(wo)數(shù)控刀架的設(shè)計(jì),wo,數(shù)控,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(kāi)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 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(kāi)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(wèn)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(kāi)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(guò)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(guò)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(guò)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(yè)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(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(kāi)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(kāi)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(kāi)發(fā)出軟、硬件都具有開(kāi)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(méi)有制定出開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，但從“八五”開(kāi)始也對(duì)此作了一些有益的探索工作，并開(kāi)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(kāi)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。現(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(guò)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(kāi)、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(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(guò)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(guò)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(guò)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(kāi)位置時(shí)，行程開(kāi)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(guò)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(guò)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(guò)一個(gè)工位時(shí)，凸輪計(jì)數(shù)開(kāi)關(guān)一次，開(kāi)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(shuō)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，2007.2：1-5 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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?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(guò)氣液增壓缸來(lái)實(shí)現(xiàn)的，轉(zhuǎn)位是通過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)相鄰兩滾子所夾的中心角，當(dāng)凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)過(guò)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(guò)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(guò)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(kāi)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(kāi)題報(bào)告； 第二階段 (3.24-3.28)：完成開(kāi)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(jiàn) 　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 教研室意見(jiàn) 系部意見(jiàn) 主任簽名： 年 月 日 教學(xué)主任簽名： 年 月 日