四工位自动旋转刀架设计说明书

机电一体化课程设计题目:数控车床自动回转刀架系统设计

摘要

传统的普通车床换刀的速度慢、精度不高，生产效率低，不能适应现代化生产的需要。因此，本文对数控车床回转刀架的机电系统的相关内容进行研究，探索数控车床刀架的组成和工作原理，对普通机床的换刀装置进行改进，使一台四工位的立式自动回转刀架数控化，使该装置具有自动松开、转位、精密定位等功能。

本文主要完成数控车床回转刀架的机械部分和电气部分的设计。机械部分为其组成的各个机械部件进行计算与选用，电气部分为编制刀架自动转位控制软件。设计的数控換刀装置功能更强，换刀装置通过刀具快速自动定位，可以提高数控车床的效率，缩短加工时间；同时其可靠性更稳定，结抅简单。

关键词自动回转刀架；换刀装置；机电系统；电气控制

目录

摘要.................................................................................................................................. 设计任务书.. (1)

一绪论 (2)

1.1题目的背景和意义 (2)

1.2 国内外研究现状 (2)

1.3 存在的问题和发展趋势 (2)

二自动回转刀架的工作原理 (2)

三总体结构设计 (5)

3.1 减速机构的设计 (5)

3.2 上刀体锁紧与精定位机构的设计 (5)

3.3 刀架抬起机构的设计 (5)

四主要传动部件的设计计算 (7)

4.1 蜗杆副的设计计算 (7)

4.1.1 蜗杆的选型 (7)

4.1.2 蜗杆的材料 (7)

4.1.3 按涡轮齿面接触疲劳强度进行设计 (7)

4.1.4 蜗杆和蜗轮的主要参数与几何尺寸 (8)

4.2蜗杆轴的设计 (8)

4.2.1 蜗杆轴的材料选择，确定许用应力 (8)

4.2.2按扭转强度初步估算轴的最小直径 (8)

4.2.3 确定各轴段的直径和长度 (9)

4.3螺杆的设计及上盖圆盘旋转角度的计算 (10)

4.3.1螺杆螺纹类型的选择 (10)

4.3.2选取螺杆材料 (10)

4.3.3螺杆的计算 (10)

4.3.4螺杆自锁验算 (10)

4.3.5 上盖圆盘旋转角度的计算 (11)

五其他部件的说明 (11)

六电气控制部分设计 (13)

6.1 收信电路 (14)

6.2发信号电路 (14)

6.3控制软件的设计 (14)

结论 (15)

参考文献 (16)

设计任务书

一．设计任务

题目：数控车床自动回转刀架机电系统设计。

任务：设计一台四工位的卧式自动回转刀架，适用于C616或C6132经济型数控车床。

二．设计参数推荐刀架所用电机的额定功率为90W，额定转速为1440r/min, 换刀时要求刀架转动的速度为30r/min。

三．设计内容

1.总体结构设计。

2.主要传动部件的设计计算。

3.电气控制部分设计。

1）硬件电路设计。

2）控制软件设计。

4.编写设计说明书。

四．设计任务

1.模拟整体设计方案

2.机械结构装配图一张（A0图）

3.控制系统设计

要求完成一张A1图纸的硬件电路设计工作，设计控制系统的主要软件流程，对RAM和I/O接口芯片进行详细编程。

4.设计说明书

要求清楚地叙述整个设计过程和详细的设计内容，包括总体方案的分析，比较和确定机械系统的结构设计，主要零部件的计算与选型，控制系统的电路原理分析，软件设计的流程图以及相关程序等。撰写的内容不少于7000字符，要求内容丰富，条理清晰图文并茂，符合国标。

一绪论

1.1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。而刀架是数控机床的主要附件之一，它的性能直接影响着数控机床的精度和效率，所以随着数控机床的发展必然会提高其对刀架的要求，不言而喻，研究自动刀架系统是非常有意义的。

1.2 国内外研究现状

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，是典型的机电一体化产品。它的发展和运用，改变了制造业的生产方式、产业结构、管理方式，为普通机床演变为数控机床创造了条件，使世界制造业的格局发生了巨大的变化。数控水平的高低已经成为衡量一个国家制造业水平高低的标志。随着数控机床的发展，以前的刀架，能装的刀具太少，定位精度不高，效率低，精度差，已不能满足要求，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。

目前我国的数控机床和加工中心使用的自动换刀装置主要有转塔式自动换刀和刀库式自动换刀两种。转塔式换刀一般为顺序换刀，其换刀时间短，结构简单、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需机械手进行换刀动作，其刀库容量大，但其成本高，结构相对复杂。

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快速的升级换代，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，造成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、结构创新、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。

二自动回转刀架的工作原理