目录
目录----------------------------------------------------------------1第1节自动回转刀架总体设计--------------------------------------------------------------2 1.1概述-----------------------------------------------------------2 1.2数控车床自动回转刀架的发展趋势--------------------------------------------------2 1.3自动回转刀架的工作原理-----------------------------------------3第2节主动传动部件的设计计算-----------------------------------------------------------5 2.1蜗杆副的设计计算------------------------------------------------5 2.2轴承的选用------------------------------------------------------7第3节刀架体的设计-------------------------------------------------8 第4节控制系统的选择-----------------------------------------------8 4.1单片机的工作原理------------------------------------------------9 4.2刀架控制流程图--------------------------------------------------10 第5节结论---------------------------------------------------------12 参考文献------------------------------------------------------------14
第3章刀架体的设计------------------------------------------------24第4章结论--------------------------------------------------------25致谢-----------------------------------------------------------------26参考文献-------------------------------------------------------------27附件清单-------------------------------------------------------------28
摘要
数控车床今后将向中高当发展，中档采用普及型数控刀架配套，高档采用动力型刀架，兼有液压刀架、伺服刀架、立式刀架等品种，预计近年来对数控刀架需求量将大大增加。数控刀架的发展趋势是：随着数控车床的发展，数控刀架开始向快速换刀、电液组合驱动和伺服驱动方向发展。根据加工对象不同，有四方刀架、六角刀架和八（或更多）工位的圆盘式轴向装刀刀架等多种形式。回转刀架上分别安装四把、六把或更多刀具，并按数控装置的指令换刀。本部分主要对四工位立式电动刀架的机械设计和应用继电-接触控制系统控制部分的设计。并对以上部分运用CAXA做图，对电动刀架有更直观的了解。最后的提出了对电动刀架提出了意见和措施。
关键词：数控刀架，电动刀架，四工位
ABSTRACT
Numerical control lathe, will in the future when the development to the high, middle-grade using universal type tool rest facilities, high-grade USES dynamic type head, with hydraulic head, servo head, vertical head etc varieties, in recent years is expected to CNC tool post demand will increase greatly. CNC tool is the development trend of: with the development of numerical control lathe, numerical control head began to rapid change knife, electrohydraulic combined drive and servo drive direction. According to the processing object is different, there are four square head, turret and eight (or more) location disc type axial loading knife rest, and other forms. Rotary head separately on the installation of four, six or more tool, and according to the numerical control device of instruction in knife. This part mainly four station vertical electric tool rest of mechanical design and application of relay - contact control system control part of the design. And the above part using CAXA do chart, the electric tool rest more intuitive understanding. The proposed to the electric tool post puts forward opinions and measures.
正文
第1章引言
1.1 概述
数控车床的刀架是机床的重要组成部分。刀架用于夹持切削用的刀具，因此其结构直接影响机床的切削性能和切削效率。在一定程度上，刀架的结构和性能体现了机床的设计和制造技术水平。随着数控车床的不断发展，刀架结构形式也在不断翻新。其中按换刀方式的不同，数控车床的刀架系统主要有回转刀架、排式刀架和带刀库的自动换刀装置等多种形式。传统的车床例如CA6140的刀架上只能装一把刀，换刀的速度慢，换刀后还须重新对刀，并且精度不高，生产效率效率低，不能适应现代化生产的需要，因此有必要对机床的换刀装置进行改进。自1958年首次研制成功数控加工中心自动换刀装置以来，自动换刀装置的机械结构和控制方式不断得到改进和完善。自动换刀装置是加工中心的重要执行机构，它的形式多种多样，目前常见的有：回转刀架换刀，更换主轴头换刀以及带刀库的自动换刀系统。
初步了解了设计题目（电动刀架）及发展概况，设计背景，对刀架有了一些印象，对整理设计思路安排设计时间有很好的辅助作用。对一些参数的进行了解同时按准则要求来完成设计。
1.2 数控车床自动回转刀架的发展趋势
数控刀架的发展趋势是：随着数控车床的发展，数控刀架开始向快速换刀、电
液组合驱动和伺服驱动方向发展。
目前国内数控刀架以电动为主，分为立式和卧式两种。立式刀架有四、六工位
两种形式，主要用于简易数控车床；卧式刀架有八、十、十二等工位，可正、反方
向旋转，就近选刀，用于全功能数控车床。另外卧式刀架还有液动刀架和伺服驱动
刀架。电动刀架是数控车床重要的传统结构，合理地选配电动刀架，并正确实施控
制，能够有效的提高劳动生产率，缩短生产准备时间，消除人为误差，提高加工精
度与加工精度的一致性等等。另外，加工工艺适应性和连续稳定的工作能力也明显
提高：尤其是在加工几何形状较复杂的零件时，除了控制系统能提供相应的控制指
令外，很重要的一点是数控车床需配备易于控制的电动刀架，以便一次装夹所需的
各种刀具，灵活方便地完成各种几何形状的加工。
数控刀架的市场分析：国产数控车床今后将向中高档发展，中档采用普及型数控
刀架配套，高档采用动力型刀架，兼有液压刀架、伺服刀架、立式刀架等品种，近年
来需要量可达1000～1500台。
国外数控车床的发展目的在于提高加工精度和缩短制造周期。实现上述目的之手段是实现机床多功能化和工序工种集成，开发多种多样复合化加工的机种，如增添铣削功能的复合加工车削中心、双主轴多刀塔(双刀塔或四刀塔)数控车床和车削中心、双主轴同步驱动，双刀塔同时进行加工车削中心、五轴联动车铣复合中心、车磨复合加工机床、具有车、铣、镗、磨和激光热处理多种功能的高度复合化的复合加工中心等等。我国数控车床经过多年的发展，特别是近几年迅速的发展，与国际先进水平的差距在逐年缩小。对于某些依赖于进口的高档数控车床，如高精度数控车床和车削中心(主轴径跳轴跳≤0.001mm)、适用耐热合金和钛合金零件加工的大功率、高扭矩数控车床和车削中心等等要加强产品开发研究攻关，突破其核心技术。
数控刀架的高、中、低档产品市场数控刀架作为数控机床必需的功能部件，直接
影响机床的性能和可靠性，是机床的故障高发点。这就要求设计的刀架具有具有转位快，定位精度高，切向扭矩大的特点。它的原理采用蜗杆传动，上下齿盘啮合，螺杆
夹紧的工作原理。
1.3 刀架的设计准则
我们的设计过程中，本着以下几条设计准则
1）创造性的利用所需要的物理性能
2）控制不需要的物理性能
3）判别功能载荷及其意义
4）预测意外载荷
5）创造有利的载荷条件
6）提高合理的应力分布和刚度
7）重量达到最轻
8）应用基本公式求相称尺寸和最佳尺寸
9）根据性能组合选择材料
10）在储备零件与整体零件之间精心的进行选择
11）进行功能设计以适应制造工艺和降低成本的要求
1.4 主要技术参数
（1）最大许用力矩（Nm）Mq 100 Mx 200 Ms 100 （2）重复定位精度：（mm）<0.005
（3）电机功率（w) 20
（4）电机转速（rpm）125
第2章数控车床自动回转刀架的设计
2.1刀架的工作原理
回转刀架的工作原理为机械螺母升降转位式。工作过程可分为刀架抬起、刀架转位、刀架定位并压紧等几个步骤。图2.1为螺旋升降式四方刀架，其工作过程如下：
①刀架抬起当数控系统发出换刀指令后, 通过接口电路使电机正转, 经传动装置2、
驱动蜗杆蜗轮机构1、蜗轮带动丝杆螺母机构8逆时针旋转 ,此时由于齿盘4、5处于啮合状态，在丝杆螺母机构8转动时，使上刀架体产生向上的轴向力将齿盘松开并抬起,直至两定位齿盘4、5 脱离啮合状态,从而带动上刀架和齿盘产生“上台”动作。
②刀架转位当圆套9逆时针转过150°时，齿盘4、5完全脱开，此时销钉准确进入圆
套9中的凹槽中，带动刀架体转位。
③刀架定位当上刀架转到需要到位后（旋转90°、180°或270°），数控装置发出的
换刀指令使霍尔开关10 中的某一个选通,当磁性板11 与被选通的霍尔开关对齐后,霍尔开关反馈信号使电机反转,插销7在弹簧力作用下进入反靠盘 6地槽中进行粗定位，上刀架体停止转动，电机继续反转，使其在该位置落下，通过螺母丝杆机构8使上刀架移到齿盘4、5 重新啮合, 实现精确定位。
④刀架压紧刀架精确定位后，电机及许反转，夹紧刀架，当两齿盘增加到一定夹紧
力时，电机由数控装置停止反转，防止电机不停反转而过载毁坏，从而完成一次换刀过程。
图2.1 螺旋升降式四方刀架
2.2 步进电机的选用
许多机械加工需要微量进给。要实现微量进给，步进电机、直流伺服交流伺服电机都可作为驱动元件。对于后两者，必须使用精密的传感器并构成闭环系统，才能实现微量进给。在开环系统中，广泛采用步进电机作为执行单元。这是因为步进电机具有以下优点：
●直接采用数字量进行控制;
●转动惯量小，启动、停止方便；
●成本低；
●无误差积累；
●定位准确；
●低频率特性比较好；
●调速范围较宽；
采用步进电机作为驱动单元，其机构也比较简单，主要是变速齿轮副、滚珠丝杠副，以克服爬行和间隙等不足。通常步进电机每加一个脉冲转过一个脉冲当量；但由于其脉冲当量一般较大，如0.01mm，在数控系统中为了保证加工精度，广泛采用步进电机的细分驱动技术。
因为刀架上升、下降各转150°，刀架转位至少需90°，所以蜗轮转的角度ａ=390°由课题要求的刀架选位少于3S。
n≈0.36r/s=21.6r/min,为便于计算n取24r/min
蜗轮蜗杆传动比为45
电动机转速n′=i*z1=45
考虑刀架只需小功率驱动，为减少生产成本，选用JD60电动机，其转速为1400r/min，额定功率为60W。
2.3 蜗杆及蜗轮的选用与校核
2.3.1 选择传动的类型
考虑到传递的功率不大，转速较低，选用2A蜗杆，精度8级，GB10089-88。
2.3.2 选择材料和确定许用应力
由《机械基础》表17-4查得蜗杆选用45钢，表面淬火，硬度为45～55HRC，蜗
轮齿圈用ZCuSn10P1 砂模铸造，为了节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而
轮芯用灰铸铁HT150制造。
由表17-6查得［e］h=200MPa，［e］f=51MPa
2.3.3按接触强度确定主要参数
根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，在校核齿根弯曲疲劳强度。传动中心距：
a ≥ (2-1)
1）确定作用在蜗轮上的转距T 2
按Z 1=2，估取效率η=0.8，则
T 2=T*η*i=3.5382N.M (2-2)
（2）确定载荷系数K
因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均系数K β=1；由使用系数K A 表从而选取K A=1.15；
由于转速不高，冲击不大，可取动载系数K V =1.1；则
K=K A *K β*K V =1*1.15*1.1=1.265≈1.27 (2-3) （3）确定弹性影响系数Z E
因选用的铸锡磷青铜蜗轮和蜗杆相配，故
1
2
160E Z MPa =
（4）确定接触系数Z ρ
先假设蜗杆分度圆直径d 1和传动中心距a 的比值1
d a =0.30，从而可查出Z ρ=3.12。
（5）确定许用应力[σH ]
根据蜗轮材料为铸锡磷青铜zcusn10p1，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度＞45HRC ，从而可查得蜗轮的基本许用应力[σH ]‘=268MPA 。
因为电动刀架中蜗轮蜗杆的传动为间隙性的，故初步定位、其寿命系数为K HN =0.92，则
[σH ]= K HN [σH ]‘=0.92×268=246.56≈247MPA (2-4) （
6）计算中心距
2
24a mm
≥= (2-5)
取中心距a=50mm ，m=1.25mm ，蜗杆分度圆直径d 1=22.4mm ，这时1
d a =0.448，从
而可查得接触系数
'Z ρ
=2.72，因为
'Z ρ
＜Z ρ，因此以上计算结果可用。
蜗杆和蜗轮主要几何尺寸计算 ⑴蜗杆
分度圆直径：d 1=8mm 直径系数：q=17.92， 蜗杆头数：Z 1=1
分度圆导程角：γ=3°11′38″
蜗杆轴向齿距：P A =m π=3.94mm ； (2-6) 蜗杆齿顶圆直径：
*11232.2a a d d h m mm
=+*= (2-7)
蜗杆齿根圆直径：112(**)24.16df d ha c m mm =-+= (2-8) 蜗杆轴向齿厚：
1/2a S m
π==2.512mm (2-9)
蜗杆轴向齿距：1 1.6 5.04pa m mm mm ππ=== (2-10) ⑵蜗轮
蜗轮齿数：Z 2 =45 变位系数Χ=0
验算传动比：i=2z /1z =45/1=45 (2-11) 蜗轮分度圆直径：d 2=mz 2=72mm (2-12) 蜗轮喉圆直径：d a2=d 2+2h a2=93.5mm (2-13) 蜗轮喉母圆直径：r g2=a-1/2 d a2 =50-1/2?93.5=3.25mm (2-14) 蜗轮齿顶圆直径：222*75.2da d ha m mm =+= （2-15） 蜗轮齿根圆直径：222(*_*)68.16df d ha c m mm =-= （2-16） 蜗轮外圆直径：当在z=1时，22278.4de da m mm ≤+= （2-17）
2.4 蜗杆轴的设计
2.4.1 蜗杆轴的材料选择，确定许用应力
考虑轴主要传递蜗轮的转矩，为普通用途中小功率减速传动装置。
选用45号钢，正火处理，[]600
b MPa
?=
2.4.2 按扭转强度初步估算轴的最小直径
22
1
()
[]
ca
M aT
δδ
-
+
=≤
（2-18）
扭转切应力为脉动循环变应力，取α=0.6
抗弯截面系数W=0.1d3
取dmin=15.14mm
2.4.3 确定各轴段的直径和长度
根据各个零件在轴上的定位和装拆方案确定轴的形状及直径和长度。
d1=d5 同一轴上的轴承选用同一型号，以便于轴承座孔镗制和减少轴承类型。d5轴上有一个键槽，故槽径增大5%
d1=d5=d1′×(1+5%)=15.89mm ,圆整d1=d5=17mm
所选轴承类型为深沟球轴承，型号为6203，B=12mm，D=40mm，
d2起固定作用，定位载荷高度可在（0.07～0.1）d1范围内，
d2=d1+2a=19.38～20.04mm，故d2取20mm
d3为蜗杆与蜗轮啮合部分，故d3=24mm
d4=d2=20mm,便于加工和安装
L1为与轴承配合的轴段，查轴承宽度为12mm，端盖宽度为10mm，
则L1=22mm
L2尺寸长度与刀架体的设计有关，蜗杆端面到刀架端面距离为65mm，
故L2=43mm
L3为蜗杆部分长度L3≥（11+0.06z2）m=21.92mm 圆整L3取30mm
L4取55mm ，L5在刀架体部分长度为（12+8）mm ，伸出刀架部分通过联轴器与电动机相连长度为50mm ，故L5=70mm
两轴承的中心跨度为128mm ，轴的总长为220mm
2.4.4蜗杆轴的校核 作用在蜗杆轴上的圆周力
1
1
2d T F t =
(2-19) mm N mm N n P T .1016.2.467
56.1095500009550000
51?=?== 其中d1=28mm
则
N N d T F t 46
331029.1320
1007.222?=??==
径向力N F F t r 341069.420tan 1029.1tan ?=??==α (2-20)
切向力N F F t n 44
1037.120cos 1029.1cos /?=?
?=
=α (2-21)
图2.1 轴向受力分析
N F F F r n BH 4341042.160cos 1069.430cos 1037.160cos 30cos ?=??+??=?+?=
(2-22)
N F F F n r BV 3431079.230sin 1037.160sin 1069.430sin 60sin ?-=??-??=?-?=
(2-23)
求水平方向上的支承反力
图2.2 水平方向支承力
0)(212=+-L L F L F AH BH
N N F AH
34104.5181
5.2941811042.1?=+??=
)(108.8104.51042.1334N F F F AH BH CH ?=?-?=-= (2-25)
求水平弯矩,并绘制弯矩图
m N m N L F M AH BH ??=????==-33311059.1105.294104.5
水平弯矩图
图 2.3 水平弯矩图 求垂直方向的支承反力
y y
F y
F y
F y F Z Y X p
F K v
f
a C F 81.9=切 (2-26)
查文献[9]表2.2—4，142=y F C ，73.0=y F X ，67.0=y F Y ，0=y F Z 其中mm a p 6=，r mm f /6.0=，min /100m v =
N N K v
f
a C F y y
F y
F y
F y F Z Y X p
F 36586.0614281.981.967.073.0=???==切
(2-27)
切
图2.4 垂直方向支承反力
0)(2132=+-+L L F L F L F AV BV 切
N N F AV 3331099.1181
5.2945.120106
6.31811079.2?=+??+??=
)(1086.21066.31099.11079.23333N F F F F AV BV CV ?-=?-?-?=--=切
求垂直方向弯矩，绘制弯矩图
m N L F M AV BV ?=???==-1.586105.2941099.1331 m
N m N L F M CV ?=????==441105.1201066.333切
垂直弯矩图
图2.5 垂直弯矩图 求合成弯矩图，按最不利的情况考虑
m N m N M M M BV BH B ??=?+?=+=32232
2
1069.11.586)1059.1(
(2-28)
m N M M CV C ?==441
合成弯矩图
图2.6 合成弯矩图 计算危险轴的直径
]
[1.013
-≥
σe
M d (2-29)
查文献[9]表15—1，材料为AIA M C r 038调质的许用弯曲应力75][1=-σ，则
mm mm d B 8.6075
1.01069.16
3
=??≥
所以该轴符合要求。 2.4.5 键的选取与校核
考虑到d5=105%×15.14=15.89mm, 实际直径为17mm ，所以强度足够 由GB1095-79查得，尺寸b ×h=5×5，l=20mm 的A 型普通平键。
按公式kld
T p 3
102?=σ进行校核
m N T ?=2070，mm mm h k 7145.05.0=?==，mm l 110=，mm d 92=。查文献[9]表6—2，取MPa p 130][=σ则
MPa MPa kld T p 7044.5892
1107207021023<=???=?=σ (2-30)
该键符合要求。
由普通平键标准查得轴槽深t=30mm,毂槽深t1=2.3mm
2.5 蜗轮轴的设计
2.5.1 蜗轮轴材料的选择，确定需用应力
考虑到轴主要传递蜗轮转矩，为普通中小功率减速传动装置 选用45号钢，正火处理，[
]600b MPa
?=， ［eь］-1=55MPa
2.5.2 按扭转强度，初步估计轴的最小直径
]
[1.013
-≥
σe
M d
查文献[9]表15—1，取45号调质刚的许用弯曲应力60][1=-σ，则
mm
mm d B 3.48601.0103.6763
3
=??≥
mm
mm d C 3.46601.0105963
3
=??≥
由于轴的平均直径为34mm ，因此该轴安全。 2.5.3 确定各轴段的直径和长度
根据各个零件在轴上的定位和装拆方案确定轴的形状及直径和长度 d1即蜗轮轮芯为68mm
d2为蜗轮轴轴径最小部分取34mm
d3轴段与上刀架体有螺纹联接，牙形选梯形螺纹，根据文献表8-45 取公称直径为d3=44mm ，螺距P=12mm ，H=6.5mm 查表8-46得，外螺纹小径为31mm 内、外螺纹中径为38mm 内螺纹大径为45mm 内螺纹小径为32mm 旋合长度取55mm
L2尺寸长度为34mm ，蜗轮齿宽b2 当z1≤3时，b2≤0.75da1=15.6mm 取b2=15mm
2.6 中心轴的设计
2.6.1 中轴的材料选择,确定许用应力
考虑到轴主要起定位作用，只承受部分弯矩，为空心轴，因此只需校核轴的刚度即可。
选用45号钢，正火处理，[
]600b MPa
?=， ［eь］-1=55MPa
2.6.2 确定各轴段的直径和长度
根据各个零件在轴上的定位和装拆方案确定轴的形状及直径和长度 d1=15mm,
d2与轴承配合，轴承类型为推力球轴承，型号为51203，d=17mm,d1=19,T=12mm,D=35mm
所以d2=17mm
1.3. 结构组成与动作循环 典型的数控转塔刀架一般有动力源（电极或油缸，液压马达）、机械传动机构、预分度机构、定位机构、锁紧机构、检测装置、接口电路、刀具安装台（刀盘）、动力刀座等组成。 数控转塔刀架的动作循环为： T指令（换刀指令）→刀盘放松（抬起）→转位→刀位检测→预分度→精确定位→刀具锁紧→结束，答复信号。 1.4. 技术性能与发展趋势 数控转塔刀架的技术发展很快，现正逐步形成标准定型产品。我国数控转塔刀架标准草案中所规定的主要技术性能如下： 1.4.1. 精度 定位精度要求高，一般要求工位目标位置重复定位精度在4"10" —，刀槽的工作位置定位精度在0.03-0.05mm。各种形位公差为0.020.03mm -。因此定位机构均采用精密多齿盘。先进工艺用浮硬齿面对研,重复定位精度可高达"1另外,刀盘加工趋向用淬火硬磨削,以获得刀槽精度的长期保持性及高的刚度。 1.4. 2. 运转性能 主要是转位时间和转位频率。先进水平一次转位周期0.3—ls,最快己达0.lS。分度频率为600—1000次/h 。 双向转位就近换刀(最短路程换刀)的结构正在开发应用,如双向滚子端面凸轮机构 , 可显著缩短换到周期。为了克服刀盘高速转位引起的惯性冲击,使用恰当的缓冲元件是其发展趋势。 1.4.3. 润滑与密封 目前趋向于开发能终生润滑的产品,即在使用全过程中,不需要用户再采取任何润滑措施。 因工作环境恶劣,对密封性能要求很高,通常规定在刀架体内棋道压力105pa气路 ,浸入装有防锈液的试验箱内,在规定时间内,不得有漏气现象。 1.4.4. 负载能力与刚度
数控转塔刀架的负载能力与刚度,除了与有关零件的尺寸、形状、结构等有关外 , 受刀盘锁紧力影响也很大。一般小型产品锁紧力为3 610N ? 10N左右,高性能产品可达4 以上。 对数控转塔刀架的静刚度目前尚无规范要求,有的企业标准已经提出测详见定, 但缺乏数据指示。对动刚度,动态性能,在生产实践中反映出其影响明显,但也无可靠数据指示提出,这些方面是今后研究开发中的重要方向。 1.4.5 可靠性方面 可靠性是产品性能的综合反映。对转塔刀架目前一般要求平均无故障时间(MTBF)为4 ?次以上,国内产品在设方面亟待提高。 210N 510N ?次,高级的已经达到4 1.5 现代典型数控转塔刀架的结构分析 1.5.1. 液压式 这类刀架用液压缸实现刀盘锁紧,低速大扭矩液压马达驱动刀盘转位。液压缸可获得很大的锁紧力,故刀架刚性很好。该机构适用于重负荷切削,且易双向转位就近换刀,大型数控车床应用较多。 近年已开发出将液压马达和滚珠式预分度机构合为一体的液压分度马达(Index Motor) 。可使刀架简化,重复定位精度可达" ±。刀盘加速时间仅为0.1S,有较好的应 0.1 用前景。 1.5. 2. 液压机械式 这类刀架用液压缸锁紧刀盘,转位和预分度则用点电机通过机械传动装置实现, 如槽轮机构。目前趋向采用动态性能较好的间歇凸轮转位机构。 1.5.3. 电动势 这类刀架以电机为动力源,使用方便,应用最多。主要形式有以下几种：（1）单面凸爪锁紧式 是我国自行开发的小型产品刀盘主轴上固联有单向凸爪离合器的右半。电机经蜗轮传动使主动凸爪(离合器左半)正向旋转,两个半离合器结合,两定位多齿盘觉分开啮合,刀盘转位。到位后反向旋转,刀盘转动被预分度机构的定位销阻止,由于凸爪斜面作用使离合器左右两半分离,使刀盘右移实现定位锁紧。 此形式结构紧凑,但锁紧力靠机构的弹性变形产生,调整较难,主轴刚度不宜大,适用于低速低载,如仪表及床上使用。 （2）双插销反靠式
目录 一、设计任务 (2) 二、总体结构设计 (2) 2.1 减速传动机构的设计 (2) 2.2上刀体锁紧与精定位机构的设计 (2) 2.3刀架抬起机构的设计 (3) 三、自动回转刀架的工作原理 (3) 四、主要传动部件的设计 (5) 4.1 蜗杆副的设计计算 (5) 4.1.1 蜗杆的选型 (6) 4.1.2 蜗杆副的材料 (6) 4.1.3 按齿面接触疲劳强度进行设计 (6) 4.1.4 蜗杆和涡轮的主要参数与几何尺寸 (9) 4.1.5 校核涡轮齿根弯曲疲劳强度 (9) 4.1.6 验算效率η (11) 4.2 螺杆的设计计算 (11) 五、电器控制部分的设计 (12) 5.1 硬件电路设计 (12) 5.1.1 收信电路 (12) 5.1.2 发信电路 (14) 5.2 控制软件设计 (17) 参考文献 (16)
一、设计任务 题目：数控车床自动回转刀架结构设计 任务：设计一台四工位立式回转刀架，适用于C616或C6132经济型数空车床。要求绘制自动回转刀架的机械结构图。推荐刀架所用电动机的额定功率为90W，额定转速1440r/min，换刀时要求刀架转动的速度为30r/min。 二、总体结构设计 2.1 减速传动机构的设计 普通的三项异步电动机因转速太快，不能直接驱动刀架进行换刀，必须经过适当的减速。根据立式转位刀架的结构特点，采用蜗杆副减速时最佳选择。蜗杆副传动可以改变运动的方向，获得较大的传动比，保证传动精度和平稳性，并且具有自锁功能，还可以实现整个装置的小型化。 2.2上刀体锁紧与精定位机构的设计 由于刀具直接安装在上刀体上，所以上刀体要承受全部的切削力，其锁紧与定位的精度将直接影响工件的加工精度。本设计上刀体的锁进玉定位机构选用端面齿盘，将上刀体和下刀体的配合面加工成梯形端面齿。当刀架处于锁紧状态时，上下端面齿相互啮合，这时上刀体不能绕刀架的中心轴旋转；换刀时
摘要 自动回转刀架是数控机床的重要组成部分，它有效地提高了劳动生产率，缩短了生产准备时间，消除人工误差提高加工精度和加工精度的一致性等。但是传统的普通车床换刀的速度慢、精度不高，生产效率低，不能适应现代化生产的需要。所以为了提高生产率、改善产品质量以及改善劳动条件必须对自动回转刀架进行改进。 本文对数控车床自动回转刀架的机电系统的相关内容进行分析，研究数控车床刀架的组成和工作原理，对普通机床的换刀装置进行改进，使该装置具有自动松开、转位、精密定位等功能。此次主要完成自动回转刀架的机械部分和电气部分的设计。机械部分为对其组成的各个机械部件进行计算与选用，电气部分为编制刀架自动转位控制软件。设计的数控換刀装置功能更强，换刀装置通过刀具快速自动定位，可以提高数控车床的效率，缩短加工时间；同时其可靠性更稳定，结抅简单。 关键词: 自动回转刀架，换刀装置，机电系统，电气控制
Design of automatic turret mechanical and electrical system of CNC lathes Abstract The automatic turret is an important part of CNC lathe. It improved labor productivity and shorten the production time, eliminate human error, the improvement of the machining accuracy and consistency of precision. Though conventional ordinary lathe tool change slowly, low accuracy, low productivity. It cannot adapt to the needs of modern production. Therefore, we must be improved the automatic turret in order to increase productivity, improve product quality and improve working. This rotary tool holder for CNC lathe electrical and mechanical systems related content study, study the composition and working principle of CNC lathes turret and improve the tool changerthe of general machine tools, so that the device has an automatic release, transfer, precision positioning and other functions. This time we should completion of the design of a utomatic turret’s the mechanical parts and electrical parts. Mechanical part is composed of various mechanical calculation and selection of parts, electrical parts is preparation of the turret automatically transfer of the control software, automatic indexing turret. Design of more powerful CNC tool changer, tool changer quickly through the automatic positioning tool can improve the efficiency of CNC lathes and shorten the processing time; while its reliability is more stable, the structure is simpler. Keywords: Automatic turret Tool changer Electro-Mechanical Systems Electrical control I
目录 目录----------------------------------------------------------------1第1节自动回转刀架总体设计--------------------------------------------------------------2 1.1概述-----------------------------------------------------------2 1.2数控车床自动回转刀架的发展趋势--------------------------------------------------2 1.3自动回转刀架的工作原理-----------------------------------------3第2节主动传动部件的设计计算-----------------------------------------------------------5 2.1蜗杆副的设计计算------------------------------------------------5 2.2轴承的选用------------------------------------------------------7第3节刀架体的设计-------------------------------------------------8 第4节控制系统的选择-----------------------------------------------8 4.1单片机的工作原理------------------------------------------------9 4.2刀架控制流程图--------------------------------------------------10 第5节结论---------------------------------------------------------12 参考文献------------------------------------------------------------14
2013届机械设计制造及其自动化（数控）毕业设计（论文） 毕业设计（论文） 题目数控车床自动回转刀架的设计 1
目录 绪论 (1) 第一章数控车床回转刀架概述................................................................... 1矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。 1.1数控车床刀架的介绍 (1) 1.2数控车床刀架的分类 (1) 第二章回转刀架方案选择 (1) 2.1数控车床回转刀架的基本要求 (1) 2.2 立式数控回转刀架的结构特点 (2) 2.3刀架参数的确定 (3) 2.4动力源的选择及方案选择结果 (4) 第三章回转刀架的工作原理及过程 (5) 3.1电动刀架工作原理 (5) 3.2四方刀架的主要构成部分 (5) 第四章回转刀架的设计及计算 (6) 4.1夹紧力的计算 (6) 4.2最大切削扭矩 (7) 4.3单工位换刀时间 (7) 4.4定位精度 (9) 第五章主传动机构的设计和标准件的选取 (10) 5.1初拟传动方案 (10) 5.2选择步进电动机 (10) 5.3蜗轮蜗杆的设计 (10) 5.4中心轴强度校核 (11) 第六章刀架的电气设计 (16) 6.1刀架的电气控制 (16) 6.2回转刀架PLC控制 (17) 第七章总结 (20) 致谢 (20) 参考文献 (21)
2013届机械设计制造及其自动化（数控）毕业设计（论文） 数控车床自动回转刀架的设计 摘要数控机床为了能在工件一次装夹中完成多道甚至所有加工工序，以缩短辅助时间和减小多次安装工件所引起的误差，必须带有自动换刀装置。数控车床上的回转刀架就是一种最简单的自动换刀装置，这次设计的自动回转刀架具有转位快，定位精度高，切向扭矩大等特点，原理采用蜗杆传动，上下齿盘啮合，螺杆夹紧的工作原理。聞創沟燴鐺險爱氇谴净。 关键词: 数控车床回转刀架特点原理 绪论 毕业设计是培养学生实践的重要环节之一,它是在大学教学课程，机械课程设计，金工实习 3
数控车床刀架的设计
摘要 数控加工的加工精度高，生产率高，能减轻操作者劳动强度，改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。它的发展和运用，影响着制造业水平高低，实现生产过程的数控化，已经成为当今制造业的发展方向，所以非常值得我们去研究。 本设计通过对数控车床六工位自动控制刀架工作原理的分析，综合考虑刀架工作过程的优缺点，确定了设计方案，得到了最终设计的结果,也达到了预先设定的目的。本设计主要包括了数控车床刀架机构的主要部件，其中包括转位机构，刀架的定位机构，驱动伺服电机的选择，蜗轮蜗杆的设计，刀架主轴的结构设计等。最终得到常用的数控车床六工位刀架应满足的要求。 关键词:六工位；电动刀架
ABSTRACT With its high working accuracy and productivity, the numerical control processing can reduce the operators’ labor intensity, improve labor condition, and is thus advantageous in the modernization of manufacturing management as well as improvement of economic benefit. Hence, the development and the utilization the numerical control processing play a role and become the development direction in the advancement of manufacturing industry. Based on the analysis of operating principle and process of six-station automatic control knife rest of numerically controlled lathe, this paper determines its solution approach and conclusion. The paper first discusses how to choose such critical pieces of the knife rest of numerically controlled lathe as indexing mechanism, positioning mechanism, drive servo motors, and then discusses the design of worm gear, worm drive, and the structure of principle axis of the knife rest, etc.. The paper then concludes the requirements of common six-station automatic control cutter of numerically controlled lathe. Key words: six-location; electronic knife rest
设计任务 题目：数控车床自动回转刀架结构设计 任务：设计一台四工位立式回转刀架，适用于C616或C6132经济型数空车床。要求绘制自动回转刀架的机械结构图。推荐刀架所用电动机的额定功率为90W，额定转速1480r/min，换刀时要求刀架转动的速度为40r/min，减速装置的传动比为i=37。 总体结构设计 1、减速传动机构的设计 普通的三项异步电动机因转速太快，不能直接驱动刀架进行换刀，必须经过适当的减速。根据立式转位刀架的结构特点，采用蜗杆副减速时最佳选择。蜗杆副传动可以改变运动的方向，获得较大的传动比，保证传动精度和平稳性，并且具有自锁功能，还可以实现整个装置的小型化。 2、上刀体锁紧与精定位机构的设计 由于刀具直接安装在上刀体上，所以上刀体要承受全部的切削力，其锁紧与定位的精度将直接影响工件的加工精度。本设计上刀体的锁进玉定位机构选用端面齿盘，将上刀体和下刀体的配合面加工成梯形端面齿。当刀架处于锁紧状态时，上下端面齿相互啮合，这时上刀体不能绕刀架的中心轴旋转；换刀时电动机正转，抬起机构使上刀体抬起，等上下端面齿脱开后，上刀体才可以绕刀架中心轴转动，完成转位动作。 3、刀架抬起机构的设计 要想使上、下刀体的两个端面齿脱离，就必须设计适合的机构使上刀体抬起。本设计选用螺杆-螺母副，在上刀体内部加工出内螺纹，当电动机通过蜗杆-涡轮带动蜗杆绕中心轴转动时，作为螺母的上刀体要么转动，要么上下移动。当刀架处于锁紧状态时，上刀体与下刀体的端面齿相互啮合，因为这时上刀体不能与螺杆一起转动，所以螺杆的转动会使上刀体向上移动。当端面齿脱离啮合时，上刀体就与螺杆一起转动。 设计螺杆时要求选择适当的螺距，以便当螺杆转动一定的角度时，使得上刀梯与下刀体的端面齿能够完全脱离啮合状态。 下图为自动回转刀架的传动机构示意图，详细的装配图在一号图纸上。 三、自动回转刀架的工作原理 自动回转刀架的换刀流程如下图。 图上表示自动回转刀架在换刀过程中有关销的位置。其中上部的圆柱销2和下部的反靠销6起着重要作用。 当刀架处于锁紧状态时，两销的情况如图A所示，此时反靠销6落在圆盘7的十字槽内，上刀体4的端面齿和下刀体的端面齿处于啮合状态（上下端面齿在图中未画出）。 需要换刀时，控制系统发出刀架转位信号，三项异步电动机正向旋转，通过蜗杆副带动蜗杆正向转动，与螺杆配合的上刀体4逐渐抬起，上刀体4与下刀体之间的端面齿慢慢脱开；与此同时，上盖圆盘1也随着螺杆正向转动（上盖圆盘 1通过圆柱销与螺杆联接），当转过约时，上盖圆盘1直槽的另一端转到圆 柱销2的正上方，由于弹簧3的作用，圆柱销2落入直槽内，于是上盖圆盘1就通过圆柱销2使得上刀体4转动起来（此时端面齿已完全脱开）。
图书分类号： 密级： 毕业设计(论文) 数控车床回转刀架的设计 THE DESIGN OF CNC LATHE ROTARY CUTTER 学生姓名王成 学院名称机电工程 专业名称机械设计制造与其自动化 指导教师毛瑞卿 2011年05月27日
徐州工程学院学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名：日期：年月日 徐州工程学院学位论文版权协议书 本人完全了解徐州工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归徐州工程学院所拥有。徐州工程学院有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。徐州工程学院可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 论文作者签名：导师签名： 日期：年月日日期：年月日
摘要 传统的普通车床换刀的速度慢、精度不高，生产效率低，不能适应现代化生产的需要。因此，本文对数控车床回转刀架的机电系统的相关内容进行研究，探索数控车床刀架的组成和工作原理，对普通机床的换刀装置进行改进，使一台四工位的立式自动回转刀架数控化，使该装置具有自动松开、转位、精密定位等功能。 本文主要完成数控车床回转刀架的机械部分和电气部分的设计。机械部分为其组成的各个机械部件进行计算与选用，电气部分为编制刀架自动转位控制软件。设计的数控換刀装置功能更强，换刀装置通过刀具快速自动定位，可以提高数控车床的效率，缩短加工时间；同时其可靠性更稳定，结抅简单。 关键词自动回转刀架；换刀装置；机电系统；电气控制
摘要 数控加工的加工精度高，生产率高，能减轻操作者劳动强度，改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。它的发展和运用，影响着制造业水平高低，实现生产过程的数控化，已经成为当今制造业的发展方向，所以非常值得我们去研究。 本设计通过对数控车床六工位自动控制刀架工作原理的分析，综合考虑刀架工作过程的优缺点，确定了设计方案，得到了最终设计的结果,也达到了预先设定的目的。本设计主要包括了数控车床刀架机构的主要部件，其中包括转位机构，刀架的定位机构，驱动伺服电机的选择，蜗轮蜗杆的设计，刀架主轴的结构设计等。最终得到常用的数控车床六工位刀架应满足的要求。 关键词:六工位；电动刀架
ABSTRACT With its high working accuracy and productivity, the numerical control processing can reduce the operators’ labor intensity, improve labor condition, and is thus advantageous in the modernization of manufacturing management as well as improvement of economic benefit. Hence, the development and the utilization the numerical control processing play a role and become the development direction in the advancement of manufacturing industry. Based on the analysis of operating principle and process of six-station automatic control knife rest of numerically controlled lathe, this paper determines its solution approach and conclusion. The paper first discusses how to choose such critical pieces of the knife rest of numerically controlled lathe as indexing mechanism, positioning mechanism, drive servo motors, and then discusses the design of worm gear, worm drive, and the structure of principle axis of the knife rest, etc.. The paper then concludes the requirements of common six-station automatic control cutter of numerically controlled lathe. Key words: six-location; electronic knife rest
机电一体化 课程设计计算说明书题目：自动回转刀架设计 系： 专业： 学生姓名： 指导教师： 20**年 6 月21日
目录 第1节自动回转刀架总体设计 (1) 1.1概述 (1) 1.2数控车床自动回转刀架的发展趋势 (1) 1.3自动回转刀架的工作原理 (2) 第2节主要传动部件的设计计算 (4) 2.1 蜗杆副的设计计算 (4) 2.2 蜗杆轴的设计 (6) 2.3 蜗轮轴的设计 (12) 2.4 中心轴的设计 (13) 2.5 齿盘的设计 (14) 2.6 轴承的选用 (16) 第3节刀架体的设计 (17) 第4节结论 (18) 致谢 (19) 参考文献 (20)
第1节自动回转刀架总体设计 1.1 概述 数控车床的刀架是机床的重要组成部分。刀架用于夹持切削用的刀具，因此其结构直接影响机床的切削性能和切削效率。在一定程度上，刀架的结构和性能体现了机床的设计和制造技术水平。随着数控车床的不断发展，刀架结构形式也在不断翻新。其中按换刀方式的不同，数控车床的刀架系统主要有回转刀架、排式刀架和带刀库的自动换刀装置等多种形式。自1958年首次研制成功数控加工中心自动换刀装置以来，自动换刀装置的机械结构和控制方式不断得到改进和完善。自动换刀装置是加工中心的重要执行机构，它的形式多种多样，目前常见的有：回转刀架换刀，更换主轴头换刀以及带刀库的自动换刀系统。 初步了解了设计题目（电动刀架）及发展概况，设计背景，对刀架有了一些印象，对整理设计思路安排设计时间有很好的辅助作用。对一些参数的进行了解同时按准则要求来完成设计。 1.2 数控车床自动回转刀架的发展趋势 数控刀架的发展趋势是：随着数控车床的发展，数控刀架开始向快速换刀、电液组合驱动和伺服驱动方向发展。 目前国内数控刀架以电动为主，分为立式和卧式两种。主要用于简易数 控车床；卧式刀架有八、十、十二等工位，可正、反方向旋转，就近选刀， 用于全功能数控车床。另外卧式刀架还有液动刀架和伺服驱动刀架。电动刀 架是数控车床重要的传统结构，合理地选配电动刀架，并正确实施控制，能 够有效的提高劳动生产率，缩短生产准备时间，消除人为误差，提高加工精 度与加工精度的一致性等等。另外，加工工艺适应性和连续稳定的工作能力 也明显提高：尤其是在加工几何形状较复杂的零件时，除了控制系统能提供 相应的控制指令外，很重要的一点是数控车床需配备易于控制的电动刀架， 以便一次装夹所需的各种刀具，灵活方便地完成各种几何形状的加工。 数控刀架的市场分析：国产数控车床将向中高档发展，中档采用普及型数
数控车床刀架常见故障维修 数控技术及数控机床的应用，成功地解决了某些形状复杂，一致性要求高的中、小批零件的自动化问题，这不仅大大提高了生产效率和加工精度，还减轻了工人的劳动强度，缩短了生产准备周期。但是，在数控车床使用过程中，数控车床难免会出现各种故障，所以故障的维修就成了数控车床使用者最关键的问题。一方面销售公司售后服务不能得到及时保证，另一方面掌握一些维修技术可以快速判断故障所在，缩短维修时间，让设备尽快运转起来。在日常故障中，我们经常遇见的是刀架类、主轴类、螺纹加工类、系统显示类、驱动类、通信类等故障。而刀架故障在其中占有很大比例。在这里，分类介绍一下日常工作中遇见的四工位电动刀架各类故障及相应地解决方法，希望能给大家提供一些有益的借鉴。所用数控系统是广州数控设备有限公司所生产的gsk系列车床数控系统。中国国际模具网 故障现象一：电动刀架锁不紧中国国际模具网 故障原因处理方法中国国际模具网 ①发信盘位置没对正 :拆开刀架的顶盖，旋动并调整发信盘位置，使刀架的霍尔元件对准磁钢，使刀位停在准确位置。中国国际模具网 ②系统反锁时间不够长:调整系统反锁时间参数即可（新刀架反锁时间ｔ＝１.2ｓ即可）。中国国际模具网 ③机械锁紧机构故障 :拆开刀架，调整机械，并检查定位销是否折断。中国国际模具网 故障现象二：电动刀架某一位刀号转不停，其余刀位可以转动中国国际模具网 故障原因处理方法中国国际模具网 ①此位刀的霍尔元件损坏:确认是哪个刀位使刀架转不停，在系统上输入指令转动该刀位，用万用表量该刀位信号触点对+24v触点是否有电压变化，若无变化，可判定为该位刀霍尔元件损坏，更换发信盘或霍尔元件。中国国际模具网 ②此刀位信号线断路，造成系统无法检测到位信号:检查该刀位信号与系统的连线是否存在断路，正确连接即可。中国国际模具网 ③系统的刀位信号接收电路有问题:当确定该刀位霍尔元件没问题，以及该刀位信号与系统的连线也没问题的情况下更换主板。 数控技术及数控机床的应用越来越广泛,其加工柔性好,精度高,生产效率高,还减轻了工人的劳动强度,缩短了生产准备周期,具有很多的优点,但由于技术越来越先进、复杂,而数控车床使用过程中,难免会出现各种故障,故障及时排除就成了数控车床正常使用的保证。我校有十几台数控设备,数控系统有FANUC-OI、广数、华中等多种类 在数控机床维修中,经常会遇见一些刀架系统故障,给生产带来较大影响。如何快速判断故障所在,缩短维修时间,让设备尽快运转起来,显得尤为重要。本文针对四工位立式数控刀架系统在实践中所遇到的故障现象进行了研究和分析,找出了导致故障的原因,并对故障处理的关键技术也给出了相应地说明,能够较好地解决数控车床刀架故障的维修问题。 在数控车床使用过程中,难免会出现各种故障,在这些故障中,我们经常遇见的是刀架类、主轴类、系统显示类、驱动类、通信类等故障,而刀架系统故障在其中占有很大比例。下文将从刀架结构特点、电气部分接线原理、报警提示信息含义、PMC程序和系统参数的内涵等几
数控车床自动回转刀架结构设计
设计任务 题目：数控车床自动回转刀架结构设计 任务：设计一台四工位立式回转刀架，适用于C616或C6132经济型数空车床。要求绘制自动回转刀架的机械结构图。推荐刀架所用电动机的额定功率为 90W，额定转速1480r/min，换刀时要求刀架转动的速度为40r/min，减速装置的传动比为i=37。 总体结构设计 1、减速传动机构的设计 普通的三项异步电动机因转速太快，不能直接驱动刀架进行换刀，必须经过适当的减速。根据立式转位刀架的结构特点，采用蜗杆副减速时最佳选择。蜗杆副传动可以改变运动的方向，获得较大的传动比，保证传动精度和平稳性，并且具有自锁功能，还可以实现整个装置的小型化。 2、上刀体锁紧与精定位机构的设计 由于刀具直接安装在上刀体上，所以上刀体要承受全部的切削力，其锁紧与定位的精度将直接影响工件的加工精度。本设计上刀体的锁紧与定位机构选用端面齿盘，将上刀体和下刀体的配合面加工成梯形端面齿。当刀架处于锁紧状态时，上下端面齿相互啮合，这时上刀体不能绕刀架的中心轴旋转；换刀时电动机正转，抬起机构使上刀体抬起，等上下端面齿脱开后，上刀体才可以绕刀架中心轴转动，完成转位动作。 3、刀架抬起机构的设计 要想使上、下刀体的两个端面齿脱离，就必须设计适合的机构使上刀体抬起。本设计选用螺杆-螺母副，在上刀体内部加工出内螺纹，当电动机通过蜗杆-涡轮带动蜗杆绕中心轴转动时，作为螺母的上刀体要么转动，要么上下移动。当刀架处于锁紧状态时，上刀体与下刀体的端面齿相互啮合，因为这时上刀体不能与螺杆一起转动，所以螺杆的转动会使上刀体向上移动。当端面齿脱离啮合时，上刀体就与螺杆一起转动。 设计螺杆时要求选择适当的螺距，以便当螺杆转动一定的角度时，使得上刀梯与下刀体的端面齿能够完全脱离啮合状态。 下图为自动回转刀架的传动机构示意图，详细的装配图在一号图纸上。 三、自动回转刀架的工作原理 自动回转刀架的换刀流程如下图。 图上表示自动回转刀架在换刀过程中有关销的位置。其中上部的圆柱销2和下部的反靠销6起着重要作用。 当刀架处于锁紧状态时，两销的情况如图A所示，此时反靠销6落在圆盘7的十字槽内，上刀体4的端面齿和下刀体的端面齿处于啮合状态（上下端面齿在图中未画出）。 需要换刀时，控制系统发出刀架转位信号，三项异步电动机正向旋转，通过蜗杆副带动蜗杆正向转动，与螺杆配合的上刀体4逐渐抬起，上刀体4与下刀体之间的端面齿慢慢脱开；与此同时，上盖圆盘1也随着螺杆正向转动（上盖 圆盘1通过圆柱销与螺杆联接），当转过约时，上盖圆盘1直槽的另一端转到圆柱销2的正上方，由于弹簧3的作用，圆柱销2落入直槽内，于是上盖圆
西南科技大学毕业设计题目：数控车床刀架的安装与调试
四川省高等自学考试科毕业设计（论文）申报表 姓名性别男年 龄 考号专业 地址电话邮编毕业设计（论文）题 目 数控车床刀架的安装与调试 拟请指导教师姓 名 职称邮编 单位 毕业设计（论文）课题目的、意义及价值、基本条件及实施时间 一、目的：设计本课题的主要目的是了解数控车床刀架的分类、作用、安装调试、常见故障的排 除方法。 二、意义及价值：随着社会的不断地进步，同时工业也不断地发展。现在大多数企业都提倡高效 率、高质量、高可靠的生产口号来满足市场的需求。企业再不断地改进技术，来提高产品更换周期；使用先进的机械设备如数控车床、数控铣床、加工中心等，来提高产品的生产效率。 这就对我们的工作者要高的职业素养。现在工厂对工人的要求以不在是只满足懂操作的人，而是需要综合性人才。在工作过程中难免会遇见一些机械的常见故障，这就要求操作者需具备一些解决常见故障的能力。 所以基于这个原因我研究了数控车床刀架安装与调试这个课题。 教学主管 单位意见
主考院校 评审意见 西南科技大学毕业设计（论文）开题报告 学院专业班级 姓名学号 题目数控车床刀架的安装及调试题目类型研究型 一．选题背景及依据（简述国内外研究现状、生产需求状况，说明选题目的、意义，列出主要参考文献） 数控刀架的发展趋势是：随着数控车床的发展，数控刀架开始向快速换刀、电液组合驱动和伺服驱动方向发展。 目前国内数控刀架以电动为主，分为立式和卧式两种。立式刀架有四、六工位两种形式，主要用于简易数控车床；卧式刀架有八、十、十二等工位，可正、反方向旋转，就近选刀，用于全功能数控车床。另外卧式刀架还有液动刀架和伺服驱动刀架。数控刀架的市场分析：国产数控车床今后将向中高档发展，中档采用普及型数控刀架配套，高档采用动力型刀架，兼有液压刀架、伺服刀架、立式刀架等品种，近年来需要量可达1000～1500台。 有关人士指出，数控机床附件及其配套功能部件是我国机床工具制造业“十五”计划重点发展的产品。虽然我国数控机床附件的研制由无到有，取得了显著成绩，但与国外先进水平相比还是有一定差距的。为确保国产数控机床的大发展，就必须把数控机床附件尽快搞上去。为此他们建议国家有关部门，尽快制定有关鼓励、扶持国产数控机床附件发展的相关政策，加大对数控机床附件行业科研和技改投入，使国产数控机床附件行业有一个大发展。 国外数控车床的发展目的在于提高加工精度和缩短制造周期。实现上述目的之手段是实现机床多功能化和工序工种集成，开发多种多样复合化加工的机种，如增添铣削功能的复合加工车削中心、双主轴多刀塔(双刀塔或四刀塔)数控车床和车削中心、双主轴同步驱动，双刀塔同时进行加工车削
山东科技大学 专科毕业设计（论文）开题报告 题目数控车床自动回转刀架机电系统设计 学院名称电气信息系 专业班级机电一体化技术09-2 学生姓名 学号 200903216316 指导教师张山 填表时间：年月日 设计（论文） 题目 数控车床自动回转刀架机电系统设计 设计（论文）类型（划“√”）工程设计应用研究开发研究基础研究其它√
一、本课题的研究目的和意义 数控车床的旋转刀架装置是机床本体的一个重要的组成部分。一个零件往往需要进行多工序的加工，目前，在制造一个零件的过程中，大量的时间用于更换刀具、装卸零件、测量和搬运零件等辅助时间上。我国现有的自动旋转刀架大部分是四工位电动刀架，它采用有端齿盘定位方式，由于刀位少，只能适用于工序较少，精度要求不太高的数控机床。 数控机床以其高效率在工业发展上发挥了重要的作用，数控车床为了能在工作的一次装夹中完成多工序加工，缩短辅助时间，减少多次安装所引起的工作误差，刀架是数控车床的重要部件，它安装各种切削加工刀具，其结构直接影响机床的切削性能和工作效率 二、本课题的主要研究内容 (1).总体方案设计； (2).自动回转刀架机械系统设计； (3).自动回转刀架结构装配及原理分析； (4).自动回转刀架电气控制系统设计； （5）作系统方框图、单元图、原理总图； （6）写毕业设计报告（包括说明书和相应图纸）、准备毕业答辩；
三、文献综述（国内外研究情况及其发展） 数控刀架的发展趋势是：随着数控车床的发展，数控刀架开始向快速换刀、电液组合驱动和伺服驱动发展。目前国内数控刀架以电动为主，分为立式和卧式两种。立式刀架有四、六工位两种形式，主要用于简易数控车床：卧式刀架有八、十、十二等工位，可正、反方向旋转，就近换刀，用于全功能数控车床。另外卧式刀架还有液动刀架和伺服驱动刀架。电动刀架是数控车床重要的传统结构，合理的选配电动刀架，并正确实施控制，能够有效地提高劳动生产率，缩短生产准备时间，消除人为误差，提高加工精度与加工精度的一致性等等。另外，加工工艺适应性和连续稳定的工作能力也明显提高:尤其是加工几何形状较复杂的零件时，除了控制系统能提供相应的控制指令外，很重要的一点是数控车床需配备易于控制的电动刀架，以便一次装夹所需的各种刀具，灵活方便的完成各种几何形状的加工。数控刀架的市场分析：国产数控车床今后将向中高档发展，中档采用普及型数控刀架配套，高档采用动力型刀架，兼有液压刀架，伺服刀架、立式刀架等品种，近年来需要量可达1000~1500台。数控刀架的高、中、低档产品市场数控刀架作为数控机床必须的功能部件，直接影响机床的性能和可靠性，是机床的故障的高发点。这就是要求设计的刀架具有转位快，定位精度高，专项扭矩大的特点。他的原理采用蜗杆传动，上下齿盘齿和，螺杆加紧的工作原理。 四、拟解决的关键问题 基于solidworks的刀架机械部分设计
哈尔滨理工大学课程设计说明书 设计题目：数控车床自动回转刀架结构 设计 班级： 学号： 姓名： 指导老师： 日期： 设计任务 题目：数控车床自动回转刀架结构设计 任务：设计一台四工位立式回转刀架，适用于C616或C6132经济型数空车床。要求绘制自动回转刀架的机械结构图。推荐刀架所用电动机的额定功率为 90W，额定转速1480r/min，换刀时要求刀架转动的速度为40r/min，减速装置的传动比为i=37。 总体结构设计 1、减速传动机构的设计 普通的三项异步电动机因转速太快，不能直接驱动刀架进行换刀，必须经过适当的减速。根据立式转位刀架的结构特点，采用蜗杆副减速时最佳选择。蜗杆副传动可以改变运动的方向，获得较大的传动比，保证传动精度和平稳性，并且具有自锁功能，还可以实现整个装置的小型化。 2、上刀体锁紧与精定位机构的设计 由于刀具直接安装在上刀体上，所以上刀体要承受全部的切削力，其锁紧与定位的精度将直接影响工件的加工精度。本设计上刀体的锁进玉定位机构选用端面齿盘，将上刀体和下刀体的配合面加工成梯形端面齿。当刀架处于锁紧状态时，上下端面齿相互啮合，这时上刀体不能绕刀架的中心轴旋转；换刀时电动机正转，抬起机构使上刀体抬起，等上下端面齿脱开后，上刀体才可以绕刀架中心轴转动，完成转位动作。 3、刀架抬起机构的设计 要想使上、下刀体的两个端面齿脱离，就必须设计适合的机构使上刀体抬起。本设计选用螺杆-螺母副，在上刀体内部加工出内螺纹，当电动机通过蜗杆-涡轮带动蜗杆绕中心轴转动时，作为螺母的上刀体要么转动，要么上下移动。当刀架处于锁紧状态时，上刀体与下刀体的端面齿相互啮合，因为这时上刀体不能与螺杆一起转动，所以螺杆的
目录 1绪论 (2) 2自动回转刀架的工作原理 (3) 3 总体结构设计 (6) 3.1 减速机构的设计 (6) 3.2 上刀体锁紧与精定位机构的设计 (6) 3.3 刀架抬起机构的设计 (6) 4主要传动部件的设计计算 (8) 4.1 蜗杆副的设计计算 (8) 4.2 蜗杆轴的设计 (11) 4.3 蜗轮轴的设计 (17) 4.4 中心轴的设计 (18) 5 结论 (19) 参考文献 (23)
1 绪论 数控车床上使用的自动回转刀架是一种最简单的换刀装置，自动回转刀架是在一 定的空间范围内，能执行自动松开、转位、精密定位等一系列动作的一种机构。 本次课程设计中，主要进行了减速机构的设计，上刀体锁紧与精定位机构的设计，刀架抬起机构的设计，蜗杆副的设计计算，蜗杆轴的设计等部分。对数控机床回转刀架有了更深层次的了解。 自动回转刀架是在一定的空间范围内能执行自动松开、转位以及精密定位等一系列动作的一种机构。使用这种新的经济型数控系统功能更强，可靠性更稳定，功率增大，结构简单，维修方便。为了能在工件的一次装夹中完成多个工序加工，缩短加工辅助时间，减少多次安装所引起的加工误差，充分发挥数控机床的效率，采用“工序集中”的原则，采用自动回转刀架。自动回转刀架在结构上必须具有良好的强度和刚性，以承受粗加工时的切削抗力，为了保证转位之后具有髙的重复定位精度，自动回转刀架还需要选择可靠的定位方案和合理的定位结构。
2 自动回转刀架的工作原理 图2.1自动回转刀架的换刀流程 自动回转刀架的换刀流程如下：首先，刀架电动机正转，通过涡轮蜗杆减速，蜗杆正转，通过销连接，上盖圆盘旋转，继而端面齿错开。同时，上刀架抬起，然后上刀体旋转。霍尔元件触发后，刀架电动机反转。通过涡轮蜗杆减速，使螺杆反转，上刀体下降，粗定位。然后精定位。延时锁紧后电动机反转。