用數(shù)控車床四工位刀架控制系統(tǒng)的設(shè)計001

1、摘要數(shù)控刀架是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分，主要是完成零件加工過程中的換刀過 程，它能在一次裝夾中完成多工序的加工，有效地減少了刀具多次裝夾帶來的加 工誤差。隨著制造工業(yè)的不斷發(fā)展，對自動刀架的功能及性能要求也越來越高。 數(shù)控刀架系統(tǒng)木身及相關(guān)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，會對整機(jī)的成木造價產(chǎn)生直接的影響。 木課題對數(shù)控車床的四工位刀架進(jìn)行了研宄設(shè)計。分析了刀架的基木組成、對刀 架的典型結(jié)構(gòu)以及刀架的機(jī)械結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了研宄設(shè)計，由于刀架的整個機(jī)械結(jié)構(gòu) 比較精密復(fù)雜，為了方便我們對刀架進(jìn)行設(shè)計研宄，我們對試驗臺上的四工位刀 架進(jìn)行了拆裝并繪制了草圖，對其主要的傳動部件進(jìn)行選擇計算。還對刀架的電 氣控制部分進(jìn)行分析，熟悉

2、并掌握了四工位刀架的控制電路以及四工位刀架的控 制程序。我們還對四工位刀架在工作過程中出現(xiàn)的幾種常見故障進(jìn)行分析排除。關(guān)鍵字：數(shù)控刀架，機(jī)械結(jié)構(gòu)，電氣控制abstractnumbers controling the knife is the importance that counts to control tool machine to constitute part, mainly is complete spare parts to process process in of change the knife process, it can in once pack clip compl

3、etion many work prefaces process, reducing knife to have many times to pack to clip to bring availably of process an error margin. develop continuously along with the manufacture industry, request to be more and more high also to the function and function of the automatic knife. the number controls

4、the knife the system and related structure more complicated, will build direct influence of the price creation to the cost of the whole machine. this topic logarithms controled four knifes of the lather to carry on the research design. analyze the knife of basic constitute, to the typical model stru

5、cture of the knife and the knife of the machine structure etc. carry on thorough of understanding, because of the whole machine structure comparison nicety complications of the knife, the teacher led us to carry on dismantling to pack to four knifes and draw grass diagram. the electricity part that

6、returns to the knife carries on analysis, acquaint with and control four control electric circuits of the knifes and four control procedures of the knifes.key word:the number controls the knife, the machine structure, electricity part畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）錯誤!未定義書簽。緒論11聰12.m內(nèi)外刀架研究現(xiàn)狀1第一章刀架的機(jī)械組成31.1刀架的典型結(jié)構(gòu)31.2 pq

7、工位刀架的機(jī)械結(jié)構(gòu)及工作原理41.2.1數(shù)控刀架機(jī)械結(jié)構(gòu)41.2.2工作原理51.3用途及特點6第二章刀架主要部件的選用72.1刀架電機(jī)的選擇72.2渦輪-蝸桿的選擇及計算72.2.1蝸桿副的設(shè)計要求72.2.2蝸桿型號及材料的選擇82.2.3渦輪-蝸桿主要參數(shù)的計算及校核82.3螺桿的設(shè)計及計算122.3.1螺距的確定132.3.2主要參數(shù)132.3.3自鎖性能校核132.4上刀體鎖緊與精定位機(jī)構(gòu)的選用14第三章：刀架控制系統(tǒng)的電氣組成153.1四工位刀架控制電路的組成153.2四工位刀架控制程序設(shè)計17第四章故障分析及排除20至義謝21辨嫌22p祿23附一：plc指令代碼23附二：刀架三維

8、分解閣24附三：使用系數(shù)25緒論1. 刀架總述電動刀架是數(shù)控車床重要的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由于該類刀架采用全電控制，無需另 加液壓或氣動等其它動力源，故對簡化機(jī)床控制的復(fù)雜程度帶來好處。合理的選 配電動刀架，可以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時間，消除人為誤差，提高加工精度與加工精度 的一致性。另外，加工工藝適應(yīng)性和連續(xù)工作的工作能力也明顯提高;尤其是在 加工兒何形狀較復(fù)雜的零件時，除了控制系統(tǒng)能提供和應(yīng)的控制算法，對執(zhí)行機(jī) 構(gòu)發(fā)出和應(yīng)的控制指令外，很重要的一點是數(shù)控機(jī)床須配備易于控制的電動刀 架，以便一次裝夾所需各種刀具，靈活，方便地完成各種兒何形狀的加工。數(shù)控車床為了能在工作的一次裝夾中完成多工序加工，縮短輔助時間，

9、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。根據(jù)裝刀數(shù)量的不同，自 動回轉(zhuǎn)刀架分有四工位六工位和八工位等多種形式。根據(jù)安裝方式的不同，自動 lh轉(zhuǎn)刀架課分為立式和臥式兩種。根據(jù)機(jī)械定位方式的不同，自動回轉(zhuǎn)刀架乂可 分為端齒定位型和三齒盤定位型等。其中端齒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。三齒定位型乂叫免抬型，其特點是換刀 時刀架不抬起，因此換刀時速度快且密封性好，但其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。自動1h轉(zhuǎn)刀架在結(jié)構(gòu)上必須有良好的強(qiáng)度和剛性，以承受粗加工時的切削抗 力。為了保證轉(zhuǎn)位具有高的重復(fù)定位精度，自動回轉(zhuǎn)刀架還要選擇可靠的定位方 案和合理的定位結(jié)構(gòu)。自動回轉(zhuǎn)刀架

10、自動換刀時由控制系統(tǒng)和驅(qū)動電路來實現(xiàn)。2. 國內(nèi)外刀架研究現(xiàn)狀從自動換刀系統(tǒng)發(fā)展的歷史來看，1956年日木富士通研究成功數(shù)控轉(zhuǎn)塔式 沖床。美國ibm公司同期也研制成功了 apt（刀具程序控制裝置）。1958年美國 k&t公司研制出到atc的加工中心。1967年出現(xiàn)fms （柔性制造系統(tǒng)）。1978 年以后，加工中心迅速發(fā)展，帶有atc裝置，可實現(xiàn)多種工序加工的機(jī)床，步 入了機(jī)床發(fā)展的黃金時代。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。自動換刀系統(tǒng)式數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。刀其夾持元件的結(jié)構(gòu)特性及它與 機(jī)床主軸的聯(lián)結(jié)方式，將直接影響機(jī)床的

11、加工性能。刀庫結(jié)構(gòu)形式及道其交換裝 置的工作方式，則會影響機(jī)床的換刀效率。我們應(yīng)該是數(shù)控機(jī)床工作性能有所提 高，而且使其總體造價大幅度下降。低造價高性能的數(shù)控機(jī)床將會被中小廠廣泛 接收。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 動力型刀架，兼有液壓刀架、伺服刀架、立式刀架等品種，預(yù)計近年來對數(shù)控刀 架需求量將大大增加。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。第一章刀架的機(jī)械組成1.1刀架的典型結(jié)構(gòu)(1) 排刀式刀架排刀式刀架一般用于小規(guī)格數(shù)控車床，以加工棒類為主的機(jī)床較為常見，它 的結(jié)構(gòu)形式為夾持著各種不同用途

12、刀具的刀夾沿著機(jī)床x坐標(biāo)軸方向排列在橫 向滑板或一種稱為快換臺板上。這種刀架的特點之一是刀具布罝和機(jī)床調(diào)整都較 方便，可以根據(jù)具體工件的車削工藝要求，任意組合各種不同用途的刀具在一把 刀完成車削任務(wù)后，橫向滑板只要按程序沿x軸向移動預(yù)先設(shè)定的距離后，第 二把刀就到達(dá)加工位罝，這樣就完成了機(jī)床的換刀動作。這種換刀方式迅速、省 時、有利于提高機(jī)床的生產(chǎn)效率。(2) 數(shù)控車床方刀架經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床方刀架是在齊通車床四方刀架的基礎(chǔ)上發(fā)展的一種自動換 刀裝罝，其功能和普通四方刀架一樣：有四個刀位，能裝夾四把不同的刀具，方 刀架in轉(zhuǎn)90'時，刀具變換一個刀位，但方刀架的回轉(zhuǎn)和刀位號的選擇是由加工

13、程序指令控制的。換刀時方刀架的動作順序是：刀架抬起、刀架轉(zhuǎn)位、刀架定位 和刀架夾緊。完成上述動作要求，有相應(yīng)的機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)。(3) 轉(zhuǎn)塔in轉(zhuǎn)刀架轉(zhuǎn)塔in轉(zhuǎn)刀架適用與盤類零件加工。在加工軸類零件時，可以換用四方回轉(zhuǎn) 刀架。由于兩者底部安裝尺寸相同，更換刀架十分方便?；剞D(zhuǎn)刀架動作根據(jù)數(shù)控 指令進(jìn)行，由液壓系統(tǒng)通過電磁換向閥進(jìn)行控制，其動作過程分為如下四個步驟: (1)、刀架抬起，(2)、刀架轉(zhuǎn)位、(3)、刀架壓緊，(4)、轉(zhuǎn)位液壓缸復(fù)位。如 果定位、壓緊動作正常，刀架會發(fā)出信號表示己完成換刀過程，可進(jìn)行切削加工。(4) 盤形自動回轉(zhuǎn)刀架盤形自動回轉(zhuǎn)刀架根據(jù)刀位乂可分為a型、b型和c型，其中a型和b

14、型 刀架可配置12把刀具，c型可配罝8把刀具。a、b型回轉(zhuǎn)刀盤的外切刀可使用 25mm* 150mm標(biāo)準(zhǔn)刀具和刀打截面為25mrn*25mm的可調(diào)工具，c型可用尺寸 為20mm*20mm*125mm的標(biāo)準(zhǔn)刀具。鏡刀桿直徑最大為32mm。該種刀架更換 和對刀十分方便。刀位選擇由刷形選擇器進(jìn)行，松開、夾緊位罝檢測由微動開關(guān) 控制。整個刀架控制是一個純電氣系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單。（5）車削中心的動力刀架車削中心的動力刀架的刀盤上可以安裝各種非動力輔助刀夾（車刀夾、鏜刀 夾、彈簧刀夾、莫氏刀柄），夾持刀具進(jìn)行加工，還可安裝動力刀夾進(jìn)行主動切 削，配合主機(jī)完成車、銑、鉆、鏜等各種復(fù)雜工序，實現(xiàn)加工程序自動化、高

15、效 化。該刀架采用端齒盤作為分度定位元件，刀架轉(zhuǎn)位由三相異步電機(jī)驅(qū)動，電動 機(jī)內(nèi)部帶有制動機(jī)構(gòu)，刀位由二進(jìn)制絕對編碼起器識別，并可雙向轉(zhuǎn)位和任意刀 位就近選刀。動力刀具由交流伺服電機(jī)驅(qū)動，通過同步齒形帶、傳動軸、傳動齒 輪、端面齒離合器將動力傳遞到動力刀夾，再通過刀夾內(nèi)部的齒輪傳動，刀具回 轉(zhuǎn)，實現(xiàn)主動切削。1.2四工位刀架的機(jī)械結(jié)構(gòu)及工作原理1.2.1數(shù)控刀架機(jī)械結(jié)構(gòu)圖1-1刀架實體圖圖1-2數(shù)控刀架結(jié)構(gòu)圖圖1-3數(shù)控車床刀架結(jié)構(gòu)圖1 一電動機(jī)2聯(lián)軸器3蝸桿軸4一蝸輪絲杠5刀架底座6粗定位盤 7刀架體8球頭銷9 一轉(zhuǎn)位套10 電涮座11 一發(fā)迅體12螺母 13, 14電涮15粗定位銷1.2.

16、2工作原理該刀架可以安裝四把不同的刀具，轉(zhuǎn)位信號由加工程序指定。蘇結(jié)構(gòu)圖可見 附圖所示。下面介紹以下該刀架的結(jié)構(gòu)及動作過程：當(dāng)換刀指令發(fā)出后，小型電 動機(jī)1起動正轉(zhuǎn),通過平鍵套筒聯(lián)軸器2使蝸桿軸3轉(zhuǎn)動，從而帶動蝸輪4轉(zhuǎn)動。蝸輪的上部外圓柱加工有外螺紋，所以該零件稱蝸輪絲杠。刀架體7內(nèi)孔與刀架 中心軸外圓是滑配合，在轉(zhuǎn)位換刀時，中心軸固定不動，蝸輪絲杠環(huán)繞中心軸旋 轉(zhuǎn)。當(dāng)蝸輪開始轉(zhuǎn)動時，由于在刀架底座5和刀架體7上的端面齒處在嚙合狀態(tài)， 且蝸輪絲杠軸向?qū)?，這時刀架體7抬起。當(dāng)?shù)都荏w抬到一定距離后，端面齒脫 開。轉(zhuǎn)位套9用銷釘與蝸輪絲杠4連接，隨蝸輪絲杠一同轉(zhuǎn)動，當(dāng)端面齒完全脫 開，轉(zhuǎn)位套正好轉(zhuǎn)

17、過16（t （如閣aa剖示所示），球頭銷8在彈簧力的作用下 進(jìn)入轉(zhuǎn)位套9的槽中，帶動刀架體轉(zhuǎn)位。刀架體7轉(zhuǎn)動時帶動電刷座10轉(zhuǎn)動， 當(dāng)轉(zhuǎn)到程序指定的刀號時，定位銷15在彈簧的作用下進(jìn)入粗定位盤6的槽中進(jìn) 行粗定位，同時電刷13、14接觸導(dǎo)通，使電機(jī)1反轉(zhuǎn)，由于粗定位槽的限制， 刀架體7不能轉(zhuǎn)動，使其在該位置垂直落下，刀架體7和刀架底座5上是端面齒 嚙合，實現(xiàn)精確定位。電動機(jī)繼續(xù)反轉(zhuǎn)，此時蝸輪停止轉(zhuǎn)動，蝸桿軸3繼續(xù)轉(zhuǎn)動, 隨夾緊力增加，轉(zhuǎn)距不斷增大時，達(dá)到一定值時，在傳感器的控制下，電機(jī)1 停止轉(zhuǎn)動。譯碼裝置由發(fā)信體11、電刷13、14組成，電刷13負(fù)責(zé)發(fā)信，電刷 14負(fù)責(zé)位置判斷。當(dāng)?shù)都芏ㄎ怀?/p>

18、現(xiàn)過位或不到位時，可松幵螺母12調(diào)好發(fā)信體 11與電刷14的相對位置。1.3用途及特點這種四工位刀架可以裝卡各種車削刀具，內(nèi)孔鏜刀等，在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床及 普通車床的數(shù)控化改造中得到廣泛的應(yīng)用。刀架通過三聯(lián)齒定位精度高，剛性好，內(nèi)抬起，結(jié)構(gòu)可靠。利用編碼器發(fā)訊, 靈敏可靠，使用壽命長。根據(jù)不同需?？煞譃閮?nèi)冷卻和外冷卻。第二章刀架主要部件的選用2.1刀架電機(jī)的選擇刀架驅(qū)動電動機(jī)的選擇應(yīng)同時滿足刀架運(yùn)轉(zhuǎn)的負(fù)載扭矩和起動時的加速扭 矩的要求。根據(jù)刀架上刀體的重量估算出中心軸所需的扭矩及各個部件旋轉(zhuǎn)時的 運(yùn)動慣量，根據(jù)所得的這些數(shù)據(jù)對電動機(jī)的型號進(jìn)行大致的評估。我們應(yīng)該選用 的是交流三和異步電動機(jī)，額定

19、功率為90w,轉(zhuǎn)速1440r/min。2.2渦輪-蝸桿的選擇及計算圖2-1渦輪蝸桿2.2.1蝸桿副的設(shè)計耍求自動回轉(zhuǎn)刀架的動力源始三相異步電動機(jī)，其屮蝸桿與電機(jī)直連，刀架轉(zhuǎn) 位時渦輪與上刀體直連。已知電動機(jī)額定功率pl=90w,額定轉(zhuǎn)速 nl = 1440r/min ,上刀體設(shè)計轉(zhuǎn)速n2=30r/min ,則蝸桿副的傳動比 i=nl/n2= 1440/30=48。刀架從轉(zhuǎn)位刀鎖緊時，需要蝸桿反向，工作載荷步均勻， 啟動時沖擊較大，現(xiàn)在要求蝸桿副的使用壽命lh=10000h。因此對蝸桿的型號 材料的選擇以及齒面接觸疲勞強(qiáng)度的計算相當(dāng)重要。2.2.2蝸桿型號及材料的選擇gb/t10085-1988

20、推薦采用漸開線蝸桿（z1蝸桿）和錐面包絡(luò)蝸桿（zk 蝸桿）。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（z1型）。刀架中的蝸桿副傳遞的功率并不大，但蝸桿轉(zhuǎn)速較高，因此蝸桿的材料選 擇45鋼，其螺旋齒面要求淬火，硬度為4555hrc,以提高表面耐磨性，渦 輪的轉(zhuǎn)速較低，其材料主要考慮耐磨性，選用鑄錫磷青銅zcusnlopl，采用金 屬模鑄造。2.2.3渦輪-蝸桿主要參數(shù)的計算及校核刀架中的渦輪副采用閉式傳動，多因齒面膠合或點蝕而失效。因此，在計算 中先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計，再按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核。按渦輪接觸疲勞強(qiáng)度條件設(shè)計算的公式：式屮，a蝸桿副的傳動屮心距，單位為mmk一一載荷

21、系數(shù)t2作用在渦輪上的轉(zhuǎn)矩，單位n.mm z£彈性影響系數(shù)，單位為 zp一一接觸系數(shù)sh許用接觸應(yīng)力，單位為mpa從公式（1）屮算出蝸桿副的屮心距離a之后，并根據(jù)己知的傳動比i=48, 從附澩三屮選擇合適的屮心距a的值，以及相應(yīng)的蝸桿，渦輪的參數(shù)。（1）確定渦輪上的轉(zhuǎn)矩r2:設(shè)蝸桿的頭數(shù)=1,蝸桿副的傳動效率7=0.8,由電動機(jī)額定功率7=90w， 可以算得p2 = f * 7 = 90 * 0.8 = 72w。再由蝸桿轉(zhuǎn)速n2 = 30得出t2 = 9.55 *72/30 = 22.927v m（2）確定載說系數(shù)k = kakpkv其中么為使用系數(shù)（見附錄三），由于工作載荷步均勻，

22、 啟動時沖擊較大，因此去=1.15;為齒向載荷分布系數(shù)，因工作載荷在啟動和停止時有變化，故取尺0 = 1.15; /cv為動載荷系數(shù)，由于轉(zhuǎn)速步高，沖 擊不大，可取a； = 1.05;則載荷系數(shù) k=l.15*1.15*1.05-1.39（3）確定彈性影響系數(shù)z£及接觸系數(shù)zp鑄錫磷青銅渦輪于鋼蝸桿相配時，從有關(guān)手冊查得彈性影響系數(shù) z£ = 160m/vz%?？上燃僭O(shè)蝸桿分度圓直徑4和傳動中心距a的比值% =0.35。查圖2-2 得zp=2.9（4）確定許用接觸應(yīng)力為a根據(jù)渦輪材料即鑄錫磷青銅zcusnlopl,金屬模鑄造，齒面硬度人于 45hrc蝸輪材料鑄造方法蝸桿蜾旋

23、面的硬度彡 45hrc>45hrc鑄錫磷青銅zcusniopi砂妍鑄造150180金展摸制造220268鑄錫鋅鉛靑銅zcusnpb5zn5砂扔鑄造113135金屬摸制適128140表2-3鑄錫磷青銅的基本許用接觸應(yīng)力么查表2-3取基本許用應(yīng)力為；4=268mpa。由于蝸桿為單頭，渦輪每轉(zhuǎn)每 個齒輪嚙合1次j=l，蝸桿轉(zhuǎn)速n=n2=30in;蝸桿副的使用 壽命為jhoooh，則應(yīng)力循環(huán)次數(shù)w = 60 jn2lh -1.8 * 107尺-士 =0.929許用接觸應(yīng)力6h = khn j" = 0.929*26smpa - 29mpa(5) 計筧屮心距將以上參數(shù)帯入式(1)，求得屮

24、心距:1.39*22920*/160 * 2.92 w48麵查表1取得a=50mm，蝸桿久數(shù)為z=l，假設(shè)模數(shù)m= 1.6mm，得蝸桿249分度關(guān)的直徑 =20mm。這時 =0.4,由圖可以知道接觸系數(shù)z p =2.74因為z p zp所以上述計算可以采用。(6) 渦輪蝸桿的主要參數(shù)和幾何尺寸的計算 1)蝸桿參數(shù)與尺寸頭數(shù)z, = 1.6mm ,軸向齒距pa= n m=5.027軸向也厚=0.5 n m=2.5414mm,分度圓直徑 =20mm，直筏系數(shù)9= d /m=12.5,分度圓導(dǎo) 程角y=arctan (zj /q)= 4 3426”。取齒頂系數(shù) = 1，徑向間隙系數(shù)c=0.2, 也頂

25、圓直徑 4+ 2ha *m =20mm+2*l*1.6=23.2mm，也根圓直徑df = d'+ 2m(ha +c) = 2m(ha +c) = 20-2* 1.6 *(1 + 0.2) mm=16.16mm 2)渦輪的參數(shù)與尺寸齒數(shù)z2=48，模數(shù) 1.6mm,分度圓直徑6/z2 =1.6*48=76.8,變 為系數(shù) x2=-j2)/2/aw = 1 ,禍輪喉圓直徑力 t/2 =(/2 -2m、h(l +x2) = 83.2mm ,禍輪齒根圓直徑力= d2x2 +c) = 76.16mm禍輪咽喉母圓半徑=a-da2 / z = samm（7）校核渦輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度即檢驗下式是否成立

26、:私 （2）式中fa2d'd，m渦輪齒根彎曲應(yīng)力，單位為mpa;渦輪齒形系數(shù)；螺旋角影響系數(shù)；渦輪的許用彎曲應(yīng)力，單位為mpa由蝸桿的頭數(shù)傳動比為i=48,可以算出渦輪齒數(shù)z2 = zz, =48.則齒輪的當(dāng)量齒數(shù)zv48.46齒形系數(shù)cosy根據(jù)渦輪變位系數(shù);c2 = 1和當(dāng)量齒數(shù)zv =48.46,zv2 = 1-95螺旋角影響系數(shù): 根據(jù)渦輪的材料和制造方法，表3-4可得渦輪基本許用彎曲應(yīng)1400.967力;af=56mpa渦輪的壽命系數(shù):kfn =10n=1.725渦輪的許用彎曲應(yīng)力:= (tf kfn = 40.6mpa將以上參數(shù)帶入式（2）中，得渦輪齒根彎曲應(yīng)力:ctf -

27、37.4mpa可見所以齒根的彎曲強(qiáng)度滿足要求,蝸輪村料鑄造力法單側(cè)工作5of'雙側(cè)工作5锝錫育銅砂模鋝造4029zcusnlopl金w模鑄造5640鋝錫鋅鉛靑錒砂模鑄造2622zcusn5pb5zn5金w模鑄造3226鑄鋁鐵靑銅砂模鑄造8057zcuallofe3金w模鑄造9064灰鈴ht15o砂模鋝造4028鐵ht2oo砂模鋝造4834表2-4渦輪的基本許用彎曲應(yīng)力2.3螺桿的設(shè)計及計算在上述過程中欲使上下刀體的兩個端面齒脫離，就必須設(shè)計分離機(jī)構(gòu)。再此 選擇螺桿-螺母副，并在上刀體內(nèi)部加工出內(nèi)螺紋，當(dāng)電動機(jī)通過蝸桿-渦輪帶動 螺桿繞中心軸轉(zhuǎn)動吋，將上刀體看做螺母，要么轉(zhuǎn)動，要么上下移

28、動兩種情況。 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嚙合，因為這時上刀體不 能與螺桿一起轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動會使上刀體向上移動。當(dāng)端面齒脫離嚙合吋，上刀體就 和螺桿一同轉(zhuǎn)動，在設(shè)計螺桿使要注意螺距的選擇，而螺距的選擇是否合理非常 重要，選擇適當(dāng)以便螺桿轉(zhuǎn)動一定角度時能是上下刀體的端面齒能夠完全脫離嚙 合狀態(tài)。圖2-5屮心軸螺桿2.3.1螺距的確定刀架轉(zhuǎn)位時，要求螺桿的轉(zhuǎn)動約130的情況下，上刀體的斷面齒于不刀體的 端而齒完全脫離，在鎖緊時要求上下端而嚙合深達(dá)2mm,因此螺距p應(yīng)滿足 pxl 130/3602mm 即 p>5.54mm,即螺距 p 取 6mm2.3.2主要參數(shù)采用單頭梯形螺

29、桿，頭數(shù)牙側(cè)角夕= 15°，外螺紋大徑牙頂 間隙a. =0.5mm，基本牙型高度=0.5p=0.3mm,外螺紋牙高h(yuǎn)3 = h+ac =3.5mm, 外螺紋中徑：4=47mm，外螺紋小徑=43mm螺紋部分長度h=50mm。2.3.3自鎖性能校核螺桿一螺母材料均用45鋼，查表2-6取二者的摩擦因數(shù)f=0. 11;再求得梯 形螺旋副的當(dāng)量摩擦角：0 v=arctan/osj=6. 5o 螺紋升角2.33°小于當(dāng)量摩擦角，因itl滿足自鎖條件。螺桿一螺母的材 料滑行速度(memin1)許用應(yīng)力mp摩擦因數(shù)f銅一青銅低速18-250.08-0.10<3.011-186-127

30、-10>151-2淬火銅一青銅6-1210-130.06-0。.08銅一鑄鐵<2.413-180.12-0.156-124-7銅一銅低速7.5-130.11-0.17表2-6滑動螺旋副材料的許用應(yīng)力戶級摩擦因素f2.4上刀體鎖緊與精定位機(jī)構(gòu)的選用上刀體鎖緊與精定位將直接影響工件的加工精度，因為刀具直接安裝在上刀 體上，所以刀體耍承受全部的切削力，因此對它的選擇很重要。在設(shè)計中選擇斷 面將上刀體與下導(dǎo)體的配合加工成三角形端面齒，刀架處于鎖緊時，上下端面齒 相互嚙合，這時上刀體不能繞刀架中心軸轉(zhuǎn)動。換刀時抬起機(jī)構(gòu)使上刀體抬起, 使上下刀體能繞刀架中心軸轉(zhuǎn)動，完成定位。此結(jié)構(gòu)緊密工作平穩(wěn)

31、。第三章：刀架控制系統(tǒng)的電氣組成3.1四工位刀架控制電路的組成四工位電動刀架的電氣控制分強(qiáng)電和弱電兩部分，強(qiáng)電部分由三相電源驅(qū)動 三和交流異步電動機(jī)正、反向旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)電動刀架的松開、轉(zhuǎn)位、鎖緊等動 作：弱電部分主要由位罝傳感器一一發(fā)訊盤采用霍兒傳感器發(fā)訊。圖3-1刀架挽刀電路示意圖+5vka1正轉(zhuǎn)（380v）ka2反轉(zhuǎn)滅弧阻容參數(shù)： r=100£i/3wc 二o.lpf/looov圖3-3刀架電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制+12v圖3-3為刀架電動機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路,1/0接口芯片8255的pa6與pa7 分別控制刀架電動機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)。其中ka1為正轉(zhuǎn)繼電器的線圈，ka2為反 轉(zhuǎn)繼電器的線圈。正

32、轉(zhuǎn)繼電器的線圈ka1與反轉(zhuǎn)繼電器的一組常閉出點串聯(lián)，反轉(zhuǎn)繼電器的線圈ka2又與正轉(zhuǎn)繼電器的一組常閉出點串聯(lián)，這樣就構(gòu)成了正 轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)的互鎖電路，以防操作系統(tǒng)時空吋異致短路現(xiàn)象。當(dāng)ka1貨ka2的觸 點接通38ov電壓時，會產(chǎn)生較強(qiáng)的火花，并通過電網(wǎng)影響控制系統(tǒng)的止常工作, 為此，在閣3-2中布置了 3對r-c阻容用來滅弧，以抑制火花的產(chǎn)生。3.2四工位刀架控制程序設(shè)計臺旋轉(zhuǎn)方向2#ns/磁鐵電動刀架發(fā)信盤4只霍爾開關(guān) (ugn3120u)第1腳：+12v電源第2腳：+12v地線第3腳：4個刀位信號輸出(t1-t4)圖3-4發(fā)訊盤上的霍爾元件上圖中發(fā)信盤上的4只霍爾元件開關(guān)都有三個引腳，第一腳接

33、+12v電源， 第二腳接+12v地，第三腳為輸岀。轉(zhuǎn)位是刀臺帶動磁鐵旋轉(zhuǎn)，當(dāng)磁鐵對準(zhǔn)某一 個霍爾元件開關(guān)吋，其輸出端第三腳輸出低電平，當(dāng)磁鐵離開吋，第三腳輸出高 電平。4只霍爾元件開關(guān)輸出的4個刀位信號t1t4分別送到4只光耦合進(jìn)行處 理，經(jīng)過光電隔離的信號再送給i/o接u芯片8255的pc4pc7。閣3-5刀架換刀流程閹刀架上每個霍爾元件都正對一個刀位，當(dāng)?shù)毒咿D(zhuǎn)到工作位置時，利用磁體和 霍爾元件導(dǎo)通，將刀架位置發(fā)送到plc的數(shù)字輸入。刀架電機(jī)的轉(zhuǎn)動由plc數(shù) 字輸出控制。通過plc的數(shù)字輸出，控制直流繼電器，繼電器再驅(qū)動交流接觸 器連通三相交流電源，使刀架電動機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。當(dāng)plc應(yīng)用程序由

34、數(shù)控系統(tǒng) 的信號接口或從機(jī)床控制面板得到換刀指令后，控制刀架電機(jī)正轉(zhuǎn)，同時通過 plc的數(shù)字輸入監(jiān)控刀架的實際位置。如果刀架的實際位置與指令道具的位置相 同，plc應(yīng)用程序控制刀架電機(jī)反轉(zhuǎn)鎖緊，并啟動延時控制。延時時間到達(dá)后， 刀架反轉(zhuǎn)停止，換刀程序結(jié)束。圖3-6刀架換刀梯形圖第四章故障分析及排除四工位刀架是數(shù)控車床重耍部件之一，它的故障率是數(shù)控車床各部件中最高 的。掌握數(shù)控車床四工位刀架常見故障診斷及其維修方法，是一個機(jī)床使用人員 最基本的能力。數(shù)控車床的四工位刀架包含了機(jī)械傳動、電機(jī)拖動、plc控制等 多個方面的技術(shù)，它的故障形式也是多種多樣的，且相互聯(lián)系。序號故障故障分析排除方法1刀架不

35、能啟 動1. 檢查與刀架電機(jī)相連接 的相序線是否接反2. 檢査刀架電機(jī)三相(ui,vi,wi)是否缺相3. 檢查nc控制單元線是 否接好1. 將三相重新正確連接2. 將相線正確連接，若 電機(jī)故障更換電機(jī)3. 正確連接2刀架能夠轉(zhuǎn) 動，但不能在 指定工位選 刀1. 刀架編碼器上光敏元件 失靈2. 工位信號線虛連、短路 或?qū)Φ囟搪?. 更換元件或更換編碼 器2. 檢查該工位信號線3機(jī)床系統(tǒng)報 警：換刀時間 過長1. 滑柱上方雙螺母松動，使壓盤沒有壓合微動開 關(guān)2. 刀架發(fā)信盤上微動開關(guān) 損壞1. 加涂防松膠緊固螺 母，并使壓盤在水平 位置。保證微動殲關(guān) 正確壓合2. 更換微動開關(guān)4刀架在鎖定 工位

36、刀臺擺 動角度過大編碼器發(fā)射與接收元件偏 離過大刀架鎖緊狀態(tài)下，逆時針 方向調(diào)整編碼器，是系統(tǒng) 刀架診斷參數(shù)任意刀碼 剛從0跳變?yōu)?刀架擺角 最小，然后緊固螺釘5刀架卡銷1. 刀架裝卡刀具超忪、超 重，使刀架轉(zhuǎn)位是產(chǎn)生 轉(zhuǎn)動慣量過大，定位銷 被卡住2. 初定位銷滑動潤滑不良3. 初定位銷上的彈簧失靈1. 手動旋轉(zhuǎn)刀架到鎖緊 位置，重新啟動刀架。 禁止使用超長、超重 刀具2. 拆開刀架初定位銷處 潤滑脂潤滑3. 更換彈簧致謝本次畢業(yè)設(shè)計之所以能夠按時按耍求順利完成，其中有許多老師和同學(xué)給予 了莫大的支持和鼓勵。首先就是宋老師，是她為我們畢業(yè)設(shè)計提供了大量的技術(shù)幫助，為我們安 排設(shè)計進(jìn)程，提供設(shè)計

37、資料，并在課余時間為我們分析和講解設(shè)計要點，使我們 更有信心和動力。其次要感謝我的同學(xué)，他們很熱心和無私，他們在我需要幫助之時伸出了援 助之手，有了他們的關(guān)心和支持，畢業(yè)設(shè)計雖苦但感覺很快樂。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文順利完成， 有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給予了我無言的幫助，在這里請接收我誠摯的謝在整個畢業(yè)設(shè)計中體現(xiàn)出來的問題也不少，學(xué)習(xí)了兩年了，但是還有很多東 西是我們沒有接觸到的，才發(fā)現(xiàn)原來我們學(xué)到的知識只是一些皮毛而已，我們的 求學(xué)之路還很長。在以后的工作中我們還會接觸到更多的專業(yè)知識，努力使自己 成為一個對社會有所貢獻(xiàn)的人。參考文獻(xiàn)1 .制造技術(shù)與機(jī)床

38、2000年第6期2 .熊光華數(shù)控機(jī)床機(jī)械工業(yè)出版社20013 .陳富安數(shù)控原理與系統(tǒng)人民郵電出版社20064 .李佳數(shù)控機(jī)床及應(yīng)用北京清華大學(xué)出版社20015 .機(jī)電技術(shù)2009年第4期6 .劉樹青數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修人民郵電出版社20097 .成大先機(jī)械設(shè)計手冊（第五卷）高等教育出版社,20048 .錢平伺服系統(tǒng)機(jī)械工業(yè)出版社20059 .王愛玲現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床國防工業(yè)出版社200310 .張建民機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計高等教育出版社2001附錄附一：plc指令代碼序號地址地址相應(yīng)地作用1x4. 0x4. 5刀架轉(zhuǎn)動刀位對應(yīng)的輸入信號2x8. 4急停輸入信號3x5. 4循環(huán)啟動輸入信號4f7. 0輔助功能m的選通信號5f7. 2主軸轉(zhuǎn)速s的選通信號6f7. 3刀具功能t的選通信號7r指令內(nèi)部繼電器8y0. 4刀