毕业设计（论文）CK6132数控车床总体及进给驱动部件设计（全套图纸）.doc

CK6132数控车床总体及进给驱动部件设计姓 名： 专 业：机械设计制造及其自动化指导教师 摘要 随着机械制造业的飞速发展，为进一步提高教学生产类中小型数控车床的性价比，提高主轴转速，增加机床刚性，对原有的数控车床作了一定的结构改进设计，使之不仅能满足教学用途外还能用于生产实际上半精、精加工。设计的内容为主要介绍了数控机床的现状及发展趋势，数控机床的概述和分类等，主要设计为CK6132车床总体及驱动部件设计，首先是主要动力参数的确定，主运动功率确定和切削量的选择，切削功率的选择等，进给驱动部件的设计，滚珠丝杠的选用，之后对其进行校核，介绍了导轨、导轨架及床身的设计。对导轨架的尺寸进行了估算。完成了进给驱动的相关设计问题，能满足教学生产类中小型数控车床加工相关零件的要求，同时该机床也有较好的性价比，有一定的应用价值关键词 数控车床 床身 滚珠丝杠全套图纸，加153893706Ck6132 lathe to drive and the overall design of componentName：LizilongMajor：Mechanical Design & Manufacturing AutomationTutor：YuchunhaiAbstract Along with mechanical manufacturing industry develop fast. On one hand, to raise the ratio of performance and increase the rigidity of machine and price of the teaching kind of small-sized machine tool of numerical control. On the other hand, to raise the rotate speed of the spindles. It has made certain improvement for the original machine tool of numerical control which make it not only satisfy teaching outside can be still used to produce is half , finish machining. The design for the content of CNC introduces the present situation and development trend of selection and the significance of nc machine tools, summarizes and classification, the main design for CK6132 lathe overall and driving parts design, first is the main force of parameters, and the power of the cutting, etc, cutting power to drive into the design of components, ball screw, after the test, to guide rails, and introduced the design and lathe bed. To guide frame size is estimatedThis design has solved the related problem of feed and drive parts basically. It can reach the requirement of the teaching kind of small-sized machine tool of numerical control .It also gets certain economy and reaches the purpose of this design. Keywords turning machine lathe bed ball-bearing目 录题目.I摘要及关键词.I1前 言.11.1 课题背景11.1.1 数控机床简介11.1.2 课题选材21.1.3 主要工作及结构21.2 数控机床概述41.2.1 数控机床的定义31.2.2 数控机床的组成及特点31.2.3 数控机床的主要技术参数41.3 数控机床的分类41.3.1 按机械运动轨迹分类41.3.2 按伺服系统的类型分类61.3.3 按联动轴数分类81.4 数控未来发展的趋势91.4.1 继续向开放式、基于PC的第六代方向发展91.4.2向高速化、高精度化和智能化方向发展92 数控车床简介92.1 数控车床的结构特点92.1.1 工艺范围与分类92.1.2 数控车床的特点与发展92.1.3 数控车床的组成102.2 数控车床的总体布局102.2.1 数控机床总体布局的概念102.2.2 数控车床布局的结构特点及影响布局的因素112.2.3 CK6132数控车床的总体布局结构方案的确定.123 CK6132动力参数的确定133.1 主运动功率的确定133.1.1 切削用量的选择133.1.2 车削时切削力的计算143.1.3 主传动中电机的功率和型号的确定143.2 进给驱动部件传动功率的计算153.2.1 数控机床进给传动系统要求153.2.2 计算进给部件传动功率的相关公式及原理163.2.3 进给驱动部件的功率和扭矩的计算174 滚珠丝杠的选用及校核214.1 滚珠丝杠副传动的概述214.2 滚珠丝杠的结构形式、型号及支承形式的选用234.2.1 滚珠丝杠副的结构形式234.2.2 滚珠丝杠副的型号254.3 滚珠丝杠副轴承的选用274.4 滚珠丝杠的计算和校核274.4.1 静载强度的计算274.4.2 疲劳强度的计算285 导轨、导轨架及床身的设计295.1 导轨的设计295.1.1 滑动导轨的类型305.1.2 滑动导轨的间隙调整机构305.1.3 滑动导轨的润滑315.2 导轨架的设计315.2.1 导轨架结构的基本要求315.2.2 CK6132数控车床导轨架的结构325.3 床身的设计326 结 论33参考文献34致谢.35附录.361 前 言毕业设计的选题为CK6132数控车床的设计，设计的内容为CK6132数控车床总体布局方案的设计，其主要动力参数的设计，工作台进给驱动部件的设计，主要进给驱动零部件的计算和校核，相关零部件型号的选用。本次毕业设计题目是经过仔细、认真的调研而确立为毕业设计的选题的。这个选题贴近生活实际，产品能够在基本满足客户要求的前提下，同时保证了较好的经济性。此选题具有较好的实用性，产品主要用于教学，并不完全用于工厂、企业生产加工零件。所以，进行设计时，在保证数控机床应有精度的同时，还要兼顾其经济性。毕业设计是教学环节的重要组成部分，是大学四年所学知识的综合应用，是培养我们学生综合运用大学阶段所学基础知识和基本技能，分析解决实际问题能力的一个重要环节。而且与其它的教学环节相配合，在某种程度上是课堂上所学知识地延续和升华，是其它教学环节所不能取代的。通过毕业设计能使我们受到一个工程技术人员所必需的综合训练，在不同程度上提高了自身的各种能力，诸如调查研究、查阅文献、收集材料、绘图、技术分析、团结合作和总结撰写论文和设计说明书的能力等。同时也是我们走上工作岗位之前的一种有效的“实践”。毕业设计的工作方向是面对经济建设、面向生产实际、坚持教学要求、努力实现教学、科研、生产三方面结合，进一步加强基础理论和技能的培养。在设计期间我们要以脚踏实地的、勇于克服一切困难的顽强精神攀向科学的高峰。毕业设计的目的也是它的重要之处在于锻炼我们的设计思维，开拓我们的知识视野，力求以最佳的思维方式去分析解决实际设计中的问题，以加强我们处理实际问题的能力，可以说毕业设计是我们走上工作岗位前的一次练兵。在世界范围内，对新工艺、新材料、新结构、新单元、新元件的研究开发工作正在大力开展，如对新的主轴结构、高速电主轴、高速直线电机等方面提出了更高的要求。对加工超硬、难切削材料及特殊复合材料及复杂零件、不规则曲面等也有了更多的需求。我国是世界上机床产量最多的国家，但数控机床的产品竞争力在国际市场中仍处于较低水平，即使在国内市场也面临着严峻的形势：一方面国内市场对各类机床产品特别是数控机床有大量的需求，而另一方面却有不少国产机床滞销积压，国外产品机床充斥市场，严重影响我国数控机床自主发展的势头。这种现象的出现，除了有经营上、产品质量上和促销手段上的原因外，还有一个主要的原因就是我国生产的数控机床品种、性能和结构不够先进，新产品的开发周期长，不能即使针对用户的需求提供满意的产品。1.1 设计背景 1.1.1数控机床简介随着科学技术的发展，机电产品日趋精密复杂。产品的精度要求越来越高、更新换代的周期也越来越短，从而促进了现代制造业的发展。尤其是宇航、军工、造船、汽车和模具加工等行业，用普通机床进行加工（精度低、效率低、劳动度大）已无法满足生产要求，从而一种新型的用数字程序控制的机床应运而生。这种机床是一种综合运用了计算机技术、自动控制、精密测量和机械设计等新技术的机电一体化典型产品。数控机床是一种装有程序控制系统（数控系统）的自动化机床。该系统能够逻辑地处理具有使用号码，或其他符号编码指令（刀具移动轨迹信息）规定的程序。具体地讲，把数字化了的刀具移动轨迹的信息输入到数控装置，经过译码、运算，从而实现控制刀具与工件相对运动，加工出所需要的零件的机床，即为数控机床1。1.1.2 设计选材随着工业生产社会化、专业化、集中化、高度机械化乃至自动化的步伐的加快，机械制造业对数控机床的要求也越来越向高精度、高稳定性、高生产率、高适应性方向发展。为进一步提高我国数控机床技术，对于教学类数控机床在保持原有的小型化基础上，提高转速也显得越来越重要了。毕业设计课题CK6132数控车床来源于南京迈顺数控新技术有限公司即原来的江苏东方数控有限公司的。原东方公司主要从事于教学实验台和教学用小型数控机床的生产，产品结构和功能单一不利于市场竞争。公司为了扩大产品结构，增强市场的竞争力除整合保留原有的教学用相关设备，同时面向生产型的企业这块市场需要，新公司现在又开发了新的产品系列，生产中小型数控机床（主要是车、铣及加工中心）。此次我们主要从事小型中高速数控车床的设计。1.1.3主要工作及结构毕业设计主要设计数控车床机械本体部分，其中主要完成机床本体的设计、进给驱动部件及主要零部件的设计。在此次设计中，主要讲述了数控机床概述，从数控机床的分类与发展方面以及其在先进制造业中的作用进行了细致的介绍。简单介绍了数控车床的结构特点及总体布局对机床的影响。主要介绍了机床主参数的计算，如切削用量的选择、切削力的计算、进给驱动部件的计算等。其中主要进行了主电机的选择。是滚珠丝杠的选用及校核，主要叙述了滚珠丝杠的型号、滚珠丝杠螺母副的预紧方式以及滚珠丝杠的安装方法，此后对所选的滚珠丝杠进行了校核。介绍了导轨、导轨架及床身的设计。对导轨架的尺寸进行了估算。由于时间较短，本文主要讨论的是关于数控机床机械本体的设计。对于数控车床电气设备只是在设计过程中有初步的了解，本文没有深入讨论此方面的问题。1.2 数控机床概述1.2.1 数控机床的定义数控即数字控制(Numerical Control，NC)。数控技术是指用数字信号形成的控制程序对一台或多台机械设备进行控制的一门技术。数控机床，简单的说，就是采用了数控技术的机床。即将机床的各种动作、工件的形状、尺寸以及机床的其他功能用一些数字代码表示，把这些数字代码通过信息载体输入给数控系统，数控系统经过译码、运算以及处理，发出相应的动作指令，自动地控制机床的刀具与工件的相对运动，从而加工出所需要的工件1。实际上，数控机床就是一种具有数控系统的自动化机床。所以说数控机床是最典型的机电一体化产品。1.2.2数控机床的组成及特点1.2.2.1 数控机床的组成数控机床主要由输入输出设备、数控装置、伺服系统、测量反馈装置和机床本体组成。其中，程序介质用于记载机床加工零件的全部信息。如零件加工的工艺过程、工艺参数、位移数据、切削速度等。常用的程序介质有磁带、磁盘等。也有一些数控机床采用操作面板上的按钮和键盘将加工程序直接输入或通过串行接口将计算机上编写的加工程序输入到数控系统。在计算机辅助设计与计算机辅助制造(CAD/CAM)集成系统中，加工程序可不需要任何载体而直接输入到数控系统。数控装置是控制机床运动的中枢系统，它的基本任务是接收程序介质带来的信息，按照规定的控制算法进行插补运算，把它们转换为伺服系统能够接收的指令信号，然后将结果由输出装置送到各坐标控制的伺服系统2。伺服系统由伺服驱动电动机和伺服驱动装置组成，是数控系统的执行部件。它的基本作用是接收数控装置发来的指令脉冲信号，控制机床执行部件的进给速度、方向和位移量，以完成零件的自动加工。通常数控系统由数控装置和伺服系统两部分组成，各公司的数控产品也是将两者作为一体的。机床主体也称主机，包括机床的主运动部件、进给运动部件、执行部件和基础部件，如底座、立柱、滑鞍、工作台(刀架)、导轨等。数控机床与普通机床不同，它的主运动和各个坐标轴的进给运动都是由单独的伺服电动机驱动，所以它的传动链短、结构比较简单。为了保证数控机床的快速响应特性，在数控机床上还普遍采用精密滚珠丝杠副和直线滚动导轨副。在加工中心上还配备有刀库和自动换刀装置。同时还有一些良好的配套设施，如冷却、自动排屑、自动润滑、防护和对刀仪等，以利于充分发挥数控机床的功能。此外为了保证数控机床的高精度、高效率和高自动化加工，数控机床的其他机械结构也产生了很大的变化。本次设计即主要完成机床主体部分的设计。1.2.2.2数控机床的特点数控机床与普通机床加工零件的区别，在于数控机床是按照程序自动加工零件，而普通机床由工人手工操作来加工零件。在数控机床上只要改变控制机床动作的程序，就可以达到加工不同零件的目的。由于是一种程序控制过程，数控机床相应形成了以下几个特点。（1） 采用数控机床可以提高零件的加工精度、稳定产品的质量。因为数控机床按照预定的加工程序进行加工，加工过程中消除了操作者人为的操作误差，所以零件加工的一致性好，而且加工精度还可以利用软件来进行校正补偿，因此可以获得比机床本身所能达到的精度还要高的加工精度及重复定位精度。（2） 数控机床可以完成普通机床难以完成或根本不能加工的具有复杂曲面的零件的加工。因此它在航空航天、造船、模具等加工业中得到广泛应用。（3） 采用数控机床比普通机床可以提高生产效率23 倍，尤其是对某些复杂零件的加工，生产效率可以提高十几倍甚至几十倍。（4）可以实现一机多用。一些数控机床将几种普通机床功能合一，加上刀库与自动换刀装置构成加工中心，如果能配置数控转台或分度转台，则可以实现一次安装、多面加工。（5） 采用数控机床有利于向计算机控制与管理生产方面发展，为实现生产过程自动化创造了条件。1.2.3数控机床的主要技术参数12.3.1 主要规格尺寸最大加工直径320mm、拖板上最大加工直径160mm、最大加工长度为500mm，综合硬质合金及高速钢车刀粗车外圆和端面时的进给量选取车刀刀杆尺寸BH为1625、工件直径为40mm、ap=2mm时进给量f=0.5mm/r。1.2.3.2 主轴系统数控机床主轴采用直流或交流电动机驱动，具有较宽的调速范围和较高的回转精度，主轴本身的刚度与抗振性比较好。现在数控机床的主轴转速普遍能达到 5000r/min10000r/min 甚至更高。1.3 数控机床的分类数控机床种类很多，规格不一，人们从不同的角度对其进行了分类。1.3.1 按机械运动轨迹分类数控机床按其刀具与工件相对运动的方式，可以分为点位控制、直线控制和轮廓控制。1.3.1.1点位控制数控机床如图1-2所示，点位控制是指数控系统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图1-2 点位控制钻孔加工示意图Figure 1-2 drilling position control diagram1.3.1.2直线控制数控机床如图1-33所示，点位直线控制是指数控系统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。采用这类控制的有数控铣床、数控车床和数控磨床等。 现代组合机床采用数控技术，驱动各种动力头、多轴箱轴向进给钻、镗、铣等加工，也算是一种直线控制数控机床。直线控制也称为单轴数控。1.3.1.3 轮廓控制数控机床亦称连续轨迹控制，如图1-43所示，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。采用这类控制的有数控铣床、数控车床、数控磨床和加工中心等。现代数控机床绝大部分都具有两坐标或两坐标以上联动的功能，除此之外还具有刀具半径补偿、刀具长度补偿、机床轴向运动误差补偿、丝杠螺距误差补偿、齿侧间隙误差补偿等一系列功能。图1-3 直线控制切削加工示意图 图1-4 轮廓控制铣削加工示意图Figure 1-3 linear control machining schematic diagram 1-4 profile control milling schemes1.3.2 按伺服系统的类型分类1.3.2.1 开环伺服系统数控机床开环控制系统是指不带反馈装置的控制系统，由步进电机驱动线路和步进电机组成。数控装置经过控制运算发出脉冲信号，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4。如图1-5 所示。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。图1-5 开环伺服系统Figure 1-5 open ringed servo system1.3.2.2 闭环伺服系统数控机床闭环控制系统是在机床移动部件位置上直接装有直线位置检测装置，将检测到的实际位移反馈到数控装置的比较器中，与输入的原指令位移值进行比较，用比较后的差值控制移动部件作补充位移，直到差值消除时才停止移动，达到精确定位的控制系统。 图1-6所示为闭环伺服系统Figure 1-6 for closed servo system这类数控机床可以消除由于传动部件制造中存在的精度误差给工件加工带来的影响，从而得到很高的精度。但是由于很多机械传动环节包括在闭环控制的环路内，各部件的摩擦特性、刚性以及间隙等都是非线性量，直接影响到伺服系统的调节参数。因此，闭环伺服系统的设计和调整都非常困难。闭环伺服系统的优点是精度高。但其系统设计和调整困难、结构复杂、成本高，主要用于一些精度要求很高的镗铣床、超精密车床、超精密铣床、加工中心等。1.3.2.3 半闭环伺服系统数控机床这类数控机床采用安装在进给丝杠或电动机端头上的转角测量元件测量丝杠旋转角度，来间接获得位置反馈信息。图2-7所示为半闭环伺服系统。图1-7 半闭环伺服系统Figure 1-7 half closed servo system这种系统的闭环环路内不包括丝杠、螺母副及工作台，因此可以获得稳定的控制特性。而且由于采用了高分辨率的测量元件，可以获得比较满意的精度及速度。大多数数控机床采用半闭环伺服系统，如数控车床、数控铣床、加工中心等。1.3.2.4 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。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，如图2-8所示。 （2）半闭环补偿型。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。如图1-9所示，其中A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。 图1-8开环补偿型控制方式Figure 1-8 open-loop control mode compensating图1-9半闭环补偿型控制方式Figure1-9 half closed loop control mode compensating1.3.3 按联动轴数分类数控系统控制几个坐标轴按需要的函数关系同时协调运动，称为坐标联动，按照联动轴数可以分为：1.3.3.1两轴联动 数控机床能同时控制两个坐标轴联动，适于数控车床加工旋转曲面或数控铣床铣削平面轮廓。 （1） 两轴半联动 在两轴的基础上增加了Z轴的移动，当机床坐标系的X、Y轴固定时，Z轴可以作周期性进给。两轴半联动加工可以实现分层加工。 （2） 三轴联动 数控机床能同时控制三个坐标轴的联动，用于一般曲面的加工，一般的型腔模具均可以用三轴加工完成。 （3）多坐标联动 数控机床能同时控制四个以上坐标轴的联动。多坐标数控机床的结构复杂，精度要求高、程序编制复杂，适于加工形状复杂的零件，如叶轮叶片类零件。 通常三轴机床可以实现二轴、二轴半、三轴加工；五轴机床也可以只用到三轴联动加工，而其他两轴不联动。1.4 数控未来发展的趋势 1.4.1 继续向开放式、基于PC的第六代方向发展 基于PC所具有的开放性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点，更多的数控系统生产厂家会走上这条道路。至少采用PC机作为它的前端机，来处理人机界面、编程、联网通信等问题，由原有的系统承担数控的任务。PC机所具有的友好的人机界面，将普及到所有的数控系统。远程通讯，远程诊断和维修将更加普遍5。 1.4.2向高速化、高精度化和智能化方向发展 随着人工智能在计算机领域的不断渗透和发展，数控系统的智能化程度将不断提高。 （1）应用自适应控制技术 数控系统能检测过程中一些重要信息，并自动调整系统的有关参数，达到改进系统运行状态的目的。 （2）引入专家系统指导加工 将熟练工人和专家的经验，加工的一般规律和特殊规律存入系统中，以工艺参数数据库为支撑，建立具有人工智能的专家系统。 （3） 引入故障诊断专家系统 （4） 智能化数字伺服驱动装置 可以通过自动识别负载，而自动调整参数，使驱动系统获得最佳的运行。2 数控车床简介2.1 数控车床的结构特点2.1.1 工艺范围与分类车床主要是用于车削加工，在车床上一般可以加工各种回转表面，如内外圆柱面、圆锥面、成型回转表面及螺纹面等。在数控车床上还可以加工高精度的曲面与端面螺纹。用的刀具主要是车刀，各种孔加工用刀具(如钻头、绞刀、镗刀等)及螺纹刀具。车床主要用于加工各种轴类，套筒类和盘类零件上的回转表面。数控车床加工零件的尺寸精度可达IT5IT6，表面粗糙度可达1.6um以下6。2.1.2 数控车床的特点与发展与传统车床相比，数控车床的结构有以下特点：(1) 由于数控车床刀架的两个方向运动分别由两台伺服电动机驱动，所以它的传动链短。不必使用挂轮、光杠等传动部件，用伺服电动机直接与丝杠联接带动刀架运动。伺服电动机丝杠间也可以用同步皮带副或齿轮副联结。(2) 多功能数控车床是采用直流或交流主轴控制单元来驱动主轴，按控制指令作无级变速，主轴之间不必用多级齿轮副来进行变速。为扩大变速范围，现在一般还要通过一级齿轮副，以实现分段无级调速，即使这样，床头箱内的结构已比传统车床简单得多。数控车床的另一个结构特点是刚度大，这是为了与控制系统的高精度控制相匹配，以便适应高精度的加工。(3) 数控车床的第三个结构特点是轻拖动。刀架移动一般采用滚珠丝杠副。滚珠丝杠副是数控车床的关键机械部件之一，滚珠丝杠两端安装的滚动轴承是专用铀承，它的压力角比常用的向心推力球轴承要大得多。这种专用轴承配对安装，是选配的，最好在轴承出厂时就是成对的。(4) 为了拖动轻便，数控车床的润滑都比较充分，大部分采用油雾自动润滑。(5) 由于数控机床的价格较高、控制系统的寿命较长，所以数控车床的滑动导轨也要求耐磨性好。数控车床一般采用镶钢导轨，这样机床精度保持的时间就比较长，其使用寿命也可延长许多。(6) 数控车床还具有加工冷却充分、防护较严密等特点，自动运转时一般都处于全封闭或半封闭状态。(7) 数控车床一般还配有自动排屑装置。现在，数控车床技术还在不断向前发展着，数控车床发展趋势如下：随着控制系统，机床结构和刀具材料的技术发展，数控车床将向高速化发展，进一步提高主轴转速，刀架快速移动以及转位换刀速度；工艺和工序将更加复合化和集中化；数控车床将向多主轴，多刀架加工方向发展；为实现长时间的无人全自动操作，数控车床将向全自动化方向发展；机床的加工精度将向更高方向发展。同时，数控车床也会向简易型发展。 2.1.3 数控车床的组成数控车床一般由程序编制及程序载体、输入装置、数控装置（CNC）、伺服驱动及位置检测装置、辅助控制装置、车床本体等几部分组成。2.2 数控车床的总体布局2.2.1 数控机床总体布局的概念数控机床是一种全自动化的机床，但是像装卸工件和刀具（加工中心可以自动装卸刀具）、清理刀屑、观察加工情况和调整等辅助工作，还得由操作者来完成，因此在考虑数控机床总体布局时，不仅要遵循机床布局的一般原则，还要考虑在使用方面的特定要求：(1) 数控机床的布局首先要满足用户提出来的要求，如机床的加工范围，工作精度，生产效率和经济性等等。(2) 确保在加工过程中工件和刀具之间的相对位置和相对运动。在经济、合理的条件下，尽量采用较短的传动链，简化机构，提高传动精度和传动效率。(3) 确保数控机床具有大的切削率，高的静、动态刚度和良好的抗振性能(4) 确保数控机床具有较高的几何精度、传动精度、定位精度和热稳定性(5) 便于同时操作和观察，数控机床的操作按钮开关都放在数控装置上，对于小型数控机床，将数控装置放在机床的近旁，操作者一边在数控装置上进行操作，一边观察机床的工作情况，还是比较方便的。但是，对于尺寸较大的机床，这样的布局方案，因工作区与数控装置之间距离较远，使操作者的操作与观察会有顾此失彼的问题，因此，要设置吊挂按钮站，可由操作者移至需要和方便的位置，对机床进行操作和观察。对于重型数控机床这一点尤为重要，在重型数控机床上，总是设在接近工作区域并可以随工作区变动而移动的操作台或数控装置放在操作台上，以便同时操作和观察。(6) 刀具、工件装卸、夹紧方便，除了自动换刀的加工中心机床以外，数控机床的刀具和工件的装卸和夹紧松开，都是由操作者来完成的，要求易于接近装卸区域，而且安装装夹机构要省力简便。(7) 数控机床的效率高、切屑多，所以机床结构的布局要便于排屑和冷却。(8) 体积小，重量轻，节省原材料，成本要低，缩小机床的占地面积，外形要美观。这次设计的CK6132数控车床，采用普通车床最常用的卧式布局形式。2.2.2 数控车床布局的结构特点及影响布局的因素2.2.2.1数控车床布局的结构特点数控车床的床身结构和导轨有很多种形式，主要有水平床身、倾斜床身以及水平床身斜滑板等。一般中小型数控车床多采用倾斜床身或水平床身斜滑板结构。因为这种布局结构具有机床外形美观，占地面积小，易于排屑和冷却液的排流，便于操作者操作与观察，易于安装上下料机械手，实现全面自动化等特点。倾斜床身还有一个优点是可采用封闭截面整体结构，以提高床身的刚度。床身导轨倾斜角度多为45°、60°和70°，但倾斜角度太大会影响导轨的导向性及受力情况。水平床身加工工艺性好，其刀架水平放置，有利于提高刀架的运动精度，但这种结构床身下部空间小，排屑困难。床身导轨常采用宽支撑V平形导轨，丝杠位于两导轨之间。数控车床多采用自动回转刀架来夹持各种不同用途的刀具，受空间大小的限制，刀架的工位数量不可能太多，一般都采用6、8、10或12。数控车削中心是在数控车床的基础之上发展起来的，一般具有C轴控制，在数控系统的控制下，实现C轴Z轴插补或C轴X轴插补。它的回转刀架还可以安置动力刀具，使工件在一次装夹下，除完成一般车削外，还可在工件轴向或径向等部位进行钻铣等加工。2.2.2.2影响数控车床布局的因素（1）工件的形状、尺寸和质量随着工件尺寸、形状和质量的变换，数控车床的布局可有卧式车床、落地车床、单立柱立式车床、双立柱立式车床和龙门移动式立式车床的变化。当工件的直径1250mm时，可用普通卧式车床加工；当工件直径mm时，采用单立柱立式车床加工；当工件直径为25008000mm时，采用双立柱立式车床加工。根据以上要求以及任务书中给定的数据（最大加工直径320mm、拖板上最大加工直径160mm、最大加工长度为500mm），综合考虑，本次设计的CK6132数控车床采用卧式普通车床的形式。（2） 车床的生产率要求随着生产率要求的不同，数控车床的布局可以产生单主轴单刀架、单主轴双刀架、双主轴双刀架等不同的结构变化。本次设计的CK6132数控车床是小型的数控车床，它的生产率不是很高，因此，这次的数控车床采用单主轴单刀架的形式。（3） 机床精度随着机床精度的不同，数控车床的布局要考虑到切削力、切削热、和切削振动的影响。要是这些因素对精度影响最小，机床的布局就要考虑都各部件的刚度、抗振性和在受热时使得热变形的影响在不敏感的方向。由此可看出，在卧式数控车床的布局中，刀架和导轨的布局已成为重要的影响因素。刀架和导轨的位置较大的影响了机床和刀具的调整、工件的装卸、机床操作的方便性以及机床的加工精度。数控车床的床身和导轨的布局主要有水平床身、倾斜床身、水平床身斜滑板、立式床身等，如图3-1所示。其中平床身的加工工艺性好，部件精度容易保证。另外，平床身机床工件重量产生的变形方向向下，它与刀具运动方向垂直，对加工精度的影响较小。虽然操作、防护性能稍差，但其敞开面宽，起吊容易，装卸比较方便。在本次设计中，根据客户要求，CK6132采用平床身平滑板式。2.2.3 CK6132数控车床的总体布局结构方案的确定这次设计的CK6132数控车床是在做了周密和必要的调查研究后和满足用户提出的要求的前提下，查阅了大量的设计手册、相关的书籍和参考了同类型数控车床的设计实例而设计的。根据上面提到的数控机床的布局原则和影响布局的因素，则CK6132数控车床采用卧式车床的布局形式。床身的左端是主轴箱，V带传动。主轴是由变频电动机驱动。机床可以无级调速和恒线速度切削。主轴前端采用莫氏3号锥度。主轴支撑轴承为角接触球轴承以保证主轴的刚度和精度。主轴面对操作者，便于装卸工件。数控车床的Z轴和X轴都是采用电机和滚珠丝杠直接连接的形式。脉冲编码器与主轴相联。3 CK6132动力参数的确定机床各传动部件的参数都是根据结构参数（轴或丝杠的直径、带的类型）来设计计算的。如果动力参数定的过大，将会使设计出来的机床过于的笨重，浪费了材料和电力；如果动力参数又定的太小，又会影响到机床本身的性能。确定动力参数的方法是要通过调查研究和科学的实验及计算来实现。在本次设计的CK6132数控车床中，主要涉及到主轴电动机功率的计算及进给驱动过程中Z轴和X轴方向电机的额定扭矩的计算，并按照计算结果来选择合适的电机。还有对所选择的滚珠丝杠进行强度的校核等的设计。3.1 主运动功率的确定在确定主运动功率之前，首先要选择一个具有代表性的典型的工况。这个典型工况所选用的切削用量不是车床所能达到的切削用量的极限值。而是要选用在实际的切削过程中最常用到的，最能代表车床切削性能的切削用量。所选定的这个切削用量虽然不是极限值，但是也是在加工过程中最常用的切削用量中的较大的数值。3.1.1 切削用量的选择根据加工工艺的要求合理的选择切削用量，是确定机床参数的基本依据。切削用量包括三要素为切削速度vc、进给量f、背吃刀量ap.。因此在选择切削用量的时候，应该要考虑到以下几个方面的关系：（1） 切削加工生产率 在切削加工中，材料的切除率与切削用量三要素vc、f、ap均保持线性关系，其中任一参数增大，都可使生产率提高。但由于刀具寿命的制约，当任一参数增大时，其它两参数必须减小。因此，在指定切削用量时，使三要素获得最佳组合，此时的高生产率才是合理的。（2） 刀具寿命 切削用量三要素对刀具寿命影响的大小，按顺序为vc、f、ap。因此，从保证合理的刀具寿命出发，在确定切削用量时，应先采用尽可能大的背吃刀量；然后再选用大的进给量；最后按照确定的刀具寿命公式求出切削速度。对于专用机床来说，为了保证刀具的使用寿命，切削用量不宜过大。（3） 加工表面粗糙度 对于粗加工，在切削力和刀片大小允许时，首先应进卡能的加大ap，相应的降低f、vc，使粗糙的毛坯表面在一次吃刀中切除。在机床、工件、刀具和刀具夹持刚度等允许时，粗加工也可以尽可能提高f，并适当降低vc；对于精加工，增大进给量将增大加工表面粗糙度值。因此，它是精加工时抑制生产率提高的主要因素。在多刀切削或使用组合刀具切削时，应按各把刀具允许的切削用量中最低的参数，作为调整机床的参数。对自动化加工，各工位加工工序的切削用量，要按生产节拍进行平衡。在车床上粗加工零件时，切削力和切削用量都比较的大，所以选择粗车直径为40mm,材料为45钢的棒料的外圆面为典型的工况。假设棒料经过调制处理，根据机械设计便览表8-7优质碳素钢可知45钢的硬度为217255HB。根据金属机械加工工艺人员手册P734表10-1硬质合金车刀纵车削外圆的切削速度v可选取刀具材料为YT15。根据机械加工工艺手册