2013届机械设计制造及其自动化（数控）毕业设计（论文）
毕业设计（论文）
题目数控车床自动回转刀架的设计
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目录
绪论 (1)
第一章数控车床回转刀架概述 (1)
1.1数控车床刀架的介绍 (1)
1.2数控车床刀架的分类 (1)
第二章回转刀架方案选择 (1)
2.1数控车床回转刀架的基本要求 (1)
2.2 立式数控回转刀架的结构特点 (2)
2.3刀架参数的确定 (3)
2.4动力源的选择及方案选择结果 (4)
第三章回转刀架的工作原理及过程 (5)
3.1电动刀架工作原理 (5)
3.2四方刀架的主要构成部分 (5)
第四章回转刀架的设计及计算 (6)
4.1夹紧力的计算 (6)
4.2最大切削扭矩 (7)
4.3单工位换刀时间 (7)
4.4定位精度 (9)
第五章主传动机构的设计和标准件的选取 (10)
5.1初拟传动方案 (10)
5.2选择步进电动机 (10)
5.3蜗轮蜗杆的设计 (10)
5.4中心轴强度校核 (11)
第六章刀架的电气设计 (16)
6.1刀架的电气控制 (16)
6.2回转刀架PLC控制 (17)
第七章总结 (20)
致谢 (20)
参考文献 (21)
2013届机械设计制造及其自动化（数控）毕业设计（论文）
数控车床自动回转刀架的设计
摘要数控机床为了能在工件一次装夹中完成多道甚至所有加工工序，以缩短辅助时间和减小多次安装工件所引起的误差，必须带有自动换刀装置。数控车床上的回转刀架就是一种最简单的自动换刀装置，这次设计的自动回转刀架具有转位快，定位精度高，切向扭矩大等特点，原理采用蜗杆传动，上下齿盘啮合，螺杆夹紧的工作原理。
关键词: 数控车床回转刀架特点原理
绪论
毕业设计是培养学生实践的重要环节之一,它是在大学教学课程，机械课程设计，金工实习
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等教学环节的基础上进行的。毕业设计的主要目的是培养我们综合运用所学基础知识、专业知识和专业技术知识及技能来分析、解决一般工程技术问题，使我们建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序规则和设计方法，为走上工作岗位打下一定的基础。
国内部分刀架回转原理为电机经弹簧理合器带动蜗杆，再由蜗轮带动蜗杆旋转，当刀架转体时，由霍尔元件不断检测刀架转体是否到位，到位后霍尔元件发出信号，然后反转锁紧。主要采用有销盘、内齿盘，外齿盘组成的三端齿定位机构实现准确定位。其控制部分主要选用MCS-51系列单片机以及ATMEL公司的AT89等同类产品进行控制。
在自动换刀的数控机床上，自动回转换刀装置应满足换刀时间短，刀具重复定位精度高，足够的刀具储存量，换刀安全等一些可靠的要求。
第一章数控车床回转刀架概述
1.1 数控车床刀架的介绍
2013届机械设计制造及其自动化（数控）毕业设计（论文）
数控车床主要有主轴箱、床鞍、尾架、刀架、对刀仪、液压系统、润滑系统、气动装置及数控系统组成。数控车床的出现对提高生产率改善产品质量以及改善劳动环境发挥了重要作用，传统的车床例如CA6140的刀架上只能装一把刀，换刀速度缓慢，换刀后还需重新对刀而且精度不高，生产效率低，不能适应现代化生产的需要，因此必须对车床的换刀装置进行改进，为了能在工件的一次装夹中完成多个工序加工，缩短加工辅助时间，减少因多次安装引起的加工误差，充分发挥数控车床的加工效率，采用“工序集中”的原则，采用自动回转刀架。数控车床上使用的自动回转刀架是一种最简单的换刀装置，自动回转刀架在一定空间范围内，能自动执行松开、转位，精密定位等一系列动作的一种机构。
1.2 数控车床刀架分类
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。
对于回转刀架，根据装刀数量不同，自动回转刀架分为四工位、六工位、八工位等；根据安装方式不同，自动回转刀架分为立式和卧式。本文设计的为四工位立式回转刀架。
第二章自动回转刀架方案选择
2.1 数控车床自动回转刀架的基本要求
数控车床回转刀架的基本要求：
（1）四工位立式。
（2）转位准确可靠，各种平稳安全。
（3）按最短路线就最近选位，转位时间短。
（4）重复定位精度高。
（5）防水、防屑、密封性优良。
（6）夹紧刚度高，适宜重负荷切削。
CK6140为经济性数控车床。其设计的刀架可与数控车床的数控系统接口相连接，又可配置简易的数控系统，辅助主机完成轴类、盘类等零件的车外圆、端面、圆弧、刀槽、车螺纹、镗孔的加工工序。
按照数控车床回转刀架的基本要求和CK6140车床的实际情况，本设计初选刀架为简易型四工位电动机回转刀架。
2.2 立式数控回转刀架的结构特点
立式数控回转刀架的结构特点：
①设置端齿盘作精定位元件。
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②采用霍尔开关（无触电霍尔元件）作信号传输控制，避免了机械接触延长了使用寿命。
③可以借助双重粗定位机构，使刀架回转平稳。
④具有防水防滑作用。
2.3 刀架参数的确定
中心高：中心高是数控车床回转刀架的主要参数。初选中心高为110㎜。其型号及具体规格如表2—1：
表2—1
2.4 动力源的选择及方案选择结果
驱动回转刀架的动力可分为电动机传动和液压传动两类。一般情况下只在卧式数控机床回转刀架中使用液压传动，而其余均为电动刀架，故对CK6140在选用时应取电动机作为回转刀架的动力源。通过对数控车床回转刀架的基本要求，结构特点，动力源及基本参数的分析，可以得出CK6140回转刀架的设计方案如下：
(1) 立式简易型。
(2) 伺服电动机直接驱动。
(3) 中心高为110mm，工位数为4。
(4) 采用霍尔开关作为信号传输控制元件。
(5) 转位时刀架需要抬起，高度为5mm。
