六工位卧式自动回转刀架机电系统设计及仿真摘要：本文通过对六工位卧式自动回转刀架的机电系统设计及仿真，清晰的展示了六工位卧式自动回转刀架的工作原理。在设计过程中主要对刀架的总体结构、主要传动部件和电气控制部分进行了设计计算。其中刀架的总体结构设计部分包括减速传动机构的设计、刀架抬起机构的设计、上刀体锁紧与精定位机构的设计。主要部件的设计计算有蜗轮蜗杆的设计、螺杆的设计和端齿盘的设计。电气控制部分包含了硬件电路和控制软件的设计。设计计算完成后，本文还通过Pro/E软件进行了建模与仿真，详细绘制六工位自动回转刀架的零件图，并且进行了装配，最后完成了机构仿真。通过仿真，大家能够直观的了解刀架的结构特点与运动方式。关键词：六工位，回转刀架，电气控制，仿真Design and Simulation Six-station of Rotary Turret Horizontal Automatic Electromechanical SystemsAbstract：Through designing six-station horizontal automatic mechanical-electrical system and simulation of rotary tool post, the paper clearly shows the six-station horizontal working principle of automatic rotary tool rest. In the design process of tool post the general structure, the main transmission parts and electric control part has been designed and calculated. Head of the general structure design part includes reduction drive mechanism design, the tool post lift mechanism design, blade lock and the design of precision positioning mechanism. Main components of the design and calculation have the design of the worm and worm wheel and the end of the screw tooth plate design. Electrical control part includes the design of the hardware circuit and control software. After completing the design and calculation, the paper also does modeling, simulation and a detailed map six-station automatic rotary tool rest parts, meanwhile,it has carried on the assembly, and finally completed the mechanism simulation through the Pro/E software .Through the simulation, we can intuitively understand the structure characteristics of the tool rest and exercise.Keyword： Six-station, rotary tool rest, electrical control, simulation目 录1 前 言11.1 国内外研究现状11.2 存在的问题21.3 解决的方法32 方案设计42.1 自动刀架的基本要求和类型42.1.1自动刀架的基本要求42.1.2自动刀架的类型42.2 方案的拟定和确定53 总体结构设计73.1 减速传动机构方案设计73.2 刀架抬起机构设计83.3 上刀体锁紧与精定位机构设计94 主要部件的设计计算114.1 减速传动机构的设计计算114.1.1蜗杆的选型114.1.2蜗杆副的材料选择114.1.3按齿面接触疲劳强度进行设计114.1.4蜗杆和蜗轮的主要参数与几何尺寸154.1.5校核蜗轮齿根弯曲疲劳强度164.2 螺杆的设计计算174.2.1螺距的确定174.2.2其他参数的确定174.2.3自锁性能校核174.3 端齿盘设计184.3.1 端齿盘的特点184.3.2 端齿盘主要参数的设计计算195 电气控制部分设计235.1 控制系统的选择235.2 控制方式的选择245.3 硬件电路设计245.3.1收信电路设计245.3.2发信电路设计265.4 控制软件设计286 Pro/E的建模与仿真316.1 Pro/E的简介316.1.1 Pro/E的特点和优势316.1.2 Pro/E界面介绍326.2 Pro/E的建模346.2.1 六工位自动回转刀架的一些零件图346.2.2 Pro/E的一些基本操作方法及典型零件的建模376.3 六工位自动回转刀架的Pro/E装配376.3.1 装配过程386.3.2 Pro/E装配中各连接方式的含义386.3.3 电动机的定义396.3.4 装配结果40结 论41参考文献42致 谢4343太原工业学院毕业设计1 前言电动刀架是数控车床重要的传统结构，应用了自动控制、微电子、传感测量等方面的最新成就，是典型的机电一体化产品。合理地选配电动刀架，并正确实施控制，能够有效地提高劳动生产率，缩短生产准备时间，消除人为误差，提高加工精度与加工精度的一致性等等。另外，加工工艺适应性和连续稳定的工作能力也明显提高；尤其是在加工几何形状较复杂的零件时，除了控制系统能提供相应的控制算祛对执行机构(如步进电机等)发出相应的控制指令补，很重要的一点是数控车床需配备易于控制的电动刀架，以便一次装夹所需各种刀具，灵活、方便地完成各种几何形状的加工。因此它的发展和运用，改变了制造业的生产方式、产业结构、管理方式，为普通机床演变为数控机床创造了条件，使世界制造业的格局发生了巨大的变化。数控水平的高低已经成为衡量一个国家制造业水平高低的标志，实现生产过程的数控化，已经成为当今制造业的发展方向。当前，数控车床的发展很快，特别是适合中国国情的经济型简易数控车床的迅猛发展，与之相适应的电动刀架的研究与生产也日趋活跃。1.1 国内外研究现状数控机床是先进制造业的基础机械，是最典型的多品种、小批量、高技术含量的机电一体化产品。目前世界数控机床年产量超过25万台，品种超过1500种。由于国产数控机床不能满足市场的需求，使我国机床的进口额呈逐年上升态势。目前我国数控机床技术发展的现状是：(1)产品成熟度差，可靠性不高(2)产品品种少，不能满足市场需求(3)创新能力低，市场竞争力不强(4)数控机床行业的专业化零配件及部件的协作生产配套体系不健全，大多数企业都是“大而全、小而全”的结构模式。近期我国在数控机床的发展方面，主要采取跟踪高级型、发展普及型、扩大经济型，以普及型为主的策略，重点发展。目前我国机床主机厂刀架资源有以下五个来源：(1)主机厂自制；(2)来自意大利和德国； (3)来自烟台环球机床附件集团有限公司；(4)来自江苏常州地区若干企业；(5)来自台湾地区。据专家分析预测：(1)数控机床推广应用逐步由经济型为主向普及型为主转变。到2005年我国机床的数控化率为9.5%-10.36%，到2010年将达到16.5%-19.27%。在2001-2010年，经济型所占比重继续减少，普及型所占比重继续增长，高级型的需求缓慢增长。(2)出口前景良好。1998年及前几年我国机床工具的出口额徘徊在5亿美元左右，2000年上升到7.85亿美元，随着东南亚经济复苏和我国出口多极化市场的形成和巩固，以及我国加入WTO，今后几年我国机床出口将实现平稳、持续增长。预计到2010年出口创汇可达到13亿美元。本系统利用单片机的特性，在刀架与CNC（数控系统）之间架起一座桥梁，以提高刀架的运行性能。而单片机指令丰富,运行速度高,软件组态灵活,可以方便地实现多模式控制,为实现高性能系统提供了技术保证。1.2 存在的问题目前数控刀架控制存在的问题是：(1)控制粗，自诊断功能弱，故障率高，排除故障时间长。目前刀架的控制都是由CNC的内置PLC或固化I/O控制来完成。这种控制的优点是实现方便，但对刀架的控制不够精确。由于刀架的品种繁多，结构各异，使得机床厂家的技术人员或CNC的程序开发人员对刀架的控制很难把握得非常准确。由于刀架的控制粗陋， CNC的接口资源的限制，致使刀架的故障率高，故障提示简单，使技术人员对刀架的故障不能进一步细分，无形中增加了故障率和故障的排除时间。(2)无锁紧状态、智能识别功能。 目前，市场占有率最高的电动单向转刀架其锁紧控制采用延时方式，这种控制 的特点是简单、可靠，但对刀架的使用寿命有害。由于使用统一的延时时间进行刀架的锁紧控制，这就使得许多刀架锁不紧或锁得太紧，进而造成零件加工精度丧失、下次换刀失败。(3)控制通用性差。由于刀架的控制时序不同，刀架所安装的发讯装置各异，因此不同的刀架要使用不同的控制程序和控制接口电路，给刀架的使用带来不便。(4)影响中高档刀架的推广使用。数控刀架是数控车床上的最复杂的机电一体化功能部件之一，其控制程序复杂（尤其对双向转刀架）。数控机床厂的技术开发人员，需花费相当多的时间及精力，在有足够经验积累的基础上，才能编制出功能完善的刀架控制程序。这极大地影响了机床厂家的新产品开发进度。特别对于现在发展迅猛、数量众多的民营、私营机床企业，其技术力量薄弱，许多企业不具备刀架控制程序的开发能力，这就限制了中高档刀架的推广和使用。另一方面，目前国内企业使用最普及的经济型CNC只能控制电动单向转刀架，这就限制了双向转刀架的推广和使用。1.3 解决的方法首先按刀架的不同控制方式进行分类，将各种刀架的控制程序都集成在单片机上，通过刀架选择开关确定对不同刀架的控制。其次根据刀架发讯装置的不同，设计专用的接口电路。经过这样设计的刀架控制系统可以控制电动单向转、电动双向转、液压等各类型刀架且可兼容四工位、六工位、八工位、十二工位等多种规格刀架，实现刀架控制的通用性，本设计主要就六工位的刀架进行了计算分析。其次独立的刀架控制系统可与CNC连接，一方面可以大大简化CNC侧刀架控制程序的编制工作，另一方面可以实现经济型数控系统对双向转刀架的控制。该刀架控制系统也可以脱离CNC单独使用，其内装的刀架自检测程序可控制刀架运行，在刀架发生故障时用以判断故障在刀架侧或在CNC侧。根据各种刀架的控制过程，将刀架运行过程中可能出现的各种故障，制作出自诊断表，分配故障代码，给出故障报警，方便用户维修。本设计主要针对中低档经济型数控机床设计的自动回转刀架，用单片机作为其控制系统的CPU，具有位处理能力,强调控制和事务处理功能，价格低廉，控制