【文章內(nèi)容簡介】 （三） 刀架應(yīng)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(zhuǎn)換過程中方向變換較復(fù)雜，而且有些刀架還直接承受切削力?？紤]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，以使切削過程和換沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文9刀過程平穩(wěn)。（四） 可靠性高。由于刀架在機床工作過程中，使用次數(shù)很多，而且使用頻率也高，所以必須充分重視它的可靠性。 （五） 刀架是為了提高機床自動化而出現(xiàn)的，因而它的換刀時間應(yīng)盡可能縮短，以利于提高生產(chǎn)率。目前自動換刀裝置的換刀時間在 —6 秒之間不等。而且還在進一步縮短。（六） 操作方便和安全。刀架是工人經(jīng)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(shè)計好壞的指標(biāo)。刀架上應(yīng)便于工人裝刀和調(diào)刀，切屑流出方向不能朝向工人，而且操作調(diào)整刀架的手柄（或手輪）要省力，應(yīng)盡量設(shè)置在便于操作的地方。 液壓驅(qū)動轉(zhuǎn)塔刀架的工作原理液壓驅(qū)動轉(zhuǎn)塔刀架的機構(gòu)組成： 該刀架的結(jié)構(gòu)簡圖見圖紙。刀架由油缸 2中心花鍵軸 5回轉(zhuǎn)盤 1鼠壓盤26，2凸輪 3回轉(zhuǎn)輪 5支撐軸 4液壓馬達 3頂面軸承蓋 1凸輪軸 60、及開關(guān) KX1KX9 等組成。 轉(zhuǎn)位開始時，液壓油進入油缸 22 的后腔，通過缸體推動中心花鍵軸 58 和回轉(zhuǎn)盤18 抬起，使定位的鼠牙盤 26，27 脫離嚙合。為轉(zhuǎn)位作好準(zhǔn)備。當(dāng)回轉(zhuǎn)盤 18 完全抬起后，微動開關(guān) kx9 發(fā)出信號，使液壓馬達 34 開始旋轉(zhuǎn)。液壓馬達 34 通過花鍵套 37 帶動凸輪軸 60 和凸輪 39 旋轉(zhuǎn)，凸輪依次推動回轉(zhuǎn)輪 56 上的八個柱銷使回轉(zhuǎn)輪做分度動作，因為回轉(zhuǎn)輪 56 和中心花鍵軸 58 通過花鍵相結(jié)合，而中心花鍵軸 58 又通過頂面軸承蓋 16 與回轉(zhuǎn)盤 18 連成一體，所以中心花鍵軸 58 和回轉(zhuǎn)盤 18 也著回轉(zhuǎn)隨回轉(zhuǎn)輪 56一起轉(zhuǎn)動。凸輪每轉(zhuǎn)一周撥過一個柱銷，也就是使回轉(zhuǎn)盤 18 轉(zhuǎn)過 1/8 周（一個工位） 。支撐軸 48 的頂部裝有一個行程開關(guān)座 13，其上裝有 8 個行程開關(guān) kx1~kx8。而回轉(zhuǎn)盤18 上裝有一個隨中心花鍵軸 58 同步動作的撞快，中心花鍵軸 58 每轉(zhuǎn)過一個工位（45176。），撞快就壓合一個行程開關(guān)，信號輸入數(shù)控系統(tǒng)，當(dāng)回轉(zhuǎn)盤 18 轉(zhuǎn)到預(yù)選那個工位時，電器控制系統(tǒng)發(fā)出指令使液壓馬達剎車，轉(zhuǎn)位凸輪 56 停止旋轉(zhuǎn)，此時回轉(zhuǎn)盤 18 處于預(yù)定位狀態(tài)，而后油缸 22 前腔進油將中心花鍵軸 58 和回轉(zhuǎn)盤 18 拉下，兩個鼠壓盤 26和 27 嚙合并卡緊，刀盤精定位，此時回轉(zhuǎn)頭又重新壓下微動開關(guān) kx9，發(fā)出轉(zhuǎn)位結(jié)束沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文10信號。以上過程實現(xiàn)了刀架的轉(zhuǎn)位動作。 步進式凸輪的工作原理 [6]刀架轉(zhuǎn)位采用凸輪式步進傳動機構(gòu)，這種機構(gòu)屬于強制驅(qū)動式。即轉(zhuǎn)位部件的運動始終靠凸輪輪廓強制驅(qū)動。其運動規(guī)律完全取決于凸輪輪廓的形狀。凸輪式步進傳動機構(gòu)中的凸輪有圓柱式和圓弧式二種，由于圓弧式凸輪的加工難度大而且成本高，所以 圖 圖 本設(shè)計不采用圓弧式結(jié)構(gòu)，而采用圓柱式凸輪結(jié)構(gòu)。圓柱凸輪是在圓柱表面上做出一條兩端有頭的凸起輪廓。從動件回轉(zhuǎn)盤是一個端面多銷圓盤。因為刀架有八個工位，所以圓盤上有十個均部的柱銷。間隔為 45176。圖（1）為這種結(jié)構(gòu)的示意圖。圖 為圓柱子凸輪輪廓的展開簡圖，這是一個 k=1 的間歇傳動機構(gòu)。按照圖 所示的旋轉(zhuǎn)方向運動時，B 銷先開始進入凸輪輪廓的曲線段。凸輪驅(qū)使回轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)位，與此同時，A 銷與凸輪輪廓脫開。當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過 270176。時轉(zhuǎn)位動作終了， B 銷接觸凸輪輪廓將由曲線段過渡到直線段。同時與 B 銷相鄰的 C 銷開始與凸輪的直線輪廓在另一側(cè)面接觸。使凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動時回轉(zhuǎn)輪不動即實現(xiàn)間歇，在間歇階段 B 銷和 C 銷同時貼在凸輪直線輪廓段的兩側(cè)，完全限制了回轉(zhuǎn)輪的轉(zhuǎn)動。對回轉(zhuǎn)輪來說也就實現(xiàn)了定位，凸輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動，C 銷以直線輪廓段進入曲線輪廓段時間歇結(jié)束，沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文11下一次轉(zhuǎn)位又重新開始。同時 B 銷與凸輪輪廓脫離，就這樣下去，凸輪每轉(zhuǎn)過一周，多銷回轉(zhuǎn)輪就被撥過一個銷子，回轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)過 1/8 周。這種圓柱式步進驅(qū)動機構(gòu)可實現(xiàn)高達每分鐘 1500次的轉(zhuǎn)位動作，這一個最高的動作顛峰是遠遠超過轉(zhuǎn)塔刀架上刀盤的轉(zhuǎn)位頻率。所以將這種結(jié)構(gòu)用于轉(zhuǎn)塔刀架上是完全沒有問題的，轉(zhuǎn)塔刀架上的回轉(zhuǎn)輪是通過花鍵來帶動中心花鍵軸及刀盤作分度定位動作的。當(dāng)回轉(zhuǎn)輪在間歇狀態(tài)時（即柱銷在凸輪的直線輪廓段時） ，刀盤可實現(xiàn)絕對穩(wěn)定可靠的預(yù)定位，因為回轉(zhuǎn)輪的二個柱銷夾持凸輪的直線段，此時凸輪停止運動，回轉(zhuǎn)輪只能在圓柱銷和直線段的配合間隙中作左右擺動。這樣保證了刀架不發(fā)生過位和不到位夾緊的問題。凸輪的曲線段輪廓設(shè)計為正弦曲線（嚴格來說應(yīng)該是凸輪輪廓形成凹槽的中心線為正弦曲線，而兩側(cè)的輪廓為圓柱銷磙子的包絡(luò)線） ，因為圓柱銷按正弦曲線的規(guī)律運動時，使銷子在轉(zhuǎn)位開始時和轉(zhuǎn)位終了時的線速度均為零，在凸輪曲線中點處即曲線拐點處的加速度為零。又由于正弦曲線比較光滑，且在曲線始末兩端各引入 15176。的引入端，這樣一來就避免了在轉(zhuǎn)位過程中的剛性和柔性沖擊，達到轉(zhuǎn)位平穩(wěn)可靠，轉(zhuǎn)位精度高。綜上所訴，凸輪是一個兩端有開口的不閉合曲線輪廓，當(dāng)凸輪正反轉(zhuǎn)時均可帶動刀盤作正反兩個方向的旋轉(zhuǎn)，這樣就可以實現(xiàn)刀架在轉(zhuǎn)位時選擇最短的路徑，通過控制系統(tǒng)內(nèi)的可編程控制器（PLC）來自動計算識別和選擇最短路徑所需要的旋轉(zhuǎn)方向。例如，刀架要從第一工位換到第八工位工作，由于只能作單方向旋轉(zhuǎn)，所以刀盤得旋轉(zhuǎn) 315176。才能到達第八工位，而采用凸輪機構(gòu)后，刀架只需反向旋轉(zhuǎn) 45176。即可到達第八工位，節(jié)省了換刀時間，提高了機床效率。沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文12第三章 液壓驅(qū)動轉(zhuǎn)塔刀架的零件選用與計算 鼠牙盤的選用 [7]鼠牙盤的動齒盤和靜齒盤是轉(zhuǎn)塔刀架的兩個重要零件其精度決定了刀架性能的好壞。為了保證鼠牙盤的定位精度和剛度，對鼠牙盤做以下技術(shù)要求：鼠牙盤材料采用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(shù)應(yīng)在 90%以上，接觸不良的齒不嚙合；安裝基準(zhǔn)孔軸線對分度中心的位置度，一般取 ~，對精密齒盤應(yīng)在 以內(nèi)；安裝基準(zhǔn)端面對分度的平行度，一般取 ~，對精密齒盤應(yīng)在 以內(nèi)。本刀架采用標(biāo)準(zhǔn)直齒鼠牙盤，齒的嚙合深度通常設(shè)計為 34mm，由于本刀架的液壓系統(tǒng)采用變量泵，可獲得所需的鎖緊力滿足刀架剛度要求，所以本次設(shè)計將齒的嚙合深度設(shè)計為 3mm。這一設(shè)計也可減少活塞的行程，節(jié)省功率。 查得有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)得出以下參數(shù)：鼠牙盤外徑 d：鼠牙盤的外徑主要由設(shè)計結(jié)構(gòu)所允許的空間范圍來確定。在結(jié)構(gòu)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(gòu)的穩(wěn)定性。 根據(jù)車削中心動力刀架的總體結(jié)構(gòu)和外徑系列選取 d=480mm。齒數(shù) z： 查得當(dāng)外徑 d=480mm 時，齒數(shù)可以 72，它們的最小分度角分別為 和?6， 本次設(shè)計的動力刀架工位數(shù)為 8 工位，轉(zhuǎn)一個工位從動盤需要轉(zhuǎn)?5過 角度，應(yīng)該是最小分度角的倍數(shù)關(guān)系，所以選取最小分度角為 ，4 ?5從而選取 z=72 正好合適。 齒幅 F=15 mm外徑 D1=480mm內(nèi)徑 d1=370mm齒數(shù) N=72齒定厚度 H1=內(nèi)部齒厚 H2=26mm齒總厚度=60 圖 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文13 轉(zhuǎn)塔夾緊力的計算 [8]當(dāng)轉(zhuǎn)塔夾緊時一個齒圈上的齒進入另一個齒圈上的齒溝，使轉(zhuǎn)塔定位。此時，齒側(cè)面上產(chǎn)生過盈。卡緊力 的大小及切削力的方向，對這些定位器的剛度和抗振性能影響很大。在給3P定齒數(shù)，結(jié)合參數(shù)和負荷下，有某個適宜的 ，減小它完全導(dǎo)致轉(zhuǎn)塔剛度顯著下降。3P與此同時，提高 超過他的適宜值，剛度性能也只能得到不大的提高。3當(dāng)轉(zhuǎn)塔夾緊時，定位副一對鼠牙盤的接觸面上產(chǎn)生比壓。轉(zhuǎn)塔加上偏心載荷后，這比壓將重新分布。當(dāng)比壓低于某一極限值時，接觸面處的接觸剛度將集聚下降。計算時可根據(jù)接觸面上最小負載總的最小允許比壓值來確定夾緊力。根據(jù)公式：≥[ ]FQ+Pz+1/Rcp [ +∣ ∣tg ]………………………………（）3PminqyxM2?z?式中：——轉(zhuǎn)塔夾緊力3——鼠牙盤平均半徑（因鼠壓盤的齒數(shù)比其直徑小的多，內(nèi)徑與外徑上的比壓差別cpR不大，因此計算可取位于平均半徑上的相應(yīng)點進行）——主切削力z[ ]——接合面最小負載總最小允許比壓minq、 、 ——切削力在鼠牙盤接合面處的扭矩。xMyz——接合面在平面 Q 上的投影面積QF平面 Q——齒圈內(nèi)外圓柱體中截取的環(huán)平面。=2bhz tg?其中：b——齒長，為 15mmh——平均嚙合深度，為 z——齒數(shù)為 72——齒形半角，為 45176。?——接觸不平均和不連續(xù)的利用系數(shù)，取 ?則可計算出：沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文14=21548tg45176。=對于 ck3232 系列數(shù)控車床來說設(shè)計最大主切削力 ： =1000kgf. 根據(jù)一般情況下，車zP削力的分布規(guī)律： : : =1::則： =1000kgf =400kgf =250kgf yPxP設(shè)： 為切削點到齒盤嚙合平面中心為原點的坐標(biāo)軸的距離pz圖 根據(jù)刀架結(jié)構(gòu)安排：=365mmpx=35mmy=50mmpz取：接合面最小負載點最小允許比壓[ ]=10kgf/cm2minq則計算出：= + =1000（35 ）+40050=－15000kgfmmxMzPpypz= － =1000（365 ）25050=352500kgfmmyx= － =400（－365）－250（－35）=－137250 kgfmmzpp所需夾緊力 :3≥10102+1000+ [. ）（）（ ???沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文15+105tg45176。]=P3≥ 即當(dāng)轉(zhuǎn)塔夾緊力大于 時，刀架系統(tǒng)具有足夠的剛性和抗振性。 油缸尺寸的計算（1） 根據(jù)刀架所需夾緊力來確定油缸內(nèi)徑：當(dāng)液壓系統(tǒng)油壓為 p=30kgf/cm2 時，所需油缸活塞的有效工作面積：=P3/p=根據(jù)結(jié)構(gòu)需要活塞桿直徑 = cm 左右0d則油缸內(nèi)徑：= …………………………………………………………………（）0D204d?? ???根據(jù)結(jié)構(gòu)需要取油缸內(nèi)徑 =30cm 可滿足夾緊力的要求（油缸可調(diào)整到略低于0D30kgf/cm2）(2) 油缸壁厚的計算根據(jù)公式：≥ …………………………………………………………（）?????ypD式中： ——油杠壁厚[ ]——許用應(yīng)力，取為 600kgf/cm2——試驗應(yīng)力（ == 30=36 kgf/cm ）ypyp?2D =30cm0則 ????? cm87.現(xiàn)取油缸壁厚 =3cm (根據(jù)結(jié)構(gòu)需要) 完全滿足強度要求。沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文16 油杠蓋螺栓的計算 [9]根據(jù)公式：拉應(yīng)力： = …………………………………………………………（）?zdp214?式中：p——油杠蓋受的載荷p= ???? ????????z——螺栓個數(shù)剪應(yīng)力： …………………………………………………（） ??zdtg????312639。????式中對于公制普通三角形螺紋，在常用 d=10~68mm 范圍內(nèi)，有以下關(guān)系：d (d 為螺紋中徑，d 為螺紋根部直徑)21.?21升角 =176。~176。時，tg =~??tg =f = ,將上述數(shù)據(jù)平均值代入扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力公式中，可得 =‘?’ ??應(yīng)用第四強度理論，螺紋部分強度校核公式為：………………………………………………………（）?????????即 ???39?，F(xiàn)選用 M12 普通粗牙螺栓，由[機械設(shè)計手冊]查得該種螺栓內(nèi)徑 d = 則： = kgf/cm?? ??? ???zdp 2 kgf/..39。 ??2螺栓材料為 40Cr 鋼，其許用應(yīng)力為：……………………………………………………………………………（）??ns?沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文17由[機械設(shè)計手冊] 查得 40Cr 鋼的屈服極限 = kgf/cms?2安全系數(shù) n 取 則 kgf/cm????2??239。 /./296cmkgfcmkgf??所以油杠蓋螺栓安全。 凸輪尺寸計算（1）凸輪直線段輪廓寬度 b 的計算由圖 可見：b=2R sin d…………………………………………………（）1?R ——回轉(zhuǎn)輪上柱銷中心分度圓半徑 （R =9cm）1 1——動程角之半（ ）?8??zd——柱銷磙子直徑（d= ）則：b=2 ??圖 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文18（2） 凸輪其余各部分尺寸的確定1 凸輪的直徑大小與壓力角有關(guān)，直徑越大，壓力角越小。越有利于回轉(zhuǎn)輪的驅(qū)動，0在結(jié)構(gòu)條件許可的情況下，盡量加大凸輪直徑，根據(jù)結(jié)構(gòu)安排，現(xiàn)取凸輪輪廓外徑D =2 凸輪餓升程等于兩個柱銷間的距離：0S= ?????其中 S——凸輪的升程3 凸輪滾道中心線軌跡為正弦曲線，其升程 S= 所以該曲線方程為：y=0……………………………………………………………（）?