【文章內容簡介】 卸刀具的行 5 程短，可以使自動換刀裝置的速度提高?？焖僮詣訐Q刀裝置采用 HSK 空心短錐柄刀是發(fā)展的趨勢。 I 設計方案選擇 刀庫是刀具交換系統(tǒng)的一部分，加工中心的刀具交換系統(tǒng)也稱為自動換刀裝置（ ATC） ,它通常是由刀庫和機械手組成。自動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鍵。 加工中心有立式、臥式、龍門式幾種，所以這些機床的刀庫和自動換刀裝置也是各種各樣。加工中心上的刀庫類型有鼓輪式刀庫，鏈式刀庫，格子箱式刀庫和直線刀庫等。 （ 1）鼓輪式刀庫： 應用較廣，這種刀庫的結構緊湊，但因刀具單環(huán)排列、定向利用率低，大容量刀庫的外徑較大，轉動慣量大，選刀時運動時間長。因此這種刀庫的容量較小，一般不超過 32 把刀具。 （ 2）鏈式刀具 容量較大，當采用多環(huán)鏈式刀庫時，刀庫的外形較緊湊，占用空間小，適合用于做大容量刀庫。在增加存儲刀具數(shù)目時，可增加鏈條的 長度，而不增加鏈輪直徑，因此，鏈輪的圓周速度不會增加，且刀庫的運動慣量不像鼓輪式刀庫增加的那么多。 （ 3）格子箱式刀庫 刀庫容量大，結構緊湊，空間利用率高，但布局不靈活，通常將刀庫安放于工作臺上。有時甚至在使用一側的刀具時，必須更換另一側的刀座板。 （ 4）直線式刀庫 結構簡單，刀庫容量較小，一般用于數(shù)控車床，數(shù)控鉆床，個別加工中心也有采用。 換刀機械手分為單臂單手式，單臂雙手式和雙手式機械手。單臂單手式結構簡單，換刀時間較長，適用于刀具主軸與刀庫刀套平行，刀庫刀套軸線與主軸軸線平行，以及刀庫刀套軸線與主軸軸 線垂直的場合。單臂雙手機械手可同時抓住主軸和刀庫中的刀具，并進行拔出、插入，換刀時間短，廣泛應用于加工中心上的刀庫刀套軸線與主軸平行的場合。雙手式機械手結構較復雜，換刀時間短，這種機械手除了完成拔刀、插刀外，還起運輸?shù)毒叩淖? 6 用。 結合所給題目，初步?jīng)Q定采用鏈式刀庫雙手式機械手換刀方案。 II 設計手段 采用 系統(tǒng)化設計方法 ， 將設計看成由若干個設計要素組成的一個系統(tǒng)，每個設計要素具有獨立性，各個要素間存在著有機的聯(lián)系，并具有層次性，所有的設計要素結合后，即可實現(xiàn)設計系統(tǒng)所需完成的任務。 結合本課題實際，根據(jù)機械設 計與機械原理等有關知識對 JCS013 型數(shù)控臥式鏜銑床刀庫進行設計，采用 AutoCAD 2020 中文版對刀庫及關鍵零件進行繪制。 7 第 2章 刀庫 傳動系統(tǒng)設計 主要設計參數(shù) 安裝形式：鏈式刀庫 刀庫容量： 60 把 送刀方式：任意 刀具尺寸（最大）：長 400 毫米，直 徑 φ 125 毫米 刀具重量 （ Mj） ：約 12 千克 鏈條快速移動速度為 16 米 /分，慢速移動速度為 4 米 /分。 刀庫驅動液壓馬達的選擇應同時滿足刀庫運轉時的負載轉矩 TF， 和起動時的加速轉矩 TJ 的要求。由于鏈條轉速很低 和 液 壓馬達慣性小 、 起動轉矩小的特點 ，為了計算簡便，在計算時，忽略起動加速轉矩 TJ，在最后結果上乘以一個工作系數(shù)。 TF 計算 鏈式刀庫負載轉矩 TF用來克服刀具不平衡重力 FWmax和導向面的摩擦力F，如圖 21 所示。 FWmax ：不平衡重力； F3：摩擦力 圖 21 鏈條受力分析圖 8 F1和 F3是支承面的摩擦力 。F2和 F4則是導向面上因刀具下垂而引起的摩擦力。 不平衡重力可按刀庫一側裝滿刀、一側不裝刀時的最大重力差值來計算。 （ 1） 確定不平衡重力 FWmax 由圖 21 知 ,不平衡重力 3max ??? GMF dW ??? N353? （ 2）確定摩擦力 F3 NF ??3 (21) μ —— 鋼與 銅之間的摩擦系數(shù)，約取 ； N—— 垂直作 用在導向面上的壓力，包括刀具、刀柄和 刀座 產(chǎn)生的重力，分別為 Wj， Wb， Wt。 N747)1000(3)(3)(32??????????????? LRMWWWNdtbj ???? NF R—— 刀座 外半徑，取 50mm； L—— 刀座 長度，取 218mm。 （ 3）確定每排刀具負載轉矩 Tf mN44mN)1 503 53(0 )( m a x3???????? WLf FFRT （ 4）確定每排刀具 作用在主動輪上的負載轉矩 Tz 9 2321/ ???fz TT ? (22) 44 2 ????zT mN49 ?? η 1—— 圓柱齒輪傳動效率，取 ； η 2—— 鏈傳動效率 ,取 ； η 3—— 深溝球軸承傳動效率，取 。 （ 5） 確定作用在液壓馬達上的負載 轉矩 Ty 4321 \4??i TT fy ? (23) mN25 494 42????? ??yT i—— 液壓馬達軸至刀庫軸的速比 ，取 9； η —— 傳動效率 。 考慮到實際情況比計算時所設定的條件復雜，液壓馬達額定轉矩 Ts 應為負載轉矩 Ty的 倍 ，即 ys TT ? ?? mN38 ?? 由刀庫設計參數(shù)知，鏈條快速移動速度為 16 米 /分，即 16000mm/min 慢速移動速度為 4 米 /分，即 4000mm/min。 （ 1） 確定鏈輪周長 S mm5 4 7 ???? ds ? （ 2） 確定液壓馬達的轉速范圍 10 r / m / m i542 916000m a x ??? nn r / m / m in5 42 94 00 0m i n ???n 根據(jù)計算數(shù)據(jù)選定 BM2200 擺線馬達。 液壓馬達參數(shù) 型號： BM2200 擺線馬達 排量： 200ml/r 壓力：額定 10MPa 最高 轉矩：額定 mN240? 最高 mN240? 轉速：額定 320r/min 最高 400r/min 質量 ： 、精度等級、材料及齒數(shù) （ 1）按圖 22 所示的傳動方案。 11 圖 22 刀庫驅動系統(tǒng)結構布局 （ 2）由于機器速度較低，故選用 7 級精度（ GB1009588）。 （ 3）查機械手冊選擇小齒輪材料為 40Cr（調質），硬度為 280HBS，大齒輪材料為 45鋼（調質），硬度為 240HBS，二者材料硬度差為 40HBS。 （ 4）選小齒輪齒數(shù)為 Z1=28，大齒輪齒數(shù)為 Z2==84。 由設計計算公式 24 進行試算，即 12 ?td3 221][ )1( Hd EZKT ???? ? (24) （ 1） 確定公式內的各計算數(shù)值 1)試選載荷系數(shù)為 K= 2)確定小輪傳遞的扭矩 2214??i TT zy? (25) 494 2 ??? ??yT 4 ??? ?? 3)由于兩支承相對于小齒輪做不對稱布置，所以齒寬系數(shù) d? =1。 4)由機械設計手冊查得材料的彈性影響系數(shù) ZE= 。 5)按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限 MPa600lim ?H? 。大齒輪的接觸疲勞強度極限 MPa550lim ?H? 。 6） 計算應力循環(huán)次數(shù) 估計應力循環(huán)次數(shù)應該低于 107 轉 。 7)取接觸疲勞壽命系數(shù) KHN！ =； KHN2=。 8)計算接觸疲勞許用應力。 取失效概率為 1℅ ,安全系數(shù) S=1，由公式 26 得 ? ?1H? = ?SKHN 1lim1? M P a840M P a1 ?? (26) ? ?2H? = ?SKHN 2lim2? M P a825M P a1 ?? 13 （ 2） 計算 1）計算小齒輪分度圓直徑 td1 ，代入 ? ?H? 中較小的值 。 3 2211 ][ )1( Hd Et ZKTd ???? ?? (27) 2 241 ? ?????td ? 考慮到外部零件要保證互相不產(chǎn)生干涉的條件下， d1t≧ 74mm。 2）計算圓周速度 v。 m m / s605 42 60 0 0m a x ? ????v mm/s343? m/? m m /s6054 2 00m a x ? ????v mm/? m/? 3）計算齒寬 b 與齒高之比 b/h。 b=φ d d1t=1 =，取 b=48mm。 4)計算模數(shù) 和齒高 ??? zdm t (28) 11 ???? mh (29) ??hb 5）計算載荷系數(shù)。 14 根據(jù) v=， 7 級精度，查機械設計手冊得動載系數(shù) Kv=； 直齒輪， ??HK ； 查得使用系數(shù) 。?AK 用插值法查得 7 級精度、小齒輪相對支承非對稱布置時， ??HK 。 4 4 ?????? ?? HHvA KKKKK (210) 6）按實際載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由公式 211 得 3311 ????tt KKdd (211) 由于 ﹤ 72mm ，故 mm721 ?d 。 7）確定模數(shù) 模數(shù) 3?m 8）計算大齒輪齒數(shù) 8432812????? izz