【文章內容簡介】 5 年 . 圖示 33 刀庫轉位機構傳動示意圖 1)選擇蝸桿傳動類型 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，以蝸桿為主動，蝸輪為從動。為了提高傳動效率，取 Z1=6，傳動比取 6，單向旋轉，單工作制，預計壽命為 5 年。則 Z2= Z1ⅹ i= 6ⅹ 6=36。 4)按齒面接觸疲勞強度設計 m2d1? 239。2215000ZHP???????KT2 (mm3) a)計算蝸輪軸轉矩 T2 初估傳動效率 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)許用接觸應力 2HP? 2HP? = 39。 2HP? VSZ NZ =220ⅹ ⅹ = MPa 式中 , 39。 2HP? =220 MPa, 估計滑動速度 SV 5m/s，用浸沒潤滑 ,則由 (參考文獻 11) (P972 圖 18— 2)查得滑動速度影響系數(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 值應大于計算值 ) 5)驗算滑動速度 SV a)計算蝸桿速度 1V 1V = 1160 1000dn???? = 3060 1000???? = m/s b)計算滑動速度 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)驗算蝸輪齒彎曲強度 驗算公式 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)按蝸輪當量齒數(shù) 2VZ = 2Z / 3cos? =36/ 3 39。 cos 28148 =,由圖 17— 2 查得。 f)導程角系數(shù) Y? =1? /120176。=1 39。28148 /120 = g)許用彎曲應力 2FP? 2FP? = 39。 2FP? NY =70? = MPa h)計算彎曲應力 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? ，故滿足蝸輪輪齒強度條件。 7)計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)蝸桿導程角 39。28148? ? 8)計算其他尺寸 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 按結構設計，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)熱平衡計算 蝸桿傳動由于效率低，所以工作時發(fā)熱量大。在閉式傳動中，如果產生的熱量不能及時地散逸，將因油溫不斷升高而使?jié)櫥拖♂專瑥亩龃竽ゲ翐p失，甚至發(fā)生膠合。所以必須根據(jù)單位時間內的發(fā)熱量 1H 等于同時間內的散熱量 2H 的條件進行熱功平衡計算，以保證油溫穩(wěn)定牌規(guī)定的范圍內。 由于摩擦損耗的功率 fP = 1P （ 1? ） kW,則產生的熱流量（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—— 熱導率，一般取 k=～ ( 2m C ),環(huán)境空氣流通較差時，取較小值，否則取較大值； A—— 傳動裝置散熱的計算面積，即內面被沒浸濺的，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 傳動裝置結構圖的基礎上進行熱平衡計算： 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，如在傳動箱內裝循環(huán)冷卻管路。 刀庫驅動轉矩的校核 蝸輪轉速 2n =5r/min,所能傳遞的功率為 P=? 8000 ? = Kw,此時刀庫的驅動轉矩為：T=9549Nn ?? = ? =m＞ T0=8Nm，其中 ? =傳動效率。由于 T＞ T0，所以，刀庫驅動轉矩滿足要求。 刀庫驅動轉矩的校核 在刀庫的傳動系統(tǒng)中，刀盤是利用花鍵聯(lián)接帶動刀座上的刀套轉動而進行選刀的，花鍵的聯(lián)接屬于動聯(lián)接。已知所用的花鍵類型為漸開線花鍵 d=26mm,以下對其進行必要的強度計算。計算公式如下： p= 2g g mTzh L D? ? [p]MPa 式中 : T—— 轉距（ 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），對漸開線花鍵， gh =m,此處 m 為模數(shù)，且取 m=； gL —— 齒的工作長度（ mm），此處 gL =48mm； mD —— 平均直徑（ mm），對漸開線花鍵，此處 mD =d=26mm。 于是，把數(shù)據(jù)代入計算公式，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的動聯(lián)接，查表 913可知，若齒面經熱處理且使用和制造情況為良好時， [p]可達 40 70 MPa， p? [p],故花鍵聯(lián)接的強度滿足要求。 夾緊機構插銷剪切強度的校核 刀套在刀座上的夾緊由插銷實現(xiàn)（見刀庫裝配圖）。插銷承受的主要是剪切力，以下對單個插銷進行剪切強度的校核。 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換到取刀位置，稱為自動選刀。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 刀庫旋轉定位是依靠簡易定位裝置來實現(xiàn)的。其控制過程示意圖如下： 刀庫的定位是由接近開關使直流伺服電機停止轉動，然后由雙向液壓帶動定位銷 6，插入刀座 5 上的定位孔，實現(xiàn)精確定位。在刀座 5 的每一個刀位上都裝有如圖所示的彈簧、導柱 鍵塊 1和銷 2所組成的刀具固定裝置。由此實現(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。當液壓缸 4 通油后，將導柱 3 拉出，使銷 2 退出，此時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，一個和定位銷在一起，自動換刀時用，另一個在靠近立柱方向，用于刀庫手動裝卸刀。 刀庫定位示意圖 發(fā)出選刀 信號 牙嵌離合器脫離嚙合 從動軸慣性慢轉 刀庫定位停止 定位完畢發(fā)出信號 第四章 刀具交換裝置的設計 數(shù)控機床的自動換刀裝置中 ,實 現(xiàn)刀庫與機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 : 一種是采用機械手交換刀具 , 另一種是由刀庫與機床主軸的相對運動來實現(xiàn)刀具交換即無機械手交換刀具。無機械手交換刀具方式：結構簡單，成本低，換刀的可靠性較高；刀庫因結構所限容量不多。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構對機床的工作效率和工作可靠性有直接的影響。由XKA5032A/C數(shù)控立式升降臺銑床的結構特性決定難以實現(xiàn)由刀庫與機床主軸的相對運動來實現(xiàn)刀具交換，故采用機械手交換刀具的方式。 機 械手是當主軸上的刀具完成一個工步后，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)進行加工的功能部件。對機械手的具體要求是迅速可靠，準確協(xié)調。 確定換刀機械手形式 在自動換刀數(shù)控機床中，換刀機械手的形式是多種多樣的，常見的有以下幾種。 1)兩手呈 180176。的回轉式單臂雙手機械手； 圖 41 機械 手臂和手爪 2)兩手互相垂直的回轉式 單臂雙手機械手 3)兩手平行的回轉式單臂雙手機械手； 4)雙手交叉式機械手； 由于不同的數(shù)控機床（加工中心）的刀庫與主軸的相對位置不同。所以各種數(shù)控機床所使用的換刀機械手也不盡相同。 上圖是兩手互相垂直的回轉式單臂雙手機械手的結構示意圖。 這種機械手的優(yōu)點是換刀動作可靠，換好時間短，缺點是刀柄精度要求高，結構復雜，聯(lián)機調整的相關精度要求高，機械手離加工區(qū)較近。 一般來說，這種機械手用于刀庫刀座軸線與機床主軸軸線垂直，刀庫為徑向存取刀具形式的自動換刀裝置，因此，在 XKA5032A/C 數(shù)控立式升降銑床的自 動換刀裝置中可采用這種機械手形式。 換刀機械手的工作原理 下面是以在 XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺銑床的自動換刀裝置中采用這種上機械手換刀的工作原理。 該機械手安裝在主軸的左側面，隨同主軸箱一起運動。機械手由機械手臂與 45176。的斜殼體組成。機械手臂 1 形狀對稱。固定在回轉軸 4 上，回轉軸與主軸成 45176。角，安裝在殼體 3 上， 5 為手臂托，可由液壓缸帶動（圖中未標出），機械手有伸縮、回轉、抓刀、松刀等動作。 伸縮動作：液壓缸（圖中未標出）帶動手臂托架 5 沿主軸軸向移動。 回轉動作：液壓缸 2 中的齒條輪通過齒 輪帶動回轉軸 4 轉動。從而實現(xiàn)手臂正向和反向 180176。的旋轉運動。 抓刀、松刀動作：機械手對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 活動爪 10 來實現(xiàn)。碟形彈簧實現(xiàn)夾緊，液壓缸實現(xiàn)松開。在活動爪中有兩個銷子 11，當夾緊刀具時，插入刀柄凸緣的孔內，確保安全、可靠。 機械手的 自動換刀過程的動作順序 （ a） （ b）