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1、畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 8刀位盤型電動(dòng)刀塔設(shè)計(jì) [摘要]數(shù)控刀架的發(fā)展趨勢(shì)是：隨著數(shù)控車床的發(fā)展，數(shù)控刀架開始向快速換刀、電液組合驅(qū)動(dòng)和伺服驅(qū)動(dòng)方向發(fā)展。根據(jù)加工對(duì)象不同，有四方刀架、六角刀架和八（或更多）工位的圓盤式軸向裝刀刀架等多種形式?；剞D(zhuǎn)刀架上分別安裝四把、六把或更多刀具，并按數(shù)控裝置的指令換刀。本部分主要對(duì)八工位盤型式電動(dòng)刀架的機(jī)械部分的設(shè)計(jì)，并對(duì)以上部分運(yùn)用PRO/e做圖，并生成二維裝配圖，以便對(duì)刀塔有更直觀的了解。本次設(shè)計(jì)為八工位盤型電動(dòng)刀塔，刀盤轉(zhuǎn)位、刀盤的軸向移動(dòng)以及動(dòng)力刀頭的旋轉(zhuǎn)均通過同一臺(tái)三項(xiàng)異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)，動(dòng)力通過一級(jí)齒輪減速后，分為兩個(gè)傳遞路線，其中一條直接傳遞到動(dòng)

2、力刀頭軸，為動(dòng)力刀具旋轉(zhuǎn)提供動(dòng)力；而另一條則再通過一級(jí)齒輪減速后，傳遞到刀盤軸，為刀盤轉(zhuǎn)位和軸向移動(dòng)提供動(dòng)力。這兩條傳遞路線的接通與斷開均由電磁離合器控制，當(dāng)需要轉(zhuǎn)位時(shí)電磁離合器1將第一條傳遞路線斷開，電磁離合器2將第二條傳遞路線接通，此時(shí)動(dòng)力刀頭軸不旋轉(zhuǎn)，刀盤先軸向移動(dòng)，當(dāng)端齒盤完全脫開后，刀盤開始轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)換刀過程，當(dāng)?shù)侗P轉(zhuǎn)到位時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)信號(hào)，立即進(jìn)行制動(dòng)，電機(jī)開始反轉(zhuǎn)，左右端齒盤嚙合以鎖緊刀盤。當(dāng)需要的動(dòng)力刀具旋轉(zhuǎn)時(shí)，電磁離合器將第一條傳遞路線接通，電磁離合器2將第二條傳遞路線斷開，此時(shí)刀盤即不轉(zhuǎn)位也不移動(dòng)，可進(jìn)行車削加工、鉆削加工、銑削加工等加工。 關(guān)鍵詞：數(shù)控刀架 ， 車削中心

3、 ，電動(dòng)刀塔，八位盤型 The design of eight locations disc turret for CNC automatic lathe center Abstract：. The numerical control tool rests trend of development is: Along with the numerical control lathes development, the battery solution combination actuation and the servo fast actuates the dire

4、ction to develop. It is different according to the processing object, has the squaring head, the turret head and eight (or more) the location disk axial attire knife tool rest and so on many kinds of forms. On the turret saddle installs four, six or more cutting tools separately, and trades the knif

5、e according to the numerical control installments instruction. This part mainly to eight location vertical electrically operated tool rests mechanical design. Then makes the chart to above part using PRO/e, and has a more direct-viewing understanding to the automatic tool turret. The design for the

6、electric drive eight locations disc turret, turn the cutter bit, the cutter head axial rotation movement and momentum are by the same three asynchronous motor drive, power through a gear reducer, the divided two transmission lines, one directly to the power head shaft-driven rotary powered tool; the

7、 other one after another through a gear reducer, passed to the cutter shaft, the cutter translocation and axial movement to provide power. These two transmission lines connected and disconnected by the electromagnetic clutch control, when to change position when the electromagnetic clutch 1 will dis

8、connect the first delivery route, the electromagnetic clutch 2, the second transmission line will connect, then power head shaft not rotating cutter first axial movement, when the crown wheel completely torn off, the cutter began to turn, to achieve tool change process, as the cutter to position, th

9、e control system signal, immediately braking, the motor began to reverse , left-side gear tooth plate to lock cutter. When it comes to power tool rotation, electromagnetic clutch to connect the first transmission line, electromagnetic clutch 2, the second transmission line will disconnect at this ti

10、me that does not turn the cutter bit is not mobile, could be turning, drilling, milling and other processing. Key word: Numerical control tool rest, CNC automatic lathe center, electrically operated tool turret, eight locations disc turret 目 錄 前 言 1 1緒論 3 1.1 我國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展 3 1.2 自動(dòng)換刀裝置 4

11、1.3 國內(nèi)外數(shù)控車床的研究狀況與成果 5 2．?dāng)?shù)控車床自動(dòng)換刀裝置 7 2.1概述 7 2.2 ATC刀具自動(dòng)換刀形式 9 2.3 數(shù)控車床刀架的功能、類型和滿足的要求 10 2.3.1數(shù)控機(jī)床刀架功能和類型 10 2.3.2數(shù)控機(jī)床刀架應(yīng)滿足的要求 11 3.車削中心動(dòng)力刀架總體方案設(shè)計(jì) 13 3.1. 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13 3.2自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀盤的傳動(dòng)系統(tǒng) 14 3.3電動(dòng)機(jī)的選擇 16 3.3.1銑削力及銑削功率的計(jì)算 17 3.3.2鉆削及鉆削功率的分析與計(jì)算 17 4.典型零件的設(shè)計(jì)和選用 20 4.1齒輪部分的設(shè)計(jì) 20 4.1.1高速級(jí)齒輪設(shè)計(jì) 20

12、4.1.2低速級(jí)齒輪設(shè)計(jì) 26 4.2刀盤軸的設(shè)計(jì) 29 4.2.1最小軸頸 的計(jì)算 29 4.2.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 29 4.3端齒盤選用。 32 4.4刀盤的設(shè)計(jì) 34 4.5刀座的設(shè)計(jì) 36 4.5.1動(dòng)力刀座 36 4.5.2車刀刀座的設(shè)計(jì) 37 5刀塔裝配 38 總結(jié) 43 致謝 44 參 考 文 獻(xiàn) 45 前 言 裝備工業(yè)的技術(shù)水平和現(xiàn)代化程度決定著整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)的水平和現(xiàn)代化程度，數(shù)控技術(shù)及裝備是發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)（如信息技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、生物技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)、航空、航天等國防工業(yè)產(chǎn)業(yè)）的使能技術(shù)和最基本的裝備。馬克思曾經(jīng)說過“各種經(jīng)

13、濟(jì)時(shí)代的區(qū)別，不在于生產(chǎn)什么，而在于怎樣生產(chǎn)，用什么勞動(dòng)資料生產(chǎn)”。制造技術(shù)和裝備就是人類生產(chǎn)活動(dòng)的最基本的生產(chǎn)資料，而數(shù)控技術(shù)又是當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心的技術(shù)。當(dāng)今世界各國制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術(shù)，以提高制造能力和水平，提高對(duì)動(dòng)態(tài)多變市場的適應(yīng)能力和競爭能力。此外世界上各工業(yè)發(fā)達(dá)國家還將數(shù)控技術(shù)及數(shù)控裝備列為國家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來發(fā)展自己的數(shù)控技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)，而且在“高精尖”數(shù)控關(guān)鍵技術(shù)和裝備方面對(duì)我國實(shí)行封鎖和限制政策?？傊?，大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進(jìn)制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達(dá)國家加速經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑徑。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

14、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。 數(shù)控機(jī)床為了能在工件一次裝夾中完成多種甚至所有的加工工序，縮短輔助時(shí)間，減少輔助時(shí)間，減少安裝工件所引起的誤差，必須帶有自動(dòng)換刀裝置。各種數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置的結(jié)構(gòu)取決于數(shù)控機(jī)床的類型、工藝范圍、使用刀具種類和數(shù)量等。在數(shù)控機(jī)床中自動(dòng)換刀裝置應(yīng)當(dāng)滿足的基本要求包括： 1.刀具換刀時(shí)間短; 2.刀具重復(fù)定位精度高。 3.足夠的刀具儲(chǔ)存容量。 4.刀庫占地面積小。 數(shù)控車床使用的刀架是最簡單的自動(dòng)換刀裝置，有四方刀架，六角刀架、盤型刀架、星型刀架等?？稍谄?/p>

15、上安裝四把、六把、八把、十二位、或更多的刀具。數(shù)控機(jī)床的刀架必須具有良好的剛度和強(qiáng)度，以承受粗加工的切削力；同時(shí)要保證回轉(zhuǎn)刀架的重復(fù)定位精度。刀架作為數(shù)控機(jī)床的重要部件，其結(jié)構(gòu)形式多樣。 車削中心刀塔的形式常見的是臥式的，也有立式的，還有倒立式的。 單主軸，單刀塔（上刀塔T），刀塔分為帶Y軸和不帶Y軸，目前以不帶Y軸的居多。雙主軸（帶副主軸S）,單刀塔 雙主軸　雙刀塔，甚至三刀塔。 刀塔還分為盤式刀塔（DiscTurret）和星形刀塔（StarTurret）。 盤式刀塔（DiscTurret）:刀座裝在刀盤的軸面上，是最早出現(xiàn)的，刀塔形式，在單主軸單刀塔的車削中心上常用。.局限性，刀具

16、之間容易相互干涉，可加工的工件直徑尺寸較小。不適于副主軸的上背向加工。 星形刀塔（StarTurret）刀座安裝在刀盤的圓周上，呈星形分布，這是一種新型的刀塔結(jié)構(gòu)，它克服了傳統(tǒng)的盤式刀塔的限制，刀具之間相隔比較遠(yuǎn)，干涉小，同等的刀盤直徑，可加工的工件直徑增大20%~40%,同時(shí)它也適合完成副主軸上工件的背向加工。這種形式的刀塔在雙主軸，多刀塔的車削中心上廣泛采用，是今后發(fā)展的趨勢(shì)。 刀塔是數(shù)控機(jī)床（車削中心）的關(guān)鍵配套附件，使用刀塔可以有效提高加工效率、擴(kuò)大加工工藝范圍，可以在機(jī)床上完成車削、鉆削、攻絲、銑削、等工藝過程，既可以使工藝過程有效復(fù)合，提高加工效率，又可以一次裝夾完成多個(gè)工藝

17、過程保證了加工的精度。 本課題為8 刀 位 盤 型 電 動(dòng) 刀 塔 設(shè) 計(jì)，該刀架能夠在一次裝夾中裝八把刀具?？梢栽谲囅髦行纳贤瓿绍囅?、鉆削、攻絲、銑削、等工藝過程，既可以使工藝過程有效復(fù)合，提高加工效率，又可以一次裝夾完成多個(gè)工藝過程保證了加工的精度。 提高效率是技術(shù)革新的一個(gè)最主要的原動(dòng)力。近年來數(shù)控刀塔因其可以有效高加工效率而得到迅速的發(fā)展，幾乎涉及到所有的制造業(yè)。因此研究并改進(jìn)現(xiàn)有刀塔或者設(shè)計(jì)新的刀塔具有很大的現(xiàn)實(shí)意義，因?yàn)橥ㄟ^刀塔可以有效提高機(jī)械加工的效率、擴(kuò)大加工范圍，進(jìn)而提高經(jīng)濟(jì)效益。 1緒論 1.1 我國數(shù)控機(jī)床的發(fā)展 我國從1958年開

18、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，因此未能廣泛推廣。 20世紀(jì)80年代，我國從日本發(fā)那科公司引進(jìn)了3,5,6,7等系列的數(shù)控系

19、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(dòng)的數(shù)控系統(tǒng)以及雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)的同步數(shù)控系統(tǒng)(用于火焰切割機(jī))和新品種的伺服電機(jī)，推動(dòng)了我國數(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

20、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(dòng))，分辨率為0.02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)控人才，初步形成了自己的數(shù)控產(chǎn)業(yè)?！笆濉惫リP(guān)開發(fā)的成果：華中號(hào)、中華號(hào)、航天號(hào)和藍(lán)天號(hào)4種基本系統(tǒng)建立了具有中國自主版機(jī)的數(shù)控技術(shù)平臺(tái)。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。 1.

21、2 自動(dòng)換刀裝置 各類數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置的結(jié)構(gòu)取決于機(jī)床的形式、工藝范圍及其刀具的種類和數(shù)量。其基本類型有以下幾種：一、轉(zhuǎn)刀架換刀。回轉(zhuǎn)刀架是一種最簡單的自動(dòng)換刀裝置，常用于數(shù)控車二、換主軸換刀更換主軸換刀是帶有旋轉(zhuǎn)刀具的數(shù)控機(jī)床的一種比較簡單的換刀方式。三、更換主軸箱換刀有的數(shù)控機(jī)床像組合機(jī)床一樣，采用多主軸箱，利用更換主軸箱達(dá)到換刀的目的。四、帶刀庫的自動(dòng)換刀系統(tǒng)。此類換刀裝置由刀庫、選刀機(jī)構(gòu)、刀具交換機(jī)構(gòu)及刀具在主軸上的自動(dòng)裝卸機(jī)構(gòu)等四部分組成，應(yīng)用最廣泛。回轉(zhuǎn)刀架是一種最簡單的自動(dòng)換刀裝置，常用于數(shù)控車床?？梢栽O(shè)計(jì)成四方刀架、六角刀架或圓盤式軸向裝刀刀架等多種形式。回轉(zhuǎn)刀架上

22、分別安裝著四把、六把或更多的刀具，并按數(shù)控裝置的指令換刀。 回轉(zhuǎn)刀架在結(jié)構(gòu)上必須具有良好的強(qiáng)度和剛度，以承受粗加工時(shí)的切削抗力。由于車削加工精度在很大程度上取決于刀尖位置，對(duì)于數(shù)控車床來說，加工過程中刀具位置不進(jìn)行人工調(diào)整，因此更有必要選擇可靠的定位方案和合理的定位結(jié)構(gòu)，以保證回轉(zhuǎn)刀架在每次轉(zhuǎn)位之后，具有盡可能高的重復(fù)定位精度（一般為0.001～0.005mm）。 一般情況下，回轉(zhuǎn)刀架的換刀動(dòng)作包括刀架抬起、刀架轉(zhuǎn)位及刀架壓緊等?；剞D(zhuǎn)刀架按其工作原理分為若干類型。 1.螺母升降轉(zhuǎn)位刀架，電動(dòng)機(jī)經(jīng)彈簧安全離合器到蝸輪副帶動(dòng)螺母旋轉(zhuǎn)，螺母舉起刀架使上齒盤與下齒盤分離，隨即帶動(dòng)刀架旋轉(zhuǎn)到位，然

23、后給系統(tǒng)發(fā)信號(hào)螺母反轉(zhuǎn)鎖緊。 2.利用十字槽輪來轉(zhuǎn)位及鎖緊刀架（還要加定位銷），銷釘每轉(zhuǎn)一周，刀架便轉(zhuǎn)1/4轉(zhuǎn)（也可設(shè)計(jì)成六工位等）。 3.凸臺(tái)棘爪式刀架，蝸輪帶動(dòng)下凸輪臺(tái)相對(duì)于上凸輪臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，使其上、下端齒盤分離，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，則棘輪機(jī)構(gòu)推動(dòng)刀架轉(zhuǎn)90，然后利用一個(gè)接觸開關(guān)或霍爾元件發(fā)出電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)信號(hào)，重新鎖緊刀架。 4.電磁式刀架，它利用了一個(gè)有10kN左右拉緊力的線圈使刀架定位鎖定。 5.液壓式刀架，它利用擺動(dòng)液壓缸來控制刀架轉(zhuǎn)位，圖中有擺動(dòng)閥芯、撥爪、小液壓缸；撥爪帶動(dòng)刀架轉(zhuǎn)位，小液壓缸向下拉緊，產(chǎn)生10kN以上的拉緊力。這種刀架的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)位可靠，拉緊力可以再加大，但其缺點(diǎn)是液壓件難

24、制造，還需多一套液壓系統(tǒng)，有液壓油泄漏及發(fā)熱問題。 當(dāng)前，在機(jī)械加工領(lǐng)域，數(shù)控機(jī)床電動(dòng)刀塔因其速度快、加工精度高、生產(chǎn)率高而得到廣泛應(yīng)用。。以車削中心為例，它是高度機(jī)電一體化的產(chǎn)品，工件裝夾后，數(shù)控系統(tǒng)能控制機(jī)床刀塔按不同工序自動(dòng)選擇、更換刀具，自動(dòng)對(duì)刀。因而大大減少了工件裝夾時(shí)間，測量和機(jī)床調(diào)整等輔助工序時(shí)間，對(duì)加工形狀比較復(fù)雜，精度要求較高，品種更換頻繁的零件具有良好的經(jīng)濟(jì)效果。 1.3 國內(nèi)外數(shù)控車床的研究狀況與成果 目前搭配在數(shù)控機(jī)床上的刀塔主要可分為兩大主流，一是日系大型機(jī)床廠自行開發(fā)的動(dòng)力刀塔，另一個(gè)則是刀塔制造廠商所開發(fā)的刀塔。日系大型機(jī)床廠所開發(fā)的動(dòng)力刀塔能確實(shí)地搭配其機(jī)

25、床的特性，發(fā)揮其最大的功用，更能依客戶的特殊加工需求，開發(fā)出特殊的刀具座，但缺點(diǎn)是其刀具座是依各自機(jī)床廠的規(guī)范，不同的刀具座難以通用。 而目前較大的刀塔制造商皆屬歐系公司，如Sauter (德國)、Duplomatic (意大利)、Baruffaldi (意大利)等，在刀塔設(shè)計(jì)開發(fā)上大多遵循所謂的德式快換刀座( VDI Toolholder System )規(guī)范，因此在VDI規(guī)范占有較大的市占率下，其后較小型的刀塔制造商以及機(jī)床廠所自行研發(fā)的動(dòng)力刀塔也都會(huì)依循此規(guī)范。除此之外，動(dòng)力刀塔可再依動(dòng)力源、刀盤型式、軸連結(jié)器、動(dòng)力刀座接口的不同，而有所分別。 目前搭配在機(jī)機(jī)床上的動(dòng)力刀塔形式主要可

26、分軸向入刀 (Axial)： 單刀塔 雙主軸(Single Turret)星形刀盤 ；徑向入刀 (Radial,Star Turret) ：雙刀塔 雙主軸(Kiss Turret)上刀塔星形刀盤；徑向入刀 上下刀塔同步執(zhí)行加工正副主軸；另有立式車床、倒立式車床、刀塔Y軸、刀塔C軸形式等不同應(yīng)用。 目前搭配在數(shù)控機(jī)床上的刀塔主要可分為兩大主流，一是日系大型機(jī)床廠自行開發(fā)的動(dòng)力刀塔，另一個(gè)則是刀塔制造廠商所開發(fā)的刀塔。日系大型機(jī)床廠所開發(fā)的動(dòng)力刀塔能確實(shí)地搭配其機(jī)床的特性，發(fā)揮其最大的功用，更能依客戶的特殊加工需求，開發(fā)出特殊的刀具座，但缺點(diǎn)是其刀具座是依各自機(jī)床廠的規(guī)范，不同的刀具座難以通用。

27、 而目前較大的刀塔制造商皆屬歐系公司，如Sauter (德國)、Duplomatic (意大利)、Baruffaldi (意大利)等，在刀塔設(shè)計(jì)開發(fā)上大多遵循所謂的德式快換刀座( VDI Toolholder System )規(guī)范，因此在VDI規(guī)范占有較大的市占率下，其后較小型的刀塔制造商以及機(jī)床廠所自行研發(fā)的動(dòng)力刀塔也都會(huì)依循此規(guī)范。除此之外，動(dòng)力刀塔可再依動(dòng)力源、刀盤型式、軸連結(jié)器、動(dòng)力刀座接口的不同，而有所分別。 搭配在機(jī)機(jī)床上的動(dòng)力刀塔形式主要可分軸向入刀 (Axial)： 單刀塔 雙主軸(Single Turret)星形刀盤 ；徑向入刀 (Radial,Star Turret)

28、：雙刀塔 雙主軸(Kiss Turret)上刀塔星形刀盤；徑向入刀 上下刀塔同步執(zhí)行加工正副主軸；另有立式車床、倒立式車床、刀塔Y軸、刀塔C軸形式等不同應(yīng)用 這些年來，國內(nèi)業(yè)界加工中心已漸普遍，而所使用的伺服動(dòng)力刀塔，90% 以上皆以Sauter與D.P.等國外著名刀塔商生產(chǎn)的刀塔為主，但是在成本、交期、配合性等綜合因素的考慮下，國內(nèi)部分機(jī)床廠以及刀塔制造商也積極拓展這塊領(lǐng)域，以開發(fā)出更適合機(jī)床的動(dòng)力刀塔。 然而，由于動(dòng)力刀塔結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜化與細(xì)致化，導(dǎo)致目前動(dòng)力刀塔的重切削性能大都較一般標(biāo)準(zhǔn)刀塔為弱，如何在兼具功能性、速度性下，提升精度與剛性，是將來動(dòng)力刀塔發(fā)展的重要課題。因此數(shù)控機(jī)床電動(dòng)

29、刀塔的發(fā)展趨勢(shì)視：換刀時(shí)間短，刀具重復(fù)定位精度高，有足夠的刀具存儲(chǔ)量，刀庫占地面積小及安全可靠等。 目前動(dòng)力刀座使用中遇到的問題 １：動(dòng)力刀座剛性不夠，重復(fù)定位精度低，工藝轉(zhuǎn)換時(shí)，調(diào)整時(shí)間長，造成機(jī)床利用效率低下。 ２：動(dòng)力刀座只能用ER彈簧夾頭夾持工具，由于ER夾頭帶來的誤差疊加，造成刀座加工精度受限。另外，由于ER夾頭的夾緊力有限，夾持16以上的刀桿時(shí)，刀具容易打滑，刀尖的跳動(dòng)也比較大。對(duì)于刀具壽命和加工效率而言無疑是個(gè)很重要的瓶頸。另外，ER夾頭了夾持的刀具類型很有限，只能進(jìn)行簡單的鉆，銑等操作?？蛻粜枰硗赓徺I專用的面銑刀動(dòng)力刀座等，刀座投資大。如何解決ER夾頭帶來的問題。擴(kuò)展動(dòng)

30、力刀座的使用范圍，并做到“一座多能”，是各大動(dòng)力刀座生產(chǎn)商積極尋求解決方案的方向。 車削中心及動(dòng)力刀座發(fā)展趨勢(shì)是：隨著數(shù)控車床的發(fā)展，數(shù)控刀架開始向快速換刀、電液組合驅(qū)動(dòng)和伺服驅(qū)動(dòng)方向發(fā)展。 2．?dāng)?shù)控車床自動(dòng)換刀裝置 2.1概述 自動(dòng)換刀裝置的形式是多種多樣的，有刀庫式和轉(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(dòng)機(jī)或液壓或氣動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)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(dòng)換刀裝置（automatic tool change 簡

31、稱ATC）。 自動(dòng)換刀裝置是數(shù)控車床最普遍的一種輔助裝置，它可使數(shù)控車床在工件一次裝夾中完成多種甚至所有的加工工序，以縮短加工的輔助時(shí)間，減少加工過程中由于多次安裝工件而引起的誤差，從而提高機(jī)床的加工效率和加工精度。 我國對(duì)加工中心的需求一直是有增無減，同時(shí)，加工中心自動(dòng)換刀裝置的開發(fā)也有長足的發(fā)展。對(duì)于臥式加工中心來說，有從用于JCS-013的獨(dú)立式自動(dòng)換刀裝置到用于TH6350、TH6363、TH6380和TH63100的TB51.02雙層缸式通用機(jī)械手加鏈?zhǔn)降稁欤ū本C(jī)床研究所設(shè)計(jì)并制造）的自動(dòng)換刀裝置；對(duì)于立式加工中心來說，有從用于JCS-018的氣液型鼓輪式自動(dòng)換

32、刀裝置到用于XH715B和XH715C的多凸輪聯(lián)動(dòng)型鼓輪式自動(dòng)換刀裝置。特別是用于TH715B和TH715C的多凸輪聯(lián)動(dòng)型鼓輪式自動(dòng)換刀裝置，他的研制成功，為我國自動(dòng)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(tái)，由于其結(jié)構(gòu)簡單，迅速可靠（刀對(duì)刀2.5s），受到廣大國內(nèi)外用戶的一致好評(píng)。 加工中心和車削中心自動(dòng)換刀裝置的發(fā)展趨勢(shì)是四個(gè)方向：一是高速、可靠，追求的目標(biāo)是換刀時(shí)間盡量的短，以換取加工中心和車削中心的高效性；二是簡單實(shí)用、造價(jià)低、使用可靠，但換刀速度不快。 自動(dòng)換刀裝置開發(fā)技術(shù)要全面注意下列五個(gè)方面： 1）自動(dòng)換刀裝置的可

33、靠性與優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。通過對(duì)自動(dòng)換刀裝置進(jìn)行可靠性分析研究，找出其薄弱環(huán)節(jié)，通過改進(jìn)設(shè)計(jì)，使自動(dòng)換刀裝置故障率大大減少，保證百萬次以上正常換刀的品質(zhì)。通過對(duì)自動(dòng)換刀裝置進(jìn)行多目標(biāo)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其動(dòng)態(tài)性能達(dá)到最優(yōu)，進(jìn)而提高自動(dòng)換刀裝置的性能，降低其制造成本，使刀對(duì)刀換刀時(shí)間對(duì)40刀柄不大于1s，達(dá)到世界先進(jìn)水平。 2）自動(dòng)換刀裝置的系列化與CAD設(shè)計(jì)。使自動(dòng)換刀裝置適用國內(nèi)廠家的各種產(chǎn)品，以便得到推廣和使用。即達(dá)到廠家一旦提出的參數(shù)：不同刀柄型號(hào)，刀庫容量等的自動(dòng)換刀裝置，使廠家立即投入生產(chǎn)，并且是處于國內(nèi)先進(jìn)水平的。 3）自動(dòng)換刀裝置制造技術(shù)研究。針對(duì)自動(dòng)換刀裝置中關(guān)鍵零件的制造

34、技術(shù)進(jìn)行研究，以提高其制造質(zhì)量和降低制造成本。 4）自動(dòng)換刀裝置新技術(shù)的研究。跟蹤國際加工中心和車削中心自動(dòng)換刀裝置的發(fā)展主流，研究自動(dòng)換刀裝置的新工作原理及新技術(shù)。 5）自動(dòng)換刀裝置產(chǎn)業(yè)化研究。自動(dòng)換刀裝置由專業(yè)廠生產(chǎn)比現(xiàn)有各廠家自行生產(chǎn)可降低成本，也能保證質(zhì)量，同時(shí)在我國有巨大的市場，因此，在技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)研究使我國的自動(dòng)換刀裝置生產(chǎn)走上產(chǎn)業(yè)化的道路，建立生產(chǎn)自動(dòng)換刀裝置的基地。 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(jí)，即經(jīng)濟(jì)型，普及型和高級(jí)型?！熬盼濉逼?/p>

35、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)到國際上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。 國內(nèi)數(shù)控刀架以電動(dòng)為主，分為立式和臥式兩種。立式刀架有四、六工位兩種形式，主要用于簡易數(shù)控車床；臥式刀架有八、十、十二等工位，可正、反方向旋轉(zhuǎn)，就近選刀，用于全功能數(shù)控車床。另外臥式刀架還有液動(dòng)刀架和伺服驅(qū)動(dòng)目前國內(nèi)數(shù)控刀架以電動(dòng)為主，分為立式和臥式兩種。立式刀架有四、六工位兩種形式，主要用于簡易數(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

36、。另外臥式刀架還有液動(dòng)刀架和伺服驅(qū)動(dòng)刀架。電動(dòng)刀架是數(shù)控車床重要的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，合理地選配電動(dòng)刀架，并正確實(shí)施控制，能夠有效的提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，消除人為誤差，提高加工精度與加工精度的一致性等等。另外，加工工藝適應(yīng)性和連續(xù)穩(wěn)定的工作能力也明顯提高：尤其是在加工幾何形狀較復(fù)雜的零件時(shí)，除了控制系統(tǒng)能提供相應(yīng)的控制指令外，很重要的一點(diǎn)是數(shù)控車床需配備易于控制的電動(dòng)刀架，以便一次裝夾所需的各種刀具，靈活 方便地完成各種幾何形狀的加工。。 數(shù)控車床的發(fā)展在于提高加工精度和縮短制造周期。實(shí)現(xiàn)上述目的之手段是實(shí)現(xiàn)機(jī)床多功能化和工序工種集成，開發(fā)多種多樣復(fù)合化加工的機(jī)種，如增添銑削功能的復(fù)合加工

37、車削中心、雙主軸多刀塔(雙刀塔或四刀塔)數(shù)控車床和車削中心、雙主軸同步驅(qū)動(dòng)，雙刀塔同時(shí)進(jìn)行加工車削中心、五軸聯(lián)動(dòng)車銑復(fù)合中心、車磨復(fù)合加工機(jī)床、具有車、銑、鏜、磨和激光熱處理多種功能的高度復(fù)合化的復(fù)合加工中心等等。我國數(shù)控車床經(jīng)過多年的發(fā)展，特別是近幾年迅速的發(fā)展，與國際先進(jìn)水平的差距在逐年縮小。對(duì)于某些依賴于進(jìn)口的高檔數(shù)控車床，如高精度數(shù)控車床和車削中心(主軸徑跳軸跳≤0.001mm)、適用耐熱合金和鈦合金零件加工的大功率、高扭矩?cái)?shù)控車床和車削中心等等要加強(qiáng)產(chǎn)品開發(fā)研究攻關(guān)，突破其核心技術(shù)。 數(shù)控刀架的高、中、低檔產(chǎn)品市場數(shù)控刀架作為數(shù)控機(jī)床必需的功能部件，直接影響機(jī)床的性能和可靠性，是機(jī)

38、床的故障高發(fā)點(diǎn)。這就要求設(shè)計(jì)的刀架具有具有轉(zhuǎn)位快，定位精度高，切向扭矩大的特點(diǎn)。 2.2 ATC刀具自動(dòng)換刀形式 為進(jìn)一步提高數(shù)控機(jī)床的加工效率，數(shù)控機(jī)床正向著工件在一臺(tái)機(jī)床一次裝夾即可完成多道工序或全部工序加工的方向發(fā)展，因此出現(xiàn)了各種類型的加工中心機(jī)床，如車削中心、鏜銑加工中心、鉆削中心等等。這類多工序加工的數(shù)控機(jī)床在加工過程中要使用多種刀具，因此必須有自動(dòng)換到裝置，以便選用不同刀具，完成不同工序的加工工藝。自動(dòng)換到裝置應(yīng)當(dāng)具備換刀時(shí)間短、刀具重復(fù)定位精度高、足夠的刀具儲(chǔ)備量、占地面積小、安全可靠等特性。 各類數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換到裝置的結(jié)構(gòu)取決于機(jī)床的類型、工藝范圍、使

39、用刀具種類和數(shù)量。數(shù)控機(jī)床常用的自動(dòng)換刀裝置的類型、特點(diǎn)、適用范圍見表1-1。 　 類別型式 特點(diǎn) 適用范圍 轉(zhuǎn)塔式 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 刀庫式 刀具與主軸之間直接換刀 換刀運(yùn)動(dòng)集中，運(yùn)動(dòng)不見少。但刀庫容量受限 　　各種類型的自

40、動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床。尤其是對(duì)使用回轉(zhuǎn)類刀具的數(shù)控鏜、銑床類立式、臥式加工中心機(jī)床 要根據(jù)工藝范圍和機(jī)床特點(diǎn)，確定刀庫容量和自動(dòng)換刀裝置類型 　　用機(jī)械手配合刀庫進(jìn)行換刀 刀庫只有選刀運(yùn)動(dòng)，機(jī)械手進(jìn)行換刀運(yùn)動(dòng)，刀庫容量大 表1-1 自動(dòng)換刀裝置類型 2.3 數(shù)控車床刀架的功能、類型和滿足的要求 2.3.1數(shù)控機(jī)床刀架功能和類型 數(shù)控刀架是加工中心、數(shù)控車床必備的機(jī)床附件，尤其適用全功能數(shù)控車床。當(dāng)前，數(shù)控機(jī)床發(fā)展迅猛，一方面向高速、高效、高精度方面發(fā)展，同時(shí)，在制造行業(yè)中廣泛存在原有設(shè)備的數(shù)控改造和系統(tǒng)升級(jí)問題。作為關(guān)鍵附件，高性能的數(shù)控刀架對(duì)于提高機(jī)床整

41、體運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性和效率有著重要意義，數(shù)控刀架是由數(shù)控系統(tǒng)來控制的，因此，在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。 數(shù)控機(jī)床上的刀架是安放刀具的重要部件，許多刀架還直接參與切削工作，如臥式車床上的四方刀架，轉(zhuǎn)塔車床的轉(zhuǎn)塔刀架，回輪式轉(zhuǎn)塔車床的回輪刀架，自動(dòng)車床的轉(zhuǎn)塔刀架和天平刀架等。這些刀架既安放刀具，而且還直接參與切削，承受極大的切削力作用，所以它往往成為工藝系統(tǒng)中的較薄弱環(huán)節(jié)。隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，機(jī)床的刀架也有了許多變化，特別是數(shù)控車床上采用電(液)換位的自動(dòng)刀架，有的還使用兩個(gè)回轉(zhuǎn)刀盤。加工中心則進(jìn)一步采用了刀庫和換刀機(jī)械手，定現(xiàn)了大容量存儲(chǔ)刀具和自動(dòng)交換刀

42、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(dòng)交換刀具的時(shí)間從十幾秒減少到幾秒甚至零點(diǎn)幾秒。這種刀庫和換刀機(jī)械手組成的自動(dòng)換刀裝置，就成為加工中心的主要特征。 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. 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(dòng)換刀裝置等多種形式，下面對(duì)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。這種刀架在刀具布置和機(jī)床調(diào)整等方面都較

43、為方便，可以根據(jù)具體工件的車削工藝要求，任意組合各種不同用途的刀具，一把刀具完成車削任務(wù)后，橫向滑板只要按程序沿X軸移動(dòng)預(yù)先設(shè)定的距離后，第二把刀就到達(dá)加工位置，這樣就完成了機(jī)床的換刀動(dòng)作。這種換刀方式迅速省時(shí)，有利于提高機(jī)床的生產(chǎn)效率。寶雞機(jī)床廠生產(chǎn)的CK7620P全功能數(shù)控車床配置的就是排式刀架。 2) 回轉(zhuǎn)刀架 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(dòng)換刀動(dòng)作，根據(jù)加工要求可設(shè)計(jì)成四方、六方刀架或圓盤式刀架，并相應(yīng)地安裝4把、6把或更多的刀具?；剞D(zhuǎn)刀架的換刀動(dòng)作可分為刀架抬起、刀架轉(zhuǎn)位和刀架鎖緊等幾個(gè)步驟。它的動(dòng)作是由數(shù)控系統(tǒng)

44、發(fā)出指令完成的。回轉(zhuǎn)刀架根據(jù)刀架回轉(zhuǎn)軸與安裝底面的相對(duì)位置，分為立式刀架和臥式刀架兩種。 3) 帶刀庫的自動(dòng)換刀裝置 上述排刀式刀架和回轉(zhuǎn)刀架所安裝的刀具都不可能太多，即使是裝備兩個(gè)刀架，對(duì)刀具的數(shù)目也有一定限制。當(dāng)由于某種原因需要數(shù)量較多的刀具時(shí)，應(yīng)采用帶刀庫的自動(dòng)換刀裝置。帶刀庫的自動(dòng)換刀裝置由刀庫和刀具交換機(jī)構(gòu)組成。 2.3.2數(shù)控機(jī)床刀架應(yīng)滿足的要求 1） 滿足工藝過程所提出的要求。機(jī)床依靠刀具和工件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成工件表面，而工件的表面形狀和表面位置的不同，要求刀架能夠布置足夠多的刀具，而且能夠方便而正確地加工各工件表面， 為了實(shí)現(xiàn)在工件的一次安裝中完成多工序加

45、工，所以要求刀架可以方便地轉(zhuǎn)位。 2） 在刀架以要能牢固地安裝刀具，在刀架上安裝刀具進(jìn)還應(yīng)能精確地調(diào)整刀具的位置，采用自動(dòng)交換刀具時(shí)，應(yīng)能保證刀具交換前后都能處于正確位置。以保證刀具和工件間準(zhǔn)確的相對(duì)位置。刀架的運(yùn)動(dòng)精度將直接反映到加工工件的幾何形狀精度和表面粗糙度上，為此，刀架的運(yùn)動(dòng)軌跡必須準(zhǔn)確，運(yùn)動(dòng)應(yīng)平穩(wěn)，刀架運(yùn)轉(zhuǎn)的終點(diǎn)到位應(yīng)準(zhǔn)確。面且這種精度保持性要好，以便長期保持刀具的正確位置。 3） 刀架應(yīng)具有足夠的剛度。由于刀具的類型、尺寸各異，重量相差很大，刀具在自動(dòng)轉(zhuǎn)換過程中方向變換較復(fù)雜，而且有些刀架還直接承受切削力。考慮到采用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

46、使切削過程和換刀過程平穩(wěn)。 4） 可靠性高。由于刀架在機(jī)床工作過程中，使用次數(shù)很多，而且使用頻率也高，所以必須充分重視它的可靠性。 5） 刀架是為了提高機(jī)床自動(dòng)化而出現(xiàn)的，因而它的換刀時(shí)間應(yīng)盡可能縮短，以利于提高生產(chǎn)率。目前自動(dòng)換刀裝置的換刀時(shí)間在0.8—6秒之間不等。而且還在進(jìn)一步縮短。 6） 操作方便和安全。刀架是工人經(jīng)常操作的機(jī)床部件之一，因此它的操作是否方便和安全，往往是評(píng)價(jià)刀架設(shè)計(jì)好壞的指標(biāo)。刀架上應(yīng)便于工人裝刀和調(diào)刀，切屑流出方向不能朝向工人，而且操作調(diào)整刀架的手柄（或手輪）要省力，應(yīng)盡量設(shè)置在便于操作的地方。 第46頁 共45頁 3．車削中心動(dòng)力刀架總

47、體方案設(shè)計(jì) 3.1. 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 普通的三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)因轉(zhuǎn)速太快，不能直接驅(qū)動(dòng)刀盤進(jìn)行換刀，必須經(jīng)過適當(dāng)?shù)臏p速。根據(jù)臥式車削中心刀塔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，擬采用二級(jí)圓柱齒輪減速，能保證傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性。 刀盤鎖緊與精定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 回轉(zhuǎn)刀架在結(jié)構(gòu)上必須具有良好的強(qiáng)度和剛度，以承受粗加工時(shí)的切削抗力和減少刀架在切削力作用下的位移變形，提高加工精度。由于車削加工精度在很大程度上取決于刀尖位置，對(duì)于數(shù)控車床來說，加工過程中刀架部位要進(jìn)行人工調(diào)整，因此更有必要選擇可靠的定位方案和合理的定位結(jié)構(gòu)，以保證回轉(zhuǎn)刀架在每次轉(zhuǎn)位之后具有高的重復(fù)定位精度。 由于刀具直接安裝在刀盤上，所以刀

48、盤要承受全部的切削力，其鎖緊與定位的精度將直接影響工件的加工精度。本設(shè)計(jì)刀盤的鎖緊定位機(jī)構(gòu)選用端面齒盤，將刀盤右端面和成梯形齒的左邊的端面齒盤固定。右邊的端面齒盤和箱體固定 當(dāng)?shù)侗P處于鎖緊狀態(tài)時(shí)，左右端面齒相互嚙合，這時(shí)刀盤不能繞刀盤的刀盤軸旋轉(zhuǎn)端面齒盤；換刀時(shí)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，移動(dòng)機(jī)構(gòu)使刀盤移動(dòng)，等左右端面齒脫開后，刀盤才可以繞刀盤刀盤軸轉(zhuǎn)動(dòng)，完成轉(zhuǎn)位動(dòng)作。 刀盤移動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 要想使左右刀體的兩個(gè)端面齒脫離，就必須設(shè)計(jì)適合的機(jī)構(gòu)使刀盤移動(dòng)。本設(shè)計(jì)選用刀盤軸-螺母副，在刀盤軸上加工出外螺紋，當(dāng)電動(dòng)機(jī)通過減速裝置帶動(dòng)刀盤軸繞刀盤軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，刀盤軸不做軸向移動(dòng)，和螺母固定的刀盤左右移動(dòng)。當(dāng)?shù)侗P處于

49、鎖緊狀態(tài)時(shí)左邊的端面齒盤與右邊的的端面齒盤相互嚙合，和刀盤軸固定在一起的轉(zhuǎn)位盤上的彈簧銷不能帶動(dòng)刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)端面齒脫離嚙合時(shí)，彈簧銷就帶動(dòng)刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)。 設(shè)計(jì)刀盤軸時(shí)要求選擇適當(dāng)?shù)穆菥?，以便?dāng)?shù)侗P軸轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度時(shí)，使得端面齒盤左與右端面齒能夠完全脫離嚙合狀態(tài)。 刀盤設(shè)計(jì) 任務(wù)書中要求相鄰換刀時(shí)間為0.3s,參照老師提供的換刀時(shí)刀盤轉(zhuǎn)位時(shí)間0.5r/0.3s, 擬選定0.75r/0.3s. 即2.5r/s, 也就是150r/min 3.2自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀盤的傳動(dòng)系統(tǒng) 圖1刀塔傳動(dòng)系統(tǒng)圖 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀盤的換刀流程如下圖。 圖上表示自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀盤在換刀過程中有

50、關(guān)銷的位置。其中上部的圓柱銷2和下部的反靠銷6起著重要作用。圓柱銷和反靠銷之間有彈簧連接，不妨經(jīng)二者合稱為彈簧銷。當(dāng)?shù)侗P處于鎖緊狀態(tài)時(shí)，兩銷的情況如圖A所示，此時(shí)反靠銷6落在圓盤7的十字槽內(nèi)，刀盤4的端面齒和下刀體的端面齒處于嚙合狀態(tài)（左右端面齒在圖中未畫出） 電磁離合器 刀架電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn) 第一級(jí)圓柱 齒輪減速 第二級(jí)圓柱 齒輪減速 動(dòng) 力 刀 頭 電磁離合器 刀盤軸正轉(zhuǎn) 左轉(zhuǎn)位圓盤旋轉(zhuǎn) 刀

51、盤移動(dòng) 刀盤軸-螺母 端面齒錯(cuò)開 到位回答 刀盤旋轉(zhuǎn) 霍爾元件觸發(fā)霍爾 霍爾元件觸發(fā) 圓柱銷落入左 轉(zhuǎn)位圓盤

52、 二級(jí)圓柱齒輪減速 反靠銷反靠,端面齒嚙合 刀盤軸反轉(zhuǎn) 刀架電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn) 刀盤移動(dòng)，粗定位 位位 精定位 延時(shí)鎖緊 電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn) 圖2：盤型回轉(zhuǎn)刀盤的換刀流程 需要換刀時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出刀盤轉(zhuǎn)位信號(hào)，三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)正向旋轉(zhuǎn)，通過帶有螺紋的刀

53、盤軸正向轉(zhuǎn)動(dòng)，與螺目固連的的刀盤4逐漸移動(dòng)，左右端面齒慢慢脫開；與此同時(shí)，左轉(zhuǎn)位圓盤1也隨著刀盤軸正向轉(zhuǎn)動(dòng)（左轉(zhuǎn)位圓盤1通過圓柱銷與刀盤軸聯(lián)接），當(dāng)轉(zhuǎn)過約一定角度時(shí)，左轉(zhuǎn)位圓盤1直槽的另一端恰好和轉(zhuǎn)到圓柱銷2的左端面相對(duì)，由于彈簧3的作用，圓柱銷2落入直槽內(nèi)，于是左轉(zhuǎn)位圓盤1就通過圓柱銷2使得刀盤4轉(zhuǎn)動(dòng)起來（此時(shí)端面齒已完全脫開）。 圖3：轉(zhuǎn)位圓盤轉(zhuǎn)位過程 左轉(zhuǎn)位圓盤1、圓柱銷2以及刀盤4在正轉(zhuǎn)的過程中，反靠銷6能夠從反靠圓盤7中十字槽的左側(cè)斜坡滑出，而不影響刀盤4尋找刀位時(shí)的正向轉(zhuǎn)動(dòng)。 刀盤4轉(zhuǎn)到需要的刀位時(shí)，發(fā)信盤上對(duì)應(yīng)的霍爾元件輸出低電平信號(hào)，控制系統(tǒng)收到后，立即控制刀

54、盤電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，左轉(zhuǎn)位圓盤1通過圓柱銷2帶動(dòng)刀盤4開始反轉(zhuǎn)，反靠銷6馬上就會(huì)落入反靠圓盤7的十字槽內(nèi)，至此，完成粗定位。此時(shí)，反靠銷6從反靠圓盤7的十字槽內(nèi)爬不上來，于是刀盤4停止轉(zhuǎn)動(dòng)，而左轉(zhuǎn)位圓盤1繼續(xù)反轉(zhuǎn)，其直槽的左側(cè)斜坡將圓柱銷2的頭部壓下，之后，左轉(zhuǎn)位圓盤1的右表面開始與圓柱銷2的頭部滑動(dòng)。在此期間，左右端面齒盤的端面齒逐漸嚙合，實(shí)現(xiàn)精定位，經(jīng)過設(shè)定的延時(shí)時(shí)間后，刀盤電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，整個(gè)換刀過程結(jié)束。 3.3電動(dòng)機(jī)的選擇 3.3.1銑削力及銑削功率的計(jì)算 銑削力的分析與計(jì)算 采用硬質(zhì)合金立刀具，工件的材料為碳鋼。則由表查得采用立銑刀時(shí)的銑削力計(jì)算公式為：

55、 今選擇立銑刀的最大直徑為d=20mm，齒數(shù)Z=3,為了計(jì)算最大銑削力，在不對(duì)稱銑削情況下，取最大銑削寬度為，背吃刀量=10mm ，每齒進(jìn)給量，銑刀轉(zhuǎn)速。則求的最大銑削力： 若采用圓柱銑刀 今選擇圓柱銑刀的最大直徑為d=20mm，齒數(shù)Z=4,為了計(jì)算最大銑削力，在不對(duì)稱銑削情況下，取最大銑削寬度為，背吃刀量=10mm ，每齒進(jìn)給量，銑刀轉(zhuǎn)速。則求的最大銑削力 .銑削功率的分析與計(jì)算 銑削過程中消耗的功率主要按圓周切削力和銑削速度進(jìn)行計(jì)算： 若取銑刀轉(zhuǎn)速為740r/min,則=π*d*n/60= 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)也消耗一些功率，一般情況下，，所以總的銑削功率, 由此

56、可估算總的銑削時(shí)所需的電動(dòng)機(jī)功率:η，、取η=0.85,則 10415w 3.3.2鉆削及鉆削功率的分析與計(jì)算 鉆孔用的刀具主要是麻花鉆，使用麻花鉆可加工0.1~80mm的孔。假設(shè)要求最大鉆孔直徑為20mm 計(jì)算公式分別如下； 式中 為軸向力，單位為N; 為切削轉(zhuǎn)矩，單位為Nm; 切削功率，單位為千瓦； 為鉆頭直徑，單位為mm; 為每轉(zhuǎn)進(jìn)給量，單位為mm/r; 為切削速度，單位為m／min； 、，當(dāng)實(shí)際加工條件與建立的經(jīng)驗(yàn)公式的實(shí)驗(yàn)條件不相符時(shí)，各種影響因素對(duì)各切削分力的修正系數(shù)的乘積，一般估算時(shí)，均可取為1。 查表

57、鉆孔時(shí)軸向力和轉(zhuǎn)矩表達(dá)式中的系數(shù)和指數(shù)。 有 =600 =1.0; =0.7 =0.305; =2.0; =0.8 又因?yàn)閐=20mm,取n=740r/min,=1mm/r =π*d*n=3.14*0.020*740=46.47m/min. 代入數(shù)據(jù)有 取傳動(dòng)效率為0.85，則由此可估算電動(dòng)機(jī)的功率 車削功率的分析與計(jì)算： 切削過程中的功率成為切削功率，用（單位為KW）表示。因?yàn)樵诒诚蛄Ψ较虍a(chǎn)生的位移極小，可忽略不計(jì)，所以可以近似認(rèn)為不做功，則切削功率主切削力和進(jìn)給力所消耗功率之和。

58、 但因?yàn)檐囅鲿r(shí)所需功率由機(jī)床主軸電機(jī)提供，所以設(shè)計(jì)電動(dòng)刀塔時(shí)，無需考慮。 型號(hào) 額定功率 滿載轉(zhuǎn)速 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 質(zhì)量 額定轉(zhuǎn)矩 Y160M-4 11kw 1460r/min 2.2 123kg 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選Y160M-4三相異步電動(dòng)機(jī)即可滿足要求。 4..典型零件的設(shè)計(jì)和選用 4.1齒輪部分的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)的動(dòng)力刀具最高轉(zhuǎn)n=740r/min，擬采用二級(jí)圓柱齒輪減速，能保證傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性。為了減少齒輪傳動(dòng)過程中所需的齒輪數(shù)目，可采用以下傳動(dòng)案。 其中第一級(jí)齒輪比i=. 設(shè)和齒輪連接的彈性聯(lián)軸器的效率

59、為0.97 則傳遞功率 P= (kW) 傳遞轉(zhuǎn)矩 T=69.79(Nm) 齒輪1轉(zhuǎn)速 n1=1460(r/min) 齒輪2轉(zhuǎn)速 n2=740(r/min) 傳動(dòng)比 i=1.973 　 為防止根切，小齒輪齒數(shù) 4.1.1高速級(jí)齒輪設(shè)計(jì) 1．選定齒輪類型，精度等級(jí)，材料及齒數(shù) （1）根據(jù)傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。 （2）傳動(dòng)速度不高，故選用7級(jí)精度。 （3) 材料選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理,，大齒輪的材料為45鋼。 齒數(shù) .2.按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)： 由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行試算，即：

60、 (1)．確定公式各值 1)試選載荷系數(shù)K1=1.3 2)計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 則 T=69.79(Nm) 3)由表10-7選齒寬系數(shù) 4)由表10-6查的材料的彈性影響系數(shù) 5)由圖10-21d,按齒面硬度查的小齒輪得接觸疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限為 6）由式6-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) =607402（2830015） =6.39

61、 = =3.24 7）由圖10-19接觸疲勞壽命系數(shù) 8）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由式（10-12）得： =540MPa =522.5 MPa (2)計(jì)算 1）試算小齒輪分度圓直徑,代入中較小的值

62、 = =42mm 2）計(jì)算圓周速度V =1.55m/s 3)計(jì)算齒寬b =142 =42mm 4)計(jì)算齒寬與齒高之比 模數(shù)： =1.90m

63、m 齒高： =2.251.90 =4.275mm 所以 =9.82 5）計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù)V=1.54m/s 7級(jí)精度 由圖10-8查的： 動(dòng)載荷系數(shù)KV=1.1 直齒輪 由表10-2查得使用系數(shù)KA=1 由表10-4用插值法查得7級(jí)精度小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱布置時(shí)

64、 由=9.82，，查圖10-13得： 故載荷系數(shù)： =11.111.423 =1.423 6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑， 由式（10-10a）得： =43.9mm 7）計(jì)算模數(shù)m =1.99mm 3．按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)：

65、 由式（10-5）得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為： （1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 1)由圖10-20c查的小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 2)由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù) 3)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4 由式（10-12）得 =303.57MPa =

66、238.86MPa 4）計(jì)算載荷系數(shù)K =1.48 5）查取齒形系數(shù) 由表10-5查得： 2.72 2.37 6）查10-5查得： 1.57 1.676 7）計(jì)算大、小齒輪的，并加以比較： =0.01406 =0.01662 大齒輪的數(shù)值較大 （2）設(shè)計(jì)計(jì)算 =1.92mm 對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=2.0mm，按接觸強(qiáng)度算的的分度圓直徑=43.98mm，算出小齒輪齒數(shù)：