6刀自动刀架系统设计Word文档下载推荐.docx
《6刀自动刀架系统设计Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《6刀自动刀架系统设计Word文档下载推荐.docx（41页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
ABSTRACTⅡ
1绪论1
1.1国内外研究现状1
1.2总体设计1
2自动刀架系统机械部分设计2
2.1刀架结构方案的确定2
2.1.1刀架体设计2
2.1.2传动方案设计2
2.1.3定位方案的确定3
2.2主要零件部件设计计算3
2.2.1刀具受力计算3
2.2.2刀架体设计计算4
2.2.3端齿盘主要参数的设计计算5
2.2.4压缩弹簧设计9
2.2.5蜗杆蜗轮设计11
2.2.6螺杆、螺套设计及验算14
2.3电机的选择16
2.4联轴器结构选择16
2.5润滑与密封16
3自动刀架控制部分设计18
3.1控制系统分析18
3.1.1控制方案设计18
3.1.2PLC的分类18
3.1.3PLC的特点及主要功能19
3.1.4自动换刀控制系统要求21
3.2控制元件的选择21
3.2.1接近开关的类别21
3.2.2接近开关的选择22
3.3PLC选型23
3.3.1分析控制系统所需要的I/O接点数23
3.3.2PLC外接电器元件选择23
3.4系统控制元件列表24
3.5PLC的I/O地址的分配25
3.6PLC外围接线图25
4控制系统PLC程序设计27
4.1系统流程图的设计27
4.2PLC程序设计27
4.2.1程序结构设计27
4.2.2自动换刀程序设计28
4.2.3手动换刀程序31
4.2.4数据传送程序的设计33
4.3程序的调试34
结论35
参考文献36
致谢37
1绪论
1.1国内外研究现状
从自动换刀系统发展的历史来看，1956年日本富士通研究成功数控转塔式冲床，美国IBM公司同期也研制成功了“APT”（刀具程序控制装置）。
1958年美国K&
T公司研制出带ATC（自动刀具交换装置）的加工中心。
1967年出现FMS（柔性制造系统）。
1978年以后，加工中心迅速发展，带有ATC装置，可实现多种工序加工的机床，步入了机床发展的黄金时代。
1983年国际标准化组织制定了数控刀具锥柄的国际标准，自动换刀系统便形成了统一的结构模式。
自动换刀系统是数控机床的重要组成部分。
刀具夹持元件的结构特性及它与机床主轴的联结方式，将直接影响机床的加工性能。
刀库结构形式及刀具交换装置的工作方式，则会影响机床的换刀效率。
自动换刀系统本身及相关结构的复杂程度，又会对整机的成本造价产生直接影响。
我们应该使数控机床工作性能有所提高，而且使其总体造价大幅度下降。
低造价高性能的数控机床将会被中小厂广泛接收。
数控车床今后将向中高当发展，中档采用普及型数控刀架配套，高档采用动力型刀架，兼有液压刀架、伺服刀架、立式刀架等品种，预计近年来对数控刀架需求量将大大增加。
数控刀架的发展趋势是：
随着数控车床的发展，数控刀架开始向快速换刀、电液组合驱动和伺服驱动方向发展。
1.2总体设计
刀架是机床上的重要附件，主要是完成零件加工过程中的换刀过程。
根据刀架所用的对象，即机床，以及其要完成的功能。
刀架的设计应包括以下内容：
一、刀具安装方案设计，即刀具在刀座上的布置形式，我们必须考虑刀架结构的简单，又要兼顾其安装拆卸的方便。
二、传动方案设计，即是采用何种方式实现刀架的转位，精确可靠的刀架转位的实现才能使整个设计有意义。
三、检测定位方案设计，刀具能否准确定位是整个设计中非常重要的一步，所以必须要参考分析多种设计方案，以确定最佳方案。
四、控制方案设计，这一部分主要考虑控制元件的选择。
最后，还可兼顾考虑一下外观的视察享受，即人机关系。
2自动刀架系统机械部分设计
2.1刀架结构方案的确定
2.1.1刀架体设计
对于六刀自动刀架的设计[1]我们可以设计成刀具径向布置和周向布置两种形式，如图2.1。
图2.1刀架体
由图示可知,径向布置的刀架安装不方便,而且从径向安装刀具也不方便观察刀具的位置及进行调整,对于同样径向尺寸的刀架体,周向布置可以装夹较长刀杆的刀具。
因此我选择周向的,用正六边形的样式,方便安装也便于设计计算。
2.1.2传动方案设计
电动回转刀架一般由刀盘、分度定位机构、夹紧机构及刀夹等组成，实现刀架的伸出（抬起）和复位动作的机构主要有以下几种结构：
1.螺旋槽结构,2.丝杆螺母结构,3.圆柱凸轮结构和马氏轮分度机构,4.端面凸轮结构。
螺旋槽结构实际上就是圆柱凸轮形式，它由电动机通过减速带动固定在刀架体上的圆柱销，在刀架心轴的螺旋酮内作上升运动，迫使刀架抬起，然后转位，到达指令刀位后，由电机反转实现刀架落下压紧，结构简单，但由于切削过和中会产生振动，容易使圆柱销松动，刚性差，同时圆柱销容易磨损和弯曲，故这种结构用于是小型的四方刀架较多。
丝杆螺母结构是通过电机减速后驱动丝杆旋转，带动固定在刀架体上的螺母作升降而达到刀架的抬起和压紧，结构简单，但容易产生丝杆和螺母锁住现象，而不能准确地实现抬刀和压紧，圆柱凸轮和马氏轮分度结构是通过减速使凸轮带动拨快,迫使主轴左移伸出,齿牙盘脱开,然后利用凸轮上一段无程曲线,由马氏轮分度。
当刀架转过一个工位后，凸轮又带动拨块，迫使主轴右移，压紧齿牙盘，这种结构动作可靠，不会产生由机械原因而误动作，但是只能实现单步分度，每次转位都要重复抬刀、转位、复位压紧的过程，当所选刀位与现处刀位数相差较大时，难以实现按最短路径逻辑选刀，刀架转位时间长，机械磨损大，而且当马氏轮设计参数不合理时，容易产生刚性冲击，影响使用寿命。
端面凸轮结构是由电机通过刀架体上的端面凸轮升程,使刀架实现抬起（或伸出）动作,这种结构刚性好,可靠性好,使用比较广泛。
2.1.3定位方案的确定
自动刀架系统换刀过程包括：
刀架抬起——刀架转位——刀架压紧。
在刀架转位的过程中，必需要有对定位元件对其位置进行控制，在本设计中选用霍尔接近开关来检测当前刀架位置，经控制软件对机电的起停进行控制实现初定位。
但是由于环境因素的影响，这种定位是不够准确的，所以在刀架到位后，用端齿盘进行精定位。
2.2主要零部件设计计算
刀架具体尺寸的确定需要选定机床后再确定所需的参数,机床的主要参数如下。
[4]
机床型号：
CA6140
主轴转速：
正转24级：
10～1400r/min反转12级：
14～1580r/min
主电动机：
7.5KW、1450r/min
机床中心高：
205mm
最大工件回转直径：
400mm
2.2.1刀具受力计算
由切削力的计算公式：
查资料[7]式中的系数与机床的切削条件和工件、刀具的材料有关。
刀具材料选用YT15，工件材料用碳素结构钢，查得式中的系数并带入公式中，其中、、由刀具参数确定。
刀具几何参数为：
主偏角kº
r=60º
刀具前角γº
o=10,刃倾角λº
=-5。
由刀具参数,查得切削力的修正系数并代入求得：
=0.75×
0.94×
1.0×
1.0=0.705
=1.35×
0.77×
1.25=1.299
=1.0×
1.11×
0.85=1.887
根据切削条件及查得的参数代入式中求得：
=6130.155
=1926.97
=1558.30
2.2.2刀架体设计计算
①刀杆尺寸选择
查资料可得到车刀通用尺寸如下表。
表2.1车刀通用尺寸
h
8
10
12
16
20
25
32
长
60
70
80
100
125
150
170
短
40
50
本设计中选用方刀杆车刀，其参数选择以下数据。
车刀刀杆尺寸：
20×
长刀杆：
短刀杆：
②刀夹槽设计
刀架体主要是用来装夹刀具并带动刀具实现切削过程中的进给运动。
刀架体刀夹槽的尺寸不仅要参照刀杆的尺寸，还要考虑到便于装夹、拆卸和使用过程中的正常磨损带来的尺寸变化。
所以刀夹槽的尺寸为：
30×
25。
③刀架体强度校核
升级会员 