数控车床自动回转刀架的控制设计

1、目目 录录 第一章第一章 引言引言.1 1.1 概述 .1 1.2 数控车床自动回转刀架的发展趋势 .1 1.3 刀架的设计准则 .2 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.3 2.1 数控车床刀架应满足的要求 .3 2.2 刀架的工作原理 .6 2.3 步进电机的选用 .7 2.4 蜗杆及蜗轮的选用与校核 .8 2.5 蜗杆轴的设计.10 2.6 蜗轮轴的设计 .17 2.7 中心轴的设计.18 2.8 齿盘的设计.20 2.9 轴承的选择.23 第三章第三章 plc 控制单元设计控制单元设计.26 3.1 plc 与工业控制计算机（ipc）和集散控制系统（ds

2、c）的比较.26 3.2 控制电路硬件接线图 .27 3.3 plc 控制流程图 .31 总总 结结.32 参考文献参考文献.33 1 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

3、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。 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

4、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。 2 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

5、过程，本着以下几条设计准则： 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； 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。 3 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

6、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

7、，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

8、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。 .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 4 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 2-1 表 2

9、-1 .2 数控机床刀架的类型选择数控机床刀架的类型选择 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，下面对这三种形式的刀架作简单的介绍。 1） 排式刀架：排式刀架一般用于小规格数控车床，以加工棒料或盘类零件为主。其 类别型式特点适用范围 回转刀架 多为顺序换刀，换刀 时间短、结构简单紧 凑、容纳刀具较少 各种数控车床，数控车削加工中心 转 塔 式 转塔头 顺序换刀，换刀时间 短，刀具主轴都集中 在转塔头上，结构紧 凑。但刚性较差，刀 具主轴数受限制 数控钻、镗、铣床 刀具与主轴之 间直接换刀 换刀运动集中， 运动不见少。但刀

10、库 容量受限 刀 库 式用机械手配合 刀库进行换刀 刀库只有选刀运动， 机械手进行换刀运动， 刀库容量大 各种类型的自动换刀数控机床。尤 其是对使用回转类刀具的数控镗、 铣床类立式、卧式加工中心机床 要根据工艺范围和机床特点，确定 刀库容量和自动换刀装置类型 5 结构形式为：夹持着各种不同用途刀具的刀夹沿着机床的 x 坐标轴方向排列在横 向滑板上。刀具的典型布置方式如下图所示。这种刀架在刀具布置和机床调整等 方面都较为方便，可以根据具体工件的车削工艺要求，任意组合各种不同用途的 刀具，一把刀具完成车削任务后，横向滑板只要按程序沿 x 轴移动预先设定的距 离后，第二把刀就到达加工位置，这样就完成

11、了机床的换刀动作。这种换刀方式 迅速省时，有利于提高机床的生产效率。宝鸡机床厂生产的 ck7620p 全功能数控 车床配置的就是排式刀架。 2）回转刀架：回转刀架是数控车床最常用的一种典型换刀刀架，一般通过液压 系统或电气来实现机床的自动换刀动作，根据加工要求可设计成四方、六方刀架 或圆盘式刀架，并相应地安装 4 把、6 把或更多的刀具。回转刀架的换刀动作可 分为刀架抬起、刀架转位和刀架锁紧等几个步骤。它的动作是由数控系统发出指 令完成的。回转刀架根据刀架回转轴与安装底面的相对位置，分为立式刀架和卧 式刀架两种。 3）带刀库的自动换刀装置：上述排式刀架和回转刀架所安装的刀具都不可能太 多，即使

12、是装备两个刀架，对刀具的数目也有一定限制。当由于某种原因需要数 量较多的刀具时，应采用带刀库的自动换刀装置。带刀库的自动换刀装置由刀库 和刀具交换机构组成。 排式刀架 回转刀架 本次设计的刀架是四工位刀架，刀位较少，且要求精度较高，所以可以选择回 转刀架和排式刀架，且一次装夹中完成多工序加工，缩短辅助时间，减少多次安装 所引起的加工误差保证转位具有高的重复定位精度具有转位快，定位精度高，切向 扭矩大的特点。而电动机最低转速为 35r/min，最高转速为 4000r/min，额定转速为 ne=2000 r/min 刀具顺利换刀，因此需要很高的稳定性。对于以上三种刀架，排式刀 6 架加工棒料或盘类

13、零件为主，局限性较大，同时定位精度不高，况且排式刀架往复 运动幅度较大，占用空间多。综上，本次设计选用回转刀架作为设计对象，其具有 换刀时间短、结构简单紧凑、容纳刀具较少的特点，所以较为合适，对于回转刀架 根据安装方式的 不同可分为立式和 卧式两种根据机械定位方式的 不同，自动回转 刀架又可分为端齿盘定位型和三齿盘定位型等。其中断齿盘定位型换刀时刀架需抬 起，换刀速度较慢且密封性较差，但其结构较简单。三齿盘定位型又叫免抬型，其 特点是换刀时刀架不抬起，因此换刀时速度快且密封性好，但其结构较复杂。由于 本人初次设计数控刀架，所以选择较为简单的端齿盘定位，结构简单。同时，自动 回转刀架在结构上必须

14、具有良好的 强度和刚性，以承受粗加工时的 切削抗力。为 了保证转位具有高的重复定位精度，自动回转刀架还 要选择可靠的定位方案和合理 的定位结构。自动回转刀架的自动换刀时由控制系统和驱动电路来实现的。发信转 位采用霍尔元件，使用寿命长。 根据以上对机床刀架类型、性能及其使用场合的综合比较，并结合现有数控车 床的实例，本次设计的动力刀架为伺服电机驱动的转塔式自动回转刀架。 2.22.2 刀架的工作原理刀架的工作原理 回转刀架的工作原理为机械螺纹升降转位式。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。图2.1为自动回转刀架，其工作过程如下： 1) 刀架抬起 当数控系统发出换刀指令后

15、, 通过接口电路使电机正转, 经传动装 置驱动蜗杆蜗轮机构3、蜗轮螺纹即螺母机构延逆时针旋转 ,此时由于上下齿盘 40、6处于啮合状态，在丝杆螺母机构转动时，使上刀架体产生向上的轴向力将上齿 盘40松开并抬起,直至两定位齿盘40、6脱离啮合状态,从而带动上刀架和齿盘产生 “上台”动作。 2) 刀架转位 当圆套13逆时针转过150时，齿盘40、6完全脱开，此时销钉准确 进入圆套13中的凹槽中，带动刀架体转位。 3) 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19中的某一个选通,当磁性板18 与被选通的霍尔开关对齐 后,霍尔开关反馈信号使电机

16、反转,插销39在弹簧力作用下进入反靠盘7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 使上刀架移到齿盘40、6 重新啮合, 实现精确定位。 7 4) 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。 图 2.1 2.32.3 步进电机的选用步进电机的选用 动力刀架的转位需要涡轮蜗杆机构来实现，而驱动蜗轮轴旋转是由电机来 实现的，电机的选择要满足所需负载和转矩。从而需要我们对电机进一步的选择。 许多机械加工需要微量进给。要实现微量进给，步进电机、

17、直流伺服交流伺服 电机都可作为驱动元件。对于后两者，必须使用精密的传感器并构成闭环系统，才 能实现微量进给。在开环系统中，广泛采用步进电机作为执行单元。这是因为步进 电机具有以下优点： 1）直接采用数字量进行控制; 8 2）转动惯量小，启动、停止方便； 3）成本低； 4）无误差积累； 5）定位准确； 6）低频率特性比较好； 7）调速范围较宽； 采用步进电机作为驱动单元，其机构也比较简单，主要是变速齿轮副、滚珠丝 杠副，以克服爬行和间隙等不足。通常步进电机每加一个脉冲转过一个脉冲当量； 但由于其脉冲当量一般较大，如0.01mm，在数控系统中为了保证加工精度，广泛采 用步进电机的细分驱动技术。 由

18、于课题要求电动机最低转速为35r/min，最高转速为4000r/min，额定转速为 ne=2000 r/min。要求4把刀更换。因为刀架上升、下降各转150，刀架转位至少需 90，所以蜗轮转的角度=390。 考虑刀架只需小功率驱动，为减少生产成本，选用jd60电动机，其转速为 1400r/min,额定功率为60w。 2.42.4 蜗杆及蜗轮的选用与校核蜗杆及蜗轮的选用与校核 .1 选择传动的类型选择传动的类型 考虑到传递的功率不大，转速较低，选用 2a 蜗杆，精度 8 级，gb10089-88 .2 选择材料和确定许用应力选择材料和确定许用应力 由机械设计表6-

19、7查得蜗杆选用45钢，表面淬火，硬度为4555hrc，蜗 轮齿圈用zcusn10p1 砂模铸造，为了节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造， 而轮芯用灰铸铁ht150制造。 得到 h=200mpa， f=500mpa .3 按接触强度确定主要参数按接触强度确定主要参数 根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，在校核齿 9 根弯曲疲劳强度。传动中心距： 2 3 2( ) e h z z akt (2-1) 1）确定作用在蜗轮上的转距t2 按z1=2，取效率=0.8， 则 t2=t*i=3.5382n.m (2-2) 2）确定载荷系数k 因工作载荷较稳定，故取载荷分

20、布不均系数k=1；由使用系数ka表从而选取 ka=1.15；由于转速不高，冲击不大，可取动载系数kv=1.1；则 k=ka*k*kv=1*1.15*1.1=1.2651.27 (2-3) 3）确定弹性影响系数ze 因选用的铸锡磷青铜蜗轮和蜗杆相配，故 1 2 160 e zmpa 4）确定接触系数z 先假设蜗杆分度圆直径d1和传动中心距a的比值d1/a=0.30，从而可查出 z=3.12。 5）确定许用应力h 根据蜗轮材料为铸锡磷青铜zcusn10p1，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度 45hrc，从而可查机械设计6-7得蜗轮的基本许用应力h=268mpa。 因为电动刀架中蜗轮蜗杆的传动为间隙性的

21、，故初步定位、其寿命系数为 khn=0.92，则 h= khnh=0.92268=246.56247mpa (2-4) 6）计算中心距 2 3 160 2.7 1.27 3538.2 ()24 247 amm (2-5) 取中心距a=50mm，m=1.6mm，蜗杆分度圆直径d1=29mm，这时d 1/a =0.448，从而 可查得接触系数 z =2.72，因为 z z，因此以上计算结果可用。 10 蜗杆和蜗轮主要几何尺寸计算 1）蜗杆 分度圆直径：d1=29mm 直径系数：q= d1 /m =18.125， 蜗杆头数：z1=1 分度圆导程角：=31138 蜗杆轴向齿距：pa= m =5.024

22、mm； (2-6) 蜗杆齿顶圆直径： * 11 232.2 aa ddhmmm (2-7) 蜗杆齿根圆直径： （2-8）mmmchaddf252 11 蜗杆轴向齿厚： 1/2 a sm =2.512mm (2-9) 蜗杆轴向齿距： （2-10）11.65.04pammmmm 2）蜗轮 蜗轮齿数：z2 =45 变位系数=0 验算传动比：i= 2 z / 1 z =45/1=45 (2-11) 蜗轮分度圆直径：d2=mz2= 72mm (2-12) 蜗轮喉圆直径：da2=d2+2ha2=75.2mm (2-13) 蜗轮喉母圆直径： =50-1/275.2=12.4mm (2-14) 22 5 .

23、0 ag dar 蜗轮齿顶圆直径： （2-15）222*75.2dadha mmm 蜗轮齿根圆直径： （2-16） 6 . 692 22 mchddf a 蜗轮外圆直径：当在 z=1 时， （2-17）22278.4dedammm 2.52.5 蜗杆轴的设计蜗杆轴的设计 .1 蜗杆轴的材料选择，确定许用应力蜗杆轴的材料选择，确定许用应力 考虑蜗杆轴主要传递蜗轮的转矩，为普通用途中小功率减速传动装置。选用 45 11 号钢，正火处理， 600bmpa .2 按扭转强度初步估算轴的最小直径按扭转强度初步估算轴的最小直径 22 1 () ca mat w （2-18）

24、 扭转切应力为脉动循环变应力，取=0.6，抗弯截面系数w=0.1 3 d 取 =15.5 mm min d .3确定各轴段的直径和长度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。 图2.2 蜗杆轴结构 d1=d5 同一轴上的轴承选用同一型号，以便于轴承座孔镗制和减少轴承类型。 d5轴上有一个键槽，故槽径增大5% d1=d5=d1(1+5%)=15.89mm ,圆整d1=d5=17mm 所选轴承类型为深沟球轴承，型号为6203，b=12mm，d=40mm， d2起固定作用，定位载荷高度可在（0.070.1）d1范围内， d2=d1+2a=1

25、9.3820.04mm，故d2取20mm d3为蜗杆与蜗轮啮合部分，故d3=24mm d4=d2=20mm,便于加工和安装 l1为与轴承配合的轴段，查轴承宽度为12mm，端盖宽度为10mm， 12 则l1=22mm l2尺寸长度与刀架体的设计有关，蜗杆端面到刀架端面距离为65mm， 故l2=43mm l3为蜗杆部分长度l3（11+0.06z2）m=21.92mm 圆整l3取30mm l4取55mm，l5在刀架体部分长度为（12+8）mm，伸出刀架部分通过联轴器与电动机 相连长度为50mm，故l5=70mm 两轴承的中心跨度为128mm，轴的总长为220mm .4 蜗杆轴的校核蜗

26、杆轴的校核 作用在蜗杆轴上的圆周力 (2-19) 1 1 2 d t ft mmnmmn n p t.1016 . 2 . 467 56.10 95500009550000 5 1 其中 d1=28mm 则 nn d t ft 4 6 3 3 1029 . 1 320 1007 . 2 22 径向力 (2-20)nff tr 34 1069 . 4 20tan1029 . 1 tan 切向力 (2-21)nff tn 4 4 1037 . 1 20cos 1029 . 1 cos/ 13 图 2.3 轴向受力分析 nfff rnbh 434 1042 . 1 60cos1069 . 4 30c

27、os1037 . 1 60cos30cos (2-22) nfff nrbv 343 1079 . 2 30sin1037 . 1 60sin1069 . 4 30sin60sin (2-23) 求水平方向上的支承反力 图 2.4 水平方向支承力 0)( 212 llflf ahbh 14 (2-24)nnfah 3 4 104 . 5 181 5 . 294 1811042 . 1 (2-25)(108 . 8104 . 51042 . 1 334 nfff ahbhch 求水平弯矩,并绘制弯矩图 mnmnlfm ahbh 333 1 1059 . 1 10 5 . 294104 . 5 水

28、平弯矩图 图 2.5 水平弯矩图 求垂直方向的支承反力 (2-26) y y f y f y f y f zy x p f kvfacf81 . 9 切 查文献9表 2.24，142 y f c73 . 0 y f x67 . 0 y f y0 y f z 其中，mmap6rmmf/6 . 0min/100mv (2-27)nnkvfacf y y f y f y f y f zy x p f 36586 . 0614281 . 9 81 . 9 67 . 0 73 . 0 切 切 图 2.6 垂直方向支承反力 15 0)( 2132 llflflf avbv切 nnf av 3 33 109

29、9 . 1 1815 .294 5 .1201066 . 3 1811079. 2 )(1086 . 2 1066 . 3 1099 . 1 1079 . 2 3333 nffff avbvcv 切 求垂直方向弯矩，绘制弯矩图 mnlfm avbv 1 . 58610 5 . 2941099 . 1 33 1 mnmnlfm cv 44110 5 . 1201066 . 3 3 3切 垂直弯矩图 图 2.7 垂直弯矩图 求合成弯矩图，按最不利的情况考虑 mnmnmmm bvbhb 3223 22 1069 . 1 1 . 586)1059. 1 ( (2-28) mnmm cvc 441 16

30、 合成弯矩图 图 2.8 合成弯矩图 计算危险轴的直径 (2-29) 1 . 0 1 3 e m d 查文献9表 151，材料为调质的许用弯曲应力，则aiamcr 0 3875 1 mmmmdb 8 . 60 751 . 0 1069 . 1 6 3 所以该轴符合要求。 .5 键的选取与校核键的选取与校核 考虑到 d5=105%15.14=15.89mm, 实际直径为 17mm，所以强度足够 由 gb1095-79 查得，尺寸 bh=55，l=20mm 的 a 型普通平键。 按公式进行校核 kld t p 3 102 ，。查文献mnt 2070mmmmhk7145 . 05 .

31、 0mml110mmd92 9表 62，取则mpa p 130 (2-30)mpampa kld t p 7044.58 921107 20702102 3 17 该键符合要求。 由普通平键标准查得轴槽深 t=30mm,毂槽深 t1=2.3mm 2.62.6 蜗轮轴的设计蜗轮轴的设计 .1 蜗轮轴材料的选择，确定需用应力蜗轮轴材料的选择，确定需用应力 考虑到轴主要传递蜗轮转矩，为普通中小功率减速传动装置选用 45 号钢，正火 处理， -1=55mpa 600bmpa .2 按扭转强度，初步估计轴的最小直径按扭转强度，初步估计轴的最小直径 由公式 1 . 0 1

32、3 e m d 查文献9表 151，取 45 号调质刚的许用弯曲应力，则 60 1 mmmmdb 3 . 48 601 . 0 10 3 . 676 3 3 mmmmdc 3 . 46 601 . 0 10596 3 3 由于轴的平均直径为 34mm，因此该轴安全。 .3 确定各轴段的直径和长度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，d1 即蜗轮 轮芯为 68mm d2 为蜗轮轴轴径最小部分取 34mm d3 轴段与上刀架体有螺纹联接，牙形选梯形螺纹，根据文献表 8-45 取公称直径为 d3=44mm，螺距 p=12mm，h=6.5m

33、m 18 查表 8-46 得，外螺纹小径为 31mm 内、外螺纹中径为 38mm 内螺纹大径为 45mm 内螺纹小径为 32mm 旋合长度取 55mm l2 尺寸长度为 34mm，蜗轮齿宽 b2 当 z13 时，b20.75da1=15.6mm 取 b2=15mm 2.72.7 中心轴的设计中心轴的设计 通过计算来确定刀架 轴各段的尺寸与受力情况。 .1 刀架轴的结构设计及计算刀架轴的结构设计及计算 轴是组成刀架的重要零部件之一，在设计当中主要考虑的是轴的刚度，而碳钢 与合金钢的弹性模数相差很小，所以通常选用轴的材料 35 和 45 钢，这里选用的是 45 钢，正火处理， -1

34、=55mpa，以改善装配工艺和保证装配 600bmpa 的精度。 .2 确定各轴段的直径和长度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 d1=15mm, d2 与轴承配合，轴承类型为推力球轴承，型号为 51203， d=17mm,d1=19,t=12mm,d=35mm 所以 d2=17mm d3 与轴承配合，轴承类型为推力球轴承，型号为 51204， d=25mm,d1=27mm,t=15mm,d=47mm 19 图2.9中心轴受力图 图2.9刀架轴示意图 分配各轴段的长度 l1=80mm,l2=93mm,l3=20mm 2.7.32.

35、7.3 轴的校核轴的校核 轴横截面的惯性矩 44 ()1993.16 64 iddmm 20 车床切削力 f=2kn,e=210gpa (4-31) 333 4 3 2 10195 5.9 10 66 210 101993.16 b ql ei (4-32) 33 3 2 10145 (4)(4 195 145)8.44 10 2424 210 1993.16 qa ylamm ei yy b b 因此中心轴满足刚度条件。 2.82.8 齿盘的设计齿盘的设计 本设计上刀体的锁紧与定位机构选用端面齿盘，将上刀体和下刀体的 配合面加 工成梯形端面齿。当刀架处于锁紧状态时，上下端面齿相互咬合，这时上

36、刀体不能 绕刀架的中心轴转动；换刀时电动机正传，抬起机构使上刀体抬起，等上下端面齿 脱开后，上刀体才可以绕刀架中心轴转动，完成转位动作。目前在刀架的定位机构 中多采用锥销定位和端面齿盘定位。由于圆柱销和斜面销定位时容易出现间隙，圆 锥销定位精度较高，它进入定位孔时一般靠弹簧力或液压力、气动力，圆锥销磨损 后仍可以消除间隙，以获得较高的定位精度。端齿盘定位由两个齿形相同的端面齿 盘相啮合而成，由于啮合时各个齿的误差相互抵偿，起着误差均化的作用，定位精 度高。 .1 齿盘的材料选择和精度等级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

37、等级 .2 确定齿盘参数确定齿盘参数 考虑齿盘主要用于精确定位和夹紧，齿形选用三角齿形，上下齿盘由于需相互 啮合，参数可相同 当蜗轮轴旋转 150时，上刀架上升 5mm，齿盘的齿高取 4mm 由 (2-33)(2*)hhacm 21 得算式 4=（21+0.25）m 标准值 ha*=1.0, c*=0.25 求出 m=1.78mm,取标准值 m=2mm 故齿盘齿全高 h=（2ha*+c*）m=(21+0.25)2=4.5mm 取齿盘内圆直径 d 为 120mm， 外圆直径为 140mm 齿顶高 ha=ha*m=12=2mm 齿根高 hf=(ha*+c*)m=2.5mm 齿数 z

38、=38 齿宽 b=10mm 齿厚 (2-34)3.14 2 m smm 齿盘高为 5mm .3 按接触疲劳强度进行计算按接触疲劳强度进行计算 确定有关计算参数和许用应力 (2-35)mmn n p t25.179061055 . 9 3 取载荷系数 kt=1.5 由文献表 9-12 取齿宽系数 d=1.0 由表 9-10 查得材料的弹性影响系数 ze=189.8，mpa 取=20，故 zh=2.5 查图 9-34 取 hlim1=380 取 hlim2=380 lh=60241(830015) n2=5.18107 由图 9-35 查得接触疲劳寿命系数 zn1=1.1 ，zn2

39、=1.1 计算接触疲劳需用应力 取安全系数 sh=1，由式（9-44）得 22 (2-36) 11 1 362 nhlin h h z mpa s 11 2 362 nhlin h h z mpa s 按齿根抗弯强度设计 由式（9-46）得抗弯强度的设计公式为 (2-37) 3 2 1 21 () fasa f y ykt m dz 确定公式内的各参数数值 1）由文献图 9-37 查得，抗弯疲劳强度极限 lim1lim2 160 ff mpa 2）由文献图 9-38 查得，抗弯疲劳寿命系数 yn1=1.0，yn2=1.0 3）查图取 12 12 2.63,2.63 1.65,1.65 fafa

40、 sasa yy yy 4）计算抗弯疲劳许用应力，取抗弯疲劳安全系数 sf=1.4 由式（9-47）得 (2-38) 11 12 256 nflim ff f y mpa s 5）弯曲疲劳强度验算 12111 1 22 1.5 17906.25 2.63 1.6546 10 120 2 fffasaf k yympa bd m (2-39) 故满足弯曲疲劳强度要求。 23 图 2.10 齿盘示意图 2.92.9 轴承的选择轴承的选择 轴承一般都为标准件，要根据所设计轴的特点合理选择轴承。 .1 轴承内部结构轴承内部结构 轴承内部一般由内圈、外圈、滚动体和保持架组成-通常称为四大

41、件。对于密 封轴承，再加上润滑剂和密封圈（或防尘盖）-又称六大件。 .2 轴承分类与特点轴承分类与特点 总的可以分为球轴承和滚子轴承两大类。球轴承分为深沟球轴承、角接触球轴 承、调心球轴承、推力球轴承、推力角接触球轴承。滚子轴承分为圆柱滚子轴承、 滚针轴承、圆锥滚子轴承、调心滚子轴承、推力圆柱滚子轴承、推力滚子轴承、推 力圆锥滚子轴承、推力调心滚子轴承。 表 2-2 刀架轴向所选轴承的特点 深沟球轴承 1.转速高 2.精度高 3.噪声、振动小 4.主要承受径向载荷 24 考虑到轴各个方面的误差会直接传递给加工工件时的加工误差，因此选用 调心性能比较好的深沟球轴承。此类轴承可以同

42、时承受径向载荷及轴向载荷，安 装时可调整轴承的游隙。然后根据安装尺寸和使用寿命选出轴承的型号为：6203 .3 滚动轴承的配合滚动轴承的配合 滚动轴承是标准件，为使轴承便于互换和大量生产，轴承内孔于轴的配合采用 基孔制，即以轴承内孔的尺寸为基准；轴承外径与外壳的配合采用基轴制，即以轴 承的外径尺寸为基准。 5.也能承受一定轴向载荷 6.制造简单，成本低 滚针轴承 1.转速较高 2.能承受较高的径向载荷（比径向尺 寸相同的其他轴承承受的径向载荷大） 3.不能承受轴向载荷 4.刚性较高 推力球轴承 1.转速低 2.只能承受单面轴向载荷 3.轴圈和座圈不能倾斜 25

43、.4 滚动轴承的润滑滚动轴承的润滑 考虑到电动刀架工作时转速很高，并且是不间断工作，温度也很高。故采用油润 滑，转速越高，应采用粘度越低的润滑油；载荷越大，应选用粘度越高的。 .5 滚动轴承的密封装置滚动轴承的密封装置 轴承的密封装置是为了阻止灰尘，水，酸气和其他杂物进入轴承，并阻止 润滑剂流失而设置的。密封装置可分为接触式及非接触式两大类。 唇形密封圈靠弯折了的橡胶的弹性力和附加的环行螺旋弹簧的紧扣作用而套紧 在轴上，以便起密封作用。唇形密封圈封唇的方向要紧密封的部位。即如果是为了 油封，密封唇应朝内；如果主要是为了防止外物浸入，密封唇应朝外。 26 第三章第三章 plc 控

44、制单元设计控制单元设计 3.13.1 plcplc 与工业控制计算机（与工业控制计算机（ipcipc）和集散控制系统（）和集散控制系统（dscdsc）的比较）的比较 各自技术发展的起源计算机是为了满足快速大量数据处理要求的设备。硬件结 构方面，总线标准化程度高，兼容性强，软件资源丰富，特别是有实时操作系统的 支持，故对要求快速、实时性强、模型复杂和计算工作量大的工业对象的控制占有 优势。 集散系统从工业自动化仪表控制系统发展到以工业控制计算机为中心的集散系 统，所以其在模拟量处理、回路调节方面具有一定优势，初期主要用在连续过程控 制，侧重回路调节功能。 plc 是由继电器逻辑系统发展而来，主要

45、用在离散制造、工序控制，初期主要是 代替继电器控制系统，侧重于开关量顺序控制方面。 近年来随着微电子技术、大规模集成电路技术、计算机技术和通信技术等的发展， plc 在技术和功能上发生了飞跃。在初期逻辑运算的基础上，增加了数值运算、闭环 调节等功能，增加了模拟量和 pid 调节等功能模块；运算速度提高，cpu 的能力赶上 了工业控制计算机；通信能力的提高发展了多种局部总线和网络(lan)，因而也可构 成为一个集散系统。特别是个人计算机也被吸收到 plc 系统中。 plc 在过程控制的发展将是一智能变送器和现场总线，暨向下拓展功能，开放总 线。 27 相同点在微电子技术发展的背景下，从硬件的角度

46、来看，plc、工业计算机、集 散系统(dcs)之间的差别正在缩小，都将由类似的一些微电子元件、微处理器、大容 量半导体存储器和 i/o 模件组成。编程方面也有很多相同点。 区别点由于 plc 和计算机属于两类产品，经过几十年的发展都形成了自身的装 置特点和软件工具。实际上的区别继续存在。 plc 用编程器或计算机编程，编程语言是梯形图、功能块图、顺序功能表图和指 令表等。集散系统自身或用计算机结构形成组态构成开发系统环境。 特别提出的是与 std 总线工控机的区别，无论从维修、安装和模件功能都很相 似。plc 更适用于黑模式下运行，但在线运行时若要进行较大的程序修改，其能力略 逊于 std 工

47、控机，但是从开关量控制而言，plc 的性能优于 std 工控机。 总的来说，在选择控制器时，首先要从工程要求、现场环境和经济性等方面考 虑。没有什么控制器绝对完善，也没有哪种产品绝对差，只能说选择更适用的产品。 .2 刀架换刀控制方式的选定刀架换刀控制方式的选定 数控刀架换刀有两种模式，一种是手动换刀，另一种是通过 t 指令进行自动换 刀。手动换刀是指将机床调至手动状态，通过刀位选择按键进行目的刀位选择。t 指 令换刀是直接通过编程刀号作为目的刀位进行换刀。为了快捷方便，选择 t 指令换 刀。 3.23.2 控制电路硬件接线图控制电路硬件接线图 由于本系统采用 plc 可编程控

48、制器，使得控制电路变得非常简明，所有的逻辑 控制都用 plc 本身来完成。 以下是控制系统电源分配图 28 29 plc 输入 输入信号地址 系统启动 00 系统停止 01 正转 02 反转 03 急停 04 一工位 05 二工位 06 三工位 07 四工位 10 报警 11 故障 12 备用启动 13 备用停止 14 故障复位 15 30 plc 输出 1 plc 输出 2 31 plc 上电 32 3.33.3 plcplc 控制流程图控制流程图 33 总总 结结 数控机床自动回转刀架设计是一个较为复杂的过程，期间设计计算，绘制工程 图等等，都是较为繁琐的事情。随着科学技术的发展这些过程都

49、变得简单化。 本设计采用四工位刀架，通过电机驱动，蜗轮蜗杆的传动，有效实现了缩短辅 助时间，减少多次安装零件引起的误差。本设计的四工位自动回转刀架结构较为简 单，满足时间短，刀具重复定位精度够以及安全可靠等基本因素。 通过这一次对毕业设计的分析与设计，使我对所学的的知识有更深刻的了解， 设计中所运用到的知识都是我们大学三年来所学的各门知识的总结，从而使我大学 里所学的知识得到一遍系统的梳理。 在这做毕业设计的时间里，虽然遇到了不少困难，但在知道老师和同学的帮助 下，以及翻阅各种资料，最终完成了毕业设计，也为大学生涯最后一刻画上了原点。 仔细回味这次设计，很好的把大学里所学的知识与实际应用相结合

50、了起来，是对即 将面对社会工作岗位的我们一次很有效的考验，我们应当珍惜这次机会。 最后感谢那些在我大学生涯中帮助过的老师和同学们，感谢大家。 34 参考文献参考文献 1 蔡厚道.数控机床构造.北京：北京理工大学出版社，2007.2 2 范超毅.赵天婵.吴斌方.数控技术课程设计.武昌：华中科技大学出版社， 2007.5 3 富大伟.刘瑞素.数控系统.北京：化学工业出版社，2005.8 4 江力.单片机原理与应用技术.北京:清华大学出版社,2007.11 5 冷兴聚.李木.方士杰.机械设计基础.北京:中国矿业大学出版社,1998.1 6 王爱玲.现代数控原理及控制系统.北京:国防工业出版社,200

51、2.1 7 孙志礼.冷兴聚.魏延刚.曾海泉.机械设计.沈阳:东北大学出版社,2000.9 8 孙恒.陈作模葛文杰. 机械原理北京：高等教育出版社，2006.12 9 陈立德机械设计基础北京：高等教育出版社，(2005 重印） 10 何立民.单片机应用技术选编(6).北京:北京航空航天大学出版社,1998.8 11 王伯平.互换性与测量技术基础.北京:机械工业出版社,2007.5 35 - 欢迎下载资料，下面是附带送个人简历资料用欢迎下载资料，下面是附带送个人简历资料用 不了的话可以自己编辑删除，谢谢！下面黄颜色背景资料下载不了的话可以自己编辑删除，谢谢！下面黄颜色背景资料下载 后可以编辑删除后

52、可以编辑删除 x x x 个 人 简 历 个人资料个人资料 姓 名：xxxx婚姻状况：未婚 出 生：1987-06-24政治面貌:团员 性 别：男民 族：汉 学 位：本科移动电话： 专 业：英语电子邮件： 地 址： 照片 教育背景教育背景 2006.9-2010.6 吉林工程技术师范学院-外国语言文学系 主修课程主修课程 本科阶段主修 大学英语精读，大学英语泛读，英语口语，英语听力，英语写作，英语口 译，翻译学，词汇学，语法学，英美概况，英国文学，美国文学，语言学， 日语，中外名胜。 特长及兴趣爱好特长及兴趣爱好 除了有专业的英语方面知识外，我在校生活部工作一年, 在系宣传部和秘书处各工作 一

53、年。为全面发展，大三上学期，我加入系文学社，参于了我系心韵杂志的创刊和编 辑工作。在这些活动中锻炼了我的领导和团队协作能力，学会了更好的与人相处，这些在 我以后的工作中一定会有很大的帮助。 36 计算机能力计算机能力 能熟悉使用 office 工具以及 photoshop、flash 等软件。 获国家计算机二级等级资格证书。 外语水平外语水平 通过英语专业四级考试，能熟练进行听说读写译。 奖励情况奖励情况： 2007-2008 优秀学生会干部 200807 师生合唱比赛一等奖 普通话水平测试等级证书 英语专业四级证书 自我评价自我评价 x x x x x x 个个 人人 简简 历历 个人资料个

54、人资料 姓 名： 婚姻状况：未婚 出 生： 政治面貌：团员 性 别： 民 族：汉 学 位： 移动电话： 专 业： 电子邮件： 地 址： 教育背景教育背景 2006.9-2010.6吉林工程技术师范学院-外国语言文学系 主修课程主修课程 大学英语精读，大学英语泛读，英语口语，英语听力，英语写作，英 语口译，翻译学，词汇学，语法学，英美概况，英国文学，美国文学， 语言学，日语，中外名胜。 能力及特长能力及特长 这要写你明你有什么样的能力及经验，最重要就是告诉用人单位，你 37 会做什么？ 计算机能力计算机能力 能熟悉使用 office 工具以及 photoshop、flash 等软件。 获国家计算

55、机二级等级资格证书。 外语水平外语水平 通过英语专业四级考试，能熟练进行听说读写译。 奖励情况奖励情况 2007-2008 优秀学生会干部 200807 师生合唱比赛 一等奖 普通话水平测试等级证书 英语专业四级证书 实习经验（或实践经验或兼职经验）实习经验（或实践经验或兼职经验） 这里写上你的实习经验或实践经验或兼职经验等信息吧，标题自己起 一个贴切的。 自我评价自我评价 本人性格开朗、稳重、有活力，待人热情、真诚。工作认真负责，积 极主动，能吃苦耐劳。有较强的组织能力、实际动手能力和团体协作 精神，能迅速的适应各种环境，并融入其中。我不是最优秀的，但我 是最用功的；我不是太显眼，但我很踏实

56、；希望我的努力可以让您满 意。 这里不要照抄哦，不会写自我评价的朋友，你可以访问 http 这里有很多自我 评价范文可以参考。 （按住键盘的 ctrl 键，再用鼠标点链接就可以直接打开网 站，不用复制到浏览器的。 ）本人性格热情开朗、待人真诚，善于沟通， 应变能力较强。懂得珍惜拥有的一切。 b 内张型鼓式制动器 c 湿式多片制动器 d 浮钳盘式制动器 289.零配件市场上的主要价格形式（abc） 38 a 厂家指导价 b 市场零售价 c 配件厂价格 290.油漆出险桔皮皱，即表面不光滑，可能的原因（ d ） a 涂装间通风国强 b 稀释剂干燥速度过快 c 稀释剂干燥速度过快慢 d 一次喷涂过厚

57、 291.汽车的动力性能包括（acd） a 最高车速 b 平均车速 c 加速时间 d 能爬上的最大坡度 292.车险定损核价运作规范规定事故车辆修复费用包括（abcd） a 事故损失部分维修工时 b 事故损失部分需更换的配件费 c 残值 d 税费 293.车辆全损或推定全损案件， 在确定损失前，应该了解（abd）汽车信息 a 了解车辆购置时间、价格 b 取得车辆的购置发票或其他证明 c 了解车辆的购置渠道 d 了解车辆的所有人 294.机动车电器故障引起火灾的主要原因有（bc） a 电瓶故障 b 线路故障 c 电器元件故障 d 日光聚集 295. 车险定损核价运作规范规定对残值处理的原则（ab

58、）b a 所有残值归被保险人所有，保险人在维修费中扣除 b 事故车辆更换的配件由保险人收回后不计入残值之内 c 所有配件必须折旧卖给被保险人 d 所有配件必须折旧卖给维修厂或废品收购站 296.从火灾原因调查的角度，汽车火灾的原因分（abcd） a 机械故障类（如发动机过热） 39 b 电器类（线路老化短路） c 人为类（纵火） d 交通事故类（碰撞、倾覆、货物引起） 297.对汽车整车进行测量非常重要的平面（d）? a 基本面 b 中心面 c 零平面 d 下平面 298.机械配件的基本维修原则（abcd） a 超过配合尺寸，通过加工也无法得到装配技术要求 b 变形通过矫正无法保证使用性能和安全技术要求 c 断裂无法焊接或焊接后无法保证使用性能和安全技术要求 d 转向等涉及到安全的所有发生变形的配件 299.被保险人可依据哪些有效证明作为领取赔款的凭证（a）ac a 居民身份证 b 有效驾驶本 c 户口薄 300.驾驶员未取得驾驶资格包括哪些情况（abcd）abc a 无驾驶证 b 驾驶车辆