数控车床四工位刀架设计

一般情况下，回转刀架的换刀动作包括：刀架抬起、刀架转位、刀架定位及压紧。（本次设计对象为回转刀架式中常用的四方回转刀架。）
2.
2.1.4.1、结构：
数控车床常用
图2.1.四方回转刀架结构
1-轴；2-涡轮；3-刀座；4-密封圈；5-下端齿盘；6-上端齿盘；7-压盖；8-刀架；9-套筒；10-轴套；11-垫圈；12-螺母；13-销；14-底盘；15-轴承；16-联轴器；17-轴；18-套；19-蜗杆；20-开关；21-套筒；22-压缩弹簧；23-电机；24-压盖；25-开关
在机床的数控化改造中，对于后来加上去的自动换刀装置来说，主要要求：换刀时间短，刀具重复定位精度高，有足够的刀具储备量，如果带刀库时，刀库应占地面积小而且安全可靠等。
2.
自动换刀装置因数控机床的形式、工艺范围和刀具的种类与数量不同而具有不同的形式，目前常用的是回转刀架式和带刀库的自动换刀装置。根据实验室教学机床，我们选择回转刀架式自动换刀装置。
2.
1、设计一台四工位的立式自动回转刀架，适用于常用经济型数控车床。推荐刀架所用电动机的额定功率为90W，额定转速为1440r/min，换刀时要求刀架转动的速度为30r/min。
2、蜗杆副的设计计算
自动回转刀架的动力源时三相异步电动机，其中蜗杆与电动机直连，刀架转位时涡轮与上刀体直连。已知电动机额定功率P 1=90W，额定转速n1 =1440r/min，上刀体设计转速n2 =30r/min，则蜗杆副的传动比i=n1/n2 =1440 /30=48.刀架从转位刀锁紧时，需要蜗杆反向，工作载荷不均匀，启动时冲击较大，今要求蜗杆副的使用寿命Lh=10000h。
2.
即校验下式是否成立：
式中 ........涡轮齿根弯曲应力，单位为Mpa;
..........涡轮齿形系数；
.........螺旋角影响系数
.........涡轮的许用弯曲应力，单位为MPa
由蜗杆头数Z1=1，传动比i=48,可以算出涡轮齿数
则涡轮的当量齿数：
根据涡轮变位系数x2=1和当量齿数ZV2=48.46,得齿形系数 =1.95
旋转角影响系数;
根据涡轮的材料和制造方法，可得涡轮基本许用弯曲应力：
=56MPa
涡轮的寿命系数：
涡轮的许用弯曲应力：
将以上参数带入式 ，得涡轮齿根弯曲应力： =37.4
可见， ,涡轮齿根的弯曲强度满足要求。
2.
2.1.10.1、涡距的确定
刀架转位时，要求蜗杆在转到约170°的情况下，上刀体的断面齿与下刀体的断面齿完全脱离；在锁紧的时候，要求上下端面齿的咬合深度达2mm.因此，螺杆的螺距P应满足P 170/360>2mm,即P>4.24mm.今取蜗杆的涡距P=6mm.
abstract
Numerical control lathe set computer technology, electronic technology, automatic control technology, sensor measurement, machinery manufacturing, is a typical mechatronics product. The development and application of it opened a new era of manufacturing, changed the manufacturing production mode, industrial structure, management style, make the pattern of world manufacturing industry, great changes have taken place. This paper detailed introduces the design of an important part of the lathe and their structure and working principle, through consulting all kinds of information on these parts structure design, process design, the software simulation and so on, let's understanding of the numerical control lathe is greatly improved, but also mastered many professional software.
回转刀架在结构上必须具有良好的强度和钢度，以承受机床在切削加工时的切削抗力。由于车削加工精度在很大程度上取决于刀尖的位置，对于数控车床来说，加工过程中刀具位置不进行人工调整，有必要选择可靠地定位方案和合理的定位结构，以保证定位刀架，在每次转位后，具有尽可能高的重复定位精度（一般为0.001~0.005mm）。
2.1.5、自动回转刀架主要传动部件的设计计算6
2.1.6、蜗杆的选型7
2.1.7、蜗杆副的材料7
2.1.8、蜗杆和涡轮的主要计算参数和几何尺寸9
2.1.9、校核涡轮齿根弯曲疲劳强度9
2.1.10、蜗杆的设计计算10
2.1.11、自锁性能校核10
三．工艺设计11
3.1、刀架典型零件的工艺设计11
3.1.1、蜗杆轴的工艺设计11
“现代设计与制造综合实践”报告
题目：数控车床设计
学院：机械与电子控制工程
专业：机械工程及其自动化
学生姓名：
学号：
平时成绩：
报告与答辩成绩：
最终成绩：
指导教师：
年月日
摘要
数控车床集计算机技术，电子技术，自动控制技术，传感测量，机械制造，是典型的机电一体化产品。它的发展和应用开创了制造业的新时代，改变了制造业的生产方式，产业结构，管理方式，使世界制造业的格局发生了巨大的变化。本文较为详细的介绍了对车床重要组成部分的设计和它们的结构和工作原理，通过查阅各种资料对这些部分进行结构设计，工艺设计，软件模拟仿真等，让我们对数控车床的了解得到很大提高，同时也熟练掌握了很多专业软件。
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（1）蜗杆参数及尺寸
头数z1 =1,模数m=1.6mm,轴向齿距Pa =3.14 m=5.027mm,轴向齿厚sa=0.5,分度圆直径d1 =20mm,直径系数q =d1 /m=12.5,分度圆导程脚r=arctan(Z1/q)=4°34‘26“
（2）涡轮参数与尺寸
齿数z2=48,模数m=1.6mm,分度圆直径为d 2=mz2=1.6 48mm=76.8mm,变位系数x2=[a-(d 1+d2 )/2]/m=[50-(20+76.8)/2]/1.6=1,涡轮喉圆直径为da2=d2+2m(h*a+x2)=83.2mm,涡轮齿根圆直径df2=d2-2m(h*a-x2+c)=76.16mm
2.
回转式自动换刀装置也称转塔式刀架，它是数控车床上最常用，也是最简单的自动换刀装置，会装刀架使用回转头各刀座来安装或夹持各种不同用途的刀具，通过回转头的旋转分度来定位车床的自动换刀动作。回转刀架可以设计成四方刀架、六角刀架或圆盘式轴向装刀刀架等多种形式，其上可安装4把、6把或更多的刀具，并可按数控指令换刀。
b、刀架转位：刀架抬起后，轴套10仍在继续转动，同时带动刀架8转过90°（或者180°，270°，360°），并有开关20发出信号给数控装置。
c、刀架压紧：刀架转到位后，由微动开关发出的控制信号使电机23反转，销13使刀架8定位而不随轴套10回转，于是刀架8向下移动，上、下端齿盘合拢压紧，蜗杆19继续转动则产生轴向位移，压缩弹簧22，套筒21的外圆曲面使开关20动作，电机23停止转动从而完成一次转位。
------弹性影响系数，单位为MPa；
--------接触系数
[ ]----许用接触应力，单位为MPa；
从式中算出蜗杆副的中心距a之后，根据已知的传动比i=48，可以选择合适的中心距a值，以及相应的蜗杆，涡轮参数。
（1）确定作用在涡轮上的转矩T
设蜗杆头数z1 =1,蜗杆副的传动效率取 =0.8。由电动机的额定功率P1 =90W,可以算出涡轮传递的功率P2 =P 1 ,再由涡轮的转速n2 =30r/min,求得作用在涡轮上的转矩：
N=60jn2Lh=1.8 107
寿命系数：KHN=0.929
许用接触应力：
（6）计算中心距
将以上各参数代入式
，
求得中心距：
48mm
取中心距a=50mm,已知蜗杆头数z1 =1,设模数m=1.6mm,得直径d1 =20mm,这时d1/a=0.4,可得接触系数 =2.74。因为 < ，所以上述计算结构可用。
1.3、完成工作要求：各部分装配图1张、重要零件的零件图、典型零件的加工工艺过程卡和工序卡、典型零件的数控编程仿真加工程序
二．
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对于现在的数控机床来说，自动换刀装置成为普遍现象，它能使数控机床在工件的一次装夹中完成多种甚至所有的工序，可以有效的缩短加工的辅助时间，减少加工过程中由于多次安装工件而引起的误差，从而提高机床的加工效率和加工精度。
3.1.2、霍尔元件代替物的加工工艺过程13
四．数控编程及仿真14
4.1、刀架典型零件的数控编程与仿真14
4.1.1、车类零件的数控编程与仿真14
4.1.2、铣类零件的数控编程与仿真15
五．任务与分工15
参考文献16
附件16
一
1.1、题目：数控车床设计
1.2、任务描述：了解机床的基本知识，明确重要组成部分的原理与过程，对机床完成结构设计、工艺设计、数控编程与仿真等
（3）确定弹性影响系数
铸锡磷青铜涡轮与钢蜗杆相配时，从参考文献中差得弹性影响系数 =160MPa
（4）确定接触系数
先假设蜗杆分度圆直径d1和传动中心距a的比值d 1/a=0.35,可得系数 =2.9
（5）确定许用接触力
根据涡轮材料为铸锡磷青铜ZCuSn10P1,金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度大于45HRC，涡轮的基本许用力 =268MPa，源自文库知蜗杆为单头，涡轮每转一转时每个轮齿咬合的次数j=1;涡轮转速n =30r/min;蜗杆副的使用寿命L =10000h。则应力循环次数
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GB/T10085----1988推荐采用渐开线蜗杆（Z1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(Z1型)。
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刀架中的蜗杆副传递的功率不大，但蜗杆转速较高，因此蜗杆的材料选择45钢，其螺旋齿面要求淬火，硬度为45~55HRC，以提高表面耐磨性；涡轮的转速较低，其材料主要考虑耐磨性，选用铸锡磷青铜ZcuSn10P1,采用金属模铸造。
2.1.10.2、其它参数的确定
采用单头梯形螺杆，头数n=1,牙侧角b=15°，外螺纹达径d1=50mm,牙顶间隙ac=0.5mm,基本牙形高度H1=0.5P=3mm,外螺纹牙高h1=3.5mm,外螺纹中经d2=47mm,外螺纹校径d3=43mm,螺杆螺纹部分长度H=50mm。
2.1.4.2、工作步骤原理：
a、刀架抬起：当数控装置发出换刀指令后，电机23正转，并经联轴器16、轴17，由键带动蜗杆19、蜗轮2、轴1、轴套10转动。轴套10的外圆上有两个凸起，可在套筒9内孔中的螺旋槽内滑动，从而举起与套筒9相连的刀架8以及上端齿盘6，使上端齿盘6与下端齿盘5分开，完成刀架抬起动作。
关键词：数控车床、结构设计、工艺设计、编程仿真
目录
目录
一．综合实践任务书4
二．结构设计4
2.1、自动换刀装置设计4
2.1.1、自动换刀装置的作用4
2.1.2、自动换刀装置的形式5
2.1.3、回转刀架式自动换刀装置5
2.1.4、四方回转刀架的结构及其工作原理5
数控车床常用的螺旋升降立体式四方回转刀架结构如图2.1所示：5
T2=9.55P2/n2=9.55P1 /n2=22920N.mm
（2）确定载荷系数K
载荷系数 .其中 为使用系数，由于工作载荷分布步均匀，启动时冲击较大，因此取 =1.15;K为齿向载荷分布系数，因工作载荷在启动和停止时有变化，故取 =1.15； 为动载系数，由于转速不高，冲击不大，可取 =1.05,则载荷系数
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，多因齿面胶合或点蚀而失效。因此，在进行承载能力计算时，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再按齿根弯曲疲劳强度进行校核。
按涡轮接触疲劳强度条件设计计算的公式为：
式中a-------蜗杆副的传动中心距，单位为mm；
K-------载荷系数；
-------作用在涡轮上的转矩T，单位N.mm;