性。刀架是为了提高机床自动化而出现的，因而它的换刀时间应尽可能缩短，以利于提高生产率。目前自动换刀装置的换刀时间在.秒之间不等。而且还在进步缩短。操作方便和安全。刀架是工人经常操作的机床部件之，因此它的操作是否方便和安全，往往是评价刀架设计好坏的指标。刀架上应便于工人装刀和调刀，切屑流出方向不能朝向工人，而且操作调整刀架的手柄或手轮要省力，应尽量设置在便于操作的地方。.数控车床刀架总体方案设计与选择刀架的整体方案设计刀架是车床的重要组成部分，用于夹持切削用的刀具，因此其结构直接影响到车床的切削性能和切削效率。根据前部分对机床刀架类型性能及其使用场合的综合比较，并结合现有数控车床的实例，本次设计的数控车床拟采用回转刀架中的六工位六方刀架。该刀架的换刀动作分为刀盘抬起刀盘分度转位和刀盘锁紧三个步骤，其中刀盘抬起和刀盘锁紧定位由液压来实现，而刀盘的分度转位于伺服电机驱动。车床刀架的转位机构方案设计般来说，机床刀架的转位机构主要有以下几种，液压或气动驱动的活塞齿条齿轮转位机构这种由液动机驱动的转位机构调速范围大缓冲制动容易，转位速度可调，运动平稳，结构尺寸较小，制造容易，因而应用较广泛。而转位角度大小可由活塞杆上的限位档块来调整。也有采用气动的，气动的优点是结构简单，速度可调，但运动不平稳，有冲击，结构尺寸大，驱动力小。故般多用于非金属切削的自动化机械和自动线的转位机构中。，圆柱凸轮步进式转位机构这种转位机构依靠凸轮轮廓强制刀架作转位运动，运动规律完全取决于凸轮轮廓形状。圆柱凸轮是在圆周面上加工出条两端有头的凸起轮廓，从动回转盘相当于刀架体端面有多个柱销，销子数量与工位数相等。当圆柱凸轮按固定的旋转方向运动时，有的柱销会进入凸轮轮廓的曲线段，使凸轮开始驱动回转盘转位，与此同时有的圆柱销会与凸轮轮廓脱离，当柱销接触的凸轮轮廓由曲线段过渡到直线段时，即使凸轮继续旋转，回转盘也不会转动，即完成了次刀盘分度转位动作。如此反复下去，就能实现多次的刀架换刀操作。由于凸轮是个两端开口的非闭合曲线轮廓，所以当凸轮正反转进均可带动刀盘正反两个方向的旋转。这种转位机构转位速度高精度较低，运动特性可以自由设计选取但制造较困难成本较高结构尺寸较大。这种转位机构可以通过控制系统中的逻辑电路或程序来自动选择回转方向，以缩短转位辅助时间。，伺服电机驱动的刀架转位随着现代技术的发展，可以采用直流或交流伺服电机驱动蜗杆蜗轮消除间隙实现刀架转位，转位的速度和角位移均可通过半闭环反馈进行精确控制加以实现，因而这种转位机构转位速度可以进行精确控制精度高，结构简单实现容易。所以在现代数控机床中被广泛采用。结合上述三种转位机构的转位机理和特点，并结合实际情况，本次设计的数控车床决定采用第三种转位机构伺服电机驱动的刀架转位。刀架定位机构方案设计目前在刀架的定位机构中多采用锥销定位和端面齿盘定位。由于圆柱销和斜面销定位时容易出现间隙，圆锥销定位精度较高，它进入定位孔时般靠弹簧力或液压力气动力，圆锥销磨损后仍可以消除间隙，以获得较高的定位精度。端齿盘定位由两个齿形相同的端面齿盘相啮合而成，由于齿合时各个齿的误差相互抵偿，起着误差均化的作用，定位精度高。端齿盘定位的特点定位精度高由于端齿盘定位齿数多，且沿圆周均布，向心多齿结构，经过研齿的齿盘其分度精度般可达左右，最高可过以上，对齿盘啮合时具有自动定心作用。所以中心轴的回转精度间隙及磨损对定心精度几乎没有影响，对中心轴的精度要求低，装置容易。重复定位精度好由于多齿啮合相当于上下齿盘的反复磨合对研，越磨合精度越高，重复定位精度也越好。定位刚性好，承载能力大，两齿盘多齿啮合。由于齿盘齿部强度高，并且般齿数啮合率不少于，齿面啮合长度不少于，故定位刚性好，承载能力大。考虑到端面齿盘具有以上的各种优点，因而本次设计的刀架采用端面齿盘定位。.车床刀架的工作原理回转刀架的结构图刀架的松开和夹紧以及刀盘的分度转位分别由液压系统和直流伺服电机来实现。为安装刀具的刀盘，它与轴固定连接，当刀架主轴带动刀盘旋转时，其上的端齿盘和固定在刀盘上的端齿盘脱开，旋转指定刀位后，刀盘的定位由端齿盘的啮合来完成。活塞支承在对推力球轴承上，它们可以通过推力球轴承带动刀架主轴来移动。当车床数控系统发出换刀指令后，刀架上的液压缸右腔通入压力油，活塞及轴在压力油推动下向左移动，通过刀架主轴使端齿盘和脱开啮合，实现刀盘抬起动作。随后伺服电机启动，带动蜗杆和蜗轮转动，经刀架主轴带动刀架的刀盘旋转，实现刀架换刀动作，转位的速度和角位移均通过半闭环反馈系统进行精确控制。当刀盘旋转到指定的刀位后，数控系统发出信号，指令伺服电机停转，这时，压力油进入液压缸的左腔，推动活塞和刀架主轴向右移动，使端齿盘和重新啮合，实现刀盘锁动作。刀盘被定位夹紧并向数控系统发出信号，于是刀架的转位换刀循环完成。在车床自动工作状态下，当指定换刀的刀号后，数控系统可以通过内部的运算判断，实行刀盘就近转位换刀，即刀盘既可正转也可以反转。但当手动操作车床时，从刀盘方向观察，只充许刀盘顺时针转动换刀。.刀架的设计计算驱动刀架的伺服电机的选择计算刀架驱动电动机的选择应同时满足刀架运转的负载扭矩和起动时的加速扭矩的要求。刀架负载扭矩的计算回转刀架负载扭矩估算方法如下由于这种刀架的负载扭矩主要用来克服刀具质量的不平衡，估算按如下的情况进行用平均重力的刀具插满刀盘的半个圆，根据工艺要求所需的各种刀具，确定每个刀具的包括刀柄平均重力，而其重心则设定为离刀架回转中心半径处。由以上的方法可知，由于该数控车床采用的是电和液换位的工位六方自动回转刀架，因而插满刀盘的半个圆需要把刀具。设工艺要求所需的每个刀具的平均重力.刀盘的回转中心直径。则有刀架加速扭矩的估算式中刀架换刀时的电动机转速加速时间,通常取电动机转子惯量,可查样本负载惯量折算到电动机轴上的惯量.负载惯量折算到电动机轴上的惯量的估算式中各旋转件的转动惯量各旋转件的角速度各直线运动件的质量各直线运动件的速度伺服电机的角速度.各旋转件的转动惯量的估算由刀架的结构简图可知,刀架在完成换刀动作时,伺服电机带动其旋转的部件共个,它们分别是蜗轮蜗杆副,刀架主轴和刀盘。因而只需估算这三者的传动惯量即可。刀盘转动惯量的计算刀盘采用烟台环球公司生产的系列数控转塔刀架的配套产品，其主要尺寸如下刀盘外径盘也刀架主轴相连的孔径刀盘宽。则刀盘的转动惯量.刀架主轴转动惯量的计算刀架主轴的转动惯量按如下的方法估算刀架主轴的最大直径最小直径刀架主轴长度取。则刀架主轴的转动惯量.蜗轮蜗杆转动惯量的计算蜗轮蜗杆的转动惯量的估算方法如下设蜗轮的分度圆直径其与刀架主轴相连的孔径蜗轮齿宽.则蜗轮的转动惯量.设蜗杆的分度圆直径蜗杆长.则蜗杆的转动惯量.连轴器转动惯量的计算由于连轴器已标准化，查表取连轴器的转动惯量对各旋转件的角速度作如下设定伺服电机的角速度蜗杆的角速度蜗轮的角速度刀架主轴的角速刀盘转位时的角速度。则将以上计算所得的数据代入下式得负载惯量折算到电动机轴上的惯量.取刀架换刀时伺服电机的转速伺服电动机转子转动惯量。则刀架加速扭矩.驱动电动机输出扭矩的估算驱动电动机的输出扭矩应同时满足刀架负载扭矩和加速扭矩之和，将以上计算的刀架负载扭矩和加速扭矩换为驱动电动机轴上的输出扭矩的公式为式中传动效率取.。则有考虑到实际情况比计算时所设定条件复杂，电动机额定转矩应为的倍。所以取经查阅西门子电机手册，选项用西门子交流伺服电动机。该电机的额定转速为，额定输出转矩为，额定功率为.。蜗轮蜗杆的设计计算.各参数的取定本刀架的转位机构是采用直流伺服电机驱动蜗杆蜗轮消除间隙实现刀架的转位，其中蜗轮蜗杆副的传动比取，伺服电机的转速取刀架的转位速度设计为，由于刀盘为工位刀盘，则该刀架换次刀的最大耗时不到。.蜗轮蜗杆副的设计计算设计的普通圆柱蜗杆传动的功率为，蜗杆的转速为，传动比为，传动反向，工作载荷稳定，但有不大的冲击，要求设计寿命为。对蜗轮蜗杆的设计计算如下.选择蜗杆传动类型根据的推荐，采用渐开线蜗杆。.选择材料根据库存材料的情况，并考虑到蜗杆传递的功率不大，速度只是中等，故蜗杆用钢因希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为。蜗轮用铸锡磷青铜，金属模铸造。为了节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁制造。.按齿面接触疲劳强度进行设计根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。确定作用在蜗轮上的转矩按，估取效率，则确定载荷系数因为工作载荷稳定，故取载荷分布不均系数为由西北工业大学机械原理及机械零件教研室编著的机械设计教材表选取使用系数由于转速不高，冲击不大，可取动载系数则确定弹性影响系数因选用的是铸锡青铜轮和钢蜗杆相配，故。确定接触系数先假设蜗杆分度圆直径和传动中心距的比值，从图中可查得。确定许用接触应力根据蜗轮材料为铸锡磷青铜，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度，可从表中查得蜗轮的基本许用应力为。应力循环次数寿命系数则计算中心距取中心距，因故从表中取模数为，蜗杆分度圆直径。这时，从图中可查得接触系数，因为，因此以上计算的结果可用。蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸蜗杆轴向齿距直径系数齿顶圆直径齿根圆直径分度圆导程角蜗杆轴向齿厚图.蜗杆的结构图蜗轮蜗轮齿数变位系数验算传动比，这时传动比误差为，是允许的。蜗轮分度圆直径蜗轮喉圆直径蜗轮齿根圆直蜗轮咽喉母圆半径图.蜗轮的结构图校核齿根弯曲疲劳强度当量齿数根据从图中可查得齿形系数。螺旋角系数许用弯曲应力从表中查得由制造的蜗轮的基本许用弯曲应力寿命系数弯曲强度满足要求。精度等级公差和表面粗糙度的确定考虑到所设计的蜗杆传动是动力传动，属于通用机械减速器，从圆柱蜗杆蜗轮精度中选择级精度，侧隙种类为，标注为。然后由有关手册查得要求的公差项目及表面粗糙度，此处从略。刀架主轴的结构设计计算由刀架装配图可知，刀架主轴的支承方式为两端游动支承，其端与刀盘固连，另端与液压缸的活塞间隙配合，同时起到左端支承作用。而轴的中间部位由刀盘至液压缸的方向分别与圆柱滚子轴承和蜗轮相连，圆柱滚子轴承起右支承作用。已知伺服电机的功率为.，电机转速，取经蜗轮蜗杆副传动的效率，蜗轮蜗杆副的传动比。先求出刀架主轴上的传递功率转速和转矩于是初步确定轴的最小直径由式可初步估算设计轴的最小直径。式中为系数，轴的材料不同，则的值会不同为轴传递的功率，单位为为计算截面处轴的直径，单位为为轴的转速，单位为选取轴的材料为钢，调质处理。根据表，取，