CA车床经济型数控改装的设计

1、最新 精品 Word 欢迎下载 可修改重庆大学网络教育学院 毕业设计（论文）题目 CA6140车床刀架机构经济型数控改造 学生所在校外学习中心 重庆学习中心 批次 层次 专业 202202本科、机械设计制造及自动化学 号 W12106713 学 生 那 春 林 指 导 教 师 宋 鹍 起 止 日 期 中文摘要普通机床的经济型数控改造主要是在合理选择数控系统的前提下，然后再对普通车床进行适当的机械改造，改造的内容主要包括：（1）车床的改造，为使改造后的机床有较好的精度保持性，除尽可能地减少电器和机械故障的同时，应充分考虑机床零件的耐磨性，尤其是机床导轨。（2）托板的改造，托板时数控系统直线控制的

2、对象，所以对其改造尤显重要。这中间最突出的一点就是选用滚珠丝杠代替滚动丝杠，提高了传动的灵敏性和降低功率步进电机力矩损失。（3）变速箱体的改造，由于采用数控系统控制，所以要对输入输出轴及减速齿轮进行设计，从而再对箱体进行改造。（4刀架的改造，采用数控刀架，这样可以用数控系统直接控制，而且刀架体积小，重复定位精度凹，安全可靠。通过对机床的改造并根据要求选用步进电机作为驱动元件，这样改造后的机床就能基本满足现代化的加工要求。关键字：普通车床 数控改造 步进电机 经济型目录1 绪论51.1课题背景51.2机床改造的内容及意义7研究意义7主要研究内容及技术路线71.3 机床的经济型数控化改造主要解决的

3、问题82自动回转刀架设计92.1 数控车床自动回转刀架的概述92.2 设计研究内容92.3 研究实际社会意义及应用效果102.4 小结103 总体结构设计113.1 电动机的选择113.2 减速传动机构的设计113.3 上刀体锁紧与精定位机构的设计113.4 刀架抬起机构的设计114 自动回转刀架的工作原理135 主要传动部件的设计计算175.1 蜗杆副的设计计算17蜗杆的选型17选择材料和确定许用应力17按接触强度确定主要参数17蜗杆和蜗轮主要几何尺寸计算195.2 蜗杆轴的设计20蜗杆轴的材料选择，确定许用应力20按扭转强度初步估算轴的最小直径20确定各轴段的直径和长度20蜗杆轴的校核21

4、键的选取与校核265.3 蜗轮轴的设计26蜗轮轴材料的选择，确定需用应力26按扭转强度，初步估计轴的最小直径26确定各轴段的直径和长度275.4中心轴的设计27中轴的材料选择,确定许用应力27确定各轴段的直径和长度28轴的校核285.6 刀架体设计306 电气控制部分设计316.1硬件电路设计31收信电路316 结论36参考文献38致谢39 重庆大学网络教育学院毕业论文 1 绪论1.1课题背景1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。6年后，

5、即在1952年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。我国目前机床总量380余万台，而其中数控机床总数只有11.34万台，即我国机床数控化率不到3。近10年来，我国数控机床年产量约为0.60.8万台，年产值约为18亿元。机床的年产量数控化率为6。我国机床役龄10年以上的占60以上；10年以下的机床中，自动/半自动机床不到20，FMC/FMS等自动化生产线更屈指可数（美国和日本自动和半自动机床占60以上）。可见我们的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床，而且半数以上是役龄在10年以上的旧机床。用这种装备加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期

6、长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展。所以必须大力提高机床的数控化率。在美国、日本和德国等发达国家，它们的机床改造作为新的经济增长行业，生意盎然，正处在黄金时代。由于机床以及技术的不断进步，机床改造是个永恒的课题。我国的机床改造业，也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业。在美国、日本、德国，用数控技术改造机床和生产线具有广阔的市场，已形成了机床和生产线数控改造的新的行业。在美国，机床改造业称为机床再生（Remanufacturing）业。从事再生业的著名公司有：Bertsche工程公司、ayton机床公司、Devlieg-Bulla

7、vd（得宝）服务集团、US设备公司等。美国得宝公司已在中国开办公司。在日本，机床改造业称为机床改装（Retrofitting）业。从事改装业的著名公司有：大隈工程集团、岗三机械公司、千代田工机公司、野崎工程公司、滨田工程公司、山本工程公司等。经济型数控是我国80年代科技发展的产物。这种数控系统由于功能适宜.价格便宜. 用它来改造车床，投资少、见效快、成为我国“七五”、“八五”重点推广的新技术之一。十几年来，随着科学技术的发展，经济型数控技术也在不断进步，数控系统产品不断改进完善. 并且有了阶段性的突破，使新的经济型数控系统功能更强，可靠性更稳定，功率增大，结构简单，维修方便。由于这项技术的发展

8、增强了经济型数控的活力，根据我国国情，该技术在今后一段时间内还将是我国机械行业老设备改造的很好途径。对于原有老的经济型数控车床，特别是80年代末期改造的设备，由于种种原因闲置的很多，浪费很大；在用的设备使用至今也十几年了，同样面临进一步改造的问题。通过改造可以提高原有装备的技术水平，大大提高了生产效率，创造更大的经济效益。数控车床主要由主轴箱、床鞍、尾架、刀架、对刀仪、液压系统、润滑系统、气动系统及数控装置组成。数控车床的出现对提高生产率改将产品质量以及改善劳动条件和提高效率上发挥了重要的作用。在提高效率上主要表现在两个方面：1）通过刀具的快速自动定位，提高了空程速度和划线工艺的时间。2）批量

9、加工一致性好，可以减少工件检验和时间。特别是经济型老车床对刀等还需要手动完成，以及在加工一个零件过程中，更换刀具，装卸零件，测量和搬运零件用于大部分时间占辅助时间长的刀具交换和刀具尺寸调整。加工时间相对较短，为缩短加工辅助时间，充分发挥数控机床的功能，进一步压缩非切削时间，数控机床正朝着一台机床在一次装夹中完成多工序加工的发展方向。在这类多工序的数控机床中必须带有自动换刀装置，在多工序数控机床出现之后.又逐步发展和完善了各类回转刀具的自动更换装置，扩大了换刀数量，以便有可能实现更复杂的换刀操作，在自动换刀数控机床上，自动换刀装置应满足换刀时间短，刀具重复定位精度高，足够的刀具储存量，换刀安全可

10、靠等要求。1.2机床改造的内容及意义研究意义企业要在当前市场需求多变，竞争激烈的环境中生存和发展就需要迅速地更新和开发出新产品，以最低价格、最好的质量、最短的时间去满足市场需求的不断变化。而普通机床已不适应多品种、小批量生产要求，数控机床则综合了数控技术、微电子技术、自动检测技术等先进技术，最适宜加工小批量、高精度、形状复杂、生产周期要求短的零件。当变更加工对象时只需要换零件加工程序，无需对机床作任何调整，因此能很好地满足产品频繁变化的加工要求。普通车床经过多次大修后，其零部件相互连接尺寸变化较大，主要传动零件几经更换和调整，故障率仍然较高，采用传统的修理方案很难达到大修验收标准，而且费用较高

11、。因此合理选择数控系统是改造得以成功的主要环节。数控机床在机械加工行业中的应用越来越广泛。数控机床的发展，一方面是全功能、高性能；另一方面是简单实用的经济型数控机床，具有自动加工的基本功能，操作维修方便。经济型数控系统通常用的是开环步进控制系统，功率步进电机为驱动元件，无检测反馈机构，系统的定位精度一般可达0.01至0.02mm，已能满足CW6140车床改造后加工零件的精度要求。主要研究内容及技术路线为CA6140车床设计4刀位的自动换刀装置，要求1、换刀时间短；2、刀具重复定位精度高；3、刀架系统具备足够的刚度和强度；4、工作过程安全可靠；5、便于控制维修和安装。具体要求：（1）刀架结构设计

12、（刀架抬起、转位、压紧的实现）（2）蜗杆蜗轮的设计（3）电机的计算及选用（4）联轴器、轴承等通用件的选型1.3 机床的经济型数控化改造主要解决的问题(1) 恢复原功能，对机床、生产线存在的故障部分进行诊断并恢复。(2) NC化，在普通机床上加数显装置，或加数控系统，改造成NC机床、CNC机床。(3) 翻新，为提高精度、效率和自动化程度，对机械、电气部分进行翻新，对机械部分重新装配加工，恢复原精度；对其不满足生产要求的CNC系统以最新CNC进行更新。(4) 技术更新或技术创新，为提高性能或档次，或为了使用新工艺、新技术，在原有基础上进行较大规模的技术更新或技术创新，较大幅度地提高水平和档次的更新

13、改造。 重庆大学网络教育学院毕业论文 重庆大学网络教育学院毕业论文 2自动回转刀架设计2.1 数控车床自动回转刀架的概述数控车床主要由主轴箱、床鞍、尾架、刀架、对刀仪、液压系统、润滑系统、气动系统及数控装置组成。数控车床的出现对提高生产率改善产品质量以及改善劳动条件等发挥了重要的作用。传统的车床例如CA6140的刀架上只能装一把刀，换刀的速度慢，换刀后还须重新对刀，并且精度不高，生产效率低，不能适应现代化生产的需要，因此有必要对机床的换刀装置进行改进，为了能在工件的一次装夹中完成多个工序加工，缩短加工辅助时间，减少多次安装所引起的加工误差，充分发挥数控机床的效率，釆用“工序集中”的原则，釆用自

14、动回转刀架。数控车床上使用的自动回转刀架是一种最简单的换刀装置，自动回转刀架是在一定的空间范围内，能执行自动松开、转位、精密定位等一系列动作的一种机构。对于自动回转刀架，根据装刀数量的不同，自动回转刀架分有四工位、六工位和八工位等形式。根据安装的不同方式，自动回转刀架可分为立式和卧式。而根据机械定位方式不同，自动回转刀架又可分为端齿盘定位型和三齿盘定位型等。其中端齿盘定位型换刀时要将刀架抬起，换刀速度较慢且密封性差，但其结构简单。三齿盘定位叫免抬型，其特点时换刀时刀架不拾起，因此换刀速度快且密封性好，但其结构复杂。自动回转刀架在结构上必须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

15、转位之后具有髙的重复定位精度，自动回转刀架还需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是由控制系统和驱动电路来实现的。2.2 设计研究内容设计一台四工位的立式自动回转刀架.适用于CA6140经济型数控车床。要求绘制自动回转刀架的机械结构图，设计控制刀架自动转位的硬件电路，编写刀架的控制软件，选用电动机的额定功率为80W，额定转速为1440r/min，换刀时的速度为30r/min。分别对其组成部分即机械总体结构、工作原理、主传动部件及电气控制部分进行设计、控制，并对自动回转刀架出现的一些常规故障问题提出一些修理意见。2.3 研究实际社会意义及应用效果 传统的车床的刀架上只能装

16、一把刀，换刀的速度慢，换刀后还须重新对刀，并且精度不高，生产效率低，不能适应现代化生产的需要，因此有必要对机床的换刀装置进行改进，数控车床上使用的自动回转刀架是一种简单的换刀装置。自动回转刀架是在一定的空间范围内能执行自动松开、转位以及精密定位等一系列动作的一种机构。使用这种新的经济型数控系统功能更强，可靠性更稳定，功率增大，结构简单，维修方便。为了能在工件的一次装夹中完成多个工序加工，缩短加工辅助时间，减少多次安装所引起的加工误差，充分发挥数控机床的效率，采用“工序集中”的原则，采用自动回转刀架。并针对生产过程中出现的一些常规问题进行了探讨，归纳总结检查修理方法。2.4 小结对数控车床自动回

17、转刀架的机电系统进行研究和设计，并通过对四工位刀架的设计，分别加强对其组成部分即机械总体结构、工作原理的认识。数控车床上使用的自动回转刀架是一种最简单的换刀装置，自动回转刀架是在一定的空间范围内，能执行自动松开、转位、精密定位等一系列动作的一种机构。对于自动回转刀架，根据装刀数量的不同，自动回转刀架分有四工位、六工位和八工位等形式。根据安装的不同方式，自动回转刀架可分为立式和卧式，而根据机械定位方式不同，自动回转刀架又可分为端齿盘定位型和三齿盘定位型等， 其中端齿盘定位型换刀时需要将刀架抬起，换刀速度较慢且密封性差，但其结构简单。三齿盘定位叫免抬型.其特点时换刀时刀架不用抬起，因此换刀速度快且

18、密封性好，但其结构复杂。自动回转刀架在结构上必须具有良好的强度和刚性，以承受粗加工时的切削抗力，为保证转位之后具有髙的重复定位精度，自动回转刀架还需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由控制系统和驱动电路来实现的。3 总体结构设计3.1 电动机的选择 电动机选择三相异步电动机，额定功率为80W，额定转速为1440r/min。3.2 减速传动机构的设计 由于三相异步电动机的转速太快，不能直接驱动刀架进行换刀，必须经过适当的减速。根据立式转位刀架的结构特点，采用蜗杆副减速是最佳选择。蜗杆副传动可以改变运动的方向，获得较大的传动比，保证传动精度和平稳性，并且具有自锁功能，还可

19、以实现整个装置的小型化。3.3 上刀体锁紧与精定位机构的设计 由于刀具直接安装在上刀体上，所以上刀体要承受全部的切削力，其锁紧与定位珠精度将直接影响到工件的加工精度。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，上下端面齿相互啮合，这时上刀体不能绕刀架的中心轴转动；换刀时电动机正转，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，完成转位工作。3.4 刀架抬起机构的设计要想使上、下刀体的两个端面脱离，就必须设计合适的机构使上刀体抬起。本设计选用螺杆-螺母副，在上刀体内部加工出内螺纹，当电动机通过蜗杆-蜗轮带动螺

20、杆中心轴转动时，作为螺母的上刀体要么转动，要第上下移动。当刀架处于锁紧状态时，上刀体与下刀体的端面齿相互啮合，因为这时上刀体不能与螺杆一起转动，所以螺杆的转动会使上刀体向上移动。当端面齿脱离啮合时，上刀体就与螺杆一同转动。设计螺杆时要求选择适当的螺距，以便当螺杆转动一定角度时使得上刀体与下刀体的端面齿能够完全脱离啮合状态。 图3.1 自动回转刀架的传动结构示意图1发信盘 2推力轴承 3螺杆螺母副 4端面齿盘 5发靠圆盘 6三相异步电动机 7联轴器 8蜗杆副 9反靠销 10圆柱销 11上盖圆盘 12上刀体4 自动回转刀架的工作原理自动回转刀架的换刀流程如图4.1所示。图4.2表示自动回转刀架在换

21、刀过程中有关的销的位置。其中上部的圆柱销2和下部的反靠销6起着重要作用。 当刀架处于锁紧状态时,两销的情况如图a所示，此时反靠销6落在反靠圆盘7的十字槽内，上刀体4的端面齿和下刀的端面齿处于啮合状态（上下端面齿在图a中未画出）。需要换刀时，控制系统发出刀架的转位信号，三相异步电动机正向旋转，通过蜗杆副带动螺杆正向转动，与螺杆配合的上刀体4逐渐抬起，上刀体4与下刀体之间的端面齿慢慢脱开；与此同时，上盖圆盘1也随着螺杆正向转动（上盖圆盘1通过圆柱销与螺杆联接），当转过约170度时，上盖圆盘1直槽的另一端转到圆柱销2的正上方，由于弹簧3的作用，圆柱销2落入直槽内，于是上盖圆盘1就通过圆柱销2使得上刀

22、体4转动起来（此时端面齿已完全脱开），如图b所示。上盖圆盘1、圆柱销2以及上刀体4在正转的过程中，反靠销6能够从反靠圆盘7中十字槽的左侧斜坡滑出，而不影响上刀体4寻找刀位时的正向转动，如图c所示。上刀体4带动磁铁转到需要的刀位时，发信盘上对应的霍尔元件输出低电平信号，控制系统收到后，立即控制刀架电动机反转，上盖圆盘1通过圆柱销2带动上刀体4开始反转，反靠销6马上就会落入反靠圆盘7的十字槽内，至此，完成粗定位，如图d所示。此时反靠销6从反靠圆盘7的十字槽内爬不上来，于是上刀体4停止转动，开始下降，而上盖圆盘1继续反转，其直槽的左侧斜坡将圆柱销2的头部压入上刀体4的销孔内，之后，上盖圆盘1的下表面

23、开始与圆柱销2的头部滑动。在些期间，上、下刀本的端面齿逐渐啮合，实现定位，经过设定的延时时间后，刀架电动机停转，整个换刀过和结束。8由于蜗杆副具有自销功能，所以刀架可稳定的工作。图4.1 自动回转刀架的换刀流程 a） b） c) d)图4.2 刀架转位过程中销的位置a)换刀开始时，圆柱销2与上盖圆盘1可以相对滑动b)上刀体4完全抬起后，圆柱销2落入上盖圆盘1槽内，上盖圆盘1将带动圆柱销2及上刀体4一起转动c)上刀体4连续转动时，反销6可从反靠圆盘7的槽左侧斜坡滑出d)找到刀位后，刀架电动机反转，反靠销6反靠，上刀体停转，实现粗定位1上盖圆盘 2圆柱销 3弹簧 4上刀体 5圆柱销 6反靠销 7反

24、靠圆盘5 主要传动部件的设计计算5.1 蜗杆副的设计计算自动回转刀架的动力源是三相异步电动机，其中蜗杆与电动机直联，刀架转位时蜗杆与上刀体直联。已知电动机额定功率P1=80W，额定转速n1=1440r/min，上刀体设计转速n2=30r/min,则蜗杆副的传动比i=1440/30=48。刀架从转位到锁紧时，需要蜗杆反向，工作载荷不均匀，起动时冲击较大，今要求蜗杆的使用寿命Lh=10000h，因此对蜗杆的型号材料的选择以及齿面接触疲劳强度计算相当重要。蜗杆的选型 GB/T10065-1998推荐采用渐开线（ZI蜗杆）和锥面包络蜗杆（ZK蜗杆）。本设计采用结构简单、制造方便的渐开线型圆柱蜗杆（ZI

25、型）。5.1.2 选择材料和确定许用应力由机械基础表17-4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。由表17-6查得 h=200MPa，f=51MPa5.1.3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，在校核齿根弯曲疲劳强度。传动中心距： (5-1)（1）确定作用在蜗轮上的转距T2按Z1=2，估取效率=0.8，则T2=9.55P1n2 =20.4 Nm (5-2)（2）确定载荷系数K因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均系数K=1；由使用

26、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*KV1.2651.27 (5-3)（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（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=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，故初步定位、其寿命系数为KHN=0.92，则H= KHNH=0.92268=246.56247MPA (5-4)（

27、6）计算中心距 (5-5) 取中心距a=50mm，m=1.6mm，蜗杆分度圆直径d1=20mm，这时=0.4，从而可查得接触系数=2.8，因为Z，因此以上计算结果可用。5.1.4蜗杆和蜗轮主要几何尺寸计算蜗杆 分度圆直径：d1=20mm 蜗杆头数：Z1=1 分度圆导程角：=43426 蜗杆轴向齿距：PA=5.04mm； (5-6) 蜗杆齿顶圆直径：d= d1+2 ha m=20+2 1 1.6=23.2mm (5-7)蜗杆齿根圆直径：df1 =d1 -2m（ ha*+c*）=20-2 1.6（1+0.2） =16.16mm （5-8）蜗杆轴向齿厚：=2.512mm (5-9)蜗轮 蜗轮齿数：Z

28、2 =48 变位系数=1 验算传动比：i=/=48/1=48 (5-11) 蜗轮分度圆直径：d2=mz2=76.8mm (5-12) 蜗轮喉圆直径：da2=d2+2m=80mm (5-13) 蜗轮喉母圆直径：rg2=48.4-1/2 da2 =48.4-1/280=8.4mm (5-14) 蜗轮齿顶圆直径d3= d2+2 ha m =80mm （5-15） 蜗轮齿根圆直径：d f 2= m(z2-2.4)=72.96mm (5-16） 蜗轮外圆直径：当在z=1时，de2da2+2m=83.2mm （5-17）5.2 蜗杆轴的设计5.2.1 蜗杆轴的材料选择，确定许用应力考虑轴主要传递蜗轮的转矩

29、，为普通用途中小功率减速传动装置。选用45号钢，正火处理，5.2.2 按扭转强度初步估算轴的最小直径 （5-18） 扭转切应力为脉动循环变应力，取=0.6 抗弯截面系数W=0.1d3 取dmin=12.04mm5.2.3 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=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%)=13.89mm ,圆整d1=d5=14mm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（0.07

30、0.1）d1范围内，d2=d1+2a=15.3817.04mm，故d2取16mmd3为蜗杆与蜗轮啮合部分，故d3=23.2mmd4=d2=16mm,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15mm，则L1=27mmL2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=38mmL3为蜗杆部分长度L3（11+0.06z2）m=21.92mm圆整L3取30mmL4取51mm，L5在刀架体部分长度为（12+12）mm，伸出刀架部分通过联轴器与电动机相连长度为50mm，故L5=74mm两轴承的中心跨度为128mm，轴的总长为220mm5.2.4蜗杆轴的校

31、核作用在蜗杆轴上的圆周力 (5-19) 其中d1=28mm则 径向力： (5-20) 切向力： (5-21)图5.2 轴向受力分析 (5-22) (5-23)求水平方向上的支承反力 图5.3 水平方向支承力 (5-24) (5-25)求水平弯矩,并绘制弯矩图图5.4 水平弯矩图求垂直方向的支承反力 (5-26) 查文献9表2.24，其中， (5-27)图5.5 垂直方向支承反力 求垂直方向弯矩，绘制弯矩图图5.6 垂直弯矩图求合成弯矩图，按最不利的情况考虑 (5-28)图5.7 合成弯矩图计算危险轴的直径 (5-29) 查文献9表151，材料为调质的许用弯曲应力，则 所以该轴符合要求。5.2.

32、5 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 ，。查文献9表62，取则 (5-30)该键符合要求。由普通平键标准查得轴槽深t=30mm,毂槽深t1=2.3mm5.3 蜗轮轴的设计5.3.1 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=55MPa5.3.2 按扭转强度，初步估计轴的最小直径 查文献9表151，取45号调质刚的许用弯曲应力，则由于轴的平均直径为34mm，因此该轴安全。5.

33、3.3 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68mmd2为蜗轮轴轴径最小部分取34mmd3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=6.5mm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55mmL2尺寸长度为34mm，蜗轮齿宽b2 当z13时，b20.75da1=15.6mm 取b2=15mm5.4中心轴的设计5.4.1 中轴的材料选择,确定许用应力考虑到轴主要起定位作用，只承受部分弯矩，为空心

34、轴，因此只需校核轴的刚度即可。选用45号钢，正火处理， -1=55MPa5.4.2 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=17mmd3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图5.8 中心轴受力图分配各轴段的长度L1=80mm,L2=93mm,L3=20mm5.4.3 轴的校核轴横截面的惯性矩 车床切削力F=2KN,E=210GPa (5-31) (5-

35、32)因此yy中心轴满足刚度条件29 重庆大学网络教育学院毕业论文 5.6 刀架体设计刀架体设计首先要考虑刀架体内零件的布置及与刀架体外部零件的关系，应考虑以下问题： (a) 满足强度和刚度要求。因为刀架体的刚度不仅影响传动零件的正常工作，而且还影响部件的工作精度。 (b) 结构设计合理。如支点的安排、开孔位置和连接结构的设计等均要有利于提高刀架体的强度和刚度。 (c) 工艺性好。包括毛坯制造、机械加工及热处理、装配调整、安装固定、吊装运输、维护修理等各方面的工艺性。 (d) 造型好、质量小。 刀架体的常用材料有： 铸铁，多数刀架体的材料为铸铁，铸铁流动性好，收缩较小，容易获得形状和结构复杂的

36、箱体。铸铁的阻尼作用强，动态刚性和机加工性能好，价格适度。加入合金元素还可以提高耐磨性。 铸造铝合金，用于要求减小质量且载荷不太大的箱体。多数可通过热处理进行强化，有足够的强度和较好的塑性。 6 电气控制部分设计6.1硬件电路设计自动回转刀架的电气控制部分主要包括收信电路和发信电路两大块，如图6.1所示。6.1.1 收信电路图a中发信盘上的4只霍尔开关（型号为UGN3120U），都有3个引脚，第1脚接+12V电源，第2脚接+12V地，第3脚为输出。转位时刀台带动磁铁旋转，当磁铁对准某一个霍尔开关时，其输出端第3脚输出低电平；当磁铁离开时，第3脚输出高电平。4只霍尔开关输出的4个刀位信号T1T4

37、分别送到图b的4只光耦合器进行处理，经过光电隔离的信号再送给I/O接口芯片8225的PC4PC7。6.1.2 发信号电路图c刀架电动机正反转控制电路，I/O接口芯片8255的PA6与PA7分别控制刀架电动机的功率只有80W，所以图d中刀架电动机与380V市电的接通可以选用大功率直流继电器，而不必采用继电器-接触器控制电路，以节省成本，降低故障率。图c中，正转继电器的线圈KA1与反转继电器的一组常闭触点串联，而反转继电器的线圈KA2又与正转继电器的一组常闭触点串联，这样就构成了正转与反转的互锁电路，以防控制系统失控时导致短路现象。当KA1或KA2的触点接通380V电压时，会产生较强的火花，并通过

38、电网影响控制系统的正常工作，为此，在图d中布置了3对R-C阻容用来灭弧，以抑制火花的产生。 a) b) c) d)图6.1 自动回转刀架电气控制原理图a）发信盘上的霍尔元件 b）刀位信号的处理 c）刀架电动机正反转控制 d）刀架电动机正反转的实现6.2 控制软件的设计在清楚了自动回转刀架的机械结构和电气控制电路后，就可以着手编制刀架自动回转转位的控制软件了。对于四工位自动回转刀架来说，它最多装4把刀具，设计控制软件的任务，就是选中任意一把刀具，让其转到工作位置。图6.2表示让1#刀转到工作位置的程序流程，2#4#刀的转位流程与1#刀相似。设控制系统的CPU为AT89C51单片机，扩展8255芯

39、片作为自动回转刀架的收信与发信控制，已知8255芯片的控制口地址为2FFH，则基于图6.1和图6.2的汇编程序清单如下：图6.2 换1#刀的程序流程TO1: MOV DPRT，#2FFFH ；指向8255的PC口MOVX A，DOTR ；读取PC内容JNB ACC.4，TEND ；测试PC4=0？若是，则说明1#已在工作位置，程序转到TENDMOV DPTR，#2FFCH ；指向8255的PA口地址MOVX A，DPTR ；读取PA口锁存器内容CLR ACC.6 ；令PA6=0，刀架电动机正转有效SETB ACC.7 ；令PA7=1，刀架电动机反转无效MOVX DPTR,A ；刀架电动机开始正

40、转CALL DE20MS ；延时20msYT01：MOV DPTR，#2FFEH ；指向8255的PC口MOVX A，DPTR ；读取PC口内容JB ACC.4，YT01 ；PC4=0吗？即1#刀转到工作位置了吗？CALL DE20MS ；延时20msYT11：MOV DPTR，#2FFEH ；指向8255的PC口MOVX A，DPTR ；第二次读取PC口内容JB ACC.4,YT11 ；PC4=0？CALL DE20MS ；延时20msYT21：MOV DPTR，#2FFEH ；指向8255的PC口MOVX A，DPTR ；第三次读取PC口内容JB ACC.4，YT21 ；PC4=0？MOV

41、 DPTR，#2FFCH ；指向PA口MOVX A，DPTR ；读取PA口锁存器内容SETB ACC.6 ；令PA6=1，刀架电动机反转无效SETB ACC.7 ；令PA7=1，刀架电动机反转无效MOVX DPTR,A ;刀架电动机停转CALL DE150MS ;延时150msCLR ACC.7 ;令PA7=0,刀架电动机反转有效SETB ACC.6 ;令PA6=1,刀架电动机正转无效MOV DPTR,A ;刀架电动机开始反转CALL DELAY ;延时设定的反转锁紧时间SETB ACC.6 ;令PA6=1,刀架电动机反转无效SETB ACC.7 ；令PA7=1，刀架电动机反转无效MOVX D

42、PTR,A ;刀架电动机停转TEND: REL ；换1#刀结束40 重庆大学网络教育学院毕业论文 7 结论 这次毕业设计持续的时间为16周，时间相对于我们以前搞设计来说是非常非长的。这次我毕业设计的题目是：把普通车床设计成为经济型数控车床。刚刚接受到这个题目的时候，感觉很难，因为以前从来没有接触过这方面的设计，头脑里一个最基本的概念都没有，后来老师给我们大体上讲了一下基本过程，再经过我们两个星期的研究，终于有一点眉目，搞清楚了什么是脉冲当量，什么是滚珠丝杠等等，还有我们为什么要改造那些这些机构。经过几个星期资料搜集，包括车床的说明书等等，设计并进入了正式的轨道。 在生活逐渐自动化的今天，对加工制造的精度和加工效益都提出了很高的要