數(shù)控車床電動刀架的設計

30頁 9500字數(shù)+論文說明書+任務書+7張CAD圖紙【詳情如下】

中軸.dwg

任務書.doc

刀架電原理圖.dwg

數(shù)控車床電動刀架的設計論文.doc

數(shù)控車床電動刀架裝配圖.dwg

數(shù)控車床電動刀架設計開題報告.doc

架體.dwg

渦輪.dwg

蝸桿.dwg

齒輪.dwg

摘要

數(shù)控車床今后將向中高當發(fā)展，中檔采用普及型數(shù)控刀架配套，高檔采用動力型刀架，兼有液壓刀架、伺服刀架、立式刀架等品種，預計近年來對數(shù)控刀架需求量將大大增加。數(shù)控刀架的發(fā)展趨勢是：隨著數(shù)控車床的發(fā)展，數(shù)控刀架開始向快速換刀、電液組合驅(qū)動和伺服驅(qū)動方向發(fā)展。 本部分主要對四工位立式電動刀架的機械設計和應用繼電-接觸控制系統(tǒng)控制部分的設計。并對以上部分運用AUTOCAD做圖，對電動刀架有更直觀的了解。最后的提出了對電動刀架提出了意見和措施。

關鍵詞 ：數(shù)控刀架 ； 電動刀架 ； 四工位  

Abstract

Numerical control there is in the future lathe to in will develop,the middle-grade to adopt popular numerical control knife rest form a complete set, adopt the motive force type knife rest top-gradly, have such varieties as knife rest of hydraulic pressure , servo knife rest , vertical knife rest ,etc. concurrently, it is estimated that will increase to numerical control knife rest demand greatly in recent years. The development trend of the numerical control knife rest is: With the development of numerical control lathe, numerical control knife rest begin to change one hundred sheets , electric liquid is it urge and urge direction develop while being servo to make up fast. Some originally design and is it continue electricity to use to four worker location vertical electronic machinery of knife rest mainly- exposed to control system control some designs. And use AUTOCAD to pursue to the above part , have an more ocular knowledge of electronic knife rest. The last proposition has put forward the suggestion and measure to the electronic knife rest.

Keyword： Numerical control knife rest  ； Electronic knife rest ；Four engineering location

目錄

緒 論 1

第1章  數(shù)控自動刀架總體介紹 2

1.1  數(shù)控自動刀架的設計背景 2

1.2  設計準則 2

1.3  主要技術參數(shù) 2

1.4  本章小結 3

第2章  自動刀架電氣說明書 4

2.1   電動刀架系統(tǒng) 4

2.1.1  電動刀架及其工作原理 4

2. 1. 2   電動刀架動作過程 4

2.1.3  技術說明 5

2.1.4  接口注意事項 6

2.1.5  在裝調(diào)中，可能出選的異?，F(xiàn)象及原因 6

2.1.6  PLC控制說明 11

2.2   本章小結 14

第3章  電動刀架機械說明書 15

3.1  工作原理 15

3.2  刀架動作順序 15

3.3  步進電機的選用 15

3.4  蝸輪及蝸桿的選用與校核 16

3.4.1  選擇蝸桿傳動類型 16

3. 4. 2  選擇材料 16

3.4.3  按齒面接觸疲勞強度設計 16

3.5  蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 18

3. 5. 1  蝸桿 18

3. 5. 2  蝸輪 18

3. 5. 3  校核齒根彎曲疲勞強度 18

3.6  軸的校核與計算 19

3.6.1  畫出受力簡圖 19

3. 6. 2  畫出扭矩圖 19

3. 6. 3  彎矩圖 20

3.7  彎矩組合圖 20

3.8  根據(jù)最大危險截面處的扭矩確定最小軸徑 20

3.9  連軸器的選擇 21

3.9.1  類型選擇 21

3.9.2  載荷計算 21

3.9.3  型號選擇 21

3.10 鍵聯(lián)接的類型和尺寸 21

3.11 蝸桿上鍵的選取與校核 22

3.12 軸承的選用 22

3. 12. 1  軸承的類型 22

3. 12. 2  軸承的游隙及軸上零件的調(diào)配 23

3. 12. 3  滾動軸承的配合 23

3.12.4 滾動軸承的潤滑 23

3. 12. 5  滾動軸承的密封裝置 23

3.13 本章小結 23

第4章   總結 24

致謝 26

參考文獻 27

緒 論

數(shù)控刀架的發(fā)展趨勢是：隨著數(shù)控車床的發(fā)展，數(shù)控刀架開始向快速換刀、電液組合驅(qū)動和伺服驅(qū)動方向發(fā)展。 

　　目前國內(nèi)數(shù)控刀架以電動為主，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刀架和伺服驅(qū)動刀架。電動刀架是數(shù)控車床重要的傳統(tǒng)結構，合理地選配電動刀架，并正確實施控制，能夠有效的提高勞動生產(chǎn)率，縮短生產(chǎn)準備時間，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雜的零件時，除了控制系統(tǒng)能提供相應的控制指令外，很重要的一點是數(shù)控車床需配備易于控制的電動刀架，以便一次裝夾所需的各種刀具，靈活 方便地完成各種幾何形狀的加工。

數(shù)控刀架的市場分析：國產(chǎn)數(shù)控車床今后將向中高檔發(fā)展，中檔采用普及型數(shù)控刀架配套，高檔采用動力型刀架，兼有液壓刀架、伺服刀架、立式刀架等品種，近年來需要量可達1000～1500臺。 

數(shù)控刀架的高、中、低檔產(chǎn)品市場數(shù)控刀架作為數(shù)控機床必需的功能部件，直接影響機床的性能和可靠性，是機床的故障高發(fā)點。

這就要求設計的刀架具有具有轉(zhuǎn)位快，定位精度高，切向扭矩大的特點。它的原理采用蝸桿傳動，上下齒盤嚙合，螺桿夾緊的工作原理

第1章  數(shù)控自動刀架總體介紹

1.1  數(shù)控自動刀架的設計背景

電動刀架是數(shù)控車床重要的傳統(tǒng)結構數(shù)控刀架的高、中、低檔產(chǎn)品市場數(shù)控刀架作為數(shù)控機床必需的功能部件，直接影響機床的性能和可靠性，是機床的故障高發(fā)點。

隨著數(shù)控車床的發(fā)展，數(shù)控刀架開始向快速換刀、電液組合驅(qū)動和伺服驅(qū)動方向發(fā)展。

    目前國內(nèi)數(shù)控刀架以電動為主，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刀架和伺服驅(qū)動刀架。

在本次設計中我主要負責設計一只四工位立式電動刀架的機械設計和應用繼電-接觸控制系統(tǒng)控制部分的設計。

1.2  設計準則

我們的設計過程中，本著以下幾條設計準則

1） 創(chuàng)造性的利用所需要的物理性能和控制不需要的物理性能

2） 判別功能載荷及其意義

3） 預測意外載荷

4） 創(chuàng)造有利的載荷條件

5） 提高合理的應力分布和剛度而重量達到最輕

6） 應用基本公式求相稱尺寸和最佳尺寸

7） 根據(jù)性能組合選擇材料

8） 在儲備零件與整體零件之間精心的進行選擇

9） 進行功能設計以適應制造工藝和降低成本的要求

1.3  主要技術參數(shù)

（1）最大許用力矩（Nm）Mq  100 Mx 200 Ms 100

（2）重復定位精度：（mm）<0.005

（3）電機功率(w) 20

（4）電機轉(zhuǎn)速（rpm）1250

1.4  本章小結

初步了解了設計題目（電動刀架）及發(fā)展概況，設計背景，對刀架有了一些印象，對整理設計思路 安排設計時間有很好的輔助作用。對一些參數(shù)的進行了解

同時按準則要求來完成設計。

第4章   總結

總結

經(jīng)過近3個月的不懈努力，專科教育中最重要的也是最后一個環(huán)節(jié)——畢業(yè)設計，終于完成在即。首先，我要衷心的感謝我的指導老師，是他們的悉心指導，讓我比較順利的完成了這次畢業(yè)設計。勤于并善于總結過去，才能更好更快的進步。為啟示自己更好的獲得別人的幫助，現(xiàn)將這一大學期間戰(zhàn)線最長的考試中所獲得的點滴體會及收獲簡介如下，與師長及同學共享，并渴求指正。

1， 在工作中要有嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和循序漸進，刨根問底的韌勁：

在整個設計過程中，有幸獲得與指導老師一起討論問題的機會。羅老師及各位師兄弟在討論問題中所體現(xiàn)出來的一絲不茍的精神讓我深受感動。我想這些精神的體現(xiàn)在很大程度上源于他們在平時養(yǎng)成的良好的治學習慣，循序漸進，不斷積累，決不放過任何一個含糊的問題，以高度的責任感面對所有細節(jié)。

2， 接受了先進的設計思想及理念的熏陶

能力，精力及知識儲備的限制使我們的實際工作只能促及皮毛，但多少也對涉及的宏觀理念有了一定程度的了解和體會，我想這是從書本上不可能學到的，其正面引導作用又是更寶貴的甚至可能影響我們的一生。以開闊的眼界緊跟科技發(fā)展的最新動向，抓緊先進科技脈搏跳動的主旋律，并以足夠的勇氣在自己的工作中從精神到現(xiàn)實行為兩方面均予以體現(xiàn)，這是我在設計過程中多次涌現(xiàn)的感知和認識。

3， 在市場經(jīng)濟條件下在一味以精神為秤桿來要求自己和他人是不現(xiàn)實的

堅持用較遠的眼光在十字路口進行選擇是明智的。環(huán)顧四周，人們都在不停的學習，不學習就不能跟上時代的發(fā)展。毫無疑問，在選擇課題時，我們要以國家和社會的發(fā)展為重，并結合自身的實際條件。

4， 書到用時方恨少，學以致用才能起到事半功倍的效果

在設計過程中一個很深的體會是，知識掌握的很不扎實，設計比普通考試綜合性更強，考試丟掉的只是分數(shù)，而知識掌握不牢固對設計的影響要大的多。因此對于用到的每一方面的知識往往因為不確信而不得不重新進行考證，進度因此大大降低，隱含問題的不斷出現(xiàn)使很多工作反復徘徊。我個人認為為用而學由于具有明顯的目的性，比起以前枯燥的學習課本上的理論知識有趣的多，而且效果也要好很多的。所以，在今后的學習過程中我要以此為學習思路，努力為自己創(chuàng)造良好的實踐環(huán)境。知不足然后知進取，畢業(yè)設計是迄今為止帶給我危機意識最強烈，伴隨之產(chǎn)生學習激情最強烈的一次自我測驗。

5， 會很好的利用書籍及相關資料，善于借他人之長以補己之短

雖然我們學了3年的專業(yè)基礎課程，但客觀的講，我對于專業(yè)知識的了解還很膚淺，真正可用的知識及能力儲備都十分有限，在這種情況下，我們的目標更多的側重于邊干邊學，其中學會查閱和使用相關資料可為將來真正的自我學習打下良好的基礎。毫無疑問，設計過程中用到的部分知識必須是現(xiàn)用現(xiàn)學，尤其是電氣控制方面的知識非常薄弱。此外，每個人都有每個人的長處，師長們十幾年甚至幾十年的經(jīng)驗積累是單純的書本知識所不可替代的，他們的思維慣式和學術風格可以幫助我們更快的入門。在通過與師長們的討論和交談中發(fā)現(xiàn)自己的不足，并加以彌補，使自己獲得更大的進步無疑是最重要的大事。

致謝

終于完成了畢業(yè)設計了，在幾個月的緊張生活中，首先我要感謝我的指導老師吳紅老師，沒有他的指點和教誨，就沒有這次設計的完成，他在我無能為力的時候給我提出了很多建設性的意見和建議，開拓了我的思路 ，同時也感謝其它的各科老師。此次設計要求把以前所學到的專業(yè)課知識貫通起來，我不時的向各位老師請教過，他們都很負責的幫我解釋我提出的問題 還要感謝圖書館 閱覽室 的老師 每次都很熱情的幫我介紹資料，提供方便，我衷心的希望各位老師身體健康 家庭幸福~ 工作順利！

參考文獻

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【8】鄒繼軍，饒運淘?；赟JA1000的CAN總線系統(tǒng)智能節(jié)點設計。單片機與嵌入式系

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【11】孫和平，楊寧，白晶。單片微機原理與接口技術。冶金工業(yè)出版社，2003（1）

【12】濮良貴 紀名剛等。 第七版  高等教育出版社。2003

畢業(yè)設計（論文）任務書 題目名稱： 數(shù)控車床電動刀架 學 院： 揚州市職業(yè)大學 專 業(yè)： 姓 名： 學 號： 指導教師： 二Ｏ Ｏ七 年 3 月 18 日 一、 畢業(yè)設計（論文）的目的與要求： 通過本次畢業(yè)設計，將微機原理、數(shù)控技術、檢測技術、零件設計、機械制圖等知識貫穿起來，是對學生綜合設計能力的一個鍛煉，另外數(shù)控行業(yè)是一個熱門的行業(yè)，希望能夠把握這次設計的機會，多從設計中找到自己的不足，從而能夠提高自己。 技術要求： 1）要求設計一個四工位數(shù)控電動刀架 2） 重復定位精度 （ <）主軸電機功率 (w) 20 4） 電機轉(zhuǎn)速（ 1250 二、 畢業(yè)設計（論文）的內(nèi)容： 1）查閱相關資料，學習機床設計的相關 知識，了解電動刀架的基本結構 2）確定具體設計方案 3）零件草圖的繪制 4）裝配圖繪制 5）電氣部分設計 6）圖紙打印 7）編寫畢業(yè)論文 三、 畢業(yè)設計（論文）課題應完成的工作： 1）裝配圖 1 張 2）電氣原理圖 1 張 3）零件圖 2 張 4）盤 1 張 5）外文翻譯 1 份 6）畢業(yè)設計說明書 1 份 四、畢業(yè)設計（論文）進程的安排： 序 號 設計（論文）各階段名稱 日 期 備 注 1 收集相關資料 開題報告 2 學習軟件 習軟件的使用 3 確定總體方案 確 設 計 內(nèi)容，參數(shù) 4 零件草圖 制零件圖 5 裝配圖 制裝配圖 6 生成工程圖 圖 7 編寫畢業(yè)論文 成論文 8 9 10 五、應收集的資料及參考文獻 1、《位置檢測與數(shù)量技術》李謀主編；機械工業(yè)出版社 2、《機床數(shù)控技術及其應用》林奕鴻編著；機械工業(yè)出版社 3、《現(xiàn)代數(shù)控機床伺服及檢測技術》白恩遠，王俊元，孫愛國主編；國防工業(yè)出版社 4、《數(shù)控實用技術》浙江工業(yè)大學王貴名編著；機械工業(yè)出版社 5、《數(shù)字控制技術與數(shù)控機床》楊有軍主編；機械工業(yè)出版社 6、《電氣控制技術》弭洪濤，宋宏主編；吉林科學技術出版社 7、《機電傳動控制》鄧星鐘主編；華中科技大學出版社 8、《機械設計》高等教育出版社 9、《機械零件》鄭志祥，文天一主編；高等教育出版社 10、《實用機床設計手冊》李洪主編；遼寧科學技術出版社 六、任務執(zhí)行日期 自 年 月 日起，至 年 月 日止。 學 生（簽字） 指導教師（簽字） 系 主 任（簽字） 1 摘要 數(shù)控車床今后將向中高當發(fā)展，中檔采用普及型數(shù)控刀架配套，高檔采用動力型刀架，兼有液壓刀架、伺服刀架、立式刀架等品種，預計近年來對數(shù)控刀架需求量將大大增加。數(shù)控刀架的發(fā)展趨勢是：隨著數(shù)控車床的發(fā)展，數(shù)控刀架開始向快速換刀、電液組合驅(qū)動和伺服驅(qū)動方向發(fā)展。 本部分主要對 四工位立式電動刀架的機械設計和應用繼電 對以上部分運用 圖，對電動刀架有更直觀的了解。最后的提出了對電動刀架提出了意見和措施。 關鍵詞 ： 數(shù)控刀架 ； 電動刀架 ； 四工位 2 is in to in to a as of it is to in of of to is it to up is it to to of to to to an of to ； 1 目錄 緒 論 ..................................................................................................................................... 1 第 1章 數(shù)控自動刀架總體介紹 ....................................................................................... 2 數(shù)控自動刀架的設計背景 ................................................................................... 2 設計準則 ............................................................................................................... 2 主要技術參數(shù) ....................................................................................................... 2 本章小結 .............................................................................................................. 3 第 2章 自動刀架電氣說明書 ........................................................................................... 4 電動刀架系統(tǒng) .................................................................................................... 4 電動刀架及其工作原理 ........................................................................... 4 2. 1. 2 電動刀架動作過程 ............................................................................. 4 技術說明 ................................................................................................... 5 接口注意事項 ........................................................................................... 6 在裝調(diào)中，可能出選的異?，F(xiàn)象及原因 ............................................... 6 制說明 .......................................................................................... 10 本章小結 .......................................................................................................... 13 第 3章 電動刀架機械說明書 ......................................................................................... 14 工作原理 ............................................................................................................. 14 刀架動作順序 ..................................................................................................... 15 步進電機的選用 ................................................................................................ 15 蝸輪及蝸桿的選用與校核 ................................................................................. 16 選擇蝸桿傳 動類型 ................................................................................. 16 3. 4. 2 選擇材料 ................................................................................................. 16 按齒面接觸疲勞強度設計 ..................................................................... 16 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 ................................................................. 17 3. 5. 1 蝸桿 ......................................................................................................... 17 3. 5. 2 蝸輪 ......................................................................................................... 18 3. 5. 3 校核齒根彎曲疲勞強度 ......................................................................... 18 軸的校核與計算 ................................................................................................. 19 畫出受力簡圖 ......................................................................................... 19 3. 6. 2 畫出扭矩圖 ............................................................................................. 19 3. 6. 3 彎矩圖 ..................................................................................................... 19 彎矩組合圖 ......................................................................................................... 20 根據(jù)最大危險截面處的扭矩確定最小軸徑 ..................................................... 20 2 連軸器的選擇 ..................................................................................................... 20 類型選擇 ................................................................................................. 20 載荷計算 ................................................................................................. 21 型號選擇 ................................................................................................. 21 聯(lián)接的類型和尺寸 ......................................................................................... 21 桿上鍵的選取與校核 ..................................................................................... 21 承的選用 ......................................................................................................... 22 3. 12. 1 軸承的類型 ........................................................................................... 22 3. 12. 2 軸承的游隙及軸上零件的調(diào)配 ........................................................... 22 3. 12. 3 滾動軸承的配合 ................................................................................... 22 動軸承的潤滑 ..................................................................................... 23 3. 12. 5 滾動軸承的密封裝置 ........................................................................... 23 章小結 ............................................................................................................. 23 第 4章 總結 ................................................................................................................... 23 致謝 .............................................................................................................................. 25 參考文獻 ...................................................................................................................... 26 1 緒 論 數(shù)控刀架的發(fā)展趨勢是：隨著數(shù)控車床的發(fā)展，數(shù)控刀架開始向快速換刀、電液組合驅(qū)動和伺服 驅(qū)動方向發(fā)展。 目前國內(nèi)數(shù)控刀架以電動為主，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刀架和伺服驅(qū)動刀架。 電動刀架是數(shù)控車床重要的傳統(tǒng)結構，合理地選配電動刀架，并正確實施控制，能夠有效的提高勞動生產(chǎn)率，縮短生產(chǎn)準備時間，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雜的零件時，除了控制系統(tǒng)能提供相 應的控制指令外，很重要的一點是數(shù)控車床需配備易于控制的電動刀架，以便一次裝夾所需的各種刀具，靈活 方便地完成各種幾何形狀的加工。 數(shù)控刀架的市場分析：國產(chǎn)數(shù)控車床今后將向中高檔發(fā)展，中檔采用普及型數(shù)控刀架配套，高檔采用動力型刀架，兼有液壓刀架、伺服刀架、立式刀架等品種，近年來需要量可達 1000～ 1500臺。 數(shù)控刀架的高、中、低檔產(chǎn)品市場數(shù)控刀架作為數(shù)控機床必需的功能部件，直接影響機床的性能和可靠性，是機床的故障高發(fā)點 。 這就要求設計的刀架具有 具有轉(zhuǎn)位快，定位精度高，切向扭矩大的 特 點 。它的原理 采用蝸桿傳動 ，上下齒盤嚙合，螺桿夾緊的工作原理 。 2 第 1 章 數(shù)控自動刀架總體介紹 數(shù)控自動刀架的設計背景 電動刀架是數(shù)控車床重要的傳統(tǒng)結構 數(shù)控刀架的高、中、低檔產(chǎn)品市場數(shù)控刀架作為數(shù)控機床必需的功能部件，直接影響機床的性能和可靠性，是機床的故障高發(fā)點 。 隨著數(shù)控車床的發(fā)展，數(shù)控刀架開始向快速換刀、電液組合驅(qū)動和伺服驅(qū)動方向發(fā)展。 目前國內(nèi)數(shù)控刀架以電動為主，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刀架和伺服驅(qū)動刀架。 在本次設計中我主要負責設計一只四工位立式電動刀架的機械設計和應用繼電 設計準則 我們的設計過程中，本著以下幾條設計準則 1） 創(chuàng)造性的利用所需要的物理性能和控制不需要的物理性能 2） 判別功能載荷及其意義 3） 預測意外載荷 4） 創(chuàng)造有利的載荷條件 5） 提高合理的應力分布和剛度而重量達到最輕 6） 應用基本公式求相稱尺寸和最佳尺寸 7） 根據(jù)性能組合選擇材料 8） 在儲備零件與整體零件之間精心的進行選擇 9） 進行功能設計以適應制造工藝和降低成本 的要求 主要技術參數(shù) （ 1） 最大許用力矩（ 100 00 00 （ 2） 重復定位精度 ：（ < 3）電機功率 (w) 20 3 （ 4） 電機轉(zhuǎn)速（ 1250 本章小結 初步了解了設計題目（電動刀架）及發(fā)展概況，設計背景，對刀架有了一些印象，對整理設計思路 安排設計時間有很好的輔助作用。對一些參數(shù)的進行了解 同時按準則要求來完成設計。 4 霍爾元件； 微動開關； 繼電器回答地阻容吸收3 8 0步進電機1 章 自動刀架電氣說明書 電動刀架系統(tǒng) 現(xiàn) 結合圖 2 圖 2電動刀架及其工作原理 電動刀架的機械部分類似于蝸輪機構，實現(xiàn)刀具的抬升、旋轉(zhuǎn)（交換刀具位置）及下降鎖緊，這里著重討論實現(xiàn)上述動作所必須的硬件條件和電路原理。 在圖 2電器 要完成刀架 電機的正、反轉(zhuǎn)切換。在刀架旋轉(zhuǎn)過程中，每個工位上的霍爾元件會依次切換為有效狀態(tài)，系統(tǒng)根據(jù) 2, 以推斷出目前的刀號，并判斷是否為當前所選用刀具，一旦符合 ，則電機反向旋轉(zhuǎn)，鎖緊刀具。電動刀架各時序的切換及間隔是系統(tǒng)控制的關鍵，反向鎖緊所用時間取決于電動刀架生產(chǎn)廠家有推薦指標，過長會引起電機發(fā)熱甚至燒毀。為保證電動刀架安全運動，在電動刀架交流 380V 進線處加裝快速熔斷器和熱繼電器。 2. 1. 2 電動刀架動作過程 數(shù)控系統(tǒng)調(diào)刀代碼開始執(zhí)行時，或行動調(diào)刀時，首先輸出刀架正轉(zhuǎn)信號，使刀架旋轉(zhuǎn)，當接收到指定的刀具的到位信號后，關閉刀架正轉(zhuǎn)信號，延遲 50間后，刀架開始反轉(zhuǎn)而進行鎖緊，并開始檢查鎖緊信號，當接收到該信號后，關閉刀架反轉(zhuǎn)信號，延遲時間，并對電機 制動。換刀結束。程序轉(zhuǎn)入下一程序段繼續(xù)執(zhí)行。如執(zhí)行 5 暫時停機正轉(zhuǎn)到位？置正轉(zhuǎn)標志正轉(zhuǎn)輸出結束反轉(zhuǎn)到位？反向輸出延時 1編碼相同正 轉(zhuǎn) 標 志 = 1 ？初始化開始的刀號與現(xiàn)在的刀號（自動記錄）一致時，則換刀指令立刻結束，并轉(zhuǎn)入下一程序段執(zhí)行。 我根據(jù)上述描述的換刀動作過程，做了如下動作流程圖 2 2動作流程圖 2 技術說明 在設計過程中要求自動刀架能夠按事先編定的程序動作，也能按照手動脈沖信號的給定依次動作。 這次設計的是四工位刀架，其動作如下： 1， 微機要刀： 要刀信號 —— 備響應 —— 電機正轉(zhuǎn) - 刀架上升 —— 旋轉(zhuǎn) —— 霍爾 元件發(fā)出信號 —— 電機反轉(zhuǎn) —— 刀架鎖緊 —— 電機過流 —— 發(fā)出中斷信號 —— 應答 —— 加工 6 —— Ω 中應用 8位單片機實現(xiàn) 它有關技術要求，規(guī)范在其它章節(jié)有詳細說明 2 ，手動要求 Ω 電機正轉(zhuǎn) —— 刀架上升 —— 刀架旋轉(zhuǎn) —— 霍爾元件發(fā)出信號 —— 電機反轉(zhuǎn)—— 刀架下降鎖緊 —— 電機過流 —— 發(fā)出中斷信號 —— 應答 —— 加工 —— Ω 序調(diào)試 1） 按文字標記記在電氣箱插頭上電動刀架插頭和接口電源插頭。所接的 2 根電纜管內(nèi)有 4 根線。 3 根線接車床總開關后的 三相電源。一根黃綠線接系統(tǒng)地線，另管內(nèi) 7 根導線定義如下： 棕： 1#絕對要刀 藍： 2#絕對要刀 紅： 3#絕對要刀 黃： 4#絕對要刀 綠：微機柜 +12~24V 白：回刀信號 黑：微機柜 +12~24： 5#絕對要刀 紫： 6#絕對要刀 2） 刀架電氣箱固定在車床操作人員可能觸及的部位，先將 一下按鈕， 0度，如刀架不動，紅燈長亮，表示電源反相序了，需要到正相序再次試車，用戶要求將代 暖氣箱安裝雜機床內(nèi)部，參看 2#電路原理圖 接口注意事項 使用絕對要刀時，如微機不具備收到回 答信號再啟動下道程序功能，編程信號寬度應大于最大可能運動時間 在裝調(diào)中，可能出選的異?，F(xiàn)象及原因 1 孔殼帶電，燒斷保險絲 原因：火地線反。插頭松動，電機短路 2．紅燈亮 ，不動作 原因：三相電源反相序或缺相 架不動 原因：檢查開關位置是否準確 原因：刀架發(fā)訊盤松動，移動 5 刀架運轉(zhuǎn)不停 7 原因：開關位置錯誤，按鈕短路，探頭斷線 6 某刀位不動 原因：接口燒壞或接口斷線 7 綠燈不亮 原因：保險絲斷或未擰緊，或插頭插反 8 電氣控制失靈 原因：夾刀過緊，刀臺變形 霍 爾元件的選取 根據(jù)工作所需要及其它方面的具體要求： 選型： 工作電壓： V 截止電源電流：〈 6出低電壓：〈 電平輸出電流：〈 10A 其工作溫度范圍： 5 如下： 圖 2 微機送出信號控制手控硅二極管的控制級 8 圖 2 電機過流時信號采集電路 表 2 元件明細表： 序號 名稱 型號 圖表 數(shù)量 備注 1 繼電器 無座 2 繼電器 3 保險管座 4 保險管 5 保險管 6 鈕子開關 9 7 按鈕 8 穩(wěn)壓器 C 1 9 發(fā)光二極管 1 1 綠色 10 二極管 2 1 紅色 11 二極管 9~ 12 雪崩二極管 13 1 13 電容器 01F/40V 1 14 全橋整流器 14~ 400V/1A 15 全橋整流器 16 電阻器 4 1 17 電阻器 1~ 10 18 電阻器 6~ 19 電容器 1 1 20 電容器 6V 1 21 電容器 4 1 22 電容器 7~ 23 接叉件 A 24 接叉件 2 1 25 霍爾元件 4 制說明 （ 1）技術說明 在設計中要求自動 刀架能夠按預先編定的程序動作，也按照手動脈沖技術信號的 11 給定而依次動作。 其控制的 T 功能過程可以如圖來表示 圖 2過程圖 其工作過程如下： 微機要刀： 要刀信號 —— 備響應 —— 電機正轉(zhuǎn) —— 刀架上升 —— 刀架旋轉(zhuǎn) —— 旋轉(zhuǎn)到霍爾元件發(fā)出信號 —— 電機反轉(zhuǎn) —— 刀架鎖緊 —— 電機過流 —— 發(fā)出中斷信號 —— 應答 —— 加工 其中應用 8 位單片機實現(xiàn) 控制，其它有關技術要求，規(guī)范另詳 手動要刀 手動按鈕壓下 —— 電機正轉(zhuǎn) —— 刀架上升 —— 刀架旋轉(zhuǎn) —— 到位霍爾元件發(fā)訊 —— 電機反轉(zhuǎn) —— 刀架下降鎖緊 —— 電機過流 —— 發(fā)出中斷信號 —— 應答 —— 加工 在設計中采用 司系列編程控制器： 2 I/O 地址分配表： I/O 口 作用說明 0000 手動機控選擇開關 0001 手動換刀按鈕 0002 機控，相對絕對要刀開關 0003 1 號刀位霍爾元件 0004 2 號刀位霍爾元件 0005 3 號刀位霍爾元件 0006 4 號刀位霍爾元件 0007 1 號刀位機控信號 12 0008 2 號刀位機控信號 0009 3 號刀位機控信號 0010 4 號刀位機控信號 0011 過流 1000 手動 1 號刀保持繼電器 1001 手動 2 號刀保持繼電器 1002 手動 3 號刀保持繼電器 1003 手動 4 號刀保持繼電器 1004 機控刀位保持繼電器 1005 機控絕對要刀保持繼電器 1006 定時準備保持繼電器 0500 電機正轉(zhuǎn)輸出 0501 電機反轉(zhuǎn)輸出 0502 綠色發(fā)光二極管輸出 0503 紅色發(fā)光二極管輸出 0504 換刀完畢輸出應答信號 表 2 序語句表： 地址 指令 數(shù)據(jù) 地址 指令 數(shù)據(jù) 0000 000 0016 000 0001 001 0017 001 0002 002 0018 002 0003 004 0019 004 0004 0020 0005 003 0021 005 0006 004 0022 006 0007 000 0023 002 0008 000 0024 000 0009 001 0025 001 0010 002 0026 002 13 0011 004 0027 004 0012 0028 0013 004 0029 006 0014 005 0030 003 0015 001 0031 003 地址 指令 數(shù)據(jù) 地址 指令 數(shù)據(jù) 0032 000 0048 500 0033 007 0049 006 0034 008 0050 0 0035 009 #0010 0036 010 0051 000 0037 004 0052 001 0038 004 0053 002 0039 002 0054 003 0040 003 0055 005 0041 004 0056 501 0042 005 0057 500 0043 006 0058 00 0044 005 0059 501 0045 500 0060 011 0046 00 0061 500 0047 006 0062 501 0063 006 0064 500 0068 503 0065 501 0069 011 0066 502 0070 504 0067 011 本章小結 介紹了電動刀架的電器控制原理及其換刀過程，了解可能出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象和原因，提出問題選取元件 編寫程序 對刀架進行控制。 14 第 3 章 電動刀架機械說明書 工作原理 當微機程 序發(fā)出換刀信號，通過放大線路驅(qū)動，繼電器使電機正轉(zhuǎn)，通過減速器機構和升降螺母機構將上刀體升起至一定位置后離合轉(zhuǎn)盤起作用，帶動上刀體旋轉(zhuǎn)到送刀位，刀位發(fā)訊盤發(fā)出訊號，刀架控制器繼電器使電機反轉(zhuǎn)，通過發(fā)訊機構使上刀體下降，齒牙盤嚙合，完成精定位，并通過蝸桿鎖緊蝸輪，使刀架鎖緊，當夾緊力達到預先調(diào)好的狀態(tài)時，過流繼電器動作，切斷源， 15 電機反轉(zhuǎn)停轉(zhuǎn)，并向微機發(fā)出換刀信號答復信號，加工順序開始執(zhí)行。 刀架動作順序 電機 —— 減速機構 —— 升降機構 —— 上刀體上升轉(zhuǎn)位 —— 信號符合 —— 粗定位機構—— 上刀體下降 —— 精 定位 —— 刀體鎖緊 —— 電機停轉(zhuǎn) —— 換刀應答 —— 加工順序執(zhí)行安裝去掉車床小拖板，置刀架于拖板上，卸掉電機風蓋，逆時針方向轉(zhuǎn)動電機，活用內(nèi)六角板手轉(zhuǎn)動軸承處之內(nèi)六角，使刀架轉(zhuǎn)動到 45 度左右時，打壓裝螺孔，然后固定刀架即可 根據(jù)上述描述的換刀動作過程，做了如下動作。 步進電機的選用 許多機械加工需要微量進給。要實現(xiàn)微量進給，步進電機、直流伺服交流伺服電機都可作為驅(qū)動元件。對于后兩者，必須使用精密的傳感器并構成閉環(huán)系統(tǒng)，才能實現(xiàn)微量進給。在開環(huán)系統(tǒng)中，廣泛采用步進電機作為執(zhí)行單元。這是因為步進電機具有以下優(yōu)點 ： ● 直接采用數(shù)字量進行控制 ; ● 轉(zhuǎn)動慣量小，啟動、停止方便； ● 成本低； ● 無誤差積累； ● 定位準確； ● 低頻率特性比較好； ● 調(diào)速范圍較寬； 采用步進電機作為驅(qū)動單元，其機構也比較簡單，主要是變速齒輪副、滾珠絲杠副，以克服爬行和間隙等不足。通常步進電機每加一個脈沖轉(zhuǎn)過一個脈沖當量；但由于其脈沖當量一般較大，如 數(shù)控系統(tǒng)中為了保證加工精度，廣泛采用步進電機的細分驅(qū)動技術。 步進電機 的選用一般通過估算負載轉(zhuǎn)距來選用： 負載轉(zhuǎn)距的估算公式為： 01 1()22i?? ? ???(3根據(jù)電機所帶負載的具體情況： F—— 蝸桿軸向力 0F—— 蝸桿徑向力 P—— 蝸桿的導程 i —— 減速比 ? —— 摩擦系數(shù) ? —— 傳動效率 16 參數(shù)的具體計算： 0110 . 2 2 1 0 4t a n 2 0 4 0 . 3 6 4 1 . 4 6 52 . 5 6 06 0 0 . 20 . 4 0 . 9 0 . 3 6F m g NP m Z m m m ?? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ???? ? ? ?摩 擦 主 軸蝸 桿 軸 承其 中 ；； 代入數(shù)值計算得： 1 0 7 2 M?根據(jù)1械產(chǎn)品目錄》選出伺服電機的型號： 4蝸輪及蝸桿的選用與校核 由于前述所選電機可知 T=動比設定為 i=60，效率η =作日安排每年 300工作日計，壽命為 7年。 選擇蝸桿傳動類型 根據(jù) 10085— 1988的推薦，采用漸開線蝸桿。 3. 4. 2 選擇材料 開率到蝸桿傳動效率不大，速度只是中等，故蝸 桿用 45 號鋼；為達到更高的效率和更好的耐磨性，要求蝸桿螺旋齒面淬火，硬度為 45~55輪用鑄錫磷青銅 屬鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵 造。 按齒面接觸疲勞強度設計 根據(jù)閉式蝸桿傳動的設計準則，先按齒面接觸疲勞強度進行設計，在校核齒根彎曲疲勞強度。傳動中心距： ? ? 23 2 ()E ??(3（ 1）確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)距 ，估取效率η = *η *i=3（ 2）確定載荷系數(shù) K 因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù) 1；由使用系數(shù) 由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動載系數(shù) 17 K=β **（ 3）確定彈性影響系數(shù) 選用的鑄錫磷青銅蝸輪和蝸桿相配，故 12160 P a?（ 4）確定接觸系數(shù) 先假設蝸桿分度圓直徑 a 的比值 1而可查出 （ 5）確定許用應力 [σ H] 根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅 屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度＞45而可查得蝸輪的基本許用應力 [σ H]‘ =268 因為電動刀架中蝸輪蝸桿的傳動為間隙性的，故初步定位、其壽命系數(shù)為 [σ H]= H]‘ =268=247（ 6）計算中心距 23 1 6 0 2 . 71 . 2 7 3 5 3 8 . 2 ( ) 2 4247a m m?? ? ? ?(3取中心距 a=50m=桿分度圓直徑 時 1而可查得接觸系數(shù) 'Z?=為 'Z?＜ 因此以上計算結果可用。 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 3. 5. 1 蝸桿 直徑系數(shù) q=度圓直徑 桿頭數(shù) ；分度圓導程角γ =3° 11′ 38″ 蝸桿軸向齒距： m? =(3蝸桿齒頂圓直徑： *11 2 3 2 . 2d h m m m? ? ? ?(3蝸桿齒根圓直徑： **11 2 ( )d m h c? ? ?=蝸桿軸向齒厚： 1 / 2= 18 3. 5. 2 蝸輪 蝸輪齒數(shù)： 62，變位 系數(shù)Χ =0 驗算傳動比： i=2z/1z=62/1=62(3這是傳動比誤差為：（ 60(3蝸輪分度圓直徑： d2= 6 2 7 7 .5 (3蝸輪喉圓直徑： 3蝸輪齒根圓直徑： 33蝸輪喉母圓直徑 50? 33. 5. 3 校核齒根彎曲疲勞強度 22121 . 5 3 [] Yd d m? ? ???(3當量齒數(shù) 322 3 6 2 / c o s 3 . 1 8 6 2Z C O S ?? ? ?(3根據(jù)Χ 2=0， 2，可查得齒形系數(shù)2旋角系數(shù) 1140° =(3許用彎曲應力 [δ F]= [ ]'H?資料可查得 造的蝸輪的基本許用彎曲應力H[ ]'?=56命系數(shù) [δ F]=56× [ ]'H? =1 . 5 3 1 . 2 7 1 7 0 4 04 5 1 5 5 2 . 5?? × 所以彎曲強度是滿足要求的。 19 軸的校核與計算 畫出受力簡圖 計算出： 圖 33. 6. 2 畫出扭矩圖 T=η 電機 =60× （ 3 圖3 3. 6. 3 彎矩圖 M=180× 10 = （ 3 圖 3矩圖 20 ' 2 2()M M 彎矩組合圖 由此可知軸的最大 危險截面所在。 組合彎矩 （ 3 圖 3矩組合圖 根據(jù)最大危險截面處的扭矩確定最小軸徑 221() []a ???? （ 3 扭轉(zhuǎn) 切應力為脈動循環(huán)變應力，取α =彎截面系數(shù) W=的材料為 45 號鋼：1[]??=60入相關數(shù)據(jù)可計算得： d≥ 據(jù)各個零件在軸上的定位和裝拆方案確定軸的形狀及小 連軸器的選擇 類型選擇 為了隔離振動與沖擊，選用彈性套柱銷連軸器。 21 載荷計算 公稱轉(zhuǎn)距： T=。 M 計算轉(zhuǎn)距： A*T=M（ 3 型號選擇 因其主動端直徑為 16動端軸徑為 18 從（ 84）中查到 軸器的許用轉(zhuǎn)距為 用最大轉(zhuǎn)速為 7600r/徑在 12~19 之間，故合用。 所以選擇的型號為： 16 3018 42?8 聯(lián)接的類型和尺寸 因其軸上鍵的作用是傳扭矩，應用平鍵連接即可，經(jīng)分析，為了傳動精確，應用單圓 平鍵。 由資料可查出鍵的截面尺寸為：寬度 b=5度 h=5連軸器的寬度并參與鍵的長度系列，從而取得鍵長 L=28連軸器寬度小一些）。 校核鍵連接的強度 鍵、軸和連軸器的材料都是鋼，因而可查得許用橋壓力 [δ P] =120～ 150其平均值 [δ P]=135 鍵的工作長度 l=83 鍵與連軸器的鍵槽的接觸高度 k=而可得： δ p= 332 1 0 2 0 . 1 4 7 2 1 02 . 5 2 3 1 6T k ? ?? ??=[δ p]=1353 可見滿足要求。此鍵的標記為：鍵 28 1096— 1979 桿上鍵的選取與校核 （ 1）取鍵連接的類型好尺寸 因其軸上鍵的作用是傳遞扭矩，應用平鍵連接就可以了。在此用平鍵。由資料可查出鍵的截面尺寸為：寬度 b=6度 h=6連軸器的寬度并參考鍵的長度系列，從而取鍵長 L=40連軸器寬度小一些）。 22 （ 2） 鍵連接的強度 鍵、軸和連軸器的材料都是鋼，因而可查得許用橋壓力 [δ p]=120～ 150其平均值 [δ p]=135 鍵的工作長度 l=04與連軸器的鍵槽的接觸高度 k=而可得： δ p= 332 1 0 2 0 . 1 4 7 2 1 0 0 . 7 7 [ ] 1 3 53 3 4 1 8 P a M P ak l d ?? ? ?? ? ? ???（ 3 可見滿足要求。 此鍵的標記為：鍵 40 1096— 1979。 承的選用 滾動軸承是現(xiàn)代機器中廣泛應用的部件之一。它是依靠主要元件的滾動接觸來支撐轉(zhuǎn)動零件的。與滑動軸承相比，滾動軸承摩擦力小，功率消耗少，啟動容易等優(yōu)點。并且常用的滾動軸承絕大多數(shù)已經(jīng)標準化，因此使用滾動軸承時，只要根據(jù)具體工作條件正確選擇軸承的類 型和尺寸。驗算軸承的承載能力。以及與軸承的安裝、調(diào)整、潤滑、密封等有關的“軸承裝置設計”問題。 3. 12. 1 軸承的類型 考慮到軸各個方面的誤差會直接傳遞給加工工件時的加工誤差，因此選用調(diào)心性能比較好的圓錐滾子軸承。此類軸承可以同時承受徑向載荷及軸向載荷，外圈可分離，安裝時可調(diào)整軸承的游隙。其機構代碼為 3000，然后根據(jù)安裝尺寸和使用壽命選出軸承的型號為： 30216E 3. 12. 2 軸承的游隙及軸上零件的調(diào)配 軸承的游隙和欲緊時靠端蓋下的墊片來調(diào)整的，這樣比較方便。 3. 12. 3 滾 動軸承的配合 滾動軸承是標準件，為使軸承便于互換和大量生產(chǎn)，軸承內(nèi)孔于軸的配合采用基孔制，即以軸承內(nèi)孔的尺寸為基準；軸承外徑與外殼的配合采用基軸制，即 23 以軸承的外徑尺寸為基準。 動軸承的潤滑 考慮到電動刀架工作時轉(zhuǎn)速很高，并且是不間斷工作，溫度也很高。故采用油潤滑，轉(zhuǎn)速越高，應采用粘度越低的潤滑油；載荷越大，應選用粘度越高的。 3. 12. 5 滾動軸承的密封裝置 軸承的密封裝置是為了阻止灰塵，水，酸氣和其他雜物進入軸承，并阻止?jié)櫥瑒┝魇ФO置的。密封裝置可分為接觸式及非接觸式兩大類。此 處，采用接觸式密封，唇形密封圈。 唇形密封圈靠彎折了的橡膠的彈性力和附加的環(huán)行螺旋彈簧的緊扣作用而套緊在軸上，以便起密封作用。唇形密封圈封唇的方向要緊密封的部位。即如果是為了油封，密封唇應朝內(nèi)；如果主要是為了防止外物浸入，蜜蜂唇應朝外。 章小結 對電動刀架的主要零件及傳動系統(tǒng)的零件進行設計 選型 零件校核，按照機械設計一書進行設計 ，完成機械部分 第 4 章 總結 總結 經(jīng)過近 3 個月的不懈努力，?？平逃凶钪匾囊彩亲詈笠粋€環(huán)節(jié) —— 畢業(yè)設計，終于完