【正文】 統(tǒng)收到后，立即控制刀架電動機反轉(zhuǎn)，上蓋圓盤 1 通過圓柱銷 2 帶動上上刀體 4開始反轉(zhuǎn)，反靠銷 6 馬上就會落入反靠圓盤 7的十字槽內(nèi)，至此。 5 第 3 章自動回轉(zhuǎn)刀架的工作原理 自動回轉(zhuǎn)刀架的換刀流程圖如 下 圖 1 所示 圖 2 表示自動回轉(zhuǎn)刀架在換刀過程中有關(guān)銷的位置。 設(shè)計螺桿時要求選擇適當(dāng)?shù)穆菥啵员惝?dāng)螺桿轉(zhuǎn)動一定角度時，使得上刀體與下刀體的端面齒能夠完全脫離咬合狀態(tài)。當(dāng)?shù)都芴幱阪i緊狀態(tài)時，上刀體與下刀體的端面齒相互咬合，因為這時上刀體不能與螺桿一起轉(zhuǎn)動，所以螺桿的轉(zhuǎn)動會使上刀體向上移動。 刀架抬起機構(gòu)的設(shè)計 要想使上，下刀體的 兩個端面齒脫離，就必須設(shè)計合適的機構(gòu) 使上刀體抬起。本設(shè)計上刀體的鎖緊與定位機構(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。蝸桿副傳動可以改變運動的 方向，獲得較大的 傳動比，保證傳動精度和平穩(wěn)性，并且具有自鎖功能，還可以實現(xiàn)整個裝置的 小型 化。 4 第 2 章總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 減速傳動機構(gòu)的設(shè)計 普通的 三相異步電動機因轉(zhuǎn)速太快，不能直接驅(qū)動刀架進行換刀，必須經(jīng)過適當(dāng)?shù)臏p速。這次設(shè)計就要用到 機械設(shè)計相關(guān)知識 ，不僅是對自己的一次考驗，更是對自己所學(xué)知識的一個補充。 通過此次設(shè)計，不僅是對四年學(xué)習(xí)生活的一個總結(jié)，更是對今后繼續(xù)學(xué)習(xí)的一次鍛煉。 . 2 設(shè)計思路 本設(shè)計采用三相異步交流電機驅(qū)動，控制部分設(shè)計主要采用 plc 控制包括收信和發(fā)信電路兩部分。美國的 STEP Tools 公司是全球范圍內(nèi)制造業(yè)數(shù)據(jù)交換軟件的開發(fā)者，他已經(jīng)開發(fā)了用作數(shù)控機床加工信息交換的超級模 型 (Super Model)，其目標(biāo)是用統(tǒng)一的規(guī)范描述所有加工過程。 目前，歐美國家非常重視 STEPNC 的研究，歐洲發(fā)起了 STEPNC 的 IMS 計劃(～ )。而在新標(biāo)準(zhǔn)下， NC 程序可以分散在互聯(lián)網(wǎng)上，這正是數(shù)控技術(shù)開放式、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的方向。 STEPNC 的出現(xiàn)可能是數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域的一次革命，對于數(shù)控技術(shù)的發(fā)展乃至整個制造業(yè)，將產(chǎn)生深遠的影響。數(shù)控技術(shù)誕生后的 50 年間的信息交換都是基于 ISO6983 標(biāo)準(zhǔn)，即采用 G， M 代碼描述如何（ how）加工，其本質(zhì)特征是 面向加工過程，顯然，他已越來越不能滿足現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)高速發(fā)展的需要。如果把自動換刀系統(tǒng)的設(shè)計制造從現(xiàn)有加工中心的制造模式中 分離出來，把它作為加工中心的標(biāo)準(zhǔn)件或附件組織專門化的生產(chǎn)，同時由于該項技術(shù)的應(yīng)用簡化了機床主軸結(jié)構(gòu)、采用彈簧夾頭和外驅(qū)動機械手等關(guān)鍵技術(shù)、采用圓柱柄刀具和輔具，這不僅使數(shù)控機床工作性能有所提高，而且使得由它配套構(gòu)成的加工中心的總體造價大幅度下降。 隨著機械加工業(yè)的發(fā)展，制造行業(yè)對于帶有自動換刀系統(tǒng)的高效高性能加工中心的需求 3 量越來越大。如 在 CNC控制磨削球面銑刀的數(shù)控磨削機床上，直接由高速電機驅(qū)動主軸，使用小直徑盤形砂輪和指形砂輪加工球面銑刀，換刀空間很小，在這種條件下，將難以實現(xiàn)自動換刀。在現(xiàn)代數(shù)控機床上亦有采用彈簧夾頭作為刀具的夾持元件，但機床的主軸結(jié)構(gòu)、驅(qū)動方式仍然采用與上述錐柄刀具完全相同的結(jié)構(gòu)形式。據(jù)有關(guān)資料介紹，在刀具采用錐柄夾頭、側(cè)壓夾頭以及彈簧夾頭夾緊性能的對比實驗 中，采用彈簧夾頭夾持刀具是唯一可同時獲得高的夾持剛度和振擺精度的理想元件。在這種模式中，機床主軸常采用空心的帶有長拉桿、碟形彈簧組的結(jié)構(gòu)形式，由液壓或氣動裝置提供動力，實現(xiàn)夾緊放松刀柄的動作。 1983 年國際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定了數(shù)控刀具錐柄的國際標(biāo)準(zhǔn)，自動換刀系統(tǒng)便形成了統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)模式。 1967 年出現(xiàn)了 FMS(柔性制造系統(tǒng) )。 1958 年美國 Kamp。自動換刀系統(tǒng)本身及相關(guān)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，又會對 整機的成本造價產(chǎn)生直接影響。刀具夾持元件的結(jié)構(gòu)特性及它與機床主軸的聯(lián)結(jié)方式，將直接影響機床的加工性能。自動回轉(zhuǎn)刀架 自動換刀時 由控制系統(tǒng)和驅(qū)動電路來實現(xiàn)。 自動回轉(zhuǎn)刀架在結(jié)構(gòu)上必須具有良好的 強度和剛性，以承受粗加工時的 切削抗力。其中斷齒盤定位型換刀時刀架需抬起，換刀速度較慢且密封性較 差，但其結(jié)構(gòu)較簡單。根據(jù)安裝方式的 不同，自動回轉(zhuǎn)刀架可分為立式和 臥式兩種。 I 摘 要 數(shù)控車床為了能在工件的 一次裝夾中完成多工序加工，縮短輔助時間，減少多次安裝所引起的 加工誤差，必須帶有自動回轉(zhuǎn)刀架。 （ 3） 自鎖性能校核 螺桿 螺母材料均用 45 鋼，查表取摩擦系數(shù) f=；再求得梯形螺旋副的當(dāng)量摩擦角： = 而螺紋升角： = 小于當(dāng)量摩擦角。因此，螺桿的螺距 P 應(yīng)滿足 P，今取螺桿的螺距 P=6mm。 I 蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力（ MPa） 蝸輪材料 鑄造方法 單側(cè)工作 雙側(cè)工作 鑄錫青銅 ZCuSn10P1 砂模鑄造 40 29 金屬模鑄造 56 40 鑄錫鋅鉛青銅ZCuSn5Pb5Zn5 砂模鑄造 26 22 金屬模鑄造 32 26 鑄鋁鐵青銅 ZCuAl10Fe3 砂模鑄造 80 57 金屬模鑄造 90 64 灰鑄鐵 HT150 砂模鑄造 40 28 HT200 砂模鑄造 48 34 （ 1） 螺距的確定 刀架轉(zhuǎn)位時，要求螺桿在轉(zhuǎn)動約 的情況下，上刀體的端面齒與下刀體的端面齒完全脫離 。 2）渦輪參數(shù)與尺寸 齒數(shù) =60，模數(shù) m=， 分度圓直徑為 =m =96mm， I 變位系數(shù) =[a( )/2]/m=， 渦輪喉圓直徑為 = +2m（ ） =， 渦輪齒根圓直徑 = 2m（ + ） =， 渦輪咽喉母圓半徑 =a /2=。 1）蝸桿的參數(shù)與尺寸 頭數(shù) =1，模數(shù) m=，軸向齒距 = m= 軸向齒厚 = m=，分度圓直徑 =28， 直徑系數(shù) q= =， 分度圓導(dǎo)程角 = = 。因為 較大， 所以上述計算結(jié)果可用。 則應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： N=60j n2 = 10 7 壽命系數(shù)： KHN = 許用接觸應(yīng)力： [σ ]=KHN =186MPa 6）計算中心距 將以上各參數(shù)帶入 41，求得中心距： a = mm 查表取 a=63，已知蝸桿頭數(shù) =1，設(shè)模數(shù) m=，得蝸桿分度圓直徑 d1 =28mm。查表的 Zp = 鑄錫青銅蝸輪的基本許用接觸應(yīng)力 [σ]H39。沖擊不大，可取 K =。 mm 2） 確定載荷系數(shù) K 載荷系數(shù) K= KA KB K。 1） 確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 ,設(shè)蝸桿頭數(shù) =1，蝸桿副的傳動效率η =，由電動機的額定功率 =90W，可以算出蝸輪傳動的功率 = η，再由蝸輪的轉(zhuǎn)速=40r/min 求 得作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 = = = 按蝸輪接觸疲勞強度條件設(shè)計計算的公式 a (41) 式中 a—— 蝸桿副的傳動中心距，單位 mm； K—— 載荷系數(shù)； —— 作用在渦輪上的轉(zhuǎn)矩 ，單位 ； —— 彈性影響系數(shù) ZE； [ ]—— 許用接觸應(yīng)力，單位為 MPa。 （ 3） 按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計 刀架中的蝸桿副采用閉式傳動，多因齒面膠合或點蝕而失效。本設(shè)計采用結(jié)構(gòu)簡單，制造方便的漸開線型圓柱蝸桿。刀架從轉(zhuǎn)位到鎖緊時，需要蝸桿反向，工作載荷不均勻，啟動時沖擊較大，今要求蝸桿副的使用 壽命 =10000h。已知電動機額定功率 =90W。 蝸桿 渦輪減速 銷連接 螺桿 螺母 霍爾元件觸發(fā) 蝸桿 渦輪減速 圖：自動回轉(zhuǎn)刀架的換刀流程 刀架電動機正轉(zhuǎn) 螺桿正轉(zhuǎn) 上蓋圓盤旋轉(zhuǎn) 上刀體抬起 到位回答 上刀體旋轉(zhuǎn) 端面齒錯開 圓柱銷落入上蓋圓盤 刀架電動機旋轉(zhuǎn) 螺桿反轉(zhuǎn) 反靠銷反靠端面齒嚙合 上刀體下降，粗定位 電動機停轉(zhuǎn) 延時鎖緊 精定位 I 上蓋圓盤轉(zhuǎn)動方向b) b) b) b)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反靠圓盤上蓋圓盤轉(zhuǎn)動方向 上蓋圓盤轉(zhuǎn)動方向 上蓋圓盤轉(zhuǎn)動方向 主要傳動部件的設(shè)計 1. 蝸桿副的設(shè)計計算 自動回轉(zhuǎn)刀架的動力源是三相異步電動機。再次期間，上、下刀體的端面齒逐漸嚙合，實現(xiàn)精定位，經(jīng)過設(shè)定的延時時間后，刀架電動機停轉(zhuǎn)，整個換刀過程結(jié)束。 I 上刀體 4 帶動磁鐵轉(zhuǎn)到需要的刀位時，發(fā)信盤上對應(yīng)的霍爾元件輸出低電平信號，控制系統(tǒng)收 到后，立即控制刀架電動機反轉(zhuǎn)，上蓋圓盤 1通過圓柱銷 2帶動上刀體 4 開始反轉(zhuǎn)，反靠銷 6 馬上就會落入反靠圓盤 7的十字槽內(nèi)，至此，完成粗定位。 需要換刀時，控制系統(tǒng)發(fā)出刀架轉(zhuǎn)位信號，三項異步電動機正向旋轉(zhuǎn)，通過蝸桿副帶動蝸桿正向轉(zhuǎn)動，與螺桿配合的上刀體 4 逐漸抬