数控车床六工位刀架部件设计【毕业论文+CAD】.rar

三江学院毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告设计(论文)题目： 数控车床六工位刀架部件设计 学生姓名： 赵嘉阳 学 院： 高职院 专 业： 机械设计制造及自动化 班 级： G14 机械 学 号： G145152048 指导教师： 刘凯 2018 年 4 月 12 日三江学院摘 要本文主要研究数控车床刀架部件六站，会让我有一个更全面的六台数控车床刀架控制系统的认识，如六工位转塔车床进给部分的机械结构、控制原理和工具，我可以在本设计中，加强这方面的专业技能更好。通过研究，让我了解到本课题中常见的学习内容，如：CAD 绘图、plc、UG 等三维绘图。让我培养自学能力，培养良好的思考和分析问题的习惯。关键词：刀架，CAD，六工位AbstractThis paper mainly studies on the CNC lathe six station turret components, will let me have a more comprehensive understanding of CNC lathe six station turret control system, such as part of six station turret lathe feed on the mechanical structure, control principle and tool, I can in this design, strengthen their professional skills in this area better. Through the research, let me get the knowledge of the usual learning in this subject, such as: CAD drawing, PLC, UG and other three-dimensional drawings. Let me develop self-study ability and cultivate my good 三江学院habit of thinking and analyzing problems.Key words: knife frame, CAD, six目录摘要 ....................................................................................................................................................1第 1 章 绪论 ......................................................................................................................................51.1 数控车床的背景与意义 ......................................................................................................51.2 数控车床自动回转刀架的概述 .........................................................................................51.3 研究实际社会意义及应用效果 .........................................................................................6第 2 章 设计内容和要求 ..............................................................................................................6第 3 章 自动回转刀架的工作原理 ..................................................................................................73.1 自动回旋刀架的分类 .........................................................................................................73.2 自动回转刀架的工作原理： ..............................................................................................73.2.1 刀架抬起 ...................................................................................................................73.2.2 刀架转位 ...................................................................................................................73.2.3 刀架定位 ...................................................................................................................83.2.4 夹紧刀架 ...................................................................................................................8第 4 章 总体结构设计 ......................................................................................................................84.1 刀架的尺寸要求 ..................................................................................................................84.2 刀架整体方案设计 ..............................................................................................................84.3 上刀体锁紧与精定位机构的设计 .....................................................................................9第 5 章 主要传动部件的设计计算 .................................................................................................95.1 蜗杆的选型 .........................................................................................................................95.1.1 蜗杆的材料 ...............................................................................................................95.1.2 回旋刀架夹紧力的确定 ........................................................................................105.2 蜗轮蜗杆主要参数和几何尺寸 .......................................................................................115.3 蜗轮轴的设计 ...................................................................................................................125.3.1 蜗轮轴材料的选择，确定需用应力 ....................................................................125.4 中心轴的设计 ...................................................................................................................135.4.1 中心轴的材料选择,确定许用应力 .......................................................................135.4.2 确定各轴段的直径和长度 ....................................................................................144.4.3 轴的校核 ................................................................................................................145.5 轴承的选用 .......................................................................................................................155.5.1 轴承的类型 ............................................................................................................155.5.2 轴承的游隙及轴上零件的调配 ............................................................................155.5.3 角接触球轴承的配合 ............................................................................................155.5.4 角接触球轴承的润滑 ............................................................................................165.5.5 角接触球轴承的密封装置 .....................................................................................166.1 电机的分类 .......................................................................................................................166.2 电机的选型 .......................................................................................................................17三江学院结束语 ..............................................................................................................................................17致谢 ..................................................................................................................................................17参考文献 .........................................................................................................................................18第 1 章 绪论1.1 数控车床的背景与意义经济数控是20世纪80年代科学技术发展的产物。该数控系统功能齐全，价格低廉。已成为”七五”和”八五”期间的新技术之一。十多年来，随着科学技术的发展，经济数控技术也在不断进步，数控系统产品不断完善。新型经济型数控系统功能更强，可靠性更稳定，功率更高，结构简单，维修方便。该技术的发展增强了经济数控的生命力。根据我国的国情，该技术也将是我国机械行业今后旧设备改造的一条很好的途径。对于老式经济型数控车床，特别是80年代后期改造后的设备，由于各种原因造成了大量的浪费。该设备已经使用了10多年，还面临着进一步的改革。通过改造，可以提高现有设备的技术水平，大大提高生产效率，创造更大的经济效益。数控车床主要由主轴箱、鞍座、尾座、刀架、对刀仪、液压系统、润滑系统、气动系统和数控装置组成。数控车床的出现对提高生产率、提高产品质量、改善劳动条件、提高效率起到了重要作用。从提高效率的角度来看，主要体现在两个方面: 1 )通过刀具的快速自动定位来提高划线过程的距离和速度。2 )批量加工一致性好，可减少工件的检验和时间。特别是经济型的老式车床，在加工零件、更换刀具、装卸零件、测量和处理零件的过程中，大部分时间都需要人工完成，这就决定了换刀的时间和刀具尺寸的调整。加工时间相对较短，为了缩短加工辅助时间，充分利用数控机床的功能，进一步压缩非切削时间，数控机床正面临着在一台装夹机床上进行多工序加工的发展方向。在这种多工序数控机床中，必须配备自动换刀装置。随着多工序数控机床的出现，各种旋转刀具的自动更换装置逐渐发展完善，更换刀具的数量不断增加，实现了更复杂的换刀操作。更换刀具的时间应满足要求，该刀具重复性好，精度高，刀具存放充分，换刀安全可靠。三江学院1.2 数控车床自动回转刀架的概述数控车床主要由主轴箱、鞍座、尾座、刀架、对刀仪、液压系统、润滑系统、气动系统和数控装置组成。数控车床的出现对提高生产率、提高产品质量、改善劳动条件起到了重要作用。传统的车床如 CA6140刀架只能装刀，换刀速度慢，换刀后必须重新对刀，精度不高，生产效率低，不能满足现代生产的需要，因此，有必要对机床换刀装置进行改进。为了在工件一次装夹中完成多工序加工，缩短辅助加工时间，减少多次安装造成的加工误差，充分发挥数控机床的效率，采用了“工序集中”的原则，采用了自动旋转刀架。数控车床的自动车削刀架是最简单的换刀装置之一。自动车削刀架是在一定空间内自动松开、分割、精确定位的一系列动作。对于自动车削刀架，根据刀具数量，自动车削刀架有4个工作站、6个工作站和8个工作站。根据安装方式的不同，自动车削刀架可分为立式刀架和卧式刀架。根据机械定位方法的不同，自动车削刀架可分为端齿定位和三齿定位。当端齿盘定位换刀时，应提起刀架，换刀速度慢，密封性能差，但结构简单。这三个档位称为无升程。换刀时不需要拿起刀架，换刀速度快，密封性能好，但结构复杂。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，为了保证转位之后具有髙的重复定位精度，自动回转刀架还需要选择可靠的定位方案和合理的定位结构。自动回转刀架的自动换刀是由控制系统和驱动电路来实现的。1.3 研究实际社会意义及应用效果传统车床刀架只能装刀，换刀速度慢，换刀后必须重新换刀，精度不高，生产效率低，不适应现代生产的需要。因此，有必要对换刀装置进行改进，数控车床上使用的自动旋转刀架是一种简单的换刀装置。设备。自动回转刀架是一种能在一定空间内完成自动释放、分度和精确定位等一系列动作的机构。新型经济型数控系统功能强大、可靠性高、功耗大、结构简单、维护方便。为了在工件装夹中完成多工序加工，缩短了辅助加工时间，减少了加工误差造成的多次安装，充分发挥了数控机床的效率，采用了“工序集中”的原则。对生产过程中出现的一些标准问题进行了探讨，总结了检修方法。三江学院第 2 章 设计内容和要求(1)设计数控车床六工位刀架及主要传动部件设计；(2)电动功率：120w；(3)电机转速：1400r/min；(4)刀位数：6(5)床身最大加工直径：320mm；(6)刀尖到导轨距离：200mm。(7)最大工件回转直径 320mm，最大工件长度750mm(8)换刀时间2秒(9)刀杆尺寸20*20mm第 3 章 自动回转刀架的工作原理3.1 自动回旋刀架的分类本发明用于数控车床，可安装在旋转塔的头部，用于夹持各种刀具，通过料塔头部的旋转分度实现机床的自动换刀。它的形式通常是垂直轴和水平轴。纵轴为四、六方形刀架，四、六个刀具，横轴通常为盘式旋转刀架，可安装刀具数量。为了实现加工过程中刀具的自动更换，必须实现转台运转的自动化。自动转位刀架有三个三角形刀具，包括四个刀具、一个带有夹紧工具的方形刀架和一个带有多个刀具的旋转刀架。根据移位传动，又可分为液压、气动、电气和机械。自动车削刀架应具有较高的重复性、定位精度和刚度，易于控制，可适应改装机床。3.2 自动回转刀架的工作原理：工作过程为：刀架抬起→刀架转位→刀架定位→夹紧刀架。3.2.1 刀架抬起当数控装置发出换刀指令时，电机开始转动，蜗杆轴通过套筒联轴器 2 转动，带动涡轮螺杆转动。刀架内部控制过程为螺纹连接，与涡轮螺杆螺纹连接，涡轮与螺杆为一体结构。涡轮盘条内孔与刀架中心轴线间隙配合，换分度工具时三江学院中心轴不固定，涡轮盘条绕中心轴旋转。当涡轮开始旋转时，由于刀架与刀体的端面处于齿轮组合状态，涡轮杆轴向固定，刀架体被提起。3.2.2 刀架转位当刀架本体提升到一定距离时，刀架底座上的端面齿与刀架底座脱开，分度销与涡轮螺杆连接，并与涡轮螺杆一起转动，当端面齿完全脱开时，分度套筒在弹簧力的作用下仅转动160度球头销进入分度套筒的凹槽内，带动刀架本体分度。3.2.3 刀架定位当工具本体转动时，刷座转动。当刀具编号传到程序中时，粗定位销在弹簧的作用下位于粗定位盘的凹槽内，电刷接触导体反转电机。由于粗定位槽的限制，刀架不能转动而垂直落在此位置，刀架上的端齿与刀架底座的啮合可以准确定位。3.2.4 夹紧刀架电机继续转动，此时汽轮机停止转动，蜗杆轴自身转动，当两端的齿加到一定的夹紧力时，电机停止转动，解码装置由发射刷组成，刷负责发出信号，点数负责判断位置。当刀架位置出现或不在适当位置时，可松开螺母，并调整变送器和电刷之间的相对位置。第 4 章 总体结构设计4.1 刀架的尺寸要求中心高指主轴轴线至刀架底面的垂直距离，根据设计数控车床型号，选择刀架中心到刀架底部中心高为63mm。三江学院4.2 刀架整体方案设计目前刀架定位机构多采用锥销定位和端面齿轮定位。由于圆锥销定位精度高，进入孔通常依靠弹簧力或液气动力，圆锥销磨损后仍可消除间隙，从而获得高定位精度。端齿盘的位置由两个端板相同的齿啮合，补偿每个齿的误差，定位精度高，误差均匀。目前刀架定位机构多采用锥销定位和端面齿轮定位。由于圆锥销定位精度高，进入孔通常依靠弹簧力或液气动力，圆锥销磨损后仍可消除间隙，从而获得高定位精度。端齿盘的位置由两个端板相同的齿啮合，补偿每个齿的误差，定位精度高，误差均匀。。端齿盘定位的特点：（1）定位精度高。由于端齿盘的齿数多，且沿圆周分布，同心多齿结构，齿盘的精度一般达到左右，最高可超过，齿盘啮合时自动啮合。因此，中心轴的旋转精度、间隙和磨损对定心精度几乎没有影响，中心轴的精度低，装置简单。（2）重复定位精度好。由于多齿啮合相当于上下齿轮板的重复磨合，磨合精度越高，重复定位精度越好。（3）定位刚性好，承载力大。两齿盘为多齿啮合。由于齿轮齿强度高，一般齿数的啮合比不小于齿面啮合长度的90°e 不小于60°，定位刚度好，承载能力大。4.3 上刀体锁紧与精定位机构的设计LOC 和上的工具将直接影响工件的加工精度的精确定位，由于刀具直接安装在身体上的工具，因此工具体受到的切削力，使上刀体的选择与下刀体是非常重要的，上刀体与下刀体的配合为梯形端面齿设计选择。采用梯形端面齿，刀架锁紧时，下端面齿相互啮合，使上刀体不能转动；换刀时，电机转动，升降机构可使上刀体和上刀体绕上、下端面齿刀夹中心轴线转动，完成分度工作。三江学院第 5 章 主要传动部件的设计计算5.1 蜗杆的选型GB / T10065 - 1998推荐阿基米德蜗杆( ZA 蜗杆)和圆锥蜗杆( ZK 蜗杆)。本设计采用阿基米德型圆柱蜗杆( ZA 型)。5.1.1 蜗杆的材料刀架中的蜗杆副传递的动力很小，但蜗杆速度很高。因此，蜗杆材料为 45钢，螺旋齿表面淬火，硬度为 45 ~ 55 HRC，为提高表面耐磨性，选用锡磷青铜ZC USN 10p 1，采用金属压铸。5.1.2 回旋刀架夹紧力的确定机床主电机功率为 0.12 kw，计算传动效率 η= 0.65，加工直径 320 mm，工件采用主轴转速 n = 1000 ~ 6000 r / min，主切削力px : py : pz = 0.4 : 0.4 : 1佩克斯= py = 114.6 牛顿当刀架在切削过程中保持正常工作时，压紧力产生的扭矩必须大于等于车削时刀架上三分力 px、py、pz 产生的翻转扭矩，即 其中: l - 刀尖到刀架中心距离，\ *合并格式= 200mmh -点到刀架中心线距离，h = 10 毫米L1 -齿板啮合中心线到底盘的距离，L1 = 68 mmh - -点到齿板啮合中心线距离，h =20 mmd -齿盘齿侧直径，d = 220 毫米六斜面等高离合齿盘的倾斜度为 30°，用 Q1=T1tg3°代入上二式三江学院得 经求解把（2）式整后用 T1 代入回转刀架刀盘用 2 根弹簧销增加阻尼，经计算弹簧力 Q3=20.96N，则作用于刀架的轴向力和圆周力分别为轴向力： 圆周力： 5.2 蜗轮蜗杆主要参数和几何尺寸根据蜗轮蜗杆的基本尺寸和主要参数，计算出蜗轮蜗杆的主要几何尺寸，绘制出蜗轮蜗杆副的工作图。( 1 )蜗杆参数和尺寸头数 Z1 = 1，模数 m = 1.6 mm，轴向节距 pa =πm = 5.027 mm，轴向齿厚 sa = 0.5πm = 2.514 mm ，分度圆直径 D1 = 20 mm，直径系数 q = D1 / m = 12.5，分度圆导角 γ=弧坦( Z1 / q ) = 404 ' 26 “。取波峰高度系数 hα* = 1，径向间隙系数 c * = 0.2，波峰圆直径da1 = D1 2ha * m = 20 毫米 2x 1.6 毫米= 23.2 毫米齿根圆直径df1=d1-2m(ha*+c*)=[20-2×1.6×(1+0.2)]mm=16.76mm。（2） 蜗轮参数与尺寸齿数 Z2=46，模数 m=1.6mm，分度圆直径 d2=mZ2=1.6×48mm=76.28mm，变位系数x2=[ -(d1+d2)/2]/m=[50-(20+76.8)/2]/1.56=1.2a蜗轮喉圆直径da2=d2+2m(ha*+x2)=[76.8+2×1.6×(1+1)]mm=85.2mm