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南京工程學(xué)院 先進(jìn)制造技術(shù)工程中心 本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 題目：CK6130車削中心動力轉(zhuǎn)塔刀架設(shè)計與三維制作 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 班 級： D機(jī)加工041 學(xué) 號： 231040232 學(xué)生姓名： 張志偉 指導(dǎo)教師： 周明虎/關(guān)芳芳 2008年3月28日 本科畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告 學(xué)生姓名 張志偉 學(xué) 號 231040232 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 指導(dǎo)教師姓名 周明虎/關(guān)芳芳 職 稱 高工/助教 所在院系 先進(jìn)制造技術(shù)工程中心 課題來源 自擬課題 課題性質(zhì) 工程設(shè)計 課題名稱 CK6130車削中心動力轉(zhuǎn)塔刀架設(shè)計及三維制作 畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容和意義? 畢業(yè)設(shè)計的具體內(nèi)容： 1、動力轉(zhuǎn)塔刀架的整體結(jié)構(gòu)，換刀的步驟，刀具的傳動方式 2、間隙分度機(jī)構(gòu)中圓柱凸輪分度機(jī)構(gòu)的設(shè)計和計算(八個工位) 3、單作用液壓缸的計算及設(shè)計(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)計及刀位的檢測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，注重科學(xué)實驗，理論與實際相結(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，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)升級問題。作為關(guān)鍵附件，高性能的數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架對于提高機(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)計一種性能最優(yōu)，最有實用價值的轉(zhuǎn)塔刀架，來適應(yīng)市場，替代進(jìn)口產(chǎn)品低價位的數(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)計的動力轉(zhuǎn)塔刀架的刀架抬起和夾緊是通過氣液增壓缸來實現(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)通過齒輪傳動帶動刀具旋轉(zhuǎn)。 英文期刊文章引用：作者. 題名. 期刊名, 出版年份，期號：起止頁碼 文 獻(xiàn) 綜 述 隨著科學(xué)技術(shù)和社會生產(chǎn)的不斷發(fā)展，對機(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方向發(fā)展[1]。 現(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產(chǎn)權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)，特別是提出開發(fā)中華Ι型和航天Ⅰ型兩個基本系統(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，實施平臺戰(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)會引起刀具位移不精密，從而導(dǎo)致運(yùn)動參數(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)塔刀頭能在各個工位提供多個軸線的回轉(zhuǎn)運(yùn)動，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，因此對自動換刀裝置有較高的要求，以實現(xiàn)換刀時間短、刀具重復(fù)定位精度高、足夠的刀具儲備量、占地面積小、安全可靠等特性[5]。對于一般的數(shù)控車床刀架設(shè)計的基本要求是轉(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，電動機(jī)傳動的轉(zhuǎn)塔刀架，液壓驅(qū)動的轉(zhuǎn)塔刀架，車削中心的動力刀具。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，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)位和夾緊等動作；它可按主機(jī)的編程要求完成刀架的自動換刀動作，以實現(xiàn)數(shù)控機(jī)床加工程序的自動化和高效化。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力刀夾和動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)過若干個工位，來實現(xiàn)主機(jī)的自動換刀動作；車削中心的動力刀架可安裝各種非動力輔助刀夾和動力刀夾進(jìn)行切削，刀架采用端齒分度，轉(zhuǎn)位由三相異步電動機(jī)驅(qū)動，刀位由二進(jìn)制絕對編碼器識別，動力刀具由交流伺服電動機(jī)驅(qū)動，通過同步齒形帶等將動力傳遞到刀夾。 　　液壓驅(qū)動的轉(zhuǎn)塔刀架，是利用液壓缸夾緊，液壓馬達(dá)驅(qū)動分度，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，行程開關(guān)發(fā)出轉(zhuǎn)位信號，液壓馬達(dá)帶動轉(zhuǎn)位凸輪旋轉(zhuǎn)，凸輪依次推動回轉(zhuǎn)盤上的柱銷，使回轉(zhuǎn)盤通過鍵帶動中心軸及刀盤做分度運(yùn)動。凸輪每轉(zhuǎn)一周撥過一個柱銷，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有n個齒的凸輪，當(dāng)中心軸和刀盤轉(zhuǎn)過一個工位時，凸輪計數(shù)開關(guān)一次，開關(guān)將此信號送入控制系統(tǒng)。當(dāng)?shù)侗P旋轉(zhuǎn)到預(yù)定工位時，控制系統(tǒng)發(fā)出信號使液壓馬達(dá)剎車，轉(zhuǎn)位凸輪停止運(yùn)動，刀架處于預(yù)定位狀態(tài)。與此同時，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作。刀盤夾緊后，中心軸尾部壓下發(fā)出轉(zhuǎn)位結(jié)束信號[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部分[8]。其中刀架的轉(zhuǎn)位是通過圓柱凸輪間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)來實現(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，傳動可靠、平穩(wěn)，轉(zhuǎn)盤可以實現(xiàn)任何運(yùn)動規(guī)律，以適應(yīng)高轉(zhuǎn)速要求；可以改變凸輪曲線槽所對應(yīng)的β角，改變轉(zhuǎn)動與停歇時間比值；轉(zhuǎn)盤停歇時，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，不僅對于刀架的轉(zhuǎn)位精度要求高，而且對于刀具的選擇也很有講究。車削中心動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，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，對同一個加工對象，將會有不同的加工方案，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劃信息的指令集合。從而總結(jié)出以下優(yōu)點：（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),計算機(jī)技術(shù),成組技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù),傳感檢測技術(shù) ,信息處理技術(shù),網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù),液壓氣動技術(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．?dāng)?shù)控機(jī)床構(gòu)造．北京：北京理工大學(xué)出版社，2007.2：1-5 2、汪木蘭．?dāng)?shù)控原理與系統(tǒng)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.7：264-275 3、Mahbubur Rahman *, Jouko Heikkala, Kauko Lappalainen．Ｍodeling，Measurement and error compensation of multi-axis machine tools．Part I：theory．International Journal of Machine Tools & Manufacture 40 (2000) 1535-1546． 4、http://zhidao.baidu.com/question/15375676.html 5、陳嬋娟．?dāng)?shù)控車床設(shè)計．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.2: 135-148 6、 韓鴻鸞，榮維芝．?dāng)?shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)與維修．北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2004.8: 179-190 7、機(jī)械設(shè)計手冊編委會，機(jī)械設(shè)計手冊.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.8 8、王積偉，章宏甲等．液壓與氣動傳動．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005:108-114 9、陳立德．機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)．北京：高等教育出版社，(2005重?。?92-93 10、Rohit G. 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．?dāng)?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 １、對車削中心進(jìn)一步熟悉和認(rèn)識 　　車削中心是以車削加工中心模式為主，添加動力刀頭后又可進(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、動力轉(zhuǎn)塔刀架的整體結(jié)構(gòu)，換刀的步驟，刀具的傳動方式 　　動力轉(zhuǎn)塔刀架的整體結(jié)構(gòu)為液壓驅(qū)動的轉(zhuǎn)塔刀架，分為抬起、轉(zhuǎn)位、夾緊三個步驟，其中抬起和夾緊是通過氣液增壓缸來實現(xiàn)的，轉(zhuǎn)位是通過圓柱凸輪分度機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)的，而凸輪機(jī)構(gòu)是通過電機(jī)來驅(qū)動的。 3、間隙分度機(jī)構(gòu)中圓柱凸輪分度機(jī)構(gòu)的設(shè)計和計算(八個工位) 　　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)過曲線槽所對應(yīng)的角度時，凸輪曲線槽推動滾子使轉(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，轉(zhuǎn)盤靜止不動。這樣，就實現(xiàn)了該機(jī)構(gòu)的間歇運(yùn)動。 4、單作用液壓缸的計算，設(shè)計(刀架的軸向力夾緊力) 　　通過液壓來推動刀架軸運(yùn)動，自鎖性可靠，密封好。 ５、減速電機(jī)的選擇(刀架的轉(zhuǎn)動)，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)型號和規(guī)格。 6、端齒盤的設(shè)計 端齒盤分為靜端齒盤和動端齒盤兩種，可以通過其整體結(jié)構(gòu)計算然后選擇外購。 7、刀位的檢測裝置選用并掌握其工作原理 　　檢測刀位信號，當(dāng)上刀體轉(zhuǎn)到某一刀位時，磁鋼與發(fā)信盤相對應(yīng)，該刀位為低電平。與系統(tǒng)的輸入指令性比較，當(dāng)實際刀號與輸入指令相一致，則轉(zhuǎn)到位向系統(tǒng)發(fā)出到位信號，若不一致則繼續(xù)找刀，如果某個刀位上得霍爾開關(guān)損壞，數(shù)控裝置將檢測不到刀位信號，會造成刀架體連續(xù)旋轉(zhuǎn)。不定位。 ８、繪制三維圖形 研究計劃 研究周期與時間安排 畢業(yè)設(shè)計起止日期：3.10─6.13 (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開題報告； 第二階段 (3.24-3.28)：完成開題報告； 第三階段 (3.31-4.4)：構(gòu)思總體設(shè)計方案； 第四階段 (4.7-4.18)：CK6130車削中心動力轉(zhuǎn)塔刀架總圖設(shè)計； 第五階段 (4.21-4.25)：中期檢查； 第六階段 (4.28-5.9)：傳動機(jī)構(gòu)和分度機(jī)構(gòu)零件圖設(shè)計； 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現(xiàn)刀架的抬起動作；采用碟形彈簧復(fù)位夾緊，端齒盤實 現(xiàn)刀架精確定位。 2、采用圓柱凸輪分度機(jī)構(gòu)實現(xiàn)間歇運(yùn)動，其中從動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，從而實現(xiàn)刀架的轉(zhuǎn)位動作。 3、采用減速電機(jī)驅(qū)動動力刀具旋轉(zhuǎn)，刀具傳動機(jī)構(gòu)中采用齒輪傳動來提高效率。 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