專用轉(zhuǎn)塔車床轉(zhuǎn)塔刀架部件設(shè)計

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分 類 號 密 級 公開 寧學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 專用轉(zhuǎn)塔車床轉(zhuǎn)塔刀架部件設(shè)計 所在學(xué)院 專 業(yè) 班 級 姓 名 學(xué) 號 指導(dǎo)老師 2012 年 3 月 28 日 誠 信 承 諾 我謹(jǐn)在此承諾：本人所寫的畢業(yè)論文《 專用轉(zhuǎn)塔車床轉(zhuǎn)塔刀架部件設(shè)計 》均系本人獨立完成，沒有抄襲行為，凡涉及其他作者的觀點和材料，均作了注釋，若有不實，后果由本人承擔(dān)。 承諾人（簽名）： 年 月 日 I 摘 要 專用轉(zhuǎn)塔車床是采用液壓控制，采用多刀、可以多工位加工方法的數(shù)控機床。本文主要是設(shè)計一種可以用于大批量零件加工和專用零件加工的專用轉(zhuǎn)塔車床。 機床的設(shè)計主要是在原有的普通機床上進行改進，對其液壓系統(tǒng)、轉(zhuǎn)塔刀架以及機床床身進行改進設(shè)計。其優(yōu)點是降低了機床的設(shè)計成本，更加便于維修，同時能夠更好的適用于生產(chǎn)實踐，對一些比較復(fù)雜的專業(yè)零件也可以加工，滿足其加工精度的要求。本文主要設(shè)計 的內(nèi)容不要包括轉(zhuǎn)塔機床的機械部分和液壓系統(tǒng)傳動部分。機床的機械部分主要是對其轉(zhuǎn)塔刀架的結(jié)構(gòu)設(shè)計，其主要由轉(zhuǎn)塔頭、轉(zhuǎn)塔滑座、轉(zhuǎn)塔導(dǎo)軌以及其他輔助元件組成。在設(shè)計過程中運用了類比的設(shè)計方法和大膽組合設(shè)計創(chuàng)新方法，改善了轉(zhuǎn)塔車床加工零件的精度。 該機床的傳動方式采用機械傳動與液壓傳動相結(jié)合的方式實現(xiàn)了加工過程的自動化，提高了機床的工作效率。 關(guān)鍵詞 ： 專用轉(zhuǎn)塔車床；轉(zhuǎn)位機構(gòu)；回轉(zhuǎn)盤；轉(zhuǎn)塔刀架 is a is of a so as to is by of a a is in of In of to of 錄 摘 要 ........................................................................................................................................... I .................................................................................................................................... 錄 ...................................................................................................................................... 1 章 引言 .............................................................................................................................. 1 題的背景 ................................................................................................................ 1 控機床常用的換 刀裝置 ..................................................................................... 1 控刀架的發(fā)展方向與趨勢 ................................................................................ 2 題研究的目的與意義 ......................................................................................... 3 題研究的目的 .............................................................................................. 3 題研究的意義 .............................................................................................. 3 第 2 章 機床轉(zhuǎn)塔刀架總體方案設(shè)計 ...................................................................................... 5 塔刀架的主要結(jié)構(gòu) ............................................................................................... 5 塔刀架齒輪傳動的設(shè)計 ...................................................................................... 5 輪傳動類型選擇 ........................................................................................... 5 輪的主要參數(shù)和設(shè)計計算 ........................................................................... 6 架軸承的選用 ....................................................................................................... 8 架軸上零件選用的固定方式 ............................................................................. 9 上零件軸向固定方式 .................................................................................. 9 上零件周向固定方式 .................................................................................. 9 塔刀架轉(zhuǎn)塔頭結(jié)構(gòu)設(shè)計 .................................................................................... 10 塔刀架轉(zhuǎn)塔滑座結(jié)構(gòu)設(shè)計 ................................................................................ 10 塔刀架滑座導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)設(shè)計 ................................................................................ 11 塔刀架總體方案設(shè)計和選用 .......................................................................... 12 塔刀架的主要運動原理 ............................................................................. 12 塔刀架的主要結(jié)構(gòu)設(shè)計 ............................................................................. 12 第 3 章 刀架輔助元件的設(shè)計和選用 ................................................................................. 15 缸的設(shè)計和功能 ................................................................................................. 15 油器的設(shè)計 ........................................................................................................ 15 壓缸的設(shè)計 ........................................................................................................ 16 壓缸的選擇 ................................................................................................ 16 壓缸主要尺寸的計算 ................................................................................ 16 塞組件的設(shè)計和選用 ........................................................................................ 17 塞的設(shè)計 ..................................................................................................... 17 塞桿及連接結(jié)構(gòu)的設(shè)計 ............................................................................. 18 第 4 章 轉(zhuǎn)塔刀架 液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計 .................................................................................. 19 壓系統(tǒng)的組成部分及作用 .............................................................................. 19 壓系統(tǒng)設(shè)計和選用 ........................................................................................... 20 總結(jié)與展望 .............................................................................................................................. 23 參考文獻 .................................................................................................................................. 24 致謝 .......................................................................................................................................... 25 附錄 .......................................................................................................................................... 26 第 1 章 引言 1 第 1 章 引言 專用轉(zhuǎn)塔車床是一臺可以對復(fù) 雜零件進行一次性多工位多工序加工的自動化數(shù)控車床。本機床可以為某種零件的一個或多個固定加工工序服務(wù)的，因此它可以有更多的加工對象、可以針對個別復(fù)雜零件，也可以對簡單的零件進行加工，同時也適合零件的大批量生產(chǎn)。本機床的加工對象主要針對盤蓋類、軸套類零件，在加工過程中可以根據(jù)轉(zhuǎn)塔頭的轉(zhuǎn)動自動更替刀具，對零件進行鉆、鏜、擴、鉸孔、攻絲等加工，提高了工作效率和自動化程度，更適應(yīng)生產(chǎn)的需求。 題的背景 數(shù)控機床的上的轉(zhuǎn)塔刀架是機床安放刀架提高機床工作效率的重要部分。數(shù)控機床的出現(xiàn)和發(fā)展已經(jīng)有五十多年的時間了 ，這段時間中數(shù)控機床的取得了長足的發(fā)展。進入到 21 世紀(jì)后，隨著科技的發(fā)展，尤其是微電子和計算機技術(shù)的進步，對數(shù)控機床提出的要求也越來越高。轉(zhuǎn)塔刀架作為數(shù)控機床上的重要部件之一，也隨著數(shù)控機床的發(fā)展一直處于更新?lián)Q代中。美國、德國和日本等發(fā)達國家，一直對數(shù)控機床和轉(zhuǎn)塔刀架等重要部件的發(fā)展作為其工業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略地位 [1]。世界上比較先進的數(shù)控機床的轉(zhuǎn)塔刀架都是由歐美等工業(yè)強國設(shè)計生產(chǎn)的，比如德國的西門子，日本的 司開發(fā)了市場上所需的各種低、中、高檔次的轉(zhuǎn)塔刀架，其技術(shù)領(lǐng)先，產(chǎn)量居世界第一，同時占有國際市場 的很大份額。我國正在從工業(yè)大國向工業(yè)強國的方向發(fā)展，對數(shù)控機床轉(zhuǎn)塔刀架的需求也越來越迫切。然而我國對轉(zhuǎn)塔刀架的設(shè)計生產(chǎn)主要都是依賴于先進國家的，國內(nèi)自己生產(chǎn)的刀架在質(zhì)量和性能上都與國際上同類產(chǎn)品有著一定的差距 [2]。 國內(nèi)很多企業(yè)引進國外先進技術(shù)，利用國內(nèi)優(yōu)秀創(chuàng)新人才，開發(fā)一些適合國內(nèi)數(shù)控機床需求，質(zhì)量優(yōu)秀價格低廉，在市場上有競爭力的轉(zhuǎn)塔刀架，來代替那些老舊的不能滿足生產(chǎn)需求的刀架。數(shù)控機床附件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對我國數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)的發(fā)展顯得尤為重要。 控機床常用的換刀裝置 數(shù)控機床為了能夠在工件一次裝夾 中完成多種甚至所有加工工序，縮短輔助時間，減少多次安裝工件所引起的誤差，必須帶有自動換刀裝置。數(shù)控機床的的類型、工藝范圍、適用刀具種類、加工對象和數(shù)量等，決定了數(shù)控機床對自動換刀裝置的選用。自動換刀裝置具有縮短換刀時間、足夠的刀具容量、刀具重復(fù)定位精度高等特點。數(shù)控機床學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 的自動換刀裝置種類很多，一般常用的以一下幾種： 1. 轉(zhuǎn)塔頭式換刀裝置 帶有旋轉(zhuǎn)刀具的數(shù)控機床常采用轉(zhuǎn)塔頭式換刀裝置，轉(zhuǎn)塔是由若干與主軸箱相連接的主軸組成，如數(shù)控鉆鏜床的多軸轉(zhuǎn)塔頭等。其轉(zhuǎn)塔頭上裝有幾個主軸，每個主軸上均裝有一把刀 具，加工過程中轉(zhuǎn)塔頭可自動轉(zhuǎn)位實現(xiàn)自動換刀。主軸轉(zhuǎn)塔頭就相當(dāng)于一個轉(zhuǎn)塔刀庫，其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，換刀時間短，僅為 2s 左右。由于受空間位置的限制，主軸數(shù)目不能太多，主軸不見結(jié)構(gòu)不能設(shè)計得十分堅實，影響了主軸系統(tǒng)的剛度，通常只適用于工序較少、精度要求不高的機床，如數(shù)控鉆床，數(shù)控銑床等。 2. 二軸轉(zhuǎn)動式換刀裝置 二軸轉(zhuǎn)動式換刀裝置可用于測置或后置式的刀庫，其結(jié)構(gòu)特點最適用于立式加工中心。接到換刀指令，換刀機構(gòu)從等待位置開始運動，加緊主軸上得刀具并將其取下，轉(zhuǎn)至刀具庫中，并將刀具放回刀具庫；從刀具庫中取出欲 換上的刀具，轉(zhuǎn)向主軸，并將刀具裝入主軸；然后返回等待位置，換刀完成。這種換刀的主要優(yōu)點是刀具庫位于機床的一側(cè)，能夠最大限度的保護刀具。由于帶刀庫的自動換刀裝置的數(shù)控機床主軸箱內(nèi)只有一根主軸，設(shè)計主軸部件時能充分增強它的剛度，可以滿足精密加工要求。另外，刀庫可以存放數(shù)量較大的刀具，因而可以進行復(fù)雜零件的多工序加工，大大提高機床適應(yīng)性和加工效率。因此特別適用于數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜銑床和加工中心。缺點是整個換刀過程動作較多，換刀時間較長，系統(tǒng)復(fù)雜，可靠性較差 [3]。 3. 回轉(zhuǎn)插入式換刀裝置 回轉(zhuǎn)插入式換刀裝置是回轉(zhuǎn) 式換刀裝置的改進形式的一種。回轉(zhuǎn)插入機構(gòu)是換刀裝置與傳遞桿的組合。換刀裝置在接到換刀指令時，主軸移到換到點，刀具轉(zhuǎn)移到適當(dāng)?shù)奈恢?，換刀裝置取出欲換上的刀具；換刀裝置移動并從位于機床一側(cè)的刀具庫中去取出刀具，換刀裝置移動到機床的前面，在這個位置將主軸上得刀具取下來，再將要換上的刀具換上，裝入主軸；同時將別換下的刀具放回到刀具庫中；換刀裝置換完刀后開始對零件進行加工。這種換刀裝置其優(yōu)點是刀具主要放在機床的一側(cè)，避免了加工時對刀具的磨損；但是這種換刀的時間長，換刀比較復(fù)雜 [4]。 控刀架的發(fā)展方向與趨勢 隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控刀架的發(fā)展也越來越快。加工中心的自動換刀裝置從最早的轉(zhuǎn)塔頭式的自動換刀，到 ?180 回轉(zhuǎn)式換刀，回轉(zhuǎn)插入式換刀裝置，二軸轉(zhuǎn)動式換刀第 1 章 引言 3 裝置，主軸直接式換刀裝置，無機械手自動換刀與有機械手自動換到。可以說數(shù)控刀架的發(fā)展也是數(shù)控機床技術(shù)發(fā)展的體現(xiàn)，數(shù)控刀架在動力方面也越來越現(xiàn)代化和科技化了，從最早機床的手動轉(zhuǎn)塔換刀，到盤型自動回轉(zhuǎn)換刀，電機傳動的轉(zhuǎn)塔換刀，液壓驅(qū)動的轉(zhuǎn)塔換刀到加工中心使用的動力刀架，排式刀架的使用。數(shù)控刀架的發(fā)展在朝著更加自動化，科技化， 復(fù)雜化的趨勢發(fā)展 [5]。 數(shù)控刀架在存儲刀架的數(shù)量也在越來越多，從原來的轉(zhuǎn)塔刀架只能存放幾把刀具，到現(xiàn)在的刀架都有自己的刀庫，可以存放數(shù)十把刀具。同時刀庫的種類也越來越多，有盤式刀庫、鏈?zhǔn)降稁?、格子盒刀庫，其中格子盒刀庫又分為固定格子盒式刀庫和非固定格子盒式刀庫?，F(xiàn)代化的刀架在刀具布置和機床調(diào)整都較方便，可以根據(jù)具體工件的工藝要求，組合不同用途的刀具。換刀方式迅速省時，有利于提高機床的生產(chǎn)效率，在一定程度上降低機床的制造成本。 題研究的目的與意義 題研究的目的 轉(zhuǎn)塔刀架作為轉(zhuǎn)塔機床上 重要的組成部分，對轉(zhuǎn)塔機床在加工過程中的應(yīng)用具有很很大的影響。本機床的設(shè)計總結(jié)了許多數(shù)控機床技術(shù)的設(shè)計經(jīng)驗，在原來普通轉(zhuǎn)塔車床的設(shè)計基礎(chǔ)上進行改進提升，使其可以更好的適應(yīng)生產(chǎn)的需要，同時更快的進行大批量的生產(chǎn)實踐，提高自動化程度。轉(zhuǎn)塔刀架的設(shè)計主要分為機械和液壓兩個部分。機械部分為本設(shè)計的主要部分，主要包括對轉(zhuǎn)塔車床轉(zhuǎn)塔頭、轉(zhuǎn)塔滑座、齒輪傳動等機械部件的設(shè)計；液壓部分包括對液壓系統(tǒng)的設(shè)計。為了滿足此次設(shè)計的需求，需要對計算機和專業(yè)制圖軟件有著熟悉的運用，比如 。此次設(shè)計是為了提 高自己的機械設(shè)計的專業(yè)知識的綜合運用，同時培養(yǎng)自己在設(shè)計中獨立思考，總結(jié)經(jīng)驗的能力，鍛煉自己的實際動手能力，能夠虛心向?qū)熣埥虇栴}，大量翻閱書籍資料并運用到自己的設(shè)計中，今后能在機械設(shè)計工作中打下堅實的基礎(chǔ)。 題研究的意義 隨著科技的日新月異，現(xiàn)在產(chǎn)品對數(shù)控機床的要求也越來越高，一般的數(shù)控機床已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代加工中一些零件對機床的要求。因此本次轉(zhuǎn)塔刀架的設(shè)計就是在原有轉(zhuǎn)塔機床的基礎(chǔ)進行改進和提升，使其在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時，以最經(jīng)濟的方法、合理利用設(shè)備，最大限度的縮短加工時間和輔助時間，提高了自 動化程度，從而得到最大化的經(jīng)濟效益于社會效益。 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 通過這次對轉(zhuǎn)塔刀架的設(shè)計，可以更大踏實的掌握機械設(shè)計基礎(chǔ)知識和對數(shù)控機床的發(fā)展方向和趨勢有更深的認(rèn)識。同時可以提升自己機械設(shè)計的能力，通過總結(jié)在設(shè)計中的問題與經(jīng)驗，更好的為自己以后的機械設(shè)計之路打下基礎(chǔ)，將來在工作中更好的發(fā)揮出自己的水平。 第 2 章 機床轉(zhuǎn)塔刀架總體方案設(shè)計 5 第 2 章 機床轉(zhuǎn)塔刀架總體方案設(shè)計 轉(zhuǎn)塔刀架是轉(zhuǎn)塔車床的重要部件之一，同時也是本次畢業(yè)設(shè)計機械部分的主要設(shè)計內(nèi)容。轉(zhuǎn)塔刀架上可以同時安裝多把刀具，通過轉(zhuǎn)塔頭的旋轉(zhuǎn)自動換刀，在轉(zhuǎn)塔滑座的進給運動和液壓驅(qū)動來實現(xiàn)自動循環(huán)加工。 轉(zhuǎn)塔刀架主要用于對軸類和盤套類零件的鉆、擴、鉸孔、攻絲等加工。在一次裝夾過程中就能完成對零件的多個工序依次循環(huán)加工。 塔刀架的主要結(jié)構(gòu) 轉(zhuǎn)塔刀架作為轉(zhuǎn)塔機床上刀具安放的重要部分，其結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)系到機床的加工精度、切削性能和自動化效率。本次設(shè)計的轉(zhuǎn)塔刀架主要由轉(zhuǎn)塔頭、轉(zhuǎn)塔滑座、圓柱齒輪、刀架主軸、圓錐齒輪、中心軸、拔叉、液壓缸、油缸、離合器等幾十個大小零件組成。其中轉(zhuǎn)塔頭可以安裝刀具，在液壓驅(qū)動下自動旋轉(zhuǎn)可以更替刀具；轉(zhuǎn)塔滑座提供進給運動，沿著滑座導(dǎo)軌的方向，輔助刀具參與到對零件的加工過程中；離合器在機 器運轉(zhuǎn)中可將傳動系統(tǒng)隨時分離和結(jié)合，通過離合器轉(zhuǎn)塔刀架的運動可以改變速度；液壓缸是將液壓能轉(zhuǎn)換成機械能并作往復(fù)直線運動的執(zhí)行元件，其結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，運動平穩(wěn)，廣泛的運用于液壓系統(tǒng)中。 塔刀架齒輪傳動的設(shè)計 輪傳動類型選擇 齒輪傳動是應(yīng)用非常廣泛的一種機械傳動，各種機床的傳動裝置中幾乎都有齒輪的傳動。在數(shù)控機床中采用齒輪傳動裝置可以使?jié)L珠絲杠和工作臺的轉(zhuǎn)動慣量在系統(tǒng)占有較小的比重，同時保證工作臺的運動精度。 齒輪傳動的類型很多，一般常用的有直齒輪傳動、斜齒輪傳動、螺旋齒輪傳動、圓弧圓柱 齒輪傳動、球面齒輪傳動、內(nèi)齒輪傳動等。直齒輪傳動在嚙合時無軸向力，設(shè)計和制造比較簡單，工作平穩(wěn)性較差，噪聲較大，廣泛應(yīng)用于平行軸間的傳動；可做滑移變速齒輪和交換齒輪。螺旋齒輪傳動在嚙合時理論上是點接觸，傳動的效率和壽命較低，用于交叉軸間的傳動，適用于進給、操縱及輔助傳動鏈中 [6]。圓弧圓柱齒輪傳動是一種具有圓弧齒形的斜齒輪或人字齒輪，圓弧齒輪傳動中理論上端面重合度等于零，連續(xù)傳動要依靠螺旋線的軸向重合度來保證。圓弧齒輪實現(xiàn)等傳動比連續(xù)傳動應(yīng)滿足的條件是：齒廓不發(fā)生干涉，螺旋角大小相等而方向相反，模數(shù)相同，軸 向重合度大于 1。 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 由于本次設(shè)計的專用轉(zhuǎn)塔車床的轉(zhuǎn)塔刀架刀具傳遞范圍和切削功率比較大以及加工的難易程度，承載能力要求較高。為了滿足要求，所以選以斜齒圓柱齒輪傳動來實現(xiàn)刀具的旋轉(zhuǎn)。 輪的主要參數(shù)和設(shè)計計算 1. 初步確定齒輪的基本參數(shù)和主要尺寸 1） 計算小齒輪的名義轉(zhuǎn)矩。 ???????? 1 4 7 6 8 選擇齒輪類型。 初估齒輪圓周速度 4? 。根據(jù)齒輪傳動的工作條件（中速、中載， 4? 等），可選用直齒圓柱齒輪傳動， 也可選用斜齒圓柱齒輪傳動。選擇斜齒圓柱齒輪傳動。 3） 選擇齒輪傳動的精度等級。 按估計的圓周速度，查表初步選用 8 級精度。 4） 初選參數(shù) 初選： ?12?? , 1z =25， 2z = 1z u=25? 5， 1x = 2x =0 5） 初步計算 齒輪的主要尺寸。 因電動機驅(qū)動，載荷沖擊，齒輪速度不高，非對稱布置，軸的剛性較小，取 K=Z = 取?Z=Z=M P 502 ?? ?? 。 初級計算出齒輪的分度圓直徑 1d 、模數(shù)心距 a 等主要參數(shù)和幾何尺寸： 3 12112??????????????? = 7 6 8 ?????????? ??? = mm n 2c ??? ?? 取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) 則中心距 ? ? ? ? 3952512co 1 ?????? ??第 2 章 機床轉(zhuǎn)塔刀架總體方案設(shè)計 7 圓整后取 55? 。 調(diào)整螺旋角： ? ? ? ? 3353141552 r c c o r c c o s 21 ????? ????? ?a n?計算分度圓直徑： s s 11 ??????? ??s s 22 ??????? ??注意：螺旋角 ? 應(yīng)精確到秒；分度圓直徑至少要精確到小數(shù)點后兩位，且兩齒輪分度圓半徑之和應(yīng)等于圓整后的中心距，即 ? ? 5 52/21 ??? 。 計算圓周速度： 0000 1 ????? ?與估計值相近。 計算齒寬： 大齒輪 55 8 ???? ?小齒輪 ? ? ? ? 056510~521 ????? 2．驗算齒輪的彎曲疲勞強度 1）計算當(dāng)量齒數(shù)： s 3311 ?????? ??s 3322 ?????? ??設(shè)計手冊》得， ;? Y 2 ?? Y；取 ??? 2) 計算彎曲應(yīng)力： ??? 11 112? a ????????? ???學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 112212Y ? a ???????通過上面計算所得到的基本參數(shù)和尺寸能滿足功能要求和強度要求，是一個可行的方案，齒輪的瞬時傳動比恒定，工作平穩(wěn)較高。 架軸承的選用 選用軸承類型的時候，必須了解軸承的工作載荷（大小、性質(zhì)、方向）、轉(zhuǎn)速及其他使用要求，選擇軸承類型應(yīng)考慮以下主要因素。 1）滾子 軸承的剛性比球軸承高，故對軸承剛性的要求高的場合應(yīng)優(yōu)先選用滾子軸承。 2）指點跨巨大、軸的彎曲變形大或多支點軸，應(yīng)選用調(diào)心型軸承。 3）圓柱滾子軸承用于剛性大，且能嚴(yán)格保證同心度的場合，一般只用來承受徑向載荷。當(dāng)需要承受一定軸向載荷時，可選擇內(nèi)外圈都有擋邊的類型 [7]。 軸承轉(zhuǎn)速及所受載荷的大小、方向和性質(zhì)是選擇軸承類型的主要依據(jù)： 1）相同外形尺寸下，滾子軸承一般較球軸承承載能力大，應(yīng)優(yōu)先考慮。 2）軸承承受純的徑向載荷，且速度高時一般可選用向心類軸承。 3）軸承承受純的 軸向載荷，一般可選用推力類軸承。當(dāng)轉(zhuǎn)速高且軸向載荷不十分大時可采用向心推力球軸承。 4）承受徑向載荷的同時，還有不大的軸向載荷時，可選用深溝球軸承（向心球軸承）、接觸角不大的角接觸球軸承（向心推力球軸承）或圓錐滾子軸承。 5）承受軸向力較徑向力大時，可選用接觸角較大的角接觸球軸承或圓錐滾子軸承，或者選用向心軸承和推力軸承組合在一起的結(jié)構(gòu)，以分別承擔(dān)徑向載荷和軸向載荷。 6）載荷有沖擊震動時，優(yōu)先考慮滾子軸承 [8]。 3．軸承的安裝和卸載 1）在軸承座不剖分而且必須沿軸向安裝和卸載軸承時，應(yīng)優(yōu)先選用內(nèi)外 圈可分離軸承。如圓錐滾子軸承和圓錐滾子軸承等。 2）在光軸上安裝軸承時，為便于定位和拆卸，可選用內(nèi)圈孔為圓錐孔（用以安裝在第 2 章 機床轉(zhuǎn)塔刀架總體方案設(shè)計 9 錐形的緊定套上）的軸承。 1）與滾子軸承相比，球軸承因制造容易，價格較低，條件相同時考慮優(yōu)先選用。 2）同型號尺寸公差等級為 滾動軸承價格比為 1： :10。在滿足使用要求情況下，應(yīng)優(yōu)先選用 0 級公差軸承 [9]。 本次刀架軸承的選用通過軸承的剛性與調(diào)心性能、軸承的載荷和轉(zhuǎn)速、軸承的安裝也卸載、軸承的經(jīng)濟性的考慮，深溝球 軸承主要承受徑向載荷，也可以承受一定的載荷，價格低廉，應(yīng)用廣泛；圓柱滾子軸承能承受較大的徑向載荷，不能承受軸向載荷，適用于重載和沖擊載荷，以及要求支承剛性好的場合。所以轉(zhuǎn)塔刀架選用深溝球軸承和圓柱滾子軸承來承受徑向載荷。 架軸上零件選用的固定方式 上零件軸向固定方式 1）軸肩固定，結(jié)構(gòu)簡單、定位可靠，可承受較大的軸向力。 2）套筒固定，結(jié)構(gòu)簡單、定位可靠，軸上不需開槽、鉆孔和切制螺紋，因而不影響軸的疲勞強度。一樣用于零件間距離較小場合，以免增強結(jié)構(gòu)重量。 3）圓螺母固定，固定可 靠，拆裝方便，可承受較大的軸向力。由于軸上切制螺紋，使軸的疲勞強度降低。常用于雙圓螺母或圓螺母與止動墊片固定軸端零件，當(dāng)零件間距較大時，亦可用圓螺母代替套筒以減小結(jié)構(gòu)重量。 4）軸端擋圈固定，適用于固定軸端零件，可承受劇烈震動和沖擊載荷。 5）彈性擋圈固定，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，只能承受很小的軸向力，常用于固定滾動軸承。 上零件的周向固定方式 1）平鍵固定，制造簡單，拆卸方便，對中性好。用于較高精度、高轉(zhuǎn)速及受沖擊或變載荷作用下的固定連接中，還可用于一般要求的導(dǎo)向連接中。 2）緊定螺釘固定，結(jié)構(gòu)簡單， 不僅可以縱向定位，還能軸向定位，承受不大的軸向力。 3）花鍵固定，承載能力高、定心性及導(dǎo)向性好，制造困難，成本較高。適用于載荷較大，對定心精度要求較高的滑動聯(lián)接或固定聯(lián)接。 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 塔刀架轉(zhuǎn)塔頭結(jié)構(gòu)設(shè)計 舊時的轉(zhuǎn)塔機床都采用轉(zhuǎn)臺式自動換刀裝置。本次設(shè)計的轉(zhuǎn)塔機床的換刀采用轉(zhuǎn)塔頭式換刀裝置。其轉(zhuǎn)塔頭的各面都具有專用刀具的安裝孔，可以同時安裝多把刀具。在加工過程中，可以根據(jù)零件的不同要求來跟換不同的刀具來進行加工，提高生產(chǎn)效率。轉(zhuǎn)塔頭在設(shè)計中拆裝簡單方便，降低了操作的難度，可以在必要的時候更換轉(zhuǎn)塔頭。為了提高 轉(zhuǎn)塔頭在加工的效率，采用由液壓驅(qū)動依次轉(zhuǎn)位的方式，變換加工刀具 [10]。轉(zhuǎn)塔頭不同于普通機床的轉(zhuǎn)塔頭，它可以在一般轉(zhuǎn)塔頭的基礎(chǔ)上進行了改進，可以安裝更多的刀具。 轉(zhuǎn)塔頭的結(jié)構(gòu)圖如圖 2示。 圖 2塔刀架的轉(zhuǎn)塔頭 塔刀架轉(zhuǎn)塔滑座結(jié)構(gòu)設(shè)計 轉(zhuǎn)塔刀架的滑座是和轉(zhuǎn)塔刀架的轉(zhuǎn)塔頭安裝在一起的，轉(zhuǎn)塔滑座按照導(dǎo)軌的方向運第 2 章 機床轉(zhuǎn)塔刀架總體方案設(shè)計 11 動。轉(zhuǎn)塔頭上安裝的刀具在轉(zhuǎn)塔滑座的提供的進給運動下，對零件進行加工，保證零件上的各個工序的完成。轉(zhuǎn)塔滑座是由進給油缸提供動力進行運動，其行程是由定位鼓中的定位螺桿所控制的?；暮侠?設(shè)計能夠保證機床的工作效率和加工零件的尺寸精度。 轉(zhuǎn)塔滑座的結(jié)構(gòu)圖如圖 2示。 圖 2塔刀架的轉(zhuǎn)塔滑座 轉(zhuǎn)塔滑座是轉(zhuǎn)塔刀架的重要的零部件，它在液壓系統(tǒng)的驅(qū)動下對刀架進行進給運動。此外轉(zhuǎn)塔刀架的零部件還有中心軸﹑液壓缸、拔叉、定位鼓﹑定位螺桿﹑齒輪等。 塔刀架滑座導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)設(shè)計 轉(zhuǎn)塔刀架的滑座是沿其導(dǎo)軌運動的，因此導(dǎo)軌的設(shè)計對刀架的運動方式和方向有重要的作用。導(dǎo)軌的質(zhì)量對機床剛度、加工精度和使用壽命具有很大的影響。作為機床進給系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，數(shù)控機床的導(dǎo)軌比普通機床的導(dǎo)軌要求更高 。希望其高速進給時不學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 發(fā)生振動，低速進給時不出現(xiàn)爬行，領(lǐng)命度高，耐磨性好，可在重載下長期連續(xù)工作，精度保持性好等。 滾動導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)小，摩擦因數(shù)一般在 范圍內(nèi)，動、靜摩擦因數(shù)基本相同，啟動阻力小，不易產(chǎn)生沖擊，低速運動穩(wěn)定性好；定位精度高，運動平穩(wěn)，微量移動準(zhǔn)確；對防護的要求高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜；磨損小，精度保持性好，壽命長 [11]。 本次設(shè)計選用滾動導(dǎo)軌塊，他是一種滾動體做循環(huán)運動的滾動導(dǎo)軌。它有防護板、端蓋、滾珠、導(dǎo)向片、保持器和本體組成。在使用時，滾動導(dǎo)軌塊安裝在運動部 件的導(dǎo)軌面上，每一段導(dǎo)軌至少用兩塊，導(dǎo)軌塊的數(shù)目與導(dǎo)軌的長度和負(fù)載的大小有關(guān)，與之相配的導(dǎo)軌多用鑲鋼的導(dǎo)軌。當(dāng)運動部件移動時，滾珠在支承部件的導(dǎo)軌面與本體之間滾動，同時又繞本體循環(huán)滾動，滾柱與運動部件的導(dǎo)軌面不接觸，因而該導(dǎo)軌不需硬磨光。滾動導(dǎo)軌塊的特點是剛度高，承載能力大，便于拆裝。 塔刀架總體方案設(shè)計和選用 塔刀架的主要運動原理 轉(zhuǎn)塔刀架的進給運動主要分為兩部分：立刀架沿著立刀架支架作上下的垂直進給運動和沿著床身作左右的縱向進給運動。 轉(zhuǎn)塔頭裝在轉(zhuǎn)塔滑座，滑座可沿床身導(dǎo)軌作縱向進給運 動，有進給油缸驅(qū)動。滑座移動行程由定位鼓中的螺桿控制。定位鼓端面上裝有十個定位螺桿。磚塔頭轉(zhuǎn)一次位，經(jīng)套、錐齒輪和軸使定位鼓也轉(zhuǎn)一次位，以變換相應(yīng)的定位桿。 轉(zhuǎn)塔刀架是由液壓系統(tǒng)進行控制，加工循環(huán)結(jié)束后，床鞍退至床身末端，刀架進行轉(zhuǎn)位。刀架轉(zhuǎn)位時，油缸通過杠桿帶動中心軸控制轉(zhuǎn)塔頭抬起，使刀架轉(zhuǎn)過 36°。轉(zhuǎn)位后，刀架由定位螺桿定位，轉(zhuǎn)位油缸回油復(fù)位，至此轉(zhuǎn)塔刀架轉(zhuǎn)位結(jié)束。 油缸中的活塞桿帶動杠桿下移時，則杠桿下移時，則杠桿的左端，經(jīng)中心軸將磚塔頭抬起，使定位銷離開滑座。此時，有撥叉將離合器與齒輪端面齒嚙合，再 由油缸中的和齒輪相嚙合的活塞齒條作往復(fù)運動，經(jīng)齒輪、離合器、花鍵套、蓋帶動轉(zhuǎn)塔頭轉(zhuǎn)位或作反靠定位。轉(zhuǎn)位和定位完畢后，活塞桿上升，由杠桿和中心軸等夾緊轉(zhuǎn)塔頭。若杠桿右端擋塊壓下微動開關(guān)時，發(fā)出訊號，使滑座進給和主軸轉(zhuǎn)動作切削加工 [12]。 塔刀架的主要結(jié)構(gòu)設(shè)計 轉(zhuǎn)塔車床的刀架是轉(zhuǎn)塔車床比較重要的部分之一，它由轉(zhuǎn)塔頭、轉(zhuǎn)塔滑座、定位螺第 2 章 機床轉(zhuǎn)塔刀架總體方案設(shè)計 13 桿、油缸等部件組成。其中轉(zhuǎn)塔頭和轉(zhuǎn)塔滑座是最為重要的零件，轉(zhuǎn)塔刀架可以安裝十多把刀具，每次完成一個工具后可以順序轉(zhuǎn)位，刀具按順序自動參與加工活動，從而提高機床的加工效率 。 對于一些精度要求高的零件，轉(zhuǎn)塔刀架的加工方式有所不同。一般轉(zhuǎn)塔刀架先退刀，然后應(yīng)先微抬，使刀尖不擦傷工件表面。并且轉(zhuǎn)塔刀架縱向進給行程由定位鼓上的定位螺桿精確控制。定位鼓端面上裝的十個定位螺桿與刀架上十個刀具互相對應(yīng)，當(dāng)?shù)都苻D(zhuǎn)位時，定位鼓由軸端齒輪傳動，也作相應(yīng)的轉(zhuǎn)位。在零件的加工中轉(zhuǎn)塔刀架在液壓系統(tǒng)的控制下實行自動循環(huán)。轉(zhuǎn)塔刀架自動循環(huán)為：滑座快進 — 工進 — 快退 — 轉(zhuǎn)塔頭松開和抬起 — 轉(zhuǎn)塔頭轉(zhuǎn)位 — 轉(zhuǎn)塔頭反靠定位 — 轉(zhuǎn)塔頭夾緊。 轉(zhuǎn)塔刀架安裝在床身上轉(zhuǎn)塔刀架的結(jié)構(gòu)如圖 2示。 圖 2塔刀架結(jié)構(gòu)圖 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 表 2塔刀架各零件 1— 油缸 2— 定位鼓 3— 軸承 4— 定位螺桿 5— 圓錐齒輪 6— 圓錐齒輪 7— 轉(zhuǎn)塔滑座 8— 圓柱齒輪 9— 撥叉 10— 離合器 11— 轉(zhuǎn)塔頭 12— 套筒 13— 中心軸 14— 蓋 15— 定位銷 16— 杠桿 17— 活塞桿 18— 油缸 19— 微動開關(guān) 第 3 章 刀架輔助元件的設(shè)計和選用 15 第 3 章 刀架輔助元件的設(shè)計和選用 轉(zhuǎn)塔刀架除了有轉(zhuǎn)塔頭、轉(zhuǎn)塔滑座、齒輪、刀架主軸、軸承等基本元件外，還有很多輔助元件，如油缸、液壓缸、拔叉、活塞桿、定位銷、杠桿等。從轉(zhuǎn)塔刀架的工作原理看，這些輔助元件起了非常重要的作用 ，從而保證了轉(zhuǎn)塔刀架的正常工作和運動。他們對系統(tǒng)的正常工作、工作效率、使用壽命等影響極大。因此，在設(shè)計、制造和使用轉(zhuǎn)塔機床的時候，對輔助元件必須足夠的重視。 缸的設(shè)計和功能 油缸的用途主要是存儲油液，此外還可以起到散熱、逸出混在油中空氣、沉淀油液中污物等作用，有時還兼作液壓元件安裝臺。油缸中的散量是決定油缸容量、結(jié)構(gòu)的主要因素。油缸中得熱量經(jīng)過油與油、油與金屬、金屬與空氣的接觸而傳導(dǎo)到低溫的大氣中去得。在散熱過程中油與油之間的導(dǎo)熱性最差，是散熱的主要矛盾。單純依靠增大油缸容積提高散熱效果是不顯著的。 為了加快油缸中的油液不斷流動，是熱油與箱避充分接觸。 油缸在設(shè)計的時候考慮到吸油管和回油管距離應(yīng)盡量遠(yuǎn)，吸油側(cè)和回油側(cè)用隔板隔開，以增大油箱內(nèi)油液循環(huán)的距離，這樣有利于油液的冷卻和油液中得氣泡冒出，并使雜質(zhì)沉淀在回油管一側(cè)。隔板的高度約為右面高度的四分之三。油缸上得蓋板及油管進、出口加密封裝置，注油口應(yīng)有慮油網(wǎng)。密封的油缸應(yīng)有通氣孔，以使在通常情況下油缸內(nèi)的壓力保持為大氣壓。油缸便于維修和清洗，為了便于放油，油箱的地面有適當(dāng)?shù)男倍龋⒃O(shè)置放油閥，在油缸側(cè)壁易見處設(shè)置油位顯示器 [13]。 油器的設(shè)計 液壓系統(tǒng)中適用的液壓油中含有各種的雜志。這些雜質(zhì)可引起運動零件表面劃傷，加速零件的磨損、使壽命降低，同時雜質(zhì)還會堵塞節(jié)流口以及引起滑閥卡死等，造成工作部件的運動不穩(wěn)定、動作失調(diào)等故障。嚴(yán)重的會使液壓系統(tǒng)無法工作，因此為保持油液的清潔對油液進行過濾是十分重要的。 濾油器的種類很多，對它們的基本要求是：對于一般液壓系統(tǒng)在選擇濾油器時，應(yīng)考慮使油液中得顆粒尺寸小于液壓元件縫隙尺寸；對于隨動液壓系統(tǒng)，則應(yīng)選擇過濾精度很高的路由器。對過濾油器的一般要求是：在一定的溫度下，有良好的抗腐蝕性和足學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 夠的壽命；清洗維 修時比較方便，容易更換過濾的材料；過濾器有一定的機械強度，使其不受油的壓力而損壞；本機床在選用網(wǎng)式濾油器，過濾精度與銅絲網(wǎng)層數(shù)及網(wǎng)孔大小有關(guān)，安裝在吸油管上。其結(jié)構(gòu)簡單，通流能力大，清洗方便。 壓缸的設(shè)計 壓缸的選擇 液壓缸有多種類型，按照輸出運動形式可分為推力液壓缸和擺動液壓缸；按照作用的方式可以分為單作用式和雙作用式；按照結(jié)構(gòu)特點又可以分為活塞式、柱塞式、組合式和擺動式液壓缸四種類型。 1）柱塞式液壓缸，簡稱柱塞缸，是一種單作用的液壓缸。柱塞缸的缸筒固定，工作部件與柱塞相連，由柱 塞帶動只能向一個方向運動，回程時需要外力或者自重驅(qū)動。 2）活塞式液壓缸，按照其結(jié)構(gòu)分又可以分為單杠式和雙杠式兩種，其固定方式有缸體固定和活塞固定兩種。 3）伸縮液壓缸，又稱多級液壓缸或組合液壓缸，是一種應(yīng)用比較廣泛的專用液壓缸。按完成一次工作循環(huán)的供液次數(shù)不同，可分為單作用和雙作用多級液壓缸，其中單作用多級液壓缸為柱塞式伸縮液壓缸，雙作用多級液壓缸為活塞式伸縮液壓缸 [14]。 由于轉(zhuǎn)塔車床的上的進給傳動運動主要分為兩部分：立刀架沿著立刀架支架作上下的垂直進給運動；轉(zhuǎn)塔刀架沿著床身作左右的縱向進給運動。 該液 壓缸主要用于驅(qū)動刀架主軸的直線往反運動 壓缸主要尺寸的計算 液壓缸的主要尺寸指缸筒內(nèi)徑 D 和活塞桿直徑 d 等。液壓缸的內(nèi)徑和活塞桿的直徑的確定方法和使用的液壓缸設(shè)備類型有關(guān)，通常根據(jù)液壓缸的推理和液壓缸的有效工作壓力來決定。液壓缸的缸筒直徑 D 的計算有以下兩種方法：一是按作用力（負(fù)載）大小和預(yù)選的設(shè)計壓力進行計算；二是按活塞的運動速度要求和液壓缸的流量進行計算。無論采用上述何種方法，計算出來的液壓缸內(nèi)徑 D 應(yīng)按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的缸筒內(nèi)徑系列圓整為標(biāo)準(zhǔn)值。液壓缸的工作壓力 1 ? 。為了快進、快退速度相等，選 21 2 差動液壓缸。液壓缸有桿腔壓力 2p 必須大于無桿腔 1p ，計算兩者差 M P ??? ；液壓缸回油腔應(yīng)有背壓，設(shè)背壓為 計算液壓缸的主要尺寸： 第 3 章 刀架輔助元件的設(shè)計和選用 17 選擇液壓缸有效工作面積 A 和液壓馬達幾何排量： ? ? ? ? ? ?24621 1096102/ 2 1 2 62/ ????????? ??液壓缸直徑為 ? ? 1 29644 ??????取標(biāo)準(zhǔn)直徑 12? ；因為 21 2 ,所以 ? 式中 F —— 液壓缸的理論拉力； p —— 供油壓力； D —— 缸筒內(nèi)徑； d —— 活塞桿直徑； m?—— 機械效率； A —— 液壓缸有效工作面積。 根據(jù)選擇的液壓缸內(nèi)徑 D 與活塞直徑 d 可進行液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計。在設(shè)計過程中，確定其他結(jié)構(gòu)參數(shù)，同時可以進行強度和剛度的校核。計算出液壓缸的內(nèi)徑 D 和活塞桿的直徑 d 整圓到國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 [15]。 塞組件的設(shè)計和選用 塞的設(shè)計 當(dāng)液壓缸行程較短、活塞與活塞桿相差不大或特殊需要時，活塞與活塞桿為整體式零件，常用材料為 45 號鋼。在絕大多數(shù)情況下，活塞與活塞桿采用分體裝配式，即活塞與活塞桿均為單獨零件，用適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)方法將兩者連接在一起，常用的方式有螺紋連接和卡文連接，本機床在設(shè)計的時候選用螺紋連接的方式。 為了保證缸筒與活塞的密封性，活塞上通常要裝有密封圈和支承環(huán)。對于采用支承環(huán)的活塞，材料通常選用 20、 35、 45 號鋼。未采用支承環(huán)時，多采用高強度鑄鐵、耐磨鑄鐵、球墨鑄鐵及其他耐磨合金。一些連續(xù)工作的高耐久性活塞，可在鋼制活塞 的外表面燒焊青銅合金或噴鍍尼龍材料。機床在設(shè)計的時候考慮到經(jīng)濟性和活塞的工作性能學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 能夠滿足機床的工作，采用支承環(huán)的活塞，其材料則選用 45 號鋼。 塞桿及連接結(jié)構(gòu)的設(shè)計 活塞桿一般采用實心結(jié)構(gòu)，材料通常選用 35 或者 45 號鋼?；钊麠U也可采用空心結(jié)構(gòu)，材料通常為 35 號鋼或者 45 號無縫鋼管。實心桿強度較高，加工方便，應(yīng)用較多；空心桿多用于大型液壓缸或特殊要求的場合；活塞桿的直徑過大時宜采用空心結(jié)構(gòu)。空心活塞桿有焊接要求，要采用 35 號鋼或者 35 號無縫鋼管。有特殊要求的液壓缸，活塞桿可采用鍛件或鑄鐵。轉(zhuǎn)塔刀架在 設(shè)計時考慮到活塞桿的工作性能與工藝要求，采用實心杠，選用材料為 45 號鋼。 為了提高耐磨性和耐腐蝕性，活塞桿要進行熱處理并鍍鉻，中碳鋼調(diào)質(zhì)硬度80，高碳鋼可調(diào)質(zhì)或淬火處理，淬火硬度 0，最后鍍鉻并拋光，鍍層厚度為 塞桿表面粗糙度為 m? 。活塞桿與活塞的連接方式有多種，如焊接式、內(nèi)置螺母式、卡鍵式等，其中卡鍵式應(yīng)用比較廣泛?；钊麠U頭部與工作機構(gòu)相連，頭部結(jié)構(gòu)形式有多種，可根據(jù)不同負(fù)載要求進行選擇。 第 4 章 轉(zhuǎn)塔刀架液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計 19 第 4 章 轉(zhuǎn)塔刀架液壓傳動系統(tǒng)設(shè)計 液壓傳動系統(tǒng)的工作原理是以液體作為工作介質(zhì)，利用液體的壓力能來傳遞動力和運動的。在液壓系統(tǒng)工作時，必須對油液進行方向、流量和壓力的控制與調(diào)節(jié)，以適應(yīng)工作部件對方向、速度和力的要求。液壓系統(tǒng)是轉(zhuǎn)塔機床實現(xiàn)自動進給運動和輔助運動（快進、快退、分齒等）的主要動力裝置。 轉(zhuǎn)塔刀架的進給運動是機床的基本運動之一，對于零件的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率都有直接的影響。采用液壓傳動系統(tǒng)，可以方便的是新發(fā)范圍內(nèi)的無級調(diào)速，這位是機械傳動無法做到的，液壓傳動具有體積小、慣性小、響應(yīng)快的優(yōu)點。這樣 轉(zhuǎn)塔刀架在進給的時候可以更平穩(wěn)，速度可以更快，對零件的精度更高、效率更高。同時液壓傳動系統(tǒng)以液壓油作為工作介質(zhì)，具有良好的潤滑條件，可延長刀架的使用壽命。 轉(zhuǎn)塔車床的上的進給傳動運動主要分為兩部分：立刀架沿著立刀架支架作上下的垂直進給運動；轉(zhuǎn)塔刀架沿著床身作左右的縱向進給運動。而液壓傳動系統(tǒng)的作為其動力裝置，可以使機床在進給運動時，速度比較穩(wěn)定，并且具有良好的低速穩(wěn)定性，易于實現(xiàn)復(fù)雜的自動工作循環(huán)。 壓系統(tǒng)的組成部分及作用 液壓系統(tǒng)是由若干液壓元件和管路組成以完成一定動作的整體。如果液壓系統(tǒng)中含有 伺服控制元件，則稱為液壓伺服系統(tǒng)；如果不使用或明確說明了伺服控制元件，則稱為液壓傳動系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)功能不一，形式各異，無論是簡單的液壓千金頂，還是其他復(fù)雜的液壓系統(tǒng)都是由動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助