专用转塔车床转塔刀架部件设计.doc
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1、分 类 号 TH133 密 级 公开 宁XXX大学毕业设计(论文)专用转塔车床转塔刀架部件设计所在学院专 业班 级姓 名学 号指导老师 2012 年 3 月 28 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转塔刀架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 专用转塔车床是采用液压控制,采用多刀、可以多工位加工方法的数控机床。本文主要是设计一种可以用于大批量零件加工和专用零件加工的专用转塔车床。机床的设计主要是在原有的普通机床上进行改进,对其液压系统、转塔刀架以及机床床身进行改进
2、设计。其优点是降低了机床的设计成本,更加便于维修,同时能够更好的适用于生产实践,对一些比较复杂的专业零件也可以加工,满足其加工精度的要求。本文主要设计的内容不要包括转塔机床的机械部分和液压系统传动部分。机床的机械部分主要是对其转塔刀架的结构设计,其主要由转塔头、转塔滑座、转塔导轨以及其他辅助元件组成。在设计过程中运用了类比的设计方法和大胆组合设计创新方法,改善了转塔车床加工零件的精度。该机床的传动方式采用机械传动与液压传动相结合的方式实现了加工过程的自动化,提高了机床的工作效率。关键词:专用转塔车床;转位机构;回转盘;转塔刀架IIIAbstract Special turret lathe i
3、s a adopts hydraulic control, using many knives, multistage processing method semi-automatic machine tools. This paper mainly content that is design of such a turret lathe lot processing required for spare parts. After the request processing parts and analyzing the reference other special turret lat
4、he structure, so as to determine the design turret lathe concrete structure. This design is the machine by ordinary lathe bed and the head of a bed, a modified into the box is its design with low cost, convenient in maintenance and can better satisfy the requirements of precision machining parts. Th
5、is paper mainly involves turret lathe turret cutter parts design, and design the turret cutter hydraulic system. In the design process using the design method and analogy method, bold combination design innovation improves turret lathe machining parts precision. This machine adopts mechanical drive
6、transmission mode of combined with hydraulic drive means to realize the processing procedure automation, improve the working efficiency of machine. Keyword: Special turret lathe; Turning mechanism; Rotary disk; Revolving tool目 录摘 要IAbstractII目 录III第1章 引言11.1选题的背景11.2 数控机床常用的换刀装置11.3 数控刀架的发展方向与趋势21.4
7、 课题研究的目的与意义31.4.1 课题研究的目的31.4.2 课题研究的意义3第2章 机床转塔刀架总体方案设计52.1转塔刀架的主要结构52.2转塔刀架齿轮传动的设计52.2.1齿轮传动类型选择52.2.2齿轮的主要参数和设计计算62.3刀架轴承的选用82.4刀架轴上零件选用的固定方式92.4.1 轴上零件轴向固定方式92.4.2 轴上零件周向固定方式92.5转塔刀架转塔头结构设计102.6转塔刀架转塔滑座结构设计102.7转塔刀架滑座导轨结构设计112.8 转塔刀架总体方案设计和选用122.8.1转塔刀架的主要运动原理122.8.2转塔刀架的主要结构设计12第3章刀架辅助元件的设计和选用1
8、53.1油缸的设计和功能153.2 滤油器的设计153.3 液压缸的设计163.3.1 液压缸的选择163.3.2 液压缸主要尺寸的计算163.4活塞组件的设计和选用173.4.1活塞的设计173.4.2活塞杆及连接结构的设计18第4章 转塔刀架液压传动系统设计194.1 液压系统的组成部分及作用194.2 液压系统设计和选用20总结与展望23参考文献24致谢25附录26 第1章 引言第1章 引言专用转塔车床是一台可以对复杂零件进行一次性多工位多工序加工的自动化数控车床。本机床可以为某种零件的一个或多个固定加工工序服务的,因此它可以有更多的加工对象、可以针对个别复杂零件,也可以对简单的零件进行
9、加工,同时也适合零件的大批量生产。本机床的加工对象主要针对盘盖类、轴套类零件,在加工过程中可以根据转塔头的转动自动更替刀具,对零件进行钻、镗、扩、铰孔、攻丝等加工,提高了工作效率和自动化程度,更适应生产的需求。 1.1选题的背景数控机床的上的转塔刀架是机床安放刀架提高机床工作效率的重要部分。数控机床的出现和发展已经有五十多年的时间了,这段时间中数控机床的取得了长足的发展。进入到21世纪后,随着科技的发展,尤其是微电子和计算机技术的进步,对数控机床提出的要求也越来越高。转塔刀架作为数控机床上的重要部件之一,也随着数控机床的发展一直处于更新换代中。美国、德国和日本等发达国家,一直对数控机床和转塔刀
10、架等重要部件的发展作为其工业发展的战略地位1。世界上比较先进的数控机床的转塔刀架都是由欧美等工业强国设计生产的,比如德国的西门子,日本的FANUC公司开发了市场上所需的各种低、中、高档次的转塔刀架,其技术领先,产量居世界第一,同时占有国际市场的很大份额。我国正在从工业大国向工业强国的方向发展,对数控机床转塔刀架的需求也越来越迫切。然而我国对转塔刀架的设计生产主要都是依赖于先进国家的,国内自己生产的刀架在质量和性能上都与国际上同类产品有着一定的差距2。国内很多企业引进国外先进技术,利用国内优秀创新人才,开发一些适合国内数控机床需求,质量优秀价格低廉,在市场上有竞争力的转塔刀架,来代替那些老旧的不
11、能满足生产需求的刀架。数控机床附件产业的发展,对我国数控机床产业的发展显得尤为重要。1.2 数控机床常用的换刀装置数控机床为了能够在工件一次装夹中完成多种甚至所有加工工序,缩短辅助时间,减少多次安装工件所引起的误差,必须带有自动换刀装置。数控机床的的类型、工艺范围、适用刀具种类、加工对象和数量等,决定了数控机床对自动换刀装置的选用。自动换刀装置具有缩短换刀时间、足够的刀具容量、刀具重复定位精度高等特点。数控机床的自动换刀装置种类很多,一般常用的以一下几种: 1. 转塔头式换刀装置 带有旋转刀具的数控机床常采用转塔头式换刀装置,转塔是由若干与主轴箱相连接的主轴组成,如数控钻镗床的多轴转塔头等。其
12、转塔头上装有几个主轴,每个主轴上均装有一把刀具,加工过程中转塔头可自动转位实现自动换刀。主轴转塔头就相当于一个转塔刀库,其优点是结构简单,换刀时间短,仅为2s左右。由于受空间位置的限制,主轴数目不能太多,主轴不见结构不能设计得十分坚实,影响了主轴系统的刚度,通常只适用于工序较少、精度要求不高的机床,如数控钻床,数控铣床等。2. 二轴转动式换刀装置 二轴转动式换刀装置可用于测置或后置式的刀库,其结构特点最适用于立式加工中心。接到换刀指令,换刀机构从等待位置开始运动,加紧主轴上得刀具并将其取下,转至刀具库中,并将刀具放回刀具库;从刀具库中取出欲换上的刀具,转向主轴,并将刀具装入主轴;然后返回等待位
13、置,换刀完成。这种换刀的主要优点是刀具库位于机床的一侧,能够最大限度的保护刀具。由于带刀库的自动换刀装置的数控机床主轴箱内只有一根主轴,设计主轴部件时能充分增强它的刚度,可以满足精密加工要求。另外,刀库可以存放数量较大的刀具,因而可以进行复杂零件的多工序加工,大大提高机床适应性和加工效率。因此特别适用于数控钻床、数控镗铣床和加工中心。缺点是整个换刀过程动作较多,换刀时间较长,系统复杂,可靠性较差3。3. 回转插入式换刀装置回转插入式换刀装置是回转式换刀装置的改进形式的一种。回转插入机构是换刀装置与传递杆的组合。换刀装置在接到换刀指令时,主轴移到换到点,刀具转移到适当的位置,换刀装置取出欲换上的
14、刀具;换刀装置移动并从位于机床一侧的刀具库中去取出刀具,换刀装置移动到机床的前面,在这个位置将主轴上得刀具取下来,再将要换上的刀具换上,装入主轴;同时将别换下的刀具放回到刀具库中;换刀装置换完刀后开始对零件进行加工。这种换刀装置其优点是刀具主要放在机床的一侧,避免了加工时对刀具的磨损;但是这种换刀的时间长,换刀比较复杂4。1.3 数控刀架的发展方向与趋势随着数控技术的发展,数控刀架的发展也越来越快。加工中心的自动换刀装置从最早的转塔头式的自动换刀,到回转式换刀,回转插入式换刀装置,二轴转动式换刀装置,主轴直接式换刀装置,无机械手自动换刀与有机械手自动换到。可以说数控刀架的发展也是数控机床技术发
15、展的体现,数控刀架在动力方面也越来越现代化和科技化了,从最早机床的手动转塔换刀,到盘型自动回转换刀,电机传动的转塔换刀,液压驱动的转塔换刀到加工中心使用的动力刀架,排式刀架的使用。数控刀架的发展在朝着更加自动化,科技化,复杂化的趋势发展5。数控刀架在存储刀架的数量也在越来越多,从原来的转塔刀架只能存放几把刀具,到现在的刀架都有自己的刀库,可以存放数十把刀具。同时刀库的种类也越来越多,有盘式刀库、链式刀库、格子盒刀库,其中格子盒刀库又分为固定格子盒式刀库和非固定格子盒式刀库。现代化的刀架在刀具布置和机床调整都较方便,可以根据具体工件的工艺要求,组合不同用途的刀具。换刀方式迅速省时,有利于提高机床
16、的生产效率,在一定程度上降低机床的制造成本。1.4 课题研究的目的与意义1.4.1 课题研究的目的转塔刀架作为转塔机床上重要的组成部分,对转塔机床在加工过程中的应用具有很很大的影响。本机床的设计总结了许多数控机床技术的设计经验,在原来普通转塔车床的设计基础上进行改进提升,使其可以更好的适应生产的需要,同时更快的进行大批量的生产实践,提高自动化程度。转塔刀架的设计主要分为机械和液压两个部分。机械部分为本设计的主要部分,主要包括对转塔车床转塔头、转塔滑座、齿轮传动等机械部件的设计;液压部分包括对液压系统的设计。为了满足此次设计的需求,需要对计算机和专业制图软件有着熟悉的运用,比如Solid Wor
17、ks和CAD等。此次设计是为了提高自己的机械设计的专业知识的综合运用,同时培养自己在设计中独立思考,总结经验的能力,锻炼自己的实际动手能力,能够虚心向导师请教问题,大量翻阅书籍资料并运用到自己的设计中,今后能在机械设计工作中打下坚实的基础。1.4.2 课题研究的意义随着科技的日新月异,现在产品对数控机床的要求也越来越高,一般的数控机床已经难以满足现代加工中一些零件对机床的要求。因此本次转塔刀架的设计就是在原有转塔机床的基础进行改进和提升,使其在保证产品质量的同时,以最经济的方法、合理利用设备,最大限度的缩短加工时间和辅助时间,提高了自动化程度,从而得到最大化的经济效益于社会效益。通过这次对转塔
18、刀架的设计,可以更大踏实的掌握机械设计基础知识和对数控机床的发展方向和趋势有更深的认识。同时可以提升自己机械设计的能力,通过总结在设计中的问题与经验,更好的为自己以后的机械设计之路打下基础,将来在工作中更好的发挥出自己的水平。29第2章 机床转塔刀架总体方案设计第2章 机床转塔刀架总体方案设计转塔刀架是转塔车床的重要部件之一,同时也是本次毕业设计机械部分的主要设计内容。转塔刀架上可以同时安装多把刀具,通过转塔头的旋转自动换刀,在转塔滑座的进给运动和液压驱动来实现自动循环加工。转塔刀架主要用于对轴类和盘套类零件的钻、扩、铰孔、攻丝等加工。在一次装夹过程中就能完成对零件的多个工序依次循环加工。2.
19、1转塔刀架的主要结构转塔刀架作为转塔机床上刀具安放的重要部分,其结构设计关系到机床的加工精度、切削性能和自动化效率。本次设计的转塔刀架主要由转塔头、转塔滑座、圆柱齿轮、刀架主轴、圆锥齿轮、中心轴、拔叉、液压缸、油缸、离合器等几十个大小零件组成。其中转塔头可以安装刀具,在液压驱动下自动旋转可以更替刀具;转塔滑座提供进给运动,沿着滑座导轨的方向,辅助刀具参与到对零件的加工过程中;离合器在机器运转中可将传动系统随时分离和结合,通过离合器转塔刀架的运动可以改变速度;液压缸是将液压能转换成机械能并作往复直线运动的执行元件,其结构简单,工作可靠,运动平稳,广泛的运用于液压系统中。2.2转塔刀架齿轮传动的设
20、计2.2.1齿轮传动类型选择齿轮传动是应用非常广泛的一种机械传动,各种机床的传动装置中几乎都有齿轮的传动。在数控机床中采用齿轮传动装置可以使滚珠丝杠和工作台的转动惯量在系统占有较小的比重,同时保证工作台的运动精度。齿轮传动的类型很多,一般常用的有直齿轮传动、斜齿轮传动、螺旋齿轮传动、圆弧圆柱齿轮传动、球面齿轮传动、内齿轮传动等。直齿轮传动在啮合时无轴向力,设计和制造比较简单,工作平稳性较差,噪声较大,广泛应用于平行轴间的传动;可做滑移变速齿轮和交换齿轮。螺旋齿轮传动在啮合时理论上是点接触,传动的效率和寿命较低,用于交叉轴间的传动,适用于进给、操纵及辅助传动链中6。圆弧圆柱齿轮传动是一种具有圆弧
21、齿形的斜齿轮或人字齿轮,圆弧齿轮传动中理论上端面重合度等于零,连续传动要依靠螺旋线的轴向重合度来保证。圆弧齿轮实现等传动比连续传动应满足的条件是:齿廓不发生干涉,螺旋角大小相等而方向相反,模数相同,轴向重合度大于1。由于本次设计的专用转塔车床的转塔刀架刀具传递范围和切削功率比较大以及加工的难易程度,承载能力要求较高。为了满足要求,所以选以斜齿圆柱齿轮传动来实现刀具的旋转。2.2.2齿轮的主要参数和设计计算1. 初步确定齿轮的基本参数和主要尺寸1) 计算小齿轮的名义转矩。2) 选择齿轮类型。初估齿轮圆周速度。根据齿轮传动的工作条件(中速、中载,等),可选用直齿圆柱齿轮传动,也可选用斜齿圆柱齿轮传
22、动。选择斜齿圆柱齿轮传动。3) 选择齿轮传动的精度等级。 按估计的圆周速度,查表初步选用8级精度。4) 初选参数初选:, =25,= u=253.8=95,=05) 初步计算齿轮的主要尺寸。因电动机驱动,载荷冲击,齿轮速度不高,非对称布置,轴的刚性较小,取K=1.5.查表得=2.45;=;取=0.8,=0.989,。初级计算出齿轮的分度圆直径、模数、中心距a等主要参数和几何尺寸: = = 63.03 mm取标准模数,则中心距 圆整后取。调整螺旋角: 计算分度圆直径: 注意:螺旋角应精确到秒;分度圆直径至少要精确到小数点后两位,且两齿轮分度圆半径之和应等于圆整后的中心距,即。计算圆周速度: 与估
23、计值相近。计算齿宽:大齿轮 小齿轮 2验算齿轮的弯曲疲劳强度1)计算当量齿数: 查机械设计手册得,;取.2) 计算弯曲应力: 通过上面计算所得到的基本参数和尺寸能满足功能要求和强度要求,是一个可行的方案,齿轮的瞬时传动比恒定,工作平稳较高。2.3刀架轴承的选用 选用轴承类型的时候,必须了解轴承的工作载荷(大小、性质、方向)、转速及其他使用要求,选择轴承类型应考虑以下主要因素。1.轴承的刚性与调心性能 1)滚子轴承的刚性比球轴承高,故对轴承刚性的要求高的场合应优先选用滚子轴承。 2)指点跨巨大、轴的弯曲变形大或多支点轴,应选用调心型轴承。 3)圆柱滚子轴承用于刚性大,且能严格保证同心度的场合,一
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