車床刀架設計-機械制造裝備設計課程論

1、.機械制造裝備設計課程論文論文題目： 車床刀架設計 學院： 機電工程學院 專業(yè)： 紡織工程 班級： 姓名： 翁子成 學號： 指導老師：楊保健 2017年 5 月 5 日機床刀架設計一、車床刀架的功能 機床上的刀架是安放刀具的重要部件，許多刀架還直接參與切削工作，如臥式車床上的四方刀架，轉塔車床的轉塔刀架，回輪式轉塔車床的回輪刀架，自動車床的轉塔刀架和天平刀架等。這些刀架既安放刀具，而且還直接參與切削，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)。隨著自動化技術的發(fā)展，機床的刀架也有了許多變化，特別是數控車床上采用電(液)換位的自動刀架，有的還使用兩個回轉刀盤。加工中心則進一步采用

2、了刀庫和換刀機械手，實現了大容量存儲刀具和自動交換刀具的功能，這種刀庫安放刀具的數量從幾十把到上百把，自動交換刀具的時間從十幾秒減少到幾秒甚至零點幾秒。這種刀庫和換刀機械手組成的自動換刀裝置，就成為加工中心的主要特征。二、刀架的類型 按換刀方式的不同，數控車床的刀架系統(tǒng)主要有回轉刀架、排式刀架和帶刀庫的自動換刀裝置等多種形式,下面對這三種形式的刀架作簡單的介紹。（1） 排式刀架 排式刀架一般用于小規(guī)格數控車床，以加工棒料或盤類零件為主。它的結構形式為：夾持著各種不同用途刀具的刀夾沿著機床的X坐標軸方向排列在橫向滑板上。可以根據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

3、任務后，橫向滑板只要按程序沿X軸移動預先設定的距離后，第二把刀就到達加工位置，這樣就完成了機床的換刀動作。這種換刀方式迅速省時，有利于提高機床的生產效率。（2） 回轉刀架?；剞D刀架是數控車床最常用的一種典型換刀刀架，一般通過液壓系統(tǒng)或電氣來實現機床的自動換刀動作，根據加工要求可設計成四方、六方刀架或圓盤式刀架，并相應地安裝4把、6把或更多的刀具?；剞D刀架的換刀動作可分為刀架抬起、刀架轉位和刀架鎖緊等幾個步驟。它的動作是由數控系統(tǒng)發(fā)出指令完成的。回轉刀架根據刀架回轉軸與安裝底面的相對位置，分為立式刀架和臥式刀架兩種。（3） 帶刀庫的自動換刀裝置。上述排刀式刀架和回轉刀架所安裝的刀具都不可能太多，

4、即使是裝備兩個刀架，對刀具的數目也有一定限制。當由于某種原因需要數量較多的刀具時，應采用帶刀庫的自動換刀裝置。帶刀庫的自動換刀裝置由刀庫和刀具交換機構組成。三、刀架應滿足的要求 （1）滿足工藝過程所提出的要求。機床依靠刀具和工件間相對運動形成工件表面，而工件的表面形狀和表面位置的不同，要求刀架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， 為了實現在工件的一次安裝中完成多工序加工，所以要求刀架可以方便地轉位。（2）在刀架以要能牢固地安裝刀具，在刀架上安裝刀具進還應能精確地調整刀具的位置，采用自動交換刀具時，應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確的相對位置。刀架

5、的運動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，刀架的運動軌跡必須準確，運動應平穩(wěn)，刀架運轉的終點到位應準確。面且這種精度保持性要好，以便長期保持刀具的正確位置。（3）刀架應具有足夠的剛度。由于刀具的類型、尺寸各異，重量相差很大，刀具在自動轉換過程中方向變換較復雜，而且有些刀架還直接承受切削力?？紤]到采用新型刀具材料和較大的切削用量，所以刀架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。由于刀架在機床工作過程中，使用次數很多，而且使用頻率也高，所以必須充分重視它的可靠性。（5）刀架是為了提高機床自動化而出現的，因而它的換刀時間應盡可能縮短，以利于提高生產率。

6、目前自動換刀裝置的換刀時間在0.86秒之間不等。而且還在進一步縮短。（6）操作方便和安全。刀架是工人經常操作的機床部件之一，因此它的操作是否方便和安全，往往是評價刀架設計好壞的指標。刀架上應便于工人裝刀和調刀，切屑流出方向不能朝向工人，而且操作調整刀架的手柄（或手輪）要省力，應盡量設置在便于操作的地方。四、刀架的轉位機構方案設計 一般來說，機床刀架的轉位機構主要有以下幾種（1） 液壓（或氣動）驅動的活塞齒條齒輪轉位機構 。這種由液動機驅動的轉位機構調速范圍大、緩沖制動容易，轉位速度可調，運動平穩(wěn)，結構尺寸較小，制造容易，因而應用較廣泛。而轉位角度大小可由活塞桿上的限位檔塊來調整。也有采用氣動的

7、，氣動的優(yōu)點是結構簡單，速度可調，但運動不平穩(wěn)，有沖擊，結構尺寸大，驅動力小。故一般多用于非金屬切削的自動化機械和自動線的轉位機構中。（2） 圓柱凸輪步進式轉位機構。這種轉位機構依靠凸輪輪廓強制刀架作轉位運動，運動規(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，從動回轉盤（相當于刀架體）端面有多個柱銷，銷子數量與工位數相等。當圓柱凸輪按固定的旋轉方向運動時，有的柱銷會進入凸輪輪廓的曲線段，使凸輪開始驅動回轉盤轉位，與此同時有的圓柱銷會與凸輪輪廓脫離，當柱銷接觸的凸輪輪廓由曲線段過渡到直線段時，即使凸輪繼續(xù)旋轉，回轉盤也不會轉動，即完成了一次刀盤分度轉位動作。如此

8、反復下去，就能實現多次的刀架換刀操作。由于凸輪是一個兩端開口的非閉合曲線輪廓，所以當凸輪正反轉進均可帶動刀盤正反兩個方向的旋轉。這種轉位機構轉位速度高、精度較低，運動特性可以自由設計選取但制造較困難、成本較高、結構尺寸較大。這種轉位機構可以通過控制系統(tǒng)中的邏輯電路或PC程序來自動選擇回轉方向，以縮短轉位輔助時間。（3） 伺服電機驅動的刀架轉位。隨著現代技術的發(fā)展，可以采用直流（或交流）伺服電機驅動蝸桿、蝸輪（消除間隙）實現刀架轉位，轉位的速度和角位移均可通過半閉環(huán)反饋進行精確控制加以實現，因而這種轉位機構轉位速度可以進行精確控制、精度高，結構簡單、實現容易。所以在現代數控機床中被廣泛采用。 五

9、、刀架定位機構方案設計 目前在刀架的定位機構中多采用錐銷定位和端面齒盤定位。由于圓錐銷定位精度較高，它進入定位孔時一般靠彈簧力或液壓力、氣動力，圓錐銷磨損后仍可以消除間隙，以獲得較高的定位精度。端齒盤定位由兩個齒形相同的端面齒盤相嚙合而成，由于嚙齒合時各個齒的誤差相互抵償，起著誤差均化的作用，定位精度高。 端齒盤定位的特點：（1） 定位精度高。由于端齒盤定位齒數多，且沿圓周均布，向心多齒結構，經過研齒的齒盤其分度精度一般可達''3左右，最高可過''4.0以上，一對齒盤嚙合時具有自動定心作用。所以中心軸的回轉精度、間隙及磨損對定心精度幾乎沒有影響，對中心軸的精度要求低，裝置容易。（2） 重復定位精度好。由于多齒嚙合相當于