（优秀毕业全套设计）φ460mm的数控车床总体设计及六角回转刀架设计（整套下载）

当数控装置发出换刀指令后，压力油由进入压紧液压缸的下腔，活塞上升，刀架体抬起，使定位活动插销与固定插销脱离。

同时，活塞杆下端的端齿离合器与空套齿轮结合刀架转位。

当刀架抬起之后，压力油从孔转入液压缸左腔，活塞向右移动，通过连接板带动齿条移动，使空套齿轮作逆时针方向转动，通过端齿离合器使刀架转过。

活塞的行程应等于齿轮节圆周长的，并由限位开关控制。

刀架压紧。

刀架转位之后，压力油从孔进入压紧液压缸的上腔，活塞带动刀架体下降。

缸体的底盘上精确地安装六个带斜楔的圆柱固定插销，利用活动插销消除定位销与孔之间的间隙，实现反靠定位。

刀架体下降时，定位活动插销与另个固定插销卡紧，同时缸体与压盘的锥面接触，刀架在新的位置定位并压紧。

这时，端齿离合器与空套齿轮脱开。

转位液压缸复位。

刀架压紧后，压力油从孔进入转位油缸右腔，活塞带动齿条复位，由于此时端齿离合器已脱开，齿条带动齿轮在轴上空转。

如果定位和压紧动作正常，拉杆与相应的接触头接触，发出信号表示换刀过程已结束，可以继续进行切削加工。

回转刀架除了采用液压缸驱动转位和定位销定位外，还可以采用电动机马氏机构转位和鼠盘定位，以及其它转位和定位机构。

.数控车床的六角回转刀架的设计要求回转刀架在结构上必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工时的切削抗力。

由于车削加工精度在很大程度上取决于刀尖位置，对于数控车床来说，加工过程中刀具位置不进行人工调整，因此更有必要选择可靠的定位方案和合理的定位结构，以保证回转刀架在每次转位之后，具有尽可能高的重复定位精度般为。

.数控车床的六角回转刀架的机构设计中的几个主要问题.回转刀架的分度机构分度机构是回转刀架的核心机构之，要特别处理好分度的准确性。

.刀盘机构刀盘是刀具装填机构，也是分度机构直接作用的机构。

刀盘在设计时要注意刀具的大小材料的选择大小和重量。

.定位精度的保证必须选择可靠的定位方案和合理的定位结构，以保证回转刀架在每次转位之后，具有尽可能高的重复定位精度般为。

.定位动作结束的反馈机构回转刀架的动作启动和结束是通过液压系统驱动的，而液压系统由数控系统的控制，因此系统必须获得反馈信号。

.本章小结本章分析了六角回转刀架的设计依据，分析了六角回转刀架的结构及工作原理，提出了设计过程中要注意的几个问题。

第章数控车床的六角回转刀架的机构设计回转刀架，它是数控车床上最常用，也是最简单的种自动换刀装置。

回转刀架使用回转头各刀座来安装或夹持各种不同用途的刀具，通过回转头的旋转分度定位来实现车床的自动换刀动作。

它相对成熟的技术使其具有经济性和实用性，目前，我过大部分中小企业还在使用六角回转刀架，常见于数控车床上的自动换刀装置的应用。

本课题对数控车床的六角回转刀架的机构设计具有现实意义。

.数控车床的六角回转刀架的分度机构结构设计回转刀架的工作原理简单来说，就是利用几何分度，在每个不同的分度上安装不同的刀具，并能根据指令进行转动定位。

因此，分度机构是回转刀架的核心机构。

分度机构结构设计的总思路分度机构主要包括刀架主轴主活塞端齿盘离合器分上下两个端齿盘分度齿条和分度活塞。

因此，结构设计也围绕这五个方面进行。

刀架主轴设计包括主轴的形状尺寸设计材料选择主活塞设计包括其形状尺寸材料选择端齿盘离合器的下端齿盘是不完全标准件，主要是上端齿盘是个特殊结构，要进行特别设计分度齿条结构简单，主要考虑其长度分度活塞主要考虑其与活塞杆连接的结构。

分度机构主要作用是分度，其精度主要由液压系统和数控控制系统决定。

而六角回转刀架的重复定位精度是由刀盘定位系统决定的，故分度机构定位精度没有作为重要设计要求。

设计原则保重分度性能，尽量用常用的材料和常见结构，减低成本。

分度机构的刀架主轴设计刀架主轴的作用主要是为刀盘的分度转动提供转轴和扭矩传动，为刀盘的升高和压紧提供动力传动。

主轴的设计包括其形状尺寸设计材料选择。

.主轴的材料的选择。

考虑到主轴作为刀架所受切削力的受力中心，材料应该选择具有定强度和刚度的材料，同时由于经常转动和抬压刀盘，故要求其具有耐磨性。

查表，考虑到最常用的轴类材料是钢，故选用钢，调质处理。

表.列出了钢的力学性能。

表.表.优质碳素结构钢的力学性能力学性能力学性能力学性能力学性能力学性能由于刀架的分度旋转速度低扭矩小，故刀盘转动时主轴受到的扭矩相对很小当刀架定位完毕，刀具切削工件时，主轴受到切削力，和弯矩的作用，但是主轴外面有很厚的高强度铸钢包裹配合，同时钢调制后具有很好的韧性和强度，力学性能良好，主要受力轴段轴径为，所以不需要校核。

.。

主轴的形状结构主要考虑轴向零件的定位特点。

主轴上的零件主要是主活塞和端齿盘离合器，轴的两端制造螺纹用于顶端连接刀盘和底端轴向固定端齿盘。

结构形状及相关参数如图.所示。

根据现有的回转刀架产品常见主轴轴径，取。

轴环宽度.，为安装主活塞处的轴径。

则由上公式得为了减少主轴的体积，选.。

图.主轴由机械设计手册查到轴肩高，其中为零件所在轴径。

故可得到如轴肩数据.取，由此得轴环轴径。

处的轴段用于放置卡环，顶住主活塞的下端面，卡环的厚度取，取，故得。

为了在主轴下端固定端齿盘，必须有轴肩。

取，则由得，取。

为了轴向固定下端齿盘，主轴底端用螺母固定下端齿盘。

查下页的表.可得公称直径为，标记为。

轴的上端，制作螺纹用于固定连接刀盘的链接件。

查下页的表.，可得公称直径为，标记为。

查机械设计手册，轴径，轴的过度圆角全部取.。

主活塞的设计主活塞仅仅在刀盘的升起和压紧时受到相对较小的轴向力，故可以选用较低强度的廉价材料。

又考虑到必须保证气密性和制作难度应该尽量的降低，以降低成本，选用铸钢。

常见的铸钢的力学性能如下表.所示。

表.螺纹标准表.常见铸钢常温下力学性能表.液压缸内径公称直径由表可选择。

查上表.，获得活塞的公称直径。

活塞厚度取。

主活塞的结构如下图，图.。

图.主活塞结构主活塞中心毂的倒角必须比与之配合的主轴的倒角大，故取。

液压系统必须有良好的密封性，查手册得如下表，表.。

主轴轴径为，查表取毂孔处的两个型密封圈为型圈。

查手册得表.，根据圈外径查得外圆轮廓的圈为型圈。

表.液压密封圈圈参数内径表.液压密封圈型圈参数外径端齿盘离合器的设计端齿盘是分度机构的核心，其关键之处是端齿盘的离合作用及上端齿盘的空套齿轮。

.下端齿盘的设计。

查相关手册得到端齿盘的常用牙型如下表.所示。

由于分度机构的离合器传动时受到的载荷小，低速转动，考虑制造的成本，选择简单而实用矩形牙型端齿盘。

表.端齿盘常见牙型端齿盘的材料选择，如下表.所示。

低载荷低速，考虑常用材料，选用钢。

为了提高耐磨性和强度，进行调制处理。

表.常用端齿盘材料端齿盘的结构几何参数如下表.所示。

表.端齿盘几何参数牙齿外径.，取，则计算得，取。

牙齿内径，代入数据计算得。

又由下表.得到齿数，.，。

表.齿数齿高及几何角度.上端齿盘的设计。

上端齿盘是非标准件，分为上下两部分上部的空套齿轮，下部的端齿盘端齿。

下部分的端齿齿形参数跟下端齿盘参数相同，故这里设计的重点是上部分的空套齿轮的设计。

由于端齿盘离合器低负荷低速运转，故由简化公式计算其参数，入下表.所示。

表.简化公式式中中心距，小齿轮的分度圆直径，端面模数及法面模数，小齿轮的齿数齿宽系数齿数比，复合齿形系数许用接触应力，简化基计算中近似去，为试验的接触疲劳极限应力，许用抗弯强度，简化计算中可以近似取，为齿轮材料的抗弯疲劳强度的基本值，为抗弯强度计算的最小安全因数，可取小齿轮传递的额定转矩，载荷系数，常用值.，当载荷平稳，齿宽系数较小，齿轮对轴承对称布置，轴的刚度较大，齿轮精度高级以上及齿数轮的螺旋角较大时，应取较小值，反之取较大值。

抗弯强度计算公式中的应代入及中的大值。

由于端齿盘离合器工作在低载荷低扭矩条件下，故只需要按照上面的抗弯强度公式算出模数的值，然后根据经验法对照现有产品参数进行适当修正即可。

因为空套齿轮是与齿条啮合，在分度定位的动作过程中，要求齿条的行程至少使空套齿轮转动六分之周，带动刀盘转过六分之的圆周分度，所以齿条的有效啮合长度至少为六分之的空套齿轮的分度圆圆周长。

考虑到齿条的行程直接影响到刀架的体积空间，这里选择最近简单，但相对最稳定的分度方案齿条的行程等于六分之的空套齿轮的分度圆圆周长。

即齿条的最大行程只能使刀盘转位六分之圆周，但是节省了刀架的占位空间，使其适用于常见的小型廉价车床，同时简单的分度方案使得数控系统更加简单稳定。

但是为了简化计算，这里取齿数比的值为是齿宽系数，。

通常，对于直齿轮越大则齿宽越大，齿轮轴向尺寸越大，安全性和成本提高，散热性能降低。

反之亦然。

由于空套齿轮在啮合转动的时候是处于低载荷低速度的条件下，故齿宽不需要很大，但为了使使用简化公式计算出来的参数具有更好的安全性，不妨取的值为算出来的值偏大，可根据实际经验适当修正即可。

根据现场观察现有产品的分度转位的转速，目测转速.线速度.，查机械设计手册单行本齿轮传动，表.，取齿轮的精度等级为级，即。

查机械设计手册单行本齿轮传动，表.，选择钢调质作为上端齿盘的材料。

查机械设计手册单行本齿轮传动表.，得到如下的硬度数据齿轮硬度，齿条硬度。

图.抗弯疲劳强度基本值又由上图.查得齿轮齿条。

故得。

取齿数，则查课本机械设计，表得到齿形系数校正系数所以所以值较大的转矩与扭转转惯量有关。

根据实际现有产品目测，设刀盘为高，直径为的铸钢圆柱体。

查阅材料手册，得铸钢的密度为。

由体积公式得刀盘的体积由质量与密度的关系得刀盘的质量。

由扭转惯量与扭矩的关系得，代入数据计算得。

事实上，刀盘是六角形的，而且内部有很大的减重槽，实质质量比上面估算的质量的十分之还要低。

但考虑到刀盘转动时遇到摩擦力等等阻碍因素，取估算质量的十分之左右的质量进行下步的计算。

此时可取.。

把上面所有相关参数代入简化公式，计算得。

对照的标准值，取，这样保证了齿轮在其主要受力方向上有足够的强度。

由模数与分度圆的关系得，计算得。

由得。