2072 CK6130車削中心動力轉(zhuǎn)塔刀架設(shè)計(jì)

2072 CK6130車削中心動力轉(zhuǎn)塔刀架設(shè)計(jì),ck6130,車削,中心,動力,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)制造及其自動化 班 級： D 機(jī)加工 041 學(xué) 號： 231040232 學(xué)生姓名： 張志偉 指導(dǎo)教師： 周明虎/關(guān)芳芳 2008 年 3 月 28 日本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 開題報(bào)告學(xué)生姓名 張志偉 學(xué) 號 231040232 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化指導(dǎo)教師姓名 周明虎/關(guān)芳芳 職 稱 高工/助教 所在院系 先進(jìn)制造技術(shù)工程中心課題來源 自擬課題 課題性質(zhì) 工程設(shè)計(jì)課題名稱 CK6130 車削中心動力轉(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、動力轉(zhuǎn)塔刀架的整體結(jié)構(gòu)，換刀的步驟，刀具的傳動方式2、間隙分度機(jī)構(gòu)中圓柱凸輪分度機(jī)構(gòu)的設(shè)計(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)及刀位的檢測裝置選用并掌握其工作原理6、三維制作及裝配7、撰寫畢業(yè)論文本課題研究的意義：在機(jī)械領(lǐng)域中，數(shù)控機(jī)床解決了很多普通機(jī)床所不能加工的復(fù)雜、精密的各種零件，有效的提高了生產(chǎn)效率。隨著我國綜合國力的進(jìn)一步加強(qiáng)和加入世貿(mào)組織，我國經(jīng)濟(jì)全面與國際接軌，并逐步成為全球制造中心，從數(shù)控技術(shù)這行業(yè)體現(xiàn)出了我國的“效率”和“創(chuàng)新”兩大特點(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)升級問題。作為關(guān)鍵附件，高性能的數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架對于提高機(jī)床整體運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性和效率有著重要意義，數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架是由數(shù)控系統(tǒng)來控制的，因此，在轉(zhuǎn)塔刀架本身性能提高的情況下，如何實(shí)現(xiàn)控制任務(wù)就顯得十分重要了。國內(nèi)數(shù)控車床轉(zhuǎn)塔刀架的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)都是依賴先進(jìn)國家的，而且產(chǎn)品的性能方面跟國外還有一定的差距，期待開發(fā)設(shè)計(jì)一種性能最優(yōu)，最有實(shí)用價(jià)值的轉(zhuǎn)塔刀架，來適應(yīng)市場，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)國內(nèi)市場，并 達(dá) 到 國 際 領(lǐng) 先 水 平 ， 為 國 產(chǎn) 機(jī) 床 工 業(yè) 的 發(fā) 展 作 出 貢 獻(xiàn) 。本次設(shè)計(jì)的動力轉(zhuǎn)塔刀架的刀架抬起和夾緊是通過氣液增壓缸來實(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；采用端齒盤來進(jìn)行精確定位；用變頻電機(jī)通過齒輪傳動帶動刀具旋轉(zhuǎn)。文獻(xiàn)綜述隨著科學(xué)技術(shù)和社會生產(chǎn)的不斷發(fā)展，對機(jī)械產(chǎn)品的性能、質(zhì)量、生產(chǎn)率和成本提出了越來越高的要求，并隨著汽車、飛機(jī)和導(dǎo)彈制造業(yè)的迅速發(fā)展，原來的加工設(shè)備已無法承擔(dān)加工航空工業(yè)需要的復(fù)雜型面零件。數(shù)控技術(shù)是為了解決復(fù)雜型面零件加工的自動化而生產(chǎn)的。為了滿足市場和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要，為了達(dá)到現(xiàn)代制造技術(shù)對數(shù)控技術(shù)提出的更高的要求，當(dāng)前的數(shù)控技術(shù)及其裝備正朝著高速、高效和高精度、高可靠性、模塊化、智能化、柔性化和集成化、開放性、出現(xiàn)新一代數(shù)控加工工藝與裝備這幾個(gè)方向發(fā)展 [1]?，F(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。我國目前還沒有制定出開放式數(shù)控系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，但從“八五”開始也對此作了一些有益的探索工作，并開發(fā)出具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的數(shù)控系統(tǒng)，特別是提出開發(fā)中華 Ι 型和航天Ⅰ型兩個(gè)基本系統(tǒng)及系列產(chǎn)品，并利用基本系統(tǒng)發(fā)揮我國的軟件優(yōu)勢，實(shí)施平臺戰(zhàn)略，發(fā)展我國的數(shù)控軟件的指導(dǎo)思想。多軸車床中心在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中是很重要的，機(jī)床的復(fù)雜結(jié)構(gòu)會引起刀具位移不精密，從而導(dǎo)致運(yùn)動參數(shù)誤差，產(chǎn)生制造誤差、裝配誤差、或準(zhǔn)靜力誤差。機(jī)床的正確數(shù)理分析對發(fā)現(xiàn)這些源頭誤差是很有必要的 [3]。車削中心是以車削加工中心模式為主，添加動力刀頭后又可進(jìn)行銑削加工模式的“車、銑合一”的切削加工類型的機(jī)床 [4]。一般數(shù)控車床的轉(zhuǎn)塔刀架只是純粹的進(jìn)行車，鉆等加工項(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，使加工范圍進(jìn)一步的擴(kuò)大，從而大大提高了加工精度和生產(chǎn)效率。這種多工序的加工中心，必然需要使用多種刀具，因此對自動換刀裝置有較高的要求，以實(shí)現(xiàn)換刀時(shí)間短、刀具重復(fù)定位精度高、足夠的刀具儲備量、占地面積小、安全可靠等特性 [5]。對于一般的數(shù)控車床刀架設(shè)計(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，電動機(jī)傳動的轉(zhuǎn)塔刀架，液壓驅(qū)動的轉(zhuǎn)塔刀架，車削中心的動力刀具。立式數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架是回轉(zhuǎn)軸線與安裝基面垂直，可裝夾多把刀具或工具，采用數(shù)字信息指令控制轉(zhuǎn)位的刀架，它常采用4和6兩種工位，按性能可分為驅(qū)動，通過減速機(jī)構(gòu)，行星機(jī)構(gòu)，馬氏機(jī)構(gòu)或凸輪機(jī)構(gòu)來完成刀架的松開、抬起、轉(zhuǎn)位和夾緊等動作；它可按主機(jī)的編程要求完成刀架的自動換刀動作，以實(shí)現(xiàn)英文期刊文章引用：作者. 題名. 期刊名, 出版年份，期號：起止頁碼數(shù)控機(jī)床加工程序的自動化和高效化。而臥式數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架為一種回轉(zhuǎn)軸線與安裝基面平行的，可裝夾多把刀具或工具，采用數(shù)字信息指令控制的刀架。它利用裝夾于刀盤上的非動力刀夾和動力刀夾來夾持各種不同用途的刀具或工具，刀盤根據(jù)機(jī)床編程的指令轉(zhuǎn)過若干個(gè)工位，來實(shí)現(xiàn)主機(jī)的自動換刀動作；車削中心的動力刀架可安裝各種非動力輔助刀夾和動力刀夾進(jìn)行切削，刀架采用端齒分度，轉(zhuǎn)位由三相異步電動機(jī)驅(qū)動，刀位由二進(jìn)制絕對編碼器識別，動力刀具由交流伺服電動機(jī)驅(qū)動，通過同步齒形帶等將動力傳遞到刀夾。液壓驅(qū)動的轉(zhuǎn)塔刀架，是利用液壓缸夾緊，液壓馬達(dá)驅(qū)動分度，端齒盤副定位，當(dāng)?shù)都芙邮盏睫D(zhuǎn)位指令后，液壓油進(jìn)入液壓缸的右腔，通過活塞推動中心軸將刀盤左移，使定位副端齒盤脫離嚙合狀態(tài)，為轉(zhuǎn)位作好準(zhǔn)備。當(dāng)?shù)侗P處于完全脫開位置時(shí)，行程開關(guān)發(fā)出轉(zhuǎn)位信號，液壓馬達(dá)帶動轉(zhuǎn)位凸輪旋轉(zhuǎn)，凸輪依次推動回轉(zhuǎn)盤上的柱銷，使回轉(zhuǎn)盤通過鍵帶動中心軸及刀盤做分度運(yùn)動。凸輪每轉(zhuǎn)一周撥過一個(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)出信號使液壓馬達(dá)剎車，轉(zhuǎn)位凸輪停止運(yùn)動，刀架處于預(yù)定位狀態(tài)。與此同時(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作。刀盤夾緊后，中心軸尾部壓下發(fā)出轉(zhuǎn)位結(jié)束信號 [6-7]。液壓缸的結(jié)構(gòu)可分為缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、緩沖裝置和排氣裝置五個(gè)部分 [8]。其中刀架的轉(zhuǎn)位是通過圓柱凸輪間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的，這種凸輪機(jī)構(gòu)可以通過調(diào)整凸輪與轉(zhuǎn)盤中心距來消除滾子與凸輪突脊接觸的間隙，傳動可靠、平穩(wěn)，轉(zhuǎn)盤可以實(shí)現(xiàn)任何運(yùn)動規(guī)律，以適應(yīng)高轉(zhuǎn)速要求；可以改變凸輪曲線槽所對應(yīng)的β角，改變轉(zhuǎn)動與停歇時(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，不僅對于刀架的轉(zhuǎn)位精度要求高，而且對于刀具的選擇也很有講究。車削中心動力刀架一般以車削為主的形式，再附加銑削為輔的綜合加工，車刀按加工表面一般可分為外圓車刀、端面車刀、切斷車刀、螺紋車刀和內(nèi)孔車刀等；按結(jié)構(gòu)類型分為整體式、焊接式、機(jī)夾式、可轉(zhuǎn)位式。車削時(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查看一系列的誤差并加以修改 [10]。銑刀一般分為尖齒銑刀、可轉(zhuǎn)位面銑刀、鏟齒成形銑刀等[11]。數(shù)控編程加工也具有很大的靈活性，對同一個(gè)加工對象，將會有不同的加工方案，也就有不同的加工程序。數(shù)控加工是通過數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行程序來控制機(jī)床的運(yùn)行的，而程序簡單地說就是在加工前用規(guī)定的指令代碼描述加工所需要的各種操作計(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]?？傊?，數(shù)控技術(shù)給機(jī)械制造業(yè)帶來了革命性的變化。數(shù)控技術(shù)集成了傳統(tǒng)的機(jī)械制造技術(shù),計(jì)算機(jī)技術(shù),成組技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù),傳感檢測技術(shù) ,信息處理技術(shù),網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù),液壓氣動技術(shù),光機(jī)電技術(shù)于一體,是現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)和核心。參考文獻(xiàn)：1、蔡厚道．?dāng)?shù)控機(jī)床構(gòu)造．北京：北京理工大學(xué)出版社，2007.2：1-52、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) 1535-1546．4、http://zhidao.baidu 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研究內(nèi)容１、對車削中心進(jìn)一步熟悉和認(rèn)識車削中心是以車削加工中心模式為主，添加動力刀頭后又可進(jìn)行銑削加工模式的車-銑合一的切削加工類型，使加工范圍進(jìn)一步的擴(kuò)大。2、動力轉(zhuǎn)塔刀架的整體結(jié)構(gòu)，換刀的步驟，刀具的傳動方式動力轉(zhuǎn)塔刀架的整體結(jié)構(gòu)為液壓驅(qū)動的轉(zhuǎn)塔刀架，分為抬起、轉(zhuǎn)位、夾緊三個(gè)步驟，其中抬起和夾緊是通過氣液增壓缸來實(shí)現(xiàn)的，轉(zhuǎn)位是通過圓柱凸輪分度機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的，而凸輪機(jī)構(gòu)是通過電機(jī)來驅(qū)動的。3、間隙分度機(jī)構(gòu)中圓柱凸輪分度機(jī)構(gòu)的設(shè)計(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)過曲線槽所對應(yīng)的角度時(shí)，凸輪曲線槽推動滾子使轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過相鄰兩滾子所夾的中心角，當(dāng)凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)過其余角度時(shí)，轉(zhuǎn)盤靜止不動。這樣，就實(shí)現(xiàn)了該機(jī)構(gòu)的間歇運(yùn)動。4、單作用液壓缸的計(jì)算，設(shè)計(jì)(刀架的軸向力夾緊力)通過液壓來推動刀架軸運(yùn)動，自鎖性可靠，密封好。５、減速電機(jī)的選擇(刀架的轉(zhuǎn)動 )，變頻電機(jī)的選擇用于刀具的旋轉(zhuǎn) (500-750W,2 極)根據(jù)安裝條件選定，主要選擇電機(jī)類型、結(jié)構(gòu)、容量、轉(zhuǎn)速、最后確定電機(jī)型號和規(guī)格。6、端齒盤的設(shè)計(jì)端齒盤分為靜端齒盤和動端齒盤兩種，可以通過其整體結(jié)構(gòu)計(jì)算然后選擇外購。7、刀位的檢測裝置選用并掌握其工作原理檢測刀位信號，當(dāng)上刀體轉(zhuǎn)到某一刀位時(shí)，磁鋼與發(fā)信盤相對應(yīng)，該刀位為低電平。與系統(tǒng)的輸入指令性比較，當(dāng)實(shí)際刀號與輸入指令相一致，則轉(zhuǎn)到位向系統(tǒng)發(fā)出到位信號，若不一致則繼續(xù)找刀，如果某個(gè)刀位上得霍爾開關(guān)損壞，數(shù)控裝置將檢測不到刀位信號，會造成刀架體連續(xù)旋轉(zhuǎn)。不定位。８、繪制三維圖形研究計(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實(shí)現(xiàn)刀架的抬起動作；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，其中從動盤與刀架軸采用花鍵聯(lián)接，刀架軸與刀架采用螺釘來固定，從而實(shí)現(xiàn)刀架的轉(zhuǎn)位動作。3、采用減速電機(jī)驅(qū)動動力刀具旋轉(zhuǎn)，刀具傳動機(jī)構(gòu)中采用齒輪傳動來提高效率。指導(dǎo)教師意 見指導(dǎo)教師簽名：年 月 日 教研室意見 系部意見主任簽名：年 月 日教學(xué)主任簽名：年 月 日CK6130 車削中心動力轉(zhuǎn)塔刀架設(shè)計(jì)目 錄前 言 ..............................................................1第 一 章 緒 論 .......................................................31.1 國 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 .........................................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 換 刀 裝 置 .......................................52.1 概 述 .......................................................52.2 ATC 刀 具 自 動 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 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 力 刀 架 的 整 體 方 案 設(shè) 計(jì) 與 選 擇 ..............................113.2.1 動 力 刀 架 的 整 體 方 案 設(shè) 計(jì) ..............................113.2.2 液 壓 驅(qū) 動 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 力 刀 架 傳 動 部 分 方 案 設(shè) 計(jì) ..................................133.4 動 力 刀 架 的 分 度 機(jī) 構(gòu) 方 案 設(shè) 計(jì) ...............................143.5 動 力 刀 架 動 力 刀 具 方 案 設(shè) 計(jì) ..................................153.5.1 齒 輪 傳 動 的 分 類 和 特 點(diǎn) ................................163.5.2 齒 輪 傳 動 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 力 刀 架 傳 動 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 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 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 力 刀 架 動 力 刀 具 部 分 ....................................314.3.1 交 流 伺 服 電 動 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 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 頁前 言制 造 業(yè) 是 一 個(gè) 國 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 或地 區(qū) 經(jīng) 濟(jì) 的 實(shí) 力 ， 科 技 水 平 ， 生 活 水 準(zhǔn) 和 國 防 實(shí) 力 。 國 際 市 場 的 競 爭 歸 根 到 底是 各 國 制 造 生 產(chǎn) 能 力 及 機(jī) 械 制 造 裝 備 的 競 爭 。自 從 20 世 紀(jì) 60 年 代 世 界 上 第 一 臺 數(shù) 控 機(jī) 床 問 世 以 來 ， 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 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 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 比 之 下 ， 我 國 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 化 程 度 基 本 上 還是 “一 個(gè) 工 人 ， 一 把 刀 ， 一 臺 機(jī) 床 ”， 導(dǎo) 致 勞 動 生 產(chǎn) 率 低 下 ， 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 不 穩(wěn) 定 。因 此 ， 要 縮 小 我 國 同 工 業(yè) 發(fā) 達(dá) 國 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 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 力 轉(zhuǎn) 塔 刀 架 總 體 布 局 設(shè) 計(jì) ；2． 動 力 刀 架 傳 動 部 分 設(shè) 計(jì) ； 3． 動 力 刀 架 分 度 機(jī) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) ； 4． 動 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 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 作 。 其 中 刀 盤 抬第 2 頁起 和 刀 架 鎖 緊 由 液 壓 來 實(shí) 現(xiàn) ， 而 刀 盤 轉(zhuǎn) 位 則 由 伺 服 電 機(jī) 來 驅(qū) 動 。 刀 盤 抬 起 動 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 壓 力 油?進(jìn) 入 液 壓 缸 右 腔 活 塞 向 左 運(yùn) 動 刀 架 主 軸 向 左 移 動 端 齒 盤 脫 離 嚙 合?刀 盤 抬 起 。 刀 盤 轉(zhuǎn) 位 動 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 圓 柱 凸 輪 轉(zhuǎn) 動 刀 架 主 軸 轉(zhuǎn) 動 實(shí) 現(xiàn) 刀 盤 轉(zhuǎn) 位 。 刀 盤 鎖緊 動 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 作 ： 碟 形 彈 簧復(fù) 位 活 塞 向 右 運(yùn) 動 刀 架 主 軸 向 右 移 動 端 齒 盤 嚙 合 實(shí) 現(xiàn) 刀 盤 鎖 緊 。第 3 頁第 一 章 緒 論1.1 國 內(nèi) 外 數(shù) 控 車 床 的 研 究 狀 況 與 成 果 我 國 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 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 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 GE 公 司 的 MCI系 統(tǒng) 和 交 流 伺 服 系 統(tǒng) ， 德 國 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 的 數(shù) 控 系 統(tǒng) 以 及 雙 電 機(jī) 驅(qū) 動 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 了 我 國 數(shù) 控 機(jī) 床 穩(wěn) 定 發(fā) 展 ， 使 我 國 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 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 。 為 了跟 蹤 國 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 在 引 進(jìn) ， 消 化 國 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 )， 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 了 ， 并 造 出 樣 機(jī) 。我 國 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 、 中華 ?號 、 航 天 ?號 和 藍(lán) 天 ?號 4 種 基 本 系 統(tǒng) 建 立 了 具 有 中 國 自 主 版 機(jī) 的 數(shù) 控 技 術(shù)平 臺 。 具 有 中 國 特 色 濟(jì) 型 數(shù) 控 系 統(tǒng) 經(jīng) 過 這 些 年 來 的 發(fā) 展 ， 有 了 較 大 的 提 高 。 它們 逐 漸 被 用 戶 認(rèn) 可 ， 在 市 場 上 站 住 了 腳 [2]。目 前 我 國 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 ， 即 經(jīng) 濟(jì) 型 ， 普 及 型 和 高 級 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 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 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 勢數(shù) 控 刀 架 的 發(fā) 展 趨 勢 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 和 伺 服 驅(qū) 動 方 向 發(fā) 展 。目 前 國 內(nèi) 數(shù) 控 刀 架 以 電 動 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 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 刀架 和 伺 服 驅(qū) 動 刀 架 。數(shù) 控 刀 架 的 市 場 分 析 ： 國 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 力 型 刀 架 ， 兼 有 液 壓 刀 架 、 伺 服 刀 架 、 立 式 刀 架 等品 種 ， 近 年 來 需 要 量 可 達(dá) 1000～ 1500 臺 。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 交 換 及 回 轉(zhuǎn) 動 力 刀 具 的 傳 動 。 因此 技 術(shù) 含 量 高 ， 已 趨 向 專 業(yè) 化 開 發(fā) 生 產(chǎn) 。 所 以 對 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 力 源 （ 電 機(jī) 或 油 缸 、 液 壓 馬 達(dá) ） 、 機(jī) 械 傳 動 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 裝 置 、 接 口 電 路 、 刀 具 安 裝 臺（ 刀 盤 ） 、 動 力 刀 座 等 組 成 。 數(shù) 控 轉(zhuǎn) 塔 刀 架 的 動 作 循 環(huán) 為 ： T 指 令 （ 換 刀 指 令 ）刀 盤 放 松 轉(zhuǎn) 位 刀 位 檢 測 預(yù) 分 度 精 確 定 位 刀 盤 鎖 緊 結(jié) 束 信 號 。???第 5 頁第 二 章 數(shù) 控 車 床 自 動 換 刀 裝 置2.1 概 述自 動 換 刀 裝 置 的 形 式 是 多 種 多 樣 的 ， 有 刀 庫 式 和 轉(zhuǎn) 塔 式 ， 雖 然 換 刀 過 程 、 選刀 方 式 、 刀 庫 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 機(jī) 或 液 壓 或 氣 動 機(jī) 構(gòu) 驅(qū) 動 刀 庫 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 換 刀 裝 置 （ automatic tool change 簡 稱ATC） 。自 動 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 對 加 工 中 心 的 需 求 一 直 是 有 增 無 減 ， 同 時(shí) ， 加 工 中 心 自 動 換 刀 裝 置 的開 發(fā) 也 有 長 足 的 發(fā) 展 。 對 于 臥 式 加 工 中 心 來 說 ， 有 從 用 于 JCS-013 的 獨(dú) 立 式自 動 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 （ 北 京 機(jī) 床 研 究 所 設(shè) 計(jì) 并 制 造 ） 的 自 動 換 刀 裝 置 ； 對于 立 式 加 工 中 心 來 說 ， 有 從 用 于 JCS-018 的 氣 液 型 鼓 輪 式 自 動 換 刀 裝 置 到 用 于XH715B 和 XH715C 的 多 凸 輪 聯(lián) 動 型 鼓 輪 式 自 動 換 刀 裝 置 。 特 別 是 用 于 TH715B和 TH715C 的 多 凸 輪 聯(lián) 動 型 鼓 輪 式 自 動 換 刀 裝 置 ， 他 的 研 制 成 功 ， 為 我 國 自 動 換刀 裝 置 設(shè) 計(jì) 與 制 造 翻 開 了 嶄 新 的 一 頁 ， 自 1991 年 鑒 定 后 批 量 生 產(chǎn) ， 已 累 計(jì) 生產(chǎn) 了 50 多 臺 ， 由 于 其 結(jié) 構(gòu) 簡 單 ， 迅 速 可 靠 （ 刀 對 刀 2.5s） ， 受 到 廣 大 國 內(nèi) 外用 戶 的 一 致 好 評 。加 工 中 心 和 車 削 中 心 自 動 換 刀 裝 置 的 發(fā) 展 趨 勢 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 單 實(shí) 用 、 造 價(jià) 低 、 使 用 可 靠 ， 但 換 刀 速 度 不 快 。自 動 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1） 自 動 換 刀 裝 置 的 可 靠 性 與 優(yōu) 化 設(shè) 計(jì) 研 究 。 通 過 對 自 動 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 換 刀 裝 置 故 障 率 大 大 減少 ， 保 證 百 萬 次 以 上 正 常 換 刀 的 品 質(zhì) 。 通 過 對 自 動 換 刀 裝 置 進(jìn) 行 多 目 標(biāo) 的 優(yōu) 化設(shè) 計(jì) ， 使 其 動 態(tài) 性 能 達(dá) 到 最 優(yōu) ， 進(jìn) 而 提 高 自 動 換 刀 裝 置 的 性 能 ， 降 低 其 制 造 成本 ， 使 刀 對 刀 換 刀 時(shí) 間 對 40 刀 柄 不 大 于 1s， 達(dá) 到 世 界 先 進(jìn) 水 平 。2） 自 動 換 刀 裝 置 的 系 列 化 與 CAD 設(shè) 計(jì) 。 使 自 動 換 刀 裝 置 適 用 國 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 ，刀 庫 容 量 等 的 自 動 換 刀 裝 置 ， 使 廠 家 立 即 投 入 生 產(chǎn) ， 并 且 是 處 于 國 內(nèi) 先 進(jìn) 水 平的 。3） 自 動 換 刀 裝 置 制 造 技 術(shù) 研 究 。 針 對 自 動 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 換 刀 裝 置 新 技 術(shù) 的 研 究 。 跟 蹤 國 際 加 工 中 心 和 車 削 中 心 自 動 換 刀 裝置 的 發(fā) 展 主 流 ， 研 究 自 動 換 刀 裝 置 的 新 工 作 原 理 及 新 技 術(shù) 。5） 自 動 換 刀 裝 置 產(chǎn) 業(yè) 化 研 究 。 自 動 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 有 巨 大 的 市 場 ， 因 此 ， 在 技 術(shù)研 究 的 基 礎(chǔ) 上 ， 應(yīng) 研 究 使 我 國 的 自 動 換 刀 裝 置 生 產(chǎn) 走 上 產(chǎn) 業(yè) 化 的 道 路 ， 建 立 生產(chǎn) 自 動 換 刀 裝 置 的 基 地 。自動換刀裝置的設(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）減少換刀動作對加工范圍的干擾。3）刀具重復(fù)定位精度高。4）識刀、選刀可靠，換刀動作簡單可靠。5）刀庫刀具存儲量合理。6）刀庫占地面積小，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 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 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 頁控 機(jī) 床 在 加 工 過 程 中 要 使 用 多 種 刀 具 ， 因 此 必 須 有 自 動 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 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 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 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 換 刀 裝 置 的 類 型 、 特 點(diǎn) 、 適 用 范 圍 見 表1-1。 　表 1-1 自動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)動集中，運(yùn)動不見少。但刀庫容量受限刀庫式用機(jī)械手配合刀庫進(jìn)行換刀刀庫只有選刀運(yùn)動，機(jī)械手進(jìn)行換刀運(yùn)動，刀庫容量大各種類型的自動換刀數(shù)控機(jī)床。尤其是對使用回轉(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)，確定刀庫容量和自動換刀裝置類型 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 問 題 。 作 為 關(guān) 鍵 附件 ， 高 性 能 的 數(shù) 控 轉(zhuǎn) 塔 刀 架 對 于 提 高 機(jī) 床 整 體 運(yùn) 行 的 可 靠 性 、 穩(wěn) 定 性 和 效 率 有著 重 要 意 義 ， 數(shù) 控 轉(zhuǎn) 塔 刀 架 是 由 數(shù) 控 系 統(tǒng) 來 控 制 的 ， 因 此 ， 在 轉(zhuǎn) 塔 刀 架 本 身 性第 8 頁能 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)一步采用了刀庫和換刀機(jī)械手，定現(xiàn)了大容量存儲刀具和自動交換刀具的功能，這種刀庫安放刀具的數(shù)量從幾十把到上百把，自動交換刀具的時(shí)間從十幾秒減少到幾秒甚至零點(diǎn)幾秒。這種刀庫和換刀機(jī)械手組成的自動換刀裝置，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、排式刀架和帶刀庫的自動換刀裝置等多種形式，下面對這三種形式的刀架作簡單的介紹。 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)或電氣來實(shí)現(xiàn)機(jī)床的自動換刀動作，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位置，分為立式刀架和臥式刀架兩種。 3. 帶刀庫的自動換刀裝置 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)采用帶刀庫的自動換刀裝置。帶刀庫的自動換刀裝置由刀庫和刀具交換機(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運(yùn)動形成工件表面，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)確的相對位置。刀架的運(yùn)動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)動軌跡必須準(zhǔn)確，運(yùn)動應(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 頁第三章 車削中心動力刀架總體方案設(shè)計(jì)3.1 調(diào)查研究與資料收集3.1.1 課題的調(diào)查研究從國內(nèi)外市場調(diào)研結(jié)果看，國內(nèi)對數(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)國家的，而且產(chǎn)品的性能方面跟國外還有一定的差距，期待開發(fā)設(shè)計(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，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)國內(nèi)市場，并達(dá)到國際領(lǐng)先水平，為國產(chǎn)機(jī)床工業(yè)的發(fā)展作出貢獻(xiàn)。車削加工中心是目前國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。雖然我國數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品附件的研制由無到有，取得了顯著成績，但與國外先進(jìn)水平相比還是有一定差距的。為確保國產(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。為此他們建議國家有關(guān)部門，盡快制定有關(guān)鼓勵(lì)、扶持國產(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，使國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床附件行業(yè)有一個(gè)大發(fā)展。而且動力刀架是數(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)知識包括：數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)、車削加工中心、自動換刀裝置等等方面；其次還包括一些機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械傳動、液壓、間歇分度機(jī)構(gòu)等方面的知識，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；2）實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊；3）機(jī)械設(shè)計(jì)手冊；4）數(shù)第 12 頁控車床設(shè)計(jì)；5）數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)與維修等等。3.2 動力刀架的整體方案設(shè)計(jì)與選擇3.2.1 動力刀架的整體方案設(shè)計(jì)刀架是車床的重要組成部分，車削中心的動力刀架可安裝各種非動力輔助刀夾和動力刀夾進(jìn)行切削，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)位由交流伺服電動機(jī)驅(qū)動，刀位由二進(jìn)制絕對編碼器識別，動力刀具由變頻電機(jī)驅(qū)動，通過同步齒形帶等將動力傳遞到刀夾。根據(jù)前部分對機(jī)床刀架類型、性能及其使用場合的綜合比較，并結(jié)合現(xiàn)有數(shù)控車床的實(shí)例，本次設(shè)計(jì)的 CK6130 車削中心動力刀架擬采用液壓驅(qū)動的動力轉(zhuǎn)塔刀架。該刀架的換刀動作分為刀盤抬起、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實(shí)現(xiàn)，刀盤鎖緊由碟形彈簧復(fù)位來實(shí)現(xiàn)，而刀盤的分度轉(zhuǎn)位是由圓柱凸輪分度機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的，由伺服電機(jī)驅(qū)動凸輪軸實(shí)現(xiàn)分度。3.2.2 液壓驅(qū)動的刀架工作原理液壓驅(qū)動的轉(zhuǎn)塔刀架，是用液壓缸夾緊，液壓馬達(dá)驅(qū)動分度，端齒盤副定位，當(dāng)?shù)都芙邮盏睫D(zhuǎn)位指令后，液壓油進(jìn)入液壓缸的右腔，通過活塞推動中心軸將刀盤左移，使定位副端齒盤脫離嚙合狀態(tài)，為轉(zhuǎn)位作好準(zhǔn)備。當(dāng)?shù)侗P處于完全脫開位置時(shí)，行程開關(guān)發(fā)出轉(zhuǎn)位信號，液壓馬達(dá)帶動轉(zhuǎn)位凸輪旋轉(zhuǎn)，凸輪依次推動回轉(zhuǎn)盤上的柱銷。使回轉(zhuǎn)盤通過鍵帶動中心軸及刀盤做分度運(yùn)動。凸輪每轉(zhuǎn)一周撥過一個(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)出信號使液壓馬達(dá)剎車，轉(zhuǎn)位凸輪停止運(yùn)動，刀架處于預(yù)定位狀態(tài)。與此同時(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作。刀盤夾緊后，中心軸尾部壓下發(fā)出轉(zhuǎn)位結(jié)束信號。第 13 頁圖 3.2 車削中心動力轉(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 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 動力刀架傳動部分方案設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的車削中心動力轉(zhuǎn)塔刀架是通過液壓驅(qū)動來實(shí)現(xiàn)刀架抬起動作，當(dāng)?shù)都茌S尾部檢測裝置觸碰到微動開關(guān)，刀架開始轉(zhuǎn)位，而轉(zhuǎn)位動作是由圓柱凸輪分度機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的，換刀時(shí)間為 1s，最后一個(gè)動作為刀架瑣緊動作，由端齒盤來進(jìn)行瑣緊定位。第 14 頁3.4 動力刀架的分度機(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)的主動件連續(xù)運(yùn)動，從動件產(chǎn)生“動作——停止——?jiǎng)幼鳌钡拈g歇運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)這種運(yùn)動的機(jī)構(gòu)，稱為間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)。常用的間歇運(yùn)動機(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。它們廣泛用于自動及半自動機(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)簡單，轉(zhuǎn)角大小改變較方便，但它的動力不大，且傳動平穩(wěn)性差，因此只適用于轉(zhuǎn)速不高的場合，如各種機(jī)床和自動機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)中。2)槽輪機(jī)構(gòu)由主動撥盤、從動槽輪及機(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)簡單，工作可靠，進(jìn)入和脫離嚙合時(shí)運(yùn)動平穩(wěn)；由于槽輪的轉(zhuǎn)角大小無法調(diào)節(jié)，故只能用于定轉(zhuǎn)角的間歇運(yùn)動機(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)簡單，制造方便，從動輪的運(yùn)動時(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、輕載場合。4)凸輪間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)是由凸輪、轉(zhuǎn)盤及機(jī)架組成的。凸輪間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)有兩種形式，一種是圓柱凸輪間歇運(yùn)動，另一種是蝸桿凸輪間歇運(yùn)動機(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，運(yùn)動規(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)動時(shí)，有的柱銷會進(jìn)入凸輪輪廓的曲線段，使凸輪開始驅(qū)動回轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)位，與此同時(shí)有的圓柱銷會與凸輪輪廓脫離，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)盤也不會轉(zhuǎn)動，即完成了一次刀盤分度轉(zhuǎn)位動作。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 程序來自動選擇回轉(zhuǎn)方向，以縮短轉(zhuǎn)位輔助時(shí)間。凸輪間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：傳動可靠、平穩(wěn)，轉(zhuǎn)盤可以實(shí)現(xiàn)任何運(yùn)動規(guī)律，以適應(yīng)高轉(zhuǎn)速要求；可以改變凸輪曲線槽所對應(yīng)的 β 角，改變轉(zhuǎn)動與停歇時(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)動作的機(jī)械中，如多共位立式半自動機(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 動力刀架動力刀具方案設(shè)計(jì)車削加工中心自驅(qū)動動力刀具主要由三部分組成：動力源，變速傳動裝置和自驅(qū)動力刀具附件（鉆孔附件和銑削附件） 。采用變頻電機(jī)作為其動力源，圓柱齒輪傳動作為其變速傳動裝置。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3.5.1 齒輪傳動的分類和特點(diǎn)???????????????????????漸 開 線 齒 輪 傳 動圓 弧 齒 輪 傳 動圓 柱 齒 輪 傳 動平 行 軸 齒 輪 傳 動 擺 線 齒 輪 傳 動其 他非 圓 柱 齒 輪 傳 動齒 輪 傳 動 直 齒 錐 齒 輪 傳 動斜 齒 錐 齒 輪 傳 動曲 線 齒 錐 齒 輪 傳 動交 錯(cuò) 軸 斜 齒 輪 傳 動相 交 軸 齒 輪 傳 動 準(zhǔn) 雙 曲 面 齒 輪 傳 動普 通 圓 柱 蝸 桿 傳 動圓 弧 圓 柱 蝸 桿 傳 動蝸 桿 傳 動 環(huán) 面 蝸 桿 傳 動錐 蝸 桿 傳 動其特點(diǎn)： 1） 瞬時(shí)傳動比恒定。非圓齒輪傳動的瞬時(shí)傳動比又能按需要的變化規(guī)律來設(shè)計(jì)。2）傳動比范圍大，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)的傳動功率可從小于 1W 到 105W。4）傳動效率高，一對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。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 頁用或高精度的機(jī)床、刀具和量儀等，故制造工藝復(fù)雜，成本高。7）精度不高的齒輪，傳動時(shí)噪聲、振動和沖擊大，污染環(huán)境。8）無過載保護(hù)作用。3.5.2 齒輪傳動類型選擇的原則1）滿足使用要求，如對傳動結(jié)構(gòu)尺寸、重量、功率、速度、傳動比、壽命、可靠性的要求等。對以上要求應(yīng)作全面的、深入分析，滿足主要的要求，兼顧其他。如對大功率長期運(yùn)轉(zhuǎn)的固定式設(shè)備，則著重于齒輪的壽命長和提高齒輪的傳動效率；對短期間歇運(yùn)動的移動式設(shè)備，應(yīng)要求結(jié)構(gòu)緊湊為主；對重要的齒輪傳動，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 車削中心動力刀架動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來實(shí)現(xiàn)動力刀具的旋轉(zhuǎn)。 第 18 頁第 4 章 典型零件的設(shè)計(jì)和選用4.1　動力刀架傳動部分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，但是會增加零件的數(shù)量，常用雙螺母或圓螺母與止動墊圈固定，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)簡單、緊湊、工藝性好，但是應(yīng)力集中較大，適合軸向力小的場合，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，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盤相連，雙列圓柱滾子軸承與滾針軸承起第 19 頁左端支承作用。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（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，工作臺移動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