专用转塔车床转塔刀架部件设计

摘要

专用转塔车床是采用液压控制，采用多刀、可以多工位加工方法的数控机床。本文主要是设计一种可以用于大批量零件加工和专用零件加工的专用转塔车床。

机床的设计主要是在原有的普通机床上进行改进，对其液压系统、转塔刀架以及机床床身进行改进设计。其优点是降低了机床的设计成本，更加便于维修，同时能够更好的适用于生产实践，对一些比较复杂的专业零件也可以加工，满足其加工精度的要求。本文主要设计的内容不要包括转塔机床的机械部分和液压系统传动部分。机床的机械部分主要是对其转塔刀架的结构设计，其主要由转塔头、转塔滑座、转塔导轨以及其他辅助元件组成。在设计过程中运用了类比的设计方法和大胆组合设计创新方法，改善了转塔车床加工零件的精度。

该机床的传动方式采用机械传动与液压传动相结合的方式实现了加工过程的自动化，提高了机床的工作效率。

关键词：专用转塔车床；转位机构；回转盘；转塔刀架

Abstract

Special turret lathe is a adopts hydraulic control, using many knives, multistage processing method semi-automatic machine tools. This paper mainly content that is design of such a turret lathe lot processing required for spare parts.

After the request processing parts and analyzing the reference other special turret lathe structure, so as to determine the design turret lathe concrete structure. This design is the machine by ordinary lathe bed and the head of a bed, a modified into the box is its design with low cost, convenient in maintenance and can better satisfy the requirements of precision machining parts. This paper mainly involves turret lathe turret cutter parts design, and design the turret cutter hydraulic system. In the design process using the design method and analogy method, bold combination design innovation improves turret lathe machining parts precision.

This machine adopts mechanical drive transmission mode of combined with hydraulic drive means to realize the processing procedure automation, improve the working efficiency of machine.

Keyword: Special turret lathe; Turning mechanism; Rotary disk; Revolving tool

目录

摘要 ........................................................................................................................................... I Abstract...................................................................................................................................... II 目录 ...................................................................................................................................... III 第1章引言 (1)

1.1选题的背景 (1)

1.2 数控机床常用的换刀装置 (1)

1.3 数控刀架的发展方向与趋势 (2)

1.4 课题研究的目的与意义 (3)

1.4.1 课题研究的目的 (3)

1.4.2 课题研究的意义 (3)

第2章机床转塔刀架总体方案设计 (5)

2.1转塔刀架的主要结构 (5)

2.2转塔刀架齿轮传动的设计 (5)

2.2.1齿轮传动类型选择 (5)

2.2.2齿轮的主要参数和设计计算 (6)

2.3刀架轴承的选用 (8)

2.4刀架轴上零件选用的固定方式 (9)

2.4.1 轴上零件轴向固定方式 (9)

2.4.2 轴上零件周向固定方式 (9)

2.5转塔刀架转塔头结构设计 (10)

2.6转塔刀架转塔滑座结构设计 (10)

2.7转塔刀架滑座导轨结构设计 (11)

2.8 转塔刀架总体方案设计和选用 (12)

2.8.1转塔刀架的主要运动原理 (12)

2.8.2转塔刀架的主要结构设计 (12)

第3章刀架辅助元件的设计和选用 (15)

3.1油缸的设计和功能 (15)

3.2 滤油器的设计 (15)

3.3 液压缸的设计 (16)

3.3.1 液压缸的选择 (16)

3.3.2 液压缸主要尺寸的计算 (16)

3.4活塞组件的设计和选用 (17)

3.4.1活塞的设计 (17)

3.4.2活塞杆及连接结构的设计 (18)

第4章转塔刀架液压传动系统设计 (19)

4.1 液压系统的组成部分及作用 (19)

4.2 液压系统设计和选用 (20)

总结与展望 (23)

参考文献 (24)

致谢 (25)

附录 (26)

第1章引言

第1章引言

专用转塔车床是一台可以对复杂零件进行一次性多工位多工序加工的自动化数控车床。本机床可以为某种零件的一个或多个固定加工工序服务的，因此它可以有更多的加工对象、可以针对个别复杂零件，也可以对简单的零件进行加工，同时也适合零件的大批量生产。本机床的加工对象主要针对盘盖类、轴套类零件，在加工过程中可以根据转塔头的转动自动更替刀具，对零件进行钻、镗、扩、铰孔、攻丝等加工，提高了工作效率和自动化程度，更适应生产的需求。

1.1选题的背景

数控机床的上的转塔刀架是机床安放刀架提高机床工作效率的重要部分。数控机床的出现和发展已经有五十多年的时间了，这段时间中数控机床的取得了长足的发展。进入到21世纪后，随着科技的发展，尤其是微电子和计算机技术的进步，对数控机床提出的要求也越来越高。转塔刀架作为数控机床上的重要部件之一，也随着数控机床的发展一直处于更新换代中。美国、德国和日本等发达国家，一直对数控机床和转塔刀架等重要部件的发展作为其工业发展的战略地位[1]。世界上比较先进的数控机床的转塔刀架都是由欧美等工业强国设计生产的，比如德国的西门子，日本的FANUC公司开发了市场上所需的各种低、中、高档次的转塔刀架，其技术领先，产量居世界第一，同时占有国际市场的很大份额。我国正在从工业大国向工业强国的方向发展，对数控机床转塔刀架的需求也越来越迫切。然而我国对转塔刀架的设计生产主要都是依赖于先进国家的，国内自己生产的刀架在质量和性能上都与国际上同类产品有着一定的差距[2]。

国内很多企业引进国外先进技术，利用国内优秀创新人才，开发一些适合国内数控机床需求，质量优秀价格低廉，在市场上有竞争力的转塔刀架，来代替那些老旧的不能满足生产需求的刀架。数控机床附件产业的发展，对我国数控机床产业的发展显得尤为重要。

1.2 数控机床常用的换刀装置

数控机床为了能够在工件一次装夹中完成多种甚至所有加工工序，缩短辅助时间，减少多次安装工件所引起的误差，必须带有自动换刀装置。数控机床的的类型、工艺范围、适用刀具种类、加工对象和数量等，决定了数控机床对自动换刀装置的选用。自动换刀装置具有缩短换刀时间、足够的刀具容量、刀具重复定位精度高等特点。数控机床

的自动换刀装置种类很多，一般常用的以一下几种：

1. 转塔头式换刀装置

带有旋转刀具的数控机床常采用转塔头式换刀装置，转塔是由若干与主轴箱相连接的主轴组成，如数控钻镗床的多轴转塔头等。其转塔头上装有几个主轴，每个主轴上均装有一把刀具，加工过程中转塔头可自动转位实现自动换刀。主轴转塔头就相当于一个转塔刀库，其优点是结构简单，换刀时间短，仅为2s左右。由于受空间位置的限制，主轴数目不能太多，主轴不见结构不能设计得十分坚实，影响了主轴系统的刚度，通常只适用于工序较少、精度要求不高的机床，如数控钻床，数控铣床等。

2. 二轴转动式换刀装置

二轴转动式换刀装置可用于测置或后置式的刀库，其结构特点最适用于立式加工中心。接到换刀指令，换刀机构从等待位置开始运动，加紧主轴上得刀具并将其取下，转至刀具库中，并将刀具放回刀具库；从刀具库中取出欲换上的刀具，转向主轴，并将刀具装入主轴；然后返回等待位置，换刀完成。这种换刀的主要优点是刀具库位于机床的一侧，能够最大限度的保护刀具。由于带刀库的自动换刀装置的数控机床主轴箱内只有一根主轴，设计主轴部件时能充分增强它的刚度，可以满足精密加工要求。另外，刀库可以存放数量较大的刀具，因而可以进行复杂零件的多工序加工，大大提高机床适应性和加工效率。因此特别适用于数控钻床、数控镗铣床和加工中心。缺点是整个换刀过程动作较多，换刀时间较长，系统复杂，可靠性较差[3]。

3. 回转插入式换刀装置

回转插入式换刀装置是回转式换刀装置的改进形式的一种。回转插入机构是换刀装置与传递杆的组合。换刀装置在接到换刀指令时，主轴移到换到点，刀具转移到适当的位置，换刀装置取出欲换上的刀具；换刀装置移动并从位于机床一侧的刀具库中去取出刀具，换刀装置移动到机床的前面，在这个位置将主轴上得刀具取下来，再将要换上的刀具换上，装入主轴；同时将别换下的刀具放回到刀具库中；换刀装置换完刀后开始对零件进行加工。这种换刀装置其优点是刀具主要放在机床的一侧，避免了加工时对刀具的磨损；但是这种换刀的时间长，换刀比较复杂[4]。

1.3 数控刀架的发展方向与趋势

随着数控技术的发展，数控刀架的发展也越来越快。加工中心的自动换刀装置从最

180回转式换刀，回转插入式换刀装置，二轴转动式换刀早的转塔头式的自动换刀，到

第1章引言

装置，主轴直接式换刀装置，无机械手自动换刀与有机械手自动换到。可以说数控刀架的发展也是数控机床技术发展的体现，数控刀架在动力方面也越来越现代化和科技化了，从最早机床的手动转塔换刀，到盘型自动回转换刀，电机传动的转塔换刀，液压驱动的转塔换刀到加工中心使用的动力刀架，排式刀架的使用。数控刀架的发展在朝着更加自动化，科技化，复杂化的趋势发展[5]。

数控刀架在存储刀架的数量也在越来越多，从原来的转塔刀架只能存放几把刀具，到现在的刀架都有自己的刀库，可以存放数十把刀具。同时刀库的种类也越来越多，有盘式刀库、链式刀库、格子盒刀库，其中格子盒刀库又分为固定格子盒式刀库和非固定格子盒式刀库。现代化的刀架在刀具布置和机床调整都较方便，可以根据具体工件的工艺要求，组合不同用途的刀具。换刀方式迅速省时，有利于提高机床的生产效率，在一定程度上降低机床的制造成本。

1.4 课题研究的目的与意义

1.4.1 课题研究的目的

转塔刀架作为转塔机床上重要的组成部分，对转塔机床在加工过程中的应用具有很很大的影响。本机床的设计总结了许多数控机床技术的设计经验，在原来普通转塔车床的设计基础上进行改进提升，使其可以更好的适应生产的需要，同时更快的进行大批量的生产实践，提高自动化程度。转塔刀架的设计主要分为机械和液压两个部分。机械部分为本设计的主要部分，主要包括对转塔车床转塔头、转塔滑座、齿轮传动等机械部件的设计；液压部分包括对液压系统的设计。为了满足此次设计的需求，需要对计算机和专业制图软件有着熟悉的运用，比如Solid Works和CAD等。此次设计是为了提高自己的机械设计的专业知识的综合运用，同时培养自己在设计中独立思考，总结经验的能力，锻炼自己的实际动手能力，能够虚心向导师请教问题，大量翻阅书籍资料并运用到自己的设计中，今后能在机械设计工作中打下坚实的基础。

1.4.2 课题研究的意义

随着科技的日新月异，现在产品对数控机床的要求也越来越高，一般的数控机床已经难以满足现代加工中一些零件对机床的要求。因此本次转塔刀架的设计就是在原有转塔机床的基础进行改进和提升，使其在保证产品质量的同时，以最经济的方法、合理利用设备，最大限度的缩短加工时间和辅助时间，提高了自动化程度，从而得到最大化的经济效益于社会效益。

通过这次对转塔刀架的设计，可以更大踏实的掌握机械设计基础知识和对数控机床的发展方向和趋势有更深的认识。同时可以提升自己机械设计的能力，通过总结在设计中的问题与经验，更好的为自己以后的机械设计之路打下基础，将来在工作中更好的发挥出自己的水平。

第2章机床转塔刀架总体方案设计

第2章机床转塔刀架总体方案设计

转塔刀架是转塔车床的重要部件之一，同时也是本次毕业设计机械部分的主要设计内容。转塔刀架上可以同时安装多把刀具，通过转塔头的旋转自动换刀，在转塔滑座的进给运动和液压驱动来实现自动循环加工。转塔刀架主要用于对轴类和盘套类零件的钻、扩、铰孔、攻丝等加工。在一次装夹过程中就能完成对零件的多个工序依次循环加工。

2.1转塔刀架的主要结构

转塔刀架作为转塔机床上刀具安放的重要部分，其结构设计关系到机床的加工精度、切削性能和自动化效率。本次设计的转塔刀架主要由转塔头、转塔滑座、圆柱齿轮、刀架主轴、圆锥齿轮、中心轴、拔叉、液压缸、油缸、离合器等几十个大小零件组成。其中转塔头可以安装刀具，在液压驱动下自动旋转可以更替刀具；转塔滑座提供进给运动，沿着滑座导轨的方向，辅助刀具参与到对零件的加工过程中；离合器在机器运转中可将传动系统随时分离和结合，通过离合器转塔刀架的运动可以改变速度；液压缸是将液压能转换成机械能并作往复直线运动的执行元件，其结构简单，工作可靠，运动平稳，广泛的运用于液压系统中。

2.2转塔刀架齿轮传动的设计

2.2.1齿轮传动类型选择

齿轮传动是应用非常广泛的一种机械传动，各种机床的传动装置中几乎都有齿轮的传动。在数控机床中采用齿轮传动装置可以使滚珠丝杠和工作台的转动惯量在系统占有较小的比重，同时保证工作台的运动精度。

齿轮传动的类型很多，一般常用的有直齿轮传动、斜齿轮传动、螺旋齿轮传动、圆弧圆柱齿轮传动、球面齿轮传动、内齿轮传动等。直齿轮传动在啮合时无轴向力，设计和制造比较简单，工作平稳性较差，噪声较大，广泛应用于平行轴间的传动；可做滑移变速齿轮和交换齿轮。螺旋齿轮传动在啮合时理论上是点接触，传动的效率和寿命较低，用于交叉轴间的传动，适用于进给、操纵及辅助传动链中[6]。圆弧圆柱齿轮传动是一种具有圆弧齿形的斜齿轮或人字齿轮，圆弧齿轮传动中理论上端面重合度等于零，连续传动要依靠螺旋线的轴向重合度来保证。圆弧齿轮实现等传动比连续传动应满足的条件是：齿廓不发生干涉，螺旋角大小相等而方向相反，模数相同，轴向重合度大于1。

由于本次设计的专用转塔车床的转塔刀架刀具传递范围和切削功率比较大以及加工的难易程度，承载能力要求较高。为了满足要求，所以选以斜齿圆柱齿轮传动来实现刀具的旋转。

2.2.2齿轮的主要参数和设计计算

1. 初步确定齿轮的基本参数和主要尺寸

1）计算小齿轮的名义转矩。

mm N mm N n P T ?=???=??=147680970

151055.91055.91161 2）选择齿轮类型。

初估齿轮圆周速度s m v /4≤。根据齿轮传动的工作条件（中速、中载，s m v /4≤等），可选用直齿圆柱齿轮传动，也可选用斜齿圆柱齿轮传动。选择斜齿圆柱齿轮传动。

3）选择齿轮传动的精度等级。

按估计的圆周速度，查表初步选用8级精度。

4）初选参数

初选： 12=β, 1z =25，2z =1z u=25?3.8=95，1x =2x =0

5）初步计算齿轮的主要尺寸。

因电动机驱动，载荷冲击，齿轮速度不高，非对称布置，轴的刚性较小，取K=1.5.查表得H Z =2.45；E Z =MPa 8.189；取εZ =0.8，βZ =0.989，MPa H P H P 5502==σσ。 初级计算出齿轮的分度圆直径1d 、模数n m 、中心距a 等主要参数和几何尺寸：

312112u u KT Z Z Z Z d d HP E H ±?????? ?

?≥?σβε =m m 328.318.311476805.12550989.08.08.18945.2+??????

? ????? = 63.03 mm

mm mm z d m n 466.225

12cos 03.63cos 11=?==

β 取标准模数mm m n 5.2=，则中心距

()()mm mm z z m a n 35.153952512

cos 25

.2cos 221=+?=+= β

第2章 机床转塔刀架总体方案设计

圆整后取mm a 155=。

调整螺旋角：

()()335314155

295255.2arccos 2arccos 21'''=?+?=+= a z z m n β 计算分度圆直径：

mm mm z m d n 583.64335314cos 255.2cos 11='

''?== β mm mm z m d n 417.245335314cos 955.2cos 22='''?==

β 注意：螺旋角β应精确到秒；分度圆直径至少要精确到小数点后两位，且两齿轮分度圆半径之和应等于圆整后的中心距，即()mm a d d 1552/21==+。

计算圆周速度：

s m s m d n v /28.3/60000

583.6414.39706000011=??==π 与估计值相近。

计算齿宽：

大齿轮 mm mm d b b d 65583.64112≈?===?

小齿轮 ()()mm mm mm b b 7056510~521=+=+=

2．验算齿轮的弯曲疲劳强度

1）计算当量齿数：

6.27335314cos 25cos 3311='''==

βz z v 8.104335314cos 95cos 3322='

''== βz z v 查机《械设计手册》得，;21.2,60.221==Fa Fa Y Y 78.1,62.122==Sa Sa Y Y ；

取9.0,7.0==βεY Y . 2) 计算弯曲应力：

βεσY Y Y Y m bd KT Sa Fa n F 111112=

11129.07.062.160.25

.2583.64651476805.12FP MPa MPa σ<=????????=

1

12212Sa Fa Sa Fa F F Y Y Y Y σσ= 210562.160.278.121.2112FP MPa MPa σ<=???

= 通过上面计算所得到的基本参数和尺寸能满足功能要求和强度要求，是一个可行的方案，齿轮的瞬时传动比恒定，工作平稳较高。

2.3刀架轴承的选用

选用轴承类型的时候，必须了解轴承的工作载荷（大小、性质、方向）、转速及其他使用要求，选择轴承类型应考虑以下主要因素。

1.轴承的刚性与调心性能

1）滚子轴承的刚性比球轴承高，故对轴承刚性的要求高的场合应优先选用滚子轴承。

2）指点跨巨大、轴的弯曲变形大或多支点轴，应选用调心型轴承。

3）圆柱滚子轴承用于刚性大，且能严格保证同心度的场合，一般只用来承受径向载荷。当需要承受一定轴向载荷时，可选择内外圈都有挡边的类型[7]。

2.轴承的载荷及转速

轴承转速及所受载荷的大小、方向和性质是选择轴承类型的主要依据：

1）相同外形尺寸下，滚子轴承一般较球轴承承载能力大，应优先考虑。

2）轴承承受纯的径向载荷，且速度高时一般可选用向心类轴承。

3）轴承承受纯的轴向载荷，一般可选用推力类轴承。当转速高且轴向载荷不十分大时可采用向心推力球轴承。

4）承受径向载荷的同时，还有不大的轴向载荷时，可选用深沟球轴承（向心球轴承）、接触角不大的角接触球轴承（向心推力球轴承）或圆锥滚子轴承。

5）承受轴向力较径向力大时，可选用接触角较大的角接触球轴承或圆锥滚子轴承，或者选用向心轴承和推力轴承组合在一起的结构，以分别承担径向载荷和轴向载荷。

6）载荷有冲击震动时，优先考虑滚子轴承[8]。

3．轴承的安装和卸载

1）在轴承座不剖分而且必须沿轴向安装和卸载轴承时，应优先选用内外圈可分离轴承。如圆锥滚子轴承和圆锥滚子轴承等。

2）在光轴上安装轴承时，为便于定位和拆卸，可选用内圈孔为圆锥孔（用以安装在

第2章机床转塔刀架总体方案设计

锥形的紧定套上）的轴承。

4.经济性

1）与滚子轴承相比，球轴承因制造容易，价格较低，条件相同时考虑优先选用。

2）同型号尺寸公差等级为P0、P6、P5、P4、P2的滚动轴承价格比为1：1.8:2.3:7:10。在满足使用要求情况下，应优先选用0级公差轴承[9]。

本次刀架轴承的选用通过轴承的刚性与调心性能、轴承的载荷和转速、轴承的安装也卸载、轴承的经济性的考虑，深沟球轴承主要承受径向载荷，也可以承受一定的载荷，价格低廉，应用广泛；圆柱滚子轴承能承受较大的径向载荷，不能承受轴向载荷，适用于重载和冲击载荷，以及要求支承刚性好的场合。所以转塔刀架选用深沟球轴承和圆柱滚子轴承来承受径向载荷。

2.4刀架轴上零件选用的固定方式

2.4.1 轴上零件轴向固定方式

1）轴肩固定，结构简单、定位可靠，可承受较大的轴向力。

2）套筒固定，结构简单、定位可靠，轴上不需开槽、钻孔和切制螺纹，因而不影响轴的疲劳强度。一样用于零件间距离较小场合，以免增强结构重量。

3）圆螺母固定，固定可靠，拆装方便，可承受较大的轴向力。由于轴上切制螺纹，使轴的疲劳强度降低。常用于双圆螺母或圆螺母与止动垫片固定轴端零件，当零件间距较大时，亦可用圆螺母代替套筒以减小结构重量。

4）轴端挡圈固定，适用于固定轴端零件，可承受剧烈震动和冲击载荷。

5）弹性挡圈固定，结构简单紧凑，只能承受很小的轴向力，常用于固定滚动轴承。

2.4.2 轴上零件的周向固定方式

1）平键固定，制造简单，拆卸方便，对中性好。用于较高精度、高转速及受冲击或变载荷作用下的固定连接中，还可用于一般要求的导向连接中。

2）紧定螺钉固定，结构简单，不仅可以纵向定位，还能轴向定位，承受不大的轴向力。

3）花键固定，承载能力高、定心性及导向性好，制造困难，成本较高。适用于载荷较大，对定心精度要求较高的滑动联接或固定联接。

2.5转塔刀架转塔头结构设计

旧时的转塔机床都采用转台式自动换刀装置。本次设计的转塔机床的换刀采用转塔头式换刀装置。其转塔头的各面都具有专用刀具的安装孔，可以同时安装多把刀具。在加工过程中，可以根据零件的不同要求来跟换不同的刀具来进行加工，提高生产效率。转塔头在设计中拆装简单方便，降低了操作的难度，可以在必要的时候更换转塔头。为了提高转塔头在加工的效率，采用由液压驱动依次转位的方式，变换加工刀具[10]。转塔头不同于普通机床的转塔头，它可以在一般转塔头的基础上进行了改进，可以安装更多的刀具。

转塔头的结构图如图2-1所示。

图2-1转塔刀架的转塔头

2.6转塔刀架转塔滑座结构设计

转塔刀架的滑座是和转塔刀架的转塔头安装在一起的，转塔滑座按照导轨的方向运

第2章机床转塔刀架总体方案设计

动。转塔头上安装的刀具在转塔滑座的提供的进给运动下，对零件进行加工，保证零件上的各个工序的完成。转塔滑座是由进给油缸提供动力进行运动，其行程是由定位鼓中的定位螺杆所控制的。滑座的合理设计能够保证机床的工作效率和加工零件的尺寸精度。

转塔滑座的结构图如图2-2所示。

图2-2 转塔刀架的转塔滑座

转塔滑座是转塔刀架的重要的零部件，它在液压系统的驱动下对刀架进行进给运动。此外转塔刀架的零部件还有中心轴﹑液压缸、拔叉、定位鼓﹑定位螺杆﹑齿轮等。

2.7转塔刀架滑座导轨结构设计

转塔刀架的滑座是沿其导轨运动的，因此导轨的设计对刀架的运动方式和方向有重要的作用。导轨的质量对机床刚度、加工精度和使用寿命具有很大的影响。作为机床进给系统的重要环节，数控机床的导轨比普通机床的导轨要求更高。希望其高速进给时不

发生振动，低速进给时不出现爬行，领命度高，耐磨性好，可在重载下长期连续工作，精度保持性好等。

滚动导轨的摩擦因数小，摩擦因数一般在0.0025~0.005的范围内，动、静摩擦因数基本相同，启动阻力小，不易产生冲击，低速运动稳定性好；定位精度高，运动平稳，微量移动准确；对防护的要求高，结构复杂；磨损小，精度保持性好，寿命长[11]。

本次设计选用滚动导轨块，他是一种滚动体做循环运动的滚动导轨。它有防护板、端盖、滚珠、导向片、保持器和本体组成。在使用时，滚动导轨块安装在运动部件的导轨面上，每一段导轨至少用两块，导轨块的数目与导轨的长度和负载的大小有关，与之相配的导轨多用镶钢的导轨。当运动部件移动时，滚珠在支承部件的导轨面与本体之间滚动，同时又绕本体循环滚动，滚柱与运动部件的导轨面不接触，因而该导轨不需硬磨光。滚动导轨块的特点是刚度高，承载能力大，便于拆装。

2.8 转塔刀架总体方案设计和选用

2.8.1转塔刀架的主要运动原理

转塔刀架的进给运动主要分为两部分：立刀架沿着立刀架支架作上下的垂直进给运动和沿着床身作左右的纵向进给运动。转塔头装在转塔滑座，滑座可沿床身导轨作纵向进给运动，有进给油缸驱动。滑座移动行程由定位鼓中的螺杆控制。定位鼓端面上装有十个定位螺杆。砖塔头转一次位，经套、锥齿轮和轴使定位鼓也转一次位，以变换相应的定位杆。

转塔刀架是由液压系统进行控制，加工循环结束后，床鞍退至床身末端，刀架进行转位。刀架转位时，油缸通过杠杆带动中心轴控制转塔头抬起，使刀架转过36°。转位后，刀架由定位螺杆定位，转位油缸回油复位，至此转塔刀架转位结束。

油缸中的活塞杆带动杠杆下移时，则杠杆下移时，则杠杆的左端，经中心轴将砖塔头抬起，使定位销离开滑座。此时，有拨叉将离合器与齿轮端面齿啮合，再由油缸中的和齿轮相啮合的活塞齿条作往复运动，经齿轮、离合器、花键套、盖带动转塔头转位或作反靠定位。转位和定位完毕后，活塞杆上升，由杠杆和中心轴等夹紧转塔头。若杠杆右端挡块压下微动开关时，发出讯号，使滑座进给和主轴转动作切削加工[12]。

2.8.2转塔刀架的主要结构设计

转塔车床的刀架是转塔车床比较重要的部分之一，它由转塔头、转塔滑座、定位螺

第2章机床转塔刀架总体方案设计

杆、油缸等部件组成。其中转塔头和转塔滑座是最为重要的零件，转塔刀架可以安装十多把刀具，每次完成一个工具后可以顺序转位，刀具按顺序自动参与加工活动，从而提高机床的加工效率。

对于一些精度要求高的零件，转塔刀架的加工方式有所不同。一般转塔刀架先退刀，然后应先微抬，使刀尖不擦伤工件表面。并且转塔刀架纵向进给行程由定位鼓上的定位螺杆精确控制。定位鼓端面上装的十个定位螺杆与刀架上十个刀具互相对应，当刀架转位时，定位鼓由轴端齿轮传动，也作相应的转位。在零件的加工中转塔刀架在液压系统的控制下实行自动循环。转塔刀架自动循环为：滑座快进—工进—快退—转塔头松开和抬起—转塔头转位—转塔头反靠定位—转塔头夹紧。

转塔刀架安装在床身上转塔刀架的结构如图2-3所示。

图2-3 转塔刀架结构图

表2-1 转塔刀架各零件

第3章刀架辅助元件的设计和选用

第3章刀架辅助元件的设计和选用

转塔刀架除了有转塔头、转塔滑座、齿轮、刀架主轴、轴承等基本元件外，还有很多辅助元件，如油缸、液压缸、拔叉、活塞杆、定位销、杠杆等。从转塔刀架的工作原理看，这些辅助元件起了非常重要的作用，从而保证了转塔刀架的正常工作和运动。他们对系统的正常工作、工作效率、使用寿命等影响极大。因此，在设计、制造和使用转塔机床的时候，对辅助元件必须足够的重视。

3.1油缸的设计和功能

油缸的用途主要是存储油液，此外还可以起到散热、逸出混在油中空气、沉淀油液中污物等作用，有时还兼作液压元件安装台。油缸中的散量是决定油缸容量、结构的主要因素。油缸中得热量经过油与油、油与金属、金属与空气的接触而传导到低温的大气中去得。在散热过程中油与油之间的导热性最差，是散热的主要矛盾。单纯依靠增大油缸容积提高散热效果是不显著的。为了加快油缸中的油液不断流动，是热油与箱避充分接触。

油缸在设计的时候考虑到吸油管和回油管距离应尽量远，吸油侧和回油侧用隔板隔开，以增大油箱内油液循环的距离，这样有利于油液的冷却和油液中得气泡冒出，并使杂质沉淀在回油管一侧。隔板的高度约为右面高度的四分之三。油缸上得盖板及油管进、出口加密封装置，注油口应有虑油网。密封的油缸应有通气孔，以使在通常情况下油缸内的压力保持为大气压。油缸便于维修和清洗，为了便于放油，油箱的地面有适当的斜度，并设置放油阀，在油缸侧壁易见处设置油位显示器[13]。

3.2 滤油器的设计

液压系统中适用的液压油中含有各种的杂志。这些杂质可引起运动零件表面划伤，加速零件的磨损、使寿命降低，同时杂质还会堵塞节流口以及引起滑阀卡死等，造成工作部件的运动不稳定、动作失调等故障。严重的会使液压系统无法工作，因此为保持油液的清洁对油液进行过滤是十分重要的。

滤油器的种类很多，对它们的基本要求是：对于一般液压系统在选择滤油器时，应考虑使油液中得颗粒尺寸小于液压元件缝隙尺寸；对于随动液压系统，则应选择过滤精度很高的路由器。对过滤油器的一般要求是：在一定的温度下，有良好的抗腐蚀性和足

够的寿命；清洗维修时比较方便，容易更换过滤的材料；过滤器有一定的机械强度，使其不受油的压力而损坏；本机床在选用网式滤油器，过滤精度与铜丝网层数及网孔大小有关，安装在吸油管上。其结构简单，通流能力大，清洗方便。

3.3 液压缸的设计

3.3.1 液压缸的选择

液压缸有多种类型，按照输出运动形式可分为推力液压缸和摆动液压缸；按照作用的方式可以分为单作用式和双作用式；按照结构特点又可以分为活塞式、柱塞式、组合式和摆动式液压缸四种类型。

1）柱塞式液压缸，简称柱塞缸，是一种单作用的液压缸。柱塞缸的缸筒固定，工作部件与柱塞相连，由柱塞带动只能向一个方向运动，回程时需要外力或者自重驱动。

2）活塞式液压缸，按照其结构分又可以分为单杠式和双杠式两种，其固定方式有缸体固定和活塞固定两种。

3）伸缩液压缸，又称多级液压缸或组合液压缸，是一种应用比较广泛的专用液压缸。按完成一次工作循环的供液次数不同，可分为单作用和双作用多级液压缸，其中单作用多级液压缸为柱塞式伸缩液压缸，双作用多级液压缸为活塞式伸缩液压缸[14]。

由于转塔车床的上的进给传动运动主要分为两部分：立刀架沿着立刀架支架作上下的垂直进给运动；转塔刀架沿着床身作左右的纵向进给运动。该液压缸主要用于驱动刀架主轴的直线往反运动.故选用双作用单杆活塞缸。

3.3.2 液压缸主要尺寸的计算

液压缸的主要尺寸指缸筒内径D 和活塞杆直径d 等。液压缸的内径和活塞杆的直径的确定方法和使用的液压缸设备类型有关，通常根据液压缸的推理和液压缸的有效工作压力来决定。液压缸的缸筒直径D 的计算有以下两种方法：一是按作用力（负载）大小和预选的设计压力进行计算；二是按活塞的运动速度要求和液压缸的流量进行计算。无论采用上述何种方法，计算出来的液压缸内径D 应按国家标准规定的缸筒内径系列圆整为标准值。液压缸的工作压力MPa p 41=。为了快进、快退速度相等，选212A A =差动液压缸。液压缸有杆腔压力2p 必须大于无杆腔1p ，计算两者差MPa p p p 5.012=-=?；液压缸回油腔应有背压，设背压为MPa 6.0；

计算液压缸的主要尺寸：