直驱电机集成的转塔刀架结构设计
图4-3 力矩电机示意图
其额定转矩T=80Nm ，额定转速n=200r/min。
4.3端齿盘设计与选用
4.3.1 端齿盘的应用
端齿盘又称多齿盘、细齿盘、鼠牙盘，是具有自动定心功能的精密分度定位元件，广泛应用与加工中心、柔性单元、数控机床、组合机床、测量仪器、各种高精度间歇式圆周分度装置、多工位定位机构、以及其他需要精密分度的各种设备上。如数控车床中的多工位自动回转刀架，铣床及加工中心用的回转工作台及其它分度装置中都采用端齿盘作为精确定位元件。端齿盘的齿形有直齿和弧齿两种，直齿端齿盘由于加工方便、定位精度及其重复定位精度高而最受欢迎。端齿盘实际上相当于一对齿数相同的离合器，其啮合过程与离合器的啮合类似。
4.3.2 端齿盘的特点
目前在刀架的定位机构中多采用锥销定位和端面齿盘定位。由于圆柱销和斜面销定位时容易出现间隙，圆锥销定位精度较高，它进入定位孔时一般靠弹簧力或液压力、气动力，圆
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锥销磨损后仍可以消除间隙，以获得较高的定位精度。端齿盘定位由两个齿形相同的端面齿盘相啮合而成，由于齿合时各个齿的误差相互抵偿，起着误差均化的作用，定位精度高。 端齿盘定位的特点：
（1）定位精度高 由于端齿盘定位齿数多，且沿圆周均布，向心多齿结构，经过研齿的齿盘其分度精度一般可达3\左右，最高可过0.4\以上，一对齿盘啮合时具有自动定心作用。所以中心轴的回转精度、间隙及磨损对定心精度几乎没有影响，对中心轴的精度要求低，装置容易。
（2）重复定位精度好 由于多齿啮合相当于上下齿盘的反复磨合对研，越磨合精度越高，重复定位精度也越好。
（3）定位刚性好，承载能力大，两齿盘多齿啮合 由于齿盘齿部强度高，并且一般齿数啮合率不少于90%，齿面啮合长度不少于60%，故定位刚性好，承载能力大。 4.3.3 端齿盘的设计
动齿盘与静齿盘是数控刀架的两个主要零件。其精度决定刀架性能的好坏。为了保证端齿盘的定位精度和刚度，对端齿盘做以下技术要求：端齿盘材料采用40Cr，齿部渗氮后磨齿加工；齿宽接触率为70%以上；齿高接触为啮合高度85%以上，两齿盘啮合时的接触齿数应在90%以上，接触不良的齿不啮合；安装基准孔轴线对分度中心的位置度，一般取0.02~0.04mm，对精密齿盘应在0.01mm以内；安装基准端面对分度的平行度，一般取0.01~0.04mm，对精密齿盘应在0.01mm以内。本次刀架设计选用端齿盘选用三联端齿盘。
图4-4 三片式鼠牙盘安装示例
端齿盘外径D2：端齿盘的外径主要由设计结构所允许的空间范围来确定。在结构允许的情况下，外径越大越好，这样可以增强分度或定位机构的稳定性。根据车削中心动力刀架的总体结构和外径系列选取D2=330mm。
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齿数z：根据产品手册查得当外径D2=330mm时，齿数可以为24和30两种，它们的最小分度角分别为15°和12°，因为本次设计的刀架工位数为12工位，转一个工位从动盘需要转30°角度，应该是最小分度角的倍数关系，所以选取最小分度角为15°，从而选取z=24。 故选择端齿盘转动盘：
外径： D1=330mm 内径: d1=247mm 齿幅F： F=24mm 齿顶厚度： H1=21.75mm 内部厚度： H2=16.5mm 啮合厚度: H3=40mm 齿顶高m: m=1.75mm
选择端齿盘平动盘：
外径： D1=270mm 内径: d1=160mm 齿幅F： F=24mm 齿顶厚度： H1=21.75mm 内部厚度： H2=16.5mm 啮合厚度: H3=40mm 齿顶高m: m=1.75mm
图4-5 端齿盘平动盘示意图
选择端齿盘固定盘：
外径： D1=245mm 内径: d1=160mm
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齿幅F： F=24mm 齿顶厚度： H1=21.75mm 内部厚度： H2=16.5mm 啮合厚度: H3=40mm 齿顶高m: m=1.75mm
4.4液压缸的设计
4.4.1选择液压缸类型
液压缸是将液压能转变为机械能的、做直线往复运动（或摆动运动）的液压执行元件。它结构简单、工作可靠。用它来实现往复运动时，可免去减速装置，并且没有传动间隙，运动平稳，因此在各种机械的液压系统中得到广泛应用。液压缸输出力和活塞有效面积及其两边的压差成正比；液压缸基本上由缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置与排气装置组成。缓冲装置与排气装置视具体应用场合而定，其他装置则必不可少。按其结构的形式，可以分为活塞缸、柱塞缸和伸缩缸等。 （1）活塞式液压缸
<1> 双杆活塞缸 缸筒固定的双杆活塞缸，活塞两侧的活塞直径相等，它的进、出油位于缸筒两端。当工作压力和输入流量相同时，两个方向上输出的推力F和速度v是相等的。
<2>单杆活塞缸 由于只在活塞的一端有活塞杆，使两腔的有效工作面积不相等，因此在两腔分别输入相同流量的情况下，活塞的往复运动速度不相等。他的安装也有缸筒固定和活塞杆固定两种，进、出口的布置根据安装方式而定；但工作台移动范围都为活塞有效行程的两倍。 （2）柱塞缸
<1>柱塞式液压缸是一种单作用式液压缸，靠液压力只能实现一个方向的运动，柱 塞回程要靠其它外力或柱塞的自重；
<2>柱塞只靠缸套支承而不与缸套 接触，这样缸套极易加工，故适于做长行程液压缸； <3>工作时柱塞总受压，因而它必须 有足够的刚度；
<4>柱塞重量往往较大，水平放置时容易因自重而下垂，造成密封件和导向单边磨损，故其垂直使用更有利。
(3)伸缩缸
伸缩式液压缸具有二级或多级活塞，伸缩式液压缸中活塞伸出的顺序式从大到小，而空载缩回的顺序则一般是从小到大。伸缩缸可实现较长的行程，而缩回时长度较短，结构较为紧凑。此种液压缸常用于工程机械和农业机械上。
由于本设计的液压缸主要用于驱动端齿盘的直线往反运动.故选用双作用单杆活塞缸。 4.4.2液压缸内径D和活塞直径d的计算
计算液压缸的内径和活塞杆直径都必须考虑到设备的类型，例如在金属切削机床中，对于动力较大的机床(刨床、拉床和组合机床)一定要满足牵引力的要求，计算时要以力为主;
这种安装形式，工作台移动范围约为活塞有效行程的三倍，占地面积大，使用于小型机械。
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对于轻载高速的机床(磨床、珩磨机和研磨机等)一定要满足速度的要求，计算时要以速度为主。由于本刀架的抬起动作是在数控车床脱离切削时完成的，因而在换刀过程中并没有承受切削力的作用，所以进油压力不需要很大，此次设计进油压力确定为低压0~2.5MPa，然后根据进油压力查表可初步选定速比φ=1.33(计算速比主要是为了确定活塞杆的直径和要否设置缓冲装置。速度不宜过大或过小，以免产生过大的背压或造成因活塞杆太细导致稳定性不好。)
可按下式初步选取d值：
11d?(~)D35 (4-17)
根据活塞杆侧公式
D?
4F24?2000?9.82?d??d266?p?103.14?2.5?10 (4-18) 式中 F2 ——液压缸的理论拉力； p ——供油压力； D ——缸筒内径； d ——活塞杆直径。
根据式4-17和式4-18得D=69mm，查液压设计手册表20-6-2选D=80mm，再根据表20-6-9中选得缸筒外径D1=160mm。
4.5弹簧的计算及选用
弹簧是机器中广泛应用的一种弹性零件。其种类很多，而圆柱螺旋弹簧制造简便、成本低，在机械制造中使用的最为普遍。
弹簧的种类很多，若按照其所承受的载荷性质，弹簧主要分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧等四种。若按照弹簧形状又可分为螺旋弹簧、碟形弹簧、环形弹簧、板弹簧、盘簧等。表中列出的是各种弹簧的基本型式
螺旋弹簧是用弹簧丝卷绕制成，由于制造简便，价格较低，易于检测和安装，所以应用最广。这种弹簧既可以制成受压缩载荷作用的压缩弹簧，又可以制成受拉伸载荷作用的拉伸弹簧，还可以制成承受扭矩作用或完成扭转运动的扭转弹簧。
碟形弹簧可以承受很大的冲击载荷，具有良好的吸振能力，常用作缓冲减振弹簧。在载荷相当大和弹簧轴向尺寸受限制的地方，可以采用碟形弹簧。
环形弹簧是目前减振缓冲能力最强的弹簧，常用作近代重型机车、锻压设备和飞机起落装置中的缓冲零件。
螺旋扭转弹簧是扭转弹簧中最常用的一种。盘簧具有较多的圈数、变形较大、储存能量也较大的特点，多用于压紧及仪表、钟表的动力装置。板弹簧能承受较大的弯曲作用，常用于受载方向尺寸有限制而变形量又较大的场合。由于板弹簧有较好的消振能力，所以在汽车、拖拉机和铁路车辆的悬挂装置中均普遍使用这种弹簧。
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