具有防撞保护功能的液压转塔刀架结构设计

具有防撞保护功能的液压转塔刀架结构设计

摘要机械行业的技术水平和现代化程度决定了全国经济的水平和社会发展状况。机械领域的数控技术和制造设备是新型高新技术产业和尖端行业发展的扶持技术和最基本的设备。它也是先进的制造技术和设备的核心技术。数控技术是利用数字信息控制机械运动的技术，数控制造设备则是以数控技术作为新型代表，替代传统制造技术的一种新型技术，并形成了机械电气一体化产品，并且技术覆盖范围众多。

转塔刀架是数控车床的关键零部件之一，也是我本次毕业设计的主要设计内容。刀架在工作过程中，常由于操作者的失误，发生撞刀事故，而刀架的价格较为昂贵，在发生撞刀事故时会损坏刀架的精度，所以对刀架进行防撞保护措施是一件十分有益的事情。主要设计及研究工作如下：

（1）对刀架的整体方案进行设计，如转位机构，分度机构，齿盘锁紧以及防撞措施的设计；

（2）进行传动部分设计，如液压马达的选型，齿轮参数的设计和传动轴的设计校核等；

（3）进行端齿盘的选型以及液压缸的设计；

（4）防撞保护具体内容的设计。

关键字：转塔刀架,刀盘,锁紧装置,端齿盘

Design of hydraulic turret turret with anti - collision protection function

Abstract The technical level and the degree of modernization of the machinery industry determine the level of the national economy and the social development. CNC technology and manufacturing equipment in the field of machinery is a new type of high-tech industry and cutting-edge industry development support technology and the most basic equipment. It is also the core technology of advanced manufacturing technology and equipment. CNC technology is the use of digital information to control the mechanical movement of technology, CNC manufacturing equipment is a new generation of numerical control technology as a substitute for traditional manufacturing technology, a new technology, and the formation of mechanical and electrical integration products, and a wide range of technical coverage.

Turret turret is one of the key parts of CNC lathe, but also my graduation design of the main design content. Knife in the course of work, often due to the operator's mistakes, the occurrence of collision accident, and the price of the turret is more expensive, in the event of a collision accident will damage the accuracy of the knife, so the knife against the knife protection measures A very useful thing. The main design and research work is as follows:

(1) the overall design of the tool holder, such as indexing agencies, indexing agencies, gear lock and anti-collision measures design;

(2) the transmission part of the design, such as hydraulic motor selection, gear design and transmission shaft design check;

(3) the selection of the end plate and hydraulic cylinder design;

(4) crash protection specific content design.

Key words ：Turret turret, cutter, locking device, end tooth plate

第一章绪论 1

1.1 课题研究背景 1

1.2 数控转塔刀架发展态势及其国内外研究现状 1

1.2.1 国内外研究现状 2

1.2.2 转塔刀架的发展态势 2

1.2.3防撞保护的常用措施 3

1.3 课题研究意义及其研究内容 3

第二章具有防撞保护功能的液压转塔刀架总体结构方案 3

2.1 液压驱动的刀架工作原理 5

2.2整体方案设计与选择 5

2.2.1转位机构方案设计 7

2.2.2分度机构方案设计 8

2.2.3端齿盘锁紧方案设计 8

2.2.4防撞保护方案设计 9

第三章转位机构子系统结构设计 10

3.1 液压马达的选型计算 10

3.2 一级齿轮传动转速、功率、扭矩计算 10

3.3齿轮参数设计与强度校核 11

3.4输出主轴的结构设计 13

3.4.1定位元件的选用 13

3.4.2轴承的选用 13

第四章端齿盘结构设计 14

4.1端齿盘的特点 14

4.2端齿盘的设计 15

4.3液压缸 16

第五章具有防撞保护功能的结构设计 17

结论 19

致谢 20

参考文献 21

第一章绪论

1.1 课题研究背景

机床在整个制造行业的地位不可撼动，发展水平影响着整个国民制造行业经济的发展。现今的机械制造行业，沿着现代机械工业发展趋势，我国对机床的加工性能以及制造成本等各方面有了极大的要求，并且已经实现了功能部件进行分工制造再装配的生产模式。在这种模式下，因为机床主要的结构件，如床身、工作台、主轴箱等本身精度相对要求较高，因此机床的各个部件的精度就成为确定整体机床整体的关键性因素。而事实上，经过我国在机床发展研究的多年实践和统计数据中可以发现，数控机床的组成部件发展落后，特别是产品的精度不高己成为国内数控机床发展的瓶颈。

随着数控机床以及转塔刀架的制造技术飞速发展，数控机床与转塔刀架进行了相互结合，极大的提高机床的工作效率，例如将液压转塔刀架与机床相结合，可以使零件不同加工工序在不用人工换刀的情况下进行顺序加工。数控刀架与车床的结合，使得机床换刀速度提高、工件装夹基准统一，大大提升了数控机床的使用效率，提高了加工精度以及复杂零件曲面加工的能力，更加体现了机床在现代化制造系统中的重要地位。由此可见，数控刀架在机床中占据关键地位。在加工切削过中，转塔刀架是作为夹持刀具并且同时带动刀具切削转动的工件，数控刀架承受着刀具切削时的转矩，因此其性能关系着机床整体工作状态。数控刀架的定位精度和重复定位精度，对机床加工零件的精度有着极大的影响，并且同时影响整体机床的可靠性水平。[[[] 陈南, 刘晨曦. 数控转塔刀架可靠性研究综述[J]. 机械制造与自动化, 2015(4):1-6.]]

1.2数控转塔刀架发展态势及其国内外研究现状

数控转塔刀架是数控车床的核心部件，换刀过程的快慢关系到机床加工效率，对数控车床的运转有着重大影响。[[[] 马立贵. 转塔刀架故障分析与诊断[J]. 电子世界, 2012(3):92-94.]]现今，我国转塔刀架发展已步入正轨，出现了很多新颖的设计理念，使得转塔刀架种类繁多，更新迅速，而早期转塔刀架刚刚开始发展时，种类单一，只有液压、霍尔元件控制，目前，随着机械制造行业的迅速发展，转塔刀架大多是由编码器电动控制或者伺服控制。[[[] 闫恩刚. 数控车床转塔刀架原理分析与故障诊断[J]. 机床电器, 2012, 39(3):56-58.]]

1.2.1 国内外研究现状

目前，国内机床刀架产品的制造水平相比国外企业还有较大的差距，国内几乎没有髙端刀架产品的市场,所以当前国内中高档数控机床部件大多都是进口的。如今，我国转塔刀架的生产只能满足国内中低档次的需求。虽然，低档次产品价格低廉，但是加工精度不能满足要求，功能不齐、环境适应性差，并且寿命不高。只有满足量的方面的同时满足数控机床性能要求方面，才是如今转塔刀架预计发展的最好结果。

在20 世纪80年代初期，数控机床制造行业在我国才刚刚起步，当时国内企业对数控机床领域的认知很少，全国只有极少数企业有能力生产数控机床部件，而且当时国内企业不仅没有进行数控刀架及其它部件设计的经历，同时还没有完整的数控机床的产品设计理念，只有还处于初步研究阶段的不成熟的产品。[[[] 吴华平, 杨俊召. 浅谈数控转塔刀架行业的发展[J]. 金属加工(冷加工), 2010(6):20-21.]]所以，刚开始时我国数控机床的发展存在很大的困难。经过国家当时在机械制造方面大力支持，现今在数控转塔刀架领域，大多机械制造企业都有了自主知识产权。不过，目前我国转塔刀架生产的产品中，还是难以出现高档次质量的刀架。高档次刀架产品都以进口为主。而与欧洲机械制造行业的产品相比，只有中国台湾地区部分企业所制造的液压转塔刀架，其质量基本能够与国外进口的产品质量相似，而且在设计刀架方面具有自己的特点，价格方面适中，性价比较高。因此，在我国中的进口刀架中，大多会采用台湾的制造产品。

而相比于国内产品，国外数控产品的企业都是有几十年的设计研发经验积累。他们的机械加工技术远远高于国内。并且，经过长久的技术发展，国外很多机械企业都拥有完整的自主知识产权，生产机床的精度高，以及还有先进的加工检测手段，是我国所不能比的。

1.2.2液压转塔刀架的发展态势

目前，机械与液压系统一体化的智能系统还处于初步发展阶段，却已经对机床性能提高有着重要影响。通过智能系统来控制机床加工的方式得到显著改善。并且如今所研究的新式复合液压马达方面已经取得小小成功，通过新型的液压马达，可以使数控车床转塔刀架实现自动迅速换刀，具有极高的分度精度，同时新型的液压马达明显降低了刀架在换刀过程中受到的外力冲击以及在冲击时对刀架产生的振动，与此同时，还提高了转塔刀架在换刀过程中的稳定性 , 所以现时新式液压马达在数控车床行业中得到了广泛的应用。[[[] 高友宾. 新型复合液压马达的优化设计[J]. 机械与电子, 2004(8):26-28.]]

目前，我国转塔刀架行业经过多年设计研究，已经拥有了自己的一套发展体系，发展迅速。能够拥有属于自己的创新政策的理念，有自己的技术发展计划，有自己独特的产品开发理念。特别是很多民营企业，都拥有了自己的自主知识产权。

1.2.3防撞保护的常用措施

经过市场调研，文献查找，我发现许多工件的防撞保护都会利用PLC程序的动作逻辑进行保护，如绗磨轴的防撞保护、机械手的防撞保护等；在转塔刀架的防撞保护方面，在刀架受到冲击时，都会利用到橡胶垫来进行缓冲卸力。

1.3 课题研究主要研究内容

本课题现在所要设计的则是具有防撞保护的液压转塔刀架的设计。而这个课题的关键是如何通过结构设计来实现防撞保护功能，本课题拟采用在内齿盘端面上设计T型槽结构，在车床遭遇撞车等失误造成冲击时，可通过T型槽进行卸力，抵挡大部分冲击，避免发生损坏。主要设计内容包括有：

1.完成液压转塔刀架总体方案设计，分析转塔刀架的各部分功能，对相关部分进行初步方案设计；

2.完成转塔刀架的结构设计，完成液压马达的选型，齿轮、轴的强度校核。

3.完成锁紧装置的设计，包括端齿盘锁紧方案的设计，液压缸的选型与设计。

4.完成刀架防撞保护措施的设计。

我国大多数控车床是拥有转塔刀架结构的，经常由于操作者的不正当操作，非常容易导致转塔刀架在工作时发生碰撞，故而，大多的数控机床都会设有对转塔刀架进行防撞保护的装置。依据课题开始前的市场调研发现，目前刀架所会进行的防撞保护措施中，大多都会采用的是橡胶垫进行防撞保护。这种防撞保护结构是在两刀架靠近时，撞块先受到碰撞，然后对橡胶垫产生力的作用，当橡胶垫受到压缩时，感应开关则会收到信号，进而发出报警信号，迅速反馈给机床数控系统，使得机床数控系统立即做出反应，进行制动。因为感应开关的灵敏程度的误差，防撞保护装置常常会受到较大的力的冲压，产生损坏，进而损坏刀架各项的精度，破坏机床的使用寿命，严重影响机床的使用。

结论

转塔刀架是数控车床的重要部件之一，也是本次毕业设计的主要设计内容。转塔刀架上可以安装多把刀架，由液压控制系统控制转动。转塔刀架主要是用于一次性加工各种机械零件，换刀迅速。但是，在机床工作时易发生撞刀等事故，产生较大的外力，破坏机床刀架的精度以及使用寿命。

本次所设计的数控转塔刀架对于这一现象采用了T型槽结构进行防撞保护以达到保护刀架延长刀架寿命的目的。通过现今已有的刀架结构进行参考，在内端齿盘上开出T型槽，通过T型螺母块连接，实现防撞保护的措施。主要工作设计内容如下：

（1）简单概述液压转塔刀架的发展历史及研究现状，提出液压马达驱动的优势，以及液压数控系统控制的稳定性，提出本次课题的研究意义与设计内容。

（2）提出了具有防撞保护功能的液压转塔刀架设计的具体方案与选择，传动部分方案设计，转位方案设计以及齿盘锁紧方案设计等，为本次课题的设计引出了大体思路。

（3）对液压马达型号进行了选型，以及传动齿轮轴的设计，齿轮计算校核，完成了轴的定位轴承的选用，确定了刀架运转过程中的传动方案。

（4）进行了端齿盘结构设计，完成端齿盘的锁紧与松开方案设计，选择了液压缸的类型等。

（5）进行防撞保护功能的设计，对于T型螺母块的选型等。

参考文献

[] 陈南, 刘晨曦. 数控转塔刀架可靠性研究综述[J]. 机械制造与自动化, 2015(4):1-6.

[] 马立贵. 转塔刀架故障分析与诊断[J]. 电子世界, 2012(3):92-94.

[] 闫恩刚. 数控车床转塔刀架原理分析与故障诊断[J]. 机床电器, 2012, 39(3):56-58.