8刀自动刀架系统设计（八工位卧式电动控制刀架设计）.doc
8刀自动刀架系统设计（八工位卧式电动控制刀架设计）（全套含CAD图纸）
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下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985I摘 要数控加工的加工精度高，生产率高，能减轻操作者劳动强度、改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高，它的发展和运用，影响着制造业水平高低，实现生产过程的数控化，已经成为当今制造业的发展方向，所以非常值得我们去研究。本设计通过对八工位卧式电动控制刀架的工作原理的分析，确定了多种方案，综合考虑各种方案的优缺点、性价比后，采用电动回转刀架。其刀架机构的主要部件包括减速传动机构、刀架的抬起机构、锁紧与转位精定位机构等，控制系统软件包括控制系统的选择，控制系统软硬件的设计，收发信电路的设计等，设计中所采用螺杆抬起机构、端齿盘定位机构和单片机控制系统都计较经济实用，适合我们我国现阶段数控机床的发展需要。关键词 八工位，电动刀架，自动化，8051 单片机 下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985IIABSTRACTThe numerical control processings working accuracy is high, the productivity is high, can reduce the operator labor intensity, the improvement work condition, is advantageous in production management modernization as well as the economic efficiency enhancement, its development and the utilization, are affecting the manufacturing industry horizontal height, realizes the production process numerical control, already became now the manufacturing industry development direction, therefore is worth us studying. this design through to eight location horizontal type electric control tool rests principle of works analysis, had determined many kinds of plans, after overall evaluation each kind of plan good and bad points, performance-to-price ratio, uses the electrically operated turret saddle. Its tool rest organizations major component including the reduction gear organization, the tool rest lifts the organization, to lock and to index the fine detent mechanism and so on, the control system software including control systems choice, the control system software and hardwares design, receives transmitting circuits design and so on, in the design uses the screw rod to lift the organization, the end tooth plate detent mechanism and the monolithic integrated circuit control system haggles over the economy to be practical, suits our our country present stage numerically-controlled machine tools development need. key word eight locations, electrically operated tool rest, automation, 89C51 monolithic integrated circuit.Keywords eight locations, electrically operated tool rest, automation, 8051 monolithic integrated circuit.下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985目 录摘要 IABSTRACT II1 绪论 11.1 引言 11.2 国内外研究现状 11.3 存在的问题 21.4 解决的方法 32 方案设计 42.1 自动刀架的基本要求和类型 42.1.1 自动刀架的基本要求 42.1.2 自动刀架的类型 42.2 方案的拟定和确定 53 总体结构设计 73.1 减速传动机构方案设计 73.2 刀架抬起机构设计 83.3 上刀体锁紧与精定位机构设计 84 主要部件的设计计算 114.1 减速传动机构的设计计算 114.1.1 蜗杆的选型 114.1.2 蜗杆副的材料选择 114.1.3 按齿面接触疲劳强度进行设计 114.1.4 蜗杆和蜗轮的主要参数与几何尺寸 144.1.5 校核蜗轮齿根弯曲疲劳强度 154.2 螺杆的设计计算 164.2.1 螺距的确定 164.2.2 其他参数的确定 164.2.3 自锁性能校核 164.3 端齿盘设计 174.3.1 端齿盘的特点 174.3.2 端齿盘主要参数的设计计算 185 电气控制部分设计 21下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 119709855.1 控制系统的选择 215.2 控制方式的选择 225.3 硬件电路设计 225.3.1 收信电路设计 225.3.2 发信电路设计 235.4 控制软件设计 25结论 30参考文献 31致谢 32下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 11970985下载后文件包含有 CAD 图纸和说明书,咨询 Q 197216396 或 1197098511 绪论1.1 引言电动刀架是数控车床重要的传统结构，应用了自动控制、微电子、传感测量等方面的最新成就，是典型的机电一体化产品。合理地选配电动刀架，并正确实施控制，能够有效地提高劳动生产率，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算祛对执行机构(如步进电机等)发出相应的控制指令补，很重要的一点是数控车床需配备易于控制的电动刀架，以便一次装夹所需各种刀具，灵活、方便地完成各种几何形状的加工。因此它的发展和运用，改变了制造业的生产方式、产业结构、管理方式，为普通机床演变为数控机床创造了条件，使世界制造业的格局发生了巨大的变化。数控水平的高低已经成为衡量一个国家制造业水平高低的标志，实现生产过程的数控化，已经成为当今制造业的发展方向。当前，数控车床的发展很快，特别是适合中国国情的经济型简易数控车床的迅猛发展，与之相适应的电动刀架的研究与生产也日趋活跃。1.2 国内外研究现状数控机床是先进制造业的基础机械，是最典型的多品种、小批量、高技术含量的机电一体化产品。目前世界数控机床年产量超过 25 万台，品种超过1500 种。由于国产数控机床不能满足市场的需求，使我国机床的进口额呈逐年上升态势。目前我国数控机床技术发展的现状是：产品成熟度差，可靠性不高产品品种少，不能满足市场需求创新能力低，市场竞争力不强数控机床行业的专业化零配件及部件的协作生产配套体系不健全，大多数企业都是“大而全、小而全”的结构模式。近期我国在数控机床的发展方面，主要采取跟踪高级型、发展普及型、扩大经济型，以普及型为主的策略，重点发展。目前我国机床主机厂刀架资源有以下五个来源：主机厂自制；来自意大利和德国； 来自烟台环球机床附件集团有限公司；来自江苏常州地区若干企业；2来自台湾地区。其中常州地区的刀架生产企业占据经济性刀架的主流市场。据专家分析预测：数控机床推广应用逐步由经济型为主向普及型为主转变。到 2005 年我国机床的数控化率为 9.5%-10.36%，到 2010 年将达到 16.5%-19.27%。在 2001-2010 年，经济型所占比重继续减少，普及型所占比重继续增长，高级型的需求缓慢增长。出口前景良好。1998 年及前几年我国机床工具的出口额徘徊在 5 亿美元左右，2000 年上升到 7.85 亿美元，随着东南亚经济复苏和我国出口多极化市场的形成和巩固，以及我国加入 WTO，今后几年我国机床出口将实现平稳、持续增长。预计到 2010 年出口创汇可达到 13 亿美元。本系统利用单片机的特性，在刀架与 CNC（数控系统）之间架起一座桥梁，以提高刀架的运行性能。而单片机指令丰富,运行速度高,软件组态灵活,可以方便地实现多模式控制,为实现高性能系统提供了技术保证。1.3 存在的问题目前数控刀架控制存在的问题是：控制粗，自诊断功能弱，故障率高，排除故障时间长。目前刀架的控制都是由 CNC 的内置 PLC 或固化 I/O 控制来完成。这种控制的优点是实现方便，但对刀架的控制不够精确。由于刀架的品种繁多，结构各异，使得机床厂家的技术人员或 CNC 的程序开发人员对刀架的控制很难把握得非常准确。由于刀架的控制粗陋， CNC 的接口资源的限制，致使刀架的故障率高，故障提示简单，使技术人员对刀架的故障不能进一步地细分，无形中增加了故障率和故障的排除时间。无锁紧状态、智能识别功能。目前，市场占有率最高的电动单向转刀架其锁紧控制采用延时方式，这种控制的特点是简单、可靠，但对刀架的使用寿命有害。由于使用统一的延时时间进行刀架的锁紧控制，这就使得许多刀架锁不紧或锁得太紧，进而造成零件加工精度丧失、下次换刀失败。控制通用性差。由于刀架的控制时序不同，刀架所安装的发讯装置各异，因此不同的刀架要使用不同的控制程序和控制接口电路，给刀架的使用带来不便。影响中高档刀架的推广使用。3数控刀架是数控车床上的最复杂的机电一体化功能部件之一，其控制程序复杂（尤其对双向转刀架） 。数控机床厂的技术开发人员，需花费相当多的时间及精力，在有足够经验积累的基础上，才能编制出功能完善的刀架控制程序。这极大地影响了机床厂家的新产品开发进度。特别对于现在发展迅猛、数量众多的民营、私营机床企业，其技术力量薄弱，许多企业不具备刀架控制程序的开发能力，这就限制了中高档刀架的推广和使用。另一方面，目前国内企业使用最普及的经济型 CNC 只能控制电动单向转刀架，这就限制了双向转刀架的推广和使用。1.4 解决的方法 首先按刀架的不同控制方式进行分类，将各种刀架的控制程序都集成在单片机上，通过刀架选择开关确定对不同刀架的控制。其次根据刀架发讯装置的不同，设计专用的接口电路。经过这样设计的刀架控制系统可以控制电动单向转、电动双向转、液压等各类型刀架且可兼容 4 工位、6 工位、8 工位、12 工位等多种规格刀架。实现刀架控制的通用性。其次独立的刀架控制系统可与 CNC 连接，一方面可以大大简化 CNC 侧刀架控制程序的编制工作，另一方面可以实现经济型数控系统对双向转刀架的控制。该刀架控制系统也可以脱离 CNC 单独使用，其内装的刀架自检测程序可控制刀架运行，在刀架发生故障时用以判断故障在刀架侧或在 CNC 侧。根据各种刀架的控制过程，将刀架运行过程中可能出现的各种故障，制作出自诊断表，分配故障代码，给出故障报警，方便用户维修。本设计主要针对中低档经济型数控机床设计的自动回转刀架，用单片机作为其控制系统的 CPU，具有位处理能力,强调控制和事务处理功能，价格低廉，控制可靠的特点。经过反复的检查和论证，能够满足经济型数控机床的要求。42 方案设计在零件的制造过程中，大量的时间用于更换刀具、装卸零件、测量和搬运零件等非切削时间上，切削加工时间仅占整个工时中较小的比例。为了缩短非切削时间，充分发挥机床的效率，往往采用“工序集中”的原则。常见的自动回转刀架就是为了实现上述功能而设计的。2.1 自动刀架的基本要求和类型2.1.1 自动刀架的基本要求满足工艺要求 机床依靠刀具和工件间的相对运动形成工作表面，而加工工件的表面形状和表面位置多种多样，要求刀架尽可能布置足够的刀具，换刀时间短，能够方便而正确地加工各工件表面。保证足够高的重复定位精度 在刀架上安装刀具时应能精确地调整刀具的位置，以保证刀具和工件间准确的相对位置，而且精度保持性要好，以便长期保持刀具的正确位置。具有足够的刚度 刀架在粗车时要承受很大的切削力，所以刀架在结构上必须具有良好的强度和刚度。由于车削加工精度在很大程度上取决于刀尖的位置，对于数控车床来说，在加工过程中刀具的位置不能进行人工调整，因此必须要有可靠的定位方案和合理的定位结构，才能保证回转刀架在每次转位之后，具有尽
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