12刀位星型电动刀塔（Turret）设计.doc

陕西理工学院毕业设计论文目 录1.绪论11.1毕业设计的背景及目的11.2刀塔概况及发展趋势21.2.1刀塔概况21.2.2刀塔发展趋势31.3现代数控机床的特点及发展趋势41.3.1现代数控机床的特点41.3.2现代数控机床的发展趋势61.3.3现代技术给机床业带来的新动向82.刀塔的设计及计92.1刀塔的功能,类型和应满足的要求92.1.1机床刀塔的功能92.1.2机床刀塔的类型102.1.3机床刀塔应满足的要求112.2数控车床刀塔总体方案设计与选择122.2.1刀塔的整体方案设计122.2.2车床刀塔的转位机构方案设计122.2.3刀塔定位机构方案设计132.2.4车床刀塔的工作原理132.2.5刀塔的设计计算143.液压系统设计与计算363.1刀塔液压控制系统液压泵及油泵电动机的选择计算363.1.1液压油泵的选择373.1.2油泵电动机功率的选择计算373.2 液压缸的设计403.2.1 选择液压缸类型403.3数控车床液压系统的设计413.3.1液压回路的选择413.3.2拟定液压系统图413.3.3液压系统的控制原理42致谢42参考文献43II1.绪论1.1毕业设计的背景及目的 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1。 机床拥有量在一定程度上标志着国家的制造能力的大小。因此,我国对机床工业的发展十分重视,经过40多年的努力,目前我国已是机床生产的大国之一,机床的年产量超过16万台,各类机床品种已达2 500多个,年产值达220亿元,机床产业已是我国国民经济的重要组成部分。我国的机床拥有量也是惊人的,在八十年代初已达到328万台以上,居世界第二位。目前初略估计,我国机床拥有量已接近400万台。但是也应看到,我国所拥有的机床,大约有一半以上是质量较差的, 还有相当数量的机床的役龄已超过2030年,且数控机床、精密加工机床在整个机床拥有量中的所占的比例很小。另一方面,我国所制造的机床中,现代数控、精密的机床所占比例也很小,整个机床产值与机床产量之比很不相称,机床的质量和可靠性也不能适应现代制造业的需要。因此,在我国目前所拥有的数控和精密加工机床中,多数是从国外进口的2。 数控机床的大量推广使用,充分发挥数控机床的作用,合理管理,提高开动率是十分重要的,国外统计资料表明,普通机床的最好开动率不超过15%,而数控机床的开动率可高达85%。而从调查我国引进数控机床使用情况来看,管理和使用情况参差不齐,开动率一般不超过50%,且也有只达到30%以下开动率的。 管理不够完善的原因很多,大致有:（1）引进的设备种类繁多,增加了管理的复杂性;（2）数控系统的种类很多,增加了管理的工作量;（3）引进的软件由于装备不同而不能充分运用;（4）同一地区引进同一设备数量过多,超过所需很多而使设备闲置。1.2刀塔概况及发展趋势1.2.1刀塔概况 刀塔是数控车床非常重要的部件,数控车床根据其功能刀塔上可安装的刀具数量一般为8把、10把、12把或者16把有些数控车床可以安装更多的刀具。刀塔的结构形式一般为回转式，刀具沿圆周方向安装在刀塔上,可以安装径向车刀、轴向车刀、钻头、镗刀。车削加工中心还可安装轴向铣刀、径向铣刀。少数数控车床的刀塔为直排式,刀具沿一条直线安装。 数控车床可以配备两种刀塔： （ 1）专用刀塔 由车床生产厂商自己开发，所使用的刀柄也是专用的。这中刀塔的优点是制造成本低,但缺乏通用性。（2）通用刀塔 根据一定的通用标准,而生产的刀塔,数控车床什产厂家可以根据数控车床的功能要求进行选择配置。目前动力刀塔主要可分为两大主流，一是日系工具机大厂自行开发的动力刀塔,另一个则是刀塔制造厂商所开发的动力刀塔。日系工具机大厂所开发的动力刀塔能确实地搭配其工具机的特性,发挥其最大的功用,更能依客户的特殊加工需求，开发出特殊的刀具座，但缺点是其刀具座是依各自工具机厂的规范，不同的刀具座难以通用。目前国内数控刀塔以电动为主，分为立式和卧式两种。立式刀塔有四、六工位两种形式，主要用于简易数控车床；卧式刀塔有八、十、十二等工位，可正、反方向旋转，就近选刀，用于全功能数控车床。另外卧式刀塔还有液动刀塔和伺服驱动刀塔。1.2.2刀塔发展趋势 当前，国产数控机床发展迅猛，并向高速、高效、高精度、柔性化、环保方面发展。我国数控机床的快速发展，急需数控机床附件的大力跟进，也就是说好马还须配好鞍。国产数控车床今后将向中高档发展，中档采用普及型数控刀塔配套，高档采用动力型刀塔，兼有液压刀塔、伺服刀塔、立式刀塔等品种，预计近几年对数控刀塔需求量将大大增加。 数控刀塔今后的发展趋势是：随着数控车床的发展，数控刀塔开始向快速换刀、电液组合驱动和伺服驱动方向发展，具体来说有一下几个方面：（1）刀塔转位时间最短，且转位准确。刀塔的质量主要取决于换刀时间和故障率。 （2）刀塔定位精度高、动作迅速、稳定可靠。因为数控机床的切削加工精度在很大程度上取决于刀尖位置。由于在加工过程中刀尖位置不进行人工调整，因此，转塔刀塔在结构上必须有良好的强度和刚性，以及合理的定位结构，以保证转塔刀塔在每一次转位之后，具有尽可能高的重复定位精度。（3）可多刀夹持，双向转位和任意刀位就近选刀。（4）应用范围广，维修方便等特点。1.3现代数控机床的特点及发展趋势1.3.1现代数控机床的特点纵观二十世纪以来，特别是近十多年来,机床借助于微电子、计算机技术的飞速进步,正向着高精度、多功能、高速化、高效率、复合加工功能、智能化等方向迈进,明显地反映出时代的特征, 其主要表现为:（1）高精度化 当代工业产品对精度提出了越来越高的要求,仪器、钟表、家用电器等等都有相当高精度的零件,典型的高精度零件如陀螺框架、伺服阀体、涡轮叶片、非球面透镜、光盘、磁头、反射鼓等,这些零件的尺寸精度要求均在微米、亚微米级。因此,加工这些零件的机床也必须受到需求的牵引而向高精度发展。如中等规格的普通机加中心的定位精度,八十年代初为0.012mm0.300mm ,到了九十年代初,已提高为0.0020.005mm全程(如瑞士D IX I 公司的座标镗铣中心)。航天工业是当今数控加工机床发展的典型的受益工业部门之一。第一代惯性器件、伺服机构等高精度仪表零件的高精度关键部位的尺寸精度均在1Lm以下。而当前第二代惯性器件,以动马达为例,关键部位的尺寸精度已提高到0.10.2Lm,为适应这种要求,机床主轴回转精度已达到0.1Lm以下。当前一些透镜、磁盘等的精度也已要求0.1Lm以下的精度,为适应这种需要,数控机床和机械加工中心也必须提高精度,才能与之相适应。为此,在计算机技术发展的推动下,各种加工精度补偿技术得到应用和发展。机床的结构材料,在高精度机床上也已开始普遍使用各种性能稳定、温度影响小新型材料:如花岗岩、人造花岗岩、精密陶瓷、Invar、Superinvar、Zerodur等。典型的实例有瑞士Studer的精密磨床(S系列) , 其床身采用人造花岗岩;日本东京精密公司的三坐标测量机结构件大多是花岗岩,而关键部位采用的是精密陶瓷。（2） 高速度化提高生产率是机床技术发展的的永恒主题,这也表现在提高机床主轴的转速上。在八十年代中期,中等规格的机加中心的最高转速为40006000r/min;而传统机床的转速均在3000r/min以下;而到了九十年代,则达到800012000 r/min,甚至达到50000r/min。为了适应主轴的高速化,滚珠轴承采用油气润滑、喷雾润滑、环下润滑,使用陶瓷滚珠轴承等,各种新型轴承如静压轴承、动压轴承、磁力悬浮轴承等也开始得到应用。另一方面,为提高生产率,缩短工具交换和托板交换等非切削时间也有很大的进步。如数控车床的刀塔转位时间已从130s,减少到0.40.6s;机加中心的换刀机构的改进,换刀时间也从510s减少到13s;托板交换时间则由1220s减少到610s,有的少到2.5s;坐标轴的快速移动目前已提高到1824m/min,甚至达到3040m/min。所有这些对缩短非切削时间都起了很大的作用。上述各项措施突出表明了高速化对提高生产率的作用。（3） 高柔性化当代产品的多样化和个性化,对机床提出了更高的柔性加工要求。如:车削加工中心可以进行铣削、钻孔;铣削加工中心可以车削、钻孔、攻丝;切削与磨削可在一台机床上完成;最近还有一家日本公司为满足用户需要,将电加工与切削加工集成于一台机床上完成。这种将各种加工功能在一台机床上进行集成,均是为了能在一台机床上实现一次装夹就能完成不同工件的不同的加工要求,以充分展示机床加工的柔性。而机械加工中心的出现,正是适合了这种发展趋势,并与当代产品的多样化和个性化发展默契配合。单件、小批量产品的传统加工,许多精密零件的生产准备时间很长,如惯性平台的四大件,以往的小批量的生产准备周期要长达一年半以上,而使用机械加工中心,则可在同一机械加工中心上逐个完成台体、外环、内环和基座这四大件的加工,成套提供装配,大大缩短了生产准备周期和加工时间。（4）高度自动化自动化是指在全部加工过程中,减少人的“介入”,而能自动地完成规定的任务。传统的自动化往往与大批量生产加工联系在一起,使用大量专用机床和组合机床。而目前可以通过数控机床和机械加工中心,不仅能在大批量生产中实现自动化加工,也可在小批量、多品种产品的加工中实现自动化生产。另外还应注意的是自动化的“面”也在不断扩展,如自动编程、自动换刀、自动上下料(工件)、自动加工、自动检测、自动监控、自动诊断、自动对刀、自动传输、自动调度、自动管理等等。自动化程度的提高,进一步推动了标准化和进线的生产能力。机械加工的自动化大大提高了生产率,但检测计量往往是一个薄弱环节。如复杂箱体的加工,在机械加工中心上的加工周期已缩短到几个小时,而传统检测,则需要几倍于加工时间。而今生产型三坐标测量机进入生产线,缓解了这种矛盾,使自动化更加全面。另外,数控机床也有了自动检测的系统(如英国Renishaw公司的测量系统) ,使在线检测成为现实,检测自动化更加完善。（5） 造型宜人化当一台机床展示时,是其外观给人们留下第一形象。近年来,机床造型的宜人化已成为一门学科,宜人化的内容,除了外观、颜色之外,考虑操作使用时方便、省力等人体学知识也是一个重要的方面。好的数控机床不仅要功能齐全、操作可靠安全、性能良好,而且要成为外观宜人和符合操作人体学的一件艺术品。（6）高的可靠性这是一项硬指标,好的数控机床的无故障工作时间(MTBF)目前已达到30000 h以上,甚至更高。航天工业总公司在仪表可靠性方面积累有相当丰富的经验,这可以移植到机床数控系统上来。如在技术管理上通常使用的元件筛选、在线装配、整机调试及环境试验、全面质量管理等等都可有借鉴之处3。1.3.2现代数控机床的发展趋势为了满足市场和科学技术发展的需要,为了达到现代制造技术对数控技术提出的更高的要求,数控未来仍然继续向开放式、基于PC的第六代方向、高速化和高精度化、智能化等方向发展。 （1）开放式为适应数控进线、联网、普及型个性化、多品种、小批量、柔性化及数控迅速发展的要求，最重要的发展趋势是体系结构的开放性,设计生产开放式的数控系统，例如美国、欧共体及日本发展开放式数控的计划等。（2）基于PC的第六代方向基于PC所具有的开放性、低成本、软硬件资源丰富等特点,更多的数控系统生产厂家会走上这条道路。至少采用PC机作为它的前端机，来处理人机界面、编程、联网通信等问题，由原有的系统承担数控的任务。PC机所具有的友好的人机界面，将普及到所有的数控系统。（3）高速化、高效化机床向高速化方向发展,可充分发挥现代刀具材料的性能,不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且还可提高零件的表面加工质量和精度。超高速加工技术对制造业实现高效、优质、低成本生产有广泛的适用性。90年代以来，随着超高速切削机理、超硬耐磨长寿命刀具材料和磨料磨具，大功率高速电主轴、高加/减速度直线电机驱动进给部件以及高性能控制系统（含监控系统）和防护装置等一系列技术领域中关键技术的解决，欧、美、日各国争相开发应用新一代高速数控机床，加快机床高速化发展步伐。高速主轴单元（电主轴，转/min）、高速且高加/减速度的进给运动部件（快移速度60120m/min，切削进给速度高达60m/min）、高性能数控和伺服系统以及数控工具系统都出现了新的突破，达到了新的技术水平。根据高效率、大批量生产需求和电子驱动技术的飞速发展，高速直线电机的推广应用，开发出一批高速、高效的高速响应的数控机床以满足汽车、农机等行业的需求。还由于新产品更新换代周期加快，模具、航空、等工业的加工零件不但复杂而且品种增多。（4）高精度化精密化是为了适应高新技术发展的需要,也是为了提高普通机电产品的性能、质量和可靠性，减少其装配时的工作量从而提高装配效率的需要。从精密加工发展到超精密加工（特高精度加工），是世界各工业强国致力发展的方向。其精度从微米级到亚微米级，乃至纳米级（10nm），其应用范围日趋广泛。超精密加工主要包括超精密切削（车、铣）、超精密磨削、超精密研磨抛光以及超精密特种加工（三束加工及微细电火花加工、微细电解加工和各种复合加工等）。随着现代科学技术的发展，对超精密加工技术不断提出了新的要求。新材料及新零件的出现，更高精度要求的提出等都需要超精密加工工艺，发展新型超精密加工机床，完善现代超精密加工技术，以适应现代科技的发展。随着高新技术的发展和对机电产品性能与质量要求的提高，机床用户对机床加工精度的要求也越来越高。为了满足用户的需要，近10多年来，普通级数控机床的加工精度已由10m提高到5m，精密级加工中心的加工精度则从35m，提高到11.5m。（5）高可靠性 数控系统的可靠性要高于被控设备的可靠性在一个数量级以上，但也不是可靠性越高越好，仍然是适度可靠，因为是商品，受性能价格比的约束。对于每天工作两班的无人工厂而言，如果要求在16小时内连续正常工作，无故障率P(t)99%以上的话，则数控机床的平均无故障运行时间MTBF就必须大于3000小时。MTBF大于3000小时，对于由不同数量的数控机床构成的无人化工厂差别就大多了，我们只对一台数控机床而言，如主机与数控系统的失效率之比为10：1的话（数控的可靠比主机高一个数量级）。此时数控系统的MTBF就要大于33333.3小时，而其中的数控装置、主轴及驱动等的MTBF就必须大于10万小时。综上所述,由于数控机床不断采纳科学技术发展中的各种新技术，使得其功能日趋完善，数控技术在机械加工中的地位也显得越来越重要，数控机床的广泛应用是现代制造业发展的必然趋势4。1.3.3现代技术给机床业带来的新动向飞快的科技进步,给机床发展提出了更高的期望和要求,在这种需求的带动下,机床的设计朝着性能价格比更高、构造更合理新颖、更为用户服务方面着想发展,出现了一些新的动向。摘其要点简介如下:（1）廉价数控机床的涌现近年来,全球机床业界掀起了一阵廉价加工中心的高潮,其发展速度极快, 成为近几年国际机床展览会中的“宠儿”。与过去的数控机床相比,其特点是售价极低。这一方面应归功于计算机技术的高速进步,数控系统广泛采用个人计算机(PC),更具开发能力,更能实现高精度加工,提高分辨率,改善伺服跟踪系统,使控制功能更可靠,而价格随PC机的下降而大幅度下降。另一方面,追数控机床“全功能”的心态被实际生产需要所替代,数控机床只保留实用的功能,删除多余功,从机构上大幅度减少零件数量。廉价数控机床的设计要点是紧密结合工艺,从生产实际需要出发,提高质量,降低成本。廉价数控机床的出现和发展,展示了机床发展的基本趋势。（2）全新结构的数控机床最早在美国IMTS94机床博览会上,出现了被称为“六条腿”的机床。这种新型结构机床的六条腿能自由伸缩,没有导轨和拖板,也称为虚轴机床(VirtualAxisMachine)。其精度相当于测量机,比传统机械加工中心高210倍;刚度为传统机械加工中心的5倍;对零件轮廓的加工效率是传统加工中心的510倍。这种机床结构设想是德国STEWART1962年提出的,称之为数学造型机床,今天借助计算机技术的进步得以实现。目前展示的这种机床有:美国Ingersoll公司的DCTAEDRALHEXAPOD,Gidding&Lewis公司的VARIAX(变量型),瑞士Geodetics公司的HEXA2POD(六足动物),俄罗斯的LARIK公司TM系列加工中心。（3）数控机床维修业中的机床翻新公司的出现对于机电一体化的数控机床,传统的维修机制已经无法适应;加上现代科学使数控系统不断进步和极快的更新换代,给旧机床的维修和配件更换带来了太多的困难。为适应这种快速的变化,世界上一些著名的机床制造公司开始专门承接机床的改造翻新(Ret rofit)业务,如美国著名的得宝(DeVlingBullard)、辛辛那提(CincinnatiMilacron)等公司就开展了这种业务,不仅进行旧机床的维修, 还能根据用户要求对旧机床进行改造,赋于旧机床“二次革命”,而价格不到相同功能和质量的新机床的2/31/2。这种行业已在世界三大机床博览会的展示台上占据了重要位置,引起了参观者很大兴趣。2.刀塔的设计及计2.1刀塔的功能,类型和应满足的要求2.1.1机床刀塔的功能机床上的刀塔是安放刀具的重要部件，许多刀他还直接参与切削工作，如卧式车床上的四方刀塔，转塔车床的转塔刀塔，回轮式转塔车床的回轮刀塔，自动车床的转塔刀塔和天平刀塔等。这些刀塔既安放刀具，而且还直接参与切削，承受极大的切削力作用，所以它往往成为工艺系统中的较薄弱环节。随着自动化技术的发展，机床的刀塔也有了许多变化，特别是数控车床上采用电(液)换位的自动刀塔，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少到几秒甚至零点几秒。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。2.1.2机床刀塔的类型按换刀方式的不同，数控车床的刀塔系统主要有回转刀塔、排式刀塔和带刀库的自动换刀装置等多种形式,下面对这三种形式的刀塔作简单的介绍。 （1）排式刀塔一般用于小规格数控车床，以加工棒料或盘类零件为主。它的结构形式为：夹持着各种不同用途刀具的刀夹沿着机床的X坐标轴方向排列在横向滑板上。刀具的典型布置方式如图4所示。这种刀塔在刀具布置和机床调整等方面都较为方便，可以根据具体工件的车削工艺要求，任意组合各种不同用途的刀具，一把刀具完成车削任务后，横向滑板只要按程序沿X轴移动预先设定的距离后，第二把刀就到达加工位置，这样就完成了机床的换刀动作。这种换刀方式迅速省时，有利于提高机床的生产效率。宝鸡机床厂生产的CK7620P全功能数控车床配置的就是排式刀塔。（2）回转刀塔回转刀塔是数控车床最常用的一种典型换刀刀塔，一般通过液压系统或电气来实现机床的自动换刀动作，根据加工要求可设计成四方、六方刀塔或圆盘式刀塔，并相应地安装4把、6把或更多的刀具。回转刀塔的换刀动作可分为刀塔抬起、刀塔转位和刀塔锁紧等几个步骤。它的动作是由数控系统发出指令完成的。回转刀塔根据刀塔回转轴与安装底面的相对位置，分为立式刀塔和卧式刀塔两种。 （3）带刀库的自动换刀装置 上述排刀式刀塔和回转刀塔所安装的刀具都不可能太多，即使是装备两个刀塔，对刀具的数目也有一定限制。某种原因需要数量较多的刀具时，应该采用带刀库的自动换刀装置。带刀库的自动换刀装置由刀库和刀具交换机构组成5。 (a)回转刀塔 (b) 排式刀塔图2.1 机床刀塔类型结构图2.1.3机床刀塔应满足的要求（1）满足工艺过程所提出的要求。机床依靠刀具和工件间相对运动形成工件表面，而工件的表面形状和表面位置的不同，要求刀塔能够布置足够多的刀具，而且能够方便而正确地加工各工件表面， 为了实现在工件的一次安装中完成多工序加工，所以要求刀塔可以方便地转位。（2）在刀塔以要能牢固地安装刀具，在刀塔上安装刀具进还应能精确地调整刀具的位置，采用自动交换刀具时，应能保证刀具交换前后都能处于正确位置。以保证刀具和工件间准确的相对位置。刀塔的运动精度将直接反映到加工工件的几何形状精度和表面粗糙度上，为此，刀塔的运动轨迹必须准确，运动应平稳，刀塔运转的终点到位应准确。面且这种精度保持性要好，以便长期保持刀具的正确位置。（3）刀塔应具有足够的刚度。由于刀具的类型、尺寸各异，重量相差很大，刀具在自动转换过程中方向变换较复杂，而且有些刀塔还直接承受切削力。考虑到采用新型刀具材料和先进的切削用量，所以刀塔必须具有足够的刚度，以使切削过程和换刀过程平稳。（4）可靠性高。由于刀塔在机床工作过程中，使用次数很多，而且使用频率也高，所以必须充分重视它的可靠性。（5）刀塔是为了提高机床自动化而出现的，因而它的换刀时间应尽可能缩短，以利于提高生产率。目前自动换刀装置的换刀时间在0.86秒之间不等。而且还在进一步缩短。2.2数控车床刀塔总体方案设计与选择2.2.1刀塔的整体方案设计刀塔是车床的重要组成部分，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。根据前部分对机床刀塔类型、性能及其使用场合的综合比较。该刀塔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，其中刀盘抬起和刀盘锁紧定位由液压来实现，而刀盘的分度转位于电机驱动。2.2.2车床刀塔的转位机构方案设计一般来说，机床刀塔的转位机构主要有以下几种：（1）液压（或气动）驱动的活塞齿条齿轮转位机构这种由液动机驱动的转位机构调速范围大、缓冲制动容易，转位速度可调，运动平稳，结构尺寸较小，制造容易，因而应用较广泛。而转位角度大小可由活塞杆上的限位档块来调整。也有采用气动的，气动的优点是结构简单，速度可调，但运动不平稳，有冲击，结构尺寸大，驱动力小。故一般多用于非金属切削的自动化机械和自动线的转位机构中。（2）圆柱凸轮步进式转位机构这种转位机构依靠凸轮轮廓强制刀塔作转位运动，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（相当于刀塔体）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，就能实现多次的刀塔换刀操作。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6。（3）电动机驱动的刀塔转位随着现代技术的发展，可以电动机驱动齿轮副（消除间隙）实现刀塔转位，转位的速度和角位移均可通过半闭环反馈进行精确控制加以实现，因而这种转位机构转位速度可以进行精确控制、精度高，结构简单、实现容易。所以在现代数控机床中被广泛采用。结合上述三种转位机构的转位机理和特点，并结合实际情况，本次设计的刀塔采用第三种转位机构-电机驱动的刀盘转位。2.2.3刀塔定位机构方案设计目前在刀塔的定位机构中多采用锥销定位和端面齿盘定位。由于圆柱销和斜面销定位时容易出现间隙，圆锥销定位精度较高，它进入定位孔时一般靠弹簧力或液压力、气动力，圆锥销磨损后仍可以消除间隙，以获得较高的定位精度。端齿盘定位由两个齿形相同的端面齿盘相啮合而成，由于齿合时各个齿的误差相互抵偿，起着误差均化的作用，定位精度高。端齿盘定位的特点：（1）定位精度高由于端齿盘定位齿数多，且沿圆周均布，向心多齿结构，经过研齿的齿盘其分度精度一般可达左右，最高可过以上，一对齿盘啮合时具有自动定心作用。所以中心轴的回转精度、间隙及磨损对定心精度几乎没有影响，对中心轴的精度要求低，装置容易。（2）重复定位精度好由于多齿啮合相当于上下齿盘的反复磨合对研，越磨合精度越高，重复定位精度也越好。（3）定位刚性好，承载能力大，两齿盘多齿啮合。由于齿盘齿部强度高，并且一般齿数啮合率不少于90%，齿面啮合长度不少于60%，故定位刚性好，承载能力大。考虑到端面齿盘具有以上的各种优点，因而本次设计的刀塔采用端面齿盘定位。2.2.4车床刀塔的工作原理图2.2 机床刀塔类型结构图2.2.5刀塔的设计计算（1）驱动动力刀座的电机的选择计算用直径为40mm的8齿圆柱铣刀，铣削宽度为25mm的铸铁2块，铣刀0=5 o, fz =0.05mm/r,ap=4mm则可计算铣削力为 =992.92N取最大铣削速度Vc=188m/min 则 取 铣削时，消耗功率为： 查机械设计实用手册，得：电动机选为Y112M-4型（P143），额定功率为4KW，同步转速为1500r/min（2）刀盘设计与计算刀盘相邻刀位换刀时间为0.1S，则换刀时刀盘的转速为 =50r/min故 =30 则： =30故选择 为防止根切，小齿轮齿数（3）直齿轮的设计计算 高速级齿轮计算选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数1根据途中传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动2传动速度不高，故选用7级精度（GB10095-88）3材料选择，由表10-1选择，小齿轮材料为40Cr(调质)，硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS,二者材料硬度相差为40HBS4选小齿轮齿数为20齿，大齿轮的齿数 齿按齿面接触强度设计： 由设计计算公式（10-9a）进行试算，即： 确定公式各值1试选载荷系数K1=1.32计算小齿轮传递的转矩 3由表10-7选齿宽系数4由表10-6查的材料的弹性影响系数5由图10-21d,按齿面硬度查的小齿轮得接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳强度极限为6由式6-13计算应力循环次数 =6015002（2830015） =1.296 =0.2167由图10-19接触疲劳寿命系数 8计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数S=1，由式（10-12）得： =540MPa =522.5 MPa计算1试算小齿轮分度圆直径,代入中较小的值 =39.927mm2计算圆周速度V =3.13m/s3计算齿宽b =139.927 =39.927mm4计算齿宽与齿高之比 模数： =1.996mm 齿高： =2.251.996 =4.491mm所以 5计算载荷系数 根据V=3.13m/s 7级精度 由图10-8查的： 动载荷系数KV=1.12 直齿轮由表10-2查得使用系数KA=1由表10-4用插值法查得7级精度小齿轮相对支承非对称布置时 由，查图10-13得： 故载荷系数： =11.1211.423 =1.5946按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径， 由式（10-10a）得： =42.735mm7计算模数m =2.14mm按齿根弯曲强度设计：由式（10-5）得弯曲强度的设计公式为： 确定公式内的各计算数值1由图10-20c查的小齿轮的弯曲疲劳强度极限 大齿轮的弯曲疲劳强度极限2由图10-18取弯曲疲劳寿命系数 3计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4 由式（10-12）得： =303.57MPa =238.86MPa4计算载荷系数K =1.5125查取齿形系数由表10-5查得： 2.65 2.2266查10-5查得： 1.58 1.7647计算大、小齿轮的，并加以比较： =0.01379 =0.01644 大齿轮的数值较大设计计算 =1.47mm 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算的的模数1.47，并就近圆整为标准值m=1.5mm，按接触强度算的的分度圆直径=42.735mm，算出小齿轮齿数7： =28.4929 大齿轮齿数： Z2=629 =174几何尺寸计算1计算分度圆直径： =291.5 =43.5mm =1741.5 =261mm2计算中心距： =152.25mm3计算齿轮宽度 =143.5 =43.5mm取B2=43.5mm B1=48mm 低速级齿轮计算选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数1根据途中传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动2传动速度不高，故选用7级精度（GB10095-88）3材料选择，由表10-1选择，小齿轮材料为40Cr(调质)，硬度为280HBS,大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS,二者材料硬度相差为40HBS4选小齿轮齿数为Z3=25齿，大齿轮的齿数 Z4=525 =125齿按齿面接触强度设计：由设计计算公式（10-9a）进行试算，即： 确定公式各值1试选载荷系数Kt=1.32计算小齿轮传递的转矩 =其中 =40.97 =3.88KW =250r/min3由表10-7选齿宽系数4由表10-6查的材料的弹性影响系数5由图10-21d,按齿面硬度查的小齿轮得接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳强度极限为6由式6-13计算应力循环次数 =60250(2830015) = =7由图10-19接触疲劳寿命系数 8计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数S=1，由式（10-12）得： =570MPa =539MPa计算1试算小齿轮分