刀架设计-毕业论文开题报告

1 三 江 学 院 毕业设计开题报告 （专科生用） 院（系） 专业 论文题目 学生姓名 何鹏学号A125101009 起讫日期2014/12/8-2015/3/11 指导教师姓名（签名） 指导教师职称 指导教师工作单位 院（系）领导签名 2 三江学院毕业设计（论文）开题报告三江学院毕业设计（论文）开题报告 题目刀架设计 学生姓名、学号何鹏、A125101009专业数控 指导教师姓名董祥国职称教授 应包括课题研究的背景、意义、文献综述；课题研究的基本内容、重点难点及要解决的主要问题；课题研究 计划与写作提纲等。(3000 字以上) 开题报告 一、课题研究的背景、意义 数控车床的刀架是数控机床的重要组成部分，刀架用于夹持切削用的刀具，其结构直接影响机 床的切削性能和切削效率。因此数控车床刀架设计的好与坏、效率的高与低直接影响到产品的加 工时间和加工质量，进而影响到加工业的飞速发展。 本设计主要对主题结构设计、主要传动部件的设计和电气控制部分设计计算。包括减速传动机 构的设计、上刀体锁紧与精定位机构的设计及刀架抬起机构的设计，蜗杆副的设计计算以及硬件 电路和控制软件的设计。 本设计的刀架系统电路简单，可靠性强，有效的解决了传统机床换刀主要依靠手工换刀，辅助 时间长，精度不高，累积误差大，加工出的产品既费时且不如数控加工的问题，也为车床数控改 造中的自动换刀问题提供一种有效的解决途径。 随着电子技术和计算机技术的发展，数控系统的发展已经经历了电子管、晶体管、中小估摸集 成电路、大规模集成电路和超大规模集成电路五个阶段。因前三代是已专门电路和硬接线插补， 纸带格式识别，绝对或增量定位及字符编码等功能的，故称之为硬件式数控，即为一般 NC 系统自 70 年代中期以后出现第四、第五代数控系统由大规模、超大规模集成电路及微处理机组成。该树 精系统有很强的程序储存能力，一系列的功能都可以由不同的软件程序来实现，故称为软件式数 控，即通常称 CNC 系统。由于计算机基础的发展，硬件的集成得到提高软件日益丰富，国际数控 装置的水平和功能不断提高与完善，现在已普遍禁入了成熟应用阶段。 二、文件综述 刀架是车床的重要组成部分， 加工中心的动力刀架可安装各种非动力辅助刀架和动力刀架进行加工， 3 用于加工用的刀具，因此其结构直接影响到车床的加工性能和加工效率。刀架采用端齿分度，转位由步进电 动机驱动， 到位有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。 各类数控机床的自动换到装置的结构取决于机床的类型、工艺范围、使用刀具种类和数量。 刀架由一个微电机通过传递系统来带动。刀架的转动轴是竖直的，而转速比微电机来的要慢得多。由于电机 空间条件所限制必须卧式安装， 因此两者的转动轴线相互垂直或异面垂直， 蜗轮蜗杆传动比较适合于这种场 合。刀架从抬起变成转动的工作原理是：当刀架抬起到特定高度时，由一个正在旋转的拨块带动刀架旋转， 因此，刀架的抬起运动和转动均为同一传动系统先后完成。 随着数控车床的发展，数控刀架开始向快速换刀、电。液组合驱动个伺服驱动方向发展。 为了进一步提高数控机床的加工效率，数控机床正向工件在一台机床一次装夹即可完成多道工序或 全部工序的方向发展，因此出现了各种类型的加工中心机床，如车削中心、镗铣加工中心、钻削中心等等。 这类多工序加工的数控机床在加工过程中药使用多种刀具，因此必须有自动换刀装置，以便选用不同刀具， 完成不同工序的加工工艺。自动换刀装置应当具备换刀时间短。刀具重复定位精度高。足够的刀具储备量。 占地面积小、安全可靠等特性。 数控机床上的刀架是安放刀具的重要部件，许多刀架还直接参与切削工作。这些刀架即安放刀具，而且还直 接参与切削，承受极大的切削力作用，所以它往往成为公益系统中比较薄弱环节。随着自动化技术的发展， 机床的刀架也有了许多变化，特别是数控车床上采用换位的自动刀架，有的还使用两个回转刀盘。加工中心 则进一步采用了刀库和换刀机械手， 定现了大容量存储刀具和自动交换刀具的功能， 这种刀库安放刀具的数 量从几十把到上百把， 自动交换刀具的时间从十几秒减到几秒设置零点几秒。 这种刀库和换刀机械手组成的 自动换刀装置，就成为加工中心的主要特征。 因此， 刀架的性能和结构往往直接影响到机床的切削性能、 切削效率和体现了设计和制造技术水平。 三、研究的基本内容 1、运动设计 2、结构方案设计 3、绘制总图及主要零件的零件图 技术要求 1.夹紧刀具可靠； 2 通过螺纹传动实现横向走刀约 36mm; 3.整个刀架被安装在车床的溜板上，实现纵向走刀。 4 四、技术线路及具体方法 1.总体方案 （1）设计思路 其中包括控制元件、动力源、传动装置、刀架体育检测装置。 （2）总体方案拟定 1、刀架的选择 螺旋转位刀架，电机经弹簧安全离合器至蜗轮带动螺母旋转，螺母举起刀架使端齿盘的 上盘与下盘分离，随即带动刀架旋转到位，然后发信号使电机反转锁紧，使刀架换位，进行切 削加工。螺母升降式零件多，但加力可靠，精度较高，许多刀架都是利用这种原理设计的。 2、刀架的抬起 利用压缩弹簧的恢复力来完成刀架的抬起，在发出这一动作前，弹簧一直被压缩着，直到 发出信号时，使弹簧回弹，这可由某一滑块机构的鞋面转动来完成。同样，压缩弹簧还是利用 这一斜面，但其转动方向相反。 3、刀架的选位和回转 刀架由一个微电机通过传动系统来带动的。刀架的转动轴线是竖直的，二转速比微电机 要来的慢得多。由于电机精简条件所限必须卧式安装，因此两者的转动轴线互相垂直或异面垂 直，蜗轮蜗杆传动比较适合于这种场合。刀架从抬起变成转动的功作原理是：当刀架抬到特定 高度时，由一个正在旋转的拨块带动刀架的转动，因此，刀架的抬起运动和转动均由同一传动 5 先后完成。 刀把转过一定角度后要选位，即看一看转到这个位置的刀具是否符合加工要求，这一功 能是由微机程序来实现，具体的说，当刀架转到此位置时，程序自动将该位置所需刀具编码加 以比较。若相同，该刀具就选定此位。否则，在转动，重复上述过程。 4、刀架的下降、定位和压紧 刀架选定位置后，斜面插入斜面槽中，使之粗定位。然后由微机控制使微电机反转。由 于斜面削的棘轮作用，刀架不跟随转，只是下降，再由精定位元件来精确定位。 精定位元件有若干种，常采用锥形定位销定位。但是如果只用一个定位销定位，那么刀 架的定位精度和定位精度刚度都不足。若用多个定位销定位，定位销孔的位置精度要求极高， 加工难度较大。相比之下，断面齿盘定位的优点较为明显。齿盘齿廓部分的形位精度可以从工 艺上严加控制，再经反复对研，即可得到很高的精度。由于端面齿盘定位为多齿接触，接触面 积大，因此它还有接触刚度好、定位尺寸稳定性好和寿命长等特点。此外，这种元件允许刀架 下降时有一定角度误差。因此转位刀架的精确定位最常用的是端齿盘结构式。 定位完毕，需要压紧刀架才能安全可靠地工作。压紧力是由刀架下降到底后，微电机继 续转动所产生的。压紧力的大小应是切削力大小的两倍以上，而且应该能调整。当压紧力达到 调整数值时，使微电机停转，且始终保持这一压力直到下一动作循环的开始。 5、减速传动机构的设计 本设计采用异步电动机作为动力源，普通的三相异步电动机因转速太快，不能直接驱动 刀架进行换刀， 必须经过适当的减速才行。 常用的减速机构有： 齿轮减速个蜗轮蜗杆减速机构。 齿轮减速机构一般为渐开线齿轮行星传动， 是一种具有动轴线的齿轮系传动， 亦称转轮系传动， 可用于减速、增速和差速装置。其优点是体积小，重量轻，效率高，结构简单紧凑，可得到很 大的传动比，便于串联成多级传动。蜗轮蜗杆减速机是一种具有结构紧凑，传动比大，以及在 一定条件下具有自锁功能的传动机械，是最常用的减速机之一，其中，中空轴式蜗齿减速机不 仅具有以上的特点，而且安装方便，结构合理，越来越得到广泛应用。根据立式转位刀架的结 构特点采用蜗杆副减速时最佳选择。蜗杆副可以改变运动的方向，获得较大的传动比，保证传 动精度个平稳性，并且具有自锁功能，还可以实现整个装置的小型化。 6 五、进度安排 第 1 周 （14 年 12 月 8 日14 年 12 月 12 日）查阅资料，明确设计思路， 第 2 周 （14 年 12 月 15 日14 年月日） 完成开题报告 第 3 周 （14 年月日14 年月日）完成并总体方案 第 4 周 （14 年月日15 年月日） 完善总体方案 第 5 周 （15 年月日15 年月日）完成总装图 第 6 周 （15 年月日15 年月日）绘制关键零件的零件图 第 7 周 （15 年月日15 年月日） 完善零件图， 论文撰写初稿 第 8 周 （15 年月日15 年月日）修改完善论文 第 9 周 （15 年月日15 年月日）准备答辩 六、参考文献 1机械设计手册编写组机械设计手册新版M北京：机械工业出版社, 2004 2吴克坚，于小红，钱瑞明机械设计M北京：高等教育出版社, 2003 3Anto nio Lopes, Fernando Almeida. A forceimpedance controlled industrial robot using an active robotic auxiliary device J. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing , 2008, 24(3): 299399 4徐祥和，贾方，张志胜电子精密机械设计M南京：东南大学出版社，2000.1 7 学生签名：年月日 指导教师批 阅意见 （指导教师应对课题研究的思路、方法、对策、措施和预期成效等做出评价，并提出具体 的改进意见） 指导教师签名：年月日 注：理工类学生偏重于对课题相关知识的理解和实施方案的框架结构，文管类学生偏重于对文献资料 的理解与综述。表格栏高不够可自行增加。 三江学院毕业设计（论文）指导情况记录表三江学院毕业设计（论文）指导情况记录表 （本表由学生和指导教师按指导情况分别如实填写） 8 教师指导意见及指导方式（教师填写） ： （指导学生开题、查阅文献资料、综合运（指导学生开题、查阅文献资料、综合运 用知识用知识、方案设计方案设计、论文写作论文写作、外文应用外文应用、实验实验、指出存在问题及解决办法等简指出存在问题及解决办法等简 况）况） 指导教师签名：年月日 学生意见（任务完成情况及需要解决的问题） ： 学生签名：年月日 注：此页可根据需要自行复制，每指导一次，填写一次，不受页数限制。 三江学院毕业设计（论文）软硬件验收表三江学院毕业设计（论文）软硬件验收表 9 学号姓名 题目 要求完成的实物内容及规定的技术指标： （学生填写） 学生签名： 年月日 验收结果： （验收负责人填写） 验收负责人签字： 年月日 注：无软、硬件要求不填写此表 三江学院毕业设计（论文）评阅表三江学院毕业设计（论文）评阅表 （指导教师填写）（指导教师填写） 10 学 生 姓 名学号 设计(论文)题目 学生工作态度好一般较差开题报告 好 一般 较差 无 中文摘要 好 一般 较差 无英文摘要 好 一般 较差 无 外文资料翻译好一般较差无此项要求 软硬验收表（无此要求不须填写） 有无设计(论文)约字 指导教师评阅意见指导教师评阅意见 是否同意参加答辩： 评分评分： 指导教师可参考以下标准评分：工作态度与纪律满分 20 分；基本理论、基本知识、外 文、计算机水平满分 30 分；设计（论文）质量水平及主要创新点满分 50 分； 指导教师签名：年月日 三江学院毕业设计（论文）答辩记录三江学院毕业设计（论文）答辩记录及及总评成绩表总评成绩表 学 生 姓 名题目 11 指导教师姓名答辩时间答辩地点 答答 辩辩 记记 录录 一、学生介绍本人毕业设计（论文）完成情况： 二、答辩委员会成员提问及学生回答： 12 答答 辩辩 评评 分分 及及 评评 语语 三、答辩评分（100 分） ： 设计（论文） 、实物质量及主要创新点（满分 50 分） ；评分： 设计（论文）内容的讲述（满分 25 分）评分： 回答问题的正确性（满分 25 分） ；评分： 合计： 四、评语： 答辩答辩 成员成员 签名签名 姓名职称姓名职称姓名职称 记录人签名：记录人签名：答辩负责人签名：答辩负责人签名： 年月日年月日 专科毕业设计（论文）总评成绩表专科毕业设计（论文）总评成绩表 指导教师评分 （按 60填入） 答辩评分 （按 40填入） 总评成绩 （按五级记分填入） 院