电主轴数控刀架的关键技术研究

论文摘要

数控刀架作为数控车床的核心功能部件之一,其性能的优劣,直接影响着车床的加工效率和加工精度。随着高速化开放式伺服电机及驱动技术的发展,伺服电机驱动刀架技术逐渐成为现实。伺服电机代替了预定位装置、发信装置,简化了刀架结构,提高了刀架可靠性,缩短了换刀时间,大大提高了刀架的性能。电主轴是近年来出现的一种高新技术产品,其转动惯量小,快速响应性好,相对于伺服电机而言,电主轴的优势在于其能在低速端输出大扭矩,从而可以直接驱动刀架转位而不用像伺服电机驱动刀架转位时需要多级齿轮减速机构,进一步简化刀架的结构,有很高的实际应用价值。因此本文对电主轴数控刀架进行了研究设计。论文的主要研究内容如下：第一、了解数控刀架的国内外研究现状,研究国内外数控刀架的各种结构,分析各种结构的特点、应用场合及优缺点,分析电主轴的特点及其驱动刀架的可行性,对电主轴数控刀架进行特性分析。第二、根据电主轴自身的结构及特点,设计一种数控卧式转塔刀架。借鉴国内外数控刀架的结构,对其进行设计,包括定位机构、转位机构、控制装置、密封装置等。第三、对电主轴数控刀架的松开与锁紧机构进行设计,主要是对刀架的液压缸进行设计,计算与刀架液压系统有关的参数,并计算夹紧力的大小,选择合适的电主轴型号。第四、对电主轴数控刀架的转位控制技术进行研究,分析数控刀架刀具的识别方式、刀具的选择方式,并分析刀架双向转位就近换刀的原理,学习编码器和可编程控制器(PLC)的工作原理,编制自动换刀的PMC程序。第五、对电主轴数控刀架进行三维建模及仿真,首先用三维软件PRO/E建立电主轴数控刀架的三维模型,并将模型导入ADAMS软件进行运动学和动力学仿真,在运动学仿真中观察电主轴数控刀架的运动过程,并测出运动部件的运动曲线。在动力学仿真中,模仿实际加工中刀架的受力情况,测出齿盘轴向的受力,以此对夹紧力的大小进行验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 数控刀架概况
• 1.2.1 数控刀架的基本结构
• 1.2.2 数控刀架技术的发展演变
• 1.2.3 数控刀架的国内外研究现状
• 1.2.4 数控刀架的发展趋势
• 1.3 虚拟样机技术
• 1.3.1 虚拟样机技术概念
• 1.3.2 虚拟样机技术发展概述
• 1.4 电主轴
• 1.4.1 电主轴的概念
• 1.4.2 电主轴融合的技术
• 1.5 课题主要研究内容及章节安排
• 1.5.1 本课题的研究内容
• 1.5.2 本文的章节安排
• 1.6 本章小结
• 第2章 电主轴数控刀架的特性分析
• 2.1 数控刀架的分类
• 2.2 电主轴数控刀架的总体方案设计
• 2.2.1 动力源的选择
• 2.2.2 分度、转位机构
• 2.2.3 控制方式
• 2.2.4 定位机构
• 2.2.5 夹紧机构
• 2.2.6 装刀装置
• 2.2.7 机械密封
• 2.2.8 设计总结
• 2.3 端齿盘参数的选择
• 2.4 本章小结
• 第3章 电主轴数控刀架的松开与锁紧技术
• 3.1 液压原理
• 3.2 设计要求和电主轴型号的选用
• 3.3 液压缸的设计
• 3.4 电主轴参数的校验
• 3.5 本章小结
• 第4章 电主轴数控刀架的转位控制技术
• 4.1 刀具的选择方式
• 4.2 刀具的识别方式
• 4.3 可编程控制器
• 4.4 刀架双向转位就近换刀过程的控制
• 4.4.1 双向转位就近换刀的原理
• 4.4.2 自动换刀PMC程序的编制
• 4.5 本章小结
• 第5章 电主轴数控刀架的三维建模及仿真
• 5.1 电主轴数控刀架的三维建模
• 5.1.1 主要零部件建模
• 5.1.2 虚拟装配
• 5.2 电主轴数控刀架的运动学和动力学仿真
• 5.2.1 数控刀架的运动学仿真
• 5.2.2 数控刀架的动力学仿真
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 附录1. 自动换刀的PMC程序