1、毕业实习及毕业设计(论文)指导书适用专业：机械设计与制造（数控方向）数控车床 4 工位自动回转刀架结构设计目录摘要-1正文-3第 1 章 引言-31.1 概述-31.2 数控车床自动回转刀架的发展趋势-31.3 刀架的设计准则-41.4 刀架的主要技术参数-5第 2 章 数控车床自动回转刀架设计-62.1 刀架的工作原理-62.2 步进电机的选用-72.3 蜗杆及蜗轮的选用与校核-82.3.1 选择传动的类型和精度等级-82.3.2 选择材料和确定许用应力-82.3.3 按接触强度确定主要参数-82.4 蜗杆轴的设计-102.4.1 蜗杆轴的材料选择,确定许用应力-102.4.2 按扭转强度初
2、步估算轴的最小直径-112.4.3 确定各轴段的直径和长度-112.4.4 蜗杆轴的校核-122.4.5 键的选取与校核-172.5 蜗轮轴的设计-172.5.1 蜗轮轴的材料选择,确定许用应力-172.5.2 按扭转强度初步估算轴的最小直径-172.5.3 确定各轴段的直径和长度-182.6 中心轴的设计-182.6.1 中轴的材料选择,确定许用应力-182.6.2 确定各轴段的直径和长度-182.6.3 轴的校核-19 2.7 齿盘的设计-192.7.1 齿盘的材料选择和精度等级-192.7.2 确定齿盘的参数-192.7.3 按接触疲劳强度进行计算-202.8 轴承的选用-222.8.1
3、 轴承的类型-222.8.2 轴承的游隙及轴上零件的调配-232.8.3 轴承的配合-232.8.4 轴承的润滑-232.8.5 轴承的密封装置-23第 3 章 刀架体的设计-24第 4 章 结论-25致谢-26参考文献-27附件清单-281摘要数控车床今后将向中高当发展，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，预计近年来对数控刀架需求量将大大增加。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。根据加工对象不同，有四方刀架、六角刀架和八（或更多）工位的圆盘式轴向装刀刀架等多种形式。回转刀架上分别
4、安装四把、六把或更多刀具，并按数控装置的指令换刀。本部分主要对四工位立式电动刀架的机械设计和应用继电-接触控制系统控制部分的设计。并对以上部分运用CAXA做图，对电动刀架有更直观的了解。最后的提出了对电动刀架提出了意见和措施。关键词：数控刀架， 电动刀架，四工位 2ABSTRACTNumerical control lathe, will in the future when the development to the high, middle-grade using universal type tool rest facilities, high-grade USES dynamic t
5、ype head, with hydraulic head, servo head, vertical head etc varieties, in recent years is expected to CNC tool post demand will increase greatly. CNC tool is the development trend of: with the development of numerical control lathe, numerical control head began to rapid change knife, electrohydraul
6、ic combined drive and servo drive direction. According to the processing object is different, there are four square head, turret and eight (or more) location disc type axial loading knife rest, and other forms. Rotary head separately on the installation of four, six or more tool, and according to th
7、e numerical control device of instruction in knife. This part mainly four station vertical electric tool rest of mechanical design and application of relay - contact control system control part of the design. And the above part using CAXA do chart, the electric tool rest more intuitive understanding
8、. The proposed to the electric tool post puts forward opinions and measures. 3正文第 1 章 引言1.1 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。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
9、高，生产效率效率低，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。自 1958 年首次研制成功数控加工中心自动换刀装置以来，自动换刀装置的机械结构和控制方式不断得到改进和完善。自动换刀装置是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：回转刀架换刀，更换主轴头换刀以及带刀库的自动换刀系统。初步了解了设计题目（电动刀架）及发展概况，设计背景，对刀架有了一些印象，对整理设计思路 安排设计时间有很好的辅助作用。对一些参数的进行了解同时按准则要求来完成设计。1.2 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
10、服驱动方向发展。 目前国内数控刀架以电动为主，分为立式和卧式两种。立式刀架有四、六工位两种形式，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，并正确实施控4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
11、，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：国产数控车床今后将向中高档发展，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，近年来需要量可达10001500台。国外数控车床的发展目的在于提高加工精度和缩短制造周期。实现上述目的之手段是实现机床多功能化和工序工种集成，开发多种多样复合化加工的机种，如增添铣削功能的复合加工车削中心、双主轴多刀塔(双刀塔或四刀塔)数控车床和车削中心、双主轴同步驱动，双刀塔同时进行加工车削中心、五轴联动车铣复合中心、车磨复合加工机床、具有车、铣、镗、磨和激光热处理多种功能的高度复合化的复合加工中心等等。我国数控车床
12、经过多年的发展，特别是近几年迅速的发展，与国际先进水平的差距在逐年缩小。对于某些依赖于进口的高档数控车床，如高精度数控车床和车削中心(主轴径跳轴跳0.001mm)、适用耐热合金和钛合金零件加工的大功率、高扭矩数控车床和车削中心等等要加强产品开发研究攻关，突破其核心技术。数控刀架的高、中、低档产品市场数控刀架作为数控机床必需的功能部件，直接影响机床的性能和可靠性，是机床的故障高发点。这就要求设计的刀架具有具有转位快，定位精度高，切向扭矩大的特点。它的原理采用蜗杆传动，上下齿盘啮合，螺杆夹紧的工作原理。1.3 刀架的设计准则我们的设计过程中，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2
13、） 控制不需要的物理性能3） 判别功能载荷及其意义4） 预测意外载荷5） 创造有利的载荷条件6） 提高合理的应力分布和刚度57） 重量达到最轻8） 应用基本公式求相称尺寸和最佳尺寸9） 根据性能组合选择材料10）在储备零件与整体零件之间精心的进行选择11）进行功能设计以适应制造工艺和降低成本的要求1.4 主要技术参数（1）最大许用力矩（Nm）Mq 100 Mx 200 Ms 100（2）重复定位精度：（mm）0.005（3）电机功率（w) 20（4）电机转速（rpm）1256第 2 章 数控车床自动回转刀架的设计2.1 刀架的工作原理回转刀架的工作原理为机械螺母升降转位式。工作过程可分为刀架抬
14、起、刀架转位、刀架定位并压紧等几个步骤。图2.1为螺旋升降式四方刀架，其工作过程如下： 刀架抬起 当数控系统发出换刀指令后, 通过接口电路使电机正转, 经传动装置2、驱动蜗杆蜗轮机构1、蜗轮带动丝杆螺母机构8逆时针旋转 ,此时由于齿盘4、5处于啮合状态，在丝杆螺母机构8转动时，使上刀架体产生向上的轴向力将齿盘松开并抬起,直至两定位齿盘4、5 脱离啮合状态,从而带动上刀架和齿盘产生“上台”动作。 刀架转位 当圆套9逆时针转过150时，齿盘4、5完全脱开，此时销钉准确进入圆套9中的凹槽中，带动刀架体转位。 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
15、开关10 中的某一个选通,当磁性板11 与被选通的霍尔开关对齐后,霍尔开关反馈信号使电机反转,插销7在弹簧力作用下进入反靠盘 6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8使上刀架移到齿盘4、5 重新啮合, 实现精确定位。 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。7图2.1 螺旋升降式四方刀架2.2 步进电机的选用许多机械加工需要微量进给。要实现微量进给，步进电机、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：直接采用数字量进行控制;
