自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)-課程設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上上海電機(jī)學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書課題名稱 _自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) _學(xué) 院 上海電機(jī)學(xué)院 _專 業(yè) 機(jī)械電子工程 _班 級(jí) BJ0909 _學(xué) 號(hào) _ _ _姓 名 _指導(dǎo)教師 _完成日期： 2012 年 12月27 日專心-專注-專業(yè)摘 要本文主要對(duì)數(shù)控加工中心自動(dòng)換刀系統(tǒng)及控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。傳統(tǒng)的普通車床換刀的速度慢、精度不高，生產(chǎn)效率效率低，不能適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。因此。本文對(duì)普通機(jī)床的換刀裝置進(jìn)行改進(jìn)，對(duì)一臺(tái)四工位的立式自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架進(jìn)行數(shù)控化設(shè)計(jì)，該裝置具有自動(dòng)松開、轉(zhuǎn)位、精密定位等功能。新的數(shù)控?fù)Q刀裝置功能更強(qiáng)，可靠性更穩(wěn)定，功率增大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便。關(guān)

2、鍵字：四工位立式刀架 自動(dòng)回轉(zhuǎn) 主傳動(dòng)部件 電氣控制 目錄第一章 引言31.1數(shù)控車床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架概述31.2設(shè)計(jì)研究內(nèi)容31.3研究實(shí)際社會(huì)意義和應(yīng)用效果31.4小結(jié)4第二章 總體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)42.1減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)42.2上刀體鎖緊與精定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)52.3刀架抬起機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)5第三章 主要傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)計(jì)算73.1蝸桿副的設(shè)計(jì)計(jì)算63.2 蝸桿的設(shè)計(jì)計(jì)算13第四章 電氣控制部分的設(shè)計(jì)154.1 硬件電路的設(shè)計(jì)154.2 控制軟件的設(shè)計(jì)15第五章 刀架常規(guī)故障分析和排除185.1 刀架不能啟動(dòng)195.2 刀架連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)到位不停195.3 刀架越位過沖或轉(zhuǎn)不到位195.4 刀架不能正常夾緊19第六

3、章 結(jié) 論20參考文獻(xiàn)21按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算：蝸輪上的轉(zhuǎn)矩：載荷系數(shù)K：彈性影響系數(shù)Z：接觸系數(shù)Zp：應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N：許用接觸應(yīng)力：確定中心距a：蝸桿的參數(shù)和尺寸:蝸輪參數(shù)與尺寸：校核蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度:齒形系數(shù)：螺旋角影響系數(shù)：蝸輪的許用彎曲應(yīng)力：蝸輪齒根彎曲強(qiáng)度校核：螺距的確定 ：其他參數(shù) ：自鎖性校核 ：第一章 引言1.1數(shù)控車床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的概述。數(shù)控車床主要由主軸箱、床鞍、尾架、刀架、對(duì)刀儀、液壓系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)及數(shù)控裝置組成。數(shù)控車床的出現(xiàn)對(duì)提高生產(chǎn)率改善產(chǎn)品質(zhì)量以及改善勞動(dòng)條件等發(fā)揮了重要的作用。傳統(tǒng)的車床例如CA6140的刀架上只能裝一把刀，換刀的速度慢，換刀

4、后還須重新對(duì)刀，并且精度不高，生產(chǎn)效率效率低，不能適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要，因此有必要對(duì)機(jī)床的換刀裝置進(jìn)行改進(jìn)，為了能在工件的一次裝夾中完成多個(gè)工序加工，縮短加工輔助時(shí)間，減少多次安裝所引起的加工誤差，充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的效率，采用“工序集中”的原則，采用自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架。數(shù)控車床上使用的自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架是一種最簡(jiǎn)單的換刀裝置，自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架是在一定的空間范圍內(nèi)，能執(zhí)行自動(dòng)松開、轉(zhuǎn)位、精密定位等一系列動(dòng)作的一種機(jī)構(gòu)。對(duì)于自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架，據(jù)裝刀數(shù)量的不同，自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架分有四工位，六工位和八工位等形式。根據(jù)安裝的不同方式，自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架可分為立式和臥式，而根據(jù)機(jī)械定位方式不同，自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架又可分為端齒盤定位型和三齒盤

5、定位型等，其中端齒盤定位型換刀時(shí)需要將刀架抬起，換刀速度較慢且密封性差，但其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。三齒盤定位叫免抬型，其特點(diǎn)時(shí)換刀時(shí)刀架不抬起，因此換刀速度快且密封性好，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜。自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架在結(jié)構(gòu)上必須具有良好的強(qiáng)度和剛性，以承受粗加工時(shí)的切削抗力，為保證轉(zhuǎn)位之后具有高的重復(fù)定位精度，自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架還需要選擇可靠的定位方案和合理的定位結(jié)構(gòu)。自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的自動(dòng)換刀由控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)電路來實(shí)現(xiàn)的。1.2設(shè)計(jì)研究內(nèi)容 設(shè)計(jì)一臺(tái)四工位的立式自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架，適用于C616或C6132經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床。要求繪制自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖。設(shè)計(jì)控制刀架自動(dòng)轉(zhuǎn)位的硬件電路，編寫刀架的控制軟件，選用電動(dòng)機(jī)的額定功率為90W，額

6、定轉(zhuǎn)速為1440r/min，換刀時(shí)的速度為30r/min。分別對(duì)其組成部分即機(jī)械總體結(jié)構(gòu)，工作原理，主傳動(dòng)部件，電氣控制部分進(jìn)行設(shè)計(jì)、控制，并對(duì)自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架出現(xiàn)的一些常規(guī)問題提出修理意見。1.3研究實(shí)際社會(huì)意義及應(yīng)用效果 傳統(tǒng)的車床例的刀架上只能裝一把刀，換刀的速度慢，換刀后還須重新對(duì)刀，并且精度不高，生產(chǎn)效率效率低，不能適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要，因此有必要對(duì)機(jī)床的換刀裝置進(jìn)行改進(jìn)，數(shù)控車床上使用的自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架是一種最簡(jiǎn)單的換刀裝置，自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架是在一定的空間范圍內(nèi)，能執(zhí)行自動(dòng)松開、轉(zhuǎn)位、精密定位等一系列動(dòng)作的一種機(jī)構(gòu)。使用這種新的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)功能更強(qiáng)，可靠性更穩(wěn)定，功率增大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便

7、。它能在工件的一次裝夾中完成多個(gè)工序加工，縮短加工輔助時(shí)間，減少多次安裝所引起的加工誤差，充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的效率，采用“工序集中”的原則，采用自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架。傳統(tǒng)的車床的刀架上只能裝一把刀，換刀的速度慢，換刀后還須重新對(duì)刀，并且精度不高，生產(chǎn)效率效率低，不能適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要，因此有必要對(duì)機(jī)床的換刀裝置進(jìn)行改進(jìn)，為了能在工件的一次裝夾中完成多個(gè)工序加工，縮短加工輔助時(shí)間，減少多次安裝所引起的加工誤差，充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的效率，采用“工序集中”的原則，采用自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架。并針對(duì)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的一些常規(guī)問題進(jìn)行了探討，歸納總結(jié)檢查修理方法。1.4小結(jié) 對(duì)數(shù)控車床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)，并

8、通過對(duì)四工位刀架的設(shè)計(jì)，分別加強(qiáng)對(duì)其組成部分即機(jī)械總體結(jié)構(gòu)、工作原理的認(rèn)識(shí)。數(shù)控車床上使用的自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架是一種最簡(jiǎn)單的換刀裝置，自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架是在一定的空間范圍內(nèi)，能執(zhí)行自動(dòng)松開、轉(zhuǎn)位、精密定位等一系列動(dòng)作的一種機(jī)構(gòu)。對(duì)于自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架，據(jù)裝刀數(shù)量的不同，自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架分有四工位，六工位和八工位等形式。根據(jù)安裝的不同方式，自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架可分為立式和臥式，而根據(jù)機(jī)械定位方式不同，自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架又可分為端齒盤定位型和三齒盤定位型等，其中端齒盤定位型換刀時(shí)需要將刀架抬起，換刀速度較慢且密封性差，但其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。三齒盤定位叫免抬型，其特點(diǎn)時(shí)換刀時(shí)刀架不抬起，因此換刀速度快且密封性好，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜。自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架在結(jié)

9、構(gòu)上必須具有良好的強(qiáng)度和剛性，以承受粗加工時(shí)的切削抗力，為保證轉(zhuǎn)位之后具有高的重復(fù)定位精度，自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架還需要選擇可靠的定位方案和合理的定位結(jié)構(gòu)。自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的自動(dòng)換刀由控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)電路來實(shí)現(xiàn)的。第二章 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1減速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)選擇三步異相電動(dòng)機(jī)，額定功率為120W，額定轉(zhuǎn)速為1500r/min，而刀架轉(zhuǎn)速設(shè)定60r/min，由于轉(zhuǎn)速較高不能直接驅(qū)動(dòng)刀架，因此必須經(jīng)過適當(dāng)?shù)臏p速。采用蝸桿副減速，蝸桿副傳動(dòng)可以改變運(yùn)動(dòng)的方向，獲得較大的傳動(dòng)比，以保證傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，并具有自鎖功能，還可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置的小型化。2.2上刀體鎖緊與精定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)由于刀具直接安裝在上刀體上，所以上刀

10、體要承受全部的切削力，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。當(dāng)?shù)都芴幱阪i緊時(shí)，上下端面齒相互嚙合，這時(shí)上刀體不能繞刀架中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，換刀的時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，抬起機(jī)構(gòu)使上刀體抬起，等上下端面齒脫開后，上刀體才可以繞刀架中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，完成轉(zhuǎn)位動(dòng)作。2.3刀架抬起機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)在上述過程中欲使上下刀體的兩個(gè)端面齒脫離。就必須設(shè)計(jì)分離機(jī)構(gòu)，在此選擇螺桿螺母副，并在上刀體內(nèi)部加工出內(nèi)螺紋，當(dāng)電動(dòng)機(jī)通過蝸桿渦輪帶動(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)。當(dāng)?shù)都芴幱阪i緊狀態(tài)時(shí)，上刀體與下刀體的端面齒相互嚙合，因?yàn)檫@時(shí)上刀體不能與螺桿一起轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)使

11、上刀體向上移動(dòng)。當(dāng)端面齒脫離嚙合時(shí)，上刀體就和螺桿一同轉(zhuǎn)動(dòng)，在設(shè)計(jì)螺桿時(shí)要注意螺距的選擇，而螺距的選擇是否合理非常重要，選擇適當(dāng)以便當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度時(shí)，使上刀體與下刀體的端面齒能夠完全脫離嚙合狀態(tài)。自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖如圖2-1所示。圖2-1 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖1-發(fā)信盤 2-推力軸承 3-螺桿螺母副 4-端面齒盤 5-反靠圓盤 6-三相異步電動(dòng)機(jī) 7-連軸器 8-蝸桿副 9-反靠銷 10-圓柱銷 11-上蓋圓盤 12-上刀體自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的工作原理：自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的換刀流程如圖2-2所示：圖2-2 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的換刀流程鎖在自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的換刀過程中的位置如圖2-3所示：如圖示

12、中，其中彈簧上面的為圓柱銷2，彈簧下面為反靠銷，兩者的位置有非常重要的作用。當(dāng)?shù)都芴幱趦煞N狀態(tài)即鎖緊和換刀時(shí)，兩銷的工作情況不同。1. 當(dāng)?shù)都芴幱诰o縮狀態(tài)時(shí)，兩銷情況是，反靠銷6落在反靠圓盤7的十字槽內(nèi)，上刀體4的端面齒和下刀體的端面處于嚙合狀態(tài)。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)正向轉(zhuǎn)動(dòng)，通過蝸桿副帶動(dòng)蝸桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸桿的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)與之配合的上刀體4逐漸抬起，抬起后與下刀體4之間的端面齒慢慢脫開；同時(shí)，上蓋圓盤1也將隨螺桿正向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)它轉(zhuǎn)過一定角度約為170°時(shí)，上蓋圓盤1直槽的另一端轉(zhuǎn)到圓柱銷2的正上方，由于彈簧3的作用，圓柱銷2落入直槽內(nèi)，于是上蓋圓盤1將通過圓柱銷

13、2的轉(zhuǎn)動(dòng)使得上刀體4轉(zhuǎn)動(dòng)。2. 在上蓋圓盤1、圓柱銷2以及上刀體4正轉(zhuǎn)過程中，反靠銷6能從反靠圓盤7的十字槽中的左側(cè)坡中滑落出來，不會(huì)影響上刀體4尋找刀位的正向轉(zhuǎn)動(dòng)。3. 當(dāng)上刀體4帶動(dòng)磁鐵轉(zhuǎn)到需要的刀位時(shí)，發(fā)信號(hào)盤上對(duì)應(yīng)的霍爾元件輸出低電頻信號(hào)，控制系統(tǒng)收到后，立即控制刀架電動(dòng)反轉(zhuǎn)，上蓋圓盤1通過圓柱銷2帶動(dòng)上刀體4開始反轉(zhuǎn)，反靠銷6就會(huì)落入反靠圓盤7的十字槽內(nèi)以此以完成精定位，此時(shí)反靠銷6在反靠圓盤7的十字槽內(nèi)，刀體4停止轉(zhuǎn)動(dòng)，開始下降，上蓋圓盤1繼續(xù)反轉(zhuǎn)，其直槽的左側(cè)斜坡將圓柱銷2的頭部壓入上刀體4的銷孔內(nèi)，之后，上蓋圓盤1的下表面開始與圓柱銷2的頭部滑動(dòng)，此時(shí)上下刀體的端面齒逐漸嚙合，

14、實(shí)現(xiàn)精定位，經(jīng)過設(shè)定的延時(shí)時(shí)間后，刀架電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，整個(gè)換刀過程結(jié)束。蝸桿副具有自鎖功能，所以可以穩(wěn)定的工作。圖2-3 刀架轉(zhuǎn)位工程中銷的位置1-上蓋圓盤 2-圓柱銷 3-彈簧 4-上刀體 5-圓柱銷 6-反靠銷 7-反靠圓盤a) 換刀開始時(shí)，圓柱銷2與上蓋圓盤1可以相對(duì)滑動(dòng)b) 上刀體4連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，圓柱銷2落入上蓋圓盤1槽內(nèi)，上蓋圓盤1將帶動(dòng)圓柱銷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6可以從反靠圓盤7的槽左側(cè)斜坡劃出d) 找到刀位時(shí)，刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，反靠銷6反靠，上刀體停轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)粗定位第三章 主要傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)計(jì)算3.1蝸桿副的設(shè)計(jì)計(jì)算 本設(shè)計(jì)中的動(dòng)力源是三相異步電動(dòng)機(jī)，蝸桿

15、與電動(dòng)機(jī)直連，刀架轉(zhuǎn)位時(shí)，渦輪與上刀體直聯(lián)，電動(dòng)機(jī)額定功率是P=120W，額定轉(zhuǎn)速為n=1500r/min，上刀體設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速為n=60r/min，則蝸桿副的傳動(dòng)比i= n/n=1500/60=25。刀架從轉(zhuǎn)位到鎖緊時(shí)要蝸桿反向工作載荷不均勻，啟動(dòng)時(shí)沖擊較大，令蝸桿副的使用壽命為10000小時(shí)，因此對(duì)蝸桿的型號(hào)材料的選擇以及齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算相當(dāng)重要。（1） 蝸桿類型： GB/T10085-1988推薦采用漸開線蝸桿（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、制造方便的漸開線型圓柱蝸桿（ZI型）。 （2） 蝸桿副的材料 ： 蝸桿用45鋼，其螺旋齒要求淬火，硬度為45-55HRC，

16、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。（3） 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算：在計(jì)算中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。齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算公式：a （3.1）式中，a蝸桿副的傳動(dòng)中心距，單位為mm； K載荷系數(shù)； 作用在渦輪上的轉(zhuǎn)矩，單位為N.mm； Z彈性影響系數(shù)，單位為MPa ； Zp接觸系數(shù)；許用接觸應(yīng)力，單位為MPa；注：從上公式（3.1）中算出蝸桿副的中心距離a之后，并根據(jù)已知的傳動(dòng)比i=25，查表3-3選擇合適的中心局a的值，以及相應(yīng)的蝸桿，蝸輪參數(shù)。確定各參數(shù)：1） 確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩：設(shè)蝸

17、桿頭數(shù)Z=2，蝸桿副的傳動(dòng)效率=0.8。由電動(dòng)機(jī)額定功率P=120w，可以算得：P= P* = 120w×0.8 = 96w （3.2）再由蝸桿轉(zhuǎn)速n=60r/min。求得作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩：=9.55 = 9.55= 9.55×N.m = 15.28N.m = 15280N.m (3.3)2） 確定載荷系數(shù)：K=KKK （3.4）K使用使用系數(shù)查表3-1取得；K齒向載荷分布系數(shù)；K動(dòng)載系數(shù)；工作載荷不均勻，啟動(dòng)時(shí)沖擊較大，則K取1.15 ；工作載荷啟動(dòng)和停止時(shí)有變化，則K=1.15 ； 轉(zhuǎn)速不高、沖擊不大可以選擇 K=1.05；K= KKK = 1.15×1.1

18、5×1.05 = 1.39工作類型載荷性質(zhì)均勻無沖擊不均勻，小沖擊不均勻，大沖擊每小時(shí)啟動(dòng)次數(shù)<252550>50起動(dòng)載荷小較大大K11.151.2表3-1 使用系數(shù)K3）確定彈性影響系數(shù)Z：當(dāng)鑄錫磷青銅蝸桿與鋼蝸桿相配合時(shí)，查有關(guān)手冊(cè)得彈性影響系數(shù)Z= 160MPa 4） 確定接觸系數(shù)Zp： 假設(shè)蝸桿分度圓直徑d和傳動(dòng)中心距a的比值：i = d/a = 0.35 查表可以得到：Zp=2.9 5）確定許用接觸應(yīng)力 ： 根據(jù)蝸輪材料即鑄錫磷青銅ZCuSn10P1、金屬模鑄造、蝸桿螺旋齒面硬度大于45HRC,查表3-2，取得蝸輪基本許用應(yīng)力為：=268MPa蝸輪材料鑄造方法蝸

19、桿螺旋面的硬度45HRC45HRC鑄錫磷青銅ZCuSn10P1砂磨鑄造150180金屬摸制造220268鑄錫鋅鉛青銅ZCuSnPb5Zn5砂磨鑄造113135金屬摸制造128140表3-2鑄錫青銅蝸桿的基本許用接觸應(yīng)力由于蝸桿為單頭，蝸輪每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)每個(gè)輪齒嚙合次數(shù)j=1；蝸輪轉(zhuǎn)速n=60r/min；蝸桿副的使用壽命為：L=10000h則應(yīng)力循環(huán)次數(shù) ：N = 60jnL = 60×1×60×10000 = 3.6×10 壽命系數(shù)： K = =0.852 許用接觸應(yīng)力：= K= 0.852×268 MPa = 228.336 MPa 6）. 確定中

20、心距：amm = 44.430mm (3.5)表3-3 普通圓柱蝸桿基本尺寸和參數(shù)及其與蝸輪參數(shù)的匹配表取得a=50mm,蝸桿頭數(shù)為=2，假設(shè)模數(shù)m=1.6mm，得蝸桿分度圓得直徑d=20mm。這時(shí)d/a=0.4，由表3-4可以知道接觸系數(shù)Z´p=2.74。 因?yàn)閆´p<Zp,所以以上計(jì)算結(jié)果可以采用。表3-4 圓柱蝸桿傳動(dòng)的接觸系數(shù)Zp（2）蝸輪和蝸桿的參數(shù)和幾何尺寸掌握渦輪和蝸桿的基本尺寸和主要參數(shù)，算得蝸輪蝸桿的主要幾何尺寸，就可以繪制其工作圖。 1）蝸桿的參數(shù)和尺寸 ： 頭數(shù) ：Z=2 ， 模數(shù) ：m=1.6軸向齒距 : Pa=m= ×1.6 = 5

21、.027mm軸向齒厚 : Sa=0.5m= 0.5×1.6 = 2.513mm分度圓直徑 ： d=20mm直徑系數(shù) ： q=d/m = 12.50分度圓導(dǎo)程角 ：= arctan(Z/q) = 9°0525 取齒頂高系數(shù) ：h*=1徑向間隙系數(shù) ：c*=0.2齒頂圓直徑 ： d=d+2h*m = 20+2×1×1.6mm = 23.2mm齒根圓直徑 ： d=d-2m(h*+c*)=20-2×1.6×(1+0.2)=16.16mm2） 蝸輪參數(shù)與尺寸： 傳動(dòng)比i=25模數(shù) : m=1.6齒數(shù) : Z= Zi =50分度圓直徑 ： d=

22、mZ=1.6×50mm = 80mm變位系數(shù) ： x=a-( d+d)/2/m=50-(20+80)/2/1.6 =0蝸輪喉圓直徑 ：d=d+2m(h*+x)=80+2×1.6×(1-0)mm=83.2mm蝸輪齒根圓直徑：d=d-2m(h*-x+c*)= 80-2×1.6×(1+0+0.2)mm = 76.16mm蝸輪咽喉母圓半徑：r = a-d /z=（50-83.2/2）mm = 8.4mm（3）校核蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度即判別下式是否成立：= YY (3.6)式中-蝸桿齒根彎曲應(yīng)力，單位為MPa； Y -蝸桿齒形系數(shù)； Y -螺旋角影響系數(shù)

23、；-蝸輪的許用彎曲應(yīng)力，單位為MPa；由蝸桿頭數(shù)Z=2,傳動(dòng)比為i=25,蝸輪齒數(shù)Z= 50則蝸輪的當(dāng)量齒數(shù)：Z = Z/cosr = 51.932根據(jù)蝸輪變位系數(shù)X=0,當(dāng)量齒數(shù)Z=51.932,從表3-5中可以得到 齒形系數(shù)： Y=2.34表3-5 蝸輪的齒形系數(shù)Y螺旋角影響系數(shù)： Y=1- = 1- = 0.935根據(jù)蝸輪的材料和制造方法，查表3-6得蝸輪基本許用彎曲應(yīng)力 ：=56MPa；蝸輪的壽命系數(shù)： K = = 0.672蝸輪的許用彎曲應(yīng)力：= K = 56×0.672 MPa = 37.632 MPa；渦輪材料鑄造方法單側(cè)工作雙側(cè)工作鑄錫磷青銅ZCuSn10P1砂磨鑄造

24、4029金屬摸制造5640鑄錫鋅鉛青銅ZCuSnPb5Zn5砂磨鑄造2622金屬摸制造3226灰鑄鐵HT150砂磨鑄造8057金屬摸制造9064HT200砂磨鑄造4028金屬摸制造4824表3-6 蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力 將以上的參數(shù)代入公式得：=×2.34×0.935 MPa = 27.773 MPa；可見<,所以蝸輪齒根彎曲強(qiáng)度滿足要求。3.2螺桿的設(shè)計(jì)計(jì)算螺距的確定 ： 由于在刀架轉(zhuǎn)位時(shí)，要求螺桿在轉(zhuǎn)動(dòng)約170°的情況時(shí)，上刀體的端面齒與下刀體的端面齒完全脫離；在鎖緊時(shí)要求上下端面齒嚙合深度達(dá)2mm。因此螺桿的螺距P應(yīng)滿足：P×170/360

25、2mm；即P4.24mm，取螺距為p=6mm。其他參數(shù) ：采用單頭梯形螺桿，頭數(shù)n=1，牙側(cè)角=15°，外螺紋大徑（公稱直徑）d=50mm，牙頂間隙a=0.5mm?；狙佬透叨菻=0.5P=3mm，外螺紋牙高h(yuǎn)= H+ a=3.5mm，外螺紋中徑d=47mm，外螺紋小徑d=43mm，螺紋部分長度為H=50mm。自鎖性能校核 ： 螺桿螺母材料均用45鋼，查表3-7，取二者的摩擦因數(shù)f=0.11；再求得梯形螺旋副的當(dāng)量摩擦角：=arctan 6.5°蝸桿-螺母的材料滑動(dòng)速度/(m/min)許用應(yīng)力/(Pa)摩擦因數(shù)鋼-青銅低速18250.080.103.01118612710&

26、gt;1512淬火鋼-青銅61210130.060.08鋼-鑄鐵<2.413180.120.1561247鋼-鋼低速7.5130.110.17表3-7 滑動(dòng)螺旋副材料的許用壓力P及摩擦因數(shù)f而螺紋升角：= arctan= arctan =2.33°小于當(dāng)量摩擦角，因此滿足自鎖條件。第四章 電氣控制部分設(shè)計(jì)4.1 硬件電路設(shè)計(jì)自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的電氣控制部分主要包括收信電路和發(fā)信電路兩大塊，如圖4-1所示。1. 收信電路 上圖a中，發(fā)信盤上的4只霍爾開關(guān)，都有3個(gè)引腳，第一個(gè)腳接+12V電源，第二個(gè)腳接+12V地，第三腳為輸出。轉(zhuǎn)位時(shí)刀架臺(tái)帶動(dòng)磁鐵旋轉(zhuǎn)，當(dāng)磁鐵對(duì)準(zhǔn)某一個(gè)霍爾開關(guān)時(shí)，其輸

27、出端第三腳輸出低電平；當(dāng)磁鐵離開時(shí)，第三腳輸出高電平。4只霍爾開關(guān)輸出的4個(gè)刀位信號(hào)T1-T4分別送到圖b的4只光耦合器進(jìn)行處理，處理后經(jīng)過光隔離的信號(hào)送給I/0接口芯片8255的PC4-PC7。2. 發(fā)信電路上圖中c為刀架電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路，I/0接口芯片8255的PA6與PA7分別控制刀架電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)。其中KA1為正轉(zhuǎn)繼電器線圈， KA2為反轉(zhuǎn)繼電器線圈。因刀架電動(dòng)機(jī)的功率只有120W，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)繼電器的線圈KA1與反轉(zhuǎn)繼電器的一組常閉觸電串聯(lián)，而反轉(zhuǎn)繼電器的線圈

28、KA2又與正轉(zhuǎn)繼電器的一組常閉觸電串聯(lián)，這樣就形成了正轉(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，并通過電網(wǎng)影響控制系統(tǒng)正常工作，因此在圖d中布置了3對(duì)RC阻容用來滅弧，以抑制火花的產(chǎn)生。4.2 控制軟件設(shè)計(jì)在弄清楚自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣控制電路后，就可以著手編制刀架自動(dòng)轉(zhuǎn)位的控制軟件了。對(duì)于四工位自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架來說，它最多裝有四把刀具，設(shè)計(jì)控制軟件的任務(wù)，就是選擇任意一把刀具，讓其轉(zhuǎn)到工作位置。圖4-2表示讓1#刀轉(zhuǎn)到工作位置的程序流程，2#3#刀的轉(zhuǎn)位流程與1#刀相似。圖4-1 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架電氣控制圖a)發(fā)信盤上的霍爾

29、元件 b)刀位信號(hào)的處理 d)刀架電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制 d)刀架電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn)圖4-2 換1#號(hào)刀的程序流程設(shè)控制系統(tǒng)的CPU為AT89C51單片機(jī)，擴(kuò)展8255芯片作為自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的收信與發(fā)信控制，已知8255芯片的控制口地址為2FFFH，則基于圖4-1和圖4-2的編繪程序清單如下：T01： MOV DPTR,#2FFEH ；指向8255的PC口 MOVX A,DPRT ；讀取PC口內(nèi)容 JNB ACC.4,TEND ；測(cè)試PC4=0？若是，則說明1#已在工作位置，程序轉(zhuǎn)到TEND MOV DPRT,#2FFCH ；指向8255的PA口地址MOVX A,DPRT ；讀取PA口鎖存器內(nèi)容CLR

30、 ACC.6 ；令PA6=0，刀架電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)有效SETB ACC.7 ；令PA7=1，刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)無效MOVX DPTR,A ；刀架電動(dòng)機(jī)開始正轉(zhuǎn)CALL DE20MS ；延時(shí)20msYT01： MOV DPTR,#2FFEH ；指向8255的PC口 MOVX A,DPTR ；讀取PC口內(nèi)容 JB ACC.4,YT01 ；PC4=0嗎？即1#刀轉(zhuǎn)到工作位置了嗎？ CALL DE20MS ；延時(shí)20msYT11： MOV DPTR,#2FFEH ；指向8255的PC口MOVX A,DPTR ；第二次讀取PC口內(nèi)容 JB ACC.4,YT11 ；PC4=0？ CALL DE20MS ；延時(shí)20m

31、sYT21： MOV DPTR,#2FFEH ；指向8255的PC口MOVX A,DPTR ；第三次讀取PC口內(nèi)容 JB ACC.4,YT21 ；PC4=0？ MOV DPTR,#2FFCH ；指向PA口 MOVX A,DPTR ；讀取PA口鎖存器內(nèi)容 SETB ACC.6 ；令PA6=1，刀架電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)無效SETB ACC.7 ；令PA7=1，刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)無效 MOVX DPRT,A ；刀架電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn) CALL DE150MS ；延時(shí)150ms CLR ACC.7 ；令PA7=0，刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)有效 SETB ACC.6 ；令PA6=1，刀架電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)無效 MOVX DPRT,A ；刀架電

32、動(dòng)機(jī)開始反轉(zhuǎn) CALL DELAY ；延時(shí)設(shè)定的反轉(zhuǎn)緊鎖時(shí)間 SETB ACC.6 ；令PA6=1，刀架電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)無效 SETB ACC.7 ；令PA7=1，刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)無效 MOVX DPRT,A ；刀架電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)TEND：RET ；換1#刀結(jié)束第五章 常規(guī)故障分析與排除5.1刀架不能啟動(dòng)（1）機(jī)械方面的原因：刀架預(yù)緊力過大，當(dāng)用六角扳手插入蝸桿端部旋轉(zhuǎn)時(shí)不易轉(zhuǎn)動(dòng)，而用力的時(shí)候時(shí)可以轉(zhuǎn)動(dòng)，但下次夾緊后刀架仍不能啟動(dòng)，這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，可以確定刀架不能啟動(dòng)的原因是由于預(yù)緊力太大，可以通過調(diào)小刀架夾緊電流排除它。 刀架機(jī)械內(nèi)部卡死。當(dāng)從蝸桿端部轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，順時(shí)針方向轉(zhuǎn)不動(dòng)，其原因是機(jī)械卡死，首先檢查

33、夾緊裝置的反靠定位銷是否處于反靠棘輪槽內(nèi)，若在則需要將反靠棘輪與蝸桿連接銷孔回轉(zhuǎn)一個(gè)角度重新打孔連接。其次，檢查主螺母是否鎖死，如果鎖死，則應(yīng)重新調(diào)整；再次，由于潤滑不良造成旋轉(zhuǎn)鍵研死，此時(shí)拆開，觀察實(shí)際情況，加以潤滑處理。（2）電氣方面的原因： 電源不通，電機(jī)不轉(zhuǎn)。檢查熔芯是否完好，電源開關(guān)是否接通良好，開關(guān)位置是否準(zhǔn)確。用萬用表檢測(cè)電容時(shí)，電壓值是否在規(guī)定的范圍內(nèi)，可通過更換保險(xiǎn)、調(diào)整開關(guān)位置，使接通部件接觸良好。此外，電源不通的原因還可以考慮刀架的控制器斷線，刀架內(nèi)部斷線，電刷式霍爾元件位置發(fā)生變化，導(dǎo)致不能正常通斷。 電源通，電機(jī)反轉(zhuǎn)。可以確定為電動(dòng)機(jī)相序接反。通過檢查線路，變換相序。

34、 手動(dòng)換刀正常，機(jī)控不換刀。應(yīng)重點(diǎn)檢查微機(jī)與刀架控制器的引線、微機(jī)I/O接口及刀架到位回答信號(hào)。5.2 刀架連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)、到位不停 由于刀架能連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，所以機(jī)械方面的故障可能性較小，主要從電氣方面檢查：（1）檢查刀架到位信號(hào)是否發(fā)出，如果沒有到位信號(hào)則是發(fā)信盤故障。此時(shí)可以檢查：發(fā)信盤彈性觸頭是否磨損、發(fā)信盤地址線是否斷路或是否有接觸不良和漏接。是否需要更換彈性片觸頭或重修，針對(duì)其線路中的，繼電器接觸情況、線路連接情況相應(yīng)的進(jìn)行線路故障排除。（2）當(dāng)僅出現(xiàn)某號(hào)刀不能定位時(shí)，則一般是由于該號(hào)刀線路出現(xiàn)問題。5.3刀架越位過沖或轉(zhuǎn)不到位刀架越位過沖故障的主要原因是后靠裝置不起作用。（1）刀架越位過沖的

35、機(jī)械原因可能性較大。主要是后靠裝置不起作用，首先檢查定位銷是否靈活，彈簧是否疲勞，此時(shí)應(yīng)修復(fù)定位銷使其靈活或更換彈簧。（2）檢查后靠棘輪于蝸桿連接是否斷開，若斷開，需要更換連接銷。若此現(xiàn)象還存在，則可能是由于刀具太長太重，應(yīng)該更換彈性模量稍大的定位銷彈簧。（3）出現(xiàn)刀架運(yùn)行不到位（有時(shí)中途位置突然停止），主要是由于發(fā)訊盤觸點(diǎn)與彈性片觸點(diǎn)錯(cuò)位，即刀位信號(hào)膠木盤位置固定偏移所致。此時(shí)應(yīng)重新調(diào)整發(fā)訊盤與彈性片觸頭位置并固定牢靠。（4）若忍不能解決故障，則可能是發(fā)訊盤夾緊螺母松動(dòng)，造成位置移動(dòng)。5.4 刀架不能夾緊 出現(xiàn)該故障，首先檢查夾緊開關(guān)位置是否固定不當(dāng)。并調(diào)整到正確位置；其次用萬用表檢查相應(yīng)線

36、路繼電器是否能正常工作，觸點(diǎn)接觸是否可靠。還可以檢查內(nèi)部機(jī)械配合是否松動(dòng)。有時(shí)會(huì)出現(xiàn)由于內(nèi)齒盤上有碎屑造成夾緊不牢使其定位不準(zhǔn)，此時(shí)應(yīng)調(diào)整裝配并清潔其內(nèi)盤。5.5 其他故障 除了以上故障外，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)：無法機(jī)控選擇刀具、夾緊后無回答信號(hào)、啟動(dòng)或松開手控刀架按鈕刀架返回原來位置等故障現(xiàn)象。出現(xiàn)這些故障的主要原因是電路中繼電器接觸不良、膠木盤位置不正、電源相序不對(duì)所致，可以分別對(duì)其加以調(diào)整、修復(fù)，使故障排除。第六章 結(jié)論為了能在工件的一次裝夾中完成多個(gè)工序加工，縮短加工輔助時(shí)間，減少多次安裝所引起的加工誤差，充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的效率，采用“工序集中”的原則，采用自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架。通過對(duì)四工位刀架的設(shè)計(jì)，分別對(duì)其組成部分即機(jī)械總體結(jié)構(gòu)，工作原理，主傳動(dòng)部件，電氣控制部分進(jìn)行研究，改善。文中減速機(jī)構(gòu)選用三相異步電機(jī)，蝸桿副減速，能獲的大的傳動(dòng)比，保證傳動(dòng)精度平穩(wěn)，并具有自鎖功能，能實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置的小型化；考慮所受載荷和加工精度選取端面齒盤，在刀架抬起機(jī)構(gòu)中采用螺桿-螺母副。主傳動(dòng)部件設(shè)計(jì)中蝸桿采用漸開線型圓柱蝸桿，材料用45鋼，蝸輪用耐磨性大的鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，并通過假定參數(shù)對(duì)其疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，并依次算出蝸桿蝸輪的主要參數(shù)和尺寸。電氣部分分別對(duì)硬件和軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。硬件電路設(shè)計(jì)中發(fā)信采用芯片8255的PA6,PA7控制正反轉(zhuǎn)，接受端采用霍爾元件