数控车床自动回转刀架设计

《专业综合训练课程设计》说明书课题名称：数控车床自动回转刀架机械装置设计学生姓名：某某学号：专业名称：机械设计制造及其自动化班级：10机电指导教师：2013 年月日目录1 引言--------------------------------------------------------------------------------------11.1概述-------------------------------------------------------11.2数控车床自动回转刀架的发展趋势-------------------------------------------11.3各种刀架的简介--------------------------------------------------------------------------------------11.3.1简易经济型数控刀架---------------------------------------------------------------------------11.3.2 高精度型数控刀架---------------------------------------12 数控车床自动回转刀架设计------------------------------12.1 数控立式四工位抬起式自动刀架传动方案的分析和拟定--------12.2 刀架的设计参数 --------------------------------------- 32.3动力参数的确定------------------------------------------32.3.1 选择电机类型 -------------------------------------32.3.2 电机容量的设计计算--------------------------------33 传动机构的设计计算--------------------------------------43.1蜗杆传动的设计计算 ------------------------------------43.1.1 选择蜗杆传动类型 ----------------------------------53.1.2 选择材料-------------------------------------------53.1.3 按齿面接触疲劳强度设计-----------------------------53.1.4 蜗轮蜗杆的主要参数及尺寸---------------------------63.1.5 校核齿根弯曲疲劳强度-------------------------------73.1.6 精度等级和表面粗糙度的确定-------------------------83.1.7 蜗轮蜗杆的结构-------------------------------------83.1.8 蜗杆传动的热平衡计算-------------------------------83.2 丝杆螺母传动的设计计算：---------------------------------93.2.1 丝杆材料的选择-------------------------------------93.2.2 螺母材料的选择-------------------------------------93.3 定位机构的设计--------------------------------------113.3.1 插销的设计计算------------------------------------113.3.2 预定位机构与反靠机构------------------------------123.3.3 精定位机构多齿盘的设计----------------------------133.3.4．蜗杆轴的校核-------------------------------------174章总结----------------------------------------------------185参考文献--------------------------------------------------19设计内容计算及说明结论1引言1.1 概述数控车床的刀架是机床的重要组成部分。

刀架用于夹持切削用的刀具，因此其结构直接影响机床的切削性能和切削效率。

在一定程度上，刀架的结构和性能体现了机床的设计和制造技术水平。

随着数控车床的不断发展，刀架结构形式也在不断翻新。

其中按换刀方式的不同，数控车床的刀架系统主要有回转刀架、排式刀架和带刀库的自动换刀装置等多种形式。

传统的车床例如CA6140的刀架上只能装一把刀，换刀的速度慢，换刀后还须重新对刀，并且精度不高，生产效率效率低，不能适应现代化生产的需要，因此有必要对机床的换刀装置进行改进。

自1958年首次研制成功数控加工中心自动换刀装置以来，自动换刀装置的机械结构和控制方式不断得到改进和完善。

自动换刀装置是加工中心的重要执行机构，它的形式多种多样，目前常见的有：回转刀架换刀，更换主轴头换刀以及带刀库的自动换刀系统。

1.2 数控车床自动回转刀架的发展趋势数控刀架的发展趋势是：随着数控车床的发展，数控刀架开始向快速换刀、电液组合驱动和伺服驱动方向发展。

1.3 各种刀架简介1.3.1 简易经济型数控刀架目前主要为立式四工位,通常采用双插销机构实现转位和预定位,电机采用右置式或转塔式。

一般只能单向转位,采用齿轮,蜗杆传动,螺旋副加紧,多齿盘精定位。

此种刀架价格便宜,适用于要求不高的数控机床,在我国应用最为广泛。

但是,该刀架工位少,回转空间大,易发生干涉,所以正向工序长,回转空间小的卧式刀架过渡。

1.3.2 高精度型数控刀架目前一般多为卧式八工位到十二工位。

分为抬起式和不抬起式。

抬起式其缺点是转阻塞度不能过高,只能单向回转；不抬起式采用行星齿轮机构或三联分齿盘精定位,转位采用平行分度凸轮(又叫共辄凸轮)或槽轮机构此种刀架目前正逐渐推广。

2数控车床自动回转刀架设计2.1 数控立式四工位抬起式自动刀架传动方案的分析和拟定（1）传动方案的拟定采用蜗轮蜗杆传动和螺旋副加紧、双插销预定位、端面多齿盘精定位、霍尔元件发讯。

（2）传动方案简图图2-1 传动方案简图（3）传动方案分析a. 传动机构①采用蜗轮蜗杆传动的主要优点：降速比大,结构紧凑,工作平稳无噪声。

能阻滞扭转振动。

当蜗杆螺旋升角小于摩擦角时,有反向自锁作用。

其主要缺点是 : 发热大,加工复杂,需要有与蜗杆参数相同的涡轮滚刀,对装配误差较为敏感。

②螺旋副加紧采用丝杠螺母机构传动,其特点是：用较小的扭矩转动丝杠(或螺母),可使螺母(或丝杠)获得较大的轴向牵引力。

可达到很大的降速传动比,使降速机构大为简化,传动链得以缩短。

能达到较高的传动精度。

传动平稳,无噪声。

在一定条件下能自锁,即丝杠螺母不能进钉逆向传动。

此特点特别适用于作部件升降传动。

由于蜗杆传动和丝杠螺母传动均能自锁,即夹紧机构双重自锁，不必再配置制动器。

b. 定位机构①双差销预定位双差销定位,一般称为反靠定位。

具有较高的定位精度和可靠性,并能在有冲击和振动的情况下稳定工作。

磨损少,定位附加冲击小。

定位精度保持性强。

②端面齿盘精定位优点 :由于采用了多齿结构,所以定位精度高,一般可达"3±，最高可达"4±；能自动定心,定位精度不受轴承间隙和正反转的影响(也称自由定心)；齿面磨损对定位精度影响不大,随着不断使用磨合,定位精度有可能改善,精度保持性好；承载能力强,定位刚性好。

其齿面啮合长度一般不小于60%,齿数啮合率一般不低于90%；适应性强,齿数的所有因数都可作为分度工位数,容易得到不等的分度；重复定位精度稳定。

缺点 :齿形加工较为复杂,转位、定位时动齿盘需要升降,并要有夹紧装置,成本高。

c. 数控转塔式四工位自动回转刀架传动方案的确定 :采用蜗轮-蜗杆传动 : 螺旋副加紧； 电磁离合器制动 : 双插销机构预定位 ； 端面齿盘精定位 : 霍尔元件发讯。

2.2 刀架的设计参数 :（1） 定位精度：0.05mm;（2）重复定位精度: 土 0.002mm; （3） 适用机床：C6140;（4） 多齿盘直径：φ175(72 齿左右 ); （5） 刀架工位数：四工位;（6） 定位控制元件：霍尔元件 ;（7） 电机的选用：电机的转速与设计刀架的回转速度有关 .先预定为1500\min （8）刀座尺寸： 200*192 刀盘尺寸：200*1102.3动力参数的确定2.3.1 选择电机类型 :根据工作要求和条件 : 功率小,起动转矩低,运转平稳等,无需调速、长期反复工作，故选用 N 系列异步电动机。

取转速为1400r/min 。

2.3.2 电机容量的设计计算 :由要求 :自锁力Q=1000 kgf —500 kgf,此处取 Q=1000kgf 。

螺旋副传动的牙型为梯形螺纹,可通过较小的扭矩获得较大的轴向力,并要求自锁。

梯形螺纹的牙型角α=30o,则牙型半角 P=15o,且有f=0.08～0.10。

由于本刀架锁紧系统中的摩擦是由封闭系统弹性变形力所引起的,压力通常超过 3a MP ,其摩擦系数比一般2～3倍,取螺杆中径d=85mm.a.求当量摩擦角 :/cos tg f ρβ= ，/cos 11.7arctgf ρβ==为保证电机驱动力矩消失后刀盘仍处于锁紧状态,丝杠螺母传动必须满足自锁条件:ρλ≤+)1.51(～,所以 λmax=11.7-1=10.7，由实验表明λ=4～6 有满意效果,故取 λ=5 。

b.螺杆的转速 n1=28r/min （设计任务书给出）可得出传动比：01/1400/2850I n n === （3-1） 计算电机容量 ：/d w a P p η= （3-2）其中 ,Pd 为电机所需功率 :Pw 为工作机所需工作功率；a η是由电动机至工作机主动端的总效率：1*/9550w P T n = （3-3）412345a ηηηηηη=⨯⨯⨯⨯ （3-4）其中 1234ηηηη，，，，分别为轴承、蜗轮蜗杆、联轴器、滑动丝杠的传动效率。

取1η=0.98,2η =0.45( 自锁时传动效率 ),30.99η= ,40.6η=120d P w = （设计任务书给出）4/120/0.980.450.990.6482w d a P P η==⨯⨯⨯=W （3-5）c. 计算螺杆上的扭矩 :19550/95500.482/1400 3.3w T P n N m =⨯=⨯=∙ （3-6）d. 120d P w =，选取型号JW-5264 三相微型感应电机，其技术参数如下：e. 各轴的运动动力参数 ① 各轴转速I 轴 ( 蜗杆轴 )1n =1400(r/min)II 轴 ( 丝杠螺母、刀盘 )2n =1400/28=50(r/min)② 各轴输入功率I 轴 I I *1200.99118.8d P P w η==⨯= （3-7） II 轴 212*118.80.980.4551.35I P P η==⨯⨯= w （3-8） 输出功率I 轴 '2*0.98114.1I I P P w == （3-9） II 轴 '22*0.9851.350.9849.32II II P P w ==⨯= （3-10）3传动机构的设计计算3.1蜗杆传动的设计计算 :电压 输出功率 转速 输入功率 质量 380V 120w1400r/min150w3.0kg 额定电流 起动转矩/:额定转矩最大转矩/额定转矩起动电流 0.47(A)〉2.2>2.4〈63.1.1 选择蜗杆传动类型 :根据GB/T10085-1988的推荐，采用渐开线（ZI ）蜗杆，这种蜗杆的端面齿廓是渐开线，所以相当于少一个齿数。