【正文】 I 目 錄 1 緒論 ...................................................1 畢業(yè)設(shè)計(jì)的背景及目的 ................................... 1 刀塔概況及發(fā)展趨勢(shì) ..................................... 3 刀塔概況 .......................................... 3 刀塔發(fā)展趨勢(shì) ...................................... 4 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì) ........................... 5 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn) ................................ 5 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì) ............................ 7 現(xiàn)代技術(shù)給機(jī)床業(yè)帶來(lái)的新動(dòng)向 ...................... 9 2 刀塔的設(shè)計(jì)及計(jì) ........................................11 刀塔的功能 ,類型和應(yīng)滿足的要求 ......................... 11 機(jī)床刀塔的功能 ................................... 11 機(jī)床刀塔的類型 ................................... 11 機(jī)床刀塔應(yīng)滿足的要求 ............................. 12 數(shù)控車床刀塔總體方案設(shè)計(jì)與選擇 ........................ 13 刀塔的整體方案設(shè)計(jì) ............................... 13 車床刀塔的轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì) ....................... 13 刀塔定位機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì) ............................. 14 車床刀塔的工作原理 .................................... 15 刀塔的設(shè)計(jì)計(jì)算 ........................................ 16 液壓馬達(dá)的選型計(jì)算 ............................... 16 II 刀盤設(shè)計(jì)與計(jì)算 ................................... 17 齒輪的計(jì)算 ....................................... 17 刀塔主軸的計(jì)算 ................................... 37 3 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算 .....................................38 刀塔液壓控制系統(tǒng)液壓泵及油泵電動(dòng)機(jī)的選擇計(jì)算 .......... 38 液壓油泵的選擇 ................................... 38 油泵電動(dòng)機(jī)功率的選擇計(jì)算 ......................... 38 液壓缸的設(shè)計(jì) ........................................ 41 選擇液壓缸類型 .................................. 41 以速度為主計(jì)算液壓缸的內(nèi)徑 D 和活塞桿直徑 d ........ 41 數(shù)控車床液壓系統(tǒng)原理設(shè)計(jì) .............................. 42 液壓回路的原理 ................................... 42 4 致謝 .................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 5 參考文獻(xiàn) ..............................................44 第 1 頁(yè) 共 45 頁(yè) 1 緒論 現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展其實(shí)就是制造工藝的發(fā)展，而這其中一個(gè)非常重要的因素就是制造工具 —— 機(jī)床的發(fā)展?，F(xiàn)代機(jī)床的發(fā)展都趨向于自動(dòng)化、復(fù)合化以及高速化。而作為制造業(yè)主力軍的數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)，它的發(fā)展更是日新月異。 制造業(yè)是一個(gè)國(guó)家或地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱，其發(fā)展水平標(biāo)志著該國(guó)或地區(qū)經(jīng)濟(jì)的實(shí)力，科技水平，生活水準(zhǔn)和國(guó)防實(shí)力。國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)歸根到底是各國(guó)制造生產(chǎn)能力及機(jī)械制造裝備的競(jìng)爭(zhēng) [1]。 當(dāng) 前，數(shù)控機(jī)床發(fā)展迅猛，一方面向高速、高效、高 精度方面發(fā)展，同時(shí) ， 在制造行業(yè)中廣泛存在原有設(shè)備的數(shù)控改造和系統(tǒng)升級(jí)問題。作為關(guān)鍵附件，高性能的刀塔對(duì)于提高機(jī)床整體運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性和效率有著重要意義，數(shù)控刀塔是由數(shù)控系統(tǒng)來(lái)控制的，因此，在刀塔本身性能提高的情況下，如何實(shí)現(xiàn)控制任務(wù)就顯得十分重要了。國(guó)內(nèi)數(shù)控車床轉(zhuǎn)塔刀架的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)都是依賴先進(jìn)國(guó)家的，而且產(chǎn)品的性能方面跟國(guó)外還有一定的差距，期待開發(fā)設(shè)計(jì)一種性能最優(yōu)，最有實(shí)用價(jià)值的轉(zhuǎn)塔刀架，來(lái)適應(yīng)市場(chǎng)，替代進(jìn)口產(chǎn)品低價(jià)位的數(shù)控車床用轉(zhuǎn)塔刀架，占領(lǐng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，并達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，為國(guó)產(chǎn)機(jī)床工業(yè)的發(fā)展作出貢獻(xiàn)。 數(shù)控車床今后將向中高當(dāng)發(fā)展，中檔采用普及型數(shù)控刀架配套，高檔采用動(dòng)力型刀架，兼有液壓刀架、伺服刀架、立式刀架等品種，預(yù)計(jì)近年來(lái)對(duì)數(shù)控刀架需求量將大大增加 ， 隨著數(shù)控車床的發(fā)展，數(shù)控刀架開始向快速換刀、電液組合驅(qū)動(dòng)和伺服驅(qū)動(dòng)方向發(fā)展 ，因此對(duì)刀塔的設(shè)計(jì)以及它本身性能的研究就顯得十分重要 。 機(jī)床擁有量在一定程度上標(biāo)志著國(guó)家的制造能力的大小。因此 ,我國(guó)對(duì)機(jī)床工業(yè)的發(fā)展十分重視 ,經(jīng)過(guò) 40多年的努力 ,目前我國(guó)已是機(jī)床生產(chǎn)的大國(guó)之一 ,機(jī)床的年產(chǎn)量超過(guò) 16 萬(wàn)臺(tái) ,各類機(jī)床品種已達(dá) 2500 多個(gè) ,年產(chǎn)值達(dá) 220 億元 ,機(jī)床產(chǎn)業(yè)已是 我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分。我國(guó)的機(jī)床擁有量也是驚人的 ， 在八十年代初已達(dá)到 328 萬(wàn)臺(tái)以上 , 居世界第二位。 目前初略估計(jì) ,我國(guó)機(jī)床擁有量已接近 400 萬(wàn)臺(tái)。但是也應(yīng)看到 , 我國(guó)所擁有的機(jī)床 , 大約有一半以上是質(zhì)量較差的 , 還有相當(dāng)數(shù)量的機(jī)床的役齡已超 20～30 年 ,且數(shù)控機(jī)床、精密加工機(jī)床在整個(gè)機(jī)床擁有量中的所占的比例很小。另一方面 , 我國(guó)所制造的機(jī)床中 , 現(xiàn)代數(shù)控、精密的機(jī)床所占比例也很小 , 整個(gè)機(jī)床產(chǎn)值與機(jī)床產(chǎn)量 第 2 頁(yè) 共 45 頁(yè) 之比很不相稱 ,機(jī)床的質(zhì)量和可靠性也不能適應(yīng)現(xiàn)代制造業(yè)的需要。因此 ,在我國(guó)目前所擁有的數(shù)控和精密加 工機(jī)床中 ,多數(shù)是從國(guó)外進(jìn)口的 [2]。 近十多年來(lái) ,我國(guó)在技術(shù)改造上 ,一改以往傳統(tǒng)的強(qiáng)調(diào)在原來(lái)舊機(jī)床上進(jìn)行改進(jìn)的做法 ,而是用購(gòu)置大量新的各類數(shù)控機(jī)床來(lái)實(shí)施技術(shù)更新。如一汽的轎車生產(chǎn)線、建設(shè)集團(tuán)的汽車空調(diào)器生產(chǎn)線 , 都大量使用數(shù)控機(jī)床、加工中心和機(jī)電一體化的專用加工設(shè)備 , 使工廠生產(chǎn)率、加工質(zhì)量和加工自動(dòng)化程度都有了極大的提高 , 能與世界先進(jìn)的同類工件加工生產(chǎn)線 相媲美。航天工業(yè)總公司近年來(lái)花了數(shù)億元購(gòu)置了數(shù)百臺(tái)各類數(shù)控機(jī)床、 機(jī)械加工中心 , 并先后建立了 CAD、 CAM 和 FMC 試點(diǎn)。所有這一些 ,形成了一種巨大的 推動(dòng)力 ,促我國(guó)工藝技術(shù)和管理人員的素質(zhì)。 也使加工產(chǎn)品的功能和精度有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。在技術(shù)引進(jìn)上 ,八十年代我國(guó)就引進(jìn)了 FANUC的技術(shù) ,與 SIEMENS也有合作 ,對(duì)促進(jìn)我國(guó)數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)也起到過(guò)一定的促進(jìn)作用。但我國(guó)數(shù)控技術(shù)更新?lián)Q代的步伐很慢 , 且所引進(jìn)的技術(shù)含量也值得商榷 ,尤其在引進(jìn)技術(shù)時(shí)著眼促進(jìn)形成我國(guó)自己的技術(shù)基礎(chǔ)上考慮不夠 , 這是值得引起注意的一個(gè)問題。在引進(jìn)數(shù)控機(jī)床等貴重設(shè)備時(shí) ,普遍目的性很強(qiáng) ,以滿足加工需要。但從整體上看 ,引進(jìn)的數(shù)控設(shè)備幾乎是“萬(wàn)國(guó)牌的 ,尤其是數(shù)控系統(tǒng) ,這給維修造成了困難 ,從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮 ,將會(huì)影響設(shè)備的正常使用和利用率。 另外在引進(jìn)設(shè)備時(shí)著意選擇功能更全、精度更高的 ,甚至還考慮日后更為復(fù)雜的加工對(duì)象。這種超前的做法 ,其結(jié)果 ,不僅加大了投資力度 ,而且還導(dǎo)致許多功能長(zhǎng)期不用的浪費(fèi)。況且 ,當(dāng)前機(jī)床型號(hào)更新極快 ,以德國(guó) Deckel公司為例 ,剛接收型號(hào)為 DC DC40的訂貨 , 數(shù)月后即宣布由 DC3 DC45替代；又如德國(guó) Leitz 公司的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)數(shù)控系統(tǒng) , 剛銷售的為 UMESS 系統(tǒng) ,但很快就為 QUINDOS所取代。因此有許多設(shè)備的功能尚未使用就已經(jīng)過(guò)時(shí)。 數(shù)控機(jī)床的大量推廣使用 ,充 分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的作用 ,合理管理 ,提高開動(dòng)率是十分重要的國(guó)外統(tǒng)計(jì)資料表明 ,普通機(jī)床的最好開動(dòng)率不超過(guò) 15%,而數(shù)控機(jī)床的開動(dòng)率可高達(dá) 85%， 而從調(diào)查我國(guó)引進(jìn)數(shù)控機(jī)床使用情況來(lái)看 ,管理和使用情況參差不齊 ,開動(dòng)率一般不超過(guò) 50%,且也有只達(dá)到 30%以下開動(dòng)率的管理不夠完善的原因很多 ,大致有 : 1) 引進(jìn)的設(shè)備種類繁多 ,增加了管理的復(fù)雜性 。 2) 數(shù)控系統(tǒng)的種類很多 ,增加了管理的工作量 。 3) 引進(jìn)的軟件由于裝備不同而不能充分運(yùn)用 。 4) 同一地區(qū)引進(jìn)同一設(shè)備數(shù)量過(guò)多 ,超過(guò)所需很多而使設(shè)備閑置 [3]。 本次的課題是 8 位星 型 液壓 刀塔設(shè)計(jì)，該機(jī)構(gòu)可以一次裝夾 8把動(dòng)力刀，可以在加工過(guò)程中一次性的進(jìn)行多道工序的加工， 大大提高了加工精度和生產(chǎn)效率。 第 3 頁(yè) 共 45 頁(yè) 本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是： 1） 對(duì) 刀塔的結(jié)構(gòu)，刀塔的傳動(dòng)形式以及驅(qū)動(dòng)方式 的設(shè)計(jì) ； 2） 刀塔與刀座的連接形式、刀座的選擇； 3)刀具的交換動(dòng)作設(shè)計(jì)、交換時(shí)間以及定位鎖緊計(jì)算； 4)刀塔其他輔助部件的設(shè)計(jì) 其結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行選擇設(shè)計(jì)，根據(jù)課題所要求的刀塔的驅(qū)動(dòng)方式，對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)進(jìn)而加以優(yōu)化。 本課題的意義在于 : 1） 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在最短的時(shí)間內(nèi)設(shè)計(jì)出最優(yōu)的 8 位星型刀塔結(jié)構(gòu)，并對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力 驅(qū)動(dòng)； 2） 減少物質(zhì)的浪費(fèi)，用最少的材料設(shè)計(jì)出滿足其設(shè)計(jì)要求及加工精度的刀塔結(jié)構(gòu)； 3)為解決同類問題即關(guān)于刀塔的結(jié)構(gòu)形式、刀塔的驅(qū)動(dòng)方式，提供一種研究方法； 4)培養(yǎng)綜合運(yùn)用專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)技能來(lái)解決工程實(shí)際問題的能力； 5)強(qiáng)化工程實(shí)踐能力和意識(shí) ,提高本人綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力； 6） 使本人受到從事本專業(yè)工程技術(shù)和科學(xué)研究工作的基本訓(xùn)練 ,提高工程繪圖、計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、外文資料文獻(xiàn)閱讀、使用計(jì)算機(jī)、使用文獻(xiàn)資和手冊(cè)、文字表達(dá)等各方面的能力； 7） 培養(yǎng)正確的設(shè)計(jì)思想和工程經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)，理論聯(lián)系實(shí)際的工作作風(fēng)，嚴(yán)肅認(rèn)真的科 學(xué)態(tài)度以及積極向上的團(tuán)隊(duì)合作精神。 刀塔概況 刀塔是數(shù)控車床非常重要的部件 ,數(shù)控車床根據(jù)其功能，刀塔上可安裝的刀具數(shù)量一般為 8 把、 10 把、 12把或者 16把，有些數(shù)控車床可以安裝更多的刀具。刀塔的結(jié)構(gòu)形式一般為回轉(zhuǎn)式，刀具沿圓周方向安裝在刀塔上，可以安裝徑向車刀、軸向車刀、鉆頭、鏜刀。車削加工中心還可安裝軸向銑刀、徑向銑刀。少數(shù)數(shù)控車床的刀塔為直排式，刀具沿一條直線安裝。 數(shù)控車床可以配備兩種刀塔： 1) 專用刀塔 由車床生產(chǎn)廠商自己開發(fā)，所使用的 刀柄也是專用的。這中刀塔的優(yōu)點(diǎn)是制造成本低，但缺乏通用性。 2) 通用刀塔 根據(jù)一定的通用標(biāo)準(zhǔn)，而生產(chǎn)的刀塔，數(shù)控車床什產(chǎn)廠家可以根據(jù)數(shù) 第 4 頁(yè) 共 45 頁(yè) 控車床的功能要求進(jìn)行選擇配置。 目前動(dòng)力刀塔主要可分為兩大主流，一是日系工具機(jī)大廠自行開發(fā)的動(dòng)力刀塔，另一個(gè)則是刀塔制造廠商所開發(fā)的動(dòng)力刀塔。 目前國(guó)內(nèi)數(shù)控刀塔以電動(dòng)為主，分為立式和臥式兩種。立式刀塔有四、六工位兩種形式，主要用于簡(jiǎn)易數(shù)控車床；臥式刀塔有八、十、十二等工位，可正、反方向旋轉(zhuǎn)，就近選刀，用于全功能數(shù)控車床。另外臥式刀塔還有液動(dòng)刀塔和伺服驅(qū)動(dòng)刀塔 [4]。如下圖 是上海六馨刀塔。 圖 上海六馨生產(chǎn)的刀塔圖 圖 上海六馨生產(chǎn)的刀塔圖 刀塔發(fā)展趨勢(shì) 當(dāng)前，國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)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(guó)數(shù)控機(jī)床的快速發(fā)展，急需數(shù)控機(jī)床附件的大力跟進(jìn)，也就是說(shuō)好馬還須配好鞍。 國(guó)產(chǎn)數(shù)控車床今后將向中高檔發(fā)展，中檔采用普及型數(shù)控刀塔配套，高檔采用動(dòng)力型刀塔，兼有液壓刀塔、伺服刀塔、立式刀塔等品種，預(yù)計(jì)近幾年對(duì)數(shù)控刀塔需求量將大大增加。 第 5 頁(yè) 共 45 頁(yè) 數(shù)控刀塔今后的發(fā)展趨勢(shì)是：隨著數(shù)控車床的發(fā)展，數(shù)控刀塔開始向快速換刀、電液組合 驅(qū)動(dòng)和伺服驅(qū)動(dòng)方向發(fā)展 ， 具體來(lái)說(shuō)有一下幾個(gè)方面： 1）刀塔轉(zhuǎn)位時(shí)間最短， 且轉(zhuǎn)位準(zhǔn)確。刀塔的質(zhì)量主要取決于換刀時(shí)間和故障率。 2）刀塔定位精度高、動(dòng)作迅速、穩(wěn)定可靠。因?yàn)閿?shù)控機(jī)床的切削加工精度在很大程度上取決于刀尖位置。由于在加工過(guò)程中刀尖位置不進(jìn)行人工調(diào)整，因此，轉(zhuǎn)塔刀塔在結(jié)構(gòu)上必須有良好的強(qiáng)度和剛性，以及合理的定位結(jié)構(gòu)，以保證轉(zhuǎn)塔刀塔在每一次轉(zhuǎn)位之后，具有盡可能高的重復(fù)定位精度。 3）可多刀夾持，雙向轉(zhuǎn)位和任意刀位就近選刀。 4）應(yīng)用范圍廣，維修方便等特點(diǎn)。 刀塔設(shè)計(jì)正在向模塊化 、標(biāo)準(zhǔn)化、高速化方向發(fā)展 [5]。 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn) 縱觀二十世紀(jì)以來(lái) , 特別是近十多年來(lái) , 機(jī)床借助于微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速進(jìn)步 , 正向著高精度、多功能、高速化、高效率、復(fù)合加工功能、智能化等方向邁進(jìn) , 明顯地