【正文】 聯(lián)軸器的性能可分為剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器。37第6章 聯(lián)軸器的選用及計(jì)算 第6章 聯(lián)軸器的選用及計(jì)算聯(lián)軸器是連接兩軸或軸的回轉(zhuǎn)件，在傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力過(guò)程中一同回轉(zhuǎn)而不脫開(kāi)的一種裝置。這種裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，定位迅速而準(zhǔn)確。主軸停止的角度位置精度為177。在主軸箱體的準(zhǔn)停位置上，裝一個(gè)磁傳感器2。主軸周向定位機(jī)構(gòu)的原理見(jiàn)圖55。自動(dòng)換刀時(shí)，必須保證端面鍵對(duì)準(zhǔn)缺口。主軸與刀柄靠7：24錐面定心，由兩個(gè)端面鍵傳遞轉(zhuǎn)矩。為使主軸上的端面鍵能準(zhǔn)確而順利進(jìn)人刀柄上的鍵槽。主軸準(zhǔn)停裝置分機(jī)械控制和電氣控制兩種形式。為此，主軸每次停轉(zhuǎn)必須準(zhǔn)確地停在某一固定位置上。等待下一次換刀?；謴?fù)原始水平位置。第五， 見(jiàn)圖54（f），機(jī)械手沿軸向?qū)⒌毒咄瑫r(shí)裝入主軸及刀庫(kù)。第四， 見(jiàn)圖54（e），機(jī)械手順時(shí)針旋轉(zhuǎn)180176。機(jī)械手的兩夾爪同時(shí)抓住刀庫(kù)中的“新刀”與主軸中的“舊刀”。),等待機(jī)械手抓取。注：圖52中的氣缸1機(jī)械手臂軸1齒輪1齒條1銷(xiāo)子、擋環(huán)2分別相當(dāng)于圖53中的氣缸3機(jī)械手臂軸齒輪4齒條3銷(xiāo)子4擋環(huán)51。機(jī)械手復(fù)位后，齒條17上的擋環(huán)壓下行程開(kāi)關(guān)13，發(fā)出換刀完成信號(hào)，使刀套向上翻轉(zhuǎn)90176。齒條19復(fù)位后，其上擋環(huán)壓下行程開(kāi)關(guān)7，使液壓缸18的左腔通壓力油，活塞桿帶著齒條17向右移動(dòng)，通過(guò)齒輪11使機(jī)械手反轉(zhuǎn)75176。換刀動(dòng)作完成后，齒條19上的擋環(huán)6壓下行程開(kāi)關(guān)9，發(fā)出插刀信號(hào)，使升降液壓缸下腔通壓力油，活塞桿帶著機(jī)械手臂軸上升插刀，同時(shí)傳動(dòng)下面的銷(xiāo)子8從連接盤(pán)5的銷(xiāo)孔中移出。這時(shí)轉(zhuǎn)位液壓缸20的右腔通壓力油，活塞桿推動(dòng)齒條19向左移動(dòng)，帶動(dòng)齒輪和連接盤(pán)5轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)銷(xiāo)子8，由傳動(dòng)盤(pán)帶動(dòng)機(jī)械手轉(zhuǎn)180176。在軸16下降時(shí)，傳動(dòng)盤(pán)10隨之下降，其下端的銷(xiāo)子8插入連接盤(pán)5的銷(xiāo)孔中，連接盤(pán)5和其下面的齒輪4也是用螺栓連接的，它們空套在軸16上。抓刀。圖中52所示，8為升降液壓缸的活塞桿，齒輪齒條7和軸2為圖43中的齒輪1齒條17和機(jī)械手臂軸16。后，壓下行程開(kāi)關(guān)，發(fā)出機(jī)械手抓刀信號(hào)。復(fù)位。時(shí)，刀具不會(huì)被甩出。抓住刀具時(shí)，兩手爪上的長(zhǎng)銷(xiāo)12分別被主軸前端面和刀庫(kù)上的擋塊壓下，使軸向開(kāi)有長(zhǎng)槽的活動(dòng)銷(xiāo)14在彈簧的作用下右移頂住刀具。手爪6上握刀的圓弧部分有一個(gè)錐銷(xiāo)4，機(jī)械手抓刀時(shí)，該錐銷(xiāo)插入刀柄的鍵槽中。在自動(dòng)換刀過(guò)程中，機(jī)械手要完成抓刀、拔刀、交換主軸上和刀庫(kù)上的刀具位置、插刀、復(fù)位等動(dòng)作。另外對(duì)刀庫(kù)工作原理進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)。通過(guò)氣缸作用，與上述動(dòng)作相反，刀座帶動(dòng)刀具夾頭順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，直到水平位置為止，此時(shí)滾子銷(xiāo)重新處于支撐板的凹槽中。刀套頂部的滾子用以在刀套處于水平位置時(shí)支撐刀套。圖42圖43刀套的構(gòu)造如圖44所示，由圖中可以看到錐孔尾部有兩個(gè)球頭銷(xiāo)釘，后有彈簧用以?shī)A住刀具，故當(dāng)?shù)短仔D(zhuǎn)90176。撥叉上升使刀套連同刀具逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)90176。實(shí)現(xiàn)這個(gè)動(dòng)作靠氣缸28。由于主軸是立式的，故應(yīng)將處于刀庫(kù)刀盤(pán)最下位置的刀套旋轉(zhuǎn)90176。刀座以鉸鏈形式與支撐板相連。圓盤(pán)式刀庫(kù)由專(zhuān)用的交流伺服電機(jī)14經(jīng)撓性聯(lián)軸器1蝸桿2蝸輪25，帶動(dòng)刀盤(pán)和盤(pán)上的20個(gè)刀套旋轉(zhuǎn)，如圖42所示。不論刀具放入那個(gè)地址，均可跟蹤記憶；利用刀庫(kù)上裝刀位置檢測(cè)裝置，可測(cè)得每一地址。蝸桿軸向齒距積累誤差=蝸桿軸向齒距極限偏差=177。蝸輪材料選用ZCuAl10Fe3，表面淬火硬度45~55HRC,表面粗糙度Ra≤。1） 刀庫(kù)負(fù)載扭矩的計(jì)算按方法二進(jìn)行估算，即將三把最重的刀放在一起，則負(fù)載扭矩===2） 加速扭矩的計(jì)算設(shè)刀具最大運(yùn)動(dòng)線(xiàn)速度為24m/min，則可確定刀庫(kù)選刀轉(zhuǎn)速為=，加速時(shí)間暫定為=200ms，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量可查相關(guān)樣本=，負(fù)載慣量折算到電動(dòng)機(jī)軸上的慣量=則可求得=3） 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的輸出扭矩應(yīng)同時(shí)滿(mǎn)足刀庫(kù)負(fù)載扭矩和加速扭矩之和電動(dòng)機(jī)軸到刀庫(kù)軸的速比為i=48,蝸輪蝸桿的傳動(dòng)效率=,則可求得==電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩(~) =(~) 而所選電機(jī)轉(zhuǎn)矩為10確定伺服電機(jī)型號(hào)為SM13010N1500，其主要技術(shù)參數(shù)為：額定功率 額定轉(zhuǎn)速 1500r/min額定電流 6A轉(zhuǎn)子慣量 機(jī)械時(shí)間常數(shù) 工作電壓 220V蝸桿頭數(shù)=1，初定傳動(dòng)比為i=48，則蝸輪齒數(shù)=i=48，模數(shù)m=，蝸桿分度圓直徑=48mm，蝸輪分度圓直徑=m=中心距a=(+)/2=,圓整中心距取=100mm，蝸輪變位系數(shù)=（a）/m=，屬于1=x=1的要求蝸輪齒頂高=() =蝸輪齒根高=(1++) =蝸輪齒根圓直徑==蝸輪齒頂圓直徑=+=蝸桿齒頂圓直徑=48+=蝸桿齒根圓直徑=(1+)=考慮到傳遞的功率不大，轉(zhuǎn)速較低，選用ZA蝸桿傳動(dòng)，精度為5fGB100891988。設(shè)定當(dāng)兩個(gè)最大刀具相鄰放置時(shí)，其間距為5毫米，則相鄰刀套中心距為85毫米，夾角為20度。（2） 刀庫(kù)加速扭矩的計(jì)算式中 刀庫(kù)選刀時(shí)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）；加速時(shí)間，通常取150~200ms；電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子慣量（），可查樣本；負(fù)載慣量折算到電動(dòng)機(jī)軸上的慣量（）（a）刀具插滿(mǎn)圓盤(pán)的半個(gè)圓 （b）三把最重的刀具插在一起圖41 刀庫(kù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算方法（3） 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)輸出扭矩計(jì)算驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的輸出扭矩應(yīng)同時(shí)滿(mǎn)足刀庫(kù)負(fù)載扭矩和加速扭矩之和，將以上計(jì)算的刀庫(kù)負(fù)載扭矩和加速扭矩轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)軸上的輸出扭矩的公式為式中i電動(dòng)機(jī)軸至刀庫(kù)軸的速比；傳動(dòng)效率。第二，把三把最重的刀具放在一起，如圖41（b）所示。 初步估計(jì)刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩及選定電機(jī)刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇應(yīng)同時(shí)滿(mǎn)足刀庫(kù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的負(fù)載扭矩和啟動(dòng)時(shí)的加速扭矩的要求。此換刀裝置的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，換刀可靠性較好。刀庫(kù)容量為20,容量不大，并且用于小型立式加工中心，因此決定采用盤(pán)式刀庫(kù)。另外介紹了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所給的參數(shù)，確定了該加工中心刀庫(kù)基本的傳動(dòng)原理以及所選機(jī)械手的形式。圖31 刀庫(kù)驅(qū)動(dòng)原理圖機(jī)械手的形式暫時(shí)采用單臂雙手式機(jī)械手。另外，盤(pán)型刀庫(kù)裝在立柱左側(cè)，因此刀套應(yīng)該能向下轉(zhuǎn)動(dòng)90176。19第3章 總體方案設(shè)計(jì) 第3章 總體方案設(shè)計(jì) TH5640D型立式加工中心及其主要參數(shù)TH5640D是一臺(tái)小型立式加工中心，工件在一次裝夾后可自動(dòng)連續(xù)地完成銑、鉆、鏜、鉸、锪、攻絲等多種工序的加工，該機(jī)床適用于小型板件、盤(pán)件、殼體等復(fù)雜零件的多品種中小批量加工。表22 換刀機(jī)械手的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)類(lèi)型形式應(yīng)用特點(diǎn)單臂單手式機(jī)械手作往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)用于刀具主軸與刀庫(kù)刀座軸線(xiàn)平行的場(chǎng)合結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，換刀時(shí)間較長(zhǎng)機(jī)械手?jǐn)[動(dòng)，其軸線(xiàn)與刀具主軸平行用于刀庫(kù)刀座軸線(xiàn)與主軸軸線(xiàn)平行的場(chǎng)合機(jī)械手?jǐn)[動(dòng)，其軸線(xiàn)與刀具主軸垂直用于刀庫(kù)刀座軸線(xiàn)與主軸軸線(xiàn)垂直的場(chǎng)合單臂雙手式固定雙手式用于刀庫(kù)刀座軸線(xiàn)與主軸軸線(xiàn)平行的場(chǎng)合，廣泛用于加工中心可同時(shí)抓住主軸和刀庫(kù)中的刀具，并進(jìn)行拔出、插入，換刀時(shí)間短可伸縮雙手式剪式雙手式雙手不成180176。② 由機(jī)械手進(jìn)行刀具交換 由于刀庫(kù)及刀具交換方式不同，換刀機(jī)械手種類(lèi)繁多。直線(xiàn)排列式刀庫(kù)可設(shè)在工作臺(tái)上方，也可設(shè)在工作臺(tái)的一端或兩端。在這種換刀方式中，刀庫(kù)可以是圓盤(pán)型、直線(xiàn)排列式、也可以是格子箱式等。它適用采用40號(hào)以下刀柄的小型加工中心或換刀次數(shù)少的用重型刀具的重型機(jī)床。交換裝置的形式很多，一般可分為兩大類(lèi)。圖211 識(shí)別刀具的PC程序流程框圖實(shí)現(xiàn)刀庫(kù)與機(jī)床主軸之間裝卸和傳遞刀具的裝置稱(chēng)為刀具交換裝置。機(jī)械手執(zhí)行換刀動(dòng)作，將主軸上用過(guò)的舊刀和刀庫(kù)上選好的新刀進(jìn)行交換。識(shí)別刀具的PC程序流程團(tuán)如圖211所示。刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)后，測(cè)得刀庫(kù)的實(shí)際位置與要求的刀庫(kù)目標(biāo)位置一致時(shí)，即識(shí)別了所要尋找的新刀具。于是計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值始終在1—8之間循環(huán)，而通過(guò)換刀位置時(shí)的計(jì)數(shù)值(當(dāng)前值)總是指示刀庫(kù)的現(xiàn)在位置。當(dāng)?shù)稁?kù)旋轉(zhuǎn)，每個(gè)刀座通過(guò)換刀位置(基準(zhǔn)位置)時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)送至PC，作為計(jì)數(shù)脈沖。由于刀號(hào)數(shù)據(jù)表實(shí)際上是刀庫(kù)中存放刀具位置的一種映像，所以刀號(hào)表與刀庫(kù)中刀具的位置應(yīng)始終保持一致。數(shù)據(jù)表的表序號(hào)與刀庫(kù)刀座編號(hào)相對(duì)應(yīng)，每個(gè)表序號(hào)中的內(nèi)容就是對(duì)應(yīng)刀座中所插入的刀具號(hào)。為了使用方使．刀號(hào)也采用BCD碼編寫(xiě)。刀座固定位置編號(hào)為方框內(nèi)1號(hào)—8號(hào)，0為主軸刀位置號(hào)，由于刀具本身不附帶編碼環(huán)，故刀具編號(hào)可任意沒(méi)定，如圖2—94中(10)—(18)的刀號(hào)。這種方法主要由軟件完成選刀，從而消除了內(nèi)于識(shí)刀裝置的穩(wěn)定性、可靠性所帶來(lái)的選刀失誤。主軸上換來(lái)的新刀號(hào)及還回刀庫(kù)的刀具號(hào)，均在Pc內(nèi)部相應(yīng)地存儲(chǔ)單元記憶。圖28 光學(xué)纖維刀具識(shí)別裝置(3)利用Pc實(shí)現(xiàn)隨機(jī)換刀 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，利用軟件選刀以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的編碼環(huán)和識(shí)刀器。選刀時(shí)，數(shù)控指令T所指的刀具在刀具識(shí)別位置出現(xiàn)圖形時(shí)，便與記憶裝置中的圖形進(jìn)行比較，選中時(shí)發(fā)出選刀符合信號(hào)，刀具便停在換刀位置上。因此，這種識(shí)別方法很有發(fā)展前途。在光導(dǎo)纖維中傳播的光信號(hào)比在導(dǎo)體中傳播的電信號(hào)具有更高的抗干擾能力。正當(dāng)中的一小塊反光部分用來(lái)發(fā)出同步信號(hào)。用靠近的兩束光導(dǎo)纖維來(lái)閱讀二進(jìn)制碼的一位時(shí)，其中一束將光源投射到能反光或不能反光(被涂黑)的金屬表面，另一束光導(dǎo)纖維將反射光送至光電轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，以判斷正對(duì)這兩束光導(dǎo)纖維的金屬表面有無(wú)反射光，有反射時(shí)(表面光亮)為“1”，無(wú)反射時(shí)(表面涂黑)為“0”．如圖28 (b)所示。每讀完一次編碼，延時(shí)清零電路經(jīng)一定延時(shí)發(fā)出一次消零信號(hào)，使刀號(hào)寄存器清零復(fù)位，以便寄存下一個(gè)刀號(hào)。若與給定的T代碼不一樣，則刀庫(kù)仍繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，直到識(shí)刀器讀出的刀具或刀座編碼與T代碼一致時(shí)，發(fā)出選刀符合信號(hào)，說(shuō)明已選中刀具；此時(shí)刀庫(kù)減速、定位、停止，所選刀具停在等待換刀位置。刀具編碼的識(shí)別裝置原理如圖27所示。利用感應(yīng)電壓的強(qiáng)弱，就能識(shí)別刀具的號(hào)碼。在檢測(cè)線(xiàn)圈6的一次線(xiàn)圈5中輸入交流電壓時(shí)，如編碼環(huán)為導(dǎo)磁材料，則磁感應(yīng)較強(qiáng)，在二次線(xiàn)圈7中產(chǎn)生較大的感應(yīng)電壓。圖26所示為一種用于刀具編碼的磁性識(shí)別裝置。①非接觸式磁性識(shí)別法 磁性識(shí)別法是利用磁性材料和非磁性材料磁感應(yīng)強(qiáng)弱不同，通過(guò)感應(yīng)線(xiàn)圈讀取代碼。 (2)非接觸式刀具識(shí)別裝置 非接觸式刀具識(shí)別裝置無(wú)機(jī)械接觸、無(wú)磨損、無(wú)噪聲、壽命長(zhǎng)、反應(yīng)速度快，適應(yīng)于高速且換刀頻繁的工作場(chǎng)合。當(dāng)各繼電器讀出的數(shù)碼與所需刀具的編碼一致時(shí)，由控制裝置發(fā)出信號(hào)，使刀庫(kù)停轉(zhuǎn)，等待換刀。在刀柄1上裝有兩種直徑不同的編碼環(huán)，規(guī)定大直徑的環(huán)表示二進(jìn)制的“1”，小直徑的環(huán)為“0”，圖中有5個(gè)編碼環(huán)4，在刀庫(kù)附近固定一刀具識(shí)別裝置2，從中伸出幾個(gè)觸針3，觸針數(shù)量與刀柄上的編碼環(huán)個(gè)數(shù)相等。(刀座)識(shí)別裝置刀具(刀座)識(shí)別裝置是自動(dòng)換刀系統(tǒng)中的重要組成部分，常用的有下列幾種。這樣刀具可以任意取、存，無(wú)需編碼元件，這種刀具任選方式使換刀控制大為簡(jiǎn)化。④計(jì)算機(jī)記憶式 高檔的數(shù)控加工中心，可將刀具號(hào)和刀庫(kù)上存刀地址對(duì)應(yīng)地記憶在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)或可編程控制器內(nèi)。當(dāng)帶編碼附件的刀具插人刀庫(kù)中某一刀座時(shí)，該刀座便具有編碼附件指定的編碼。刀庫(kù)的刀座與刀具均無(wú)需編碼。其缺點(diǎn)是使刀具長(zhǎng)度增加，制造田難，剛度降低，同時(shí)使機(jī)械手和刀庫(kù)的結(jié)構(gòu)也復(fù)雜化。避免了因刀具存放在刀庫(kù)中的順序差錯(cuò)而造成的事故；同時(shí)也縮短了刀庫(kù)的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，簡(jiǎn)化了自動(dòng)換刀控制線(xiàn)路。②刀具編碼式 這種萬(wàn)式是直接對(duì)每把刀具進(jìn)行編碼，由換刀裝置識(shí)別刀具上的編碼進(jìn)行選刀，出于每把刀只都有自己的代碼，故可存放于刀庫(kù)的任一刀座中。由于鑰匙上每個(gè)凸凹部分旁邊均有相應(yīng)的碳刷，故可將鑰匙各個(gè)凸凹部分均識(shí)別出來(lái)，即識(shí)別出相應(yīng)的刀具。鑰匙沿著水平方向的鑰匙縫插人鑰匙孔座，然后順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)90176。這樣就把鑰匙的號(hào)碼轉(zhuǎn)記到刀座中，給刀座編上了號(hào)碼。換刀時(shí)刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)，使各個(gè)刀座依次經(jīng)過(guò)刀具識(shí)別器，直至找到規(guī)定的刀座，刀庫(kù)即刻停止旋轉(zhuǎn)。相同的刀具可重復(fù)使用，故刀具數(shù)量比順序選擇法的刀具可少一些，刀庫(kù)也相應(yīng)小一些。當(dāng)某把刀具的代碼與數(shù)控指令的代碼相符合時(shí)，該把刀具被選中，刀庫(kù)將選中的刀具送至換刀位置，等待機(jī)械手來(lái)抓取。（2）任意選擇刀具方式 這種方法根據(jù)程序指令的要求任意選擇所需要的刀具，刀具在刀庫(kù)中不必按照工件的加工順序排列，可任意存放。一般用于刀具較少的中小型加工中心、加工批量較大但工件品種較少的加工中心、刀庫(kù)與主抽之間直接換刀的加工中心、有自動(dòng)換刀庫(kù)的數(shù)控機(jī)床(當(dāng)加工小批量零件時(shí))。這種方法不需要刀具識(shí)別裝置，驅(qū)動(dòng)控制也較簡(jiǎn)單，工作可靠，但刀具不能重復(fù)使用。從刀庫(kù)中選擇刀具通常采用下述方式：（1）順序選擇方式 順序選擇方式是按零件加工的預(yù)定工序要求依次將所用刀具存入刀庫(kù)的刀座中，使用時(shí)按順序?qū)⑵滢D(zhuǎn)到取刀位置。如圖24所示。如圖23所示。（3） 格子箱式刀庫(kù) 結(jié)構(gòu)緊湊，刀庫(kù)空間利用率高，換刀時(shí)間較長(zhǎng)。（2） 鏈?zhǔn)降稁?kù) 此刀庫(kù)結(jié)構(gòu)緊湊，刀庫(kù)容量較大，鏈環(huán)的形狀可根據(jù)機(jī)床的布局制成各種形狀，也可將換刀位突出以便于換刀，能充分利用機(jī)床的占地空間，通常為軸向取刀，位置精度較低，造價(jià)也較高。此換刀裝置的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，換刀可靠性較好，缺點(diǎn)是換刀時(shí)間長(zhǎng)，適用于刀庫(kù)容量較小的加工中心上采用。根據(jù)刀庫(kù)的容量和存取刀具的方式，刀庫(kù)可設(shè)計(jì)成多種形式。表21 加工中心上的換刀裝置形式類(lèi)別特點(diǎn)應(yīng)用范圍轉(zhuǎn)塔式垂直轉(zhuǎn)塔頭1. 根