转塔刀架设计及相关技术研究【含11张cad图纸+文档全套资料】
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毕 业 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述： 文 献 综 述1课题目的及意义 数控转塔刀架是加工中心、数控车床必备的机床附件，是数控车床上的核心功能部件之一，尤其适用全功能数控车床。当前，数控机床发展迅猛，一方面向高速、高效、高精度方面发展，同时，在制造行业中广泛存在原有设备的数控改造和系统升级问题。作为关键附件，高性能的数控转塔刀架对于提高机床整体运行的可靠性、稳定性和效率有着重要意义，数控转塔刀架是由数控系统来控制的，因此，在转塔刀架本身性能提高的情况下，如何实现控制任务就显得十分重要了1-3。因此数控车床的刀架设计的好与坏、效率高与低将直接影响到产品的加工时间和质量，进而影响到制造业的飞速发展。 本设计主要通过大量阅读文献掌握机床转塔刀架的基本知识；研究数控机床转塔刀架及刀库的关键技术，了解其选型、应用及设计方法等；完成某种数控铣床用转塔刀塔的设计，并且转塔刀架的装刀数量不少于8把，对于数控车床转塔刀架设计的基本要求是转位准确可靠，工作平稳安全；转位时间短；转位 以后重复定位精度高；防水防屑，密封性能优良；夹紧刚性高，适宜重负荷切削。2.课题研究现状2.1国内对转塔刀架的研究现状我国数控机床约有几十年的历史,目前正处在高速发展期,采用的刀架多为液压凸轮刀架,关于伺服动力刀架技术的研究刚刚起步4。随着对机床精度、速度、可靠性、复合化程度等的要求的提高,迫切需要自主研发目前主要依靠进口的伺服刀架和伺服动力刀架,以满足高档数控机床发展的需要。目前国内主要刀架产品生产厂家有:烟台环球、常州宏达、常州亚兴、台湾六鑫、台湾德士、台湾亘阳、沈阳精诚等。经过近几年的发展,国内及时跟踪国外先进技术,不断开发推出新产品,刀架技术得到了很大提高5。烟台环球公司研制的AK系列刀架采用伺服电机进行分度,液压控制松开,以端齿轮(三联齿轮)进行精密定位,可实现双向转位就近选刀,中心高有80mm、100mm和125mm,刀孔的定位精度达士,重复定位精度达士转位180度的分度时间达到1.0s,最多同时能装12把刀,动力刀具转速达5000rpm6。台湾德士公司研制的中心高不同的轴向动力刀架和径向动力刀架在精度、换刀时间方面等都有了提高7。相邻两刀的换刀时间为0.15s,转位180度的时间为0.72s,重复定位精度达，动力刀具转速达4000rpm。2.2国外对转塔刀架的研究现状数控机床的发展己有五十多年的历史,伺服刀架的发展约有二十年的历史,伺服动力刀架有十余年的历史,己进入成熟期8-10。国外刀架发展的趋势是:液压凸轮刀架、电动刀架、伺服刀架、分度马达刀架、动力刀架、带Y轴刀架、带B轴刀架及直联式力矩电机刀架等11。目前,日本、德国、英国等发达国家均有成熟的刀架产品生产,如德国Index公司开发的车削中心V300Vertical Line上固定安装一个立式刀具台和12个转塔动力刀架,可配置26把单独驱动的动力刀具;日本的Hitachi Seiki公司的Tricell有3个刀架,两个分别对应左、右侧对置主轴,第三个起平衡两主轴加工时间的作用;日本村田机械的MW系列有两平行并列主轴,卡盘端面面向操作者,每轴配一个刀架,便于排屑和操作,适于盘类零件加工12。国外数控机床刀架的专业生产厂家主要有:德国肖特(SAUTER)、意大利巴拉法第(BARUFFALDI)、杜普马帝克(DUPLOMATIC)等,这些专业厂家刀架生产历史悠久,产品系列全13。德国肖特(SAUTER)是国外生产刀架产品质量较好的公司,其研制的刀架多种多样,主要有电动刀架、双马达伺服刀架、单马达伺服刀架、四方刀架、B轴刀架和皇冠刀架等14。电动刀架控制简单,能够实现轴向和径向出刀,具有Y轴功能;双马达伺服刀架具有极佳的温度稳定性,也具有轴向和径向出刀能力,适用于背面加工;单马达伺服刀架定位和动力刀共享单一马达,能够实现超高速定位,180分度时间达到0.92s同时具有Y轴功能;B轴刀架兼具Y轴及刀库功能,适用于复杂工件的切削及轮廓铣削,重复定位精度高达;皇冠刀架尺寸小,换刀快,可达0.2s,主轴转速高达18000rpm,定位准确,其定位精度,重复定位精度,最多可以8个独立刀座及多头刀座,刀架内部具有超载保护装置可减少撞车时对刀架的损坏,换刀时刀盘不需有抬起动作,适宜在生产线上大量使用15。2.3 国内与国外的差距我国的数控机床行业与世界先进制造行业相比，存在很大的差距，而重要的原因是功能部件行业赶不上数控机床的发展16。特别是数控转塔刀架行业，在2007年制定了国家标准，但是标准要求比较低,虽然每个企业都有了自主知识产权，但生产的产品以中、低档次为主。中、高档次产品都是从中国台湾地区和国外引进，特别是欧洲国家，像意大利的迪普马、巴拉法蒂，德国的肖特等都是有几十年的数控转塔刀架设计、研发、生产的专业企业，有丰富的经验积累，拥有自主知识产权，拥有自己的标准，有先进的加工检测手段，其精度等级、技术参数都远高于我国国家标准和任何一家企业标准。但是，进口刀架的价格昂贵，交货周期长，因此，目前配置在国内数控机床上的进口高档次功能部件还是比较少的17。而中国台湾地区的液压刀架其稳定性、可靠性、适应性基本达到国际同类产品水平，而且有自己的特点，与欧洲产品相比，价格适中，具有很高的性价比。因此，台湾的数控转塔刀架在大陆有一定的占有量，而且在中档次机床的配置尤为突出18。如何提升自己产品的技术含量，既适合我国数控机床发展的实际需要，又能在国际市场竞争中有一席之地，是我们值得思考的问题和今后各个企业所要走的路。3. 转塔中心换刀原理分析3.1 主轴电机动力传递 转塔中心的主轴切削加工和八角头转动换刀所需的动力由同一电机（主轴电机）提供，那么主轴电机的动力到底是如何传递给主轴和八角头分度机构的，则需将各部件结合起来进行深入分析后才可得知。经研究分析可得到主轴电机的动力流程，如图 1 所示。由于主轴转动，进行加工切削时，不允许八角头转动；八角头转动进行换刀时，主轴应失去动力。19因此由一个电机为两者提供动力是不冲突的，并能节省成本和能源。而主轴的转动和八角头的转动不能同时进行，这是由离合器与滑动离合器的机械互锁来保证的，两个离合器依靠机械结构来协调动作，进行互锁，在同一时间，只能有一个离合器处于闭合状态。 图1 主轴电机动力传递流程3.2 转塔中心换刀原理 通过以上分析可知，转塔中心的自动换刀是通过一系列的机械机构的协调动作来完成的。主要通过两个离合器的是否闭合来控制主轴电机的动力传递，当滑动离合器闭合时，主轴电机带动主轴转动，进行切削工；当离合器闭合时，主轴电机带动六角头转动，进行主轴和刀具的更换，两个离合器通过机械结构互锁。利用凸轮与离合器拨叉的配合保证每次换刀，凸轮轴只转动一圈，离合器便分离；再利用槽轮机构实现分度，保证每次换刀六角头只转动 60。而凸轮轴上的凸轮与离合器臂的配合则使得，每次换刀前分度定位柱塞退出定位，而换刀结束后再对六角头进行定位，使得主轴和刀具具有较高的重复定位精度。每次换刀，六角头能自动转动 60，更换至下一根主轴用于切削加工，实现机床自动换刀20。参考文献：1李宪凯.车铣复合加工中心结构分析J设备管理与维修，2006(1)：362郭永环.数控车床用转塔动力刀架的发展方向J机床与液压，2002(6)：24-263吉涛，刘乘.多工位转塔刀架的数控实现J机床与液压。2006(9)：894苏晓晖机床六工位转塔动力刀架的设计J制造技术与机床，2010(3)：465 陈代隆，于天标多工位液压数控转塔刀架J沈阳工业大学学报，1999，21(4)：3126陈日曜金属切削原理M北京：机械工业出版社，20027俞文海，李朝荣八工位回转刀架的设计研究J制造技术与机床，1998(6)：8卢建伟. 数控车床转塔刀架可靠性试验台的研制D.吉林大学,2011.9郑申,张瑞乾. 多工位数控转塔动力刀架设计J. 机械研究与应用,2010,05:84-86+88.10董红召. 车削中心转塔刀架布刀的GA优化方法J. 农业机械学报,2007,02:172-175+200.11楼俏. 数控车床动力转塔刀架可靠性试验台的研制D.吉林大学,2012.12姜玉龙. 数控车床转塔刀架可靠性试验台的电液伺服加载系统研制D.吉林大学,2012.13吉涛,刘乘. 多工位转塔刀架的数控实现J. 机床与液压,2006,09:89-90+116.14卢金鼎,刘满银. 数控转塔刀架的开发应用J. 机械制造,1998,02:32-34.15 李德贵.数控加工切削用量的选择J.中国高新技术企业，2013，(11)：9495. 16 丁义军.关于数控加工中的刀具和切削用量的探讨J.科技致富向导，2011，(33). 17 徐溥滋，张舒勃等.专用机床设计与制造M.黑龙江：黑龙江人民出版社，1979. 18 李刚.钻铣床主传动设计与校核J.机床与液压，2011，39(20)：121123. 19 彭磊.同步带传动在全垫升气垫船上的应用J.船舶，2012，23(03)：4549. 20 吴彬.多功能钟表机床的研制D.上海：上海大学机电工程与自动化学院，2009 毕 业 设 计 开 题 报 告2本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：2.1.研究解决的问题 ：1） 机床的转塔刀架设计，包括动力方案设计、参数计算和整体布局设计。 2） 机床关键部件转塔中心的内部机构和换刀原理的研究和分析。 3) 根据机床的功能要求，设计一种符合要求的转塔刀架。 4) 学习Autocad,绘制出转塔刀架的零件图，装配图。 2.2研究方案1）从人机工程学的角度进行机床的整体布局设计。 2) 对现有自动换刀装置转塔中心进行分析，通过工程分析和研究，设计新型装置，提高换刀速度和精度3) 完成一种数控满足刀数和精度的机床转塔刀架的设计。4) 利用数控系统和 机床控制系统，实现机床的各种控制功能，保证机床稳定可靠地运行。 2.3.工作进度安排第1-2周：选择设计方向，收集资料，确定设计内容，撰写开题报告。第3-4周：调研。第5-6周：学习转塔刀架的设计方法。第7-8周：绘制转塔刀架的结构示意图。第9-10周：根据设计要求对相关参数进行计算。第11-12周：运用AutoCAD绘制转塔刀架工程图。第13
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