数控车床回转刀架结构设计及控制电路设计 - 图文

河南机电高等专科学校毕业设计说明书

4 回转刀架的设计及计算

4.1 夹紧力的计算

数控转塔刀架大多采用端面齿盘副来实现精定位，使刀架具有足够的夹紧刚度是数控转塔刀架设计中的一项重要内容。而夹紧力的计算可由下式计算：

p??qmin?FQ?p2?122MZ?Mr2?|MY|tgaRcp??

式中：

p?刀架夹紧力；Rcp?端齿盘半径

?qmin??接合面最小负荷点中最小允许比压；pz?主切削力；Mx,MY,Mz?切削力在端面齿盘结合处产生的转矩；FQ?结合面在通过二分之一啮合高处平行于YOX坐标平面的投影；FQ?2bhz?tg?;??半齿形角，?b?齿长，Z?齿数，h?平均啮合高度，???2????接触不平均和不连续利?qmin??98N/cm?用系数。一般情况??0.5，?

查阅CA6140车床的参数，把各项代入，计算得

p?5KN

4.2 最大切削扭矩

回转刀架的最大切削扭矩与机床的最大切削力有关，查阅CA6140的技术资料估算最大的切削力为450N·m。此数据参考于烟台机床附件厂AK21110-4M型数控回转刀架。

4.3 单工位换刀时间

单工位换刀时间与刀架的转速，松开速度和夹紧机构的配合有关。 T =t1×t2×t3×t3×t4×t5×t6 其中：t1─ 刀架正转时间； t2─ 升降机构动作时间； t3─ 粗定位动作时间； t4─ 电动机反转时间；

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t5─ 刀架座下降并刹紧完成时间； t6─ 继电器延长时间。

由上式可以了解到单工位换刀时间与各个机构的设计和配合有极其密切的关系。参考烟台机床厂生产的AK21110-4M型机床，初选换刀时间T=2.5＜3s，符合技术要求。

4.4定位精度

回转刀架的重复定位精度关系到零件的加工精度，由此知精度也是关系机床质量的主要技术指标。按照CK6140普通车床的参数，初步确定回转刀架的精度为0.005mm。此数据参考了国内大部分厂家生产的电动刀架参数，在这参数的指导下设计的电动回转刀架在制造技术和结构性能上已经比较完善和成熟，能满足CK6140的各项加工指标。

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5 主传动机构的设计和标准件的选取

5.1 初拟传动方案

参考烟台机床附件厂生产的AK21110---4M电动回旋刀架的刀架转速n=25.5r∕min，电动机的转速为1400r∕min，试确定传动比i≈1400／25.4=55。故选用具有较大传动比的蜗杆传动。

5.2 选择步进电动机

①电动机所需要的功率

TnwKW PＮ=9550

式中T(N·m)--输出转矩，nw(r/min)----电主轴所需要转速。由以上计算初选电动机功率为120～200w.

②确定步进电动机

由p=120～200w可查得列表4.8-16，比较如下列表5-1。

表5-1

型号 齿距角 最大静转矩 最高空载启动运行频率（步相数 电压 V 电流 A 外径 45BF003Ⅱ 3/6 2 3100 1200 3 60 2 45 82 0.38 长度 重量 频率（步/秒） /秒） 70BF001 1.5/3 4 400 1600 5 60 3.5 70 90 1.6 90BF003 1.5/3 20 1500 8000 3 60 5 90 125 4.2 注：该表查阅于李洪主编《式样机车设计手册》，辽宁科学技术出版社。其中，最大静转矩单位：㎏·㎝ 考虑到步进电动机与联轴器的配合及合理安装尺寸，在其满足功率的前提下优

先选择尺寸较小便于安装，拆卸，清理，维护的型号，比较三个型号的功率如下：45BF003Ⅱ,P=120W; 70BF001,P=210W; 90BF003,P=300W.再比较三者的外径和安装尺寸45BF003Ⅱ型号步进电动机明显优越与后者，故综合考虑选择45BF003Ⅱ型号步进电动机比较合适。选择45BF003Ⅱ型号步进电动机后，对照列表4.8--17选取步进电动机配用的驱动电源型号为。

5.3 蜗轮蜗杆的设计

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⑴选择蜗杆传动类型，精度等级:8C—GB10089—88。

由于传动的功率不大，速度也不高，故选用阿基米德蜗杆传动，精度为： ⑵选择材料

考虑到蜗杆传动功率不大。速度中等，故蜗杆用45号钢表面淬火，硬度为45～55HRC，考虑到工作的延续，蜗轮边缘采用铸锡磷青铜，ZcuSn10P1金属模铸造。

⑶初选几何参数

由表8—4—4当中心距a=50，传动比ⅰ=51时， Z１=1 Z2= Z１×i=51 ⑷确定许用应力［?H］

由表8—4—9知当蜗轮材料为铸青铜时，

［?H］=［?bsH］·Z·ZN;

由表查得

［?bH］=220Mpa;

由表8—4—9查得滑动速度 vs=7075m/s;

采用浸油润滑，由图8—4—2查得 Zs=0.87;

根据表8—4—4，N=60n2t设计工作寿命t=1200小时，求得

1400 N=N=60n2t=60×51×1200=1.97×107

根据N=1.97×107，由图查得ZN=0.81，许用应力为

［?H］=［?b］·ZsH·ZN=220×0.87×0.81=155 Mpa

⑸计算蜗轮输出转矩T2 估算传动效率

??（100－3.5i）×10000=（100－3.551）10000=7500 16