【文章內(nèi)容簡介】 kg時間常數(shù) ：T=25ms滾珠絲杠導(dǎo)程：S=6mm行程：L=226mm脈沖當(dāng)量：δp=步距角：φ=176。/step快速進(jìn)給速度：Vmax=1m/min加工最大直徑：φ210mm刀架快移速度：最大進(jìn)給速度：主電機(jī)功率： 切削力計(jì)算：橫向進(jìn)給量為縱向的1/3~1/2，取1/2。則切削力約為縱向的1/2 Fz=1/2=在切斷工件時Fy=== Fx=== 滾珠絲杠設(shè)計(jì)計(jì)算：① 強(qiáng)度計(jì)算對于燕尾型導(dǎo)軌P=kFx+f′(Fz+W+2Fy)取k= f′= 則Fm=+(+30+2)=n=1000Vcs/L0=30r/minX壽命值：L=60ntT/106 則L=60nT/106=603015000/106=27Q=271/3==根據(jù)北京機(jī)床廠滾珠絲杠產(chǎn)品，選取滾珠絲杠公稱直徑為φ25，型號FD255——12——3LH 其額定動載荷為23100N，所以強(qiáng)度足夠。② 效率計(jì)算螺旋開角r=3176。39′ 摩擦角 φ=10′η=tgr/tg(r+φ)=tg3176。39′/tg(3176。39′+10′)=③ 剛度驗(yàn)算橫向絲杠支撐方式如下圖4，,支撐間距L=450mm滾珠絲杠受工作負(fù)載P引起的導(dǎo)程L0的變化量為：d=d0+2e2Rs=25+255 =ΔL1=PL0/EF其中 L0=5mm E=106N/cm2 F=π（d/2）2= ΔL1=106 =106滾珠絲杠受扭距引起的導(dǎo)稱變化量很小，可以忽略，故Δ=ΔL11/ L0=三級精度絲杠允許誤差為15μm，所以剛度不夠，滾珠絲杠直徑亦不加大，采用貼塑導(dǎo)軌減小摩擦力，從而減小牽引力，則Q=+（+30+2） =ΔL=106=106Δ=106/=此時剛度夠用④ 穩(wěn)定性計(jì)算由于選用的絲杠直徑和以前機(jī)床的絲杠的直徑相同，所以穩(wěn)定性不存在問題。 齒輪及步進(jìn)電機(jī)的有關(guān)計(jì)算：傳動比：i=φs/360=5/360=取 Z1=24 Z2=50 m=2mm b=20mm α=20176。 d1=48mm d2=100mm d1=52mm d2=104mm df1=43mm df1=95mm d=74mm②轉(zhuǎn)動慣量計(jì)算 工作臺質(zhì)量折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量 J2=（180）230=cm2絲杠轉(zhuǎn)動慣量 JS=445=cm2齒輪的轉(zhuǎn)動慣量 Jz1=42= kgcm2 Jz2=41042= kgcm2電動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量忽略，總轉(zhuǎn)動慣量 J=1/22（JS+JZ2）+ JZ1+ JS=1/（+）++=cm2③ 所需轉(zhuǎn)動力矩計(jì)算nmax=Vi/5=1000Mmax=Jnmax104/=416104/=m=cmnt=n+i/s=1000Vfi/πDs=1000100805= r/minMat=104/= Nm= kgfcmMf=F0 S/2πηi=F’WS/2πηi=30= kgfcmM0=Fr S(1η02)/ 2πηi=（）/2= kgfcmMt= Fr S/2πηi== kgfcm快速空載起動所需轉(zhuǎn)矩M啟= Mamax+ Mf+ M0 =++= kgfcm切削時所需轉(zhuǎn)矩M切= Mat+M+ M0+ Mt =+++= kgfcm快速進(jìn)給時所需轉(zhuǎn)矩 M快=Mf+M0=+=cm所需最大轉(zhuǎn)矩發(fā)生在快速啟動時 Mamax=cm④ 步進(jìn)電機(jī)最高工作效率fmax=Vmax/60δp=1000/60=⑤ 步進(jìn)電機(jī)的選擇 fe=1000Vs/60δp=1000=對于工作方式為三相六拍的步進(jìn)電機(jī) Jmax=Mmax1/=cm仍選用110FB003型步進(jìn)電機(jī),便于設(shè)計(jì)和采購,同樣也用高低壓功放電路和速度控制子程序,防止失步。 自動刀架的設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床一般都配有四工位自動回轉(zhuǎn)刀架,它是據(jù)微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)改造傳統(tǒng)機(jī)床設(shè)備的需要,同時兼顧刀架機(jī)床上能夠獨(dú)立控制的需要而設(shè)計(jì)的?，F(xiàn)有自動回轉(zhuǎn)刀,其結(jié)構(gòu)主要有插銷式和端齒盤式。由于刀架生產(chǎn)廠家無一標(biāo)準(zhǔn),因此,結(jié)構(gòu)、尺寸各異。由于目前使用較多的是端齒盤式四工位自動刀架,所以就選用端齒盤式四工位自動刀架。 從自動轉(zhuǎn)位刀架的工作原理可知，這類刀架由控制系統(tǒng)直接控制，刀架能自動完成抬起，回轉(zhuǎn)，選位，下降定位和壓緊這樣一系列的動作。下面依次討論刀架要完成上述過程的設(shè)計(jì)原理。刀架的抬起,利用螺紋傳動將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變成軸向直線運(yùn)動，從而達(dá)到抬起刀架的目的，在這種情況下完成這一功能的絲杠要豎直安放。在刀架的抬起過程中要防止刀架轉(zhuǎn)動這可通過設(shè)計(jì)一個帶有斜面的粗定位銷和定位銷槽的配合來完成，并使斜面間摩擦力產(chǎn)生的阻力矩，大于上述轉(zhuǎn)動摩擦力矩。 刀架的回轉(zhuǎn)和選位刀架由一個微電機(jī)通過傳動系統(tǒng)來帶動刀架的轉(zhuǎn)動，軸線是豎直的而轉(zhuǎn)速比起微電機(jī)來要慢的多，由于電機(jī)空間條件限制必須臥式安裝，因此兩者的轉(zhuǎn)動軸線互相垂直或異面垂直，蝸輪蝸桿傳動比較適合于這場合刀架從抬起變成轉(zhuǎn)動的動作原理是：當(dāng)?shù)都芴鸬教囟ㄎ恢脮r由一個正在旋轉(zhuǎn)的撥塊帶動刀架轉(zhuǎn)動，因此刀架的抬起運(yùn)動和轉(zhuǎn)動由同一傳動系統(tǒng)來先后完成。 刀架轉(zhuǎn)過一定角度后要選位看一看轉(zhuǎn)到這個位置的刀具是否符合加工要求，這一切是由于微機(jī)程序來實(shí)現(xiàn)具體的說當(dāng)?shù)都苻D(zhuǎn)動此位置時程序自動地將改位置的編碼與所需刀具編碼加以比較，若相同，該刀具就選定此位，否則再移動，重復(fù)上述過程。每次轉(zhuǎn)過的角度大小，由刀架的面體數(shù)量來確定由于設(shè)計(jì)的四工位刀架每次轉(zhuǎn)360/4=90度刀架編碼分別位00，01，10，11。刀架編碼信號的發(fā)出是由于裝在隨刀架一起轉(zhuǎn)動的微機(jī)電源開關(guān)來實(shí)現(xiàn)的微機(jī)開關(guān)的觸頭朝外它的開頭狀態(tài)由一個內(nèi)表面凸輪來控制凸輪實(shí)際上是只有一定半徑差的兩個內(nèi)圈弧表面微動開關(guān)觸頭與小半徑差的兩個內(nèi)圓弧表面接觸開關(guān)便接通與大半徑內(nèi)圓弧表面接觸開關(guān)便中斷與此對應(yīng)的信號分別是0和1所需要的微動開關(guān)數(shù)目等于編碼的位數(shù)即四方刀架有兩個微動開關(guān)，另外刀架編碼信號并非刀架轉(zhuǎn)到此位置時才發(fā)出的而是提前發(fā)出的當(dāng)?shù)都苻D(zhuǎn)到某個刀位時粗定位開關(guān)發(fā)信號，停轉(zhuǎn)微機(jī)進(jìn)行編碼比較，根據(jù)比較結(jié)果，或刀架選定此位，或繼續(xù)轉(zhuǎn)動，粗定位開關(guān)的通斷控制也是由一個類似于表面凸輪的定位槽來完成了刀架的下降定位和壓緊。刀架選定位置后斜面插入斜面槽中使之粗定位然后微機(jī)控制使微電機(jī)反轉(zhuǎn)由于斜面銷的棘輪作用，刀架不跟隨轉(zhuǎn)只是下降再由精定位元件來精定位。精定位元件選用端面齒盤來精定位齒盤齒廓部分的形狀精度可以從工藝上嚴(yán)加控制再經(jīng)過反復(fù)對研，即可得到很高的精度，由于端面齒盤定位位多齒接觸，接觸面積大因此它還有接觸剛度好，定位尺寸穩(wěn)定性好和壽命長等特點(diǎn)，此外這種元件允許刀架下降時有一定角度誤差。定位完畢需要壓緊刀架才能安全可靠地工作，壓緊力是由刀架下降到底后微電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動產(chǎn)生，壓緊力大小應(yīng)是切削力大小兩倍以上而且應(yīng)能調(diào)整，當(dāng)壓緊力達(dá)到調(diào)整數(shù)值時使微電機(jī)停轉(zhuǎn)且始終能保持這一壓力直到下一動作循環(huán)的開始。 減速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算本減速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成告訴級齒輪傳動的一級直齒圓柱齒輪減速器。由《經(jīng)濟(jì)型機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)》（張新義主編，北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 第六章P335表6－32和表6－33已知電機(jī)功率為120w電機(jī)轉(zhuǎn)速為1400r/min 工作可靠30000次取為40000次換刀時間（270）） 設(shè)傳動比為i=μ=1. 選擇材料刀架為一般工作器，選常用材料及熱處理， 40cr表面淬火齒面硬度48－55HRC取中間值52HRC 計(jì)算許用應(yīng)力選用齒面精度等級為5級精度（GB10095－58） 初選小齒輪齒數(shù)Z1＝19 大齒輪齒數(shù)Z2＝i*Z1=*19= 取Z2＝88 實(shí)際齒數(shù)比μ＝Z2/Z1＝88/19= 齒數(shù)比誤差為|M理M實(shí)|/M理=||/＝％ 在允許范圍內(nèi)2．按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算公式按式（6－6）d1t≥{(2kT1/ψd)*((u+1)/u)*(Ze*Zh*Zε/[σ]H)178。}? }}))0(1)確定計(jì)算參數(shù)T1＝10⒍P1/n1=10⒍10⒉按齒數(shù)z1＝19，z2＝88查表6－15得εα1＝ εα2＝則εα＝εα1＋εα2＝＋＝ 因是直齒輪εβ＝0故εγ＝εα＝查表6－7假設(shè)KaFt/b 取Kα＝據(jù)表6－6因?yàn)檩d荷穩(wěn)定電機(jī)驅(qū)動Ka＝ 據(jù)表6－9懸臂布置，取齒寬系數(shù)ψd＝據(jù)圖6－11查得Kβ180。＝ 試選Kvt＝（下標(biāo)t表示試選）由式（6－2）K＝KAKVKαKβ＝1=由表（6－8）查得Ze＝由表（6－10）查得齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限（大小齒輪硬度相同） δhlim=1500Mpa計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N1＝1400/604000=10⒍N2=10⒍/=10⒌由圖6－32查得Zn1＝ Zn2＝(不允許出現(xiàn)點(diǎn)蝕)由6－11取安全系數(shù)Sh＝由圖6－24工作硬化系數(shù)Zw＝許用接觸應(yīng)力[δ]H1=δHlimZn1Zw/Sh=15001/=1600mpa [δ]H2=δHlimZn1Zw/Sh=15001/=1600mpa因?yàn)?－16 [δ]H1＝[δ]H2＝1600Mpa,所以[δ]H＝1600Mpa由圖6－16查得Zε＝(2)計(jì)算d1t≥{(2kT1/ψd)*((u+1)/u)*(Ze*Zh*Zε/[σ]H)178。}?＝重新校核，動載荷系數(shù)，齒輪速度V＝πd1n1/(601000)=π1400/(601000)=VZ1/100=19/100=查圖6－8得Kr＝修正：d1＝(Kv/Kvt)?d1t=() ?=模數(shù)m＝d1/Z=按表6－3取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m＝1mm因此求得d1＝mz1＝119＝19mm d2＝mz2＝188＝88mmb＝ψdd1＝19= 圓整取大齒輪寬度 b2＝13mm 小齒輪寬度 b1＝10mm 校核原設(shè)計(jì)KAFt/b查表6－7 Ft＝2T1/d=210178。/19=10178。NKAFt/b=115/13=符合原設(shè)計(jì)計(jì)算公式δF＝2KT1/bd1mYF2YS2Yε≤[δ]F查表6－20⒆得齒形系數(shù) YFα1=, YFα2=查圖6－21⒇得應(yīng)力修正系數(shù) YSα1=, YSα2=查圖6－10（21） 得彎曲疲勞強(qiáng)度極限（大小齒輪硬度相同）δFlim＝1000mpa取SF=2 (表6－11)（22）Yx＝1（由圖6－26（23）因M 5）查圖6－25（24）YN1＝Y(jié)N2=[δ]F1=[δ]FlimYN1YX/SF=10001/2=1250MPa[δ]F2=1250Mpa比較YFα1YFα1/[δ]F1=YFα2YFα2/[δ]F2=小齒輪較軟應(yīng)該按小齒輪校核彎曲疲勞強(qiáng)度查圖6－22（26）得重合度系數(shù)Yε＝ δF2=2KT1/bd1mYfa2YSA2Yε=210189。/10191=[δ]F1=1250Mpa所以彎曲疲勞強(qiáng)度足夠（按《金屬切削機(jī)床設(shè)計(jì)簡明手冊》）(1) 分度圓直徑 d1＝mz1＝119＝19mm d2＝mz2＝188＝88mm(2) 齒頂高h(yuǎn)a＝ha*M＝11＝1mm(3) 齒根高h(yuǎn)f＝（ha*＋c*）M＝1=(4) 齒高h(yuǎn)＝ha＋hf＝1＋=(5) 齒頂圓半徑da1＝d1＋2ha＝19＋2＝21mmda2＝d2＋2ha=88+21=90mm