【正文】 的零部件圖，完成 了整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 。數(shù)控加工的加工柔性好，加工精度高，生產(chǎn)率高，能減輕操作者勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞 動(dòng)條件，有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化以及經(jīng)濟(jì)效益的提高。機(jī)床制造業(yè)既面臨著機(jī)械制造業(yè)需求水平提升而引發(fā)的制造裝備發(fā)展的良機(jī)，也遭遇到加入世界貿(mào)易組織后激烈的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的壓 力，加速推進(jìn)數(shù)控機(jī)床的發(fā)展是解決機(jī)床制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵。數(shù)控水平的高低已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平高低的標(biāo)志。轉(zhuǎn)塔式換刀一般為順序換刀，其換刀時(shí)間短，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，但剛性較差，能容納刀具較少；刀庫(kù)式換刀一般刀庫(kù)只有選刀動(dòng)作而另需機(jī)械手 進(jìn)行換刀動(dòng)作，其刀庫(kù)容量大，但其成本高，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。煙臺(tái)機(jī)床附件公司是我國(guó)生產(chǎn)數(shù)控刀架的主要廠家之一。 存在的問(wèn)題和發(fā)展趨勢(shì) 機(jī)床工具行業(yè)的發(fā)展，依賴于行業(yè)技術(shù)水平和創(chuàng)新能力的提高，依賴于機(jī)床的數(shù)控化和產(chǎn)品快速的升級(jí)換代，依賴于制造業(yè)從剛性自動(dòng)化向柔性自動(dòng)化方向轉(zhuǎn)變這一社會(huì)需求，由于我國(guó)機(jī)床附件廠資金緊張，造成技術(shù)創(chuàng)新和技術(shù)改造的力度不大，使附件水平的發(fā)展嚴(yán)重滯后，成為制約民族機(jī)床工業(yè)發(fā)展的瓶頸。 國(guó)產(chǎn)數(shù)控車床今后將向中高檔發(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 。常見(jiàn)的自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架就是為了實(shí)現(xiàn)上述功能而設(shè)計(jì)的。 2)轉(zhuǎn)位 ： 為了完成工件若干個(gè)工 序的加工，在 回轉(zhuǎn) 刀架上固定著 6組刀具，為使各組刀具能依次參加工作， 回轉(zhuǎn) 刀架需相應(yīng)轉(zhuǎn)位 。 n內(nèi)裝信號(hào)盤 刀架端齒盤定位電動(dòng)機(jī)上齒盤下齒盤螺母蝸輪副聯(lián)軸器開(kāi)合轉(zhuǎn)位 圖 電動(dòng)刀架簡(jiǎn)圖 其工作原理為：當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)出換刀指令后，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)蝸桿旋轉(zhuǎn)，在經(jīng)過(guò)蝸輪帶動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，從而使刀架抬起，刀架抬起后，電動(dòng)機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)刀架轉(zhuǎn)位，完 成轉(zhuǎn)位后，由微動(dòng)開(kāi)關(guān)發(fā)出信號(hào)使電機(jī)反轉(zhuǎn)，壓緊刀架。 上刀體鎖緊與精定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)上刀體的鎖緊與定位機(jī)構(gòu)選用端面齒盤，將上刀體和下刀體的 配合面加工成梯形端面齒。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)，所以螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)使上刀體向上移動(dòng)。 刀架電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)蝸輪蝸桿減速 銷聯(lián)接螺桿螺母上蓋圓盤旋轉(zhuǎn)上刀體抬起端面齒錯(cuò)開(kāi)圓柱銷落入上蓋圓盤上刀體旋轉(zhuǎn)到位回答刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)霍爾元件觸發(fā)反靠銷反靠端面齒嚙合上刀體下降，粗定位精定位延時(shí)鎖緊電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)螺桿旋轉(zhuǎn)螺桿旋轉(zhuǎn)圖 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的換刀流程 當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)出換刀指令后，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，通過(guò)彈簧安全離合器帶動(dòng)蝸桿正轉(zhuǎn)，再經(jīng)過(guò)蝸輪帶動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)，作為 螺母的上刀體要么轉(zhuǎn)動(dòng)，要么上下移動(dòng)，此處設(shè)計(jì)為電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)上刀體向上移動(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)，所以螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)使作為螺母的上刀體向上移動(dòng)，從而使刀架抬起，在螺桿旋轉(zhuǎn)的同時(shí)也帶動(dòng)上蓋圓盤一起旋轉(zhuǎn)，當(dāng)?shù)都芡耆鸷?，端面齒脫離嚙合，上刀體上部的圓柱銷落入上蓋圓盤，上蓋圓盤就通過(guò)圓柱銷帶動(dòng)一同轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了上刀體的轉(zhuǎn)位，再通過(guò)霍爾元件觸發(fā)判斷上刀體是否轉(zhuǎn)到了工作位置。 上蓋圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向 上蓋圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向 上蓋圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向 上蓋圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向圖 刀架轉(zhuǎn)位 過(guò)程中銷的位置 a) 換刀開(kāi)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 完全抬起后，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可從反靠盤 7的槽左側(cè)斜坡滑出 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 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 8 5 主要傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 蝸桿副的設(shè)計(jì)計(jì)算 由于刀架轉(zhuǎn)動(dòng)所需的功率較小，所以 選取額定功率為 1P =110W，額定轉(zhuǎn)速1n =1440r/min 的電動(dòng)機(jī) ,上刀體設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速 min/252 rn ? ， 則蝸桿副的傳動(dòng)比??? nni 。 蝸桿副的材料 刀架中的蝸桿副傳遞的功率不大，但蝸桿轉(zhuǎn)速較高，因此，蝸桿的材料選用 45 鋼；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。 ④確定接觸系數(shù) PZ 先假設(shè)蝸桿分度圓直徑 1d 和傳動(dòng)中心距 a 的比值 1 ? ，可查得接觸系數(shù) ? 。 ①蝸桿參數(shù)與尺寸 頭數(shù) 1 1z? ，模數(shù) m=，軸向齒距 5 .0 2 7ap m mm??? ，軸向齒厚0 .5 2 .5 1 4as m m m???，分度圓直徑 1 20d mm? ，直徑系數(shù) 1 / d m??，分度圓導(dǎo)程角 1a r c ta n ( / ) 4 3 4 2 6zq? ? ??? ? ?。則蝸輪的當(dāng)量齒數(shù)： 22 3 3 6 .3 5co sv zz ???， 根據(jù)蝸輪變位系數(shù) 2 1x? 和當(dāng)量齒數(shù) 2 ? ，查手冊(cè)得齒形系數(shù)： 2 ? ， 螺旋角影響系數(shù)： 1 67140Y ?? ? ? ?? ， 根據(jù)蝸桿的材料和制造方法， 經(jīng) 查表，可得蝸輪基本許用彎曲應(yīng)力： ? ? 56F MPa? ? ? 蝸輪的壽命系數(shù)： 6610 109 9 10K fn N? ? ?? 蝸輪的許用彎曲應(yīng)力： ? ? ? ? 5 6 0 .7 2 5 4 0 .6F F F NK M P a?? ?? ? ? ? 將以上參數(shù)帶入式（ ），得蝸輪齒根彎曲應(yīng)力： 1 .5 3 1 .3 9 2 2 9 2 0 1 .9 5 0 .9 6 7 3 7 .42 0 7 6 .8 1 .6F M P a M P a? ??? ? ? ??? 可見(jiàn) ? ?FF??? ，蝸輪齒根的彎曲強(qiáng)度滿足要求。 自鎖性能校核 螺桿螺母材料均用 45鋼， 經(jīng) 查表，取二者的摩擦因素 ?f ；再求得梯形螺旋副的當(dāng)量摩擦角： ??? c o sa rc ta n ?? fv 而螺紋升角： ?????? 61a r c t a na r c t a n 2dnp?? 小于當(dāng)量摩擦角，因此，所選幾何參數(shù)滿足自鎖條件。 端齒盤的特點(diǎn) 在分度及定位裝置中，一般用端齒盤作為其精確定位元件。 ③精度的重復(fù)性和持久性好 重復(fù)定位精度可達(dá) ?? 。 ⑥維護(hù)簡(jiǎn)便，多次拆裝不影響其原有的精度。在結(jié)構(gòu)允許的情況下，外徑越大，分度或定位機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性越好。如圖 ，應(yīng)滿足以下條件： NQ??? 圖 端齒盤受力圖 圖 齒面上的切向外力和軸向鎖緊力 而 2c o s , , ,2 2 2D D z za a N MN N Q Q sin N QNd??? ? ? ?，則 不等式變?yōu)?co s sin22DDaaNQ? ，即 2c o s sin2 2 2z D DzN a aMNQzd? ， 最后得到 4 tan 2Dz aMN d? （ ） 14 圖 端齒盤剖視圖 從式 ()可以說(shuō)明，在外載 M 不變時(shí)，齒形角 Da 越小，所需自鎖力 zN也越小，即自鎖性越強(qiáng)，但齒相應(yīng)變深，齒厚變小；齒形角 D? 越大，需要的總鎖緊力 zN 也越大，即承受外轉(zhuǎn)矩的能力下降，但齒高變低，端齒嚙合的高度下降，結(jié)構(gòu) 緊湊；同時(shí)也說(shuō)明了加大外徑 d有利于提高端齒盤的承載能力。 齒根角 (嚙合斜角 )? 為了保證在齒寬方向上的嚙合質(zhì)量，加工端齒時(shí)必須調(diào)整分度盤回轉(zhuǎn)中心線和工作臺(tái)面傾斜角，即齒根角或嚙合斜角 (如圖 )，以保證齒盤大端和小端的齒厚與齒槽寬度相等。齒底槽寬 b常取 0 . 2 / 0 . 2 1 6 5 / 1 2 0 0 . 8 6b d z m m??? ? ? ? ?,取 b= 17 7 電氣控制部分設(shè)計(jì) 數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架對(duì)柔性化、自動(dòng)化、定位精度、速度要求相當(dāng)高，隨著計(jì)算機(jī)電子技術(shù)的發(fā)展 ,單片機(jī)以其高性能價(jià)格比的特點(diǎn)適應(yīng)了現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需求， 越來(lái)越多地被應(yīng)用于各種生產(chǎn)和控制領(lǐng)域。 單片機(jī)選型 隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越成熟，單片機(jī)技術(shù)也日趨完善。近些年來(lái)，世界上很多大半導(dǎo)體公司都生產(chǎn)以 8051為內(nèi)核的單片機(jī)，如 ATMEL/PHLIPS/SST公司的 AT89/P89/STC89系列和 AT87/P87系列單片機(jī)，越來(lái)越多地得到廣泛應(yīng)用。轉(zhuǎn)位時(shí)刀臺(tái)帶動(dòng)磁鐵旋轉(zhuǎn)，當(dāng)磁鐵對(duì)準(zhǔn)某一個(gè)霍爾開(kāi)關(guān)時(shí)，其輸出端第 3腳輸出低電平；當(dāng)磁鐵離開(kāi)時(shí)，第三腳輸出高電平。其中 KA1為正轉(zhuǎn)繼電器的線圈， KA2 為反轉(zhuǎn)繼電器的線圈。 硬件電路主要電子元件的工作原理 霍爾元件的工作原理和特性 霍爾元件的工作原理： 所謂霍爾效應(yīng)，是指磁場(chǎng)作用于載流金屬導(dǎo)體、半導(dǎo)體中的載流子時(shí)，產(chǎn)生橫向電位差的物理現(xiàn)象。 利用霍爾效應(yīng)可以設(shè)計(jì)制成多種傳感器。B ,其中 K為霍爾系數(shù)， I為薄片中通過(guò)的電流， B 為 20 外加磁場(chǎng)（洛倫慈力 Lorrentz）的磁感應(yīng)強(qiáng)度， d是薄片的厚度。 常用的隔離方式有光電隔離、繼電器隔離、變壓器隔離 。 8255 芯片的工作原理 8255 芯片是一個(gè)典型的可編程通用并行接口芯片 ,用來(lái)擴(kuò)展單片機(jī)的端口，對(duì) 8255 輸入不同的指令可改變 I／ O口的工作方式。通過(guò) CS、 A0、 A RD和 WR對(duì) 4個(gè)寄存器進(jìn)行操作。這里只介紹應(yīng)用最多的方式 0。 8255A 口的最高兩位（ PA6 和 PA7）用于控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)； B 口高六位（ PB2～ PB6）用于操作者輸入刀具號(hào)（即所需要的刀具號(hào)），用來(lái)和 C 口比較，判斷所需刀具是否為當(dāng)前刀具； C 口的高六位 PC2～ PC7作為六把刀具信號(hào)（當(dāng)前刀具）的讀入接口，用于選刀控制； C口的 PC0 作為是手動(dòng)換刀還是自動(dòng)換刀的控制，置 0時(shí)為自動(dòng)換刀，置 1時(shí)為手動(dòng)換刀； C口的 PC1 用于在手動(dòng)換刀（即 PC0=1）的情況下判斷 有無(wú)換刀信號(hào)，若無(wú)換刀信號(hào)（ PC1=0），則刀架不需要轉(zhuǎn)位，若有換刀信號(hào)（ PC1=1），則刀架轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)刀位，然后再判斷有無(wú)換刀信號(hào)，若無(wú)就延時(shí)鎖緊。此外，控制電路采用光電隔離電路，最大程度的避免了干擾， 單片機(jī)控制系統(tǒng)屬于弱電控制部分，但卻是干擾源，說(shuō)它是干擾源是因?yàn)樗闹麟娐凡糠謱儆趶?qiáng)電控制部分，因此，為了保證系統(tǒng)工作穩(wěn)定，在弱電和強(qiáng)電之間采用一定的隔離措施是非常