畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）自動(dòng)換刀系統(tǒng)設(shè)計(jì)(含3張CAD圖)

1、自動(dòng)換刀系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要數(shù)控車(chē)床將向中高檔發(fā)展，對(duì)數(shù)控刀架需求量將大大增加。隨著數(shù)控車(chē)床的發(fā)展，數(shù)控刀架也向快速換刀、電液組合驅(qū)動(dòng)和伺服驅(qū)動(dòng)方向發(fā)展。本設(shè)計(jì)采用電液組合驅(qū)動(dòng)，主要完成了八工位臥式刀架的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和利用三菱fx2n可編程控制器（plc）對(duì)自動(dòng)換刀系統(tǒng)的控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。機(jī)械設(shè)計(jì)主要包括分度機(jī)構(gòu)及定位機(jī)構(gòu)的選擇和刀架主軸的設(shè)計(jì)等?？刂撇糠譃樽詣?dòng)和手動(dòng)換刀兩種工作方式。關(guān)鍵詞 數(shù)控刀架，plc控制，液壓控制所有下載了本文的注意：本論文附有刀架主軸、箱體零件圖紙和裝配圖圖紙共3張cad圖紙，凡下載了本文的讀者請(qǐng)留下你的聯(lián)系方式（郵箱），我把圖紙發(fā)給他，純免費(fèi)的。最后，希望此文能夠幫到你

2、！abstractnumerical control lathe will be developed to middle and senior grade in the future. it is estimated that the demand for nc tool carrier will be much greater. nc tool start to the rapid tool change, electrohydraulic servo driving and portfolio-driven direction with the development of nc lath

3、es. the paper takes electrohydraulic driving. it was discussed that mechanical design and control system design by mitsubishi fx2n programmable logic controller (plc) of the eight engineering automatic tool change. machinery part includes the positioning tools and the degree of positioning choices a

4、nd tool spindle design. control part is divided into auto control and manual control. key words atc，plc control，hydraulic control目 錄摘 要.iabstract.ii1 緒論.11.1 課題背景.11.2 研究的主要內(nèi)容.12 自動(dòng)換刀系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì).32.1刀座的設(shè)計(jì).3 2.1.1 刀座基本形狀及尺寸的確定.3 2.1.2 刀座強(qiáng)度的校核.62.2 刀盤(pán)主要尺寸的確定.72.3 傳動(dòng)齒輪的設(shè)計(jì).82.4 刀架主軸的設(shè)計(jì).82.4.1 初步確定軸的最小直徑.82

5、.4.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).92.4.3 校核鍵的強(qiáng)度.112.5 共軛分度凸輪機(jī)構(gòu)基本參數(shù)的確定.112.5.1 共軛分度凸輪的介紹.112.5.2 主要運(yùn)動(dòng)參數(shù)的選擇.122.5.3 主要幾何尺寸的確定.122.6 端齒盤(pán)的選擇.122.6.1 端齒盤(pán)的介紹.132.6.2 端齒盤(pán)的特點(diǎn).132.6.3 端齒盤(pán)主要參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算.132.6.4 螺栓組強(qiáng)度校核.172.7 液壓缸的結(jié)構(gòu)及主要尺寸的設(shè)計(jì).182.8 箱體的基本形狀及尺寸確定.192.9 液壓馬達(dá)及接近開(kāi)關(guān)的選擇.192.9.1 液壓馬達(dá)的選擇.192.9.2 接近開(kāi)關(guān)的選擇.192.10 潤(rùn)滑劑的選擇.202.11 對(duì)壓力油的要

6、求.203 plc控制的硬件設(shè)計(jì).213.1 換刀系統(tǒng)的工作原理.213.2 plc簡(jiǎn)介.223.2.1 plc的分類(lèi).22322 plc的特點(diǎn)及主要功能. 233.3 plc控制系統(tǒng)的硬件選擇和資源配置.25331 自動(dòng)換刀控制系統(tǒng)要求.25332 plc型號(hào)的選擇 .263.4 控制系統(tǒng)元件列表.273.5 plc i/o地址的分配.283.6 plc外圍接線圖.294 控制系統(tǒng)plc程序設(shè)計(jì).294.1 系統(tǒng)流程圖的確設(shè)計(jì).304.2 plc程序設(shè)計(jì).314.2.1 程序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).314.2.2 自動(dòng)換刀的程序設(shè)計(jì).314.2.3 手動(dòng)換刀程序設(shè)計(jì).35 4.2.4 數(shù)據(jù)傳送程序的設(shè)計(jì).

7、374.3 程序的調(diào)試.385 結(jié)論.39參考文獻(xiàn).40致謝.411 緒論1.1 課題背景從自動(dòng)換刀系統(tǒng)發(fā)展的歷史來(lái)看，1956年日本富士通研究成功數(shù)控轉(zhuǎn)塔式?jīng)_床，美國(guó)ibm公司同期也研制成功了“apt”(刀具程序控制裝置)。1958年美國(guó)k&t公司研制出帶atc(自動(dòng)刀具交換裝置)的加工中心。1967年出現(xiàn)fms(柔性制造系統(tǒng))。1978年以后，加工中心迅速發(fā)展，帶有atc裝置，可實(shí)現(xiàn)多種工序加工的機(jī)床，步入了機(jī)床發(fā)展的黃金時(shí)代。1983年國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定了數(shù)控刀具錐柄的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)換刀系統(tǒng)便形成了統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)模式。自動(dòng)換刀系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。刀具夾持元件的結(jié)構(gòu)特性及它與機(jī)床主軸

8、的聯(lián)結(jié)方式，將直接影響機(jī)床的加工性能。刀庫(kù)結(jié)構(gòu)形式及刀具交換裝置的工作方式，則會(huì)影響機(jī)床的換刀效率。自動(dòng)換刀系統(tǒng)本身及相關(guān)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，又會(huì)對(duì)整機(jī)的成本造價(jià)產(chǎn)生直接影響。我們應(yīng)該使數(shù)控機(jī)床工作性能有所提高，而且使其總體造價(jià)大幅度下降。低造價(jià)高性能的數(shù)控機(jī)床將會(huì)被中小廠廣泛接收。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，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。 1.2 研究的主要內(nèi)容本課題主要考慮以下幾方面的問(wèn)題。第一、刀架形

9、式，中小型車(chē)床刀架的形式主要有排式刀架和回轉(zhuǎn)刀架兩種。排式刀架一般用于小規(guī)格數(shù)控車(chē)床，以加工棒料或盤(pán)類(lèi)零件為主?；剞D(zhuǎn)刀架是數(shù)控車(chē)床最常用的一種典型換刀刀架，通過(guò)刀架的旋轉(zhuǎn)分度定位來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)床的自動(dòng)換刀動(dòng)作，根據(jù)加工要求可設(shè)計(jì)成四方、六方刀架或圓盤(pán)式刀架，并相應(yīng)地安裝4把、6把或更多的刀架。根據(jù)本課題要求的換刀數(shù)為8把刀，所以選擇圓盤(pán)式刀架。第二、刀具的安裝方式，選擇刀座安裝刀具的方式，因?yàn)榈蹲惭b方式既可以方便的安裝車(chē)刀又可以將鉆頭或絲錐等其它刀具安裝在上面從而擴(kuò)大了車(chē)床的用途。第三、定位裝置的選擇，定位裝置是保證自動(dòng)換刀系統(tǒng)加工精度的重要零件，所以選用定位精度相對(duì)較高的端齒盤(pán)進(jìn)行重復(fù)定位，進(jìn)而

10、保證其重復(fù)定位精度。第四、分度裝置的確定，傳統(tǒng)的圓柱分度裝置精度低、換刀速度不能太快，解決方案采用分度精度較高的平板凸輪機(jī)構(gòu)，可以很好解決這個(gè)問(wèn)題。第五、檢測(cè)裝置，使用檢測(cè)精度較高的接近開(kāi)關(guān)組。接近開(kāi)關(guān)價(jià)格比較便宜，并且容易更換，從而降低自動(dòng)換刀系統(tǒng)的造價(jià)?？刂葡到y(tǒng)選擇plc進(jìn)行控制，因?yàn)榭删幊绦蚩刂破魇且环N面向生產(chǎn)過(guò)程控制的數(shù)字電子裝置，它具有控制能力強(qiáng)、操作方便靈活、價(jià)格便宜、可靠性高等特點(diǎn)。它不僅可以取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，還可構(gòu)成復(fù)雜的工業(yè)過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)，是一種適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的新型控制器。2 自動(dòng)換刀系統(tǒng)機(jī)械部分設(shè)計(jì)2.1 刀座的設(shè)計(jì)2.1.1 刀座基本形狀及尺寸的確定 根據(jù)所選機(jī)床

11、的型號(hào)，查刀具手冊(cè)選擇刀具的尺寸，從而確定刀座的尺寸。由于本設(shè)計(jì)選擇的車(chē)床型號(hào)為ck6136。其主要參數(shù)如下：車(chē)床型號(hào) ck6136最大加工直徑 360主軸轉(zhuǎn)速 主電機(jī)功率5.5z軸最大行程750z向快速移運(yùn)速度x軸最大行程200x向快速移運(yùn)速度最大刀具尺寸 為了滿足刀座的的剛度要求，所以選擇合金鋼作為刀座材料。由以上參數(shù)可知此型號(hào)車(chē)床為中小型車(chē)床，其切削力及最大加工直徑均不大，所以選擇刀具材料為硬質(zhì)合金，其基本尺寸為：刀具寬度和高度均為20，其長(zhǎng)刀桿的長(zhǎng)度為125，短刀桿的長(zhǎng)度為80。根據(jù)刀具安裝及其尺寸確定刀座的基本形狀尺寸如下：圖2.1 刀具的結(jié)構(gòu)示意圖 2.1.2 刀座強(qiáng)度的校核 切削

12、力的計(jì)算要進(jìn)行刀具強(qiáng)度的計(jì)算必須先計(jì)算出切削力，要計(jì)算切削力就要先確定工件的材料、刀具的幾何參數(shù)及切削要素。由于車(chē)床在切削時(shí)主要加工的是鋼件和鑄鐵，所以在計(jì)算切削力時(shí)選擇具有代表性的45鋼作為計(jì)算的依據(jù)。在計(jì)算最大切削力時(shí)，應(yīng)以粗加工時(shí)作為計(jì)算依據(jù)。粗加工時(shí)主要影響切削力的刀具幾何參數(shù)根據(jù)13查得如下：主偏角 前 角 刃傾角 切削要素的確定，根據(jù)13及所選車(chē)床的主要性能確定粗加工的切削要素。切削要素如下：背吃刀量 進(jìn) 給 量切削速度 由切削力的計(jì)算公式5 式(2.1)5 式(2.2)5 式(2.3)根據(jù)以上參數(shù)查得相應(yīng)的系數(shù)代入公式得 對(duì)刀座進(jìn)行受力分析對(duì)刀座進(jìn)行受力分析，切削力最大且對(duì)刀座的

13、影響最大，所以在對(duì)刀座進(jìn)行受力分析時(shí)主要考慮切削力。受力分析如下： 圖2.2 刀座受力分析圖根據(jù)材料力學(xué)可知其受力可以簡(jiǎn)化如下： 圖2.3 刀座受力簡(jiǎn)圖根據(jù)上圖計(jì)算如下：根據(jù)計(jì)算刀座上線性分布的載荷如下： 強(qiáng)度計(jì)算根據(jù)計(jì)算刀座強(qiáng)度，由刀座的尺寸及受力可知刀座的下部是危險(xiǎn)截面，所以只需對(duì)下部進(jìn)行強(qiáng)度校核。由于在進(jìn)行受力分析的時(shí)候只考慮了切削力，所以受力分析不夠準(zhǔn)確，為此在計(jì)算刀座強(qiáng)度時(shí)取一安全系數(shù)。強(qiáng)度計(jì)算如下：所以刀座強(qiáng)度服合要求對(duì)刀座安裝在刀盤(pán)上的圓柱形齒條進(jìn)行強(qiáng)度校核8 式(2.4)強(qiáng)度服合要求2.2 刀盤(pán)的主要尺寸的確定根據(jù)所選機(jī)床的型號(hào)，查3選擇刀具的尺寸，從而確定刀盤(pán)的尺寸。由于本設(shè)

14、計(jì)選擇的車(chē)床型號(hào)為ck6136，此型號(hào)車(chē)床為中小型車(chē)床，其切削力及最大加工直徑均不大，所以選擇刀具的基本尺寸為：刀具寬度和高度均為20，其長(zhǎng)刀桿的長(zhǎng)度為125，短刀桿的長(zhǎng)度為80。由于本設(shè)計(jì)的刀具數(shù)量為8把刀，所以選擇臥式的自動(dòng)換刀結(jié)構(gòu)，采用刀盤(pán)夾持刀具。由于是選用刀座安裝刀具，考慮到刀具安裝時(shí)不發(fā)生干涉，確定刀盤(pán)的直徑為300，考慮刀盤(pán)的強(qiáng)度及安裝刀座的情況，確定刀盤(pán)的厚度為60。刀座是通過(guò)刀座上面的齒條由螺栓和錐形圓柱齒安裝在刀盤(pán)上面。由于圓柱型齒條直徑為30，所以必須在刀盤(pán)上設(shè)計(jì)相應(yīng)的安裝刀座的圓孔，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定圓孔中心所在的直徑為240，其上均布8個(gè)圓孔用于安裝刀座。固定刀座的錐形圓柱

15、齒的直徑略小于齒條為28，錐形圓柱齒用沉頭螺釘緊固在刀盤(pán)上，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇m8的螺釘，所以需要在刀盤(pán)上鉆相應(yīng)螺紋孔，為了保證在裝刀的時(shí)候每次錐形圓柱齒都能與刀座很好的配合，在打螺紋聯(lián)結(jié)孔時(shí)形成一個(gè)偏心，偏心距為3，這樣就可以保證每次裝刀的時(shí)候錐形圓柱齒都能安裝在固定的位置，從而保證刀具的安裝精度。 圖2.4 刀盤(pán)結(jié)構(gòu)示意圖2.3 傳動(dòng)齒輪基本參數(shù)的確定 選定齒輪類(lèi)型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)按傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。自動(dòng)換刀系統(tǒng)是精密的工作部件、是數(shù)控機(jī)床加工精度的重保證，速度較高，故選用6級(jí)精度。查3中189頁(yè)表10-1。小齒輪材料為40cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280hbs,大齒輪的材料選用4

16、5鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為240hbs，其材料硬度相差40hbs。由于較多的齒數(shù)有利于傳動(dòng)的平穩(wěn)性、并且充分考慮自動(dòng)換刀系統(tǒng)的體積，所以取小齒輪齒數(shù) =40，大齒輪齒數(shù)。 由于本傳動(dòng)齒輪主要是傳遞的運(yùn)動(dòng)而承受的載荷比較小，所以選擇齒輪的模數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。所以小齒輪的主要參數(shù)：分度圓直徑為齒頂圓直徑為齒根圓直徑為大齒輪z2的主要參數(shù)：分度圓直徑為齒頂圓直徑為齒根圓直徑為 經(jīng)過(guò)計(jì)算可得：齒距為齒厚為兩齒輪的中心距為由6第201頁(yè)知金屬切削機(jī)床的齒輪傳動(dòng)，傳遞的功率不大時(shí)，齒寬系數(shù)可小到0.2。由于本齒輪主要是傳遞運(yùn)動(dòng)、且為了使換刀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加緊湊，所以取大齒輪的齒寬系數(shù)為，所以大齒輪的齒寬為。小齒輪的寬度通

17、常比大齒輪的寬度大幾毫米，所以取小齒輪的寬度為35。由于換刀系統(tǒng)在換刀的時(shí)候要抬刀才能實(shí)現(xiàn)換刀，所以必須設(shè)計(jì)相應(yīng)的結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)采用軸軸向移動(dòng)而齒輪不產(chǎn)生軸向移動(dòng)的方式，采用導(dǎo)向鍵導(dǎo)向的結(jié)構(gòu)，這樣對(duì)軸的摩擦相對(duì)較小，有利于提高軸的使用壽命。由于齒輪傳遞的主要是運(yùn)動(dòng)而不是力所以不而需要進(jìn)行強(qiáng)度校核。24 刀架主軸的設(shè)計(jì)由于主軸不承受切削力、只承受換刀時(shí)產(chǎn)生的慣性力所以對(duì)主軸的強(qiáng)度要求不高。只需計(jì)算出軸的最小截面，然后根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，不需要進(jìn)行強(qiáng)度校核。2.4.1 初步確定軸的最小直徑首先選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的主要是刀盤(pán)，根據(jù)工式。根據(jù)手冊(cè)查得鋼的密度為，刀盤(pán)的質(zhì)量由公

18、式。所以刀盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。由于在分析轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的時(shí)候沒(méi)有考慮軸本身及軸上零件等因素，所以要取一安全系數(shù)。由此產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，由馬達(dá)的基本參數(shù)知其加速度為，主軸的加速度為馬達(dá)的二分之一即得轉(zhuǎn)矩。根據(jù)最小直徑工式得：6 式(2.5)主軸的最小直徑顯然是安傳動(dòng)齒輪處軸的直徑（如圖2.5）。 圖2.5 主軸結(jié)構(gòu)示意圖綜合考慮換刀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)取其最小軸的直徑為。由于軸的最小直徑為，所以最小直徑取強(qiáng)度足以滿足要求。軸的長(zhǎng)度根據(jù)齒輪的尺寸及換刀系統(tǒng)的要求，取。2.4.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)軸向定位和結(jié)構(gòu)的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度1）67軸段需安裝齒輪，由于軸需要軸向運(yùn)動(dòng),所以齒輪不需要進(jìn)行軸向定位。左端軸即軸的直徑

19、根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取為，其長(zhǎng)度由主軸的結(jié)構(gòu)決定，其長(zhǎng)度確定為。2）尺寸的確定。的直徑為，考慮到其右端用螺母定位，初步選擇其直徑為左右，為了使所選的軸直徑與軸承的孔徑相適應(yīng)，故應(yīng)先確定軸承，由于刀盤(pán)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩主要集中在此，所以軸承受的力較大且軸要求能實(shí)現(xiàn)軸向運(yùn)動(dòng)，所以軸3-4處采用一對(duì)推力軸承和滾針軸承。產(chǎn)品目錄中初步選取0基本游隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的推力軸承51108，其尺寸為 。所以安裝軸承處的直徑為軸承的內(nèi)徑取，所以處的直徑取。軸的左端采用軸肩定位，軸肩高度一般取，為與零件相配處的軸的直徑，所以取軸肩的高度為。定位，所以可以確定直徑為，其長(zhǎng)度根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取。其右端采用套筒加螺母定位。根據(jù)定位要求，選擇小螺母

20、的規(guī)格為，其尺寸為。所以的直徑取，為了防止螺母的松動(dòng)，采用雙螺母定位，所以軸的長(zhǎng)度應(yīng)大于2倍螺母的寬度，取其長(zhǎng)度為。由于要加工螺紋，所以在4-5軸的左端要加工退刀槽，退刀槽的尺寸為。3）軸的尺寸的確定 與刀盤(pán)的聯(lián)結(jié)采用普通螺栓聯(lián)結(jié)，綜合考慮刀盤(pán)的尺寸及軸所承受的力確定其基本尺寸直徑、長(zhǎng)度。安裝螺栓的螺紋孔加工在直徑為處。初步確定螺栓的公稱(chēng)直徑為m6，所以要加工的螺紋孔的直徑為。4）軸的尺寸的確定 根據(jù)軸的直徑確定其直徑，其直徑確定為，接近開(kāi)關(guān)的尺寸及軸軸向位移又決定了套筒的長(zhǎng)度，接近開(kāi)關(guān)的直徑為、軸的軸向位移為，綜合考慮取分度檢測(cè)套筒的長(zhǎng)度為。其軸向定位采用套筒定位，所以軸應(yīng)比套筒的長(zhǎng)度短一些

21、，取其長(zhǎng)度為取。6）尺寸的確定 8-9軸的主要作用是加套筒對(duì)左端的分度檢測(cè)裝置起軸向定位作用和安裝檢測(cè)刀架是否抬起的裝置。其軸的直徑為，其長(zhǎng)度為。其右端采用螺母定位，根據(jù)的直徑選擇螺母的規(guī)格為，其基本尺寸為。所以的直徑為，為了防止螺母的松動(dòng)，采用雙螺母定位，所以其長(zhǎng)度應(yīng)大于2倍螺母的寬度，取，由于要在軸上加工螺紋所以要在軸的左端加工退刀槽，其尺寸為。至此，已初步確定了軸的各段直徑和長(zhǎng)度(詳細(xì)尺寸見(jiàn)零件圖)。 軸上零件的周向定位齒輪和分度檢測(cè)套筒軸向定位均采用鍵聯(lián)接。 用a型平鍵，由14查得a型平鍵截面（gb109679）。由于軸要軸向移動(dòng)，所以鍵不僅要起周向定位的作用、還要起導(dǎo)向的作用，所以鍵

22、的長(zhǎng)度應(yīng)該盡可能取得長(zhǎng)一些，綜合考慮相應(yīng)軸的尺寸取其長(zhǎng)度為，同時(shí)為了保證齒輪與軸配合有良好的對(duì)稱(chēng)中性，故選取齒輪輪轂與軸的配合為；同樣，分度檢測(cè)套筒與軸的聯(lián)接，選用a型平鍵為 （gb109679），鍵長(zhǎng)為。分度檢測(cè)套筒軸與軸的配合為。 確定軸上圓角和倒角尺寸參考4152，除安裝齒輪右端的倒角為，其余軸端倒角均為。2.4.3 校核鍵的強(qiáng)度由于主軸上只有的鍵才承受轉(zhuǎn)矩，所以只需對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核據(jù)3103頁(yè)公式61及104頁(yè)表62得聯(lián)接齒輪鍵的強(qiáng)度校核符合強(qiáng)度要求。2.5 共軛分度凸輪機(jī)構(gòu)基本參數(shù)的確定2.5.1 共軛分度凸輪的介紹共軛分度凸輪機(jī)構(gòu)用于兩平行軸間的間歇運(yùn)動(dòng)。要求在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不能有沖擊

23、，旋轉(zhuǎn)時(shí)不顫抖，而且定位要準(zhǔn)確可靠。在保證使用性能的前提下，要合理提高間歇運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速，發(fā)揮設(shè)備效能，提高生產(chǎn)效率。比較目前應(yīng)用的各分度機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)：槽輪機(jī)構(gòu)與凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)沖擊力大，弧面分度凸輪機(jī)構(gòu)加工難度大、成本高；共軛分度凸輪機(jī)構(gòu)定位準(zhǔn)確、轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，經(jīng)過(guò)分析確定選用共軛分度凸輪作為實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確分度的主機(jī)構(gòu)。主動(dòng)凸輪由前后兩片盤(pán)形凸輪組成，這兩片凸輪在制造時(shí)輪廓形狀完全相同，安裝時(shí)使前后再片成鏡像對(duì)稱(chēng)，錯(cuò)開(kāi)一定的相位角。從動(dòng)端為裝著兩排滾子的從動(dòng)盤(pán)，如圖2.6所示，前排的滾子和凸輪輪廓線表示，后排的滾子和凸輪用虛線表示。在一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期中，每個(gè)凸輪都要依次推動(dòng)若干個(gè)滾子，一段接一段推動(dòng)相應(yīng)的滾子完成

24、各自的角位移，因此每個(gè)凸輪輪廓曲線都是由幾段曲線組合而成的。 圖2.6 共軛分度凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)示意圖2.5.2 共軛分度凸輪主要運(yùn)動(dòng)參數(shù)的選擇計(jì)算17名稱(chēng) 單位 選擇計(jì)算及說(shuō)明凸輪轉(zhuǎn)速 100 凸輪連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)一周停歇次數(shù)根據(jù)分度需要選擇機(jī)構(gòu)頭數(shù)選擇轉(zhuǎn)盤(pán)滾子數(shù) 根據(jù)轉(zhuǎn)位的角度取凸輪分度期轉(zhuǎn)位角 根據(jù)停歇時(shí)間盡量大的特點(diǎn)，選擇凸輪停歇期轉(zhuǎn)位角 凸輪角位移 一般以凸輪分度期轉(zhuǎn)角開(kāi)始處作為轉(zhuǎn)盤(pán)分度期轉(zhuǎn)位角 工作特性系數(shù)2.5.3 共軛分度凸輪主要幾何尺寸確定 中心距的確定：根據(jù)齒輪箱結(jié)構(gòu)實(shí)際情況選擇。 轉(zhuǎn)盤(pán)的節(jié)圓半徑的確定：先按結(jié)構(gòu)條件選定，按14中圖4-2-84查得能形成凸輪輪廓線的現(xiàn)，故知可用。

25、再, ，按14中圖4-2-85查得不會(huì)發(fā)生自交現(xiàn)象的，現(xiàn)在，故知合格。又，14中圖4-2-86查得，在許用范圍內(nèi)，故知可用。 轉(zhuǎn)盤(pán)的基準(zhǔn)起始位置角，是轉(zhuǎn)盤(pán)上滾子中心與轉(zhuǎn)盤(pán)軸心間的徑向連線與中心距連線這間的夾角。 凸輪的基準(zhǔn)起始向徑，是轉(zhuǎn)盤(pán)在基準(zhǔn)位置處的凸分輪理論輪廓線向徑。 凸輪的基準(zhǔn)起始位置角，是與相對(duì)應(yīng)的凸輪基準(zhǔn)起始向徑與中心距連心線這間的夾角。 凸輪的基圓半徑的確定：。 子半徑的確定：，取，可滿足要求。 滾子寬度的確定：，選。 前后兩片凸輪的安裝相位角，是前后兩片凸輪在安裝時(shí)基準(zhǔn)起始向徑之間的夾角。2.6 端齒盤(pán)的選擇2.6.1 端齒盤(pán)的介紹端齒盤(pán)又稱(chēng)多齒盤(pán)、細(xì)牙盤(pán)、鼠牙盤(pán)，是具有自動(dòng)定

26、心功能的精密分度定位元件，廣泛應(yīng)用于加工中心、柔性單元、數(shù)控機(jī)床、組合機(jī)床、測(cè)量?jī)x器、各種高精度間歇式圓周分度裝置、多工位定位機(jī)構(gòu)以及其它需要分度的各種設(shè)備上。如數(shù)控車(chē)床中多工位自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架、銑床及加工中心用的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)及其它分度裝置中都采用端齒盤(pán)作為精確定位元件。端齒盤(pán)實(shí)際上相當(dāng)于一對(duì)齒數(shù)相同的離合器，其嚙合過(guò)程與離合器的嚙合類(lèi)似。端齒盤(pán)的齒形有直齒和弧齒兩種，直端面齒盤(pán)由于加工方便、定位精度高而最受歡迎。2.6.2 端齒盤(pán)的特點(diǎn)在分度定位裝置中，一般用端齒盤(pán)作為其精定位元件。它具有以下優(yōu)點(diǎn)： 分度精度高，可高達(dá),實(shí)際分度誤差等于所有齒單個(gè)分度誤差的平均值。 精度的重復(fù)性和持久性好，重復(fù)定位

27、精度可達(dá)。由于工作時(shí)相當(dāng)于上下齒盤(pán)在不斷地對(duì)研，因此使用越久，分度精度的重復(fù)性也就越好，而且精度有可能提高。 剛性好，因所有齒面同時(shí)參加嚙合，不論承受的是切向力、徑向力還是軸向力，整個(gè)分度裝置形成一個(gè)良好的剛性整體。 結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便，這一點(diǎn)比其它高精定的分度裝置更為突出。 維護(hù)簡(jiǎn)便，多次拆裝不影響其原有的精度?；诙她X盤(pán)的用途和優(yōu)點(diǎn)，所以在本設(shè)計(jì)中選用直端齒盤(pán)作為自動(dòng)換刀系統(tǒng)的定位元件。2.6.3端齒盤(pán)主要參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算 齒數(shù)z的確定可根據(jù)定位要求，即需要的強(qiáng)度和精度來(lái)確定，并結(jié)合生產(chǎn)條件，齒數(shù)。 端齒盤(pán)外徑主要由設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)所允許的空間范圍來(lái)確定。在結(jié)構(gòu)允許的情況下，外徑越大，分度或定位機(jī)構(gòu)

28、的穩(wěn)定性越好。根據(jù)刀盤(pán)和主軸的尺寸確定外徑為。 端齒盤(pán)齒形角選取時(shí)應(yīng)考慮作用在端齒盤(pán)上的負(fù)荷力矩及鎖緊力的大小，如圖2.7所示。將作用于齒盤(pán)上每齒的切向外力和軸向鎖緊力沿著齒面方向進(jìn)行分解，如圖2.8所示，應(yīng)滿足以下條件圖2.7 端齒盤(pán)受力圖 圖2.8 齒面上的切向外力和軸向鎖緊力而，則不等式變?yōu)榧磮D2.9 端齒盤(pán)剖視圖最后得到16 式(2.6)從式（2.6）可以說(shuō)明，在外載不變時(shí)，齒形角越小，所需自鎖力越小，即自變鎖性越強(qiáng)，但齒相應(yīng)深，齒厚變小；齒形角越大，需要的鎖緊力也越大，即承受外轉(zhuǎn)矩的能力下降，但齒高變低，端齒嚙合的高度下降，結(jié)構(gòu)緊湊；同時(shí)也說(shuō)明了加大外徑有利于提高端盤(pán)的承載能力。圖2

29、.10 單齒俯視示意圖 圖2.11單齒周向展開(kāi)示意圖在選取時(shí)齒形角時(shí)，應(yīng)綜合考慮作用在端齒盤(pán)上的負(fù)荷及鎖緊力的大小，同時(shí)受齒形加工刀具的限制，現(xiàn)已標(biāo)準(zhǔn)化，通常取、等。本設(shè)計(jì)取齒形角。 齒根角（嚙合斜角）為了保證在齒寬方向上的嚙合質(zhì)量,加工端齒時(shí)必須調(diào)整分度盤(pán)回轉(zhuǎn)中心線和工作臺(tái)面傾斜角,即齒根或嚙合斜角 ,以保證齒盤(pán)大端和小端的齒厚與齒槽寬度相等。由式齒數(shù)得在圖2.10直角三角形中，則在圖2.11直角三角形中，則在圖2.12直角三角形中將代入此式得：圖2.12 齒面面嚙合剖面示意圖16 式(2.7)式（2.7）即為齒根角的計(jì)算公式。所以得 最大齒距（周節(jié)）和最大齒厚齒厚沿著徑向向中心逐漸縮小，在

30、沿圓周展開(kāi)方向上（如圖2.13所示），根據(jù)圓周計(jì)算公式，最大齒距（周節(jié)）和最大齒厚分別為 圖2.13 沿周向展開(kāi)的齒面三角形 齒頂高及嚙合高度齒頂高就是嚙合平面到齒頂?shù)淖畲缶嚯x，在如圖2.13所示的由齒廓展開(kāi)圖形成的直角三角形中，而齒頂高通常取三角形高度的，即，得到齒頂高的計(jì)算公式為16 式(2.9)上下端齒的嚙合高度為，端齒在旋轉(zhuǎn)時(shí)的脫齒高度應(yīng)大于嚙合高度，則取活塞軸向移運(yùn)距離為。 齒寬（徑向）因所有的端齒同時(shí)嚙合，故一般不必通過(guò)增加齒形的徑向?qū)挾葋?lái)增加強(qiáng)度，一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取，通常取常在范圍內(nèi)。 齒底槽寬和齒頂寬為了保證齒盤(pán)工作時(shí)各個(gè)端齒能很好的嚙合，常在齒底加工一定寬度和深度的槽，即齒底槽

31、，并將齒頂做成一定寬度的小平面，如圖2.13所示。齒底槽寬常取齒底槽的作用是：a. 加工齒形時(shí)的退刀槽；b. 嚙合時(shí)齒頂不會(huì)碰到齒底，同時(shí)還可容納落入嚙面的臟物，保證齒面嚙合質(zhì)量；c. 使每個(gè)端齒在嚙合過(guò)程中產(chǎn)生一定的彈性，嚙合時(shí)先接觸的齒產(chǎn)生彈性退讓變形，使嚙合面積增大，有利于進(jìn)一步提高分度精度。2.6.4 螺栓組強(qiáng)度校核在自動(dòng)換刀系統(tǒng)中主要是端齒盤(pán)承受切削力，所以固定端齒盤(pán)的螺栓需進(jìn)行強(qiáng)度校核。另外聯(lián)結(jié)刀盤(pán)與主軸的螺栓也要承受較大的預(yù)緊力，所以也需進(jìn)行強(qiáng)度校核。端齒盤(pán)與刀盤(pán)的聯(lián)結(jié)均采用普通螺栓組聯(lián)結(jié)，選擇螺栓的性能等級(jí)為4.8，螺栓的的型號(hào)為，由7查得其最小直徑為。由6查得屈服極限為320

32、，即。每組螺栓的數(shù)目為6個(gè)，靠聯(lián)接預(yù)緊后在接合面間產(chǎn)生的摩擦力矩來(lái)抵抗轉(zhuǎn)矩t。假設(shè)各螺栓的預(yù)緊程度相同，即各螺栓的預(yù)緊力均為f，則各螺栓聯(lián)接處產(chǎn)生的摩擦力均相等，并假設(shè)此摩擦力集中作用在螺栓中心處。為阻止接合面發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，各摩擦力應(yīng)與各螺栓的軸線到螺栓組對(duì)稱(chēng)中心的連線相垂直。根據(jù)作用在底板上的力矩平衡及聯(lián)接強(qiáng)度的條件，應(yīng)有即 6 式(2.10)式中：接合面的摩擦系數(shù)；由14查得為0.15； 為螺栓到圓心的距離； 螺栓數(shù)目為6； 防滑系數(shù)為1.2； 端齒盤(pán)螺栓強(qiáng)度的校核將數(shù)據(jù)代入式2.10得由強(qiáng)度校核公式得端齒盤(pán)螺栓強(qiáng)度服合要求。 刀盤(pán)螺栓強(qiáng)度的校核將數(shù)據(jù)代入式2.10得由強(qiáng)度校核公式得刀盤(pán)螺

33、栓強(qiáng)度服合要求。2.7 液壓缸的結(jié)構(gòu)及主要尺寸的設(shè)計(jì)根據(jù)自動(dòng)換刀系統(tǒng)的形式及液壓缸的安裝方式確定液壓缸的結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)為圓柱形，中間開(kāi)孔安裝刀盤(pán)主軸?？紤]到液壓缸的制造和安裝的方便，將液壓缸制成可拆分的結(jié)構(gòu)，其配合處用密封圈密封。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，取液壓缸的壁厚為，由于液壓缸要用螺栓聯(lián)結(jié)在自動(dòng)換刀的箱體上，所以其螺紋聯(lián)結(jié)處的壁厚要增加，取其壁厚為。為便于液壓油的進(jìn)入，在液壓缸的左端及活塞的左端設(shè)計(jì)一凸臺(tái)?？紤]到液壓缸的尺寸大小及進(jìn)油等情況取油口的尺寸為。由于無(wú)法直接形成彎曲的油孔，所以必須鉆一通孔，孔的外部用沉頭螺釘堵孔，螺釘?shù)男吞?hào)為，其長(zhǎng)度為。液壓缸結(jié)構(gòu)圖如下：圖2.14 液壓缸示意圖2.8 箱體的基

34、本形狀及尺寸的確定由于箱體的左端要承受切削力，所以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取其壁厚為。其余壁所受的力較小，參考其它換刀系統(tǒng)的箱體的設(shè)計(jì)，取其壁厚為?？紤]到內(nèi)部各零件的尺寸及安裝情況，取箱體的長(zhǎng)度為、寬度為、高度為。為便于箱體中零件的安裝方便，右端采用可拆分的蓋板通過(guò)螺栓聯(lián)結(jié)，由于其上還要安裝液壓馬達(dá)，所以其厚度應(yīng)相應(yīng)的增加，取其厚度為。刀盤(pán)的壓緊采用的是液壓缸壓緊的方式，所以要在箱體上鉆油孔，充分考慮換刀的速度及參照其它的換刀系統(tǒng)油孔的直徑，取其直徑為。油孔的布置為垂直于安裝平面向下打通孔，將油路布置在換刀系統(tǒng)的下方。安裝平面要進(jìn)行機(jī)械加工，為了減少加工的工作量，應(yīng)在安裝面上開(kāi)槽，所以其厚度也應(yīng)增加為?？紤]到

35、要在安裝平面上布置油路且油管的直徑為，所以開(kāi)槽的深度為，槽的寬度為（具體尺寸見(jiàn)零件圖）。2.9 液壓馬達(dá)及接近開(kāi)關(guān)的選擇2.9.1 液壓馬達(dá)的選擇根據(jù)14軸向柱塞馬達(dá)知其結(jié)構(gòu)緊湊，徑向尺寸小，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，轉(zhuǎn)速較高負(fù)載大，有變速要求，負(fù)載轉(zhuǎn)矩較小，低速平穩(wěn)性要求高。軸向柱塞馬達(dá)主要應(yīng)于起重機(jī)、鉸車(chē)、內(nèi)燃機(jī)、數(shù)控機(jī)床、行走機(jī)械等。由于其有以上這些優(yōu)點(diǎn)，所以在換刀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中選用向柱塞馬達(dá)。結(jié)合本設(shè)計(jì)的具體情況選擇向柱塞馬達(dá)的型號(hào)為。其基本參數(shù)如下：幾何排量 10.55最高轉(zhuǎn)速 3600最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 100加速度 2 最高工作壓力 20.7最大輸出轉(zhuǎn)矩 31重量 52.9.2 接近開(kāi)關(guān)的選擇換刀系統(tǒng)

36、接近開(kāi)關(guān)的選擇主要取決于換刀系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、尺寸及檢測(cè)精度。根據(jù)換刀系統(tǒng)的以上要求選擇接近開(kāi)關(guān)的型號(hào)為lb08-2k。其主要參數(shù)如下：基本尺寸 m5檢測(cè)距離 0.8mm20%設(shè)定距離 00.5mm回差值 不大于檢測(cè)距離的10%標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)體 551鐵工作電壓 10-3vd響應(yīng)頻率 1000hz溫度范圍 在-25到+70范圍內(nèi)耐壓 1500vac 50/60hz 一分鐘 抗振動(dòng) 10-55hz（周期每分鐘）復(fù)振幅1mm2.10 潤(rùn)滑劑的選擇 由于自動(dòng)換刀系統(tǒng)在工作時(shí)受力不大且不是長(zhǎng)時(shí)間工作，所以軸承和齒輪都選擇脂潤(rùn)滑。根據(jù)14查得潤(rùn)滑脂的型號(hào)如下：軸承潤(rùn)滑脂采用滾動(dòng)軸承脂，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)sh0386-1992，

37、錐入度250-290、滴點(diǎn)不低于120度，主要用于汽車(chē)、機(jī)車(chē)、電機(jī)及其它機(jī)械的滾動(dòng)軸承潤(rùn)滑。齒輪潤(rùn)滑脂采用7903號(hào)耐油密封潤(rùn)滑脂，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)sh0011-1990，錐入度55-70、滴點(diǎn)不低于250度，適用于-10-150度范圍的各種機(jī)械設(shè)備、機(jī)床變速箱等。2.11 壓力油的要求在安裝自動(dòng)換刀系統(tǒng)時(shí)為了確保端齒盤(pán)有充分的夾緊力，進(jìn)入換刀系統(tǒng)液壓缸的壓力油的壓力必須達(dá)到一定的值。由于在切削時(shí)端齒盤(pán)所須的壓力為，液壓缸活塞與壓力油接觸的面積為。壓強(qiáng)為，所以液壓系統(tǒng)所提供的壓力油的壓力必須大于。為了保證換刀的快速性，必須使進(jìn)入液壓缸的壓力油有較快的速度。液壓缸的體積大約為，且由于油管的直徑為。要使活塞

38、在內(nèi)移動(dòng)到位，進(jìn)入液壓缸的壓力油的速度為。所以進(jìn)入液壓缸的壓力油的速度應(yīng)大于。3 plc控制硬件設(shè)計(jì)3.1 換刀系統(tǒng)的工作原理 要對(duì)數(shù)控?fù)Q刀系統(tǒng)進(jìn)行控制，首先要對(duì)換刀系統(tǒng)的換刀過(guò)程有充分的了解。根據(jù)前面確定的尺寸畫(huà)出刀架結(jié)構(gòu)示意圖如下：圖3.1 刀架結(jié)構(gòu)示意圖如圖3.1所示,該回轉(zhuǎn)刀架的夾緊與松開(kāi)、刀盤(pán)的轉(zhuǎn)位均由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，plc順序控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。10是安裝刀具的刀盤(pán)，它與刀架主軸5固定連接。當(dāng)?shù)都苤鬏S5帶動(dòng)刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，其上的鼠牙盤(pán)12和固定在刀架上的鼠牙盤(pán)9脫開(kāi)，旋轉(zhuǎn)到指定刀位后，刀盤(pán)的定位由鼠牙盤(pán)的嚙合來(lái)完成?；钊?支承在一對(duì)推力軸承6和11及滾針軸承7上，它可以通過(guò)推力軸承帶動(dòng)刀架主軸移

39、動(dòng)。當(dāng)接到換刀指令時(shí)，活塞8及軸5在壓力油的推動(dòng)下左移動(dòng)，當(dāng)左移到位后接近開(kāi)關(guān)prs5確認(rèn)并向系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，左移停止。這樣使鼠牙盤(pán)12與9脫開(kāi)，液壓馬達(dá)2啟動(dòng)帶動(dòng)平板共軛分度凸輪1轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)齒輪3帶動(dòng)刀架主軸及刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)。刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)的準(zhǔn)確位置，通過(guò)接近開(kāi)關(guān)prs1、prs2、prs3、prs4的通斷組合來(lái)檢測(cè)確認(rèn)。當(dāng)?shù)侗P(pán)旋轉(zhuǎn)到指定的刀位后，向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，指令液壓馬達(dá)停轉(zhuǎn)，這時(shí)壓力油推動(dòng)活塞8向右移動(dòng)，使鼠牙盤(pán)12和9嚙合，刀盤(pán)被定位夾緊后壓力繼電器向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，于是刀架的轉(zhuǎn)位換刀循環(huán)完成。在機(jī)床自動(dòng)工作狀態(tài)下，當(dāng)接收到換刀的刀號(hào)后，數(shù)控系統(tǒng)可以通過(guò)內(nèi)部的運(yùn)算判斷, 實(shí)現(xiàn)刀盤(pán)就近轉(zhuǎn)位換刀，即刀盤(pán)可正轉(zhuǎn)也可反轉(zhuǎn)。但當(dāng)手動(dòng)操作機(jī)床時(shí)，從刀盤(pán)方向觀察，只允許刀盤(pán)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)換刀。3.2 plc簡(jiǎn)介可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專(zhuān)為在工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。它采用一類(lèi)可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算,順序控制，定時(shí)，計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類(lèi)型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程?？删幊炭刂破骷?/p>