CK6130车削中心动力转塔刀架设计【14张CAD图纸】【优秀】

CK6130车削中心动力转塔刀架设计

47页 20000字数+说明书+开题报告+14张CAD图纸

CK6130车削中心动力转塔刀架设计开题报告.doc

CK6130车削中心动力转塔刀架设计论文.doc

从动盘.dwg

凸轮.dwg

刀架轴.dwg

刀盘.dwg

后端盖.dwg

大齿轮.dwg

支承件.dwg

法兰盘.dwg

活塞.dwg

箱体.dwg

箱体上盖板.dwg

缸体.dwg

装配图.dwg

设计图14张.dwg

轴承座.dwg

目录

前言1

第一章 绪论3

1.1国内外数控车床的研究状况与成果3

1.2数控刀架的发展趋势4

1.3 数控转塔刀架的开发应用4

第二章 数控车床自动换刀装置5

2.1概述5

2.2 ATC刀具自动换刀形式6

2.3 数控车床刀架的功能、类型和满足的要求7

2.3.1数控车床刀架的功能8

2.3.2数控机床刀架的类型8

2.3.3数控机床刀架应满足的要求9

第三章 车削中心动力刀架总体方案设计11

3.1调查研究与资料收集11

3.1.1  课题的调查研究11

3.1.2资料收集11

3.2动力刀架的整体方案设计与选择11

3.2.1 动力刀架的整体方案设计11

3.2.2液压驱动的刀架工作原理12

3.2.3 刀架定位精度及重复定位精度13

3.3动力刀架传动部分方案设计13

3.4 动力刀架的分度机构方案设计14

3.5动力刀架动力刀具方案设计15

3.5.1 齿轮传动的分类和特点16

3.5.2 齿轮传动类型选择的原则17

第四章 典型零件的设计和选用18

4.1　动力刀架传动部分18

4.1.1 刀架轴的结构设计及计算18

4.1.2　液压缸的设计19

4.1.2.1 选择液压缸类型19

4.1.2.2 液压缸内径D和活塞直径d的计算20

4.1.3 碟形弹簧的计算及选用21

4.1.4　轴承的选用22

4.1.5　端齿盘的选用23

4.1.5.1端齿盘的应用23

4.1.5.2端齿盘的特点24

4.1.5.3 端齿盘的设计24

4.2 动力刀架的分度机构部分25

4.2.1伺服电机的选用25

4.2.1.1伺服电机的分类26

4.2.1.2 伺服电机的一般选择原则26

4.2.1.3伺服电机的选用26

4.2.2凸轮机构的选用及计算30

4.2.2.1凸轮式间歇运动机构的特点及应用30

4.2.2.2圆柱凸轮分度机构参数确定31

4.3　动力刀架动力刀具部分31

4.3.1交流伺服电动机的选择32

4.3.1.1概述32

4.3.1.2 伺服电机的性能32

4.3.2　齿轮设计计算及选用33

4.3.3　轴承的选用35

第五章 CK6130车削中心动力转塔刀架三维制作36

5.1 典型零部件实体制作36

5.1.1刀架轴的实体制作36

5.1.2刀盘的制作36

5.1.3齿轮制作37

5.1.4圆柱凸轮制作37

5.2 装配图、剖视图、爆炸图39

第六章 总结42

致谢43

参考文献：44

   制造业是一个国家或地区经济发展的重要支柱，其发展水平标志着该国或地区经济的实力，科技水平，生活水准和国防实力。国际市场的竞争归根到底是各国制造生产能力及机械制造装备的竞争。

　　自从20世纪60年代世界上第一台数控机床问世以来，随着计算机技术、微电子技术、现代控制技术、传感检测技术、信息处理技术、网络通信技术和机械制造技术等各相关领域的发展，数控技术已成为现代先进制造系统(FMS，CIMS等)中不可缺少的基础技术。由于机床数控系统技术复杂，种类繁多。现在数控机床的“使用难、维修难”问题，已经是影响数控机床有效利用的首要问题。

　 工业发达国家都非常注重机械制造业的发展，为了用先进技术和工艺装备制造业，机械制造装备工业得到先发展。对比之下，我国目前机械制造业的装备水平还比较落后，表现在大部分工厂的机械制造装备基本上是通用机床加专用工艺装备，数控机床在机械制造装备中的比重还非常低，导致“刚性”强,更新产品速度慢，生产批量不宜太小，生产品种不宜过多；自动化程度基本上还是“一个工人，一把刀，一台机床”，导致劳动生产率低下，产品质量不稳定。 因此，要缩小我国同工业发达国家的差距,我们必须在机械制造装备方面大下功夫，其中最重要的一个方面就是增加数控机床在机械制造装备中的比重[1]。

  本课题为CK6130车削中心动力转塔刀架设计及三维制作，该刀架能够在一次装夹中完成多道工序，使加工范围扩大，大大提高了加工精度和生产效率。本次设计的主要内容为：1．CK6130车削中心动力转塔刀架总体布局设计；2．动力刀架传动部分设计；3．动力刀架分度机构设计；4．动力刀架刀具设计；5.外文资料的翻译。

　　分度机构和动力刀具部分设计是这次设计中的重点内容，同时也是难点。通过广泛查阅文献资料，参观数控车床实物样机以及与指导老师相互讨论等途径，拟定了如下的研究手段：

　　回转刀架的换刀分为刀盘抬起、刀架锁紧和刀盘转位三个动作。其中刀盘抬起和刀架锁紧由液压来实现，而刀盘转位则由伺服电机来驱动。刀盘抬起动作的实现须经以下步骤：数控系统发出刀盘抬起命令液压系统启动压力油进入液压缸右腔活塞向左运动刀架主轴向左移动端齿盘脱离啮合刀盘抬起。刀盘转位动作的实现顺经以下步骤：数控系统发出刀盘转位的命令伺服电机启动圆柱凸轮转动刀架主轴转动实现刀盘转位。刀盘锁紧动作的实现顺经以下的步骤： 数控系统发出刀盘锁紧顺序动作：碟形弹簧复位活塞向右运动刀架主轴向右移动端齿盘啮合实现刀盘锁紧。   从国内外市场调研结果看，国内对数控车床转塔刀架的设计和生产都是依赖于先进国家的，而且产品的性能方面跟国外还有一定的差距，期待开发设计一种性能最优，最有实用价值的转塔刀架，适应市场，替代进口产品低价位的数控车床用转塔刀架，占领国内市场，并达到国际领先水平，为国产机床工业的发展作出贡献。车削加工中心是目前国际上比较前端的一种数控机床，可以进行多工序加工，如车削、钻削、铣削等。有关人士指出，数控机床附件及其配套功能附件是我国机床工具制造业“十五”计划重点发展产品。虽然我国数控机床产品附件的研制由无到有，取得了显著成绩，但与国外先进水平相比还是有一定差距的。为确保国产数控机床的大发展，就必须把数控机床附件尽快搞上去。为此他们建议国家有关部门，尽快制定有关鼓励、扶持国产数控机床附件发展的相关政策，加大数控机床附件行业科研和技术改进投入，使国产数控机床附件行业有一个大发展。而且动力刀架是数控机床附件中尤为重要的一个部件，把这一技术提高是我们义不容辞的事情。

3.1.2资料收集

　课题涉及到的有关知识包括：数控机床结构、车削加工中心、自动换刀装置等等方面；其次还包括一些机械设计、机械传动、液压、间歇分度机构等方面的知识，在校图书馆借阅了一些关于本次设计有关的资料，而且还在网上搜索了一些相关资料：1）现代实用机床设计手册；2）实用机床设计手册；3）机械设计手册；4）数控车床设计；5）数控机床结构与维修等等。

3.2动力刀架的整体方案设计与选择

3.2.1 动力刀架的整体方案设计

   刀架是车床的重要组成部分，车削中心的动力刀架可安装各种非动力辅助刀夹和动力刀夹进行切削，用于夹持切削用的刀具,因此其结构直接影响到车床的切削性能和切削效率。刀架采用端齿分度，转位由交流伺服电动机驱动，刀位由二进制绝对编码器识别，动力刀具由变频电机驱动，通过同步齿形带等将动力传递到刀夹。

   根据前部分对机床刀架类型、性能及其使用场合的综合比较，并结合现有数控车床的实例，本次设计的CK6130车削中心动力刀架拟采用液压驱动的动力转塔刀架。该刀架的换刀动作分为刀盘抬起、刀盘分度转位和刀盘锁紧三个步骤，其中刀盘抬起由单作用液压缸来实现，刀盘锁紧由碟形弹簧复位来实现，而刀盘的分度转位是由圆柱凸轮分度机构来实现的，由伺服电机驱动凸轮轴实现分度。

3.2.2液压驱动的刀架工作原理

　　液压驱动的转塔刀架，是用液压缸夹紧，液压马达驱动分度，端齿盘副定位，当刀架接收到转位指令后，液压油进入液压缸的右腔，通过活塞推动中心轴将刀盘左移，使定位副端齿盘脱离啮合状态，为转位作好准备。当刀盘处于完全脱开位置时，行程开关发出转位信号，液压马达带动转位凸轮旋转，凸轮依次推动回转盘上的柱销。使回转盘通过键带动中心轴及刀盘做分度运动。凸轮每转一周拨过一个柱销。使刀盘旋转1/n周（n为刀架的工位数）。中心轴的尾端固定着一个有n个齿的凸轮，当中心轴和刀盘转过一个工位时，凸轮压合计数开关一次，开关将此信号送入控制系统。当刀盘旋转到预定工位时，控制系统发出信号使液压马达刹车，转位凸轮停止运动，刀架处于预定位状态。与此同时，碟形弹簧复位，通过活塞将中心轴拉回，端齿盘副啮合。精确定位，刀盘便完成定位和夹紧动作。刀盘夹紧后，中

心轴尾部压下发出转位结束信号。

3.2.3 刀架定位精度及重复定位精度

   定位精度是指转塔到位后，刀架指定工位把刀孔中心线与设计中心线在竖直平面内的偏差。重复定位精度是指刀架各工位反复锁紧多次后的偏差平均值。由于该刀架转塔到位前，控制刀架初定位的霍尔元件发出信号使控制电机的电磁阀断电，此时电机内部的机械自锁部件使电机停在预定位置上，所以刀架具有较高的定位精度和重复定位精度。

3.3动力刀架传动部分方案设计

　　本次设计的车削中心动力转塔刀架是通过液压驱动来实现刀架抬起动作，当刀架轴尾部检测装置触碰到微动开关，刀架开始转位，而转位动作是由圆柱凸轮分度机构来实现的，换刀时间为1s，最后一个动作为刀架琐紧动作，由端齿盘来进行琐紧定位。

3.4 动力刀架的分度机构方案设计

　　生产和日常生活中，经常需要某些机构的主动件连续运动，从动件产生“动作——停止——动作”的间歇运动，实现这种运动的机构，称为间歇运动机构。常用的间歇运动机构有棘轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构和凸轮式间歇机构等。它们广泛用于自动及半自动机床的进给机构、送料机构、刀架转位机构及包装机等机构中。

 　1)棘轮机构主要由棘轮、棘爪、摇杆、制动爪和机架等组成。按照结构特点，可分为具有轮齿的棘轮机构和摩擦式棘轮机构两大类。其特点结构简单，转角大小改变较方便，但它的动力不大，且传动平稳性差，因此只适用于转速不高的场合，如各种机床和自动机床进给机构中。

　　2)槽轮机构由主动拨盘、从动槽轮及机架组成。槽轮机构有外啮合槽轮机构和内啮合槽轮机构两种。其结构简单，工作可靠，进入和脱离啮合时运动平稳；由于槽轮的转角大小无法调节，故只能用于定转角的间歇运动机构中。比如电影放映机上卷片机构等都是槽轮机构来实现的。

　　3)不完全齿轮机构是由普通渐开线齿轮机构演化而成的。但不同的是轮齿不布满整个圆周，它可分为外啮合和内啮合两种。其结构简单，制造方便，从动轮的运动时间和静止时间比例可不受结构的限制。其缺点是从动轮在进入和脱开啮合时，都有严重的刚性冲击，故一般只用于低速、轻载场合。

　　4)凸轮间歇运动机构是由凸轮、转盘及机架组成的。凸轮间歇运动机构有两种形式，一种是圆柱凸轮间歇运动，另一种是蜗杆凸轮间歇运动机构。这种凸轮机构可以通过调整凸轮与转盘中心距来消除滚子与凸轮突脊接触的间隙。

   这种转位机构依靠凸轮轮廓强制刀架作转位运动，运动规律完全取决于凸轮轮廓形状。圆柱凸轮是在圆周面上加工出一条两端有头的凸起=轮廓，从动回转盘（相当于刀架体）端面有多个柱销，销子数量与工位数相等。当圆柱凸轮按固定的旋转方向运动时，有的柱销会进入凸轮轮廓的曲线段，使凸轮开始驱动回转盘转位，与此同时有的圆柱销会与凸轮轮廓脱离，当柱销接触的凸轮轮廓由曲线段过渡到直线段时，即使凸轮继续旋转，回转盘也不会转动，即完成了一次刀盘分度转位动作。如此反复下去，就能实现多次的刀架换刀操作。由于凸轮是一个两端开口的非闭合曲线轮廓，所以当凸轮正反转进均可带动刀盘正反两个方向的旋转。这种转位机构转位速度高、精度较低，运动特性可以自由设计选取但制造较困难、成本较高、结构尺寸较大。这种转位机构可以通过控制系统中的逻辑电路或PC程序来自动选择回转方向，以缩短转位辅助时间。

   凸轮间歇运动机构的优点是：传动可靠、平稳，转盘可以实现任何运动规律，以适应高转速要求；可以改变凸轮曲线槽所对应的β角，改变转动与停歇时间比值；转盘停歇时，一般就依靠凸轮棱进行定位，不需要附加定位装置。但凸轮加工要求精度高。常用于需间歇转位的分度装置和要求步进动作的机械中，如多共位立式半自动机床工作盘的转位、轻工业包装机等[9]。