数控车床自动转位刀台设计胶囊灌装机

数控车床自动转位刀台设计

数控车床自动转位刀台设计 2011年12月04日 来源： 1 引言目前，铁路列车大幅度提速，要求提速后的车轮单轮不平衡量为70g·m，车轮的幅板、轮毂等以前不加工的回转曲面均需要加工，原有只能加工车轮内外轮辋面、法兰面、踏面的液压仿形机床已不能满足提速后车轮的加工需要。经过对车轮加工工艺路线反复的研究，决定在液压仿形机床基础上进行数控化改造，在原有机床垂直刀架上增加设计一套四工位自动转位刀台，以满足车轮表面全加工的生产需要。车轮的单边余量为8～10mm，经计算本机床主切削力为25kN，考虑到车轮加工中超负荷切削的情况，主切削力定为30kN。目前，国内数控车床中，主切削力为30kN的四工位自动转位刀台尚无现货供应，我厂现有的自动转位刀台主切削力最大为20kN。根据市场需要，决定在现有刀台基础上开发、研制主切削力为30kN的四工位自动转位刀台。该刀台需满足下列要求：(1)定位精度、重复定位精度达到数控立式车床精度标准；(2)刀台刚性好，满足30kN主切削力要求。2 刀台结构本刀台采用多齿盘定位装置，该装置由两个齿数和齿形相同的端面齿盘4、5对合而成，定齿盘5与滑枕8把合在一起，动齿盘4与回转刀台3固连。分度转位时，动齿盘4抬起与定齿盘5脱开，在压力油作用下，活塞齿条10轴向位移，带动轴齿轮9回转一周。轴齿轮9与动齿盘4内齿啮合，带动动齿盘4转过一个工位，然后在碟形弹簧作用下两齿盘4、5重新啮合并压紧，在夹紧油缸压力油作用下，两齿盘4、5得到进一步压紧，大多数齿都紧密接触，可获得很高的定位精度和重复定位精度。最后，活塞齿条10在压力油作用下复位，完成一个自动转位循环。

1.碟形弹簧 2.活塞 3.回转刀台 4.动齿盘 5.定齿盘 6、7.定位板 8.滑枕 9.轴齿轮 10.塞齿条 11.缓冲销

多齿盘定位装置有下述特点：(1)分度定位精度高，可达±3，，重复定位精度高，可达±2，。(2)能自动定心。(3)齿面磨损对定位精度影响不大，随着不断使用磨合，定位精度有可能改善，精度保持性好。(4)承载能力强，定位刚性好。本刀台装有粗定位板6、7，在动齿盘4抬起过程中，轴齿轮9与动齿盘4内齿未啮合时，粗定位板6、7先不脱开，在动齿盘4内齿与轴齿轮9啮合后，粗定位板6、7完全脱开。该粗定位板在刀台安装刀夹、刀杆(最大偏载)自由状态下及刀台转位过程中，遇突然停电时，起到防止刀台转过位或转不到位的保护作用。在本刀台自动转位装置中，通过配磨缓冲销11来控制与活塞齿条10之间的0.02～0.03mm液压阻尼间隙，保证刀台转动平稳，在刀台偏载向下旋转过程中，起到防止活塞齿条10与轴齿轮9受冲击影响，磨损较大的现象发生。 3 刀台设计计算1) 夹紧力的计算 夹紧力W应保证在工作载荷下仍保持齿盘的紧密配合。但夹紧力不应过大，否则会引起齿盘变形而降低定位精度。 正切时夹紧力W计算为

式中S——安全系数，一般取S=1～1.5，若工作条件平稳、冲击负荷小，则S取小值(本文取S=1.3) Pz——切削力(Px=Py=0.5Pz=15000N) Mn齿盘承受的扭矩(Mn=0.3-Py-0.23Px=1050N·m) Mr——齿盘承受的颠覆力矩

Fr——齿盘承受的径向力(在啮合节平面内)[Fr=(Px2+Py2]½=20 237N F0——齿盘承受的轴向力(F0=Fz=30 000N) R——齿盘节圆半径(R-180mm) β——齿形角(β=60°) ρ——摩擦角(ρ=3°) 上式代入数值，正切时W=47.3kN。实际取夹紧力W为50kN，其中碟形弹簧夹紧力为30kN；夹紧油缸夹紧力为20kN，采用碟形弹簧机械夹紧为主，液压夹紧为辅的夹紧方式，保证刀台夹紧安全可靠。2) 验算多齿盘齿面挤压应力 本刀台的关键零件之一是多齿盘，它的刚性能否满足设计要求，将直接影响本刀台的定位精度和使用寿命。齿盘齿面挤压应力σij的计算公式为

式中σij——齿面挤压应力，N/mm2 Z'——计算齿数(Z'=0.5 Z=0.5×120=60) B——齿宽(B=25mm) h0——齿的啮合高度(h0=4.2mm) W——夹紧力，N Ss——安全系数(取Ss=1.3) [σ]ij——齿面许用挤压应力(齿面淬硬的取[σ]ij=40N/mm2)代入数值，σij=34.2(N/mm2)<[σ]ij为了保证多齿盘的定位精度和刚度，对多齿盘作如下技术要求：多齿盘材料采用40Cr，齿部渗氮D0.3-600后磨齿加工；齿宽接触率为70%以上；齿高接触为啮合高度85%以上；两齿盘在任意位置啮合时的接触齿数应在90%以上，接触不良的齿不毗连。 通过上述理论计算及生产实践验证，本刀台设计结构合理，定位精度和刚度满足设计要求。在试切“车轮踏面”的30kN主切削力的重切试验中，一次试切成功。该机床现已联结在铁路车轮生产线上，正式投入生产使用，得到用户一致好评。 4 结束语对原车轮生产线中加工车轮的两台液压仿形机床进行数控化改造，在原机床垂直刀架上增加设计一套主切削力为30kN的四工位自动转位刀台，与购买两台带有自动换刀刀库的车削中心相比有下述优点：(1)利用原车轮生产线中的现有设备进行数控化改造，既节约了资金，降低了成本，又避免造成资源浪费。(2)设计、制造、交货周期短。本刀台现已推广应用于CK5116、CK5120、CK5225等数控机床上，效果理想。(end)

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