数控车床自动回转刀架及其PLC控制设计

目 录 摘摘 要要.4 4 ABSTACTABSTACT.5 5 第一章第一章 引言引言.6 6 第一节第一节 概述概述 .6 第二节第二节 数控车床自动回转刀架的发展趋势数控车床自动回转刀架的发展趋势 .6 第三节第三节 本设计的主要内容本设计的主要内容 .7 第二章第二章 回转刀架方案选择回转刀架方案选择.8 8 第一节第一节 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 .8 第二节数控车床立式回转刀架的结构特点第二节数控车床立式回转刀架的结构特点.8 第三节第三节 刀架参数的确定刀架参数的确定 .9 第四节第四节 动力源的选择及方案选择结果动力源的选择及方案选择结果 .9 第三第三章章 回转刀架的工作原理及过程回转刀架的工作原理及过程.1111 第一节第一节回转刀架的构成回转刀架的构成.11 第二节第二节回转刀架的工作过程回转刀架的工作过程.11 第四章第四章 传动机构的设计和标准件的选取传动机构的设计和标准件的选取.1313 第一节第一节初拟传动方案初拟传动方案.13 第二节第二节 选择步进电动机选择步进电动机 .13 第三节第三节 蜗杆蜗轮的设计蜗杆蜗轮的设计 .14 第四节第四节 蜗杆轴的设计蜗杆轴的设计 .17 第五节第五节 中心轴的设计中心轴的设计 .22 第六节第六节 齿盘的设计齿盘的设计 .23 第七节第七节 联轴器的选择联轴器的选择 .26 第五章第五章 安装调试和精度检验安装调试和精度检验.2727 第一节第一节安装调试安装调试.27 第二节第二节精度检验精度检验.27 第三节第三节 维护与保养维护与保养 .29 第四节第四节 故障及排除故障及排除 .29 第六章第六章 总总 结结.3131 致致 谢谢.3232 参参 考考 文文 献献.3333 0 摘摘 要要 数控车床的发展与应用，大大降低了零件加工的辅助时间，极大的提高了生产 效率。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。 自动换刀装置应当满足换刀时间短、安全可靠等基本要求。本课题主要对四工 位立式自动回转刀架的机械设计和用 PLC 编程对控制部分的设计。并对以上部分运 用 ATUOCAD 作图，对自动回转刀架有更直观的了解。 关键词: 数控车床 自动回转 PLC AUTOCAD 1 Abstract With the development of CNC lathes,the automatic tool changer system is more and more important in the modern advanced manufacture;because the automatically circumrotating tool can shorten the cycle time of product manufacturing,improve the precision of product machining.CNC turret began to fasten tool change,electro-hydraulic combination of drive and servo drive direction.According to processing,there are four knife,hexagonal turret,and eight or more station of the disc cutter knife and other forms of axial loading.Were installed on the rotary turret 4,6 or more tools,numerical control device in according with ATC instructions. Automatic tool changer in order to meet the changing time should be short,safe and reliable basic requirements.This issue mainly four-station vertical automatically circumrotating turret for mechanical design and application of relay-access control system for the design of control section.Some of the above as well as the use of AUTOCAD to do maps.electric tool has a more intuitive understanding. Keywords: CNC lathe automatically circumrotating PLC AutoCAD 2 第一章第一章 引言引言 1.11.1 概述概述 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。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。其中，带刀库的数控加工中心自动换刀装置自 1958 年研制成功以来，其机械结构和控制方式不断得到改进和完善。自动换刀装置 时加工中心的重要执行机构，它的形式多种多样，目前常见的有更换主轴头换刀以 及带刀库的自动换刀系统。 1.21.2 数控车床自动回转刀架的发展趋势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。 3 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。 图 1-1 立式回转刀架 图 1-2 卧式回转刀架 1.31.3 刀架的设计准则刀架的设计准则 我们设计主过程，本着一下几条设计准则： 1） 创造性的利用所需要的物理性能和控制； 2） 预测意外载荷； 3） 创造有利的载荷条件； 4） 提高合理的应力分布和刚度面； 5） 辨别功能载荷及其意义； 6） 重量尽量轻； 7） 应用基本公式求相称尺寸和最佳尺寸； 4 8） 根据性能组合选择材料； 9） 在储备零件与整体零件之间进行选择； 10） 进行功能设计以适应制造工艺和降低成本的要求。 第二章第二章 数控车床自动回转刀架的设计数控车床自动回转刀架的设计 2.12.1 数控车床刀架应满足的要求数控车床刀架应满足的要求 1） 满足工艺过程所提出的要求。机床依靠刀具和工件间相对运动形成工件表面， 而工件的表面形状和表面位置的不同，要求刀架能够布置足够多的刀具，而且能够 方便而正确地加工各工件表面， 为了实现在工件的一次安装中完成多工序加工，所 以要求刀架可以方便地转位。 2） 在刀架以要能牢固地安装刀具，在刀架上安装刀具进还应能精确地调整刀具的 位置，采用自动交换刀具时，应能保证刀具交换前后都能处于正确位置。以保证刀 具和工件间准确的相对位置。刀架的运动精度将直接反映到加工工件的几何形状精 度和表面粗糙度上，为此，刀架的运动轨迹必须准确，运动应平稳，刀架运转的终 点到位应准确。面且这种精度保持性要好，以便长期保持刀具的正确位置。 3） 刀架应具有足够的刚度。由于刀具的类型、尺寸各异，重量相差很大，刀具在 自动转换过程中方向变换较复杂，而且有些刀架还直接承受切削力。考虑到采用新 型刀具材料和先进的切削用量，所以刀架必须具有足够的刚度，以使切削过程和换 刀过程平稳。 4） 可靠性高。由于刀架在机床工作过程中，使用次数很多，而且使用频率也高， 所以必须充分重视它的可靠性。 5） 刀架是为了提高机床自动化而出现的，因而它的换刀时间应尽可能缩短，以利 于提高生产率。目前自动换刀装置的换刀时间在 0.86 秒之间不等。而且还在进一 步缩短。 6） 操作方便和安全。刀架是工人经常操作的机床部件之一，因此它的操作是否方 便和安全，往往是评价刀架设计好坏的指标。刀架上应便于工人装刀和调刀，切屑 流出方向不能朝向工人，而且操作调整刀架的手柄（或手轮）要省力，应尽量设置 在便于操作的地方。 5 .1 动力刀架的整体方案设计动力刀架的整体方案设计 刀架是车床的重要组成部分，加工中心的动力刀架可安装各种非动力辅助刀 夹和动力刀夹进行加工，用于夹持加工用的刀具,因此其结构直接影响到车床的加工 性能和加工效率。刀架采用端齿分度，转位由步进电动机驱动，刀位由二进制绝对 编码器识别，动力刀具由变频电机驱动，通过同步齿形带等将动力传递到刀夹。 各类数控机床的自动换到装置的结构取决于机床的类型、工艺范围、使用刀 具种类和数量。数控机床常用的自动换刀装置的类型、特点、适用范围见表 1-1 6 第三节第三节 刀架参数的确定刀架参数的确定 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 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 Nm 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 mm AK21110-4M11042.525.4450120140028 2 367200 230 第四节第四节 动力源的选择及方案选择结果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； 7 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。 第三章第三章 回转刀架的工作原理及过程回转刀架的工作原理及过程 8 第一节第一节 回转刀架的构成回转刀架的构成 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。 第二节第二节 回转刀架的工作过程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。 9 图3-1 回转刀架 第四章第四章 传动机构的设计和标准件的选取传动机构的设计和标准件的选取 10 第一节第一节 初拟传动方案初拟传动方案 参考烟台机床附件厂生产的AK21110-4M电动回转刀架的刀架转速n=25.4r/min,电 动机的转速为1400r/min，初步确定传动比。故选用具有较大传动比的蜗 1400 55 25.4 i= 轮蜗杆传动。 第二节第二节 选择步进电动机选择步进电动机 一、电动机所需要的功率一、电动机所需要的功率 查参考文献1表 3.15-4 的 AK21110-4M 电动回转刀架的电动机功率 P=120W,转 速 n=1400r/min。 二、确定步进电动机二、确定步进电动机 由 P=120W 可查参考文献1表 4.8-16，可得以下几种型号电动机的主要指标， 如下表 4-1 所示。 表 4-1 电动机主要技术指标 主要技术数据 外型尺寸 （mm） 型 号 齿 距 角 最大静 转 矩 kg cm 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 轴 径 重 量 45BF003 3/6231001200360245824 0.3 8 70BF0011.5/34400016005603.5709061.6 90BF0031.5/3201500800036059012594.2 11 考虑到步进电动机与联轴器的配合及合理的安装尺寸，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,考虑三者的外径和安装 尺寸 45BF003型步进电动机明显优越于后者，故综合考虑选择 45BF003型步进电 动机比较合适，查参考文献1表 4.8-17 选取 45BF003型步进电动机配用的驱动电 源型号为 BQG1-002。 第三节第三节 蜗杆蜗轮的设计蜗杆蜗轮的设计 一、选择蜗杆传动类型、精度等级一、选择蜗杆传动类型、精度等级 由于传动的功率不大，速度也不高，故选用阿基米德圆柱蜗杆传动，精度为： 8C-GB10089-88。 二、选择蜗杆蜗轮材料二、选择蜗杆蜗轮材料 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，蜗轮边缘采用 ZCuSn10P1,金属模铸造。 三、初选几何参数三、初选几何参数 查参考文献2表 8-4-4，初定中心距,传动比时，50a =51i = 1 1Z = 21 51ZZi= r=434261.6m = 1 20d = 四、确定许用接触应力四、确定许用接触应力 查参考文献2表 8-4-9 知,当蜗轮材料为铸青铜时， 12 HHbSN ZZss= 由表 8-4-10 查得 220 Hb Mpas= 滑动速度： 3 1 1400 20 3.14 10 1.47/ 60 m su - = 1 1.47 1.47/ coscos4 3426 s m s r u u= 采用浸油润滑，由参考文献2图 8-4-2 查得：0.93 S Z = 根据参考文献2表 8-4-4,，设计工作寿命t=12000 小时，求得 2 60Nn t= 7 2 1400 6060120001.97 10 51 Nn t= 根据，由图 8-4-4 查得，许用接触应力为 7 1.97 10N =0.91 N Z= 220 0.93 0.91 186 HHbSN ZZMpass= 五、计算蜗轮输出转矩五、计算蜗轮输出转矩 T T2 2 估算传动效率 1 2 1 0.12 0.75 51 9550955031.31 1400 P i TN m n h = 六、确定模数六、确定模数m m和蜗杆分度圆直径和蜗杆分度圆直径d d1 1 由公式可得： 2 2 12 2 15150 m dkT ZHs 因载荷较平稳，取载荷系数 k=1.1,则 2 2 23 12 2 1515015150 1.1 31.3187 51 186 m dkTmm ZHs = 查参考文献2表 8-4-2 得，取 23 1 89.6m dmm= 13 m=2mm，d1=22.4mm，q=11.2，r=568。 七、主要尺寸计算七、主要尺寸计算 蜗杆: 分度圆直径：d1=22.4mm； 齿顶圆直径：； 11 222.42 1 226.4 aa ddh mmm * =+=+ = 齿根圆直径：； * 11 2()22.42(1 0.2)217.6 fa ddhc mmm=-+=-+= 蜗轮： 分度圆直径：； 22 2 51 102dmZmm= = 齿顶圆直径：； 22 21022 1 2106 aa ddh mmm * =+=+ = 齿根圆直径：； * 22 2()1022(1 0.2)297.2 fa ddhc mmm=-+=-+= 蜗轮外圆直径：，取 de2=108mm 22 1.5106 1.5 2109 ea ddmmm+=+= 蜗轮齿宽：,取 b2=18mm 21 0.750.75 26.419.8 a bd= 中心距： 122 11 (2)(22.4 1022)60.2 22 addmmmc=+=+-= 八、蜗轮齿面接触强度校核八、蜗轮齿面接触强度校核 由参考文献2表 8-4-9，可得 2 21 14783 HH kT dd ss= 由于几何参数已经确定，故 k 与 T2可按已知的几何参数重新计算 11 22.4 1400 1.65/ 19100cos19100cos5 68 s dn m s r n = 由参考文献2表 8-4-15 用插值法查得，则蜗轮副啮合效率为2126 g r= 1 tantan5 68 100%100%69.5% tan()tan(5 68 2126 ) r r g h r = + 取轴承效率，搅油及溅油效率，则蜗杆传动的总效率为： 2 99%h= 3 97.5%h= 14 123 69.5% 99% 97.5%65.36%hh h h= = 由此可得： 1 2 1 0.12 0.6536 51 9550955027.28 1400 P i TN m n h = 由于，由参考文献2表 8-4-9 取 k1=1,k2=1,k3=1,k4=1.52,k5=1.15， sm s /3 k6=0.75，则 123456 1 1 1 1.52 1.15 0.751.311kk k k k k k= = 将此时的k与T2代入蜗轮齿面接触强度校核公式，得： 2 21311 27.28 183 10222.4 H kT Mpa dd s = 显然，所以满足接触强度要求。 HH ss 九、散热计算九、散热计算 由公式得，传动损耗的功率为： 1 1000(1) s pph=- 1 1000(1)1000 0.12 (1 0.6536)41.6 s ppWh=-=-= 由公式和设计要求可推出： 12 () c pkA tt=- cs pp 12 () s p A k tt - 考虑到通风良好，取,t1=95,t2=20，则CmWk 2 /15 2 41.6 0.036 15 (9520) Am= - 若蜗杆减速部分散热的计算面积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。 第四节第四节 蜗杆轴的设计蜗杆轴的设计 15 一、蜗杆轴的材料选择及确定许用应力一、蜗杆轴的材料选择及确定许用应力 考虑蜗杆轴主要传递我轮的转矩，为普通用途中小功率减速传动装置。因此， 蜗杆材料选用 45 钢，正火处理，,。600 b Mpas= 1 54 b Mpas-= 二、初步估算轴的最小直径二、初步估算轴的最小直径 由公式得： 33 P0.12 1101104.85 n 1400 dmm= 取 dmin=6mm 三、确定各轴段的直径和长度三、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,如图 4-1 所 示。 图图 4-14-1 蜗杆轴蜗杆轴 D1、D5段：D1、D5 段轴径由轴承内圈孔来决定，考虑到轴所传递功率不大，转 速较低，选用推力球轴承，型号为 51100，d=10mm，d1=11mm，D=24mm，D1=24mm，T=9mm。因此，轴径 d1=d5=10mm，L1=20mm，L5=70mm。 D2、D4段：D2段左端对轴承起轴向固定作用，D2段右端对轴承起轴向固定作用， 由于两处轴承型号相同，考虑到加工安装的方便，取 d2=d4=16mm，L2=55mm，L4=55mm。 16 D3段：D3段为蜗杆蜗轮啮合部分，取d3=22mm，L3=50mm。 两轴承的中心跨度为174mm，轴的总长为250mm。 四、蜗杆轴的校核四、蜗杆轴的校核 作用在蜗杆轴上的载荷 由公式得： 1 1 2 t T F d = 66 1 0.12 9.55 109.55 10818.57 1400 P TN mm n = 2 T27.2827285.96N mN mm= 则圆周力： 1 1 1 22 818.57 73.07 22.4 t T FN d = 轴向力： 2 12 2 22 27285.9 535 102 at T FFN d = 径向力: 2tan 535tan20194.7 rt FFNa= = 17 图图 4-24-2 蜗杆轴向受力分析蜗杆轴向受力分析 切向力： 2 535 517.6 coscoscos20 cos5 68 t n n F FN ra = 计算支反力 图图 4-34-3 轴的水平面支反力轴的水平面支反力 水平面支反力（如图 4-3）： 12 12 73.07 84.5 36.54 169 t BHAH Fl RRN ll = + 垂直面支反力（如图 4-4）： 194.757.17137.53 AVrBV RFRN=-=-= 111 12 / 2194.7 84.5 535 22.4/ 2 57.17 169 ra BV F lFd RN ll - = + 弯矩计算 水平面弯矩（如图 4-5）: 2 36.54 84.53087.63 cHAH RRlN mm= = 18 图图 4-54-5 水平弯矩图水平弯矩图 图图 4-64-6 垂直弯矩图垂直弯矩图 图图 4-74-7 合成弯矩图合成弯矩图 垂直面弯矩(如图 4-6)： 11 137.53 84.511621.29 CVAV MRlN mm= = 22 57.17 84.54830.87 CVBV MRlN mm= = 合成弯矩（如图 4-7）： 2222 11 3087.6311621.2912024 CCHCV MMMN mm=+=+= 19 2222 22 3087.634830.875733 CCHCV MMMN mm=+=+= 弯扭合成强度校核 截面 C 处当量弯矩： 2222 1 (2 )12024(0.6 818.57)12034 eC MMTN mm=+=+= 由参考文献3公式（17-5）可得 2 1 3 12034 11.3/54 0.1 22.4 e eb M N mmMpa W ss-= 故蜗杆轴的强度足够。 第五节第五节 中心轴的设计中心轴的设计 一、中心轴的材料选择及确定许用应力一、中心轴的材料选择及确定许用应力 由于中心轴速度较低，传动力矩不大，为空心轴，故选用一般钢材 45 号钢，调 质，硬度为 217255HBS，。637 b Mps= 1 59 b Mps-= 二、计算轴所传递的转矩二、计算轴所传递的转矩 轴所传递的转矩为 660.12 0.75 9.55 109.55 1031311.48 27.45 P TN mm n = 三、初步估算轴的最小直径三、初步估算轴的最小直径 由公式可得 20 3 110 P d n 式中：d危险断面处的轴径，mm P计算轴传动的额定功率；KW n轴的计算转速,r/min 33 0.12 0.75 11011016.34 27.45 P dmm n = 取轴的直径 d=17mm 四、确定各轴段的直径和长度四、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，如图 4-8 所示。 图图 4-84-8 中心轴中心轴 D1 段：根据安装要求和估算最小直径，取 d1=17mm，L1=50mm。 D2 段：D2 段与轴承配合，其直径由轴承内径决定，结合实际工作情况，选择推 力球轴承，型号为：，d=20mm，d1=21mm，D=35mm，D1=35mm，T=10mm。因此， d2=20mm，L2=65mm。 D3 段：取 d3=22mm，L3=93mm。 D4 段：D4 段与轴承配合，其直径由轴承内径决定，结合实际工作情况，选择推 力球轴承，型号为：，d=25mm，d1=26mm，D=42mm，D1=42mm，T=11mm。因此， d4=25mm，L4=30mm。 21 第六节第六节 齿盘的设计齿盘的设计 一、齿盘的材料选择和精度等级一、齿盘的材料选择和精度等级 上下齿盘均选用 45 号钢，淬火，180HBS，初选 7 级精度等级。 二、确定齿盘参数二、确定齿盘参数 考虑齿盘主要用于精确定位和夹紧，齿形选用三角齿形，上下齿盘需相互啮合， 可选相同参数。当蜗轮轴旋转 150时，上刀架上升 5mm，齿盘的齿高取 4mm。 由公式得： * (2) a hhc m * =+ * 4 2 a m hc = + 取 ha*=1.0, c*=0.25，则 * 44 1.78 22 1.0 0.25 a mmm hc = + 取标准值 m=2mm 齿盘齿全高: * (2)(2 1 0.25)24.5 a hhc mmm=+=+= 齿盘内圆直径 d1=140mm，齿盘外圆直径 d2=160mm。 齿顶高： * 1 22 aa hh mmm= = 齿根高 * ()(1 0.25)22.5 fa hhc mmm=+=+= 齿数:z=100 齿宽:b=10mm 齿厚: 22 3.14 2 3.14 22 m smm p = 齿盘高为 10mm 三、校核齿根弯曲疲劳强度三、校核齿根弯曲疲劳强度 校核公式为： 1 2 FFaSaF kT Y Y bd m ss= 确定有关计算参数和许用应力 660.12 0.75 9.55 109.55 1033838.58 25.4 P TN mm n h = 取载荷系数 k=1.5 齿形系数 查参考文献3表 13-7，取 12 2.63 FaFa YY= 应力修正系数 查参考文献3表 13-7，取 12 1.65 SaSa YY= 弯曲疲劳强度极限 查参考文献3图 13-7，得： lim1lim2 160 FF Mpass= 弯曲疲劳强度寿命系数 查参考文献3图 13-9 查得： 12 1 NN YY= 弯曲疲劳强度安全系数 取弯曲疲劳强度最小安全系数 SF=1.4 计算许用弯曲应力 23 lim11 12 160 1 114.23 1.4 FN FF F Y Mpa S s ss = 校核齿根弯曲疲劳强度 121112 1 22 1.5 33838.58 36.23 10 140 2 FFFaSaFF kT YYMpa bd m ssss = 满足弯曲疲劳强度要求。 第七节第七节 联轴器的选择联轴器的选择 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。 由参考文献1公式（3.13-1）得 9550 n Pk T n 式中：Tn联轴器公称转矩；N m T轴传递理论转矩；N m P驱动功率；KW； 工作转速；r/min； k工作系数，取 k=2 0.12 2 955095501.64 1400 n Pk TN m n = 由于联轴器是连接步进电动机和蜗杆的，在工作过程中可能有轻微振动，且频 繁启动，故选用弹性套柱销联轴器，如 TL、HL、ZL 型。查参考文献1表 3.13-8 选 择 TL1 型弹性套柱销联轴器，其标记为： 9 14 4323 84 10 20 ZC GB JB - 24 第五章第五章 安装调试和精度检验安装调试和精度检验 第一节第一节 安装调试安装调试 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： （1） 刀架需要安装在配套的中拖板（其安装刀架上平面的平面度误差允许值 为 0.006 mm）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测定。 （2） 刀具和机床用 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。 （3） 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。 （4） 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意调 整。 （5） 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 线接错。 （6） 刀架安装调试完毕后，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。 25 第二节第二节 精度检验精度检验 本说明严格参照 JB267082，并执行数控卧 式车床标准 JB436986。本设计主要针对电动回转刀架，所以在精度检测这一环节 中仅针对与本设计相关的精度进行检测。 表表 5-15-1 回转刀架的精度检验回转刀架的精度检验 允许误差 序 号 检测项目 D= 800 800= D=15 00 检验 工具 检验方法（参照 JB2670 有 关条文） a 和 b G11 转塔工具孔轴 线与与主轴轴 线的重合度： a,在平面内； b,在次平面内 0.030.04 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 b 同上 a 和 b 0.075/100 指示 器 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 并检测。检测时应接近主 轴端部 a 和 b G13 转塔工具孔轴 线对溜板移动 的平行度.a,b 同上 0.02 0 0.030 指示 器和 检测 棒 将检测棒紧密装入转塔工 具孔中。固定指示器，使 测头触及检验棒表面，将 检验棒旋转 180 度再同样 测一次 26 G14 转塔附具定位 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 0.020 b：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 序需检测一次 G15 转塔附具安装 基面的精度： a,安装基面对 溜板移动的平 行度 b,定位面 的同一度 a：在 100 测量 长度上 0.020 b：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 定位精度 0.010 指示器 和检测 棒 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，记下指示器读 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 G11G15 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（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，在现场易于实施的检验方法，误差计算也规定位易于计算的极值法。即位置偏 差的最大值与最小值之差值。它与数理统计法比较，同一次测量，其计算结果前者 反映的误差值较后者较小，计算方法，前者简单，后者复杂。若按数理统计的计算 关系式，他们之中存在着一定的关系，各有特点。根据用途，这两种计算方法均应 用。 27 第三节第三节 维护与保养维护与保养 （1）为了保持机床工作时的安全，应定期对刀架做精度检查，一般一年一次为 好。 （2）定期对刀架各运动部位添加足够的润滑脂，一年添加一次为宜。 （3） 一年保养电机一次，其中包括检查，润滑和更换轴承等。 （4） 刀具切削力不应超过额定值。否则，会引起刀架变形，使加工精度降低， 甚至损坏刀具和刀架。 （5） 每班清扫刀盘上的铁屑。 第四节第四节 故障及排除故障及排除 一、刀架无法启动一、刀架无法启动 （1） 检查电源是否接通。