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摘 要

动力刀架是数控车床和车铣复合加工中心最普遍的一种辅助装置，它能够实现机床的刀具储备、刀具的自动交换和装夹刀具完成切削加工等多种功能。双伺服动力刀架属于中高档刀架，其转位和动力刀具是由两个动力源所驱动的，它的性能直接影响数控机床的加工精度和加工效率。刀架驱动模块结构参数是影响刀架性能的关键因素之一，因此本论文基于对某型号双伺服动力刀架驱动模块应力分析，为提高其传动平稳性针对六级七齿轮的传动方案进行优化。根据优化结果，刀具驱动模块的传动平稳性能及齿向受力状态均有所改善，在一定程度上提高了切削加工的精度及稳定性，降低了受力不均并可延长刀架的使用寿命。本研究为动力刀架及相关结构的分析优化提供一定的参考。

关键词：动力刀架刀具驱动模块优化设计齿轮传动

Optimization of Tool Drive Module for Double Servo Driven Turret

Abstract

The power tool turret is the most common auxiliary device for CNC lathes and turning and milling compound machining centers. It can realize multiple functions such as tool storage, automatic exchange and clamping tool cutting for CNC lathes and turning and milling machining centers. The indexing of the double-servo power tool rest and the drive of the power tool are driven by different power sources, respectively. Its performance directly affects the machining accuracy and machining efficiency of the CNC machine tool. The structural parameters of the tool carrier driving module are one of the key factors affecting the performance of the tool turret. Therefore, this paper is based on the analysis of the stress of the drive module of a certain type of dual servo powered tool carrier and optimized for the transmission stability of the six-grade seven gear. . According to theresultsofoptimization, the smooth of driving performance and tooth-tooth force status of the tool driving module are improved, which improves the precision and stability of the cutting processing to a certain extent, reduces the uneven stress and can prolong the service life of the tool holder. . This study provides a certain reference for optimization of the dynamic tool holder and related structures.

KeyWords:Power tool Turret ；drive module ofTool ; optimization design ；gear drive

目录

摘要 II

Abstract III

第一章绪论 1

1.1课题背景及意义 1

1.2研究现状 2

1.3课题研究的意义 4

1.4 主要研究内容 4

第二章 优化方案对比及经济性分析 6

第三章 动力刀架的结构及工作原理 7

3.1数控刀架的介绍及分类 7

3.2动力刀架功能部件介绍 8

3.3 AK33125双伺服动力刀架的工作原理 8

第四章AK33125双伺服动力刀架的建模 12

4.1主传动及主轴的建模 12

4.2活塞和三联齿盘的建模及工作原理 13

4.3动力传动模块的建模 15

第五章 驱动模块计算及优化 17

5.1齿轮的受力计算 17

5.2优化计算 23

5.3其余各模数的优化计算 25

5.4优化情况与结论 34

第六章 总结与展望 37

参考文献 38

致谢 40

第一章绪论

1.1课题背景及意义

在国家经济的快速发展，以及国家《中国制造2025》计划的出台的背景下，传统制造业迎来新的机遇，车削及车铣复合加工中心的发展与传统制造业的发展紧密相关，在轴承、纺织机械、钢材厂等重要领域对机床加工要求越来越高，而作为影响机床性能的关键功能部件之一的动力刀架在各类机床及车削加工中心的性能改良中扮演着越来越重要的角色，动力刀架可以同时实现数控车床的刀具储备、刀具的快速自动交换并夹持刀具进行精确切削等功能，性能优良的双伺服动力刀架相比一般的传统刀架，加工精度和加工效率等方面都有着很大的提升。而部分动力伺服刀架在高速和高精度的加工过程中，存在传动过程中精度损失过大，机械振动导致刀架寿命降低等缺陷，因此研究影响动力刀架的传动系统等相关机构，能有效提高数控机床的性能。对促进机床产业的发展具有重要理论意义和实际应用价值^[1]。鉴于动力刀架在机床加工中的重要作用，目前这一产品也是机床企业和刀架制造商的必争之地。目前在国内动力刀架市场主要存在两大类产品，一种是单伺服动力刀架，单伺服动力刀架属于比较高端的产品，且技术含量非常高，由于能生产单伺服动力刀架的生产厂家并不多，价格比较昂贵，单伺服动力刀架的控制主要是由PLC或数控系统完成的。另外一种是双伺服动力刀架，其传动包括两部分：主传动和刀具动力传动，两部分分别由两个伺服电机驱动^[3]。随着产业的发展，我国企业对于双伺服动力刀架采购量很大。而国内产品在转位精度等性能指标上与国外的同类产品尚有很大的差距，根据调研结果，在同类产品中，大多数中国企业仍然会采用国外的产品，究其原因是国内伺服刀架在稳定性上还有很大的进步空间。在当前的形势下，为我国数控机床产业得到更高的发展和提高，亟需高水平的拥有自主知识产权的机床功能部件产业作为支撑，已成为国内机床行业的主要共识^[4]

动力刀架是中高档数控机床的重要功能部件，是集机械、电子、液压、计算机及通信为一体的机电一体化产品，结构上包括刀架本体、刀具驱动模块和刀盘驱动模块，双伺服动力刀架的刀盘的转位与刀具的转动由不同的动力源驱动，通过分析大量的对刀架的研究资料发现，驱动模块参数是决定动力刀架性能的重要因素之一，目前市场上的机床的主要问题是刀盘转位的精度不够和动力传动中由于传动的振动导致加工精度不满足要求。转位系统通常是由一个电机齿轮，两个齿轮轴和一个大齿轮组成的三级减速齿轮传动。刀具驱动模块的传动有多级齿轮传动、同步带传动等传动方案，本课题针对六级七齿轮的传动方案进行优化。

1.2研究现状

而国内外对齿轮传动得的研究分析一直很受大家的重视，有大量的学者投入大量时间和精力进行相关的研究，而且取得很多重要成果。王玉新、杨柳等人利用齿轮的啮合原理，在ANSYS软件中建立了齿轮的精确的有限元模型，在计算过程总结出了如何利用ANSYS软件在计算齿轮齿根应力时选取参数。之后对在对该原则下建立的ANSYS模型进行计算，以此来验证其总结的参数选择原则的正确性^[5]。林腾岐、李润芳则主要研究了通过有限元分析计算得连续多个齿轮啮合时齿轮的受力状态，并研究了各个参数对于齿轮受力的影响，在各个参数中摩擦因数产生的影响不大。^[6]。

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