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第 III 頁(yè)
黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
MJ-50型數(shù)控車(chē)床電動(dòng)刀架設(shè)計(jì)
摘 要
數(shù)控車(chē)床今后將向中高當(dāng)發(fā)展，中檔采用普及型數(shù)控刀架配套，高檔采用動(dòng)力型刀架，兼有液壓刀架、伺服刀架、立式刀架等品種，預(yù)計(jì)近年來(lái)對(duì)數(shù)控刀架需求量將大大增加。數(shù)控刀架的發(fā)展趨勢(shì)是：隨著數(shù)控車(chē)床的發(fā)展，數(shù)控刀架開(kāi)始向快速換刀、電液組合驅(qū)動(dòng)和伺服驅(qū)動(dòng)方向發(fā)展。
本部分主要對(duì)四工位電動(dòng)刀架的機(jī)械設(shè)計(jì)和應(yīng)用繼電-接觸控制系統(tǒng)控制部分的設(shè)計(jì)。并對(duì)以上部分運(yùn)用AUTOCAD做圖，對(duì)電動(dòng)刀架有更直觀的了解。最后的提出了對(duì)電動(dòng)刀架提出了意見(jiàn)和措施。
關(guān)鍵詞：數(shù)控刀架, 電動(dòng)刀架, 四工位
Electric turret design of MJ-50 CNC lathe
Author:Du Tengfei
Tutor:Yan Cunfu
Abstract
Numerical control there is in the future lathe to in will develop, the middle-grade to adopt popular numerical control knife rest form a complete set, adopt the motive force type knife rest top-grandly, have such varieties as knife rest of hydraulic pressure, servo knife rest, vertical knife rest ,etc. concurrently, it is estimated that will increase to numerical control knife rest demand greatly in recent years. The development trend of the numerical control knife rest is: With the development of numerical control lathe, numerical control knife rest begin to change one hundred sheets , electric liquid is it urge and urge direction develop while being servo to make up fast. Some originally design and is it continue electricity to use to four worker location vertical electronic machinery of knife rest mainly- exposed to control system control some designs. And use AUTOCAD to pursue to the above part, have a more ocular knowledge of electronic knife rest. The last proposition has put forward the suggestion and measure to the electronic knife rest.
Keyword： Numerical control knife rest，Electronic knife rest，F(xiàn)our engineering location
目 錄
前 言 1
1 電動(dòng)刀架總體設(shè)計(jì) 3
1.1 設(shè)計(jì)背景 3
1.2 設(shè)計(jì)總體方案 4
1.2.1減速機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 7
1.2.2刀體鎖緊與精定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 8
1.2.3抬起機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 8
1.3設(shè)計(jì)內(nèi)容 9
1.4本章小結(jié) 9
2電動(dòng)刀架機(jī)械部分設(shè)計(jì) 10
2.1電動(dòng)刀架工作原理 10
2.2蝸輪及蝸桿的設(shè)計(jì)及校核設(shè)計(jì)內(nèi)容 11
2.2蝸輪及蝸桿的主要參數(shù)與幾何尺寸設(shè)計(jì)內(nèi)容 15
2.3螺桿的主要參數(shù)與幾何尺寸 16
3 電器控制部分的設(shè)計(jì) 18
3.1 硬件電路設(shè)計(jì) 18
3.2 控制軟件設(shè)計(jì) 22
結(jié) 論 25
致 謝 26
參考文獻(xiàn) 27
第 28 頁(yè)
黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
前 言
數(shù)控車(chē)床為了能在工件的一次裝夾中完成多工序加工，縮短輔助時(shí)間，減少多次裝夾所引起的加工誤差，必須帶有電動(dòng)刀架。
電動(dòng)刀架在結(jié)構(gòu)上必須具有良好的強(qiáng)度和剛性，以承受粗加工時(shí)的切削抗力。為了保證轉(zhuǎn)位之后具有高的重復(fù)定位精度，電動(dòng)刀架還要選擇可靠的定位方案和合理的定位結(jié)構(gòu)。電動(dòng)刀架的自動(dòng)換刀是由控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
數(shù)控電動(dòng)刀架的發(fā)展趨勢(shì)是：隨著數(shù)控車(chē)床的發(fā)展，電動(dòng)刀架開(kāi)始向快速換刀、電液組合驅(qū)動(dòng)和伺服驅(qū)動(dòng)方向發(fā)展。?
目前國(guó)內(nèi)車(chē)床刀架以電動(dòng)為主，根據(jù)安裝方式的不同可分為立式和臥式兩種。立式刀架有四、六工位兩種形式，主要用于簡(jiǎn)易數(shù)控車(chē)床；臥式刀架有八、十、十二等工位，可正、反方向旋轉(zhuǎn)，就近選刀，用于全功能數(shù)控車(chē)床。根據(jù)機(jī)械定位方式的不同，電動(dòng)刀架可分為端齒盤(pán)定位型和三齒盤(pán)定位型等。其中端齒盤(pán)定位型換刀時(shí)需要刀架抬起，換刀速度較慢且密封性較差，但其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。三齒盤(pán)定位型又叫免抬型，其特點(diǎn)是換刀時(shí)刀架不抬起，因此換刀速度快且密封性好，但其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。另外臥式刀架還有液動(dòng)刀架和伺服驅(qū)動(dòng)刀架。電動(dòng)刀架是數(shù)控車(chē)床重要的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，合理地選配電動(dòng)刀架，并正確實(shí)施控制，能夠有效的提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，消除人為誤差，提高加工精度與加工精度的一致性等等。另外，加工工藝適應(yīng)性和連續(xù)穩(wěn)定的工作能力也明顯提高：尤其是在加工幾何形狀較復(fù)雜的零件時(shí)，除了控制系統(tǒng)能提供相應(yīng)的控制指令外，很重要的一點(diǎn)是數(shù)控車(chē)床需配備易于控制的電動(dòng)刀架，以便一次裝夾所需的各種刀具，靈活、方便地完成各種幾何形狀的加工。
經(jīng)濟(jì)型數(shù)控是我國(guó)80年代科技發(fā)展的產(chǎn)物。這種數(shù)控系統(tǒng)由于功能適宜，價(jià)格便宜，用它來(lái)改造車(chē)床，投資少、見(jiàn)效快，成為我國(guó)“七五”、“八五”重點(diǎn)推廣的新技術(shù)之一。十幾年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控技術(shù)也在不斷進(jìn)步，數(shù)控系統(tǒng)產(chǎn)品不斷改進(jìn)完善，并且有了階段性的突破，使新的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)功能更強(qiáng)，可靠性更穩(wěn)定，功率增大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便。由于這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展增強(qiáng)了經(jīng)濟(jì)型數(shù)控的活力，根據(jù)我國(guó)國(guó)情，該技術(shù)在今后一段時(shí)間內(nèi)還將是我國(guó)機(jī)械行業(yè)老設(shè)備改造的很好途徑。對(duì)于原有老的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床，特別是80年代末期改造的設(shè)備，由于種種原因閑置的很多，浪費(fèi)很大；在用的設(shè)備使用至今也十幾年了，同樣面臨進(jìn)一步改造的問(wèn)題通過(guò)改造可以提高原有裝備的技術(shù)水平，大大提高生產(chǎn)效率，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。
數(shù)控刀架的市場(chǎng)分析：國(guó)產(chǎn)數(shù)控車(chē)床今后將向中高檔發(fā)展，中檔采用普及型數(shù)控刀架配套，高檔采用動(dòng)力型刀架，兼有液壓刀架、伺服刀架、立式刀架等品種，近年來(lái)需要量可達(dá)1000～1500臺(tái)。?
數(shù)控刀架的高、中、低檔產(chǎn)品市場(chǎng)數(shù)控刀架作為數(shù)控機(jī)床必需的功能部件，直接影響機(jī)床的性能和可靠性，是機(jī)床的故障高發(fā)點(diǎn)。
這就要求設(shè)計(jì)的刀架具有具有轉(zhuǎn)位快，定位精度高，切向扭矩大的特點(diǎn)。它的原理采用蝸桿傳動(dòng)，上下齒盤(pán)嚙合，螺桿夾緊的工作原理。
數(shù)控車(chē)床主要由主軸箱、床鞍、尾架、刀架、對(duì)刀儀、液壓系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)及數(shù)控裝置組成。數(shù)控車(chē)床的出現(xiàn)對(duì)提高生產(chǎn)率改善產(chǎn)品質(zhì)量以及改善勞動(dòng)條件等發(fā)揮了重要的作用。為了進(jìn)一步壓縮非切削時(shí)間，數(shù)控機(jī)床正朝著一臺(tái)機(jī)床在一次裝夾中完成多工序加工的發(fā)展方向。在這類(lèi)多工序的數(shù)控機(jī)床中必須帶有自動(dòng)換刀裝置，在多工序數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)之后，又逐步發(fā)展和完善了各類(lèi)電動(dòng)刀具的自動(dòng)更換裝置，擴(kuò)大了換刀數(shù)量，以便有可能實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的換刀操作。
1 電動(dòng)刀架總體設(shè)計(jì)
1.1 設(shè)計(jì)背景
我國(guó)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展起步于二十世紀(jì)五十年代， 于1958年研制出第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床，發(fā)展過(guò)程大致可分為兩大階段。在1958~1979年間為第一階段，從1979年至今為第二階段。第一階段中對(duì)數(shù)控機(jī)床特點(diǎn)、發(fā)展條件缺乏認(rèn)識(shí)，在人員素質(zhì)差、基礎(chǔ)薄弱、配套件不過(guò)關(guān)的情況下，一哄而上又一哄而下，曾三起三落、終因表現(xiàn)欠佳，無(wú)法用于生產(chǎn)而停頓。主要存在的問(wèn)題是盲目性大，缺乏實(shí)事求是的科學(xué)精神。在第二階段從日、德、美、西班牙先后引進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)，從日、美、德、意、英、法、瑞士、匈、奧、韓國(guó)、省共11國(guó)(地區(qū))引進(jìn)數(shù)控機(jī)床先進(jìn)技術(shù)和合作、合資生產(chǎn)，解決了可靠性、穩(wěn)定性問(wèn)題，數(shù)控機(jī)床開(kāi)始正式生產(chǎn)和使用，并逐步向前發(fā)展。通過(guò)“六五：期間引進(jìn)數(shù)控技術(shù)，“七五”期間組織消化吸收“科技攻關(guān)”，我國(guó)數(shù)控技術(shù)和數(shù)控產(chǎn)業(yè)取得了相當(dāng)大的成績(jī)。特別是最近幾年，我國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，1998～2004年國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量和消費(fèi)量的年平均增長(zhǎng)率分別為39.3%和34.9%。盡管如此，進(jìn)口機(jī)床的發(fā)展勢(shì)頭依然強(qiáng)勁，從2002年開(kāi)始，中國(guó)連續(xù)三年成為世界機(jī)床消費(fèi)第一大國(guó)、機(jī)床進(jìn)口第一大國(guó)，2004年中國(guó)機(jī)床主機(jī)消費(fèi)高達(dá)94.6億美元，國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床制造企業(yè)在中高檔與大型數(shù)控機(jī)床的研究開(kāi)發(fā)方面與國(guó)外的差距更加明顯，70%以上的此類(lèi)設(shè)備和絕大多數(shù)的功能部件均依賴(lài)進(jìn)口。由此可以看出國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床特別是中高檔數(shù)控機(jī)床仍然缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，究其原因主要在于國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的研究開(kāi)發(fā)深度不夠、制造水平依然落后、服務(wù)意識(shí)與能力欠缺、數(shù)控,系統(tǒng)生產(chǎn)應(yīng)用推廣不力及數(shù)控人才缺乏等。我們應(yīng)看清形勢(shì)，充分認(rèn)識(shí)國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的不足，努力發(fā)展先進(jìn)技術(shù)，加大技術(shù)創(chuàng)新與培訓(xùn)服務(wù)力度，以縮短與發(fā)達(dá)國(guó)家之問(wèn)的差距。
在20余年間，數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)有較大提高，主要表現(xiàn)在三大方面：培訓(xùn)一批設(shè)計(jì)、制造、使用和維護(hù)的人才；通過(guò)合作生產(chǎn)先進(jìn)數(shù)控機(jī)床，使設(shè)計(jì)、制造、使用水平大大提高，縮小了與世界先進(jìn)技術(shù)的差距；通過(guò)利用國(guó)外先進(jìn)元部件、數(shù)控系統(tǒng)配套，開(kāi)始能自行設(shè)計(jì)及制造高速、高性能、五面或五軸聯(lián)動(dòng)加工的數(shù)控機(jī)床，供應(yīng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求，但對(duì)關(guān)鍵技術(shù)的試驗(yàn)、消化、掌握及創(chuàng)新卻較差。至今許多重要功能部件、自動(dòng)化刀具、數(shù)控系統(tǒng)依靠國(guó)外技術(shù)支撐，不能獨(dú)立發(fā)展，基本上處于從仿制走向自行開(kāi)發(fā)階段，與日本數(shù)控機(jī)床的水平差距很大。存在的主要問(wèn)題包括：缺乏象日本“機(jī)電法”、“機(jī)信法”那樣的指引；嚴(yán)重缺乏各方面專(zhuān)家人才和熟練技術(shù)工人；缺少深入系統(tǒng)的科研工作；元部件和數(shù)控系統(tǒng)不配套；企業(yè)和專(zhuān)業(yè)間缺乏合作，基本上孤軍作戰(zhàn)，雖然廠多人眾，但形成不了合力。我國(guó)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展起步于二十世紀(jì)五十年代，通過(guò)“六五”期間引進(jìn)數(shù)控技術(shù)，“七五”期間組織消化吸收科技攻關(guān)，我國(guó)數(shù)控技術(shù)和數(shù)控產(chǎn)業(yè)取得了相當(dāng)大的成績(jī)。特別是最近幾年，我國(guó)數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，1998～2004年國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)量和消費(fèi)量的年平均增長(zhǎng)率分別為39.3%和34.9%。盡管如此，進(jìn)口機(jī)床的發(fā)展勢(shì)頭依然強(qiáng)勁，從2002年開(kāi)始，中國(guó)連續(xù)三年成為世界機(jī)床消費(fèi)第一大國(guó)、機(jī)床進(jìn)口第一大國(guó)，2004年中國(guó)機(jī)床主機(jī)消費(fèi)高達(dá)94.6億美元，國(guó)內(nèi)數(shù)控機(jī)床制造企業(yè)在中高檔與大型數(shù)控機(jī)床的研究開(kāi)發(fā)方面與國(guó)外的差距更加明顯，70%以上的此類(lèi)設(shè)備和絕大多數(shù)的功能部件均依賴(lài)進(jìn)口。由此可以看出國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床特別是中高檔數(shù)控機(jī)床仍然缺乏市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，究其原因主要在于國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的研究開(kāi)發(fā)深度不夠、制造水平依然落后、服務(wù)意識(shí)與能力欠缺、數(shù)控,系統(tǒng)生產(chǎn)應(yīng)用推廣不力及數(shù)控人才缺乏等。我們應(yīng)看清形勢(shì)，充分認(rèn)識(shí)國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的不足，努力發(fā)展先進(jìn)技術(shù)，加大技術(shù)創(chuàng)新與培訓(xùn)服務(wù)力度，以縮短與發(fā)達(dá)國(guó)家之問(wèn)的差距。
2003年開(kāi)始，中國(guó)就成了全球最大的機(jī)床消費(fèi)國(guó)，也是世界上最大的數(shù)控機(jī)床進(jìn)口國(guó)。目前正在提高機(jī)械加工設(shè)備的數(shù)控化率，1999年，我們國(guó)家機(jī)械加工設(shè)備數(shù)控華率是5－8％，目前預(yù)計(jì)是15－20％之間。
在這樣一個(gè)大的時(shí)代背景之下，機(jī)床的數(shù)控化發(fā)展已經(jīng)是一個(gè)不可阻擋的趨勢(shì)，各種零部件的改造設(shè)計(jì)也成為其中的重點(diǎn)，眾所周知數(shù)控車(chē)床主要由主軸箱、床鞍、尾架、刀架、對(duì)刀儀、液壓系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)及數(shù)控裝置組成。而本文所設(shè)計(jì)的數(shù)控車(chē)床電動(dòng)刀架就是其中非常重要的一個(gè)部分。數(shù)控車(chē)床的出現(xiàn)對(duì)提高生產(chǎn)率改善產(chǎn)品質(zhì)量以及改善勞動(dòng)條件等發(fā)揮了重要的作用。為了進(jìn)一步壓縮非切削時(shí)間，數(shù)控機(jī)床正朝著一臺(tái)機(jī)床在一次裝夾中完成多工序加工的發(fā)展方向。在這類(lèi)多工序的數(shù)控機(jī)床中必須帶有自動(dòng)換刀裝置，在多工序數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)之后，又逐步發(fā)展和完善了各類(lèi)電動(dòng)刀具的自動(dòng)更換裝置，擴(kuò)大了換刀數(shù)量，以便有可能實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的換刀操作。
1.2 設(shè)計(jì)總體方案
目前為止應(yīng)用最廣的刀架為電動(dòng)刀架。電動(dòng)刀架是一種最簡(jiǎn)單的自動(dòng)換刀裝置，常用于數(shù)控車(chē)床?？梢栽O(shè)計(jì)成四方刀架、六角刀架或圓盤(pán)式軸向裝刀刀架等多種形式。電動(dòng)刀架上分別安裝著四把、六把或更多的刀具，并按數(shù)控裝置的指令換刀。
電動(dòng)刀架在結(jié)構(gòu)上必須具有良好的強(qiáng)度和剛度，以承受粗加工時(shí)的切削抗力。由于車(chē)削加工精度在很大程度上取決于刀尖位置，對(duì)于數(shù)控車(chē)床來(lái)說(shuō)，加工過(guò)程中刀具位置不進(jìn)行人工調(diào)整，因此更有必要選擇可靠的定位方案和合理的定位結(jié)構(gòu)，以保證電動(dòng)刀架在每次轉(zhuǎn)位之后，具有盡可能高的重復(fù)定位精度（一般為0.001～0.005mm）。
一般情況下，電動(dòng)刀架的換刀動(dòng)作包括刀架抬起、刀架轉(zhuǎn)位及刀架壓緊等。電動(dòng)刀架按其工作原理分為若干類(lèi)型，如圖1.1所示。
圖1.1a)所示為螺母升降轉(zhuǎn)位刀架，電動(dòng)機(jī)經(jīng)彈簧安全離合器到蝸輪副帶動(dòng)螺母旋轉(zhuǎn)，螺母舉起刀架使上齒盤(pán)與下齒盤(pán)分離，隨即帶動(dòng)刀架旋轉(zhuǎn)到位，然后給系統(tǒng)發(fā)信號(hào)螺母反轉(zhuǎn)鎖緊。
圖1.1 電動(dòng)刀架的類(lèi)型及其工作原理
圖1.1b)所示為利用十字槽輪來(lái)轉(zhuǎn)位及鎖緊刀架（還要加定位銷(xiāo)），銷(xiāo)釘每轉(zhuǎn)一周，刀架便轉(zhuǎn)1/4轉(zhuǎn)（也可設(shè)計(jì)成六工位等）。
圖1.1c)所示為凸臺(tái)棘爪式刀架，蝸輪帶動(dòng)下凸輪臺(tái)相對(duì)于上凸輪臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，使其上、下端齒盤(pán)分離，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，則棘輪機(jī)構(gòu)推動(dòng)刀架轉(zhuǎn)90o，然后利用一個(gè)接觸開(kāi)關(guān)或霍爾元件發(fā)出電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)信號(hào)，重新鎖緊刀架。
圖1.1d)所示為電磁式刀架，它利用了一個(gè)有10kN左右拉緊力的線圈使刀架定位鎖定。
圖1.1e)所示為液壓式刀架，它利用擺動(dòng)液壓缸來(lái)控制刀架轉(zhuǎn)位，圖中有擺動(dòng)閥芯、撥爪、小液壓缸；撥爪帶動(dòng)刀架轉(zhuǎn)位，小液壓缸向下拉緊，產(chǎn)生10kN以上的拉緊力。這種刀架的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)位可靠，拉緊力可以再加大，但其缺點(diǎn)是液壓件難制造，還需多一套液壓系統(tǒng)，有液壓油泄漏及發(fā)熱問(wèn)題。
圖1.2所示為數(shù)控車(chē)床的六角回轉(zhuǎn)刀架，它適用于盤(pán)類(lèi)零件的加工。這種刀架的全部動(dòng)作由液壓系統(tǒng)通過(guò)電磁換向閥和順序閥進(jìn)行控制，其換刀過(guò)程如下：
（1） 刀架抬起。當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)出換刀指令后，壓力油由A進(jìn)入壓緊液壓缸的下腔，活塞上升，刀架體抬起，使定位活動(dòng)插銷(xiāo)與固定插銷(xiāo)脫離。同時(shí)，活塞桿下端的端齒離合器與空套齒輪結(jié)合。
（2）刀架轉(zhuǎn)位。當(dāng)?shù)都芴鹬?，壓力油從C孔轉(zhuǎn)入液壓缸左腔，活塞向右移動(dòng)，通過(guò)連接板帶動(dòng)齒條移動(dòng)，使空套齒輪作逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)端齒離合器使刀架轉(zhuǎn)過(guò)60o。活塞的行程應(yīng)等于齒輪節(jié)圓周長(zhǎng)的1/6，并由限位開(kāi)關(guān)控制。
（3）刀架壓緊。刀架轉(zhuǎn)位之后，壓力油從B孔進(jìn)入壓緊液壓缸的上腔，活塞帶動(dòng)刀架體下降。缸體的底盤(pán)上精確地安裝六個(gè)帶斜楔的圓柱固定插銷(xiāo)，利用活動(dòng)插銷(xiāo)消除定位銷(xiāo)與孔之間的間隙，實(shí)現(xiàn)反靠定位。刀架體下降時(shí)，定位活動(dòng)插銷(xiāo)與另一個(gè)固定插銷(xiāo)卡緊，同時(shí)缸體與壓盤(pán)的錐面接觸，刀架在新的位置定位并壓緊。這時(shí)，端齒離合器與空套齒輪脫開(kāi)。
圖1.2 六角回轉(zhuǎn)刀架
（4）轉(zhuǎn)位液壓缸復(fù)位。刀架壓緊后，壓力油從D孔進(jìn)入轉(zhuǎn)位油缸右腔，活塞帶動(dòng)齒條復(fù)位，由于此時(shí)端齒離合器已脫開(kāi)，齒條帶動(dòng)齒輪在軸上空轉(zhuǎn)。
如果定位和壓緊動(dòng)作正常，拉桿與相應(yīng)的接觸頭接觸，發(fā)出信號(hào)表示換刀過(guò)程已結(jié)束，可以繼續(xù)進(jìn)行切削加工。
電動(dòng)刀架除了采用液壓缸驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)位和定位銷(xiāo)定位外，還可以采用電動(dòng)機(jī)-馬氏機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)位和鼠盤(pán)定位，以及其它轉(zhuǎn)位和定位機(jī)構(gòu)。
經(jīng)過(guò)參考級(jí)中經(jīng)典的刀架設(shè)計(jì)類(lèi)型后，決定在本設(shè)計(jì)中為螺母升降轉(zhuǎn)位刀架，電動(dòng)機(jī)經(jīng)彈簧安全離合器到蝸輪副帶動(dòng)螺母旋轉(zhuǎn)，螺母舉起刀架使上齒盤(pán)與下齒盤(pán)分離以及利用十字槽輪來(lái)轉(zhuǎn)位及鎖緊刀架（還要加定位銷(xiāo)）來(lái)實(shí)現(xiàn)刀架抬起和精確定位。
1.2.1減速機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
在本設(shè)計(jì)中由于采用了三相異步電動(dòng)機(jī)，三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速低于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組因與磁場(chǎng)間存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng)而感生電動(dòng)勢(shì)和電流，并與磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)能量變換。與單相異步電動(dòng)機(jī)相比，三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能好，并可節(jié)省各種材料。在普通的三相異步電動(dòng)機(jī)因轉(zhuǎn)速太快，不能直接驅(qū)動(dòng)刀架進(jìn)行換刀，必須經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臏p速。根據(jù)立式轉(zhuǎn)位刀架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用蝸桿副減速是最佳選擇。蝸輪蝸桿傳動(dòng)有以下特點(diǎn)：
１、傳動(dòng)平穩(wěn)。蝸桿傳動(dòng)同時(shí)嚙合的齒對(duì)數(shù)多，且蝸桿為連續(xù)的螺旋曲面，嚙合過(guò)程是連續(xù)的，振動(dòng)、沖擊和噪聲較小。
２、具有自鎖性。當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于嚙合摩擦角時(shí)，蝸桿傳動(dòng)具有自鎖性。此時(shí)，只能蝸桿帶動(dòng)蝸輪，反之則不能轉(zhuǎn)動(dòng)。
３、傳動(dòng)比大。單級(jí)傳動(dòng)可獲得傳動(dòng)比為5-80，在分度機(jī)構(gòu)中可達(dá)600或更大。和齒輪傳動(dòng)相比實(shí)現(xiàn)相同的傳動(dòng)比時(shí)結(jié)構(gòu)較緊湊。
所以說(shuō)蝸桿副傳動(dòng)可以改變運(yùn)動(dòng)的方向，獲得較大的傳動(dòng)比，保證傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，并且具有自鎖功能，還可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置的小型化。使得刀架在是有過(guò)程中更加輕便，方便機(jī)床的加工作業(yè)。
1.2.2刀體鎖緊與精定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
在本設(shè)計(jì)中由于刀具直接安裝在上刀體上，所以上刀體要承受全部的切削力，其鎖緊與定位的 精度將直接影響工件的加工精度。本設(shè)計(jì)上刀體的鎖緊與定位機(jī)構(gòu)選用端面齒盤(pán)，將上刀體和下刀體的配合面加工成梯形端面齒。當(dāng)?shù)都芴幱阪i緊狀態(tài)時(shí)，上下端面齒相互咬合，這時(shí)上刀體不能繞刀架的中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)；換刀時(shí)電動(dòng)機(jī)正傳，抬起機(jī)構(gòu)使上刀體抬起，等上下端面齒脫開(kāi)后，上刀體才可以繞刀架中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，完成轉(zhuǎn)位動(dòng)作。
1.2.3抬起機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
要想使上、下刀體的 兩個(gè)端面齒脫離，就必須設(shè)計(jì)合適的 機(jī)構(gòu)使上刀體抬起。本設(shè)計(jì)選用螺桿-螺母副，在上刀體內(nèi)部加工出內(nèi)螺紋，當(dāng)電動(dòng)機(jī)通過(guò)蝸桿-蝸輪帶動(dòng)蝸桿繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，作為螺母的上刀體要么轉(zhuǎn)動(dòng)，要么上下移動(dòng)。當(dāng)?shù)都芴幱阪i緊狀態(tài)時(shí)，上刀體與下刀體的端面齒相互咬合，因?yàn)檫@時(shí)上刀體不能與螺桿一起轉(zhuǎn)動(dòng)，所以螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)使上刀體向上移動(dòng)。當(dāng)端面齒脫離咬合時(shí)，上刀體就與螺桿一同轉(zhuǎn)動(dòng)。
設(shè)計(jì)螺桿時(shí)要求選擇適當(dāng)?shù)穆菥?，以便?dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度時(shí)，使得上刀體與下刀體的端面齒能夠完全脫離咬合狀態(tài)。
圖1.3 電動(dòng)刀架的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖
1-發(fā)信盤(pán) 2-推力軸承 3-螺桿螺母副 4-端面齒盤(pán) 5-反靠圓盤(pán) 6-三相異步電動(dòng)機(jī)
7-聯(lián)軸器 8-螺桿副 9-反靠銷(xiāo) 10-圓柱銷(xiāo) 11-上蓋圓盤(pán) 12-上刀體
1.3設(shè)計(jì)內(nèi)容
設(shè)計(jì)一臺(tái)四工位的電動(dòng)刀架，用于MJ-50型數(shù)控車(chē)床。要求繪制電動(dòng)刀架的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖，設(shè)計(jì)控制刀架自動(dòng)轉(zhuǎn)位的硬件電路，編寫(xiě)刀架的控制軟件。推薦刀架所用電動(dòng)機(jī)的額定功率為90W，額定轉(zhuǎn)速為1440r/min，換刀時(shí)要求刀架轉(zhuǎn)動(dòng)的速度為30r/min.
1.4本章小結(jié)
在本章中，我們主要說(shuō)明了本設(shè)計(jì)的主題思路，為以下的設(shè)計(jì)指明方向。在當(dāng)今所處的一個(gè)時(shí)代背景，機(jī)械是一個(gè)國(guó)家實(shí)力的最基本表現(xiàn)，而我國(guó)的機(jī)械行業(yè)與世界強(qiáng)國(guó)之間仍存在比較大的差距。做為一個(gè)準(zhǔn)機(jī)械從業(yè)者應(yīng)該為機(jī)械行業(yè)的發(fā)展做出自己應(yīng)有的努力。
2電動(dòng)刀架機(jī)械部分設(shè)計(jì)
2.1電動(dòng)刀架工作原理
圖2.1 電動(dòng)刀架的換刀流程圖
圖2.2表示電動(dòng)刀架在換刀過(guò)程中有關(guān)銷(xiāo)的位置。其中上部的圓柱銷(xiāo)2和下部的反靠銷(xiāo)6起著重要的作用。當(dāng)?shù)都芴幱阪i緊狀態(tài)時(shí)，兩銷(xiāo)的情況如圖a所示，此時(shí)反靠銷(xiāo)6落在反靠圓盤(pán)7的十字槽內(nèi)，上刀體4的端面齒和下刀體的端面齒處于咬合狀態(tài)。需要換刀時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出刀架轉(zhuǎn)位信號(hào)，三相異步電動(dòng)機(jī)正向旋轉(zhuǎn)，通過(guò)蝸桿副帶動(dòng)螺桿正向轉(zhuǎn)動(dòng)，與蝸桿配合的上刀體4逐漸抬起，上刀體4與下刀體之間的端面齒慢慢脫開(kāi)；于此同時(shí)，上蓋圓盤(pán)1也隨著螺桿正向轉(zhuǎn)動(dòng)(上蓋圓盤(pán)1通過(guò)圓柱銷(xiāo)與螺桿連接)當(dāng)轉(zhuǎn)過(guò)約170時(shí)，上蓋圓盤(pán)1直槽的另一端轉(zhuǎn)到圓柱銷(xiāo)2的正上方，由于彈簧3的作用，圓柱銷(xiāo)2落入直槽內(nèi)，于是上蓋圓盤(pán)1就通過(guò)圓柱銷(xiāo)2使得上刀體4轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)（此時(shí)端面齒已經(jīng)完全脫開(kāi)）如圖b所示。上蓋圓盤(pán)1，圓柱銷(xiāo)2以及上刀體4在正轉(zhuǎn)的過(guò)程中，反靠銷(xiāo)6能夠從反靠圓盤(pán)7中十字槽的左側(cè)斜坡滑出，而不影響上刀體4尋找刀位時(shí)的正向轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖c所示。上刀體4帶動(dòng)磁鐵轉(zhuǎn)到需要的刀位時(shí)，發(fā)信盤(pán)上對(duì)應(yīng)的霍爾元件輸出低電平信號(hào)，控制系統(tǒng)收到后，立即控制刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，上蓋圓盤(pán)1通過(guò)圓柱銷(xiāo)2帶動(dòng)上上刀體4開(kāi)始反轉(zhuǎn)，反靠銷(xiāo)6馬上就會(huì)落入反靠圓盤(pán)7的十字槽內(nèi)，至此。完成粗定位，如圖d所示。此時(shí)，反靠銷(xiāo)6從反靠圓盤(pán)7的十字槽內(nèi)爬不上來(lái)，于是上刀體4停止轉(zhuǎn)動(dòng)，開(kāi)始下降，而上蓋圓盤(pán)1繼續(xù)反轉(zhuǎn)，其直槽的左側(cè)斜坡將圓柱銷(xiāo)2的頭部壓入上刀體4的銷(xiāo)孔內(nèi)，之后，上蓋圓盤(pán)1的下表面開(kāi)始與圓柱銷(xiāo)2的頭部滑動(dòng)。在此期間，上、下刀體的端面齒逐漸咬合，實(shí)現(xiàn)精定位。經(jīng)過(guò)設(shè)定的延時(shí)時(shí)間后，刀架電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，整個(gè)換刀過(guò)程結(jié)束。
圖2.2 電動(dòng)刀架在換刀過(guò)程中有關(guān)銷(xiāo)的位置
由于蝸桿副有自鎖功能，所以刀架可以穩(wěn)定的工作。
2.2蝸輪及蝸桿的設(shè)計(jì)及校核設(shè)計(jì)內(nèi)容
按照設(shè)計(jì)要求對(duì)電機(jī)進(jìn)行選型：要求功率為90W，轉(zhuǎn)速1440r/min，經(jīng)過(guò)查取有相關(guān)資料，采用JW5614-90W三相異步電機(jī)。JW系列三相異步電動(dòng)機(jī),按JB1009-1012-91.GB12350-2000標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),具有外型勻稱(chēng)美觀,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，效率高，使用壽命長(zhǎng)，運(yùn)行性能良好，噪音小結(jié)構(gòu)合理，維護(hù)方便等特點(diǎn)，應(yīng)用廣泛，多用于驅(qū)動(dòng)需要較大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的機(jī)械，如機(jī)床、建筑機(jī)械、農(nóng)副產(chǎn)品加工、泵、空氣壓縮機(jī)、制冷壓縮機(jī)、磨粉機(jī)、醫(yī)療器械、及農(nóng)業(yè)機(jī)械的驅(qū)動(dòng)。
電動(dòng)刀架的動(dòng)力源時(shí)三相異步電動(dòng)機(jī)，其中蝸桿與電動(dòng)機(jī)直連，刀架轉(zhuǎn)位時(shí)蝸輪與上刀體直連。已知電動(dòng)機(jī)額定功率P 1=90W，額定轉(zhuǎn)速n1 =1440r/min，上刀體設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速 n2 =30r/min，則蝸桿副的傳動(dòng)比i =n1/n2 =1440 /30=48.刀架從轉(zhuǎn)位刀鎖緊時(shí)，需要蝸桿反向，工作載荷不均勻，啟動(dòng)時(shí)沖擊較大，今要求蝸桿副的使用壽命Lh =10000h 。
1）蝸桿的選型
按蝸桿形狀，蝸桿傳動(dòng)可分為圓柱蝸桿傳動(dòng)、環(huán)面蝸桿傳動(dòng)和錐蝸桿傳動(dòng)。圓柱蝸桿設(shè)計(jì)制造簡(jiǎn)單，應(yīng)用十分廣泛；環(huán)面蝸桿潤(rùn)滑性能較好，效率高，承載能力高，為普通蝸桿的2－4倍，但制造安裝復(fù)雜，用在大功率的場(chǎng)合；錐蝸桿制造安裝復(fù)雜，應(yīng)用較少。
圓柱蝸桿傳動(dòng)包括普通圓柱蝸桿傳動(dòng)和圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)。根據(jù)螺旋線的不同，圓柱蝸桿可分為阿基米德圓柱蝸桿（ZA蝸桿）、法向直廓圓柱蝸桿（ZN蝸桿）、漸開(kāi)線圓柱蝸桿（ZI蝸桿）和錐面包絡(luò)線圓柱蝸桿（ZK蝸桿）。
阿基米德蝸桿（ZA蝸桿）的特點(diǎn)是在軸向齒廓呈齒條形狀，法向齒廓為外凸曲線，在端平面上的齒廓為阿基米德螺旋線。這種蝸桿可以用直刃車(chē)刀在車(chē)床上加工，制造方便，應(yīng)用廣泛。一般用于頭數(shù)較少、載荷較小、低速或不太重要的傳動(dòng)。
法向直廓圓柱蝸桿（ZN蝸桿）磨削起來(lái)難度較大，所以不推薦采用。
漸開(kāi)線蝸桿（ZI蝸桿）這種蝸桿的端面齒廓位漸開(kāi)線，所以相當(dāng)于一個(gè)少數(shù)、大螺旋角的漸開(kāi)線圓柱斜齒輪，ZI螺桿可用兩把直線刀刃的車(chē)刀在車(chē)床上車(chē)削。
圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)（ZC蝸桿）如圖2.3所示。在軸向平面內(nèi)具有凹圓弧齒廓，與蝸輪組成凹凸嚙合傳動(dòng)型式，承載能力大，效率高，耐磨，在冶金、建筑、化工等機(jī)械中應(yīng)用廣泛。
圖2.3圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)
在GB/T10085----1988中推薦采用漸開(kāi)線蝸桿（Z1蝸桿）和錐面包絡(luò)蝸桿（ZK蝸桿）。本設(shè)計(jì)采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便的漸開(kāi)線型圓柱蝸桿(Z1型)。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，越是簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定。在考慮穩(wěn)定性以及小型化的因素上所以采用漸開(kāi)線型圓柱蝸桿。
2）蝸桿副的材料 蝸桿一般是用碳鋼或合金鋼制成。高速重載蝸桿常用15Cr或20Cr，并經(jīng)滲碳淬火；也有用40、45號(hào)鋼或40Cr并經(jīng)淬火。這樣可以提高表面硬度，增加耐磨性。通常要求蝸桿淬火后的硬度為40～55HRC，經(jīng)氮化處理后的硬度為55～62HRC。一般不太重要的低速中載的蝎桿，可采用40或45號(hào)鋼，并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，其硬度為220～300HBS。
常用的蝸輪材料為鑄造錫青銅（ZCuSn10P1，ZCuSn5Pb5Zn5）、鑄造鋁鐵青銅（ZcuAl10Fe3）及灰鑄鐵（HT150、HT200）等。錫青銅耐磨性最好，但價(jià)格較高，用滑動(dòng)速度v≥3m／s的重要傳動(dòng)；鋁鐵青銅的耐磨性較錫青銅差一些，但價(jià)格便宜，一般用于滑動(dòng)速度v≤4m／s的傳動(dòng)；如果滑動(dòng)速度不高(vS＜2m/s），對(duì)效率要求也不高時(shí)，可采用灰鑄鐵。為了防止變形，常對(duì)蝸輪進(jìn)行時(shí)效處理。
設(shè)計(jì)要求電機(jī)功率為90W,刀架中的蝸桿副傳遞的功率不大，但蝸桿轉(zhuǎn)速較高，因此蝸桿的材料選擇45鋼，其螺旋齒面要求淬火，硬度為45~55HRC，以提高表面耐磨性；蝸輪的轉(zhuǎn)速較低，其材料主要考慮耐磨性，選用鑄錫磷青銅ZcuSn10P1,采用金屬模鑄造。
3）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) 刀架中的蝸桿副采用閉式傳動(dòng)，多因齒面膠合或點(diǎn)蝕而失效。因此，在進(jìn)行承載能力計(jì)算時(shí)，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，再按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核。
按蝸輪接觸疲勞強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)計(jì)算的公式為：
（2.3）
式中 a-------蝸桿副的傳動(dòng)中心距，單位為mm；
K-------載荷系數(shù)；
-------作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩T ，單位N·mm;
------彈性影響系數(shù)，單位為MPa；
--------接觸系數(shù)
[]------許用接觸應(yīng)力，單位為MPa；
從式（2.3）算出蝸桿副的中心距a之后，根據(jù)已知的傳動(dòng)比i=48，可以選擇合適的中心距a值，以及相應(yīng)的蝸桿，蝸輪參數(shù)。
1）確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩T
設(shè)蝸桿頭數(shù)z1 =1,蝸桿副的傳動(dòng)效率取 =0.8。由電動(dòng)機(jī)的額定功率P1 =90W,可以算出蝸輪傳遞的功率P2 =P 1 ,再由蝸輪的轉(zhuǎn)速n2 =30r/min,求得作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩：
T2=9.55P2/n2=9.55P1 /n2=22920N.mm
2）確定載荷系數(shù)K
載荷系數(shù).其中為使用系數(shù)，由于工作載荷分布步均勻，啟動(dòng)時(shí)沖擊較大，因此取 =1.15;K 為齒向載荷分布系數(shù)，因工作載荷在啟動(dòng)和停止時(shí)有變化，故取 =1.15； 為動(dòng)載系數(shù)，由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取=1.05,則載荷系數(shù)
3）確定彈性影響系數(shù)
鑄錫磷青銅蝸輪與鋼蝸桿相配時(shí)，從參考文獻(xiàn)中差得彈性影響系數(shù) =160MPa
4)確定接觸系數(shù)
先假設(shè)蝸桿分度圓直徑d1 和傳動(dòng)中心距a的比值d 1/a=0.35,可得系數(shù)=2.9
5)確定許用接觸力
根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅ZCuSn10P1,金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度大于45HRC，蝸輪的基本許用力 =268MPa，已知蝸桿為單頭，蝸輪每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)每個(gè)輪齒咬合的次數(shù)j=1;蝸輪轉(zhuǎn)速n =30r/min;蝸桿副的使用壽命L =10000h。則應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
N=60jn2Lh=1.8107
壽命系數(shù)： 壽命系數(shù)：KHN=0.929
許用接觸應(yīng)力：[σH]=KHN×[σH]′=249MPa
6)計(jì)算中心距
將以上各參數(shù)代入式
，
求得中心距：
取中心距a=50mm,已知蝸桿頭數(shù)z1 =1,設(shè)模數(shù)m=1.6mm,得直徑d1 =20mm,這時(shí) d1/a=0.4,可得接觸系數(shù)Zρ′=2.74。因?yàn)閆ρ′
2mm,即P>4.24mm.今取螺桿的螺距P=6mm.
(2)其它參數(shù)的確定
采用單頭梯形螺桿，頭數(shù)n=1,牙側(cè)角b=15°，外螺紋直徑d1=50mm,牙頂間隙ac=0.5mm,基本牙形高度H1=0.5P=3mm,外螺紋牙高h(yuǎn)1=3.5mm,外螺紋中徑d2=47mm,外螺紋校徑d3=43mm,螺桿螺紋部分長(zhǎng)度H=50mm
(3)自鎖性能校核
螺桿-螺母材料均用45鋼，取二者的摩擦因數(shù)f=0.11;再求得梯形螺旋副的當(dāng)量摩擦角約為6.5°，而螺紋升角約為2.33°，小于當(dāng)量摩擦角。因此，所選幾何參數(shù)滿足自鎖條件。
3 電器控制部分的設(shè)計(jì)
3.1 硬件電路設(shè)計(jì)
電動(dòng)刀架的電氣控制部分主要包括收信電路和發(fā)信電路兩大塊
（1）收信電路
圖a中，發(fā)信盤(pán)上的4只霍爾開(kāi)關(guān)，都有3個(gè)引腳，第1腳接+12V電源，第2腳接+12V地線，第3腳為4個(gè)刀位信號(hào)的輸出。轉(zhuǎn)位時(shí)刀臺(tái)帶動(dòng)磁鐵旋轉(zhuǎn)，當(dāng)磁鐵對(duì)準(zhǔn)某一個(gè)霍爾開(kāi)關(guān)時(shí)，其輸出端第3腳輸出低電平；當(dāng)磁鐵離開(kāi)時(shí)，第3腳輸出高電平。4只霍爾開(kāi)關(guān)輸出的4個(gè)刀位信號(hào)T1~T4分別送到圖b的4只光耦合進(jìn)行處理，經(jīng)過(guò)光電隔離的信號(hào)再送給I/O接口芯片8225的PC4~PC7。
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3#
4#
1#
N
S
刀臺(tái)旋轉(zhuǎn)方向
1 2 3
4只霍爾開(kāi)關(guān)
第1腳：接+12V電源
第2腳：接+12V地線
第3腳：4個(gè)刀位信號(hào)的輸出
圖a 電動(dòng)刀架發(fā)信盤(pán)
3刀位信號(hào)
4位信號(hào)
1#刀位信號(hào)
2刀位信號(hào)
R14
R24
8225-PC6
8225-PC7
8225-PC5
8225-PC4驅(qū)
圖b 刀位信號(hào)的處理
（2）發(fā)信電路
圖c為刀架電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路，
在電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)時(shí)，有可能因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)容量較大或操作不當(dāng)?shù)仍?，使接觸器主觸頭產(chǎn)生較嚴(yán)重的起弧現(xiàn)象。如果電弧還未完全熄滅時(shí)，反轉(zhuǎn)的接觸器就閉合，則會(huì)造成電源相間的短路。為防止相間短路，可增加一個(gè)接觸器KM。
采用PLC控制的輸入輸出配置接線示意圖如圖d所示，梯形圖如圖e所示。像繼電接觸控制線路一樣，利用PLC的輸入繼電器X401和X402的常閉接點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)雙重互鎖。
按下正向啟動(dòng)按鈕SB1時(shí)，輸入繼電器X401的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，接通輸出繼電器Y431線圈并自鎖，接觸器KM1得電吸合，同時(shí)Y431的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，輸出繼電器Y430線圈接通，使接觸得電吸合，電動(dòng)機(jī)正向啟動(dòng)到穩(wěn)定運(yùn)行。按下反轉(zhuǎn)啟動(dòng)按鈕SB2，輸入繼電器X402常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)Y431線圈，KM也失電釋放，同時(shí)Y431的常開(kāi)觸點(diǎn)也斷開(kāi)Y430的線圈，KM也失電釋放，有KM和KM1兩段滅弧電路，因此可有效地熄滅電弧，防止反轉(zhuǎn)換接時(shí)相間短路。而X402的另一對(duì)常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，接通Y432的線圈，接觸器KM2得電吸合，電動(dòng)機(jī)反向運(yùn)行。
停機(jī)時(shí)，按下停機(jī)按鈕SB3，X400常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)M100；過(guò)載時(shí)熱繼電器觸點(diǎn)FR動(dòng)作，X403斷開(kāi)M100。這兩種情況都使Y431或Y432及Y430斷開(kāi)，進(jìn)而使KM1或KM2及KM失電，電動(dòng)機(jī)停下來(lái)。
SB3
M
FR
KM2
KM
QK
FUI
KM
KM2
KM1
SB2
KM2
KM1
SB1
KM2
KM1
圖c繼電器接觸控制
圖d PLC控制輸入輸出接線
圖e 梯形圖
3.2 控制軟件設(shè)計(jì)
在清楚了電動(dòng)刀架的結(jié)構(gòu)和電氣控制電路后，就可以著手編制刀架自動(dòng)轉(zhuǎn)位的控制軟件了，對(duì)于四工位電動(dòng)刀架來(lái)說(shuō)，它最多安裝有4把刀具，其電動(dòng)到工作位置。圖(a)表示讓1#刀轉(zhuǎn)到工作位置的等程序流程，2#、3#、4#刀的轉(zhuǎn)位流程與1#刀相似。
設(shè)控制系統(tǒng)的CPU為AT89C51單片機(jī)，擴(kuò)展8255芯片作為電動(dòng)刀架的收信與發(fā)信控制，已知8255芯片的控制口地址為2FFFH。PA6、PA7口控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，刀架控制流程如圖所示。
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Y
N
N
Y
返回
電路上電
數(shù)碼管顯示
發(fā)出刀位信號(hào)
數(shù)碼管顯示“1”“2”“3”“4”
判斷所選刀架是否對(duì)準(zhǔn)霍爾元件電路
電機(jī)停轉(zhuǎn)
定位夾緊到位
電機(jī)反轉(zhuǎn)
數(shù)碼管顯示“1”“2”“3”“4”
判斷刀架是否到位
數(shù)碼管顯示“1”“2”“3”“4”
電機(jī)正轉(zhuǎn)
刀架控制流程圖
根據(jù)流程圖編程如下：
T01：MOV DPTR , #2FFFH ；指向8255的PC口
MOVX A ，@DPTR ；讀取PC口的內(nèi)容
JNB ACC.4 ，TEND ；測(cè)試若PC4=0？若是，則說(shuō)明1#刀已在工作位置，程序轉(zhuǎn)到TEND
MOV DPTR ，#2FFFH ；指向8255的PA口地址
MOVX A ，@DPTR ；讀取PA6=0，刀架電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)有效
CLR ACC.6 ；令PA6=0，刀架電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)有效
SETB ACC.7 ；令PA7=1，刀架電動(dòng)機(jī)無(wú)效
MOVX @DPTR ，A ；電動(dòng)機(jī)開(kāi)始正轉(zhuǎn)
CALL DE20ms ；延時(shí)20ms
YT01：MOVX DPTR , #2FFEH ；指向8255的PC口
MOVX A ，@DPTR ；第二次讀取PC口內(nèi)容
JB ACC.4 ，YT21 ；PC4=0？
CALL DE20ms ；延時(shí)20ms
YT11：MOV DPTR , #2FFFH ；指向8255的PC口內(nèi)容
MOVX A ， @DPTR ；第三次讀取PC口內(nèi)容
JB ACC.4 , YT21 ；PC4=0？
CALL DE20ms ；延時(shí)20ms
YT21： MOV DPTR ， #2FFH ；指向PC口
MOVX A ， @DPTR ；讀取PA口鎖存器內(nèi)容
SETB ACC.6 ；令PA6=1，刀架電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)無(wú)效
SETB ACC.7 ；令PA7=1，刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)無(wú)效
MOVX @DPTR ， A ；刀架電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)
CALL DE150ms ；延時(shí)150ms
CLR ACC.7 ；令PA7=0，刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)有效
SETB ACC.6 ， ；令PA6=1，刀架正轉(zhuǎn)無(wú)效
MOVX @DPTR ， A ；刀架電動(dòng)機(jī)開(kāi)始反轉(zhuǎn)
CALL DELAY ；延時(shí)設(shè)定的反轉(zhuǎn)鎖緊時(shí)間
SETB ACC.6 ；令PA6=1刀架電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)無(wú)效
SETB ACC.7 ；令PA7=1，刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)無(wú)效
MOVX @DPTR ， A ；刀架電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)
TEND： RET ；結(jié)束
結(jié) 論
這次課題設(shè)計(jì)總計(jì)費(fèi)時(shí)一個(gè)多月，剛開(kāi)始不知從何下手，在老師的指導(dǎo)下到圖書(shū)館查閱相關(guān)資料，有關(guān)數(shù)控上的資料翻了數(shù)次，又參考了相關(guān)設(shè)計(jì)資料，對(duì)自己要設(shè)計(jì)的題目有了整體上的認(rèn)識(shí)，終于知道該怎么做。接下來(lái)選出一系列有價(jià)值的資料，與同學(xué)不斷的討論、向老師請(qǐng)教，終于完成了設(shè)計(jì)，
在這次設(shè)計(jì)中，主要運(yùn)用了機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、機(jī)電一體化概論、現(xiàn)代機(jī)床設(shè)備、數(shù)控技術(shù)、理論及材料力學(xué)、機(jī)械制圖、電工學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)等方面的知識(shí)，運(yùn)用這些知識(shí)完成了零部件的設(shè)計(jì)、計(jì)算、校核、制圖。
在數(shù)控時(shí)代，面臨著數(shù)控化的普及。作為一個(gè)新時(shí)代的大學(xué)生，應(yīng)該具有與時(shí)俱進(jìn)的思想以及創(chuàng)新的能力。刀架是數(shù)控機(jī)床上的一個(gè)主要零部件，它的電動(dòng)大大減短了工件的加工時(shí)間。
在做設(shè)計(jì)過(guò)程中，不但復(fù)習(xí)了所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)，還學(xué)到了新的知識(shí)，同時(shí)將所學(xué)到的知識(shí)充分的運(yùn)用起來(lái)，做到了學(xué)以致用，還學(xué)會(huì)了查資料，除此之外，我還懂得了團(tuán)結(jié)合作的重要性，知道了集體的力量！設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到各種各樣的困難是難免的，解決這些困慢的過(guò)程實(shí)際痛苦有快樂(lè)的。當(dāng)最初的困惑和問(wèn)題都倒在自己腳下時(shí)，心中感到無(wú)比的快樂(lè)。
當(dāng)然在此過(guò)程中也有許多不足之處，例如;只是得不全面，所學(xué)的還沒(méi)有全部掌握，思維的狹隘等，讓我在畢業(yè)前上了生動(dòng)形象的一課。
同時(shí)，做設(shè)計(jì)也是磨練決心與毅力的過(guò)程，而面對(duì)冗長(zhǎng)的數(shù)據(jù)，打印長(zhǎng)篇的論文，我也想過(guò)放棄，但想到他的意義我就堅(jiān)持下來(lái)。做完了后，有一種豁然開(kāi)朗的感覺(jué)，內(nèi)心激動(dòng)無(wú)比，經(jīng)過(guò)了這次設(shè)計(jì)之后，我有信心，我也堅(jiān)信只要努力、堅(jiān)持，我們就不能走好人生的每一步。
致 謝
大學(xué)四年的時(shí)間轉(zhuǎn)眼間就接近了尾聲，在這最后的接近三個(gè)月的時(shí)間里進(jìn)行的畢業(yè)設(shè)計(jì)是我對(duì)四年來(lái)所學(xué)的知識(shí)有了一個(gè)全面的總結(jié)，對(duì)今后的工作有了一個(gè)初步得了解。
在本次設(shè)計(jì)過(guò)程中每當(dāng)我遇到問(wèn)題時(shí)，不論何時(shí)找到老師，他總耐心的給出詳盡的解答，是我深刻的體會(huì)到了閆老師治學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)和知識(shí)的淵博。閆老師這種敏銳的學(xué)術(shù)思想和嚴(yán)格的要求是我收獲頗多，在此我衷心的祝愿閆老師事業(yè)蒸蒸日上，家庭美滿幸福。
同時(shí)作為設(shè)計(jì)組的一員，我得到了同組同學(xué)的大力幫助，沒(méi)有我們之間的交流和鼓勵(lì)，畢業(yè)設(shè)計(jì)是無(wú)法完成的。期間我感受到了團(tuán)隊(duì)合作精神的偉大，這將作為我一生的財(cái)富運(yùn)用到今后的工作學(xué)習(xí)中去！
設(shè)計(jì)的過(guò)程就是將四年的知識(shí)串聯(lián)起來(lái)，使我在這期間積累了扎實(shí)的專(zhuān)業(yè)理論基礎(chǔ)知識(shí),同時(shí)也形成了積極的世界觀和人生觀，在此也要感謝學(xué)院為我提供的良好的生活和學(xué)習(xí)環(huán)境。
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