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分 類 號 TH133
密 級 公開
寧XXX大學
畢業(yè)設計(論文)
專用轉塔車床轉塔刀架部件設計
所在學院
專 業(yè)
班 級
姓 名
學 號
指導老師
2012 年 3 月 28 日
誠 信 承 諾
我謹在此承諾：本人所寫的畢業(yè)論文《專用轉塔車床轉塔刀架部件設計》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。
承諾人（簽名）：
年 月 日
摘 要
專用轉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塔車床。
機床的設計主要是在原有的普通機床上進行改進，對其液壓系統(tǒng)、轉塔刀架以及機床床身進行改進設計。其優(yōu)點是降低了機床的設計成本，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。本文主要設計的內容不要包括轉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塔刀架的結構設計，其主要由轉塔頭、轉塔滑座、轉塔導軌以及其他輔助元件組成。在設計過程中運用了類比的設計方法和大膽組合設計創(chuàng)新方法，改善了轉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。
關鍵詞：專用轉塔車床；轉位機構；回轉盤；轉塔刀架
III
Abstract
Special turret lathe is a adopts hydraulic control, using many knives, multistage processing method semi-automatic machine tools. This paper mainly content that is design of such a turret lathe lot processing required for spare parts.
After the request processing parts and analyzing the reference other special turret lathe structure, so as to determine the design turret lathe concrete structure. This design is the machine by ordinary lathe bed and the head of a bed, a modified into the box is its design with low cost, convenient in maintenance and can better satisfy the requirements of precision machining parts. This paper mainly involves turret lathe turret cutter parts design, and design the turret cutter hydraulic system. In the design process using the design method and analogy method, bold combination design innovation improves turret lathe machining parts precision.
This machine adopts mechanical drive transmission mode of combined with hydraulic drive means to realize the processing procedure automation, improve the working efficiency of machine.
Keyword: Special turret lathe; Turning mechanism; Rotary disk; Revolving tool
目 錄
摘 要 I
Abstract II
目 錄 III
第1章 引言 1
1.1選題的背景 1
1.2 數(shù)控機床常用的換刀裝置 1
1.3 數(shù)控刀架的發(fā)展方向與趨勢 2
1.4 課題研究的目的與意義 3
1.4.1 課題研究的目的 3
1.4.2 課題研究的意義 3
第2章 機床轉塔刀架總體方案設計 5
2.1轉塔刀架的主要結構 5
2.2轉塔刀架齒輪傳動的設計 5
2.2.1齒輪傳動類型選擇 5
2.2.2齒輪的主要參數(shù)和設計計算 6
2.3刀架軸承的選用 8
2.4刀架軸上零件選用的固定方式 9
2.4.1 軸上零件軸向固定方式 9
2.4.2 軸上零件周向固定方式 9
2.5轉塔刀架轉塔頭結構設計 9
2.6轉塔刀架轉塔滑座結構設計 10
2.7轉塔刀架滑座導軌結構設計 11
2.8 轉塔刀架總體方案設計和選用 12
2.8.1轉塔刀架的主要運動原理 12
2.8.2轉塔刀架的主要結構設計 12
第3章 刀架輔助元件的設計和選用 15
3.1油缸的設計和功能 15
3.2 濾油器的設計 15
3.3 液壓缸的設計 16
3.3.1 液壓缸的選擇 16
3.3.2 液壓缸主要尺寸的計算 16
3.4活塞組件的設計和選用 17
3.4.1活塞的設計 17
3.4.2活塞桿及連接結構的設計 18
第4章 轉塔刀架液壓傳動系統(tǒng)設計 19
4.1 液壓系統(tǒng)的組成部分及作用 19
4.2 液壓系統(tǒng)設計和選用 20
總結與展望 23
參考文獻 24
致謝 25
附錄 26
第1章 引言
第1章 引言
專用轉塔車床是一臺可以對復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的，因此它可以有更多的加工對象、可以針對個別復雜零件，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)轉塔頭的轉動自動更替刀具，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，更適應生產(chǎn)的需求。
1.1選題的背景
數(shù)控機床的上的轉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世紀后，隨著科技的發(fā)展，尤其是微電子和計算機技術的進步，對數(shù)控機床提出的要求也越來越高。轉塔刀架作為數(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)控機床的轉塔刀架都是由歐美等工業(yè)強國設計生產(chǎn)的，比如德國的西門子，日本的FANUC公司開發(fā)了市場上所需的各種低、中、高檔次的轉塔刀架，其技術領先，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)控機床轉塔刀架的需求也越來越迫切。然而我國對轉塔刀架的設計生產(chǎn)主要都是依賴于先進國家的，國內自己生產(chǎn)的刀架在質量和性能上都與國際上同類產(chǎn)品有著一定的差距[2]。
國內很多企業(yè)引進國外先進技術，利用國內優(yōu)秀創(chuàng)新人才，開發(fā)一些適合國內數(shù)控機床需求，質量優(yōu)秀價格低廉，在市場上有競爭力的轉塔刀架，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。
1.2 數(shù)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、刀具重復定位精度高等特點。數(shù)控機床的自動換刀裝置種類很多，一般常用的以一下幾種：
1. 轉塔頭式換刀裝置
帶有旋轉刀具的數(shù)控機床常采用轉塔頭式換刀裝置，轉塔是由若干與主軸箱相連接的主軸組成，如數(shù)控鉆鏜床的多軸轉塔頭等。其轉塔頭上裝有幾個主軸，每個主軸上均裝有一把刀具，加工過程中轉塔頭可自動轉位實現(xiàn)自動換刀。主軸轉塔頭就相當于一個轉塔刀庫，其優(yōu)點是結構簡單，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，主軸不見結構不能設計得十分堅實，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. 二軸轉動式換刀裝置
二軸轉動式換刀裝置可用于測置或后置式的刀庫，其結構特點最適用于立式加工中心。接到換刀指令，換刀機構從等待位置開始運動，加緊主軸上得刀具并將其取下，轉至刀具庫中，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，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)控機床主軸箱內只有一根主軸，設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，因而可以進行復雜零件的多工序加工，大大提高機床適應性和加工效率。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)復雜，可靠性較差[3]。
3. 回轉插入式換刀裝置
回轉插入式換刀裝置是回轉式換刀裝置的改進形式的一種?；剞D插入機構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，刀具轉移到適當?shù)奈恢茫瑩Q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，避免了加工時對刀具的磨損；但是這種換刀的時間長，換刀比較復雜[4]。
1.3 數(shù)控刀架的發(fā)展方向與趨勢
隨著數(shù)控技術的發(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塔頭式的自動換刀，到回轉式換刀，回轉插入式換刀裝置，二軸轉動式換刀裝置，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?？梢哉f數(shù)控刀架的發(fā)展也是數(shù)控機床技術發(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塔換刀，到盤型自動回轉換刀，電機傳動的轉塔換刀，液壓驅動的轉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、鏈式刀庫、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。
1.4 課題研究的目的與意義
1.4.1 課題研究的目的
轉塔刀架作為轉塔機床上重要的組成部分，對轉塔機床在加工過程中的應用具有很很大的影響。本機床的設計總結了許多數(shù)控機床技術的設計經(jīng)驗，在原來普通轉塔車床的設計基礎上進行改進提升，使其可以更好的適應生產(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。轉塔刀架的設計主要分為機械和液壓兩個部分。機械部分為本設計的主要部分，主要包括對轉塔車床轉塔頭、轉塔滑座、齒輪傳動等機械部件的設計；液壓部分包括對液壓系統(tǒng)的設計。為了滿足此次設計的需求，需要對計算機和專業(yè)制圖軟件有著熟悉的運用，比如Solid Works和CAD等。此次設計是為了提高自己的機械設計的專業(yè)知識的綜合運用，同時培養(yǎng)自己在設計中獨立思考，總結經(jīng)驗的能力，鍛煉自己的實際動手能力，能夠虛心向導師請教問題，大量翻閱書籍資料并運用到自己的設計中，今后能在機械設計工作中打下堅實的基礎。
1.4.2 課題研究的意義
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。因此本次轉塔刀架的設計就是在原有轉塔機床的基礎進行改進和提升，使其在保證產(chǎn)品質量的同時，以最經(jīng)濟的方法、合理利用設備，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。
通過這次對轉塔刀架的設計，可以更大踏實的掌握機械設計基礎知識和對數(shù)控機床的發(fā)展方向和趨勢有更深的認識。同時可以提升自己機械設計的能力，通過總結在設計中的問題與經(jīng)驗，更好的為自己以后的機械設計之路打下基礎，將來在工作中更好的發(fā)揮出自己的水平。
31
第2章 機床轉塔刀架總體方案設計
第2章 機床轉塔刀架總體方案設計
轉塔刀架是轉塔車床的重要部件之一，同時也是本次畢業(yè)設計機械部分的主要設計內容。轉塔刀架上可以同時安裝多把刀具，通過轉塔頭的旋轉自動換刀，在轉塔滑座的進給運動和液壓驅動來實現(xiàn)自動循環(huán)加工。轉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。
2.1轉塔刀架的主要結構
轉塔刀架作為轉塔機床上刀具安放的重要部分，其結構設計關系到機床的加工精度、切削性能和自動化效率。本次設計的轉塔刀架主要由轉塔頭、轉塔滑座、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。其中轉塔頭可以安裝刀具，在液壓驅動下自動旋轉可以更替刀具；轉塔滑座提供進給運動，沿著滑座導軌的方向，輔助刀具參與到對零件的加工過程中；離合器在機器運轉中可將傳動系統(tǒng)隨時分離和結合，通過離合器轉塔刀架的運動可以改變速度；液壓缸是將液壓能轉換成機械能并作往復直線運動的執(zhí)行元件，其結構簡單，工作可靠，運動平穩(wěn)，廣泛的運用于液壓系統(tǒng)中。
2.2轉塔刀架齒輪傳動的設計
2.2.1齒輪傳動類型選擇
齒輪傳動是應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、內齒輪傳動等。直齒輪傳動在嚙合時無軸向力，設計和制造比較簡單，工作平穩(wěn)性較差，噪聲較大，廣泛應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。
由于本次設計的專用轉塔車床的轉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。
2.2.2齒輪的主要參數(shù)和設計計算
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矩。
2） 選擇齒輪類型。
初估齒輪圓周速度。根據(jù)齒輪傳動的工作條件（中速、中載，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：, =25，= u=253.8=95，==0
5） 初步計算齒輪的主要尺寸。
因電動機驅動，載荷沖擊，齒輪速度不高，非對稱布置，軸的剛性較小，取K=1.5.查表得=2.45；=；取=0.8，=0.989，。
初級計算出齒輪的分度圓直徑、模數(shù)、中心距a等主要參數(shù)和幾何尺寸：
=
= 63.03 mm
取標準模數(shù)，則中心距
圓整后取。
調整螺旋角：
計算分度圓直徑：
注意：螺旋角應精確到秒；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等于圓整后的中心距，即。
計算圓周速度：
與估計值相近。
計算齒寬：
大齒輪
小齒輪
2．驗算齒輪的彎曲疲勞強度
1）計算當量齒數(shù)：
查機《械設計手冊》得，；取.
2) 計算彎曲應力：
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。
2.3刀架軸承的選用
選用軸承類型的時候，必須了解軸承的工作載荷（大小、性質、方向）、轉速及其他使用要求，選擇軸承類型應考慮以下主要因素。
1.軸承的剛性與調心性能
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，應選用調心型軸承。
3）圓柱滾子軸承用于剛性大，且能嚴格保證同心度的場合，一般只用來承受徑向載荷。當需要承受一定軸向載荷時，可選擇內外圈都有擋邊的類型[7]。
2.軸承的載荷及轉速
軸承轉速及所受載荷的大小、方向和性質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。當轉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構，以分別承擔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，應優(yōu)先選用內外圈可分離軸承。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，可選用內圈孔為圓錐孔（用以安裝在錐形的緊定套上）的軸承。
4.經(jīng)濟性
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P0、P6、P5、P4、P2的滾動軸承價格比為1：1.8:2.3:7:10。在滿足使用要求情況下，應優(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心性能、軸承的載荷和轉速、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。所以轉塔刀架選用深溝球軸承和圓柱滾子軸承來承受徑向載荷。
2.4刀架軸上零件選用的固定方式
2.4.1 軸上零件軸向固定方式
1）軸肩固定，結構簡單、定位可靠，可承受較大的軸向力。
2）套筒固定，結構簡單、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，以免增強結構重量。
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，當零件間距較大時，亦可用圓螺母代替套筒以減小結構重量。
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，結構簡單緊湊，只能承受很小的軸向力，常用于固定滾動軸承。
2.4.2 軸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向連接中。
2）緊定螺釘固定，結構簡單，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。
2.5轉塔刀架轉塔頭結構設計
舊時的轉塔機床都采用轉臺式自動換刀裝置。本次設計的轉塔機床的換刀采用轉塔頭式換刀裝置。其轉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。轉塔頭在設計中拆裝簡單方便，降低了操作的難度，可以在必要的時候更換轉塔頭。為了提高轉塔頭在加工的效率，采用由液壓驅動依次轉位的方式，變換加工刀具[10]。轉塔頭不同于普通機床的轉塔頭，它可以在一般轉塔頭的基礎上進行了改進，可以安裝更多的刀具。
轉塔頭的結構圖如圖2-1所示。
圖 2-1轉塔刀架的轉塔頭
2.6轉塔刀架轉塔滑座結構設計
轉塔刀架的滑座是和轉塔刀架的轉塔頭安裝在一起的，轉塔滑座按照導軌的方向運動。轉塔頭上安裝的刀具在轉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?；暮侠碓O計能夠保證機床的工作效率和加工零件的尺寸精度。
轉塔滑座的結構圖如圖2-2所示。
圖 2-2 轉塔刀架的轉塔滑座
轉塔滑座是轉塔刀架的重要的零部件，它在液壓系統(tǒng)的驅動下對刀架進行進給運動。此外轉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。
2.7轉塔刀架滑座導軌結構設計
轉塔刀架的滑座是沿其導軌運動的，因此導軌的設計對刀架的運動方式和方向有重要的作用。導軌的質量對機床剛度、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)控機床的導軌比普通機床的導軌要求更高。希望其高速進給時不發(fā)生振動，低速進給時不出現(xiàn)爬行，領命度高，耐磨性好，可在重載下長期連續(xù)工作，精度保持性好等。
滾動導軌的摩擦因數(shù)小，摩擦因數(shù)一般在0.0025~0.005的范圍內，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)，微量移動準確；對防護的要求高，結構復雜；磨損小，精度保持性好，壽命長[11]。
本次設計選用滾動導軌塊，他是一種滾動體做循環(huán)運動的滾動導軌。它有防護板、端蓋、滾珠、導向片、保持器和本體組成。在使用時，滾動導軌塊安裝在運動部件的導軌面上，每一段導軌至少用兩塊，導軌塊的數(shù)目與導軌的長度和負載的大小有關，與之相配的導軌多用鑲鋼的導軌。當運動部件移動時，滾珠在支承部件的導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軌面不接觸，因而該導軌不需硬磨光。滾動導軌塊的特點是剛度高，承載能力大，便于拆裝。
2.8 轉塔刀架總體方案設計和選用
2.8.1轉塔刀架的主要運動原理
轉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。轉塔頭裝在轉塔滑座，滑座可沿床身導軌作縱向進給運動，有進給油缸驅動?；苿有谐逃啥ㄎ还闹械穆輻U控制。定位鼓端面上裝有十個定位螺桿。磚塔頭轉一次位，經(jīng)套、錐齒輪和軸使定位鼓也轉一次位，以變換相應的定位桿。
轉塔刀架是由液壓系統(tǒng)進行控制，加工循環(huán)結束后，床鞍退至床身末端，刀架進行轉位。刀架轉位時，油缸通過杠桿帶動中心軸控制轉塔頭抬起，使刀架轉過36°。轉位后，刀架由定位螺桿定位，轉位油缸回油復位，至此轉塔刀架轉位結束。
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運動，經(jīng)齒輪、離合器、花鍵套、蓋帶動轉塔頭轉位或作反靠定位。轉位和定位完畢后，活塞桿上升，由杠桿和中心軸等夾緊轉塔頭。若杠桿右端擋塊壓下微動開關時，發(fā)出訊號，使滑座進給和主軸轉動作切削加工[12]。
2.8.2轉塔刀架的主要結構設計
轉塔車床的刀架是轉塔車床比較重要的部分之一，它由轉塔頭、轉塔滑座、定位螺桿、油缸等部件組成。其中轉塔頭和轉塔滑座是最為重要的零件，轉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，轉塔刀架的加工方式有所不同。一般轉塔刀架先退刀，然后應先微抬，使刀尖不擦傷工件表面。并且轉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，當?shù)都苻D位時，定位鼓由軸端齒輪傳動，也作相應的轉位。在零件的加工中轉塔刀架在液壓系統(tǒng)的控制下實行自動循環(huán)。轉塔刀架自動循環(huán)為：滑座快進—工進—快退—轉塔頭松開和抬起—轉塔頭轉位—轉塔頭反靠定位—轉塔頭夾緊。
轉塔刀架安裝在床身上轉塔刀架的結構如圖2-3所示。
圖2-3 轉塔刀架結構圖
表2-1 轉塔刀架各零件
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—轉塔滑座
8—圓柱齒輪
9—撥叉
10—離合器
11—轉塔頭
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
第3章 刀架輔助元件的設計和選用
第3章 刀架輔助元件的設計和選用
轉塔刀架除了有轉塔頭、轉塔滑座、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，在設計、制造和使用轉塔機床的時候，對輔助元件必須足夠的重視。
3.1油缸的設計和功能
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、結構的主要因素。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到低溫的大氣中去得。在散熱過程中油與油之間的導熱性最差，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。
油缸在設計的時候考慮到吸油管和回油管距離應盡量遠，吸油側和回油側用隔板隔開，以增大油箱內油液循環(huán)的距離，這樣有利于油液的冷卻和油液中得氣泡冒出，并使雜質沉淀在回油管一側。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，注油口應有慮油網(wǎng)。密封的油缸應有通氣孔，以使在通常情況下油缸內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?shù)男倍?，并設置放油閥，在油缸側壁易見處設置油位顯示器[13]。
3.2 濾油器的設計
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、動作失調等故障。嚴重的會使液壓系統(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，安裝在吸油管上。其結構簡單，通流能力大，清洗方便。
3.3 液壓缸的設計
3.3.1 液壓缸的選擇
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；按照結構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動。
2）活塞式液壓缸，按照其結構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動刀架主軸的直線往反運動.故選用雙作用單桿活塞缸。
3.3.2 液壓缸主要尺寸的計算
液壓缸的主要尺寸指缸筒內徑D和活塞桿直徑d等。液壓缸的內徑和活塞桿的直徑的確定方法和使用的液壓缸設備類型有關，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（負載）大小和預選的設計壓力進行計算；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徑D應按國家標準規(guī)定的缸筒內徑系列圓整為標準值。液壓缸的工作壓力。為了快進、快退速度相等，選差動液壓缸。液壓缸有桿腔壓力必須大于無桿腔，計算兩者差；液壓缸回油腔應有背壓，設背壓為；
計算液壓缸的主要尺寸：
選擇液壓缸有效工作面積和液壓馬達幾何排量
由 得：
液壓缸直徑為
取標準直徑；因為,所以
式中 F ——液壓缸的理論拉力；
p ——供油壓力；
D ——缸筒內徑；
d ——活塞桿直徑；
——機械效率；
A ——液壓缸有效工作面積。
根據(jù)選擇的液壓缸內徑D與活塞直徑d可進行液壓缸的結構設計。在設計過程中，確定其他結構參數(shù)，同時可以進行強度和剛度的校核。計算出液壓缸的內徑D和活塞桿的直徑d整圓到國家技術標準規(guī)定[15]。
3.4活塞組件的設計和選用
3.4.1活塞的設計
當液壓缸行程較短、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?shù)慕Y構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。機床在設計的時候考慮到經(jīng)濟性和活塞的工作性能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。
3.4.2活塞桿及連接結構的設計
活塞桿一般采用實心結構，材料通常選用35或者45號鋼?；钊麠U也可采用空心結構，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構?？招幕钊麠U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。轉塔刀架在設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，中碳鋼調質硬度HB230~280，高碳鋼可調質或淬火處理，淬火硬度HRC50~60，最后鍍鉻并拋光，鍍層厚度為0.015~0.05mm?；钊麠U表面粗糙度為0.016~0.63?；钊麠U與活塞的連接方式有多種，如焊接式、內置螺母式、卡鍵式等，其中卡鍵式應用比較廣泛?；钊麠U頭部與工作機構相連，頭部結構形式有多種，可根據(jù)不同負載要求進行選擇。
第4章 轉塔刀架液壓傳動系統(tǒng)設計
第4章 轉塔刀架液壓傳動系統(tǒng)設計
液壓傳動系統(tǒng)的工作原理是以液體作為工作介質，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節(jié)，以適應工作部件對方向、速度和力的要求。液壓系統(tǒng)是轉塔機床實現(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)范圍內的無級調速，這位是機械傳動無法做到的，液壓傳動具有體積小、慣性小、響應快的優(yōu)點。這樣轉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，具有良好的潤滑條件，可延長刀架的使用壽命。
轉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)復雜的自動工作循環(huán)。
4.1 液壓系統(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、輔助元件、工作介質組成的。
本機床的動力元件是液壓泵，其作用是利用密封的容積變化，將電動機的輸入機械能轉變?yōu)楣ぷ饕后w的壓力能，是液壓系統(tǒng)的能源裝置。執(zhí)行元件是液壓缸和液壓馬達，作用是將液壓能轉換成機械能的裝置，前者是將液壓能轉化成往復直線運動，輸出力和速度，后者是將液壓能轉換成連續(xù)旋轉運動，輸出扭矩和轉速?？刂圃且簤洪y，它控制液體壓力、流量和流動方向[16]。輔助元件很多，包括油箱、濾油器、管道、管接頭等等，他們雖然是輔助元件，但是在液壓系統(tǒng)中是必不可少的，而且它們的功能是多方面的，各不相同。工作介質為液壓油，液壓系統(tǒng)通常都用液壓油作為工作介質，它是能量的載體，也是液壓傳動系統(tǒng)最本質的組成部分。液壓系統(tǒng)沒有工作介質也就不能構成液壓傳動系統(tǒng)，它的重要性不言而喻。
4.2 液壓系統(tǒng)設計和選用
液壓系統(tǒng)是機械設備的一種動力裝置，因此，它的設計是整個機床設備的一部分，必須與刀架的設計聯(lián)系在一起同時進行。一個完整的液壓系統(tǒng)主要由動力裝置、執(zhí)行裝置、控制與調節(jié)裝置、輔助裝置和傳動介質組成。
轉塔刀架的進給運動是由液壓驅動的，床身連接有油缸座，油缸座上固定有進給油缸，活塞桿通過支架與轉塔刀架連接。工作時，活塞桿帶動轉塔刀架沿床身導軌移動。本機床選用的液壓缸型號為。其液壓系統(tǒng)圖為：
圖4-1 液壓原理圖
其工作過程：
液壓泵的轉子由電機帶動旋轉，從油箱中吸油，油液經(jīng)過濾器通過油管進入液壓泵后，將其有壓力的油液輸入管路。在工作時，油液通過節(jié)流閥流至換向閥，由于換向閥閥心處于中間位置，油口與油口均不相通，液壓缸的左、右腔不通壓力油，所以活塞及工作臺停止轉動。向右扳動手柄，使換向閥閥心處于最右端位置，此時油口于油口相通，這樣壓力油液流入液壓缸的左腔，液壓缸右腔的油液經(jīng)油口流回油箱，于是活塞帶動工作臺向右運動。向左扳動手柄時，使換向閥閥心處于最左端位置，此時壓力油經(jīng)油口流進液壓缸的右室，液壓缸左腔的油液經(jīng)油口流回油箱，于是活塞帶動工作臺向左運動。因此，換向閥的工作位置反復變換時，就能不斷改變壓力油的通路，使活塞及工作臺不斷換向，以實現(xiàn)工作臺所需的往復運動。
當壓下行程開關2S后，電磁鐵3Y得電，電磁換向閥25閥芯左移，此時，液壓缸26的活塞向右運動，從而實現(xiàn)轉塔頭的松開和抬起，其進油路：濾油器1----變量泵2----電磁換向閥25（左）----液壓缸26左腔；回油路：液壓缸26左腔---換向閥25（左）----溢流閥24----油箱；滑座上的行程擋塊壓下行程閥11的開關，使油路15和油路10斷開，從調速閥14出來，經(jīng)油路10到達液壓缸9的左腔。電磁鐵1Y繼續(xù)通電，液壓換向閥5和電磁閥7仍處于左端位置。由于進油必須經(jīng)過調速閥，所以系統(tǒng)的壓力升高，將液壓順序閥18接通；當滑座碰到擋鐵后，滑座停止運動，這是，泵的壓力升高，流量減小，液壓系統(tǒng)的壓力進一步升高，直至輸出流量僅能補償系統(tǒng)泄漏為止，此時，液壓缸左腔壓力隨之升高，壓力繼電器13動作并發(fā)出信號，滑座退回[17]。液壓缸28的活塞桿繼續(xù)向右移動，直至碰到行程開關5S，此時電磁換向閥25閥芯右移，液壓缸26活塞左移，來實現(xiàn)轉塔頭夾緊。
時間繼電器延遲發(fā)出信號，這是電磁換向閥切換工位，控制油液使液動換向閥切換右工位，此時，由于滑臺返回時負載小，系統(tǒng)壓力較低，變量泵2的流量由自動增到最大，則動力滑臺快速移動。
進油路：慮油器1----變量泵2----管路6-----單向閥3----管路4----液動換向閥5----管路9----液壓缸10右腔；
回油路：液壓缸10左腔----管路11-----單向閥12-----管路17------換向閥5----管路19-----油箱。
工作臺移動的速度似有節(jié)流閥來調節(jié)的，當節(jié)流閥開大時，單位流量內流入液壓缸的壓力油液增多，工作臺的移動速度增大；反之，當節(jié)流閥關小時，單位時間內流入液壓缸的壓力油液減少，工作臺的移動速度減慢。
液壓傳動也機械傳動相比，在同等體積下，液壓裝置能產(chǎn)生更大的動力。在同等功率下，液壓裝置的體積小、重量輕、結構緊湊，具有更大的功率密度；在液壓傳動裝置中，由于油液的不可壓縮性，依靠油液的連續(xù)流動進行傳動，且油液有吸振能力，在油路中還可以設置液壓緩沖裝置，估傳動十分平穩(wěn)，易于實現(xiàn)快速啟動、制動和頻繁的換向。液壓缸和液壓馬達能夠在長期高速狀態(tài)下工作不會過熱，同時采用了很多安全保護措施，能自動防止過載。
總結與展望
總結與展望
通過這次畢業(yè)論文的設計我得到了很多，發(fā)現(xiàn)了自己在機械設計方面的不缺陷與不足。在對轉塔刀架的設計中，我翻閱了很多的書籍和資料，同時在老師和同學的幫助下，我學會對知識的總結和經(jīng)驗的豐富。在刀架的設計中運用了CAD的制圖軟件，讓我自己的專業(yè)技能有了很大的提高。同時通過對資料的查閱，我知道了數(shù)控機床轉塔刀架現(xiàn)階段我國的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展方向。同時在齒輪傳動的設計和數(shù)據(jù)的計算中得到了老師與同學的幫助，提高了自己的專業(yè)知識和動手能力。畢業(yè)論文設計是對于我們現(xiàn)階段所學知識的綜合運用，可以擺脫了單純的理論知識學習狀態(tài)，鍛煉了我們自己的動手實踐能力，設計規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍。
通過這一次設計我積累了一些實際經(jīng)驗，讓我更加深了對自身專業(yè)知識的認識，也必然會讓我在未來的工作學習中表現(xiàn)出更高的應變能力，更強的溝通力和理解力。
致謝
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致謝
本論文是在導師的悉心指導下完成的。導師嚴謹求實的治學態(tài)度、誨人不倦的敬業(yè)精神、正直坦蕩的為人風范使我受益匪淺。謹此向導師致以崇高的敬意和衷心的感謝！
在設計的過程中，我在零件的設計中由于所用制圖軟件的運用時，還不是很熟練，在導師的耐心指導和幫助下，我完成了對圖紙的繪畫工作。同時在設計零件的計算過程中遇到了一些計算錯誤和問題，在老師的指導下我一個一個慢慢的解決了。通過這個設計我在導師的幫助下，不僅提高了專業(yè)知識，同時還提高了自己的動手實踐能力。由此我表示衷心的感謝。
在這次畢業(yè)設計中，通過在圖書館查閱有關資料，通過這次設計，我還認識到無論做什么，都需要踏實，勤奮，嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，這對我以后的工作將會產(chǎn)生深遠的影響。
鑒于本人所學知識有限，經(jīng)驗不足，又是初次研究這種復雜的設計，在此過程中難免存在一些錯誤和不足之處，懇請各位老師給予批評和指正。
附 錄
附錄
平墊
定位鼓
定位螺桿
蓋
油缸
軸
轉塔頭
轉塔滑座
拔叉
轉塔刀架
錐齒輪