曲轴复合车削机床传动链和换刀装置的设计研究

摘要

曲轴加工复合车削机床（国家发明专利（已公开））是以曲轴主轴颈和连杆颈加工为主的全新曲轴加工机床，利用连杆机构使刀具跟随连杆颈外圆作同步跟随圆周切削运动，实现一次装夹完成主轴颈和连杆颈外圆的车削加工。对其进行设计和研究将有效改善曲轴的加工工艺，降低曲轴制造成本，提高曲轴加工质量和加工效率。该机床的工作原理是刀架跟随连杆颈外圆作同步跟随圆周切削运动，所以对曲轴和刀架（刀具安装在刀架上）的同步精度提出了很高的要求，另外根据该机床的加工工艺，对曲轴半精加工需要三把车刀切削，为实现“一次装夹，完全加工”，设计一套符合该机床的换刀装置是有必要的。本论文完成了以下主要研究工作：
　　（1）完成曲轴和刀架同步误差理论分析。通过坐标系的变换,完成了从理论上证明曲轴和刀架同步精度对复合车削机床加工精度的重要性和敏感性。根据曲轴半精加工的圆度形位公差的精度要求，反推出曲轴和刀架的同步误差范围。
　　（2）计算了现有进给传动系统中齿轮副侧隙的传动误差，得出其误差远远大于半精加工曲轴所要求的圆度形状公差。并指出在刀架重力和切削反力的作用下，齿轮副和花键之间存在侧隙传动误差，会导致曲轴和刀架不同步的问题。
　　（3）完成了对进给传动系统的优化设计。根据以上的理论分析和影响因素，提出了两种提高曲轴和刀架同步精度的方案，一种是缩短进给传动链的方案，同时推导出可变距挂轮传动距离、齿轮尺寸大小和伸张角度之间的关系，并给出计算的具体公式。提出了进给传动链零侧隙传动的设计方案，采用双齿轮柔性零侧隙传动，并给出该传动方法的参数关系和计算公式。另一种是对刀架的动力输入端改进设计，采用摩擦力的方式来抵消刀架重力和切削反力对刀架的作用，消除因刀架重力和切削反力在某阶段对刀架运动件做正功而拉大传动链间隙。
　　（4）设计了一套符合曲轴复合车削机床的换刀装置，并绘制出该换刀装置的总体设计工程图和各零部件的二维工程图，为了尽可能的减轻换刀装置的质量，对箱体进行了拓扑优化，在满足刚度的前提下，尽可能的减少换刀装置箱体的质量，最终设计出一套重复定位精度高、分度精度高且质量轻的换刀装置。

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第1章 绪论

1.1课题研究的背景

1.2课题研究的目的、意义

1.3课题研究的国内外现状

1.4课题的研究内容及方法

第2章 复合车削机床相位误差理论分析

2.1复合车削理论分析

2.2双坐标变换理论

2.3相位误差理论分析

2.4曲轴连杆颈加工精度要求

2.5本章小结：

第3章 现有传动系统传递误差分析及成因分析

3.1现有传动系统描述

3.2相位误差成因分析

3.3齿轮副侧隙对传动系统精度的影响与计算

3.4本章总结

第4章 传动系统的改进设计

4.1进给传动系统的改进方案

4.2摩擦消隙方法

4.3本章小结

第5章 换刀装置的设计及优化

5.1换刀装置的性能要求

5.2换刀装置的设计

5.3关键零部件的设计

5.4换刀装置箱体的优化设计

5.5换刀装置的最终技术参数

5.6本章小结

第六章：总结与展望

6.1总结

6.2展望

致谢

参考文献