数控机床自动刀架系统设计模板.docx

数控机床6刀自动刀架系统设计学生姓名：*学生学号：院（系）：机械工程学院年级专业：R机械06-6指导教师：*2023年10月摘要自动换刀装置是数控机床上最普遍的一种辅助装置，它可以使数控机床在工件一次装夹中完毕多种甚至所有依J加工工序，以缩短加工的辅助时间，减少加工过程中由于多次安装工件而引起的误差，从而提高机床的加工效率和加工精度。本论文是有关数控机床6工位自动回转刀架系统的设计.完毕了重要部件的装配并绘制必要的零部件图，完毕了整个系统的设计。其中包括自动换刀装置的总体设计、原理方案的实现、重要部件的分析、传动零件的设计计算，单片机控制系统硬件电路的实现和软件程序的编制。采用三相异步电动机提供动力源，蜗轮蜗杆副传递动力，螺杆螺目副传递运动，实现上刀体升降运动，用端齿盘定位，单片机进行系统控制，实现了数控机床6工位自动换刀装置的自动换刀和精确定位规定。关键词：数控机床，回转刀架，控制系统，单片机目录目录错误!未定义书签。1.2 国内外研究现实状况错误!未定义书签。1.3 存在的问题和发展趋势错误!未定义书签。2方案设计错误!未定义书签。2.1 自动刀架口勺基本形式和应满足的规定错误!未定义书签。自动刀架的形式错误!未定义书签。2.1.2自动刀架的基本规定和功能分析错误!未定义书签。2.2 初步确定自动刀架的方案错误!未定义书签。3总体构造设计错误!未定义书签。3.1 减速传动机构方案设计错误!未定义书签。3.2 上刀体锁紧与精定位机构设计错误!未定义书签。3.3 刀架抬起机构设计错误!未定义书签。4自动回转刀架的工作原理错误!未定义书签。4.1 自动回转刀架H勺换刀流程错误!未定义书签。4.2 自动回转刀架H勺换刀过程中有关销的位置错误!未定义书签。5重要传动部件的设计计算错误!未定义书签。5.1 蜗杆副口勺设计计算错误!未定义书签。蜗杆的选型错误!未定义书签。期杆副的材料错误!未定义书签。按齿面接触疲劳强度进行设计错误!未定义书签。5.2 螺杆的设计计算错误!未定义书签。螺距确实定错误!未定义书签。其他参数确实定错误!未定义书签。自锁性能校核错误!未定义书签。6锁紧定位机构的设计错误!未定义书签。6.1端齿盘设计错误!未定义书签。6. 2端齿盘的特点错误!未定义书签。7. 3端齿盘重要参数H勺设计计算错误!未定义书签。齿数Z确实定错误!未定义书签。端齿盘外径d错误!未定义书签。端齿盘齿形角“。错误!未定义书签。齿根角（啮合斜角）5错误!未定义书签。最大齿距（周节）t和最大齿厚B错误!未定义书签。齿顶高h和啮合高度错误!未定义书签。齿宽（径向）F错误!未定义书签。齿底槽宽b和齿顶宽b1错误!未定义书签。7电气控制部分设计错误!未定义书签。7.1 单片机选型错误!未定义书签。7.2 硬件电路设计错误!未定义书签。7. 2.2发信电路错误!未定义书签。7.3 硬件电路重要电子元件的工作原理错误!未定义书签。霍尔元件的工作原理和特性错误!未定义书签。7. 3.2霍尔开关的工作原理错误!未定义书签。8. 3.3光电耦合器的工作原理错误!未定义书签。9. 3.48255芯片的工作原理错误!未定义书签。7.4 控制软件设计错误!未定义书签。7.4.1换刀工作原理的程序流程图错误!未定义书签。7.4.2程序的实现措施错误!未定义书签。结论错误!未定义书签。参考文献错误!未定义书签。1绪论11题目的背景和意义数控技术自20世纪中叶出现以来，数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。数控加工的加工柔性好，加工精度高，生产率高，能减轻操作者劳动强度、改善劳动条件，有助于生产管理的现代化以和经济效益的提高。数控机床走一种经典的机电一体化产品，合用于加工多品种小批量、构造较复杂、精度规定较高、价格昂贵不容许报废的关键零件。而刀架是数控机床的重要附件之一，它的性能直接影响着数控机床的精度和效率，因此伴随数控机床的发展必然会提高其对刀架的规定，不言而喻，研究自动刀架系统是非常故意义的。进入二十一世纪，我国经济与国际全面接轨，进入了一种蓬勃发展的新时期。机床制造业既面临着机械制造业需求水平提高而引起小J制造装备发展的良机，也遭碰到加入世界贸易组织后剧烈的国际市场竞争的压力，加速推进数控机床的发展是处理机床制造业持续发展的一种关键.因此应加紧自动刀架系统的研究以增进数控机床的发展满足适应生产加工的褥要。1.2 国内外研究现实状况自动刀架系统应用了自动控制、微电子、精密测量等方面的最新成就，是经典的机电一体化产品。它的发展和运用，变化了制造业的生产方式、产业构造、管理方式，为一般机床演变为数控机床发明了条件，使世界制造业的格局发生了巨大的变化。数控水平的高下已经成为衡量一种国家制造业水平高下的标志。伴随数控机床的发展，此前的刀架，能装的刀具太少，定位精度不高，效率低，精度差，已不能满足规定，于是便出现了许多精度更高、刀架更大、自动化程度更高的刀架。自动换刀装置是数控机床上最普遍的一种辅助装置，它可以使数控机床在工件一次装夹中完毕多种甚至所有的加工工序，以缩短加工的辅助时间，减少加工过程中由于多次安装工件而引起的误差，从而提高机床的加工效率和加工精度。目前我过的数控机床和加工中心使用小J自动换刀装置重要有转塔式自动换刀和刀库式自动换刀两种。转塔式换刀一般为次序换刀，其换刀时间短，构造简朴、紧凑，但刚性较差，能容纳刀具较少；刀库式换刀一般刀库只有选刀动作而另翁机械手进行换刀动作，其刀库容量大，但其成本高，构造相对复杂。伴随我国生产力水平的日益提高，国内企业要发展就必须更新大量的设备，诸多企业都加大了数控设备的投入，但由于财力等客观原因，大多数企业生产设备仍以一般机床为主，不少企业为了提高效率，在一般机床上加装了数显装置，提高了机床的精度，改善了设备状况，但制造商们忽视了一种很重要的部件就是刀架，要想真正提高工作效率，刀架是必须要考虑的附件之一、目前国内数控刀架以电动为主，分为立式和卧式两种。数控刀架的市场分析：国产数控车床此后将向中高档发展，中等采用普和型数控刀架配套，高档采用动力型刀架，兼有液压刀架、伺服刀架、立式刀架等品种，近年来需要量可达IOOo1500台。烟台机床附件企业是我国生产数控刀架的重要厂家之一。他们生产的ak31系列全功能型数控转塔刀架，重要规格有，中心高为63、80、100、125、160和200mm；ak21系列经济型数控转塔刀架重要规格有：刀台方尺寸为80、100、137、150、160、190、200、240、300、34Omn1。烟台机床附件企业生产的ak31系列数控转塔刀架是引进意大利技术生产的高性能机床附件，尤其合适全功能数控车床，可多刀夹持，变向转位和任意刀位就近选刀，实现了加工程序的自动化、高效化。目前，该企业数控刀架的国内市场拥有率到达了40%左右，受到一大批机床主机厂的夸奖。1.3 存在的问题和发展趋势机床工具行业的发展，依赖于行业技术水平和创新能力的提高，依赖于机床的数控化和产品迅速的升级换代，依赖于制造业从刚性自动化向柔性自动化方向转变这一社会需求，由于我国机床附件厂资金紧张，导致技术创新和技术改造的力度不大，使附件水平的发展严重滞后，成为制约民族机床工业发展的瓶颈。国产配套件在产品质量、性能、构造创新、品牌信誉、外观造型、精度稳定性等方面与发达国家相比都存在一定的差距。目前数控机床发展迅猛，向高速、高效、高精、柔性化、环境保护方面发展，与之对应的机床附件也应随之发展。数控刀架将结合微电子技术和计算机技术的发展，朝着高精度化、多功能化、智能化、系统化等方向发展。国产数控车床此后将向中高档发展，中等采用普和型数控刀架配套，高档采用动力型刀架，兼有液压刀架、伺服刀架、立式刀架等品种。数控刀架的发展趋势是：伴随数控车床的发展，数控刀架开始向迅速换刀、电液组合驱动和伺服驱动方向发展。2方案设计一般的机械零件的加工制造过程中，大量的时间用于更换刀具、装卸零件、测量和搬运零件等非切削时间上，切削加工时间仅占整个工时中较小的比例。为了缩短非切削时间，充足发挥机床的效率，一般采用“工序集中”的原则。常见的自动回转刀架就是为了实现上述功能而设计的。2.1 自动刀架的基本形式和应满足的规定自动刀架的形式图2.Ia）所示为螺母升降转位刀架，电动机经联轴器、蜗轮副带动螺母旋转，螺母举起刀架使上齿盘与卜.齿盘分离，随即带动刀架旋转到位，然后给系统发信号螺母反转锁紧。转位内装信号盘C刀架上齿盘开I冒双¾端齿盘定位下-螺母联轴器轮副(a)电动机(b)Q1,刀架4-h-Znn=(d)拔爪摆动阀芯液压缸（e）图2.1回转刀架的形式和其工作原理图图2.1b）所示为运用十字槽轮来转位和锁紧刀架（还要加定位销），销钉每转一周，刀架便转1/4转（也可设计成六工位等）。图2.1C）所示为凸台棘爪式刀架图2.Id）所示为电磁式刀架，图2.Ie）所示为液压式刀架自动刀架的基本规定和功能分析基本规定：1）满足工艺规定2）保证足够高的反复定位精度3）具有足够的刚度4）提高可靠性5）缩短换刀时间功能分析：1）抬起：为了使刀架可以转位，回转刀架必须先抬起。2）转位：为了完毕工件若干个工序的加工，在回转刀架上固定着6组刀具，为使各组刀具能依次参与工作，回转刀架需对应转位。3）定位：为保证加工精度，在加工时回转刀架应精确定位。2.2 初步确定自动刀架的方案初步决定选用2.Ia）所示形式的电动刀架。电动刀架的初步方案简图如下图2.2所示。图2.2电动刀架简图其工作原理为：当数控装置发出换刀指令后，电动机正转，通过联轴器带动蜗杆旋转，在通过蜗轮带动轴旋转，从而使刀架抬起，刀架抬起后，电动机继续转动带动刀架转位，完毕转位后，由微动开关发出信号使电机反转，压紧刀架。3总体构造设计1.1 减速传动机构方案设计一般的三相异步电动机因转速太快，不能直接驱动刀架进行换刀，必须通过减速机构进行减速。考虑到本设计减速比较大，且为立式刀架，需变化传动运动方向，规定自锁，因此综合比较之后选用蜗杆副减速。蜗杆传动单级传动能得到很大的传动比，传动平稳，无噪声，冲击载荷小，且能优化整体构造，做到外型轮廓小，构造紧凑，固选用蜗杆传动。3. 2上刀体锁紧与精定位机构设计本设计上刀体的锁紧与定位机构选用端面齿盘，将上刀体和下刀体的配合面加工成梯形端面齿。当刀架处在琐紧状态时，上下端面齿互相啮合，这时上刀体不能绕刀架的中心轴转动；换刀时电动机正转，抬起机构使上刀体抬起，等上下端面齿脱开后，上刀体才可以绕刀架中心轴转动，完毕转位动作。4. 3刀架抬起机构设计要想使上、下刀体的两个端面齿脱离，就必须设计合适的机构使上刀体抬起。从经济型方面考虑，应采用经济的螺杆-螺母副，在上刀体内部加工出内螺纹，当电动机带动螺杆绕中心轴转动时，作为螺母的上刀体要么转动，要么上下移动。当刀架处在锁紧状态时，上刀体与下刀体的端面齿互相啮合，由于这时上刀体不能与螺杆一起转动，因此螺杆的转动会使上刀体向上移动。当端面齿脱离啮合时，上刀体就与螺杆一同转动。设计螺杆时规定选择合适的螺距，以便当螺杆转动一定角度时，使得上刀体与下刀体I肉端面齿可以完全脱离啮合状态。4自动回转刀架的工作原理4.1 自动回转刀架时换刀流程自动回转刀架的换刀流程如图4.1所示。图4.1自动回转