【正文】 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 由公式（ ） 計(jì)算小齒輪分度圓 直徑 確定公式內(nèi)各參數(shù)值 ①試選載荷系數(shù) Kt= ② 小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩 1T = 106 PⅠ /n1= 104 N （ 1）齒輪類型由設(shè)計(jì)要求知選用標(biāo)準(zhǔn)直齒錐齒輪。 當(dāng)加工工件時(shí) ，即動(dòng)力刀座驅(qū)動(dòng)，首先通過(guò)撥叉把馬達(dá)到刀盤的傳動(dòng)鏈斷掉，然后為了 使扭矩傳遞到 刀座上，通過(guò)液 壓泵把壓力油注入缸體右腔，活塞向左移動(dòng)，傳動(dòng)鏈則變成液壓馬達(dá) → 齒輪副 → 錐齒輪副 → 刀座。安裝刀具的刀盤與主軸固定連接，換刀時(shí)，液壓缸注入壓力油， 倆個(gè)與端齒盤固定的活塞拉動(dòng)靜端齒盤向右移動(dòng)，使得與動(dòng)端齒盤脫開，既所謂的刀盤松開。 3）定位剛性好， 承載能力大，兩齒盤多齒嚙合。 端齒盤定位的特點(diǎn)： 1）定位精度高 第 15 頁(yè) 共 45 頁(yè) 由于端齒盤定位齒數(shù)多，且沿圓周均布，向心多齒結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)研齒的齒盤其分度精度一般可達(dá) 39。 結(jié)合上述三種轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)位機(jī)理和特點(diǎn)，并結(jié)合實(shí)際情況，本次設(shè)計(jì)的刀塔采可采用第三種轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)，液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)齒輪副帶動(dòng)刀盤轉(zhuǎn)位。由于凸輪是一個(gè)兩端開口的非閉合曲線輪廓，所以當(dāng)凸輪正反轉(zhuǎn)進(jìn)均可帶動(dòng)刀盤正反兩個(gè)方向的旋轉(zhuǎn) 。 2）圓柱凸輪步進(jìn)式轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu) 這種轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)依靠凸輪輪廓強(qiáng)制刀塔作轉(zhuǎn)位運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)規(guī)律完全取決于凸輪輪廓形狀。 車床刀塔的轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 一般來(lái)說(shuō)，機(jī)床刀塔的轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)主要有以下幾種： 1） 液壓（或氣動(dòng)）驅(qū)動(dòng)的活塞齒條齒輪轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu) 這種由液動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)調(diào)速范圍大、緩沖制動(dòng)容易，轉(zhuǎn)位速度可調(diào)，運(yùn)動(dòng)平 第 14 頁(yè) 共 45 頁(yè) 穩(wěn)，結(jié)構(gòu)尺寸較小，制造容易，因而應(yīng)用較廣泛。刀塔上應(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)整刀塔的手柄（或手輪）要省力，應(yīng)盡量設(shè)置在便于操作的地方。目前自動(dòng)換刀裝置的換刀時(shí)間在 —6 秒之間不等?？紤]到采用新型刀具材料和先進(jìn)的切削用量，所以刀塔必須具有足夠的剛度，以使切削過(guò)程和換刀過(guò)程平穩(wěn)。刀塔的運(yùn)動(dòng)精度將直接反映到加工工件的幾何形狀精度和表面 第 13 頁(yè) 共 45 頁(yè) 粗糙度上，為此，刀塔的運(yùn)動(dòng)軌跡必 須準(zhǔn)確，運(yùn)動(dòng)應(yīng)平穩(wěn)，刀塔運(yùn)轉(zhuǎn)的終點(diǎn)到位應(yīng)準(zhǔn)確。 (a)回轉(zhuǎn)刀塔 (b) 排式刀塔 圖 機(jī)床刀塔類型結(jié)構(gòu)圖 機(jī)床刀塔應(yīng)滿足 的要求 1） 滿足工藝過(guò)程所提出的要求?；剞D(zhuǎn)刀塔 根據(jù)刀塔回轉(zhuǎn)軸與安裝底面的相對(duì)位置，分為立式刀塔和臥式刀塔兩種。寶雞機(jī)床廠生產(chǎn)的 CK7620P 全功能數(shù)控車床配置的就是排式刀塔。它的結(jié)構(gòu)形式為： 夾持著各種不同用途刀具的刀夾沿著機(jī)床的 X 坐標(biāo)軸方向排列在橫向滑板上。加工中心則進(jìn)一步采用了刀庫(kù)和換刀機(jī)械手，定現(xiàn)了大容量存儲(chǔ)刀具和自動(dòng)交換刀具的功能，這種刀庫(kù)安放刀具的數(shù)量從幾十把到上百把，自動(dòng)交換刀具的時(shí)間從十幾秒減少到幾秒甚至零點(diǎn)幾秒。這種行業(yè)已在世界三大機(jī)床博覽會(huì)的展示臺(tái)上占據(jù)了重要位置 , 引起了參觀者很大興趣 [7]。Lewis公司的VARIAX(變量型 ),瑞士 Geodetics公司的 HEXA2POD(六足動(dòng)物 ) , 俄羅斯的 LAR IK 公司 TM 系列加工中心。 剛度為傳統(tǒng)機(jī)械加工中心的 5倍 。廉價(jià)數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)和發(fā)展 , 展示了機(jī)床發(fā)展的基本趨勢(shì) 。與過(guò)去的數(shù) 控機(jī)床相比 , 其特點(diǎn)是售價(jià)極低。 可以通過(guò)自動(dòng)識(shí)別負(fù)載，而自動(dòng)調(diào)整參數(shù)，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)獲得最佳的運(yùn)行。 6) 智能化：隨著人工智能在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的不斷滲透和發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)的智能化程度將不斷提高，智能化的內(nèi)容包括在 數(shù)控系統(tǒng)中的各個(gè)方面。 5) 高可靠性：數(shù)控系統(tǒng)的可靠性要高于被控設(shè)備的可靠性在一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，但也不是可靠性越高越好，仍然是適度可靠，因?yàn)槭巧唐罚苄阅軆r(jià)格比的約束。 10μ m 提高到177。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)超精密加工技術(shù)不斷提出了新的要求。 4) 高精度化：精密化是為了適應(yīng)高新技術(shù)發(fā)展的需要，也 是為了提高普通機(jī)電產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和可靠性，減少其裝配時(shí)的工作量從而提高裝配效率的需要。 90年代以來(lái)，隨著超高速切削機(jī)理、超硬耐磨長(zhǎng)壽命刀具材料和磨料磨具，大功率高速電主軸、高加/減速度直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)給部件以及高性能控制系統(tǒng)（含監(jiān)控系統(tǒng)）和防護(hù)裝置等一系列技術(shù)領(lǐng)域中關(guān)鍵技術(shù)的解決，歐、美、日各國(guó)爭(zhēng)相開發(fā)應(yīng)用新一代高速數(shù)控機(jī)床，加快機(jī)床高速化發(fā)展步伐。至少采用 PC 機(jī)作為它的前端機(jī)，來(lái)處理人機(jī)界面、編程、聯(lián)網(wǎng)通信等問題，由原有的系統(tǒng)承擔(dān)數(shù)控的任務(wù)。如在技術(shù)管理上通常使用的元件篩選、在線裝配、整機(jī)調(diào)試及環(huán)境試驗(yàn)、全面質(zhì)量管理等等都可有借鑒之處 [6]。近年來(lái) , 機(jī)床造型的宜人化已成為一門學(xué)科 , 宜人化的內(nèi)容 , 除了外觀、顏色之外 , 考慮操作使用時(shí)方便、省力等人體學(xué)知識(shí)也是一個(gè)重要的方面。如復(fù)雜箱體的加工 , 在機(jī)械加工中心上的加工周期已縮短到幾個(gè) 小時(shí) , 而傳統(tǒng)檢測(cè) ,則需要幾倍于加工時(shí)間。而目前可以通過(guò)數(shù)控機(jī)床和機(jī)械加工中心 , 不僅能在大批量生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工 , 也可在小批量、多品種產(chǎn)品的加工中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)。而機(jī)械加工中心的出現(xiàn) , 正是適合了這種發(fā)展趨勢(shì) , 并與當(dāng)代產(chǎn)品的多樣化和個(gè)性化發(fā)展默契配合。 銑削加工中心可以車削、鉆孔、攻絲 。所有這些對(duì)縮短非切削時(shí)間都起了很大的作用。 如數(shù)控車床的刀塔 __轉(zhuǎn)位時(shí)間已從 1～ 30s, 減少到 ～ 。而傳統(tǒng)機(jī)床的轉(zhuǎn)速均在 3000r/min以下 。德國(guó) Heidenhain公司的高精度光柵尺 ,是用公司Zerodur制造 ,其精度達(dá) ～ 200 mm。為此 ,在計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下 ,各種加工精度補(bǔ)償技術(shù)得到應(yīng)用和發(fā)展。航天工業(yè)是當(dāng)今高精度數(shù)控加工機(jī)床發(fā)展的典型的受益工業(yè)部門之一。因此 ,加工這些零件的機(jī)床也必須受到需求的牽引而向高精度發(fā)展。 3）可多刀夾持，雙向轉(zhuǎn)位和任意刀位就近選刀。刀塔的質(zhì)量主要取決于換刀時(shí)間和故障率。 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。 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。 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。 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。 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]。因此有許多設(shè)備的功能尚未使用就已經(jīng)過(guò)時(shí)。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。 也使加工產(chǎn)品的功能和精度有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。 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。 目前初略估計(jì) ,我國(guó)機(jī)床擁有量已接近 400 萬(wàn)臺(tái)。 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 。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]。 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。現(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。 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。 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。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。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。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。 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。 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 。 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。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。這中刀塔的優(yōu)點(diǎn)是制造成本低，但缺乏通用性。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。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。 2）刀塔定位精度高、動(dòng)作迅速、穩(wěn)定可靠。 4）應(yīng)用范圍廣，維修方便等特點(diǎn)。如中等規(guī)格的普通機(jī)加中心的定位精度 , 八十年代初為177。第一代慣性器件、伺服機(jī)構(gòu)等高精度儀表零件的高精度關(guān)鍵部位的尺寸精度均在 1Lm 以下。機(jī)床的結(jié)構(gòu)材料 ,在高精度機(jī)床上也已開始普遍使用各種性能穩(wěn)定、溫度影響小新型材料 : 如花崗巖、人造花崗 第 6 頁(yè) 共 45 頁(yè) 巖、精密陶瓷、 Invar、 Superinvar、 Zerodur 等。 為了保證機(jī)床的直線性精度 ,導(dǎo)軌普遍采用雙 V型 , 超高速主軸則采用 Si3N4 陶瓷滾珠的軸承。而到了九十年代 ,則達(dá)到了 8000～ 12020r/min,甚至達(dá)到 50000r/min。 機(jī)加中心的換刀機(jī)構(gòu)的改進(jìn) ,換刀時(shí)間也從 5～ 10s 減少到 1～ 3s。上述各項(xiàng)措施突出表明了高速化對(duì)提高生產(chǎn)率的作用。 切削與磨削可在一臺(tái)機(jī)床上完成 。單件、小批量產(chǎn)品的傳統(tǒng)加工 , 許多精密零件的生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間很長(zhǎng) , 如慣性平臺(tái)的四大件 , 以往的小批量的生產(chǎn)準(zhǔn)備周期要長(zhǎng)達(dá)一年半以上 , 而使用機(jī)械加工中心 , 則可在同一機(jī)械加工中心上逐個(gè)完成臺(tái)體、外環(huán)、內(nèi)環(huán)和基座這四大件的加工 , 成套提供裝配 , 大大縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期和加工時(shí)間。另外還應(yīng)注意的是自動(dòng)化的“面”也在不斷擴(kuò)展 ,如自動(dòng)編程、自動(dòng)換刀、自動(dòng)上下料 (工件 )、自動(dòng)加工、自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)診斷、自動(dòng)對(duì)刀、自動(dòng)傳輸、自動(dòng)調(diào)度、自動(dòng)管理等等。而今生產(chǎn)型三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)入生產(chǎn)線 , 緩解了這種矛盾 , 使自動(dòng)化更加全面。好的數(shù)控機(jī)床不僅要功能齊全、操作可靠安全、性能良好 , 而且要成為外觀 宜人和符合操作人體學(xué)的一件藝術(shù)品。 為了滿足市場(chǎng)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要，為了達(dá)到現(xiàn)代制造技術(shù)對(duì)數(shù)控技術(shù)提出的更高的要求，數(shù)控未來(lái)仍然繼續(xù)向開放式、基于 PC 的第六代方向、高速化和 高精度化、智能化等方向發(fā)展。 PC 機(jī)所具有的友 第 8 頁(yè) 共 45 頁(yè) 好的人機(jī)界面，將普及到所有的數(shù)控系統(tǒng)。高速主軸單元 （電主軸，轉(zhuǎn)速 15000－ 100000r/min）、高速且高加 /減速度的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件（快移速度 60～ 120m/min，切削進(jìn)給速度高達(dá) 60m/min）、高性能數(shù)控和伺服系統(tǒng)以及數(shù)控工具系統(tǒng)都出現(xiàn)了新的突破，達(dá)到了新的技術(shù)水平。從精密加工發(fā)展到超精密加工（特高精度加工），是世界各工業(yè)強(qiáng)國(guó)致力發(fā)展的方向。新材料及新零件的出現(xiàn)，更高精度要求的提出等都需要超精密加工工藝，發(fā)展新型 超精密加工機(jī)床，完善現(xiàn)代超精密加工技術(shù)，以適應(yīng)現(xiàn)代科技的發(fā)展。 5μ m，精密級(jí)加工中心的加工精度則從177。對(duì)于每 第 9 頁(yè) 共 45 頁(yè) 天工作兩班的無(wú)人工廠而言，如果要求在 16小時(shí)內(nèi)連 續(xù)正常工作，無(wú)故障率 P(t)＝ 99%以上的話，則數(shù)控機(jī)床的平均無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間 MTBF 就必須大于 3000小時(shí)。 （ 1）應(yīng)用自適應(yīng)控制技術(shù) 數(shù)控系統(tǒng)能檢測(cè)過(guò)程中一些重要信息，并自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)，達(dá)到改進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的目的。 綜上所述，由于數(shù)控機(jī)床不斷采納科學(xué)技術(shù) 發(fā)展中的各種新技術(shù)，使得其功能日趨完善，數(shù)控技術(shù)在機(jī)械加工中的地位也顯得越來(lái)越重要，數(shù)控機(jī)床的廣泛應(yīng)用是現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì) [6]。這 一方面應(yīng)歸功于計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速進(jìn)