【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 5 年 . 圖示 33 刀庫轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)傳動(dòng)示意圖 1)選擇蝸桿傳動(dòng)類型 根據(jù) GB10085— 88 的推薦，采用漸開線蝸桿（ ZI）。 2)選擇材料 蝸桿采用 45 鋼，齒面淬火，硬度為 45～ 50HRC；蝸輪用鑄錫磷青銅 ZCuSn10Pb1，金屬模鑄造，39。 2HP? =220 MPa， 39。 2FP? =220 MPa。 3)確定主要參數(shù) 蝸桿蝸輪傳動(dòng)，以蝸桿為主動(dòng)，蝸輪為從動(dòng)。為了提高傳動(dòng)效率，取 Z1=6，傳動(dòng)比取 6，單向旋轉(zhuǎn)，單工作制，預(yù)計(jì)壽命為 5 年。則 Z2= Z1ⅹ i= 6ⅹ 6=36。 4)按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) m2d1? 239。2215000ZHP???????KT2 (mm3) a)計(jì)算蝸輪軸轉(zhuǎn)矩 T2 初估傳動(dòng)效率 η=,則 T2=9549 12Pn =9549 11/Pniη=9549 80%30/6? ⅹ = Nm 其中 n1 =3000/100=30(r/min) b)載荷系數(shù) K= c)許用接觸應(yīng)力 2HP? 2HP? = 39。 2HP? VSZ NZ =220ⅹ ⅹ = MPa 式中 , 39。 2HP? =220 MPa, 估計(jì)滑動(dòng)速度 SV 5m/s，用浸沒潤(rùn)滑 ,則由 (參考文獻(xiàn) 11) (P972 圖 18— 2)查得滑動(dòng)速度影響系數(shù)VSZ =, NZ =（其中 LZ =60a 2n t=60ⅹ 1ⅹ 306 ⅹ 5ⅹ 300ⅹ 8=ⅹ 610 ,按圖 18— 3 查得）； d)計(jì)算 m2d1 值 ,并選定模數(shù) m 和蝸桿分度圓直徑 d1 m2d1? 21500036 ???????ⅹ ⅹ = mm3。 按表 18— 3 查得模數(shù) m=(mm), d1= (mm) (m2d1 值應(yīng)大于計(jì)算值 ) 5)驗(yàn)算滑動(dòng)速度 SV a)計(jì)算蝸桿速度 1V 1V = 1160 1000dn???? = 3060 1000???? = m/s b)計(jì)算滑動(dòng)速度 SV SV = 1V /cos? =39。cos28148 = m/s 其中 ? = 1 11( / )tg Z m d? = 1 (6 / )tg ? ? = 39。28148 ,則初估的 SV 值合適。 6)驗(yàn)算蝸輪齒彎曲強(qiáng)度 驗(yàn)算公式 為 22212666 AVF F S F PT K K K YYd d m ? ????? a)使用系數(shù) AK =1 b)動(dòng)載荷系數(shù) VK = c)載荷分布系數(shù) K? =1 d1= mm， 2d =m 2Z =? 36= mm,其中 模數(shù) m=(mm)。 d)蝸輪齒形系數(shù) FSY = e)按蝸輪當(dāng)量齒數(shù) 2VZ = 2Z / 3cos? =36/ 3 39。 cos 28148 =,由圖 17— 2 查得。 f)導(dǎo)程角系數(shù) Y? =1? /120176。=1 39。28148 /120 = g)許用彎曲應(yīng)力 2FP? 2FP? = 39。 2FP? NY =70? = MPa h)計(jì)算彎曲應(yīng)力 2 6 6 6 1 3 3 . 5 3 1 1 . 0 3 1 4 . 0 0 0 . 7 6 63 5 . 5 1 1 3 . 4 3 . 1 5F? ? ? ? ?? ? ???= 由于 2F? 2HP? ，故滿足蝸輪輪齒強(qiáng)度條件。 7)計(jì)算蝸桿蝸輪的主要參數(shù) a)分度圓直徑 1d =， 2d =m 2z =? 36= b)中 心距 a a=( 1d + 2d +2 2x m)/2=[++2? ()? ]/2=74 mm c)蝸桿導(dǎo)程角 39。28148? ? 8)計(jì)算其他尺寸 a)蝸桿齒頂圓直徑 1ad 1ad = 1d +2 1ah =+2? = mm， 其中 1ah 為蝸桿齒頂高，且 1ah =m= mm； b)蝸輪喉圓直徑 2ad 2ad = 2d +2 2ah =+2? ? = mm， 其中 2ah 為蝸輪齒頂高，且 2ah = ah? + 2x == mm； c)蝸輪外圓直徑 2ed = 2ad +m=+=122 mm； d)蝸桿齒寬 1b 由于 1Z =6，故 1b 按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，取 1b =64 mm e)蝸輪齒寬 2b 2b ? 1ad =? =,取 2b =28 mm； f)蝸輪齒頂圓弧半徑 2aR 2aR = 12d m= = mm g)蝸輪齒根圓弧半徑 2fR 2fR = 12ad +c= 12ad += +? = mm； h)蝸桿軸向齒厚 1xs 1xs = xp /2= /2m? =? ? ,其中 xp 為蝸桿軸向齒距； i)蝸桿法向齒厚 1ns 1ns = 1xs cos? = 39。cos28148 = mm； j)蝸輪分度圓齒厚 2s 2s = m? =? ? = mm。 9)熱平衡計(jì)算 蝸桿傳動(dòng)由于效率低，所以工作時(shí)發(fā)熱量大。在閉式傳動(dòng)中，如果產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)地散逸，將因油溫不斷升高而使?jié)櫥拖♂?，從而增大磨擦損失，甚至發(fā)生膠合。所以必須根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量 1H 等于同時(shí)間內(nèi)的散熱量 2H 的條件進(jìn)行熱功平衡計(jì)算，以保證油溫穩(wěn)定牌規(guī)定的范圍內(nèi)。 由于摩擦損耗的功率 fP = 1P （ 1? ） kW,則產(chǎn)生的熱流量（單位為 1W=1j/s） 為 1H =1000 1P （ 1? ） W 式中 1P 為蝸桿傳遞的功率（單位： kW）。 以自然冷卻方式，從箱體外壁散發(fā)到周圍空氣中去的熱流量為 2H =kA( 1t 0t )W 式中 k—— 熱導(dǎo)率，一般取 k=～ ( 2m C ),環(huán)境空氣流通較差時(shí)，取較小值，否則取較大值； A—— 傳動(dòng)裝置散熱的計(jì)算面積，即內(nèi)面被沒浸濺的，而外面又被空氣所能冷卻的的箱殼面積（ 2m ）； 1t —— 潤(rùn)滑油的工作溫度，一般限制在 60～ 70 C ，最高不能超過 80 C ； 0t —— 周圍環(huán)境溫度，一 般取室溫 0t =20C 。 按熱平衡條件 1H = 2H ，可求得在既定工作條件下的沒溫為 1t = 0t + ? ?11000P 1 kA ? C 在繪制 傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行熱平衡計(jì)算： 1P =? 8000 = kW 取 0t =20 C ,? =, k=10,并估算 A=0. 006 2m ，則 1t =20+ ? ?1 0 0 0 0 .0 7 3 6 1 0 .9 5 1 0 0 .0 0 6? ? = C ＞ 80C 由于 1t ＞ 80 C ,超過最高工作溫度，所以必須采取一些散熱措施，以提高散熱能力，如在傳動(dòng)箱內(nèi)裝循環(huán)冷卻管路。 刀庫驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的校核 蝸輪轉(zhuǎn)速 2n =5r/min,所能傳遞的功率為 P=? 8000 ? = Kw,此時(shí)刀庫的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩為：T=9549Nn ?? = ? =m＞ T0=8Nm，其中 ? =傳動(dòng)效率。由于 T＞ T0，所以，刀庫驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩滿足要求。 刀庫驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的校核 在刀庫的傳動(dòng)系統(tǒng)中，刀盤是利用花鍵聯(lián)接帶動(dòng)刀座上的刀套轉(zhuǎn)動(dòng)而進(jìn)行選刀的，花鍵的聯(lián)接屬于動(dòng)聯(lián)接。已知所用的花鍵類型為漸開線花鍵 d=26mm,以下對(duì)其進(jìn)行必要的強(qiáng)度計(jì)算。計(jì)算公式如下： p= 2g g mTzh L D? ? [p]MPa 式中 : T—— 轉(zhuǎn)距（ N178。 mm），此處 T=178。 m=? 1000N178。 mm； ? —— 各齒間載荷不均勻系數(shù)，通常取 ? = ，此處取 ? =； z—— 齒數(shù)，此處 z=6； gh —— 齒的工作高度（ mm），對(duì)漸開線花鍵， gh =m,此處 m 為模數(shù)，且取 m=； gL —— 齒的工作長(zhǎng)度（ mm），此處 gL =48mm； mD —— 平均直徑（ mm），對(duì)漸開線花鍵，此處 mD =d=26mm。 于是，把數(shù)據(jù)代入計(jì)算公式，得 p= 2g g mTzh L D? = 2 1 2 0 .3 1 0 0 00 .7 5 6 1 .5 4 8 2 6??? ? ? ?= 由 于該花鍵聯(lián)接為不在載荷作用下移動(dòng)的動(dòng)聯(lián)接，查表 913可知，若齒面經(jīng)熱處理且使用和制造情況為良好時(shí)， [p]可達(dá) 40 70 MPa， p? [p],故花鍵聯(lián)接的強(qiáng)度滿足要求。 夾緊機(jī)構(gòu)插銷剪切強(qiáng)度的校核 刀套在刀座上的夾緊由插銷實(shí)現(xiàn)（見刀庫裝配圖）。插銷承受的主要是剪切力，以下對(duì)單個(gè)插銷進(jìn)行剪切強(qiáng)度的校核。 插銷材料為 45 鋼， [? ]=60MPa,直徑 d=6mm。 剪切力由重力引起，估算 P=100N,插銷受力如圖所示。 由圖可知該情況為雙剪切，且由平衡方程易得 Q=P/2, 于是，插銷橫截面上的剪切力為 ? = Q/A=(100 610?? )/[ 322 (6 10 )4? ?? ? ? ]=? [? ] 故插銷滿足強(qiáng)度條件要求。 確定刀具的選 擇方式 按數(shù)控裝置的刀具指令，從刀庫中將所需要的刀具轉(zhuǎn)換到取刀位置，稱為自動(dòng)選刀。在刀庫中選擇刀具通常采用兩種方式。 1)順序選擇刀具 2)任意選擇刀具 刀庫的定位與刀具的松夾 刀庫旋轉(zhuǎn)定位是依靠簡(jiǎn)易定位裝置來實(shí)現(xiàn)的。其控制過程示意圖如下： 刀庫的定位是由接近開關(guān)使直流伺服電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，然后由雙向液壓帶動(dòng)定位銷 6，插入刀座 5 上的定位孔，實(shí)現(xiàn)精確定位。在刀座 5 的每一個(gè)刀位上都裝有如圖所示的彈簧、導(dǎo)柱 鍵塊 1和銷 2所組成的刀具固定裝置。由此實(shí)現(xiàn)刀具在刀庫上的固定鎖緊。圖中所示為刀 具卡在刀座上的狀況。當(dāng)液壓缸 4 通油后，將導(dǎo)柱 3 拉出，使銷 2 退出，此時(shí)刀具在刀座上處于自由狀態(tài)，控制刀具固定裝置的液壓缸 4有兩個(gè)，一個(gè)和定位銷在一起，自動(dòng)換刀時(shí)用，另一個(gè)在靠近立柱方向，用于刀庫手動(dòng)裝卸刀。 刀庫定位示意圖 發(fā)出選刀 信號(hào) 牙嵌離合器脫離嚙合 從動(dòng)軸慣性慢轉(zhuǎn) 刀庫定位停止 定位完畢發(fā)出信號(hào) 第四章 刀具交換裝置的設(shè)計(jì) 數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換刀裝置中 ,實(shí) 現(xiàn)刀庫與機(jī)床主軸之間傳遞和裝卸刀具的裝置稱為刀具交換裝置。刀具的交換方式通常分為兩種 : 一種是采用機(jī)械手交換刀具 , 另一種是由刀庫與機(jī)床主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)刀具交換即無機(jī)械手交換刀具。無機(jī)械手交換刀具方式：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，換刀的可靠性較高；刀庫因結(jié)構(gòu)所限容量不多。這種換刀系統(tǒng)多為中、小型加工中心采用。刀具的交換方式及它們的具體結(jié)構(gòu)對(duì)機(jī)床的工作效率和工作可靠性有直接的影響。由XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺(tái)銑床的結(jié)構(gòu)特性決定難以實(shí)現(xiàn)由刀庫與機(jī)床主軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)刀具交換，故采用機(jī)械手交換刀具的方式。 機(jī) 械手是當(dāng)主軸上的刀具完成一個(gè)工步后，把這一工步的刀具送回刀庫，并把下一道工步的所需要的刀具從刀庫中取出并裝入主軸繼續(xù)進(jìn)行加工的功能部件。對(duì)機(jī)械手的具體要求是迅速可靠，準(zhǔn)確協(xié)調(diào)。 確定換刀機(jī)械手形式 在自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床中，換刀機(jī)械手的形式是多種多樣的，常見的有以下幾種。 1)兩手呈 180176。的回轉(zhuǎn)式單臂雙手機(jī)械手； 圖 41 機(jī)械 手臂和手爪 2)兩手互相垂直的回轉(zhuǎn)式 單臂雙手機(jī)械手 3)兩手平行的回轉(zhuǎn)式單臂雙手機(jī)械手； 4)雙手交叉式機(jī)械手； 由于不同的數(shù)控機(jī)床（加工中心）的刀庫與主軸的相對(duì)位置不同。所以各種數(shù)控機(jī)床所使用的換刀機(jī)械手也不盡相同。 上圖是兩手互相垂直的回轉(zhuǎn)式單臂雙手機(jī)械手的結(jié)構(gòu)示意圖。 這種機(jī)械手的優(yōu)點(diǎn)是換刀動(dòng)作可靠，換好時(shí)間短，缺點(diǎn)是刀柄精度要求高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，聯(lián)機(jī)調(diào)整的相關(guān)精度要求高，機(jī)械手離加工區(qū)較近。 一般來說，這種機(jī)械手用于刀庫刀座軸線與機(jī)床主軸軸線垂直，刀庫為徑向存取刀具形式的自動(dòng)換刀裝置，因此，在 XKA5032A/C 數(shù)控立式升降銑床的自 動(dòng)換刀裝置中可采用這種機(jī)械手形式。 換刀機(jī)械手的工作原理 下面是以在 XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺(tái)銑床的自動(dòng)換刀裝置中采用這種上機(jī)械手換刀的工作原理。 該機(jī)械手安裝在主軸的左側(cè)面，隨同主軸箱一起運(yùn)動(dòng)。機(jī)械手由機(jī)械手臂與 45176。的斜殼體組成。機(jī)械手臂 1 形狀對(duì)稱。固定在回轉(zhuǎn)軸 4 上，回轉(zhuǎn)軸與主軸成 45176。角，安裝在殼體 3 上， 5 為手臂托，可由液壓缸帶動(dòng)（圖中未標(biāo)出），機(jī)械手有伸縮、回轉(zhuǎn)、抓刀、松刀等動(dòng)作。 伸縮動(dòng)作：液壓缸（圖中未標(biāo)出）帶動(dòng)手臂托架 5 沿主軸軸向移動(dòng)。 回轉(zhuǎn)動(dòng)作：液壓缸 2 中的齒條輪通過齒 輪帶動(dòng)回轉(zhuǎn)軸 4 轉(zhuǎn)動(dòng)。從而實(shí)現(xiàn)手臂正向和反向 180176。的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 抓刀、松刀動(dòng)作：機(jī)械手對(duì)刀具的夾緊和松開是通過液壓缸 6。碟形彈簧 7及拉桿 杠桿 活動(dòng)爪 10 來實(shí)現(xiàn)。碟形彈簧實(shí)現(xiàn)夾緊，液壓缸實(shí)現(xiàn)松開。在活動(dòng)爪中有兩個(gè)銷子 11，當(dāng)夾緊刀具時(shí)，插入刀柄凸緣的孔內(nèi)，確保安全、可靠。 機(jī)械手的 自動(dòng)換刀過程的動(dòng)作順序 （ a） （ b）