目錄1、引言22、主要工作過程23、 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)33.1 電動(dòng)機(jī)的選擇33.2 減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)33.3 上刀體鎖緊與精定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)33.4 刀架抬起機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)44、 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的工作原理45、主要傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)計(jì)算65.1 蝸桿副的設(shè)計(jì)計(jì)算65.1.1 蝸桿的選型65.1.2 蝸桿的材料75.1.3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)75.1.4 蝸桿和蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸85.1.5 校核蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度95.1.6 驗(yàn)算效率105.1.7 精度等級(jí)公差和表面粗糙度的確定105.1.8 蝸桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)105.2 螺桿的設(shè)計(jì)計(jì)算135.2.1 螺距的確定135.2.2 其他參數(shù)的確定135.2.3 自鎖性能校核146、電氣控制部分設(shè)計(jì)146.1 硬件電路設(shè)計(jì)146.1.1 收信電路146.1.2 發(fā)信號(hào)電路146.2 控制軟件的設(shè)計(jì)15數(shù)控車床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：本設(shè)計(jì)以 C616 或 C6132 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的四位的臥式自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架為研究對(duì)象，從該刀架的總體結(jié)構(gòu)、主要傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、主要傳動(dòng)部件、硬件電路和控制程序等方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)。并在文中給出了詳細(xì)的關(guān)于傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算。關(guān)鍵詞：數(shù)控、四工位、臥式刀架、自動(dòng)回轉(zhuǎn)、定位1、引言數(shù)控車床為了能在工件的一次裝夾中完成多工序加工，縮短輔助時(shí)間，減少多次安裝所引起的加工誤差，必須帶有自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架，數(shù)控車床上的回轉(zhuǎn)刀架是一種簡(jiǎn)單的自動(dòng)換刀裝置。傳統(tǒng)的普通車床換刀的速度慢、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。而目前我國有大量多年積累使用的通用的機(jī)床，要在幾年內(nèi)更新?lián)Q代，不論是在資金上還是經(jīng)濟(jì)效益上都是不可行的，所以對(duì)其進(jìn)行半自動(dòng)化改造顯得重要和迫切。而普通車床的數(shù)控改造既經(jīng)濟(jì)又快捷，是符合我國國情的。2、主要工作過程（1）刀架抬起：當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)出換刀指令后，有 單片機(jī) 發(fā)出信號(hào)，電機(jī)正傳。電機(jī)通過連軸器帶動(dòng)蝸桿軸旋轉(zhuǎn)，蝸桿帶動(dòng)蝸輪旋轉(zhuǎn)。此時(shí)，由于粗定位銷的作用，使刀架體不可能旋轉(zhuǎn)，所以刀架體沿著中軸的軸線向上抬起。當(dāng)抬到一定高度，粗定位銷從定位盤中拔出。這樣就完成了抬刀的過程。（2）刀架轉(zhuǎn)位：當(dāng)定位銷從定位定位盤中拔出后，隨后圓頭銷的銷頭和定位套上的凹槽相互配合，用于定位套和蝸輪通過銷聯(lián)接在一起，所以定位套隨蝸輪一起旋轉(zhuǎn)，定位套就通過圓頭銷帶動(dòng)刀架體旋轉(zhuǎn)。這樣就達(dá)到了刀架轉(zhuǎn)位的目的。（3）刀架定位：當(dāng)?shù)都苻D(zhuǎn)到相應(yīng)的位置，位置傳感器發(fā)出信號(hào)。單片機(jī)檢測(cè)到信號(hào)后，隨即停止電機(jī)。這時(shí)粗定位銷正好又落在定位盤的相應(yīng)的凹槽中，實(shí)現(xiàn)粗定位，顯然此時(shí)的定位不可能達(dá)到定位精度。（4）精定位和夾緊：位置傳感器發(fā)出信號(hào)，單片機(jī)立即控制電機(jī)停轉(zhuǎn)，然后反轉(zhuǎn)。由于有粗定位銷的限制，刀架體已經(jīng)完成了粗定位，所以當(dāng)電機(jī)反轉(zhuǎn)的時(shí)候，蝸輪就直接帶動(dòng)刀架體做輕微的旋轉(zhuǎn)，刀架體和底座上的鼠牙盤相互配合實(shí)現(xiàn)靜定為。電機(jī)繼續(xù)反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)壓緊。刀架體側(cè)面的應(yīng)變片檢測(cè)刀架體的應(yīng)變，并反映給單品機(jī)的模擬量模塊，當(dāng)?shù)竭_(dá)制定值時(shí)，單片機(jī)隨即發(fā)出命令，電機(jī)停轉(zhuǎn)。由于有粗定位銷的作用，此時(shí)刀架體在收到到切削力的時(shí)候已經(jīng)無法旋轉(zhuǎn)，從而起到夾緊的目的。3、 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇電動(dòng)機(jī)選擇三相異步電動(dòng)機(jī)，額定功率為90W，額定轉(zhuǎn)速為1400r/min。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選擇電機(jī)型號(hào)為YS562-4 ，YS562-4 電機(jī)的相關(guān)參數(shù)如下：額定功率電流電壓轉(zhuǎn)速效率功率因數(shù)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩堵轉(zhuǎn)電流/額定電流最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩90W0.38A380V1400r/min0.560.612.46.02.4電機(jī)軸直徑為9mm。3.2 減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 由于三相異步電動(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)過適當(dāng)?shù)臏p速。根據(jù)立式轉(zhuǎn)位刀架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用蝸桿副減速是最佳選擇。蝸桿副傳動(dòng)可以改變運(yùn)動(dòng)的方向，獲得較大的傳動(dòng)比，保證傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，并且具有自鎖功能，還可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置的小型化。傳動(dòng)比i=1400/30=46.7，取傳動(dòng)比為47。3.3 上刀體鎖緊與精定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 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(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)都芴幱阪i緊狀態(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，等上下端面齒脫開后，上刀體才可以繞刀架中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，完成轉(zhuǎn)位工作。3.4 刀架抬起機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要想使上、下刀體的兩個(gè)端面脫離，就必須設(shè)計(jì)合適的機(jī)構(gòu)使上刀體抬起。本設(shè)計(jì)選用螺桿-螺母副，在上刀體內(nèi)部加工出內(nèi)螺紋，當(dāng)電動(dòng)機(jī)通過蝸桿-蝸輪帶動(dòng)螺桿中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，作為螺母的上刀體要么轉(zhuǎn)動(dòng)，要第上下移動(dòng)。當(dāng)?shù)都芴幱阪i緊狀態(tài)時(shí)，上刀體與下刀體的端面齒相互嚙合，因?yàn)檫@時(shí)上刀體不能與螺桿一起轉(zhuǎn)動(dòng)，所以螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)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)。設(shè)計(jì)螺桿時(shí)要求選擇適當(dāng)?shù)穆菥?，以便?dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度時(shí)使得上刀體與下刀體的端面齒能夠完全脫離嚙合狀態(tài)。 圖3.1為自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖。圖3.1 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的傳動(dòng)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(dòng)機(jī) 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(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的工作原理自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的換刀流程如圖4.1所示。圖4.2表示自動(dòng)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(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(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出刀架的轉(zhuǎn)位信號(hào)，三相異步電動(dòng)機(jī)正向旋轉(zhuǎn)，通過蝸桿副帶動(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；與此同時(shí)，上蓋圓盤1也隨著螺桿正向轉(zhuǎn)動(dòng)（上蓋圓盤1通過圓柱銷與螺桿聯(lián)接），當(dāng)轉(zhuǎn)過約170度時(shí)，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(dòng)起來（此時(shí)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(shí)的正向轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖c所示。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)的霍爾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通過圓柱銷2帶動(dòng)上刀體4開始反轉(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d所示。此時(shí)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(dòng)，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(dòng)。在些期間，上、下刀本的端面齒逐漸嚙合，實(shí)現(xiàn)定位，經(jīng)過設(shè)定的延時(shí)時(shí)間后，刀架電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，整個(gè)換刀過和結(jié)束。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(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的換刀流程圖4.2 刀架轉(zhuǎn)位過程中銷的位置a)換刀開始時(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槽內(nèi)，上蓋圓盤1將帶動(dòng)圓柱銷2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(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5、主要傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)計(jì)算5.1 蝸桿副的設(shè)計(jì)計(jì)算自動(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)直聯(lián)，刀架轉(zhuǎn)位時(shí)蝸桿與上刀體直聯(lián)。已知電動(dòng)機(jī)額定功率P1=90W，額定轉(zhuǎn)速n1=1400r/min，上刀體設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速n2=30r/min，則蝸桿副的傳動(dòng)比i=1400/30=48。刀架從轉(zhuǎn)位到鎖緊時(shí)，需要蝸桿反向，工作載荷不均勻，起動(dòng)時(shí)沖擊較大，今要求蝸桿的使用壽命Lh=10000h，因此對(duì)蝸桿的型號(hào)材料的選擇以及齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算相當(dāng)重要。5.1.1 蝸桿的選型 GB/T10085-1988推薦采用漸開線（ZI蝸桿）。5.1.2 蝸桿的材料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4555HRC，以提高表面耐磨性，選用錫磷青銅ZCuSn10P1，采用金屬模鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅僅齒圈用青銅制造，而輪芯用HT100制造。5.1.3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)刀架中的蝸桿副采用閉式傳動(dòng)，根據(jù)閉式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，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。傳動(dòng)中心距： （5.1）式中 a蝸桿副的傳動(dòng)中心距，單位為mm； K載荷系數(shù)； T2作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩T2，單位為Nmm； 彈性影響系數(shù)，單位為MP1/2； 接觸系數(shù)； 許用接觸應(yīng)力，單位為MPa。從式（4.1）算出蝸桿副的中心距a之后，根據(jù)已知的傳動(dòng)比i=47，選擇一個(gè)合適的中心距a值，以及相應(yīng)的蝸桿、蝸輪參數(shù)。5.1.3.1 確定作用在蝸桿上的轉(zhuǎn)矩T2設(shè)蝸桿頭數(shù)Z1=1，蝸桿的傳動(dòng)效率取=0.6。由電動(dòng)機(jī)的額定功率P1=90W，可以算得蝸輪傳遞的功率P2=P1，再由蝸輪的輪轉(zhuǎn)速n2=30r/min求得作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩：T2=9.55P2/n2=9.55P1/n2=9.55900.6/30Nm17.19Nm=17190Nmm5.1.3.2 確定載荷系數(shù)K載荷系數(shù)K=KAKKv。其中KA為使用系數(shù)，查得，由于工作載荷不均勻，起動(dòng)時(shí)沖擊較大，因此取KA=1.15；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K=1.15；Kv為動(dòng)載系數(shù)，由于轉(zhuǎn)速不高、沖擊不大，可取Kv=1.05。剛載荷系數(shù)：K=KAKKv=1.151.151.051.395.1.3.3 確定彈性影響系數(shù)ZE鑄錫磷青銅蝸輪與鋼蝸桿相配時(shí)，從有關(guān)手冊(cè)查得彈性影響系數(shù)ZE=160MPa1/2。5.1.3.4 確定接觸系數(shù)先假設(shè)蝸桿分度圓直徑d1和傳動(dòng)中心距a的比值d1/a=0.35，可查得接觸系數(shù)=2.9。5.1.3.5 確定許用接觸應(yīng)力根據(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大于45HRC，查得蝸輪的基本許用應(yīng)力=268MPa。已知蝸桿為單頭，蝸輪每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)每個(gè) 輪齒嚙合的次數(shù)J=1；蝸輪轉(zhuǎn)速n2=30r/min;蝸桿副的使用壽命Lh=10000h。則應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N=60Jn2Lh=6013010000=1.8107壽命系數(shù)：KHN=0.929許用應(yīng)力：=KHN=0.929268MPa=249MPa5.1.3.6 計(jì)算中心距將以上各參數(shù)代入式（4.1），求得中心距：amm=43.62mm取中心距a=50mm，已知蝸桿頭數(shù)Z1=1，設(shè)模數(shù)m=1.6mm，得蝸桿分度圓直徑d1=20mm。此時(shí)d1/a=0.4，查得接觸系數(shù)Z=2.74。因?yàn)閆Z，所以上述計(jì)算結(jié)果可用。5.1.4 蝸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。5.1.4.1 蝸桿參數(shù)與尺寸頭數(shù)Z1=1，模數(shù)m=1.6mm，軸向齒距Pa=m=5.027mm，軸向齒厚Sa=0.4m=2.010mm，分度圓直徑d1=20mm，直徑系數(shù)q=d1/m=12.5，分度圓導(dǎo)程角=arctan(z1/q)= 。 取齒頂高系數(shù)ha*=1，徑向間隙系數(shù)c*=0.2，則齒頂圓直徑da1=d1+2ha*m=20mm+211.6mm=23.2mm，齒根圓直徑df1=d1-2m(ha*+c*)=20-21.6(1+0.2)mm=16.16mm。5.1.4.2 蝸輪參數(shù)與尺寸齒數(shù)Z2= 47，模數(shù)m=1.6mm，分度圓直徑d2=mZ2=1.647mm=75.2mm變位系數(shù)x2=a-(d1+d2)/2/m=50-(20+75.2)/2/1.6=1.5蝸輪喉圓直徑da2=d2+2m(ha+x2)=76.8+21.6(1+1.5)mm=84.8mm蝸輪齒根圓直徑df2=d2-2m(ha-x2+c)=76.8-21.6(1-1.5+0.2)mm=77.76mm蝸輪咽喉母圓半徑rg2=a-da2/2=(50-84.8/2)mm=7.6mm。5.1.5 校核蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度即檢驗(yàn)下式是否成立： =（1.53KT2/d1d2m）YFa2Y 式中蝸輪齒根彎曲應(yīng)力，單位為MPa；YFa2蝸輪齒形系數(shù)；Y螺旋角影響系數(shù)；蝸輪的許用彎曲應(yīng)力，單位為MPa。由蝸桿頭數(shù)Z1=1，傳動(dòng)比i=47，可以算出蝸輪齒數(shù)Z2=iZ1=47。則蝸輪的當(dāng)量齒數(shù)Zv2=Z2/cos3=47.45根據(jù)蝸輪變位系數(shù)x2=1.5和當(dāng)量齒數(shù)ZV2=47.45，查得齒形系數(shù)：YFa2=1.95螺旋角影響系數(shù)：Y=1-/140=0.967根據(jù)蝸輪的材料和制造方法，查得蝸輪基本許用彎曲應(yīng)力：=56MPa蝸輪的壽命系數(shù)：KFN=0.725蝸輪的許用彎曲應(yīng)力：=KFN=560.725MPa=40.6MPa將以上參數(shù)代入（4.2），得蝸輪齒根彎曲應(yīng)力：=1.950.967MPa37.35MPa可見，蝸輪齒根的彎曲強(qiáng)度滿足要求。5.1.6 驗(yàn)算效率 =（0.950.96）已知=43426，=，與相對(duì)滑動(dòng)速度v有關(guān)。 v=1.47m/s查的=0.042，=2.405，代入式中得：=0.634，大于原估計(jì)值，因此不用重算。5.1.7 精度等級(jí)公差和表面粗糙度的確定 考慮到所設(shè)計(jì)的蝸輪蝸桿為動(dòng)力傳動(dòng)，從GB/T10089-1988圓柱蝸桿、蝸輪精度中選擇8級(jí)精度，側(cè)隙種類為f，標(biāo)注為8f GB/T10089-1988。5.1.8 蝸桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.1.8.1 聯(lián)軸器的選擇為了隔離振動(dòng)和沖擊，選擇彈性套柱銷聯(lián)軸器。工稱轉(zhuǎn)矩T=選擇工作情況系數(shù)=1.3，得計(jì)算轉(zhuǎn)矩從GB4323-84中查得TL1型彈性套柱銷聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩為6.3，許用最大轉(zhuǎn)速為8800r/min，軸徑為9-14mm之間，故合用。并且選擇軸徑為9mm與9mm直徑的電機(jī)軸連接。由于直徑過小，采用H7/j6的過盈連接。5.1.8.2 蝸桿軸承的選擇5.1.8.2.1 軸承選型根據(jù)GB/T 292-1994，初選型號(hào)為7201C的角接觸球軸承。其基本額定動(dòng)載荷為C=7350N，基本額定靜載荷 =3520N。5.1.8.2.2 徑向載荷的計(jì)算 蝸桿所受的圓周力 軸向力 徑向力N公式中： 、分別為蝸桿和蝸輪上的公稱轉(zhuǎn)矩； 、分別為蝸桿和蝸輪上的分度圓直徑。 蝸桿部分在兩軸承的中間，所以：859.5N=83.21N=863.52N5.1.8.2.3 軸向載荷的計(jì)算對(duì)于7201C型軸承，軸向派生力，其中e為判斷系數(shù)，其值由的大小來確定，但現(xiàn)在軸向力未知，故先初取e=0.4，因此可估算=345.41N=457.2+345.41=802.61N=345.41N=0.2280=0.0981進(jìn)行插值計(jì)算得，。再計(jì)算：=452.66N=400.16N=457.2+452.66=909.86N=400.16N=0.2584=0.1137兩次計(jì)算的值相差不大，因此確定，=457.2+452.66=909.86N，=400.16N5.1.8.2.4 求軸承當(dāng)量動(dòng)載荷和因?yàn)椴楸淼脧较蜉d荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)對(duì)軸承1有：對(duì)軸承2有：因沖擊比較小，選擇。則：=1766.14N=1036.22N5.1.8.2.5 驗(yàn)算軸承壽命按軸承1的受力大小驗(yàn)算所選軸承完全符合要求。軸承和采用k6過盈連接。5.1.8.3 蝸桿軸各段長(zhǎng)度和直徑的確定 蝸桿螺紋部分的長(zhǎng)度（11+0.06）m=22.122，考慮到蝸輪的分度圓直徑為75.2mm，選擇=50mm。 根據(jù)選擇聯(lián)軸器，選擇聯(lián)軸器部分的長(zhǎng)度=20mm ，=9mm。 根據(jù)選擇的軸承，選擇軸承部分的長(zhǎng)度= 10mm， =12mm，軸承蓋部分的長(zhǎng)度=15mm，=10mm。 軸承軸肩部分長(zhǎng)度=50mm ，=15mm。5.2 螺桿的設(shè)計(jì)計(jì)算5.2.1 螺距的確定刀架轉(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)2mm。因此，螺桿的螺距P應(yīng)滿足P170/3602mm，即P4.24mm，取螺桿的螺距P=6mm。5.2.2 其他參數(shù)的確定采用單頭梯形螺桿，頭數(shù)n=1，側(cè)角=15，外螺紋大徑（公稱直徑）d1=50mm，牙頂間隙ac=0.5mm，基本牙型高度H1=0.5P=3mm，外螺紋牙高h(yuǎn)3=H1+ac=3.5mm，外螺紋中徑d2=47mm，外螺紋小徑d3=43mm，螺桿螺紋部分長(zhǎng)度H=50mm。5.2.3 自鎖性能校核螺桿-螺母材料均用45鋼，取二者的摩擦因數(shù)F=0.11；再求得梯形螺旋副的當(dāng)量摩擦角；v=6.5 而螺紋升角：=arctan（nP/d2）=arctan(16/3.1447)=2.33小于當(dāng)量摩擦角。因此，所選幾何參數(shù)滿足自鎖條件。6、電氣控制部分設(shè)計(jì)6.1 硬件電路設(shè)計(jì)自動(dòng)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7.1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(hào)為UGN3120U），都有3個(gè)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(shí)刀臺(tái)帶動(dòng)磁鐵旋轉(zhuǎn)，當(dāng)磁鐵對(duì)準(zhǔn)某一個(gè)霍爾開關(guān)時(shí)，其輸出端第3腳輸出低電平；當(dāng)磁鐵離開時(shí)，第3腳輸出高電平。4只霍爾開關(guān)輸出的4個(gè)刀位信號(hào)T1T4分別送到圖b的4只光耦合器進(jìn)行處理，經(jīng)過光電隔離的信號(hào)再送給I/O接口芯片8225的PC4PC7。6.1.2 發(fā)信號(hào)電路圖c刀架電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的功率只有80W，所以圖d中刀架電動(dòng)機(jī)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(diǎn)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(diǎn)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(shí)導(dǎo)致短路現(xiàn)象。當(dāng)KA1或KA2的觸點(diǎn)接通380V電壓時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)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(duì)R-C阻容用來滅弧，以抑制火花的產(chǎn)生。 a) b)c) d)圖7.1 自動(dòng)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(hào)的處理 c）刀架電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制 d）刀架電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn)6.2 控制軟件的設(shè)計(jì)在清楚了自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣控制電路后，就可以著手編制刀架自動(dòng)回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)位的控制軟件了。對(duì)于四工位自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架來說，它最多裝4把刀具，設(shè)計(jì)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。設(shè)控制系統(tǒng)的CPU為AT89C51單片機(jī)，擴(kuò)展8255芯片作為自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的收信與發(fā)信控制，已知8255芯片的控制口地址為2FFFH，A口地址為2FFCH，B口地址為2FFDH，C口地址為2FFEH。A口為電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制信號(hào)，當(dāng)PA6有效，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)PA7有效，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，兩都沒效，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。B口為刀具選擇信號(hào)輸入，當(dāng)PB4有效，選擇1#刀，當(dāng)PB5有效，選擇2#刀，當(dāng)PB6有效，選擇3#刀，當(dāng)PB7有效，選擇4#刀。C口為刀位控制信號(hào)輸入，當(dāng)PC4有效，1#刀在工作位置，當(dāng)PC5有效，2#刀在工作位置，當(dāng)PC6有效，3#刀在工作位置，當(dāng)PC7有效，4#刀在工作位置。單片機(jī)程序如下：MOV DPRT，#2FFFH MOV A， #0AFH ；設(shè)定A、B、C均為工作方式1，A口為輸出方式，B、C口為輸入方式MOVX DPTR，AMOV DPRT，#2FFDH ；指向8255的PB口MOVX A，DPTR ；讀取PB內(nèi)容JNB ACC.4，TO1 ；是要選擇1#刀嗎？是則轉(zhuǎn)移到TO1，否則繼續(xù)執(zhí)行JNB ACC.5，TO2 ；是要選擇2#刀嗎？是則轉(zhuǎn)移到TO2，否則繼續(xù)執(zhí)行JNB ACC.6，TO3 ；是要選擇3#刀嗎？是則轉(zhuǎn)移到TO3，否則繼續(xù)執(zhí)行AJMP TO4 ；不是前面3把刀，肯定選擇4#刀TO1: MOV DPRT，#2FFEH ；指向8255的PC口MOVX A，DPTR ；讀取PC內(nèi)容JNB ACC.4，TEND1 ；測(cè)試PC4=0？若是，則說明1#已在工作位置，程序轉(zhuǎn)到TEND1MOV 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(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)有效SETB ACC.7 ；令PA7=1，刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)無效MOVX DPTR，A ；刀架電動(dòng)機(jī)開始正轉(zhuǎn)CALL DE20MS ；延時(shí)20msYT01：MOV 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(shí)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(shí)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，DPTR ；讀取PA口鎖存器內(nèi)容 SETB ACC.6 ；令PA6=1，刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)無效 SETB ACC.7 ；令PA7=1，刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)無效 MOVX DPTR，A ;刀架電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn) CALL DE150MS ;延時(shí)150ms CLR ACC.7 ;令PA7=0，刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)有效 SETB ACC.6 ;令PA6=1，刀架電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)無效 MOV DPTR，A ;刀架電動(dòng)機(jī)開始反轉(zhuǎn) CALL DELAY ;延時(shí)設(shè)定的反轉(zhuǎn)鎖緊時(shí)間 SETB ACC.6 ;令PA6=1，刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)無效 SETB ACC.7 ；令PA7=1，刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)無效 MOVX DPTR，A ;刀架電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)TEND1: REL ；換1#刀結(jié)束TO2: MOV DPRT，#2FFEH ；指向8255的PC口MOVX A，DPTR ；讀取PC內(nèi)容JNB ACC.5，TEND2 ；測(cè)試PC5=0？若是，則說明2#已在工作位置，程序轉(zhuǎn)到TEND2MOV 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(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)有效SETB ACC.7 ；令PA7=1，刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)無效MOVX DPTR，A ；刀架電動(dòng)機(jī)開始正轉(zhuǎn)CALL DE20MS ；延時(shí)20msYT02：MOV DPTR，#2FFEH ；指向8255的PC口 MOVX A，DPTR ；讀取PC口內(nèi)容 JB ACC.5，YT02 ；PC5=0嗎？即2#刀轉(zhuǎn)到工作位置了嗎？ CALL DE20MS ；延時(shí)20msYT12：MOV DPTR，#2FFEH ；指向8255的PC口 MOVX A，DPTR ；第二次讀取PC口內(nèi)容 JB ACC.5，YT12 ；PC5=0？ CALL DE20MS ；延時(shí)20msYT22：MOV DPTR，#2FFEH ；指向8255的PC口 MOVX A，DPTR ；第三次讀取PC口內(nèi)容 JB ACC.5，YT22 ；PC5=0？ MOV DPTR，#2FFCH ；指向PA口 MOVX A，DPTR ；讀取PA口鎖存器內(nèi)容 SETB ACC.6 ；令PA6=1，刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)無效 SETB ACC.7 ；令PA7=1，刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)無效 MOVX DPTR，A ；刀架電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn) CALL DE150MS ；延時(shí)150ms CLR ACC.7 ；令PA7=0，刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)有效 SETB ACC.6 ；令PA6=1，刀架電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)無效 MOV DPTR，A ；刀架電動(dòng)機(jī)開始反轉(zhuǎn) CALL DELAY ；延時(shí)設(shè)定的反轉(zhuǎn)鎖緊時(shí)間 SETB ACC.6 ；令PA6=1，刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)無效 SETB ACC.7 ；令PA7=1，刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)無效 MOVX DPTR，A ；刀架電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)TEND2: REL ；換2#刀結(jié)束TO3: MOV DPRT，#2FFEH ；指向8255的PC口MOVX A，DPTR ；讀取PC內(nèi)容JNB ACC.6，TEND3 ；測(cè)試PC6=0？若是，則說明3#已在工作位置，程序轉(zhuǎn)到TEND3MOV 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(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)有效SETB ACC.7 ；令PA7=1，刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)無效MOVX DPTR，A ；刀架電動(dòng)機(jī)開始正轉(zhuǎn)CALL DE20MS ；延時(shí)20msYT03：MOV DPTR，#2FFEH ；指向8255的PC口 MOVX A，DPTR ；讀取PC口內(nèi)容 JB ACC.6，YT03 ；PC6=0嗎？即3#刀轉(zhuǎn)到工作位置了嗎？ CALL DE20MS ；延時(shí)20msYT13：MOV DPTR，#2FFEH ；指向8255的PC口 MOVX A，DPTR ；第二次讀取PC口內(nèi)容 JB ACC.6，YT13 ；PC6=0？ CALL DE20MS ；延時(shí)20msYT23：MOV DPTR，#2FFEH ；指向8255的PC口 MOVX A，DPTR ；第三次讀取PC口內(nèi)容 JB ACC.6，YT23 ；PC6=0？ MOV DPTR，#2FFCH ；指向PA口 MOVX A，DPTR ；讀取PA口鎖存器內(nèi)容 SETB ACC.6 ；令PA6=1，刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)無效 SETB ACC.7 ；令PA7=1，刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)無效 MOVX DPTR，A ；刀架電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn) CALL DE150MS ；延時(shí)150ms CLR ACC.7 ；令PA7=0，刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)有效 SETB ACC.6 ；令PA6=1，刀架電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)無效 MOV DPTR，A ；刀架電動(dòng)機(jī)開始反轉(zhuǎn) CALL DELAY ；延時(shí)設(shè)定的反轉(zhuǎn)鎖緊時(shí)間 SETB ACC.6 ；令PA6=1，刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)無效 SETB ACC.7 ；令PA7=1，刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)無效 MOVX DPTR，A ；刀架電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)TEND3: REL ；換3#刀結(jié)束TO4: MOV DPRT，#2FFEH ；指向8255的PC口MOVX A，DPTR ；讀取PC內(nèi)容JNB ACC.7，TEND4 ；測(cè)試PC7=0？若是，則說明4#已在工作位置，程序轉(zhuǎn)到TEND4MOV 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(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)有效SETB ACC.7 ；令PA7=1，刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)無效MOVX DPTR，A ；刀架電動(dòng)機(jī)開始正轉(zhuǎn)CALL DE20MS ；延時(shí)20msYT04：MOV DPTR，#2FFEH ；指向8255的PC口 MOVX A，DPTR ；讀取PC口內(nèi)容 JB ACC.7，YT04 ；PC7=0嗎？即4#刀轉(zhuǎn)到工作位置了嗎？ CALL DE20MS ；延時(shí)20msYT14：MOV DPTR，#2FFEH ；指向8255的PC口 MOVX A，DPTR ；第二次讀取PC口內(nèi)容 JB ACC.7 YT14 ；PC7=0？ CALL DE20MS ；延時(shí)20msYT24：MOV DPTR，#2FFEH ；指向8255的PC口 MOVX A，DPTR ；第三次讀取PC口內(nèi)容 JB ACC.7，YT24 ；PC7=0？ MOV DPTR，#2FFCH ；指向PA口 MOVX A，DPTR ；讀取PA口鎖存器內(nèi)容 SETB ACC.6 ；令PA6=1，刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)無效 SETB ACC.7 ；令PA7=1，刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)無效 MOVX DPTR，A ；刀架電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn) CALL DE150MS ；延時(shí)150ms CLR ACC.7 ；令PA7=0，刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)有效 SETB ACC.6 ；令PA6=1，刀架電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)無效 MOV DPTR，A ；刀架電動(dòng)機(jī)開始反轉(zhuǎn) CALL DELAY ；延時(shí)設(shè)定的反轉(zhuǎn)鎖緊時(shí)間 SETB ACC.6 ；令PA6=1，刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)無效 SETB ACC.7 ；令PA7=1，刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)無效 MOVX DPTR，A ；刀架電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)TEND4: REL ；換4#刀結(jié)束參考文獻(xiàn)：1于惠力等.機(jī)械零部件設(shè)計(jì)入門與提高M(jìn).北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2011.2芮延年.機(jī)電一體化系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)和應(yīng)用舉例M.北京：中國電力出版社.20113岑軍健.非標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)M.北京：國防工業(yè)出版.20054吳炳勝.80C51單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)M.北京：冶金工業(yè)出版.2003 5王金娥等.機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書.北京：北京大學(xué)出版社.20126張建民等.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)M.北京：北京理工大學(xué)出版社.20107濮良貴等.機(jī)械設(shè)計(jì)M.北京：高等教育出版社.2006