机械电子工程毕业设计-四工位立式回转刀架机电系统设计及仿真.docx

1、本科毕业论文（20 届）四工位立式回转刀架机电系统设计及仿真所在学院专业班级 机械电子工程学生姓名指导教师完成日期诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。本人签名： 年 月 日毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目：四工位立式回转刀架机电系统设计及仿真 1设计（论文）的主要任务及目标（1）掌握自动回转刀架的结构和运动学分析；（2）查阅资料学习并能熟练应用 Pro/E 软件；（3）建立基于 Pro/E 的回转刀架机电系统设计及仿真；2设计（论文）的基本要求和内容(1) 总体方案设计；(2) 基于 Pro/E 的

2、自动回转刀架机械系统设计；(3) 基于 Pro/E 的自动回转刀架结构装配及运动学分析；(4) 基于自动回转刀架电气控制系统设计；（5）写毕业设计、准备毕业答辩；3主要参考文献(1) 尹志强，机械系统设计课程设计指导书。机械工业出版社(2) 卢金鼎，机电一体化技术。高等教育出版社（3）苟琪.数控车床自动换刀装置研究就.机械制造,1998(6) （4）张继春，杨建国。装配设计与运动仿真及Pro/E实现。国防工业出版社(5) 王润孝，秦现生。机床数控原理与系统。西北工业大学出版社4进度安排设计（论文）各阶段名称 起 止 日 期1 完成开题报告和开题答辩 2014 年 3 月 12 日前2 完成自动

3、回转刀架的机械系统设计 2014 年 3 月 13 日-2014 年 4 月 13日3 完成自动回转刀架电气控制系统设计 2014 年 4 月 14 日-2014 年 5 月 14日4 完成自动回转刀架的 Pro/E 建模及仿真2014 年 5 月 15 日-2014 年 6 月 15日5 定稿装订，毕业答辩 2014 年 6 月 16 日-2014 年 6 月 20日注：一式 4 份，系部、指导教师各 1 份、学生 2 份：毕业设计（论文）及答辩评分表各一份四工位立式回转刀架机电系统设计及仿真摘要：本设计是基于 Pro/E 数控机床的自动回转刀架的仿真。主要的工作可以分成两部分，一部分是机构

4、仿真，另一部分是电气控制。机构仿真是先对四工位立式回转刀架的工作原理的分析和对零件进行结构设计，其中主要的传动部件如蜗轮蜗杆、螺杆还做了强度校核，再对设计出的结构在 Pro/E 中建模、组装，组装的过程中需要对零件做不同的预定义约束集设置，如螺杆与螺母之间的组装需要经过圆柱、槽、平面等约束集,组装之后做机构的仿真运动；电气控制是把程序导入到 8255 单片机中来控制刀架电动机中的两个继电器，从而实现对刀架的正反转控制,并通过限位开关的开关信号来控制电机的停转，达到自动换刀。关键词：自动回转刀架，蜗轮蜗杆，螺杆，仿真Design and Simulation of vertical rotary

5、 cutter electromechanical system with four stationsAbstract：This design is the simulation of automatic rotary turret of NC machine tool based on Pro/E. Its main work can be divided into two parts, one part is the mechanism simulation, and the other part is the electrical control. Firstly Mechanism s

6、imulation analyzes the working principle of the four station vertical rotary turret, then it design components in accordance with its structure. Its main transmission components, such as worm gear, screw are checked in strength. Secondly, predefined constraint are set differently in the process of m

7、olding and assembling of parts in Pro/E. For example, assembling between the screw and the nut requires constraint set beyond the cylinder, tank, and plane. After assembling, it does structural simulation motion. Electric control is to import program into 8255 MCU to control the two relays tool moto

8、r, so as to achieve positive-negative control. Whereby, through the signal of limit switch, it controls the motor stalling which helps to achieve the automatic tool change.Keywords: automatic rotary tool, worm gear and worm ,screw, simulationI目 录1 前言 .11.1 概述 .11.2 数控车床自动回转刀架发展趋势 .21.3 数控刀架的基本要求 .31

9、.4 本设计的目的及意义 .42 机械设计 .52.1 总体结构设计 .52.1.1 减速传动机构设计 .52.1.2 上刀体锁紧与精定位机构设计 .52.1.3 刀架抬起机构的设计 .52.2 自动回转刀架的工作原理 .72.3 主要传动部件的设计 .92.3.1 蜗杆副的设计计算 .92.3.2 螺杆的设计计算 .152.4 刀架体的设计 .163 电气控制部分设计 .183.1 收信电路 .183.2 发信电路 .194 基于 Pro/E 的零件建模及仿真 .21II4.1 Pro/E 的简介 .214.1.1 参数化设计 .224.1.2 基于特征建模 .224.1.3 单一数据库 .

10、224.1.4 直观装配管理 .224.2 零件的建模 .234.2.1 Pro/E 中常用的的命令 .234.2.2 一些主要零件的建模 .244.3 组装 .334.3.1 组装过程中的预定义约束集 .334.3.2 组装图 .35总 结 .36参考文献 .37致 谢 .3811 前言1.1 概述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。数控刀架是数控车床最普遍的一种辅助装置，它可使数控车

11、床在工件一次装夹中完成多种甚至所有的加工工序，以缩短加工的辅助时间，减少加工过程中由于多次安装工件而引起的误差，从而提高机床的加工效率和加工精度。因此数控机床上的刀架是安放刀具的重要部件，刀架用于夹持切削用的刀具，许多刀架还直接参与切削工作，如卧式车床上的四方刀架，转塔车床的转塔刀架，回轮式转塔车床的回轮刀架，自动车床的转塔刀架和天平刀架等。这些刀架既安放刀具，而且还直接参与切削，承受极大的切削力作用，所以它往往成为工艺系统中的较薄弱环节。随着自动化技术的发展，机床的刀架也有了许多变化，特别是数控车床上采用电(液)换位的自动刀架，有的还使用两个回转刀盘。加工中心则进一步采用了刀库和换刀机械手，

12、定现了大容量存储刀具和自动交换刀具的功能，这种刀库安放刀具的数量从几十把到上百把，自动交换刀具的时间从十几秒减少到几秒甚至零点几秒。因此，刀架的性能和结构往往直接影响到机床的切削性能、切削效率和体现了机床的设计和制造技术水平 。随着数控车床的不断发展，刀架结构形式也在不断翻新。其中按换刀方式的不同，数控车床的刀架系统主要有回转刀架、排式刀架和带刀库的自动换刀装置等多种形式。其中，带刀库的数控加工中心自动换刀装置自 1958 年研制成功以来，其机械结构和控制方式不断得到改进和完善，形式多种多样，目前常见的有更换主轴头换刀以及带刀库的自动换刀系统。而且随着机械加工业的发展，制造行业对于带有自动换刀系统的高效高性能加工中心的需求量越来越大。在现有的各种类型的加工中心中，传统结构的自动换刀系统的造价在机床整机造价中总是占着很大比重，这是加工中心价格居高不下、应用不普遍的重要原因。如果把自动换刀系统的设计制