开题报告-CA6140卧式车床的设计-车床溜板箱和刀架的结构设计

研究的现状及其意义引言：随着社会生产和科学技术的飞速发展，机械生产的日益复杂，需要越来越复杂的技术，普通的机床已经不能满足这些要求，所以数控机床得到了发展。这种新型的机床具有适应性强，加工精度高，加工质量稳定，生产效率高的优点而得到普遍的应用。它综合应用了电子计算机，自动控制，伺服驱动，机密测量和新型机械结构等多方面的技术成果，是未来机床发展的主流趋势。1.1．国内研究现状目前机床数控化改造的市场在我国还有很大的发展空间，现在我国机床数控化率不到3％。用普通机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展，所以必须大力提高机床的数控化率[1]。数控机床的改造在国外已发展成一个新兴的工业部门，早在60年代已经开始迅速，发展的原因是多方面的，主要有技术，经济，市场和生产商的原因。我国是拥有300多万台机床的国家。而这些机床又大多是多年累计生产的普通机床，不论资金和我国机床制造厂的能力都是办不到的，因此，尽快将我国现有一部分普通机床实现自动化改装，是我国现有设备技术改造迫切需要解决的课题。[2]用数控技术改造机床，正是适应了这一要求。它是建立在微电子现代技术与传统技术相结合的基础上。在机床改造中引入微观的应用，不但技术上具有先进性，同时，在应用上比其他传统的自动化改装方案，有较大的通用性与可调性。而且所投入的改造费用低，一套经济型数控装置的价格仅为全功能数控装置的三分之一到五分之一。[3]从若干但未成功应用的比例可以证明，投入使用后，确实成倍的提高了生产效率，减少了废品率，取得了显著的技术经济效益。因此，我国提出了从大力推广经济型数控这一中间技术的基础上，在足部推广全功能数控这条道路，适合我国的经济水平，教育水平和生产水平，已成为我国设备技术改造的主要方向之一。同时，它还可以作为全功数控机床应用的准备阶段，为今后使用全功能数控机床，培养人才，积累维护，使用经验，而且也是实现我国传统的机械制造技术向机电一体化的方向过渡的主要内容之一。机床的数控改造，主要是对原有机床的结构进行创造性的设计，最终使机床达到比较理想的状态。数控车床是机电一体化的典型代表，其机械结构同普通的机床有诸多相似之处。然而，现代的数控机床不是简单地将传统机床配备上数控系统即可，也不是在传统机床的基础上，仅对局部加以改进而成。1.2．国外研究现状1．2.1．数控机床的产生数控机床起源于美国，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伺服机构研究室的协助下，开始数控机床的研究，并与1952年试制成功第一台有大型立式仿形铣床改装而成的三坐标数控铣床，不久即开始正式生产[4]。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求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，是数控装置进入了第二代，体积小，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，和直线控制数控铣床得到较快的发展，是数控机床在机械制造业各部门逐步获得推广。1965年，出现了第三代的集成电路数控装置，不仅体积小，功率消耗小，而且可靠性提高，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，先后出现了有一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统（简称DNC）有成群控系统：采用小型计算机控制的计算机数控系统（简称CNC），是数控装置进土了一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储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二十分之一，价格降低了四分之三，可靠性也得打了极大的提高。80年代初，随着计算机软硬件的技术发展，出现了能进行人机对话时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[5][6]。数控机床主要有数控装置，伺服机构和机床主题组成。输入数控装置的程序指令记录在信息载体上，由程序读入装置接收，或有数控装置的键盘直接手动输入。数控装置包括程序读入装置和有电子线路促成的输入部分，运算部分，控制分布和输出部分等。数控装置按所能实现的控制功能分为点位控制，直线公职，连续轨迹控制三类。伺服机构分为开环，半闭环和闭环三种类型[7]。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，抗震性，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病是低速运动是不出现爬行现象。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，可以不用或少用处轮传动和齿轮变速，这就简化了机床的床动机构。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，提高了机床抢点控制的可靠性和灵活性[8]。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，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。未来的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山，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。1．3．我国数控机床的发展现状我国从1058年由北京机床研究所和清华大学等首先研制数控机床，并使之成功第一台电子管数控机床。从1965年开始，研制晶体管数控系统，知道60年代末和70年代初，研制的劈锥数控铣床，非圆锥插齿机等获得成功。与此同时，还开展了数控加工平面零件自动编程的研究。1972-1979年是数控机床的生产和试用阶段。从80年代初开始，随着我国开放政策的实施，先后从日本，美国，德国等国家引进先进的数控技术。上海机床研究所引进美国GE公司的MTC-1数控系统等。在引进，消化，吸收国外先进技术基础上，北京机床研究所有开发出BS03经济数控系统和BS04全功能数控系统，航空航天部706所研制出MNc864数控系统等。进而推动了我国数控技术的发展，是我国数控机床在品种上，性能上以及水泥工商均有了新的飞跃。我国的数控机床已跨入一个新的发展阶段[9]。1．3.1.数控机床的发展趋势高速化。随着汽车，国防，航空，航天等工业的高速发展以及铝合金等材料的应用，对数控机床的高速化要求越来越高。高精度化。数控机床精度的要求现在应经不局限于静态的几何精度，机床的运动精度，热变形以及对震动的监测和补偿越来越获得重视。功能复合化。复合机床的含义是指在一台机床上实现或尽可能的完成从毛坯至成品的多种要素加工。根据其结构特点可分为公益复合型和工序符合性两类。工艺复合型机床如镗铣钻复合加工中心，车铣复合车削中心，喜糖钻车复合复合加工中心等：工序复合型机床如多面多丑联动加工的复合机床和双逐臭车削中心等。采用复合机床进行加工，减少了工件装卸，更换和调整刀具的辅助时间过程中产生的误差，提高了零件加工精度，缩短了产品制造周期，提高了生产效率和制造商的市场反应能力，现对于传统的供需分散的生产方法具有明显的优势。加工过程的复合化也导致了机床向模块化，多愁化发展。德国index公司最新推出的车削加工中心是模块化结构，该加工中心能够完成车削，铣削，钻削，滚齿，磨削，激光热处理等多种工序，可完成复杂零件的全部加工，随着现代机械加工要求的不断提高，大量的多愁联动数控机床越来越受到各大企业的欢迎。在2005年中国国际机床展览会上，国内外制造上展出了形式各异的多愁加工机床以及实现了4-5抽联动的五轴高速门市加工中心，五轴联动高速铣削中心等。控制智能化。随着人工智能技术的发展，为了满足制造业生产柔性化，制造自动化的发展需求，数控机床的智能化程度在不断提高[10]。研究目标、研究内容和拟解决的关键问题研究目标1．收集CA614卧式车床的结构、装配顺序。2．溜板箱和刀架的结构设计。3．仿真分析研究内容熟悉了解CA6140卧室车床溜板箱和刀具的基本构成、结合整个车床来设计基本机构、确定溜板箱和刀具的布局问题和刀具刀杆的压紧方式、装配顺序和加紧问题，了解溜板箱的工作原理。确定好规格来进行溜板箱和刀架刀具的结构设计，CA6140卧式车床的万能性较大，但结构较复杂而且自动化程度低，在加工形状比较复杂的工件时，换刀比较麻烦。拟解决的关键问题2.3.1.溜板箱的布局问题，丝杠安全防护装置[11]，刻度环处轴与齿轮的润滑问题，车床纵向自动进给和快移失灵问题，快移手柄松动问题。[12]，选择电器元件问题，避免在实际使用中会出现的一些问题。[13]刀具补偿，刀具补偿是很有必要的，数控车床在编程序的时候会在各个刀架的位置上安排各个刀具的作用，而且每次的刀具的刀尖的位置都是相同的。但是在实际操作过程中，刀具的刀尖位置不能每次都安排在相同的方向，因为刀具的形状和尺寸都不会是一样的。采用人工放置刀片位置的行为，是比较困难的，因为人工操作也会有误差。所以在生产加工过程中必须要进行刀具补偿，这样生产出来的零件或设备才能保持形状和尺寸上的一致，否则就会有大有小，不符合规格。[14]2.3.2.刀杆的压紧方式问题，刀具的压紧方式有以下几种：P是用刀片的中心圆柱形销夹紧，而夹紧方式有杠杆式，偏心式等，而且，各刀具商所提供的产品并不一定包括了所有的夹紧方式，因此选用时要查阅产品样本。各夹紧方式适用不同形式的刀片，如无孔刀片常用上压式(C型)，陶瓷、立方氮化硼等刀片常用此夹紧方式。D和M型夹紧可靠，适用于切削力较大的场合，如加工条件恶劣、钢的粗加工、铸铁等短屑的加工等。P型前刀面开放，有利于排屑，一般中、轻切削可选用。S型结构简单紧凑，无阻排屑，是沉孔刀片的夹紧方式，可用正前面刀片，适合于轻切削和小孔加工等。2.3.3.刀具安装位置不当导致的问题，切削时振动或工件表面有振纹。螺纹牙型误差，车内孔时出现喇叭孔，切槽或切断端面与工件轴线不垂直或端面表面粗糙。2.3.4.刀具安装不牢固问题，车削时出现圆度、圆柱度超差，车端面时垂直度超差，刀片破损。2.3.5.刀尖与工件轴线不等高导致的问题，精加工时工件表面粗糙，车削圆锥时出现双曲线轮廓，使用一把刀加工台阶轮廓，有的尺寸超差，切槽和车螺纹时产生扎刀现象，车削端面或切断时，工件留有凸台，车端面或切断时，刀具切不动。[15]研究的基本思路和方法、技术路线、实验方案及可行性分析数控机床能够适应市场对产品多样化、高精度和快速响应的加工要求,因此得到了广泛的应用。但是.商品化的数控机床价格较高，特别是一些大中型的数控机床价格更为昂贵,推广应用受到限制。改造老机床与购买新机床相比.投资成本较低，而且又能增强系统功能.提高机床设备的技术水平与性能，提高原机床设备的生产效率.给用户带来巨大的经济效益。因此，利用较先进的数控系统对现有普通机床，特别是企业的大中型关键设备进行技术改造.对增进企业在市场经济中的竞争力具有重要意义。[16]然而，在对普通机床进行数控改造中.也遇到许多难题。首先.数控改造涉及到许多学科和技术.包括:机械技术,计算机技术,电气自动控制技术,液压控制技术等。因此.要求多类技术人员配合协同工作。其次，数控改造之前，要制定好技术改造方案。实践表明,一个好的改造方案或技术路线是数控改造成功的重要基础,并在这个环节严格把关.才能保证改造的成功实施。3.1.研究的基本思路和方法（1）先收集了解一些关于CA6140卧式车床的相关资料，实地观察CA6140卧式车床。对这些资料加以总结分析，清楚了解CA6140卧式车床的每个组成部分，怎么链接，各有什么作用，哪些部分是必要的，哪些部分是可以优化的。这样可以为下面课题展开做好准备。（2）认真分析每一个零件图，标注，公差尺寸。（3）选择零件，标准件有不清楚的地方，仔细查阅资料或是请教指导老师，让老师帮忙看看该如何做出选择。（4）仿真问题需自己熟悉，熟练各种三维仿真软件（5）总结设计方案（6）做出仿真动画3.2.技术路线CA6140卧式车床主要有主传动链和进给传动链两部分，电动机经主换向机构，主变速机构拖动主轴。主换向机构主要用于切削螺纹时换刀。进给链从主轴开始，经进给换向机构、挂轮和进给箱内的进给变换机构、转换机构—溜板箱内的转换机构传至刀架；或经丝杆和溜板箱内的螺母传至刀架。如图1所示。图1CA6140卧式车床传动框图查阅各种资料，对CA6140卧式车床熟悉了解查阅各种资料，对CA6140卧式车床熟悉了解确定溜板箱和刀具的结构尺寸、零件利用三维软件进行建模在仿真软件上运行查看仿真情况与小组的其他成员负责的部分进行组合查看仿真效果实现CA6140卧式车床的仿真运行图二研究计划3.3.可行性分析3.3.1.明确对象的功能、参数及要求设计机构对机床的类型、结构、加工精度、特殊功能进行详细了解。溜板箱是车床的重要组成部分.，是车床进给运动的操纵箱，内装有将光杠和丝杠的旋转运动变成刀架直线运动的机构，通过光杠传动实现刀架的纵向进给运动、横向进给运动和快速移动，通过丝杠带动刀架作纵向直线运动，以便车削螺纹。他与进给箱配合可让刀架进行螺纹切削，纵、横向走动进给的快速移动功能，是工人操作最频繁的部件。主要性能参数：分辨率为8位，电流稳定时间1us，可单缓冲，双缓冲或直接数字输入，只需在满量程下调整其线性度，单一电源供电（+5V～+15V），低功耗。3.3.2.机床机械结构的改造机床的机械结构改造要根据被改造对象的功能要求来进行。总的原则是:运动部件的质量越轻越好,摩擦力越小越好，运动传动链尽可能短.尽可能避开采用多级齿轮减速的方法来调速，同时要保证有一定的机械传动刚度。(1)改造部分的机械图设计.包括零件图、装备图;(2)零部件的加工或外购;(3)结构的机械装配及调试，保证平行度.垂直度.机械传动刚度以及机械定位精度,重复定位精度。[17][18]参考文献[1]杨洪岩.浅谈机床的数控化改造方法.工业设计,2009,9.11-16[2]兰通联.提高数控机床改造精度方法探讨.电子机械,2010,5.2-23[3]Jan.Karlsson.ROBOT.INVESTMENT.SSURGE.TO.RECORD.LEVELS.United.Nations.Economic.Commission.for.Europe.Press.Release.ECE/STAT/05/P01.