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1、目 錄第一章 課程設(shè)計的目的、意義及要求2第一節(jié) 課程設(shè)計的目的及意義2第二節(jié) 課程設(shè)計的要求3第二章 課程設(shè)計的內(nèi)容3第一節(jié) 課程設(shè)計的題目3第二節(jié) 課程設(shè)計的內(nèi)容3第三章 數(shù)控刀架設(shè)計基本方案4第一節(jié) 刀架的設(shè)計準(zhǔn)則4 第二節(jié) 主要技術(shù)參數(shù)4 第三節(jié) 系統(tǒng)構(gòu)成5 第四節(jié) 系統(tǒng)改裝5第四章 控車床回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計6 第一節(jié) 架的基本結(jié)構(gòu)原理6 第二節(jié) 刀架的工作原理7 第三節(jié) 刀架的排列方式8 第四節(jié) 回轉(zhuǎn)刀架的控制方法8第五章 機(jī)械部分設(shè)計9 第一節(jié) 反靠機(jī)構(gòu)9 第二節(jié) 刀架主軸頭換刀10 第三節(jié) 刀架的電氣控制11第六章 數(shù)控刀架裝配圖12 第七章 課程設(shè)計小結(jié)14第八章 參考文獻(xiàn)15第一章

2、 課程設(shè)計的目的、意義及要求第一節(jié) 課程設(shè)計的目的,意義數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計能力的重要實(shí)踐教學(xué)的環(huán)節(jié)之一，是綜所學(xué)的機(jī)械電子自動控制計算機(jī)等知識進(jìn)行的基本訓(xùn)練.1.能夠正確運(yùn)用數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修課程的基本原理和相關(guān)知識.掌握數(shù)控機(jī)床刀架的功能特點(diǎn)和設(shè)計思想及設(shè)計方法,了解設(shè)計方案的擬定比較分析,培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力,使學(xué)生對數(shù)控系統(tǒng)有一定的認(rèn)識;2. 通過機(jī)械部分設(shè)計,掌握數(shù)控系統(tǒng)刀架部分的組成及工作原理；3. 通過程序提高學(xué)生應(yīng)用手冊 標(biāo)準(zhǔn)及編寫技術(shù)說明書的能力,促進(jìn)學(xué)生在科學(xué)態(tài)度 創(chuàng)新精神專業(yè)技能等方面綜合素質(zhì)的提高.第二節(jié) 課程設(shè)計的要求：1. 課程設(shè)計應(yīng)在

3、教師的指導(dǎo)下由學(xué)生獨(dú)立完成，嚴(yán)格要求自己，不允許互相抄襲；2. 認(rèn)真閱讀課程設(shè)計指導(dǎo)書，明確題目及具體要求；3. 認(rèn)真查閱題目及設(shè)計內(nèi)容的相關(guān)文獻(xiàn)資料、手冊、標(biāo)準(zhǔn)；4. 大膽創(chuàng)新，設(shè)計合理、可行的總體設(shè)計方案；5. 課程設(shè)計思路清晰，選型合理;6. 控制系統(tǒng)方案可行，選擇合理，框圖正確，布圖合理，內(nèi)容完整表達(dá)清晰；7. 機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配圖。要求視圖基本完整，符合標(biāo)準(zhǔn)。其中至少要有一個坐標(biāo)軸的完整剖視圖；8. 課程設(shè)計包括：目錄、題目及要求，總體方案的確定，參考文獻(xiàn)等。設(shè)計說明書應(yīng)敘述清楚、表達(dá)正確、內(nèi)容完整、技術(shù)術(shù)語符合標(biāo)準(zhǔn)。第二章 課程設(shè)計的內(nèi)容 第一節(jié) 課程設(shè)計題目：數(shù)控機(jī)床刀架的設(shè)計主要了解

4、數(shù)控機(jī)床刀架的組成及控制原理。第二節(jié) 課程設(shè)計的內(nèi)容 1.數(shù)控裝置總體方案的確定 (1)數(shù)控裝置回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計參數(shù)的確定； (2)方案的分析，比較，論證。2.數(shù)控系統(tǒng)刀架的設(shè)計(1).數(shù)控刀架的機(jī)構(gòu)；(2).數(shù)控系統(tǒng)電路及伺服控制電路的設(shè)計和選用；(3)數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計.3.編寫課程設(shè)計說明書說明書是課程設(shè)計的總結(jié)性技術(shù)文件，應(yīng)敘述整個設(shè)計的內(nèi)容，包括總體方案的確系統(tǒng)框圖的分析，數(shù)控機(jī)床刀架設(shè)計計算，選用器件參數(shù)的說明。第三章 數(shù)控刀架設(shè)計基本方案一.刀架的設(shè)計準(zhǔn)則我們的設(shè)計過程中，本著以下幾條設(shè)計準(zhǔn)則1）創(chuàng)造性的利用所需要的物理性能和控制2）需要的物理性能3）判別功能及其意義4）提高合理的應(yīng)力分

5、布和剛度而5）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）進(jìn)行功能設(shè)計以適應(yīng)制造工藝和降低成本的要求二.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） （3）電機(jī)功率(w) P （4）電機(jī)轉(zhuǎn)速（rpm）n 三系統(tǒng)構(gòu)成整個系統(tǒng)由數(shù)控刀架、Inter8031單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電源、用于拾取主軸信號的編碼器以及檢測縱向起始信號的位置檢測元件再加上機(jī)床本體組成。四系統(tǒng)改裝系統(tǒng)改裝是在原普通車床的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，整個改裝工作量并不大，只需作以下工作： 1）將原車床的小刀架換下，換上專用的數(shù)控刀架； 2）在機(jī)床

6、主軸上安裝用于拾取主軸信號的編碼器； 3）在床身導(dǎo)軌上安裝用于檢測縱向起始信號的霍爾元件，與之對應(yīng)，則在縱向拖板上安裝磁鐵，以便產(chǎn)生縱向起始信號。 保留了原機(jī)床的縱、橫向操作手柄，這對整個加工帶來極大方便。整個數(shù)控刀架由刀架本體即機(jī)械部分與步進(jìn)電機(jī)兩部分組成。步進(jìn)電機(jī)通過傳動絲桿，帶動刀架運(yùn)動。由數(shù)控刀架的安裝可知：數(shù)控刀架移動軸線與工件端面(垂向)方向之間成a角。數(shù)控刀架所作運(yùn)動，類似于仿形加工中的斜向仿形運(yùn)動。所不同的是仿形加工中的斜向仿形運(yùn)動由硬靠模(標(biāo)準(zhǔn)樣件)加以控制，通過液壓運(yùn)動加以實(shí)現(xiàn)。而數(shù)控刀架所作的斜向運(yùn)動則是由零件加工程序(軟靠模功口以控制，通過步進(jìn)電機(jī)的伺服運(yùn)動加以實(shí)現(xiàn)。

7、整個系統(tǒng)的運(yùn)動由原機(jī)床的縱向自動走刀運(yùn)動與數(shù)控刀架的斜向運(yùn)動兩部分構(gòu)成，其合成運(yùn)動可加工圓柱面、圓錐面及圓弧面。 作為主運(yùn)動的縱向自動走刀與原機(jī)床的縱向運(yùn)動完全一樣，由主軸通過掛輪、走刀箱、縱向絲桿、開合螺母帶動工作臺作縱向運(yùn)動。通過安裝在主軸上的用于拾取主軸信號的編碼器將主軸旋轉(zhuǎn)信號經(jīng)變換后，送入單片機(jī)。同時，將安裝在床身導(dǎo)軌上的霍爾元件所檢測的縱向起始信號也一并送入單片機(jī)中。根據(jù)零件輪廓形狀編制的加工程序通過鍵盤事先輸入到單片機(jī)中。經(jīng)微處理器處理后，按照加工工件輪廓形狀，發(fā)出一系列脈沖，經(jīng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電源進(jìn)行功率放大后，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)帶動數(shù)控刀架作與縱向自動走刀相適應(yīng)的斜向運(yùn)動，形成所加工工

8、件的輪廓形狀。 由上可知，本系統(tǒng)為單坐標(biāo)控制實(shí)現(xiàn)兩坐標(biāo)聯(lián)動，關(guān)鍵在于尋求縱向自動走刀與數(shù)控刀架斜向運(yùn)動的聯(lián)系，這一任務(wù)由安裝于主軸上的編碼器加以實(shí)現(xiàn)。如何尋找適合于單坐標(biāo)控制實(shí)現(xiàn)兩坐標(biāo)聯(lián)動的插補(bǔ)方法則成為本課題的一大特色。 整個加工過程分幾次進(jìn)刀，完全由零件加工程序確定。 第四章 數(shù)控車床自動回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計一. 回轉(zhuǎn)刀架的基本結(jié)構(gòu)原理 當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀指令后, 通過接口電路使電機(jī)正轉(zhuǎn), 經(jīng)傳動裝置2、驅(qū)動蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)1、蝸輪帶動絲桿螺母機(jī)構(gòu)8 ,將刀盤松開并抬起,直至兩定位多齒盤4、5 脫離嚙合狀態(tài),然后由插銷帶動刀盤轉(zhuǎn)位,數(shù)控裝置發(fā)出的換刀指令使霍爾開關(guān)10 中的某一個選通,當(dāng)磁性板11 與

9、被選通的霍爾開關(guān)對齊后,霍爾開關(guān)反饋信號使電機(jī)反轉(zhuǎn),插銷7 向預(yù)分度盤上的分度槽6 反靠實(shí)現(xiàn)預(yù)分度, 刀盤停止轉(zhuǎn)動, 電機(jī)繼續(xù)反轉(zhuǎn), 通過絲桿機(jī)構(gòu)8使刀盤移到多齒盤4、5 重新嚙合, 實(shí)現(xiàn)精確定位。多齒盤嚙合精確定位后, 電機(jī)應(yīng)能停止反轉(zhuǎn)。例如, 四位自動回轉(zhuǎn)刀架回轉(zhuǎn)電機(jī)反轉(zhuǎn)1. 5s 后, 由數(shù)控裝置自動停止, 防止電機(jī)不停反轉(zhuǎn)而過載毀壞。二.刀架的工作原理1松開：刀架電動機(jī)與刀架內(nèi)一蝸桿相連，刀架電動機(jī)轉(zhuǎn)動時與蝸桿配套的渦輪轉(zhuǎn)動，此渦輪與一條絲杠為一體的（稱為“渦輪絲杠”）當(dāng)絲杠轉(zhuǎn)動時會上升（與絲杠旋合的螺母與刀架是一體的，當(dāng)松開時刀架不動作，所以絲杠會上升），絲杠上升后使位于絲杠上端的壓

10、板上升即松開刀架； 2 換刀：刀架松開后，絲杠繼續(xù)轉(zhuǎn)動刀架在摩擦力的作用下與絲杠一起轉(zhuǎn)動即換刀； 3定位:在刀架的每一個刀位上有一個用永磁鐵做的感應(yīng)器，當(dāng)轉(zhuǎn)到系統(tǒng)所需的刀位時，磁感應(yīng)器發(fā)出信號，刀架電動機(jī)開始反轉(zhuǎn)：、 4鎖緊：刀架是用類似于棘輪的機(jī)構(gòu)裝的只能沿一個方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)絲杠反轉(zhuǎn)時刀架不能動作，絲杠就帶著壓板向下運(yùn)動將刀架鎖緊，換刀完成 三 .刀架的排列方式 據(jù)加工要求可設(shè)計成四方刀架，并相應(yīng)地安裝4把刀架。按換刀方式的不同，數(shù)控車床的刀架系統(tǒng)主要有回轉(zhuǎn)刀架、排式刀架和帶刀庫的自動換刀裝置等多種形式。 （1）排式刀架 排式刀架一般用于小規(guī)格數(shù)控車床，以加工棒料或盤類零件為主。它的結(jié)構(gòu)形式為

11、，夾持著各種不同用途刀具的刀夾沿著機(jī)床的X坐標(biāo)軸方向排列在橫向滑板上。這種刀架在刀具布置和機(jī)床調(diào)整等方面都較為方便，可以根據(jù)具體工件的車削工藝要求，任意組合各種不同用途的刀具，一把刀具完成車削任務(wù)后，橫向滑板只要按程序沿X軸移動預(yù)先設(shè)定的距離后，第二把刀就到達(dá)加工位置，這樣就完成了機(jī)床的換刀動作。這種換刀方式迅速省時，有利于提高機(jī)床的生產(chǎn)效率。 （2）回轉(zhuǎn)刀架 回轉(zhuǎn)刀架是數(shù)控車床最常用的一種典型換刀刀架，通過刀架的旋轉(zhuǎn)分度定位來實(shí)現(xiàn)機(jī)床的自動換刀動作，根回轉(zhuǎn)刀架的換刀動作可分為刀架抬起、刀架轉(zhuǎn)位和刀架鎖緊等幾個步驟。它的動作是由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令完成的?；剞D(zhuǎn)刀架根據(jù)刀架回轉(zhuǎn)軸與安裝底面的相對位置

12、，分為立式刀架和臥式刀架兩種。 （3）帶刀庫的自動換刀裝置 上述排刀式刀架和回轉(zhuǎn)刀架所安裝的刀具都不可能太多，即使是裝備兩個刀架，對刀具的數(shù)目也有一定限制。當(dāng)由于某種原因需要數(shù)量較多的刀具時，應(yīng)采用帶刀庫的自動換刀裝置。帶刀庫的自動換刀裝置由刀庫和刀具交換機(jī)構(gòu)組成。 四.回轉(zhuǎn)刀架的控制方法自動回轉(zhuǎn)刀架的典型控制原理見圖4。當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀指令, 例如T3 指令, 則數(shù)控系統(tǒng)置T3 接口為低電平,對應(yīng)的霍爾開關(guān)選通。(圖中所用的GSK928 數(shù)控系統(tǒng)接口均為低電平有效) 。同時,數(shù)控系統(tǒng)的正轉(zhuǎn)接口置低電平,J 1 線圈得電,J 1 動合接點(diǎn)閉合,J 3 線圈得電, 使J 3 動斷接點(diǎn)斷開, 并

13、使電動機(jī)正轉(zhuǎn), 抬起刀架并使之旋轉(zhuǎn)。當(dāng)T3 對應(yīng)的霍爾開關(guān)與磁性板對齊后,從T3 接口反饋信號數(shù)控系統(tǒng),數(shù)控系統(tǒng)使正轉(zhuǎn)接口恢復(fù)高電平,置反轉(zhuǎn)接口為低電平。J 1 線圈失電,J 2 線圈得電, J 1 動合接點(diǎn)斷開, J 3 線圈失電。J 2動合接點(diǎn)閉合, J 4 線圈得電。電動機(jī)停止正轉(zhuǎn)并開始反轉(zhuǎn), 刀架落下并定位。反轉(zhuǎn)接口低電平1. 5s 后,恢復(fù)高電平,電動機(jī)停止。圖中7812 集成塊用于為J 1、J 2 提供穩(wěn)定的12V 電源。J 3、J 4 線圈用24V 直流電控制回轉(zhuǎn)電機(jī)。第五章 機(jī)械部分設(shè)計一.反靠機(jī)構(gòu)反靠機(jī)構(gòu)是帶動刀架旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu), 由于它必須在刀架正轉(zhuǎn)時絕對卡死, 反轉(zhuǎn)時半卡死,

14、 因此該反靠槽的兩個側(cè)面一個設(shè)計成垂直面,另一個設(shè)計成傾斜面。預(yù)定位插銷和預(yù)定位槽(在下齒盤上) 的作用在于實(shí)現(xiàn)刀架的預(yù)定位。電機(jī)正轉(zhuǎn)時,定位插銷被插銷上方的彈簧拉起, 回轉(zhuǎn)電機(jī)反轉(zhuǎn)時, 插銷被彈簧壓入預(yù)定位槽內(nèi)實(shí)現(xiàn)刀架的預(yù)定位。精確定位機(jī)構(gòu)是采用多齒盤結(jié)構(gòu), 利用其表面精度高、硬度高的圓形三角齒結(jié)構(gòu)進(jìn)行嚙合以達(dá)到精確定位。圖3 為精確定位的下齒盤圖。其中預(yù)定位槽共4 個與預(yù)定位插銷實(shí)現(xiàn)刀架的預(yù)定位。定位齒與上齒盤的定位齒嚙合以實(shí)現(xiàn)精確定位。二.刀架主軸頭換刀在帶有旋轉(zhuǎn)刀具的機(jī)床中，更換主軸頭是一種簡單的換刀方式，主軸頭通常有立式和臥式兩種，而且通常用轉(zhuǎn)塔的轉(zhuǎn)位來更換主軸頭，以實(shí)現(xiàn)自動換刀。刀

15、架轉(zhuǎn)塔的各個主軸頭上預(yù)先安裝各工序所需的旋轉(zhuǎn)刀具。當(dāng)發(fā)出換刀指令時各主軸頭依次旋轉(zhuǎn)到加工位，使相應(yīng)主軸帶動刀具旋轉(zhuǎn)。主軸的簡圖如下所示：三.刀架的電氣控制刀架的電氣控制部分分為強(qiáng)電和弱電部分，強(qiáng)電部分由三相電源驅(qū)動三相電源驅(qū)動三相交流異步電機(jī)正反向旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)電動刀架的松開轉(zhuǎn)位和緊鎖等動作；弱電部分主要由位置傳感器-發(fā)訊盤組成，發(fā)訊盤采用霍爾元件傳感器發(fā)訊。 第六章 數(shù)控機(jī)床刀架裝配圖1- 電動機(jī)；2-聯(lián)軸器；3-蝸桿軸；4-蝸桿絲杠；5刀架底座；6-粗定位盤；7-刀架體；8-球頭銷；9-轉(zhuǎn)位套；10-電刷座；11-發(fā)信體；12-螺母；13.14-電刷；15-粗定位銷第七章 課程設(shè)計小結(jié)這次

16、課程設(shè)計，由于理論知識的不足，再加上平時沒有什么設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，一開始的時候有些手忙腳亂，不知從何入手。在老師的諄諄教導(dǎo)，和同學(xué)們的熱情幫助下，使我找到了信心?，F(xiàn)在想想其實(shí)課程設(shè)計當(dāng)中的每一天都是很累的，其實(shí)正向老師說得一樣，u數(shù)控設(shè)計的課程設(shè)計沒有那么簡單，這次課程設(shè)計，由于理論知識的不足，再加上平時沒有什么設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，有時手忙腳亂，不知從何入手。在老師的諄諄教導(dǎo)，和同學(xué)們的熱情幫助下，使我找到了信心。很快一周的數(shù)控課程設(shè)計結(jié)束了，在這次實(shí)踐的過程中學(xué)到了一些除技能以外的其他東西,領(lǐng)略到了別人在處理專業(yè)技能問題時顯示出的優(yōu)秀品質(zhì),更深切的體會到人與人之間的那種相互協(xié)調(diào)合作的機(jī)制,最重要的還是自己對一

17、些問題的看法產(chǎn)生了良性的變化.。在社會這樣一個大群體里面,溝通自然是為人處世的基本,如何協(xié)調(diào)彼此的關(guān)系值得我們?nèi)ド钏己腕w會.在實(shí)習(xí)設(shè)計當(dāng)中依靠與被依靠對我的觸及很大,有些人很有責(zé)任感,把這樣一種事情當(dāng)成是自己的重要任務(wù),并為之付出了很大的努力,不斷的思考自己所遇到的問題.而有些人則不以為然,總覺得自己的弱勢.其實(shí)在生活中這樣的事情也是很多的,當(dāng)我們面對很多問題的時候所采取的具體行動也是不同的,這當(dāng)然也會影響我們的結(jié)果.很多時候問題的出現(xiàn)所期待我們的是一種解決問題的心態(tài),而不是看我們過去的能力到底有多強(qiáng),那是一種態(tài)度的端正和目的的明確,只有這樣把自己身置于具體的問題之中,我們才能更好的解決問題.

18、。在這種相互協(xié)調(diào)合作的過程中,口角的斗爭在所難免,關(guān)鍵是我們?nèi)绾蔚奶幚碛龅降姆制?而不是一味的計較和埋怨.這不僅僅是在類似于這樣的協(xié)調(diào)當(dāng)中,生活中的很多事情都需要我們有這樣的處理能力,面對分歧大家要消除誤解,相互理解,增進(jìn)了解,達(dá)到諒解.也許很多問題沒有想象中的那么復(fù)雜,關(guān)鍵還是看我們的心態(tài),那種處理和解決分歧的心態(tài),因?yàn)楫吘刮覀兊某霭l(fā)點(diǎn)都是很好的.。這次心得也就這么多了，總之，不管學(xué)會的還是學(xué)不會的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負(fù)的感覺。此外，還得出一個結(jié)論：知識必須通過應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)其價值！有些東西以為學(xué)會了，但真正到用的時候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以

19、我認(rèn)為只有到真正會用的時候才是真的學(xué)會了。在此要感謝我們的指導(dǎo)老師王老師對我們悉心的指導(dǎo)，感謝老師給我們的幫助。在設(shè)計過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，并向老師請教等方式，使自己學(xué)到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設(shè)計中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。雖然這個設(shè)計做的也不太好，但是在設(shè)計過程中所學(xué)到的東西是這次課程設(shè)計的最大收獲和財富，使我終身受益。第八章 參考資料1、張英超.數(shù)控車床.北京.化學(xué)工業(yè)出版社.20032、鄭小年.數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修.武漢.華中科技大學(xué)出版社20053、田宏宇.數(shù)控機(jī)床與數(shù)控技術(shù).北京.希望電子出版社.20064、吳海燕.數(shù)控機(jī)床機(jī)械維修. 北京.中國電力出版社.20085、易紅.數(shù)控技術(shù). 北京.機(jī)械工業(yè)出版社.20056、張建民.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計.北京.高等教育出版社