卧式八轴转塔头机械结构设计.doc

1、摘 要 卧式八轴转塔头是一种自动换刀装置。它带有八根完全相同的主轴，采用液压抬起、分度和夹紧，转塔的定位采用鼠齿盘结构。转塔头的动作顺序为主轴停转，传动主轴的滑动齿轮脱开，转塔头抬起，然后转位、下降、定位和夹紧，传动主轴的滑动齿轮进入啮合，主轴转动，即可开始加工。一般可以完成钻、扩、铰、攻丝、镗孔、车端面和铣削等工艺内容。从而大大提高了生产效率，在中小批量生产中得到广泛应用。卧式八轴转塔头包含了主要的机械零部件，因此本设计涉及了主轴、齿轮、轴承、键、联接件、液压缸等等零件的结构设计和校核，在设计过程中运用了类比的设计方法和大胆的组合设计创新方法，改善了主轴夹紧刀具装置和提出了两坐标运动使液压拨

2、叉实现零磨损的想法。由于近两年开发的伺服电机驱动刀架和采用模块化设计带铣削功能的动力刀架，使国内数控刀架技术向高速化、复合化方向发展。相信数控转塔刀架技术的应用将更能有效提高生产效率和产品的质量。关键词：卧式；转塔头；自动换刀；刀架ABSTRACTThe horizontal eight shafts turret-head is an automatic equipment which can change tools by order.It is made up of eight same shafts and can do a series of movement,includs lif

3、ting,turning,clamping by hydraulic pressure,and locating by dentate disc.The turret-head can realize a series of movements in order as follows,stopping spindle,the sliding gear devided from spindle driving,turret-head rising,and then locomotion,descend,positioning and clamping.After spindle sliding

4、into gear meshing,spindle will start working.Generally it can carry out drilling,expansion joints,tapping,boring,milling etc.Thus it greatly improves the efficiency of production,and it is widely used in small and medium-sized manufacturing.The horizontal eight shafts turret-head is composed of many

5、 mechanical components.So this paper refers to the design and the check of main shaft,gear,bearing,hydraulic cylinder,key and bolt etc.With the combination of analogy and innovation throughout,we have improved the spidle clamping device and have come up with the idea that the two coordinates hydraul

6、ic movable fork enables the wear to be zero.With the exploitation of the servo motor-driven carrier and milling carrier designed with modular method in last two years,domestic CNC technology developed toward the direction of high speed and complexibility.We believe that the application of tool carri

7、er will improve producing efficiency and the quality of products.Keywords:Horizontal;Turret- head;Automatic Tool Changing;Tool CarrierII卧式八轴转塔头机械结构设计目 录摘要IABSTRACTII第1章 绪论11.1选题的背景11.2转塔头在数控机床上应用的历史与现状11.2.1数控刀架技术发展演变11.2.2基本结构不断的改进与完善21.2.3国外数控刀架最新技术发展状况21.3研制转塔头的目的和意义31.4主要工作3第2章 转塔头的结构设计42.1方案论证4

8、2.2电动机的选择42.2.1电动机的类型及选用原则42.2.2电动机的参数52.3主轴切削力和最大扭矩的计算52.3.1由实验法确定主轴切削功率52.3.2主轴传动系统的计算转速62.3.3确定主切削力和主轴上的最大扭矩82.4主轴的结构设计82.4.1轴的分类及特点82.4.2轴的材料及热处理82.4.3轴颈的估算82.4.4轴的设计需要考虑的问题102.4.5轴的结构设计步骤122.4.6主轴的校核132.5齿轮的结构设计及校核172.5.1齿轮的参数确定172.5.2校核齿根弯曲疲劳强度192.5.3对主轴齿轮进行结构形式的设计202.5.4其它齿轮的结构设计202.6键的设计与校核2

9、32.6.1键连接的类型和特点及应用232.6.2键的选择和联接强度校核232.6.3键的材料和类型及尺寸的确定242.7轴承的设计选择262.7.1轴承的类型262.7.2类型选择272.7.3尺寸系列及内径等的选择292.7.4滚动轴承失效形式和设计约束292.7.5轴承的校核302.8本章小结32第3章 中心液压缸的设计333.1中心液压缸的设计333.2螺栓强度的校核353.3本章小结36结论37参考文献38致谢39第1章 绪 论1.1 选题的背景 目前中小批量生产的比重约占总生产量的70%80%，如何提高中小批量生产的效率是一个具有普遍意义的问题。中小批量生产的特点是生产批量不大，生

10、产品种较多，有些工件和箱体的加工面比较复杂，工序较长并需保持一定的尺寸公差及几何精度。目前在中小批量生产中存在的问题是辅助时间长，加工周期长，自动化程度低，加工效率低，加工质量不够稳定。针对中小批量生产的这些特点和存在的问题，提高中小批量生产率需要考虑下列几个方面的问题：（1）合并工序（工步）减少工件的安装次数（2）减少刀具的装拆次数和工时（3）减少加工过程中的测量工时（4）采用多轴、多刀、多刃加工，提高切削功率（5）采用程序控制、数字程序控制，提高加工的自动化程度（6）能够在一定程度上适用加工对象的变化，减少加工对象变化时的机床调整工作量（7）能保证一定的设备利用率（8）投资少，占用的生产面

11、积小在这种生产需要和时代需要的紧迫压力下，我们不断的投入大量的人力和物力去研究，也正是在这种前提和背景下，本论文做了这个课题。1.2 转塔头在数控机床上应用的历史与现状1.2.1 数控刀架技术发展演变早在五十年代，转塔主轴箱就被应用于组合机床上，在一些工厂的小批量和中批量生产中得到了很高的加工精度和良好的技术经济效果，但并没有引起更多人的注意，也没有得到进一步的发展。六十年代初期，带数控和自动更换刀具的钻镗床即所谓的“机械加工中心”式机床出现以后，人们才更加的注重转塔主轴箱在组合机床上的应用。六十年代中期，法国雷诺汽车公司制成了自动更换主轴箱的立式组合机床，几年以后又制成了转塔组合机床，并设计

12、出通用的转塔动力头，目前已生产了尺寸不同的几种转塔动力头，形成了一个新的通用系列。转塔动力头一般为四方形或六、八方形，可以装上四个或六个不同型式的主轴箱。随着电子技术和计算机技术的发展，转塔刀架正朝着高定位精度，高速度化，和复合化方向发展。七十年代至今，数控刀架逐渐演变为电动和液动两大类。电动刀架：以欧洲为代表。由力矩电机驱动，凸轮控制齿盘的松开和刹紧，预定位动作由电磁铁完成，位置信号由编码器发出，采用齿轮减速完成分度、松开、刹紧动作。液动刀架：以日本技术为基础，日本、韩国和我国台湾省为代表。采用液压马达驱动，用间歇分度机构平行共轭凸轮分度和预定位，液压松开刹紧，位置信号用组合传感器发信。早期

13、的液压刀架用液压伺服马达驱动，因该马达价格较高，现专业厂已很少用此种结构。为了提高重复定位精度我国的主要进行无回转误差的转塔刀架的研发，它与传统的转塔刀架相比，除锁紧外，所有动作均有步进电机完成。大大简化了结构。特别是利用了步进电机累积误差为零的这一特点，克服了传统刀架定位、检测机构的一系列不足之处（如定位不准，过冲振荡，磨损，碰撞等）。还有就是硬质合金刮刀刮研硼铸铁材料的研究提高了机床导轨的耐磨性，使鼠齿盘副做为它的精定位元件有了保证。日本的TH-35转塔动力头它是由日本日平富山公司（NTC）生产的通用部件，采用交流数控伺服电机驱动分度机构，分度时间只需4.5秒，另外还采用CURVIC弧齿鼠

14、齿盘定位，分度误差只有3秒。1.2.2 基本结构不断的改进与完善数控刀架作为数控车床的动作执行部件，其基本结构包括：驱动装置、分度装置、预定位装置、松开、刹紧装置精定位装置、发信装置。起初驱动装置主要采取齿轮，齿条的机械传动现在更多的趋向于电机、液压马达驱动了；分度装置通过机械液压传动结构到所需工位间的转动，主要分为间歇分度结构和连续分度机构。快速换刀一般选用双向旋转的连续分度机构。为满足不同工件的加工要求，数控刀架分为4、6、8、10、12工位，型式为立式和卧式。1.2.3 国外数控刀架最新技术发展状况主机技术向高速、复合方向发展，从而使数控刀架技术也向高速、复合方向发展。主要表现在：高速化

15、：开放式伺服电机及驱动技术的发展，使伺服电机驱动刀架技术发展成为现实。伺服电机代替了预定位装置、发信装置，简化了刀架结构，松开、刹紧采用液压。伺服刀架提高了转位换刀速度。复合化：车削中心的出现，使刀架技术向复合化高层次发展。带铣削功能的动力刀架，一般采用普通刀架外加伺服主轴电机驱动动力刀具，刀盘采用VDI刀盘，钻铣主轴最高转速可达12000r/min，功率22kW。近几年出现与B轴、Y轴联动带铣削头刀架，从而使机床达到五轴联动。1.3 研制转塔头的目的和意义在现代机械加工中，特别是在一些生产批量不大但形状复杂又有一定精度要求的情况下，数控机床起着不可低估的作用，为提高其生产效率，往往使用自动转塔刀架。对工件的不同要求自动换用相应刀具，由于在加工过程中换刀是无须人工干涉的，所以，要求换刀后新刀的刀尖必须处在指定位置。这个位置要求由刀架本身的制造精度来保证。因此，转塔头的重复定位精度是一个很重要的指标，一般要求工位目标位置重复定位精度在410，刀槽在工作位置定位精度在0.030.05mm。各种形位公差为0.02