畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）8刀位液壓星型刀塔設(shè)計(jì)

1、目 錄1緒論11.1畢業(yè)設(shè)計(jì)的背景及目的21.2刀塔概況及發(fā)展趨勢(shì)41.2.1刀塔概況41.2.2刀塔發(fā)展趨勢(shì)51.3現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)61.3.1現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)61.3.2現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)81.3.3現(xiàn)代技術(shù)給機(jī)床業(yè)帶來(lái)的新動(dòng)向102 刀塔的設(shè)計(jì)及計(jì)112.1刀塔的功能,類型和應(yīng)滿足的要求112.1.1機(jī)床刀塔的功能122.1.2機(jī)床刀塔的類型122.1.3機(jī)床刀塔應(yīng)滿足的要求132.2數(shù)控車床刀塔總體方案設(shè)計(jì)與選擇142.2.1刀塔的整體方案設(shè)計(jì)142.2.2車床刀塔的轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)142.2.3刀塔定位機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)152.3車床刀塔的工作原理162.4刀塔的設(shè)計(jì)計(jì)算

2、172.4.1液壓馬達(dá)的選型計(jì)算172.4.2刀盤設(shè)計(jì)與計(jì)算182.4.3齒輪的計(jì)算182.4.4刀塔主軸的計(jì)算383液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算393.1刀塔液壓控制系統(tǒng)液壓泵及油泵電動(dòng)機(jī)的選擇計(jì)算393.1.1液壓油泵的選擇393.1.2油泵電動(dòng)機(jī)功率的選擇計(jì)算393.2 液壓缸的設(shè)計(jì)423.2.1 選擇液壓缸類型423.2.3以速度為主計(jì)算液壓缸的內(nèi)徑和活塞桿直徑423.3數(shù)控車床液壓系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)433.3.1液壓回路的原理434 致謝455參考文獻(xiàn)461緒論1.1畢業(yè)設(shè)計(jì)的背景及目的現(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?，F(xiàn)代機(jī)床的發(fā)展都趨向于自動(dòng)化

3、、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。制造業(yè)是一個(gè)國(guó)家或地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱，其發(fā)展水平標(biāo)志著該國(guó)或地區(qū)經(jīng)濟(jì)的實(shí)力，科技水平，生活水準(zhǔn)和國(guó)防實(shí)力。國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)歸根到底是各國(guó)制造生產(chǎn)能力及機(jī)械制造裝備的競(jìng)爭(zhēng)1。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)控車床轉(zhuǎn)塔刀架的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)都是依賴先進(jìn)國(guó)家的

4、，而且產(chǎn)品的性能方面跟國(guó)外還有一定的差距，期待開發(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)控車床的發(fā)展，數(shù)控刀架開始向快速換刀、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。機(jī)床擁有量在一定程度上標(biāo)志著國(guó)家的制造能力的大小。因此,我國(guó)對(duì)機(jī)床工業(yè)的發(fā)展十分重視,經(jīng)過40多年的努力,目前

5、我國(guó)已是機(jī)床生產(chǎn)的大國(guó)之一,機(jī)床的年產(chǎn)量超過16 萬(wàn)臺(tái),各類機(jī)床品種已達(dá)2500多個(gè),年產(chǎn)值達(dá)220億元,機(jī)床產(chǎn)業(yè)已是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分。我國(guó)的機(jī)床擁有量也是驚人的，在八十年代初已達(dá)到328萬(wàn)臺(tái)以上, 居世界第二位。目前初略估計(jì),我國(guó)機(jī)床擁有量已接近400 萬(wàn)臺(tái)。但是也應(yīng)看到, 我國(guó)所擁有的機(jī)床, 大約有一半以上是質(zhì)量較差的, 還有相當(dāng)數(shù)量的機(jī)床的役齡已超2030年,且數(shù)控機(jī)床、精密加工機(jī)床在整個(gè)機(jī)床擁有量中的所占的比例很小。另一方面, 我國(guó)所制造的機(jī)床中, 現(xiàn)代數(shù)控、精密的機(jī)床所占比例也很小, 整個(gè)機(jī)床產(chǎn)值與機(jī)床產(chǎn)量之比很不相稱,機(jī)床的質(zhì)量和可靠性也不能適應(yīng)現(xiàn)代制造業(yè)的需要。因此,在

6、我國(guó)目前所擁有的數(shù)控和精密加工機(jī)床中,多數(shù)是從國(guó)外進(jìn)口的2。近十多年來(lái),我國(guó)在技術(shù)改造上,一改以往傳統(tǒng)的強(qiáng)調(diào)在原來(lái)舊機(jī)床上進(jìn)行改進(jìn)的做法,而是用購(gòu)置大量新的各類數(shù)控機(jī)床來(lái)實(shí)施技術(shù)更新。如一汽的轎車生產(chǎn)線、建設(shè)集團(tuán)的汽車空調(diào)器生產(chǎn)線, 都大量使用數(shù)控機(jī)床、加工中心和機(jī)電一體化的專用加工設(shè)備, 使工廠生產(chǎn)率、加工質(zhì)量和加工自動(dòng)化程度都有了極大的提高, 能與世界先進(jìn)的同類工件加工生產(chǎn)線相媲美。航天工業(yè)總公司近年來(lái)花了數(shù)億元購(gòu)置了數(shù)百臺(tái)各類數(shù)控機(jī)床、機(jī)械加工中心, 并先后建立了cad、cam 和fmc 試點(diǎn)。所有這一些,形成了一種巨大的推動(dòng)力,促我國(guó)工藝技術(shù)和管理人員的素質(zhì)。也使加工產(chǎn)品的功能和精度有

7、了長(zhǎng)足的進(jìn)步。在技術(shù)引進(jìn)上,八十年代我國(guó)就引進(jìn)了fanuc的技術(shù),與siemens也有合作,對(duì)促進(jìn)我國(guó)數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)也起到過一定的促進(jìn)作用。但我國(guó)數(shù)控技術(shù)更新?lián)Q代的步伐很慢, 且所引進(jìn)的技術(shù)含量也值得商榷,尤其在引進(jìn)技術(shù)時(shí)著眼促進(jìn)形成我國(guó)自己的技術(shù)基礎(chǔ)上考慮不夠, 這是值得引起注意的一個(gè)問題。在引進(jìn)數(shù)控機(jī)床等貴重設(shè)備時(shí),普遍目的性很強(qiáng),以滿足加工需要。但從整體上看,引進(jìn)的數(shù)控設(shè)備幾乎是“萬(wàn)國(guó)牌的,尤其是數(shù)控系統(tǒng),這給維修造成了困難,從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮,將會(huì)影響設(shè)備的正常使用和利用率。另外在引進(jìn)設(shè)備時(shí)著意選擇功能更全、精度更高的,甚至還考慮日后更為復(fù)雜的加工對(duì)象。這種超前的做法,其結(jié)果,不僅加大了投資力

8、度,而且還導(dǎo)致許多功能長(zhǎng)期不用的浪費(fèi)。況且,當(dāng)前機(jī)床型號(hào)更新極快,以德國(guó)deckel公司為例,剛接收型號(hào)為dc30、dc40的訂貨, 數(shù)月后即宣布由dc35、dc45替代；又如德國(guó)leitz 公司的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)數(shù)控系統(tǒng), 剛銷售的為umess 系統(tǒng),但很快就為quindos所取代。因此有許多設(shè)備的功能尚未使用就已經(jīng)過時(shí)。 數(shù)控機(jī)床的大量推廣使用,充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的作用,合理管理,提高開動(dòng)率是十分重要的國(guó)外統(tǒng)計(jì)資料表明,普通機(jī)床的最好開動(dòng)率不超過15%,而數(shù)控機(jī)床的開動(dòng)率可高達(dá)85%，而從調(diào)查我國(guó)引進(jìn)數(shù)控機(jī)床使用情況來(lái)看,管理和使用情況參差不齊,開動(dòng)率一般不超過50%,且也有只達(dá)到30%以下開動(dòng)

9、率的管理不夠完善的原因很多,大致有:1) 引進(jìn)的設(shè)備種類繁多,增加了管理的復(fù)雜性;2) 數(shù)控系統(tǒng)的種類很多,增加了管理的工作量;3) 引進(jìn)的軟件由于裝備不同而不能充分運(yùn)用;4) 同一地區(qū)引進(jìn)同一設(shè)備數(shù)量過多,超過所需很多而使設(shè)備閑置3。本次的課題是8位星型液壓刀塔設(shè)計(jì)，該機(jī)構(gòu)可以一次裝夾8把動(dòng)力刀，可以在加工過程中一次性的進(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

10、的刀塔的驅(qū)動(dòng)方式，對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)進(jìn)而加以優(yōu)化。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8位星型刀塔結(jié)構(gòu)，并對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力驅(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)為解決同類問題即關(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)用專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)技能來(lái)解決工程實(shí)際問題的能力；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

11、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。1.2刀塔概況及發(fā)展趨勢(shì)1.2.1刀塔概況 刀塔是數(shù)控車床非常重要的部件,數(shù)控車床根據(jù)其功能，刀塔上可安裝的刀具數(shù)量一般為8把、10把、12把或者16把，有些數(shù)控車床可以安裝更多的刀具。刀塔的結(jié)構(gòu)形式一般為回轉(zhuǎn)式，刀具沿圓周方向安裝在刀塔上，可以安裝徑向車刀、軸向車刀、鉆頭、鏜刀。車削加工中心還可安裝軸向銑刀、徑向銑刀。少數(shù)數(shù)控車床的刀塔為直排式，刀具沿一條直線安裝。 數(shù)控車床可以配備兩種刀塔： 1) 專用刀塔 由車床生產(chǎn)廠商自己開發(fā)，所使用的刀柄也是專用的。這中刀塔的優(yōu)點(diǎn)是制造成本低，但缺乏通用性。2) 通用刀塔

12、 根據(jù)一定的通用標(biāo)準(zhǔn)，而生產(chǎn)的刀塔，數(shù)控車床什產(chǎn)廠家可以根據(jù)數(shù)控車床的功能要求進(jìn)行選擇配置。目前動(dòng)力刀塔主要可分為兩大主流，一是日系工具機(jī)大廠自行開發(fā)的動(dòng)力刀塔，另一個(gè)則是刀塔制造廠商所開發(fā)的動(dòng)力刀塔。目前國(guó)內(nèi)數(shù)控刀塔以電動(dòng)為主，分為立式和臥式兩種。立式刀塔有四、六工位兩種形式，主要用于簡(jiǎn)易數(shù)控車床；臥式刀塔有八、十、十二等工位，可正、反方向旋轉(zhuǎn)，就近選刀，用于全功能數(shù)控車床。另外臥式刀塔還有液動(dòng)刀塔和伺服驅(qū)動(dòng)刀塔4。如下圖是上海六馨刀塔。圖1.1上海六馨生產(chǎn)的刀塔圖圖1.2上海六馨生產(chǎn)的刀塔圖1.2.2刀塔發(fā)展趨勢(shì) 當(dāng)前，國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床發(fā)展迅猛，并向高速、高效、高精度、柔性化、環(huán)保方面發(fā)展。我

13、國(guó)數(shù)控機(jī)床的快速發(fā)展，急需數(shù)控機(jī)床附件的大力跟進(jìn)，也就是說(shuō)好馬還須配好鞍。 國(guó)產(chǎn)數(shù)控車床今后將向中高檔發(fā)展，中檔采用普及型數(shù)控刀塔配套，高檔采用動(dòng)力型刀塔，兼有液壓刀塔、伺服刀塔、立式刀塔等品種，預(yù)計(jì)近幾年對(duì)數(shù)控刀塔需求量將大大增加。 數(shù)控刀塔今后的發(fā)展趨勢(shì)是：隨著數(shù)控車床的發(fā)展，數(shù)控刀塔開始向快速換刀、電液組合驅(qū)動(dòng)和伺服驅(qū)動(dòng)方向發(fā)展 ，具體來(lái)說(shuō)有一下幾個(gè)方面： 1）刀塔轉(zhuǎn)位時(shí)間最短，且轉(zhuǎn)位準(zhǔn)確。刀塔的質(zhì)量主要取決于換刀時(shí)間和故障率。 2）刀塔定位精度高、動(dòng)作迅速、穩(wěn)定可靠。因?yàn)閿?shù)控機(jī)床的切削加工精度在很大程度上取決于刀尖位置。由于在加工過程中刀尖位置不進(jìn)行人工調(diào)整，因此，轉(zhuǎn)塔刀塔在結(jié)構(gòu)上必須

14、有良好的強(qiáng)度和剛性，以及合理的定位結(jié)構(gòu)，以保證轉(zhuǎn)塔刀塔在每一次轉(zhuǎn)位之后，具有盡可能高的重復(fù)定位精度。 3）可多刀夾持，雙向轉(zhuǎn)位和任意刀位就近選刀。 4）應(yīng)用范圍廣，維修方便等特點(diǎn)。刀塔設(shè)計(jì)正在向模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、高速化方向發(fā)展5。1.3現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)1.3.1現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)縱觀二十世紀(jì)以來(lái), 特別是近十多年來(lái), 機(jī)床借助于微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速進(jìn)步, 正向著高精度、多功能、高速化、高效率、復(fù)合加工功能、智能化等方向邁進(jìn), 明顯地反映出時(shí)代的特征, 其主要表現(xiàn)為:1)高精度化：當(dāng)代工業(yè)產(chǎn)品對(duì)精度提出了越來(lái)越高的要求, 儀器、鐘表、家用電器等等都有相當(dāng)高精度的零件, 典型的高精度

15、零件如陀螺框架、伺服閥體、渦輪葉片、非球面透鏡、光盤、磁頭、反射鼓等,這些零件的尺寸精度要求均在微米、亞微米級(jí)。因此,加工這些零件的機(jī)床也必須受到需求的牽引而向高精度發(fā)展。如中等規(guī)格的普通機(jī)加中心的定位精度, 八十年代初為0.012mm300 mm ,到了九十年代初,已提高為0.0020.005 mm全程(如瑞士d ix i 公司的座標(biāo)鏜銑中心)。航天工業(yè)是當(dāng)今高精度數(shù)控加工機(jī)床發(fā)展的典型的受益工業(yè)部門之一。第一代慣性器件、伺服機(jī)構(gòu)等高精度儀表零件的高精度關(guān)鍵部位的尺寸精度均在1lm 以下。而當(dāng)前第二代慣性器件,以動(dòng)馬達(dá)為例, 其關(guān)鍵部位的尺寸精度已提高到0. 10.2 mm,為適應(yīng)這種要求,

16、機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)精度已達(dá)到0. 1 mm 以下。當(dāng)前一些透鏡、磁盤等的精度也已要求0.1 mm以下的精度,為適應(yīng)這種需要,數(shù)控機(jī)床和機(jī)械加工中心也必須提高精度,才能與之相適應(yīng)。為此,在計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下,各種加工精度補(bǔ)償技術(shù)得到應(yīng)用和發(fā)展。機(jī)床的結(jié)構(gòu)材料,在高精度機(jī)床上也已開始普遍使用各種性能穩(wěn)定、溫度影響小新型材料: 如花崗巖、人造花崗巖、精密陶瓷、invar、superinvar、zerodur 等。典型的實(shí)例有瑞士studer 的精密磨床(s 系列),其床身采用人造花崗巖;日本東京精密公司的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)結(jié)構(gòu)件大多是花崗巖,而關(guān)鍵部位采用的是精密陶瓷;德國(guó)heidenhain公司的高精度光

17、柵尺,是用公司zerodur制造,其精度達(dá)0.2200 mm。為了保證機(jī)床的直線性精度,導(dǎo)軌普遍采用雙v型, 超高速主軸則采用si3n4 陶瓷滾珠的軸承。2) 高速度化：提高生產(chǎn)率是機(jī)床技術(shù)發(fā)展的的永恒主題,這也表現(xiàn)在提高機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速上。在八十年代中期,中等規(guī)格的機(jī)加中心的最高轉(zhuǎn)速為40006000r/min;而傳統(tǒng)機(jī)床的轉(zhuǎn)速均在3000r/min以下;而到了九十年代,則達(dá)到了800012000r/min,甚至達(dá)到50000r/min。為了適應(yīng)主軸的高速化,滾珠軸承采用油氣潤(rùn)滑、噴霧潤(rùn)滑、環(huán)下潤(rùn)滑,使用陶瓷滾珠軸承等,各種新型軸承如靜壓軸承、動(dòng)壓軸承、磁力懸浮軸承等也開始得到應(yīng)用。另一方面,

18、為提高生產(chǎn)率,縮短工具交換和托板交換等非切削時(shí)間也有很大的進(jìn)步。如數(shù)控車床的刀塔_轉(zhuǎn)位時(shí)間已從130s, 減少到0.40.6s; 機(jī)加中心的換刀機(jī)構(gòu)的改進(jìn),換刀時(shí)間也從510s 減少到13s; 托板交換時(shí)間則由1220s 減少到610s, 有的少到2.5s; 坐標(biāo)軸的快速移動(dòng)目前已提高到1824m/min, 甚至達(dá)到3040m/min。所有這些對(duì)縮短非切削時(shí)間都起了很大的作用。上述各項(xiàng)措施突出表明了高速化對(duì)提高生產(chǎn)率的作用。3) 高柔性化：當(dāng)代產(chǎn)品的多樣化和個(gè)性化, 對(duì)機(jī)床提出了更高的柔性加工要求。如: 車削加工中心可以進(jìn)行銑削、鉆孔; 銑削加工中心可以車削、鉆孔、攻絲; 切削與磨削可在一臺(tái)機(jī)

19、床上完成; 最近還有一家日本公司為滿足用戶需要, 將電加工與切削加工集成于一臺(tái)機(jī)床上完成。這種將各種加工功能在一臺(tái)機(jī)床上進(jìn)行集成, 均是為了能在一臺(tái)機(jī)床上實(shí)現(xiàn)一次裝夾就能完成不同工件的不同的加工要求, 以充分展示機(jī)床加工的柔性。而機(jī)械加工中心的出現(xiàn), 正是適合了這種發(fā)展趨勢(shì), 并與當(dāng)代產(chǎn)品的多樣化和個(gè)性化發(fā)展默契配合。單件、小批量產(chǎn)品的傳統(tǒng)加工, 許多精密零件的生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間很長(zhǎng), 如慣性平臺(tái)的四大件, 以往的小批量的生產(chǎn)準(zhǔn)備周期要長(zhǎng)達(dá)一年半以上, 而使用機(jī)械加工中心, 則可在同一機(jī)械加工中心上逐個(gè)完成臺(tái)體、外環(huán)、內(nèi)環(huán)和基座這四大件的加工, 成套提供裝配, 大大縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期和加工時(shí)間。4)

20、 高度自動(dòng)化：自動(dòng)化是指在全部加工過程中, 減少人的“介入”,而能自動(dòng)地完成規(guī)定的任務(wù)。傳統(tǒng)的自動(dòng)化往往與大批量生產(chǎn)加工聯(lián)系在一起, 使用大量專用機(jī)床和組合機(jī)床。而目前可以通過數(shù)控機(jī)床和機(jī)械加工中心, 不僅能在大批量生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工, 也可在小批量、多品種產(chǎn)品的加工中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。另外還應(yīng)注意的是自動(dòng)化的“面”也在不斷擴(kuò)展,如自動(dòng)編程、自動(dòng)換刀、自動(dòng)上下料(工件)、自動(dòng)加工、自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)診斷、自動(dòng)對(duì)刀、自動(dòng)傳輸、自動(dòng)調(diào)度、自動(dòng)管理等等。自動(dòng)化程度的提高, 進(jìn)一步推動(dòng)了標(biāo)準(zhǔn)化和進(jìn)線的生產(chǎn)能力。機(jī)械加工的自動(dòng)化大大提高了生產(chǎn)率, 但檢測(cè)計(jì)量往往是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。如復(fù)雜箱體的加工,

21、在機(jī)械加工中心上的加工周期已縮短到幾個(gè)小時(shí), 而傳統(tǒng)檢測(cè),則需要幾倍于加工時(shí)間。而今生產(chǎn)型三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)入生產(chǎn)線, 緩解了這種矛盾, 使自動(dòng)化更加全面。另外,數(shù)控機(jī)床也有了自動(dòng)檢測(cè)的系統(tǒng)(如英國(guó)renishaw公司的測(cè)量系統(tǒng)) , 使在線檢測(cè)成為現(xiàn)實(shí), 檢測(cè)自動(dòng)化更加完善。5) 造型宜人化：當(dāng)一臺(tái)機(jī)床展示時(shí), 是其外觀給人們留下第一形象。近年來(lái), 機(jī)床造型的宜人化已成為一門學(xué)科, 宜人化的內(nèi)容, 除了外觀、顏色之外, 考慮操作使用時(shí)方便、省力等人體學(xué)知識(shí)也是一個(gè)重要的方面。好的數(shù)控機(jī)床不僅要功能齊全、操作可靠安全、性能良好, 而且要成為外觀宜人和符合操作人體學(xué)的一件藝術(shù)品。6) 高的可靠性：這

22、是一項(xiàng)硬指標(biāo), 好的數(shù)控機(jī)床的無(wú)故障工作時(shí)間(mtbf) 目前已達(dá)到30000h以上,甚至更高。航天工業(yè)總公司在儀表可靠性方面積累有相當(dāng)豐富的經(jīng)驗(yàn),這可以移植到機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)上來(lái)。如在技術(shù)管理上通常使用的元件篩選、在線裝配、整機(jī)調(diào)試及環(huán)境試驗(yàn)、全面質(zhì)量管理等等都可有借鑒之處6。1.3.2現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)為了滿足市場(chǎng)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要，為了達(dá)到現(xiàn)代制造技術(shù)對(duì)數(shù)控技術(shù)提出的更高的要求，數(shù)控未來(lái)仍然繼續(xù)向開放式、基于pc的第六代方向、高速化和高精度化、智能化等方向發(fā)展。 1) 開放式：為適應(yīng)數(shù)控進(jìn)線、聯(lián)網(wǎng)、普及型個(gè)性化、多品種、小批量、柔性化及數(shù)控迅速發(fā)展的要求，最重要的發(fā)展趨勢(shì)是體系結(jié)構(gòu)的開

23、放性，設(shè)計(jì)生產(chǎn)開放式的數(shù)控系統(tǒng)，例如美國(guó)、歐共體及日本發(fā)展開放式數(shù)控的計(jì)劃等。2) 基于pc的第六代方向：基于pc所具有的開放性、低成本、軟硬件資源豐富等特點(diǎn)，更多的數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家會(huì)走上這條道路。至少采用pc機(jī)作為它的前端機(jī)，來(lái)處理人機(jī)界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問題，由原有的系統(tǒng)承擔(dān)數(shù)控的任務(wù)。pc機(jī)所具有的友好的人機(jī)界面，將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。遠(yuǎn)程通訊，遠(yuǎn)程診斷和維修3) 高速化、高效化：機(jī)床向高速化方向發(fā)展，可充分發(fā)揮現(xiàn)代刀具材料的性能，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且還可提高零件的表面加工質(zhì)量和精度。超高速加工技術(shù)對(duì)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低成本生產(chǎn)有廣泛的適用性。90年代以來(lái)

24、，隨著超高速切削機(jī)理、超硬耐磨長(zhǎng)壽命刀具材料和磨料磨具，大功率高速電主軸、高加/減速度直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)給部件以及高性能控制系統(tǒng)（含監(jiān)控系統(tǒng)）和防護(hù)裝置等一系列技術(shù)領(lǐng)域中關(guān)鍵技術(shù)的解決，歐、美、日各國(guó)爭(zhēng)相開發(fā)應(yīng)用新一代高速數(shù)控機(jī)床，加快機(jī)床高速化發(fā)展步伐。高速主軸單元（電主軸，轉(zhuǎn)/min）、高速且高加/減速度的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件（快移速度60120m/min，切削進(jìn)給速度高達(dá)60m/min）、高性能數(shù)控和伺服系統(tǒng)以及數(shù)控工具系統(tǒng)都出現(xiàn)了新的突破，達(dá)到了新的技術(shù)水平。根據(jù)高效率、大批量生產(chǎn)需求和電子驅(qū)動(dòng)技術(shù)的飛速發(fā)展，高速直線電機(jī)的推廣應(yīng)用，開發(fā)出一批高速、高效的高速響應(yīng)的數(shù)控機(jī)

25、床以滿足汽車、農(nóng)機(jī)等行業(yè)的需求。還由于新產(chǎn)品更新?lián)Q代周期加快，模具、航空、等工業(yè)的加工零件不但復(fù)雜而且品種增多。 4) 高精度化：精密化是為了適應(yīng)高新技術(shù)發(fā)展的需要，也是為了提高普通機(jī)電產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和可靠性，減少其裝配時(shí)的工作量從而提高裝配效率的需要。從精密加工發(fā)展到超精密加工（特高精度加工），是世界各工業(yè)強(qiáng)國(guó)致力發(fā)展的方向。其精度從微米級(jí)到亞微米級(jí)，乃至納米級(jí)（10nm），其應(yīng)用范圍日趨廣泛。超精密加工主要包括超精密切削（車、銑）、超精密磨削、超精密研磨拋光以及超精密特種加工（三束加工及微細(xì)電火花加工、微細(xì)電解加工和各種復(fù)合加工等）。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)超精密加工技術(shù)不斷提出了新的

26、要求。新材料及新零件的出現(xiàn)，更高精度要求的提出等都需要超精密加工工藝，發(fā)展新型超精密加工機(jī)床，完善現(xiàn)代超精密加工技術(shù)，以適應(yīng)現(xiàn)代科技的發(fā)展。隨著高新技術(shù)的發(fā)展和對(duì)機(jī)電產(chǎn)品性能與質(zhì)量要求的提高，機(jī)床用戶對(duì)機(jī)床加工精度的要求也越來(lái)越高。為了滿足用戶的需要，近10多年來(lái)，普通級(jí)數(shù)控機(jī)床的加工精度已由10m提高到5m，精密級(jí)加工中心的加工精度則從35m，提高到11.5m。 5) 高可靠性：數(shù)控系統(tǒng)的可靠性要高于被控設(shè)備的可靠性在一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，但也不是可靠性越高越好，仍然是適度可靠，因?yàn)槭巧唐?，受性能價(jià)格比的約束。對(duì)于每天工作兩班的無(wú)人工廠而言，如果要求在16小時(shí)內(nèi)連續(xù)正常工作，無(wú)故障率p(t)99%

27、以上的話，則數(shù)控機(jī)床的平均無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間mtbf就必須大于3000小時(shí)。mtbf大于3000小時(shí)，對(duì)于由不同數(shù)量的數(shù)控機(jī)床構(gòu)成的無(wú)人化工廠差別就大多了，我們只對(duì)一臺(tái)數(shù)控機(jī)床而言，如主機(jī)與數(shù)控系統(tǒng)的失效率之比為10:1的話（數(shù)控的可靠比主機(jī)高一個(gè)數(shù)量級(jí)）。此時(shí)數(shù)控系統(tǒng)的mtbf就要大于33333.3小時(shí)，而其中的數(shù)控裝置、主軸及驅(qū)動(dòng)等的mtbf就必須大于10萬(wàn)小時(shí)。 6) 智能化：隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的不斷滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高，智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個(gè)方面。（1）應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù)數(shù)控系統(tǒng)能檢測(cè)過程中一些重要信息，并自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)，達(dá)到改進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)

28、的目的。（2）引入專家系統(tǒng)指導(dǎo)加工 將熟練工人和專家的經(jīng)驗(yàn)，加工的一般規(guī)律和特殊規(guī)律存入系統(tǒng)中，以工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)為支撐，建立具有人工智能的專家系統(tǒng)。（3）引入故障診斷專家系統(tǒng)（4）智能化數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)裝置可以通過自動(dòng)識(shí)別負(fù)載，而自動(dòng)調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)獲得最佳的運(yùn)行。可以通過自動(dòng)識(shí)別負(fù)載，而自動(dòng)調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)獲得最佳的運(yùn)行。綜上所述，由于數(shù)控機(jī)床不斷采納科學(xué)技術(shù)發(fā)展中的各種新技術(shù)，使得其功能日趨完善，數(shù)控技術(shù)在機(jī)械加工中的地位也顯得越來(lái)越重要，數(shù)控機(jī)床的廣泛應(yīng)用是現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)6。1.3.3現(xiàn)代技術(shù)給機(jī)床業(yè)帶來(lái)的新動(dòng)向飛快的科技進(jìn)步, 給機(jī)床發(fā)展提出了更高的期望和要求, 在這種需

29、求的帶動(dòng)下, 機(jī)床的設(shè)計(jì)朝著性能價(jià)格比更高、構(gòu)造更合理新穎、更為用戶服務(wù)方面著想發(fā)展, 出現(xiàn)了一些新的動(dòng)向。摘其要點(diǎn)簡(jiǎn)介如下:1) 廉價(jià)數(shù)控機(jī)床的涌現(xiàn)近年來(lái), 全球機(jī)床業(yè)界掀起了一陣廉價(jià)加工中心的高潮, 其發(fā)展速度極快,成為近幾年國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)中的“寵兒”。與過去的數(shù)控機(jī)床相比, 其特點(diǎn)是售價(jià)極低。這一方面應(yīng)歸功于計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速進(jìn)步, 數(shù)控系統(tǒng)廣泛采用個(gè)人計(jì)算機(jī)(pc) , 更具開發(fā)能力, 更能實(shí)現(xiàn)高精度加工, 提高分辨率, 改善伺服跟蹤系統(tǒng), 使控制功能更可靠, 而價(jià)格隨pc 機(jī)的下降而大幅度下降。另一方面, 追數(shù)控機(jī)床“全功能”的心態(tài)被實(shí)際生產(chǎn)需要所替代, 數(shù)控機(jī)床只保留實(shí)用的功能, 刪

30、除多余功能, 從機(jī)構(gòu)上大幅度減少零件數(shù)量。廉價(jià)數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)要點(diǎn)是緊密結(jié)合工藝, 從生產(chǎn)實(shí)際需要出發(fā), 提高質(zhì)量, 降低成本。廉價(jià)數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)和發(fā)展, 展示了機(jī)床發(fā)展的基本趨勢(shì)。2）全新結(jié)構(gòu)的數(shù)控機(jī)床最早在美國(guó)imts94 機(jī)床博覽會(huì)上, 出現(xiàn)了被稱為“六條腿”的機(jī)床。這種新型結(jié)構(gòu)機(jī)床的六條腿能自由伸縮, 沒有導(dǎo)軌和拖板,也稱為虛軸機(jī)床(virtualaxismachine)。其精度相當(dāng)于測(cè)量機(jī), 比傳統(tǒng)機(jī)械加工中心高210倍; 剛度為傳統(tǒng)機(jī)械加工中心的5倍;對(duì)零件輪廓的加工效率是傳統(tǒng)加工中心的510倍。這種機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)想是德國(guó)stewart 1962 年提出的,稱之為數(shù)學(xué)造型機(jī)床, 今天借助

31、計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步得以實(shí)現(xiàn)。目前展示的這種機(jī)床有:美國(guó)ingersoll公司的dcta edralhexa pod,gidding&lewis公司的variax(變量型),瑞士geodetics公司的hexa2pod(六足動(dòng)物) , 俄羅斯的lar ik 公司tm 系列加工中心。3) 數(shù)控機(jī)床維修業(yè)中的機(jī)床翻新公司的出現(xiàn)對(duì)于機(jī)電一體化的數(shù)控機(jī)床, 傳統(tǒng)的維修機(jī)制已經(jīng)無(wú)法適應(yīng); 加上現(xiàn)代科學(xué)使數(shù)控系統(tǒng)不斷進(jìn)步和極快的更新?lián)Q代, 給舊機(jī)床的維修和配件更換帶來(lái)了太多的困難。為適應(yīng)這種快速的變化, 世界上一些著名的機(jī)床制造公司開始專門承接機(jī)床的改造翻新( retrofit ) 業(yè)務(wù), 如美國(guó)著名的得寶(

32、devlingbullard )、辛辛那提(cincinnatim ilacron) 等公司就開展了這種業(yè)務(wù), 不僅進(jìn)行舊機(jī)床的維修, 還能根據(jù)用戶要求對(duì)舊機(jī)床進(jìn)行改造, 賦于舊機(jī)床“二次革命”, 而價(jià)格不到相同功能和質(zhì)量的新機(jī)床的2/3 1/2。這種行業(yè)已在世界三大機(jī)床博覽會(huì)的展示臺(tái)上占據(jù)了重要位置, 引起了參觀者很大興趣7。2 刀塔的設(shè)計(jì)及計(jì)2.1刀塔的功能,類型和應(yīng)滿足的要求2.1.1機(jī)床刀塔的功能機(jī)床上的刀塔是安放刀具的重要部件，許多刀他還直接參與切削工作，如臥式車床上的四方刀塔，轉(zhuǎn)塔車床的轉(zhuǎn)塔刀塔，回輪式轉(zhuǎn)塔車床的回輪刀塔，自動(dòng)車床的轉(zhuǎn)塔刀塔和天平刀塔等。這些刀塔既安放刀具，而且還直

33、接參與切削，承受極大的切削力作用，所以它往往成為工藝系統(tǒng)中的較薄弱環(huán)節(jié)。隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，機(jī)床的刀塔也有了許多變化，特別是數(shù)控車床上采用電(液)換位的自動(dòng)刀塔，有的還使用兩個(gè)回轉(zhuǎn)刀盤。加工中心則進(jìn)一步采用了刀庫(kù)和換刀機(jī)械手，定現(xiàn)了大容量存儲(chǔ)刀具和自動(dòng)交換刀具的功能，這種刀庫(kù)安放刀具的數(shù)量從幾十把到上百把，自動(dòng)交換刀具的時(shí)間從十幾秒減少到幾秒甚至零點(diǎn)幾秒。這種刀庫(kù)和換刀機(jī)械手組成的自動(dòng)換刀裝置，就成為加工中心的主要特征。2.1.2機(jī)床刀塔的類型按換刀方式的不同，數(shù)控車床的刀塔系統(tǒng)主要有回轉(zhuǎn)刀塔、排式刀塔和帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀裝置等多種形式,下面對(duì)這三種形式的刀塔作簡(jiǎn)單的介紹。 1）排式刀塔一般用

34、于小規(guī)格數(shù)控車床，以加工棒料或盤類零件為主。它的結(jié)構(gòu)形式為：夾持著各種不同用途刀具的刀夾沿著機(jī)床的x坐標(biāo)軸方向排列在橫向滑板上。刀具的典型布置方式如圖4所示。這種刀塔在刀具布置和機(jī)床調(diào)整等方面都較為方便，可以根據(jù)具體工件的車削工藝要求，任意組合各種不同用途的刀具，一把刀具完成車削任務(wù)后，橫向滑板只要按程序沿x軸移動(dòng)預(yù)先設(shè)定的距離后，第二把刀就到達(dá)加工位置，這樣就完成了機(jī)床的換刀動(dòng)作。這種換刀方式迅速省時(shí)，有利于提高機(jī)床的生產(chǎn)效率。寶雞機(jī)床廠生產(chǎn)的ck7620p全功能數(shù)控車床配置的就是排式刀塔。2） 回轉(zhuǎn)刀塔回轉(zhuǎn)刀塔是數(shù)控車床最常用的一種典型換刀刀塔，一般通過液壓系統(tǒng)或電氣來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)床的自動(dòng)換刀動(dòng)

35、作，根據(jù)加工要求可設(shè)計(jì)成四方、六方刀塔或圓盤式刀塔，并相應(yīng)地安裝4把、6把或更多的刀具?；剞D(zhuǎn)刀塔的換刀動(dòng)作可分為刀塔抬起、刀塔轉(zhuǎn)位和刀塔鎖緊等幾個(gè)步驟。它的動(dòng)作是由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令完成的?；剞D(zhuǎn)刀塔根據(jù)刀塔回轉(zhuǎn)軸與安裝底面的相對(duì)位置，分為立式刀塔和臥式刀塔兩種。 3）帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀裝置 上述排刀式刀塔和回轉(zhuǎn)刀塔所安裝的刀具都不可能太多，即使是裝備兩個(gè)刀塔，對(duì)刀具的數(shù)目也有一定限制。當(dāng)由于某種原因需要數(shù)量較多的刀具時(shí)，應(yīng)采用帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀裝置。帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀裝置由刀庫(kù)和刀具交換機(jī)構(gòu)組成。 (a)回轉(zhuǎn)刀塔 (b) 排式刀塔圖2.1 機(jī)床刀塔類型結(jié)構(gòu)圖2.1.3機(jī)床刀塔應(yīng)滿足的要求1） 滿足工藝

36、過程所提出的要求。機(jī)床依靠刀具和工件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成工件表面，而工件的表面形狀和表面位置的不同，要求刀塔能夠布置足夠多的刀具，而且能夠方便而正確地加工各工件表面， 為了實(shí)現(xiàn)在工件的一次安裝中完成多工序加工，所以要求刀塔可以方便地轉(zhuǎn)位。2）在刀塔以要能牢固地安裝刀具，在刀塔上安裝刀具進(jìn)還應(yīng)能精確地調(diào)整刀具的位置，采用自動(dòng)交換刀具時(shí)，應(yīng)能保證刀具交換前后都能處于正確位置。以保證刀具和工件間準(zhǔn)確的相對(duì)位置。刀塔的運(yùn)動(dòng)精度將直接反映到加工工件的幾何形狀精度和表面粗糙度上，為此，刀塔的運(yùn)動(dòng)軌跡必須準(zhǔn)確，運(yùn)動(dòng)應(yīng)平穩(wěn)，刀塔運(yùn)轉(zhuǎn)的終點(diǎn)到位應(yīng)準(zhǔn)確。面且這種精度保持性要好，以便長(zhǎng)期保持刀具的正確位置。3）刀塔應(yīng)具有

37、足夠的剛度。由于刀具的類型、尺寸各異，重量相差很大，刀具在自動(dòng)轉(zhuǎn)換過程中方向變換較復(fù)雜，而且有些刀塔還直接承受切削力。考慮到采用新型刀具材料和先進(jìn)的切削用量，所以刀塔必須具有足夠的剛度，以使切削過程和換刀過程平穩(wěn)。4）可靠性高。由于刀塔在機(jī)床工作過程中，使用次數(shù)很多，而且使用頻率也高，所以必須充分重視它的可靠性。5）刀塔是為了提高機(jī)床自動(dòng)化而出現(xiàn)的，因而它的換刀時(shí)間應(yīng)盡可能縮短，以利于提高生產(chǎn)率。目前自動(dòng)換刀裝置的換刀時(shí)間在0.86秒之間不等。而且還在進(jìn)一步縮短。6）操作方便和安全。刀塔是工人經(jīng)常操作的機(jī)床部件之一，因此它的操作是否方便和安全，往往是評(píng)價(jià)刀塔設(shè)計(jì)好壞的指標(biāo)。刀塔上應(yīng)便于工人裝刀

38、和調(diào)刀，切屑流出方向不能朝向工人，而且操作調(diào)整刀塔的手柄（或手輪）要省力，應(yīng)盡量設(shè)置在便于操作的地方。2.2數(shù)控車床刀塔總體方案設(shè)計(jì)與選擇2.2.1刀塔的整體方案設(shè)計(jì)刀塔是車床的重要組成部分，用于夾持切削用的刀具，因此其結(jié)構(gòu)直接影響到車床的切削性能和切削效率。根據(jù)前部分對(duì)機(jī)床刀塔類型、性能及其使用場(chǎng)合的綜合比較，并結(jié)合現(xiàn)有數(shù)控車床的實(shí)例，本次設(shè)計(jì)8刀位星型液壓刀塔。該刀塔的換刀動(dòng)作分為刀盤抬起、刀盤分度轉(zhuǎn)位和刀盤鎖緊三個(gè)步驟，其中刀盤抬起和刀盤鎖緊由液壓來(lái)實(shí)現(xiàn)，而刀盤的分度轉(zhuǎn)位于液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。2.2.2車床刀塔的轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)一般來(lái)說(shuō)，機(jī)床刀塔的轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)主要有以下幾種：1） 液壓（或氣動(dòng)）驅(qū)

39、動(dòng)的活塞齒條齒輪轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)這種由液動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)調(diào)速范圍大、緩沖制動(dòng)容易，轉(zhuǎn)位速度可調(diào)，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)尺寸較小，制造容易，因而應(yīng)用較廣泛。而轉(zhuǎn)位角度大小可由活塞桿上的限位檔塊來(lái)調(diào)整。也有采用氣動(dòng)的，氣動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，速度可調(diào)，但運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)，有沖擊，結(jié)構(gòu)尺寸大，驅(qū)動(dòng)力小。故一般多用于非金屬切削的自動(dòng)化機(jī)械和自動(dòng)線的轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)中。2）圓柱凸輪步進(jìn)式轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)這種轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)依靠凸輪輪廓強(qiáng)制刀塔作轉(zhuǎn)位運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)規(guī)律完全取決于凸輪輪廓形狀。圓柱凸輪是在圓周面上加工出一條兩端有頭的凸起=輪廓，從動(dòng)回轉(zhuǎn)盤（相當(dāng)于刀塔體）端面有多個(gè)柱銷，銷子數(shù)量與工位數(shù)相等。當(dāng)圓柱凸輪按固定的旋轉(zhuǎn)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，有的柱銷會(huì)進(jìn)入凸

40、輪輪廓的曲線段，使凸輪開始驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)位，與此同時(shí)有的圓柱銷會(huì)與凸輪輪廓脫離，當(dāng)柱銷接觸的凸輪輪廓由曲線段過渡到直線段時(shí)，即使凸輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)盤也不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，即完成了一次刀盤分度轉(zhuǎn)位動(dòng)作。如此反復(fù)下去，就能實(shí)現(xiàn)多次的刀塔換刀操作。由于凸輪是一個(gè)兩端開口的非閉合曲線輪廓，所以當(dāng)凸輪正反轉(zhuǎn)進(jìn)均可帶動(dòng)刀盤正反兩個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)。這種轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)位速度高、精度較低，運(yùn)動(dòng)特性可以自由設(shè)計(jì)選取但制造較困難、成本較高、結(jié)構(gòu)尺寸較大。這種轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)可以通過控制系統(tǒng)中的邏輯電路或pc程序來(lái)自動(dòng)選擇回轉(zhuǎn)方向，以縮短轉(zhuǎn)位輔助時(shí)間89。3）液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的刀塔轉(zhuǎn)位隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，可以采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)齒輪副（消除間隙）實(shí)現(xiàn)刀

41、塔轉(zhuǎn)位，轉(zhuǎn)位的速度和角位移均可通過霍爾檢測(cè)元件定位，因而這種轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)位速度精度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)容易10。結(jié)合上述三種轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)位機(jī)理和特點(diǎn)，并結(jié)合實(shí)際情況，本次設(shè)計(jì)的刀塔采可采用第三種轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)，液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)齒輪副帶動(dòng)刀盤轉(zhuǎn)位。2.2.3刀塔定位機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)目前在刀塔的定位機(jī)構(gòu)中多采用錐銷定位和端面齒盤定位。由于圓柱銷和斜面銷定位時(shí)容易出現(xiàn)間隙，圓錐銷定位精度較高，它進(jìn)入定位孔時(shí)一般靠彈簧力或液壓力、氣動(dòng)力，圓錐銷磨損后仍可以消除間隙，以獲得較高的定位精度。端齒盤定位由兩個(gè)齒形相同的端面齒盤相嚙合而成，由于齒合時(shí)各個(gè)齒的誤差相互抵償，起著誤差均化的作用，定位精度高。端齒盤定位的特點(diǎn)：1）定

42、位精度高由于端齒盤定位齒數(shù)多，且沿圓周均布，向心多齒結(jié)構(gòu)，經(jīng)過研齒的齒盤其分度精度一般可達(dá)左右，一對(duì)齒盤嚙合時(shí)具有自動(dòng)定心作用。所以中心軸的回轉(zhuǎn)精度、間隙及磨損對(duì)定心精度幾乎沒有影響，對(duì)中心軸的精度要求低，裝置容易。2）重復(fù)定位精度好由于多齒嚙合相當(dāng)于上下齒盤的反復(fù)磨合對(duì)研，越磨合精度越高，重復(fù)定位精度也越好。3）定位剛性好，承載能力大，兩齒盤多齒嚙合。由于齒盤齒部強(qiáng)度高，并且一般齒數(shù)嚙合率不少于90%，齒面嚙合長(zhǎng)度不少于60%，故定位剛性好，承載能力大?？紤]到端面齒盤具有以上的各種優(yōu)點(diǎn)，因而本次設(shè)計(jì)的刀塔采用端面 1112。2.3車床刀塔的工作原理下圖2.1所示為回轉(zhuǎn)刀塔的結(jié)構(gòu)圖，刀塔的松開

43、和夾緊以及刀盤的分度轉(zhuǎn)位分別由液壓系統(tǒng)和液壓馬達(dá)來(lái)實(shí)現(xiàn)。安裝刀具的刀盤與主軸固定連接，換刀時(shí)，液壓缸注入壓力油，倆個(gè)與端齒盤固定的活塞拉動(dòng)靜端齒盤向右移動(dòng)，使得與動(dòng)端齒盤脫開，既所謂的刀盤松開。當(dāng)?shù)侗P松開之后，微機(jī)判斷是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)，進(jìn)而液壓泵給馬達(dá)供如壓力油，帶動(dòng)刀盤旋轉(zhuǎn)，既所謂的換刀，另外指出，此次設(shè)計(jì)主軸帶動(dòng)刀盤換刀，是通過液壓馬達(dá)帶動(dòng)齒輪副，并且通過撥叉使扭矩傳遞到主軸，進(jìn)而帶動(dòng)刀盤旋轉(zhuǎn)的。刀盤旋轉(zhuǎn)指定刀位后，液壓馬達(dá)帶刀盤停止轉(zhuǎn)動(dòng)，與靜端齒盤固定的倆個(gè)液壓缸動(dòng)作，活塞向左移動(dòng)，使得經(jīng)端齒盤和動(dòng)端齒盤嚙合，完成精定位和刀盤的鎖緊。而當(dāng)?shù)侗P而刀盤的粗定位由霍爾元件實(shí)現(xiàn)，精定位由端齒盤的嚙

44、合來(lái)完成（端面齒盤齒形為梯形狀）。當(dāng)加工工件時(shí)，即動(dòng)力刀座驅(qū)動(dòng)，首先通過撥叉把馬達(dá)到刀盤的傳動(dòng)鏈斷掉，然后為了使扭矩傳遞到刀座上，通過液壓泵把壓力油注入缸體右腔，活塞向左移動(dòng)，傳動(dòng)鏈則變成液壓馬達(dá)齒輪副錐齒輪副刀座。此時(shí)再刀盤緊鎖的狀態(tài)下，動(dòng)力刀加工工件。于是如此循環(huán)往復(fù)。 圖2.1 八刀位星型液壓裝配圖2.4刀塔的設(shè)計(jì)計(jì)算2.4.1液壓馬達(dá)的選型計(jì)算假設(shè)用直徑為40mm的8齒圓柱銑刀，銑削寬度為25mm的鑄鐵，銑刀0=5 o, fz =0.05mm/r, ap=4mm則可計(jì)算銑削力為: =992.92n取最大銑削速度vc=188m/min 則 取 銑削時(shí)，消耗功率為： 通過查液壓傳動(dòng)控制手冊(cè)

45、得到：cmk1系列齒輪馬達(dá)，型號(hào)為cmk1008(p28),額定轉(zhuǎn)速為1800r/min,理論輸出轉(zhuǎn)矩為20.63 2.4.2刀盤設(shè)計(jì)與計(jì)算刀盤相鄰刀位換刀時(shí)間為0.1s，則換刀時(shí)刀盤的轉(zhuǎn)速為 =75r/min故 =24則： =24可選擇 輸入功率 =3.89kw為防止根切，小齒輪齒數(shù)2.4.3齒輪的計(jì)算.高速級(jí)齒輪計(jì)算1）選定齒輪類型，精度等級(jí)，材料及齒數(shù)(1)根據(jù)途中傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)(2)傳動(dòng)速度不高，故選用7級(jí)精度（gb10095-88）(3)材料選擇，由表10-1選擇，小齒輪材料為40cr(調(diào)質(zhì))，硬度為280hbs,大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240hbs,二者材料硬度相差為40hbs(4)選小齒輪齒數(shù)為20齒，大齒輪的齒數(shù) 2)按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)： 由設(shè)計(jì)計(jì)算公式(2.1)進(jìn)行試算，即： (1)確定公式各值試選載荷系數(shù)k1=1.3計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩： 查表選齒寬系數(shù)查表查的材料的彈性影響系數(shù)查圖得按齒面硬度查的小齒輪得接觸疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限為由式6-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) =6018002（2830015） =1.555 = =2.592查表接觸疲勞壽命系數(shù) 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為1%，安全系數(shù)s=1，則： =540mpa =522.5 mpa(2)計(jì)算試算小齒輪