CK6140车床六工位回转刀架系统设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985毕业设计（论文）题目CK6140车床刀架系统设计作者学院专业学号指导教师买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985毕业设计（论文）任务书机电工程学院机械设计制造及其自动化系（教研室）系（教研室）主任（签名）年1月30日学生姓名学号专业机械设计制造及其自动化1设计（论文）题目及专题CK6140车床刀架系统设计2学生设计（论文）时间自2015年1月30日开始至2015年5月25日止3设计（论文）所用资源和参考资料上一学期所搜集的相关文献资料；相关教材及机械设计、工艺手册；要求熟练使用AUTOCAD、PRO/E绘图软件。4设计（论文）应完成的主要内容分析确定CK6140车床刀架系统的整体传动方案；刀架系统结构的总体方案设计；零部件的校核与设计相关的计算；装配图的设计、零件工作图的设计；本设计的优缺点分析；典型零件加工工艺及图形交互式（CAD/CAM）或手工数控程序编制；编写设计说明书；5提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求零件图、装配图（PRO/E或AUTOCAD完成），折合0号图25张；编写的设计说明书不少于40页；课题相关论文的翻译（英译中，不少于2000字）一篇；典型零件的数控加工程序；46发题时间2014年1月30日指导教师（签名）学生（签名）买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985毕业设计（论文）指导人评语主要对学生毕业设计（论文）的工作态度，研究内容与方法，工作量，文献应用，创新性，实用性，科学性，文本（图纸）规范程度，存在的不足等进行综合评价指导人（签名）年月日指导人评定成绩买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985毕业设计（论文）评阅人评语主要对学生毕业设计（论文）的文本格式、图纸规范程度，工作量，研究内容与方法，实用性与科学性，结论和存在的不足等进行综合评价评阅人（签名）年月日评阅人评定成绩买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985毕业设计（论文）答辩记录日期学生学号班级题目提交毕业设计（论文）答辩委员会下列材料1设计（论文）说明书共页2设计（论文）图纸共页3指导人、评阅人评语共页毕业设计（论文）答辩委员会评语主要对学生毕业设计（论文）的研究思路，设计（论文）质量，文本图纸规范程度和对设计（论文）的介绍，回答问题情况等进行综合评价答辩委员会主任（签名）委员（签名）（签名）（签名）（签名）答辩成绩总评成绩买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985摘要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，其结构直接影响机床的切削性能和切削效率。因此数控车床的刀架设计的好与坏、效率的高与低将直接影响到产品的加工时间和质量，进而影响到制造业的飞速发展。CK6140型数控车床是经济型数控车床，进给系统为交流伺服驱动，适用于轴类及盘类零件的加工，能自动完成对零件的内外圆柱面、端面。任意锥面及螺纹切削等工序的连续加工，尤其对台阶轴或带有锥面、圆弧面等表面复杂的零件的加工更能显示其优越性，对多品种批量零件的轮番加工具有较高的生产效率。本课题为CK6140六工位回转刀架系统设计，该刀架能够在一次装夹中完成多道工序，使加工范围扩大，大大提高了加工精度和生产效率。关键词数控车床；零件加工；刀架设计买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985ABSTRACTCNCLATHESTOOLCARRIERISANIMPORTANTPARTOFMACHINEKNIFEUSEDFORCUTTINGTOOLCLAMPING,ITSSTRUCTUREDIRECTLYAFFECTTHEEFFICIENCYOFMACHINETOOLS,CUTTINGANDCUTTINGTHEREFORE,CNCLATHETURRETDESIGNISGOODORBAD,HIGHEFFICIENCYORLOWWILLHAVEADIRECTIMPACTONPROCESSINGTIMEANDQUANTITYOFTHEPRODUCT,THEREBYAFFECTINGTHERAPIDDEVELOPMENTOFMANUFACTURERINGSECTORCNCLATHECK6140ISATYPEOFECONOMICALLATHEITSFEEDSYSTEMISINTERCOURSESERVOSYSTEMITSSUITTOMACHINESOMEPARTSLIKEAXISANDPLATEANDITCANMACHINESINSIDEANDOUTSIDESURFACESOFCYLINDERSIDESURFACE、ARBITRARILYOFCONEANFWHORLCUTTINGCONSISTENTLY,ESPECIALLYITSMORESUITTOMACHINESTEPAXIS、ROUNDNESS、CAMBEREDSURFACEANDMOREPARTSWITHCOMPLICATESURFACELIKETHISCANSHOWITSSUPERIORITYITHASAHIGHEFFICIENCYTOMACHINEVARIOUSBATCHOFPARTSREPETITIVELYTHESUBJECTISCK6140TOOLTURRETSIXHEADSSYSTEMDESIGNITCANCOMPLETESEVERALPROCESSESINASINGLECLAMPINGTOEXPANDTHERANGEOFPROCESSINGANFGREATLYIMPROVETHEMACHININGACCURACYANDPRUDUCTIVEEFFICIENCYKEYWORDSCNCLATHEPARTSMACHININGTURRETDESIGN买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985目录第一章前言111毕业设计的背景及目的1111设计背景1112设计目的112国内外数控车床的研究状况和成果113研究内容和设计构成3131研究内容3132技术参数4133设计过程4第二章车床总体布局设计621床身的结构布局622床身结构的选择723导轨的选择724刀架的选择825主轴变速系统926进给传动系统9第三章车床刀架结构设计及计算1131车床刀架的功能类型和应满足的要求11311车床刀架的功能11312机床刀架和自动换刀装置的类型11313机床刀架应满足的要求1232车床刀架总体方案设计与选择13321刀架的整体方案设计13322刀架的转位机构方案设计13323刀架定位机构方案设计1433车床刀架的工作原理1534刀架的设计计算16341驱动刀架的伺服电机的选择计算16342蜗轮蜗杆的设计计算19买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985343刀架主轴的结构设计计算23第四章车床液压系统的设计与计算2541刀架液压控制系统液压泵及油泵电动机的选择计算25411液压油泵的选择25412油泵电动机功率的选择计算2542液压缸的设计27421选择液压缸类型27422液压缸内径D和活塞杆直径D的计算2743车床液压系统的设计28431液压回路的选择28432拟定液压系统图28433液压系统的控制原理29第五章微机控制系统的设计3151系统的设计要求3152硬件电路方案的确定31521中央处理器CPU的简介及选择32522存储器的扩展与CPU的连接33523译码电路34524I/O扩展电路34525键盘、显示器接口电路35526时钟、复位电路35527步进电机驱动电路35第五章结论39参考文献40致谢41买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985I买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709850第一章前言11毕业设计的背景及目的111设计背景制造业是国民经济发展的支柱产业，也是科学技术发展的载体及使其转化为规模生产力的工具与桥梁。装备制造业是一个国家综合制造力的集中体现，重大装备研制能力是衡量一个国家工业化水平和综合国力的重要标准。我国数控技术的发展起步于二十世纪五十年代，通过“六五”期间引进数控技术，“七五”期间组织消化吸收“科技攻关”，我国数控技术和数控产业取得了相当大的成绩。特别是最近几年，我国数控产业发展迅速，19982004年国产数控机床产量和消费量的年平均增长率分别为393和349。尽管如此，进口机床的发展势头依然强劲，从2002年开始，中国连续三年成为世界机床消费第一大国、机床进口第一大国，2004年中国机床主机消费高达946亿美元，国内数控机床制造企业在中高档与大型数控机床的研究开发方面与国外的差距更加明显，70以上的此类设备和绝大多数的功能部件均依赖进口。由此可以看出国产数控机床特别是中高档数控机床仍然缺乏市场竞争力，究其原因主要在于国产数控机床的研究开发深度不够、制造水平依然落后、服务意识与能力欠缺、数控系统生产应用推广不力及数控人才缺乏等。我们应看清形势，充分认识国产数控机床的不足，努力发展先进技术，加大技术创新与培训服务力度，以缩短与发达国家之问的差距。1112设计目的通过这次毕业设计，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。12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买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709851铣买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709852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KEANEYB实现对行程开头的控制；C实现数据的输入；D计算机状态数据的动态显示；微机控制系统设计主要包括两部分硬件电路的设计和系统控制软件的设计，两者关系密不可分，缺任一方面都无法组成控制系统，无法实现其控制功能。此次，主要实现硬件电路的设计。52硬件电路方案的确定硬件是组成系统的基础，有了硬件，软件才能有效地运行。硬件电路的可靠性直接影响控制系统的性能。数控车床的硬件电路主要由下列四部分组成A主控制器。即是中央处理器CPU；B总线。包括数控总线（DB），地址总线（AB），控制总线（CB）；C存储器。包括只读可编程序存储器和随机读写数据存储器；D接口。即I/O输入/输出接口电路；CPU是数控系统的核心。其作用是发布命令以协调各部分电路正常工作。存储器用于存放系统软件（程序）以及运行过程中和各种数据。I/O接口是系统与外界进行信息交换的桥梁。三总线是CPU与存储器、接口以及其它各种转换电路的纽带，是CPU与各部分电路进行信息交换和通讯的必由之路。18除上述四主要部分外，还应该根据控制系统要求配备一些外围设备和信号变换电路。如CPU通过I/O接口可联接的人机交换外设是键盘、打印机等通讯接口；信号变买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098533换电路是A/D转换、D/A转换、光电隔离、功率放大等，是实现微机与控制对象之间的信号匹配与转换的中间电路。由控制系统要求选取。系统硬件框图如图51所示图51数控系统硬件框图521中央处理器CPU的简介及选择在微机控制系统中，CPU选择应考虑下列因素A时钟频率和字长（控制数据处理速度）；B指令系统功能是否强（编程的灵活性）；CI/O口扩展能力（对外设控制的能力）；D可扩展存储器（ROM/RAM）的容量；E开发手段（支持的开发软件和硬件电路）；除此外，根据系统应用场合、控制对象以及对各种参数要求选择CPU。一般二坐标联动的数控系统中，采用MCS51系列单片机作为主控制器。18MCS51系列单片机主要有三种型号8031、8051、8751。该系列产品是集中CPU、I/O端口及部分RAM等为一体的功能性很强的控制器。只需要添加少量外围设备就可以构成一具完整的微机控制系统，并且开发手段齐全，指令系统功能强，编程灵活性大，硬件资料丰富。三处引脚完全相同，仅在内部结构上有少许差异，8031是没有ROM的8051，而8751又是用EPROM代替ROM的8051。目前，工业控制中应用最多的是8031单片机。由于所要求的数控系统不是很复杂，8031完全可以实现数控系统的要求，因此选择8031作为控制系统的中央处理器。8031外部引脚及其功能（1）主电源引脚VCC接5V电源正端；VSS接5V电源地端；（2）外接晶体引脚XTAL1片内反向放大器输入端；买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098534XTAL2片内反向放大器输出端；外接晶体时，XTAL1与XTAL2各接晶体一端，借外接晶体与片内反向放大器构成振荡器。（3）输入/输出引脚P0口（P0007）分时复用低8位地址总线和双向数据总路线；P1口作为准双向I/O接口；P2口（P2027）高8位地址总线；P3口（P3037）除作为准双向I/O接口外，具有第二功能。例如P36（片外数据存储器写选通信号输出断）；P37（片外数据存储器读选通信号输出断）；P32（外部中断0请求输入端）；P33（外部中断1请求输入端）。控制线ALE/PROG地址锁存有效信息输出端，机器周期信号下降沿用于控制P0口输入低8位地址；PSEN片外程序存储器读送通信号输出端；EA片外程序存储器端选用端。8031基本结构及功能A8位CPU；B片内带振荡器，振荡频率为12MHZ，有时钟输出；C128字节片内RAM；D21字节专用寄存器；E4个8位并行I/O接口P0，P1，P2，P3；F2个16位定时器/计数器；G中断系统有5个中断源，可编程为2个优先级；H有强的位寻址、位处理功能；I片内采用单总线结构；总之，单片机对外呈三总路线形式，由P0、P2组成16位地址总线；由P0口分时复用为数据总路线；由ALE、PSEN、RST、EA与P3口的INT0、INT1、T0、T1、WR、RD组成控制总路线。522存储器的扩展与CPU的连接8031内部没有程序存储器（ROM），仅有128个数据存储单元的（RAM），因此必须对其进行存储扩展。由于该机床的数控系统不大，只需扩展一片2764（8K）的EPROM；8031仅有128字节片内RAM，远远不能适应系统应用要求，因此扩展两片6264（8K）数据存买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098535储芯片，并且预留升级空间。2764、6264与CPU的连线地址总线低8位地址线通过地址锁存器74LS373与CPU的P0相连，高5位地址分别与P2024相联数据总线2764和6264的8位数据线直接与8031P0口相联，控制总线2764的OE引脚与8031的PSEN引脚相联，由于必须选中2764芯片，所以其CE脚接地；6264（）与6264（）的OE、WE分别与8031的RD、WR相连，6264（）与6264（）片选信号CE则与译码电路相联。523译码电路在单片机应用系统中，外围芯片都要通过总线与单片机相联，单片机数据总线与各外围芯片进行数据交换。故要进行片选控制，片内有多少个字节单元时还要进行片内地址选择。由于外围芯片与数据存储器统一编址，因此数据存储器与外围芯片的地址译码较为复杂。常用的译码电路有线选法和全地址译码两种。线选法的优点是硬件电路结构简单，但由于所用的片选线都是高位地址线，其权值较大，地址空间没有充分利用，芯片的地址不连续。全地址译码通常采用38译码器（74LS138）。输入端占用3根最高位地址线，剩余的13根低位地址线可作为片内地址线。因此，译码器的8根输出线分别对应8个8K字节能地址空间。由于数控系统采用的外围芯片较多，因此采用全地址译码，选用74LS138芯片。524I/O扩展电路虽然单片机本身I/O口能实现简单的数据I/O操作，但其毕竟十分有限。因为在单片机的口电路中，只有数据锁存和缓冲功能，而没有控制功能。因此难以满足复杂的I/O操作要求。再者，单片机本身的I/O功能有限，除了结构及功能上的原因外，还有数量上的原因。单片机虽有4个8位双向I/O口，但在实际应用中，这些口并不能全部用于I/O目的。如P0口被作为低8位地址线和数据线用，P2口作为高8位地址线，而P3口第三功能是重要的控制信号，更是系统扩展必不可少的。这样，剩下来真正能作数据I/O只有P1口了。鉴于单片机I/O资源比较有限，所以在实际应用中不得不使用扩展的方法，来增加I/O的数量，增强I/O口的功能。实际运用中8155芯片比较常用，故运用8155（两片）作I/O口的扩展。8155与CPU的连接AD0AD7与8031P0口；CE引脚则通过译码电路74LS378与8031相联；RD、WR、RESET等3根控制线与单片机同名引脚相联。8155与8031联结可归为3总线联接。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098536525键盘、显示器接口电路在“数控电路图”电路中，采用8031和8155共用管理显示电路，它由68键和6数码管组成。为了简化电路，键盘的引线及LED显示器的字位控制共用一个口，即8155的PC0PC5，键盘行线由PB0PB7担任，数码管控制由PA0PA7担任。数码管采用扫描方式，由8155PA口送出八段码，只有LED的公共端为低时，这一显示块才能显示字行。计算机以人眼不能分辨的速度轮流对六根字位线输出低电平，使六个显示器显示出不同的数字，从而实现扫描显示。键盘工作原理无键按下时，PB口引线有51K电阻上升为高电平，C口为6条引线按一定时间间隔轮流送到低电压。当被扫描到其一列线上有键按下时，交叉点上相应行线被换成低电平，这个低电平信号被捕捉后，便读取信息，并根据按键对应的行线和列线计算键值，完成扫描工作。526时钟、复位电路单片机的时钟可以两钟方式产生内部方式和外部方式。内部式利用芯片内部振荡电路，在XTAL、XTAL引脚外接定时元件，如图4122所示。采用内部式时，可把XTAL直接接地，XTAL接外部时钟源。1单片机的复位都是靠外部电路实现。在时钟电路工作后，只要在RESET引脚上出现10MS以上的高电平，单片机便可实现状态复位，之后CPU便从0000H单元开始执行程序。时钟电路、复位电路如图52、53所示。图52时钟电路图53复位电路527步进电机驱动电路步进电机是一种用脉冲信号控制的电机，在负载能力和动态特性范围内，电机的角位移仅与控制脉冲数成正比，转速仅与控制脉冲频率成正比。在多数情况下，用步进电机作为执行元件的数控系统中，不需要A/D或D/A转换，可采用较为简单的开环控制，因而成为经济型数控机床最主要的一种伺服驱动元件。其驱动电路由图54所示的四部分组成。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098537图54步进电机驱动电路图1、计算机接口在数控系统中，步进电机接口电路至关重要，没有这它将无法实现微机对步进电机的控制。8155（）PA口可作为步进电机的接口。2、脉冲分配器图55三相六拍环形分配器脉冲分配器又叫环形分配器，是驱动步进电机必不可少的环节。步进电机的控制方式由环形分配器实现，其作用是将数控装置送来的一系列指令脉冲按一定的分配方式和顺序输送给步进电机的各相绕组，实现电机的正反转。环形脉冲分配器可由硬件环形脉冲分配器实现，也可以由软件编程方法来实现。硬件环形分配比例器有较好的响应速度，且具有直观、维护方便等特点。上面是一张三相六拍的环形分配器（如图55所示）。本设计X向、Y向步进电机采用硬件环形脉冲分配器YB015（五相），其各管脚功能如表51买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098538表51YB015各管脚的功能管脚号功能1选通输出控制端_0E2清零端R3励磁方式控制端A14励磁方式控制端A15选通输出控制端_E6选通输出控制端27（空）8（空）9地端（G）10时钟脉冲输入端CP11反转控制端12反转控制端13（空）14D相输出端15C相输出端16电源VCC17B相输出端18A相输出端系统选用的YB015以32相通电五相十拍工作方式，故A0、A1均接5V。芯片的选通输出控制端分别接8155的PA0、PA3，清零端R接8155的PA1，正反转控_0E制断分别接8155的PA2、PA4，时钟输入端CP接8155芯片的TIMEOUT，用以决定脉冲分配器输出脉冲的频率，为实现插补时不同的进给速度，可给8155芯片定时/计数器中设置不同的时间参数。3、隔离电路步进电路驱动电路中，步进电机需要的驱动电压较高（几十伏），电流也较大（几安到几十安），如果将输出信号直接与功率放大器相联，将会引起强电干扰。轻买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098539将会影响计算机正常运行，重则导致计算机和接口电路的损坏。所以一般都要加上隔离电路，实现电气隔离，用得最多的是光电耦合器。其电路如图56所示图56光电耦合电路4、功率放大器脉冲分配器的输出功率很小，远不能满足步进电机的需要，必须将其输出的信号放大产生足够大的功率，才能驱动步进正常运转。功率放大器按其结构不同分为单电源型和双电源型。前者采用单电压供电电路，后者采用高压低压供电电路。单电源功率放大器线路简单，但效率不高，只适用小功率的步进电机。目前我国步进电机功率放大器已由生产厂家出产系列化产品，在设计时只需根据步进电机容量选择功率放大器。由于车床的横向进给和纵向进给所需驱动功率不是很大，所以选择单电源功率放大器。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098540第六章结论本次课题是针对经济型数控车床的刀架及其液压控制部分进行主要设计，用液压控制系统来实现刀盘抬起和刀盘锁紧定位，而刀盘的分度转位由伺服电机驱动，并用蜗轮蜗杆进行传动，利用端齿盘进行定位。这样设计有效的实现了缩短辅助时间，减少多次安装零件引起的误差。本次设计的六工位回转刀架结构比较简单，满足时间短，刀具重复定位精度高，以及安全可靠等基本要求。同时本次设计也有结构单一，自动化性能不高等不足之处，希望在以后能够得到改进。刀架是数控机床的主要部件之一。刀架的精度，刚度以及可靠性都直接影响机床的使用性能，在机床的致命性分析中回转刀架的致命度是最高的，数控系统发出指令后刀架不转位、刀架转位错误、刀架错位、刀架报警、刀架不能正常换刀等等一系列的故障都会导致机床不能正常工作。本次设计针对这些可能出现的故障及错误进行了仔细、严谨、认真的分析，使车床回转刀架的可靠性有了很大程度的提高。在设计中得到万老师耐心的指导和同学的热心帮助才使得这次毕业设计能够完满完成，同时也巩固了我所学的知识，作为大学四年的最后的一次作业，自始至终我都用心的去完成，并从中学到了不少的知识。在能力培养方面也基本达到了预期的目的，即不但培养了我综合应用专业基础知识来解决实际工程问题的能力，而且还使我初步树立了很强的工作责任感。设计过程中所涉及的内容有机械设计、液压传动等方面的知识。这次毕业设计，是对我所学知识运用能力的一次锻炼，从而使对所学基础理论和专业技能有机的结合起来，提高了自己的知识运用能力和解决工程实际问题的能力。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098541参考文献1关慧贞，冯辛安主编机械制造装备设计第3版北京机械工业出版社，2009112盛伯浩主编机床的现状与发展北京机械工业出版社，200513陈婵娟主编，数控车床设计北京化学工业出版社，200624王爱玲，白恩远主编现代数控机床北京国防工业出版社，200345盛晓敏，邓朝晖主编先进制造技术M北京机械工业出版社，200256谢红