轉(zhuǎn)塔刀架設(shè)計(jì)及相關(guān)技術(shù)研究【含11張cad圖紙+文檔全套資料】

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本設(shè)計(jì)主要通過大量閱讀文獻(xiàn)掌握機(jī)床轉(zhuǎn)塔刀架的基本知識(shí)；研究數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)塔刀架及刀庫的關(guān)鍵技術(shù)，了解其選型、應(yīng)用及設(shè)計(jì)方法等；完成某種數(shù)控銑床用轉(zhuǎn)塔刀塔的設(shè)計(jì)，并且轉(zhuǎn)塔刀架的裝刀數(shù)量不少于8把，對(duì)于數(shù)控車床轉(zhuǎn)塔刀架設(shè)計(jì)的基本要求是轉(zhuǎn)位準(zhǔn)確可靠，工作平穩(wěn)安全；轉(zhuǎn)位時(shí)間短；轉(zhuǎn)位 以后重復(fù)定位精度高；防水防屑，密封性能優(yōu)良；夾緊剛性高，適宜重負(fù)荷切削。 2.課題研究現(xiàn)狀 2.1國(guó)內(nèi)對(duì)轉(zhuǎn)塔刀架的研究現(xiàn)狀 我國(guó)數(shù)控機(jī)床約有幾十年的歷史,目前正處在高速發(fā)展期,采用的刀架多為液壓凸 輪刀架,關(guān)于伺服動(dòng)力刀架技術(shù)的研究剛剛起步[4]。隨著對(duì)機(jī)床精度、速度、可靠性、復(fù) 合化程度等的要求的提高,迫切需要自主研發(fā)目前主要依靠進(jìn)口的伺服刀架和伺服動(dòng)力 刀架,以滿足高檔數(shù)控機(jī)床發(fā)展的需要。 目前國(guó)內(nèi)主要刀架產(chǎn)品生產(chǎn)廠家有:煙臺(tái)環(huán)球、常州宏達(dá)、常州亞興、臺(tái)灣六鑫、 臺(tái)灣德士、臺(tái)灣亙陽、沈陽精誠(chéng)等。經(jīng)過近幾年的發(fā)展,國(guó)內(nèi)及時(shí)跟蹤國(guó)外先進(jìn)技術(shù), 不斷開發(fā)推出新產(chǎn)品,刀架技術(shù)得到了很大提高[5]。 煙臺(tái)環(huán)球公司研制的AK系列刀架采用伺服電機(jī)進(jìn)行分度,液壓控制松開,以端 齒輪(三聯(lián)齒輪)進(jìn)行精密定位,可實(shí)現(xiàn)雙向轉(zhuǎn)位就近選刀,,中心高有80mm、100mm和125mm,刀孔的定位精度達(dá)士,重復(fù)定位精度達(dá)士轉(zhuǎn)位180度的分度時(shí)間達(dá)到1.0s,最多同時(shí)能裝12把刀,動(dòng)力刀具轉(zhuǎn)速達(dá)5000rpm[6]。 臺(tái)灣德士公司研制的中心高不同的軸向動(dòng)力刀架和徑向動(dòng)力刀架在精度、換刀時(shí)間 方面等都有了提高[7]。相鄰兩刀的換刀時(shí)間為0.15s,轉(zhuǎn)位180度的時(shí)間為0.72s,重復(fù)定位精度達(dá)，動(dòng)力刀具轉(zhuǎn)速達(dá)4000rpm。 2.2國(guó)外對(duì)轉(zhuǎn)塔刀架的研究現(xiàn)狀 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展己有五十多年的歷史,伺服刀架的發(fā)展約有二十年的歷史,伺服動(dòng)力刀架有十余年的歷史,己進(jìn)入成熟期[8-10]。國(guó)外刀架發(fā)展的趨勢(shì)是:液壓凸輪刀架、電動(dòng)刀架、伺服刀架、分度馬達(dá)刀架、動(dòng)力刀架、帶Y軸刀架、帶B軸刀架及直聯(lián)式力矩電機(jī)刀架等[11]。 目前,日本、德國(guó)、英國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家均有成熟的刀架產(chǎn)品生產(chǎn),如德國(guó)Index公司開發(fā)的車削中心V300Vertical Line上固定安裝一個(gè)立式刀具臺(tái)和1~2個(gè)轉(zhuǎn)塔動(dòng)力刀架,可配置26把單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力刀具;日本的Hitachi Seiki公司的Tricell有3個(gè)刀架,兩個(gè)分別對(duì)應(yīng)左、右側(cè)對(duì)置主軸,第三個(gè)起平衡兩主軸加工時(shí)間的作用;日本村田機(jī)械的MW系列有兩平行并列主軸,卡盤端面面向操作者,每軸配一個(gè)刀架,便于排屑和操作,適于盤類零件加工[12]。 國(guó)外數(shù)控機(jī)床刀架的專業(yè)生產(chǎn)廠家主要有:德國(guó)肖特(SAUTER)、意大利巴拉法第(BARUFFALDI)、杜普馬帝克(DUPLOMATIC)等,這些專業(yè)廠家刀架生產(chǎn)歷史悠久,產(chǎn)品系列全[13]。 德國(guó)肖特(SAUTER)是國(guó)外生產(chǎn)刀架產(chǎn)品質(zhì)量較好的公司,其研制的刀架多種多樣,主要有電動(dòng)刀架、雙馬達(dá)伺服刀架、單馬達(dá)伺服刀架、四方刀架、B軸刀架和皇冠刀架等[14]。電動(dòng)刀架控制簡(jiǎn)單,能夠?qū)崿F(xiàn)軸向和徑向出刀,具有Y軸功能;雙馬達(dá)伺服刀架具有極佳的溫度穩(wěn)定性,也具有軸向和徑向出刀能力,適用于背面加工;單馬達(dá)伺服刀架定位和動(dòng)力刀共享單一馬達(dá),能夠?qū)崿F(xiàn)超高速定位,180°分度時(shí)間達(dá)到0.92s同時(shí)具有Y軸功能;B軸刀架兼具Y軸及刀庫功能,適用于復(fù)雜工件的切削及輪廓銑削,重復(fù)定位精度高達(dá);皇冠刀架尺寸小,換刀快,可達(dá)0.2s,主軸轉(zhuǎn)速高達(dá)18000rpm,定位準(zhǔn)確,其定位精度,重復(fù)定位精度,最多可以8個(gè)獨(dú)立刀座及多頭刀座,刀架內(nèi)部具有超載保護(hù)裝置可減少撞車時(shí)對(duì)刀架的損壞,換刀時(shí)刀盤不需有抬起動(dòng)作,適宜在生產(chǎn)線上大量使用[15]。 2.3 國(guó)內(nèi)與國(guó)外的差距 我國(guó)的數(shù)控機(jī)床行業(yè)與世界先進(jìn)制造行業(yè)相比，存在很大的差距，而重要的原因是功能部件行業(yè)趕不上數(shù)控機(jī)床的發(fā)展[16]。特別是數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架行業(yè)，在2007年制定了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但是標(biāo)準(zhǔn)要求比較低,雖然每個(gè)企業(yè)都有了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，但生產(chǎn)的產(chǎn)品以中、低檔次為主。中、高檔次產(chǎn)品都是從中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)和國(guó)外引進(jìn)，特別是歐洲國(guó)家，像意大利的迪普馬、巴拉法蒂，德國(guó)的肖特等都是有幾十年的數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架設(shè)計(jì)、研發(fā)、生產(chǎn)的專業(yè)企業(yè)，有豐富的經(jīng)驗(yàn)積累，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，擁有自己的標(biāo)準(zhǔn)，有先進(jìn)的加工檢測(cè)手段，其精度等級(jí)、技術(shù)參數(shù)都遠(yuǎn)高于我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和任何一家企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。但是，進(jìn)口刀架的價(jià)格昂貴，交貨周期長(zhǎng)，因此，目前配置在國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床上的進(jìn)口高檔次功能部件還是比較少的[17]。而中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)的液壓刀架其穩(wěn)定性、可靠性、適應(yīng)性基本達(dá)到國(guó)際同類產(chǎn)品水平，而且有自己的特點(diǎn)，與歐洲產(chǎn)品相比，價(jià)格適中，具有很高的性價(jià)比。因此，臺(tái)灣的數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架在大陸有一定的占有量，而且在中檔次機(jī)床的配置尤為突出[18]。如何提升自己產(chǎn)品的技術(shù)含量，既適合我國(guó)數(shù)控機(jī)床發(fā)展的實(shí)際需要，又能在國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中有一席之地，是我們值得思考的問題和今后各個(gè)企業(yè)所要走的路。 3. 轉(zhuǎn)塔中心換刀原理分析 3.1 主軸電機(jī)動(dòng)力傳遞 轉(zhuǎn)塔中心的主軸切削加工和八角頭轉(zhuǎn)動(dòng)換刀所需的動(dòng)力由同一電機(jī)（主軸電機(jī)）提供，那么主軸電機(jī)的動(dòng)力到底是如何傳遞給主軸和八角頭分度機(jī)構(gòu)的，則需將各部件結(jié)合起來進(jìn)行深入分析后才可得知。經(jīng)研究分析可得到主軸電機(jī)的動(dòng)力流程，如圖 1 所示。 由于主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行加工切削時(shí)，不允許八角頭轉(zhuǎn)動(dòng)；八角頭轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行換刀時(shí)，主軸應(yīng)失去動(dòng)力。[19]因此由一個(gè)電機(jī)為兩者提供動(dòng)力是不沖突的，并能節(jié)省成本和能源。而主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)和八角頭的轉(zhuǎn)動(dòng)不能同時(shí)進(jìn)行，這是由離合器與滑動(dòng)離合器的機(jī)械互鎖來保證的，兩個(gè)離合器依靠機(jī)械結(jié)構(gòu)來協(xié)調(diào)動(dòng)作，進(jìn)行互鎖，在同一時(shí)間，只能有一個(gè)離合器處于閉合狀態(tài)。 圖1 主軸電機(jī)動(dòng)力傳遞流程 3.2 轉(zhuǎn)塔中心換刀原理 通過以上分析可知，轉(zhuǎn)塔中心的自動(dòng)換刀是通過一系列的機(jī)械機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)動(dòng)作來完成的。主要通過兩個(gè)離合器的是否閉合來控制主軸電機(jī)的動(dòng)力傳遞，當(dāng)滑動(dòng)離合器閉合時(shí)，主軸電機(jī)帶動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行切削工；當(dāng)離合器閉合時(shí)，主軸電機(jī)帶動(dòng)六角頭轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行主軸和刀具的更換，兩個(gè)離合器通過機(jī)械結(jié)構(gòu)互鎖。利用凸輪與離合器撥叉的配合保證每次換刀，凸輪軸只轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，離合器便分離；再利用槽輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)分度，保證每次換刀六角頭只轉(zhuǎn)動(dòng) 60°。而凸輪軸上的凸輪與離合器臂的配合則使得，每次換刀前分度定位柱塞退出定位，而換刀結(jié)束后再對(duì)六角頭進(jìn)行定位，使得主軸和刀具具有較高的重復(fù)定位精度。每次換刀，六角頭能自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng) 60°，更換至下一根主軸用于切削加工，實(shí)現(xiàn)機(jī)床自動(dòng)換刀[20]。 參考文獻(xiàn)： [1]李憲凱.車銑復(fù)合加工中心結(jié)構(gòu)分析[J]．設(shè)備管理與維修，2006(1)：36． [2]郭永環(huán).數(shù)控車床用轉(zhuǎn)塔動(dòng)力刀架的發(fā)展方向[J]．機(jī)床與液壓，2002(6)：24-26． [3]吉濤，劉乘.多工位轉(zhuǎn)塔刀架的數(shù)控實(shí)現(xiàn)[J]．機(jī)床與液壓。2006(9)：89． [4]蘇曉暉．機(jī)床六工位轉(zhuǎn)塔動(dòng)力刀架的設(shè)計(jì)[J]．制造技術(shù)與機(jī)床，2010(3)：46． [5] 陳代隆，于天標(biāo)．多工位液壓數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架[J]．沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，21(4)：312． 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[20] 吳彬.多功能鐘表機(jī)床的研制[D].上海：上海大學(xué)機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院，2009 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開 題 報(bào) 告 2．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 2.1.研究解決的問題 ： 1） 機(jī)床的轉(zhuǎn)塔刀架設(shè)計(jì)，包括動(dòng)力方案設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算和整體布局設(shè)計(jì)。 2） 機(jī)床關(guān)鍵部件——轉(zhuǎn)塔中心的內(nèi)部機(jī)構(gòu)和換刀原理的研究和分析。 3) 根據(jù)機(jī)床的功能要求，設(shè)計(jì)一種符合要求的轉(zhuǎn)塔刀架。 4) 學(xué)習(xí)Autocad,繪制出轉(zhuǎn)塔刀架的零件圖，裝配圖。 2.2研究方案 1）從人機(jī)工程學(xué)的角度進(jìn)行機(jī)床的整體布局設(shè)計(jì)。 2) 對(duì)現(xiàn)有自動(dòng)換刀裝置——轉(zhuǎn)塔中心進(jìn)行分析，通過工程分析和研究，設(shè)計(jì)新型裝置，提高換刀速度和精度 3) 完成一種數(shù)控滿足刀數(shù)和精度的機(jī)床轉(zhuǎn)塔刀架的設(shè)計(jì)。 4) 利用數(shù)控系統(tǒng)和 機(jī)床控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)床的各種控制功能，保證機(jī)床穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。 2.3.工作進(jìn)度安排 第1-2周：選擇設(shè)計(jì)方向，收集資料，確定設(shè)計(jì)內(nèi)容，撰寫開題報(bào)告。 第3-4周：調(diào)研。 第5-6周：學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)塔刀架的設(shè)計(jì)方法。 第7-8周：繪制轉(zhuǎn)塔刀架的結(jié)構(gòu)示意圖。 第9-10周：根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。 第11-12周：運(yùn)用AutoCAD繪制轉(zhuǎn)塔刀架工程圖。 第13周：完成論文初稿，根據(jù)提出的修改意見完善圖紙及論文。 第14周：畢業(yè)設(shè)計(jì)定稿、打印，畢業(yè)答辯。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開 題 報(bào) 告 指導(dǎo)教師意見： 報(bào)告表明，該同學(xué)近期查閱了一些數(shù)控機(jī)床，數(shù)控刀具刀架方面的文獻(xiàn)資料，對(duì)其發(fā)展歷程有了初步的了解，但深入技術(shù)細(xì)節(jié)不夠?qū)ρ芯楷F(xiàn)狀,產(chǎn)品中的新技術(shù)了解不多，因此只提出了設(shè)計(jì)的思路，后期應(yīng)盡快制定更詳細(xì)的方案。 同意開題 指導(dǎo)教師： 2016 年 3 月 22 日 所在系審查意見： 系主任： 2016年 3 月 22 日