轉塔刀架設計及相關技術研究【含11張cad圖紙+文檔全套資料】
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畢 業(yè) 設 計 開 題 報 告
1.結合畢業(yè)設計情況,根據(jù)所查閱的文獻資料,撰寫2000字左右的文獻綜述:
文 獻 綜 述
1課題目的及意義
數(shù)控轉塔刀架是加工中心、數(shù)控車床必備的機床附件,是數(shù)控車床上的核心功能部件之一,尤其適用全功能數(shù)控車床。當前,數(shù)控機床發(fā)展迅猛,一方面向高速、高效、高精度方面發(fā)展,同時,在制造行業(yè)中廣泛存在原有設備的數(shù)控改造和系統(tǒng)升級問題。作為關鍵附件,高性能的數(shù)控轉塔刀架對于提高機床整體運行的可靠性、穩(wěn)定性和效率有著重要意義,數(shù)控轉塔刀架是由數(shù)控系統(tǒng)來控制的,因此,在轉塔刀架本身性能提高的情況下,如何實現(xiàn)控制任務就顯得十分重要了[1-3]。因此數(shù)控車床的刀架設計的好與壞、效率高與低將直接影響到產(chǎn)品的加工時間和質量,進而影響到制造業(yè)的飛速發(fā)展。
本設計主要通過大量閱讀文獻掌握機床轉塔刀架的基本知識;研究數(shù)控機床轉塔刀架及刀庫的關鍵技術,了解其選型、應用及設計方法等;完成某種數(shù)控銑床用轉塔刀塔的設計,并且轉塔刀架的裝刀數(shù)量不少于8把,對于數(shù)控車床轉塔刀架設計的基本要求是轉位準確可靠,工作平穩(wěn)安全;轉位時間短;轉位 以后重復定位精度高;防水防屑,密封性能優(yōu)良;夾緊剛性高,適宜重負荷切削。
2.課題研究現(xiàn)狀
2.1國內對轉塔刀架的研究現(xiàn)狀
我國數(shù)控機床約有幾十年的歷史,目前正處在高速發(fā)展期,采用的刀架多為液壓凸
輪刀架,關于伺服動力刀架技術的研究剛剛起步[4]。隨著對機床精度、速度、可靠性、復
合化程度等的要求的提高,迫切需要自主研發(fā)目前主要依靠進口的伺服刀架和伺服動力
刀架,以滿足高檔數(shù)控機床發(fā)展的需要。
目前國內主要刀架產(chǎn)品生產(chǎn)廠家有:煙臺環(huán)球、常州宏達、常州亞興、臺灣六鑫、
臺灣德士、臺灣亙陽、沈陽精誠等。經(jīng)過近幾年的發(fā)展,國內及時跟蹤國外先進技術,
不斷開發(fā)推出新產(chǎn)品,刀架技術得到了很大提高[5]。
煙臺環(huán)球公司研制的AK系列刀架采用伺服電機進行分度,液壓控制松開,以端
齒輪(三聯(lián)齒輪)進行精密定位,可實現(xiàn)雙向轉位就近選刀,,中心高有80mm、100mm和125mm,刀孔的定位精度達士,重復定位精度達士轉位180度的分度時間達到1.0s,最多同時能裝12把刀,動力刀具轉速達5000rpm[6]。
臺灣德士公司研制的中心高不同的軸向動力刀架和徑向動力刀架在精度、換刀時間
方面等都有了提高[7]。相鄰兩刀的換刀時間為0.15s,轉位180度的時間為0.72s,重復定位精度達,動力刀具轉速達4000rpm。
2.2國外對轉塔刀架的研究現(xiàn)狀
數(shù)控機床的發(fā)展己有五十多年的歷史,伺服刀架的發(fā)展約有二十年的歷史,伺服動力刀架有十余年的歷史,己進入成熟期[8-10]。國外刀架發(fā)展的趨勢是:液壓凸輪刀架、電動刀架、伺服刀架、分度馬達刀架、動力刀架、帶Y軸刀架、帶B軸刀架及直聯(lián)式力矩電機刀架等[11]。
目前,日本、德國、英國等發(fā)達國家均有成熟的刀架產(chǎn)品生產(chǎn),如德國Index公司開發(fā)的車削中心V300Vertical Line上固定安裝一個立式刀具臺和1~2個轉塔動力刀架,可配置26把單獨驅動的動力刀具;日本的Hitachi Seiki公司的Tricell有3個刀架,兩個分別對應左、右側對置主軸,第三個起平衡兩主軸加工時間的作用;日本村田機械的MW系列有兩平行并列主軸,卡盤端面面向操作者,每軸配一個刀架,便于排屑和操作,適于盤類零件加工[12]。
國外數(shù)控機床刀架的專業(yè)生產(chǎn)廠家主要有:德國肖特(SAUTER)、意大利巴拉法第(BARUFFALDI)、杜普馬帝克(DUPLOMATIC)等,這些專業(yè)廠家刀架生產(chǎn)歷史悠久,產(chǎn)品系列全[13]。
德國肖特(SAUTER)是國外生產(chǎn)刀架產(chǎn)品質量較好的公司,其研制的刀架多種多樣,主要有電動刀架、雙馬達伺服刀架、單馬達伺服刀架、四方刀架、B軸刀架和皇冠刀架等[14]。電動刀架控制簡單,能夠實現(xiàn)軸向和徑向出刀,具有Y軸功能;雙馬達伺服刀架具有極佳的溫度穩(wěn)定性,也具有軸向和徑向出刀能力,適用于背面加工;單馬達伺服刀架定位和動力刀共享單一馬達,能夠實現(xiàn)超高速定位,180°分度時間達到0.92s同時具有Y軸功能;B軸刀架兼具Y軸及刀庫功能,適用于復雜工件的切削及輪廓銑削,重復定位精度高達;皇冠刀架尺寸小,換刀快,可達0.2s,主軸轉速高達18000rpm,定位準確,其定位精度,重復定位精度,最多可以8個獨立刀座及多頭刀座,刀架內部具有超載保護裝置可減少撞車時對刀架的損壞,換刀時刀盤不需有抬起動作,適宜在生產(chǎn)線上大量使用[15]。
2.3 國內與國外的差距
我國的數(shù)控機床行業(yè)與世界先進制造行業(yè)相比,存在很大的差距,而重要的原因是功能部件行業(yè)趕不上數(shù)控機床的發(fā)展[16]。特別是數(shù)控轉塔刀架行業(yè),在2007年制定了國家標準,但是標準要求比較低,雖然每個企業(yè)都有了自主知識產(chǎn)權,但生產(chǎn)的產(chǎn)品以中、低檔次為主。中、高檔次產(chǎn)品都是從中國臺灣地區(qū)和國外引進,特別是歐洲國家,像意大利的迪普馬、巴拉法蒂,德國的肖特等都是有幾十年的數(shù)控轉塔刀架設計、研發(fā)、生產(chǎn)的專業(yè)企業(yè),有豐富的經(jīng)驗積累,擁有自主知識產(chǎn)權,擁有自己的標準,有先進的加工檢測手段,其精度等級、技術參數(shù)都遠高于我國國家標準和任何一家企業(yè)標準。但是,進口刀架的價格昂貴,交貨周期長,因此,目前配置在國內數(shù)控機床上的進口高檔次功能部件還是比較少的[17]。而中國臺灣地區(qū)的液壓刀架其穩(wěn)定性、可靠性、適應性基本達到國際同類產(chǎn)品水平,而且有自己的特點,與歐洲產(chǎn)品相比,價格適中,具有很高的性價比。因此,臺灣的數(shù)控轉塔刀架在大陸有一定的占有量,而且在中檔次機床的配置尤為突出[18]。如何提升自己產(chǎn)品的技術含量,既適合我國數(shù)控機床發(fā)展的實際需要,又能在國際市場競爭中有一席之地,是我們值得思考的問題和今后各個企業(yè)所要走的路。
3. 轉塔中心換刀原理分析
3.1 主軸電機動力傳遞
轉塔中心的主軸切削加工和八角頭轉動換刀所需的動力由同一電機(主軸電機)提供,那么主軸電機的動力到底是如何傳遞給主軸和八角頭分度機構的,則需將各部件結合起來進行深入分析后才可得知。經(jīng)研究分析可得到主軸電機的動力流程,如圖 1 所示。
由于主軸轉動,進行加工切削時,不允許八角頭轉動;八角頭轉動進行換刀時,主軸應失去動力。[19]因此由一個電機為兩者提供動力是不沖突的,并能節(jié)省成本和能源。而主軸的轉動和八角頭的轉動不能同時進行,這是由離合器與滑動離合器的機械互鎖來保證的,兩個離合器依靠機械結構來協(xié)調動作,進行互鎖,在同一時間,只能有一個離合器處于閉合狀態(tài)。
圖1 主軸電機動力傳遞流程
3.2 轉塔中心換刀原理
通過以上分析可知,轉塔中心的自動換刀是通過一系列的機械機構的協(xié)調動作來完成的。主要通過兩個離合器的是否閉合來控制主軸電機的動力傳遞,當滑動離合器閉合時,主軸電機帶動主軸轉動,進行切削工;當離合器閉合時,主軸電機帶動六角頭轉動,進行主軸和刀具的更換,兩個離合器通過機械結構互鎖。利用凸輪與離合器撥叉的配合保證每次換刀,凸輪軸只轉動一圈,離合器便分離;再利用槽輪機構實現(xiàn)分度,保證每次換刀六角頭只轉動 60°。而凸輪軸上的凸輪與離合器臂的配合則使得,每次換刀前分度定位柱塞退出定位,而換刀結束后再對六角頭進行定位,使得主軸和刀具具有較高的重復定位精度。每次換刀,六角頭能自動轉動 60°,更換至下一根主軸用于切削加工,實現(xiàn)機床自動換刀[20]。
參考文獻:
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畢 業(yè) 設 計 開 題 報 告
2.本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段(途徑):
2.1.研究解決的問題 :
1) 機床的轉塔刀架設計,包括動力方案設計、參數(shù)計算和整體布局設計。
2) 機床關鍵部件——轉塔中心的內部機構和換刀原理的研究和分析。
3) 根據(jù)機床的功能要求,設計一種符合要求的轉塔刀架。
4) 學習Autocad,繪制出轉塔刀架的零件圖,裝配圖。
2.2研究方案
1)從人機工程學的角度進行機床的整體布局設計。
2) 對現(xiàn)有自動換刀裝置——轉塔中心進行分析,通過工程分析和研究,設計新型裝置,提高換刀速度和精度
3) 完成一種數(shù)控滿足刀數(shù)和精度的機床轉塔刀架的設計。
4) 利用數(shù)控系統(tǒng)和 機床控制系統(tǒng),實現(xiàn)機床的各種控制功能,保證機床穩(wěn)定可靠地運行。
2.3.工作進度安排
第1-2周:選擇設計方向,收集資料,確定設計內容,撰寫開題報告。
第3-4周:調研。
第5-6周:學習轉塔刀架的設計方法。
第7-8周:繪制轉塔刀架的結構示意圖。
第9-10周:根據(jù)設計要求對相關參數(shù)進行計算。
第11-12周:運用AutoCAD繪制轉塔刀架工程圖。
第13周:完成論文初稿,根據(jù)提出的修改意見完善圖紙及論文。
第14周:畢業(yè)設計定稿、打印,畢業(yè)答辯。
畢 業(yè) 設 計 開 題 報 告
指導教師意見:
報告表明,該同學近期查閱了一些數(shù)控機床,數(shù)控刀具刀架方面的文獻資料,對其發(fā)展歷程有了初步的了解,但深入技術細節(jié)不夠對研究現(xiàn)狀,產(chǎn)品中的新技術了解不多,因此只提出了設計的思路,后期應盡快制定更詳細的方案。
同意開題
指導教師:
2016 年 3 月 22 日
所在系審查意見:
系主任:
2016年 3 月 22 日
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