直驅電機集成的轉塔刀架結構設計-開題報告

1、開題報告直驅電機集成的轉塔刀架結構設計開題報告 班級：機械1006 學號：2010010163 姓名：趙啟明 指導教師：王科社1、 綜述1.課題背景意義 數(shù)控機床是機電工業(yè)的重要基礎裝備，是汽車、摩托車、航空航天、模具、機床、電子等支柱產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化的手段，是世界第三次產(chǎn)業(yè)革命的一個重要內容。數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)本身的產(chǎn)值遠不如汽車、航空航天等產(chǎn)業(yè)，但高效能的數(shù)控機床給制造業(yè)帶來了高倍效益增長和現(xiàn)代化的生產(chǎn)方式，才是促進國民經(jīng)濟發(fā)展的巨大源動力。特別是數(shù)控技術在制造業(yè)的擴展與延伸，所產(chǎn)生的輻射作用和波及效果泛以對機械制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)結構產(chǎn)品結構，專業(yè)化分工方式，機械加工方式及管理模式社會的生產(chǎn)分工，企業(yè)的

2、運行機制等都帶來深刻的變化。以它為基礎的相關產(chǎn)業(yè)是關系到國家戰(zhàn)略地位和體現(xiàn)國家綜合國力水平的重要基礎性產(chǎn)業(yè)，其技術水平高低已成為衡量一個國家工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標志。 總之，數(shù)控技術給機械制造業(yè)帶來了革命性的變化。數(shù)控技術集成了傳統(tǒng)的機械制造技術,計算機技術,成組技術與現(xiàn)代控制技術,傳感檢測技術 ,信息處理技術,網(wǎng)絡通訊技術,液壓氣動技術,光機電技術于一體,是現(xiàn)代先進制造技術的基礎和核心。發(fā)展數(shù)控技術、數(shù)控機床對國家、對社會以及對全人類的發(fā)展有著極其重要的作用。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

3、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。國內數(shù)控車床轉塔刀架的設計和生產(chǎn)都是依賴先進國家的，而且產(chǎn)品的性能方面跟國外還有一定的差距，期待開發(fā)設計一種性能最優(yōu)，最有實用價值的轉塔刀架，來適應市場，替代進口產(chǎn)品低價位的數(shù)控車床用轉塔刀架，占領國內市場，并達到國際領先水平，為國產(chǎn)機床工業(yè)的發(fā)展作出貢獻。對于一般的數(shù)控車床刀架設計的基本要求是轉位準確可靠，工作

4、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?，F(xiàn)有的數(shù)控刀架有數(shù)控轉塔式（立式和臥式）和直排式刀架。刀架換刀可分為排刀式刀架，經(jīng)濟型數(shù)控車床方刀架，一般轉塔回轉刀架，電動機傳動的轉塔刀架（本次為直驅電機集成的轉塔刀架），液壓驅動的轉塔刀架，車削中心的動力刀具。立式數(shù)控轉塔刀架是回轉軸線與安裝基面垂直，可裝夾多把刀具或工具，采用數(shù)字信息指令控制轉位的刀架，它常采用4和6兩種工位，按性能可分為驅動，通過減速機構，行星機構，馬氏機構或凸輪機構來完成刀架的松開、抬起、轉位和夾緊等動作；它可按主機的編程要求完成刀架的自動換刀動作，以實現(xiàn)數(shù)控機床加工程序

5、的自動化和高效化。而臥式數(shù)控轉塔刀架為一種回轉軸線與安裝基面平行的，可裝夾多把刀具或工具，采用數(shù)字信息指令控制的刀架。它利用裝夾于刀盤上的非動力刀夾和動力刀夾來夾持各種不同用途的刀具或工具，刀盤根據(jù)機床編程的指令轉過若干個工位（本次制作為12工位），來實現(xiàn)主機的自動換刀動作；車削中心的動力刀架可安裝各種非動力輔助刀夾和動力刀夾進行切削，刀架采用端齒分度，轉位由三相異步電動機驅動，刀位由二進制絕對編碼器識別，動力刀具由交流伺服電動機驅動，通過同步齒形帶等將動力傳遞到刀夾。 (a)回轉刀架 (b)排式刀架2.研究現(xiàn)狀2.1國內對轉塔刀架的研究數(shù)控轉塔刀架是數(shù)控車床上的核心功能部件之一。盡管我國數(shù)控

6、車床起步較晚，但發(fā)展較快。從20世紀80年代初期，數(shù)控車床制造行業(yè)興起，當時國內只有極少數(shù)機床制造企業(yè)能生產(chǎn)數(shù)控車床，而且當時沒有自己真正的數(shù)控轉塔刀架和其他功能部件，只有剛剛起步、還處于試制階段的、很不成熟的產(chǎn)品。特別是數(shù)控轉塔刀架更像是嬰兒學步，產(chǎn)品沒有定型，穩(wěn)定性、可靠性、精度等都很差，沒有標準、沒有自主知識產(chǎn)權，各個企業(yè)閉門造車，定位機構還是采用插銷形式，品種單一，電氣信號只有觸點方式，很不可靠?？上攵敃r的數(shù)控車床是一種處于什么樣水平的產(chǎn)品。但是，國家對數(shù)控機床制造業(yè)給予充分肯定和大力支持，出臺一系列鼓勵政策，大力發(fā)展數(shù)控機床行業(yè)、功能部件行業(yè)，給數(shù)控轉塔刀架行業(yè)帶來了生機和活力

7、。相關部門及行業(yè)組織國內幾家數(shù)控轉塔刀架制造企業(yè)進行聯(lián)合設計，對數(shù)控轉塔刀架的定位機構做出了根本性改進，從此改由齒盤嚙合、精確定位的機構方式，而且一直沿用至今。這一重大改進，使數(shù)控轉塔刀架的精度由原來的0.05mm提高到小于0.005mm,對數(shù)控機床的定位精度起到重要的作用，尤其對數(shù)控轉塔刀架的發(fā)展起到了決定性的作用。 目前規(guī)模生產(chǎn)企業(yè)有四家：常州市宏達機床數(shù)控設備有限公司（報價較高）、常州市新墅數(shù)控設備有限公司（只有普通刀架,不能安裝動力刀座）、煙臺環(huán)球機床附件集團有限公司（品種全面,報價4萬左右，不包括刀座，電機是西門子的?？梢耘渥鯢ANUC的,時間三個月）、沈陽精誠數(shù)控機床附件廠（只有普

8、通刀架,不能安裝動力刀座）。產(chǎn)能由原來的年產(chǎn)幾百上千臺到現(xiàn)在的大約7萬臺，基本滿足國內中低檔次數(shù)控車床的需求。2.2國外對轉塔刀架的研究目前國外數(shù)控系統(tǒng)技術發(fā)展的總體趨勢如下：新一代數(shù)控系統(tǒng)向PC化和開放式體系結構方向發(fā)展。驅動裝置向交流、數(shù)字化方向發(fā)展。增強通信功能，向網(wǎng)絡化發(fā)展。數(shù)控系統(tǒng)在控制性能上向智能化發(fā)展。具有影響力且擁有先進技術的企業(yè)主要有以下幾個：(1)日本山崎馬扎克公司開發(fā)出了2種可使用長鏜桿切削工件的復合加工機床，一種是以臥式車床為原型，與臥式加工中心(MC)組合而成的臥式復合加工機床“INTEGREX e一650H II”;另一種是以立式車床為原型，與立式MC組合而成的立式

9、復合加工機床“INTEGREX e一1060V/8 II RAM”。(2)美國法道VMC4020C機床是由上海法道機床有限公司嚴格按照美國法道公司的技術標準在國內組裝生產(chǎn)。其具有16.8 kW(22.5 hp)強大的主軸電動機在全轉速范圍內提供穩(wěn)定的扭矩輸出。主軸采用無齒輪雙速電子調速系統(tǒng)，更寬的調速范圍提供更好的運行特性。主軸轉速最高可達到7 500 r/rain。采用獲得專利的刀柄拉桿機構，確保刀具在強力切削中的鎖緊。無論是切削鋼件還是鋁件，都保證其有充分的動力，既可重切削又可高速切削。剮性攻絲在1501 500 r/min高速下可保證螺矩和深度精度，且不須額外配備攻絲夾頭。床身采用整體鑄

10、造，內部遍布網(wǎng)狀加強筋結構。重型鑄鐵的矩型導軌提供更大的接觸面，實現(xiàn)最佳的減振性能和剛性。(3)德馬吉(DMG)公司生產(chǎn)的CTX 310 ECO通用車床其主軸驅動在無級可調情況下，轉速可達5 000r/min，輸出功率為ll kW，扭矩為112 N·Ill，可為書51200 mm直徑范圍的高要求車削操作提供最佳的前提條件。在此，主軸上的直接測量系統(tǒng)與可供選擇的法那科或西門子提供的高端CNC控制器相結合，提供最高的定位精度。2.3國內外發(fā)展對比我國的數(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。特別是數(shù)控轉塔刀架行業(yè)，在2007年制

11、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。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

12、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。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.數(shù)控刀架的發(fā)展趨勢 數(shù)控刀架的發(fā)展趨勢是：隨著數(shù)控車床的發(fā)展，數(shù)控刀架開始向快速換刀、電液組合驅動和伺服驅動方向發(fā)展。 目前國內數(shù)控刀架以電動為主，分為立式和臥式兩種。立式刀架有四、六工位兩種形式，主要用于簡易數(shù)控車床；臥式刀架有八、十、十二等工位，可正、反方向旋轉，就近選刀，用于全功能數(shù)控車床。另外臥式刀架還有液動刀架和伺服驅動刀架。數(shù)控刀架的市場分析

13、：國產(chǎn)數(shù)控車床今后將向中高檔發(fā)展，中檔采用普及型數(shù)控刀架配套，高檔采用動力型刀架，兼有液壓刀架、伺服刀架、立式刀架等品種，近年來需要量可達10001500臺。4.本課題的設計目的1.設計滿足課題要求的直驅電機集成的轉塔刀架刀塔結構，并對其進行電機驅動；2.為解決類似問題，嘗試一種研究方法； 3.培養(yǎng)綜合運用專業(yè)基礎知識和專業(yè)技能來解決工程實際問題的能力；4.強化工程實踐能力和意識,提高本人綜合素質和創(chuàng)新能力； 5.使我們對從事本專業(yè)工程技術和科學研究工作的一項基本訓練,加強工程繪圖、計算、數(shù)據(jù)處理、外文文獻資料閱讀和翻譯及使用計算機、手冊、文字表達等各方面的能力； 6.培養(yǎng)正確的設計思想和工程

14、經(jīng)濟觀點，理論聯(lián)系實際的工作作風，嚴肅認真的科學態(tài)度。 2、 研究內容、轉塔刀架的機械結構設計2、轉塔刀架的運動與動力學分析計算3、關鍵零部件的工作能力計算4、轉塔刀架的動畫演示。3、 實現(xiàn)方法及預期目標1. 實現(xiàn)方法剖視圖的制作爆炸圖的制作尺寸的計算與設定基于SolidWorks的刀塔刀架零部件建模刀塔刀架零部件裝配2. 預期目標（1）收集并整理設計所需原始資料，為確定設計方案做準備；（2）有針對的復習掌握與本設計相關的內容，即學習三維機械設計軟件solidworks，了解轉塔刀架零部件建模及裝配的方法。（3）制作直驅電機集成的轉塔刀架的設計工作原理圖，直驅電機集成的轉塔刀架的裝配圖，零件圖

15、和動畫演示等； (以上圖量不小于3A0)；3.初步方案和重點本課題是一個完整的機械結構系統(tǒng)設計，本人負責的模塊具體應從以下幾個方面入手：（1）查閱資料，學習轉塔刀架零部件尺寸的設定，決定相關的國標尺寸的引用；（2）轉塔刀架刀架零部件建模：螺桿螺母副、端面齒盤、反靠圓盤、蝸桿副、上蓋圓盤、上刀體等；（3）轉塔刀架刀架零部件的裝配，在裝配體中插入相關的所有零件，將各個零件按照一定的約束配合在一起，形成一個完整的裝配體。（4）制作與顯示剖視圖與爆炸圖。在裝配體中顯示各個零部件，使人清晰地了解轉塔刀架的結構。4.本設計特點本次設計的動力轉塔刀架的刀架抬起和夾緊是通過伺服電機驅動來實現(xiàn)的，成本比較低，而

16、且自鎖可靠、精度高、安全。刀架轉位采用圓柱凸輪分度機構，用單作用液壓缸抬起刀架，同時通過碟形彈簧復位壓緊；采用端齒盤來進行精確定位；用伺服電機通過齒輪傳動帶動刀具旋轉。5. 擬解決的重點問題和難點 基于solidworks三維軟件的刀塔刀架機械部分結構設計及動力分析計算。 4、 對進度的具體安排畢業(yè)設計起止日期：3.016.10（第一周第十六周）第一階段 (3.01-3.11)：熟悉課題，收集借閱有關資料，粗擬開題報告；第二階段 (3.12-3.28)：完成開題報告；第三階段 (3.31-4.4)：構思總體設計方案；第四階段 (4.7-4.18)：轉塔刀架總圖設計；第五階段 (4.21-4.2

17、5)：中期檢查；第六階段 (4.26-5.9)：傳動機構和分度機構零件圖設計；第七階段 (5.12-5.16)：階段檢查、整改和完善；第八階段 (5.19-5.23)：翻譯有關英文資料；第九階段 (5.26-5.30)：論文定稿；第十階段 (6.2-6.10)：整理資料并進行答辯。5、 參考文獻1蔡厚道數(shù)控機床構造北京：北京理工大學出版社，2007.2：1-52汪木蘭數(shù)控原理與系統(tǒng)北京：機械工業(yè)出版社，2004.7：264-2753陳嬋娟數(shù)控車床設計北京：化學工業(yè)出版社，2006.2: 135-1484王愛玲，白恩遠等現(xiàn)代數(shù)控機床北京：國防工業(yè)出版社，2003.45盛曉敏，鄧朝暉先進制造技術M

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