下载文档原格式
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。
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柳州职业技术学院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 automatically by the control system and the drive circuit to achieve.Keywords: automatic rotary tool, vice worm,Electromechanical system目录第1章绪论 (1)1.1 课题综述 (1)1.1.1 科学意义和使用前景 (1)1.1. 2 设计思路 (3)第2章总体结构设计 (3)1.1减速传动机构的设计 (3)1.2 上刀体锁紧和精定位机构的设计 (3)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 (4)第4章主要传动部件的设计计算 (6)1.1 蜗杆副的设计计算 (6)1.2 螺杆的设计计算 (10)第5章电气控制部分设计 (11)1.1 硬件电路设计 (11)1.2 控制软件设计 (14)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 科学意义和使用前景自动换刀系统是数控机床的重要组成部分。
图书分类号：密级：毕业设计(论文)数控车床回转刀架系统的设计THE DESIGN OF CNC LATHE ROTARYCUTTER学生姓名学院名称专业名称指导教师2011年05月27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AbstractConventional lathe tool change is slow, the accuracy is not high, low productivity, can not meet the needs of modern production. Therefore, this rotary tool holder for CNC lathe electrical and mechanical systems related content study, CNC lathe turret to explore the composition and working principle of the general improvement of the machine tool change device, so that the device has an automatic release, transfer, precision positioning and other functions.In this paper, rotating turret lathe to complete the mechanical design of parts and electrical parts. Mechanical part is composed of various mechanical calculation and selection of parts, electrical parts for the preparation 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, Results Ju simple.Keywords Automatic rotary tool holder Tool changer Electro-Mechanical Systems Electrical control目录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1 数控车床的背景意义 (1)1.2 数控车床自动回转刀架的概述 (1)1.3 研究实际社会意义及应用效果 (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)4.1.1 蜗杆的选型 (8)4.1.2蜗杆的材料 (8)4.1.3 按齿面接触疲劳强度进行设计 (8)4.1.4 蜗杆和蜗轮的主要参数与几何尺寸 (10)4.2 蜗杆轴的设计 (11)4.2.1 蜗杆轴的材料选择，确定许用应力 (11)4.2.2 按扭转强度初步估算轴的最小直径 (11)4.2.3 确定各轴段的直径和长度 (12)4.2.4 蜗杆轴的校核 (12)4.2.5 键的选取与校核 (16)4.3 蜗轮轴的设计 (16)4.3.1 蜗轮轴材料的选择，确定需用应力 (16)4.3.2 按扭转强度，初步估计轴的最小直径 (16)4.3.3 确定各轴段的直径和长度 (17)4.4 中心轴的设计 (17)4.4.1 中心轴的材料选择,确定许用应力 (17)4.4.2 确定各轴段的直径和长度 (17)4.4.3 轴的校核 (18)4.5 齿盘的设计 (18)4.5.1 齿盘的材料选择和精度等级 (18)4.5.2 确定齿盘参数 (18)4.6 轴承的选用 (20)4.6.1 轴承的类型 (20)4.6.2 轴承的游隙及轴上零件的调配 (20)4.6.3 滚动轴承的配合 (21)4.6.4 滚动轴承的润滑 (21)4.6.5 滚动轴承的密封装置 (21)5 电气控制部分设计 (22)5.1 硬件电路设计 (22)5.1.1 收信电路 (23)5.1.2 发信号电路 (24)5.2控制软件的设计 (24)结论 (27)致谢 (28)参考文献 (29)附录 (30)附录1 (30)附录2 (30)附录3 (31)附录4 (31)附录5 (31)附录6 (32)1 绪论1.1 数控车床的背景意义经济型数控是我国80年代科技发展的产物。
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。
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：2008.9.24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。
尊敬的用户：感谢您选用我公司产品。
您在使用本产品以前，请详细阅读本使用说明书，并严格按照使用说明书进行操作。
如有不明之处，请及时与我公司联系，谨防出现意外事故。
联系地址:烟台市芝罘区凤凰台路1号烟台环球机床附件集团有限公司联系电话:************(总机)、6524611传 真:************邮政编码:264002电子信箱:*******************************网 址:编制日期:2007-10-12特别注意：1．要求预分度电磁铁、制动线圈配置单独电源(容量不小于100VA)；编码器、传感器要求使用系统电源，且与系统之间连接不能有中间继电器； 2．刀架电机的保护:(1)刀架转位过程中，一定时间内找不到工位时，电机断电(AK3180、AK31l00、AK31125三种规格为6秒，AK31160、．AK31200两种规格为10秒)；(2)预分度电磁铁通电后1.5秒钟，如果见不到预分度传感器信号，应立即给电机断电；(3)刀架电机反转锁紧过程中，2秒钟之内见不到锁紧传感器信号，应立即给电机断电；3．刀架电机上的温控保护不能直接接到系统板上，应通过中间继电器控制；4．发生刀架转不到位时，应重新转动，并且必须沿故障前的转向旋转； 5．预分度电磁铁芯杆表面要定期(6个月)注人l-3滴润滑油(见图1件17)。
目录1产品的用途、特点及规格参数 (1)1.1用途 (1)1.2特点 (1)1.3主要规格参数（见表1） (1)2 产品结构及传动原理 (2)3 产品的安装 (4)3.1刀架的安装尺寸参照图3及表2 (4)3.2刀架的安装 (5)3.3刀盘的安装 (5)3.4 冷却液的输入 (6)3.5刀架两侧的允许钻孔深度 (7)4 电器布置、接线 (8)4.1刀架电器部件分布图（见图7） (8)4.2 电机 (8)4.2.1 电机参数（见表5） (8)4.2.2 制动器 (8)4.2.3 温控开关 (8)4.3 编码器真值表 (9)4.4 电器件引线位置表 (9)4.5 编码器、接近开关的输出接口方式(见图8) (10)5 运行信号波形图及说明 (10)5.1 运行信号波形图 (10)5.2 运行过程说明 (11)6 产品性能参数图表 (11)6.1各方向力允许最大值图表 (11)6.2 刀具干涉图表 (12)7 刀架的调试、维护 (13)7.1刀架的润滑 (13)7.2更换冷却液套 (13)7.3更换电机 (14)7.4更换编码器 (14)7.5 调整与更换预分度接近开关 (15)7.6 更换预分度电磁铁 (16)7.7 调换锁紧接近开关 (16)8 注意事项及常见故障排除 (17)8.1 (17)8.2 (17)8.3 故障及排除表 (17)9 通用刀盘尺寸图 (19)1产品的用途、特点及规格参数1.1用途本刀架系引进世界著名数控转塔刀架生产企业－意大利Baruffaldi公司的先进技术，并获得其生产许可证而生产制造的。
目录1 绪论 (1)1.1国外数控机床状况分析 (1)1.2 国内数控机床状况分析 (2)2 卡盘的设计 (4)2.1卡盘方案的确定 (4)2.2卡盘原理简介 (4)2.4卡盘定位分析 (5)2.4卡盘夹紧力的计算 (6)2.5液压缸的设计 (8)2.6弹簧的设计计算 (9)3 回转刀架的设计 (11)3.1回转刀架总体方案选择 (11)3.2刀架原理简介 (13)3.3回转刀架电机的选择 (14)3.4刀架设计的要点及计算 (16)3.5刀架三维零件的建立 (20)4 微机控制系统硬件电路设计 (22)4.1控制系统的设计要求 (22)4.2硬件组成 (22)4.3电气系统的设计 (29)4.4程序设计 (30)结论 (37)致谢 (38)参考文献 (39)1、绪论数控车床是集机械、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。
卡盘和刀架都是数控车床中的重要组成部分，其功能和精度直接影响整个机床的功能和精度。
卡盘是数控车床的通用夹具，在夹持工件时要有足够的夹紧力，而且使工件布发生夹紧变形。
刀架是直接完成切削加工的执行部件，所以，刀架在结构上必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工时的切削抗力。
由于切削加工精度在很大程度上取决于刀尖位置，所以要求数控车床选择可靠的定位方案和合理的定位结构，以保证有较高的重复定位精度。
此外，刀架的设计还应满足换刀时间短、结构紧凑和安全可靠等要求。
1.1国外数控机床状况分析(1).国际机床市场的消费主流是数控机床。
1998年世界机床进口额中大部分是数控机床，美国进口机床的数控化率达70，我国为60%。
目前世界数控机床消费趋势已从以数控电加工机床、数控车床、数控铣床为主转向以加工中心、专用数控机床、成套设备为主。
(2).国外数控机床的网络化。
随着计算机技术、网络技术日益普遍运用，数控机床走向网络化、集成化已成为必然的趋势和方向，互联网进入制造工厂的车间只是时间的问题。
目录1.绪论 (1)1.1国内外数控机床状况分析 (1)1.2自动刀架状况分析 (1)1.3刀架设计总体方案 (2)2.刀架机械结构设计 (3)2.1刀架机械结构设计总体方案 (3)2.1.1减速传动机构方案设计 (3)2.1.2上刀体锁紧与精定位机构设计 (3)2.1.3刀架抬起机构设计 (3)2.2刀架机械结构设计工作原理 (4)2.3主要传动部件功能及设计 (5)2.3.1三相异步电机的选用 (5)2.3.2蜗杆和蜗轮的设计 (5)2.3.3蜗杆轴的设计 (7)2.3.4中心轴的设计 (9)2.3.5轴承的选用 (10)2.3.6齿盘的设计 (11)3.刀架电气系统设计 (13)3.1刀架电气系统设计方案 (13)3.2刀架电气系统工作原理 (13)3.3刀架电气系统硬件组成 (15)3.3.1控制系统的选取 (15)3.3.2交流接触器的选取 (15)3.3.3电磁继电器的选取 (15)4.设计总结 (17)5. 谢辞 (18)6.参考文献 (19)本设计是根据通过电动机正反转，来实现换刀和锁紧的；利用涡轮蜗杆传动，蜗杆传动单级传动能得到很大的传动比，传动平稳，无噪声，冲击载荷小，而且能优化整体结构，做到外型轮廓小，结构紧凑。
上、下刀体的两个端面齿脱离，就必须设计合适的机构使上刀体抬起，采用的螺杆-螺母副。
[关键词]电动刀架工作原理电气控制电动刀架是数控车床进行自动换刀的实现机构，实现刀架上刀盘的转动和刀盘的开定位、定位与夹紧的运动，以实现刀具的自动转换，具有传动机械结构、电气正反转控制、PLC编程控制等数控机床的核心内容，是每一个学习数控机床结构的学生必须掌握的，具有机械、电气的综合特点。
本设计分为三部份，第一部分为绪论，包括国内外数控机床状况分析、自动刀架状况分析、刀架设计总体方案等。
第二部分为刀架机械结构设计，包括刀架机械结构设计总体方案、刀架机械结构设计工作原理和主要传动部件功能和设计等。
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。
C3163回转式六角车床回转刀架机电系统设计摘要回转式六角车床的刀架是机床的重要组成部分。
随着回转式六角车床的发展，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。
电动刀架是回转式六角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。
本设计主要是对立式四工位电动刀架机械传动部分的设计，对关键零部件进行了设计校核，并运用Auto CAD软件，做出了回转刀架装配图，对电动刀架有了更直观的了解。
关键词:回转式六角车床回转刀架结构设计目录摘要 (1)一绪论 (3)1.1. 国内发展情况 (3)1.2. 国外发展情况 (3)1.3. 结构组成与动作循环 (4)1.4. 技术性能与发展趋势 (4)1.4.1. C3163回转车床精度 (4)1.4.2. 运转性能 (4)1.4.3. 润滑与密封 (4)1.4.4. 负载能力与刚度 (4)1.4.5 可靠性方面 (5)二、设计任务 (5)三、总体结构设计 (5)四、自动回转刀架的工作原理 (7)五、主要传动部件的设计 (9)6 总结 (16)致谢 (17)参考文献 (18)一绪论1.1. 国内发展情况我国的刀架生产还处在发展阶段，品种、规格、可靠性等方面还需要有一个完善的过程，远远没有达到成熟。
基本上采用传统材料和传统，加上部分外购配套件的可靠性较差造成产品整体的可靠性与外国的差距。
国内部分刀架回转原理为电机经弹簧理合器带动蜗杆，再由蜗轮带动蜗杆旋转，当刀架转体时，由霍尔元件不断检测刀架转体是否到位，到位后霍尔元件发出信号，然后反转锁紧。
主要采用有销盘、内齿盘，外齿盘组成的三端齿定位机构实现准确定位。
其控制部分主要选用MCS-51系列单片机以及ATMEL公司的AT89等同类产品进行控制。
烟台机床附件厂是目前我国生产刀架水平最高的厂家，特别是可以生产带刀头的刀架。
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。
2、主要工作过程（1）刀架抬起：当数控装置发出换刀指令后，有单片机发出信号，电机正传。
电机通过连轴器带动蜗杆轴旋转，蜗杆带动蜗轮旋转。
此时，由于粗定位销的作用，使刀架体不可能旋转，所以刀架体沿着中轴的轴线向上抬起。
当抬到一定高度，粗定位销从定位盘中拔出。
这样就完成了抬刀的过程。
（2）刀架转位：当定位销从定位定位盘中拔出后，随后圆头销的销头和定位套上的凹槽相互配合，用于定位套和蜗轮通过销联接在一起，所以定位套随蜗轮一起旋转，定位套就通过圆头销带动刀架体旋转。
这样就达到了刀架转位的目的。
（3）刀架定位：当刀架转到相应的位置，位置传感器发出信号。
单片机检测到信号后，随即停止电机。
这时粗定位销正好又落在定位盘的相应的凹槽中，实现粗定位，显然此时的定位不可能达到定位精度。
（4）精定位和夹紧：位置传感器发出信号，单片机立即控制电机停转，然后反转。
由于有粗定位销的限制，刀架体已经完成了粗定位，所以当电机反转的时候，蜗轮就直接带动刀架体做轻微的旋转，刀架体和底座上的鼠牙盘相互配合实现静定为。
电机继续反转，实现压紧。
刀架体侧面的应变片检测刀架体的应变，并反映给单品机的模拟量模块，当到达制定值时，单片机随即发出命令，电机停转。
由于有粗定位销的作用，此时刀架体在收到到切削力的时候已经无法旋转，从而起到夹紧的目的。
3、总体结构设计3.1 电动机的选择电动机选择三相异步电动机，额定功率为90W，额定转速为1400r/min。
查《机械设计手册》选择电机型号为YS562-4 ，YS562-4 电机的相关参数如下：电机轴直径为9mm。
3.2 减速传动机构的设计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。
传动比i=1400/30=46.7，取传动比为47。
3.3 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。
3.4 刀架抬起机构的设计要想使上、下刀体的两个端面脱离，就必须设计合适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-蜗轮带动螺杆中心轴转动时，作为螺母的上刀体要么转动，要第上下移动。
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，上刀体就与螺杆一同转动。
设计螺杆时要求选择适当的螺距，以便当螺杆转动一定角度时使得上刀体与下刀体的端面齿能够完全脱离啮合状态。
图3.1为自动回转刀架的传动机构示意图。
图3.1 自动回转刀架的传动结构示意图1—发信盘 2—推力轴承 3—螺杆螺母副 4—端面齿盘 5—发靠圆盘 6—三相异步电动机 7—联轴器 8—蜗杆副 9—反靠销 10—圆柱销 11—上盖圆盘 12—上刀体4、自动回转刀架的工作原理自动回转刀架的换刀流程如图4.1所示。
图4.2表示自动回转刀架在换刀过程中有关的销的位置。
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落在反靠圆盘7的十字槽内，上刀体4的端面齿和下刀的端面齿处于啮合状态（上下端面齿在图a中未画出）。
需要换刀时，控制系统发出刀架的转位信号，三相异步电动机正向旋转，通过蜗杆副带动螺杆正向转动，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170度时，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），如图b所示。
上盖圆盘1、圆柱销2以及上刀体4在正转的过程中，反靠销6能够从反靠圆盘7中十字槽的左侧斜坡滑出，而不影响上刀体4寻找刀位时的正向转动，如图c所示。
上刀体4带动磁铁转到需要的刀位时，发信盘上对应的霍尔元件输出低电平信号，控制系统收到后，立即控制刀架电动机反转，上盖圆盘1通过圆柱销2带动上刀体4开始反转，反靠销6马上就会落入反靠圆盘7的十字槽内，至此，完成粗定位，如图d所示。
此时反靠销6从反靠圆盘7的十字槽内爬不上来，于是上刀体4停止转动，开始下降，而上盖圆盘1继续反转，其直槽的左侧斜坡将圆柱销2的头部压入上刀体4的销孔内，之后，上盖圆盘1的下表面开始与圆柱销2的头部滑动。
在些期间，上、下刀本的端面齿逐渐啮合，实现定位，经过设定的延时时间后，刀架电动机停转，整个换刀过和结束。
由于蜗杆副具有自销功能，所以刀架可稳定的工作。
图4.1 自动回转刀架的换刀流程图4.2 刀架转位过程中销的位置a)换刀开始时，圆柱销2与上盖圆盘1可以相对滑动；b)上刀体4完全抬起后，圆柱销2落入上盖圆盘1槽内，上盖圆盘1将带动圆柱销2及上刀体4一起转动；c)上刀体4连续转动时，反销6可从反靠圆盘7的槽左侧斜坡滑出；d)找到刀位后，刀架电动机反转，反靠销6反靠，上刀体停转，实现粗定位。
1—上盖圆盘 2—圆柱销 3—弹簧 4—上刀体 5—圆柱销 6—反靠销 7—反靠圆盘5、主要传动部件的设计计算5.1 蜗杆副的设计计算自动回转刀架的动力源是三相异步电动机，其中蜗杆与电动机直联，刀架转位时蜗杆与上刀体直联。
已知电动机额定功率P1=90W，额定转速n1=1400r/min，上刀体设计转速n2=30r/min，则蜗杆副的传动比i=1400/30=48。
刀架从转位到锁紧时，需要蜗杆反向，工作载荷不均匀，起动时冲击较大，今要求蜗杆的使用寿命L h=10000h，因此对蜗杆的型号材料的选择以及齿面接触疲劳强度计算相当重要。
5.1.1 蜗杆的选型GB/T10085-1988推荐采用渐开线（ZI 蜗杆）。
5.1.2 蜗杆的材料刀架中的蜗杆副传递的功率不大，但蜗杆转速较高，因此，蜗杆的材料选用45钢，其螺旋齿面要求淬火，硬度为45～55HRC ，以提高表面耐磨性，选用锡磷青铜ZCuSn10P1，采用金属模铸造。
为了节约贵重的有色金属，仅仅齿圈用青铜制造，而轮芯用HT100制造。
5.1.3 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，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，再按齿根弯曲疲劳强度进行校核。
传动中心距：（5.1）式中 a —蜗杆副的传动中心距，单位为mm ；K —载荷系数；T 2—作用在蜗轮上的转矩T 2，单位为N ·mm ；弹性影响系数，单位为MP 1/2；接触系数；许用接触应力，单位为MPa 。
从式（4.1）算出蜗杆副的中心距a 之后，根据已知的传动比i=47，选择一个合适的中心距a 值，以及相应的蜗杆、蜗轮参数。
5.1.3.1 确定作用在蜗杆上的转矩T 2设蜗杆头数Z 1=1，蜗杆的传动效率取η=0.6。
由电动机的额定功率P 1=90W ，可以算得蜗轮传递的功率P 2=P 1·η，再由蜗轮的轮转速n 2=30r/min求得作用在蜗轮上的转矩：T 2=9.55P 2/n 2=9.55P 1η/n 2=9.55×90×0.6/30N ·m ≈17.19N ·m=17190N ·mm5.1.3.2 确定载荷系数K载荷系数K=K A K βK v 。
其中K A 为使用系数，查得，由于工作载荷不均匀，起动时冲击较大，因此取K A =1.15；K β为齿向载荷分布系数，因工作载荷在起动和停止时有变化，故取K β=1.15；K v 为动载系数，由于转速不高、冲击不大，可取K v =1.05。
刚载荷系数：K=K A KβK v=1.15×1.15×1.05≈1.395.1.3.3 确定弹性影响系数Z E铸锡磷青铜蜗轮与钢蜗杆相配时，从有关手册查得弹性影响系数Z E=160MPa1/2。
5.1.3.4先假设蜗杆分度圆直径d1和传动中心距a的比值d1/a=0.35。
5.1.3.5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大于45HRC，查得蜗=268MPa。
已知蜗杆为单头，蜗轮每转一转时每个轮齿啮合的次数J=1；蜗轮转速n2=30r/min;蜗杆副的使用寿命L h=10000h。
