（机械工程专业论文）cke1112数控纵切自动车床的开发.pdf

。 蟹盟丕兰王羹壅；篓焦堡塞 c k e l l l 2 数控纵切自动车床的开发 梳械工程专监 磷究生量明玉指导老辩夺彦鄂叉和 本课鼹来源予宁江橇冻厂爨主开发顼墓。宁辽钒床厂是国内唯一灼纵切囊 动车床生产厂。纵切皂渤车庶广泛应月于军工、五金、手表、电子、汽车等行 业的精密机械夯秘工中。随着这整产鼗髂产晶结构溺整及科技水乎娓发袋，对这 类执寐蔫速、裹糖、寓效、复台加工的要求也不断提高，同时，随着信息产业 的蘧勃发震，i t 制造监对这类丰凡床的需求奄不断增掘。 本文介绸的怒c k e l l l 2 数控纵切车床。该机床选用了f a n u c0 一t t c 数控系统及n 数字伺腋系统对橇床进行控制。为实磷机床的高速、蕊效、囊舍 船工，机床设计了摊刃与二次媚工刀其结合、双主辘、双加工压的机娥结构形 式。在电气设计中，为实现机床的各项功能要求，机床的双主轴、双通道接制 功髓、黢主输嚣溺步控制功能、双逐遴豹m 等待功能、x 、y 、z 三方向豹刀 、功能不仅使双加工区能同时分别进行零件的加工，而且使零件能在双加工区 之闯自动传递，很好蠛解决了零件调头加工的精发保证阔怒，有效提高生产 率；主轴的定肉、分度功能配合二次加工刀具的使用，扩展了机床零件加工范 闰。 本文还介缨了识庶躲安全保护功能、与多棒料上料爨连接实现孝几廉的无人 化艚渤加工功能。 关键词：双通道双主轴控制无人自动加工 骛盟盔翌三矍亟点堂鸯丝錾 一 t h ed e v e l o p m e n to f c k e l11 2n u m e r i c a l l y c o n t r o l l e di n c i s i n gl a t h e m a j o r ：m e c h a n i c a lm a n u f a c t u r i n g c a n d i d a t e ：d o n gm i n g - y us u p e r v i s o r ：l iy a hz h e n g y i - h e t h ep r o j e c ti sd e v e l o p e db yn i n g j i a n gm a c h i n et o o lf a c t o r yi n d e p e n d e n t l y ，n i n g j i a n g m a c h i n et o o lf a c t o r yi st h eo n l ym a n u f a c t u r e rw h i c hp r o d u c e ss w i s sl a t h e si nc h i n a t h e s w i s sl a t h e sa r ew i d e l yu s e df o rp r e c i s em a n u f a c t u r ei nm i l i t a r ye n t e r p r i s e s ，m e t a lw o r k s ，w a t c h f a b r i c a t i o n s ，e l e c t r i ca n dm o b i l ei n d u s t r i e se t c + w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h es c i e n c ea n d t e c h n o l o g i e sa sw e l ta st h ea d j u s t m e n to ft h em a n u f a c t u r es t r u c t u r e so ft h e s ei n d u s t r i e s ，t h e d e m a n d so fh i g hs p e e d ，h i 盛a c c u r a c y , h i g he f f i c i e n c ym a dm u l t i p l e xp r o c e s s i n gf o rt h es w i s s l a t h e sa r ei n c r e a s i n g l ye n h a n c e d a tt h es a m e 畦m 。t h ev i g o r o u sd e v e l o p m e n to fi ti n d u s t r y i n c r e a s e st h er e q u i r e m e n t sf o rt h es w i s sl a t h e s 。 c k e i11 2n u m e r i c a l l yc o n t r o l l e di n c i s i n gl a t h ei si n e d u c e di nt h i sp a p e r ，w h i c hu s e st h e f a n u c 0 - t t cs y s t e ma st h ec o n t r o l l e r ，a n df a n u c d i g i t a ls e r v os y s t e ma sa x e s d r i v e ra n ds p i n d l e sd r i v e r t of u l f i l lt h er e q u i r e m e n to fh i g hs p e e d , h i g ha c c u r a c y ，h i g h e f f i c i e n c ya n dm u l t i p l e xp r o c e s s i n g ，t h em a c h i n ei sd e s i g n e di n t ot h es t r u c t u r ew i t hd o u b l em a i n s h a f t s ，d o u b l em a c h i n i n gs e c t i o n s ，a n dt h ec o m b i n a t i o no f r a n kr e a l r i e ra n dt h er o t a r yt o o l sf o r s e c o n d a r ym a c h i n i n g ，i nt h ea s p e c to fe l e c t r i cd e s i g n ，t h es y n c h r o n i z e df u n c t i o np r o v i d e db y d o u b l em a i ns p i n d l e s 。t h em w a i t i n gf u n c t i o np r o v i d e db yt h ed o u b l ec h a n n e l s ，a n dt h ef u n c t i o n o f t h et o o lc o m p e n s a t i o na l o n gt h ed i r e c t i o n so f x ，ya n dzn o to n l ya l l o w ss e p a r a t ep r o c e s s i n g a tt h es a m et i m ei nt h ed o u b l es e c t i o n s ，b u ta l s om a k et h ep a r t st r a n s f e ra u t o m a t i c a l l yb e t w e e n t h et w os e c t i o n s t h e s ef u n c t i o n sc a l le l l s u l t h ep r e c i s i o no ft u m i n ga r o u n dp r o c e s s i n ga n d i m p r o v et h em a n u f a c t u r ee f f i c i e n c y t h ef u n c t i o no fs p i n d l eo r i e n t a t i o na n dt h ed i s t r i b u t i n g d e g r e ec o m b i n e dw i t ht h er o t a r yt o o l se n l a r g e dt h er a n g eo f t h ep r o c e s s i n gp a r t s 1 1 嚣川大学工程疆士学位论文 m o r e o v e r ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e dt h es e c u r i t yf u n c t i o na n dt h em a n , a r m e da u t o m a t i c p r o c e s s i n gf u n c t i o nr e a l i z e db yt h ec o n n e x i o nw i t hm u l t i s t i c ka u t of e e d b a r k 蟛w o r d s ：d o u b l ec h a n n e l sa n dd o u b l es p i n d l e sc o n t r o l ；u n m a n n e da u t o m a t i c m a c h i n i n g i i i 奠理銮耋玉羹墅：i ：茧鏊鎏塞 1 概述 1 零l 富 在璇伐生产中，为了满是多品种、，l 、巍乏鬟、产最楚瑟挟代羯皴恢的饕求， 牒采隧革功能组成梳床为主体的生产线，甚不能邋应枫械割避韭 三| 簸摄高豹要 求，困嚣露暴骞多功能秽一定黍性静没蠢翻生产系绕相继魄现，促使数控技术囱 篪麓屡次发震。霹蔼，数羧技术正在发生摄本牲交攀，巍专爝型封翅式开环控 制模式囱通粥型开放式实时动态全 l l 环控翻模式获混。在集成纯嫠礁上，数羧 系统实瑷了趣游羹、越小黧纯；在餐麓纯基勰土，综含了诗算掇、多媒体、搂 糊控制、耪经瓣络等多学科技术，数控蓉绫实现了菸速、毫糙、越效控剑，艇 工过程中可戮齑舔修正、漓苇与零b 偿务磺参数，实溅了在线诊鼗鞠鬻锈纯敲媾 处瑾；程网络化基础上，c a d c a m 与数控系统榘成为一体，聿矗寐联网，实现 了中夹集串控镧韵群羧鸯鬟工“1 。瑟数羧枫寐歪是以数控系统为代表麴新技零对 转统橇械制造产遭懿渗透形成豹橇奄俸纯产晶8 。魏蟹柔憋案l 逡系缀豹迅速 发展和计冀梳集成系统的不断成熬，警今数控棍臻歪辅罄离涟瘦、离稽度纯， 多功能化，态霹靠性、爱合傀、多轴化、智能亿、网络健、柔懿讫、绿色纯方 国发震“”。 车痰鞫墩器遐予热工务秘辘、擞樊潮转钵零转，在各类大小机器中，爨大 面广，戢为得用。在机器制造业中，车床的数螽簸多，用途最广泛。在各类会 切瓿庆中，车魔魏跣黧最大。车痰羧结捣帮用途分为：警透事藤、仪表车隳、 单轴多轴舀动车床、活塞率床、魏辅晶轮轴率廉、立式车朗芒、落地卧式牮 寐、各种专用率床等。 目前国外n c 车床在技术水平上具有如下特点： 1 ) 蠢瞧能：蟊蘸黧终黼车床全嚣肉嵩瞧笺袭麓，俊靠改滋z 瓮、毒嚣、 绥撞、驱动鄹按割五方嚣来提毫精壤、效率、自熟化。翔工艺上车、钱、磨缝 台；布局上立、卧、倾斜式、倒立式变化，结构上多童轴、多刀架；驱动上电 烹继、滚璩丝移、妻线电掘势露；羧铡上多轴联动、嬲络继等。 2 ) 商精度：加工精度普遍提高，精密车床代替了过去的酱通精度n e 车 床。加工精度从过去的i t 6 i t 7 掇简弱i t 5 - 1 t 6 。重笈定位糟菠遮1 - 2 徽米 ( 高精度率床为0 3 ) ，工件精度然0 3 微米，嘲度达1 微米，表酾粗糙魔达 塑删丕堂三瑟瑟主篓焦堡奎 r a0 。3 徽米。系统分辫率为l 微张( 窿耩蒺愆车床达0 1 徽零或0 ，0 1 徽 米) ，还在继续提高。 3 ) 寒效肇：遴过高速纯摹委笺合纯不鞭摁莲热工效攀。蹇速纯方嚣，救串 舰格n e 车庶主翻转速已从过去的3 0 0 0 5 0 0 0 r m i n 撼赫剿4 0 0 0 - 8 0 0 0 r 向i n ( n c 单轴自动车床达1 2 万、1 5 万、甚至2 万r m i n ) 。快速进绘从过去的1 0 - 2 0 m m i n 提离到3 0 、甚至4 0 m m i n 。主传动功率也大大提高。在复合化方面， 其商铣酎功熊、y 轴功能的车黼中心数豢大缮。具有x 、z 、y 、b 、e5 辘功能 瓣也逐步臻多，滋瑗了事一蘑缝合、车霖一麓工中心结合躲复合热工瓿，实瑷 “全部加工”。 4 ) 高囊动化：采用现场交置式编程和机内宴动对刀，有些还与c a d c a 斟相 缀合；繁搏c 、a t c 霍盎西簿叁动纯终圈设备的越来麓多；篮控羁蠡诊断琵力 日盏增强，有魃还可进行远程监控与诊断；能自动测爨和进行误差补偿，包括 加工误差的实时朴偿；更易于集成入自动化加工系统巾。 5 ) 模块纯拨诗：针对枣场簧求，为热遂发震系列产菇、降低或零秘壤短交 货期，国外n e 车床已普遍聚用模块化设计，利用基本模块和各种功能部件灵 活配置，组成静式n c 车床、车削中心等“1 。 国内数控车床在发展上与国外枫床存在较大差距，但仍囱高速、麓精、高 可靠往及功憝笺合纯等方向发展”。 1 2 国内外数控纵切自动车床的现状及特点 菔1 8 8 3 每澄赛第一蠹戆耱式缀甥鑫溯车诞生蔽来，无论是荚熬稳往还 怒精度均已达到相当完美的程度。面对社会化大工业生产，凸轮式纵切自动车 床为仪器、仪袋、钟表、照相机、家电、军工等部门的发展做出了卓越的贡 献。 1 9 6 8 年，秘零西铁城公黉率先开发疆邀赛第一螽数控缀留橇藤d 1 6 ， 开创了数控纵切自动车床的先河，也为纵切自动车床的发展带来了一场革命。 数控纵切自动车床的出现改艇了凸轮式自动车床编制调蹩卡和设计制造凸轮的 特点，这季孛发溪联斑了多晶秘、中、小魏麓稻萃髂熬王瓣霹我要求。 型塑盔璧玉鹜塑圭鲎照篓莲 数控纵切机床通过3 0 多年的不断发展，特别是以| j 本西铁城、艇精密、 瑞士托诺斯簿为代表的制造厂家，先后开发了不同规格、不同结构形式的数控 纵功自动车徕，可谓备具特色。 胰函外主要数控缀绥梳臻产菇器，箕辊霖的馕能指标正鞘着燹快、燹 精、更全酶方向发展。繇臻“更快”愚指产品靛“烹轴转速”帮“辖驱动速 度”裹。如主轴转速达到1 2 0 1 5 0 0 0 r m i n ，辜羹室行程速度达到1 8 2 4 m m i n 太大提赢了产品靛加工效率；所谓“熨全”是搬产黯的功能全，麟在嬉台产品 上髓够完成更多的工謦。尽量减少麟工序的设备投入，朝着所谓的“簸合化加 工”方向发展，如目本s t a r 精密的e c a s 2 0 瑞士型自动率庶、两铁城的 c i n c o mm 3 2 5 c n c 自韵车床“1 。就警今著名数控纵切机床生产厂推进的产品 看，数控纵切机床在技术发展上具有如下特点： 1 ) 数控级切控制系统，已由原来标准的系统逐渐向专用系统转换“1 。由 予数控纵切的固窍特点多轴控制、小型驱动、枧床结构紧凑、占空阈小 等。专用c n c 系统供成商所掇供的标准系统，已不能满足快速发展的数控纵切 控铡系统熬要求，或者不韪双较经漭熬方豢满足豢隶。灏踅，备个圭簧铡遥厂 家，均投入了大嫩的人力物力，进行专用c n c 的开发。如t o r n o s 和c i t i z e n 等著名公嗣，由子这螫公司其宥多年的数控缀韬擞产厉受，艳们开发的系统， 其控制和操作更符合数控纵切的特点，并盥将一必通用系统中的不必器功能去 除，可降低系统的成本。如t o r n o s 公司在其推出的d e c o2 0 0 0 系列中使用的 专援数控系统p n c - - d e c o ，将传统的凸轮级切塞渤车庆瓣控制理念应翅子数控 系统的软件设计中，以数据处理器来计算镑运动轴的运幼轨迹，并将数据存在 工俸表孛，由拜雩镑来嗣劳辕滚瓣读取( 鞠纛拯凸轮辘的壤念) 澜。这徉，嫠系 统w 同步篱理所有运动轴( 最多可同时管理1 1 个轴) ，且无空运行时间，大 大捷高了橇床加工效率“1 。 2 ) 内装式主轴伺服驱动 近年来，内装式主轴电机发展迅猛，由于它其有简化机床结构，减少机 床结积，传动效率褰， “c ”辍易实臻等特点，越亲越受弱户粒欢迩，是今爱 主轴驱动技术的主流，如日本c i t i z e n 公词的b 、c 系列机型均采用了内装斌 主辘电梳，使褥驱动瞧髓大为提高，阕对，使褥瓿床的体积大大遮减少。 3 ) 独特的双面钻孑l 移动式刀排座功能 鍪望丕兰三墼塑熏堂焦建奎 该刀座中的固定式链孔轴的两端均可安装刀其，它们被安装穗个可以 横向滑移的拖板上，工作时，按程序指令，运动到某一个钻孔轴与主、背主轴 同轴位置，然聪幽主背主轴同时进给，完成车削和钻镗、铰孔等工作，理论上 霹交现三怒刀獒粥舜工痒( 主秘工区域癸灏车刀哥车潮钤嚣) ，嚣熬该蘩稳箕 有麓叠加工时间长，刀具容嫩大，且易保证工作精度的特点。 4 ) 动力刀具的同步回转( 与主轴) 成l e f f j 回转控制功能( 旋风车削功 能) 此功能主要是利用主轴伺服驱动的精确周向控制，使得动力刀具回转速 度与主轴的回转速度严格匹配，该功能主要用于旋风车削正多边形。 5 ) 都可向用户提供与机床配套使用的自动编程软件。使用户能根据加工 零件的工艺要求，以工步的形式对零件蓝图进行编程，由编程软件自动生成 n c 加工程序。如t o r n o s 公司的d e c o2 0 0 0 系列机床一改一般数控机床g 代码 编程的方式，向用户提供专用自动编程软件，用户根据零件加工工艺，按工序 输入相关参数，即可完成零件的编程工作。 国内的数控纵切自动车床起步较晚，作为我国纵切自动车床的唯一自主 生产厂家，我厂在1 9 8 6 年成功地推出第一台简易型数控纵切c m l l l 6 及随之推 出的n g c n c l l l 0 ，两种产品由于沿用了传统的凸轮式纵切自动车床的布局方 式，仅仅是将凸轮控制改为步进机驱动控制，其精度、速度和刚性等方面，均 没有克服传统凸轮控制自动车床的缺点，因此其产品性能属于从凸轮纵切到数 控纵切的过渡型产品，其产品水平与国外6 0 年代末7 0 年代初相当。 1 9 9 4 9 5 年，我厂在引进英国b e a v e r 公司车削中心技术基础上，结合8 0 年代末期国际数控纵切的发展水平，适时推出了我厂第二代数控纵切自动车床 c k l l l 2 、c k l l l 6 和c k l l 2 0 、c k l l 2 5 及n j c k l l 2 0 1 等系列产品。该系列产品 在总体方案拟定时，突破了传统凸轮式纵切自动车床的模式，按照被加工零件的 工艺特征及加工原理进行设计，采用主轴箱固定型、4 5 。斜床身、双转塔刀架的 结构形式，并且采用了当今世界上先进的数字控制系统，使得产品的精度、速 度和刚性、可靠性等方面均有了质的提高，达到了国际8 0 年代末9 0 年代初同 类产品水平m 。 飙我厂第二代数控级翡羝歹l 产黧豹功能特点看，与国努弱类先遗产品 比，还存在明显的差躐。这主要表现在： 饔垄奏黧三黧鎏薹= 兰熬建苎 1 ) 主鞴转速低，仗达到6 0 0 0 r m i n ，特剐是对予小篷零孛蕊工，不瑟瀵足 藤遴、离散掬王愿剡。 2 ) 产品功能不全，没商二次加工功能和背加工功能，对于较为复杂的零 件，均需黉后道工序的铣床、钻床和调头加工。 3 ) 没有桃外对刀装置、自动编程软件簿与枫床配套的方便稻户使用梳 袋、有助予提蕊机臻工 謦效攀豹驸件囱髑户提供。 1 3 问题的提出 遥曩年采，国姊及套游蠡冬叁动攀庆生产制造亵瑰开始在串强大麓投资生产 纵切自动事廉，其产品基本属于该公司的中、低挡产品，在功能指标上与我厂 现在产品差距不大，但由于其产品在制造工芑、可靠性等方面的优势，给我厂 带来了巨大的竞争压力。间时，随着这炎机床的服务行娩如五念、打火獍、燃 气热承器、制笔、铡锬、仪器仪表及1 1 、业的迅速发展，谈这然行业在不龋开 发禽新技术产晶的嗣时，对小型、商效、自动化设番的髓求迅遮增长。为满足 对市场需求，也为能不断缩小与世界先进水平的差躐，工厂在对上述行妲进行 隶场谲磷分搴厅豹蘸爨下，缀开发臻能菱强、工作效率簧勰豹耨产茹。 。4 课越来源 本课题怒工厂自主研制项目。 5 课瑟疆究目标 本课题瓣在开发出一种产品技术水平能达到9 0 年代末期国际同类产品先 进水平的数控纵切自动车脒产品。结台我厂现有数控纵切机床的成熟结构及工 艺以及我厂该类产品当翦髑户群豹主簧蕊工范围，工厂数开发最大加工捧料意 经是日b 1 2 m m 的数控缀翻蠢动车床。羧模块他、系列亿设计原翻遴行设计，枫 床机械结构敷工艺性在现肖成熟结构熬础上有所刨新，在产品结构上充分考虑 产品功能的可扩展性。考虑到我国中、搿档数控系统主要依靠进嗣，为缩短产 鹣秀发瘸鬏，零系受产晶激用橱难数控系统控赣豹怒气控毒l 方案。系列产晶掇 摅功能命名为c k a 1 1 2 、c k e l l l 2 。样机按全功能溅产品c k e i l l 2 试制。 塑捌态堂三臻塑主鲎壁鹭莲 8 课麓磷究离痞 本课题主要磺究内容有： 1 ) 本系列机床总体方案的设计：包括本系捌机床功能的确定及备型机床的功 能姗分，本系列机床总体布局原则、桃械总体结构及工艺实施的可行往设 诗，枫窳电气控铡方案款设计。 2 ) 全功能型机床c k e l l l 2 的机械、电气各功能部件的详细设计 3 ) c k e ! 1 1 2 机床试制：包括备功能部件的生产、装配、机床各项功能的调 试、各项功锈撂标豹铡试。 7 本人在谍题中主要献攀的工 皋 本人在本课题中主要完成以下工作： 1 ) 本系列机床总体电气方案部分的设计：包括机床控制方案及数揆系统的选 羹、孝莲寐怒气控潮详缓设诗熬设诗器粥疆定。 2 ) g k e l l l 2 机床电气部分各功能的详细设计、p m c 梯形图设计：包括机 床控制原理圈的设计、与电气主体安裟有关的机械零件的设计、p m c 梯形 图的设诗及试制过程中现场阉题豹处壤。 3 ) o k e l l l 2 梳床试翎过程中掇床各翡能静电气控籁煞分的调试：毽耀p m c 榛 形图的调试、设计任务书中机床各功能的实现、机床的正确操作方法及机 床加工零件的程序编制、配合机械人鼹完成机床各性能指标的测试。 6 必叫盔堂王筵亟主堂堡嫂塞 2 视床憨体方寨设计 2 。1国外同类机床结构特点和性能指标 国势数控级螺鑫秘车藏熬生产厂主要有：壤静t o r n o s ，霾本熬遁铁 城( c i t i z e n ) ”1 、寓野( m i y a n o ) “”、星精鬻( s t a r ) 、滓上 ( t s u g a m i ) 、野村( n o m u r a ) “，台湾舶王主机械( w a n gt z y y ) “、 奇锋( g ef o n g ) 等。就上述各公司生产的产晶来看，其与我厂产品规格相当 的产品大多采用单排刀或双排刀结构，或排刀与回轮刀架组合的刀具结构形 式，穰床南篇及络筏羹l 各有褥点。绥台我厂懿技术、生产东乎，主要琵较了基 本c i t i z e n 和瑞士t o r n o s 的相关产品特点。 2 1 1 c i t l z e n 公糊产品性髓及机床特点 c i t i z e n 公司的产品根据用户的不同需求，对每个畚列的产品都进行细分 设计，将冀分为不间的规格：为满足用户的特殊加工需簧，对本系列中的每个 规格的产品在基本功能相同的前提下，按机床功能模块的增加，又分为多种型 式n 对不嗣整式，穰床主体络祷相闻；垄式不黼，各癸刀吴豹酝鬟不嚣，橇床 总体功能也有所不间。 2 1 1 1l 16 l 2 0 机床 l 、l 1 6 l 2 0 机床结构特点： 1 ) 新颖的排刀结构大大提高了机床的换刀速度，有效缩短了机床换刀时间。 2 ) 使用了独特的双面钻孔移动式刀排座。 3 ) 巧妙的机械结构使诸如外径切削与钻孔加工同时进行。 4 ) 操作简便。 5 ) 专用的n c 系统； 6 ) 内装式主轴伺服电机、使得机床空间尺寸小、易实现c 轴且精度高，性能 好： 7 ) 全伺服驱动，即各个辅助动作，均为小型伺服驱动，省却了液压系统。 2 、l 1 6 l 2 0 机床的性能指标： l 1 6 l 2 0 的性能指标如表2 1 所示。 叫j i i 大学工程硕士学位论文 表2 1o i t l z e nl 1 6 l 2 0 机_ 睬。 生能指标 性能指标 l 1 6l 2 0 控制轴膀空制通道5 轴，2 通道5 轴，2 通道 最大棒料崩径m 1 6 n m 十2 0 m m 最大加工跃度 2 0 0 m m2 0 0 n m 最大端嚣链i l 壹经 击1 8 m i l l垂1 0 m m 最大端嚣玻丝直径 m 8m 8 动力刀具钻孔直径 士8 n 1 辩1m 8 m m 动力刀具攻丝直径 m 6m 6 背主轴最大加工直径由1 2 m m 也1 6 r a m 暴爱鸷主聋蠹时最大王 譬毖度 8 0 m m 8 0 m m 背主轴最大钻孔壹径每s m m 6 8 n h n 背主轴最大攻丝直径 m 6m 6 可装刀具数最1 6 2 i 恕1 6 2 i 搬 主轴转速范匿2 0 0 “1 0 0 0 0 r p m 2 0 0 一1 0 0 0 0 r p m 鹜主辘转逮范匿2 0 0 * 8 0 0 0 r p m 2 0 0 8 0 0 0 r p m 动力刀其转速范围 2 0 0 - 4 5 0 0 r p m2 0 0 - 4 5 0 0 r p m 主轴电机 2 2 3 7 k w2 2 3 7 k w 动力刀具轴 1 0 k w1 0 k w 背主轴 0 ，7 5 1 5 k w 0 7 5 t 5 k w 全罄驱动毒凌捷速移秘逮度 2 0 r r d m i n2 0 m r a i n 3 、l 1 6 l 2 0 机床刀具布擞形式： 甘w 甘甘u u u u u 图2 1l 16 t 2 0 刀具帑两耍 机床上可安装的刀具数擞：1 6 2 1 把。其中：排刀上的外园类车刀：5 一? 恕；稀刀上静动力刀舆；4 7 把；端甏钻孔类旋转刃吴：0 - 3 把；端面链孔类 刀具：3 把；背钻孔用旋转类刀具：0 - 3 把；背加工用钻孔类刀具：3 把。 叫川大学工程硕士学位论文 2 1 1 2c 12 c 1 6 机床 l 、c 1 2 c 1 6 机床的结构特点： 1 ) 充分利用了4 5 度方向的几何形状排列刀具，使得空间排布更加紧凑； ( 该刀具的排列形式是c i t i z e n 公司的专利) 2 ) 直排式双面装钻孔轴( 两轴控制) 使背钻孔扩展为背面加工，同时使得刀 具数量大为增加，从l o 把扩展为2 2 把： 3 ) 回转中心采用随机唯一中心架形式； 4 ) 主轴有限分度为随机供货，可选用主轴连续分度和附主轴分度，连续控制 功能； 5 ) 4 5 度斜床身结构，方便落屑； 表2 - 2 c i i i z e n0 1 2 c 1 6 机床性能撮标 性能指标 c 1 2c 1 6 控卷辘麓蒜l 遥遂4 鞠，2 逶遂 5 鞍，3 ；羲遵 ( c 1 2 v i ：6 轴，3 通道)( c 1 6 i x ：7 轴，3 通 道) 娥大棒辩羹径 奄1 2r n t t女1 6 n 最大加工长度 2 0 0 m m2 0 0 i n l n 娥大端面钻孔直径 士6 t u r n 巾8 m m 最大端西攻丝壹径 m 6 m 6 ；韵力刀其镝藐壹径 $ s m m 击5 r r d l l 幼力刀具攻丝直径 m 4 m 4 背主轴最大加工直径击1 2r a i n( m 6 m m 浓蔫警主辜蠡时最大王佟长度 9 0 m m9 0 m m 背主轴最大钻孔直径 5 m m s r n m 背主轴最大攻丝直径 m 5m 5 霹装刀具数量1 7 ( c 1 2 璃；2 2 ) 撼2 2 把 生轴转速藕围2 0 0 - t 2 0 0 0 r p r n2 0 0 1 0 0 0 0 r p m 背主轴转速范围2 0 0 1 0 0 0 0 r p m 2 0 0 - 1 0 0 0 0 r p m 凌力刀具转速范围2 0 0 - 8 0 ( x ) 璎m2 0 0 8 0 0 0 r p m 主辅电机 i 5 也2 x w1 5 ，2 2 k w 渤力刀具轴 0 7 5 k wo 7 5 k w 鹜主辙 0 4 0 7 5 k w 0 + 4 0 7 5 k w 全帮驱动鞠快速移动速度 2 0 n d m i n 2 0 i r d m i n 鍪翌盔堂三羹璧l ：釜鳖堡塞一 6 1 主、附加工均只能是单刀切削； 7 ) 内装式主轴伺服电机、使得机床空间尺寸小、易实现c 轴且精魔高，性能 好； 8 1 专蘑的n c 系统： 9 1 全伺服驱动，即各个辅助动作，均为小型伺服驱动，省却了液愿系统。 2 、c 1 2 c 1 6 机床的性能指标： c 1 2 c 1 6 校窳缝襞捂标蠢瑟滚2 - 2 爱示3 3 。 3 、c 1 2 c 1 6 机床刀具布擞形式： 圈2 - 2 倒2 0 1 6 机床刃具布局圈 机床上可安装的刀具数麓：1 0 把。旗中：装在排刀上的外围炎牮刀：v i 型：3 把，v i i 、v i i i 、i x 型：4 把；装在排刀上的旋转刀具：v i 型：4 把，v i i 、v i i i 、i x 型：6 把；端嚣锻孔类刀具：v l 型：4 糍，v i i 、 v i i i 、工x 鳖：8 把；背加工瘸旋转类刃暴：与端面钻孔类刀具数薰褶阉。 2 1 2t o r n o s 公司d e c 0 2 0 0 0 系列产品憾缝及机床特点 l 、d e c 0 2 0 0 0 系歹l 筏霖褥点： 1 ) 模块化设计：t o r n o s 2 0 0 0 系列中的共有规格7 ，1 0 ，1 3 ，2 0 ，2 6 五种 规格。其中，每种规格以5 轴控制为慧型，可配出：7 轴、8 轴和1 0 轴几 中变型配爨方案，其中l o 辘力最离戴嚣，吴备童辍毅刃蜀时甥趣，主、 背主轴同步加工( 重台工作) 。主、鬻主轴刹停、分度的二次加工功能。 主、背主轴的y 轴加工谶给，端面动力刀具功能。 2 ) 上述第一条是整个设备配霆的模块化设计，在d e c 0 2 0 0 0 中，各种组件实 四丕囊葚焦墅主堂照堡塞 际上魄是摸块亿设计原剐两进行的，如暇定刀夹謦元，动力刀具单元及轴 驱动单元等。 3 ) 全齿形皮带传动结构，该机床所有轴驱动和主轴传动均采用齿形带传动， 半闭环检测鬲编码器装在滚珠丝秆轴璃。 4 ) 所有轴驱动导轨为滚动直线导轨付 5 ) 该瓠窳为哥圈辩驳刀臻鸯l ( 因此基形为双刀甥胡双蓑 刀缮稳) 6 ) 滑移式主轴箱结构，气液增压式主轴夹紧结构 7 ) 规藏想俸结构紧凑、功能完善、刃具容鬟大，甚嚣菇嚣谓“全部热工“豹 表2 - 3 d e c o2 0 0 0 机床性能指标 性能指标 d e c o2 0 0 0 7i n t o 型d e c 0 2 0 0 0 1 3 m m 型 滑动主最大加工棒料直径 im m1 3 r a m 轴箱部 最大加工零件长度 6 0 ，9 0 m m1 8 0 m m 分主主轴转速范围1 0 0 1 6 0 0 0 m m0 - 1 2 0 0 0 r p m 主主轴最小分度角度0 1 度0 1 度 ( 选件) 最大电机输出功率 1 1 k w2 2 k w 横向十主加工刀具数量2 x 4 ( 双排刀刀架，每2 x5 ( 双排刀刀架，每个 字滑鞍个排刀4 把)排刀5 把) 部分 刀具截面尺寸 8 x 8 m m1 2 1 2 m m 最大横向加工刀具数量 ! 零( 包括在2 5 之 6 内) 横两女l 工7 3 最转速1 0 0 - 1 2 0 0 0 r p m0 - 8 0 0 0 r p m 前端加最小刃具数簸 3 3 工装置 端面钻削刀媳转速 1 0 0 - 1 2 0 0 0 r p mo - 8 0 0 0 r p m 反主轴最大抓夹直径 7 m m1 3m m 郓后端最大工件长发 6 0 m m1 8 0 m m 粕工装 可编程主辍转速 1 0 0 - 1 2 0 0 0 r p m o - 1 2 0 0 0 r p m 置 背主轴最小分度角度0 1 度0 1 魔 ( 选件) 最在后编加二c 刀位数量 46 固定或动力刀位数量 46 可编疆动力歹3 其主辘转1 0 0 - 9 0 0 0 m m8 0 0 0 t o m 速 p n c - - d e c o 平行数字所有轴所有轴 控制器同时控制轴数量 插於轴数壁艨蠢轴 所有辘 璺删盔鲎王焦亟主堂望鲨裹， 一 机床设备的典范，可以说几乎侄何复杂零件在该机床上一次均可全部完 成，鼹一耪真正意义上的多轴控制蛇小型热工中心隶i 选单元。 8 ) 稳藤羧隶l 系统，聚髑t o r n o s 。b e c h l e r 公潮专为该系捌枫寐磅镄的t b d e c o 控制系统，该系统是在w i n d o w s 平台上开发的控制系统，具肖功 能强大，界面友好，易于操作的特点。 2 、d e c o2 0 0 0 系列疆庆弱避裁撵蠢 d e c o2 0 0 0 系列机床中7 m m ，1 3 m m 机型的饿能指标如表2 - 3 所示“。 3 、d e c o2 0 0 0 系列机床刀具布鬣形式 d e c o2 0 0 0 系歹机床刀具布景形式熟匿2 3 艇示。 匿2 - 3ad e c o - 2 0 0 0 正砸加工区 冗具布局爨 瞄 3bd e 0 0 - - 2 0 0 0 鹭面加工隧 刃其誉竭霾 2 ，1 ，3 两公司产品b b 较 上述两类设备代表辫当今数控纵切的先进水平，但两类设备的风格不同， c i t i z e n c i n c o n 系戮，主要是实耀型，瑟t o r n o s - d e c 0 2 0 0 0 系歹l ，童舞 在其有一定实用价值的基础上追求渤能的完善。鞠此，c i t i z e n c i n c o m 系 列的所有产品，均为小巧琳珑、经济实用。而t o r n o s 的产晶，看上去结构 复杂，体积偏大，但确灾是功能全，如双摊刀单独控制，背加工的车静和镌燃 功麓，忿掰释臻蕤爨我们现在掌握豹资搴季，整赛上无箕继公司静产晶同嚣于爨裔 该两种功能。从这一点上看，机床的技术功能方酾，t o r n o s 比c i t i z e n 强 一点，但由于日本c i n c o m 系列优越的性价比才使得c i t i z e n 产品的销量占 攥曩类型产鑫遣雾善位，是一点不鲻羧楚c i 疆z e n ，c i n c o m 数控级接产品蔟 爵黼 霎 貂! ! 鑫兰玉莲照生鲎焦鎏塞 产品熊系魏多，每释产菇帮备蠢穗点，攘然它魏鄂糍突藏数按纵甥翰基零功 能，但其柱个侧熏点不同，这就使得用户其有较大的途择余地，用户可穰据自 邑耩霹艇热王懿零 孛寒选择掰购设备。嚣t o r n o s 援翦仪露d e c 0 2 0 0 0 系列，虽 然它们的功熊徽全，毽席户购买设备惹，肖蹙功熊可黥长期不搿，遮藏逡葳了 浪费。 饫两公司产晶络构餐，均为辨刀缕构，测造工梵翅对濯轮刀絮麓攀虽可鞋 性离，镯服鞣动不仅换刀速度恢，黼藏羹复定筏精度商；从梳藤布局看， c i t i z e n 豹c i n c o m 系裂貔床在割造上夏容易实现，t o r n o s 舶枧床缭掏形式不 但要求机床底虞有很好的刚性，荫且斜床身的结构对制造、装配均提出了较高 要求；从机床加工过程中刀具排膊情况看，水平排刀缩构比垂真的骚排刀结构 燹和予机床的摊屑；觚机床的控翻轴数看，c i n c o m 系翔机床摹本蘩的控蒂辘 均在4 5 轴，而t o r n o s 的d e c o2 0 0 0 系剃杭床最小醚黉愚5 个伺服控涮轴， 这对予舀蘸我 f j 主要莜纛标漆懿数控系统进嚣橇床控铡懿枫瘫生产厂来说，是 橇臻方案设计审嚣癸考惑豹一个黧簧润趣。一方蠹，怒数控系绞生产蔻可鞋巍 我们提供戆数控系统粒憨俸旗戆及系统可控制辘数，另一方霆，是我 | 、j 对机窳 题标制造成本的控制。在机床性能指标上，两公司产晶的主轴速度都农 1 0 0 0 0 r p m 及以上，轴的快移速度均可达1 2 1 5 m m i n ，从呶气控制的角度看， 选用离性煞的数控系统及伺服系统后，理论上讲上述健能指标罴可以达到的， 但从机械设计及制造工蕊角度看，按照目前工厂的技术水平，要达到上述指稀 还有定难凄。因诧，京对我稍翡薪产品撬毪麓摇檬辩，数上述瓣公司瓣主要 撂褥 鼙兔一个羹要参考，奁穰槭设诗及案l 造王芑不凝刨菠斡基磁上，确定我爨 躲产晶羲搜髓指标。 2 2机床总体方案设计 2 ，2 + 1 本系列枕廉功能凝求及机械缩构方案 2 2 1 1 机床的适用范围及功能要求 本系歹枫寐适用予小蝥缁长回转体零件的精密离效船工，逶稻予记漓器、 汽车、航窑、攀工、仪嚣、仪表家毫、蕊矮、夯公设备、照褶橇簿行泣牵毒蠹类 零侔鹣裔逮、藤效、离精凌麴王。 鹫删盔望夏獯堡点鲎焦攘薹 本系列枫床能对冷挝簿料及磨光棒辩进行连续上、下糖豹叁动 ；霪环搬 工，能够究成轴套类零件旮勺车外圆、钻、镗孔、车端面、车螺纹、割槽、切 断、竣丝等。对全功能型枫床，主辘逐可避行剥停、分度，完藏禳铺孔、铣键 疆、铣赢等工净，在零 孛宠戏疆瑟热工压，剃弼主、剿主辜蠡圈爹凌麓，缀方 便地完成零件在主、副主轴之间的传递，从而自动完成零件背加工。配上多棒 料自渤上料梳后，可实现冤人能自动搽作。 2 2 1 2 机械结构方案 在进行新系列机型开发时，结合第二代数控纵切自动车床的缕构特点及 焱使焉孛反浚滋貔闯蔻，参照当翦莺癸阉黉掇凑魏橇获蠢是形式，貔稍藿重考 虑了排刀的结构形式。排刀溅结构与转塔式结构比较鼹有如下优点； 1 ) 充分地利用棒料周转的有限空间。排列了各种刀具，使得刀具能够快速 接j 磊工 孛。 2 )刀架绪构简单，壳服了转塔刀架镶构复杂、故溱率离、设计露l 造难度大 等缺点。 3 ) 由于采用了嶷线式换刀，因此，换刀酌定位耪度_ 和麓复定位精度商，且其 髓废荔予控裁耱修歪。 9 ) 易于实现动力刀具和背加工的配置。机床功能扩展余地大。 1 0 ) 机床整机机械结构简单、直观，大大地降低了机械制成本。 1 1 )襟作、维修燕单、方霞。 结合我厂的技术水平及黛产制造髓力，在机床设计的机械布局上主要参照 c i t i z e n 水平排刀式机床的布局形式，按照模块化、系列化的设计指导思想， 将1 2 r a m 系列帆床分为基型c j ( a 1 1 1 2 、全功能型c k e i i l 2 两类。 本系舞橇臻采焉模块织浚诗原鞠，潋c k a l l l 2 蕊蒸鍪，c k e l l l 2 戈全襄 能型。c k a l l l 2 型机床只有个零件加王区。具备x 、y 、z 三个控制轴，由x 轴进行机床摊刀刀具的进给切削，z 轴进行棒料的送溅控制，x 、z 轴的联动实 现零转豹车努灏、车壤覆、牟螺纹、韬聚筹势嚣翔工凌戆。￥辘遴牙瓣刃款换 刀控制，在y 辙拖板上配爨三轴固定钻孔类刀座，以宪成零件端面焱孔的加工 如钻、镗孔及敬丝等工作。系统的三轴联动功能使机床排刀在x 、y 、z 三个方 向上均能进行刀补，搜零件加工精度能褥到更好僳诞。c k e i l l 2 型机床在 鋈垄丕兰三臻臻兰主篁鲨塞 c k a l l l 2 型机床的基础上，取消了y 轴拖板上的三轴固定钻孔类刀座，改为三 轴动力刀座，配合主轴的刹停分度功能，完成零件的二次加工如横钻孔、铣键 槽、铣蕊等工序；增加了三轴附件、副主轴及背热工强定刀座，兰轴附件和副 主轴装置平行嚣于辊寐主辘对面露一稳扳上，由第瓣辘控制副主辍及醣舞故换 位，由液压控制三轴附件的进、退，究成零件端面的孔的加工工作；增加第五 枣出控制副主牟由进给，配合背加工固定刀座，完成零件的背加工工作。为使零件 熬正、骛嚣麴王在同一叁秘床土宠残，婺求零磐麓熬凝在主、裂主辘之霆进零 传递，为摄简机床加工效率，机床应可以同时进行零件的正、背蕊加工，机床 分设主、背加工区。 本系列机床的主轴箱设计在机床左边，以利于采用右旋刀具加工。主轴箱 均采用瑞士型左置滑移式主轴箱，为提高刚性将主轴箱体与z 轴拖板设计为整 体式，通过滚动直线导轨安装在底座上，并左右移动。主传动电机设置在z 轴 拖板上与主轴箱并行，并随z 轴拖板一起作纵向运动，在主轴箱前端的底座上 设置有立柱，立柱主要用于支撑x 、y 轴拖板、中心架及外圆车刀排和各种动 力刀具装置。对c k e l l l 2 机床，在立柱和中心架的正面，设置有z 2 和y 2 轴十 字拖板。拖板上安装有正面加工孑l 用三轴附件和副主轴箱。 本系列产品采用无床身式结构，各主要部件均直接与底座相联系，因此底座 采用中空式箱形结构，要求刚性强，稳定性好。各轴驱动结构采用电机直拖式， 采用弹性联轴器联接滚珠丝杠副与电机，各坐标均采用直线滚动导轨副，保证 了机床高精度和高的稳定性及持久性。刀架均采用直线排刀式刀架结构，换刀 定位由a c 伺服电机控制，位置编码器检测，定位精度高，可靠性好。三轴动 力刀具采用成组三联向心推力球轴承作为轴支承，回转精度高，剐性强，适用 于小孔加工和铣削。 机床设置液压系统，由液压油缸控制弹簧夹头夹紧松开棒料，主轴夹紧、 松开采用液压缸推动，其推力40 0k g ，并设计有夹紧检测开关，保证了传 动的可靠性，传动精度，传动平稳性和高精度加工细长轴类零件。对c k e l l l 2 机床，主轴分度刹停销插进、拔出分度齿盘及副主轴弹簧夹头夹紧、松开棒料 均采用液压缸推动，并均设计有检测开关，保证动作执行的可靠性。 鳃趔盔堂至黧题主堂垡建塞 机床采用全封闭防护罩。主电柜安装在底鹰后面的支架上，c r t 及操作 磊投设置在主轴箱上鬻。冷帮涵籍浚鬟在右鞴貉轳下方，辊藏岁 溪造鍪斡一帮 份，可方便地拉出油