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专用
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专用转塔车床回转盘部件设计,专用,车床,回转,部件,设计
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分 类 号 密 级 宁设计专用转塔车床回转盘部件设计所在学院专 业班 级姓 名学 号指导老师 年 月 日诚 信 承 诺我谨在此承诺：本人所写的毕业论文专用转塔车床回转盘部件设计均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。 承诺人（签名）： 年 月 日摘 要科学技术和社会生产力的迅速发展，对机械产品的质量和生产率提出了越来越高的要求。机械加工工艺过程的自动化成为实现上述要求的最重要的措施之一。它不仅能够提高产品的质量、提高生产率、降低生产成本，还能够极大地改善生产者的劳动条件。而数控转塔刀架回转盘就是为了解决生产上的效率问题,如何设计合理快捷高效的回转盘机构是本文的重点研究问题,本文针对回转盘机构进行了一番合理的探索和研究。关键词：车床，刀架设计，转塔刀架，回转盘25AbstractScience and technology and the rapid development of social productivity, the productivity and the quality of mechanical products put forward more and more requirements. Machining process to achieve the above requirements of automation has become one of the most important measures. It can not only improve the quality of products, improve productivity, reduce the production cost, but also can greatly improve the production of labor conditions. The CNC turret rotary disc is to solve production efficiency problems, how to design reasonable and efficient rotary disk mechanism is the focus of this problem, this paper according to the rotary disc mechanism for a reasonable exploration and research.Key Words: lathe, design of turret, turret, a rotary disk目 录摘 要1Abstract2目 录3第1章 绪论41.1数控车床的概念41.2国外数控机床状况分析51.3 国内数控机床状况分析71.3.1国内数控机床现状71.3.2国内数控机床的特点91.3.3经济型数控车床9第2章 课题任务和要求9第3章 回转盘部件设计103.1 插销的设计计算103.2 预定位机构与反靠机构123.3 精定位机构多齿盘的设计123.4 弹簧的设计计算193.5轴的校核21结 论23致 谢24参 考 文 献25第1章 绪论1.1数控车床的概念机床是人类进行生产劳动的重要工具，也是社会生产力发展水平的重要标志。 普通机床经历了近两百年的历史。随着电子技术、计算机技术及自动化，精密机械与测量等技术的发展与综合应用，生产了机电一体化的新型机床一一数控机床。数控机床一经使用就显示出了它独特的优越性和强大生命力，使原来不能解决的许多问题，找到了科学解决的途径。 数控机床是一种通过数字信息，控制机床按给定的运动轨迹， 进行自动加工的机电一体化的加工装备，经过半个世纪的发展，数控机床已是现代制造业的重要标志之一，在我国制造业中，数控机床的应用也越来越广泛，是一个 企业综合实力的体现。 数控车床是数字程序控制车床的简称，它集通用性好的万能型车床、加工精度高的精密型车床和加工效率高的专用型车床的特点于一身，是国内使用量最大，覆盖面 最广的一种数控机床。要学好数控车床理论和操作，就必须勤学苦练，从平面几何，三角函数，机械制图，普通车床的工艺和操作等方面打好基础。 因此，必须首先具有普通车工工艺学知识然后才能从掌握人工控制转移到数字控制方面来，另一方面，若没有学好有关数学、电工学、公差与配合及机械制造等深内容，要学好数控原 理和程序编制等，也会感到十分困难。熟悉零件工艺要求，正确处理工艺问题。由于数控机床加工的特殊性，要求数控机床加工工人既是操作者，又是程序员，同时 具备初级技术人员的某些素质，因此，操作者必须熟悉被加工零件的各项工艺（技术）要求，如加工路线，刀具及其几何参数，切削用量，尺寸及形状位置公差。只 有熟悉了各项工艺要求，并对出现的问题正确进行处理后，才能减少工作盲目性，保证整个加工工作圆满完成。1.2国外数控机床状况分析机床作为工业发展所必须之复杂生产工具，属生产资料、固定资产，其订货需求与经济发展兴衰密切相关。当前世界经济处於波浪式曲线上升时期，总体上世界机床市场需求比较旺盛。20032007年5年间，世界机床总产值连续上升，已从2003年的 367.8亿美元上升至2007年的 697.8亿美元（估计数字尚未公布），年均增幅约15%。 当今世界，工业发达国家对机床工业高度重视，竞相发展机电一体化、高精、高效、高自动化先进机床，以加速工业和国民经济的发展。长期以来，欧、美、亚在国际市场上相互展开激烈竞争，已形成一条无形战线，特别是随微电子、计算机技术的进步，数控机床在20世纪80年代以后加速发展，各方用户提出更多需求，早已成为四大国际机床展上各国机床制造商竞相展示先进技术、争夺用户、扩大市场的焦点。 数控机床出现至今的50多年，随科技、特别是微电子、计算机技术的进步而不断发展。美、德、日三国是当今世上在数控机床科研、设计、制造和使用上，技术最先进、经验最多的国家。因其社会条件不同，各有特点。 美国的特点是，政府重视机床工业，美国国防部等部门不断提出机床的发展方向、科研任务和提供充足的经费，且网罗世界人才，特别讲究“效率”和“创新”，注重基础科研。因而在机床技术上不断创新，如1952年研制出世界第一台数控机床、1958年创制出加工中心、70年代初研制成FMS、1987年首创开放式数控系统等。由於美国首先结合汽车、轴承生产需求，充分发展了大量大批生产自动化所需的自动线，而且电子、计算机技术在世界上领先，因此其数控机床的主机设计、制造及数控系统基础扎实，且一贯重视科研和创新，故其高性能数控机床技术在世界也一直领先。当今美国不仅生产宇航等使用的高性能数控机床，也为中小企业生产廉价实用的数控机床(如Haas、Fadal公司等)。其存在的教训是，偏重於基础科研，忽视应用技术，且在上世纪80代政府一度放松了引导，致使数控机床产量增加缓慢，於1982年被后进的日本超过，并大量进口。从90年代起，纠正过去偏向，数控机床技术上转向实用，产量又逐渐上升。 德国政府一贯重视机床工业的重要战略地位，在多方面大力扶植。特别讲究“实际”与“实效”，坚持“以人为本”，师徒相传，不断提高人员素质。在发展大量大批生产自动化的基础上，於1956年研制出第一台数控机床后，一直坚持实事求是，讲求科学精神，不断稳步前进。德国特别注重科学试验，理论与实际相结合，基础科研与应用技术科研并重。企业与大学科研部门紧密合作，对用户产品、加工工艺、机床布局结构、数控机床的共性和特性问题进行深入的研究，在质量上精益求精。德国的数控机床质量及性能良好、先进实用、货真价实，出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密数控机床。德国特别重视数控机床主机及配套件之先进实用，其机、电、液、气、光、刀具、测量、数控系统、各种功能部件，在质量、性能上居世界前列。如西门子公司之数控系统和Heidenhain公司之精密光栅，均为世界闻名，竞相采用。 日本政府对机床工业之发展异常重视，通过规划、法规(如“机振法”、“机电法”、“机信法”等)引导发展。在重视人才及机床元部件配套上学习德国，在质量管理及数控机床技术上学习美国，甚至青出於蓝而胜於蓝。日本也和美、德两国相似，充分发展大量大批生产自动化，继而全力发展中小批柔性生产自动化的数控机床。自1958年研制出第一台数控机床后，1978年产量(7,342台)超过美国(5,688台)，至今产量、出口量一直居世界首位(2001年产量46,604台，出口27,409台，占59%)。战略上先仿后创，先生产量大而广的中档数控机床，大量出口，占去世界广大市场。在上世纪80年代开始进一步加强科研，向高性能数控机床发展。在策略上，首先通过学习美国全面质量管理(TQC)，变为职工自觉群体活动，保产品质量。进而加速发展电子、计算机技术，进入世界前列，为发展机电一体化的数控机床开道。日本在发展数控机床的过程中，狠抓关键，突出发展数控系统。日本FANUC公司战略正确，仿创结合，针对性地发展市场所需各种低中高档数控系统，在技术上领先，在产量上居世界第一。该公司现有职工3,674人，科研人员超过600人，月产能力7,000套，销售额在世界市场上占50%，在国内约占70%，对加速日本和世界数控机床的发展起了重大促进作用。1.3 国内数控机床状况分析1.3.1国内数控机床现状2007年世界GDP增长约 5.2%，而中国独为11.4%，远高出其他国家（地区）。机床市场也呈现出空前繁荣，企业任务饱满，供不应求，甚至难以按期交货。2007年金属加工机床（金属切削和成形）产值达111.9亿美元（中国公布），比上年70亿美元增长59.8%，产值居世界第三位，仅次於日本、德国，成为机床产值超百亿美元的世界机床生产大国。2007年中国机床消费额（产值进口额出口额）达166.1亿美元（中国公布），世界机床总产值697.8亿美元之24%，比上年129.4亿美元增28.4%，连续第六年成为世界最大的机床消费国。2007年，中国的机床消费额，约为第二消费大国日本之2倍，世界老牌机床消费国美国的2.5倍，德国的3倍。 数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备。世界各国信息产业、生物产业、航空、航天等国防工业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对市场的适应能力和竞争能力。工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅大力发展自己的数控技术及其产业，而且在高精尖数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。因此大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为我国加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。 而在数控机床中数控车床又占主导地位。我国数控车床发展 ,始于 20世纪70年代 ,通过 30多年的发展 ,我国生产的数控车床,按中国需求的特色,形成经济型卧式数控车床（平床身卧式数控车床）、普及型数控车床 （斜床身数控卧式车床和数控立式车床）和中高档数控车床（3轴控制以上）三种形式。经济型卧式数控车床 ,普遍采用平床身结构和立轴四 工位方 刀架 ,约 占数控车床产量90%。普及型数控车床生产量不到数控车床产量的10% 。中高档数控车床 ,即车削中心和车铣复合中心 ,约占数控车床产量的 0.02%。经济型数控车床 ,价格低廉 ,售价仅10万元左右 ,不到普及型数控车床的1/3,设备费用投入较少 ,可以广泛地满足企业发展初期的需要 ,特别是受到民营经济企业的欢迎 ,仍是我国当前数控车床的主流产品。我国已有十余家企业生产规模达到年产千台以上。普及型数控车床 ,即 2轴控制的卧式数控车床 斜床身 和立式数控车床,国产产品得到了用户认可 ,基本可以满足用户需要。车削中心等3 轴控制以上的中高档数控车床 ,国内用户选购的大部分是进口产品或合资、独资企业如大连因代克斯、宁夏小巨人、杭州友佳、上海哈挺等机床有限公司生产的产品,国产机床市场占有率较低。近几年 ,虽然我国开发不少中高档数控车床新品种 ,如具有Y轴功能的车削中心 、双主轴双刀架一车削中心 、倒置顺置主轴立式车削单元 、车铣复合中心等等,但是,高级型数控车床的重点是要进一步开发市场,取得国内用户广泛认可“十五”期间国产数控机床发展很快。从技术上看,数控车床技术比较成熟,通过技术引进和合作生产、消化吸收和自主创新,我国已掌握了数控车床设计和制造技术。从产品水平上看,我国自已能自行开发设计各种中高档数控车床 , 国际上最热门的、水平最高的双主轴、双刀架 轴控制车铣复合中心 ,我国已有多家企业开发试制成功,有的已被国内用户选购和出口国外。从品种上看 ,我国生产的数控车床品种比较齐全 ,每年都有多个数控车床新品种,可供各方面用户选用。从生产规模上看 ,国产经济型数控车床已形成规模生产 ,有十余家企业生产规模达到年产千台以上。1.3.2国内数控机床的特点 (1).新产品开发有了很大突破，技术含量高的产品占据主导地位。(2).数控机床产量大幅度增长，数控化率显著提高。2001年国内数控金切机床产量已达1.8万台，比上年增长28.5%。金切机床行业产值数控化率从2000年的17.4%提高到2001年的22.7%。(3).数控机床发展的关键配套产品有了突破。近年来通过政府的支持，数控机床配套生产得到了快速发展。如北京航天机床数控系统集团公司建立了具有自主知识产权的新一代开放式数控系统平台。 1.3.3经济型数控车床经济型数控机床就是指价格低廉、操作使用方便，比较适合国内国情的，在普通机床上加装数控系统的高级自动化机床。经济型数控车床。对于保证和提高被加工零件的精度，主要依靠两方面来实现：一是系统的控制精度；二是机床本身的机械传动精度。数控车床的进给传动系统，由于必须对进给位移的位置和速度同时实现自动控制，所以，数控车床与普通卧室车床相比，应具有更好的精度，以确保机械传动系统的传动精度和工作稳定性。第2章 课题任务和要求该专用转塔车床用于加工煤电钻端盖上的三组孔和有关的外圆及端面，采用多刀、多工位的加工方法，实现自动循环。工件在一次安装内可完成三组孔的加工，并可借助于转位机构和回转盘，使工件自动变换加工位置。本课题拟完成回转盘部件设计。1、 做必要的运动学和动力学计算，并运用机械设计基础理论知识进行盘丝车床总床头箱部件设计系统分析计算及结构设计。根据设计结构完成机械系统设计装配草图。2、 根据装配草图，完成自制零件的结构设计，并进行强度、刚度的计算校核，最后完成装配图和自制零件的计算机绘图工作。第3章 回转盘部件设计3.1 插销的设计计算刀盘反靠时，刀盘与定位销受到定位槽的阻止，转速突然变为0，定位销受冲击载荷。可以用能量法近似计算插销的直径。下图给出的插销的力学模型。图4-2 插销的力学模型为反靠冲击载荷；为所引起的销子的弹性变形；II为销子伸出长度；I为销子的销孔内的长度。对直径为D的圆柱形销，有，冲击时刀盘的动能：，冲击过程中，销子获得的弹性变形能：，令，并且，即；可得：。式中：I 刀盘转动惯量； 冲击瞬间刀盘角速度；E 插销材料弹性摸量； J 插销截面惯性矩；W 插销截面抗弯摸数； 插销材料许用应力。最后可得：选取最小的定位超程角： 刀盘反靠时，角速度愈小，收冲击也愈小。根据预定定位盘槽的几何形状与尺寸，利用调整检测元件可获得很小的定位超程角，从而减小反向启动后的加速时间，明显减小。设定定位超程角与插销长度：当销子处于反靠定位状态时，即反靠销与定位分别插入各自的槽中，若此时刀盘进行反转，则在惯性力矩作用下反靠销极易沿周向滑动，使刀盘不能与反靠盘同步转动。所以应严格设定超程角。的大小应保证换向时定位销不在定位槽内。则插销尺寸应满足：反靠销长度，：定位销长度，L：反靠盘与预定位盘的间距，h：销槽与预定位槽的深度。其中I1式中各尺寸的制造公差及上下两盘装配的平行度公差可按一般精度IT8,补偿间隙，用修配可获得。3.2 预定位机构与反靠机构 预定位销中间采用弹簧，使之与销配合起来起定位作用。同时，预定位销的头部采用单斜面，由斜面作用使预定位销从槽中脱出。预定位销倾角 所以预定位盘的 槽的倾角也是，与之相配。 反靠盘上槽两边都有倾角，这是为了使反靠销能从两个方向脱出。 预定位盘和反靠盘的结构尺寸由零件图给出。3.3 精定位机构多齿盘的设计1）原理与特点：多齿盘定位由两个齿数和齿形相同的端面齿盘啮合而成。通常，一个齿盘固定不动。另一个齿盘与分度回转部件固定连接。分度时，动齿盘抬起，与定位盘脱开，然后转位，当转位至要求位置后，动齿盘与定齿盘啮合并压紧。 本设计中，我们将定齿盘在刀体外壳上之固定，而动齿盘和丝杆，刀盘装在一起，丝杆移动时，动齿盘随之脱开啮合，刀盘同时也移动，齿盘转位。到位后刀盘不再回转，往相反方向移动，从而夹紧工位。 图 4-3 多齿盘原理2）设计计算： 设计多齿盘装置的主要依据是分度工位数，定位精度，结构位置大小和工作载荷。 转化到齿盘上的工作载荷有扭矩Mn,倾覆力矩Mr,轴向离，径向力。 结构参数 、 、多齿盘的结构参数有齿形角，齿数 ，齿盘直径，模数，齿根槽宽和槽深等。、图4-4 多齿盘的结构（a）齿形角 当槽面间隙EF一定时，齿形角越小，EG越小，即定位精度夜高。但过小会削弱齿部刚性。通常=。（b）齿数Z 齿数应是分度工位数的倍数，或所有需要的工位数的最小公倍数。齿数越多，分度精度越高。但加工夜复杂。（c）齿盘直径D 齿盘直径可按扭矩Mn估算。一般D宜取大些，以提高定位精度和稳定性。（d）模数m 齿盘的模数m=D/Z，它仅起到表示齿形大小的作用，不须选取标准值。 M的常用范围为26mm.（e）齿宽按载荷大小选取，一般为825mm，B太大不利于提高分度定位精度。(f ) 齿根槽宽b 一般取b0.81mm。其他有关几何参数按以下公式计算： (4-25) (4-26)表4-1 具体参数如下表：序号名称符号确定原则或计算公式结果1齿盘外径D按扭矩Mn估算D,D应根据结构取大些，以利于提高分度定位精度。1752齿宽BB大利于提高齿盘承载能力，但不利于提高分度精度。103齿数ZZ是工位数的倍数，精度要求高时宜放大，但加工困难724模数MM=V/Z,常用26。25外径上节矩TT=716齿形角载荷小精度高时宜取小值。607理论齿高H见公式088齿根槽宽B见公式1.359齿顶角2见公式10齿顶高见公式3.3811齿顶倾角见公式 夹紧力计算夹紧力应保证在最大工作载荷下仍能保持两齿盘的紧密啮合，但过大的夹紧力会引起齿盘变形。夹紧力W可按下式计算： (4-27)式中：W 为夹紧力（N） Mn 为齿盘承受的扭矩（Nm） Mr 为齿盘承受的倾覆力矩（Nm） Fr 为齿盘承受的径向力（N） 为齿盘承受的轴向力（N），方向与W相同时，式中取“-”号，与W相反时取“+”. D 为齿盘直径（m） 为齿形角（） 为摩擦角（）， 一般取 S 为安全系数，一般取S=11.5图4-5 夹紧力切削力F=1000kgf,其分力，可得，所以，所以，F=1000kgf =259.2kgf, =965.8kgf倾覆力矩又，可得 ， 驱动力矩安全系数S取1.3所以， 验算齿面挤压应力齿面挤压应力的验算公式： (4-28) 式中，为齿面挤压应力（Pa） 为计算齿数，0.5Z B为齿宽（m） 为齿的啮合高度 W 为夹紧力（N） S 为安全系数，去S=1.3 为许用挤压应力（Pa）,齿面淬硬的取= 所以，满足要求 材料选择：齿盘的齿面要求有较高的硬度，内部有一定的韧性，要求材料的热变形较小，精密齿盘要求尺寸稳定性好，齿盘材料选用40Cr，热处理齿部D0.3700 技术要求：(a) 相邻齿矩误差和累积误差：按回转部件的分度精度要求确定，根据刀具的精度要求，相邻齿矩误差和累积误差不(b)安装基准孔轴线分度中心的位置度：精密齿盘应该在0.01mm以内。（c）安装基准端面对分度平面的平行度：精密齿盘应在0.005mm以内。()齿面接触精度：齿面接触精度不仅影响风度精度，而且影响刚性，承载能力及稳定度。齿矩误差同时影响接触最小齿数和接触齿的分布。齿形半角影响高的方向的接触率；齿向误差影响齿宽方向的接触率。齿倾误差对齿高和齿宽方向的接触率均有影响。因为接触精度能综合标志上述各项误差的影响，实践中通常作为主要精度检验项目。 推荐指标为： 齿宽接触率：接触宽度为齿宽的50%（精密齿盘为70%以上）。 齿高接触率：接触高度为啮合高度的75%以上（精密齿盘为90%以上）。 接触齿数及分布：两齿盘在任意位置啮合时的接触齿数应在85%以上（精密齿盘应在90%以上）。接触不良的齿不应比连。 ()面光洁度：精密齿盘为0.2，一般经磨齿和研齿的为0.4。但考虑到实际加工条件，本设计采用0.8，在研齿过程中，总是误差最大的齿首先接触研磨。结果使误差逐渐减小并均化。因此，研磨的齿不仅可以提高齿面光洁度，同时还可以提高精度。3.4 弹簧的设计计算(1）材料的选择：根据弹簧的工作情况，选择类型符合弹簧，选用碳素弹簧钢，强度高，性能好，适用于做的弹簧。(2）计算弹簧钢的直径： ：最大工作载荷 查表得：假定绕旋比c=59, 取c=7 (曲度系数) (4-29)按强度确定弹簧丝直径：， 取d=2mm有效圈数：，G切变模量 查表得：G=80000Mpa-最大工作负载下的变形量， -最小工作负荷弹簧刚度：， (4-30)总圈数：自由高度：当时，节距：，取标准值：35压并高度：压并变形量：螺旋角：，满足的要求。(3）验算： （a）高径比：，满足要求。 （b）疲劳强度：， -弹簧材料的脉动疲劳极限，查表：当时，所以满足要求。（c）验算共振： 弹簧的自振频率为：，-强迫机械振动频率， ，此弹簧适用。3.5轴的校核图4-6 轴弯矩图电机转速n=1400r/min P=120W 设电机与连接的传动功率为0.95，则，由引起的在a处的弯矩为：由引起的在a处的弯矩为：由引起的在a处的弯矩为：所以在垂直面内a处引起的弯矩为： 在a处引起的总弯矩：查表可知：，所以轴的强度在a处满足要求，在b、c 处只受扭矩。所以该轴满足要求。结 论 刀架回转盘在数控车床中占有重要地位，
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