專用轉塔車床轉塔刀架部件設計,專用,車床,刀架,部件,設計 摘 要 轉塔車床是具有能裝多把刀的轉塔刀架的車床，由于轉塔刀架可以轉位,過去大多呈六角形,故轉塔車床舊稱六角車床。專用轉塔車床是針對某種零件專門設計的轉塔車床，本文主要是設計一種可以用于加工煤電鉆端蓋上的三組孔和有關的外圓及端面的專用轉塔車床的轉塔刀架。 此設計中對專用轉塔刀架的設計，降低了機床的設計成本，同時能夠更好的適用于生產實踐。本文主要的設計內容不是整個轉塔車床，而是對其轉塔刀架的結構設計。轉塔刀架，主要由轉塔頭、轉塔滑座、轉塔導軌以及其他輔助元件組成。在設計過程中運用了類比的設計方法和大膽組合設計創(chuàng)新方法，改善了轉塔車床加工零件的精度。 該機床的傳動方式采用機械傳動與液壓傳動相結合的方式實現了加工過程的自動化，提高了機床的工作效率。 關鍵詞：專用轉塔車床；轉塔刀架；轉塔頭。 Abstract Turret lathe is can hold more knife lathe turret head, because of the turret head can transfer, most of the past a hexagonal, so the old turret lathe turret lathe. Special turret lathe is designed specifically for certain parts of the turret lathe, this paper is to design a kind of can be used for processing the three groups on the end cover of the coal electric drill holes and the end of the cylindrical and special turret lathe turret head. This design to the design of special turret head, reducing the costs of the design of the machine tool, at the same time can be better applied to the production practice. In this paper, the design of the content is not the whole turret lathe, but on its turret head structure design. Turret head, is mainly composed of the turret head, turret slide, turret guide rail and other auxiliary components. In the design process using the design method of analogy and bold combination design innovation method, improve the accuracy of the turret lathe machining parts. Tne transmission mode of the machine tool by adopting the combination of mechanical transmission and hydraulic transmission way to automate the process, improve the efficiency of the machine tool. Keyword: Special turret lathe; The turret head; The turret head. 目 錄 摘 要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1 選題的背景 1 1.2 數控機床常用的換刀裝置 1 1.3 數控刀架的發(fā)展方向與趨勢 3 1.4 課題研究的目的與意義 4 1.4.1 課題研究的目的 4 1.4.2 課題研究的意義 4 第2章 轉塔刀架總體方案設計 7 2.1 轉塔刀架總體方案設計 7 2.1.1 轉塔刀架的結構形式選擇 7 2.1.2轉塔刀架的總體設計 7 2.1.3轉塔刀架的主要運動原理 8 2.1.4轉塔刀架的結構圖 8 2.2 轉塔刀架的典型零部件設計 11 2.2.1 刀架軸的結構設計 11 2.2.2 轉塔頭的設計 13 2.2.3 轉塔滑座結構設計 14 2.2.5轉塔刀架齒輪傳動的設計 15 第3章 刀架輔助元件的設計和選用 19 3.1油箱的設計和功能 19 3.2 濾油器的設計 19 3.3　液壓缸的設計 20 3.3.1 液壓缸的選擇 20 3.3.2 液壓缸主要尺寸的計算 20 3.4活塞組件的設計和選用 22 3.4.1活塞的設計 22 3.4.2活塞桿及連接結構的設計 22 第4章 轉塔刀架液壓傳動系統設計 25 4.1 液壓系統的組成部分及作用 25 4.2 液壓系統設計和選用 26 總結 29 參考文獻 30 致謝 33 附錄 35 37 第1章 緒論 1.1 選題的背景 裝備制造業(yè)是一個國家工業(yè)的基礎，隨著科學技術的高速發(fā)展，裝備制造業(yè)對產品的質量和生產效率的要求愈發(fā)強烈。在現在的制造技術中，數控技術是制造業(yè)中的關鍵技術。 數控技術是一個國家現代制造水平的象征，它體現了一個國家現代制造技術的高效益和軟硬件發(fā)展的綜合水平。數控技術的發(fā)展，可以保證產品較高的加工精度以及加工質量，還能提高整個制造業(yè)的自動化水平，提高工作效率，降低了成本。 專用轉塔車床是一臺可以對復雜零件進行一次性多工位多工序加工的自動化數控車床。本機床的加工對象主要針對盤蓋類、軸套類零件，在加工過程中可以根據轉塔頭的轉動自動更替刀具，對零件進行鉆、鏜、擴、鉸孔、攻絲等加工，提高了工作效率和自動化程度，更適應生產的需求。 在轉塔車床中，轉塔刀架是一個很重要的部件?？梢赃@樣說，轉塔刀架的結構和性能在一定程度上標志著數控車床的積水水平。其質量的好壞、性能的優(yōu)劣以及選用的合適與否都直接影響著轉塔車床的應用效果。 1.2 數控機床常用的換刀裝置 數控機床的優(yōu)點是能在一次裝夾中對零件的所有工序進行加工，這樣便縮短了工作時間，提高了工作效率，降低了生產成本。而這一切的關鍵，在于數控機床有自動換刀裝置。自動換刀裝置必須具有換刀時間短、刀具容量大、刀具重復定位精度高等特點。 數控機床的自動換刀裝置種類很多，主要分為以下兩大類： （1）轉塔式自動換刀裝置 帶有旋轉刀具的數控機床常采用轉塔頭式換刀裝置，如圖1-1所示。轉塔是由若干與主軸箱相連接的主軸組成，如數控鉆鏜床的多軸轉塔頭等。其轉塔頭上裝有幾個主軸，每個主軸上均裝有一把刀具，加工過程中轉塔頭可自動轉位實現自動換刀。主軸轉塔頭就相當于一個轉塔刀庫，其優(yōu)點是結構簡單，換刀時間短，僅為2s左右。由于受空間位置的限制，主軸數目不能太多，主軸不見結構不能設計得十分堅實，影響了主軸系統的剛度，通常只適用于工序較少、精度要求不高的機床，如數控鉆床，數控銑床等。 圖1-1轉塔式自動換刀裝置 （2）刀庫式自動換刀裝置 刀庫式自動換刀裝置主要有刀庫、選刀裝置、刀具交換機構和刀具自動裝卸機構組成。如圖1-2所示。這類換刀裝置的應用最廣泛，但是一般是應用于比較高端的數控機床上。刀庫又可以分為鏈式刀庫、盒式刀庫、圓盤式刀庫和其他刀庫。圖1-2中為鏈式刀庫。 圖1-2刀庫式自動換刀裝置 刀庫系統是提供自動化加工過程中所需之儲刀及換刀需求的一種裝置。其自動換刀機構及可以儲放多把刀具的刀庫，改變了傳統以人為主的生產方式。借由電腦程序的控制，可以完成各種不同的加工需求，如銑削、鉆孔、鏜孔、攻牙等，大幅縮短加工時程，降低生產成本，這是刀庫系統的最大特點。 1.3 數控刀架的發(fā)展方向與趨勢 經過近30年的發(fā)展，數控刀架主要發(fā)展為兩個大的類別：電動和液動。 電動刀架以歐洲為代表。典型結構如圖1-3所示。電動刀架的動力為力矩電機驅動，凸輪控制齒盤的松開和閉合。預定位由電磁鐵完成，位置信號由編碼器發(fā)出，利用齒輪減速機構完成分度和松開動作。 圖1-3電動刀架 液動刀架以日本技術為基礎，主要代表為日本、韓國和我國的臺灣省。典型結構如圖1-4所示。采用液壓馬達驅動，采用間歇分度機構圓柱凸輪進行分度和預定位。液壓松開和剎緊。 圖1-4液動刀架 隨著數控技術的不斷發(fā)展，主要向高速、復合方向發(fā)展，主要體現在： （1） 高速化 開發(fā)式的伺服電機及驅動技術的發(fā)展，使伺服電機驅動刀架技術得以快速發(fā)展。伺服電機代替了預定位裝置、發(fā)信裝置、簡化了刀架結構，提高了換到速度。 （2） 復合化 車削中心的出現，使刀架技術向復合化的方向發(fā)展。動力刀架的出現，使得數控刀架增加了銑削功能。一般采用普通刀架外加伺服主軸電機驅動動力刀具，刀片采用VDI刀盤。 1.4 課題研究的目的與意義 1.4.1 課題研究的目的 轉塔刀架作為轉塔機床上重要的組成部分，對轉塔機床在加工過程中的應用具有很很大的影響。本機床的設計總結了許多數控機床技術的設計經驗，在原來普通轉塔車床的設計基礎上進行改進提升，使其可以更好的適應生產的需要，同時更快的進行大批量的生產實踐，提高自動化程度。轉塔刀架的設計主要分為機械和液壓兩個部分。機械部分為本設計的主要部分，主要包括對轉塔車床轉塔頭、轉塔滑座、齒輪傳動等機械部件的設計；液壓部分包括對液壓系統的設計。為了滿足此次設計的需求，需要對計算機和專業(yè)制圖軟件有著熟悉的運用，比如Pro/Engineer和AutoCAD等。此次設計是為了提高自己的機械設計的專業(yè)知識的綜合運用，同時培養(yǎng)自己在設計中獨立思考，總結經驗的能力，鍛煉自己的實際動手能力，能夠虛心向導師請教問題，大量翻閱書籍資料并運用到自己的設計中，今后能在機械設計工作中打下堅實的基礎。 1.4.2 課題研究的意義 隨著科技的日新月異，現在產品對數控機床的要求也越來越高，一般的數控機床已經難以滿足現代加工中一些零件對機床的要求。因此本次轉塔刀架的設計就是在原有轉塔機床的基礎進行改進和提升，使其在保證產品質量的同時，以最經濟的方法、合理利用設備，最大限度的縮短加工時間和輔助時間，提高了自動化程度，從而得到最大化的經濟效益于社會效益。 通過這次對轉塔刀架的設計，可以更大踏實的掌握機械設計基礎知識和對數控機床的發(fā)展方向和趨勢有更深的認識。同時可以提升自己機械設計的能力，通過總結在設計中的問題與經驗，更好的為自己以后的機械設計之路打下基礎，將來在工作中更好的發(fā)揮出自己的水平。 第2章 轉塔刀架總體方案設計 轉塔刀架是轉塔車床的重要部件之一，同時也是本次畢業(yè)設計機械部分的主要設計內容。轉塔刀架上可以同時安裝多把刀具，通過轉塔頭的旋轉自動換刀，在轉塔滑座的進給運動和液壓驅動來實現自動循環(huán)加工。轉塔刀架主要用于對軸類和盤套類零件的鉆、擴、鉸孔、攻絲等加工。在一次裝夾過程中就能完成對零件的多個工序依次循環(huán)加工。 2.1 轉塔刀架總體方案設計 2.1.1 轉塔刀架的結構形式選擇 轉塔刀架作為轉塔機床上的重要組成部分，主要作用是安裝各種輔助刀夾和刀具，對工件進行加工。轉塔刀架的結構設計關系到機床的加工精度、切削性能和自動化效率。 通過對機床刀架類型、性能及使用場所的綜合比較，結合本次設計的目的，本次設計的轉塔刀架選定為6工位，可以同時安裝3把車刀和3把鉆削刀具進行加工。 本轉塔刀架采用液壓刀架，液壓泵由電機驅動，執(zhí)行部件主要為液壓油缸。其中：刀盤的抬起動作由液壓油缸直接驅動；刀盤的轉位和分度依靠齒條齒輪傳動進行。 2.1.2轉塔刀架的總體設計 根據上一小節(jié)中所述，本設計中的轉塔刀架主要由轉塔頭、轉塔滑座、帶復位功能的活塞油缸、齒盤鎖緊裝置、齒條齒輪分度裝置等部分組成。其中轉塔頭可以安裝刀具，在液壓驅動下自動旋轉可以更替刀具；轉塔滑座提供進給運動，沿著滑座導軌的方向，輔助刀具參與到對零件的加工過程中；離合器在機器運轉中可將傳動系統隨時分離和結合，通過離合器轉塔刀架的運動可以改變速度；液壓缸是將液壓能轉換成機械能并作往復直線運動的執(zhí)行元件，其結構簡單，工作可靠，運動平穩(wěn)，廣泛的運用于液壓系統中。 2.1.3轉塔刀架的主要運動原理 轉塔刀架的進給運動主要分為兩部分：立刀架沿著立刀架支架作上下的垂直進給運動和沿著床身作左右的縱向進給運動。轉塔頭裝在轉塔滑座，滑座可沿床身導軌作縱向進給運動，有進給油缸驅動?；苿有谐逃啥ㄎ还闹械穆輻U控制。定位鼓端面上裝有6個定位螺桿。轉塔頭轉一次位，經套、錐齒輪和軸使定位鼓也轉一次位，以變換相應的定位桿。轉塔刀架自動循環(huán)為：滑座快進—工進—快退—轉塔頭松開和抬起—轉塔頭轉位—轉塔頭反靠定位—轉塔頭夾緊。 轉塔刀架是由液壓系統進行控制，加工循環(huán)結束后，床鞍退至床身末端，刀架進行轉位。刀架轉位時，油缸通過杠桿帶動中心軸控制轉塔頭抬起，使刀架轉過60°。轉位后，刀架由定位螺桿定位，轉位油缸回油復位，至此轉塔刀架轉位結束。 轉塔頭的抬起：轉塔頭又稱為刀盤，轉塔刀架工作換刀動作就是轉塔頭抬起，所以說驅動轉塔頭的抬起的裝置必須可靠、精準。在本文中，采用帶復位的液壓油缸來進行驅動轉塔頭的抬起。 轉塔頭的分度和轉位：在轉塔頭抬起之后，就要進行轉塔頭的轉位。轉塔頭抬升后，有撥叉將離合器相分離，再由油缸中的和齒輪相嚙合的活塞齒條作往復運動，經圓柱齒輪、主鍵套、蓋帶動轉塔頭轉位或作反靠定位。轉位和定位完畢后，復位油缸中的活塞桿下降，離合器鎖緊，轉塔頭便不能在旋轉。若杠桿右端擋塊壓下微動開關時，發(fā)出訊號，使滑座進給和主軸轉動作切削加工[12]。 2.1.4轉塔刀架的結構圖 本設計中的轉塔刀架的總體結構如下圖2-1所示。圖中各個序號所代表的的零件如表2-1。轉塔刀架的機構是用三維繪圖軟件Pro/E完成。圖2-2是用Pro/E完成繪制的轉塔刀架結構圖。 圖2-1 轉塔刀架總體結構圖  表2-1 轉塔刀架零件明細表 圖2-2 轉塔刀架三維圖 2.2 轉塔刀架的典型零部件設計 在零件的結構尺寸設計中，每一個零件都不能單獨地設計出來，必須在設計的時候統籌全局，結合相關零部件來設計。只有這樣設計出來的零件，才能裝配成一個合格的部件及產品。零件的結構尺寸設計是生成產品的關鍵，是CAD造型和CAM加工的前提。 2.2.1 刀架軸的結構設計 2.2.1.1 刀架軸的工藝性和結構形式設計 軸是組成刀架的重要零部件之一，在設計中主要考慮的是軸的剛度，本文中選用常用的45號鋼，進行調制處理能滿足軸的剛度要求。根據軸的工藝性和可靠性要求，刀架軸的固定主要選擇了軸肩定位，螺母的軸向定位，軸套，彈性擋圈，軸端擋圈，平鍵和螺釘等方式。 刀架的軸承主要選用了滑動軸承和推力軸承。 1、 軸上零件軸向固定方式 1）軸肩固定，結構簡單、定位可靠，可承受較大的軸向力。 2）套筒固定，結構簡單、定位可靠，軸上不需開槽、鉆孔和切制螺紋，因而不影響軸的疲勞強度。一樣用于零件間距離較小場合，以免增強結構重量。 3）圓螺母固定，固定可靠，拆裝方便，可承受較大的軸向力。由于軸上切制螺紋，使軸的疲勞強度降低。常用于雙圓螺母或圓螺母與止動墊片固定軸端零件，當零件間距較大時，亦可用圓螺母代替套筒以減小結構重量。 4）軸端擋圈固定，適用于固定軸端零件，可承受劇烈震動和沖擊載荷。 5）彈性擋圈固定，結構簡單緊湊，只能承受很小的軸向力，常用于固定滾動軸承。 2、 軸上零件的周向固定方式 1）平鍵固定，制造簡單，拆卸方便，對中性好。用于較高精度、高轉速及受沖擊或變載荷作用下的固定連接中，還可用于一般要求的導向連接中。 2）緊定螺釘固定，結構簡單，不僅可以縱向定位，還能軸向定位，承受不大的軸向力。 3）花鍵固定，承載能力高、定心性及導向性好，制造困難，成本較高。適用于載荷較大，對定心精度要求較高的滑動聯接或固定聯接。 2.2.1.2主軸的設計和計算 根據刀架主軸傳遞的功率和轉速，以及軸的強度公式，計算得到最小直徑為76mm，由于主軸為空心軸，所以內徑為60mm。根據本設計中的具體要求，設計主軸如下圖2-3所示。 圖2-3 轉塔刀架主軸 2.2.2 轉塔頭的設計 舊時的轉塔機床都采用轉臺式自動換刀裝置。本次設計的轉塔機床的換刀采用轉塔頭式換刀裝置。其轉塔頭的各面都具有專用刀具的安裝孔，可以同時安裝多把刀具。在加工過程中，可以根據零件的不同要求來跟換不同的刀具來進行加工，提高生產效率。轉塔頭在設計中拆裝簡單方便，降低了操作的難度，可以在必要的時候更換轉塔頭。為了提高轉塔頭在加工的效率，采用由液壓驅動依次轉位的方式，變換加工刀具[10]。轉塔頭不同于普通機床的轉塔頭，它可以在一般轉塔頭的基礎上進行了改進，可以安裝更多的刀具。 轉塔頭的結構圖如圖2-4所示。 圖2-4 轉塔頭的結構 轉塔頭的設計預留了刀具的安裝夾具的安裝位置，夾具可以徑向安裝，也可以周向安裝。安裝夾具后的轉塔頭如圖2-5所示。 圖2-5 安裝夾具后的轉塔頭 2.2.3 轉塔滑座結構設計 轉塔刀架的滑座是和轉塔刀架的轉塔頭安裝在一起的，轉塔滑座按照導軌的方向運動。轉塔頭上安裝的刀具在轉塔滑座的提供的進給運動下，對零件進行加工，保證零件上的各個工序的完成。轉塔滑座是由進給油缸提供動力進行運動，其行程是由定位鼓中的定位螺桿所控制的。滑座的合理設計能夠保證機床的工作效率和加工零件的尺寸精度。 轉塔滑座的結構圖如圖2-2所示。 2.2.4 滑座導軌結構設計 轉塔刀架的滑座是沿其導軌運動的，因此導軌的設計對刀架的運動方式和方向有重要的作用。導軌的質量對機床剛度、加工精度和使用壽命具有很大的影響。作為機床進給系統的重要環(huán)節(jié)，數控機床的導軌比普通機床的導軌要求更高。希望其高速進給時不發(fā)生振動，低速進給時不出現爬行，領命度高，耐磨性好，可在重載下長期連續(xù)工作，精度保持性好等。 滾動導軌的摩擦因數小，摩擦因數一般在0.0025~0.005的范圍內，動、靜摩擦因數基本相同，啟動阻力小，不易產生沖擊，低速運動穩(wěn)定性好；定位精度高，運動平穩(wěn)，微量移動準確；對防護的要求高，結構復雜；磨損小，精度保持性好，壽命長[11]。 本次設計選用滾動導軌塊，它是一種滾動體做循環(huán)運動的滾動導軌。如下圖所示。 它有防護板、端蓋、滾珠、導向片、保持器和本體組成。在使用時，滾動導軌塊安裝在運動部件的導軌面上，每一段導軌至少用兩塊，導軌塊的數目與導軌的長度和負載的大小有關，與之相配的導軌多用鑲鋼的導軌。當運動部件移動時，滾珠在支承部件的導軌面與本體之間滾動，同時又繞本體循環(huán)滾動，滾柱與運動部件的導軌面不接觸，因而該導軌不需硬磨光。滾動導軌塊的特點是剛度高，承載能力大，便于拆裝。 2.2.5轉塔刀架齒輪傳動的設計 齒輪傳動是應用非常廣泛的一種機械傳動，各種機床的傳動裝置中幾乎都有齒輪的傳動。在數控機床中采用齒輪傳動裝置可以使?jié)L珠絲杠和工作臺的轉動慣量在系統占有較小的比重，同時保證工作臺的運動精度。 齒輪傳動的類型很多，一般常用的有直齒輪傳動、斜齒輪傳動、螺旋齒輪傳動、圓弧圓柱齒輪傳動、球面齒輪傳動、內齒輪傳動等。 由于本次設計的專用轉塔車床的轉塔刀架刀具傳遞范圍和切削功率比較大以及加工的難易程度，承載能力要求較高。為了滿足要求，所以選以斜齒圓柱齒輪傳動來實現刀具的旋轉。 齒輪的主要參數和設計計算 初步確定齒輪的基本參數和主要尺寸 計算小齒輪的名義轉矩。 選擇齒輪類型。 初估齒輪圓周速度。根據齒輪傳動的工作條件（中速、中載，等），可選用直齒圓柱齒輪傳動，也可選用斜齒圓柱齒輪傳動。選擇斜齒圓柱齒輪傳動。 選擇齒輪傳動的精度等級。 按估計的圓周速度，查表初步選用8級精度。 初選參數 初選：, =25，= u=253.8=95，==0 初步計算齒輪的主要尺寸。 因電動機驅動，載荷沖擊，齒輪速度不高，非對稱布置，軸的剛性較小，取K=1.5.查表得=2.45；=；取=0.8，=0.989，。 初級計算出齒輪的分度圓直徑、模數、中心距a等主要參數和幾何尺寸： = = 63.03 mm 取標準模數，則中心距 圓整后取。 調整螺旋角： 計算分度圓直徑： 注意：螺旋角應精確到秒；分度圓直徑至少要精確到小數點后兩位，且兩齒輪分度圓半徑之和應等于圓整后的中心距，即。 計算圓周速度： 與估計值相近。 計算齒寬： 大齒輪 小齒輪 2．驗算齒輪的彎曲疲勞強度 1）計算當量齒數： 查機《械設計手冊》得，；取. 2) 計算彎曲應力： 通過上面計算所得到的基本參數和尺寸能滿足功能要求和強度要求，是一個可行的方案，齒輪的瞬時傳動比恒定，工作平穩(wěn)較高。 第3章 刀架輔助元件的設計和選用 轉塔刀架除了有轉塔頭、轉塔滑座、齒輪、刀架主軸、軸承等基本元件外，還有很多輔助元件，如油缸、液壓缸、拔叉、活塞桿、定位銷等。從轉塔刀架的工作原理看，這些輔助元件起了非常重要的作用，從而保證了轉塔刀架的正常工作和運動。他們對系統的正常工作、工作效率、使用壽命等影響極大。因此，在設計、制造和使用轉塔機床的時候，對輔助元件必須足夠的重視。 3.1油箱的設計和功能 油箱的用途主要是存儲油液，此外還可以起到散熱、逸出混在油中空氣、沉淀油液中污物等作用，有時還兼作液壓元件安裝臺。油缸中的散量是決定油缸容量、結構的主要因素。油缸中得熱量經過油與油、油與金屬、金屬與空氣的接觸而傳導到低溫的大氣中去得。在散熱過程中油與油之間的導熱性最差，是散熱的主要矛盾。單純依靠增大油缸容積提高散熱效果是不顯著的。為了加快油缸中的油液不斷流動，是熱油與箱避充分接觸。 油箱在設計的時候考慮到吸油管和回油管距離應盡量遠，吸油側和回油側用隔板隔開，以增大油箱內油液循環(huán)的距離，這樣有利于油液的冷卻和油液中得氣泡冒出，并使雜質沉淀在回油管一側。隔板的高度約為右面高度的四分之三。油缸上得蓋板及油管進、出口加密封裝置，注油口應有慮油網。密封的油缸應有通氣孔，以使在通常情況下油缸內的壓力保持為大氣壓。油缸便于維修和清洗，為了便于放油，油箱的地面有適當的斜度，并設置放油閥，在油缸側壁易見處設置油位顯示器[13]。 3.2 濾油器的設計 液壓系統中適用的液壓油中含有各種的雜質。這些雜質可引起運動零件表面劃傷，加速零件的磨損、使壽命降低，同時雜質還會堵塞節(jié)流口以及引起滑閥卡死等，造成工作部件的運動不穩(wěn)定、動作失調等故障。嚴重的會使液壓系統無法工作，因此為保持油液的清潔對油液進行過濾是十分重要的。 濾油器的種類很多，對它們的基本要求是：對于一般液壓系統在選擇濾油器時，應考慮使油液中得顆粒尺寸小于液壓元件縫隙尺寸；對于隨動液壓系統，則應選擇過濾精度很高的路由器。對過濾油器的一般要求是：在一定的溫度下，有良好的抗腐蝕性和足夠的壽命；清洗維修時比較方便，容易更換過濾的材料；過濾器有一定的機械強度，使其不受油的壓力而損壞；本機床在選用網式濾油器，過濾精度與銅絲網層數及網孔大小有關，安裝在吸油管上。其結構簡單，通流能力大，清洗方便。 3.3　液壓缸的設計 3.3.1 液壓缸的選擇 液壓缸有多種類型，按照輸出運動形式可分為推力液壓缸和擺動液壓缸；按照作用的方式可以分為單作用式和雙作用式；按照結構特點又可以分為活塞式、柱塞式、組合式和擺動式液壓缸四種類型。 1）柱塞式液壓缸，簡稱柱塞缸，是一種單作用的液壓缸。柱塞缸的缸筒固定，工作部件與柱塞相連，由柱塞帶動只能向一個方向運動，回程時需要外力或者自重驅動。 2）活塞式液壓缸，按照其結構分又可以分為單杠式和雙杠式兩種，其固定方式有缸體固定和活塞固定兩種。 3）伸縮液壓缸，又稱多級液壓缸或組合液壓缸，是一種應用比較廣泛的專用液壓缸。按完成一次工作循環(huán)的供液次數不同，可分為單作用和雙作用多級液壓缸，其中單作用多級液壓缸為柱塞式伸縮液壓缸，雙作用多級液壓缸為活塞式伸縮液壓缸[14]。 由于轉塔車床的上的進給傳動運動主要分為兩部分：立刀架沿著立刀架支架作上下的垂直進給運動；轉塔刀架沿著床身作左右的縱向進給運動。該液壓缸主要用于驅動刀架主軸的直線往反運動.故選用雙作用單桿活塞缸。 3.3.2 液壓缸主要尺寸的計算 液壓缸的主要尺寸指缸筒內徑D和活塞桿直徑d等。液壓缸的內徑和活塞桿的直徑的確定方法和使用的液壓缸設備類型有關，通常根據液壓缸的推理和液壓缸的有效工作壓力來決定。液壓缸的缸筒直徑D的計算有以下兩種方法：一是按作用力（負載）大小和預選的設計壓力進行計算；二是按活塞的運動速度要求和液壓缸的流量進行計算。無論采用上述何種方法，計算出來的液壓缸內徑D應按國家標準規(guī)定的缸筒內徑系列圓整為標準值。液壓缸的工作壓力。為了快進、快退速度相等，選差動液壓缸。液壓缸有桿腔壓力必須大于無桿腔，計算兩者差；液壓缸回油腔應有背壓，設背壓為； 計算液壓缸的主要尺寸： 選擇液壓缸有效工作面積和液壓馬達幾何排量 由 得： 液壓缸直徑為 取標準直徑；因為,所以 式中 F ——液壓缸的理論拉力； p ——供油壓力； D ——缸筒內徑； d ——活塞桿直徑； ——機械效率； A ——液壓缸有效工作面積。 根據選擇的液壓缸內徑D與活塞直徑d可進行液壓缸的結構設計。在設計過程中，確定其他結構參數，同時可以進行強度和剛度的校核。計算出液壓缸的內徑D和活塞桿的直徑d圓整到國家技術標準規(guī)定[15]。 3.4活塞組件的設計和選用 3.4.1活塞的設計 在本設計中，活塞的作用是用來抬升轉向轉塔頭，所以行程較短，此時、活塞與活塞桿相差不大或特殊需要時，活塞與活塞桿為整體式零件，常用材料為45號鋼。 由于活塞桿要帶動主軸的抬升，為了結構緊湊，所以活塞桿設計成了空心的結構，空心的活塞桿部分通過軸向定位裝置和主軸固結在一起，這樣，活塞桿的移動就直接驅動了轉塔頭的抬升。具體結構形式如圖3-1所示。從左到右依次為：缸體、復位彈簧、活塞桿和缸蓋。其中復位彈簧的作用是當轉塔刀架完成換刀后，轉塔頭下降，復位時所用。 圖3-1活塞組件的結構形式 為了保證缸筒與活塞的密封性，活塞上通常要裝有密封圈和支承環(huán)。對于采用支承環(huán)的活塞，材料通常選用20、35、45號鋼。未采用支承環(huán)時，多采用高強度鑄鐵、耐磨鑄鐵、球墨鑄鐵及其他耐磨合金。一些連續(xù)工作的高耐久性活塞，可在鋼制活塞的外表面燒焊青銅合金或噴鍍尼龍材料。機床在設計的時候考慮到經濟性和活塞的工作性能能夠滿足機床的工作，采用支承環(huán)的活塞，其材料則選用45號鋼。 3.4.2活塞桿及連接結構的設計 活塞桿一般采用實心結構，材料通常選用35或者45號鋼。但是在本設計中，活塞桿采用空心結構，材料通常為35號鋼或者45號無縫鋼管。 為了提高耐磨性和耐腐蝕性，活塞桿要進行熱處理并鍍鉻，中碳鋼調質硬度HB230~280，高碳鋼可調質或淬火處理，淬火硬度HRC50~60，最后鍍鉻并拋光，鍍層厚度為0.015~0.05mm?；钊麠U表面粗糙度為0.016~0.63?；钊麠U與活塞的連接方式有多種，如焊接式、內置螺母式、卡鍵式等，其中卡鍵式應用比較廣泛。 第4章 轉塔刀架液壓傳動系統設計 液壓傳動系統的工作原理是以液體作為工作介質，利用液體的壓力能來傳遞動力和運動的。在液壓系統工作時，必須對油液進行方向、流量和壓力的控制與調節(jié)，以適應工作部件對方向、速度和力的要求。液壓系統是轉塔機床實現自動進給運動和輔助運動（快進、快退、分齒等）的主要動力裝置。 轉塔刀架的進給運動是機床的基本運動之一，對于零件的加工質量和生產效率都有直接的影響。采用液壓傳動系統，能進行無級調速，這是機械傳動無法做到的，液壓傳動具有體積小、慣性小、響應快的優(yōu)點。這樣轉塔刀架在進給的時候可以更平穩(wěn)，速度可以更快，對零件的精度更高、效率更高。同時液壓傳動系統以液壓油作為工作介質，具有良好的潤滑條件，可延長刀架的使用壽命。 轉塔車床的上的進給傳動運動主要分為兩部分：立刀架沿著立刀架支架作上下的垂直進給運動；轉塔刀架沿著床身作左右的縱向進給運動。而液壓傳動系統的作為其動力裝置，可以使機床在進給運動時，速度比較穩(wěn)定，并且具有良好的低速穩(wěn)定性，易于實現復雜的自動工作循環(huán)。 4.1 液壓系統的組成部分及作用 液壓系統是由若干液壓元件和管路組成以完成一定動作的整體。如果液壓系統中含有伺服控制元件，則稱為液壓伺服系統；如果不使用或明確說明了伺服控制元件，則稱為液壓傳動系統。液壓系統功能不一，形式各異，無論是簡單的液壓千金頂，還是其他復雜的液壓系統都是由動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件、工作介質組成的。 本機床的動力元件是液壓泵，其作用是利用密封的容積變化，將電動機的輸入機械能轉變?yōu)楣ぷ饕后w的壓力能，是液壓系統的能源裝置。執(zhí)行元件是液壓缸和液壓馬達，作用是將液壓能轉換成機械能的裝置，前者是將液壓能轉化成往復直線運動，輸出力和速度，后者是將液壓能轉換成連續(xù)旋轉運動，輸出扭矩和轉速。控制元件是液壓閥，它控制液體壓力、流量和流動方向[16]。輔助元件很多，包括油箱、濾油器、管道、管接頭等等，他們雖然是輔助元件，但是在液壓系統中是必不可少的，而且它們的功能是多方面的，各不相同。工作介質為液壓油，液壓系統通常都用液壓油作為工作介質，它是能量的載體，也是液壓傳動系統最本質的組成部分。液壓系統沒有工作介質也就不能構成液壓傳動系統，它的重要性不言而喻。 4.2 液壓系統設計和選用 液壓系統是機械設備的一種動力裝置，因此，它的設計是整個機床設備的一部分，必須與刀架的設計聯系在一起同時進行。一個完整的液壓系統主要由動力裝置、執(zhí)行裝置、控制與調節(jié)裝置、輔助裝置和傳動介質組成。 轉塔刀架的進給運動是由液壓驅動的，床身連接有油缸座，油缸座上固定有進給油缸，活塞桿通過支架與轉塔刀架連接。工作時，活塞桿帶動轉塔刀架沿床身導軌移動。本機床選用的液壓缸型號為。其液壓系統圖為： 圖4-1 液壓原理圖 其工作過程： 液壓泵的轉子由電機帶動旋轉，從油箱中吸油，油液經過濾器通過油管進入液壓泵后，將其有壓力的油液輸入管路。在工作時，油液通過節(jié)流閥流至換向閥，由于換向閥閥心處于中間位置，油口與油口均不相通，液壓缸的左、右腔不通壓力油，所以活塞及工作臺停止轉動。向右扳動手柄，使換向閥閥心處于最右端位置，此時油口于油口相通，這樣壓力油液流入液壓缸的左腔，液壓缸右腔的油液經油口流回油箱，于是活塞帶動工作臺向右運動。向左扳動手柄時，使換向閥閥心處于最左端位置，此時壓力油經油口流進液壓缸的右室，液壓缸左腔的油液經油口流回油箱，于是活塞帶動工作臺向左運動。因此，換向閥的工作位置反復變換時，就能不斷改變壓力油的通路，使活塞及工作臺不斷換向，以實現工作臺所需的往復運動。 當壓下行程開關2S后，電磁鐵3Y得電，電磁換向閥25閥芯左移，此時，液壓缸26的活塞向右運動，從而實現轉塔頭的松開和抬起，其進油路：濾油器1----變量泵2----電磁換向閥25（左）----液壓缸26左腔；回油路：液壓缸26左腔---換向閥25（左）----溢流閥24----油箱；滑座上的行程擋塊壓下行程閥11的開關，使油路15和油路10斷開，從調速閥14出來，經油路10到達液壓缸9的左腔。電磁鐵1Y繼續(xù)通電，液壓換向閥5和電磁閥7仍處于左端位置。由于進油必須經過調速閥，所以系統的壓力升高，將液壓順序閥18接通；當滑座碰到擋鐵后，滑座停止運動，這是，泵的壓力升高，流量減小，液壓系統的壓力進一步升高，直至輸出流量僅能補償系統泄漏為止，此時，液壓缸左腔壓力隨之升高，壓力繼電器13動作并發(fā)出信號，滑座退回[17]。液壓缸28的活塞桿繼續(xù)向右移動，直至碰到行程開關5S，此時電磁換向閥25閥芯右移，液壓缸26活塞左移，來實現轉塔頭夾緊。 時間繼電器延遲發(fā)出信號，這是電磁換向閥切換工位，控制油液使液動換向閥切換右工位，此時，由于滑臺返回時負載小，系統壓力較低，變量泵2的流量由自動增到最大，則動力滑臺快速移動。 進油路：慮油器1----變量泵2----管路6-----單向閥3----管路4----液動換向閥5----管路9----液壓缸10右腔； 回油路：液壓缸10左腔----管路11-----單向閥12-----管路17------換向閥5----管路19-----油箱。 工作臺移動的速度似有節(jié)流閥來調節(jié)的，當節(jié)流閥開大時，單位流量內流入液壓缸的壓力油液增多，工作臺的移動速度增大；反之，當節(jié)流閥關小時，單位時間內流入液壓缸的壓力油液減少，工作臺的移動速度減慢。 液壓傳動也機械傳動相比，在同等體積下，液壓裝置能產生更大的動力。在同等功率下，液壓裝置的體積小、重量輕、結構緊湊，具有更大的功率密度；在液壓傳動裝置中，由于油液的不可壓縮性，依靠油液的連續(xù)流動進行傳動，且油液有吸振能力，在油路中還可以設置液壓緩沖裝置，估傳動十分平穩(wěn)，易于實現快速啟動、制動和頻繁的換向。液壓缸和液壓馬達能夠在長期高速狀態(tài)下工作不會過熱，同時采用了很多安全保護措施，能自動防止過載。 總結 本文是轉塔式刀架的設計，在文中主要是進行了轉塔式刀架的總體設計和關鍵零部件的設計，并對零件進行了強度校核。而且還對系統的液壓系統進行了設計。 畢業(yè)設計是對大學期間的學習知識的概括與總結，通過本次畢業(yè)設計，我不但回顧了大學所學的基礎與專業(yè)知識，而且進一步有了一定的設計方面的經歷與經驗。這對我今后的學習以及工作可謂意義重大。在轉塔式刀架的設計中運用了Autocad和Pro/E的制圖軟件，讓我自己的專業(yè)技能有了很大的提高。同時通過對資料的查閱，我知道了數控機床轉塔刀架現階段我國的發(fā)展現狀和發(fā)展方向。同時在齒輪傳動的設計和數據的計算中得到了老師與同學的幫助，提高了自己的專業(yè)知識和動手能力。 當然，由于時間以及本人的知識有限，本次設計仍然存在很好不足之處，望各位領導與老師批評指正！ 參考文獻 [1] 田培棠，石曉輝，米林.機械零部件設計手冊. 北京：國防工業(yè)出版社，2011. [2] [蘇]弗明.王恒貴，新齋合譯. 轉塔車床的構造和調整[M].北京：機械工業(yè)出版社，1958,10. [3] 董玉革. 機械模糊可靠性設計 [M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2000. [4] 盛曉敏，鄧朝暉．先進制造技術[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2002 [5] 李洪．實用機床設計手冊．沈陽：遼寧科學技術出版社，1999.1 [6] 孫恒，陳作模．機械原理．北京：高等教育出版社，2000.8 [7] 陳立德．機械設計基礎．北京：高等教育出版社，(2005重?。? [8] 王海龍，閆秦川，姚敬博. CK3263A數控轉塔車床改造[J].設備管理與維修，2010，（1）：16-17. [9] 陳永生. 數控轉塔車床型電動刀架控制系統設計[J].制造技術與機床，2008，（5）：20-22. [10] 王復.轉塔車床的改裝和精華[J]. 機械工人（冷加工），1999,（9）：34-36. [11] 李伍倫，張爾克，揚鋒. C3163六角轉塔車床加工的自動化和程序化[J].中國設備管理,2000，（5）：34-35. [12] Mahbubur Rahman , Jouko Heikkala, Kauko Lappalainen．Modeling，Measurement and error compensation of multi-axis machine tools．Part I：theory．International Journal of Machine Tools & Manufacture 40 (2000) [13] Gan Sze-Wei，Lim Han-Seok，M.Rahman，Frank Watt .A fine tool servo system for global position error compensation for a miniature ultra-precision lathe[J]. Machine Tools and Manufctue 2007(47):1302-1310. [14] 陳秀寧，施高義. 機械設計課程設計[M].第二版. 杭州：浙江大學出版社，2004. [15] 許福玲，陳堯明. 液壓與氣壓傳動[M]. 3版. 北京：機械工業(yè)出版社，2007.5. [16] 姜繼海，宋錦春，高常識. 液壓與氣壓傳動[M].8版.北京：高等教育出版社，2006.5. [17] 容一鳴，陳傳艷主編.液壓傳動. 北京：化學工業(yè)出版社，2009. 致謝 值此畢業(yè)設計完成之際，特別要感謝給予我很大幫助的劉玉老師，感謝他在我完成設計和論文期間給予的精心指導。劉老師在整個設計過程中都給我提了很多寶貴的意見，并在我們后期的制作中時時給予指導和幫助，使我受益匪淺。劉玉老師是我的畢設指導老師，他在我書寫論文時對我的論文結構及內容的調整作了悉心的指導，并在我完成設計時給予關心和幫助。在此，謹向劉老師致以我最衷心的感謝和最崇高的敬意！ 同時非常感謝幫助過我的學院的其他老師，感謝他們在我這幾年的學習生活以及最后的論文完成中所給予的指導和幫助。還要感謝在大學期間教授我知識的所有老師，他們不僅傳授給我豐富的專業(yè)知識，更教會了我許多為人處事的道理。老師們嚴謹的治學態(tài)度、求實的工作作風、鍥而不舍、勇于創(chuàng)新的科研精神深深地影響了我，使我受益匪淺。 衷心感謝同學們給予我的支持和幫助。同時感謝在大學學習期間所有給予我關心和幫助的同學和朋友們，在此向他們致以最誠摯的謝意。 最后，衷心感謝我的父母和親人，正是他們多年來默默的支持，才有了我今天的成績。 由于本人水平有限，設計中定有不足之處，懇望老師和同學批評指證。 附錄 平墊 定位鼓 定位螺桿 蓋 轉塔頭 轉塔滑座 轉塔刀架 錐齒輪