开题报告-数控机床自动回转刀架设计

PAGE毕业设计（论文）开题报告1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：文献综述课题研究背景、目的及意义研究背景数控车床的刀架是机床的重要组成部分。数控机床是多品种小批量生产的高效自动化的技术群体，它是把多工序加工、切刀具磨损和测量等各种功能集为一体的自动化机床。刀架用于夹持切削用的刀具，因此其结构直接影响机床的切削性能和切削效率。在一定程度上，刀架的结构和性能体现了机床的设计和制造技术水平。随着数控车床的不断发展，刀架结构形式也在不断翻新。随着数控车床的不断发展，刀架结构形式也在不断翻新。其中按换刀方式的不同，数控车床的刀架系统主要有回转刀架、排式刀架和带刀库的自动换刀装置等多种形式[1]。随着科学技术的迅猛发展，数控机床已是衡量一个国家机械制造工业水平的重要标志。其中数控回转刀架是数控车床的重要部件之一，在一定程度上，刀架的结构和性能体现了机床的设计和制造技术水平[2]。它在一定程度上标志着数控车床的技术水平，并且与加工精度和生产效率密切相关。所以说在设计和改进数控机床的自动回转的刀具设计是提升数控机床性能的关键部分。基于以上的种种原因，本文所探讨的刀具设计可以有助于提高机床的切削性能和切削功效。研究目的及意义1.2.1研究目的此次设计的数控机床自动回转刀具设计对于改善数控机床的加工性能方面有着不小的提升，我国的这方面有着明显的不足，例如传统车床CA6140的刀架上只能装一把刀，换刀的速度慢，换刀后还须重新对刀，并且精度不高，生产效率效率低，不能适应现代化生产的需要[3]，因此有必要对机床的换刀装置进行改进。自动换刀装置应满足换刀时间短，刀具重复定位精度高。足够的刀具储存量，换刀安全可靠等要求。1.2.2研究课题的意义(1）弥补我国的在刀具设计这个方面的不足，作为现代工业基石的机床产业，是工业经济发展过程中无论如何都不能绕过一个关键性问题，中国机床产业由于先天不足，一直在中高端机床项目发展上落于国外主流水准，正处于一个追赶的过程当中[5]。这次设计也可以帮助提高这个方面。(2）提高机床的加工效率和加工精度，刀架结构直接影响机床的切削性能和切削效率。它在一定程度上标志着数控车床的技术水平，并且与加工精度和生产效率密切相关。因此，国内外都在不断地提高数控回转刀架的重复定位精度和换刀速度，以适应高质量、高效率生产的要求。(3）优化数控机床的基本性能，刀具设计可以是得提升机床的密闭性，使其防水，防尘，也可以提高转位准确度和定位精度，再次同时刀具本身的材料选择也可以加强刚度，使其可以承担重负荷的加工任务[4]。国内外的发展现状在国外的发展工数控机床是由美国发明家约翰·帕森斯上个世纪发明的。随着电子信息技术的发展，世界机床业已进入了以数字化制造技术为核心的机电一体化时代，其中数控机床就是代表产品之一。数控机床是制造业的加工母机和国民经济的重要基础。它为国民经济各个部门提供装备和手段，具有无限放大的经济与社会效应。欧、美、日等工业化国家已先后完成了数控机床产业化进程[5]。美国政府重视机床工业，美国国防部等部门因其军事方面的需求而不断提出机床的发展方向、科研任务，并且提供充足的经费，且网罗世界人才，特别讲究"效率"和"创新"，注重基础科研。因而在机床技术上不断创新，如1952年研制出世界第一台数控机床、1958年创制出加工中心、70年代初研制成FMS、1987年首创开放式数控系统等[6]。由于美国首先结合汽车、轴承生产需求，充分发展了大量大批生产自动化所需的自动线，而且电子、计算机技术在世界上领先，因此其数控机床的主机设计、制造及数控系统基础扎实，且一贯重视科研和创新，故其高性能数控机床技术在世界也一直领先。当今美国生产宇航等使用的高性能数控机床.日本日研公司还有德国的肖特(SAUTER)、意大利的杜普洛马蒂克(DUPLOMATIC)和巴鲁法迪(BARUFFALDI)等，他们都有自己的系列、规格和专利。像肖特(SAUTER)的刀架，采用行星传动机构[7]，其结构紧凑传动方向均为同一方向，没有像蜗杆副的降速机构的交叉轴设计，易于体化布置。采用牙嵌式齿行离合器的升起和加紧，空行程转角、小效率高，且自锁功能可靠。其控制部分大都与机床一起采用CNC控制[8]，目前国际比较好的系统有西门子，法拉克，三菱等[9]。在国内外对比来说外国的刀具设计更加的合理和先进。在国内的发展我国数控技术的发展起步于二十世纪五十年代，通过“六五”期间引进数控技术，“七五”期间组织消化吸收“科技攻关”，我国数控技术和数控产业取得了相当大的成绩[10]。进入21世纪，我国经济与国际全面接轨，进入了一个蓬勃发展的新时期。机床制造业既面临着机械制造业需求水平提升而引发的制造装备发展的良机，也遭遇到加入世界贸易组织后激烈的国际市场竞争的压力，加速推进数控机床的发展是解决机床制造业持续发展的一个关键。随着制造业对数控机床的大量需求以及计算机技术和现代设计技术的飞速进步，数控机床的应用范围还在不断扩大，并且不断发展以更适应生产加工的需要[11]。中国数控机床仍然较为落后。中国数控机床市场巨大，与国外产品相比，中国的差距主要是机床的高速高效化和精密化上，中国正处于工业化中期，即从解决短缺为主的开放逐步向建设经济强国转变，从脱贫向致富转变，煤炭、汽车、钢铁、房地产、建材、机械、电子、化工等一批以重工业为基础的高增长行业发展势头强劲，构成了对机床市场尤其是数控机床的巨大需求[12]。国产数控机床缺乏核心技术，从高性能数控系统到关键功能部件基本都依赖进口，即使近几年有些国内制造商艰难地创出了自己的品牌，但其产品的功能、性能的可靠性仍然与国外产品有-定差距。近几年国产数控机床制造商通过技术引进、海内外并购重组以及国外采购等获得了一些先进数控技术，但缺乏对机床结构与精度、可靠性、人性化设计等基础性技术的研究，忽视了自主开发能力的培育，国产数控机床的技术水平、性能和质量与国外还有较大差距，同样难以得到大多数用户的认可[13]。发展方向国内外都在不断地提高数控回转刀架的重复定位精度和换刀速度，以适应高质量、高效率生产的要求。前具有世界先进水平的数控车床，其换刀速度已达到1s以内，重复定位精度可保证小于0.002mm[14]。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。数控车床刀架的发展前景，具体表现在:(1)刀架转位时间最短，且转位准确。数控刀架作为数控机床必需的功能部件，直接影响机床的性能和可靠性，是机床的故障高发点。这就要求设计的刀架具有转位快，定位精度高，切向扭矩大的特点。它采用蜗杆传动，上下齿盘啮合，螺杆夹紧的工作原理。(2)刀架定位精度高、动作迅速、稳定可敬。因为数控机床的切削加工精度在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王调整，因此，刀架在结构上必须有足够的强度和刚性，以及合理的定位结构，以保证转塔刀架在每一次转位之后，都具有尽可能高的重复定位精度。才使其能够承受粗加工时的切削抗力同时满足各种精密加工的要求。(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[15]。设计方案数控车床主要由主轴箱、床鞍、尾架、刀架、对刀仪、液压系统、润滑系统、气动系统及数控装置组成。本次设计的方案是一个数控机床自动回转的六工位刀架设计。4.1自动回转刀架换刀的工作流程刀架设计换刀所要求的工作流程如图4.1所示，需要换刀时，控制系统发出刀架的转位信号，三相异步电动机正向旋转，通过蜗杆副带动螺杆正向转动。与螺杆配合的上刀体逐渐抬起。上刀体与下刀体之间的端面齿慢慢脱开;与此同时，上盖圆盘也随着螺杆正向转动，当转过约150度时，上盖圆盘直槽的另一端转到圆柱销的正上方，由于弹簧的作用，圆柱销落入直槽内，于是上盖圆盘就通过圆柱销使得上刀体转动起来，上盖圆盘圆柱销以及上刀体在正转的过程中，反靠销能够从反靠圆盘中十字槽的左侧斜坡滑出，而不影响上刀体寻找刀位时的正向转动。上刀体带动磁铁转到需要的刀位时，发信盘上对应的霍尔元件输出低电平信号，控制系统收到后，立即控制刀架电动机反转，上盖圆盘通过圆柱销带动上刀体开始反转，反靠销马上就会落入反靠圆盘的十字槽内，至此，完成粗定位。此时反靠销从反靠圆盘的十字槽内爬不上来，于是上刀体停止转动。开始下降，而上盖圆盘继续反转，其直槽的左侧斜坡将囫柱销的头部压入上刀体的销孔内，之后，上盖圆盘的下表面开始与圆柱销的头部滑动。在些期间，上、下刀本的端面齿逐渐啮合，实现定位，经过设定的延时时间后，刀架电动机停转，整个换刀过和结束。由于蜗杆副具有自锁功能。所以刀架可稳定的工作。4.1自动回转换刀工作流程4.2减速机构的设计由于转速较高不能直接驱动刀架，因此必须经过适当的减速。采用蜗杆副减速，蜗杆副传动可以改变运动的方向，获得较大的传动比，以保证传云城精度和平稳性并能自锁，可以减少整个装置的空间，比较精简。4.3上刀体锁紧与精定位机构的设计上刀架锁紧与精定位将直接影响工件的加工精度，因为刀具直接安装在上刀体上，所以刀体要承受全部的切削力，因此对它的选择很重要，在设计中选择端面将上刀体与下刀体的配合加工成梯形的端面齿。4.4刀架抬起机构的设计在上述过程中欲使上下刀体的两个端面齿脱离。就必须设计分离机构，在此选择螺杆—螺母副，并在上刀体内部加工出内螺纹，当电动机通过蜗杆—蜗轮带动螺杆绕中心轴转动时，而将上刀体看做螺母，要么转动，要么上下移动。两种情况，当刀架处于锁紧状态时，上刀体与下刀体的端面齿相互啮合，因为这时上刀体不能与螺杆一起转动。转动会使上刀体向上移动。当端面齿脱离啮合时，上刀体就和螺杆一同转动。在设计螺杆时要注意螺距的选择，而螺距的选择是否合理非常重要，选择适当以便当螺杆转动一定角度时，使上刀体与下刀体的端面齿能够完全脱离啮合状态。总结本章对数控机床自动回转刀架进行了重新设计，在查阅了大量文献之后，了解了发展的情况和存在的基本问题，知道了国内外发展的不同之处和存在的差距，初步确立总体的设计方案，并明确了设计所需要解决的问题和解决方法，随着数控机床刀架设计的不断改进，将会进一步提升数控机床的性能，为数控机床的进一步发展做出贡献，也为提高生产力提供渠道。参考文献[1]张娟，周丹.数控车床加工精度的影响因素及提高措施研究.数字通信世界，2010，（10）：274.[2]王炜罡.农机加工数控车床智能模块优化设计--基于实例推理和人工智能.农机化研究，2020,42（01）：204-208.[3]FANUC.FANUCSeries0iMate-MC操作说明书B-64144CM/01,2004.[4]顾宏.基于数控车床加工精度的影响因素分析及应对策略探究.新型工业化，2018,8（02）：64-67.[5]XUMin,JIANGShuyun,CAIYing.Animprovedthermalmodelformachinetoolbearings.InterNationalJournalofMachineToolsandManufacture,2007,47（1）：53-62.[6]张涵.关于数控车床加工精度的影响因素分析及提高方法探讨.山东工业技术，2017（08）：59.[7]许春英.数控车削刀具刀尖高对零件加工精度的影响和对策.黑龙江科技信息，2015（05）：2.[8]方沂，王力强，何平，等高速加工工艺策略.天津工程师范学院学报，2005（1）：13-15.[9]刘凯.高速铣的加工策略：CimatronE与高速铣.新技术新工艺，2002（5）：16-18..[10]丁娜仁花.基于开放式数控系统的刀具数据库管理研究与设计.机械工程学报，2007,43（5）：1-7.[11]郭笑.探讨数控技术在机械制造中的发展应用效果.中国科技博览，2016,36（2）：219[12]许莉.机械模具数控加工制造技术分析.现代制造技术与装备，2019（08）：146-148.[13]WcekM,McKeownP.Reductionandcompensationoftherma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毕业设计（论文）开题报告２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的方法（途径）：要研究和解决的问题？(1)要求设计的刀架具有转位快，定位精度高，切向扭矩大的特点。。(2