济南大学毕业设计
1 前言
1.1 数控车床的现状
随着科学技术的发展，机械产品的形状和机构不断改进，对机械零件的加工质量要求也越来越高；单件、小批生产的机械产品所占比重越来越大，特别是在造船、航空、及其国防工业的各个部门，加工批量少、精度要求高、形状复杂的零件很多。像这样的产品在一般的自动机床或组合机床上加工就显得很不经济、不合理，一般的机床有不能加工，所有就产生了数控机床。
数控机床是集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化产品，是机械制造设备中具有高精度、高效率、高自动化和高柔性化等优点的工作母机。数控机床的技术水平高低及其在金属切削加工机床产量中和总拥有量的百分比是衡量一个国家国民经济发展和工业制造整体水平的重要标志之一。数控车床是数控机床的主要品种之一，它在数控机床中占有非常重要的位置，几十年来一直受到世界各国的普遍重视并得到了迅速的发展。
1.2 数控车床刀架简介
随着数控车床的不断发展，刀具结构形式也在不断翻新。刀架主要分为低、中、高三个档次。在国外，数控机床应用越来越广，数控车床将向中高档发展，对数控刀架需求量将大大增加。数控刀架也向快速换刀、电液组合驱动和伺服驱动等高档方向发展。当今，数控伺服刀架、动力刀架等功能部件已成为衡量数控机床水平的重要标志。其中转塔动架逐渐成为国际机床业刀架发展中一项主流应用产品，逐渐国内外立、卧式车床中广泛应用。数控车床刀架的驱动方式主要有电驱动和液压驱动两大类，电动刀架操作方便，维护简单，应用比较广泛，但是就其稳定性和可靠度来说它不如液压刀架，所以在工艺性要求比较高的机床上，液压刀架有其不可替代的位置[7]。
目前国内数控刀架以电动为主，分为立式和卧式两种。主要用于简易数控车床；卧式刀架有八、十、十二等工位，可正、反方向旋转，就近选刀，用于全功能数控车床[11-13]。另外卧式刀架还有液动刀架和伺服驱动刀架。一个刀架可以安装四把、六把或者更多把刀，以便一次装夹所需的各种刀具，灵活 方便地完成各种几何形状的加工，能够有效的提高劳动生产率，缩短生产准备时间，消除人为误差，提高加工精度与加工精度的一致性等等。另外，加工工艺适应性和连续稳定的工作能力也明显提高。
1.3 数控刀架设计简介
数控车床具有圆柱面、端面车削以及圆柱中心钻孔、攻丝等功能，可实现一机功能的集成化、多工序工艺的复合化。数控车床刀架是其必备装置，能够实现快速转位，
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其刀具既具有径向切削，又具有轴向切削功能，且定位精度高，转位过程平稳。刀架是直接完成切削加工的执行部件，所以刀架在结构上必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工时的切削抗力，并要求有较高的重复定位精度和换刀时间短、结构紧凑、安全可靠等要求。本次设计为数控车床刀架的设计，该刀架为液压驱动，可以一次安装十二把刀具。，该刀架的工作原理是当数控装置发出换刀指令以后，液压缸进油通过活塞推动中心轴使刀盘移动，定位副端齿盘脱开；PLC发出信号驱动液压马达转动，采用液压马达驱动圆柱分度凸轮进行预分度，分度盘通过键带动中心轴转动，当转到指定刀位时液压马达刹车，转位凸轮停止转动；与此同时液压缸通过活塞将中心轴和刀盘拉回，端齿盘啮合，刀盘完成精定位和加紧动作。
其中圆柱分度凸轮机构的特点是圆柱分度凸轮凹槽中心曲线采用正弦加速度运动规律曲线，分度柱销的运动轨迹设计为圆弧，圆柱分度凸轮凹槽可同时推动两个柱销转位，圆柱分度凸轮凹槽与柱销之间无间隙，圆柱分度凸轮通过带动回转轮上的柱销使刀盘转动，从而实现刀架换刀动作。其传动平稳，冲击较小，磨损较轻，从而提高了使用寿命。其结构如图1.1所示。
图1.1 圆柱分度凸轮机构 1-从动盘 2-分度柱销 3-凸轮
端齿盘定位是由两个齿形相同的端面齿盘相而成，由于啮合时各个齿的误差相互抵消，起着误差均化的作用，具有定位精度高、重复定位精度好、定位刚性好，承载能力大的特点。动端齿盘与刀盘通过销和螺钉连接在一起，静端齿盘固定在箱体上。由于刀具在切屑时承受较大的切向扭矩，采用端齿盘啮合的方法可以将扭矩传递到箱体上。在刀具工作时动静端齿盘啮合在一起，共同抵抗加工时产生的切向扭矩；
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当需要换刀时，动静端齿盘脱开，结合圆柱凸轮分度结构和光电传感器开关，实现精确换刀。其结构如图1.2所示。
图1.2 端齿盘
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