ca6140車床經(jīng)濟型數(shù)控改裝設計

1、<p>　　重慶大學網(wǎng)絡教育學院</p><p><b>　　畢業(yè)設計（論文）</b></p><p>　　題目 CA6140車床刀架機構(gòu)經(jīng)濟型數(shù)控改造</p><p>　　學生所在校外學習中心 重慶學習中心 </p><p>　　批次 層次 專業(yè) 201302本科、機械設計制</p>

2、<p><b>　　造及自動化</b></p><p>　　學 號 W12106713 </p><p>　　學 生 那 春 林 </p><p>　　指 導 教 師 宋 鹍 </p>&l

3、t;p>　　起 止 日 期 2013.7.8-2013.9.17 </p><p><b>　　中文摘要</b></p><p>　　普通機床的經(jīng)濟型數(shù)控改造主要是在合理選擇數(shù)控系統(tǒng)的前提下，然后再對普通車床進行適當?shù)臋C械改造，改造的內(nèi)容主要包括：</p><p>　?。?）車床的改造，為使改造后的機床有較好的精度保持性，

4、除盡可能地減少電器和機械故障的同時，應充分考慮機床零件的耐磨性，尤其是機床導軌。</p><p>　?。?）托板的改造，托板時數(shù)控系統(tǒng)直線控制的對象，所以對其改造尤顯重要。這中間最突出的一點就是選用滾珠絲杠代替滾動絲杠，提高了傳動的靈敏性和降低功率步進電機力矩損失。</p><p>　?。?）變速箱體的改造，由于采用數(shù)控系統(tǒng)控制，所以要對輸入輸出軸及減速齒輪進行設計，從而再對箱體進行改造。

5、</p><p>　?。?刀架的改造，采用數(shù)控刀架，這樣可以用數(shù)控系統(tǒng)直接控制，而且刀架體積小，重復定位精度凹，安全可靠。</p><p>　　通過對機床的改造并根據(jù)要求選用步進電機作為驅(qū)動元件，這樣改造后的機床就能基本滿足現(xiàn)代化的加工要求。</p><p>　　關鍵字：普通車床 數(shù)控改造 步進電機 經(jīng)濟型</p><p><b>

6、　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1課題背景</b></p><p>　　1946年誕生了世界上第一臺電子計算機，這表明人類創(chuàng)造了可增強和部分代替腦力勞動的工具。它與人類在農(nóng)業(yè)、工業(yè)社會中創(chuàng)造的那些只是增強體力勞動的工具相比，起了質(zhì)的飛躍，為人類進入信息社會奠定了基礎。6年后，即在1952年，計算機技術應用到了機床上，在美國誕生了第一

7、臺數(shù)控機床。</p><p>　　我國目前機床總量380余萬臺，而其中數(shù)控機床總數(shù)只有11.34萬臺，即我國機床數(shù)控化率不到3％。近10年來，我國數(shù)控機床年產(chǎn)量約為0.6～0.8萬臺，年產(chǎn)值約為18億元。機床的年產(chǎn)量數(shù)控化率為6％。我國機床役齡10年以上的占60％以上；10年以下的機床中，自動/半自動機床不到20％，F(xiàn)MC/FMS等自動化生產(chǎn)線更屈指可數(shù)（美國和日本自動和半自動機床占60％以上）。可見我們的大多數(shù)

8、制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn)、加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機床，而且半數(shù)以上是役齡在10年以上的舊機床。用這種裝備加工出來的產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量差、品種少、檔次低、成本高、供貨期長，從而在國際、國內(nèi)市場上缺乏競爭力，直接影響一個企業(yè)的產(chǎn)品、市場、效益，影響企業(yè)的生存和發(fā)展。所以必須大力提高機床的數(shù)控化率。</p><p>　　在美國、日本和德國等發(fā)達國家，它們的機床改造作為新的經(jīng)濟增長行業(yè)，生意盎然，正處在黃金時代。由于機床以及技

9、術的不斷進步，機床改造是個"永恒"的課題。我國的機床改造業(yè)，也從老的行業(yè)進入到以數(shù)控技術為主的新的行業(yè)。在美國、日本、德國，用數(shù)控技術改造機床和生產(chǎn)線具有廣闊的市場，已形成了機床和生產(chǎn)線數(shù)控改造的新的行業(yè)。在美國，機床改造業(yè)稱為機床再生（Remanufacturing）業(yè)。從事再生業(yè)的著名公司有：Bertsche工程公司、ayton機床公司、Devlieg-Bullavd（得寶）服務集團、US設備公司等。美國得寶公司

10、已在中國開辦公司。在日本，機床改造業(yè)稱為機床改裝（Retrofitting）業(yè)。從事改裝業(yè)的著名公司有：大隈工程集團、崗三機械公司、千代田工機公司、野崎工程公司、濱田工程公司、山本工程公司等。</p><p>　　經(jīng)濟型數(shù)控是我國80年代科技發(fā)展的產(chǎn)物。這種數(shù)控系統(tǒng)由于功能適宜.價格便宜. 用它來改造車床，投資少、見效快、成為我國“七五”、“八五”重點推廣的新技術之一。十幾年來，隨著科學技術的發(fā)展，經(jīng)濟型數(shù)控技術

11、也在不斷進步，數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品不斷改進完善. 并且有了階段性的突破，使新的經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)功能更強，可靠性更穩(wěn)定，功率增大，結(jié)構(gòu)簡單，維修方便。由于這項技術的發(fā)展增強了經(jīng)濟型數(shù)控的活力，根據(jù)我國國情，該技術在今后一段時間內(nèi)還將是我國機械行業(yè)老設備改造的很好途徑。對于原有老的經(jīng)濟型數(shù)控車床，特別是80年代末期改造的設備，由于種種原因閑置的很多，浪費很大；在用的設備使用至今也十幾年了，同樣面臨進一步改造的問題。通過改造可以提高原有裝備的技術水平，

12、大大提高了生產(chǎn)效率，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益。數(shù)控車床主要由主軸箱、床鞍、尾架、刀架、對刀儀、液壓系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)及數(shù)控裝置組成。數(shù)控車床的出現(xiàn)對提高生產(chǎn)率改將產(chǎn)品質(zhì)量以及改善勞動條件和提高效率上發(fā)揮了重要的作用。在提高效率上主要表現(xiàn)在兩個方面：1）通過刀具的快速自動定位，提高了空程速度和劃線工藝的時間。2）批量加工一致性好，可以減少工件檢驗和時間。特別</p><p>　　1.2機床改造的內(nèi)容及意義</

13、p><p><b>　　1.2.1研究意義</b></p><p>　　企業(yè)要在當前市場需求多變，競爭激烈的環(huán)境中生存和發(fā)展就需要迅速地更新和開發(fā)出新產(chǎn)品，以最低價格、最好的質(zhì)量、最短的時間去滿足市場需求的不斷變化。而普通機床已不適應多品種、小批量生產(chǎn)要求，數(shù)控機床則綜合了數(shù)控技術、微電子技術、自動檢測技術等先進技術，最適宜加工小批量、高精度、形狀復雜、生產(chǎn)周期要求短的零

14、件。當變更加工對象時只需要換零件加工程序，無需對機床作任何調(diào)整，因此能很好地滿足產(chǎn)品頻繁變化的加工要求。</p><p>　　普通車床經(jīng)過多次大修后，其零部件相互連接尺寸變化較大，主要傳動零件幾經(jīng)更換和調(diào)整，故障率仍然較高，采用傳統(tǒng)的修理方案很難達到大修驗收標準，而且費用較高。因此合理選擇數(shù)控系統(tǒng)是改造得以成功的主要環(huán)節(jié)。</p><p>　　數(shù)控機床在機械加工行業(yè)中的應用越來越廣泛。數(shù)控

15、機床的發(fā)展，一方面是全功能、高性能；另一方面是簡單實用的經(jīng)濟型數(shù)控機床，具有自動加工的基本功能，操作維修方便。經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)通常用的是開環(huán)步進控制系統(tǒng)，功率步進電機為驅(qū)動元件，無檢測反饋機構(gòu)，系統(tǒng)的定位精度一般可達±0.01至0.02mm，已能滿足CW6140車床改造后加工零件的精度要求。</p><p>　　1.2.2主要研究內(nèi)容及技術路線</p><p>　　為CA6140車

16、床設計4刀位的自動換刀裝置，要求</p><p><b>　　1、換刀時間短；</b></p><p>　　2、刀具重復定位精度高；</p><p>　　3、刀架系統(tǒng)具備足夠的剛度和強度；</p><p>　　4、工作過程安全可靠；</p><p>　　5、便于控制維修和安裝。</p>

17、<p><b>　　具體要求：</b></p><p>　?。?）刀架結(jié)構(gòu)設計（刀架抬起、轉(zhuǎn)位、壓緊的實現(xiàn)）</p><p>　?。?）蝸桿蝸輪的設計</p><p>　　（3）電機的計算及選用</p><p>　?。?）聯(lián)軸器、軸承等通用件的選型</p><p>　　1.3 機床的

18、經(jīng)濟型數(shù)控化改造主要解決的問題</p><p>　　(1) 恢復原功能，對機床、生產(chǎn)線存在的故障部分進行診斷并恢復。</p><p>　　(2) NC化，在普通機床上加數(shù)顯裝置，或加數(shù)控系統(tǒng)，改造成NC機床、CNC機床。</p><p>　　(3) 翻新，為提高精度、效率和自動化程度，對機械、電氣部分進行翻新，對機械部分重新裝配加工，恢復原精度；對其不滿足生產(chǎn)要求的

19、CNC系統(tǒng)以最新CNC進行更新。</p><p>　　(4) 技術更新或技術創(chuàng)新，為提高性能或檔次，或為了使用新工藝、新技術，在原有基礎上進行較大規(guī)模的技術更新或技術創(chuàng)新，較大幅度地提高水平和檔次的更新改造。</p><p><b>　　2自動回轉(zhuǎn)刀架設計</b></p><p>　　2.1 數(shù)控車床自動回轉(zhuǎn)刀架的概述</p>

20、<p>　　數(shù)控車床主要由主軸箱、床鞍、尾架、刀架、對刀儀、液壓系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)及數(shù)控裝置組成。數(shù)控車床的出現(xiàn)對提高生產(chǎn)率改善產(chǎn)品質(zhì)量以及改善勞動條件等發(fā)揮了重要的作用。傳統(tǒng)的車床例如CA6140的刀架上只能裝一把刀，換刀的速度慢，換刀后還須重新對刀，并且精度不高，生產(chǎn)效率低，不能適應現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要，因此有必要對機床的換刀裝置進行改進，為了能在工件的一次裝夾中完成多個工序加工，縮短加工輔助時間，減少多次安裝所引起的加

21、工誤差，充分發(fā)揮數(shù)控機床的效率，釆用“工序集中”的原則，釆用自動回轉(zhuǎn)刀架。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

22、刀時要將刀架抬起，換刀速度較慢且密封性差，但其結(jié)構(gòu)簡單。三齒盤定位叫免抬型，其特點時換刀時刀架不拾起，因此換刀速度快且密封性好，但其結(jié)構(gòu)復雜。</p><p>　　自動回轉(zhuǎn)刀架在結(jié)構(gòu)上必須具有良好的強度和剛性，以承受粗加工時的切削抗力，為了保證轉(zhuǎn)位之后具有髙的重復定位精度，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)刀架的自動換刀是由控制系統(tǒng)和驅(qū)動電路來實現(xiàn)的。</p><p

23、>　　2.2 設計研究內(nèi)容</p><p>　　設計一臺四工位的立式自動回轉(zhuǎn)刀架.適用于CA6140經(jīng)濟型數(shù)控車床。要求繪制自動回轉(zhuǎn)刀架的機械結(jié)構(gòu)圖，設計控制刀架自動轉(zhuǎn)位的硬件電路，編寫刀架的控制軟件，選用電動機的額定功率為80W，額定轉(zhuǎn)速為1440r/min，換刀時的速度為30r/min。分別對其組成部分即機械總體結(jié)構(gòu)、工作原理、主傳動部件及電氣控制部分進行設計、控制，并對自動回轉(zhuǎn)刀架出現(xiàn)的一些常規(guī)故障

24、問題提出一些修理意見。</p><p>　　2.3 研究實際社會意義及應用效果</p><p>　　傳統(tǒng)的車床的刀架上只能裝一把刀，換刀的速度慢，換刀后還須重新對刀，并且精度不高，生產(chǎn)效率低，不能適應現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要，因此有必要對機床的換刀裝置進行改進，數(shù)控車床上使用的自動回轉(zhuǎn)刀架是一種簡單的換刀裝置。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)位以及精密定位等一系列動作的一種機構(gòu)

25、。使用這種新的經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)功能更強，可靠性更穩(wěn)定，功率增大，結(jié)構(gòu)簡單，維修方便。為了能在工件的一次裝夾中完成多個工序加工，縮短加工輔助時間，減少多次安裝所引起的加工誤差，充分發(fā)揮數(shù)控機床的效率，采用“工序集中”的原則，采用自動回轉(zhuǎn)刀架。并針對生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的一些常規(guī)問題進行了探討，歸納總結(jié)檢查修理方法。</p><p><b>　　2.4 小結(jié)</b></p><p&

26、gt;　　對數(shù)控車床自動回轉(zhuǎn)刀架的機電系統(tǒng)進行研究和設計，并通過對四工位刀架的設計，分別加強對其組成部分即機械總體結(jié)構(gòu)、工作原理的認識。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)機械定位方式不同，自動回

27、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。三齒盤定位叫免抬型.其特點時換刀時刀架不用抬起，因此換刀速度快且密封性好，但其結(jié)構(gòu)復雜。自動回轉(zhuǎn)刀架在結(jié)構(gòu)上必須具有良好的強度和剛性，以承受粗加工時的切削抗力，為保證轉(zhuǎn)位之后具有髙的重復定位精度，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)動電路來實現(xiàn)的。</p&g

28、t;<p><b>　　3 總體結(jié)構(gòu)設計</b></p><p>　　3.1 電動機的選擇</p><p>　　電動機選擇三相異步電動機，額定功率為80W，額定轉(zhuǎn)速為1440r/min。</p><p>　　3.2 減速傳動機構(gòu)的設計</p><p>　　由于三相異步電動機的轉(zhuǎn)速太快，不能直接驅(qū)動刀架

29、進行換刀，必須經(jīng)過適當?shù)臏p速。根據(jù)立式轉(zhuǎn)位刀架的結(jié)構(gòu)特點，采用蝸桿副減速是最佳選擇。蝸桿副傳動可以改變運動的方向，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，還可以實現(xiàn)整個裝置的小型化。</p><p>　　3.3 上刀體鎖緊與精定位機構(gòu)的設計</p><p>　　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。本設計

30、上刀體的鎖緊與定位機構(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?shù)都芴幱阪i緊狀態(tài)時，上下端面齒相互嚙合，這時上刀體不能繞刀架的中心軸轉(zhuǎn)動；換刀時電動機正轉(zhuǎn)，抬起機構(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。</p><p>　　3.4 刀架抬起機構(gòu)的設計</p><p>　　要想使上、下刀體的兩個端面脫離，就必須設計合適的機構(gòu)使上刀體抬

31、起。本設計選用螺桿-螺母副，在上刀體內(nèi)部加工出內(nèi)螺紋，當電動機通過蝸桿-蝸輪帶動螺桿中心軸轉(zhuǎn)動時，作為螺母的上刀體要么轉(zhuǎn)動，要第上下移動。當?shù)都芴幱阪i緊狀態(tài)時，上刀體與下刀體的端面齒相互嚙合，因為這時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。當端面齒脫離嚙合時，上刀體就與螺桿一同轉(zhuǎn)動。</p><p>　　設計螺桿時要求選擇適當?shù)穆菥啵员惝斅輻U轉(zhuǎn)動一定角度時使得上刀體與下刀體的端面齒能夠完全脫

32、離嚙合狀態(tài)。</p><p>　　圖3.1 自動回轉(zhuǎn)刀架的傳動結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　1—發(fā)信盤 2—推力軸承 3—螺桿螺母副 4—端面齒盤 5—發(fā)靠圓盤 6—三相異步電動機 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</p><p>　　4 自動回轉(zhuǎn)刀架的工作原理</p><

33、;p>　　自動回轉(zhuǎn)刀架的換刀流程如圖4.1所示。</p><p>　　圖4.2表示自動回轉(zhuǎn)刀架在換刀過程中有關的銷的位置。其中上部的圓柱銷2和下部的反靠銷6起著重要作用。</p><p>　　當?shù)都芴幱阪i緊狀態(tài)時,兩銷的情況如圖a所示，此時反靠銷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中未畫出）。</p><p>

34、;　　需要換刀時，控制系統(tǒng)發(fā)出刀架的轉(zhuǎn)位信號，三相異步電動機正向旋轉(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與下刀體之間的端面齒慢慢脫開；與此同時，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），當轉(zhuǎn)過約170度時，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（此時端面齒已完全脫開），如圖b所示。</p

35、><p>　　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尋找刀位時的正向轉(zhuǎn)動，如圖c所示。</p><p>　　上刀體4帶動磁鐵轉(zhuǎn)到需要的刀位時，發(fā)信盤上對應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反轉(zhuǎn)，上蓋圓盤1通過圓柱銷2帶動上刀體4開始反轉(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

36、，如圖d所示。此時反靠銷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，實現(xiàn)定位，經(jīng)過設定的延時時間后，刀架電動機停轉(zhuǎn)，整個換刀過和結(jié)束。[8]</p><p>　　由于蝸桿副具有自銷功能，所以刀架可穩(wěn)定的工作。</p>

37、<p>　　圖4.1 自動回轉(zhuǎn)刀架的換刀流程</p><p>　　a） b）</p><p>　　c) d)</p><p>　　圖4.2 刀架轉(zhuǎn)位過程中銷的位置</p><p>　　a)換刀開始時，圓柱銷2與上

38、蓋圓盤1可以相對滑動</p><p>　　b)上刀體4完全抬起后，圓柱銷2落入上蓋圓盤1槽內(nèi)，上蓋圓盤1將帶動圓柱銷2及上刀體4一起轉(zhuǎn)動</p><p>　　c)上刀體4連續(xù)轉(zhuǎn)動時，反銷6可從反靠圓盤7的槽左側(cè)斜坡滑出</p><p>　　d)找到刀位后，刀架電動機反轉(zhuǎn)，反靠銷6反靠，上刀體停轉(zhuǎn)，實現(xiàn)粗定位</p><p>　　1—上蓋圓盤

39、 2—圓柱銷 3—彈簧 4—上刀體 5—圓柱銷 6—反靠銷 7—反靠圓盤</p><p>　　5 主要傳動部件的設計計算</p><p>　　5.1 蝸桿副的設計計算</p><p>　　自動回轉(zhuǎn)刀架的動力源是三相異步電動機，其中蝸桿與電動機直聯(lián)，刀架轉(zhuǎn)位時蝸桿與上刀體直聯(lián)。已知電動機額定功率P1=80W，額定轉(zhuǎn)速n1=1440r/min，上刀體設計轉(zhuǎn)

40、速n2=30r/min,則蝸桿副的傳動比i=1440/30=48。刀架從轉(zhuǎn)位到鎖緊時，需要蝸桿反向，工作載荷不均勻，起動時沖擊較大，今要求蝸桿的使用壽命Lh=10000h，因此對蝸桿的型號材料的選擇以及齒面接觸疲勞強度計算相當重要。</p><p>　　5.1.1 蝸桿的選型 </p><p>　　GB/T10065-1998推薦采用漸開線（ZI蝸桿）和錐面包絡蝸桿（ZK蝸桿）。本設計

41、采用結(jié)構(gòu)簡單、制造方便的漸開線型圓柱蝸桿（ZI型）。</p><p>　　5.1.2 選擇材料和確定許用應力</p><p>　　由《機械基礎》表17-4查得蝸桿選用45鋼，表面淬火，硬度為45～55HRC，蝸輪齒圈用ZCuSn10P1 砂模鑄造，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HT150制造。</p><p>　　由表17-6查得

42、 ［ð］h=200MPa，［ð］f=51MPa</p><p>　　5.1.3按接觸強度確定主要參數(shù)</p><p>　　根據(jù)閉式蝸桿傳動的設計準則，先按齒面接觸疲勞強度進行設計，在校核齒根彎曲疲勞強度。傳動中心距：</p><p><b>　　(5-1)</b></p><p>　?。?）

43、確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)距T2</p><p>　　按Z1=2，估取效率η=0.8，則</p><p>　　=20.4 Nm (5-2)</p><p>　?。?）確定載荷系數(shù)K</p><p>　　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

44、大，可取動載系數(shù)KV=1.1；則</p><p>　　K=KA*Kβ*KV=1*1.15*1.1=1.265≈1.27 (5-3)</p><p>　?。?）確定彈性影響系數(shù)ZE</p><p>　　因選用的鑄錫磷青銅蝸輪和蝸桿相配，故</p><p>　　（4）確定接觸系數(shù)Zρ</p><p>

45、　　先假設蝸桿分度圓直徑d1和傳動中心距a的比值=0.30，從而可查出Zρ=3.12。</p><p>　?。?）確定許用應力[σH]</p><p>　　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力[σH]‘=268MPA。</p><p>　　因為電動刀架中蝸輪蝸桿的傳動為間隙性的，故初步定位

46、、其壽命系數(shù)為KHN=0.92，則</p><p>　　[σH]= KHN[σH]‘=0.92×268=246.56≈247MPA (5-4)</p><p><b>　?。?）計算中心距</b></p><p><b>　　(5-5)</b></p><p>　　取中心距a

47、=50mm，m=1.6mm，蝸桿分度圓直徑d1=20mm，這時=0.4，從而可查得接觸系數(shù)=2.8，因為＜Zρ，因此以上計算結(jié)果可用。</p><p>　　5.1.4蝸桿和蝸輪主要幾何尺寸計算</p><p><b>　　⑴蝸桿</b></p><p>　　分度圓直徑：d1=20mm</p><p><b>　

48、　蝸桿頭數(shù)：Z1=1</b></p><p>　　分度圓導程角：γ=4°34′26″</p><p>　　蝸桿軸向齒距：PA==5.04mm； (5-6)</p><p>　　蝸桿齒頂圓直徑： (5-7)</p><p>　　蝸桿齒根圓直徑：

49、 （5-8）</p><p>　　蝸桿軸向齒厚：=2.512mm (5-9)</p><p><b>　　⑵蝸輪</b></p><p>　　蝸輪齒數(shù)：Z2 =48</p><p><b&

50、gt;　　變位系數(shù)Χ=1</b></p><p>　　驗算傳動比：i=/=48/1=48 (5-11)</p><p>　　蝸輪分度圓直徑：d2=mz2=76.8mm (5-12)</p><p>　　蝸輪喉圓直徑：da2=d2+2m=80mm

51、 (5-13)</p><p>　　蝸輪喉母圓直徑：rg2=48.4-1/2 da2 =48.4-1/280=8.4mm (5-14)</p><p>　　蝸輪齒頂圓直徑 =80mm （5-15）</p><p>　　蝸輪齒根圓直徑：=72.96mm (5-16）

52、</p><p>　　蝸輪外圓直徑：當在z=1時，=83.2mm （5-17）</p><p>　　5.2 蝸桿軸的設計</p><p>　　5.2.1 蝸桿軸的材料選擇，確定許用應力</p><p>　　考慮軸主要傳遞蝸輪的轉(zhuǎn)矩，為普通用途中小功率減速傳動裝置。</p><p>　　選用45號鋼，正火處理，<

53、/p><p>　　5.2.2 按扭轉(zhuǎn)強度初步估算軸的最小直徑</p><p>　?。?-18） </p><p>　　扭轉(zhuǎn)切應力為脈動循環(huán)變應力，取α=0.6</p><p>　　抗彎截面系數(shù)W=0.1d3</p><p>　　取dmin=12.04mm</p><p>　　5.2.3

54、確定各軸段的直徑和長度</p><p>　　根據(jù)各個零件在軸上的定位和裝拆方案確定軸的形狀及直徑和長度。</p><p>　　d1=d5 同一軸上的軸承選用同一型號，以便于軸承座孔鏜制和減少軸承類型。</p><p>　　d5軸上有一個鍵槽，故槽徑增大5%</p><p>　　d1=d5=d1′×(1+5%)=13.89mm ,圓

55、整d1=d5=14mm</p><p>　　所選軸承類型為深溝球軸承，型號為6203，B=12mm，D=40mm，</p><p>　　d2起固定作用，定位載荷高度可在（0.07～0.1）d1范圍內(nèi)，</p><p>　　d2=d1+2a=15.38～17.04mm，故d2取16mm</p><p>　　d3為蝸桿與蝸輪嚙合部分，故d3=23

56、.2mm</p><p>　　d4=d2=16mm,便于加工和安裝</p><p>　　L1為與軸承配合的軸段，查軸承寬度為12mm，端蓋寬度為15mm，</p><p><b>　　則L1=27mm</b></p><p>　　L2尺寸長度與刀架體的設計有關，蝸桿端面到刀架端面距離為65mm，</p>&

57、lt;p><b>　　故L2=38mm</b></p><p>　　L3為蝸桿部分長度L3≥（11+0.06z2）m=21.92mm</p><p><b>　　圓整L3取30mm</b></p><p>　　L4取51mm，L5在刀架體部分長度為（12+12）mm，伸出刀架部分通過聯(lián)軸器與電動機相連長度為50mm，

58、故L5=74mm</p><p>　　兩軸承的中心跨度為128mm，軸的總長為220mm</p><p>　　5.2.4蝸桿軸的校核</p><p>　　作用在蝸桿軸上的圓周力</p><p><b>　　(5-19)</b></p><p><b>　　其中d1=28mm</b&

59、gt;</p><p><b>　　則</b></p><p><b>　　徑向力：</b></p><p><b>　　(5-20)</b></p><p><b>　　切向力：</b></p><p><b>　　(5

60、-21)</b></p><p>　　圖5.2 軸向受力分析</p><p><b>　　(5-22)</b></p><p><b>　　(5-23)</b></p><p>　　求水平方向上的支承反力</p><p>　　圖5.3 水平方向支承力</p&

61、gt;<p><b>　　(5-24)</b></p><p><b>　　(5-25)</b></p><p>　　求水平彎矩,并繪制彎矩圖</p><p>　　圖5.4 水平彎矩圖</p><p>　　求垂直方向的支承反力</p><p><b>

62、　　(5-26)</b></p><p>　　查文獻[9]表2.2—4，，，，</p><p><b>　　其中，，</b></p><p><b>　　(5-27)</b></p><p>　　圖5.5 垂直方向支承反力</p><p>　　求垂直方向彎矩，繪制

63、彎矩圖</p><p>　　圖5.6 垂直彎矩圖</p><p>　　求合成彎矩圖，按最不利的情況考慮</p><p><b>　　(5-28)</b></p><p>　　圖5.7 合成彎矩圖</p><p><b>　　計算危險軸的直徑</b></p>&l

64、t;p><b>　　(5-29)</b></p><p>　　查文獻[9]表15—1，材料為調(diào)質(zhì)的許用彎曲應力，則</p><p><b>　　所以該軸符合要求。</b></p><p>　　5.2.5 鍵的選取與校核</p><p>　　考慮到d5=105%×15.14=15.89

65、mm, 實際直徑為17mm，所以強度足夠</p><p>　　由GB1095-79查得，尺寸b×h=5×5，l=20mm的A型普通平鍵。</p><p><b>　　按公式進行校核</b></p><p>　　，，，。查文獻[9]表6—2，取則</p><p><b>　　(5-30)<

66、;/b></p><p><b>　　該鍵符合要求。</b></p><p>　　由普通平鍵標準查得軸槽深t=30mm,轂槽深t1=2.3mm</p><p>　　5.3 蝸輪軸的設計</p><p>　　5.3.1 蝸輪軸材料的選擇，確定需用應力</p><p>　　考慮到軸主要傳遞蝸輪轉(zhuǎn)

67、矩，為普通中小功率減速傳動裝置</p><p>　　選用45號鋼，正火處理，， ［ðь］-1=55MPa</p><p>　　5.3.2 按扭轉(zhuǎn)強度，初步估計軸的最小直徑</p><p>　　查文獻[9]表15—1，取45號調(diào)質(zhì)剛的許用彎曲應力，則</p><p>　　由于軸的平均直徑為34mm，因此該軸安全。</p>

68、<p>　　5.3.3 確定各軸段的直徑和長度</p><p>　　根據(jù)各個零件在軸上的定位和裝拆方案確定軸的形狀及直徑和長度</p><p>　　d1即蝸輪輪芯為68mm</p><p>　　d2為蝸輪軸軸徑最小部分取34mm</p><p>　　d3軸段與上刀架體有螺紋聯(lián)接，牙形選梯形螺紋，根據(jù)文獻表8-45</p>

69、;<p>　　取公稱直徑為d3=44mm，螺距P=12mm，H=6.5mm</p><p>　　查表8-46得，外螺紋小徑為31mm</p><p>　　內(nèi)、外螺紋中徑為38mm</p><p>　　內(nèi)螺紋大徑為45mm</p><p>　　內(nèi)螺紋小徑為32mm</p><p><b>　　旋合

70、長度取55mm</b></p><p>　　L2尺寸長度為34mm，蝸輪齒寬b2 當z1≤3時，b2≤0.75da1=15.6mm</p><p><b>　　取b2=15mm</b></p><p><b>　　5.4中心軸的設計</b></p><p>　　5.4.1 中軸的材料選擇

71、,確定許用應力</p><p>　　考慮到軸主要起定位作用，只承受部分彎矩，為空心軸，因此只需校核軸的剛度即可。</p><p>　　選用45號鋼，正火處理，， ［ðь］-1=55MPa</p><p>　　5.4.2 確定各軸段的直徑和長度</p><p>　　根據(jù)各個零件在軸上的定位和裝拆方案確定軸的形狀及直徑和長度</p

72、><p><b>　　d1=15mm,</b></p><p>　　d2與軸承配合，軸承類型為推力球軸承，型號為51203，d=17mm,d1=19,T=12mm,D=35mm</p><p><b>　　所以d2=17mm</b></p><p>　　d3與軸承配合，軸承類型為推力球軸承，型號為512

73、04，</p><p>　　d=25mm,d1=27mm,T=15mm,D=47mm</p><p>　　圖5.8 中心軸受力圖</p><p>　　分配各軸段的長度L1=80mm,L2=93mm,L3=20mm</p><p>　　5.4.3 軸的校核</p><p><b>　　軸橫截面的慣性矩</

74、b></p><p>　　車床切削力F=2KN,E=210GPa</p><p><b>　　(5-31)</b></p><p><b>　　(5-32)</b></p><p><b>　　因此</b></p><p><b>　?。?/p>

75、［］</b></p><p><b>　　y＜［y］</b></p><p><b>　　中心軸滿足剛度條件</b></p><p><b>　　5.6 刀架體設計</b></p><p>　　刀架體設計首先要考慮刀架體內(nèi)零件的布置及與刀架體外部零件的關系，應考慮以

76、下問題： </p><p>　　(a) 滿足強度和剛度要求。因為刀架體的剛度不僅影響傳動零件的正常工作，而且還影響部件的工作精度。 </p><p>　　(b) 結(jié)構(gòu)設計合理。如支點的安排、開孔位置和連接結(jié)構(gòu)的設計等均要有利于提高刀架體的強度和剛度。 </p><p>　　(c) 工藝性好。包括毛坯制造、機械加工及熱處理、裝配調(diào)整、安裝固定、吊裝運輸、維護修理等各方

77、面的工藝性。 </p><p>　　(d) 造型好、質(zhì)量小。 </p><p>　　刀架體的常用材料有： </p><p>　　鑄鐵，多數(shù)刀架體的材料為鑄鐵，鑄鐵流動性好，收縮較小，容易獲得形狀和結(jié)構(gòu)復雜的箱體。鑄鐵的阻尼作用強，動態(tài)剛性和機加工性能好，價格適度。加入合金元素還可以提高耐磨性。 </p><p>　　鑄造鋁合金，用于要求減小質(zhì)

78、量且載荷不太大的箱體。多數(shù)可通過熱處理進行強化，有足夠的強度和較好的塑性。 </p><p>　　6 電氣控制部分設計</p><p><b>　　6.1硬件電路設計</b></p><p>　　自動回轉(zhuǎn)刀架的電氣控制部分主要包括收信電路和發(fā)信電路兩大塊，如圖6.1所示。</p><p>　　6.1.1 收信電路&l

79、t;/p><p>　　圖a中發(fā)信盤上的4只霍爾開關（型號為UGN3120U），都有3個引腳，第1腳接+12V電源，第2腳接+12V地，第3腳為輸出。轉(zhuǎn)位時刀臺帶動磁鐵旋轉(zhuǎn)，當磁鐵對準某一個霍爾開關時，其輸出端第3腳輸出低電平；當磁鐵離開時，第3腳輸出高電平。4只霍爾開關輸出的4個刀位信號T1～T4分別送到圖b的4只光耦合器進行處理，經(jīng)過光電隔離的信號再送給I/O接口芯片8225的PC4～PC7。</p>

80、<p>　　6.1.2 發(fā)信號電路</p><p>　　圖c刀架電動機正反轉(zhuǎn)控制電路，I/O接口芯片8255的PA6與PA7分別控制刀架電動機的功率只有80W，所以圖d中刀架電動機與380V市電的接通可以選用大功率直流繼電器，而不必采用繼電器-接觸器控制電路，以節(jié)省成本，降低故障率。圖c中，正轉(zhuǎn)繼電器的線圈KA1與反轉(zhuǎn)繼電器的一組常閉觸點串聯(lián)，而反轉(zhuǎn)繼電器的線圈KA2又與正轉(zhuǎn)繼電器的一組常閉觸點串聯(lián)

81、，這樣就構(gòu)成了正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)的互鎖電路，以防控制系統(tǒng)失控時導致短路現(xiàn)象。當KA1或KA2的觸點接通380V電壓時，會產(chǎn)生較強的火花，并通過電網(wǎng)影響控制系統(tǒng)的正常工作，為此，在圖d中布置了3對R-C阻容用來滅弧，以抑制火花的產(chǎn)生。</p><p>　　a) b)</p><p>　　c)

82、 d)</p><p>　　圖6.1 自動回轉(zhuǎn)刀架電氣控制原理圖</p><p>　　a）發(fā)信盤上的霍爾元件 b）刀位信號的處理 c）刀架電動機正反轉(zhuǎn)控制 d）刀架電動機正反轉(zhuǎn)的實現(xiàn)</p><p>　　6.2 控制軟件的設計</p><p>　　在清楚了自動回轉(zhuǎn)刀架的機械結(jié)構(gòu)和電氣控制電路后，就可以著手編制刀架

83、自動回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)位的控制軟件了。對于四工位自動回轉(zhuǎn)刀架來說，它最多裝4把刀具，設計控制軟件的任務，就是選中任意一把刀具，讓其轉(zhuǎn)到工作位置。圖6.2表示讓1#刀轉(zhuǎn)到工作位置的程序流程，2#～4#刀的轉(zhuǎn)位流程與1#刀相似。</p><p>　　設控制系統(tǒng)的CPU為AT89C51單片機，擴展8255芯片作為自動回轉(zhuǎn)刀架的收信與發(fā)信控制，已知8255芯片的控制口地址為2FFH，則基于圖6.1和圖6.2的匯編程序清單如下：<

84、;/p><p>　　圖6.2 換1#刀的程序流程</p><p>　　TO1: MOV DPRT，#2FFFH ；指向8255的PC口</p><p>　　MOVX A，@DOTR ；讀取PC內(nèi)容</p><p>　　JNB ACC.4，TEND ；測試PC4=0？若是，則說明1#已在工作位置，程

85、序轉(zhuǎn)到TEND</p><p>　　MOV DPTR，#2FFCH ；指向8255的PA口地址</p><p>　　MOVX A，@DPTR ；讀取PA口鎖存器內(nèi)容</p><p>　　CLR ACC.6 ；令PA6=0，刀架電動機正轉(zhuǎn)有效</p><p>　　SETB A

86、CC.7 ；令PA7=1，刀架電動機反轉(zhuǎn)無效</p><p>　　MOVX @DPTR,A ；刀架電動機開始正轉(zhuǎn)</p><p>　　CALL DE20MS ；延時20ms</p><p>　　YT01：MOV DPTR，#2FFEH ；指向8255的PC口</p>

87、<p>　　MOVX A，@DPTR ；讀取PC口內(nèi)容</p><p>　　JB ACC.4，YT01 ；PC4=0嗎？即1#刀轉(zhuǎn)到工作位置了嗎？</p><p>　　CALL DE20MS ；延時20ms</p><p>　　YT11：MOV DPTR，#2FFEH ；指

88、向8255的PC口</p><p>　　MOVX A，@DPTR ；第二次讀取PC口內(nèi)容</p><p>　　JB ACC.4,YT11 ；PC4=0？</p><p>　　CALL DE20MS ；延時20ms</p><p>　　YT21：MOV DPTR，#2FF

89、EH ；指向8255的PC口</p><p>　　MOVX A，@DPTR ；第三次讀取PC口內(nèi)容</p><p>　　JB ACC.4，YT21 ；PC4=0？</p><p>　　MOV DPTR，#2FFCH ；指向PA口</p><p>　　MOVX A，@DPT

90、R ；讀取PA口鎖存器內(nèi)容</p><p>　　SETB ACC.6 ；令PA6=1，刀架電動機反轉(zhuǎn)無效</p><p>　　SETB ACC.7 ；令PA7=1，刀架電動機反轉(zhuǎn)無效</p><p>　　MOVX @DPTR,A ;刀架電動機停轉(zhuǎn)</p>

91、<p>　　CALL DE150MS ;延時150ms</p><p>　　CLR ACC.7 ;令PA7=0,刀架電動機反轉(zhuǎn)有效</p><p>　　SETB ACC.6 ;令PA6=1,刀架電動機正轉(zhuǎn)無效</p><p>　　MOV @DPTR,A

92、 ;刀架電動機開始反轉(zhuǎn)</p><p>　　CALL DELAY ;延時設定的反轉(zhuǎn)鎖緊時間</p><p>　　SETB ACC.6 ;令PA6=1,刀架電動機反轉(zhuǎn)無效</p><p>　　SETB ACC.7 ；令PA7=1，刀架電動機反轉(zhuǎn)無效</p&g

93、t;<p>　　MOVX @DPTR,A ;刀架電動機停轉(zhuǎn)</p><p>　　TEND: REL ；換1#刀結(jié)束</p><p><b>　　7 結(jié)論 </b></p><p>　　這次畢業(yè)設計持續(xù)的時間為16周，時間相對于我們以前搞設計來說

94、是非常非長的。這次我畢業(yè)設計的題目是：把普通車床設計成為經(jīng)濟型數(shù)控車床。剛剛接受到這個題目的時候，感覺很難，因為以前從來沒有接觸過這方面的設計，頭腦里一個最基本的概念都沒有，后來老師給我們大體上講了一下基本過程，再經(jīng)過我們兩個星期的研究，終于有一點眉目，搞清楚了什么是脈沖當量，什么是滾珠絲杠等等，還有我們?yōu)槭裁匆脑炷切┻@些機構(gòu)。經(jīng)過幾個星期資料搜集，包括車床的說明書等等，設計并進入了正式的軌道。</p><p>

95、;　　在生活逐漸自動化的今天，對加工制造的精度和加工效益都提出了很高的要求，因此對機床等加工設備提出了很高的要求。以前單一的靠手工操作的機床，在很大程度上已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代化的要求，數(shù)控機床的改造已經(jīng)成為一種必要。但這次機床的改造是在原有的機床上換掉部分零部件，使它具有數(shù)控機床的基本功能，如不用手工操作能自動控制進給量等。但又考慮到改造成的是經(jīng)濟型數(shù)控車床，所以在選材等方面，必須考慮到經(jīng)濟這一重要問題。因此在這次設計中有些選型可能精度不是

96、很高，但是考慮到經(jīng)濟這一個重要的前提，就選擇了相對比較實惠的型號。</p><p>　　因為我們以前的基礎知識掌握得不牢固，在這次設計中確實是遇到了很多的問題，但在這過程中，我們又學會了很多東西，在以前的小設計中，有些能馬馬虎虎過去的問題，就糊里糊涂過去了，可這次是一切正規(guī)化，不能有半點含糊，因此壓力又大了很多，但是只要有一個明確的目標，樂在其中，特別是把以前學過的知識又溫習了一下，而且把很多門課程都串聯(lián)在一起，

97、形成一個大的框架，這樣確實是有一種豁然開朗、煥然一新的感覺。</p><p>　　通過這最后的畢業(yè)設計，我從一開始的只要完成任務的心態(tài)到后來的主動去學習，去努力的學習態(tài)度，這是一個不小的進步，并且把以前學過的知識融會貫通，看到了自己的許多不足之處。老師在我們設計中也給我們提出了很高的要求，它要求我們每一個零部件都要按照標準去查手冊。另外，我們也學會了互相幫助，互相學習，合作的團體精神，嚴格要求自己，形成嚴謹治學的

98、學習態(tài)度，這將會帶到我們以后的工作中去。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 吳振彪主編．機電綜合設計．指導．中國人民大學出版社.2000．</p><p>　　[2]． 余英良主編．機床數(shù)控改造設計與實例．機械工業(yè)出版社．1997．</p><p>　　[3]． 《機床設計手冊》編

99、寫組編．機床設計手冊第一，三，四冊．機械工業(yè)出版社．1998．</p><p>　　[4]． 明興祖主編．數(shù)控加工技術．化學工業(yè)出版社．2001．</p><p>　　[5]． 胡占齊，楊莉主編．機床數(shù)控技術．機械工業(yè)出版社．1986．</p><p>　　[6]． 黃調(diào)，趙松年主編．機電一體化技術基礎及應用．機械工業(yè)出社．1999．</p><

100、p>　　[7]．楊有君主編．數(shù)字控制技術與數(shù)控機床．機械工業(yè)出版社．1999．</p><p>　　[8]．王先逵主編．機械制造工藝學．機械工業(yè)出版社．2002．</p><p>　　[9]．廖念釗，古瑩庵主編．互換性與技術測量．中國計量出版社．2000．</p><p>　　[10]. 中國機械工程學會，中國設計大典編委會　李壯云主編．《中國機械設計大典》第

101、五卷　江西科學技術出版社，2002．</p><p>　　[11]．陳碧秀等主編．實用中小電機手冊。遼寧科學技術出版社．2000．</p><p>　　[12]. 王槐德主編. <<機械制圖新舊標準代換教程>>.中國標準出版社.2003.</p><p>　　[13].普通CA6140車床的說明書.</p><p>　

102、　[14]. The Numerial Control Engine Bed Trasforms.</p><p>　　[15].邱宣懷主編.<<機械設計>>.高等教育出版社.2002.</p><p>　　[16].薛嚴成<公差配合與技術測量>>.上?？茖W技術出版社.1999.</p><p><b>　　致謝&

103、lt;/b></p><p>　　通過這一階段的努力，我的畢業(yè)論文終于完成了，這意味著大學生活即將結(jié)束。在大學階段，我在學習上和思想上都受益非淺，這除了自身的努力外，與各位老師、同學和朋友的關心、支持和鼓勵是分不開的。</p><p>　　在本論文的寫作過程中，我的導師宋鹍老師傾注了大量的心血，從選題到開題報告，從寫作提綱，到一遍又一遍地指出每稿中的具體問題，嚴格把關，循循善誘，在此