CK3263B型數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架的設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、三維模型、說明書】

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壓縮包內(nèi)含有CAD圖紙和說明書,咨詢Q 197216396 或 11970985 摘 要 論文針對(duì) CK3263B 數(shù)控車床的轉(zhuǎn)塔刀架進(jìn)行三維設(shè)計(jì)。主要設(shè)計(jì)部分有： 傳動(dòng)系統(tǒng)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和定位機(jī)構(gòu)。其中，傳動(dòng)系統(tǒng)選擇液壓傳動(dòng)，并進(jìn)行了原理圖等一系列設(shè)計(jì)；回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)選定圓柱凸輪分度機(jī)構(gòu)，并進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)校核；定位機(jī)構(gòu)選擇活塞桿預(yù)定位和齒盤精準(zhǔn)定位。 利用 UG 軟件進(jìn)行各個(gè)零件的三維建模，并進(jìn)行裝配組裝，導(dǎo)出二維圖紙。轉(zhuǎn)塔刀架系統(tǒng)在裝夾過程中可以同時(shí)完成諸多工序，擴(kuò)展了加工工序的范疇，不僅加快了生產(chǎn)效率而且大幅度改善了加工精度。 關(guān)鍵字：轉(zhuǎn)塔刀架；液壓系統(tǒng)；凸輪；UG Ⅰ Abstract In this paper,three-dimensional design of turret turret for CK3263B CNC lathe is carried out.The main design parts include:transmission system,rotary mechanism and positioning mechanism.Among them,the transmission system to select the hydraulic drive,and a series of schematics and other design;rotary mechanism selected cylindrical cam indexing mechanism,and carried out a detailed design check; positioning mechanism to select the piston rod pre-positioning and precision positioning of the tooth plate. The modeling of each 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 Ⅱ 目錄 摘 要 Ⅰ Abstract Ⅱ 1 緒論 1 1.1 車床概述 1 1.1.1 機(jī)床的基本組成 1 1.1.2 機(jī)床的分類 1 1.1.3 車床作用及分類 4 1.1.4 車床組成 5 1.2 轉(zhuǎn)塔車床概述 6 1.2.1 轉(zhuǎn)塔車床的組成及特點(diǎn) 6 1.2.2 轉(zhuǎn)塔刀架的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 7 2 總體方案設(shè)計(jì) 9 2.1 傳動(dòng)系統(tǒng)方案選擇 9 2.1.1 各傳動(dòng)方式比較 9 2.1.2 液壓傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn) 10 2.2 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)方案選擇 11 2.2.1 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)選擇 11 2.2.2 定位機(jī)構(gòu)選擇 11 2.3 轉(zhuǎn)塔刀架結(jié)構(gòu)簡圖 12 3 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13 3.1 擬定原理圖 13 3.2 液壓缸設(shè)計(jì) 14 3.3 液壓元件選擇 14 4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 17 4.1 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 17 4.2 定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 19 5 主要設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 21 5.1 轉(zhuǎn)塔夾緊力的計(jì)算 21 5.2 油缸尺寸計(jì)算 23 5.3 柱銷強(qiáng)度校核 24 6 三維建模 31 6.1 軟件介紹 31 6.1.1 UG 簡介 31 6.1.2 UG 優(yōu)勢(shì) 31 6.1.3 UG 主要功能 31 6.2 主要零部件建模 33 6.2.1 圓柱凸輪 33 6.2.2 花鍵軸 35 6.2.3 上下齒盤 37 6.2.4 軸承 38 6.3 總裝配圖 40 7 結(jié) 論 42 參考文獻(xiàn) 43 附錄 1：外文翻譯 44 附錄 2：外文原文 50 致 謝 55 壓縮包內(nèi)含有CAD圖紙和說明書,咨詢Q 197216396 或 11970985 1 緒論 1.1 車床概述 1.1.1 機(jī)床的基本組成 機(jī)床包括多種成分，一般由以下部分構(gòu)成。 (1) 動(dòng)力源：包括直流電機(jī)、交流電機(jī)、液壓泵及液壓馬達(dá)等，為數(shù)控機(jī)床提供動(dòng)力來源，使機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)起來。 (2) 傳動(dòng)系統(tǒng)：包括進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)、主傳動(dòng)系統(tǒng)以及其它傳動(dòng)系統(tǒng)等，例如進(jìn)給箱和變速箱的構(gòu)件，還有主軸構(gòu)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(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)部分，故而也稱為機(jī)床基礎(chǔ)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(diào)整部件和多種機(jī)構(gòu)。執(zhí)行部件與最終切削工藝的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和主運(yùn)動(dòng)有關(guān)，如主軸箱和主軸，滑枕、溜板和工作臺(tái)， 作為工件安裝或刀具的零件；安裝調(diào)整部件則是與刀具安裝、工藝、調(diào)整等密切相關(guān)， 例如自動(dòng)換刀裝置、砂輪修整器和自動(dòng)上下料裝置；多種機(jī)構(gòu)包括操縱機(jī)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)、分度和轉(zhuǎn)為機(jī)構(gòu)等。 機(jī)床類型眾多，其組成和結(jié)構(gòu)也會(huì)有較大不同，主要原因在于機(jī)床的結(jié)構(gòu)布局、適用條件以及運(yùn)轉(zhuǎn)方式，如果從其運(yùn)動(dòng)的形式而言，則主要為直線式和旋轉(zhuǎn)式運(yùn)動(dòng)，故而這些構(gòu)件需要導(dǎo)軌和軸承。 (5) 控制系統(tǒng)：其主要作用在于控制好各個(gè)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(shí)液壓和氣動(dòng)系統(tǒng)也用于機(jī)床的組成元件中。數(shù)控機(jī)床則是使用數(shù)控系統(tǒng)，由主軸、伺服控制單元、數(shù)控裝置、編程控制器以及輸入和輸出設(shè)備等構(gòu)成。 (6) 冷卻系統(tǒng)：冷卻機(jī)床工作時(shí)產(chǎn)生的熱量。 (7) 潤滑系統(tǒng)：潤滑機(jī)床的導(dǎo)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(dòng)測(cè)量裝置等。 1.1.2 機(jī)床的分類 機(jī)床的分類主要表現(xiàn)為機(jī)床牌號(hào)，一部機(jī)床其種類、屬性和主要參數(shù)基本均可從其牌號(hào)中得出。關(guān)于機(jī)床型號(hào)的編制： ①型號(hào)表示方法。通用機(jī)床型號(hào)的表示方法為：基本部分與輔助部分之間用“/” 隔開，型號(hào)的表示方法如下： 11 CK3263B 數(shù)控車床轉(zhuǎn)塔刀架的設(shè)計(jì) （Δ） Ο （Ο） Δ Δ Δ （×Δ） （Ο） / （□） （-□） 企業(yè)代號(hào)其他特性代號(hào) 重大改進(jìn)序號(hào) 主軸數(shù)或第二主參數(shù) 主參數(shù)或設(shè)計(jì)順序號(hào)系代號(hào) 組代號(hào) 通用特性、結(jié)構(gòu)特性代號(hào)類代號(hào) 分類代號(hào) 注：1.有“（）”的代號(hào)，當(dāng)無內(nèi)容時(shí)，則不表示；若有內(nèi)容則不帶括號(hào)。2.有“Ο”符號(hào)者為大寫的漢語拼音字母。 3. 有“Δ”符號(hào)者為阿拉伯?dāng)?shù)字。 4. 有“□”符號(hào)者為漢語拼音的大寫字母,或阿拉伯?dāng)?shù)字,或兩者兼有之。 ②根據(jù)不同需求，分類方式會(huì)有所差異，種類繁多，一般采用阿拉伯?dāng)?shù)字表示分類的代號(hào)，放在類代號(hào)的第一個(gè)位置處，如果是第一類時(shí)，則可以不表示。諸如磨床類的機(jī)床有三種分類。 通常采用阿拉伯?dāng)?shù)字的兩位數(shù)字表示系別和組別，處在特性代號(hào)和類代號(hào)的后面。各種類型的機(jī)床依據(jù)結(jié)構(gòu)的性能和使用范圍可以劃分為 10 個(gè)組別，用 0 到 9 的數(shù)字表示。每個(gè)機(jī)床又可以分為多個(gè)系列。劃分系別的規(guī)則一般是：主參數(shù)一致，采用公比進(jìn)行排列，刀具和工件大致相同，并且其布局和機(jī)構(gòu)也基本相同時(shí)則視為相同系別的機(jī)床。機(jī)床的類別代號(hào)見表 1.1。 表 1.1 機(jī)床的類別代號(hào) CK3263B 數(shù)控車床轉(zhuǎn)塔刀架的設(shè)計(jì) ③機(jī)床的特性代號(hào)：如果某一類型的機(jī)床除普通類型外，并且還兼有某一通用特性時(shí)，就在類別代號(hào)的后面添加通用特性的代號(hào)，如表 1.2 所示。如若某一類型的機(jī)床沒有普通型卻有通用性時(shí)，則不表示其通用性。如果主參數(shù)一致而性能不同時(shí)，機(jī)床的型號(hào)中必須注明特性的代號(hào)。一般用拼音字母表示結(jié)構(gòu)代號(hào)，位于類代號(hào)后面，或者放在通用特性代號(hào)的后面。 表 1.2 通用特性代號(hào) ④車床的組別和系別代號(hào)見表 1.3、表 1.4。 表 1.3 車床組別代號(hào) ⑤機(jī)床序號(hào)分類得到較大改進(jìn)，如果結(jié)構(gòu)布局及性能有明顯變更、新產(chǎn)品需要再次設(shè)計(jì)、制定與鑒定，則需要在原有機(jī)床的型號(hào)的后面添加重大改進(jìn)的序號(hào)。序號(hào)按 A、B、C、……等字母順序選用。 表 1.4 轉(zhuǎn)塔車床系別代號(hào) 故，本次設(shè)計(jì)主體 CK3263B 數(shù)控車床: 類別代號(hào)(車床)通用特性代號(hào)(數(shù)控) 組別代號(hào)(回輪、轉(zhuǎn)塔車床)系別代號(hào)(橫移轉(zhuǎn)塔車床) 主參數(shù)(最大車削直徑 630 mm) 第二次重大改進(jìn)  C K 2 3 63 B 1.1.3 車床作用及分類 車床在機(jī)械制造廠中通常占據(jù)金屬切削機(jī)床的一部分（一般在 20%～35%之間）。其作用通常用在內(nèi)外圓柱面、端面、圓錐面及回轉(zhuǎn)面、螺旋面的加工處理上。 車床類型的機(jī)床以回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的主軸，刀具完成的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)為特征。加工車床時(shí)需要諸多加工刀具，如：車刀、擴(kuò)孔鉆、絞刀等。 車床的分類方式有很多，根據(jù)不同使用條件和結(jié)構(gòu)布局，可以劃分為轉(zhuǎn)搭車床、自動(dòng)和半自動(dòng)車床、臥式車床等。其中臥式車床使用頻率較高，其加工構(gòu)件時(shí)能達(dá)到較高的精度(一般在 IT8 上下浮動(dòng))，精車表面上的粗糙度也較高（一般 1.25～2.5 mm 之間）。 （1） CA6140 臥式車床 臥式車床的布局當(dāng)屬 CA6140 臥式車床，結(jié)構(gòu)形式較為經(jīng)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(nèi)外表面；而且還能夠車削多種不同標(biāo)準(zhǔn)的螺紋，包括模數(shù)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(biāo)準(zhǔn) 螺距、較緊密螺紋及大螺距螺紋；并且還能夠擴(kuò)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(shù)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(shè)置了水平的工作平臺(tái)，這樣工作臺(tái)使得工件質(zhì)量可以均勻分?jǐn)偟捷S承和導(dǎo)軌面上，以便確保機(jī)床工作的高精度和高效生產(chǎn)。 （3） 轉(zhuǎn)塔車床 轉(zhuǎn)塔車床具有無絲杠及尾座的特點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)形式上和臥式車床差異較大。轉(zhuǎn)塔車床的刀架取代了臥式車床的尾座。 轉(zhuǎn)塔車床根據(jù)具體部件加工的處理工藝將需要用到的所有刀具預(yù)裝到轉(zhuǎn)塔車床上并且調(diào)試好；每一組的刀具可以通過擋塊的調(diào)整來把握終點(diǎn)位置。 在加工處理過程中，刀具被用來進(jìn)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(cè)量和刀具的裝卸不需要反復(fù)操作。故而，轉(zhuǎn)塔車床更適合大量加工處理較為復(fù)雜的工件。 機(jī)床產(chǎn)品代號(hào)通常采用機(jī)床型號(hào)來直接表達(dá)出主要的技術(shù)參數(shù)、結(jié)構(gòu)的特征以及機(jī)床類型和性能等。依據(jù)我國規(guī)范（GB/T15375-1994《金屬切削機(jī)床型號(hào)編制方法》）來進(jìn)行編制各種機(jī)床型號(hào)，該規(guī)范明確了機(jī)床的型號(hào)是按照阿拉伯?dāng)?shù)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(jìn)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(jī)構(gòu)促使主軸產(chǎn)生正反兩種不同的轉(zhuǎn)速， 并且使得主軸箱的部分動(dòng)力運(yùn)用到進(jìn)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(duì)加工工件的質(zhì)量尤為重要，如果沒有控制好主軸在運(yùn)轉(zhuǎn)中的精度，那么就會(huì)使機(jī)床的使用價(jià)值大打折扣。 進(jìn)給箱：即所謂的“走刀箱”，進(jìn)給箱可以利用自身的變速機(jī)構(gòu)去適當(dāng)微調(diào)變速機(jī)構(gòu)進(jìn)而得到螺距和進(jìn)給量，并依靠絲杠或者光杠作用把運(yùn)動(dòng)傳遞給刀架，最終實(shí)現(xiàn)切削作用。 其中絲杠與光杠的作用和注意要點(diǎn)如下：其作用主要是把溜板箱和進(jìn)給箱連接成一個(gè)整體，將進(jìn)給箱的傳動(dòng)輸送到溜板箱，溜板箱就可以進(jìn)行直線的縱向運(yùn)動(dòng)。 溜板箱:控制車床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，內(nèi)部安裝有復(fù)雜的機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)主要是絲杠與光杠的運(yùn)轉(zhuǎn)促使刀架能夠進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)，光杠的傳動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)刀架的快速移動(dòng)、橫向移動(dòng)以及 縱向供給運(yùn)動(dòng)，絲杠使得刀架可以做直線的縱向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)車削螺紋的功能。 刀架：由兩層滑板、刀架和床鞍構(gòu)成。主要作用是便于安車刀的安裝以及促使車刀做多向運(yùn)動(dòng)（縱向、橫向、斜向）。 尾架：可以在床身導(dǎo)軌上做縱向運(yùn)動(dòng)，方便工作位置的調(diào)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(gè)部件以及實(shí)現(xiàn)支撐功能，是機(jī)床部件中最為龐大的基礎(chǔ)構(gòu)件，確保每個(gè)部件都能有確切的位置，使得各個(gè)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(dá)到潤滑的目的，延長了刀具的工作時(shí)間、提高了加工產(chǎn)品的質(zhì)量。 1.2 轉(zhuǎn)塔車床概述 1.2.1 轉(zhuǎn)塔車床的組成及特點(diǎn) 轉(zhuǎn)塔刀架的組成結(jié)構(gòu)如圖 1.1 所示： 圖 1.1 普通轉(zhuǎn)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(zhuǎn)塔刀架 6-轉(zhuǎn)塔刀架溜板箱 7-定程裝置 8-進(jìn)給箱 數(shù)控轉(zhuǎn)塔車床的特點(diǎn)： （1） 帶有可移動(dòng)轉(zhuǎn)塔刀架，不需要尾座和絲杠，刀架可以安裝很多工刀，周期轉(zhuǎn)位，按照一定順序加工工件。 （2） 轉(zhuǎn)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(chǎn)率。 轉(zhuǎn)塔車床上零件加工的過程，如下圖 1.2 所示： 圖 1.2 轉(zhuǎn)塔車床零件加工實(shí)例 1. 擋塊限送料長度；2.雙刀同時(shí)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(zhuǎn)塔刀架的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 機(jī)床的重要成分就是刀架，刀架的更新歷程和機(jī)床的發(fā)展歷程緊密相連。 在上世紀(jì) 40 年代初期，美國北密支安的一家小型公司（Parsons Corporation）就實(shí)現(xiàn)了加工機(jī)械的數(shù)控技術(shù)。 在 1952 年，麻省理工學(xué)院成功將一套完整的實(shí)驗(yàn)性數(shù)控系統(tǒng)安裝在了立銑床上， 并且能同時(shí)調(diào)控三軸運(yùn)動(dòng)，因此，這臺(tái)數(shù)控機(jī)床被視為全球出現(xiàn)最早的數(shù)控機(jī)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(tái)數(shù)控機(jī)床。 在 1959 年 3 月，第一臺(tái)帶有自動(dòng)換刀裝置的新型數(shù)控機(jī)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(dòng)力刀具的誕生，形成了完善的動(dòng)力刀架。 經(jīng)過幾十年的快速發(fā)展，數(shù)控刀架已經(jīng)形成了兩個(gè)類別：液動(dòng)和電動(dòng)。 電動(dòng)刀架：以歐洲為代表。主要是電機(jī)作為動(dòng)力來源，齒盤剎緊及松開都是由凸輪進(jìn)行控制，電磁鐵實(shí)現(xiàn)預(yù)定位，編碼器發(fā)射定位信號(hào)，齒輪的減速用來控制剎緊、分度、松開等動(dòng)作。 液動(dòng)刀架：以日本技術(shù)為基礎(chǔ)，日本、韓國為代表。主要是液壓作為動(dòng)力來源，間 歇分度機(jī)構(gòu)能夠完成定位信號(hào)平行共軛凸輪的分度，組合傳感器用來控制位置的信號(hào)和液壓的狀態(tài)。傳統(tǒng)的液壓刀架的動(dòng)力來源是液壓分度馬達(dá)，然而馬達(dá)價(jià)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(shù)控車削是當(dāng)代機(jī)床發(fā)展的大趨勢(shì)，因而不得不提到數(shù)控車削中心中的數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架： 數(shù)控機(jī)床受到轉(zhuǎn)塔刀架運(yùn)轉(zhuǎn)質(zhì)量的重要影響，特別是加工中心的運(yùn)轉(zhuǎn)質(zhì)量。數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的運(yùn)轉(zhuǎn)質(zhì)量得到有效保證，關(guān)鍵在于換刀時(shí)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(jù)機(jī)床整體投資的 30%—50%[1]。所以，設(shè)計(jì)制造一個(gè)優(yōu)良的轉(zhuǎn)塔刀架對(duì)于制造裝備產(chǎn)業(yè)有著重要意義。 成熟復(fù)合加工技術(shù)占領(lǐng)了機(jī)床制造及機(jī)械加工的大部分市場(chǎng)，成為現(xiàn)階段最高水準(zhǔn)的技術(shù)。復(fù)合加工技術(shù)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(kuò)孔等，時(shí)間短，效率高，成果佳。在車銑復(fù)合加工的過程中，加工手段可以采用多種方式，數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架就是其中使用頻率最高的一個(gè)。作為復(fù)合加工的關(guān)鍵部件，數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架擁有多種刀具以及擁有加工鉆、銑、絞孔、攻絲等的驅(qū)動(dòng)力刀具[2]。 隨著技術(shù)不斷革新，數(shù)控刀架技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是更高速化、更復(fù)合化。主要表現(xiàn)在： （1） 高速化：驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的快速發(fā)展，驅(qū)動(dòng)技術(shù)和開放式伺服電機(jī)促進(jìn)了伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)刀架技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。伺服電機(jī)更加簡潔、適用，取代了發(fā)信裝置及預(yù)定位裝置，有效改善了轉(zhuǎn)位換刀的速率。 （2） 復(fù)合化：刀架技術(shù)越來越趨向于高層次的發(fā)展。擁有銑削作用的動(dòng)力刀架有多種刀具(普通刀架，主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)刀具)，并引入了 VDI 刀盤，并且鉆銑主軸的運(yùn)轉(zhuǎn)速度快，可達(dá)到 12000r/min。隨著技術(shù)日新月異，五軸聯(lián)動(dòng)的機(jī)床發(fā)明出來，采用了 Y 軸、B 軸聯(lián)動(dòng)的刀架[3]。 目前我國在數(shù)控機(jī)床刀架技術(shù)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(jìn)制造行業(yè)相比，仍有很大差距； （3） 國內(nèi)配套廠家比較少。未來的發(fā)展要求有： （1） 轉(zhuǎn)位時(shí)間短且精準(zhǔn)； （2） 刀架要穩(wěn)定，運(yùn)轉(zhuǎn)速度快，定位精度高； （3） 使用多刀，就近選刀和兩向轉(zhuǎn)位； （4） 應(yīng)用范圍廣，維修方便等。 2 總體方案設(shè)計(jì) 2.1 傳動(dòng)系統(tǒng)方案選擇 2.1.1 各傳動(dòng)方式比較 傳動(dòng)方式主要有以下四種：液壓傳動(dòng)、氣壓傳動(dòng)、機(jī)械傳動(dòng)和電氣傳動(dòng)。它們各個(gè)性能的綜合比較見表 2.1。 表 2.1 各種傳動(dòng)方式的綜合比較 本傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)用于轉(zhuǎn)塔刀架，對(duì)于刀具的定位性要求較高，氣壓傳動(dòng)定位性不良， 且其負(fù)載引起的特性變化很大，故排除氣壓傳動(dòng)方案。 本傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)用于數(shù)控車床，機(jī)械傳動(dòng)的無極調(diào)速較困難，遠(yuǎn)程操作困難且信號(hào)變換困難，在車床轉(zhuǎn)塔刀架換刀時(shí)，要求速度快，時(shí)間短，而機(jī)械傳動(dòng)的速度低，顯然不適合本次設(shè)計(jì)要求，故排除機(jī)械傳動(dòng)方案。 電氣傳動(dòng)的工作壽命在這四種方式中最短，且其維護(hù)要求最高，明顯不符合設(shè)計(jì)要求中的經(jīng)濟(jì)性，故排除電氣傳動(dòng)。 綜上，本次設(shè)計(jì)中傳動(dòng)系統(tǒng)選擇液壓傳動(dòng)。 2.1.2 液壓傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn) （1） 一般情況下，等體積的液壓動(dòng)力裝置要比電氣動(dòng)力裝置產(chǎn)生的動(dòng)力大得多， 等功率的液壓裝置體積較小，質(zhì)量較輕。結(jié)構(gòu)較緊湊以及功率密度較大。有資料顯示， 液壓動(dòng)力源（液壓泵、液壓馬達(dá)）單位功率的質(zhì)量只占據(jù)電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的十分之一， 液壓源（液壓泵、液壓馬達(dá)）可以低至 0.0025N/W，等功率的電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)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(chǎn)生高壓力的液壓油液，再將油液輸送到液壓缸就會(huì)有較大作用力產(chǎn)生。因此液壓設(shè)備更具有鮮明的優(yōu)勢(shì)，體積小雖小，但產(chǎn)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(diǎn)，不僅重量輕，反應(yīng)快，而且易于快速制動(dòng)和啟動(dòng)以及換向，在回轉(zhuǎn)時(shí)，換向頻率可以達(dá)到 500 次/min，在直線運(yùn)動(dòng)時(shí)， 換向頻率可以達(dá)到 1000 次/min，液壓擁有彈性的特點(diǎn)，因而可以有效吸收沖擊，使得液壓傳動(dòng)工作比較平穩(wěn)。 （3） 液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)。區(qū)別于機(jī)械裝置以及電氣裝置，液壓缸和液壓馬達(dá)可以較長時(shí)間在堵轉(zhuǎn)狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)并不會(huì)產(chǎn)生太多的熱量。 （4） 液壓系統(tǒng)便于自動(dòng)化控制，對(duì)于流量、流動(dòng)方向和液體壓力可以進(jìn)行調(diào)控。如果結(jié)合多種不同控制系統(tǒng)（電子控制、氣動(dòng)控制、液壓控制即電氣控制），那么就可以實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的順序動(dòng)作，并且便于遠(yuǎn)程操控。 （5） 液壓裝置甚至可以在較大區(qū)域內(nèi)進(jìn)行無級(jí)調(diào)速(調(diào)速范圍可達(dá) 2000:1），它還可以在運(yùn)行過程中進(jìn)行調(diào)速。 （6） 液壓系統(tǒng)不管在制造、設(shè)計(jì)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(chǔ)部件，已經(jīng)形成了標(biāo)準(zhǔn)化、通用化及系列化，故而對(duì)于液壓系統(tǒng)在生命周期中的維護(hù)都比較方便，有效控制了機(jī)械設(shè)備的周期，并節(jié)約了投資。 （7） 液壓傳動(dòng)更加簡單，更容易實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，而機(jī)械傳動(dòng)則顯得復(fù)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(jù)機(jī)器的需求，通過管道來連接各個(gè)元件，在安裝布局上更具有靈活性，可以實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的系統(tǒng)。 19 2.2 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)方案選擇 2.2.1 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)選擇 本節(jié)設(shè)計(jì)八工位轉(zhuǎn)塔刀架的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，當(dāng)前幾種常用間歇分度機(jī)構(gòu)的性能比較見表2.2。 表 2.2 幾種常用的間歇分度機(jī)構(gòu)性能比較 通過比較，選擇圓柱凸輪分度機(jī)構(gòu)。 2.2.2 定位機(jī)構(gòu)選擇 因?yàn)檫x擇斜面銷、圓柱銷這兩種定位方式時(shí)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(yù)定位，再采用端齒盤進(jìn)行準(zhǔn)確定位。作為一種良好的定位方式，端齒盤因?yàn)閲Ш蠒r(shí)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(diǎn)。端齒盤主要通過兩個(gè)端面齒盤的嚙合作用實(shí)現(xiàn)定位，具體來說，端齒盤定位的特點(diǎn)有： （1） 定位精度高。主要是因?yàn)槎ㄎ积X數(shù)分布均勻、數(shù)量眾多，所以齒盤精度很高， 齒盤分度精度可達(dá)±(0.3"～0.4")。同時(shí)因?yàn)樯?、下齒盤嚙合的自動(dòng)定心作用，所以定位時(shí)對(duì)中心軸的回轉(zhuǎn)精度等沒有影響，中心軸的設(shè)計(jì)要求相對(duì)更低，使得對(duì)裝置設(shè)備的制造更為容易。 （2） 重復(fù)定位精度好。相對(duì)來說，端齒盤定位因?yàn)橛幸粋€(gè)上下齒盤反復(fù)磨合的過程。 一般來說，磨合次數(shù)和磨合精度是呈正相關(guān)的，因此端齒盤定位復(fù)定位精度很高。 （3） 承載能力大，定位剛性好。因?yàn)橥ǔＲ蠖她X盤定位時(shí)要求齒面嚙合長度大于 60%，而齒數(shù)嚙合率高于 90%，并且齒盤本身的齒部強(qiáng)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(zhuǎn)塔刀架結(jié)構(gòu)簡圖 圖 2.1 是轉(zhuǎn)塔刀架的結(jié)構(gòu)簡圖，刀架的升起、轉(zhuǎn)位、夾緊等動(dòng)作都由液壓驅(qū)動(dòng)。當(dāng) 數(shù)控裝置發(fā)出換刀信號(hào)以后，液壓油進(jìn)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(dòng)的，因而液壓缸 5 上移，推動(dòng)蓋盤 3 并帶動(dòng)回轉(zhuǎn)頭 6 抬起， 上齒盤 7 緊固在回轉(zhuǎn)頭 6 上，當(dāng)上齒盤 7 與下齒盤 8 完全脫開時(shí)，開關(guān) 1 動(dòng)作發(fā)出轉(zhuǎn)位 信號(hào)。這時(shí)液壓馬達(dá) 9 旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)凸輪軸 12、圓柱凸輪 13 旋轉(zhuǎn)、凸輪曲線槽撥動(dòng)柱銷14，從而驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)輪 11、中心軸 4、蓋盤 3、回轉(zhuǎn)頭 6 轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)?shù)都埽ㄑb在回轉(zhuǎn)頭上） 轉(zhuǎn)至新的要求工位時(shí)回轉(zhuǎn)頭上的撥塊 2 壓合均布的固定開關(guān) 20（回轉(zhuǎn)頭每一工位，壓合相應(yīng)的開關(guān)），液壓馬達(dá)立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)。預(yù)定位油缸進(jìn)油，活塞桿升起進(jìn)行預(yù)定位，隨后液壓缸 5 的上腔回油，液壓油進(jìn)入液壓缸的下腔，液壓缸 5、回轉(zhuǎn)頭 6 下移，上齒盤 7 落下，與下齒盤 8 嚙合，完成精準(zhǔn)定位，靠液壓缸壓緊力夾緊。此時(shí)開關(guān) 1 動(dòng)作，發(fā)出轉(zhuǎn)位結(jié)束信號(hào)，轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)位過程結(jié)束。 圖 2.1 轉(zhuǎn)塔刀架結(jié)構(gòu)簡圖 3 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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(jī) 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(diào)速閥 12-液控單向閥 13、14-單向調(diào)速閥 15-連桿型徑向柱塞馬達(dá) 16-行程開關(guān) 17-抬起液壓缸 18-預(yù)定位液壓缸表 3.1 電磁鐵動(dòng)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(dá)和縱向進(jìn)給液壓缸。剛開始油缸中的液壓油經(jīng)過濾油器后到達(dá)液壓泵，然后經(jīng)溢流閥進(jìn)入單向閥，一般來說，在經(jīng)過溢流閥時(shí)會(huì)用到蓄能器加壓以防油壓不足。經(jīng)過單向閥后，液壓油會(huì)同時(shí)進(jìn)入到三個(gè)部分，液壓馬達(dá)和預(yù)定位液壓缸、以及抬起液壓缸。 3.2 液壓缸設(shè)計(jì) 液壓缸的設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合設(shè)計(jì)的過程，裝置較復(fù)雜，結(jié)構(gòu)形式不盡相同。同時(shí)也需要結(jié)合不同工作條件，需要考慮各種具體情況，具體分析設(shè)計(jì)。主要結(jié)構(gòu)有如液壓缸缸體、缸蓋這樣的連接結(jié)構(gòu)、以及密封、緩沖、排氣這樣的功能裝置等結(jié)構(gòu)。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(shí)的壓力。在本次設(shè)計(jì)中選用了一種結(jié)構(gòu)簡單易實(shí)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(shè)計(jì)中，主要采用了機(jī)構(gòu)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(yīng)該考慮多種因素，例如活塞運(yùn)動(dòng)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(yīng)該使用不同的密封圈來達(dá)到密封目的，一般來說使用 O 形密封圈來對(duì)活塞桿、活塞與密封腔體進(jìn)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(jī)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(shè)計(jì)中設(shè)置緩沖裝置。發(fā)生碰撞的主要原因是因?yàn)橥鶑?fù)、快速運(yùn)動(dòng)，質(zhì)量很大的液壓缸作用工作部件會(huì)在行程終點(diǎn)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?yàn)橐簤合到y(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(shè)計(jì)需要設(shè)置排氣裝置，從而保證液壓傳統(tǒng)系統(tǒng)不會(huì)混入空氣。如果沒有排氣裝置，應(yīng)該在液壓缸最高處設(shè)置進(jìn)、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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(yīng)用場(chǎng)合 本設(shè)計(jì)中液壓泵為轉(zhuǎn)塔刀架的運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力，選擇壓力范圍為中壓，且葉片泵價(jià)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(shè)計(jì)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?yàn)榫哂许憫?yīng)快，適用于流量小場(chǎng)合的特點(diǎn)，直動(dòng)式溢流閥同時(shí)也可作為安全閥、制動(dòng)閥使用。因此選用直動(dòng)式溢流閥。 b.換向閥的選擇 一般來說，70L/min 以上時(shí)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(yīng)該選擇直流濕式電磁換向閥，從而會(huì)有更長的設(shè)備使用壽命和更高的可靠性。 在本設(shè)計(jì)當(dāng)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(jī)能一般有 O 型和 Y 型，在本次設(shè)計(jì)中選擇的是 O 型。 4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.1 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算[5] 如圖4.1 所示圓柱凸輪步進(jìn)式轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)，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(jìn)式轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，使得刀架旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。一般來說，跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)的回轉(zhuǎn)盤在端面上有多個(gè)銷子，銷子數(shù)量與工位數(shù)相等。 圖 4.1 圓柱凸輪步進(jìn)式轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)1-凸輪 2-分度柱銷 3-回轉(zhuǎn)盤 其工作原理為：當(dāng)凸輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，B 銷會(huì)開始沿凸輪輪廓行進(jìn)，此時(shí) A 銷與凸輪輪廓脫離，凸輪會(huì)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)起來，當(dāng)凸輪在轉(zhuǎn)過 360°后，步進(jìn)式轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)停止轉(zhuǎn)位。之后，B 銷不再接觸曲線段，開始沿直線段行進(jìn)，此時(shí)在凸輪輪廓直線段的另一側(cè)也同時(shí)工作，與 C 銷接觸，因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)的時(shí)候，凸輪是按照兩端開口的、非閉合實(shí)際，因此凸輪可以帶動(dòng)刀盤在正反兩個(gè)方向作一樣的旋轉(zhuǎn)，不管凸輪正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)。 其特點(diǎn)是：因?yàn)榭梢宰杂稍O(shè)計(jì)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性，因此相對(duì)復(fù)雜，成本大。同時(shí)轉(zhuǎn)位速度高、精度相對(duì)較低。通過 PC 程序或邏輯控制電路可以幫助選擇運(yùn)動(dòng)方向，從而可以縮短輔助轉(zhuǎn)位時(shí)間。 回轉(zhuǎn)刀架動(dòng)作過程是：首先讓油缸進(jìn)油，隨著刀架抬起，刀架中的上下齒盤脫離。凸輪受轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)作用帶動(dòng)從動(dòng)盤運(yùn)轉(zhuǎn)，然后回轉(zhuǎn)盤通過裝置上八個(gè)工位的的圓柱銷在凸輪輪廓中回轉(zhuǎn)。而當(dāng)?shù)竭_(dá)特定位置時(shí)，預(yù)定位缸中的活塞桿及時(shí)伸出并進(jìn)入刀架轉(zhuǎn)塔空中，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)定位的目的。預(yù)定位后，通過缸的下腔進(jìn)油被夾緊，此時(shí)刀架回落，上齒盤與下齒盤相互配合，為了精確定位而進(jìn)行嚙合。然后預(yù)定位缸中的活塞桿就可以從轉(zhuǎn)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(jī)構(gòu)展開圖 （1） 凸輪直線段輪廓寬度 b 的計(jì)算： 圖 4.2 所示即為圓柱凸輪間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)用于兩相錯(cuò)軸間的分度傳動(dòng)。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(shí)現(xiàn)可靠定位，在停歇階段從動(dòng)盤上相鄰的兩個(gè)柱銷必須同時(shí)貼在凸輪直線輪廓的兩側(cè)。為此，凸輪輪廓上直線段的寬度應(yīng)等于相鄰兩柱銷表面內(nèi)側(cè)之間的最短距離，即 b = 2R2 sina- d （4.1） 式中， R2 為從動(dòng)盤上注銷中心圓半徑；a為柱距半角，即a=p? z2 ； z2 為從動(dòng)盤的柱銷數(shù)；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 ①在本次設(shè)計(jì)中綜合考慮各部分結(jié)構(gòu)，選擇凸輪輪廓外徑 D2 =100mm?？紤]的因素主要是因?yàn)橥馆喼睆脚c壓力角相關(guān)，一般來說在條件允許的情況下，為了回轉(zhuǎn)輪驅(qū)動(dòng)方便，直徑越大越好，壓力角越小越好。 ②凸輪升程等于兩個(gè)柱銷間的距離： 2R sina= 2 ′ 9 ′sin p ? 68.88mm 1 8 其中 S——凸輪的升程 ③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- p? ? ÷ 3 2 2 è ? CK3263B 數(shù)控車床轉(zhuǎn)塔刀架的設(shè)計(jì) a的范圍為 0～ 2p。 3 整個(gè)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(yīng)小于兩個(gè)柱銷之間的距離 b ， 設(shè)計(jì)中取凸輪總寬度 B=154mm。這樣二個(gè)凸輪曲線段寬度: b = 1 B - 1 b - d = 1 ′154 - 1 ′ 23.8 - 45 = 23.7mm 1 2 2 2 2 b1 ￡ b 這樣就保證了在回轉(zhuǎn)輪分度時(shí)，柱銷不與凸輪凸起輪廓部分發(fā)生干涉。 4.2 定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 作為轉(zhuǎn)塔刀架的重要零件，上齒盤和下齒盤有以下技術(shù)要求：（1）除了接觸不良齒，要求兩盤嚙合時(shí)接觸齒數(shù)應(yīng)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(yīng)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(jìn)行磨齒加工。（3）安裝基準(zhǔn)端面對(duì)分度時(shí)，精密齒盤應(yīng)該選擇 0.01mm 的平行度，普通齒盤選擇 0.01~0.04mm 的平行度。（4）在安裝基準(zhǔn)軸線相對(duì)分度中心時(shí)，精密齒盤應(yīng)該選擇 0.01mm 內(nèi)的位置度，普通齒盤選擇選擇 0.02~0.04mm 的位置度。齒盤的精度決定了刀架的優(yōu)良程度，只有嚴(yán)格按照以上要求設(shè)計(jì)，才能保證齒盤的剛度和精度。 而在本次設(shè)計(jì)中，因?yàn)椴捎昧税惭b標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)該選擇 3mm，這一設(shè)計(jì)也可減少活塞的行程，節(jié)省功率。 CK3263B 數(shù)控車床轉(zhuǎn)塔刀架的設(shè)計(jì) 齒盤外徑 d：齒盤外徑的大小在設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的越大則其優(yōu)勢(shì)越明顯，因?yàn)辇X盤分度和定位機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性與齒盤的外徑大小呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系，結(jié)合具體的轉(zhuǎn)塔刀架的總體結(jié)構(gòu)以及外徑系列，最終確定齒盤外徑為 320mm。 齒數(shù) z：如果齒盤半徑選定為 320mm，則齒數(shù)為 72，最小分度角分別為 5?和 6?，根 據(jù)具體的設(shè)計(jì)方案，動(dòng)力刀架工位數(shù)是 8，每轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)工位動(dòng)盤要相應(yīng)的轉(zhuǎn)過 45?，一個(gè)工位動(dòng)盤轉(zhuǎn)過的角度理論上為最小分度角的整數(shù)倍，因此根據(jù)這一關(guān)系最小分度角舍 棄 6?，進(jìn)而選取 5?為最小分度角，齒數(shù)則選取 72。 其他參數(shù)查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》[6]得出以下尺寸: 齒數(shù)z=72 按 320展開 圖 4.4 齒盤齒形 30 5 主要設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 5.1 轉(zhuǎn)塔夾緊力的計(jì)算[7] CK3263B 型數(shù)控車床技術(shù)參數(shù)見下表 5.1。 表 5.1 CK3263B 型數(shù)控車床技術(shù)參數(shù)表 轉(zhuǎn)塔的定位需要由兩個(gè)齒圈上的齒互相咬合來實(shí)現(xiàn)。此時(shí)，齒側(cè)面上產(chǎn)生過盈。定位器的剛度和抗震性能根據(jù)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(shù)結(jié)合參數(shù)和負(fù)荷確定的條件下，會(huì)有一個(gè)確定的卡緊力值，在該值下卡緊力為最優(yōu)， 卡緊力下降轉(zhuǎn)塔的剛度會(huì)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(zhuǎn)塔夾緊定位副一對(duì)齒盤的接觸面產(chǎn)生。當(dāng)轉(zhuǎn)塔施加偏心載荷后，比壓會(huì)根據(jù)具體的情況再一次的分布。比壓會(huì)有一個(gè)極限值，如果低于這個(gè)數(shù)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(jù)接觸面上最小負(fù)載總的最小允許比壓值來計(jì)算得出。 根據(jù)公式： P = [q ]F + P + [ (M 2 + M 2 )+ M tga] 3 min Q z x y z （5.1） 式中： P3 ——轉(zhuǎn)塔夾緊力 Rcp ——齒盤平均半徑（因齒盤的齒數(shù)比其直徑小的多，內(nèi)徑與外徑上的比壓差別不大，因此計(jì)算可取位于平均半徑上的相應(yīng)點(diǎn)進(jìn)行） pz ——主切削力 [ qmin ]——接合面最小負(fù)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(nèi)外圓柱體中截取的環(huán)平面 FQ = 2bhztga 其中： b——齒長，為 15mm h——平均嚙合深度，為 3.181mm z——齒數(shù)為 72 a——齒形半角，為 45° b——接觸不平均和不連續(xù)的利用系數(shù)，取 0.5 則可計(jì)算出：  （5.2） Q F = 2 ′15′ 3.181′ 48′ 0.5′ tg45° = 2290.32mm2 對(duì)于 CK3263B 數(shù)控車床來說設(shè)計(jì)最大主切削力: Pz =1000kgf. 根據(jù)一般情況下，車削力的分布規(guī)律： Pz : Py : Px =1:0.4:0.25 則： Pz =1000kgf Py =400kgf Px =250kgf 設(shè)： xp yp z p 為切削點(diǎn)到齒盤嚙合平面中心為原點(diǎn)的坐標(biāo)軸的距離 圖 5.1 轉(zhuǎn)塔刀架受力示意圖 根據(jù)刀架結(jié)構(gòu)安排： xp =-365mm yp =-35mm z p =50mm ?。航雍厦孀钚∝?fù)載點(diǎn)最小允許比壓[q 則計(jì)算出：  min ] = 10kgf / cm2 Mx = Pz × yp + Py × z p = 1000 ′ (- 35)+ 400 ′ 50 = -15000kgf × mm M y = Pz × xp + Px × yp = 1000 ′(- 365)- 250 ′ 50 = 352500kgf × mm M z = Py × xp + Px × yp = 400 ′(- 365)- 250 ′(- 35) = -137250kgf × mm 所需夾緊力 P3 : P 3 10′10 - 2′ 2290.32 +1000 + 1 é +1.3725′105′ tg45°ù 3 480 ê? ú? =2249.9kgf 即當(dāng)轉(zhuǎn)塔夾緊力大于 2249.9kgf 時(shí)，刀架系統(tǒng)具有足夠的剛性和抗振性。 5.2 油缸尺寸計(jì)算 （1） 根據(jù)刀架所需夾緊力來確定油缸內(nèi)徑： 當(dāng)液壓系統(tǒng)油壓為 P = 30kgf / cm2 時(shí)，所需油缸活塞的有效工作面積： F0 = P3 / P = 2249.9/30 = 75cm 根據(jù)結(jié)構(gòu)需要活塞桿直徑d0 = 16.5cm 左右，則油缸內(nèi)徑： D0 = = = 19.18cm 根據(jù)結(jié)構(gòu)需要取油缸內(nèi)徑 D0 = 30cm 可滿足夾緊力的要求。 （2） 油缸壁厚的計(jì)算根據(jù)公式： d3 D0 2 式中:d——油杠壁厚 [d]——許用應(yīng)力，取為600kgf / cm2 y y p ——試驗(yàn)應(yīng)力( p = 1.2 p = 1.2′ 30 = 36kgf / cm2 ) D0 = 30cm  （5.3） 則d3 30 2 600 + 0.4 ′ 36 -1 600 -1.3′ 36 d3 0.807cm 現(xiàn)取油缸壁厚d=3cm（根據(jù)結(jié)構(gòu)需要）完全滿足強(qiáng)度要求。 5.3 柱銷強(qiáng)度校核 刀盤的分度轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，回轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)可以經(jīng)由凸輪帶動(dòng)撥動(dòng)柱銷實(shí)現(xiàn)，因此可見柱銷起到了傳動(dòng)的作用，所以對(duì)于柱銷強(qiáng)度的校核十分重要。 （1）轉(zhuǎn)位時(shí)刀盤所需最大扭矩計(jì)算： 在設(shè)計(jì)中 1.5 秒的時(shí)間要轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)工位，根據(jù)齒盤的大小可得出此時(shí)凸輪正好經(jīng)過 一周，也就是凸輪轉(zhuǎn)過 360 度，理論上凸輪曲線是正弦曲線，根據(jù)正弦曲線的數(shù)學(xué)特征， 在凸輪運(yùn)動(dòng) 240 度的時(shí)候，回轉(zhuǎn)輪的加速度和角加速度在該點(diǎn)處是零，在凸輪的起終點(diǎn)的時(shí)候凸輪的速度正好為零，速度為零的時(shí)候其對(duì)應(yīng)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(dāng)這兩個(gè)值取值最大的時(shí)候，柱銷受力達(dá)到極值，此時(shí)刀盤所受的扭矩 M max 。 ①柱銷運(yùn)動(dòng)方程為： y = 34.22 sin? 2wt - p? = é ?p- 2wt ?ù = -34.22 cos? 2wt ? ? 3 2 ÷ 34.22sinê- ? 2 3 ÷ú ? 3 ÷ è ? 柱銷的速度： ? è ?? è ? 3 è ? v = dy = 2 w′ 34.22 sin? 2 wt ? dt 3 ? ÷ 柱銷的加速度： 2 a = d y = 4 w2 ′ 34.22 cos? 2 wt ? dt 2 9 ? ÷ è 3 ? 因?yàn)橥馆喪堑人傩D(zhuǎn)：a= wt 當(dāng)a= 2p t = 1.5 = 3 s 2 CK3263B 數(shù)控車床轉(zhuǎn)塔刀架的設(shè)計(jì) 則w= a = 2p = 4prad/s，在起始點(diǎn)：t=0 t 3 3 2 則 v = 2w′ 34.22sin? 2p? = 0 ? ÷ 3 3 è ? a = 4w2 ′ 34.22 cos? 2wt ? = 253.55mm / s2 ? ÷ 3 9 è ? 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(shí)刀盤系統(tǒng)的角加速度： b = a ' R1 = 9.7 = 9 1.03rad/s 2 在凸輪曲線段中點(diǎn):a= 3p, t = 9 s 4 16 則 v = 2w′ 34.22 sin? 2wt ? ? ÷ 3 3 è ? = 2 ′ 4 p′ 34.22 sin? 2 ′ 4 p′ 9 ? ? ÷ 3 ? 3 3 è 3 16 = 8 p′ 34.22 sin p = 95.51mm / s 9 2 a = 4 w2 ′ 34.22 cos? 2 wt ? 9 4 ? 4 ?2 ? ÷ 3 è ? ? ? 2 4 9 ? = ′ ? p÷ 9 è 3 ? ′ 34.22 cos? ′ è 3 3 p′ 16 ÷ 4 ? 4 ?2 p = ′? p÷ 9 è 3 ? ′ 34.22 cos 2 = 0 此時(shí)刀盤系統(tǒng)的角加速度： b= 0 在凸輪曲線段終點(diǎn)：a= 3p 2 則v = 2w′ 34.22 sin? 2wt ? ? t = 9 s 8 3 ? ÷ 3 è ? = 2 ′? 4 p?′ 34.22 sin? 2 ′ 4 p′ 9 ? ? ÷ ? ÷ 3 3 8 3 3 è ? è ? = 8p′ 34.22 sinp= 0 9 CK3263B 數(shù)控車床轉(zhuǎn)塔刀架的設(shè)計(jì) a = 4 w2 ′ 34.22 cos? 2 wt ? ? 3 9 è 4 ? 4 ?2 ÷ ? ? 2 4 9 ? = ′ ? p÷ 9 è 3 ? ′ 34.22 cos? ′ p′ ÷ 5 è 3 3 ? = -253.55mm / s2 a' = a sin 22.5° = -253.55 sin 22.5° = -97.03mm / s2 = -9.7cm / s2 此時(shí)刀盤系統(tǒng)的角加速度b為 b = a ' R1 = - 9.7 = 9 1.08rad/s 2 ②刀盤系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 5 J = ? Ji = ( J1 + J2 + J3 + J4 + J5 )K i=1 式中： J1 ——回轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J2 ——中心花鍵軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J3 ——回轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J4 ——頂面軸承蓋的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J5 ——機(jī)蓋的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 K ——考慮附具的影響系數(shù)，取 K=1.3 根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算公式： r3 J = ò r 2dm = ò r 2rh2prdr  （5.4） m r1 （5.5） 1’回轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J1 : 1 12.5 ' 2 ' -3 ( 4 4 ) 2 J1 = ò r 10 rh1 2prdr = 2 ′ 7.8 ′10 ′ 3.3 ′p12.5 -10 = 16864.45 kgcm 1 12.5 ' 2 ' -3 ( 4 4 ) 2 J2 = ò r 3.1 rh2 2prdr = 2 ′ 7.8′10 ′ 2.5 ′p12.5 - 3.1 = 2371.37 kgcm 1 5.5 2 ' -3 ( 4 4 ) 2 J3 ' = ò r 3.5 5 rh3 2prdr = 2 ′ 7.8′10 ′ 2.5 ′p5.5 - 3.5 = 80.21kgcm i 1 J = ? J ' = 16864.45 + 2371.37 + 80.21 = 19316.03 kgcm 2 1 圖 5.2 回轉(zhuǎn)盤 2’中心花鍵軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J2 : 圖 5.3 中心花鍵軸 CK3263B 數(shù)控車床轉(zhuǎn)塔刀架的設(shè)計(jì) 1 2.1 ' 2 ' -3 ( 4 4 ) 2 J1 = ò r 1.35 rh1 2prdr = 2 ′ 7.8 ′ 9.6 ′10 ′p 2.1 -1.35 = 18.97kgcm 3 ' 2 ' 1 -3 ( 4 4 ) 2 J 2 = ò r 1.35 rh2 2prdr = 2 ′ 7.8 ′10 ′ 2.5 ′p 3 -1.35 = 23.79 kgcm 1 2.1 ' 2 ' -3 ( 4 4 ) 2 J3 = ò r 1.35 ? 3 rh3 2prdr = 2 ′ 7.8′10 ′ 2.38 ′p 2.1 -1.35 = 4.7kgcm 2 J = J ' = 18.97 + 23.79 + 4.7 = 47.46kgcm 2 i 1 3’回轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J3 : 圖 5.4 回轉(zhuǎn)輪 J3 = 9 ò r 3.5 2rh 2prdr = 1 ′ 7.8 ′10-3 3 2 ′ 3′p(94  - 3.5 4 )= 2356.44 kgcm 2 4’頂面軸承蓋的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J4 : 圖 5.5 軸承蓋 1 9.5 ' 2 ' -3 ( 4 4 ) 2 J1 = ò r 2.25 rh1 2prdr = 2 ′ 7.8 ′10 ′1.3 ′p′ 9.5 - 2.25 = 1293.25 kgcm 1 11.5 ' 2 ' -3 ( 4 4 ) 2 J 2 = ò r 2.25 rh2 2prdr = 2 ′ 7.8 ′10 ′ 0.6 ′p11.5 - 2.25 = 1283.87 kgcm 4 1 2 J = J ' + J ' = 1293.25 + 1283.87 = 2577.12 kgcm 2 5’機(jī)蓋的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J5 ： 圖 5.6 機(jī)蓋 ò 1 17.5 ' ' 1 1 2 J = r 2rh 2prdr = 0 ′ 7.8′10-3 ′1′p′17.54 = 11491 .23kgcm 2 1 17.5 ' 2 ' -3 ( 4 4 ) 2 J 2 = ò r 16.5 rh2 2prdr = 2 ′ 7.8 ′10 ′ 21′p′ 17.5 -16.5 = 50607.64 kgcm 5 1 2 J = J ' + J ' = 11491.23 + 50607.64 = 62098.87kgcm2 6’刀盤系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 5 J = ? Ji i=1 = ( J1 + J2 + J3 + J4 + J5 )K = 112314.7 kgcm2 = 11.2kgm2 = M  max = Jb Mmaz = 11.2 ′1.08 ′100 = 1209.6kgfcm （2）柱銷彎曲應(yīng)力計(jì)算 轉(zhuǎn)位時(shí)只有一個(gè)柱銷受力，可將柱銷簡化成一個(gè)懸臂梁，見圖 5.7。 CK3263B 數(shù)控車床轉(zhuǎn)塔刀架的設(shè)計(jì) 圖 5.7 柱銷應(yīng)力示意圖 39 p = M max R1 = 1209.6 = 134.4 kgf 9 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 × cm M 'max 由彎曲