数控车床回转刀架结构设计及控制电路设计

摘 要数控机床为进一步提高生产率，压缩生产时间，已逐步发展为在一台机床上依次装夹完成多工序或全部工序加工。为完成对工作的多工序加工而设置的存储及变更刀具的装置称为自动换刀装置。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。根据不同的使用对象，刀架可设计为四方形、六角形等形式。回转刀架可安装四把、六把等，并按数控装置发出的脉冲指令回转，换刀。关键词：自动换刀装置、回转刀架、四方形、回转、换刀Abstractthe numerically-controlled machine tool to further raise the productivity, the compression productive time, has developed gradually for the attire clamps in turn on an engine bed completes the multi-working procedures or the complete working procedure processing. In order to complete the memory which establishes to the work multi-working procedure processing and change cutting tools installment to be called trades the knife installment automatically. On the numerical control lathe uses the turret saddle is also one kind simple trades the knife installment automatically. acts according to the different user, the tool rest may design is four forms and so on square shapes, hexagon. The turret saddle may install four, six and so on, and pulse instruction rotation which sends out according to the numerical control installment, trades the knife.key word: Trades the knife installment, the turret saddle, four square shapes, the rotation, to trade knife automatically目录引言1 1 数控车床回转刀架概述 21.1 数控车床刀架的介绍 21.2 数控车床刀架分类22 回转刀架方案选择42.1 数控车床回转刀架的基本要求42.2 立式数控回转刀架的结构特点42.3 刀架参数的确定42.4 动力源的选择及方案选择结果53 回转刀架的工作原理及过程63.1 电动刀架工作原理63.2 四方刀架的主要构成部分64 回转刀架的设计及计算84.1 夹紧力的计算 84.2 最大切削扭矩84.3 单工位换刀时间84.4 定位精度95 主传动机构的设计和标准件的选取105.1 初拟传动方案105.2 选择步进电动机105.3 蜗轮蜗杆的设计 115.4 中心轴强度校核 136 刀架的电气设计206.1 刀架的电气控制206.2 回转刀架 PLC 控制 217 三维立体图的生成247.1 Pro/ENGINEER 简介247.2 Pro/ENGINEER 功能与特点247.3 回转刀架立体图生成248 安装调试和精度检验298.1 安装调试298.2 精度检验298.3 故障及排除309 毕业设计感想32结论33致谢34 主要参考文献35附录36附录一 回转刀架自动换刀装置梯形图附录二 电气原理图引言毕业设计是培养学生实践的重要环节之一,它是在大学教学课程，机械课程设计，金工实习等教学环节的基础上进行的。毕业设计的主要目的是培养我们综合运用所学基础知识、专业知识和专业技术知识及技能来分析、解决一般工程技术问题，使我们建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序规则和设计方法，为走上工作岗位打下一定的基础。通过毕业设计能进一步扩大和深化自己所学的基础知识、基本理论和基本技能，提高自己的设计计算能力、制图能力，是我们懂得如何编写技术性文件，正确使用技术资料、手册及相关的工具书，更能培养我们严肃认真、一丝不苟和实事求是的工作作风。从而实现从学生向工程技术人员的过渡。本设计题目为“数控车床回转刀架结构设计及控制电路设计” ，它是根据实际情况，针对用户需求而提出的毕业设计，是一次综合性、应用性、和实践性强的设计过程。本次设计得到陈新亚及其他老师的悉心指导，并提出了许多宝贵意见和建议，在此深表感谢。由于本人设计能力有限，实践经验不足，本设计中错误、不妥之处再所难免，敬请各位老师批评指正。1 数控车床回转刀架概述1.1 数控车床刀架的介绍数控车床主要有主轴箱、床鞍、尾架、刀架、对刀仪、液压系统、润滑系统、气动装置及数控系统组成。数控车床的出现对提高生产率改善产品质量以及改善劳动环境发挥了重要作用，传统的车床例如 CA6140 的刀架上只能装一把刀，换刀速度缓慢，换刀后还需重新对刀而且精度不高，生产效率低，不能适应现代化生产的需要，因此必须对车床的换刀装置进行改进，为了能在工件的一次装夹中完成多个工序加工，缩短加工辅助时间，减少因多次安装引起的加工误差，充分发挥数控车床的加工效率，采用“工序集中”的原则，采用自动回转刀架。数控车床上使用的自动回转刀架是一种最简单的换刀装置，自动回转刀架在一定空间范围内，能自动执行松开、转位，精密定位等一系列动作的一种机构。 1.2 数控车床刀架分类随着数控车床的不断发展，刀架结构形式也在不断翻新。其中按换刀方式的不同，数控车床的刀架系统主要有回转刀架、排式刀架和带刀库的自动换刀装置等多种形式。对于回转刀架，根据装刀数量不同，自动回转刀架分为四工位、六工位、八工位等；根据安装方式不同，自动回转刀架分为立式和卧式。本文设计的为四工位立式回转刀架。图 1-1 刀架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，因此其结构直接影响机床的切削性能和切削效率。在一定程度上，刀架的结构和性能体现了机床的设计和制造技术水平.2 回转刀架方案选择2.1 数控车床回转刀架的基本要求数控车床回转刀架的基本要求：（1）四工位立式。（2）转位准确可靠，各种平稳安全。（3）按最短路线就最近选位，转位时间短。（4）重复定位精度高。（5）防水、防屑、密封性优良。（6）夹紧刚度高，适宜重负荷切削。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、车螺纹、镗孔的加工工序。按照数控车床回转刀架的基本要求和 CK6140 车床的实际情况，本设计初选刀架为简易型四工位电动机回转刀架。2.2 立式数控回转刀架的结构特点立式数控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（无触电霍尔元件）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。2.3 刀架参数的确定中心高：中心高是数控车床回转刀架的主要参数。国外生产的卧式数控车床回转刀架的中心高一般与 40200共八个规格。国内生产的立式数控车床回转刀架的中心高一般 51-245共八个规格（具体参见表.3.15-4-3.15-7） 。故参照烟台机车附件厂生产的 AK21110-4M 型回转刀架，初选中心高为 110。其型号及具体规格如表 21：表 212.4 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：(1) 立式简易型。(2) 伺服电动机直接驱动。(3) 中心高为 110mm，工位数为 4。(4) 采用霍尔开关作为信号传输控制元件。(5) 转位时刀架需要抬起，高度为 5mm。型号 中心高 mm工位数单工位时间 s刀架转速r/min最大切力矩电动机功率W电动机转速r/min最大载重kg重复定位精度mm外形尺寸mmAK21110-4M 110 4 2.5 25.4 450 120 1400 28 23672002303 回转刀架的工作原理及过程3.1 电动刀架工作原理系统发出换刀信号，刀架电机正转继电器动作，电机正转，通过减速机构和升降机构将上刀体上升至一定位置，离合盘起作用，带动上刀体旋转到所选择刀位，发讯盘发出刀位信号，刀架电机反转继电器动作，电机反转，完成初定位后上刀体下降，齿牙盘啮合，完成精确定位，并通过升降机构锁紧刀架。3.2 四方刀架的主要构成部分图 31 四方刀架零件图1-直流伺服电机；2-联轴器；3-蜗杆轴；4-涡轮丝杠；5-刀架底座；6-粗定位盘；7-刀架体；8-球头销；9-转位套；10-电刷座；11-发信体；12-螺母；1314-电刷；15-粗定位销 上图所示为四方刀架零件图，其工作过程为：刀架抬起-刀架转位-刀架定位-夹紧刀架。 刀架抬起当数控装置发出换刀指令后，电动机 1 启动正常，通过套筒联轴器 2 使蜗杆轴 3 转动，从而带动涡轮丝杠 4 转动。刀架体 7 的内孔加工有螺纹，与螺纹丝杠旋合，涡轮与丝杠为整体结构。涡轮丝杠内孔与刀架中心轴式间隙配合，在转位换刀时，中心轴固定不动，涡轮丝杠绕中心轴旋转。当涡轮开始转动时，由于刀架底座5 和刀架体 7 上的端面齿处在啮合状态，且涡轮丝杠轴向固定，因此刀架体 7 抬起。 刀架转位 当刀架体抬至一定距离后，刀架底座 5 和刀架体 7 的端面体脱开，转位套 9 用销钉与涡轮丝杠 4 联接，随涡轮丝杠一同转动，当端面齿完全脱开时转位套正好转过 160，球头销 8 在弹簧力的作用下进入转位套 9 的槽中，带动刀架体转位。 刀架定位刀架体 7 转动时带动着电刷座 10 转动，当转到程序指定的刀号时，粗定位销15 在弹簧力的作用下进入粗定位盘 6 的槽中进行粗定位，同时电刷 13 接触导体使电动机 1 翻转。由于粗定位槽的限制，刀架体 7 不能转动，使其在该位置垂直落下，刀架体 7 和刀架底座 5 上的端面齿啮合实现精确定位。 夹紧刀架 电动机继续反转，此时涡轮停止转动，蜗杆轴 3 自身转动，当两端面齿增加到一定夹紧力时，电动机 1 停止转动。译码装置由发信体 1314 组成，电刷 13 负责发信号，电刷 14 负责位置判断当刀架定位出现过位或不到位时，可松开螺母 12，调好发信体 11 与电刷 14 的相对位置。刀架在正向旋转的过程中不停的对刀位输入信号进行检测，如下图所示，每把刀具各有一个霍尔位置检测开关。各刀具按顺序依次经过发磁体位置产生相应的刀位信号。当产生的刀位信号和目的刀位寄存器中的刀位相一致的时候，PLC 认为所选刀具已到位。4 回转刀架的设计及计算4.1 夹紧力的计算数控转塔刀架大多采用端面齿盘副来实现精定位，使刀架具有足够的夹紧刚度是数控转塔刀架设计中的一项重要内容。而夹紧力的计算可由下式计算： tgaMRpFqp YrZcQ |2122min 式中： 端 齿 盘 半 径刀 架 夹 紧 力 ； p 2min,min /985.0;2 cNqhZbtghzFYOXMpqQzYxz ，用 系 数 。 一 般 情 况接 触 不 平 均 和 不 连 续 利 半 齿 形 角 ，平 均 啮 合 高 度 ，齿 数 ，齿 长 ， 坐 标 平 面 的 投 影 ；啮 合 高 处 平 行 于结 合 面 在 通 过 二 分 之 一 处 产 生 的 转 矩 ；切 削 力 在 端 面 齿 盘 结 合主 切 削 力 ； 小 允 许 比 压 ；接 合 面 最 小 负 荷 点 中 最 查阅 CA6140 车床的参数，把各项代入，计算得KNp54.2 最大切削扭矩 回转刀架的最大切削扭矩与机床的最大切削力有关，查阅 CA6140 的技术资料估算最大的切削力为 450Nm。此数据参考于烟台机床附件厂 AK21110-4M 型数控回转刀架。 4.3 单工位换刀时间单工位换刀时间与刀架的转速，松开速度和夹紧机构的配合有关。T =t1t2t3t3t4t5t6其中：t1 刀架正转时间；t2 升降机构动作时间；t3 粗定位动作时间； t4 电动机反转时间；t5 刀架座下降并刹紧完成时间；t6 继电器延长时间。 由上式可以了解到单工位换刀时间与各个机构的设计和配合有极其密切的关系。参考烟台机床厂生产的 AK21110-4M 型机床，初选换刀时间 T=2.53s，符合技术要求。4.4 定位精度回转刀架的重复定位精度关系到零件的加工精度，由此知精度也是关系机床质量的主要技术指标。按照 CK6140 普通车床的参数，初步确定回转刀架的精度为0.005mm。此数据参考了国内大部分厂家生产的电动刀架参数，在这参数的指导下设计的电动回转刀架在制造技术和结构性能上已经比较完善和成熟，能满足 CK6140 的各项加工指标。5 主传动机构的设计和标准件的选取5.1 初拟传动方案参考烟台机床附件厂生产的 AK21110-4M 电动回旋刀架的刀架转速n=25.5rmin，电动机的转速为 1400rmin，试确定传动比 i140025.4=55。故选用具有较大传动比的蜗杆传动。5.2 选择步进电动机电动机所需要的功率P=KWTnw950式中 T(Nm)-输出转矩，nw(r/min)-电主轴所需要转速。由以上计算初选电动机功率为 120200w.确定步进电动机由 p=120200w 可查得列表 4.8-16，比较如下列表 5-1。表 5-1型号 齿距角最大静转矩最高空载启动频率（步/秒）运行频率（步/秒）相数电压V电流A外径长度重量45BF003 3/6 2 3100 1200 3 60 2 45 82 0.3870BF001 1.5/3 4 400 1600 5 60 3.5 70 90 1.690BF003 1.5/3 20 1500 8000 3 60 5 90 125 4.2注：该表查阅于李洪主编式样机车设计手册 ，辽宁科学技术出版社。其中，最大静转矩单位：考虑到步进电动机与联轴器的配合及合理安装尺寸，在其满足功率的前提下优先选择尺寸较小便于安装，拆卸，清理，维护的型号，比较三个型号的功率如下：45BF003,P=120W; 70BF001,P=210W; 90BF003,P=300W.再比较三者的外径和安装尺寸 45BF003型号步进电动机明显优越与后者，故综合考虑选择 45BF003型号步进电动机比较合适。选择 45BF003型号步进电动机后，对照列表 4.8-17 选取步进电动机配用的驱动电源型号为。5.3 蜗轮蜗杆的设计选择蜗杆传动类型，精度等级:8CGB1008988。由于传动的功率不大，速度也不高，故选用阿基米德蜗杆传动，精度为：选择材料考虑到蜗杆传动功率不大。速度中等，故蜗杆用 45 号钢表面淬火，硬度为4555HRC，考虑到工作的延续，蜗轮边缘采用铸锡磷青铜，ZcuSn10P1 金属模铸造。初选几何参数由表 844 当中心距 a=50，传动比=51 时，Z=1 Z2= Zi=51确定许用应力 H由表 849 知当蜗轮材料为铸青铜时， = Z Z ;HbsN由表查得 =220Mp ;Hba由表 849 查得滑动速度vs=7075m/s;采用浸油润滑，由图 842 查得Z =0.87;s根据表 844，N=60n t 设计工作寿命 t=1200 小时，求得2N=N=60n t=60 1200=1.9710251407根据 N=1.9710 ，由图查得 Z =0.81，许用应力为7N = Z Z =2200.870.81=155 MpHbs a计算蜗轮输出转矩 T2估算传动效率 （1003.5 ）100 =（1003.5 ）100 =75i0510T =9550 =9550 =31.31Nm21np47.12求载荷系数 k 由表 849 知K=k k k k k k ;123456设 v 时，k=1;查表 8412，八级精度时，k =1；由于连续运转，由2sm/3 2图 845 得；k =1；由表 8413 查得；由表 k =1.52 查得；由表 8414 查4得 k =1.15；由表 846 查得 k =0.756K=1111.521.150.75=1.311确定 m 和 d1m d kT = 1.31131.31=5121250HZ21503查表 842主要尺寸计算蜗杆分度圆直径：d =201蜗轮分度圆直径：d =mZ =1.651=81.62圆整取蜗轮分度圆直径为 82，则中心距：a=0.5（d + d +2x m）=0.5（20+82+0） =5112注：其他尺寸可以按照表 846 计算。蜗轮齿面接触强度校核由表 849，=H21783d12KTH由于几何参数已经给定，故 k 与 T 可按已知的几何参数重新计算2V = = =1.47m/ssrncos190431cos190,（r 由表 842 查得）又由表 8415 用插值法查得 p ，则蜗轮副齿合的效率为6r 00,01 6.91)46132(1)( tgrtg取轴承效率 ，搅油及溅油效率 ，则蜗杆传动的总效率为：2935.97000321 3.8.由此可得：T =95502mNnip.6148051由于 v3m/s，由表 849 取，则 k7.0,.,.,1654321kk，K=1111.52 1.15 0.75=1.311将此时的 k 与 T 代入蜗轮齿面接触强度校核公式，得：2aH mPdk07.5629.31.40781478312 显然 ，所以满足接触强度要求。散热计算由式 得，传动损耗的功率为：)1(0ps=1000 (1 )=10000.12（10.883）=14W由 和设计要求 可导出：)(21tkAc scpA 21tkP考虑到通风良好，取 k=15w/m ，t , ,则C02095Ct02A.)90(154m若蜗杆减速散热的计算面积 A 不满足以上条件，可以采用强迫冷却方法或增加散热计算面积的方法来满足散热要求.5.4 中心轴强度校核选材及轴向固定方法由于中心轴速度较低，传动力矩不大，故选用一般钢材 45 号钢（217-255HBS）调质.中心轴与蜗轮在轴向固定上采用紧固螺钉固接方式，固定螺钉用孔的形式和尺寸(Q/ZB14673)。 轴向的估算查表 3.102 得：410cnpdmE.d-危险断面的轴径，计算圆整后参见；p-计算轴传动的额定功率；p -电动机额定功率；E-从电动机到该轴的传动效率；m-轴的计算转速。cnmnpndcmEc 95.267.0110444 参加表，圆整后选取轴的直径 d=28.0mm。零件在轴上的轴向固定方法该轴与零件间距小，低速轻载，故选用结构简单，定位可靠的轴套定位。轴的弯曲强度验算挠度验算yy-验算部位计算挠度值； -允许挠度值；y-验算部位计算转角值； -允许转角值；由于轴两端均为固定，故其类型为“两端狡支架” ，且轴在蜗轮的安装处受径向力和扭矩最大，其载荷和内力分布如图 4-1 所示。AC 段: LxcLaLaLxaLcEIqyx 024.2224 2321 CD 段: LaxbcLbaxLbEIqyx 026.44226 222 BD 段: LLxacLcLCaIqyx 021.22)(24223 查表(红)得 故 扰 度 合 理 。均 小 于显 然 ,05.:3. 321yyxx转角值验算查表(红)3.106 得:07.2224 3.222 aLcCLcEIq caaBA查表 3.107(红)得 故 转 角 符 合 。均 小 于和知 ,01. BA中心轴各段长度的分配该轴各段直径相差不大，计算精度要求不高，极可以把该轴看作等径轴。直径可以取各段直径之和除以段数得到平均值。中心轴扭转刚度的验算 允 许 扭 转 角 。轴 的 扭 转 角 ，式 中 ： 查表 3.10-9 得, mrad/075.:3.2.1028.24idDTL故扭转刚度符合要求。联轴器的选择常用联轴器已标准化，在选用时可以根据载荷特点，工作情况和条件合适的类型，再根据轴传递的转矩及参数选择。(Nm)wpkTn950式中： -联轴器公称转矩 Nm；T-轴传递理论转矩 Nm;p -驱动功率 KW;w-工作转速 r/min;k-工作系数，查表 3.13-2（红） ，可知 k=1.5:2.5 取 k=2(Nm)64.102.952140.95kTn该联轴器是连接步进电动机和蜗杆的，在工作过程中可以有轻微震荡，且频繁启动，故选用有弹性元件的挠性联轴器，如 TL，HL，ZL，型。试选三个类型进行比较如表 5-2。表 5-2补偿量名称 型号 转矩范围 转速范围 轴向 径向角向a弹性套柱 TL 6.316000 8800800 / 0.20.6 30:1销联轴器TLL 12516000 3801000 / 0.30.6 30:1HL 7100630 7100630 35.00.10.25 弹性轴销联轴器 HLL 5600710 5600710 2.510.10.25弹性柱销联轴器EL 4000460 4000460 .5 5.0 0.30.5 03综合比较后，根据回转刀架的传动特点和运动特性而选择 TL 型联轴器。弹簧的选择在该设计中弹簧的主要作用是：在回转刀架的回刀的过程中，刀架抬起使弹簧拉伸。在刀架正常转位后，弹簧回复到原来的状态，其拉伸范围不大受到的拉伸力亦不大。在选用时应保证：在交变和冲击载荷下，其应力不超过其屈服极限。因而对材料要求具有较高的疲劳强度。屈服极限和一定的冲击任性。冷卷弹簧多用冷拉并经过热处理的优质碳素弹簧钢，卷后不再淬火，只需经过低温回火以消除内应力即可。热卷弹簧完成后必须先淬火再经回火处理。如表 5-3，以供选材。表 5-3钢号 淬透尺寸 钢号 淬透尺寸碳素弹簧钢 7 50 NrMC3065 NM15 50 AV4560 niS225 65 niWS50由上表可得出选择弹簧材料时 65 较合适，具体选择时可参考表 7-1-5 中选取标准号 YB/T5103（GB4360）轴承的选择初选轴承型号根据已经轴的直径和工作条件初选 C1803 型轴承。由表 5-1-49 查得Ncr1680Ncor102e=0.4 Y=1.5NYFsrr 7.4165.203.9.21 因为，s 416.7NNFAr 3.12503.9所以， sa.21计算两轴承的当量载荷： 、1P2p轴承： e=0.43.02891raF由表 5-1-20 查得： ，1xy轴承 I 在工作中少许冲击，故 p 11rFf由表 5-1-19，取 5.pfp =1.52800=4200N11rFf轴承： e9.0253ra由表 5-1-20 查： ，1x5.2y轴承在工作中中等冲击，故 NFyxfpar 4.352922计算轴承寿命因为 ，故计算时按 值计算，1p21L 20000hhCnrh 1523040697603101 注：设寿命为 20000h同理可选择并校核中心轴轴承，并根据工作条件和轴直径初选 61805 型，校验过程同上，可得出结论：该型号的深沟球轴承可满足需要。选择霍尔元件电压： )(1mVIBdpunqIBdrVH式中：-霍尔系数；I-控制电流（mA）:B-磁感强度；n-载流子浓度； q-电子电荷量；u-迁移率 sVcm/2霍尔元件敏感层的几何形状对霍尔电压有一定的影响。当霍尔长度 L 与宽度 b的比值变小时，由于控制电流端引起霍尔电压端短路效应，将变小。考虑到回转刀架中位移检测的需要以及各霍尔元件特点，比较后用开关型硅集成霍尔元件，其参数如下表 5-4表 5-4磁通密度 输出电压LH HL电源电压（v）电源电流（I） L H输出电压-35 +7.5 40524 713 4 电源电压 25另考虑到工作环境及耐用度，在选择霍尔元件的霍尔圈时，材料应选择铝合金，强度高，耐腐蚀，耐高温，还可以很好的保护霍尔元件。离合器的选择根据电动回转刀架的具体工作环境，初选离合器为牙嵌式离合器。次类型离合器靠牙齿间相互齿合传递扭矩，结构简单，体积小，没有相对滑动，但运动中结合有冲击和噪音，适合低速或静态下离合。6 刀架的电气设计6.1 刀架的电气控制刀架电气控制基本组成 执行信息指令信息图 6-1 刀架电气控制基本组成（2）刀架电气控制原理如图 6-2 所示AC380V AC22OV 系统 I/O 模块 24V01 号刀2 号刀3 号刀4 号刀+24E0X 2.1X2.2X2.3X2.424EX 2.7X2.5X2.6Y2.4Y2.5DOCCOMMKA1 KA2KM2KM1KM2M3KM1 KM2 +24V 0V图 6-2 刀架电气控制原理图QF1KM1QF1SQ1FRKA1KA2CNC PLC接触器继电器线路刀架电机刀架检 测 与 霍 尔 元 件 6.2 回转刀架 PLC 控制（1）自动回转刀架换刀流程刀架电机正传 蜗杆正传 上盖圆盘旋转上刀抬起端面齿错开圆柱销落入上盖上刀体旋转到位回答刀架电机反转 蜗杆反转 上下齿盘合紧销定位上刀体下降，粗定位精定位延时锁紧电动机停转图 63 自动回转刀架换刀流程(2) 自动回转刀架换刀流程图 #N 刀在工作位置吗刀架电机正转NNY开始换#N 刀#N 刀转到工作位置吗刀架电机停转Y刀架电机反转延时锁紧延时时间到否换刀结束YN图 6-4 自动回转刀架换刀流程图(3)梯形图 (附录一)附录一为回转刀架 PLC 控制梯形图。图中的 1、2、3、4 号刀为实际刀号检测输入信号地址，通过数据传输指令（MOV-W）把当前实际位置的刀号写入到地址MD104 中。通过比较指令把当前位置的刀号（D302 中的数值）与程序的 T 码选刀刀号进行比较，如果两个数值相同，则 T 码辅助功能结束（说明程序要的刀号与当前实际刀号一致） ；如果两个数值不相同，则进行分度控制。通过比较指令与数字 0 和数字 5 进行比较，如果程序指令的 T 码为 0 或大于 5 时，系统要要 T 码错误报警信息显示，同时停止分度指令的输出。当程序指令的 T 码与实际刀号不一致时，系统发出分度指令（继电器 R0.3 为 1） ，转塔电动机正转（输出继电器 Y2.4 为 1） ，通过蜗杆蜗轮传动松开锁紧凸轮，凸轮带动刀盘转位，同时发出转位信号（X2.1、X2.2、X2.3） ，当转到换刀位置，系统比较指令信号 R0.0 为 1，发出分度刀位信号（继电器 R0.4 为 1） ，转塔电动机经过定时器 T37 的延时后，切断电动机正转输出信号 Y2.4，同时接通反转开始定时器 T38，经过延时后，系统发出电动机反转输出信号 Y2.5，电动机开始反转，定位销进行粗定位，端齿盘啮合进行精定位，锁紧凸轮进行锁紧并发出锁紧到位信号（X2.5） ，经过反转停止延时定时器 T39 的延稍作延时N时后，发出电动机反转停止信号（R0.7） ，切断电动机反转运转输出信号 Y2.5。通过锁紧到位信号 X2.5 接通 T 辅助功能完成指令（R1.1） ，继电器 R1.1 为 1 后，使系统辅助功能结束指令信号 G4.3 为 1，切断转塔分度指令 R0.3，从而完成换刀的自动控制。在换刀整个过程中，当换刀过程超时（TRM04） 、电动机温升过高（X2.8）及电动机过载/短路保护断路器 QF4（X2.7）信号动作时，系统立即停止换刀动作并发出系统换刀故障信息。（3）I/O 地址分配表 61表 611 号刀 X2.1 刀架正转 Y2.42 号刀 X2.2 刀架反转 Y2.53 号刀 X2.3 刀架锁紧 X2.54 号刀 X2.4 热继电器 X2.6空气开关 X2.77 三维立体图的生成7.1 Pro/ENGINEER 简介pro/ENGINEER 是美国 PTC（参数技术）公司所开发的 3D 实体模型设计系统，是现代 CAD 技术发展中的里程碑，代表着 CAD 软件继实体技术和曲面技术之后进入了全新的特征技术时代。它属于高端的 CAD 软件，支持复杂产品开发的多方面需求。与其他同类的设计软件相比，Pro/ENGINEER 不仅功能强大，而且易学易用，尤其是 Pro/ENGINEER 最新版的 Wildfire 2.0，更适合初学者使用。在 Pro/ENGINEER提供的各种功能中，建模（即构建空间实体）是最基本的应用。本章将介绍Pro/ENGINEER 的工作环境和基本的文件操作方法。 预备知识 计 算 机 基 础 及 平 面 制 图 的 理 论 和 技 巧 Pro/ENGIER简 介 本 章 学 习 目 标 ： 了 解 Pro/ENGIER的 功 能 特 点 了 解 Pro/EIE的 工 作 界 面 掌 握 文 件 操 作 学 会 设 置 工 作 环 境 了 解 窗 口 的 管 理 工 作 界 面 Pro/ENGIER的 功 能 窗 口 管 理 和 工 作 环 境 设 置 Pro/ENGIER的 特 点 文 件 操 作 7.2 Pro/ENGINEER 功能与特点Pro/ENGINEER Wildfire 2.0 以其易学易用、功能强大和互连互通的特点，推动了产品开发机构中个人效率和过程效率的提高。它既能节省时间和成本，又能提高产品质量。该版本构建于 Pro/ENGINEER 野火版的成熟技术之上，包括了 400 多项增强功能和许多新增功能，使 CAD 系统的互连互通性能又上了一个新的台阶。（1）回转刀架立体图生成原始文件：CAD 装配图、CAD 蜗杆图生成文件：PROE 所有零件图、PROE 总装图本次设计主要通过原始 CAD 图勾画出三维总装图，所有尺寸及装备原理均从 CAD图上相对显示在三维图上。（2）绘制要点各个零件都和 CAD 原图对应，尺寸挨个量取后，用 proe 相关特征生成零件。将做好的每个零件按装配原理如实装配起来。（3）绘制难点部分零件生成指令较为生僻(如：蜗杆及螺栓的螺纹生成、以及蜗轮的齿形生成及阵列指令）零件装配时会因为部分零件尺寸偏差而装配失败，需要重新修改零件然后再装配。装配时注意装配顺序，依照空间原理。（3）绘制好的装配图图 7-1 三维图（4）装配图的分解视图图 7-2 分解视图8 安装调试和精度检验8.1 安装调试在安装时请参阅本说明并认真核对与本说明相应的装配图。另外在安装过程中还应注意：刀架需要安装在配套中的中拖板（其安装刀架上平面的 平面度误差允许值为 0.006mm）上。安装应保证刀架刀盘上的刀具刀尖与机床主轴中心等高；一般可以在刀架与中拖板间加垫板来调整，垫板的厚度由实际中心高来测定。刀具和机床 4 个螺钉和 2 个圆销连接，中间没有过渡垫板。在刀架刹紧状态下，应调整转塔轴线与机床主轴轴线平行度在 0.02mm 以内。在刀盘上安装刀夹和刀具时，应最大限度的保护重量平衡，使刀架转动平稳和防止刀盘过冲。刀架发调装置在出厂前已调好，在安装时其参数一般情况下不可随调整。数控系统与发调系统连接时，必须注意并严格分清线号及颜色，不可将线结错。刀架安装调式完毕后，应首先接线试机。电源接通后如发现电动刀架不能转动等异常现象应立即关闭电源，调换电机电源相序，然后再通电试机。8.2 精度检验本说明严格参照 JB2670-82金属切削机床-精度检验通则 ，并执行数控卧式车床标准 JB4369-86。本设计主要针对电动回转刀架，所以在精度检测这一环节中针对与本设计相关的精度进行检测。表 8-1允许误差序号 检测项目D 80800D1500检验工具检验方法（参照 JB2670 有关条文）a 和 bG11 转塔工具孔轴线与主轴轴线的重合度；a 在平面；b在次平面内0.03 0.04专用指示器和专用夹具将指示器固定在主轴端专用检具上，使其测头触及转塔工具孔表面，或触及紧密插入工具孔中检测棒表面。G12 转塔附属工具安装在基准端面对主轴轴线的垂直度。a 和 b0.075/100指示器和指示器固定在主轴端步专用检具上，使其测头触及专转塔基面；使主轴旋转并a 和 b 同上. 检测棒检测。检测时应接近主轴端部a 和 bG13 转塔工具孔轴线对溜板移动的平行度；a 和 b 同上.。 0.020 0.030指示器将检测棒紧密壮装入转塔工具孔中。固定指定器，使测头角及检验棒表面，将检验棒旋转 180 度再同样测一次G14 转塔附属工具定位面的精度；a，定位面对溜板移动的平行度；b,定位面的同一度。a：在 100 测量长度上 0.020b：0.025指示器和检测棒固定指示器，使其测头触及转塔安装基面，每个工序均需检测一次G15 转塔附属工具安装基面的精度；a，基面对溜板移动的平行度；b,定位面的同一度。a：在 100 测量长度上 0.020b：0.025指示器固定指示器，使其测头触及转塔安装基面，每个工序均需检测G22 回转刀架的重复定位度 0.010 指示器检测棒在回转刀架的工具孔或附孔其中，固定指示器，使其测头沿回转刀架切线方向触及检验棒表面上，记下指示读数，将转塔由测试位置移出，转位 360 度再移至测试位置，记录读数，至少检验 7次，每个工位均需检验G11-G15 是回转刀架体的刀，夹具安装基准的位置对主轴旋转轴线，导轨之间的关系，也影响刀具，夹具的正确安装。G22 是回转刀架的重复定位精度，也影响被加工零件的（批量）的尺寸分散度，根据回转刀架的特征，采用了检测棒与指示器配合，在现场易