[VIP专享]自动回转刀架设计说明书
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1 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。
该厂家全套引进意大利的生产线，产品属于高档型。
1.2. 国外发展情况国外数控机床附件产品的开发应用比较早，经验丰富，再由于技术进步，新材料，新结构的不断出现与应用，使得其产品的可靠性比较高。
国外主要分为日本和欧美两大流派。
其产品的特点是夹紧力大，采用专用电机，体积小，转矩大，可靠性高，耐磨，可靠性较高。
比如，日本日研公司部分回转刀架的核心部件蜗杆副，蜗轮采用氮化钢，齿部表面采用氮化处理，硬度高；蜗杆为硬质合金蜗杆；整个蜗杆副为硬齿面接触，耐磨。
既实现了高速又保证了高可靠性。
还有德国的肖特（SAUTER）、意大利的杜普洛马蒂克（DUPLOMATIC）和巴鲁法迪（BARUFFALDI）等，他们都有自己的系列、规格和专利。
像肖特（SAUTER）的刀架，采用行星传动机构，其结构紧凑，传动方向均为同一方向，没有像蜗杆副的降速机构的交叉轴设计，易于一体化布置。
采用牙嵌式齿行离合器的升起和加紧，空行程转角、小效率高，且自锁功能可靠。
其控制部分大都与机床一起采用CNC控制，目前国际比较好的系统有西门子，法拉克，三菱等。
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为 次,高级的已经达到次以上,国内产品在设方面亟待提高。
4510N ⨯4210N ⨯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）双插销反靠式这类刀架以 T 形丝杠螺母机构产生锁紧力。
电机正转时丝杠移动使两多齿盘分离，再由反靠盘及插销带动刀盘转动到位,检测装置发讯时电机反转,插销向预分度糟反靠实现预分度。
由于另一端插销斜面作用,反靠盘与之分离,电机继续反转则使丝杠连同刀盘反向位移至多齿盘啮合锁紧。
该刀架转位周期为, 不能双向转位。
因只用一个传动链实现动作循环 ,各动12S -作协调由一特殊双插销机构实现,故结构紧凑,锁紧可靠,成为国内中、低档数控车床采用的主要机型。
（3）双向滚子端面凸轮锁紧式这类刀架采用正反方向均可实现转位锁紧的滚子端面凸轮机构,能就近换刀。
1.62 方案选择及论证2.1 传动方案的分析和拟定2.1.1 技术关键（a）合理的整体布局及夹紧机构,以保证有足够的刚性。
（b）定位机构的设计。
双插销配合多齿盘定位。
（c）发讯元件的选择。
采用霍尔元件。
2.1.2 数控立式四工位抬起式自动刀架传动方案的分析和拟定（1）传动方案的拟定采用蜗轮蜗杆传动和螺旋副加紧、双插销预定位、端面多齿盘精定位、霍尔元件发讯。
（2）传动方案简图图2-1 传动方案简图（3）传动方案分析a. 传动机构①采用蜗轮蜗杆传动的主要优点：降速比大,结构紧凑,工作平稳无噪声。
能阻滞扭转振动。
当蜗杆螺旋升角小于摩擦角时,有反向自锁作用。
其主要缺点是: 发热大,加工复杂,需要有与蜗杆参数相同的涡轮滚刀,对装配误差较为敏感。
②螺旋副加紧采用丝杠螺母机构传动,其特点是：3 主要参数的计算3.1 刀架的设计参数 :（1） 定位精度：0.05mm;（2）重复定位精度: 土 0.002mm;（3） 适用机床：C6140;（4） 多齿盘直径：φ175(72 齿左右 );（5） 刀架工位数：四工位;（6） 定位控制元件：霍尔元件 ;（7） 电机的选用：电机的转速与设计刀架的回转速度有关 .先预定为1500\min （8）刀座尺寸： 200*192 刀盘尺寸：200*1103.2 动力参数的确定3.2.1 选择电机类型 : 根据工作要求和条件 : 功率小,起动转矩低,运转平稳等,无需调速、长期反复工作，故选用 N 系列异步电动机。
取转速为1400r/min 。
3.2.2 电机容量的设计计算 :由要求 :自锁力Q=1000 kgf—500 kgf,此处取 Q=1000kgf 。
螺旋副传动的牙型为梯形螺纹,可通过较小的扭矩获得较大的轴向力,并要求自锁。
梯形螺纹的牙型角α=,则牙型半角 P=,且有f=0.08～0.10。
由于本刀架锁紧系30o 15o 统中的摩擦是由封闭系统弹性变形力所引起的,压力通常超过 3,其摩擦系数比一a MP 般2～3倍,取螺杆中径d=85mm.a.求当量摩擦角 : ，/cos tg f ρβ=/cos 11.7arctgf ρβ==为保证电机驱动力矩消失后刀盘仍处于锁紧状态,丝杠螺母传动必须满足自锁条件:,ρλ≤+)1.51(～所以 λmax=11.7-1=10.7，由实验表明λ=4～6 有满意效果,故取 λ=5 。
b.螺杆的转速 n1=28r/min （设计任务书给出） 可得出传动比： （3-01/1400/2850I n n ===图4-1 刀盘齿形图Q(N)作用于螺杆的轴向力主要是刀盘重力。
位槽的深度。
其中I1式中各尺寸的制造公差及上下两盘装配的平行度公差可按一般精度IT8,补偿间隙，用修配可获得。
mm 1.0=δ4.3.2 预定位机构与反靠机构：预定位销中间采用弹簧，使之与销配合起来起定位作用。
同时，预定位销的头部采用单斜面，由斜面作用使预定位销从槽中脱出。
预定位销倾角 所以预定位盘4.50的 槽的倾角也是，与之相配。
4.50 反靠盘上槽两边都有倾角，这是为了使反靠销能从两个方向脱出。
预定位盘和反靠盘的结构尺寸由零件图给出。
4.3.3 精定位机构多齿盘的设计：1）原理与特点：多齿盘定位由两个齿数和齿形相同的端面齿盘啮合而成。
通常，一个齿盘固定不动。
另一个齿盘与分度回转部件固定连接。
分度时，动齿盘抬起，与定位盘脱开，然后转位，当转位至要求位置后，动齿盘与定齿盘啮合并压紧。
本设计中，我们将定齿盘在刀体外壳上之固定，而动齿盘和丝杆，刀盘装在一起，丝杆移动时，动齿盘随之脱开啮合，刀盘同时也移动，齿盘转位。
到位后刀盘不再回转，往相反方向移动，从而夹紧工位。
图 4-3 多齿盘原理2）设计计算：设计多齿盘装置的主要依据是分度工位数，定位精度，结构位置大小和工作载荷。
、图4-5 夹紧力可提高柔性与可靠性，用霍尔元件检测刀位，电机正反转完成转位循环的四位电动刀架应用PLC接口的原理图。
数控系统以8421码方式给出刀号。
当刀架至选定刀位时，信检输出刀位符号低电平，正转继电器断开，反转继电器接通，并延时关断。
电机换向及驱动锁紧的延时时间均可有PLC程序设定，十分方便。
5.3 可编程序控制器（PLC）控制程序设计：5.3.1 输入点分配停止 SB1—I0.0启动 SB2--I0.1自动 SB3—I1.0刀位1到位检测 SA1—I0.2刀位2到位检测 SA2—I0.3刀位3到位检测 SA3—I0.4刀位4到位检测 SA4—I0.5压紧 SQ1—I0.6延时 KT—T1保护 FR—I0.75.3.2 输出点电机正转 KM1—Q0.0电机反转 KM2—Q0.1到位信号 Q0.2短路信号 Q0.3自动换刀 Q0.45.3.3 程序设计综上分析，得输入点10个，输出点7个，所以选西门子S7-200的可编程控制器，它有16输入点,16输出点。
本次设计，先分析工作过程，首先，得到换刀信号，即换刀开关接通先接通。
随后电机正转，刀架抬起，电机继续正转，刀架转过一个工位，霍尔元件检测是否为所需刀位，若是，则电机停转延时再反转刀架下降压紧，若不是，电机继续正转，刀架继续转位直至所需刀位。
根据换刀过程设计控制流程，首先接通整个电路电源，将换刀开关置于自动挡，再按下开始开关进行换刀，正传线圈自锁，自动进行换刀。
当转到所需刀位时，刀位对。
