买文档后送图纸， 目录 第1节 自动回转刀架总体设计.........................................1 概述...........................................................1 数控车床自动回转刀架的发展趋势.................................1 自动回转刀架的工作原理..........................................2 第2节 主要传动部件的设计计算......................................4 2.1 蜗杆副的设计计算...............................................4 2.2 蜗杆轴的设计...................................................6 2.3 蜗轮轴的设计..................................................12 2.4 中心轴的设计..................................................13 2.5 齿盘的设计....................................................14 2.6 轴承的选用....................................................16 第3节 刀架体的设计...............................................17 第4节 结论.......................................................18 致谢..............................................................19 参考文献..........................................................20 第1节 自动回转刀架总体设计 1.1 概述 数控车床的刀架是机床的重要组成部分。刀架用于夹持切削用的刀具，因此其结构直接影响机床的切削性能和切削效率。在一定程度上，刀架的结构和性能体现了机床的设计和制造技术水平。随着数控车床的不断发展，刀架结构形式也在不断翻新。其中按换刀方式的不同，数控车床的刀架系统主要有回转刀架、排式刀架和带刀库的自动换刀装置等多种形式。自1958年首次研制成功数控加工中心自动换刀装置以来，自动换刀装置的机械结构和控制方式不断得到改进和完善。自动换刀装置是加工中心的重要执行机构，它的形式多种多样，目前常见的有：回转刀架换刀，更换主轴头换刀以及带刀库的自动换刀系统。 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同时按准则要求来完成设计。 1.2 数控车床自动回转刀架的发展趋势 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。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。 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。 1.3 自动回转刀架的工作原理 回转刀架的工作原理为机械螺母升降转位式。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1.1为螺旋升降式四方刀架，其工作过程如下： 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。蜗轮带动丝杆螺母机构逆时针旋转 ,此时由于齿盘处于啮合状态，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“上抬”动作。 刀架转位 当圆套逆时针转过150°时，齿盘完全脱开，此时销钉准确进入圆套中的凹槽中，带动刀架体转位。 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。 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。 图1.1 螺旋升降式四方刀架 第2节 主要传动部件的设计计算 2.1 蜗杆副的设计计算 自动回转刀架的动力源是三相异步电动机，其中蜗杆与电动机直联，刀架转位时蜗轮与上刀体直联。已知电动机额定功率P=90W，额定转速=1440r／min，上刀体设计转速n=30r／min，则蜗杆副的传动比i= ==48。刀架从转位到锁紧时，需要蜗杆反向，工作载荷不均匀，起动时冲击较大，今要求蜗杆副的使用寿命L=10000h。(1)蜗杆的选型 GB／T10085--1988推荐采用渐开线蜗杆(ZI蜗杆)和锥面包络蜗杆(ZK蜗杆)。本设计采用结构简单、制造方便的渐开线型圆柱蜗杆(ZI型)。 (2)蜗杆副的材料 刀架中的蜗杆副传递的功率不大，但蜗杆转速较高，因此，蜗杆的材料选用45钢，其螺旋齿面要求淬火，硬度为45～55HRC，以提高表面耐磨性；蜗轮的转速较低，其材料主要考虑耐磨性，选用铸锡磷青铜ZCuSnl0P1，采用金属模铸造。 (3)按齿面接触疲劳强度进行设计 刀架中的蜗杆副采用闭式传动，多因齿按蜗轮接触疲劳强度条件设计计算的公式为：确定作用在蜗轮上的转矩 设蜗杆头数=1，蜗杆副的传动效率取=0.8。由电动机的额定功率P=90W，P2=P1η，再由蜗轮的转速=30r／ min求得作用在蜗轮上的转矩： 2)确定载荷系数K载荷系数K=KKBKV，。其中K为使用系数，由表6-3查得，由于KA=1.15；K为齿向载荷分布系数，因工作载KB=1.15；Kv为动载系数，由于转速不高、冲击不大，可取Kv=105。则载荷系数： K=KAKBKV=1.15×1.15×1.05≈1.39 3)确定弹性影响系数。 铸锡磷青铜蜗轮与钢蜗杆相配时，从有关手册查得弹性影响系数4)确定接触系数=2.9 5)确定许用接触应力[] 根据蜗轮材料为铸锡磷青铜ZCuSnl0P1、金属模铸造、蜗杆螺旋齿面硬度大于45HRC，得蜗轮的基本许用应力[]′ =268MPa。已知蜗杆为单头，蜗轮每转一转时每个轮齿啮合的次数j=1；蜗轮转速=30r／min；蜗杆副的使用寿命L=10000h。则应力循环次数： N=6Qjn2Lh=60×1×30 x 10000=18×107 寿命系数： 许用接触应力： [σH]=KHN[σH]′=0.929×268Mpa≈ 249Mpa 6) 计算中心距 查表得，取中心距，已知蜗杆头数=1，因此以上计算结果可用。 蜗杆和蜗轮主要几何尺寸计算 （1）蜗杆 分度圆直径：d1=28mm 直径系数：q=17.92， 蜗杆头数：Z1=1 分度圆导程角：γ=3°11′38″ 蜗杆轴向齿距：PA==3.94mm； 蜗杆齿顶圆直径： 蜗杆齿根圆直径： 蜗杆轴向齿厚： =2.512mm 蜗杆轴向齿距： （2）蜗轮 蜗轮齿数：Z2 =45 变位系数Χ=0 验算传动比：i=/=45/1=45 蜗轮分度圆直径：d2=mz2=72mm 蜗轮喉圆直径：da2=d2+2ha2=93.5 蜗轮喉母圆直径：rg2=a-1/2 da2 =50-1/293.5=3.25 蜗轮齿顶圆直径： 蜗轮齿根圆直径： 蜗轮外圆直径：当在z=1时， 2.2 蜗杆轴的设计 （1） 蜗杆轴的材料选择，确定许用应力 考虑轴主要传递蜗轮的转矩，为普通用途中小功率减速传动装置。 选用45号钢，正火处理， （2） 按扭转强度初步估算轴的最小直径 （2-21） 扭转切应力为脉动循环变应力，取α=0.6 抗弯截面系数W=0.1d3 取dmin=15.14mm （3） 确定各轴段的直径和长度 根据各个零件在轴上的定位和装拆方案确定轴的形状及直径和长度。 图2.1 蜗杆轴 d1=d5 同一轴上的轴承选用同一型号，以便于轴承座孔镗制和减少轴承类型。 d5轴上有一个键槽，故槽径增大5% d1

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