C6143型臥式車床的數(shù)控化改造及四方刀架設計【普通C6143車床的經(jīng)濟型數(shù)控改造及四方刀架設計】,普通C6143車床的經(jīng)濟型數(shù)控改造及四方刀架設計,C6143型臥式車床的數(shù)控化改造及四方刀架設計【普通C6143車床的經(jīng)濟型數(shù)控改造及四方刀架設計】,c6143,臥式,車床,數(shù)控,改造,四方,刀架,設計 設 計 題 目：C6143型臥式車床的數(shù)控化改造 及四方刀架設計 院 （系）： 專 業(yè)： 班 級： 學生姓名： 導師姓名： 職稱： 起止時間： [摘要] 針對現(xiàn)有常規(guī)C6143普遍車床的缺點提出數(shù)控改裝方案和單片機系統(tǒng)設計，提高加工精度和擴大機床使用范圍，并提高生產(chǎn)率。本論文說明了普通車床的數(shù)控化改造的設計過程，較詳盡地介紹了C6143機械改造部分的設計及數(shù)控系統(tǒng)部分的設計。采用以8031為CPU的控制系統(tǒng)對信號進行處理，由I/O接口輸出步進脈沖，經(jīng)一級齒輪傳動減速后，帶動滾動絲杠轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)縱向、橫向的進給運動。 結(jié)合我國實際國情，經(jīng)濟型數(shù)控車床是我國從普通車床向數(shù)控車床發(fā)展的及其重要的臺階。利用現(xiàn)有的普通車床，對其進行數(shù)控化改造是一條低成本，高效益的途徑。數(shù)控車床作為機電一體化的典型產(chǎn)品，在機械制造業(yè)中發(fā)揮著巨大的作用，很好地解決了現(xiàn)代機械制造中結(jié)構(gòu)復雜、精密、批量小、多變零件的加工問題，且能穩(wěn)定產(chǎn)品的加工質(zhì)量，大幅度地提高生產(chǎn)效率。我國作為機床大國，數(shù)控機床的占有率還不足百分之三，但是在歐美等發(fā)達國家數(shù)控機床的占有率達到了百分之三十六以上，單從數(shù)字上來看我過和歐美等發(fā)達國家還有相當大的距離。其主要原因為數(shù)控車床價格較貴，一次性投資較大使企業(yè)心有余而力不足。對普通機床數(shù)控化改造不失為一種較好的良策。在金屬加工行業(yè)中車床在所有加工設備中占有最大比重，例如最常見的軸類零件，就是由車床加工而成本論文針對目前國內(nèi)企業(yè)現(xiàn)狀，以C6143普通車床為例提出簡易型經(jīng)濟數(shù)控改造思路和設計方法。 關鍵詞：數(shù)控機床， 單片機數(shù)控系統(tǒng)，改裝設計， 伺服電機 傳動系統(tǒng) 控制系統(tǒng) 數(shù)控改造， Abstract ????? To remedy the defects of ordinary lathe C6143, a design of data processing system and its single chip microcomputer system program is put forward to raise the processing precision and extend the machine’s usage, and to improve production rate。This paper presents the process of designing numerical control reform，and explicitly introduces the design of mechanical and numerical control system reforms。We adopt control system which has 8031 as cpu to cope with the signal，and output the step pulse through the I/O interface。After transmitting and slowing down by force 1 gear, the step pulses drive the leading screw to roll。Thus achieve the vertical movement and the crosswise movement。 China's actual conditions and economic CNC lathe is from the ordinary to the lathe and NC lathe important development stage.Use of existing ordinary lathe, NC transformation is its low cost and highly efficient way.CNC lathe as a typical electromechanical integration products, machinery manufacturing plays an enormous role,good solution to the structural complexity of modern machinery, precision, small batches, changeable parts processing,able to stabilize the quality of the processing products, a significant increase in production efficiency.As the big machine, CNC machine tools was less than 3.0% share.However, in Europe and the United States and other developed countries to achieve the 36% share of the CNC machine moreI can see from the figures over Europe and the United States and other developed countries there is still a considerable distance.The main reason for the higher prices of CNC lathe, a one-time investment to fill larger enterprises.CNC transformation of the ordinary would be a better process.Lathe in the metal processing industry accounts for the largest proportion of all processing equipment, for example, the most common shaft.Papers from the machining cost is the present status of domestic enterprises.Simple C6143 made to the general economic NC lathe ideas and design methods. KEY WORDS： numerical control machine tool,?? single chip microcomputer system，reform design，The C6143 servo electrical machinery transmission system control system electricity control line economical numerical control changes 目錄 摘要………………………………………………………………………………………2 Abstract………………………………………………………………………………3 第1章 緒論……………………………………………………………………………5 1.1 數(shù)控技術的產(chǎn)生和發(fā)展………………………………………………………5 1.2 數(shù)控機床的發(fā)展趨勢…………………………………………………………6 1.3 車床數(shù)控改造的必要性與可行性……………………………………………8 第2章 設計任務………………………………………………………………………9 第3章 總體方案的確定………………………………………………………………9第4章.四方回轉(zhuǎn)刀架部分設計與計算………………………………………10 第5章. 步進電動機的計算與選型………………………………………… 20 4.1步進電動機選用的基本原則………………………… ………………… 20 4.2步進電動機的選折……………………………… ……………………… 21 第6章.主軸交流伺服電機…………………………… …………………………22 5.1主軸的變速變速范圍…………………………………………………… 22 5.2初選主軸電機的型號…………………………………………………… 22 5.3主軸電機的校核………………………………………………………… 22 結(jié)論…………………………………………………………………………… 29 參考文獻………………………………………………………………………… 30 1緒論 普通車床是金屬切削加工最常用的一類機床。普通機床刀架的縱向和橫向進給運動是由主軸回轉(zhuǎn)運動經(jīng)掛輪傳遞而來，通過進給箱變速后，由光杠或絲杠帶動溜板箱、縱溜箱、橫溜板移動。進給參數(shù)要靠手工預先調(diào)整好，改變參數(shù)時要停車進行操作。刀架的縱向進給運動和橫向進給運動不能聯(lián)動，切削次序也由人工控制。 一、數(shù)控機床的產(chǎn)生 數(shù)控機床最早是從美國開始研制的。1948年，美國帕森斯公司在研制加工直升機槳葉輪廓用檢查樣板的加工機床任務時，提出了研制數(shù)控機床的初始設想。1949年，帕森斯公司與麻省理工學院伺服機構(gòu)實驗室合作，開始從事數(shù)控機床的研制工作。并于1952年試制成功世界上第一臺數(shù)控機床實驗性樣機。這是一臺采用脈沖乘法器原理的直線插補三坐標連續(xù)控制銑床。經(jīng)過三年改進和自動編程研究，于1955年進入實用階段。一直到20世紀50年代末，由于價格和技術原因，品種多為連續(xù)控制系統(tǒng)。到了60年代，由于晶體管的應用，數(shù)控系統(tǒng)提高了可靠性且價格開始下降，一些民用工業(yè)開始發(fā)展數(shù)控機床，其中多數(shù)是鉆床、沖床等點位控制的機床。數(shù)控技術不僅在機床上得到實際應用，而且逐步推廣到焊接機、火焰切割機等，使數(shù)控技術不斷的擴展應用范圍。 二、數(shù)控機床的發(fā)展 自1952年，美國研制成功第一臺數(shù)控機床以來，隨著電子技術、計算機技術、自動控制和精密測量等相關技術的發(fā)展，數(shù)控機床也在迅速地發(fā)展和不斷地更新?lián)Q代，先后經(jīng)歷了五個發(fā)展階段。 第一代數(shù)控：1952-1959年采用電子管元件構(gòu)成的專用數(shù)控裝置。 第二代數(shù)控：從1959年開始采用晶體管電路的NC系統(tǒng)。 第三代數(shù)控：從1965年開始采用小、中規(guī)模集成電路的NC系統(tǒng)。 第四代數(shù)控：從1970年開始采用大規(guī)模集成電路的小型通用電子計算機控制的系統(tǒng)。 第五代數(shù)控：從1974年開始采用微型電子計算機控制的系統(tǒng)。 目前，第五代微機數(shù)控系統(tǒng)基本上取代了以往的普通數(shù)控系統(tǒng)，形成了現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)。它采用微型處理器及大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路，具有很強的程序存儲能力和控制功能。這些控制功能是由一系列控制程序來實現(xiàn)的。這些數(shù)控系統(tǒng)的通用性很強，幾乎只需改變軟件，就可以適應不同類型機床的控制要求，具有很大的柔性。隨著集成電路規(guī)模的日益擴大，光纜通信技術應用于數(shù)控裝置中，使其體積日益縮小，價格逐年下降，可靠性顯著提高，功能也更加完善。 近年來，微電子和計算機技術的日益成熟，它的成果正在不斷滲透到機械制造的各個領域中，先后出現(xiàn)了計算機直接數(shù)控系統(tǒng)，柔性制造系統(tǒng)和計算機集成制造系統(tǒng)。所有這些高級的自動化生產(chǎn)系統(tǒng)均是以數(shù)控機床為基礎，它們代表著數(shù)控機床今后的發(fā)展趨勢。 三、我國數(shù)控機床的發(fā)展概況 我國從1958年由北京機床研究所和清華大學等首先研制數(shù)控機床，并試制成功第一臺電子管數(shù)控機床。從1965年開始，研制晶體管數(shù)控系統(tǒng)，直到60年代末和70年代初，研制的劈錐數(shù)控銑床、非圓錐插齒機等獲得成功。與此同時，還開展了數(shù)控加工平面零件自動編程的研究。1972-1979年是數(shù)控機床的生產(chǎn)和使用階段。例如：清華大學研制成功集成電路數(shù)控系統(tǒng)；數(shù)控技術在車、銑、鏜、磨、齒輪加工、電加工等領域開始研究與應用；數(shù)控加工中心機床研制成功；數(shù)控升降臺銑床和數(shù)控齒輪加工機床開始小批生產(chǎn)供應市場。從80年代初開始，隨著我國開放政策的實施，先后從日本、美國、德國等國家引進先進的數(shù)控技術。上海機床研究所引進美國GE公司的MTC-1數(shù)控系統(tǒng)等。在引進、消化、吸收國外先進技術基礎上，北京機床研究所又開發(fā)出BSO3經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)和BSO4全功能數(shù)控系統(tǒng)，航空航天部706所研制出MNC864數(shù)控系統(tǒng)等。進而推動了我國數(shù)控技術的發(fā)展，使我國數(shù)控機床在品種上、性能上以及水平上均有了新的飛躍。我國的數(shù)控機床已跨入一個新的發(fā)展階段。 四、數(shù)控機床的發(fā)展趨勢 從數(shù)控機床技術水平看，高精度、高速度、高柔性、多功能和高自動化是數(shù)控機床的重要發(fā)展趨勢。對單臺主機不僅要求提高其柔性和自動化程度，還要求具有進入更高層次的柔性制造系統(tǒng)和計算機集成制造系統(tǒng)的適應能力。 在數(shù)控系統(tǒng)方面，目前世界上幾個著名的數(shù)控裝置生產(chǎn)廠家，諸如日本的FANCU，德國的SIEMENS和美國的A-B公司，產(chǎn)品都向系列化、模塊化、高性能和成套性方向發(fā)展。它們的數(shù)控系統(tǒng)都采用了16位和32位微機處理機、標準總線及軟件模塊和硬件模塊結(jié)構(gòu)，內(nèi)存容量擴大到1MB以上，機床分辨率可達0.1微米，高速進給可達100m/min,控制軸數(shù)可達16個，并采用先進的電裝工藝。 在驅(qū)動系統(tǒng)方面，交流驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)展迅速。交流傳動已由模擬式向數(shù)字式方向發(fā)展，以運算放大器等模擬器件為主的控制器正在被以微處理器為主的數(shù)字集成元件所取代，從而克服了零點漂移、溫度漂移等弱點。 五、數(shù)控機床改造的意義 數(shù)控機床改造在國外已發(fā)展成一個新興的工業(yè)部門，早在60年代已經(jīng)開始迅速發(fā)展，其發(fā)展的原因是多方面的，主要有技術、經(jīng)濟、市場和生產(chǎn)上的原因。我國是擁有300多萬臺機床的國家。而這些機床又大多是多年累積生產(chǎn)的通用機床，不論資金和我國機床制造廠的能力都是辦不到的。因此，盡快將我國現(xiàn)有一部分普通機床實現(xiàn)自動化和精密化改裝，是我國現(xiàn)有設備技術改造迫切要求解決的課題。用數(shù)控技術改造機床，正是適應了這一要求。它是建立在微電子現(xiàn)代技術與傳統(tǒng)技術相結(jié)合的基礎上。在機床改造中引入微機的應用，不但技術上具有先進性，同時，在應用上比其它傳統(tǒng)的自動化改裝方案，有較大的通用性與可調(diào)性。而且所投入的改造費用低，一套經(jīng)濟型數(shù)控裝置的價格僅為全功能數(shù)控裝置的1/3至1/5，用戶承擔的起。從若干單位成功應用的實例可以證明，投入使用后，確實成倍地提高了生產(chǎn)效率，減少了廢品率，取得了顯著的技術經(jīng)濟效益。因此，我國提出從大力推廣經(jīng)濟型數(shù)控這一中間技術的基礎上，再逐步推廣全功能數(shù)控這條道路，適合我國的經(jīng)濟水平、教育水平和生產(chǎn)水平，已成為我國設備技術改造主要方向之一。同時，它還可以作為全功能數(shù)控機床應用的準備階段，為今后使用全功能數(shù)控機床，培養(yǎng)人才，積累維護、使用經(jīng)驗，而且也是實現(xiàn)我國傳統(tǒng)的機械制造技術朝機電一體化的方向過渡的主要內(nèi)容之一。 對普通車床進行數(shù)控化改造，主要是將縱向和橫向進給系統(tǒng)改為用微機控制的、能獨立運動的進給伺服系統(tǒng)；刀架改造成為能自動換刀的回轉(zhuǎn)刀架。這樣，利用數(shù)控裝置，車床就可以按預先輸入的加工指令進行切削加工。由于加工過程中的切削參數(shù)，切削次序和刀具都會按程序自動調(diào)節(jié)和更換，再加上縱向和橫向進給聯(lián)動的功能，數(shù)控改裝后的車床就可以加工出各種形狀復雜的回轉(zhuǎn)零件，并能實現(xiàn)多工序自動車削，從而提高了生產(chǎn)效率和加工精度，也能適應小批量多品種復雜零件的加工。 2設計要求 2.1總體方案設計要求 總體方案設計應考慮機床數(shù)控系統(tǒng)的類型，計算機的選擇，以及傳動方式和執(zhí)行機構(gòu)的選擇等。 （1）普通車床數(shù)控化改造后應具有定位、縱向和橫向的直線插補、圓弧插補功能，還要求能暫停，進行循環(huán)加工和螺紋加工等，因此，數(shù)控系統(tǒng)選連續(xù)控制系統(tǒng)。 （2）車床數(shù)控化改裝后屬于經(jīng)濟型數(shù)控機床，在保證一定加工精度的前提下應簡化結(jié)構(gòu)、降低成本，因此，進給伺服系統(tǒng)采用步進電機開環(huán)控制系統(tǒng)。 （3）根據(jù)普通車床最大的加工尺寸、加工精度、控制速度以及經(jīng)濟性要求，經(jīng)濟型數(shù)控機床一般采用8位微機。在8位微機中，MCS—51系列單片機具有集成度高、可靠性好、功能強、速度快、抗干擾能力強、具有很高的性價比，因此，可選 MCS—51系列單片機擴展系統(tǒng)。 （4）根據(jù)系統(tǒng)的功能要求，微機數(shù)控系統(tǒng)中除了CPU外，還包括擴展程序存儲器，擴展數(shù)據(jù)存儲器、I/O接口電路；包括能輸入加工程序和控制命令的鍵盤，能顯示加工數(shù)據(jù)和機床狀態(tài)信息的顯示器，包括光電隔離電路和步進電機驅(qū)動電路，此外，系統(tǒng)中還應包括螺紋加工中用的光電脈沖發(fā)生器和其他輔助電路。 （5）設計自動回轉(zhuǎn)刀架及其控制電路。 （6）縱向和橫向進給是兩套獨立的傳動鏈，它們由步進電機、齒輪副、絲杠螺母副組成，其傳動比應滿足機床所要求的分辨率。 （7）為了保證進給伺服系統(tǒng)的傳動精度和平穩(wěn)性，選用摩擦 小、傳動效率高的滾珠絲杠螺母副，并應有預緊機構(gòu)，以提高傳動剛度和消除間隙，齒輪副也應有消除齒側(cè)間隙的機構(gòu)。 （8）采用貼塑導軌，以減小導軌的摩擦力。 總體方案設計圖如下圖（2）所示： 進給伺服系統(tǒng)總體方案方框圖如圖（3）所示： 2.2設計參數(shù) 設計參數(shù)包括車床的部分技術參數(shù)和設計數(shù)控進給伺服系統(tǒng)所需要的參數(shù)。 現(xiàn)列出C6143臥式車床的技術數(shù)據(jù)： 名稱 技術參數(shù) 在床身上 430mm 工件最大直徑 在刀架上 210mm 頂尖間最大距離 650;900;1400;1900mm 公制螺紋 mm 1---12(20種) 加工螺紋范圍 英制螺紋 t/m 2---24(20種) 模數(shù)螺紋 mm 0.25---3(11種) 徑節(jié)螺紋 t/m 7---96(24種) 最大通過直徑 48mm 孔錐度 莫氏6# 主軸 正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速級數(shù) 24 正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速范圍 10—1400r/min 反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速級數(shù) 12 反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速范圍 14---1580r/min 縱向級數(shù) 64 進給量 縱向范圍 0.028---6.33mm/r 橫向級數(shù) 64 橫向范圍 0.014---3.16mm/r 滑板行程 橫向 320mm 縱向 650;900;1400;1900mm 最大行程 140mm 刀架 最大回轉(zhuǎn)角 ±90° 刀杠支承面至中心的距離 26mm 刀杠截面B×H 25×25mm 頂尖套莫氏錐度 5# 尾座 橫向最大移動量 ±10mm 外形尺寸 長×寬×高 2418×1000×1267mm 圓度 0.01mm 工作精度 圓柱度 200:0.02 平面度 0.02/φ300mm 表面粗糙度Ra 1.6---3.2μm 主電動機 7.5kw 電動機功率 總功率 7.84kw 改造設計參數(shù)如下: 最大加工直徑 在床面上 400mm 在床鞍上 210mm 最大加工長度 1000mm 快進速度 縱向 2.4m/min 橫向 1.2m/min 最大切削進給速度 縱向 0.5m/min 橫向 0.25m/min 溜板及刀架重力 縱向 800N 橫向 600N 代碼制 ISO 脈沖分配方式 逐點比較法 輸入方式 增量值、絕對值通用 控制坐標數(shù) 2 脈沖當量 縱向 0.01mm/脈沖 橫向 0.005mm/脈沖 機床定位精度 ±0.015mm 刀具補償量 0mm---99.99mm 進給傳動鏈間隙補償量 縱向 0.15mm 橫向 0.075mm 自動升降速性能 有 2.3.其它要求 （1） 原機床的主要結(jié)構(gòu)布局基本不變，盡量減少改動量 ，以降低成本 縮短改造周期。 （2）機械結(jié)構(gòu)改裝部分應注意裝配的工藝性，考慮正確的裝配順序，保正 安裝、調(diào)試、拆卸方便，需經(jīng)常調(diào)整的部位調(diào)整應方便。 第四章 C6143型臥式車床數(shù)控化改造 的四方刀架設計 自動回轉(zhuǎn)刀架總體結(jié)構(gòu)設計 1、 減速傳動機構(gòu)的設計 普通的三項異步電動機因轉(zhuǎn)速太快，不能直接驅(qū)動刀架進行換刀，必須經(jīng)過適當?shù)臏p速。根據(jù)立式轉(zhuǎn)位刀架的結(jié)構(gòu)特點，采用蝸桿副減速時最佳選擇。蝸桿副傳動可以改變運動的方向，獲得較大的傳動比，保證傳動精度和平穩(wěn)性，并且具有自鎖功能，還可以實現(xiàn)整個裝置的小型化。 2、 上刀體鎖緊與精定位機構(gòu)的設計 由于刀具直接安裝在上刀體上，所以上刀體要承受全部的切削力，其鎖緊與定位的精度將直接影響工件的加工精度。本設計上刀體的鎖進玉定位機構(gòu)選用端面齒盤，將上刀體和下刀體的配合面加工成梯形端面齒。當?shù)都芴幱阪i緊狀態(tài)時，上下端面齒相互嚙合，這時上刀體不能繞刀架的中心軸旋轉(zhuǎn)；換刀時電動機正轉(zhuǎn)，抬起機構(gòu)使上刀體抬起，等上下端面齒脫開后，上刀體才可以繞刀架中心軸轉(zhuǎn)動，完成轉(zhuǎn)位動作。 3、 刀架抬起機構(gòu)的設計 要想使上、下刀體的兩個端面齒脫離，就必須設計適合的機構(gòu)使上刀體抬起。本設計選用螺桿-螺母副，在上刀體內(nèi)部加工出內(nèi)螺紋，當電動機通過蝸桿-蝸輪帶動蝸桿繞中心軸轉(zhuǎn)動時，作為螺母的上刀體要么轉(zhuǎn)動，要么上下移動。當?shù)都芴幱阪i緊狀態(tài)時，上刀體與下刀體的端面齒相互嚙合，因為這時上刀體不能與螺桿一起轉(zhuǎn)動，所以螺桿的轉(zhuǎn)動會使上刀體向上移動。當端面齒脫離嚙合時，上刀體就與螺桿一起轉(zhuǎn)動。 設計螺桿時要求選擇適當?shù)穆菥啵员惝斅輻U轉(zhuǎn)動一定的角度時，使得上刀梯與下刀體的端面齒能夠完全脫離嚙合狀態(tài)。 下圖為自動回轉(zhuǎn)刀架的傳動機構(gòu)示意圖，詳細的裝配圖在一號圖紙上。 三、自動回轉(zhuǎn)刀架的工作原理 自動回轉(zhuǎn)刀架的換刀流程如下圖。 圖上表示自動回轉(zhuǎn)刀架在換刀過程中有關銷的位置。其中上部的圓柱銷2和下部的反靠銷6起著重要作用。 當?shù)都芴幱阪i緊狀態(tài)時，兩銷的情況如圖A所示，此時反靠銷6落在圓盤7的十字槽內(nèi)，上刀體4的端面齒和下刀體的端面齒處于嚙合狀態(tài)（上下端面齒在圖中未畫出）。 需要換刀時，控制系統(tǒng)發(fā)出刀架轉(zhuǎn)位信號，三項異步電動機正向旋轉(zhuǎn)，通過蝸桿副帶動蝸桿正向轉(zhuǎn)動，與螺桿配合的上刀體4逐漸抬起，上刀體4與下刀體之間的端面齒慢慢脫開；與此同時，上蓋圓盤1也隨著螺桿正向轉(zhuǎn)動（上蓋圓盤1通過圓柱銷與螺桿聯(lián)接），當轉(zhuǎn)過約時，上蓋圓盤1直槽的另一端轉(zhuǎn)到圓柱銷2的正上方，由于彈簧3的作用，圓柱銷2落入直槽內(nèi)，于是上蓋圓盤1就通過圓柱銷2使得上刀體4轉(zhuǎn)動起來（此時端面齒已完全脫開）。 上蓋圓盤1、圓柱銷2以及上刀體4在正轉(zhuǎn)的過程中，反靠銷6能夠從反靠圓盤7中十字槽的左側(cè)斜坡滑出，而不影響上刀體4尋找刀位時的正向轉(zhuǎn)動。 上刀體4帶動磁鐵轉(zhuǎn)到需要的刀位時，發(fā)信盤上對應的霍爾元件輸出低電平信號，控制系統(tǒng)收到后，立即控制刀架電動機反轉(zhuǎn)，上蓋圓盤1通過圓柱銷2帶動上刀體4開始反轉(zhuǎn)，反靠銷6馬上就會落入反靠圓盤7的十字槽內(nèi)，至此，完成粗定位。此時，反靠銷6從反靠圓盤7的十字槽內(nèi)爬不上來，于是上刀體4停止轉(zhuǎn)動，開始下降，而上蓋圓盤1繼續(xù)反轉(zhuǎn)，其直槽的左側(cè)斜坡將圓柱銷2的頭部壓入上刀體4的銷空內(nèi)，之后，上蓋圓盤1是下表面開始與圓柱銷2的頭部滑動。再次期間，上、下刀體的端面齒逐漸嚙合，實現(xiàn)精定位，經(jīng)過設定的延時時間后，刀架電動機停轉(zhuǎn)，整個換刀過程結(jié)束。 由于蝸桿副具有自鎖功能，所以刀架可以穩(wěn)定地工作。 蝸桿-蝸輪減速 銷連接 上蓋圓盤旋轉(zhuǎn) 螺桿正轉(zhuǎn) 刀架電動機正轉(zhuǎn) 上刀體抬起 螺桿-螺母 端面齒錯開 霍爾元件觸發(fā) 上刀體旋轉(zhuǎn) 到位回答 圓柱銷落入上蓋圓盤 蝸桿-蝸輪減速 反靠銷反靠端面齒嚙合 螺桿反轉(zhuǎn) 刀架電動機旋轉(zhuǎn) 上刀體下降，粗定位 精定位 延時鎖緊 電動機停轉(zhuǎn) 圖：自動回轉(zhuǎn)刀架的換刀流程 主要傳動部件的設計 1. 蝸桿副的設計計算 自動回轉(zhuǎn)刀架的動力源是三相異步電動機。其中蝸桿與電動機直聯(lián)，刀架轉(zhuǎn)位時蝸輪與上刀體直聯(lián)。已知電動機額定功率=90W。,額定轉(zhuǎn)速=1480r/min，上刀體設計轉(zhuǎn)速=40r/min，蝸桿副的傳動比i=/=37。刀架從轉(zhuǎn)位到鎖緊時，需要蝸桿反向，工作載荷不均勻，啟動時沖擊較大，今要求蝸桿副的使用壽命=10000h。 （1） 蝸桿的選型 GB/T10085-1988推薦采用漸開線蝸桿和錐面包絡蝸桿。本設計采用結(jié)構(gòu)簡單，制造方便的漸開線型圓柱蝸桿。 （2） 蝸桿副的材料 刀架中的蝸桿副傳動的功率不大，但蝸桿轉(zhuǎn)速干，一次，蝸桿的材料選用45鋼，其螺旋齒面要淬火，硬度為45～55HRC,以提高其表面耐磨行；蝸輪的轉(zhuǎn)速較低，其材料主要考慮耐磨性，選用鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，采用金屬模制造。 （3） 按齒面接觸疲勞強度進行設計 刀架中的蝸桿副采用閉式傳動，多因齒面膠合或點蝕而失效。因此，進行載荷計算時，先按齒面接觸疲勞強度進行設計，再按齒根彎曲疲勞強度進行校核。 按蝸輪接觸疲勞強度條件設計計算的公式 a (4-1) 式中 a——蝸桿副的傳動中心距，單位mm； K——載荷系數(shù)； ——作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩，單位N.mm； ——彈性影響系數(shù)ZE； []——許用接觸應力，單位為MPa。 從式4-1算出蝸桿副的中心距a之后，根據(jù)已知的傳動比i=35， 查表選擇一個合適的中心距a值，以及相應的蝸桿，蝸輪參數(shù)。 1） 確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩,設蝸桿頭數(shù)=1，蝸桿副的傳動效率η=0.8，由電動機的額定功率=90W，可以算出蝸輪傳動的功率=η，再由蝸輪的轉(zhuǎn)速=40r/min求得作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 =9.55=9.55=25.47N·m=22923N·mm 2） 確定載荷系數(shù)K 載荷系數(shù)K= KA KB K。其中KA為使用系數(shù)，有表6-3查得， 由于工作載荷不均勻，啟動時沖擊較大，因此取KA=1.15； 為齒向分布系數(shù)，因工作載荷在啟動和停止時有變化，故取KB=1.15； 為動載系數(shù)，由于轉(zhuǎn)數(shù)不高。沖擊不大，可取K=1.05。則載荷系數(shù)K=KA KB K ≈1.39 使用系數(shù) 工作類型 I II III 載荷性質(zhì) 均勻，無沖擊 不均勻，小沖擊 不均勻，大沖擊 每小時起動次數(shù) <25 25-50 >50 起動載荷 小 較大 大 KA 1 1.15 1.2 3） 確定彈性影響系數(shù)ZE，鑄錫磷青銅蝸輪與鋼蝸桿相配時，從有關手冊查的彈性影響系數(shù) ZE=160Mpa 1/2； 4） 確定接觸系數(shù) 先假設蝸桿分度圓直徑d1 和傳動中心距a的比值d1/a=0.35。查表的Zp=2.9 鑄錫青銅蝸輪的基本許用接觸應力[σ]H'(MPa) 蝸輪材料 鑄造方法 蝸桿螺旋面的硬度 ≤45HRC >45HRC 鑄錫磷青銅ZCuSn10P1 砂模鑄造 150 180 金屬模鑄造 220 268 鑄錫鋅鉛青銅ZCuSn5Pb5Zn5 砂模鑄造 113 135 金屬模鑄造 128 140 5）確定許用接觸應力[] 根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅ZCuSn10P1金屬模制造蝸桿螺旋齒面硬度大于45HRC可查表的蝸輪的基本許用應力=268MPa已知蝸桿為單頭，蝸輪每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時每個輪齒嚙合的次數(shù)j=1；蝸輪轉(zhuǎn)數(shù)=40r/min；蝸桿副的使用壽命=10000h。 則應力循環(huán)次數(shù)： N=60j n2 =2.4 ×10 7 壽命系數(shù)： KHN =0.693 許用接觸應力： [σ ]=KHN×=186MPa 6）計算中心距 將以上各參數(shù)帶入4-1，求得中心距： a = 47.1 mm 查表取a=63，已知蝸桿頭數(shù)=1，設模數(shù)m=1.6mm，得蝸桿分度圓直徑d1=28mm。這時d1/a=0.59，查表得接觸系數(shù)=2.35。因為較大，所以上述計算結(jié)果可用。 （4）蝸桿和蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 由蝸桿和蝸輪的基本尺寸和主要參數(shù)，算的蝸桿和蝸輪的主要幾何尺寸后，即可繪制蝸桿副的工作圖。 1）蝸桿的參數(shù)與尺寸 頭數(shù)=1，模數(shù)m=1.6mm，軸向齒距=m=5.027mm軸向齒厚=0.5m=2.514mm，分度圓直徑=28， 直徑系數(shù)q==17.5， 分度圓導程角==。 取齒頂高系數(shù)=1，徑向間隙系數(shù)=0.2， 則齒頂圓直徑=+2m=31.2mm， 齒根圓直徑=-2m（+）=24.314mm。 2）蝸輪參數(shù)與尺寸 齒數(shù)=60，模數(shù)m=1.6mm， 分度圓直徑為=m=96mm， 變位系數(shù)=[a-()/2]/m=0.6， 蝸輪喉圓直徑為=+2m（）=101.12mm， 蝸輪齒根圓直徑=-2m（-+）=94.08mm， 蝸輪咽喉母圓半徑=a-/2=12.44mm。 （5）校核蝸輪齒根彎曲疲勞強度 即檢驗下式是否成立： =[] 由蝸桿頭數(shù)=1，傳動比i=35，可以計算出蝸輪齒數(shù)=i=35 則蝸輪的當量齒數(shù)： ==35.17 根據(jù)蝸輪變位系數(shù)=0.6和當量齒數(shù)=35.17，查表的齒形系數(shù) =2.08 螺旋角影響系數(shù) =1-=0.977 根據(jù)蝸輪的材料和制造方法，查表得蝸輪基本許用彎曲應力： =56MPa 蝸輪的壽命系數(shù)： ==0.702 蝸輪的許用彎曲應力： = =39.3MPa 將數(shù)據(jù)帶入得： 可見， ，蝸輪齒根的彎曲強度滿足要求。 蝸輪的基本許用彎曲應力（MPa） 蝸輪材料 鑄造方法 單側(cè)工作 雙側(cè)工作 鑄錫青銅ZCuSn10P1 砂模鑄造 40 29 金屬模鑄造 56 40 鑄錫鋅鉛青銅ZCuSn5Pb5Zn5 砂模鑄造 26 22 金屬模鑄造 32 26 鑄鋁鐵青銅ZCuAl10Fe3 砂模鑄造 80 57 金屬模鑄造 90 64 灰鑄鐵 HT150 砂模鑄造 40 28 HT200 砂模鑄造 48 34 2.螺桿的設計計算 （1） 螺距的確定 刀架轉(zhuǎn)位時，要求螺桿在轉(zhuǎn)動約 的情況下，上刀體的端面齒與下刀體的端面齒完全脫離;在鎖緊的時候，要求上下端面的嚙合深度達2mm。因此，螺桿的螺距P應滿足P>2.4mm，今取螺桿的螺距P=6mm。 （2） 確定其他參數(shù) 采用單頭梯形螺桿，頭數(shù)n=1，牙側(cè)角= 150，外螺紋大徑=50mm，牙頂間隙=0.5mm，基本牙型高度=0.5P=3mm，外螺紋牙高=3.5mm，外螺紋中徑=47mm，外螺紋小徑=43mm，螺桿螺紋部分長度H=50mm。 （3） 自鎖性能校核 螺桿-螺母材料均用45鋼，查表取摩擦系數(shù)f=0.11；再求得梯形螺旋副的當量摩擦角： 6.50 而螺紋升角： = 2.33 小于當量摩擦角。因此滿足自鎖條件。 結(jié)論 這次課題設計總計費時一個多月，剛開始時不知從何下手，在老師的指導下到圖書館查閱相關資料。有關數(shù)控上的資料翻了數(shù)次，有參考了相關設計資料，終于知道了該怎么做。接下來塞選出一系列有價值的資料，與同組同學不斷的討論、向老師請教，終于完成了設計。 在做設計的過程中，不但復習了所學過的知識點，還學到了新的知識，同時將所學到的知識充分的運用起來，做到了學以致用，還學會了查資料，除此之外，我還懂得了團結(jié)合作的重要性，知道了集體的力量！ 當然，在此過程中也有許多不足之處，例如：知識的不全面，所學的還沒有全部掌握，思維的狹隘等，讓我在畢業(yè)前上了生動形象的一課。 同時，做設計也是磨練決心與毅力的過程，面對復雜冗長的數(shù)據(jù)，打印長篇的論文，我也想過放棄，但想到它的意義我就又堅持了下來。做完了后，有一種豁然開朗的感覺，內(nèi)心激動無比，經(jīng)過了這次設計以后，我有信心，我也堅信只要努力、堅持，我們就能走好人生的每一步。 參考文獻 1.吳振彪主編.機電綜合設計指導.中國人民大學社.2000. 2.余英良主編.機床數(shù)控改造設計與實例.機械工業(yè)出版社.1997 3.《機床設計手冊》編寫組編. 機床設計手冊第一，三，四冊. 械工業(yè)出版社.1998. 4.明興祖主編.數(shù)控加工技術.化學工業(yè)出版社.2001. 5.胡占齊，楊莉主編.機床數(shù)控技術. 機械工業(yè)出版社.1999. 6.王先逵主編.機械制造工藝學. 機械工業(yè)出版社.2002. 7.邱宣懷主編.《機械設計》.高等教育出版社.2002 8.黃調(diào)，趙松年主編.機電一體化技術基礎及應用. 機械工業(yè)出版社.1999. 第 21 頁 共 21 頁