(wo)數(shù)控刀架的設計,wo,數(shù)控,刀架,設計 南京工程學院 先進制造技術工程中心 本科畢業(yè)設計（論文）開題報告 題目：CK6130車削中心動力轉塔刀架設計與三維制作 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班 級： D機加工041 學 號： 231040232 學生姓名： 張志偉 指導教師： 周明虎/關芳芳 2008年3月28日 本科畢業(yè)設計(論文)開題報告 學生姓名 張志偉 學 號 231040232 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 指導教師姓名 周明虎/關芳芳 職 稱 高工/助教 所在院系 先進制造技術工程中心 課題來源 自擬課題 課題性質 工程設計 課題名稱 CK6130車削中心動力轉塔刀架設計及三維制作 畢業(yè)設計的內容和意義? 畢業(yè)設計的具體內容： 1、動力轉塔刀架的整體結構，換刀的步驟，刀具的傳動方式 2、間隙分度機構中圓柱凸輪分度機構的設計和計算(八個工位) 3、單作用液壓缸的計算及設計(刀架的軸向力夾緊力) 4、減速電機的選擇，變頻電機的選擇用于刀具的旋轉(500-750W,2極) 5、端齒盤的設計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： 在機械領域中，數(shù)控機床解決了很多普通機床所不能加工的復雜、精密的各種零件，有效的提高了生產效率。隨著我國綜合國力的進一步加強和加入世貿組織，我國經濟全面與國際接軌，并逐步成為全球制造中心，從數(shù)控技術這行業(yè)體現(xiàn)出了我國的“效率”和“創(chuàng)新”兩大特點，注重科學實驗，理論與實際相結合。 數(shù)控轉塔刀架是加工中心、數(shù)控車床必備的機床附件，尤其適用全功能數(shù)控車床。當前，數(shù)控機床發(fā)展迅猛，一方面向高速、高效、高精度方面發(fā)展，同時，在制造行業(yè)中廣泛存在原有設備的數(shù)控改造和系統(tǒng)升級問題。作為關鍵附件，高性能的數(shù)控轉塔刀架對于提高機床整體運行的可靠性、穩(wěn)定性和效率有著重要意義，數(shù)控轉塔刀架是由數(shù)控系統(tǒng)來控制的，因此，在轉塔刀架本身性能提高的情況下，如何實現(xiàn)控制任務就顯得十分重要了。國內數(shù)控車床轉塔刀架的設計和生產都是依賴先進國家的，而且產品的性能方面跟國外還有一定的差距，期待開發(fā)設計一種性能最優(yōu)，最有實用價值的轉塔刀架，來適應市場，替代進口產品低價位的數(shù)控車床用轉塔刀架，占領國內市場，并達到國際領先水平，為國產機床工業(yè)的發(fā)展作出貢獻。 本次設計的動力轉塔刀架的刀架抬起和夾緊是通過氣液增壓缸來實現(xiàn)的，成本比較低，而且自鎖可靠、密封性好、安全。刀架轉位采用圓柱凸輪分度機構，用單作用液壓缸抬起刀架，同時通過碟形彈簧復位壓緊；采用端齒盤來進行精確定位；用變頻電機通過齒輪傳動帶動刀具旋轉。 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 文 獻 綜 述 隨著科學技術和社會生產的不斷發(fā)展，對機械產品的性能、質量、生產率和成本提出了越來越高的要求，并隨著汽車、飛機和導彈制造業(yè)的迅速發(fā)展，原來的加工設備已無法承擔加工航空工業(yè)需要的復雜型面零件。數(shù)控技術是為了解決復雜型面零件加工的自動化而生產的。為了滿足市場和科學技術發(fā)展的需要，為了達到現(xiàn)代制造技術對數(shù)控技術提出的更高的要求，當前的數(shù)控技術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方向發(fā)展[1]。 現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要目標是為了進一步降低價格，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)控機床的生產能力[2]。最終研制開發(fā)出軟、硬件都具有開放式機構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)的標準規(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權的數(shù)控系統(tǒng)，特別是提出開發(fā)中華Ι型和航天Ⅰ型兩個基本系統(tǒng)及系列產品，并利用基本系統(tǒng)發(fā)揮我國的軟件優(yōu)勢，實施平臺戰(zhàn)略，發(fā)展我國的數(shù)控軟件的指導思想。多軸車床中心在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中是很重要的，機床的復雜結構會引起刀具位移不精密，從而導致運動參數(shù)誤差，產生制造誤差、裝配誤差、或準靜力誤差。機床的正確數(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行銑削加工模式的“車、銑合一”的切削加工類型的機床 [4]。一般數(shù)控車床的轉塔刀架只是純粹的進行車，鉆等加工項目。在熟悉車削中心的基礎上，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，結合了“車銑合一”的原則，這就要求轉塔刀頭能在各個工位提供多個軸線的回轉運動，使加工范圍進一步的擴大，從而大大提高了加工精度和生產效率。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，以實現(xiàn)換刀時間短、刀具重復定位精度高、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)控車床刀架設計的基本要求是轉位準確可靠，工作平穩(wěn)安全；轉位時間短；轉位以后重復定位精度高；防水防屑，密封性能優(yōu)良；夾緊剛性高，適宜重負荷切削。現(xiàn)有的數(shù)控刀架有數(shù)控轉塔式（立式和臥式）和直排式刀架。刀架換刀可分為排刀式刀架，經濟型數(shù)控車床方刀架，一般轉塔回轉刀架，電動機傳動的轉塔刀架，液壓驅動的轉塔刀架，車削中心的動力刀具。立式數(shù)控轉塔刀架是回轉軸線與安裝基面垂直，可裝夾多把刀具或工具，采用數(shù)字信息指令控制轉位的刀架，它常采用4和6兩種工位，按性能可分為驅動，通過減速機構，行星機構，馬氏機構或凸輪機構來完成刀架的松開、抬起、轉位和夾緊等動作；它可按主機的編程要求完成刀架的自動換刀動作，以實現(xiàn)數(shù)控機床加工程序的自動化和高效化。而臥式數(shù)控轉塔刀架為一種回轉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，刀盤根據機床編程的指令轉過若干個工位，來實現(xiàn)主機的自動換刀動作；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行切削，刀架采用端齒分度，轉位由三相異步電動機驅動，刀位由二進制絕對編碼器識別，動力刀具由交流伺服電動機驅動，通過同步齒形帶等將動力傳遞到刀夾。 　　液壓驅動的轉塔刀架，是利用液壓缸夾緊，液壓馬達驅動分度，端齒盤副定位，當?shù)都芙邮盏睫D位指令后，液壓油進入液壓缸的右腔，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)，為轉位作好準備。當?shù)侗P處于完全脫開位置時，行程開關發(fā)出轉位信號，液壓馬達帶動轉位凸輪旋轉，凸輪依次推動回轉盤上的柱銷，使回轉盤通過鍵帶動中心軸及刀盤做分度運動。凸輪每轉一周撥過一個柱銷，使刀盤旋轉1/n周（n為刀架的工位數(shù)）。中心軸的尾端固定著一個有n個齒的凸輪，當中心軸和刀盤轉過一個工位時，凸輪計數(shù)開關一次，開關將此信號送入控制系統(tǒng)。當?shù)侗P旋轉到預定工位時，控制系統(tǒng)發(fā)出信號使液壓馬達剎車，轉位凸輪停止運動，刀架處于預定位狀態(tài)。與此同時，液壓缸左進油，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)出轉位結束信號[6-7]。液壓缸的結構可分為缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、緩沖裝置和排氣裝置五個部分[8]。其中刀架的轉位是通過圓柱凸輪間歇運動機構來實現(xiàn)的，這種凸輪機構可以通過調整凸輪與轉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)，轉盤可以實現(xiàn)任何運動規(guī)律，以適應高轉速要求；可以改變凸輪曲線槽所對應的β角，改變轉動與停歇時間比值；轉盤停歇時，一般就依靠凸輪棱進行定位，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、螺紋車刀和內孔車刀等；按結構類型分為整體式、焊接式、機夾式、可轉位式。車削時，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)行程序來控制機床的運行的，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劃信息的指令集合。從而總結出以下優(yōu)點：（1）加工精度高；（2）加工生產率高；（3）加工適應性好；（4）加工勞動強度低；（5）良好的經濟效益；（6）有利于生產管理現(xiàn)代化[12]。 總之，數(shù)控技術給機械制造業(yè)帶來了革命性的變化。數(shù)控技術集成了傳統(tǒng)的機械制造技術,計算機技術,成組技術與現(xiàn)代控制技術,傳感檢測技術 ,信息處理技術,網絡通訊技術,液壓氣動技術,光機電技術于一體,是現(xiàn)代先進制造技術的基礎和核心。 參考文獻： 1、蔡厚道．數(shù)控機床構造．北京：北京理工大學出版社，2007.2：1-5 2、汪木蘭．數(shù)控原理與系統(tǒng)．北京：機械工業(yè)出版社，2004.7：264-275 3、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.com/question/15375676.html 5、陳嬋娟．數(shù)控車床設計．北京：化學工業(yè)出版社，2006.2: 135-148 6、 韓鴻鸞，榮維芝．數(shù)控機床結構與維修．北京：機械工業(yè)出版社,2004.8: 179-190 7、機械設計手冊編委會，機械設計手冊.北京：機械工業(yè)出版社，2004.8 8、王積偉，章宏甲等．液壓與氣動傳動．北京：機械工業(yè)出版社，2005:108-114 9、陳立德．機械設計基礎．北京：高等教育出版社，(2005重?。?92-93 10、Rohit G. Reddy, Richard E. DeVor *, Shiv G. Kapoor.A mechanistic force model for combined axial-radial contour turning.International Journal of Machine Tools & Manufacture 41(2001) 1551-1572 11、陸劍中，孫家寧．金屬切削原理與刀具．北京：機械工業(yè)出版社，2005.1: 91-96,167-180 12、張思弟,賀曙新．數(shù)控編程加工技術．北京:化學工業(yè)出版社，2005.5: 2-5 研究內容 １、對車削中心進一步熟悉和認識 　　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，使加工范圍進一步的擴大。 2、動力轉塔刀架的整體結構，換刀的步驟，刀具的傳動方式 　　動力轉塔刀架的整體結構為液壓驅動的轉塔刀架，分為抬起、轉位、夾緊三個步驟，其中抬起和夾緊是通過氣液增壓缸來實現(xiàn)的，轉位是通過圓柱凸輪分度機構來實現(xiàn)的，而凸輪機構是通過電機來驅動的。 3、間隙分度機構中圓柱凸輪分度機構的設計和計算(八個工位) 　　圓柱凸輪分度機構是由凸輪、轉盤、機架組成。當凸輪轉過曲線槽所對應的角度時，凸輪曲線槽推動滾子使轉盤轉過相鄰兩滾子所夾的中心角，當凸輪繼續(xù)轉過其余角度時，轉盤靜止不動。這樣，就實現(xiàn)了該機構的間歇運動。 4、單作用液壓缸的計算，設計(刀架的軸向力夾緊力) 　　通過液壓來推動刀架軸運動，自鎖性可靠，密封好。 ５、減速電機的選擇(刀架的轉動)，變頻電機的選擇用于刀具的旋轉(500-750W,2極) 　　根據安裝條件選定，主要選擇電機類型、結構、容量、轉速、最后確定電機型號和規(guī)格。 6、端齒盤的設計 端齒盤分為靜端齒盤和動端齒盤兩種，可以通過其整體結構計算然后選擇外購。 7、刀位的檢測裝置選用并掌握其工作原理 　　檢測刀位信號，當上刀體轉到某一刀位時，磁鋼與發(fā)信盤相對應，該刀位為低電平。與系統(tǒng)的輸入指令性比較，當實際刀號與輸入指令相一致，則轉到位向系統(tǒng)發(fā)出到位信號，若不一致則繼續(xù)找刀，如果某個刀位上得霍爾開關損壞，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。不定位。 ８、繪制三維圖形 研究計劃 研究周期與時間安排 畢業(yè)設計起止日期：3.10─6.13 (第三周─第十六周) 第一階段 (3.10-3.21)：熟悉課題，收集借閱有關資料，粗擬開題報告； 第二階段 (3.24-3.28)：完成開題報告； 第三階段 (3.31-4.4)：構思總體設計方案； 第四階段 (4.7-4.18)：CK6130車削中心動力轉塔刀架總圖設計； 第五階段 (4.21-4.25)：中期檢查； 第六階段 (4.28-5.9)：傳動機構和分度機構零件圖設計； 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現(xiàn)刀架的抬起動作；采用碟形彈簧復位夾緊，端齒盤實 現(xiàn)刀架精確定位。 2、采用圓柱凸輪分度機構實現(xiàn)間歇運動，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，從而實現(xiàn)刀架的轉位動作。 3、采用減速電機驅動動力刀具旋轉，刀具傳動機構中采用齒輪傳動來提高效率。 指導教師 意 見 　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　 指導教師簽名： 年 月 日 教研室意見 系部意見 主任簽名： 年 月 日 教學主任簽名： 年 月 日