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(THESIS)設(shè)計(jì)(論文)題目數(shù)控車床六角旋轉(zhuǎn)刀架三維設(shè)計(jì)學(xué)生宋超學(xué)習(xí)中心黑龍江雙鴨山學(xué)習(xí)中心專業(yè)機(jī)械工程及自動化指導(dǎo)教師溫泉二〇一四年八月五日東北大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)1摘要國際上數(shù)控機(jī)床的發(fā)展日新月異,我國數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架行業(yè)亦發(fā)生了根本性的改變,但是,產(chǎn)能只是滿足量的一面,低檔次產(chǎn)品價格低廉、功能不齊、適應(yīng)性差,其生命力亦不會太強(qiáng)。只有滿足質(zhì)的方面、滿足數(shù)控機(jī)床性能要求方面的產(chǎn)品才是最重要的。我國的數(shù)控機(jī)床行業(yè)與世界先進(jìn)制造行業(yè)相比,存在很大的差距,而重要的原因是功能部件行業(yè)趕不上數(shù)控機(jī)床的發(fā)展。數(shù)控車床是數(shù)控機(jī)床的主要品種之一,它在數(shù)控機(jī)床中占有非常重要的位置,幾年來受到世界各國的普遍重視并得到了迅速的發(fā)展。本課題研究的是數(shù)控車床最重要的部件之一:旋轉(zhuǎn)刀架。數(shù)控車床的刀架是機(jī)床的重要組成部分。刀架用于夾持切削用的***,因此其結(jié)構(gòu)直接影響機(jī)床的切削性能和切削效率。在某種程度上,刀架的結(jié)構(gòu)和性能體現(xiàn)了機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)水平。關(guān)鍵詞:數(shù)控機(jī)床數(shù)控車床旋轉(zhuǎn)刀架東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)2目錄1.緒論..................................................................................................... 4 1.1 選題的目的和意義........................................................................ 4 1.2 數(shù)控刀架的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢...............................................5 1.3 我國數(shù)控刀架的發(fā)展現(xiàn)狀............................................................6 1.4 本文主要研究內(nèi)容........................................................................ 6 2.總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).....................................................................................5 2.1 機(jī)床刀架的基本要求與功用....................................................... 7 2.2 總體方案的確定............................................................................ 8 2.3 刀架基本結(jié)構(gòu)、工作原理及動作順序.....................................10 2.4 刀架轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)......................................................................12 2.5 刀架定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)......................................................................14 2.6 電動機(jī)選擇及安裝形式的確定................................................. 17 2.7 本章小結(jié).......................................................................................19 3.運(yùn)動設(shè)計(jì)及刀架主參數(shù)確定..........................................................20 3.1 運(yùn)動設(shè)計(jì).......................................................................................20 3.2 刀架主參數(shù)確定.......................................................................... 21東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)3 3.3 本章小結(jié).......................................................................................21 4.刀架零件設(shè)計(jì)、計(jì)算及校核..........................................................23 4.1 蝸桿蝸輪選用及校核..................................................................22 4.2 蝸桿軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核..............................................................28 4.2.1 蝸桿軸材料選擇......................................................................28 4.2.2 初算軸徑...................................................................................28 4.2.3 蝸桿軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)......................................................................29 4.2.4 軸的受力分析.......................................................................... 31 4.2.5 校核軸的強(qiáng)度.......................................................................... 36 4.2.6 校核見鏈接的強(qiáng)度..................................................................37 4.3 齒盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).............................................................................. 38 4.4 本章小結(jié).......................................................................................43結(jié)論........................................................................................................47東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)4 1. 緒論1.1 選題的目的和意義數(shù)控機(jī)床是集機(jī)械、電氣、液壓、氣動、微電子和信息等多項(xiàng)技術(shù)為一體的機(jī)電一體化產(chǎn)品。是機(jī)械制造設(shè)備中具有高精度、高效率、高自動化和高柔性化等優(yōu)點(diǎn)的工作母機(jī)。數(shù)控機(jī)床的技術(shù)水平高低及其在金屬切削加工機(jī)床產(chǎn)量和總擁有量的百分比是衡量一個國家國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和工業(yè)制造整體水平的標(biāo)志之一。數(shù)控車床是數(shù)控機(jī)床的主要品種之一,它在數(shù)控機(jī)床中占有非常重要的位置,幾年來受到世界各國的普遍重視并得到了迅速的發(fā)展。本課題研究的是數(shù)控車床最重要的部件之一:旋轉(zhuǎn)刀架。數(shù)控車床的刀架是機(jī)床的重要組成部分。刀架用于夾持切削用的***,因此其結(jié)構(gòu)直接影響機(jī)床的切削性能和切削效率。在某種程度上,刀架的結(jié)構(gòu)和性能體現(xiàn)了機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)水平。東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)5 1.2 數(shù)控刀架的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢近 30 年的發(fā)展,數(shù)控刀架逐漸演變?yōu)殡妱雍鸵簞觾纱箢悇e。電動刀架以歐洲為代表。由力矩電動機(jī)驅(qū)動,凸輪控制齒盤的松開和剎緊,與定位動作由電磁鐵完成,位置信號由編碼器發(fā)出,采用齒輪減速完成分度、松開、剎緊動作。液動刀架以日本技術(shù)為基礎(chǔ),日本、韓國和我國臺灣省為代表。采用液壓馬達(dá)驅(qū)動,采用間歇分度機(jī)構(gòu)品行共扼凸輪分度和預(yù)定位,液壓松開剎緊,位置信號用組合傳感器發(fā)出。隨著主機(jī)技術(shù)向高速、復(fù)合方向發(fā)展,數(shù)控刀架技術(shù)也向高速化、復(fù)合方向發(fā)展。主要表現(xiàn)在:(1)高速化開放式伺服電機(jī)及驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展,使伺服電機(jī)驅(qū)動刀架技術(shù)發(fā)展成為現(xiàn)實(shí)。伺服電機(jī)代替了預(yù)定位置裝置、發(fā)信裝置,簡化了刀架結(jié)構(gòu),松開、剎緊采用液壓。伺服刀架提高了換刀速度。(2)復(fù)合化車削中心的出現(xiàn),使刀架技術(shù)向復(fù)合化更高層次發(fā)展。帶銑削功能的動力刀架,一般采用普通刀架外加伺服主軸電機(jī)驅(qū)動動力***,刀盤采用 VDI(Virtual Device Interface)刀盤,鉆銑主軸最高轉(zhuǎn)速可達(dá) 12000r/min,功率 22Kw。近幾年東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)6出現(xiàn) B 軸、Y 軸聯(lián)動帶銑削頭刀架,從而使機(jī)床達(dá)到五軸聯(lián)動。1.3 我國數(shù)控刀架的發(fā)展現(xiàn)狀在各大機(jī)床廠家的不懈努力下,我國在數(shù)控刀架生產(chǎn)開發(fā)方面有了較大突破,特別是在及時跟蹤國外先進(jìn)技術(shù),不斷開發(fā)推出新品,滿足主機(jī)配套發(fā)展的需要等方面有了長足發(fā)展。作為數(shù)控車床的核心功能部件之一,數(shù)控刀架雖然取得了較大進(jìn)步,但與國外的水平相比,仍有一定的差距,成為制約主機(jī)發(fā)展的瓶頸因素之一。1.4 本文主要研究內(nèi)容本課題為數(shù)控車床六角旋轉(zhuǎn)刀架三維設(shè)計(jì),該刀架能夠在一次裝夾中完成多道工序,使加工范圍擴(kuò)大,大大提高了加工精度和生產(chǎn)效率。本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容為:1.刀架總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.分度機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.典型零部件設(shè)計(jì) 5.生成二維截面圖、爆炸圖 6.翻譯外文資料。其中分度機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為本次設(shè)計(jì)重點(diǎn),決定了數(shù)控刀架的整體精度。東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)7 2. 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 機(jī)床刀架的基本要求與功用2.1.1 數(shù)控車床刀架的基本要求(1)滿足工藝過程所提出的要求機(jī)床依靠***和工件間相對運(yùn)動形成工件表面,而工件的表面形狀和表面位置的不同。為了要求刀架上能布置足夠多的***,而且能夠方便而正確的加工各工件表面。為例實(shí)現(xiàn)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轉(zhuǎn)位。(2)在刀架上要能牢固的安裝***在刀架撒謊能夠安裝***時還應(yīng)能精確的調(diào)整***的位置,以保證***和工件間精確的相對位置。刀架的運(yùn)動精度將直接反應(yīng)到被加工工價的幾何形狀精度和表面粗糙度上,為此,刀架的運(yùn)動軌跡必須準(zhǔn)確,運(yùn)動應(yīng)平穩(wěn),刀架運(yùn)轉(zhuǎn)的終點(diǎn)到位應(yīng)準(zhǔn)確。而且這種精度保持性要好,以便于長期保持***的正確位置。(3)刀架應(yīng)有足夠的剛度由于***的類型、尺寸各異,質(zhì)量相差較大,***在自動轉(zhuǎn)向過程中方向變化較復(fù)雜,而且有些刀架還直接承受切削力,考慮到采用新型***材料和先進(jìn)的切削用量,所以刀架必須有足夠的剛度,以使切削過程和換刀過程東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)8平穩(wěn)。(4)可靠性高由于刀架和自動換刀裝置在機(jī)床工作過程中,使用次數(shù)很多,而且使用頻率也很高,所以必須充分重視它的可靠性。(5)刀架換刀時間盡量短,以利于提高生產(chǎn)效率。(6)操作方便安全。2.1.2 數(shù)控車床刀架的功用數(shù)控車床刀架是各類數(shù)控車床的核心配套附件之一。它大多采用步進(jìn)電機(jī)(或伺服電機(jī),或液壓馬達(dá))驅(qū)動,通過減速機(jī)構(gòu)(液壓馬達(dá)驅(qū)動的刀架除外)、行星機(jī)構(gòu)、馬氏機(jī)構(gòu)或凸輪機(jī)構(gòu)來完成刀架的松開、抬起、轉(zhuǎn)位、定位和夾緊動作;它可按主機(jī)的編程要求完成刀架的自動換刀動作,以實(shí)現(xiàn)數(shù)控車床加工程序的自動化和高效化。因此,刀架的性能和結(jié)構(gòu)往往直接影響到機(jī)床的切削性能、切削效率和體香了機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)水平。2.2 總體方案的確定數(shù)控車床刀架大體上可分為轉(zhuǎn)塔式刀架和直排式刀架兩大類。轉(zhuǎn)塔式刀架又分立式數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架和臥式數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架。東北大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)9立式數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架是回轉(zhuǎn)軸線與安裝基準(zhǔn)面垂直、可裝夾多把***或工具,采用數(shù)字信息指令控制轉(zhuǎn)位的刀架。他通過常用4 工位和 6 工位兩種,按性能可分為簡易和全功能兩類,是經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床和將普通車床改造為簡易數(shù)控車床的重要配套附件。該刀架即可與數(shù)控車床的數(shù)控系統(tǒng)接口相連,又可配置簡易的數(shù)控系統(tǒng),輔助主機(jī)完成軸類和盤類等零件的車外圓、端面、圓弧、切槽、切斷、車螺紋、鏜孔和攻螺絲等加工工序。臥式數(shù)控轉(zhuǎn)塔式刀架為一種回轉(zhuǎn)軸線與安裝幾面平行的、可裝夾多把***或工具,采用數(shù)字信息指令控制的刀架。它利用裝夾于刀盤上的非動力刀架和動力刀夾來夾持各種不同用途的***或工具,刀盤根據(jù)機(jī)床編程的指令轉(zhuǎn)過若干個工位,是下一道工序所用的***達(dá)到指定的工位,來實(shí)現(xiàn)主機(jī)的自動換刀動作。其驅(qū)動轉(zhuǎn)塔刀架的動力源有電機(jī)傳動和液壓傳動兩大類。根據(jù)兩種轉(zhuǎn)塔刀架的特點(diǎn)和本次設(shè)計(jì)任務(wù)的要求選定設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)塔刀架為立式簡易數(shù)控刀架(圖 2-1)。

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