轉(zhuǎn)塔刀架設(shè)計(jì)及相關(guān)技術(shù)研究【含11張cad圖紙+文檔全套資料】
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轉(zhuǎn)塔刀架設(shè)計(jì)及相關(guān)技術(shù)研究
摘要：數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架作為衡量一臺(tái)車(chē)床好壞的核心功能部件之一,其性能的優(yōu)劣,直接影響著車(chē)床的加工精度和加工效率。但是,由于現(xiàn)有普遍使用的伺服電機(jī)低速扭矩特性不好,所以在使用時(shí)必須使用減速齒輪機(jī)構(gòu)來(lái)滿足轉(zhuǎn)塔刀架在低速旋轉(zhuǎn)時(shí)所產(chǎn)生的大扭矩。而直接傳動(dòng)裝置是由電機(jī)不通過(guò)中間齒輪而直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載,減少了中間的動(dòng)力傳動(dòng)環(huán)節(jié)。直驅(qū)電機(jī)相對(duì)于傳統(tǒng)的伺服電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：能在低速旋轉(zhuǎn)時(shí)輸出很大扭矩,從而可以不通過(guò)減速齒輪而直接驅(qū)動(dòng)低速生產(chǎn)設(shè)備,有很高的社會(huì)實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。為了簡(jiǎn)化數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架結(jié)構(gòu)、大幅度地提高其綜合性能,本論文將這種技術(shù)應(yīng)用于數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架上。本論文的主要研究?jī)?nèi)容如下:
第一、了解數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀,研究國(guó)內(nèi)外各種刀架的機(jī)械結(jié)構(gòu),分析直驅(qū)伺服電機(jī)和其他伺服電機(jī)相比的優(yōu)點(diǎn)以及其驅(qū)動(dòng)刀架的可行性。
第二、根據(jù)直驅(qū)伺服電機(jī)自身的結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn),設(shè)計(jì)一種直驅(qū)數(shù)控臥式轉(zhuǎn)塔刀架。并對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì),包括轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)、密封裝置、控制裝置等。
第三、對(duì)轉(zhuǎn)塔刀架的松開(kāi)與鎖緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),主要是對(duì)轉(zhuǎn)塔刀架的液壓缸缸體進(jìn)行設(shè)計(jì),計(jì)算液壓缸的相關(guān)參數(shù)。
第四、對(duì)數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架進(jìn)行二維建模,首先用二維軟件Autocad對(duì)其進(jìn)行各個(gè)關(guān)鍵件的繪制，然后按照裝配關(guān)系把轉(zhuǎn)塔刀架裝配起來(lái)，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證合格后，可用作零件圖交付工廠實(shí)施加工。
關(guān)鍵詞：數(shù)控；轉(zhuǎn)塔刀架；伺服電機(jī)；永磁同步交流伺服電機(jī)
III
design of Turret tool post and study of related technologies
Abstract：CNC turret pagoda as one of the core features of a lathe to measure the quality of its performance directly affects the machining precision and efficiency of the lathe. With the development of technology and servo motors, servo motors gradually replaced the traditional coarse positioning CNC turret on signal transmission and other devices, greatly simplifies the turret structure, greatly improving the reliability of the knife holder, and significantly reducing tool change time and improve the overall performance of the tool holder. However, since the conventional servo motors commonly used in low-speed torque characteristics well, so when using the reduction gear mechanism must be used to meet the high torque at low speed turret rotation generated. Drive the motor unit directly is not directly driven by the intermediate gear and load, reducing the intermediate power transmission link. Direct drive motor with respect to the advantages of traditional servo motor is: can output a large torque at low speed, there by directly driving low-speed production equipment without going through reduction gear, has a high social value of practical application. In order to simplify the structure of CNC turret, greatly improve their overall performance, this paper will apply the technology on CNC turret. The main contents of this paper are as follows:
Firstly, study the situation of the CNC turret tool post, study the structure of some CNC turret tool post at home and abroad, analyze the characteristics、applications、advantages and disadvantages of various structure, analyze the characteristics of direct-drive servomotor and the feasibility to drive the turret.
Secondly, learn from the structure of CNC turret tool post at home and abroad, according to the direct-drive servomotor's own structure and characteristics, design a horizontal CNC turret tool post, including detent mechanism, control devices, sealing device etc..
Thirdly, the turret and release the locking mechanism designed mainly for turret cylinder block design, calculation of cylinder parameters.
Fourth, CNC turret two-dimensional modeling, the first two-dimensional drawing software Autocad its various key member, and then follow the relationship between the turret assembly is assembled, after verification of qualified, can be used Spare delivery factory implementation process.
Keywords: brick turret；servo motor；permanent magnet synchronous AC servo motor
目 錄
摘要 I
Abstract II
目錄 IV
1 緒論 1
1.1 課題研究背景 1
1.2 轉(zhuǎn)塔刀架的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1
1.2.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 1
1.2.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀 2
1.3 主要研究?jī)?nèi)容和意義 3
1.3.1 主要的研究?jī)?nèi)容 3
1.3.2 研究意義 3
2 轉(zhuǎn)塔刀架的研究方案 4
2.1 刀架的基本分類(lèi) 4
2.2 刀架設(shè)計(jì)基本要求 4
2.3 轉(zhuǎn)塔刀架的方案研究 5
2.3.1 動(dòng)力裝置的選擇 4
2.3.2 主軸部件 6
2.3.3 裝刀機(jī)構(gòu) 6
2.3.4 分度、定位機(jī)構(gòu) 7
2.3.5 精定位機(jī)構(gòu) 8
2.3.6 轉(zhuǎn)塔刀架的密封 9
2.3.7 動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 10
2.4 轉(zhuǎn)塔刀架的整體設(shè)計(jì) 10
3 轉(zhuǎn)塔刀架的鎖緊與松開(kāi)技術(shù) 12
3.1 液壓的鎖緊與松開(kāi)的基本控制原理 12
3.2 液壓缸的設(shè)計(jì) 13
3.2.1 活塞缸的類(lèi)型 13
3.2.2 缸筒的計(jì)算設(shè)計(jì) 14
3.3 活塞的計(jì)算設(shè)計(jì) 14
3.4 密封裝置的設(shè)計(jì) 15
4 轉(zhuǎn)塔刀架的二維模型的建立 17
4.1 AUTOCAD簡(jiǎn)介 17
4.2 轉(zhuǎn)塔刀架二維模型的建立 17
總結(jié) 20
參考文獻(xiàn) 19
致謝 21
V
1 緒論
1.1 課題研究背景
數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架是加工中心、數(shù)控車(chē)床必備的機(jī)床附件，是數(shù)控車(chē)床上的核心功能部件之一，尤其適用全功能數(shù)控車(chē)床。作為關(guān)鍵附件，高性能的數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架對(duì)于提高機(jī)床整體運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性和效率有著重要意義，數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架是由數(shù)控系統(tǒng)來(lái)控制的，因此，在轉(zhuǎn)塔刀架本身性能提高的情況下，如何實(shí)現(xiàn)控制任務(wù)就顯得十分重要了［1］。
1.2 轉(zhuǎn)塔刀架的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.2.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
目前國(guó)內(nèi)主要刀架產(chǎn)品生產(chǎn)廠家有:煙臺(tái)環(huán)球、常州宏達(dá)、常州亞興、臺(tái)灣六鑫、臺(tái)灣德士、臺(tái)灣亙陽(yáng)、沈陽(yáng)精誠(chéng)等。經(jīng)過(guò)近幾年的發(fā)展,國(guó)內(nèi)及時(shí)跟蹤國(guó)外先進(jìn)技術(shù),不斷開(kāi)發(fā)推出新產(chǎn)品,刀架技術(shù)得到了很大提高。
煙臺(tái)環(huán)球公司研制的AK系列刀架采用伺服電機(jī)進(jìn)行分度,液壓控制松開(kāi),以端齒輪(三聯(lián)齒輪)進(jìn)行精密定位,可實(shí)現(xiàn)雙向轉(zhuǎn)位和任意刀位就近選刀,最快轉(zhuǎn)位時(shí)間,中心高有、和,刀孔的定位精度達(dá),重復(fù)定位精度達(dá),轉(zhuǎn)位的分度時(shí)間達(dá)到,最多同時(shí)能裝12把刀,動(dòng)力刀具轉(zhuǎn)速達(dá)［2］。其開(kāi)發(fā)的AK31刀架如圖1-1所示：
圖1-1 AK31刀架實(shí)物圖
臺(tái)灣德士公司研制的中心高不同的軸向動(dòng)力刀架和徑向動(dòng)力刀架在精度、換刀時(shí)間方面等都有了提高[3]。相鄰兩刀的換刀時(shí)間為,轉(zhuǎn)位的時(shí)間為,重復(fù)定位精度達(dá)，動(dòng)力刀具轉(zhuǎn)速達(dá)。
1.2.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀
國(guó)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展己有七十多年的歷史,伺服刀架的發(fā)展約有二十年的歷史,伺服動(dòng)力刀架有十余年的歷史,己進(jìn)入成熟期。國(guó)外刀架發(fā)展的趨勢(shì)是:液壓凸輪刀架、電動(dòng)刀架、伺服刀架、分度馬達(dá)刀架、動(dòng)力刀架、帶Y軸刀架、帶B軸刀架及直聯(lián)式力矩電機(jī)刀架等［4］。
目前，日本、德國(guó)、英國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家均有成熟的刀架產(chǎn)品生產(chǎn)，如德國(guó)Index公司開(kāi)發(fā)的車(chē)削中心V300Vertical Line上固定安裝一個(gè)立式刀具臺(tái)和1~2個(gè)轉(zhuǎn)塔動(dòng)力刀架,可配置26把單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力刀具。
國(guó)外數(shù)控機(jī)床刀架的專業(yè)生產(chǎn)廠家主要有：德國(guó)肖特(SAUTER)、意大利巴拉法第(BARUFFALDI)、杜普馬帝克(DUPLOMATIC)等，這些專業(yè)廠家刀架生產(chǎn)歷史悠久，產(chǎn)品系列全。
德國(guó)肖特(SAUTER)是國(guó)外生產(chǎn)刀架產(chǎn)品質(zhì)量較好的公司，其研制的刀架多種多樣，主要有電動(dòng)刀架、雙馬達(dá)伺服刀架、單馬達(dá)伺服刀架、四方刀架、B軸刀架和皇冠刀架等［5］。電動(dòng)刀架控制簡(jiǎn)單,能夠?qū)崿F(xiàn)軸向和徑向出刀，具有Y軸功能；雙馬達(dá)伺服刀架具有極佳的溫度穩(wěn)定性,也具有軸向和徑向出刀能力，適用于背面加工；單馬達(dá)伺服刀架定位和動(dòng)力刀共享單一馬達(dá),能夠?qū)崿F(xiàn)超高速定位，的分度時(shí)間達(dá)到，同時(shí)具有Y軸功能；B軸刀架兼具Y軸及刀庫(kù)功能，適用于復(fù)雜工件的切削及輪廓銑削,重復(fù)定位精度高達(dá)；皇冠刀架尺寸小，換刀快，可達(dá),主軸轉(zhuǎn)速高達(dá)，定位準(zhǔn)確，其定位精度，重復(fù)定位精度，最多可以8個(gè)獨(dú)立刀座及多頭刀座，刀架內(nèi)部具有超載保護(hù)裝置可減少撞車(chē)時(shí)對(duì)刀架的損壞，換刀時(shí)刀盤(pán)不需有抬起動(dòng)作，適宜在生產(chǎn)線上大量使用。
1.3 主要研究?jī)?nèi)容和意義
1.3.1 主要的研究?jī)?nèi)容
本文主要是借鑒國(guó)內(nèi)外研究刀架的資料，自己設(shè)計(jì)完成一種數(shù)控機(jī)床的轉(zhuǎn)塔刀架。對(duì)此刀架進(jìn)行結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，包括定位機(jī)構(gòu)、控制裝置、轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)和密封裝置等等；對(duì)刀架的液壓缸進(jìn)行設(shè)計(jì)，液壓系統(tǒng)通過(guò)控制活塞的運(yùn)動(dòng)決定刀架是換刀還是進(jìn)行鉆削；對(duì)轉(zhuǎn)塔刀架的松開(kāi)與鎖緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要是對(duì)刀架的液壓缸進(jìn)行設(shè)計(jì),計(jì)算與刀架液壓系統(tǒng)有關(guān)的參數(shù),選擇合適的電機(jī)型號(hào)；對(duì)轉(zhuǎn)塔刀架的轉(zhuǎn)位控制技術(shù)進(jìn)行研究,分析數(shù)控刀架刀具的識(shí)別方式；對(duì)轉(zhuǎn)塔刀架進(jìn)行二維圖的繪制,用二維軟件Autocad建立轉(zhuǎn)塔刀架的二維草圖。
1.3.2 研究意義
本設(shè)計(jì)主要通過(guò)大量閱讀文獻(xiàn)掌握機(jī)床轉(zhuǎn)塔刀架的基本知識(shí)；研究數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)塔刀架及刀庫(kù)的關(guān)鍵技術(shù)，了解其選型、應(yīng)用及設(shè)計(jì)方法等；完成某種數(shù)控銑床用轉(zhuǎn)塔刀塔的設(shè)計(jì)，并且轉(zhuǎn)塔刀架的裝刀數(shù)量不少于8把，對(duì)于數(shù)控車(chē)床轉(zhuǎn)塔刀架設(shè)計(jì)的基本要求是轉(zhuǎn)位準(zhǔn)確可靠，工作平穩(wěn)安全；轉(zhuǎn)位時(shí)間短；轉(zhuǎn)位 以后重復(fù)定位精度高；防水防屑，密封性能優(yōu)良；夾緊剛性高，適宜重負(fù)荷切削。
22
2 轉(zhuǎn)塔刀架的研究方案
2.1 刀架的基本分類(lèi)
數(shù)控刀架大致可分為伺服刀架、全液動(dòng)刀架、電動(dòng)刀架和動(dòng)力轉(zhuǎn)塔刀架。
伺服刀架:隨著伺服技術(shù)的廣泛使用,伺服電機(jī)的應(yīng)用得到了普及。伺服電機(jī)簡(jiǎn)化了刀架結(jié)構(gòu)[6]。這種刀架的幾乎所有指標(biāo),比如剛性、轉(zhuǎn)位速度、可靠性、轉(zhuǎn)位的平穩(wěn)性、易維修性、和精度等幾乎都有大幅度的提高。但是伺服刀架必須使用多級(jí)減速齒輪機(jī)構(gòu)來(lái)保證低速軸上能夠輸出充足的扭矩。而減速齒輪的使用會(huì)大大地增加制造成本。
全液動(dòng)刀架:刀架技術(shù)的核心是采用了“集成式液壓分度馬達(dá)”裝置，這種裝置可以自動(dòng)加減速、可實(shí)現(xiàn)內(nèi)部的粗定位。此類(lèi)刀架刀盤(pán)釆用液壓來(lái)實(shí)現(xiàn)松開(kāi)和鎖緊,其對(duì)液壓油的質(zhì)量要求較高,調(diào)整維護(hù)非常復(fù)雜。刀架體積大,通用范圍小,通常情況下只適用于大型機(jī)床。
動(dòng)力轉(zhuǎn)塔刀架:在伺服刀架的基礎(chǔ)上加裝動(dòng)力裝置就是動(dòng)力轉(zhuǎn)塔刀架,實(shí)現(xiàn)刀架的多功能用途,如車(chē)、磨、鉆等,這種刀架可以實(shí)現(xiàn)在一次裝夾的情況下完成多道工序的加工,多用于加工中心。通常情況下,動(dòng)力轉(zhuǎn)塔到家結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于控制。
2.2 刀架設(shè)計(jì)基本要求
本次設(shè)計(jì)的刀架需要滿足以下基本要求：
(1)裝刀不小于8把，并且不會(huì)與周?chē)渌b置發(fā)生干涉、碰撞。
(2)刀架具有足夠的剛度。刀架在加工過(guò)程中要承受很大的鉆削力和切削力,并且切削過(guò)程和換刀過(guò)程平穩(wěn)。
(3)換刀時(shí)間一定要少。轉(zhuǎn)塔刀架換刀時(shí)間應(yīng)該盡可能縮短,按最短路徑實(shí)現(xiàn)邏輯換刀,以利于提高生產(chǎn)率。
(4)刀架定位精度高,且具有較高重復(fù)定位精度能承受機(jī)床在強(qiáng)力切削時(shí)產(chǎn)的振動(dòng)力和扭矩。
2.3 轉(zhuǎn)塔刀架的方案研究
轉(zhuǎn)塔刀架是以回轉(zhuǎn)分度來(lái)實(shí)現(xiàn)刀具的自動(dòng)更換,而數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架一般是由驅(qū)動(dòng)裝置、中間傳動(dòng)裝置、粗定位裝置、精定位裝置、鎖緊裝置和刀盤(pán)等組成[7]。本文主要在說(shuō)明刀架各組成部分組成以及優(yōu)缺點(diǎn),并且研究新型轉(zhuǎn)塔刀架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。
2.3.1 動(dòng)力裝置的選擇
電機(jī)伺服技術(shù)在機(jī)械產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用,主要是因?yàn)樗欧姍C(jī)控制方便、簡(jiǎn)單,沒(méi)有污染,也比較容易維護(hù)[8]。在電機(jī)伺服系統(tǒng)中,按電機(jī)類(lèi)型來(lái)分通常有交流和直流伺服系統(tǒng)兩類(lèi)。由于交流伺服系統(tǒng)占有很明顯的優(yōu)越性,它將會(huì)慢慢取代直流伺服系統(tǒng)。交流伺服系統(tǒng)又可分為同步型和異步型交流伺服系統(tǒng)兩種。
直流伺服電機(jī)存在機(jī)械換向器,因此需要的維護(hù)更多,轉(zhuǎn)子容易發(fā)熱,長(zhǎng)期以來(lái)這一直是人們改良的難題和需要解決的問(wèn)題。但是交流伺服電機(jī)自身結(jié)夠簡(jiǎn)單、沒(méi)有機(jī)械換向、沒(méi)有太多的維護(hù)。這使得交流伺服電機(jī)克服了直流伺服電機(jī)的很多缺點(diǎn),發(fā)揮了他的優(yōu)勢(shì)。交流伺服電機(jī)又分為永磁同步伺服電機(jī)和異步伺服電機(jī)。異步型伺服電機(jī)控制比較復(fù)雜且電機(jī)低速特性很不好,特別容易發(fā)熱。在轉(zhuǎn)速較低的伺服系統(tǒng)中基本上都采用同步型伺服電機(jī)。
而永磁同步交流伺服電機(jī)作為數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的驅(qū)動(dòng),可以極大地減少刀架的換刀時(shí)間,大大地簡(jiǎn)化刀架結(jié)構(gòu)[9]。隨著主機(jī)向著髙速、精密、環(huán)保方向的發(fā)展，永磁同步交流伺服電機(jī)的應(yīng)用給數(shù)控刀架提供了美好的前景。
綜上,永磁同步交流伺服電機(jī)具有快速響應(yīng)、質(zhì)量小、不易產(chǎn)生震動(dòng)等優(yōu)點(diǎn),而且扭矩特性好,能夠很大程度的簡(jiǎn)化刀架結(jié)構(gòu),是本次設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)裝置的最佳選擇，其實(shí)物圖如2-1所示。
圖2-1 永磁同步交流伺服電機(jī)
2.3.2 主軸部件
主軸是轉(zhuǎn)塔中心非常重要的部件，它與轉(zhuǎn)塔刀具直接相連。而且主軸的精度非常重要，因?yàn)槠渚葘?duì)零件的后期加工和機(jī)器自身的壽命均有重要影響[10]。因此，主軸必須滿足以下幾方面的要求：(1)回轉(zhuǎn)精度高；(2)支承剛性高；(3)主軸組件的靜平衡和動(dòng)平衡好；(4)內(nèi)錐孔和端面的耐磨性好；(5)能夠良好地輸出動(dòng)力和扭矩。
因?yàn)橹鬏S要安裝刀具，并且外伸部分較長(zhǎng)，所欲主軸整體長(zhǎng)度相對(duì)較長(zhǎng)，為了保證主軸具有良好的回轉(zhuǎn)精度和剛性，主軸上布置了角接觸球軸承，以增大主軸的剛度和精度，能夠承受較大的軸向力和徑向力的沖擊。軸承也是主軸的關(guān)鍵部件，其性能的好壞會(huì)直接對(duì)對(duì)主軸的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速、剛性、精度、溫升等參數(shù)產(chǎn)生很大的影響，從而間接影響機(jī)床的加工精度、尺寸精度和表面粗糙度等指標(biāo)。所以，為了讓機(jī)床長(zhǎng)期擁有較高的加工能力，必須為主軸配置高性能的軸承。軸承外圈的一端用軸肩定位，另一端用軸用彈性擋圈定位。
2.3.3 裝刀機(jī)構(gòu)
轉(zhuǎn)塔刀架的裝刀裝置包括刀盤(pán)、刀夾和夾刀裝置。目前廣泛應(yīng)用的刀盤(pán)有2種模式:日式槽刀盤(pán)和歐式VDI刀盤(pán)如圖2-2所示。
圖2-2 槽式和VDI刀盤(pán)
VDI刀盤(pán),采用德國(guó)標(biāo)準(zhǔn),刀具孔分為徑向形式和軸向兩種形式[11]。齒形剎緊柱緊固刀夾,刀夾用DIN69880標(biāo)準(zhǔn),分為軸向、徑向、圓柱孔、莫氏孔和組合等多種形式刀夾。根據(jù)不同的加工工藝,可選擇不同的刀夾形式。這種刀夾已有專業(yè)生產(chǎn)廠。
由于刀盤(pán)的結(jié)構(gòu)并不是本次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究重點(diǎn),所以在選用刀盤(pán)時(shí)我選用結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的VDI式刀盤(pán),另外由于刀盤(pán)的現(xiàn)有資料搜集的比較少,所以也沒(méi)有更加深入的考慮其他的性能。
2.3.4 分度、定位機(jī)構(gòu)
大部分情況下,分度、定位機(jī)構(gòu)指的是同一種機(jī)構(gòu),只有當(dāng)分度、定位精度達(dá)不到所需的要求是時(shí),才需要增加專門(mén)的精定位裝置[12]。分度機(jī)構(gòu)的主要功能是實(shí)現(xiàn)圓周分度轉(zhuǎn)動(dòng)和直線分度移動(dòng),按定位機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)可分為連續(xù)運(yùn)動(dòng)和間歇運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)?？焖贀Q刀大部分選用雙向均可旋轉(zhuǎn)的連續(xù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)?，F(xiàn)在對(duì)分度、定位機(jī)構(gòu)做一個(gè)簡(jiǎn)單的介紹：
（1） 槽輪分度定位機(jī)構(gòu)
槽輪機(jī)構(gòu)主要由撥盤(pán)、槽輪和機(jī)架三部分組成。它的主要作用就是將主動(dòng)軸的連續(xù)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)變成從動(dòng)軸的不連續(xù)的間歇轉(zhuǎn)動(dòng)[13]。其結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,工作可靠,并且可以雙向旋轉(zhuǎn),最高可達(dá)的分度精度,且加工制造成本很低。但這種機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)位速度相對(duì)較慢,只適用于中低速旋轉(zhuǎn)；再者,槽輪分度機(jī)構(gòu)屬于間歇分度機(jī)構(gòu),轉(zhuǎn)位分度太慢,換刀時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng),而且轉(zhuǎn)位時(shí)存在很大的沖擊,在電機(jī)無(wú)加減速的條件下只能由刀架來(lái)被動(dòng)地承受所產(chǎn)生的巨大沖擊力。
（2） 凸輪分度定位機(jī)構(gòu)
凸輪分度定位機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單方便、并且應(yīng)用廣泛，因?yàn)槠洳粌H可以實(shí)現(xiàn)任意的間歇運(yùn)動(dòng)并且分度精度高。凸輪分度機(jī)構(gòu)又分為直移凸輪分度機(jī)構(gòu)、圓柱凸輪分度機(jī)構(gòu)、弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)、平行凸輪分度機(jī)構(gòu)、等四種結(jié)構(gòu)。
在刀架的分度方面應(yīng)用最廣泛的應(yīng)屬圓柱凸輪分度機(jī)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)的從動(dòng)件和凸輪軸互相垂直,凸輪軸轉(zhuǎn)一圈,從動(dòng)盤(pán)便完成一次分度,由于其依靠凸輪輪廓的強(qiáng)制刀架轉(zhuǎn)位運(yùn)動(dòng),所以他的運(yùn)動(dòng)規(guī)律基本上完全取決于凸輪輪廓形狀。凸輪分度機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,但是預(yù)緊非常難,高速性能恨普通。平行共輒凸輪自身也可以實(shí)現(xiàn)分度轉(zhuǎn)位并實(shí)現(xiàn)鎖緊功能,但是結(jié)構(gòu)特別龐大,基本上不適合普通數(shù)控機(jī)床刀架選用。
（3） 棘輪分度定位機(jī)構(gòu)
棘輪分度結(jié)構(gòu)主要由棘爪、棘輪、搖桿、制動(dòng)抓和機(jī)架等組成,按照其結(jié)構(gòu)特點(diǎn),又可分為摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)和具有輪齒的棘輪機(jī)構(gòu)兩大類(lèi),棘輪分度機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,轉(zhuǎn)角大小的改變比較方便；缺點(diǎn)是它只能單向旋轉(zhuǎn)、動(dòng)力不大且換刀時(shí)間長(zhǎng)。因此棘輪分度機(jī)構(gòu)基本上只適用于轉(zhuǎn)速不高的場(chǎng)合,比如各種機(jī)床和自動(dòng)機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)中。
（4） 直線傳動(dòng)分度定位機(jī)構(gòu)
本次的課程設(shè)計(jì)由于驅(qū)動(dòng)裝置采用的是永磁同步交流伺服電機(jī),里面裝有絕對(duì)值編碼器,因此可以實(shí)現(xiàn)在任意位置的精確定位準(zhǔn)停[14]。永磁同步交流伺服電機(jī)通過(guò)花鍵直接與刀架主軸相聯(lián)接,帶動(dòng)刀盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)。
2.3.5 精定位機(jī)構(gòu)
一般情況下不需要精定位機(jī)構(gòu)，如果粗定位不能滿足的時(shí)候，在設(shè)計(jì)精定位機(jī)構(gòu)。定位精度是指刀架在旋轉(zhuǎn)至目標(biāo)位置后，目標(biāo)工位的刀孔的中心線與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中心線在豎直平面內(nèi)的偏差距離。而重復(fù)定位精度是指刀架各工位反復(fù)鎖緊多次后的偏差平均值。為了保證刀架具有較高的重復(fù)定位精度，因此轉(zhuǎn)塔刀架必須選擇可行的定位方案和比較合理的定位結(jié)構(gòu)。大體上來(lái)看，轉(zhuǎn)塔刀架的精定位主要有端齒盤(pán)定位、鋼珠定位和插銷(xiāo)定位等等，而端齒盤(pán)和插銷(xiāo)定位應(yīng)用較為廣泛。
齒盤(pán)有的地方稱為端齒分度盤(pán)或著鼠齒盤(pán),齒盤(pán)是具有分度裝置的一種精密分度元件,并且具有自動(dòng)定心功能[15]。端齒盤(pán)按其齒形可以分為直齒和弧齒齒盤(pán)；弧齒端齒盤(pán)的優(yōu)點(diǎn)是：具有很好的自動(dòng)定心功能、耐磨損并且使用壽命長(zhǎng),缺點(diǎn)是：加工時(shí)間太長(zhǎng)；相比來(lái)說(shuō),直齒端齒盤(pán)應(yīng)用更加廣泛，因?yàn)槠浼庸ず?jiǎn)單、定位精度及重復(fù)定位精度相對(duì)較高。
端齒盤(pán)工作原理:端齒盤(pán)對(duì)是由齒形和齒數(shù)相同的端面齒盤(pán)對(duì)合而成[16]。動(dòng)齒盤(pán)與主軸通過(guò)螺栓聯(lián)接在一起,鎖緊齒盤(pán)在液壓元件的作用下實(shí)現(xiàn)與動(dòng)齒盤(pán)的松開(kāi)與鎖緊。分度定位轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),鎖緊齒盤(pán)與動(dòng)齒盤(pán)分開(kāi),然后動(dòng)齒盤(pán)轉(zhuǎn)到相應(yīng)的位置,當(dāng)轉(zhuǎn)至指定位置時(shí),鎖緊齒盤(pán)在液壓缸給他的軸向力的作用下擠壓動(dòng)齒盤(pán)實(shí)現(xiàn)刀盤(pán)的鎖緊。齒盤(pán)的形狀如圖2-3所示：
圖2-3 端齒盤(pán)
在精密分度裝置中,通常使用端齒盤(pán)作為其精定位元件,它具有至少3個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（1）定位剛度好；（2）分度精度高，其最高的精度可以達(dá)到以上，并且具有自動(dòng)定心的功能；（3）重復(fù)定位精度高。
這次的設(shè)計(jì)采用電機(jī)自帶的編碼器實(shí)施其粗定位，再使用端盤(pán)齒盤(pán)實(shí)現(xiàn)其精確定位[17]。在旋轉(zhuǎn)分度定位時(shí)，通過(guò)電機(jī)采用其編碼器進(jìn)行粗定位，從而使刀架轉(zhuǎn)到一個(gè)及其小的誤差范圍之內(nèi)的位置；然后，在機(jī)械上采用端齒盤(pán)對(duì)其進(jìn)行精確定位。這樣，即極大地縮短分度轉(zhuǎn)為時(shí)間，又克服了刀盤(pán)在分度定位時(shí)產(chǎn)生的沖擊和撞擊現(xiàn)象。
2.3.6 轉(zhuǎn)塔刀架的密封
因?yàn)檗D(zhuǎn)塔刀架內(nèi)部有精定位端齒盤(pán),所以要有較好的密封來(lái)確保其正常運(yùn)行,這樣才可以保證刀架的正常使用功能和延長(zhǎng)其使用壽命[18]。防塵、防水設(shè)計(jì)的不好,那么在轉(zhuǎn)塔刀架工作的過(guò)程中切削、灰塵等雜質(zhì)就會(huì)進(jìn)入刀架對(duì)端齒盤(pán)造成損傷,甚至降低使用精度和使用壽命。
對(duì)于密封裝置有一下基本要求：
(1)一定要保證良好的密封效果,確保較小的泄露量；
(2)確保密封時(shí)的摩擦系數(shù)小,摩擦力保持均勻,不要引起不必要的運(yùn)動(dòng)件的摩擦甚至卡死；
(3)一定要有較強(qiáng)的耐磨性,較長(zhǎng)的使用壽命,最好能夠自動(dòng)修復(fù)被密封件的損傷和幾何精度的誤差；
(4)對(duì)被密封件的表面沒(méi)有副作用；
(5)確保良好的耐油性和較高的抗腐燭性,不容易老化,不與油液等其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
密封效果得好壞直接決定了液壓缸的容積效率,也間接影響液壓缸的工作速度,因?yàn)槿绻俣冗^(guò)的話，就有可能對(duì)高密封元件造成燒傷、粘結(jié)甚至是過(guò)度磨損。選擇密封件時(shí)，首先一定要分析液壓紅的各種重要參數(shù)、工作環(huán)境,并且還要充分了解各種密封件的密封原理、性能、材料的結(jié)構(gòu)、配合及安裝形式，以便合理選用密封形式，只有充分的了解才能正確設(shè)計(jì)密封。
2.3.7 動(dòng)力傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
對(duì)于一些不經(jīng)常拆卸的場(chǎng)合，大部分也采用過(guò)盈配合來(lái)實(shí)現(xiàn)刀架主軸的旋轉(zhuǎn)。而在本次設(shè)計(jì)的刀架結(jié)構(gòu)中，電機(jī)是通過(guò)平鍵和齒輪直接相聯(lián)系的，然后直接把動(dòng)力傳給主軸，這種連接結(jié)構(gòu)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單；本次設(shè)計(jì)中，由于選用的是直驅(qū)電機(jī)，所以刀架主軸與電機(jī)采用得連接采用花鍵連接。
花鍵連接的主要特點(diǎn)有：
（1)連接時(shí)兩根軸的總的結(jié)合面積大，承載力較強(qiáng)，這樣就能夠傳遞較大的扭矩；
（2）同軸度相對(duì)好，定心精度比平鍵連接要高；
（3）花鍵的強(qiáng)度高，聯(lián)接剛度較大，并且使用壽命比平鍵連接要長(zhǎng)。
花鍵的定心方式可分為3種，主要有大徑定心方式、小徑定心方式和齒廓定心方式[19]。他的有點(diǎn)是：定心精度高；而齒廓定心方式主要用于漸開(kāi)線花鍵連接，他的優(yōu)點(diǎn)是在受載情況下能自動(dòng)定心，并且可以使多數(shù)齒同時(shí)參與接觸，缺點(diǎn)是：加工工藝相對(duì)來(lái)說(shuō)較為復(fù)雜，無(wú)形中提高了制造成本。
綜上所述，本次的設(shè)計(jì)釆用性能較好的矩形花鍵，這樣可以簡(jiǎn)單、高效實(shí)現(xiàn)的電機(jī)和刀架主軸的連接。
2.4 轉(zhuǎn)塔刀架的整體設(shè)計(jì)
本次轉(zhuǎn)塔刀架的設(shè)計(jì)方案:主要部件有液壓虹、傳感器和端齒盤(pán)。轉(zhuǎn)塔刀架釆用端齒盤(pán)來(lái)進(jìn)行精定位,轉(zhuǎn)位由永磁電機(jī)通過(guò)矩形花鍵來(lái)直接驅(qū)動(dòng)刀架主軸的旋轉(zhuǎn),刀位的識(shí)別通過(guò)永磁電機(jī)內(nèi)置絕對(duì)值編碼器來(lái)完成控制。釆用液壓驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)塔刀架的松開(kāi)與鎖緊，是否鎖緊則由閥內(nèi)的壓力傳感器來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。
3 轉(zhuǎn)塔刀架的鎖緊與松開(kāi)技術(shù)
數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架在進(jìn)行換刀時(shí)首先需要松開(kāi)刀盤(pán),然后永磁同步伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)刀架轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)到所需要加工的工位，之后再由夾緊機(jī)構(gòu)對(duì)其進(jìn)行鎖緊,在切削加工的過(guò)程中刀架還要承受很大的切削力矩的作用,所以一定要有很大的鎖緊力才能保證刀架有足夠的剛度。由電機(jī)驅(qū)動(dòng)刀架轉(zhuǎn)位,由液壓缸控制刀盤(pán)的松開(kāi)和鎖緊是目前應(yīng)用廣泛的并且應(yīng)用較好的方案,液壓鎖緊機(jī)構(gòu)操作方便、簡(jiǎn)單并且鎖緊力很大。機(jī)械與液壓的組合可以大大地簡(jiǎn)化刀架結(jié)構(gòu)、極大地縮短每次的換刀時(shí)間、并且提高刀架的可靠性。
這一章主要研究數(shù)控刀架松開(kāi)與鎖緊的原理,并且針對(duì)刀架液壓松開(kāi)、鎖緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
3.1 液壓的鎖緊與松開(kāi)的基本控制原理
在液壓控制回路的設(shè)中時(shí)，要考慮數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架在突然斷電或者終止的情況下，其裝置的可靠性，所以液壓回路被設(shè)計(jì)成如圖3-1所示的情況。當(dāng)b端由于某種原因突然斷電時(shí)，電磁換向閥停留在最右端，活塞位于最左端，轉(zhuǎn)塔刀盤(pán)處于鎖緊狀態(tài)，刀架亦處于鎖定狀態(tài)。當(dāng)b端又帶電時(shí),液壓缸左腔進(jìn)油，活塞帶動(dòng)鎖緊齒盤(pán)向右運(yùn)動(dòng)并且松開(kāi)刀盤(pán)，當(dāng)壓力傳感器檢測(cè)到既定壓力，刀架電機(jī)便開(kāi)始進(jìn)入工作狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)刀盤(pán)一直運(yùn)動(dòng)到預(yù)定工位；當(dāng)b端再次斷電，電磁閥返回原來(lái)的位置，此時(shí)，刀架便完成了一次轉(zhuǎn)位。儲(chǔ)能器的存在可以彌補(bǔ)液壓泄露而導(dǎo)致得鎖緊力不足的問(wèn)題，從而確保鎖緊的可靠性；另外為了方便、簡(jiǎn)化刀架的結(jié)構(gòu)，在液壓組外部采取緩沖措，以此來(lái)保證轉(zhuǎn)塔刀架在進(jìn)行鎖緊時(shí)運(yùn)行平穩(wěn)，避免鎖緊齒盤(pán)與動(dòng)齒盤(pán)和箱體之間的劇烈碰撞。
1.油箱 2.濾油器 3.液壓泵 4.泄壓閥 5.儲(chǔ)能器 6.壓力表
7.可調(diào)單向節(jié)流閥 8.液壓缸 9.電磁閥 10.調(diào)速器 11.單向閥 12.溢流閥
圖3-1 液壓控制原理圖
3.2 液壓缸的設(shè)計(jì)
液壓缸是轉(zhuǎn)塔刀架液壓系統(tǒng)中最主要的執(zhí)行部件，但是其結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,設(shè)計(jì)、制造起來(lái)也比較容易[20]。如果用它來(lái)實(shí)現(xiàn)緊鎖齒盤(pán)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，那么久可不用安裝減速裝置，而且不會(huì)出現(xiàn)傳動(dòng)間隙，并且運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，因而液壓缸在各種機(jī)械的液壓系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛。
3.2.1 活塞缸的類(lèi)型
根據(jù)前文的分析，本次的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要采用活塞缸結(jié)構(gòu)[21]。根單桿活塞缸是在活塞的一端有活塞桿，根據(jù)缸體的固定方式又可分為缸體固定和活塞桿固定兩種形式。有桿腔和無(wú)桿腔的有效相對(duì)壓力面積不相等，當(dāng)分別向無(wú)桿腔和有桿腔輸入同樣大小的壓力和同樣流量的液壓油時(shí)，活塞會(huì)產(chǎn)生不同大小的推力和運(yùn)動(dòng)速度。而雙桿活塞缸是在活塞的兩端均有活塞桿，雙桿活塞缸也有兩種安裝形式，一種是缸體體固定，活塞桿移動(dòng)的安裝形式[22]。另一種則相反，是活塞桿固定,缸筒移動(dòng)的安裝形式。利用活塞桿固定的安裝形式時(shí),液壓油可以通過(guò)兩端空心的活塞桿進(jìn)入缸的兩腔。
從作用原理來(lái)分，液壓缸則可分為兩大類(lèi)：?jiǎn)巫饔酶缀碗p作用缸。單作用缸按照字面的意思就是只有一個(gè)油腔，靠通入液壓油來(lái)實(shí)現(xiàn)單方向的簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)，反方向則需要其他的外力作用來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)，例如活塞的自重、外部載荷、彈簧力等。雙作用缸在缸體的兩端均有一個(gè)油腔,原理依然是利用油壓推動(dòng)活塞產(chǎn)生雙方向的運(yùn)動(dòng)。
綜合以上兩方面考慮，由于轉(zhuǎn)塔刀架主軸不能進(jìn)行軸向的移動(dòng)，所以本次設(shè)計(jì)釆用雙作用雙桿活塞缸，釆用活塞桿固定形式，利用油壓壓力以此來(lái)推動(dòng)主活塞帶動(dòng)鎖緊齒盤(pán)來(lái)實(shí)現(xiàn)刀架的鎖緊和松開(kāi)。
3.2.2 缸筒的計(jì)算設(shè)計(jì)
液壓缸最主要零件應(yīng)屬缸筒，它依靠與其他零部件的相互配合構(gòu)成密閉性非常好的油腔，形成內(nèi)壓推動(dòng)活塞的難移動(dòng)。在設(shè)計(jì)液壓缸筒時(shí)，首先要保證液壓缸有十分可靠的液壓作用力、活塞固定的移動(dòng)速度和有效行程，其次還需滿足缸筒的足夠的強(qiáng)度和足夠的剛度，以便能夠充分抵抗壓力和其他外力的作用。另外，缸筒與活塞之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，既需要可以自由的滑動(dòng)，又要能保持良好的密封性，因此必須具有較高的幾何精度、表面粗糙度和較高配合精度。所以本次的設(shè)計(jì)把刀架箱體內(nèi)壁作為缸筒來(lái)使用。
假設(shè)液壓缸活塞的往復(fù)速度比值為，也就是。本次設(shè)計(jì)刀架鎖緊和松開(kāi)的時(shí)間相等,所以活塞的運(yùn)動(dòng)速度也是相等的,即當(dāng)，一般取。
因此。
大部分情況下液壓缸缸筒內(nèi)徑計(jì)算完之后需要將其圓整到標(biāo)準(zhǔn)值，然而本次設(shè)計(jì)的數(shù)控刀架的中心高為，由于限于刀架的空間結(jié)構(gòu)和空間尺寸,而且液壓缸也不是標(biāo)準(zhǔn)形式，取缸筒內(nèi)徑為。
綜合其他的因素，本次設(shè)計(jì)的缸筒和內(nèi)徑的配合取。
3.3 活塞的計(jì)算設(shè)計(jì)
由于活塞的有效工作面積將直接影響液壓缸的有效作用力和相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度。因此活塞與缸筒配合應(yīng)當(dāng)合適，如果配合過(guò)緊，那么活塞的啟動(dòng)壓力就會(huì)大大地增大，并且機(jī)械效率也會(huì)降低，而且還特別容易磨損甚至毀壞缸筒和活塞的相互滑動(dòng)配合的表面，也會(huì)大大地加速密封件的破壞[23]。相反，如果間隙過(guò)大，則會(huì)引起液壓缸內(nèi)部液壓油的泄露，使得容積效率極大地降低，設(shè)計(jì)活塞時(shí)還特別應(yīng)該注意活塞磨損的問(wèn)題，因?yàn)橐坏┗钊p，密封件特別容易在液壓壓力油力的作用下被擠入間隙而致使整個(gè)結(jié)構(gòu)遭到破壞，因此一定要盡可能地提高活塞的耐磨性能。
活塞常用材料最主要是各級(jí)灰鑄鐵、耐磨鑄鐵、35及40鋼和鋁合金等材料。而此次的設(shè)計(jì)依然選擇耐磨鑄鐵，其結(jié)構(gòu)如圖3-2所示：
圖3-2 活塞剖面圖
3.4 密封裝置的設(shè)計(jì)
液壓缸密封裝置性能的好壞，將直接影響缸體的工作性能[24]。一個(gè)密封不好的液壓缸他的容積效率一定會(huì)大大地降低、并且一定會(huì)有很大的功率損失，嚴(yán)重時(shí)甚至還會(huì)影響液壓缸的正常動(dòng)作。
因此密封部位的設(shè)計(jì)和密封件的選用一定要合理,既要保證密封性能的可靠、泄漏量較小、摩擦力盡量的小、壽命盡量的長(zhǎng)、更換簡(jiǎn)單方便。密封裝置按使用方法可分為往復(fù)運(yùn)動(dòng)密封、固定密封和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)密封；按密封件材料不同可分為塑料、皮革、橡膠和金屬密封。
O形橡膠密封圈是世界上應(yīng)用最廣泛、最普遍的擠壓密封件。在沒(méi)有液壓壓力作用時(shí)，O形橡膠密封圈主要靠預(yù)壓縮變形以此來(lái)實(shí)現(xiàn)初始密封。當(dāng)液壓力作用時(shí)，O形橡膠密封圈被壓力擠到槽的另一側(cè)，貼于槽壁和密封面上，即極大地增加了密封面的接觸壓力，又在很大程度上提高了密封效果。由于本次設(shè)計(jì)中活塞的運(yùn)動(dòng)速度不是很高，而且工作壓力適中，所以O(shè)形密封就能滿足要求，因此，本次設(shè)計(jì)中的密封全部選用O形密封。
4 轉(zhuǎn)塔刀架的二維模型的建立
雖然對(duì)轉(zhuǎn)塔刀架的各個(gè)部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，但是在進(jìn)行產(chǎn)品的制造加工之前，工人師傅一定要參考工程圖對(duì)其進(jìn)行加工，所以工程圖的制作顯得尤其的重要。
本文主要采用Autocad2010對(duì)數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架進(jìn)行二維建模，然后通過(guò)分析零件圖驗(yàn)證此設(shè)計(jì)是否合理。
4.1 AUTOCAD簡(jiǎn)介
AutoCAD是我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常使用的軟件，在我國(guó)的市場(chǎng)上擁有重要地位。AutoCAD軟件具有如下幾個(gè)特點(diǎn)：
(1) 具有比較完善的二維和三維圖形繪制功能。
(2) 具有其他軟件沒(méi)有的強(qiáng)大的圖形編輯功能。
(3) 可以采用多種方式進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。
(4) 可以在多種圖形格式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，具有非常強(qiáng)的數(shù)據(jù)交換能力。
(5) 支持很多種硬件設(shè)備，幾乎不受限制。
(6) 支持多種操作平臺(tái)。
(7) 具有很好的通用性、易用性，幾乎適用于各類(lèi)用戶。
4.2 轉(zhuǎn)塔刀架二維模型的建立
本次使用的箱體用鑄造一體澆筑而成，在設(shè)計(jì)上采用整體的一體結(jié)構(gòu)，這樣可以很大程度上提高箱體的整體強(qiáng)度。目前就已有的刀架箱體大部分采用的都是由兩部分組裝的機(jī)構(gòu)，兩部分分別為主箱體和中間過(guò)度體。如果是兩部分的話，那么就給箱體的制造加工帶來(lái)很大的難度，主要是為了保證刀架組裝前后的同軸度的要求，對(duì)裝配工藝的要求就會(huì)大大增加。而如果采用整體結(jié)構(gòu)就可以實(shí)現(xiàn)其一次澆筑而成，這樣就可以大大地提高箱體內(nèi)部的同軸度，箱體的結(jié)構(gòu)如圖4-1所示：
圖4-1 箱體的結(jié)構(gòu)圖
刀架主軸的支撐方式采用兩端支撐，主軸的前端和動(dòng)齒盤(pán)通過(guò)螺栓緊固件連接在一起，動(dòng)齒盤(pán)通過(guò)與箱體的配合，可以繞箱體轉(zhuǎn)動(dòng)，主軸的中間部分與液壓缸的活塞有間隙配合，在配合的同事也對(duì)主軸自身起支撐作用，主軸的后端主要通過(guò)軸瓦支撐在箱體上，主軸的末端通過(guò)花鍵與電機(jī)線連接以此來(lái)傳遞動(dòng)力。主軸的模型如圖4-2所示：
圖4-2 主軸的結(jié)構(gòu)
通過(guò)各個(gè)關(guān)鍵零部件的建立，在Autocad上進(jìn)行組裝，得到數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的總裝圖如圖4-3所示：
1.DVI刀盤(pán) 2.動(dòng)齒盤(pán) 3.緊鎖齒盤(pán) 4.吊環(huán) 5.主活塞 6.副活塞 7.軸蓋 8.軸瓦 9.定子
10.轉(zhuǎn)子 11.連接架 12.電機(jī)外殼 13.螺母 14.彈性元件 15.推力軸承 16.主軸
17.箱體 18.麻花鉆 19.車(chē)刀
圖4-3 轉(zhuǎn)塔刀架總裝圖
總 結(jié)
本論文是關(guān)于“數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”,對(duì)于一個(gè)相對(duì)完整可靠的數(shù)控刀架產(chǎn)品來(lái)說(shuō),其需要解決的關(guān)鍵技術(shù)特別的多,比如密封技術(shù)、降噪技術(shù)、傳動(dòng)鏈優(yōu)化、伺服控制參數(shù)的優(yōu)化技術(shù)、可靠性技術(shù)、工藝優(yōu)化及試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)、而完成上述所有的關(guān)鍵技術(shù)的研究需要巨大的精力和巨大的財(cái)力。本論文主要對(duì)轉(zhuǎn)塔刀架的進(jìn)行了簡(jiǎn)答的研究。
本次論文的創(chuàng)新主要有以下幾個(gè)方面:
1.采用永磁直驅(qū)伺服電機(jī)作為刀架的動(dòng)力裝置。
永磁直驅(qū)伺服電機(jī)應(yīng)用于臥式端齒分度的數(shù)控回轉(zhuǎn)刀架,其優(yōu)點(diǎn)在于取消了齒輪減速的部分,基本消除了齒輪的反向間隙造成的巨大的噪聲問(wèn)題,成功解決了齒輪減速潤(rùn)滑漏油問(wèn)題,極大地縮小了刀架的整體結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了從驅(qū)動(dòng)軸到負(fù)載的零傳動(dòng),使電機(jī)的控制快速準(zhǔn)確。由于傳動(dòng)鏈得到極大地了優(yōu)化,大大的提高了傳動(dòng)效率,降低了能量的損耗。
2.使用雙齒盤(pán)實(shí)現(xiàn)刀架內(nèi)托起功能的同時(shí),減少一個(gè)端齒盤(pán),降低了刀架的成本,提髙了可靠性。
3.使用加工中心上普遍采用的壓力傳感器取代了傳統(tǒng)的霍爾感應(yīng)開(kāi)關(guān)來(lái)檢測(cè)刀盤(pán)的松開(kāi)與鎖緊狀態(tài),進(jìn)一步簡(jiǎn)化了刀架的結(jié)構(gòu)。
需要說(shuō)明的是,雖然永磁直驅(qū)伺服電機(jī)作為數(shù)控刀架的驅(qū)動(dòng)裝置大大提高了刀架可靠性、極大地降低了噪聲、極大地減少了油污,給數(shù)控刀架帶來(lái)了極大的好處,但其并沒(méi)有從根本上提高分度精度,因?yàn)檫@種刀架的精密分度裝置仍是采用相互嚙合的端齒盤(pán)決定，所以此次數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架還需進(jìn)一步研究其性能，以確
參 考 文 獻(xiàn)
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致 謝
們對(duì)我無(wú)私的奉獻(xiàn)和義無(wú)反顧的支持，使得我的學(xué)業(yè)順利地完成。
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