2-CK6130車削中心動(dòng)力轉(zhuǎn)塔刀架設(shè)計(jì)

2-CK6130車削中心動(dòng)力轉(zhuǎn)塔刀架設(shè)計(jì),ck6130,車削,中心,動(dòng)力,刀架,設(shè)計(jì) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告題目：CK6130車削中心動(dòng)力轉(zhuǎn)塔刀架設(shè)計(jì)與三維制作 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告學(xué)生姓名學(xué) 號(hào)專 業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師姓名職 稱所在院系課題來源自擬課題課題性質(zhì)課題名稱CK6130車削中心動(dòng)力轉(zhuǎn)塔刀架設(shè)計(jì)及三維制作畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和意義 畢業(yè)設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容： 1、動(dòng)力轉(zhuǎn)塔刀架的整體結(jié)構(gòu)，換刀的步驟，刀具的傳動(dòng)方式 2、間隙分度機(jī)構(gòu)中圓柱凸輪分度機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算(八個(gè)工位) 3、單作用液壓缸的計(jì)算及設(shè)計(jì)(刀架的軸向力夾緊力) 4、減速電機(jī)的選擇，變頻電機(jī)的選擇用于刀具的旋轉(zhuǎn)(500-750W,2極) 5、端齒盤的設(shè)計(jì)及刀位的檢測(cè)裝置選用并掌握其工作原理 6、三維制作及裝配 7、撰寫畢業(yè)論文 本課題研究的意義： 在機(jī)械領(lǐng)域中，數(shù)控機(jī)床解決了很多普通機(jī)床所不能加工的復(fù)雜、精密的各種零件，有效的提高了生產(chǎn)效率。隨著我國綜合國力的進(jìn)一步加強(qiáng)和加入世貿(mào)組織，我國經(jīng)濟(jì)全面與國際接軌，并逐步成為全球制造中心，從數(shù)控技術(shù)這行業(yè)體現(xiàn)出了我國的“效率”和“創(chuàng)新”兩大特點(diǎn)，注重科學(xué)實(shí)驗(yàn)，理論與實(shí)際相結(jié)合。數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架是加工中心、數(shù)控車床必備的機(jī)床附件，尤其適用全功能數(shù)控車床。當(dāng)前，數(shù)控機(jī)床發(fā)展迅猛，一方面向高速、高效、高精度方面發(fā)展，同時(shí)，在制造行業(yè)中廣泛存在原有設(shè)備的數(shù)控改造和系統(tǒng)升級(jí)問題。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。國內(nèi)數(shù)控車床轉(zhuǎn)塔刀架的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)都是依賴先進(jìn)國家的，而且產(chǎn)品的性能方面跟國外還有一定的差距，期待開發(fā)設(shè)計(jì)一種性能最優(yōu)，最有實(shí)用價(jià)值的轉(zhuǎn)塔刀架，來適應(yīng)市場，替代進(jìn)口產(chǎn)品低價(jià)位的數(shù)控車床用轉(zhuǎn)塔刀架，占領(lǐng)國內(nèi)市場，并達(dá)到國際領(lǐng)先水平，為國產(chǎn)機(jī)床工業(yè)的發(fā)展作出貢獻(xiàn)。 本次設(shè)計(jì)的動(dòng)力轉(zhuǎn)塔刀架的刀架抬起和夾緊是通過氣液增壓缸來實(shí)現(xiàn)的，成本比較低，而且自鎖可靠、密封性好、安全。刀架轉(zhuǎn)位采用圓柱凸輪分度機(jī)構(gòu)，用單作用液壓缸抬起刀架，同時(shí)通過碟形彈簧復(fù)位壓緊；采用端齒盤來進(jìn)行精確定位；用變頻電機(jī)通過齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)刀具旋轉(zhuǎn)。英文期刊文章引用：作者. 題名. 期刊名, 出版年份，期號(hào)：起止頁碼文獻(xiàn)綜述 隨著科學(xué)技術(shù)和社會(huì)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的性能、質(zhì)量、生產(chǎn)率和成本提出了越來越高的要求，并隨著汽車、飛機(jī)和導(dǎo)彈制造業(yè)的迅速發(fā)展，原來的加工設(shè)備已無法承擔(dān)加工航空工業(yè)需要的復(fù)雜型面零件。數(shù)控技術(shù)是為了解決復(fù)雜型面零件加工的自動(dòng)化而生產(chǎn)的。為了滿足市場和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要，為了達(dá)到現(xiàn)代制造技術(shù)對(duì)數(shù)控技術(shù)提出的更高的要求，當(dāng)前的數(shù)控技術(shù)及其裝備正朝著高速、高效和高精度、高可靠性、模塊化、智能化、柔性化和集成化、開放性、出現(xiàn)新一代數(shù)控加工工藝與裝備這幾個(gè)方向發(fā)展1?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要目標(biāo)是為了進(jìn)一步降低價(jià)格，增加可靠性，拓寬功能，提高操作舒適性，提高集成性，提高系統(tǒng)的柔性和開放性，減小體積，提高數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)能力2。最終研制開發(fā)出軟、硬件都具有開放式機(jī)構(gòu)的智能化全功能通用數(shù)控裝置。我國目前還沒有制定出開放式數(shù)控系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，但從“八五”開始也對(duì)此作了一些有益的探索工作，并開發(fā)出具有我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)，特別是提出開發(fā)中華型和航天型兩個(gè)基本系統(tǒng)及系列產(chǎn)品，并利用基本系統(tǒng)發(fā)揮我國的軟件優(yōu)勢(shì)，實(shí)施平臺(tái)戰(zhàn)略，發(fā)展我國的數(shù)控軟件的指導(dǎo)思想。多軸車床中心在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中是很重要的，機(jī)床的復(fù)雜結(jié)構(gòu)會(huì)引起刀具位移不精密，從而導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)參數(shù)誤差，產(chǎn)生制造誤差、裝配誤差、或準(zhǔn)靜力誤差。機(jī)床的正確數(shù)理分析對(duì)發(fā)現(xiàn)這些源頭誤差是很有必要的3。車削中心是以車削加工中心模式為主，添加動(dòng)力刀頭后又可進(jìn)行銑削加工模式的“車、銑合一”的切削加工類型的機(jī)床 4。一般數(shù)控車床的轉(zhuǎn)塔刀架只是純粹的進(jìn)行車，鉆等加工項(xiàng)目。在熟悉車削中心的基礎(chǔ)上，掌握各工作原理，區(qū)別于其他一般的數(shù)控車床，普通刀架一般的只是用于工序較少，精度要求不高，而且只能車削回轉(zhuǎn)零件的場合，但是車削中心在一次裝夾中能夠完成多道工序的加工任務(wù)，結(jié)合了“車銑合一”的原則，這就要求轉(zhuǎn)塔刀頭能在各個(gè)工位提供多個(gè)軸線的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使加工范圍進(jìn)一步的擴(kuò)大，從而大大提高了加工精度和生產(chǎn)效率。這種多工序的加工中心，必然需要使用多種刀具，因此對(duì)自動(dòng)換刀裝置有較高的要求，以實(shí)現(xiàn)換刀時(shí)間短、刀具重復(fù)定位精度高、足夠的刀具儲(chǔ)備量、占地面積小、安全可靠等特性5。對(duì)于一般的數(shù)控車床刀架設(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?，F(xiàn)有的數(shù)控刀架有數(shù)控轉(zhuǎn)塔式（立式和臥式）和直排式刀架。刀架換刀可分為排刀式刀架，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床方刀架，一般轉(zhuǎn)塔回轉(zhuǎn)刀架，電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)的轉(zhuǎn)塔刀架，液壓驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)塔刀架，車削中心的動(dòng)力刀具。立式數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架是回轉(zhuǎn)軸線與安裝基面垂直，可裝夾多把刀具或工具，采用數(shù)字信息指令控制轉(zhuǎn)位的刀架，它常采用4和6兩種工位，按性能可分為驅(qū)動(dòng)，通過減速機(jī)構(gòu)，行星機(jī)構(gòu)，馬氏機(jī)構(gòu)或凸輪機(jī)構(gòu)來完成刀架的松開、抬起、轉(zhuǎn)位和夾緊等動(dòng)作；它可按主機(jī)的編程要求完成刀架的自動(dòng)換刀動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床加工程序的自動(dòng)化和高效化。而臥式數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架為一種回轉(zhuǎn)軸線與安裝基面平行的，可裝夾多把刀具或工具，采用數(shù)字信息指令控制的刀架。它利用裝夾于刀盤上的非動(dòng)力刀夾和動(dòng)力刀夾來夾持各種不同用途的刀具或工具，刀盤根據(jù)機(jī)床編程的指令轉(zhuǎn)過若干個(gè)工位，來實(shí)現(xiàn)主機(jī)的自動(dòng)換刀動(dòng)作；車削中心的動(dòng)力刀架可安裝各種非動(dòng)力輔助刀夾和動(dòng)力刀夾進(jìn)行切削，刀架采用端齒分度，轉(zhuǎn)位由三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，刀位由二進(jìn)制絕對(duì)編碼器識(shí)別，動(dòng)力刀具由交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過同步齒形帶等將動(dòng)力傳遞到刀夾。液壓驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)塔刀架，是利用液壓缸夾緊，液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)分度，端齒盤副定位，當(dāng)?shù)都芙邮盏睫D(zhuǎn)位指令后，液壓油進(jìn)入液壓缸的右腔，通過活塞推動(dòng)中心軸將刀盤左移，使定位副端齒盤脫離嚙合狀態(tài)，為轉(zhuǎn)位作好準(zhǔn)備。當(dāng)?shù)侗P處于完全脫開位置時(shí)，行程開關(guān)發(fā)出轉(zhuǎn)位信號(hào)，液壓馬達(dá)帶動(dòng)轉(zhuǎn)位凸輪旋轉(zhuǎn)，凸輪依次推動(dòng)回轉(zhuǎn)盤上的柱銷，使回轉(zhuǎn)盤通過鍵帶動(dòng)中心軸及刀盤做分度運(yùn)動(dòng)。凸輪每轉(zhuǎn)一周撥過一個(gè)柱銷，使刀盤旋轉(zhuǎn)1/n周（n為刀架的工位數(shù)）。中心軸的尾端固定著一個(gè)有n個(gè)齒的凸輪，當(dāng)中心軸和刀盤轉(zhuǎn)過一個(gè)工位時(shí)，凸輪計(jì)數(shù)開關(guān)一次，開關(guān)將此信號(hào)送入控制系統(tǒng)。當(dāng)?shù)侗P旋轉(zhuǎn)到預(yù)定工位時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)使液壓馬達(dá)剎車，轉(zhuǎn)位凸輪停止運(yùn)動(dòng)，刀架處于預(yù)定位狀態(tài)。與此同時(shí)，液壓缸左進(jìn)油，通過活塞將中心軸拉回，端齒盤副嚙合。精確定位，刀盤便完成定位和夾緊動(dòng)作。刀盤夾緊后，中心軸尾部壓下發(fā)出轉(zhuǎn)位結(jié)束信號(hào)6-7。液壓缸的結(jié)構(gòu)可分為缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、緩沖裝置和排氣裝置五個(gè)部分8。其中刀架的轉(zhuǎn)位是通過圓柱凸輪間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的，這種凸輪機(jī)構(gòu)可以通過調(diào)整凸輪與轉(zhuǎn)盤中心距來消除滾子與凸輪突脊接觸的間隙，傳動(dòng)可靠、平穩(wěn)，轉(zhuǎn)盤可以實(shí)現(xiàn)任何運(yùn)動(dòng)規(guī)律，以適應(yīng)高轉(zhuǎn)速要求；可以改變凸輪曲線槽所對(duì)應(yīng)的角，改變轉(zhuǎn)動(dòng)與停歇時(shí)間比值；轉(zhuǎn)盤停歇時(shí)，一般就依靠凸輪棱進(jìn)行定位，不需要附加定位裝置，但凸輪加工要求精度高9。 想要加工出精度較高的零件，不僅對(duì)于刀架的轉(zhuǎn)位精度要求高，而且對(duì)于刀具的選擇也很有講究。車削中心動(dòng)力刀架一般以車削為主的形式，再附加銑削為輔的綜合加工，車刀按加工表面一般可分為外圓車刀、端面車刀、切斷車刀、螺紋車刀和內(nèi)孔車刀等；按結(jié)構(gòu)類型分為整體式、焊接式、機(jī)夾式、可轉(zhuǎn)位式。車削時(shí)，由于刀具幾何形狀的不同和輪廓變化將影響到加工精度，這些都可以通過電腦模擬仿真來查看一系列的誤差并加以修改10。銑刀一般分為尖齒銑刀、可轉(zhuǎn)位面銑刀、鏟齒成形銑刀等11。數(shù)控編程加工也具有很大的靈活性，對(duì)同一個(gè)加工對(duì)象，將會(huì)有不同的加工方案，也就有不同的加工程序。數(shù)控加工是通過數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行程序來控制機(jī)床的運(yùn)行的，而程序簡單地說就是在加工前用規(guī)定的指令代碼描述加工所需要的各種操作計(jì)劃信息的指令集合。從而總結(jié)出以下優(yōu)點(diǎn)：（1）加工精度高；（2）加工生產(chǎn)率高；（3）加工適應(yīng)性好；（4）加工勞動(dòng)強(qiáng)度低；（5）良好的經(jīng)濟(jì)效益；（6）有利于生產(chǎn)管理現(xiàn)代化12。 總之，數(shù)控技術(shù)給機(jī)械制造業(yè)帶來了革命性的變化。數(shù)控技術(shù)集成了傳統(tǒng)的機(jī)械制造技術(shù),計(jì)算機(jī)技術(shù),成組技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù),傳感檢測(cè)技術(shù) ,信息處理技術(shù),網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù),液壓氣動(dòng)技術(shù),光機(jī)電技術(shù)于一體,是現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)和核心。 參考文獻(xiàn)：1、蔡厚道數(shù)控機(jī)床構(gòu)造北京：北京理工大學(xué)出版社，2007.2：1-52、汪木蘭數(shù)控原理與系統(tǒng)北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.7：264-2753、Mahbubur Rahman *, 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Reddy, Richard E. DeVor *, Shiv G. Kapoor.A mechanistic force model for combined axial-radial contour turning.International Journal of Machine Tools & Manufacture 41(2001) 1551-1572 11、陸劍中，孫家寧金屬切削原理與刀具北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.1: 91-96,167-180 12、張思弟,賀曙新數(shù)控編程加工技術(shù)北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2005.5: 2-5 研究內(nèi)容、對(duì)車削中心進(jìn)一步熟悉和認(rèn)識(shí)車削中心是以車削加工中心模式為主，添加動(dòng)力刀頭后又可進(jìn)行銑削加工模式的車-銑合一的切削加工類型，使加工范圍進(jìn)一步的擴(kuò)大。2、動(dòng)力轉(zhuǎn)塔刀架的整體結(jié)構(gòu)，換刀的步驟，刀具的傳動(dòng)方式動(dòng)力轉(zhuǎn)塔刀架的整體結(jié)構(gòu)為液壓驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)塔刀架，分為抬起、轉(zhuǎn)位、夾緊三個(gè)步驟，其中抬起和夾緊是通過氣液增壓缸來實(shí)現(xiàn)的，轉(zhuǎn)位是通過圓柱凸輪分度機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的，而凸輪機(jī)構(gòu)是通過電機(jī)來驅(qū)動(dòng)的。3、間隙分度機(jī)構(gòu)中圓柱凸輪分度機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算(八個(gè)工位)圓柱凸輪分度機(jī)構(gòu)是由凸輪、轉(zhuǎn)盤、機(jī)架組成。當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過曲線槽所對(duì)應(yīng)的角度時(shí)，凸輪曲線槽推動(dòng)滾子使轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過相鄰兩滾子所夾的中心角，當(dāng)凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)過其余角度時(shí)，轉(zhuǎn)盤靜止不動(dòng)。這樣，就實(shí)現(xiàn)了該機(jī)構(gòu)的間歇運(yùn)動(dòng)。4、單作用液壓缸的計(jì)算，設(shè)計(jì)(刀架的軸向力夾緊力)通過液壓來推動(dòng)刀架軸運(yùn)動(dòng)，自鎖性可靠，密封好。、減速電機(jī)的選擇(刀架的轉(zhuǎn)動(dòng))，變頻電機(jī)的選擇用于刀具的旋轉(zhuǎn)(500-750W,2極)根據(jù)安裝條件選定，主要選擇電機(jī)類型、結(jié)構(gòu)、容量、轉(zhuǎn)速、最后確定電機(jī)型號(hào)和規(guī)格。6、端齒盤的設(shè)計(jì) 端齒盤分為靜端齒盤和動(dòng)端齒盤兩種，可以通過其整體結(jié)構(gòu)計(jì)算然后選擇外購。7、刀位的檢測(cè)裝置選用并掌握其工作原理檢測(cè)刀位信號(hào)，當(dāng)上刀體轉(zhuǎn)到某一刀位時(shí)，磁鋼與發(fā)信盤相對(duì)應(yīng)，該刀位為低電平。與系統(tǒng)的輸入指令性比較，當(dāng)實(shí)際刀號(hào)與輸入指令相一致，則轉(zhuǎn)到位向系統(tǒng)發(fā)出到位信號(hào)，若不一致則繼續(xù)找刀，如果某個(gè)刀位上得霍爾開關(guān)損壞，數(shù)控裝置將檢測(cè)不到刀位信號(hào)，會(huì)造成刀架體連續(xù)旋轉(zhuǎn)。不定位。、繪制三維圖形研究計(jì)劃研究周期與時(shí)間安排畢業(yè)設(shè)計(jì)起止日期：3.106.13 (第三周第十六周) 第一階段 (3.10-3.21)：熟悉課題，收集借閱有關(guān)資料，粗?jǐn)M開題報(bào)告；第二階段 (3.24-3.28)：完成開題報(bào)告；第三階段 (3.31-4.4)：構(gòu)思總體設(shè)計(jì)方案；第四階段 (4.7-4.18)：CK6130車削中心動(dòng)力轉(zhuǎn)塔刀架總圖設(shè)計(jì)；第五階段 (4.21-4.25)：中期檢查；第六階段 (4.28-5.9)：傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和分度機(jī)構(gòu)零件圖設(shè)計(jì)；第七階段 (5.12-5.16)：階段檢查、整改和完善；第八階段 (5.19-5.23)：翻譯有關(guān)英文資料；第九階段 (5.26-5.30)：論文定稿；第十階段 (6.2-6.13)：整理資料并進(jìn)行答辯。 特色與創(chuàng)新 本論文特色與創(chuàng)新如下：1、 采用單作用液壓缸來實(shí)現(xiàn)刀架的抬起動(dòng)作；采用碟形彈簧復(fù)位夾緊，端齒盤實(shí) 現(xiàn)刀架精確定位。2、采用圓柱凸輪分度機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng)，其中從動(dòng)盤與刀架軸采用花鍵聯(lián)接，刀 架軸與刀架采用螺釘來固定，從而實(shí)現(xiàn)刀架的轉(zhuǎn)位動(dòng)作。 3、采用減速電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力刀具旋轉(zhuǎn)，刀具傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中采用齒輪傳動(dòng)來提高效率。指導(dǎo)教師意 見 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 教研室意見系部意見主任簽名： 年 月 日 教學(xué)主任簽名： 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）目錄前言1第一章 緒論31.1國內(nèi)外數(shù)控車床的研究狀況與成果31.2數(shù)控刀架的發(fā)展趨勢(shì)41.3 數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的開發(fā)應(yīng)用4第二章 數(shù)控車床自動(dòng)換刀裝置52.1概述52.2 ATC刀具自動(dòng)換刀形式62.3 數(shù)控車床刀架的功能、類型和滿足的要求72.3.1數(shù)控車床刀架的功能82.3.2數(shù)控機(jī)床刀架的類型82.3.3數(shù)控機(jī)床刀架應(yīng)滿足的要求9第三章 車削中心動(dòng)力刀架總體方案設(shè)計(jì)113.1調(diào)查研究與資料收集113.1.1 課題的調(diào)查研究113.1.2資料收集113.2動(dòng)力刀架的整體方案設(shè)計(jì)與選擇113.2.1 動(dòng)力刀架的整體方案設(shè)計(jì)113.2.2液壓驅(qū)動(dòng)的刀架工作原理123.2.3 刀架定位精度及重復(fù)定位精度133.3動(dòng)力刀架傳動(dòng)部分方案設(shè)計(jì)133.4 動(dòng)力刀架的分度機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)143.5動(dòng)力刀架動(dòng)力刀具方案設(shè)計(jì)153.5.1 齒輪傳動(dòng)的分類和特點(diǎn)163.5.2 齒輪傳動(dòng)類型選擇的原則17第四章 典型零件的設(shè)計(jì)和選用184.1動(dòng)力刀架傳動(dòng)部分184.1.1 刀架軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算184.1.2液壓缸的設(shè)計(jì)194.1.2.1 選擇液壓缸類型194.1.2.2 液壓缸內(nèi)徑D和活塞直徑d的計(jì)算204.1.3 碟形彈簧的計(jì)算及選用214.1.4軸承的選用224.1.5端齒盤的選用234.1.5.1端齒盤的應(yīng)用234.1.5.2端齒盤的特點(diǎn)244.1.5.3 端齒盤的設(shè)計(jì)244.2 動(dòng)力刀架的分度機(jī)構(gòu)部分254.2.1伺服電機(jī)的選用254.2.1.1伺服電機(jī)的分類264.2.1.2 伺服電機(jī)的一般選擇原則264.2.1.3伺服電機(jī)的選用264.2.2凸輪機(jī)構(gòu)的選用及計(jì)算304.2.2.1凸輪式間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及應(yīng)用304.2.2.2圓柱凸輪分度機(jī)構(gòu)參數(shù)確定314.3動(dòng)力刀架動(dòng)力刀具部分314.3.1交流伺服電動(dòng)機(jī)的選擇324.3.1.1概述324.3.1.2 伺服電機(jī)的性能324.3.2齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算及選用334.3.3軸承的選用35第五章 CK6130車削中心動(dòng)力轉(zhuǎn)塔刀架三維制作365.1 典型零部件實(shí)體制作365.1.1刀架軸的實(shí)體制作365.1.2刀盤的制作365.1.3齒輪制作375.1.4圓柱凸輪制作375.2 裝配圖、剖視圖、爆炸圖39第六章 總結(jié)42致謝43參考文獻(xiàn)：44前言 制造業(yè)是一個(gè)國家或地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱，其發(fā)展水平標(biāo)志著該國或地區(qū)經(jīng)濟(jì)的實(shí)力，科技水平，生活水準(zhǔn)和國防實(shí)力。國際市場的競爭歸根到底是各國制造生產(chǎn)能力及機(jī)械制造裝備的競爭。自從20世紀(jì)60年代世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床問世以來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、傳感檢測(cè)技術(shù)、信息處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和機(jī)械制造技術(shù)等各相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)已成為現(xiàn)代先進(jìn)制造系統(tǒng)(FMS，CIMS等)中不可缺少的基礎(chǔ)技術(shù)。由于機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)復(fù)雜，種類繁多?，F(xiàn)在數(shù)控機(jī)床的“使用難、維修難”問題，已經(jīng)是影響數(shù)控機(jī)床有效利用的首要問題。 工業(yè)發(fā)達(dá)國家都非常注重機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展，為了用先進(jìn)技術(shù)和工藝裝備制造業(yè)，機(jī)械制造裝備工業(yè)得到先發(fā)展。對(duì)比之下，我國目前機(jī)械制造業(yè)的裝備水平還比較落后，表現(xiàn)在大部分工廠的機(jī)械制造裝備基本上是通用機(jī)床加專用工藝裝備，數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造裝備中的比重還非常低，導(dǎo)致“剛性”強(qiáng),更新產(chǎn)品速度慢，生產(chǎn)批量不宜太小，生產(chǎn)品種不宜過多；自動(dòng)化程度基本上還是“一個(gè)工人，一把刀，一臺(tái)機(jī)床”，導(dǎo)致勞動(dòng)生產(chǎn)率低下，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。 因此，要縮小我國同工業(yè)發(fā)達(dá)國家的差距,我們必須在機(jī)械制造裝備方面大下功夫，其中最重要的一個(gè)方面就是增加數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造裝備中的比重1。 本課題為CK6130車削中心動(dòng)力轉(zhuǎn)塔刀架設(shè)計(jì)及三維制作，該刀架能夠在一次裝夾中完成多道工序，使加工范圍擴(kuò)大，大大提高了加工精度和生產(chǎn)效率。本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容為：1CK6130車削中心動(dòng)力轉(zhuǎn)塔刀架總體布局設(shè)計(jì)；2動(dòng)力刀架傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)；3動(dòng)力刀架分度機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；4動(dòng)力刀架刀具設(shè)計(jì)；5.外文資料的翻譯。分度機(jī)構(gòu)和動(dòng)力刀具部分設(shè)計(jì)是這次設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)內(nèi)容，同時(shí)也是難點(diǎn)。通過廣泛查閱文獻(xiàn)資料，參觀數(shù)控車床實(shí)物樣機(jī)以及與指導(dǎo)老師相互討論等途徑，擬定了如下的研究手段：回轉(zhuǎn)刀架的換刀分為刀盤抬起、刀架鎖緊和刀盤轉(zhuǎn)位三個(gè)動(dòng)作。其中刀盤抬起和刀架鎖緊由液壓來實(shí)現(xiàn)，而刀盤轉(zhuǎn)位則由伺服電機(jī)來驅(qū)動(dòng)。刀盤抬起動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)須經(jīng)以下步驟：數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出刀盤抬起命令液壓系統(tǒng)啟動(dòng)壓力油進(jìn)入液壓缸右腔活塞向左運(yùn)動(dòng)刀架主軸向左移動(dòng)端齒盤脫離嚙合刀盤抬起。刀盤轉(zhuǎn)位動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)順經(jīng)以下步驟：數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出刀盤轉(zhuǎn)位的命令伺服電機(jī)啟動(dòng)圓柱凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)刀架主軸轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)刀盤轉(zhuǎn)位。刀盤鎖緊動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)順經(jīng)以下的步驟： 數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出刀盤鎖緊順序動(dòng)作：碟形彈簧復(fù)位活塞向右運(yùn)動(dòng)刀架主軸向右移動(dòng)端齒盤嚙合實(shí)現(xiàn)刀盤鎖緊。 第一章 緒論1.1國內(nèi)外數(shù)控車床的研究狀況與成果 我國從1958年開始研究數(shù)控機(jī)床，一直到20世紀(jì)60年代中期還處于研制開發(fā)時(shí)期。當(dāng)時(shí)，一些高等院校，科研單位研制出試樣樣機(jī)，是從電子管起步的。 1965年，國內(nèi)開始研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)。20世紀(jì)60年代末至70年代初研制成了劈錐數(shù)控銑床，數(shù)控非圓齒輪插齒機(jī)。CIL18晶體管數(shù)控系統(tǒng)及Z53K1G立式數(shù)控銑床。 從20世紀(jì)70年代開始,數(shù)控技術(shù)在車，銑 ，鏜,磨，齒輪加工，電加工等領(lǐng)域全面展開，數(shù)控加工中心在上海，北京研制成功。但由于電子元器件的質(zhì)量和制造工藝水平差，致使數(shù)控系統(tǒng)的可靠性,穩(wěn)定性末行到解決，因此末能廣泛推廣。 20世紀(jì)80年代，我國從昌本發(fā)那科公司引進(jìn)了3,5,6,7等系列的數(shù)控系統(tǒng)和直流伺服電機(jī)，直流主軸電機(jī)等制造技術(shù)，以及引進(jìn)美國GE公司的MCI系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng)，德國西門子VS系列可控硅調(diào)速裝置，并進(jìn)行了商品化生產(chǎn).這些系統(tǒng)可靠性高，功能齊全。與此同時(shí)，還自行開發(fā)了3、4、5軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控系統(tǒng)以及雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)的同步數(shù)控系統(tǒng)(用于火焰切割機(jī))和新品種的伺服電機(jī)，推動(dòng)了我國數(shù)控機(jī)床穩(wěn)定發(fā)展，使我國數(shù)控機(jī)床在性能和質(zhì)量上產(chǎn)生了一個(gè)質(zhì)的飛躍。 1985年，我國數(shù)控機(jī)床的品種有了新的發(fā)展。數(shù)控機(jī)床品種不斷增多，規(guī)格齊全。許多技術(shù)復(fù)雜的大型數(shù)控機(jī)床，重型數(shù)控機(jī)床都相繼研制出來。為了跟蹤國外現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展，北京機(jī)床研究所研制出了JCS-FMS-1型和2型的柔性制造單元和柔性制造系統(tǒng)。這個(gè)時(shí)期，我國在引進(jìn)，消化國外技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了大量開發(fā)工作。一些較高檔次的數(shù)控系統(tǒng)(5軸聯(lián)動(dòng))，分辨率為0.02的高精度數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)字仿型數(shù)控系統(tǒng)為柔性單元配套的數(shù)控系統(tǒng)都開發(fā)出來了，并造出樣機(jī)。 我國的數(shù)控技術(shù)經(jīng)過“六五”，“七五”，“八五”，到“九五”的近20年的發(fā)展，基本上掌握了關(guān)鍵技術(shù)，建立了數(shù)控開發(fā)，生產(chǎn)基地，培養(yǎng)了一批數(shù)控人才，初步形成了自己的數(shù)控產(chǎn)業(yè)?！笆濉惫リP(guān)開發(fā)的成果：華中號(hào)、中華號(hào)、航天號(hào)和藍(lán)天號(hào)4種基本系統(tǒng)建立了具有中國自主版機(jī)的數(shù)控技術(shù)平臺(tái)。具有中國特色濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)經(jīng)過這些年來的發(fā)展，有了較大的提高。它們逐漸被用戶認(rèn)可，在市場上站住了腳2。 目前我國數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)廠有100多家，生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床配套產(chǎn)品的企業(yè)有300余家，產(chǎn)品品種包括八大類2000種以上。目前已新開發(fā)出數(shù)控系統(tǒng)80余種，分為3種型級(jí)，即經(jīng)濟(jì)型，普及型和高級(jí)型?！熬盼濉逼陂g數(shù)控機(jī)床發(fā)展已進(jìn)入實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化階段，數(shù)控機(jī)床新開發(fā)品種300余種，已有一定的覆蓋面。新開發(fā)的國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品大部分達(dá)到期際上20世紀(jì)80年代中期水平，部分達(dá)到90年代水平，為國家重點(diǎn)建設(shè)提供了一批高水平數(shù)控機(jī)床。1.2數(shù)控刀架的發(fā)展趨勢(shì) 數(shù)控刀架的發(fā)展趨勢(shì)是：隨著數(shù)控車床的發(fā)展，數(shù)控刀架開始向快速換刀、電液組合驅(qū)動(dòng)和伺服驅(qū)動(dòng)方向發(fā)展。 目前國內(nèi)數(shù)控刀架以電動(dòng)為主，分為立式和臥式兩種。立式刀架有四、六工位兩種形式，主要用于簡易數(shù)控車床；臥式刀架有八、十、十二等工位，可正、反方向旋轉(zhuǎn)，就近選刀，用于全功能數(shù)控車床。另外臥式刀架還有液動(dòng)刀架和伺服驅(qū)動(dòng)刀架。數(shù)控刀架的市場分析：國產(chǎn)數(shù)控車床今后將向中高檔發(fā)展，中檔采用普及型數(shù)控刀架配套，高檔采用動(dòng)力型刀架，兼有液壓刀架、伺服刀架、立式刀架等品種，近年來需要量可達(dá)10001500臺(tái)。1.3 數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的開發(fā)應(yīng)用 數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架是以回轉(zhuǎn)分度實(shí)現(xiàn)刀具自動(dòng)交換及回轉(zhuǎn)動(dòng)力刀具的傳動(dòng)。因此技術(shù)含量高，已趨向?qū)I(yè)化開發(fā)生產(chǎn)。所以對(duì)數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的研究開發(fā)及應(yīng)用已引起數(shù)控機(jī)床行業(yè)重視。 典型數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架一般由動(dòng)力源（電機(jī)或油缸、液壓馬達(dá)）、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、預(yù)分度機(jī)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)、鎖緊機(jī)構(gòu)、檢測(cè)裝置、接口電路、刀具安裝臺(tái)（刀盤）、動(dòng)力刀座等組成。數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的動(dòng)作循環(huán)為：T指令（換刀指令）刀盤放松轉(zhuǎn)位刀位檢測(cè)預(yù)分度精確定位刀盤鎖緊結(jié)束信號(hào)。第二章 數(shù)控車床自動(dòng)換刀裝置2.1概述 自動(dòng)換刀裝置的形式是多種多樣的，有刀庫式和轉(zhuǎn)塔式，雖然換刀過程、選刀方式、刀庫結(jié)構(gòu)、機(jī)械手類型等各不相同，但都是在數(shù)控裝置及可編程序控制器控制下，有電動(dòng)機(jī)或液壓或氣動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)刀庫和機(jī)械手實(shí)現(xiàn)刀具的選擇與交換。我們把這種為實(shí)現(xiàn)多工序的連續(xù)加工，在加工中心或車削中心中，可進(jìn)行刀具的選擇與交換的裝置叫自動(dòng)換刀裝置（automatic tool change 簡稱ATC）。 自動(dòng)換刀裝置是數(shù)控車床最普遍的一種輔助裝置，它可使數(shù)控車床在工件一次裝夾中完成多種甚至所有的加工工序，以縮短加工的輔助時(shí)間，減少加工過程中由于多次安裝工件而引起的誤差，從而提高機(jī)床的加工效率和加工精度3。 我國對(duì)加工中心的需求一直是有增無減，同時(shí)，加工中心自動(dòng)換刀裝置的開發(fā)也有長足的發(fā)展。對(duì)于臥式加工中心來說，有從用于JCS-013的獨(dú)立式自動(dòng)換刀裝置到用于TH6350、TH6363、TH6380和TH63100的TB51.02雙層缸式通用機(jī)械手加鏈?zhǔn)降稁欤ū本C(jī)床研究所設(shè)計(jì)并制造）的自動(dòng)換刀裝置；對(duì)于立式加工中心來說，有從用于JCS-018的氣液型鼓輪式自動(dòng)換刀裝置到用于XH715B和XH715C的多凸輪聯(lián)動(dòng)型鼓輪式自動(dòng)換刀裝置。特別是用于TH715B和TH715C的多凸輪聯(lián)動(dòng)型鼓輪式自動(dòng)換刀裝置，他的研制成功，為我國自動(dòng)換刀裝置設(shè)計(jì)與制造翻開了嶄新的一頁，自1991年鑒定后批量生產(chǎn)，已累計(jì)生產(chǎn)了50多臺(tái)，由于其結(jié)構(gòu)簡單，迅速可靠（刀對(duì)刀2.5s），受到廣大國內(nèi)外用戶的一致好評(píng)。 加工中心和車削中心自動(dòng)換刀裝置的發(fā)展趨勢(shì)是四個(gè)方向：一是高速、可靠，追求的目標(biāo)是換刀時(shí)間盡量的短，以換取加工中心和車削中心的高效性；二是簡單實(shí)用、造價(jià)低、使用可靠，但換刀速度不快。 自動(dòng)換刀裝置開發(fā)技術(shù)要全面注意下列五個(gè)方面： 1）自動(dòng)換刀裝置的可靠性與優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。通過對(duì)自動(dòng)換刀裝置進(jìn)行可靠性分析研究，找出其薄弱環(huán)節(jié)，通過改進(jìn)設(shè)計(jì)，使自動(dòng)換刀裝置故障率大大減少，保證百萬次以上正常換刀的品質(zhì)。通過對(duì)自動(dòng)換刀裝置進(jìn)行多目標(biāo)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其動(dòng)態(tài)性能達(dá)到最優(yōu)，進(jìn)而提高自動(dòng)換刀裝置的性能，降低其制造成本，使刀對(duì)刀換刀時(shí)間對(duì)40刀柄不大于1s，達(dá)到世界先進(jìn)水平。 2）自動(dòng)換刀裝置的系列化與CAD設(shè)計(jì)。使自動(dòng)換刀裝置適用國內(nèi)廠家的各種產(chǎn)品，以便得到推廣和使用。即達(dá)到廠家一旦提出的參數(shù)：不同刀柄型號(hào)，刀庫容量等的自動(dòng)換刀裝置，使廠家立即投入生產(chǎn)，并且是處于國內(nèi)先進(jìn)水平的。 3）自動(dòng)換刀裝置制造技術(shù)研究。針對(duì)自動(dòng)換刀裝置中關(guān)鍵零件的制造技術(shù)進(jìn)行研究，以提高其制造質(zhì)量和降低制造成本。 4）自動(dòng)換刀裝置新技術(shù)的研究。跟蹤國際加工中心和車削中心自動(dòng)換刀裝置的發(fā)展主流，研究自動(dòng)換刀裝置的新工作原理及新技術(shù)。 5）自動(dòng)換刀裝置產(chǎn)業(yè)化研究。自動(dòng)換刀裝置由專業(yè)廠生產(chǎn)比現(xiàn)有各廠家自行生產(chǎn)可降低成本，也能保證質(zhì)量，同時(shí)在我國有巨大的市場，因此，在技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)研究使我國的自動(dòng)換刀裝置生產(chǎn)走上產(chǎn)業(yè)化的道路，建立生產(chǎn)自動(dòng)換刀裝置的基地。 自動(dòng)換刀裝置的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下基本要求： 1）換刀時(shí)間短，以減少非加工時(shí)間。 2）減少換刀動(dòng)作對(duì)加工范圍的干擾。 3）刀具重復(fù)定位精度高。 4）識(shí)刀、選刀可靠，換刀動(dòng)作簡單可靠。 5）刀庫刀具存儲(chǔ)量合理。 6）刀庫占地面積小，并能與主機(jī)配合，使機(jī)床外觀協(xié)調(diào)美觀。 7）刀具裝卸、調(diào)整、維修方便，并能得到清潔的維護(hù)4。 2.2 ATC刀具自動(dòng)換刀形式 為進(jìn)一步提高數(shù)控機(jī)床的加工效率，數(shù)控機(jī)床正向著工件在一臺(tái)機(jī)床一次裝夾即可完成多道工序或全部工序加工的方向發(fā)展，因此出現(xiàn)了各種類型的加工中心機(jī)床，如車削中心、鏜銑加工中心、鉆削中心等等。這類多工序加工的數(shù)控機(jī)床在加工過程中要使用多種刀具，因此必須有自動(dòng)換到裝置，以便選用不同刀具，完成不同工序的加工工藝。自動(dòng)換到裝置應(yīng)當(dāng)具備換刀時(shí)間短、刀具重復(fù)定位精度高、足夠的刀具儲(chǔ)備量、占地面積小、安全可靠等特性5。 各類數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換到裝置的結(jié)構(gòu)取決于機(jī)床的類型、工藝范圍、使用刀具種類和數(shù)量。數(shù)控機(jī)床常用的自動(dòng)換刀裝置的類型、特點(diǎn)、適用范圍見表1-1。 表1-1 自動(dòng)換刀裝置類型 類別型式 特點(diǎn) 適用范圍轉(zhuǎn)塔式 回轉(zhuǎn)刀架多為順序換刀，換刀時(shí)間短、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、容納刀具較少各種數(shù)控車床，數(shù)控車削加工中心 轉(zhuǎn)塔頭順序換刀，換刀時(shí)間短，刀具主軸都集中在轉(zhuǎn)塔頭上，結(jié)構(gòu)緊湊。但剛性較差，刀具主軸數(shù)受限制數(shù)控鉆、鏜、銑床刀庫式 刀具與主軸之間直接換刀 換刀運(yùn)動(dòng)集中，運(yùn)動(dòng)不見少。但刀庫容量受限 各種類型的自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床。尤其是對(duì)使用回轉(zhuǎn)類刀具的數(shù)控鏜、銑床類立式、臥式加工中心機(jī)床 要根據(jù)工藝范圍和機(jī)床特點(diǎn)，確定刀庫容量和自動(dòng)換刀裝置類型 用機(jī)械手配合刀庫進(jìn)行換刀 刀庫只有選刀運(yùn)動(dòng)，機(jī)械手進(jìn)行換刀運(yùn)動(dòng)，刀庫容量大2.3 數(shù)控車床刀架的功能、類型和滿足的要求數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架是加工中心、數(shù)控車床必備的機(jī)床附件，尤其適用全功能數(shù)控車床。當(dāng)前，數(shù)控機(jī)床發(fā)展迅猛，一方面向高速、高效、高精度方面發(fā)展，同時(shí)，在制造行業(yè)中廣泛存在原有設(shè)備的數(shù)控改造和系統(tǒng)升級(jí)問題。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。2.3.1數(shù)控車床刀架的功能數(shù)控機(jī)床上的刀架是安放刀具的重要部件，許多刀架還直接參與切削工作，如臥式車床上的四方刀架，轉(zhuǎn)塔車床的轉(zhuǎn)塔刀架，回輪式轉(zhuǎn)塔車床的回輪刀架，自動(dòng)車床的轉(zhuǎn)塔刀架和天平刀架等。這些刀架既安放刀具，而且還直接參與切削，承受極大的切削力作用，所以它往往成為工藝系統(tǒng)中的較薄弱環(huán)節(jié)。隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，機(jī)床的刀架也有了許多變化，特別是數(shù)控車床上采用電(液)換位的自動(dòng)刀架，有的還使用兩個(gè)回轉(zhuǎn)刀盤。加工中心則進(jìn)一步采用了刀庫和換刀機(jī)械手，定現(xiàn)了大容量存儲(chǔ)刀具和自動(dòng)交換刀具的功能，這種刀庫安放刀具的數(shù)量從幾十把到上百把，自動(dòng)交換刀具的時(shí)間從十幾秒減少到幾秒甚至零點(diǎn)幾秒。這種刀庫和換刀機(jī)械手組成的自動(dòng)換刀裝置，就成為加工中心的主要特征6。因此，刀架的性能和結(jié)構(gòu)往往直接影響到機(jī)床的切削性能、切削效率和體現(xiàn)了機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)水平7。2.3.2數(shù)控機(jī)床刀架的類型按換刀方式的不同，數(shù)控車床的刀架系統(tǒng)主要有回轉(zhuǎn)刀架、排式刀架和帶刀庫的自動(dòng)換刀裝置等多種形式，下面對(duì)這三種形式的刀架作簡單的介紹。 1. 排式刀架 排式刀架一般用于小規(guī)格數(shù)控車床，以加工棒料或盤類零件為主。其結(jié)構(gòu)形式為：夾持著各種不同用途刀具的刀夾沿著機(jī)床的X坐標(biāo)軸方向排列在橫向滑板上。刀具的典型布置方式如圖2.1所示。這種刀架在刀具布置和機(jī)床調(diào)整等方面都較為方便，可以根據(jù)具體工件的車削工藝要求，任意組合各種不同用途的刀具，一把刀具完成車削任務(wù)后，橫向滑板只要按程序沿X軸移動(dòng)預(yù)先設(shè)定的距離后，第二把刀就到達(dá)加工位置，這樣就完成了機(jī)床的換刀動(dòng)作。這種換刀方式迅速省時(shí)，有利于提高機(jī)床的生產(chǎn)效率。寶雞機(jī)床廠生產(chǎn)的CK7620P全功能數(shù)控車床配置的就是排式刀架。 2. 回轉(zhuǎn)刀架 回轉(zhuǎn)刀架是數(shù)控車床最常用的一種典型換刀刀架，一般通過液壓系統(tǒng)或電氣來實(shí)現(xiàn)機(jī)床的自動(dòng)換刀動(dòng)作，根據(jù)加工要求可設(shè)計(jì)成四方、六方刀架或圓盤式刀架，并相應(yīng)地安裝4把、6把或更多的刀具?；剞D(zhuǎn)刀架的換刀動(dòng)作可分為刀架抬起、刀架轉(zhuǎn)位和刀架鎖緊等幾個(gè)步驟。它的動(dòng)作是由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令完成的?；剞D(zhuǎn)刀架根據(jù)刀架回轉(zhuǎn)軸與安裝底面的相對(duì)位置，分為立式刀架和臥式刀架兩種。 3. 帶刀庫的自動(dòng)換刀裝置 上述排刀式刀架和回轉(zhuǎn)刀架所安裝的刀具都不可能太多，即使是裝備兩個(gè)刀架，對(duì)刀具的數(shù)目也有一定限制。當(dāng)由于某種原因需要數(shù)量較多的刀具時(shí)，應(yīng)采用帶刀庫的自動(dòng)換刀裝置。帶刀庫的自動(dòng)換刀裝置由刀庫和刀具交換機(jī)構(gòu)組成。 (a)回轉(zhuǎn)刀架 (b) 排式刀架 圖2.1 機(jī)床刀架類型結(jié)構(gòu)圖2.3.3數(shù)控機(jī)床刀架應(yīng)滿足的要求 1） 滿足工藝過程所提出的要求。機(jī)床依靠刀具和工件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成工件表面，而工件的表面形狀和表面位置的不同，要求刀架能夠布置足夠多的刀具，而且能夠方便而正確地加工各工件表面， 為了實(shí)現(xiàn)在工件的一次安裝中完成多工序加工，所以要求刀架可以方便地轉(zhuǎn)位。 2） 在刀架以要能牢固地安裝刀具，在刀架上安裝刀具進(jìn)還應(yīng)能精確地調(diào)整刀具的位置，采用自動(dòng)交換刀具時(shí)，應(yīng)能保證刀具交換前后都能處于正確位置。以保證刀具和工件間準(zhǔn)確的相對(duì)位置。刀架的運(yùn)動(dòng)精度將直接反映到加工工件的幾何形狀精度和表面粗糙度上，為此，刀架的運(yùn)動(dòng)軌跡必須準(zhǔn)確，運(yùn)動(dòng)應(yīng)平穩(wěn)，刀架運(yùn)轉(zhuǎn)的終點(diǎn)到位應(yīng)準(zhǔn)確。面且這種精度保持性要好，以便長期保持刀具的正確位置。 3） 刀架應(yīng)具有足夠的剛度。由于刀具的類型、尺寸各異，重量相差很大，刀具在自動(dòng)轉(zhuǎn)換過程中方向變換較復(fù)雜，而且有些刀架還直接承受切削力。考慮到采用新型刀具材料和先進(jìn)的切削用量，所以刀架必須具有足夠的剛度，以使切削過程和換刀過程平穩(wěn)。 4） 可靠性高。由于刀架在機(jī)床工作過程中，使用次數(shù)很多，而且使用頻率也高，所以必須充分重視它的可靠性。 5） 刀架是為了提高機(jī)床自動(dòng)化而出現(xiàn)的，因而它的換刀時(shí)間應(yīng)盡可能縮短，以利于提高生產(chǎn)率。目前自動(dòng)換刀裝置的換刀時(shí)間在0.86秒之間不等。而且還在進(jìn)一步縮短。 6） 操作方便和安全。刀架是工人經(jīng)常操作的機(jī)床部件之一，因此它的操作是否方便和安全，往往是評(píng)價(jià)刀架設(shè)計(jì)好壞的指標(biāo)。刀架上應(yīng)便于工人裝刀和調(diào)刀，切屑流出方向不能朝向工人，而且操作調(diào)整刀架的手柄（或手輪）要省力，應(yīng)盡量設(shè)置在便于操作的地方8。 第三章 車削中心動(dòng)力刀架總體方案設(shè)計(jì)3.1調(diào)查研究與資料收集3.1.1 課題的調(diào)查研究 從國內(nèi)外市場調(diào)研結(jié)果看，國內(nèi)對(duì)數(shù)控車床轉(zhuǎn)塔刀架的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)都是依賴于先進(jìn)國家的，而且產(chǎn)品的性能方面跟國外還有一定的差距，期待開發(fā)設(shè)計(jì)一種性能最優(yōu)，最有實(shí)用價(jià)值的轉(zhuǎn)塔刀架，適應(yīng)市場，替代進(jìn)口產(chǎn)品低價(jià)位的數(shù)控車床用轉(zhuǎn)塔刀架，占領(lǐng)國內(nèi)市場，并達(dá)到國際領(lǐng)先水平，為國產(chǎn)機(jī)床工業(yè)的發(fā)展作出貢獻(xiàn)。車削加工中心是目前國際上比較前端的一種數(shù)控機(jī)床，可以進(jìn)行多工序加工，如車削、鉆削、銑削等。有關(guān)人士指出，數(shù)控機(jī)床附件及其配套功能附件是我國機(jī)床工具制造業(yè)“十五”計(jì)劃重點(diǎn)發(fā)展產(chǎn)品。雖然我國數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品附件的研制由無到有，取得了顯著成績，但與國外先進(jìn)水平相比還是有一定差距的。為確保國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的大發(fā)展，就必須把數(shù)控機(jī)床附件盡快搞上去。為此他們建議國家有關(guān)部門，盡快制定有關(guān)鼓勵(lì)、扶持國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床附件發(fā)展的相關(guān)政策，加大數(shù)控機(jī)床附件行業(yè)科研和技術(shù)改進(jìn)投入，使國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床附件行業(yè)有一個(gè)大發(fā)展。而且動(dòng)力刀架是數(shù)控機(jī)床附件中尤為重要的一個(gè)部件，把這一技術(shù)提高是我們義不容辭的事情。3.1.2資料收集課題涉及到的有關(guān)知識(shí)包括：數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)、車削加工中心、自動(dòng)換刀裝置等等方面；其次還包括一些機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械傳動(dòng)、液壓、間歇分度機(jī)構(gòu)等方面的知識(shí)，在校圖書館借閱了一些關(guān)于本次設(shè)計(jì)有關(guān)的資料，而且還在網(wǎng)上搜索了一些相關(guān)資料：1）現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)；2）實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)；3）機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)；4）數(shù)控車床設(shè)計(jì)；5）數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)與維修等等。3.2動(dòng)力刀架的整體方案設(shè)計(jì)與選擇3.2.1 動(dòng)力刀架的整體方案設(shè)計(jì) 刀架是車床的重要組成部分，車削中心的動(dòng)力刀架可安裝各種非動(dòng)力輔助刀夾和動(dòng)力刀夾進(jìn)行切削，用于夾持切削用的刀具,因此其結(jié)構(gòu)直接影響到車床的切削性能和切削效率。刀架采用端齒分度，轉(zhuǎn)位由交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，刀位由二進(jìn)制絕對(duì)編碼器識(shí)別，動(dòng)力刀具由變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過同步齒形帶等將動(dòng)力傳遞到刀夾。 根據(jù)前部分對(duì)機(jī)床刀架類型、性能及其使用場合的綜合比較，并結(jié)合現(xiàn)有數(shù)控車床的實(shí)例，本次設(shè)計(jì)的CK6130車削中心動(dòng)力刀架擬采用液壓驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力轉(zhuǎn)塔刀架。該刀架的換刀動(dòng)作分為刀盤抬起、刀盤分度轉(zhuǎn)位和刀盤鎖緊三個(gè)步驟，其中刀盤抬起由單作用液壓缸來實(shí)現(xiàn)，刀盤鎖緊由碟形彈簧復(fù)位來實(shí)現(xiàn)，而刀盤的分度轉(zhuǎn)位是由圓柱凸輪分度機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的，由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)凸輪軸實(shí)現(xiàn)分度。3.2.2液壓驅(qū)動(dòng)的刀架工作原理液壓驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)塔刀架，是用液壓缸夾緊，液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)分度，端齒盤副定位，當(dāng)?shù)都芙邮盏睫D(zhuǎn)位指令后，液壓油進(jìn)入液壓缸的右腔，通過活塞推動(dòng)中心軸將刀盤左移，使定位副端齒盤脫離嚙合狀態(tài)，為轉(zhuǎn)位作好準(zhǔn)備。當(dāng)?shù)侗P處于完全脫開位置時(shí)，行程開關(guān)發(fā)出轉(zhuǎn)位信號(hào)，液壓馬達(dá)帶動(dòng)轉(zhuǎn)位凸輪旋轉(zhuǎn)，凸輪依次推動(dòng)回轉(zhuǎn)盤上的柱銷。使回轉(zhuǎn)盤通過鍵帶動(dòng)中心軸及刀盤做分度運(yùn)動(dòng)。凸輪每轉(zhuǎn)一周撥過一個(gè)柱銷。使刀盤旋轉(zhuǎn)1/n周（n為刀架的工位數(shù)）。中心軸的尾端固定著一個(gè)有n個(gè)齒的凸輪，當(dāng)中心軸和刀盤轉(zhuǎn)過一個(gè)工位時(shí)，凸輪壓合計(jì)數(shù)開關(guān)一次，開關(guān)將此信號(hào)送入控制系統(tǒng)。當(dāng)?shù)侗P旋轉(zhuǎn)到預(yù)定工位時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)使液壓馬達(dá)剎車，轉(zhuǎn)位凸輪停止運(yùn)動(dòng)，刀架處于預(yù)定位狀態(tài)。與此同時(shí)，碟形彈簧復(fù)位，通過活塞將中心軸拉回，端齒盤副嚙合。精確定位，刀盤便完成定位和夾緊動(dòng)作。刀盤夾緊后，中心軸尾部壓下發(fā)出轉(zhuǎn)位結(jié)束信號(hào)。 圖3.2車削中心動(dòng)力轉(zhuǎn)塔刀架示意圖3.2.3 刀架定位精度及重復(fù)定位精度 定位精度是指轉(zhuǎn)塔到位后，刀架指定工位把刀孔中心線與設(shè)計(jì)中心線在豎直平面內(nèi)的偏差。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。由于該刀架轉(zhuǎn)塔到位前，控制刀架初定位的霍爾元件發(fā)出信號(hào)使控制電機(jī)的電磁閥斷電，此時(shí)電機(jī)內(nèi)部的機(jī)械自鎖部件使電機(jī)停在預(yù)定位置上，所以刀架具有較高的定位精度和重復(fù)定位精度。3.3動(dòng)力刀架傳動(dòng)部分方案設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的車削中心動(dòng)力轉(zhuǎn)塔刀架是通過液壓驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)刀架抬起動(dòng)作，當(dāng)?shù)都茌S尾部檢測(cè)裝置觸碰到微動(dòng)開關(guān)，刀架開始轉(zhuǎn)位，而轉(zhuǎn)位動(dòng)作是由圓柱凸輪分度機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的，換刀時(shí)間為1s，最后一個(gè)動(dòng)作為刀架瑣緊動(dòng)作，由端齒盤來進(jìn)行瑣緊定位。3.4 動(dòng)力刀架的分度機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)生產(chǎn)和日常生活中，經(jīng)常需要某些機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件連續(xù)運(yùn)動(dòng)，從動(dòng)件產(chǎn)生“動(dòng)作停止動(dòng)作”的間歇運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)這種運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，稱為間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。常用的間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)有棘輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)、不完全齒輪機(jī)構(gòu)和凸輪式間歇機(jī)構(gòu)等。它們廣泛用于自動(dòng)及半自動(dòng)機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)、送料機(jī)構(gòu)、刀架轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)及包裝機(jī)等機(jī)構(gòu)中。 1)棘輪機(jī)構(gòu)主要由棘輪、棘爪、搖桿、制動(dòng)爪和機(jī)架等組成。按照結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可分為具有輪齒的棘輪機(jī)構(gòu)和摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)兩大類。其特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)角大小改變較方便，但它的動(dòng)力不大，且傳動(dòng)平穩(wěn)性差，因此只適用于轉(zhuǎn)速不高的場合，如各種機(jī)床和自動(dòng)機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)中。2)槽輪機(jī)構(gòu)由主動(dòng)撥盤、從動(dòng)槽輪及機(jī)架組成。槽輪機(jī)構(gòu)有外嚙合槽輪機(jī)構(gòu)和內(nèi)嚙合槽輪機(jī)構(gòu)兩種。其結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，進(jìn)入和脫離嚙合時(shí)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)；由于槽輪的轉(zhuǎn)角大小無法調(diào)節(jié)，故只能用于定轉(zhuǎn)角的間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中。比如電影放映機(jī)上卷片機(jī)構(gòu)等都是槽輪機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的。3)不完全齒輪機(jī)構(gòu)是由普通漸開線齒輪機(jī)構(gòu)演化而成的。但不同的是輪齒不布滿整個(gè)圓周，它可分為外嚙合和內(nèi)嚙合兩種。其結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，從動(dòng)輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間和靜止時(shí)間比例可不受結(jié)構(gòu)的限制。其缺點(diǎn)是從動(dòng)輪在進(jìn)入和脫開嚙合時(shí)，都有嚴(yán)重的剛性沖擊，故一般只用于低速、輕載場合。4)凸輪間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)是由凸輪、轉(zhuǎn)盤及機(jī)架組成的。凸輪間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)有兩種形式，一種是圓柱凸輪間歇運(yùn)動(dòng)，另一種是蝸桿凸輪間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。這種凸輪機(jī)構(gòu)可以通過調(diào)整凸輪與轉(zhuǎn)盤中心距來消除滾子與凸輪突脊接觸的間隙。 這種轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)依靠凸輪輪廓強(qiáng)制刀架作轉(zhuǎn)位運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)規(guī)律完全取決于凸輪輪廓形狀。圓柱凸輪是在圓周面上加工出一條兩端有頭的凸起=輪廓，從動(dòng)回轉(zhuǎn)盤（相當(dāng)于刀架體）端面有多個(gè)柱銷，銷子數(shù)量與工位數(shù)相等。當(dāng)圓柱凸輪按固定的旋轉(zhuǎn)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，有的柱銷會(huì)進(jìn)入凸輪輪廓的曲線段，使凸輪開始驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)位，與此同時(shí)有的圓柱銷會(huì)與凸輪輪廓脫離，當(dāng)柱銷接觸的凸輪輪廓由曲線段過渡到直線段時(shí)，即使凸輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)盤也不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，即完成了一次刀盤分度轉(zhuǎn)位動(dòng)作。如此反復(fù)下去，就能實(shí)現(xiàn)多次的刀架換刀操作。由于凸輪是一個(gè)兩端開口的非閉合曲線輪廓，所以當(dāng)凸輪正反轉(zhuǎn)進(jìn)均可帶動(dòng)刀盤正反兩個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)。這種轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)位速度高、精度較低，運(yùn)動(dòng)特性可以自由設(shè)計(jì)選取但制造較困難、成本較高、結(jié)構(gòu)尺寸較大。這種轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)可以通過控制系統(tǒng)中的邏輯電路或PC程序來自動(dòng)選擇回轉(zhuǎn)方向，以縮短轉(zhuǎn)位輔助時(shí)間。 凸輪間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：傳動(dòng)可靠、平穩(wěn)，轉(zhuǎn)盤可以實(shí)現(xiàn)任何運(yùn)動(dòng)規(guī)律，以適應(yīng)高轉(zhuǎn)速要求；可以改變凸輪曲線槽所對(duì)應(yīng)的角，改變轉(zhuǎn)動(dòng)與停歇時(shí)間比值；轉(zhuǎn)盤停歇時(shí)，一般就依靠凸輪棱進(jìn)行定位，不需要附加定位裝置。但凸輪加工要求精度高。常用于需間歇轉(zhuǎn)位的分度裝置和要求步進(jìn)動(dòng)作的機(jī)械中，如多共位立式半自動(dòng)機(jī)床工作盤的轉(zhuǎn)位、輕工業(yè)包裝機(jī)等9。圖3.3圓柱凸輪分度機(jī)構(gòu) 結(jié)合上述三種轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)位機(jī)理和特點(diǎn)，并結(jié)合實(shí)際情況，本次設(shè)計(jì)的車削中心動(dòng)力刀架決定采用間歇分度機(jī)構(gòu)圓柱凸輪分度轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)。如圖3.3。3.5動(dòng)力刀架動(dòng)力刀具方案設(shè)計(jì) 車削加工中心自驅(qū)動(dòng)動(dòng)力刀具主要由三部分組成：動(dòng)力源，變速傳動(dòng)裝置和自驅(qū)動(dòng)力刀具附件（鉆孔附件和銑削附件）。采用變頻電機(jī)作為其動(dòng)力源，圓柱齒輪傳動(dòng)作為其變速傳動(dòng)裝置。 目前齒輪技術(shù)可達(dá)到的指標(biāo)：圓周速度v=300m/s，n=105r/min，傳遞的功率P=105kW，模數(shù)m=(0.004100)mm，直徑d=1mm152.3mm。3.5.1 齒輪傳動(dòng)的分類和特點(diǎn) 其特點(diǎn)： 1） 瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定。非圓齒輪傳動(dòng)的瞬時(shí)傳動(dòng)比又能按需要的變化 規(guī)律來設(shè)計(jì)。 2）傳動(dòng)比范圍大，可用于減速或增速。 3）速度（指節(jié)圓圓周速度）和傳動(dòng)功率的范圍大，可用于高速(v40m/s)、 中速和低速(v25m/s)的傳動(dòng)功率可從小于1W到105W。 4）傳動(dòng)效率高，一對(duì)高精度的漸開線圓柱齒輪，效率可達(dá)99%以上。 5）結(jié)構(gòu)緊湊，適用于近距離傳動(dòng)。 6）制造成本較高，某些具有特殊齒形或精度很高的齒輪，因需要專用 或高精度的機(jī)床、刀具和量儀等，故制造工藝復(fù)雜，成本高。 7）精度不高的齒輪，傳動(dòng)時(shí)噪聲、振動(dòng)和沖擊大，污染環(huán)境。 8）無過載保護(hù)作用。3.5.2 齒輪傳動(dòng)類型選擇的原則 1）滿足使用要求，如對(duì)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)尺寸、重量、功率、速度、傳動(dòng)比、壽命、可靠性的要求等。對(duì)以上要求應(yīng)作全面的、深入分析，滿足主要的要求，兼顧其他。如對(duì)大功率長期運(yùn)轉(zhuǎn)的固定式設(shè)備，則著重于齒輪的壽命長和提高齒輪的傳動(dòng)效率；對(duì)短期間歇運(yùn)動(dòng)的移動(dòng)式設(shè)備，應(yīng)要求結(jié)構(gòu)緊湊為主；對(duì)重要的齒輪傳動(dòng)，則要求可靠性高。 2）考慮工藝條件，如制造廠的工藝水平、設(shè)備條件、生產(chǎn)批量等。 3）考慮合理性、先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)性等。 由于本次設(shè)計(jì)的CK6130車削中心動(dòng)力刀架動(dòng)力刀具傳遞范圍和切削功率比較大以及加工的難易程度，為了滿足要求，所以選擇以漸開線圓柱齒輪傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)動(dòng)力刀具的旋轉(zhuǎn)。 第4章 典型零件的設(shè)計(jì)和選用4.1動(dòng)力刀架傳動(dòng)部分4.1.1 刀架軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算10 1. 軸是組成刀架的重要零部件之一，在設(shè)計(jì)當(dāng)中主要考慮的是軸的剛度，而碳鋼與合金鋼的彈性模數(shù)相差很小，所以通常選用軸的材料35和45鋼，這里選用的是45鋼，進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，以改善裝配工藝和保證裝配的精度。 2. 這次刀架中用到了以下幾種固定方式： 1）常用的是運(yùn)用軸肩，其結(jié)構(gòu)簡單，定位可靠。2）螺母的軸向定位，其定位可靠、裝拆方便，但是會(huì)增加零件的數(shù)量，常用雙螺母或圓螺母與止動(dòng)墊圈固定，運(yùn)用在軸承的固定上。3）軸套也是用到比較多的，它的結(jié)構(gòu)簡單、定位可靠，軸不開槽、鉆孔等，可以提高軸的強(qiáng)度。4）彈性擋圈其結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、工藝性好，但是應(yīng)力集中較大，適合軸向力小的場合，在這里主要用于軸承的固定。5）軸端擋圈裝拆方便可以承受大的軸向力、振動(dòng)，用于軸端固定零件。6）花鍵的縱向固定，其承載能力高，定心性、導(dǎo)向性好，裝拆方便，不過制造困難，在這次設(shè)計(jì)中運(yùn)動(dòng)的是矩形花鍵，主要用在分度機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)盤與刀架軸、凸輪的縱向定位中。7）其次平鍵，其承受載荷不大。 8）緊定螺釘結(jié)構(gòu)簡單，不僅可以縱向定位，還能軸向定位，承受不大的軸向力。 3. 由刀架裝配圖可知，刀架主軸的支承方式為兩端游動(dòng)支承，其一端與刀盤固連，另一端與液壓缸的活塞間隙配合，同時(shí)起到左端支承作用。而軸的中間部位由刀盤至液壓缸的方向分別與推力球軸承和從動(dòng)盤相連，雙列圓柱滾子軸承與滾針軸承起左端支承作用。已知伺服電機(jī)的功率為0.3kW，電機(jī)轉(zhuǎn)速n1=1400r/min，取圓柱凸輪效率為=0.96。如圖4.1 1) 先求出刀架主軸上的傳遞功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 P2=P=0.30.96=0.288kW n3=60/8=7.5r/min 2) 初步確定軸的最小直徑由式 可初步估算設(shè)計(jì)軸的最小直徑式中：為系數(shù)，軸的材料不同，則的值會(huì)不同； 為軸傳遞的功率，單位為； 為計(jì)算截面處軸的直徑，單位為mm； 為軸的轉(zhuǎn)速，單位為；選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表153，取，于是得從而取軸的最小直徑為dmin=36mm；軸的最大直徑為dmax=119mm。 圖4.1刀架軸示意圖4.1.2液壓缸的設(shè)計(jì)4.1.2.1 選擇液壓缸類型 液壓缸按其結(jié)構(gòu)的形式，可以分為活塞缸、柱塞缸和伸縮缸等。 （1）活塞式液壓缸 雙桿活塞缸 缸筒固定的雙桿活塞缸，活塞兩側(cè)的活塞直徑相等，它的進(jìn)、出油位于缸筒兩端。當(dāng)工作壓力和輸入流量相同時(shí)，兩個(gè)方向上輸出的推力F和速度v是相等的。 這種安裝形式，工作臺(tái)移動(dòng)范圍約為活塞有效行程的三倍，占地面積大，使用于小型機(jī)械。 單桿活塞缸 由于只在活塞的一端有活塞桿，使兩腔的有效工作面積不相等，因此在兩腔分別輸入相同流量的情況下，活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度不相等。他的安裝也有缸筒固定和活塞桿固定兩種，進(jìn)、出口的布置根據(jù)安裝方式而定；但工作臺(tái)移動(dòng)范圍都為活塞有效行程的兩倍11。 由于該液壓缸主要用于驅(qū)動(dòng)刀架主軸的直線往反運(yùn)動(dòng).故選用雙作用單桿活塞缸。4.1.2.2 液壓缸內(nèi)徑D和活塞直徑d的計(jì)算 計(jì)算液壓缸的內(nèi)徑和活塞桿直徑都必須考慮到設(shè)備的類型，例如在金屬切削機(jī)床中，對(duì)于動(dòng)力較大的機(jī)床(刨床、拉床和組合機(jī)床)一定要滿足牽引力的要求，計(jì)算時(shí)要以力為主;對(duì)于輕載高速的機(jī)床(磨床、珩磨機(jī)和研磨機(jī)等)一定要滿足速度的要求，計(jì)算時(shí)要以速度為主。由于本刀架的抬起動(dòng)作是在數(shù)控車床脫離切削時(shí)完成的，因而在換刀過程中并沒有承受切削力的作用，所以進(jìn)油壓力不需要很大，此次設(shè)計(jì)進(jìn)油壓力確定為低壓02.5MPa，然后根據(jù)進(jìn)油壓力查表20-6-3可初步選定速比=1.33(計(jì)算速比主要是為了確定活塞桿的直徑和要否設(shè)置緩沖裝置。速度不宜過大或過小，以免產(chǎn)生過大的背壓或造成因活塞桿太細(xì)導(dǎo)致穩(wěn)定性不好。) 可按下式初步選取d值： (4-1) 根據(jù)活塞桿側(cè)公式 (4-2) 式中 F2 液壓缸的理論拉力； p 供油壓力； D 缸筒內(nèi)徑； d 活塞桿直徑。 根據(jù)式4-1和式4-2得D=94.8mm，查液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)表20-6-2選D=100mm，再根據(jù)表20-6-9中選得缸筒外徑D1=121mm，根據(jù)表20-6-16選出d=50mm。 4.1.3 碟形彈簧的計(jì)算及選用10 碟形彈簧是用鋼板沖壓成形的截錐形壓縮彈簧。 它有四個(gè)特點(diǎn)：（1）剛度大 能以小變形承受大載荷，適合于軸向空間要求小的場合。（2）具有變剛度的性質(zhì) 碟形彈簧壓平變形量h0和厚度t的比值不同，其特性曲線 也不同。 根據(jù)液壓缸內(nèi)徑100mm，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表7.2-2碟形彈簧的系列、尺寸和參數(shù)選出彈簧D=100mm，d=51mm,t=6mm,h0=2.2mm,H0=8.2mm。 D-彈簧外徑 d-彈簧內(nèi)徑 t-厚度 h0-壓平時(shí)變形量 H0-自由高度 已知上述選用的碟形彈簧參數(shù)，采用對(duì)合組合形式彈簧組合，抬起時(shí)需要承受載荷F1=20009.8=19600N。如圖4.3。（1）求f1 由彈簧的直徑比C=，從表7.2-5查得K1=0.686，K2=1.211，K3=1.362。碟簧是無支承面的，K4=1。 計(jì)算得到 FC 彈簧壓平時(shí)載荷（N）； K1、K2、K3、K4 計(jì)算系數(shù)； 由此變形量f1=0.28h0=0.282.2=0.616mm，總變形量fz=60.616=3.696mm。（2）疲勞破壞的關(guān)鍵部位 由和C=1.96從圖7.2-3查得疲勞破壞的關(guān)鍵部位在點(diǎn)。（3） 計(jì)算應(yīng)力 當(dāng)f1=0.616mm時(shí) 圖4.3碟形彈簧示意圖4.1.4軸承的選用 1. 軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu) 軸承內(nèi)部一般由內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體和保持架組成-通常稱為四大件。對(duì)于密封軸承，再加上潤滑劑和密封圈（或防塵蓋）-又稱六大件。 2. 軸承分類與特點(diǎn) 總的可以分為球軸承和滾子軸承兩大類。球軸承分為深溝球軸承、角接觸球軸承、調(diào)心球軸承、推力球軸承、推力角接觸球軸承。滾子軸承分為圓柱滾子軸承、滾針軸承、圓錐滾子軸承、調(diào)心滾子軸承、推力圓柱滾子軸承、推力滾子軸承、推力圓錐滾子軸承、推力調(diào)心滾子軸承。 刀架軸向所選軸承的特點(diǎn) 深溝球軸承1.轉(zhuǎn)速高2.精度高3.噪聲、振動(dòng)小4.主要承受徑向載荷5.也能承受一定軸向載荷6.制造簡單，成本低 滾針軸承1.轉(zhuǎn)速較高2.能承受較高的徑向載荷（比徑向尺寸相同的其他軸承承受的徑向載荷大）3.不能承受軸向載荷4.剛性較高 推力球軸承1.轉(zhuǎn)速低2.只能承受單面軸向載荷3.軸圈和座圈不能傾斜3. 軸承的轉(zhuǎn)速 滾動(dòng)軸承的轉(zhuǎn)速主要受容許運(yùn)轉(zhuǎn)溫度的限制，摩擦阻力較低的軸承產(chǎn)生的內(nèi)熱較小,最適合高速運(yùn)轉(zhuǎn)，只承受徑向載荷時(shí)，深溝球軸承或圓柱滾子軸承的容許轉(zhuǎn)速最高,但若承受聯(lián)合載荷時(shí)，角接觸球軸承的容許轉(zhuǎn)速最高12。 本次刀架軸從動(dòng)盤以左使用深溝球軸承和滾針軸承來承受徑向載荷，右端使用推力球軸承來承受軸向載荷。4.1.5端齒盤的選用4.1.5.1端齒盤的應(yīng)用端齒盤又稱多齒盤、細(xì)齒盤、鼠牙盤，是具有自動(dòng)定心功能的精密分度定位元件，廣泛應(yīng)用與加工中心、柔性單元、數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床、測(cè)量儀器、各種高精度間歇式圓周分度裝置、多工位定位機(jī)構(gòu)、以及其他需要精密分度的各種設(shè)備上。如數(shù)控車床中的多工位自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架，銑床及加工中心用的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)及其它分度裝置中都采用端齒盤作為精確定位元件。端齒盤的齒形有直齒和弧齒兩種，直齒端齒盤由于加工方便、定位精度及其重復(fù)定位精度高而最受歡迎。端齒盤實(shí)際上相當(dāng)于一對(duì)齒數(shù)相同的離合器，其嚙合過程與離合器的嚙合類似。4.1.5.2端齒盤的特點(diǎn)目前在刀架的定位機(jī)構(gòu)中多采用錐銷定位和端面齒盤定位。由于圓柱銷和斜面銷定位時(shí)容易出現(xiàn)間隙，圓錐銷定位精度較高，它進(jìn)入定位孔時(shí)一般靠彈簧力或液壓力、氣動(dòng)力，圓錐銷磨損后仍可以消除間隙，以獲得較高的定位精度。端齒盤定位由兩個(gè)齒形相同的端面齒盤相嚙合而成，由于齒合時(shí)各個(gè)齒的誤差相互抵償，起著誤差均化的作用，定位精度高。端齒盤定位的特點(diǎn)：（1）定位精度高 由于端齒盤定位齒數(shù)多，且沿圓周均布，向心多齒結(jié)構(gòu)，經(jīng)過研齒的齒盤其分度精度一般可達(dá)左右，最高可過以上，一對(duì)齒盤嚙合時(shí)具有自動(dòng)定心作用。所以中心軸的回轉(zhuǎn)精度、間隙及磨損對(duì)定心精度幾乎沒有影響，對(duì)中心軸的精度要求低，裝置容易。（2）重復(fù)定位精度好 由于多齒嚙合相當(dāng)于上下齒盤的反復(fù)磨合對(duì)研，越磨合精度越高，重復(fù)定位精度也越好。 （3）定位剛性好，承載能力大，兩齒盤多齒嚙合。由于齒盤齒部強(qiáng)度高，并且一般齒數(shù)嚙合率不少于90%，齒面嚙合長度不少于60%，故定位剛性好，承載能力大。4.1.5.3 端齒盤的設(shè)計(jì)動(dòng)齒盤與靜齒盤是數(shù)控刀架的兩個(gè)主要零件。其精度決定刀架性能的好壞。為了保證端齒盤的定位精度和剛度，對(duì)端齒盤做以下技術(shù)要求：端齒盤材料采用40Cr，齒部滲氮后磨齒加工；齒寬接觸率為70%以上；齒高接觸為嚙合高度85%以上，兩齒盤嚙合時(shí)的接觸齒數(shù)應(yīng)在90%以上，接觸不良的齒不嚙合；安裝基準(zhǔn)孔軸線對(duì)分度中心的位置度，一般取0.020.04mm，對(duì)精密齒盤應(yīng)在0.01mm以內(nèi)；安裝基準(zhǔn)端面對(duì)分度的平行度，一般取0.010.04mm，對(duì)精密齒盤應(yīng)在0.01mm以內(nèi)。本刀架采用標(biāo)準(zhǔn)直齒端齒盤，齒的嚙合深度通常設(shè)計(jì)為45mm，由于本刀架的液壓系統(tǒng)采用變量泵，可獲得所需的瑣緊力滿足刀架剛度要求，所以本次設(shè)計(jì)將齒的嚙合深度設(shè)計(jì)為4mm。這一設(shè)計(jì)也可減少活塞的行程，節(jié)省功率。 查得有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)得出以下參數(shù)：端齒盤外徑d：端齒盤的外徑主要由設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)所允許的空間范圍來確定。在結(jié)構(gòu)允許 的情況下，外徑越大越好，這樣可以增強(qiáng)分度或定位機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性。 根據(jù)車削中心動(dòng)力刀架的總體結(jié)構(gòu)和外徑系列選取d=180mm。齒數(shù)z： 根據(jù)JB/T 4316.1-1999查得當(dāng)外徑d=180mm時(shí)，齒數(shù)可以為60和 72兩種，它們的最小分度角分別為和，因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的動(dòng)力刀架 工位數(shù)為8工位，轉(zhuǎn)一個(gè)工位從動(dòng)盤需要轉(zhuǎn)過角度，應(yīng)該是最小 分度角的倍數(shù)關(guān)系，所以選取最小分度角為，從而選取z=72。 齒長F： F=10mm齒盤厚度： H/2+m=21.24mm齒距t: t=7.85mm齒厚S： S=3.93mm全齒高h(yuǎn): h=5mm齒頂高m: m=1.24mm 圖4.4端齒盤示意圖4.2 動(dòng)力刀架的分度機(jī)構(gòu)部分 動(dòng)力刀架的轉(zhuǎn)位需要凸輪分度機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，而驅(qū)動(dòng)凸輪軸旋轉(zhuǎn)是由伺服電機(jī)來實(shí)現(xiàn)的，電機(jī)的選擇要滿足所需負(fù)載和轉(zhuǎn)矩。從而需要我們對(duì)電機(jī)進(jìn)一步的選擇。4.2.1伺服電機(jī)的選用4.2.1.1伺服電機(jī)的分類 直流伺服電機(jī)分為：有刷和無刷電機(jī)。 有刷電機(jī)-成本低，結(jié)構(gòu)簡單，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大,調(diào)速范圍寬,控制容易,需要維護(hù),但維護(hù)方便(換碳刷),產(chǎn)生電磁干擾,對(duì)環(huán)境有要求。因此它可經(jīng)用于對(duì)成本敏感的普能工業(yè)和以用場合。 無刷電機(jī)-體積小，重量輕，出力大，響應(yīng)快，速度高，慣量小，轉(zhuǎn)動(dòng)平滑，力矩穩(wěn)定。控制復(fù)雜，容易實(shí)現(xiàn)智能化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或正弦換相。電機(jī)免維護(hù)，效率很高，運(yùn)行溫度低，電磁輻射很小，長壽命，可用于名種環(huán)境。交流伺服電機(jī)：也是無刷電機(jī)，分為同步和異步電機(jī)，目前運(yùn)動(dòng)控制中一般都用同步電機(jī)，它的功率范圍大，可以做到很大的功率。大慣量，最高轉(zhuǎn)動(dòng)速度低，且隨著功率增大而快速降低。因而適合做低速平穩(wěn)運(yùn)行的應(yīng)用。4.2.1.2 伺服電機(jī)的一般選擇原則 在確定了電機(jī)系列和額定轉(zhuǎn)速后，按以下3個(gè)要素確定伺服電機(jī)容量： 1）負(fù)載慣量比。若負(fù)載慣量比過大，則控制易變得不穩(wěn)定，伺服參數(shù)調(diào)整也很困難。 2）短時(shí)間特性（加減速轉(zhuǎn)矩）。伺服電機(jī)除連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)域外，還有短時(shí)間內(nèi)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性如電機(jī)加減速，用最大轉(zhuǎn)矩表示，最大轉(zhuǎn)矩影響驅(qū)動(dòng)電機(jī)的加減速時(shí)間常數(shù)。 3）連續(xù)特性（工作狀態(tài)載荷扭矩）。對(duì)要求頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)的數(shù)控機(jī)床，為避免電機(jī)過熱，必須檢查它在一個(gè)周期內(nèi)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的均方根值，并使它小于電機(jī)連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩。4.2.1.3伺服電機(jī)的選用 刀架驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇應(yīng)同時(shí)滿足刀架運(yùn)轉(zhuǎn)的負(fù)載扭矩和起動(dòng)時(shí)的加速扭矩的要求。1) 刀架負(fù)載扭矩的計(jì)算 動(dòng)力刀架負(fù)載扭矩估算方法如下：由于這種刀架的負(fù)載扭矩主要用來克服刀具質(zhì)量的不平衡，估算按如下的情況進(jìn)行：用平均重力的刀具插滿刀盤的半個(gè)圓，根據(jù)工藝要求所需的各種刀具，確定每個(gè)刀具的（包括刀柄）平均重力，而其重心則設(shè)定為離刀架回轉(zhuǎn)中心2/3半徑處。由以上的方法可知，由于是8工位動(dòng)力轉(zhuǎn)塔刀架，因而插滿刀盤的半個(gè)圓需要4把刀具。設(shè)工藝要求所需的每個(gè)刀具的平均重力=4.9N；刀盤的回轉(zhuǎn)中心直徑D=312.5mm。則有 2) 刀架加速扭矩的估算 （4-3） 式中 -刀架換刀時(shí)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min); -加速時(shí)間,通常取150200ms; -電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子慣量(),可查樣本; -負(fù)載慣量折算到電動(dòng)機(jī)軸上的慣量(). 3) 負(fù)載慣量折算到電動(dòng)機(jī)軸上的慣量的估算 （4-4） 式中 -各旋轉(zhuǎn)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(); -各旋轉(zhuǎn)件的角速度(); -各直線運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量(); -各直線運(yùn)動(dòng)件的速度(); -伺服電機(jī)的角速度().4) 各旋轉(zhuǎn)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的估算 由刀架的結(jié)構(gòu)簡圖可知,刀架在完成換刀動(dòng)作時(shí),伺服電機(jī)帶動(dòng)其旋轉(zhuǎn)的部件共3個(gè),它們分別是從動(dòng)盤,刀架主軸和刀盤。因而只需估算這三者的傳動(dòng)慣量即可。(1) 刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 其主要尺寸如下：刀盤外徑D1=382mm；刀盤與刀架主軸相連的孔徑d1=80mm；刀盤寬P=69mm。 則刀盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 =1.13 (2)刀架主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量按如下的方法估算： 刀架主軸的最大直徑dmax=119mm；最小直徑dmin=36mm；刀架主軸長度取l=503.3mm 則刀架主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 =0.2237 （3）從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 其主要尺寸如下：從動(dòng)盤分度圓直徑D2=117mm，寬度P=20mm則從動(dòng)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 =0.0028 求得圓柱凸輪的分度圓直徑Dh32=50mm圓柱凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 =0.0002 (4) 聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 由于聯(lián)軸器已標(biāo)準(zhǔn)化，查表取聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 (5) 對(duì)各旋轉(zhuǎn)件的角速度作如下設(shè)定： 伺服電