C616臥式車(chē)床八工位數(shù)控回轉(zhuǎn)刀架畢業(yè)設(shè)計(jì)（全套圖紙

1、C616臥式車(chē)床八工位數(shù)控回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì) 【摘要】 數(shù)控加工的加工精度高，生產(chǎn)率高，能減輕操作者勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件，有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化以及經(jīng)濟(jì)效益的提高，它的發(fā)展和運(yùn)用，影響著制造業(yè)水平高低，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)控化，已經(jīng)成為當(dāng)今制造業(yè)的發(fā)展方向，所以非常值得我們?nèi)パ芯?。本設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)八工位臥式電動(dòng)控制刀架的工作原理的分析，確定了多種方案，綜合考慮各種方案的優(yōu)缺點(diǎn)、性?xún)r(jià)比后，采用電動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架。其刀架機(jī)構(gòu)的主要部件包括減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、刀架的抬起機(jī)構(gòu)、鎖緊與轉(zhuǎn)位精定位機(jī)構(gòu)等，控制系統(tǒng)軟件包括控制系統(tǒng)的選擇，控制系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì)，收發(fā)信電路的設(shè)計(jì)等，設(shè)計(jì)中所采用螺桿抬起機(jī)構(gòu)、端齒盤(pán)定位機(jī)構(gòu)和單片機(jī)控制

2、系統(tǒng)都計(jì)較經(jīng)濟(jì)實(shí)用，適合我們我國(guó)現(xiàn)階段數(shù)控機(jī)床的發(fā)展需要。 【關(guān)鍵詞】 八工位，電動(dòng)刀架，自動(dòng)化，8051單片機(jī)AbstractThe machining precision of NC machining high, high productivity, reduces the labor intensity of operator, improve working conditions, is conducive to the modernization of production management and improving economic benefit, its develop

3、ment and use, affect the manufacturing industry level, realizes the numerical control of the production process, has become the development direction of manufacturing industry, it is worth we are going to study.This design through the analysis of the work principle of the eight station horizontal el

4、ectric control tool, to determine the various schemes, considering the advantages and disadvantages of various schemes, cost-effective, with electric rotary cutter. The tool holder mechanism consists of a deceleration transmission mechanism, cutter lifting mechanism, locking and indexing precision p

5、ositioning mechanism, control system software includes the choice of the control system, the design of hardware and software of control system, transceiver circuit design, the screw lifting mechanism, the tooth disk positioning mechanism and a microcomputer control system all care about the economic

6、 and practical design, need to develop suitable for our country at the present stage of CNC machine tools.Key word.Eight station, electric tool, automation, 8051 single chip microcomputer目 錄1 緒論51.1 引言51.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀51.3 存在的問(wèn)題61.4 解決的方法72 方案設(shè)計(jì)82.1 自動(dòng)刀架的基本要求和類(lèi)型82.1.1自動(dòng)刀架的基本要求82.1.2自動(dòng)刀架的類(lèi)型82.2 方案的擬定和確定93

7、 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)113.1 減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)113.2 刀架抬起機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)123.3 上刀體鎖緊與精定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)134 主要部件的設(shè)計(jì)計(jì)算154.1 減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算154.1.1蝸桿的選型154.1.2蝸桿副的材料選擇154.1.3按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)154.1.4蝸桿和蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸194.1.5校核蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度194.2 螺桿的設(shè)計(jì)計(jì)算214.2.1螺距的確定214.2.2其他參數(shù)的確定214.2.3自鎖性能校核214.3 端齒盤(pán)設(shè)計(jì)224.3.1 端齒盤(pán)的特點(diǎn)224.3.2 端齒盤(pán)主要參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算225 電氣控制部分設(shè)計(jì)265.1 控制系統(tǒng)的選擇265.

8、2 控制方式的選擇275.3 硬件電路設(shè)計(jì)275.3.1收信電路設(shè)計(jì)275.3.2發(fā)信電路設(shè)計(jì)295.4 控制軟件設(shè)計(jì)316 致 謝377 參 考 文 獻(xiàn)381 緒論1.1 引言電動(dòng)刀架是數(shù)控車(chē)床重要的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，應(yīng)用了自動(dòng)控制、微電子、傳感測(cè)量等方面的最新成就，是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。合理地選配電動(dòng)刀架，并正確實(shí)施控制，能夠有效地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，消除人為誤差，提高加工精度與加工精度的一致性等等。另外，加工工藝適應(yīng)性和連續(xù)穩(wěn)定的工作能力也明顯提高；尤其是在加工幾何形狀較復(fù)雜的零件時(shí)，除了控制系統(tǒng)能提供相應(yīng)的控制算祛對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(如步進(jìn)電機(jī)等)發(fā)出相應(yīng)的控制指令補(bǔ)，很重要的一點(diǎn)是數(shù)

9、控車(chē)床需配備易于控制的電動(dòng)刀架，以便一次裝夾所需各種刀具，靈活、方便地完成各種幾何形狀的加工。因此它的發(fā)展和運(yùn)用，改變了制造業(yè)的生產(chǎn)方式、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、管理方式，為普通機(jī)床演變?yōu)閿?shù)控機(jī)床創(chuàng)造了條件，使世界制造業(yè)的格局發(fā)生了巨大的變化。數(shù)控水平的高低已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平高低的標(biāo)志，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)控化，已經(jīng)成為當(dāng)今制造業(yè)的發(fā)展方向。當(dāng)前，數(shù)控車(chē)床的發(fā)展很快，特別是適合中國(guó)國(guó)情的經(jīng)濟(jì)型簡(jiǎn)易數(shù)控車(chē)床的迅猛發(fā)展，與之相適應(yīng)的電動(dòng)刀架的研究與生產(chǎn)也日趨活躍。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀數(shù)控機(jī)床是先進(jìn)制造業(yè)的基礎(chǔ)機(jī)械，是最典型的多品種、小批量、高技術(shù)含量的機(jī)電一體化產(chǎn)品。目前世界數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量超過(guò)25萬(wàn)臺(tái)

10、，品種超過(guò)1500種。由于國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床不能滿(mǎn)足市場(chǎng)的需求，使我國(guó)機(jī)床的進(jìn)口額呈逐年上升態(tài)勢(shì)。目前我國(guó)數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀是：產(chǎn)品成熟度差，可靠性不高產(chǎn)品品種少，不能滿(mǎn)足市場(chǎng)需求創(chuàng)新能力低，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)數(shù)控機(jī)床行業(yè)的專(zhuān)業(yè)化零配件及部件的協(xié)作生產(chǎn)配套體系不健全，大多數(shù)企業(yè)都是“大而全、小而全”的結(jié)構(gòu)模式。近期我國(guó)在數(shù)控機(jī)床的發(fā)展方面，主要采取跟蹤高級(jí)型、發(fā)展普及型、擴(kuò)大經(jīng)濟(jì)型，以普及型為主的策略，重點(diǎn)發(fā)展。目前我國(guó)機(jī)床主機(jī)廠刀架資源有以下五個(gè)來(lái)源：主機(jī)廠自制；來(lái)自意大利和德國(guó)； 來(lái)自煙臺(tái)環(huán)球機(jī)床附件集團(tuán)有限公司；來(lái)自江蘇常州地區(qū)若干企業(yè)；來(lái)自臺(tái)灣地區(qū)。其中常州地區(qū)的刀架生產(chǎn)企業(yè)占據(jù)經(jīng)濟(jì)性刀架的

11、主流市場(chǎng)。據(jù)專(zhuān)家分析預(yù)測(cè)：數(shù)控機(jī)床推廣應(yīng)用逐步由經(jīng)濟(jì)型為主向普及型為主轉(zhuǎn)變。到2005年我國(guó)機(jī)床的數(shù)控化率為9.5%-10.36%，到2010年將達(dá)到16.5%-19.27%。在2001-2010年，經(jīng)濟(jì)型所占比重繼續(xù)減少，普及型所占比重繼續(xù)增長(zhǎng)，高級(jí)型的需求緩慢增長(zhǎng)。出口前景良好。1998年及前幾年我國(guó)機(jī)床工具的出口額徘徊在5億美元左右，2000年上升到7.85億美元，隨著東南亞經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇和我國(guó)出口多極化市場(chǎng)的形成和鞏固，以及我國(guó)加入WTO，今后幾年我國(guó)機(jī)床出口將實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)、持續(xù)增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)到2010年出口創(chuàng)匯可達(dá)到13億美元。本系統(tǒng)利用單片機(jī)的特性，在刀架與CNC（數(shù)控系統(tǒng)）之間架起一座橋梁，以

12、提高刀架的運(yùn)行性能。而單片機(jī)指令豐富,運(yùn)行速度高,軟件組態(tài)靈活,可以方便地實(shí)現(xiàn)多模式控制,為實(shí)現(xiàn)高性能系統(tǒng)提供了技術(shù)保證。1.3 存在的問(wèn)題目前數(shù)控刀架控制存在的問(wèn)題是：控制粗，自診斷功能弱，故障率高，排除故障時(shí)間長(zhǎng)。目前刀架的控制都是由CNC的內(nèi)置PLC或固化I/O控制來(lái)完成。這種控制的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)方便，但對(duì)刀架的控制不夠精確。由于刀架的品種繁多，結(jié)構(gòu)各異，使得機(jī)床廠家的技術(shù)人員或CNC的程序開(kāi)發(fā)人員對(duì)刀架的控制很難把握得非常準(zhǔn)確。由于刀架的控制粗陋， CNC的接口資源的限制，致使刀架的故障率高，故障提示簡(jiǎn)單，使技術(shù)人員對(duì)刀架的故障不能進(jìn)一步地細(xì)分，無(wú)形中增加了故障率和故障的排除時(shí)間。無(wú)鎖緊狀

13、態(tài)、智能識(shí)別功能。目前，市場(chǎng)占有率最高的電動(dòng)單向轉(zhuǎn)刀架其鎖緊控制采用延時(shí)方式，這種控制的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單、可靠，但對(duì)刀架的使用壽命有害。由于使用統(tǒng)一的延時(shí)時(shí)間進(jìn)行刀架的鎖緊控制，這就使得許多刀架鎖不緊或鎖得太緊，進(jìn)而造成零件加工精度喪失、下次換刀失敗。控制通用性差。由于刀架的控制時(shí)序不同，刀架所安裝的發(fā)訊裝置各異，因此不同的刀架要使用不同的控制程序和控制接口電路，給刀架的使用帶來(lái)不便。影響中高檔刀架的推廣使用。數(shù)控刀架是數(shù)控車(chē)床上的最復(fù)雜的機(jī)電一體化功能部件之一，其控制程序復(fù)雜（尤其對(duì)雙向轉(zhuǎn)刀架）。數(shù)控機(jī)床廠的技術(shù)開(kāi)發(fā)人員，需花費(fèi)相當(dāng)多的時(shí)間及精力，在有足夠經(jīng)驗(yàn)積累的基礎(chǔ)上，才能編制出功能完善的刀架

14、控制程序。這極大地影響了機(jī)床廠家的新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)進(jìn)度。特別對(duì)于現(xiàn)在發(fā)展迅猛、數(shù)量眾多的民營(yíng)、私營(yíng)機(jī)床企業(yè)，其技術(shù)力量薄弱，許多企業(yè)不具備刀架控制程序的開(kāi)發(fā)能力，這就限制了中高檔刀架的推廣和使用。另一方面，目前國(guó)內(nèi)企業(yè)使用最普及的經(jīng)濟(jì)型CNC只能控制電動(dòng)單向轉(zhuǎn)刀架，這就限制了雙向轉(zhuǎn)刀架的推廣和使用。1.4 解決的方法首先按刀架的不同控制方式進(jìn)行分類(lèi)，將各種刀架的控制程序都集成在單片機(jī)上，通過(guò)刀架選擇開(kāi)關(guān)確定對(duì)不同刀架的控制。其次根據(jù)刀架發(fā)訊裝置的不同，設(shè)計(jì)專(zhuān)用的接口電路。經(jīng)過(guò)這樣設(shè)計(jì)的刀架控制系統(tǒng)可以控制電動(dòng)單向轉(zhuǎn)、電動(dòng)雙向轉(zhuǎn)、液壓等各類(lèi)型刀架且可兼容4工位、6工位、8工位、12工位等多種規(guī)格刀架。

15、實(shí)現(xiàn)刀架控制的通用性。其次獨(dú)立的刀架控制系統(tǒng)可與CNC連接，一方面可以大大簡(jiǎn)化CNC側(cè)刀架控制程序的編制工作，另一方面可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)對(duì)雙向轉(zhuǎn)刀架的控制。該刀架控制系統(tǒng)也可以脫離CNC單獨(dú)使用，其內(nèi)裝的刀架自檢測(cè)程序可控制刀架運(yùn)行，在刀架發(fā)生故障時(shí)用以判斷故障在刀架側(cè)或在CNC側(cè)。根據(jù)各種刀架的控制過(guò)程，將刀架運(yùn)行過(guò)程中可能出現(xiàn)的各種故障，制作出自診斷表，分配故障代碼，給出故障報(bào)警，方便用戶(hù)維修。本設(shè)計(jì)主要針對(duì)中低檔經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架，用單片機(jī)作為其控制系統(tǒng)的CPU，具有位處理能力,強(qiáng)調(diào)控制和事務(wù)處理功能，價(jià)格低廉，控制可靠的特點(diǎn)。經(jīng)過(guò)反復(fù)的檢查和論證，能夠滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)

16、床的要求。2 方案設(shè)計(jì)在零件的制造過(guò)程中，大量的時(shí)間用于更換刀具、裝卸零件、測(cè)量和搬運(yùn)零件等非切削時(shí)間上，切削加工時(shí)間僅占整個(gè)工時(shí)中較小的比例。為了縮短非切削時(shí)間，充分發(fā)揮機(jī)床的效率，往往采用“工序集中”的原則。常見(jiàn)的自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架就是為了實(shí)現(xiàn)上述功能而設(shè)計(jì)的。2.1 自動(dòng)刀架的基本要求和類(lèi)型 2.1.1自動(dòng)刀架的基本要求滿(mǎn)足工藝要求 機(jī)床依靠刀具和工件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成工作表面，而加工工件的表面形狀和表面位置多種多樣，要求刀架盡可能布置足夠的刀具，換刀時(shí)間短，能夠方便而正確地加工各工件表面。保證足夠高的重復(fù)定位精度 在刀架上安裝刀具時(shí)應(yīng)能精確地調(diào)整刀具的位置，以保證刀具和工件間準(zhǔn)確的相對(duì)位置，而

17、且精度保持性要好，以便長(zhǎng)期保持刀具的正確位置。具有足夠的剛度 刀架在粗車(chē)時(shí)要承受很大的切削力，所以刀架在結(jié)構(gòu)上必須具有良好的強(qiáng)度和剛度。由于車(chē)削加工精度在很大程度上取決于刀尖的位置，對(duì)于數(shù)控車(chē)床來(lái)說(shuō)，在加工過(guò)程中刀具的位置不能進(jìn)行人工調(diào)整，因此必須要有可靠的定位方案和合理的定位結(jié)構(gòu)，才能保證回轉(zhuǎn)刀架在每次轉(zhuǎn)位之后，具有盡可能高的重復(fù)定位精度。提高可靠性 由于自動(dòng)換刀裝置在機(jī)床工作過(guò)程中，使用頻率很高，所以擁有很高的可靠性非常重要。縮短換刀時(shí)間 自動(dòng)刀架是為了提高機(jī)床的自動(dòng)化而設(shè)置的，因而它的換刀時(shí)間應(yīng)盡可能的短，有利于提高生產(chǎn)效率。 2.1.2自動(dòng)刀架的類(lèi)型一般自動(dòng)刀架的結(jié)構(gòu)取決于機(jī)床的類(lèi)型、

18、工藝范圍、使用刀具種類(lèi)和數(shù)量。目前的數(shù)控車(chē)床的自動(dòng)刀架的類(lèi)型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和適用范圍見(jiàn)表1.1。表1.1 自動(dòng)刀架的類(lèi)型類(lèi)別形式特點(diǎn)適用范圍回轉(zhuǎn)刀架多為順序換刀，換刀時(shí)間短、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、容納刀具少各種數(shù)控機(jī)床、數(shù)控車(chē)削中心轉(zhuǎn)塔頭順序換刀，換刀時(shí)間短刀具主軸都集中在轉(zhuǎn)塔頭上，結(jié)構(gòu)緊湊,但剛性差數(shù)控鉆、鏜、銑床2.2 方案的擬定和確定從表1.1中可以得出由于轉(zhuǎn)塔頭的主軸部件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，本設(shè)計(jì)的自動(dòng)刀架應(yīng)選為自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架。自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架系統(tǒng)的功能分析：抬起：為了使刀架能夠轉(zhuǎn)位，回轉(zhuǎn)刀架必須先抬起。轉(zhuǎn)位：為了完成工件若干個(gè)工序的加工，在回轉(zhuǎn)刀架上固定著8組刀具，為使各組刀具能依次參加工作，回轉(zhuǎn)刀

19、架需相應(yīng)轉(zhuǎn)位。定位：為保證加工精度，在加工時(shí)回轉(zhuǎn)刀架應(yīng)精確定位，而在轉(zhuǎn)位時(shí)應(yīng)先將定位銷(xiāo)拔出。鎖緊：刀架在反轉(zhuǎn)后，必須鎖緊才能正常加工工件。自動(dòng)刀架的驅(qū)動(dòng)裝置可以是液壓驅(qū)動(dòng)也可以是電動(dòng)驅(qū)動(dòng)，液壓驅(qū)動(dòng)的刀架即液壓刀架，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的刀架即電動(dòng)刀架。液壓刀架的初步方案簡(jiǎn)圖如下圖1.1所示。 圖1.1 液壓刀架其工作原理為：它利用擺動(dòng)液壓缸來(lái)控制刀架轉(zhuǎn)位，圖中有擺動(dòng)閥芯、撥爪、小液壓缸。撥爪帶動(dòng)刀架轉(zhuǎn)位，小液壓缸向下拉緊，從而產(chǎn)生拉緊力。液壓式刀架的特點(diǎn)在于轉(zhuǎn)位可靠，拉緊力大，但需要額外的一套液壓系統(tǒng)（機(jī)床自身有時(shí)則不需要）。 電動(dòng)刀架的初步方案簡(jiǎn)圖如下圖1.2所示。圖1.2 電動(dòng)刀架其工作原理為：當(dāng)數(shù)

20、控裝置發(fā)出換刀指令后，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，通過(guò)離合器帶動(dòng)蝸桿旋轉(zhuǎn)，在經(jīng)過(guò)蝸輪帶動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，從而使刀架抬起，刀架抬起后，電動(dòng)機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)刀架轉(zhuǎn)位，完成轉(zhuǎn)位后，經(jīng)過(guò)延時(shí)使電機(jī)反轉(zhuǎn)，壓緊刀架。綜上所述，液壓自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架精度高、效率高，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。而電動(dòng)自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架相對(duì)于液壓回轉(zhuǎn)刀架性能略差，但其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、成本低，所以非常適合經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，因?yàn)楸菊n題中的刀具數(shù)目為八把，數(shù)量較少，應(yīng)為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床所設(shè)計(jì)，所以選擇電動(dòng)自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架。3 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)已選的電動(dòng)自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架，確定其工作流程，見(jiàn)自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架換刀流程如圖3.1所示，并對(duì)其進(jìn)行總體性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。包括：減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)、刀架抬起

21、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、上刀體鎖緊與精定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。圖3.1 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的換刀流程3.1 減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速太快，不能直接驅(qū)動(dòng)刀架進(jìn)行換刀，必須經(jīng)過(guò)減速機(jī)構(gòu)進(jìn)行減速，減速機(jī)構(gòu)一般可以設(shè)計(jì)成齒輪傳動(dòng)、蝸輪蝸桿傳動(dòng)、帶輪齒輪傳動(dòng)、鏈條傳動(dòng)。齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)是：傳動(dòng)比準(zhǔn)確，工作平穩(wěn)，傳動(dòng)效率高，一般可以達(dá)到95%以上，精度較高的圓柱齒輪副可以達(dá)到99%；傳動(dòng)效率高、傳遞功率范圍廣，可以從儀表中齒輪微小功率的傳動(dòng)到大型動(dòng)力機(jī)械幾萬(wàn)千瓦功率的傳動(dòng)；結(jié)構(gòu)緊湊、維護(hù)簡(jiǎn)便和使用壽命長(zhǎng)。但要求較高的制造和安裝精度，成本較高；傳動(dòng)比小不適宜于遠(yuǎn)距離兩軸之間的傳動(dòng)；低精度齒輪在傳動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)。蝸輪蝸桿傳

22、動(dòng)的特點(diǎn)：由于蝸桿上的輪齒是連續(xù)的螺旋齒，同時(shí)嚙合齒多，故動(dòng)載荷小，傳動(dòng)平穩(wěn)；能以單級(jí)傳動(dòng)獲得較大的傳動(dòng)比，機(jī)構(gòu)緊湊；嚙合輪齒間有很大的相對(duì)滑動(dòng)速度，在轉(zhuǎn)遞載荷時(shí)，磨損大效率低，發(fā)熱嚴(yán)重，需進(jìn)行熱平衡計(jì)算；當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于嚙合輪齒間的當(dāng)量摩擦角時(shí)，具有反行程自鎖性。鏈傳動(dòng)的特點(diǎn)：能夠保證平均傳動(dòng)比不變；可用于大中心距的傳動(dòng)，傳動(dòng)效率高；其瞬時(shí)傳動(dòng)比是變化的不適用于傳動(dòng)比為常數(shù)的場(chǎng)合；工作時(shí)有沖擊和噪聲；制造成本高，安裝要求準(zhǔn)確，需要有適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑和張緊措施。綜合考慮以上各種類(lèi)型的傳動(dòng)特點(diǎn)，結(jié)合本設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，由于減速比較大，若選用齒輪傳動(dòng)則必須設(shè)計(jì)成多級(jí)齒輪傳動(dòng)，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積較大而且多級(jí)

23、齒輪成本高。帶輪齒輪傳動(dòng)同樣是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高。根據(jù)鏈傳動(dòng)的特點(diǎn)可知其不適合本設(shè)計(jì)的傳動(dòng)要求。而蝸輪蝸桿傳動(dòng)所得的單級(jí)傳動(dòng)比很大，可以改變運(yùn)動(dòng)方向，能夠保證傳遞動(dòng)的精度和平穩(wěn)性，雖然其效率不高，功耗損失較大，但是由于本機(jī)構(gòu)所需的功率很小，因此選用蝸桿副減速。3.2 刀架抬起機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)在執(zhí)行換刀動(dòng)作時(shí)，刀架必須先執(zhí)行抬起動(dòng)作，然后在由蝸輪旋轉(zhuǎn)進(jìn)行選刀。刀架抬起機(jī)構(gòu)可以設(shè)計(jì)成凸臺(tái)棘爪機(jī)構(gòu)也可以設(shè)計(jì)成螺桿-螺母副。凸臺(tái)棘爪機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)復(fù)雜，凸臺(tái)和棘爪的加工難度大，成本高。螺桿-螺母副機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)軸向力大，加工容易，成本低，能夠完成刀架的抬起動(dòng)作。從經(jīng)濟(jì)型方面考慮，應(yīng)采用經(jīng)濟(jì)的螺桿-螺母副，在上刀體內(nèi)

24、部加工出內(nèi)螺紋，當(dāng)電動(dòng)機(jī)通過(guò)蝸桿-蝸輪帶動(dòng)螺桿繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，作為螺母的上刀體要么轉(zhuǎn)動(dòng)要么上下移動(dòng)。到刀架處于鎖緊狀態(tài)時(shí)，上刀體與下刀體的端齒面相互嚙合時(shí)，因?yàn)檫@時(shí)上刀體不能與蝸桿一起轉(zhuǎn)動(dòng)，所以螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)只能使上刀體向上移動(dòng)。當(dāng)端面齒脫離嚙合時(shí)，上刀體就與螺桿一同轉(zhuǎn)動(dòng)。3.3 上刀體鎖緊與精定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)因?yàn)榈毒咧苯影惭b在上刀體上，在切削時(shí)要承受很大的切削力，其鎖緊與定位的精度將直接影響工件的加工精度。本設(shè)計(jì)上刀體的鎖緊與定位機(jī)構(gòu)選用端面齒盤(pán)，將上刀體和下刀體的配合面加工成梯形端面齒。當(dāng)?shù)都芴幱诂嵕o狀態(tài)時(shí)，上下端面齒相互嚙合，這時(shí)上刀體不能繞刀架的中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)；換刀時(shí)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，抬起機(jī)構(gòu)使上刀體抬

25、起，等上下端面齒脫開(kāi)后，上刀體才可以繞刀架中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，完成轉(zhuǎn)位動(dòng)作。圖3.2表示自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架在換刀過(guò)程中有關(guān)銷(xiāo)的位置。其中上部的圓柱銷(xiāo)2和下部的反靠銷(xiāo)6起著重要作用。圖3.2 刀架轉(zhuǎn)位過(guò)程中銷(xiāo)的位置a) 換刀開(kāi)始時(shí)，圓柱銷(xiāo)2與上蓋圓盤(pán)1可以相對(duì)滑動(dòng)b) 上刀體4完全抬起后，圓柱銷(xiāo)2落入上蓋圓盤(pán)1操內(nèi)，上蓋圓盤(pán)1將帶動(dòng)圓柱銷(xiāo)2以及上刀體4一起轉(zhuǎn)動(dòng)c) 上刀體4連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，反靠銷(xiāo)6可從反靠盤(pán)7的槽左側(cè)斜坡滑出d) 找到刀位時(shí)，刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，反靠銷(xiāo)6反靠，上刀體停轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)粗定位1上蓋圓盤(pán) 2圓柱銷(xiāo) 3彈簧 4上刀體 5圓柱銷(xiāo) 6反靠銷(xiāo) 7反靠圓盤(pán)當(dāng)?shù)都芴幱阪i緊狀態(tài)時(shí)，兩銷(xiāo)的情況如圖a所示，此時(shí)反靠

26、銷(xiāo)6落在反靠盤(pán)7的十字槽內(nèi)，上刀體4的端面齒和峽到體的端面齒處于嚙合狀態(tài)（上下端齒在圖 a中未畫(huà)出）。需要換刀時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出刀架轉(zhuǎn)位信號(hào)，三相異步電動(dòng)機(jī)正向旋轉(zhuǎn)，通過(guò)蝸桿副帶動(dòng)螺桿正向轉(zhuǎn)動(dòng)，與螺桿配合的上刀體4逐漸抬起，上刀體4與下刀體之間的端面齒慢慢脫開(kāi)；與此同時(shí)，上端圓盤(pán)1也隨著螺桿正向轉(zhuǎn)動(dòng)（上端圓盤(pán)1通過(guò)圓柱銷(xiāo)與螺桿聯(lián)接），當(dāng)轉(zhuǎn)過(guò)約170度時(shí)，上端圓盤(pán)1直槽的另一端轉(zhuǎn)到圓柱2的正上方，由于彈簧3的作用，圓柱銷(xiāo)2落入直槽內(nèi)，于是上端圓盤(pán)1就通過(guò)圓柱銷(xiāo)2使得上刀體4轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)（此時(shí)端齒面齒已完全脫開(kāi)）。如圖b 所示。 上蓋圓盤(pán)1、圓柱銷(xiāo)2以及上刀體4在正轉(zhuǎn)的過(guò)程中，反靠銷(xiāo)6能夠從反靠圓盤(pán)7中

27、十字槽的左側(cè)斜坡滑出，而不影響上刀體4尋找刀位時(shí)的正向轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖C所示。上刀體4帶動(dòng)磁鐵轉(zhuǎn)到需要的刀位時(shí)，發(fā)信盤(pán)上對(duì)應(yīng)的元件輸出低電平信號(hào)，控制系統(tǒng)收到后，立即控制刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，上蓋圓盤(pán)1通過(guò)圓柱銷(xiāo)2帶動(dòng)上刀體4開(kāi)始反轉(zhuǎn)，反靠銷(xiāo)6馬上就會(huì)落入反靠圓盤(pán)7的十字槽內(nèi)，至此，完成粗定位，如圖d所示。此時(shí)，反靠銷(xiāo)6馬上就會(huì)落入反靠圓盤(pán)7的十字槽內(nèi)爬不上來(lái)，于是上刀體4停止轉(zhuǎn)動(dòng)，開(kāi)始下降，而上蓋圓盤(pán)1繼續(xù)反轉(zhuǎn)，其直槽的左側(cè)斜坡將圓柱銷(xiāo)2的頭部壓入上刀體4的銷(xiāo)孔內(nèi)，之后，上蓋圓盤(pán)1的下表面開(kāi)始與圓柱銷(xiāo)2的頭部滑動(dòng)。在此期間，上、下刀體的端面齒逐漸嚙合，實(shí)現(xiàn)精定位，經(jīng)過(guò)設(shè)定的延時(shí)時(shí)間后，刀架電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，整

28、個(gè)換刀過(guò)程結(jié)束。由于蝸桿副具有自瑣功能，所以刀架可穩(wěn)定的工作。4 主要部件的設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)上述所確定的刀架方案，其結(jié)構(gòu)中的主要部件有減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)即蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)、刀架的抬起轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)螺桿-螺母副和精定位機(jī)構(gòu)端齒盤(pán)等。4.1 減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算本設(shè)計(jì)的減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是蝸輪蝸桿副，自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的動(dòng)力源是三相異步電動(dòng)機(jī)，其中蝸桿與電動(dòng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器相連，刀架轉(zhuǎn)位時(shí)蝸輪與上刀體直聯(lián)。由于刀架轉(zhuǎn)動(dòng)所需的功率較小，所以選取額定功率為=90W，額定轉(zhuǎn)速=1440r/min的電動(dòng)機(jī) ,上刀體設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速，則蝸桿副的傳動(dòng)比。刀架從轉(zhuǎn)位到鎖緊時(shí)，需要蝸桿反向，工作載荷不均勻，啟動(dòng)時(shí)沖擊較大，今要求蝸桿副的使用壽命。 4.1

29、.1蝸桿的選型 根據(jù)GB/T10085-1988的推薦采用漸開(kāi)線(xiàn)蝸桿（ZI蝸桿）和錐面包絡(luò)蝸桿（ZK蝸桿）。本設(shè)計(jì)采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便的漸開(kāi)線(xiàn)型圓柱蝸桿(ZI型)。 4.1.2蝸桿副的材料選擇 刀架中的蝸桿副傳遞的功率不大，但蝸桿轉(zhuǎn)速較高，因此，蝸桿的材料選用45鋼，其螺旋齒面要求淬火，硬度為4555HRC，以提高表面耐磨性；蝸輪的轉(zhuǎn)速較低，其材料主要考慮耐磨性，選用鑄錫磷青銅ZCuSn10P1,采用金屬模鑄造。 4.1.3按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) 刀架中的蝸桿副采用閉式傳動(dòng)，多因齒面膠合或點(diǎn)蝕而失效。因此，在進(jìn)行承載能力計(jì)算時(shí)，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，再按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核。

30、按蝸輪接觸疲勞強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)計(jì)算的公式為： （4.1）式中 a-蝸桿副的傳動(dòng)中心距，單位為mm; k-載荷系數(shù)； -作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩，單位為； -彈性影響系數(shù)，單位N.mm;-接觸系數(shù)； -許用接觸應(yīng)力，單位為MPa從上式算出蝸桿副的中心距a之后，根據(jù)傳動(dòng)比i=48，從表4.1中選擇一個(gè)合適的中心距a值，以及相應(yīng)的蝸桿、蝸輪參數(shù)。表4.1 普通圓柱蝸桿基本尺寸和參數(shù)選擇及其蝸輪參數(shù)的匹配中心距a/mm模數(shù)m/mm分度直徑/mm/蝸桿頭數(shù)直徑系數(shù)q分度圓導(dǎo)程角蝸輪齒數(shù)變位系數(shù)405011818118.00628200401.252031.25116.0049-0.500506322.43517.

31、926282+0.040+0.440501.62051.2112.5051-0.5002463802871.68117.506182+0.1215+0.25040(50)(63)222.489.2111.2029(39)(51)-0.100(-0.100)(+0.400)2468010035.5142117.756282+0.12550(63)(80)2.52875111.2029(39)(53)-0.100(+0.100)(-0.100)24610045281.25118.0062063(80)(100)3.1535.5352.25111.2729(39)(53)-0.1349(+0.100

32、)(-0.3889)24612556555.66117.77862-0.206380(100)(125)440640110.0031(41)(51)-0.500(-0.500)()+0.750246160711136117.7562+0.125 確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 設(shè)蝸桿頭數(shù)=1，蝸桿副的傳動(dòng)效率。有電動(dòng)機(jī)的額定功率W,可以算得蝸輪傳遞的功率，再有蝸輪的轉(zhuǎn)速求得作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩：確定載荷系數(shù)K 載荷系數(shù)。其中為使用系數(shù)，由表4.2查得，由于工作載荷不均勻，起動(dòng)時(shí)沖擊較大，因此?。粸辇X向載荷分布系數(shù)，因工作載荷在起動(dòng)和停止時(shí)有變化，故?。粸閯?dòng)載荷系數(shù)，由于轉(zhuǎn)速不高、沖擊不大，可取。則有載荷

33、系數(shù)： 表4.2 使用系數(shù)工作類(lèi)型IIIIII載荷性質(zhì)均勻、無(wú)沖擊不均勻、小沖擊不均勻、大沖擊每小時(shí)起動(dòng)次數(shù)2525-5050起動(dòng)載荷小較大大11.151.2確定彈性影響系數(shù) 鑄錫磷青銅蝸輪與鋼蝸桿相配時(shí)，從有關(guān)手冊(cè)查得彈性影響系數(shù)。確定接觸系數(shù) 先假設(shè)蝸桿分度圓直徑和傳動(dòng)中心距a的比值，從圖4.1中可查得接觸系數(shù)。圖4.1 圓柱蝸桿傳動(dòng)的接觸系數(shù)確定許用接觸應(yīng)力 根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅、金屬模鑄造、蝸桿螺旋齒面硬度大于45HRC，可從表4.3中查得蝸輪的基本許用應(yīng)力。由于蝸桿為單頭，蝸輪每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)每個(gè)齒輪嚙合的次數(shù)j=1；蝸輪轉(zhuǎn)速；蝸桿副的使用壽命。則應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：壽命系數(shù)：表4.3 鑄錫

34、磷青銅蝸輪的基本許用接觸應(yīng)力蝸輪材料鑄造方法蝸桿螺旋面的硬度45HRC鑄錫磷青銅砂模鑄造150180金屬模鑄造220268鑄錫鋅鉛青銅砂模鑄造113135金屬模鑄造128140許用接觸應(yīng)力:計(jì)算中心距 將以還是各參數(shù)帶入式(6-9),求得中心距:查表4.1,取中心距a=50mm,已知蝸桿頭數(shù),設(shè)模數(shù)m=1.6mm,得蝸桿分度圓直徑.這時(shí),由圖4.1系數(shù)。因?yàn)?因此以上計(jì)算結(jié)果可用。 4.1.4蝸桿和蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 由蝸桿和蝸輪的基本尺寸和主要參數(shù)，算得蝸桿和蝸輪的主要幾何尺寸后，即可繪制蝸桿副的工作圖了。蝸桿參數(shù)與尺寸 頭數(shù)，模數(shù)m=1.6mm，軸向齒距，軸向齒厚，分度圓直徑，直徑系

35、數(shù)，分度圓導(dǎo)程角。取齒頂高系數(shù)，徑向間隙系數(shù)，則齒頂圓直徑：齒根圓直徑：mm蝸輪參數(shù)與尺寸 齒數(shù)，模數(shù)m=1.6mm,分度圓直徑為：變位系數(shù)：蝸輪喉圓直徑為：蝸輪齒根圓直徑為：蝸輪咽喉母圓半徑：。 4.1.5校核蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度檢驗(yàn)下式是否成立，即可較核蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。 （4.2） 式中 蝸輪齒根彎曲應(yīng)力，單位為MPa； 蝸輪齒形系數(shù)； 螺旋角影響系數(shù)； 蝸輪的許用彎曲應(yīng)力，單位為MPa。由蝸桿頭數(shù)=1，傳動(dòng)比i=48，可以算出蝸輪齒數(shù)。則蝸輪的當(dāng)量齒數(shù)：根據(jù)蝸輪變位系數(shù)和當(dāng)量齒數(shù)，查手冊(cè)得齒形系數(shù)：螺旋角影響系數(shù)：根據(jù)蝸桿的材料和制造方法，查表3.4，可得蝸輪基本許用彎曲應(yīng)力：蝸輪

36、的壽命系數(shù)：蝸輪的許用彎曲應(yīng)力：將以上參數(shù)帶入式（3-2），得蝸輪齒根彎曲應(yīng)力：可見(jiàn)，蝸輪齒根的彎曲強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。 表4.4 蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力 單位：（MPa）蝸輪材料鑄造方法單側(cè)工作雙側(cè)工作鑄錫磷青銅砂模鑄造4029金屬模鑄造5640鑄錫鋅鉛青銅砂模鑄造2622金屬模鑄造3226鑄鋁鐵青銅砂模鑄造8057金屬模鑄造9064灰鑄鐵HT150砂模鑄造4028HT200砂模鑄造48344.2 螺桿的設(shè)計(jì)計(jì)算 4.2.1螺距的確定 刀架轉(zhuǎn)位時(shí)，要求螺桿在轉(zhuǎn)動(dòng)約的情況下，上刀體的端面齒與下刀體的端面齒完全脫離；在鎖緊的時(shí)候，要求上下端面齒的嚙合深度達(dá)2mm。因此，螺桿的螺距應(yīng)滿(mǎn)足，即，今取螺桿的

37、螺距。 4.2.2其他參數(shù)的確定 采用單頭梯形螺紋，頭數(shù) ,牙側(cè)角，外螺紋大徑（公稱(chēng)直徑），牙側(cè)間隙，基本牙型高度，外螺紋高，外螺紋中徑，外螺紋小徑，螺桿螺紋部分長(zhǎng)度。 4.2.3自鎖性能校核 螺桿螺母材料均用45鋼，查表4.5，取二者的摩擦因素；再求得梯形螺旋副的當(dāng)量摩擦角： 而螺紋升角： 小于當(dāng)量摩擦角，因此，所選幾何參數(shù)滿(mǎn)足自鎖條件。表4.5 滑動(dòng)螺旋副材料的許用壓力及摩擦因素蝸桿-螺母的材料滑動(dòng)速度/許用壓力/MPa摩擦因素鋼-青銅低速18250.080.103.011186127101512淬火鋼-青銅61210130.060.08鋼-鑄鐵2.413180.120.1561247鋼-

38、鋼低速7.5130.110.174.3 端齒盤(pán)設(shè)計(jì)端齒盤(pán)又稱(chēng)多齒盤(pán)、細(xì)齒盤(pán)、鼠牙盤(pán)，是具有自動(dòng)定心功能的精密分度定位元件，廣泛應(yīng)用于加工中心、柔性單元、數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床、測(cè)量?jī)x器、各種高精度間歇式圓周分度裝置、多工位定位機(jī)構(gòu)以及其它需要精密分度的各種設(shè)備上。端齒盤(pán)實(shí)際上相當(dāng)于一對(duì)齒數(shù)相同的離合器，其嚙合過(guò)程與離合器的嚙合類(lèi)似。端齒盤(pán)的齒形有直齒和弧齒兩種，直齒端齒盤(pán)加工方便、定位精度及重復(fù)定位精度高。 4.3.1 端齒盤(pán)的特點(diǎn)在分度及定位裝置中，一般用端齒盤(pán)作為其精確定位元件。它具有以下優(yōu)點(diǎn)：分度精度高 最高分度精度可高達(dá)，實(shí)際分度誤差等于所有齒單個(gè)分度誤差的平均值。分度范圍大 分度大小與齒

39、數(shù)有關(guān)。如齒數(shù)為360齒時(shí)，最小分度值為，用差動(dòng)端齒分度裝置，分度范圍更大。精度的重復(fù)性和持久性好 重復(fù)定位精度可達(dá)。由于工作時(shí)相當(dāng)于上下齒盤(pán)在不斷地對(duì)研，因此使用越久，分度精度的重復(fù)性和持久性也就越好，而且精度有可能提高。剛性好 因所有齒面同時(shí)參加嚙合，不論承受的是切向力、徑向力還是軸向力，整個(gè)分度裝置形成一個(gè)良好的剛性整體。結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便，這一點(diǎn)比其它高精度的分度裝置更為突出。維護(hù)簡(jiǎn)便，多次拆裝不影響其原有的精度。除以上優(yōu)點(diǎn)外，它也有以下缺點(diǎn)：要設(shè)計(jì)升降機(jī)構(gòu)，使兩齒盤(pán)問(wèn)脫開(kāi)一定的距離(應(yīng)大于嚙合高度)，以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)位分度。必須有鎖緊機(jī)構(gòu)，防止在使用過(guò)程中受外力和力矩作用而使上下齒盤(pán)脫開(kāi)或側(cè)

40、傾。要采取防塵防屑措施，齒面的灰塵及切屑等雜物會(huì)影響到定位精度及鎖緊程度。不能進(jìn)行任意連續(xù)分度，分度時(shí)至少要轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒，所以一般只能將圓周分成有限的等分角。 4.3.2 端齒盤(pán)主要參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算本設(shè)計(jì)采用齒形為三角形的直齒端齒盤(pán)的基本結(jié)構(gòu)，其參數(shù)計(jì)算如下。齒數(shù)z的確定可根據(jù)分度要求，即需要分度的最小分度值來(lái)確定：由于本設(shè)計(jì)的刀架為8刀刀架，每個(gè)刀位間相差45度，因此所取的最小分度角應(yīng)為45度的整數(shù)或分?jǐn)?shù)倍，所以取最小分度角度，則z=120齒，即刀架每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)刀位，要轉(zhuǎn)15個(gè)齒。端齒盤(pán)外徑d端齒盤(pán)外徑d主要由設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)所允許的空間范圍來(lái)確定。在結(jié)構(gòu)允許的情況下，外徑越大，分度或定位機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性越好

41、。根據(jù)本機(jī)構(gòu)實(shí)際出發(fā)，端齒盤(pán)外徑設(shè)計(jì)為d=165mm。端齒盤(pán)齒形角選取時(shí)考慮作用在端齒盤(pán)上的負(fù)荷力矩及總鎖緊力的大小，如圖5.1所示。將作用于齒盤(pán)上每齒的切向外力和軸向鎖緊力，沿著齒面方向進(jìn)行分解。如圖3.2所示，應(yīng)滿(mǎn)足以下條件：即 圖4.2 端齒盤(pán)受力圖 圖4.3 齒面上的切向外力和軸向鎖緊力 圖4.4 端齒盤(pán)剖視圖從上式可以看出，在外載不變時(shí)，齒形角越小，所需自鎖力也越小，即自鎖性越強(qiáng)，但齒相應(yīng)變深，齒厚變?。积X形角aD越大，需要的總鎖緊力也越大，即承受外轉(zhuǎn)矩的能力下降，但齒高變低，端齒嚙合的高度下降，結(jié)構(gòu)緊湊；同時(shí)也說(shuō)明了加大外徑d有利于提高端齒盤(pán)的承載能力。圖4.5 單齒俯視示意圖 圖

42、4.6單街周向展開(kāi)示意圖綜合考慮作用在端齒盤(pán)上的負(fù)荷(力矩)及鎖緊力的大小，同時(shí)受齒形加工刀具的限制，通常取、。等。本設(shè)計(jì)采用的齒形角。齒根角(嚙合斜角)為了保證在齒寬方向上的嚙合質(zhì)量，加工端齒時(shí)必須調(diào)整分度盤(pán)回轉(zhuǎn)中心線(xiàn)和工作臺(tái)面傾斜角，即齒根角或嚙合斜角 (如圖4.4)，以保證齒盤(pán)大端和小端的齒厚與齒槽寬度相等，經(jīng)變換得圖4.7 前面嚙合副面不意圖 代入，則，最大齒距(周節(jié))t和最大齒厚B齒厚沿著徑向向中心逐漸縮小，在沿圓周展開(kāi)方向上(如圖4.8所示)，根據(jù)圓周計(jì)算公式，最大齒距(周節(jié))t和最大齒厚B分別為 圖4.8 沿周向展開(kāi)的齒面三角形齒頂高h(yuǎn)及嚙合高度齒頂高就是嚙合平面到齒頂?shù)淖畲缶嚯x

43、，在如圖5.7所示的由齒廓展開(kāi)圖形成的直角三角形中，tan(a/2)=t/2H，而齒頂高h(yuǎn)通常取三角形高度的1/2.5，即H=2.5h，得齒頂高h(yuǎn)的計(jì)算公式為：上下端齒的嚙合高度為2h=3.0mm。齒寬(徑向)F因所有的端齒同時(shí)嚙合，故一般不必通過(guò)增加齒形的徑向?qū)挾菷(如圖3.4)來(lái)增加強(qiáng)度，F(xiàn)一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取，通常取F=2t3t，由于刀架在工作時(shí)要承受較大力矩，取F=15mm。齒底槽寬b和齒頂寬b1為了保證齒盤(pán)工作時(shí)各個(gè)端齒能很好的嚙合，常在齒底加工一定寬度和深度的槽，即齒底槽，并將齒頂做成一定寬度的小平面，如圖9所示。齒底槽寬b常取,取b=0.85mm。5 電氣控制部分設(shè)計(jì)自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架電氣

44、控制部分的功能是要能夠識(shí)別當(dāng)前刀具，檢測(cè)輸入刀具，然后發(fā)出控制指令控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)當(dāng)前刀具轉(zhuǎn)到和輸入刀具相同時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出指令使電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)、延時(shí)、反轉(zhuǎn)壓緊來(lái)實(shí)現(xiàn)換刀。其設(shè)計(jì)包括控制系統(tǒng)的選擇、控制方式的選擇、硬件電路設(shè)計(jì)和軟件電路設(shè)計(jì)，其中硬件電路設(shè)計(jì)包括收信電路設(shè)計(jì)和發(fā)信電路設(shè)計(jì)。5.1 控制系統(tǒng)的選擇根據(jù)刀架轉(zhuǎn)位動(dòng)作的需要，控制系統(tǒng)可以選取單片機(jī)或著PLC作為其控制系統(tǒng)的CPU。單片機(jī)的特點(diǎn)：?jiǎn)纹瑱C(jī)就是在一塊芯片上集成了CPU、RAM、ROM(EPROM或EEPROM)、時(shí)鐘、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、多種功能的串行和并行I/O口。如Intel公司的8031系列等。除了以上基本功能外，有的還集成有

45、A/D、D/A,如Intel公司的8098系列。概括起來(lái)說(shuō),單片機(jī)具有如下特點(diǎn): 具有位處理能力,強(qiáng)調(diào)控制和事務(wù)處理功能，價(jià)格低廉，低檔單片機(jī)價(jià)格只有人民幣幾元錢(qián)，開(kāi)發(fā)環(huán)境完備,開(kāi)發(fā)工具齊全,應(yīng)用資料眾多。PLC器件的特點(diǎn)：PLC可以認(rèn)為是“封裝”好了的單片機(jī)，PLC內(nèi)部也是具有和單片機(jī)功能相同的智能控制部分,對(duì)外來(lái)說(shuō),則是擴(kuò)展了單片機(jī)輸入輸出口的驅(qū)動(dòng)能力,相當(dāng)與添加了三極管和繼電器。還有其他的比如抗干擾能力等都作了比較好的處理。因此,PLC經(jīng)常應(yīng)用在工作環(huán)境比較惡劣的地方,比如礦山、高壓等地方?？偸撬?，相對(duì)于單片機(jī)來(lái)說(shuō)，PLC可以實(shí)現(xiàn)的功能更簡(jiǎn)單,設(shè)計(jì)人員可以發(fā)揮的余地比較小，并且價(jià)格較高

46、。而單片機(jī)價(jià)格便宜，應(yīng)用靈活、可靠，能夠滿(mǎn)足刀架的轉(zhuǎn)位控制要求，因此選擇8051單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的CPU。8051單片機(jī)包含中央處理器、程序存儲(chǔ)器(ROM)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行接口、串行接口和中斷系統(tǒng)等幾大單元及數(shù)據(jù)總線(xiàn)、地址總線(xiàn)和控制總線(xiàn)等三大總線(xiàn)。其中中央處理器(CPU)是整個(gè)單片機(jī)的核心部件，是8位數(shù)據(jù)寬度的處理器，能處理8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)或代碼，CPU負(fù)責(zé)控制、指揮和調(diào)度整個(gè)單元系統(tǒng)協(xié)調(diào)的工作，完成運(yùn)算和控制輸入輸出功能等操作。8051有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)或計(jì)數(shù)產(chǎn)生中斷用于控制程序轉(zhuǎn)向。具備較完善的中斷功能，有兩個(gè)外中斷、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷

47、和一個(gè)串行中斷，可滿(mǎn)足不同的控制要求，并具有2級(jí)的優(yōu)先級(jí)別選。5.2 控制方式的選擇電動(dòng)刀架的電氣控制方式分又可分為發(fā)訊刀架和收訊刀架兩大類(lèi)型。發(fā)訊刀架接收到控制系統(tǒng)發(fā)出的轉(zhuǎn)位信號(hào)后(發(fā)訊)，即開(kāi)始轉(zhuǎn)位、換刀，當(dāng)轉(zhuǎn)位換刀動(dòng)作完成后，刀架向控制系統(tǒng)回送一個(gè)刀架鎖緊即執(zhí)行完畢的信號(hào)。收訊刀架在接收到控制系統(tǒng)發(fā)出的信號(hào)后，在執(zhí)行過(guò)程中，刀架的每一次轉(zhuǎn)位、換刀均由刀架上的霍爾元件電路向控制系統(tǒng)回送當(dāng)前刀位的信號(hào)(收訊)，由控制系統(tǒng)進(jìn)行判斷，當(dāng)前刀位滿(mǎn)足要求后，還要象發(fā)訊刀架一樣向控制系統(tǒng)回送刀架鎖緊即執(zhí)行完畢的信號(hào)。根據(jù)本設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，選用收訊刀架。5.3 硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路中檢測(cè)當(dāng)前刀具和輸入刀

48、具需要用收信電路完成，而電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)需要用發(fā)信電路來(lái)完成，其結(jié)構(gòu)如圖5.2所示。 5.3.1收信電路設(shè)計(jì) 由于刀架上裝八把刀，每把刀需要一個(gè)檢測(cè)元件，所以發(fā)信盤(pán)上要裝8只接近開(kāi)關(guān)，其型號(hào)為電感式接近開(kāi)關(guān)LU08，這種開(kāi)關(guān)是當(dāng)鐵磁靠近（無(wú)須接觸）它的晶體管振蕩器的空間磁場(chǎng)時(shí)，在鐵磁體內(nèi)部產(chǎn)生渦流，消耗振蕩能量，使振蕩減弱，直至最后停止振蕩；而當(dāng)鐵磁體離開(kāi)后，晶體管振蕩器重新恢復(fù)振蕩，即由振蕩器是否振蕩反鐵磁擋塊是否接近開(kāi)關(guān)。圖是某種接近開(kāi)關(guān)的電路，它是由LC振蕩電路、開(kāi)關(guān)電路及射極輸出器三部分組成。由V1組成振蕩器，其中L2、C2組成選頻電路，L1是反饋線(xiàn)圈，L3是輸出線(xiàn)圈，這三線(xiàn)圈繞在同一

49、磁芯上。 圖5.1 晶體管接近開(kāi)關(guān)原理電路圖當(dāng)鐵磁體沒(méi)有靠近開(kāi)關(guān)的感應(yīng)頭時(shí)，振蕩電路維持振蕩，L3上有交流輸出，經(jīng)二極管VD1整流后使V2獲得足夠偏流而工作于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，此時(shí)Uce20,V3截止，射極輸出器無(wú)輸出，接在輸出端的繼電器KA不通電。當(dāng)鐵磁體接近感應(yīng)頭時(shí)，鐵磁體感應(yīng)產(chǎn)渦流，由于渦流的去磁作用，削弱L1與L2之間的耦合，使得反饋量不足以維持振蕩，因而振蕩器被迫停振，L3上無(wú)交流輸出，V2截止，若R7R5，此時(shí) Uce2Ucc，射極輸出器輸出也接近Ucc，使繼電器KA通電動(dòng)作。V3采用射極輸出，是為了提高帶負(fù)載能力。RF為正反饋電阻，當(dāng)電路停振時(shí)，通過(guò)它把V2的集電極電壓反饋一部分到V

50、1的發(fā)射極，使發(fā)射極電位提高，以保證振蕩電路迅速而可靠的停振，而當(dāng)電路起振時(shí)，Uce20,無(wú)反饋電壓，使振蕩電路迅速恢復(fù)振蕩，使開(kāi)關(guān)的動(dòng)作更為迅速和準(zhǔn)確。按近開(kāi)關(guān)具有反應(yīng)迅速、定位精確、壽命長(zhǎng)以及沒(méi)有機(jī)械碰撞等優(yōu)點(diǎn)。目前已被廣泛應(yīng)用于行程控制、定位控制以及各種安全保護(hù)控制等方面。轉(zhuǎn)位時(shí)刀臺(tái)帶動(dòng)磁鐵旋轉(zhuǎn)，當(dāng)磁鐵對(duì)準(zhǔn)某一個(gè)接近開(kāi)關(guān)時(shí)，其輸出端輸出高電平；當(dāng)磁鐵離開(kāi)時(shí)，輸出低電平。8只接近開(kāi)關(guān)輸出的8個(gè)刀位信號(hào)T1T8分別送到圖b的8只光耦合器進(jìn)行處理，經(jīng)過(guò)光電隔離的信號(hào)再送給I/O接口芯片8255的PC0PC7。此外，8255芯片的PA0直接接外部按鈕控制手動(dòng)換刀。 5.3.2發(fā)信電路設(shè)計(jì) 圖c為

51、刀架電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路，I/O接口芯片8255的PA6與PA7分別控制刀架電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)。其中KA1為正轉(zhuǎn)繼電器的線(xiàn)圈，KA2為反轉(zhuǎn)繼電器的線(xiàn)圈。因刀架電動(dòng)機(jī)的功率只有90W，所以圖d中刀架電動(dòng)機(jī)與380V市電的接通可以選用大功率直流繼電器，而不必采用繼電器-接觸器控制電路，以節(jié)省成本，降低故障率。圖c中，正轉(zhuǎn)繼電器的線(xiàn)圈KA1與反轉(zhuǎn)繼電器的一組常閉觸點(diǎn)串聯(lián)，而反轉(zhuǎn)繼電器的線(xiàn)圈KA2又與正轉(zhuǎn)繼電器的一組常閉觸點(diǎn)串聯(lián)，這樣就構(gòu)成了正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)的互鎖電路，以防控制系統(tǒng)失控時(shí)導(dǎo)致短路現(xiàn)象。當(dāng)KA1或KA2的觸點(diǎn)接通380V電壓時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的火花，并通過(guò)電網(wǎng)影響控制系統(tǒng)的正常工作，為此，在圖d中布置了3對(duì)R-C阻容用來(lái)滅弧，以抑制火花的產(chǎn)生。 5.4 控制軟件設(shè)計(jì)控制軟件的設(shè)計(jì)必須實(shí)現(xiàn)刀架工作原理中的每一個(gè)動(dòng)作。根據(jù)換刀的實(shí)際情況出發(fā)，有時(shí)需要手動(dòng)換刀，有時(shí)需要自動(dòng)換刀。當(dāng)為自動(dòng)換刀時(shí)，能夠?qū)?/p>