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正文內(nèi)容

龍門式可換頭五軸加工中心3d設(shè)計中的刀庫和換刀裝置部分設(shè)計、裝配與仿真畢業(yè)設(shè)計(編輯修改稿)

2024-11-13 12:42 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 處,于是本設(shè)計采用非標(biāo)準(zhǔn)鏈條設(shè)計。 節(jié)距 P=40 滾子直徑 d=14 內(nèi)鏈節(jié)寬 b1=14 軸銷直徑 dz=7 內(nèi)鏈板高度 h=20 外鏈節(jié)外寬 b2=28 (請見零件圖) 初選鏈輪齒數(shù) Z=16,則分度圓直徑 : D=P/( sin180176。 /z) =40/( sin180176。 /16) = ㎜ 每一齒占圓心角為 360176。 /z=360176。 /16=176。 一個刀套連在兩個鏈節(jié)上,此二節(jié)鏈用二個銷軸連在一個鏈板上,P1=2P=80mm 理論上跨二個鏈齒,占圓心角為 45176。 ,實際上占的角度 2*sin1(P1/D)=2*sin1(80/)=176。 與 45176。相差不是很大,基本能保證鏈條傳動刀準(zhǔn)確地到達(dá)換刀位置,可初選。 滾子鏈傳動的設(shè)計 (一)主要失效形式 由于設(shè)計、制造、使用等多方面的差異,鏈傳動的失效形式是多種多樣的,但主要有以下幾種: a、鏈條疲勞破壞。在閉式鏈傳動中,鏈條元件受變應(yīng)力作用,經(jīng)過一定的循環(huán)次數(shù),鏈板發(fā)生疲勞斷裂,滾子套筒發(fā)生沖擊疲勞破裂。在潤滑得當(dāng)?shù)臈l件下,疲勞破壞是決定鏈傳動能力的主要因素。 b、鏈條鉸鏈磨損。它是常 見的失效形式之一。磨損使鏈條總長伸長, 18 從而使鏈邊垂度變大,增大動載荷,發(fā)生振動,引起跳齒,加大噪聲以及其它破壞,如打壞鏈箱、鏈邊互相碰撞、銷軸因磨損削弱而斷裂等。開式傳動,工作條件惡劣,潤滑不良,鏈條鉸鏈比壓過大等均會加劇鏈條鉸鏈的磨損,降低其使用壽命。 c、鏈條膠鏈膠合。當(dāng)潤滑不當(dāng)或轉(zhuǎn)速過高時,組成鉸鏈副的銷軸和套筒的磨擦表面易發(fā)生膠合破壞。 d、鏈條靜強(qiáng)度破壞。當(dāng)?shù)退僦剌d的鏈條過載時,易發(fā)生靜強(qiáng)度不足而破斷。 (二 )滾子鏈傳動的設(shè)計計算 確定鏈長 本設(shè)計刀庫容量為 40,鏈板取節(jié)距 t=40,每2節(jié)鏈安 一把刀,每一個刀套與一節(jié)鏈聯(lián)接固定,則鏈節(jié)數(shù) n=2179。 40 =80(節(jié)),另外,本設(shè)計決定選取雙排鏈,一方面雙排鏈易加工,另一方面因刀具較重,可利于平穩(wěn)運行。則鏈條總長 L=40*40 =1600 ㎜ 。 確定鏈輪齒數(shù) 由于鏈條不是很長,刀庫可以設(shè)計成長圓形,下端相對于兩排鏈條各設(shè)一個鏈輪,兩個鏈輪齒數(shù)相同,初選齒數(shù) Z=16,由鏈條滾子直徑 ,則 鏈輪齒溝圓弧半徑 :r1=*d+= 齒溝圓弧直徑 :d1=2r1= 分度圓節(jié)距 : t0=t*(1+(d1d)/D)=40*(1+()/)= 分度圓直徑: D0= t0/( sin180176。 /z) =( sin180176。 /16) = 初定傳動比 因為刀庫的驅(qū)動系統(tǒng)采用伺負(fù)電動機(jī) ,所以 ,轉(zhuǎn)動角度由伺服電機(jī)控制。傳到鏈條上,移動一個刀位,鏈輪轉(zhuǎn)動角度即輸出角度為 45176。傳動系統(tǒng) 帶動鏈條無間歇傳動,從而實現(xiàn)刀位的連續(xù)傳動,進(jìn)行選刀。 (三 )滾子鏈的靜強(qiáng)度計算 在低速重載鏈傳動中,鏈條的靜強(qiáng)度占有主要地位。通常 v< 視為低速傳動。如果低速鏈也按疲勞考慮,用額定功率曲線 上各點其相應(yīng)的條件性安全系數(shù) n 大于 8~20,比靜強(qiáng)度安全系數(shù)大。另外,當(dāng)進(jìn)行有限壽命計算時,若所要求的使用壽命過短,使用功率過高,則鏈條的靜強(qiáng)度驗算也是必不可少的。 鏈條的靜強(qiáng)度計算式為: n=Q/(kAF+ FC+ Ff)≧ [n] n— 靜強(qiáng)度安全系數(shù) 19 Q— 鏈條極限拉伸功載荷,查表 — 1 得單排 Qmin= 169000N KA— 工況系數(shù),查表 — 3 得 KA= F— 有效拉力(即有效圓周力)據(jù)前計算 F= FC— 離心力引起的拉力,計算式為: F= qV2, q 為鏈條每米質(zhì)量, v為鏈速, 當(dāng) v< 4m/s 時, FC可忽略不計。 Ff — 懸垂拉力。 a= 1600mm, а = 0176。,取 Kf= 30。 單排取 q′ = 5kg/m= 50kgf/m。 所以 Ff′= Kfqa179。 10- 2 Ff″ = (Kf+ sinа )qa179。 10- 2 ∴ Ff′= Ff″ ∴ Ff= Kfqa= 30179。 2179。 50179。 1600179。 10- 2 = 48000N 所以 n= 2*Qmin/(kAF+ FC+ Ff)=2*169000/(*48890+48000)= [n]— 許用安全系數(shù)。一般為 4~8;如果按最大尖峰載荷 Fmax 來代替KA178。 F 進(jìn)行計算 ,則可為 3~6。對于速度較低,從動系統(tǒng)慣性較小,不太重要的傳動或作用力的確定比較準(zhǔn)確時, [n]可取較小值。 可見 n> [n] 因此鏈的靜強(qiáng)度安全合理。 (四 )滾子鏈的使用壽命計算 當(dāng)鏈傳動的傳遞功率要求超過額定功率,鏈條的使用壽命要求小于15000h 或者磨損伸長率要求明顯小 3%時,有必要進(jìn)行鏈條的使用壽命計算。 Po′ =(p/)3— Po″ =上兩式中: Z1=16, n1=, p=40mm,代 入公式得 Po′ =4KW Po″ =8637KW(不?。? P= Po′ ( KA= 表 ) ( Km= 表 ) 可見要求傳遞的功率遠(yuǎn)小于其額定功率,使用壽命也遠(yuǎn)超出 15000h,因此無需進(jìn)行使用壽命計算。 同理也需進(jìn)行滾子鏈的耐磨損工作能力的計算。 滾子鏈鏈輪的設(shè)計計算 名稱 符號 計算公式 結(jié)果說明 20 基 本 參 數(shù) 鏈輪齒數(shù) Z Z1~2=16 配用 鏈條的 節(jié)距 t T=p/(1+(d1d)/D) t= 滾子外徑 dr dr=14mm 排距 Pt Pt=60mm(雙排 ) 主要尺寸 分度圓直徑 d D=t/sin(180176。 /Z) d= 齒頂圓直徑 da Damax=d+ dr Damin= d+()t dr damax= damin= 取 da= 齒根圓直徑 df df=ddr df= 材料 熱處理 齒面硬度 表 20 滲碳淬水回火 HRC50~60 鏈輪結(jié)構(gòu) 分體式雙排輪齒 名稱 符號 結(jié)構(gòu)尺寸 圖形表示 輪轂厚度 輪轂長度 輪轂孔徑 輪轂直徑 輪轂半徑 h l dk dg R h=64 l=20 dk=32 dg=160 R= 三 刀庫的設(shè)計計算 1. 刀庫驅(qū)動電動機(jī)的選定 刀庫中驅(qū)動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)的選擇與設(shè)計 電機(jī)的選擇: 驅(qū)動刀庫目前常見的方式有伺服電動機(jī)驅(qū)動和液動機(jī)驅(qū)動兩種。 根據(jù)安裝合理性, 我采用的是 日本松下交流伺服電動機(jī) 驅(qū)動。 參數(shù)如下: 功率(KW) 轉(zhuǎn)速(r/min) 額定轉(zhuǎn)矩(N178。 M) 最大轉(zhuǎn)矩 (N178。 M) 轉(zhuǎn) 動慣量(㎏178。 M2) 2020 78 *10- 3 21 ⑴ 按負(fù)栽轉(zhuǎn)矩選 加在伺服電動機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 Tl 應(yīng)比電動機(jī)額定連續(xù)轉(zhuǎn)矩 Ts 小。 鏈?zhǔn)降稁斓呢?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 Wmax 和導(dǎo)向面(或支撐面)的摩擦力 F 所組成。 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 是支撐面的摩擦力; F2 和 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是按刀具平均重量計算。 把如上計算的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)換為電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)矩 Tl 的公式為 Tl=T1/in 式中 i傳動比; n傳動效率; 考慮到實際情況比計算時所設(shè)定條件復(fù)雜,電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩 Ts 應(yīng)為負(fù)載轉(zhuǎn)矩的 1。 21。 5 倍,即 Ts》( 1。 21。 5) Tl ⑵ 按加速時的最大轉(zhuǎn)矩選 加速時的最大轉(zhuǎn)矩 T 包括加速轉(zhuǎn)矩 Ta 和負(fù)載轉(zhuǎn)矩 Tl, 即 T》 Ta+Tl 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 Tl 的計算方法 Tl=T1/in 加速轉(zhuǎn)矩 Ta 按下式計算 Ta=2**Nm( Jm+Jl) /60tTa 式中 Nm 刀庫選刀時的電動機(jī)轉(zhuǎn)速 (r/min) Ta 加速時間侗常取 150200 (ms) Jm 電動機(jī)轉(zhuǎn)子慣量,可從樣本中查到 (N178。 m178。 s178。) Jl 負(fù)載慣量折算到電動機(jī)軸上的慣量 加速時的最大轉(zhuǎn)矩 T 應(yīng)小于電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩 Tmax,即 T《 Tmax 22 ⑶ 校驗 檢驗計算結(jié)果是否滿足下列關(guān)系式 Jl〈 Jm 選用能滿足上述三項條件的伺服電機(jī)。 2. 刀庫傳動方式及其計算 ⑴ 刀套線速度 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。一般推薦下列速度: 刀套線速度 V=2230m/min ⑵ 刀庫傳動方式 為使伺服電機(jī)在最佳狀態(tài)下工作,一般不采用伺服電機(jī)的低速段。這就要采用蝸輪減速裝置。此外有時為了結(jié)構(gòu)上的原因,還加一對齒輪傳動。 對鏈?zhǔn)降稁靵碚f,因大都采用刀套準(zhǔn)停機(jī)構(gòu),故采用一般蝸輪副即可。 ⑶ 刀庫 回零撞塊 裝置 尺寸計算 由伺服電機(jī)驅(qū)動的刀庫必須設(shè)置回零撞塊,以保證第 1 號刀套準(zhǔn)確地停在初始位置上。 刀庫回零時,刀套沿順時針轉(zhuǎn)動,傳感器檢測到第 2 號刀套接近回零 位置時,反饋給位置編碼器和速度控制器,刀套開始減速,超過回零位置后實現(xiàn)準(zhǔn)確停車,此時第 1 號刀套停在換刀位置上。調(diào)整傳感器的左右位置,即可調(diào)整刀庫回零位置。刀庫可正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn),找刀時按最近路程轉(zhuǎn)動。 為了準(zhǔn)確地回到坐標(biāo)零點,在零點前面設(shè)置減速行程開關(guān),其回零減速撞塊尺寸的計算方法如下: ① 減速撞塊長度 Ldw( mm) Ldw》 [Vr( Tr/2+30+Ts) +40VlTs]/60000 式中 Vr 快速移動速度( mm/min); Tr 快速移動時間常數(shù)( ms),通常 取 150200; Ts 伺服時間常數(shù)( ms), Ts=33; Vl 減速后速度( mm/min),可在 61500 范圍內(nèi)設(shè)定,一般 23 設(shè)在 30 左右為好。 待 Ldw 計算后,往大里取整數(shù)就是減速撞塊的有效工作長度。 ② 由減速行程開關(guān)釋放點到零點的距離 Lda Lda=電動機(jī)轉(zhuǎn)半圈移動量 (四) 刀庫的選刀方式 選刀方式是將所需刀具從刀露中準(zhǔn)確調(diào)出的方法,現(xiàn)代加工中心刀庫已不再用刀套編碼或刀具編碼方式,而是由控制系統(tǒng)根椐最初輸入的刀套號與刀具號跟蹤記憶刀套與 刀具的對應(yīng)號,并按稱序指令準(zhǔn)確地調(diào)用所需刀具。 目前使用的刀庫的選刀方式有如下二種: ⑴ 刀套號與刀具號隨機(jī)變換方式 這是目前用的最普遍的方式。在第一次給刀庫裝刀時,告訴控制系統(tǒng)刀套號和在該刀套上的刀具號( T179。179。 )的對應(yīng)關(guān)系,控制系統(tǒng)就記住了這個對應(yīng)關(guān)系,而以后該刀具在使用中,不一定送還到原來的刀套上,但是控制系統(tǒng)仍能記住該刀具號所在的新刀套號。刀庫上裝有位置檢測裝置(一般與電機(jī)裝在一起),可檢測出每個刀套位置,這樣刀具就可以被任意取出并送回,這有利于縮短換刀選刀時間。由于這種方式經(jīng)常改變刀具號與刀套號的 對應(yīng)關(guān)系,所以在重新起動機(jī)床時,必須使刀庫回零,校驗一下 CRT上顯示的內(nèi)容與實際刀具插存情況。 ⑵ 刀具號與刀套號固定對應(yīng)方式 在這種選刀方式中,插在刀套上的刀具,使用后仍送還到原來的刀套上,即刀具號與刀套號的對應(yīng)關(guān)系始終不變。這種方式的好處在于,易于掌握刀具情況,一看刀套號就能知道是什么樣的刀具。另一好處是可以安放大直徑刀具,只要有意選擇相鄰刀套上無刀即可。正是這一方便性,根據(jù)有些用戶的要求,至今仍有采用這種選刀方式的。但是,這種方式因為用完的刀具必須送還給原來的刀套上后,才能移動下一個要用的刀具到換刀位置,因此勢必會增加換刀時間。 刀庫選刀方式的又一特點是采用“近路”移動原則。就是說,無論上述哪種選刀方式,根據(jù)程序指令,把下序要用的刀具移動到換刀位置時,都向小于刀庫半圈的方向移動,以節(jié)省選刀時間。 24 該機(jī)床的選刀方式為計算機(jī)記憶式選刀(即任意選刀),前面已詳細(xì)介紹過其特點,在此不再介紹了。 刀套上貼有刀套標(biāo)牌,將刀具進(jìn)行編號必須是兩位數(shù),可以是任意兩位數(shù),但不能重復(fù),這個編號就是將來編程時使用的刀號。 編好刀號后,將刀具一一插入刀套,插入的刀套是任意的。然后通過機(jī)床操作面板,將刀具號一一設(shè)入所插入的 刀套號地址。 (五) 刀套準(zhǔn)停措施 如果刀套不能準(zhǔn)確地停在換刀位置上,將會使換刀機(jī)械手抓刀不準(zhǔn),以致在換刀時容易發(fā)生掉刀現(xiàn)象。因此,刀套的準(zhǔn)停問題將是影響換刀動作可靠性的重要因素之一。為了確保刀套準(zhǔn)確地停在換刀位置上,需要采取如下措施: ⑴ 定位盤準(zhǔn)停方式
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