數(shù)控車(chē)床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架及其PLC控制設(shè)計(jì)

1、目 錄摘 要4ABSTACT5第一章 引言6第一節(jié) 概述6第二節(jié) 數(shù)控車(chē)床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的發(fā)展趨勢(shì)6第三節(jié) 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容7第二章 回轉(zhuǎn)刀架方案選擇8第一節(jié) 數(shù)控車(chē)床回轉(zhuǎn)刀架的基本要求8第二節(jié)數(shù)控車(chē)床立式回轉(zhuǎn)刀架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)8第三節(jié) 刀架參數(shù)的確定9第四節(jié) 動(dòng)力源的選擇及方案選擇結(jié)果9第三章 回轉(zhuǎn)刀架的工作原理及過(guò)程11第一節(jié)回轉(zhuǎn)刀架的構(gòu)成11第二節(jié)回轉(zhuǎn)刀架的工作過(guò)程11第四章 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)件的選取13第一節(jié)初擬傳動(dòng)方案13第二節(jié) 選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)13第三節(jié) 蝸桿蝸輪的設(shè)計(jì)14第四節(jié) 蝸桿軸的設(shè)計(jì)17第五節(jié) 中心軸的設(shè)計(jì)22第六節(jié) 齒盤(pán)的設(shè)計(jì)23第七節(jié) 聯(lián)軸器的選擇26第五章 安裝調(diào)試和精

2、度檢驗(yàn)27第一節(jié)安裝調(diào)試27第二節(jié)精度檢驗(yàn)27第三節(jié) 維護(hù)與保養(yǎng)29第四節(jié) 故障及排除29第六章 總 結(jié)31致 謝32參 考 文 獻(xiàn)33摘 要數(shù)控車(chē)床的發(fā)展與應(yīng)用，大大降低了零件加工的輔助時(shí)間，極大的提高了生產(chǎn)效率。隨著數(shù)控車(chē)床的發(fā)展，數(shù)控刀架開(kāi)始向快速換刀，電液組合驅(qū)動(dòng)和伺服驅(qū)動(dòng)方向發(fā)展。根據(jù)加工對(duì)象不同，有四方刀架，六角刀架和八或更多工位的圓盤(pán)式軸向裝刀刀架等多種形式?；剞D(zhuǎn)刀架上分別安裝四把，六把或更多刀具，并按數(shù)控裝置的指令換刀。自動(dòng)換刀裝置應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足換刀時(shí)間短、安全可靠等基本要求。本課題主要對(duì)四工位立式自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的機(jī)械設(shè)計(jì)和用PLC編程對(duì)控制部分的設(shè)計(jì)。并對(duì)以上部分運(yùn)用ATUOCAD作

3、圖，對(duì)自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架有更直觀的了解。關(guān)鍵詞: 數(shù)控車(chē)床 自動(dòng)回轉(zhuǎn) PLC AUTOCAD AbstractWith 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 precisi

4、on 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 rota

5、ry 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

6、 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第一章 引言1.1 概述數(shù)控車(chē)床的刀架是機(jī)床的重要組成部分。刀架用于夾持切削用的刀具，因此其結(jié)構(gòu)直接影響機(jī)床的

7、切削性能和切削效率。在一定程度上，刀架的結(jié)構(gòu)和性能體現(xiàn)了機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)水平。隨著數(shù)控車(chē)床的不斷發(fā)展，刀架結(jié)構(gòu)形式也在不斷翻新。其中按換刀方式的不同，數(shù)控車(chē)床的刀架系統(tǒng)主要有回轉(zhuǎn)刀架、排式刀架和帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀裝置等多種形式。其中，帶刀庫(kù)的數(shù)控加工中心自動(dòng)換刀裝置自1958年研制成功以來(lái)，其機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制方式不斷得到改進(jìn)和完善。自動(dòng)換刀裝置時(shí)加工中心的重要執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它的形式多種多樣，目前常見(jiàn)的有更換主軸頭換刀以及帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀系統(tǒng)。1.2 數(shù)控車(chē)床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的發(fā)展趨勢(shì)數(shù)控刀架的發(fā)展趨勢(shì)是：隨著數(shù)控車(chē)床的發(fā)展，數(shù)控刀架開(kāi)始向快速換刀、電液組合驅(qū)動(dòng)和伺服驅(qū)動(dòng)方向發(fā)展。 目前國(guó)內(nèi)數(shù)

8、控刀架以電動(dòng)為主，分為立式（如圖1-1）和臥式（如圖1-2）兩種。立式主要用于簡(jiǎn)易數(shù)控車(chē)床；臥式刀架有八、十、十二等工位，可正、反方向旋轉(zhuǎn)，就近選刀，用于全功能數(shù)控車(chē)床。另外，臥式刀架還有液動(dòng)刀架和伺服驅(qū)動(dòng)刀架。電動(dòng)刀架是數(shù)控車(chē)床重要的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，合理地選配電動(dòng)刀架，并正確實(shí)施控制，能夠有效的提高勞動(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)的控制指令外，很重要的一點(diǎn)是數(shù)控車(chē)床需配備易于控制的電動(dòng)刀架，以便一次裝夾所需的各種刀具，靈活方便地完成各種幾何形

9、狀的加工。數(shù)控刀架的市場(chǎng)分析：國(guó)產(chǎn)數(shù)控車(chē)床將向中高檔發(fā)展，中檔采用普及型數(shù)控刀架配套，高檔采用動(dòng)力型刀架，兼有液壓刀架、伺服刀架、立式刀架等品種。 圖 1-1 立式回轉(zhuǎn)刀架 圖1-2 臥式回轉(zhuǎn)刀架1.3 刀架的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則我們?cè)O(shè)計(jì)主過(guò)程，本著一下幾條設(shè)計(jì)準(zhǔn)則： 1） 創(chuàng)造性的利用所需要的物理性能和控制；2） 預(yù)測(cè)意外載荷； 3） 創(chuàng)造有利的載荷條件；4） 提高合理的應(yīng)力分布和剛度面；5） 辨別功能載荷及其意義；6） 重量盡量輕；7） 應(yīng)用基本公式求相稱(chēng)尺寸和最佳尺寸；8） 根據(jù)性能組合選擇材料；9） 在儲(chǔ)備零件與整體零件之間進(jìn)行選擇；10） 進(jìn)行功能設(shè)計(jì)以適應(yīng)制造工藝和降低成本的要求。第二章 數(shù)控

10、車(chē)床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的設(shè)計(jì)2.1 數(shù)控車(chē)床刀架應(yīng)滿(mǎn)足的要求1） 滿(mǎn)足工藝過(guò)程所提出的要求。機(jī)床依靠刀具和工件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成工件表面，而工件的表面形狀和表面位置的不同，要求刀架能夠布置足夠多的刀具，而且能夠方便而正確地加工各工件表面， 為了實(shí)現(xiàn)在工件的一次安裝中完成多工序加工，所以要求刀架可以方便地轉(zhuǎn)位。 2） 在刀架以要能牢固地安裝刀具，在刀架上安裝刀具進(jìn)還應(yīng)能精確地調(diào)整刀具的位置，采用自動(dòng)交換刀具時(shí)，應(yīng)能保證刀具交換前后都能處于正確位置。以保證刀具和工件間準(zhǔn)確的相對(duì)位置。刀架的運(yùn)動(dòng)精度將直接反映到加工工件的幾何形狀精度和表面粗糙度上，為此，刀架的運(yùn)動(dòng)軌跡必須準(zhǔn)確，運(yùn)動(dòng)應(yīng)平穩(wěn)，刀架運(yùn)轉(zhuǎn)的終點(diǎn)到位應(yīng)

11、準(zhǔn)確。面且這種精度保持性要好，以便長(zhǎng)期保持刀具的正確位置。 3） 刀架應(yīng)具有足夠的剛度。由于刀具的類(lèi)型、尺寸各異，重量相差很大，刀具在自動(dòng)轉(zhuǎn)換過(guò)程中方向變換較復(fù)雜，而且有些刀架還直接承受切削力。考慮到采用新型刀具材料和先進(jìn)的切削用量，所以刀架必須具有足夠的剛度，以使切削過(guò)程和換刀過(guò)程平穩(wěn)。 4） 可靠性高。由于刀架在機(jī)床工作過(guò)程中，使用次數(shù)很多，而且使用頻率也高，所以必須充分重視它的可靠性。 5） 刀架是為了提高機(jī)床自動(dòng)化而出現(xiàn)的，因而它的換刀時(shí)間應(yīng)盡可能縮短，以利于提高生產(chǎn)率。目前自動(dòng)換刀裝置的換刀時(shí)間在0.86秒之間不等。而且還在進(jìn)一步縮短。 6） 操作方便和安全。刀架是工人經(jīng)常操作的機(jī)床

12、部件之一，因此它的操作是否方便和安全，往往是評(píng)價(jià)刀架設(shè)計(jì)好壞的指標(biāo)。刀架上應(yīng)便于工人裝刀和調(diào)刀，切屑流出方向不能朝向工人，而且操作調(diào)整刀架的手柄（或手輪）要省力，應(yīng)盡量設(shè)置在便于操作的地方。 動(dòng)力刀架的整體方案設(shè)計(jì) 刀架是車(chē)床的重要組成部分，加工中心的動(dòng)力刀架可安裝各種非動(dòng)力輔助刀夾和動(dòng)力刀夾進(jìn)行加工，用于夾持加工用的刀具,因此其結(jié)構(gòu)直接影響到車(chē)床的加工性能和加工效率。刀架采用端齒分度，轉(zhuǎn)位由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，刀位由二進(jìn)制絕對(duì)編碼器識(shí)別，動(dòng)力刀具由變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)同步齒形帶等將動(dòng)力傳遞到刀夾。 各類(lèi)數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換到裝置的結(jié)構(gòu)取決于機(jī)床的類(lèi)型、工藝范圍、使用刀具種類(lèi)和數(shù)量。數(shù)控機(jī)床常用的自動(dòng)換

13、刀裝置的類(lèi)型、特點(diǎn)、適用范圍見(jiàn)表1-1第三節(jié) 刀架參數(shù)的確定刀尖高是數(shù)控車(chē)床回轉(zhuǎn)刀架的主要參數(shù)。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的立式數(shù)控車(chē)床回轉(zhuǎn)刀架的中心高一般有51245mm共計(jì)八個(gè)規(guī)格（具體參見(jiàn)參考文獻(xiàn)1表3.15-4）。因此，參照煙臺(tái)機(jī)床附件廠生產(chǎn)的AK21110-4M型回轉(zhuǎn)刀架，初選刀尖高為110mm。其型號(hào)及具體規(guī)格如表2-1：表2-1 刀架參數(shù)型 號(hào)中心高mm工位數(shù)單工位時(shí) 間s刀 架轉(zhuǎn)速r/min最大切力 矩N·m電動(dòng)機(jī)功 率W電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 速r/min最大載重Kg重復(fù)定位精度mm外形尺寸mmAK21110-4M11042.525.4450120140028±2第四節(jié) 動(dòng)力源的選擇及方

14、案選擇結(jié)果驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的動(dòng)力可分為電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)兩大類(lèi)。一般情況下只在臥式數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)刀架中使用液壓傳動(dòng)，而其余均為電動(dòng)刀架，故對(duì)CK6140在選用時(shí)應(yīng)取電動(dòng)機(jī)作為回轉(zhuǎn)刀架的動(dòng)力源。通過(guò)對(duì)數(shù)控車(chē)床回轉(zhuǎn)刀架的基本要求，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，動(dòng)力源及基本參數(shù)的分析，可以得出CK6140回轉(zhuǎn)刀架的設(shè)計(jì)方案如下： 立式簡(jiǎn)易型； 伺服電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)； 刀尖高為110mm，工位數(shù)為4； 外形尺寸為200×200×252（長(zhǎng)×寬×高）； 采用霍爾開(kāi)關(guān)作為信號(hào)傳輸控制元件； 轉(zhuǎn)位時(shí)刀架需要抬起，高度為5mm。第三章 回轉(zhuǎn)刀架的工作原理及過(guò)程第一節(jié) 回轉(zhuǎn)刀架的構(gòu)成立式數(shù)控車(chē)床回

15、轉(zhuǎn)刀架由固定部分（刀架基座或下刀體），轉(zhuǎn)動(dòng)部分（刀架座或上刀體）和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)三部分組成，并采用了臥軸外露式電動(dòng)機(jī)布局。第二節(jié) 回轉(zhuǎn)刀架的工作過(guò)程本設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)刀架的工作原理為機(jī)械螺母升降轉(zhuǎn)位式。工作過(guò)程可分為刀架抬起、刀架轉(zhuǎn)位、刀架定位并壓緊等幾個(gè)步驟，如圖3-1所示，其工作過(guò)程如下： 刀架抬起當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀指令后, 通過(guò)接口電路使電機(jī)正轉(zhuǎn), 經(jīng)傳動(dòng)裝置2、驅(qū)動(dòng)蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)1、蝸輪帶動(dòng)絲桿螺母機(jī)構(gòu)8逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) ,此時(shí)由于齒盤(pán)3、4處于嚙合狀態(tài)，在絲桿螺母機(jī)構(gòu)8轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，使上刀架體產(chǎn)生向上的軸向力將齒盤(pán)松開(kāi)并抬起,直至兩定位齒盤(pán)3、4 脫離嚙合狀態(tài),從而帶動(dòng)上刀架和齒盤(pán)產(chǎn)生“上臺(tái)”動(dòng)作。 刀架轉(zhuǎn)位

16、當(dāng)圓套8逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)150°時(shí)，齒盤(pán)3、4完全脫開(kāi)，此時(shí)銷(xiāo)釘準(zhǔn)確進(jìn)入圓套8中的凹槽中，帶動(dòng)刀架體轉(zhuǎn)位。 刀架定位 當(dāng)上刀架轉(zhuǎn)到需要到位后（旋轉(zhuǎn)90°、180°或270°），數(shù)控裝置發(fā)出的換刀指令使霍爾開(kāi)關(guān)9 中的某一個(gè)選通,當(dāng)磁性板10 與被選通的霍爾開(kāi)關(guān)對(duì)齊后,霍爾開(kāi)關(guān)反饋信號(hào)使電機(jī)反轉(zhuǎn),插銷(xiāo)7在彈簧力作用下進(jìn)入反靠盤(pán) 5地槽中進(jìn)行粗定位，上刀架體停止轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)繼續(xù)反轉(zhuǎn)，使其在該位置落下，通過(guò)螺母絲桿機(jī)構(gòu)7使上刀架移到齒盤(pán)3、4 重新嚙合, 實(shí)現(xiàn)精確定位。 刀架壓緊刀架精確定位后，電機(jī)及許反轉(zhuǎn)，夾緊刀架，當(dāng)兩齒盤(pán)增加到一定夾緊力時(shí)， 電機(jī)由數(shù)控裝置停止反

17、轉(zhuǎn)，防止電機(jī)不停反轉(zhuǎn)而過(guò)載毀壞，從而完成一次換刀過(guò)程。圖3-1 回轉(zhuǎn)刀架第四章 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)件的選取第一節(jié) 初擬傳動(dòng)方案參考煙臺(tái)機(jī)床附件廠生產(chǎn)的AK21110-4M電動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的刀架轉(zhuǎn)速n=25.4r/min,電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為1400r/min，初步確定傳動(dòng)比。故選用具有較大傳動(dòng)比的蝸輪蝸桿傳動(dòng)。第二節(jié) 選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一、電動(dòng)機(jī)所需要的功率查參考文獻(xiàn)1表3.15-4的AK21110-4M電動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的電動(dòng)機(jī)功率P=120W,轉(zhuǎn)速n=1400r/min。二、確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由P=120W可查參考文獻(xiàn)1表4.8-16，可得以下幾種型號(hào)電動(dòng)機(jī)的主要指標(biāo)，如下表4-1所示。表4-1 電動(dòng)機(jī)主要技術(shù)

18、指標(biāo)型號(hào)主要技術(shù)數(shù)據(jù)外型尺寸（mm）重量齒距角最大靜轉(zhuǎn) 矩最高空載啟動(dòng)頻 率（步/秒）運(yùn)行頻率（步/秒）相數(shù)電壓v電流A外徑長(zhǎng)度軸徑45BF0033/62310012003602458240.3870BF0011.5/34400016005603.5709061.690BF0031.5/3201500800036059012594.2考慮到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與聯(lián)軸器的配合及合理的安裝尺寸，在其滿(mǎn)足功率的前提下優(yōu)先選擇尺寸較小便于安裝、拆卸、清理、維護(hù)的型號(hào)，比較三個(gè)型號(hào)的功率如下：45BF003，P=120W；70BF001，P=210W；90BF003，P=300W,考慮三者的外徑和安裝尺寸45BF

19、003型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)明顯優(yōu)越于后者，故綜合考慮選擇45BF003型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)比較合適，查參考文獻(xiàn)1表4.8-17選取45BF003型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)配用的驅(qū)動(dòng)電源型號(hào)為BQG1-002。第三節(jié) 蝸桿蝸輪的設(shè)計(jì)一、選擇蝸桿傳動(dòng)類(lèi)型、精度等級(jí)由于傳動(dòng)的功率不大，速度也不高，故選用阿基米德圓柱蝸桿傳動(dòng)，精度為：8C-GB10089-88。二、選擇蝸桿蝸輪材料考慮到蝸桿傳動(dòng)功率不大，速度中等，故蝸桿用45號(hào)鋼表面淬火，硬度為4555HRC，蝸輪邊緣采用ZCuSn10P1,金屬模鑄造。三、初選幾何參數(shù)查參考文獻(xiàn)2表8-4-4，初定中心距,傳動(dòng)比時(shí)， r=4°3426四、確定許用接觸應(yīng)力查參考文獻(xiàn)2表8

20、-4-9知,當(dāng)蝸輪材料為鑄青銅時(shí)，由表8-4-10查得滑動(dòng)速度：采用浸油潤(rùn)滑，由參考文獻(xiàn)2圖8-4-2查得：根據(jù)參考文獻(xiàn)2表8-4-4,，設(shè)計(jì)工作壽命t=12000小時(shí)，求得根據(jù)，由圖8-4-4查得，許用接觸應(yīng)力為五、計(jì)算蝸輪輸出轉(zhuǎn)矩T2估算傳動(dòng)效率六、確定模數(shù)m和蝸桿分度圓直徑d1由公式可得：因載荷較平穩(wěn)，取載荷系數(shù)k=1.1,則查參考文獻(xiàn)2表8-4-2得，取m=2mm，d1=22.4mm，q=11.2，r=5°68。七、主要尺寸計(jì)算蝸桿:分度圓直徑：d1=22.4mm；齒頂圓直徑：；齒根圓直徑：； 蝸輪：分度圓直徑：；齒頂圓直徑：；齒根圓直徑：；蝸輪外圓直徑：，取de2=108m

21、m蝸輪齒寬：,取b2=18mm中心距：八、蝸輪齒面接觸強(qiáng)度校核由參考文獻(xiàn)2表8-4-9，可得由于幾何參數(shù)已經(jīng)確定，故k與T2可按已知的幾何參數(shù)重新計(jì)算由參考文獻(xiàn)2表8-4-15用插值法查得，則蝸輪副嚙合效率為取軸承效率，攪油及濺油效率，則蝸桿傳動(dòng)的總效率為：由此可得：由于，由參考文獻(xiàn)2表8-4-9取k1=1,k2=1,k3=1,k4=1.52,k5=1.15， k6=0.75，則將此時(shí)的k與T2代入蝸輪齒面接觸強(qiáng)度校核公式，得：顯然，所以滿(mǎn)足接觸強(qiáng)度要求。九、散熱計(jì)算由公式得，傳動(dòng)損耗的功率為：由公式和設(shè)計(jì)要求可推出：考慮到通風(fēng)良好，取,t1=95,t2=20，則若蝸桿減速部分散熱的計(jì)算面積A

22、不滿(mǎn)足以上條件，可以采用強(qiáng)迫冷卻方法或增加散熱計(jì)算面積的方法來(lái)滿(mǎn)足散熱要求。第四節(jié) 蝸桿軸的設(shè)計(jì)一、蝸桿軸的材料選擇及確定許用應(yīng)力考慮蝸桿軸主要傳遞我輪的轉(zhuǎn)矩，為普通用途中小功率減速傳動(dòng)裝置。因此，蝸桿材料選用45鋼，正火處理，,。二、初步估算軸的最小直徑由公式得：取dmin=6mm三、確定各軸段的直徑和長(zhǎng)度根據(jù)各個(gè)零件在軸上的定位和裝拆方案確定軸的形狀及直徑和長(zhǎng)度,如圖4-1所示。 圖4-1 蝸桿軸D1、D5段：D1、D5 段軸徑由軸承內(nèi)圈孔來(lái)決定，考慮到軸所傳遞功率不大，轉(zhuǎn)速較低，選用推力球軸承，型號(hào)為51100，d=10mm，d1=11mm，D=24mm，D1=24mm，T=9mm。因此

23、，軸徑d1=d5=10mm，L1=20mm，L5=70mm。D2、D4段：D2段左端對(duì)軸承起軸向固定作用，D2段右端對(duì)軸承起軸向固定作用，由于兩處軸承型號(hào)相同，考慮到加工安裝的方便，取d2=d4=16mm，L2=55mm，L4=55mm。D3段：D3段為蝸桿蝸輪嚙合部分，取d3=22mm，L3=50mm。兩軸承的中心跨度為174mm，軸的總長(zhǎng)為250mm。四、蝸桿軸的校核 作用在蝸桿軸上的載荷由公式得：則圓周力：軸向力：徑向力:圖4-2 蝸桿軸向受力分析切向力： 計(jì)算支反力 圖4-3 軸的水平面支反力水平面支反力（如圖4-3）：垂直面支反力（如圖4-4）： 彎矩計(jì)算水平面彎矩（如圖4-5）:圖

24、4-5 水平彎矩圖圖4-6 垂直彎矩圖圖4-7 合成彎矩圖垂直面彎矩(如圖4-6)：合成彎矩（如圖4-7）： 彎扭合成強(qiáng)度校核截面C處當(dāng)量彎矩：由參考文獻(xiàn)3公式（17-5）可得故蝸桿軸的強(qiáng)度足夠。第五節(jié) 中心軸的設(shè)計(jì)一、中心軸的材料選擇及確定許用應(yīng)力由于中心軸速度較低，傳動(dòng)力矩不大，為空心軸，故選用一般鋼材45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)，硬度為217255HBS，。二、計(jì)算軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩為三、初步估算軸的最小直徑由公式可得式中：d危險(xiǎn)斷面處的軸徑，mm P計(jì)算軸傳動(dòng)的額定功率；KWn軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速,r/min取軸的直徑d=17mm四、確定各軸段的直徑和長(zhǎng)度根據(jù)各個(gè)零件在軸上的定位和裝拆方案，確定軸

25、的形狀及直徑和長(zhǎng)度，如圖4-8所示。圖4-8 中心軸D1段：根據(jù)安裝要求和估算最小直徑，取d1=17mm，L1=50mm。D2段：D2段與軸承配合，其直徑由軸承內(nèi)徑?jīng)Q定，結(jié)合實(shí)際工作情況，選擇推力球軸承，型號(hào)為：511404，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段與軸承配合，其直徑由軸承內(nèi)徑?jīng)Q定，結(jié)合實(shí)際工作情況，選擇推力球軸承，型號(hào)為：511405，d=25mm，d1=26mm，D=42mm，D1=42mm，T=11mm。因此，d4=25mm，L4=30mm。第六

26、節(jié) 齒盤(pán)的設(shè)計(jì)一、齒盤(pán)的材料選擇和精度等級(jí)上下齒盤(pán)均選用45號(hào)鋼，淬火，180HBS，初選7級(jí)精度等級(jí)。二、確定齒盤(pán)參數(shù)考慮齒盤(pán)主要用于精確定位和夾緊，齒形選用三角齒形，上下齒盤(pán)需相互嚙合，可選相同參數(shù)。當(dāng)蝸輪軸旋轉(zhuǎn)150°時(shí)，上刀架上升5mm，齒盤(pán)的齒高取4mm。由公式得：取ha*=1.0, c*=0.25，則取標(biāo)準(zhǔn)值m=2mm齒盤(pán)齒全高:齒盤(pán)內(nèi)圓直徑d1=140mm，齒盤(pán)外圓直徑d2=160mm。齒頂高：齒根高 齒數(shù):z=100齒寬:b=10mm齒厚:齒盤(pán)高為10mm三、校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核公式為： 確定有關(guān)計(jì)算參數(shù)和許用應(yīng)力 取載荷系數(shù)k=1.5 齒形系數(shù)查參考文獻(xiàn)3表13

27、-7，取 應(yīng)力修正系數(shù)查參考文獻(xiàn)3表13-7，取 彎曲疲勞強(qiáng)度極限查參考文獻(xiàn)3圖13-7，得： 彎曲疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)查參考文獻(xiàn)3圖13-9查得： 彎曲疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)取彎曲疲勞強(qiáng)度最小安全系數(shù) SF=1.4 計(jì)算許用彎曲應(yīng)力 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度滿(mǎn)足彎曲疲勞強(qiáng)度要求。第七節(jié) 聯(lián)軸器的選擇常用聯(lián)軸器已標(biāo)準(zhǔn)化，在選用時(shí)可以根據(jù)載荷特點(diǎn)、工作情況和條件合適的類(lèi)型，再根據(jù)軸傳遞的轉(zhuǎn)矩及參數(shù)選擇。由參考文獻(xiàn)1公式（3.13-1）得式中：Tn聯(lián)軸器公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩；T軸傳遞理論轉(zhuǎn)矩；P驅(qū)動(dòng)功率；KW；工作轉(zhuǎn)速；r/min；k工作系數(shù)，取k=2由于聯(lián)軸器是連接步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和蝸桿的，在工作過(guò)程中可能有輕微振動(dòng)，且頻繁啟

28、動(dòng)，故選用彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器，如TL、HL、ZL型。查參考文獻(xiàn)1表3.13-8選擇TL1型彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器，其標(biāo)記為：第五章 安裝調(diào)試和精度檢驗(yàn)第一節(jié) 安裝調(diào)試在安裝時(shí)請(qǐng)參閱本說(shuō)明并認(rèn)真核對(duì)與本說(shuō)明相應(yīng)的裝配圖。另外在安裝過(guò)程中還應(yīng)注意：（1） 刀架需要安裝在配套的中拖板（其安裝刀架上平面的平面度誤差允許值為0.006 mm）上。安裝應(yīng)保證刀架刀盤(pán)上的刀具刀尖與機(jī)床主軸中心等高；一般可以在刀架與中拖板間加墊板來(lái)調(diào)整，墊板的厚度由實(shí)際中心高測(cè)定。（2） 刀具和機(jī)床用4個(gè)螺釘和2個(gè)圓銷(xiāo)連接，中間沒(méi)有過(guò)渡墊板。在刀架剎緊狀態(tài)下，應(yīng)調(diào)整轉(zhuǎn)塔軸線與機(jī)床主軸軸線平行度在0.02mm以?xún)?nèi)。（3） 在刀盤(pán)上安裝

29、刀夾和刀具時(shí)，應(yīng)最大限度的保護(hù)重量平衡，使刀架轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)和防止刀盤(pán)過(guò)沖。（4） 刀架發(fā)調(diào)裝置在出廠前已調(diào)好，在安裝時(shí)其參數(shù)一般情況下不可隨意調(diào)整。（5） 數(shù)控系統(tǒng)與發(fā)調(diào)系統(tǒng)連接時(shí)，必須注意并嚴(yán)格分清線號(hào)及顏色，不可將線接錯(cuò)。（6） 刀架安裝調(diào)試完畢后，應(yīng)首先接線試機(jī)。電源接通后如發(fā)現(xiàn)電動(dòng)刀架不能轉(zhuǎn)動(dòng)等異?，F(xiàn)象應(yīng)立即關(guān)閉電源，調(diào)換電機(jī)電源相序，然后再通電試機(jī)。第二節(jié) 精度檢驗(yàn)本說(shuō)明嚴(yán)格參照J(rèn)B267082<<金屬切削機(jī)床精度檢驗(yàn)通則>>，并執(zhí)行數(shù)控臥式車(chē)床標(biāo)準(zhǔn)JB436986。本設(shè)計(jì)主要針對(duì)電動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架，所以在精度檢測(cè)這一環(huán)節(jié)中僅針對(duì)與本設(shè)計(jì)相關(guān)的精度進(jìn)行檢測(cè)。表5-1 回

30、轉(zhuǎn)刀架的精度檢驗(yàn)序號(hào)檢測(cè)項(xiàng)目允許誤差檢驗(yàn)工具檢驗(yàn)方法（參照J(rèn)B2670有關(guān)條文）D<=800800<=D<=1500G11轉(zhuǎn)塔工具孔軸線與與主軸軸線的重合度：a,在平面內(nèi)；b,在次平面內(nèi)a和b專(zhuān)用指示器和專(zhuān)用夾具將指示器固定在主軸端專(zhuān)用檢具上，使其測(cè)頭觸及轉(zhuǎn)塔工具孔表面，或觸及緊密插入工具孔中檢測(cè)棒表面。0.030.04G12轉(zhuǎn)塔附屬工具安裝在基準(zhǔn)端面對(duì)主軸軸線的垂直度.a和b同上a和b0.075/100指示器指示器固定在主軸端步專(zhuān)用檢具上，使其測(cè)頭觸及專(zhuān)轉(zhuǎn)塔基面；使主軸旋轉(zhuǎn)并檢測(cè)。檢測(cè)時(shí)應(yīng)接近主軸端部G13轉(zhuǎn)塔工具孔軸線對(duì)溜板移動(dòng)的平行度.a,b同上a和b指示器和檢測(cè)棒將檢

31、測(cè)棒緊密裝入轉(zhuǎn)塔工具孔中。固定指示器，使測(cè)頭觸及檢驗(yàn)棒表面，將檢驗(yàn)棒旋轉(zhuǎn)180度再同樣測(cè)一次0.0200.030G14轉(zhuǎn)塔附具定位面的精度：a,定位面對(duì)溜板移動(dòng)的平行度;b,定位面的同一度a：在100測(cè)量長(zhǎng)度上0.020 b：0.025指示器固定指示器，使其測(cè)頭觸及轉(zhuǎn)塔安裝基面，每個(gè)工序需檢測(cè)一次G15轉(zhuǎn)塔附具安裝基面的精度：a,安裝基面對(duì)溜板移動(dòng)的平行度b,定位面的同一度a：在100測(cè)量長(zhǎng)度上0.020 b：0.025指示器固定指示器使其測(cè)頭觸及轉(zhuǎn)塔安裝基面，每個(gè)工序均需檢測(cè)G22回轉(zhuǎn)刀架的重復(fù)定位精度0.010指示器和檢測(cè)棒檢測(cè)棒在回轉(zhuǎn)刀架的工具孔或附孔其中，固定指示器，使其測(cè)頭沿回轉(zhuǎn)刀架

32、切線方向觸及檢驗(yàn)棒表面上，記下指示器讀數(shù)，將轉(zhuǎn)塔由測(cè)試位置移出，轉(zhuǎn)位360度再移至測(cè)試位置，記錄讀數(shù)，至少檢驗(yàn)7次，每個(gè)工位均需檢驗(yàn)G11G15是回轉(zhuǎn)刀架體的刀，夾具安裝基準(zhǔn)的位置對(duì)主軸旋轉(zhuǎn)軸線，導(dǎo)軌之間的關(guān)系，也影響刀具，夾具的正確安裝。G22是回轉(zhuǎn)刀架的重復(fù)定位精度，也影響被加工零件（批量）的尺寸分散度，根據(jù)回轉(zhuǎn)刀架的特征，采用了檢測(cè)棒與指示器配合，在現(xiàn)場(chǎng)易于實(shí)施的檢驗(yàn)方法，誤差計(jì)算也規(guī)定位易于計(jì)算的極值法。即位置偏差的最大值與最小值之差值。它與數(shù)理統(tǒng)計(jì)法比較，同一次測(cè)量，其計(jì)算結(jié)果前者反映的誤差值較后者較小，計(jì)算方法，前者簡(jiǎn)單，后者復(fù)雜。若按數(shù)理統(tǒng)計(jì)的計(jì)算關(guān)系式，他們之中存在著一定的關(guān)系

33、，各有特點(diǎn)。根據(jù)用途，這兩種計(jì)算方法均應(yīng)用。第三節(jié) 維護(hù)與保養(yǎng)（1）為了保持機(jī)床工作時(shí)的安全，應(yīng)定期對(duì)刀架做精度檢查，一般一年一次為好。（2）定期對(duì)刀架各運(yùn)動(dòng)部位添加足夠的潤(rùn)滑脂，一年添加一次為宜。（3） 一年保養(yǎng)電機(jī)一次，其中包括檢查，潤(rùn)滑和更換軸承等。（4） 刀具切削力不應(yīng)超過(guò)額定值。否則，會(huì)引起刀架變形，使加工精度降低，甚至損壞刀具和刀架。（5） 每班清掃刀盤(pán)上的鐵屑。第四節(jié) 故障及排除一、刀架無(wú)法啟動(dòng)（1） 檢查電源是否接通。（2） 檢查電機(jī)電源相序是否接對(duì)。（3） 檢查電機(jī)線圈的阻抗，當(dāng)電機(jī)線圈短路或斷路時(shí)更換電機(jī)。（4） 電機(jī)啟停頻繁而過(guò)熱，熱敏電阻保護(hù)裝置指示電機(jī)停轉(zhuǎn)，應(yīng)等待電機(jī)冷卻再啟動(dòng)。二、刀架無(wú)法停在預(yù)定位置上（1） 檢查刀盤(pán)上的刀夾和刀具安裝是否保持平衡。（2） 檢查發(fā)訊裝置磁鋼與霍爾元件是否錯(cuò)位或者損壞。（3） 檢查電磁離合器是否通電。三、刀盤(pán)無(wú)法剎緊（1） 檢查發(fā)訊裝置磁鋼與霍爾元件的位置是否對(duì)正。（2） 檢查電磁離合器是否通電。四、刀架連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)無(wú)法停止（1） 檢查系統(tǒng)線路是否通暢。（2） 調(diào)換磁鋼正反面。第六章 總 結(jié)數(shù)控車(chē)床上使用的回轉(zhuǎn)刀架也是一種簡(jiǎn)單的自動(dòng)換刀裝置。自動(dòng)換刀裝置的換刀時(shí)間和可靠性直接影響到整個(gè)機(jī)床的質(zhì)量。本次設(shè)計(jì)采用了四工位回轉(zhuǎn)刀架，通過(guò)電機(jī)驅(qū)