设计任务
题目：数控车床自动回转刀架结构设计
任务：设计一台四工位立式回转刀架，适用于C616或C6132经济型数空车床。要求绘制自动回转刀架的机械结构图。推荐刀架所用电动机的额定功率为90W，额定转速1480r/min，换刀时要求刀架转动的速度为40r/min，减速装置的传动比为i=37。
总体结构设计
1、减速传动机构的设计
普通的三项异步电动机因转速太快，不能直接驱动刀架进行换刀，必须经过适当的减速。根据立式转位刀架的结构特点，采用蜗杆副减速时最佳选择。蜗杆副传动可以改变运动的方向，获得较大的传动比，保证传动精度和平稳性，并且具有自锁功能，还可以实现整个装置的小型化。
2、上刀体锁紧与精定位机构的设计
由于刀具直接安装在上刀体上，所以上刀体要承受全部的切削力，其锁紧与定位的精度将直接影响工件的加工精度。本设计上刀体的锁紧与定位机构选用端面齿盘，将上刀体和下刀体的配合面加工成梯形端面齿。当刀架处于锁紧状态时，上下端面齿相互啮合，这时上刀体不能绕刀架的中心轴旋转；换刀时电动机正转，抬起机构使上刀体抬起，等上下端面齿脱开后，上刀体才可以绕刀架中心轴转动，完成转位动作。
3、刀架抬起机构的设计
要想使上、下刀体的两个端面齿脱离，就必须设计适合的机构使上刀体抬起。本设计选用螺杆-螺母副，在上刀体内部加工出内螺纹，当电动机通过蜗杆-涡轮带动蜗杆绕中心轴转动时，作为螺母的上刀体要么转动，要么上下移动。当刀架处于锁紧状态时，上刀体与下刀体的端面齿相互啮合，因为这时上刀体不能与螺杆一起转动，所以螺杆的转动会使上刀体向上移动。当端面齿脱离啮合时，上刀体就与螺杆一起转动。
设计螺杆时要求选择适当的螺距，以便当螺杆转动一定的角度时，使得上刀梯与下刀体的端面齿能够完全脱离啮合状态。
下图为自动回转刀架的传动机构示意图，详细的装配图在一号图纸上。
三、自动回转刀架的工作原理
自动回转刀架的换刀流程如下图。
图上表示自动回转刀架在换刀过程中有关销的位置。其中上部的圆柱销2和下部的反靠销6起着重要作用。
当刀架处于锁紧状态时，两销的情况如图A所示，此时反靠销6落在圆盘7的十字槽内，上刀体4的端面齿和下刀体的端面齿处于啮合状态（上下端面齿在图中未画出）。
需要换刀时，控制系统发出刀架转位信号，三项异步电动机正向旋转，通过蜗杆副带动蜗杆正向转动，与螺杆配合的上刀体4逐渐抬起，上刀体4与下刀体之间的端面齿慢慢脱开；与此同时，上盖圆盘1也随着螺杆正向转动（上盖圆盘
1通过圆柱销与螺杆联接），当转过约时，上盖圆盘1直槽的另一端转到圆
柱销2的正上方，由于弹簧3的作用，圆柱销2落入直槽内，于是上盖圆盘1就通过圆柱销2使得上刀体4转动起来（此时端面齿已完全脱开）。
上盖圆盘1、圆柱销2以及上刀体4在正转的过程中，反靠销6能够从反靠圆盘7中十字槽的左侧斜坡滑出，而不影响上刀体4寻找刀位时的正向转动。
上刀体4带动磁铁转到需要的刀位时，发信盘上对应的霍尔元件输出低电平信号，控制系统收到后，立即控制刀架电动机反转，上盖圆盘1通过圆柱销2
带动上刀体4开始反转，反靠销6马上就会落入反靠圆盘7的十字槽内，至此，完成粗定位。此时，反靠销6从反靠圆盘7的十字槽内爬不上来，于是上刀体4停止转动，开始下降，而上盖圆盘1继续反转，其直槽的左侧斜坡将圆柱销2
的头部压入上刀体4的销空内，之后，上盖圆盘1是下表面开始与圆柱销2的头部滑动。再次期间，上、下刀体的端面齿逐渐啮合，实现精定位，经过设定的延时时间后，刀架电动机停转，整个换刀过程结束。
由于蜗杆副具有自锁功能，所以刀架可以稳定地工作。
蜗杆-涡轮减速销连接
图：自动回转刀架的换刀流程
1.3. 结构组成与动作循环 典型的数控转塔刀架一般有动力源（电极或油缸，液压马达）、机械传动机构、预分度机构、定位机构、锁紧机构、检测装置、接口电路、刀具安装台（刀盘）、动力刀座等组成。 数控转塔刀架的动作循环为： T指令（换刀指令）→刀盘放松（抬起）→转位→刀位检测→预分度→精确定位→刀具锁紧→结束，答复信号。 1.4. 技术性能与发展趋势 数控转塔刀架的技术发展很快，现正逐步形成标准定型产品。我国数控转塔刀架标准草案中所规定的主要技术性能如下： 1.4.1. 精度 定位精度要求高，一般要求工位目标位置重复定位精度在4"10" —，刀槽的工作位置定位精度在0.03-0.05mm。各种形位公差为0.020.03mm -。因此定位机构均采用精密多齿盘。先进工艺用浮硬齿面对研,重复定位精度可高达"1另外,刀盘加工趋向用淬火硬磨削,以获得刀槽精度的长期保持性及高的刚度。 1.4. 2. 运转性能 主要是转位时间和转位频率。先进水平一次转位周期0.3—ls,最快己达0.lS。分度频率为600—1000次/h 。 双向转位就近换刀(最短路程换刀)的结构正在开发应用,如双向滚子端面凸轮机构 , 可显著缩短换到周期。为了克服刀盘高速转位引起的惯性冲击,使用恰当的缓冲元件是其发展趋势。 1.4.3. 润滑与密封 目前趋向于开发能终生润滑的产品,即在使用全过程中,不需要用户再采取任何润滑措施。 因工作环境恶劣,对密封性能要求很高,通常规定在刀架体内棋道压力105pa气路 ,浸入装有防锈液的试验箱内,在规定时间内,不得有漏气现象。 1.4.4. 负载能力与刚度
数控转塔刀架的负载能力与刚度,除了与有关零件的尺寸、形状、结构等有关外 , 受刀盘锁紧力影响也很大。一般小型产品锁紧力为3 610N ? 10N左右,高性能产品可达4 以上。 对数控转塔刀架的静刚度目前尚无规范要求,有的企业标准已经提出测详见定, 但缺乏数据指示。对动刚度,动态性能,在生产实践中反映出其影响明显,但也无可靠数据指示提出,这些方面是今后研究开发中的重要方向。 1.4.5 可靠性方面 可靠性是产品性能的综合反映。对转塔刀架目前一般要求平均无故障时间(MTBF)为4 ?次以上,国内产品在设方面亟待提高。 210N 510N ?次,高级的已经达到4 1.5 现代典型数控转塔刀架的结构分析 1.5.1. 液压式 这类刀架用液压缸实现刀盘锁紧,低速大扭矩液压马达驱动刀盘转位。液压缸可获得很大的锁紧力,故刀架刚性很好。该机构适用于重负荷切削,且易双向转位就近换刀,大型数控车床应用较多。 近年已开发出将液压马达和滚珠式预分度机构合为一体的液压分度马达(Index Motor) 。可使刀架简化,重复定位精度可达" ±。刀盘加速时间仅为0.1S,有较好的应 0.1 用前景。 1.5. 2. 液压机械式 这类刀架用液压缸锁紧刀盘,转位和预分度则用点电机通过机械传动装置实现, 如槽轮机构。目前趋向采用动态性能较好的间歇凸轮转位机构。 1.5.3. 电动势 这类刀架以电机为动力源,使用方便,应用最多。主要形式有以下几种：（1）单面凸爪锁紧式 是我国自行开发的小型产品刀盘主轴上固联有单向凸爪离合器的右半。电机经蜗轮传动使主动凸爪(离合器左半)正向旋转,两个半离合器结合,两定位多齿盘觉分开啮合,刀盘转位。到位后反向旋转,刀盘转动被预分度机构的定位销阻止,由于凸爪斜面作用使离合器左右两半分离,使刀盘右移实现定位锁紧。 此形式结构紧凑,但锁紧力靠机构的弹性变形产生,调整较难,主轴刚度不宜大,适用于低速低载,如仪表及床上使用。 （2）双插销反靠式
目录 一、设计任务 (2) 二、总体结构设计 (2) 2.1 减速传动机构的设计 (2) 2.2上刀体锁紧与精定位机构的设计 (2) 2.3刀架抬起机构的设计 (3) 三、自动回转刀架的工作原理 (3) 四、主要传动部件的设计 (5) 4.1 蜗杆副的设计计算 (5) 4.1.1 蜗杆的选型 (6) 4.1.2 蜗杆副的材料 (6) 4.1.3 按齿面接触疲劳强度进行设计 (6) 4.1.4 蜗杆和涡轮的主要参数与几何尺寸 (9) 4.1.5 校核涡轮齿根弯曲疲劳强度 (9) 4.1.6 验算效率η (11) 4.2 螺杆的设计计算 (11) 五、电器控制部分的设计 (12) 5.1 硬件电路设计 (12) 5.1.1 收信电路 (12) 5.1.2 发信电路 (14) 5.2 控制软件设计 (17) 参考文献 (16)
一、设计任务 题目：数控车床自动回转刀架结构设计 任务：设计一台四工位立式回转刀架，适用于C616或C6132经济型数空车床。要求绘制自动回转刀架的机械结构图。推荐刀架所用电动机的额定功率为90W，额定转速1440r/min，换刀时要求刀架转动的速度为30r/min。 二、总体结构设计 2.1 减速传动机构的设计 普通的三项异步电动机因转速太快，不能直接驱动刀架进行换刀，必须经过适当的减速。根据立式转位刀架的结构特点，采用蜗杆副减速时最佳选择。蜗杆副传动可以改变运动的方向，获得较大的传动比，保证传动精度和平稳性，并且具有自锁功能，还可以实现整个装置的小型化。 2.2上刀体锁紧与精定位机构的设计 由于刀具直接安装在上刀体上，所以上刀体要承受全部的切削力，其锁紧与定位的精度将直接影响工件的加工精度。本设计上刀体的锁进玉定位机构选用端面齿盘，将上刀体和下刀体的配合面加工成梯形端面齿。当刀架处于锁紧状态时，上下端面齿相互啮合，这时上刀体不能绕刀架的中心轴旋转；换刀时
摘要 自动回转刀架是数控机床的重要组成部分，它有效地提高了劳动生产率，缩短了生产准备时间，消除人工误差提高加工精度和加工精度的一致性等。但是传统的普通车床换刀的速度慢、精度不高，生产效率低，不能适应现代化生产的需要。所以为了提高生产率、改善产品质量以及改善劳动条件必须对自动回转刀架进行改进。 本文对数控车床自动回转刀架的机电系统的相关内容进行分析，研究数控车床刀架的组成和工作原理，对普通机床的换刀装置进行改进，使该装置具有自动松开、转位、精密定位等功能。此次主要完成自动回转刀架的机械部分和电气部分的设计。机械部分为对其组成的各个机械部件进行计算与选用，电气部分为编制刀架自动转位控制软件。设计的数控換刀装置功能更强，换刀装置通过刀具快速自动定位，可以提高数控车床的效率，缩短加工时间；同时其可靠性更稳定，结抅简单。 关键词: 自动回转刀架，换刀装置，机电系统，电气控制
Design of automatic turret mechanical and electrical system of CNC lathes Abstract The automatic turret is an important part of CNC lathe. It improved labor productivity and shorten the production time, eliminate human error, the improvement of the machining accuracy and consistency of precision. Though conventional ordinary lathe tool change slowly, low accuracy, low productivity. It cannot adapt to the needs of modern production. Therefore, we must be improved the automatic turret in order to increase productivity, improve product quality and improve working. This rotary tool holder for CNC lathe electrical and mechanical systems related content study, study the composition and working principle of CNC lathes turret and improve the tool changerthe of general machine tools, so that the device has an automatic release, transfer, precision positioning and other functions. This time we should completion of the design of a utomatic turret’s the mechanical parts and electrical parts. Mechanical part is composed of various mechanical calculation and selection of parts, electrical parts is preparation of the turret automatically transfer of the control software, automatic indexing turret. Design of more powerful CNC tool changer, tool changer quickly through the automatic positioning tool can improve the efficiency of CNC lathes and shorten the processing time; while its reliability is more stable, the structure is simpler. Keywords: Automatic turret Tool changer Electro-Mechanical Systems Electrical control I
目录 1设计任务 (2) 2设计要求 (2) 2.1总体方案设计要求 (3) 2.2设计参数 (3) 2.3.其它要求 (5) 3进给伺服系统机械部分设计与计算 (5) 3.1进给系统机械结构改造设计 (5) 3.2进给伺服系统机械部分的计算与选型 (6) 3.2.1确定系统的脉冲当量 (6) 3.2.2纵向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核 (6) 3.2.3横向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核 (10) 4步进电动机的计算与选型 (13) 4.1步进电动机选用的基本原则 (13) 4.1.1步距角α (13) 4.1.2精度 (14) 4.1.3转矩 (14) 4.1.4启动频率 (14) 4.2步进电动机的选择 (14) 4.2.1 C6140纵向进给系统步进电机的确定 (14) 4.2.2 C6140横向进给系统步进电机的确定 (14) 5电动刀架的选择 (15) 6控制系统硬件电路设计 (15) 6.1控制系统的功能要求 (16) 6.2硬件电路的组成： (16) 6.3电路原理图 (16) 6.4主轴正反转与冷却泵启动梯形图.......................................... 错误！未定义书签。7总结 .. (18) 8参考文献 (18)
1设计任务 设计任务:将一台C6140卧式车床改造成经济型数控车床。 主要技术指标如下： 1) 床身最大加工直径460mm 2) 最大加工长度1150mm 3) X 方向（横向）的脉冲当量 mm/脉冲，Z 方向（纵向）脉冲 当量 mm/脉冲 4) X 方向最快移动速度v xmax =3100mm/min ，Z 方向为v zmax =6000mm/min 5) X 方向最快工进速度v xmaxf =370mm/min ，Z 方向为v zmaxf =730mm/min 6) X 方向定位精度±0.01mm ，Z 方向±0.02mm 7) 可以车削柱面、平面、锥面与球面等 8) 安装螺纹编码器，最大导程为25mm 9) 自动控制主轴的正转、反转与停止，并可以输注主轴有级变速与无极变 速信号 10) 自动控制冷却泵的起/停 11) 纵、横向安装限位开关 12) 数控系统可与PC 机串行通讯 13) 显示界面采用LED 数码管，编程采用相应数控代码 01.0=x δ02.0=z δ
目录 目录----------------------------------------------------------------1第1节自动回转刀架总体设计--------------------------------------------------------------2 1.1概述-----------------------------------------------------------2 1.2数控车床自动回转刀架的发展趋势--------------------------------------------------2 1.3自动回转刀架的工作原理-----------------------------------------3第2节主动传动部件的设计计算-----------------------------------------------------------5 2.1蜗杆副的设计计算------------------------------------------------5 2.2轴承的选用------------------------------------------------------7第3节刀架体的设计-------------------------------------------------8 第4节控制系统的选择-----------------------------------------------8 4.1单片机的工作原理------------------------------------------------9 4.2刀架控制流程图--------------------------------------------------10 第5节结论---------------------------------------------------------12 参考文献------------------------------------------------------------14
2013届机械设计制造及其自动化（数控）毕业设计（论文） 毕业设计（论文） 题目数控车床自动回转刀架的设计 1
目录 绪论 (1) 第一章数控车床回转刀架概述................................................................... 1矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。 1.1数控车床刀架的介绍 (1) 1.2数控车床刀架的分类 (1) 第二章回转刀架方案选择 (1) 2.1数控车床回转刀架的基本要求 (1) 2.2 立式数控回转刀架的结构特点 (2) 2.3刀架参数的确定 (3) 2.4动力源的选择及方案选择结果 (4) 第三章回转刀架的工作原理及过程 (5) 3.1电动刀架工作原理 (5) 3.2四方刀架的主要构成部分 (5) 第四章回转刀架的设计及计算 (6) 4.1夹紧力的计算 (6) 4.2最大切削扭矩 (7) 4.3单工位换刀时间 (7) 4.4定位精度 (9) 第五章主传动机构的设计和标准件的选取 (10) 5.1初拟传动方案 (10) 5.2选择步进电动机 (10) 5.3蜗轮蜗杆的设计 (10) 5.4中心轴强度校核 (11) 第六章刀架的电气设计 (16) 6.1刀架的电气控制 (16) 6.2回转刀架PLC控制 (17) 第七章总结 (20) 致谢 (20) 参考文献 (21)
2013届机械设计制造及其自动化（数控）毕业设计（论文） 数控车床自动回转刀架的设计 摘要数控机床为了能在工件一次装夹中完成多道甚至所有加工工序，以缩短辅助时间和减小多次安装工件所引起的误差，必须带有自动换刀装置。数控车床上的回转刀架就是一种最简单的自动换刀装置，这次设计的自动回转刀架具有转位快，定位精度高，切向扭矩大等特点，原理采用蜗杆传动，上下齿盘啮合，螺杆夹紧的工作原理。聞創沟燴鐺險爱氇谴净。 关键词: 数控车床回转刀架特点原理 绪论 毕业设计是培养学生实践的重要环节之一,它是在大学教学课程，机械课程设计，金工实习 3
图书分类号： 密级： 毕业设计(论文) 数控车床回转刀架的设计 THE DESIGN OF CNC LATHE ROTARY CUTTER 学生姓名王成 学院名称机电工程 专业名称机械设计制造与其自动化 指导教师毛瑞卿 2011年05月27日
徐州工程学院学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名：日期：年月日 徐州工程学院学位论文版权协议书 本人完全了解徐州工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归徐州工程学院所拥有。徐州工程学院有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。徐州工程学院可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 论文作者签名：导师签名： 日期：年月日日期：年月日
摘要 传统的普通车床换刀的速度慢、精度不高，生产效率低，不能适应现代化生产的需要。因此，本文对数控车床回转刀架的机电系统的相关内容进行研究，探索数控车床刀架的组成和工作原理，对普通机床的换刀装置进行改进，使一台四工位的立式自动回转刀架数控化，使该装置具有自动松开、转位、精密定位等功能。 本文主要完成数控车床回转刀架的机械部分和电气部分的设计。机械部分为其组成的各个机械部件进行计算与选用，电气部分为编制刀架自动转位控制软件。设计的数控換刀装置功能更强，换刀装置通过刀具快速自动定位，可以提高数控车床的效率，缩短加工时间；同时其可靠性更稳定，结抅简单。 关键词自动回转刀架；换刀装置；机电系统；电气控制
机电一体化 课程设计计算说明书题目：自动回转刀架设计 系： 专业： 学生姓名： 指导教师： 20**年 6 月21日
目录 第1节自动回转刀架总体设计 (1) 1.1概述 (1) 1.2数控车床自动回转刀架的发展趋势 (1) 1.3自动回转刀架的工作原理 (2) 第2节主要传动部件的设计计算 (4) 2.1 蜗杆副的设计计算 (4) 2.2 蜗杆轴的设计 (6) 2.3 蜗轮轴的设计 (12) 2.4 中心轴的设计 (13) 2.5 齿盘的设计 (14) 2.6 轴承的选用 (16) 第3节刀架体的设计 (17) 第4节结论 (18) 致谢 (19) 参考文献 (20)
第1节自动回转刀架总体设计 1.1 概述 数控车床的刀架是机床的重要组成部分。刀架用于夹持切削用的刀具，因此其结构直接影响机床的切削性能和切削效率。在一定程度上，刀架的结构和性能体现了机床的设计和制造技术水平。随着数控车床的不断发展，刀架结构形式也在不断翻新。其中按换刀方式的不同，数控车床的刀架系统主要有回转刀架、排式刀架和带刀库的自动换刀装置等多种形式。自1958年首次研制成功数控加工中心自动换刀装置以来，自动换刀装置的机械结构和控制方式不断得到改进和完善。自动换刀装置是加工中心的重要执行机构，它的形式多种多样，目前常见的有：回转刀架换刀，更换主轴头换刀以及带刀库的自动换刀系统。 初步了解了设计题目（电动刀架）及发展概况，设计背景，对刀架有了一些印象，对整理设计思路安排设计时间有很好的辅助作用。对一些参数的进行了解同时按准则要求来完成设计。 1.2 数控车床自动回转刀架的发展趋势 数控刀架的发展趋势是：随着数控车床的发展，数控刀架开始向快速换刀、电液组合驱动和伺服驱动方向发展。 目前国内数控刀架以电动为主，分为立式和卧式两种。主要用于简易数 控车床；卧式刀架有八、十、十二等工位，可正、反方向旋转，就近选刀， 用于全功能数控车床。另外卧式刀架还有液动刀架和伺服驱动刀架。电动刀 架是数控车床重要的传统结构，合理地选配电动刀架，并正确实施控制，能 够有效的提高劳动生产率，缩短生产准备时间，消除人为误差，提高加工精 度与加工精度的一致性等等。另外，加工工艺适应性和连续稳定的工作能力 也明显提高：尤其是在加工几何形状较复杂的零件时，除了控制系统能提供 相应的控制指令外，很重要的一点是数控车床需配备易于控制的电动刀架， 以便一次装夹所需的各种刀具，灵活方便地完成各种几何形状的加工。 数控刀架的市场分析：国产数控车床将向中高档发展，中档采用普及型数
设计任务 题目：数控车床自动回转刀架结构设计 任务：设计一台四工位立式回转刀架，适用于C616或C6132经济型数空车床。要求绘制自动回转刀架的机械结构图。推荐刀架所用电动机的额定功率为90W，额定转速1480r/min，换刀时要求刀架转动的速度为40r/min，减速装置的传动比为i=37。 总体结构设计 1、减速传动机构的设计 普通的三项异步电动机因转速太快，不能直接驱动刀架进行换刀，必须经过适当的减速。根据立式转位刀架的结构特点，采用蜗杆副减速时最佳选择。蜗杆副传动可以改变运动的方向，获得较大的传动比，保证传动精度和平稳性，并且具有自锁功能，还可以实现整个装置的小型化。 2、上刀体锁紧与精定位机构的设计 由于刀具直接安装在上刀体上，所以上刀体要承受全部的切削力，其锁紧与定位的精度将直接影响工件的加工精度。本设计上刀体的锁进玉定位机构选用端面齿盘，将上刀体和下刀体的配合面加工成梯形端面齿。当刀架处于锁紧状态时，上下端面齿相互啮合，这时上刀体不能绕刀架的中心轴旋转；换刀时电动机正转，抬起机构使上刀体抬起，等上下端面齿脱开后，上刀体才可以绕刀架中心轴转动，完成转位动作。 3、刀架抬起机构的设计 要想使上、下刀体的两个端面齿脱离，就必须设计适合的机构使上刀体抬起。本设计选用螺杆-螺母副，在上刀体内部加工出内螺纹，当电动机通过蜗杆-涡轮带动蜗杆绕中心轴转动时，作为螺母的上刀体要么转动，要么上下移动。当刀架处于锁紧状态时，上刀体与下刀体的端面齿相互啮合，因为这时上刀体不能与螺杆一起转动，所以螺杆的转动会使上刀体向上移动。当端面齿脱离啮合时，上刀体就与螺杆一起转动。 设计螺杆时要求选择适当的螺距，以便当螺杆转动一定的角度时，使得上刀梯与下刀体的端面齿能够完全脱离啮合状态。 下图为自动回转刀架的传动机构示意图，详细的装配图在一号图纸上。 三、自动回转刀架的工作原理 自动回转刀架的换刀流程如下图。 图上表示自动回转刀架在换刀过程中有关销的位置。其中上部的圆柱销2和下部的反靠销6起着重要作用。 当刀架处于锁紧状态时，两销的情况如图A所示，此时反靠销6落在圆盘7的十字槽内，上刀体4的端面齿和下刀体的端面齿处于啮合状态（上下端面齿在图中未画出）。 需要换刀时，控制系统发出刀架转位信号，三项异步电动机正向旋转，通过蜗杆副带动蜗杆正向转动，与螺杆配合的上刀体4逐渐抬起，上刀体4与下刀体之间的端面齿慢慢脱开；与此同时，上盖圆盘1也随着螺杆正向转动（上盖圆盘 1通过圆柱销与螺杆联接），当转过约时，上盖圆盘1直槽的另一端转到圆 柱销2的正上方，由于弹簧3的作用，圆柱销2落入直槽内，于是上盖圆盘1就通过圆柱销2使得上刀体4转动起来（此时端面齿已完全脱开）。
学号： 毕业设计说明书 G RADUATE D ESIGN 设计题目：数控车床结构设计 学生姓名 专业班级： 学院： 指导教师：
2007年6 月20 日 目录 摘要 ..................................................................................................................... １Abstract ........................................................................................ 错误！未定义书签。 1 绪论 (3) 1.1 前言 (3) 1.2 问题的提出 (4) 1.3 文献综述 (4) 1.3.1 国内外数控技术的发展概况 (4) 1.3.2 我国数控技术的发展趋势 (6) 1.4 本课题研究的目的及意义 (8) 2 数控车床的总体设计方案 ................................................... 错误！未定义书签。 2.1 数控车床的组成、布局和特点 .................................. 错误！未定义书签。 2.1.1 数控车床的结构组成 ....................................... 错误！未定义书签。 2.1.2 数控车床的布局 ............................................... 错误！未定义书签。 2.1.3 数控车床的特点 ............................................... 错误！未定义书签。 2.2 数控车床的设计方法和特点 ...................................... 错误！未定义书签。 2.2.1 数控车床的设计方法 ....................................... 错误！未定义书签。 2.2.2 设计方法的特点 ............................................... 错误！未定义书签。 2.2 数控车床的设计步骤 .................................................. 错误！未定义书签。 2.3.1 主要技术指标设计 ........................................... 错误！未定义书签。 2.3.2 总体方案设计 ................................................... 错误！未定义书签。 3 数控车床的具体设计 ........................................................... 错误！未定义书签。 3.1 床身的设计 .................................................................. 错误！未定义书签。 3.1.1床身的肋板布置和结构形状 .............................. 错误！未定义书签。 3.1.2床身的支撑 .......................................................... 错误！未定义书签。 3.1.3床身的材料 .......................................................... 错误！未定义书签。 3.2 工作台的设计 .............................................................. 错误！未定义书签。
数控车床自动回转刀架结构设计
设计任务 题目：数控车床自动回转刀架结构设计 任务：设计一台四工位立式回转刀架，适用于C616或C6132经济型数空车床。要求绘制自动回转刀架的机械结构图。推荐刀架所用电动机的额定功率为 90W，额定转速1480r/min，换刀时要求刀架转动的速度为40r/min，减速装置的传动比为i=37。 总体结构设计 1、减速传动机构的设计 普通的三项异步电动机因转速太快，不能直接驱动刀架进行换刀，必须经过适当的减速。根据立式转位刀架的结构特点，采用蜗杆副减速时最佳选择。蜗杆副传动可以改变运动的方向，获得较大的传动比，保证传动精度和平稳性，并且具有自锁功能，还可以实现整个装置的小型化。 2、上刀体锁紧与精定位机构的设计 由于刀具直接安装在上刀体上，所以上刀体要承受全部的切削力，其锁紧与定位的精度将直接影响工件的加工精度。本设计上刀体的锁紧与定位机构选用端面齿盘，将上刀体和下刀体的配合面加工成梯形端面齿。当刀架处于锁紧状态时，上下端面齿相互啮合，这时上刀体不能绕刀架的中心轴旋转；换刀时电动机正转，抬起机构使上刀体抬起，等上下端面齿脱开后，上刀体才可以绕刀架中心轴转动，完成转位动作。 3、刀架抬起机构的设计 要想使上、下刀体的两个端面齿脱离，就必须设计适合的机构使上刀体抬起。本设计选用螺杆-螺母副，在上刀体内部加工出内螺纹，当电动机通过蜗杆-涡轮带动蜗杆绕中心轴转动时，作为螺母的上刀体要么转动，要么上下移动。当刀架处于锁紧状态时，上刀体与下刀体的端面齿相互啮合，因为这时上刀体不能与螺杆一起转动，所以螺杆的转动会使上刀体向上移动。当端面齿脱离啮合时，上刀体就与螺杆一起转动。 设计螺杆时要求选择适当的螺距，以便当螺杆转动一定的角度时，使得上刀梯与下刀体的端面齿能够完全脱离啮合状态。 下图为自动回转刀架的传动机构示意图，详细的装配图在一号图纸上。 三、自动回转刀架的工作原理 自动回转刀架的换刀流程如下图。 图上表示自动回转刀架在换刀过程中有关销的位置。其中上部的圆柱销2和下部的反靠销6起着重要作用。 当刀架处于锁紧状态时，两销的情况如图A所示，此时反靠销6落在圆盘7的十字槽内，上刀体4的端面齿和下刀体的端面齿处于啮合状态（上下端面齿在图中未画出）。 需要换刀时，控制系统发出刀架转位信号，三项异步电动机正向旋转，通过蜗杆副带动蜗杆正向转动，与螺杆配合的上刀体4逐渐抬起，上刀体4与下刀体之间的端面齿慢慢脱开；与此同时，上盖圆盘1也随着螺杆正向转动（上盖 圆盘1通过圆柱销与螺杆联接），当转过约时，上盖圆盘1直槽的另一端转到圆柱销2的正上方，由于弹簧3的作用，圆柱销2落入直槽内，于是上盖圆
目录 1 数控车床的加工特点分析 (1) 1.1 数控车床的优点 (1) 1.2 数控车床加工特点 (1) 1.3 适合数控车床加工的零件 (2) 2 总体方案设计 (3) 2.1 主传动的组成部分 (4) 2.2 机床主要部件及其运动方式的选定 (5) 2.3 机床参数的拟定 (5) 2.4 各组成部件的特性与所应达到的要求 (8) 3 机床主传动设计 (10) 3.1 主要技术参数的确定 (10) 3.2 电动机的选择 (18) 3.3 齿轮传动的设计计算 (19) 3.4 轴的设计计算 (21) 4 横向进给系统的设计计算 (33) 4.1 滚珠丝杠螺母副的选择计算 (33) 4.2 步进电机的选择 (37) 5.1 绘制控制系统结构框图 (40) 5.2 选择中央处理单元（CPU）的类型 (41) 5.3 存储器扩展电路设计 (41) 5.４I/O接口电路及辅助电路设计 (42) 参考文献 (47) 致谢 (48) 附录 (49)
1 数控车床的加工特点分析 1.1 数控车床的优点 数控车床已越来越多的应用于现代制造业，并发挥出普通车床无法比拟的优势，数控车床主要有以下几优点： （1）传动链短，与普通车床相比主轴驱动不再是电机皮带齿轮副机构变速，而是采用横向和纵向进给分别由两台伺服电机驱动运动完成，不再使用挂轮、离合器等传统部件，传动链大大缩短。 （2）刚性高，为了与数控系统的高精度相匹配，数控车床的刚性高，以便适应高精度的加工要求。 （3）轻拖动，刀架（工作台）移动采用滚珠丝杠副，摩擦小，移动轻便。丝杠两端的支承式专用轴承，其压力角比普通轴承大，在出厂时便选配好；数控车床的润滑部分采用油雾自动润滑，这些措施都使得数控车床移动轻便。 1.2 数控车床加工特点 （1）自动化程度高，可以减轻操作者的体力劳动强度。数控加工过程是按输入的程序自动完成的，操作者只需起始对刀、装卸工件、更换刀具，在加工过程中，主要是观察和监督车床运行。但是，由于数控车床的技术含量高，操作者的脑力劳动相应提高。 （2）加工零件精度高、质量稳定。数控车床的定位精度和重复定位精度都很高，较容易保证一批零件尺寸的一致性，只要工艺设计和程序正确合理，加之精心操作，就可以保证零件获得较高的加工精度，也便于对加工过程实行质量控制。 （3）生产效率高。数控车床加工是能再一次装夹中加工多个加工表面，一般只检测首件，所以可以省区普通车床加工时的不少中间工序，如划线、尺寸检测等，减少了辅助时间，而且由于数控加工出的零件质量稳定，为后续工序带来方便，其综合效率明显提高。 （4）便于新产品研制和改型。数控加工一般不需要很多复杂的工艺装备，通过编制加工程序就可把形状复杂和精度要求较高的零件加工出来，当产品改型，更改设计时，只要改变程序，而不需要重新设计工装。所以，数控加工能大大缩短产品研制周期，为新产品的研制开发、产品的改进、改型提供了捷径。 （5）可向更高级的制造系统发展。数控车床及其加工技术是计算机辅助制造的基础。
哈尔滨理工大学课程设计说明书 设计题目：数控车床自动回转刀架结构 设计 班级： 学号： 姓名： 指导老师： 日期： 设计任务 题目：数控车床自动回转刀架结构设计 任务：设计一台四工位立式回转刀架，适用于C616或C6132经济型数空车床。要求绘制自动回转刀架的机械结构图。推荐刀架所用电动机的额定功率为 90W，额定转速1480r/min，换刀时要求刀架转动的速度为40r/min，减速装置的传动比为i=37。 总体结构设计 1、减速传动机构的设计 普通的三项异步电动机因转速太快，不能直接驱动刀架进行换刀，必须经过适当的减速。根据立式转位刀架的结构特点，采用蜗杆副减速时最佳选择。蜗杆副传动可以改变运动的方向，获得较大的传动比，保证传动精度和平稳性，并且具有自锁功能，还可以实现整个装置的小型化。 2、上刀体锁紧与精定位机构的设计 由于刀具直接安装在上刀体上，所以上刀体要承受全部的切削力，其锁紧与定位的精度将直接影响工件的加工精度。本设计上刀体的锁进玉定位机构选用端面齿盘，将上刀体和下刀体的配合面加工成梯形端面齿。当刀架处于锁紧状态时，上下端面齿相互啮合，这时上刀体不能绕刀架的中心轴旋转；换刀时电动机正转，抬起机构使上刀体抬起，等上下端面齿脱开后，上刀体才可以绕刀架中心轴转动，完成转位动作。 3、刀架抬起机构的设计 要想使上、下刀体的两个端面齿脱离，就必须设计适合的机构使上刀体抬起。本设计选用螺杆-螺母副，在上刀体内部加工出内螺纹，当电动机通过蜗杆-涡轮带动蜗杆绕中心轴转动时，作为螺母的上刀体要么转动，要么上下移动。当刀架处于锁紧状态时，上刀体与下刀体的端面齿相互啮合，因为这时上刀体不能与螺杆一起转动，所以螺杆的
中型卧式车床主轴箱传动系统结构设计开题报告重庆大学网络教育学院 学生毕业设计(论文)开题报告 一、课题的目的及意义(含国内外的研究现状分析): 课题研究的目的: 本课题是以数控车床为研究目标，从其主轴箱及主传动系统结构入手，对其系统结构设计、结构组成分析、分级变速分析、传动件的计算分析的几个方面进行研究。为优化传动系统结构和改善传动系统的精度及稳定特性提供必要的理论依据通过本课题的研究，使数控机床结构更加紧凑，性能更加优越，生产加工更加精密。 国内外相关研究现状和发展趋向 (一)国内外数控机床现状: 近年来我国企业的数控机床占有率逐年上升，在大中企业已有较多的使用，在中小企业甚至个体企业中也普遍开始使用。在这些数控机床中，除少量机床以FMS 模式集成使用外，大都处于单机运行状态，并且相当部分处于使用效率不高，管理方式落后的状态。 与国外的数控机床相比，我国数控机床还存在以下几方面的问题: 产品质量、可靠性及服务等能力不强。国产机床在质量、交货期和服务等方面与国外著名品牌相比存在较大的差距。在质量方面，国产数控系统的可靠性指标MTBF与国际先进数控系统相差较大。国产数控车床、加工中心的MTBF与国际上先进水平也有较大差距。在交货期方面，绝大多数企业由于任务重拖期交货。服务体系不健全，在市场开拓、成套技术服务、快速反应能力等方面不能满足市场快节奏和个性化的要求。
自主创新能力不足。长期以来，我国机床制造业的基础、共性技术研究工作主要在行业性的研究院所进行。能力薄弱，技术创新投入不足，引进消化吸收能力差，低水平生产能力过剩，自主创新能力不高，缺乏优秀技术人才。虽然国产数控机床制造商通过技术引进、海内外并购重 1 组以及国外采购等获得了一些先进数控技术，但缺乏对基础共性技术的研究，忽视了自主开发能力的培育，企业的市场响应速度慢。 功能部件发展滞后。机床是由各种功能部件(主轴单元及主轴头、滚珠丝杠副、回转工作台和数控伺服系统等)在床身、立柱等基础机架上集装而成的，功能部件是数控机床的重要组成部分。数控机床整体技术与数控机床功能部件的发展是相互依赖、共同发展的，所以功能部件的创新也深深地影响着数控机床的发展。我国数控机床功能部件已有一定规模，电主轴、主轴单元、数控系统等也有专门的制造厂家，其中个别产品的制造水平接近国际先进水平。但整体上，我国机床功能部件发展缓慢、品种少、产业化程度低，精度指标和性能指标的综合情况还不过硬。目前，滚珠丝杠、数控刀架、电主轴等功能部件仅能满足中低档数控机床的配套需要。衡量数控机床水平的高档数控系统、高速精密电主轴、高速滚动功能部件等还依赖进口。 (二)数控机床发展趋势: 高速、精密、复合、智能和绿色是数控机床技术发展的总趋势。主要表现在: ;被更多人接受，1. 机床复合技术进一步扩展随着数控机床技术进步，复合加工技术日趋成熟复合加工机床发展正呈现多样化的态势。 2.智能化技术有新突破数控机床的智能化技术有新的突破，在数控系统的性能上得到了较多体现。
目录 设计任务 (1) 总体结构设计 (2) 自动回转刀架的工作原理 (2) 主要传动部件的设计 (3) 电器控制部分的设计 (13) 参考文献 (20)
一、设计任务 题目：数控车床自动刀架PLC控制系统设计 任务：设计一台四工位立式回转刀架，适用于CA6132数控车床。要求绘制自动回转刀架的机械结构图。推荐刀架所用电动机的额定功率为90W，额定转速1440r/min，换刀时要求刀架转动的速度为20r/min。 二、总体结构设计 1、减速传动机构的设计 普通的三项异步电动机因转速太快，不能直接驱动刀架进行换刀，必须经过适当的减速。根据立式转位刀架的结构特点，采用蜗杆副减速时最佳选择。蜗杆副传动可以改变运动的方向，获得较大的传动比，保证传动精度和平稳性，并且具有自锁功能，还可以实现整个装置的小型化。 2、上刀体锁紧与精定位机构的设计 由于刀具直接安装在上刀体上，所以上刀体要承受全部的切削力，其锁紧与定位的精度将直接影响工件的加工精度。本设计上刀体的锁进玉定位机构选用端面齿盘，将上刀体和下刀体的配合面加工成梯形端面齿。当刀架处于锁紧状态时，上下端面齿相互啮合，这时上刀体不能绕刀架的中心轴旋转；换刀时电动机正转，抬起机构使上刀体抬起，等上下端面齿脱开后，上刀体才可以绕刀架中心轴转动，完成转位动作。 3、刀架抬起机构的设计 要想使上、下刀体的两个端面齿脱离，就必须设计适合的机构使上刀体抬起。本设计选用螺杆-螺母副，在上刀体内部加工出内螺纹，当电动机通过蜗杆-涡轮带动蜗杆绕中心轴转动时，作为螺母的上刀体要么转动，要么上下移动。当刀架处于锁紧状态时，上刀体与下刀体的端面齿相互啮合，因为这时上刀体不能与螺杆一起转动，所以螺杆的转动会使上刀体向上移动。当端面齿脱离啮合时，上刀体就与螺杆一起转动。 设计螺杆时要求选择适当的螺距，以便当螺杆转动一定的角度时，使得上刀梯与下刀体的端面齿能够完全脱离啮合状态。
第1节自动回转刀架总体设计 1.1 概述 数控车床的刀架是机床的重要组成部分。刀架用于夹持切削用的刀具，因此其结构直接影响机床的切削性能和切削效率。在一定程度上，刀架的结构和性能体现了机床的设计和制造技术水平。随着数控车床的不断发展，刀架结构形式也在不断翻新。其中按换刀方式的不同，数控车床的刀架系统主要有回转刀架、排式刀架和带刀库的自动换刀装置等多种形式。自1958年首次研制成功数控加工中心自动换刀装置以来，自动换刀装置的机械结构和控制方式不断得到改进和完善。自动换刀装置是加工中心的重要执行机构，它的形式多种多样，目前常见的有：回转刀架换刀，更换主轴头换刀以及带刀库的自动换刀系统。 初步了解了设计题目（电动刀架）及发展概况，设计背景，对刀架有了一些印象，对整理设计思路安排设计时间有很好的辅助作用。对一些参数的进行了解同时按准则要求来完成设计。 1.2 数控车床自动回转刀架的发展趋势 数控刀架的发展趋势是：随着数控车床的发展，数控刀架开始向快速换刀、电液组合驱动和伺服驱动方向发展。 目前国内数控刀架以电动为主，分为立式和卧式两种。主要用于简易数 控车床；卧式刀架有八、十、十二等工位，可正、反方向旋转，就近选刀， 用于全功能数控车床。另外卧式刀架还有液动刀架和伺服驱动刀架。电动刀 架是数控车床重要的传统结构，合理地选配电动刀架，并正确实施控制，能 够有效的提高劳动生产率，缩短生产准备时间，消除人为误差，提高加工精 度与加工精度的一致性等等。另外，加工工艺适应性和连续稳定的工作能力 也明显提高：尤其是在加工几何形状较复杂的零件时，除了控制系统能提供 相应的控制指令外，很重要的一点是数控车床需配备易于控制的电动刀架， 以便一次装夹所需的各种刀具，灵活方便地完成各种几何形状的加工。 数控刀架的市场分析：国产数控车床将向中高档发展，中档采用普及型数
目录 1绪论 (2) 2自动回转刀架的工作原理 (3) 3 总体结构设计 (6) 3.1 减速机构的设计 (6) 3.2 上刀体锁紧与精定位机构的设计 (6) 3.3 刀架抬起机构的设计 (6) 4主要传动部件的设计计算 (8) 4.1 蜗杆副的设计计算 (8) 4.2 蜗杆轴的设计 (11) 4.3 蜗轮轴的设计 (17) 4.4 中心轴的设计 (18) 5 结论 (19) 参考文献 (23)
1 绪论 数控车床上使用的自动回转刀架是一种最简单的换刀装置，自动回转刀架是在一 定的空间范围内，能执行自动松开、转位、精密定位等一系列动作的一种机构。 本次课程设计中，主要进行了减速机构的设计，上刀体锁紧与精定位机构的设计，刀架抬起机构的设计，蜗杆副的设计计算，蜗杆轴的设计等部分。对数控机床回转刀架有了更深层次的了解。 自动回转刀架是在一定的空间范围内能执行自动松开、转位以及精密定位等一系列动作的一种机构。使用这种新的经济型数控系统功能更强，可靠性更稳定，功率增大，结构简单，维修方便。为了能在工件的一次装夹中完成多个工序加工，缩短加工辅助时间，减少多次安装所引起的加工误差，充分发挥数控机床的效率，采用“工序集中”的原则，采用自动回转刀架。自动回转刀架在结构上必须具有良好的强度和刚性，以承受粗加工时的切削抗力，为了保证转位之后具有髙的重复定位精度，自动回转刀架还需要选择可靠的定位方案和合理的定位结构。
2 自动回转刀架的工作原理 图2.1自动回转刀架的换刀流程 自动回转刀架的换刀流程如下：首先，刀架电动机正转，通过涡轮蜗杆减速，蜗杆正转，通过销连接，上盖圆盘旋转，继而端面齿错开。同时，上刀架抬起，然后上刀体旋转。霍尔元件触发后，刀架电动机反转。通过涡轮蜗杆减速，使螺杆反转，上刀体下降，粗定位。然后精定位。延时锁紧后电动机反转。