论文总字数：21742字

摘 要

本论文介绍的是数控转塔刀架的结构设计及有限元分析。该转塔刀架主要由两大部分组成，其分别是刀库以及换刀机械手。其中刀库则是设计成了盘状形的结构,安置在了数控机床的立柱上面，其刀库的容量则设计限定为六把,而它的选刀方式则是运用了按顺序选到的原则。对于机械手来说，这里采用的则是回转式双臂机械手。

刀具的自动换刀过程及刀具的移动是由转塔刀架的回转分度来实现的，因此其科技水平较高，其设计规范也已经逐渐走向于专业化发展。因此要想快速发展我国的数控机床行业，则数控刀架的研究就是重中之重。随着科学技术的飞速进步，数控机床对于刀架的设计也有了很大的改变。比如加数控工中心则是采用了换刀机械手与刀库组合而成的机构的形式来设计，做到了同时安装多把刀，其不仅可以做到自动进行换刀，而且其可以安放的刀具的数量也变成了最多可以放置上百把，其换刀的时间也比原来大大的减少了很多倍。所以说，不管是数控刀架的结构，还是它的性能，这些东西都能够使数控机床的工作效率和其工作能力受到很大的影响，体现了当前数控机床的设计和制造的水平。

关键词：数控转塔刀架；刀库；换刀机械手；有限元分析

Structure Design and finite element Analysis of tool frame for NC turret

abstract

This paper introduces the design and finite element analysis of NC turret tool holder.The turret cutter base is mainly composed of tool storehouse and tool changing manipulator.The cutter storehouse adopts disk-shaped structure, installed on the left side of the machine tool above the post, the capacity of the cutter library is six, using the sequential tool selection method.The manipulator is a rotary dual-arm manipulator.

CNC turret tool holder has rotation index to realize the automatic exchange of cutting tools and the transmission of rotary power cutting tools, so it has a very high technical capacity, and has gradually tended to the development of specialization.Therefore, it has caused the Chinese CNC machine tool industry to attach great importance to the research of NC turret tool frame. The CNC tool frame is an important part for installing and placing knives. With the rapid development of automation technology, the design of the tool frame has also changed greatly. For example, the processing center adopts a combination of a knife library and a cutter manipulator. It has installed many knives at the same time and has also realized the function of automatic knife replacement. The number of tools installed in this tool bank has also increased from several to dozens. The time for changing the knife also decreased from the original ten seconds to seconds or even seconds. Therefore, the structure and performance of the CNC tool frame can often directly affect the cutting performance and

cutting efficiency of the machine tool, reflecting the level of mechanical design and manufacturing technology of the machine tool.

Key words: CNC turret tool holder，Tool storage，tool changing manipulator，finite element analysis

目 录

摘 要 I

abstract II

第一章 绪 论 1

1.1研究背景 1

1.2国内对转塔刀架的研究 1

1.3国外对转塔刀架的研究 1

1.4 国内外发展对比 2

第二章 设计方案 3

2.1数控转塔刀架的设计 3

2.2 XKA5032A/C数控铣床及其主要参数 3

2.2.1其主要结构特点 3

2.2.2其主要规格及技术参数 4

2.3初步确定其自动换刀装置的设计参数 4

2.4确定自动换刀装置的类型 4

第三章 刀库的结构设计及三维模型 6

3.1确定刀库容量 6

3.2确定刀库形式 6

3.3刀架轴的结构设计及计算 6

3.4电动机的选择 8

3.5刀库的蜗轮蜗杆传动设计 10

3.6蜗杆轴的校核 13

3.7刀库驱动转矩的校核 16

3.8花键联接的强度计算 16

3.9夹紧机构销钉剪切强度的校核 16

3.10蜗轮轴的轴承的选择 17

3.11刀库的三维模型 18

3.11.1刀库的主要零件图 18

3.11.2刀库的装配图 19

3.12确定刀具的选择方式 20

3.13刀库的定位与刀具的松夹 20

第四章 刀具交换装置的设计及三维模型 22

4.1确定换刀机械手形式 22

4.2换刀机械手的三维模型 22

4.2.1刀库的主要零件图 22

4.2.2刀库的装配图 23

第五章 有限元分析 24

5.1有限元分析简介 24

5.2刀库主轴的分析 24

5.2.1导入ansys 24

5.2.2材质设定 24

5.2.3导入模型 25

5.2.4网格划分 25

5.2.5施加力和约束 26

5.2.6求解 26

5.2.7得出结果 27

5.3机械手爪的有限元分析 27

5.3.1导入有限元 27

5.3.2材质设定 28

5.3.3导入模型 28

5.3.4网格划分 29

5.3.5施加力和约束 29

5.3.6求解 29

5.3.7得出结论 30

第六章 总 结 31

致 谢 32

参考文献 33

附 录 34

绪 论

1.1研究背景

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