CK3263B型數(shù)控車床回轉刀架的設計含NX三維及5張CAD圖

CK3263B型數(shù)控車床回轉刀架的設計含NX三維及5張CAD圖,ck3263b,數(shù)控車床,回轉,刀架,設計,nx,三維,cad 一、選題依據(jù) 1.論文（設計）題目 CK3263B 型數(shù)控車床回轉刀架的設計 2.研究領域 機械設計與裝備制造 3.論文（設計）工作的理論意義和應用價值 制造業(yè)是一個國家或地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的重要支柱，其發(fā)展水平標志著該國或地區(qū)經(jīng)濟的實力，科技水平，生活水準和國防實力。國際市場的競爭歸根到底是各國制造生產(chǎn)能力及機械制造裝備的競爭。 工業(yè)發(fā)達國家都非常注重機械制造業(yè)的發(fā)展，為了用先進技術和工藝裝備制造業(yè)，機械制造裝備工業(yè)得到先發(fā)展，機床產(chǎn)業(yè)是機械制造裝備的主體與基礎。為了追求更好的制造效率與加工精度，機床向數(shù)控自動化方向蓬勃發(fā)展，進展顯著。 數(shù)控機床是多品種小批量生產(chǎn)的高效自動化的技術群，它是把多工序加工、切削處理、刀具磨損和測量等各種功能集為一體的自動化機床。隨著科學技術的迅猛發(fā)展， 數(shù)控機床已是衡量一個國家機械制造工業(yè)水平的重要標志。各種數(shù)控機床已經(jīng)進入實用化階段，成為生產(chǎn)市場的主力軍。在各種數(shù)控機床中，對數(shù)控機床來說，無論是它的開發(fā)應用到應用，還是其在使用上的優(yōu)良性能上，實現(xiàn)了高可靠性、高速度和高效率。 目前數(shù)控車床向數(shù)控車削中心發(fā)展，而其中數(shù)控車床與數(shù)控車削中心的一個重要組成部分是數(shù)控轉塔刀架： （1）數(shù)控轉塔刀架的工作質量直接影響到數(shù)控機床尤其是加工中心的工作質量。數(shù)控轉塔刀架的工作質量主要表現(xiàn)在換刀時間和故障率。加工中心的故障率有 50% 以上與自動換刀裝置有關，自動換刀裝置的投資常常占到整臺機床的 30%—50%[1]。所以，設計制造一個優(yōu)良的轉塔刀架對于制造裝備產(chǎn)業(yè)有著重要意義。 （2）目前，在世界機床制造和機械加工領域，復合加工技術是處于領先地位的技術。所謂的復合加工技術，即是在一臺設備上完成車、銑、鉆、攻絲、擴孔等多種加工要求，其主要的優(yōu)點就是減少加工時間，減少輔助時間，以提高生產(chǎn)率。實現(xiàn)車銑復合加工，有許多可行方案，機床搭載轉塔動力刀架是其許多方案中應用最廣泛的一個。其中，數(shù)控轉塔刀架是實現(xiàn)復合加工的核心功能部件，不僅可以像普通刀架一樣裝配多把普通刀具，并且能夠同時提供動力驅動動力刀具，完成銑、鉆、攻絲、絞孔等加工[2]。 4.目前研究的概況和發(fā)展趨勢 刀架，作為機床的重要組成部分，刀架的發(fā)展是伴隨著機床的發(fā)展的。 最早是在40 年代初，由美國北密支安的小型飛機工業(yè)承包商派爾遜公司（Parsons Corporation）實現(xiàn)數(shù)控技術進行機械加工的。 1952 年，麻省理工學院在一臺立銑床上，裝上了一套實驗性的數(shù)控系統(tǒng)，成功地實現(xiàn)了同時控制三軸的運動，這臺數(shù)控機床被大家稱為世界上第一臺數(shù)控機床。 1954 年 1 月，在派爾遜斯專利的基礎上，第一臺工業(yè)用的數(shù)控機床由美國本迪克斯（Bendix cooperation）正式生產(chǎn)出來。 1959 年 3 月，由美國卡耐特雷克公司（Keaney &Trecker corp.）開發(fā)出第一臺具有自動換刀裝置的數(shù)控機床。 1980 年，在電動刀架和液壓刀架的本體基礎上外加動力刀具驅動模式的形式，構成了動力刀架。 近 30 年的發(fā)展，數(shù)控刀架逐漸演變?yōu)殡妱雍鸵簞觾纱笈伞? 電動刀架：以歐洲為代表。由力矩電機驅動，凸輪控制齒盤的松開和剎緊，預定位動作由電磁鐵完成，位置信號由編碼器發(fā)出，采用齒輪減速完成分度、松開、剎緊動作。 液動刀架：以日本技術為基礎，日本、韓國為代表。采用液壓馬達驅動，用間歇分度機構平行共軛凸輪分度和預定位，液壓松開剎緊，位置信號用組合傳感器發(fā)信。早期的液壓刀架用液壓伺服分度馬達驅動，因該馬達價格較高，現(xiàn)專業(yè)廠已很少用此種結構。 數(shù)控刀架技術向高速、復合方向發(fā)展。主要表現(xiàn)在： 高速化：開放式伺服電機及驅動技術的發(fā)展，使伺服電機驅動刀架技術發(fā)展成為現(xiàn)實。伺服電機代替了預定位裝置、發(fā)信裝置，簡化了刀架結構，松開、剎緊采用液壓，伺服刀架提高了轉位換刀速度。 復合化：車削中心的出現(xiàn)，使刀架技術向復合化高層次發(fā)展。帶銑削功能的動力刀架，一般采用普通刀架外加伺服主軸電機驅動刀具，刀盤采用 VDI 刀盤，鉆銑主軸最高轉速可達 12000r/min，功率 22kW。近幾年出現(xiàn)與 B 軸、Y 軸聯(lián)動的帶銑削頭刀架， 從而使機床達到五軸聯(lián)動[3]。 目前我國在數(shù)控機床刀架技術方面的現(xiàn)狀是： （1）起步階段，品種單一，不可靠； （2）與世界先進制造行業(yè)相比，仍有很大差距； （3）國內配套廠家比較少。未來的發(fā)展要求有： （1）刀架轉位時間要短且轉位準確； （2）刀架定位精度高、動作迅速、穩(wěn)定可靠； （3）可多刀夾持，雙向轉位和任意刀位就近選刀； （4）應用范圍廣，維修方便等。 二、論文（設計）研究的內容 1.重點解決的問題 （1） CK3263B 型數(shù)控車床回轉刀架的結構設計； （2） CK3263B 型數(shù)控車床回轉刀架的液壓系統(tǒng)設計； （3） CK3263B 型數(shù)控車床回轉刀架的三維建模（UG）。 2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路） （1）查閱文獻，了解數(shù)控機床回轉刀架的國內外研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢，主要的設計思路； （2）確定 CK3263B 型數(shù)控車床回轉刀架總方案； （3） CK3263B 型數(shù)控車床回轉刀架各組成部分的設計與計算（傳動部分、分度機構部分、動力刀具部分）； （4） CK3263B 型數(shù)控車床回轉刀架的三維實體建模； （5） CK3263B 型數(shù)控車床回轉刀架的工作動態(tài)演示； （6）翻譯外文文獻； （7）撰寫論文。 3.本論文（設計）預期取得的成果 （1） CK3263B 型數(shù)控車床回轉刀架的總體設計方案； （2） CK3263B 型數(shù)控車床回轉刀架各個部分的具體設計及計算； （3） CK3263B 型數(shù)控車床回轉刀架的零件圖、裝配圖、三維立體模型； （4） CK3263B 型數(shù)控車床回轉刀架的動態(tài)演示。 三、論文（設計）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術線路或設計參數(shù)） 設計參數(shù)：卡盤直徑：400mm 床身最大回轉直徑：730mm 最大車削直徑：630mm 最大車削長度：250mm 轉塔刀架端面距主軸法蘭端面最大距離：1050mm 滑鞍的最大縱向行程：800mm 主軸孔徑：125mm 主軸轉速范圍：20-1500r/min 轉塔刀架工位數(shù)；8 主軸每轉刀架縱向進給量范圍：0.01-400mm/r 主軸每轉刀架橫向進給量范圍：0.01-300mm/r 主電機功率；37kw 液壓油箱電機：2.2kw 機床外形尺寸：4436×3025×2413 本次設計任務是數(shù)控車床自動刀架，通過查閱與自動刀架設計有關的各個方面的資料，并采用類比分析的方法，根據(jù)設計參數(shù)初步制定總體設計方案，之后再進行對各個部分的設計與計算分析。 2.論文（設計）進度計劃 1-2 周：根據(jù)題目查閱資料，準備材料； 3-4 周：完成開題報告； 5-6 周：查閱文獻，進行總體方案設計； 7-8 周：完善設計方案，進行結構設計； 9-10 周：零件三維建模； 11-12 周：完成零件圖與裝配圖； 13-14 周：完成動態(tài)演示部分； 15-16 周：完成設計說明書。 四、需要閱讀的參考文獻 [1]郭永環(huán).數(shù)控車床用轉塔動力刀架的發(fā)展方向[J].機床與液壓,2002(6):24. [2]鄭申,張瑞乾.多工位數(shù)控轉塔動力刀架設計[J].機械研究與用,2010(5):84. [3]柳玉民.數(shù)控轉塔刀架的技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].世界制造技術與裝備市場,2004(5):57. [4]許峰,陳春滿.有關數(shù)控車床中六轉位的轉塔動力刀架的優(yōu)化分析[J].科技傳播,2013(5):125. [5] 蘇 曉 輝 . 機 床 六 工 位 轉 塔 動 力 刀 架 的 設 計 [J]. 金 屬 加 工 ( 冷 加工),2011(5):43. [6] 陳水生. 數(shù)控車床轉塔刀架電動刀架控制系統(tǒng)的設計[J]. 制造技術與車床,2008(5):20. [7]周繼鵬,郝博.轉塔刀架快速設計方法[J].研究工業(yè)設計,2016(7):119. [8] 吳華平, 楊俊召. 淺談數(shù)控轉塔刀架行業(yè)的發(fā)展[J]. 金屬加工( 冷加工),2010(6):20. [9]于天標,王潔.多工位液壓數(shù)控轉塔刀架[J].沈陽工業(yè)大學學報,1999(4):21. [10]盧金定,劉滿根.數(shù)控轉塔刀架的開發(fā)應用[J].機械制造,1998(2):32. [11]吉濤,劉乘.多工位轉塔刀架的數(shù)控實現(xiàn)[J].機床與液壓,2006(9):89. [12] 陳南, 劉晨曦. 數(shù)控轉塔刀架可靠性研究綜述[J]. 機械制造與自動化,2015(4):1. [13] Antonova K P. Hygienic evaluation of the noise of automatic turret lathes [J].Gigiena truda i professional'nye zabolevaniia,1978(5):44. [14]I.A.Motoshkov. Drilling machine turret. Chemical and Petroleum Engineering [J],1972(7):626. [15]V.I.Malygin,F.V.Cherepenin. Digital control system for a 1525 turret lathe[J].Russian Engineering Research,2014(12):799. 附：文獻綜述 文獻綜述 此次設計圍繞轉塔刀架，查閱大量資料之后，挑選出了一些對設計有很大幫助的文獻，在此進行簡單的綜述。 郭永環(huán)在其《數(shù)控車床用轉塔動力刀架的發(fā)展方向》[1]一文中對國內外數(shù)控車床用轉塔動力刀架產(chǎn)品進行了分析與比較, 并對其發(fā)展方向作以論述。他指出數(shù)控機床是多品種小批量生產(chǎn)的高效自動化的技術群體,它是把多工序加工、切削處理、刀具磨損和測量等各種功能集為一體的自動化機床。隨著科學技術的迅猛發(fā)展, 數(shù)控機床已是衡量一個國家機械制造工業(yè)水平的重要標志。各種數(shù)控機床已經(jīng)進入實用化階段, 成為生產(chǎn)現(xiàn)場的主力軍。在各種數(shù)控機床中,對數(shù)控車床來說,無論是它的開發(fā)到利用, 無論是它的使用上的優(yōu)良性能和價格均很可觀。在進入實用階段后,實現(xiàn)了高可靠性、高速度和高效率。目前數(shù)控車床向數(shù)控車削中心發(fā)展,而其中數(shù)控車床與數(shù)控車削中心的一個重要組成部分是數(shù)控轉塔刀架。數(shù)控車床的刀架系統(tǒng)按換刀形式的不同可分為帶刀庫的自動換刀裝置和轉塔式刀架。前者主要用于加工中心(主要由刀庫、機械手和驅動機構等組成),后者可以稱為是一種簡單的自動換刀裝置,根據(jù)不同的加工對象它可以設計成四工位、六工位、八工位等多種形式刀架,經(jīng)濟型數(shù)控車床配置的基本上是四工位臥式自動轉位刀架,在全功能數(shù)控車床上,大都裝有多工位轉塔刀架。這種轉塔式刀架定位精度高、結構緊湊、維修方便,是數(shù)控車床和數(shù)控車削中心的必備附件。 鄭申,張瑞乾在《多工位數(shù)控轉塔動力刀架設計》[2]中指出多工位數(shù)控轉塔動力刀架是精密數(shù)控車削中心的核心功能部件。根據(jù)精密數(shù)控車削中心的研發(fā)要求，設計了一種電液結合控制的多工位轉塔動力刀架。該刀架依靠伺服電機和液壓系統(tǒng)完成離合和轉位控制，利用高精度鼠牙盤進行精確定位。它能有效搭載 12 把動力刀具，搭載的刀具由伺服電機提供動力，根據(jù)刀具類型的不同，可以實現(xiàn)車、銑等多種加工。其特點是刀具轉位速度快，分位精度高，重復精度高，可靠性強。目前，在世界機床制造和機械加工領域，復合加工技術是處于領先地位的技術。所謂的復合加工技術，即是在一臺設備上完成車、銑、鉆、攻絲、擴孔等多種加工要求，其主要的優(yōu)點就是減少加工時間，減少輔助時間，以提高生產(chǎn)率。實現(xiàn)車銑復合加工，有許多可行方案， 機床搭載轉塔動力刀架是其許多方案中應用最廣泛的一個。其中，數(shù)控轉塔刀架是實現(xiàn)復合加工的核心功能部件，不僅可以像普通刀架一樣裝配多把普通刀具，并且能夠同時提供動力驅動動力刀具，完成銑、鉆、攻絲、絞孔等加工。 柳玉民在其《數(shù)控轉塔刀架的技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢》[3]中介紹數(shù)控轉塔刀架基本組成結構，換刀動作及控制原理，數(shù)控轉塔刀架技術的發(fā)展、演變以及目前國外最新技術發(fā)展狀況和發(fā)展趨勢，結合本公司從數(shù)控刀架技術引進到自主開發(fā)生產(chǎn)的歷程， 特別是近兩年開發(fā)的伺服電機驅動刀架和采用模塊化設計帶銑削功能的動力刀架，標志著國內數(shù)控刀架向高速化、復合化方向發(fā)展，邁出堅實的一步，填補了國內空白。 重點介紹臥式數(shù)控車床、立式數(shù)控車床所用刀架的結構、性能、特點、控制原理；刀盤及刀夾的選擇。根據(jù)多年銷售服務積累的經(jīng)驗，主機電氣控制應注意的事項，為提高刀架的可靠性提供保障；以及為提高刀架精度和可靠性而采取的技術措施。 許峰和陳春滿在《有關數(shù)控車床中六轉位的轉塔動力刀架的優(yōu)化分析》[4]一文中寫到數(shù)控機床由于加工精度高、成品率高及投入的加工綜合成本低等優(yōu)點，廣泛應用于機械加工和生產(chǎn)過程中。目前，數(shù)控車床和數(shù)控車削中心主要采用的加工工具是轉塔動力刀架系統(tǒng)。普通車床一般采用的普通刀架系統(tǒng)，由操作人員人工換刀，操作效率低下，過程復雜。數(shù)控機床采用自動換刀系統(tǒng)，可以實現(xiàn)四工位、六工位、八工位和多工位加工。由于采用自動轉塔動力刀架系統(tǒng)，因此，可大幅度提高加工效率和精度。如何在設計和應用中進一步提高加工精度，更大發(fā)揮轉塔動力刀架的優(yōu)勢，本文將從多個角度，詳細分析數(shù)控機床六工位動力刀架系統(tǒng)的優(yōu)化方法。 陳水生在《數(shù)控車床轉塔刀架電動刀架控制系統(tǒng)的設計》[6]中給出轉塔刀架換刀工作原理：電動機正轉→驅動蝸桿正轉→蝸輪正轉→蝸輪帶動連體的螺桿旋轉→螺桿上的螺母即上刀體向上移動→上刀體與下刀體的定位齒分離→上刀體正轉→所選擇的刀到達工作位置→開關接通→電動機反轉→蝸輪反轉→蝸輪帶動連體的螺桿旋轉 →上刀體慣性作用沖過工作位置→上刀體和蝸輪帶動連體的螺桿相對旋轉→上刀體向下并反轉→上刀體和下刀體的定位齒接觸→上刀體停止轉動并向下壓緊下刀體→ 電動機電流增大→電動機停電→上刀體完成換刀。 吉濤和劉乘在《多工位轉塔刀架的數(shù)控實現(xiàn)》[11]中介紹了采用獨立式 PLC 方式實現(xiàn)多工位轉塔刀架進行控制的方法,針對就近選刀等控制的關鍵環(huán)節(jié),介紹了控制算法及與 NC 協(xié)同工作的方案,并給出了主要的 PLC 程序,為開發(fā)、升級數(shù)控車床系統(tǒng)提供了有益的參考。就數(shù)控系統(tǒng)而言,例如轉塔刀架的順序動作控制是由 PLC 完成的。數(shù)控系統(tǒng)中的 PLC 控制分為內嵌式和獨立式兩種類型,內嵌 PLC 是指 PLC 內置在 CNC 中,與 CN 共用 CPU,這是當今數(shù)控機床的主流控制形式;獨立式 PLC 是指 PLC 軟硬件完全獨立于 CNC,是數(shù)控改造和系統(tǒng)升級常選用的方式。該文主要介紹了筆者在數(shù)控改造過程中,采用獨立式 PLC 實現(xiàn)對市場使用較廣泛的 AK31 系列 8～12 工位臥式轉塔刀架的控制的方法。 CK3263B 數(shù)控車床轉塔刀架的設計 摘 要 論文針對 CK3263B 數(shù)控車床的轉塔刀架進行三維設計。主要設計部分有： 傳動系統(tǒng)，回轉機構和定位機構。其中，傳動系統(tǒng)選擇液壓傳動，并進行了原理圖等一系列設計；回轉機構選定圓柱凸輪分度機構，并進行了詳細設計校核；定位機構選擇活塞桿預定位和齒盤精準定位。 利用 UG 軟件進行各個零件的三維建模，并進行裝配組裝，導出二維圖紙。轉塔刀架系統(tǒng)在裝夾過程中可以同時完成諸多工序，擴展了加工工序的范疇，不僅加快了生產(chǎn)效率而且大幅度改善了加工精度。 關鍵字：轉塔刀架；液壓系統(tǒng)；凸輪；UG Ⅰ Abstract In this paper,three-dimensional design of turret turret for CK3263B CNC lathe is carried out.The main design parts include:transmission system,rotary mechanism and positioning mechanism.Among them,the transmission system to select the hydraulic drive,and a series of schematics and other design;rotary mechanism selected cylindrical cam indexing mechanism,and carried out a detailed design check; positioning mechanism to select the piston rod pre-positioning and precision positioning of the tooth plate. The modeling of each part of the turret and its assembly are established via UG software.The tooling system in the clamping process can be completed a number of processes at the same time,expanding the scope of processing processes,which not only speed up the production efficiency but also significantly improve the processing accuracy. Keywords：turret turret；Hydraulic system；cam；UG Ⅱ 目錄 摘 要...................................................................................................................... Ⅰ Abstract........................................................................................................................ Ⅱ 1 緒論 1 1.1 車床概述 1 1.1.1 機床的基本組成 1 1.1.2 機床的分類 1 1.1.3 車床作用及分類 4 1.1.4 車床組成 5 1.2 轉塔車床概述 6 1.2.1 轉塔車床的組成及特點 6 1.2.2 轉塔刀架的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 7 2 總體方案設計 9 2.1 傳動系統(tǒng)方案選擇 9 2.1.1 各傳動方式比較 9 2.1.2 液壓傳動優(yōu)點 10 2.2 運動機構方案選擇 11 2.2.1 回轉機構選擇 11 2.2.2 定位機構選擇 11 2.3 轉塔刀架結構簡圖 12 3 液壓系統(tǒng)設計 13 3.1 擬定原理圖 13 3.2 液壓缸設計 14 3.3 液壓元件選擇 14 4 結構設計 17 4.1 回轉機構設計計算 17 4.2 定位機構設計 19 5 主要設計計算及校核 21 5.1 轉塔夾緊力的計算 21 5.2 油缸尺寸計算 23 5.3 柱銷強度校核 24 6 三維建模 31 6.1 軟件介紹 31 6.1.1 UG 簡介 31 6.1.2 UG 優(yōu)勢 31 6.1.3 UG 主要功能 31 6.2 主要零部件建模 33 6.2.1 圓柱凸輪 33 6.2.2 花鍵軸 35 6.2.3 上下齒盤 37 6.2.4 軸承 38 6.3 總裝配圖 40 7 結 論 42 參考文獻 43 附錄 1：外文翻譯 44 附錄 2：外文原文 50 致 謝 55 CK3263B 數(shù)控車床轉塔刀架的設計 1 緒論 1.1 車床概述 1.1.1 機床的基本組成 機床包括多種成分，一般由以下部分構成。 (1)動力源：包括直流電機、交流電機、液壓泵及液壓馬達等，為數(shù)控機床提供動力來源，使機床運轉起來。 (2)傳動系統(tǒng)：包括進給傳動系統(tǒng)、主傳動系統(tǒng)以及其它傳動系統(tǒng)等，例如進給箱和變速箱的構件，還有主軸構件與變速箱組成的主軸箱。 (3)支承件：可以在重力和切削力的作用下順利工作而不發(fā)生損壞，便于組裝并且能夠支撐其他部件，諸如床身和立柱等。該部件也是數(shù)控機床的基礎部分，故而也稱為機床基礎件或者大件。 (4)工作部件：主要由三部分組成，即執(zhí)行部件、安裝調整部件和多種機構。執(zhí)行部件與最終切削工藝的進給運動和主運動有關，如主軸箱和主軸，滑枕、溜板和工作臺， 作為工件安裝或刀具的零件；安裝調整部件則是與刀具安裝、工藝、調整等密切相關， 例如自動換刀裝置、砂輪修整器和自動上下料裝置；多種機構包括操縱機構、定位機構、分度和轉為機構等。 機床類型眾多，其組成和結構也會有較大不同，主要原因在于機床的結構布局、適用條件以及運轉方式，如果從其運動的形式而言，則主要為直線式和旋轉式運動，故而這些構件需要導軌和軸承。 (5)控制系統(tǒng)：其主要作用在于控制好各個工作零件，使之處于良好的工作狀態(tài)， 一般采用電氣系統(tǒng)控制，有時液壓和氣動系統(tǒng)也用于機床的組成元件中。數(shù)控機床則是使用數(shù)控系統(tǒng)，由主軸、伺服控制單元、數(shù)控裝置、編程控制器以及輸入和輸出設備等構成。 (6)冷卻系統(tǒng)：冷卻機床工作時產(chǎn)生的熱量。 (7)潤滑系統(tǒng)：潤滑機床的導軌和軸承等部件，降低摩阻力以及自身磨損的程度。 (8)其他裝置：如排屑裝置、自動測量裝置等。 1.1.2 機床的分類 機床的分類主要表現(xiàn)為機床牌號，一部機床其種類、屬性和主要參數(shù)基本均可從其牌號中得出。關于機床型號的編制： ①型號表示方法。通用機床型號的表示方法為：基本部分與輔助部分之間用“/” 隔開，型號的表示方法如下： 9 CK3263B 數(shù)控車床轉塔刀架的設計 （Δ） Ο （Ο） Δ Δ Δ （×Δ） （Ο） / （□） （-□） 企業(yè)代號其他特性代號 重大改進序號 主軸數(shù)或第二主參數(shù) 主參數(shù)或設計順序號系代號 組代號 通用特性、結構特性代號類代號 分類代號 注：1.有“（）”的代號，當無內容時，則不表示；若有內容則不帶括號。 2.有“Ο”符號者為大寫的漢語拼音字母。 3.有“Δ”符號者為阿拉伯數(shù)字。 4.有“□”符號者為漢語拼音的大寫字母,或阿拉伯數(shù)字,或兩者兼有之。 ②根據(jù)不同需求，分類方式會有所差異，種類繁多，一般采用阿拉伯數(shù)字表示分類的代號，放在類代號的第一個位置處，如果是第一類時，則可以不表示。諸如磨床類的機床有三種分類。 通常采用阿拉伯數(shù)字的兩位數(shù)字表示系別和組別，處在特性代號和類代號的后面。各種類型的機床依據(jù)結構的性能和使用范圍可以劃分為 10 個組別，用 0 到 9 的數(shù)字表示。每個機床又可以分為多個系列。劃分系別的規(guī)則一般是：主參數(shù)一致，采用公比進行排列，刀具和工件大致相同，并且其布局和機構也基本相同時則視為相同系別的機床。機床的類別代號見表 1.1。 表 1.1 機床的類別代號 CK3263B 數(shù)控車床轉塔刀架的設計 ③機床的特性代號：如果某一類型的機床除普通類型外，并且還兼有某一通用特性時，就在類別代號的后面添加通用特性的代號，如表 1.2 所示。如若某一類型的機床沒有普通型卻有通用性時，則不表示其通用性。如果主參數(shù)一致而性能不同時，機床的型號中必須注明特性的代號。一般用拼音字母表示結構代號，位于類代號后面，或者放在通用特性代號的后面。 表 1.2 通用特性代號 ④車床的組別和系別代號見表 1.3、表 1.4。 表 1.3 車床組別代號 ⑤機床序號分類得到較大改進，如果結構布局及性能有明顯變更、新產(chǎn)品需要再次設計、制定與鑒定，則需要在原有機床的型號的后面添加重大改進的序號。序號按 A、B、 C、……等字母順序選用。 表 1.4 轉塔車床系別代號 故，本次設計主體 CK3263B 數(shù)控車床: 類別代號(車床) 通用特性代號(數(shù)控) 組別代號(回輪、轉塔車床) 系別代號(橫移轉塔車床) 主參數(shù)(最大車削直徑 630 mm) 第二次重大改進  C K 2 3 63 B 1.1.3 車床作用及分類 車床在機械制造廠中通常占據(jù)金屬切削機床的一部分（一般在 20%～35%之間）。其作用通常用在內外圓柱面、端面、圓錐面及回轉面、螺旋面的加工處理上。 車床類型的機床以回轉運動的主軸，刀具完成的進給運動為特征。加工車床時需要諸多加工刀具，如：車刀、擴孔鉆、絞刀等。 車床的分類方式有很多，根據(jù)不同使用條件和結構布局，可以劃分為轉搭車床、自動和半自動車床、臥式車床等。其中臥式車床使用頻率較高，其加工構件時能達到較高的精度(一般在 IT8 上下浮動)，精車表面上的粗糙度也較高（一般 1.25～2.5 mm之間）。 （1）CA6140 臥式車床 臥式車床的布局當屬 CA6140 臥式車床，結構形式較為經(jīng)典，通用性也頗高，加工處理范圍廣，符合中小型部件的加工處理，如盤類部件和各種軸類；能夠車削各種不同的曲面，包括圓錐面、環(huán)槽、端面以及圓柱的內外表面；而且還能夠車削多種不同標準的螺紋，包括模數(shù)制、英制、米制和徑節(jié)制，甚至能夠車削多種不同螺紋，包括非標準 螺距、較緊密螺紋及大螺距螺紋；并且還能夠擴孔、滾花、壓光和鉆孔等工藝。 （2）立式車床 這種類型的車床可以加工大型的工件，這種工件需滿足直徑大且高度比直徑小的要求，分為雙柱式與單柱式這兩種類型。其主要參數(shù)常用最大車削直徑的百分之一去表征。 較大較重的工件在裝卸及找正的過程比較麻煩，而立式車床為此設置了水平的工作平臺，這樣工作臺使得工件質量可以均勻分攤到軸承和導軌面上，以便確保機床工作的高精度和高效生產(chǎn)。 （3）轉塔車床 轉塔車床具有無絲杠及尾座的特點，在結構形式上和臥式車床差異較大。轉塔車床的刀架取代了臥式車床的尾座。 轉塔車床根據(jù)具體部件加工的處理工藝將需要用到的所有刀具預裝到轉塔車床上并且調試好；每一組的刀具可以通過擋塊的調整來把握終點位置。 在加工處理過程中，刀具被用來進行輪流切削，在加工工件的過程中，可以有效提高操作效率，工件尺寸的測量和刀具的裝卸不需要反復操作。故而，轉塔車床更適合大量加工處理較為復雜的工件。 機床產(chǎn)品代號通常采用機床型號來直接表達出主要的技術參數(shù)、結構的特征以及機床類型和性能等。依據(jù)我國規(guī)范（GB/T15375-1994《金屬切削機床型號編制方法》）來進行編制各種機床型號，該規(guī)范明確了機床的型號是按照阿拉伯數(shù)字和拼音字母的組合方法編碼的，簡潔又方便。 1.1.4 車床組成 車床主要組成部件有：多種箱體（溜板箱、進給箱、交換齒輪箱、主軸箱）和諸多部件（尾架、光杠、絲杠、刀架、床身、床腳以及冷卻裝置）。 主軸箱：即床頭箱，主要作用是依靠變速機構促使主軸產(chǎn)生正反兩種不同的轉速， 并且使得主軸箱的部分動力運用到進給箱。主軸箱里面的等主軸被視為車床的核心部件。主軸作為重要的部件，在工作中的平穩(wěn)性對加工工件的質量尤為重要，如果沒有控制好主軸在運轉中的精度，那么就會使機床的使用價值大打折扣。 進給箱：即所謂的“走刀箱”，進給箱可以利用自身的變速機構去適當微調變速機構進而得到螺距和進給量，并依靠絲杠或者光杠作用把運動傳遞給刀架，最終實現(xiàn)切削作用。 其中絲杠與光杠的作用和注意要點如下：其作用主要是把溜板箱和進給箱連接成一個整體，將進給箱的傳動輸送到溜板箱，溜板箱就可以進行直線的縱向運動。 溜板箱:控制車床的進給運動，內部安裝有復雜的機構，該機構主要是絲杠與光杠的運轉促使刀架能夠進行直線運動，光杠的傳動可以實現(xiàn)刀架的快速移動、橫向移動以及 縱向供給運動，絲杠使得刀架可以做直線的縱向運動，實現(xiàn)車削螺紋的功能。 刀架：由兩層滑板、刀架和床鞍構成。主要作用是便于安車刀的安裝以及促使車刀做多向運動（縱向、橫向、斜向）。 尾架：可以在床身導軌上做縱向運動，方便工作位置的調整。次部件的功能是用于后頂尖的安裝，便于稍長工件的支撐，還可以安裝孔口加工的絞刀和鉆頭。 床身：精度高，體型大，主要連接每個部件以及實現(xiàn)支撐功能，是機床部件中最為龐大的基礎構件，確保每個部件都能有確切的位置，使得各個工作環(huán)節(jié)更加有序。 冷卻裝置：通過冷卻水泵噴出的切削液帶走切削過程的熱量，并把切屑沖走，達到潤滑的目的，延長了刀具的工作時間、提高了加工產(chǎn)品的質量。 1.2 轉塔車床概述 1.2.1 轉塔車床的組成及特點 轉塔刀架的組成結構如圖 1.1 所示： 圖 1.1 普通轉塔車床外形圖 1-主軸箱 2-前刀架 3-床身 4-前刀架溜板箱 5-轉塔刀架 6-轉塔刀架溜板箱 7-定程裝置 8-進給箱 數(shù)控轉塔車床的特點： （1）帶有可移動轉塔刀架，不需要尾座和絲杠，刀架可以安裝很多工刀，周期轉位，按照一定順序加工工件。 （2）轉搭刀架的功能是完成主要的切削，前刀架的功能是完成輔助的切削。 （3）操作都是依靠液壓油路和電路。 （4）易保證精度,提高生產(chǎn)率。 轉塔車床上零件加工的過程，如下圖 1.2 所示： 圖 1.2 轉塔車床零件加工實例 1.擋塊限送料長度；2.雙刀同時車外圓；3.車圓及倒角； 4.打中心孔；5.鉆孔；6.套車外螺紋；7.前刀架刀車槽； 8.前刀架切倒角；9.前刀架壓滾花；10.切斷刀切下工件； 1.2.2 轉塔刀架的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 機床的重要成分就是刀架，刀架的更新歷程和機床的發(fā)展歷程緊密相連。 在上世紀 40 年代初期，美國北密支安的一家小型公司（Parsons Corporation）就實現(xiàn)了加工機械的數(shù)控技術。 在 1952 年，麻省理工學院成功將一套完整的實驗性數(shù)控系統(tǒng)安裝在了立銑床上， 并且能同時調控三軸運動，因此，這臺數(shù)控機床被視為全球出現(xiàn)最早的數(shù)控機床。 在 1954 年 1 月，美國本迪克斯（Bendix cooperation）參考了派爾遜斯的專利，創(chuàng)作出了工業(yè)用的第一臺數(shù)控機床。 在 1959 年 3 月，第一臺帶有自動換刀裝置的新型數(shù)控機床由美國卡耐特雷克公司 （Keaney &Trecker corp.）研發(fā)出來。 在 1980 年，外加動力刀具的誕生，形成了完善的動力刀架。 經(jīng)過幾十年的快速發(fā)展，數(shù)控刀架已經(jīng)形成了兩個類別：液動和電動。 電動刀架：以歐洲為代表。主要是電機作為動力來源，齒盤剎緊及松開都是由凸輪進行控制，電磁鐵實現(xiàn)預定位，編碼器發(fā)射定位信號，齒輪的減速用來控制剎緊、分度、松開等動作。 液動刀架：以日本技術為基礎，日本、韓國為代表。主要是液壓作為動力來源，間 歇分度機構能夠完成定位信號平行共軛凸輪的分度，組合傳感器用來控制位置的信號和液壓的狀態(tài)。傳統(tǒng)的液壓刀架的動力來源是液壓分度馬達，然而馬達價格昂貴，很多專業(yè)廠家現(xiàn)在已停止使用此類型的刀架。 數(shù)控車削是當代機床發(fā)展的大趨勢，因而不得不提到數(shù)控車削中心中的數(shù)控轉塔刀架： 數(shù)控機床受到轉塔刀架運轉質量的重要影響，特別是加工中心的運轉質量。數(shù)控轉塔刀架的運轉質量得到有效保證，關鍵在于換刀時間以及故障率。加工中心有一半以上的故障率是由換刀裝置引起的，換刀裝置的成本一般占據(jù)機床整體投資的 30%—50%[1]。所以，設計制造一個優(yōu)良的轉塔刀架對于制造裝備產(chǎn)業(yè)有著重要意義。 成熟復合加工技術占領了機床制造及機械加工的大部分市場，成為現(xiàn)階段最高水準的技術。復合加工技術可以高效完成諸多加工工藝，滿足各種要求，諸如銑、車、攻絲、鉆、擴孔等，時間短，效率高，成果佳。在車銑復合加工的過程中，加工手段可以采用多種方式，數(shù)控轉塔刀架就是其中使用頻率最高的一個。作為復合加工的關鍵部件，數(shù)控轉塔刀架擁有多種刀具以及擁有加工鉆、銑、絞孔、攻絲等的驅動力刀具[2]。 隨著技術不斷革新，數(shù)控刀架技術的發(fā)展趨勢是更高速化、更復合化。主要表現(xiàn)在： （1）高速化：驅動領域的快速發(fā)展，驅動技術和開放式伺服電機促進了伺服電機驅動刀架技術的實現(xiàn)。伺服電機更加簡潔、適用，取代了發(fā)信裝置及預定位裝置，有效改善了轉位換刀的速率。 （2）復合化：刀架技術越來越趨向于高層次的發(fā)展。擁有銑削作用的動力刀架有多種刀具(普通刀架，主軸電機驅動刀具)，并引入了 VDI 刀盤，并且鉆銑主軸的運轉速度快，可達到 12000r/min。隨著技術日新月異，五軸聯(lián)動的機床發(fā)明出來，采用了 Y 軸、B 軸聯(lián)動的刀架[3]。 目前我國在數(shù)控機床刀架技術方面的現(xiàn)狀是： （1）起步階段，品種單一，不可靠； （2）與世界先進制造行業(yè)相比，仍有很大差距； （3）國內配套廠家比較少。未來的發(fā)展要求有： （1）轉位時間短且精準； （2）刀架要穩(wěn)定，運轉速度快，定位精度高； （3）使用多刀，就近選刀和兩向轉位； （4）應用范圍廣，維修方便等。 2 總體方案設計 2.1 傳動系統(tǒng)方案選擇 2.1.1 各傳動方式比較 傳動方式主要有以下四種：液壓傳動、氣壓傳動、機械傳動和電氣傳動。它們各個性能的綜合比較見表 2.1。 表 2.1 各種傳動方式的綜合比較 本傳動系統(tǒng)設計用于轉塔刀架，對于刀具的定位性要求較高，氣壓傳動定位性不良， 且其負載引起的特性變化很大，故排除氣壓傳動方案。 本傳動系統(tǒng)設計用于數(shù)控車床，機械傳動的無極調速較困難，遠程操作困難且信號變換困難，在車床轉塔刀架換刀時，要求速度快，時間短，而機械傳動的速度低，顯然不適合本次設計要求，故排除機械傳動方案。 電氣傳動的工作壽命在這四種方式中最短，且其維護要求最高，明顯不符合設計要求中的經(jīng)濟性，故排除電氣傳動。 綜上，本次設計中傳動系統(tǒng)選擇液壓傳動。 2.1.2 液壓傳動優(yōu)點 （1）一般情況下，等體積的液壓動力裝置要比電氣動力裝置產(chǎn)生的動力大得多，等功率的液壓裝置體積較小，質量較輕。結構較緊湊以及功率密度較大。有資料顯示，液壓動力源（液壓泵、液壓馬達）單位功率的質量只占據(jù)電動機和發(fā)電機的十分之一，液壓源（液壓泵、液壓馬達）可以低至 0.0025N/W，等功率的電動機和發(fā)電機在 0.03N/W 左右，就尺寸而言，前者幾乎只有后者的 12%～13%。在輸出力方面，泵容易產(chǎn)生高壓力的液壓油液，再將油液輸送到液壓缸就會有較大作用力產(chǎn)生。因此液壓設備更具有鮮明的優(yōu)勢，體積小雖小，但產(chǎn)生的功率卻很大。 （2）液壓裝置工作比較平穩(wěn)。液壓裝置有諸多優(yōu)點，不僅重量輕，反應快，而且易于快速制動和啟動以及換向，在回轉時，換向頻率可以達到 500 次/min，在直線運動時， 換向頻率可以達到 1000 次/min，液壓擁有彈性的特點，因而可以有效吸收沖擊，使得液壓傳動工作比較平穩(wěn)。 （3）液壓裝置易于實現(xiàn)過載保護。區(qū)別于機械裝置以及電氣裝置，液壓缸和液壓馬達可以較長時間在堵轉狀態(tài)下運轉并不會產(chǎn)生太多的熱量。 （4）液壓系統(tǒng)便于自動化控制，對于流量、流動方向和液體壓力可以進行調控。如果結合多種不同控制系統(tǒng)（電子控制、氣動控制、液壓控制即電氣控制），那么就可以實現(xiàn)更加復雜的順序動作，并且便于遠程操控。 （5）液壓裝置甚至可以在較大區(qū)域內進行無級調速(調速范圍可達 2000:1），它還可以在運行過程中進行調速。 （6）液壓系統(tǒng)不管在制造、設計還是在使用過程中，維修都比較便捷?，F(xiàn)在液壓元件作為基礎部件，已經(jīng)形成了標準化、通用化及系列化，故而對于液壓系統(tǒng)在生命周期中的維護都比較方便，有效控制了機械設備的周期，并節(jié)約了投資。 （7）液壓傳動更加簡單，更容易實現(xiàn)直線運動，而機械傳動則顯得復雜的多。 （8）布局靈活方便。液壓元件并不拘束于空間的位置，而是根據(jù)機器的需求，通過管道來連接各個元件，在安裝布局上更具有靈活性，可以實現(xiàn)更加復雜的系統(tǒng)。 19 2.2 運動機構方案選擇 2.2.1 回轉機構選擇 本節(jié)設計八工位轉塔刀架的回轉機構，當前幾種常用間歇分度機構的性能比較見表2.2。 表 2.2 幾種常用的間歇分度機構性能比較 通過比較，選擇圓柱凸輪分度機構。 2.2.2 定位機構選擇 因為選擇斜面銷、圓柱銷這兩種定位方式時定位易有間隙，所以不同于以往的推銷定位或者說是端齒盤定位的刀架定位方式，在這選擇了先用活塞桿預定位，再采用端齒盤進行準確定位。作為一種良好的定位方式，端齒盤因為嚙合時誤差可以被抵償，整體誤差較均勻而具有定位精度高的特點。端齒盤主要通過兩個端面齒盤的嚙合作用實現(xiàn)定位，具體來說，端齒盤定位的特點有： （1）定位精度高。主要是因為定位齒數(shù)分布均勻、數(shù)量眾多，所以齒盤精度很高， 齒盤分度精度可達±(0.3"～0.4")。同時因為上、下齒盤嚙合的自動定心作用，所以定位時對中心軸的回轉精度等沒有影響，中心軸的設計要求相對更低，使得對裝置設備的制造更為容易。 （2）重復定位精度好。相對來說，端齒盤定位因為有一個上下齒盤反復磨合的過程。 一般來說，磨合次數(shù)和磨合精度是呈正相關的，因此端齒盤定位復定位精度很高。 （3）承載能力大，定位剛性好。因為通常要求端齒盤定位時要求齒面嚙合長度大于 60%，而齒數(shù)嚙合率高于 90%，并且齒盤本身的齒部強度很高，因此端齒盤定位承載能力更大，定位剛性更好。 2.3 轉塔刀架結構簡圖 圖 2.1 是轉塔刀架的結構簡圖，刀架的升起、轉位、夾緊等動作都由液壓驅動。當 數(shù)控裝置發(fā)出換刀信號以后，液壓油進入液壓缸 5 的上腔，由于活塞 17 緊固在座體 15 上，活塞與座體都是固定不動的，因而液壓缸 5 上移，推動蓋盤 3 并帶動回轉頭 6 抬起， 上齒盤 7 緊固在回轉頭 6 上，當上齒盤 7 與下齒盤 8 完全脫開時，開關 1 動作發(fā)出轉位 信號。這時液壓馬達 9 旋轉，驅動凸輪軸 12、圓柱凸輪 13 旋轉、凸輪曲線槽撥動柱銷 14，從而驅動回轉輪 11、中心軸 4、蓋盤 3、回轉頭 6 轉動。當?shù)都埽ㄑb在回轉頭上） 轉至新的要求工位時回轉頭上的撥塊 2 壓合均布的固定開關 20（回轉頭每一工位，壓合相應的開關），液壓馬達立即停止運轉。預定位油缸進油，活塞桿升起進行預定位，隨后液壓缸 5 的上腔回油，液壓油進入液壓缸的下腔，液壓缸 5、回轉頭 6 下移，上齒盤 7 落下，與下齒盤 8 嚙合，完成精準定位，靠液壓缸壓緊力夾緊。此時開關 1 動作，發(fā)出轉位結束信號，轉塔轉位過程結束。 圖 2.1 轉塔刀架結構簡圖 3 液壓系統(tǒng)設計 3.1 擬定原理圖[4] 圖 3.1 液壓系統(tǒng)原理圖 1-油缸 2-限壓變量泵 3-電機 4-溢流閥 5-單向閥 6-彈簧式蓄能器 7-管路 8、9、10-三位四通電磁換向閥 11-調速閥 12-液控單向閥 13、14-單向調速閥 15-連桿型徑向柱塞馬達 16-行程開關 17-抬起液壓缸 18-預定位液壓缸表 3.1 電磁鐵動作順序表 液壓系統(tǒng)基本原理如圖 3.1 所示，可以看出，液壓系統(tǒng)主要包括兩部分——液壓馬達和縱向進給液壓缸。剛開始油缸中的液壓油經(jīng)過濾油器后到達液壓泵，然后經(jīng)溢流閥進入單向閥，一般來說，在經(jīng)過溢流閥時會用到蓄能器加壓以防油壓不足。經(jīng)過單向閥后，液壓油會同時進入到三個部分，液壓馬達和預定位液壓缸、以及抬起液壓缸。 3.2 液壓缸設計 液壓缸的設計是一個綜合設計的過程，裝置較復雜，結構形式不盡相同。同時也需要結合不同工作條件，需要考慮各種具體情況，具體分析設計。主要結構有如液壓缸缸體、缸蓋這樣的連接結構、以及密封、緩沖、排氣這樣的功能裝置等結構。具體如下： （1）缸體與缸蓋的聯(lián)接形式 缸體與缸蓋的連接需要綜合考慮多方面的因素，例如所選材料、不同工作條件、工作時的壓力。在本次設計中選用了一種結構簡單易實現(xiàn)，拆裝、加工方便的接線方式— —法蘭式連接，這種連接方式只需要在液壓缸缸體上開出一些均勻的法蘭孔，通過螺釘就可以緊密連接好端蓋。 （2）活塞與活塞桿的聯(lián)接 通常來說，活塞桿與活塞之間的連接方式有多種，常用的比如卡鍵連接、螺紋連接， 兩種連接方式各有優(yōu)劣。在此次設計中，主要采用了機構簡單、拆裝、加工方便的螺紋連接方式，這種方式可以很好的固定好活塞。 （3）活塞及活塞桿處密封圈的選用 密封圈的選擇應該考慮多種因素，例如活塞運動速度、范圍、溫度，以及密封的不同部位，壓力情況等，這些不同的情況應該使用不同的密封圈來達到密封目的，一般來說使用 O 形密封圈來對活塞桿、活塞與密封腔體進行密封。 （4）液壓缸的緩沖裝置 為了防止活塞和缸筒端蓋的機械碰撞的現(xiàn)象發(fā)生，保證液壓缸的安全，需要在行程末端設計中設置緩沖裝置。發(fā)生碰撞的主要原因是因為往復、快速運動，質量很大的液壓缸作用工作部件會在行程終點形成液壓沖擊，從而使缸筒、活塞發(fā)生碰撞。 （5）液壓缸的排氣裝置 因為液壓系統(tǒng)容易受到空氣的影響，造成系統(tǒng)不穩(wěn)定甚至不能工作，因此液壓缸的設計需要設置排氣裝置，從而保證液壓傳統(tǒng)系統(tǒng)不會混入空氣。如果沒有排氣裝置，應該在液壓缸最高處設置進、出油口，保證空氣最快排出。 3.3 液壓元件選擇 （1）液壓泵的選擇 如表 3.2 給出了各種類型液壓泵，在設計中需要確定液壓泵類型和規(guī)格，其中液壓泵需要考慮系統(tǒng)工況和設計要求。液壓泵規(guī)格主要由液壓泵最大供油量決定。 表 3.2 液壓泵的性能比較及應用場合 本設計中液壓泵為轉塔刀架的運動提供動力，選擇壓力范圍為中壓，且葉片泵價格較低，效率較高，單作用葉片泵的噪聲較大，因此選擇雙葉片液壓泵作為本次設計液壓系統(tǒng)中的液壓泵。 （2）液壓控制元件的選用 a.溢流閥的選擇 一般來說，因為具有響應快，適用于流量小場合的特點，直動式溢流閥同時也可作為安全閥、制動閥使用。因此選用直動式溢流閥。 b.換向閥的選擇 一般來說，70L/min 以上時宜用電磁換向閥（一般為 6，10mm 通徑）。再通過比較， 直流電磁鐵的性能，見表 3.3。 表 3.3 交、直流電磁鐵的性能比較 在換向閥的選擇中，應該選擇直流濕式電磁換向閥，從而會有更長的設備使用壽命和更高的可靠性。 在本設計當中，選用的液壓回路是一泵多缸，選用的換向閥是三位四通直流濕式電磁換向閥，一般來說，中位機能一般有 O 型和 Y 型，在本次設計中選擇的是 O 型。 4 結構設計 4.1 回轉機構設計計算[5] 如圖4.1 所示圓柱凸輪步進式轉位機構，其中凸輪是指在圓柱上加工一條凸起輪廓， 這條兩頭凸起的輪廓決定了圓柱凸輪步進式轉位機構的運動規(guī)律，使得刀架旋轉運動。一般來說，跟隨轉動的回轉盤在端面上有多個銷子，銷子數(shù)量與工位數(shù)相等。 圖 4.1 圓柱凸輪步進式轉位機構1-凸輪 2-分度柱銷 3-回轉盤 其工作原理為：當凸輪旋轉時，B 銷會開始沿凸輪輪廓行進，此時 A 銷與凸輪輪廓脫離，凸輪會驅動回轉盤轉動起來，當凸輪在轉過 360°后，步進式轉位機構停止轉位。之后，B 銷不再接觸曲線段，開始沿直線段行進，此時在凸輪輪廓直線段的另一側也同時工作，與 C 銷接觸，因為在設計的時候，凸輪是按照兩端開口的、非閉合實際，因此凸輪可以帶動刀盤在正反兩個方向作一樣的旋轉，不管凸輪正轉反轉。 其特點是：因為可以自由設計轉位機構運動特性，因此相對復雜，成本大。同時轉位速度高、精度相對較低。通過 PC 程序或邏輯控制電路可以幫助選擇運動方向，從而可以縮短輔助轉位時間。 回轉刀架動作過程是：首先讓油缸進油，隨著刀架抬起，刀架中的上下齒盤脫離。凸輪受轉動馬達作用帶動從動盤運轉，然后回轉盤通過裝置上八個工位的的圓柱銷在凸輪輪廓中回轉。而當?shù)竭_特定位置時，預定位缸中的活塞桿及時伸出并進入刀架轉塔空中，從而實現(xiàn)預定位的目的。預定位后，通過缸的下腔進油被夾緊，此時刀架回落，上齒盤與下齒盤相互配合，為了精確定位而進行嚙合。然后預定位缸中的活塞桿就可以從轉刀架塔上撤回，繼續(xù)等待下一次的定位。 （a） （b） 圖 4.2 凸輪間歇機構展開圖 （1）凸輪直線段輪廓寬度 b 的計算： 圖 4.2 所示即為圓柱凸輪間歇運動機構，這種機構用于兩相錯軸間的分度傳動。圖 4.2（a）為其仰視圖，圖 4.2（b）為其展開圖。如圖所示，為了實現(xiàn)可靠定位，在停歇階段從動盤上相鄰的兩個柱銷必須同時貼在凸輪直線輪廓的兩側。為此，凸輪輪廓上直線段的寬度應等于相鄰兩柱銷表面內側之間的最短距離，即 b = 2R2 sina- d （4.1） 式中， R2 為從動盤上注銷中心圓半徑；a為柱距半角，即a=p? z2 ； z2 為從動盤的柱銷數(shù)；d 為柱銷直徑。 R2 =90mm； z2 =8；a=p? z2 =45?；d=4.5mm； b = 2R2 sina- d =23.8mm （2）凸輪其余各部分尺寸的確定 ①在本次設計中綜合考慮各部分結構，選擇凸輪輪廓外徑 D2 =100mm?？紤]的因素主要是因為凸輪直徑與壓力角相關，一般來說在條件允許的情況下，為了回轉輪驅動方便，直徑越大越好，壓力角越小越好。 ②凸輪升程等于兩個柱銷間的距離： 2R sina= 2 ′ 9 ′ sin p ? 68.88mm 1 8 其中 S——凸輪的升程 ③凸輪滾道中心線軌跡為正弦曲線，其升程 S=68.88mm。所以該曲線方程為： y = 68.88 sin? 2a- p? ? ÷ 3 2 2 è ? CK3263B 數(shù)控車床轉塔刀架的設計 a的范圍為 0～ 2p。 3 整個凸輪在前 270°為曲線輪廓，后 90°為直線輪廓，如圖 4.3 所示。為了便于在兩端開口處引入柱銷滾子可各加上 15°的引入端。 圖 4.3 凸輪曲線輪廓示意圖 凸輪曲線輪廓寬度 b 1 應小于兩個柱銷之間的距離 b ， 設計中取凸輪總寬度 B=154mm。這樣二個凸輪曲線段寬度: b = 1 B - 1 b - d = 1 ′154 - 1 ′ 23.8 - 45 = 23.7mm 1 2 2 2 2 b1 ￡ b 這樣就保證了在回轉輪分度時，柱銷不與凸輪凸起輪廓部分發(fā)生干涉。 4.2 定位機構設計 作為轉塔刀架的重要零件，上齒盤和下齒盤有以下技術要求：（1）除了接觸不良齒，要求兩盤嚙合時接觸齒數(shù)應該在 90%以上，齒高接觸在嚙合高度的 85%以上。（2）齒寬接觸率應該在 70%以上，采用 40 Cr 作為齒盤的材料，并且要在齒部滲氮，然后再進行磨齒加工。（3）安裝基準端面對分度時，精密齒盤應該選擇 0.01mm 的平行度，普通齒盤選擇 0.01~0.04mm 的平行度。（4）在安裝基準軸線相對分度中心時，精密齒盤應該選擇 0.01mm 內的位置度，普通齒盤選擇選擇 0.02~0.04mm 的位置度。齒盤的精度決定了刀架的優(yōu)良程度，只有嚴格按照以上要求設計，才能保證齒盤的剛度和精度。 而在本次設計中，因為采用了安裝標準直齒齒盤的刀架，液壓系統(tǒng)中的變量泵可以獲得滿足刀架剛度的鎖緊力，因此嚙合深度應該選擇 3mm，這一設計也可減少活塞的行程，節(jié)省功率。 CK3263B 數(shù)控車床轉塔刀架的設計 齒盤外徑 d：齒盤外徑的大小在設計的過程中需要考慮其所處的空間局限，通常情況下在齒盤所處空間允許的條件下，把齒盤的外徑設計的越大則其優(yōu)勢越明顯，因為齒盤分度和定位機構的穩(wěn)定性與齒盤的外徑大小呈現(xiàn)正相關的關系，結合具體的轉塔刀架的總體結構以及外徑系列，最終確定齒盤外徑為 320mm。 齒數(shù) z：如果齒盤半徑選定為 320mm，則齒數(shù)為 72，最小分度角分別為 5?和 6?，根 據(jù)具體的設計方案，動力刀架工位數(shù)是 8，每轉動一個工位動盤要相應的轉過 45?，一個工位動盤轉過的角度理論上為最小分度角的整數(shù)倍，因此根據(jù)這一關系最小分度角舍 棄 6?，進而選取 5?為最小分度角，齒數(shù)則選取 72。 其他參數(shù)查《機械設計手冊》[6]得出以下尺寸: 齒數(shù)z=72 按 320展開 圖 4.4 齒盤齒形 32 5 主要設計計算及校核 5.1 轉塔夾緊力的計算[7] CK3263B 型數(shù)控車床技術參數(shù)見下表 5.1。 表 5.1 CK3263B 型數(shù)控車床技術參數(shù)表 轉塔的定位需要由兩個齒圈上的齒互相咬合來實現(xiàn)。此時，齒側面上產(chǎn)生過盈。定位器的剛度和抗震性能根據(jù)卡緊力以及切削力的方向確定，在此卡緊力用 P3 表示。在齒 數(shù)結合參數(shù)和負荷確定的條件下，會有一個確定的卡緊力值，在該值下卡緊力為最優(yōu)， 卡緊力下降轉塔的剛度會有明顯的變化，同樣的提高卡緊力其剛度的變化幾乎不變。 比壓在轉塔夾緊定位副一對齒盤的接觸面產(chǎn)生。當轉塔施加偏心載荷后，比壓會根據(jù)具體的情況再一次的分布。比壓會有一個極限值，如果低于這個數(shù)值的話，接觸面的剛度值驟然減少。夾緊力的大小取值可以依據(jù)接觸面上最小負載總的最小允許比壓值來計算得出。 根據(jù)公式： P = [q ]F + P + [ (M 2 + M 2 )+ M tga] 3 min Q z x y z （5.1） 式中： P3 ——轉塔夾緊力 Rcp ——齒盤平均半徑（因齒盤的齒數(shù)比其直徑小的多，內徑與外徑上的比壓差別不大，因此計算可取位于平均半徑上的相應點進行） pz ——主切削力 [ qmin ]——接合面最小負載總最小允許比壓 M x 、 M y 、 M z ——切削力在齒盤接合面處的扭矩 FQ ——接合面在平面 Q 上的投影面積 平面 Q——齒圈內外圓柱體中截取的環(huán)平面 FQ = 2bhztga 其中： b——齒長，為 15mm h——平均嚙合深度，為 3.181mm z——齒數(shù)為 72 a——齒形半角，為 45° b——接觸不平均和不連續(xù)的利用系數(shù)，取 0.5 則可計算出：  （5.2） Q F = 2 ′15′ 3.181′ 48′ 0.5′ tg45° = 2290.32mm2 對于 CK3263B 數(shù)控車床來說設計最大主切削力: Pz =1000kgf. 根據(jù)一般情況下，車削力的分布規(guī)律： Pz : Py : Px =1:0.4:0.25 則： Pz =1000kgf Py =400kgf Px =250kgf 設： xp y p z p 為切削點到齒盤嚙合平面中心為原點的坐標軸的距離 圖 5.1 轉塔刀架受力示意圖 根據(jù)刀架結構安排： xp =-365mm y p =-35mm z p =50mm ?。航雍厦孀钚∝撦d點最小允許比壓[q 則計算出：  min ]= 10kgf / cm2 M x = Pz × y p + Py × z p = 1000 ′ (- 35)+ 400 ′ 50 = -15000kgf × mm M y = Pz × xp + Px × y p = 1000 ′ (- 365)- 250 ′ 50 = 352500kgf × mm M z = Py × xp + Px × y p = 400 ′ (- 365)- 250 ′ (- 35) = -137250kgf × mm 所需夾緊力 P3 : P 3 10′10 - 2′ 2290.32 +1000 + 1 é +1.3725′105′ tg45°ù 3 480 ê? ú? =2249.9kgf 即當轉塔夾緊力大于 2249.9kgf 時，刀架系統(tǒng)具有足夠的剛性和抗振性。 5.2 油缸尺寸計算 （1）根據(jù)刀架所需夾緊力來確定油缸內徑： 當液壓系統(tǒng)油壓為 P = 30kgf / cm2 時，所需油缸活塞的有效工作面積： F0 = P3 / P = 2249.9/30 = 75cm 根據(jù)結構需要活塞桿直徑d0 = 16.5cm 左右，則油缸內徑： D0 = = = 19.18cm 根據(jù)結構需要取油缸內徑 D0 = 30cm 可滿足夾緊力的要求。 （2）油缸壁厚的計算根據(jù)公式： d3 D0 2 式中:d——油杠壁厚 [d]——許用應力，取為600kgf / cm2 y y p ——試驗應力( p = 1.2 p = 1.2′ 30 = 36kgf / cm2 ) D0 = 30cm  （5.3） 則d3 30 2 600 + 0.4 ′ 36 -1 600 -1.3′ 36 d3 0.807cm 現(xiàn)取油缸壁厚d=3cm（根據(jù)結構需要）完全滿足強度要求。 5.3 柱銷強度校核 刀盤的分度轉動的時候，回轉輪的轉動可以經(jīng)由凸輪帶動撥動柱銷實現(xiàn)，因此可見柱銷起到了傳動的作用，所以對于柱銷強度的校核十分重要。 （1）轉位時刀盤所需最大扭矩計算： 在設計中 1.5 秒的時間要轉動一個工位，根據(jù)齒盤的大小可得出此時凸輪正好經(jīng)過 一周，也就是凸輪轉過 360 度，理論上凸輪曲線是正弦曲線，根據(jù)正弦曲線的數(shù)學特征， 在凸輪運動 240 度的時候，回轉輪的加速度和角加速度在該點處是零，在凸輪的起終點的時候凸輪的速度正好為零，速度為零的時候其對應的加速度和角速度最大，加速度和角速度決定其受力的大小，當這兩個值取值最大的時候，柱銷受力達到極值，此時刀盤所受的扭矩 M max 。 ①柱銷運動方程為： y = 34.22 sin? 2wt - p? = é ?p- 2wt ?ù = -34.22 cos? 2wt ? ? 3 2 ÷ 34.22sin ê- ? 2 3 ÷ú ? 3 ÷ è ? 柱銷的速度： ? è ?? è ? 3 è ? v = dy = 2 w′ 34.22 sin? 2 wt ? dt 3 ? ÷ 柱銷的加速度： 2 a = d y = 4 w2 ′ 34.22 cos? 2 wt ? dt 2 9 ? ÷ è 3 ? 因為凸輪是等速旋轉：a= wt 當a= 2p t = 1.5 = 3 s 2 CK3263B 數(shù)控車床轉塔刀架的設計 則w= a = 2p = 4prad/s，在起始點：t=0 t 3 3 2 則 v = 2w′ 34.22sin? 2p? = 0 ? ÷ 3 3 è ? a = 4w2 ′ 34.22 cos? 2wt ? = 253.55mm / s2 ? ÷ 3 9 è ? 柱銷沿半徑切線方向的加速度a’為： a' = a sin 22.5° = 253.55 ′ sin 22.5° = 97.03mm / s2 ? 9.7cm / s2 此時刀盤系統(tǒng)的角加速度： b = a ' R1 = 9.7 = 9 1.03rad/s 2 在凸輪曲線段中點:a= 3p, t = 9 s 4 16 則 v = 2w′ 34.22 sin? 2wt ? ? ÷ 3 3 è ? = 2 ′ 4 p′ 34.22 sin? 2 ′ 4 p′ 9 ? ? ÷ 3 ? 3 3 è 3 16 = 8 p′ 34.22 sin p = 95.51mm / s 9 2 a = 4 w2 ′ 34.22 cos? 2 wt ? 9 4 ? 4 ?2 ? ÷ 3 è ? ? ? 2 4 9 ? = ′ ? p÷ 9 è 3 ? ′ 34.22 cos? ′ è 3 3 p′ 16 ÷ 4 ? 4 ?2 p = ′ ? p÷ 9 è 3 ? ′ 34.22 cos 2 = 0 此時刀盤系統(tǒng)的角加速度： b= 0 在凸輪曲線段終點：a= 3p 2 則v = 2w′ 34.22 sin? 2wt ? ? t = 9 s 8 3 ? ÷ 3 è ? = 2 ′ ? 4 p? ′ 34.22 sin? 2 ′ 4 p′ 9 ? ? ÷ ? ÷ 3 3 8 3 3 è ? è ? = 8p′ 34.22 sinp= 0 9 CK3263B 數(shù)控車床轉塔刀架的設計 a = 4 w2 ′ 34.22 cos? 2 wt ? ? 3 9 è 4 ? 4 ?2 ÷ ? ? 2 4 9 ? = ′ ? p÷ 9 è 3 ? ′ 34.22 cos? ′ p′ ÷ 5 è 3 3 ? = -253.55mm / s2 a' = a sin 22.5° = -253.55 sin 22.5° = -97.03mm / s2 = -9.7cm / s2 此時刀盤系統(tǒng)的角加速度b為 b = a ' R1 = - 9.7 = 9 1.08rad/s 2 ②刀盤系統(tǒng)的轉動慣量 5 J = ? Ji = ( J1 + J2 + J3 + J4 + J5 )K i=1 式中： J1 ——回轉盤的轉動慣量 J2 ——中心花鍵軸的轉動慣量 J3 ——回轉輪的轉動慣量 J4 ——頂面軸承蓋的轉動慣量 J5 ——機蓋的轉動慣量 K ——考慮附具的影響系數(shù)，取 K=1.3 根據(jù)轉動慣量計算公式： r3 J = ò r 2dm = ò r 2rh2prdr  （5.4） m r1 （5.5） 1’回轉盤的轉動慣量 J1 : 1 12.5 ' 2 ' -3 ( 4 4 ) 2 J1 = ò r 10 rh1 2prdr = 2 ′ 7.8 ′10 ′ 3.3 ′p12.5 -10 = 16864.45 kgcm 1 12.5 ' 2 ' -3 ( 4 4 ) 2 J2 = ò r 3.1 rh2 2prdr = 2 ′ 7.8′10 ′ 2.5 ′p12.5 - 3.1 = 2371.37 kgcm 1 5.5 2 ' -3 ( 4 4 ) 2 J3 ' = ò r 3.5 5 rh3 2prdr = 2 ′ 7.8′10 ′ 2.5 ′p5.5 - 3.5 = 80.21kgcm i 1 J = ? J ' = 16864.45 + 2371.37 + 80.21 = 19316.03 kgcm 2 1 圖 5.2 回轉盤 2’中心花鍵軸的轉動慣量 J2 : 圖 5.3 中心花鍵軸 CK3263B 數(shù)控車床轉塔刀架的設計 1 2.1 ' 2 ' -3 ( 4 4 ) 2 J1 = ò r 1.35 rh1 2prdr = 2 ′ 7.8 ′ 9.6 ′10 ′p 2.1 -1.35 = 18.97kgcm 3 ' 2 ' 1 -3 ( 4 4 ) 2 J 2 = ò r 1.35 rh2 2prdr = 2 ′ 7.8 ′10 ′ 2.5 ′p 3 -1.35 = 23.79 kgcm 1 2.1 ' 2 ' -3 ( 4 4 ) 2 J3 = ò r 1.35 ? 3 rh3 2prdr = 2 ′ 7.8′10 ′ 2.38 ′p 2.1 -1.35 = 4.7kgcm 2 J = J ' = 18.97 + 23.79 + 4.7 = 47.46kgcm 2 i 1 3’回轉輪的轉動慣量 J3 : 圖 5.4 回轉輪 J3 = 9 ò r 3.5 2rh 2prdr = 1 ′ 7.8 ′10-3 3 2 ′ 3′p(94  - 3.5 4 )= 2356.44 kgcm 2 4’頂面軸承蓋的轉動慣量 J4 : 圖 5.5 軸承蓋 1 9.5 ' 2 ' -3 ( 4 4 ) 2 J1 = ò r 2.25 rh1 2prdr = 2 ′ 7.8 ′10 ′1.3 ′p′ 9.5 - 2.25 = 1293.25 kgcm 1 11.5 ' 2 ' -3 ( 4 4 ) 2 J 2 = ò r 2.25 rh2 2prdr = 2 ′ 7.8 ′10 ′ 0.6 ′p11.5 - 2.25 = 1283.87 kgcm 4 1 2 J = J ' + J ' = 1293.25 + 1283.87 = 2577.12 kgcm 2 5’機蓋的轉動慣量 J5 ： 圖 5.6 機蓋 ò 1 17.5 ' ' 1 1 2 J = r 2rh 2prdr = 0 ′ 7.8′10-3 ′1′p′17.54 = 11491 .23kgcm 2 1 17.5 ' 2 ' -3 ( 4 4 ) 2 J 2 = ò r 16.5 rh2 2prdr = 2 ′ 7.8 ′10 ′ 21′p′ 17.5 -16.5 = 50607.64 kgcm 5 1 2 J = J ' + J ' = 11491.23 + 50607.64 = 62098.87kgcm2 6’刀盤系統(tǒng)的轉動慣量： 5 J = ? Ji i=1 = ( J1 + J2 + J3 + J4 + J5 )K = 112314.7 kgcm2 = 11.2kgm2 = M  max = Jb M maz = 11.2 ′1.08 ′100 = 1209.6kgfcm （2）柱銷彎曲應力計算 轉位時只有一個柱銷受力，可將柱銷簡化成一個懸臂梁，見圖 5.7。 CK3263B