【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 5 所示 ， 當(dāng) YV3 帶電時(shí)，液壓缸 上 行，轉(zhuǎn)塔松開 。 此時(shí) YV1 帶電，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)塔隨之轉(zhuǎn)動(dòng) ， 轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)到預(yù)定位置時(shí)， YV1 和 YV3 斷電、 YV4 帶電，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，液壓缸下 行，轉(zhuǎn)塔鎖緊 。 轉(zhuǎn)塔鎖緊后 YV4斷電，刀架完成一次轉(zhuǎn)位 。 伺服閥裝在電機(jī)體內(nèi) ，通過(guò)機(jī)械裝置實(shí)現(xiàn)電機(jī)的機(jī)械自鎖，防止轉(zhuǎn)塔越位 。 圖 5 刀架液壓原理圖 機(jī)械結(jié)構(gòu) 圖 6 為多工位數(shù)控刀架的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 .工作時(shí)，液壓缸后腔來(lái)油，壓力油作用在活塞后端武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文 9 面上，推動(dòng)活塞向左運(yùn)動(dòng) ， 活塞推動(dòng)轉(zhuǎn)塔運(yùn)動(dòng)，動(dòng)齒盤與靜齒盤脫開，這時(shí)液壓電機(jī)通過(guò)同步齒形帶帶輪 帶動(dòng)花鍵軸轉(zhuǎn)動(dòng) ， 花鍵軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)位 ， 轉(zhuǎn)塔到位時(shí)，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)并實(shí)現(xiàn)機(jī)械自鎖，防止轉(zhuǎn)塔越位 。 液壓電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)后，液壓缸前腔來(lái)油，壓力油作用在活塞前端面上，推動(dòng) 活塞向右運(yùn)動(dòng) ， 活塞推動(dòng)花鍵軸向右運(yùn)動(dòng)，動(dòng)齒盤與靜齒盤嚙合，轉(zhuǎn)塔鎖緊 。要求 花鍵軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，活塞不隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，兩者之間通過(guò)滑動(dòng)軸承配合 ， 把活塞孔直接設(shè)計(jì)成滑動(dòng)軸承 。 圖 6 刀架機(jī)械結(jié)構(gòu)圖 刀具固定塊 圓螺母 彈簧墊片 動(dòng)齒盤轉(zhuǎn)塔刀架 A型平鍵 軸用彈性擋圈 內(nèi)六角螺栓 液壓缸體 調(diào)整墊片 動(dòng)齒盤刀架體 1 內(nèi)花鍵同步齒形帶輪 1 花鍵軸 1 軸承端蓋 1 深溝球軸承 1 液壓缸端蓋 1 O型密封圈 1 活塞 刀架主要零件設(shè)計(jì) 動(dòng)齒盤與靜齒盤 動(dòng)齒盤與靜齒盤是數(shù)控刀架的兩個(gè)主要零件 ， 其精度決定刀架性能的好壞 ， 齒盤的齒形可設(shè)計(jì)成向心齒（即齒面為梯形齒、齒的截面也為梯形）或設(shè)計(jì)成矩形齒（即齒面為矩形、齒的截面為梯形） 。 本刀架采用工藝性能好的矩形齒 ， 齒的嚙合深度通常設(shè)計(jì)為 4～ 5mm，可獲得所需的鎖緊力滿足刀架剛度要求 。 活塞 對(duì)活塞的設(shè)計(jì)要求： 當(dāng) 花鍵軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，活塞是不允許隨之轉(zhuǎn)動(dòng)的，所以兩者之間應(yīng)有軸承來(lái)傳動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng) ， 顯然在這里用滾動(dòng)軸承是 不合適 的，必需采用滑動(dòng)軸承 。 本 設(shè)計(jì) 直接在活塞孔內(nèi)開螺旋形潤(rùn)滑油槽，把活塞孔設(shè)計(jì)成滑動(dòng)軸承 。由于 省去了花鍵軸與活塞孔之間的滑動(dòng)軸承，使刀架的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步得到簡(jiǎn)化 。 花鍵軸 武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文 10 花鍵軸是本刀架的重要零件之一，它既是刀架的傳動(dòng)軸又是液壓缸的活塞桿；它既有往復(fù)運(yùn)動(dòng)，又有轉(zhuǎn)動(dòng)，所以花鍵軸與活塞配合部分的配合采用 G7/h6。配合特點(diǎn)是：間隙很小的滑動(dòng)配合，用于不希望自由轉(zhuǎn)動(dòng)，但可自由移動(dòng)和滑動(dòng)并精確定位時(shí)。 防水、防塵設(shè)計(jì) 防 水 、 防 塵 設(shè) 計(jì) 是 刀 架 設(shè) 計(jì) 的 重 要 環(huán) 節(jié) 之 一 ， 刀 架 工 作 過(guò) 程 中 鐵屑會(huì)進(jìn)入刀架 本設(shè)計(jì)采用 O型密封圈和氈圈進(jìn)行密封。 控制方式 控制方式也是數(shù)控刀架設(shè)計(jì)需要考慮的重要環(huán)節(jié)之一，控制元件的選取決定著刀架的自動(dòng)化程度 和編程方法，本文采用控制過(guò)程中普遍使用的 行程 開關(guān)和編碼器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)刀架的自動(dòng)控制 。行程 開關(guān)控制轉(zhuǎn)塔的松開與鎖緊，編碼器控制轉(zhuǎn)塔的轉(zhuǎn)位 。 刀架定位精度及重復(fù)定位精度 定 位 精 度 是 指 轉(zhuǎn) 塔 到 位 后 ， 刀 架 指 定 工 位 把 刀 孔 中 心 線 與 設(shè) 計(jì) 中 心 豎直平面內(nèi)的偏差 ， 重復(fù)定位精度是指刀架各工位反復(fù)鎖緊多次后的偏差平均值 。 由于該刀架轉(zhuǎn)塔到位前，控制刀 架初定位的 行程開關(guān) 發(fā)出信號(hào)使控制電機(jī)的 電磁閥斷電，此時(shí)電機(jī)內(nèi)部的機(jī)械自鎖部件使電機(jī)停在預(yù)定位置上，所以刀架具有較高的定位精度和重復(fù)定位精度 。 刀架驅(qū)動(dòng)形式 由于滾珠絲杠具有摩擦系數(shù)小，傳動(dòng)效率高的優(yōu)點(diǎn)，所以刀架的驅(qū)動(dòng)方式采用 AC伺服電機(jī)帶動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)刀架的直線運(yùn)動(dòng)，刀架軀動(dòng)系統(tǒng)如圖 7 所示。 圖 7 刀架驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理簡(jiǎn)圖 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架 主要傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 設(shè)計(jì)一臺(tái)四工位的立式自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架，適用于 C616或 C6132經(jīng)濟(jì)型 數(shù)控車床。推薦刀架所用電動(dòng)機(jī)的 額定功率為 90W，額定轉(zhuǎn)速為 1440r/min，換刀時(shí)要求刀架轉(zhuǎn)動(dòng)的速度為30r/min。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文 11 蝸桿副的設(shè)計(jì)計(jì)算 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的動(dòng)力源時(shí)三相異步電動(dòng)機(jī)，其中蝸桿與電動(dòng)機(jī)直連，刀架轉(zhuǎn)位時(shí)渦輪與上刀體直連。已知電動(dòng)機(jī)額定功率 P 1=90W，額定轉(zhuǎn)速 n1 =1440r/min，上刀體設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速 n2 =30r/min，則蝸桿副的傳動(dòng)比 i =n1/n2 =1440 /30=，需要蝸桿反向，工作載荷不均勻，啟動(dòng)時(shí)沖擊較大，今要求蝸桿副的使用壽命 Lh =10000h 。 蝸桿的選型 GB/T100851988推薦采用漸開線蝸桿（ Z1蝸桿）和錐面包絡(luò)蝸桿（ ZK 蝸桿）。本設(shè)計(jì)采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便的漸開線型圓柱蝸桿 (Z1型 )。 蝸桿副的材料 刀架中的蝸桿副傳遞的功率不大，但蝸桿轉(zhuǎn)速較高，因此蝸桿的材料選擇 45 鋼，其螺旋齒面要求淬火，硬度為 45~55HRC，以提高表面耐磨性；渦輪的轉(zhuǎn)速較低，其材料主要考慮耐磨性，選用鑄錫磷青銅 ZcuSn10P1,采用金屬模鑄造。 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) 刀架中的蝸桿副采用閉式傳動(dòng)，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(shí)，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。 按渦輪接觸疲勞強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)計(jì)算的公式為： 322 )][(HE ZZKTa ? ?? 式中 a蝸桿副的傳動(dòng)中心距，單位為 mm； K載荷系數(shù)； 2T 作用在渦輪上的轉(zhuǎn)矩 T ，單位 。 EZ 彈性影響系數(shù)，單位為 MPa； ?Z 接觸系數(shù) [ H? ]許用接觸應(yīng)力，單位為 MPa； 從式 中 算出蝸桿副的中心距 a之后，根據(jù)已知的傳動(dòng)比 i=48，可以選擇合適的中心距a值，以及相應(yīng)的蝸桿，渦輪參數(shù)。 武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文 12 （ 1） 確定作用在渦輪上的轉(zhuǎn)矩 T 設(shè)蝸桿頭數(shù) z1 =1,蝸桿副的傳動(dòng)效率取 ? =。由電動(dòng)機(jī)的額定功率 P1 =90W,可以算出渦輪傳遞的功率 P2 =P 1 ,再由渦輪的轉(zhuǎn)速 n2 =30r/min,求得作用在渦輪上的轉(zhuǎn)矩： T2=（ 2） 確定載荷系數(shù) K 載荷系數(shù) vA KKKK ?? .其中 AK 為使用系數(shù) ，由于工作載荷分布步均勻，啟動(dòng)時(shí)沖擊較大，因此取 AK =。K 為齒向載荷分布系數(shù)，因工作載荷在啟動(dòng)和停止時(shí)有變化，故取 ?K =； vK 為動(dòng)載系數(shù)，由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取 vK =,則載荷系數(shù) ?? vA KKKK ? （ 3） 確定彈性影響系數(shù) EZ 鑄錫磷青銅渦輪與鋼蝸桿相配時(shí)，從參考文獻(xiàn)中差得彈性影響系數(shù) EZ =160MPa （ 4） 確定接觸系數(shù) ?Z 先假設(shè)蝸桿分度圓直徑 d1 和傳動(dòng)中心距 a的比值 d 1/a=,可得系數(shù) ?Z = （ 5） 確定許用接觸力 ][H? 根據(jù)渦輪材料為鑄錫磷青銅 ZCuSn10P1,金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度大于 45HRC，渦輪的基本許用力 39。][H? =268MPa，已知蝸桿為單頭，渦輪每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)每個(gè)輪齒咬合的次數(shù)j=1。渦輪轉(zhuǎn)速 n =30r/min。蝸桿副的使用壽命 L =10000h。則應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N=60jn2Lh=? 107 壽命系數(shù)： KHN= 許用接觸應(yīng)力： aHHNH MPK 249][][ 39。 ??? ?? （ 6） 計(jì)算中心距 武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文 13 將以上各參數(shù)代入式 322 )][(HE ZZKTa ? ?? ， 求得中心距： ?????? 3 23 22 )249 (2 2 9 2 )][(HE ZZKTa ? ?48mm 取中心距 a=50mm,已知蝸桿頭數(shù) z1 =1,設(shè)模數(shù) m=,得直徑 d1 =20mm,這 時(shí)d1/a=,可得接觸系數(shù) 39。?Z =。因?yàn)?39。?Z ?Z ，所以上述計(jì)算結(jié)構(gòu)可用。 蝸桿和渦輪的主要計(jì)算參數(shù)和幾何尺寸 (1) 蝸桿參數(shù)及尺寸 頭數(shù) z1 =1,模數(shù) m=,軸向齒距 Pa = ? m=,軸向齒厚 s a= ,分度圓直徑 d1 =20mm,直徑系數(shù) q =d1 /m=,分度圓導(dǎo)程腳 r=arctan(Z1/q)=4176。34‘26“ （ 2） 渦輪參數(shù)與尺寸 齒數(shù) z2=48,模數(shù) m=,分度圓直徑為 d 2=mz 2= ? 48mm=,變位系數(shù) x 2=[a(d 1+d2 )/2]/m=[50(20+)/2]/=1,渦輪喉圓直徑為da2=d2+2m(h*a+x2)=83 .2mm,渦輪齒根圓直徑 df2=d22m(h*ax2+c)= 校核渦輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 即校驗(yàn)下式是否成立： ][ 221 2 FFaF YYdd KT ?? ? ?? 式中 F? ........渦輪齒根彎曲應(yīng)力，單位為 Mpa。 2FaY ..........渦輪齒形系數(shù)； ?Y ......... 螺旋角影響系數(shù) ][F? .........渦輪的許用彎曲應(yīng)力，單位為 MPa 由蝸桿頭數(shù) Z1=1，傳動(dòng)比 i=48,可以算出渦輪齒數(shù) 武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文 14 4812 ??? ziz 則渦輪的當(dāng)量齒數(shù)： s 322 ?? ?zzv 根據(jù)渦輪變位系數(shù) x2=1和當(dāng)量齒數(shù) ZV2=,得齒形系數(shù) 2FaY = 旋轉(zhuǎn)角影響系 數(shù) 。 96 01 ??? ???Y 根據(jù)渦輪的材料和制造方法，可得渦輪基本許用彎曲應(yīng)力： 39。][F? =56MPa 渦輪的壽命系數(shù)： 109 76 ???FNK 渦輪的許用彎曲應(yīng)力： aFNFF MPK ][][ 39。 ??? ?? 將以上參數(shù)帶入式 ][ 221 2 FFaF YYdd KT ?? ? ?? ，得渦輪齒根彎曲應(yīng)力： F? = 可見， ][ FF ?? ? ,渦輪齒根的彎曲強(qiáng)度滿足要求。 蝸桿的設(shè)計(jì)計(jì)算 渦距的確定 刀架轉(zhuǎn)位時(shí)，要求蝸桿在轉(zhuǎn)到約 170176。的情況下，上刀體的斷面齒與下刀體的斷面齒完全脫離；在鎖緊的時(shí)候，要求上下端面齒的咬合深度達(dá) ，螺桿的螺距 P應(yīng)滿足P?170/3602mm,即 P P=6mm. 武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文 15 其它參數(shù)的確定 采用單頭梯形螺桿，頭數(shù) n=1,牙側(cè)角 b=15176。，外螺紋達(dá)徑 d1=50mm,牙頂 間隙 ac=,基本牙形高度 H1==3mm,外螺紋牙高 h1=,外螺紋中經(jīng) d2=47mm,外螺紋校徑d3=43mm,螺桿螺紋部分長(zhǎng)度 H=50mm。 自鎖性能校核 螺桿 螺母材料均用 45 鋼，取二者的摩擦因數(shù) f=。再求得梯形螺旋副的當(dāng)量摩擦角約為 176。，而螺紋升角約為 176。，小于當(dāng)量摩擦角。因此，所選幾何參數(shù)滿足自鎖條件。 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架電氣控制設(shè)計(jì) 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的電氣控制部分主要包括收信電路和發(fā)信電路兩 大 塊 。 硬件 收信 電路 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的電氣控制部分收信電路， 如圖 8所示 : 武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文 16 武漢理工大學(xué)畢業(yè)論文 17 圖 8 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架電氣圖 a） 發(fā)信盤上的霍爾元件 b) 刀位信號(hào)的處理 c）刀架電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制 d)刀架電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn) 圖 8a中，發(fā)信盤上的 4只霍爾開關(guān)（型號(hào)為 UGN3120U），都有 3個(gè)引腳，第 1角接 +12V電源，第 2 角接 +12V 地，第 3角輸出。轉(zhuǎn)位時(shí)刀臺(tái)帶動(dòng)磁鐵旋轉(zhuǎn)，當(dāng)磁鐵對(duì)準(zhǔn)某一個(gè)霍爾開關(guān)時(shí)，其輸出端第 3 角輸出低電平；當(dāng)磁鐵離開時(shí)，第 3 角輸出高電平。 4 只霍爾開關(guān)輸出的 4 個(gè)刀位信號(hào) T1~T4 分