数控车床自动回转刀架机电系统设计(含CAD图纸)

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

I

Design of automatic turret mechanical and electrical system of

CNC lathes

Abstract

The 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’s the 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

II

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 (4)

2.3刀体锁紧与精定位机构的确定 (5)

2.4抬起机构的确定 (5)

3自动回转刀架机械部分设计 (6)

3.1自动回转刀架的工作原理 (6)

3.2蜗轮及蜗杆的设计及校核 (8)

3.2.1蜗杆的选型 (9)

3.2.2蜗杆副的材料 (10)

3.2.3按齿面接触疲劳强度进行设计 (10)

3.3蜗轮及蜗杆的主要参数与几何尺寸 (12)

3.4螺杆的主要参数与几何尺寸 (14)

3.4.1螺杆的设计计算 (14)

3.5蜗杆轴的设计 (15)

3.5.1蜗杆轴的材料选择，确定许用应力 (15)

3.5.2按扭转强度初步估算轴的最小直径 (15)

3.5.3确定各轴段的直径和长度 (16)

3.5.4蜗杆轴的校核 (17)

3.6蜗杆轴的轴承选用 (21)

4自动回转刀架电气部分设计 (22)

4.1硬件电路设计 (22)

4.2控制软件设计 (25)

III

4.2.180C31单片机及其引脚说明 (26)

4.2.2 静态存储器6264的特性 (28)

4.2.3 2764只读存储器的特性 (28)

4.2.4 可编程并行I/O接口芯片8255的特性 (29)

5结论 (33)

6致谢 (34)

7参考文献 (35)

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）

IV

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。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，大大提高生产效率，创造更大的经济效益。

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，减少多次装夹所引起的加工误差，必须带有自动回转刀架。

随着数控车床的发展，自动回转刀架开始向快速换刀、电液组合驱动和伺服驱动方向发展。

目前国内自动回转刀架以电动为主，根据安装方式的不同可分为立式和卧式两种。立式刀架有四、六工位两种形式，主要用于简易数控车床；卧式刀架有八、十、十二等工位，可正、反方向旋转，就近选刀，用于全功能数控车床。根据机械定位方式的不同，自动回转刀架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刀架抬起，换刀速度较慢且密封性较差，但其结构简单。三齿盘定位型又叫免抬型，其特点是换刀时刀架不抬起，因此换刀速度快且密封性好，但其结构较复杂。另外卧式刀架还有液动刀架和伺服驱动刀架。

1.2自动回转刀架的市场分析

国产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，近年来需要量可达10000～15000台。

数控刀架的高、中、低档产品市场数控刀架作为数控机床必需的功能部件，直接影响机床的性能和可靠性，是机床的故障高发点。

这就要求设计的刀架具有转位快，定位精度高，切向扭矩大的特点。它的原理采用蜗杆传动，上下齿盘啮合，螺杆夹紧的工作原理。

1.3设计自动回转刀架的意义

电动刀架是数控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。另外，加工工艺适应性和连续稳定的工作能力也明显提高，尤其是在加工几何形状较复杂的零件时，除了控制系统能提供相应的控制指令外，很重要的一点是数控车床需配备易于控制的电动刀架，以便一次装夹所需的各种刀具灵活、方便地完成各种几何形状的加工。

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。为了保证转位之后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。自动回转刀架的自动换刀是由控制系统和驱动电路来实现的。

在自动换刀数控机床上，自动换刀装置应满足换刀时间短，刀具重复定位精度高，足够的刀具储存量，换刀安全可靠等要求。各类机床的换刀装置主要取决于机床的型式、工艺范围及刀具的数量和种类等。传统的车床如CA6140的刀架上只能装一把刀，换刀的速度慢，换刀后还须重新对刀，并且精度不高，生产效率低，不能适应现代化生产的需要，因此有必要对机床的自动刀架进行改进。

2自动回转刀架总体设计

2.1总体方案的确定

在自动换刀数控机床上，自动换刀装置应满足换刀时间短，刀具重复定位精度高，足够的刀具储存量，换刀安全可靠等要求。

目前为止应用最广的刀架为回转刀架。回转刀架是一种最简单的自动换刀装置，常用于数控车床。可以设计成四方刀架、六角刀架或圆盘式轴向装刀刀架等多种形式。回转刀架上分别安装着四把、六把或更多的刀具，并按数控装置的指令换刀。回转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。由于车削加工精度在很大程度上取决于刀尖位置，对于数控车床来说，加工过程中刀具位置不进行人工调整，因此更有必要选择可靠的定位方案和合理的定位结构，以保证回转刀架在每次转位之后，具有尽可能高的重复定位精度（一般为0.001～0.005mm）。

图2-1 回转刀架的类型及工作原理

一般情况下，回转刀架的换刀动作包括刀架抬起、刀架转位及刀架压紧等。回转刀架按其工作原理分为若干类型，如图2-1所示。

图2-1a所示为螺母升降转位刀架，电动机经弹簧安全离合器到蜗轮副带动螺母旋转，螺母举起刀架使上齿盘与下齿盘分离，随即带动刀架旋转到位，然后给系统发信号螺母反转锁紧。使刀架换位，进行切削加工。螺母升降式零件多，但加力可靠，精度较高，许多刀架都利用这种原理设计。

图2-1b所示为利用十字槽轮来转位及锁紧刀架（还要加定位销），销钉每转一周，刀架便转1/4转（也可设计成六工位等）。十字槽轮式体积大，零件多，目前使用较少。

图2-1c所示为凸台棘爪式刀架，蜗轮带动下凸轮台相对于上凸轮台转动，使其上、下端齿盘分离，继续旋转，则棘轮机构推动刀架转90o，然后利用一个接触开关或霍尔元件发出电动机反转信号，重新锁紧刀架。凸台棘爪式重复定位精度相对较低。

图2-1d所示为电磁式刀架，它利用了一个有10kN左右拉紧力的线圈使刀架定位锁定。电磁式目前已能实用，但多一套电路，并要有断电保护。

图2-1e所示为液压式刀架，它利用摆动液压缸来控制刀架转位，图中有摆动阀芯、拨爪、小液压缸；拨爪带动刀架转位，小液压缸向下拉紧，产生10kN以上的拉紧力。这种刀架的特点是转位可靠，拉紧力可以再加大，但其缺点是液压件难制造，还需多一套液压系统，有液压油泄漏及发热问题。

经过参考几种经典的刀架设计类型后，决定在本设计中采用螺母升降转位刀架，电动机经弹簧安全离合器到蜗轮副带动螺母旋转，螺母举起刀架使上齿盘与下齿盘分离以及利用十字槽轮来转位及锁紧刀架（还要加定位销）来实现刀架抬起和精确定位。

2.2减速机传动机构的确定

在本设计中由于采用了三相异步电动机，三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。与单相异步电动机相比，三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料。在普通的三相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，采用蜗杆副减速是最佳选择。蜗轮蜗杆传动有以下特点：

1、传动平稳。蜗杆传动同时啮合的齿对数多，且蜗杆为连续的螺旋曲面，啮合过程是连续的，振动、冲击和噪声较小。

2、具有自锁性。当蜗杆的导程角小于啮合摩擦角时，蜗杆传动具有自锁性。此时，只能蜗杆带动蜗轮，反之则不能转动。

3、传动比大。单级传动可获得传动比为5-80，在分度机构中可达600或更大。和齿轮传动相比实现相同的传动比时结构较紧凑。

所以说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。使得刀架在是有过程中更加轻便，方便机床的加工作业。

2.3刀体锁紧与精定位机构的确定

在本设计中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，上下端面齿相互咬合，这时上刀体不能绕刀架的中心轴转动；换刀时电动机正传，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。

2.4抬起机构的确定

要想使上、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。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咬合，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。当端面齿脱离咬合时，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咬合状态。

3自动回转刀架机械部分设计

3.1自动回转刀架的工作原理

自动回转刀架的换刀流程图如图3-1所示，传动结构如图3-2所示。

图3-1 自动回转刀架换刀流程

1-发信盘2-推力球轴承3-螺杆螺母副4-端面齿盘5-反靠圆盘6-三相异步电机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

图3-2 自动回转刀架的传动结构示意图

刀架抬起：需要换刀时，控制系统发出刀架转位信号，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逐渐抬起，下刀体与

下刀体之间的端面齿慢慢脱开；

刀架转位：当转过170度时，两端面完全脱开，圆柱销由于弹簧的作用压在螺杆上端的台阶内侧，于是螺杆带动上刀体转动起来。

刀架定位：上刀体带动磁铁转到需要的刀位时，粗定位销在弹簧的作用下进入粗定位槽，同时发信盘上对应的霍尔元件输出高电平信号，控制系统收到后，立即控制刀架电动机反转，由于粗定位销的作用，上刀体不会随螺杆的反转而反转，所以开始下降，上下刀体的端面逐渐啮合，实现精定位。

刀架夹紧：上下刀体的端面齿紧密啮合后.螺杆不再转动，而电机继续带动蜗轮向螺杆加力，经过设定的延时时间后，刀架电动机停转，整个换刀过程结束。由于蜗杆副有自锁功能，所以刀架可以稳定的工作。

图3-3 自动回转刀架在换刀过程中有关销的位置

图3-3表示自动回转刀架在换刀过程中有关销的位置。其中上部的圆柱销2和下部的反靠销6起着重要的作用。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的端面齿和下刀体的端面齿处于咬合状态。需要换刀时，控制系统发出刀架转位信号，三相异步电动机正向旋转，通过蜗杆副带动螺杆正向转动，与蜗杆配合的上刀体4逐渐抬起，上刀体4与下刀体之间的端面齿慢慢脱开；于此同时，上盖圆盘1也随着螺杆正

向转动(上盖圆盘1通过圆柱销与螺杆连接)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（此时端面齿已经完全脱开）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。在此期间，上、下刀体的端面齿逐渐咬合，实现精定位。经过设定的延时时间后，刀架电动机停转，整个换刀过程结束。

3.2蜗轮及蜗杆的设计及校核

按照设计要求对电机进行选型：要求功率为90W，转速1440r/min，经过查取有关资料，采用江西省泰隆电机有限公司生产的JW5614-90W三相异步电机。JW系列三相异步电动机，按JB1009-1012-91，GB12350-2000标准设计，具有外型匀称美观，起动转矩大，效率高，使用寿命长，运行性能良好，噪音小，结构合理，维护方便等特点。一般多用于驱动需要较大起动转矩的机械，如机床、建筑机械、农副产品加工、泵、空气压缩机、制冷压缩机、磨粉机、医疗器械、及农业机械的驱动。

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连，刀架转位时蜗轮与上刀体直连。已知电动机额定功率

P=90W，额定转速1n=1440r/min，

1

上刀体设计转速

n=30r/min，则蜗杆副的传动比i =1n/2n=1440 /30=48。刀架从转

2

位到锁紧时，需要蜗杆反向，工作载荷不均匀，启动时冲击较大，今要求蜗杆副的使用寿命

L=10000h。

h

3.2.1蜗杆的选型

按蜗杆形状，蜗杆传动可分为圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动和锥蜗杆传动。圆柱蜗杆设计制造简单，应用十分广泛；环面蜗杆润滑性能较好，效率高，承载能力高，为普通蜗杆的2-4倍，但制造安装复杂，用在大功率的场合；锥蜗杆制造安装复杂，应用较少。

圆柱蜗杆传动包括普通圆柱蜗杆传动和圆弧圆柱蜗杆传动。根据螺旋线的不同，圆柱蜗杆可分为阿基米德圆柱蜗杆（ZA蜗杆）、法向直廓圆柱蜗杆（ZN蜗杆）、渐开线圆柱蜗杆（ZI蜗杆）和锥面包络线圆柱蜗杆（ZK蜗杆）。

阿基米德蜗杆（ZA蜗杆）的特点是在轴向齿廓呈齿条形状，法向齿廓为外凸曲线，在端平面上的齿廓为阿基米德螺旋线。这种蜗杆可以在车床上用于直线刀刃的单刀(当导程角γ≤3°时)或双刀(当γ>3°时)的车削加工，制造方便，应用广泛。一般用于头数较少、载荷较小、低速或不太重要的传动。

法向直廓圆柱蜗杆（ZN蜗杆）磨削起来难度较大，所以不推荐采用。

渐开线蜗杆（ZI蜗杆）如图（3-4）所示，这种蜗杆的端面齿廓位渐开线，所以相当于一个少数、大螺旋角的渐开线圆柱斜齿轮，ZI螺杆可用两把直线刀刃的车刀在车床上车削。

圆弧圆柱蜗杆传动（ZC蜗杆）。在轴向平面内具有凹圆弧齿廓，与蜗轮组成凹凸啮合传动型式，承载能力大、效率高、耐磨，在冶金、建筑、化工等机械中应用广泛。

图3-4渐开线蜗杆

在GB/T10085——1988中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)。在机械设计中，越是简单的结构越稳定。在考虑稳定性以及小型化的因素上所以采用渐开线型圆柱蜗杆。

3.2.2蜗杆副的材料

蜗杆一般是用碳钢或合金钢制成。高速重载蜗杆常用15Cr或20Cr，并经渗碳淬火；也有用40、45号钢或40Cr并经淬火。这样可以提高表面硬度，增加耐磨性。通常要求蜗杆淬火后的硬度为40～55HRC，经氮化处理后的硬度为55～62HRC。一般不太重要的低速中载的蜗杆，可采用40或45号钢，并经调质处理，其硬度为220～300HBS。

常用的蜗轮材料为铸造锡青铜（ZCuSn10P1，ZCuSn5Pb5Zn5）、铸造铝铁青铜（ZcuAl10Fe3）及灰铸铁（HT150、HT200）等。锡青铜耐磨性最好，但价格较高，用滑动速度v≥3m/s的重要传动；铝铁青铜的耐磨性较锡青铜差一些，但价格便宜，一般用于滑动速度v ≤4m/s的传动；如果滑动速度不高(

v≤2m/s），

S

对效率要求也不高时，可采用灰铸铁。为了防止变形，常对蜗轮进行时效处理。

设计要求电机功率为90W，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；蜗轮的转速较低，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。

3.2.3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，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。

按蜗轮接触疲劳强度条件设计计算的公式为：

a≥

上式中：a——蜗杆副的传动中心距，单位为mm；

K ——载荷系数；

2T ——作用在蜗轮上的转矩T ，单位N.mm ；

E Z ——弹性影响系数，单位为

MPa ；

Z ρ——接触系数；

[]H σ——许用接触应力，单位为MPa ；

由上式算出蜗杆副的中心距a 之后，根据已知的传动比i=48，可以选择合适的中心距a 值，以及相应的蜗杆，蜗轮参数。

1. 确定作用在蜗轮上的转矩T

设蜗杆头数1z =1，蜗杆副的传动效率取η=0.8。由电动机的额定功率1P =90W ，可以算出蜗轮传递的功率2P =1P ，再由蜗轮的转速2n =30r/min ，求得作用在蜗轮上的转矩：2T =9.552P /2n =9.551P /2n =22920N.mm

2. 确定载荷系数K

载荷系数v A K K K K β=。其中A K 为使用系数，由于工作载荷分布步均匀，启动时冲击较大，因此取A K =1.15；K 为齿向载荷分布系数，因工作载荷在启动和停止时有变化，故取βK =1.15；v K 为动载系数，由于转速不高，冲击不大，可取

v K =1.05，则载荷系数：

39

.1==v A K K K K β

3. 确定弹性影响系数

铸锡磷青铜蜗轮与钢蜗杆相配时，从参考文献[]2表3-2-9查得弹性影响系数

E Z =160MPa 。

4. 确定接触系数Z ρ

先假设蜗杆分度圆直径1d 和传动中心距a 的比值1d /a=0.35，由参考文献[]1图

11-18查得系数ρZ =2.9。

5. 确定许用接触力[]H σ

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 ，从参考文献[]1表11-7查得蜗轮的基本许用力[]H σ'=268MPa ，已知蜗杆为单头，蜗轮每转一转时每个轮齿咬合的次数j=1；蜗轮转速2n =30r/min ；蜗杆副的使用寿命h L =10000h 。则应力循环次数：

N=60j 2n h L =1.8?107 寿命系数： K HN =0.929

许用接触应力：[]H σ=[]H N H K σ'?=249MPa 计算中心距

将以上各参数代入式

a ≥

求得中心距：a ≥

=48mm

查参考文献[]1表11-2，取中心距a=50mm ，已知蜗杆头数1z =1，设模数m=1.6mm ，得直径1d =20mm ，这时1d /a=0.4，由参考文献[]1图11-19可得接触系数Z ρ=2.74。因为'Z ρ≤Z ρ，所以上述计算结构可用。

3.3 蜗轮及蜗杆的主要参数与几何尺寸

由蜗杆和蜗轮的基本尺寸和主要参数，算得蜗杆和蜗轮的主要几何尺寸后，即可绘制蜗杆副的工作图了。

1. 蜗杆参数及尺寸

头数1z =1，模数m=1.6mm ，轴向齿距a P =3.14?m=5.027mm ，轴向齿厚

a s =0.5，分度圆直径1d =20mm ，直径系数

q=1d /m=12.5，分度圆导程脚

r=1arctan Z q ??

???

=43426'''

。 2. 蜗轮参数与尺寸

齿数2z =48，模数m=1.6mm ，分度圆直径为2d =m 2z =1.6?48mm=76.8mm ，变位系数2x =[a-(1d +2d )/2]/m=[50-(20+76.8)/2]/1.6=1，蜗轮喉圆直径为

2a d =2d +2m(*a

h

+2x )=83 .2mm ，蜗轮齿根圆直径2f d =2d -2m(*a h 2x +c)=76.16mm 。

3. 校核蜗轮齿根弯曲疲劳强度 即校验下式是否成立：[]2

212

1.53F Fa F K T Y Y d d βσσ=

≤

式中： F σ——蜗轮齿根弯曲应力，单位为MPa ； 2F a Y ——蜗轮齿形系数； Y β——螺旋角影响系数；

[]F σ——蜗轮的许用弯曲应力，单位为MPa ； 由蜗杆头数1z =1，传动比i=48，可以算出蜗轮齿数2z =i ?1z =48 则蜗轮的当量齿数：223

48.46cos v z z γ

=

=

根据蜗轮变位系数2x =1和当量齿数2v z =48.46，得齿形系数2F a Y =1.95。 旋转角影响系数：Y β=1-140

λ

=0.967；

根据蜗轮的材料和制造方法，由参考文献[]1表11-8可得蜗轮基本许用弯曲应力：[]F σ'=56MPa ；

蜗轮的寿命系数：FN K

；

蜗轮的许用弯曲应力：[]F σ=[]F σ'?FN K =40.6MPa ； 将以上参数代入式：[]2

212

1.53F Fa F K T Y Y d d βσσ'=

≤；

得蜗轮齿根弯曲应力：F σ=37.4；

可见，F σ≤[]F σ，蜗轮齿根的弯曲强度满足要求。

3.4 螺杆的主要参数与几何尺寸

3.4.1 螺杆的设计计算

1. 螺距的确定

刀架转位时，要求蜗杆在转到约170°的情况下，上刀体的断面齿与下刀体的断面齿完全脱离；在锁紧的时候，要求上下端面齿的咬合深度达2mm.因此，螺杆的螺距P 应满足P ?170/360>2mm ，即P>4.24mm 。今取螺杆的螺距P=8mm 。

2. 其它参数的确定

采用单头梯形螺杆，头数n=1，牙侧角b=15 ，外螺纹大径1d =50mm ，牙顶间隙c a =0.5mm ，基本牙形高度1H =0.5P=3mm ，外螺纹牙高1h =3.5mm ，外螺纹中经2d =46mm ，外螺纹小径3d =42mm ，螺杆螺纹部分长度H=50mm 。

3. 自锁性能校核

螺杆——螺母材料均用45钢，查参考文献[]1表5-12，取二者的摩擦因数f=0.11；再求得梯形螺旋副的当量摩擦角约为6.5 ，而螺纹升角约为2.33 ，小于当量摩擦角。因此，所选几何参数满足自锁条件。

3.5 蜗杆轴的设计

3.5.1 蜗杆轴的材料选择，确定许用应力

考虑轴主要传递蜗轮的转矩，为普通用途中小功率减速传动装置。选择轴的材料为45号钢，经调质处理。由参考文献[]1表15-1查得B

σ

=640Mpa ，

S

σ

=355Mpa ，1

σ

-=275Mpa ，1τ-=155Mpa ，[]1τ-=60Mpa 。

3.5.2 按扭转强度初步估算轴的最小直径

轴的扭转强度条件为: T τ=

T

T W ≈

3

9550000

0.3P

n d

≤[]r

τ

式中 T τ——扭转切应力，MPa ； T 一一轴所受的扭矩，N ?M ； T W ——轴的抗扭截面系数，3mm ； n ——轴的转速，r /min ； P ——轴传递的功率，kW ； d 一一计算截面处轴的直径，mm ；

[]r τ——许用扭转切应力，MPa ；

由式T τ=

T

T W ≈

3

9550000

0.3P n

d

≤[]r τ可得轴的直径

d A ≥

= 当轴截面上开有键槽时，应增大轴径以考虑键槽对轴的强度的削弱。对于直径d ≤100mm 的轴，有一个键槽时，轴径增大5%~7%。由参考文献[]1表15-3查得0A =112，代入式中，取m i n d =6.1345mm ，同时查表得到所用电动机(YS5624型)输出轴直径为9mm ，所以在空间充裕的情况下取输入轴最小直径为9mm ，伸出长度为50mm 。

3.5.3 确定各轴段的直径和长度

根据各个零件在轴上的定位和装拆方案确定轴的形状及直径和长度。初步确定蜗杆轴如图3-5所示：

图3-5蜗杆轴

1d =5d 同一轴上的轴承选用同一型号，以便于轴承座孔的镗制和减少轴承类

型。5d 段轴上有一个键槽，故槽径增大5%。

1d =5d =(1+5%) m in d ?=6.44 mm ，圆整1d =5

d =12 mm 。

所选轴承类型为深沟球轴承，型号为6301。B=12mm ，D=37mm 。

2d 段起固定作用，2d 取

18rnm 。

3d 段为蜗杆与蜗轮啮合部分，故3d =23.2mm 。 2d =4d =18mm ，便于加工和安装。

1L 段为与轴承配合的轴段，查轴承宽度为12mm ，则1L =12mm 。 2L 段尺寸长度与刀架体的设计有关，蜗杆端面到刀架端面距离为

67rnm 。端

盖宽度为10mm ，故2L =45rnm 。

3L 段为蜗杆部分长度，当1Z =1~2

时，2X =1，1B ≥(12+0.12Z )m=26.88rnm ，

圆整3L 取30mm 。

回转刀架

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→刀具锁紧→结束，答复信号。 1.4. 技术性能与发展趋势 数控转塔刀架的技术发展很快，现正逐步形成标准定型产品。我国数控转塔刀架标准草案中所规定的主要技术性能如下： 1.4.1. 精度 定位精度要求高，一般要求工位目标位置重复定位精度在4"10" —，刀槽的工作位置定位精度在0.03-0.05mm。各种形位公差为0.020.03mm -。因此定位机构均采用精密多齿盘。先进工艺用浮硬齿面对研,重复定位精度可高达"1另外,刀盘加工趋向用淬火硬磨削,以获得刀槽精度的长期保持性及高的刚度。 1.4. 2. 运转性能 主要是转位时间和转位频率。先进水平一次转位周期0.3—ls,最快己达0.lS。分度频率为600—1000次/h 。 双向转位就近换刀(最短路程换刀)的结构正在开发应用,如双向滚子端面凸轮机构 , 可显著缩短换到周期。为了克服刀盘高速转位引起的惯性冲击,使用恰当的缓冲元件是其发展趋势。 1.4.3. 润滑与密封 目前趋向于开发能终生润滑的产品,即在使用全过程中,不需要用户再采取任何润滑措施。 因工作环境恶劣,对密封性能要求很高,通常规定在刀架体内棋道压力105pa气路 ,浸入装有防锈液的试验箱内,在规定时间内,不得有漏气现象。 1.4.4. 负载能力与刚度

数控转塔刀架的负载能力与刚度,除了与有关零件的尺寸、形状、结构等有关外 , 受刀盘锁紧力影响也很大。一般小型产品锁紧力为3 610N ? 10N左右,高性能产品可达4 以上。 对数控转塔刀架的静刚度目前尚无规范要求,有的企业标准已经提出测详见定, 但缺乏数据指示。对动刚度,动态性能,在生产实践中反映出其影响明显,但也无可靠数据指示提出,这些方面是今后研究开发中的重要方向。 1.4.5 可靠性方面 可靠性是产品性能的综合反映。对转塔刀架目前一般要求平均无故障时间(MTBF)为4 ?次以上,国内产品在设方面亟待提高。 210N 510N ?次,高级的已经达到4 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

数控4刀位自动回转刀架设计

目录 一、设计任务 (2) 二、总体结构设计 (2) 2.1 减速传动机构的设计 (2) 2.2上刀体锁紧与精定位机构的设计 (2) 2.3刀架抬起机构的设计 (3) 三、自动回转刀架的工作原理 (3) 四、主要传动部件的设计 (5) 4.1 蜗杆副的设计计算 (5) 4.1.1 蜗杆的选型 (6) 4.1.2 蜗杆副的材料 (6) 4.1.3 按齿面接触疲劳强度进行设计 (6) 4.1.4 蜗杆和涡轮的主要参数与几何尺寸 (9) 4.1.5 校核涡轮齿根弯曲疲劳强度 (9) 4.1.6 验算效率η (11) 4.2 螺杆的设计计算 (11) 五、电器控制部分的设计 (12) 5.1 硬件电路设计 (12) 5.1.1 收信电路 (12) 5.1.2 发信电路 (14) 5.2 控制软件设计 (17) 参考文献 (16)

一、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1440r/min，换刀时要求刀架转动的速度为30r/min。 二、总体结构设计 2.1 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。 2.2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

C6132卧式车床数控化改造设计——自动回转刀架及其控制电路设计任务书

毕业设计（论文）任务书 题目：C6132卧式车床数控化改造设计——自动回转刀架及其控制电路设计 系名 专业 学号 学生姓名 指导教师 职称 2011年12月5日

一、原始依据（包括设计或论文的工作基础、研究条件、应用环境、工作目的等。） 工作基础：目前机床数控化改造的市场在我国还有很大的发展空间，截止到2007年我国机床数控化率不到3％。用普通机床加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展，所以必须大力提高机床的数控化率。本课题是对于普通的CA6132车床进行数控改造，对于提高我国工业产品的国有化、降低产品造价以及提高产品的国际市场竞争力，都有着十分重要的战略意义。 数控车床为了能够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，故须带有自动回转刀架。 研究条件：一台CPU为Intel P4 3.0E,内存为1G的PC机，参考资料可从图书馆及图书馆数据库中获得。 应用环境：应用于回转类零件的数控加工。 工作目的：熟悉车床的组成结构，以及数控改造的实施方法。 二、参考文献 [1] 张建民.机电一体化系统设计（修订版）[M].北京：北京理工大学出版社，2007. [2] 成大先.机械设计手册（第四版）[M].北京：化学工业出版社,2002,25-28. [3] 尹志强等.机电一体化系统设计课程设计指导书[M].北京：机械工业出版社，2008. [4] 赵松年，李恩光，裴仁清. 机电一体化系统设计[M].北京：机械工业出版社，2004. [5] 王燕群，赵志岗，叶金铎，等主编.材料力学[M].天津：天津学出版社，2001. [6] 廖念钊主编.互换性测量技术基础.第三版[M].中国计量出版社，2002. [7] 邱宣怀主编.机械设计.第四版[M].北京：高等教育出版社，2004. 三、设计（研究）内容和要求（包括设计或研究内容、主要指标与技术参数，并根据课题性质对学生提出具体要求。） 设计内容： 设计一台四工位的立式自动回转刀架，适用于C6132经济型数控车床。 包括： （1）减速传动机构的设计；上刀体锁紧与精定位机构的设计；刀架抬起机构的设计。 （2）设计控制刀架自动转位的控制电路。 技术参数： 推荐刀架所用电动机的额定功率为90W，额定转速为1440r/min； 换刀时要求刀架转动的速度为30r/min。 具体要求：

2020年数控车床自动回转刀架机电系统设计参照模板

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 of CNC lathes Abstract The 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 a utomatic turret’s the 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 I

方刀架课程设计说明书

《机械制造技术》课程设计 设计题目：方刀架课程设计 说明书 专业： 班级： 设计者： 指导教师： 年月日

《 课程设计说明书 刀具架机械加工工艺规程及工艺装备设计: 序 言 大二第一学期我们进行了《机械制造技术》课程的学习，并且在大一第一学期进行过金工实习。为了巩固所学知识，在我们进行之后其他各专业课程的进行一次深入的综合性的总复习,也是作为一次理论联系实际的训练，我们进行了本次课程设计。 通过这次课程设计，对自己未来将从事的工作进行了一次适应性训练，从中锻炼了自己分析问题、解决问题的能力，同时，在课程设计过程中，我们通过认真查阅资料，切实地锻炼了我们自我学习的能力。另外，在设计过程中，经过老师的悉心指导和同学们的热心帮助，我顺利完成了本次设计任务。由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予批评指正。 一、零件的分析 (一)零件的作用 方刀架是作用是通过用螺钉的紧固作用在机床上快速的实现车刀固定，夹紧、转换，为车工提供方便，同时也节省了大量的辅助时间，大大提高了生产效率.方刀架的主要功用就是通过装在刀架上的其它零件夹紧刀具，换刀时，在手柄转动下，带动方刀架回转，以达到换刀的目的。 (二)零件的工艺分析 本零件从零件图可知： 1）该零件为车床用方刀架，中间周圈槽用于装夹车刀，其C 面直接与车刀接触，所以要求有一定的硬度，因此表面淬火40~45HRC 。 2）该零件左端面与车床拖板面结合，并可以转动，φ15019 .00+mm 孔用于刀架定位时使 用，以保证刀架与主轴的位置，其精度直接影响机床的精度。 3）该零件为锻件，在设选定毛胚时锻件尺寸为135mm ×135mm ×82mm ，根据基准重合 和多次加工的原则选择右端面和φ3603 .00+mm 孔定位，保证加工基准的统一，从而保证了工 件的加工精度。

数控车床4工位自动回转刀架结构设计

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

数控车床自动回转刀架的设计

2013届机械设计制造及其自动化（数控）毕业设计（论文） 毕业设计（论文） 题目数控车床自动回转刀架的设计 1

目录 绪论 (1) 第一章数控车床回转刀架概述................................................................... 1矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。 1.1数控车床刀架的介绍 (1) 1.2数控车床刀架的分类 (1) 第二章回转刀架方案选择 (1) 2.1数控车床回转刀架的基本要求 (1) 2.2 立式数控回转刀架的结构特点 (2) 2.3刀架参数的确定 (3) 2.4动力源的选择及方案选择结果 (4) 第三章回转刀架的工作原理及过程 (5) 3.1电动刀架工作原理 (5) 3.2四方刀架的主要构成部分 (5) 第四章回转刀架的设计及计算 (6) 4.1夹紧力的计算 (6) 4.2最大切削扭矩 (7) 4.3单工位换刀时间 (7) 4.4定位精度 (9) 第五章主传动机构的设计和标准件的选取 (10) 5.1初拟传动方案 (10) 5.2选择步进电动机 (10) 5.3蜗轮蜗杆的设计 (10) 5.4中心轴强度校核 (11) 第六章刀架的电气设计 (16) 6.1刀架的电气控制 (16) 6.2回转刀架PLC控制 (17) 第七章总结 (20) 致谢 (20) 参考文献 (21)

2013届机械设计制造及其自动化（数控）毕业设计（论文） 数控车床自动回转刀架的设计 摘要数控机床为了能在工件一次装夹中完成多道甚至所有加工工序，以缩短辅助时间和减小多次安装工件所引起的误差，必须带有自动换刀装置。数控车床上的回转刀架就是一种最简单的自动换刀装置，这次设计的自动回转刀架具有转位快，定位精度高，切向扭矩大等特点，原理采用蜗杆传动，上下齿盘啮合，螺杆夹紧的工作原理。聞創沟燴鐺險爱氇谴净。 关键词: 数控车床回转刀架特点原理 绪论 毕业设计是培养学生实践的重要环节之一,它是在大学教学课程，机械课程设计，金工实习 3

数控车床刀架的设计

数控车床刀架的设计

摘要 数控加工的加工精度高，生产率高，能减轻操作者劳动强度，改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。它的发展和运用，影响着制造业水平高低，实现生产过程的数控化，已经成为当今制造业的发展方向，所以非常值得我们去研究。 本设计通过对数控车床六工位自动控制刀架工作原理的分析，综合考虑刀架工作过程的优缺点，确定了设计方案，得到了最终设计的结果,也达到了预先设定的目的。本设计主要包括了数控车床刀架机构的主要部件，其中包括转位机构，刀架的定位机构，驱动伺服电机的选择，蜗轮蜗杆的设计，刀架主轴的结构设计等。最终得到常用的数控车床六工位刀架应满足的要求。 关键词:六工位；电动刀架

ABSTRACT With its high working accuracy and productivity, the numerical control processing can reduce the operators’ labor intensity, improve labor condition, and is thus advantageous in the modernization of manufacturing management as well as improvement of economic benefit. Hence, the development and the utilization the numerical control processing play a role and become the development direction in the advancement of manufacturing industry. Based on the analysis of operating principle and process of six-station automatic control knife rest of numerically controlled lathe, this paper determines its solution approach and conclusion. The paper first discusses how to choose such critical pieces of the knife rest of numerically controlled lathe as indexing mechanism, positioning mechanism, drive servo motors, and then discusses the design of worm gear, worm drive, and the structure of principle axis of the knife rest, etc.. The paper then concludes the requirements of common six-station automatic control cutter of numerically controlled lathe. Key words: six-location; electronic knife rest

数控车床回转刀架的设计论文

图书分类号： 密级： 毕业设计(论文) 数控车床回转刀架的设计 THE DESIGN OF CNC LATHE ROTARY CUTTER 学生姓名王成 学院名称机电工程 专业名称机械设计制造与其自动化 指导教师毛瑞卿 2011年05月27日

徐州工程学院学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名：日期：年月日 徐州工程学院学位论文版权协议书 本人完全了解徐州工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归徐州工程学院所拥有。徐州工程学院有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。徐州工程学院可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 论文作者签名：导师签名： 日期：年月日日期：年月日

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

方刀架程设计说明书

**** 《数控加工工艺》课程设计说明书设计题目：方刀架数控加工工艺课程设计 专业：* * * * 班级：* * * * 学生姓名：* * * * 学号：* * * * 指导教师：* * * * 机电工程系 年月

《数控加工工艺》课程设计任务书

目录 绪论 (1) 第1章零件的分析 (2) 1.1 零件的作用 (2) 1.2零件图分析 (2) 1.3零件分析 (3) 1.4 工艺分析 (3) 第2章毛坯的确定 (4) 2.1确定毛坯余量公差 (4) 第3章工艺规程的拟定 (6) 3.1确定毛坯的制造形式 (6) 3.2 定位基准的选择 (6) 3.3粗基准的选择 (6) 3.4精基准的选择 (6) 第4章切削用量的选择 (7) 4.1确定切削用量 (7) 4.2加工余量与公差 (8) 第5章机械加工过程 (9) 结论 (10) 参考文献 (11) 数控加工工艺过程卡片 (12) 数控加工工序卡片 (14) 程序 (18)

绪论 数控加工工艺课程设计综合了机械制造工艺学和其它专业课知识，充分展现了学生在生产实习中的实践能力。本说明书是关于方刀架的一个简单工艺设计过程，在这次为期两个星期的设计，不仅让我们对所学课程进行了一次全面深入的总复习，而且为毕业设计提供了一次热身的机会，真正实现了理论联系实际。 就我个人而言，在这次设计中，我最大的收获是我懂得了要当一名合格的设计师是多么的不容易，在此谢谢老师和同学们在设计过程中给我的帮助。本课程设计通过方刀架零件图的分析，确定了该零件的毛坯材料及尺寸规格。通过对零件的加工工艺分析，确定了该零件的加工工艺路线，确定了该零件的加工工具，编写了详细的数控加工工艺文件：工艺过程卡片和工序卡片。 由于本人能力和经验有限，难免出现一些错误和不足。望老师指正批评！

数控车床刀架的设计.

摘要 数控加工的加工精度高，生产率高，能减轻操作者劳动强度，改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。它的发展和运用，影响着制造业水平高低，实现生产过程的数控化，已经成为当今制造业的发展方向，所以非常值得我们去研究。 本设计通过对数控车床六工位自动控制刀架工作原理的分析，综合考虑刀架工作过程的优缺点，确定了设计方案，得到了最终设计的结果,也达到了预先设定的目的。本设计主要包括了数控车床刀架机构的主要部件，其中包括转位机构，刀架的定位机构，驱动伺服电机的选择，蜗轮蜗杆的设计，刀架主轴的结构设计等。最终得到常用的数控车床六工位刀架应满足的要求。 关键词:六工位；电动刀架

ABSTRACT With its high working accuracy and productivity, the numerical control processing can reduce the operators’ labor intensity, improve labor condition, and is thus advantageous in the modernization of manufacturing management as well as improvement of economic benefit. Hence, the development and the utilization the numerical control processing play a role and become the development direction in the advancement of manufacturing industry. Based on the analysis of operating principle and process of six-station automatic control knife rest of numerically controlled lathe, this paper determines its solution approach and conclusion. The paper first discusses how to choose such critical pieces of the knife rest of numerically controlled lathe as indexing mechanism, positioning mechanism, drive servo motors, and then discusses the design of worm gear, worm drive, and the structure of principle axis of the knife rest, etc.. The paper then concludes the requirements of common six-station automatic control cutter of numerically controlled lathe. Key words: six-location; electronic knife rest

数控车床自动回转刀架的设计

机电一体化 课程设计计算说明书题目：自动回转刀架设计 系： 专业： 学生姓名： 指导教师： 20**年 6 月21日

目录 第1节自动回转刀架总体设计 (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自动回转刀架的工作原理 (2) 第2节主要传动部件的设计计算 (4) 2.1 蜗杆副的设计计算 (4) 2.2 蜗杆轴的设计 (6) 2.3 蜗轮轴的设计 (12) 2.4 中心轴的设计 (13) 2.5 齿盘的设计 (14) 2.6 轴承的选用 (16) 第3节刀架体的设计 (17) 第4节结论 (18) 致谢 (19) 参考文献 (20)

第1节自动回转刀架总体设计 1.1 概述 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，因此其结构直接影响机床的切削性能和切削效率。在一定程度上，刀架的结构和性能体现了机床的设计和制造技术水平。随着数控车床的不断发展，刀架结构形式也在不断翻新。其中按换刀方式的不同，数控车床的刀架系统主要有回转刀架、排式刀架和带刀库的自动换刀装置等多种形式。自1958年首次研制成功数控加工中心自动换刀装置以来，自动换刀装置的机械结构和控制方式不断得到改进和完善。自动换刀装置是加工中心的重要执行机构，它的形式多种多样，目前常见的有：回转刀架换刀，更换主轴头换刀以及带刀库的自动换刀系统。 初步了解了设计题目（电动刀架）及发展概况，设计背景，对刀架有了一些印象，对整理设计思路安排设计时间有很好的辅助作用。对一些参数的进行了解同时按准则要求来完成设计。 1.2 数控车床自动回转刀架的发展趋势 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。 目前国内数控刀架以电动为主，分为立式和卧式两种。主要用于简易数 控车床；卧式刀架有八、十、十二等工位，可正、反方向旋转，就近选刀， 用于全功能数控车床。另外卧式刀架还有液动刀架和伺服驱动刀架。电动刀 架是数控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。另外，加工工艺适应性和连续稳定的工作能力 也明显提高：尤其是在加工几何形状较复杂的零件时，除了控制系统能提供 相应的控制指令外，很重要的一点是数控车床需配备易于控制的电动刀架， 以便一次装夹所需的各种刀具，灵活方便地完成各种几何形状的加工。 数控刀架的市场分析：国产数控车床将向中高档发展，中档采用普及型数

数控车床自动回转刀架结构设计

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。 三、自动回转刀架的工作原理 自动回转刀架的换刀流程如下图。 图上表示自动回转刀架在换刀过程中有关销的位置。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落在圆盘7的十字槽内，上刀体4的端面齿和下刀体的端面齿处于啮合状态（上下端面齿在图中未画出）。 需要换刀时，控制系统发出刀架转位信号，三项异步电动机正向旋转，通过蜗杆副带动蜗杆正向转动，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）。

数控车床刀架常见故障维修

数控车床刀架常见故障维修 数控技术及数控机床的应用，成功地解决了某些形状复杂，一致性要求高的中、小批零件的自动化问题，这不仅大大提高了生产效率和加工精度，还减轻了工人的劳动强度，缩短了生产准备周期。但是，在数控车床使用过程中，数控车床难免会出现各种故障，所以故障的维修就成了数控车床使用者最关键的问题。一方面销售公司售后服务不能得到及时保证，另一方面掌握一些维修技术可以快速判断故障所在，缩短维修时间，让设备尽快运转起来。在日常故障中，我们经常遇见的是刀架类、主轴类、螺纹加工类、系统显示类、驱动类、通信类等故障。而刀架故障在其中占有很大比例。在这里，分类介绍一下日常工作中遇见的四工位电动刀架各类故障及相应地解决方法，希望能给大家提供一些有益的借鉴。所用数控系统是广州数控设备有限公司所生产的gsk系列车床数控系统。中国国际模具网 故障现象一：电动刀架锁不紧中国国际模具网 故障原因处理方法中国国际模具网 ①发信盘位置没对正 :拆开刀架的顶盖，旋动并调整发信盘位置，使刀架的霍尔元件对准磁钢，使刀位停在准确位置。中国国际模具网 ②系统反锁时间不够长:调整系统反锁时间参数即可（新刀架反锁时间ｔ＝１.2ｓ即可）。中国国际模具网 ③机械锁紧机构故障 :拆开刀架，调整机械，并检查定位销是否折断。中国国际模具网 故障现象二：电动刀架某一位刀号转不停，其余刀位可以转动中国国际模具网 故障原因处理方法中国国际模具网 ①此位刀的霍尔元件损坏:确认是哪个刀位使刀架转不停，在系统上输入指令转动该刀位，用万用表量该刀位信号触点对+24v触点是否有电压变化，若无变化，可判定为该位刀霍尔元件损坏，更换发信盘或霍尔元件。中国国际模具网 ②此刀位信号线断路，造成系统无法检测到位信号:检查该刀位信号与系统的连线是否存在断路，正确连接即可。中国国际模具网 ③系统的刀位信号接收电路有问题:当确定该刀位霍尔元件没问题，以及该刀位信号与系统的连线也没问题的情况下更换主板。 数控技术及数控机床的应用越来越广泛,其加工柔性好,精度高,生产效率高,还减轻了工人的劳动强度,缩短了生产准备周期,具有很多的优点,但由于技术越来越先进、复杂,而数控车床使用过程中,难免会出现各种故障,故障及时排除就成了数控车床正常使用的保证。我校有十几台数控设备,数控系统有FANUC-OI、广数、华中等多种类 在数控机床维修中,经常会遇见一些刀架系统故障,给生产带来较大影响。如何快速判断故障所在,缩短维修时间,让设备尽快运转起来,显得尤为重要。本文针对四工位立式数控刀架系统在实践中所遇到的故障现象进行了研究和分析,找出了导致故障的原因,并对故障处理的关键技术也给出了相应地说明,能够较好地解决数控车床刀架故障的维修问题。 在数控车床使用过程中,难免会出现各种故障,在这些故障中,我们经常遇见的是刀架类、主轴类、系统显示类、驱动类、通信类等故障,而刀架系统故障在其中占有很大比例。下文将从刀架结构特点、电气部分接线原理、报警提示信息含义、PMC程序和系统参数的内涵等几

数控车床自动回转刀架结构设计

数控车床自动回转刀架结构设计

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。 三、自动回转刀架的工作原理 自动回转刀架的换刀流程如下图。 图上表示自动回转刀架在换刀过程中有关销的位置。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落在圆盘7的十字槽内，上刀体4的端面齿和下刀体的端面齿处于啮合状态（上下端面齿在图中未画出）。 需要换刀时，控制系统发出刀架转位信号，三项异步电动机正向旋转，通过蜗杆副带动蜗杆正向转动，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

数控车床刀架的安装与调试毕业设计

西南科技大学毕业设计题目：数控车床刀架的安装与调试

四川省高等自学考试科毕业设计（论文）申报表 姓名性别男年 龄 考号专业 地址电话邮编毕业设计（论文）题 目 数控车床刀架的安装与调试 拟请指导教师姓 名 职称邮编 单位 毕业设计（论文）课题目的、意义及价值、基本条件及实施时间 一、目的：设计本课题的主要目的是了解数控车床刀架的分类、作用、安装调试、常见故障的排 除方法。 二、意义及价值：随着社会的不断地进步，同时工业也不断地发展。现在大多数企业都提倡高效 率、高质量、高可靠的生产口号来满足市场的需求。企业再不断地改进技术，来提高产品更换周期；使用先进的机械设备如数控车床、数控铣床、加工中心等，来提高产品的生产效率。 这就对我们的工作者要高的职业素养。现在工厂对工人的要求以不在是只满足懂操作的人，而是需要综合性人才。在工作过程中难免会遇见一些机械的常见故障，这就要求操作者需具备一些解决常见故障的能力。 所以基于这个原因我研究了数控车床刀架安装与调试这个课题。 教学主管 单位意见

主考院校 评审意见 西南科技大学毕业设计（论文）开题报告 学院专业班级 姓名学号 题目数控车床刀架的安装及调试题目类型研究型 一．选题背景及依据（简述国内外研究现状、生产需求状况，说明选题目的、意义，列出主要参考文献） 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。 目前国内数控刀架以电动为主，分为立式和卧式两种。立式刀架有四、六工位两种形式，主要用于简易数控车床；卧式刀架有八、十、十二等工位，可正、反方向旋转，就近选刀，用于全功能数控车床。另外卧式刀架还有液动刀架和伺服驱动刀架。数控刀架的市场分析：国产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，近年来需要量可达1000～1500台。 有关人士指出，数控机床附件及其配套功能部件是我国机床工具制造业“十五”计划重点发展的产品。虽然我国数控机床附件的研制由无到有，取得了显著成绩，但与国外先进水平相比还是有一定差距的。为确保国产数控机床的大发展，就必须把数控机床附件尽快搞上去。为此他们建议国家有关部门，尽快制定有关鼓励、扶持国产数控机床附件发展的相关政策，加大对数控机床附件行业科研和技改投入，使国产数控机床附件行业有一个大发展。 国外数控车床的发展目的在于提高加工精度和缩短制造周期。实现上述目的之手段是实现机床多功能化和工序工种集成，开发多种多样复合化加工的机种，如增添铣削功能的复合加工车削中心、双主轴多刀塔(双刀塔或四刀塔)数控车床和车削中心、双主轴同步驱动，双刀塔同时进行加工车削