直驅(qū)電機(jī)集成的轉(zhuǎn)塔刀架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-開題報(bào)告

1、開題報(bào)告直驅(qū)電機(jī)集成的轉(zhuǎn)塔刀架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)開題報(bào)告 班級：機(jī)械1006 學(xué)號：2010010163 姓名：趙啟明 指導(dǎo)教師：王科社1、 綜述1.課題背景意義 數(shù)控機(jī)床是機(jī)電工業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備，是汽車、摩托車、航空航天、模具、機(jī)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(gè)重要內(nèi)容。數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)本身的產(chǎn)值遠(yuǎn)不如汽車、航空航天等產(chǎn)業(yè)，但高效能的數(shù)控機(jī)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(jìn)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的巨大源動(dòng)力。特別是數(shù)控技術(shù)在制造業(yè)的擴(kuò)展與延伸，所產(chǎn)生的輻射作用和波及效果泛以對機(jī)械制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，專業(yè)化分工方式，機(jī)械加工方式及管理模式社會(huì)的生產(chǎn)分工，企業(yè)的

2、運(yùn)行機(jī)制等都帶來深刻的變化。以它為基礎(chǔ)的相關(guān)產(chǎn)業(yè)是關(guān)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(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，其技術(shù)水平高低已成為衡量一個(gè)國家工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。 總之，數(shù)控技術(shù)給機(jī)械制造業(yè)帶來了革命性的變化。數(shù)控技術(shù)集成了傳統(tǒng)的機(jī)械制造技術(shù),計(jì)算機(jī)技術(shù),成組技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù),傳感檢測技術(shù) ,信息處理技術(shù),網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù),液壓氣動(dòng)技術(shù),光機(jī)電技術(shù)于一體,是現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)和核心。發(fā)展數(shù)控技術(shù)、數(shù)控機(jī)床對國家、對社會(huì)以及對全人類的發(fā)展有著極其重要的作用。數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架是加工中心、數(shù)控車床必備的機(jī)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(dāng)前，數(shù)控機(jī)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(shí)，在制造行業(yè)中廣泛存在原有設(shè)備的數(shù)控改造和系統(tǒng)升級問題。作為關(guān)鍵附件，高性能的數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架對于提高機(jī)床整體運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性和效率有著重要意義，數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架是由數(shù)控系統(tǒng)來控制的，因此，在轉(zhuǎn)塔刀架本身性能提高的情況下，如何實(shí)現(xiàn)控制任務(wù)就顯得十分重要了。國內(nèi)數(shù)控車床轉(zhuǎn)塔刀架的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)都是依賴先進(jìn)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(shè)計(jì)一種性能最優(yōu)，最有實(shí)用價(jià)值的轉(zhuǎn)塔刀架，來適應(yīng)市場，替代進(jìn)口產(chǎn)品低價(jià)位的數(shù)控車床用轉(zhuǎn)塔刀架，占領(lǐng)國內(nèi)市場，并達(dá)到國際領(lǐng)先水平，為國產(chǎn)機(jī)床工業(yè)的發(fā)展作出貢獻(xiàn)。對于一般的數(shù)控車床刀架設(shè)計(jì)的基本要求是轉(zhuǎn)位準(zhǔn)確可靠，工作

4、平穩(wěn)安全；轉(zhuǎn)位時(shí)間短；轉(zhuǎn)位以后重復(fù)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(fù)荷切削。現(xiàn)有的數(shù)控刀架有數(shù)控轉(zhuǎn)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(jì)型數(shù)控車床方刀架，一般轉(zhuǎn)塔回轉(zhuǎn)刀架，電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)的轉(zhuǎn)塔刀架（本次為直驅(qū)電機(jī)集成的轉(zhuǎn)塔刀架），液壓驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)塔刀架，車削中心的動(dòng)力刀具。立式數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架是回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)位的刀架，它常采用4和6兩種工位，按性能可分為驅(qū)動(dòng)，通過減速機(jī)構(gòu)，行星機(jī)構(gòu)，馬氏機(jī)構(gòu)或凸輪機(jī)構(gòu)來完成刀架的松開、抬起、轉(zhuǎn)位和夾緊等動(dòng)作；它可按主機(jī)的編程要求完成刀架的自動(dòng)換刀動(dòng)作，以實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床加工程序

5、的自動(dòng)化和高效化。而臥式數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架為一種回轉(zhuǎn)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(dòng)力刀夾和動(dòng)力刀夾來夾持各種不同用途的刀具或工具，刀盤根據(jù)機(jī)床編程的指令轉(zhuǎn)過若干個(gè)工位（本次制作為12工位），來實(shí)現(xiàn)主機(jī)的自動(dòng)換刀動(dòng)作；車削中心的動(dòng)力刀架可安裝各種非動(dòng)力輔助刀夾和動(dòng)力刀夾進(jìn)行切削，刀架采用端齒分度，轉(zhuǎn)位由三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，刀位由二進(jìn)制絕對編碼器識(shí)別，動(dòng)力刀具由交流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過同步齒形帶等將動(dòng)力傳遞到刀夾。 (a)回轉(zhuǎn)刀架 (b)排式刀架2.研究現(xiàn)狀2.1國內(nèi)對轉(zhuǎn)塔刀架的研究數(shù)控轉(zhuǎn)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(jì)80年代初期，數(shù)控車床制造行業(yè)興起，當(dāng)時(shí)國內(nèi)只有極少數(shù)機(jī)床制造企業(yè)能生產(chǎn)數(shù)控車床，而且當(dāng)時(shí)沒有自己真正的數(shù)控轉(zhuǎn)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(zhuǎn)塔刀架更像是嬰兒學(xué)步，產(chǎn)品沒有定型，穩(wěn)定性、可靠性、精度等都很差，沒有標(biāo)準(zhǔn)、沒有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，各個(gè)企業(yè)閉門造車，定位機(jī)構(gòu)還是采用插銷形式，品種單一，電氣信號只有觸點(diǎn)方式，很不可靠。可想而知，當(dāng)時(shí)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(jī)床制造業(yè)給予充分肯定和大力支持，出臺(tái)一系列鼓勵(lì)政策，大力發(fā)展數(shù)控機(jī)床行業(yè)、功能部件行業(yè)，給數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架行業(yè)帶來了生機(jī)和活力

7、。相關(guān)部門及行業(yè)組織國內(nèi)幾家數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架制造企業(yè)進(jìn)行聯(lián)合設(shè)計(jì)，對數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的定位機(jī)構(gòu)做出了根本性改進(jìn)，從此改由齒盤嚙合、精確定位的機(jī)構(gòu)方式，而且一直沿用至今。這一重大改進(jìn)，使數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的精度由原來的0.05mm提高到小于0.005mm,對數(shù)控機(jī)床的定位精度起到重要的作用，尤其對數(shù)控轉(zhuǎn)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(dá)機(jī)床數(shù)控設(shè)備有限公司（報(bào)價(jià)較高）、常州市新墅數(shù)控設(shè)備有限公司（只有普通刀架,不能安裝動(dòng)力刀座）、煙臺(tái)環(huán)球機(jī)床附件集團(tuán)有限公司（品種全面,報(bào)價(jià)4萬左右，不包括刀座，電機(jī)是西門子的?？梢耘渥鯢ANUC的,時(shí)間三個(gè)月）、沈陽精誠數(shù)控機(jī)床附件廠（只有普

8、通刀架,不能安裝動(dòng)力刀座）。產(chǎn)能由原來的年產(chǎn)幾百上千臺(tái)到現(xiàn)在的大約7萬臺(tái)，基本滿足國內(nèi)中低檔次數(shù)控車床的需求。2.2國外對轉(zhuǎn)塔刀架的研究目前國外數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)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(jié)構(gòu)方向發(fā)展。驅(qū)動(dòng)裝置向交流、數(shù)字化方向發(fā)展。增強(qiáng)通信功能，向網(wǎng)絡(luò)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(jìn)技術(shù)的企業(yè)主要有以下幾個(gè)：(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(fù)合加工機(jī)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(fù)合加工機(jī)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(fù)合加工機(jī)床“INTEGREX e一1060V/8 II RAM”。(2)美國法道VMC4020C機(jī)床是由上海法道機(jī)床有限公司嚴(yán)格按照美國法道公司的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在國內(nèi)組裝生產(chǎn)。其具有16.8 kW(22.5 hp)強(qiáng)大的主軸電動(dòng)機(jī)在全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)提供穩(wěn)定的扭矩輸出。主軸采用無齒輪雙速電子調(diào)速系統(tǒng)，更寬的調(diào)速范圍提供更好的運(yùn)行特性。主軸轉(zhuǎn)速最高可達(dá)到7 500 r/rain。采用獲得專利的刀柄拉桿機(jī)構(gòu)，確保刀具在強(qiáng)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(dòng)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(nèi)部遍布網(wǎng)狀加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)。重型鑄鐵的矩型導(dǎo)軌提供更大的接觸面，實(shí)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(qū)動(dòng)在無級可調(diào)情況下，轉(zhuǎn)速可達(dá)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(jié)合，提供最高的定位精度。2.3國內(nèi)外發(fā)展對比我國的數(shù)控機(jī)床行業(yè)與世界先進(jìn)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(jī)床的發(fā)展。特別是數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架行業(yè)，在2007年制

11、定了國家標(biāo)準(zhǔn)，但是標(biāo)準(zhǔn)要求比較低。雖然每個(gè)企業(yè)都有了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，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(tái)灣地區(qū)和國外引進(jìn)，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(zhuǎn)塔刀架設(shè)計(jì)、研發(fā)、生產(chǎn)的專業(yè)企業(yè)，有豐富的經(jīng)驗(yàn)積累，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，擁有自己的標(biāo)準(zhǔn)，有先進(jìn)的加工檢測手段，其精度等級、技術(shù)參數(shù)都遠(yuǎn)高于我國國家標(biāo)準(zhǔn)和任何一家企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。但是，進(jìn)口刀架的價(jià)格昂貴，交貨周期長，因此，目前配置在國內(nèi)數(shù)控機(jī)床上的進(jìn)口高檔次功能部件還是比較少的。而中國臺(tái)灣地區(qū)的液壓刀架其穩(wěn)定性、可靠性、適應(yīng)性基本達(dá)到國際同類產(chǎn)品水平，而且有自己的特點(diǎn)，與歐洲產(chǎn)品相比，價(jià)格適

12、中，具有很高的性價(jià)比。因此，臺(tái)灣的數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架在大陸有一定的占有量，而且在中檔次機(jī)床的配置尤為突出。如何提升自己產(chǎn)品的技術(shù)含量，既適合我國數(shù)控機(jī)床發(fā)展的實(shí)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(gè)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(qū)動(dòng)和伺服驅(qū)動(dòng)方向發(fā)展。 目前國內(nèi)數(shù)控刀架以電動(dòng)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(zhuǎn)，就近選刀，用于全功能數(shù)控車床。另外臥式刀架還有液動(dòng)刀架和伺服驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dá)10001500臺(tái)。4.本課題的設(shè)計(jì)目的1.設(shè)計(jì)滿足課題要求的直驅(qū)電機(jī)集成的轉(zhuǎn)塔刀架刀塔結(jié)構(gòu)，并對其進(jìn)行電機(jī)驅(qū)動(dòng)；2.為解決類似問題，嘗試一種研究方法； 3.培養(yǎng)綜合運(yùn)用專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)技能來解決工程實(shí)際問題的能力；4.強(qiáng)化工程實(shí)踐能力和意識(shí),提高本人綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力； 5.使我們對從事本專業(yè)工程技術(shù)和科學(xué)研究工作的一項(xiàng)基本訓(xùn)練,加強(qiáng)工程繪圖、計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、外文文獻(xiàn)資料閱讀和翻譯及使用計(jì)算機(jī)、手冊、文字表達(dá)等各方面的能力； 6.培養(yǎng)正確的設(shè)計(jì)思想和工程

14、經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)，理論聯(lián)系實(shí)際的工作作風(fēng)，嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度。 2、 研究內(nèi)容、轉(zhuǎn)塔刀架的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2、轉(zhuǎn)塔刀架的運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力學(xué)分析計(jì)算3、關(guān)鍵零部件的工作能力計(jì)算4、轉(zhuǎn)塔刀架的動(dòng)畫演示。3、 實(shí)現(xiàn)方法及預(yù)期目標(biāo)1. 實(shí)現(xiàn)方法剖視圖的制作爆炸圖的制作尺寸的計(jì)算與設(shè)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(yù)期目標(biāo)（1）收集并整理設(shè)計(jì)所需原始資料，為確定設(shè)計(jì)方案做準(zhǔn)備；（2）有針對的復(fù)習(xí)掌握與本設(shè)計(jì)相關(guān)的內(nèi)容，即學(xué)習(xí)三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件solidworks，了解轉(zhuǎn)塔刀架零部件建模及裝配的方法。（3）制作直驅(qū)電機(jī)集成的轉(zhuǎn)塔刀架的設(shè)計(jì)工作原理圖，直驅(qū)電機(jī)集成的轉(zhuǎn)塔刀架的裝配圖，零件圖

15、和動(dòng)畫演示等； (以上圖量不小于3A0)；3.初步方案和重點(diǎn)本課題是一個(gè)完整的機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，本人負(fù)責(zé)的模塊具體應(yīng)從以下幾個(gè)方面入手：（1）查閱資料，學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)塔刀架零部件尺寸的設(shè)定，決定相關(guān)的國標(biāo)尺寸的引用；（2）轉(zhuǎn)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(zhuǎn)塔刀架刀架零部件的裝配，在裝配體中插入相關(guān)的所有零件，將各個(gè)零件按照一定的約束配合在一起，形成一個(gè)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(gè)零部件，使人清晰地了解轉(zhuǎn)塔刀架的結(jié)構(gòu)。4.本設(shè)計(jì)特點(diǎn)本次設(shè)計(jì)的動(dòng)力轉(zhuǎn)塔刀架的刀架抬起和夾緊是通過伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，成本比較低，而

16、且自鎖可靠、精度高、安全。刀架轉(zhuǎn)位采用圓柱凸輪分度機(jī)構(gòu)，用單作用液壓缸抬起刀架，同時(shí)通過碟形彈簧復(fù)位壓緊；采用端齒盤來進(jìn)行精確定位；用伺服電機(jī)通過齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)刀具旋轉(zhuǎn)。5. 擬解決的重點(diǎn)問題和難點(diǎn) 基于solidworks三維軟件的刀塔刀架機(jī)械部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及動(dòng)力分析計(jì)算。 4、 對進(jìn)度的具體安排畢業(yè)設(shè)計(jì)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(guān)資料，粗?jǐn)M開題報(bào)告；第二階段 (3.12-3.28)：完成開題報(bào)告；第三階段 (3.31-4.4)：構(gòu)思總體設(shè)計(jì)方案；第四階段 (4.7-4.18)：轉(zhuǎn)塔刀架總圖設(shè)計(jì)；第五階段 (4.21-4.2

17、5)：中期檢查；第六階段 (4.26-5.9)：傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和分度機(jī)構(gòu)零件圖設(shè)計(jì)；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(guān)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(jìn)行答辯。5、 參考文獻(xiàn)1蔡厚道數(shù)控機(jī)床構(gòu)造北京：北京理工大學(xué)出版社，2007.2：1-52汪木蘭數(shù)控原理與系統(tǒng)北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.7：264-2753陳嬋娟數(shù)控車床設(shè)計(jì)北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.2: 135-1484王愛玲，白恩遠(yuǎn)等現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床北京：國防工業(yè)出版社，2003.45盛曉敏，鄧朝暉先進(jìn)制造技術(shù)M

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