目录
数控车床四工位电动刀架设计
1.2 刀架的设计准则
1.3主要技术参数
2.1刀架的工作原理
2.2 步进电机的选用
2.3 蜗杆及蜗轮的选用与校核
2.3.1 选择传动的类型
2.3.2 选择材料和确定许用应力
2.3.3按接触强度确定主要参数
2.4 蜗杆轴的设计
2.4.1 蜗杆轴的材料选择，确定许用应力
2.4.2 按扭转强度初步估算轴的最小直径
2.4.3 确定各轴段的直径和长度
2.4.4蜗杆轴的校核
求垂直方向的支承反力
2.4.5 键的选取与校核
2.5 蜗轮轴的设计
2.5.1 蜗轮轴材料的选择，确定需用应力
2.5.2 按扭转强度，初步估计轴的最小直径
查文献[9]表15—1，取45号调质刚的许用弯曲应力，则
由于轴的平均直径为34mm，因此该轴安全。
2.5.3 确定各轴段的直径和长度
根据各个零件在轴上的定位和装拆方案确定轴的形状及直径和长度
d1即蜗轮轮芯为68mm
d2为蜗轮轴轴径最小部分取34mm
d3轴段与上刀架体有螺纹联接，牙形选梯形螺纹，根据文献表8-45
取公称直径为d3=44mm，螺距P=12mm，H=6.5mm
查表8-46得，外螺纹小径为31mm
内、外螺纹中径为38mm
内螺纹大径为45mm
内螺纹小径为32mm
旋合长度取55mm
L2尺寸长度为34mm，蜗轮齿宽b2 当z1≤3时，b2≤0.75da1=15.6mm
取b2=15mm
2.6 中心轴的设计
2.6.1 中轴的材料选择,确定许用应力
考虑到轴主要起定位作用，只承受部分弯矩，为空心轴，因此只需校核轴的刚度即可。
选用45号钢，正火处理，， ［ðь］-1=55MPa
2.6.2 确定各轴段的直径和长度
根据各个零件在轴上的定位和装拆方案确定轴的形状及直径和长度
d1=15mm,
d2与轴承配合，轴承类型为推力球轴承，型号为51203，d=17mm,d1=19,T=12mm,D=35mm
所以d2=17mm
d3与轴承配合，轴承类型为推力球轴承，型号为51204，
d=25mm,d1=27mm,T=15mm,D=47mm
分配各轴段的长度L1=80mm,L2=93mm,L3=20mm
2.6.3 轴的校核
轴横截面的惯性矩
车床切削力F=2KN,E=210GPa
＜［］
y＜［y］
中心轴满足刚度条件
2.7 齿盘的设计
2.7.1 齿盘的材料选择和精度等级
上下齿盘均选用45号钢，淬火，180HBS
初选7级精度等级
2.7.2 确定齿盘参数
考虑齿盘主要用于精确定位和夹紧，齿形选用三角齿形，上下齿盘由于需相互啮合，参数可相同
当蜗轮轴旋转150°时，上刀架上升5mm，齿盘的齿高取4mm
由
标准值ha*=1.0, c*=0.25
求出m=1.78mm,取标准值m=2mm
故齿盘齿全高h=（2ha*+c*）m=(2×1+0.25)×2=4.5mm
取齿盘内圆直径d为120mm，
外圆直径为140mm
齿顶高 ha=ha*m=1×2=2m
齿根高 hf=(ha*+c*)m=2.5mm
齿数z=38
齿宽b=10mm
齿厚
齿盘高为5mm
2.7.3 按接触疲劳强度进行计算
⑴确定有关计算参数和许用应力
⑷由表9-10查得材料的弹性影响系数Ze=189.8，
取ａ=20°，故ZH=2.5
⑸查图9-34取бHlim1=380
取бHlim2=380
⑹Lh=60×24×1×(8×300×15)
N2=5.18×107
⑺由图9-35查得接触疲劳寿命系数ZN1=1.1 ，ZN2=1.1
⑻计算接触疲劳需用应力
取安全系数SH=1，由式（9-44）得
(2-36)
按齿根抗弯强度设计
由式（9-46）得抗弯强度的设计公式为
⑶查图取
(2-39)
故满足弯曲疲劳强度要求
2.8 轴承的选用
滚动轴承是现代机器中广泛应用的部件之一。它是依靠主要元件的滚动接触来支撑转动零件的。与滑动轴承相比，滚动轴承摩擦力小，功率消耗少，启动容易等优点。并且常用的滚动轴承绝大多数已经标准化，因此使用滚动轴承时，只要根据具体工作条件正确选择轴承的类型和尺寸。验算轴承的承载能力。以及与轴承的安装、调整、润滑、密封等有关的“轴承装置设计”问题。
2.8.1 轴承的类型
2.8.2 轴承的游隙及轴上零件的调配
2.8.3 滚动轴承的配合
滚动轴承是标准件，为使轴承便于互换和大量生产，轴承内孔于轴的配合采用基孔制，即以轴承内孔的尺寸为基准；轴承外径与外壳的配合采用基轴制，即以轴承的外径尺寸为基准
2.8.4 滚动轴承的润滑
考虑到电动刀架工作时转速很高，并且是不间断工作，温度也很高。故采用油润滑，转速越高，应采用粘度越低的润滑油；载荷越大，应选用粘度越高的。
2.8.5 滚动轴承的密封装置
第3章 刀架体设计
第4章 结论
参考文献
数控车床四工位电动刀架设计
摘要：数控车床今后将向中高当发展，中档采用普及型数控刀架配套，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，预计近年来对数控刀架需求量将大大增加。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。根据加工对象不同，有四方刀架、六角刀架和八（或更多）工位的圆盘式轴向装刀刀架等多种形式。回转刀架上分别安装四把、六把或更多刀具，并按数控装置的指令换刀。本部分主要对四工位立式电动刀架的机械设计和应用继电-接触控制系统控制部分的设计。并对以上部分运用CAD做图，对电动刀架有更直观的了解。最后的提出了对电动刀架提出了意见和措施。
关键词：数控刀架 ， 电动刀架 ， 四工位
Abstract: numerical control lathe, will in future development, the middle-grade high when to by supporting, high-grade nc cutter revised by both cutting, dynamic type hydraulic cutter, servo cutter, vertical cutter etc varieties, expected in recent years on the nc cutter demand will increase greatly. Nc cutter is the development trend of the development of numerical control lathe, along with, nc cutter began to change cutters quickly and electrohydraulic servo driver combined driving and direction. According to different targets, have four processing cutting, hexagonal cutter and eight (or more) can dise-type axial outfit knife knife, and other forms. Turn the tool carrier separately installs four, six or more tools, and press CNC equipment instructions change knife. This part of 4 Labour vertical electric mainly the mechanical design and application of cutting the relay - contact control system of control part of the design. And the above part of CAD do diagram, a more intuitive electric knife understanding. The final proposed to the electric cutter puts forward opinions and measures.
Keywords: nc cutter, electric cutter, four locations
引 言
数控机床是集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化产品。是机械制造设备中具有高精度、高效率、高自动化和高柔性化等优点的工作母机。数控机床的技术水平高低及其在金属切削加工机床产量和总拥有量的百分比是衡量一个国家国民经济发展和工业制造整体水平的重要标志之一。数控车床是数控机床的主要品种之一，它在数控机床中占有非常重要的位置，几十年来一直受到世界各国的普遍重视并得到了迅速的发展。 我国数控车床从20世纪70年代初进入市场，至今通过各大机床厂家的不懈努力，通过采取与国外著名机床厂家的合作、合资、技术引进、样机消化吸收等措施，使得我国的机床制造水平有了很大的提高，其产量在金属切削机床中占有较大的比例。目前，国产数控车床的品种、规格较为齐全，质量基本稳定可靠，已进入实用和全面发展阶段。
尽管近几年我国机床工具行业已经取得了很大进步，但在当前国内外机床市场竞争极其激烈的形势下，我国的机床工具行业则显得竞争力不强，主要表现在我国是机床消费大国还不是机床强国、机床拥有量大但水平低、产品构成依然落后、产品创新能力差、机床可靠性还有待提高等方面。
数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对国计民生的一些重要行业(IT、汽车、轻工、医疗等)的发展起着越来越重要的作用。
1.2 刀架的设计准则
我们的设计过程中，本着以下几条设计准则
1） 创造性的利用所需要的物理性能和控制不
2）
2） 需要的物理性能
3） 判别功能载荷及其意义
4） 预测意外载荷
5） 创造有利的载荷条件
6） 提高合理的应力分布和刚度而
7） 重量达到最轻
8） 应用基本公式求相称尺寸和最佳尺寸
9） 根据性能组合选择材料
10）在储备零件与整体零件之间精心的进行选择
11）进行功能设计以适应制造工艺和降低成本的要求
1.3主要技术参数
（1）最大许用力矩（Nm）Mq 100 Mx 200 Ms 100
（2）重复定位精度：（mm）<0.005
（3）电机功率(w) 20
（4）电机转速（rpm）125
数控车床四工位电动刀架设计
2.1刀架的工作原理
电动刀架的工作原理为机械螺母升降转位式。工作过程可分为刀架抬起、刀架转位、刀架定位并压紧等几个步骤。图2.1为螺旋升降式四方刀架，其工作过程如下：
① 刀架抬起 当数控系统发出换刀指令后, 通过接口电路使电机正转, 经传动装置2、驱动蜗杆蜗轮机构1、蜗轮带动丝杆螺母机构8逆时针旋转 ,此时由于齿盘4、5处于啮合状态，在丝杆螺母机构8转动时，使上刀架体产生向上的轴向力将齿盘松开并抬起,直至两定位齿盘4、5 脱离啮合状态,从而带动上刀架和齿盘产生“上台”动作。
② 刀架转位 当圆套9逆时针转过150°时，齿盘4、5完全脱开，此时销钉准确进入圆套9中的凹槽中，带动刀架体转位。
③ 刀架定位 当上刀架转到需要到位后（旋转90°、180°或270°），数控装置发出的换刀指令使霍尔开关10 中的某一个选通,当磁性板11 与被选通的霍尔开关对齐后,霍尔开关反馈信号使电机反转,插销7在弹簧力作用下进入反靠盘 6地槽中进行粗定位，上刀架体停止转动，电机继续反转，使其在该位置落下，通过螺母丝杆机构8使上刀架移到齿盘4、5 重新啮合, 实现精确定位。
④ 刀架压紧 刀架精确定位后，电机及许反转，夹紧刀架，当两齿盘增加到一定夹紧力时， 电机由数控装置停止反转，防止电机不停反转而过载毁坏，从而完成一次换刀过程。
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