摘 要数控刀架是数控机床中的重要部分，主要根据零件的加工进行自动换刀，不需要频繁进行人工换刀，可以一次装夹后完成多道工序的加工。CK0630数控车床4工位刀架的设计，可以实现手动和自动方式下的自动换刀。机器构造中采取蜗轮蜗杆用作传动结构，采取端面齿盘用作锁紧与定位结构,采取螺杆-螺母副用作抬起结构。控制系统设计中完成了刀架电机正反转的电气线路设计，并采用PLC实现具体的换刀控制。 数控机床上的回转刀架的应用可以减少对人力的使用，提高生产效率，更重要的是它可以减少人为加工误差,这样可以大大的提高精度，因此它是现在数控车床中不可缺少的一部分。
目 录
第一章 绪论 1
1.1刀架总述 1
1.2国内外刀架研究现状 1
1.3本课题的研究内容 1
第二章 总体结构设计 2
2.1自动回转刀架的工作原理 2
2.2减速传动机构的选择 3
2.3上刀体锁紧与精定位机构的设计 3
2.4刀架抬起机构的设计 3
第三章 主要传动部件的设计 4
3.1电动机的选择 4
3.2联轴器的选择 4
3.3蜗杆副的设计计算 4
3.4蜗轮轴与蜗杆轴的设计计算 8
3.5轴承的选择与校核 13
3.6键的选择与校核 15
3.7螺杆的设计计算 16
第四章 精定位机构端面齿盘的设计 18
4.1齿盘的材料选择和精度等级 18
4.2原理与特点 18
4.3确定齿盘参数 18
4.4校核齿根弯曲疲劳强度 19
第五章 刀架的电气设计 20
5.1 刀架的电气控制 20
5.2 回转刀架PLC控制 21
结束语 24
致谢 25
参考文献 26
附录1 27
第一章 绪论
1.1刀架总述
数控机床由于加工速度高、效率高以及精度高被许多企业所利用，数控机床可以加工复杂精度高的零件。很多数控机床都安装有回转刀架进行自动换刀，可 *景先生毕设|www.jxszl.com +Q: *351916072* 
以减少人工作业和换刀的时间，也可以减少加工带来误差。由于换刀数不同，它可以安装4把刀（也称四工位）和6把刀（也称六工位），当然还有更多工位。根据刀架的安装方式的分类，可以分为立式回转刀架和卧式回转刀架。
由于自动回转刀架要承受刀具的切削反力作用，因此刀架需要具有一定的强度和刚度，防止它变形，而且也要满足刀架回转角度的准确性。并且刀架回转到位需要具有自锁性，防止在加工过程中发生跑位。
1.2国内外刀架研究现状
自动换刀系统具有十分悠久的历史。从1956年开始，在日本富士通公司首先成功的研究出了数控转塔式冲床，同时，在美国IBM公司，它成功的研究出APT，之后它就开始慢慢的发展。然后再1967年的时候研究出了柔性制造系统，到1978年以后，它才开始加快了发展的步伐，使机床功能逐渐增加，实现了多工序的同时加工。1983年才开始有了自动换刀系统的模式的出现。
1.3本课题的研究内容
原始依据：1）床身上最大工件回转直径300mm，最大工件长度500mm
2）刀架工位数：4
3）换刀时间：<2秒
4）刀杆尺寸：16×16mm
工作要求：1）根据设计任务确定四工位刀架总体设计方案；
2）完成数控车床四工位刀架机械结构的设计；
3）完成数控车床四工位刀架电气控制系统的设计；
4）完成数控车床四工位刀架PLC程序的设计；
5）完成毕业设计论文。
第二章 总体结构设计
2.1自动回转刀架的工作原理

图21 刀架回转换刀过程
图21表示的是回转刀架换刀的过程。其中控制系统首先发出信号传给三相异步电动机，三项异步电动机正转，通过联轴器带动蜗杆正转，从而带动上刀体4向上抬起。同时，蜗轮蜗杆带动螺杆转动，从而带动图中的上盖圆盘1正转，一开始的时候，反靠销6与反靠圆盘7的槽重合。当开始运动的时候，上刀体4慢慢往上运动，上盖圆盘1正转，当上盖圆盘1转过大约160°的时候，上盖圆盘1的那个槽正好移动到圆柱销2的正上方，此时通过图中弹簧3的作用，弹簧力把圆柱销2压到上盖圆盘1的那个槽里面。之后上盖圆盘1继续正向转动，由于槽的紧固，带动圆柱销2移动，从而使得上刀体4也转动起来。当上刀体4正向转动的时候，圆柱销2下方的反靠销6会从反靠圆盘7中带出来，但此时，上刀体4继续正向转动。当转动到规定的刀位的时候，发信盘会通过霍尔元件对电动机发送信号，电动机开始反向转动，通过联轴器带动蜗杆反转，通过螺杆带动上盖圆盘1开始反转。由于圆柱销2在上盖圆盘1的槽内，因此一起运动，并且带动上刀体4开始反转，下方的反靠销6慢慢的进入到反靠圆盘7的槽里面，这就是整个粗定位的过程。但过程还在继续，反靠销6进入到反靠圆盘7的槽里面后，阻挡着反靠销6继续运动，反靠销6停止运动，从而使上刀体4也停止转动。上刀体4停止运动，但上盖圆盘1还在继续反向转动，于是它将圆柱销2往下压至上刀体4的销空内，压着上刀体往下运动，使上、下刀体的端面齿逐渐啮合，这就是精定位的过程。最后，到达一开始设定的时间的要求后，电动机停止转动，结束换刀，这就是回转刀架的换刀过程。
2.2减速传动机构的选择
电动机可以选择三相异步电动机，因为数控车床本身的转速比较高，直接带动的话会损坏刀架，所以我们要通过减速装置来带动刀架转动。由于齿轮传动带动两个平行轴间的传动，而我们要实现两个交叉轴间的传动，因此选用蜗轮蜗杆减速机构。而且蜗轮蜗杆装置具有反向自锁功能，可以有较大的减速比，保证了换刀后位置的准确。
2.3上刀体锁紧与精定位机构的设计
由于刀具是直接安装在四工位刀架的上刀体上，为了能实现指定角度的强力切削，使它的精度符合加工要求，在本次设计中，我选用端面齿盘来设计它的上刀体锁紧与精定位机构。当它处于停止状态的时候，上下刀体的端面齿重合，上刀体也不能转动；当它处于运动状态，电动机带动蜗杆使上刀体抬起，脱离了下刀体端面齿后，上刀体开始转动。

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