数控车床四工位回转刀架机电设计

数控车床自动回转刀架机电系统设计数控车床自动回转刀架是一种经常用于车削加工中的设备，其主要作用是在切削过程中快速更换刀具。

为了实现自动化操作，我们可以设计一个机电系统来控制刀架的回转动作。

下面是一个关于数控车床自动回转刀架机电系统设计的概述，其中包括系统的组成、工作原理以及关键技术。

一、机电系统组成1.电机：用于驱动刀架的转动，一般采用步进电机或伺服电机；2.传动装置：将电机的旋转运动转化为刀架的回转运动；3.可编程控制器（PLC）：控制刀架的回转运动以及实现自动化操作；4.感应装置：用于检测刀架的位置，一般采用光电开关或接近开关；5.人机界面：用于人机交互的显示屏和按键。

二、工作原理1.工件加工：数控车床自动回转刀架机电系统安装在数控车床上，工作时根据加工工艺确定刀具的种类和数量，并将刀具安装在刀架上。

2.刀具选择：根据加工过程中所需的刀具类型，PLC通过人机界面接收到相关指令后，控制电机将刀架旋转至相应的刀具位置，光电开关或接近开关检测刀架是否到位。

3.切削过程：数控系统控制数控车床进行切削加工，当需要更换刀具时，PLC发送指令，电机带动刀架旋转至指定刀具位置，完成刀具的更换。

然后PLC再次发送指令，使数控车床继续进行切削加工。

4.刀具回收：加工结束后，刀架需要回到回收位置，等待下一次的切削操作。

三、关键技术1.传动装置设计：根据转速和转动力矩的要求，选择合适的传动方式（如齿轮传动、皮带传动等）来实现电机和刀架之间的动力传递及转动控制。

2.位置检测技术：光电开关或接近开关能够实现对刀架位置的准确检测，确保刀架到位后才能进行切削加工，提高工件加工的精度。

3.控制系统设计：PLC控制系统需要根据刀具种类和数量，编写相应的控制程序，实现自动化操作。

同时，可以根据需要增加串口或网络通信功能，方便与上位系统进行数据交互。

4.人机界面设计：人机界面需要简洁、直观、易用，使操作人员能够方便地进行刀具的选择和刀架的控制等操作。

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。

2.
即校验下式是否成立：
式中 ........涡轮齿根弯曲应力，单位为Mpa;
..........涡轮齿形系数；
.........螺旋角影响系数
.........涡轮的许用弯曲应力，单位为MPa
由蜗杆头数Z1=1，传动比i=48,可以算出涡轮齿数
则涡轮的当量齿数：
根据涡轮变位系数x2=1和当量齿数ZV2=48.46,得齿形系数 =1.95
2.
GB/T10085----1988推荐采用渐开线蜗杆（Z1蜗杆）和锥面包络蜗杆（ZK蜗杆）。本设计采用结构简单，制造方便的渐开线型圆柱蜗杆(Z1型)。
2.
刀架中的蜗杆副传递的功率不大，但蜗杆转速较高，因此蜗杆的材料选择45钢，其螺旋齿面要求淬火，硬度为45~55HRC，以提高表面耐磨性；涡轮的转速较低，其材料主要考虑耐磨性，选用铸锡磷青铜ZcuSn10P1,采用金属模铸造。
“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
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指导教师：
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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。
按齿面接触疲劳强度进行设计
刀架中的蜗杆副采用闭式传动，多因齿面胶合或点蚀而失效。因此，在进行承载能力计算时，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再按齿根弯曲疲劳强度进行校核。

目录第1章设计任务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)第4章自动回转刀架的工作原理 (6)4.1自动回转刀架的换刀流程 (6)4.2换刀过程中有关销的位置 (7)4.3回转刀架换刀 (8)第5章数控车床回转刀架机械部分设计 (9)5.1 蜗杆副的设计计算 (9)5.1.1蜗杆的选型 (9)5.1.2蜗杆副的材料 (9)5.1.3按齿面接触疲劳强度进行设计 (10)5.2蜗杆轴的设计 (11)5.3 蜗轮螺纹联接部分的设计计算 (15)5.3.1 螺距的确定 (15)5.3.2其他参数的确定 (15)5.3.3自锁性能校核 (15)5.4滚动轴承的选项 (15)5.4.1概述 (15)5.4.2滚动轴承的选型 (16)5.4.3滚动轴承的配合 (16)5.4.4滚动轴承的密封 (16)第6章电气控制部分设计 (17)6.1 控制芯片及I/O接口芯片的选型 (17)6.1.1 8051单片机介绍 (18)6.1.2 可编程I/O芯片8255A介绍 (18)6.2 传感器选型 (21)6.2.1 霍尔效应及霍尔元件 (21)6.3 硬件电路设计 (22)6.3.1 发信电路 (23)6.3.2 收信电路 (23)6.3.3 延时锁紧电路 (25)6.3.4 复位电路 (25)6.4 控制软件设计 (26)第7章总结 (32)第8章参考文献 (33)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。

数控车床四工位自动回转刀架的工作原理引言：数控车床是一种高精度加工设备，广泛应用于机械加工行业。

四工位自动回转刀架是数控车床的重要组成部分，它能够实现在加工过程中刀具的自动更换，提高生产效率和加工精度。

本文将详细介绍数控车床四工位自动回转刀架的工作原理。

一、工作原理概述四工位自动回转刀架主要由刀架本体、伺服电机、刀杆、刀具等部分组成。

刀架本体安装在数控车床主轴箱上，通过伺服电机驱动刀杆进行回转。

刀杆上装有多个刀具，可在加工过程中根据加工要求自动更换刀具。

下面将详细介绍其工作原理。

二、刀架本体和伺服电机刀架本体是四工位自动回转刀架的核心部分，它通常由高强度铸铁材料制成，具有良好的刚性和稳定性。

伺服电机则用于驱动刀架的回转运动。

通过数控系统对伺服电机进行控制，可以实现刀架的精确定位和回转速度的调节。

三、刀杆和刀具刀杆是连接刀架本体和刀具的重要部分，通常由高强度合金钢制成。

刀杆上安装有多个刀具座，刀具座上则安装有不同类型的刀具。

刀具根据加工要求的不同，可以选择不同的刀具进行自动更换。

这样，数控车床在加工过程中可以根据需要灵活选择刀具，提高加工效率和精度。

四、工作原理详解1. 初始位置设定：在加工前，数控系统会根据加工程序设定初始位置，确定刀架的起始位置和工作方向。

2. 伺服电机驱动：根据加工要求，数控系统通过控制伺服电机的运动，使刀架进行回转。

回转的速度和方向可以通过数控系统进行调节。

3. 刀具选择：在加工过程中，数控系统会根据加工程序的要求，从刀具库中选择合适的刀具。

刀具库中存储了各种类型的刀具，根据加工要求可灵活选择。

4. 刀具更换：当需要更换刀具时，数控系统会通过控制伺服电机，使刀架停在合适的位置。

然后，利用机械装置将当前使用的刀具卸下，并安装新的刀具。

5. 加工过程：在刀具更换完成后，刀架会继续回转，数控车床进行加工作业。

在加工过程中，数控系统可以根据需要调整刀具的进给速度和切削深度，以实现不同形状和精度的加工要求。

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。

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。

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，本文对普通机床的换刀装置进行改进，对一台四工位的立式自动回转刀架进行数控化设计，使该装置具有自动松开、转位、精密定位等功能。

新的数控換刀装置功能更强，可靠性更稳定，功率增大，结抅简单，维修方便。

关键词：四工位立式刀架；自动回转；主传动部件；电气控制1 绪论经济型数控是我国80年代科技发展的产物。

这种数控系统由于功能适宜.价格便宜. 用它来改造车床，投资少、见效快、成为我国“七五”、“八五”重点推广的新技术之一。

十几年来，随着科学技术的发展，经济型数控技术也在不断进步，数控系统产品不断改进完善. 并且有了阶段性的突破，使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。

由于这项技术的发展增强了经济型数控的活力，根据我国国情，该技术在今后一段时间内还将是我国机械行业老设备改造的很好途径。

对于原有老的经济型数控车床，特别是80年代末期改造的设备，由于种种原因闲置的很多，浪费很大；在用的设备使用至今也十几年了，同样面临进一步改造的问题。

通过改造可以提高原有装备的技术水平，大大提高了生产效率，创造更大的经济效益。

数控车床主要由主轴箱、床鞍、尾架、刀架、对刀仪、液压系统、润滑系统、气动系统及数控装置组成。

数控车床的出现对提高生产率改将产品质量以及改善劳动条件和提高效率上发挥了重要的作用。

在提高效率上主要表现在两个方面：1）通过刀具的快速自动定位，提高了空程速度和划线工艺的时间。

2）批量加工一致性好，可以减少工件检验和时间。

特别是经济型老车床对刀等还需要手动完成，以及在加工一个零件过程中，更换刀具，装卸零件，测量和搬运零件用于大部分时间占辅助时间长的刀具交换和刀具尺寸调整。

加工时间相对较短，为缩短加工辅助时间，充分发挥数控机床的功能，进一步压缩非切削时间，数控机床正朝着一台机床在一次装夹中完成多工序加工的发展方向。

题目：数控车床四工位回转刀架机电设计学号：姓名：谭海乐学历层次：专业：班级：指导老师：完成日期： 2010-01-01摘要数控车床为了能在工件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加工误差，必须带有自动回转刀架。

根据装刀数量的不同，自动回转刀架分有四工位六工位和八工位等多种形式。

根据安装方式的不同，自动回转刀架可分为立式和卧式两种。

根据机械定位方式的不同，自动回转刀架又可分为端齿盘定位型和三齿盘定位型等。

其中断齿盘定位型换刀时刀架需抬起，换刀速度较慢且密封性较差，但其结构较简单。

三齿盘定位型又叫免抬型，其特点是换刀时刀架不抬起，因此换刀时速度快且密封性好，但其结构较复杂。

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。

为了保证转位具有高的重复定位精度，自动回转刀架还要选择可靠的定位方案和合理的定位结构。

自动回转刀架自动换刀时由控制系统和驱动电路来实现。

关键词：自动回转刀架，蜗轮蜗杆副，机电系统AbstractCNC lathe work order to be able to complete a fixture in many processes processing aids to reduce time, reduce installation time and again caused by processing errors, we must turn with automatic tool. Installed in accordance with the number of different knives, automatic revolving turret at position four of six and eight-station work spaces and other forms. According to the different installation methods, automatic rotary tool can be divided into two types of vertical and horizontal. Positioning means according to the different mechanical, automatic rotary tool set can be divided into client positioning tooth and three teeth, such as disk-based positioning. The interruption of tooth plate-type tool change position to be lifted when the tool carrier, tool change a slow and poor sealing, but its relatively simple structure. Tridentate known disk-based location-free lift-type, characterized by ATC when the tool is not lifted, so when the toolchange is fast and good seal, but its more complicatestructure.Automatic rotary tool in the structure must have good strength and rigidity to bear the rough at the time of cutting resistance. In order to ensure a high transposition of the repeat positioning accuracy, automatic rotary tool holder of the position would also like to choose a reliable and reasonable positioning program structure. Rotary Tool Automatic Tool Changer automaticallyby the control system and the drive circuit to achieve. Keywords: automatic rotary tool, vice worm,Electromechanical system目录第1章绪论 (2)1.1 课题综述 (2)1.1.1 科学意义和应用前景 (2)1.1. 2 设计思路 (3)第2章总体结构设计 (4)1.1减速传动机构的设计 (4)1.2 上刀体锁紧与精定位机构的设计 (4)1.3 刀架抬起机构的设计 (4)第3章自动回转刀架的工作原理 (5)第4章主要传动部件的设计计算 (8)1.1 蜗杆副的设计计算 (8)1.2 螺杆的设计计算 (12)第5章电气控制部分设计 (13)1.1 硬件电路设计 (13)1.2 控制软件设计 (15)致谢 (17)参考文献 (18)数控车床四工位回转刀架机电系统设计第一章第1节绪论1.1 综述1.1.1 科学意义和应用前景自动换刀系统是数控机床的重要组成部分。

目录1、引言 (2)2、主要工作过程 (2)3、总体结构设计 (3)3.1 电动机的选择 (3)3.2 减速传动机构的设计 (3)3.3 上刀体锁紧与精定位机构的设计 (3)3.4 刀架抬起机构的设计 (4)4、自动回转刀架的工作原理 (4)5、主要传动部件的设计计算 (6)5.1 蜗杆副的设计计算 (6)5.1.1 蜗杆的选型 (6)5.1.2 蜗杆的材料 (7)5.1.3 按齿面接触疲劳强度进行设计 (7)5.1.4 蜗杆和蜗轮的主要参数与几何尺寸 (8)5.1.5 校核蜗轮齿根弯曲疲劳强度 (9)5.1.6 验算效率 (10)5.1.7 精度等级公差和表面粗糙度的确定 (10)5.1.8 蜗杆的结构设计 (10)5.2 螺杆的设计计算 (13)5.2.1 螺距的确定 (13)5.2.2 其他参数的确定 (13)5.2.3 自锁性能校核 (14)6、电气控制部分设计 (14)6.1 硬件电路设计 (14)6.1.1 收信电路 (14)6.1.2 发信号电路 (14)6.2 控制软件的设计 (15)数控车床自动回转刀架机电系统设计摘要：本设计以 C616 或 C6132 经济型数控车床的四位的卧式自动回转刀架为研究对象，从该刀架的总体结构、主要传动机构、主要传动部件、硬件电路和控制程序等方面进行了设计。

并在文中给出了详细的关于传动零件的设计计算。

关键词：数控、四工位、卧式刀架、自动回转、定位1、引言数控车床为了能在工件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加工误差，必须带有自动回转刀架，数控车床上的回转刀架是一种简单的自动换刀装置。

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。

而目前我国有大量多年积累使用的通用的机床，要在几年内更新换代，不论是在资金上还是经济效益上都是不可行的，所以对其进行半自动化改造显得重要和迫切。

而普通车床的数控改造既经济又快捷，是符合我国国情的。

毕业设计（论文）任务书指导教师签字：院长（系主任）签字：毕业论文（设计）开题报告毕业论文（设计）开题报告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 ofCNC lathesAbstractThe 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 automatic turret’sthe 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目录1绪论 (1)1.1自动回转刀架的设计背景 (1)1.2自动回转刀架的市场分析 (2)1.3设计自动回转刀架的意义 (2)2自动回转刀架总体设计 (3)2.1总体方案的确定 (3)2.2减速机传动机构的确定 (6)2.3刀体锁紧与精定位机构的确定 (7)2.4抬起机构的确定 (7)3自动回转刀架机械部分设计 (8)3.1自动回转刀架的工作原理 (8)3.2蜗轮及蜗杆的设计及校核 (11)3.2.1蜗杆的选型 (11)3.2.2蜗杆副的材料 (13)3.2.3按齿面接触疲劳强度进行设计 (14)3.3蜗轮及蜗杆的主要参数与几何尺寸 (16)3.4螺杆的主要参数与几何尺寸 (18)3.4.1螺杆的设计计算 (18)3.5蜗杆轴的设计 (18)3.5.1蜗杆轴的材料选择，确定许用应力 (18)3.5.2按扭转强度初步估算轴的最小直径 (19)3.5.3确定各轴段的直径和长度 (20)3.5.4蜗杆轴的校核 (21)3.6蜗杆轴的轴承选用 (25)4自动回转刀架电气部分设计 (26)4.1硬件电路设计 (26)4.2控制软件设计 (30)4.2.180C31单片机及其引脚说明 (32)4.2.2 静态存储器6264的特性 (34)4.2.3 2764只读存储器的特性 (36)4.2.4 可编程并行I/O接口芯片8255的特性 (37)5结论 (42)6致谢 (43)7参考文献 (45)附录：转配图A0图纸一张、零件图A1、A2各五张（上刀体图、下刀体图上圆盘图、下圆盘图、刀架电气图、蜗轮、蜗杆图、螺杆图、空心轴图、发信盘图）1绪论1.1自动回转刀架的设计背景经济型数控是我国80年代科技发展的产物。

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：随着数控机床的发展，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自动回转刀架的机械设计和软件控制系统控制部分的设计，并对以上机械部分运用CAD做图，对刀架有更直观的了解。

最后的提出了对刀架提出了意见和措施。

关键词：数控刀架，自动回转刀架，四工位ABSTRACTCNC lathe in the future will be high when the development of mid-range universal CNC tool used complementary, high-grade tool used dynamic, coupled by a hydraulic tool, servo tool carrier, tool carrier, such as vertical species, which is expected to number in recent years. The demand of control tool will significantly increase. The trend of development of CNC tool is: With the development of CNC Lathe, CNC turret tool change to the rapid, electro-hydraulic servo drive combination of drive and direction. According to the processing of different objects, there are four-party tool, tool holder and eight hexagonal (or more) position of the disc blade of axial loading and other forms tool. Were installed on the rotary tool holder 4, 6 or more tools, and NC ATC instructions. The main part of the four-stage vertical electric tool design and application of mechanical relay - access control system to control part of the design. Do plan to use CAD for electrical tool，through which I got more intuitive understanding. Finally I put forward my views on the electric tool .Keywords: CNC tool, Automatic Rotary Tool, Four -目录第1章引言 (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 刀架的设计准则 (2)1.4 刀架的主要技术参数 (2)第2章数控车床自动回转刀架设计 (3)2.1刀架的工作原理 (4)2.2 步进电机的选用 (5)2.3 蜗杆及蜗轮的选用与校核 (6)2.4 蜗杆轴的设计 (8)2.5 蜗轮轴的设计 (14)2.6 中心轴的设计 (13)2.7 齿盘的设计 (16)2.8 轴承的选用 (17)3.0 刀架体的设计 (18)第3章控制系统的设计 (19)3.1、控制系统硬件电路接口设计 (19)3.2、控制系统软件设计 (23)第4章结论与展望 (25)参考文献 (26)致谢 (27)第1章绪论1.1概述数控机床的刀架是机床的重要组成部分。

毕业设计四工位立式回转刀架机电系统设计及仿真学生姓名：学号：系部：机械工程系专业：机械电子工程指导教师：二〇一四年六月四工位立式回转刀架机电系统设计及仿真摘要：本设计是基于Pro/E数控机床的自动回转刀架的仿真。

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，其中主要的传动部件如蜗轮蜗杆、螺杆还做了强度校核，再对设计出的结构在Pro/E中建模、组装，组装的过程中需要对零件做不同的预定义约束集设置，如螺杆与螺母之间的组装需要经过圆柱、槽、平面等约束集,组装之后做机构的仿真运动；电气控制是把程序导入到8255单片机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,并通过限位开关的开关信号来控制电机的停转，达到自动换刀。

关键词：自动回转刀架，蜗轮蜗杆，螺杆，仿真Design and Simulation of vertical rotary cutterelectromechanical system with four stationsAbstract：This design is the simulation of automatic rotary turret of NC machine tool based on Pro/E. Its main work can be divided into two parts, one part is the mechanism simulation, and the other part is the electrical control. Firstly Mechanism simulation analyzes the working principle of the four station vertical rotary turret, then it design components in accordance with its structure. Its main transmission components, such as worm gear, screw are checked in strength. Secondly, predefined constraint are set differently in the process of molding and assembling of parts in Pro/E. For example, assembling between the screw and the nut requires constraint set beyond the cylinder, tank, and plane. After assembling, it does structural simulation motion. Electric control is to import program into 8255 MCU to control the two relays tool motor, so as to achieve positive-negative control. Whereby, through the signal of limit switch, it controls the motor stalling which helps to achieve the automatic tool change.Keywords: automatic rotary tool, worm gear and worm ,screw, simulation目录1 前言 (1)1.1 概述 (1)1.2 数控车床自动回转刀架发展趋势 (2)1.3 数控刀架的基本要求 (3)1.4 本设计的目的及意义 (4)2 机械设计 (5)2.1 总体结构设计 (5)2.1.1 减速传动机构设计 (5)2.1.2 上刀体锁紧与精定位机构设计 (5)2.1.3 刀架抬起机构的设计 (5)2.2 自动回转刀架的工作原理 (7)2.3 主要传动部件的设计 (9)2.3.1 蜗杆副的设计计算 (9)2.3.2 螺杆的设计计算 (15)2.4 刀架体的设计 (16)3 电气控制部分设计 (18)3.1 收信电路 (18)3.2 发信电路 (19)4 基于Pro/E的零件建模及仿真 (21)4.1 Pro/E的简介 (21)4.1.1 参数化设计 (22)4.1.2 基于特征建模 (22)4.1.3 单一数据库 (22)4.1.4 直观装配管理 (22)4.2 零件的建模 (23)4.2.1 Pro/E中常用的的命令 (23)4.2.2 一些主要零件的建模 (24)4.3 组装 (33)4.3.1 组装过程中的预定义约束集 (33)4.3.2 组装图 (35)总结 (36)参考文献 (37)致谢 (38)1 前言1.1概述自动换刀系统是数控机床的重要组成部分。

1.4 小结对数控车床自动回转刀架的机电系统进行研究和设计，并通过对四工位刀架的设计，分别加强对其组成部分即机械总体结构、工作原理的认识。

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。

对于自动回转刀架，根据装刀数量的不同，自动回转刀架分有四工位、六工位和八工位等形式。

根据安装的不同方式，自动回转刀架可分为立式和卧式，而根据机械定位方式不同，自动回转刀架又可分为端齿盘定位型和三齿盘定位型等，其中端齿盘定位型换刀时需要将刀架抬起，换刀速度较慢且密封性差，但其结构简单。

三齿盘定位叫免抬型.其特点时换刀时刀架不用抬起，因此换刀速度快且密封性好，但其结构复杂。

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。

自动回转刀架的自动换刀由控制系统和驱动电路来实现的。

2 总体结构设计2.1 电动机的选择[2][3][4]电动机选择三相异步电动机，额定功率为80W，额定转速为1440r/min。

2.2 减速传动机构的设计[1]由于三相异步电动机的转速太快，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，采用蜗杆副减速是最佳选择。

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。

2.3 上刀体锁紧与精定位机构的设计[5]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，其锁紧与定位珠精度将直接影响到工件的加工精度。

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转动；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，完成转位工作。

数控车床自动回转刀架机电系统的设计涉及机械结构、电气控制和编程等多个方面。

以下是设计该系统时需要考虑的关键要点：
1. 机械结构设计
-设计回转刀架的结构，包括支撑轴承、回转机构等，确保其稳定可靠地进行自动回转；
-确定回转角度范围和精度要求，根据加工需求设计相应的回转机构。

2. 电气控制系统设计
-选择合适的电机作为驱动源，考虑其扭矩、速度和精度等参数；
-设计控制电路，包括限位开关、传感器等，用于检测刀架位置和控制回转动作；
-配备必要的安全装置，例如急停按钮、防护罩等，确保操作安全。

3. PLC/数控系统编程
-编写程序实现自动回转功能，包括控制电机驱动、位置检测、回转角度设定等；
-考虑编程中的异常情况处理，例如限位保护、电机故障等。

4. 人机界面设计
-如果需要，设计操作界面用于设定回转角度、启动自动回转等操作；-界面设计应直观友好，便于操作员使用。

5. 性能测试与调试
-进行机械部件的装配和调试，确保回转刀架运动平稳、精度满足要求；
-对电气控制系统进行联调和功能测试，验证自动回转功能的准确性和稳定性。

6. 安全考虑
-确保机械结构和电气系统符合相关安全标准和规定；
-检查系统运行过程中可能存在的安全隐患，并采取相应的安全措施。

设计数控车床自动回转刀架机电系统需要综合考虑机械、电气、控制等多个方面，确保系统能够稳定可靠地实现自动回转功能，并且满足加工工艺的要求。

在设计过程中，需要充分考虑系统的易用性、安全性和可靠性。

目录设计任务 (1)总体结构设计 (2)自动回转刀架的工作原理 (2)主要传动部件的设计 (3)电器控制部分的设计 (13)参考文献 (20)一、设计任务题目：数控车床自动刀架PLC控制系统设计任务：设计一台四工位立式回转刀架，适用于CA6132数控车床。

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120W，额定转速1440r/min，换刀时要求刀架转动的速度为40r/min。

二、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。

自动回转刀架的传动机构示意图，详细的装配图在图纸上。

毕业设计（论文）-数控车床四工位刀架电路的PLC控制设计四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)第1章机械结构1.1刀架总述数控刀架安装在数控车床的滑板上。

它上面可以装夹多把刀具，在加工中实现自动换刀刀架的作用是装夹车刀，孔加工刀具及螺纹刀具并能准确迅速的选择刀具进行对工件的切削。

刀架滑板由纵向(Z轴)滑板和横向(X轴)滑板组成，纵向滑板安装在床身导轨上，可以沿床身纵向运动，横向滑板安装在纵向滑板上，能沿纵向滑板的导轨进行横向运动，刀架滑板的作用是安装在其上的刀架刀具在加工中实现纵向和横向的进给运动。

1.2换刀的机械原理按下换刀键或输入换刀指令后，电机正转，通过联轴器，蜗杆带动涡轮，螺纹带动螺母刀架体松开并上抬，转位、找刀刀架体的上方有一发信盘，盘中每一到刀位都安装一霍尔开关刀架体旋转到一刀位时。

该刀位的传感器件向数控系统发出信号，数控系统将收到的实际刀位信号与指令刀位信号进行比较，当两信号相同时，说明刀架体已旋转到所选刀位，数控系统控制继电器KA1释放，继电器KA2得电吸合，换刀电动机反转，粗定位销在在弹簧的作用下进入粗定位盘的凹槽中进行粗定位，由于粗定位槽的限制刀架体不能反转只能在该位置垂直落下，刀架体和刀架底座的端面齿啮合，实现精确定位，电动机做适当的延时。

继续反转，当两端面齿增加到一定夹紧力。

刀架体被锁紧时。

电动机停止转动，换刀结束。

第 1 页四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)第2章电动刀架的电气控制2.1刀架拆卸顺序A、使刀架处于松开状态，拆下上盖1，拆下发讯盘2上的电线，然后拆下小锣母3、发讯盘2、磁钢座4。

B、取出大螺母5内两只M4螺钉，卸下大螺母5及止退圈6、平面轴承、离合盘7。

C、取下上刀体11，拆下外端齿16、螺杆19、螺母18、离合削8、反靠销10(注意外端齿16、螺母18相对于上刀体11的位置。

D、拆下电机、联接座12、端盖22。

E、从端改22端，向联接座12端敲出蜗杆23以轴承。