12位盤(pán)型刀塔伺服驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì),12,十二,位盤(pán)型刀塔,伺服,驅(qū)動(dòng),設(shè)計(jì) 前言 現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展其實(shí)就是制造工藝的發(fā)展，而這其中一個(gè)非常重要的因素就是制造工具——機(jī)床的發(fā)展。現(xiàn)代機(jī)床的發(fā)展都趨向于自動(dòng)化、復(fù)合化以及高速化。而作為制造業(yè)主力軍的數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)，它的發(fā)展更是日新月異。 自從20世紀(jì)60年代世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床問(wèn)世以來(lái)，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(cè)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(lèi)繁多?，F(xiàn)在數(shù)控機(jī)床的“使用難、維修難”問(wèn)題，已經(jīng)是影響數(shù)控機(jī)床有效利用的首要問(wèn)題。 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(wèn)題。作為關(guān)鍵附件，高性能的刀塔對(duì)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)控刀塔是由數(shù)控系統(tǒng)來(lái)控制的，因此，在刀塔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(guó)內(nèi)數(shù)控車(chē)床轉(zhuǎn)塔刀架的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)都是依賴(lài)先進(jìn)國(guó)家的，而且產(chǎn)品的性能方面跟國(guó)外還有一定的差距，期待開(kāi)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(lái)適應(yīng)市場(chǎng)，替代進(jìn)口產(chǎn)品低價(jià)位的數(shù)控車(chē)床用轉(zhuǎn)塔刀架，占領(lǐng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，并達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，為國(guó)產(chǎn)機(jī)床工業(yè)的發(fā)展作出貢獻(xiàn)。數(shù)控車(chē)床今后將向中高當(dāng)發(fā)展，中檔采用普及型數(shù)控刀架配套，高檔采用動(dòng)力型刀架，兼有液壓刀架、伺服刀架、立式刀架等品種，預(yù)計(jì)近年來(lái)對(duì)數(shù)控刀架需求量將大大增加，隨著數(shù)控車(chē)床的發(fā)展，數(shù)控刀架開(kāi)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，因此對(duì)刀塔的設(shè)計(jì)以及它本身性能的研究就顯得十分重要。 本次的課題是12位盤(pán)型伺服刀塔設(shè)計(jì)，該機(jī)構(gòu)可以一次裝夾12把動(dòng)力刀，可以在加工過(guò)程中一次性的進(jìn)行多道工序的加工，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)容是：1.對(duì)刀塔的結(jié)構(gòu)，刀塔的傳動(dòng)形式以及驅(qū)動(dòng)方式的設(shè)計(jì)；2.刀塔與刀座的連接形式、刀座的選擇；3.刀具的交換動(dòng)作設(shè)計(jì)、交換時(shí)間以及定位鎖緊計(jì)算；4.刀塔其他輔助部件的設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行選擇設(shè)計(jì)，根據(jù)課題所要求的刀塔的驅(qū)動(dòng)方式，對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)進(jìn)而加以?xún)?yōu)化。總之，本課題的意義在于: 1根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在最短的時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)出最優(yōu)的12位盤(pán)型刀塔結(jié)構(gòu)，并對(duì)其進(jìn)行伺服驅(qū)動(dòng)； 2.減少物質(zhì)的浪費(fèi)，用最少的材料設(shè)計(jì)出滿(mǎn)足其設(shè)計(jì)要求及加工精度的刀塔結(jié)構(gòu)； 3.為解決同類(lèi)問(wèn)題即關(guān)于刀塔的結(jié)構(gòu)形式、刀塔的驅(qū)動(dòng)方式，提供一種研究方法； 4.培養(yǎng)綜合運(yùn)用專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和專(zhuān)業(yè)技能來(lái)解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力； 5.強(qiáng)化工程實(shí)踐能力和意識(shí),提高本人綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力； 6.，使本人受到從事本專(zhuān)業(yè)工程技術(shù)和科學(xué)研究工作的基本訓(xùn)練,提高工程繪圖、計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、外文資料文獻(xiàn)閱讀、使用計(jì)算機(jī)、使用文獻(xiàn)資和手冊(cè)、文字表達(dá)等各方面的能力； 7.培養(yǎng)正確的設(shè)計(jì)思想和工程經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)，理論聯(lián)系實(shí)際的工作作風(fēng)，嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度以及積極向上的團(tuán)隊(duì)合作精神。 在本次設(shè)計(jì)過(guò)程中，分度鎖緊和動(dòng)力刀座部分是重中之重。通過(guò)廣泛查閱文獻(xiàn)資料，畢業(yè)設(shè)計(jì)小組之間以及與指導(dǎo)老師相互討論等途徑，擬定了如下的研究手段： 刀塔的換刀過(guò)程可以分解成為三個(gè)動(dòng)作：上下端齒盤(pán)松開(kāi)、刀盤(pán)轉(zhuǎn)位、上下端齒盤(pán)嚙合鎖緊。其中上下端齒盤(pán)的松開(kāi)以及鎖緊都是通過(guò)液壓驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。而刀盤(pán)的轉(zhuǎn)位以及動(dòng)力刀座的運(yùn)轉(zhuǎn)皆由伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，刀盤(pán)轉(zhuǎn)位可以是交流伺服電機(jī)，也可以是直流伺服電機(jī)，而動(dòng)力刀座的驅(qū)動(dòng)則是由交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。刀盤(pán)動(dòng)作的大概步驟如下：系統(tǒng)發(fā)出換刀指令動(dòng)力刀座驅(qū)動(dòng)電機(jī)停轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)啟動(dòng)下端齒盤(pán)向右運(yùn)動(dòng)，與上端齒盤(pán)脫開(kāi)動(dòng)力刀座驅(qū)動(dòng)軸向右運(yùn)動(dòng)，與動(dòng)力刀座脫開(kāi)信號(hào)反饋，系統(tǒng)指令轉(zhuǎn)位電機(jī)啟動(dòng)刀盤(pán)轉(zhuǎn)位信號(hào)反饋轉(zhuǎn)位電機(jī)停轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)動(dòng)作上下端齒盤(pán)鎖合動(dòng)力刀座驅(qū)動(dòng)軸與動(dòng)力刀座鎖合信號(hào)反饋，系統(tǒng)指令動(dòng)力刀座驅(qū)動(dòng)電機(jī)動(dòng)作。 第一章 緒論 刀塔目前主要應(yīng)用于數(shù)控車(chē)床、數(shù)控銑床以及車(chē)銑復(fù)合加工中心，所以與刀塔發(fā)展最相關(guān)的領(lǐng)域就是數(shù)控車(chē)床、數(shù)控銑床以及車(chē)銑復(fù)合加工中心的發(fā)展。 1.1數(shù)控機(jī)床發(fā)展歷程以及國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀的思考 1949年帕森公司正式接受美國(guó)空軍委托，在麻省理工學(xué)院伺服機(jī)構(gòu)試驗(yàn)室的協(xié)助下，開(kāi) 始從事數(shù)控機(jī)床的研制工作。經(jīng)過(guò)三年時(shí)間的研究，于1952年試制成功世界第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床試驗(yàn)性樣機(jī)，這是一臺(tái)采用脈沖乘法器原理的直線(xiàn)插補(bǔ)三坐標(biāo)連續(xù)控制銑床，這便是數(shù)控機(jī)床的第一代[2]。 1953年，美國(guó)空軍與麻省理工學(xué)院協(xié)作，開(kāi)始從事計(jì)算機(jī)自動(dòng)編程的研究，這就是創(chuàng)制APT(Automatically Programmed Tools )自動(dòng)編程系統(tǒng)的開(kāi)始。 1955年，美國(guó)空軍花費(fèi)巨額經(jīng)費(fèi)訂購(gòu)了大約100臺(tái)數(shù)控機(jī)床,此后兩年，數(shù)控機(jī)床在美國(guó)進(jìn)入迅速發(fā)展階段,市場(chǎng)上出現(xiàn)了商品化數(shù)控機(jī)床。1958年，美國(guó)克耐杜列克公司(Keaney &Trecker Co.)在世界上首先研制成功帶自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床，稱(chēng)為”加工中心”。 1959年，計(jì)算機(jī)行業(yè)研制出晶體管元器件，因而數(shù)控裝置中廣泛采用晶體管和印制電路板，從而跨入第二代數(shù)控時(shí)代。同時(shí)美國(guó)航空工業(yè)協(xié)會(huì)(AIA)和麻省理工學(xué)院發(fā)展了APT程序語(yǔ)言。 1960年以后，點(diǎn)位控制機(jī)床在美國(guó)得到迅速發(fā)展,數(shù)控技術(shù)不僅在機(jī)床上得到實(shí)際應(yīng)用，而且逐步推廣到?jīng)_壓機(jī)、繞線(xiàn)機(jī)、焊接機(jī)、火焰切割機(jī)、包裝機(jī)和坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等，在程序編制方面，已由手工編程逐步發(fā)展到采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)編程。除了APT數(shù)控語(yǔ)言外，又發(fā)展了許多自動(dòng)騙程語(yǔ)言。 從1960年開(kāi)始，德國(guó)，日本等先進(jìn)工業(yè)國(guó)家都陸續(xù)開(kāi)發(fā)，生產(chǎn)及使用了數(shù)控機(jī)床， 1965年，出現(xiàn)了小規(guī)模集成電路。由于它體積小，功耗低，使用數(shù)控系統(tǒng)的可靠性得以進(jìn)一步提高，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展到第三代【2】。 1967年，英國(guó)首先把幾臺(tái)數(shù)控機(jī)床聯(lián)接成具有柔性的加工系統(tǒng)，這就是最初的FMS(Flexible Manufacturing System，柔性制造系統(tǒng))。之后，美，歐，日也相繼進(jìn)行開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。 1970年前后，美國(guó)英特爾公司開(kāi)發(fā)和使用了微處理器。1974年美，日等國(guó)首先研制出以微處理器為核心的數(shù)控系統(tǒng)。近20年來(lái)，微處理機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的摟控機(jī)床得到飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，這就是第五代數(shù)控系統(tǒng)(MNC)。 20世紀(jì)80年代初，國(guó)際上又出現(xiàn)了柔性制造單元FMC(Fleibie—Manufacturing Cell) [3]。 通過(guò)以上介紹，我們了解了數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷程，而目前我國(guó)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展起步于二十世紀(jì)五十年代，通過(guò)“六五”期間引進(jìn)數(shù)控技術(shù)，“七五”期間組織消化吸收“科技攻關(guān)”，我國(guó)數(shù)控技術(shù)和數(shù)控產(chǎn)業(yè)取得了相當(dāng)大的成績(jī)。特別是最近幾年，我國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，1998～2004年國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量和消費(fèi)量的年平均增長(zhǎng)率分別為39.3%34.9%。盡管如此，進(jìn)口機(jī)床的發(fā)展勢(shì)頭依然強(qiáng)勁，從2002年開(kāi)始，中國(guó)連續(xù)三年成為世界機(jī)床消費(fèi)第一大國(guó)、機(jī)床進(jìn)口第一大國(guó)，2004年中國(guó)機(jī)床主機(jī)消費(fèi)高達(dá)94.6億美元，但進(jìn)出口逆差嚴(yán)重，國(guó)產(chǎn)機(jī)床市場(chǎng)占有率連年下降，1999年是33.6%，2003年僅占27.7%。1999年機(jī)床進(jìn)口額為8.78億美元（7624臺(tái)），2003年達(dá)27.1億美元（23320臺(tái)），相當(dāng)于同年國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)值的2.7倍。國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床制造企業(yè)在中高檔與大型數(shù)控機(jī)床的研究開(kāi)發(fā)方面與國(guó)外的差距更加明顯，70%以上的此類(lèi)設(shè)備和絕大多數(shù)的功能部件均依賴(lài)進(jìn)口。由此可以看出國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床特別是中高檔數(shù)控機(jī)床仍然缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，究其原因主要在于國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的研究開(kāi)發(fā)深度不夠、制造水平依然落后、服務(wù)意識(shí)與能力欠缺、數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)應(yīng)用推廣不力及數(shù)控人才缺乏等。 總的來(lái)說(shuō)“我國(guó)的數(shù)控系統(tǒng)在中、高檔領(lǐng)域還基本上是靠進(jìn)口。現(xiàn)階段我國(guó)的機(jī)床行業(yè)在高精尖數(shù)控技術(shù)方面還處于模仿階段, 基礎(chǔ)研究遠(yuǎn)跟不上世界先進(jìn)水平的發(fā)展”[文獻(xiàn)2]，因此我們應(yīng)看清形勢(shì)，充分認(rèn)識(shí)國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的不足，努力發(fā)展先進(jìn)技術(shù)，加大技術(shù)創(chuàng)新與培訓(xùn)服務(wù)力度，以縮短與發(fā)達(dá)國(guó)家之間的差距。 1.2數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì) 目前，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展日新月異，高速化、高精度化、復(fù)合化、智能化、開(kāi)放化、并聯(lián)驅(qū)動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、極端化、綠色化已成為數(shù)控機(jī)床發(fā)展的趨勢(shì)和方向。中國(guó)作為一個(gè)制造大國(guó)，主要還是依靠勞動(dòng)力、價(jià)格、資源等方面的比較優(yōu)勢(shì)，而在產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新與自主開(kāi)發(fā)方面與國(guó)外同行的差距還很大。中國(guó)的數(shù)控產(chǎn)業(yè)不能安于現(xiàn)狀，應(yīng)該抓住機(jī)會(huì)不斷發(fā)展，努力發(fā)展自己的先進(jìn)技術(shù)，加大技術(shù)創(chuàng)新與人才培訓(xùn)力度，提高企業(yè)綜合服務(wù)能力，努力縮短與發(fā)達(dá)國(guó)家之間的差距。力爭(zhēng)早日實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品從低端到高端、從初級(jí)產(chǎn)品加工到高精尖產(chǎn)品制造的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)從中國(guó)制造到中國(guó)創(chuàng)造、從制造大國(guó)到制造強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變。 3.研究方法 一般在機(jī)加工過(guò)程中，一個(gè)零件的加工往往需要多道工序才能完成，因此數(shù)控機(jī)床研究的一個(gè)重要領(lǐng)域就是如何在這一方面提高效率，壓縮非切削時(shí)間以提高生產(chǎn)效率，同時(shí)也為了盡量減少由于多次安裝工件所引起的加工誤差，一次數(shù)控加工過(guò)程中一般對(duì)工件只進(jìn)行一次裝夾，然后在加工過(guò)程中通過(guò)自動(dòng)換刀完成多道工序或全部工序的加工，所以對(duì)數(shù)控木工機(jī)床的自動(dòng)換刀方式的研究就成為了目前研究的一個(gè)重要領(lǐng)域?！白詣?dòng)換刀方式主要有更換主軸頭換刀方式和帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀方式兩種形式， 更換主軸頭換刀方式應(yīng)用于數(shù)控鏤銑機(jī)，而帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀方式應(yīng)用于數(shù)控加工中心”“在具有多根主軸的數(shù)控鏤銑銑床上， 通過(guò)更換主軸頭進(jìn)行換刀是一種簡(jiǎn)單的換刀方式，由于在換刀過(guò)程中并不拆卸刀具，而是將刀具和主軸一起更換，所以省去了自動(dòng)松夾’卸刀’裝刀’夾緊以及刀具搬運(yùn)等一系列復(fù)雜的操作， 從而顯著減少了換刀時(shí)間。所以這種換刀方式的換刀速度很快，同時(shí)也提高了換刀的可靠性。根據(jù)主軸頭布置方式不同， 通常有平行刀軸式換刀和回轉(zhuǎn)刀架式換刀兩種方式”“ 數(shù)控加工中心的一個(gè)顯著結(jié)構(gòu)特征是配置有帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀系統(tǒng)， 刀庫(kù)可以存放較多的刀具，能滿(mǎn)足復(fù)雜零件的多工序加工需要，可明顯提高機(jī)床的適應(yīng)性和加工效率，應(yīng)用廣泛。換刀系統(tǒng)的整個(gè)換刀過(guò)程較為復(fù)雜：首先&應(yīng)把加工過(guò)程中需要使用的全部刀具分別安裝在標(biāo)準(zhǔn)刀柄上，在機(jī)外進(jìn)行尺寸調(diào)整之后&按一定的方式放入刀庫(kù)，換刀的時(shí)候，按一定的選擇方法進(jìn)行選刀，并由刀具交換裝置實(shí)現(xiàn)刀具在刀庫(kù)和主軸之間的傳遞和裝卸。刀具的交換方式通常分為無(wú)機(jī)械手換刀和有機(jī)械手換刀兩大類(lèi)”[文獻(xiàn)3] 總的來(lái)說(shuō)為了提高機(jī)加工的效率以及機(jī)加工的精度，換刀裝置無(wú)可厚非的成了其研究的一個(gè)重要領(lǐng)域。 1.3 設(shè)計(jì)內(nèi)容和研究方法 本次設(shè)計(jì)所選擇的題目是：12位盤(pán)型伺服刀塔設(shè)計(jì)。本課題主要研究數(shù)控車(chē)床（車(chē)削中心、車(chē)銑復(fù)合中心）的刀具交換系統(tǒng)（ATC）的主要部件——刀塔。刀塔的使用可以有效擴(kuò)大機(jī)床的工藝范圍，提高機(jī)床的加工效率。本次選題的目的是對(duì)刀塔的結(jié)構(gòu)，刀塔的傳動(dòng)形式以及驅(qū)動(dòng)方式的設(shè)計(jì)；刀塔與刀座的連接形式、刀座的選擇；刀具的交換動(dòng)作設(shè)計(jì)、交換時(shí)間以及定位鎖緊計(jì)算；刀塔其他輔助部件的設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)本課題的設(shè)計(jì)，達(dá)到對(duì)數(shù)控機(jī)床中換刀機(jī)構(gòu)的充分了解，以便于以后應(yīng)用。 本次課題為12位盤(pán)型伺服刀塔設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)單的來(lái)說(shuō)就是對(duì)刀塔進(jìn)行伺服驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。機(jī)械系統(tǒng)的伺服驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)大的來(lái)說(shuō)分為兩部分：機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和電子部分的設(shè)計(jì)。機(jī)械系統(tǒng)是對(duì)刀塔的外形尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)及選擇；而電子部分的設(shè)計(jì)首先要選擇伺服類(lèi)型：液壓伺服驅(qū)動(dòng)或電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)。對(duì)于電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)來(lái)說(shuō)，在選定這種類(lèi)型以后，還要考慮是用交流伺服驅(qū)動(dòng)還是直流伺服驅(qū)動(dòng)，之后在進(jìn)行伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及伺服電機(jī)進(jìn)行選擇。最后對(duì)兩大部分進(jìn)行綜合的考慮，將其合理的組裝在一起以達(dá)到做佳的效果。 所以本次設(shè)計(jì)的大概思路如下： 12位盤(pán)型伺服刀塔 電氣部分 機(jī)械部分 伺服類(lèi)型及驅(qū)動(dòng)方式 結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 刀位選擇 形狀選擇 電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng) 交直流伺服驅(qū)動(dòng) 驅(qū)動(dòng)器選擇 伺服電機(jī)選擇 12位 盤(pán)型 由上圖我們可以看出設(shè)計(jì)的大概過(guò)程，機(jī)械部分主要是對(duì)刀塔的結(jié)構(gòu)外形尺寸設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中所設(shè)計(jì)的參數(shù)要與現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)刀架的參數(shù)相匹配，不能脫離標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的限制，否則最終所設(shè)計(jì)的刀塔將無(wú)法與標(biāo)準(zhǔn)件刀架進(jìn)行匹配。電氣部分的兩個(gè)重點(diǎn)問(wèn)題是伺服方式、伺服驅(qū)動(dòng)器選擇及伺服電機(jī)選擇。在方案選擇中，我們可以寫(xiě)出以交流伺服驅(qū)動(dòng)與直流伺服驅(qū)動(dòng)的雙重方案，然后再進(jìn)行對(duì)比，篩選出較為合理，更加實(shí)用以及實(shí)惠的方案。對(duì)于伺服驅(qū)動(dòng)器的選擇，可以進(jìn)行多種選擇再對(duì)比篩選。而對(duì)伺服電機(jī)來(lái)說(shuō)，電機(jī)的尺寸最終要與刀塔的外形結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行匹配，在選擇過(guò)程中這一點(diǎn)要引起注意。 第二章 12位伺服刀塔總體方案設(shè)計(jì) 2.1調(diào)查研究與資料收集 2.1.1 課題的調(diào)查研究 從國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)調(diào)研結(jié)果看，國(guó)內(nèi)對(duì)數(shù)控車(chē)床轉(zhuǎn)塔刀架的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)都是依賴(lài)于先進(jìn)國(guó)家的，而且產(chǎn)品的性能方面跟國(guó)外還有一定的差距，期待開(kāi)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(chǎng)，替代進(jìn)口產(chǎn)品低價(jià)位的數(shù)控車(chē)床用轉(zhuǎn)塔刀架，占領(lǐng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，并達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，為國(guó)產(chǎn)機(jī)床工業(yè)的發(fā)展作出貢獻(xiàn)。車(chē)削加工中心是目前國(guó)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(chē)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(guó)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(guó)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品附件的研制由無(wú)到有，取得了顯著成績(jī)，但與國(guó)外先進(jìn)水平相比還是有一定差距的。為確保國(guó)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(guó)家有關(guān)部門(mén)，盡快制定有關(guān)鼓勵(lì)、扶持國(guó)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(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床附件行業(yè)有一個(gè)大發(fā)展。而且動(dòng)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。 2.1.2資料收集 課題涉及到的有關(guān)知識(shí)包括：數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)、車(chē)削加工中心、自動(dòng)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(dòng)、液壓、分度機(jī)構(gòu)等方面的知識(shí)，在校圖書(shū)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(cè)；2）實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)；3）機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)；4）數(shù)控車(chē)床設(shè)計(jì)；5）數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)與維修等等；6）機(jī)械原理。而主要的資料則是現(xiàn)在已有的各種刀塔及其參數(shù)，比如肖特的動(dòng)力刀座，迪普馬等。詳細(xì)資料見(jiàn)本說(shuō)明書(shū)最后的參考資料。下面是幾幅圖刀塔相關(guān)的圖片： 1.徑向刀塔 2.軸向刀塔 3.動(dòng)力刀座 4.刀塔外觀圖 2.2 刀塔的整體方案設(shè)計(jì) 通過(guò)查閱相關(guān)資料，最初擬定以下及格方案，下面對(duì)每個(gè)方案進(jìn)行研究分析，選擇最優(yōu)方案在進(jìn)行設(shè)計(jì)。初始擬定方案如下： 1. 單電機(jī)雙驅(qū)動(dòng) 本方案是通過(guò)一個(gè)電機(jī)來(lái)進(jìn)行刀盤(pán)轉(zhuǎn)位驅(qū)動(dòng)以及動(dòng)力刀座的驅(qū)動(dòng)。 第三章 典型零件的設(shè)計(jì)和選用 3.1刀盤(pán)轉(zhuǎn)位伺服電機(jī)的選擇計(jì)算 刀盤(pán)轉(zhuǎn)位驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)的選擇應(yīng)同時(shí)滿(mǎn)足刀架運(yùn)轉(zhuǎn)的負(fù)載扭矩和起動(dòng)時(shí)的加速扭矩的要求。 1) 刀架負(fù)載扭矩的計(jì)算 回轉(zhuǎn)刀架負(fù)載扭矩估算方法如下：由于這種刀架的負(fù)載扭矩主要用來(lái)克服刀具質(zhì)量的不平衡，估算按如下的情況進(jìn)行：用平均重力的刀具插滿(mǎn)刀盤(pán)的半個(gè)圓，根據(jù)工藝要求所需的各種刀具，確定每個(gè)刀具的（包括刀柄）平均重力，而其重心則設(shè)定為離刀架回轉(zhuǎn)中心2/3半徑處。由以上的方法可知，由于該設(shè)計(jì)采用的是電和液換位的12工位盤(pán)型刀塔，因而插滿(mǎn)刀盤(pán)的半個(gè)圓需要6把刀具。設(shè)工藝要求所需的每個(gè)刀具的平均重力=4.9N；刀盤(pán)的回轉(zhuǎn)中心直徑。 則有 2) 刀架加速扭矩的估算 [6] 式中 ----刀架換刀時(shí)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min); ---加速時(shí)間,通常取150; ---電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子慣量(),可查樣本; ---負(fù)載慣量折算到電動(dòng)機(jī)軸上的慣量(). 3) 負(fù)載慣量折算到電動(dòng)機(jī)軸上的慣量的估算 式中 ---各旋轉(zhuǎn)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(); ---各旋轉(zhuǎn)件的角速度(); ---各直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量(); ---各直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)件的速度(); ---伺服電機(jī)的角速度()[6]. 4) 各旋轉(zhuǎn)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的估算 由刀架的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖可知,刀架在完成換刀動(dòng)作時(shí),伺服電機(jī)帶動(dòng)其旋轉(zhuǎn)的部件共4個(gè)，它們分別是變速齒輪副,刀塔主軸，刀盤(pán)以及下端齒盤(pán)。計(jì)算出這幾者的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量即可。 (1) 刀盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 刀盤(pán)以肖特公司生產(chǎn)的AK31系列數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的配套產(chǎn)品，其主要尺寸如下：刀盤(pán)外徑；刀盤(pán)與刀架主軸相連的孔徑；刀盤(pán)寬。 則刀盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 =0.042kg (2) 刀塔主軸轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 刀塔主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量按如下的方法估算： 刀架主軸的最大直徑；最小直徑；刀架主軸長(zhǎng)度取。 則刀架主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量[7] =0.0021 (3) 變速齒輪副的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 變速齒輪副的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的估算方法如下： 設(shè)齒輪的分度圓直徑；其與刀架主軸相連的孔徑；蝸輪齒寬. 則每個(gè)齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 =12330.75 [7] 以上為齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的普遍計(jì)算公式，下面分別針對(duì)每個(gè)齒輪單獨(dú)進(jìn)行計(jì)算，帶入各自的假設(shè)值進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的估算： l 高速級(jí)小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量估算：假設(shè)其分度圓直徑=18mm,其與電機(jī)主軸相連孔的直徑為=8mm，齒輪寬度為=22mm ,則可知： = =12330.75 =12330.75 = l 高速級(jí)大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量估算：假設(shè)其分度圓直徑=45mm,其與電機(jī)主軸相連孔的直徑為=10mm，齒輪寬度為=18mm ,則可知： = =12330.75 =12330.75 = l 低速級(jí)小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量估算：假設(shè)其分度圓直徑=18mm,其與軸相連孔的直徑為=10mm，齒輪寬度為=22mm ,則可知： = =12330.75 =12330.75 = l 低速級(jí)大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量估算：假設(shè)其分度圓直徑=54mm,其與軸相連孔的直徑為=20mm，齒輪寬度為=18mm ,則可知： = =12330.75 =12330.75 = (4) 下端齒盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算：假設(shè)下端齒盤(pán)的大徑=60mm,與軸相 =25mm,端齒盤(pán)厚度為=10mm，則其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量約為： = =12330.75 =12330.75 = (5) 對(duì)各旋轉(zhuǎn)件的角速度作如下設(shè)定： 伺服電機(jī)的角速度 ； 齒輪1的角速度 ； 齒輪2的角速度 ； 齒輪3的角速度 齒輪4的角速度 刀架主軸的角速 ； 下端齒盤(pán)轉(zhuǎn)位時(shí)的角速度 刀盤(pán)轉(zhuǎn)位時(shí)的角速度 。 則將以上計(jì)算所得的數(shù)據(jù)代入下式： 得負(fù)載慣量折算到電動(dòng)機(jī)軸上的慣量 =0.008 ??；刀架換刀時(shí)伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速；伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 則刀架加速扭矩 =0.81 5) 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)輸出扭矩的估算[7] 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的輸出扭矩應(yīng)同時(shí)滿(mǎn)足刀架負(fù)載扭矩和加速扭矩之和，將以上計(jì)算的刀架負(fù)載扭矩和加速扭矩?fù)Q為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)軸上的輸出扭矩的公式為： 式中 ----傳動(dòng)效率 取0.95。 則有 考慮到實(shí)際情況比計(jì)算時(shí)所設(shè)定條件復(fù)雜，電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩應(yīng)為的倍。 所以取 經(jīng)查閱西門(mén)子電機(jī)手冊(cè)，選項(xiàng)用西門(mén)子1FT6交流伺服電動(dòng)機(jī)。該電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為1500r/min，額定輸出轉(zhuǎn)矩為5，額定功率為0.4kW。 3.2主軸是設(shè)計(jì)計(jì)算 3.2.1主軸是設(shè)計(jì) 由刀塔裝配圖可知，刀架主軸的支承方式為兩端游動(dòng)支承，其一端與刀盤(pán)固連，另外一端是角接觸球軸承2與變速齒輪副相連接，角接觸球軸承2起右支承作用可以使我們得到自己所想要的轉(zhuǎn)速。而軸的中間部位由刀盤(pán)至軸的右端的方向分別與角接觸球軸承1和上端齒盤(pán)相連，角接觸球軸承1起左支承作用。已知伺服電機(jī)的功率為0.4kW，電機(jī)轉(zhuǎn)速，取經(jīng)齒輪傳動(dòng)副傳動(dòng)的效率，齒輪傳動(dòng)副的傳動(dòng)比。 1) 先求出刀架主軸上的傳遞功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 于是 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。 式中：為系數(shù)，軸的材料不同，則的值會(huì)不同； 為軸傳遞的功率，單位為； 為計(jì)算截面處軸的直徑，單位為mm； 為軸的轉(zhuǎn)速，單位為； 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 根據(jù)刀塔的設(shè)計(jì)思路，我們確定在最右端要安裝角接觸球軸承2，所以在進(jìn)行軸徑確定的時(shí)候，要配合軸承選型手冊(cè)進(jìn)行軸徑設(shè)計(jì)。從而取軸的最小直徑為；軸的最大直徑為 3）求作用在齒輪上的力 以知低速級(jí)大齒輪的分度圓直徑為： 而 N 由此可知： 圓周力，徑向力以及軸向力的方向如3.2.2圖所示。 4）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （1）擬定軸上零件的轉(zhuǎn)配方案 主軸的裝配方案經(jīng)過(guò)分析比較，最終確定的結(jié)構(gòu)裝配圖方案如下圖3.1.1所示。 圖3.1.1 （2）根據(jù)軸向定位要求確定各段軸的直徑以及長(zhǎng)度 l 因軸同時(shí)承受徑向力以及軸向力的作用，故選用角接觸球軸承。參照工作要求并根據(jù)上面所計(jì)算的軸的最小直徑，選用內(nèi)徑為的角接觸球軸承，具體型號(hào)為7002c GB/T 292---1994,其基本尺寸為：dDT=15mm32mm9mm,故軸參數(shù)為：=15mm16mm. l 軸的設(shè)計(jì)：由于軸上只是安裝一個(gè)齒輪，所以軸的是長(zhǎng)度和齒輪寬度差不多，已知齒輪寬度為=18mm，故設(shè)計(jì)軸的長(zhǎng)度為。 3.2.2主軸的強(qiáng)度校核 3.3轉(zhuǎn)位部分齒輪系設(shè)計(jì) 第三章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1刀架液壓控制系統(tǒng)液壓泵及油泵電動(dòng)機(jī)的選擇計(jì)算 由于該刀塔鎖緊部分的松開(kāi)和夾緊均由液壓系統(tǒng)通才液壓缸活塞的往反運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)動(dòng)力刀座驅(qū)動(dòng)電機(jī)停轉(zhuǎn)，刀盤(pán)將要進(jìn)行轉(zhuǎn)位時(shí)，液壓缸推動(dòng)活塞沿軸向右運(yùn)動(dòng)，使上下端齒盤(pán)脫開(kāi)，再右刀盤(pán)轉(zhuǎn)位電機(jī)驅(qū)動(dòng)刀盤(pán)進(jìn)行轉(zhuǎn)位；當(dāng)?shù)侗P(pán)轉(zhuǎn)位結(jié)束時(shí)，液壓缸又推動(dòng)活塞桿沿軸向左運(yùn)動(dòng)，使上下端齒盤(pán)嚙合鎖緊，從而使刀塔在加工過(guò)程中不會(huì)因?yàn)槭艿角邢蛄Χl(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，起到鎖緊作用。刀具所受的切削力由端面齒盤(pán)通過(guò)設(shè)定的移動(dòng)軌道卸荷給箱體，再由箱體卸載給機(jī)床，為使刀架在強(qiáng)力切削下能穩(wěn)妥可靠地工作，液壓缸必須有足夠的拉緊力拉住刀盤(pán)，使用于夾緊定位的端面齒盤(pán)在車(chē)床切削過(guò)程中始終處于嚙合狀態(tài)。因而液壓泵及油泵電動(dòng)機(jī)的配置對(duì)液壓系統(tǒng)的工作性能有重要的影響[7]。 3.1.1液壓油泵的選擇 選擇油泵的主要依據(jù)是壓力和流量，一般來(lái)說(shuō)，齒輪泵價(jià)格低，維修方便，但當(dāng) 系統(tǒng)壓力達(dá)到較大值時(shí)，輸油壓力脈動(dòng)大，噪聲大。不宜作數(shù)控機(jī)床的油源；葉片泵的輸油壓力脈動(dòng)小，噪聲小。因而被廣泛用于數(shù)控機(jī)床的主要油源。所以本液壓系統(tǒng)的液壓泵選用葉片泵。 3.2.2液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑的計(jì)算 計(jì)算液壓缸的內(nèi)徑和活塞桿直徑都必須考慮到設(shè)備的類(lèi)型,例如在金屬切削機(jī)床中,對(duì)于動(dòng)力較大的機(jī)床(刨床,拉床和組合機(jī)床)一定要滿(mǎn)足牽引力的要求,計(jì)算時(shí)要以力為主;對(duì)于輕載高速的機(jī)床(磨床,珩磨機(jī)和研磨機(jī)等)一定要滿(mǎn)足速度的要求,計(jì)算時(shí)要以速度為主. 3.2.2.1動(dòng)力刀座驅(qū)動(dòng)部分液壓缸的計(jì)算 (1)由于液壓缸的動(dòng)作分為兩個(gè)，一個(gè)時(shí)液壓缸驅(qū)動(dòng)動(dòng)力刀驅(qū)動(dòng)部分使之向后移動(dòng)，與動(dòng)力刀座脫開(kāi)，以便進(jìn)行換刀，這種情況下不受外力，設(shè)計(jì)計(jì)算要以速度為主；另一個(gè)情況時(shí)液壓缸驅(qū)動(dòng)動(dòng)力刀驅(qū)動(dòng)部分向左移動(dòng)，使之與動(dòng)力刀座相嚙合，以進(jìn)行加工，這種情況下它會(huì)受到一個(gè)軸向力，因此這種情況下應(yīng)該以力的計(jì)算為主。所以經(jīng)過(guò)綜合考慮，最終的計(jì)算應(yīng)該以力的計(jì)算為主。下面就以力為主來(lái)計(jì)算動(dòng)力刀部分液壓缸的內(nèi)徑和活塞桿直徑 根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度要求和選定的液壓泵流量來(lái)確定液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑，再?gòu)臉?biāo)準(zhǔn)中選取相近尺寸加以圓整。 對(duì)于單活塞桿缸來(lái)說(shuō)，當(dāng)液壓油進(jìn)入油腔時(shí) 式中 ----輸入液壓缸的流量； ----液壓缸活塞的運(yùn)動(dòng)速度； 設(shè)液壓缸活塞的往復(fù)速度比值為，即：。由于活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的速度相等，所以。由相關(guān)資料可知，當(dāng)時(shí)，一般取。 則得 ；。 從GB-2348-80標(biāo)準(zhǔn)中選取的液壓缸內(nèi)徑為80mm,活塞桿直徑取40mm. 3.1.2油泵電動(dòng)機(jī)功率的選擇計(jì)算 1） 油泵工作壓力的計(jì)算 油泵工作壓力應(yīng)等于液壓缸的工作壓力和油液在管道中流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的壓力損 失之和。即 （1）液壓缸工作壓力的估算 對(duì)于中小型的數(shù)控車(chē)床，通常推薦液壓缸的拉緊力為10。液壓缸活塞的有效工作面積設(shè)定為；則該刀架液壓缸的工作壓力。 （2）活塞移動(dòng)速度計(jì)算 液壓系統(tǒng)所需的油泵流量是由工作油缸的尺寸和運(yùn)動(dòng)速度的快慢要求來(lái)決定的。由已知條件可以知道，總的換刀時(shí)間位0.3s，分配給刀盤(pán)轉(zhuǎn)位的時(shí)間位0.025s，信號(hào)傳遞時(shí)間忽略不計(jì)，其余時(shí)間全部分配給液壓系統(tǒng)，則一個(gè)換刀過(guò)程中液壓系統(tǒng)所耗費(fèi)的時(shí)間位為： 故活塞每次移動(dòng)的時(shí)間為： 又由端齒盤(pán)的設(shè)計(jì)結(jié)果可以知道，端齒盤(pán)的齒高為，故可以知道活塞的移動(dòng)距離為，活塞移動(dòng)過(guò)程中勻速移動(dòng)，由此可知活塞的移動(dòng)速度為： （3）油液壓力損失的估算 在液壓系統(tǒng)方案未確定之前，先對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的壓力損失進(jìn)行估算，等到正式系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，再進(jìn)行詳細(xì)的驗(yàn)算。 式中 ----油的運(yùn)動(dòng)粘度（厘沲）； ----流量（升/分）； ----管子的內(nèi)徑（毫米）； -----管道總長(zhǎng)（米）； ----修正系數(shù)。 當(dāng)時(shí)，=1 當(dāng)時(shí)，。 流量的計(jì)算方式如下： 工作油缸需油量用下式計(jì)算： 式中 ----活塞運(yùn)動(dòng)速度； ----活塞有效工作面積。 ?。蝗?。 代入上式得 = 考慮到泄漏的影響油缸實(shí)際需油量為： 式中 為修正系數(shù)在之間。 所以 選用管徑 油管內(nèi)徑應(yīng)足夠大，以減少油的壓力損失。但管徑若過(guò)大則會(huì)使結(jié)構(gòu)笨重、增加制造成本。正確選用管徑一般是先選取管中的流速，然后計(jì)算管徑，再按與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格相近的選用。 由于 所以 式中 ----管子的內(nèi)徑； ----通過(guò)管子的流量； ----管中流速，取0.25。 將上面計(jì)算的結(jié)果代入式中得 設(shè)液壓系統(tǒng)管道的總長(zhǎng)度 則有 360.64 得油泵的工作壓力 = 根據(jù)能量守恒原理，油泵輸出液壓油的功率就是需要油泵電動(dòng)機(jī)的功率（不考慮效率）。因此只需算出油泵輸出液壓油的功率就可以確定該選多大功率的電動(dòng)機(jī)。 油泵的輸出功率 式中 ----液壓泵的工作壓力； ----液壓系統(tǒng)的液壓油流量。 將相關(guān)數(shù)據(jù)代入可得 = 則油泵電動(dòng)機(jī)的功率為： 效率可由產(chǎn)品目錄查到.如型齒輪泵;型葉片泵,.此外,尚需考慮電動(dòng)機(jī)本身的效率及從電動(dòng)機(jī)到油泵的聯(lián)軸節(jié)或皮帶傳動(dòng)等的效率,故電動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)適當(dāng)?shù)丶哟骩7]。 3.2 液壓缸的設(shè)計(jì) 3.2.1 選擇液壓缸類(lèi)型 由于該液壓缸主要用于驅(qū)動(dòng)刀架主軸的直線(xiàn)往反動(dòng)動(dòng).故選用雙作用單桿活塞缸. 3.2.2液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑的計(jì)算 計(jì)算液壓缸的內(nèi)徑和活塞桿直徑都必須考慮到設(shè)備的類(lèi)型,例如在金屬切削機(jī)床中,對(duì)于動(dòng)力較大的機(jī)床(刨床,拉床和組合機(jī)床)一定要滿(mǎn)足牽引力的要求,計(jì)算時(shí)要以力為主;對(duì)于輕載高速的機(jī)床(磨床,珩磨機(jī)和研磨機(jī)等)一定要滿(mǎn)足速度的要求,計(jì)算時(shí)要以速度為主.由于本刀架的抬起動(dòng)作是在數(shù)控車(chē)床脫離切削時(shí)完成的，因而在換刀過(guò)程中并沒(méi)有承受切削力的作用,因而符合第二種情況,計(jì)算時(shí)以速度為主[17]。 3.2.2.1以速度為主計(jì)算液壓缸的內(nèi)徑和活塞桿直徑 根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的速度要求和選定的液壓泵流量來(lái)確定液壓缸內(nèi)徑和活塞桿直徑，再?gòu)臉?biāo)準(zhǔn)中選取相近尺寸加以圓整。 對(duì)于單活塞桿缸來(lái)說(shuō)，當(dāng)液壓油進(jìn)入油腔時(shí) 式中 ----輸入液壓缸的流量； ----液壓缸活塞的運(yùn)動(dòng)速度； 設(shè)液壓缸活塞的往復(fù)速度比值為，即：。由于活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的速度相等，所以。由相關(guān)資料可知，當(dāng)時(shí)，一般取。 則得 ；。 從GB-2348-80標(biāo)準(zhǔn)中選取的液壓缸內(nèi)徑為80mm,活塞桿直徑取40mm. 3.3數(shù)控車(chē)床液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3.3.1液壓回路的選擇 首先選擇調(diào)速回路。由本數(shù)控車(chē)床刀架的工作原理可知，這臺(tái)車(chē)床液壓系統(tǒng)的功率較小，推動(dòng)刀架主軸往復(fù)運(yùn)動(dòng)的液壓缸活塞運(yùn)動(dòng)速度低，工作負(fù)載變化小，因而可采用進(jìn)口節(jié)流的調(diào)速形式。為了解決進(jìn)口節(jié)流調(diào)速回路在活塞桿到達(dá)最大行程時(shí)沖擊現(xiàn)象，回油路上要設(shè)置背壓閥。 為保證夾緊力可靠，且能單獨(dú)調(diào)節(jié)，在支路上串接減壓閥和單向閥；為保證定位，夾緊的順序動(dòng)作，在進(jìn)入夾緊缸的油路上接單向順序閥來(lái)控制，只有當(dāng)?shù)侗P(pán)抬起達(dá)到目標(biāo)值后，液壓缸才會(huì)反向通油，執(zhí)行刀盤(pán)夾緊動(dòng)作。為保證工件確已夾緊后車(chē)床切削才能動(dòng)作，在夾緊缸進(jìn)口處裝一壓力繼電器，只有當(dāng)夾緊壓力達(dá)到壓力繼電器的調(diào)節(jié)壓力時(shí)，才能發(fā)出信號(hào)，車(chē)床才能進(jìn)行切削加工[18]。 3.3.2擬定液壓系統(tǒng)圖[18] 綜合以上分析和所擬定的方案，將各種回路合理地組合成為該車(chē)床液壓系統(tǒng)原理圖， 如下圖所示。 結(jié) 論 本次課題是針對(duì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床的刀架及其液壓控制部分進(jìn)行主要設(shè)計(jì)，刀架是數(shù)控機(jī)床的主要部件之一。刀架的精度，剛度以及可靠性都直接影響機(jī)床的使用性能，在機(jī)床的致命性分析中轉(zhuǎn)塔刀架的致命度是最高的，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令后刀架不轉(zhuǎn)位、刀架轉(zhuǎn)位錯(cuò)誤、刀架錯(cuò)位、刀架報(bào)警、刀架不能正常換刀等等一系列的故障都會(huì)導(dǎo)致機(jī)床不能正常工作。本次設(shè)計(jì)針對(duì)這些可能出現(xiàn)的故障及錯(cuò)誤進(jìn)行了仔細(xì)，嚴(yán)謹(jǐn)，認(rèn)真的分析，使車(chē)床回轉(zhuǎn)刀架的可靠性有了很大程度的提高。在設(shè)計(jì)中得到鄧?yán)蠋熌托牡闹笇?dǎo)和同學(xué)的熱心幫助才使得這次畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠完滿(mǎn)完成，同時(shí)也鞏固了我所學(xué)的知識(shí)，作為大學(xué)四年的最后的一次作業(yè)，自始至終我都用心的去完成，并從中學(xué)到了不少的知識(shí)。在能力培養(yǎng)方面也基本達(dá)到了預(yù)期的目的，即不但培養(yǎng)了我綜合應(yīng)用專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)來(lái)解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力，而且還使我初步樹(shù)立了很強(qiáng)的工作責(zé)任感。在設(shè)計(jì)中我們小組緊密配合，雖是共同設(shè)計(jì)一臺(tái)數(shù)控車(chē)床，但各有分工。這就為我們的創(chuàng)新思維留足了廣闊的自由空間，在追求統(tǒng)一的前提下充分發(fā)揮自己的想象力。講求團(tuán)隊(duì)合作精神，這一課題的設(shè)置符合高等院校辦學(xué)精神，同時(shí)也符合現(xiàn)代企業(yè)的擇人準(zhǔn)則。獨(dú)立思考、廣泛討論是獲取新知識(shí)的有效捷徑這一思想正在被越來(lái)越多的人所接受。經(jīng)過(guò)我們小組同學(xué)的認(rèn)真討論和研究，最終我們圓滿(mǎn)的設(shè)計(jì)出了一臺(tái)CK20數(shù)控車(chē)床，雖然這臺(tái)車(chē)床在很多方面還沒(méi)有達(dá)到工程實(shí)際要求的水平，但必盡這是我們邁向工程實(shí)際的第一步，也是最為關(guān)鍵的一步。相信經(jīng)過(guò)這次訓(xùn)練后，無(wú)論是在以后的工作還是學(xué)習(xí)中，必定能使我們少走彎路。 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