抗振性、热稳定性和精度保持性。进给系统的机械传动链采用滚珠丝杠、静压丝杠和无间隙齿轮副等，以尽量减小反向间隙。机床采用塑料减摩导轨、滚动导轨或静压导轨，以提高运动的平稳性并使低速运动时不出现爬行现象。 由于采用了宽调速的进给伺服电动机和宽调速的主轴电动机，可以不用或少用齿轮传动和齿轮变速，这就简化了机床的传动机构。机床布局便于排屑和工件装卸，部分数控机床带有自动排屑器和自动工件交换装置。大部分数控机床采用具有微处理器的可编程序控制器，以代替强电柜中大量的继电器，提高了机床强电控制的可靠性和灵活性。 随着微电子技术、计算机技术和软件技术的迅速发展，数控机床的控制系统日益趋向于小型化和多功能化，具备完善的自诊断功能；可靠性也大大提高；数控系统本身将普遍实现自动编程。1.1.8 数控机床的发展方向 未来数控机床的类型将更加多样化，多工序集中加工的数控机床品种越来越多；激光加工等技术将应用在切削加工机床上，从而扩大多工序集中的工艺范围；数控机床的自动化程度更加提高，并具有多种监控功能，从而形成一个柔性制造单元，更加便于纳入高度自动化的柔性制造系统中。数控机床以其卓越的柔性自动化的性能、优异而稳定的精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目，它开创了机械产品向机电一体化发展的先河，成为先进制造技术中的一项核心技术。数控系统技术的突飞猛进为数控机床的技术进步提供了条件。当前，8数控机床的发展主要体现为以下几方面：1 高速、高效机床向高速化方向发展，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且还可提高零件的表面加工质量和精度。超高速加工技术对制造业实现高效、优质、低成本生产有广泛的适用性。20 世纪 90 年代以来，欧、美、日各国争相开发应用新一代高速数控机床，加快机床高速化发展步伐。高速主轴单元（电主轴，转速 15000 100000r/min） 、高速且高加/减速度的进给运动部件（快移速度 60120m/min，切削进给速度高达 60m/min） 、高性能数控和伺服系统以及数控工具系统都出现了新的突破，达到了新的技术水平。随着超高速切削机理、超硬耐磨长寿命刀具材料和磨料磨具，大功率高速电主轴、高加/减速度直线电机驱动进给部件以及高性能控制系统（含监控系统）和防护装置等一系列技术领域中关键技术的解决，为开发应用新一代高速数控机床提供了技术基础。目前，在超高速加工中，车削和铣削的切削速度已达到50008000m/min 以上；主轴转数在 30000 转/分（有的高达 10 万 r/min）以上；工作台的移动速度（进给速度）：在分辨率为 1 微米时，在 100m/min（有的到200m/min） 以上，在分辨率为 0.1 m 时，在 24m/min 以上；自动换刀速度在 1 秒以内；小线段插补进给速度达到 12m/min。2 高精度从精密加工发展到超精密加工，是世界各工业强国致力发展的方向。其精度从微米级到亚微米级，乃至纳米级（#lt;10nm） ，其应用范围日趋广泛。当前，在机械加工高精度的要求下，数控级数控机床的加工精度已由10 m 提高到5 m；精密级加工中心的加工精度则从35 m，提高到11.5 m，甚至更高；超精密加工精度进入纳米级（0.001m） ，主轴回转精度要求达到 0.010.05 m，加工圆度为 0.1m，加工表面粗糙度 Ra=0.003 微米等。这些机床一般都采用矢量控制的变频驱动电主轴（电机与主轴一体化） ，主轴径向跳动小于 2 m，轴向窜动小于 1 m，轴系不平衡度达到 G0.4 级。高速高精加工机床的进给驱动，主要有#quot;回转伺服电机加精密高速滚珠丝杠#quot;和#quot;直线电机直接驱动#quot;两种类型。此外，新兴的并联机床也易于实现高速进给。滚珠丝杠由于工艺成熟，应用广泛，不仅精度能达到较高（ISO34081 级） ，而且实现高速化的成本也相对较低，所以迄今仍为许多高速加工机床所采用。当前使用滚珠丝杠驱动的高速加工机床最大移动速度 90m/min，加速度 1.5g。滚珠丝杠属机械传动，9在传动过程中不可避免存在弹性变形、摩擦和反向间隙，相应地造成运动滞后和其它非线性误差，为了排除这些误差对加工精度的影响，1993 年开始在机床上应用直线电机直接驱动，由于是没有中间环节的#quot;零传动#quot;，不仅运动惯量小、系统刚度大、响应快，可以达到很高的速度和加速度，而且其行程长度理论上不受限制，定位精度在高精度位置反馈系统的作用下也易达到较高水平，是高速高精加工机床特别是中、大型机床较理想的驱动方式。目前使用直线电机的高速高精加工机床最大快移速度已达 208 m/min，加速度 2g，并且还有发展余地。3 高可靠性随着数控机床网络化应用的发展，数控机床的高可靠性已经成为数控系统制造商和数控机床制造商追求的目标。对于每天工作两班的无人工厂而言，如果要求在 16 小时内连续正常工作，无故障率在 P（t） 99%以上，则数控机床的平均无故障运行时间 MTBF 就必须大于 3000 小时。我们只对一台数控机床而言，如主机与数控系统的失效率之比为 10:1（数控的可靠比主机高一个数量级） 。此时数控系统的 MTBF 就要大于 33333.3 小时，而其中的数控装置、主轴及驱动等的 MTBF 就必须大于 10 万小时。当前国外数控装置的 MTBF 值已达 6000 小时以上，驱动装置达 30000 小时以上，但是，可以看到距理想的目标还有差距。4 复合化在零件加工过程中有大量的无用时间消耗在工件搬运、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，复合功能的机床成为近年来发展很快的机种。柔性制造范畴的机床复合加工概念是指将工件一次装夹后，机床便能按照数控加工程序，自动进行同一类工艺方法或不同类工艺方法的多工序加工，以完成一个复杂形状零件的主要乃至全部车、铣、钻、镗、磨、攻丝、铰孔和扩孔等多种加工工序。就棱体类零件而言，加工中心便是最典型的进行同一类工艺方法多工序复合加工的机床。事实证明，机床复合加工能提高加工精度和加工效率，节省占地面积特别是能缩短零件的加工周期。5 多轴化随着 5 轴联动数控系统和编程软件的普及，5 轴联动控制的加工中心和数控车床已经成为当前的一个开发热点，由于在加工自由曲面时，5 轴联动控制对球头铣刀的10数控编程比较简单，并且能使球头铣刀在铣削 3 维曲面的过程中始终保持合理的切速，从而显着改善加工表面的粗糙度和大幅度提高加工效率，而在 3 轴联动控制的机床无法避免切速接近于零的球头铣刀端部参予切削，因此，5 轴联动机床以其无可替代的性能优势已经成为各大机床厂家积极开发和竞争的焦点。最近，国外还在研究 6 轴联动控制使用非旋转刀具的加工中心，虽然其加工形状不受限制且切深可以很薄，但加工效率太低一时尚难实用化。6 智能化智能化是 21 世纪制造技术发展的一个大方向。智能加工是一种基于神经网络控制、模糊控制、数字化网络技术和理论的加工，它是要在加工过程中模拟人类专家的智能活动，以解决加工过程许多不确定性的、要由人工干预才能解决的问题。智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量的智能化，如自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作的智能化，如智能化的自动编程，智能化的人机界面等；智能诊断、智能监控，方便系统的诊断及维修等。世界上正在进行研究的智能化切削加工系统很多，其中日本智能化数控装置研究会针对钻削的智能加工方案具有代表性。7 网络化数控机床的网络化，主要指机床通过所配装的数控系统与外部的其它控制系统或上位计算机进行网络连接和网络控制。数控机床一般首先面向生产现场和企业内部的局域网，然后再经由因特网通向企业外部，这就是所谓 Internet/Intranet 技术。随着网络技术的成熟和发展，最近业界又提出了数字制造的概念。数字制造，又称#quot;e-制造#quot;，是机械制造企业现代化的标志之一，也是国际先进机床制造商当今标准配置的供货方式。随着信息化技术的大量采用，越来越多的国内用户在进口数控机床时要求具有远程通讯服务等功能。机械制造企业在普遍采用 CAD/CAM 的基础上，越加广泛地使用数控加工设备。数控应用软件日趋丰富和具有#quot;人性化#quot;。虚拟设计、虚拟制造等高端技术也越来越多地为工程技术人员所追求。通过软件智能替代复杂的硬件，正在成为当代机床发展的重要趋势。在数字制造的目标下，通过流程再造和信息化设计，ERP 等一批先进企业管理软件已经脱颖而出，为企业创造出更高的经济效益。118 柔性化数控机床向柔性自动化系统发展的趋势是：从点（数控单机、加工中心和数控复合加工机床） 、线（FMC、FMS、FTL、FML）向面（工段车间独立制造岛、FA） 、体（CIMS、分布式网络集成制造系统）的方向发展，另一方面向注重应用性和经济性方向发展。柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段，是各国制造业发展的主流趋势，是先进制造领域的基础技术。其重点是以提高系统的可靠性、实用化为提，以易于联网和集成为目标；注重加强单元技术的开拓、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。9 绿色化21 世纪的金切机床必须把环保和节能放在重要位置，即要实现切削加工工艺的绿色化。目前这一绿色加工工艺主要集中在不使用切削液上，这主要是因为切削液既污染环境和危害工人健康，又增加资源和能源的消耗。干切削一般是在大气氛围中进行，但也包括在特殊气体氛围中（氮气中、冷风中或采用干式静电冷却技术）不使用切削液进行的切削。不过，对于某些加工方式和工件组合，完全不使用切削液的干切削目前尚难与实际应用，故又出现了使用极微量润滑（MQL） 的准干切削。目前在欧洲的大批量机械加工中，已有 1015%的加工使用了干和准干切削。对于面向多种加工方法/工件组合的加工中心之类的机床来说，主要是采用准干切削，通常是让极微量的切削油与压缩空气的混合物经由机床主轴与工具内的中空通道喷向切削区。在各类金切机床中，采用干切削最多的是滚齿机。总之，数控机床技术的进步和发展为现代制造业的发展提供了良好的条件，促使制造业向着高效、优质以及人性化的方向发展。可以预见，随着数控机床技术的发展和数控机床的广泛应用，制造业将迎来一次足以撼动传统制造业模式的深刻革命。1.2 数控机床的工艺范围及加工精度1.2.1 工艺范围数控车床是一种高精度、高效率的自动化机床，也是使用数量最多的数控机床，约占数控机床总数的 25%。它主要用于精度要求高、表面粗糙度好、轮廓形状复杂的12轴类、盘类等回转体零件的加工，能够通过程序控制自动完成园柱面、圆锥面、圆弧面和各种螺纹的切削加工，并能进行切槽、钻孔、扩孔、铰孔等加工。1.2.2 加工精度由于数控车床具有加工精度高、能作直线和圆弧插补功能，有些数控车床还具有非圆曲线插补功能以及加工过程中具有自动变速功能等特点，所以它的工艺范围要比数控车床要宽得多。1.精度要求高的回转体零件由于数控车床刚性好，制造和对刀精度高，以及能方便和精确地进行人工补偿和自动补偿，所以能加工精度要求高的零件，甚至可以以车代磨。2.表面粗糙度要求高的回转体零件数控车床具有恒线速切削功能，能加工出表面粗糙度小的均匀的零件。使用恒线速切削功能，就可选用最佳速度来切削锥面和端面，使切削后的工件表面粗糙度既小又一致。数控车床还适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选用较大的进给量，要求小的部位选用小的进给量。3.轮廓形状特别复杂和难于控制尺寸的回转体零件由于数控车床具有直线和圆弧插补功能，部分车床数控装置还有某些非圆曲线和平面曲线插补功能，所以可以加工形状特别复杂或难于控制尺寸的的回转体零件。4.带特殊螺纹的回转体零件数控车床所能车削的螺纹类型相当有限，它只能车等导程的直、锥面公、英制螺纹，而且一台车床只能限定加工若干导程的螺纹。而数控车床不但能车削任何等导程的直、锥面螺纹和端面螺纹，而且能车变螺距螺纹，还可以车高精度螺纹。 1.3 数控机床的经济分析将数控机床设计成数控机床, 是许多机械生产厂家在没有大量资金投入的情况下所走的设备技术设计之路 1 经济型数控机床设计方案不同 1 得到的经济效益也不同 1 针对常德纺织机械厂提出的经济型数控车床设计的技措任务, 结合其它厂家以往数控车床设计的经验教训, 我们开展了深入细致的调研工作, 特别是对沈阳第一机床厂的数控车床进行了熟悉了解, 下面分析经济型数控车床设计的价值效益经济型数控车床设计方案初探13数控系统及电气控制部份: 目前我国生产经济型数控系统的厂家有 70 余家, 知名的有常州宝马集团公司 BKC2 系列, 北京航天数控集团, 南京大方数控公司 J WK 系列及重庆巴山仪器厂 2385 系列等 1 这些厂家在研制数控系统时都从系统功能、可靠性、操作宜人性等方面作了大量工作,克服了单板机 TP - 801(Z80)系统的缺点,从而促进了我国经济型数控系统的技术发展,为经济型数控机床的生产和设计打下了良好的基础 1 沈阳一机厂在研制 CAK - 6150 时选用了多家系统, 经过了长时间的反复考验、筛选, 最后选用了重庆巴山仪器厂 2385 - IT 系统 1 该系统性能较好, 可靠性高, 具有细分斩波先进技术, 有良好的性价比 1 步进电机选择了华中理工大学试验工厂产品, 切削扭矩大, 这方面是值得我们借鉴的 1 机床电气控制还需考虑: 主轴马达启停、变速控制、转塔刀架、冷却泵等控制 1 保证机床可靠性, 此处不可忽视, 须有一定的投入 1212主轴系统: 一般经济型数控车床设计主轴系统是较困难的或根本不加设计, 这势必影响机床主轴速度控制的自动化程度, 并且复杂工艺零件加工的适应性差, 这是不可取的 1 常纺机厂车床设计可以考虑以下两种方案: (1) 按沈阳一机厂方案, 即保留一级手柄三档变速操作, 另加每档位四档自动变速, 用系统 S 指令控制, 即 S1S4, 加上手动共 34 = 12 级主轴速度, 如此设计需增加双速电机一台 615/ 8 KW , 电磁离合器两只, 机械结构也需作部分设计 1 (2) 选用变频器控制主轴速度, 原机床主轴电机保留, 主轴手动变速取消 1可以考虑高低档齿轮变速, 通过电磁阀启动切换, 全部变速系统 S 指令控制, 但数控系统需选用南京大方公司 J WK - 21T 数控系统, 具有 12 级 S 指令, 此方案主轴变速自动化程度更高, 但费用也相应高些, 若典型加工零件四档自动变速可以满足工艺要求, 则考虑方案(1) 性价比更高些 1213进给系统: 对于数控机床, 进给系统是非常关键的 1它直接影响机床的定位精度以及零件的加工精度,除了数控系统及伺服系统的有效保证外, 机械执行机构的合理选择和设计不容忽视 1 首先是螺旋传动, 数控车床采用数控丝杆, 主要缺点是精度差, 间隙小, 且传动机械效率低, 一般仅为 g = 50 %左右, 即使用于精度要求不高的机床也容易造成步进电机丢步或机械爬行 1 因此, 必须采用滚珠丝杆, 其特点是: 传动效率高 g = 90 %以上, 反向间隙小, 运动平稳, 传动精度高且保持性好, 寿命长, 但设计成本也要增加, 一味追求数控化而忽视数控系统对机械的要求, 是很不合理的 1 其次机床导轨也不可忽视, 对原机床导轨要进行检查, 对磨损部位通过磨削, 配研予以修复 1 为了减少摩擦力、振动以及爬行, 增加机床精度保持性, 可考虑床鞍贴塑即 TSF 软带 1 最后还须考虑丝杆预拉伸、轴承座、联轴节等机械结合件的设计制造14以尽可能减少它们对机械精度的影响 1214自动转塔刀架: 一般来说自行设计制造转塔刀架是可以做到的, 但其结构的合理性, 加工工艺、安装精度是难以与专业厂家相比的 1 为了提高机床可靠性, 外购专业厂家产品很有必要, 如烟台机床附件厂、瓦房店机床附件厂的产品 13设计车床与成品数控车床的比较 311机床性能: 在选用相同数控系统和参照 CAK - 6150 进行设计, 可以说机床性能将不会有很大差异 1312机床结构及外观: 由于 CAK - 6150 是按数控机床要求设计, 因此结构合理性超过设计车床, 其外观美也是设计机床无法达到的 1313机床精度: 由于一般厂家加工设备及工艺手段无法与专业厂家相比, 加之员工素质的影响, 在刚性、动静摩擦力等诸多方面, 设计的环节将可能影响机床精度, 想要达到加工 IT6 级的零件, 还有一定距离 1314机床可靠性: 沈阳一机厂经三年时间研制开发, 且又经过两年多时间厂内使用, 投入了相当的人力、物力, 不断发现问题、解决问题, 使 CAK - 6150 达到了一定的可靠性 1 他们也有过惨痛教训, 就是用 BS03 系统改进 100 台数控车床, 由于可靠性差, 除少数几台还在使用外, 其余全部报废或改为数控车床, 非常类似我厂的情况 1 虽然我们现在已经认识到可靠性的重要, 也有一定的措施和把握, 但与沈阳一机厂相比, 无论是技术素质上以及投入的人力、物力上均有天壤之别, 因此可靠性无法与之相比 1315经济性: 按CAK - 6150 的档次进行设计, 需外购的装置及部件有:(1) 经济型数控系统及伺服装置, 估价 115 万元2 万元(2) 主轴双速电机 615/ 8 KW 一台, 估价 0115 万元012 万元(3) 滚珠丝杆两根, 估价 0135 万元(4) 电磁离合器两只, 估价 0105 万元(5) 转塔刀架四工位 AKZ11504 型, 估价 013 万元015 万元(6) 电气控制柜设计安装, 估价 013 万元另外, 自制机械零部件, 安装、调试、差旅费等估计 018 万元, 以上各项总计 4 万元左右, 原数控车床CA6140 以 82 年产品估价 4 万元, 则设计后机床价值 8 万元左右 1 而沈阳一机CAK - 6150 型报价 10 万元, 与设计相比, 价值基本接近 14 结论经济型数据控车床设计应根据各厂的具体情况, 典型零件的加工工艺及精度要求, 批量大小, 决定进行设计的程度 1 设计的程度越高, 机床性能越好, 加工零件的适应性15越强, 所花费的设计费用也就越大, 若要求设计车床的性能接近和达到 CAK - 6150 层次, 则设计从经济角度来看意义并不太大, 从机床可靠性方面来看更是得不偿失。1.4 数控机床的发展趋向4 月 19 日从第七届中国国际机床展获悉，随着科学技术不断发展，数控机床的发展也越来越快，数控机床也正朝着高性能、高精度、高速度、高柔性化和模块化方向发展。 高性能：随着数控系统集成度的增强，数控机床也实现多台集中控制，甚至远距离遥控。高精度：数控机床本身的精度和加工件的精度越来越高，而精度的保持性要好。高速度：数控机床各轴运行的速度将大大加快。高柔性：数控机床的柔性化将向自动化程度更高的方向发展，将管理、物流及各相应辅机集成柔性制造系统。模块化：数控机床要缩短周期和降低成本，就必然向模块化方向发展，这既有利于制造商又有利于客户。 我国近几年数控机床虽然发展较快，但与国际先进水平还存在一定的差距，主要表现在：可靠性差，外观质量差，产品开发周期长，应变能力差。为了缩小与世界先进水平的差距，有关专家建议机床企业应在以下 6 个方面着力研究：1加大力度实施质量工程，提高数控机床的无故障率。2跟踪国际水平，使数控机床向高效高精方面发展。3加大成套设计开发能力上求突破。4发挥服务优势，扩大市场占有率。5多品种制造，满足不同层次的用户。6模块化设计，缩短 开发周期，快速响应市场。 数控机床使用范围越来越大，国内国际市场容量也越来越大，但竞争也会加剧，我们只有紧跟先进技术进步的大方向，并不断创新，才能赶超世界先进水平。 第 2 章 数控机床总体方案的制订及比较2.1 总体方案设计的内容 数控系统总体方案的拟定应包括以下内容:系统运动方式的确定、伺服系统的选择、执行机构的结构及传动方式的确定、计算机系统的选择等内容。2.1.1 系统运动方式的确定 数控系统按运动方式可分为点位控制系统、连续控制系统和点位/直线控制系16统。如果工件相对于刀具移动过程中不进行切削，可选用点位控制方式。例如，数控钻床，在工作台移动过程中钻头并不进行钻孔加工，因此数控系统可采用点位控制方式。对于点位控制系统的要求是快速定位，保证定位精度。连续控制系统要求工作台和刀具沿各坐标轴的运动有确定的函数关系，能够控制刀具沿任意直线或曲线运动，控制每一个轴的位置和速度，使得各个轴同步协调到达目标点。连续控制系统不仅控制目标点，而且控制刀具到达这些目标点的整个路径，使刀具始终接触工件并制造出希望的形状，所以具有连续控制系统的数控机床可以加工各种外形轮廓复杂的零件，故而连续控制系统又称为轮廓控制系统或仿型系统。在点位控制系统中不具有连续控制系统中所具有的轨迹计算装置，而连续控制系统中却具有点位系统的功能。例如，数控车床、数控车床等。点位-直线系统，不但要求工作台运动的终点坐标，还要求工作台沿坐标轴运动过程中切削工作，进行简单的车削和铣削作业。其控制方法与点位系统十分相似，故有时也将这两种系统统称为点位控制系统。例如，数控镗车床等。2.1.2 伺服系统的选择伺服系统可以分为开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统。 开环控制系统中，没有反馈电路，不带检测装置，指令信号是单方向传送的。指令发出后，不再反馈回来，故称为开环控制。开环控制系统主要由步进电机驱动。开环伺服系统结构简单，成本低廉，容易掌握，调试和维修都比较简单。目前国内大力发展的经济型数控机床普遍采用开环伺服系统。闭环控制系统具有装在机床移动部件上的检测反馈元件，用来检测实际位移量，能补偿系统的误差，因而伺服控制精度高。闭环系统多采用直流伺服电机或交流伺服电机驱动。但闭环系统造价高、结构和调试较复杂，多用于精度要求高的场合。半闭环控制系统与闭环控制系统不同，不直接检测工作台的位移半闭环控制系统与闭环控制系统不同，不直接检测工作台的位移量，而是检测元件测出驱动轴的转角，再间接推算出工作台实际的位移量，也有反馈回路，其性能介于开环系统和闭环系统之间。2.1.3 执行机构传动方式的确定为确定数控系统传动精度和工件平稳性，在设计机械传动装置时，通常提出低摩17擦、低惯量、高刚度、无间隙、高谐振以及适当的阻尼比要求。在设计中应考虑以下几点：尽量采用低摩擦的传动和导向元件。例如，采用滚珠丝杠螺母传动副、滚动导轨、贴塑导轨等。尽量消除传动间隙。例如，采用消隙齿轮等。提高系统刚度。缩短传动链可以提高系统的传动刚度、减小传动链误差。也可以用预紧的方法提高系统刚度。例如，采用预加负载的滚动导轨和滚动丝杠副等。2.1.4 计算机的选择微机数控系统由 CPU、存储扩展电路、I/O 接口电路、伺服电机驱动电路、检测电路等组成。2.2 总体设计方案的确定2.2.1 系统的运动方式与伺服系统的选择由于设计后的经济型数控车床应具有定位、直线插补、顺圆插补、逆圆插补、暂停、循环加工、公英制螺纹加工等功能，故应选择连续控制系统。考虑到属于经济型数控机床加工精度不高，为了简化结构、降低成本容易调试和维护，经济型数控车床应选用步进电机开环控制系统。2.2.2 计算机系统根据机床要求采用 8 位微机。由于 MCS-51 系列单片机具有集成度高、可靠性好、功能强、速度快、抗干扰能力强性能价格比高等特点，决定采用 MCS-51 系列的80C31 单片机扩展系统。控制系统由微机部分、键盘、显示器，I/O 接口及光隔离电路，步进电机功率放大电路等组成。系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用数码管显示加工数据及机床状态等信息。2.2.3 机械传动方式为实现机床所要求的分辨率，采用步进电机经齿轮减速再传动给丝杠。为保证一定的传动精度和平稳性，应尽量减少摩擦力，选用滚珠丝杠螺母副。同时为提高传动刚度和消除间隙，采用有预加负载的结构。齿轮传动也要采用消除齿侧间隙的结构。18第 3 章 液压尾座总体设计3.1 液压尾座研究背景和意义 从 20 世纪中叶数控技术出现以来，数控机床给机械制造业带来革命性的变化，近年来，由于液压技术广泛应用了高技术成果，如自动控制技术、计算机技术、微电子技术、磨练磨损技术、可靠性技术及新工艺和新材料，使传统技术有了新的发展，也使液压系统和元件的质量、水平有一定的提高。液压传动技术在数控自动化机床上的应用也越来越广泛，而且也为机床工业的自动化程度的提高上起到了重要的力量。尽管如此，走向二十一世纪的液压技术不可能有惊人的技术突破，应当主要靠现有技术的改进和扩展，不断扩大其应用领域以满足未来的要求。液压传动是以流体作为工作介质对能量进行传动和控制的一种传动形式。利用有压的液体经由一些机件控制之后来传递运动和动力。相对于电力拖动和机械传动而言，液压传动具有输出力大，重量轻，惯性小，调速方便以及易于控制等优点，因而广泛应用于工程机械，建筑机械和机床等设备上。 据统计，世界各主要国家液压工业销售额占机械工业产值的 2%3.5%，而我国只占 1%左右，这充分说明我国液压技术使用率较低，努力扩大其应用领域，将有广阔的发展前景。液压气动技术具有独特的优点，如:液压技术具有功率重量比大，体积小，频响高，压力、流量可控性好，可柔性传送动力，易实现直线运动等优点；气动传动具有节能、无污染、低成本、安全可靠、结构简单等优点，并易与微电子、电气技术相结合，形成自动控制系统。因此，液压气动技术广泛用于国民经济各部门。但是近年来，液压气动技术面临与机械传动和电气传动的竞争，如：数控机床、中小型塑机已采用电控伺服系统取代或部分取代液压传动。其主要原因是液压技术存在渗漏、维护性差等缺点。为此，必须努力发挥液压气动技术的优点，克服缺点，注意和电子技术相结合，不断扩大应用领域，同时降低能耗，提高效率，适应环保需求，提高可靠性，这些都是液压气动技术继续努力的永恒目标，也是液压气动产品参与市场竞争是否取胜的关键。今天，为了和最新技术的发展保持同步，液压技术必须不断发展，不断提高和改19进元件和系统的性能，以满足日益变化的市场需求。与世界上主要的工业国家相比，我国的液压工业还是相当落后的，标准化的工作有待于继续做好，优质化的工作须形成声势，智能化的工作则刚刚在准备起步，为此必须急起直追，才能迎头赶上。可以预见，为满足国民经济发展需要，液压技术也将继续获得飞速的发展，它在各个部门中的应用越来越广泛。 在这样一种背景下，我的课题选择为数控卧式车床 320MM 液压尾座的设计，用以提高生产效率，产品质量，降低工人劳动强度及降低企业成本。此外，力求完成课题之余，熟悉国内外数控技术及液压技术的发展趋势,增强对如何发展民族数控机床产业的感性认识。3.2 液压系统的发展现状液压传动相对于机械传动来说，是一门新兴的技术。液压技术具有独特的优点，如:功率重量比大；可以实现大范围的无级变速；体积小；频响高；压力、流量可控性好；可柔性传送动力；易实现直线运动等优点；并易与微电子、电气技术相结合，形成自动控制系统4。基于以上一系列优点，液压技术已经广泛应用于机床、工程机械、农业机械和其它国民经济方面。以数控机床为代表的数控设备的生产与应用水平反映了一个国家的机械与电子工业水平6。它的推广应用对提高劳动生产率和产品质量，改变我国制造技术落后的状况起着极为重要的作用。液压技术是实现数字控制与机电液一体的关键技术之一，世界各国对液压工业的发展都给予很大重视。据统计，世界各主要国家液压工业销售额占机械工业产值的 2%-3.5%，而我国只占 1%左右，这充分说明我国液压技术使用率较低，努力扩大其应用领域，将有广阔的发展前景。首先我们看下面的表格可清楚的看出国内国外液压技术发展的状况。 表 3.1 国内外液压发展方向国 外国 内高集成化、高功率、高密度高性能、高质量、高可靠性、系统成套机电一体化集成元件和系统低能耗、低噪声、低振动、智能化自动控制元件和系统集成化、轻小型微型、多样化20水基介质传动与控制技术机电一体化液压产品技术发展趋势:1、减少损耗，充分利用能量 液压技术在将机械能转换成压力能及反转换过程中，总存在能量损耗。为减少能量的损失，必须解决下面几个问题：减少元件和系统的内部压力损失，以减少功率损失；减少或消除系统的节流损失，尽量减少非安全需要的溢流量；采用静压技术和新型密封材料，减少摩擦损失；改善液压系统性能，采用负荷传感系统、二次调节系统和蓄能器回路。2、泄漏控制 泄漏控制包括：防止液体泄漏到外部造成环境污染和外部环境对系统的侵害两个方面。今后，将发展无泄漏元件和系统，如发展集成化和复合化的元件和系统，实现无管连接，研制新型密封和无泄漏管接头，电机油泵组合装置等。无泄漏将是世界液压界今后努力的重要方向之一。 3、污染控制 过去，液压行业主要致力于控制固体颗粒的污染，而对水、空气等的污染控制往往不够重视，今后应重视并解决。严格控制产品生产过程中的污染，发展封闭式系统，防止外部污染物侵入系统；应改进元件和系统设计，使之具有更大的耐污染能力。同时开发耐污染能力强的高效滤材和过滤器。研究对污染的在线测量；开发油水分离净化装置和分离元件，以及开发能清除油中的气体、水分、化学物质和微生物的过滤元件及检测装置。 4、主动维护 开展液压系统的故障预测，实现主动维护技术。必须使液压系统故障诊断现代化，加强专家系统的开发研究，建立完整的、具有学习功能的专家知识库，并利用计算机和知识库中的知识，推算出引起故障的原因，提出维修方案和预防措施。 5、机电液一体化 机电液一体化可实现液压系统柔性化、智能化，充分发挥液压传动动力大、惯性小、响应快等优点，其主要发展方向如下：液压系统将有过去的电液系统和开环比例控制系统转向闭环比例伺服系统，同时对压力、流量、位置、温度、速度等传感器实现标准化；提高液压元件性能，在性能、可靠性、智能化等方面更适应机电液一体化21需求，发展与计算机直接接口的高频，低功耗的电磁电控元件；液压系统的流量、压力、温度、油污染度等数值将实现自动测量和诊断；电子直接控制元件将得到广泛采用，如电控液压泵，可实现液压泵的各种调节方式，实现软启动、合理分配功率、自动保护等；借助现场总线，实现高水平信息系统，简化液压系统的调节、争端和维护。 6、液压 CAD 技术 充分利用现有的液压 CAD 设计软件，进行二次开发，建立知识库信息系统，它将构成设计-制造-销售-使用-设计的闭环系统。下一个目标是，利用 CAD 技术实现液压产品快速设计，并把 CAD/CAM/CAPP/CAT，以及现代管理系统集成在一起建立集成计算机制造系统（CIMS） ，使液压设计与制造技术有一个突破性的发展。 7、新材料、新工艺的应用 新型材料的使用，如陶瓷、聚合物或涂敷料，可使液压的发展引起新的飞跃。为了保护环境，研究采用生物降解迅速的压力流体，如采用菜油基和合成脂基或者水基海水等介质替代矿物液压油。铸造工艺的发展，将促进液压元件性能的提高，如铸造流道在阀体和集成块中的广泛使用，可优化元件内部流动，减少压力损失和降低噪声，实现元件小型化。3.3 论文的主要研究内容 1、根据数控卧式车床 320MM 的整体要求，设计出与其相对应的液压尾座，使其满足诸如旋转精度等众多要求，以使其达到预想的目的。 2、搜集和分析资料，包括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。 3、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附属元件等。 4、尾座部分的设计及计算，包括尾座顶尖、套筒、尾座体的设计，尾座孔系、尾座导轨的设计，挠度、转角及压板处螺栓直径以及锁紧力的计算及校核。 5、尾座精度的确定，包括尾座体表面粗糙度的确定、尾座与机床形位公差的确定、底面及立导向面形位公差的确定。223.4 尾座的整体设计1、机床采用标准液压尾座，尾座套筒可编程控制，尾座体移动通过销轴由托板带动。根据用户需求也可提供可程控尾座、内置旋转活络顶尖等（特殊配置） 。尾座单元安装在床身导轨上，可沿导轨纵向调整其位置。它的功用是用顶尖支承长工件，也可以安装钻头、铰刀等孔加工刀具进行孔加工。2、在装配图中的左视图中画了辅助零件的轮廓即为导轨，此导轨为三角形导轨，选择三角形导轨的原因是它的导向性和精度保持性都比较高，当导轨有了磨损时会自动下沉补偿磨损量，此导轨多用于精度要求较高的机床。尾座导轨 W H 为：95 40mm，尾座套筒直径 85mm，套筒锥孔 MT-4。因此，尾座具有足够的刚性。3、从整体上来看，该尾座主要包括尾座体、套筒、顶尖、液压缸、导轨，其中尾座体设计时主要参看其他机床的尾座体和根据制造业在生产中所积累的经验，稍加设计而成的。套筒的主要尺寸是根据尾座体的尺寸选择的，套筒的作用就是安装尾座活塞轴和顶尖。车床的尾座顶尖，在车床的使用中经常用到的定位元件，它可以帮助主轴一起限制的工件的自由度，并起到定心的作用。导轨的作用是引导机床运动部件作直线或圆周运动，并承受运动部件包括工件的重力和切削力等载荷。23第 4 章 尾座各部分的具体结构设计尾座是卧式车床的重要附件，其主要作用是为轴类零件定心，同时具有辅助支撑和夹紧的功能。320MM 数控卧式车床的尾座采用的是整体式结构，整体式结构尾座由尾座体、套筒、芯轴结构、套筒液压测力装置、尾座和套筒移动机构、尾座和套筒夹紧与放松结构及液压装置等组成，芯轴结构选用高精度的进口轴承支承，动、静刚度好，精度高。套筒和尾座的移动均为机动，套筒和尾座的夹紧、放松均采用碟形弹簧夹紧，液压放松的机动夹紧、放松结构，夹紧力足够大，安全可靠，工人操作简单、方便、效率高。其优点在于：1、刚度高、抗震性能好，精度高，精度保持性好，整体式尾座，将分体式尾座上、下体合为一个尾座整体，采用整体式箱形结构设计，经有限元分析、计算，通过对尾座内部筋板的合理布置，提高了尾座的刚度和固有频率，尾座采用高强度低应力铸铁铸造，经良好的时效处理，热变形小，在承受最大工件重量和最大额定切削力的情况下。尾座整体变形小，抗振性能好，满足数控卧式车床精度检验标准的要求。2、结构更加简单、优化、合理，整体式尾座将分体式尾座上、下体合为一个尾座整体，取消了分体式尾座联结的定位键和把合螺钉，总零件数和标准件数更少，取消了分体式尾座上、下体的配合加工面，取消了分体式尾座上、下体的装配环节，加工、装配工艺性更好，节约了加工、装配总费用，降低了尾座的总重量和总成本。我设计的尾座的工作原理是尾座套筒、尾座油压后座上都有油孔,尾座套筒和尾座活塞固定座通过螺钉连接在一起，可以移动。尾座油压后座、尾座体和尾座活塞轴连接在一起，固定不动。尾座活塞轴、尾座套筒和尾座活塞固定座形成一个液压缸，并且分成两个腔。当给尾座油压后座通液压油时，液压油通过油路进入尾座活塞轴上的一个腔，在进入套筒孔的锥形腔内，此时压力增大，套筒带动顶尖向前移动。反之，当液压油通过油路进入尾座活塞轴上的另一个腔，此时向后退的压力增大，套筒带动顶尖向后移动。4.1 尾座体的设计数控卧式车床 320MM 的尾座体是尾座的主要的机械部分，设计时主要参看其他24机床的尾座体和根据制造业在生产中所积累的经验，稍加设计而成的。尾座体的壁厚要尽量均匀，拐角处要设计成圆角以减少集中应力。尾座体的材料采用 HT200，铸造加工而成。在尾座体的设计过程中考虑到加工工艺，需要设计出工艺凸台和工艺孔。在数控卧式车床 320MM 的尾座设计中，首先设计出尾座壳体并设计出尾座台，使其两者结合固定在导轨上，这样才能使尾座工作。在尾座体得设计中，我设计了以下几个方面，首先明细栏标注的 13（以下直接写的序号以明细栏标注为主）油杯选择为直径为 10，此油杯为压配式压注油杯，此油杯使用比较方面，当润滑主轴时只需将油口对准油杯口即可往里注油，不用拆装尾座即可起到润滑的作用。14 为键，此键的形状为上面圆柱，下面为四面体，此键的作用是固定主轴，使其不能左右旋转只能伸缩，在其旁边有一定位螺钉，此作用是将键牢牢固定于壳体，防止键定位不准。此尾座壳体的前面有防尘罩，此防尘罩的作用是防止主轴伸出时有杂质粘在上面，也防止杂质渗入影响主轴伸出的速度及稳定性。4.2 尾座主轴的设计数控卧式车床 320MM 的尾座套筒的主要尺寸是根据尾座体的尺寸选择的。套筒的作用就是安装尾座活塞轴和顶尖，利用液压缸提供的压力和莫氏锥度本身的结构特性顶紧顶尖，使顶尖在顶着工件加工时不会随工件一起转动。为了使套筒不随工件一起转动在套筒上部设计了滑键槽，在尾座体上设计有滑键。尾座工作时滑键在滑键槽中滑动，这样套筒就不会跟着转了，同时，顶尖在顶着工件加工时也不会随工件一起转动了。从而提高了套筒的使用寿命。由于顶尖是利用氏锥度本身的结构特性卡紧的，但是在工作中需要拆卸顶尖，因此需要在尾座体的后面设计了螺塞，当向内拧动螺塞时，螺塞推动顶杆向前运动将顶尖顶出，此方法简单使用。尾座主轴的尾部与固定环相连。可以通过液压油的流入与流出在孔内来回移动，当液压有流入时主轴向后缩回，当液压油流出时主轴向前运动，主轴内有活塞，因为活塞与主轴内壁接触，密封性较好，保证主轴运动灵敏性较好。4.3 尾座顶尖的设计车床的尾座顶尖，在车床的使用中经常用到的定位元件，它可以帮助主轴一起限制的工件的自由度，并起到定心的作用，因此要求具有较高的精度，在使用中要使尾座的轴心线与机床主轴的轴心线保证较高的同轴度在进行工件的加工过程中多采用前25后顶尖来支承工件，来确定工件的旋转中心并承受刀具作用在工件上的切削力。顶尖是机械加工中的机床的重要部件，它可对端面复杂的零件和不允许打中心孔的零件进行支承。顶尖的一端可顶中心孔或管料的内孔，另一端则放入到尾座套筒内。顶尖的锁紧主要是靠顶紧力和液压缸提供的压力，加工时一般紧缩在尾座套筒内。顶尖一般由专门的工厂生产，我们只要根据自己的需要买产品。由于数控卧式车床 320MM 是中小型机械加工设备，尾座总体尺寸并不是很大所以选择莫氏 4 号的顶尖。莫氏锥度是一个锥度的国际标准，用于静配合以精确定位。由于锥度很小，可以传递一定的扭距，又因为有锥度，又便于拆卸。利用的就是摩擦力的原理，在一定的锥度范围内，工件可以自由的拆装，同时在工作时又不会影响到使用效果，比如钻孔的锥柄钻。在锥柄上好后，钻头可以将工件钻出需要的孔，而锥柄处不会出现转动现象。又比如钻孔的锥柄钻，如果使用中需要拆卸钻头磨削，拆卸后重新装上不会影响钻头的中心位置。4.4 螺塞缸的设计液压缸的工作原理 ：它的最基本 5 个部件,1-缸筒和缸盖 2-活塞和活塞杆 3-密封装置 4-缓冲装置 5-排气装置 。每种缸的工作原理几乎都是相似的,拿一个手动千斤顶来说它的工作原理吧,千斤顶其实也就是个最简单的油缸了.通过手动增压秆(液压手动泵)使液压油经过一个单向阀进入油缸,这时进入油缸的液压油因为单向阀的原因不能再倒退回来,逼迫缸杆向上,然后在做工继续使液压油不断进入液压缸,就这样不断上上升,要降的时候就打开液压阀,使液压油回到油箱.这个是最简单的工作原来了,其他的都在这个基础上改进的.此尾座的螺塞缸是安装螺塞的，当拧动螺塞时，螺塞再推动顶杆向前运动，进而退出顶尖，螺塞缸还有一个作用就是固定活塞，使活塞不动主轴来回运动，起支撑主轴的作用。4.5 尾座导轨的设计1、导轨的作用是引导机床运动部件作直线或圆周运动，并承受运动部件包括工件的重力和切削力等载荷。导轨应满足导向精度高、精度保持性好、低速运动平稳性好；摩擦阻力小、灵敏度高；刚度高、承载能力大；结构简单，便于加工、安装、调配、调整和维修，成本低等要求。2、导轨的材料：对导轨材料的主要要求是耐磨性好、工艺性好、成本低。常用的26导轨材料有铸铁、钢、有色金属和塑料。其中以铸铁应用最为普遍，因为铸铁是一种成本低，有良好的减振性和耐磨性，易于铸造和切削加工的金属材料。为了提高耐磨性和防止咬焊，动导轨和支承导轨应尽量采用不同的材料。如果选用相同的材料，也一定要采取不同的热处理方式以使其具有不同的硬度。灰铸铁常用的牌号是 HT200。在较好的润滑与防护条件下，具有一定的耐磨性。适用于不经常工作且对精度保持性要求不高的导轨。孕育铸铁常用的牌号是 HT300。耐磨性高于灰铸铁，但较脆硬，不易刮研，且成本较高。常用于较精密的机床导轨。耐磨铸铁中应用较多的是高磷铸铁、磷铜钛铸铁及钒钛铸铁。与孕育铸铁相比，其耐磨性提高 12 倍，但成本较高，常用于精密机床导轨。通过对材料的类比，由于我设计的是 320MM 液压尾座,考虑价格等原因，选用灰铸铁作为导轨材料。3、导轨的形状：直线运动滑动导轨截面形状主要有三角形、矩形、燕尾形和圆形，并且可以相互组合。在本课题中，我选择三角形导轨。选择三角形导轨的原因是它的导向性和精度保持性都比较高，当导轨有了磨损时会自动下沉补偿磨损量，矩形导轨存在侧向间隙，必须用镶条进行调整。燕尾形导轨刚度较差，加工、检验、和维修都不大方面。综以上一些因素我选择三角形导轨。4.6 尾座孔系设计设计中所需提及的主要技术要求中，就其性质而言，大致可分为两类：一是各加工表面自身的尺寸精度、几何形状精度和表面粗糙度；二是为了保证定位基准面的定位精度，以及为了减轻在加工中的定位误差。为了保证尾座体在装配精度，还要求有较高的相互位置精度。根据技术参数的要求，确定套筒直径为 85mm。4.6.1 主轴孔的设计通常情况下顶尖和中心孔的锥度必须相同，并且多数为锥度为 60，这是为了减少接触面的单位面积压力和不损坏死顶尖。但在本课题中，所使用的顶尖是莫氏锥度4 号的顶尖，因此，套筒前端的套筒孔的锥度也为莫氏锥度 4 号锥度。顶尖（死顶尖或活顶尖）的锥面（莫氏锥度或公制锥度）插入主轴锥孔和尾座顶尖套筒的锥孔内要同心，既要保证设计时同轴度的要求，避免由于尾座的偏移使车削工件产生锥度，因此27在设计中要保证莫氏锥孔轴心线与套筒轴心的同轴度公差为 0.01mm,端面径向跳动公差为 0.006mm。4.6.2 孔和键的设计由于尾座体孔和套筒的配合精度较高，为了减轻滑键在套筒滑键槽内的磨损,需要对两者的表面进行润滑，减少摩擦，防止产生磨粒磨损。摩擦不仅损坏配合表面的品质，而且会导致疲劳裂纹的萌生，从而急剧地减低零件的疲劳强度。而在摩擦面加入润滑剂不仅可以减低摩擦，减轻磨损，保护零件不遭腐蚀，而且能起到散热降温的作用。采用润滑油来润滑时,润滑油膜可起到缓冲，吸热的功能；而采用膏状的润滑脂，即可防止内部的润滑剂的外泄，又可阻止杂质侵入，避免加剧零件的磨损,起到密封作用。因而润滑油或润滑脂的供应方法在设计中很重要。本课题的设计中尾座套筒孔的两端采取了一定的密封性设计,因此可采用比较简单的压配式注油杯系统来进行间歇性的润滑即满足尾座体孔和套筒、滑键与滑键槽的润滑要求。由于对注油孔的加工精度要求不是很高，因此在对注油孔的设计及加工中不需要考虑过多的形位精度要求,仅保持与滑键孔的位置关系即可。在尾座上设计滑键的主要目的是防止顶尖在工作时转动。在套筒上开设键槽，将滑键通过在尾座上方钻通孔来将滑键固定在尾座上,这样套筒只能在滑键尾座的套筒孔内轴向移动,只需要在套筒上铣出较长的键槽，而滑键可做得短一些.同时为了防止滑键的转动在将滑键固定好以后要采用一定的防转动措施,既是在两者的结合缝隙处钻孔攻丝安装上一个螺钉。滑键槽的长度主要和滑键在套筒上的位置有关。滑键槽的长度在设计时应该满足以下两个条件：(1)使顶尖伸出套筒长度达到设计要求的长度，即L=70 mm。(2)使滑键在滑动中顺利。因此，滑键槽的长度取 L=155。在对套筒上的滑键槽以及尾座上的安装孔的设计中不仅需要保证滑键槽的对称度要求,还要保证装键孔对套筒孔中心轴线的对称度和垂直度,因此在设计中结合有关原则和实际经验,初步确定安装滑键的孔对套筒孔的对称度要求为 0.006。4.6.3 配合套筒在工作中主要有两种配合要求。其一，套筒与尾座体的配合，其二，套筒与顶尖、尾座活塞轴的配合。考虑到顶尖套筒与尾座孔在不同的接触部位其接触部位的不同，因此可以采用不同的配合等级。因此，我们分别确定其配合等级。281、套筒与尾座体的配合根据有关资料和实际的生产实践经验，套筒与尾座体的配合采用基孔制，间隙配合，但间隙很小，防止在工作中产生较大的跳动，影响加工工件的直线度和圆柱度。由于套筒的尺寸较大，又和尾座体有配合要求，所以要保证套筒的直线度和圆柱度，可选直线度为 0.006mm、圆柱度为 0.003mm。2、套筒与顶尖、尾座活塞轴的配合套筒与顶尖、尾座活塞轴的配合要求较高，配合间隙很小。安装莫氏锥柄的套筒部与尾座孔的配合精度要求最高，配合间隙很小，制造成本也高，最适合于不回转的精密滑动配合，精度等级多用于 IT5IT7 级。尾座活塞轴的作用是推动顶尖，使其在套筒中伸缩，因此，与套筒的配合也用间隙配合，并且表面粗糙度值要求也要小，以减小摩擦力，保证动作的准确性、迅速性。推荐表面粗糙度值选择 Ra3.2。4.6.4 密封及偏心轴的设计1、尾座主轴与活塞的密封尾座主轴与活塞的密封采用的是橡胶密封圈，螺塞缸与活塞也是采用的橡胶密封圈，此密封圈的特点是耐油、耐热、耐磨、耐老化，质优价廉。2 偏心轴的设计在尾座的后半部分，有个手柄是短暂的控制尾座在导轨上的运动，即使尾座停在导轨上，此原理离不开偏心轴，首先偏心轴固定在尾座体上，手柄固定在安装偏心轴的套筒上，当摇动手柄时，手柄带动偏心轴，偏心轴通过拉杆 29 使压板 2 压紧压板3，压板 3 紧紧压在导轨上使尾座停止。手柄旋转的角度很小，使偏心轴旋转的角度也很小，在偏心轴的最高处达到极限。如果使用数控的圆轴不能拉动拉杆，起不到固定尾座的作用。4.7 挠度、转角、锁紧力的计算及校核 根据工件最大长度和最大旋转外径假设工件最大重量 Q=2760 N顶尖和三爪卡盘支撑工件可简化为简支梁，因此尾座负重 Q/2=1380 N尾座主轴伸出尾座体最大长度 120mm尾座套筒直径 85mm钢的弹性模量29 E 26101 . 2cmkgf断面惯性矩 I=256104mm4644D顶尖伸出套筒长 70mm根据公式 NfaKFpcc)(查表可知单位切削力 =3.6mmcK22305mmNfrmm3 . 0pa故切削力 =2489NcF机床加工如此重的工件时，尾座主轴一般紧缩在尾座体内，现在假设尾座主轴伸出为尾座主轴伸出尾座体最大长度的 1/2，即伸出 60，悬臂 60+109=169mmmmmm。mm4.7.1 挠度的计算 (4-2)EIPl33 =0.0000405 =0.000002l许用挠度, 在范围之内。ly0001. 00005. 0 lylyly4.7.2 转角的计算 (3-3)EIPl22 =0.0018 许用转角，在范围内。001. 0rad005. 0304.7.3 压板处螺栓的选择及校核在机床尾座上通过一组两个相同的螺栓连接尾座和导轨的，并用压板固定。压板的作用是连接尾座和导轨，并通过连接螺栓的紧固或松开来确定尾座在导轨上的位置。由于螺栓需支撑的强度比较大并且其长度大于 160，而 M16 的螺栓的长度最高为 160，因此我们选 M20 的螺栓，下面我们来确定连接螺栓的直径。选用螺栓的材料为 35 号钢，则许用抗拉强度=540Mpa，由作用力与反作用力定理可知尾座的上部和下部之间的摩擦力等于通过顶尖作用在尾座上的轴向力，fF即，根据金属切削原理与刀具切削时产生的轴向分力(0.10.6)，fF FcFF=0.62489=1493。为了满足加工后的工件的精度要求，在工件重量较大和切削力较大的情况下机床不发生共振，取轴向力。,取摩擦系数为FN1800FKN8 . 1。12. 0由可知作用在下箱体上的压力NffN KN7 .1512. 08 . 1从而可得转动凸轮轴端的方形部分所需要的力至少为 15.7，那么作用在每个KN螺栓上的力为85. 727 .152 NFKN因为压板与导轨之间的连接形式为松连接，由公式 (3-4)4Fd 于是可得4Fd =13.6mm现螺栓直径为 20mm，故螺栓选择合理。其长度可以根据尾座体和螺栓所在尾座体来确定，图上有三个螺栓分别取 170mm，180mm，190mm。31第 5 章 尾座精度的确定5.1 表面粗糙度的确定零件经过加工后，其表面因刀痕及切削时金属的塑性变形等影响，会存在间距较小的轮廓峰谷。这种零件表面上具有的较小间距和峰谷所组成的微观几何特征称为表面粗糙度。表面粗糙度的大小对部件的使用性能和使用寿命有很大的影响，两相对运动的表面越粗糙，摩擦系数就越大，磨损也就越快。同时粗糙度还影响到配合性质的稳定性。对于间隙配合，相对运动的表面因粗糙不平而迅速磨损，导致间隙增大；对于过渡配合来说，因多用压力及锤敲装配，表面粗糙度也会使配合变松。此外粗糙度对接触刚度、密封性、产品外观及表面腐蚀能力等都有明显的影响。因此为保证机械零件的使用性能，在对其进行精度设计时，必须提出合理的表面粗糙度要求。在选择表面粗糙度的数值大小时还应当根据零件的功能要求和经济性结合有关的选用原则。一般来说工作表面的表面粗糙度数值应比非工作表面小；承受交变应力的零件，易产生应力集中处，如圆角、沟槽等，其表面粗糙度参数值应小；配合性质要求稳定、小间隙配合和受重载的过盈配合，其配合表面粗糙度参数值应小。同时在实际工作经验不足的情况下还要注意表面粗糙度数值与形状公差值的协调关系，结合有关表面粗糙度数值选用的实例作参考来初步确定尾座体各部位的表面粗糙度数值的大小。由于尾座体孔与尾座主轴的配合性质要求较高，对尾座体孔表面粗糙度要求也是较高的，要求在加工的过程中基本上看不出加工的痕迹。因而其表明粗糙度值大致取Ra3.2；尾座体两端都有配合要求，因此我们选择粗糙度值取 Ra12.5； 尾座底面和立导向面同样具有较高的形位精度，表面粗糙度多采用 Ra12.5 并刮研。5.2 尾座与机床形位公差的确定设计的过程中不仅要保证尾座体内部各部件的相互配合关系和配合精度,确保尾座32体套筒顶尖的准确定心,还要确保尾座体与机床其它部件的配合关系,使尾座体各部件与溜板,主轴的形位精度达到一定的设计标准,减少设计失误。而由于尾座对机床其它部件的几何形状误差将导致在对工件的加工过程中使工件的尺寸、形状精度降低，严重影响加工后工件的质量。因此在进行尾座的设计中，不仅要考虑到各设计要素之间的相互配合关系，还要考虑到在实际的安装过程中与机床其它部件的各安装要素之间的相互配合关系。5.3 底面及立导向面形位公差的确定尾座体底面设计精度的高低是尾座安装在机床上以后定心精度高低的重要影响因素。它不仅影响到与主轴中心线的同轴度误差，而且还会影响到尾座套筒锥孔轴线与溜板的平行度等，因而在实际的设计加工装配过程中，尾座体底面的平面度为0.02mm，与立导向面的垂直度是 0.05 mm。立导向面是与尾座底面上垂直的平面，在尾座的设计中不仅要求尾座可在导轨上横向移动，同时为了加工锥体或其它形状的零件，还需要尾座体在底板上作纵向移动，通过安装在尾座底板上的螺栓与固定在尾座体下部的螺母孔相旋合使尾座体上部偏移。33第 6 章 数控硬件电路设计对机床控制进行调整。任何一个数控系统都由硬件和软件两部分组成，在处理信息方面，软件和硬件对要完成的任务是等价的，硬件处理速度快，线路复杂，软件设计灵活，适应性强，但速度较慢。随着高性能微处理器的诞生，现代数控已越来越倾向于软件控制。数控系统最核心的控制是位置控制，最重要的运算是插补运算，最主要的数据处理是刀具补偿。位置控制的实质就是位置负反馈，即指令位置和实际位置进行比较，用位置偏差进行控制；插补运算就是根据加工程序所确定的坐标点，通过一定的运算法则实时获得位置指令；刀具补偿就是要解决编程轨迹和刀具中心不相符的矛盾。6.1 硬件电路设计6.1.1 数控系统的硬件结构 数控系统根据其使用单片机结构的划分，一般可分为单微处理器和多微处理器结构两大类。单微处理器数控系统由于结构简单，价格便宜，在一些标准型数控系统中应用广泛。多微处理器数控系统可以满足当今数控机床高速度、高精度和许多复杂功能的要求，代表当今数控发展的水平。根据设计任务要求，本设计将采用较经济的单微处理器数控结构，对于一般切削加工而言，其速度和精度已能满足实际要求。 数控机床单微处理器硬件结构电路概括起来有以下几个部分组成：（1）中央处理单元 CPU；（2）总线，包括数据总线、地址总线和控制总线；（3）存储器，包括只读可编程存储器和随机读写存储器；（4）输入输出接口电路；（5）外围设备，如键盘、显示器及光电编码器等。346.1.2 数控系统硬件电路的功能 根据设计要求，确定数控系统应具有以下功能：读取键盘输入数据；读取操作面板开关及按钮信号；读取螺纹/光电编码器信号 ；读取电动刀架刀位信号；接受车床行程开关信号；控制 LED 显示；控制电动刀架自动选刀；控制纵向、横向电动机驱动；控制主轴正转、反转与停止；(10) 控制交流变频器；(11) 控制冷却泵启停；(12) 可与 PC 进行串行通信。本次设计在采用 8031 作为主控芯片,采用两片 2764 程序存储器之外还扩展了一片6264 数据存储器,用一片 74LS373 锁存 P0 口传递低 8 位地址,地址译码采用74LS138C38 译码器;采用全地址码,采用二个 8155 芯片,完成对执行元件的控制。此外,还设有越界报警急停处理电路.6.2 关于各线路元件之间线路连接8031 芯片的 P 和 P 用来传送外部存储器的地址和数据, P 口送的是 8 位地址, P022口传送低八位地址和数据,故采用 74LS373 地址锁存器,锁存低八位地址,ALE 作为首0选通信号,当 ALE 为高电位,锁存器的输入输出速度,即输入的低八位地址在输出端出现,此时不需锁存,当 ALE 从高电平变为低电平,出现下降沿时,低八位地址在输出端出现,此时不需锁存,当 ACE 这样 POD 共组成 16 位地址,2764 和 6264 芯片都是 8KB,需要 13 根地址线, A A 低 8 位安 74L373 芯片的输出,A A按 8031 芯片的 PP系统采用078122.04 . 2全地址译码,两片 2764 新片选信号 CE 分别按 74LS138 译码器的和,系统复位以0Y1Y后程序从 0000H开始执行,6264 芯片的片选信号 CE 地址按 74LS138 的,单片机的扩2Y展系统允许程序存储器和数据存储器独立编址,
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