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445446 (2007) 16d on , d 1. is to of to it is g to be to in to 1,2. of g of g as In to g of It g 3,4. As g as 5at +86 731 8830257; +86 731 E 6,7Ma et on 8. 9 et 10 on by I11,12. of be by an , is in we to d d on is in 2006 6 005; in of Y) on an of d of or As a of d is to of or of of d of .10083, 00030, 006; 2 006a I) by 8in d . d a on of d at In et 446 (2007) 16)n 1. in (a) A (b) B c) C of be of d 14. be of . in of 1 ) 80C, it is 00 s. is 5 to to of is 80C, is 90 8 h. 20 , an 0:1. mm 6 mm of 6 mm of by a is by of a D/ %3in of 1 of , B It be 1a (9251 (9252 (9252 as d as y, it to be is 1c. , B in 0, 6040it be an on 132 EM It is as 2a. is RD 3. d at It be in in , et 446 (2007) 16 3(a) 2. 4 It is d in in d As 4a c, it to d or be to of in . RD 5 TA of . It at , 15C y be as be of We dY gZn ) 10,15. of TA of gr d of 6 of , B 90C. It is of as 6a, is no RX is . a of In , is RX on of is d an of On of an of b) C to of RX It by at of 7 of 90C. 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Y 对 金微观结构和力学性能的影响 中国 中南大学 材料科学与工程学院，长沙 410083 中国 上海交通大学 材料科学与工程学院，上海 200030 2005年 7 月 26 日收到， 2006年 3 月 29 日在经修订的形式收到， 2006 年 4月 12日接受 。 摘要 ）和钇（ Y）对 验结果表明， ）和钇的添加产生了另外一个新的 I） 析出和细化铸态 晶粒，通过热挤压后，添加了 的合金通过动态再结晶大大细化颗粒或达到了沉淀效果的手段， 因此 ，含有 的合金获得了 4-8 而，钕合金的晶粒尺寸相对比较大。这表明， 的添加组合对在动态再结晶晶粒细化的影响较大， 并导致双方的共晶相的熔融温度和熔融温度或合金的屈服强度增加，也增加了 合金在室温下的拉伸强度。与此相反， d（ 钕）的合金的伸长率比 合金还高。 关键词 :金 ; ;挤压型材 ;拉伸性能 ; 镁合金是最 轻的合金结构，因此他们很可能适用于汽车和航空业的许多结构件，由于高比强度，高比刚度和良好的阻尼性能 1,2，然而，最新的镁合金由于某些不良性质的作用，无法满足一般结构的强度要求，因此，镁合金结构件的应用仍然十分有限。为了克服这些挫折和拓宽镁合金的应用领域，研究人员正在尝试任何类型的方法，它已经证明，通过添加晶粒细化稀土金属（ 热加工 3,4，镁合金的力学性能显著提高。众所周知，在室温和高温下 5所有镁合金的力学性能都很高，但是， 而，相对铝合金而言，它在室温和高温下的 强度仍然是比较低的。从这个角度来看，许多研究人员致力于努力改善其力学性能。最近据报道，挤压稀土镁合金具有优良的力学性能 6,7。例如， 的拉伸性能。 9 和 人10研究了 Y 对 们指出 Y 增强了屈服强度和高温强度摩擦，通过形成新相 (W 和 (I 它具有较高的抗寒性，热稳定性，耐腐蚀性强，低系数的新阶段，低界面能 等 11,12。随后，这些新的阶段，可以有效地阻碍位错滑移时热变形，虽然 金的力学性能可以由 Y 的加入提高，预期性能是无法估计的，因此，在这项研究中，我们首次发表这篇文章研究 ） 和钕与 Y 的组合对 外，通过拉伸性能与微观结构的关系研究了热挤压合金。 表 1 化学组成成分（ 合金的化学成分见表 1。该合金炉下编写了一个混合的 1 ）和二氧化碳（ 保护。当熔化的合金达到 780C，它是沸腾为大约 300秒后打呼噜，熔融合金为 15分钟进行，让夹杂物沉淀在坩埚底部，接着，金属被倒进一个中型炉。在 680C 时，将熔化的金属倒入为 90 毫米大小的锭中，该锭放入温度为 420后，在 390C 将他们挤压成棒 20毫米长， 挤压比为 20:1。从这些挤压棒中加工成直径为 5 毫米和 66毫米长度的拉伸试样，该拉伸试件尺寸为 10毫米宽， 66 毫米长。该组织的标本使用轻型显微镜（ 行分析，相位分析是由一个 D / 射线衍射仪（ 析方法进行，所有这些标本是 蚀刻有 4硝酸酒精溶液中。 织图 图 1 分别显示了显微组织铸态 A， B 和 C 合金。从图 1a 中可以看出， A（ 金是初级 (成的矩阵和共晶 （ ，作为网络的 相位不连续颗粒为主晶界，当有添加钕的命名为 B 合金，多个第二阶段析出，如图所示 1b,与此同时，钕、 合金，它似乎有更多的化合物出现，而这些化合物的大小比 A 和 B 合金还小，如图 1c,因此，不同的晶粒尺寸 A， B 和 C 合金分别按顺序为 90， 60和 40毫米，因此，可以得出结论， 对 与 3的结果不变。 图 2 显示了扫描电镜对 B 和 C 合金的微观结构图像。结果发现，有一些化合物在三重晶界看到了图簇，如图 2a。 析表明，其化学 成分配方。这是符合 X 射线衍射如图 3，当 加入到 多原子簇化合物一起出现在三重晶界，其中有一些平行的板条。他们使用 合金，可以看出存在 相 (进一步确认 C 合金具有 I 相 (准晶结构 ),除了 外。原子簇化合物的形成可以归因于对 14总数量的增加，然而， W 相（ Z 相（ 能通过 X 射线衍射和能谱分析实验发现，显然，在合金 的添加除了带来对 I 相的形成外，并超过了 W 相（ Z 相（ 形成。 图 4 显示了 B 和 C 合金中 分布图，发现 都在晶界和基体存在。但是，在某些领域， 含量非常高，正如如图 4a 和 c，它表明第二相很可能含有更多的钕或钇比基体。这可能是用来解释现象，一定量的第二相存在于合金带 B 和 C，这进一步符合与 X 射线衍射结果一致。 图 5 显示了 析合金 B 和 C 的结果，第一吸热峰出现在了合金 B 温度约 和合金 C 温度为 ，而第二个峰值出现在 和615C 合金 C，第一峰可以被认为是共晶相的熔融温度，第二个峰可以作为合金（合金溶液温度）熔化温度。我们可以得出这样的结论 的添加组合大大增加了 与 钇 的添加相同，大大增加了 元合金（ 340C） 10,15的共晶温度。对本实验 Y 总含量的增加会同时增加镁锌锆（ 合金的共晶温度。 观结构演化的热挤压合金 图 6 显示了在 390时光学微合金 A， B 和 C 被挤压的三结果，研究发现三种合金发生动态再结晶（再结晶）。然而，晶粒尺寸和第二阶段的数量分布是不同的，在热挤压合金 有第二相位矩阵。动态再结晶晶粒尺寸比合金 B 和 C 的大，甚至在此温度下，似乎一个小的晶粒也在生长，在合金B 和 C 中，再结晶晶粒尺寸很小，和 于矩阵的详情，可在第二阶段的一些特点中发现。合金的 C 晶粒尺寸是三者中最小的合金，这表明，钕和 Y 组合过程中除了扮演一个重要作用动态再结晶过程外，另一方面，平均规模约 4 微米的动态再结晶晶粒合金 C 是非常细而均匀的。这可能涉及到的事实，都打破了第二相粒子和细小析出的钉扎作用可以抑制再结晶晶粒的生长，它可以得出结论，即使在 金温度下，通过动态再结晶晶粒细化是非常有效的。 压合金的力学性能 图 7 显示了三个挤压合金在 390C 下的力学性能， 数据显示 ，能够提高合金A， B 和 C 的抗拉强度和屈服强度，而其中的延性降低（ A 合金： 拉强度 = ， = 12 ;B 合金： ， b = ， = 8 ; C 合金： ， b = = 6）。显然，在 强烈压力证明下晶粒尺寸在很大程度上依赖于镁合金 16和服从 其中 y 为屈服应力， 0 作用摩擦应力与移动单个位错， K 是常数， d 是晶粒尺寸。因此，这可以解释为什么合金 B 和 C 的拉伸性能比 A（ 金高。此外，合金 B 和 C 的极限抗拉 强度和屈服强度增加可能会涉及到第二阶段的加强。 合金 A， B 和 C 都在铸态和挤压态下有不同的微观结构。随后，它带来不同的拉伸性能，首先，在铸态，合金 A 由 （ 组成，当将 中，和 Y 一起加入合金 A 中会形成合金 C，除了（ 外，在合金 B 中新相 现，和 合金 C 中出现 ，这是 X 射线衍射和扫描电镜确定的。在凝固过程中，首先应该发生包晶反应，由于分布不均衡的锌和再溶质原子被推到了沿晶界形成的液 /固界面前面，在晶粒内部只有锆富区（ 存在，这验证了图 1 至图 4，我们得出这样的结论：在镁合金中存在 Y 元素的晶粒细化作用。通过实验观察这是一个好结论17,18，其次，在挤压 状态下，在合金 B 中 在合金 C 中破碎成小颗粒，在热挤压作用下，许多细小颗粒均匀分布在整个矩阵中，这些具有较高的熔点温度稳定的第二阶段可以针晶界，阻碍热变形过程中晶粒生长，尤其是 I 相。由于低界面能的 I 相 /矩阵接口，在 I 相 /界面结合较强 12，因此， I 相析出相对难以在热变形移动。第三， 应变集中在附近的第二阶段可以引进高位错密度区和大的方向梯度（粒子变形区） 可以测试到附近的位错密度高，这些网格是再结晶晶粒形核的理想选择。据了解，一个粒子变形区可以扩展到一个连一个的粒 子直径其外表面的距离，并可由几十度转向其外邻接矩阵。 在这些变形带中，二次粒子可以激发再结晶晶粒的形核 19,20，因此，再结晶成核可以通过促进在 ，此外，第二相可以在再结晶过程中阻碍 20 形核增长，因此，合金 C 表现了非常细小的颗粒。 这是由于分散微粒粒径比合金 A 和 B 细得多 ，因此， 合金 B 和 C 的强度要高得多 ，这表明第二相中，除了晶粒细化作用外，对 强度具有强化效果，特别是当第一相表现出加强效果明显时 10，根据著名的 服强度的晶粒尺寸取决于如下 16： 其中 d 是晶粒尺寸，因此，晶粒细化在再结晶过程中对合金 B 和 C 的影响比 金更高。 这篇文章是研究 62 62）和钇的添加产生了一个新的 I） 析出和细化铸态晶粒，通过热挤压后，添加了 的合金通过动态再结晶大大细化颗粒或达到了沉淀效果的手段。这表明， 的添加组合对在动态再结晶晶粒细化的影响较大， 并导致双方的共晶相的熔融温度和熔融温度或合金的屈服强度增加，也增加了 合金在室温下的拉伸强度。与此相反， d（ 钕）的合金的伸长率比 合金 还高。 参考文献 1 M. J. K. F. J. S. , 1995, p. 11. 2 (1998) 31. 3 A. R. A 220 (1996) 69. 4 7 (1996) 12. 5 H. , 2000. 6 Y. H. 12 (1996) 81. 7 Y. Lu, Q. W. A 278 (2000) 66. 8 C. M. W. A 349 (2003) 207. 9 A. 49 (2003) 143. 10 Y. C. A 373 (2005) 320. 11 Q. 61 (1993) 737. 12 P. E. N. of 1997. 13 J. 230 (1995) 109. 14 A 392 (2005) 229. 15 S. A. J. 14 (5) (1993) 634. 16 J. 174 (1953) 25. 17 28 (1993) 1513. 18 7 (1994) 133. 19 T. M. N. M. A 257 (1998) 287. 20 et A 238 (1997) 217 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 毕业设计 (论文 ) 方刀架及导轨设计 所在学院 专 业 班 级 姓 名 学 号 指导老师 年 月 日 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 I 摘 要 数控车床采用数控回转刀架可以在一次装夹中完成多道工序加工，缩短辅助时间，减少多次安装所带来的误差。本课题通过对数控回转刀架的机械结构以及电气控制进行了研究，探索数控回转刀架的组成和工作原理。通过所学专业知识，完成了数控回转刀架机械部分与电气控制部分的设计，绘制了三维实体装配图及电气控制原理图，编制了数控回转刀架的控制软 件。本课题的创新之处在于在设计延时锁紧功能部件的同时，实现了刀架电动机意外短路的保护功能。问题的解决在于采用电磁式过电流继电器来监测电动机中的电流大小。 关键词： 数控化 设计， 回转刀架 ， 蜗杆副 ， 微机控制 ， 换刀装置 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 a C be in by C on to C of of I of C of of C of is in a to is of to of of 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 1 目 录 摘 要 . I . 录 . 1 第 1章 绪论 . 7 控技术的产生和发展 . 7 控技术的发展趋势 . 8 速、高精加工技术及装备的新趋势 . 8 轴联动加工和复合加工机床快速发展 . 9 能化、 开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势 . 9 控回转刀架的工作原理 . 10 控回转刀架的发展状况 . 11 外数控回转刀架的发展状况 . 11 内数控回转刀架的发展状况 . 12 来数控回转刀架的发展状况 . 12 题的现实意义 . 12 文主要研究内容 . 13 第 2章 数控机床系统总体设计 . 14 体方案设计内容 . 14 体方案确定 . 14 控刀架总体结构设计 . 15 言 . 15 速传动机构的设计 . 16 架抬起机构设计 . 17 刀体锁紧与精定位机构的设计 . 17 第 3章 数控回转刀架设计计算 . 19 杆副的设计计算 . 19 杆的选型 . 19 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 2 杆副的材料 . 19 齿面接触疲劳强度进行设计 . 19 杆和蜗轮的主要计算参数和几何尺寸 . 22 核蜗轮齿根弯曲疲劳强度 . 23 螺杆的设计计算 . 24 距的确定 . 24 它参数的确定 . 26 锁性能校核 . 26 第 4章 导轨的设计 . 28 导 轨的特点 . 28 导轨的 设计 . 29 第 5章 总结 . 33 结论 . 34 参考文献 . 35 致 谢 . 36 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 3 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 4 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 5 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 6 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 7 第 1章 绪论 当今世界数控技术及装备发展的趋势及我国数控装备技术发展和产业化的现状，在此基础上讨论了在我国加入 对外开放进一步深化的新环境下，发展 我国数控技术及装备、提高我国制造业信息化水平和国际竞争能力的重要性，并从战略和策略两个层面提出了发展我国数控技术及装备的几点看法。 数控技术，简称 “数控 ”。英文： 是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。它所控制的通常 是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。 1908 年，穿孔的金属薄片互换式数据载体问世； 19世纪末，以纸为数据载体并具有辅助功能的控制系统被发明； 1938 年，香农在 美国麻省理工学院 进行了数据快速运算和传输，奠定了现代 计算机 ，包括计算机数字控制系统的基础。数控技术是与 机床 控制密切结合发展起来的。 1952 年，第一台 数控机床 问世，成为世界机械工业史上一件划时代的事件，推动了自动化的发展。 现在，数控技术也叫计算机数控技术，目前它是采用计算机实现数字 程序 控制的技术。这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可以通过计算机软件来完成 。 数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备，其技术范围覆盖很多领域： (1)机械制造技术； (2)信息处理、加工、传输技术； (3)自动控制技术； (4)伺服驱动技术； (5)传感器技术； (6)软件技术等。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 8 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，他对国计民生的一些重要行业（ 车、轻工 、 意料等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字 化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有 以下几个方面 1 4。 速、高精加工技术及装备的新趋势 效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为 5 大现代制造技术之一，国际生产工程学会（ 其确定为21 世纪的中心研究方向之一。 在轿车工业领域，年产 30 万辆的生产节拍是 40 秒 /辆，而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一；在航空和宇航工业领域，其加工的零部件多为薄壁和薄筋，刚度很差，材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切削力很小的情况下，才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料 “掏空 ”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装，使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。 从 会情况来看，高速加工中心进给速度可达 80m/至更高，空运行速度可达 100m/右。目前世界上许多汽车厂，包括我国的上海通用汽车公司，已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国司的 床进给速度最大达 60m/速为100m/速度达 2g，主轴转速已达 60 000r/工一薄壁飞机零件，只用 30同样的零件在一般高速铣床加工需 3h，在普通铣床加工需 8h；德国 司的双主轴车床的主轴速度及加速度分别达 12*!000r/ 1g。 在加工精度方面，近 10 年来，普通级数控机床的加工精度已由 10m 提高到 5m，精密级加工中心则从 3 5m，提高到 1 且超精密加工精购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 9 度已开始进入纳米级 ( 在可靠性方面，国外数控装置的 已达 6 000h 以上，伺服系统的 0000h 以上，表现出非常高的可靠性。 为了实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。 轴联动加工和复合加工机床快速发展 采用 5 轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认 为， 1 台 5 轴联动机床的效率可以等于 2 台 3 轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时， 5 轴联动加工可比 3 轴联动加工发挥更高的效益。但过去因 5 轴联动数控系统、主机结构复杂等原因，其价格要比 3 轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大，制约了 5 轴联动机床的发展。 当前由于电主轴的出现，使得实现 5 轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型 5 轴联动机床和复合加工机床（含 5 面加工机床）的发展。 在 会上，新日本工机的 5 面加工机床采用复合主轴头，可实现 4个垂直平面的加工和任意角度的加工，使得 5 面加工和 5 轴加工可在同一台机床上实现，还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国 司展出 列加工中心，可在一次装夹下 5 面加工和 5 轴联动加工，可由 统控制或接或间接控制。 能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势 21 世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过 程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 10 为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。目前许多国家对开放式数控系统进行研究，如美国的 欧共体的 日本的 中国的 。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技 术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。 网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机，如在 本山崎马扎克（ 司展出的 “智能生产控制中心，简称 日本大隈（ 床公司展出 “IT 信息技术广场，简称 场 )；德国西门子 (司展出的 放制造环境，简称 ，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。 设计自动回转刀架，适用于经济型数控车床，使自动回转刀架在结构上具有良好的强度和刚性，以承受粗加 工时的切削抗力，同时具有换刀时的快速性、稳定性和高定位精度的重复性。 图 1 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 11 图 1自动回转刀架的传动结构示意图 1 发信盘 2 推力轴承 3 螺杆螺母副 4 端面齿盘 5 反靠圆盘 6 三相异步电动机 7 联轴器 8 蜗杆副 9 反靠销 10 圆柱销 11 上盖圆盘 12 上刀体 控回转刀架的发展状况 外数控回转刀架的发展状况 国外数控机床附件产品的开发应用 比较早，经验丰富，再由于技术进步，新材料，新结构的不断出现与应用，使得其产品的可靠性比较高。 国外主要分为日本和欧美两大流派。其产品的特点是夹紧力大，采用专用电机，体积小，转矩大，可靠性高，耐磨，可靠性较高。比如，日本日研公司部分回转刀架的核心部件蜗杆副，蜗轮采用氮化钢，齿部表面采用氮化处理，硬度高；蜗杆为硬质合金蜗杆；整个蜗杆副为硬齿面接触，耐磨。既实现了高速又保证了高可靠性。还有德国的肖特（ 意大利的杜普洛马蒂克（ 巴鲁法迪（ ，他们都有自己的系 列、规格和专利。像肖特（ 刀架，采用行星传动机构，其结构紧凑，传动方向均为同一方向，没有像蜗杆副的降速机构的交叉轴设计，易于一体化布置。采用牙嵌式齿行离合器的升起和加紧，空行程转角、小效率高，且自锁功能可靠。其控制部分大都与机床一起采用 前国际比较好的系统有西门子，法拉克，三菱等。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 12 内数控回转刀架的发展状况 我国的刀架生产还 处 在发展阶段，品种、规格、可靠性等方面还需要有一个完善的过程，远远没有达到成熟。基本上采用传统材料和传统，加上部分外购配套件的可靠性较差造成 产品整体的可靠性与外国的差距。 国内部分刀架回转原理为电机经弹簧理合器带动蜗杆，再由蜗轮带动蜗杆旋转，当刀架转体时，由霍尔元件不断检测刀架转体是否到位，到位后霍尔元件发出信号，然后反转锁紧。主要采用有销盘、内齿盘，外齿盘组成的三端齿定位机构实现准确定位。其控制部分主要选用 司的 烟台机床附件厂是目前我国生产刀架水平最高的厂家，特别是可以生产带刀头的刀架。该厂家全套引进意大利的生产线，产品属于高档型。 来数控回转刀架的发展状况 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和卧式（ 如图 1两种。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。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指令外，很重要的一点是数控车床需配备易于控制的电动刀架，以便一次装夹所需的各种刀具，灵活方便地完成各种几何形状的加工。 数控刀架的市场分析：国产数控车床将向中高档发展，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。 题的现实意义 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。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 13 文主要研究内容 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。 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。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 14 第 2章 数控机床系统总体设计 接到一个数控装置的设计任务以后，必须首先拟定总体方案，绘制系统总体框图，才能决定各种设计参数和结构，然后再分别对机械部分和电气部分进行设计。 机床数控系统总体方案的拟定包括以下内容：系统运动方式的确定、伺服系统的选择、执行机构的结构及传动方式的确定，计算机系统的选择等内容。 一般应根据设计任务和要求提出数个总体方案，进行综合分析、比较和论证，最后确定一个可行的总体方案。 一、 系统运动方式的确定 数控系统按运动方式可分为点位控制系统、点位直线控制系统和连续控制系统。 二、 控制方式的选择 系统可分为开环控制系统、半闭环控制系统和闭环控制系统。 经济型数控机床普遍采用开环伺服系统。开环控制系统中，没有检测反馈装置，数控装置发出的信号的流程是单向的，也正是由于信号的单向流程，它对机床移动部件的实际位置不做检测，所以机床加工精度要求不太高，其精度主要取决于伺服系统的性能。开环伺服系统主要由步进 电机驱动。这类机床工作比较稳定，反应迅速，调试和维修都比较简单。 体方案确定 （ 1）、系统的运动方式伺服系统的选择 由于设计后的经济型数控机床应具备定位，直线插补，顺、逆圆弧插补，暂停，循环加工，公英制螺纹加工等功能，故应选择连续控制系统。考虑达到属于经济型数控机床加工精度要求不高，为了简化结构、降低成本，采用步进电机开环控制系统。 （ 2）、数控系统 根据机床要求，采用 8 位微机。由于 列单片机具有集成度高，可靠 15 性好，功能强，速度快，抗干扰性强，具有很高的性能价格比等特点，决定采用列的 8031 单片机扩展系统。 控制系统由微机部分、键盘及显示器、 I/O 接口及光电隔离电路、步进电机功率放大电路等组成，系统的加工程序和控制命令通过键盘操作实现，显示器采用数码管显示加工数据及机床状态等信息。 （ 3）、机械传动方式 为实现机床所要求的分辨率，采用步进电机经齿轮减速再传动丝杆，为保证一定的传动精度和平稳性，尽量减少摩擦力，选用滚珠丝杆螺母副。同时，为提高传动刚度和消除间隙，采用预加负荷的结构。齿轮传动也要采用消除齿轮间隙的结构。 系统总体方案框图如下： 图 1 系统总体方案框图 控刀架总体结构设计 言 简易经济型数控刀架 目前主要为立式四工位 ,通常采用双插销机构实现转位和预定位 ,电机采用右置式或转塔式。一般只能单向转位 ,采用齿轮 ,蜗杆传动 ,螺旋副加紧 ,多齿盘精定位。此种刀架价格便宜 ,适用于要求不高的数控机床 ,在我国应用最为广泛。但是 ,该刀架工位少 ,回转空间大 ,易发生干涉 ,所以正向工序长 ,回转空间小的卧式刀架过渡。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 16 高精度型数控刀架 目前一般多为卧式八工位到十二工位。分为抬起式和不抬起式。抬起式仿意大利巴罗法 蒂公司的 架 ,其缺点是转阻塞度不能过高 ,只能单向回转；不抬起式仿意大利 刀架 ,采用行星齿轮机构。或仿美国的三联分齿盘精定位 ,转位采用平行分度凸轮(又叫共辄凸轮 )或槽轮机构此种刀架目前正逐渐推广。 带动力刀具的数控刀架 此种刀架只有烟台机床附件厂生产 ,全套引进意大利的生产线和专利 ,一般用于车削加工中心。 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。 （ 1）传动方案的拟定 采用蜗轮蜗杆传动和螺旋副加紧、双插销预定位、端面多齿盘精定位、霍尔元件发讯。 （ 2）传动方案简图 图 2动方案简图 （ 3） 传动方案分析 a. 传动机构 17 采用蜗轮蜗杆传动的主要优点： 降速比大 ,结构紧凑 ,工作平稳无噪声。能阻滞扭转振动。当蜗杆螺旋升角小于摩擦角时 ,有反向自锁作用。 其主要缺点是 : 发热大 ,加工复杂 ,需要有与蜗杆参数相同的涡轮滚刀 ,对装配误差较为敏感。 螺旋副加紧采 用丝杠螺母机构传动 ,其特点是： 用较小的扭矩转动丝杠 (或螺母 ),可使螺母 (或丝杠 )获得较大的轴向牵引力。 可达到很大的降速传动比 ,使降速机构大为简化 ,传动链得以缩短。能达到较高的传动精度。传动平稳 ,无噪声。 在一定条件下能自锁 ,即丝杠螺母不能进钉逆向传动。此特点特别适用 于作部件升降传动。由于蜗杆传动和丝杠螺母传动均能自锁 ,即夹紧机构双重自锁，不必再配置制动器。 架抬起机构设计 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 上刀体内部加工出内螺纹 ，当电动机通过蜗杆 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。 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。 双差销预定位 双差销定位 ,一般称为反靠定位。具有较高的定位精度和可靠性 ,并能在有冲击和振动的情况下稳定工作。磨损少 ,定位附加冲击小。定位精度保持性强。 端面齿盘精定位 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 18 优点 : 由于采用了多齿结构 ,所以定位精度高 ,一般可达 3 ，最高可达 4 ； 能自动定心 ,定位精度不受轴承间隙和正反转的影响 (也称自由定心 )； 齿面磨损对定位精度影响不大 ,随着不断使用磨合 ,定位精度有可能改善 ,精度保持性好； 承载能力强 ,定位刚性好。其齿面啮合长度一般不小于 60%,齿数啮合率一般不低于90%； 适应性强 ,齿数的所有因数都可作为分度工位数 ,容易得到不等的分度； 重复定位精度稳定。 缺点 : 齿形加工较为复杂 ,转位、定位时动齿盘需要升降 ,并要有夹紧装置 ,成本高。 c. 数控转塔式四工位自动回转刀架传动方案的确定 : 采用蜗轮 : 螺旋副加紧； 电磁离合器制动 : 双插销 机构预定位 ； 端面齿盘精定位 : 霍尔元件发讯。 19 第 3章 数控回转刀架设计计算 杆的选型 根据 10085用渐开线（ 杆，这种蜗杆的端面齿廓是渐开线，所以相当于少一个齿数。 杆副的材料 由于蜗杆传动效率不高，速度也只是中等 ,故蜗杆用 45钢 ;因希望效率高些 ,耐磨性好些 ,故蜗杆螺旋要求淬火硬度为 45属模铸造。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 齿面接触疲劳强度进行设计 根据工作要求和条件 : 功率小 ,起动转矩低 ,运转平稳等 ,无需调速、长期反复工作，异步电动机取转速为 1400r/ 由要求 :自锁力 Q=1000 500 处取 Q=1000 螺旋副传动的牙型为梯形螺纹 ,可通过较小的扭矩获得较大的轴向力 ,并要求自锁。梯形螺纹的牙型角 =30o ,则牙型半角 P=15o ,且有 f=于本刀架锁紧系统中的摩擦是由封闭系统弹性变形力所引起的 ,压力通常超过 3摩擦系数比一般2 3倍 ,取螺杆中径 d=85: / c o f ， / c o s 1 1 . 7a r c tg f 为保证电机驱动力矩消失后刀盘仍处于锁紧状态 ,丝杠螺母传动必须满足自锁条件 : ) , 所以 实验表明 =4 6 有满意效果 ,故取 =5 。 8r/计任务书给出） 可得出传动比：01/ 1 4 0 0 / 2 8 5 0I n n （ 3 计算电机容量 ： /d w （ 3 其中 ,电机所需功率 :工作机所需工作功率 ；a是由电动机至工作 机 主动端的总效率： 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 197216396 20 1* / 9 5 5 0 n（ 3 41 2 3 4 5a （ 3 其中 1 2 3 4 ， ， ， ，分别为轴承、蜗轮蜗杆、联轴器、滑动丝杠的传动效率。取1=自锁时传动效率 ),3 ,4 120 （设计任务书给出） 4/ 1 2 0 / 0 . 9 8 0 . 4 5 0 . 9 9 0 . 6 4 8 2w d W （ 3 c. 计算螺杆上的扭矩 : 19 5 5 0 / 9 5 5 0 0 . 4 8 2 /
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