12位動(dòng)力刀架設(shè)計(jì)(含CAD圖紙、solidworks三維、PROE三維)
評(píng)估刀架在高強(qiáng)度車(chē)床上的可靠性摘要可靠性是指一部分的設(shè)備在一段時(shí)間內(nèi)達(dá)到給定功能的能力。一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)或者結(jié)構(gòu)比如一臺(tái)機(jī)床要運(yùn)動(dòng)需要所有的組成部分連接在一起。因此,構(gòu)成整體的部分系統(tǒng)的可靠性決定了整體的可靠性。刀架是一個(gè)旨在為加工機(jī)床提供必要功能的設(shè)備。部分用在高硬度機(jī)床上的刀架必須要由更高的可靠性。為了本研究的目的,刀架的可靠性評(píng)估,采用了故障率最高的機(jī)床系統(tǒng)的進(jìn)行評(píng)估。為了進(jìn)行給定刀架的可靠性評(píng)估,使用了失敗率數(shù)據(jù)庫(kù),弱點(diǎn)分析,生產(chǎn)可靠性測(cè)試,和可靠性測(cè)試計(jì)算和定量計(jì)算。通過(guò)這么做,可以計(jì)算故障率,MTBF(平均故障間隔時(shí)間)和其他的因素。此外,通過(guò)使用建議的評(píng)估方法,該研究結(jié)果還可以應(yīng)用于車(chē)床的其他部分或者子系統(tǒng)的可靠性評(píng)估。關(guān)鍵詞:可靠性評(píng)估,可靠性預(yù)測(cè),失敗率數(shù)據(jù)庫(kù),刀架,平均故障間隔時(shí)間,失敗率1 介紹最近采用了可靠性概念的生產(chǎn)方式被采用了,而不是簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)所有工業(yè)領(lǐng)域都關(guān)注的工程。(Saleh, 2006)可靠性是指一部分的設(shè)備在一段時(shí)間內(nèi)達(dá)到給定功能的能力。根據(jù)這種生產(chǎn)方法生產(chǎn)的產(chǎn)品同時(shí)滿足用戶需求的質(zhì)量和功能。特別是一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)或者結(jié)構(gòu)比如一臺(tái)機(jī)床要運(yùn)動(dòng)需要所有的組成部分連接在一起。因此,每個(gè)部分的可靠性是很重要的。刀架是一個(gè)旨在高效,自動(dòng)的為加工機(jī)床提供必要功能的設(shè)備。這種裝置的核心單元的精度最終決定了生產(chǎn)出的產(chǎn)品的精度。根據(jù)相關(guān)分析,刀架是眾所周知的失效率最高的機(jī)床子系統(tǒng)的組成部分之一。(RAC,1999)特別是刀架需要連接處理系統(tǒng)這需要很高的剛度。正如高硬度的機(jī)床需要更高的可靠性一樣。(Kim,2005年)。一般來(lái)說(shuō),電子零件的可靠性評(píng)估是根據(jù)假設(shè)的失效率進(jìn)行分析的。(根據(jù)經(jīng)常使用的bathtub失效率曲線)在電子零件使用壽命時(shí)間內(nèi)是相同的。(Lee,2001,Lee,2006)然而,盡管這樣會(huì)增加故障率,但是從機(jī)械零件上獲得盡可能多的可靠性信息是有必要的。之所以這么做是因?yàn)槲覀兡壳皼](méi)有很多關(guān)于機(jī)械零件可靠性的信息(Wang, 1999; Lee, 2003)。在這項(xiàng)研究中,對(duì)可靠性評(píng)估中使用的刀架車(chē)床,使用了定量計(jì)算的可靠性和機(jī)械零件的可靠性信息的計(jì)算進(jìn)行了預(yù)測(cè)他們的可靠性通過(guò)分析他們的弱點(diǎn)使用機(jī)械部件的故障率;制造可靠性測(cè)試工具的可靠性測(cè)試后,進(jìn)行測(cè)量的可靠性測(cè)試等功能的剛度、重復(fù)和角分辨率;可靠性和計(jì)算定量標(biāo)準(zhǔn),等等。2 可靠性預(yù)測(cè)可靠性預(yù)測(cè)指的是努力提高產(chǎn)品在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力,并防止意外事故引起的損失,主要是檢查產(chǎn)品的可靠性的設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)其發(fā)展?fàn)顟B(tài)或原型的可靠性,從而在生產(chǎn)開(kāi)始之前提高其可靠性(Moasoft Inc .,2002)??煽啃灶A(yù)測(cè)方法包括FMEA(失效模式和效果分析)、FTA(故障樹(shù)分析),最壞情況分析、性能評(píng)估和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的方法(客戶服務(wù)數(shù)據(jù)),和故障率數(shù)據(jù)庫(kù)方法,等等。為了有效地進(jìn)行可靠性預(yù)測(cè),數(shù)據(jù)(關(guān)于失敗率的信息)每個(gè)部分的失敗都是可取的。與電子零件不同,機(jī)械零件的可靠性評(píng)估沒(méi)有明確定義的故障模式和已知的機(jī)械零件的可靠性數(shù)據(jù)。因此,在這項(xiàng)研究中,我們進(jìn)行了可靠性預(yù)計(jì)使用NPRD95(沒(méi)有電子零件的可靠性數(shù)據(jù)部分),NPRD95是一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù),其中包含的信息機(jī)械部件的故障率(李,2003)。NPRD95數(shù)據(jù)庫(kù),收集和編輯數(shù)據(jù)從1974年到1994年的數(shù)據(jù),是對(duì)機(jī)械部件的故障率唯一的信息來(lái)源。這些失敗率遵循一個(gè)指數(shù)分布(RAe,1995)。為了尋找有關(guān)可靠性的數(shù)據(jù),首要要做的是將系統(tǒng)模型化。模型化的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是組成部分的清單,材料和畫(huà)圖的費(fèi)用等等。建模完成后,失敗率的可靠性信息應(yīng)該添加進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)。為了查詢可靠性信息,用戶應(yīng)選擇使用環(huán)境下的故障率的選擇部分,一部分一部分得子分子類(lèi)型。圖1顯示了一個(gè)示例的一個(gè)搜索連接器使用NPRD95失敗率銷(xiāo)。工具,如圖2所示,由一個(gè)六角頭的工具安裝,支持炮塔的主軸,夾緊部分修復(fù)工具的轉(zhuǎn)動(dòng),齒輪(驅(qū)動(dòng)軸)旋轉(zhuǎn)的工具,傳輸能量和電子接近開(kāi)關(guān)等傳感器部分。六角頭圖3。分析分部裝配和刀架的主要部分。圖4,可靠性隨時(shí)間變化的刀架。傳動(dòng)齒輪,其失效時(shí)間是42.411000百萬(wàn)小時(shí),同時(shí)發(fā)現(xiàn)故障率最低的電力部分,其失效時(shí)間是19.687800百萬(wàn)小時(shí)。與失敗率成反比的MTBF的指數(shù)分布,結(jié)果證明,傳動(dòng)齒輪的平均故障間隔時(shí)間最短,電力部分有效時(shí)間最長(zhǎng)。圖3說(shuō)明了裝配刀架失敗率的分部和弱點(diǎn)和失敗的主要部分。每個(gè)空白的百分比表示每個(gè)分部裝配的失敗率時(shí)假定刀架的失敗率是100%。這時(shí)皮帶、皮帶輪、傳動(dòng)齒輪的徑向軸承,故障率最高,因?yàn)槭÷屎芨?所以可以當(dāng)成薄弱的部分。因?yàn)樗麄円灿休^高的失敗率,接近開(kāi)關(guān),Quad-Ring(X-Seal),12把刀具可以插入和安裝在3種類(lèi)型的刀座中。因?yàn)榇蠖鄶?shù)機(jī)械產(chǎn)品的組件是由螺栓和螺母連接的,我們將刀架分級(jí)來(lái)進(jìn)行可靠性預(yù)測(cè)??煽啃孕畔?yīng)該根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)格,材料,和使用環(huán)境的組成部分來(lái)尋找。為了查找關(guān)于材料的規(guī)范,我們可以查找KS規(guī)范手冊(cè)0430灰口鑄鐵產(chǎn)品和KS 03709鎳鉻鉬鋼材料,而對(duì)于相關(guān)的規(guī)格,我們可以查閱KS內(nèi)部規(guī)范和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)槲覀儾⒉荒芤恢钡玫剿璧氖褂铆h(huán)境和規(guī)范的組成部分機(jī)械部件,所以我們咨詢了設(shè)計(jì)師,選擇最相似的部分(使用環(huán)境、材料和規(guī)格)??煽啃钥驁D可靠性計(jì)算方法,表示能量的流動(dòng),物質(zhì)和信息顯示系統(tǒng)(王,2004)。在這項(xiàng)研究中,該工具的主要的功能是旋轉(zhuǎn)刀架,主要部分是一系列的傳動(dòng)系統(tǒng)。為了得出預(yù)測(cè)結(jié)果,將刀架的MTBF估計(jì)為8590小時(shí),失效時(shí)間估計(jì)為116.408200百萬(wàn)小時(shí)。涉及的可靠性預(yù)測(cè)條件有操作溫度30C GB(地面開(kāi)始)和GC(地面控制)環(huán)境。關(guān)于分部裝配,最高的失敗率在傳動(dòng)齒輪,其失敗率是42.411000百萬(wàn)小時(shí),同時(shí)發(fā)現(xiàn)故障率最低的電力部分,其失效時(shí)間是19.687800百萬(wàn)小時(shí)。與失敗率成反比的MTBF的指數(shù)分布,結(jié)果證明,傳動(dòng)齒輪的平均故障間隔時(shí)間最短,電力部分有效時(shí)間最長(zhǎng)。圖3說(shuō)明了裝配刀架失敗率的分部和弱點(diǎn)和失敗的主要部分。每個(gè)空白的百分比表示每個(gè)分部裝配的失敗率時(shí)假定刀架的失敗率是100%。這時(shí)皮帶、皮帶輪、傳動(dòng)齒輪的徑向軸承,故障率最高,因?yàn)槭÷屎芨?所以可以當(dāng)成薄弱的部分。圖4說(shuō)明了改變刀架和組成裝配工作的可靠性。分部裝配可靠性大幅下降是傳動(dòng)齒輪,因?yàn)槠鲃?dòng)齒輪相對(duì)故障率高于其他地區(qū)。此外,我們發(fā)現(xiàn)分部裝配的可靠性幾乎等于來(lái)自客戶服務(wù)數(shù)據(jù)失敗的實(shí)際分配率。3 制造的可靠性和可靠性測(cè)試3.1 刀架的可靠性測(cè)試刀架的失效是索引和夾緊的失效這是最重要的功能。這被認(rèn)為是由于接近傳感器的故障,由于夾緊或泄漏造成的密封部件的磨損。此外,損壞的主軸,有缺陷的零件組裝、部件的磨損,由于重復(fù)加載,和負(fù)載不對(duì)稱(chēng)引起的反彈,由于有偏見(jiàn)的工具安裝,都會(huì)導(dǎo)致失效。因此,角分辨率、重復(fù)度、剛度和刀架的平面度對(duì)于可靠性是非常重要的元素。表1顯示了可靠性的評(píng)估項(xiàng)目的評(píng)估工具。引用數(shù)據(jù)是由機(jī)床制造商提供的。角分辨率由一個(gè)角度編碼器測(cè)量重復(fù)測(cè)量,如果值超出參考價(jià)值,然后彎曲的耦合磨損,0環(huán)磨損和油壓降低預(yù)期。在穿的弧形耦合,刀架的剛度下降。對(duì)于這個(gè)測(cè)量,弧形耦合可以通過(guò)負(fù)載單元測(cè)量,可以將造成的負(fù)荷測(cè)量轉(zhuǎn)換成價(jià)值和剛度的變化。同樣,接近傳感器支架振動(dòng)和溫度升高引起的連續(xù)操作可以使用一個(gè)加速度計(jì)測(cè)量傳感器和熱電偶。為了測(cè)量上述項(xiàng)目,我們做了一個(gè)可靠性測(cè)試器的結(jié)構(gòu),如圖5所示。測(cè)試人員將其分為傳動(dòng)部分、測(cè)量部分、控制部分和支撐部分。傳動(dòng)部分由刀架伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng),液壓裝置和潤(rùn)滑裝置,測(cè)量數(shù)據(jù)處理的電腦。平板的支承部分由刀架的安裝可靠性測(cè)試器,和一個(gè)支架的傳感器是固定的,在這項(xiàng)研究中,我們還用表面安裝板的阻尼器。圖6顯示了刀架可靠性測(cè)試,實(shí)際上是為本研究研究的刀架。3.2 對(duì)刀架的性能評(píng)估我們測(cè)試了刀架的性能以確定可靠性測(cè)試的最佳操作條件。以便于通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的操作測(cè)試性能來(lái)定義失效。3.2.1油壓和剛度/重復(fù)性刀架的徑向方向的剛度是由油壓的變化在彎曲的耦合。油壓在這項(xiàng)研究中的應(yīng)用是20 70公斤/ em”和強(qiáng)度造成負(fù)載單元400 n .在測(cè)試,下面油壓中的剛度明顯降低40公斤/ em和保持固定的油壓超過(guò)40公斤/ em”。此外,對(duì)重復(fù)性油壓也有很大的影響。如果油壓過(guò)低,重復(fù)性的下降是因?yàn)榛⌒螉A緊力低的耦合。然而,過(guò)高的使用油壓在結(jié)構(gòu)方面是不可取的。圖8顯示了根據(jù)油壓的變化可重復(fù)性。如果我們考慮可重復(fù)性,油壓最可取的是50公斤/ern。3.2 角速度的分辨率和熱膨脹角速度角分辨率很難建立模型,很難進(jìn)行評(píng)估和重復(fù)性精度比較。圖9顯示了通過(guò)測(cè)量每個(gè)指數(shù)的角度不斷的操作后8小時(shí)指數(shù)的平均值誤差。鑒于編碼器值的偏移的基本指數(shù)作為測(cè)量結(jié)果,我們可以看到一個(gè)索引錯(cuò)誤的0.03。此外,鑒于錯(cuò)誤不發(fā)生在只有一個(gè)方向,我們可以看到,錯(cuò)誤不是由不平衡引起的彎曲的耦合。我們?yōu)榱俗袷馗鶕?jù)角分辨率的影響測(cè)量了影響旋轉(zhuǎn)索引3和9多次。振動(dòng)測(cè)量的酸度計(jì)安裝在支架用于修復(fù)接近傳感器。圖10所示,我們可以看到,索引的夾緊所造成的影響。4 可靠性評(píng)估4.1 可靠性測(cè)試通過(guò)可靠性試驗(yàn),獲得的結(jié)果可能取決于測(cè)試條件。在這項(xiàng)研究中,進(jìn)行性能評(píng)估的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了可靠性試驗(yàn)。油壓下60公斤/crr,這被認(rèn)為是保持固定和可重復(fù)性。雖然有其他方法,包括偏心荷載,空載和一致的加載方法等,我們采用了空載連續(xù)操作的可靠性測(cè)試建立刀架的負(fù)載情況,因?yàn)樗呛茈y加速的。我們進(jìn)行了操作重復(fù)刀架的旋轉(zhuǎn)和反彈指數(shù)序列的1 7 - - 4 - 10,操作時(shí)間的周期大約是8秒,為了獲得更快的測(cè)試結(jié)果。我們測(cè)量了編碼器數(shù)據(jù)和傳感器數(shù)據(jù)的差距1000次后(即測(cè)量經(jīng)過(guò)4000次的索引)為了定量分析測(cè)試結(jié)果,并進(jìn)行了100000次的連續(xù)操作。可靠性測(cè)試的結(jié)果,總共三個(gè)故障發(fā)生。第一次失敗,刀架駐扎本身完全與重復(fù)性約190萬(wàn)周期后迅速下降后約160萬(wàn)周期。我們檢查機(jī)油壓力的液壓馬達(dá)提供夾緊力來(lái)確定故障的原因,但它是工作得很好,接近開(kāi)關(guān)也工作正常。雖然第一次失敗的原因不存在,似乎是最可能的原因的振動(dòng)支架用于修復(fù)接近開(kāi)關(guān)。開(kāi)始操作第一次暫停后,沒(méi)有在第一次手術(shù)中,但是我們繼續(xù)測(cè)試,因?yàn)樗冀K是在基本價(jià)值。在第二次失敗,操作120萬(wàn)次后停止,恢復(fù)正常運(yùn)行后支架修復(fù)接近開(kāi)關(guān)的搬遷,如第一次失敗。在這方面,我們進(jìn)行了一項(xiàng)惡化接近開(kāi)關(guān)的測(cè)試,但是,生活和接近開(kāi)關(guān)的性能沒(méi)有受到600萬(wàn)/偏移的影響。因此夾緊的異常操作肯定會(huì)造成支架修復(fù)接近開(kāi)關(guān)的轉(zhuǎn)換。刀架停止大約在一百萬(wàn)周期調(diào)整接近開(kāi)關(guān)后。由于失敗的原因的分析,液壓馬達(dá),這是旨在提供夾緊力,不是工作,因?yàn)橛蛪菏?公斤/cm。假設(shè)這是一個(gè)液壓系統(tǒng)的問(wèn)題,我們拆卸工具后,發(fā)現(xiàn),分析后,o形環(huán),旨在傳播夾緊力,已經(jīng)損壞。圖二和圖12顯示了o形環(huán)。5 結(jié)論在這項(xiàng)研究中,我們提出一個(gè)方法來(lái)預(yù)測(cè)和評(píng)估的可靠性定量刀架通過(guò)可靠性預(yù)測(cè)、可靠性測(cè)試和分析車(chē)床刀架用于困難。結(jié)果的基礎(chǔ)上,我們建議的方法努力提高可靠性的車(chē)床刀架。結(jié)果區(qū)域:(I)的基礎(chǔ)上我們進(jìn)行了可靠性預(yù)測(cè)的可靠性數(shù)據(jù)的組成部分,刀架和結(jié)果符合可靠性測(cè)試和客戶服務(wù)研究。(2)我們使用NPRD95失敗率數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行了可靠性預(yù)測(cè),房屋信息機(jī)械部件的故障率,并預(yù)測(cè)平均是8590小時(shí)。雖然這是不到10000小時(shí)的目標(biāo)生活的工具,它被認(rèn)為是一個(gè)錯(cuò)誤,由于資料的缺乏,機(jī)械零件的可靠性(故障率)和應(yīng)用程序類(lèi)似的部分比較方法根據(jù)信息的缺乏。(3)我們獲得的數(shù)據(jù)在三個(gè)使用可靠性測(cè)試失敗,失敗都發(fā)生在傳動(dòng)部分??煽啃苑治龅慕Y(jié)果,一個(gè)刀架的失敗被發(fā)現(xiàn)是最好的解釋為魏牛分布、和MTBF被魏牛分布在13433小時(shí)計(jì)算。(4)然而,以確保一個(gè)更可靠的測(cè)試的可靠性,增加可靠性的數(shù)量將是明智的測(cè)試。我們?cè)黾恿酥Ъ艿暮穸?從0.7噸到1.0噸,接近開(kāi)關(guān),建議提高可靠性的方法,如更換薄弱部分,即Quad-Ring和o形環(huán)。壓縮包內(nèi)含CAD圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢Q 197216396 或 11970985 摘 要?jiǎng)恿Φ都苁乾F(xiàn)今精密數(shù)控機(jī)床中的核心部件。隨著科技的進(jìn)步發(fā)展,動(dòng)力刀架的技術(shù)也趨于成熟和完善。國(guó)外很多在動(dòng)力刀架方面知名的公司和生產(chǎn)商都研發(fā)和推出了系列化的產(chǎn)品。雖然國(guó)內(nèi)也有較為完善的生產(chǎn)機(jī)制,但是大多還是模仿國(guó)外的產(chǎn)品,缺乏自主創(chuàng)新能力,與國(guó)外相比仍有較大差距?,F(xiàn)在導(dǎo)師的指導(dǎo)下,設(shè)計(jì)一種單伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力刀架。該刀架是依靠伺服電機(jī)和液壓系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)離合,刀盤(pán)轉(zhuǎn)位,以及動(dòng)力切換,利用高精度的端齒盤(pán)來(lái)實(shí)現(xiàn)刀盤(pán)轉(zhuǎn)位的精定位,通過(guò)撥叉撥動(dòng)滑移齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn)刀盤(pán)轉(zhuǎn)位和動(dòng)力刀具之間的動(dòng)力切換。它能搭載12把刀具,可以實(shí)現(xiàn)車(chē)、銑等各種加工方式。特點(diǎn)是刀具轉(zhuǎn)位速度快,分位精度高,重復(fù)精度高,可靠性強(qiáng)。在進(jìn)行文獻(xiàn)查閱和調(diào)查國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,分析了設(shè)計(jì)單伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力刀架設(shè)計(jì)的重點(diǎn)難點(diǎn),提出了相應(yīng)的解決方法。完成了裝配圖和部分零件圖。運(yùn)用Pro/Engineer軟件建立三維模型,并且對(duì)建立出的三維模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。關(guān)鍵詞:動(dòng)力刀架;單伺服驅(qū)動(dòng);動(dòng)力切換 Abstract Dynamic tool rest is now the key department of precision CNC Turning and milling machining center.Along with the development of the science and technology,the manufacturing technology of dynamic tool rest is well developed.Many foreign company and manufacturer which is famous for dynamic tool rest has produce a series of production.there is also a completed productive system,but there are a lot of production which is imitative.The producers inland lack of the innovative ability.Comparing with the foreign producer ,we still have a long way to go .Under the guide of the teacher,I design a type of dynamic tool rest which is driven by one -servo-motor.This tool rest uses servo motors and hydraulic system to go on clutching ,shifting the tool position and switching power, uses high-precision tooth couplings for accurate positioning,and uses shifting forks to dislodge the gears tor realize the power switching.the tool rest can carry 12 different kinds of power tools,it can achieve milling, turning and other processing. It features fast tool change position, sub-bit high precision, high repeatability and reliability.The study of dynamic tool rest is based on literature research and study of the advanced technology inland and abroad,then analyses the key point and difficulty of the design of the dynamic tool rest driven by single servo motor,and figure out the precept to solve the problem.And finish the assembly drawing and some part drawings.Finally I use the software named Pro/Engineer to finish the 3D model and the motion simulation.Keywords: dynamic tool rest;driven by single servo motor;power switching目 錄摘要IAbstractII第一章 緒論 .1 1.1 研究現(xiàn)狀 1 1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容3第二章 總體方案設(shè)計(jì)4 2.1 雙伺服動(dòng)力刀架4 2.2 單伺服動(dòng)力刀架4 2.3 直驅(qū)刀架外加電主軸模塊5 2.4 力矩電機(jī)外置加電主軸6 2.5 本章小結(jié) 6第三章 動(dòng)力刀架的設(shè)計(jì)計(jì)算 7 3.1 伺服電機(jī)的選擇計(jì)算 7 3.1.1 旋轉(zhuǎn)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 7 3.1.2電機(jī)轉(zhuǎn)矩的估算 10 3.2 動(dòng)力刀具傳動(dòng)鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 11 3.3 傳動(dòng)齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 12 3.4 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 19 3.5 軸承的選擇 21 3.6 端齒盤(pán)的設(shè)計(jì)計(jì)算 23 3.7 強(qiáng)度校核 24 3.8 關(guān)鍵部分設(shè)計(jì) 25 3.8.1液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 25 3.8.2 動(dòng)力刀具接口設(shè)計(jì) 27結(jié)束語(yǔ) 30 參考文獻(xiàn) 注:1 摘要、章、結(jié)束語(yǔ)、參考文獻(xiàn):(宋體、小四、加粗、居左);2 節(jié):(宋體、五號(hào));3 中文摘要、英文摘要、目錄的頁(yè)碼依次編排用“、 ”羅馬數(shù)字(宋體、小五號(hào)、居中、底部)。第1章 概述 目前,在世界機(jī)床制造和機(jī)械加工領(lǐng)域,復(fù)合加工技術(shù)是處于領(lǐng)先地位的技術(shù)。實(shí)現(xiàn)車(chē)銑復(fù)合加工,有許多可行方案,而臥式車(chē)床床身搭載轉(zhuǎn)塔動(dòng)力刀架就是其多種方案中應(yīng)用最廣泛的一個(gè)。其中,數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架是實(shí)現(xiàn)復(fù)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(chē)刀,并且能夠同時(shí)提供動(dòng)力驅(qū)動(dòng)動(dòng)力刀具,完成銑、鉆、攻絲、鉸孔等加工。 在當(dāng)今市場(chǎng)單件小批量和快速生產(chǎn)的需求的刺激下,催生出了復(fù)合加工。在眾多領(lǐng)域中,車(chē)銑復(fù)合加工發(fā)展目前來(lái)說(shuō)已經(jīng)具有一定規(guī)模。在一般的機(jī)械加工領(lǐng)域中,加工主要分為以下兩種方式:第一,工件轉(zhuǎn)動(dòng),這種加工方式是車(chē)削加工;第二,刀具轉(zhuǎn)動(dòng),這種加工方式是加工中心加工。這兩種加工方式的結(jié)合就是車(chē)銑復(fù)合加工,它既能夠完成車(chē)削功能,同時(shí)又能夠完成銑、鏜、鉆、鉸、擴(kuò)等功能。車(chē)銑復(fù)合加工不僅是機(jī)械加工的發(fā)展方向之一,同樣也是當(dāng)今世界機(jī)床技術(shù)發(fā)展的大潮流。銑刀旋轉(zhuǎn)、工件旋轉(zhuǎn)、銑刀軸向進(jìn)給和徑向進(jìn)給,在這四個(gè)車(chē)銑復(fù)合加工機(jī)床的基本運(yùn)動(dòng)中,要完成這銑刀旋轉(zhuǎn)的動(dòng)作就需要使用到動(dòng)力刀架。在引入動(dòng)力數(shù)控刀架后,車(chē)銑復(fù)合加工中心基本實(shí)現(xiàn)了如下幾個(gè)目標(biāo):縮短制造工藝鏈和物流長(zhǎng)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(shí)現(xiàn)了在確保質(zhì)量的前提下,提高生產(chǎn)率和自動(dòng)化的程度。步入新世紀(jì)以來(lái),我國(guó)的數(shù)控機(jī)床行業(yè)發(fā)展勢(shì)態(tài)愈發(fā)迅猛,主機(jī)技術(shù)向著高速、智能、復(fù)合、環(huán)保方向不斷發(fā)展。動(dòng)力刀架作為數(shù)控機(jī)床及加工中心重要部件之一,它的性能優(yōu)劣關(guān)系到整臺(tái)機(jī)床的性能,甚至深刻影響著我國(guó)制造業(yè)整體水平的高低。當(dāng)前市場(chǎng)中,動(dòng)力刀架技術(shù)已經(jīng)趨近成熟完善,國(guó)外很多著名刀架生產(chǎn)商都已設(shè)計(jì)研發(fā)并推廣出自己的系列化產(chǎn)品,國(guó)內(nèi)也已有較為完善的生產(chǎn)機(jī)制。但是絕大部分仍然是模仿國(guó)外的產(chǎn)品,缺乏自主創(chuàng)新能力,它與國(guó)外的先進(jìn)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(huì)制約機(jī)床發(fā)展。所以,在動(dòng)力數(shù)控刀架的設(shè)計(jì)上,提高反復(fù)多次定位的精度和降低刀架出現(xiàn)故障的概率意義重大。1.1研究的現(xiàn)狀 動(dòng)力刀架最早出現(xiàn)于1980年。經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展,隨著伺服刀架的出現(xiàn),動(dòng)力刀架由最初的外加動(dòng)力刀具驅(qū)動(dòng)模塊的形式發(fā)展為現(xiàn)今伺服動(dòng)力刀架。伺服刀架又分為雙伺服動(dòng)力刀架以及單伺服動(dòng)力刀架。隨著車(chē)削中心和車(chē)銑復(fù)合機(jī)床模塊化設(shè)計(jì)的發(fā)展以及對(duì)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(dòng)力刀架的基礎(chǔ)上衍生出下列動(dòng)力刀架產(chǎn)品:(1) 內(nèi)置電主軸的直驅(qū)動(dòng)力刀具刀架結(jié)構(gòu)這種動(dòng)力刀架采用內(nèi)置的電主軸直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)力刀具代替伺服電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)刀具,是動(dòng)力刀具的最大轉(zhuǎn)速得到了提升,可達(dá)到10000r/min。同時(shí)刀盤(pán)和動(dòng)力刀座采用了BMT接口,提高了重復(fù)定位精度。此項(xiàng)技術(shù)最先由德國(guó)Sauter公司申請(qǐng)專(zhuān)利。(2) 力矩電機(jī)直驅(qū)式動(dòng)力刀架這種動(dòng)力刀架大幅度減少傳動(dòng)系統(tǒng)的復(fù)雜性,省去大量零件,使刀架體積變小,性能與功能與原來(lái)的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)刀盤(pán)的動(dòng)力刀架。但是因?yàn)楹?jiǎn)化了傳動(dòng)系統(tǒng),因此可靠性大幅度提升。(3) 帶Y軸、B軸的動(dòng)力刀架目前國(guó)外動(dòng)力刀架的研究均已成熟,德國(guó),日本,意大利,英國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家均有成熟的產(chǎn)品運(yùn)用于生產(chǎn)。國(guó)外的生產(chǎn)商如德國(guó)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(zhuǎn)塔刀架生產(chǎn)企業(yè)是德國(guó)的Sauter公司和意大利Baruffaldi公司。這兩家企業(yè)刀架的性能指標(biāo)如表1.1所示:表1.1 國(guó)外廠家生產(chǎn)的刀架的技術(shù)參數(shù)廠家中心高(mm)工位(個(gè))45轉(zhuǎn)位時(shí)間(s)45轉(zhuǎn)位并加緊時(shí)間(s)Sauter公司16080.380.78Baruffaldi公司16080.440.84 國(guó)內(nèi)的動(dòng)力刀架技術(shù)仍處于發(fā)展階段,目前國(guó)內(nèi)動(dòng)力刀架生產(chǎn)較為著名的生產(chǎn)商有:常州市宏達(dá)機(jī)床數(shù)控設(shè)備有限公司、常州市新墅數(shù)控設(shè)備有限公司、煙臺(tái)環(huán)球機(jī)床附件集團(tuán)有限公司、沈陽(yáng)精誠(chéng)數(shù)控機(jī)床附件廠。這些廠家中技術(shù)規(guī)格參數(shù)指標(biāo)較高的是沈陽(yáng)機(jī)床數(shù)控刀架分廠和煙臺(tái)環(huán)球機(jī)床附件廠。表1.2是國(guó)內(nèi)兩個(gè)廠家生產(chǎn)的兩種型號(hào)的轉(zhuǎn)塔刀架的技術(shù)參數(shù)。表1.2 國(guó)內(nèi)廠家的刀架技術(shù)參數(shù)廠家中心高(mm)工位(個(gè))45轉(zhuǎn)位時(shí)間(s)45轉(zhuǎn)位并夾緊時(shí)間(s)引進(jìn)技術(shù)煙臺(tái)環(huán)球機(jī)床附件廠AK3116080.661.54意大利Baruffaldi沈陽(yáng)機(jī)床廠TSMA16016080.44意大利Baruffaldi 圖1.1 國(guó)內(nèi)產(chǎn)品 圖1.2 國(guó)外產(chǎn)品從上面兩表的數(shù)據(jù)就可以看出國(guó)外生產(chǎn)的刀架轉(zhuǎn)位速度快,在實(shí)際加工時(shí)有較高的效率。45轉(zhuǎn)位并加緊時(shí)間這項(xiàng)種煙臺(tái)環(huán)球機(jī)床附件廠生產(chǎn)的刀架的用時(shí)是德國(guó)肖特公司的一倍。而且兩家國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家的技術(shù)還是從意大利Baruffaldi公司引進(jìn)的。由此可見(jiàn),國(guó)內(nèi)的刀架生產(chǎn)技術(shù)與國(guó)外的先進(jìn)水平仍有很大差距。 目前煙臺(tái)環(huán)球機(jī)床附件廠生產(chǎn)的動(dòng)力刀架均有不錯(cuò)的性能具體參數(shù)見(jiàn)表1.3 表1.3 煙臺(tái)環(huán)球機(jī)床附件廠的動(dòng)力刀架參數(shù)No項(xiàng)目AK3380X12AAK33100X12AAK33125X12A1中心高801001252工位數(shù)1212123刀孔定位精度6664重復(fù)定位精度222530轉(zhuǎn)位時(shí)間0.190.150.326180轉(zhuǎn)位并夾緊時(shí)間1.541.02.57最大不平衡負(fù)重力矩1540608分度頻數(shù)7507507509最大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量1.34.5110最大載重4012016011刀柄直徑3030/405012刀具接口DIN5482DIN5482DIN548213傳動(dòng)比1:11:11:1.0514最高轉(zhuǎn)速50004000300015最大扭矩20406016最高功率681017可配動(dòng)力刀夾數(shù)12121218冷卻水口G1/4G1/4G3/819電纜接口/M24x1.520刀架凈重22840821刀架毛重25645322箱體尺寸(長(zhǎng)X寬X高)620X510X590700X650X810880X764X810 目前,我校研究生在楊慶東教授的指導(dǎo)下也研制出了國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的力矩電機(jī)直驅(qū)刀架。力矩電機(jī)直驅(qū)刀架大幅度簡(jiǎn)化了刀盤(pán)的傳動(dòng)系統(tǒng),使刀架體積大幅度減小,由于傳動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化,刀架的精度以及可靠性也得到了提升。1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容1、 進(jìn)行數(shù)控車(chē)削中心動(dòng)力刀架總體研究,并進(jìn)行整體布局設(shè)計(jì);2、 研究各種電機(jī),為動(dòng)力刀架選擇合適的電機(jī);3、 研究出一種動(dòng)力切換的可行方案4、設(shè)計(jì)刀架結(jié)構(gòu)、動(dòng)力驅(qū)動(dòng),完成關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)計(jì)算;5、完成動(dòng)力刀架的二維設(shè)計(jì)和三維設(shè)計(jì) 。第2章 方案選擇動(dòng)力刀架在其發(fā)展時(shí)間內(nèi)已發(fā)展出了多種的形式,設(shè)計(jì)方式也各有不同。以下是在導(dǎo)師指導(dǎo)下選出的四種方案。2.1 雙伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力刀架雙伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力刀架是最早出現(xiàn)的動(dòng)力刀架形式,經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)展,有了很成熟的研究結(jié)果,也已經(jīng)推出了一系列的產(chǎn)品。在其上改進(jìn)的空間不大。雙伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力刀架的示意圖如圖2.1 圖2.1 雙伺服動(dòng)力刀架簡(jiǎn)圖1:刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)電機(jī) 2:動(dòng)力刀具驅(qū)動(dòng)電機(jī)雙伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力刀架,使用兩個(gè)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)刀盤(pán)以及動(dòng)力刀具,刀盤(pán)的精定位則通過(guò)高精度鼠牙盤(pán)和液壓系統(tǒng)離合實(shí)現(xiàn)鼠牙盤(pán)的嚙合脫開(kāi)來(lái)實(shí)現(xiàn)刀盤(pán)的精定位。這種動(dòng)力刀架所占空間較大,結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單,傳動(dòng)方式也較為簡(jiǎn)單。而且國(guó)內(nèi)外雙伺服動(dòng)力刀架產(chǎn)品已經(jīng)較成熟,設(shè)計(jì)價(jià)值不高。所以棄用此方案。2.2 單伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力刀架 單伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力刀架是在雙伺服驅(qū)動(dòng)動(dòng)力刀架的基礎(chǔ)上,發(fā)展出的一種更為先進(jìn)的動(dòng)力刀架。單伺服動(dòng)力刀架性能優(yōu)越,結(jié)構(gòu)緊湊,較之雙伺服動(dòng)力刀架有較大的優(yōu)勢(shì)。示意圖如圖2.2圖 2.2 單伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力刀架簡(jiǎn)圖單伺服動(dòng)力刀架較之雙伺服動(dòng)力刀架難度較大,關(guān)鍵在于單伺服動(dòng)力刀架有一個(gè)動(dòng)力切換的問(wèn)題,雙伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)只需電機(jī)直接控制刀盤(pán)和動(dòng)力刀具即可。而單伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力刀架因?yàn)閮H使用一個(gè)伺服電機(jī),所以在完成刀盤(pán)轉(zhuǎn)位之后必須完成一個(gè)動(dòng)力切換過(guò)程,將伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)刀盤(pán)轉(zhuǎn)為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力刀具。所以需要一個(gè)動(dòng)力切換裝置來(lái)完成這個(gè)動(dòng)力切換的過(guò)程。刀盤(pán)的精定位同樣使用鼠牙盤(pán)和液壓系統(tǒng),通過(guò)液壓系統(tǒng)帶動(dòng)鼠牙盤(pán)的離合來(lái)實(shí)現(xiàn)刀盤(pán)的精定位。而動(dòng)力切換裝置則擬以撥叉和滑移齒輪實(shí)現(xiàn)。單伺服動(dòng)力刀架目前在我國(guó)的研究發(fā)展制造仍然處于起步階段,對(duì)單伺服動(dòng)力刀架的研究開(kāi)發(fā)是非常有必要的,單伺服動(dòng)力刀架相較于雙伺服動(dòng)力刀架而言,性能更優(yōu)越,因?yàn)槭褂脝坞姍C(jī)所以結(jié)構(gòu)較緊湊,在未來(lái)有較大的發(fā)展?jié)摿Γ覂?nèi)部傳動(dòng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,有研究開(kāi)發(fā)的意義。所以選用此方案。2.3力矩電機(jī)直驅(qū)刀架外加電主軸模塊力矩電機(jī)直驅(qū)刀架是我校自主研究開(kāi)發(fā)的刀架,目前還在實(shí)驗(yàn)階段,簡(jiǎn)圖如圖2.3圖 2.3 力矩電機(jī)直驅(qū)刀架外加電主軸模塊此刀架的主體部分是我校自主研發(fā)的,將力矩電機(jī)內(nèi)置于刀盤(pán)的內(nèi)部,同樣以鼠牙盤(pán)和液壓系統(tǒng)的離合來(lái)實(shí)現(xiàn)刀盤(pán)的精定位,此刀架將電機(jī)內(nèi)置,節(jié)省了很大一部分空間,是刀架的結(jié)構(gòu)更加緊湊,同時(shí)也減輕了刀架的整體重量。同時(shí)直驅(qū)刀架是零傳動(dòng),所謂零傳動(dòng)就是利用力矩電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),省去齒輪傳動(dòng)等等中間環(huán)節(jié),把機(jī)床傳動(dòng)鏈的長(zhǎng)度縮短為零。該方式避免了中間環(huán)節(jié)能量的損失,并能得到高的動(dòng)態(tài)性能和好的定位精度,直驅(qū)刀架以其緊湊的結(jié)構(gòu),迷你的機(jī)體,零傳動(dòng)的高精度,在未來(lái)具有十分廣闊的發(fā)展前景。但是此刀架在設(shè)計(jì)時(shí),將刀盤(pán)內(nèi)部空間已經(jīng)布滿,想要在這個(gè)刀架的基礎(chǔ)上再加上電主軸和動(dòng)力刀座的設(shè)計(jì)難度較大,對(duì)于我目前的知識(shí)水平來(lái)說(shuō)有相當(dāng)大的難度。所以棄用此方案。2.4力矩電機(jī)外置加上電主軸模塊這種方案是在方案三的基礎(chǔ)上為了設(shè)計(jì)的可行性改進(jìn)的方案,簡(jiǎn)圖如圖2.4圖 2.4力矩電機(jī)外置加電主軸模塊這種方案將刀盤(pán)內(nèi)的力矩電機(jī)外置,提供了電主軸以及動(dòng)力刀具的設(shè)計(jì)安裝的可行性,但是這種方案也使電機(jī)的體積增加,失去了直驅(qū)刀架的體積小,結(jié)構(gòu)緊湊,以及零傳動(dòng)的優(yōu)勢(shì)。在結(jié)構(gòu)的緊湊性上甚至還不如單伺服動(dòng)力刀架,所以棄用此方案。2.5本章小結(jié)本章描述了設(shè)計(jì)動(dòng)力刀架的四種方案,對(duì)于四種方案的優(yōu)劣進(jìn)行了比較。經(jīng)過(guò)對(duì)比,選擇設(shè)計(jì)單伺服動(dòng)力刀架,單伺服動(dòng)力刀架目前在我國(guó)的研究發(fā)展制造仍然處于起步階段,對(duì)單伺服動(dòng)力刀架的研究開(kāi)發(fā)是非常有必要的,單伺服動(dòng)力刀架相較于雙伺服動(dòng)力刀架而言,性能更優(yōu)越,因?yàn)槭褂脝坞姍C(jī)所以結(jié)構(gòu)較緊湊,在未來(lái)有較大的發(fā)展?jié)摿?,且?nèi)部傳動(dòng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,有研究開(kāi)發(fā)的意義。所以選用此方案。而更有發(fā)展?jié)摿Φ闹彬?qū)刀架則因能力有限所以不選用。第3章 動(dòng)力刀架的設(shè)計(jì)計(jì)算及關(guān)鍵部分設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)中的主要的重點(diǎn)和難點(diǎn)有(1)伺服電機(jī)的選擇(2)液壓機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(3)刀盤(pán)的轉(zhuǎn)定位與精確定位(4)輪系的設(shè)計(jì)(5)整個(gè)刀塔系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)仿真(6)單伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)刀盤(pán)和動(dòng)力刀具的協(xié)調(diào)問(wèn)題。所以在設(shè)計(jì)計(jì)算中應(yīng)該優(yōu)先解決這些問(wèn)題。3.1 伺服電機(jī)的選擇計(jì)算3.1.1 旋轉(zhuǎn)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是描述剛體在轉(zhuǎn)動(dòng)中的慣性大小的物理量。當(dāng)兩個(gè)繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的不同剛體受到相同的力矩分別作用時(shí),它們所獲得的角加速度一般是不一樣的,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大的剛體所獲得的角加速度小,即角速度改變得慢;反之,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小的剛體所獲得的角加速度大,即角速度改變得快。剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的定義是:若剛體為連續(xù)體,則用積分代替求和:根據(jù)加工的要求,所需的動(dòng)力刀具也不盡相同,但是重量差別不是很多,估算時(shí)可以用平均重量進(jìn)行估算。受到電動(dòng)機(jī)的力矩驅(qū)動(dòng)時(shí),整個(gè)盤(pán)共搭載12把刀具,估算時(shí)假設(shè)質(zhì)量平均分部于刀盤(pán)。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)的部件共四個(gè),它們分別是傳動(dòng)齒輪,刀架主軸和刀盤(pán),因而只需估算這些元素的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量然后累加在一起就能初步估算出來(lái)整個(gè)轉(zhuǎn)位系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,進(jìn)而可以求得電機(jī)需要提供的力矩大小。 現(xiàn)選取sauter公司的刀盤(pán),刀盤(pán)外徑為=410mm,刀具孔中心圓=370mm與刀盤(pán)座連接的螺孔中心圓為120mm。刀盤(pán)中心通孔=70mm。如圖3.1.1.1圖3.1.1.1 刀盤(pán)二維圖刀盤(pán)三維模型如圖3.2圖3.1.1.2刀盤(pán)三維圖按照公式計(jì)算刀盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量即 即刀盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可近似看成1.53。刀盤(pán)座根據(jù)設(shè)計(jì),三維模型如圖3.1.1.3圖3.1.1.3刀盤(pán)座三維圖根據(jù)公式計(jì)算其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:主軸根據(jù)空間結(jié)構(gòu)其傳動(dòng)要求初步設(shè)計(jì),三維模型如圖3.4圖3.1.1.4 大軸三維圖二維圖及尺寸如圖3.1.1.5圖3.1.1.5大軸二維圖根據(jù)公式計(jì)算其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量其余零件由于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量太小,在初步計(jì)算中不列于考慮范圍。3.1.2電機(jī)轉(zhuǎn)矩估算等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算電機(jī)的轉(zhuǎn)矩,根據(jù)公式根據(jù)相鄰刀位轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間0.2s的初始條件,若連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)則電機(jī)轉(zhuǎn)速為25。則按照公式初步計(jì)算電機(jī)的轉(zhuǎn)矩為=22根據(jù)查閱的資料,初步選擇為安川伺服電機(jī),根據(jù)查閱安川伺服電機(jī)說(shuō)明手冊(cè),選取安川伺服電機(jī)SGMGH-44A。此伺服電機(jī)的數(shù)據(jù)如表3.1.2.1表3.1 .2.1安川伺服電機(jī)部分?jǐn)?shù)據(jù)伺服電機(jī)型號(hào)SGMGH-44A額定輸出4.4kw額定扭矩28.4瞬間最大扭矩71.7額定電流32.8A額定轉(zhuǎn)速3000r/min最高轉(zhuǎn)速6000r/min根據(jù)查閱安川伺服電機(jī)說(shuō)明手冊(cè),安川伺服電機(jī)的SGMGH-44A的額定功率為4.4kw。額定扭矩為28.4。滿足初步計(jì)算的扭矩要求。3.2 動(dòng)力刀具傳動(dòng)鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算動(dòng)力刀具傳動(dòng)鏈有傳動(dòng)齒輪以及傳動(dòng)軸,要計(jì)算動(dòng)力刀具傳動(dòng)鏈的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量則需計(jì)算其傳動(dòng)鏈上的所有零件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。若把動(dòng)力刀具傳動(dòng)軸上的所有零件視為整體,三維圖如圖3.2.1圖3.2.1 動(dòng)力刀具傳動(dòng)軸運(yùn)用公式計(jì)算其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為計(jì)算過(guò)度齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量運(yùn)用公式計(jì)算動(dòng)力刀具軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算電機(jī)的轉(zhuǎn)矩,根據(jù)公式根據(jù)動(dòng)力刀具最高轉(zhuǎn)速為6000r/min的初始條件,假設(shè)3秒達(dá)到6000r/min的最高轉(zhuǎn)速。則按照公式初步計(jì)算電機(jī)的轉(zhuǎn)矩為=6.4056查閱安川伺服電機(jī)說(shuō)明書(shū),查得SGMGH-44A的扭矩轉(zhuǎn)速圖如圖3.2.2圖3.2.2 SGMGH-44A扭矩轉(zhuǎn)速圖如上圖顯示,電機(jī)在最高轉(zhuǎn)速6000r/min時(shí)的扭矩最大可達(dá)到10。滿足動(dòng)力刀具傳動(dòng)鏈的扭矩要求,所以此電機(jī)是滿足此刀架的動(dòng)力需求的。3.3 傳動(dòng)齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 電機(jī)輸出功率為4.4kw,小齒輪轉(zhuǎn)速根據(jù)初始條件計(jì)算為50r/mm。根據(jù)公式計(jì)算其轉(zhuǎn)矩為:刀盤(pán)轉(zhuǎn)位驅(qū)動(dòng)軸的轉(zhuǎn)矩根據(jù)公式計(jì)算為根據(jù)設(shè)計(jì)要求,傳動(dòng)比為2。小齒輪初選材料為40Cr,進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理,硬度HBS=241286。大齒輪初選材料為45鋼,進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理,硬度為HBS=217-253。初選 選用斜齒輪。選擇齒寬系數(shù)齒寬系數(shù)不宜過(guò)大,因此取。按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算根據(jù)資料選 選 ,取,查得許用接觸應(yīng)力,。根據(jù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)查得,。取失效概率1%,安全系數(shù)S=1。計(jì)算計(jì)算圓周速度計(jì)算齒寬b及計(jì)算模數(shù)計(jì)算齒寬吃高之比計(jì)算縱向重合度計(jì)算載荷系數(shù)K已知使用系數(shù)根據(jù)v=0.984m/s,8級(jí)精度,查得動(dòng)載系數(shù),。按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑計(jì)算模數(shù)按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算載荷系數(shù)根據(jù)縱向重合度查得螺旋角影響系數(shù)計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)查取齒形系數(shù)由資料查得,查應(yīng)力校正系數(shù)由資料查得,計(jì)算大小齒輪的并加以比較由資料查得小齒輪的彎曲疲勞極限,大齒輪的彎曲疲勞極限。由資料查得彎曲疲勞壽命系數(shù),。去彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4計(jì)算故,。所以設(shè)計(jì)計(jì)算得對(duì)比計(jì)算結(jié)果,由彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)小于由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算去,可滿足彎曲疲勞強(qiáng)度,為滿足接觸疲勞強(qiáng)度,需按照接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑。計(jì)算齒數(shù) ??扇。?。計(jì)算中心距圓整為83mm齒輪寬度,驅(qū)動(dòng)齒輪如圖3.2.3圖3.2.3 驅(qū)動(dòng)齒輪三維圖因?yàn)樵O(shè)計(jì)中驅(qū)動(dòng)齒輪及動(dòng)力刀具傳動(dòng)齒輪的傳動(dòng)比為1:1,所以動(dòng)力刀具傳動(dòng)軸上的齒輪可以選用與驅(qū)動(dòng)齒輪一樣的齒輪。計(jì)算過(guò)度齒輪動(dòng)力刀具傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)矩計(jì)算運(yùn)用公式過(guò)度齒輪的轉(zhuǎn)矩為根據(jù)設(shè)計(jì)要求,傳動(dòng)比為4。小齒輪初選材料為40Cr,進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理,硬度HBS=241286。大齒輪初選材料為45鋼,進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理,硬度為HBS=217-253。初選 選用斜齒輪。按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算根據(jù)資料選 選 ,取,查得許用接觸應(yīng)力,。根據(jù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)查得,。取失效概率1%,安全系數(shù)S=1。計(jì)算計(jì)算圓周速度計(jì)算齒寬b及計(jì)算模數(shù)計(jì)算齒寬齒高之比 計(jì)算縱向重合度計(jì)算載荷系數(shù)K已知使用系數(shù)根據(jù)v=0.984m/s,8級(jí)精度,查得動(dòng)載系數(shù),。按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑計(jì)算模數(shù)按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算載荷系數(shù)根據(jù)縱向重合度查得螺旋角影響系數(shù)計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)查取齒形系數(shù)由資料查得,查應(yīng)力校正系數(shù)由資料查得,計(jì)算大小齒輪的并加以比較由資料查得小齒輪的彎曲疲勞極限,大齒輪的彎曲疲勞極限。由資料查得彎曲疲勞壽命系數(shù),。去彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4計(jì)算故,。所以設(shè)計(jì)計(jì)算得對(duì)比計(jì)算結(jié)果,由彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)小于由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算去,可滿足彎曲疲勞強(qiáng)度,為滿足接觸疲勞強(qiáng)度,需按照接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑。計(jì)算齒數(shù) 。可取,。計(jì)算中心距圓整為138mm。齒輪寬度,。因?yàn)檫^(guò)度齒輪是動(dòng)力刀具的傳動(dòng)齒輪,但是安裝在刀盤(pán)轉(zhuǎn)位驅(qū)動(dòng)軸上。因?yàn)檫^(guò)度齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)不能帶動(dòng)刀盤(pán)轉(zhuǎn)位驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng),所以在過(guò)度齒輪與刀盤(pán)轉(zhuǎn)位驅(qū)動(dòng)軸之間加入一個(gè)軸承,以便實(shí)現(xiàn)過(guò)度齒輪在軸上空轉(zhuǎn)。由于過(guò)度齒輪不承受多少軸向力,所以在其內(nèi)可安裝深溝球軸承。如圖3.2.4圖3.2.4 過(guò)度齒輪二維圖動(dòng)力刀具驅(qū)動(dòng)齒輪和過(guò)度齒輪的傳動(dòng)比根據(jù)設(shè)計(jì)為1:1,可以采用與動(dòng)力刀具傳動(dòng)軸相同直徑以及模數(shù)的齒輪。3.4 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算刀盤(pán)轉(zhuǎn)位驅(qū)動(dòng)軸最小軸徑計(jì)算=48mm,圓整為50mm,軸設(shè)計(jì)圖如圖3.3.1。圖3.3.1 大軸設(shè)計(jì)圖取d1=50mm,在軸的后端需要安裝軸承,所以設(shè)計(jì)L1=25mm。第二段加工為花鍵軸,以便實(shí)現(xiàn)刀盤(pán)轉(zhuǎn)位與動(dòng)力刀具驅(qū)動(dòng)之間的動(dòng)力切換。L2=74mm,然后查閱花鍵國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1144-2001,取軸的大徑為60mm,小徑為52mm,鍵寬為10mm?;ㄦI部分國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)如表3.3.1小徑d輕系列中系列規(guī)格鍵數(shù)大徑D鍵寬B規(guī)格鍵數(shù)大徑D鍵寬B116x11x14x36143136x13x16x3.5163.5166x16x20x4204186x18x22x5225216x21x25x525236x23x26x662666x23x28x6286266x26x30x6306x26x32x632286x28x32x73276x28x34x7347326x32x38x63668x32x38x68386368x36x40x784078x36x42x7427428x42x46x84688x42x48x8488468x46x50x95098x46x54x9549528x52x59x1058108x52x60x106010568x56x62x10628x56x65x1065628x62x68x1068128x62x72x1272127210x72x78x107610x72x82x12828210x82x88x128810x82x92x1292表3.3.1 部分花鍵國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)L3段需安裝軸承取d3=70mm,L3=28.5mm。軸承需軸肩定位,去d4=80mm,L4段需要安裝端齒盤(pán)及液壓系統(tǒng),為其流出安裝空間,設(shè)計(jì)L4=101mm。L5段為與端齒盤(pán)中的動(dòng)盤(pán)的連接需要,d5=100mm,L5=10mm。L6段安裝過(guò)度齒輪,d6=80mm,L6=55mm。動(dòng)力刀具傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)電機(jī)的額定輸出功率確定最小軸徑,運(yùn)用公式計(jì)算得=11mm,圓整為20mm。動(dòng)力刀具傳動(dòng)軸如圖3.3.2圖3.3.2動(dòng)力刀具傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)圖L1段需安裝齒輪,故需安裝鍵槽,由于齒輪相對(duì)與軸承為懸臂支撐,所以軸兩端需要安裝軸端擋圈,設(shè)計(jì)d1=20mm,L1=35mm。L2和L4段需要安裝軸承,d2=d4=25mm,L2=L4=17mm。L3段為刀架空間設(shè)計(jì)需要,同時(shí)軸承需要軸肩定位,取d3=30mm。L5段為了實(shí)現(xiàn)動(dòng)力刀具和動(dòng)力脫開(kāi)嚙合設(shè)計(jì)為花鍵軸,大徑為25mm,小徑為21mm,取中系列,花鍵國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1144-2011的部分?jǐn)?shù)據(jù)如表5。3.5 軸承的選擇各種軸承特性如表3.4.1軸承名稱(chēng)特點(diǎn)調(diào)心球軸承 能承受少量軸向力,因?yàn)橥馊L道是以軸承中心為中心的球面,故能自動(dòng)調(diào)心,允許內(nèi)圈相對(duì)外圈軸線偏斜量。一般不宜承受純軸向載荷。調(diào)心滾子軸承 性能、特點(diǎn)與調(diào)心球軸承相同,但具有較大的徑向承載能力,允許內(nèi)圈對(duì)外圈軸線偏斜量。推力調(diào)心滾子軸承 用于承受以軸向載荷為主的軸向、徑向聯(lián)合載荷,但徑向載荷不得超過(guò)軸向載荷的55%。運(yùn)轉(zhuǎn)中滾動(dòng)體受離心力矩作用,滾動(dòng)體與滾道間產(chǎn)生滑動(dòng),并導(dǎo)致軸圈與座圈分離。為保證正常工作,需是施加一定的軸向預(yù)載荷。允許軸圈對(duì)座圈軸線偏斜量。圓錐滾子軸承 可以同時(shí)承受徑向載荷及軸向載荷(30000型以徑向載荷為主,3000B型以軸向載荷為主)。外圈可分離,安裝時(shí)可調(diào)整軸承的游隙。一般成對(duì)使用。推力球軸承 只能承受軸向載荷。高速時(shí)離心力大,鋼球與保持架磨損,發(fā)熱嚴(yán)重,壽命降低,故極限轉(zhuǎn)速很低。為了防止鋼球與滾道之間的滑動(dòng),工作是必須加有一定的軸向載荷。軸線必須與軸承座底面垂直,載荷必須與軸線重合,以保證鋼球載荷的均勻分配。深溝球軸承 主要承受徑向載荷,也可同時(shí)承受小的軸向載荷。當(dāng)量摩擦系數(shù)最小。在高轉(zhuǎn)速時(shí),可用來(lái)承受純軸向載荷,工作中允許內(nèi)、外圈軸線偏斜量,大量生產(chǎn),價(jià)格最低。角接觸球軸承 可以同時(shí)承受徑向載荷及軸向載荷及軸向載荷,也可以單獨(dú)承受軸向載荷。能在較高轉(zhuǎn)速下正常工作。由于宇哥軸承只能承受單向的軸向力,因此,一般成對(duì)使用。承受軸向載荷的能力與接觸角有關(guān)。接觸角大的,承受軸向載荷的能力也高。圓柱滾子軸承 有較大的徑向承載能力。外圈可以分離,故不能承受軸向載荷,滾子由內(nèi)圈的擋邊軸向定位,工作時(shí)允許內(nèi)、外圈有少量的軸向錯(cuò)動(dòng)。內(nèi)外圈軸線的允許偏斜量有小(2-4).此類(lèi)軸承還可以不帶外圈或內(nèi)圈。滾針軸承 在同樣內(nèi)徑條件下,與其他類(lèi)型軸承相比,其外徑最小,內(nèi)圈或外圈可以分離,工作室允許內(nèi)、外圈有少量的軸向錯(cuò)動(dòng)。有較大的徑向承載能力。一般不帶保持架。摩擦系數(shù)較大。帶頂絲外球面球軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)與深溝球軸承相同,但外圈具有球形外表面,與帶有凹球面的軸承座相配能自動(dòng)調(diào)心。常用緊定螺釘、偏心套或緊定套將軸承內(nèi)圈固定在軸上。軸心線語(yǔ)序偏斜。表3.4.1 各種軸承的特性根據(jù)各軸受力情況分析選取軸承,在刀盤(pán)轉(zhuǎn)位驅(qū)動(dòng)軸的L1段選取深溝球軸承6010GB/T276-1994,因?yàn)樯顪锨蜉S承可承受徑向力,也可以承受較小的軸向力,在L3段選用圓錐滾子軸承30214GB/T297-1994來(lái)承受由端齒盤(pán)嚙合以及齒輪滑移帶來(lái)的軸向力。在動(dòng)力刀具傳動(dòng)軸的的L2與L4段因?yàn)閾懿鎿軇?dòng)滑移齒輪產(chǎn)生的軸向力較小,所以可以選用深溝球軸承來(lái)承受較小的軸向力,選用6005GB/T276-1994。在動(dòng)力刀具驅(qū)動(dòng)軸上因基本不承受軸向力,所以選用兩個(gè)深溝球軸承承受徑向力。選用6007GB/T276-1994。3.6端齒盤(pán)設(shè)計(jì)計(jì)算 端齒盤(pán)是動(dòng)力刀架刀盤(pán)轉(zhuǎn)位控制精度的重要零件。其精度決定刀盤(pán)轉(zhuǎn)位精度。為了保證端齒盤(pán)的定位精度和剛度,對(duì)端齒盤(pán)做以下技術(shù)要求:端齒盤(pán)材料采用40Cr,齒部滲氮后磨齒加工;齒寬接觸率為70%以上;齒高接觸為嚙合高度85%以上,兩齒盤(pán)嚙合時(shí)的接觸齒數(shù)應(yīng)在90%以上,接觸不良的齒不嚙合;安裝基準(zhǔn)孔軸線對(duì)分度中心的位置度,一般取0.020.04mm,對(duì)精密齒盤(pán)應(yīng)在0.01mm以內(nèi);安裝基準(zhǔn)端面對(duì)分度的平行度,一般取0.010.04mm,對(duì)精密齒盤(pán)應(yīng)在0.01mm以內(nèi)。本刀架采用標(biāo)準(zhǔn)直齒端齒盤(pán),齒的嚙合深度通常設(shè)計(jì)為45mm,可獲得所需的瑣緊力滿足刀架剛度要求,所以本次設(shè)計(jì)將齒的嚙合深度設(shè)計(jì)為4mm。這一設(shè)計(jì)也可減少活塞的行程,節(jié)省功率。 查得有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)得出以下參數(shù):端齒盤(pán)外徑d:端齒盤(pán)的外徑主要由設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)所允許的空間范圍來(lái)確定。在結(jié)構(gòu)允許 的情況下,外徑越大越好,這樣可以增強(qiáng)分度或定位機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性。 根據(jù)車(chē)削中心動(dòng)力刀架的總體結(jié)構(gòu)和外徑系列選取d=180mm。齒數(shù)z: 根據(jù)JB/T 4316.1-1999查得當(dāng)外徑d=180mm時(shí),齒數(shù)可以為60和 72兩種,它們的最小分度角分別為和,因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的動(dòng)力刀架 工位數(shù)為8工位,轉(zhuǎn)一個(gè)工位從動(dòng)盤(pán)需要轉(zhuǎn)過(guò)角度,應(yīng)該是最小 分度角的倍數(shù)關(guān)系,所以選取最小分度角為,從而選取z=72。 齒長(zhǎng)F: F=10mm齒盤(pán)厚度: H/2+m=21.24mm齒距t: t=7.85mm齒厚S: S=3.93mm全齒高h(yuǎn): h=5mm齒頂高m: m=1.24mm端齒盤(pán)部分國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表3.5.1序號(hào)外徑 D內(nèi)徑 d齒長(zhǎng)Fmax齒盤(pán)副厚度H 螺 栓 孔錐銷(xiāo) 孔 分布圓直徑D數(shù)量 n直徑沉孔直徑沉孔深度 b1100556307266.6116.88211065823125708904140804010291595160100122618012010140720014016082201505017581118111092501801220210280200230113202202601236026016602951213.520131213400300335144503503851550040020704301656045048517.52617.51617630500258054018710580620表3.5.1 端齒盤(pán)部分國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)3.7強(qiáng)度校核如圖3.7.1為主軸和刀盤(pán)連接示意圖,通過(guò)8個(gè)M12的螺栓螺母將刀盤(pán)座和刀盤(pán)連接在一起,通過(guò)4個(gè)M10的內(nèi)六角頭螺釘將刀盤(pán)座和主軸連接。不難發(fā)現(xiàn),4個(gè)M10的內(nèi)六角頭螺釘承受相當(dāng)大的剪切應(yīng)力,是連接的薄弱部分,需要對(duì)其進(jìn)行校核。圖3.7.1 刀架薄弱連接示意圖1. 刀盤(pán) 2.螺栓 3.內(nèi)六角頭螺釘 4.主軸刀盤(pán)以及刀盤(pán)座的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之和為1.7設(shè)刀盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)加速度為。則通過(guò)螺釘傳遞的轉(zhuǎn)矩以及負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量滿足下列公式:得出結(jié)果帶入上式得出。螺釘受的剪切力運(yùn)用公式計(jì)算如下:根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得,所用內(nèi)六角頭螺釘?shù)脑S用剪切應(yīng)力為120MPa,所以此內(nèi)六角頭螺釘滿足剪切應(yīng)力的要求,下面校核擠壓應(yīng)力:根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得,所用內(nèi)六角頭螺釘?shù)脑S用擠壓應(yīng)力為150MPa,所以此內(nèi)六角頭螺釘滿足擠壓應(yīng)力的要求。綜上所述,在這部分的連接中,所設(shè)計(jì)的連接時(shí)可靠的,滿足材料的許用應(yīng)力的要求。3.8關(guān)鍵部分設(shè)計(jì)3.8.1液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算本次設(shè)計(jì)中運(yùn)用到了液壓系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)一共有五個(gè)組成部分,即動(dòng)力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件(附件)和液壓油。動(dòng)力元件:動(dòng)力元件的作用是將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能,即是液壓系統(tǒng)中的油泵,它向整個(gè)液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力。液壓泵的結(jié)構(gòu)形式一般有齒輪泵、葉片泵、柱塞泵和螺桿泵等等。執(zhí)行元件:執(zhí)行元件(如液壓缸和液壓馬達(dá))的作用是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能,驅(qū)動(dòng)負(fù)載作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)??刂圃嚎刂圃?即各種液壓閥)在液壓系統(tǒng)中控制和調(diào)節(jié)液體的壓力、流量和方向。根據(jù)控制功能的不同,液壓閥可分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。壓力控制閥包括溢流閥(安全閥)、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等;流量控制閥包括節(jié)流閥、調(diào)整閥、分流集流閥等;方向控制閥包括單向閥、液控單向閥、梭閥、換向閥等。根據(jù)控制方式不同,液壓閥可分為開(kāi)關(guān)式控制閥、定值控制閥和比例控制閥。輔助元件:輔助元件包括油箱、濾油器、冷卻器、加熱器、蓄能器、油管及管接頭、密封圈、快換接頭、高壓球閥、膠管總成、測(cè)壓接頭、壓力表、油位計(jì)、油溫計(jì)等。液壓油:液壓油是液壓系統(tǒng)中傳遞能量的工作介質(zhì),有各種礦物油、乳化液和合成型液壓油等幾大類(lèi)。本次設(shè)計(jì)中涉及要液壓系統(tǒng)的有兩處:鼠牙盤(pán)離合系統(tǒng)以及動(dòng)力切換裝置中的撥叉撥動(dòng)滑移齒輪。所以需要計(jì)算液壓缸直徑,查資料取液壓缸的工作壓力位0-2.5MPa。運(yùn)用公式計(jì)算液壓直徑。所以設(shè)計(jì)鼠牙盤(pán)離合系統(tǒng)液壓缸直為90mm。撥叉驅(qū)動(dòng)液壓缸運(yùn)用公式計(jì)算其直徑,設(shè)計(jì)撥叉驅(qū)動(dòng)液壓缸直徑為20mm。轉(zhuǎn)塔動(dòng)力刀架的整個(gè)液壓系統(tǒng)由油泵、兩個(gè)二位四通閥及液壓缸組成,分別控制端齒盤(pán)和動(dòng)力刀具離合結(jié)構(gòu)。塔身離合控制機(jī)構(gòu)與動(dòng)力刀具離合結(jié)構(gòu)的端部分別裝有行程開(kāi)關(guān),程序根據(jù)傳感器的信號(hào)來(lái)判斷兩個(gè)液壓缸是否運(yùn)動(dòng)到位。二位四通閥是通過(guò)電磁鐵完成換位動(dòng)作,根據(jù)二位四通閥的換位來(lái)控制液壓缸動(dòng)作。當(dāng)?shù)侗P(pán)需要轉(zhuǎn)位時(shí),電磁鐵通電,二位四通換位閥工作,將端齒盤(pán)的定盤(pán)以及液壓缸中的活塞體向右推,是端齒盤(pán)的動(dòng)盤(pán)和定盤(pán)脫開(kāi)。當(dāng)?shù)侗P(pán)轉(zhuǎn)位完成后,電磁鐵在工作將二位四通閥換位,使端齒盤(pán)的定盤(pán)和活塞體一起向左運(yùn)動(dòng),是端齒盤(pán)完成嚙合,實(shí)現(xiàn)刀盤(pán)轉(zhuǎn)位的精定位。在刀盤(pán)轉(zhuǎn)位完成后,控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào),驅(qū)動(dòng)兩個(gè)小液壓缸的液壓控制器,兩個(gè)小液壓缸使用并聯(lián)油路,在刀盤(pán)轉(zhuǎn)位完成后,是撥叉撥動(dòng)滑移齒輪同時(shí)完成刀盤(pán)的驅(qū)動(dòng)齒輪的脫開(kāi)和動(dòng)力刀具傳動(dòng)齒輪的嚙合。示意圖3.8.1.1圖3.8.1.1 液壓系統(tǒng)示意圖3.8.2 動(dòng)力刀具接口設(shè)計(jì)目前在市場(chǎng)上有多種動(dòng)力刀座如:DIN1809接口類(lèi)型、DIN5480與DIN5480P接口類(lèi)型、DIN5482接口類(lèi)型和梅花式接口類(lèi)型。各種類(lèi)型接口如圖3.8.2.1圖3.8.2.1各種動(dòng)力刀座接口各種接口特點(diǎn)如表3.8.2.1表3.8.2.1 各種動(dòng)力刀具接口特點(diǎn)接口類(lèi)型DIN1809DIN5480其他所占比例75%20%5%優(yōu)點(diǎn)大大簡(jiǎn)化了離合器設(shè)計(jì),切換速度較快切換速度快切換刀具,電機(jī)不需要停止缺點(diǎn)啟動(dòng)的時(shí)候有振動(dòng),噪聲略大,時(shí)間長(zhǎng)有磨損離合器設(shè)計(jì)較為復(fù)雜,加工制造成本較高,裝配困難通用性較差,動(dòng)力刀座多為廠家的定制產(chǎn)品發(fā)展趨勢(shì)目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出可補(bǔ)償?shù)?809接口,間隙減小,溫升、噪聲大大降低,在未來(lái)BMT刀架應(yīng)用上會(huì)成為主流接口隨著DIN5480P專(zhuān)利的保戶過(guò)期,10-15年內(nèi)(VDI應(yīng)用),這種接口會(huì)得到廣泛應(yīng)用隨著B(niǎo)MT刀架的流行,未來(lái)此類(lèi)接口不會(huì)得到普及DIN1809接口的外形呈一字型,區(qū)別于其他接口的最大的優(yōu)點(diǎn)是不需要離合。相比其他外形的接口而言,花鍵外形的DIN5480接口、漸開(kāi)線花鍵外形的DIN5482接口、端面鍵外形的梅花式接口,都需要通過(guò)液壓缸驅(qū)動(dòng)的離合器用來(lái)控制動(dòng)力刀座與傳動(dòng)軸的脫開(kāi)分離與接合鎖緊。當(dāng)采用DIN1809接口時(shí),刀座固連于刀盤(pán)上,并且在跟隨刀盤(pán)一起轉(zhuǎn)位到目標(biāo)位置之后,接口能夠直接進(jìn)入動(dòng)力傳動(dòng)軸的楔口,然后進(jìn)而去驅(qū)動(dòng)動(dòng)力刀座。因此,動(dòng)力刀座采用一字型接口,不僅使結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單,而且提高了換刀速度。鑒于上述原因,本課題中的動(dòng)力刀架采用DIN1809。因?yàn)镈IN1809接口需要接口轉(zhuǎn)動(dòng)到相應(yīng)的位置時(shí),才能完成離合。所以可以在接口處安裝一個(gè)圓光柵傳感器,對(duì)接口的位置進(jìn)行控制。第4章 三位模型在完成整體的設(shè)計(jì)以及二維裝配圖之后,完成了三維的裝配圖。如圖4.1,4.2為三位裝配圖圖4.1 三維模型裝配圖圖4.2 三維模型裝配圖 爆炸視圖的操作方法如下:1. 點(diǎn)擊視圖管理器新建一個(gè)分解視圖如圖4.3圖 4.3 爆炸視圖12. 點(diǎn)擊編輯位置,將零件拖動(dòng)到預(yù)想位置如圖4.4圖 4.4 爆炸視圖2如圖4.5為最后制作出的爆炸裝配圖圖 4.5 爆炸裝配圖在Pro/Engineer中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真則是將轉(zhuǎn)動(dòng)零件按照一定裝配關(guān)系進(jìn)行裝配,比如轉(zhuǎn)動(dòng)件需要進(jìn)行銷(xiāo)連接,滑動(dòng)件進(jìn)行滑動(dòng)連接,機(jī)體需要?jiǎng)傂怨潭ǖ鹊取H缓笤僭瓌?dòng)件處加上伺服電機(jī),然后對(duì)伺服電機(jī)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置,然后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真即可。結(jié)束語(yǔ)在本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中,我設(shè)計(jì)的題目是動(dòng)力刀架設(shè)計(jì)。在初次接到這個(gè)題目時(shí),我也是毫無(wú)頭緒。經(jīng)過(guò)老師的講解以及自己查閱一些資料后對(duì)這個(gè)題目有了一定的了解。于是自己摸索著做一些設(shè)計(jì),在了解了動(dòng)力刀架的國(guó)內(nèi)外的發(fā)展情況后,發(fā)現(xiàn)動(dòng)力刀架這一方面在國(guó)內(nèi)的發(fā)展與國(guó)外相比還是相當(dāng)?shù)穆浜?,許多核心技術(shù)還是在國(guó)外的掌控之中。產(chǎn)品還是多以模仿為主,缺乏自主創(chuàng)新的產(chǎn)品。在對(duì)背景資料有了一定的了解之后,在老師的指點(diǎn)下,對(duì)動(dòng)力刀架的設(shè)計(jì)提出了四種方案,在經(jīng)過(guò)對(duì)比比較之后,決定對(duì)方案二,即單伺服動(dòng)力刀架進(jìn)行設(shè)計(jì),單伺服動(dòng)力刀架較雙伺服動(dòng)力刀架而言,結(jié)構(gòu)較為緊湊,性能優(yōu)越。而相對(duì)于另外的兩種方案而言,難度適中。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中,有過(guò)種種的困難,如單伺服動(dòng)力刀架的動(dòng)力切換裝置的設(shè)計(jì),初次設(shè)計(jì)時(shí),對(duì)這種裝置如何設(shè)計(jì)也是毫無(wú)頭緒,但是在查閱更多資料和導(dǎo)師研究之后決定采用撥叉和滑移齒輪的動(dòng)力切換裝置,雖然這種方式切換動(dòng)力仍然存在著不少的問(wèn)題,但是我盡可能在我能力范圍內(nèi)設(shè)計(jì)到最好。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我第一次獨(dú)立設(shè)計(jì)了一種機(jī)構(gòu),期間的各種困難都教會(huì)了我很多解決困難的方法,期間老師同學(xué)也給我很多幫助,感謝他們。參考文獻(xiàn)1 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04期13郭永環(huán).數(shù)控車(chē)床用轉(zhuǎn)塔動(dòng)力刀架的發(fā)展方向J.機(jī)床及液壓,200214蘇曉暉.機(jī)床六工位轉(zhuǎn)塔動(dòng)力刀架的設(shè)計(jì)J.制造技術(shù)與機(jī)床,2010(3):46-48.15吳華平,楊俊召.淺談數(shù)控轉(zhuǎn)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(chē)削中心動(dòng)力刀架的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì).碩士學(xué)位論文,哈爾濱工業(yè)大學(xué).17駱鳴.數(shù)控機(jī)床刀具夾緊系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)J.天津理上大學(xué)學(xué)報(bào),2009(4):85-88.18王懷棟. 數(shù)控車(chē)床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介.數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用2011年 03期19賈德峰
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