2072 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) 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(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) 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí)： D 機(jī)加工 041 學(xué) 號(hào)： 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(jì)(論文) 開題報(bào)告學(xué)生姓名 張志偉 學(xué) 號(hào) 231040232 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 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(lái)源 自擬課題 課題性質(zhì) 工程設(shè)計(jì)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(guó)綜合國(guó)力的進(jìn)一步加強(qiáng)和加入世貿(mào)組織，我國(guó)經(jīng)濟(jì)全面與國(guó)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(guó)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(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。國(guó)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(guó)家的，而且產(chǎn)品的性能方面跟國(guó)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(lái)適應(yīng)市場(chǎng)，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(guó)內(nèi)市場(chǎng)，并 達(dá) 到 國(guó) 際 領(lǐng) 先 水 平 ， 為 國(guó) 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(lái)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(lái)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)。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(lái)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(lái)的加工設(shè)備已無(wú)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(chǎng)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]。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(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(guó)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(guó)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 Ι 型和航天Ⅰ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(guó)的軟件優(yōu)勢(shì)，實(shí)施平臺(tái)戰(zhàn)略，發(fā)展我國(guó)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(chǎng)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(lái)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)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(yè)碼數(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(lái)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(lái)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(lái)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(lái)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β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(lái)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(lái)控制機(jī)床的運(yùn)行的，而程序簡(jiǎn)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(lái)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．?dāng)?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．?dāng)?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 *, 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) 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研究?jī)?nèi)容１、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(lái)實(shí)現(xiàn)的，轉(zhuǎn)位是通過圓柱凸輪分度機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而凸輪機(jī)構(gòu)是通過電機(jī)來(lái)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(lái)推動(dòng)刀架軸運(yùn)動(dòng)，自鎖性可靠，密封好。５、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(gòu)。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。８、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：3.10─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(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(lái)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(lái)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(lái)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CK6130 車削中心動(dòng)力轉(zhuǎn)塔刀架設(shè)計(jì)目 錄前 言 ..............................................................1第 一 章 緒 論 .......................................................31.1 國(guó) 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第 1 頁(yè)前 言制 造 業(yè) 是 一 個(gè) 國(guó) 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(guó) 或地 區(qū) 經(jīng) 濟(jì) 的 實(shí) 力 ， 科 技 水 平 ， 生 活 水 準(zhǔn) 和 國(guó) 防 實(shí) 力 。 國(guó) 際 市 場(chǎng) 的 競(jìng) 爭(zhēng) 歸 根 到 底是 各 國(guó) 制 造 生 產(chǎn) 能 力 及 機(jī) 械 制 造 裝 備 的 競(jìng) 爭(zhēng) 。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(lái) ， 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 。 現(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(guó) 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(guó) 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(guó) 同 工 業(yè) 發(fā) 達(dá) 國(guó) 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 ： 1． CK6130 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 抬第 2 頁(yè)起 和 刀 架 鎖 緊 由 液 壓 來(lái) 實(shí) 現(xiàn) ， 而 刀 盤 轉(zhuǎn) 位 則 由 伺 服 電 機(jī) 來(lái) 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 3 頁(yè)第 一 章 緒 論1.1 國(guó) 內(nèi) 外 數(shù) 控 車 床 的 研 究 狀 況 與 成 果 我 國(guó) 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(guó) 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) 。 CIL—18 晶 體 管 數(shù) 控 系 統(tǒng) 及Z53K—1G 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(guó) 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(guó) GE 公 司 的 MCI系 統(tǒng) 和 交 流 伺 服 系 統(tǒng) ， 德 國(guó) 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(guó) 數(shù) 控 機(jī) 床 穩(wěn) 定 發(fā) 展 ， 使 我 國(guó) 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(guó) 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(lái) 。 為 了跟 蹤 國(guó) 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(guó) 在 引 進(jìn) ， 消 化 國(guó) 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 m?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(lái) 了 ， 并 造 出 樣 機(jī) 。我 國(guó) 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) 控第 4 頁(yè)人 才 ， 初 步 形 成 了 自 己 的 數(shù) 控 產(chǎn) 業(yè) 。 “十 五 ”攻 關(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(guó) 自 主 版 機(jī) 的 數(shù) 控 技 術(shù)平 臺(tái) 。 具 有 中 國(guó) 特 色 濟(jì) 型 數(shù) 控 系 統(tǒng) 經(jīng) 過 這 些 年 來(lái) 的 發(fā) 展 ， 有 了 較 大 的 提 高 。 它們 逐 漸 被 用 戶 認(rèn) 可 ， 在 市 場(chǎng) 上 站 住 了 腳 [2]。目 前 我 國(guó) 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 。 “九 五 ”期 間 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(guó) 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(guó) 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(guó) 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(jiǎn) 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(chǎng) 分 析 ： 國(guó) 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(lái) 需 要 量 可 達(dá) 1000～ 1500 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 專 業(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 5 頁(yè)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(kù) 式 和 轉(zhuǎn) 塔 式 ， 雖 然 換 刀 過 程 、 選刀 方 式 、 刀 庫(kù) 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(kù) 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(jiǎn) 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(guó) 對(duì) 加 工 中 心 的 需 求 一 直 是 有 增 無(wú) 減 ， 同 時(shí) ， 加 工 中 心 自 動(dòng) 換 刀 裝 置 的開 發(fā) 也 有 長(zhǎng) 足 的 發(fā) 展 。 對(duì) 于 臥 式 加 工 中 心 來(lái) 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 式 刀 庫(kù) （ 北 京 機(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(lái) 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(guó) 自 動(dòng) 換刀 裝 置 設(shè) 計(jì) 與 制 造 翻 開 了 嶄 新 的 一 頁(yè) ， 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(jiǎn) 單 ， 迅 速 可 靠 （ 刀 對(duì) 刀 2.5s） ， 受 到 廣 大 國(guó) 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(jiǎn) 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 ：第 6 頁(yè)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(wàn) 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(guó) 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(kù) 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(guó) 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(guó) 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(guó) 有 巨 大 的 市 場(chǎng) ， 因 此 ， 在 技 術(shù)研 究 的 基 礎(chǔ) 上 ， 應(yīng) 研 究 使 我 國(guó) 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(jiǎn)單可靠。5）刀庫(kù)刀具存儲(chǔ)量合理。6）刀庫(kù)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)第 7 頁(yè)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) 適用范圍回轉(zhuǎn)刀架多為順序換刀，換刀時(shí)間短、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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)塔式 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(kù)容量受限刀庫(kù)式用機(jī)械手配合刀庫(kù)進(jìn)行換刀刀庫(kù)只有選刀運(yùn)動(dòng)，機(jī)械手進(jìn)行換刀運(yùn)動(dòng)，刀庫(kù)容量大各種類型的自動(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(kù)容量和自動(dòng)換刀裝置類型 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(lái) 控 制 的 ， 因 此 ， 在 轉(zhuǎn) 塔 刀 架 本 身 性第 8 頁(yè)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(kù)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(kù)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(kù)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(kù)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(jiǎn)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 第 9 頁(yè)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(lái)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(kù)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(kù)的自動(dòng)換刀裝置。帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀裝置由刀庫(kù)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(zhǎng)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。考慮到采用第 10 頁(yè)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 0.8—6 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 11 頁(yè)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(guó)內(nèi)外市場(chǎng)調(diào)研結(jié)果看，國(guó)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(guó)家的，而且產(chǎn)品的性能方面跟國(guó)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(chǎng)，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(guó)內(nèi)市場(chǎng)，并達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，為國(guó)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(guó)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(guó)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(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品附件的研制由無(wú)到有，取得了顯著成績(jī)，但與國(guó)外先進(jìn)水平相比還是有一定差距的。為確保國(guó)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(guó)家有關(guān)部門，盡快制定有關(guān)鼓勵(lì)、扶持國(guó)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(guó)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)第 12 頁(yè)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(chǎng)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(lái)實(shí)現(xiàn)，刀盤鎖緊由碟形彈簧復(fù)位來(lái)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(lái)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)。第 13 頁(yè)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(lái)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(lái)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(lái)進(jìn)行瑣緊定位。第 14 頁(yè)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——?jiǎng)幼鳌钡拈g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(jiǎn)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(chǎng)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(jiǎn)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(wú)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(lái)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(jiǎn)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(chǎng)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(lái)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)第 15 頁(yè)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(lái)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 β 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=(0.004~100)mm，直徑 d=1mm~152.3mm。第 16 頁(yè)3.5.1 齒輪傳動(dòng)的分類和特點(diǎn)???????????????????????漸 開 線 齒 輪 傳 動(dòng)圓 弧 齒 輪 傳 動(dòng)圓 柱 齒 輪 傳 動(dòng)平 行 軸 齒 輪 傳 動(dòng) 擺 線 齒 輪 傳 動(dòng)其 他非 圓 柱 齒 輪 傳 動(dòng)齒 輪 傳 動(dòng) 直 齒 錐 齒 輪 傳 動(dòng)斜 齒 錐 齒 輪 傳 動(dòng)曲 線 齒 錐 齒 輪 傳 動(dòng)交 錯(cuò) 軸 斜 齒 輪 傳 動(dòng)相 交 軸 齒 輪 傳 動(dòng) 準(zhǔn) 雙 曲 面 齒 輪 傳 動(dòng)普 通 圓 柱 蝸 桿 傳 動(dòng)圓 弧 圓 柱 蝸 桿 傳 動(dòng)蝸 桿 傳 動(dòng) 環(huán) 面 蝸 桿 傳 動(dòng)錐 蝸 桿 傳 動(dòng)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(lái)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(v>40m/s)、中速和低速(v>25m/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，因需要專第 17 頁(yè)用或高精度的機(jī)床、刀具和量?jī)x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(wú)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(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)的固定式設(shè)備，則著重于齒輪的壽命長(zhǎng)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(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力刀具的旋轉(zhuǎn)。 第 18 頁(yè)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(jiǎn)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(jiǎn)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(jiǎn)單、緊湊、工藝性好，但是應(yīng)力集中較大，適合軸向力小的場(chǎng)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(jiǎn)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第 19 頁(yè)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 η =0.96。如圖 4.11) 先求出刀架主軸上的傳遞功率 、轉(zhuǎn)速 和轉(zhuǎn)矩2P33TP2=Pη=0.3×0.96=0.288kWn3=60/8=7.5r/min30.28950953670T Ngm???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0PdAn?式中：　　　　 為系數(shù)，軸的材料不同，則 的值會(huì)不同；0A為軸傳遞的功率，單位為 ；kW為計(jì)算截面處軸的直徑，單位為 mm；d為軸的轉(zhuǎn)速，單位為 ；n/minr選取軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表 15—3，取 ，于是得015A?33min00.28155.47PdA???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。第 20 頁(yè)（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