自動回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì)說明書.doc

機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書1目錄1.自動回轉(zhuǎn)刀架總體設(shè)計(jì)11.1概述11.2控車床自動回轉(zhuǎn)刀架的發(fā)展趨勢11.3自動回轉(zhuǎn)刀架的工作原理22.主要傳動部件的設(shè)計(jì)計(jì)算42.1蝸桿副的設(shè)計(jì)計(jì)算42.2蝸桿軸的設(shè)計(jì)62.3蝸輪軸的設(shè)計(jì)122.4中心軸的設(shè)計(jì)132.5齒盤的設(shè)計(jì)142.6軸承的選用153.電氣控制部分設(shè)計(jì)163.1中央處理單元MS-89C51163.2MCS-51單片機(jī)的工作方式173.3端口擴(kuò)展單元8255的介紹193.4硬件電路設(shè)計(jì)253.5控制軟件設(shè)計(jì)264.刀架體的設(shè)計(jì)30結(jié)論31參考文獻(xiàn)33機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書21.自動回轉(zhuǎn)刀架總體設(shè)計(jì)1.1概述數(shù)控車床的刀架是機(jī)床的重要組成部分。刀架用于夾持切削用的刀具，因此其結(jié)構(gòu)直接影響機(jī)床的切削性能和切削效率。在一定程度上，刀架的結(jié)構(gòu)和性能體現(xiàn)了機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)水平。隨著數(shù)控車床的不斷發(fā)展，刀架結(jié)構(gòu)形式也在不斷翻新。其中按換刀方式的不同，數(shù)控車床的刀架系統(tǒng)主要有回轉(zhuǎn)刀架、排式刀架和帶刀庫的自動換刀裝置等多種形式。自1958年首次研制成功數(shù)控加工中心自動換刀裝置以來，自動換刀裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制方式不斷得到改進(jìn)和完善。自動換刀裝置是加工中心的重要執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它的形式多種多樣，目前常見的有：回轉(zhuǎn)刀架換刀，更換主軸頭換刀以及帶刀庫的自動換刀系統(tǒng)。初步了解了設(shè)計(jì)題目（電動刀架）及發(fā)展概況，設(shè)計(jì)背景，對刀架有了一些印象，對整理設(shè)計(jì)思路安排設(shè)計(jì)時(shí)間有很好的輔助作用。對一些參數(shù)的進(jìn)行了解同時(shí)按準(zhǔn)則要求來完成設(shè)計(jì)。1.2數(shù)控車床自動回轉(zhuǎn)刀架的發(fā)展趨勢數(shù)控刀架的發(fā)展趨勢是：隨著數(shù)控車床的發(fā)展，數(shù)控刀架開始向快速換刀、電液組合驅(qū)動和伺服驅(qū)動方向發(fā)展。目前國內(nèi)數(shù)控刀架以電動為主，分為立式和臥式兩種。主要用于簡易數(shù)控車床；臥式刀架有八、十、十二等工位，可正、反方向旋轉(zhuǎn)，就近選刀，用于全功能數(shù)控車床。另外臥式刀架還有液動刀架和伺服驅(qū)動刀架。電動刀架是數(shù)控車床重要的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，合理地選配電動刀架，并正確實(shí)施控制，能夠有效的提高勞動生產(chǎn)率，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，消除人為誤差，提高加工精度與加工精度的一致性等等。另外，加工工藝適應(yīng)性和連續(xù)穩(wěn)定的工作能力也明顯提高：尤其是在加工幾何形狀較復(fù)雜的零件時(shí)，除了控制系統(tǒng)能提供相應(yīng)的控制指令外，很重要的一點(diǎn)是數(shù)控車床需配備易于控制的電動刀架，以便一次裝夾所需的各種刀具，靈活方便地完成各種幾何形狀的加工。數(shù)控刀架的市場分析：國產(chǎn)數(shù)控車床將向中高檔發(fā)展，中檔采用普及型數(shù)控刀架配套，高檔采用動力型刀架，兼有液壓刀架、伺服刀架、立式刀架等品種。數(shù)控刀架的高、中、低檔產(chǎn)品市場數(shù)控刀架作為數(shù)控機(jī)床必需的功能部件，直接影響機(jī)床的性能和可靠性，是機(jī)床的故障高發(fā)點(diǎn)。這就要求設(shè)計(jì)的刀架具有具有轉(zhuǎn)位快，定位精度高，切向扭矩大的特點(diǎn)。它的原理采用蝸桿傳動，上下齒盤嚙合，螺桿夾緊的工作原理。機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書31.3自動回轉(zhuǎn)刀架的工作原理回轉(zhuǎn)刀架的工作原理為機(jī)械螺母升降轉(zhuǎn)位式。工作過程可分為刀架抬起、刀架轉(zhuǎn)位、刀架定位并壓緊等幾個步驟。圖1.1為螺旋升降式四方刀架，其工作過程如下：刀架抬起當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀指令后,通過接口電路使電機(jī)正轉(zhuǎn),經(jīng)傳動裝置、驅(qū)動蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)。蝸輪帶動絲桿螺母機(jī)構(gòu)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),此時(shí)由于齒盤處于嚙合狀態(tài)，在絲桿螺母機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動時(shí)，使上刀架體產(chǎn)生向上的軸向力將齒盤松開并抬起,直至兩定位齒盤脫離嚙合狀態(tài),從而帶動上刀架和齒盤產(chǎn)生“上抬”動作。刀架轉(zhuǎn)位當(dāng)圓套逆時(shí)針轉(zhuǎn)過150時(shí)，齒盤完全脫開，此時(shí)銷釘準(zhǔn)確進(jìn)入圓套中的凹槽中，帶動刀架體轉(zhuǎn)位。刀架定位當(dāng)上刀架轉(zhuǎn)到需要到位后（旋轉(zhuǎn)90、180或270），數(shù)控裝置發(fā)出的換刀指令使霍爾開關(guān)中的某一個選通,當(dāng)磁性板與被選通的霍爾開關(guān)對齊后,霍爾開關(guān)反饋信號使電機(jī)反轉(zhuǎn),插銷在彈簧力作用下進(jìn)入反靠盤地槽中進(jìn)行粗定位，上刀架體停止轉(zhuǎn)動，電機(jī)繼續(xù)反轉(zhuǎn)，使其在該位置落下，通過螺母絲桿機(jī)構(gòu)使上刀架移到齒盤重新嚙合,實(shí)現(xiàn)精確定位。刀架壓緊刀架精確定位后，電機(jī)及許反轉(zhuǎn)，夾緊刀架，當(dāng)兩齒盤增加到一定夾緊力時(shí)，電機(jī)由數(shù)控裝置停止反轉(zhuǎn)，防止電機(jī)不停反轉(zhuǎn)而過載毀壞，從而完成一次換刀過程。圖1.1螺旋升降式四方刀架機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書4圖1.2自動換刀流程abcd圖1.3刀架轉(zhuǎn)位過程中銷的位置a)換刀開始時(shí)，圓柱銷2與上蓋圓盤1可以相對滑動。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將帶動圓柱銷2及上刀體一起轉(zhuǎn)動。c)上刀體4連續(xù)轉(zhuǎn)動時(shí)，反