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畢業(yè)設(shè)計說明書
設(shè)計題目：Φ430mm的數(shù)控車床總體設(shè)計及六角回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計
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繼 續(xù) 教 育 學(xué) 院
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摘 要
本課題的目的在于設(shè)計出與數(shù)控臥式車床Φ430MM的數(shù)控車床相匹配的六角回轉(zhuǎn)刀架系統(tǒng)。本課題將以臥式車床Φ430MM的數(shù)控車床的六角回轉(zhuǎn)刀架為研究對象，設(shè)計出符合數(shù)控臥式車床Φ430MM的數(shù)控車床的六角回轉(zhuǎn)。
為了完成本課題的設(shè)計，在設(shè)計之前的準(zhǔn)備工作必須做好，首先是搜集和分析資料，包括國內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢；液壓技術(shù)和液壓傳動系統(tǒng)的基本資料；同等機(jī)床六角回轉(zhuǎn)的圖紙和資料等。其次是初步確定六角回轉(zhuǎn)的總體布局，包括配置形式、液壓系統(tǒng)的布置及選擇液壓能源及相應(yīng)的配套元件等。最后主要是關(guān)于尾座的設(shè)計。
關(guān)鍵詞：Φ430MM的數(shù)控車床，數(shù)控改造，滾珠絲杠，步進(jìn)電動機(jī)，尾座
目 錄
第1章 概述 1
1.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生 1
1.2 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展 1
1.3 我國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展概況 2
1.4 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢 2
1.5 數(shù)控機(jī)床改造的意義 3
1.6 車床數(shù)控化改造的可行性 3
1.6.1 車床數(shù)控化改造的必要性 4
1.6.2 車床數(shù)控化改造的優(yōu)點(diǎn) 4
1.7 車床數(shù)控化改造前景 5
第2章 總體方案的確定 6
2.1總體方案設(shè)計 6
2.2 Φ430MM的數(shù)控車床的設(shè)計參數(shù) 6
2.2 總體方案的確定 7
第3章 機(jī)械系統(tǒng)的改造設(shè)計方案 9
3.1主軸系統(tǒng)的改造方案 9
3.2安裝電動卡盤 9
3.3換裝自動回轉(zhuǎn)刀架 9
3.4螺紋編碼器的安裝方案 9
3.5進(jìn)給系統(tǒng)的改造與設(shè)計方案 10
3.6 尾座改造與設(shè)計方案 10
第4章 六角回轉(zhuǎn)總體設(shè)計 11
4.1 設(shè)計方案確定 11
4.2設(shè)計方案論證 11
第5章 尾座各部件的設(shè)計要求 13
5.1尾座體的設(shè)計 13
5.2尾座主軸的設(shè)計 14
5.3尾座頂尖的設(shè)計 14
5.4螺塞缸的設(shè)計 15
5.5尾座導(dǎo)軌的設(shè)計 15
5.6 尾座孔系設(shè)計 16
5.6.1主軸孔的設(shè)計 16
5.6.2孔和鍵的設(shè)計 16
5.6.3配合 17
5.6.4密封及偏心軸的設(shè)計 18
第6章 六角回轉(zhuǎn)的總體設(shè)計 19
6.1六角回轉(zhuǎn)的設(shè)計要求 19
6.2設(shè)計基本參數(shù) 19
6.3機(jī)械結(jié)構(gòu) 19
6.4液壓油缸的選定 20
6.5壓緊螺栓的校核 21
6.6計算液壓油缸頂緊力 21
6.7 頂尖的設(shè)計 21
6.8 尾座芯軸的設(shè)計 22
6.9尾座體的設(shè)計 22
6.10電器系統(tǒng)操作 22
第7章 數(shù)控硬件電路設(shè)計 23
7.1硬件電路設(shè)計 23
7.1.1 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 23
7.1.2 數(shù)控系統(tǒng)硬件電路的功能 23
7.2關(guān)于各線路元件之間線路連接 24
7.3關(guān)于電路原理圖的一些說明 25
總 結(jié) 27
參考文獻(xiàn) 29
致 謝 30
C6143型普通車床數(shù)控化改造及液壓尾座設(shè)計
第1章 概述
隨著社會生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品日趨精密復(fù)雜，且需頻繁改型，普通機(jī)床已不能適應(yīng)這些要求，數(shù)控機(jī)床應(yīng)運(yùn)而生。這種新型機(jī)床具有適應(yīng)性強(qiáng)、加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定和生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。它綜合應(yīng)用了電子計算機(jī)、自動控制、伺服驅(qū)動、精密測量和新型機(jī)械結(jié)構(gòu)等多方面的技術(shù)成果，是今后機(jī)床控制的發(fā)展方向。
1.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生
數(shù)控機(jī)床最早是從美國開始研制的。1948年，美國帕森斯公司在研制加工直升機(jī)槳葉輪廓用檢查樣板的加工機(jī)床任務(wù)時，提出了研制數(shù)控機(jī)床的初始設(shè)想。1949年，帕森斯公司與麻省理工學(xué)院伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室合作，開始從事數(shù)控機(jī)床的研制工作。并于1952年試制成功世界上第一臺數(shù)控機(jī)床實(shí)驗(yàn)性樣機(jī)。這是一臺采用脈沖乘法器原理的直線插補(bǔ)三坐標(biāo)連續(xù)控制銑床。經(jīng)過三年改進(jìn)和自動編程研究，于1955年進(jìn)入實(shí)用階段。一直到20世紀(jì)50年代末，由于價格和技術(shù)原因，品種多為連續(xù)控制系統(tǒng)。到了60年代，由于晶體管的應(yīng)用，數(shù)控系統(tǒng)提高了可靠性且價格開始下降，一些民用工業(yè)開始發(fā)展數(shù)控機(jī)床，其中多數(shù)是鉆床、沖床等點(diǎn)位控制的機(jī)床。數(shù)控技術(shù)不僅在機(jī)床上得到實(shí)際應(yīng)用，而且逐步推廣到焊接機(jī)、火焰切割機(jī)等，使數(shù)控技術(shù)不斷的擴(kuò)展應(yīng)用范圍。
1.2 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展
自1952年，美國研制成功第一臺數(shù)控機(jī)床以來，隨著電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、自動控制和精密測量等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床也在迅速地發(fā)展和不斷地更新?lián)Q代，先后經(jīng)歷了五個發(fā)展階段。
第一代數(shù)控：1952-1959年采用電子管元件構(gòu)成的專用數(shù)控裝置。
第二代數(shù)控：從1959年開始采用晶體管電路的NC系統(tǒng)。
第三代數(shù)控：從1965年開始采用小、中規(guī)模集成電路的NC系統(tǒng)。
第四代數(shù)控：從1970年開始采用大規(guī)模集成電路的小型通用電子計算機(jī)控制的系統(tǒng)。
第五代數(shù)控：從1974年開始采用微型電子計算機(jī)控制的系統(tǒng)。
目前，第五代微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)基本上取代了以往的普通數(shù)控系統(tǒng)，形成了現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)。它采用微型處理器及大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路，具有很強(qiáng)的程序存儲能力和控制功能。這些控制功能是由一系列控制程序來實(shí)現(xiàn)的。這些數(shù)控系統(tǒng)的通用性很強(qiáng)，幾乎只需改變軟件，就可以適應(yīng)不同類型機(jī)床的控制要求，具有很大的柔性。隨著集成電路規(guī)模的日益擴(kuò)大，光纜通信技術(shù)應(yīng)用于數(shù)控裝置中，使其體積日益縮小，價格逐年下降，可靠性顯著提高，功能也更加完善。
近年來，微電子和計算機(jī)技術(shù)的日益成熟，它的成果正在不斷滲透到機(jī)械制造的各個領(lǐng)域中，先后出現(xiàn)了計算機(jī)直接數(shù)控系統(tǒng)，柔性制造系統(tǒng)和計算機(jī)集成制造系統(tǒng)。所有這些高級的自動化生產(chǎn)系統(tǒng)均是以數(shù)控機(jī)床為基礎(chǔ)，它們代表著數(shù)控機(jī)床今后的發(fā)展趨勢。
1.3 我國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展概況
我國從1958年由北京機(jī)床研究所和清華大學(xué)等首先研制數(shù)控機(jī)床，并試制成功第一臺電子管數(shù)控機(jī)床。從1965年開始，研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)，直到60年代末和70年代初，研制的劈錐數(shù)控銑床、非圓錐插齒機(jī)等獲得成功。與此同時，還開展了數(shù)控加工平面零件自動編程的研究。1972-1979年是數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)和使用階段。例如：清華大學(xué)研制成功集成電路數(shù)控系統(tǒng)；數(shù)控技術(shù)在車、銑、鏜、磨、齒輪加工、電加工等領(lǐng)域開始研究與應(yīng)用；數(shù)控加工中心機(jī)床研制成功；數(shù)控升降臺銑床和數(shù)控齒輪加工機(jī)床開始小批生產(chǎn)供應(yīng)市場。從80年代初開始，隨著我國開放政策的實(shí)施，先后從日本、美國、德國等國家引進(jìn)先進(jìn)的數(shù)控技術(shù)。上海機(jī)床研究所引進(jìn)美國GE公司的MTC-1數(shù)控系統(tǒng)等。在引進(jìn)、消化、吸收國外先進(jìn)技術(shù)基礎(chǔ)上，北京機(jī)床研究所又開發(fā)出BSO3經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)和BSO4全功能數(shù)控系統(tǒng)，航空航天部706所研制出MNC864數(shù)控系統(tǒng)等。進(jìn)而推動了我國數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，使我國數(shù)控機(jī)床在品種上、性能上以及水平上均有了新的飛躍。我國的數(shù)控機(jī)床已跨入一個新的發(fā)展階段。
1.4 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢
從數(shù)控機(jī)床技術(shù)水平看，高精度、高速度、高柔性、多功能和高自動化是數(shù)控機(jī)床的重要發(fā)展趨勢。對單臺主機(jī)不僅要求提高其柔性和自動化程度，還要求具有進(jìn)入更高層次的柔性制造系統(tǒng)和計算機(jī)集成制造系統(tǒng)的適應(yīng)能力。
在數(shù)控系統(tǒng)方面，目前世界上幾個著名的數(shù)控裝置生產(chǎn)廠家，諸如日本的FANCU，德國的SIEMENS和美國的A-B公司，產(chǎn)品都向系列化、模塊化、高性能和成套性方向發(fā)展。它們的數(shù)控系統(tǒng)都采用了16位和32位微機(jī)處理機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)總線及軟件模塊和硬件模塊結(jié)構(gòu)，內(nèi)存容量擴(kuò)大到1MB以上，機(jī)床分辨率可達(dá)0.1微米，高速進(jìn)給可達(dá)100m/min,控制軸數(shù)可達(dá)16個，并采用先進(jìn)的電裝工藝。
在驅(qū)動系統(tǒng)方面，交流驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)展迅速。交流傳動已由模擬式向數(shù)字式方向發(fā)展，以運(yùn)算放大器等模擬器件為主的控制器正在被以微處理器為主的數(shù)字集成元件所取代，從而克服了零點(diǎn)漂移、溫度漂移等弱點(diǎn)。
1.5 數(shù)控機(jī)床改造的意義
數(shù)控機(jī)床改造在國外已發(fā)展成一個新興的工業(yè)部門，早在60年代已經(jīng)開始迅速發(fā)展，其發(fā)展的原因是多方面的，主要有技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、市場和生產(chǎn)上的原因。我國是擁有300多萬臺機(jī)床的國家。而這些機(jī)床又大多是多年累積生產(chǎn)的通用機(jī)床，不論資金和我國機(jī)床制造廠的能力都是辦不到的。因此，盡快將我國現(xiàn)有一部分普通機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動化和精密化改裝，是我國現(xiàn)有設(shè)備技術(shù)改造迫切要求解決的課題。用數(shù)控技術(shù)改造機(jī)床，正是適應(yīng)了這一要求。它是建立在微電子現(xiàn)代技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合的基礎(chǔ)上。在機(jī)床改造中引入微機(jī)的應(yīng)用，不但技術(shù)上具有先進(jìn)性，同時，在應(yīng)用上比其它傳統(tǒng)的自動化改裝方案，有較大的通用性與可調(diào)性。而且所投入的改造費(fèi)用低，一套經(jīng)濟(jì)型數(shù)控裝置的價格僅為全功能數(shù)控裝置的1/3至1/5，用戶承擔(dān)的起。從若干單位成功應(yīng)用的實(shí)例可以證明，投入使用后，確實(shí)成倍地提高了生產(chǎn)效率，減少了廢品率，取得了顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。因此，我國提出從大力推廣經(jīng)濟(jì)型數(shù)控這一中間技術(shù)的基礎(chǔ)上，再逐步推廣全功能數(shù)控這條道路，適合我國的經(jīng)濟(jì)水平、教育水平和生產(chǎn)水平，已成為我國設(shè)備技術(shù)改造主要方向之一。同時，它還可以作為全功能數(shù)控機(jī)床應(yīng)用的準(zhǔn)備階段，為今后使用全功能數(shù)控機(jī)床，培養(yǎng)人才，積累維護(hù)、使用經(jīng)驗(yàn)，而且也是實(shí)現(xiàn)我國傳統(tǒng)的機(jī)械制造技術(shù)朝機(jī)電一體化的方向過渡的主要內(nèi)容之一。
1.6 車床數(shù)控化改造的可行性
隨著社會生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量和性能不斷提高，產(chǎn)品的更新?lián)Q代也不斷加快，因此對機(jī)床不僅要求具有較高的精度和生產(chǎn)率，而且應(yīng)能迅速地更換產(chǎn)品的零件。生產(chǎn)需要促使了數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生，隨著電子技術(shù)，特別是計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床也迅速地發(fā)展起來。
從第一臺數(shù)控機(jī)床問世至今，世界上主要工業(yè)化國家的數(shù)控機(jī)床進(jìn)入了批量生產(chǎn)。機(jī)床的數(shù)控化程度在不斷地提高。
我國從開放搞活以來，加快了數(shù)控機(jī)床技術(shù)的引進(jìn)，促進(jìn)了我國機(jī)床數(shù)控技術(shù)的普及和發(fā)展。各大企業(yè)不斷地購進(jìn)數(shù)控機(jī)床，擴(kuò)大生產(chǎn)和替換陳舊設(shè)備，數(shù)控機(jī)床在企業(yè)中也不是鳳毛麟角，而是不斷地提高普及率。在這種情況下，普通機(jī)床的數(shù)控改造是重要的。
如以下幾個方面的說明：
1.6.1 車床數(shù)控化改造的必要性
數(shù)控機(jī)床可以較好地解決形狀復(fù)雜、精密、小批量和多變零件的加工問題,能夠穩(wěn)定加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率,但是應(yīng)用數(shù)控機(jī)床還受到其他條件的限制。
（1）數(shù)控機(jī)床價格昂貴，一次性投資大，對中小型企業(yè)是心有余而力不足。
（2）目前各企業(yè)都有大量的普通機(jī)床，完全用數(shù)控機(jī)床替換根本
可能，而且替換下來的普通機(jī)床閑置下來又會造成浪費(fèi)。
（3）在國內(nèi)訂購新數(shù)控機(jī)床的交貨周期一般較長，往往不可能滿足生產(chǎn)的需要。
（4）通用數(shù)控機(jī)床對具體生產(chǎn)有多余功能。
要較好地解決上述問題，應(yīng)走普通機(jī)床的數(shù)控化改造之路，從美國、日本等工業(yè)化國家的經(jīng)驗(yàn)看，機(jī)床地數(shù)控化改造必不可少，數(shù)控機(jī)床占有很大比例。因此，普通機(jī)床的數(shù)控化改造不但有存在的必要，而且大有可為，尤其對一些中小型企業(yè)更是如此。
1.6.2 車床數(shù)控化改造的優(yōu)點(diǎn)
（1）易對現(xiàn)有的機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動化，而且專業(yè)性強(qiáng)，沒有多余功能。
（2）減少輔助加工時間，提高機(jī)床的生產(chǎn)效率。
（3）降低對工人技術(shù)等級的要求。
（4）數(shù)控改造費(fèi)用低，可充分利用原有機(jī)床設(shè)備。
（5）數(shù)控改造周期短，可滿足生產(chǎn)急需。
所有這些目的都是圍繞一點(diǎn)，即提高機(jī)床的性能價格比，用較少的價格得到較高的機(jī)床性能。
因此數(shù)控改造具有以下幾點(diǎn)：
（1）易于對現(xiàn)有機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動化、而且專業(yè)性強(qiáng)，沒有多余的功能。
（2）減少輔助加工時間，提高機(jī)床的生產(chǎn)效率。
（3）降低對工人技術(shù)等級的要求。
（4）數(shù)控改造費(fèi)用低，可充分利用原有機(jī)床設(shè)備。
（5）數(shù)控改造的周期短，可滿足生產(chǎn)急需。
1.7 車床數(shù)控化改造前景
數(shù)控機(jī)床業(yè)的發(fā)展，機(jī)械產(chǎn)品的性能和質(zhì)量不斷提高，產(chǎn)品的更新?lián)Q代也不斷加快，因此對機(jī)床位不僅要求具有較高的精度和生產(chǎn)率，而且應(yīng)該能迅速的適應(yīng)零件的變換。生產(chǎn)的需要促進(jìn)數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生，隨著電子技術(shù)，特別是計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床迅速地發(fā)展起來。
從第一代數(shù)控機(jī)床問世以來，世界上主要工業(yè)化國家得數(shù)控機(jī)床已經(jīng)進(jìn)入批量生產(chǎn)。機(jī)床的數(shù)控化率在不斷的提高到1998年，日本生產(chǎn)機(jī)床的數(shù)控率達(dá)到70%。我國從改革開放以來，加快了數(shù)控機(jī)床技術(shù)的引進(jìn)，促使我國機(jī)床數(shù)控技術(shù)的普及和發(fā)展。各大企業(yè)不斷購進(jìn)數(shù)控機(jī)床擴(kuò)大再生產(chǎn)和替換陳舊設(shè)備，數(shù)控機(jī)床在企業(yè)中再不是鳳毛麟角，而是不斷提高普及率。廣泛的運(yùn)用到個工業(yè)領(lǐng)域。數(shù)控機(jī)床作為機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，在機(jī)械制造業(yè)中發(fā)揮著重要作用，其可以很好的解決現(xiàn)代制造業(yè)中的復(fù)雜、精密、小批、多變零件的加工問題，能穩(wěn)定加工質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率。但其價格昂貴，一次性投入大，往往使企業(yè)心有余而力不足，我國作為機(jī)床大國，數(shù)控化的道路漫長，走改革之路為上策。我們對Φ430MM的數(shù)控車床進(jìn)行了數(shù)控改造，效果良好。
第2章 總體方案的確定
總體方案應(yīng)考慮車床數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)動方式、進(jìn)給伺服系統(tǒng)的類型、數(shù)控系統(tǒng)CPU的選擇，以及進(jìn)給傳動方式和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選擇等。
普通車床數(shù)控化改造后應(yīng)具有單坐標(biāo)定位，兩坐標(biāo)直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)以及螺紋插補(bǔ)的功能。因此，數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計成連續(xù)控制型。
普通車床經(jīng)數(shù)控化改造后屬于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，在保證一定加工精度的前提下，應(yīng)結(jié)構(gòu)簡化，降低成本。因此，進(jìn)給伺服系統(tǒng)采用步進(jìn)電動機(jī)的開環(huán)控制系統(tǒng)。
2.1總體方案設(shè)計
設(shè)計任務(wù)：改造后的車床能夠完成機(jī)床主軸的啟動，停止和變速，縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動的行程和變速，刀具的變速和冷卻，都可以自動控制。并具有螺紋和錐螺紋等自動循環(huán)機(jī)能。在該機(jī)床中采用六角回轉(zhuǎn)快換刀架和機(jī)床外對刀裝置。該機(jī)床適用于加工形狀復(fù)雜，中小批量的零件。對一般車削加工任意錐面、球面、螺紋端面、回轉(zhuǎn)面等加工工序，能控制主軸的開停變速及一些輔助功能，使加工實(shí)現(xiàn)自動化。
自動回轉(zhuǎn)刀架的設(shè)計是普通機(jī)床改造機(jī)械方面的關(guān)鍵。由微型控制的自動轉(zhuǎn)位具重復(fù)定位精度高、工作剛性好、性能可靠、使用壽命長以及工藝性能好等特點(diǎn)。
將原先的普通尾座改造成六角回轉(zhuǎn)。
2.2 Φ430MM的數(shù)控車床的設(shè)計參數(shù)
根據(jù)型普通原始數(shù)據(jù)及數(shù)控改造設(shè)計要求，確定主要如下：
最大加工直徑：
車床身上： 430mm
車床鞍上： 220mm
最大加工長度： 1500mm
快進(jìn)速度：
縱向 2.4m/min
橫向 1.2m/min
最大切削進(jìn)給速度：
縱向 0.6m/min
橫向 0.3m/min
脈沖當(dāng)量：
縱向 0.01mm/step
橫向 0.005mm/step
脈沖分配方式： 逐點(diǎn)比較法
控制坐標(biāo)數(shù)： 2
機(jī)床定位精度： ±0.015
溜板及刀架重力：
縱向： 800N
橫向： 600N
自動生降速性能：有
起動加速時間： 30ms
主電機(jī)功率： 7.5Kw
2.2 總體方案的確定
Φ430MM的數(shù)控車床改造總體設(shè)計方案的內(nèi)容包括：系統(tǒng)運(yùn)動方式的確定，伺服系統(tǒng)的選擇，執(zhí)行機(jī)構(gòu)及傳動方式的確定、數(shù)控系統(tǒng)的選擇等內(nèi)容，應(yīng)仔細(xì)考慮各種高性能、自動化等要求，也要考慮被改造機(jī)床的具備條件，是技術(shù)的先進(jìn)性與經(jīng)濟(jì)性的合理性交好的統(tǒng)一。
對于橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)，保留原手動于調(diào)刀，原支承結(jié)構(gòu)也保留。和縱向進(jìn)給一樣步進(jìn)電機(jī)與縱向滾珠絲杠間任何需一級齒輪減速，絲杠螺母與橫向施板任用一螺母座連接。施板后部開軸承孔以便滾珠絲杠的連通與支承，后接減速箱與步進(jìn)電機(jī)。
縱、橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)減速齒輪采用雙片齒輪，靠錯位消除嚙合間隙。絲杠外加防塵罩，溜板箱上安裝急停按鈕，以適應(yīng)意外情況的急停。
硬件方面控制系統(tǒng)的硬件配置是，基本系統(tǒng)包括單片機(jī)AT89C51、鎖存器、EPROM和RAM存儲器。并行接口8255用作連接開關(guān)量的輸入輸出和對伺服電機(jī)進(jìn)行控制。8279為鍵盤顯示器接口。
軟件方面，軟包裝件設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)，以便于系統(tǒng)功能的擴(kuò)展。分為三塊：手動操作、加工、編輯。
圖2-1 機(jī)床的操作模式圖
根據(jù)設(shè)計任務(wù)，系統(tǒng)采用輪廓控制形式，控制系統(tǒng)硬件由微機(jī)控制部分、鍵盤及顯示器、I/O接口及光電隔離器、步進(jìn)電機(jī)、功率放大器等組成。在其縱橫向均采用步進(jìn)電機(jī) 減速齒輪 滾珠絲杠螺母副 溜板的傳動方式，刀架更換為四刀位回轉(zhuǎn)刀架，將原先的普通尾座改造成六角回轉(zhuǎn)。改造后的機(jī)床傳動系統(tǒng)圖如圖所示：
圖2-2 改造后車床傳動系統(tǒng)圖
第3章 機(jī)械系統(tǒng)的改造設(shè)計方案
3.1主軸系統(tǒng)的改造方案
對普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造時，一般可保留原有的主傳動機(jī)構(gòu)和變速操縱機(jī)構(gòu)，這樣可以減少機(jī)械改造的工作量。主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止可由數(shù)控系統(tǒng)來控制。
若要提高車床的自動化程度，需要在加工中自動變換轉(zhuǎn)速，可用2~4速的多速電動機(jī)代替原有的單速主電動機(jī)；當(dāng)多速電動機(jī)仍不能滿足要求時，可用交流變頻器來控制主軸電動機(jī)，以實(shí)現(xiàn)無級變速（工廠使用情況表明，使用變頻器時，若工作頻率低于，原來的電動機(jī)可以不更換，但所選變頻器的功率應(yīng)比電動機(jī)大）。
改造Φ430MM的數(shù)控車床時，若采用有級變速，可選用浙江超力有限公司生產(chǎn)的YD系列變級多速三相異步電動機(jī)，實(shí)現(xiàn)檔變速；若采用無級變速，應(yīng)加裝交流變頻器，推薦型號為：F100-G0075T3B,適配電動機(jī)，生產(chǎn)廠家為煙臺惠豐電子有限公司。
3.2安裝電動卡盤
為了提高加工效率，工件的夾緊與松開采用電動卡盤，選用呼和浩特附件總廠生產(chǎn)的KD11250型電動三爪自定心卡盤?？ūP的夾緊與松開由數(shù)控系。
3.3換裝自動回轉(zhuǎn)刀架
為了提高加工精度，實(shí)現(xiàn)一次裝夾完成多道工序，將車床原有的手動刀架換成自動回轉(zhuǎn)刀架，選用常州市宏達(dá)機(jī)床數(shù)控設(shè)備有限公司生產(chǎn)的LD4B-CK6140型四工位立式電動刀架。實(shí)現(xiàn)自動換刀需要配置相應(yīng)的電路，由數(shù)控系統(tǒng)完成。
3.4螺紋編碼器的安裝方案
螺紋編碼器又稱主軸脈沖發(fā)生器或圓光柵。數(shù)控車床加工螺紋時，需要配置主軸脈沖發(fā)生器，作為車床主軸信號的反饋元件，它與車床主軸同步。
改造后的車床能夠加工的最大螺紋導(dǎo)程是，Z向的進(jìn)給脈沖當(dāng)量是，所以螺紋編碼器每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)輸出的脈沖數(shù)應(yīng)不少于。考慮到編碼器的輸出有相位差的A、B相信號，可用A、B異或后獲得個脈沖（一轉(zhuǎn)內(nèi)），這樣編碼器的線數(shù)可降到線（A、B信號）。另外，為了重復(fù)車削同一螺旋槽時不亂扣，編碼器還需要輸出每轉(zhuǎn)一個的零位脈沖Z。
基于上述要求，選擇螺紋編碼器的型號為：ZLF-1200Z-05VO-15-CT。電源電壓+5V，每轉(zhuǎn)輸出個A/B脈沖與1個Z脈沖，信號為電壓輸出，軸頭直徑，生產(chǎn)廠家為長春光機(jī)數(shù)顯技術(shù)有限公司。
螺紋編碼器通常有兩種安裝形式：同軸安裝和異軸安裝。同軸安裝是指將編碼器直接安裝在主軸后端，與主軸同軸，這種方式結(jié)構(gòu)簡單，但它堵住了主軸的通孔。異軸安裝是指將編碼器安裝在床頭箱的的后端，一般盡量裝在與主軸同步旋轉(zhuǎn)的輸出軸，如果找不到同步軸，可將編碼器通過一對傳動比為的同步齒形帶與主軸連接起來。需要注意的是，編碼器的軸頭與安裝軸之間必須采用無間隙柔性連接，且車床組、主軸的最高轉(zhuǎn)速不允許超過編碼器的最高許用轉(zhuǎn)速。
3.5進(jìn)給系統(tǒng)的改造與設(shè)計方案
拆除掛輪架所有齒輪，在此主軸的同步軸，安裝螺紋編碼器。
拆除進(jìn)給箱總成，在此位置安裝縱向進(jìn)給步進(jìn)電動機(jī)與同步帶減速箱總成。
拆除溜板箱總成與快走刀的齒輪齒條，在縱溜板的下面安裝縱向滾珠絲杠的的螺母座與螺母座托架。
拆除四方刀架與上溜板總成，在橫溜板上方安裝四工位立式刀架。
拆除橫溜板下的滑動絲桿螺母副，將滑動絲桿靠刻度盤一段（長，見圖一）鋸斷保留，拆掉刻度盤上的手柄，保留刻度盤附近的兩個推力軸承，換上滾珠絲杠副。
將橫向進(jìn)給步進(jìn)電動機(jī)通過法蘭安裝到橫溜板后部的縱溜板上，并與滾珠絲杠的軸頭相聯(lián)。
拆去三桿（絲桿、光桿與操縱桿），更換絲桿的右支承。
3.6 尾座改造與設(shè)計方案
將原先的普通尾座改造成六角回轉(zhuǎn)。
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第4章 六角回轉(zhuǎn)總體設(shè)計
4.1 設(shè)計方案確定
根據(jù)課題的要求尾座要具有夾持、頂緊、支承工件以及安裝刀具加工零件等多種功能，由于Φ430MM的數(shù)控車床機(jī)床加工的零件直徑較大，因此對尾座的強(qiáng)度、剛度要求較高。由于不同機(jī)床上加工工件的不同導(dǎo)致一些尾座套筒的進(jìn)給方式也各有不同，因此在設(shè)計中可采用以下多種設(shè)計方案：
(1)液動尾座 此種尾座采用液壓油推動套筒的移動，簡化了尾座部件，并且由于液壓油作用在缸體活塞上的壓力比較均勻，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造較麻煩，多用于精度要求較到的機(jī)床上。
(2)手動尾座 手動尾座采用手輪搖動，直接帶動絲杠軸轉(zhuǎn)動，絲杠的轉(zhuǎn)動帶動與其以螺紋相結(jié)合的套筒在導(dǎo)向鍵的作用下滑動。這種手動尾座的結(jié)構(gòu)比較簡單，目前在各種機(jī)床上都得到了普遍應(yīng)用。但在實(shí)際是應(yīng)用中需要轉(zhuǎn)動手輪來夾持支承工件，很難實(shí)現(xiàn)一個人單獨(dú)操作，增強(qiáng)了勞動量和危險性。
(3) 電動尾座 電動尾座是在手動尾座的基礎(chǔ)上改進(jìn)而成的，既是將手輪改換成電機(jī)，通過控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)套筒的伸縮。這種改進(jìn)減輕了工人的勞動強(qiáng)度，對提高工作效率具有一定的作用，并且利用小型步進(jìn)電機(jī)來帶動蝸輪蝸桿副的轉(zhuǎn)動從而使套筒、頂尖伸縮，保證了可靠的定位以及良好的夾持狀態(tài)。
4.2設(shè)計方案論證
本課題為Φ430MM的數(shù)控車床六角回轉(zhuǎn)的設(shè)計，Φ430MM的數(shù)控車床型臥式機(jī)床多用于加工大直徑的零件，加工零件的種類較多，所需要的夾持力比較大，這就要求在設(shè)計尾座時，需提高尾座的自身強(qiáng)度，保證尾座底板與導(dǎo)軌面的配合要求，達(dá)到所設(shè)計的精度。也既是尾座底板的加工精度要求達(dá)到一定的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。
通過對上述三種方案的比較論證并結(jié)合在實(shí)際生產(chǎn)、應(yīng)用中對這三種尾座的性能差別，目前就絕大多數(shù)機(jī)床而言還是多采用手動式尾座，六角回轉(zhuǎn)和電動尾座多用于精密機(jī)床上，沒有得到廣泛的普及。
綜合各方面的分析、調(diào)查就目前總體的使用情況及發(fā)展趨勢來說，手動式尾座由于其使用時需要搖動手柄，并且施力時作用效果不好一致，手動尾座有被電動尾座及六角回轉(zhuǎn)取代的趨勢，電動尾座的成本太高?？拐鹦圆?。工作噪聲大。精度不高。六角回轉(zhuǎn)是全自動化。精度高。穩(wěn)定性好。動態(tài)性好。效率高。結(jié)構(gòu)簡單化。工作安全性高。壽命長。經(jīng)濟(jì)好。使用維修方便。因此六角回轉(zhuǎn)總體各方面綜合性能好，是最好的選擇。
圖4-1 六角回轉(zhuǎn)
第5章 尾座各部件的設(shè)計要求
尾座是臥式車床的重要附件，其主要作用是為軸類零件定心，同時具有輔助支撐和夾緊的功能。Φ430MM的數(shù)控車床數(shù)控臥式車床的尾座采用的是整體式結(jié)構(gòu)，整體式結(jié)構(gòu)尾座由尾座體、套筒、芯軸結(jié)構(gòu)、套筒液壓測力裝置、尾座和套筒移動機(jī)構(gòu)、尾座和套筒夾緊與放松結(jié)構(gòu)及液壓裝置等組成，芯軸結(jié)構(gòu)選用高精度的進(jìn)口軸承支承，動、靜剛度好，精度高。套筒和尾座的移動均為機(jī)動，套筒和尾座的夾緊、放松均采用碟形彈簧夾緊，液壓放松的機(jī)動夾緊、放松結(jié)構(gòu)，夾緊力足夠大，安全可靠，工人操作簡單、方便、效率高。
其優(yōu)點(diǎn)在于：
1、剛度高、抗震性能好，精度高，精度保持性好，整體式尾座，將分體式尾座上、下體合為一個尾座整體，采用整體式箱形結(jié)構(gòu)設(shè)計，經(jīng)有限元分析、計算，通過對尾座內(nèi)部筋板的合理布置，提高了尾座的剛度和固有頻率，尾座采用高強(qiáng)度低應(yīng)力鑄鐵鑄造，經(jīng)良好的時效處理，熱變形小，在承受最大工件重量和最大額定切削力的情況下。尾座整體變形小，抗振性能好，滿足數(shù)控臥式車床精度檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的要求。
2、結(jié)構(gòu)更加簡單、優(yōu)化、合理，整體式尾座將分體式尾座上、下體合為一個尾座整體，取消了分體式尾座聯(lián)結(jié)的定位鍵和把合螺釘，總零件數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)更少，取消了分體式尾座上、下體的配合加工面，取消了分體式尾座上、下體的裝配環(huán)節(jié)，加工、裝配工藝性更好，節(jié)約了加工、裝配總費(fèi)用，降低了尾座的總重量和總成本。
我設(shè)計的尾座的工作原理是尾座套筒、尾座油壓后座上都有油孔,尾座套筒和尾座活塞固定座通過螺釘連接在一起，可以移動。尾座油壓后座、尾座體和尾座活塞軸連接在一起，固定不動。尾座活塞軸、尾座套筒和尾座活塞固定座形成一個液壓缸，并且分成兩個腔。當(dāng)給尾座油壓后座通液壓油時，液壓油通過油路進(jìn)入尾座活塞軸上的一個腔，在進(jìn)入套筒孔的錐形腔內(nèi)，此時壓力增大，套筒帶動頂尖向前移動。反之，當(dāng)液壓油通過油路進(jìn)入尾座活塞軸上的另一個腔，此時向后退的壓力增大，套筒帶動頂尖向后移動。
5.1尾座體的設(shè)計
數(shù)控臥式車床Φ430MM的數(shù)控車床的尾座體是尾座的主要的機(jī)械部分，設(shè)計時主要參看其他機(jī)床的尾座體和根據(jù)制造業(yè)在生產(chǎn)中所積累的經(jīng)驗(yàn)，稍加改造而成的。尾座體的壁厚要盡量均勻，拐角處要設(shè)計成圓角以減少集中應(yīng)力。尾座體的材料采用HT200，鑄造加工而成。在尾座體的設(shè)計過程中考慮到加工工藝，需要設(shè)計出工藝凸臺和工藝孔。
在數(shù)控臥式車床Φ430MM的數(shù)控車床的尾座設(shè)計中，首先設(shè)計出尾座殼體并設(shè)計出尾座臺，使其兩者結(jié)合固定在導(dǎo)軌上，這樣才能使尾座工作。在尾座體得設(shè)計中，我設(shè)計了以下幾個方面，首先明細(xì)欄標(biāo)注的13（以下直接寫的序號以明細(xì)欄標(biāo)注為主）油杯選擇為直徑為10，此油杯為壓配式壓注油杯，此油杯使用比較方面，當(dāng)潤滑主軸時只需將油口對準(zhǔn)油杯口即可往里注油，不用拆裝尾座即可起到潤滑的作用。14為鍵，此鍵的形狀為上面圓柱，下面為四面體，此鍵的作用是固定主軸，使其不能左右旋轉(zhuǎn)只能伸縮，在其旁邊有一定位螺釘，此作用是將鍵牢牢固定于殼體，防止鍵定位不準(zhǔn)。
此尾座殼體的前面有防塵罩，此防塵罩的作用是防止主軸伸出時有雜質(zhì)粘在上面，也防止雜質(zhì)滲入影響主軸伸出的速度及穩(wěn)定性。
5.2尾座主軸的設(shè)計
數(shù)控臥式車床Φ430MM的數(shù)控車床的尾座套筒的主要尺寸是根據(jù)尾座體的尺寸選擇的。套筒的作用就是安裝尾座活塞軸和頂尖，利用液壓缸提供的壓力和莫氏錐度本身的結(jié)構(gòu)特性頂緊頂尖，使頂尖在頂著工件加工時不會隨工件一起轉(zhuǎn)動。為了使套筒不隨工件一起轉(zhuǎn)動在套筒上部設(shè)計了滑鍵槽，在尾座體上設(shè)計有滑鍵。尾座工作時滑鍵在滑鍵槽中滑動，這樣套筒就不會跟著轉(zhuǎn)了，同時，頂尖在頂著工件加工時也不會隨工件一起轉(zhuǎn)動了。從而提高了套筒的使用壽命。由于頂尖是利用氏錐度本身的結(jié)構(gòu)特性卡緊的，但是在工作中需要拆卸頂尖，因此需要在尾座體的后面設(shè)計了螺塞，當(dāng)向內(nèi)擰動螺塞時，螺塞推動頂桿向前運(yùn)動將頂尖頂出，此方法簡單使用。
尾座主軸的尾部與固定環(huán)相連?？梢酝ㄟ^液壓油的流入與流出在孔內(nèi)來回移動，當(dāng)液壓有流入時主軸向后縮回，當(dāng)液壓油流出時主軸向前運(yùn)動，主軸內(nèi)有活塞，因?yàn)榛钊c主軸內(nèi)壁接觸，密封性較好，保證主軸運(yùn)動靈敏性較好。
5.3尾座頂尖的設(shè)計
車床的尾座頂尖，在車床的使用中經(jīng)常用到的定位元件，它可以幫助主軸一起限制的工件的自由度，并起到定心的作用，因此要求具有較高的精度，在使用中要使尾座的軸心線與機(jī)床主軸的軸心線保證較高的同軸度在進(jìn)行工件的加工過程中多采用前后頂尖來支承工件，來確定工件的旋轉(zhuǎn)中心并承受刀具作用在工件上的切削力。頂尖是機(jī)械加工中的機(jī)床的重要部件，它可對端面復(fù)雜的零件和不允許打中心孔的零件進(jìn)行支承。頂尖的一端可頂中心孔或管料的內(nèi)孔，另一端則放入到尾座套筒內(nèi)。頂尖的鎖緊主要是靠頂緊力和液壓缸提供的壓力，加工時一般緊縮在尾座套筒內(nèi)。頂尖一般由專門的工廠生產(chǎn)，我們只要根據(jù)自己的需要買產(chǎn)品。由于數(shù)控臥式車床Φ430MM的數(shù)控車床是中小型機(jī)械加工設(shè)備，尾座總體尺寸并不是很大所以選擇莫氏4號的頂尖。莫氏錐度是一個錐度的國際標(biāo)準(zhǔn)，用于靜配合以精確定位。由于錐度很小，可以傳遞一定的扭距，又因?yàn)橛绣F度，又便于拆卸。利用的就是摩擦力的原理，在一定的錐度范圍內(nèi)，工件可以自由的拆裝，同時在工作時又不會影響到使用效果，比如鉆孔的錐柄鉆。在錐柄上好后，鉆頭可以將工件鉆出需要的孔，而錐柄處不會出現(xiàn)轉(zhuǎn)動現(xiàn)象。又比如鉆孔的錐柄鉆，如果使用中需要拆卸鉆頭磨削，拆卸后重新裝上不會影響鉆頭的中心位置。
5.4螺塞缸的設(shè)計
液壓缸的工作原理 ：它的最基本5個部件,1-缸筒和缸蓋2-活塞和活塞桿3-密封裝置4-緩沖裝置5-排氣裝置 。每種缸的工作原理幾乎都是相似的,拿一個手動千斤頂來說它的工作原理吧,千斤頂其實(shí)也就是個最簡單的油缸了.通過手動增壓稈(液壓手動泵)使液壓油經(jīng)過一個單向閥進(jìn)入油缸,這時進(jìn)入油缸的液壓油因?yàn)閱蜗蜷y的原因不能再倒退回來,逼迫缸桿向上,然后在做工繼續(xù)使液壓油不斷進(jìn)入液壓缸,就這樣不斷上上升,要降的時候就打開液壓閥,使液壓油回到油箱.這個是最簡單的工作原來了,其他的都在這個基礎(chǔ)上改進(jìn)的.此尾座的螺塞缸是安裝螺塞的，當(dāng)擰動螺塞時，螺塞再推動頂桿向前運(yùn)動，進(jìn)而退出頂尖，螺塞缸還有一個作用就是固定活塞，使活塞不動主軸來回運(yùn)動，起支撐主軸的作用。
5.5尾座導(dǎo)軌的設(shè)計
1、導(dǎo)軌的作用是引導(dǎo)機(jī)床運(yùn)動部件作直線或圓周運(yùn)動，并承受運(yùn)動部件包括工件的重力和切削力等載荷。導(dǎo)軌應(yīng)滿足導(dǎo)向精度高、精度保持性好、低速運(yùn)動平穩(wěn)性好；摩擦阻力小、靈敏度高；剛度高、承載能力大；結(jié)構(gòu)簡單，便于加工、安裝、調(diào)配、調(diào)整和維修，成本低等要求。
2、導(dǎo)軌的材料：對導(dǎo)軌材料的主要要求是耐磨性好、工藝性好、成本低。常用的導(dǎo)軌材料有鑄鐵、鋼、有色金屬和塑料。其中以鑄鐵應(yīng)用最為普遍，因?yàn)殍T鐵是一種成本低，有良好的減振性和耐磨性，易于鑄造和切削加工的金屬材料。
為了提高耐磨性和防止咬焊，動導(dǎo)軌和支承導(dǎo)軌應(yīng)盡量采用不同的材料。如果選用相同的材料，也一定要采取不同的熱處理方式以使其具有不同的硬度。
灰鑄鐵常用的牌號是HT200。在較好的潤滑與防護(hù)條件下，具有一定的耐磨性。適用于不經(jīng)常工作且對精度保持性要求不高的導(dǎo)軌。
孕育鑄鐵常用的牌號是HT300。耐磨性高于灰鑄鐵，但較脆硬，不易刮研，且成本較高。常用于較精密的機(jī)床導(dǎo)軌。
耐磨鑄鐵中應(yīng)用較多的是高磷鑄鐵、磷銅鈦鑄鐵及釩鈦鑄鐵。與孕育鑄鐵相比，其耐磨性提高1～2倍，但成本較高，常用于精密機(jī)床導(dǎo)軌。
通過對材料的類比，由于我設(shè)計的是Φ430MM的數(shù)控車床六角回轉(zhuǎn),考慮價格等原因，選用灰鑄鐵作為導(dǎo)軌材料。
3、導(dǎo)軌的形狀：直線運(yùn)動滑動導(dǎo)軌截面形狀主要有三角形、矩形、燕尾形和圓形，并且可以相互組合。在本課題中，我選擇三角形導(dǎo)軌。選擇三角形導(dǎo)軌的原因是它的導(dǎo)向性和精度保持性都比較高，當(dāng)導(dǎo)軌有了磨損時會自動下沉補(bǔ)償磨損量，矩形導(dǎo)軌存在側(cè)向間隙，必須用鑲條進(jìn)行調(diào)整。燕尾形導(dǎo)軌剛度較差，加工、檢驗(yàn)、和維修都不大方面。綜以上一些因素我選擇三角形導(dǎo)軌。
5.6 尾座孔系設(shè)計
設(shè)計中所需提及的主要技術(shù)要求中，就其性質(zhì)而言，大致可分為兩類：一是各加工表面自身的尺寸精度、幾何形狀精度和表面粗糙度；二是為了保證定位基準(zhǔn)面的定位精度，以及為了減輕在加工中的定位誤差。為了保證尾座體在裝配精度，還要求有較高的相互位置精度。根據(jù)技術(shù)參數(shù)的要求，確定套筒直徑為85mm。
5.6.1主軸孔的設(shè)計
通常情況下頂尖和中心孔的錐度必須相同，并且多數(shù)為錐度為60°，這是為了減少接觸面的單位面積壓力和不損壞死頂尖。但在本課題中，所使用的頂尖是莫氏錐度4號的頂尖，因此，套筒前端的套筒孔的錐度也為莫氏錐度4號錐度。頂尖（死頂尖或活頂尖）的錐面（莫氏錐度或公制錐度）插入主軸錐孔和尾座頂尖套筒的錐孔內(nèi)要同心，既要保證設(shè)計時同軸度的要求，避免由于尾座的偏移使車削工件產(chǎn)生錐度，因此在設(shè)計中要保證莫氏錐孔軸心線與套筒軸心的同軸度公差為0.01mm,端面徑向跳動公差為0.006mm。
5.6.2孔和鍵的設(shè)計
由于尾座體孔和套筒的配合精度較高，為了減輕滑鍵在套筒滑鍵槽內(nèi)的磨損,需要對兩者的表面進(jìn)行潤滑，減少摩擦，防止產(chǎn)生磨粒磨損。摩擦不僅損壞配合表面的品質(zhì)，而且會導(dǎo)致疲勞裂紋的萌生，從而急劇地減低零件的疲勞強(qiáng)度。而在摩擦面加入潤滑劑不僅可以減低摩擦，減輕磨損，保護(hù)零件不遭腐蝕，而且能起到散熱降溫的作用。采用潤滑油來潤滑時,潤滑油膜可起到緩沖，吸熱的功能；而采用膏狀的潤滑脂，即可防止內(nèi)部的潤滑劑的外泄，又可阻止雜質(zhì)侵入，避免加劇零件的磨損,起到密封作用。因而潤滑油或潤滑脂的供應(yīng)方法在設(shè)計中很重要。本課題的設(shè)計中尾座套筒孔的兩端采取了一定的密封性設(shè)計,因此可采用比較簡單的壓配式注油杯系統(tǒng)來進(jìn)行間歇性的潤滑即滿足尾座體孔和套筒、滑鍵與滑鍵槽的潤滑要求。由于對注油孔的加工精度要求不是很高，因此在對注油孔的設(shè)計及加工中不需要考慮過多的形位精度要求,僅保持與滑鍵孔的位置關(guān)系即可。
在尾座上設(shè)計滑鍵的主要目的是防止頂尖在工作時轉(zhuǎn)動。在套筒上開設(shè)鍵槽，將滑鍵通過在尾座上方鉆通孔來將滑鍵固定在尾座上,這樣套筒只能在滑鍵尾座的套筒孔內(nèi)軸向移動,只需要在套筒上銑出較長的鍵槽，而滑鍵可做得短一些.同時為了防止滑鍵的轉(zhuǎn)動在將滑鍵固定好以后要采用一定的防轉(zhuǎn)動措施,既是在兩者的結(jié)合縫隙處鉆孔攻絲安裝上一個螺釘?；I槽的長度主要和滑鍵在套筒上的位置有關(guān)?；I槽的長度在設(shè)計時應(yīng)該滿足以下兩個條件：(1)使頂尖伸出套筒長度達(dá)到設(shè)計要求的長度，即L=70 mm。(2)使滑鍵在滑動中順利。因此，滑鍵槽的長度取L=155。
在對套筒上的滑鍵槽以及尾座上的安裝孔的設(shè)計中不僅需要保證滑鍵槽的對稱度要求,還要保證裝鍵孔對套筒孔中心軸線的對稱度和垂直度,因此在設(shè)計中結(jié)合有關(guān)原則和實(shí)際經(jīng)驗(yàn),初步確定安裝滑鍵的孔對套筒孔的對稱度要求為0.006。
5.6.3配合
套筒在工作中主要有兩種配合要求。其一，套筒與尾座體的配合，其二，套筒與頂尖、尾座活塞軸的配合。考慮到頂尖套筒與尾座孔在不同的接觸部位其接觸部位的不同，因此可以采用不同的配合等級。因此，我們分別確定其配合等級。
1、套筒與尾座體的配合
根據(jù)有關(guān)資料和實(shí)際的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，套筒與尾座體的配合采用基孔制，間隙配合，但間隙很小，防止在工作中產(chǎn)生較大的跳動，影響加工工件的直線度和圓柱度。由于套筒的尺寸較大，又和尾座體有配合要求，所以要保證套筒的直線度和圓柱度，可選直線度為0.006mm、圓柱度為0.003mm。
2、套筒與頂尖、尾座活塞軸的配合
套筒與頂尖、尾座活塞軸的配合要求較高，配合間隙很小。安裝莫氏錐柄的套筒部與尾座孔的配合精度要求最高，配合間隙很小，制造成本也高，最適合于不回轉(zhuǎn)的精密滑動配合，精度等級多用于IT5～I(xiàn)T7級。尾座活塞軸的作用是推動頂尖，使其在套筒中伸縮，因此，與套筒的配合也用間隙配合，并且表面粗糙度值要求也要小，以減小摩擦力，保證動作的準(zhǔn)確性、迅速性。推薦表面粗糙度值選擇Ra3.2。
5.6.4密封及偏心軸的設(shè)計
1、尾座主軸與活塞的密封
尾座主軸與活塞的密封采用的是橡膠密封圈，螺塞缸與活塞也是采用的橡膠密封圈，此密封圈的特點(diǎn)是耐油、耐熱、耐磨、耐老化，質(zhì)優(yōu)價廉。
2偏心軸的設(shè)計
在尾座的后半部分，有個手柄是短暫的控制尾座在導(dǎo)軌上的運(yùn)動，即使尾座停在導(dǎo)軌上，此原理離不開偏心軸，首先偏心軸固定在尾座體上，手柄固定在安裝偏心軸的套筒上，當(dāng)搖動手柄時，手柄帶動偏心軸，偏心軸通過拉桿29使壓板2壓緊壓板3，壓板3緊緊壓在導(dǎo)軌上使尾座停止。手柄旋轉(zhuǎn)的角度很小，使偏心軸旋轉(zhuǎn)的角度也很小，在偏心軸的最高處達(dá)到極限。如果使用普通的圓軸不能拉動拉桿，起不到固定尾座的作用。
第6章 六角回轉(zhuǎn)的總體設(shè)計
在尾座體的設(shè)計中螺栓的主要作用就是將壓板和尾座夾緊在床身導(dǎo)軌上，防止尾座在導(dǎo)軌上的移動，從而實(shí)現(xiàn)對工件的夾持和支承。在對螺栓及其孔的設(shè)計過程中，不僅要考慮到連接類型，被連接零件的材料，形狀及尺寸等因素，還要考慮到螺栓的強(qiáng)度，剛度以及經(jīng)濟(jì)性等基本問題。
6.1六角回轉(zhuǎn)的設(shè)計要求
本設(shè)計六角回轉(zhuǎn)主要解決：A利用車床尾座自動進(jìn)給，實(shí)現(xiàn)鉆屑；B利用液壓油缸推動尾座芯軸自動頂緊工作。
6.2設(shè)計基本參數(shù)
根據(jù)床頭箱中心高315mm，設(shè)計尾座其中心高為315mm。根據(jù)普通車床標(biāo)準(zhǔn)尾座擬訂外形尺寸不變，僅增加液壓油缸為進(jìn)給動力并且在尾座頂部增加信號發(fā)送裝置。
6.3機(jī)械結(jié)構(gòu)
A主要結(jié)構(gòu)：尾座體內(nèi)安裝有尾座心軸，法蘭固定在尾座體后部，通過螺栓連接液壓油缸。液壓缸活塞桿通過鑲嵌尾座芯軸上的螺母連接。在尾座體上設(shè)置有防轉(zhuǎn)鍵，在尾座芯軸上設(shè)置有導(dǎo)向槽，尾座芯軸上面配有卸刀孔和頂絲孔，尾座體配有普通尾座的手柄卸刀結(jié)構(gòu)與防轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。本設(shè)計在整個結(jié)構(gòu)上緊湊。易用。方便。頂尖或鉆頭等工具的裝卸，可以達(dá)到很好的精度和提高工作效率。
B 防轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)：在使用頂尖時，搬動手柄，是凸輪轉(zhuǎn)動.拉動鎖緊套，夾緊尾座芯軸，使尾座芯軸不轉(zhuǎn)動；反之.搬動手柄，使凸輪轉(zhuǎn)動，在彈簧作用力下，鎖緊套脫離尾座芯軸，從而使尾座芯軸轉(zhuǎn)動。
C 傳動結(jié)構(gòu)：搖動手柄桿，通過齒輪軸上的齒輪與床身上安裝的齒條的齒合，從而帶動尾座前進(jìn)或者后退。搖動適合位置，便于加工。
D 壓緊結(jié)構(gòu)：在尾座體上安裝有兩條螺栓，當(dāng)需要尾座停在其一位置而不能夠移動時，鎖緊螺栓上的螺母，使壓塊壓緊床身，從而使尾座不能移動；反之，松開螺栓上的螺母，使壓塊與床身分離，使尾座能夠自由移動。
F 調(diào)整結(jié)構(gòu)：在尾座體下部靠近中間處，設(shè)有2個螺栓，調(diào)節(jié)前后螺栓，使尾座中心和主軸中心同軸。調(diào)節(jié)螺釘釘緊尾座墊塊凸臺，使尾座體靠近經(jīng)過刮研的定位面。
6.4液壓油缸的選定
此尾座增加行程控制裝置用于鉆屑.
A 根據(jù)要求設(shè)定鉆屑直徑為，工件材料為45剛，查手冊選取切削用量
取V=18米/分 S=0.3毫米/轉(zhuǎn)
根據(jù)公式 P=3.3DS （3-1）
計算軸向力.
A 鉆頭直徑=25mm， 抗拉強(qiáng)度{kg/mm} (3-2)
表取=55 kg/mm
軸向力P軸=3.3×D×S×
=3.3×25××
=3.3×25×0.43×20.19
=716kg
B根據(jù)機(jī)床系統(tǒng)壓力為2mp=20kg/厘米=0.21kg/毫米
計算油缸油塞面積
P= (3-3)
其中A－面積. P－軸向力 P－系統(tǒng)壓強(qiáng)
則 A= = = 3580（） (3-4)
試取活塞直徑活塞桿直徑為
== 6358 (3-5)
==1962.5
－=6358－1962.5=4395 >3580
符合壓力條件
根據(jù)普通尾座行程，選取行程為360㎜的油缸按照缸徑?；钊麠U。行程360 。選取液壓油缸其型號為；Y－HG－E90/50 ×360L F－HLOT (3-6)
這種液壓油缸其性能如下；
1. 壓力： E級大于6.3小于16 mp
2. 密封： E級泵用了結(jié)構(gòu)簡單，耐密封性能好的YX行聚氨密封圈
3. 防塵： 本液壓和泵用聚氨密封脂或丁晴橡膠無骨架防塵圈
4. 適用介質(zhì)：液壓油
5. 適用溫度：－40C～+120C
6. 結(jié)構(gòu)： 采用前法蘭連接
6.5壓緊螺栓的校核
根據(jù)軸向力P=216lg. 效驗(yàn)尾座墊鐵壓緊螺釘?shù)哪Σ亮?
因?yàn)槟Σ亮? (3－7)
其中 F－壓緊力 －摩擦系數(shù)
查表知 每個M30螺栓壓緊力為
=101000N=10100kg (3-8)
則 兩螺栓；×10100=20100kg
查表得； (3-9)
摩擦力 ×0.15 (3-10)
=3030kg
>716 滿足要求
6.6計算液壓油缸頂緊力
計算油缸頂緊力，校核墊鐵螺栓摩擦力。.
油缸頂緊力：= × A (3－11)
其中A—油缸活塞與活塞桿面積差
=P×（）=0.2×4395=879kg (3－12)
6.7 頂尖的設(shè)計
六角回轉(zhuǎn)的頂尖設(shè)計按照零件互換性原理，大致與普通尾座頂尖相似。其頂尖頭部設(shè)計為60°（按A型中心孔設(shè)計）錐柄采用英氏5號錐度，這樣便于零件布件互換，尾部采用有舌尾的錐體，便于頂尖的加緊與裝卸。頂尖材料選用9sicr,熱處理HRC58，這樣提高了頂尖的強(qiáng)度和彈性。
6.8 尾座芯軸的設(shè)計
尾座芯軸與液壓油缸是通過液壓油缸的前端M42×2螺絲連接。因此尾座芯軸的后端螺母內(nèi)部尺寸為M42×2。所以，螺母外徑設(shè)計為直徑65，長度為60，這樣方便與液壓軸缸的連接，螺母與尾座芯軸連接采用過渡配分，并且在后端面增加2個M10×16的內(nèi)六角錐端緊定螺釘和中間加一個A8×18的內(nèi)螺絲圓錐銷，其目的增加牢固性和同軸，因?yàn)橐簤河透椎膬?nèi)孔定位直徑65，由螺母設(shè)定.因此，外徑設(shè)計為直徑100。與尾座體配合采用間縫配合。由于選取液壓油缸的行程為360.所以，液壓芯軸的長度應(yīng)大與360，并且還要有一定的導(dǎo)向性，其長度尺寸設(shè)計為610，其中在液壓芯軸上設(shè)計對稱的2個鍵槽，其目的為了導(dǎo)向和防止轉(zhuǎn)動長度為385（大于360.有一定的調(diào)節(jié)性）在其中有2個卸力孔，方便頂針，鉆套等裝卸，有2個孔，其目的的頂緊頂針。鉆套等。在液壓油缸的頭部設(shè)計有密封環(huán)，主要是為了密封和防塵作用。內(nèi)部也采用莫氏5號錐度，其粗糙度為0.8，要求與頂尖配合緊密，內(nèi)部60通孔，其減輕重量的作用，液壓芯軸材料選用45，熱處理HRC45，增加其強(qiáng)度。耐磨性和彈性。
6.9尾座體的設(shè)計
尾座體的設(shè)計采用普通尾座外姓及聯(lián)系尺寸，底部與墊鐵連接初與普通尾座相同。不同之處在尾座體尾部設(shè)計與液壓芯軸配合采用間歇配合材料選用HT150。
6.10電器系統(tǒng)操作
為了便于操作液壓油缸的進(jìn)給，在尾座芯軸上裝有拉桿。導(dǎo)向塊。支架上裝有接近開關(guān)，其中第一個第三個的接近開關(guān)為限位開關(guān)，第兩個接近開關(guān)為快進(jìn)開關(guān)。當(dāng)尾座手動操作時，首先將黑色兩位旋鈕板到手動位置，欲使尾座手動快速前進(jìn)，按下前進(jìn)綠色按鈕，尾座快速前進(jìn)，當(dāng)接近工進(jìn)接近開關(guān)尾座開始工進(jìn)。松開按鈕尾座后退停止；當(dāng)尾座自動操作時，首先將黑色的兩位旋鈕拌到自動位置，按自動進(jìn)行按鈕之前，在手動操作下，使尾座退到原位，方可自動操作，按下自動進(jìn)給按鈕。尾座開始快速前進(jìn)，接近工進(jìn)接近開關(guān)，尾座開始工進(jìn)，接近前進(jìn)目標(biāo)接近開關(guān)尾座開始快速后退，直到接近原位接近開關(guān)尾座停止，自動運(yùn)行一個循環(huán)停止。
第7章 數(shù)控硬件電路設(shè)計
數(shù)控系統(tǒng)通過對輸入的加工程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和運(yùn)算后，輸出控制信號，控制主軸、進(jìn)給軸和其他輔助裝置正確、及時和可靠地執(zhí)行加工程序所規(guī)定的任務(wù)，同時接受從機(jī)床反饋來的各種信息，對機(jī)床控制進(jìn)行調(diào)整。任何一個數(shù)控系統(tǒng)都由硬件和軟件兩部分組成，在處理信息方面，軟件和硬件對要完成的任務(wù)是等價的，硬件處理速度快，線路復(fù)雜，軟件設(shè)計靈活，適應(yīng)性強(qiáng)，但速度較慢。隨著高性能微處理器的誕生，現(xiàn)代數(shù)控已越來越傾向于軟件控制。
數(shù)控系統(tǒng)最核心的控制是位置控制，最重要的運(yùn)算是插補(bǔ)運(yùn)算，最主要的數(shù)據(jù)處理是刀具補(bǔ)償。位置控制的實(shí)質(zhì)就是位置負(fù)反饋，即指令位置和實(shí)際位置進(jìn)行比較，用位置偏差進(jìn)行控制；插補(bǔ)運(yùn)算就是根據(jù)加工程序所確定的坐標(biāo)點(diǎn)，通過一定的運(yùn)算法則實(shí)時獲得位置指令；刀具補(bǔ)償就是要解決編程軌跡和刀具中心不相符的矛盾。
7.1硬件電路設(shè)計
7.1.1 數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)
數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)其使用單片機(jī)結(jié)構(gòu)的劃分，一般可分為單微處理器和多微處理器結(jié)構(gòu)兩大類。單微處理器數(shù)控系統(tǒng)由于結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，在一些標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。多微處理器數(shù)控系統(tǒng)可以滿足當(dāng)今數(shù)控機(jī)床高速度、高精度和許多復(fù)雜功能的要求，代表當(dāng)今數(shù)控發(fā)展的水平。根據(jù)設(shè)計任務(wù)要求，本設(shè)計將采用較經(jīng)濟(jì)的單微處理器數(shù)控結(jié)構(gòu)，對于一般切削加工而言，其速度和精度已能滿足實(shí)際要求。
數(shù)控機(jī)床單微處理器硬件結(jié)構(gòu)電路概括起來有以下幾個部分組成：
（1）中央處理單元CPU；
（2）總線，包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線；
（3）存儲器，包括只讀可編程存儲器和隨機(jī)讀寫存儲器；
（4）輸入輸出接口電路；
（5）外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器及光電編碼器等。
7.1.2 數(shù)控系統(tǒng)硬件電路的功能
根據(jù)設(shè)計要求，確定數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能：
讀取鍵盤輸入數(shù)據(jù)；
讀取操作面板開關(guān)及按鈕信號；
讀取螺紋/光電編碼器信號 ；
讀取電動刀架刀位信號；
接受車床行程開關(guān)信號；
控制LED顯示；
控制電動刀架自動選刀；
控制縱向、橫向電動機(jī)驅(qū)動；
控制主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)與停止；
(10) 控制交流變頻器；
(11) 控制冷卻泵啟停；
(12) 可與PC進(jìn)行串行通信。
本次設(shè)計在采用8031作為主控芯片,采用兩片2764程序存儲器之外還擴(kuò)展了一片6264數(shù)據(jù)存儲器,用一片74LS373鎖存P0口傳遞低8位地址,地址譯碼采用74LS138C3~8譯碼器;采用全地址碼,采用二個8155芯片,完成對執(zhí)行元件的控制。此外,還設(shè)有越界報警急停處理電路.
7.2關(guān)于各線路元件之間線路連接
8031芯片的P 和P用來傳送外部存儲器的地址和數(shù)據(jù), P口送的是8位地址, P口傳送低八位地址和數(shù)據(jù),故采用74LS373地址鎖存器,鎖存低八位地址,ALE作為首選通信號,當(dāng)ALE為高電位,鎖存器的輸入輸出速度,即輸入的低八位地址在輸出端出現(xiàn),此時不需鎖存,當(dāng)ALE從高電平變?yōu)榈碗娖?出現(xiàn)下降沿時,低八位地址在輸出端出現(xiàn),此時不需鎖存,當(dāng)ACE這樣POD共組成16位地址,2764和6264芯片都是8KB,需要13根地址線, A~A低8位安74L373芯片的輸出,A~A按8031芯片的P~P系統(tǒng)采用全地址譯碼,兩片2764新片選信號CE分別按74LS138譯碼器的和,系統(tǒng)復(fù)位以后程序從0000H~開始執(zhí)行,6264芯片的片選信號CE地址按74LS138的,單片機(jī)的擴(kuò)展系統(tǒng)允許程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器獨(dú)立編址,8031芯片控制信號PSEN按2764的OE引腳,讀寫控制信號WR和RD分別按6264芯片內(nèi)部沿有ROM,始終要選片外程序存儲器,故按EA地址
由于8031只有P口和P口的部分能提供用戶作I/O接口使用,不能滿足輸入輸出口的需要,因此比喻擴(kuò)展輸入輸出擴(kuò)展電路.系統(tǒng)擴(kuò)展3片8155可編程I/O接口芯片,8155(1)的片選信號按74LS138的端74LS138譯碼器有3個輸入A B C 分別按8031的 P P P8個輸出,低電平有效. 對應(yīng)輸出A B C DE 000至111 8種現(xiàn)合.其中對應(yīng)A B C 為111.74LS138有3個使能端,其中2個為低電平使能端,另一個為高電平使能端.只有當(dāng)使能端均處于有效電平是,輸出才能產(chǎn)生,否則輸出才能處在高電平無效.
I/O接口芯片與外設(shè)的聯(lián)接是這樣安排的.8155芯片PA作為顯示器段選信號, 輸出PA~P為顯示器的位選信號,輸出PC0~PC4 5根線是鍵盤輸入.8155芯片的20個引腳按8031芯片的P2.0,因此使用8155的I/O