CA6140車床經(jīng)濟型數(shù)控改裝的設(shè)計概述

1、 重慶大學網(wǎng)絡(luò)教育學院畢業(yè)論文 重慶大學網(wǎng)絡(luò)教育學院 畢業(yè)設(shè)計（論文）題目 CA6140車床刀架機構(gòu)經(jīng)濟型數(shù)控改造 學生所在校外學習中心 重慶學習中心 批次 層次 專業(yè) 201302本科、機械設(shè)計制造及自動化學 號 W12106713 學 生 那 春 林 指 導 教 師 宋 鹍 起 止 日 期 2013.7.8-2013.9.17 中文摘要普通機床的經(jīng)濟型數(shù)控改造主要是在合理選擇數(shù)控系統(tǒng)的前提下，然后再對普通車床進行適當?shù)臋C械改造，改造的內(nèi)容主要包括：（1）車床的改造，為使改造后的機床有較好的精度保持性，除盡可能地減少電器和機械故障的同時，應(yīng)充分考慮機床零件的耐磨性，尤其是機床導軌。（2）托板

2、的改造，托板時數(shù)控系統(tǒng)直線控制的對象，所以對其改造尤顯重要。這中間最突出的一點就是選用滾珠絲杠代替滾動絲杠，提高了傳動的靈敏性和降低功率步進電機力矩損失。（3）變速箱體的改造，由于采用數(shù)控系統(tǒng)控制，所以要對輸入輸出軸及減速齒輪進行設(shè)計，從而再對箱體進行改造。（4刀架的改造，采用數(shù)控刀架，這樣可以用數(shù)控系統(tǒng)直接控制，而且刀架體積小，重復定位精度凹，安全可靠。通過對機床的改造并根據(jù)要求選用步進電機作為驅(qū)動元件，這樣改造后的機床就能基本滿足現(xiàn)代化的加工要求。關(guān)鍵字：普通車床 數(shù)控改造 步進電機 經(jīng)濟型目錄1 緒論51.1課題背景51.2機床改造的內(nèi)容及意義71.2.1研究意義71.2.2主要研究內(nèi)容

3、及技術(shù)路線71.3 機床的經(jīng)濟型數(shù)控化改造主要解決的問題82自動回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計92.1 數(shù)控車床自動回轉(zhuǎn)刀架的概述92.2 設(shè)計研究內(nèi)容92.3 研究實際社會意義及應(yīng)用效果102.4 小結(jié)103 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計113.1 電動機的選擇113.2 減速傳動機構(gòu)的設(shè)計113.3 上刀體鎖緊與精定位機構(gòu)的設(shè)計113.4 刀架抬起機構(gòu)的設(shè)計114 自動回轉(zhuǎn)刀架的工作原理135 主要傳動部件的設(shè)計計算175.1 蝸桿副的設(shè)計計算175.1.1 蝸桿的選型175.1.2 選擇材料和確定許用應(yīng)力175.1.3按接觸強度確定主要參數(shù)175.1.4蝸桿和蝸輪主要幾何尺寸計算195.2 蝸桿軸的設(shè)計205.2.1 蝸

4、桿軸的材料選擇，確定許用應(yīng)力205.2.2 按扭轉(zhuǎn)強度初步估算軸的最小直徑205.2.3 確定各軸段的直徑和長度205.2.4蝸桿軸的校核215.2.5 鍵的選取與校核265.3 蝸輪軸的設(shè)計265.3.1 蝸輪軸材料的選擇，確定需用應(yīng)力265.3.2 按扭轉(zhuǎn)強度，初步估計軸的最小直徑265.3.3 確定各軸段的直徑和長度275.4中心軸的設(shè)計275.4.1 中軸的材料選擇,確定許用應(yīng)力275.4.2 確定各軸段的直徑和長度285.4.3 軸的校核285.6 刀架體設(shè)計306 電氣控制部分設(shè)計316.1硬件電路設(shè)計316.1.1 收信電路316 結(jié)論36參考文獻38致謝398 重慶大學網(wǎng)絡(luò)教育

5、學院畢業(yè)論文 1 緒論1.1課題背景1946年誕生了世界上第一臺電子計算機，這表明人類創(chuàng)造了可增強和部分代替腦力勞動的工具。它與人類在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會中創(chuàng)造的那些只是增強體力勞動的工具相比，起了質(zhì)的飛躍，為人類進入信息社會奠定了基礎(chǔ)。6年后，即在1952年，計算機技術(shù)應(yīng)用到了機床上，在美國誕生了第一臺數(shù)控機床。我國目前機床總量380余萬臺，而其中數(shù)控機床總數(shù)只有11.34萬臺，即我國機床數(shù)控化率不到3。近10年來，我國數(shù)控機床年產(chǎn)量約為0.60.8萬臺，年產(chǎn)值約為18億元。機床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為6。我國機床役齡10年以上的占60以上；10年以下的機床中，自動/半自動機床不到20，F(xiàn)MC/FMS等

6、自動化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國和日本自動和半自動機床占60以上）。可見我們的大多數(shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機床，而且半數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機床。用這種裝備加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展。所以必須大力提高機床的數(shù)控化率。在美國、日本和德國等發(fā)達國家，它們的機床改造作為新的經(jīng)濟增長行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時代。由于機床以及技術(shù)的不斷進步，機床改造是個"永恒"的課題。我國的機床改造業(yè)，也從老的行業(yè)進入到以數(shù)控技術(shù)為主的新的行業(yè)。在

7、美國、日本、德國，用數(shù)控技術(shù)改造機床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場，已形成了機床和生產(chǎn)線數(shù)控改造的新的行業(yè)。在美國，機床改造業(yè)稱為機床再生（Remanufacturing）業(yè)。從事再生業(yè)的著名公司有：Bertsche工程公司、ayton機床公司、Devlieg-Bullavd（得寶）服務(wù)集團、US設(shè)備公司等。美國得寶公司已在中國開辦公司。在日本，機床改造業(yè)稱為機床改裝（Retrofitting）業(yè)。從事改裝業(yè)的著名公司有：大隈工程集團、崗三機械公司、千代田工機公司、野崎工程公司、濱田工程公司、山本工程公司等。經(jīng)濟型數(shù)控是我國80年代科技發(fā)展的產(chǎn)物。這種數(shù)控系統(tǒng)由于功能適宜.價格便宜. 用它來改造車床，

8、投資少、見效快、成為我國“七五”、“八五”重點推廣的新技術(shù)之一。十幾年來，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)濟型數(shù)控技術(shù)也在不斷進步，數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品不斷改進完善. 并且有了階段性的突破，使新的經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)功能更強，可靠性更穩(wěn)定，功率增大，結(jié)構(gòu)簡單，維修方便。由于這項技術(shù)的發(fā)展增強了經(jīng)濟型數(shù)控的活力，根據(jù)我國國情，該技術(shù)在今后一段時間內(nèi)還將是我國機械行業(yè)老設(shè)備改造的很好途徑。對于原有老的經(jīng)濟型數(shù)控車床，特別是80年代末期改造的設(shè)備，由于種種原因閑置的很多，浪費很大；在用的設(shè)備使用至今也十幾年了，同樣面臨進一步改造的問題。通過改造可以提高原有裝備的技術(shù)水平，大大提高了生產(chǎn)效率，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益。數(shù)控車床主要

9、由主軸箱、床鞍、尾架、刀架、對刀儀、液壓系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)及數(shù)控裝置組成。數(shù)控車床的出現(xiàn)對提高生產(chǎn)率改將產(chǎn)品質(zhì)量以及改善勞動條件和提高效率上發(fā)揮了重要的作用。在提高效率上主要表現(xiàn)在兩個方面：1）通過刀具的快速自動定位，提高了空程速度和劃線工藝的時間。2）批量加工一致性好，可以減少工件檢驗和時間。特別是經(jīng)濟型老車床對刀等還需要手動完成，以及在加工一個零件過程中，更換刀具，裝卸零件，測量和搬運零件用于大部分時間占輔助時間長的刀具交換和刀具尺寸調(diào)整。加工時間相對較短，為縮短加工輔助時間，充分發(fā)揮數(shù)控機床的功能，進一步壓縮非切削時間，數(shù)控機床正朝著一臺機床在一次裝夾中完成多工序加工的發(fā)展方向。在

10、這類多工序的數(shù)控機床中必須帶有自動換刀裝置，在多工序數(shù)控機床出現(xiàn)之后.又逐步發(fā)展和完善了各類回轉(zhuǎn)刀具的自動更換裝置，擴大了換刀數(shù)量，以便有可能實現(xiàn)更復雜的換刀操作，在自動換刀數(shù)控機床上，自動換刀裝置應(yīng)滿足換刀時間短，刀具重復定位精度高，足夠的刀具儲存量，換刀安全可靠等要求。1.2機床改造的內(nèi)容及意義1.2.1研究意義企業(yè)要在當前市場需求多變，競爭激烈的環(huán)境中生存和發(fā)展就需要迅速地更新和開發(fā)出新產(chǎn)品，以最低價格、最好的質(zhì)量、最短的時間去滿足市場需求的不斷變化。而普通機床已不適應(yīng)多品種、小批量生產(chǎn)要求，數(shù)控機床則綜合了數(shù)控技術(shù)、微電子技術(shù)、自動檢測技術(shù)等先進技術(shù)，最適宜加工小批量、高精度、形狀復雜

11、、生產(chǎn)周期要求短的零件。當變更加工對象時只需要換零件加工程序，無需對機床作任何調(diào)整，因此能很好地滿足產(chǎn)品頻繁變化的加工要求。普通車床經(jīng)過多次大修后，其零部件相互連接尺寸變化較大，主要傳動零件幾經(jīng)更換和調(diào)整，故障率仍然較高，采用傳統(tǒng)的修理方案很難達到大修驗收標準，而且費用較高。因此合理選擇數(shù)控系統(tǒng)是改造得以成功的主要環(huán)節(jié)。數(shù)控機床在機械加工行業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。數(shù)控機床的發(fā)展，一方面是全功能、高性能；另一方面是簡單實用的經(jīng)濟型數(shù)控機床，具有自動加工的基本功能，操作維修方便。經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)通常用的是開環(huán)步進控制系統(tǒng)，功率步進電機為驅(qū)動元件，無檢測反饋機構(gòu)，系統(tǒng)的定位精度一般可達±0.0

12、1至0.02mm，已能滿足CW6140車床改造后加工零件的精度要求。1.2.2主要研究內(nèi)容及技術(shù)路線為CA6140車床設(shè)計4刀位的自動換刀裝置，要求1、換刀時間短；2、刀具重復定位精度高；3、刀架系統(tǒng)具備足夠的剛度和強度；4、工作過程安全可靠；5、便于控制維修和安裝。具體要求：（1）刀架結(jié)構(gòu)設(shè)計（刀架抬起、轉(zhuǎn)位、壓緊的實現(xiàn)）（2）蝸桿蝸輪的設(shè)計（3）電機的計算及選用（4）聯(lián)軸器、軸承等通用件的選型1.3 機床的經(jīng)濟型數(shù)控化改造主要解決的問題(1) 恢復原功能，對機床、生產(chǎn)線存在的故障部分進行診斷并恢復。(2) NC化，在普通機床上加數(shù)顯裝置，或加數(shù)控系統(tǒng)，改造成NC機床、CNC機床。(3) 翻

13、新，為提高精度、效率和自動化程度，對機械、電氣部分進行翻新，對機械部分重新裝配加工，恢復原精度；對其不滿足生產(chǎn)要求的CNC系統(tǒng)以最新CNC進行更新。(4) 技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新，為提高性能或檔次，或為了使用新工藝、新技術(shù)，在原有基礎(chǔ)上進行較大規(guī)模的技術(shù)更新或技術(shù)創(chuàng)新，較大幅度地提高水平和檔次的更新改造。 重慶大學網(wǎng)絡(luò)教育學院畢業(yè)論文 重慶大學網(wǎng)絡(luò)教育學院畢業(yè)論文 2自動回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計2.1 數(shù)控車床自動回轉(zhuǎn)刀架的概述數(shù)控車床主要由主軸箱、床鞍、尾架、刀架、對刀儀、液壓系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)及數(shù)控裝置組成。數(shù)控車床的出現(xiàn)對提高生產(chǎn)率改善產(chǎn)品質(zhì)量以及改善勞動條件等發(fā)揮了重要的作用。傳統(tǒng)的車床例如CA

14、6140的刀架上只能裝一把刀，換刀的速度慢，換刀后還須重新對刀，并且精度不高，生產(chǎn)效率低，不能適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要，因此有必要對機床的換刀裝置進行改進，為了能在工件的一次裝夾中完成多個工序加工，縮短加工輔助時間，減少多次安裝所引起的加工誤差，充分發(fā)揮數(shù)控機床的效率，釆用“工序集中”的原則，釆用自動回轉(zhuǎn)刀架。數(shù)控車床上使用的自動回轉(zhuǎn)刀架是一種最簡單的換刀裝置，自動回轉(zhuǎn)刀架是在一定的空間范圍內(nèi)，能執(zhí)行自動松開、轉(zhuǎn)位、精密定位等一系列動作的一種機構(gòu)。對于自動回轉(zhuǎn)刀架，根據(jù)裝刀數(shù)量的不同，自動回轉(zhuǎn)刀架分有四工位、六工位和八工位等形式。根據(jù)安裝的不同方式，自動回轉(zhuǎn)刀架可分為立式和臥式。而根據(jù)機械定位方式

15、不同，自動回轉(zhuǎn)刀架又可分為端齒盤定位型和三齒盤定位型等。其中端齒盤定位型換刀時要將刀架抬起，換刀速度較慢且密封性差，但其結(jié)構(gòu)簡單。三齒盤定位叫免抬型，其特點時換刀時刀架不拾起，因此換刀速度快且密封性好，但其結(jié)構(gòu)復雜。自動回轉(zhuǎn)刀架在結(jié)構(gòu)上必須具有良好的強度和剛性，以承受粗加工時的切削抗力，為了保證轉(zhuǎn)位之后具有髙的重復定位精度，自動回轉(zhuǎn)刀架還需要選擇可靠的定位方案和合理的定位結(jié)構(gòu)。自動回轉(zhuǎn)刀架的自動換刀是由控制系統(tǒng)和驅(qū)動電路來實現(xiàn)的。2.2 設(shè)計研究內(nèi)容設(shè)計一臺四工位的立式自動回轉(zhuǎn)刀架.適用于CA6140經(jīng)濟型數(shù)控車床。要求繪制自動回轉(zhuǎn)刀架的機械結(jié)構(gòu)圖，設(shè)計控制刀架自動轉(zhuǎn)位的硬件電路，編寫刀架的控

16、制軟件，選用電動機的額定功率為80W，額定轉(zhuǎn)速為1440r/min，換刀時的速度為30r/min。分別對其組成部分即機械總體結(jié)構(gòu)、工作原理、主傳動部件及電氣控制部分進行設(shè)計、控制，并對自動回轉(zhuǎn)刀架出現(xiàn)的一些常規(guī)故障問題提出一些修理意見。2.3 研究實際社會意義及應(yīng)用效果 傳統(tǒng)的車床的刀架上只能裝一把刀，換刀的速度慢，換刀后還須重新對刀，并且精度不高，生產(chǎn)效率低，不能適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要，因此有必要對機床的換刀裝置進行改進，數(shù)控車床上使用的自動回轉(zhuǎn)刀架是一種簡單的換刀裝置。自動回轉(zhuǎn)刀架是在一定的空間范圍內(nèi)能執(zhí)行自動松開、轉(zhuǎn)位以及精密定位等一系列動作的一種機構(gòu)。使用這種新的經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)功能更強，

17、可靠性更穩(wěn)定，功率增大，結(jié)構(gòu)簡單，維修方便。為了能在工件的一次裝夾中完成多個工序加工，縮短加工輔助時間，減少多次安裝所引起的加工誤差，充分發(fā)揮數(shù)控機床的效率，采用“工序集中”的原則，采用自動回轉(zhuǎn)刀架。并針對生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的一些常規(guī)問題進行了探討，歸納總結(jié)檢查修理方法。2.4 小結(jié)對數(shù)控車床自動回轉(zhuǎn)刀架的機電系統(tǒng)進行研究和設(shè)計，并通過對四工位刀架的設(shè)計，分別加強對其組成部分即機械總體結(jié)構(gòu)、工作原理的認識。數(shù)控車床上使用的自動回轉(zhuǎn)刀架是一種最簡單的換刀裝置，自動回轉(zhuǎn)刀架是在一定的空間范圍內(nèi)，能執(zhí)行自動松開、轉(zhuǎn)位、精密定位等一系列動作的一種機構(gòu)。對于自動回轉(zhuǎn)刀架，根據(jù)裝刀數(shù)量的不同，自動回轉(zhuǎn)刀架分有

18、四工位、六工位和八工位等形式。根據(jù)安裝的不同方式，自動回轉(zhuǎn)刀架可分為立式和臥式，而根據(jù)機械定位方式不同，自動回轉(zhuǎn)刀架又可分為端齒盤定位型和三齒盤定位型等， 其中端齒盤定位型換刀時需要將刀架抬起，換刀速度較慢且密封性差，但其結(jié)構(gòu)簡單。三齒盤定位叫免抬型.其特點時換刀時刀架不用抬起，因此換刀速度快且密封性好，但其結(jié)構(gòu)復雜。自動回轉(zhuǎn)刀架在結(jié)構(gòu)上必須具有良好的強度和剛性，以承受粗加工時的切削抗力，為保證轉(zhuǎn)位之后具有髙的重復定位精度，自動回轉(zhuǎn)刀架還需要選擇可靠的定位方案和合理的定位結(jié)構(gòu)。自動回轉(zhuǎn)刀架的自動換刀由控制系統(tǒng)和驅(qū)動電路來實現(xiàn)的。3 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1 電動機的選擇 電動機選擇三相異步電動機，額

19、定功率為80W，額定轉(zhuǎn)速為1440r/min。3.2 減速傳動機構(gòu)的設(shè)計 由于三相異步電動機的轉(zhuǎn)速太快，不能直接驅(qū)動刀架進行換刀，必須經(jīng)過適當?shù)臏p速。根據(jù)立式轉(zhuǎn)位刀架的結(jié)構(gòu)特點，采用蝸桿副減速是最佳選擇。蝸桿副傳動可以改變運動的方向，獲得較大的傳動比，保證傳動精度和平穩(wěn)性，并且具有自鎖功能，還可以實現(xiàn)整個裝置的小型化。3.3 上刀體鎖緊與精定位機構(gòu)的設(shè)計 由于刀具直接安裝在上刀體上，所以上刀體要承受全部的切削力，其鎖緊與定位珠精度將直接影響到工件的加工精度。本設(shè)計上刀體的鎖緊與定位機構(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?shù)都芴幱阪i緊狀態(tài)時，上下端面齒相互嚙合，這時上刀體不

20、能繞刀架的中心軸轉(zhuǎn)動；換刀時電動機正轉(zhuǎn)，抬起機構(gòu)使上刀體抬起，等上下端面齒脫開后，上刀體才可以繞刀架中心軸轉(zhuǎn)動，完成轉(zhuǎn)位工作。3.4 刀架抬起機構(gòu)的設(shè)計要想使上、下刀體的兩個端面脫離，就必須設(shè)計合適的機構(gòu)使上刀體抬起。本設(shè)計選用螺桿-螺母副，在上刀體內(nèi)部加工出內(nèi)螺紋，當電動機通過蝸桿-蝸輪帶動螺桿中心軸轉(zhuǎn)動時，作為螺母的上刀體要么轉(zhuǎn)動，要第上下移動。當?shù)都芴幱阪i緊狀態(tài)時，上刀體與下刀體的端面齒相互嚙合，因為這時上刀體不能與螺桿一起轉(zhuǎn)動，所以螺桿的轉(zhuǎn)動會使上刀體向上移動。當端面齒脫離嚙合時，上刀體就與螺桿一同轉(zhuǎn)動。設(shè)計螺桿時要求選擇適當?shù)穆菥?，以便當螺桿轉(zhuǎn)動一定角度時使得上刀體與下刀體的端面齒能

21、夠完全脫離嚙合狀態(tài)。 圖3.1 自動回轉(zhuǎn)刀架的傳動結(jié)構(gòu)示意圖1發(fā)信盤 2推力軸承 3螺桿螺母副 4端面齒盤 5發(fā)靠圓盤 6三相異步電動機 7聯(lián)軸器 8蝸桿副 9反靠銷 10圓柱銷 11上蓋圓盤 12上刀體4 自動回轉(zhuǎn)刀架的工作原理自動回轉(zhuǎn)刀架的換刀流程如圖4.1所示。圖4.2表示自動回轉(zhuǎn)刀架在換刀過程中有關(guān)的銷的位置。其中上部的圓柱銷2和下部的反靠銷6起著重要作用。 當?shù)都芴幱阪i緊狀態(tài)時,兩銷的情況如圖a所示，此時反靠銷6落在反靠圓盤7的十字槽內(nèi)，上刀體4的端面齒和下刀的端面齒處于嚙合狀態(tài)（上下端面齒在圖a中未畫出）。需要換刀時，控制系統(tǒng)發(fā)出刀架的轉(zhuǎn)位信號，三相異步電動機正向旋轉(zhuǎn)，通過蝸桿副帶

22、動螺桿正向轉(zhuǎn)動，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；與此同時，上蓋圓盤1也隨著螺桿正向轉(zhuǎn)動（上蓋圓盤1通過圓柱銷與螺桿聯(lián)接），當轉(zhuǎn)過約170度時，上蓋圓盤1直槽的另一端轉(zhuǎn)到圓柱銷2的正上方，由于彈簧3的作用，圓柱銷2落入直槽內(nèi)，于是上蓋圓盤1就通過圓柱銷2使得上刀體4轉(zhuǎn)動起來（此時端面齒已完全脫開），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尋找刀位時的正向轉(zhuǎn)動，如圖c所示。上刀體4帶動磁鐵轉(zhuǎn)到需要的刀位時，發(fā)信盤上對應(yīng)的霍爾元件輸出低電平信號，控制系統(tǒng)收到后，立即控制刀架電動機反

23、轉(zhuǎn)，上蓋圓盤1通過圓柱銷2帶動上刀體4開始反轉(zhuǎn)，反靠銷6馬上就會落入反靠圓盤7的十字槽內(nèi)，至此，完成粗定位，如圖d所示。此時反靠銷6從反靠圓盤7的十字槽內(nèi)爬不上來，于是上刀體4停止轉(zhuǎn)動，開始下降，而上蓋圓盤1繼續(xù)反轉(zhuǎn)，其直槽的左側(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的下表面開始與圓柱銷2的頭部滑動。在些期間，上、下刀本的端面齒逐漸嚙合，實現(xiàn)定位，經(jīng)過設(shè)定的延時時間后，刀架電動機停轉(zhuǎn)，整個換刀過和結(jié)束。8由于蝸桿副具有自銷功能，所以刀架可穩(wěn)定的工作。圖4.1 自動回轉(zhuǎn)刀架的換刀流程 a） b） c) d)圖4.2 刀架轉(zhuǎn)位過程中銷的位置a)換刀開始時，圓柱銷2與上蓋圓盤1可

24、以相對滑動b)上刀體4完全抬起后，圓柱銷2落入上蓋圓盤1槽內(nèi)，上蓋圓盤1將帶動圓柱銷2及上刀體4一起轉(zhuǎn)動c)上刀體4連續(xù)轉(zhuǎn)動時，反銷6可從反靠圓盤7的槽左側(cè)斜坡滑出d)找到刀位后，刀架電動機反轉(zhuǎn)，反靠銷6反靠，上刀體停轉(zhuǎn)，實現(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5 主要傳動部件的設(shè)計計算5.1 蝸桿副的設(shè)計計算自動回轉(zhuǎn)刀架的動力源是三相異步電動機，其中蝸桿與電動機直聯(lián)，刀架轉(zhuǎn)位時蝸桿與上刀體直聯(lián)。已知電動機額定功率P1=80W，額定轉(zhuǎn)速n1=1440r/min，上刀體設(shè)計轉(zhuǎn)速n2=30r/min,則蝸桿副的傳動比i=1440/30=48。刀架從轉(zhuǎn)位到鎖緊

25、時，需要蝸桿反向，工作載荷不均勻，起動時沖擊較大，今要求蝸桿的使用壽命Lh=10000h，因此對蝸桿的型號材料的選擇以及齒面接觸疲勞強度計算相當重要。5.1.1 蝸桿的選型 GB/T10065-1998推薦采用漸開線（ZI蝸桿）和錐面包絡(luò)蝸桿（ZK蝸桿）。本設(shè)計采用結(jié)構(gòu)簡單、制造方便的漸開線型圓柱蝸桿（ZI型）。5.1.2 選擇材料和確定許用應(yīng)力由機械基礎(chǔ)表17-4查得蝸桿選用45鋼，表面淬火，硬度為4555HRC，蝸輪齒圈用ZCuSn10P1 砂模鑄造，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HT150制造。由表17-6查得 ðh=200MPa，ðf=51

26、MPa5.1.3按接觸強度確定主要參數(shù)根據(jù)閉式蝸桿傳動的設(shè)計準則，先按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計，在校核齒根彎曲疲勞強度。傳動中心距： (5-1)（1）確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)距T2按Z1=2，估取效率=0.8，則T2=9.55×P1×n2 =20.4 Nm (5-2)（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)K=1；由使用系數(shù)KA表從而選取KA=1.15；由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動載系數(shù)KV=1.1；則K=KA*K*KV=1*1.15*1.1=1.2651.27 (5-3)（3）確定彈性影響系數(shù)ZE因選用的鑄錫磷青銅蝸輪和蝸桿相配，故（4）確定接觸系數(shù)Z先假

27、設(shè)蝸桿分度圓直徑d1和傳動中心距a的比值=0.30，從而可查出Z=3.12。（5）確定許用應(yīng)力H根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅zcusn10p1，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度45HRC，從而可查得蝸輪的基本許用應(yīng)力H=268MPA。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KHN=0.92，則H= KHNH=0.92×268=246.56247MPA (5-4)（6）計算中心距 (5-5) 取中心距a=50mm，m=1.6mm，蝸桿分度圓直徑d1=20mm，這時=0.4，從而可查得接觸系數(shù)=2.8，因為Z，因此以上計算結(jié)果可用。5.1.4蝸桿和蝸輪主要幾何尺寸計算蝸桿

28、 分度圓直徑：d1=20mm 蝸桿頭數(shù)：Z1=1 分度圓導程角：=4°3426 蝸桿軸向齒距：PA=5.04mm； (5-6) 蝸桿齒頂圓直徑：d= d1+2 ha ×m=20+2 ×1 ×1.6=23.2mm (5-7)蝸桿齒根圓直徑：df1 =d1 -2m（ ha*+c*）=20-2 ×1.6×（1+0.2） =16.16mm （5-8）蝸桿軸向齒厚：=2.512mm (5-9)蝸輪 蝸輪齒數(shù)：Z2 =48 變位系數(shù)=1 驗算傳動比：i=/=48/1=48 (5-11) 蝸輪分度圓直徑：d2=mz2=76.8mm (5-12) 蝸

29、輪喉圓直徑：da2=d2+2m=80mm (5-13) 蝸輪喉母圓直徑：rg2=48.4-1/2 da2 =48.4-1/280=8.4mm (5-14) 蝸輪齒頂圓直徑d3= d2+2 ha ×m =80mm （5-15） 蝸輪齒根圓直徑：d f 2= m(z2-2.4)=72.96mm (5-16） 蝸輪外圓直徑：當在z=1時，de2da2+2m=83.2mm （5-17）5.2 蝸桿軸的設(shè)計5.2.1 蝸桿軸的材料選擇，確定許用應(yīng)力考慮軸主要傳遞蝸輪的轉(zhuǎn)矩，為普通用途中小功率減速傳動裝置。選用45號鋼，正火處理，5.2.2 按扭轉(zhuǎn)強度初步估算軸的最小直徑 （5-18） 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)

30、力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，取=0.6 抗彎截面系數(shù)W=0.1d3 取dmin=12.04mm5.2.3 確定各軸段的直徑和長度 根據(jù)各個零件在軸上的定位和裝拆方案確定軸的形狀及直徑和長度。 d1=d5 同一軸上的軸承選用同一型號，以便于軸承座孔鏜制和減少軸承類型。d5軸上有一個鍵槽，故槽徑增大5%d1=d5=d1×(1+5%)=13.89mm ,圓整d1=d5=14mm所選軸承類型為深溝球軸承，型號為6203，B=12mm，D=40mm，d2起固定作用，定位載荷高度可在（0.070.1）d1范圍內(nèi)，d2=d1+2a=15.3817.04mm，故d2取16mmd3為蝸桿與蝸輪嚙合部分，故d3

31、=23.2mmd4=d2=16mm,便于加工和安裝L1為與軸承配合的軸段，查軸承寬度為12mm，端蓋寬度為15mm，則L1=27mmL2尺寸長度與刀架體的設(shè)計有關(guān)，蝸桿端面到刀架端面距離為65mm，故L2=38mmL3為蝸桿部分長度L3（11+0.06z2）m=21.92mm圓整L3取30mmL4取51mm，L5在刀架體部分長度為（12+12）mm，伸出刀架部分通過聯(lián)軸器與電動機相連長度為50mm，故L5=74mm兩軸承的中心跨度為128mm，軸的總長為220mm5.2.4蝸桿軸的校核作用在蝸桿軸上的圓周力 (5-19) 其中d1=28mm則 徑向力： (5-20) 切向力： (5-21)圖5

32、.2 軸向受力分析 (5-22) (5-23)求水平方向上的支承反力 圖5.3 水平方向支承力 (5-24) (5-25)求水平彎矩,并繪制彎矩圖圖5.4 水平彎矩圖求垂直方向的支承反力 (5-26) 查文獻9表2.24，其中， (5-27)圖5.5 垂直方向支承反力 求垂直方向彎矩，繪制彎矩圖圖5.6 垂直彎矩圖求合成彎矩圖，按最不利的情況考慮 (5-28)圖5.7 合成彎矩圖計算危險軸的直徑 (5-29) 查文獻9表151，材料為調(diào)質(zhì)的許用彎曲應(yīng)力，則 所以該軸符合要求。5.2.5 鍵的選取與校核 考慮到d5=105%×15.14=15.89mm, 實際直徑為17mm，所以強度足

33、夠由GB1095-79查得，尺寸b×h=5×5，l=20mm的A型普通平鍵。 按公式進行校核 ，。查文獻9表62，取則 (5-30)該鍵符合要求。由普通平鍵標準查得軸槽深t=30mm,轂槽深t1=2.3mm5.3 蝸輪軸的設(shè)計5.3.1 蝸輪軸材料的選擇，確定需用應(yīng)力考慮到軸主要傳遞蝸輪轉(zhuǎn)矩，為普通中小功率減速傳動裝置選用45號鋼，正火處理， ð-1=55MPa5.3.2 按扭轉(zhuǎn)強度，初步估計軸的最小直徑 查文獻9表151，取45號調(diào)質(zhì)剛的許用彎曲應(yīng)力，則由于軸的平均直徑為34mm，因此該軸安全。5.3.3 確定各軸段的直徑和長度根據(jù)各個零件在軸上的定位和裝拆方案

34、確定軸的形狀及直徑和長度d1即蝸輪輪芯為68mmd2為蝸輪軸軸徑最小部分取34mmd3軸段與上刀架體有螺紋聯(lián)接，牙形選梯形螺紋，根據(jù)文獻表8-45取公稱直徑為d3=44mm，螺距P=12mm，H=6.5mm查表8-46得，外螺紋小徑為31mm 內(nèi)、外螺紋中徑為38mm 內(nèi)螺紋大徑為45mm 內(nèi)螺紋小徑為32mm 旋合長度取55mmL2尺寸長度為34mm，蝸輪齒寬b2 當z13時，b20.75da1=15.6mm 取b2=15mm5.4中心軸的設(shè)計5.4.1 中軸的材料選擇,確定許用應(yīng)力考慮到軸主要起定位作用，只承受部分彎矩，為空心軸，因此只需校核軸的剛度即可。選用45號鋼，正火處理， 

35、0;-1=55MPa5.4.2 確定各軸段的直徑和長度根據(jù)各個零件在軸上的定位和裝拆方案確定軸的形狀及直徑和長度d1=15mm,d2與軸承配合，軸承類型為推力球軸承，型號為51203，d=17mm,d1=19,T=12mm,D=35mm所以d2=17mmd3與軸承配合，軸承類型為推力球軸承，型號為51204，d=25mm,d1=27mm,T=15mm,D=47mm圖5.8 中心軸受力圖分配各軸段的長度L1=80mm,L2=93mm,L3=20mm5.4.3 軸的校核軸橫截面的慣性矩 車床切削力F=2KN,E=210GPa (5-31) (5-32)因此yy中心軸滿足剛度條件30 重慶大學網(wǎng)絡(luò)教

36、育學院畢業(yè)論文 5.6 刀架體設(shè)計刀架體設(shè)計首先要考慮刀架體內(nèi)零件的布置及與刀架體外部零件的關(guān)系，應(yīng)考慮以下問題： (a) 滿足強度和剛度要求。因為刀架體的剛度不僅影響傳動零件的正常工作，而且還影響部件的工作精度。 (b) 結(jié)構(gòu)設(shè)計合理。如支點的安排、開孔位置和連接結(jié)構(gòu)的設(shè)計等均要有利于提高刀架體的強度和剛度。 (c) 工藝性好。包括毛坯制造、機械加工及熱處理、裝配調(diào)整、安裝固定、吊裝運輸、維護修理等各方面的工藝性。 (d) 造型好、質(zhì)量小。 刀架體的常用材料有： 鑄鐵，多數(shù)刀架體的材料為鑄鐵，鑄鐵流動性好，收縮較小，容易獲得形狀和結(jié)構(gòu)復雜的箱體。鑄鐵的阻尼作用強，動態(tài)剛性和機加工性能好，價格

37、適度。加入合金元素還可以提高耐磨性。 鑄造鋁合金，用于要求減小質(zhì)量且載荷不太大的箱體。多數(shù)可通過熱處理進行強化，有足夠的強度和較好的塑性。 6 電氣控制部分設(shè)計6.1硬件電路設(shè)計自動回轉(zhuǎn)刀架的電氣控制部分主要包括收信電路和發(fā)信電路兩大塊，如圖6.1所示。6.1.1 收信電路圖a中發(fā)信盤上的4只霍爾開關(guān)（型號為UGN3120U），都有3個引腳，第1腳接+12V電源，第2腳接+12V地，第3腳為輸出。轉(zhuǎn)位時刀臺帶動磁鐵旋轉(zhuǎn)，當磁鐵對準某一個霍爾開關(guān)時，其輸出端第3腳輸出低電平；當磁鐵離開時，第3腳輸出高電平。4只霍爾開關(guān)輸出的4個刀位信號T1T4分別送到圖b的4只光耦合器進行處理，經(jīng)過光電隔離的信

38、號再送給I/O接口芯片8225的PC4PC7。6.1.2 發(fā)信號電路圖c刀架電動機正反轉(zhuǎn)控制電路，I/O接口芯片8255的PA6與PA7分別控制刀架電動機的功率只有80W，所以圖d中刀架電動機與380V市電的接通可以選用大功率直流繼電器，而不必采用繼電器-接觸器控制電路，以節(jié)省成本，降低故障率。圖c中，正轉(zhuǎn)繼電器的線圈KA1與反轉(zhuǎn)繼電器的一組常閉觸點串聯(lián)，而反轉(zhuǎn)繼電器的線圈KA2又與正轉(zhuǎn)繼電器的一組常閉觸點串聯(lián)，這樣就構(gòu)成了正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)的互鎖電路，以防控制系統(tǒng)失控時導致短路現(xiàn)象。當KA1或KA2的觸點接通380V電壓時，會產(chǎn)生較強的火花，并通過電網(wǎng)影響控制系統(tǒng)的正常工作，為此，在圖d中布置了3對

39、R-C阻容用來滅弧，以抑制火花的產(chǎn)生。 a) b) c) d)圖6.1 自動回轉(zhuǎn)刀架電氣控制原理圖a）發(fā)信盤上的霍爾元件 b）刀位信號的處理 c）刀架電動機正反轉(zhuǎn)控制 d）刀架電動機正反轉(zhuǎn)的實現(xiàn)6.2 控制軟件的設(shè)計在清楚了自動回轉(zhuǎn)刀架的機械結(jié)構(gòu)和電氣控制電路后，就可以著手編制刀架自動回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)位的控制軟件了。對于四工位自動回轉(zhuǎn)刀架來說，它最多裝4把刀具，設(shè)計控制軟件的任務(wù)，就是選中任意一把刀具，讓其轉(zhuǎn)到工作位置。圖6.2表示讓1#刀轉(zhuǎn)到工作位置的程序流程，2#4#刀的轉(zhuǎn)位流程與1#刀相似。設(shè)控制系統(tǒng)的CPU為AT89C51單片機，擴展8255芯片作為自動回轉(zhuǎn)刀架的收信與發(fā)信控制，已知8255芯片

40、的控制口地址為2FFH，則基于圖6.1和圖6.2的匯編程序清單如下：圖6.2 換1#刀的程序流程TO1: MOV DPRT，#2FFFH ；指向8255的PC口MOVX A，DOTR ；讀取PC內(nèi)容JNB ACC.4，TEND ；測試PC4=0？若是，則說明1#已在工作位置，程序轉(zhuǎn)到TENDMOV DPTR，#2FFCH ；指向8255的PA口地址MOVX A，DPTR ；讀取PA口鎖存器內(nèi)容CLR ACC.6 ；令PA6=0，刀架電動機正轉(zhuǎn)有效SETB ACC.7 ；令PA7=1，刀架電動機反轉(zhuǎn)無效MOVX DPTR,A ；刀架電動機開始正轉(zhuǎn)CALL DE20MS ；延時20msYT01：M

41、OV DPTR，#2FFEH ；指向8255的PC口MOVX A，DPTR ；讀取PC口內(nèi)容JB ACC.4，YT01 ；PC4=0嗎？即1#刀轉(zhuǎn)到工作位置了嗎？CALL DE20MS ；延時20msYT11：MOV DPTR，#2FFEH ；指向8255的PC口MOVX A，DPTR ；第二次讀取PC口內(nèi)容JB ACC.4,YT11 ；PC4=0？CALL DE20MS ；延時20msYT21：MOV DPTR，#2FFEH ；指向8255的PC口MOVX A，DPTR ；第三次讀取PC口內(nèi)容JB ACC.4，YT21 ；PC4=0？MOV DPTR，#2FFCH ；指向PA口MOVX A，

42、DPTR ；讀取PA口鎖存器內(nèi)容SETB ACC.6 ；令PA6=1，刀架電動機反轉(zhuǎn)無效SETB ACC.7 ；令PA7=1，刀架電動機反轉(zhuǎn)無效MOVX DPTR,A ;刀架電動機停轉(zhuǎn)CALL DE150MS ;延時150msCLR ACC.7 ;令PA7=0,刀架電動機反轉(zhuǎn)有效SETB ACC.6 ;令PA6=1,刀架電動機正轉(zhuǎn)無效MOV DPTR,A ;刀架電動機開始反轉(zhuǎn)CALL DELAY ;延時設(shè)定的反轉(zhuǎn)鎖緊時間SETB ACC.6 ;令PA6=1,刀架電動機反轉(zhuǎn)無效SETB ACC.7 ；令PA7=1，刀架電動機反轉(zhuǎn)無效MOVX DPTR,A ;刀架電動機停轉(zhuǎn)TEND: REL ；換

43、1#刀結(jié)束40 重慶大學網(wǎng)絡(luò)教育學院畢業(yè)論文 7 結(jié)論 這次畢業(yè)設(shè)計持續(xù)的時間為16周，時間相對于我們以前搞設(shè)計來說是非常非長的。這次我畢業(yè)設(shè)計的題目是：把普通車床設(shè)計成為經(jīng)濟型數(shù)控車床。剛剛接受到這個題目的時候，感覺很難，因為以前從來沒有接觸過這方面的設(shè)計，頭腦里一個最基本的概念都沒有，后來老師給我們大體上講了一下基本過程，再經(jīng)過我們兩個星期的研究，終于有一點眉目，搞清楚了什么是脈沖當量，什么是滾珠絲杠等等，還有我們?yōu)槭裁匆脑炷切┻@些機構(gòu)。經(jīng)過幾個星期資料搜集，包括車床的說明書等等，設(shè)計并進入了正式的軌道。 在生活逐漸自動化的今天，對加工制造的精度和加工效益都提出了很高的要求，因此對機床等加工設(shè)備提出了很高的要求。以前單一的靠手工操作的機床，