直驱电机集成的转塔刀架结构设计
图3-2 转塔刀架方案二装配图
优点：动力刀具离合装置是由自己设计的液压缸来完成，结构紧凑，效果好。整个动力刀具部分是可以拆装的，需要使用动力刀具时可以临时安装，不需要动力道具则可以直接安装刀盘加上冷却盘，就是多工位非动力车刀架。
缺点：转位驱动采用采用直取力矩电机进行转位控制，设计上有局限，主轴延伸臂过长，抵抗径向力的能力弱，对轴承精度要求更高。同时设计时必须考虑直驱电机的安装空间，以保证其散热问题。动力刀具离合装置是由自己设计的液压缸来完成，制造困难，零部件精度必要提高。
转塔刀架设计方案三：
（1）依据转塔刀架设计二的基本转塔部分，搭载动力驱动部分，动力驱动部分液压离合装置和电主轴代替齿轮箱传动，避免了齿轮传动的精度误差与制造困难，减小了动力刀具工作时的声音。
（2）由于电主轴的使用，增加了动力刀的转速，扩大了动力刀架的加工范围。转塔刀架的转速有了显著的提高，可以加工的范围也相应增多。
（3）采用了专门设计的离合装置，利用拨叉、弹簧、气压缸和行程开关，设计了离合系统，完成动力刀架的离合动作。
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直驱电机集成的转塔刀架结构设计
图3-3 电主轴装配图
优点：驱动方式采用电主轴，缩短了驱动动力刀具的传动链，使其传动效率更高。动力刀具离合装置使用了内置的弹簧离合装置，结构更为紧凑和简单。 缺点：电主轴造价昂贵，成本高，易发热需要冷却装置。 转塔刀架设计方案四：
转塔刀架刀位的转换驱动依靠力矩电机，力矩电机放在刀盘前面。
图3-4 转塔刀架设计方案四装配图
优点：结构紧凑，电动机直接驱动刀盘，缩短了传动链，使传动效率提高。
缺点：动力刀具离合装置是由自己设计的液压缸来完成，制造困难，零部件精度必要提高。电动机装在刀盘前面，易发热，必须考虑散热问题。
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转塔刀架设计方案五：
转塔刀架刀位的转换驱动依靠力矩电机，力矩电机放在刀盘后面。
图3-5 转塔刀架设计方案五装配图
优点：结构紧凑，传动效率高。
缺点：零部件少，必须保证有足够的强度。
由于任务书要求采用端齿盘进行精确定位，直驱电机与转塔集成，结构尽量紧凑，故选择方案五。
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第四章 典型零件的设计和选用
4.1刀架轴的结构设计及计算
4.1.1轴的分类
常见的轴有曲轴、直轴和软轴三种。直轴又可分为：①转轴，工作时既承受弯矩又承受扭矩，是机械中最常见的轴，如各种减速器中的轴等。②心轴，用来支承转动零件只承受弯矩而不传递扭矩，有些心轴转动，如铁路车辆的轴等，有些心轴则不转动，如支承滑轮的轴等。③传动轴，主要用来传递扭矩而不承受弯矩，如起重机移动机构中的长光轴、汽车的驱动轴等。轴的材料主要采用碳素钢或合金钢，也可采用球墨铸铁或合金铸铁等。轴的工作能力一般取决于强度和刚度，转速高时还取决于振动稳定性。
轴的结构设计是确定轴的合理外形和全部结构尺寸，为轴设计的重要步骤。它由轴上安装零件类型、尺寸及其位置、零件的固定方式，载荷的性质、方向、大小及分布情况，轴承的类型与尺寸，轴的毛坯、制造和装配工艺、安装及运输，对轴的变形等因素有关。设计者可根据轴的具体要求进行设计，必要时可做几个方案进行比较，以便选出最佳设计方案。 4.1.2轴结构设计原则：
1.材料，减轻重量，尽量采用等强度外形尺寸或大的截面系数的截面形状； 2.于轴上零件精确定位、稳固、装配、拆卸和调整； 3.采用各种减少应力集中和提高强度的结构措施； 4.便于加工制造和保证精度。
5.各轴段长度与各轴段上相配合零件宽度相对应；
6.考虑零件间的适当间距——（特别）是转动零件与静止零件之间必须有一定的间隙。 4.1.3材料的使用原则：
1.碳素钢：35、45、50等优质碳素结构钢因具有较高的综合力学性能，应用较多，其中以45钢用得最为广泛。为了改善其力学性能，应进行正火或调质处理。不重要或受力较小的轴，则可采用Q235、Q275等碳素结构钢。
2.合金钢：合金钢具有较高的力学性能，但价格较贵，多用于有特殊要求的轴。 3.尺寸较大或结构复杂者可考虑铸钢或球墨铸铁。 4.1.4具体设计
1.轴是组成刀架的重要零部件之一，在设计当中主要考虑的是轴的刚度，而碳钢与合金钢的弹性模数相差很小，所以通常选用轴的材料35和45钢，这里选用的是45钢，进行调质处理，以改善装配工艺和保证装配的精度。
2.这次刀架中用到了以下几种固定方式： 1）常用的是运用轴肩，其结构简单，定位可靠。
2）螺母的轴向定位，其定位可靠、装拆方便，但是会增加零件的数量，常用双螺母或圆螺母与止动垫圈固定，运用在轴承的固定上。
3）轴套也是用到比较多的，它的结构简单、定位可靠，轴不开槽、钻孔等，可以提高轴的强度。
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4）弹性挡圈其结构简单、紧凑、工艺性好，但是应力集中较大，适合轴向力小的场合，在这里主要用于轴承的固定。
5）轴端挡圈装拆方便可以承受大的轴向力、振动，用于轴端固定零件。
6）花键的纵向固定，其承载能力高，定心性、导向性好，装拆方便，不过制造困难，在这次设计中运动的是矩形花键，主要用在分度机构转盘与刀架轴、凸轮的纵向定位中。
7）其次平键，其承受载荷不大。
8）紧定螺钉结构简单，不仅可以纵向定位，还能轴向定位，承受不大的轴向力。 力矩电机的构造原理：当负载增加时，电动机的转速能自动的随之降低，而输出力矩增加，保持与负载平衡。力矩电机的堵转转矩高，堵转电流小，能承受一定时间的堵转运行。 由于轴固定不动，所以用材料力学中弯曲变形的挠度公式求轴的最小直径。若轴的变形过大，将影响端齿盘的啮合和轴承的配合，造成磨损不均，产生噪音，降低寿命，还会影响加工精度。故若变形超过允许数值，即使仍然是弹性的，也被认为是一种失效现象。 讨论弯曲变形时，以变形前的梁轴线为x轴，垂直向上的轴为y轴，xy平面为梁的纵向对称面。在对称弯曲的情况下，变形后梁的轴线将成为xy平面内的一条曲线，成为挠曲线。挠曲线上横坐标为x的任意点的纵坐标，用w表示，它代表坐标为x的截面的形心沿y方向的位移，成为挠度。w=f(x)
弯曲变形中，梁的横截面对其原来位置转过的角度θ，称为斜面转角。根据平面假设，弯曲变形前垂直于轴线（x轴）的横截面积，变形后人垂直于挠曲线。所以转角θ就是y轴与挠曲线法线的夹角。它应等于挠曲线的倾角，即等于x轴与挠曲线切线的夹角。固有
Tanθ=dw/dx θ=arctan(dw/dx) （4-1） 挠度与转角是度量弯曲变形的两个基本量。 纯弯曲情况下，弯曲与曲率间的关系为 1/ρ=M/EI EI：抗弯刚度 |ds|=ρ|dθ| 1/ρ=|dθ/ds|
|dθ/ds|=M/EI （4-2） 由上式得挠曲线微分方程：
[d^2w/d^2x^2]/[1+(dw/dx)^2]^3/2=M/EI （4-3） 为了方便求解，在小变形的情况下，可将此方程线性化
d^2w/d^2x^2=M/EI （4-4） 查材料力学表6.1 梁在简单载荷作用下的变形知轴的最大挠度
Wmax = -Fl^3/(48EI). （4-5） 式中: Wmax 为梁跨中的最大挠度(mm). F 为各个集中荷载标准值之和(kn). E 为钢的弹性模量,对于工程用结构钢 I 为钢的截面惯矩
2π2ρdA??0在圆轴的情况下，
Ip??A?R03πR4πD4ρdρρd??232 （4-6）
由于轴选择45钢作材料，故查材料力学中几种常用材料的E，
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