机械 毕业设计 论文 课程设计

摘 要
卧式八轴转塔头是一种自动换刀装置。它带有八根完全相同的主轴，采用液压抬
起、分度和夹紧，转塔的定位采用鼠齿盘结构。转塔头的动作顺序为主轴停转，传动
主轴的滑动齿轮脱开，转塔头抬起，然后转位、下降、定位和夹紧，传动主轴的滑动
齿轮进入啮合，主轴转动，即可开始加工。一般可以完成钻、扩、铰、攻丝、镗孔、
车端面和铣削等工艺内容。从而大大提高了生产效率，在中小批量生产中得到广泛应
用。
卧式八轴转塔头包含了主要的机械零部件，因此本文涉及了主轴、齿轮、轴承、
键、联接件、液压缸等等零件的结构设计和校核，在设计过程中运用了类比的设计方
法和大胆的组合设计创新方法，改善了主轴夹紧刀具装置和提出了两坐标运动使液压
拨叉实现零磨损的想法。
由于近两年开发的伺服电机驱动刀架和采用模块化设计带铣削功能的动力刀架，
使国内数控刀架技术向高速化、复合化方向发展。相信数控转塔刀架技术的应用将更
能有效提高生产效率和产品的质量。
关键词：卧式；转塔头；自动换刀；零磨损；刀架

ABSTRACT
The horizontal eight shafts turret-head is an automatic equipment which can change
tools by order. It is made up of eight same shafts and can do a series of movement, includs
lifting, turning, clamping by hydraulic pressure, and locating by dentate disc. The
turret-head can realize a series of movements in order as follows, stopping spindle, the
sliding gear devided from spindle driving, turret-head rising, and then locomotion, descend,
positioning and clamping. After spindle sliding into gear meshing, spindle will start working.
Generally it can carry out drilling, expansion joints, tapping, boring, milling etc. Thus it
greatly improves the efficiency of production, and it is widely used in small and
medium-sized manufacturing.
The horizontal eight shafts turret-head is composed of many mechanical components.
So this paper refers to the design and the check of main shaft , gear, bearing , hydraulic
cylinder, key and bolt etc.. With the combination of analogy and innovation throughout ,we
have improved the spidle clamping device and have come up with the idea that the two
coordinates hydraulic movable fork enables the wear to be zero.
With the exploitation of the servo motor-driven carrier and milling carrier designed
with modular method in last two years, domestic CNC technology developed toward the
direction of high speed and complexibility. We believe that the application of tool carrier
will improve producing efficiency and the quality of products.
Keywords : Horizontal; Turret- head; Automatic Tool Changing; Zero Wear Rate;Tool
Carrier

目 录
摘要………………………………………………………………………………………Ⅰ
Abstract ………………………………………………………………………………Ⅱ
第1 章 绪论……………………………………………………………………………1
1.1 选题的背景…………………………………………………………………1
1.2 转塔头在数控机床上应用的历史与现状…………………………………… 1
1.2.1 数控刀架技术发展演变…………………………………………………1
1.2.2 基本结构不断的改进与完善……………………………………………2
1.2.3 国内外数控刀架最新技术发展状况……………………………………2
1.3 研制转塔头的目的和意义……………………………………………………3
1.4 主要工作…………………………………………………………………………3
第2 章 转塔头的结构设计 ………………………………………………………4
2.1 方案论证…………………………………………………………………………4
2.2 电动机的选择………………………………………………………………4
2.2.1 电动机的类型及选用……………………………………………………4
2.2.2 电动机的参数…………………………………………………………5
2.3 主轴切削力和最大扭矩的计算………………………………………………5
2.3.1 由实验法确定主轴切削功率……………………………………………5
2.3.2 主轴传动系统的计算转速n c …………………………………………6
2.3.3 确定主切削力Pπ 和主轴上的最大扭矩MK …………………………8
2.4 主轴的结构设计………………………………………………………8
2.4.1 轴的分类及特点…………………………………………………………8
2.4.2 轴的材料及热处理 ……………………………………………………8
2.4.3 轴颈的估算…………………………………………………………8
2.4.4 轴的设计需要考虑的问题……………………………………………10
2.4.5 轴的结构设计步骤……………………………………………………13
2.4.6 主轴的校核……………………………………………………………15
2.5 齿轮的结构设计及校核………………………………………………………17
2.5.1 齿轮的参数确定………………………………………………………17
2.5.2 校核齿根弯曲疲劳强度………………………………………………19
2.5.3 对主轴齿轮进行结构形式的设计……………………………………20
2.5.4 其它齿轮的结构设计…………………………………………………21
2.6 键的设计与校核……………………………………………………………23
2.6.1 键连接的类型、特点及应用…………………………………………23
2.6.2 键的选择和联接强度校核……………………………………………24
2.6.3 键的材料、类型、尺寸的确定………………………………………26
2.7 轴承的设计选择……………………………………………………………27
2.7.1 轴承的类型……………………………………………………………27
2.7.2 类型选择………………………………………………………………28
2.7.3 尺寸系列、内径等的选择……………………………………………29
2.7.4 滚动轴承失效形式和设计约束………………………………………29
2.7.5 轴承的校核……………………………………………………………30
2.8 本章小结……………………………………………………………………32
第3 章 中心液压缸的设计………………………………………………………33
3.1 中心液压缸的设计………………………………………………………………33
3.2 螺栓强度的校核…………………………………………………………………35
3.3 本章小结…………………………………………………………………………36
结论………………………………………………………………………………………37
参考文献 ………………………………………………………………………………38
致谢………………………………………………………………………………………39
附录………………………………………………………………………………………39

参考文献
[1] 机电一体化技术手册编委会．机电一体化技术手册（二版）[M]．北京：机械工业
出版社，1999．
[2] 冯勇．现代计算机数控系统[M]．北京：机械工业出版社，2006．
[3] 戴长贤.带转塔头和自动换刀装置的机床[J]．组合机床通讯，1979，(10)，51-52．
[4] 太原市金属切削刀具协会.金属切削实用刀具技术（第2 版）.北京：机械工业
社,2002.
[5] 龚定安，赵孝昶，高化．机床夹具设计[M]．西安：西安交通大学出版社，2002．
[6] 顾崇衔，等．机械制造工艺学[M]．西安：陕西科学技术出版社，2000．
[7] 邹吉权．公差配合与技术测量[M]．重庆：重庆大学出版社，2003．
[8] 大连组合机床研究所．组合机床设计[S]．北京：机械工业出版社，1975．
[9] 大连组合机床研究所．组合机床设计参考图册[S]．北京：机械工业出版社，1975．
[10] 孔凌嘉，张春林，彭荣济．机械基础综合课程设计[M]．北京：北京理工大学出
版社，2004．
[11] 颜荣庆．液压与液力传动[M]．北京：人民交通出版社，1988．
[12] 李洪．机床实用设计手册[S]．辽宁： 辽宁科学技术出版社，1999．
[13] 王三民，诸文俊．机械设计与原理[M]．北京：机械工业出版社，2000．
[14] 刘书华．数控机床与编程[M]．北京：机械工业出版社，2001．
[15] 朱晓春，吴祥．数控技术[M]．北京：机械工业出版社，2001．
[16] Northman Co.l_td. Position Index Motor, 2001．
[17] Koren Y, Heisel U , Jovine F , et al. Reconfigurable manufacturing systems. Annals of
the CIRP , 2004．
[18] Jack Hollingum. Bi-Directional Tool Turrets, PRA 一GATI Engineering Works，2001．