毕业设计报告Word格式.docx

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2）批量加工一致性好，可以减少工件检验和时间。

特别是经济型老车床对刀等还需要手动完成，以及在加工一个零件过程中，更换刀具，装卸零件，测量和搬运零件用于大部分时间占辅助时间长的刀具交换和刀具尺寸调整。

加工时间相对较短，为缩短加工辅助时间，充分发挥数控机床的功能，进一步压缩非切削时间，数控机床正朝着一台机床在一次装夹中完成多工序加工的发展方向。

在这类多工序的数控机床中必须带有自动换刀装置，在多工序数控机床出现之后.又逐步发展和完善了各类回转刀具的自动更换装置，扩大了换刀数量，以便有可能实现更复杂的换刀操作，在自动换刀数控机床上，自动换刀装置应满足换刀时间短，刀具重复定位精度高，足够的刀具储存量，换刀安全可靠等要求。

1.1.2意义

传统的车床的刀架上只能装一把刀，换刀的速度慢，换刀后还须重新对刀，并且精度不高，生产效率低，不能适应现代化生产的需要，因此有必要对机床的换刀装置进行改进，数控车床上使用的自动回转刀架是一种简单的换刀装置。

自动回转刀架是在一定的空间范围内能执行自动松开、转位以及精密定位等一系列动作的一种机构。

使用这种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。

为了能在工件的一次装夹中完成多个工序加工，缩短加工辅助时间，减少多次安装所引起的加工误差，充分发挥数控机床的效率，采用“工序集中”的原则，采用自动回转刀架

1.2计算机仿真的概念

1.2.1计算机仿真的基本概念以及特点

计算机仿真（ComputerSimulation）是指对于某个待研究的系统模型建立其仿真模型，进而在电子计算机上对该仿真模型进行模拟实验（仿真实验）研究的过程。

所以计算机仿真是通过对系统模型的实验去研究一个真实系统。

从20世纪80年代后期开始，计算机仿真在诸多方面都发生了十分重大的转变：

仿真研究的对象已由对连续系统转向离散事件系统；

由重视实验转向重视建模与结果分析；

由强调并重视与人工智能结合转向强调与图形技术和对象技术结合，使仿真的交互性大大增强。

就应用领域方面而言，计算机仿真已由航空航天转向制造业，并从研究制造对象（产品）的动力学、运动学特性及加工、装配过程，扩大到研究制造系统的设计和运行，并进一步扩大到后勤供应、库存管理、产品开发过程的组织、产品测试等，涉及到企业制造活动的各个方面。

现代制造的分布性也使得计算机仿真与网络技术相结合，出现了分布式仿真技术。

计算机仿真技术集成了计算机技术、网络技术、图形图像技术、面向对象技术、多媒体、软件工程、信息处理、自动控制等多个高新技术领域的知识。

计算机仿真技术是以数学理论、相似原理、信息技术、系统技术及其应用领域有关的专业技术为基础，以计算机和各种物理效应设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验研究的一门综合性技术。

1.2.2计算机仿真技术应用

计算机仿真技术作为一门新兴的高科技技术，在航空、航天、国防及其他大规模复杂系统的研制开发过程中，一直是不可缺少的工具，它在减少损失、节约经费、缩短开发周期、提高产品质量等方面发挥了巨大的作用。

在从产品的设计、制造至测试维护的整个生命周期中，计算机仿真技术贯穿始终。

1、虚拟制造（VM）

虚拟制造是在二十世纪九十年代提出的一种全新的制造理念，虚拟制造采用计算机虚拟仿真技术，以新产品及其制造系统的全局最优化为目标，通过仿真模型，在计算机上仿真生产全过程，实现产品的工艺规程、加工制造、装配和调试，预估产品的功能、性能和加工性等方面可能存在的问题，从而更加有效地组织生产，增强决策与控制水平，缩短产品开发周期，提高产品质量。

目前虚拟制造技术的研究和应用主要侧重于运动仿真、加工模拟、装配检查、性能评测等方面，其核心技术包括虚拟现实技术、仿真技术、建模技术和可制造性评价。

可制造性评价是在给定的环境信息和制造资源下，确定设计特性（如形状、尺寸、公差等），是否是可制造的及制造的难易程度。

2、虚拟产品开发（VPD）

虚拟产品开发是实际产品开发过程在计算机上的本质实现，即采用计算机仿真与虚拟现实技术，在计算机上群组协同工作，实现产品的设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检验等。

虚拟产品开发源于并行工程（CE）思想。

CE的思想是将现代先进的组织形式跟现代的哲学、文化混合为一体，是对产品设计及其相关过程进行并行的、一体化设计的一种系统化工作模式。

虚拟产品开发技术从根本上改变了设计、试制、修改设计、规模生产和产品维护的传统模式，在产品开发的前期即考虑了投资、生产、装配、销售及维修等问题，因而能够大大提高产品质量，降低产品成本，缩短产品开发周期，提高其市场的竞争能力。

1.3Solidworks简介

Solidworks软件系统是SolidWorks为达索系统（DassaultSystemesS.A）下的子公司，专门负责研发与销售机械设计软件的视窗产品，

是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统,以创新、活力和简明著称，功能强大、易学易用和技术创新是SolidWorks的三大特点，这也使得SolidWorks成为领先的、主流的三维CAD解决方案。

SolidWorks能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。

而且它不仅提供如此强大的功能，同时对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。

对于熟悉微软的Windows系统的用户，基本上就可以用SolidWorks来搞设计了。

SolidWorks独有的拖拽功能使用户在比较短的时间内完成大型装配设计。

SolidWorks资源管理器是同Windows资源管理器一样的CAD文件管理器，用它可以方便地管理CAD文件。

使用SolidWorks，用户能在比较短的时间内完成更多的工作，能够更快地将高质量的产品投放市场。

在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中，SolidWorks是设计过程比较简便而方便的软件之一。

美国著名咨询公司Daratech所评论：

“在基于Windows平台的三维CAD软件中，SolidWorks是最著名的品牌，是市场快速增长的领导者。

”　　

在强大的设计功能和易学易用的操作（包括Windows风格的拖/放、点/击、剪切/粘贴）协同下，使用SolidWorks，整个产品设计是可百分之百可编辑的，零件设计、装配设计和工程图之间的是全相关的。

（1）全动感用户界面

★只有SolidWorks才提供了一整套完整的动态界面和鼠标拖动控制。

“全动感的”的用户界面减少设计步骤，减少了多余的对话框，从而避免了界面的零乱。

★崭新的属性管理员用来高效地管理整个设计过程和步骤。

属性管理员包含所有的设计数据和参数，而且操作方便、界面直观。

★用SolidWorks资源管理器可以方便地管理CAD文件。

SolidWorks资源管理器是唯一一个同Windows资源器类似的CAD文件管理器。

★特征模版为标准件和标准特征，提供了良好的环境。

用户可以直接从特征模版上调用标准的零件和特征，并与同事共享。

★SolidWorks提供的AutoCAD模拟器，使得AutoCAD用户可以保持原有的作图习惯，顺利地从二维设计转向三维实体设计。

（2）配置管理

配置管理是SolidWorks软件体系结构中非常独特的一部分，它涉及到零件设计、装配设计和工程图。

配置管理使得你能够在一个CAD文档中，通过对不同参数的变换和组合，派生出不同的零件或装配体。

（3）协同工作

★SolidWorks提供了技术先进的工具，使得你通过互联网进行协同工作。

★通过eDrawings方便地共享CAD文件。

eDrawings是一种极度压缩的、可通过电子邮件发送的、自行解压和浏览的特殊文件。

★通过三维托管网站展示生动的实体模型。

三维托管网站是SolidWorks提供的一种服务，你可以在任何时间、任何地点，快速地查看产品结构。

★SolidWorks支持Web目录，使得你将设计数据存放在互联网的文件夹中，就象存本地硬盘一样方便。

★用3DMeeting通过互联网实时地协同工作。

3DMeeting是基于微软NetMeeting的技术而开发的专门为SolidWorks设计人员提供的协同工作环境。

（4）装配设计

★在SolidWorks中，当生成新零件时，你可以直接参考其他零件并保持这种参考关系。

在装配的环境里，可以方便地设计和修改零部件。

对于超过一万个零部件的大型装配体，SolidWorks的性能得到极大的提高。

★SolidWorks可以动态地查看装配体的所有运动，并且可以对运动的零部件进行动态的干涉检查和间隙检测。

★用智能零件技术自动完成重复设计。

智能零件技术是一种崭新的技术，用来完成诸如将一个标准的螺栓装入螺孔中，而同时按照正确的顺序完成垫片和螺母的装配。

★镜像部件是SolidWorks技术的巨大突破。

镜像部件能产生基于已有零部件（包括具有派生关系或与其他零件具有关联关系的零件）的新的零部件。

★SolidWorks用捕捉配合的智能化装配技术，来加快装配体的总体装配。

智能化装配技术能够自动地捕捉并定义装配关系。

（5）工程图

★SolidWorks提供了生成完整的、车间认可的详细工程图的工具。

工程图是全相关的，当你修改图纸时，三维模型、各个视图、装配体都会自动更新。

★从三维模型中自动产生工程图，包括视图、尺寸和标注。

★增强了的详图操作和剖视图，包括生成剖中剖视图、部件的图层支持、熟悉的二维草图功能、以及详图中的属性管理员。

★使用RapidDraft技术，可以将工程图与三维零件和装配体脱离，进行单独操作，以加快工程图的操作，但保持与三维零件和装配体的全相关。

★用交替位置显示视图能够方便地显示零部件的不同的位置，以便了解运动的顺序。

交替位置显示视图是专门为具有运动关系的装配体而设计的独特的工程图功能。

（6）零件建模

★SolidWorks提供了无与伦比的、基于特征的实体建模功能。

通过拉伸、旋转、薄壁特征、高级抽壳、特征阵列以及打孔等操作来实现产品的设计。

★通过对特征和草图的动态修改，用拖拽的方式实现实时的设计修改。

★三维草图功能为扫描、放样生成三维草图路径，或为管道、电缆、线和管线生成路径。

（7）曲面建模

通过带控制线的扫描、放样、填充以及拖动可控制的相切操作产生复杂的曲面。

可以直观地对曲面进行修剪、延伸、倒角和缝合等曲面的操作。

（8）钣金设计

SolidWorks提供了顶尖的、全相关的钣金设计能力。

可以直接使用各种类型的法兰、薄片等特征，正交切除、角处理以及边线切口等钣金操作变得非常容易。

用户化　SolidWorks的API为用户提供了自由的、开放的、功能完整的开发工具。

开发工具包括MicrosoftVisualBasicforApplications（VBA）、VisualC++，以及其他支持OLE的开发程序。

（9）帮助文件

SolidWork配有一套强大的、基于HTML的全中文的帮助文件系统。

包括超级文本链接、动画示教、在线教程、以及设计向

2.总体设计方案

2.1总体结构设计

2.1.1减速传动机构的设计

普通的三相异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，获得较大的传动比，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。

2.1.2上刀体锁紧与精定位结构的设计

由于道具直接安装在上刀体上，所以上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，将上刀体和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；

换刀时电动机正传，抬起机构使上刀体抬起，等上下端面齿脱开后，上刀体才可以绕刀架中心轴转动，完成转位动作。

2.1.3刀架抬起机构设计

要想使上、下刀体的两个端面齿脱离，就必须设计合适的机构使上刀体抬起。

本设计选用螺杆-螺母副，在上刀体内部加工出螺纹，当电动机通过蜗杆-蜗轮带动螺杆绕中心轴转动时，作为落幕的上刀体要么转动、要么上下移动，所以螺杆的转动会是上刀体向上移动。

当端面齿脱离啮合是，上刀体就与螺杆一同转动。

设计螺杆时要求选择适当的螺距，一遍当螺杆转动一定角度时，使得上刀体与下刀体的端面齿能够完全脱离啮合状态。

　图2.1为自动回转刀架的传动机构示意图。

1—发信盘2—推力轴承3—螺杆螺母副4—端面齿盘5—发靠圆盘6—三相异步电动机7—联轴器8—蜗杆副9—反靠销10—圆柱销11—上盖圆盘12—上刀体

图2.1自动回转刀架的传动结构示意图

2.2自动回转刀架的工作原理

自动回转刀架的换刀流程如图2.2所示，

上图表示自动回转刀架在自动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啮合状态（上下端面齿在图a中未画出）。

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，与螺杆配合的上刀体4逐渐抬起，上刀体4与下刀体之间的端面齿慢慢脱开；

与此同时，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度时，上盖圆盘1直槽的另一端转到圆柱销的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啮合，实现精定位，经过设定的延时时间后，刀架电动机停转，整个换到过程结束

由于蜗杆副具有自销功能，所以刀架可稳定的工作。

。

图2.2自动回转刀架的换刀流程

（a）（b）

（c）（d）

由于蜗杆副具有自锁功能，所以刀架可稳定工作。

四、主要传动部件的设计计算。

1．蜗杆副的设计计算

自动回转刀架的转动力源是三相异步电动机，其中蜗杆与电动机直联，刀架转位时蜗轮与上刀体直联。

已知电动机额定功率P1=90W,额定转速n1=1440r/min,上刀体设计转速n2=30/min,则蜗杆副的传动比i=n1/n2=1440/30=48。

刀架从转位到锁紧时，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。