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南京工程学院先进制造技术工程中心本科毕业设计（论文）开题报告题目：CK6130车削中心动力转塔刀架设计与三维制作专业：机械设计制造及其自动化班级：D机加工041学号：231040232学生姓名：张志伟指导教师：周明虎/关芳芳2008年3月28日本科毕业设计(论文)开题报告学生姓名张志伟学号231040232专业机械设计制造及其自动化指导教师姓名周明虎/关芳芳职称高工/助教所在院系先进制造技术工程中心课题来源自拟课题课题性质工程设计课题名称CK6130车削中心动力转塔刀架设计及三维制作毕业设计的内容和意义毕业设计的具体内容：1、动力转塔刀架的整体结构，换刀的步骤，刀具的传动方式2、间隙分度机构中圆柱凸轮分度机构的设计和计算(八个工位)3、单作用液压缸的计算及设计(刀架的轴向力夹紧力)4、减速电机的选择，变频电机的选择用于刀具的旋转(500-750W,2极)5、端齿盘的设计及刀位的检测装置选用并掌握其工作原理6、三维制作及装配7、撰写毕业论文本课题研究的意义：在机械领域中，数控机床解决了很多普通机床所不能加工的复杂、精密的各种零件，有效的提高了生产效率。随着我国综合国力的进一步加强和加入世贸组织，我国经济全面与国际接轨，并逐步成为全球制造中心，从数控技术这行业体现出了我国的“效率”和“创新”两大特点，注重科学实验，理论与实际相结合。数控转塔刀架是加工中心、数控车床必备的机床附件，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。国内数控车床转塔刀架的设计和生产都是依赖先进国家的，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，来适应市场，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。本次设计的动力转塔刀架的刀架抬起和夹紧是通过气液增压缸来实现的，成本比较低，而且自锁可靠、密封性好、安全。刀架转位采用圆柱凸轮分度机构，用单作用液压缸抬起刀架，同时通过碟形弹簧复位压紧；采用端齿盘来进行精确定位；用变频电机通过齿轮传动带动刀具旋转。文献综述随着科学技术和社会生产的不断发展，对机械产品的性能、质量、生产率和成本提出了越来越高的要求，并随着汽车、飞机和导弹制造业的迅速发展，原来的加工设备已无法承担加工航空工业需要的复杂型面零件。数控技术是为了解决复杂型面零件加工的自动化而生产的。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，当前的数控技术及其装备正朝着高速、高效和高精度、高可靠性、模块化、智能化、柔性化和集成化、开放性、出现新一代数控加工工艺与装备这几个方向发展[1]。现代数控系统发展的主要目标是为了进一步降低价格，增加可靠性，拓宽功能，提高操作舒适性，提高集成性，提高系统的柔性和开放性，减小体积，提高数控机床的生产能力[2]。最终研制开发出软、硬件都具有开放式机构的智能化全功能通用数控装置。我国目前还没有制定出开放式数控系统的标准规范，但从“八五”开始也对此作了一些有益的探索工作，并开发出具有我国自主知识产权的数控系统，特别是提出开发中华Ι型和航天Ⅰ型两个基本系统及系列产品，并利用基本系统发挥我国的软件优势，实施平台战略，发展我国的数控软件的指导思想。多轴车床中心在现代制造系统中是很重要的，机床的复杂结构会引起刀具位移不精密，从而导致运动参数误差，产生制造误差、装配误差、或准静力误差。机床的正确数理分析对发现这些源头误差是很有必要的[3]。车削中心是以车削加工中心模式为主，添加动力刀头后又可进行铣削加工模式的“车、铣合一”的切削加工类型的机床[4]。一般数控车床的转塔刀架只是纯粹的进行车，钻等加工项目。在熟悉车削中心的基础上，掌握各工作原理，区别于其他一般的数控车床，普通刀架一般的只是用于工序较少，精度要求不高，而且只能车削回转零件的场合，但是车削中心在一次装夹中能够完成多道工序的加工任务，结合了“车铣合一”的原则，这就要求转塔刀头能在各个工位提供多个轴线的回转运动，使加工范围进一步的扩大，从而大大提高了加工精度和生产效率。这种多工序的加工中心，必然需要使用多种刀具，因此对自动换刀装置有较高的要求，以实现换刀时间短、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[5]。对于一般的数控车床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。现有的数控刀架有数控转塔式（立式和卧式）和直排式刀架。刀架换刀可分为排刀式刀架，经济型数控车床方刀架，一般转塔回转刀架，电动机传动的转塔刀架，液压驱动的转塔刀架，车削中心的动力刀具。立式数控转塔刀架是回转轴线与安装基面垂直，可装夹多把刀具或工具，采用数字信息指令控制转位的刀架，它常采用4和6两种工位，按性能可分为驱动，通过减速机构，行星机构，马氏机构或凸轮机构来完成刀架的松开、抬起、转位和夹紧等动作；它可按主机的编程要求完成刀架的自动换刀动作，以实现数控机床加工程序的自动化和高效化。而卧式数控转塔刀架为一种回转轴线与安装基面平行的，可装夹多把刀具或工具，采用数字信息指令控制的刀架。它利用装夹于刀盘上的非动力刀夹和动力刀夹来夹持各种不同用途的刀具或工具，刀盘根据机床编程的指令转过若干个工位，来实现主机的自动换刀动作；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，刀架采用端齿分度，转位由三相异步电动机驱动，刀位由二进制绝对编码器识别，动力刀具由交流伺服电动机驱动，通过同步齿形带等将动力传递到刀夹。液压驱动的转塔刀架，是利用液压缸夹紧，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，液压缸左进油，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[6-7]。液压缸的结构可分为缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置和排气装置五个部分[8]。其中刀架的转位是通过圆柱凸轮间歇运动机构来实现的，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，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[9]。想要加工出精度较高的零件，不仅对于刀架的转位精度要求高，而且对于刀具的选择也很有讲究。车削中心动力刀架一般以车削为主的形式，再附加铣削为辅的综合加工，车刀按加工表面一般可分为外圆车刀、端面车刀、切断车刀、螺纹车刀和内孔车刀等；按结构类型分为整体式、焊接式、机夹式、可转位式。车削时，由于刀具几何形状的不同和轮廓变化将影响到加工精度，这些都可以通过电脑模拟仿真来查看一系列的误差并加以修改[10]。铣刀一般分为尖齿铣刀、可转位面铣刀、铲齿成形铣刀等[11]。数控编程加工也具有很大的灵活性，对同一个加工对象，将会有不同的加工方案，也就有不同的加工程序。数控加工是通过数控系统执行程序来控制机床的运行的，而程序简单地说就是在加工前用规定的指令代码描述加工所需要的各种操作计划信息的指令集合。从而总结出以下优点：（1）加工精度高；（2）加工生产率高；（3）加工适应性好；（4）加工劳动强度低；（5）良好的经济效益；（6）有利于生产管理现代化[12]。总之，数控技术给机械制造业带来了革命性的变化。数控技术集成了传统的机械制造技术,计算机技术,成组技术与现代控制技术,传感检测技术,信息处理技术,网络通讯技术,液压气动技术,光机电技术于一体,是现代先进制造技术的基础和核心。参考文献：1、蔡厚道．数控机床构造．北京：北京理工大学出版社，2007.2：1-52、汪木兰．数控原理与系统．北京：机械工业出版社，2004.7：264-2753、MahbuburRahman*,JoukoHeikkala,KaukoLappalainen．Ｍodeling，Measurementanderrorcompensationofmulti-axismachinetools．PartI：theory．InternationalJournalofMachineTools&Manufacture40(2000)1535-1546．4、、陈婵娟．数控车床设计．北京：化学工业出版社，2006.2:135-1486、韩鸿鸾，荣维芝．数控机床结构与维修．北京：机械工业出版社,2004.8:179-1907、机械设计手册编委会，机械设计手册.北京：机械工业出版社，2004.88、王积伟，章宏甲等．液压与气动传动．北京：机械工业出版社，2005:108-1149、陈立德．机械设计基础．北京：高等教育出版社，(2005重印）:92-9310、RohitG.Reddy,RichardE.DeVor*,ShivG.Kapoor.Amechanisticforcemodelforcombinedaxial-radialcontourturning.InternationalJournalofMachineTools&Manufacture41(2001)1551-157211、陆剑中，孙家宁．金属切削原理与刀具．北京：机械工业出版社，2005.1:91-96,167-18012、张思弟,贺曙新．数控编程加工技术．北京:化学工业出版社，2005.5:2-5研究内容１、对车削中心进一步熟悉和认识车削中心是以车削加工中心模式为主，添加动力刀头后又可进行铣削加工模式的车-铣合一的切削加工类型，使加工范围进一步的扩大。2、动力转塔刀架的整体结构，换刀的步骤，刀具的传动方式动力转塔刀架的整体结构为液压驱动的转塔刀架，分为抬起、转位、夹紧三个步骤，其中抬起和夹紧是通过气液增压缸来实现的，转位是通过圆柱凸轮分度机构来实现的，而凸轮机构是通过电机来驱动的。3、间隙分度机构中圆柱凸轮分度机构的设计和计算(八个工位)圆柱凸轮分度机构是由凸轮、转盘、机架组成。当凸轮转过曲线槽所对应的角度时，凸轮曲线槽推动滚子使转盘转过相邻两滚子所夹的中心角，当凸轮继续转过其余角度时，转盘静止不动。这样，就实现了该机构的间歇运动。4、单作用液压缸的计算，设计(刀架的轴向力夹紧力)通过液压来推动刀架轴运动，自锁性可靠，密封好。５、减速电机的选择(刀架的转动)，变频电机的选择用于刀具的旋转(500-750W,2极)根据安装条件选定，主要选择电机类型、结构、容量、转速、最后确定电机型号和规格。6、端齿盘的设计端齿盘分为静端齿盘和动端齿盘两种，可以通过其整体结构计算然后选择外购。7、刀位的检测装置选用并掌握其工作原理检测刀位信号，当上刀体转到某一刀位时，磁钢与发信盘相对应，该刀位为低电平。与系统的输入指令性比较，当实际刀号与输入指令相一致，则转到位向系统发出到位信号，若不一致则继续找刀，如果某个刀位上得霍尔开关损坏，数控装置将检测不到刀位信号，