数控车床四工位刀架设计

数控车床刀架的设计1.刀架结构设计C型结构刀架适用于较大的切削力，具有较高的刚性和稳定性。

它的设计遵循了最佳结构参数，能够在工作时提供稳定的支撑力。

刀具安装在刀塔上，在刀塔内部发生旋转，进行加工。

Y型结构刀架适用于较小的切削力，具有较高的刚性和稳定性。

它的结构设计使得刀具可以在Y轴方向上移动，提供了更多的加工空间。

刀具安装在横梁上，横梁通过线性导轨进行移动。

2.刀具的安装方式机械夹持是一种常见的刀具安装方式，可以直接将刀具夹在刀架上。

机械夹持方式简单实用，适用于刀具较少或加工要求较低的场景。

快速换刀系统采用刀具和刀杆分离的设计，通过快速刀杆换装系统，实现快速刀具更换。

这种方式适用于需要频繁更换刀具的情况，可以提高生产效率。

3.刀具的换刀方式手动换刀方式需要操作人员手动更换刀具，耗时较长，适用于刀具更换次数较少的情况。

半自动换刀方式需要操作人员进行辅助工作，但大部分换刀过程由机械设备完成，可以提高换刀效率，适用于中等刀具更换频率的情况。

全自动换刀方式由数控系统控制，刀具更换过程完全由机械设备完成，可以实现快速、准确的换刀过程，适用于需要频繁更换刀具的情况。

总结：数控车床刀架的设计需要考虑刀架结构、刀具安装方式和刀具换刀方式等因素。

合理设计数控车床刀架可以提高加工精度和效率，适应不同的加工需求。

刀架结构的选择要考虑到刚性和稳定性，刀具安装方式的选择要考虑到刀具数量和加工要求，刀具换刀方式的选择要考虑到刀具更换频率和工作效率。

通过合理的设计，数控车床刀架可以提高数控车床的加工效果，满足不同的加工需求。

目录第1章设计任务 (3)1.1 设计总体任务 (3)1.2 设计参数 (3)1.3 设计内容 (3)1.4 设计任务 (3)第2章概述 (4)第3章总体设计方案 (5)3.1 减速传动机构的设计 (5)3.2 上刀锁紧与精定位机构的设计 (5)3.3 刀架抬起机构的设 (5)3.4自动回转刀架的工作原理 (5)第4章数控车床回转刀架机械部分设计 (8)4.1 蜗杆副的设计计算 (8)4.1.1蜗杆的选型 (8)4.1.2蜗杆副的材料 (8)4.1.3按齿面接触疲劳强度进行设计 (8)4.2滚动轴承的选项 (10)4.2.1概述 (10)4.2.2滚动轴承的选型 (11)4.2.3滚动轴承的配合 (11)4.2.4滚动轴承的密封 (11)第5章电气控制部分设计 (12)5.1 中央处理单元MS-89C51 (12)5.1.1 MCS-51单片机的结构和工作原理 (12)5.1.2 MCS-51单片机的工作方式 (15)5.2端口扩展单元8255的介绍 (17)5.3 键盘显示接口8279介绍 (24)5.4 硬件电路设计 (25)5.5 控制软件设计 (27)第6章总结 (29)第7章参考文献 (30)第1章设计任务一．设计任务题目：数控车床自动回转刀架机电系统设计任务：设计一台四工位的卧式自动回转刀架，适用于C616或C6132经济型数控车床。

二．设计参数推荐刀架所用电机的额定功率为90W，额定转速为1440r/min, 换刀时要求刀架转动的速度为30r/min。

三．设计内容1.总体结构设计2.主要传动部件的设计计算3.电气控制部分设计1）硬件电路设计2）控制软件设计4.编写设计说明书四．设计任务1.模拟整体设计方案2.机械结构装配图一张（A0图）3.控制系统设计要求完成一张A1图纸的硬件电路设计工作，设计控制系统的主要软件流程，对RAM 和I/O接口芯片进行详细编程。

4.设计说明书要求清楚地叙述整个设计过程和详细的设计内容，包括总体方案的分析，比较和确定机械系统的结构设计，主要零部件的计算与选型，控制系统的电路原理分析，软件设计的流程图以及相关程序等。

毕业设计说明书课题名称：数控车床四工位刀架电气设计毕业论文（设计）原创性声明本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。

对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。

作者签名：日期：毕业论文（设计）授权使用说明本论文（设计）作者完全了解**学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。

有权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。

学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。

保密的论文（设计）在解密后适用本规定。

作者签名：指导教师签名：日期：日期：注意事项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它数控车床四工位刀架电气设计摘要本文通过对FANUC数控车床刀架的研究，有效的设计了刀架程序、电气原理，使该刀架能够在一次装夹中完成多道工序。

“现代设计与制造综合实践”报告题目：数控车床设计学院：机械与电子控制工程专业：机械工程及其自动化学生姓名：学号：平时成绩：报告与答辩成绩：最终成绩：指导教师：年月日摘要数控车床集计算机技术，电子技术，自动控制技术，传感测量，机械制造，是典型的机电一体化产品。

它的发展和应用开创了制造业的新时代，改变了制造业的生产方式，产业结构，管理方式，使世界制造业的格局发生了巨大的变化。

本文较为详细的介绍了对车床重要组成部分的设计和它们的结构和工作原理，通过查阅各种资料对这些部分进行结构设计，工艺设计，软件模拟仿真等，让我们对数控车床的了解得到很大提高，同时也熟练掌握了很多专业软件。

abstractNumerical control lathe set computer technology, electronic technology, automatic control technology, sensor measurement, machinery manufacturing, is a typical mechatronics product. The development and application of it opened a new era of manufacturing, changed the manufacturing production mode, industrial structure, management style, make the pattern of world manufacturing industry, great changes have taken place. This paper detailed introduces the design of an important part of the lathe and their structure and working principle, through consulting all kinds of information on these parts structure design, process design, the software simulation and so on, let's understanding of the numerical control lathe is greatly improved, but also mastered many professional software.关键词：数控车床、结构设计、工艺设计、编程仿真目录目录一．综合实践任务书 (4)二．结构设计 (4)2.1 、自动换刀装置设计 (4)2.1.1、自动换刀装置的作用 (4)2.1.2、自动换刀装置的形式 (5)2.1.3、回转刀架式自动换刀装置 (5)2.1.4、四方回转刀架的结构及其工作原理 (5)数控车床常用的螺旋升降立体式四方回转刀架结构如图2.1所示： (5)2.1.5、自动回转刀架主要传动部件的设计计算 (6)2.1.6、蜗杆的选型 (7)2.1.7、蜗杆副的材料 (7)2.1.8、蜗杆和涡轮的主要计算参数和几何尺寸 (9)2.1.9、校核涡轮齿根弯曲疲劳强度 (9)2.1.10、蜗杆的设计计算 (10)2.1.11、自锁性能校核 (10)三．工艺设计 (11)3.1 、刀架典型零件的工艺设计 (11)3.1.1、蜗杆轴的工艺设计 (11)3.1.2、霍尔元件代替物的加工工艺过程 (13)四．数控编程及仿真 (14)4.1 、刀架典型零件的数控编程与仿真 (14)4.1.1、车类零件的数控编程与仿真 (14)4.1.2、铣类零件的数控编程与仿真 (15)五．任务与分工 (15)参考文献 (16)附件 (16)一．综合实践任务书1.1、题目：数控车床设计1.2、任务描述：了解机床的基本知识，明确重要组成部分的原理与过程，对机床完成结构设计、工艺设计、数控编程与仿真等1.3、完成工作要求：各部分装配图1张、重要零件的零件图、典型零件的加工工艺过程卡和工序卡、典型零件的数控编程仿真加工程序二．结构设计2.1 、自动换刀装置设计2.1.1、自动换刀装置的作用对于现在的数控机床来说，自动换刀装置成为普遍现象，它能使数控机床在工件的一次装夹中完成多种甚至所有的工序，可以有效的缩短加工的辅助时间，减少加工过程中由于多次安装工件而引起的误差，从而提高机床的加工效率和加工精度。

四工位立式刀架机械设计四工位立式刀架是一种在数控机床上常用的自动换刀装置。

它的主要作用是在加工过程中实现刀具的自动更换，以提高生产效率。

以下是对四工位立式刀架机械设计的简要介绍：1. 结构设计：四工位立式刀架通常由刀架本体、传动装置、控制系统、刀具安装部位等组成。

刀架本体通常为立式结构，具有四个刀位，可以安装不同类型的刀具。

传动装置负责实现刀架转体时无需抬起，解决刀架密封问题。

2. 传动方式：四工位立式刀架的传动方式有多种，例如蜗轮蜗杆传动、齿轮传动、丝杠螺母传动等。

蜗轮蜗杆传动具有结构简单、传动比稳定、噪音低等优点；齿轮传动具有传动比准确、承载能力高等优点；丝杠螺母传动具有响应速度快、精度高等优点。

3. 控制系统：四工位立式刀架的控制系统是整个装置的核心部分，负责实现刀架的自动换刀和刀具的保护。

控制系统通常采用数控系统，可以接收来自机床的指令，实现刀架的定位、旋转和锁紧等动作。

此外，控制系统还具有故障诊断和预警功能，有助于确保设备的安全运行。

4. 刀具安装部位：四工位立式刀架的刀具安装部位可根据刀具类型和加工需求进行配置。

常见的刀具类型包括铣刀、钻头、切削刀等。

为了确保刀具的稳定性和加工精度，刀具安装部位需要具有较高的刚性和精度。

5. 安全性设计：在四工位立式刀架的设计中，安全性至关重要。

例如，设置限位开关以防止刀架旋转过位；在刀架升降过程中，采用有限位装置以确保刀架在指定位置停止；此外，还应考虑电缆、气路等元件的防护措施，防止在加工过程中发生意外损坏。

总之，在四工位立式刀架的机械设计中，需要综合考虑结构、传动方式、控制系统、刀具安装部位和安全性等因素，以实现高效、安全、稳定的刀具更换功能。

毕业设计说明书课题名称： FANUC数控车床刀架控制系统设计学生姓名学号二级院（系）专业班级指导教师起讫时间：2012 年 2 月13 日～ 2012 年 4 月 6 日FANUC数控车床的刀架控制系统设计摘要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。

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。

本部分主要对四工位立式电动刀架的控制系统进行设计。

关键词：数控刀架；四工位；电动回转刀架目录摘要 (1)第1章绪论 (3)1.1 课题的研究背景 (3)1.2 课题的研究意义 (3)1.3 设计内容 (4)第2章数控刀架电气控制系统设计 (5)2.1数控机床的组成 (5)2.2霍尔原理及在刀架中运用的简单概述 (6)2.2.1霍尔效应与工作原理 (6)2.2.2霍尔效应的广泛运用 (6)2.2.3霍尔元件在刀架中运用的简单概述 (7)2.3刀架电气控制 (7)2.3.1 刀架的锁紧时间控制 (8)2.3.2刀架刀位信号的监控 (8)2.3.3换刀时间的监控 (9)2.3.4刀架上电过程 (9)2.4刀架机械结构 (10)第3章数控刀架PLC控制系统设计 (13)3.1四工位刀架PLC梯形图与原理运用 (13)3.3.1 PLC的概述 (13)3.3.2 PLC梯形图运用 (13)3.3.3刀架的操作 (14)3.3.4 数控车床刀架PLC梯形图 (17)3.3.5 程序的调试 (23)小结 (24)参考文献 (25)致谢 (26)第1章绪论数控技术是现代制造技术的核心，是企业现代化水平的标志。

采用数控系统控制的数控机床在机械制造、模具加工、航天航空和造船等领域发挥着极其重要的作用。

本章介绍了本课题的研究背景，意义，基本内容1.1 课题研究的背景FANUC数控系统是由日本富士通公司研制开发，目前在我国得到了广泛的应用。

车床四方刀架课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解车床四方刀架的基本结构及其在机械加工中的应用。

2. 学生能够掌握车床四方刀架的安装、调整和使用方法。

3. 学生能够了解并描述车床四方刀架操作中的安全规则及维护保养知识。

技能目标：1. 学生能够正确安装和调整车床四方刀架，并进行简单的机械加工操作。

2. 学生通过实践操作，能够熟练使用车床四方刀架完成指定零件的加工。

3. 学生能够运用所学的知识解决车床四方刀架使用过程中遇到的问题。

情感态度价值观目标：1. 学生在学习过程中培养对机械加工的兴趣，增强对制造工程的尊重和认识。

2. 学生通过小组合作完成任务，培养团队协作意识和沟通能力。

3. 学生能够认识到安全生产的重要性，形成遵守操作规程和安全意识。

分析：课程性质：本课程为中职或技校机械加工相关专业的实践操作课程，注重理论联系实际。

学生特点：学生具备一定的机械加工基础，动手能力强，对具体操作有较高的兴趣。

教学要求：课程要求学生在理解理论知识的基础上，重点培养操作技能和解决问题的能力，同时注重安全教育和职业素养的培养。

二、教学内容1. 理论知识：- 车床四方刀架的结构组成与工作原理。

- 车床四方刀架的安装、调整和拆卸方法。

- 车床四方刀架在机械加工中的应用案例分析。

- 车床四方刀架操作中的安全规程和维护保养要点。

2. 实践操作：- 车床四方刀架的安装与调整实操训练。

- 使用车床四方刀架进行简单零件的加工操作。

- 针对加工过程中出现的问题，进行原因分析和解决方案制定。

3. 教学大纲：- 第一周：车床四方刀架结构组成与工作原理学习。

- 第二周：车床四方刀架的安装、调整方法学习与实践操作。

- 第三周：车床四方刀架安全规程及维护保养知识学习。

- 第四周：使用车床四方刀架进行实际加工操作及问题分析与解决。

教材关联：本教学内容与教材《金属切削机床与工艺》中第二章“车削加工”相关内容紧密关联，具体涉及第二章第五节“车床刀具及其安装与调整”。

数控车床四工位电动刀架设计摘要：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CAD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 future development, the middle-grade high when to by supporting, high-grade nc cutter revised by both cutting, dynamic type hydraulic cutter, servo cutter, vertical cutter etc varieties, expected in recent years on the nc cutter demand will increase greatly. Nc cutter is the development trend of the development of numerical control lathe, along with, nc cutter began to change cutters quickly and electrohydraulic servo driver combined driving and direction. According to different targets, have four processing cutting, hexagonal cutter and eight (or more) can dise-type axial outfit knife knife, and other forms. Turn the tool carrier separately installs four, six or more tools, and press CNC equipment instructions change knife. This part of 4 Labour vertical electric mainly the mechanical design and application of cutting the relay - contact control system of control part of the design. And the above part of CAD do diagram, a more intuitive electric knife understanding. The final proposed to the electric cutter puts forward opinions and measures.Keywords: nc cutter, electric cutter, four locations引言数控机床是集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化产品。

四工位自动刀架实验本实验台采用通用数控机床的四工位自动刀架，它需要三相380V电源。

实验分高压强电部分、低压控制部分、直流控制部分、信号控制部分。

强电部份由三相电源驱动三相交流异步电动机正、反向旋转，从而实现电动刀架的松开、转位、锁紧等动作；弱电部分主要由位置传感器－发讯盘构成，发讯盘采用霍尔传感器发讯。

一、刀架结构及拆装顺序拆装顺序：A、按顺序卸去04、06、07、05、12。

B、旋转电动机，使上刀体连续上升至脱离螺杆。

C、卸去上刀体01、离合器09及轴承。

D、拆蜗杆时，卸掉电机及连接座、端盖，用铜棒向端盖方向敲出蜗杆轴。

E、卸掉定轴15、反靠盘16、取出蜗轮14。

F、装配时所有零件必须清洗上油，传动部件应上润滑脂。

G、按拆卸反顺序装配。

H、调整磁钢与霍尔元件，使刀架处于要刀位置。

二、刀架控制原理:微机程序发出换刀信号,控制继电器动作,电机正转，通过蜗轮蜗杆及螺杆将上齿盘上升至一定高度时，由离合器带动定位销，定位销带动上刀体旋转到所需刀位，霍尔元件电路发出刀位信号，使电机反转，反靠销初定位，上齿盘下降，齿牙盘啮合，完成精定位动作并使刀架锁紧。

刀架动作顺序：换刀信号－电机正转－刀架到位－信号复合－电机反转－刀架定位夹紧－电机停转－换刀答信－完成。

注：在作任何模块的实验进行接线、插线、换线时，都要关闭电源进行，否则易造成人员触电伤害或元器件损坏。

三、实验预习：了解CNC4620车床系统使用及接口情况，了解电动刀架控制原理。

四、实验目的掌握数控系统电动刀架的原理和控制三相电机正反转应用以及电气原理布线调试。

五、实验器材⑴CNC4620数控系统⑵架控制模块板⑶CNC4620数控系统逻辑控制器输入/输出控制板⑷四工位自动刀架⑸强电枪形连接线（50ｍｍ）2条；连接线（200ｍｍ）2条⑹信号连接线（50ｍｍ）8条说明：◆CNC4620系统刀架控制接口为XS5，实验台把它扩展到逻辑控制器输入/输出控制板上。

◆四工位刀架的接口扩展到逻辑控制器输入/输出控制板的XS5接口下方区。

四工位立式回转刀架机电系统设计本设计是基于数控机床的自动回转刀架仿真。

主要的工作可以分成两部分，一部分是机构仿真，另一部分是电气控制。

机构仿真是先对四工位立式回转刀架的工作原理的分析和对零件进行结构设计。

电气控制就是把程序导入到PLC中来控制刀架电动机中的两个继电器，从而实现对刀架的正反转控制，而且电机的停转可以通过限位开关的开关信号来控制，实现自动换刀。

标签：自动回转刀架；刀架控制原理；刀架电气控制系统仿真1 数控机床刀架的介绍自动换刀系统是数控机床的重要组成部分。

机床的加工性能受刀具夹持原件的结构特性及它与機床主轴的连接方式的直接影响。

而机床的换刀效率受到刀库结构形式及刀具交换装置工作方式的影响，而整机的成本造价又受自动换刀系统本身及相关结构的复杂程度的直接影响。

2 数控刀架的工作原理及电气设计电气是机械的控制中心，也就是说电气原理的设计可以实现机械动作的复杂操作控制。

下面我们通过数控刀架的电气知识霍尔效应、刀架的接线原理图和具体的经济型刀架换刀过程等，对电气原理的运用做进一步的了解。

2.1 数控车床四工位刀架换刀工作原理电机会在接到换刀键或者换刀的指令后正转，蜗杆、涡轮、轴、轴套由于花键的定位作用，同联轴器一同转动。

轴套外圆上有两处凸起，能够限位轴套，使轴套在套筒内孔中的螺旋槽内作滑动，因刀架与上端齿盘同套筒相连，此时会因套筒的滑动被举起，使上下齿盘分开，刀架抬起，当套筒继续转动时，刀架会被带动旋转90°（如不到刀位，刀架还可以继续转180°、270°、360°），而且此时控制装置能够收到由微动开关发出的检测信号，直到刀架转到指定位置，控制装置会根据微动开关提供的刀架已经到达指定位置的信号，使电动机反转，此时定位销会使刀架定位不再回转，刀架则向下移动，上下端齿盘重新压合。

当蜗杆继续转动，产生轴向位移，压缩弹簧，曲面压缩开关使电机停止旋转，从而完成一次转位。