数控车床四工位回转刀架机电设计

题目：数控车床四工位回转刀架机电设计

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姓名：谭海乐

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完成日期： 2010-01-01

摘要

数控车床为了能在工件的一次装夹中完成多工序加工，缩短辅助时间，减少多次安装所引起的加工误差，必须带有自动回转刀架。根据装刀数量的不同，自动回转刀架分有四工位六工位和八工位等多种形式。根据安装方式的不同，自动回转刀架可分为立式和卧式两种。根据机械定位方式的不同，自动回转刀架又可分为端齿盘定位型和三齿盘定位型等。其中断齿盘定位型换刀时刀架需抬起，换刀速度较慢且密封性较差，但其结构较简单。三齿盘定位型又叫免抬型，其特点是换刀时刀架不抬起，因此换刀时速度快且密封性好，但其结构较复杂。

自动回转刀架在结构上必须具有良好的强度和刚性，以承受粗加工时的切削抗力。为了保证转位具有高的重复定位精度，自动回转刀架还要选择可靠的定位方案和合理的定位结构。自动回转刀架自动换刀时由控制系统和驱动电路来实现。

关键词：自动回转刀架，蜗轮蜗杆副，机电系统

Abstract

CNC lathe work order to be able to complete a fixture in many processes processing aids to reduce time, reduce installation time and again caused by processing errors, we must turn with automatic tool. Installed in accordance with the number of different knives, automatic revolving turret at position four of six and eight-station work spaces and other forms. According to the different installation methods, automatic rotary tool can be divided into two types of vertical and horizontal. Positioning means according to the different mechanical, automatic rotary tool set can be divided into client positioning tooth and three teeth, such as disk-based positioning. The interruption of tooth plate-type tool change position to be lifted when the tool carrier, tool change a slow and poor sealing, but its relatively simple structure. Tridentate known disk-based location-free lift-type, characterized by ATC when the tool is not lifted, so when the tool

change is fast and good seal, but its more complicate

structure.

Automatic rotary tool in the structure must have good strength and rigidity to bear the rough at the time of cutting resistance. In order to ensure a high transposition of the repeat positioning accuracy, automatic rotary tool holder of the position would also like to choose a reliable and reasonable positioning program structure. Rotary Tool Automatic Tool Changer automatically

by the control system and the drive circuit to achieve. Keywords: automatic rotary tool, vice worm,Electromechanical system

目录

第1章绪论 (2)

1.1 课题综述 (2)

1.1.1 科学意义和应用前景 (2)

1.1. 2 设计思路 (3)

第2章总体结构设计 (4)

1.1减速传动机构的设计 (4)

1.2 上刀体锁紧与精定位机构的设计 (4)

1.3 刀架抬起机构的设计 (4)

第3章自动回转刀架的工作原理 (5)

第4章主要传动部件的设计计算 (8)

1.1 蜗杆副的设计计算 (8)

1.2 螺杆的设计计算 (12)

第5章电气控制部分设计 (13)

1.1 硬件电路设计 (13)

1.2 控制软件设计 (15)

致谢 (17)

参考文献 (18)

数控车床四工位回转刀架机电系统设计

第一章

第1节绪论

1.1 综述

1.1.1 科学意义和应用前景

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。自动换刀系统本身及相关结构的复杂程度，又会对整机的成本造价产生直接影响。

从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年出现了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。目前国内外数控机床自动换刀系统中，刀具、辅具多采用锥柄结构，刀柄与机床主轴的联结、刀具的夹紧放松机构及驱动方式几乎都采用同一种结构模式。在这种模式中，机床主轴常采用空心的带有长拉杆、碟形弹簧组的结构形式，由液压或气动装置提供动力，实现夹紧放松刀柄的动作。利用这种机构夹持刀具进行数控加工的最大问题是，它不能同时获得高的夹持刚度和刀具振摆精度，而且主轴结构复杂，主轴轴向尺寸过大，加上它的液压驱动装置及刀具辅具锥柄的制造成本，使得自动换刀系统的造价在机床整机中占有较大的比重。据有关资料介绍，在刀具采用锥柄夹头、侧压夹头以及弹簧夹头夹紧性能的对比实验中，采用弹簧夹头夹持刀具是唯一可同时获得高的夹持刚度和振摆精度的理想元件。采用这种夹持元件，刀具或刀具辅具可作成圆柱柄，其制造成本低，精度易保证，这对大容量刀库降低刀具辅具的制造成本，意义更为显著。在现代数控机床上亦有采用弹簧夹头作为刀具的夹持元件，但机床的主轴结构、驱动方式仍然采用与上述锥柄刀具完全相同的结构形式。采用这种结构模式，在实际数控加工中，尤其是在需要超高速主轴、主轴的径向、轴向尺寸都很小、没有足够的换刀空间的微细加工场合中实现自动换刀将会是很困难的，如果实施自动换刀那将使机床成本大幅度提高。如在CNC控制磨削球面铣刀的数控磨削机床上，直接由高速电机驱动主轴，使用小直径盘形砂轮和指形砂轮加工球面铣刀，换刀空间很小，在这种条件下，将难以实现自动换刀。国外最新研制的内圆磨床上采用的弹簧夹头自动换刀装置售价昂贵。

随着机械加工业的发展，制造行业对于带有自动换刀系统的高效高性能加工中心的需