数控车床四工位电动刀架设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 数控车床四工位电动刀架设计 摘要： 数控车床今后将向中高当发展，中档采用普及型数控刀架配套，高档采用动力型刀架，兼有液压刀架、伺服刀架、立式刀架等品种，预计近年来对数控刀架需求量将大大增加。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。根据加工对象不同，有四方刀架、六角刀架和八（或更多）工位的圆盘式轴向装刀刀架等多种形式。回转刀架上分别安装四把、六把或更多刀具，并按数控装置的指令换刀。本部分主要对四工位立式电动刀架的机械设计和应用继电 设计。并对以上部分运用 电动刀架有更直观的了解。最后的提出了对电动刀架提出了意见和措施。 关键词：数控刀架 ， 电动刀架 ， 四工位 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 in to by nc by in on nc Nc is of of nc to to or or NC of of of AD do a to nc 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 引 言 数控机床是集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化产品。是机械制造设备中具有高精度、高效率、高自动化和高柔性化等优点的工作母机。数控机床的技术水平高低及其在金属切削加工机床产量和总拥有量的百分比是衡量一个国家国民经济发展和工业制造整体水平的重要标志之一。数控车床是数控机床的主要品种之一，它在数控机床中占有非常重要的位置，几十年来一直受到世界各国的普遍重视并得到了迅速的发展。 我国数控车床从 20世纪 70年代初进入市场，至今通过各大机床厂家的不懈努力，通过采取与国外著名 机床厂家的合作、合资、技术引进、样机消化吸收等措施，使得我国的机床制造水平有了很大的提高，其产量在金属切削机床中占有较大的比例。目前，国产数控车床的品种、规格较为齐全，质量基本稳定可靠，已进入实用和全面发展阶段。 尽管近几年我国机床工具行业已经取得了很大进步，但在当前国内外机床市场竞争极其激烈的形势下，我国的机床工具行业则显得竞争力不强，主要表现在我国是机床消费大国还不是机床强国、机床拥有量大但水平低、产品构成依然落后、产品创新 能力差、机床可靠性还有待提高等方面。 数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对国计民生的一些重要行业 (车、轻工、医疗等 )的发展起着越来越重要的作用。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 架的设计准则 我们的设计过程中，本着以下几条设计准则 1） 创造性的利用所需要的物理性能和控制不 2） 2） 需要的物理性能 3） 判别功能载荷及其意义 4） 预测意外载荷 5） 创造有利的载荷条件 6） 提高合理的应力分布和刚度而 7） 重 量达到最轻 8） 应用基本公式求相称尺寸和最佳尺寸 9） 根据性能组合选择材料 10）在储备零件与整体零件之间精心的进行选择 11）进行功能设计以适应制造工艺和降低成本的要求 （ 1）最大许用力矩（ 100 00 00 （ 2）重复定位精度：（ 3）电机功率 (w) 20 （ 4）电机转速（ 125 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 数控车床四工位电动刀架设计 电动刀架的工作原理为机械螺母升降转位式。工作过程可分为刀架抬起、刀架转位、刀 架定位并压紧等几个步骤。图 工作过程如下： 刀架抬起 当数控系统发出换刀指令后 , 通过接口电路使电机正转 , 经传动装置 2、驱动蜗杆蜗轮机构 1、蜗轮带动丝杆螺母机构 8逆时针旋转 ,此时由于齿盘 4、 5处于啮合状态，在丝杆螺母机构 8转动时，使上刀架体产生向上的轴向力 将齿盘松开并抬起 ,直至两定位齿盘 4、 5 脱离啮合状态 ,从而带动上刀架和齿盘产生“上台”动作。 刀架转位 当圆套 9逆时针转过 150时，齿盘 4、 5完全脱开，此时销钉准确进入圆套 9中的凹槽中，带动刀架体转位。 刀架定位 当 上刀架转到需要到位后（旋转 90、 180或 270），数控装置发出的换刀指令使霍尔开关 10 中的某一个选通 ,当磁性板 11 与被选通的霍尔开关对齐后 ,霍尔开关反馈信号使电机反转 ,插销 7在弹簧力作用下进入反靠盘 6地槽中进行粗定位， 上刀架体停止转动 ， 电机继续反转 ，使其在该位置落下， 通过螺母丝杆机构 8使上刀架移到齿盘 4、 5 重新啮合 , 实现精确定位。 刀架压紧 刀架精确定位后，电机及许反转，夹紧刀架，当两齿盘增加到一定夹紧力时， 电机由数控装置停止反转，防止电机不买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 停反转而过载毁坏，从而完成一次换刀过程。 图 旋升降式四方刀架 进电机的选用 许多机械加工需要微量进给。要实现微量进给，步进电机、直流伺服交流伺服电机都可作为驱动元件。对于后两者，必须使用精密的传感器并构成闭环系统，才能实现微量进给。在开环系统中，广泛采买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 用步进电机作为执行单元。这是因为步进电机具有以下优点： 直接采用数字量进行控制 ; 转动惯量小，启动、停止方便； 成本低； 无误差积累； 定位准确； 低频率特性比较好； 调速范围较宽； 采用步进电机作为驱动单元，其机构也比较简单，主要是变速齿轮副、滚珠丝杠副，以克服 爬行和间隙等不足。通常步进电机每加一个脉冲转过一个脉冲当量；但由于其脉冲当量一般较大，如 数控系统中为了保证加工精度，广泛采用步进电机的细分驱动技术。 因为刀架上升、下降各转 150，刀架转位至少需 90，所以蜗轮转的角度 =390由课题要求的刀架选位少于 3S n s=便于计算 4r/轮蜗杆传动比为 45 电动机转速 n =i*5 考虑刀架只需小功率驱动，为减少生产成本，选用 转速为 1400r/定功率为 60W。 杆及蜗轮的选用与校核 择传动的类型 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 考虑到传递的功率不大，转速较低，选用 2A 蜗杆，精度 8 级， 选择材料和确定许用应力 由机械基础表 175钢，表面淬火，硬度为45 55轮齿圈用 模铸造， 为了节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁 由表 17 h=200 f=51按接触强度确定主要参数 根据闭式蜗杆传动的设计准则， 先按齿面接触疲劳强度进行设计，在校核齿根弯曲疲劳强度。传动中心距： 23 2 ()E k T (2（ 1）确定作用在蜗轮上的转距 ，估取效率 = * *i=2（ 2）确定载荷系数 K 因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均系数 1；由使用系数A=由于转速不高，冲击不大，可取动载系数 K= *（ 3）确定弹性影响系数 选用的铸锡磷青铜蜗轮和蜗杆相配，故 12160 P a （ 4）确定接触系数 先假设蜗杆分度圆直径 而可查出 （ 5）确定许用应力 H 根据蜗轮材料为铸锡磷青铜 属模铸造，蜗杆螺买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 旋齿面硬度 45而可查得蜗轮的基本许用应力 H =268 因为电动刀架中蜗轮蜗杆的传动为间隙性的，故初步定位、其寿命系数为 H= H =268=247（ 6）计算 中心距 23 1 6 0 2 . 71 . 2 7 3 5 3 8 . 2 ( ) 2 4247a m m (2取中心距 a=50m=杆分度圆直径 时 1而可查得接触系数 Z =为 Z 因此以上计算结果可用。 蜗杆和蜗轮主要几何尺寸计算 蜗杆 分度圆直径： 径系数： q= 蜗杆头数： 分度圆导程角： =3 11 38 蜗杆轴向齿距： m =(2蜗杆齿顶圆直径： *11 2 3 2 . 2d h m m m (2蜗杆齿根圆直径： 1 1 2 ( * * ) 2 4 . 1 6d f d h a c m m m （ 2 蜗杆轴向齿厚： 1 / 2 =蜗杆轴向齿距： 1 1 . 6 5 . 0 4p a m m m m m （ 2 蜗轮 蜗轮齿数： 45 变位系数 =0 验算传动比： i=2z /1z =45/1=45(2蜗轮分度圆直径： d2=722蜗轮喉圆直径： 2蜗轮喉母圆直径： 50 2蜗轮齿顶圆直径： 2 2 2 * 7 5 . 2d a d h a m m m （ 2 蜗轮齿根圆直径： 2 2 2 ( * _ * ) 6 8 . 1 6d f d h a c m m m （ 2 蜗轮外圆直径：当在 z=1时， 2 2 2 7 8 . 4d e d a m m m （ 2 杆轴的设计 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 杆轴的材料选择，确定许 用应力 考虑轴主要传递蜗轮的转矩，为普通用途中小功率减速传动装置。 选用 45号钢，正火处理， 600b M 扭转强度初步估算轴的最小直径 221() a （ 2 扭转切应力为脉动循环变应力，取 =弯截面系数 W= 确定各轴段的直径和长度 根据各个零件在轴上的定位和装拆方案确定轴的形状及直径和长度。 d1=同一轴上的轴承选用同一 型号，以便于轴承座孔镗制和减少轴承类型。 槽径增大 5% d1=d5= (1+5%)=圆整 d1=7选轴承类型为深沟球轴承，型号为 6203， B=12D=40 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 位载荷高度可在（ d2=a=故 0mm 4mm d4=0于加工和安装 轴承宽度为 12盖宽度为 10 则 22尺寸长度与刀架体的设计有关，蜗杆端面到刀架端面距离为 65 故 33为蜗杆部分长度 11+m=整 04取 5512+8） 出刀架部分通过联轴器与电动机相连长度为 50 0轴承的中心跨度为 128的总长为 220蜗杆轴的校核 作用在蜗杆轴上的圆周力 112(21 其中 8 633 径向力 4 (2买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 切向力 4 o s o s/ (2图 向受力分析 34 s (243 i i i i n (2求水平方向上的支承反力 图 平方向支承力 0)( 212 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 H 34 4 1 8 )(34 (2求水平弯矩 ,并绘制弯矩图 3331 平弯矩图图 平弯矩图 求垂直方向的支承反力 (2查文献 9表 4， 14273.067.00， ， 00 切 (2买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 切图 直方向支承反力 0)( 2132 V 333 4 )(333 切 求垂直方向弯矩，绘制弯矩图 31 V 3切 垂直弯矩图图 直弯矩图 求合成弯矩图，按最不利的情况考虑 322322 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 (2 44 1 合成弯矩图图 成弯矩图 计算危险轴的直径 3 (2查文献 9表 15 1，材料为 38调质的许用弯曲应力 75 1 ，则 3 所以该轴符合要求。 的选取与校核 考虑到 05% 实际直径为 17以强度足够 由 寸 b h=5 5， l=20型普通平键。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 按公式 进行校核 2070 ， ， 10 ， 2 。查文献 9表 6 2，取 30 则 07 2 0 7 02102 3 (2该键符合要求。 由普通平键标准查得轴槽深 t=30槽深 轮轴的设计 轮轴材料的选择，确定需用应力 考虑到轴主要传递蜗轮转矩，为普通中小功率减速传动装置 选用 45号钢，正火处理， 600b M ， 5 按扭转强度，初步估计轴的最小直径 3 查文献 9表 15 1，取 45 号调质刚的许用弯曲应力 60 1 ，则 3 0596 33 由于轴的平均直径为 34此该轴安全。 定各轴段的直径和长度 根据各个零件在轴上的定位和装拆方案确定轴的形状及直径和长度 8mm 4mm 形选梯形螺纹，根据文献表 8公称直径为 4距 P=12H=文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 查表 8螺纹小径为 31、外螺纹中径为 38螺纹大径为 45螺纹小径为 32合长度取 552尺寸长度为 34轮齿宽 3时， 5心轴的设计 轴的材料选择 ,确定许用应力 考虑到轴主要起定位作用，只承受部分弯矩，为空心轴，因此只需校核轴的刚度即可。 选用 45号钢，正火处理， 600b M ， 5 确定各轴段的直径和长度 根据各个零件在轴上的定位和装拆方案确定轴的形状及直径和长度 5轴承配合，轴承类型为推力球轴承，型号为 51203，d=17mm,9,T=12=35以 7mm 承类型为推力球轴承，型号为 51204， d=25mm,7=15=47配各轴段的长度 02=933=20 轴的校核 轴横截面的惯性矩 44( ) 1 9 9 3 . 1 664I D d m m 车床切削力 F=2=210 3 3 432 1 0 1 9 5 5 . 9 1 06 6 2 1 0 1 0 1 9 9 3 . 1 6 (233 32 1 0 1 4 5( 4 ) ( 4 1 9 5 1 4 5 ) 8 . 4 4 1 02 4 2 4 2 1 0 1 9 9 3 . 1 6l a m 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 (2因此 B B y y 中心轴满足刚度条件 盘的设计 盘的材料选择和精度等级 上下齿盘均选用 45号钢，淬火， 180选 7级精度等级 定齿盘参数 考虑齿盘主要用于精确定位和夹紧，齿形选用三角 齿形，上下齿盘由于需相互啮合，参数可相同 当蜗轮轴旋转 150时，上刀架上升 5盘的齿高取 4 ( 2 * * )h ha c m (2得算式 4=（ 2 1+m 标准值 c*=出 m=标准值 m=2齿盘齿全高 h=（ 2c*） m=(2 1+ 2=齿盘内圆直径 20 外圆直径为 140顶高 ha=ha*m=1 2=2m 齿根高 c*)m= 齿数 z=38 齿宽 b=10文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 齿厚 3 . 1 42ms m m 齿盘高为 5 按接触疲劳强度进行计算 确定有关计算参数和许用应力 3661 6 0 1 0 0 . 7 59 . 5 5 1 0 9 . 5 5 1 0 1 7 9 0 6 . 2 524 m (2取载荷系数 由文献表 9齿宽系数 d=由表 9e=189.8 取 =20，故 查图 980 取 80 0 24 1 (8 300 15) 107 由图 9疲劳寿命系数 计算接触疲劳需用应力 取安全系数 ，由式（ 9 111 362N H l i P (2 112 362N H P 按齿根抗弯强度设计 由式（ 9抗弯强度的设计公式为 3 2121 ()F a S (2_37) 确定公式内的各参数数值 由文献图 9得，抗弯疲劳强度极限 l i m 1 l i m 2 160 P a 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 由文献图 9得，抗弯疲劳寿命系数 查图取 122 . 6 3 , 2 . 6 31 . 6 5 , 1 . 6 5F a F aS a S 计算抗弯疲劳许用应力，取抗弯疲劳安全系数 式（ 9 1112 256N F L I P (2弯曲疲劳强度验算 1 2 1 1 112 2 1 . 5 1 7 9 0 6 . 2 5 2 . 6 3 1 . 6 5 4 61 0 1 2 0 2F F F a S a Y M P ab d m (2故满足弯曲疲劳强度要求 承的选用 滚动轴承是现代机器中广泛应用的部件之一。它是依靠主要元件的滚动接触来支撑转动零件的。与滑动轴承相比，滚动轴承摩擦力小，功率消耗少，启动容易等优点。并且常用的滚动轴承绝大多数已经标准化，因此使用滚 动轴承时，只要根据具体工作条件正确选择轴承的类型和尺寸。验算轴承的承载能力。以及与轴承的安装、调整、润滑、密封等有关的“轴承装置设计”问题。 承的类型 考虑到轴各个方面的误差会直接传递给加工工件时的加工误差，因此选用调心性能比较好的深沟球轴承。此类轴承可以同时承受径向载荷及轴向载荷，安装时可调整轴承的游隙。然后根据安装尺寸和使用寿命选出轴承的型号为： 6203 承的游隙及轴上零件的调配 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 轴承的游隙和欲紧时靠端盖下的垫片来调整的，这样比较方便。 动轴承的配合 滚动轴承是标准件，为使轴承便于互换和大量生产，轴承内孔于轴的配合采用基孔制，即以轴承内孔的尺寸为基准；轴承外径与外壳的配合采用基轴制，即以轴承的外径尺寸为基准 动轴承的润滑 考虑到电动刀架工作时转速很高，并且是不间断工作，温度也很高。故采用油润滑，转速越高，应采用粘度越低的润滑油；载荷越大，应选用粘度越高的。 动轴承的密封装置 轴承的密封装置是为了阻止灰尘，水，酸气和其他杂物进入轴承，并阻止润滑剂流失而设置的。密封装置可分为接触式及非接触式两大类。 唇 形密封圈靠弯折了的橡胶的弹性力和附加的环行螺旋弹簧的紧扣作用而套紧在轴上，以便起密封作用。唇形密封圈封唇的方向要紧密封的部位。即如果是为了油封，密封唇应朝内；如果主要是为了防止外物浸入，密封唇应朝外。 第 3章 刀架体设计 刀架体设计首先要考虑刀架体内零件的布置及与刀架体外部零件的关系，应考虑以下问题： (a) 满足强度和刚度要求。因为刀架体的刚度不仅影响传动零件的正常工作，而且还影响部件的工作精度。 (b) 结构设计合理。如支点的安排、开孔位置和连接结构的设计等均要有利于提高刀架体的强度和刚度。 (c) 工艺性好。包括毛坯制造、机械加工及热处理、装配调整、买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 安装固定、吊装运输、维护修理等各方面的工艺性。 (d) 造型好、质量小