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1 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 任務(wù)書 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 題目 立式高速銑削加工中心圓盤刀庫(kù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 工作內(nèi)容 從專業(yè)知識(shí)的綜合運(yùn)用 論文框架的設(shè)計(jì) 文獻(xiàn)資料的收集和應(yīng)用 觀點(diǎn)創(chuàng)新等方面詳細(xì)說(shuō)明 本課題擬根據(jù)現(xiàn)代機(jī)械行業(yè)對(duì)高速鉆銑加工的需求 針對(duì)立式高速銑削加工中心 的設(shè)計(jì)功能需求 開(kāi)展圓盤刀庫(kù)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作 具備機(jī)械原理 機(jī)械設(shè)計(jì) 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ) 互換性與公差測(cè)量 SolidWorks 三維 CAD 建模與仿真等的基本知識(shí)和能力 進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)計(jì)算和校核 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 技術(shù)參數(shù) 名 稱 規(guī) 格 刀庫(kù)規(guī)格 BT40 刀庫(kù)容量 20 最大刀具直徑 滿刀 80 最大刀具直徑 臨空刀 160 最大刀具長(zhǎng)度 300mm 最大刀具重量 7kg 刀庫(kù)重量 220kg 刀架水平運(yùn)動(dòng)行程 240mm 具體工作內(nèi)容 2 1 查閱與課題相關(guān)文獻(xiàn)資料 10 篇以上 其中英文資料 2 篇以上 英文資料翻譯 5000 漢字以上 2 在分析立式高速銑削加工中心設(shè)計(jì)功能要求的基礎(chǔ)上 研究其圓盤刀庫(kù)機(jī)構(gòu)的總 體設(shè)計(jì)方案 并撰寫課題開(kāi)題報(bào)告 3 圓盤刀庫(kù)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 電 機(jī) 選 型 傳 動(dòng) 件 設(shè) 計(jì) 支承組件等 4 刀 庫(kù) 轉(zhuǎn) 動(dòng) 定 位 機(jī) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 5 設(shè)計(jì)圖紙量 折合約 3 張 A0 6 設(shè)計(jì)說(shuō)明書一份 1 1 5 萬(wàn)字 要求電腦打印 說(shuō)明書組成包括畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 中外文摘要及關(guān)鍵詞 目錄 正文 主要參考文獻(xiàn) 致謝和附錄等 具體格式參 照學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 工作管理規(guī)定 進(jìn)度安排 2014 年 10 月 20 日 2014 年 11 月 9 日 3 周 選擇題目 收集材料 聯(lián)系 落實(shí)畢業(yè)實(shí)習(xí)單位 填寫畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 2014 年 11 月 10 日 2014 年 12 月 7 日 4 周 布置任務(wù) 明確目標(biāo) 制定 計(jì)劃 確定初步畢業(yè)設(shè)計(jì)方案 2014 年 12 月 8 日 2015 年 1 月 4 日 4 周 深化初步方案 結(jié)合畢業(yè)實(shí)習(xí) 加深對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)方案的認(rèn)識(shí) 2015 年 1 月 5 日 2015 年 1 月 16 日 2 周 學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)方案進(jìn)一步完善 2015 年 1 月 17 日 2015 年 3 月 1 日 6 周 繼續(xù)前期工作 2015 年 3 月 2 日 2015 年 5 月 17 日 11 周 學(xué)生全部返校 進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì) 計(jì)算 繪圖 編制畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)工作任務(wù) 2015 年 3 月 30 日 2015 年 4 月 5 日接受學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)期中檢查 2015 年 5 月 18 日 2015 年 5 月 31 日 2 周 畢業(yè)成果預(yù)提交 修改 評(píng)閱 答辯 主要參考資料 1 夏田 數(shù)控加工中心設(shè)計(jì) M 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2006 2 李佳 歐陽(yáng)渺安 趙小林等 數(shù)控機(jī)床及應(yīng)用 M 北京 清華大學(xué)出版社 2001 3 晏初宏 數(shù)控機(jī)床與機(jī)械結(jié)構(gòu) M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2005 4 楊美英 數(shù)控機(jī)床主軸組件設(shè)計(jì)及剛度計(jì)算 J 機(jī)械工程與自動(dòng)化 2004 2 71 74 5 王愛(ài)玲 白恩遠(yuǎn) 趙學(xué)良等 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床 M 北京 國(guó)防工業(yè)出版社 2003 6 朱孝錄主編 中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì) 中國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)大典 編委會(huì) 中國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)大典 第 4 卷 機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì) M 南昌 江西科學(xué)技術(shù)出版社 2002 7 文懷興 陸君 呂玉清 高速立式加工中心主軸箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及分析 J 中國(guó)制造業(yè)信息化 2010 19 37 40 3 8 劉超峰 張淳 張功學(xué) 基于 ANYSY 的高速加工中心主軸箱有限元分析及優(yōu)化 J 組合 機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù) 2010 07 26 28 34 9 趙東平 高速臥式加工中心立柱的輕量化設(shè)計(jì) D 蘭州理工大學(xué) 2012 10 現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) 編委會(huì)編 現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè) 上 下冊(cè) M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2006 11 成大先主編 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 第三版 M 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 1993 12 束雯 王瑋 機(jī)床主傳動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的研究 J 機(jī)床與液壓 2006 2 61 63 13 吳宗澤 羅圣國(guó) 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè) 第二版 M 北京 高等教育出版社 1999 14 文懷興 夏田 數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì) M 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2005 15 加工中心 BT40 24DV 圓盤式刀庫(kù)產(chǎn)品說(shuō)明書 16 曹秋霞 陳新亞 加工中心圓盤式刀庫(kù)轉(zhuǎn)動(dòng)定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 J 機(jī)械傳動(dòng) 2005 30 4 34 36 指導(dǎo)教師 簽名 年 月 日 學(xué)生姓名 簽名 專業(yè)年級(jí) 系負(fù)責(zé)人審核意見(jiàn) 從選題是否符合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo) 是否結(jié)合科研或工程實(shí)際 綜 合訓(xùn)練程度 內(nèi)容難度及工作量等方面加以審核 專業(yè)負(fù)責(zé)人簽字 年 月 日 I 本 科 畢 業(yè) 論 文 設(shè) 計(jì) 題目 立式高速銑削加工中心圓盤刀庫(kù)機(jī)構(gòu) 學(xué) 院 姓 名 小二宋體加粗 學(xué) 號(hào) 小二宋體加粗 專 業(yè) 小二宋體加粗 班 級(jí) 小二宋體加粗 指導(dǎo)教師 小二宋體加粗 職 稱 小二宋體加粗 二 0 年 月 II 摘 要 課題是加工中心刀具庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 刀庫(kù)容量 20 把刀 最大 臨空刀 空刀刀具 直徑 160mm 最大刀具直徑 滿刀 80 刀具庫(kù)由電機(jī)傳動(dòng) 這種刀庫(kù)在數(shù)控加工中 心上應(yīng)用非常廣泛 其換刀過(guò)程簡(jiǎn)單 換刀時(shí)間短 總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 緊湊 動(dòng)作準(zhǔn)確可 靠 維護(hù)方便 成本低 本課題的目的就是要通過(guò)對(duì)加工中心刀庫(kù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)以提高 換刀速度 減少助助時(shí)間 關(guān)鍵詞 加工中心 刀具庫(kù) 電機(jī) 數(shù)控 I Abstract Subject is to design the structure of machining center tool library Tool storage capacity of 20 knife the maximum air knife air cutter diameter 160mm diameter of cutter Man Dao 80 the machine tool library This knife is widely used in CNC machining center tool change its process is simple tool change time is short the overall structure is simple compact reliable action and convenient maintenance low cost The purpose of this paper is to through the optimization design of the machining center to improve the tool change speed reduce the time to help Keywords processing center CNC machine tool library 2 目 錄 摘 要 II Abstract I 目 錄 2 第 1 章 緒 言 4 1 1 課題的目的 4 1 2 課題設(shè)計(jì)方案的選擇和設(shè)計(jì)手段 4 1 3 刀庫(kù)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 5 1 4 刀庫(kù)系統(tǒng)的發(fā)展方向 6 第 2 章 方案論證 7 2 1 圓盤刀庫(kù)方案 7 2 1 1 步進(jìn)電機(jī)的原理 7 2 1 2 傳動(dòng)方案?jìng)鲃?dòng)時(shí)應(yīng)滿足的要求 7 2 1 3 傳動(dòng)方案及其分析 8 2 1 4 伺服電機(jī)選擇 8 2 2 變速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 11 第 3 章 圓盤刀庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13 3 1 傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì) 13 3 1 1 選擇齒輪傳動(dòng)的類型 13 3 1 2 選擇材料 13 3 1 3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 13 3 1 4 確定齒輪的主要參數(shù)與主要尺寸 13 3 1 5 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 13 3 1 6 確定齒輪傳動(dòng)精度 14 3 1 7 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14 3 2 電機(jī)的選擇及運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算 14 3 3 蝸輪及蝸桿的選用與校核 15 3 3 1 選擇蝸桿傳動(dòng)類型 15 3 3 3 2 選擇材料 15 3 3 3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 15 3 4 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 16 3 4 1 蝸桿 16 3 4 2 蝸輪 16 3 4 3 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 16 3 5 軸的校核與計(jì)算 17 3 5 1 畫出受力簡(jiǎn)圖 17 3 5 2 畫出扭矩圖 17 3 5 3 彎矩圖 18 3 6 彎矩組合圖 18 3 7 根據(jù)最大危險(xiǎn)截面處的扭矩確定最小軸徑 18 3 8 齒輪上鍵的選取與校核 19 3 9 軸承的選用 19 3 9 1 軸承的類型 19 3 9 2 軸承的游隙及軸上零件的調(diào)配 19 3 9 3 滾動(dòng)軸承的配合 19 3 9 4 滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑 19 3 9 5 滾動(dòng)軸承的密封裝置 20 第 4 章 刀庫(kù)轉(zhuǎn)動(dòng)定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 21 結(jié)束語(yǔ) 22 致謝 23 參考文獻(xiàn) 24 4 第 1 章 緒 言 1 1 課題的目的 未 來(lái) 工 具 機(jī) 產(chǎn) 業(yè) 的 發(fā) 展 均 以 追 求 高 速 高 精 度 高 效 率 為 目 標(biāo) 隨 著 切 削 速 度 的 提 高 切 削 時(shí) 間 的 不 斷 縮 短 對(duì) 換 刀 時(shí) 間 的 要 求 也 在 逐 步 提 高 換 刀 的 速 度 已 成 為 高 等 級(jí) 工 具 機(jī) 的 一 項(xiàng) 重 要 指 標(biāo) 本 課 題 的 目 的 就 是 要 通 過(guò) 對(duì) 刀 庫(kù) 的 設(shè) 計(jì) 以 提 高 換 刀 速 度 減 少 助 助 時(shí) 間 1 提高換刀速度的基本原則 工具機(jī)的換刀裝置 通常由刀庫(kù)和換刀機(jī)構(gòu)組成 有些應(yīng)用機(jī)械手臂換刀 有些換刀方式并不需要機(jī)械手臂 刀庫(kù)的形式和擺放位置也不一樣 為了適合高 速運(yùn)動(dòng)的需要 高速工具機(jī)在結(jié)構(gòu)上已和傳統(tǒng)的工具機(jī)不同 以刀具運(yùn)動(dòng)進(jìn)給為 主 減小運(yùn)動(dòng)工件的質(zhì)量 已成為高速工具機(jī)設(shè)計(jì)的主流 因此 設(shè)計(jì)換刀裝置 時(shí) 要充分考慮到高速工具機(jī)的結(jié)構(gòu)特征 9 2 提高換刀速度的主要技術(shù)方法 適合于工具機(jī)的快速自動(dòng)換刀技術(shù)主要有以下幾個(gè)方面 在傳統(tǒng)自動(dòng)換刀裝 置的基礎(chǔ)上提高動(dòng)作速度 或采用動(dòng)作速度更快的機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)元件 例如 機(jī)械 凸輪結(jié)構(gòu)的換刀速度高于液壓和氣動(dòng)結(jié)構(gòu) 根據(jù)高速工具機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)刀庫(kù) 和換刀裝置的形式和位置 例如 傳統(tǒng)工具機(jī)的刀庫(kù)和換刀裝置多裝在立柱一側(cè) 在高速工具機(jī)則多為立柱移動(dòng)的進(jìn)給方式 為減輕運(yùn)動(dòng)件質(zhì)量 刀庫(kù)和換刀裝置 不宜再裝在立柱上 采用新方法進(jìn)行刀具快速交換 不用刀庫(kù)和機(jī)械手方式 而 改用其它方式換刀 例如不用換刀 用換主軸的方法 使用適合于高速工具機(jī)的 刀柄 如 HSK 刀柄質(zhì)量輕 裝卸刀具的行程短 可以使自動(dòng)換刀裝置的速度提高 快速自動(dòng)換刀裝置采用 HSK 空心短錐柄刀是發(fā)展的趨勢(shì) 1 2 課題設(shè)計(jì)方案的選擇和設(shè)計(jì)手段 I 設(shè)計(jì)方案選擇 刀庫(kù)是刀具交換系統(tǒng)的一部分 加工中心的刀具交換系統(tǒng)也稱為自動(dòng)換刀裝 置 ATC 它通常是由刀庫(kù)和機(jī)械手組成 自動(dòng)換刀裝置是加工中心不可缺少的 組成部分 也是加工中心的象征 又是加工中心成敗的關(guān)鍵 加工中心有立式 臥式 龍門式幾種 所以這些機(jī)床的刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置 也是各種各樣 加工中心上的刀庫(kù)類型有鼓輪式刀庫(kù) 鏈?zhǔn)降稁?kù) 格子箱式刀庫(kù) 和直線刀庫(kù)等 1 鼓輪式刀庫(kù) 5 應(yīng)用較廣 這種刀庫(kù)的結(jié)構(gòu)緊湊 但因刀具單環(huán)排列 定向利用率低 大容 量刀庫(kù)的外徑較大 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大 選刀時(shí)運(yùn)動(dòng)時(shí)間長(zhǎng) 因此這種刀庫(kù)的容量較小 一般不超過(guò) 32 把刀具 2 鏈?zhǔn)降毒?容量較大 當(dāng)采用多環(huán)鏈?zhǔn)降稁?kù)時(shí) 刀庫(kù)的外形較緊湊 占用空間小 適合 用于做大容量刀庫(kù) 在增加存儲(chǔ)刀具數(shù)目時(shí) 可增加鏈條的長(zhǎng)度 而不增加鏈輪 直徑 因此 鏈輪的圓周速度不會(huì)增加 且刀庫(kù)的運(yùn)動(dòng)慣量不像鼓輪式刀庫(kù)增加 的那么多 3 格子箱式刀庫(kù) 刀庫(kù)容量大 結(jié)構(gòu)緊湊 空間利用率高 但布局不靈活 通常將刀庫(kù)安放于 工作臺(tái)上 有時(shí)甚至在使用一側(cè)的刀具時(shí) 必須更換另一側(cè)的刀座板 4 直線式刀庫(kù) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 刀庫(kù)容量較小 一般用于數(shù)控車床 數(shù)控鉆床 個(gè)別加工中心也 有采用 結(jié)合所給題目 初步?jīng)Q定采用鏈?zhǔn)降稁?kù)換刀方案 1 3 刀庫(kù)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 1958 年 美國(guó)卡尼 特雷克 Kearney Trecker 公司首次把銑 鉆 鏜等多種工 序集中于一臺(tái)數(shù)控機(jī)床上 通過(guò)換刀方式實(shí)現(xiàn)連續(xù)加工 成為世界上第一臺(tái)加工中心 該產(chǎn)品出現(xiàn)后 銷路驚人 引起了日 德 美 英 法 意等先進(jìn)工業(yè)國(guó)家的高度重 視 競(jìng)相開(kāi)發(fā)生產(chǎn) 不斷擴(kuò)大和完善機(jī)床的功能 成為數(shù)控機(jī)床中發(fā)展最快 需求量 最大的商品之一 如今 世界上出現(xiàn)了立式 臥式 龍門式 落地式等各種加工中心 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì) 大約有 1000 多個(gè)品種規(guī)格 未來(lái)加工中心的發(fā)展動(dòng)向是高速化 進(jìn)一步提高精度和愈發(fā)完善的機(jī)能 加工中 心是數(shù)控機(jī)床的代表 是高新技術(shù)集成度高的典型機(jī)電一體化機(jī)械加工設(shè)備 我國(guó)的 加工中心從 70 年代開(kāi)始 已有很大發(fā)展 但技術(shù) 品種和數(shù)量上都還遠(yuǎn)不能適應(yīng)我國(guó) 經(jīng)濟(jì) 技術(shù)發(fā)展的需要 隨著我國(guó)工業(yè)的不斷發(fā)展 推動(dòng)了模具制造業(yè) 機(jī)械加工業(yè) 的巨大發(fā)展 使得數(shù)控機(jī)床的使用越來(lái)越普遍 而加工中心更是以其高自動(dòng)化程度得 到廣泛應(yīng)用 然而 目前市場(chǎng)上生產(chǎn)和銷售的都是以大 中型的加工中心為主 小型 加工中心幾乎是空白 而機(jī)械加工業(yè) 小型模具的制造 工科院校 技工學(xué)校等對(duì)小 型加工中心存在著大量的需求 為加速我國(guó)加工中心的發(fā)展 需進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)加工中 心的研究 設(shè)計(jì) 制造和應(yīng)用 在加工中心中 刀庫(kù)和機(jī)械手組成自動(dòng)換刀裝置 6 Automatic Tool Changer 簡(jiǎn)稱 ATC 而自動(dòng)換刀裝置的好壞 將直接影響加工中心 的好壞 從目前情況看 加工中心的主機(jī)部分基本定型 變化不大 但自動(dòng)換刀裝置 種類繁多 五花八門 是最難搞好的部分 它是加工中心的象征 又是加工中心成敗 的關(guān)鍵環(huán)節(jié) 因此各加工中心制造廠家都在下大力研制動(dòng)作迅速 可靠性高的自動(dòng)換 刀裝置 以求在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中取得好效益 正因?yàn)樽詣?dòng)換刀裝置是加工中心的核心內(nèi) 容 各廠家都在保密 極少公開(kāi)有關(guān)資料 尤其機(jī)械手這部分更是如此 近年來(lái)刀庫(kù)的發(fā)展儼然已超越其為裝備的角色 在特有的技術(shù)領(lǐng)域中發(fā)展出 符合工具機(jī)高精度 高效能 高可靠度及多任務(wù)復(fù)合等概念產(chǎn)品 多樣化產(chǎn)品 左右工具機(jī)在生產(chǎn)效能及產(chǎn)品精度的表現(xiàn) 刀庫(kù)的容量 布局 針對(duì)不同的工具 機(jī) 形式也有所不同 根據(jù)刀庫(kù)的容量 外型和取刀的方式可大概分為斗笠式刀 庫(kù) 圓盤式刀庫(kù) 鏈條式刀庫(kù) 7 其發(fā)展趨勢(shì)為 1 高效能的產(chǎn)品 發(fā)展符合高荷重 高容量 高速化概念的刀庫(kù)產(chǎn)品 2 輕量化 低成本的產(chǎn)品 發(fā)展符合重量輕 成本低概念的刀庫(kù)產(chǎn)品 1 4 刀庫(kù)系統(tǒng)的發(fā)展方向 刀庫(kù)系統(tǒng)作為自動(dòng)化加工過(guò)程中所需的儲(chǔ)刀及換刀需求的一種裝置 為數(shù)控 機(jī)床縮短機(jī)床非切削時(shí)間 降低勞動(dòng)強(qiáng)度提供了必要條件 是數(shù)控機(jī)床的重要的 功能部件 必將向以下幾個(gè)方向發(fā)展 一方面隨著主機(jī)的 單機(jī)多任務(wù)復(fù)合化 發(fā)展 刀庫(kù)也必將向容量大 結(jié)構(gòu)精 速度快 效率高的方向發(fā)展 以適應(yīng)主機(jī) 的高轉(zhuǎn)速 高精度和強(qiáng)力切削的機(jī)械特性 此類刀庫(kù)大部分為臥式刀庫(kù) 有下面 幾個(gè)特點(diǎn) 1 可遠(yuǎn)距離傳輸 2 換刀時(shí)可同步打刀 縮短換刀時(shí)間 3 大容量且可擴(kuò)充 4 高效且精準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng)和選刀系統(tǒng) 5 控制系統(tǒng)復(fù)雜 6 刀具重量大 比如適合五軸聯(lián)動(dòng)的立臥轉(zhuǎn)換伺服刀庫(kù) 而另一方面 刀庫(kù)僅作 為單純的儲(chǔ)刀倉(cāng)功能存在 主軸主動(dòng)抓刀的 固定地址換刀 刀庫(kù)也是發(fā)展的 方向之一 此時(shí)刀庫(kù)好比數(shù)控系統(tǒng)的一個(gè)控制軸 僅有旋轉(zhuǎn)定位功能 如立車 刀庫(kù) 轉(zhuǎn)盤刀庫(kù)等 8 尤其以 20 盤式刀庫(kù)為代表 換刀速度和刀庫(kù)重量已經(jīng)成為衡量刀庫(kù)性能的主 要參數(shù)之一 比如 吉輔 20 盤式刀庫(kù)的換刀速度 1 1s 重量已經(jīng)降到 295kg 7 在選材上更環(huán)保 在制作過(guò)程中減少消耗 使用過(guò)程智能 安全等也是刀庫(kù) 發(fā)展的方向之一 第 2 章 方案論證 2 1 圓盤刀庫(kù)方案 2 1 1 步進(jìn)電機(jī)的原理 步進(jìn)電機(jī)是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運(yùn)動(dòng)的電磁執(zhí)行元件 每輸入一個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個(gè)步距角增量 電機(jī)總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比 例 相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖頻率 步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電一體化產(chǎn)品中關(guān)鍵部件之一 通常被用作定位控制和定速控制 步進(jìn)電機(jī)慣量低 定位精度高 無(wú)累積誤差 控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn) 廣泛應(yīng)用于機(jī)電一體 化產(chǎn)品中 如 數(shù)控機(jī)床 包裝機(jī)械 計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備 復(fù)印機(jī) 傳真機(jī)等 選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí) 首先要保證步進(jìn)電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需的功率 而在選 用功率步進(jìn)電機(jī)時(shí) 首先要計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 電機(jī)的矩頻特性能滿足機(jī)械負(fù) 載并有一定的余量保證其運(yùn)行可靠 在實(shí)際工作過(guò)程中 各種頻率下的負(fù)載力矩必須 在矩頻特性曲線的范圍內(nèi) 一般地說(shuō)最大靜力矩 Mjmax 大的電機(jī) 負(fù)載力矩大 選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí) 應(yīng)使步距角和機(jī)械系統(tǒng)匹配 這樣可以得到機(jī)床所需的脈沖當(dāng) 量 在機(jī)械傳動(dòng)過(guò)程中為了使得有更小的脈沖當(dāng)量 一是可以改變絲桿的導(dǎo)程 二是 可以通過(guò)步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)來(lái)完成 但細(xì)分只能改變其分辨率 不改變其精度 精 度是由電機(jī)的固有特性所決定 選擇功率步進(jìn)電機(jī)時(shí) 應(yīng)當(dāng)估算機(jī)械負(fù)載的負(fù)載慣量和機(jī)床要求的啟動(dòng)頻率 使 之與步進(jìn)電機(jī)的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量 使之最高速連續(xù)工作頻率能滿 足機(jī)床快速移動(dòng)的需要 2 1 2 傳動(dòng)方案?jìng)鲃?dòng)時(shí)應(yīng)滿足的要求 數(shù)控圓盤刀庫(kù)一般由原動(dòng)機(jī) 傳動(dòng)裝置和工作臺(tái)組成 傳動(dòng)裝置在原動(dòng)機(jī)和工作 臺(tái)之間傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力 并可實(shí)現(xiàn)分度運(yùn)動(dòng) 在本課題中 原動(dòng)機(jī)采用電液脈沖馬達(dá) 工作臺(tái)為 T 形槽工作臺(tái) 傳動(dòng)裝置由齒輪傳動(dòng)和蝸桿傳動(dòng)組成 合理的傳動(dòng)方案主要滿足以下要求 1 機(jī)械的功能要求 應(yīng)滿足工作臺(tái)的功率 轉(zhuǎn)速和運(yùn)動(dòng)形式的要求 2 工作條件的要求 例如工作環(huán)境 場(chǎng)地 工作制度等 3 工作性能要求 保證工作可靠 傳動(dòng)效率高等 4 結(jié)構(gòu)工藝性要求 如結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 尺寸緊湊 使用維護(hù)便利 工藝性和經(jīng)濟(jì)合 理等 8 2 1 3 傳動(dòng)方案及其分析 該傳動(dòng)方案分析如下 齒輪傳動(dòng)承受載能力較高 傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確 平穩(wěn) 傳遞 功率和圓周速度范圍很 大 傳動(dòng)效率高 結(jié)構(gòu)緊湊 蝸桿傳動(dòng)有以下特點(diǎn) 1 傳動(dòng)比大在分度機(jī)構(gòu)中可達(dá) 1000 以上 與其他傳動(dòng)形式相比 傳動(dòng)比相同時(shí) 機(jī)構(gòu)尺寸小 因而結(jié)構(gòu)緊湊 2 傳動(dòng)平穩(wěn) 蝸桿齒是連續(xù)的螺旋齒 與蝸輪的嚙合是連續(xù)的 因此 傳動(dòng)平穩(wěn) 噪聲低 3 可以自鎖 當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于齒輪間的當(dāng)量摩擦角時(shí) 若蝸桿為主動(dòng)件 機(jī) 構(gòu)將自鎖 這種蝸桿傳動(dòng)常用于起重裝置中 4 效率低 制造成本較高 蝸桿傳動(dòng)是 齒面上具有較大的滑動(dòng)速度 摩擦磨損 大 故效率約為 0 7 0 8 具有自鎖的蝸桿傳動(dòng)效率僅為 0 4 左右 為了提高減摩擦性 和耐磨性 蝸輪通常采用價(jià)格較貴的有色金屬制造 由以上分析可得 將齒輪傳動(dòng)放在傳動(dòng)系統(tǒng)的高速級(jí) 蝸桿傳動(dòng)放在傳動(dòng)系統(tǒng)的 低速級(jí) 傳動(dòng)方案較合理 同時(shí) 對(duì)于數(shù)控圓盤刀庫(kù) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 它有兩種型式 開(kāi)環(huán)圓盤刀庫(kù) 閉環(huán)圓盤 刀庫(kù) 兩種型式各有特點(diǎn) 開(kāi)環(huán)圓盤刀庫(kù) 開(kāi)環(huán)圓盤刀庫(kù)和開(kāi)環(huán)直線進(jìn)給機(jī)構(gòu)一樣 都可以用點(diǎn)液脈沖馬達(dá) 功率步進(jìn)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng) 閉環(huán)圓盤刀庫(kù) 閉環(huán)圓盤刀庫(kù)和開(kāi)環(huán)圓盤刀庫(kù)大致相同 其區(qū)別在于 閉環(huán)圓盤 刀庫(kù)有轉(zhuǎn)動(dòng)角度的測(cè)量元件 圓光柵 所測(cè)量的結(jié)果經(jīng)反饋與指令值進(jìn)行比較 按閉 環(huán)原理進(jìn)行工作 使轉(zhuǎn)臺(tái)分度定位精度更高 2 1 4 伺服電機(jī)選擇 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)有其他形式刀庫(kù)參數(shù)給定情況 并充分考慮實(shí)際情況的影響 技術(shù)參數(shù) 名 稱 規(guī) 格 刀庫(kù)規(guī)格 BT40 刀庫(kù)容量 20 最大刀具直徑 滿刀 80 9 最大刀具直徑 臨空 刀 160 最大刀具長(zhǎng)度 300mm 最大刀具重量 7kg 刀庫(kù)重量 220kg 刀架水平運(yùn)動(dòng)行程 240mm 尤其是轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)動(dòng)速度之間的關(guān)系 給定轉(zhuǎn)速范圍在每分鐘 4 16 轉(zhuǎn)之間 我們?cè)O(shè) 定刀盤轉(zhuǎn)速為 15 轉(zhuǎn) 分鐘 以下計(jì)算按此轉(zhuǎn)速進(jìn)行 實(shí)際使用時(shí)可根據(jù)具體情況適當(dāng) 調(diào)整 1 確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 根據(jù)傳動(dòng)比合理取值 取一級(jí)齒輪的傳動(dòng)比 i 2 78 二級(jí)渦輪蝸桿減速器傳動(dòng)比 i 1 35 則總傳動(dòng)比合理范圍為 i 97 故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速約為 2 a n i n 97 1455 2 1 d a 15 minr 故選取轉(zhuǎn)速為 1500 的電機(jī) 初選 SM130 100 15LFB 伺服電機(jī) 其規(guī)格參數(shù)mr 如下 2 各軸轉(zhuǎn)速 2 2 01inm ir 式中 電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速 mn 電動(dòng)機(jī)至 軸的傳動(dòng)比 0i 以及 2 3 In101iim nr 2 4 2102iiII i 由式 2 3 2 5 得 I 軸 1500 01inm 5inr II 軸 540 I101ii i 10 III 軸 15 4 2102ininmII 3578 0 minr 3 各軸輸入功率 2 5 dIP kW 2 6 12 IIP321 kW 2 7 33 式中 分別為軸承 齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)效率 2 3 由式 5 7 得 I 軸 1 5kWdIP II 軸 1 5 0 98 0 97 1 4259kW 12 I 32 d III 軸 1 4259 1 3555 kWI 3I 97 08 II III 軸的輸出功率則分別為輸入功率乘軸承效率 0 98 分別為 1 3974kW 和 1 3284kW I 軸為電機(jī)軸 輸出功率為 1 5kW 4 各軸輸入轉(zhuǎn)矩 9550 N m 2 8 TnP 其中 為電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩 按下式計(jì)算 dT 9550 N m 2 9 dd 所以 9550 9 55N m 2 10 dIT 150 9550 25 2173N m 2 11 I429 9550 N m 2 12 I 86 153 II III 軸的輸出轉(zhuǎn)矩則分別為輸入轉(zhuǎn)矩乘軸承效率 0 98 分別為 24 7130 N m 和 823 7743 N m I 軸為電機(jī)軸 輸出轉(zhuǎn)矩為 9 55 N m 運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算結(jié)果如下表 2 2 表 2 2 軸名 轉(zhuǎn)矩 T N m 功率 PkW 轉(zhuǎn)速 n 傳動(dòng) 比 效率 11 輸入 輸出 輸入 輸出 minri I 軸 9 55 9 55 1 5 1 5 1500 2 78 0 93 II 軸 25 2173 24 7130 1 4259 1 3974 540 III 軸 840 5860 823 7743 1 3555 1 3284 15 4 35 0 95 5 校核電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)矩校核 加載在刀盤轉(zhuǎn)軸上的重力為刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)刀架的重力 其中刀盤厚度為 40mm 直徑為 430mm 刀具平均重量 5kg 共有 24 把刀 G 5 6 0 04 10 24 5 10 1525N mg24 3104 23 0 則可得刀庫(kù)作用在軸 III 上的轉(zhuǎn)矩 T 3 Gd3 1525 0 025 38 1 N m 可得 T 3 inr mirm n 故此電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也滿足刀庫(kù)的轉(zhuǎn)速要求 d 綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸 轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)速等各方面 可見(jiàn)此電動(dòng)機(jī)比較合 適 因此選定電動(dòng)機(jī)型號(hào)為 SM130 100 15LFB 2 2 變速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 齒輪變速機(jī)構(gòu) 齒輪傳動(dòng)平穩(wěn) 傳動(dòng)比精確 工作可靠 效率高 壽命長(zhǎng) 使用的功率 速度和 尺寸范圍大 由于電機(jī)轉(zhuǎn)速較高 在這里 我選用直齒輪變速機(jī)構(gòu)作為第一級(jí)變速 設(shè)計(jì)傳動(dòng)比為 2 78 齒輪 1 模數(shù) m 2 齒數(shù) Z 18 d 36 20 度 齒輪厚度 B 20mm 齒輪 2 模數(shù) m 2 齒數(shù) Z 50 d 100 20 度 齒輪厚度 B 20mm 2 蝸輪蝸桿變速機(jī)構(gòu) 蝸輪蝸桿傳動(dòng)是用來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中有很普遍的 應(yīng)用 蝸輪蝸桿是兩個(gè)交錯(cuò)軸之間的傳動(dòng) 在中間平面內(nèi)的狀態(tài)相當(dāng)于齒輪和齒條 12 而蝸桿的構(gòu)造和形狀與螺桿相類似 蝸輪蝸桿傳動(dòng)作為諸多傳動(dòng)方式的一種 有著自身獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn) 從而開(kāi)拓了廣泛 的使用空間 渦輪蝸桿傳動(dòng)有很大的傳動(dòng)比和軸向力 比交錯(cuò)軸斜齒輪的結(jié)構(gòu)更為緊 湊 更適用于兩軸交錯(cuò)傳動(dòng)的狀態(tài) 渦輪蝸桿傳動(dòng)的兩輪嚙合齒面間為線接觸 能獲得比交錯(cuò)軸斜齒輪機(jī)構(gòu)更好的嚙 合效果 傳動(dòng)比和承載能力也更高 蝸輪蝸桿傳動(dòng)是異種螺旋式傳動(dòng) 傳動(dòng)中主要形式為齒嚙合傳動(dòng) 因此傳動(dòng)更為 平穩(wěn) 振動(dòng)小 噪音低 適合需要穩(wěn)固狀態(tài)的機(jī)械使用 蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)比其他傳動(dòng)機(jī)構(gòu)突出的優(yōu)點(diǎn)在于其自鎖功能 蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)的 蝸桿導(dǎo)程角小于嚙合輪齒間當(dāng)量摩擦角時(shí) 蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)就會(huì)反向自鎖 這時(shí)只 能是蝸桿帶動(dòng)蝸輪 而蝸輪無(wú)法帶動(dòng)蝸桿 即可實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械的安全保護(hù) 13 第 3 章 圓盤刀庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3 1 傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì) 3 1 1 選擇齒輪傳動(dòng)的類型 根據(jù) GB T10085 1988 的推薦 采用直齒輪傳動(dòng)的形式 3 1 2 選擇材料 考慮到齒輪傳動(dòng)效率不大 速度只是中等 故蝸桿用 45 號(hào)鋼 為達(dá)到更高的效率 和更好的耐磨性 要求齒輪面 硬度為 45 55HRC 3 1 3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) 在校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 傳遞轉(zhuǎn)矩 T1 9 55 106P1 N1 9 55X106 0 75 3000 2 39N M 載荷系數(shù) K 因載荷平穩(wěn) 由表 6 6 取 K 1 2 齒寬系數(shù) d 由表 6 7 取 d 1 許用接觸壓力 H H H2 220Mpa 傳動(dòng)比 i i 3 將以上參數(shù)代入公式 D13 671 h 2 6 21 KT1 i 1 di D1 32 88mm 3 1 4 確定齒輪的主要參數(shù)與主要尺寸 1 齒數(shù) 取 Z1 22 則 Z2 i Z1 3 22 66 取 Z2 66 2 模數(shù) m d1 Z1 32 88 22 1 49mm 取標(biāo)準(zhǔn)值 m 1 5 3 中心距 標(biāo)準(zhǔn)中心距 m 2 Z1 Z2 60 5mm 4 其他主要尺寸 分度圓直徑 d1 mZ1 1 5x22 33mm d2 mZ2 1 5x66 99mm 齒頂圓直徑 da1 d1 2m 33 2x1 5 36mm da2 d2 2m 99 2x1 5 102mm 齒寬 b dd1 0 6x33 19 8mm 取 b2 20 b2 b1 5 10 20 30mm 取 b1 20mm 3 1 5 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 F 22KT1YFS bmd1 F 復(fù)合齒形系數(shù) Ys 由 x 0 標(biāo)準(zhǔn)齒輪 及 Z1 Z2 查圖 6 29 得 14 YFS1 4 12 YFS2 3 96 則 f1 2kT1YFS1 bmd1 2x1 2x2 39x103x4 12 19 8x1 5x33 74 6Mpa F1 f2 f1YFS2 YFS1 74 6x3 96 4 12 Mpa 71 70MPa F2 彎曲強(qiáng)度足夠 3 1 6 確定齒輪傳動(dòng)精度 齒輪圓周速度 v d1n 60 x1000 3 14x72 5x970 600 x1000 3 68m s 由表 6 4 確定第 公差組為 8 級(jí) 第 公差組也定為 8 級(jí) 齒厚偏差選 HK 3 1 7 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 小齒輪 da1 33mm 采用實(shí)心式齒輪 大齒輪 da2 99mm 采用腹板式齒輪 3 2 電機(jī)的選擇及運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算 許多機(jī)械加工需要微量進(jìn)給 要實(shí)現(xiàn)微量進(jìn)給 步進(jìn)電機(jī) 直流伺服交流伺服電 機(jī)都可作為驅(qū)動(dòng)元件 對(duì)于后兩者 必須使用精密的傳感器并構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng) 才能實(shí) 現(xiàn)微量進(jìn)給 在閉環(huán)系統(tǒng)中 廣泛采用電液脈沖馬達(dá)作為執(zhí)行單元 1 電機(jī)電機(jī)的選擇 按照工作要求和條件選 Y 系列一般用途的全封閉自扇冷鼠籠型三相異步電機(jī) 2 選擇電機(jī)的額定功率 馬達(dá)的額定功率應(yīng)等于或稍大于工作要求的功率 額定功率小于工作要求 則不 能保證工作機(jī)器正常工作 或使馬達(dá)長(zhǎng)期過(guò)載 發(fā)熱大而過(guò)早損壞 額定功率過(guò)大 則馬達(dá)價(jià)格高 并且由于效率和功率因素低而造成浪費(fèi) 工作所需功率為 Pw FwVw 1000 w KW Pw Tnw 9950 w KW 式中 T 150N M nw 36r min 電機(jī)工作效率 w 0 97 代入上式得 Pw 150 36 9950 0 97 0 56 KW 電機(jī)所需的輸出功率為 P0 Pw 式中 為電機(jī)至工作臺(tái)主動(dòng)軸之間的總效率 由表 2 4 查得 齒輪傳動(dòng)的效率為 w 0 97 一對(duì)滾動(dòng)軸承的效率為 w 0 99 蝸桿傳動(dòng)的效率為 w 0 8 因此 1 23 3 0 97 0 993 0 8 0 75 P0 Pw 0 56 0 75 0 747 KW 一般電機(jī)的額定功率 Pm 1 1 3 P0 1 1 3 0 747 0 747 0 97 KW 則由表 2 1 取電機(jī)額定功率為 Pm 0 75 KW 確定電機(jī)轉(zhuǎn)速 按表 2 5 推薦的各種機(jī)構(gòu)傳動(dòng)范圍為 取 齒輪傳動(dòng)比 3 5 15 蝸桿傳動(dòng)比 15 32 則總的傳動(dòng)范圍為 i i1 i2 3 15 5 32 45 160 電機(jī)轉(zhuǎn)速的范圍為 N i nw 45 160 36 1620 5760 r min 為降低電機(jī)的重量和價(jià)格 由表 2 1 中選取常用的同步轉(zhuǎn)速為 3000r min 的 Y 系 列電機(jī) 型號(hào)為 Y801 2 其滿載轉(zhuǎn)速 nm 3000r min 此外 電機(jī)的安裝和外形尺寸可 查表 2 2 3 3 蝸輪及蝸桿的選用與校核 由于前述所選電機(jī)可知 T 6 93N M 傳動(dòng)比設(shè)定為 i 27 5 效率 0 8 工作日安排 每年 300 工作日計(jì) 壽命為 10 年 3 3 1 選擇蝸桿傳動(dòng)類型 根據(jù) GB T10085 1988 的推薦 采用漸開(kāi)線蝸桿 3 3 2 選擇材料 考慮到蝸桿傳動(dòng)效率不大 速度只是中等 故蝸桿用 45 號(hào)鋼 為達(dá)到更高的效率 和更好的耐磨性 要求蝸桿螺旋齒面淬火 硬度為 45 55HRC 蝸輪用鑄錫磷青銅 Zcusn10p1 金屬鑄造 為了節(jié)約貴重的有色金屬 僅齒圈用青銅制造 而輪芯用灰鑄 鐵 HT100 制造 3 3 3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 根據(jù)閉式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) 在校核齒根彎 曲疲勞強(qiáng)度 傳動(dòng)中心距 232 EHZakT 3 2 1 確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)距 T2 按 Z1 2 估取效率 0 8 則 T2 T i 153 4N M 3 3 2 確定載荷系數(shù) K 因工作載荷較穩(wěn)定 故取載荷分布不均系數(shù) K 1 由使用系數(shù) KA 表從而選取 KA 1 15 由于轉(zhuǎn)速不高 沖擊不大 可取動(dòng)載系數(shù) KV 1 1 則 K KA K KV 1 1 15 1 1 1 265 1 27 3 4 3 確定彈性影響系數(shù) ZE 選用的鑄錫磷青銅蝸輪和蝸桿相配 4 確定接觸系數(shù) Z 16 先假設(shè)蝸桿分度圓直徑 d1 和傳動(dòng)中心距 a 的比值 d1 a 0 30 從而可查出 Z 3 12 5 確定許用應(yīng)力 H 根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅 zcusn10p1 金屬模鑄造 蝸桿螺旋齒面硬度 45HRC 從而可查得蝸輪的基本許用應(yīng)力 H 268MPA 因?yàn)殡妱?dòng)刀架中蝸輪蝸桿的傳動(dòng)為間隙性的 故初步定位 其壽命系數(shù)為 KHN 0 92 則 H KHN H 0 92 268 246 56 247MPA 3 5 6 計(jì)算中心距 23160 71 2758 4am 3 6 取中心距 a 50mm m 1 25mm 蝸桿分度圓直徑 d1 22 4mm 這時(shí) 0 448 從而可 查得接觸系數(shù) 2 72 因?yàn)?Z 因此以上計(jì)算結(jié)果可用 3 4 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 3 4 1 蝸桿 直徑系數(shù) q 17 92 分度圓直徑 d1 22 4mm 蝸桿頭數(shù) Z1 1 分度圓導(dǎo)程角 3 11 38 蝸桿軸向齒距 PA 3 94mm 3 7 蝸桿齒頂圓直徑 123 2aadhm 3 8 蝸桿軸向齒厚 S 1 97mm 3 10 3 4 2 蝸輪 蝸輪齒數(shù) Z2 62 變位系數(shù) 0 驗(yàn)算傳動(dòng)比 i 2z 1 62 1 62 3 11 這是傳動(dòng)比誤差為 60 62 60 2 60 0 033 3 3 3 12 蝸輪分度圓直徑 d2 mz2 5627 m 3 13 蝸輪喉圓直徑 da2 d2 2ha2 93 5 3 14 蝸輪喉母圓直徑 rg2 a 1 2 da2 50 1 293 5 3 25 3 17 3 4 3 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 21 53 aFFFkTYdm 3 18 當(dāng)量齒數(shù) 17 3236 cos 1862oVZCOS 3 19 根據(jù) 2 0 ZV2 62 可查得齒形系數(shù) 2aFY 2 31 螺旋角系數(shù) Y 1 140 0 9773 3 20 許用彎曲應(yīng)力 F H KFN F 56 0 72 40 32MPa 3 21 H 1 532704 2 31 0 9773 4 29MPa 3 22 所以彎曲強(qiáng)度是滿足要求的 3 5 軸的校核與計(jì)算 3 5 1 畫出受力簡(jiǎn)圖 圖 3 1 受力簡(jiǎn)圖 計(jì)算出 R1 46 6N R2 26 2N 扭 矩 圖 3 5 2 畫出扭矩圖 T i T 電機(jī) 0 36 60 0 98 18 21 2 N M 3 33 圖 3 2 扭矩圖 3 5 3 彎矩圖 M 72 8 180 10 3 13 1N 3 34 圖 3 3 彎矩圖 3 6 彎矩組合圖 由此可知軸的最大危險(xiǎn)截面所在 組合彎矩 22 MaT 3 35 3 7 根據(jù)最大危險(xiǎn)截面處的扭矩確定最小軸徑 221 caW 3 36 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力 取 0 6 抗彎截面系數(shù) W 0 1d3 根據(jù)各個(gè)零件在軸上的定位和裝拆方案確定軸的形狀及小 19 3 8 齒輪上鍵的選取與校核 取鍵連接的類型好尺寸 因其軸上鍵的作用是傳遞扭矩 應(yīng)用平鍵連接就可以了 在此用平鍵 由資料可 查出鍵的截面尺寸為 寬度 b 5mm 高度 h 5mm 由連軸器的寬度并參考鍵的長(zhǎng)度系列 從而取鍵長(zhǎng) L 10mm 2 鍵連接的強(qiáng)度 鍵 軸和連軸器的材料都是鋼 因而可查得許用擠壓力 p 50 60MPa 取其 平均值 p 135MPa 鍵的工作長(zhǎng)度 l L b 10 5 5mm 鍵與連軸器的鍵槽的接觸高度 k 0 5h 2 5mm 從 而可得 p 2000T kld 127 p 可見(jiàn)滿足要求 此鍵的標(biāo)記為 鍵 B5 10 GB T 1096 1979 3 9 軸承的選用 滾動(dòng)軸承是現(xiàn)代機(jī)器中廣泛應(yīng)用的部件之一 它是依靠主要元件的滾動(dòng)接觸來(lái)支 撐轉(zhuǎn)動(dòng)零件的 與滑動(dòng)軸承相比 滾動(dòng)軸承摩擦力小 功率消耗少 啟動(dòng)容易等優(yōu)點(diǎn) 并且常用的滾動(dòng)軸承絕大多數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化 因此使用滾動(dòng)軸承時(shí) 只要根據(jù)具體工作 條件正確選擇軸承的類型和尺寸 驗(yàn)算軸承的承載能力 以及與軸承的安裝 調(diào)整 潤(rùn)滑 密封等有關(guān)的 軸承裝置設(shè)計(jì) 問(wèn)題 3 9 1 軸承的類型 考慮到軸各個(gè)方面的誤差會(huì)直接傳遞給加工工件時(shí)的加工誤差 因此選用調(diào)心性 能比較好的圓錐滾子軸承 此類軸承可以同時(shí)承受徑向載荷及軸向載荷 外圈可分離 安裝時(shí)可調(diào)整軸承的游隙 其機(jī)構(gòu)代碼為 3000 然后根據(jù)安裝尺寸和使用壽命選出軸 承的型號(hào)為 30208 3 9 2 軸承的游隙及軸上零件的調(diào)配 軸承的游隙和欲緊時(shí)靠端蓋下的墊片來(lái)調(diào)整的 這樣比較方便 3 9 3 滾動(dòng)軸承的配合 滾動(dòng)軸承是標(biāo)準(zhǔn)件 為使軸承便于互換和大量生產(chǎn) 軸承內(nèi)孔于軸的配合采用基 孔制 即以軸承內(nèi)孔的尺寸為基準(zhǔn) 軸承外徑與外殼的配合采用基軸制 即以軸承的 外徑尺寸為基準(zhǔn) 3 9 4 滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑 考慮到電動(dòng)刀架工作時(shí)轉(zhuǎn)速很高 并且是不間斷工作 溫度也很高 故采用油潤(rùn) 滑 轉(zhuǎn)速越高 應(yīng)采用粘度越低的潤(rùn)滑油 載荷越大 應(yīng)選用粘度越高的 20 3 9 5 滾動(dòng)軸承的密封裝置 軸承的密封裝置是為了阻止灰塵 水 酸氣和其他雜物進(jìn)入軸承 并阻止?jié)櫥瑒?流失而設(shè)置的 密封裝置可分為接觸式及非接觸式兩大類 此處 采用接觸式密封 唇形密封圈 唇形密封圈靠彎折了的橡膠的彈性力和附加的環(huán)行螺旋彈簧的緊扣作用而套緊在 軸上 以便起密封作用 唇形密封圈封唇的方向要緊密封的部位 即如果是為了油封 密封唇應(yīng)朝內(nèi) 如果主要是為了防止外物浸入 蜜蜂唇應(yīng)朝外 21 第 4 章 刀庫(kù)轉(zhuǎn)動(dòng)定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 為了確保刀座不能準(zhǔn)確地停在換刀位置上 需要采取如下措施 1 刀座的精確 定位是靠裝在 軸上的定位嚙合牙嵌式電磁離合器 M 實(shí)現(xiàn)的 如 3 1 所示 離合器的 磁軛和銜鐵的齒面是不等分的 每間隔不同齒數(shù)有一個(gè)寬平齒 銜鐵和磁軛只有在一 個(gè)位置上才能嚙合 磁軛固定在刀庫(kù)法蘭盤上 銜鐵隨 軸轉(zhuǎn)動(dòng) 通電后 銜鐵轉(zhuǎn)到 固定位置與磁軛嚙合 使 軸每次停在固定的方位上 保證了每個(gè)刀座的正確定位 如圖 3 2 所示 為了保證刀座的準(zhǔn)停精度和刀座定位的剛性 鏈?zhǔn)降稁?kù)的換刀位置設(shè) 在主動(dòng)鏈輪上 如果刀座不能準(zhǔn)確地停在換刀位置上 將會(huì)使換刀機(jī)械手抓刀不住 以致在換刀 時(shí)容易發(fā)生掉刀現(xiàn)象 因此 刀座的準(zhǔn)停問(wèn)題 將是影響換刀動(dòng)作可靠性的重要因素 之一 圖 3 2 磁軛 左 銜鐵 右 零件圖 2 鏈?zhǔn)降稁?kù)要選用節(jié)距精度較高的套筒滾子鏈和鏈輪 該設(shè)計(jì)選用的是鏈號(hào)為 20A 的鏈條 3 盡量減少刀座孔徑和軸向尺寸的分散度 以保證刀柄槽在換刀位置上的軸向位置 精度 4 要消除反向間隙的影響 刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)鏈 必然會(huì)有傳動(dòng)間隙 且這種間隙還隨 機(jī)械磨損而增大 這將影響刀庫(kù)的準(zhǔn)停精度 所以 必須采用各種辦法減少或消 除齒輪間隙 本設(shè)計(jì)將采用柔性調(diào)整法來(lái)消除齒輪間隙 柔性調(diào)整法是指調(diào)整后齒側(cè)間隙可 以自動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆椒?這種調(diào)整法在齒輪的齒后和周節(jié)有差異的情況下 仍可始終保 持無(wú)間隙嚙合 先將一個(gè)大的直齒圓柱齒輪加工成 1 2 兩個(gè)薄齒輪 齒輪的下半部 分 1 上帶有三個(gè)周向圓弧槽 5 齒輪的上半部分 2 上鉆有三個(gè)銷孔 圓柱銷 3 依靠 22 微量過(guò)盈固定在銷孔中 套裝在圓弧槽內(nèi) 彈簧 6 的兩端分別頂在圓柱銷 3 和鑲塊 4 上 使兩個(gè)薄齒輪的齒錯(cuò)位 起到消除間隙的作用 23 結(jié)束語(yǔ) 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)將近尾聲 感覺(jué)受益匪淺 通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì) 不僅把大學(xué)所學(xué)到的理論知識(shí)很好的運(yùn)用到畢業(yè)設(shè)計(jì)中 而且 培養(yǎng)了自己認(rèn)真思考的能力 在處理問(wèn)題時(shí)有了新的認(rèn)識(shí)和方法 并加強(qiáng)了和同學(xué)之 間進(jìn)行探討和解決問(wèn)題的能力 通過(guò)對(duì)專業(yè)知識(shí)的接觸和深入學(xué)習(xí) 以及對(duì)相關(guān)信息的獲取 我深切地認(rèn)識(shí)到 就目前的發(fā)展而言 我國(guó)的工業(yè)還比較落后 與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在很大的差距 盡 管我們不斷地在努力 但想在很短的時(shí)間內(nèi)改變這種現(xiàn)狀是很難的 尤其是對(duì)于我們 這樣一個(gè)國(guó)情的大國(guó) 所以 我們應(yīng)該擁有的是一種民族意識(shí) 不斷的追求創(chuàng)新 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中 我做的是整體設(shè)計(jì)部分 通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì) 不僅鍛煉了自己查 閱資料的能力 而且能夠熟練運(yùn)用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 機(jī)械類手冊(cè)和圖冊(cè)等工具進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算 分析 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)還讓我體會(huì)到團(tuán)體的力量 提高自己的團(tuán)隊(duì)意識(shí) 遇到問(wèn)題時(shí)和 小組成員進(jìn)行討論和分析或是請(qǐng)教明老師 直到得到滿意的結(jié)果 24 致謝 在我進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中 我的老師和同學(xué)們給了我很大的幫助 這里我向他們 表示誠(chéng)摯的敬意 首先 我要感謝指導(dǎo)教師 XX 老師 通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)他教會(huì)了我如何去設(shè)計(jì) 怎 么去設(shè)計(jì) 以及在最初構(gòu)思時(shí) 應(yīng)該注意的各種問(wèn)題 他嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的態(tài)度 不辭辛勞 指導(dǎo)我做畢業(yè)設(shè)計(jì) 嚴(yán)于律己 寬以待人的為人都給我留下了深深的印象 他的熱情 他的執(zhí)著 更是讓我終身難忘 這一切將對(duì)我以后的學(xué)習(xí)和工作有很大的幫助 我還 要感謝進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)中期檢查的各位領(lǐng)導(dǎo)和機(jī)械工程系的其他老師 他們及時(shí)的給我 指出了畢業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)中的不足 并且給予我很多完成設(shè)計(jì)的便利條件 在各位老師和同學(xué)的大力幫助下 才使我的畢業(yè)設(shè)計(jì)得以完成 最后 再次對(duì)他 們給予我的幫助 表示衷心的感謝 并對(duì)論文審閱老師的辛勤勞動(dòng)表示敬意 25 參考文獻(xiàn) 1 張建民等著 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì) 高等教育出版社 2001 年 8 月第 1 版 版社 2005 年 10 月第 1 版 2 馮開(kāi)平 左宗義主編 畫法幾何與機(jī)械制圖 華南理工大學(xué)出版社 2005 年 3 顧崇銜等編著 機(jī)械制造工藝學(xué) 陜西科學(xué)技術(shù)出版社 1999 年 11 月第 3 版 4 哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室編 理論力學(xué) 高等教育出版社 2002 年 8 月第 6 版 5 華東紡織工學(xué)院 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 天津大學(xué) 機(jī)床設(shè)計(jì)圖冊(cè) 上?？茖W(xué)技術(shù)出版 社 6 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 機(jī)械工業(yè)出版社 1986 年 12 月 7 邱宣懷主編 機(jī)械設(shè)計(jì) 高等教育出版社 2004 年 5 月 8 李華 李煥峰副主編 機(jī)械制造技術(shù) 機(jī)械工業(yè)出版社出版 9 葉偉昌 林崗副主編 機(jī)械工程及自動(dòng)化簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè) 機(jī)械工業(yè)出版社出 版