12位動力刀架設計(含CAD圖紙、solidworks三維、PROE三維)
開題報告 動力刀架設計開題報告1、 綜述1 研究的意義 目前,在世界機床制造和機械加工領域,復合加工技術是處于領先地位的技術。實現(xiàn)車銑復合加工,有許多可行方案,而臥式車床床身搭載轉塔動力刀架就是其多種方案中應用最廣泛的一個。其中,數(shù)控轉塔刀架是實現(xiàn)復合加工的核心功能部件,不僅可以像普通刀架裝配多把普通車刀,并且能夠同時提供動力驅動動力刀具,完成銑、鉆、攻絲、鉸孔等加工。 在當今市場單件小批量和快速生產(chǎn)的需求的刺激下,催生出了復合加工。在眾多領域中,車銑復合加工發(fā)展目前來說已經(jīng)具有一定規(guī)模。在一般的機械加工領域中,加工主要分為以下兩種方式:第一,工件轉動,這種加工方式是車削加工;第二,刀具轉動,這種加工方式是加工中心加工。這兩種加工方式的結合就是車銑復合加工,它既能夠完成車削功能,同時又能夠完成銑、鏜、鉆、鉸、擴等功能。車銑復合加工不僅是機械加工的發(fā)展方向之一,同樣也是當今世界機床技術發(fā)展的大潮流。銑刀旋轉、工件旋轉、銑刀軸向進給和徑向進給,在這四個車銑復合加工機床的基本運動中,要完成這銑刀旋轉的動作就需要使用到動力刀架。在引入動力數(shù)控刀架后,車銑復合加工中心基本實現(xiàn)了如下幾個目標:縮短制造工藝鏈和物流長度;減少裝夾次數(shù)以及工裝夾具數(shù)量;減小使用占地面積,降低了成本。實現(xiàn)了在確保質量的前提下,提高生產(chǎn)率和自動化的程度。步入新世紀以來,我國的數(shù)控機床行業(yè)發(fā)展勢態(tài)愈發(fā)迅猛,主機技術向著高速、智能、復合、環(huán)保方向不斷發(fā)展。動力刀架作為數(shù)控機床及加工中心重要部件之一,它的性能優(yōu)劣關系到整臺機床的性能,甚至深刻影響著我國制造業(yè)整體水平的高低。當前市場中,動力刀架技術已經(jīng)趨近成熟完善,國外很多著名刀架生產(chǎn)商都已設計研發(fā)并推廣出自己的系列化產(chǎn)品,國內(nèi)也已有較為完善的生產(chǎn)機制。但是絕大部分仍然是模仿國外的產(chǎn)品,缺乏自主創(chuàng)新能力,它與國外的先進水平相比較,在精度等方面還存在著一定的差距,在一定程度上這會制約機床發(fā)展。所以,在動力數(shù)控刀架的設計上,提高反復多次定位的精度和降低刀架出現(xiàn)故障的概率意義重大。2 研究的現(xiàn)狀動力刀架最早出現(xiàn)于1980年。經(jīng)過30多年的發(fā)展,隨著伺服刀架的出現(xiàn),動力刀架由最初的外加動力刀具驅動模塊的形式發(fā)展為現(xiàn)今伺服動力刀架。伺服刀架又分為雙伺服動力刀架以及單伺服動力刀架。隨著車削中心和車銑復合機床模塊化設計的發(fā)展以及對功能部件性能參數(shù)和可靠性要求的逐漸提高,在單伺服動力刀架的基礎上衍生出下列動力刀架產(chǎn)品:(1) 內(nèi)置電主軸的直驅動力刀具刀架結構這種動力刀架采用內(nèi)置的電主軸直接驅動動力刀具代替伺服電機通過傳動系統(tǒng)驅動刀具,是動力刀具的最大轉速得到了提升,可達到10000r/min。同時刀盤和動力刀座采用了BMT接口,提高了重復定位精度。此項技術最先由德國Sauter公司申請專利。(2) 力矩電機直驅式動力刀架這種動力刀架大幅度減少傳動系統(tǒng)的復雜性,省去大量零件,使刀架體積變小,性能與功能與原來的伺服電機驅動刀盤的動力刀架。但是因為簡化了傳動系統(tǒng),因此可靠性大幅度提升。(3) 帶Y軸、B軸的動力刀架目前國外動力刀架的研究均已成熟,德國,日本,意大利,英國等發(fā)達國家均有成熟的產(chǎn)品運用于生產(chǎn)。國外的生產(chǎn)商如德國肖特公司(sauter),意大利巴拉法蒂(baruffaldi)、杜普瑪?shù)峡耍╠uplomatic)等著名的生產(chǎn)商。世界上最著名數(shù)控轉塔刀架生產(chǎn)企業(yè)是德國的Sauter公司和意大利Baruffaldi公司。這兩家企業(yè)刀架的性能指標如表1所示:表1 國外廠家生產(chǎn)的刀架的技術參數(shù) 國內(nèi)的動力刀架技術仍處于發(fā)展階段,目前國內(nèi)動力刀架生產(chǎn)較為著名的生產(chǎn)商有:常州市宏達機床數(shù)控設備有限公司、常州市新墅數(shù)控設備有限公司、煙臺環(huán)球機床附件集團有限公司、沈陽精誠數(shù)控機床附件廠。這些廠家中技術規(guī)格參數(shù)指標較高的是沈陽機床數(shù)控刀架分廠和煙臺環(huán)球機床附件廠。表2是國內(nèi)兩個廠家生產(chǎn)的兩種型號的轉塔刀架的技術參數(shù)。表2 國內(nèi)廠家的刀架技術參數(shù) 圖1 國內(nèi)產(chǎn)品 圖2 國外產(chǎn)品 圖1,圖2分別為國內(nèi)和國外生產(chǎn)的產(chǎn)品從上面兩表的數(shù)據(jù)就可以看出國外生產(chǎn)的刀架轉位速度快,在實際加工時有較高的效率。45轉位并加緊時間這項種煙臺環(huán)球機床附件廠生產(chǎn)的刀架的用時是德國肖特公司的一倍。而且兩家國內(nèi)生產(chǎn)廠家的技術還是從意大利Baruffaldi公司引進的。由此可見,國內(nèi)的刀架生產(chǎn)技術與國外的先進水平仍有很大差距。3 已有成果 目前煙臺環(huán)球機床附件廠生產(chǎn)的動力刀架均有不錯的性能具體參數(shù)見圖3 圖3 煙臺環(huán)球機床附件廠的動力刀架參數(shù) 目前,我校研究生在楊慶東教授的指導下也研制出了國內(nèi)首創(chuàng)的力矩電機直驅刀架。力矩電機直驅刀架大幅度簡化了刀盤的傳動系統(tǒng),使刀架體積大幅度減小,由于傳動系統(tǒng)的簡化,刀架的精度以及可靠性也得到了提升。2、 研究內(nèi)容1 研究方向作為大學生的畢業(yè)設計對于動力刀架的設計以及研究,要緊跟國內(nèi)外先進水平,在了解先進動力刀架結構的同時,設計出符合畢業(yè)設計要求的動力刀架。根據(jù)導師指導建議,設計單伺服電機驅動動力刀架。2 研究內(nèi)容1、 進行數(shù)控車削中心動力刀架總體研究,并進行整體布局設計;2、 研究各種電機,為動力刀架選擇合適的電機;3、 研究出一種動力切換的可行方案4、設計刀架結構、動力驅動,完成關鍵部件的設計計算;5、完成動力刀架的二維設計和三維設計 。3、 實現(xiàn)方法及預期目標基礎參數(shù)動力刀架中心高 120mm刀位 12動力到頭最高速度 6000r/min相鄰刀具轉位時間 0.2s1 實施的初步方案動力刀架基本結構:(1)轉位驅動系統(tǒng)(2)動力驅動系統(tǒng)(3)冷卻裝置(4)精定位裝置(5)裝刀裝置(6)數(shù)控刀架換刀動作。驅動方式方案方案一:采用雙伺服電機驅動雙伺服電機驅動的動力刀架是最基礎的動力刀架,技術成熟,成本相對其他刀架較小。簡圖如圖3 圖3 雙伺服動力刀架簡圖 采用兩個伺服電機驅動,伺服電機1通過液壓機構驅動刀盤粗分度,再由端齒盤壓緊確定精確分度,伺服電機2通過齒輪傳動驅動動力刀具。方案二:單伺服電機驅動動力刀架簡圖如圖4 圖 4 單伺服電機驅動動力刀架簡圖單伺服動力刀架只采用一個伺服電機來驅動刀盤轉動和動力刀具,減小了動力刀架的體積,節(jié)省了空間,減少了功率損失。同時比起雙伺服電機驅動,單電機驅動刀盤和動力刀具,有一個動力切換的問題,難度相對大一些。方案三:力矩電機直驅刀架和電主軸動力模塊簡圖如圖5 圖 5力矩電機直驅刀架為我校自助研發(fā)的刀架,直驅刀盤沒有傳動系統(tǒng)精度更高,且電機在刀盤內(nèi)部,極大減小了刀盤的體積,但是這種技術還不太成熟,實現(xiàn)的難度較大。方案四:力矩電機外置加上電主軸驅動動力刀具 簡圖如圖 6 圖 6力矩電機外置為安裝動力模塊提供了空間,減小了方案三的難度,但同時也增大了整個刀架的體積。根據(jù)導師的建議以及本人的能力水平?jīng)Q定采用方案二。采用液壓與齒輪的配合切換動力。單伺服電機驅動節(jié)省了較多空間,使刀架體積變小,且只采用一個電機,提高了功率利用率。精定位機構刀具在切削時需要很高的剛性和定位精度,因此刀架選用端齒盤做精定位元件。如圖 7 圖 7 夾緊機構 壓直接鎖緊機構是由液壓油紅直接控制動齒盤的松開和鎖緊,刀架結構簡單且刀盤鎖緊力大,縮短了傳動鏈,提高了傳動效率。為了完成快速剎緊和得到大的剎緊力,松幵和剎緊一般選用液壓和機械等來實現(xiàn)。這種機液結合的方法可以簡化刀架的結構,能夠迅速換向,傳動平穩(wěn),縮短換刀的時間,數(shù)控刀架執(zhí)行動作簡單且刀盤鎖緊力大,提高刀架的分度速度外,同時也使刀具壽命得到提高。裝刀裝置 裝刀裝置包括刀盤、刀夾及夾刀裝置。目前刀盤有2種模式:歐式VDI刀盤和日式槽刀盤。動力刀座選擇目前在市場上有多種動力刀座如:DIN1809接口類型、DIN5480與DIN5480P接口類型、DIN5482接口類型和梅花式接口類型。各種類型接口如圖4圖4各種動力刀座接口各種接口特點如表3表3在此畢業(yè)設計中選擇DIN1809接口作為動力刀座的接口。2 重點、難點1) 伺服電機的選擇2)液壓機構及控制系統(tǒng)的結構設計3)刀盤的旋轉定位與精確定位4)輪系的設計5)整個刀塔系統(tǒng)的運動仿真。6)單伺服電機驅動刀盤和動力刀具的協(xié)調問題3 擬解決方案1.參考機床動力學常規(guī)建模方式進行建模,然后根據(jù)方程進行動力學仿真。然后根據(jù)仿真結果,再重新優(yōu)化建模方式。 2.參考實驗室其他實驗平臺的搭建方法,在此基礎上做合理的方法改進與技術的引用。3.向刀架生產(chǎn)廠家專業(yè)人員請教、研討測試的相關事宜。4.通過網(wǎng)絡和圖書館以及電子圖書館查閱相關專業(yè)性文獻資料。 5.定期向導師匯報階段性的科研成果,提出階段性的問題,與導師共同商討并解決實際 問題。 四、對進度的具體安排周次 任務5-6 根據(jù)老師的意見對自己的方案進行修改;選定各種部件型號, 設計整體方案計算主要參數(shù),畫出草圖;7-8 關鍵零件設計計算強度校核,刀塔總裝配草圖設計,動力刀部 分設計;9-10 完成動力部分設計11-12 完成總裝配圖,零件圖,及三維模型13-14 修改改進設計及其圖紙15 完成設計說明書16 準備答辯,上交論文五、參考文獻1 王家興,馬仕龍.動力刀架的發(fā)展趨勢和應用分析J.機械工程師,2010,(12). 2 趙尚福,郭智春.單伺服動力刀架關鍵技術研究J.機械工程師.2012年6期3 馬仕龍,李兆維,劉春時.動力刀架的動力刀座接口研究J.機械設計與制造.2010(12). 4劉范力旻,劉建功.伺服電機自動轉位刀架應用及電機匹配計算J.寧夏機械,2003,(03). 6初福春,柳玉民.數(shù)控轉塔刀架技術發(fā)展及其應用J.現(xiàn)代制造,2004(16):88-917郭永環(huán).數(shù)控車床用轉塔動力刀架的發(fā)展方向J.機床與液壓,2002(6):25-27.8蘇曉暉.機床六工位轉塔動力刀架的設計J.制造技術與機床,2010(3):46.9鄭申,張瑞乾.多工位數(shù)控轉塔動力刀架設計J.機械研究與應用,2010(5):84-88.10劉軍山.車銑復合數(shù)控機床方案設計與運動仿真分析J.西安理工大學,200111吉濤,劉乘.多工位轉塔刀架的數(shù)控實現(xiàn)J.機床及液壓,2006,(9)12張璇; 呂英波; 趙文波. 新型電動刀架的設計.機電技術.2009年 04期13郭永環(huán).數(shù)控車床用轉塔動力刀架的發(fā)展方向J.機床及液壓,200214蘇曉暉.機床六工位轉塔動力刀架的設計J.制造技術與機床,2010(3):46-48.15吳華平,楊俊召.淺談數(shù)控轉塔刀架行業(yè)的發(fā)展J.金屬加工,2010(6):20-21.16蔣宏生.數(shù)控車削中心動力刀架的計算機輔助設計.碩士學位論文,哈爾濱工業(yè)大學.17駱鳴.數(shù)控機床刀具夾緊系統(tǒng)的改進設計J.天津理上大學學報,2009(4):85-88.18王懷棟. 數(shù)控車床自動回轉刀架控制系統(tǒng)簡介.數(shù)字技術與應用2011年 03期19賈德峰. 動力刀架結構參數(shù)優(yōu)化及綜合性能檢測研究.大連理工大學20吉濤; 劉乘.多工位轉塔刀架的數(shù)控實現(xiàn).機床與液壓 2006年 09期指導教師:(簽署意見并簽字) 年 月 日 督導教師:(簽署意見并簽字) 年 月 日 領導小組審查意見: 審查人簽字: 年 月 日1
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