数控车床六工位刀架设计说明书

附赠有CAD图纸和说明书,领取加Q 197216396 或 11970985毕 业 设 计（论 文） 设计(论文)题目： 数控车床六工位刀架部件设计 学生姓名 学 院： 班 级 指导教师 摘 要本文主要研究数控车床刀架部件六站，会让我有一个更全面的六台数控车床刀架控制系统的认识，如六工位转塔车床进给部分的机械结构、控制原理和工具，我可以在本设计中，加强这方面的专业技能更好。通过研究，让我了解到本课题中常见的学习内容，如：CAD绘图、plc、UG等三维绘图。让我培养自学能力，培养良好的思考和分析问题的习惯。关键词：刀架，CAD，六工位AbstractThis paper mainly studies on the CNC lathe six station turret components, will let me have a more comprehensive understanding of CNC lathe six station turret control system, such as part of six station turret lathe feed on the mechanical structure, control principle and tool, I can in this design, strengthen their professional skills in this area better. Through the research, let me get the knowledge of the usual learning in this subject, such as: CAD drawing, PLC, UG and other three-dimensional drawings. Let me develop self-study ability and cultivate my good habit of thinking and analyzing problems. Key words: knife frame, CAD, six目录摘要1第1章 绪论51.1数控车床的背景与意义51.2 数控车床自动回转刀架的概述51.3 研究实际社会意义及应用效果6第2章 设计内容和要求6第3章 自动回转刀架的工作原理73.1 自动回旋刀架的分类73.2自动回转刀架的工作原理：73.2.1刀架抬起73.2.2刀架转位73.2.3刀架定位83.2.4夹紧刀架8第4章 总体结构设计84.1刀架的尺寸要求84.2刀架整体方案设计84.3 上刀体锁紧与精定位机构的设计9第5 章 主要传动部件的设计计算95.1 蜗杆的选型95.1.1蜗杆的材料95.1.2 回旋刀架夹紧力的确定105.2 蜗轮蜗杆主要参数和几何尺寸115.3 蜗轮轴的设计125.3.1 蜗轮轴材料的选择，确定需用应力125.4 中心轴的设计135.4.1 中心轴的材料选择,确定许用应力135.4.2 确定各轴段的直径和长度144.4.3 轴的校核145.5 轴承的选用155.5.1 轴承的类型155.5.2 轴承的游隙及轴上零件的调配155.5.3 角接触球轴承的配合155.5.4 角接触球轴承的润滑165.5.5角接触球轴承的密封装置166.1 电机的分类166.2 电机的选型17结束语17致谢17参考文献18第1章 绪论1.1数控车床的背景与意义经济数控是20世纪80年代科学技术发展的产物。该数控系统功能齐全，价格低廉。已成为”七五”和”八五”期间的新技术之一。十多年来，随着科学技术的发展，经济数控技术也在不断进步，数控系统产品不断完善。新型经济型数控系统功能更强，可靠性更稳定，功率更高，结构简单，维修方便。该技术的发展增强了经济数控的生命力。根据我国的国情，该技术也将是我国机械行业今后旧设备改造的一条很好的途径。对于老式经济型数控车床，特别是80年代后期改造后的设备，由于各种原因造成了大量的浪费。该设备已经使用了10多年，还面临着进一步的改革。通过改造，可以提高现有设备的技术水平，大大提高生产效率，创造更大的经济效益。数控车床主要由主轴箱、鞍座、尾座、刀架、对刀仪、液压系统、润滑系统、气动系统和数控装置组成。数控车床的出现对提高生产率、提高产品质量、改善劳动条件、提高效率起到了重要作用。从提高效率的角度来看，主要体现在两个方面: 1 )通过刀具的快速自动定位来提高划线过程的距离和速度。2 )批量加工一致性好，可减少工件的检验和时间。特别是经济型的老式车床，在加工零件、更换刀具、装卸零件、测量和处理零件的过程中，大部分时间都需要人工完成，这就决定了换刀的时间和刀具尺寸的调整。加工时间相对较短，为了缩短加工辅助时间，充分利用数控机床的功能，进一步压缩非切削时间，数控机床正面临着在一台装夹机床上进行多工序加工的发展方向。在这种多工序数控机床中，必须配备自动换刀装置。随着多工序数控机床的出现，各种旋转刀具的自动更换装置逐渐发展完善，更换刀具的数量不断增加，实现了更复杂的换刀操作。更换刀具的时间应满足要求，该刀具重复性好，精度高，刀具存放充分，换刀安全可靠。1.2 数控车床自动回转刀架的概述数控车床主要由主轴箱、鞍座、尾座、刀架、对刀仪、液压系统、润滑系统、气动系统和数控装置组成。数控车床的出现对提高生产率、提高产品质量、改善劳动条件起到了重要作用。传统的车床如CA6140刀架只能装刀，换刀速度慢，换刀后必须重新对刀，精度不高，生产效率低，不能满足现代生产的需要，因此，有必要对机床换刀装置进行改进。为了在工件一次装夹中完成多工序加工，缩短辅助加工时间，减少多次安装造成的加工误差，充分发挥数控机床的效率，采用了“工序集中”的原则，采用了自动旋转刀架。数控车床的自动车削刀架是最简单的换刀装置之一。自动车削刀架是在一定空间内自动松开、分割、精确定位的一系列动作。对于自动车削刀架，根据刀具数量，自动车削刀架有4个工作站、6个工作站和8个工作站。根据安装方式的不同，自动车削刀架可分为立式刀架和卧式刀架。根据机械定位方法的不同，自动车削刀架可分为端齿定位和三齿定位。当端齿盘定位换刀时，应提起刀架，换刀速度慢，密封性能差，但结构简单。这三个档位称为无升程。换刀时不需要拿起刀架，换刀速度快，密封性能好，但结构复杂。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。1.3 研究实际社会意义及应用效果传统车床刀架只能装刀，换刀速度慢，换刀后必须重新换刀，精度不高，生产效率低，不适应现代生产的需要。因此，有必要对换刀装置进行改进，数控车床上使用的自动旋转刀架是一种简单的换刀装置。设备。自动回转刀架是一种能在一定空间内完成自动释放、分度和精确定位等一系列动作的机构。新型经济型数控系统功能强大、可靠性高、功耗大、结构简单、维护方便。为了在工件装夹中完成多工序加工，缩短了辅助加工时间，减少了加工误差造成的多次安装，充分发挥了数控机床的效率，采用了“工序集中”的原则。对生产过程中出现的一些标准问题进行了探讨，总结了检修方法。第2章 设计内容和要求(1)设计数控车床六工位刀架及主要传动部件设计；(2)电动功率：120w；(3)电机转速：1400r/min；(4)刀位数：6(5)床身最大加工直径：320mm；(6)刀尖到导轨距离：200mm。(7)最大工件回转直径 320mm，最大工件长度750mm(8)换刀时间2秒(9)刀杆尺寸20*20mm第3章 自动回转刀架的工作原理3.1 自动回旋刀架的分类本发明用于数控车床，可安装在旋转塔的头部，用于夹持各种刀具，通过料塔头部的旋转分度实现机床的自动换刀。它的形式通常是垂直轴和水平轴。纵轴为四、六方形刀架，四、六个刀具，横轴通常为盘式旋转刀架，可安装刀具数量。为了实现加工过程中刀具的自动更换，必须实现转台运转的自动化。自动转位刀架有三个三角形刀具，包括四个刀具、一个带有夹紧工具的方形刀架和一个带有多个刀具的旋转刀架。根据移位传动，又可分为液压、气动、电气和机械。自动车削刀架应具有较高的重复性、定位精度和刚度，易于控制，可适应改装机床。3.2自动回转刀架的工作原理：工作过程为：刀架抬起刀架转位刀架定位夹紧刀架。3.2.1刀架抬起当数控装置发出换刀指令时，电机开始转动，蜗杆轴通过套筒联轴器2转动，带动涡轮螺杆转动。刀架内部控制过程为螺纹连接，与涡轮螺杆螺纹连接，涡轮与螺杆为一体结构。涡轮盘条内孔与刀架中心轴线间隙配合，换分度工具时中心轴不固定，涡轮盘条绕中心轴旋转。当涡轮开始旋转时，由于刀架与刀体的端面处于齿轮组合状态，涡轮杆轴向固定，刀架体被提起。3.2.2刀架转位当刀架本体提升到一定距离时，刀架底座上的端面齿与刀架底座脱开，分度销与涡轮螺杆连接，并与涡轮螺杆一起转动，当端面齿完全脱开时，分度套筒在弹簧力的作用下仅转动160度球头销进入分度套筒的凹槽内，带动刀架本体分度。3.2.3刀架定位当工具本体转动时，刷座转动。当刀具编号传到程序中时，粗定位销在弹簧的作用下位于粗定位盘的凹槽内，电刷接触导体反转电机。由于粗定位槽的限制，刀架不能转动而垂直落在此位置，刀架上的端齿与刀架底座的啮合可以准确定位。3.2.4夹紧刀架电机继续转动，此时汽轮机停止转动，蜗杆轴自身转动，当两端的齿加到一定的夹紧力时，电机停止转动，解码装置由发射刷组成，刷负责发出信号，点数负责判断位置。当刀架位置出现或不在适当位置时，可松开螺母，并调整变送器和电刷之间的相对位置。第4章 总体结构设计4.1刀架的尺寸要求中心高指主轴轴线至刀架底面的垂直距离，根据设计数控车床型号，选择刀架中心到刀架底部中心高为63mm。4.2刀架整体方案设计 目前刀架定位机构多采用锥销定位和端面齿轮定位。由于圆锥销定位精度高，进入孔通常依靠弹簧力或液气动力，圆锥销磨损后仍可消除间隙，从而获得高定位精度。端齿盘的位置由两个端板相同的齿啮合，补偿每个齿的误差，定位精度高，误差均匀。目前刀架定位机构多采用锥销定位和端面齿轮定位。由于圆锥销定位精度高，进入孔通常依靠弹簧力或液气动力，圆锥销磨损后仍可消除间隙，从而获得高定位精度。端齿盘的位置由两个端板相同的齿啮合，补偿每个齿的误差，定位精度高，误差均匀。端齿盘定位的特点：（1）定位精度高。由于端齿盘的齿数多，且沿圆周分布，同心多齿结构，齿盘的精度一般达到左右，最高可超过，齿盘啮合时自动啮合。因此，中心轴的旋转精度、间隙和磨损对定心精度几乎没有影响，中心轴的精度低，装置简单。（2）重复定位精度好。由于多齿啮合相当于上下齿轮板的重复磨合，磨合精度越高，重复定位精度越好。（3）定位刚性好，承载力大。两齿盘为多齿啮合。由于齿轮齿强度高，一般齿数的啮合比不小于齿面啮合长度的90e不小于60，定位刚度好，承载能力大。4.3 上刀体锁紧与精定位机构的设计LOC和上的工具将直接影响工件的加工精度的精确定位，由于刀具直接安装在身体上的工具，因此工具体受到的切削力，使上刀体的选择与下刀体是非常重要的，上刀体与下刀体的配合为梯形端面齿设计选择。采用梯形端面齿，刀架锁紧时，下端面齿相互啮合，使上刀体不能转动；换刀时，电机转动，升降机构可使上刀体和上刀体绕上、下端面齿刀夹中心轴线转动，完成分度工作。第5 章 主要传动部件的设计计算5.1 蜗杆的选型GB / T10065 - 1998推荐阿基米德蜗杆( ZA蜗杆)和圆锥蜗杆( ZK蜗杆)。本设计采用阿基米德型圆柱蜗杆( ZA型)。5.1.1蜗杆的材料刀架中的蜗杆副传递的动力很小，但蜗杆速度很高。因此，蜗杆材料为45钢，螺旋齿表面淬火，硬度为45 55 HRC，为提高表面耐磨性，选用锡磷青铜ZC USN 10p 1，采用金属压铸。 5.1.2 回旋刀架夹紧力的确定机床主电机功率为0.12 kw，计算传动效率= 0.65，加工直径320 mm，工件采用主轴转速n = 1000 6000 r / min，主切削力px : py : pz = 0.4 : 0.4 : 1佩克斯= py = 114.6牛顿当刀架在切削过程中保持正常工作时，压紧力产生的扭矩必须大于等于车削时刀架上三分力px、py、pz产生的翻转扭矩，即 其中: l -刀尖到刀架中心距离， *合并格式= 200mmh -点到刀架中心线距离，h = 10毫米L1 -齿板啮合中心线到底盘的距离，L1 = 68 mmh - -点到齿板啮合中心线距离，h =20 mmd -齿盘齿侧直径，d = 220 毫米 六斜面等高离合齿盘的倾斜度为30，用Q1=T1tg3代入上二式得 经求解 把（2）式整后用T1代入 回转刀架刀盘用2根弹簧销增加阻尼，经计算弹簧力Q3=20.96N，则作用于刀架的轴向力和圆周力分别为轴向力： 圆周力： 5.2 蜗轮蜗杆主要参数和几何尺寸根据蜗轮蜗杆的基本尺寸和主要参数，计算出蜗轮蜗杆的主要几何尺寸，绘制出蜗轮蜗杆副的工作图。( 1 )蜗杆参数和尺寸头数Z1 = 1，模数m = 1.6 mm，轴向节距pa =m = 5.027 mm，轴向齿厚sa = 0.5m = 2.514 mm，分度圆直径D1 = 20 mm，直径系数q = D1 / m = 12.5，分度圆导角=弧坦( Z1 / q ) = 404 26 。取波峰高度系数h* = 1，径向间隙系数c * = 0.2，波峰圆直径da1 = D1 2ha * m = 20毫米2x 1.6毫米= 23.2毫米齿根圆直径df1=d1-2m(ha*+c*)=20-21.6(1+0.2)mm=16.76mm。（2） 蜗轮参数与尺寸齿数Z2=46，模数m=1.6mm，分度圆直径d2=mZ2=1.648mm=76.28mm，变位系数x2=-(d1+d2)/2/m=50-(20+76.8)/2/1.56=1.2蜗轮喉圆直径da2=d2+2m(ha*+x2)=76.8+21.6(1+1)mm=85.2mm蜗轮齿根圆直径df2=d2-2m(ha*-x2+ c*)=76.8-21.6(1-1+0.2)mm=80.16mm蜗轮咽喉母圆半径rg2=-da2/2=(50-84.2/2)mm=10.5mm（3） 校核蜗轮齿根弯曲疲劳强度即检验下式是否成立： =（1.53KT2/d1d2m）YFa2Y (4.2)式中 蜗轮齿根弯曲应力，单位为MPa；YFa2蜗轮齿形系数；Y螺旋角影响系数；蜗轮的许用弯曲应力，单位为MPa。由蜗杆头数Z1=1，传动比i=48，可以算出蜗轮齿数Z2=iZ1=48。则蜗轮的当量齿数Zv2=Z2/cos3=46.56根据蜗轮变位系数x2=1和当量齿数ZV2=46.56，得齿形系数：YFa2=1.5螺旋角影响系数：Y=1-/140=2.967根据蜗轮的材料和制造方法，查附录5，可得蜗轮基本许用弯曲应力：=120MPa蜗轮的寿命系数：KFN=0.725蜗轮的许用弯曲应力：=KFN=560.725MPa=46.6MPa将以上参数代入（4.2），得蜗轮齿根弯曲应力：=1.950.967MPa53.2MPa可见,蜗轮齿根的弯曲强度满足要求。 5.3 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的扭矩，用于普通中小功率减速传动，采用45钢、正火工艺和教材机械设计表16.3，对对称循环应力状态下的许用应力和许用应力进行弯曲。分别为，。 （1）按扭转强度，初步估计轴的最小直径 （4.8）查教材机械设计相关书籍的数据库得出，取45号调质钢的许用弯曲应力，则由于轴的平均直径为45mm，因此该轴安全。（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，即蜗轮轮芯为68mm。为蜗轮轴轴径最小部分取34mm。轴段与上刀架体有螺纹联接，牙形选梯形螺纹，根据表，取公称直径为，螺距，。查表得，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55mm。尺寸长度为34mm，蜗轮齿宽 当时，取。5.4 中心轴的设计5.4.1 中心轴的材料选择,确定许用应力考虑到轴的主要位置，它只需将一部分弯矩作为空心轴，因此只需检查轴的刚度即可。采用45号钢正火，检查材料设计表16.3。对称循环应力条件下的许用弯曲应力和许用应力分别为。5.4.2 确定各轴段的直径和长度根据每个零件在轴上的位置和装拆来确定轴的形状及直径和长度，。与轴承配合，轴承类型为推力球轴承，型号为51203，所以。与轴承配合，轴承类型为推力球轴承，型号51204， ，。图4.8 中心轴受力图分配各轴段的长度，。4.4.3 轴的校核轴横截面的惯性矩车床切削力F=2KN，E=210GPa因此yy中心轴满足刚度条件。5.5 轴承的选用滚动轴承广泛应用于现代机械。其由主要元件的滚动接触支撑。与滑动轴承相比，滚动轴承具有摩擦小、功耗低、起动方便等优点。而大多数普通滚动轴承都已经标准化，所以在使用滚动轴承时，只要根据具体情况正确选择轴承的类型和尺寸即可使用。检查轴承的承载能力。以及与轴承安装、调整、润滑、密封等有关的“轴承装置设计”问题。5.5.1 轴承的类型考虑到加工工件时，轴的所有误差都将直接转化为加工误差，因此选择了对准性能较好的深沟球轴承。这种轴承可同时承受径向载荷和轴向载荷，安装时可调节轴承间隙。然后根据安装尺寸和使用寿命，选择轴承类型如下: 62035.5.2 轴承的游隙及轴上零件的调配通过端盖下面的垫片调节轴承的间隙和紧度，更加方便。5.5.3 角接触球轴承的配合滚动轴承是标准件。为了使轴承易于更换和批量生产，轴承孔是以轴上的基孔为基础的，即轴承孔尺寸、轴承外径和壳体通过基轴，即轴承外径作为基础。5.5.4 角接触球轴承的润滑考虑到电动刀架工作时转速很高，并且是不间断工作，温度也很高。故采用油润滑，转速越高，应采用粘度越低的润滑油；载荷越大，应选用粘度越高的。5.5.5角接触球轴承的密封装置轴承密封设计用于防止灰尘、水、酸性气体和其他碎屑进入轴承并防止润滑剂损失。密封装置可分为接触式和非接触式。唇形密封圈通过弯曲橡胶的弹力和附加的环形螺旋弹簧的紧固作用套在轴上，起到密封作用。唇形密封圈沿密封件所在的重要方向密封唇形物。也就是说，如果是油封，密封唇应向内；如果主要目的是防止异物浸入，密封唇应朝外。第6章 电机的选型6.1 电机的分类( 1 )根据工作电源类型:可分为直流电机和交流电机。直流电动机根据结构和工作原理可分为无刷直流电动机和有刷直流电动机。电刷直流电动机可分为永磁直流电动机和电磁直流电动机。电磁直流电机分部:串联励磁直流电机、并联励磁直流电机、其他励磁直流电机和复合励磁直流电动机。永磁直流电机分部:稀土永磁直流电机、铁氧体永磁直流电机、铝镍钴永磁直流电机。交流电动机可分为单相电动机和三相电动机。( 2 )根据结构和工作原理：可分为直流电动机、异步电动机、同步电动机。 ( 3 )感应电动机可分为三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机等。交流换向器电动机可分为单相串联电动机、交直流两用电动机和斥力电动机。( 4 )按启动方式:电容器启动单相异步电动机，电容器运行单相异步电动机，电容器启动单相异步电动机，分相单相异步电动机。6.2 电机的选型电机选用三级异径电机，额定功率120瓦，额定转速1560转/分，刀架转速1400转/分钟。由于高速不能直接驱动刀架，必须适当减速。通过减小蜗轮副的速度，可以改变蜗轮副的传动方向以获得较大的传动比，从而保证传动的稳定性和自锁性，减小整个装置的空间。结束语几个月的辛劳，我的毕业设计终于完成了。通过这几个月学习查阅和计算，我们把所学的知识有条理的梳理了一遍，把所学的知识有了更清晰的思路。花了很多的心思和时间来做，也进行修改了多遍的图纸和论文，就是觉得自己做得还是不是很好，较多的细节没有考虑周全，思维发散不够。理论的知识在现实的设计中没有得到充分的发挥，认为自己的知识面还是不够全面，对基本的规范比较差，还需要加强学习和总结。本文在参考大量文献的基础上，对数控车床刀架工作原理、动作顺序、常见问题进行了分析。并用UG软件完成了数控车床六角旋转刀架的三维建模。本文的主要研究成果如下：1 .动作分析摘要:分析了数控车床刀架的基本结构和工作原理，比较了液压刀架和电动刀架的优缺点，并进行了方案的总体设计。2 .六角回转刀架零件设计完成了数控车床刀架传动机构和定位机构的设计。摘要:通过对数控刀架常见故障的比较，对关键零件进行了计算和校核，保证了数控刀架的高精度和可靠性。3 .结构设计、三维建模完成了数控车床转台各部件的结构设计和ug三维建模，包括标准件的选择和非标准件的设计。模型中考虑了零件的加工工艺和经济适用性。然后对转台各部件进行装配，完成装配建模。4 .二维图形生成ug组件生成二维图形，包括装配图、爆炸图、外观图和复杂零件的零件图。致谢本次毕业设计感谢老师的无私关怀和精心指导。在设计过程中，老师，您对我们要求严格，力求完美。你的态度和精神为我今后的工作和学习提供了动力，指明了方向。在这篇论文完成后，我谨向你表示衷心的感谢和尊敬。谢谢你为我们所做的辛勤工作。参考文献【1】机械设计、机械设计基础课程设计，王昆等主编，北京：高等教育出版社，1996 【2】大连理工大学工程画教研室编. 机械制图. 北京：高等教育出版社 1993【3】 国内外五轴加工机床可靠性研究现状分析J. 张根保,王扬.金属加工(冷加工).2015【4】 浅析我国数控技术行业的现状及前景J. 马欢.科技创新与应用.2014【5】高速数控车床刀架热态特性分析J. 王亮,王香耿.煤矿机械.2014【6】 数控车床刀架典型故障的检测与维修J. 宋超,袁静.襄阳职业技术学院学报.2014【7】 龙门式数控铣床床身动态特性分析J. 梁双翼,陈晨,尹辉俊,罗海萍.制造业自动化.2013【8】数控机床自动换刀机构动力特性分析J. 曾祥苹.机械工程与自动化.2013【9】数控机床电主轴热敏感特性分析及试验研究J. 施虎,梅雪松,杨军,陶涛.华中科技大学学报(自然科学版).2012【10】 精密数控机床主轴系统热动态特性分析与研究J. 汪红波,王建强.新技术新工艺.2011【11】数控车床尾座的改进设计与分析J. 王芳侠,高利强.机械工程师.2010【12】基于ANSYS的滚珠丝杠进给系统静动态特性分析J. 赵万军.机械传动.2010【13】张曙. 数控机床发展的新趋势. 机电产品开发与创新，2005.5【14】盛伯浩. 数控机床的现状与发展. 制造技术与机床，2004.1【15】沈旭东. 先进制造技术对我国制造业提出新要求，J. 中国科技成果. 2006【16】桑书林. 数控机床造型设计特点分析.机床与液压，1998【17】赵中敏. 机床数控改造探讨.中国设备工程，2005【18】文怀兴、夏田. 数控机床系统设计. 北京：化学工业出版社.2005【19】文怀兴.数控车床设计.北京.化学工业出版社.2006【20】盛伯浩，唐华. 高效柔性制造技术的新进展. 制造技术与机床，2003年第2期