數(shù)控車床自動回轉(zhuǎn)刀架機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、邵陽學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文）1.4小結(jié)對數(shù)控車床自動回轉(zhuǎn)刀架的機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)，并通過對四工位刀架的設(shè)計(jì)，分別加強(qiáng)對其組成部分即機(jī)械總體結(jié)構(gòu)、工作原理的認(rèn)識。數(shù)控車床上使用的自動回轉(zhuǎn)刀架是一種最簡單的換刀裝置，自動回轉(zhuǎn)刀架是在一定的空間范圍內(nèi)，能執(zhí)行自動松開、轉(zhuǎn)位、精密定位等一系列動作的一種機(jī)構(gòu)。對于自動回轉(zhuǎn)刀架，根據(jù)裝刀數(shù)量的不同，自動回轉(zhuǎn)刀架分有四工位、六工位和八工位等形式。根據(jù)安裝的不同方式，自動回轉(zhuǎn)刀架可分為立式和臥式，而根據(jù)機(jī)械定位方式不同，自動回轉(zhuǎn)刀架又可分為端齒盤定位型和三齒盤定位型等，其中端齒盤定位型換刀時(shí)需要將刀架抬起，換刀速度較慢且密封性差，但其結(jié)構(gòu)簡單。三

2、齒盤定位叫免抬型.其特點(diǎn)時(shí)換刀時(shí)刀架不用抬起，因此換刀速度快且密封性好，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜。自動回轉(zhuǎn)刀架在結(jié)構(gòu)上必須具有良好的強(qiáng)度和剛性，以承受粗加工時(shí)的切削抗力，為保證轉(zhuǎn)位之后具有髙的重復(fù)定位精度，自動回轉(zhuǎn)刀架還需要選擇可靠的定位方案和合理的定位結(jié)構(gòu)。自動回轉(zhuǎn)刀架的自動換刀由控制系統(tǒng)和驅(qū)動電路來實(shí)現(xiàn)的。2總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1電動機(jī)的選擇[2][3][4]電動機(jī)選擇三相異步電動機(jī)，額定功率為80W，額定轉(zhuǎn)速為1440r/min。2.2減速傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)[1]由于三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速太快，不能直接驅(qū)動刀架進(jìn)行換刀，必須經(jīng)過適當(dāng)?shù)臏p速。根據(jù)立式轉(zhuǎn)位刀架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用蝸桿副減速是最佳選擇。蝸

3、桿副傳動可以改變運(yùn)動的方向，獲得較大的傳動比，保證傳動精度和平穩(wěn)性，并且具有自鎖功能，還可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置的小型化。2.3上刀體鎖緊與精定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)[5]由于刀具直接安裝在上刀體上，所以上刀體要承受全部的切削力，其鎖緊與定位珠精度將直接影響到工件的加工精度。本設(shè)計(jì)上刀體的鎖緊與定位機(jī)構(gòu)選用端面齒盤，將上刀體和下刀體的配合面加工成梯形端面齒。當(dāng)?shù)都芴幱阪i緊狀態(tài)時(shí)，上下端面齒相互嚙合，這時(shí)上刀體不能繞刀架的中心軸轉(zhuǎn)動；換刀時(shí)電動機(jī)正轉(zhuǎn)，抬起機(jī)構(gòu)使上刀體抬起，等上下端面齒脫開后，上刀體才可以繞刀架中心軸轉(zhuǎn)動，完成轉(zhuǎn)位工作。2.4刀架抬起機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)第18頁邵陽學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文）要想使上

4、、下刀體的兩個(gè)端面脫離，就必須設(shè)計(jì)合適的機(jī)構(gòu)使上刀體抬起。本設(shè)計(jì)選用螺桿-螺母副，在上刀體內(nèi)部加工出內(nèi)螺紋，當(dāng)電動機(jī)通過蝸桿-蝸輪帶動螺桿中心軸轉(zhuǎn)動時(shí)，作為螺母的上刀體要么轉(zhuǎn)動，要第上下移動。當(dāng)?shù)都芴幱阪i緊狀態(tài)時(shí)，上刀體與下刀體的端面齒相互嚙合，因?yàn)檫@時(shí)上刀體不能與螺桿一起轉(zhuǎn)動，所以螺桿的轉(zhuǎn)動會使上刀體向上移動。當(dāng)端面齒脫離嚙合時(shí)，上刀體就與螺桿一同轉(zhuǎn)動。設(shè)計(jì)螺桿時(shí)要求選擇適當(dāng)?shù)穆菥?，以便?dāng)螺桿轉(zhuǎn)動一定角度時(shí)使得上刀體與下刀體的端面齒能夠完全脫離嚙合狀態(tài)。[6]圖2.1為自動回轉(zhuǎn)刀架的傳動機(jī)構(gòu)示意圖。圖2.1自動回轉(zhuǎn)刀架的傳動結(jié)構(gòu)示意圖1—發(fā)信盤2—推力軸承3—螺桿螺母副4—端面

5、齒盤5—發(fā)靠圓盤6—三相異步電動機(jī)7—聯(lián)軸器8—蝸桿副9—反靠銷10—圓柱銷11—上蓋圓盤12—上刀體3自動回轉(zhuǎn)刀架的工作原理[7]自動回轉(zhuǎn)刀架的換刀流程如圖3.1所示。圖3.2表示自動回轉(zhuǎn)刀架在換刀過程中有關(guān)的銷的位置。其中上部的圓柱銷2和下部的反靠銷6起著重要作用。當(dāng)?shù)都芴幱阪i緊狀態(tài)時(shí),兩銷的情況如圖a所示，此時(shí)反靠銷6落在反靠圓盤7的十字槽內(nèi)，上刀體4的端面齒和下刀的端面齒處于嚙合狀態(tài)（上下端面齒在圖a第18頁邵陽學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文）中未畫出）。需要換刀時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出刀架的轉(zhuǎn)位信號，三相異步電動機(jī)正向旋轉(zhuǎn)，通過蝸桿副帶動螺桿正向轉(zhuǎn)動，與螺桿配合的上刀體4逐漸抬起，上刀體4

6、與下刀體之間的端面齒慢慢脫開；與此同時(shí)，上蓋圓盤1也隨著螺桿正向轉(zhuǎn)動（上蓋圓盤1通過圓柱銷與螺桿聯(lián)接），當(dāng)轉(zhuǎn)過約170度時(shí)，上蓋圓盤1直槽的另一端轉(zhuǎn)到圓柱銷2的正上方，由于彈簧3的作用，圓柱銷2落入直槽內(nèi)，于是上蓋圓盤1就通過圓柱銷2使得上刀體4轉(zhuǎn)動起來（此時(shí)端面齒已完全脫開），如圖b所示。上蓋圓盤1、圓柱銷2以及上刀體4在正轉(zhuǎn)的過程中，反靠銷6能夠從反靠圓盤7中十字槽的左側(cè)斜坡滑出，而不影響上刀體4尋找刀位時(shí)的正向轉(zhuǎn)動，如圖c所示。上刀體4帶動磁鐵轉(zhuǎn)到需要的刀位時(shí)，發(fā)信盤上對應(yīng)的霍爾元件輸出低電平信號，控制系統(tǒng)收到后，立即控制刀架電動機(jī)反轉(zhuǎn)，上蓋圓盤1通過圓柱銷2帶動上刀體4開

7、始反轉(zhuǎn)，反靠銷6馬上就會落入反靠圓盤7的十字槽內(nèi)，至此，完成粗定位，如圖d所示。此時(shí)反靠銷6從反靠圓盤7的十字槽內(nèi)爬不上來，于是上刀體4停止轉(zhuǎn)動，開始下降，而上蓋圓盤1繼續(xù)反轉(zhuǎn)，其直槽的左側(cè)斜坡將圓柱銷2的頭部壓入上刀體4的銷孔內(nèi)，之后，上蓋圓盤1的下表面開始與圓柱銷2的頭部滑動。在些期間，上、下刀本的端面齒逐漸嚙合，實(shí)現(xiàn)定位，經(jīng)過設(shè)定的延時(shí)時(shí)間后，刀架電動機(jī)停轉(zhuǎn)，整個(gè)換刀過和結(jié)束。[8]由于蝸桿副具有自銷功能，所以刀架可穩(wěn)定的工作。第18頁邵陽學(xué)院課程設(shè)計(jì)（論文）圖3.1自動回