【文章內(nèi)容簡介】 刀具主軸上的刀具進(jìn)行加工時，可由機械手將下一工步需用的刀具換到不工作的主軸上，待上一工步加工完畢后，轉(zhuǎn)塔頭回轉(zhuǎn) 180 度，即完成換刀工作。這種裝 置換刀效率較高，但是兩個刀具主軸的結(jié)構(gòu)嚴(yán)重限制了它的使用范圍。 傳動方案的可行性分析 方案一：轉(zhuǎn)動用步進(jìn)電機帶傳動，移動用氣壓或液壓傳動 步進(jìn)電機可精確控制轉(zhuǎn)動的角度和轉(zhuǎn)向，但是價格比伺服電機便宜的多。由于換刀不需要反饋系統(tǒng)，因此不必要選伺服點電機。帶傳動可以降低對電機的沖擊，雖然可以配合齒輪傳動達(dá)到較大的傳動比，但是機構(gòu)所占空間大，在要求機構(gòu)緊湊的數(shù)控機床上顯然不適合。氣壓和液壓傳動都有快的優(yōu)勢，但是相比之下，在需要的力并不大的地方選用價格更便宜的氣壓傳動更經(jīng)濟一些。 方案二：轉(zhuǎn)動用步進(jìn)電機 帶傳動，移動用絲杠傳動 絲杠雖然可以實現(xiàn)移動，但是在力較小、并且需要快速移動的地方就不如氣壓傳動適合了。 方案三：轉(zhuǎn)動用步進(jìn)電機齒輪傳動，移動用氣壓或液壓傳動 齒輪傳動和帶傳動一樣能達(dá)到的一級降速傳動比小，不能自鎖。 方案四：轉(zhuǎn)動用步進(jìn)電機蝸輪蝸桿傳動，移動用氣壓傳動 蝸輪蝸桿傳動不僅傳動大，而且可以自鎖。 方案的確定 機械結(jié)構(gòu)方案的確定 經(jīng)過綜合分析確定選擇方案二，即用機械手在刀庫與主軸之間換刀的方案進(jìn)行設(shè)計。機械手兩個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)和一個移動關(guān)節(jié)。 傳動方案的確定 經(jīng) 過綜合分析確定選擇方案四，即 轉(zhuǎn)動用步進(jìn)電機蝸輪蝸桿傳動，移動用氣壓傳動。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 11 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 12 二 刀庫驅(qū)動電機的選定 驅(qū)動刀庫，目前常見的方式有伺服電動機驅(qū)動和液動機驅(qū)動兩種，我國加工中心都選用伺服電機驅(qū)動方式，在本設(shè)計中也將采用伺服電動機來驅(qū)動。 刀套線速度 選用 HP 型鏈條，錐柄號 40 鏈行程 S=20P=2090= 由選刀時間 t.=4s,可得到鏈速 v. 鏈速 m / s ??? tsv 刀套線速度 v=27 m/min,查相關(guān)資料 刀套線速度影響選刀效率，但是過快的線速度又影響刀庫工作可靠性。一般推薦在 22～ 30m/min 之間。鏈速適用。 鏈輪參數(shù)確定 取鏈輪齒數(shù) z=24 鏈輪節(jié)圓直徑 DP mm 2 3 781 8 0s i n 901 8 0s i n ?????NPDp 式中 N——當(dāng)量齒數(shù)（實際齒數(shù) /3） P——鏈條節(jié)距 鏈輪外徑 D0 mm 266180c 0 ??????? ?? NPD? 鏈輪轉(zhuǎn)速 n 100060?? zPnv r/ m i n ?? ?????? zPvn 負(fù)載轉(zhuǎn)矩選電機 加在伺服電動機軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 lT ，應(yīng)比電動機額定連續(xù)轉(zhuǎn)矩 ST 小。 鏈?zhǔn)绞降稁熵?fù)載轉(zhuǎn)矩計算方法 鏈?zhǔn)降稁斓呢?fù)載轉(zhuǎn)矩 T1 是由刀具不平衡重量河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 13 Wmax 和導(dǎo)向面（或支承面）的摩擦力 F 所組成，如圖 21 所示。 不平衡重量 Wmax，可按在一個垂直方向刀套上裝有 1/10 刀庫容量數(shù)的最大刀具重量來計算。 F1和 F3是支承面的摩擦力； F F4則是導(dǎo)向面上因刀具下垂而引起的摩擦力。計算摩擦力時，刀具重量均按刀具平均重量計算。 刀庫鏈輪半徑為 ，刀具最大重量為 20kg，刀具平均重量 17kg，每個方向上 10 把刀，刀具重量 m=170kg。刀具不平衡重量 Wmax=800N。法向約束力 FN=1700N，摩擦系數(shù) fs=。 摩擦力 F=fsFN=1700=187N mN 2211 ??????? PDFTT mN ?????? pDFTT mN a xm a x ?????? PW DWT 所以 mN 8 2m a x4321 ??????? WTTTTTT 負(fù)載所需功率 kW ???? TnP 取傳動比 i=40。 傳動總效率為： ?????????? ? ??：最大偏重 ； ? ： 摩擦力圖 21 鏈?zhǔn)降稁炝Φ姆植? 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 14 0 .7 3 2542321?????? ?????? 式中： η1——聯(lián)軸器的功率； η2——蝸桿的功率； η3——軸承的功率； η4——鏈傳動效率。 把如上計算的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)換為電機軸上的轉(zhuǎn)矩 TL 為： mN ????? ?iTT L 考慮到實際情況比計算時所設(shè)定條件復(fù)雜，電機額定轉(zhuǎn)矩 Ts 應(yīng)為負(fù)載轉(zhuǎn)矩的 ～ 倍，亦即： ? ? LS T～T ? ? ? mN 9 ???? ～～T S 根 據(jù)以上計算結(jié)果，所選電機型號如下： 表 21 所選電機型號 型 號 輸出功率 ? ?PkW 額定轉(zhuǎn)矩 ? ?mNTS ? 最大轉(zhuǎn)矩 ? ?mNT ?max 最高轉(zhuǎn)速 ? ?maxn r/min 工作轉(zhuǎn)速 ? ?min/rn FB25 10 309 1000 500 傳動比分配 刀庫選刀需要低速轉(zhuǎn)動，就要求降低傳動的速度，傳動比選為 i=40。 各軸轉(zhuǎn)速 Ⅰ 軸 r/ m in 50001 ?? inn m Ⅱ 軸 r/ m i n ??? ?? inn 各軸功率 Ⅰ 軸 kW ????? ?dPP 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 15 Ⅱ 軸 kW ???? ?? ?PP 各軸轉(zhuǎn)矩 電動機的輸出轉(zhuǎn)矩 Td 為 : 電機輸出軸 mN 10 ????? mdd nPT Ⅰ 軸 mN ?????? ?iTT d Ⅱ 軸 mN 1 ??????? ?iTT 表 22 運動和動力參數(shù)表 軸 功率 ? ?PkW 轉(zhuǎn)矩T(Nmm) 轉(zhuǎn)速 n(r/min) 傳動比 i 效率 η 電機軸 10 500 1 1 Ⅰ 軸 500 1 Ⅱ 軸 40 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 16 三 刀庫傳動方式 刀庫傳動方式設(shè)計 為使伺服電機在最佳狀態(tài)下工作，一般不采用伺服電機的低速段。刀庫需要在伺服電機恒轉(zhuǎn)矩下運轉(zhuǎn)工作，并且減速比不能過大，否則不能達(dá)到刀庫需要的轉(zhuǎn)矩，這就要求減速裝置既要很大的減速比，又要保證電機工作在恒轉(zhuǎn)矩下 ，選用蝸桿減速裝置。 蝸桿蝸輪傳動 ㈠ 特點和應(yīng)用 蝸桿傳動用于傳遞交錯軸之間的回轉(zhuǎn)運動。在絕大多數(shù)情況下，兩軸在空間是互相垂直的，軸交角為 90176。它廣泛應(yīng)用在機床、汽車、儀器、起重運輸機械、冶金機械以及其他機械制造部門中，最大傳動功率可達(dá) 750 kW，通常用在 50 kW 以下；最高滑動速度 sv 可達(dá) 35 m/s,通常用在 15 m/s 以下。 蝸桿傳動的主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊、工作平穩(wěn)、無噪聲、沖擊振動小以及能得到很大的單級傳動比 。在傳遞動力時，傳動比一般為 8～ 100，常用的為 15～ 50。在機床工作臺中，傳動比可達(dá)幾百，甚至到 1000。這時，需采用導(dǎo)程角很小的單頭蝸桿，但傳動效率很低，只能用在功率小的場合。在現(xiàn)代機械制造業(yè)中正力求提高蝸桿傳動的效率，多頭蝸桿的傳動效率已可達(dá)到 98%。與多級齒輪傳動相比，蝸桿傳動零件數(shù)目少，結(jié)構(gòu)尺寸小，重量輕。缺點是在制造精度和傳動比相同的條件下，蝸桿傳動的效率比齒輪傳動低，同時蝸桿一般需用貴重的減摩材料（如青銅）制造。 蝸桿傳動多用于減速，以蝸桿為原動件。也可用于增速，齒數(shù)比單級為 5～ 15，但應(yīng)用很 少。 ㈡ 精度等級的選擇 蝸桿可以在車床上切制，也可以在特種銑床上用圓盤銑刀或指形銑刀銑制。由于蝸桿傳動的軸間距離必須與蝸桿滾刀在切制蝸輪時的軸間定位距離相等才能得到正確的嚙合，所以蝸輪要用與它相捏合的蝸桿同樣大小的滾刀來切制。 由于蝸桿傳動嚙合輪齒的剛度較齒輪傳動大，所以制造精度對傳動的影響比齒輪傳動更顯著。蝸桿傳動規(guī)定了 12 個精度等級，對于動力傳動，要按照 6～ 9 級精度制造。 ㈢ 材料選擇 考慮到蝸桿傳動難于保證高的接觸精度，滑動速度 又 較大，以及蝸桿變形等因素，故蝸桿，蝸輪不能都用硬材料制造，其中之一（通 常為蝸輪）應(yīng)該用減摩性良好的軟材料來制造。 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 17 ——蝸輪材料。通常是指蝸輪齒冠部分的材料。主要有以下幾種： ⑴ 鑄錫青銅 是適用于 m /s 26 ~m /s 12?sv 和持續(xù)運轉(zhuǎn)的工況，離心鑄造的可得到致密的細(xì)晶粒組織，可取大值，砂型鑄造的取小值。 ⑵ 鑄鋁青銅 適用于 m/s 10?sv 的工況，抗膠合能力差，蝸桿硬度應(yīng)不低于 45 HRC。 ⑶ 鑄鋁黃銅 點蝕強度高，但磨損性能差，宜用于低滑動速度場合。 ⑷ 灰鑄鐵和球墨鑄鐵 使用于 m/s 2?sv 的工況，前者表面經(jīng)硫化處理有利于減輕磨損，后者若與淬火蝸桿配對能用于重載場合。直徑較大的蝸輪常用鑄鐵。 ——蝸桿材料。蝸輪直徑很大時，可以采用青銅蝸桿，蝸輪則用鑄鐵。在要求持久性高的動力傳動中，可選用滲碳鋼淬火，也可選用中碳鋼表面或整體淬火以得到必要的硬度，制造時必須磨削。用氮化鋼氮處理的蝸桿可以不磨削，但需要拋光。只有在缺乏磨削設(shè)備是才選用調(diào)質(zhì)蝸桿。受短時沖擊載荷的蝸桿，不宜用滲碳鋼淬火，最好用調(diào)質(zhì)鋼。鑄鐵蝸輪與鍍鉻蝸桿配 對時，有利于提高傳動的承載能力和滑動速度。 ㈣ 蝸桿和蝸輪的結(jié)構(gòu) 蝸桿通常與軸做成整體很少做成裝配式的。 蝸輪可指成整體的或組合的。組合蝸輪的齒冠可以鑄在或用過盈配合裝在鑄鐵或鑄鋼的輪心上，常用的配合為 H7/r6。為了增加過盈配合的可靠性，沿著接合縫還要擰上螺釘，螺釘孔中心線偏向輪轂一側(cè)。當(dāng)蝸輪直徑較大時，可采用螺栓聯(lián)接，最好采用受剪螺栓聯(lián)接。 ㈤ 蝸桿蝸輪傳動設(shè)計計算： ZA 型蝸桿減速器，輸入功率 P1=，轉(zhuǎn)速 n1=500r/min,傳動比 i=40。工作機載荷平穩(wěn)，動力機有輕微振動。預(yù)期壽命 12021h。 蝸桿采用 45 鋼，表面硬度 45HRC，蝸輪材料采用 ZCuSn10P1，砂型鑄造，計算步驟如下： 初選 [d1/a]值 當(dāng)量摩擦系數(shù) 設(shè) vs=1m/s～ ，查《機械設(shè)計》 μv= 表 ，取大值 ρv=3176。 選 [d1/a]值 在《機械設(shè)計》圖 的 i=40 線上 選一點 ，查得 [d1/a]=， γ=6176。 （ z1=1）， η1= 中心距計算 河南理工大學(xué)萬方科技學(xué)院本科畢業(yè)論文 18 蝸輪轉(zhuǎn)矩 1116112 ?? inPiTT ??? 6 ????? mN 3178242 ??T 使用系數(shù) 按題意查《機械設(shè)計》表 ? 轉(zhuǎn)速系數(shù) 8/12 18??????? ?? nZn 8/118500??????? ?? ?nZ 彈性系數(shù) 根據(jù)蝸輪輻材料查表 得 MPaZE 147? 壽命系數(shù) 6 25000hh LZ ? 61202125000? ??hZ 接觸系數(shù) 由《機械設(shè)計》圖 Ⅰ 線查出 ??Z 接觸疲勞極限 由《機械設(shè)計》表 得 σHlim=265MPa 接觸疲勞最小安全系數(shù) 由《機械設(shè)計手冊》查得 SHmin= 中心距 3 2limm in2 ?????????HhnHEA ZZ SZZTKa ?? 142 2 ??????? ?? ????? 取 a=160mm 傳動基本尺寸 蝸桿頭數(shù) 由《機械設(shè)計》圖 查得 γ=6176。， z1