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part of the turret and its assembly are established via UG software.The tooling system in the clamping process can be completed a number of processes at the same time,expanding the scope of processing processes,which not only speed up the production efficiency but also significantly improve the processing accuracy.Keywords：turret turret；Hydraulic system；cam；UG目錄摘要Abstract1 緒論11.1 車床概述11.1.1 機床的基本組成11.1.2 機床的分類11.1.3 車床作用及分類41.1.4 車床組成51.2 轉塔車床概述61.2.1 轉塔車床的組成及特點61.2.2 轉塔刀架的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢72 總體方案設計92.1 傳動系統(tǒng)方案選擇92.1.1 各傳動方式比較92.1.2 液壓傳動優(yōu)點102.2 運動機構方案選擇112.2.1 回轉機構選擇112.2.2 定位機構選擇112.3 轉塔刀架結構簡圖123 液壓系統(tǒng)設計133.1 擬定原理圖133.2 液壓缸設計143.3 液壓元件選擇144 結構設計174.1 回轉機構設計計算174.2 定位機構設計195 主要設計計算及校核215.1 轉塔夾緊力的計算215.2 油缸尺寸計算235.3 柱銷強度校核246 三維建模316.1 軟件介紹316.1.1 UG 簡介316.1.2 UG 優(yōu)勢316.1.3 UG 主要功能316.2 主要零部件建模336.2.1 圓柱凸輪336.2.2 花鍵軸356.2.3 上下齒盤376.2.4軸承386.3 總裝配圖407結論42參考文獻43附錄 1：外文翻譯44附錄 2：外文原文50致謝55壓縮包內含有CAD圖紙和說明書,咨詢Q 197216396 或 119709851 緒論1.1 車床概述1.1.1 機床的基本組成機床包括多種成分，一般由以下部分構成。(1) 動力源：包括直流電機、交流電機、液壓泵及液壓馬達等，為數控機床提供動力來源，使機床運轉起來。(2) 傳動系統(tǒng)：包括進給傳動系統(tǒng)、主傳動系統(tǒng)以及其它傳動系統(tǒng)等，例如進給箱和變速箱的構件，還有主軸構件與變速箱組成的主軸箱。(3) 支承件：可以在重力和切削力的作用下順利工作而不發(fā)生損壞，便于組裝并且能夠支撐其他部件，諸如床身和立柱等。該部件也是數控機床的基礎部分，故而也稱為機床基礎件或者大件。(4) 工作部件：主要由三部分組成，即執(zhí)行部件、安裝調整部件和多種機構。執(zhí)行部件與最終切削工藝的進給運動和主運動有關，如主軸箱和主軸，滑枕、溜板和工作臺， 作為工件安裝或刀具的零件；安裝調整部件則是與刀具安裝、工藝、調整等密切相關， 例如自動換刀裝置、砂輪修整器和自動上下料裝置；多種機構包括操縱機構、定位機構、分度和轉為機構等。機床類型眾多，其組成和結構也會有較大不同，主要原因在于機床的結構布局、適用條件以及運轉方式，如果從其運動的形式而言，則主要為直線式和旋轉式運動，故而這些構件需要導軌和軸承。(5) 控制系統(tǒng)：其主要作用在于控制好各個工作零件，使之處于良好的工作狀態(tài)， 一般采用電氣系統(tǒng)控制，有時液壓和氣動系統(tǒng)也用于機床的組成元件中。數控機床則是使用數控系統(tǒng)，由主軸、伺服控制單元、數控裝置、編程控制器以及輸入和輸出設備等構成。(6) 冷卻系統(tǒng)：冷卻機床工作時產生的熱量。(7) 潤滑系統(tǒng)：潤滑機床的導軌和軸承等部件，降低摩阻力以及自身磨損的程度。(8)其他裝置：如排屑裝置、自動測量裝置等。1.1.2 機床的分類機床的分類主要表現(xiàn)為機床牌號，一部機床其種類、屬性和主要參數基本均可從其牌號中得出。關于機床型號的編制：型號表示方法。通用機床型號的表示方法為：基本部分與輔助部分之間用“/” 隔開，型號的表示方法如下：11CK3263B 數控車床轉塔刀架的設計（） （） （） （） / （） （-）企業(yè)代號其他特性代號重大改進序號 主軸數或第二主參數主參數或設計順序號系代號組代號通用特性、結構特性代號類代號分類代號注：1.有“（）”的代號，當無內容時，則不表示；若有內容則不帶括號。2.有“”符號者為大寫的漢語拼音字母。3. 有“”符號者為阿拉伯數字。4. 有“”符號者為漢語拼音的大寫字母,或阿拉伯數字,或兩者兼有之。根據不同需求，分類方式會有所差異，種類繁多，一般采用阿拉伯數字表示分類的代號，放在類代號的第一個位置處，如果是第一類時，則可以不表示。諸如磨床類的機床有三種分類。通常采用阿拉伯數字的兩位數字表示系別和組別，處在特性代號和類代號的后面。各種類型的機床依據結構的性能和使用范圍可以劃分為 10 個組別，用 0 到 9 的數字表示。每個機床又可以分為多個系列。劃分系別的規(guī)則一般是：主參數一致，采用公比進行排列，刀具和工件大致相同，并且其布局和機構也基本相同時則視為相同系別的機床。機床的類別代號見表 1.1。表 1.1機床的類別代號CK3263B 數控車床轉塔刀架的設計機床的特性代號：如果某一類型的機床除普通類型外，并且還兼有某一通用特性時，就在類別代號的后面添加通用特性的代號，如表 1.2 所示。如若某一類型的機床沒有普通型卻有通用性時，則不表示其通用性。如果主參數一致而性能不同時，機床的型號中必須注明特性的代號。一般用拼音字母表示結構代號，位于類代號后面，或者放在通用特性代號的后面。表 1.2通用特性代號車床的組別和系別代號見表 1.3、表 1.4。表 1.3車床組別代號機床序號分類得到較大改進，如果結構布局及性能有明顯變更、新產品需要再次設計、制定與鑒定，則需要在原有機床的型號的后面添加重大改進的序號。序號按 A、B、C、等字母順序選用。表 1.4轉塔車床系別代號故，本次設計主體 CK3263B 數控車床:類別代號(車床)通用特性代號(數控)組別代號(回輪、轉塔車床)系別代號(橫移轉塔車床)主參數(最大車削直徑 630 mm)第二次重大改進CK2363B1.1.3 車床作用及分類車床在機械制造廠中通常占據金屬切削機床的一部分（一般在 20%35%之間）。其作用通常用在內外圓柱面、端面、圓錐面及回轉面、螺旋面的加工處理上。車床類型的機床以回轉運動的主軸，刀具完成的進給運動為特征。加工車床時需要諸多加工刀具，如：車刀、擴孔鉆、絞刀等。車床的分類方式有很多，根據不同使用條件和結構布局，可以劃分為轉搭車床、自動和半自動車床、臥式車床等。其中臥式車床使用頻率較高，其加工構件時能達到較高的精度(一般在 IT8 上下浮動)，精車表面上的粗糙度也較高（一般 1.252.5 mm 之間）。（1） CA6140 臥式車床臥式車床的布局當屬 CA6140 臥式車床，結構形式較為經典，通用性也頗高，加工處理范圍廣，符合中小型部件的加工處理，如盤類部件和各種軸類；能夠車削各種不同的曲面，包括圓錐面、環(huán)槽、端面以及圓柱的內外表面；而且還能夠車削多種不同標準的螺紋，包括模數制、英制、米制和徑節(jié)制，甚至能夠車削多種不同螺紋，包括非標準螺距、較緊密螺紋及大螺距螺紋；并且還能夠擴孔、滾花、壓光和鉆孔等工藝。（2） 立式車床這種類型的車床可以加工大型的工件，這種工件需滿足直徑大且高度比直徑小的要求，分為雙柱式與單柱式這兩種類型。其主要參數常用最大車削直徑的百分之一去表征。較大較重的工件在裝卸及找正的過程比較麻煩，而立式車床為此設置了水平的工作平臺，這樣工作臺使得工件質量可以均勻分攤到軸承和導軌面上，以便確保機床工作的高精度和高效生產。（3） 轉塔車床轉塔車床具有無絲杠及尾座的特點，在結構形式上和臥式車床差異較大。轉塔車床的刀架取代了臥式車床的尾座。轉塔車床根據具體部件加工的處理工藝將需要用到的所有刀具預裝到轉塔車床上并且調試好；每一組的刀具可以通過擋塊的調整來把握終點位置。在加工處理過程中，刀具被用來進行輪流切削，在加工工件的過程中，可以有效提高操作效率，工件尺寸的測量和刀具的裝卸不需要反復操作。故而，轉塔車床更適合大量加工處理較為復雜的工件。機床產品代號通常采用機床型號來直接表達出主要的技術參數、結構的特征以及機床類型和性能等。依據我國規(guī)范（GB/T15375-1994金屬切削機床型號編制方法）來進行編制各種機床型號，該規(guī)范明確了機床的型號是按照阿拉伯數字和拼音字母的組合方法編碼的，簡潔又方便。1.1.4 車床組成車床主要組成部件有：多種箱體（溜板箱、進給箱、交換齒輪箱、主軸箱）和諸多部件（尾架、光杠、絲杠、刀架、床身、床腳以及冷卻裝置）。主軸箱：即床頭箱，主要作用是依靠變速機構促使主軸產生正反兩種不同的轉速， 并且使得主軸箱的部分動力運用到進給箱。主軸箱里面的等主軸被視為車床的核心部件。主軸作為重要的部件，在工作中的平穩(wěn)性對加工工件的質量尤為重要，如果沒有控制好主軸在運轉中的精度，那么就會使機床的使用價值大打折扣。進給箱：即所謂的“走刀箱”，進給箱可以利用自身的變速機構去適當微調變速機構進而得到螺距和進給量，并依靠絲杠或者光杠作用把運動傳遞給刀架，最終實現(xiàn)切削作用。其中絲杠與光杠的作用和注意要點如下：其作用主要是把溜板箱和進給箱連接成一個整體，將進給箱的傳動輸送到溜板箱，溜板箱就可以進行直線的縱向運動。溜板箱:控制車床的進給運動，內部安裝有復雜的機構，該機構主要是絲杠與光杠的運轉促使刀架能夠進行直線運動，光杠的傳動可以實現(xiàn)刀架的快速移動、橫向移動以及縱向供給運動，絲杠使得刀架可以做直線的縱向運動，實現(xiàn)車削螺紋的功能。刀架：由兩層滑板、刀架和床鞍構成。主要作用是便于安車刀的安裝以及促使車刀做多向運動（縱向、橫向、斜向）。尾架：可以在床身導軌上做縱向運動，方便工作位置的調整。次部件的功能是用于后頂尖的安裝，便于稍長工件的支撐，還可以安裝孔口加工的絞刀和鉆頭。床身：精度高，體型大，主要連接每個部件以及實現(xiàn)支撐功能，是機床部件中最為龐大的基礎構件，確保每個部件都能有確切的位置，使得各個工作環(huán)節(jié)更加有序。冷卻裝置：通過冷卻水泵噴出的切削液帶走切削過程的熱量，并把切屑沖走，達到潤滑的目的，延長了刀具的工作時間、提高了加工產品的質量。1.2 轉塔車床概述1.2.1 轉塔車床的組成及特點轉塔刀架的組成結構如圖 1.1 所示：圖 1.1普通轉塔車床外形圖1-主軸箱 2-前刀架 3-床身 4-前刀架溜板箱5-轉塔刀架 6-轉塔刀架溜板箱 7-定程裝置 8-進給箱數控轉塔車床的特點：（1） 帶有可移動轉塔刀架，不需要尾座和絲杠，刀架可以安裝很多工刀，周期轉位，按照一定順序加工工件。（2） 轉搭刀架的功能是完成主要的切削，前刀架的功能是完成輔助的切削。（3） 操作都是依靠液壓油路和電路。（4） 易保證精度,提高生產率。轉塔車床上零件加工的過程，如下圖 1.2 所示：圖 1.2轉塔車床零件加工實例1. 擋塊限送料長度；2.雙刀同時車外圓；3.車圓及倒角；4.打中心孔；5.鉆孔；6.套車外螺紋；7.前刀架刀車槽；8.前刀架切倒角；9.前刀架壓滾花；10.切斷刀切下工件；1.2.2 轉塔刀架的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢機床的重要成分就是刀架，刀架的更新歷程和機床的發(fā)展歷程緊密相連。在上世紀 40 年代初期，美國北密支安的一家小型公司（Parsons Corporation）就實現(xiàn)了加工機械的數控技術。在 1952 年，麻省理工學院成功將一套完整的實驗性數控系統(tǒng)安裝在了立銑床上， 并且能同時調控三軸運動，因此，這臺數控機床被視為全球出現(xiàn)最早的數控機床。在 1954 年 1 月，美國本迪克斯（Bendix cooperation）參考了派爾遜斯的專利，創(chuàng)作出了工業(yè)用的第一臺數控機床。在 1959 年 3 月，第一臺帶有自動換刀裝置的新型數控機床由美國卡耐特雷克公司（Keaney &Trecker corp.）研發(fā)出來。在 1980 年，外加動力刀具的誕生，形成了完善的動力刀架。經過幾十年的快速發(fā)展，數控刀架已經形成了兩個類別：液動和電動。電動刀架：以歐洲為代表。主要是電機作為動力來源，齒盤剎緊及松開都是由凸輪進行控制，電磁鐵實現(xiàn)預定位，編碼器發(fā)射定位信號，齒輪的減速用來控制剎緊、分度、松開等動作。液動刀架：以日本技術為基礎，日本、韓國為代表。主要是液壓作為動力來源，間歇分度機構能夠完成定位信號平行共軛凸輪的分度，組合傳感器用來控制位置的信號和液壓的狀態(tài)。傳統(tǒng)的液壓刀架的動力來源是液壓分度馬達，然而馬達價格昂貴，很多專業(yè)廠家現(xiàn)在已停止使用此類型的刀架。數控車削是當代機床發(fā)展的大趨勢，因而不得不提到數控車削中心中的數控轉塔刀架：數控機床受到轉塔刀架運轉質量的重要影響，特別是加工中心的運轉質量。數控轉塔刀架的運轉質量得到有效保證，關鍵在于換刀時間以及故障率。加工中心有一半以上的故障率是由換刀裝置引起的，換刀裝置的成本一般占據機床整體投資的 30%50%1。所以，設計制造一個優(yōu)良的轉塔刀架對于制造裝備產業(yè)有著重要意義。成熟復合加工技術占領了機床制造及機械加工的大部分市場，成為現(xiàn)階段最高水準的技術。復合加工技術可以高效完成諸多加工工藝，滿足各種要求，諸如銑、車、攻絲、鉆、擴孔等，時間短，效率高，成果佳。在車銑復合加工的過程中，加工手段可以采用多種方式，數控轉塔刀架就是其中使用頻率最高的一個。作為復合加工的關鍵部件，數控轉塔刀架擁有多種刀具以及擁有加工鉆、銑、絞孔、攻絲等的驅動力刀具2。隨著技術不斷革新，數控刀架技術的發(fā)展趨勢是更高速化、更復合化。主要表現(xiàn)在：（1） 高速化：驅動領域的快速發(fā)展，驅動技術和開放式伺服電機促進了伺服電機驅動刀架技術的實現(xiàn)。伺服電機更加簡潔、適用，取代了發(fā)信裝置及預定位裝置，有效改善了轉位換刀的速率。（2） 復合化：刀架技術越來越趨向于高層次的發(fā)展。擁有銑削作用的動力刀架有多種刀具(普通刀架，主軸電機驅動刀具)，并引入了 VDI 刀盤，并且鉆銑主軸的運轉速度快，可達到 12000r/min。隨著技術日新月異，五軸聯(lián)動的機床發(fā)明出來，采用了 Y 軸、B 軸聯(lián)動的刀架3。目前我國在數控機床刀架技術方面的現(xiàn)狀是：（1） 起步階段，品種單一，不可靠；（2） 與世界先進制造行業(yè)相比，仍有很大差距；（3） 國內配套廠家比較少。未來的發(fā)展要求有：（1） 轉位時間短且精準；（2） 刀架要穩(wěn)定，運轉速度快，定位精度高；（3） 使用多刀，就近選刀和兩向轉位；（4） 應用范圍廣，維修方便等。2 總體方案設計2.1 傳動系統(tǒng)方案選擇2.1.1 各傳動方式比較傳動方式主要有以下四種：液壓傳動、氣壓傳動、機械傳動和電氣傳動。它們各個性能的綜合比較見表 2.1。表 2.1各種傳動方式的綜合比較本傳動系統(tǒng)設計用于轉塔刀架，對于刀具的定位性要求較高，氣壓傳動定位性不良， 且其負載引起的特性變化很大，故排除氣壓傳動方案。本傳動系統(tǒng)設計用于數控車床，機械傳動的無極調速較困難，遠程操作困難且信號變換困難，在車床轉塔刀架換刀時，要求速度快，時間短，而機械傳動的速度低，顯然不適合本次設計要求，故排除機械傳動方案。電氣傳動的工作壽命在這四種方式中最短，且其維護要求最高，明顯不符合設計要求中的經濟性，故排除電氣傳動。綜上，本次設計中傳動系統(tǒng)選擇液壓傳動。2.1.2 液壓傳動優(yōu)點（1） 一般情況下，等體積的液壓動力裝置要比電氣動力裝置產生的動力大得多， 等功率的液壓裝置體積較小，質量較輕。結構較緊湊以及功率密度較大。有資料顯示， 液壓動力源（液壓泵、液壓馬達）單位功率的質量只占據電動機和發(fā)電機的十分之一， 液壓源（液壓泵、液壓馬達）可以低至 0.0025N/W，等功率的電動機和發(fā)電機在0.03N/W左右，就尺寸而言，前者幾乎只有后者的 12%13%。在輸出力方面，泵容易產生高壓力的液壓油液，再將油液輸送到液壓缸就會有較大作用力產生。因此液壓設備更具有鮮明的優(yōu)勢，體積小雖小，但產生的功率卻很大。（2） 液壓裝置工作比較平穩(wěn)。液壓裝置有諸多優(yōu)點，不僅重量輕，反應快，而且易于快速制動和啟動以及換向，在回轉時，換向頻率可以達到 500 次/min，在直線運動時，換向頻率可以達到 1000 次/min，液壓擁有彈性的特點，因而可以有效吸收沖擊，使得液壓傳動工作比較平穩(wěn)。（3） 液壓裝置易于實現(xiàn)過載保護。區(qū)別于機械裝置以及電氣裝置，液壓缸和液壓馬達可以較長時間在堵轉狀態(tài)下運轉并不會產生太多的熱量。（4） 液壓系統(tǒng)便于自動化控制，對于流量、流動方向和液體壓力可以進行調控。如果結合多種不同控制系統(tǒng)（電子控制、氣動控制、液壓控制即電氣控制），那么就可以實現(xiàn)更加復雜的順序動作，并且便于遠程操控。（5） 液壓裝置甚至可以在較大區(qū)域內進行無級調速(調速范圍可達 2000:1），它還可以在運行過程中進行調速。（6） 液壓系統(tǒng)不管在制造、設計還是在使用過程中，維修都比較便捷?，F(xiàn)在液壓元件作為基礎部件，已經形成了標準化、通用化及系列化，故而對于液壓系統(tǒng)在生命周期中的維護都比較方便，有效控制了機械設備的周期，并節(jié)約了投資。（7） 液壓傳動更加簡單，更容易實現(xiàn)直線運動，而機械傳動則顯得復雜的多。（8） 布局靈活方便。液壓元件并不拘束于空間的位置，而是根據機器的需求，通過管道來連接各個元件，在安裝布局上更具有靈活性，可以實現(xiàn)更加復雜的系統(tǒng)。192.2 運動機構方案選擇2.2.1 回轉機構選擇本節(jié)設計八工位轉塔刀架的回轉機構，當前幾種常用間歇分度機構的性能比較見表2.2。表 2.2幾種常用的間歇分度機構性能比較通過比較，選擇圓柱凸輪分度機構。2.2.2 定位機構選擇因為選擇斜面銷、圓柱銷這兩種定位方式時定位易有間隙，所以不同于以往的推銷定位或者說是端齒盤定位的刀架定位方式，在這選擇了先用活塞桿預定位，再采用端齒盤進行準確定位。作為一種良好的定位方式，端齒盤因為嚙合時誤差可以被抵償，整體誤差較均勻而具有定位精度高的特點。端齒盤主要通過兩個端面齒盤的嚙合作用實現(xiàn)定位，具體來說，端齒盤定位的特點有：（1） 定位精度高。主要是因為定位齒數分布均勻、數量眾多，所以齒盤精度很高， 齒盤分度精度可達(0.30.4)。同時因為上、下齒盤嚙合的自動定心作用，所以定位時對中心軸的回轉精度等沒有影響，中心軸的設計要求相對更低，使得對裝置設備的制造更為容易。（2） 重復定位精度好。相對來說，端齒盤定位因為有一個上下齒盤反復磨合的過程。一般來說，磨合次數和磨合精度是呈正相關的，因此端齒盤定位復定位精度很高。（3） 承載能力大，定位剛性好。因為通常要求端齒盤定位時要求齒面嚙合長度大于 60%，而齒數嚙合率高于 90%，并且齒盤本身的齒部強度很高，因此端齒盤定位承載能力更大，定位剛性更好。2.3 轉塔刀架結構簡圖圖 2.1 是轉塔刀架的結構簡圖，刀架的升起、轉位、夾緊等動作都由液壓驅動。當數控裝置發(fā)出換刀信號以后，液壓油進入液壓缸 5 的上腔，由于活塞 17 緊固在座體 15上，活塞與座體都是固定不動的，因而液壓缸 5 上移，推動蓋盤 3 并帶動回轉頭 6 抬起，上齒盤 7 緊固在回轉頭 6 上，當上齒盤 7 與下齒盤 8 完全脫開時，開關 1 動作發(fā)出轉位信號。這時液壓馬達 9 旋轉，驅動凸輪軸 12、圓柱凸輪 13 旋轉、凸輪曲線槽撥動柱銷14，從而驅動回轉輪 11、中心軸 4、蓋盤 3、回轉頭 6 轉動。當刀架（裝在回轉頭上） 轉至新的要求工位時回轉頭上的撥塊 2 壓合均布的固定開關 20（回轉頭每一工位，壓合相應的開關），液壓馬達立即停止運轉。預定位油缸進油，活塞桿升起進行預定位，隨后液壓缸 5 的上腔回油，液壓油進入液壓缸的下腔，液壓缸 5、回轉頭 6 下移，上齒盤7 落下，與下齒盤 8 嚙合，完成精準定位，靠液壓缸壓緊力夾緊。此時開關 1 動作，發(fā)出轉位結束信號，轉塔轉位過程結束。圖 2.1轉塔刀架結構簡圖3 液壓系統(tǒng)設計3.1 擬定原理圖4圖 3.1液壓系統(tǒng)原理圖1-油缸 2-限壓變量泵 3-電機 4-溢流閥 5-單向閥 6-彈簧式蓄能器 7-管路8、9、10-三位四通電磁換向閥 11-調速閥 12-液控單向閥 13、14-單向調速閥15-連桿型徑向柱塞馬達16-行程開關 17-抬起液壓缸 18-預定位液壓缸表 3.1電磁鐵動作順序表液壓系統(tǒng)基本原理如圖 3.1 所示，可以看出，液壓系統(tǒng)主要包括兩部分液壓馬達和縱向進給液壓缸。剛開始油缸中的液壓油經過濾油器后到達液壓泵，然后經溢流閥進入單向閥，一般來說，在經過溢流閥時會用到蓄能器加壓以防油壓不足。經過單向閥后，液壓油會同時進入到三個部分，液壓馬達和預定位液壓缸、以及抬起液壓缸。3.2 液壓缸設計液壓缸的設計是一個綜合設計的過程，裝置較復雜，結構形式不盡相同。同時也需要結合不同工作條件，需要考慮各種具體情況，具體分析設計。主要結構有如液壓缸缸體、缸蓋這樣的連接結構、以及密封、緩沖、排氣這樣的功能裝置等結構。具體如下：（1） 缸體與缸蓋的聯(lián)接形式缸體與缸蓋的連接需要綜合考慮多方面的因素，例如所選材料、不同工作條件、工作時的壓力。在本次設計中選用了一種結構簡單易實現(xiàn)，拆裝、加工方便的接線方式法蘭式連接，這種連接方式只需要在液壓缸缸體上開出一些均勻的法蘭孔，通過螺釘就可以緊密連接好端蓋。（2） 活塞與活塞桿的聯(lián)接通常來說，活塞桿與活塞之間的連接方式有多種，常用的比如卡鍵連接、螺紋連接， 兩種連接方式各有優(yōu)劣。在此次設計中，主要采用了機構簡單、拆裝、加工方便的螺紋連接方式，這種方式可以很好的固定好活塞。（3） 活塞及活塞桿處密封圈的選用密封圈的選擇應該考慮多種因素，例如活塞運動速度、范圍、溫度，以及密封的不同部位，壓力情況等，這些不同的情況應該使用不同的密封圈來達到密封目的，一般來說使用 O 形密封圈來對活塞桿、活塞與密封腔體進行密封。（4） 液壓缸的緩沖裝置為了防止活塞和缸筒端蓋的機械碰撞的現(xiàn)象發(fā)生，保證液壓缸的安全，需要在行程末端設計中設置緩沖裝置。發(fā)生碰撞的主要原因是因為往復、快速運動，質量很大的液壓缸作用工作部件會在行程終點形成液壓沖擊，從而使缸筒、活塞發(fā)生碰撞。（5） 液壓缸的排氣裝置因為液壓系統(tǒng)容易受到空氣的影響，造成系統(tǒng)不穩(wěn)定甚至不能工作，因此液壓缸的設計需要設置排氣裝置，從而保證液壓傳統(tǒng)系統(tǒng)不會混入空氣。如果沒有排氣裝置，應該在液壓缸最高處設置進、出油口，保證空氣最快排出。3.3 液壓元件選擇（1） 液壓泵的選擇如表 3.2 給出了各種類型液壓泵，在設計中需要確定液壓泵類型和規(guī)格，其中液壓泵需要考慮系統(tǒng)工況和設計要求。液壓泵規(guī)格主要由液壓泵最大供油量決定。表 3.2液壓泵的性能比較及應用場合本設計中液壓泵為轉塔刀架的運動提供動力，選擇壓力范圍為中壓，且葉片泵價格較低，效率較高，單作用葉片泵的噪聲較大，因此選擇雙葉片液壓泵作為本次設計液壓系統(tǒng)中的液壓泵。（2） 液壓控制元件的選用a.溢流閥的選擇一般來說，因為具有響應快，適用于流量小場合的特點，直動式溢流閥同時也可作為安全閥、制動閥使用。因此選用直動式溢流閥。b.換向閥的選擇一般來說，70L/min 以上時宜用電磁換向閥（一般為 6，10mm 通徑）。再通過比較， 直流電磁鐵的性能，見表 3.3。表 3.3交、直流電磁鐵的性能比較在換向閥的選擇中，應該選擇直流濕式電磁換向閥，從而會有更長的設備使用壽命和更高的可靠性。在本設計當中，選用的液壓回路是一泵多缸，選用的換向閥是三位四通直流濕式電磁換向閥，一般來說，中位機能一般有 O 型和 Y 型，在本次設計中選擇的是 O 型。4 結構設計4.1 回轉機構設計計算5如圖4.1 所示圓柱凸輪步進式轉位機構，其中凸輪是指在圓柱上加工一條凸起輪廓， 這條兩頭凸起的輪廓決定了圓柱凸輪步進式轉位機構的運動規(guī)律，使得刀架旋轉運動。一般來說，跟隨轉動的回轉盤在端面上有多個銷子，銷子數量與工位數相等。圖 4.1圓柱凸輪步進式轉位機構1-凸輪2-分度柱銷3-回轉盤其工作原理為：當凸輪旋轉時，B 銷會開始沿凸輪輪廓行進，此時 A 銷與凸輪輪廓脫離，凸輪會驅動回轉盤轉動起來，當凸輪在轉過 360后，步進式轉位機構停止轉位。之后，B 銷不再接觸曲線段，開始沿直線段行進，此時在凸輪輪廓直線段的另一側也同時工作，與 C 銷接觸，因為在設計的時候，凸輪是按照兩端開口的、非閉合實際，因此凸輪可以帶動刀盤在正反兩個方向作一樣的旋轉，不管凸輪正轉反轉。其特點是：因為可以自由設計轉位機構運動特性，因此相對復雜，成本大。同時轉位速度高、精度相對較低。通過 PC 程序或邏輯控制電路可以幫助選擇運動方向，從而可以縮短輔助轉位時間?；剞D刀架動作過程是：首先讓油缸進油，隨著刀架抬起，刀架中的上下齒盤脫離。凸輪受轉動馬達作用帶動從動盤運轉，然后回轉盤通過裝置上八個工位的的圓柱銷在凸輪輪廓中回轉。而當到達特定位置時，預定位缸中的活塞桿及時伸出并進入刀架轉塔空中，從而實現(xiàn)預定位的目的。預定位后，通過缸的下腔進油被夾緊，此時刀架回落，上齒盤與下齒盤相互配合，為了精確定位而進行嚙合。然后預定位缸中的活塞桿就可以從轉刀架塔上撤回，繼續(xù)等待下一次的定位。（a）（b）圖 4.2凸輪間歇機構展開圖（1） 凸輪直線段輪廓寬度 b 的計算：圖 4.2 所示即為圓柱凸輪間歇運動機構，這種機構用于兩相錯軸間的分度傳動。圖4.2（a）為其仰視圖，圖 4.2（b）為其展開圖。如圖所示，為了實現(xiàn)可靠定位，在停歇階段從動盤上相鄰的兩個柱銷必須同時貼在凸輪直線輪廓的兩側。為此，凸輪輪廓上直線段的寬度應等于相鄰兩柱銷表面內側之間的最短距離，即b = 2R2 sina- d（4.1）式中， R2 為從動盤上注銷中心圓半徑；a為柱距半角，即a=p z2 ； z2 為從動盤的柱銷數；d 為柱銷直徑。R2 =90mm； z2 =8；a=p z2 =45；d=4.5mm；b = 2R2 sina- d =23.8mm（2） 凸輪其余各部分尺寸的確定在本次設計中綜合考慮各部分結構，選擇凸輪輪廓外徑 D2 =100mm?？紤]的因素主要是因為凸輪直徑與壓力角相關，一般來說在條件允許的情況下，為了回轉輪驅動方便，直徑越大越好，壓力角越小越好。凸輪升程等于兩個柱銷間的距離： 2R sina= 2 9 sin p 68.88mm18其中 S凸輪的升程凸輪滾道中心線軌跡為正弦曲線，其升程 S=68.88mm。所以該曲線方程為：y = 68.88 sin 2a- p322CK3263B 數控車床轉塔刀架的設計a的范圍為 0 2p。3整個凸輪在前 270為曲線輪廓，后 90為直線輪廓，如圖 4.3 所示。為了便于在兩端開口處引入柱銷滾子可各加上 15的引入端。圖 4.3凸輪曲線輪廓示意圖凸輪曲線輪廓寬度 b 1 應小于兩個柱銷之間的距離 b ， 設計中取凸輪總寬度B=154mm。這樣二個凸輪曲線段寬度:b = 1 B - 1 b - d = 1 154 - 1 23.8 - 45 = 23.7mm12222b1 b 這樣就保證了在回轉輪分度時，柱銷不與凸輪凸起輪廓部分發(fā)生干涉。4.2 定位機構設計作為轉塔刀架的重要零件，上齒盤和下齒盤有以下技術要求：（1）除了接觸不良齒，要求兩盤嚙合時接觸齒數應該在 90%以上，齒高接觸在嚙合高度的 85%以上。（2）齒寬接觸率應該在 70%以上，采用 40 Cr 作為齒盤的材料，并且要在齒部滲氮，然后再進行磨齒加工。（3）安裝基準端面對分度時，精密齒盤應該選擇 0.01mm 的平行度，普通齒盤選擇 0.010.04mm 的平行度。（4）在安裝基準軸線相對分度中心時，精密齒盤應該選擇 0.01mm 內的位置度，普通齒盤選擇選擇 0.020.04mm 的位置度。齒盤的精度決定了刀架的優(yōu)良程度，只有嚴格按照以上要求設計，才能保證齒盤的剛度和精度。而在本次設計中，因為采用了安裝標準直齒齒盤的刀架，液壓系統(tǒng)中的變量泵可以獲得滿足刀架剛度的鎖緊力，因此嚙合深度應該選擇 3mm，這一設計也可減少活塞的行程，節(jié)省功率。CK3263B 數控車床轉塔刀架的設計齒盤外徑 d：齒盤外徑的大小在設計的過程中需要考慮其所處的空間局限，通常情況下在齒盤所處空間允許的條件下，把齒盤的外徑設計的越大則其優(yōu)勢越明顯，因為齒盤分度和定位機構的穩(wěn)定性與齒盤的外徑大小呈現(xiàn)正相關的關系，結合具體的轉塔刀架的總體結構以及外徑系列，最終確定齒盤外徑為 320mm。齒數 z：如果齒盤半徑選定為 320mm，則齒數為 72，最小分度角分別為 5和 6，根據具體的設計方案，動力刀架工位數是 8，每轉動一個工位動盤要相應的轉過 45，一個工位動盤轉過的角度理論上為最小分度角的整數倍，因此根據這一關系最小分度角舍棄 6，進而選取 5為最小分度角，齒數則選取 72。其他參數查機械設計手冊6得出以下尺寸:齒數z=72 按 320展開圖 4.4齒盤齒形305 主要設計計算及校核5.1 轉塔夾緊力的計算7CK3263B 型數控車床技術參數見下表 5.1。表 5.1CK3263B 型數控車床技術參數表轉塔的定位需要由兩個齒圈上的齒互相咬合來實現(xiàn)。此時，齒側面上產生過盈。定位器的剛度和抗震性能根據卡緊力以及切削力的方向確定，在此卡緊力用 P3 表示。在齒數結合參數和負荷確定的條件下，會有一個確定的卡緊力值，在該值下卡緊力為最優(yōu)， 卡緊力下降轉塔的剛度會有明顯的變化，同樣的提高卡緊力其剛度的變化幾乎不變。比壓在轉塔夾緊定位副一對齒盤的接觸面產生。當轉塔施加偏心載荷后，比壓會根據具體的情況再一次的分布。比壓會有一個極限值，如果低于這個數值的話，接觸面的剛度值驟然減少。夾緊力的大小取值可以依據接觸面上最小負載總的最小允許比壓值來計算得出。根據公式：P = qF + P + (M 2 + M 2 )+ Mtga3minQzxyz（5.1）式中：P3 轉塔夾緊力Rcp 齒盤平均半徑（因齒盤的齒數比其直徑小的多，內徑與外徑上的比壓差別不大，因此計算可取位于平均半徑上的相應點進行）pz 主切削力 qmin 接合面最小負載總最小允許比壓Mx 、 M y 、 Mz 切削力在齒盤接合面處的扭矩FQ 接合面在平面 Q 上的投影面積平面 Q齒圈內外圓柱體中截取的環(huán)平面FQ = 2bhztga其中：b齒長，為 15mmh平均嚙合深度，為 3.181mmz齒數為 72a齒形半角，為 45b接觸不平均和不連續(xù)的利用系數，取 0.5 則可計算出：（5.2）QF = 2 15 3.181 48 0.5 tg45 = 2290.32mm2對于 CK3263B 數控車床來說設計最大主切削力: Pz =1000kgf. 根據一般情況下，車削力的分布規(guī)律：Pz : Py : Px =1:0.4:0.25則： Pz =1000kgfPy =400kgfPx =250kgf設： xpypz p為切削點到齒盤嚙合平面中心為原點的坐標軸的距離圖 5.1轉塔刀架受力示意圖根據刀架結構安排：xp =-365mmyp =-35mmz p =50mm?。航雍厦孀钚∝撦d點最小允許比壓q 則計算出：min = 10kgf / cm2Mx = Pz yp + Py z p = 1000 (- 35)+ 400 50 = -15000kgf mmM y = Pz xp + Px yp = 1000 (- 365)- 250 50 = 352500kgf mmM z = Py xp + Px yp = 400 (- 365)- 250 (- 35) = -137250kgf mm所需夾緊力 P3 :P 1010 - 2 2290.32 +1000 + 1 +1.3725105 tg453480 =2249.9kgf即當轉塔夾緊力大于 2249.9kgf 時，刀架系統(tǒng)具有足夠的剛性和抗振性。5.2 油缸尺寸計算（1） 根據刀架所需夾緊力來確定油缸內徑：當液壓系統(tǒng)油壓為 P = 30kgf / cm2 時，所需油缸活塞的有效工作面積：F0 = P3 / P = 2249.9/30 = 75cm根據結構需要活塞桿直徑d0 = 16.5cm 左右，則油缸內徑：D0 = 19.18cm根據結構需要取油缸內徑 D0 = 30cm 可滿足夾緊力的要求。（2） 油缸壁厚的計算根據公式：d D02式中:d油杠壁厚d許用應力，取為600kgf / cm2yyp 試驗應力( p = 1.2 p = 1.2 30 = 36kgf / cm2 )D0 = 30cm（5.3）則d 302600 + 0.4 36 -1600 -1.3 36d 0.807cm現(xiàn)取油缸壁厚d=3cm（根據結構需要）完全滿足強度要求。5.3 柱銷強度校核刀盤的分度轉動的時候，回轉輪的轉動可以經由凸輪帶動撥動柱銷實現(xiàn)，因此可見柱銷起到了傳動的作用，所以對于柱銷強度的校核十分重要。（1）轉位時刀盤所需最大扭矩計算：在設計中 1.5 秒的時間要轉動一個工位，根據齒盤的大小可得出此時凸輪正好經過一周，也就是凸輪轉過 360 度，理論上凸輪曲線是正弦曲線，根據正弦曲線的數學特征，在凸輪運動 240 度的時候，回轉輪的加速度和角加速度在該點處是零，在凸輪的起終點的時候凸輪的速度正好為零，速度為零的時候其對應的加速度和角速度最大，加速度和角速度決定其受力的大小，當這兩個值取值最大的時候，柱銷受力達到極值，此時刀盤所受的扭矩 M max 。柱銷運動方程為：y = 34.22 sin 2wt - p = p- 2wt = -34.22 cos 2wt 32 34.22sin- 23 3柱銷的速度： 3v = dy = 2 w 34.22 sin 2 wt dt3柱銷的加速度：2a = d y = 4 w2 34.22 cos 2 wt dt 29 3因為凸輪是等速旋轉：a= wt當a= 2pt = 1.5 = 3 s2CK3263B 數控車床轉塔刀架的設計則w= a = 2p = 4prad/s，在起始點：t=0t332則 v = 2w 34.22sin 2p = 033a = 4w2 34.22 cos 2wt = 253.55mm / s239柱銷沿半徑切線方向的加速度a為：a = a sin 22.5 = 253.55 sin 22.5 = 97.03mm / s2 9.7cm / s2此時刀盤系統(tǒng)的角加速度：b = a R1= 9.7 =91.03rad/s 2在凸輪曲線段中點:a= 3p, t = 9 s416則 v = 2w 34.22 sin 2wt 33= 2 4 p 34.22 sin 2 4 p 9 333316= 8 p 34.22 sin p = 95.51mm / s92a = 4 w2 34.22 cos 2 wt 94 423 249 = p9 3 34.22 cos 33 p 16 4 42p= p9 3 34.22 cos2= 0此時刀盤系統(tǒng)的角加速度： b= 0在凸輪曲線段終點：a= 3p2則v = 2w 34.22 sin 2wt t = 9 s 833= 2 4 p 34.22 sin 2 4 p 9 33833= 8p 34.22 sinp= 09CK3263B 數控車床轉塔刀架的設計a = 4 w2 34.22 cos 2 wt 394 42 249 = p9 3 34.22 cos p5 33= -253.55mm / s2a = a sin 22.5 = -253.55 sin 22.5 = -97.03mm / s2 = -9.7cm / s2此時刀盤系統(tǒng)的角加速度b為b = a R1= - 9.7 =91.08rad/s 2刀盤系統(tǒng)的轉動慣量5J = Ji = ( J1 + J2 + J3 + J4 + J5 )Ki=1式中：J1 回轉盤的轉動慣量J2 中心花鍵軸的轉動慣量J3 回轉輪的轉動慣量J4 頂面軸承蓋的轉動慣量J5 機蓋的轉動慣量K 考慮附具的影響系數，取 K=1.3根據轉動慣量計算公式：r3J = r 2dm = r 2rh2prdr（5.4）mr1（5.5）1回轉盤的轉動慣量 J1 :112.52-3(44 )2J1 = r10rh1 2prdr = 2 7.8 10 3.3 p12.5-10= 16864.45 kgcm112.52-3(44 )2J2 = r3.1rh2 2prdr = 2 7.810 2.5 p12.5- 3.1= 2371.37 kgcm15.52-3(44 )2J3 = r3.55rh3 2prdr = 2 7.810 2.5 p5.5- 3.5= 80.21kgcmi1J = J = 16864.45 + 2371.37 + 80.21 = 19316.03 kgcm 2 1圖 5.2回轉盤2中心花鍵軸的轉動慣量 J2 :圖 5.3中心花鍵軸CK3263B 數控車床轉塔刀架的設計12.12-3(44 )2J1 = r1.35rh1 2prdr = 2 7.8 9.6 10p 2.1-1.35= 18.97kgcm321-3( 44 )2J 2 = r1.35rh2 2prdr = 2 7.8 10 2.5 p 3-1.35= 23.79 kgcm12.12-3(44 )2J3 = r1.353rh3 2prdr = 2 7.810 2.38 p 2.1-1.35= 4.7kgcm2J =J = 18.97 + 23.79 + 4.7 = 47.46kgcm 2i13回轉輪的轉動慣量 J3 :圖 5.4回轉輪J3 =9 r3.52rh 2prdr = 1 7.8 10-332 3p(94- 3.54 )= 2356.44 kgcm 24頂面軸承蓋的轉動慣量 J4 :圖 5.5軸承蓋19.52-3(44 )2J1 = r2.25rh1 2prdr = 2 7.8 101.3 p 9.5- 2.25= 1293.25 kgcm111.52-3(44 )2J 2 = r2.25rh2 2prdr = 2 7.8 10 0.6 p11.5- 2.25= 1283.87 kgcm412J = J + J = 1293.25 + 1283.87 = 2577.12 kgcm 25機蓋的轉動慣量 J5 ：圖 5.6機蓋117.5112J =r 2rh 2prdr =0 7.810-3 1p17.54 = 11491 .23kgcm 2117.52-3(44 )2J 2 = r16.5rh2 2prdr = 2 7.8 10 21p 17.5-16.5= 50607.64 kgcm512J = J + J = 11491.23 + 50607.64 = 62098.87kgcm26刀盤系統(tǒng)的轉動慣量：5J = Jii=1= ( J1+ J2+ J3+ J4+ J5)K = 112314.7 kgcm2 = 11.2kgm2 = Mmax= JbMmaz = 11.2 1.08 100 = 1209.6kgfcm（2）柱銷彎曲應力計算轉位時只有一個柱銷受力，可將柱銷簡化成一個懸臂梁，見圖 5.7。CK3263B 數控車床轉塔刀架的設計圖 5.7柱銷應力示意圖39p = M maxR1= 1209.6 = 134.4 kgf9柱銷的懸伸長度： l = 2cm柱銷受的最大彎矩： M max = pl M max = 134.4 2 = 268.8kgf cmM max由彎曲