数控车床自动回转刀架设计.doc

论文（设计）报告课题：数控车床自动回转刀架设计系 部：机械工程系专 业：机械制造与自动化班 级：09机械一班姓 名：潘业波学 号：0913510136指导老师：魏彦波201110目录目 录摘要1第一章 序言211 概述212 数控车床自动回转刀架的发展趋势213 本设计的主要内容2第二章 回转刀架方案选择421 数控车床回转刀架的基本要求4211 经济性数控车床4212 蜗杆传动422 数控车床立式回转刀架的结构特点4221 结构特点4222 刀架参数的确定5223 动力源的选择及方案选择结果5第三章 回转刀架的工作原理及过程631 回转刀架的构成632 回转刀架的工作过程6结束语8致谢9参考文献10附录X1109级机械制造与自动化专业论文摘要目前，在注塑行业大部分单位使用的很多注塑机是传统的继电器接触器控制的设备，存在可靠性低、控制精度低、生产效率低和能耗高等缺点，通过对这些设备进行数控化改造，化费较少的资金能全面提升注塑机的技术含量，从而提高产品质量，降低生产成本，具有十分巨大的市场前景。文章详细地分析了传统注塑机的电气控制系统、液压控制系统的结构和工作原理，提出了应用现代控制理论和控制技术实现注塑机改造的方法，系统地说明了可编程序控制器、人机界面、变频器等装置的工作原理及其在自动控制设备中的应用，针对注塑机的技术改造要求提出了具体改造方案，并说明了系统改造的硬件设计、软件设计的思路和方法，分析了今后注塑机控制技术的发展方向。关键词：注塑机，PLC，HMI，变频器，技术改造9第一章 序言 11 概述数控车床的刀架是机床的重要组成部分。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。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。本设计主要是对立式四工位电动刀架机械传动部分的设计，对关键零部件进行了设计校核，并运用AutoCAD软件，做出了回转刀架装配图，对电动刀架有了更直观的了解。最后，在电动刀架的安装调试和精度检验方面，提出了意见和措施。12 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（如图1-1）和卧式（如图1-2）两种。立式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。 13 本设计的主要内容本次设计主要是针对数控车床立式四刀位电动回转刀架的机械传动部分的设计，主要内容为： 回转刀架刀架参数的确定； 回转刀架动力源的选择； 回转刀架传动机构的设计和标准件的选取； 回转刀架的安装调试和精度检验；第二章 回转刀架方案选择21 数控车床回转刀架的基本要求数控刀架作为数控机床必需的功能部件，直接影响机床的性能和可靠性。数控车床回转刀架的基本要求： 转位准确可靠，工作平稳安全； 按最短路线就近选位，转位时间短； 重复定位精度高； 防水、防屑、密封性优良； 夹紧刚度高，适宜重负荷切削。211 经济性数控车床CK6140为经济性数控车床。其设计的刀架可与数控车床的数控系统接口相连接，又可配置简易的数控系统，辅助主机完成轴类、盘类等零件的车外圆、端面、圆弧、刀槽、切断、车螺纹、镗孔的加工工序。212 蜗杆传动 按照数控车床回转刀架的基本要求和CK6140车床的实际情况，本设计初选刀架为立式简易型四工位电动机回转刀架，采用蜗杆传动，上下齿盘啮合，机械螺母升降转位式的工作原理。22 数控车床立式回转刀架的结构特点221 结构特点数控车床立式回转刀架的结构特点： 设置端齿盘作精定位元件； 采用霍尔开关（无触点霍尔元件）作信号传输控制，避免了机械接触，延长了使用寿命； 可以借助双重粗定位机构，使刀架回转平稳； 具有防水防滑作用。222 刀架参数的确定刀尖高是数控车床回转刀架的主要参数。国内生产的立式数控车床回转刀架的中心高一般有51245mm共计八个规格（具体参见参考文献1表3.15-4）。因此，参照烟台机床附件厂生产的AK21110-4M型回转刀架，初选刀尖高为110mm。其型号及具体规格如表2-1：表2-1 刀架参数223 动力源的选择及方案选择结果驱动回转刀架的动力可分为电动机传动和液压传动两大类。一般情况下只在卧式数控机床回转刀架中使用液压传动，而其余均为电动刀架，故对CK6140在选用时应取电动机作为回转刀架的动力源。通过对数控车床回转刀架的基本要求，结构特点，动力源及基本参数的分析，可以得出CK6140回转刀架的设计方案如下： 立式简易型； 伺服电动机直接驱动； 刀尖高为110mm，工位数为4； 外形尺寸为200200252（长宽高）； 采用霍尔开关作为信号传输控制元件； 转位时刀架需要抬起，高度为5mm。第三章 回转刀架的工作原理及过程31 回转刀架的构成立式数控车床回转刀架由固定部分（刀架基座或下刀体），转动部分（刀架座或上刀体）和驱动电动机三部分组成，并采用了卧轴外露式电动机布局。32 回转刀架的工作过程本设计回转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，如图3-1所示，其工作过程如下： 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3、4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3、4 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8逆时针转过150时，齿盘3、4完全脱开，此时销钉准确进入圆套8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9 中的某一个选通,当磁性板10 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 5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7使上刀架移到齿盘3、4 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，防止电机不停反转而过载毁坏，从而完成一次换刀过程。结束语数控车床上使用的回转刀架也是一种简单的自动换刀装置。自动换刀装置的换刀时间和可靠性直接影响到整个机床的质量。本次设计采用了四工位回转刀架，通过电机驱动，蜗轮蜗杆的传动，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。本次设计的四工位自动回转刀架结构比较简单，满足时间短,刀具重复定位精度够,以及安全可靠等基本要求。回转刀架在结构上必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工时的切削抗力和减少刀架在切削力作用下的位移变形，提高加工精度。由于车削加工精度在很大程度上取决于刀尖位置，对于数控车床来说，加工过程中刀架部位要进行人工调整，因此更有必要选择可靠的定位方案和合理的定位结构，以保证回转刀架在每次转位之后具有高的重复定位精。设计过程中所涉及的内容有机械设计、机械传动等方面的知识，这次设计，是对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，提高自己的知识运用能力和解决工程实际问题的能力。致谢在没有做设计以前,觉得设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做设计发现自己的看法有点太片面。设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。这次设计使我明白了自己所学知识还比较欠缺,自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中,我会不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。在此要感谢我的指导老师魏老师对我悉心的指导，感谢老师给我的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，提高了自己动手的能力，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响，在设计过程中所学到的