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数控车床回转刀架系统设计.doc

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数控车床回转刀架系统设计.doc

1陕西航空职业技术学院毕业设计(论文)说明书机电工程系机电一体化专业毕业设计(论文)题目数控车床回转刀架系统设计学生姓名学号指导教师职称年月日2毕业设计(论文)任务书机电工程系机电一体化专业学生姓名学号一、毕业设计(论文)题目数控机床回转刀架机电系统设计二、毕业设计(论文)时间09年1月5日至09年6月三、毕业设计(论文)地点陕西航空职业技术学院四、毕业设计(论文)的内容要求1.设计任务题目2.数控车床回转刀架总体结构设计3.主要传动部件的计算4.电气控制部分设计5.典型零件数控加工程序的编制6.结论7.参考文献指导教师09年1月5日批准年月日3摘要数控车床为了能在工件的一次装夹中完成多工序加工,缩短辅助时间,减少多次安装所引起的加工误差,必须带有自动回转刀架。根据装刀数量的不同,自动回转刀架分有四工位六工位和八工位等多种形式。根据安装方式的不同,自动回转刀架可分为立式和卧式两种。根据机械定位方式的不同,自动回转刀架又可分为端齿盘定位型和三齿盘定位型等。其中断齿盘定位型换刀时刀架需抬起,换刀速度较慢且密封性较差,但其结构较简单。三齿盘定位型又叫免抬型,其特点是换刀时刀架不抬起,因此换刀时速度快且密封性好,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。为了保证转位具有高的重复定位精度,自动回转刀架还要选择可靠的定位方案和合理的定位结构。自动回转刀架自动换刀时由控制系统和驱动电路来实现。图为六工位卧式自动回转刀架4目录一毕业设计的背景及目的51.1毕业设计的背景及目的51.2国内外数控车床的研究状况和成果6二设计任务题目8三总体结构设计93.1数控车床刀架总体方案设计93.2车床刀架的工作原理113.3车床刀架的功能,类型和应满足的要求123.4数控车床刀架总体方案设计与选择13四主要传动部件的计算144.1蜗杆副的设计计算144.2蜗杆的设计计算154.3刀架主轴的结构设计计算17五电气控制部分设计205.1.C616数控车床电气控制205.2典型零件的数控编程26六结论33七致谢34八参考文献355一毕业设计的背景及目的1.1毕业设计的背景及目的制造业是一个国家或地区经济发展的重要支柱,其发展水平标志着该国或地区经济的实力,科技水平,生活水准和国防实力。国际市场的竞争归根到底是各国制造生产能力及机械制造装备的竞争。随着机械制造生产模式的演变,对机械制造装备提出了不同的要求.在50年代刚性生产模式下,通过提高效率,自动化程度,进行单一或少品种的大批量生产,以规模经济实现降低成本和提高质量的目的。在70年代主要通过改善生产过程管理来进一步提高产品质量和降低成本。在80年代,较多地采用数控机床,机器人,柔性制造单元和系统等高技术的集成来满足产品个性化和多样化的要求,以满足社会各消费群体的不同要求。从90年代开始,为了对世界生产进行快速响应,逐步实现社会制造资源的快速集成,要求机械制造装备的柔性化程度更高,采用拟实制造和快速成形制造技术。工业发达国家都非常注重机械制造业的发展,为了用先进技术和工艺装备制造业,机械制造装备工业得到先发展。对比之下,我国目前机械制造业的装备水平还比较落后,表现在大部分工厂的机械制造装备基本上是通用机床加专用工艺装备,数控机床在机械制造装备中的比重还非常低,导致刚性强,更新产品速度慢,生产批量不宜太小,生产品种不宜过多自动化程度基本上还是一个工人,一把刀,一台机床,导致劳动生产率低下,产品质量不稳定。因此,要缩小我国同工业发达国家的差距,我们必须在机械制造装备方面大下功夫,其中最重要的一个方面就是增加数控机床在机械制造装备中的比重。通过这次毕业设计,可以达到以下目的1,培养综合运用专业基础知识和专业技能来解决工程实际问题的能力2,强化工程实践能力和意识,提高本人综合素质和创新能力3,使本人受到从事本专业工程技术和科学研究工作的基6本训练,提高工程绘图、计算、数据处理、外文资料文献阅读、使用计算机、使用文献资和手册、文字表达等各方面的能力4,培养正确的设计思想和工程经济观点,理论联系实际的工作作风,严肃认真的科学态度以及积极向上的团队合作精神。1.2国内外数控车床的研究状况和成果1949年帕森公司正式接受美国空军委托,在麻省理工学院伺服机构试验室的协助下,开始从事数控机床的研制工作。经过三年时间的研究,于1952年试制成功世界第一台数控机床试验性样机,这是一台采用脉冲乘法器原理的直线插补三坐标连续控制铣床,这便是数控机床的第一代。1953年,美国空军与麻省理工学院协作,开始从事计算机自动编程的研究,这就是创制APTAutomaticallyProgrammedTools自动编程系统的开始。1955年,美国空军花费巨额经费订购了大约100台数控机床,此后两年,数控机床在美国进入迅速发展阶段,市场上出现了商品化数控机床。1958年,美国克耐杜列克公司KeaneyTreckerCo.在世界上首先研制成功带自动换刀装置的数控机床,称为加工中心。1959年,计算机行业研制出晶体管元器件,因而数控装置中广泛采用晶体管和印制电路板,从而跨入第二代数控时代。同时美国航空工业协会AIA和麻省理工学院发展了APT程序语言。1960年以后,点位控制机床在美国得到迅速发展,数控技术不仅在机床上得到实际应用,而且逐步推广到冲压机、绕线机、焊接机、火焰切割机、包装机和坐标测量机等,在程序编制方面,已由手工编程逐步发展到采用计算机自动编程。除了APT数控语言外,又发展了许多自动骗程语言。从1960年开始,德国,日本等先进工业国家都陆续开发,生产及使用了数控机床,1965年,出现了小规模集成电路。由于它体积小,功耗低,使用数控系统的可靠性得以进一步提高,数控系统发展到第三代。1967年,英国首先把几台数控机床联接成具有柔性的加工系统,这就是最初的FMSFlexibleManufacturingSystem,柔性制造系统。之后美、欧、日也相继7进行开发与应用。1970年前后,美国英特尔公司开发和使用了微处理器。1974年美、日等国首先研制出以微处理器为核心的数控系统。近20年来,微处理机数控系统的搂控机床得到飞速发展和广泛应用,这就是第五代数控系统MNC。20世80年代初,国际上又出现了柔性制造单元FMCFleibieManufacturingCell。我国从1958年开始研究数控机床,一直到20世纪60年代中期还处于研制,开发时期。当时一些高等院校、科研单位研制出试验样机是从电子管起步的。1965年国内开始研制晶体管数控系统。20世纪60年代末至70年代初研制成了劈锥数控铣床,数控非圆齿轮插齿机。CIL18晶体管数控系统及Z53K1G立式数控铣床。从20世纪70年代开始,数控技术在车、铣、镗、磨、齿轮加工、电加工等领域全面展开,数控加工中心在上海,北京研制成功。但由于电子元器件的质量和制造工艺水平差,致使数控系统的可靠性,稳定性末行到解决,因此末能广泛推广。20世纪80年代,我国从昌本发那科公司引进了3、5、6、7等系列的数控系统和直流伺服电机,直流主轴电机等制造技术,以及引进美国GE公司的MCI系统和交流伺服系统,德国西门子VS系列可控硅调速装置,并进行了商品化生产.这些系统可靠性高,功能齐全。与此同时,还自行开发了3、4、5轴联动的数控系统以及双电机驱动的同步数控系统用于火焰切割机和新品种的伺服电机,推动了我国数控机床稳定发展,使我国数控机床在性能和质量上产生了一个质的飞跃。1985年,我国数控机床的品种有了新的发展。数控机床品种不断增多,规格齐全。许多技术复杂的大型数控机床,重型数控机床都相继研制出来。为了跟踪国外现代制造技术的发展,北京机床研究所研制出了JCSFMS1型和2型的柔性制造单元和柔性制造系统。这个时期,我国在引进,消化国外技术的基础上,进行了大量开发工作。一些较高档次的数控系统5轴联动,分辨率为0.02m的高8精度数控系统,数字仿型数控系统为柔性单元配套的数控系统都开发出来了,并造出样机。我国的数控技术经过六五、七五、八五、到九五的近20年的发展,基本上掌握了关键技术,建立了数控开发生产基地,培养了一批数控人才,初步形成了自己的数控产业。十五攻关开发的成果华中号、中华号、航天号和蓝天号4种基本系统建立了具有中国自主版机的数控技术平台。具有中国特色济型数控系统经过这些年来的发展,有了较大的提高。它们逐渐被用户认可,在市场上站住了脚。目前我国数控机床生产厂有100多家,生产数控机床配套产品的企业有300余家,产品品种包括八大类2000种以上。目前已新开发出数控系统80余种,分为3种型级,即经济型、普及型和高级型。九五期间数控机床发展已进入实现产业化阶段,数控机床新开发品种300余种,已有一定的覆盖面。新开发的国产数控机床产品大部分达到期际上20世纪80年代中期水平部分达到90年代水平,为国家重点建设提供了一批高水平数控机床。二.设计任务题目任务设计一台六工位的卧式自动回转刀架如图(21),适用于C616或C6132经济型数控车床。要求绘制自动回转刀架的机械结构图,设计控制刀架自动转位的硬件电路编写刀架的控制软件。推荐刀架所用电动机的额定功率为90W,额定转速为1440r/min,换刀时要求刀架转动的速度为30r/min.921上图为六工位卧式自动换刀刀架的外型三.总体结构设计.3.1数控车床刀架总体方案设计3.1.1减速传动机构的设计普通的三相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,采用蜗杆副减速是最佳选择。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。3.1.2.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,上下端面齿相互咬合,这时上刀体不能绕刀架的中心轴转动换刀时电动机正传,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。3.1.3.刀架抬起机构的设计要想使上。下刀体的两个端面齿脱离,就必须设计合适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咬合,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。当端面齿脱离咬合时,上刀体就与螺杆一同转动。设计螺杆时要求选择适当的螺距,以便当螺杆转动一定角度时,使得上刀体与下刀体的端面齿能够完全脱离咬合状态。

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