8刀位盤型電動刀塔設計說明書

1、畢業(yè)設計論文8刀位盤型電動刀塔設計 摘要數(shù)控刀架的發(fā)展趨勢是：隨著數(shù)控車床的發(fā)展，數(shù)控刀架開始向快速換刀、電液組合驅動和伺服驅動方向發(fā)展。根據加工對象不同，有四方刀架、六角刀架和八（或更多）工位的圓盤式軸向裝刀刀架等多種形式?；剞D刀架上分別安裝四把、六把或更多刀具，并按數(shù)控裝置的指令換刀。本部分主要對八工位盤型式電動刀架的機械部分的設計，并對以上部分運用pro/e做圖，并生成二維裝配圖，以便對刀塔有更直觀的了解。本次設計為八工位盤型電動刀塔，刀盤轉位、刀盤的軸向移動以及動力刀頭的旋轉均通過同一臺三項異步電機驅動，動力通過一級齒輪減速后，分為兩個傳遞路線，其中一條直接傳遞到動力刀頭軸，為動力刀具

2、旋轉提供動力；而另一條則再通過一級齒輪減速后，傳遞到刀盤軸，為刀盤轉位和軸向移動提供動力。這兩條傳遞路線的接通與斷開均由電磁離合器控制，當需要轉位時電磁離合器1將第一條傳遞路線斷開，電磁離合器2將第二條傳遞路線接通，此時動力刀頭軸不旋轉，刀盤先軸向移動，當端齒盤完全脫開后，刀盤開始轉動，實現(xiàn)換刀過程，當?shù)侗P轉到位時，控制系統(tǒng)發(fā)信號，立即進行制動，電機開始反轉，左右端齒盤嚙合以鎖緊刀盤。當需要的動力刀具旋轉時，電磁離合器將第一條傳遞路線接通，電磁離合器2將第二條傳遞路線斷開，此時刀盤即不轉位也不移動，可進行車削加工、鉆削加工、銑削加工等加工。關鍵詞：數(shù)控刀架 ， 車削中心 ，電動刀塔，八位盤型t

3、he design of eight locations disc turret for cnc automatic lathe center abstract：. the numerical control tool rest's trend of development is: along with the numerical control lathe's development, the battery solution combination actuation and the servo fast actuates the direction to develop.

4、 it is different according to the processing object, has the squaring head, the turret head and eight (or more) the location disk axial attire knife tool rest and so on many kinds of forms. on the turret saddle installs four, six or more cutting tools separately, and trades the knife according to th

5、e numerical control installment's instruction. this part mainly to eight location vertical electrically operated tool rest's mechanical design. then makes the chart to above part using pro/e, and has a more direct-viewing understanding to the automatic tool turret. the design for the electri

6、c drive eight locations disc turret, turn the cutter bit, the cutter head axial rotation movement and momentum are by the same three asynchronous motor drive, power through a gear reducer, the divided two transmission lines, one directly to the power head shaft-driven rotary powered tool; the other

7、one after another through a gear reducer, passed to the cutter shaft, the cutter translocation and axial movement to provide power. these two transmission lines connected and disconnected by the electromagnetic clutch control, when to change position when the electromagnetic clutch 1 will disconnect

8、 the first delivery route, the electromagnetic clutch 2, the second transmission line will connect, then power head shaft not rotating cutter first axial movement, when the crown wheel completely torn off, the cutter began to turn, to achieve tool change process, as the cutter to position, the contr

9、ol system signal, immediately braking, the motor began to reverse , left-side gear tooth plate to lock cutter. when it comes to power tool rotation, electromagnetic clutch to connect the first transmission line, electromagnetic clutch 2, the second transmission line will disconnect at this time that

10、 does not turn the cutter bit is not mobile, could be turning, drilling, milling and other processing.key word: numerical control tool rest, cnc automatic lathe center, electrically operated tool turret, eight locations disc turret目 錄前 言11緒論31.1 我國數(shù)控機床的發(fā)展31.2 自動換刀裝置41.3 國內外數(shù)控車床的研究狀況與成果52數(shù)控車床自動換刀裝置72

11、.1概述72.2 atc刀具自動換刀形式92.3 數(shù)控車床刀架的功能、類型和滿足的要求102.3.1數(shù)控機床刀架功能和類型102.3.2數(shù)控機床刀架應滿足的要求113.車削中心動力刀架總體方案設計133.1. 總體結構設計133.2自動回轉刀盤的傳動系統(tǒng)143.3電動機的選擇163.3.1銑削力及銑削功率的計算173.3.2鉆削及鉆削功率的分析與計算174.典型零件的設計和選用204.1齒輪部分的設計204.1.1高速級齒輪設計204.1.2低速級齒輪設計264.2刀盤軸的設計294.2.1最小軸頸 的計算294.2.2軸的結構設計294.3端齒盤選用。324.4刀盤的設計344.5刀座的設計

12、364.5.1動力刀座364.5.2車刀刀座的設計375刀塔裝配38總結43致謝44參 考 文 獻45前 言 裝備工業(yè)的技術水平和現(xiàn)代化程度決定著整個國民經濟的水平和現(xiàn)代化程度，數(shù)控技術及裝備是發(fā)展新興高新技術產業(yè)和尖端工業(yè)（如信息技術及其產業(yè)、生物技術及其產業(yè)、航空、航天等國防工業(yè)產業(yè)）的使能技術和最基本的裝備。馬克思曾經說過“各種經濟時代的區(qū)別，不在于生產什么，而在于怎樣生產，用什么勞動資料生產”。制造技術和裝備就是人類生產活動的最基本的生產資料，而數(shù)控技術又是當今先進制造技術和裝備最核心的技術。當今世界各國制造業(yè)廣泛采用數(shù)控技術，以提高制造能力和水平，提高對動態(tài)多變市場的適應能力和競爭能

13、力。此外世界上各工業(yè)發(fā)達國家還將數(shù)控技術及數(shù)控裝備列為國家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來發(fā)展自己的數(shù)控技術及其產業(yè)，而且在“高精尖”數(shù)控關鍵技術和裝備方面對我國實行封鎖和限制政策?？傊?，大力發(fā)展以數(shù)控技術為核心的先進制造技術已成為世界各發(fā)達國家加速經濟發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑徑。制造業(yè)是一個國家或地區(qū)經濟發(fā)展的重要支柱，其發(fā)展水平標志著該國或地區(qū)經濟的實力，科技水平，生活水準和國防實力。國際市場的競爭歸根到底是各國制造生產能力及機械制造裝備的競爭。數(shù)控機床為了能在工件一次裝夾中完成多種甚至所有的加工工序，縮短輔助時間，減少輔助時間，減少安裝工件所引起的誤差，必須帶有自動換刀裝置。

14、各種數(shù)控機床的自動換刀裝置的結構取決于數(shù)控機床的類型、工藝范圍、使用刀具種類和數(shù)量等。在數(shù)控機床中自動換刀裝置應當滿足的基本要求包括：1.刀具換刀時間短;2.刀具重復定位精度高。3.足夠的刀具儲存容量。4.刀庫占地面積小。數(shù)控車床使用的刀架是最簡單的自動換刀裝置，有四方刀架，六角刀架、盤型刀架、星型刀架等?？稍谄渖习惭b四把、六把、八把、十二位、或更多的刀具。數(shù)控機床的刀架必須具有良好的剛度和強度，以承受粗加工的切削力；同時要保證回轉刀架的重復定位精度。刀架作為數(shù)控機床的重要部件，其結構形式多樣。車削中心刀塔的形式常見的是臥式的，也有立式的，還有倒立式的。 單主軸，單刀塔（上刀塔t），刀塔分為帶

15、y軸和不帶y軸，目前以不帶y軸的居多。雙主軸（帶副主軸s）,單刀塔 雙主軸雙刀塔，甚至三刀塔。 刀塔還分為盤式刀塔（disc turret）和星形刀塔（star turret）。盤式刀塔（disc turret）:刀座裝在刀盤的軸面上，是最早出現(xiàn)的，刀塔形式，在單主軸單刀塔的車削中心上常用。.局限性，刀具之間容易相互干涉，可加工的工件直徑尺寸較小。不適于副主軸的上背向加工。 星形刀塔（star turret）刀座安裝在刀盤的圓周上，呈星形分布，這是一種新型的刀塔結構，它克服了傳統(tǒng)的盤式刀塔的限制，刀具之間相隔比較遠，干涉小，同等的刀盤直徑，可加工的工件直

16、徑增大20%40%,同時它也適合完成副主軸上工件的背向加工。這種形式的刀塔在雙主軸，多刀塔的車削中心上廣泛采用，是今后發(fā)展的趨勢。刀塔是數(shù)控機床（車削中心）的關鍵配套附件，使用刀塔可以有效提高加工效率、擴大加工工藝范圍，可以在機床上完成車削、鉆削、攻絲、銑削、等工藝過程，既可以使工藝過程有效復合，提高加工效率，又可以一次裝夾完成多個工藝過程保證了加工的精度。本課題為8 刀 位 盤 型 電 動 刀 塔 設 計，該刀架能夠在一次裝夾中裝八把刀具。可以在車削中心上完成車削、鉆削、攻絲、銑削、等工藝過程，既可以使工藝過程有效復合，提高加工效率，又可以一次裝夾完成多個工藝過程保證了加工的精度。提高效率是

17、技術革新的一個最主要的原動力。近年來數(shù)控刀塔因其可以有效高加工效率而得到迅速的發(fā)展，幾乎涉及到所有的制造業(yè)。因此研究并改進現(xiàn)有刀塔或者設計新的刀塔具有很大的現(xiàn)實意義，因為通過刀塔可以有效提高機械加工的效率、擴大加工范圍，進而提高經濟效益。1緒論1.1 我國數(shù)控機床的發(fā)展我國從1958年開始研究數(shù)控機床，一直到20世紀60年代中期還處于研制開發(fā)時期。當時，一些高等院校，科研單位研制出試樣樣機，是從電子管起步的。1965年，國內開始研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)。20世紀60年代末至70年代初研制成了劈錐數(shù)控銑床，數(shù)控非圓齒輪插齒機。cil18晶體管數(shù)控系統(tǒng)及z53k1g立式數(shù)控銑床。 從20世紀70年代開始

18、,數(shù)控技術在車，銑 ，鏜,磨，齒輪加工，電加工等領域全面展開，數(shù)控加工中心在上海，北京研制成功。但由于電子元器件的質量和制造工藝水平差，致使數(shù)控系統(tǒng)的可靠性,穩(wěn)定性末行到解決，因此未能廣泛推廣。 20世紀80年代，我國從日本發(fā)那科公司引進了3,5,6,7等系列的數(shù)控系統(tǒng)和直流伺服電機，直流主軸電機等制造技術，以及引進美國ge公司的mci系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng)，德國西門子vs系列可控硅調速裝置，并進行了商品化生產.這些系統(tǒng)可靠性高，功能齊全。與此同時，還自行開發(fā)了3、4、5軸聯(lián)動的數(shù)控系統(tǒng)以及雙電機驅動的同步數(shù)控系統(tǒng)(用于火焰切割機)和新品種的伺服電機，推動了我國數(shù)控機床穩(wěn)定發(fā)展，使我國數(shù)控機床在性

19、能和質量上產生了一個質的飛躍。 1985年，我國數(shù)控機床的品種有了新的發(fā)展。數(shù)控機床品種不斷增多，規(guī)格齊全。許多技術復雜的大型數(shù)控機床，重型數(shù)控機床都相繼研制出來。為了跟蹤國外現(xiàn)代制造技術的發(fā)展，北京機床研究所研制出了jcs-fms-1型和2型的柔性制造單元和柔性制造系統(tǒng)。這個時期，我國在引進，消化國外技術的基礎上，進行了大量開發(fā)工作。一些較高檔次的數(shù)控系統(tǒng)(5軸聯(lián)動)，分辨率為0.02的高精度數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)字仿型數(shù)控系統(tǒng)為柔性單元配套的數(shù)控系統(tǒng)都開發(fā)出來了，并造出樣機。 我國的數(shù)控技術經過“六五”，“七五”，“八五”，到“九五”的近20年的發(fā)展，基本上掌握了關鍵技術，建立了數(shù)控開發(fā)，生產基地，

20、培養(yǎng)了一批數(shù)控人才，初步形成了自己的數(shù)控產業(yè)?！笆濉惫リP開發(fā)的成果：華中號、中華號、航天號和藍天號4種基本系統(tǒng)建立了具有中國自主版機的數(shù)控技術平臺。具有中國特色濟型數(shù)控系統(tǒng)經過這些年來的發(fā)展，有了較大的提高。它們逐漸被用戶認可，在市場上站住了腳。1.2 自動換刀裝置 各類數(shù)控機床的自動換刀裝置的結構取決于機床的形式、工藝范圍及其刀具的種類和數(shù)量。其基本類型有以下幾種：一、轉刀架換刀?；剞D刀架是一種最簡單的自動換刀裝置，常用于數(shù)控車二、換主軸換刀更換主軸換刀是帶有旋轉刀具的數(shù)控機床的一種比較簡單的換刀方式。三、更換主軸箱換刀有的數(shù)控機床像組合機床一樣，采用多主軸箱，利用更換主軸箱達到換刀的目的

21、。四、帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)。此類換刀裝置由刀庫、選刀機構、刀具交換機構及刀具在主軸上的自動裝卸機構等四部分組成，應用最廣泛?；剞D刀架是一種最簡單的自動換刀裝置，常用于數(shù)控車床?？梢栽O計成四方刀架、六角刀架或圓盤式軸向裝刀刀架等多種形式?；剞D刀架上分別安裝著四把、六把或更多的刀具，并按數(shù)控裝置的指令換刀?；剞D刀架在結構上必須具有良好的強度和剛度，以承受粗加工時的切削抗力。由于車削加工精度在很大程度上取決于刀尖位置，對于數(shù)控車床來說，加工過程中刀具位置不進行人工調整，因此更有必要選擇可靠的定位方案和合理的定位結構，以保證回轉刀架在每次轉位之后，具有盡可能高的重復定位精度（一般為0.0010.005

22、mm）。一般情況下，回轉刀架的換刀動作包括刀架抬起、刀架轉位及刀架壓緊等?；剞D刀架按其工作原理分為若干類型。1.螺母升降轉位刀架，電動機經彈簧安全離合器到蝸輪副帶動螺母旋轉，螺母舉起刀架使上齒盤與下齒盤分離，隨即帶動刀架旋轉到位，然后給系統(tǒng)發(fā)信號螺母反轉鎖緊。2.利用十字槽輪來轉位及鎖緊刀架（還要加定位銷），銷釘每轉一周，刀架便轉1/4轉（也可設計成六工位等）。3.凸臺棘爪式刀架，蝸輪帶動下凸輪臺相對于上凸輪臺轉動，使其上、下端齒盤分離，繼續(xù)旋轉，則棘輪機構推動刀架轉90º，然后利用一個接觸開關或霍爾元件發(fā)出電動機反轉信號，重新鎖緊刀架。4.電磁式刀架，它利用了一個有10kn左右拉緊

23、力的線圈使刀架定位鎖定。5.液壓式刀架，它利用擺動液壓缸來控制刀架轉位，圖中有擺動閥芯、撥爪、小液壓缸；撥爪帶動刀架轉位，小液壓缸向下拉緊，產生10kn以上的拉緊力。這種刀架的特點是轉位可靠，拉緊力可以再加大，但其缺點是液壓件難制造，還需多一套液壓系統(tǒng)，有液壓油泄漏及發(fā)熱問題。當前，在機械加工領域，數(shù)控機床電動刀塔因其速度快、加工精度高、生產率高而得到廣泛應用。以車削中心為例，它是高度機電一體化的產品，工件裝夾后，數(shù)控系統(tǒng)能控制機床刀塔按不同工序自動選擇、更換刀具，自動對刀。因而大大減少了工件裝夾時間，測量和機床調整等輔助工序時間，對加工形狀比較復雜，精度要求較高，品種更換頻繁的零件具有良好的

24、經濟效果。1.3 國內外數(shù)控車床的研究狀況與成果目前搭配在數(shù)控機床上的刀塔主要可分為兩大主流，一是日系大型機床廠自行開發(fā)的動力刀塔，另一個則是刀塔制造廠商所開發(fā)的刀塔。日系大型機床廠所開發(fā)的動力刀塔能確實地搭配其機床的特性，發(fā)揮其最大的功用，更能依客戶的特殊加工需求，開發(fā)出特殊的刀具座，但缺點是其刀具座是依各自機床廠的規(guī)范，不同的刀具座難以通用。而目前較大的刀塔制造商皆屬歐系公司，如sauter (德國)、duplomatic (意大利)、baruffaldi (意大利)等，在刀塔設計開發(fā)上大多遵循所謂的德式快換刀座( vdi toolholder system )規(guī)范，因此在vdi規(guī)范占有較

25、大的市占率下，其后較小型的刀塔制造商以及機床廠所自行研發(fā)的動力刀塔也都會依循此規(guī)范。除此之外，動力刀塔可再依動力源、刀盤型式、軸連結器、動力刀座接口的不同，而有所分別。目前搭配在機機床上的動力刀塔形式主要可分軸向入刀 (axial)： 單刀塔 雙主軸(single turret)星形刀盤 ；徑向入刀 (radial,star turret) ：雙刀塔 雙主軸(kiss turret)上刀塔星形刀盤；徑向入刀 上下刀塔同步執(zhí)行加工正副主軸；另有立式車床、倒立式車床、刀塔y軸、刀塔c軸形式等不同應用。目前搭配在數(shù)控機床上的刀塔主要可分為兩大主流，一是日系大型機床廠自行開發(fā)的動力刀塔，另一個則是刀塔

26、制造廠商所開發(fā)的刀塔。日系大型機床廠所開發(fā)的動力刀塔能確實地搭配其機床的特性，發(fā)揮其最大的功用，更能依客戶的特殊加工需求，開發(fā)出特殊的刀具座，但缺點是其刀具座是依各自機床廠的規(guī)范，不同的刀具座難以通用。而目前較大的刀塔制造商皆屬歐系公司，如sauter (德國)、duplomatic (意大利)、baruffaldi (意大利)等，在刀塔設計開發(fā)上大多遵循所謂的德式快換刀座( vdi toolholder system )規(guī)范，因此在vdi規(guī)范占有較大的市占率下，其后較小型的刀塔制造商以及機床廠所自行研發(fā)的動力刀塔也都會依循此規(guī)范。除此之外，動力刀塔可再依動力源、刀盤型式、軸連結器、動力刀座接

27、口的不同，而有所分別。搭配在機機床上的動力刀塔形式主要可分軸向入刀 (axial)： 單刀塔 雙主軸(single turret)星形刀盤 ；徑向入刀 (radial,star turret) ：雙刀塔 雙主軸(kiss turret)上刀塔星形刀盤；徑向入刀 上下刀塔同步執(zhí)行加工正副主軸；另有立式車床、倒立式車床、刀塔y軸、刀塔c軸形式等不同應用這些年來，國內業(yè)界加工中心已漸普遍，而所使用的伺服動力刀塔，90% 以上皆以sauter與d.p.等國外著名刀塔商生產的刀塔為主，但是在成本、交期、配合性等綜合因素的考慮下，國內部分機床廠以及刀塔制造商也積極拓展這塊領域，以開發(fā)出更適合機床的動力刀塔

28、。然而，由于動力刀塔結構較為復雜化與細致化，導致目前動力刀塔的重切削性能大都較一般標準刀塔為弱，如何在兼具功能性、速度性下，提升精度與剛性，是將來動力刀塔發(fā)展的重要課題。因此數(shù)控機床電動刀塔的發(fā)展趨勢視：換刀時間短，刀具重復定位精度高，有足夠的刀具存儲量，刀庫占地面積小及安全可靠等。目前動力刀座使用中遇到的問題：動力刀座剛性不夠，重復定位精度低，工藝轉換時，調整時間長，造成機床利用效率低下。：動力刀座只能用er彈簧夾頭夾持工具，由于er夾頭帶來的誤差疊加，造成刀座加工精度受限。另外，由于er夾頭的夾緊力有限，夾持Ø16以上的刀桿時，刀具容易打滑，刀尖的跳動也比較大。對于刀具壽命和加工

29、效率而言無疑是個很重要的瓶頸。另外，er夾頭了夾持的刀具類型很有限，只能進行簡單的鉆，銑等操作?？蛻粜枰硗赓徺I專用的面銑刀動力刀座等，刀座投資大。如何解決er夾頭帶來的問題。擴展動力刀座的使用范圍，并做到“一座多能”，是各大動力刀座生產商積極尋求解決方案的方向。車削中心及動力刀座發(fā)展趨勢是：隨著數(shù)控車床的發(fā)展，數(shù)控刀架開始向快速換刀、電液組合驅動和伺服驅動方向發(fā)展。2數(shù)控車床自動換刀裝置2.1概述 自動換刀裝置的形式是多種多樣的，有刀庫式和轉塔式，雖然換刀過程、選刀方式、刀庫結構、機械手類型等各不相同，但都是在數(shù)控裝置及可編程序控制器控制下，有電動機或液壓或氣動機構驅動刀庫和機械手實現(xiàn)刀具的

30、選擇與交換。我們把這種為實現(xiàn)多工序的連續(xù)加工，在加工中心或車削中心中，可進行刀具的選擇與交換的裝置叫自動換刀裝置（automatic tool change 簡稱atc）。 自動換刀裝置是數(shù)控車床最普遍的一種輔助裝置，它可使數(shù)控車床在工件一次裝夾中完成多種甚至所有的加工工序，以縮短加工的輔助時間，減少加工過程中由于多次安裝工件而引起的誤差，從而提高機床的加工效率和加工精度。 我國對加工中心的需求一直是有增無減，同時，加工中心自動換刀裝置的開發(fā)也有長足的發(fā)展。對于臥式加工中心來說，有從用于jcs-013的獨立式自動換刀裝置到用于th6350、th6363、th6380和th63100的tb51.

31、02雙層缸式通用機械手加鏈式刀庫（北京機床研究所設計并制造）的自動換刀裝置；對于立式加工中心來說，有從用于jcs-018的氣液型鼓輪式自動換刀裝置到用于xh715b和xh715c的多凸輪聯(lián)動型鼓輪式自動換刀裝置。特別是用于th715b和th715c的多凸輪聯(lián)動型鼓輪式自動換刀裝置，他的研制成功，為我國自動換刀裝置設計與制造翻開了嶄新的一頁，自1991年鑒定后批量生產，已累計生產了50多臺，由于其結構簡單，迅速可靠（刀對刀2.5s），受到廣大國內外用戶的一致好評。 加工中心和車削中心自動換刀裝置的發(fā)展趨勢是四個方向：一是高速、可靠，追求的目標是換刀時間盡量的短，以換取加工中心和車削中心的高效性；

32、二是簡單實用、造價低、使用可靠，但換刀速度不快。 自動換刀裝置開發(fā)技術要全面注意下列五個方面： 1）自動換刀裝置的可靠性與優(yōu)化設計研究。通過對自動換刀裝置進行可靠性分析研究，找出其薄弱環(huán)節(jié)，通過改進設計，使自動換刀裝置故障率大大減少，保證百萬次以上正常換刀的品質。通過對自動換刀裝置進行多目標的優(yōu)化設計，使其動態(tài)性能達到最優(yōu)，進而提高自動換刀裝置的性能，降低其制造成本，使刀對刀換刀時間對40刀柄不大于1s，達到世界先進水平。 2）自動換刀裝置的系列化與cad設計。使自動換刀裝置適用國內廠家的各種產品，以便得到推廣和使用。即達到廠家一旦提出的參數(shù)：不同刀柄型號，刀庫容量等的自動換刀裝置，使廠家立即

33、投入生產，并且是處于國內先進水平的。 3）自動換刀裝置制造技術研究。針對自動換刀裝置中關鍵零件的制造技術進行研究，以提高其制造質量和降低制造成本。 4）自動換刀裝置新技術的研究。跟蹤國際加工中心和車削中心自動換刀裝置的發(fā)展主流，研究自動換刀裝置的新工作原理及新技術。 5）自動換刀裝置產業(yè)化研究。自動換刀裝置由專業(yè)廠生產比現(xiàn)有各廠家自行生產可降低成本，也能保證質量，同時在我國有巨大的市場，因此，在技術研究的基礎上，應研究使我國的自動換刀裝置生產走上產業(yè)化的道路，建立生產自動換刀裝置的基地。目前我國數(shù)控機床生產廠有100多家，生產數(shù)控機床配套產品的企業(yè)有300余家，產品品種包括八大類2000種以上

34、。目前已新開發(fā)出數(shù)控系統(tǒng)80余種，分為3種型級，即經濟型，普及型和高級型?！熬盼濉逼陂g數(shù)控機床發(fā)展已進入實現(xiàn)產業(yè)化階段，數(shù)控機床新開發(fā)品種300余種，已有一定的覆蓋面。新開發(fā)的國產數(shù)控機床產品大部分達到國際上20世紀80年代中期水平，部分達到90年代水平，為國家重點建設提供了一批高水平數(shù)控機床。國內數(shù)控刀架以電動為主，分為立式和臥式兩種。立式刀架有四、六工位兩種形式，主要用于簡易數(shù)控車床；臥式刀架有八、十、十二等工位，可正、反方向旋轉，就近選刀，用于全功能數(shù)控車床。另外臥式刀架還有液動刀架和伺服驅動目前國內數(shù)控刀架以電動為主，分為立式和臥式兩種。立式刀架有四、六工位兩種形式，主要用于簡易數(shù)控車

35、床；臥式刀架有八、十、十二等工位，可正、反方向旋轉，就近選刀，用于全功能數(shù)控車床。另外臥式刀架還有液動刀架和伺服驅動刀架。電動刀架是數(shù)控車床重要的傳統(tǒng)結構，合理地選配電動刀架，并正確實施控制，能夠有效的提高勞動生產率，縮短生產準備時間，消除人為誤差，提高加工精度與加工精度的一致性等等。另外，加工工藝適應性和連續(xù)穩(wěn)定的工作能力也明顯提高：尤其是在加工幾何形狀較復雜的零件時，除了控制系統(tǒng)能提供相應的控制指令外，很重要的一點是數(shù)控車床需配備易于控制的電動刀架，以便一次裝夾所需的各種刀具，靈活 方便地完成各種幾何形狀的加工。數(shù)控車床的發(fā)展在于提高加工精度和縮短制造周期。實現(xiàn)上述目的之手段是實現(xiàn)機床多功

36、能化和工序工種集成，開發(fā)多種多樣復合化加工的機種，如增添銑削功能的復合加工車削中心、雙主軸多刀塔(雙刀塔或四刀塔)數(shù)控車床和車削中心、雙主軸同步驅動，雙刀塔同時進行加工車削中心、五軸聯(lián)動車銑復合中心、車磨復合加工機床、具有車、銑、鏜、磨和激光熱處理多種功能的高度復合化的復合加工中心等等。我國數(shù)控車床經過多年的發(fā)展，特別是近幾年迅速的發(fā)展，與國際先進水平的差距在逐年縮小。對于某些依賴于進口的高檔數(shù)控車床，如高精度數(shù)控車床和車削中心(主軸徑跳軸跳0.001mm)、適用耐熱合金和鈦合金零件加工的大功率、高扭矩數(shù)控車床和車削中心等等要加強產品開發(fā)研究攻關，突破其核心技術。數(shù)控刀架的高、中、低檔產品市場

37、數(shù)控刀架作為數(shù)控機床必需的功能部件，直接影響機床的性能和可靠性，是機床的故障高發(fā)點。這就要求設計的刀架具有具有轉位快，定位精度高，切向扭矩大的特點。2.2 atc刀具自動換刀形式 為進一步提高數(shù)控機床的加工效率，數(shù)控機床正向著工件在一臺機床一次裝夾即可完成多道工序或全部工序加工的方向發(fā)展，因此出現(xiàn)了各種類型的加工中心機床，如車削中心、鏜銑加工中心、鉆削中心等等。這類多工序加工的數(shù)控機床在加工過程中要使用多種刀具，因此必須有自動換到裝置，以便選用不同刀具，完成不同工序的加工工藝。自動換到裝置應當具備換刀時間短、刀具重復定位精度高、足夠的刀具儲備量、占地面積小、安全可靠等特性。 各類數(shù)控機床的自動

38、換到裝置的結構取決于機床的類型、工藝范圍、使用刀具種類和數(shù)量。數(shù)控機床常用的自動換刀裝置的類型、特點、適用范圍見表1-1。 類別型式 特點 適用范圍轉塔式 回轉刀架多為順序換刀，換刀時間短、結構簡單緊湊、容納刀具較少各種數(shù)控車床，數(shù)控車削加工中心 轉塔頭順序換刀，換刀時間短，刀具主軸都集中在轉塔頭上，結構緊湊。但剛性較差，刀具主軸數(shù)受限制數(shù)控鉆、鏜、銑床刀庫式 刀具與主軸之間直接換刀 換刀運動集中，運動不見少。但刀庫容量受限 各種類型的自動換刀數(shù)控機床。尤其是對使用回轉類刀具的數(shù)控鏜、銑床類立式、臥式加工中心機床 要根據工藝范圍和機床特點，確定刀庫容量和自動換刀裝置類型 用機械手配合刀庫進行換

39、刀 刀庫只有選刀運動，機械手進行換刀運動，刀庫容量大表1-1 自動換刀裝置類型2.3 數(shù)控車床刀架的功能、類型和滿足的要求2.3.1數(shù)控機床刀架功能和類型數(shù)控刀架是加工中心、數(shù)控車床必備的機床附件，尤其適用全功能數(shù)控車床。當前，數(shù)控機床發(fā)展迅猛，一方面向高速、高效、高精度方面發(fā)展，同時，在制造行業(yè)中廣泛存在原有設備的數(shù)控改造和系統(tǒng)升級問題。作為關鍵附件，高性能的數(shù)控刀架對于提高機床整體運行的可靠性、穩(wěn)定性和效率有著重要意義，數(shù)控刀架是由數(shù)控系統(tǒng)來控制的，因此，在刀架本身性能提高的情況下，如何實現(xiàn)控制任務就顯得十分重要了。數(shù)控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

40、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(shù)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了刀庫和換刀機械手，定現(xiàn)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(shù)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。因此，刀架的性能和結構往往直接影響到機床的切削性能、

41、切削效率和體現(xiàn)了機床的設計和制造技術水平.按換刀方式的不同，數(shù)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(shù)控車床，以加工棒料或盤類零件為主。其結構形式為：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。這種刀架在刀具布置和機床調整等方面都較為方便，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

42、率。寶雞機床廠生產的ck7620p全功能數(shù)控車床配置的就是排式刀架。 2) 回轉刀架 回轉刀架是數(shù)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(xiàn)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(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令完成的?；剞D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，即使是裝備兩個刀架，對刀具的數(shù)目也有一定限制。當由于某種原因需要數(shù)量較多的刀具時，應采

43、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。2.3.2數(shù)控機床刀架應滿足的要求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(xiàn)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

44、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先進的切削用量，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(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） 刀架是為了提高機床自動化而出現(xiàn)的，因而它的換刀時間應盡可能縮短，以利于提高生產率。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）

45、 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。第46頁 共45頁3車削中心動力刀架總體方案設計3.1. 總體結構設計減速傳動機構的設計普通的三項異步電動機因轉速太快，不能直接驅動刀盤進行換刀，必須經過適當?shù)臏p速。根據臥式車削中心刀塔的結構特點，擬采用二級圓柱齒輪減速，能保證傳動精度和平穩(wěn)性。刀盤鎖緊與精定位機構的設計回轉刀架在結構上必須具有良好的強度和剛度，以承受粗加工時的切削抗力和減少刀架在切削力作用下的位移

46、變形，提高加工精度。由于車削加工精度在很大程度上取決于刀尖位置，對于數(shù)控車床來說，加工過程中刀架部位要進行人工調整，因此更有必要選擇可靠的定位方案和合理的定位結構，以保證回轉刀架在每次轉位之后具有高的重復定位精度。由于刀具直接安裝在刀盤上，所以刀盤要承受全部的切削力，其鎖緊與定位的精度將直接影響工件的加工精度。本設計刀盤的鎖緊定位機構選用端面齒盤，將刀盤右端面和成梯形齒的左邊的端面齒盤固定。右邊的端面齒盤和箱體固定當?shù)侗P處于鎖緊狀態(tài)時，左右端面齒相互嚙合，這時刀盤不能繞刀盤的刀盤軸旋轉端面齒盤；換刀時電動機正轉，移動機構使刀盤移動，等左右端面齒脫開后，刀盤才可以繞刀盤刀盤軸轉動，完成轉位動作。

47、刀盤移動機構的設計要想使左右刀體的兩個端面齒脫離，就必須設計適合的機構使刀盤移動。本設計選用刀盤軸-螺母副，在刀盤軸上加工出外螺紋，當電動機通過減速裝置帶動刀盤軸繞刀盤軸轉動時，刀盤軸不做軸向移動，和螺母固定的刀盤左右移動。當?shù)侗P處于鎖緊狀態(tài)時左邊的端面齒盤與右邊的的端面齒盤相互嚙合，和刀盤軸固定在一起的轉位盤上的彈簧銷不能帶動刀盤轉動；當端面齒脫離嚙合時，彈簧銷就帶動刀盤轉動。設計刀盤軸時要求選擇適當?shù)穆菥?，以便當?shù)侗P軸轉動一定的角度時，使得端面齒盤左與右端面齒能夠完全脫離嚙合狀態(tài)。刀盤設計任務書中要求相鄰換刀時間為0.3s,參照老師提供的換刀時刀盤轉位時間0.5r/0.3s,擬選定0.75

48、r/0.3s. 即2.5r/s, 也就是150r/min3.2自動回轉刀盤的傳動系統(tǒng)圖1刀塔傳動系統(tǒng)圖自動回轉刀盤的換刀流程如下圖。圖上表示自動回轉刀盤在換刀過程中有關銷的位置。其中上部的圓柱銷2和下部的反靠銷6起著重要作用。圓柱銷和反靠銷之間有彈簧連接，不妨經二者合稱為彈簧銷。當?shù)侗P處于鎖緊狀態(tài)時，兩銷的情況如圖a所示，此時反靠銷6落在圓盤7的十字槽內，刀盤4的端面齒和下刀體的端面齒處于嚙合狀態(tài)（左右端面齒在圖中未畫出）電磁離合器刀架電動機正轉 第一級圓柱齒輪減速 第二級圓柱 齒輪減速動 力 刀 頭電磁離合器刀盤軸正轉左轉位圓盤旋轉刀盤移動 刀盤軸-螺母 端面齒錯開 到位回答刀盤旋轉霍爾元件

49、觸發(fā)霍爾 霍爾元件觸發(fā)圓柱銷落入左轉位圓盤 二級圓柱齒輪減速反靠銷反靠,端面齒嚙合刀盤軸反轉刀架電動機旋轉刀盤移動，粗定位位位 精定位延時鎖緊電動機停轉圖2：盤型回轉刀盤的換刀流程 需要換刀時，控制系統(tǒng)發(fā)出刀盤轉位信號，三項異步電動機正向旋轉，通過帶有螺紋的刀盤軸正向轉動，與螺目固連的的刀盤4逐漸移動，左右端面齒慢慢脫開；與此同時，左轉位圓盤1也隨著刀盤軸正向轉動（左轉位圓盤1通過圓柱銷與刀盤軸聯(lián)接），當轉過約一定角度時，左轉位圓盤1直槽的另一端恰好和轉到圓柱銷2的左端面相對，由于彈簧3的作用，圓柱銷2落入直槽內，于是左轉位圓盤1就通過圓柱銷2使得刀盤4轉動起來（此時端面齒已完全脫開）。圖3：

50、轉位圓盤轉位過程左轉位圓盤1、圓柱銷2以及刀盤4在正轉的過程中，反靠銷6能夠從反靠圓盤7中十字槽的左側斜坡滑出，而不影響刀盤4尋找刀位時的正向轉動。刀盤4轉到需要的刀位時，發(fā)信盤上對應的霍爾元件輸出低電平信號，控制系統(tǒng)收到后，立即控制刀盤電動機反轉，左轉位圓盤1通過圓柱銷2帶動刀盤4開始反轉，反靠銷6馬上就會落入反靠圓盤7的十字槽內，至此，完成粗定位。此時，反靠銷6從反靠圓盤7的十字槽內爬不上來，于是刀盤4停止轉動，而左轉位圓盤1繼續(xù)反轉，其直槽的左側斜坡將圓柱銷2的頭部壓下，之后，左轉位圓盤1的右表面開始與圓柱銷2的頭部滑動。在此期間，左右端面齒盤的端面齒逐漸嚙合，實現(xiàn)精定位，經過設定的延時

51、時間后，刀盤電動機停轉，整個換刀過程結束。3.3電動機的選擇3.3.1銑削力及銑削功率的計算銑削力的分析與計算采用硬質合金立刀具，工件的材料為碳鋼。則由表查得采用立銑刀時的銑削力計算公式為： 今選擇立銑刀的最大直徑為d=20mm，齒數(shù)z=3,為了計算最大銑削力，在不對稱銑削情況下，取最大銑削寬度為，背吃刀量=10mm ，每齒進給量，銑刀轉速。則求的最大銑削力：若采用圓柱銑刀今選擇圓柱銑刀的最大直徑為d=20mm，齒數(shù)z=4,為了計算最大銑削力，在不對稱銑削情況下，取最大銑削寬度為，背吃刀量=10mm ，每齒進給量，銑刀轉速。則求的最大銑削力.銑削功率的分析與計算銑削過程中消耗的功率主要按圓周切

52、削力和銑削速度進行計算：若取銑刀轉速為740r/min,則=*d*n/60= 進給運動也消耗一些功率，一般情況下，所以總的銑削功率, 由此可估算總的銑削時所需的電動機功率:，、取=0.85,則 10415w3.3.2鉆削及鉆削功率的分析與計算 鉆孔用的刀具主要是麻花鉆，使用麻花鉆可加工0.180mm的孔。假設要求最大鉆孔直徑為20mm計算公式分別如下； 式中 為軸向力，單位為n; 為切削轉矩，單位為nm;切削功率，單位為千瓦；為鉆頭直徑，單位為mm;為每轉進給量，單位為mm/r;為切削速度，單位為mmin；、，當實際加工條件與建立的經驗公式的實驗條件不相符時，各種影響因素對各切削分力的修正系數(shù)的乘積，一般估算時，均可取為1。 查表鉆孔時軸向力和轉矩表達式中的系數(shù)和指數(shù)。有 =600 =1.0; =0.7=0.305; =2.0;=0.8又因為d=20mm