買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 I 摘 要 數(shù)控加工 的 加工精度高，生產(chǎn)率高， 能 減輕操作者勞動強(qiáng)度、改善勞動條件，有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化以及經(jīng)濟(jì)效益的提高 ， 它的發(fā)展和運(yùn)用 ，影響著 制造業(yè)水平高低 ，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的數(shù)控化，已經(jīng)成為當(dāng)今制造業(yè)的發(fā)展方向，所以非常值得我們?nèi)パ芯俊?本設(shè)計(jì) 通過對 八工位臥式電動 控制 刀架 的工作原理的分析， 確定了多種方案，綜合考慮各種方案的優(yōu)缺點(diǎn)、性價比后，采用電 動回轉(zhuǎn)刀架 。 其刀架機(jī)構(gòu)的主要部件 包括減速傳動機(jī)構(gòu)、刀架的抬起機(jī)構(gòu)、鎖緊與轉(zhuǎn)位精定位機(jī)構(gòu)等 ，控制系統(tǒng)軟件包括控制系統(tǒng)的選擇，控制系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì)，收發(fā)信電路的設(shè)計(jì) 等 ，設(shè)計(jì)中所采用螺桿抬起機(jī)構(gòu)、端齒盤定位機(jī)構(gòu)和單片機(jī)控制系統(tǒng)都計(jì)較經(jīng)濟(jì)實(shí)用， 適合我們我國現(xiàn)階段數(shù)控機(jī)床的發(fā)展需要。 關(guān)鍵詞 八工位 ， 電動刀架 ，自動化， 8051單片機(jī) 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 he s is is is in as as is us to s of s of of s to to so s s s so in to to be s 898051 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 目 錄 摘要 I 緒論 1 言 1 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 在的問題 2 決的方法 3 2 方案設(shè)計(jì) 4 動刀架的基本要求和類型 4 動刀架的基本要求 4 動刀架的類型 4 案的擬定和確定 5 3 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7 速傳動機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 7 架抬起機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 8 刀體鎖緊與精定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 8 4 主要部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 11 速傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 11 桿的選型 11 桿副的材料選擇 11 齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) 11 桿和蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 14 核蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 15 桿的設(shè)計(jì)計(jì)算 16 距的確定 16 他參數(shù)的確定 16 鎖性能校核 16 齒盤設(shè)計(jì) 17 齒盤的特點(diǎn) 17 齒盤主要參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算 18 5 電氣控制部分設(shè)計(jì) 21 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 制系統(tǒng)的選擇 21 制方式的選擇 22 件電路設(shè)計(jì) 22 信電路設(shè)計(jì) 22 信電路設(shè)計(jì) 23 制軟件設(shè)計(jì) 25 結(jié)論 30 參考文獻(xiàn) 31 致謝 32 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1 1 緒論 言 電動刀架是數(shù)控車床重要的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu) ， 應(yīng)用了自動控制、微電子、 傳感 測量等方面的最新成就，是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。 合理地選配電動刀架，并正確實(shí)施控制，能夠有效地提高勞動生產(chǎn)率，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時間，消除人為誤差，提高加工精度與加工精度的一致性等等。另外，加工工藝適應(yīng)性和連續(xù)穩(wěn)定的工作能力也明顯 提高；尤其是在加工幾何形狀較復(fù)雜的零件時，除了控制系統(tǒng)能提供相應(yīng)的控制算祛對執(zhí)行機(jī)構(gòu) (如步進(jìn)電機(jī)等 )發(fā)出相應(yīng)的控制指令補(bǔ)，很重要的一點(diǎn)是數(shù)控車床需配備易于控制的電動刀架，以便一次裝夾所需各種刀具，靈活、方便地完成各種幾何形狀的加工。 因此 它的發(fā)展和運(yùn)用，改變了制造業(yè)的生產(chǎn)方式、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、管理方式，為普通機(jī)床演變?yōu)閿?shù)控機(jī)床創(chuàng)造了條件，使世界制造業(yè)的格局發(fā)生了巨大的變化。數(shù)控水平的高低已經(jīng)成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的標(biāo)志 ，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的數(shù)控化，已經(jīng)成為當(dāng)今制造業(yè)的發(fā)展方向。 當(dāng)前，數(shù)控車床的發(fā)展很快，特別是適合 中國國情的經(jīng)濟(jì)型簡易數(shù)控車床的迅猛發(fā)展，與之相適應(yīng)的電動刀架的研究與生產(chǎn)也日趨活躍。 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 數(shù)控機(jī)床是先進(jìn)制造業(yè)的基礎(chǔ)機(jī)械，是最典型的多品種、小批量、高技術(shù)含量的機(jī)電一體化產(chǎn)品。目前世界數(shù)控機(jī)床年產(chǎn)量超過 25萬臺，品種超過 1500種。由于國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床不能滿足市場的需求，使我國機(jī)床的進(jìn)口額呈逐年上升態(tài)勢。目前我國數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā) 展的現(xiàn)狀是： 產(chǎn)品成熟度差，可靠性不高 產(chǎn)品品種少，不能滿足市場需求 創(chuàng)新能力低，市場競爭力不強(qiáng) 數(shù)控機(jī)床行業(yè)的專業(yè)化零配件及部件的協(xié)作生產(chǎn)配套體系不健全，大多數(shù)企業(yè)都是 “ 大而全、小而全 ” 的結(jié)構(gòu)模式。 近期我國在數(shù)控機(jī)床的發(fā)展方面，主要采取跟蹤高級型、發(fā)展普及型、擴(kuò)大經(jīng)濟(jì)型，以普及型為主的策略，重點(diǎn)發(fā)展。 目前我國機(jī)床主機(jī)廠刀架資源有以下五個來源： 主機(jī)廠自制； 來自意大利和德國； 來自煙臺環(huán)球機(jī)床附件集團(tuán)有限公司； 來自江蘇常州地區(qū)若干企業(yè)； 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 2 來自臺灣地區(qū)。 其中常州地區(qū)的刀架生產(chǎn)企業(yè)占據(jù)經(jīng)濟(jì)性刀架的主流市場 。 據(jù)專 家分析預(yù)測： 數(shù)控機(jī)床推廣應(yīng)用逐步由經(jīng)濟(jì)型為主向普及型為主轉(zhuǎn)變。到 2005 年我國機(jī)床的數(shù)控化率為 到 2010年將達(dá)到 在 2001濟(jì)型所占比重繼續(xù)減少，普及型所占比重繼續(xù)增長，高級型的需求緩慢增長。 出口前景良好。 1998 年及前幾年我國機(jī)床工具的出口額徘徊在 5 億美元左右， 2000年上升到 著東南亞經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇和我國出口多極化市場的形成和鞏固，以及我國加入 后幾年我國機(jī)床出口將實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)、持續(xù)增長。預(yù)計(jì)到 2010年出口創(chuàng)匯可達(dá)到 13億美元。 本系統(tǒng)利用單片機(jī)的特性，在刀架與 控系統(tǒng)）之間架起一座橋梁，以提高刀架的運(yùn)行性能。而單片機(jī)指令豐富 ,運(yùn)行速度高 ,軟件組態(tài)靈活 ,可以方便地實(shí)現(xiàn)多模式控制 ,為實(shí)現(xiàn)高性能系統(tǒng)提供了技術(shù)保證。 在的問題 目前數(shù)控刀架控制存在的問題是： 控制粗，自診斷功能弱，故障率高，排除故障時間長 。 目前刀架的控制都是由 內(nèi)置 固化 I/O 控制來完成。這種控制的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)方便，但對刀架的控制不夠精確。由于刀架的品種繁多，結(jié)構(gòu)各異，使得機(jī)床廠家的技術(shù)人員或 程序開發(fā)人員對刀架的控 制很難把握得非常準(zhǔn)確。由于刀架的控制粗陋， 接口資源的限制，致使刀架的故障率高，故障提示簡單，使技術(shù)人員對刀架的故障不能進(jìn)一步地細(xì)分，無形中增加了故障率和故障的排除時間。 無鎖緊狀態(tài)、智能識別功能。 目前，市場占有率最高的電動單向轉(zhuǎn)刀架其鎖緊控制采用延時方式，這種控制的特點(diǎn)是簡單、可靠，但對刀架的使用壽命有害。由于使用統(tǒng)一的延時時間進(jìn)行刀架的鎖緊控制，這就使得許 多刀架鎖不緊或鎖得太緊，進(jìn)而造成零件加工精度喪失、下次換刀失敗 。 控制通用性差。由于刀架的控制時序不同，刀架所安裝的發(fā)訊裝置各異，因此不 同的刀架要使用不同的控制程序和控制接口電路，給刀架的使用帶來不便。 影響中高檔刀架的推廣使用。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 3 數(shù)控刀架是數(shù)控車床上的最復(fù)雜的機(jī)電一體化功能部件之一，其控制程序復(fù)雜（尤其對雙向轉(zhuǎn)刀架）。數(shù)控機(jī)床廠的技術(shù)開發(fā)人員，需花費(fèi)相當(dāng)多的時間及精力，在有足夠經(jīng)驗(yàn)積累的基礎(chǔ)上， 才 能編 制出功能完善的刀架控制程序。這極大地影響了機(jī)床廠家的新產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)度。特別對于現(xiàn)在發(fā)展迅猛、數(shù)量眾多的民營、私營機(jī)床企業(yè)，其技術(shù)力量薄弱，許多企業(yè)不具備刀架控制程序的開發(fā)能力，這就限制了中高檔刀架的推廣和使用。另一方面，目前國內(nèi)企業(yè)使用最普及 的經(jīng)濟(jì)型 就限制了雙向轉(zhuǎn)刀架的推廣和使用。 決的 方 法 首先按刀架的不同控制方式進(jìn)行分類，將各種刀架的控制程序都集成在單片機(jī)上，通過刀架選擇開關(guān)確定對不同刀架的控制。其次根據(jù)刀架發(fā)訊裝置的不同，設(shè)計(jì)專用的接口電路。經(jīng)過這樣設(shè)計(jì)的刀架控制系統(tǒng)可以控制電動單向轉(zhuǎn)、電動雙向轉(zhuǎn)、液壓等各類型刀架且可兼容 4工位、 6工位、 8工位、 12工位等多種規(guī)格刀架。實(shí)現(xiàn)刀架控制的通用性。 其次獨(dú)立的刀架控制系統(tǒng)可與 方面可以大大簡化 一方面可以實(shí) 現(xiàn)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)對雙向轉(zhuǎn)刀架的控制。該刀架控制系統(tǒng)也可以脫離 內(nèi)裝的刀架自檢測程序可控制刀架運(yùn)行，在刀架發(fā)生故障時用以判斷故障在刀架側(cè)或在 據(jù)各種刀架的控制過程，將刀架運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的各種故障，制作出自診斷表，分配故障代碼，給出故障報警，方便用戶維修。 本設(shè)計(jì)主要針對中低檔經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)的自動回轉(zhuǎn)刀架， 用單片機(jī)作為其控制系統(tǒng)的 具有位處理能力 ,強(qiáng)調(diào)控制和事務(wù)處理功能 ， 價格低廉 ，控制可靠的特點(diǎn)。 經(jīng)過反復(fù)的檢查和論證，能夠滿足經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的要求。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 4 2 方案設(shè)計(jì) 在零件的制造過程中，大量的時間用于更換刀具、裝卸零件、測量和搬運(yùn)零件等非切削時間上，切削加工時間僅占整個工時中較小的比例。為了縮短非切削時間，充分發(fā)揮機(jī)床的效率，往往采用“工序集中”的原則。常見的自動回轉(zhuǎn)刀架就是為了實(shí)現(xiàn)上述功能而設(shè)計(jì)的。 動刀架的基本要求和類型 動刀架的基本要求 滿足工藝要求 機(jī)床依靠刀具和工件間的相對運(yùn)動形成工作表面，而加工工件的表面形狀和表面位置多種多樣，要求刀架 盡可能布置足夠的刀具，換刀時間短，能夠方便而正確地加工各工件表面。 保證足夠高的重復(fù)定位精度 在刀架上安裝刀具時應(yīng)能精確地調(diào)整刀具的位置，以保證刀具和工件間準(zhǔn)確的相對位置，而且精度保持性要好，以便長期保持刀具的正確位置。 具有足夠的剛度 刀架在粗車時要承受很大的切削力，所以刀架在結(jié)構(gòu)上必須具有良好的強(qiáng)度和剛度。由于車削加工精度在很大程度上取決于刀尖的位置，對于數(shù)控車床來說，在加工過程中刀具的位置不能進(jìn)行人工調(diào)整，因此必須要有可靠的定位方案和合理的定位結(jié)構(gòu)，才能保證回轉(zhuǎn)刀架在每次轉(zhuǎn)位之后，具有盡可能高的重復(fù)定位精度。 提高可靠性 由于自動換刀裝置在機(jī)床工作過程中，使用頻率很高，所以 擁有很高 的 可靠性 非常重要 。 縮短換刀時間 自動刀架 是為了提高機(jī)床的自動化而設(shè)置的，因而它的換刀時間應(yīng)盡可能的短，有 利于提高生產(chǎn)效率。 動刀架的 類型 一般自動刀架的結(jié)構(gòu)取決于機(jī)床的類型、工藝范圍、使用刀具種類和數(shù)量。目前的數(shù)控車床的自動刀架的類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和適用范圍見表 表 自動刀架的類型 類別形式 特點(diǎn) 適用范圍 回轉(zhuǎn)刀架 多為順序換刀，換刀時間短、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、容納刀具少 各種數(shù)控機(jī)床、數(shù)控車削中心 轉(zhuǎn)塔頭 順序換刀， 換刀時間短刀具主軸都集中在轉(zhuǎn)塔頭上，結(jié)構(gòu)緊湊 ,但剛性差 數(shù)控 鉆、鏜、銑床 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 5 案的擬定 和確定 從表 可以得出由于轉(zhuǎn)塔頭的主軸部件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，本 設(shè)計(jì) 的自動刀架應(yīng)選為自動回轉(zhuǎn)刀架。 自動 回轉(zhuǎn) 刀架系統(tǒng)的功能分析 ： 抬起：為了使刀架能夠轉(zhuǎn)位，回轉(zhuǎn)刀架必須先抬起。 轉(zhuǎn)位 ： 為了完成工件若干個工序的加工，在 回轉(zhuǎn) 刀架上固定著 8 組刀具，為使各組刀具能依次參加工作， 回轉(zhuǎn) 刀架需相應(yīng)轉(zhuǎn)位 。 定位 ： 為保證加工精度，在加工時 回轉(zhuǎn) 刀架應(yīng)精確定位，而在轉(zhuǎn)位時應(yīng)先將定位銷拔出。 鎖緊： 刀架在反轉(zhuǎn)后，必須鎖緊才能正常加工工件。 自動刀架 的驅(qū)動裝置 可以 是液壓驅(qū)動 也可以 是電動驅(qū)動，液壓驅(qū)動的刀架即液壓刀架 ，電動機(jī)驅(qū)動的刀架即 電動刀架 。 液壓刀架的初步方案簡圖如下圖 拔爪液壓缸擺動閥芯 圖 液壓刀架 其工作原理為：它利用擺動液壓缸來控制刀架轉(zhuǎn)位，圖中有擺動閥芯、撥爪、小液壓缸。撥爪帶動刀架轉(zhuǎn)位，小液壓缸向下拉緊，從而產(chǎn)生拉緊力。液壓式刀架的特點(diǎn)在于轉(zhuǎn)位可靠，拉緊力大，但需要額外的一套液壓系統(tǒng)（機(jī)床自身有時則不需要）。 電動 刀架的初步方案簡圖如下圖 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 6 離合器電動機(jī)蝸輪副螺母電動刀架 其工作原理為： 當(dāng)數(shù)控裝置發(fā)出 換刀 指令后，電動機(jī)正轉(zhuǎn)，通過離合器帶動蝸桿旋轉(zhuǎn)，在經(jīng)過蝸輪 帶動軸旋轉(zhuǎn)，從而使刀架抬起，刀架抬起后，電動機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動帶動刀架轉(zhuǎn)位， 完成轉(zhuǎn)位后，經(jīng)過延時 使電機(jī)反轉(zhuǎn)，壓緊刀架。 綜上所述， 液壓自動回轉(zhuǎn)刀架精度高、效率高，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。而 電動自動回轉(zhuǎn)刀架相對于液壓回轉(zhuǎn)刀架性能略差，但其結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、成本低，所以非常適合經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床，因?yàn)楸菊n題中的刀具數(shù)目為八把，數(shù)量較少，應(yīng)為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床所設(shè)計(jì)，所以選擇電動自動回轉(zhuǎn)刀架。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 7 3 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)已選的電動自動回轉(zhuǎn)刀架 ，確定 其工作 流程，見自動回轉(zhuǎn)刀架換刀流程如圖 并 對其進(jìn)行總體性 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)。包括：減速傳動機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)、刀架抬起機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、 上刀體鎖緊與精定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。 刀架電動機(jī)正轉(zhuǎn)蝸 輪 - 蝸 桿 減 速螺桿正轉(zhuǎn)銷聯(lián)接螺 桿 - 螺 母上蓋圓盤旋轉(zhuǎn)上刀體抬起端面齒錯開圓柱銷落入上蓋圓盤上刀體旋轉(zhuǎn)到位回答刀架電動機(jī)反轉(zhuǎn)接近開關(guān)觸發(fā)螺桿反轉(zhuǎn) 反靠銷反靠端面齒嚙合上刀體下降，粗定位精定位延時鎖緊電動機(jī)停轉(zhuǎn)圖 動回轉(zhuǎn)刀架的換刀流程 速傳動機(jī)構(gòu) 方 案設(shè)計(jì) 由于電動機(jī) 的 轉(zhuǎn)速太快，不能直接驅(qū)動刀架進(jìn)行換刀，必須經(jīng)過減速機(jī)構(gòu)進(jìn)行減速， 減速機(jī)構(gòu) 一般 可以設(shè)計(jì)成齒輪傳動、蝸輪蝸桿傳動 、 帶輪 齒輪傳動 、鏈條傳動 。 齒輪傳動的特點(diǎn)是： 傳動比準(zhǔn)確，工作平穩(wěn)，傳動效率高，一般可以達(dá)到95%以上，精度較高的圓柱齒輪副可以達(dá)到 99%； 傳動效率高、 傳遞功率范圍廣，可以從儀表中齒輪微小功率的傳動到大型動力機(jī)械幾萬千瓦功率的傳動；結(jié)構(gòu)緊湊、維護(hù)簡便和使用壽命長。 但 要求較高的制造和安裝精度，成本較高； 傳動比小 不適宜于遠(yuǎn)距離兩軸之間的傳動 ； 低精度齒輪在傳動時會產(chǎn)生噪聲和振動 。 蝸輪蝸桿傳動的特點(diǎn)：由 于 蝸桿上的輪齒是連續(xù)的螺旋齒，同時嚙合齒多，買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 8 故動載荷小，傳動平穩(wěn) ；能以單級傳動獲得較大的傳動比，機(jī)構(gòu)緊湊； 嚙合輪齒間有很大的相對滑動速度， 在轉(zhuǎn)遞載荷時，磨損大效率低，發(fā)熱嚴(yán)重，需進(jìn)行熱平衡計(jì)算 ；當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于嚙合輪齒間的當(dāng)量摩擦角時，具有反行程自鎖性。 鏈傳動的特點(diǎn) ： 能夠保證平均傳動比不變； 可用于大中心距的傳動，傳動效率高； 其瞬時傳動比是變化的 不適用于傳動比為常數(shù)的場合；工作時有沖擊和噪聲；制造成本高，安裝要求準(zhǔn)確，需要有適當(dāng)?shù)臐櫥蛷埦o措施。 綜合考慮以上各種類型的傳動特點(diǎn)，結(jié)合本設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，由于 減速比較大， 若選用齒輪傳動 則 必須設(shè)計(jì)成多級齒輪傳動，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積較大而且多級齒輪成本 高。帶輪 齒輪傳動同樣是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高。 根據(jù)鏈 傳動的特點(diǎn)可知其不適合本設(shè)計(jì)的傳動要求。 而蝸輪 蝸桿傳動所得的 單級 傳動比很大 ，可以改變運(yùn)動方向， 能夠保證傳遞動的精度和平穩(wěn)性， 雖然其效率不高，功耗損失較大，但是由于本機(jī)構(gòu)所需的功率很小，因此選用蝸桿副減速。 架抬起機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 在執(zhí)行 換刀 動作 時，刀架必須先執(zhí)行抬起動作，然后在由蝸輪旋轉(zhuǎn)進(jìn)行選刀。 刀架抬起機(jī)構(gòu)可以設(shè)計(jì)成凸臺棘爪機(jī)構(gòu)也可以設(shè)計(jì)成螺桿 臺棘爪機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)復(fù)雜，凸臺和棘爪的加工難度大，成本高。螺桿 動軸向力大， 加工容易，成本低，能夠完成刀架的抬起動作。 從經(jīng)濟(jì)型方面考慮 ，應(yīng)采用經(jīng)濟(jì)的螺桿 上刀體內(nèi)部加工出內(nèi)螺紋，當(dāng)電動機(jī)通過蝸桿 為螺母的上刀體要么轉(zhuǎn)動要么上下移動。到刀架處于鎖緊狀態(tài)時，上刀體與下刀體的端齒面相互嚙合時，因?yàn)檫@時上刀體不能與蝸桿一起轉(zhuǎn)動，所以螺桿的轉(zhuǎn)動只能使上刀體向上移動。當(dāng)端面齒脫離嚙合時，上刀體就與螺桿一同轉(zhuǎn)動。 刀體鎖緊與精定位 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 因?yàn)榈毒咧苯影惭b在上刀體上， 在切削時 要承受很大的切削力，其鎖緊與定位的精度將直接影響工件的加工精度。本設(shè)計(jì)上刀體的鎖緊與定位機(jī)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(dāng)?shù)都芴幱诂嵕o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轉(zhuǎn)動；換刀時電動機(jī)正轉(zhuǎn)，抬起機(jī)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。 圖 換刀過程中有關(guān)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。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 9 上蓋圓盤轉(zhuǎn)動方向 上蓋圓盤轉(zhuǎn)動方向 上蓋圓盤轉(zhuǎn)動方向 上蓋圓盤轉(zhuǎn)動方向圖 架轉(zhuǎn)位過程中銷的位置 a) 換刀開始時，圓柱銷 2與上蓋圓盤 1可以相對滑動 b) 上刀體 4完全抬起后，圓柱銷 2 落入上蓋圓盤 1操內(nèi)，上蓋圓盤 1 將帶動圓柱銷 2 以及上刀體 4一起轉(zhuǎn)動 c) 上刀體 4連續(xù)轉(zhuǎn)動時，反靠銷 6可從反靠盤 7的槽左側(cè)斜坡滑出 d) 找到刀位時，刀架電動機(jī)反轉(zhuǎn)，反靠銷 6反靠，上刀體停轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)粗定位 1 上蓋圓盤 2 圓柱銷 3 彈簧 4 上刀體 5 圓柱銷 6 反靠銷 7 反靠圓盤 當(dāng)?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 落在反靠盤 7的十字槽內(nèi)，上刀體 4的端面齒和峽到體的端面齒處于嚙合狀態(tài)（上下端齒在圖 需要換刀時，控制系統(tǒng)發(fā)出刀架轉(zhuǎn)位信號，三相異步電動機(jī)正向旋轉(zhuǎn)，通過蝸桿副帶動螺桿正向轉(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，上端圓盤 1也隨著螺桿正向轉(zhuǎn)動（上端圓盤 1 通過圓柱銷與螺桿聯(lián)接），當(dāng)轉(zhuǎn)過約 170 度時，上端圓盤 1 直槽的另一端轉(zhuǎn)到圓柱 2的正上方，由于彈簧 3的作用，圓柱銷 2落入直槽內(nèi)，于是上端圓盤 1就通過圓柱銷 2使得上刀體 4轉(zhuǎn)動起來（此時端齒面齒已完全脫開）。如圖 b 所示。 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，如圖 上刀體 4 帶動磁鐵轉(zhuǎn)到需要的刀位 時，發(fā)信盤上對應(yīng)的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(jī)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，如圖 時，反靠銷 6馬上就會落入反靠圓盤 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)，其直槽的左買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 10 側(cè)斜坡將圓柱銷 2的頭部壓入上刀體 4的銷孔內(nèi)，之后，上蓋圓盤 1的下表面開始與圓柱銷 2的頭部滑動。在此期間，上、下刀體的端面齒逐漸嚙合，實(shí)現(xiàn)精定位，經(jīng)過設(shè)定的延時時間后，刀架電動機(jī)停轉(zhuǎn)，整個換刀過程結(jié)束 。 由于蝸桿副具有自瑣功能，所以刀架可穩(wěn)定的工作。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 11 4 主要部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 根據(jù)上述所確定的刀架方案，其結(jié)構(gòu)中的主要部件有減速傳動機(jī)構(gòu)即蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)、刀架的抬起轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)螺桿 精 定位機(jī)構(gòu)端齒盤等。 速傳動機(jī)構(gòu) 的設(shè)計(jì)計(jì)算 本設(shè)計(jì)的減速傳動機(jī)構(gòu)是蝸輪蝸桿副， 自動回轉(zhuǎn)刀架的動力源是三相異步電動機(jī)，其中蝸桿與電動機(jī) 通過聯(lián)軸器相連， 刀架轉(zhuǎn)位時蝸輪與上刀體直聯(lián)。 由于刀架轉(zhuǎn)動所需的功率較小，所以選取 額定功率 為 1P =90W，額定轉(zhuǎn)速1n =1440r/電動機(jī) ,上刀體設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速 02 ， 則蝸桿副的傳動比4830/1 4 4 0/ 21 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 0000L 。 桿的選型 根據(jù) 10085薦采用漸 開線蝸桿（ 錐面包絡(luò)蝸桿（ 本設(shè)計(jì)采用結(jié)構(gòu)簡單、制造方便的漸開線型圓柱蝸桿 (。 桿副的材料 選擇 刀架中的蝸桿副傳遞的功率不大，但蝸桿轉(zhuǎn)速較高，因此，蝸桿的材料選用 45 鋼，其螺旋齒面要求淬火，硬度為 45 55提高表面耐磨性；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 用金屬模鑄造。 齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) 刀架中的蝸桿副采用閉式傳動，多因齒面膠合或點(diǎn)蝕而失效。因此，在進(jìn)行承載能力計(jì)算時，先按齒面接觸疲 勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，再按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核。 按蝸輪接觸疲勞強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)計(jì)算的公式為： 23 2 () T （ 式中 位為 2位為 12 位 H位為 上 式算出蝸桿副的中心距 a 之后，根據(jù)傳動比 i=48，從表 選擇一買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 12 個合適的中心距 及相應(yīng)的蝸桿、蝸輪參數(shù)。 表 通圓柱蝸桿基本尺寸和參數(shù)選擇及其蝸輪參數(shù)的匹配 中心距a/數(shù) m/度直徑/ 1 3蝸桿頭數(shù)1q 分度圓導(dǎo)程角 蝸輪齒數(shù) 220 1 18 18 1 1047 62 82 0 0 40 0 3435 49 0 63 5 1138 62 82 +0 0 3426 51 9 0525 4 17 44 41 63 80 28 1614 61 82 +0 (50) (63) 2 0608 29 (39) (51) (+2 10 07 29 4 19 39 14 6 28 10 43 80 100 42 1 1328 62 82 +0 (63) (80) 8 75 1 0608 29 (39) (53) +(2 10 07 29 4 19 39 14 6 28 10 43 100 45 0415 62 0 63 (80) (100) 0415 29 (39) (53) +(2 10 03 48 4 19 32 29 6 28 01 50 125 56 1310 62 0 (100) (125) 4 40 640 1 4228 31 (41) (51) ()+ 11 18 36 4 21 48 05 6 30 57 50 160 71 1136 1 1328 62 + 確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩2， 。有電動機(jī)的額定功率 1 90p W,可以算得蝸輪傳遞的功率 21，再買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 13 有蝸輪的轉(zhuǎn)速2 3 0 m 得作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩： 2229 0 0 . 89 . 5 5 9 . 5 5 2 2 . 9 230 確定載荷系數(shù) K 載荷系數(shù) K K。其中表 于工作載荷不均勻，起動時沖擊較大，因此取 ； K為齒向載荷分布系數(shù)，因工作載荷在起動和停止時有變化，故取 ；于轉(zhuǎn)速不高、沖擊不大，可取 。則有載荷系數(shù)： 1 . 1 5 1 . 1 5 1 . 0 5 1 . 3 9 K K 表 用系數(shù)I 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 起動載荷 小 較大 大 確定彈性影響系數(shù)有關(guān)手冊查得彈性影響系數(shù) 12160 P。 確定接觸系數(shù)a 的比值1 從圖 可查得接觸系數(shù) 。 圖 柱蝸桿傳動的接觸系數(shù)確定許用接觸應(yīng)力 H根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅 10 1 、金屬模鑄造、蝸桿螺旋齒面硬度大于 45從表 268H M P a 。由于蝸桿為單頭，蝸輪每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時每個齒輪嚙合的次數(shù) j=1；蝸輪轉(zhuǎn)速2 3 0 / m 蝸桿副的使用壽命 10000則應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 14 726 0 6 0 1 3 0 1 0 0 0 0 1 . 8 1 0hN j n L 壽命系數(shù)： 78 10 0 . 9 2 9表 錫磷青銅蝸輪的基本許用接觸應(yīng)力 H 蝸輪材料 鑄造方法 蝸桿螺旋面的硬度 45錫磷青銅 10 1 砂模鑄造 150 180 金屬模鑄造 220 268 鑄錫鋅鉛青銅 5 5 5ZC b 模鑄造 113 135 金屬模鑄造 128 140 許用接觸應(yīng)力 : 0 . 9 2 9 2 6 8 2 4 9H H N P a M P a 計(jì)算中心距 將以還是各參數(shù)帶入式 (6求得中心距 : 23 1 6 0 2 . 91 . 3 9 2 2 9 2 0 ( ) 4 8249a m m m m 查表 中心距 a=50知蝸桿頭數(shù)1 1z,設(shè)模數(shù) m=蝸桿分度圓直徑1 20d 這時1 / 由圖 數(shù) 。因?yàn)?因此以上計(jì)算 結(jié)果可用。 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)，算得蝸桿和蝸輪的主要幾何尺寸后，即可繪制蝸桿副的工作圖了。 蝸 桿 參 數(shù) 與 尺 寸 頭數(shù)11z，模數(shù) m= 軸 向 齒 距5 . 0 2 7ap m m m ，軸向齒厚 0 . 5 2 . 5 1 4as m m m ，分度圓直徑 1 20d ，直徑系數(shù)1 / 1 2 d m，分度圓導(dǎo)程角1a r c t a n ( / ) 4 3 4 2 6 。 取齒頂高系數(shù) * 1，徑向間隙系數(shù) * ，則 齒頂圓直徑 ： *11 2 2 0 2 1 1 . 6 2 3 . 2d h m m m 齒根圓直徑 ： *11 2 ( ) 2 0 2 1 . 6 ( 1 0 . 6 ) 1 6 . 1 6d m h c 蝸 輪 參數(shù)與尺寸 齒數(shù)2 48z ，模數(shù) m=分度圓直徑為 ： 22 1 . 6 1 8 7 6 . 8d m z m m 變位系數(shù) ： 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 15 2 1 2( ) / 2 / 5 0 ( 2 0 7 6 . 8 ) / 2 / 1 . 6 1x a d d m 蝸輪喉圓直徑為 ： *2 2 22 ( ) 7 6 . 8 2 1 . 6 ( 1 1 ) 8 3 . 2d m h x m m 蝸輪齒根圓直徑為 ： *2 2 22 ( ) 7 6 . 8 2 1 . 6 ( 1 1 0 . 2 ) 7 6 . 1 6d m h x c m m 蝸輪咽喉母圓半徑 ： 22 2 5 0 8 3 . 2 2 8 . 4a d m m 。 核蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 檢驗(yàn)下式是否成立，即可較核蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。 2 2121 . 5 3F F a Yd d m（ 式中 F 蝸輪齒根彎曲應(yīng)力，單位為 2 蝸輪齒形系數(shù)； Y 螺旋角影響系數(shù)； F 蝸輪的許用彎曲應(yīng)力，單位為 由蝸桿頭數(shù)1z=1，傳動比 i=48，可以算出蝸輪齒數(shù)2148z 。 則蝸輪的當(dāng)量齒數(shù)：22 3 4 8 . 4 6c o sv 根據(jù)蝸輪變位系數(shù)2 1x 和當(dāng)量齒數(shù)2 ，查 手冊 得齒形系數(shù) ：2 螺旋角影響系數(shù)： 1 0 . 9 6 7140Y 根據(jù)蝸桿的材料和制造方法，查表 得蝸輪基本許用彎曲應(yīng)力： 56F M P a 蝸輪的壽命系數(shù)： 661 0 1 09 9 0 . 7 2 571 . 8 1 0K 蝸輪的許用彎曲應(yīng)力： 5 6 0 . 7 2 5 4 0 . 6F