1、郑州雨辰学院本科生毕业设计说明书题 目： C6136 数控车床回转刀架的设计 指导教师： 职称： 学生姓名： 学号： 1334095854 专 业： 机械设计制造及其自动化 院 （系）： 机电工程学院 答辩日期： 20 年 6 月 4 日 20 年 5 月 31 日郑州雨辰学院毕业设计说明书 C6136 数控车床回转刀架的设计I摘要数控机床是按照含有机床(刀具)运动信息程序所指定的顺序自动执行操作的过程。而计算机数控机床就是数控机床在计算机监控下进行工作。它有很多优点，例如：可以在同一机床上通过一次装夹来完成多个操作，提高了生产效率等。总体方案的设计：本设计主要是对 C6136 数控车床回转刀
2、架进行设计，即以回转刀架为研究对象，对其机械部分和控制部分进行设计，选用的是六工位的刀盘和端面齿盘定位。在机械部分设计中，首先对原有数控机床进行测绘，确定数控车床回转刀架的尺寸参数。根据轴上所承受的需要请咨询学号数字企鹅力与强度设计出合理的蜗轮蜗杆和砖塔轴。传动部分由液压驱动，在减速装置传动后带动蜗杆，再由蜗轮带动转塔轴旋转，端面齿盘和转塔轴链接，其上边有鼠牙盘，作用是脱齿分离、换刀、合齿定位。而在控制系统设计过程中，根据数控机床的应用及 PLC 的编程方法对回转刀架进行编程设计从而对梯形图进行调试。在整体的设计过程中要依据所学的理论知识和实践技能设计出合理的并满足加工要求的六工位回转刀架，能
3、够有效提高原有机床的加工精度和生产效率，降低工人的劳动强度。关键词：数控车床 回转刀架 自动换刀 PLC 编程郑州雨辰学院毕业设计说明书 C6136 数控车床回转刀架的设计IIAbstractCNC machine tools is according to contain machine tool (cutter) movement information program automatically perform specified order operation process. And the computer numerical control machine tool is the
4、 numerical control machine tool in computer work under surveillance. It has many advantages, such as: can be on the same machine done through a clamping multiple operations, improve the production efficiency, etc.Overall scheme design: This design is mainly the design of C6136 rotating turret lathe,
5、 namely to rotary tool holder as the research object, the mechanical part and control part of the design, selection of six position of cutter head and face gear disk location. In the design of mechanical parts, first of all, the original CNC machine tools to determine the size of the NC lathe. Accor
6、ding to the axial force on the strength and design of worm gear and shaft reasonable pagoda.Transmission part is composed of a hydraulic drive and gear reducer to drive the worm and tower axis of rotation, face rat tooth disc and turn turret axis links further driven by the turbine to, at the top wi
7、th mouse tooth disc, the role is separated tooth, tool change, tooth positioning. In the control system design process, according to the application of CNC machine tools and PLC programming method of rotary tool for programming the ladder diagram for debugging. In the overall design process to be re
8、asonable and meet the processing requirements of the six station rotary tool based on what they have learned the theoretical knowledge and practical skills design, can effectively improve the processing precision and the production efficiency of the original machine, reduce the labor intensity of th
9、e workers.Key word: CNC lathe turret automatic tool change PLC programming郑州雨辰学院毕业设计说明书 C6136 数控车床回转刀架的设计III目录1 绪论 .11.1 数控机床的发展 .11.2 数控刀架的发展趋势及方向 .12 设计的任务及要求 .32.1 C6136 刀架数控改造设计的任务 .33 刀架改造的方案确定 .43.1 设计参数的确定 .43.2 改造方案的确定 .44 六工位刀架的改造设计 .64.1 传动方案设计 .64.1.1 定位方案的确定 .64.2 主要零部件设计计算 .64.2.1 刀具受力计
10、算 .64.2.2 刀架体设计计算 .74.2.3 端齿盘主要参数的设计计算 .94.2.4 压缩弹簧设计 .124.2.5 蜗杆蜗轮设计 .144.2.6 螺杆设计及验算 .174.3 电机的选择 .194.4 联轴器结构选择 .194.5 润滑与密封 .194.5.1 杆、蜗轮的设计计算 .194.6 标准件选择 .205 刀架电气控制系统设计 .215.1 方案的确定 .215.2 检测元件的选择 .215.3 PLC 选型 .225.3.1 分析控制系统所需的 I/O 接点数 .225.3.2 PLC 外接电气元件选择 .225.4 系统控制元件列表 .235.5 PLC 的 I/O
11、地址的分配 .24郑州雨辰学院毕业设计说明书 C6136 数控车床回转刀架的设计IV5.6 PLC 外围接线图 .246 控制系统 PLC 程序设计 .266.1 系统流程图的设计 .266.2 PLC 程序设计 .266.2.1 程序结构设计 .266.2.2 自动换刀程序设计 .27结论 .31参考文献 .32致谢 .33郑州雨辰学院毕业设计说明书 C6136 数控车床回转刀架的设计11 绪论1.1 数控机床的发展我国数控产业发展迅速，“十五” 期间，中国数控机床行业实现了快速发展。其产量 2001 年为 17521 台，2002 年 24803 台，2003 年 36813 台，2004
12、 年 51861 台，是 2001 年的 3.7 倍，平均年增长 39；2005 年国产数控机床产量 59639 万台，接近 6 万台大关，是“ 九五”末期的 424 倍 1。尽管如此，进口数控机床的发展趋势依然强劲，中国从 2002 连续三年都是世界数控机床消费第一的大国、也是机床进口的第一大国，2004 年中国数控机床的主机消费达 94.6 亿美元，70%以上的这类设备和大多数功能部件都是依赖进口。为了弥补我国数控机床的不足，许多企业与厂家都对原有的普通机床进行改装。企业要在激烈的市场竞争中获得生存、求得发展，就必须在最短的时间内以优异的质量、较低的成本，制造出市场需要的、性能合适的产品，
13、而产品质量的优劣，制造周期的长短，生产成本的高低，又往往受工厂现有的加工设备直接影响。然而，数控机床与普通机床相比，其主要有以下的特点 2：（1）适应性较强，适合于加工单件或小批量的复杂类工件；在数控机床上改变加工工件时，只需要重新编制新工件的加工程序，就能够实现新的工件加工；（2）加工精度高，具有稳定；（3）具有加工复杂形状零件的能力；（4）加工零件改变时，一般只需更改数控程序，可以节省不少生产准备时间；（5）机床本身的精度高、刚度大，可以选择有利的加工用量，生产效率高（一般为普通机床的 35 倍） ；（6）机床自动化程度高，劳动强度小；（7）数控机床价格高，维修较难。1.2 数控刀架的发展
14、趋势及方向数控刀架是数控车床最普遍的一种辅助装置，它可使数控车床在工件一次装夹中完成多种甚至所有的加工需要请咨询学号数字企鹅工序，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 3。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。目前国内数控刀架以电动为主，分为立式和卧式两种。立式刀架有四、六工位两种形式，主要用于简易数控车床；卧式刀架有八、十、十二等工位，可正、反方向旋转，就近选刀，用于全功能数控车床。另外卧式刀架还有液动刀架和伺服驱动刀架。数控刀架的市场分析：国产数控车床今后将向中高档发展
15、，中档采用普及型数郑州雨辰学院毕业设计说明书 C6136 数控车床回转刀架的设计2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，近年来需要量可达 1000050000 台。一是高速、可靠，追求的目标是换刀时间尽可能短，以换取加工中心和车削中心的高效性；二是简单实用、造价低、使用可靠，但换刀速度不快。数控刀架是以回转分度实现刀具自动交换及回转动力刀具的传动。因此技术含量高，已趋向专业化开发生产。所以对数控转塔刀架的研究开发及应用已引起数控机床行业重视。典型数控转塔刀架一般由动力源(电机或油缸、液压马达)、机械传动机构、预分度机构、定位机构、锁紧机构、检测装置、接口电路、
16、刀具安装台(刀盘)、动力刀座等组成。数控转塔刀架的动作循环是：T 指令 (换刀指令.刀盘旋转.刀位检测.预分.精确定位.刀盘锁紧.结束信号。数控机床上的刀架是安放刀具的重要部件，主要用于夹持切削用的刀具。数控刀架应满足如下的功能要求 4：（1）换刀时间短，以减少非加工时间。（2）减少换刀动作对加工范围的干扰。（3）刀具重复定位精度高。（4）识刀、选刀可靠，换刀动作简单可靠。（5）刀库刀具存储量合理。（6）刀库占地面积小，并能与主机配合，使机床外观协调美观。（7）刀具装卸、调整、维修方便，并能得到清洁的维护。郑州雨辰学院毕业设计说明书 C6136 数控车床回转刀架的设计32 设计的任务及要求在本
17、次改造中以 C6136 普通车床为例，重点将放在车床回转刀架设计上面，下面将介绍改造的具体任务和要求。2.1 C6136 刀架数控改造设计的任务本次设计任务是将 C6136 型普通车床刀架进行数控改造与设计，根据工作量及时间要求完成以下内容：（1）刀架改造总体方案设计（2）刀架机械部分改造设计（3）刀架电气部分的设计拆除原刀架，换上设计好的自动换刀装置。要求改造后具有以下功能： （1）能一次装夹六把刀具；换刀时刀架转动的速度为 30r/min；（2）通过指令能快速的自动换刀功能。郑州雨辰学院毕业设计说明书 C6136 数控车床回转刀架的设计43 刀架改造的方案确定3.1 设计参数的确定并不是所
18、有的旧机床都可以进行数控改造，机床的改造主要应具备两个条件：一是机床基础件必须有足够的刚性。二是改造的费用要合适，经济性好。在改装机床之前，要对机床的性能指标做出合理的确定 5。改装后的车床能够加工工件的最大回转直径和最大长度、主电动机的功率等一般都不改变。加工工件的平面度、圆柱度、直线度以及表面粗糙度等基本上仍决定于机床本身原有水平。主要性能和精度选择需要在改装前确定如表 3.1 所示。表 3.1 车床基本尺寸车床身上 360mm最大加工直径车床鞍上 210mm最大加工长度 1000mm纵向 2.4m/min快进速度横向 1.2m/min纵向 0.6m/min最大切削进给速度横向 0.3m/
19、min纵向 0.01mm/step脉冲当量横向 0.005mm/step脉冲分配方式 逐点比较法控制坐标数 2机床定位精度 0.015纵向 800N溜板及刀架重力横向 600N自动生降速性能 有起动加速时间 30ms主电机功率 7.5Kw当数控机床的性能和精度等内容都基本选定完，可以根据此来确定回转刀架的改造方案。数控机床回转刀架的改造应具备的性能及功能一般都能够满足机床的一般加工要求。因此数控机床回转刀架的多工位改造在近几年的发展中显得尤为重要。3.2 改造方案的确定刀架的改造实质上就是把原车床上的普通刀架拆除，换上自动换刀装置。自动换刀装置是数控车床上最普遍的一种辅助装置，合理的选配电动刀
20、架，并正确实施郑州雨辰学院毕业设计说明书 C6136 数控车床回转刀架的设计5控制，能够有效的提高劳动生产率，缩短生产准备时间，消除人为误差，最大限度的提高加工精度与生产效率等。另外，机床加工工艺的适应性和连续稳定的工作能力也要提高。特别是在加工几何形状比较复杂零件的时候，除了控制系统能够提供相应的控制算法对执行机构（如步进电动机）发出对应控制指令外，很重要的一点是数控机床需要配备易于控制的电动刀架，以便于一次装夹所需的各种刀具，灵活、方便的完成各种几何形状的加工。自动换刀装置因数控车床的形式、工艺范围和刀具的种类与数量不同而具有不同的形式，目前常用的是回转刀架式和带刀库的自动换刀装置。在本次
21、改造当中，考虑到 C6136 普通车床的实际结构情况，为了尽可能少的对原机床机械部分作改动，以及减小工作量、降低成本等因素，选用回转刀架。回转刀架也称为塔式刀架，是最简单的一种自动换刀装置。可以设计成四方刀架、六角刀架或圆盘式轴向装刀刀架等多种形式。在次选六方刀架进行设计，回转刀架的工作原理如下：轴连接，直接用传动销连接蜗轮和螺杆就可以，这样也能减小轴的尺寸，简化其结构。传动销 13 的设计方法与前相同。但由于结构受限，销钉的直径取d=8mm，则需要对材料进行热处理以提高其性能。由 可得 2F4d =89.7Mpa，查资料需要对 45 刚进行回火处理。24Fd4.3 电机的选择电机所需输出的转矩主要集中在螺杆上，T=M t=1812.32Nmm=1.18Nmm 考虑摩擦力及其他因素的影响，取一安全系数 K=1.2。那么 T=1.8121.2=2.174Nm。预选电机转速 n=910r/min。电机功率：=T =2.174 =207.06WP2n6029106P= 取 =0.5，P= =414.12W=0.414KW207.15根据电机标准 13和安全因素取电机功率为 0.75，则选取 Y2.90S.6 型电机。4.4 联轴器结构选择选定了电机后，根据传递的转矩和转速，选用套筒联轴器。
