CK3263B型數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架的設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、三維模型、說(shuō)明書(shū)】

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本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))開(kāi)題報(bào)告 論 文 題 目： CK3263B 型數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架的設(shè)計(jì)學(xué) 院 ： 機(jī) 械 工 程 學(xué)院 專 業(yè) 、班 級(jí)： 學(xué) 生 姓 名 ： 指導(dǎo)教師（職稱）： 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開(kāi)題報(bào)告要求 開(kāi)題報(bào)告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質(zhì)量畢業(yè)論文 （設(shè)計(jì)）的有效保證。為了使這項(xiàng)工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。一、選題依據(jù) 1. 論文（設(shè)計(jì)）題目及研究領(lǐng)域； 2. 論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值； 3. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì)。二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容1.重點(diǎn)解決的問(wèn)題； 2. 擬開(kāi)展研究的幾個(gè)主要方面（論文寫(xiě)作大綱或設(shè)計(jì)思路）； 3. 本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果。三、論文（設(shè)計(jì)）工作安排 1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù)）； 2. 論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃。四、文獻(xiàn)查閱及文獻(xiàn)綜述 學(xué)生應(yīng)根據(jù)所在學(xué)院及指導(dǎo)教師的要求閱讀一定量的文獻(xiàn)資料，并在此基礎(chǔ)上通過(guò)分析、研究、綜合，形成文獻(xiàn)綜述。必要時(shí)應(yīng)在調(diào)研、實(shí)驗(yàn)或?qū)嵙?xí)的基礎(chǔ)上遞交相關(guān)的報(bào)告。綜述或報(bào)告作為開(kāi)題報(bào)告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順， 較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎(chǔ)。 五、其他要求 1. 開(kāi)題報(bào)告應(yīng)在畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）工作開(kāi)始后的前四周內(nèi)完成； 2. 開(kāi)題報(bào)告必須經(jīng)學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)審查通過(guò)； 3. 開(kāi)題報(bào)告不合格或沒(méi)有做開(kāi)題報(bào)告的學(xué)生，須重做或補(bǔ)做合格后，方能繼續(xù)論文（設(shè)計(jì)）工作，否則不允許參加答辯； 4. 開(kāi)題報(bào)告通過(guò)后，原則上不允許更換論文題目或指導(dǎo)教師； 5. 開(kāi)題報(bào)告的內(nèi)容，要求打印并裝訂成冊(cè)（部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫(xiě)在統(tǒng)一紙張上，但封面需按統(tǒng)一格式打?。? 一、選題依據(jù) 1.論文（設(shè)計(jì)）題目 CK3263B 型數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架的設(shè)計(jì)2.研究領(lǐng)域 機(jī)械設(shè)計(jì)與裝備制造 3. 論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值 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)。 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，機(jī)床產(chǎn)業(yè)是機(jī)械制造裝備的主體與基礎(chǔ)。為了追求更好的制造效率與加工精度，機(jī)床向數(shù)控自動(dòng)化方向蓬勃發(fā)展，進(jìn)展顯著。 數(shù)控機(jī)床是多品種小批量生產(chǎn)的高效自動(dòng)化的技術(shù)群，它是把多工序加工、切削處理、刀具磨損和測(cè)量等各種功能集為一體的自動(dòng)化機(jī)床。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展， 數(shù)控機(jī)床已是衡量一個(gè)國(guó)家機(jī)械制造工業(yè)水平的重要標(biāo)志。各種數(shù)控機(jī)床已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用化階段，成為生產(chǎn)市場(chǎng)的主力軍。在各種數(shù)控機(jī)床中，對(duì)數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)，無(wú)論是它的開(kāi)發(fā)應(yīng)用到應(yīng)用，還是其在使用上的優(yōu)良性能上，實(shí)現(xiàn)了高可靠性、高速度和高效率。 目前數(shù)控車床向數(shù)控車削中心發(fā)展，而其中數(shù)控車床與數(shù)控車削中心的一個(gè)重要組成部分是數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架： （1） 數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的工作質(zhì)量直接影響到數(shù)控機(jī)床尤其是加工中心的工作質(zhì)量。數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的工作質(zhì)量主要表現(xiàn)在換刀時(shí)間和故障率。加工中心的故障率有 50% 以上與自動(dòng)換刀裝置有關(guān)，自動(dòng)換刀裝置的投資常常占到整臺(tái)機(jī)床的 30%—50%[1]。所以，設(shè)計(jì)制造一個(gè)優(yōu)良的轉(zhuǎn)塔刀架對(duì)于制造裝備產(chǎn)業(yè)有著重要意義。 （2） 目前，在世界機(jī)床制造和機(jī)械加工領(lǐng)域，復(fù)合加工技術(shù)是處于領(lǐng)先地位的技術(shù)。所謂的復(fù)合加工技術(shù)，即是在一臺(tái)設(shè)備上完成車、銑、鉆、攻絲、擴(kuò)孔等多種加工要求，其主要的優(yōu)點(diǎn)就是減少加工時(shí)間，減少輔助時(shí)間，以提高生產(chǎn)率。實(shí)現(xiàn)車銑復(fù)合加工，有許多可行方案，機(jī)床搭載轉(zhuǎn)塔動(dòng)力刀架是其許多方案中應(yīng)用最廣泛的一個(gè)。其中，數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架是實(shí)現(xiàn)復(fù)合加工的核心功能部件，不僅可以像普通刀架一樣裝配多把普通刀具，并且能夠同時(shí)提供動(dòng)力驅(qū)動(dòng)動(dòng)力刀具，完成銑、鉆、攻絲、絞孔等加工[2]。 4. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì) 刀架，作為機(jī)床的重要組成部分，刀架的發(fā)展是伴隨著機(jī)床的發(fā)展的。 最早是在40 年代初，由美國(guó)北密支安的小型飛機(jī)工業(yè)承包商派爾遜公司（Parsons Corporation）實(shí)現(xiàn)數(shù)控技術(shù)進(jìn)行機(jī)械加工的。 1952 年，麻省理工學(xué)院在一臺(tái)立銑床上，裝上了一套實(shí)驗(yàn)性的數(shù)控系統(tǒng)，成功地實(shí)現(xiàn)了同時(shí)控制三軸的運(yùn)動(dòng)，這臺(tái)數(shù)控機(jī)床被大家稱為世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。 1954 年 1 月，在派爾遜斯專利的基礎(chǔ)上，第一臺(tái)工業(yè)用的數(shù)控機(jī)床由美國(guó)本迪克斯（Bendix cooperation）正式生產(chǎn)出來(lái)。 1959 年 3 月，由美國(guó)卡耐特雷克公司（Keaney &Trecker corp.）開(kāi)發(fā)出第一臺(tái)具有自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床。 1980 年，在電動(dòng)刀架和液壓刀架的本體基礎(chǔ)上外加動(dòng)力刀具驅(qū)動(dòng)模式的形式，構(gòu)成了動(dòng)力刀架。 近 30 年的發(fā)展，數(shù)控刀架逐漸演變?yōu)殡妱?dòng)和液動(dòng)兩大派。 電動(dòng)刀架：以歐洲為代表。由力矩電機(jī)驅(qū)動(dòng)，凸輪控制齒盤(pán)的松開(kāi)和剎緊，預(yù)定位動(dòng)作由電磁鐵完成，位置信號(hào)由編碼器發(fā)出，采用齒輪減速完成分度、松開(kāi)、剎緊動(dòng)作。 液動(dòng)刀架：以日本技術(shù)為基礎(chǔ)，日本、韓國(guó)為代表。采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，用間歇分度機(jī)構(gòu)平行共軛凸輪分度和預(yù)定位，液壓松開(kāi)剎緊，位置信號(hào)用組合傳感器發(fā)信。早期的液壓刀架用液壓伺服分度馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，因該馬達(dá)價(jià)格較高，現(xiàn)專業(yè)廠已很少用此種結(jié)構(gòu)。 數(shù)控刀架技術(shù)向高速、復(fù)合方向發(fā)展。主要表現(xiàn)在： 高速化：開(kāi)放式伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，使伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)刀架技術(shù)發(fā)展成為現(xiàn)實(shí)。伺服電機(jī)代替了預(yù)定位裝置、發(fā)信裝置，簡(jiǎn)化了刀架結(jié)構(gòu)，松開(kāi)、剎緊采用液壓，伺服刀架提高了轉(zhuǎn)位換刀速度。 復(fù)合化：車削中心的出現(xiàn)，使刀架技術(shù)向復(fù)合化高層次發(fā)展。帶銑削功能的動(dòng)力刀架，一般采用普通刀架外加伺服主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)刀具，刀盤(pán)采用 VDI 刀盤(pán)，鉆銑主軸最高轉(zhuǎn)速可達(dá) 12000r/min，功率 22kW。近幾年出現(xiàn)與 B 軸、Y 軸聯(lián)動(dòng)的帶銑削頭刀架， 從而使機(jī)床達(dá)到五軸聯(lián)動(dòng)[3]。 目前我國(guó)在數(shù)控機(jī)床刀架技術(shù)方面的現(xiàn)狀是： （1） 起步階段，品種單一，不可靠； （2） 與世界先進(jìn)制造行業(yè)相比，仍有很大差距； （3） 國(guó)內(nèi)配套廠家比較少。未來(lái)的發(fā)展要求有： （1） 刀架轉(zhuǎn)位時(shí)間要短且轉(zhuǎn)位準(zhǔn)確； （2） 刀架定位精度高、動(dòng)作迅速、穩(wěn)定可靠； （3） 可多刀夾持，雙向轉(zhuǎn)位和任意刀位就近選刀； （4） 應(yīng)用范圍廣，維修方便等。 二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容1.重點(diǎn)解決的問(wèn)題 （1） CK3263B 型數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； （2） CK3263B 型數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)； （3） CK3263B 型數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架的三維建模（UG）。2.擬開(kāi)展研究的幾個(gè)主要方面（論文寫(xiě)作大綱或設(shè)計(jì)思路） （1） 查閱文獻(xiàn)，了解數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)刀架的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)，主要的設(shè)計(jì)思路； （2） 確定 CK3263B 型數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架總方案； （3） CK3263B 型數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架各組成部分的設(shè)計(jì)與計(jì)算（傳動(dòng)部分、分度機(jī)構(gòu)部分、動(dòng)力刀具部分）； （4） CK3263B 型數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架的三維實(shí)體建模； （5） CK3263B 型數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架的工作動(dòng)態(tài)演示； （6） 翻譯外文文獻(xiàn)； （7） 撰寫(xiě)論文。 3. 本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果 （1） CK3263B 型數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架的總體設(shè)計(jì)方案； （2） CK3263B 型數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架各個(gè)部分的具體設(shè)計(jì)及計(jì)算； （3） CK3263B 型數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架的零件圖、裝配圖、三維立體模型； （4） CK3263B 型數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架的動(dòng)態(tài)演示。 三、論文（設(shè)計(jì)）工作安排 1. 擬采用的主要研究方法（技術(shù)線路或設(shè)計(jì)參數(shù)） 設(shè)計(jì)參數(shù)：卡盤(pán)直徑：400mm 床身最大回轉(zhuǎn)直徑：730mm 最大車削直徑：630mm 最大車削長(zhǎng)度：250mm 轉(zhuǎn)塔刀架端面距主軸法蘭端面最大距離：1050mm 滑鞍的最大縱向行程：800mm 主軸孔徑：125mm 主軸轉(zhuǎn)速范圍：20-1500r/min 轉(zhuǎn)塔刀架工位數(shù)；8 主軸每轉(zhuǎn)刀架縱向進(jìn)給量范圍：0.01-400mm/r 主軸每轉(zhuǎn)刀架橫向進(jìn)給量范圍：0.01-300mm/r 主電機(jī)功率；37kw 液壓油箱電機(jī)：2.2kw 機(jī)床外形尺寸：4436×3025×2413 本次設(shè)計(jì)任務(wù)是數(shù)控車床自動(dòng)刀架，通過(guò)查閱與自動(dòng)刀架設(shè)計(jì)有關(guān)的各個(gè)方面的資料，并采用類比分析的方法，根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)初步制定總體設(shè)計(jì)方案，之后再進(jìn)行對(duì)各個(gè)部分的設(shè)計(jì)與計(jì)算分析。 2. 論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃 1-2 周：根據(jù)題目查閱資料，準(zhǔn)備材料； 3-4 周：完成開(kāi)題報(bào)告； 5-6 周：查閱文獻(xiàn)，進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)； 7-8 周：完善設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 9-10 周：零件三維建模； 11-12 周：完成零件圖與裝配圖； 13-14 周：完成動(dòng)態(tài)演示部分； 15-16 周：完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。 四、需要閱讀的參考文獻(xiàn) [1]郭永環(huán).數(shù)控車床用轉(zhuǎn)塔動(dòng)力刀架的發(fā)展方向[J].機(jī)床與液壓,2002(6):24. 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Digital control system for a 1525 turret lathe[J].Russian Engineering Research,2014(12):799. 附：文獻(xiàn)綜述 文獻(xiàn)綜述 此次設(shè)計(jì)圍繞轉(zhuǎn)塔刀架，查閱大量資料之后，挑選出了一些對(duì)設(shè)計(jì)有很大幫助的文獻(xiàn)，在此進(jìn)行簡(jiǎn)單的綜述。 郭永環(huán)在其《數(shù)控車床用轉(zhuǎn)塔動(dòng)力刀架的發(fā)展方向》[1]一文中對(duì)國(guó)內(nèi)外數(shù)控車床用轉(zhuǎn)塔動(dòng)力刀架產(chǎn)品進(jìn)行了分析與比較, 并對(duì)其發(fā)展方向作以論述。他指出數(shù)控機(jī)床是多品種小批量生產(chǎn)的高效自動(dòng)化的技術(shù)群體,它是把多工序加工、切削處理、刀具磨損和測(cè)量等各種功能集為一體的自動(dòng)化機(jī)床。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展, 數(shù)控機(jī)床已是衡量一個(gè)國(guó)家機(jī)械制造工業(yè)水平的重要標(biāo)志。各種數(shù)控機(jī)床已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用化階段, 成為生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的主力軍。在各種數(shù)控機(jī)床中,對(duì)數(shù)控車床來(lái)說(shuō),無(wú)論是它的開(kāi)發(fā)到利用, 無(wú)論是它的使用上的優(yōu)良性能和價(jià)格均很可觀。在進(jìn)入實(shí)用階段后,實(shí)現(xiàn)了高可靠性、高速度和高效率。目前數(shù)控車床向數(shù)控車削中心發(fā)展,而其中數(shù)控車床與數(shù)控車削中心的一個(gè)重要組成部分是數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架。數(shù)控車床的刀架系統(tǒng)按換刀形式的不同可分為帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀裝置和轉(zhuǎn)塔式刀架。前者主要用于加工中心(主要由刀庫(kù)、機(jī)械手和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成),后者可以稱為是一種簡(jiǎn)單的自動(dòng)換刀裝置,根據(jù)不同的加工對(duì)象它可以設(shè)計(jì)成四工位、六工位、八工位等多種形式刀架,經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床配置的基本上是四工位臥式自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架,在全功能數(shù)控車床上,大都裝有多工位轉(zhuǎn)塔刀架。這種轉(zhuǎn)塔式刀架定位精度高、結(jié)構(gòu)緊湊、維修方便,是數(shù)控車床和數(shù)控車削中心的必備附件。 鄭申,張瑞乾在《多工位數(shù)控轉(zhuǎn)塔動(dòng)力刀架設(shè)計(jì)》[2]中指出多工位數(shù)控轉(zhuǎn)塔動(dòng)力刀架是精密數(shù)控車削中心的核心功能部件。根據(jù)精密數(shù)控車削中心的研發(fā)要求，設(shè)計(jì)了一種電液結(jié)合控制的多工位轉(zhuǎn)塔動(dòng)力刀架。該刀架依靠伺服電機(jī)和液壓系統(tǒng)完成離合和轉(zhuǎn)位控制，利用高精度鼠牙盤(pán)進(jìn)行精確定位。它能有效搭載 12 把動(dòng)力刀具，搭載的刀具由伺服電機(jī)提供動(dòng)力，根據(jù)刀具類型的不同，可以實(shí)現(xiàn)車、銑等多種加工。其特點(diǎn)是刀具轉(zhuǎn)位速度快，分位精度高，重復(fù)精度高，可靠性強(qiáng)。目前，在世界機(jī)床制造和機(jī)械加工領(lǐng)域，復(fù)合加工技術(shù)是處于領(lǐng)先地位的技術(shù)。所謂的復(fù)合加工技術(shù)，即是在一臺(tái)設(shè)備上完成車、銑、鉆、攻絲、擴(kuò)孔等多種加工要求，其主要的優(yōu)點(diǎn)就是減少加工時(shí)間，減少輔助時(shí)間，以提高生產(chǎn)率。實(shí)現(xiàn)車銑復(fù)合加工，有許多可行方案， 機(jī)床搭載轉(zhuǎn)塔動(dòng)力刀架是其許多方案中應(yīng)用最廣泛的一個(gè)。其中，數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架是實(shí)現(xiàn)復(fù)合加工的核心功能部件，不僅可以像普通刀架一樣裝配多把普通刀具，并且能夠同時(shí)提供動(dòng)力驅(qū)動(dòng)動(dòng)力刀具，完成銑、鉆、攻絲、絞孔等加工。 柳玉民在其《數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)》[3]中介紹數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架基本組成結(jié)構(gòu)，換刀動(dòng)作及控制原理，數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架技術(shù)的發(fā)展、演變以及目前國(guó)外最新技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r和發(fā)展趨勢(shì)，結(jié)合本公司從數(shù)控刀架技術(shù)引進(jìn)到自主開(kāi)發(fā)生產(chǎn)的歷程， 特別是近兩年開(kāi)發(fā)的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)刀架和采用模塊化設(shè)計(jì)帶銑削功能的動(dòng)力刀架，標(biāo)志著國(guó)內(nèi)數(shù)控刀架向高速化、復(fù)合化方向發(fā)展，邁出堅(jiān)實(shí)的一步，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。 重點(diǎn)介紹臥式數(shù)控車床、立式數(shù)控車床所用刀架的結(jié)構(gòu)、性能、特點(diǎn)、控制原理；刀盤(pán)及刀夾的選擇。根據(jù)多年銷售服務(wù)積累的經(jīng)驗(yàn)，主機(jī)電氣控制應(yīng)注意的事項(xiàng)，為提高刀架的可靠性提供保障；以及為提高刀架精度和可靠性而采取的技術(shù)措施。 許峰和陳春滿在《有關(guān)數(shù)控車床中六轉(zhuǎn)位的轉(zhuǎn)塔動(dòng)力刀架的優(yōu)化分析》[4]一文中寫(xiě)到數(shù)控機(jī)床由于加工精度高、成品率高及投入的加工綜合成本低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工和生產(chǎn)過(guò)程中。目前，數(shù)控車床和數(shù)控車削中心主要采用的加工工具是轉(zhuǎn)塔動(dòng)力刀架系統(tǒng)。普通車床一般采用的普通刀架系統(tǒng)，由操作人員人工換刀，操作效率低下，過(guò)程復(fù)雜。數(shù)控機(jī)床采用自動(dòng)換刀系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)四工位、六工位、八工位和多工位加工。由于采用自動(dòng)轉(zhuǎn)塔動(dòng)力刀架系統(tǒng)，因此，可大幅度提高加工效率和精度。如何在設(shè)計(jì)和應(yīng)用中進(jìn)一步提高加工精度，更大發(fā)揮轉(zhuǎn)塔動(dòng)力刀架的優(yōu)勢(shì)，本文將從多個(gè)角度，詳細(xì)分析數(shù)控機(jī)床六工位動(dòng)力刀架系統(tǒng)的優(yōu)化方法。 陳水生在《數(shù)控車床轉(zhuǎn)塔刀架電動(dòng)刀架控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)》[6]中給出轉(zhuǎn)塔刀架換刀工作原理：電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)→驅(qū)動(dòng)蝸桿正轉(zhuǎn)→蝸輪正轉(zhuǎn)→蝸輪帶動(dòng)連體的螺桿旋轉(zhuǎn)→螺桿上的螺母即上刀體向上移動(dòng)→上刀體與下刀體的定位齒分離→上刀體正轉(zhuǎn)→所選擇的刀到達(dá)工作位置→開(kāi)關(guān)接通→電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)→蝸輪反轉(zhuǎn)→蝸輪帶動(dòng)連體的螺桿旋轉(zhuǎn) →上刀體慣性作用沖過(guò)工作位置→上刀體和蝸輪帶動(dòng)連體的螺桿相對(duì)旋轉(zhuǎn)→上刀體向下并反轉(zhuǎn)→上刀體和下刀體的定位齒接觸→上刀體停止轉(zhuǎn)動(dòng)并向下壓緊下刀體→ 電動(dòng)機(jī)電流增大→電動(dòng)機(jī)停電→上刀體完成換刀。 吉濤和劉乘在《多工位轉(zhuǎn)塔刀架的數(shù)控實(shí)現(xiàn)》[11]中介紹了采用獨(dú)立式 PLC 方式實(shí)現(xiàn)多工位轉(zhuǎn)塔刀架進(jìn)行控制的方法,針對(duì)就近選刀等控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié),介紹了控制算法及與 NC 協(xié)同工作的方案,并給出了主要的 PLC 程序,為開(kāi)發(fā)、升級(jí)數(shù)控車床系統(tǒng)提供了有益的參考。就數(shù)控系統(tǒng)而言,例如轉(zhuǎn)塔刀架的順序動(dòng)作控制是由 PLC 完成的。數(shù)控系統(tǒng)中的 PLC 控制分為內(nèi)嵌式和獨(dú)立式兩種類型,內(nèi)嵌 PLC 是指 PLC 內(nèi)置在 CNC 中,與CN 共用CPU,這是當(dāng)今數(shù)控機(jī)床的主流控制形式;獨(dú)立式 PLC 是指PLC 軟硬件完全獨(dú)立于 CNC,是數(shù)控改造和系統(tǒng)升級(jí)常選用的方式。該文主要介紹了筆者在數(shù)控改造過(guò)程中,采用獨(dú)立式PLC 實(shí)現(xiàn)對(duì)市場(chǎng)使用較廣泛的AK31 系列 8～12 工位臥式轉(zhuǎn)塔刀架的控制的方法。 壓縮包內(nèi)含有CAD圖紙和說(shuō)明書(shū),咨詢Q 197216396 或 11970985 摘 要 論文針對(duì) CK3263B 數(shù)控車床的轉(zhuǎn)塔刀架進(jìn)行三維設(shè)計(jì)。主要設(shè)計(jì)部分有： 傳動(dòng)系統(tǒng)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和定位機(jī)構(gòu)。其中，傳動(dòng)系統(tǒng)選擇液壓傳動(dòng)，并進(jìn)行了原理圖等一系列設(shè)計(jì)；回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)選定圓柱凸輪分度機(jī)構(gòu)，并進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)校核；定位機(jī)構(gòu)選擇活塞桿預(yù)定位和齒盤(pán)精準(zhǔn)定位。 利用 UG 軟件進(jìn)行各個(gè)零件的三維建模，并進(jìn)行裝配組裝，導(dǎo)出二維圖紙。轉(zhuǎn)塔刀架系統(tǒng)在裝夾過(guò)程中可以同時(shí)完成諸多工序，擴(kuò)展了加工工序的范疇，不僅加快了生產(chǎn)效率而且大幅度改善了加工精度。 關(guān)鍵字：轉(zhuǎn)塔刀架；液壓系統(tǒng)；凸輪；UG Ⅰ Abstract In this paper,three-dimensional design of turret turret for CK3263B CNC lathe is carried out.The main design parts include:transmission system,rotary mechanism and positioning mechanism.Among them,the transmission system to select the hydraulic drive,and a series of schematics and other design;rotary mechanism selected cylindrical cam indexing mechanism,and carried out a detailed design check; positioning mechanism to select the piston rod pre-positioning and precision positioning of the tooth plate. The modeling of each part of the turret and its assembly are established via UG software.The tooling system in the clamping process can be completed a number of processes at the same time,expanding the scope of processing processes,which not only speed up the production efficiency but also significantly improve the processing accuracy. Keywords：turret turret；Hydraulic system；cam；UG Ⅱ 目錄 摘 要 Ⅰ Abstract Ⅱ 1 緒論 1 1.1 車床概述 1 1.1.1 機(jī)床的基本組成 1 1.1.2 機(jī)床的分類 1 1.1.3 車床作用及分類 4 1.1.4 車床組成 5 1.2 轉(zhuǎn)塔車床概述 6 1.2.1 轉(zhuǎn)塔車床的組成及特點(diǎn) 6 1.2.2 轉(zhuǎn)塔刀架的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 7 2 總體方案設(shè)計(jì) 9 2.1 傳動(dòng)系統(tǒng)方案選擇 9 2.1.1 各傳動(dòng)方式比較 9 2.1.2 液壓傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn) 10 2.2 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)方案選擇 11 2.2.1 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)選擇 11 2.2.2 定位機(jī)構(gòu)選擇 11 2.3 轉(zhuǎn)塔刀架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 12 3 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 3.1 擬定原理圖 13 3.2 液壓缸設(shè)計(jì) 14 3.3 液壓元件選擇 14 4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 17 4.1 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 17 4.2 定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 19 5 主要設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 21 5.1 轉(zhuǎn)塔夾緊力的計(jì)算 21 5.2 油缸尺寸計(jì)算 23 5.3 柱銷強(qiáng)度校核 24 6 三維建模 31 6.1 軟件介紹 31 6.1.1 UG 簡(jiǎn)介 31 6.1.2 UG 優(yōu)勢(shì) 31 6.1.3 UG 主要功能 31 6.2 主要零部件建模 33 6.2.1 圓柱凸輪 33 6.2.2 花鍵軸 35 6.2.3 上下齒盤(pán) 37 6.2.4 軸承 38 6.3 總裝配圖 40 7 結(jié) 論 42 參考文獻(xiàn) 43 附錄 1：外文翻譯 44 附錄 2：外文原文 50 致 謝 55 壓縮包內(nèi)含有CAD圖紙和說(shuō)明書(shū),咨詢Q 197216396 或 11970985 1 緒論 1.1 車床概述 1.1.1 機(jī)床的基本組成 機(jī)床包括多種成分，一般由以下部分構(gòu)成。 (1) 動(dòng)力源：包括直流電機(jī)、交流電機(jī)、液壓泵及液壓馬達(dá)等，為數(shù)控機(jī)床提供動(dòng)力來(lái)源，使機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)。 (2) 傳動(dòng)系統(tǒng)：包括進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)、主傳動(dòng)系統(tǒng)以及其它傳動(dòng)系統(tǒng)等，例如進(jìn)給箱和變速箱的構(gòu)件，還有主軸構(gòu)件與變速箱組成的主軸箱。 (3) 支承件：可以在重力和切削力的作用下順利工作而不發(fā)生損壞，便于組裝并且能夠支撐其他部件，諸如床身和立柱等。該部件也是數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)部分，故而也稱為機(jī)床基礎(chǔ)件或者大件。 (4) 工作部件：主要由三部分組成，即執(zhí)行部件、安裝調(diào)整部件和多種機(jī)構(gòu)。執(zhí)行部件與最終切削工藝的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和主運(yùn)動(dòng)有關(guān)，如主軸箱和主軸，滑枕、溜板和工作臺(tái)， 作為工件安裝或刀具的零件；安裝調(diào)整部件則是與刀具安裝、工藝、調(diào)整等密切相關(guān)， 例如自動(dòng)換刀裝置、砂輪修整器和自動(dòng)上下料裝置；多種機(jī)構(gòu)包括操縱機(jī)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)、分度和轉(zhuǎn)為機(jī)構(gòu)等。 機(jī)床類型眾多，其組成和結(jié)構(gòu)也會(huì)有較大不同，主要原因在于機(jī)床的結(jié)構(gòu)布局、適用條件以及運(yùn)轉(zhuǎn)方式，如果從其運(yùn)動(dòng)的形式而言，則主要為直線式和旋轉(zhuǎn)式運(yùn)動(dòng)，故而這些構(gòu)件需要導(dǎo)軌和軸承。 (5) 控制系統(tǒng)：其主要作用在于控制好各個(gè)工作零件，使之處于良好的工作狀態(tài)， 一般采用電氣系統(tǒng)控制，有時(shí)液壓和氣動(dòng)系統(tǒng)也用于機(jī)床的組成元件中。數(shù)控機(jī)床則是使用數(shù)控系統(tǒng)，由主軸、伺服控制單元、數(shù)控裝置、編程控制器以及輸入和輸出設(shè)備等構(gòu)成。 (6) 冷卻系統(tǒng)：冷卻機(jī)床工作時(shí)產(chǎn)生的熱量。 (7) 潤(rùn)滑系統(tǒng)：潤(rùn)滑機(jī)床的導(dǎo)軌和軸承等部件，降低摩阻力以及自身磨損的程度。(8)其他裝置：如排屑裝置、自動(dòng)測(cè)量裝置等。 1.1.2 機(jī)床的分類 機(jī)床的分類主要表現(xiàn)為機(jī)床牌號(hào)，一部機(jī)床其種類、屬性和主要參數(shù)基本均可從其牌號(hào)中得出。關(guān)于機(jī)床型號(hào)的編制： ①型號(hào)表示方法。通用機(jī)床型號(hào)的表示方法為：基本部分與輔助部分之間用“/” 隔開(kāi)，型號(hào)的表示方法如下： 11 CK3263B 數(shù)控車床轉(zhuǎn)塔刀架的設(shè)計(jì) （Δ） Ο （Ο） Δ Δ Δ （×Δ） （Ο） / （□） （-□） 企業(yè)代號(hào)其他特性代號(hào) 重大改進(jìn)序號(hào) 主軸數(shù)或第二主參數(shù) 主參數(shù)或設(shè)計(jì)順序號(hào)系代號(hào) 組代號(hào) 通用特性、結(jié)構(gòu)特性代號(hào)類代號(hào) 分類代號(hào) 注：1.有“（）”的代號(hào)，當(dāng)無(wú)內(nèi)容時(shí)，則不表示；若有內(nèi)容則不帶括號(hào)。2.有“Ο”符號(hào)者為大寫(xiě)的漢語(yǔ)拼音字母。 3. 有“Δ”符號(hào)者為阿拉伯?dāng)?shù)字。 4. 有“□”符號(hào)者為漢語(yǔ)拼音的大寫(xiě)字母,或阿拉伯?dāng)?shù)字,或兩者兼有之。 ②根據(jù)不同需求，分類方式會(huì)有所差異，種類繁多，一般采用阿拉伯?dāng)?shù)字表示分類的代號(hào)，放在類代號(hào)的第一個(gè)位置處，如果是第一類時(shí)，則可以不表示。諸如磨床類的機(jī)床有三種分類。 通常采用阿拉伯?dāng)?shù)字的兩位數(shù)字表示系別和組別，處在特性代號(hào)和類代號(hào)的后面。各種類型的機(jī)床依據(jù)結(jié)構(gòu)的性能和使用范圍可以劃分為 10 個(gè)組別，用 0 到 9 的數(shù)字表示。每個(gè)機(jī)床又可以分為多個(gè)系列。劃分系別的規(guī)則一般是：主參數(shù)一致，采用公比進(jìn)行排列，刀具和工件大致相同，并且其布局和機(jī)構(gòu)也基本相同時(shí)則視為相同系別的機(jī)床。機(jī)床的類別代號(hào)見(jiàn)表 1.1。 表 1.1 機(jī)床的類別代號(hào) CK3263B 數(shù)控車床轉(zhuǎn)塔刀架的設(shè)計(jì) ③機(jī)床的特性代號(hào)：如果某一類型的機(jī)床除普通類型外，并且還兼有某一通用特性時(shí)，就在類別代號(hào)的后面添加通用特性的代號(hào)，如表 1.2 所示。如若某一類型的機(jī)床沒(méi)有普通型卻有通用性時(shí)，則不表示其通用性。如果主參數(shù)一致而性能不同時(shí)，機(jī)床的型號(hào)中必須注明特性的代號(hào)。一般用拼音字母表示結(jié)構(gòu)代號(hào)，位于類代號(hào)后面，或者放在通用特性代號(hào)的后面。 表 1.2 通用特性代號(hào) ④車床的組別和系別代號(hào)見(jiàn)表 1.3、表 1.4。 表 1.3 車床組別代號(hào) ⑤機(jī)床序號(hào)分類得到較大改進(jìn)，如果結(jié)構(gòu)布局及性能有明顯變更、新產(chǎn)品需要再次設(shè)計(jì)、制定與鑒定，則需要在原有機(jī)床的型號(hào)的后面添加重大改進(jìn)的序號(hào)。序號(hào)按 A、B、C、……等字母順序選用。 表 1.4 轉(zhuǎn)塔車床系別代號(hào) 故，本次設(shè)計(jì)主體 CK3263B 數(shù)控車床: 類別代號(hào)(車床)通用特性代號(hào)(數(shù)控) 組別代號(hào)(回輪、轉(zhuǎn)塔車床)系別代號(hào)(橫移轉(zhuǎn)塔車床) 主參數(shù)(最大車削直徑 630 mm) 第二次重大改進(jìn)  C K 2 3 63 B 1.1.3 車床作用及分類 車床在機(jī)械制造廠中通常占據(jù)金屬切削機(jī)床的一部分（一般在 20%～35%之間）。其作用通常用在內(nèi)外圓柱面、端面、圓錐面及回轉(zhuǎn)面、螺旋面的加工處理上。 車床類型的機(jī)床以回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的主軸，刀具完成的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)為特征。加工車床時(shí)需要諸多加工刀具，如：車刀、擴(kuò)孔鉆、絞刀等。 車床的分類方式有很多，根據(jù)不同使用條件和結(jié)構(gòu)布局，可以劃分為轉(zhuǎn)搭車床、自動(dòng)和半自動(dòng)車床、臥式車床等。其中臥式車床使用頻率較高，其加工構(gòu)件時(shí)能達(dá)到較高的精度(一般在 IT8 上下浮動(dòng))，精車表面上的粗糙度也較高（一般 1.25～2.5 mm 之間）。 （1） CA6140 臥式車床 臥式車床的布局當(dāng)屬 CA6140 臥式車床，結(jié)構(gòu)形式較為經(jīng)典，通用性也頗高，加工處理范圍廣，符合中小型部件的加工處理，如盤(pán)類部件和各種軸類；能夠車削各種不同的曲面，包括圓錐面、環(huán)槽、端面以及圓柱的內(nèi)外表面；而且還能夠車削多種不同標(biāo)準(zhǔn)的螺紋，包括模數(shù)制、英制、米制和徑節(jié)制，甚至能夠車削多種不同螺紋，包括非標(biāo)準(zhǔn) 螺距、較緊密螺紋及大螺距螺紋；并且還能夠擴(kuò)孔、滾花、壓光和鉆孔等工藝。 （2） 立式車床 這種類型的車床可以加工大型的工件，這種工件需滿足直徑大且高度比直徑小的要求，分為雙柱式與單柱式這兩種類型。其主要參數(shù)常用最大車削直徑的百分之一去表征。 較大較重的工件在裝卸及找正的過(guò)程比較麻煩，而立式車床為此設(shè)置了水平的工作平臺(tái)，這樣工作臺(tái)使得工件質(zhì)量可以均勻分?jǐn)偟捷S承和導(dǎo)軌面上，以便確保機(jī)床工作的高精度和高效生產(chǎn)。 （3） 轉(zhuǎn)塔車床 轉(zhuǎn)塔車床具有無(wú)絲杠及尾座的特點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)形式上和臥式車床差異較大。轉(zhuǎn)塔車床的刀架取代了臥式車床的尾座。 轉(zhuǎn)塔車床根據(jù)具體部件加工的處理工藝將需要用到的所有刀具預(yù)裝到轉(zhuǎn)塔車床上并且調(diào)試好；每一組的刀具可以通過(guò)擋塊的調(diào)整來(lái)把握終點(diǎn)位置。 在加工處理過(guò)程中，刀具被用來(lái)進(jìn)行輪流切削，在加工工件的過(guò)程中，可以有效提高操作效率，工件尺寸的測(cè)量和刀具的裝卸不需要反復(fù)操作。故而，轉(zhuǎn)塔車床更適合大量加工處理較為復(fù)雜的工件。 機(jī)床產(chǎn)品代號(hào)通常采用機(jī)床型號(hào)來(lái)直接表達(dá)出主要的技術(shù)參數(shù)、結(jié)構(gòu)的特征以及機(jī)床類型和性能等。依據(jù)我國(guó)規(guī)范（GB/T15375-1994《金屬切削機(jī)床型號(hào)編制方法》）來(lái)進(jìn)行編制各種機(jī)床型號(hào)，該規(guī)范明確了機(jī)床的型號(hào)是按照阿拉伯?dāng)?shù)字和拼音字母的組合方法編碼的，簡(jiǎn)潔又方便。 1.1.4 車床組成 車床主要組成部件有：多種箱體（溜板箱、進(jìn)給箱、交換齒輪箱、主軸箱）和諸多部件（尾架、光杠、絲杠、刀架、床身、床腳以及冷卻裝置）。 主軸箱：即床頭箱，主要作用是依靠變速機(jī)構(gòu)促使主軸產(chǎn)生正反兩種不同的轉(zhuǎn)速， 并且使得主軸箱的部分動(dòng)力運(yùn)用到進(jìn)給箱。主軸箱里面的等主軸被視為車床的核心部件。主軸作為重要的部件，在工作中的平穩(wěn)性對(duì)加工工件的質(zhì)量尤為重要，如果沒(méi)有控制好主軸在運(yùn)轉(zhuǎn)中的精度，那么就會(huì)使機(jī)床的使用價(jià)值大打折扣。 進(jìn)給箱：即所謂的“走刀箱”，進(jìn)給箱可以利用自身的變速機(jī)構(gòu)去適當(dāng)微調(diào)變速機(jī)構(gòu)進(jìn)而得到螺距和進(jìn)給量，并依靠絲杠或者光杠作用把運(yùn)動(dòng)傳遞給刀架，最終實(shí)現(xiàn)切削作用。 其中絲杠與光杠的作用和注意要點(diǎn)如下：其作用主要是把溜板箱和進(jìn)給箱連接成一個(gè)整體，將進(jìn)給箱的傳動(dòng)輸送到溜板箱，溜板箱就可以進(jìn)行直線的縱向運(yùn)動(dòng)。 溜板箱:控制車床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，內(nèi)部安裝有復(fù)雜的機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)主要是絲杠與光杠的運(yùn)轉(zhuǎn)促使刀架能夠進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)，光杠的傳動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)刀架的快速移動(dòng)、橫向移動(dòng)以及 縱向供給運(yùn)動(dòng)，絲杠使得刀架可以做直線的縱向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)車削螺紋的功能。 刀架：由兩層滑板、刀架和床鞍構(gòu)成。主要作用是便于安車刀的安裝以及促使車刀做多向運(yùn)動(dòng)（縱向、橫向、斜向）。 尾架：可以在床身導(dǎo)軌上做縱向運(yùn)動(dòng)，方便工作位置的調(diào)整。次部件的功能是用于后頂尖的安裝，便于稍長(zhǎng)工件的支撐，還可以安裝孔口加工的絞刀和鉆頭。 床身：精度高，體型大，主要連接每個(gè)部件以及實(shí)現(xiàn)支撐功能，是機(jī)床部件中最為龐大的基礎(chǔ)構(gòu)件，確保每個(gè)部件都能有確切的位置，使得各個(gè)工作環(huán)節(jié)更加有序。 冷卻裝置：通過(guò)冷卻水泵噴出的切削液帶走切削過(guò)程的熱量，并把切屑沖走，達(dá)到潤(rùn)滑的目的，延長(zhǎng)了刀具的工作時(shí)間、提高了加工產(chǎn)品的質(zhì)量。 1.2 轉(zhuǎn)塔車床概述 1.2.1 轉(zhuǎn)塔車床的組成及特點(diǎn) 轉(zhuǎn)塔刀架的組成結(jié)構(gòu)如圖 1.1 所示： 圖 1.1 普通轉(zhuǎn)塔車床外形圖 1-主軸箱 2-前刀架 3-床身 4-前刀架溜板箱 5-轉(zhuǎn)塔刀架 6-轉(zhuǎn)塔刀架溜板箱 7-定程裝置 8-進(jìn)給箱 數(shù)控轉(zhuǎn)塔車床的特點(diǎn)： （1） 帶有可移動(dòng)轉(zhuǎn)塔刀架，不需要尾座和絲杠，刀架可以安裝很多工刀，周期轉(zhuǎn)位，按照一定順序加工工件。 （2） 轉(zhuǎn)搭刀架的功能是完成主要的切削，前刀架的功能是完成輔助的切削。 （3） 操作都是依靠液壓油路和電路。 （4） 易保證精度,提高生產(chǎn)率。 轉(zhuǎn)塔車床上零件加工的過(guò)程，如下圖 1.2 所示： 圖 1.2 轉(zhuǎn)塔車床零件加工實(shí)例 1. 擋塊限送料長(zhǎng)度；2.雙刀同時(shí)車外圓；3.車圓及倒角； 4.打中心孔；5.鉆孔；6.套車外螺紋；7.前刀架刀車槽； 8.前刀架切倒角；9.前刀架壓滾花；10.切斷刀切下工件； 1.2.2 轉(zhuǎn)塔刀架的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 機(jī)床的重要成分就是刀架，刀架的更新歷程和機(jī)床的發(fā)展歷程緊密相連。 在上世紀(jì) 40 年代初期，美國(guó)北密支安的一家小型公司（Parsons Corporation）就實(shí)現(xiàn)了加工機(jī)械的數(shù)控技術(shù)。 在 1952 年，麻省理工學(xué)院成功將一套完整的實(shí)驗(yàn)性數(shù)控系統(tǒng)安裝在了立銑床上， 并且能同時(shí)調(diào)控三軸運(yùn)動(dòng)，因此，這臺(tái)數(shù)控機(jī)床被視為全球出現(xiàn)最早的數(shù)控機(jī)床。 在 1954 年 1 月，美國(guó)本迪克斯（Bendix cooperation）參考了派爾遜斯的專利，創(chuàng)作出了工業(yè)用的第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。 在 1959 年 3 月，第一臺(tái)帶有自動(dòng)換刀裝置的新型數(shù)控機(jī)床由美國(guó)卡耐特雷克公司 （Keaney &Trecker corp.）研發(fā)出來(lái)。 在 1980 年，外加動(dòng)力刀具的誕生，形成了完善的動(dòng)力刀架。 經(jīng)過(guò)幾十年的快速發(fā)展，數(shù)控刀架已經(jīng)形成了兩個(gè)類別：液動(dòng)和電動(dòng)。 電動(dòng)刀架：以歐洲為代表。主要是電機(jī)作為動(dòng)力來(lái)源，齒盤(pán)剎緊及松開(kāi)都是由凸輪進(jìn)行控制，電磁鐵實(shí)現(xiàn)預(yù)定位，編碼器發(fā)射定位信號(hào)，齒輪的減速用來(lái)控制剎緊、分度、松開(kāi)等動(dòng)作。 液動(dòng)刀架：以日本技術(shù)為基礎(chǔ)，日本、韓國(guó)為代表。主要是液壓作為動(dòng)力來(lái)源，間 歇分度機(jī)構(gòu)能夠完成定位信號(hào)平行共軛凸輪的分度，組合傳感器用來(lái)控制位置的信號(hào)和液壓的狀態(tài)。傳統(tǒng)的液壓刀架的動(dòng)力來(lái)源是液壓分度馬達(dá)，然而馬達(dá)價(jià)格昂貴，很多專業(yè)廠家現(xiàn)在已停止使用此類型的刀架。 數(shù)控車削是當(dāng)代機(jī)床發(fā)展的大趨勢(shì)，因而不得不提到數(shù)控車削中心中的數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架： 數(shù)控機(jī)床受到轉(zhuǎn)塔刀架運(yùn)轉(zhuǎn)質(zhì)量的重要影響，特別是加工中心的運(yùn)轉(zhuǎn)質(zhì)量。數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的運(yùn)轉(zhuǎn)質(zhì)量得到有效保證，關(guān)鍵在于換刀時(shí)間以及故障率。加工中心有一半以上的故障率是由換刀裝置引起的，換刀裝置的成本一般占據(jù)機(jī)床整體投資的 30%—50%[1]。所以，設(shè)計(jì)制造一個(gè)優(yōu)良的轉(zhuǎn)塔刀架對(duì)于制造裝備產(chǎn)業(yè)有著重要意義。 成熟復(fù)合加工技術(shù)占領(lǐng)了機(jī)床制造及機(jī)械加工的大部分市場(chǎng)，成為現(xiàn)階段最高水準(zhǔn)的技術(shù)。復(fù)合加工技術(shù)可以高效完成諸多加工工藝，滿足各種要求，諸如銑、車、攻絲、鉆、擴(kuò)孔等，時(shí)間短，效率高，成果佳。在車銑復(fù)合加工的過(guò)程中，加工手段可以采用多種方式，數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架就是其中使用頻率最高的一個(gè)。作為復(fù)合加工的關(guān)鍵部件，數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架擁有多種刀具以及擁有加工鉆、銑、絞孔、攻絲等的驅(qū)動(dòng)力刀具[2]。 隨著技術(shù)不斷革新，數(shù)控刀架技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是更高速化、更復(fù)合化。主要表現(xiàn)在： （1） 高速化：驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的快速發(fā)展，驅(qū)動(dòng)技術(shù)和開(kāi)放式伺服電機(jī)促進(jìn)了伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)刀架技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。伺服電機(jī)更加簡(jiǎn)潔、適用，取代了發(fā)信裝置及預(yù)定位裝置，有效改善了轉(zhuǎn)位換刀的速率。 （2） 復(fù)合化：刀架技術(shù)越來(lái)越趨向于高層次的發(fā)展。擁有銑削作用的動(dòng)力刀架有多種刀具(普通刀架，主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)刀具)，并引入了 VDI 刀盤(pán)，并且鉆銑主軸的運(yùn)轉(zhuǎn)速度快，可達(dá)到 12000r/min。隨著技術(shù)日新月異，五軸聯(lián)動(dòng)的機(jī)床發(fā)明出來(lái)，采用了 Y 軸、B 軸聯(lián)動(dòng)的刀架[3]。 目前我國(guó)在數(shù)控機(jī)床刀架技術(shù)方面的現(xiàn)狀是： （1） 起步階段，品種單一，不可靠； （2） 與世界先進(jìn)制造行業(yè)相比，仍有很大差距； （3） 國(guó)內(nèi)配套廠家比較少。未來(lái)的發(fā)展要求有： （1） 轉(zhuǎn)位時(shí)間短且精準(zhǔn)； （2） 刀架要穩(wěn)定，運(yùn)轉(zhuǎn)速度快，定位精度高； （3） 使用多刀，就近選刀和兩向轉(zhuǎn)位； （4） 應(yīng)用范圍廣，維修方便等。 2 總體方案設(shè)計(jì) 2.1 傳動(dòng)系統(tǒng)方案選擇 2.1.1 各傳動(dòng)方式比較 傳動(dòng)方式主要有以下四種：液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)、機(jī)械傳動(dòng)和電氣傳動(dòng)。它們各個(gè)性能的綜合比較見(jiàn)表 2.1。 表 2.1 各種傳動(dòng)方式的綜合比較 本傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)用于轉(zhuǎn)塔刀架，對(duì)于刀具的定位性要求較高，氣壓傳動(dòng)定位性不良， 且其負(fù)載引起的特性變化很大，故排除氣壓傳動(dòng)方案。 本傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)用于數(shù)控車床，機(jī)械傳動(dòng)的無(wú)極調(diào)速較困難，遠(yuǎn)程操作困難且信號(hào)變換困難，在車床轉(zhuǎn)塔刀架換刀時(shí)，要求速度快，時(shí)間短，而機(jī)械傳動(dòng)的速度低，顯然不適合本次設(shè)計(jì)要求，故排除機(jī)械傳動(dòng)方案。 電氣傳動(dòng)的工作壽命在這四種方式中最短，且其維護(hù)要求最高，明顯不符合設(shè)計(jì)要求中的經(jīng)濟(jì)性，故排除電氣傳動(dòng)。 綜上，本次設(shè)計(jì)中傳動(dòng)系統(tǒng)選擇液壓傳動(dòng)。 2.1.2 液壓傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn) （1） 一般情況下，等體積的液壓動(dòng)力裝置要比電氣動(dòng)力裝置產(chǎn)生的動(dòng)力大得多， 等功率的液壓裝置體積較小，質(zhì)量較輕。結(jié)構(gòu)較緊湊以及功率密度較大。有資料顯示， 液壓動(dòng)力源（液壓泵、液壓馬達(dá)）單位功率的質(zhì)量只占據(jù)電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的十分之一， 液壓源（液壓泵、液壓馬達(dá)）可以低至 0.0025N/W，等功率的電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)在0.03N/W左右，就尺寸而言，前者幾乎只有后者的 12%～13%。在輸出力方面，泵容易產(chǎn)生高壓力的液壓油液，再將油液輸送到液壓缸就會(huì)有較大作用力產(chǎn)生。因此液壓設(shè)備更具有鮮明的優(yōu)勢(shì)，體積小雖小，但產(chǎn)生的功率卻很大。 （2） 液壓裝置工作比較平穩(wěn)。液壓裝置有諸多優(yōu)點(diǎn)，不僅重量輕，反應(yīng)快，而且易于快速制動(dòng)和啟動(dòng)以及換向，在回轉(zhuǎn)時(shí)，換向頻率可以達(dá)到 500 次/min，在直線運(yùn)動(dòng)時(shí)， 換向頻率可以達(dá)到 1000 次/min，液壓擁有彈性的特點(diǎn)，因而可以有效吸收沖擊，使得液壓傳動(dòng)工作比較平穩(wěn)。 （3） 液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。區(qū)別于機(jī)械裝置以及電氣裝置，液壓缸和液壓馬達(dá)可以較長(zhǎng)時(shí)間在堵轉(zhuǎn)狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)并不會(huì)產(chǎn)生太多的熱量。 （4） 液壓系統(tǒng)便于自動(dòng)化控制，對(duì)于流量、流動(dòng)方向和液體壓力可以進(jìn)行調(diào)控。如果結(jié)合多種不同控制系統(tǒng)（電子控制、氣動(dòng)控制、液壓控制即電氣控制），那么就可以實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的順序動(dòng)作，并且便于遠(yuǎn)程操控。 （5） 液壓裝置甚至可以在較大區(qū)域內(nèi)進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速(調(diào)速范圍可達(dá) 2000:1），它還可以在運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行調(diào)速。 （6） 液壓系統(tǒng)不管在制造、設(shè)計(jì)還是在使用過(guò)程中，維修都比較便捷。現(xiàn)在液壓元件作為基礎(chǔ)部件，已經(jīng)形成了標(biāo)準(zhǔn)化、通用化及系列化，故而對(duì)于液壓系統(tǒng)在生命周期中的維護(hù)都比較方便，有效控制了機(jī)械設(shè)備的周期，并節(jié)約了投資。 （7） 液壓傳動(dòng)更加簡(jiǎn)單，更容易實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，而機(jī)械傳動(dòng)則顯得復(fù)雜的多。 （8） 布局靈活方便。液壓元件并不拘束于空間的位置，而是根據(jù)機(jī)器的需求，通過(guò)管道來(lái)連接各個(gè)元件，在安裝布局上更具有靈活性，可以實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的系統(tǒng)。 19 2.2 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)方案選擇 2.2.1 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)選擇 本節(jié)設(shè)計(jì)八工位轉(zhuǎn)塔刀架的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，當(dāng)前幾種常用間歇分度機(jī)構(gòu)的性能比較見(jiàn)表2.2。 表 2.2 幾種常用的間歇分度機(jī)構(gòu)性能比較 通過(guò)比較，選擇圓柱凸輪分度機(jī)構(gòu)。 2.2.2 定位機(jī)構(gòu)選擇 因?yàn)檫x擇斜面銷、圓柱銷這兩種定位方式時(shí)定位易有間隙，所以不同于以往的推銷定位或者說(shuō)是端齒盤(pán)定位的刀架定位方式，在這選擇了先用活塞桿預(yù)定位，再采用端齒盤(pán)進(jìn)行準(zhǔn)確定位。作為一種良好的定位方式，端齒盤(pán)因?yàn)閲Ш蠒r(shí)誤差可以被抵償，整體誤差較均勻而具有定位精度高的特點(diǎn)。端齒盤(pán)主要通過(guò)兩個(gè)端面齒盤(pán)的嚙合作用實(shí)現(xiàn)定位，具體來(lái)說(shuō)，端齒盤(pán)定位的特點(diǎn)有： （1） 定位精度高。主要是因?yàn)槎ㄎ积X數(shù)分布均勻、數(shù)量眾多，所以齒盤(pán)精度很高， 齒盤(pán)分度精度可達(dá)±(0.3"～0.4")。同時(shí)因?yàn)樯稀⑾慢X盤(pán)嚙合的自動(dòng)定心作用，所以定位時(shí)對(duì)中心軸的回轉(zhuǎn)精度等沒(méi)有影響，中心軸的設(shè)計(jì)要求相對(duì)更低，使得對(duì)裝置設(shè)備的制造更為容易。 （2） 重復(fù)定位精度好。相對(duì)來(lái)說(shuō)，端齒盤(pán)定位因?yàn)橛幸粋€(gè)上下齒盤(pán)反復(fù)磨合的過(guò)程。 一般來(lái)說(shuō)，磨合次數(shù)和磨合精度是呈正相關(guān)的，因此端齒盤(pán)定位復(fù)定位精度很高。 （3） 承載能力大，定位剛性好。因?yàn)橥ǔＲ蠖她X盤(pán)定位時(shí)要求齒面嚙合長(zhǎng)度大于 60%，而齒數(shù)嚙合率高于 90%，并且齒盤(pán)本身的齒部強(qiáng)度很高，因此端齒盤(pán)定位承載能力更大，定位剛性更好。 2.3 轉(zhuǎn)塔刀架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 圖 2.1 是轉(zhuǎn)塔刀架的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，刀架的升起、轉(zhuǎn)位、夾緊等動(dòng)作都由液壓驅(qū)動(dòng)。當(dāng) 數(shù)控裝置發(fā)出換刀信號(hào)以后，液壓油進(jìn)入液壓缸 5 的上腔，由于活塞 17 緊固在座體 15 上，活塞與座體都是固定不動(dòng)的，因而液壓缸 5 上移，推動(dòng)蓋盤(pán) 3 并帶動(dòng)回轉(zhuǎn)頭 6 抬起， 上齒盤(pán) 7 緊固在回轉(zhuǎn)頭 6 上，當(dāng)上齒盤(pán) 7 與下齒盤(pán) 8 完全脫開(kāi)時(shí)，開(kāi)關(guān) 1 動(dòng)作發(fā)出轉(zhuǎn)位 信號(hào)。這時(shí)液壓馬達(dá) 9 旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)凸輪軸 12、圓柱凸輪 13 旋轉(zhuǎn)、凸輪曲線槽撥動(dòng)柱銷14，從而驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)輪 11、中心軸 4、蓋盤(pán) 3、回轉(zhuǎn)頭 6 轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)?shù)都埽ㄑb在回轉(zhuǎn)頭上） 轉(zhuǎn)至新的要求工位時(shí)回轉(zhuǎn)頭上的撥塊 2 壓合均布的固定開(kāi)關(guān) 20（回轉(zhuǎn)頭每一工位，壓合相應(yīng)的開(kāi)關(guān)），液壓馬達(dá)立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)。預(yù)定位油缸進(jìn)油，活塞桿升起進(jìn)行預(yù)定位，隨后液壓缸 5 的上腔回油，液壓油進(jìn)入液壓缸的下腔，液壓缸 5、回轉(zhuǎn)頭 6 下移，上齒盤(pán) 7 落下，與下齒盤(pán) 8 嚙合，完成精準(zhǔn)定位，靠液壓缸壓緊力夾緊。此時(shí)開(kāi)關(guān) 1 動(dòng)作，發(fā)出轉(zhuǎn)位結(jié)束信號(hào)，轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)位過(guò)程結(jié)束。 圖 2.1 轉(zhuǎn)塔刀架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 3 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1 擬定原理圖[4] 圖 3.1 液壓系統(tǒng)原理圖 1-油缸 2-限壓變量泵 3-電機(jī) 4-溢流閥 5-單向閥 6-彈簧式蓄能器 7-管路 8、9、10-三位四通電磁換向閥 11-調(diào)速閥 12-液控單向閥 13、14-單向調(diào)速閥 15-連桿型徑向柱塞馬達(dá) 16-行程開(kāi)關(guān) 17-抬起液壓缸 18-預(yù)定位液壓缸表 3.1 電磁鐵動(dòng)作順序表 液壓系統(tǒng)基本原理如圖 3.1 所示，可以看出，液壓系統(tǒng)主要包括兩部分——液壓馬達(dá)和縱向進(jìn)給液壓缸。剛開(kāi)始油缸中的液壓油經(jīng)過(guò)濾油器后到達(dá)液壓泵，然后經(jīng)溢流閥進(jìn)入單向閥，一般來(lái)說(shuō)，在經(jīng)過(guò)溢流閥時(shí)會(huì)用到蓄能器加壓以防油壓不足。經(jīng)過(guò)單向閥后，液壓油會(huì)同時(shí)進(jìn)入到三個(gè)部分，液壓馬達(dá)和預(yù)定位液壓缸、以及抬起液壓缸。 3.2 液壓缸設(shè)計(jì) 液壓缸的設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合設(shè)計(jì)的過(guò)程，裝置較復(fù)雜，結(jié)構(gòu)形式不盡相同。同時(shí)也需要結(jié)合不同工作條件，需要考慮各種具體情況，具體分析設(shè)計(jì)。主要結(jié)構(gòu)有如液壓缸缸體、缸蓋這樣的連接結(jié)構(gòu)、以及密封、緩沖、排氣這樣的功能裝置等結(jié)構(gòu)。具體如下： （1） 缸體與缸蓋的聯(lián)接形式 缸體與缸蓋的連接需要綜合考慮多方面的因素，例如所選材料、不同工作條件、工作時(shí)的壓力。在本次設(shè)計(jì)中選用了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)，拆裝、加工方便的接線方式— —法蘭式連接，這種連接方式只需要在液壓缸缸體上開(kāi)出一些均勻的法蘭孔，通過(guò)螺釘就可以緊密連接好端蓋。 （2） 活塞與活塞桿的聯(lián)接 通常來(lái)說(shuō)，活塞桿與活塞之間的連接方式有多種，常用的比如卡鍵連接、螺紋連接， 兩種連接方式各有優(yōu)劣。在此次設(shè)計(jì)中，主要采用了機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、拆裝、加工方便的螺紋連接方式，這種方式可以很好的固定好活塞。 （3） 活塞及活塞桿處密封圈的選用 密封圈的選擇應(yīng)該考慮多種因素，例如活塞運(yùn)動(dòng)速度、范圍、溫度，以及密封的不同部位，壓力情況等，這些不同的情況應(yīng)該使用不同的密封圈來(lái)達(dá)到密封目的，一般來(lái)說(shuō)使用 O 形密封圈來(lái)對(duì)活塞桿、活塞與密封腔體進(jìn)行密封。 （4） 液壓缸的緩沖裝置 為了防止活塞和缸筒端蓋的機(jī)械碰撞的現(xiàn)象發(fā)生，保證液壓缸的安全，需要在行程末端設(shè)計(jì)中設(shè)置緩沖裝置。發(fā)生碰撞的主要原因是因?yàn)橥鶑?fù)、快速運(yùn)動(dòng)，質(zhì)量很大的液壓缸作用工作部件會(huì)在行程終點(diǎn)形成液壓沖擊，從而使缸筒、活塞發(fā)生碰撞。 （5） 液壓缸的排氣裝置 因?yàn)橐簤合到y(tǒng)容易受到空氣的影響，造成系統(tǒng)不穩(wěn)定甚至不能工作，因此液壓缸的設(shè)計(jì)需要設(shè)置排氣裝置，從而保證液壓傳統(tǒng)系統(tǒng)不會(huì)混入空氣。如果沒(méi)有排氣裝置，應(yīng)該在液壓缸最高處設(shè)置進(jìn)、出油口，保證空氣最快排出。 3.3 液壓元件選擇 （1） 液壓泵的選擇 如表 3.2 給出了各種類型液壓泵，在設(shè)計(jì)中需要確定液壓泵類型和規(guī)格，其中液壓泵需要考慮系統(tǒng)工況和設(shè)計(jì)要求。液壓泵規(guī)格主要由液壓泵最大供油量決定。 表 3.2 液壓泵的性能比較及應(yīng)用場(chǎng)合 本設(shè)計(jì)中液壓泵為轉(zhuǎn)塔刀架的運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力，選擇壓力范圍為中壓，且葉片泵價(jià)格較低，效率較高，單作用葉片泵的噪聲較大，因此選擇雙葉片液壓泵作為本次設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)中的液壓泵。 （2） 液壓控制元件的選用a.溢流閥的選擇 一般來(lái)說(shuō)，因?yàn)榫哂许憫?yīng)快，適用于流量小場(chǎng)合的特點(diǎn)，直動(dòng)式溢流閥同時(shí)也可作為安全閥、制動(dòng)閥使用。因此選用直動(dòng)式溢流閥。 b.換向閥的選擇 一般來(lái)說(shuō)，70L/min 以上時(shí)宜用電磁換向閥（一般為 6，10mm 通徑）。再通過(guò)比較， 直流電磁鐵的性能，見(jiàn)表 3.3。 表 3.3 交、直流電磁鐵的性能比較 在換向閥的選擇中，應(yīng)該選擇直流濕式電磁換向閥，從而會(huì)有更長(zhǎng)的設(shè)備使用壽命和更高的可靠性。 在本設(shè)計(jì)當(dāng)中，選用的液壓回路是一泵多缸，選用的換向閥是三位四通直流濕式電磁換向閥，一般來(lái)說(shuō)，中位機(jī)能一般有 O 型和 Y 型，在本次設(shè)計(jì)中選擇的是 O 型。 4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.1 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算[5] 如圖4.1 所示圓柱凸輪步進(jìn)式轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)，其中凸輪是指在圓柱上加工一條凸起輪廓， 這條兩頭凸起的輪廓決定了圓柱凸輪步進(jìn)式轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，使得刀架旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。一般來(lái)說(shuō)，跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)的回轉(zhuǎn)盤(pán)在端面上有多個(gè)銷子，銷子數(shù)量與工位數(shù)相等。 圖 4.1 圓柱凸輪步進(jìn)式轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)1-凸輪 2-分度柱銷 3-回轉(zhuǎn)盤(pán) 其工作原理為：當(dāng)凸輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，B 銷會(huì)開(kāi)始沿凸輪輪廓行進(jìn)，此時(shí) A 銷與凸輪輪廓脫離，凸輪會(huì)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，當(dāng)凸輪在轉(zhuǎn)過(guò) 360°后，步進(jìn)式轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)停止轉(zhuǎn)位。之后，B 銷不再接觸曲線段，開(kāi)始沿直線段行進(jìn)，此時(shí)在凸輪輪廓直線段的另一側(cè)也同時(shí)工作，與 C 銷接觸，因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)的時(shí)候，凸輪是按照兩端開(kāi)口的、非閉合實(shí)際，因此凸輪可以帶動(dòng)刀盤(pán)在正反兩個(gè)方向作一樣的旋轉(zhuǎn)，不管凸輪正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)。 其特點(diǎn)是：因?yàn)榭梢宰杂稍O(shè)計(jì)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性，因此相對(duì)復(fù)雜，成本大。同時(shí)轉(zhuǎn)位速度高、精度相對(duì)較低。通過(guò) PC 程序或邏輯控制電路可以幫助選擇運(yùn)動(dòng)方向，從而可以縮短輔助轉(zhuǎn)位時(shí)間。 回轉(zhuǎn)刀架動(dòng)作過(guò)程是：首先讓油缸進(jìn)油，隨著刀架抬起，刀架中的上下齒盤(pán)脫離。凸輪受轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)作用帶動(dòng)從動(dòng)盤(pán)運(yùn)轉(zhuǎn)，然后回轉(zhuǎn)盤(pán)通過(guò)裝置上八個(gè)工位的的圓柱銷在凸輪輪廓中回轉(zhuǎn)。而當(dāng)?shù)竭_(dá)特定位置時(shí)，預(yù)定位缸中的活塞桿及時(shí)伸出并進(jìn)入刀架轉(zhuǎn)塔空中，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)定位的目的。預(yù)定位后，通過(guò)缸的下腔進(jìn)油被夾緊，此時(shí)刀架回落，上齒盤(pán)與下齒盤(pán)相互配合，為了精確定位而進(jìn)行嚙合。然后預(yù)定位缸中的活塞桿就可以從轉(zhuǎn)刀架塔上撤回，繼續(xù)等待下一次的定位。 （a） （b） 圖 4.2 凸輪間歇機(jī)構(gòu)展開(kāi)圖 （1） 凸輪直線段輪廓寬度 b 的計(jì)算： 圖 4.2 所示即為圓柱凸輪間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)用于兩相錯(cuò)軸間的分度傳動(dòng)。圖4.2（a）為其仰視圖，圖 4.2（b）為其展開(kāi)圖。如圖所示，為了實(shí)現(xiàn)可靠定位，在停歇階段從動(dòng)盤(pán)上相鄰的兩個(gè)柱銷必須同時(shí)貼在凸輪直線輪廓的兩側(cè)。為此，凸輪輪廓上直線段的寬度應(yīng)等于相鄰兩柱銷表面內(nèi)側(cè)之間的最短距離，即 b = 2R2 sina- d （4.1） 式中， R2 為從動(dòng)盤(pán)上注銷中心圓半徑；a為柱距半角，即a=p? z2 ； z2 為從動(dòng)盤(pán)的柱銷數(shù)；d 為柱銷直徑。 R2 =90mm； z2 =8；a=p? z2 =45?；d=4.5mm； b = 2R2 sina- d =23.8mm （2） 凸輪其余各部分尺寸的確定 ①在本次設(shè)計(jì)中綜合考慮各部分結(jié)構(gòu)，選擇凸輪輪廓外徑 D2 =100mm。考慮的因素主要是因?yàn)橥馆喼睆脚c壓力角相關(guān)，一般來(lái)說(shuō)在條件允許的情況下，為了回轉(zhuǎn)輪驅(qū)動(dòng)方便，直徑越大越好，壓力角越小越好。 ②凸輪升程等于兩個(gè)柱銷間的距離： 2R sina= 2 ′ 9 ′sin p ? 68.88mm 1 8 其中 S——凸輪的升程 ③凸輪滾道中心線軌跡為正弦曲線，其升程 S=68.88mm。所以該曲線方程為： y = 68.88 sin? 2a- p? ? ÷ 3 2 2 è ? CK3263B 數(shù)控車床轉(zhuǎn)塔刀架的設(shè)計(jì) a的范圍為 0～ 2p。 3 整個(gè)凸輪在前 270°為曲線輪廓，后 90°為直線輪廓，如圖 4.3 所示。為了便于在兩端開(kāi)口處引入柱銷滾子可各加上 15°的引入端。 圖 4.3 凸輪曲線輪廓示意圖 凸輪曲線輪廓寬度 b 1 應(yīng)小于兩個(gè)柱銷之間的距離 b ， 設(shè)計(jì)中取凸輪總寬度 B=154mm。這樣二個(gè)凸輪曲線段寬度: b = 1 B - 1 b - d = 1 ′154 - 1 ′ 23.8 - 45 = 23.7mm 1 2 2 2 2 b1 ￡ b 這樣就保證了在回轉(zhuǎn)輪分度時(shí)，柱銷不與凸輪凸起輪廓部分發(fā)生干涉。 4.2 定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 作為轉(zhuǎn)塔刀架的重要零件，上齒盤(pán)和下齒盤(pán)有以下技術(shù)要求：（1）除了接觸不良齒，要求兩盤(pán)嚙合時(shí)接觸齒數(shù)應(yīng)該在 90%以上，齒高接觸在嚙合高度的 85%以上。（2）齒寬接觸率應(yīng)該在 70%以上，采用 40 Cr 作為齒盤(pán)的材料，并且要在齒部滲氮，然后再進(jìn)行磨齒加工。（3）安裝基準(zhǔn)端面對(duì)分度時(shí)，精密齒盤(pán)應(yīng)該選擇 0.01mm 的平行度，普通齒盤(pán)選擇 0.01~0.04mm 的平行度。（4）在安裝基準(zhǔn)軸線相對(duì)分度中心時(shí)，精密齒盤(pán)應(yīng)該選擇 0.01mm 內(nèi)的位置度，普通齒盤(pán)選擇選擇 0.02~0.04mm 的位置度。齒盤(pán)的精度決定了刀架的優(yōu)良程度，只有嚴(yán)格按照以上要求設(shè)計(jì)，才能保證齒盤(pán)的剛度和精度。 而在本次設(shè)計(jì)中，因?yàn)椴捎昧税惭b標(biāo)準(zhǔn)直齒齒盤(pán)的刀架，液壓系統(tǒng)中的變量泵可以獲得滿足刀架剛度的鎖緊力，因此嚙合深度應(yīng)該選擇 3mm，這一設(shè)計(jì)也可減少活塞的行程，節(jié)省功率。 CK3263B 數(shù)控車床轉(zhuǎn)塔刀架的設(shè)計(jì) 齒盤(pán)外徑 d：齒盤(pán)外徑的大小在設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要考慮其所處的空間局限，通常情況下在齒盤(pán)所處空間允許的條件下，把齒盤(pán)的外徑設(shè)計(jì)的越大則其優(yōu)勢(shì)越明顯，因?yàn)辇X盤(pán)分度和定位機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性與齒盤(pán)的外徑大小呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系，結(jié)合具體的轉(zhuǎn)塔刀架的總體結(jié)構(gòu)以及外徑系列，最終確定齒盤(pán)外徑為 320mm。 齒數(shù) z：如果齒盤(pán)半徑選定為 320mm，則齒數(shù)為 72，最小分度角分別為 5?和 6?，根 據(jù)具體的設(shè)計(jì)方案，動(dòng)力刀架工位數(shù)是 8，每轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)工位動(dòng)盤(pán)要相應(yīng)的轉(zhuǎn)過(guò) 45?，一個(gè)工位動(dòng)盤(pán)轉(zhuǎn)過(guò)的角度理論上為最小分度角的整數(shù)倍，因此根據(jù)這一關(guān)系最小分度角舍 棄 6?，進(jìn)而選取 5?為最小分度角，齒數(shù)則選取 72。 其他參數(shù)查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》[6]得出以下尺寸: 齒數(shù)z=72 按 320展開(kāi) 圖 4.4 齒盤(pán)齒形 30 5 主要設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 5.1 轉(zhuǎn)塔夾緊力的計(jì)算[7] CK3263B 型數(shù)控車床技術(shù)參數(shù)見(jiàn)下表 5.1。 表 5.1 CK3263B 型數(shù)控車床技術(shù)參數(shù)表 轉(zhuǎn)塔的定位需要由兩個(gè)齒圈上的齒互相咬合來(lái)實(shí)現(xiàn)。此時(shí)，齒側(cè)面上產(chǎn)生過(guò)盈。定位器的剛度和抗震性能根據(jù)卡緊力以及切削力的方向確定，在此卡緊力用 P3 表示。在齒 數(shù)結(jié)合參數(shù)和負(fù)荷確定的條件下，會(huì)有一個(gè)確定的卡緊力值，在該值下卡緊力為最優(yōu)， 卡緊力下降轉(zhuǎn)塔的剛度會(huì)有明顯的變化，同樣的提高卡緊力其剛度的變化幾乎不變。 比壓在轉(zhuǎn)塔夾緊定位副一對(duì)齒盤(pán)的接觸面產(chǎn)生。當(dāng)轉(zhuǎn)塔施加偏心載荷后，比壓會(huì)根據(jù)具體的情況再一次的分布。比壓會(huì)有一個(gè)極限值，如果低于這個(gè)數(shù)值的話，接觸面的剛度值驟然減少。夾緊力的大小取值可以依據(jù)接觸面上最小負(fù)載總的最小允許比壓值來(lái)計(jì)算得出。 根據(jù)公式： P = [q ]F + P + [ (M 2 + M 2 )+ M tga] 3 min Q z x y z （5.1） 式中： P3 ——轉(zhuǎn)塔夾緊力 Rcp ——齒盤(pán)平均半徑（因齒盤(pán)的齒數(shù)比其直徑小的多，內(nèi)徑與外徑上的比壓差別不大，因此計(jì)算可取位于平均半徑上的相應(yīng)點(diǎn)進(jìn)行） pz ——主切削力 [ qmin ]——接合面最小負(fù)載總最小允許比壓 Mx 、 M y 、 Mz ——切削力在齒盤(pán)接合面處的扭矩 FQ ——接合面在平面 Q 上的投影面積 平面 Q——齒圈內(nèi)外圓柱體中截取的環(huán)平面 FQ = 2bhztga 其中： b——齒長(zhǎng)，為 15mm h——平均嚙合深度，為 3.181mm z——齒數(shù)為 72 a——齒形半角，為 45° b——接觸不平均和不連續(xù)的利用系數(shù)，取 0.5 則可計(jì)算出：  （5.2） Q F = 2 ′15′ 3.181′ 48′ 0.5′ tg45° = 2290.32mm2 對(duì)于 CK3263B 數(shù)控車床來(lái)說(shuō)設(shè)計(jì)最大主切削力: Pz =1000kgf. 根據(jù)一般情況下，車削力的分布規(guī)律： Pz : Py : Px =1:0.4:0.25 則： Pz =1000kgf Py =400kgf Px =250kgf 設(shè)： xp yp z p 為切削點(diǎn)到齒盤(pán)嚙合平面中心為原點(diǎn)的坐標(biāo)軸的距離 圖 5.1 轉(zhuǎn)塔刀架受力示意圖 根據(jù)刀架結(jié)構(gòu)安排： xp =-365mm yp =-35mm z p =50mm 取：接合面最小負(fù)載點(diǎn)最小允許比壓[q 則計(jì)算出：  min ] = 10kgf / cm2 Mx = Pz × yp + Py × z p = 1000 ′ (- 35)+ 400 ′ 50 = -15000kgf × mm M y = Pz × xp + Px × yp = 1000 ′(- 365)- 250 ′ 50 = 352500kgf × mm M z = Py × xp + Px × yp = 400 ′(- 365)- 250 ′(- 35) = -137250kgf × mm 所需夾緊力 P3 : P 3 10′10 - 2′ 2290.32 +1000 + 1 é +1.3725′105′ tg45°ù 3 480 ê? ú? =2249.9kgf 即當(dāng)轉(zhuǎn)塔夾緊力大于 2249.9kgf 時(shí)，刀架系統(tǒng)具有足夠的剛性和抗振性。 5.2 油缸尺寸計(jì)算 （1） 根據(jù)刀架所需夾緊力來(lái)確定油缸內(nèi)徑： 當(dāng)液壓系統(tǒng)油壓為 P = 30kgf / cm2 時(shí)，所需油缸活塞的有效工作面積： F0 = P3 / P = 2249.9/30 = 75cm 根據(jù)結(jié)構(gòu)需要活塞桿直徑d0 = 16.5cm 左右，則油缸內(nèi)徑： D0 = = = 19.18cm 根據(jù)結(jié)構(gòu)需要取油缸內(nèi)徑 D0 = 30cm 可滿足夾緊力的要求。 （2） 油缸壁厚的計(jì)算根據(jù)公式： d3 D0 2 式中:d——油杠壁厚 [d]——許用應(yīng)力，取為600kgf / cm2 y y p ——試驗(yàn)應(yīng)力( p = 1.2 p = 1.2′ 30 = 36kgf / cm2 ) D0 = 30cm  （5.3） 則d3 30 2 600 + 0.4 ′ 36 -1 600 -1.3′ 36 d3 0.807cm 現(xiàn)取油缸壁厚d=3cm（根據(jù)結(jié)構(gòu)需要）完全滿足強(qiáng)度要求。 5.3 柱銷強(qiáng)度校核 刀盤(pán)的分度轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，回轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)可以經(jīng)由凸輪帶動(dòng)撥動(dòng)柱銷實(shí)現(xiàn)，因此可見(jiàn)柱銷起到了傳動(dòng)的作用，所以對(duì)于柱銷強(qiáng)度的校核十分重要。 （1）轉(zhuǎn)位時(shí)刀盤(pán)所需最大扭矩計(jì)算： 在設(shè)計(jì)中 1.5 秒的時(shí)間要轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)工位，根據(jù)齒盤(pán)的大小可得出此時(shí)凸輪正好經(jīng)過(guò) 一周，也就是凸輪轉(zhuǎn)過(guò) 360 度，理論上凸輪曲線是正弦曲線，根據(jù)正弦曲線的數(shù)學(xué)特征， 在凸輪運(yùn)動(dòng) 240 度的時(shí)候，回轉(zhuǎn)輪的加速度和角加速度在該點(diǎn)處是零，在凸輪的起終點(diǎn)的時(shí)候凸輪的速度正好為零，速度為零的時(shí)候其對(duì)應(yīng)的加速度和角速度最大，加速度和角速度決定其受力的大小，當(dāng)這兩個(gè)值取值最大的時(shí)候，柱銷受力達(dá)到極值，此時(shí)刀盤(pán)所受的扭矩 M max 。 ①柱銷運(yùn)動(dòng)方程為： y = 34.22 sin? 2wt - p? = é ?p- 2wt ?ù = -34.22 cos? 2wt ? ? 3 2 ÷ 34.22sinê- ? 2 3 ÷ú ? 3 ÷ è ? 柱銷的速度： ? è ?? è ? 3 è ? v = dy = 2 w′ 34.22 sin? 2 wt ? dt 3 ? ÷ 柱銷的加速度： 2 a = d y = 4 w2 ′ 34.22 cos? 2 wt ? dt 2 9 ? ÷ è 3 ? 因?yàn)橥馆喪堑人傩D(zhuǎn)：a= wt 當(dāng)a= 2p t = 1.5 = 3 s 2 CK3263B 數(shù)控車床轉(zhuǎn)塔刀架的設(shè)計(jì) 則w= a = 2p = 4prad/s，在起始點(diǎn)：t=0 t 3 3 2 則 v = 2w′ 34.22sin? 2p? = 0 ? ÷ 3 3 è ? a = 4w2 ′ 34.22 cos? 2wt ? = 253.55mm / s2 ? ÷ 3 9 è ? 柱銷沿半徑切線方向的加速度a’為： a' = a sin 22.5° = 253.55 ′ sin 22.5° = 97.03mm / s2 ? 9.7cm / s2 此時(shí)刀盤(pán)系統(tǒng)的角加速度： b = a ' R1 = 9.7 = 9 1.03rad/s 2 在凸輪曲線段中點(diǎn):a= 3p, t = 9 s 4 16 則 v = 2w′ 34.22 sin? 2wt ? ? ÷ 3 3 è ? = 2 ′ 4 p′ 34.22 sin? 2 ′ 4 p′ 9 ? ? ÷ 3 ? 3 3 è 3 16 = 8 p′ 34.22 sin p = 95.51mm / s 9 2 a = 4 w2 ′ 34.22 cos? 2 wt ? 9 4 ? 4 ?2 ? ÷ 3 è ? ? ? 2 4 9 ? = ′ ? p÷ 9 è 3 ? ′ 34.22 cos? ′ è 3 3 p′ 16 ÷ 4 ? 4 ?2 p = ′? p÷ 9 è 3 ? ′ 34.22 cos 2 = 0 此時(shí)刀盤(pán)系統(tǒng)的角加速度： b= 0 在凸輪曲線段終點(diǎn)：a= 3p 2 則v = 2w′ 34.22 sin? 2wt ? ? t = 9 s 8 3 ? ÷ 3 è ? = 2 ′? 4 p?′ 34.22 sin? 2 ′ 4 p′ 9 ? ? ÷ ? ÷ 3 3 8 3 3 è ? è ? = 8p′ 34.22 sinp= 0 9 CK3263B 數(shù)控車床轉(zhuǎn)塔刀架的設(shè)計(jì) a = 4 w2 ′ 34.22 cos? 2 wt ? ? 3 9 è 4 ? 4 ?2 ÷ ? ? 2 4 9 ? = ′ ? p÷ 9 è 3 ? ′ 34.22 cos? ′ p′ ÷ 5 è 3 3 ? = -253.55mm / s2 a' = a sin 22.5° = -253.55 sin 22.5° = -97.03mm / s2 = -9.7cm / s2 此時(shí)刀盤(pán)系統(tǒng)的角加速度b為 b = a ' R1 = - 9.7 = 9 1.08rad/s 2 ②刀盤(pán)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 5 J = ? Ji = ( J1 + J2 + J3 + J4 + J5 )K i=1 式中： J1 ——回轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J2 ——中心花鍵軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J3 ——回轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J4 ——頂面軸承蓋的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J5 ——機(jī)蓋的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 K ——考慮附具的影響系數(shù)，取 K=1.3 根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算公式： r3 J = ò r 2dm = ò r 2rh2prdr  （5.4） m r1 （5.5） 1’回轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J1 : 1 12.5 ' 2 ' -3 ( 4 4 ) 2 J1 = ò r 10 rh1 2prdr = 2 ′ 7.8 ′10 ′ 3.3 ′p12.5 -10 = 16864.45 kgcm 1 12.5 ' 2 ' -3 ( 4 4 ) 2 J2 = ò r 3.1 rh2 2prdr = 2 ′ 7.8′10 ′ 2.5 ′p12.5 - 3.1 = 2371.37 kgcm 1 5.5 2 ' -3 ( 4 4 ) 2 J3 ' = ò r 3.5 5 rh3 2prdr = 2 ′ 7.8′10 ′ 2.5 ′p5.5 - 3.5 = 80.21kgcm i 1 J = ? J ' = 16864.45 + 2371.37 + 80.21 = 19316.03 kgcm 2 1 圖 5.2 回轉(zhuǎn)盤(pán) 2’中心花鍵軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J2 : 圖 5.3 中心花鍵軸 CK3263B 數(shù)控車床轉(zhuǎn)塔刀架的設(shè)計(jì) 1 2.1 ' 2 ' -3 ( 4 4 ) 2 J1 = ò r 1.35 rh1 2prdr = 2 ′ 7.8 ′ 9.6 ′10 ′p 2.1 -1.35 = 18.97kgcm 3 ' 2 ' 1 -3 ( 4 4 ) 2 J 2 = ò r 1.35 rh2 2prdr = 2 ′ 7.8 ′10 ′ 2.5 ′p 3 -1.35 = 23.79 kgcm 1 2.1 ' 2 ' -3 ( 4 4 ) 2 J3 = ò r 1.35 ? 3 rh3 2prdr = 2 ′ 7.8′10 ′ 2.38 ′p 2.1 -1.35 = 4.7kgcm 2 J = J ' = 18.97 + 23.79 + 4.7 = 47.46kgcm 2 i 1 3’回轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J3 : 圖 5.4 回轉(zhuǎn)輪 J3 = 9 ò r 3.5 2rh 2prdr = 1 ′ 7.8 ′10-3 3 2 ′ 3′p(94  - 3.5 4 )= 2356.44 kgcm 2 4’頂面軸承蓋的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J4 : 圖 5.5 軸承蓋 1 9.5 ' 2 ' -3 ( 4 4 ) 2 J1 = ò r 2.25 rh1 2prdr = 2 ′ 7.8 ′10 ′1.3 ′p′ 9.5 - 2.25 = 1293.25 kgcm 1 11.5 ' 2 ' -3 ( 4 4 ) 2 J 2 = ò r 2.25 rh2 2prdr = 2 ′ 7.8 ′10 ′ 0.6 ′p11.5 - 2.25 = 1283.87 kgcm 4 1 2 J = J ' + J ' = 1293.25 + 1283.87 = 2577.12 kgcm 2 5’機(jī)蓋的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J5 ： 圖 5.6 機(jī)蓋 ò 1 17.5 ' ' 1 1 2 J = r 2rh 2prdr = 0 ′ 7.8′10-3 ′1′p′17.54 = 11491 .23kgcm 2 1 17.5 ' 2 ' -3 ( 4 4 ) 2 J 2 = ò r 16.5 rh2 2prdr = 2 ′ 7.8 ′10 ′ 21′p′ 17.5 -16.5 = 50607.64 kgcm 5 1 2 J = J ' + J ' = 11491.23 + 50607.64 = 62098.87kgcm2 6’刀盤(pán)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 5 J = ? Ji i=1 = ( J1 + J2 + J3 + J4 + J5 )K = 112314.7 kgcm2 = 11.2kgm2 = M  max = Jb Mmaz = 11.2 ′1.08 ′100 = 1209.6kgfcm （2）柱銷彎曲應(yīng)力計(jì)算 轉(zhuǎn)位時(shí)只有一個(gè)柱銷受力，可將柱銷簡(jiǎn)化成一個(gè)懸臂梁，見(jiàn)圖 5.7。 CK3263B 數(shù)控車床轉(zhuǎn)塔刀架的設(shè)計(jì) 圖 5.7 柱銷應(yīng)力示意圖 39 p = M max R1 = 1209.6 = 134.4 kgf 9 柱銷的懸伸長(zhǎng)度： l = 2cm 柱銷受的最大彎矩： M 'max = pl M 'max = 134.4 ′ 2 = 268.8kgf × cm M 'max 由彎曲