【正文】 4 40 1060CF ? ? ? ?? ? ? ? =2550N 2 5 5 0 1 4 1 .3 66 0 0 0 0 6 0 0 0 0CCC FVP KW?? ? ? 經(jīng)查閱《同步伺服電機(jī)選型手冊(cè)》，選用 DSM200T0378S15H 型電機(jī)，該電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為 =1500r/min，額定轉(zhuǎn)矩 T=，額定功率 P=。 選擇電動(dòng)機(jī)的類型 由于本次設(shè)計(jì)的題目為 12 刀位星型伺服刀塔的設(shè)計(jì)，所以選用同步伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。而對(duì)伺服電機(jī)來說，電機(jī)的尺寸最終要與刀塔的外形結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行匹配，在選擇過程中這一點(diǎn)要引起注意。在方案選擇中，我們可以寫出以交流伺服驅(qū)動(dòng)與直流伺服驅(qū)動(dòng)的雙重方案，然后再進(jìn)行對(duì)比，篩選出較為合理，更加實(shí)用以及實(shí)惠的方案。所以本次設(shè)計(jì)的大概思路如 圖 所示 ： 圖 12 位星型伺服刀塔 機(jī)械部分 電氣部分 星型 形狀選擇 刀位選擇 12 位 結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 伺服類型及驅(qū)動(dòng)方式 電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng) 交直流伺服驅(qū)動(dòng) 驅(qū)動(dòng)器選擇 伺服電機(jī)選擇 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 10 頁 共 47 頁 由上圖我們可以看出設(shè)計(jì)的大概過程，機(jī)械部分主要是對(duì)刀塔的結(jié)構(gòu)外形尺寸設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過程中所設(shè)計(jì)的參數(shù)要與現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)刀架的參數(shù)相匹配，不能脫離標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的限制，否則最終所設(shè)計(jì)的刀塔將無法與標(biāo)準(zhǔn)件刀架進(jìn)行匹配。對(duì)于電機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)來說，在選定這種類型以后，還要考慮是用交流伺服驅(qū)動(dòng)還是直流伺服驅(qū)動(dòng)，之后在進(jìn)行伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及伺服電機(jī)進(jìn)行選擇。機(jī)械系統(tǒng)的伺服驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)大的來說分為 兩部分：機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和電子部分的設(shè)計(jì)。 通過對(duì)本課題的設(shè)計(jì)，達(dá)到對(duì)數(shù)控機(jī)床中換刀機(jī)構(gòu)的充分了解，以便于以后應(yīng)用。刀塔的使用可以有效擴(kuò)大機(jī)床的工藝范圍，提高機(jī)床的加工效率。詳細(xì)資料見本說明書最后的參考資料。 課題涉及到的有關(guān)知識(shí)包括：數(shù) 控機(jī)床結(jié)構(gòu)、車削加工中心、自動(dòng)換刀裝置等等方面；其次還包括一些機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械傳動(dòng)、液壓、分度機(jī)構(gòu)等方面的知識(shí)，在校圖書館借閱了一些關(guān)于本次設(shè)計(jì)有關(guān)的資料，而且還在網(wǎng) 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 8 頁 共 47 頁 上搜索了一些相關(guān)資料： 1）現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)； 2）實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)； 3）機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)； 4）數(shù)控車床設(shè)計(jì)； 5）數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)與維修等等； 6）機(jī)械原理。 設(shè)計(jì)內(nèi)容 本次設(shè)計(jì)所選擇的題目是： 12 刀位星 型伺服刀塔設(shè)計(jì)。 刀具的交換方式通常分為無機(jī)械手換刀和有機(jī)械手換刀兩大類” 。應(yīng)把加工過程中需要使用的全部刀具分別安裝在標(biāo)準(zhǔn)刀柄上 ，在機(jī)外進(jìn)行尺寸調(diào)整之后 amp。 根據(jù)主軸頭布置方式不同 ， 通常有平行刀軸式換刀和回轉(zhuǎn)刀架式換刀兩種方式”“ 數(shù)控加工中心的一個(gè)顯著結(jié)構(gòu)特征是配置有帶刀庫的自動(dòng)換刀系統(tǒng) ， 刀庫可以存放較多的刀具 ， 能滿足復(fù)雜零件的多工序加工需要 ， 可明顯提高機(jī)床的適應(yīng)性和加工效率 ， 應(yīng)用廣泛 ?！白詣?dòng)換刀方式主要有更換主軸頭換刀方式和帶刀庫的自動(dòng)換刀方式兩種形式 ， 更換主軸頭換刀方式應(yīng)用于數(shù)控鏤銑機(jī) ， 而帶刀庫的自動(dòng)換刀方式應(yīng)用于數(shù)控加工中心”“在具有多根主軸的數(shù)控鏤銑銑床上 ， 通過更換 主軸頭進(jìn)行換刀是一種簡單的換刀方式 ， 由于在換刀過程中并不拆卸刀具 ， 而是將刀具和主軸一起更換 ， 所以省去了自動(dòng)松夾 ’ 卸刀 ’ 裝刀 ’ 夾緊以及刀具搬運(yùn)等一系列復(fù)雜的操作 ， 從而顯著減少了換刀時(shí)間 。力爭早日實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品從低端到高 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 7 頁 共 47 頁 端、從初級(jí)產(chǎn)品加工到高精尖產(chǎn)品制造的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)從中國制造到中國創(chuàng)造、從制造大國到制造強(qiáng)國的轉(zhuǎn)變。中國作為一個(gè)制造大國，主要還是依靠勞動(dòng)力、價(jià)格、資源等方面的比較優(yōu)勢(shì)，而在產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新與自主開發(fā)方面與國外同行的差距還很大。現(xiàn)階段我國的機(jī)床行業(yè)在高精尖數(shù)控技術(shù)方面還處于模仿階段 , 基礎(chǔ)研究遠(yuǎn)跟不上世界先進(jìn)水平的發(fā)展”[2]， 因此 我們應(yīng)看清形勢(shì)，充分認(rèn)識(shí)國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的不足，努力發(fā)展先進(jìn)技術(shù)，加大技術(shù)創(chuàng)新與培訓(xùn)服務(wù)力度，以縮短與發(fā)達(dá)國家之間的差距。由此可以看出國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床特別是中高檔數(shù)控機(jī)床仍然缺乏市場競爭力，究其原因主要在于國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的研究開發(fā) 深度不夠、制造水平依然落后、服務(wù)意識(shí)與能力欠缺、數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)應(yīng)用推廣不力及數(shù)控人才缺乏等。 1999年機(jī)床進(jìn)口額為 （ 7624臺(tái)）， 2020年達(dá) （ 23320臺(tái)），相當(dāng)于同年國內(nèi)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)值的 倍。特別是最近幾年，我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速， 1998～ 2020 年國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量和消費(fèi)量的年平均增長率分別為%、 %。 20 世紀(jì) 80年代初，國際上又出現(xiàn)了柔性 制造單元 FMC(Fleibie— Manufacturing Cell) 。 1974 年美，日等國首先研制出以微處理器為核心的數(shù)控系統(tǒng)。之后，美，歐，日也相繼進(jìn)行 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 6 頁 共 47 頁 開發(fā)與應(yīng)用。由于它體積小，功 耗低，使 用數(shù)控系統(tǒng)的可靠性得以進(jìn)一步提高，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展到第三代。除了 APT 數(shù)控語言外，又發(fā)展了許多自動(dòng)騙程語言。同時(shí)美國航空工業(yè)協(xié)會(huì) (AIA)和麻省理工學(xué)院發(fā)展了 APT 程序語言。Trecker Co.)在世界上首先研制成功帶自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床，稱為 ”加工中心 ” 。 1955 年，美國空軍花費(fèi)巨額經(jīng)費(fèi)訂購了大約 100臺(tái)數(shù)控機(jī)床 ,此后兩年，數(shù)控機(jī)床在美國進(jìn)入迅速發(fā)展階段 ,市場上出現(xiàn)了商品化數(shù)控機(jī)床。經(jīng)過三年時(shí)間的研究，于 1952 年試制成功世界第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床試驗(yàn)性樣機(jī)，這是一臺(tái)采用脈沖乘法器原理的直線插補(bǔ)三坐標(biāo)連續(xù)控制銑床，這便是數(shù)控機(jī)床的第一代。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 5 頁 共 47 頁 1 緒論 刀塔目前主要應(yīng)用于數(shù)控車床、數(shù)控銑床以及車銑復(fù)合加工中心，所以與刀塔發(fā)展最相關(guān)的領(lǐng)域就是數(shù)控車床、數(shù)控銑床以及車銑復(fù)合加工中心的發(fā)展。本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是： 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) ；刀塔與刀座的連接形式、刀座的選擇；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；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。 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 。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。現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床的“使用難、維修難 ”問題，已經(jīng)是影響數(shù)控機(jī)床有效利用的首要問題。自從 20 世紀(jì) 60 年代世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床問世以來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、信息處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和機(jī)械制造技術(shù)等各相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)已成為現(xiàn)代先進(jìn)制造系統(tǒng) (FMS， CIMS 等 )中不可缺少的基 礎(chǔ)技術(shù)?，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。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體， 均已在文中以明確方式標(biāo)明。 作者簽名： 日 期： 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 2 頁 共 47 頁 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 1 頁 共 2 頁 目 錄 前言 ................................................. 1 1 緒論 ................................................ 5 數(shù)控機(jī)床發(fā)展歷程以及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀的思考 .......................... 5 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì) ................................................ 6 研究方法 .......................................................... 7 設(shè)計(jì)內(nèi)容 .......................................................... 7 2 運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)計(jì)算 .................................... 11 伺服電機(jī)的選擇計(jì)算 ............................................... 11 選擇電動(dòng)機(jī)的類型 ............................................ 11 選 擇電動(dòng)機(jī)的功率 ............................................ 11 計(jì)算總傳動(dòng)比及分配各級(jí)傳動(dòng)比 ..................................... 12 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) ..................................... 13 計(jì)算各齒輪 的轉(zhuǎn)速 ............................................ 13 計(jì)算各齒輪的功率 ............................................ 14 計(jì)算各齒輪的轉(zhuǎn)矩 ............................................ 14 3 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算 .................................... 15 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 ................................................... 15 電機(jī)到刀盤的傳動(dòng)鏈的設(shè)計(jì)計(jì)算 ................................ 15 電機(jī)到刀具的傳動(dòng)鏈的設(shè)計(jì)計(jì)算 ................................ 22 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 ..................................................... 32 軸 1的設(shè)計(jì)計(jì)算 .............................................. 32 軸 2的設(shè)計(jì)計(jì)算 .............................................. 35 軸 3的設(shè)計(jì)計(jì)算 .............................................. 36 刀盤的設(shè)計(jì) ....................................................... 38 4 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 ................................... 40 液壓油泵的選擇 ................................................... 40 液壓缸的設(shè)計(jì) ..................................................