車(chē)床刀架設(shè)計(jì)-機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程論

1、.機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)課程論文論文題目： 車(chē)床刀架設(shè)計(jì) 學(xué)院： 機(jī)電工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)： 紡織工程 班級(jí)： 姓名： 翁子成 學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)老師：楊保健 2017年 5 月 5 日機(jī)床刀架設(shè)計(jì)一、車(chē)床刀架的功能 機(jī)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(chē)床上的四方刀架，轉(zhuǎn)塔車(chē)床的轉(zhuǎn)塔刀架，回輪式轉(zhuǎn)塔車(chē)床的回輪刀架，自動(dòng)車(chē)床的轉(zhuǎn)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(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，機(jī)床的刀架也有了許多變化，特別是數(shù)控車(chē)床上采用電(液)換位的自動(dòng)刀架，有的還使用兩個(gè)回轉(zhuǎn)刀盤(pán)。加工中心則進(jìn)一步采用

2、了刀庫(kù)和換刀機(jī)械手，實(shí)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。二、刀架的類(lèi)型 按換刀方式的不同，數(shù)控車(chē)床的刀架系統(tǒng)主要有回轉(zhuǎn)刀架、排式刀架和帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀裝置等多種形式,下面對(duì)這三種形式的刀架作簡(jiǎn)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(chē)床，以加工棒料或盤(pán)類(lèi)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。可以根據(jù)具體工件的車(chē)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(chē)削

3、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。（2） 回轉(zhuǎn)刀架?；剞D(zhuǎn)刀架是數(shù)控車(chē)床最常用的一種典型換刀刀架，一般通過(guò)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)作，根據(jù)加工要求可設(shè)計(jì)成四方、六方刀架或圓盤(pán)式刀架，并相應(yīng)地安裝4把、6把或更多的刀具?；剞D(zhuǎn)刀架的換刀動(dòng)作可分為刀架抬起、刀架轉(zhuǎn)位和刀架鎖緊等幾個(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)刀架根據(jù)刀架回轉(zhuǎn)軸與安裝底面的相對(duì)位置，分為立式刀架和臥式刀架兩種。（3） 帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀裝置。上述排刀式刀架和回轉(zhuǎn)刀架所安裝的刀具都不可能太多，

4、即使是裝備兩個(gè)刀架，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。三、刀架應(yīng)滿(mǎn)足的要求 （1）滿(mǎn)足工藝過(guò)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(shí)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(zhuǎn)位。（2）在刀架以要能牢固地安裝刀具，在刀架上安裝刀具進(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。刀架

5、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，刀架的運(yùn)動(dòng)軌跡必須準(zhǔn)確，運(yùn)動(dòng)應(yīng)平穩(wěn)，刀架運(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）刀架應(yīng)具有足夠的剛度。由于刀具的類(lèi)型、尺寸各異，重量相差很大，刀具在自動(dòng)轉(zhuǎn)換過(guò)程中方向變換較復(fù)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(guò)程和換刀過(guò)程平穩(wěn)。（4）可靠性高。由于刀架在機(jī)床工作過(guò)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(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。

6、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。刀架是工人經(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)刀架設(shè)計(jì)好壞的指標(biāo)。刀架上應(yīng)便于工人裝刀和調(diào)刀，切屑流出方向不能朝向工人，而且操作調(diào)整刀架的手柄（或手輪）要省力，應(yīng)盡量設(shè)置在便于操作的地方。四、刀架的轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 一般來(lái)說(shuō)，機(jī)床刀架的轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)主要有以下幾種（1） 液壓（或氣動(dòng)）驅(qū)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

7、，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)制刀架作轉(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(pán)（相當(dāng)于刀架體）端面有多個(gè)柱銷(xiāo)，銷(xiāo)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(xiāo)會(huì)進(jìn)入凸輪輪廓的曲線段，使凸輪開(kāi)始驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)位，與此同時(shí)有的圓柱銷(xiāo)會(huì)與凸輪輪廓脫離，當(dāng)柱銷(xiāo)接觸的凸輪輪廓由曲線段過(guò)渡到直線段時(shí)，即使凸輪繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)盤(pán)也不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，即完成了一次刀盤(pán)分度轉(zhuǎn)位動(dòng)作。如此

8、反復(fù)下去，就能實(shí)現(xiàn)多次的刀架換刀操作。由于凸輪是一個(gè)兩端開(kāi)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(pán)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(guò)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。（3） 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的刀架轉(zhuǎn)位。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，可以采用直流（或交流）伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸桿、蝸輪（消除間隙）實(shí)現(xiàn)刀架轉(zhuǎn)位，轉(zhuǎn)位的速度和角位移均可通過(guò)半閉環(huán)反饋進(jìn)行精確控制加以實(shí)現(xiàn)，因而這種轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)位速度可以進(jìn)行精確控制、精度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)容易。所以在現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床中被廣泛采用。 五

9、、刀架定位機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 目前在刀架的定位機(jī)構(gòu)中多采用錐銷(xiāo)定位和端面齒盤(pán)定位。由于圓錐銷(xiāo)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(xiāo)磨損后仍可以消除間隙，以獲得較高的定位精度。端齒盤(pán)定位由兩個(gè)齒形相同的端面齒盤(pán)相嚙合而成，由于嚙齒合時(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(pán)定位的特點(diǎn)：（1） 定位精度高。由于端齒盤(pán)定位齒數(shù)多，且沿圓周均布，向心多齒結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)研齒的齒盤(pán)其分度精度一般可達(dá)''3左右，最高可過(guò)''4.0以上，一對(duì)齒盤(pán)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(méi)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