摘要
數(shù)控車(chē)床今后將向中高當(dāng)發(fā)展，中檔采用普及型數(shù)控刀架配套，高檔采用動(dòng)力型刀架，兼有液壓刀架、伺服刀架、立式刀架等品種，預(yù)計(jì)近年來(lái)對(duì)數(shù)控刀架需求量將大大增加。數(shù)控刀架的發(fā)展趨勢(shì)是：隨著數(shù)控車(chē)床的發(fā)展，數(shù)控刀架開(kāi)始向快速換刀、電液組合驅(qū)動(dòng)和伺服驅(qū)動(dòng)方向發(fā)展。 本部分主要對(duì)四工位立式電動(dòng)刀架的機(jī)械設(shè)計(jì)和應(yīng)用繼電-接觸控制系統(tǒng)控制部分的設(shè)計(jì)。并對(duì)以上部分運(yùn)用AUTOCAD做圖，對(duì)電動(dòng)刀架有更直觀的了解。最后的提出了對(duì)電動(dòng)刀架提出了意見(jiàn)和措施。
關(guān)鍵詞 ：數(shù)控刀架 ； 電動(dòng)刀架 ； 四工位
Abstract
Numerical control there is in the future lathe to in will develop,the middle-grade to adopt popular numerical control knife rest form a complete set, adopt the motive force type knife rest top-gradly, have such varieties as knife rest of hydraulic pressure , servo knife rest , vertical knife rest ,etc. concurrently, it is estimated that will increase to numerical control knife rest demand greatly in recent years. The development trend of the numerical control knife rest is: With the development of numerical control lathe, numerical control knife rest begin to change one hundred sheets , electric liquid is it urge and urge direction develop while being servo to make up fast. Some originally design and is it continue electricity to use to four worker location vertical electronic machinery of knife rest mainly- exposed to control system control some designs. And use AUTOCAD to pursue to the above part , have an more ocular knowledge of electronic knife rest. The last proposition has put forward the suggestion and measure to the electronic knife rest.
Keyword： Numerical control knife rest ； Electronic knife rest ；Four engineering location
28
目錄
緒 論 1
第1章 數(shù)控自動(dòng)刀架總體介紹 2
1.1 數(shù)控自動(dòng)刀架的設(shè)計(jì)背景 2
1.2 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 2
1.3 主要技術(shù)參數(shù) 2
1.4 本章小結(jié) 3
第2章 自動(dòng)刀架電氣說(shuō)明書(shū) 4
2.1 電動(dòng)刀架系統(tǒng) 4
2.1.1 電動(dòng)刀架及其工作原理 4
2. 1. 2 電動(dòng)刀架動(dòng)作過(guò)程 4
2.1.3 技術(shù)說(shuō)明 5
2.1.4 接口注意事項(xiàng) 6
2.1.5 在裝調(diào)中，可能出選的異?，F(xiàn)象及原因 6
2.1.6 PLC控制說(shuō)明 11
2.2 本章小結(jié) 14
第3章 電動(dòng)刀架機(jī)械說(shuō)明書(shū) 15
3.1 工作原理 15
3.2 刀架動(dòng)作順序 15
3.3 步進(jìn)電機(jī)的選用 15
3.4 蝸輪及蝸桿的選用與校核 16
3.4.1 選擇蝸桿傳動(dòng)類(lèi)型 16
3. 4. 2 選擇材料 16
3.4.3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 16
3.5 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 18
3. 5. 1 蝸桿 18
3. 5. 2 蝸輪 18
3. 5. 3 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 18
3.6 軸的校核與計(jì)算 19
3.6.1 畫(huà)出受力簡(jiǎn)圖 19
3. 6. 2 畫(huà)出扭矩圖 19
3. 6. 3 彎矩圖 20
3.7 彎矩組合圖 20
3.8 根據(jù)最大危險(xiǎn)截面處的扭矩確定最小軸徑 20
3.9 連軸器的選擇 21
3.9.1 類(lèi)型選擇 21
3.9.2 載荷計(jì)算 21
3.9.3 型號(hào)選擇 21
3.10 鍵聯(lián)接的類(lèi)型和尺寸 21
3.11 蝸桿上鍵的選取與校核 22
3.12 軸承的選用 22
3. 12. 1 軸承的類(lèi)型 22
3. 12. 2 軸承的游隙及軸上零件的調(diào)配 23
3. 12. 3 滾動(dòng)軸承的配合 23
3.12.4 滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑 23
3. 12. 5 滾動(dòng)軸承的密封裝置 23
3.13 本章小結(jié) 23
第4章 總結(jié) 24
致謝 26
參考文獻(xiàn) 27
緒 論
數(shù)控刀架的發(fā)展趨勢(shì)是：隨著數(shù)控車(chē)床的發(fā)展，數(shù)控刀架開(kāi)始向快速換刀、電液組合驅(qū)動(dòng)和伺服驅(qū)動(dòng)方向發(fā)展。?
目前國(guó)內(nèi)數(shù)控刀架以電動(dòng)為主，分為立式和臥式兩種。立式刀架有四、六工位兩種形式，主要用于簡(jiǎn)易數(shù)控車(chē)床；臥式刀架有八、十、十二等工位，可正、反方向旋轉(zhuǎn)，就近選刀，用于全功能數(shù)控車(chē)床。另外臥式刀架還有液動(dòng)刀架和伺服驅(qū)動(dòng)刀架。電動(dòng)刀架是數(shù)控車(chē)床重要的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，合理地選配電動(dòng)刀架，并正確實(shí)施控制，能夠有效的提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，消除人為誤差，提高加工精度與加工精度的一致性等等。另外，加工工藝適應(yīng)性和連續(xù)穩(wěn)定的工作能力也明顯提高：尤其是在加工幾何形狀較復(fù)雜的零件時(shí)，除了控制系統(tǒng)能提供相應(yīng)的控制指令外，很重要的一點(diǎn)是數(shù)控車(chē)床需配備易于控制的電動(dòng)刀架，以便一次裝夾所需的各種刀具，靈活 方便地完成各種幾何形狀的加工。
數(shù)控刀架的市場(chǎng)分析：國(guó)產(chǎn)數(shù)控車(chē)床今后將向中高檔發(fā)展，中檔采用普及型數(shù)控刀架配套，高檔采用動(dòng)力型刀架，兼有液壓刀架、伺服刀架、立式刀架等品種，近年來(lái)需要量可達(dá)1000～1500臺(tái)。?
數(shù)控刀架的高、中、低檔產(chǎn)品市場(chǎng)數(shù)控刀架作為數(shù)控機(jī)床必需的功能部件，直接影響機(jī)床的性能和可靠性，是機(jī)床的故障高發(fā)點(diǎn)。
這就要求設(shè)計(jì)的刀架具有具有轉(zhuǎn)位快，定位精度高，切向扭矩大的特點(diǎn)。它的原理采用蝸桿傳動(dòng)，上下齒盤(pán)嚙合，螺桿夾緊的工作原理。
第1章 數(shù)控自動(dòng)刀架總體介紹
1.1 數(shù)控自動(dòng)刀架的設(shè)計(jì)背景
電動(dòng)刀架是數(shù)控車(chē)床重要的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)控刀架的高、中、低檔產(chǎn)品市場(chǎng)數(shù)控刀架作為數(shù)控機(jī)床必需的功能部件，直接影響機(jī)床的性能和可靠性，是機(jī)床的故障高發(fā)點(diǎn)。
隨著數(shù)控車(chē)床的發(fā)展，數(shù)控刀架開(kāi)始向快速換刀、電液組合驅(qū)動(dòng)和伺服驅(qū)動(dòng)方向發(fā)展。
????目前國(guó)內(nèi)數(shù)控刀架以電動(dòng)為主，分為立式和臥式兩種。立式刀架有四、六工位兩種形式，主要用于簡(jiǎn)易數(shù)控車(chē)床；臥式刀架有八、十、十二等工位，可正、反方向旋轉(zhuǎn)，就近選刀，用于全功能數(shù)控車(chē)床。另外臥式刀架還有液動(dòng)刀架和伺服驅(qū)動(dòng)刀架。
在本次設(shè)計(jì)中我主要負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)一只四工位立式電動(dòng)刀架的機(jī)械設(shè)計(jì)和應(yīng)用繼電-接觸控制系統(tǒng)控制部分的設(shè)計(jì)。
1.2 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
我們的設(shè)計(jì)過(guò)程中，本著以下幾條設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
1） 創(chuàng)造性的利用所需要的物理性能和控制不需要的物理性能
2） 判別功能載荷及其意義
3） 預(yù)測(cè)意外載荷
4） 創(chuàng)造有利的載荷條件
5） 提高合理的應(yīng)力分布和剛度而重量達(dá)到最輕
6） 應(yīng)用基本公式求相稱尺寸和最佳尺寸
7） 根據(jù)性能組合選擇材料
8） 在儲(chǔ)備零件與整體零件之間精心的進(jìn)行選擇
9） 進(jìn)行功能設(shè)計(jì)以適應(yīng)制造工藝和降低成本的要求
1.3 主要技術(shù)參數(shù)
（1）最大許用力矩（Nm）Mq 100 Mx 200 Ms 100
（2）重復(fù)定位精度：（mm）<0.005
（3）電機(jī)功率(w) 20
（4）電機(jī)轉(zhuǎn)速（rpm）1250
1.4 本章小結(jié)
初步了解了設(shè)計(jì)題目（電動(dòng)刀架）及發(fā)展概況，設(shè)計(jì)背景，對(duì)刀架有了一些印象，對(duì)整理設(shè)計(jì)思路 安排設(shè)計(jì)時(shí)間有很好的輔助作用。對(duì)一些參數(shù)的進(jìn)行了解
同時(shí)按準(zhǔn)則要求來(lái)完成設(shè)計(jì)。
1-1第2章 自動(dòng)刀架電氣說(shuō)明書(shū)
2.1 電動(dòng)刀架系統(tǒng)
現(xiàn)結(jié)合圖2-1來(lái)討論電動(dòng)刀架的相關(guān)問(wèn)題。
圖2-1電氣原理圖
2.1.1 電動(dòng)刀架及其工作原理
電動(dòng)刀架的機(jī)械部分類(lèi)似于蝸輪機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)刀具的抬升、旋轉(zhuǎn)（交換刀具位置）及下降鎖緊，這里著重討論實(shí)現(xiàn)上述動(dòng)作所必須的硬件條件和電路原理。
在圖2-1中，繼電器KA1,KA2實(shí)現(xiàn)電動(dòng)刀架的動(dòng)作切換控制，主要完成刀架
電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)切換。在刀架旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，每個(gè)工位上的霍爾元件會(huì)依次切換為有效狀態(tài)，系統(tǒng)根據(jù)T1,T2,T3及T4狀態(tài)的變化，可以推斷出目前的刀號(hào)，并判斷是否為當(dāng)前所選用刀具，一旦符合，則電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，鎖緊刀具。電動(dòng)刀架各時(shí)序的切換及間隔是系統(tǒng)控制的關(guān)鍵，反向鎖緊所用時(shí)間取決于電動(dòng)刀架生產(chǎn)廠家有推薦指標(biāo)，過(guò)長(zhǎng)會(huì)引起電機(jī)發(fā)熱甚至燒毀。為保證電動(dòng)刀架安全運(yùn)動(dòng)，在電動(dòng)刀架交流380V進(jìn)線處加裝快速熔斷器和熱繼電器。
2. 1. 2 電動(dòng)刀架動(dòng)作過(guò)程
數(shù)控系統(tǒng)調(diào)刀代碼開(kāi)始執(zhí)行時(shí)，或行動(dòng)調(diào)刀時(shí)，首先輸出刀架正轉(zhuǎn)信號(hào)，使刀架旋轉(zhuǎn)，當(dāng)接收到指定的刀具的到位信號(hào)后，關(guān)閉刀架正轉(zhuǎn)信號(hào)，延遲50ms時(shí)間后，刀架開(kāi)始反轉(zhuǎn)而進(jìn)行鎖緊，并開(kāi)始檢查鎖緊信號(hào)，當(dāng)接收到該信號(hào)后，關(guān)閉刀架反轉(zhuǎn)信號(hào)，延遲時(shí)間，并對(duì)電機(jī)制動(dòng)。換刀結(jié)束。程序轉(zhuǎn)入下一程序段繼續(xù)執(zhí)行。如執(zhí)行的刀號(hào)與現(xiàn)在的刀號(hào)（自動(dòng)記錄）一致時(shí)，則換刀指令立刻結(jié)束，并轉(zhuǎn)入下一程序段執(zhí)行。
我根據(jù)上述描述的換刀動(dòng)作過(guò)程，做了如下動(dòng)作流程圖2-2
圖2-2自動(dòng)換刀流程圖
動(dòng)作流程圖2-2
2.1.3 技術(shù)說(shuō)明
在設(shè)計(jì)過(guò)程中要求自動(dòng)刀架能夠按事先編定的程序動(dòng)作，也能按照手動(dòng)脈沖信號(hào)的給定依次動(dòng)作。
這次設(shè)計(jì)的是四工位刀架，其動(dòng)作如下：
1， 微機(jī)要刀：
要刀信號(hào)——PLC 設(shè)備響應(yīng)—— 電機(jī)正轉(zhuǎn)- 刀架上升——旋轉(zhuǎn)——霍爾元件發(fā)出信號(hào)——電機(jī)反轉(zhuǎn)——刀架鎖緊——電機(jī)過(guò)流——發(fā)出中斷信號(hào)——應(yīng)答——加工——ΩCP
其中應(yīng)用8位單片機(jī)實(shí)現(xiàn)PLC的控制，其它有關(guān)技術(shù)要求，規(guī)范在其它章節(jié)有詳細(xì)說(shuō)明
2 ，手動(dòng)要求
ΩCP——電機(jī)正轉(zhuǎn)——刀架上升——刀架旋轉(zhuǎn)——霍爾元件發(fā)出信號(hào)——電機(jī)反轉(zhuǎn)——刀架下降鎖緊——電機(jī)過(guò)流——發(fā)出中斷信號(hào)——應(yīng)答——加工——ΩCP
程序調(diào)試
1） 按文字標(biāo)記記在電氣箱插頭上電動(dòng)刀架插頭和接口電源插頭。所接的2根電纜管內(nèi)有4根線。3根線接車(chē)床總開(kāi)關(guān)后的 三相電源。一根黃綠線接系統(tǒng)地線，另管內(nèi)7根導(dǎo)線定義如下：
棕：1#絕對(duì)要刀 藍(lán)：2#絕對(duì)要刀
紅：3#絕對(duì)要刀 黃：4#絕對(duì)要刀
綠：微機(jī)柜+12~24V 白：回刀信號(hào)
黑：微機(jī)柜+12~24V5
橙：5#絕對(duì)要刀 紫：6#絕對(duì)要刀
2） 刀架電氣箱固定在車(chē)床操作人員可能觸及的部位，先將SA2置于手控位，按一下按鈕，SB3刀架轉(zhuǎn)位90度，如刀架不動(dòng)，紅燈長(zhǎng)亮，表示電源反相序了，需要到正相序再次試車(chē)，用戶要求將代暖氣箱安裝雜機(jī)床內(nèi)部，參看2#電路原理圖
2.1.4 接口注意事項(xiàng)
使用絕對(duì)要刀時(shí)，如微機(jī)不具備收到回答信號(hào)再啟動(dòng)下道程序功能，編程信號(hào)寬度應(yīng)大于最大可能運(yùn)動(dòng)時(shí)間
2.1.5 在裝調(diào)中，可能出選的異?，F(xiàn)象及原因
1孔殼帶電，燒斷保險(xiǎn)絲
原因：火地線反。插頭松動(dòng)，電機(jī)短路
2．紅燈亮 ，不動(dòng)作
原因：三相電源反相序或缺相
3.手動(dòng)或微機(jī)信號(hào)，刀架不動(dòng)
原因：檢查開(kāi)關(guān)位置是否準(zhǔn)確
4.刀架定位不準(zhǔn)
原因：刀架發(fā)訊盤(pán)松動(dòng)，移動(dòng)
5 刀架運(yùn)轉(zhuǎn)不停
原因：開(kāi)關(guān)位置錯(cuò)誤，按鈕短路，探頭斷線
6 某刀位不動(dòng)
原因：接口燒壞或接口斷線
7 綠燈不亮
原因：保險(xiǎn)絲斷或未擰緊，或插頭插反
8 電氣控制失靈
原因：夾刀過(guò)緊，刀臺(tái)變形
霍爾元件的選取
根據(jù)工作所需要及其它方面的具體要求：
選型： HK831
其工作電壓：4.4V~9V
截止電源電流：〈6MA
輸出低電壓：〈0.4V
高電平輸出電流：〈10A
其工作溫度范圍：-20~55
如下：
圖 2-3 微機(jī)送出信號(hào)控制手控硅二極管的控制級(jí)
圖2-4 電機(jī)過(guò)流時(shí)信號(hào)采集電路
表2-1 元件明細(xì)表：
序號(hào)
名稱
型號(hào)
圖表
數(shù)量
備注
1
繼電器
JQX-11F-002
KA7，KA8
2
無(wú)座
2
繼電器
HF4098DCDV
KA1~ KA6
7
3
保險(xiǎn)管座
BH003-5
4
4
保險(xiǎn)管
5X20MM12.5A
FU1
3
5
保險(xiǎn)管
5X20MM11.0A
FU2
1
6
鈕子開(kāi)關(guān)
KN6-102
SA1，SA2
2
7
按鈕
AN4
SB3
1
8
穩(wěn)壓器
LM7812
IC
1
9
發(fā)光二極管
BT325PG
H1
1
綠色
10
二極管
BT225
H2
1
紅色
11
二極管
IN4002
V9~V12
7
12
雪崩二極管
BZX8.2
V13
1
13
電容器
01F/40V
C4
1
14
全橋整流器
PB151M
V14~V17
1
400V/1A
15
全橋整流器
WO4
VAa,Vab
2
16
電阻器
RX20-16T
R4
1
17
電阻器
RJ-2W
R1~R3，R5
4
18
電阻器
RJ114W
R6~R8
3
19
電容器
DC11B
C1
1
20
電容器
CJ-01F/16V
C3
1
21
電容器
CD11B
C4
1
22
電容器
CL
C7~C9
3
23
接叉件
CA-14JZ2/KA
X1
1
24
接叉件
CA-14JWKA
X2
1
25
霍爾元件
HK831
BM1~4
4
2.1.6 PLC控制說(shuō)明
（1）技術(shù)說(shuō)明
在設(shè)計(jì)中要求自動(dòng)刀架能夠按預(yù)先編定的程序動(dòng)作，也按照手動(dòng)脈沖技術(shù)信號(hào)的給定而依次動(dòng)作。
其控制的T功能過(guò)程可以如圖來(lái)表示
圖2-5 過(guò)程圖
其工作過(guò)程如下：
微機(jī)要刀：
要刀信號(hào)——PLC設(shè)備響應(yīng)——電機(jī)正轉(zhuǎn)——刀架上升——刀架旋轉(zhuǎn)——旋轉(zhuǎn)到霍爾元件發(fā)出信號(hào)——電機(jī)反轉(zhuǎn)——刀架鎖緊——電機(jī)過(guò)流——發(fā)出中斷信號(hào)——應(yīng)答——加工
其中應(yīng)用8位單片機(jī)實(shí)現(xiàn)PLC的控制，其它有關(guān)技術(shù)要求，規(guī)范另詳
手動(dòng)要刀
手動(dòng)按鈕壓下——電機(jī)正轉(zhuǎn)——刀架上升——刀架旋轉(zhuǎn)——到位霍爾元件發(fā)訊——電機(jī)反轉(zhuǎn)——刀架下降鎖緊——電機(jī)過(guò)流——發(fā)出中斷信號(hào)——應(yīng)答——加工
在設(shè)計(jì)中采用OMRON公司系列編程控制器：C40P
表2-2 I/O地址分配表：
I/O 口
作用說(shuō)明
0000
手動(dòng)機(jī)控選擇開(kāi)關(guān)
0001
手動(dòng)換刀按鈕
0002
機(jī)控，相對(duì)絕對(duì)要刀開(kāi)關(guān)
0003
1號(hào)刀位霍爾元件
0004
2號(hào)刀位霍爾元件
0005
3號(hào)刀位霍爾元件
0006
4號(hào)刀位霍爾元件
0007
1號(hào)刀位機(jī)控信號(hào)
0008
2號(hào)刀位機(jī)控信號(hào)
0009
3號(hào)刀位機(jī)控信號(hào)
0010
4號(hào)刀位機(jī)控信號(hào)
0011
過(guò)流
1000
手動(dòng)1號(hào)刀保持繼電器
1001
手動(dòng)2號(hào)刀保持繼電器
1002
手動(dòng)3號(hào)刀保持繼電器
1003
手動(dòng)4號(hào)刀保持繼電器
1004
機(jī)控刀位保持繼電器
1005
機(jī)控絕對(duì)要刀保持繼電器
1006
定時(shí)準(zhǔn)備保持繼電器
0500
電機(jī)正轉(zhuǎn)輸出
0501
電機(jī)反轉(zhuǎn)輸出
0502
綠色發(fā)光二極管輸出
0503
紅色發(fā)光二極管輸出
0504
換刀完畢輸出應(yīng)答信號(hào)
表2-3 PLC 程序語(yǔ)句表：
地址
指令
數(shù)據(jù)
地址
指令
數(shù)據(jù)
0000
LD
0000
0016
LD
0000
0001
AND
0001
0017
AND
0001
0002
LD
0002
0018
LD
0002
0003
AND
1004
0019
AND
1004
0004
OR-LD
0020
OR-LD
0005
AND-NOT
0003
0021
AND-NOT
0005
0006
LD-NOT
0004
0022
LD-NOT
0006
0007
KEEP
1000
0023
KEEP
1002
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2.2 本章小結(jié)
介紹了電動(dòng)刀架的電器控制原理及其換刀過(guò)程，了解可能出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象和原因，提出問(wèn)題選取元件 編寫(xiě)程序 對(duì)刀架進(jìn)行控制。
第3章 電動(dòng)刀架機(jī)械說(shuō)明書(shū)
3.1 工作原理
當(dāng)微機(jī)程序發(fā)出換刀信號(hào)，通過(guò)放大線路驅(qū)動(dòng)，繼電器使電機(jī)正轉(zhuǎn)，通過(guò)減速器機(jī)構(gòu)和升降螺母機(jī)構(gòu)將上刀體升起至一定位置后離合轉(zhuǎn)盤(pán)起作用，帶動(dòng)上刀體旋轉(zhuǎn)到送刀位，刀位發(fā)訊盤(pán)發(fā)出訊號(hào)，刀架控制器繼電器使電機(jī)反轉(zhuǎn)，通過(guò)發(fā)訊機(jī)構(gòu)使上刀體下降，齒牙盤(pán)嚙合，完成精定位，并通過(guò)蝸桿鎖緊蝸輪，使刀架鎖緊，當(dāng)夾緊力達(dá)到預(yù)先調(diào)好的狀態(tài)時(shí)，過(guò)流繼電器動(dòng)作，切斷源，
電機(jī)反轉(zhuǎn)停轉(zhuǎn)，并向微機(jī)發(fā)出換刀信號(hào)答復(fù)信號(hào)，加工順序開(kāi)始執(zhí)行。
3.2 刀架動(dòng)作順序
電機(jī)——減速機(jī)構(gòu)——升降機(jī)構(gòu)——上刀體上升轉(zhuǎn)位——信號(hào)符合——粗定位機(jī)構(gòu)——上刀體下降——精定位——刀體鎖緊——電機(jī)停轉(zhuǎn)——換刀應(yīng)答——加工順序執(zhí)行安裝去掉車(chē)床小拖板，置刀架于拖板上，卸掉電機(jī)風(fēng)蓋，逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)，活用內(nèi)六角板手轉(zhuǎn)動(dòng)軸承處之內(nèi)六角，使刀架轉(zhuǎn)動(dòng)到45度左右時(shí)，打壓裝螺孔，然后固定刀架即可根據(jù)上述描述的換刀動(dòng)作過(guò)程，做了如下動(dòng)作。
3.3 步進(jìn)電機(jī)的選用
許多機(jī)械加工需要微量進(jìn)給。要實(shí)現(xiàn)微量進(jìn)給，步進(jìn)電機(jī)、直流伺服交流伺服電機(jī)都可作為驅(qū)動(dòng)元件。對(duì)于后兩者，必須使用精密的傳感器并構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，才能實(shí)現(xiàn)微量進(jìn)給。在開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中，廣泛采用步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行單元。這是因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
●直接采用數(shù)字量進(jìn)行控制;
●轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，啟動(dòng)、停止方便；
●成本低；
●無(wú)誤差積累；
●定位準(zhǔn)確；
●低頻率特性比較好；
●調(diào)速范圍較寬；
采用步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)單元，其機(jī)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，主要是變速齒輪副、滾珠絲杠副，以克服爬行和間隙等不足。通常步進(jìn)電機(jī)每加一個(gè)脈沖轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)脈沖當(dāng)量；但由于其脈沖當(dāng)量一般較大，如0.01mm，在數(shù)控系統(tǒng)中為了保證加工精度，廣泛采用步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)。
步進(jìn)電機(jī)的選用一般通過(guò)估算負(fù)載轉(zhuǎn)距來(lái)選用：
負(fù)載轉(zhuǎn)距的估算公式為：
(3-1)
根據(jù)電機(jī)所帶負(fù)載的具體情況：
F——蝸桿軸向力 ——蝸桿徑向力
P——蝸桿的導(dǎo)程 i ——減速比
——摩擦系數(shù) ——傳動(dòng)效率
參數(shù)的具體計(jì)算：
代入數(shù)值計(jì)算得：
根據(jù)查手冊(cè)《機(jī)械產(chǎn)品目錄》選出伺服電機(jī)的型號(hào)：4IK25RGN-A
3.4 蝸輪及蝸桿的選用與校核
由于前述所選電機(jī)可知T=0.1472N.M傳動(dòng)比設(shè)定為i=60，效率η=0.4工作日安排每年300工作日計(jì)，壽命為7年。
3.4.1 選擇蝸桿傳動(dòng)類(lèi)型
根據(jù)GB/T10085—1988的推薦，采用漸開(kāi)線蝸桿。
3. 4. 2 選擇材料
開(kāi)率到蝸桿傳動(dòng)效率不大，速度只是中等，故蝸桿用45號(hào)鋼；為達(dá)到更高的效率和更好的耐磨性，要求蝸桿螺旋齒面淬火，硬度為45~55HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅Zcusn10p1，金屬鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵HT100制造。
3.4.3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
根據(jù)閉式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，在校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。傳動(dòng)中心距：
(3-2)
（1）確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)距T2
按Z1=2，估取效率η=0.8，則
T2=T*η*i=3.5382N.M (3-3)
（2）確定載荷系數(shù)K
因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù)Kβ=1；由使用系數(shù)KA表從而選取KA=1.15；由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動(dòng)載系數(shù)KV=1.1；則
K=KA*Kβ*KV=1*1.15*1.1=1.265≈1.27(3-4)
（3）確定彈性影響系數(shù)ZE
因選用的鑄錫磷青銅蝸輪和蝸桿相配，故
（4）確定接觸系數(shù)Zρ
先假設(shè)蝸桿分度圓直徑d1和傳動(dòng)中心距a的比值=0.30，從而可查出Zρ=3.12。
（5）確定許用應(yīng)力[σH]
根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅zcusn10p1，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度＞45HRC，從而可查得蝸輪的基本許用應(yīng)力[σH]‘=268MPA。
因?yàn)殡妱?dòng)刀架中蝸輪蝸桿的傳動(dòng)為間隙性的，故初步定位、其壽命系數(shù)為KHN=0.92，則
[σH]= KHN[σH]‘=0.92×268=246.56≈247MPA(3-5)
（6）計(jì)算中心距
(3-6)
取中心距a=50mm，m=1.25mm，蝸桿分度圓直徑d1=22.4mm，這時(shí)=0.448，從而可查得接觸系數(shù)=2.72，因?yàn)椋糧ρ，因此以上計(jì)算結(jié)果可用。
3.5 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸
3. 5. 1 蝸桿
直徑系數(shù)q=17.92；分度圓直徑d1=22.4mm，蝸桿頭數(shù)Z1=1；分度圓導(dǎo)程角γ=3°11′38″
蝸桿軸向齒距：PA==3.94mm；(3-7)
蝸桿齒頂圓直徑：(3-8)
蝸桿齒根圓直徑：=16.4mm(3-9)
蝸桿軸向齒厚：=1.97mm(3-10)
3. 5. 2 蝸輪
蝸輪齒數(shù)：Z2 =62，變位系數(shù)Χ=0
驗(yàn)算傳動(dòng)比：i=/=62/1=62(3-11)
這是傳動(dòng)比誤差為：（60-62）/60=2/60=0.033=3.3%(3-12)
蝸輪分度圓直徑：d2=mz2=(3-13)
蝸輪喉圓直徑：da2=d2+2ha2=93.5(3-14)
蝸輪齒根圓直徑：df2= d2- 2hf2= 58.3(3-15)(3-16)
蝸輪喉母圓直徑rg2=a-1/2 da2 =50-1/293.5=3.25(3-17)
3. 5. 3 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
(3-18)
當(dāng)量齒數(shù)
(3-19)
根據(jù)Χ2=0，ZV2=62，可查得齒形系數(shù)=2.31，螺旋角系數(shù)
Yβ=1-γ/140°=0.9773；(3-20)
許用彎曲應(yīng)力[δF]= KFN
由資料可查得Zcusn10p1制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力=56MPa，壽命系數(shù) =0.72，則
[δF]=56×0.72=40.32MPa(3-21)
=×2.31×0.9773=4.29MPa(3-22)
所以彎曲強(qiáng)度是滿足要求的。
3.6 軸的校核與計(jì)算
3.6.1 畫(huà)出受力簡(jiǎn)圖
計(jì)算出：R1=46.6N
R2=26.2N
圖 3-1受力簡(jiǎn)圖
3. 6. 2 畫(huà)出扭矩圖
T=η.i.T電機(jī)
=0.36×60×0.98
=21.2 N.M （3-33） 圖3-2扭矩圖
3. 6. 3 彎矩圖
M=72.8×180×10-3
=13.1N. （3-34）
圖3-3彎矩圖
3.7 彎矩組合圖
由此可知軸的最大
危險(xiǎn)截面所在。
組合彎矩
（3-35）
圖3-4彎矩組合圖
3.8 根據(jù)最大危險(xiǎn)截面處的扭矩確定最小軸徑
（3-36）
扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取α=0.6
抗彎截面系數(shù)W=0.1d3
軸的材料為45號(hào)鋼：=60MPa
帶入相關(guān)數(shù)據(jù)可計(jì)算得：
d≥5.45mm
根據(jù)各個(gè)零件在軸上的定位和裝拆方案確定軸的形狀及小
3.9 連軸器的選擇
3.9.1 類(lèi)型選擇
為了隔離振動(dòng)與沖擊，選用彈性套柱銷(xiāo)連軸器。
3.9.2 載荷計(jì)算
公稱轉(zhuǎn)距：T=N。M
計(jì)算轉(zhuǎn)距：Tca=RA*T=1.25×0.71≈0.184N。M（3-37）
3.9.3 型號(hào)選擇
因其主動(dòng)端直徑為16mm，從動(dòng)端軸徑為18mm。
從（GB4323—84）中查到TL2型彈性套柱銷(xiāo)。連軸器的許用轉(zhuǎn)距為16N.M
許用最大轉(zhuǎn)速為7600r/min，軸徑在12~19之間，故合用。
所以選擇的型號(hào)為：TL2連軸器
GB4323—8
3.10 鍵聯(lián)接的類(lèi)型和尺寸
因其軸上鍵的作用是傳扭矩，應(yīng)用平鍵連接即可，經(jīng)分析，為了傳動(dòng)精確，應(yīng)用單圓平鍵。
由資料可查出鍵的截面尺寸為：寬度b=5mm，高度h=5mm，由連軸器的寬度并參與鍵的長(zhǎng)度系列，從而取得鍵長(zhǎng)L=28mm（比連軸器寬度小一些）。
校核鍵連接的強(qiáng)度
鍵、軸和連軸器的材料都是鋼，因而可查得許用橋壓力[δP] =120～150Pma，取其平均值[δP]=135MPa。
鍵的工作長(zhǎng)度l=L-b=28-5=23mm。
鍵與連軸器的鍵槽的接觸高度k=0.5h=2.5mm
從而可得：
δp==1.54MPa＜[δp]=135MPa（3-37）
可見(jiàn)滿足要求。此鍵的標(biāo)記為：鍵C5×28 GB/T 1096—1979
3.11 蝸桿上鍵的選取與校核
（1）取鍵連接的類(lèi)型好尺寸
因其軸上鍵的作用是傳遞扭矩，應(yīng)用平鍵連接就可以了。在此用平鍵。由資料可查出鍵的截面尺寸為：寬度b=6mm，高度h=6mm，由連軸器的寬度并參考鍵的長(zhǎng)度系列，從而取鍵長(zhǎng)L=40mm（此連軸器寬度小一些）。
（2） 鍵連接的強(qiáng)度
鍵、軸和連軸器的材料都是鋼，因而可查得許用橋壓力[δp]=120～150MPa，取其平均值[δp]=135MPa。
鍵的工作長(zhǎng)度l=L-b=40-6=34mm，鍵與連軸器的鍵槽的接觸高度k=0.5h=3mm，從而可得：
δp=（3-38）
可見(jiàn)滿足要求。
此鍵的標(biāo)記為：鍵B6×40 GB/T 1096—1979。
3.12 軸承的選用
滾動(dòng)軸承是現(xiàn)代機(jī)器中廣泛應(yīng)用的部件之一。它是依靠主要元件的滾動(dòng)接觸來(lái)支撐轉(zhuǎn)動(dòng)零件的。與滑動(dòng)軸承相比，滾動(dòng)軸承摩擦力小，功率消耗少，啟動(dòng)容易等優(yōu)點(diǎn)。并且常用的滾動(dòng)軸承絕大多數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，因此使用滾動(dòng)軸承時(shí)，只要根據(jù)具體工作條件正確選擇軸承的類(lèi)型和尺寸。驗(yàn)算軸承的承載能力。以及與軸承的安裝、調(diào)整、潤(rùn)滑、密封等有關(guān)的“軸承裝置設(shè)計(jì)”問(wèn)題。
3. 12. 1 軸承的類(lèi)型
考慮到軸各個(gè)方面的誤差會(huì)直接傳遞給加工工件時(shí)的加工誤差，因此選用調(diào)心性能比較好的圓錐滾子軸承。此類(lèi)軸承可以同時(shí)承受徑向載荷及軸向載荷，外圈可分離，安裝時(shí)可調(diào)整軸承的游隙。其機(jī)構(gòu)代碼為3000，然后根據(jù)安裝尺寸和使用壽命選出軸承的型號(hào)為：30216E
3. 12. 2 軸承的游隙及軸上零件的調(diào)配
軸承的游隙和欲緊時(shí)靠端蓋下的墊片來(lái)調(diào)整的，這樣比較方便。
3. 12. 3 滾動(dòng)軸承的配合
滾動(dòng)軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，為使軸承便于互換和大量生產(chǎn)，軸承內(nèi)孔于軸的配合采用基孔制，即以軸承內(nèi)孔的尺寸為基準(zhǔn)；軸承外徑與外殼的配合采用基軸制，即以軸承的外徑尺寸為基準(zhǔn)。
3.12.4 滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑
考慮到電動(dòng)刀架工作時(shí)轉(zhuǎn)速很高，并且是不間斷工作，溫度也很高。故采用油潤(rùn)滑，轉(zhuǎn)速越高，應(yīng)采用粘度越低的潤(rùn)滑油；載荷越大，應(yīng)選用粘度越高的。
3. 12. 5 滾動(dòng)軸承的密封裝置
軸承的密封裝置是為了阻止灰塵，水，酸氣和其他雜物進(jìn)入軸承，并阻止?jié)櫥瑒┝魇ФO(shè)置的。密封裝置可分為接觸式及非接觸式兩大類(lèi)。此處，采用接觸式密封，唇形密封圈。
唇形密封圈靠彎折了的橡膠的彈性力和附加的環(huán)行螺旋彈簧的緊扣作用而套緊在軸上，以便起密封作用。唇形密封圈封唇的方向要緊密封的部位。即如果是為了油封，密封唇應(yīng)朝內(nèi)；如果主要是為了防止外物浸入，蜜蜂唇應(yīng)朝外。
3.13 本章小結(jié)
對(duì)電動(dòng)刀架的主要零件及傳動(dòng)系統(tǒng)的零件進(jìn)行設(shè)計(jì) 選型 零件校核，按照機(jī)械設(shè)計(jì)一書(shū)進(jìn)行設(shè)計(jì) ，完成機(jī)械部分
第4章 總結(jié)
總結(jié)
經(jīng)過(guò)近3個(gè)月的不懈努力，?？平逃凶钪匾囊彩亲詈笠粋€(gè)環(huán)節(jié)——畢業(yè)設(shè)計(jì)，終于完成在即。首先，我要衷心的感謝我的指導(dǎo)老師，是他們的悉心指導(dǎo)，讓我比較順利的完成了這次畢業(yè)設(shè)計(jì)。勤于并善于總結(jié)過(guò)去，才能更好更快的進(jìn)步。為啟示自己更好的獲得別人的幫助，現(xiàn)將這一大學(xué)期間戰(zhàn)線最長(zhǎng)的考試中所獲得的點(diǎn)滴體會(huì)及收獲簡(jiǎn)介如下，與師長(zhǎng)及同學(xué)共享，并渴求指正。
1， 在工作中要有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和循序漸進(jìn)，刨根問(wèn)底的韌勁：
在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，有幸獲得與指導(dǎo)老師一起討論問(wèn)題的機(jī)會(huì)。羅老師及各位師兄弟在討論問(wèn)題中所體現(xiàn)出來(lái)的一絲不茍的精神讓我深受感動(dòng)。我想這些精神的體現(xiàn)在很大程度上源于他們?cè)谄綍r(shí)養(yǎng)成的良好的治學(xué)習(xí)慣，循序漸進(jìn)，不斷積累，決不放過(guò)任何一個(gè)含糊的問(wèn)題，以高度的責(zé)任感面對(duì)所有細(xì)節(jié)。
2， 接受了先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想及理念的熏陶
能力，精力及知識(shí)儲(chǔ)備的限制使我們的實(shí)際工作只能促及皮毛，但多少也對(duì)涉及的宏觀理念有了一定程度的了解和體會(huì)，我想這是從書(shū)本上不可能學(xué)到的，其正面引導(dǎo)作用又是更寶貴的甚至可能影響我們的一生。以開(kāi)闊的眼界緊跟科技發(fā)展的最新動(dòng)向，抓緊先進(jìn)科技脈搏跳動(dòng)的主旋律，并以足夠的勇氣在自己的工作中從精神到現(xiàn)實(shí)行為兩方面均予以體現(xiàn)，這是我在設(shè)計(jì)過(guò)程中多次涌現(xiàn)的感知和認(rèn)識(shí)。
3， 在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下在一味以精神為秤桿來(lái)要求自己和他人是不現(xiàn)實(shí)的
堅(jiān)持用較遠(yuǎn)的眼光在十字路口進(jìn)行選擇是明智的。環(huán)顧四周，人們都在不停的學(xué)習(xí)，不學(xué)習(xí)就不能跟上時(shí)代的發(fā)展。毫無(wú)疑問(wèn)，在選擇課題時(shí)，我們要以國(guó)家和社會(huì)的發(fā)展為重，并結(jié)合自身的實(shí)際條件。
4， 書(shū)到用時(shí)方恨少，學(xué)以致用才能起到事半功倍的效果
在設(shè)計(jì)過(guò)程中一個(gè)很深的體會(huì)是，知識(shí)掌握的很不扎實(shí)，設(shè)計(jì)比普通考試綜合性更強(qiáng)，考試丟掉的只是分?jǐn)?shù)，而知識(shí)掌握不牢固對(duì)設(shè)計(jì)的影響要大的多。因此對(duì)于用到的每一方面的知識(shí)往往因?yàn)椴淮_信而不得不重新進(jìn)行考證，進(jìn)度因此大大降低，隱含問(wèn)題的不斷出現(xiàn)使很多工作反復(fù)徘徊。我個(gè)人認(rèn)為為用而學(xué)由于具有明顯的目的性，比起以前枯燥的學(xué)習(xí)課本上的理論知識(shí)有趣的多，而且效果也要好很多的。所以，在今后的學(xué)習(xí)過(guò)程中我要以此為學(xué)習(xí)思路，努力為自己創(chuàng)造良好的實(shí)踐環(huán)境。知不足然后知進(jìn)取，畢業(yè)設(shè)計(jì)是迄今為止帶給我危機(jī)意識(shí)最強(qiáng)烈，伴隨之產(chǎn)生學(xué)習(xí)激情最強(qiáng)烈的一次自我測(cè)驗(yàn)。
5， 會(huì)很好的利用書(shū)籍及相關(guān)資料，善于借他人之長(zhǎng)以補(bǔ)己之短
雖然我們學(xué)了3年的專業(yè)基礎(chǔ)課程，但客觀的講，我對(duì)于專業(yè)知識(shí)的了解還很膚淺，真正可用的知識(shí)及能力儲(chǔ)備都十分有限，在這種情況下，我們的目標(biāo)更多的側(cè)重于邊干邊學(xué)，其中學(xué)會(huì)查閱和使用相關(guān)資料可為將來(lái)真正的自我學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。毫無(wú)疑問(wèn)，設(shè)計(jì)過(guò)程中用到的部分知識(shí)必須是現(xiàn)用現(xiàn)學(xué)，尤其是電氣控制方面的知識(shí)非常薄弱。此外，每個(gè)人都有每個(gè)人的長(zhǎng)處，師長(zhǎng)們十幾年甚至幾十年的經(jīng)驗(yàn)積累是單純的書(shū)本知識(shí)所不可替代的，他們的思維慣式和學(xué)術(shù)風(fēng)格可以幫助我們更快的入門(mén)。在通過(guò)與師長(zhǎng)們的討論和交談中發(fā)現(xiàn)自己的不足，并加以彌補(bǔ)，使自己獲得更大的進(jìn)步無(wú)疑是最重要的大事。
致謝
終于完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)了，在幾個(gè)月的緊張生活中，首先我要感謝我的指導(dǎo)老師吳紅老師，沒(méi)有他的指點(diǎn)和教誨，就沒(méi)有這次設(shè)計(jì)的完成，他在我無(wú)能為力的時(shí)候給我提出了很多建設(shè)性的意見(jiàn)和建議，開(kāi)拓了我的思路 ，同時(shí)也感謝其它的各科老師。此次設(shè)計(jì)要求把以前所學(xué)到的專業(yè)課知識(shí)貫通起來(lái)，我不時(shí)的向各位老師請(qǐng)教過(guò)，他們都很負(fù)責(zé)的幫我解釋我提出的問(wèn)題 還要感謝圖書(shū)館 閱覽室 的老師 每次都很熱情的幫我介紹資料，提供方便，我衷心的希望各位老師身體健康 家庭幸福~ 工作順利！
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