C616臥式車床八工位數(shù)控回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì)【八工位臥式電動(dòng)控制刀架+優(yōu)秀課程畢業(yè)設(shè)計(jì)+含6張CAD圖紙+帶文獻(xiàn)綜述+36頁(yè)加正文1.61萬(wàn)字】-jxsj11

C616臥式車床八工位數(shù)控回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì)【八工位臥式電動(dòng)控制刀架+優(yōu)秀課程畢業(yè)設(shè)計(jì)+含6張CAD圖紙+帶文獻(xiàn)綜述+36頁(yè)加正文1.61萬(wàn)字】-jxsj11

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摘  要

數(shù)控加工的加工精度高，生產(chǎn)率高，能減輕操作者勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件，有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化以及經(jīng)濟(jì)效益的提高，它的發(fā)展和運(yùn)用，影響著制造業(yè)水平高低，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)控化，已經(jīng)成為當(dāng)今制造業(yè)的發(fā)展方向，所以非常值得我們?nèi)パ芯俊?/p>

本設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)八工位臥式電動(dòng)控制刀架的工作原理的分析，確定了多種方案，綜合考慮各種方案的優(yōu)缺點(diǎn)、性價(jià)比后，采用電動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架。其刀架機(jī)構(gòu)的主要部件包括減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、刀架的抬起機(jī)構(gòu)、鎖緊與轉(zhuǎn)位精定位機(jī)構(gòu)等，控制系統(tǒng)軟件包括控制系統(tǒng)的選擇，控制系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì)，收發(fā)信電路的設(shè)計(jì)等，設(shè)計(jì)中所采用螺桿抬起機(jī)構(gòu)、端齒盤定位機(jī)構(gòu)和單片機(jī)控制系統(tǒng)都計(jì)較經(jīng)濟(jì)實(shí)用，適合我們我國(guó)現(xiàn)階段數(shù)控機(jī)床的發(fā)展需要。

關(guān)鍵詞  八工位，電動(dòng)刀架，自動(dòng)化，8051單片機(jī)     

ABSTRACT

The numerical control processing's working accuracy is high, the productivity is high, can reduce the operator labor intensity, the improvement work condition, is advantageous in production management modernization as well as the economic efficiency enhancement, its development and the utilization, are affecting the manufacturing industry horizontal height, realizes the production process numerical control, already became now the manufacturing industry development direction, therefore is worth us studying. this design through to eight location horizontal type electric control tool rest's principle of work's analysis, had determined many kinds of plans, after overall evaluation each kind of plan good and bad points, performance-to-price ratio, uses the electrically operated turret saddle. Its tool rest organization's major component including the reduction gear organization, the tool rest lifts the organization, to lock and to index the fine detent mechanism and so on, the control system software including control system's choice, the control system software and hardware's design, receives transmitting circuit's design and so on, in the design uses the screw rod to lift the organization, the end tooth plate detent mechanism and the monolithic integrated circuit control system haggles over the economy to be practical, suits our our country present stage numerically-controlled machine tool's development need. key word eight locations, electrically operated tool rest, automation, 89C51 monolithic integrated circuit.

Keywords  eight locations, electrically operated tool rest, automation, 8051 monolithic integrated circuit.

目   錄

摘要 I

ABSTRACT II

1 緒論 1

1.1 引言 1

1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1

1.3 存在的問(wèn)題 2

1.4 解決的方法 3

2 方案設(shè)計(jì) 4

2.1 自動(dòng)刀架的基本要求和類型 4

2.1.1自動(dòng)刀架的基本要求 4

2.1.2自動(dòng)刀架的類型 4

2.2 方案的擬定和確定 5

3 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7

3.1 減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 7

3.2 刀架抬起機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 8

3.3 上刀體鎖緊與精定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 8

4 主要部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 11

4.1 減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 11

4.1.1蝸桿的選型 11

4.1.2蝸桿副的材料選擇 11

4.1.3按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) 11

4.1.4蝸桿和蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 14

4.1.5校核蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 15

4.2 螺桿的設(shè)計(jì)計(jì)算 16

4.2.1螺距的確定 16

4.2.2其他參數(shù)的確定 16

4.2.3自鎖性能校核 16

4.3 端齒盤設(shè)計(jì) 17

4.3.1 端齒盤的特點(diǎn) 17

4.3.2 端齒盤主要參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算 18

5 電氣控制部分設(shè)計(jì) 21

5.1 控制系統(tǒng)的選擇 21

5.2 控制方式的選擇 22

5.3 硬件電路設(shè)計(jì) 22

5.3.1收信電路設(shè)計(jì) 22

5.3.2發(fā)信電路設(shè)計(jì) 23

5.4 控制軟件設(shè)計(jì) 25

結(jié)論 30

參考文獻(xiàn) 31

致謝 32

文獻(xiàn)綜述： 自動(dòng)刀架系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 題目的背景和意義 從 20 世紀(jì)中葉數(shù)控技術(shù)出現(xiàn)以來(lái)，數(shù)控機(jī)床給機(jī)械制造業(yè)帶來(lái)了革命性的變化。數(shù)控加工 的 加工柔性好，加工精度高，生產(chǎn)率高， 能 減輕操作者勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件，有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化以及經(jīng)濟(jì)效益的提高。數(shù)控機(jī)床的的發(fā)展數(shù)控機(jī)床是一種高度機(jī)電一體化的產(chǎn)品，適用于加工多品種小批量零件、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、精度要求較高的零件 、價(jià)格昂貴不允許報(bào)廢的關(guān)鍵零件 。而刀架是數(shù)控機(jī)床的主要 附件之一 ，它的性能直接影響著數(shù)控機(jī)床的精度和效率，所以隨著數(shù)控機(jī)床的發(fā)展必然會(huì)提高其對(duì)刀架的要求，不言 而喻，研究自動(dòng)刀架系統(tǒng)是非常有意義的。 {[1],[2],[3]} 進(jìn)入 21 世紀(jì)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)與國(guó)際全面接軌，進(jìn)入了一個(gè)蓬勃發(fā)展的新時(shí)期。機(jī)床制造業(yè)既面臨著機(jī)械制造業(yè)需求水平提升而引發(fā)的制造裝備發(fā)展的良機(jī)，也遭遇到加入世界貿(mào)易組織后激烈的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的壓 力，加速推進(jìn)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展是解決機(jī)床制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵。 所以應(yīng)加快自動(dòng)刀架系統(tǒng)的研究以促進(jìn)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展?jié)M足適應(yīng)生產(chǎn)加工的需要。 {[1],[4],[5]} 2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 自動(dòng)刀架應(yīng)用了自動(dòng)控制、微電子、精密測(cè)量等方面的最新成就，是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品 。它的發(fā)展和運(yùn)用，改變了制造業(yè)的生產(chǎn)方式、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、管理方式，為普通機(jī)床演變?yōu)閿?shù)控機(jī)床創(chuàng)造了條件，使世界制造業(yè)的格局發(fā)生了巨大的變化。數(shù)控水平的高低已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平高低的標(biāo)志。隨著數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，以前的刀架，能裝的刀具太少，定位精度不高，效率低，精度差，已不能滿足要求，于是便出現(xiàn)了許多精度更高、刀架更大、自動(dòng)化程度更高的刀架。 {[6],[7]} 自動(dòng)換刀裝置是數(shù)控機(jī)床上最普遍的一種輔助裝置，它可以使數(shù)控機(jī)車在工件一次裝夾中完成多種甚至所有的加工工序，以縮短加工的輔助時(shí)間，減少加工過(guò)程中由于多次安裝工件而引起的誤差，從而提高機(jī)床的加工效率和加工精度。 隨著我國(guó)生產(chǎn)力水平的日益提高， 國(guó)內(nèi) 企業(yè)要發(fā)展就必須更新大量的設(shè)備，很多企業(yè)都加大了數(shù)控設(shè)備的投入，但由于財(cái)力等客觀因素，大多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備仍以普通機(jī)床為主，不少企業(yè)為了提高效率，在普通機(jī)床上加裝了數(shù)顯裝置，提高了機(jī)床的精度，改善了設(shè)備狀況，但忽略了一個(gè)很重要的部件就是刀架，要想真正提高工作效率， 刀架是必須要考慮的附件之一 。 目前國(guó)內(nèi)數(shù)控刀架以電動(dòng)為主，分為立式和臥式兩種。立式刀架有四、六工位兩種形式，主要用于簡(jiǎn)易數(shù)控車床；臥式刀架有八、十 、十二等工位，可正、反方向旋轉(zhuǎn)，就近選刀，用于全功能數(shù)控車床。 另外臥式刀架還有液動(dòng)刀架和伺服驅(qū)動(dòng)刀架。 雖然數(shù)控刀架發(fā)展較快，但就我國(guó)現(xiàn)狀而言，中、低檔數(shù)控刀架的需求量較大， 而且就目前我國(guó)的技術(shù)來(lái)說(shuō)是易于實(shí)現(xiàn)的。 為了進(jìn)一步提高自動(dòng)刀架的效率和精度，國(guó)際上已經(jīng)有 許多自動(dòng)刀架系統(tǒng)配有檢測(cè)和反饋裝置，從而使系統(tǒng)成為閉環(huán)系統(tǒng)以滿足其要求，而我國(guó)現(xiàn)在的自動(dòng)刀架大多是開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，所以其精度和效率不是很高。 [7] 3 存在的問(wèn)題和 發(fā)展趨勢(shì) 機(jī)床工具行業(yè)的發(fā)展，依賴于行業(yè)技術(shù)水平和創(chuàng)新能力的提高，依賴于機(jī)床的數(shù)控化和產(chǎn)品快速的升級(jí)換代，依賴于制造業(yè)從剛性自動(dòng)化向柔性自動(dòng)化方向轉(zhuǎn)變這一社會(huì)需求，由于我國(guó)機(jī)床附件廠資金緊張，造成技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)改造的力度不大，使附件水平的發(fā)展嚴(yán)重滯后，成為制約民族機(jī)床工業(yè)發(fā)展的瓶頸。國(guó)產(chǎn)配套件在產(chǎn)品質(zhì)量、性能、結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、品牌信譽(yù)、外觀造型、精度穩(wěn)定性等方面與發(fā)達(dá)國(guó)家相比都存在一定的差距 。 [7] 當(dāng)前數(shù)控機(jī)床發(fā)展迅猛，向高速、高效、高精、柔性化、環(huán)保方面發(fā)展，與之相應(yīng)的機(jī)床附件也隨之發(fā)展。 數(shù)控刀架將結(jié)合微電子技術(shù)和計(jì)算 機(jī)技術(shù)的發(fā)展，朝著高精度化、多功能化、智能化、系統(tǒng)化等方向發(fā)展。 國(guó)產(chǎn)數(shù)控車床今后將向中高當(dāng)發(fā)展，中檔采用普及型數(shù)控刀架配套，高檔采用動(dòng)力型刀架，兼有液壓刀架、伺服刀架、立式刀架等品種，數(shù)控刀架的發(fā)展趨勢(shì)是：隨著數(shù)控車床的發(fā)展，數(shù)控刀架開(kāi)始向快速換刀、電液組合驅(qū)動(dòng)和伺服驅(qū)動(dòng)方向發(fā)展。 {[6],[8]} 參 考 文 獻(xiàn) 1、 文懷興、夏田編，數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì) [M]2005 2、 陳嬋娟主編，數(shù)控車床設(shè)計(jì) [M]2006 3、 文懷興主編，數(shù)控銑床設(shè)計(jì) [M]2006 4、 惲達(dá)明，金屬切削機(jī)床 [M]2005 5、 李蕾主編，精密機(jī)械設(shè)計(jì) [M]2005 6、 [J] 7、 [J] 8、 [J] 摘要 I 摘 要 數(shù)控加工 的 加工精度高，生產(chǎn)率高， 能 減輕操作者勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件，有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化以及經(jīng)濟(jì)效益的提高 ， 它的發(fā)展和運(yùn)用 ，影響著 制造業(yè)水平高低 ，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)控化，已經(jīng)成為當(dāng)今制造業(yè)的發(fā)展方向，所以非常值得我們?nèi)パ芯俊? 本設(shè)計(jì) 通過(guò)對(duì) 八工位臥式電動(dòng) 控制 刀架 的工作原理的分析， 確定了多種方案，綜合考慮各種方案的優(yōu)缺點(diǎn)、性價(jià)比后，采用電 動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架 。 其刀架機(jī)構(gòu)的主要部件 包括減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、刀架的抬起機(jī)構(gòu)、鎖緊與轉(zhuǎn)位精定位機(jī)構(gòu)等 ，控制系統(tǒng)軟件包括控制系統(tǒng)的選擇，控制系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì)，收發(fā)信電路的設(shè)計(jì)等 ，設(shè)計(jì)中所采用螺桿抬起機(jī)構(gòu)、端齒盤定位機(jī)構(gòu)和單片機(jī)控制系統(tǒng)都計(jì)較經(jīng)濟(jì)實(shí)用， 適合我們我國(guó)現(xiàn)階段數(shù)控機(jī)床的發(fā)展需要。 關(guān)鍵詞 八工位 ， 電動(dòng)刀架 ，自動(dòng)化， 8051 單片機(jī) 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I he s is is is in as as is us to s of s of of s to to so s s s so in to to be s 898051 目錄 目 錄 摘要 ································································································· I ···················································································· 緒論 ······························································································ 1 言 ·························································································· 1 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ············································································· 1 在的問(wèn)題 ·················································································· 2 決的方法 ·················································································· 3 2 方案設(shè)計(jì) ························································································ 4 動(dòng)刀架的基本要求和類型 ································································ 4 動(dòng)刀架的基本要求 ···································································· 4 動(dòng)刀架的類型 ········································································· 4 案的擬定和確定 ·········································································· 5 3 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ················································································· 7 速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì) ····································································· 7 架抬起機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) ·········································································· 8 刀體鎖緊與精定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) ····························································· 8 4 主要部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 ······································································ 11 速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 ································································ 11 桿的選型 ············································································ 11 桿副的材料選擇 ···································································· 11 齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) ······················································· 11 桿和蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 ·················································· 14 核蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 ·························································· 15 桿的設(shè)計(jì)計(jì)算 ··········································································· 16 距的確定 ············································································ 16 他參數(shù)的確定 ······································································· 16 鎖性能校核 ·········································································· 16 齒盤設(shè)計(jì) ················································································ 17 齒盤的特點(diǎn) ············································································ 17 齒盤主要參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算 ···························································· 18 5 電氣控制部分設(shè)計(jì) ········································································· 21 目錄 制系統(tǒng)的選擇 ··········································································· 21 制方式的選擇 ··········································································· 22 件電路設(shè)計(jì) ·············································································· 22 信電路設(shè)計(jì) ·········································································· 22 信電路設(shè)計(jì) ·········································································· 23 制軟件設(shè)計(jì) ·············································································· 25 結(jié)論 ······························································································· 30 參考文獻(xiàn) ························································································· 31 致謝 ······························································································· 32 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論 1 1 緒論 言 電動(dòng)刀架是數(shù)控車床重要的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu) ， 應(yīng)用了自動(dòng)控制、微電子、 傳感 測(cè)量等方面的最新成就，是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。 合理地選配電動(dòng)刀架，并正確實(shí)施控制，能夠有效地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，消除人為誤差，提高加工精度與加工精度的一致性等等。另外，加工工藝適應(yīng)性和連續(xù)穩(wěn)定的工作能力也明顯提 高；尤其是在加工幾何形狀較復(fù)雜的零件時(shí)，除了控制系統(tǒng)能提供相應(yīng)的控制算祛對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu) (如步進(jìn)電機(jī)等 )發(fā)出相應(yīng)的控制指令補(bǔ)，很重要的一點(diǎn)是數(shù)控車床需配備易于控制的電動(dòng)刀架，以便一次裝夾所需各種刀具，靈活、方便地完成各種幾何形狀的加工。 因此 它的發(fā)展和運(yùn)用，改變了制造業(yè)的生產(chǎn)方式、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、管理方式，為普通機(jī)床演變?yōu)閿?shù)控機(jī)床創(chuàng)造了條件，使世界制造業(yè)的格局發(fā)生了巨大的變化。數(shù)控水平的高低已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平高低的標(biāo)志 ，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)控化，已經(jīng)成為當(dāng)今制造業(yè)的發(fā)展方向。 當(dāng)前，數(shù)控車床的發(fā)展很快，特別是適合中 國(guó)國(guó)情的經(jīng)濟(jì)型簡(jiǎn)易數(shù)控車床的迅猛發(fā)展，與之相適應(yīng)的電動(dòng)刀架的研究與生產(chǎn)也日趨活躍。 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 數(shù)控機(jī)床是先進(jìn)制造業(yè)的基礎(chǔ)機(jī)械，是最典型的多品種、小批量、高技術(shù)含量的機(jī)電一體化產(chǎn)品。目前世界數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量超過(guò) 25萬(wàn)臺(tái)，品種超過(guò) 1500種。由于國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床不能滿足市場(chǎng)的需求，使我國(guó)機(jī)床的進(jìn)口額呈逐年上升態(tài)勢(shì)。目前我國(guó)數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā) 展的現(xiàn)狀是： ① 產(chǎn)品成熟度差，可靠性不高 ② 產(chǎn)品品種少，不能滿足市場(chǎng)需求 ③ 創(chuàng)新能力低，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng) ④ 數(shù)控機(jī)床行業(yè)的專業(yè)化零配件及部件的協(xié)作生產(chǎn)配套體系不健全，大多數(shù)企業(yè)都是 “ 大而全、小而全 ” 的結(jié)構(gòu)模式。 近期我國(guó)在數(shù)控機(jī)床的發(fā)展方面，主要采取跟蹤高級(jí)型、發(fā)展普及型、擴(kuò)大經(jīng)濟(jì)型，以普及型為主的策略，重點(diǎn)發(fā)展。 目前我國(guó)機(jī)床主機(jī)廠刀架資源有以下五個(gè)來(lái)源： ① 主機(jī)廠自制； ② 來(lái)自意大利和德國(guó)； ③ 來(lái)自煙臺(tái)環(huán)球機(jī)床附件集團(tuán)有限公司； ④ 來(lái)自江蘇常州地區(qū)若干企業(yè)； 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論 2 ⑤ 來(lái)自臺(tái)灣地區(qū)。 ⑥ 其中常州地區(qū)的刀架生產(chǎn)企業(yè)占據(jù)經(jīng)濟(jì)性刀架的主流市場(chǎng) 。 據(jù)專家 分析預(yù)測(cè)： ① 數(shù)控機(jī)床推廣應(yīng)用逐步由經(jīng)濟(jì)型為主向普及型為主轉(zhuǎn)變。到 2005 年我國(guó)機(jī)床的數(shù)控化率為 到 2010年將達(dá)到 在 2001濟(jì)型所占比重繼續(xù)減少，普及型所占比重繼續(xù)增長(zhǎng)，高級(jí)型的需求緩慢增長(zhǎng)。 ② 出口前景良好。 1998 年及前幾年我國(guó)機(jī)床工具的出口額徘徊在 5 億美元左右， 2000年上升到 著東南亞經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇和我國(guó)出口多極化市場(chǎng)的形成和鞏固，以及我國(guó)加入 后幾年我國(guó)機(jī)床出口將實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)、持續(xù)增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)到 2010年出口創(chuàng)匯可達(dá)到 13億美元。 本系統(tǒng)利用單片機(jī)的特性，在刀架與 控系統(tǒng)）之間架起一座橋梁，以提高刀架的運(yùn)行性能。而單片機(jī)指令豐富 ,運(yùn)行速度高 ,軟件組態(tài)靈活 ,可以方便地實(shí)現(xiàn)多模式控制 ,為實(shí)現(xiàn)高性能系統(tǒng)提供了技術(shù)保證。 在的問(wèn)題 目前數(shù)控刀架控制存在的問(wèn)題是： ① 控制粗，自診斷功能弱，故障率高，排除故障時(shí)間長(zhǎng) 。 目前刀架的控制都是由 內(nèi)置 固化 I/O 控制來(lái)完成。這種控制的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)方便，但對(duì)刀架的控制不夠精確。由于刀架的品種繁多，結(jié)構(gòu)各異，使得機(jī)床廠家的技術(shù)人員或 程序開(kāi)發(fā)人員對(duì)刀架的控制 很難把握得非常準(zhǔn)確。由于刀架的控制粗陋， 接口資源的限制，致使刀架的故障率高，故障提示簡(jiǎn)單，使技術(shù)人員對(duì)刀架的故障不能進(jìn)一步地細(xì)分，無(wú)形中增加了故障率和故障的排除時(shí)間。 ② 無(wú)鎖緊狀態(tài)、智能識(shí)別功能。 目前，市場(chǎng)占有率最高的電動(dòng)單向轉(zhuǎn)刀架其鎖緊控制采用延時(shí)方式，這種控制的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單、可靠，但對(duì)刀架的使用壽命有害。由于使用統(tǒng)一的延時(shí)時(shí)間進(jìn)行刀架的鎖緊控制，這就使得許 多刀架鎖不緊或鎖得太緊，進(jìn)而造成零件加工精度喪失、下次換刀失敗 。 ③ 控制通用性差。由于刀架的控制時(shí)序不同，刀架所安裝的發(fā)訊裝置各異，因此不同 的刀架要使用不同的控制程序和控制接口電路，給刀架的使用帶來(lái)不便。 ④ 影響中高檔刀架的推廣使用。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 緒論 3 數(shù)控刀架是數(shù)控車床上的最復(fù)雜的機(jī)電一體化功能部件之一，其控制程序復(fù)雜（尤其對(duì)雙向轉(zhuǎn)刀架）。數(shù)控機(jī)床廠的技術(shù)開(kāi)發(fā)人員，需花費(fèi)相當(dāng)多的時(shí)間及精力，在有足夠經(jīng)驗(yàn)積累的基礎(chǔ)上， 才 能編 制出功能完善的刀架控制程序。這極大地影響了機(jī)床廠家的新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)進(jìn)度。特別對(duì)于現(xiàn)在發(fā)展迅猛、數(shù)量眾多的民營(yíng)、私營(yíng)機(jī)床企業(yè)，其技術(shù)力量薄弱，許多企業(yè)不具備刀架控制程序的開(kāi)發(fā)能力，這就限制了中高檔刀架的推廣和使用。另一方面，目前國(guó)內(nèi)企業(yè)使用最普及的 經(jīng)濟(jì)型 就限制了雙向轉(zhuǎn)刀架的推廣和使用。 決的 方 法 首先按刀架的不同控制方式進(jìn)行分類，將各種刀架的控制程序都集成在單片機(jī)上，通過(guò)刀架選擇開(kāi)關(guān)確定對(duì)不同刀架的控制。其次根據(jù)刀架發(fā)訊裝置的不同，設(shè)計(jì)專用的接口電路。經(jīng)過(guò)這樣設(shè)計(jì)的刀架控制系統(tǒng)可以控制電動(dòng)單向轉(zhuǎn)、電動(dòng)雙向轉(zhuǎn)、液壓等各類型刀架且可兼容 4工位、 6工位、 8工位、 12工位等多種規(guī)格刀架。實(shí)現(xiàn)刀架控制的通用性。 其次獨(dú)立的刀架控制系統(tǒng)可與 方面可以大大簡(jiǎn)化 刀架控制程序的編制工作，另一方面可以實(shí)現(xiàn) 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)對(duì)雙向轉(zhuǎn)刀架的控制。該刀架控制系統(tǒng)也可以脫離 內(nèi)裝的刀架自檢測(cè)程序可控制刀架運(yùn)行，在刀架發(fā)生故障時(shí)用以判斷故障在刀架側(cè)或在 據(jù)各種刀架的控制過(guò)程，將刀架運(yùn)行過(guò)程中可能出現(xiàn)的各種故障，制作出自診斷表，分配故障代碼，給出故障報(bào)警，方便用戶維修。 本設(shè)計(jì)主要針對(duì)中低檔經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架， 用單片機(jī)作為其控制系統(tǒng)的 具有位處理能力 ,強(qiáng)調(diào)控制和事務(wù)處理功能 ， 價(jià)格低廉 ，控制可靠的特點(diǎn)。 經(jīng)過(guò)反復(fù)的檢查和論證，能夠滿足經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的要求。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 方案設(shè)計(jì) 4 2 方案設(shè)計(jì) 在零件的制造過(guò)程中，大量的時(shí)間用于更換刀具、裝卸零件、測(cè)量和搬運(yùn)零件等非切削時(shí)間上，切削加工時(shí)間僅占整個(gè)工時(shí)中較小的比例。為了縮短非切削時(shí)間，充分發(fā)揮機(jī)床的效率，往往采用“工序集中”的原則。常見(jiàn)的自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架就是為了實(shí)現(xiàn)上述功能而設(shè)計(jì)的。 動(dòng)刀架的基本要求和類型 動(dòng)刀架的基本要求 ① 滿足工藝要求 機(jī)床依靠刀具和工件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成工作表面，而加工工件的表面形狀和表面位置多種多樣，要求刀架 盡可能布置足夠的刀具，換刀時(shí)間短，能夠方便而正確地加工各工件表面。 ② 保證足夠高的重復(fù)定位精度 在刀架上安裝刀具時(shí)應(yīng)能精確地調(diào)整刀具的位置，以保證刀具和工件間準(zhǔn)確的相對(duì)位置，而且精度保持性要好，以便長(zhǎng)期保持刀具的正確位置。 ③ 具有足夠的剛度 刀架在粗車時(shí)要承受很大的切削力，所以刀架在結(jié)構(gòu)上必須具有良好的強(qiáng)度和剛度。由于車削加工精度在很大程度上取決于刀尖的位置，對(duì)于數(shù)控車床來(lái)說(shuō)，在加工過(guò)程中刀具的位置不能進(jìn)行人工調(diào)整，因此必須要有可靠的定位方案和合理的定位結(jié)構(gòu)，才能保證回轉(zhuǎn)刀架在每次轉(zhuǎn)位之后，具有盡可能高的重復(fù)定位精度。 ④ 提高可靠性 由于自動(dòng)換刀裝置在機(jī)床工作過(guò)程中，使用頻率很高，所以 擁有很高的 可靠性 非常重要 。 ⑤ 縮短換刀時(shí)間 自動(dòng)刀架 是為了提高機(jī)床的自動(dòng)化而設(shè)置的，因而它的換刀時(shí)間應(yīng)盡可能的短，有 利于提高生產(chǎn)效率。 動(dòng)刀架的 類型 一般自動(dòng)刀架的結(jié)構(gòu)取決于機(jī)床的類型、工藝范圍、使用刀具種類和數(shù)量。目前的數(shù)控車床的自動(dòng)刀架的類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和適用范圍見(jiàn)表 表 自動(dòng)刀架的類型 類別形式 特點(diǎn) 適用范圍 回轉(zhuǎn)刀架 多為順序換刀，換刀時(shí)間短、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、容納刀具少 各種數(shù)控機(jī)床、數(shù)控車削中心 轉(zhuǎn)塔頭 順序換刀， 換刀時(shí)間短刀具主軸都集中在轉(zhuǎn)塔頭上，結(jié)構(gòu)緊湊 ,但剛性差 數(shù)控鉆 、鏜、銑床 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 方案設(shè)計(jì) 5 案的擬定 和確定 從表 可以得出由于轉(zhuǎn)塔頭的主軸部件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，本 設(shè)計(jì) 的自動(dòng)刀架應(yīng)選為自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架。 自動(dòng) 回轉(zhuǎn) 刀架系統(tǒng)的功能分析 ： ① 抬起：為了使刀架能夠轉(zhuǎn)位，回轉(zhuǎn)刀架必須先抬起。 ② 轉(zhuǎn)位 ： 為了完成工件若干個(gè)工序的加工，在 回轉(zhuǎn) 刀架上固定著 8組刀具，為使各組刀具能依次參加工作， 回轉(zhuǎn) 刀架需相應(yīng)轉(zhuǎn)位 。 ③ 定位 ： 為保證加工精度，在加工時(shí) 回轉(zhuǎn) 刀架應(yīng)精確定位，而在轉(zhuǎn)位時(shí)應(yīng)先將定位銷拔出。 ④ 鎖緊： 刀架在反轉(zhuǎn)后，必須鎖緊才能正常加工工件。 自動(dòng)刀架 的驅(qū)動(dòng)裝置 可以 是液壓驅(qū)動(dòng) 也可以 是 電動(dòng)驅(qū)動(dòng)，液壓驅(qū)動(dòng)的刀架即液壓刀架 ，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的刀架即 電動(dòng)刀架 。 ① 液壓刀架的初步方案簡(jiǎn)圖如下圖 示。 拔爪液壓缸擺動(dòng)閥芯 圖 液壓刀架 其工作原理為：它利用擺動(dòng)液壓缸來(lái)控制刀架轉(zhuǎn)位，圖中有擺動(dòng)閥芯、撥爪、小液壓缸。撥爪帶動(dòng)刀架轉(zhuǎn)位，小液壓缸向下拉緊，從而產(chǎn)生拉緊力。液壓式刀架的特點(diǎn)在于轉(zhuǎn)位可靠，拉緊力大，但需要額外的一套液壓系統(tǒng)（機(jī)床自身有時(shí)則不需要）。 ② 電動(dòng) 刀架的初步方案簡(jiǎn)圖如下圖 示。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 方案設(shè)計(jì) 6 離合器電動(dòng)機(jī)蝸輪副螺母電動(dòng)刀架 其工作原理為： 當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)出 換刀 指令后，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，通過(guò)離合器帶動(dòng)蝸桿旋轉(zhuǎn)，在經(jīng)過(guò)蝸輪 帶動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，從而使刀架抬起，刀架抬起后，電動(dòng)機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)刀架轉(zhuǎn)位， 完成轉(zhuǎn)位后，經(jīng)過(guò)延時(shí) 使電機(jī)反轉(zhuǎn)，壓緊刀架。 綜上所述， 液壓自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架精度高、效率高，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。而 電動(dòng)自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架相對(duì)于液壓回轉(zhuǎn)刀架性能略差，但其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、成本低，所以非常適合經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，因?yàn)楸菊n題中的刀具數(shù)目為八把，數(shù)量較少，應(yīng)為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床所設(shè)計(jì)，所以選擇電動(dòng)自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7 3 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)已選的電動(dòng)自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架 ，確定 其工作 流程，見(jiàn)自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架換刀流程如圖 并 對(duì)其進(jìn)行總體性 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)。包括：減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)、刀架抬起機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、 上刀體鎖緊與精定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。 刀架電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)蝸 輪 - 蝸 桿 減 速螺桿正轉(zhuǎn)銷聯(lián)接螺 桿 - 螺 母上蓋圓盤旋轉(zhuǎn)上刀體抬起端面齒錯(cuò)開(kāi)圓柱銷落入上蓋圓盤上刀體旋轉(zhuǎn)到位回答刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)接近開(kāi)關(guān)觸發(fā)螺桿反轉(zhuǎn) 反靠銷反靠端面齒嚙合上刀體下降，粗定位精定位延時(shí)鎖緊電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)圖 動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的換刀流程 速傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 方 案設(shè)計(jì) 由于電動(dòng)機(jī) 的 轉(zhuǎn)速太快，不能直接驅(qū)動(dòng)刀架進(jìn)行換刀，必須經(jīng)過(guò)減速機(jī)構(gòu)進(jìn)行減速， 減速機(jī)構(gòu) 一般 可以設(shè)計(jì)成齒輪傳動(dòng)、蝸輪蝸桿傳動(dòng) 、 帶輪 — 齒輪傳動(dòng) 、鏈條傳動(dòng) 。 齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)是： 傳動(dòng)比準(zhǔn)確，工作平穩(wěn)，傳動(dòng)效率高，一般可以達(dá)到95%以上，精度較高的圓柱齒輪副可以達(dá)到 99%； 傳動(dòng)效率高、 傳遞功率范圍廣，可以從儀表中齒輪微小功率的傳動(dòng)到大型動(dòng)力機(jī)械幾萬(wàn)千瓦功率的傳動(dòng)；結(jié)構(gòu)緊湊、維護(hù)簡(jiǎn)便和使用壽命長(zhǎng)。 但 要求較高的制造和安裝精度，成本較高； 傳動(dòng)比小 不適宜于遠(yuǎn)距離兩軸之間的傳動(dòng) ； 低精度齒輪在傳動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生噪聲和振動(dòng) 。 蝸輪蝸桿傳動(dòng)的特點(diǎn)：由 于 蝸桿上的輪齒是連續(xù)的螺旋齒，同時(shí)嚙合齒多，攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 8 故動(dòng)載荷小，傳動(dòng)平穩(wěn) ；能以單級(jí)傳動(dòng)獲得較大的傳動(dòng)比，機(jī)構(gòu)緊湊； 嚙合輪齒間有很大的相對(duì)滑動(dòng)速度，在 轉(zhuǎn)遞載荷時(shí)，磨損大效率低，發(fā)熱嚴(yán)重，需進(jìn)行熱平衡計(jì)算 ；當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于嚙合輪齒間的當(dāng)量摩擦角時(shí)，具有反行程自鎖性。 鏈傳動(dòng)的特點(diǎn) ： 能夠保證平均傳動(dòng)比不變； 可用于大中心距的傳動(dòng)，傳動(dòng)效率高； 其瞬時(shí)傳動(dòng)比是變化的 不適用于傳動(dòng)比為常數(shù)的場(chǎng)合；工作時(shí)有沖擊和噪聲；制造成本高，安裝要求準(zhǔn)確，需要有適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑和張緊措施。 綜合考慮以上各種類型的傳動(dòng)特點(diǎn)，結(jié)合本設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，由于 減速比較大， 若選用齒輪傳動(dòng) 則 必須設(shè)計(jì)成多級(jí)齒輪傳動(dòng)，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積較大而且多級(jí)齒輪成本 高。帶輪 — 齒輪傳動(dòng)同樣是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高。 根據(jù)鏈傳 動(dòng)的特點(diǎn)可知其不適合本設(shè)計(jì)的傳動(dòng)要求。 而蝸輪 蝸桿傳動(dòng)所得的 單級(jí) 傳動(dòng)比很大 ，可以改變運(yùn)動(dòng)方向， 能夠保證傳遞動(dòng)的精度和平穩(wěn)性， 雖然其效率不高，功耗損失較大，但是由于本機(jī)構(gòu)所需的功率很小，因此選用蝸桿副減速。 架抬起機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 在執(zhí)行 換刀 動(dòng)作 時(shí)，刀架必須先執(zhí)行抬起動(dòng)作，然后在由蝸輪旋轉(zhuǎn)進(jìn)行選刀。 刀架抬起機(jī)構(gòu)可以設(shè)計(jì)成凸臺(tái)棘爪機(jī)構(gòu)也可以設(shè)計(jì)成螺桿 臺(tái)棘爪機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)復(fù)雜，凸臺(tái)和棘爪的加工難度大，成本高。螺桿 動(dòng)軸向力大， 加工容易，成本低，能夠完成刀架的抬起動(dòng)作。 從經(jīng)濟(jì)型方面考慮， 應(yīng)采用經(jīng)濟(jì)的螺桿 上刀體內(nèi)部加工出內(nèi)螺紋，當(dāng)電動(dòng)機(jī)通過(guò)蝸桿 為螺母的上刀體要么轉(zhuǎn)動(dòng)要么上下移動(dòng)。到刀架處于鎖緊狀態(tài)時(shí)，上刀體與下刀體的端齒面相互嚙合時(shí)，因?yàn)檫@時(shí)上刀體不能與蝸桿一起轉(zhuǎn)動(dòng)，所以螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)只能使上刀體向上移動(dòng)。當(dāng)端面齒脫離嚙合時(shí)，上刀體就與螺桿一同轉(zhuǎn)動(dòng)。 刀體鎖緊與精定位 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 因?yàn)榈毒咧苯影惭b在上刀體上， 在切削時(shí) 要承受很大的切削力，其鎖緊與定位的精度將直接影響工件的加工精度。本設(shè)計(jì)上刀體的鎖緊與定位機(jī)構(gòu)選用端面齒盤，將上刀體和下刀體的配合面 加工成梯形端面齒。 當(dāng)?shù)都芴幱诂嵕o狀態(tài)時(shí)，上下端面齒相互嚙合，這時(shí)上刀體不能繞刀架的中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)；換刀時(shí)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，抬起機(jī)構(gòu)使上刀體抬起，等上下端面齒脫開(kāi)后，上刀體才可以繞刀架中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，完成轉(zhuǎn)位動(dòng)作。 圖 換刀過(guò)程中有關(guān)銷的位置。其中上部的圓柱銷 2和下部的反靠銷 6 起著重要作用。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9 上蓋圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向 上蓋圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向 上蓋圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向 上蓋圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向圖 架轉(zhuǎn)位過(guò)程中銷的位置 a) 換刀開(kāi)始時(shí)，圓柱銷 2與上蓋圓盤 1可以相對(duì)滑動(dòng) b) 上刀體 4完全抬起后，圓柱銷 2 落入上蓋圓盤 1操內(nèi)，上蓋圓盤 1 將帶動(dòng)圓柱銷 2 以及上刀體 4一起轉(zhuǎn)動(dòng) c) 上刀體 4連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，反靠銷 6可從反靠盤 7 的槽左側(cè)斜坡滑出 d) 找到刀位時(shí)，刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，反靠銷 6反靠，上刀體停轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)粗定位 1— 上蓋圓盤 2— 圓柱銷 3— 彈簧 4— 上刀體 5— 圓柱銷 6— 反靠銷 7— 反靠圓盤 當(dāng)?shù)都芴幱阪i緊狀態(tài)時(shí)，兩銷的情況如圖 a 所示，此時(shí)反靠銷 6 落在反靠盤 7的十字槽內(nèi)，上刀體 4的端面齒和峽到體的端面齒處于嚙合狀態(tài)（上下端齒在圖 需要換刀時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出刀架轉(zhuǎn)位信號(hào)，三相異步電動(dòng)機(jī)正向旋轉(zhuǎn)，通過(guò)蝸桿副帶動(dòng)螺桿正向轉(zhuǎn)動(dòng)，與螺桿 配合的上刀體 4逐漸抬起，上刀體 4與下刀體之間的端面齒慢慢脫開(kāi)；與此同時(shí)，上端圓盤 1也隨著螺桿正向轉(zhuǎn)動(dòng)（上端圓盤 1 通過(guò)圓柱銷與螺桿聯(lián)接），當(dāng)轉(zhuǎn)過(guò)約 170 度時(shí)，上端圓盤 1 直槽的另一端轉(zhuǎn)到圓柱 2的正上方，由于彈簧 3的作用，圓柱銷 2落入直槽內(nèi)，于是上端圓盤 1就通過(guò)圓柱銷 2使得上刀體 4轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)（此時(shí)端齒面齒已完全脫開(kāi)）。如圖 b 所示。 上蓋圓盤 1、圓柱銷 2以及上刀體 4在正轉(zhuǎn)的過(guò)程中，反靠銷 6 能夠從反靠圓盤 7中十字槽的左側(cè)斜坡滑出，而不影響上刀體 4尋找刀位時(shí)的正向轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖 上刀體 4 帶動(dòng)磁鐵轉(zhuǎn)到需要的刀位時(shí) ，發(fā)信盤上對(duì)應(yīng)的元件輸出低電平信號(hào)，控制系統(tǒng)收到后，立即控制刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，上蓋圓盤 1通過(guò)圓柱銷 2帶動(dòng)上刀體 4開(kāi)始反轉(zhuǎn)，反靠銷 6馬上就會(huì)落入反靠圓盤 7的十字槽內(nèi)，至此，完成粗定位，如圖 時(shí)，反靠銷 6馬上就會(huì)落入反靠圓盤 7的十字槽內(nèi)爬不上來(lái)，于是上刀體 4停止轉(zhuǎn)動(dòng)，開(kāi)始下降，而上蓋圓盤 1繼續(xù)反轉(zhuǎn)，其直槽的左攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10 側(cè)斜坡將圓柱銷 2 的頭部壓入上刀體 4的銷孔內(nèi)，之后，上蓋圓盤 1的下表面開(kāi)始與圓柱銷 2的頭部滑動(dòng)。在此期間，上、下刀體的端面齒逐漸嚙合，實(shí)現(xiàn)精定位，經(jīng)過(guò)設(shè)定的延時(shí)時(shí)間后，刀架電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，整個(gè)換刀過(guò)程結(jié)束。 由于蝸桿副具有自瑣功能，所以刀架可穩(wěn)定的工作。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 主要部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 11 4 主要部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 根據(jù)上述所確定的刀架方案，其結(jié)構(gòu)中的主要部件有減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)即蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)、刀架的抬起轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)螺桿 精 定位機(jī)構(gòu)端齒盤等。 速傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 的設(shè)計(jì)計(jì)算 本設(shè)計(jì)的減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是蝸輪蝸桿副， 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的動(dòng)力源是三相異步電動(dòng)機(jī)，其中蝸桿與電動(dòng)機(jī) 通過(guò)聯(lián)軸器相連， 刀架轉(zhuǎn)位時(shí)蝸輪與上刀體直聯(lián)。 由于刀架轉(zhuǎn)動(dòng)所需的功率較小，所以選取 額定功率 為 1P =90W，額定轉(zhuǎn)速1n =1440r/電動(dòng)機(jī) ,上刀體設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速 02 ， 則蝸桿副的傳動(dòng)比4830/1 4 4 0/ 21 ??? 刀架從轉(zhuǎn)位到鎖緊時(shí)，需要蝸桿反向，工作載荷不均勻，啟動(dòng)時(shí)沖擊較大，今要求蝸桿副的使用壽命 0000L ?。 桿的選型 根據(jù) 10085薦采用漸開(kāi) 線蝸桿（ 錐面包絡(luò)蝸桿（ 本設(shè)計(jì)采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便的漸開(kāi)線型圓柱蝸桿 (。 桿副的材料 選擇 刀架中的蝸桿副傳遞的功率不大，但蝸桿轉(zhuǎn)速較高，因此，蝸桿的材料選用 45 鋼，其螺旋齒面要求淬火，硬度為 45～ 55提高表面耐磨性；蝸輪的轉(zhuǎn)速較低，其材料主要考慮耐磨性，選用鑄錫磷青銅 用金屬模鑄造。 齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) 刀架中的蝸桿副采用閉式傳動(dòng)，多因齒面膠合或點(diǎn)蝕而失效。因此，在進(jìn)行承載能力計(jì)算時(shí)，先按齒面接觸疲勞 強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，再按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核。 按蝸輪接觸疲勞強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)計(jì)算的公式為： ? ? 23 2 () T ??（ 式中 位為 2位為 12 位 ? ?H?位為 上 式算出蝸桿副的中心距 a 之后，根據(jù)傳動(dòng)比 i=48，從表 選擇一攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 主要部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 12 個(gè)合適的中心距 a 值，以及相應(yīng)的蝸桿、蝸輪參數(shù)。 表 通圓柱蝸桿基本尺寸和參數(shù)選擇及其蝸輪參數(shù)的匹配 中心距a/數(shù) m/度直徑/ 1 3蝸桿頭數(shù)1q 分度圓導(dǎo)程角 ? 蝸輪齒數(shù) 220 1 18 18 1 1047? ??? 62 82 0 0 40 0 3435? ??? 49 0 63 5 1138? ??? 62 82 +0 0 3426? ??? 51 9 0525? ??? 4 17 44 41? ??? 63 80 28 1614? ??? 61 82 +0 (50) (63) 2 0608? ??? 29 (39) (51) (+2 10 07 29? ??? 4 19 39 14? ??? 6 28 10 43? ??? 80 100 42 1 1328? ??? 62 82 +0 (63) (80) 8 75 1 0608? ??? 29 (39) (53) +(2 10 07 29? ??? 4 19 39 14? ??? 6 28 10 43? ??? 100 45 0415? ??? 62 0 63 (80) (100) 0415? ??? 29 (39) (53) +(2 10 03 48? ??? 4 19 32 29? ??? 6 28 01 50? ??? 125 56 1310? ??? 62 0 (100) (125) 4 40 640 1 4228? ??? 31 (41) (51) ()+ 11 18 36? ??? 4 21 48 05? ??? 6 30 57 50? ??? 160 71 1136 1 1328? ??? 62 + 確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩2， 。有電動(dòng)機(jī)的額定功率 1 90p ? W,可以算得蝸輪傳遞的功率 21?，再攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 主要部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 13 有蝸輪的轉(zhuǎn)速2 3 0 m 得作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩： 2229 0 0 . 89 . 5 5 9 . 5 5 2 2 . 9 230 ? ? ? ? ? ② 確定載荷系數(shù) K 載荷系數(shù) K K??。其中表 于工作載荷不均勻，起動(dòng)時(shí)沖擊較大，因此取 ； K?為齒向載荷分布系數(shù)，因工作載荷在起動(dòng)和停止時(shí)有變化，故取 ?；于轉(zhuǎn)速不高、沖擊不大，可取 。則有載荷系數(shù)： 1 . 1 5 1 . 1 5 1 . 0 5 1 . 3 9 K K?? ? ? ? ? 表 用系數(shù)I 荷性質(zhì) 均勻、無(wú)沖擊 不均勻、小沖擊 不均勻、大沖擊 每小時(shí)起動(dòng)次數(shù) 〈 25 25 50 起動(dòng)載荷 小 較大 大 確定彈性影響系數(shù)有關(guān)手冊(cè)查得彈性影響系數(shù) 12160 P?。 ④ 確定接觸系數(shù)a 的比值1 從圖 。 圖 柱蝸桿傳動(dòng)的接觸系數(shù)確定許用接觸應(yīng)力 ? ?H?根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅 10 1 、金屬模鑄造、蝸桿螺旋齒面硬度大于 45從表 ? 268H M P a? ? ? 。由于蝸桿為單頭，蝸輪每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)每個(gè)齒輪嚙合的次數(shù) j=1；蝸輪轉(zhuǎn)速2 3 0 / m 蝸桿副的使用壽命 10000則應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 主要部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 14 726 0 6 0 1 3 0 1 0 0 0 0 1 . 8 1 0hN j n L? ? ? ? ? ? ? 壽命系數(shù)： 78 10 0 . 9 2 9??表 錫磷青銅蝸輪的基本許用接觸應(yīng)力 ? ?H? ?蝸輪材料 鑄造方法 蝸桿螺旋面的硬度 45錫磷青銅 10 1 砂模鑄造 150 180 金屬模鑄造 220 268 鑄錫鋅鉛青銅 5 5 5ZC b 模鑄造 113 135 金屬模鑄造 128 140 許用接觸應(yīng)力 : ? ? ? ? 0 . 9 2 9 2 6 8 2 4 9H H N P a M P a?? ?? ? ? ? ⑥ 計(jì)算中心距 將以還是各參數(shù)帶入式 (6求得中心距 : 23 1 6 0 2 . 91 . 3 9 2 2 9 2 0 ( ) 4 8249a m m m m?? ? ? ? 查表 中心距 a=50知蝸桿頭數(shù)1 1z?,設(shè)模數(shù) m=蝸桿分度圓直徑1 20d 這時(shí)1 / 由圖 數(shù) ?。因?yàn)?,因此以上計(jì)算 結(jié)果可用。 桿和蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 由 蝸桿和蝸輪的基本尺寸和主要參數(shù)，算得蝸桿和蝸輪的主要幾何尺寸后，即可繪制蝸桿副的工作圖了。 ① 蝸 桿 參 數(shù) 與 尺 寸 頭數(shù)11z?，模數(shù) m= 軸 向 齒 距5 . 0 2 7ap m m m??? ，軸向齒厚 0 . 5 2 . 5 1 4as m m m??? ，分度圓直徑 1 20d ，直徑系數(shù)1 / 1 2 d m??，分度圓導(dǎo)程角1a r c t a n ( / ) 4 3 4 2 6? ??? ? ?。 取齒頂高系數(shù) * 1，徑向間隙系數(shù) * ，則 齒頂圓直徑 ： *11 2 2 0 2 1 1 . 6 2 3 . 2d h m m m? ? ? ? ? ? ? 齒根圓直徑 ： ? ?**11 2 ( ) 2 0 2 1 . 6 ( 1 0 . 6 ) 1 6 . 1 6d m h c? ? ? ? ? ? ? ? ? 蝸 輪 參數(shù)與尺寸 齒數(shù)2 48z ?，模數(shù) m=分度圓直徑為 ： 22 1 . 6 1 8 7 6 . 8d m z m m? ? ? ?變位系數(shù) ： 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 主要部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 15 ? ? ? ?2 1 2( ) / 2 / 5 0 ( 2 0 7 6 . 8 ) / 2 / 1 . 6 1x a d d m? ? ? ? ? ? ? 蝸輪喉圓直徑為 ： ? ?*2 2 22 ( ) 7 6 . 8 2 1 . 6 ( 1 1 ) 8 3 . 2d m h x m m? ? ? ? ? ? ? ? ? 蝸輪齒根圓直徑為 ：? ?**2 2 22 ( ) 7 6 . 8 2 1 . 6 ( 1 1 0 . 2 ) 7 6 . 1 6d m h x c m m? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 蝸輪咽喉母圓半徑 ： 22 2 5 0 8 3 . 2 2 8 . 4a d m m? ? ? ? ?。 核蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 檢驗(yàn)下式是否成立，即可較核蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。 ? ?2 2121 . 5 3F F a Yd d m?????（ 式中 F?—— 蝸輪齒根彎曲應(yīng)力，單位為 2 蝸輪齒形系數(shù)； Y?—— 螺旋角影響系數(shù)； ? ?F?—— 蝸輪的許用彎曲應(yīng)力，單位為 由蝸桿頭數(shù)1z=1，傳動(dòng)比 i=48，可以算出蝸輪齒數(shù)2148z 。 則蝸輪的當(dāng)量齒數(shù)：22 3 4 8 . 4 6c o sv ??根據(jù)蝸輪變位系數(shù)2 1x ?和當(dāng)量齒數(shù)2 ，查 手冊(cè) 得齒形系數(shù) ：2 螺旋角影響系數(shù)： 1 0 . 9 6 7140Y ?? ? ? ?? 根據(jù)蝸桿的材料和制造方法，查表 得蝸輪基本許用彎曲應(yīng)力：? ? 56F M P a? ? ? 蝸輪的壽命系數(shù)： 661 0 1 09 9 0 . 7 2 571 . 8 1 0K ? ? ??蝸輪的許用彎曲應(yīng)力： ? ? ? ? 5 6 0 . 7 2 5 4 0 . 6F F F P a?? ?? ? ? ? 將以上參數(shù)帶入式（ 3，得蝸輪齒根彎曲應(yīng)力： 1 . 5 3 1 . 3 9 2 2 9 2 0 1 . 9 5 0 . 9 6 7 3 7 . 42 0 7 6 . 8 1 . 6F M P a M P a? ??? ? ? ??? 可見(jiàn) ? ??，蝸輪齒根的彎曲強(qiáng)度滿足要求。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 主要部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 16 表 輪的基本許用彎曲應(yīng)力 ? ?F?單位： （ 蝸輪材料 鑄造方法 單側(cè)工作 ? ?0F? ?雙側(cè)工作 ? ?1F?? ?鑄錫磷青銅 10 1 砂模鑄造 40 29 金屬模鑄造 56 40 鑄錫鋅鉛青銅 5 5 5ZC b 模鑄造 26 22 金屬模鑄造 32 26 鑄鋁鐵青銅 110 3e 砂模鑄造 80 57 金屬模鑄造 90 64 灰鑄鐵 模鑄造 40 28 模鑄造 48 34 桿的設(shè)計(jì)計(jì)算 距的確定 刀架轉(zhuǎn)位時(shí)，要求螺桿在轉(zhuǎn)動(dòng)約 ?170 的情況下，上刀體的端面齒與下刀體的端面齒完全脫離；在鎖緊的時(shí)候，要求上下端 面齒的嚙合深度達(dá) 2此，螺桿的螺距 P 應(yīng)滿足 360/170 ?? ，即 ，今取螺桿的螺距? 。 他參數(shù)的確定 采用單頭梯形螺紋，頭數(shù) 1?n ,牙側(cè)角 ??15? ，外螺紋大徑（公稱直徑）01 ? ，牙側(cè)間隙 ，基本牙型高度 ? ，外螺紋高c ?? ，外螺紋中徑 72 ? ，外螺紋小徑 33 ? ，螺桿螺紋部分長(zhǎng)度 0? 。 鎖性能校核 螺桿螺母材料均用 45 鋼，查表 二者的摩擦因素 11.0?f ；再求得梯形螺旋 副的當(dāng)量摩擦角： ??? o sa rc ta n ?? ?????? 1ar ct ct 小于當(dāng)量摩擦角，因此，所選幾何參數(shù)滿足自鎖條件。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 主要部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 17 表 滑動(dòng)螺旋副材料的許用壓力 ][p 及摩擦因素 f 蝸桿 滑動(dòng)速度 / 1( m ? 許用壓力 /擦因素 f 鋼 低速 18～ 25 1～ 18 6～ 12 7～ 10 ＞ 15 1～ 2 淬火鋼 6～ 12 10～ 13 <3～ 18 ～ 12 4～ 7 鋼 低速 13 齒盤設(shè)計(jì) 端齒盤又稱多齒盤、細(xì)齒盤、鼠牙盤，是具有自動(dòng)定心功能的精密分度定位元件，廣泛應(yīng)用于加工中心、柔性單元、數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床、測(cè)量?jī)x器、各種高精度間歇式圓周分 度裝置、多工位定位機(jī)構(gòu)以及其它需要精密分度的各種設(shè)備上。端齒盤實(shí)際上相當(dāng)于一對(duì)齒數(shù)相同的離合器，其嚙合過(guò)程與離合器的嚙合類似。端齒盤的齒形有直齒和弧齒兩種，直齒端齒盤加工方便、定位精度及重復(fù)定位精度高。 齒盤的特點(diǎn) 在分度及定位裝置中，一般用端齒盤作為其精確定位元件。它具有以下優(yōu)點(diǎn)： ① 分度精度高 最高分度精度 可高達(dá) ， 實(shí)際分度誤差等于所有齒單個(gè)分度誤差的平均值。 ② 分度范圍大 分度大小與齒數(shù)有關(guān)。如齒數(shù)為 360齒時(shí)，最小分度值為 1o ，用差動(dòng)端齒分度裝置，分度范圍更大 。 ③ 精度的重復(fù)性和持久性好 重復(fù)定位精度可達(dá) 。由于工作時(shí)相當(dāng)于上下齒盤在不斷地對(duì)研，因此使用越久，分度精度的重復(fù)性和持久性也就越好，而且精度有可能提高。 ④ 剛性好 因所有齒面同時(shí)參加嚙合，不論承受的是切向力、徑向力還是軸向力，整個(gè)分度裝置形成一個(gè)良好的剛性整體。 ⑤ 結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便，這一點(diǎn)比其它高精度的分度裝置更為突出。 ⑥ 維護(hù)簡(jiǎn)便，多次拆裝不影響其原有的精度。 除以 上優(yōu)點(diǎn)外，它也有 以下 缺點(diǎn)： ① 要設(shè)計(jì)升降機(jī)構(gòu)，使兩齒盤問(wèn)脫開(kāi)一定的距離 (應(yīng)大于嚙合高度 )，以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)位分度。 攀枝花學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 主要部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 18 ② 必須有鎖緊機(jī)構(gòu)，防止在使用過(guò)程中受外力和力矩作用而使上下齒盤脫開(kāi)或側(cè)傾。 ③ 要采取防塵防屑措施，齒面的灰塵及切屑等雜物會(huì)影響到定位精度及鎖緊程度。 ④ 不能進(jìn)行任意連續(xù)分度，分度時(shí)至少要轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒，所以一般只能將圓周分成有限的等分角。 齒盤主要參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算 本設(shè)計(jì)采用 齒形為三角形的直齒端齒盤的基本結(jié)構(gòu) ，其 參 數(shù) 計(jì)算 如下 。 ① 齒數(shù)