卧式数控车床刀架结构及驱动系统设计

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。

数控车床系统结构改造设计书数控车床系统结构改造设计书1. 设计目标本次数控车床系统结构改造的设计目标为：提高数控车床加工精度和稳定性，增加数控系统的功能和扩展性，提升生产效率和生产质量。

2. 现有车床结构分析数控车床的结构包括机身、进给系统、主轴系统、控制系统和刀具系统。

其中，机身的刚性决定着数控车床的加工精度和稳定性，而进给系统和主轴系统的精度和稳定性则是数控车床能否实现全自动加工的关键。

控制系统则决定了数控车床的加工精度和工作范围，刀具系统则决定了数控车床的工作效率和加工质量。

现有数控车床的结构不够合理，机身的刚性不够强，容易发生振动和位移，影响加工精度和稳定性。

进给系统和主轴系统的精度和稳定性也不够理想，容易产生误差和变形，导致加工品质下降。

控制系统的功能不能满足当前的加工需求，需要扩展出更多的加工功能。

刀具系统的切割效率不理想，加工速度不够快，切割质量不如人意。

3. 改造方案3.1 机身结构改造考虑到机身的刚性对加工精度的影响，本次改造将对现有机身结构进行增强和加固，利用更高强度的材料重新设计机身结构，并采用加强支撑和支撑背板的方式，使数控车床的结构更加稳定和牢固。

3.2 进给系统和主轴系统改造进给系统和主轴系统的精度和稳定性对数控车床的全自动加工有着至关重要的影响，因此，本次改造将针对进给系统和主轴系统的问题进行改进。

首先，更新进给系统的控制部分和传动设备，采用更加精密的减速器和伺服电机实现进给速度更加稳定和精确。

其次，针对主轴系统的问题，采用更加精密的轴承和主轴，实现主轴的转速稳定和运转平稳。

3.3 控制系统扩展控制系统的扩展将是本次改造的关键所在。

针对现有控制系统的不足，本次改造将引入更加先进的数控系统和相应的控制软件，实现更加灵活和多样化的加工需求，并提供更加人性化的操作界面，方便操作和管理。

3.4 刀具系统改进刀具系统的改进将提升数控车床的工作效率和加工质量。

本次改造将增加多条刀架，增强切割效率，并更新切割软件，实现更加高效和精准的切割操作。

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。

CA6140型卧式车床传动系统设计及内外传动链分析Analysis of transmission system of CA6140horizonta l lathe and the internal and external driving chain摘要CA6140型卧式车床的加工对象主要是轴类零件和直径不太大的盘类零件，故采用卧式布局。

为了适应工人用右手操作的习惯和便于观察、测量，主轴箱布置在左端。

车床主轴箱三支承均用滚动轴承，进给箱系统用双轴滑移公用齿轮机构；纵向与横向进给由十字手柄操作，并附有快速电机，该机床刚性好，功率大，操作方便。

经济比较实惠。

本次毕业设计课题主要是对普通车床（CA6140车床）的进给箱内部船动机构进行设计与计算，特别是对传动机构中的齿轮进行了受力计算和校核，对各部分有了较为清晰的认识。

本次所研究的对象是CA6140车床，其主参数为400mm，主参数表示机床的规格大小，是机床的最主要参数，反映机床的加工能力，影响机床的其他参数和结构大小，所以通常以最大加工尺寸或机床工作台尺寸作为参数。

虽然说普通车床的设计研究已经到了极限的状况，但是如果能对平普通车床能做个非常透彻的了解，那么对自己所学的知识就能够达到一个更高的层次，也算是对自己三年来的一个知识的总结。

又由于整个车床的结构相对比较为复杂，所以只选了其中的进给箱部分进行分析和研究，并充分了解了传动原理和传动路线，能够初步理解机床的工作原理，对之前机械的各科专业知识又进行了一次较为全面的复习，基本达到了毕业设计的目的。

关键词：进给箱；传动系统；内、外传动链ABSTRACTCA6140lathe horizontal machining object is the diameter of shaft parts and less parts of the disk,so the use of a horizontal layout.Workers in order to adapt to the habit of right-handed manipulation and ease of observation,measurement,spindle box layout in the the spindle box with three bearings are rolling bearings,feed me the common slip system with dual-axis gear mechanism;the vertical and horizontal cross-feed handle by the manipulation,with a fast motor,the machine tool rigidity, and power,and easy to operate.Economy is relatively affordable.The graduation project is the subject of ordinary lathe(CA6140lathe)into the internal drive mechanism for the force calculation and check of all parts of the structure has a more clear understanding.The study focused on the CA6140lathe,the main parameters for the 400mm and the main parameters of the specifications of the size of that machine is the most important machine parameters,reflecting the machine’s processing capacity,the impact of machine parameters and the structure of other large and small,and are usually processed with the greatest size are machine table size as the main parameters although the design of an ordinary lathe research has been stretched to the limits of the situation,but if the ordinary lathe can be a very thorough understanding of,then an their own knowledge will be able to reach a higher level,it can be considered on its own knowledge.Also,because the structure of the entire lathe relatively complex, and it is one of only selected parts of the feed box analysis and research, and fully understand the principles of the transmission and the transmission line,to a preliminary understanding of working principle of the machine,before the machinery of the various professional knowledge to carry out a more comprehensive review,the basic design to achieve the purpose of the graduation.Keywords:processing Craft;Transmission System;internal link driving chain.目录1毕业设计（论文）的结构 (1)1.1题目 (1)1.2摘要 (1)1.3目录 (1)1.4绪论 (1)2CA6140型卧式车床的概述 (3)2.1CA6140型卧式车床的功用 (3)2.2CA6140型卧式车床的工作原理及主要结构 (5)2.3CA6140型卧式车床的主要技术参数 (6)2.4CA6140型卧式车床的工作精度等级 (6)3CA6140型卧式车床的传动系统 (9)3.1主运动传动链 (9)3.2螺纹进给传动链 (9)3.2.1车公制螺纹 (9)3.2.2车英制螺纹 (9)3.3纵向、横向进给传动链 (10)3.4刀架快速移动传动链 (10)4经济效益 (11)结论 (12)参考文献 (13)附录1：封面样例 (14)致谢 (15)1毕业设计（论文）的结构一篇完整的毕业设计或论文通常由题目、摘要、目录、引言、正文、结论、参考文献、附录、致谢等几部分构成，除外语类专业外一律采用汉语撰写。

摘要此次毕业设计要求综合的运用机械制图、机械设计、机械原理、机械制造技术、金属切削机床设计等相关知识对CA6140型卧式车床进行了传动设计,主要对其主轴箱的结构和传动原理进行深入的了解。

CA6140车床是我国设计制造的典型的卧式车床,在我国机械制造类行业中使用极为广泛。

近些年,虽然随着电子计算机的发展,数控技术和数控机床得到的较大的发展,但通过对普通车床的研究和设计,可以开阔我们的视野,增强我们的实践经验,加强我们自己动手的工作能力,巩固所学知识,在我们马上要走上工作岗位之际,对提高我们的专业素质有很大的帮助。

本次毕业设计的研究内容、方法、成果:1、通过绘制车床主轴箱操纵机构的装配图,进一步深入的了解了主轴箱的结构和其传动原理;2、通过运用机械原理和机械设计等知识对车床进给箱中的轴进行设计和校核;3、最后运用机械制图知识绘出CA6140型卧式车床主轴箱操纵机构,并运用AutoCAD制图软件绘制进给箱中的014轴,进一步熟练了CAD的使用。

关键词:CA6140型车床;主轴箱;传动系统;轴的设计;轴的绘制;ABSTRACTThe integrated design uses a mechanical drawing,mechanical design, mechanical principles, machinery manufacturing technology, Metal Cutting Machine design knowledge to CA6140 horizontal lathe design of the drive, Headstock mainly on the structure and box drive principle in-depth understanding. CA6140 lathe is the design and manufacture of a typical horizontal lathe. China's machinery manufacturing industries, is widely used. In recent years, although the development of electronic computers, technology and CNC machine tool CNC is the larger development, But through Lathe of research and design, broadening our horizons, enhance our practical experience, strengthen our own hands the ability to consolidate knowledge, we all got to go to work when to improve the professional quality of our great helpThe graduation of the study design, methods, results :1. Drawing spindle lathes me through manipulation of the assembly, further in-depth understanding of the structure of the spindle box and its drive principle2. Through the use of mechanical principles and mechanical design knowledge to design and check the shaft in lathe3. Finally the use of AutoCAD software rendering the machine spindle and operating mechanism , and the use of CAD to render the 014 shaft in lathe;Further skilled in the use ofCADKeywords : CA6140 lathe; Headstock; Transmission; Axis designs; Axis drawing.目录第一章绪论 11.1 毕业设计的目的及意义 11.2毕业设计的内容 11.3设计步骤 21.4设计时应注意的事项3第二章 CA6140型卧式车床的简介 42.1 CA6140车床的用途 42.2 CA6140车床的分类 52.3 CA6140工艺范围52.4 CA6140车床的布局 5第三章 CA6140型车床传动系统83.1车床传动路线及传动分析83.2 主轴箱的传动链 103.3 主轴箱的主要构造12第四章 CA6140型车床齿轮传动设计184.1分级变速传动链设计184.2动力计算224.3计算转速244.4机床的功率转矩特性24第五章 CA6140型卧式车床主轴箱结构设计265.1轴的设计及轴上零件的定位265.2 轴承、密封、润滑285.3齿轮305.4操纵机构315.5箱体34第六章 014轴(ⅩⅢ轴)的设计计算及校核396.1轴的结构设计原则396.2轴的强度计算406.3轴的材料及选择416.4 014轴(ⅩⅢ轴)的设计计算及校核45参考文献50致谢 51第一章绪论1.1 毕业设计的目的及意义毕业课题(论文)教学过程是实现本科培养目标要求的重要阶段,是基础理论学习深化与升华的重要环节,是全面检验学生综合素质与实践能力培养效果的主要手段,是学生毕业及学位资格认证的重要依据,是衡量高等学校教育质量和办学效益的重要评价内容。

cnc数控车床的刀架结构控制系统和工作原理说明刀架是cnc数控车床其中重要的工作部件之一，数控刀架是cnc数控车床的一种辅助装置，它可使cnc数控车床在工件一次装夹中完成多种甚至所有的加工工序，以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。

下面就cnc数控车床刀架的工作原理分析如下。

cnc数控车床换刀时刀架的动作顺序是：刀架抬起、刀架转位、刀架定位和夹紧。

在cnc数控车床操作使用中，电动刀架是一个重要组成部分，它在使用中的合理运用能给操作员带来很多便捷，那么电动刀架的结构控制系统和工作原理究竟有哪些呢，以下就是关于上述的说明：一、cnc数控车床的刀架结构以经济型cnc数控车床刀架来介绍其结构组成，经济型cnc数控车床刀架是在普通型cnc数控车床的基础上发展起来的一种自动换刀装置，其功能和普通刀架一样，有四个刀位，能夹住四把不同功能的刀具，刀架回转90度，刀具交换一个刀位，但是刀架的回转和刀位号的选择是通过加工程序指令来控制的。

二、cnc数控车床刀架的控制系统刀架电气控制主要是通过控制两个交流接触器开控制刀架电动机的正转和反转，进而控制刀架的正转和反转。

三、cnc数控车床刀架的工作原理换刀时刀架的动作顺序是：刀架抬起、刀架转位、刀架定位和刀架夹紧。

1、刀架抬起：该刀架可以安装四种不同的刀具，转位信号通过加工程序指令。

数控系统发出换刀指令后，PMC控制输出正转信号，刀架电动机正转控制继电器KA3吸合，刀架电动机正转控制接触器KM3吸合，小型电动机1启动正转，通过平键套筒联轴器2使得蜗杆轴转动，从而带动其他蜗杆轴转动。

2、刀架转位：当端面齿脱开，转位套正好转过160度，涡轮丝杠前端的转位套上的销孔正好对准球头销的位置。

3、刀架定位：刀架体转动带着电刷座转动，当转到程序的刀号，PMC释放正转信号，输出反转信号，刀架电动机反转控制继电器吸合，刀架电动机反转控制接触器进行吸合，刀架电动机反转，定位销在弹簧的作用下进入粗定位盘的槽中进行粗定位。

毕业设计说明书课题名称：FANUC数控车床的刀架控制系统设计学生姓名学号二级学院（系）电气电子工程学院专业机电一体化技术班级指导教师起讫时间：2012年2月13日～2012 年4月 6 日课题名称:FANUC数控车床摘要六工位简易刀架是经济型车床上最常用的一种自动换刀机构。

刀架采用三相异步电动机驱动，刀位检测采用霍尔元件。

这种刀架只能单方向换刀，电动机正转换刀，反转锁紧。

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，其结构直接影响机床的切削性能和切削效率。

因此数控车床的刀架设计的好与坏、效率高与低将直接影响到产品的加工时间和质量，进而影响到制造业的飞速发展。

本设计主要对总体结构设计、主要传动部件的设计和电气控制部分设计。

包括电气电路和控制软件的设计。

本设计的自动回转刀架控制系统电路简单，可靠性高，有效地解决了传统机床换刀主要依靠手工换刀，辅助时间长，精度不高，累积误差大，加工出的产品既费时且质量不如数控加工的问题，也为车床数控改造中的自动换刀问题提供一种有效的解决途径。

关键词：机械设计；刀架控制原理；刀架电气控制系统；自动换刀；自动回转刀架。

目录摘要 (I)第1章机械结构 (2)刀架总述 (2)数控车床刀架的分类 (2)数控车床刀架传动装置的原理与应用 (3)数控车床六工位刀架换刀工作原理 (8)第2章数控车刀架电气控制系统设计 (12)霍尔原理在刀架中运用的简单概述 (12) (13)六工位刀架梯形图 (14)第3章数控车刀架常见故障分析....... (15)数控车刀架机械与电气故障分析排除 (15)数控车床刀架常见故障的实例分析 (16)刀架使用注意事项 (17)第4章结论 (19)参考文献 (20)致谢 (21)附录 (22)第1章机械结构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。

数控车床六工位刀架设计第1章设计内容和要求(1)设计数控车床六工位刀架及床身；(2)电动功率：120w；(3)电机转速：1400r/min；(4)刀位数：6(5)床身最大加工直径：400mm；(6)刀尖到导轨距离：200mm。

第2章刀架结构方案的确定2.1 刀架结构方案刀架换刀过程工作原理:换刀信号→电机正转→刀架抬起→刀架转位→刀位信号→电机反转→初定位→精定位刀架压紧→电机过流停转→换刀结束。

刀架的设计必须满足以下要求：(1)切削刀具数量较多，可安装多种形式的刀具，至少应能安装同类表面加工所需各种的各种车外圆刀具或孔加工刀具，并且刀具易于更换和调正；(2)须切削的空间太小。

为了能加工最大规格零件，刀架上两把相邻刀具之间要有合适的距离，避免刀具对工件、卡盘、尾座等发生干涉和碰撞；刀架大小要合理；(3)换刀快速准确，在PC可编程序器及其软件配合下，可实现最短路线逻辑选刀；(4)结构简单，定位夹紧可靠，强度高，能承受机床强力切削和连续长时间正常工作；(5)定位精度高，且应具有较高的精度稳定性和保持性。

2.1.1 液压式结构六角回转刀架的全部动作由液压系统通过电磁换向阀和顺序阀进行控制,其换刀动作可以分为以下四个步骤。

(1)刀架抬起当数控装置发出换刀指令后，压力油由A孔进入压紧液压缸的下腔，活塞上升，刀架体抬起使定位活动插销与固定插销脱开。

同时，活塞杆下端的端齿离合器与空套齿轮结合。

(2)刀架转位当刀架抬起之后，压力油由C孔转入液压缸左腔，活塞向右移动，通过连接板带动齿条移动，使空套齿轮做逆时针方向转动，通过端齿离合器使刀架转过60°。

活塞的行程应等于齿轮节圆周长的1/6，并由限位开关控制。

(3)刀架压紧刀架转位之后，压力油由B孔进入压紧液压缸的上腔，活塞带动刀架体下降。

中心轴轴套的底盘上精确的安装着六个带斜楔的圆柱固定插销，利用活动插销消除定位销与孔之间的间隙，从而实现可靠定位。

刀架体下降时，定位活动插销与另一个固定插销卡紧，同时中心轴轴套与刀架套的锥面接触，刀架在新的位置定位并压紧。

毕业设计说明书课落款称： FANUC数控车床刀架操纵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刻：2021 年 2 月13 日～ 2021 年 4 月 6 日FANUC数控车床的刀架操纵系统设计摘要数控车床尔后将向中高级进展，中档采纳普及型数控刀架配套，高级采纳动力型刀架，兼有液压刀架、伺服刀架、立式刀架等品种。

估量最近几年来对数控刀架需求量将大大增加。

数控刀架的进展趋势是：随着数控车床的进展，数控刀架开始向快速换刀、电液组合驱动和伺服驱动方向进展。

本部份要紧对四工位立式电动刀架的操纵系统进行设计。

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)课题的研究背景 (3)1.2 课题的研究意义 (3)设计内容 (4)第2章数控刀架电气操纵系统设计 (5)数控机床的组成 (5)霍尔原理及在刀架中运用的简单概述 (6)霍尔效应与工作原理 (6)霍尔效应的普遍运用 (6)霍尔元件在刀架中运用的简单概述 (7)2.3刀架电气操纵 (7).1 刀架的锁紧时刻操纵 (8)2.3.2刀架刀位信号的监控 (8)2.3.3换刀时刻的监控 (9)2.3.4刀架上电进程 (9)2.4刀架机械结构 (10)第3章数控刀架PLC操纵系统设计 (13)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)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。

采纳数控系统操纵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为重要的作用。

本章介绍了本课题的研究背景，意义，大体内容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，目前在我国取得了普遍的应用。

在中国市场上应用于车床的数控系统要紧有FANUC Oi -TA/TB/TC 和FANUC Oi mate- MA等。