LDB4刀架设计说明书

目录1.绪论............................................ 错误!未定义书签。

国内外数控机床状况分析............................ 错误!未定义书签。

自动刀架状况分析.................................. 错误!未定义书签。

刀架设计总体方案.................................. 错误!未定义书签。

2.刀架机械结构设计................................ 错误!未定义书签。

刀架机械结构设计总体方案.......................... 错误!未定义书签。

减速传动机构方案设计............................ 错误!未定义书签。

上刀体锁紧与精定位机构设计...................... 错误!未定义书签。

刀架抬起机构设计................................ 错误!未定义书签。

刀架机械结构设计工作原理.......................... 错误!未定义书签。

主要传动部件功能及设计............................ 错误!未定义书签。

三相异步电机的选用.............................. 错误!未定义书签。

蜗杆和蜗轮的设计................................ 错误!未定义书签。

蜗杆轴的设计.................................... 错误!未定义书签。

中心轴的设计.................................... 错误!未定义书签。

轴承的选用...................................... 错误!未定义书签。

齿盘的设计...................................... 错误!未定义书签。

3.刀架电气系统设计................................ 错误!未定义书签。

刀架电气系统设计方案.............................. 错误!未定义书签。

刀架电气系统工作原理.............................. 错误!未定义书签。

刀架电气系统硬件组成.............................. 错误!未定义书签。

控制系统的选取.................................. 错误!未定义书签。

交流接触器的选取................................ 错误!未定义书签。

电磁继电器的选取................................ 错误!未定义书签。

4.设计总结........................................ 错误!未定义书签。

5. 谢辞........................................... 错误!未定义书签。

6.参考文献........................................ 错误!未定义书签。

本设计是根据通过电动机正反转，来实现换刀和锁紧的；利用涡轮蜗杆传动，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，而且能优化整体结构，做到外型轮廓小，结构紧凑。

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，采用的螺杆-螺母副。

[关键词]电动刀架工作原理电气控制电动刀架是数控车床进行自动换刀的实现机构，实现刀架上刀盘的转动和刀盘的开定位、定位与夹紧的运动，以实现刀具的自动转换，具有传动机械结构、电气正反转控制、PLC编程控制等数控机床的核心内容，是每一个学习数控机床结构的学生必须掌握的，具有机械、电气的综合特点。

本设计分为三部份，第一部分为绪论，包括国内外数控机床状况分析、自动刀架状况分析、刀架设计总体方案等。

第二部分为刀架机械结构设计，包括刀架机械结构设计总体方案、刀架机械结构设计工作原理和主要传动部件功能和设计等。

第三部分为刀架电气系统设计。

包括刀架电气系统设计方案、刀架电气系统工作原理和刀架电气系统硬件组成等。

由于本人的实际水平有限，本设计依然会有很多不足之处，错误与不妥之处在所难免，故恳请老师批评指正。

1.绪论国内外数控机床状况分析数控技术自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，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。

数控机床是一种典型的机电一体化产品，适用于加工多品种小批量、结构较复杂、精度要求较高、价格昂贵不允许报废的关键零件。

进入21世纪，我国经济与国际全面接轨，进入了一个蓬勃发展的新时期。

机床制造业即面临着机械制造业需求水平提升而引发的制造装备发展的良机，也遭遇到加入世界贸易组织后激烈的国际市场竞争的压力，加速推进数控机床的发展是解决机床制造业持续发展的一个关键。

我国的数控技术经过“六五”，“七五”，“八五”，到“九五”的近20年的发展，基本上掌握了关键技术，建立了数控开发，生产基地，培养了一批数控人才，初步形成了自己的数控产业。

“十五”攻关开发的成果：华中I号、中华I号、航天I号和蓝天I号4种基本系统建立了具有中国自主版机的数控技术平台。

具有中国特色经济型数控系统经过这些年来的发展，有了较大的提高。

它们逐渐被用户认可，在市场上站住了脚。

目前我国数控机床生产厂有100多家，生产数控机床配套产品的企业有300余家，产品品种包括八大类2000种以上。

目前已新开发出数控系统80余种，分为3种型级，即经济型，普及型和高级型。

“九五”期间数控机床发展已进入实现产业化阶段，数控机床新开发品种300余种，已有一定的覆盖面。

新开发的国产数控机床产品大部分达到期际上20世纪80年代中期水平，部分达到90年代水平，为国家重点建设提供了一批高水平数控机床。

自动刀架状况分析从自动换刀系统发展的历史来看，1956年日本富士通研究成功数控转塔式冲床，美国IBM公司同期也研制成功了“APT”（刀具程序控制装置）。

1958年美国K&T公司研制出带ATC（自动刀具交换装置）的加工中心。

1967年出现FMS(柔性制造系统)。

1978年以后，加工中心迅速发展，带有ATC装置，可实现多种工序加工的机床，步入了机床发展的黄金时代。

1983年国际标准化组织制定了数控刀具锥柄的国际标准，自动换刀系统便形成了统一的结构模式。

自动换刀系统是数控机床的重要组成部分。

刀具夹持元件的结构特性及它与机床主轴的联结方式，将直接影响机床的加工性能。

刀库结构形式及刀具交换装置的工作方式，则会影响机床的换刀效率。

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成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。

刀架设计总体方案刀架是机床上的重要附件，主要是完成零件加工过程中的换刀过程。

根据刀架所用的对象，即机床，以及其要完成的功能。

刀架的设计应包括以下内容：一、刀具安装方案设计，即刀具在刀座上的布置形式，必须考虑刀架结构的简单，又要兼顾其安装拆卸的方便。

二、传动方案设计，即是采用何种方式实现刀架的转位，精确可靠的刀架转位的实现才能使整个设计有意义。

三、检测定位方案设计，刀具能否准确定位是整个设计中非常重要的一步。

四、控制方案设计，主要考虑控制元件的选择。

2.刀架机械结构设计刀架机械结构设计总体方案2.1.1减速传动机构方案设计普通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，必须经过减速。

考虑到本设计减速比较大，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，而且能优化整体结构，做到外型轮廓小，结构紧凑，固选蜗杆传动。

2.1.2上刀体锁紧与精定位机构设计本设计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。

当刀架处于锁紧状态时，上下端面齿相互啮合，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，完成转位动作。

2.1.3刀架抬起机构设计要想上、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。

当刀架处于锁紧状态时，上刀体与下刀体的端面齿相互啮合，因为这时上刀体不能与螺杆一起转动，所以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。

设计螺杆时要求选择适当的螺距，以便当螺杆转动一定角度时，使得上刀体与下刀体的端面齿能够完全脱离啮合状态。

刀架机械结构设计工作原理图2-1回转刀架的工作原理为机械螺纹升降转位式。

工作过程可分为刀架抬起、刀架转位、刀架定位并压紧等几个步骤。

图为自动回转刀架，其工作过程如下：1) 刀架抬起当数控系统发出换刀指令后, 通过接口电路使电机正转, 经传动装置驱动蜗杆蜗轮机构3、蜗轮螺纹即螺母机构延逆时针旋转 ,此时由于上下齿盘处于啮合状态，在丝杆螺母机构转动时，使上刀架体产生向上的轴向力将上齿盘松开并抬起,直至两定位齿盘脱离啮合状态,从而带动上刀架和齿盘产生“上台”动作。

2) 刀架转位当齿盘完全脱开，此时销钉准确进入凹槽中，带动刀架体转位。

3) 刀架定位当上刀架转到需要到位后（旋转90°、180°或270°），数控装置发出的换刀指令使霍尔开关中的某一个选通,当磁性板与被选通的霍尔开关对齐后,霍尔开关反馈信号使电机反转,插销在弹簧力作用下进入反靠盘地槽中进行粗定位，上刀架体停止转动，电机继续反转，使其在该位置落下，通过螺母丝杆机构使上刀架移到齿盘重新啮合, 实现精确定位。

4) 刀架压紧刀架精确定位后，电机及许反转，夹紧刀架，当两齿盘增加到一定夹紧力时，电机由数控装置停止反转，防止电机不停反转而过载毁坏，从而完成一次换刀过程。

主要传动部件功能及设计2.3.1三相异步电机的选用考虑刀架只需小功率驱动，为减少生产成本，选用JD90电动机，其转速为1400r/min,额定功率为90W 。

2.3.2蜗杆和蜗轮的设计考虑到传递的功率不大，转速较低，选用2A 蜗杆，精度8级，GB10089-1988。