1、畢業設計(論文)數控車床回轉刀架的設計the design of cnc lathe rotary cutter學生姓名學院名稱專業名稱指導教師2011年05月27日 徐州工程學院畢業設計(論文)摘要傳統的普通車床換刀的速度慢、精度不高，生產效率低，不能適應現代化生產的需要。因此，本文對數控車床回轉刀架的機電系統的相關內容進行研究，探索數控車床刀架的組成和工作原理，對普通機床的換刀裝置進行改進，使一臺四工位的立式自動回轉刀架數控化，使該裝置具有自動松開、轉位、精密定位等功能。本文主要完成數控車床回轉刀架的機械部分和電氣部分的設計。機械部分為其組成的各個機械部件進行計算與選用，電氣部分為編制刀架

2、自動轉位控制軟件。設計的數控換刀裝置功能更強，換刀裝置通過刀具快速自動定位，可以提高數控車床的效率，縮短加工時間；同時其可靠性更穩定，結抅簡單。關鍵詞 自動回轉刀架；換刀裝置；機電系統；電氣控制abstractconventional lathe tool change is slow, the accuracy is not high, low productivity, can not meet the needs of modern production. therefore, this rotary tool holder for cnc lathe electrical and me

3、chanical systems related content study, cnc lathe turret to explore the composition and working principle of the general improvement of the machine tool change device, so that the device has an automatic release, transfer, precision positioning and other functions.in this paper, rotating turret lath

4、e to complete the mechanical design of parts and electrical parts. mechanical part is composed of various mechanical calculation and selection of parts, electrical parts for the preparation of the control software, automatic indexing turret. design of more powerful cnc tool changer, tool changer qui

5、ckly through the automatic positioning tool can improve the efficiency of cnc lathes and shorten the processing time; while its reliability is more stable, results ju simple.keywords automatic rotary tool holder tool changer electro-mechanical systems electrical controli徐州工程學院畢業設計(論文)目 錄摘要iabstracti

6、i1 緒論11.1 數控車床的背景意義11.2 數控車床自動回轉刀架的概述11.3 研究實際社會意義及應用效果22 自動回轉刀架的工作原理33 總體結構設計63.1 減速機構的設計63.2 上刀體鎖緊與精定位機構的設計63.3 刀架抬起機構的設計64 主要傳動部件的設計計算84.1 蝸桿副的設計計算84.1.1 蝸桿的選型84.1.2 蝸桿的材料84.1.3 按齒面接觸疲勞強度進行設計84.1.4 蝸桿和蝸輪的主要參數與幾何尺寸104.2 蝸桿軸的設計114.2.1 蝸桿軸的材料選擇，確定許用應力114.2.2 按扭轉強度初步估算軸的最小直徑114.2.3 確定各軸段的直徑和長度124.2.4

7、 蝸桿軸的校核124.2.5 鍵的選取與校核164.3 蝸輪軸的設計164.3.1 蝸輪軸材料的選擇，確定需用應力164.3.2 按扭轉強度，初步估計軸的最小直徑164.3.3 確定各軸段的直徑和長度174.4 中心軸的設計174.4.1 中心軸的材料選擇,確定許用應力174.4.2 確定各軸段的直徑和長度174.4.3 軸的校核184.5 齒盤的設計184.5.1 齒盤的材料選擇和精度等級184.5.2 確定齒盤參數184.6 軸承的選用204.6.1 軸承的類型204.6.2 軸承的游隙及軸上零件的調配204.6.3 滾動軸承的配合214.6.4 滾動軸承的潤滑214.6.5 滾動軸承的密

8、封裝置215 電氣控制部分設計225.1 硬件電路設計225.1.1 收信電路235.1.2 發信號電路245.2控制軟件的設計24結論27致謝28參考文獻29附錄30附錄130附錄230附錄331附錄431附錄531附錄632i徐州工程學院畢業設計(論文)1 緒論1.1 數控車床的背景意義經濟型數控是我國80年代科技發展的產物。這種數控系統由于功能適宜.價格便宜. 用它來改造車床，投資少、見效快、成為我國“七五”、“八五”重點推廣的新技術之一。十幾年來，隨著科學技術的發展，經濟型數控技術也在不斷進步，數控系統產品不斷改進完善. 并且有了階段性的突破，使新的經濟型數控系統功能更強，可靠性更穩定

9、，功率增大，結構簡單，維修方便。由于這項技術的發展增強了經濟型數控的活力，根據我國國情，該技術在今后一段時間內還將是我國機械行業老設備改造的很好途徑。對于原有老的經濟型數控車床，特別是80年代末期改造的設備，由于種種原因閑置的很多，浪費很大；在用的設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水平，大大提高了生產效率，創造更大的經濟效益。數控車床主要由主軸箱、床鞍、尾架、刀架、對刀儀、液壓系統、潤滑系統、氣動系統及數控裝置組成。數控車床的出現對提高生產率改將產品質量以及改善勞動條件和提高效率上發揮了重要的作用。在提高效率上主要表現在兩個方面：1）通過刀具的快速

10、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整。加工時間相對較短，為縮短加工輔助時間，充分發揮數控機床的功能，進一步壓縮非切削時間，數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展方向。在這類多工序的數控機床中必須帶有自動換刀裝置，在多工序數控機床出現之后.又逐步發展和完善了各類回轉刀具的自動更換裝置，擴大了換刀數量，以便有可能實現更復雜的換刀操作，在自動換刀數控機床上，自動換刀裝置應滿足換刀時間短

11、，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 數控車床自動回轉刀架的概述數控車床主要由主軸箱、床鞍、尾架、刀架、對刀儀、液壓系統、潤滑系統、氣動系統及數控裝置組成。數控車床的出現對提高生產率改善產品質量以及改善勞動條件等發揮了重要的作用。傳統的車床例如ca6140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，生產效率低，不能適應現代化生產的需要，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，充分發揮數控機床的效率，釆用“工序集中”的原則，釆用自動回轉刀架。數控車床上使用

12、的自動回轉刀架是一種最簡單的換刀裝置，自動回轉刀架是在一定的空間范圍內，能執行自動松開、轉位、精密定位等一系列動作的一種機構。對于自動回轉刀架，根據裝刀數量的不同，自動回轉刀架分有四工位、六工位和八工位等形式。根據安裝的不同方式，自動回轉刀架可分為立式和臥式。而根據機械定位方式不同，自動回轉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，但其結構簡單。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，但其結構復雜。自動回轉刀架在結構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，為了保證轉位之后具有髙的重復定位精

13、度，自動回轉刀架還需要選擇可靠的定位方案和合理的定位結構。自動回轉刀架的自動換刀是由控制系統和驅動電路來實現的。1.3 研究實際社會意義及應用效果傳統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，生產效率低，不能適應現代化生產的需要，因此有必要對機床的換刀裝置進行改進，數控車床上使用的自動回轉刀架是一種簡單的換刀裝置。自動回轉刀架是在一定的空間范圍內能執行自動松開、轉位以及精密定位等一系列動作的一種機構。使用這種新的經濟型數控系統功能更強，可靠性更穩定，功率增大，結構簡單，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

14、工誤差，充分發揮數控機床的效率，采用“工序集中”的原則，采用自動回轉刀架。并針對生產過程中出現的一些常規問題進行了探討，歸納總結檢查修理方法。2 自動回轉刀架的工作原理自動回轉刀架的換刀流程如圖2.1所示。圖2.1 自動回轉刀架的換刀流程圖2.2表示自動回轉刀架在換刀過程中有關的銷的位置。其中上部的圓柱銷2和下部的反靠銷6起著重要作用。 當刀架處于鎖緊狀態時,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，上刀體4的端面齒和下刀的端面齒處于嚙合狀態（上下端面齒在圖a中未畫出）。需要換刀時，控制系統發出刀架的轉位信號，三相異步電動機正向旋轉，通過蝸桿副帶動螺桿正向轉動，與螺桿配合的上

15、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也隨著螺桿正向轉動（上蓋圓盤1通過圓柱銷與螺桿聯接），當轉過約150度時，上蓋圓盤1直槽的另一端轉到圓柱銷2的正上方，由于彈簧3的作用，圓柱銷2落入直槽內，于是上蓋圓盤1就通過圓柱銷2使得上刀體4轉動起來（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在正轉的過程中，反靠銷6能夠從反靠圓盤7中十字槽的左側斜坡滑出，而不影響上刀體4尋找刀位時的正向轉動，如圖c所示。上刀體4帶動磁鐵轉到需要的刀位時，發信盤上對應的霍爾元件輸出低電平信號，控制系統收到后，立即控制刀架電動機反轉，上蓋圓盤1通過圓柱銷2帶動

16、上刀體4開始反轉，反靠銷6馬上就會落入反靠圓盤7的十字槽內，至此，完成粗定位，如圖d所示。此時反靠銷6從反靠圓盤7的十字槽內爬不上來，于是上刀體4停止轉動，開始下降，而上蓋圓盤1繼續反轉，其直槽的左側斜坡將圓柱銷2的頭部壓入上刀體4的銷孔內，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，實現定位，經過設定的延時時間后，刀架電動機停轉，整個換刀過和結束。由于蝸桿副具有自鎖功能，所以刀架可穩定的工作。a) b) c) d) 圖2.2 刀架轉位過程中銷的位置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a)換刀開始時，圓柱銷2與上蓋圓

17、盤1可以相對滑動b)上刀體4完全抬起后，圓柱銷2落入上蓋圓盤1槽內，上蓋圓盤1將帶動圓柱銷2及上刀體4一起轉動c)上刀體4連續轉動時，反靠銷6可從反靠圓盤7的槽左側斜坡滑出d)找到刀位后，刀架電動機反轉，反靠銷6反靠，上刀體停轉，實現粗定位3 總體結構設計3.1 減速機構的設計電動機的選擇電動機選擇三步異相電動機，額定功率為90w，額定轉速為1440r/min，而刀架轉速設定30r/min，由于轉速較高不能直接驅動刀架，因此必須經過適當的減速。采用蝸桿副減速，蝸桿副傳動可以改變運動的方向，獲得較大的傳動比，以保證傳動精度和平穩性并能自鎖，可以減少整個裝置的空間，比較精簡。3.2 上刀體鎖緊與精

18、定位機構的設計上刀架鎖緊與精定位將直接影響工件的加工精度，因為刀具直接安裝在上刀體上，所以刀體要承受全部的切削力，因此對它的選擇很重要，在設計中選擇端面將上刀體與下刀體的配合加工成梯形的端面齒。采用梯形的端面齒，刀架處于鎖緊時，下端面齒相互嚙合，這時上刀體不能繞刀架的中心軸轉動；換刀時電動機正轉，抬起機構使上刀體抬起，等上下端面齒脫開后，上刀體才可以繞刀架中心軸轉動，完成轉位工作。3.3 刀架抬起機構的設計在上述過程中欲使上下刀體的兩個端面齒脫離。就必須設計分離機構，在此選擇螺桿螺母副，并在上刀體內部加工出內螺紋，當電動機通過蝸桿蝸輪帶動螺桿繞中心軸轉動時，而將上刀體看做螺母，要么轉動，要么上

19、下移動。兩種情況，當刀架處于鎖緊狀態時，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動，轉動會使上刀體向上移動。當端面齒脫離嚙合時，上刀體就和螺桿一同轉動，在設計螺桿時要注意螺距的選擇，而螺距的選擇是否合理非常重要，選擇適當以便當螺桿轉動一定角度時，使上刀體與下刀體的端面齒能夠完全脫離嚙合狀態。圖3.1為自動回轉刀架的傳動機構示意圖 圖3.1 自動回轉刀架的傳動結構示意圖1發信盤 2推力軸承 3螺桿螺母機構 4端面齒盤 5發靠圓盤 6三相異步電動機 7聯軸器 8蝸桿副 9反靠銷 10圓柱銷 11上蓋圓盤 12上刀體4 主要傳動部件的設計計算4.1 蝸桿副的設計計算自動回轉刀架

20、的動力源是三相異步電動機，其中蝸桿與電動機直聯，刀架轉位時蝸桿與上刀體直聯。已知電動機額定功率p1=90w，額定轉速n1=1440r/min，上刀體設計轉速n2=30r/min,則蝸桿副的傳動比i=1440/30=48。刀架從轉位到鎖緊時，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。4.1.1 蝸桿的選型gb/t10065-1998推薦采用阿基米德（za蝸桿）和錐面包絡蝸桿（zk蝸桿）。本設計采用阿基米德型圓柱蝸桿（za型）。4.1.2 蝸桿的材料刀架中的蝸桿副傳遞的功率不大，但蝸桿轉速較高，

21、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。4.1.3 按齒面接觸疲勞強度進行設計刀架中的蝸桿副采用閉式傳動，多因齒面脫離危險合或點蝕而失效。因此，在進行承載能力計算時，先按齒面接觸疲勞強度進行校核。按蝸輪接觸疲勞強度條件設計計算的公式為： (4.1)式中 蝸桿副的傳動中心距，單位為mm； k載荷系數； t2作用在蝸輪上的轉矩t2，單位為nmm； 彈性影響系數，單位為mp1/2； 接觸系數； 許用接觸應力，單位為mpa。從式（4.1）算出蝸桿副的中心距之后，根據已知的傳動比i=48,從附錄1中選擇一個合

22、適的中心距值，以及相應的蝸桿、蝸輪參數。（1） 確定作用在蝸桿上的轉矩t2設蝸桿頭數z1=1，蝸桿的傳動效率取=0.8。由電動機的額定功率p1=90w，可以算得蝸輪傳遞的功率p2=p1，再由蝸輪的輪轉速n2=30r/min求得作用在蝸輪上的轉矩：t2=9.55p2/n2=9.55p1/n2=9.55800.8/30nm20.373nm=20373nmm（2） 確定載荷系數k載荷系數k=kakkv。其中ka為使用系數，由附錄2查得，由于工作載荷不均勻，起動時沖擊較大，因此取ka=1.15；k為齒向載荷分布系數，因工作載荷在起動和停止時有變化，故取k=1.15；kv為動載系數，由于轉速不高、沖擊不

23、大，可取kv=1.05。剛載荷系數：k=kakkv=1.151.151.051.39（3） 確定彈性影響系數ze鑄錫磷青銅蝸輪與蝸桿相配時,從有關手冊查得彈性影響系數ze=160mpa1/2。（4） 確定接觸系數先假設蝸桿分度圓直徑d1和傳動中心距的比值d1/=0.35，從附錄3中可查得接觸系數=2.9。（5） 確定許用接觸應力根據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，可從附錄4中查得蝸輪的基本許用應力=268mpa。已知蝸桿為單頭，蝸輪每轉一轉時每個輪齒嚙合的次數j=1；蝸輪轉速n2=30r/min;蝸桿副的使用壽命lh=10000h。則應力循環次

24、數n=60jn2lh=6013010000=1.8107壽命系數：khn=0.929許用應力：=khn=0.929268mpa=249mpa（6） 計算中心距將以上各參數代入式（4.1），求得中心距：mm=46.2mm查附錄1，取中心距=50mm，已知蝸桿頭數z1=1，設模數m=1.6mm，得蝸桿分度圓直徑d1=20mm。為時d1/=0.4，由附錄3得接觸系數z=2.74。因為zz，所以上述計算結果可用。4.1.4 蝸桿和蝸輪的主要參數與幾何尺寸由蝸桿和蝸輪的基本尺寸和主要參數，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。（1） 蝸桿參數與尺寸頭數z1=1，模數m=1.6mm，軸向

25、齒距pa=m=5.027mm，軸向齒厚sa=0.5m=2.514mm，分度圓直徑d1=20mm，直徑系數q=d1/m=12.5，分度圓導程角=arctan(z1/q)=43426。取齒頂高系數 ha*=1，徑向間隙系數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。（2） 蝸輪參數與尺寸齒數z2=46，模數m=1.6mm，分度圓直徑d2=mz2=1.648mm=76.8mm，變位系數x2=-(d1+d2)/2/m=50-(20+76.8)/2/1.6=1蝸輪

26、喉圓直徑da2=d2+2m(ha*+x2)=76.8+21.6(1+1)mm=83.2mm蝸輪齒根圓直徑df2=d2-2m(ha*-x2+ c*)=76.8-21.6(1-1+0.2)mm=76.16mm蝸輪咽喉母圓半徑rg2=-da2/2=(50-83.2/2)mm=8.4mm（3） 校核蝸輪齒根彎曲疲勞強度即檢驗下式是否成立： =（1.53kt2/d1d2m）yfa2y (4.2)式中 蝸輪齒根彎曲應力，單位為mpa；yfa2蝸輪齒形系數；y螺旋角影響系數；蝸輪的許用彎曲應力，單位為mpa。由蝸桿頭數z1=1，傳動比i=48，可以算出蝸輪齒數z2=iz1=48。則蝸輪的當量齒數zv2=z2

27、/cos3=48.46根據蝸輪變位系數x2=1和當量齒數zv2=48.46，查附錄6，得齒形系數：yfa2=1.95螺旋角影響系數：y=1-/140=0.967根據蝸輪的材料和制造方法，查附錄5，可得蝸輪基本許用彎曲應力：=56mpa蝸輪的壽命系數：kfn=0.725蝸輪的許用彎曲應力：=kfn=560.725mpa=40.6mpa將以上參數代入（4.2），得蝸輪齒根彎曲應力：=1.950.967mpa33.2mpa可見,蝸輪齒根的彎曲強度滿足要求。4.2 蝸桿軸的設計4.2.1 蝸桿軸的材料選擇，確定許用應力考慮軸主要傳遞蝸輪的轉矩，為普通用途中小功率減速傳動裝置。選用45號鋼，正火處理，

28、。4.2.2 按扭轉強度初步估算軸的最小直徑 （4.3）扭轉切應力為脈動循環變應力，取抗彎截面系數取4.2.3 確定各軸段的直徑和長度根據各個零件在軸上的定位和裝拆方案確定軸的形狀，直徑和長度。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。圖4.1 軸的形狀，直徑和長度軸上有一個鍵槽，故槽徑增大5%。,圓整。所選軸承類型為深溝球軸承，型號為6203， ，。起固定作用，定位載荷高度可在（0.070.1）范圍內。，故取20mm。為蝸桿與蝸輪嚙合部分，故。，便于加工和安裝。為與軸承配合的軸段，查軸承寬度為12mm，端蓋寬度為10mm，則l1=22mm。尺寸長度與刀架體的設計有關，蝸桿

29、端面到刀架端面距離為65mm，故l2=43mm。為蝸桿部分長度，圓整取30mm。取55mm，在刀架體部分長度為（12+8）mm，伸出刀架部分通過聯軸器與電動機相連長度為50mm，故。兩軸承的中心跨度為128mm，軸的總長為220mm。4.2.4 蝸桿軸的校核作用在蝸桿軸上的圓周力 （4.4）其中，則 徑向力 切向力 圖4.2 軸向受力分析 求水平方向上的支承反力 圖4.3 水平方向支承力 求水平彎矩,并繪制彎矩圖圖4.4 水平彎矩圖求垂直方向的支承反力 （4.5） 查表得，其中， 圖4.5 垂直方向支承反力 求垂直方向彎矩，繪制彎矩圖圖4.6 垂直彎矩圖求合成彎矩圖，按最不利的情況考慮圖4.7

30、 合成彎矩圖計算危險軸的直徑 (4.6)查教材機械設計表16.3得，材料為調質的許用彎曲應力，則所以該軸符合要求。4.2.5 鍵的選取與校核考慮到，實際直徑為17mm，所以強度足夠，由gb1095-79查得，尺寸，的a型普通平鍵。按公式 （4.7）進行校核，。查表得，取則 該鍵符合要求。由普通平鍵標準查得軸槽深，轂槽深t。4.3 蝸輪軸的設計4.3.1 蝸輪軸材料的選擇，確定需用應力考慮到軸主要傳遞蝸輪轉矩，為普通中小功率減速傳動裝置，選用45號鋼，正火處理，查教材機械設計表16.3得彎曲許用應力和對稱循環應力狀態下的許用應力分別為，。 4.3.2 按扭轉強度，初步估計軸的最小直徑 （4.8）

31、查教材機械設計表16.3得，取45號調質鋼的許用彎曲應力，則由于軸的平均直徑為34mm，因此該軸安全。4.3.3 確定各軸段的直徑和長度根據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，即蝸輪輪芯為68mm。為蝸輪軸軸徑最小部分取34mm。軸段與上刀架體有螺紋聯接，牙形選梯形螺紋，根據表，取公稱直徑為，螺距，。查表得，外螺紋小徑為31mm，內、外螺紋中徑為38mm，內螺紋大徑為45mm，內螺紋小徑為32mm，旋合長度取55mm。尺寸長度為34mm，蝸輪齒寬 當時，取。4.4 中心軸的設計4.4.1 中心軸的材料選擇,確定許用應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

32、需校核軸的剛度即可。選用45號鋼，正火處理，查教材機械設計表16.3得彎曲許用應力和對稱循環應力狀態下的許用應力分別為，。4.4.2 確定各軸段的直徑和長度根據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，。與軸承配合，軸承類型為推力球軸承，型號為51203，所以。與軸承配合，軸承類型為推力球軸承，型號51204， ，。圖4.8 中心軸受力圖分配各軸段的長度，。4.4.3 軸的校核軸橫截面的慣性矩車床切削力f=2kn，e=210gpa因此yy中心軸滿足剛度條件。4.5 齒盤的設計4.5.1 齒盤的材料選擇和精度等級上下齒盤均選用45號鋼，淬火，180hbs，初選7級精度等級。4.5.

33、2 確定齒盤參數考慮齒盤主要用于精確定位和夾緊，齒形選用三角齒形，上下齒盤由于需相互嚙合，參數可相同，當蝸輪軸旋轉150時，上刀架上升5，齒盤的齒高取4，由 （4.9） 得算式 4=（21+0.25）。標準值，。求出,取標準值。故齒盤齒全高。取齒盤內圓直徑為120。外圓直徑為。齒頂高。齒根高。 齒數齒寬齒厚齒盤高為54.5.3 按接觸疲勞強度進行計算（1）確定有關計算參數和許用應力（2）取載荷系數（3）由教材機械設計表12.13得齒寬系數（4）由教材機械設計表12.12得材料的彈性影響系數，取，故。（5）由教材機械設計圖12.17（c）得，（6） =60241(830015)，=5.18107

34、（7）由教材機械設計第三章中的數據得接觸疲勞壽命系數 ，（8）計算接觸疲勞許用應力， 取安全系數，由教材機械設計式（12.11）得 按齒根抗彎強度設計由教材機械設計式（12.17）得抗彎強度的設計公式為 (4.10)確定公式內的各參數數值（1）由教材機械設計圖12.23（c）得抗彎疲勞強度極限（2）由教材機械設計中圖12.24得抗彎疲勞壽命系數,（3）由教材機械設計中圖12.21和圖12.22得（4）計算抗彎疲勞許用應力，取抗彎疲勞安全系數sf=1.4由教材機械設計中式（12.19）得（5）由教材機械設計中式（12.16）得彎曲疲勞強度驗算 故滿足彎曲疲勞強度要求4.6 軸承的選用滾動軸承是現

35、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，啟動容易等優點。并且常用的滾動軸承絕大多數已經標準化，因此使用滾動軸承時，只要根據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、調整、潤滑、密封等有關的“軸承裝置設計”問題。4.6.1 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，因此選用調心性能比較好的深溝球軸承。此類軸承可以同時承受徑向載荷及軸向載荷，安裝時可調整軸承的游隙。然后根據安裝尺寸和使用壽命選出軸承的型號為：62034.6.2 軸承的游隙及軸上零件的調配軸承的游隙

36、和欲緊時靠端蓋下的墊片來調整的，這樣比較方便。4.6.3 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，軸承內孔于軸的配合采用基孔制，即以軸承內孔的尺寸為基準；軸承外徑與外殼的配合采用基軸制，即以軸承的外徑尺寸為基準。4.6.4 滾動軸承的潤滑考慮到電動刀架工作時轉速很高，并且是不間斷工作，溫度也很高。故采用油潤滑，轉速越高，應采用粘度越低的潤滑油；載荷越大，應選用粘度越高的。4.6.5 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，并阻止潤滑劑流失而設置的。密封裝置可分為接觸式及非接觸式兩大類。唇形密封圈靠彎折了的橡膠的彈性力和附加的環行螺旋彈簧的

37、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；如果主要是為了防止外物浸入，密封唇應朝外。5 電氣控制部分設計5.1 硬件電路設計自動回轉刀架的電氣控制部分主要包括收信電路和發信電路兩大塊，如圖5.1所示。a)b)c)d)圖5.1 自動回轉刀架電氣控制原理圖a)發信盤上的霍爾元件 b)刀位信號的處理 c)刀架電動機正反轉控制 d)刀架電動機正反轉的實現5.1.1 收信電路圖a中發信盤上的4只霍爾開關（型號為ugn3120u），都有3個引腳，第1腳接+12v電源，第2腳接+12v地線，第3腳為輸出。轉位時刀臺帶動磁鐵旋轉，當磁鐵對準某一個

38、霍爾開關時，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，經過光電隔離的信號再送給i/o接口芯片8255的pc4pc7。5.1.2 發信號電路圖c刀架電動機正反轉控制電路，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90w，所以圖d中刀架電動機與380v交流電源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，以節省成本，降低故障率。圖c中，正轉繼電器的線圈ka1與反轉繼電器的一組常閉觸點串聯，而反轉繼電器的線圈ka2又與正轉繼電器的一組常閉觸點串聯，這樣就構成了正轉與反

39、轉的互鎖電路，以防控制系統失控時導致短路現象。當ka1或ka2的觸點接通380v電壓時，會產生較強的火花，并通過電網影響控制系統的正常工作，為此，在圖d中布置了3對r-c阻容用來滅弧，以抑制火花的產生。5.2控制軟件的設計在清楚了自動回轉刀架的機械結構和電氣控制電路后，就可以著手編制刀架自動回轉轉位的控制軟件了。對于四工位自動回轉刀架來說，它最多裝4把刀具，設計控制軟件的任務，就是選中任意一把刀具，讓其轉到工作位置。圖5.2表示讓1#刀轉到工作位置的程序流程，2#4#刀的轉位流程與1#刀相似。設控制系統的cpu為at89c51單片機，擴展8255芯片作為自動回轉刀架的收信與發信控制，已知825

40、5芯片的控制口地址為2ffh，則基于圖5.1和圖5.2的匯編程序清單如下：圖5.2 換1#刀的程序流程to1: mov dprt，#2fffh ；指向8255的pc口movx a，dotr ；讀取pc內容jnb acc.4，tend ；測試pc4=0？若是，則說明1#已在工作位置，程序轉到tendmov dptr，#2ffch ；指向8255的pa口地址movx a，dptr ；讀取pa口鎖存器內容clr acc.6 ；令pa6=0，刀架電動機正轉有效setb acc.7 ；令pa7=1，刀架電動機反轉無效movx dptr，a ；刀架電動機開始正轉call de20ms ；延時20msyt0

41、1：mov dptr，#2ffeh ；指向8255的pc口 movx a，dptr ；讀取pc口內容 jb acc.4，yt01 ；pc4=0嗎？即1#刀轉到工作位置了嗎？ 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口內容 jb acc.4，yt21 ；pc4=0？ mov dptr，#2ffch ；

42、指向pa口 movx a，dptr ；讀取pa口鎖存器內容 setb acc.6 ；令pa6=1，刀架電動機反轉無效 setb acc.7 ；令pa7=1，刀架電動機反轉無效 movx dptr，a ；刀架電動機停轉 call de150ms ；延時150ms clr acc.7 ；令pa7=0,刀架電動機反轉有效 setb acc.6 ；令pa6=1,刀架電動機正轉無效 mov dptr，a ；刀架電動機開始反轉 call delay ；延時設定的反轉鎖緊時間 setb acc.6 ；令pa6=1,刀架電動機反轉無效 setb acc.7 ；令pa7=1，刀架電動機反轉無效 movx dpt

43、r，a ；刀架電動機停轉tend: rel ；換1#刀結束結論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，充分發揮數控機床的效率，采用“工序集中”的原則，采用自動回轉刀架。通過對四工位刀架的設計，分別對其組成部分即機械總體結構、工作原理、主傳動部件以及電氣控制部分進行研究、改善。文中減速機構選用三相異步電機和蝸桿副，能獲的大的傳動比，保證傳動精度平穩，能實現整個裝置的小型化；考慮所受載荷和加工精度選取端面齒盤，在刀架抬起機構中釆用絲桿螺母機構。主傳動部件設計中蝸桿采用阿基米德型圓柱蝸桿，材料采用45鋼，渦輪用耐磨性大的鑄錫磷青銅zcusn10p1，

44、并通過假定參數對其疲勞強度進行設計，并依次算出蝸桿蝸輪的主要參數和尺寸，再通過查表計算確定了中心軸、齒盤、軸承等其他部件的型號、選材及其主要參數和尺寸。電氣部分分別對硬件和軟件進行設計。硬件電路設計中發信采用芯片8255的pa6、pa7控制正反轉，接收端采用霍爾元件控制其轉位，軟件設計cpu中釆用at89c51單片機，擴展8255芯片控制刀架的收信與發信，并編輯匯編程序控制刀架轉位。設計從經濟適用出發在材料選擇和參數選擇都做到優化選擇。克服老車床輔助加工時間長的缺點，提髙了工作效率，最后對自動回轉刀架出現的一些常規問題總結分析排除方法。致謝本論文的完成，首先要感謝我的母校徐州工程學院的辛勤培育

45、之思。其次要感謝我的指導老師給我的指導和幫助，幾個月來在指導老師的悉心指導與幫助下，才使我的論文得以順利完成。指導老師為論文課題的研究提出了許多指導性的意見，為論文的撰寫、修改提供了許多具體的指導和幫助。指導老師對事業的執著追求和不懈努力的精神，值得我永遠學習，他嚴謹治學、不斷探索的作風，給我留下了深刻的印象，使我受益匪淺，是我今后人生路上的最好榜樣，指導老師給我提供了良好的實驗設計環境和很好的意見。再次感謝在畢業設計中互相討論的同學，他們也給了很好的建議。由于作者水平有限，錯誤之處在所難免，懇請各位老師、同學給與批評和建議。最后，感謝所有曾經傳授給我知識、給予我幫助的老師、同學、朋友們，感謝他們的指導和關心謝謝大家！參考文獻1尹志強機電一體化系統設計課程設計指導書m 北京：機械工業出版社，2007：54-992王潤孝機床數控原理與系統m 甘肅：西北工業大學出版社，2004：64-753馮辛安機械制造裝備m 北京：機械工業出版社，2005：23-564劉紅文材料力學m 北京：高等教育出版社，1998：61-1115余仲裕數控機床維修m 北京：機械工業出版社，2002：52-816鄭文偉機械原理m 北京：高等教育出版社，1997：45-687張至豐金屬工藝學m 北京：機械工業出版社，2004：52-698張