【正文】 .................................................................................... 4 上刀體鎖緊與精定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ........................................................................ 4 刀架抬起機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ............................................................................................ 4 第 3章自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的工作原理 .........5 第 4章 主要傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 .......8 蝸桿副的設(shè)計(jì)計(jì)算 ................................................................................................ 8 螺桿的設(shè)計(jì)計(jì)算 .................................................................................................. 12 第 5章 電氣控 制部分設(shè)計(jì) ...........13 硬件電路設(shè)計(jì) ...................................................................................................... 13 控制軟件設(shè)計(jì) ...................................................................................................... 16 致 謝 ...........................18 參考文獻(xiàn) ...........................19 2 數(shù)控車床四工位回轉(zhuǎn)刀架機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 1 章 緒論 課題綜 述 科學(xué)意義和應(yīng)用前景 自動(dòng)換刀系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。 1978 年以后，加工中心迅速發(fā)展，帶有 ATC 裝置，可實(shí)現(xiàn)多種工序加工的機(jī)床，步入了機(jī)床發(fā)展的黃金時(shí)代。采用這種結(jié)構(gòu)模式，在實(shí)際數(shù)控加工中，尤其是在需要超高速主軸、主軸的徑向、軸向尺寸都很小、沒(méi)有足夠的換刀空間的微細(xì)加工場(chǎng)合中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀將會(huì)是很困難的，如果實(shí)施自動(dòng)換刀那將使機(jī)床成本大幅度提高。為此，國(guó)際上正在研究和制定一種新的 CNC 系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn) ISO14649（ STEP－ NC)，其目的是提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中性機(jī)制，能夠描述產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)制造過(guò)程，乃至各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品信息的標(biāo)準(zhǔn)化。目前這種新的數(shù)據(jù)交換格式已經(jīng)在配備了 SIEMENS、 FIDIA 以及歐洲 OSACANC 數(shù)控系統(tǒng)的原型樣機(jī)上進(jìn)行了驗(yàn)證。根據(jù)立式轉(zhuǎn)位刀架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用蝸桿副減速是最佳選擇。當(dāng)端面齒脫離咬合時(shí)，上刀體就與螺桿一同轉(zhuǎn)動(dòng)。在此期間，上，下刀體的端面齒逐漸咬合，實(shí)現(xiàn)精定位。已知電動(dòng)機(jī)額定功率 P 1=90W，額定轉(zhuǎn)速 n1 =1440r/min，上刀體設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速 n2 =30r/min，則蝸桿副的傳動(dòng)比 i =n1/n2 =1440 /30=，需要蝸桿反向，工作載荷不均勻，啟動(dòng)時(shí)沖擊較大，今要求蝸桿副的使用壽命 Lh =10000h 。 1） 確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 T 設(shè)蝸桿頭數(shù) z1 =1,蝸桿副的傳動(dòng)效率取 =。 1）蝸桿參數(shù)及尺寸 頭數(shù) z1 =1,模數(shù) m=,軸向齒距 Pa = m=,軸向齒厚 sa= m=, 分度圓直徑 d1 =20mm,直徑系數(shù) q =d1 /m=, 分度圓導(dǎo)程腳r=Y=arctan(z1/q)=4176。再求得梯形螺旋副的當(dāng)量摩擦角 : ? sar ct an ?? ?? fv 滑動(dòng)螺旋材料的許用壓力【 p】及摩擦因數(shù) f 螺桿 螺母的材料 滑行速度 () 許用應(yīng)力 Mp 摩擦因數(shù) f 銅 青銅 低速 1825 ≤ 1118 612 710 13 ＞ 15 12 淬火銅 青銅 612 1013 0． 060． 08 銅 鑄鐵 ＜ 1318 612 47 銅 銅 低速 而螺紋升角 2arctan dnp??? = .因此 ,所選幾何參數(shù)滿足自鎖條件 . 第 5 章 電氣控制部分設(shè)計(jì) 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 所示 電動(dòng)刀架發(fā)信盤3412 N S 磁鐵刀臺(tái)旋轉(zhuǎn)方向4只霍 爾開(kāi)關(guān)（UG N312 0U）1 2 3第1腳 ：+1 2V電 源第2腳 ：+1 2V地 線第3腳 ：4個(gè) 刀位信號(hào)輸出 （ T1T 4）a 14 1 刀位信號(hào)2 刀位信號(hào)3 刀位信號(hào)4 刀位信號(hào)1. 5k Ω 4 TL P5 21 1 42. 2k Ω 4822 5 PC 4822 5 PC 5822 5 PC 6822 5 PC 7b 56 0 Ω56 0 Ω8225 P A 68225 P A 7TLP52 1 1TLP52 1 1c 15 (~380V)L1 L2 L3KA1正轉(zhuǎn)KA2反轉(zhuǎn)滅弧阻容參數(shù)：R=100 Ω /3wc= μ F/100Vd 電氣化原理圖 a)發(fā)信盤上的霍爾元件 b）刀位信號(hào)的處理 c)刀架電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制 d）刀架電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn) 收信電路 圖 a 中，發(fā)信盤上的 4 只霍爾開(kāi)關(guān)（型號(hào)為 UGN3120U），都有 3個(gè)引腳，第 1+12V 電源，第 2 角接 +12V 地，第 3 角輸出。對(duì)于四工位自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架來(lái)說(shuō)，它最多裝有 4 把刀具，設(shè)計(jì)控制軟件的任務(wù)，就是選中任意一把刀具，讓其回轉(zhuǎn)到工作位置。刀架電動(dòng)機(jī)開(kāi)始正轉(zhuǎn) CALL DE20MS 。PC4=0？ MOV DPTR,2FFCH 。令 PA6=1,刀架電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)無(wú)效 MOVX DPTR, A 。 其次要感謝我的同學(xué)，他們很熱心和無(wú)私，他們?cè)谖倚枰獛椭畷r(shí)伸出了援助 之手，有了他們的關(guān)心和支持，畢業(yè)設(shè)計(jì)雖苦但感覺(jué)很快樂(lè)。令 PA7=1，刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)無(wú)效 MOVX DPTR, A 。令 PA7=1，刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)無(wú)效 MOVX DPTR,A 。PC4=0? CALL DE20MS 。指向 8255 的 PA口地址 MOVX A, DPTR 。因刀架電動(dòng)機(jī)的功率只有 90W，所以圖 d 中刀架電動(dòng)機(jī)與 380V 市電的接通可以選用達(dá)功率直流繼電器，而不必采用繼電器 接觸器電路，以節(jié)省成本，降低故障率。= 根據(jù)渦輪的材料和制造方法，可得渦輪基本許用彎曲應(yīng)力： [ F? ]‘=56MPa 渦輪的壽命系數(shù)： KF=9610N = 渦輪的許用彎曲應(yīng)力： [ F? ] = 將以上參數(shù)帶入 上式中 ，得渦輪齒根彎曲應(yīng)力： F? = 可見(jiàn)， F? [ F? ] ,渦輪齒根的彎曲強(qiáng)度滿足要求。蝸桿副的使用壽命 L =10000h。 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) 刀架中的蝸桿副采用閉式傳動(dòng)，多因齒面膠合或點(diǎn)蝕而失效。 b)上刀體 4 完全抬起后，圓柱銷 2落入上蓋圓盤 1的槽內(nèi)，上蓋圓盤 1將帶動(dòng)圓柱銷 2 及上刀體一起轉(zhuǎn)動(dòng)。其中上部的圓柱銷 2 和下部的反靠銷6起著重要的作用。當(dāng)?shù)都芴幱阪i緊狀態(tài)時(shí)，上下端面齒相互咬合，這時(shí)上刀體不能繞刀架的中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)；換刀時(shí)電動(dòng)機(jī)正傳，抬起機(jī)構(gòu)使上刀體抬起，等上下端面齒脫開(kāi)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。在學(xué)習(xí)了四年的基礎(chǔ)課、專業(yè)課之后，通過(guò)這次課題的考驗(yàn) ，除了要求掌握好本專業(yè)的課程外，還要求對(duì)本專業(yè)相關(guān)的知識(shí)有足夠的認(rèn)識(shí)。其次， STEPNC 數(shù)控系統(tǒng)還可大大減少加工圖紙（約 75％）、加工程序編制時(shí)間（約 35％）和加工時(shí)間（約 50％）。在現(xiàn)有的各種類型的加工中心中，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的自動(dòng)換刀系統(tǒng)的造價(jià)在機(jī)床整機(jī)造價(jià)中總是占著很大比重，這是加工中心價(jià)格居高不下、應(yīng)用不普遍的重要原因。利用這種機(jī)構(gòu)夾持刀具進(jìn)行數(shù)控加工的最大問(wèn)題是，它不能同時(shí)獲得高的夾持剛度和刀具振擺精度，而且主軸結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主軸軸向尺寸過(guò)大，加上它的液壓驅(qū)動(dòng)裝置及刀具輔具錐柄的制造成本，使得自動(dòng)換刀系統(tǒng)的造價(jià)在機(jī)床整機(jī)中占有較大的比重。 從換刀系統(tǒng)發(fā)展的歷史來(lái)看， 1956 年日本富士通研究成功數(shù)控轉(zhuǎn)塔式?jīng)_床，美國(guó)IBM公司同期也研制成功了 “APT”( 刀具程序控制裝置 )。三齒盤定位型又叫免抬型，其特點(diǎn)是換刀時(shí)刀架不抬起，因此換刀時(shí)速度快且密封性好，但其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。 （ 2） 確定其他參數(shù) 采用單頭梯形螺桿，頭數(shù) n=1，牙側(cè)角 = 150，外螺紋大徑 =50mm，牙頂間隙 =，基本牙型高度 ==3mm，外螺紋牙高=，外螺紋中徑 =47mm，外螺紋小徑 =43mm，螺桿螺紋部分長(zhǎng)度 H=50mm。 （ 4）蝸桿和渦輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 由蝸桿和渦輪的基本尺寸和主要參數(shù)，算的蝸桿和渦輪的主要幾何尺寸后，即可繪制蝸桿副的工作圖。其中 KA 為使用系數(shù)，有表 63 查得， 由于工作載荷不均勻，啟動(dòng)時(shí)沖擊較大，因此取 KA= ； 為齒向分布系數(shù)，因工作載荷在啟動(dòng)和停止時(shí)有變化，故取 KB =； 為動(dòng)載系 數(shù)，由于轉(zhuǎn)數(shù)不高。 （ 2） 蝸桿副的材料 刀架中的蝸桿副傳動(dòng)的功率不大，但蝸桿轉(zhuǎn)速干，一次，蝸桿的材料選用 45鋼，其螺旋齒面要淬火，硬度為 45～ 55HRC,以提高其表面耐磨行；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，采用金屬模制造。 由于蝸桿副具有自鎖功能，所以刀架可以穩(wěn)定地工作。 圖上表示自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架在換刀過(guò)程中有關(guān)銷的位置。當(dāng)?shù)都芴幱阪i緊狀態(tài)時(shí)，上下端面齒相互嚙合，這時(shí)上刀體不能繞刀架的中心軸旋轉(zhuǎn)；換刀時(shí)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)