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摘要
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，預(yù)計(jì)近年來對(duì)數(shù)控刀架需求量將大大增加。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。 本部分主要對(duì)四工位立式電動(dòng)刀架的機(jī)械設(shè)計(jì)和應(yīng)用繼電-接觸控制系統(tǒng)控制部分的設(shè)計(jì)。并對(duì)以上部分運(yùn)用AUTOCAD做圖，對(duì)電動(dòng)刀架有更直觀的了解。最后的提出了對(duì)電動(dòng)刀架提出了意見和措施。
關(guān)鍵詞 ：數(shù)控刀架 ； 電動(dòng)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
7
目錄
緒 論 1
第1章 數(shù)控自動(dòng)刀架總體介紹 2
1.1 數(shù)控自動(dòng)刀架的設(shè)計(jì)背景 2
1.2 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 2
1.3 主要技術(shù)參數(shù) 2
1.4 本章小結(jié) 3
第2章 自動(dòng)刀架電氣說明書 4
2.1 電動(dòng)刀架系統(tǒng) 4
2.1.1 電動(dòng)刀架及其工作原理 4
2. 1. 2 電動(dòng)刀架動(dòng)作過程 4
2.1.3 技術(shù)說明 5
2.1.4 接口注意事項(xiàng) 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(jié) 14
第3章 電動(dòng)刀架機(jī)械說明書 15
3.1 工作原理 15
3.2 刀架動(dòng)作順序 15
3.3 步進(jìn)電機(jī)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(dòng)類型 16
3. 4. 2 選擇材料 16
3.4.3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 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(qiáng)度 18
3.6 軸的校核與計(jì)算 19
3.6.1 畫出受力簡(jiǎn)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(xiǎn)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(jì)算 21
3.9.3 型號(hào)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(dòng)軸承的配合 23
3.12.4 滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑 23
3. 12. 5 滾動(dòng)軸承的密封裝置 23
3.13 本章小結(jié) 23
第4章 總結(jié) 24
致謝 26
參考文獻(xiàn) 27
緒 論
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。?
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。電動(dòng)刀架是數(shù)控車床重要的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，合理地選配電動(dòng)刀架，并正確實(shí)施控制，能夠有效的提高勞動(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)的控制指令外，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(chǎng)分析：國(guó)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(dòng)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(dá)1000～1500臺(tái)。?
數(shù)控刀架的高、中、低檔產(chǎn)品市場(chǎng)數(shù)控刀架作為數(shù)控機(jī)床必需的功能部件，直接影響機(jī)床的性能和可靠性，是機(jī)床的故障高發(fā)點(diǎn)。
這就要求設(shè)計(jì)的刀架具有具有轉(zhuǎn)位快，定位精度高，切向扭矩大的特點(diǎn)。它的原理采用蝸桿傳動(dòng)，上下齒盤嚙合，螺桿夾緊的工作原理。
第1章 數(shù)控自動(dòng)刀架總體介紹
1.1 數(shù)控自動(dòng)刀架的設(shè)計(jì)背景
電動(dòng)刀架是數(shù)控車床重要的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)控刀架的高、中、低檔產(chǎn)品市場(chǎng)數(shù)控刀架作為數(shù)控機(jī)床必需的功能部件，直接影響機(jī)床的性能和可靠性，是機(jī)床的故障高發(fā)點(diǎn)。
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(dòng)和伺服驅(qū)動(dòng)方向發(fā)展。
????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。
在本次設(shè)計(jì)中我主要負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)一只四工位立式電動(dòng)刀架的機(jī)械設(shè)計(jì)和應(yīng)用繼電-接觸控制系統(tǒng)控制部分的設(shè)計(jì)。
1.2 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
我們的設(shè)計(jì)過程中，本著以下幾條設(shè)計(jì)準(zhǔn)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(yù)測(cè)意外載荷
4） 創(chuàng)造有利的載荷條件
5） 提高合理的應(yīng)力分布和剛度而重量達(dá)到最輕
6） 應(yīng)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(chǔ)備零件與整體零件之間精心的進(jìn)行選擇
9） 進(jìn)行功能設(shè)計(jì)以適應(yīng)制造工藝和降低成本的要求
1.3 主要技術(shù)參數(shù)
（1）最大許用力矩（Nm）Mq 100 Mx 200 Ms 100
（2）重復(fù)定位精度：（mm）<0.005
（3）電機(jī)功率(w) 20
（4）電機(jī)轉(zhuǎn)速（rpm）1250
1.4 本章小結(jié)
初步了解了設(shè)計(jì)題目（電動(dòng)刀架）及發(fā)展概況，設(shè)計(jì)背景，對(duì)刀架有了一些印象，對(duì)整理設(shè)計(jì)思路 安排設(shè)計(jì)時(shí)間有很好的輔助作用。對(duì)一些參數(shù)的進(jìn)行了解
同時(shí)按準(zhǔn)則要求來完成設(shè)計(jì)。
1-1第2章 自動(dòng)刀架電氣說明書
2.1 電動(dòng)刀架系統(tǒng)
現(xiàn)結(jié)合圖2-1來討論電動(dòng)刀架的相關(guān)問題。
圖2-1電氣原理圖
2.1.1 電動(dòng)刀架及其工作原理
電動(dòng)刀架的機(jī)械部分類似于蝸輪機(jī)構(gòu)，實(shí)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(shí)現(xiàn)上述動(dòng)作所必須的硬件條件和電路原理。
在圖2-1中，繼電器KA1,KA2實(shí)現(xiàn)電動(dòng)刀架的動(dòng)作切換控制，主要完成刀架
電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)切換。在刀架旋轉(zhuǎn)過程中，每個(gè)工位上的霍爾元件會(huì)依次切換為有效狀態(tài)，系統(tǒng)根據(jù)T1,T2,T3及T4狀態(tài)的變化，可以推斷出目前的刀號(hào)，并判斷是否為當(dāng)前所選用刀具，一旦符合，則電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，鎖緊刀具。電動(dòng)刀架各時(shí)序的切換及間隔是系統(tǒng)控制的關(guān)鍵，反向鎖緊所用時(shí)間取決于電動(dòng)刀架生產(chǎn)廠家有推薦指標(biāo)，過長(zhǎng)會(huì)引起電機(jī)發(fā)熱甚至燒毀。為保證電動(dòng)刀架安全運(yùn)動(dòng)，在電動(dòng)刀架交流380V進(jìn)線處加裝快速熔斷器和熱繼電器。
2. 1. 2 電動(dòng)刀架動(dòng)作過程
數(shù)控系統(tǒng)調(diào)刀代碼開始執(zhí)行時(shí)，或行動(dòng)調(diào)刀時(shí)，首先輸出刀架正轉(zhuǎn)信號(hào)，使刀架旋轉(zhuǎn)，當(dāng)接收到指定的刀具的到位信號(hào)后，關(guān)閉刀架正轉(zhuǎn)信號(hào)，延遲50ms時(shí)間后，刀架開始反轉(zhuǎn)而進(jìn)行鎖緊，并開始檢查鎖緊信號(hào)，當(dāng)接收到該信號(hào)后，關(guān)閉刀架反轉(zhuǎn)信號(hào)，延遲時(shí)間，并對(duì)電機(jī)制動(dòng)。換刀結(jié)束。程序轉(zhuǎn)入下一程序段繼續(xù)執(zhí)行。如執(zhí)行