【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 部 件。 圖 37 鏜銑加工中心主軸刀具夾緊機(jī)構(gòu) 刀具自動(dòng)夾緊裝置和切屑清除裝置由鋼球 空氣噴嘴 套筒 拉桿 碟形彈簧 油缸（及活塞） 11 組成。圖示為刀具的夾緊狀態(tài)，在碟形彈簧 8的作用下，拉桿 7始終保持約 10000N 的拉力，并通過拉桿 7左端的鋼球 3將刀桿 1 的尾部軸頸拉緊。刀桿 1采用 7： 24 的大錐度錐柄，在尾部軸頸拉緊的同時(shí)，通過錐面的定心和摩擦作用關(guān)鍵所在刀桿 1 夾緊于主軸 2的端部。松開刀具，將壓力油通入油缸 11 的右腔，使活塞推動(dòng)拉桿 7 向左移動(dòng)，同時(shí)壓縮碟形彈簧 8。畢業(yè)論文 18 拉桿 7的左移使左端的鋼球 3位于套筒 5的喇叭口處，從而解除了刀桿 1上的拉力。當(dāng)提桿 7繼續(xù)左移，空氣噴嘴 4的端部把刀具頂松，機(jī)械手便取出刀桿 1。當(dāng)機(jī)械手將新刀裝入后，壓力油通入油缸 11 左腔，活塞向右退回原位，碟彈簧8 又拉緊刀桿 1。當(dāng)活塞處于左、右兩個(gè)極限位置時(shí)，相應(yīng)的限位開關(guān)發(fā)出松開和夾緊的信號(hào) 。 自動(dòng)清除主軸孔中的切屑和灰土是換刀操作中的一個(gè)不容忽視的問題。如果在主軸錐孔中掉進(jìn)了切屑或其他污物，在拉緊刀桿時(shí)，就會(huì)劃傷錐孔和錐柄表面，甚至?xí)沟稐U發(fā)生偏斜，破壞刀具正確定位，影響加工零件的精度，甚至使零件報(bào)廢。為了保持主軸錐孔的清潔，常用壓縮空氣吹屑。活塞和拉桿的中心，都有壓縮空氣通道，當(dāng)活塞向左移動(dòng)時(shí)，壓縮空氣經(jīng)活塞和拉桿的通道，由空氣噴嘴噴出，將錐孔清理干凈。噴氣小孔要有合理的噴射角度，并均勻分布，以提高吹屑效果。 對(duì)自動(dòng)換刀數(shù)控鏜銑床，切削扭矩是通過刀桿的端面鍵來傳遞的。為了保證自動(dòng)換刀時(shí) 使刀桿的鍵槽對(duì)準(zhǔn)主軸上的端面鍵，主軸需停在一個(gè)固定不變的方位上，這由主軸準(zhǔn)停裝置來實(shí)現(xiàn)。 圖 37的主軸準(zhǔn)停裝置由定位盤 10，滾子 12，定位油缸（及活塞） 13，無觸點(diǎn)開關(guān) 14 以及限位開關(guān) 1 16 組成。當(dāng)需要停車換刀時(shí)，發(fā)出準(zhǔn)停信號(hào)，主軸轉(zhuǎn)換到最低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。在時(shí)間繼電器延時(shí)數(shù)秒后，接通無觸點(diǎn)開關(guān) 14。當(dāng)定位盤 10 上的感應(yīng)片對(duì)準(zhǔn)無觸點(diǎn)開關(guān) 14 時(shí)，發(fā)出信號(hào)切斷主軸的傳動(dòng)使其作低速慣性空轉(zhuǎn)。再經(jīng)時(shí)間繼電器短暫延時(shí)，接通定位油缸 13 的滾子 12 時(shí)，滾子 12 進(jìn)入槽內(nèi)使主軸準(zhǔn)確停止。同時(shí)，限位開關(guān) 15 發(fā)出完成準(zhǔn)停信 號(hào)，如果在規(guī)定時(shí)間限位開關(guān) 15 未發(fā)出完成準(zhǔn)停信號(hào)，則時(shí)間繼電器發(fā)出重新定位信號(hào)重復(fù)上述動(dòng)作，直到完成準(zhǔn)停為止。完成準(zhǔn)停后，活塞退回原位，開關(guān) 16發(fā)出相應(yīng)信號(hào)。 四 Z向工作臺(tái)設(shè)計(jì)及相關(guān)計(jì)算 1 滾珠絲杠螺母副機(jī)構(gòu) （ 1）滾珠絲杠副的工作原理及特點(diǎn) 滾珠絲杠副是一種新型的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是具有螺旋槽的絲杠螺母間裝有滾珠作為中間傳動(dòng)件，以減少摩擦，絲杠和螺母上都磨有圓弧形的螺旋槽，這畢業(yè)論文 19 兩個(gè)圓弧形的螺旋槽對(duì)合起來就形成螺旋線滾道，在滾道內(nèi)裝有滾珠。當(dāng)絲杠回轉(zhuǎn)時(shí)，滾珠相對(duì)于螺母上的滾道滾動(dòng)，因此絲杠與 螺母之間基本上為滾動(dòng)摩擦。為了防止?jié)L珠從螺母中滾出來，在螺母的螺旋槽兩端設(shè)有回程引導(dǎo)裝置，使?jié)L珠能循環(huán)流動(dòng)。 滾珠絲杠副的特點(diǎn)是： 1）傳動(dòng)效率高，摩擦損失小。滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率η＝ ～ ，比常規(guī)的絲杠螺母副提高 3～ 4 倍。因此，功率消耗只相當(dāng)于常規(guī)的絲杠螺母副的 1/4～1/3。 2）給予適當(dāng)預(yù)緊，可消除絲杠和螺母的螺紋間隙，反向時(shí)就可以消除空行程死區(qū)，定位精度高，剛度好。 3）運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，傳動(dòng)精度高。 4）運(yùn)動(dòng)具有可逆性，可以從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)，也可以從直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) ，即絲杠和螺母都可以作為主動(dòng)件。 5）磨損小，使用壽命長(zhǎng)。 6）制造工藝復(fù)雜。滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度也要求高，故制造成本高。 7）不能自鎖。特別是對(duì)于垂直絲杠，由于自重慣力的作用，下降時(shí)當(dāng)傳動(dòng)切斷后，不能立刻停止運(yùn)動(dòng)，故常需添加制動(dòng)裝置。 （ 2） 滾珠絲杠副的參數(shù) 名義直徑 d0：滾珠與螺紋滾道在理論接觸角狀態(tài)時(shí)包絡(luò)滾珠球心的圓柱直徑，它是滾珠絲杠副的特征尺寸。 導(dǎo)程 L：絲杠相對(duì)于螺母旋轉(zhuǎn)任意弧度時(shí)，螺母上基準(zhǔn)點(diǎn)的軸向位移。 基本導(dǎo)程 L0：絲杠相對(duì)于螺母旋轉(zhuǎn) 2π弧度時(shí)，螺母上基準(zhǔn)點(diǎn)的 軸向位移。 接觸角 β ：在螺紋滾道法向剖面內(nèi)，滾珠球心與滾道接觸點(diǎn)的連線和螺紋軸線的垂直線間的夾角，理想接觸角 β 等于 450。 此外還有絲杠螺紋大徑 d、絲杠螺紋小徑 d螺紋全長(zhǎng) l、滾珠直徑 db、螺母螺紋大徑 D、螺母螺紋小徑 D滾道圓弧偏心距 e 以及滾道圓弧半徑 R等參數(shù)。 導(dǎo)程的大小是根據(jù)機(jī)床的加工精度要求確定的。精度要求高時(shí)，應(yīng)將導(dǎo)程取小些，這樣在一定的軸向力作用下，絲杠上的摩擦阻力較小。為了使?jié)L珠絲杠副具有一定的承載能力，滾珠直徑 db不能太小。導(dǎo)程取小了，就勢(shì)必將滾珠直徑 db取小，滾珠絲杠副的承載能力亦隨之 減小。若絲杠副的名義直徑 d0 不變，導(dǎo)程小，則螺旋升角 λ 也小，傳動(dòng)效率 η 也變小。因此導(dǎo)程的數(shù)值在滿足機(jī)床加工精度的條件下，應(yīng)盡可能取大些。 畢業(yè)論文 20 名義直徑 d0與承載能力直接有關(guān)，有的資料推薦滾珠絲杠副的名義直徑 d0應(yīng)大于絲杠工作長(zhǎng)度的 1/30。 數(shù)控機(jī)床常用的進(jìn)給絲杠，名義直徑 d0=φ 30~φ 80mm 2 滾珠絲杠副的選擇計(jì)算 （ 1）滾珠絲杠副的計(jì)算 已知：平均工作載荷 Fm=3000N，絲杠工作長(zhǎng)度 L=。平均轉(zhuǎn)速 nm =100r/min，最大轉(zhuǎn)速 nmax =4500r/miｎ，使用壽命Ｌｈ＝ 15000ｈ左右，材料為鋼，滾道硬度為 60HRC，傳動(dòng)精度 ??? mm,求計(jì)算載荷 CF 【 8】 。 CF = FK ? HK ? KA ? mF 查表 26 取 FK =，查表 27 取 KH =， 因?yàn)榫鹊燃?jí)為Ｄ級(jí)，因此 KA ＝ 所以 CF ＝ ? ? ? 70＝ 4800Ｎ （ 2）計(jì)算額定動(dòng)載荷計(jì)算值 aC aC ＝ CF 43 ?? hm Ln ＝ 4800 3 120xx1500 ?? ＝ 21686Ｎ 額定動(dòng)載荷 21686N＜ 22556N 故查《機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表 29 考慮各種因素 選用 由表選擇滾珠 絲杠副數(shù)據(jù)如下： 公稱直徑： D0 =50mm 導(dǎo) 程：Ｐ＝ 6ｍｍ 螺 旋 角： ? ＝ 552 ?? 滾珠直徑：ｄ 0 ＝ 滾道半徑：Ｒ＝ 0d? =? = 偏 心 距：ｅ =? （Ｒ－ｄ 0 /2）＝ (－ ） = 310?? mm 畢業(yè)論文 21 絲杠內(nèi)徑：ｄ 1 ＝ D0 ＋ｅ－ 2Ｒ = （ 3）穩(wěn)定性驗(yàn)算 由于一端軸固定的絲杠在工作時(shí)可能會(huì)發(fā)車生失穩(wěn)，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)驗(yàn)算其安全系數(shù)，其值應(yīng)大于絲杠副傳動(dòng)允許安全系數(shù) [S] 計(jì)算臨界載荷 crF crF ＝ 22)( lEIa?? 剛彈性模量 E＝ ? 1011 ｐａ 根據(jù)已知條件： aI ＝ ? ｄ 1 4 /64=? /64= 910?? 4m 選?。酰?2/3【 3】 crF ＝29112)(????? ??= 安全系數(shù)： Ｓ＝ crF / mF =查表 210 知 [S]＝ ～ Ｓ ? ??S 即絲杠是安全的，不會(huì)失穩(wěn)。 （ 4）絲杠在高速工作時(shí)可能發(fā)生共振，因此需驗(yàn)算其不會(huì)發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速 ｎ cr ＝ 9910 212)( l dfc?? 取ｆ c ＝ ， 181。＝ 2/3【 3】 ｎ cr ＝ 9910 22)( ?? =ｎ cr ? nmax ＝ 4500ｒ /min。所以絲杠不會(huì)發(fā)生共振。 （ 5）滾珠絲杠要求 D0 n? 410? mmr/min 0D ｎ＝ 50? 100＝ 410? mmr/min〈 410? mmr/min 所以該絲杠副工作穩(wěn)定，符合設(shè)計(jì)要求。 （ 6）剛度驗(yàn)算 滾珠絲杠導(dǎo)程變形量： cGJTPEAPFL ?2 20 ???? Ｔ＝ Fm 20D tan（ ??? ） 在本次設(shè)計(jì)中 取摩擦系數(shù)為 tan ?? ，即 ?? 畢業(yè)論文 22 Ｔ＝ 3000 tan ( 3 ??? ? 552 ?? +） =ｍ CGJTPEAPFL ?2 20 ??? = 214EdPFm?+ 412216GdTP? = 492232113)( )104(16)( 701044 ??? ??????? ?????= ?210?? m 因此絲杠在工作長(zhǎng)度上的彈性變形所引起的導(dǎo)程誤 差為 PLlL 0???? = ??? /4 310?? =? m 要求 mmmL ?? ????? 該絲杠的導(dǎo)程誤差滿足上式，故其剛度滿足要求。 （ 7）效率驗(yàn)算 ?=tan? /tan（ ??? ） = ?要求在 — 之間，所以此絲杠副是合格的。 3 導(dǎo)軌的選擇 導(dǎo)軌，他是有運(yùn)動(dòng)件和承導(dǎo)件組成，目的是用來支承和引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)件外在驅(qū)動(dòng)下按給定的方向做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，依定位原理，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，必須限制運(yùn)動(dòng)件的五個(gè)自由度，而保留其按規(guī)定方向移動(dòng)的自由度。 直線導(dǎo)軌副具有承載能力大，接觸剛性高，可靠性高等特點(diǎn)，主要在機(jī)床的床身 ，工作臺(tái)導(dǎo)軌和立柱上，下升降導(dǎo)軌上使用。我們可以根據(jù)負(fù)載大小，受載荷方向，沖擊和振動(dòng)大小等多種情況來選擇。 a:根據(jù)直線導(dǎo)軌的受力方向 由于滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的滑塊與導(dǎo)軌上通常有四列圓弧滾道，因此能承受四個(gè)方向的負(fù)荷和翻轉(zhuǎn)力矩。滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副承受能力會(huì)隨滾到中心距增大而加大。 b:根據(jù)滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副的負(fù)荷大小 不同規(guī)格有著不同的承載能力，可根據(jù)承受負(fù)荷大小選擇。為使每副滾動(dòng)直線導(dǎo)軌都有比較理想的使用壽命，可根據(jù)所選廠家提供的近似公式計(jì)算額定壽命和額定小時(shí)壽命，以便給定合理的維修和更換周期。還需要考慮滑塊承受載荷 之后，滑塊滾動(dòng)阻力的影響，最好要進(jìn)行滾動(dòng)阻力的計(jì)算，以便確定合理的驅(qū)動(dòng)力。 c:預(yù)加負(fù)載的選擇 畢業(yè)論文 23 根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的沖擊，振動(dòng)情況以及精度要求，選擇合適的預(yù)壓值。 （ 1）導(dǎo)軌型號(hào)的選擇 已知滑座上的載荷為 F=3000N，滑座個(gè)數(shù) 4 個(gè)，單向行程長(zhǎng)度 ，每分鐘往返次數(shù)為 4 由snlTsT 2 10*s 3? 得 Ts=2*9000**4*60/1000=2592KM 因滑座個(gè)數(shù)為 4 所以沒根導(dǎo)軌上使用 2 個(gè)滑座，由《機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表215~218確定 fc=,fH `=1,fT=1,fW =2 所以由 Ts= KFf Cfff w aTHc3???????? K為壽命系數(shù)，一般取 K=50 ㎞ 得 Ca =37556N 因?yàn)?37556N43800N,所以選擇 HJG－ D45 型滾動(dòng)直線導(dǎo)軌 4 離合器的選擇 離合器的基本要求： （ 1） 結(jié)合平穩(wěn)，分離徹底，動(dòng)作準(zhǔn)確可 靠。 （ 2） 質(zhì)量輕，外型小，慣性小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作安全。 （ 3） 操作方便，省力，散熱性好，壽命長(zhǎng)。 選擇離合器可按以下公式確定計(jì)算轉(zhuǎn)矩： 對(duì)于牙嵌式離合器 Tc=KT 對(duì)于摩擦式離合器 Tc=TVKKKT 式中 Tc 離合器計(jì)算轉(zhuǎn)矩， 。 T 離合器額定轉(zhuǎn)矩， 。 K 工況系數(shù) KT 離合器的結(jié)合次數(shù)修正系數(shù)； KV 離合器的圓周速度修正系數(shù)。 摩擦面上的平均圓周速度 Vm 圓周速度， m/s Dm 摩擦面平均直徑， mm D1 摩擦面的內(nèi)徑， mm D2 摩擦面的外徑， mm 畢業(yè)論文 24 n 離合器的轉(zhuǎn)速， r/min。 離合器形式與結(jié)構(gòu)選擇 選用離合器首先應(yīng)在國(guó)家，機(jī)械行業(yè)以及企鵝也標(biāo)準(zhǔn)離合器中進(jìn)行選擇，采用國(guó)標(biāo)或者機(jī)標(biāo)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)離合 器產(chǎn)品便于易損件的配套互換。 （ 1） 根據(jù)離合器的使用條件，選擇離合器的結(jié)合元件。 a. 低速，地址轉(zhuǎn)動(dòng)下離合，不頻繁離合可選剛性結(jié)合元件，剛性結(jié)合原件具有傳遞力矩大，傳動(dòng)速比不變，不產(chǎn)生摩擦熱，體積等特點(diǎn)。 b. 當(dāng)傳動(dòng)系統(tǒng)要就緩沖，通過離合器吸收峰值力矩，則個(gè)選用半剛性結(jié)合原件，即摩擦元件。 c. 長(zhǎng)期打滑的工況，則應(yīng)選擇電磁和液壓傳遞能量的離合器。 （ 2） 根據(jù)工作機(jī)的要求選擇離合器的操作方式。 a． 結(jié)合次數(shù)不多，傳遞力矩不大的離合器常用氣動(dòng)或液壓操作系統(tǒng)。 b． 中小型，頻繁操作，結(jié)合速度快，可采用電磁操作系統(tǒng)。 （ 3） 根據(jù)機(jī)械設(shè)備的工作要求確定 離合器的容量，包括轉(zhuǎn)矩容量和熱容量，轉(zhuǎn)矩容量是離合器的基本參數(shù)，必須大于機(jī)械的載荷力矩和慣性力矩。 （ 4） 離合器的壽命也