四工位立式回转刀架.doc

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目录

第1章设计任务···············································3

1.1设计总体任务·············································3

1.2设计参数·················································3

1.3设计内容·················································3

1.4设计任务·················································3

第2章概述····················································4

第3章总体设计方案············································5

3.1减速传动机构的设计········································5

3.2上刀锁紧与精定位机构的设计································5

3.3刀架抬起机构的设··········································5

3.4自动回转刀架的工作原理······································5

第4章数控车床回转刀架机械部分设计························8

4.1蜗杆副的设计计算···········································8

4.1.1蜗杆的选型··············································8

4.1.2蜗杆副的材料···········································8

4.1.3按齿面接触疲劳强度进行设计·····························8

4.2滚动轴承的选项·············································10

4.2.1概述··················································10

4.2.2滚动轴承的选型········································11

4.2.3滚动轴承的配合········································11

4.2.4滚动轴承的密封········································11

第5章电气控制部分设计·····································12

5.1中央处理单元MS-89C51·····································12

5.1.1MCS-51单片机的结构和工作原理·······················12

5.1.2MCS-51单片机的工作方式·······························15

5.2端口扩展单元8255的介绍···································17

5.3键盘显示接口8279介绍····································24

5.4硬件电路设计·············································25

5.5控制软件设计·············································27

第6章总结···················································29

第7章参考文献···············································30

第1章设计任务

一．设计任务

题目：

数控车床自动回转刀架机电系统设计

任务：

设计一台四工位的卧式自动回转刀架，适用于C616或C6132经济型数控车床。

二．设计参数

推荐刀架所用电机的额定功率为90W，额定转速为1440r/min,换刀时要求刀架转动的速度为30r/min。

三．设计内容

1.总体结构设计

2.主要传动部件的设计计算

3.电气控制部分设计

1）硬件电路设计

2）控制软件设计

4.编写设计说明书

四．设计任务

1.模拟整体设计方案

2.机械结构装配图一张（A0图）

3.控制系统设计

要求完成一张A1图纸的硬件电路设计工作，设计控制系统的主要软件流程，对RAM和I/O接口芯片进行详细编程。

4.设计说明书

要求清楚地叙述整个设计过程和详细的设计内容，包括总体方案的分析，比较和确定机械系统的结构设计，主要零部件的计算与选型，控制系统的电路原理分析，软件设计的流程图以及相关程序等。

撰写的内容不少于7000字符，要求内容丰富，条理清晰图文并茂，符合国标。

该题目由多人合作完成每个人要适当分工，每个人的工作内容都要有不同的侧重点并在设计说明书中注明，对于自己侧重的部分要详细的进行论述。

五．时间分配

1.分析研究设计任务，总体方案论证设计：

2-3天；

2.机械系统设计：

5-6天；

3.控制系统设计：

4-5天；

4.软件设计：

1-2天；

5.编写设计说明书：

2-3天;

6.整理资料及答辩：

1天。

第2章概述

设计一台四工位的卧式自动回转刀架，适用于C616或C6132经济型数控车床。

要求绘制自动回转刀架的机械结构图，设计控制刀架自动转位的硬件电路，编写刀架的控制软件，推荐刀架所用的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。

经济型数控是我国80年代科技发展的产物。

这种数控系统由于功能适宜，价格便宜，用它来改造车床，投资少、见效快，成为我国“七五”、“八五”重点推广的新技术之一。

十几年来，随着科学技术的发展，经济型数控技术也在不断进步，数控系统产品不断改进完善，并且有了阶段性的突破，使新的经济型数控系统功能更强，可靠性更稳定，功率增大，结构简单，维修方便。

由于这项技术的发展增强了经济型数控的活力，根据我国国情，该技术在今后一段时间内还将是我国机械行业老设备改造的很好途径。

对于原有老的经济型数控车床，特别是80年代末期改造的设备，由于种种原因闲置的很多，浪费很大；在用的设备使用至今也十几年了，同样面临进一步改造的问题通过改造可以提高原有装备的技术水平，大大提高生产效率，创造更大的经济效益。

第3章总体方案设计

3.1传动机构的减速设计

普通的三相异同步电动机因转速太快，不能直接驱动刀架进行换刀，必须经过适当的减速。

根据立式转位刀架的结构特点，采用蜗杆副减速是最佳选择。

蜗杆副传动可以改变运动的方向，获得教大的传动比，保证传动精度和平稳性。

并且具有自锁功能，还可以实现整个装置的小型化。

3.2上刀锁紧与精定位机构的设计

由于刀具直接安装在刀体上，所以刀体要承受全部的切削力，其锁紧与定位的精度将直接影响工件的加工精度。

本设计上刀体的锁紧与定位机构选用端面齿盘，将上刀体与下刀体的配合面加工成梯形端面齿。

当刀架处于锁紧状态时，上下端面齿相互啮合，这时上刀体不能绕刀架的中心轴转动；换刀时电动机正转，抬起机构使上刀体抬起,等上下断面齿脱开后，上刀体才可以绕刀架中心轴转动，完成转位动作。

3.3刀架抬起机构的设计

要想使上下刀体的两个断面齿脱离，就必须设计合适的机构使刀体抬起。

本设计选用螺杆－螺母副，在齿盘轴内部加工出内螺纹，当电动机通过蜗杆－蜗轮带动齿盘轴绕中心轴转动时，作为螺母的齿盘轴要么转动，要么上下移动。

当刀体处于锁紧状态时，上刀体与下刀体的断面相互啮合，因为这时齿盘轴不能与蜗轮一起转动，所以蜗轮的转动会使上刀体向上移动，当端面齿脱离啮合时，齿盘轴就与蜗轮一起转动。

设计螺杆时要求选择适当的螺距，以便当蜗轮转动一定角度时，使得上刀体与下刀体的端面齿能够完全脱离啮合状态。

3.4自动回转刀架的工作原理

自动回转刀架的换刀流程图如下图1所示

图2表示自动回转刀架在换刀过程中有关销的位置。

其中上部的圆柱销2和下部的反靠销6起着重要的作用。

当刀架处于锁紧状态时，两销的情况如图a所示，此时反靠销6落在反靠圆盘7的十字槽内，上刀体4的端面齿和下刀体的端面齿处于咬合状态

需要换刀时，控制系统发出刀架转位信号，三相异步电动机正向旋转，通过蜗杆副带动螺杆正向转动，与蜗杆配合的上刀体4逐渐抬起，上刀体4与下刀体之间的端面齿慢慢脱开；于此同时，上盖圆盘1也随着螺杆正向转动（上盖圆盘1通过圆柱销与螺杆连接）当转过约170时，上盖圆盘1直槽的另一端转到圆柱销2的正上方，由于弹簧3的作用，圆柱销2落入直槽内，于是上盖圆盘1就通过圆柱销2使得上刀体4转动起来（此时端面齿已经完全脱开）如图b所示

上盖圆盘1，圆柱销2以及上刀体4在正转的过程中，反靠销6能够从反靠圆盘7中十字槽的左侧斜坡滑出，而不影响上刀体4寻找刀位时的正向转动，如图c所示

上刀体4带动磁铁转到需要的刀位时，发信盘上对应的霍尔元件输出低电平信号，控制系统收到后，立即控制刀架电动机反转，上盖圆盘1通过圆柱销2带动上上刀体4开始反转，反靠销6马上就会落入反靠圆盘7的十字槽内，至此。

完成粗定位，如图d所示。

此时，反靠销6从反靠圆盘7的十字槽内爬不上来，于是上刀体4停止转动，开始下降，而上盖圆盘1继续反转，其直槽的左侧斜坡将圆柱销2的头部压入上刀体4的销孔内，之后，上盖圆盘1的下表面开始与圆柱销2的头部滑动。

在此期间，上，下刀体的端面齿逐渐咬合，实现精定位。

当蜗杆转动产生轴向位移，压缩弹簧，套筒的外圆压缩开关使刀架电动机停转，整个换刀过程结束。

由于蜗杆副有自锁功能，所以刀架可以稳定的工作。

 刀架电动机正转

螺杆正转

上盖圆盘正转

上刀体抬起

端面齿错开

圆柱销落入上盖圆盘

反靠端面齿啮合

上刀体下降粗定位

上刀体旋转

到位回答

电动机反转

螺杆反转

电动机停转

自动锁紧

精定位

 图1自动换刀流程

ab

cd

图2刀架转位过程中销的位置

a）换刀开始时，圆柱销2与上盖圆盘1可以相对滑动。

b）上刀体4完全抬起后，圆柱销2落入上盖圆盘1的槽内，上盖圆盘1将带动圆柱销2及上刀体一起转动。

c）上刀体4连续转动时，反靠销6可以从反靠圆盘7的槽左侧斜坡滑出。