数控车床今后将向中高当发展，中档采用普及型数控刀架配套，高档采用动力型刀架，兼有液压刀架、伺服刀架、立式刀架等品种，预计近年来对数控刀架需求量将大大增加。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。 本部分主要对四工位立式电动刀架的机械设计和应用继电-接触控制系统控制部分的设计。并对以上部分运用AUTOCAD做图，对电动刀架有更直观的了解。最后的提出了对电动刀架提出了意见和措施。

　　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。

　　目前国内数控刀架以电动为主，分为立式和卧式两种。立式刀架有四、六工位两种形式，主要用于简易数控车床；卧式刀架有八、十、十二等工位，可正、反方向旋转，就近选刀，用于全功能数控车床。另外卧式刀架还有液动刀架和伺服驱动刀架。电动刀架是数控车床重要的传统结构，合理地选配电动刀架，并正确实施控制，能够有效的提高劳动生产率，缩短生产准备时间，消除人为误差，提高加工精度与加工精度的一致性等等。另外，加工工艺适应性和连续稳定的工作能力也明显提高：尤其是在加工几何形状较复杂的零件时，除了控制系统能提供相应的控制指令外，很重要的一点是数控车床需配备易于控制的电动刀架，以便一次装夹所需的各种刀具，灵活 方便地完成各种几何形状的加工。

　　数控刀架的市场分析：国产数控车床今后将向中高档发展，中档采用普及型数控刀架配套，高档采用动力型刀架，兼有液压刀架、伺服刀架、立式刀架等品种，近年来需要量可达1000～1500台。

　　数控刀架的高、中、低档产品市场数控刀架作为数控机床必需的功能部件，直接影响机床的性能和可靠性，是机床的故障高发点。

　　这就要求设计的刀架具有具有转位快，定位精度高，切向扭矩大的特点。它的原理采用蜗杆传动，上下齿盘啮合，螺杆夹紧的工作原理。

　　电动刀架是数控车床重要的传统结构数控刀架的高、中、低档产品市场数控刀架作为数控机床必需的功能部件，直接影响机床的性能和可靠性，是机床的故障高发点。

　　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。

　　目前国内数控刀架以电动为主，分为立式和卧式两种。立式刀架有四、六工位两种形式，主要用于简易数控车床；卧式刀架有八、十、十二等工位，可正、反方向旋转，就近选刀，用于全功能数控车床。另外卧式刀架还有液动刀架和伺服驱动刀架。

　　在本次设计中我主要负责设计一只四工位立式电动刀架的机械设计和应用继电-接触控制系统控制部分的设计。

　　初步了解了设计题目（电动刀架）及发展概况，设计背景，对刀架有了一些印象，对整理设计思路 安排设计时间有很好的辅助作用。对一些参数的进行了解

　　电动刀架的机械部分类似于蜗轮机构，实现刀具的抬升、旋转（交换刀具位置）及下降锁紧，这里着重讨论实现上述动作所必须的硬件条件和电路原理。

　　在图2-1中，继电器KA1,KA2实现电动刀架的动作切换控制，主要完成刀架

　　电机的正、反转切换。在刀架旋转过程中，每个工位上的霍尔元件会依次切换为有效状态，系统根据T1,T2,T3及T4状态的变化，可以推断出目前的刀号，并判断是否为当前所选用刀具，一旦符合，则电机反向旋转，锁紧刀具。电动刀架各时序的切换及间隔是系统控制的关键，反向锁紧所用时间取决于电动刀架生产厂家有推荐指标，过长会引起电机发热甚至烧毁。为保证电动刀架安全运动，在电动刀架交流380V进线处加装快速熔断器和热继电器。

　　数控系统调刀代码开始执行时，或行动调刀时，首先输出刀架正转信号，使刀架旋转，当接收到指定的刀具的到位信号后，关闭刀架正转信号，延迟50ms时间后，刀架开始反转而进行锁紧，并开始检查锁紧信号，当接收到该信号后，关闭刀架反转信号，延迟时间，并对电机制动。换刀结束。程序转入下一程序段继续执行。如执行的刀号与现在的刀号（自动记录）一致时，则换刀指令立刻结束，并转入下一程序段执行。

　　在设计过程中要求自动刀架能够按事先编定的程序动作，也能按照手动脉冲信号的给定依次动作。

　　要刀信号——PLC 设备响应—— 电机正转- 刀架上升——旋转——霍尔元件发出信号——电机反转——刀架锁紧——电机过流——发出中断信号——应答——加工——ΩCP

　　其中应用8位单片机实现PLC的控制，其它有关技术要求，规范在其它章节有详细说明

　　ΩCP——电机正转——刀架上升——刀架旋转——霍尔元件发出信号——电机反转——刀架下降锁紧——电机过流——发出中断信号——应答——加工——ΩCP

　　1） 按文字标记记在电气箱插头上电动刀架插头和接口电源插头。所接的2根电缆管内有4根线根线接车床总开关后的 三相电源。一根黄绿线根导线#绝对要刀

　　2） 刀架电气箱固定在车床操作人员可能触及的部位，先将SA2置于手控位，按一下按钮，SB3刀架转位90度，如刀架不动，红灯长亮，表示电源反相序了，需要到正相序再次试车，用户要求将代暖气箱安装杂机床内部，参看2#电路原理图

　　使用绝对要刀时，如微机不具备收到回答信号再启动下道程序功能，编程信号宽度应大于最大可能运动时间

　　在设计中要求自动刀架能够按预先编定的程序动作，也按照手动脉冲技术信号的给定而依次动作。

　　要刀信号——PLC设备响应——电机正转——刀架上升——刀架旋转——旋转到霍尔元件发出信号——电机反转——刀架锁紧——电机过流——发出中断信号——应答——加工

　　手动按钮压下——电机正转——刀架上升——刀架旋转——到位霍尔元件发讯——电机反转——刀架下降锁紧——电机过流——发出中断信号——应答——加工

　　介绍了电动刀架的电器控制原理及其换刀过程，了解可能出现的异常现象和原因，提出问题选取元件 编写程序 对刀架进行控制。

　　当微机程序发出换刀信号，通过放大线路驱动，继电器使电机正转，通过减速器机构和升降螺母机构将上刀体升起至一定位置后离合转盘起作用，带动上刀体旋转到送刀位，刀位发讯盘发出讯号，刀架控制器继电器使电机反转，通过发讯机构使上刀体下降，齿牙盘啮合，完成精定位，并通过蜗杆锁紧蜗轮，使刀架锁紧，当夹紧力达到预先调好的状态时，过流继电器动作，切断源，

　　电机——减速机构——升降机构——上刀体上升转位——信号符合——粗定位机构——上刀体下降——精定位——刀体锁紧——电机停转——换刀应答——加工顺序执行安装去掉车床小拖板，置刀架于拖板上，卸掉电机风盖，逆时针方向转动电机，活用内六角板手转动轴承处之内六角，使刀架转动到45度左右时，打压装螺孔，然后固定刀架即可根据上述描述的换刀动作过程，做了如下动作。

　　许多机械加工需要微量进给。要实现微量进给，步进电机、直流伺服交流伺服电机都可作为驱动元件。对于后两者，必须使用精密的传感器并构成闭环系统，才能实现微量进给。在开环系统中，广泛采用步进电机作为执行单元。这是因为步进电机具有以下优点：

　　采用步进电机作为驱动单元，其机构也比较简单，主要是变速齿轮副、滚珠丝杠副，以克服爬行和间隙等不足。通常步进电机每加一个脉冲转过一个脉冲当量；但由于其脉冲当量一般较大，如0.01mm，在数控系统中为了保证加工精度，广泛采用步进电机的细分驱动技术。

　　由于前述所选电机可知T=0.1472N.M传动比设定为i=60，效率η=0.4工作日安排每年300工作日计，寿命为7年。

　　开率到蜗杆传动效率不大，速度只是中等，故蜗杆用45号钢；为达到更高的效率和更好的耐磨性，要求蜗杆螺旋齿面淬火，硬度为45~55HRC。蜗轮用铸锡磷青铜Zcusn10p1，金属铸造。为了节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁HT100制造。

　　根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，在校核齿根弯曲疲劳强度。传动中心距：

　　因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均系数Kβ=1；由使用系数KA表从而选取KA=1.15；由于转速不高，冲击不大，可取动载系数KV=1.1；则

　　先假设蜗杆分度圆直径d1和传动中心距a的比值=0.30，从而可查出Zρ=3.12。

　　根据蜗轮材料为铸锡磷青铜zcusn10p1，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度＞45HRC，从而可查得蜗轮的基本许用应力[σH]‘=268MPA。

　　因为电动刀架中蜗轮蜗杆的传动为间隙性的，故初步定位、其寿命系数为KHN=0.92，则

　　取中心距a=50mm，m=1.25mm，蜗杆分度圆直径d1=22.4mm，这时=0.448，从而可查得接触系数=2.72，因为＜Zρ，因此以上计算结果可用。