畢業(yè)設計論文12刀位盤型伺服刀塔的設計

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1、 目 錄 引言 1 第1章 緒論 3 1.1國內外數控車床的研究狀況與成果 3 1.2數控刀架的發(fā)展趨勢 4 1.3 數控轉塔刀架的開發(fā)應用 4 第2章 數控車床自動換刀裝置 6 2.1概述 6 2.2 刀具自動換刀形式 8 2.3 數控車床刀架的功能、類型和滿足的要求 9 2.3.1數控車床刀架的功能 9 2.3.2數控機床刀架的類型 9 2.3.3數控機床刀架應滿足的要求 10 第3章 12刀位盤型伺服刀塔的總體方案設計 12 3.1調查研究與資料收集 12 3.1.1 課題的調查研究 12 3.1.2資料收集 12 3．2盤型伺服刀塔的整

2、體方案設計與選擇 12 3.2.1 盤型伺服刀塔的整體方案設計 13 3.2.2液壓驅動的刀架工作原理 13 3.2.3 刀架定位精度及重復定位精度 14 3.3盤型伺服刀塔傳動部分方案設計 14 3.4 盤型伺服刀塔的分度機構方案設計 15 3.5盤型伺服刀塔動力刀具方案設計 17 3.5.1 齒輪傳動的分類和特點 17 3.5.2 齒輪傳動類型選擇的原則 18 第4章 典型零件的設計和選用 19 4.1　盤型伺服刀塔傳動部分 19 4.1.1 刀架軸的結構設計及計算[10] 19 4.1.2　液壓缸的設計 21 4.1.3 碟形彈簧的計算及選用[10] 22 4

3、.1.4　軸承的選用 24 4.1.5　端齒盤的選用 25 4.2 動力刀塔的分度機構部分 27 4.2.1伺服電機的選用 28 4.2.2凸輪機構的選用及計算 32 4.3　盤型伺服刀塔動力刀具部分 33 4.3.1交流伺服電動機的選擇 34 4.3.2　齒輪設計計算及選用 35 4.3.3　軸承的選用 37 第5章　12位盤型伺服刀塔三維制作 38 5.1 典型零部件實體制作 38 5.1.1刀架軸的實體制作 38 5.1.2刀盤的制作 38 5.1.3齒輪制作 39 5.1.4圓柱凸輪制作 40 5.2 裝配圖 41 第6章 總結 42 致謝 43 參

4、考文獻 44 引言 制造業(yè)是一個國家或地區(qū)經濟發(fā)展的重要支柱，其發(fā)展水平標志著該國或地區(qū)經濟的實力，科技水平，生活水準和國防實力。國際市場的競爭歸根到底是各國制造生產能力及機械制造裝備的競爭。 自從20世紀60年代世界上第一臺數控機床問世以來，隨著計算機技術、微電子技術、現代控制技術、傳感檢測技術、信息處理技術、網絡通信技術和機械制造技術等各相關領域的發(fā)展，數控技術已成為現代先進制造系統(FMS，CIMS等)中不可缺少的基礎技術。由于機床數控系統技術復雜，種類繁多?，F在數控機床的“使用難、維修難”問題，已經是影響數控機床有效利用的首要問題。 　 工業(yè)發(fā)達國家都

5、非常注重機械制造業(yè)的發(fā)展，為了用先進技術和工藝裝備制造業(yè)，機械制造裝備工業(yè)得到先發(fā)展。對比之下，我國目前機械制造業(yè)的裝備水平還比較落后，表現在大部分工廠的機械制造裝備基本上是通用機床加專用工藝裝備，數控機床在機械制造裝備中的比重還非常低，導致“剛性”強,更新產品速度慢，生產批量不宜太小，生產品種不宜過多；自動化程度基本上還是“一個工人，一把刀，一臺機床”，導致勞動生產率低下，產品質量不穩(wěn)定。 因此，要縮小我國同工業(yè)發(fā)達國家的差距,我們必須在機械制造裝備方面大下功夫，其中最重要的一個方面就是增加數控機床在機械制造裝備中的比重。 隨著科學技術和社會生產的不斷發(fā)展，對機械產品的性能、質量、生產率和

6、成本提出了越來越高的要求，并隨著汽車、飛機和導彈制造業(yè)的迅速發(fā)展，原來的加工設備已無法承擔加工航空工業(yè)需要的復雜型面零件。數控技術是為了解決復雜型面零件加工的自動化而生產的。為了滿足市場和科學技術發(fā)展的需要，為了達到現代制造技術對數控技術提出的更高的要求，當前的數控技術及其裝備正朝著高速、高效和高精度、高可靠性、模塊化、智能化、柔性化和集成化、開放性、出現新一代數控加工工藝與裝備這幾個方向發(fā)展[1]。 有關人士指出，數控機床附件及其配套功能部件是我國機床工具制造業(yè)“十五”計劃重點發(fā)展的產品。雖然我國數控機床附件的研制由無到有，取得了顯著成績，但與國外先進水平相比還是有一定差距的。為確保國產數控

7、機床的大發(fā)展，就必須把數控機床附件盡快搞上去。為此他們建議國家有關部門，盡快制定有關鼓勵、扶持國產數控機床附件發(fā)展的相關政策，加大對數控機床附件行業(yè)科研和技改投入，使國產數控機床附件行業(yè)有一個大發(fā)展。 數控轉塔刀架是加工中心、數控車床必備的機床附件，尤其適用全功能數控車床。當前，數控機床發(fā)展迅猛，一方面向高速、高效、高精度方面發(fā)展，同時，在制造行業(yè)中廣泛存在原有設備的數控改造和系統升級問題。作為關鍵附件，高性能的數控轉塔刀架對于提高機床整體運行的可靠性、穩(wěn)定性和效率有著重要意義 本課題為12刀位盤型伺服刀塔的設計，該刀塔能夠在一次裝夾中完成多道工序，使加工范圍擴大，大大提高了加工精度

8、和生產效率。本文主要論述12刀位盤型伺服刀塔的設計原理，機械結構，刀塔和動力刀盤的傳動形式以及驅動方式。與普通機械刀塔相比，該刀塔具有結構簡單，零部件小，定位及重復定位精度高，壽命長等優(yōu)點。 本次設計的主要內容為：1．CK6130車削中心動力轉塔刀架總體布局設計；2．動力刀架傳動部分設計；3．動力刀架分度機構設計；4．動力刀架刀具設計；5.外文資料的翻譯。 　　分度機構和動力刀具部分設計是這次設計中的重點內容，同時也是難點。通過廣泛查閱文獻資料，參觀數控車床實物樣機以及與指導老師相互討論等途徑，擬定了如下的研究手段： 刀塔的換刀分為刀盤抬起、刀架鎖緊和刀盤轉位三個動作。其中刀盤抬起和刀架

9、鎖緊由液壓來實現，而刀盤轉位則由伺服電機來驅動。刀盤抬起動作的實現須經以下步驟：數控系統發(fā)出刀盤抬起命令液壓系統啟動壓力油進入液壓缸右腔活塞向左運動刀架主軸向左移動端齒盤脫離嚙合刀盤抬起。刀盤轉位動作的實現順經以下步驟：數控系統發(fā)出刀盤轉位的命令伺服電機啟動圓柱凸輪轉動刀架主軸轉動實現刀盤轉位。刀盤鎖緊動作的實現順經以下的步驟： 數控系統發(fā)出刀盤鎖緊順序動作：碟形彈簧復位活塞向右運動刀架主軸向右移動端齒盤嚙合實現刀盤鎖緊。 第1章 緒論 1.1國內外數控車床的研究狀況與成果 　　我國從1958年開始研究數控機床，一直到20世紀60年代中期還處于研制開發(fā)時期。當時，

10、一些高等院校，科研單位研制出試樣樣機，是從電子管起步的。 　　1965年，國內開始研制晶體管數控系統。20世紀60年代末至70年代初研制成了劈錐數控銑床，數控非圓齒輪插齒機。CIL—18晶體管數控系統及Z53K—1G立式數控銑床。 從20世紀70年代開始,數控技術在車，銑 ，鏜,磨，齒輪加工，電加工等領域全面展開，數控加工中心在上海，北京研制成功。但由于電子元器件的質量和制造工藝水平差，致使數控系統的可靠性,穩(wěn)定性末行到解決，因此末能廣泛推廣。 20世紀80年代，我國從昌本發(fā)那科公司引進了3,5,6,7等系列的數控系統和直流伺服電機，直流主軸電機等制造技術，以及引進美國G

11、E公司的MCI系統和交流伺服系統，德國西門子VS系列可控硅調速裝置，并進行了商品化生產.這些系統可靠性高，功能齊全。與此同時，還自行開發(fā)了3、4、5軸聯動的數控系統以及雙電機驅動的同步數控系統(用于火焰切割機)和新品種的伺服電機，推動了我國數控機床穩(wěn)定發(fā)展，使我國數控機床在性能和質量上產生了一個質的飛躍。 1985年，我國數控機床的品種有了新的發(fā)展。數控機床品種不斷增多，規(guī)格齊全。許多技術復雜的大型數控機床，重型數控機床都相繼研制出來。為了跟蹤國外現代制造技術的發(fā)展，北京機床研究所研制出了JCS-FMS-1型和2型的柔性制造單元和柔性制造系統。這個時期，我國在引進，消化國外技術的基礎上

12、，進行了大量開發(fā)工作。一些較高檔次的數控系統(5軸聯動)，分辨率為0.02的高精度數控系統，數字仿型數控系統為柔性單元配套的數控系統都開發(fā)出來了，并造出樣機。 我國的數控技術經過“六五”，“七五”，“八五”，到“九五”的近20年的發(fā)展，基本上掌握了關鍵技術，建立了數控開發(fā)，生產基地，培養(yǎng)了一批數控人才，初步形成了自己的數控產業(yè)。“十五”攻關開發(fā)的成果：華中號、中華號、航天號和藍天號4種基本系統建立了具有中國自主版機的數控技術平臺。具有中國特色濟型數控系統經過這些年來的發(fā)展，有了較大的提高。它們逐漸被用戶認可，在市場上站住了腳[2]。 目前我國數控機床生產廠有100多家，生產數控

13、機床配套產品的企業(yè)有300余家，產品品種包括八大類2000種以上。目前已新開發(fā)出數控系統80余種，分為3種型級，即經濟型，普及型和高級型?！熬盼濉逼陂g數控機床發(fā)展已進入實現產業(yè)化階段，數控機床新開發(fā)品種300余種，已有一定的覆蓋面。新開發(fā)的國產數控機床產品大部分達到期際上20世紀80年代中期水平，部分達到90年代水平，為國家重點建設提供了一批高水平數控機床。 1.2數控刀架的發(fā)展趨勢 數控刀架的發(fā)展趨勢是：隨著數控車床的發(fā)展，數控刀架開始向快速換刀、電液組合驅動和伺服驅動方向發(fā)展。 目前國內數控刀架以電動為主，分為立式和臥式兩種。立式刀架有四、六工位兩種形式，主要用于簡易

14、數控車床；臥式刀架有八、十、十二等工位，可正、反方向旋轉，就近選刀，用于全功能數控車床。另外臥式刀架還有液動刀架和伺服驅動刀架。 數控刀架的市場分析：國產數控車床今后將向中高檔發(fā)展，中檔采用普及型數控刀架配套，高檔采用動力型刀架，兼有液壓刀架、伺服刀架、立式刀架等品種，近年來需要量可達1000～1500臺。 1.3 數控轉塔刀架的開發(fā)應用 數控轉塔刀架是以回轉分度實現刀具自動交換及回轉動力刀具的傳動。因此技術含量高，已趨向專業(yè)化開發(fā)生產。所以對數控轉塔刀架的研究開發(fā)及應用已引起數控機床行業(yè)重視。 典型數控轉塔刀架一般由動力源（電機或油缸、液壓馬達）、機械傳動機構、預分度機構、定

15、位機構、鎖緊機構、檢測裝置、接口電路、刀具安裝臺（刀盤）、動力刀座等組成。數控轉塔刀架的動作循環(huán)為：T指令（換刀指令）刀盤放松轉位刀位檢測預分度精確定位刀盤鎖緊結束信號。 對于一般的數控車床刀架設計的基本要求是轉位準確可靠，工作平穩(wěn)安全；轉位時間短；轉位以后重復定位精度高；防水防屑，密封性能優(yōu)良；夾緊剛性高，適宜重負荷切削?，F有的數控刀架有數控轉塔式（立式和臥式）和直排式刀架。刀架換刀可分為排刀式刀架，經濟型數控車床方刀架，一般轉塔回轉刀架，電動機傳動的轉塔刀架，液壓驅動的轉塔刀架，車削中心的動力刀具。立式數控轉塔刀架是回轉軸線與安裝基面垂直，可裝夾多把刀具或工具，采用數字信息指令控制轉位的

16、刀架，它常采用4和6兩種工位，按性能可分為驅動，通過減速機構，行星機構，馬氏機構或凸輪機構來完成刀架的松開、抬起、轉位和夾緊等動作；它可按主機的編程要求完成刀架的自動換刀動作，以實現數控機床加工程序的自動化和高效化。而臥式數控轉塔刀架為一種回轉軸線與安裝基面平行的，可裝夾多把刀具或工具，采用數字信息指令控制的刀架。它利用裝夾于刀盤上的非動力刀夾和動力刀夾來夾持各種不同用途的刀具或工具，刀盤根據機床編程的指令轉過若干個工位，來實現主機的自動換刀動作。車削中心的動力刀架可安裝各種非動力輔助刀夾和動力刀夾進行切削，刀架采用端齒分度，轉位由三相異步電動機驅動，刀位由二進制絕對編碼器識別，動力刀具由交流

17、伺服電動機驅動，通過同步齒形帶等將動力傳遞到刀夾當前，國產數控機床發(fā)展迅猛，并向高速、高效、高精度、柔性化、環(huán)保方面發(fā)展。我國數控機床的快速發(fā)展，急需數控機床附件的大力跟進，也就是說好馬還須配好鞍。國產數控車床今后將向中高檔發(fā)展，中檔采用普及型數控刀架配套，高檔采用動力型刀架，兼有液壓刀架、伺服刀架、立式刀架等品種。 數控刀架的發(fā)展趨勢是：隨著數控車床的發(fā)展，數控刀架開始向快速換刀、電液組合驅動和伺服驅動方向發(fā)展。目前國內數控刀架以電動為主，分為立式和臥式兩種。立式刀架有四、六工位兩種形式，主要用于簡易數控車床；臥式刀架有八、十、十二等工位，可正、反方向旋轉，就近選刀，用于全功能數控車床。另

18、外臥式刀架還有液動刀架和伺服驅動刀架。 第2章 數控車床自動換刀裝置 2.1概述 自動換刀裝置的形式是多種多樣的，有刀庫式和轉塔式，雖然換刀過程、選刀方式、刀庫結構、機械手類型等各不相同，但都是在數控裝置及可編程序控制器控制下，有電動機或液壓或氣動機構驅動刀庫和機械手實現刀具的選擇與交換。我們把這種為實現多工序的連續(xù)加工，在加工中心或車削中心中，可進行刀具的選擇與交換的裝置叫自動換刀裝置（automatic tool change 簡稱ATC）。 自動換刀裝置是數控車床最普遍的一種輔助裝置，它可使數控車床在工件一次裝夾中完成多種甚至所有的加工工序，以縮短加工的輔助時間

19、，減少加工過程中由于多次安裝工件而引起的誤差，從而提高機床的加工效率和加工精度[3]。 我國對加工中心的需求一直是有增無減，同時，加工中心自動換刀裝置的開發(fā)也有長足的發(fā)展。對于臥式加工中心來說，有從用于JCS-013的獨立式自動換刀裝置到用于TH6350、TH6363、TH6380和TH63100的TB51.02雙層缸式通用機械手加鏈式刀庫（北京機床研究所設計并制造）的自動換刀裝置；對于立式加工中心來說，有從用于JCS-018的氣液型鼓輪式自動換刀裝置到用于XH715B和XH715C的多凸輪聯動型鼓輪式自動換刀裝置。特別是用于TH715B和TH715C的多凸輪聯動型鼓輪式自動換刀裝置

20、，他的研制成功，為我國自動換刀裝置設計與制造翻開了嶄新的一頁，自1991年鑒定后批量生產，已累計生產了50多臺，由于其結構簡單，迅速可靠（刀對刀2.5s），受到廣大國內外用戶的一致好評。 加工中心和車削中心自動換刀裝置的發(fā)展趨勢是四個方向：一是高速、可靠，追求的目標是換刀時間盡量的短，以換取加工中心和車削中心的高效性；二是簡單實用、造價低、使用可靠，但換刀速度不快。 自動換刀裝置開發(fā)技術要全面注意下列五個方面： 1）自動換刀裝置的可靠性與優(yōu)化設計研究。通過對自動換刀裝置進行可靠性分析研究，找出其薄弱環(huán)節(jié)，通過改進設計，使自動換刀裝置故障率大大減少，保證百萬次以上正常換刀

21、的品質。通過對自動換刀裝置進行多目標的優(yōu)化設計，使其動態(tài)性能達到最優(yōu)，進而提高自動換刀裝置的性能，降低其制造成本，使刀對刀換刀時間對40刀柄不大于1s，達到世界先進水平。 2）自動換刀裝置的系列化與CAD設計。使自動換刀裝置適用國內廠家的各種產品，以便得到推廣和使用。即達到廠家一旦提出的參數：不同刀柄型號，刀庫容量等的自動換刀裝置，使廠家立即投入生產，并且是處于國內先進水平的。 3）自動換刀裝置制造技術研究。針對自動換刀裝置中關鍵零件的制造技術進行研究，以提高其制造質量和降低制造成本。 4）自動換刀裝置新技術的研究。跟蹤國際加工中心和車削中心自動換刀裝置的發(fā)展主流，研究

22、自動換刀裝置的新工作原理及新技術。 5）自動換刀裝置產業(yè)化研究。自動換刀裝置由專業(yè)廠生產比現有各廠家自行生產可降低成本，也能保證質量，同時在我國有巨大的市場，因此，在技術研究的基礎上，應研究使我國的自動換刀裝置生產走上產業(yè)化的道路，建立生產自動換刀裝置的基地。 自動換刀裝置的設計應滿足以下基本要求： 1）換刀時間短，以減少非加工時間。 2）減少換刀動作對加工范圍的干擾。 3）刀具重復定位精度高。 4）識刀、選刀可靠，換刀動作簡單可靠。 5）刀庫刀具存儲量合理。 6）刀庫占地面積小，并能與主機配合，使機床外

23、觀協調美觀。 7）刀具裝卸、調整、維修方便，并能得到清潔的維護[4]。 2.2 刀具自動換刀形式 為進一步提高數控機床的加工效率，數控機床正向著工件在一臺機床一次裝夾即可完成多道工序或全部工序加工的方向發(fā)展，因此出現了各種類型的加工中心機床，如車削中心、鏜銑加工中心、鉆削中心等等。這類多工序加工的數控機床在加工過程中要使用多種刀具，因此必須有自動換到裝置，以便選用不同刀具，完成不同工序的加工工藝。自動換到裝置應當具備換刀時間短、刀具重復定位精度高、足夠的刀具儲備量、占地面積小、安全可靠等特性[5]。 各類數控機床的自動換到裝置的結構取決于機床的類型、工藝范圍、使

24、用刀具種類和數量。數控機床常用的自動換刀裝置的類型、特點、適用范圍見表1-1。 　 表1-1 自動換刀裝置類型 類別型式 特點 適用范圍 轉塔式 回轉刀架 多為順序換刀，換刀時間短、結構簡單緊湊、容納刀具較少 各種數控車床，數控車削加工中心 轉塔頭 順序換刀，換刀時間短，刀具主軸都集中在轉塔頭上，結構緊湊。但剛性較差，刀具主軸數受限制 數控鉆、鏜、銑床 刀庫式 刀具與主軸之間直接換刀 換刀運動集中，運動不見少。但刀庫容量受限

25、 　　各種類型的自動換刀數控機床。尤其是對使用回轉類刀具的數控鏜、銑床類立式、臥式加工中心機床 要根據工藝范圍和機床特點，確定刀庫容量和自動換刀裝置類型 　　用機械手配合刀庫進行換刀 刀庫只有選刀運動，機械手進行換刀運動，刀庫容量大 2.3 數控車床刀架的功能、類型和滿足的要求 數控轉塔刀架是加工中心、數控車床必備的機床附件，尤其適用全功能數控車床。當前，數控機床發(fā)展迅猛，一方面向高速、高效、高精度方面發(fā)展，同時，在制造行業(yè)中廣泛存在原有設備的數控改造和系統升級問題。作為關鍵附件，高性能的數控轉塔刀架對于提高機床整體運行的可靠性、穩(wěn)定性和效率有

26、著重要意義，數控轉塔刀架是由數控系統來控制的，因此，在轉塔刀架本身性能提高的情況下，如何實現控制任務就顯得十分重要了。 2.3.1數控車床刀架的功能 數控機床上的刀架是安放刀具的重要部件，許多刀架還直接參與切削工作，如臥式車床上的四方刀架，轉塔車床的轉塔刀架，回輪式轉塔車床的回輪刀架，自動車床的轉塔刀架和天平刀架等。這些刀架既安放刀具，而且還直接參與切削，承受極大的切削力作用，所以它往往成為工藝系統中的較薄弱環(huán)節(jié)。隨著自動化技術的發(fā)展，機床的刀架也有了許多變化，特別是數控車床上采用電(液)換位的自動刀架，有的還使用兩個回轉刀盤。加工中心則進一步采用了刀庫和換刀機械手，實現了大容量存儲刀具和

27、自動交換刀具的功能，這種刀庫安放刀具的數量從幾十把到上百把，自動交換刀具的時間從十幾秒減少到幾秒甚至零點幾秒。這種刀庫和換刀機械手組成的自動換刀裝置，就成為加工中心的主要特征[6]。 因此，刀架的性能和結構往往直接影響到機床的切削性能、切削效率和體現了機床的設計和制造技術水平[7]。 2.3.2數控機床刀架的類型 按換刀方式的不同，數控車床的刀架系統主要有回轉刀架、排式刀架和帶刀庫的自動換刀裝置等多種形式，下面對這三種形式的刀架作簡單的介紹。 1. 排式刀架 排式刀架一般用于小規(guī)格數控車床，以加工棒料或盤類零件為主。其結構形式為： 夾持著各種不同用途刀具的刀

28、架沿著機床的X坐標軸方向排列在橫向滑板上。刀具的典型布置方式如圖2.1所示。這種刀架在刀具布置和機床調整等方面都較為方便，可以根據具體工件的車削工藝要求，任意組合各種不同用途的刀具，一把刀具完成車削任務后，橫向滑板只要按程序沿X軸移動預先設定的距離后，第二把刀就到達加工位置，這樣就完成了機床的換刀動作。這種換刀方式迅速省時，有利于提高機床的生產效率。寶雞機床廠生產的CK7620P全功能數控車床配置的就是排式刀架。 2. 回轉刀架 回轉刀架是數控車床最常用的一種典型換刀刀架，一般通過液壓系統或電氣來實現機床的自動換刀動作，根據加工要求可設計成四方、六方刀架或圓盤式刀架，并相應地安裝

29、4把、6把或更多的刀具。回轉刀架的換刀動作可分為刀架抬起、刀架轉位和刀架鎖緊等幾個步驟。它的動作是由數控系統發(fā)出指令完成的?；剞D刀架根據刀架回轉軸與安裝底面的相對位置，分為立式刀架和臥式刀架兩種。 3. 帶刀庫的自動換刀裝置 上述排刀式刀架和回轉刀架所安裝的刀具都不可能太多，即使是裝備兩個刀架，對刀具的數目也有一定限制。當由于某種原因需要數量較多的刀具時，應采用帶刀庫的自動換刀裝置。帶刀庫的自動換刀裝置由刀庫和刀具交換機構組成。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (a)回轉刀架

30、 (b) 排式刀架 圖2.1 機床刀架類型結構圖 2.3.3數控機床刀架應滿足的要求 數控車床的刀架是機床的重要組成部分。刀架用于夾持切削用的刀具，在一定程度上，加工中心刀架的結構和性能體現了機床的設計和制造技術水平，所以有如下要求： 1） 滿足工藝過程所提出的要求。機床依靠刀具和工件間相對運動形成工件表面，而工件的表面形狀和表面位置的不同，要求刀架能夠布置足夠多的刀具，而且能夠方便而正確地加工各工件表面， 為了實現在工件的一次安裝中完成多工序加工，所以要求刀架可以方便地轉位。 2） 在刀架以要能牢固地安裝刀具，在刀架上安裝刀具進還應能精確地

31、調整刀具的位置，采用自動交換刀具時，應能保證刀具交換前后都能處于正確位置。以保證刀具和工件間準確的相對位置。刀架的運動精度將直接反映到加工工件的幾何形狀精度和表面粗糙度上，為此，刀架的運動軌跡必須準確，運動應平穩(wěn)，刀架運轉的終點到位應準確。面且這種精度保持性要好，以便長期保持刀具的正確位置。 3） 刀架應具有足夠的剛度。由于刀具的類型、尺寸各異，重量相差很大，刀具在自動轉換過程中方向變換較復雜，而且有些刀架還直接承受切削力。考慮到采用新型刀具材料和先進的切削用量，所以刀架必須具有足夠的剛度，以使切削過程和換刀過程平穩(wěn)。 4） 可靠性高。由于刀架在機床工作過程中，使用次數很多

32、，而且使用頻率也高，所以必須充分重視它的可靠性。 5） 刀架是為了提高機床自動化而出現的，因而它的換刀時間應盡可能縮短，以利于提高生產率。目前自動換刀裝置的換刀時間在0.8—6秒之間不等。而且還在進一步縮短。 6） 操作方便和安全。刀架是工人經常操作的機床部件之一，因此它的操作是否方便和安全，往往是評價刀架設計好壞的指標。刀架上應便于工人裝刀和調刀，切屑流出方向不能朝向工人，而且操作調整刀架的手柄（或手輪）要省力，應盡量設置在便于操作. 7)轉位準確可靠，工作平穩(wěn)安全,按最短線路就近選擇，轉位時間短。應當滿足換刀時間短、數控機床刀具重復定位精度高、刀具儲存量足夠、結構緊湊

33、及安全可靠等要求。 8)防水、防屑，密封性能優(yōu)良。夾緊剛性高，適宜重負荷切削，回轉刀架在結構上必須具有良好的強度和剛度，以承受機床在切削加工時的切削抗力。 第3章 12刀位盤型伺服刀塔的總體方案設計 3.1調查研究與資料收集 3.1.1 課題的調查研究 從國內外市場調研結果看，國內對數控車床轉塔刀架的設計和生產都是依賴于先進國家的，而且產品的性能方面跟國外還有一定的差距，期待開發(fā)設計一種性能最優(yōu)，最有實用價值的轉塔刀架，適應市場，替代進口產品低價位的數控車床用轉塔刀架，占領國內市場，并達到國際領先水平，為國產機床工業(yè)的發(fā)展作出貢獻。車削加工中心

34、是目前國際上比較前端的一種數控機床，可以進行多工序加工，如車削、鉆削、銑削等。有關人士指出，數控機床附件及其配套功能附件是我國機床工具制造業(yè)“十五”計劃重點發(fā)展產品。雖然我國數控機床產品附件的研制由無到有，取得了顯著成績，但與國外先進水平相比還是有一定差距的。為確保國產數控機床的大發(fā)展，就必須把數控機床附件盡快搞上去。為此他們建議國家有關部門，盡快制定有關鼓勵、扶持國產數控機床附件發(fā)展的相關政策，加大數控機床附件行業(yè)科研和技術改進投入，使國產數控機床附件行業(yè)有一個大發(fā)展。而且動力刀架是數控機床附件中尤為重要的一個部件，把這一技術提高是我們義不容辭的事情。 3.1.2資料收集 課題涉及到的有

35、關知識包括：數控機床結構、車削加工中心、自動換刀裝置等等方面；其次還包括一些機械設計、機械傳動、液壓、間歇分度機構等方面的知識，在校圖書館借閱了一些關于本次設計有關的資料，而且還在網上搜索了一些相關資料：1）現代實用機床設計手冊；2）實用機床設計手冊；3）機械設計手冊；4）數控車床設計；5）數控機床結構與維修等等。 3．2盤型伺服刀塔的整體方案設計與選擇 3.2.1 盤型伺服刀塔的整體方案設計 刀架是車床的重要組成部分，車削中心的動力刀架可安裝各種非動力輔助刀具和動力刀具進行切削，用于夾持切削用的刀具,因此其結構直接影響到車床的切削性能和切削效率。刀架采用端齒分度，轉位由交流伺服電動機驅

36、動，刀位由二進制絕對編碼器識別，動力刀具由變頻電機驅動，通過同步齒形帶等將動力傳遞到刀夾。 根據前部分對機床刀架類型、性能及其使用場合的綜合比較，并結合現有數控車床的實例，本次設計的刀塔擬采用伺服驅動的動力轉塔刀架。該刀架的換刀動作分為刀盤抬起、刀盤分度轉位和刀盤鎖緊三個步驟，其中刀盤抬起由單作用液壓缸來實現，刀盤鎖緊由碟形彈簧復位來實現，而刀盤的分度轉位是由圓柱凸輪分度機構來實現的，由伺服電機驅動凸輪軸實現分度。 3.2.2　盤型伺服刀塔工作原理 刀塔的換刀分為刀盤抬起、刀架鎖緊和刀盤轉位三個動作。其中刀盤抬起和刀架鎖緊由液壓來實現，而刀盤轉位則由伺服電機來驅動。刀盤抬起動作的實現須經

37、以下步驟：數控系統發(fā)出刀盤抬起命令液壓系統啟動壓力油進入液壓缸右腔活塞向左運動刀架主軸向左移動端齒盤脫離嚙合刀盤抬起。刀盤轉位動作的實現順經以下步驟：數控系統發(fā)出刀盤轉位的命令伺服電機啟動圓柱凸輪轉動刀架主軸轉動實現刀盤轉位。刀盤鎖緊動作的實現順經以下的步驟： 數控系統發(fā)出刀盤鎖緊順序動作：碟形彈簧復位活塞向右運動刀架主軸向右移動端齒盤嚙合實現刀盤鎖緊。 盤型伺服刀塔是用液壓缸夾緊，伺服電機驅動分度，端齒盤副定位，當刀架接收到轉位指令后，液壓油進入液壓缸的右腔，通過活塞推動中心軸將刀盤左移，使定位副端齒盤脫離嚙合狀態(tài)，為轉位作好準備。當刀盤處于完全脫開位置時，行程開關發(fā)出轉位信號，液壓馬達帶

38、動轉位凸輪旋轉，凸輪依次推動回轉盤上的柱銷。使回轉盤通過鍵帶動中心軸及刀盤做分度運動。凸輪每轉一周撥過一個柱銷。使刀盤旋轉1/n周（n為刀架的工位數）。中心軸的尾端固定著一個有n個齒的凸輪，當中心軸和刀盤轉過一個工位時，凸輪壓合計數開關一次，開關將此信號送入控制系統。當刀盤旋轉到預定工位時，控制系統發(fā)出信號使液壓馬達剎車，轉位凸輪停止運動，刀架處于預定位狀態(tài)。與此同時，碟形彈簧復位，通過活塞將中心軸拉回，端齒盤副嚙合。精確定位，刀盤便完成定位和夾緊動作。刀盤夾緊后，中心軸尾部壓下發(fā)出轉位結束信號。 圖3.2 12刀位盤型伺服刀塔裝配原理圖 3.2.3 刀

39、架定位精度及重復定位精度 定位精度是指轉塔到位后，刀架指定工位把刀孔中心線與設計中心線在豎直平面內的偏差。重復定位精度是指刀架各工位反復鎖緊多次后的偏差平均值。由于該刀架轉塔到位前，控制刀架初定位的霍爾元件發(fā)出信號使控制電機的電磁閥斷電，此時電機內部的機械自鎖部件使電機停在預定位置上，所以刀架具有較高的定位精度和重復定位精度。 3.3盤型伺服刀塔傳動部分方案設計 本次設計的車削中心動力轉塔刀架是通過液壓驅動來實現刀架抬起動作，當刀架軸尾部檢測裝置觸碰到微動開關，刀架開始轉位，而轉位動作是由圓柱凸輪分度機構來實現的，換刀時間為1s，最后一個動作為刀架瑣緊動作，由端齒盤來進行瑣緊定位。 3

40、.4 盤型伺服刀塔的分度機構方案設計 　　生產和日常生活中，經常需要某些機構的主動件連續(xù)運動，從動件產生“動作——停止——動作”的間歇運動，實現這種運動的機構，稱為間歇運動機構。常用的間歇運動機構有棘輪機構、槽輪機構、不完全齒輪機構和凸輪式間歇機構等。它們廣泛用于自動及半自動機床的進給機構、送料機構、刀架轉位機構及包裝機等機構中。 　1)棘輪機構主要由棘輪、棘爪、搖桿、制動爪和機架等組成。按照結構特點，可分為具有輪齒的棘輪機構和摩擦式棘輪機構兩大類。其特點結構簡單，轉角大小改變較方便，但它的動力不大，且傳動平穩(wěn)性差，因此只適用于轉速不高的場合，如各種機床和自動機床進給機構中。 　　2

41、)槽輪機構由主動撥盤、從動槽輪及機架組成。槽輪機構有外嚙合槽輪機構和內嚙合槽輪機構兩種。其結構簡單，工作可靠，進入和脫離嚙合時運動平穩(wěn)；由于槽輪的轉角大小無法調節(jié)，故只能用于定轉角的間歇運動機構中。比如電影放映機上卷片機構等都是槽輪機構來實現的。 　　3)不完全齒輪機構是由普通漸開線齒輪機構演化而成的。但不同的是輪齒不布滿整個圓周，它可分為外嚙合和內嚙合兩種。其結構簡單，制造方便，從動輪的運動時間和靜止時間比例可不受結構的限制。其缺點是從動輪在進入和脫開嚙合時，都有嚴重的剛性沖擊，故一般只用于低速、輕載場合。 　　4)凸輪間歇運動機構是由凸輪、轉盤及機架組成的。凸輪間歇運動機構有兩種形式，

42、一種是圓柱凸輪間歇運動，另一種是蝸桿凸輪間歇運動機構。這種凸輪機構可以通過調整凸輪與轉盤中心距來消除滾子與凸輪突脊接觸的間隙。 這種轉位機構依靠凸輪輪廓強制刀架作轉位運動，運動規(guī)律完全取決于凸輪輪廓形狀。圓柱凸輪是在圓周面上加工出一條兩端有頭的凸起=輪廓，從動回轉盤（相當于刀架體）端面有多個柱銷，銷子數量與工位數相等。當圓柱凸輪按固定的旋轉方向運動時，有的柱銷會進入凸輪輪廓的曲線段，使凸輪開始驅動回轉盤轉位，與此同時有的圓柱銷會與凸輪輪廓脫離，當柱銷接觸的凸輪輪廓由曲線段過渡到直線段時，即使凸輪繼續(xù)旋轉，回轉盤也不會轉動，即完成了一次刀盤分度轉位動作。如此反復下去，就能實現多次的刀架換刀操作

43、。由于凸輪是一個兩端開口的非閉合曲線輪廓，所以當凸輪正反轉進均可帶動刀盤正反兩個方向的旋轉。這種轉位機構轉位速度高、精度較低，運動特性可以自由設計選取但制造較困難、成本較高、結構尺寸較大。這種轉位機構可以通過控制系統中的邏輯電路或PC程序來自動選擇回轉方向，以縮短轉位輔助時間。 凸輪間歇運動機構的優(yōu)點是：傳動可靠、平穩(wěn)，轉盤可以實現任何運動規(guī)律，以適應高轉速要求；可以改變凸輪曲線槽所對應的β角，改變轉動與停歇時間比值；轉盤停歇時，一般就依靠凸輪棱進行定位，不需要附加定位裝置。但凸輪加工要求精度高。常用于需間歇轉位的分度裝置和要求步進動作的機械中，如多共位立式半自動機床工作盤的轉

44、位、輕工業(yè)包裝機等[9]。 圖3.3 圓柱凸輪分度機構 結合上述三種轉位機構的轉位機理和特點，并結合實際情況，本次設計的車削中心動力刀架決定采用間歇分度機構——圓柱凸輪分度轉位機構。如圖3.3。 3.5盤型伺服刀塔動力刀具方案設計 車削加工中心自驅動動力刀具主要由三部分組成：動力源，變速傳動裝置和自驅動力刀具附件（鉆孔附件和銑削附件）。采用變頻電機作為其動力源，圓柱齒輪傳動作為其變速傳動裝置。 目前齒輪技術可達到的指標：圓周速度v=300m/s，n=105r/min，傳遞的功率P=105kW，模數m=(0.004~100)mm，直徑d=1mm~152.3mm。 3.

45、5.1 齒輪傳動的分類和特點 其特點： 1） 瞬時傳動比恒定。非圓齒輪傳動的瞬時傳動比又能按需要的變化 規(guī)律來設計。 2）傳動比范圍大，可用于減速或增速。 3）速度（指節(jié)圓圓周速度）和傳動功率的范圍大，可用于高速(v>40m/s)、 中速和低速(v>25m/s)的傳動功率可從小于1W到105W。 4）傳動效率高，一對高精度的漸開線圓柱齒輪，效率可達99%以上。 5）結構緊湊，適用于近距離傳動。

46、 6）制造成本較高，某些具有特殊齒形或精度很高的齒輪，因需要專用 或高精度的機床、刀具和量儀等，故制造工藝復雜，成本高。 7）精度不高的齒輪，傳動時噪聲、振動和沖擊大，污染環(huán)境。 8）無過載保護作用。 3.5.2 齒輪傳動類型選擇的原則 1）滿足使用要求，如對傳動結構尺寸、重量、功率、速度、傳動比、壽命、可靠性的要求等。對以上要求應作全面的、深入分析，滿足主要的要求，兼顧其他。如對大功率長期運轉的固定式設備，則著重于齒輪的壽命長和提高齒輪的傳動效率；對短期間歇運動的移動式設備，應要求結構緊湊為主；

47、對重要的齒輪傳動，則要求可靠性高。 2）考慮工藝條件，如制造廠的工藝水平、設備條件、生產批量等。 3）考慮合理性、先進性和經濟性等。 由于本次設計的12位盤型伺服刀塔動力刀具傳遞范圍和切削功率比較大以及加工的難易程度，為了滿足要求，所以選擇以漸開線圓柱齒輪傳動來實現動力刀具的旋轉。 第4章 典型零件的設計和選用 4.1　盤型伺服刀塔傳動部分 4.1.1 刀架軸的結構設計及計算[10] 1. 軸是組成刀架的重要零部件之一，在設計當中主要考慮的是軸的剛度，而碳鋼與合金鋼的彈性模數相差很小，所以通常選用軸的材料35和45鋼

48、，這里選用的是45鋼，進行調質處理，以改善裝配工藝和保證裝配的精度。 2. 這次刀架中用到了以下幾種固定方式： 1）常用的是運用軸肩，其結構簡單，定位可靠。 2）螺母的軸向定位，其定位可靠、裝拆方便，但是會增加零件的數量，常用雙螺母或圓螺母與止動墊圈固定，運用在軸承的固定上。 3）軸套也是用到比較多的，它的結構簡單、定位可靠，軸不開槽、鉆孔等，可以提高軸的強度。 4）彈性擋圈其結構簡單、緊湊、工藝性好，但是應力集中較大，適合軸向力小的場合，在這里主要用于軸承的固定。 5）軸端擋圈裝拆方便可以承受大的軸向力、振動，用于軸端固定零件。 6）花鍵的縱向固定，其承載能力高，定心性、導

49、向性好，裝拆方便，不過制造困難，在這次設計中運動的是矩形花鍵，主要用在分度機構轉盤與刀架軸、凸輪的縱向定位中。 7）其次平鍵，其承受載荷不大。 8）緊定螺釘結構簡單，不僅可以縱向定位，還能軸向定位，承受不大的軸向力。 3. 由刀架裝配圖可知，刀架主軸的支承方式為兩端游動支承，其一端與刀盤固連，另一端與液壓缸的活塞間隙配合，同時起到左端支承作用。而軸的中間部位由刀盤至液壓缸的方向分別與推力球軸承和從動盤相連，雙列圓柱滾子軸承與滾針軸承起左端支承作用。已知伺服電機的功率為0.3kW，電機轉速n1=1400r/min，取圓柱凸輪效率為η=0.96。如圖4.1 1) 先求出刀架主軸上的傳遞

50、功率、轉速和轉矩 P2=Pη=0.30.96=0.288kW n3=60/8=7.5r/min 　　　　　　 2) 初步確定軸的最小直徑 　　　　由式 可初步估算設計軸的最小直徑 　　式中：　　　　為系數，軸的材料不同，則的值會不同； 　　　　　 為軸傳遞的功率，單位為； 　　　　　 為計算截面處軸的直徑，單位為mm； 　　　　　 為軸的轉速，單位為； 　　　　選取軸的材料為45鋼，調質處理。根據表15—3，取，于是得

51、 　　　　　　　　　　 　　　　從而取軸的最小直徑為dmin=36mm；軸的最大直徑為dmax=119mm。 　 圖4.1 刀架軸示意圖 4.1.2　液壓缸的設計 4.1.2.1 選擇液壓缸類型 液壓缸按其結構的形式，可以分為活塞缸、柱塞缸和伸縮缸等。 （1）活塞式液壓缸 <1> 雙桿活塞缸 缸筒固定的雙桿活塞缸，活塞兩側的活塞直徑相等，它的進、出油位于缸筒兩端。當工作壓力和輸入流量相同時，兩個方向上輸出的推力F和速度v是相等的。 這種安裝形式，

52、工作臺移動范圍約為活塞有效行程的三倍，占地面積大，使用于小型機械。 <2>單桿活塞缸 由于只在活塞的一端有活塞桿，使兩腔的有效工作面積不相等，因此在兩腔分別輸入相同流量的情況下，活塞的往復運動速度不相等。他的安裝也有缸筒固定和活塞桿固定兩種，進、出口的布置根據安裝方式而定；但工作臺移動范圍都為活塞有效行程的兩倍[11]。 由于該液壓缸主要用于驅動刀架主軸的直線往反運動.故選用雙作用單桿活塞缸。 4.1.2.2 液壓缸內徑D和活塞直徑d的計算 計算液壓缸的內徑和活塞桿直徑都必須考慮到設備的類型，例如在金屬切削機床中，對于動力較大的機床

53、(刨床、拉床和組合機床)一定要滿足牽引力的要求，計算時要以力為主;對于輕載高速的機床(磨床、珩磨機和研磨機等)一定要滿足速度的要求，計算時要以速度為主。由于本刀架的抬起動作是在數控車床脫離切削時完成的，因而在換刀過程中并沒有承受切削力的作用，所以進油壓力不需要很大，此次設計進油壓力確定為低壓0~2.5MPa，然后根據進油壓力查表20-6-3可初步選定速比φ=1.33(計算速比主要是為了確定活塞桿的直徑和要否設置緩沖裝置。速度不宜過大或過小，以免產生過大的背壓或造成因活塞桿太細導致穩(wěn)定性不好。) 可按下式初步選取d值：

54、 (4-1) 根據活塞桿側公式 (4-2) 式中 F2 ——液壓缸的理論拉力； p ——供油壓力； D ——缸筒內徑； d ——活塞桿直徑。 根據式4-1和式4-2得D=94.8mm，查液壓設計手冊表20-6-2選D=100mm，再根據表20-6-9中選得缸筒外徑D1=121mm，根據表20

55、-6-16選出d=50mm。 4.1.3 碟形彈簧的計算及選用[10] 碟形彈簧是用鋼板沖壓成形的截錐形壓縮彈簧。 它有四個特點： （1）剛度大 能以小變形承受大載荷，適合于軸向空間要求小的場合。 （2）具有變剛度的性質 碟形彈簧壓平變形量h0和厚度t的比值不同，其特性曲線 也不同。 根據液壓缸內徑100mm，查機械設計手冊表7.2-2碟形彈簧的系列、尺寸和參數選出彈簧D=100mm，d=51mm,t=6m

56、m,h0=2.2mm,H0=8.2mm。 D-------彈簧外徑 d-------彈簧內徑 t-------厚度 h0-------壓平時變形量 H0-------自由高度 已知上述選用的碟形彈簧參數，采用對合組合形式彈簧組合，抬起時需要承受載荷F1=20009.8=19600N。如圖4.3。 （1）求f1 由彈簧的直徑比C=，從表7.2-5查得K1=0.686，K2=1.211， K3=1.362。 碟簧是無支承面的，K4=1。 計算得到 FC ——彈簧壓平時載荷（N）；

57、 K1、K2、K3、K4 ——計算系數； 由此變形量f1=0.28h0=0.282.2=0.616mm，總變形量fz=60.616=3.696mm。 （2）疲勞破壞的關鍵部位 由和C=1.96從圖7.2-3查得疲勞破壞的關鍵部位在Ⅱ點。 （3） 計算應力 當f1=0.616mm時 圖4.3 碟形彈簧示意圖 4.1.4　軸承的選用 1. 軸承內部結構 軸承內部一般由

58、內圈、外圈、滾動體和保持架組成----通常稱為四大件。對于密封軸承，再加上潤滑劑和密封圈（或防塵蓋）----又稱六大件。 2. 軸承分類與特點 總的可以分為球軸承和滾子軸承兩大類。球軸承分為深溝球軸承、角接觸球軸承、調心球軸承、推力球軸承、推力角接觸球軸承。滾子軸承分為圓柱滾子軸承、滾針軸承、圓錐滾子軸承、調心滾子軸承、推力圓柱滾子軸承、推力滾子軸承、推力圓錐滾子軸承、推力調心滾子軸承。 根據深溝球的特點，本次自驅動力刀具系統中，采用深溝球軸承來承載徑向力和一定的軸向力。深溝球軸承結構簡單，使用方便，是生產批量最大、應用范圍最廣的一類軸承。它主要用以承受徑向載荷，也可承受一定的軸

59、向載荷。當軸承的徑向游隙加大時，具有角接觸球軸承的功能，可承受教大的軸向載荷。 與尺寸相同的其他類軸承比較，此類軸承摩擦因數小，極限轉速高。在轉速較高不宜采用推力球軸承的情況下可用該類軸承承受軸向載荷。 刀架軸向所選軸承的特點 深溝球軸承 1.轉速高 2.精度高 3.噪聲、振動小 4.主要承受徑向載荷 5.也能承受一定軸向載荷 6.制造簡單，成本低 滾針軸承 1.轉速較高 2.能承受較高的徑向載荷（比徑向尺寸相同的其他軸承承受的徑向載荷大） 3.不能承受軸向載荷 4.剛性較高 推力球軸承 1.轉速低

60、2.只能承受單面軸向載荷 3.軸圈和座圈不能傾斜 3. 軸承的轉速 滾動軸承的轉速主要受容許運轉溫度的限制，摩擦阻力較低的軸承產生的內熱較小,最適合高速運轉，只承受徑向載荷時，深溝球軸承或圓柱滾子軸承的容許轉速最高,但若承受聯合載荷時，角接觸球軸承的容許轉速最高[12]。 本次刀架軸從動盤以左使用深溝球軸承和滾針軸承來承受徑向載荷，右端使用推力球軸承來承受軸向載荷。 4.1.5　端齒盤的選用 4.1.5.1端齒盤的應用 端齒盤又稱多齒盤、細齒盤、鼠牙盤，是具有自動定心功能的精密分度定位元件，廣泛應用與加工中心、柔性單元、數控機床、組合機床、測量儀器、各種高精度間歇式圓周分度

61、裝置、多工位定位機構、以及其他需要精密分度的各種設備上。如數控車床中的多工位自動回轉刀架，銑床及加工中心用的回轉工作臺及其它分度裝置中都采用端齒盤作為精確定位元件。端齒盤的齒形有直齒和弧齒兩種，直齒端齒盤由于加工方便、定位精度及其重復定位精度高而最受歡迎。端齒盤實際上相當于一對齒數相同的離合器，其嚙合過程與離合器的嚙合類似。 4.1.5.2端齒盤的特點 　　目前在刀架的定位機構中多采用錐銷定位和端面齒盤定位。由于圓柱銷和斜面銷定位時容易出現間隙，圓錐銷定位精度較高，它進入定位孔時一般靠彈簧力或液壓力、氣動力，圓錐銷磨損后仍可以消除間隙，以獲得較高的定位精度。端齒盤定位由兩個齒形相同的端面齒

62、盤相嚙合而成，由于齒合時各個齒的誤差相互抵償，起著誤差均化的作用，定位精度高。 端齒盤定位的特點： （1）定位精度高 由于端齒盤定位齒數多，且沿圓周均布，向心多齒結構，經過研齒的齒盤其分度精度一般可達左右，最高可過以上，一對齒盤嚙合時具有自動定心作用。所以中心軸的回轉精度、間隙及磨損對定心精度幾乎沒有影響，對中心軸的精度要求低，裝置容易。 （2）重復定位精度好 由于多齒嚙合相當于上下齒盤的反復磨合對研，越磨合精度越高，重復定位精度也越好。 （3）定位剛性好，承載能力大，兩齒盤多齒嚙合。由于齒盤齒部強度高，并且一般齒數嚙合率不少于90%，齒面嚙合長度不少于60%，故定位剛性好，承

63、載能力大。 4.1.5.3 端齒盤的設計 動齒盤與靜齒盤是數控刀架的兩個主要零件。其精度決定刀架性能的好壞。為了保證端齒盤的定位精度和剛度，對端齒盤做以下技術要求：端齒盤材料采用40Cr，齒部滲氮后磨齒加工；齒寬接觸率為70%以上；齒高接觸為嚙合高度85%以上，兩齒盤嚙合時的接觸齒數應在90%以上，接觸不良的齒不嚙合；安裝基準孔軸線對分度中心的位置度，一般取0.02~0.04mm，對精密齒盤應在0.01mm以內；安裝基準端面對分度的平行度，一般取0.01~0.04mm，對精密齒盤應在0.01mm以內。本刀架采用標準直齒端齒盤，齒的嚙合深度通常設計為4~5mm，由于本刀架的液壓系統采用變量泵

64、，可獲得所需的瑣緊力滿足刀架剛度要求，所以本次設計將齒的嚙合深度設計為4mm。這一設計也可減少活塞的行程，節(jié)省功率。 查得有關標準得出以下參數： 端齒盤外徑d：端齒盤的外徑主要由設計結構所允許的空間范圍來確定。在結構允許 的情況下，外徑越大越好，這樣可以增強分度或定位機構的穩(wěn)定性。 根據車削中心動力刀架的總體結構和外徑系列選取d=180mm。 齒數z： 根據JB/T 4316.1-1999查得當外徑d=180mm時，齒數可以為60和 72兩種，它們的最小分度角分別為和，因為本次設計的動力

65、刀架 工位數為8工位，轉一個工位從動盤需要轉過角度，應該是最小 分度角的倍數關系，所以選取最小分度角為，從而選取z=72。 齒長F： F=10mm 齒盤厚度： H/2+m=21.24mm 齒距t: t=7.85mm 齒厚S： S=3.93mm 全齒高h: h=5mm 齒頂高m: m=1.24mm 圖4.4 端齒盤示意圖 4.2 動

66、力刀塔的分度機構部分 動力刀架的轉位需要凸輪分度機構來實現，而驅動凸輪軸旋轉是由伺服電機來實現的，電機的選擇要滿足所需負載和轉矩。從而需要我們對電機進一步的選擇。 4.2.1伺服電機的選用 4.2.1.1伺服電機的分類 直流伺服電機分為：有刷和無刷電機。 有刷電機----成本低，結構簡單，啟動轉矩大,調速范圍寬,控制容易,需要維護,但維護方便(換碳刷),產生電磁干擾,對環(huán)境有要求。因此它可經用于對成本敏感的普能工業(yè)和以用場合。 無刷電機----體積小，重量輕，出力大，響應快，速度高，慣量小，轉動平滑，力矩穩(wěn)定?？刂茝碗s，容易實現智能化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或正弦換相。電機免維護，效率很高，運行溫度低，電磁輻射很小，長壽命，可用于名種環(huán)境。 交流伺服電機：也是無刷電機，分為同步和異步電機，目前運動控制中一般都用同步電機，它的功率范圍大，可以做到很大的功率。大慣量，最高轉動速度低，且隨著功率增大而快速降低。因而適合做低速平穩(wěn)運行的應用。 4.2.1.2 伺服電機的一般選擇原則 在確定了電機系列和額定轉速后，