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1、开题报告1 直驱电机集成的转塔刀架结构设计开题报告班级：机械 1006 学号： 2010010163 姓名：赵启明指导教师：王科社一、综述1. 课题背景意义数控机床是机电工业的重要基础装备，是汽车、摩托车、航空航天、模具、机床、电子等支柱产业生产现代化的手段，是世界第三次产业革命的一个重要内容。数控机床产业本身的产值远不如汽车、航空航天等产业，但高效能的数控机床给制造业带来了高倍效益增长和现代化的生产方式，才是促进国民经济发展的巨大源动力。特别是数控技术在制造业的扩展与延伸，所产生的辐射作用和波及效果泛以对机械制造业的产业结构产品结构，专业化分工方式，机械加工方式及管理模式社会的生产分工，企业
2、的运行机制等都带来深刻的变化。以它为基础的相关产业是关系到国家战略地位和体现国家综合国力水平的重要基础性产业，其技术水平高低已成为衡量一个国家工业现代化水平的重要标志。总之，数控技术给机械制造业带来了革命性的变化。数控技术集成了传统的机械制造技术 , 计算机技术 , 成组技术与现代控制技术, 传感检测技术 , 信息处理技术, 网络通讯技术, 液压气动技术 , 光机电技术于一体, 是现代先进制造技术的基础和核心。发展数控技术、 数控机床对国家、对社会以及对全人类的发展有着极其重要的作用。数控转塔刀架是加工中心、数控车床必备的机床附件，是数控车床上的核心功能部件之一，尤其适用全功能数控车床。当前，
3、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，高性能的数控转塔刀架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，数控转塔刀架是由数控系统来控制的，因此，在转塔刀架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。国内数控开题报告1 车床转塔刀架的设计和生产都是依赖先进国家的，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。对于一般的数控车床刀
4、架设计的基本要求是转位准确可靠，工作平稳安全；转位时间短；转位以后重复定位精度高；防水防屑，密封性能优良；夹紧刚性高，适宜重负荷切削。现有的数控刀架有数控转塔式（立式和卧式）和直排式刀架。刀架换刀可分为排刀式刀架，经济型数控车床方刀架，一般转塔回转刀架，电动机传动的转塔刀架（本次为直驱电机集成的转塔刀架），液压驱动的转塔刀架，车削中心的动力刀具。立式数控转塔刀架是回转轴线与安装基面垂直，可装夹多把刀具或工具，采用数字信息指令控制转位的刀架，它常采用4和 6两种工位，按性能可分为驱动，通过减速机构，行星机构，马氏机构或凸轮机构来完成刀架的松开、抬起、转位和夹紧等动作；它可按主机的编程要求完成刀架
5、的自动换刀动作，以实现数控机床加工程序的自动化和高效化。而卧式数控转塔刀架为一种回转轴线与安装基面平行的，可装夹多把刀具或工具，采用数字信息指令控制的刀架。它利用装夹于刀盘上的非动力刀夹和动力刀夹来夹持各种不同用途的刀具或工具，刀盘根据机床编程的指令转过若干个工位（本次制作为12工位） ，来实现主机的自动换刀动作；车削中心的动力刀架可安装各种非动力辅助刀夹和动力刀夹进行切削，刀架采用端齿分度，转位由三相异步电动机驱动，刀位由二进制绝对编码器识别，动力刀具由交流伺服电动机驱动，通过同步齿形带等将动力传递到刀夹。(a)回转刀架 (b)排式刀架2. 研究现状2.1 国内对转塔刀架的研究数控转塔刀架是
6、数控车床上的核心功能部件之一。尽管我国数控车床起步较晚，但发展较快。从 20 世纪 80 年代初期，数控车床制造行业兴起，当时国内只有极少数机床制造企业能生产数控车开题报告1 床，而且当时没有自己真正的数控转塔刀架和其他功能部件，只有刚刚起步、还处于试制阶段的、很不成熟的产品。特别是数控转塔刀架更像是婴儿学步，产品没有定型，稳定性、可靠性、精度等都很差，没有标准、没有自主知识产权，各个企业闭门造车，定位机构还是采用插销形式，品种单一，电气信号只有触点方式，很不可靠。可想而知，当时的数控车床是一种处于什么样水平的产品。但是，国家对数控机床制造业给予充分肯定和大力支持，出台一系列鼓励政策，大力发展
7、数控机床行业、功能部件行业，给数控转塔刀架行业带来了生机和活力。相关部门及行业组织国内几家数控转塔刀架制造企业进行联合设计，对数控转塔刀架的定位机构做出了根本性改进，从此改由齿盘啮合、精确定位的机构方式，而且一直沿用至今。这一重大改进，使数控转塔刀架的精度由原来的 0.05mm 提高到小于0.005mm,对数控机床的定位精度起到重要的作用，尤其对数控转塔刀架的发展起到了决定性的作用。目前规模生产企业有四家：常州市宏达机床数控设备有限公司（报价较高）、常州市新墅数控设备有限公司（只有普通刀架, 不能安装动力刀座）、烟台环球机床附件集团有限公司（品种全面,报价 4 万左右，不包括刀座，电机是西门子
8、的。可以配做FANUC 的, 时间三个月）、沈阳精诚数控机床附件厂 （只有普通刀架, 不能安装动力刀座）。 产能由原来的年产几百上千台到现在的大约7万台，基本满足国内中低档次数控车床的需求。2.2 国外对转塔刀架的研究目前国外数控系统技术发展的总体趋势如下：新一代数控系统向PC化和开放式体系结构方向发展。驱动装置向交流、数字化方向发展。增强通信功能，向网络化发展。数控系统在控制性能上向智能化发展。具有影响力且拥有先进技术的企业主要有以下几个：(1) 日本山崎马扎克公司开发出了2 种可使用长镗杆切削工件的复合加工机床，一种是以卧式车床为原型，与卧式加工中心(MC)组合而成的卧式复合加工机床“IN
9、TEGREX e 一 650H II ”; 另一种是以立式车床为原型，与立式MC组合而成的立式复合加工机床“INTEGREX e一 1060V/8 II RAM ” 。(2) 美国法道VMC4020C 机床是由上海法道机床有限公司严格按照美国法道公司的技术标准在国内组装生产。其具有16.8 kW(22.5 hp) 强大的主轴电动机在全转速范围内提供稳定的扭矩输出。主轴采用无齿轮双速电子调速系统，更宽的调速范围提供更好的运行特性。主轴转速最高可达到7 500 r/rain。采用获得专利的刀柄拉杆机构，确保刀具在强力切削中的锁紧。无论是切削钢件还是铝件，都保证其有充分的动力，既可重开题报告1 切削
10、又可高速切削。剐性攻丝在1501 500 r/min高速下可保证螺矩和深度精度，且不须额外配备攻丝夹头。床身采用整体铸造，内部遍布网状加强筋结构。重型铸铁的矩型导轨提供更大的接触面，实现最佳的减振性能和刚性。(3) 德马吉 (DMG)公司生产的CTX 310 ECO通用车床其主轴驱动在无级可调情况下，转速可达5 000r/min，输出功率为ll kW ，扭矩为112 NIll，可为书51200 mm直径范围的高要求车削操作提供最佳的前提条件。在此，主轴上的直接测量系统与可供选择的法那科或西门子提供的高端CNC 控制器相结合，提供最高的定位精度。2.3 国内外发展对比我国的数控机床行业与世界先进
11、制造行业相比，存在很大的差距，而重要的原因是功能部件行业赶不上数控机床的发展。特别是数控转塔刀架行业，在2007 年制定了国家标准，但是标准要求比较低。虽然每个企业都有了自主知识产权，但生产的产品以中、低档次为主。中、高档次产品都是从中国台湾地区和国外引进，特别是欧洲国家，像意大利的迪普马、巴拉法蒂，德国的肖特等都是有几十年的数控转塔刀架设计、研发、生产的专业企业，有丰富的经验积累，拥有自主知识产权，拥有自己的标准，有先进的加工检测手段，其精度等级、技术参数都远高于我国国家标准和任何一家企业标准。但是，进口刀架的价格昂贵，交货周期长，因此，目前配置在国内数控机床上的进口高档次功能部件还是比较少
12、的。而中国台湾地区的液压刀架其稳定性、可靠性、适应性基本达到国际同类产品水平，而且有自己的特点，与欧洲产品相比，价格适中，具有很高的性价比。因此，台湾的数控转塔刀架在大陆有一定的占有量，而且在中档次机床的配置尤为突出。如何提升自己产品的技术含量，既适合我国数控机床发展的实际需要，又能在国际市场竞争中有一席之地，是我们值得思考的问题和今后各个企业所要走的路。3. 数控刀架的发展趋势数控刀架的发展趋势是：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。目前国内数控刀架以电动为主，分为立式和卧式两种。立式刀架有四、六工位两种形式，主要用于简易数控车床；卧式刀架有八、十、十
13、二等工位，可正、反方向旋转，就近选刀，用于全功能数控车床。另外卧式刀架还有液动刀架和伺服驱动刀架。数控刀架的市场分析：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架开题报告1 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，近年来需要量可达1000 1500 台。4. 本课题的设计目的1. 设计满足课题要求的直驱电机集成的转塔刀架刀塔结构，并对其进行电机驱动；2. 为解决类似问题，尝试一种研究方法；3. 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；4. 强化工程实践能力和意识, 提高本人综合素质和创新能力；5. 使我们对从事本专业工程技术和科学研究工作
14、的一项基本训练, 加强工程绘图、 计算、数据处理、外文文献资料阅读和翻译及使用计算机、手册、文字表达等各方面的能力；6.培养正确的设计思想和工程经济观点，理论联系实际的工作作风，严肃认真的科学态度。二、研究内容、转塔刀架的机械结构设计2、转塔刀架的运动与动力学分析计算3、关键零部件的工作能力计算4、转塔刀架的动画演示。三、实现方法及预期目标1. 实现方法开题报告1 2. 预期目标（1）收集并整理设计所需原始资料，为确定设计方案做准备；（2）有针对的复习掌握与本设计相关的内容，即学习三维机械设计软件solidworks，了解转塔刀架零部件建模及装配的方法。（3）制作直驱电机集成的转塔刀架的设计工
15、作原理图，直驱电机集成的转塔刀架的装配图，零件图和动画演示等；(以上图量不小于3A0)；3. 初步方案和重点本课题是一个完整的机械结构系统设计，本人负责的模块具体应从以下几个方面入手：（1）查阅资料，学习转塔刀架零部件尺寸的设定，决定相关的国标尺寸的引用；（2）转塔刀架刀架零部件建模：螺杆螺母副、 端面齿盘、 反靠圆盘、蜗杆副、上盖圆盘、 上刀体等；（3）转塔刀架刀架零部件的装配，在装配体中插入相关的所有零件，将各个零件按照一定的约束配合在一起，形成一个完整的装配体。（4）制作与显示剖视图与爆炸图。在装配体中显示各个零部件，使人清晰地了解转塔刀架的结构。4. 本设计特点本次设计的动力转塔刀架的
16、刀架抬起和夹紧是通过伺服电机驱动来实现的，成本比较低，而且自锁可靠、精度高、安全。刀架转位采用圆柱凸轮分度机构，用单作用液压缸抬起刀架，同时通过碟形弹簧复位压紧；采用端齿盘来进行精确定位；用伺服电机通过齿轮传动带动刀具旋转。5. 拟解决的重点问题和难点基于 solidworks三维软件的刀塔刀架机械部分结构设计及动力分析计算。剖视图的制作爆炸图的制作尺寸的计算与设定基于 SolidWorks 的刀塔刀架零部件建模刀塔刀架零部件装配开题报告1 四、对进度的具体安排毕业设计起止日期：3.01 6.10 （第一周第十六周）第一阶段 (3.01-3.11)：熟悉课题，收集借阅有关资料，粗拟开题报告；第二阶段 (3.12-3.28)：完成开题报告；第三阶段 (3.31-4.4)：构思总体设计方案；第四阶段 (4.7-4.18)：转塔刀架总图设计；第五阶段 (4.21-4.25)：中期检查；开题报告1 第六阶段 (4.26-5.9)：传动机构和分度机构零件图设计；第七阶段 (5.12-
