毕业设计（论文）-8刀位液压星型刀塔设计.doc

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1、目 录1绪论11.1毕业设计的背景及目的21.2刀塔概况及发展趋势41.2.1刀塔概况41.2.2刀塔发展趋势51.3现代数控机床的特点及发展趋势61.3.1现代数控机床的特点61.3.2现代数控机床的发展趋势81.3.3现代技术给机床业带来的新动向102 刀塔的设计及计112.1刀塔的功能,类型和应满足的要求112.1.1机床刀塔的功能122.1.2机床刀塔的类型122.1.3机床刀塔应满足的要求132.2数控车床刀塔总体方案设计与选择142.2.1刀塔的整体方案设计142.2.2车床刀塔的转位机构方案设计142.2.3刀塔定位机构方案设计152.3车床刀塔的工作原理162.4刀塔的设计计算

2、172.4.1液压马达的选型计算172.4.2刀盘设计与计算182.4.3齿轮的计算182.4.4刀塔主轴的计算383液压系统设计与计算393.1刀塔液压控制系统液压泵及油泵电动机的选择计算393.1.1液压油泵的选择393.1.2油泵电动机功率的选择计算393.2 液压缸的设计423.2.1 选择液压缸类型423.2.3以速度为主计算液压缸的内径和活塞杆直径423.3数控车床液压系统原理设计433.3.1液压回路的原理434 致谢455参考文献46II1绪论1.1毕业设计的背景及目的现代工业发展其实就是制造工艺的发展，而这其中一个非常重要的因素就是制造工具机床的发展。现代机床的发展都趋向于自

3、动化、复合化以及高速化。而作为制造业主力军的数控机床来说，它的发展更是日新月异。制造业是一个国家或地区经济发展的重要支柱，其发展水平标志着该国或地区经济的实力，科技水平，生活水准和国防实力。国际市场的竞争归根到底是各国制造生产能力及机械制造装备的竞争1。当前，数控机床发展迅猛，一方面向高速、高效、高精度方面发展，同时，在制造行业中广泛存在原有设备的数控改造和系统升级问题。作为关键附件，高性能的刀塔对于提高机床整体运行的可靠性、稳定性和效率有着重要意义，数控刀塔是由数控系统来控制的，因此，在刀塔本身性能提高的情况下，如何实现控制任务就显得十分重要了。国内数控车床转塔刀架的设计和生产都是依赖先进国

4、家的，而且产品的性能方面跟国外还有一定的差距，期待开发设计一种性能最优，最有实用价值的转塔刀架，来适应市场，替代进口产品低价位的数控车床用转塔刀架，占领国内市场，并达到国际领先水平，为国产机床工业的发展作出贡献。数控车床今后将向中高当发展，中档采用普及型数控刀架配套，高档采用动力型刀架，兼有液压刀架、伺服刀架、立式刀架等品种，预计近年来对数控刀架需求量将大大增加，随着数控车床的发展，数控刀架开始向快速换刀、电液组合驱动和伺服驱动方向发展，因此对刀塔的设计以及它本身性能的研究就显得十分重要。机床拥有量在一定程度上标志着国家的制造能力的大小。因此,我国对机床工业的发展十分重视,经过40多年的努力,

5、目前我国已是机床生产的大国之一,机床的年产量超过16 万台,各类机床品种已达2500多个,年产值达220亿元,机床产业已是我国国民经济的重要组成部分。我国的机床拥有量也是惊人的，在八十年代初已达到328万台以上, 居世界第二位。目前初略估计,我国机床拥有量已接近400 万台。但是也应看到, 我国所拥有的机床, 大约有一半以上是质量较差的, 还有相当数量的机床的役龄已超2030年,且数控机床、精密加工机床在整个机床拥有量中的所占的比例很小。另一方面, 我国所制造的机床中, 现代数控、精密的机床所占比例也很小, 整个机床产值与机床产量之比很不相称,机床的质量和可靠性也不能适应现代制造业的需要。因此

6、,在我国目前所拥有的数控和精密加工机床中,多数是从国外进口的2。近十多年来,我国在技术改造上,一改以往传统的强调在原来旧机床上进行改进的做法,而是用购置大量新的各类数控机床来实施技术更新。如一汽的轿车生产线、建设集团的汽车空调器生产线, 都大量使用数控机床、加工中心和机电一体化的专用加工设备, 使工厂生产率、加工质量和加工自动化程度都有了极大的提高, 能与世界先进的同类工件加工生产线相媲美。航天工业总公司近年来花了数亿元购置了数百台各类数控机床、机械加工中心, 并先后建立了CAD、CAM 和FMC 试点。所有这一些,形成了一种巨大的推动力,促我国工艺技术和管理人员的素质。也使加工产品的功能和精

7、度有了长足的进步。在技术引进上,八十年代我国就引进了FANUC的技术,与SIEMENS也有合作,对促进我国数控系统的开发也起到过一定的促进作用。但我国数控技术更新换代的步伐很慢, 且所引进的技术含量也值得商榷,尤其在引进技术时着眼促进形成我国自己的技术基础上考虑不够, 这是值得引起注意的一个问题。在引进数控机床等贵重设备时,普遍目的性很强,以满足加工需要。但从整体上看,引进的数控设备几乎是“万国牌的,尤其是数控系统,这给维修造成了困难,从长远考虑,将会影响设备的正常使用和利用率。另外在引进设备时着意选择功能更全、精度更高的,甚至还考虑日后更为复杂的加工对象。这种超前的做法,其结果,不仅加大了投

8、资力度,而且还导致许多功能长期不用的浪费。况且,当前机床型号更新极快,以德国Deckel公司为例,刚接收型号为DC30、DC40的订货, 数月后即宣布由DC35、DC45替代；又如德国Leitz 公司的三坐标测量机数控系统, 刚销售的为UMESS 系统,但很快就为QUINDOS所取代。因此有许多设备的功能尚未使用就已经过时。 数控机床的大量推广使用,充分发挥数控机床的作用,合理管理,提高开动率是十分重要的国外统计资料表明,普通机床的最好开动率不超过15%,而数控机床的开动率可高达85%，而从调查我国引进数控机床使用情况来看,管理和使用情况参差不齐,开动率一般不超过50%,且也有只达到30%以下

9、开动率的管理不够完善的原因很多,大致有:1) 引进的设备种类繁多,增加了管理的复杂性;2) 数控系统的种类很多,增加了管理的工作量;3) 引进的软件由于装备不同而不能充分运用;4) 同一地区引进同一设备数量过多,超过所需很多而使设备闲置3。本次的课题是8位星型液压刀塔设计，该机构可以一次装夹8把动力刀，可以在加工过程中一次性的进行多道工序的加工，大大提高了加工精度和生产效率。本次设计的主要内容是：1）对刀塔的结构，刀塔的传动形式以及驱动方式的设计；2）刀塔与刀座的连接形式、刀座的选择；3)刀具的交换动作设计、交换时间以及定位锁紧计算；4)刀塔其他辅助部件的设计其结构尺寸进行选择设计，根据课题所

10、要求的刀塔的驱动方式，对其进行设计进而加以优化。本课题的意义在于:1）根据设计要求，在最短的时间内设计出最优的8位星型刀塔结构，并对其进行动力驱动；2）减少物质的浪费，用最少的材料设计出满足其设计要求及加工精度的刀塔结构；3)为解决同类问题即关于刀塔的结构形式、刀塔的驱动方式，提供一种研究方法；4)培养综合运用专业基础知识和专业技能来解决工程实际问题的能力；5)强化工程实践能力和意识,提高本人综合素质和创新能力；6）使本人受到从事本专业工程技术和科学研究工作的基本训练,提高工程绘图、计算、数据处理、外文资料文献阅读、使用计算机、使用文献资和手册、文字表达等各方面的能力；7）培养正确的设计思想和

11、工程经济观点，理论联系实际的工作作风，严肃认真的科学态度以及积极向上的团队合作精神。1.2刀塔概况及发展趋势1.2.1刀塔概况 刀塔是数控车床非常重要的部件,数控车床根据其功能，刀塔上可安装的刀具数量一般为8把、10把、12把或者16把，有些数控车床可以安装更多的刀具。刀塔的结构形式一般为回转式，刀具沿圆周方向安装在刀塔上，可以安装径向车刀、轴向车刀、钻头、镗刀。车削加工中心还可安装轴向铣刀、径向铣刀。少数数控车床的刀塔为直排式，刀具沿一条直线安装。 数控车床可以配备两种刀塔： 1) 专用刀塔 由车床生产厂商自己开发，所使用的刀柄也是专用的。这中刀塔的优点是制造成本低，但缺乏通用性。2) 通用

12、刀塔 根据一定的通用标准，而生产的刀塔，数控车床什产厂家可以根据数控车床的功能要求进行选择配置。目前动力刀塔主要可分为两大主流，一是日系工具机大厂自行开发的动力刀塔，另一个则是刀塔制造厂商所开发的动力刀塔。目前国内数控刀塔以电动为主，分为立式和卧式两种。立式刀塔有四、六工位两种形式，主要用于简易数控车床；卧式刀塔有八、十、十二等工位，可正、反方向旋转，就近选刀，用于全功能数控车床。另外卧式刀塔还有液动刀塔和伺服驱动刀塔4。如下图是上海六馨刀塔。图1.1上海六馨生产的刀塔图图1.2上海六馨生产的刀塔图1.2.2刀塔发展趋势 当前，国产数控机床发展迅猛，并向高速、高效、高精度、柔性化、环保方面发展

13、。我国数控机床的快速发展，急需数控机床附件的大力跟进，也就是说好马还须配好鞍。 国产数控车床今后将向中高档发展，中档采用普及型数控刀塔配套，高档采用动力型刀塔，兼有液压刀塔、伺服刀塔、立式刀塔等品种，预计近几年对数控刀塔需求量将大大增加。 数控刀塔今后的发展趋势是：随着数控车床的发展，数控刀塔开始向快速换刀、电液组合驱动和伺服驱动方向发展 ，具体来说有一下几个方面： 1）刀塔转位时间最短，且转位准确。刀塔的质量主要取决于换刀时间和故障率。 2）刀塔定位精度高、动作迅速、稳定可靠。因为数控机床的切削加工精度在很大程度上取决于刀尖位置。由于在加工过程中刀尖位置不进行人工调整，因此，转塔刀塔在结构上

14、必须有良好的强度和刚性，以及合理的定位结构，以保证转塔刀塔在每一次转位之后，具有尽可能高的重复定位精度。 3）可多刀夹持，双向转位和任意刀位就近选刀。 4）应用范围广，维修方便等特点。刀塔设计正在向模块化、标准化、高速化方向发展5。1.3现代数控机床的特点及发展趋势1.3.1现代数控机床的特点纵观二十世纪以来, 特别是近十多年来, 机床借助于微电子、计算机技术的飞速进步, 正向着高精度、多功能、高速化、高效率、复合加工功能、智能化等方向迈进, 明显地反映出时代的特征, 其主要表现为:1)高精度化：当代工业产品对精度提出了越来越高的要求, 仪器、钟表、家用电器等等都有相当高精度的零件, 典型的高

15、精度零件如陀螺框架、伺服阀体、涡轮叶片、非球面透镜、光盘、磁头、反射鼓等,这些零件的尺寸精度要求均在微米、亚微米级。因此,加工这些零件的机床也必须受到需求的牵引而向高精度发展。如中等规格的普通机加中心的定位精度, 八十年代初为0.012mm300 mm ,到了九十年代初,已提高为0.0020.005 mm全程(如瑞士D IX I 公司的座标镗铣中心)。航天工业是当今高精度数控加工机床发展的典型的受益工业部门之一。第一代惯性器件、伺服机构等高精度仪表零件的高精度关键部位的尺寸精度均在1Lm 以下。而当前第二代惯性器件,以动马达为例, 其关键部位的尺寸精度已提高到0. 10.2 mm,为适应这种要求,机床主轴回转精度已达到0. 1 mm 以下。当前一些透镜、磁盘等的精度也已要求0.1 mm以下的精度,为适应这种需要,数控机床和机械加工中心也必须提高精度,才能与之相适应。为此,在计算机技术发展的推动下,各种加工精度补偿技术得到应用和发展。机床的结构材料,在高精度机床上也已开始普遍使用各种性能稳定、温度影响小新型材料: 如花岗岩、人造花岗岩、精密陶瓷、Invar、Superinvar、Zerodur 等。典型的实例有瑞士Studer 的精密磨床(S 系列),其床身采用人造花岗