【正文】 23 2 EHZZa KT ????????? 1) 確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 2T 按 1 1Z? ，估取 效率 ?? ，則 2T = 61 10 /Pni?? = 6 0 .3 0 .89 .5 5 1 0 1 4 0 0 / 6 0 N m m?? = N mm? 2) 確定載荷系數(shù) K 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 17 頁 因?yàn)楣ぷ鬏d荷穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù)為 1K?? ；由西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及機(jī)械零件教研室編著的《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材表 115 選取使用系數(shù) ? ；由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動(dòng)載系數(shù) ? ；則 AVK K K K?? =1. 15 1 1. 05 1. 2? ? ? 3) 確定彈性影響系數(shù) EZ 因選用的是鑄錫青銅輪和鋼蝸桿相配，故 12160EaZ MP? 。為了節(jié)約貴 重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵 HT100 制造。 (2).選擇材料 根據(jù)庫存材料的情況，并考慮到蝸桿傳遞的功率不大，速度只是中等，故蝸桿用 45鋼；因希望效率高些，耐磨性好些，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為 4045 HRC。 蝸輪蝸桿副的設(shè)計(jì)計(jì)算 設(shè)計(jì)的普通圓柱蝸桿傳動(dòng)的功率為 kw? ，蝸桿的轉(zhuǎn)速為 1 1400 / minnr? ，傳動(dòng)比為 12 60i ? ，傳動(dòng)反向，工作載荷穩(wěn)定，但有不大的沖擊，要求設(shè)計(jì)壽命為 12020hLh? 。該電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為1500r/min，額定輸出轉(zhuǎn)矩為 5Nm，額定功率為 。 則有 FFD TTT ??? 1 .7 6 4 0 .3 22 .7 80 .7 5??? Nm 考慮到實(shí)際情況比計(jì)算時(shí)所設(shè)定條件復(fù)雜，電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩 sT 應(yīng)為 DT 的 倍。 則將以上計(jì)算所得的數(shù)據(jù)代入下式： 得負(fù)載慣量折算到電動(dòng)機(jī)軸上的慣量 22hiL h iKiJ J m????? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ????? 2kgm 2 2 2 2 22 . 4 4 2 . 4 4 2 . 4 4 1 4 6 . 5 1 4 6 . 50 . 4 5 0 . 0 0 4 8 0 . 0 0 2 0 . 0 0 0 2 4 0 . 0 0 0 31 4 6 . 5 1 4 6 . 5 1 4 6 . 5 1 4 6 . 5 1 4 6 . 5? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? = 2kgm 取 160 6jt ms s??；刀架換刀時(shí)伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速 14 00 / minmnr? ；伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 03mJ kg m? 。 則刀架主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 2m a x m in2 122h ddJm ???? ????[7] 22m a x m i n m a x m i n12 2 2d d d dl?? ??? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? 2231 0 . 0 4 0 . 0 2 5 0 . 0 4 0 . 0 2 57 . 8 5 1 0 3 . 1 4 0 . 3 92 2 2??? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? = 2kgm (3) 蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 蝸輪蝸桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 3hJ 的估算方法如下： 設(shè)蝸輪的分度圓直徑 3 124hD mm? ；其與刀架主軸相連的孔徑 3 mm? ；蝸輪齒寬 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 14 頁 3 10hb mm? . 則蝸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 23331 12 2 2hhh DdJM ??? ? ? ?????? ? ? ?? ? ? ??? 2 2 2 23 3 3 312 2 2 2 2h h h hD d D db??? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? 2 2 2 231 0 . 1 2 4 0 . 0 3 2 5 0 . 0 1 2 4 0 . 0 3 2 57 . 8 5 1 0 3 . 1 4 0 . 0 12 2 2 2 2? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? = 2kgm [7] 設(shè)蝸桿的分度圓直徑 32 mm? 。 (1) 刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 刀盤采用煙臺(tái)環(huán)球公司生產(chǎn)的 AK31 系列數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的配套產(chǎn)品，其主要尺寸如下：刀盤外徑 1 320D mm? ；盤也刀架主軸相連的孔徑 1 40d mm? ；刀盤寬 56P mm? 。 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 13 頁 ?伺服電機(jī)的角速度 ( /rads )[6]. 4) 各旋轉(zhuǎn)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 hJ 的估算 由刀架的結(jié)構(gòu)簡圖可知 ,刀架在完成換刀動(dòng)作時(shí) ,伺服電機(jī)帶動(dòng)其旋轉(zhuǎn)的部件共 3個(gè) ,它們分別是蝸輪蝸桿副 ,刀架主軸和刀盤。 im 各直線運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量 (kg )。 LJ 負(fù)載慣量折算到電動(dòng)機(jī)軸上的慣量 ( 2kgm? ). 3) 負(fù)載慣量折算到電動(dòng)機(jī)軸上的慣量 LJ 的估算 22hiL h iKiJ J m????? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ????? 2kgm 式中 hJ 各旋轉(zhuǎn)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ( 2kgm )。 jt 加速時(shí)間 ,通常取 150 200ms 。設(shè)工藝要求所需的每個(gè)刀具的平均重力 cpW =；刀盤的回轉(zhuǎn)中心直徑 270D mm? 。 1) 刀架負(fù)載扭矩 FT 的計(jì)算 回轉(zhuǎn)刀架負(fù)載扭矩 FT 估算方法如下：由于這種刀架的負(fù)載扭矩主要用來克服刀具質(zhì)量的不平衡，估算按如下的情況進(jìn)行：用平均重力的刀具插滿刀盤的半個(gè)圓，根據(jù)工藝要求所需的各種刀具，確定每個(gè)刀具的（包括刀柄）平均重力 cpW ，而其重心則設(shè)定為離刀架回轉(zhuǎn)中心 2/3 半徑處。但當(dāng)手動(dòng)操作車床時(shí)，從刀盤方向觀察，只充許刀盤順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)換刀。刀盤被定位夾緊并向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，于是刀架的轉(zhuǎn)位、換刀循環(huán)完成。隨后伺服電機(jī)啟動(dòng)，帶動(dòng)蝸桿 2 和蝸輪 7 轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)刀架主軸 6 帶動(dòng)刀架的刀盤旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn) 刀架換刀動(dòng)作，轉(zhuǎn)位的速度和角位移均通過半閉環(huán)反饋系統(tǒng)進(jìn)行精確控制?；钊?1 支承在一對推力球軸承上，它們可以通過推力球軸承帶動(dòng)刀架主軸來移動(dòng)。 車 床刀架 的工作原理 下圖所示為回轉(zhuǎn)刀架的結(jié)構(gòu)圖，刀架的松開和夾緊 以及刀盤的分度轉(zhuǎn)位分別由液壓系統(tǒng)和直流伺服電機(jī)來實(shí)現(xiàn)。由于齒盤齒部強(qiáng)度高，并且一般齒數(shù)嚙合率不少于 90%，齒面嚙合長度不少于 60%，故定位剛性好，承載能力大。 （ 2）重復(fù)定位精度好 由于多齒嚙合相當(dāng)于上下齒盤的反復(fù)磨合對研，越磨合精度越高，重復(fù)定位精度也越好。 以上，一對齒盤嚙合時(shí)具 有自動(dòng)定心作用。 端齒盤定位的特點(diǎn)： （ 1）定位精度高 由于端齒盤定位齒數(shù)多，且沿圓周均布，向心多齒結(jié)構(gòu)，經(jīng)過研齒的齒盤其分度精度一般可達(dá) 39。由于圓柱銷和斜面銷定位時(shí)容易出現(xiàn)間隙，圓錐銷定位精度較高，它 進(jìn)入定位孔時(shí)一般靠彈簧力或液壓力、氣動(dòng)力，圓錐銷磨損后仍可以消除間隙，以獲得較高的定位精度。 結(jié)合上述三種轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)位機(jī)理和特點(diǎn)，并結(jié)合實(shí)際情況，本次設(shè)計(jì)的數(shù)控車床CK20 決定采用第三種轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu) 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的刀架轉(zhuǎn)位。 3，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的刀架轉(zhuǎn)位 隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，可以采用直流（或交流） 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)蝸桿、蝸輪（消除間隙）實(shí)現(xiàn)刀架轉(zhuǎn)位，轉(zhuǎn)位的速度和角位移均可通過半閉環(huán)反饋進(jìn)行精確控制加以實(shí)現(xiàn)，因而這種轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)位速度可以進(jìn)行精確控制、精度高，結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)現(xiàn)容易。這種轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)位速度高、精度較低，運(yùn)動(dòng)特性可以自由設(shè)計(jì)選取但制造較困難、成本較高、結(jié)構(gòu)尺寸較大。如此反復(fù)下去，就能實(shí)現(xiàn)多次的刀架換刀操作。圓柱凸輪是在圓周面上加工出一條兩端有頭的凸起 =輪廓，從動(dòng)回轉(zhuǎn)盤（相當(dāng)于刀架體）端面有多個(gè)柱銷，銷子數(shù)量與工位數(shù)相等。故一般多用于非金屬切削的自動(dòng)化機(jī)械和自動(dòng)線的轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)中。而轉(zhuǎn)位角度大小可由活塞桿上的限位檔塊來調(diào)整。該刀架的換刀動(dòng)作分為刀盤抬起、刀盤分度轉(zhuǎn)位和刀盤鎖緊三個(gè)步驟，其中刀盤抬起和刀盤鎖緊定位由液壓來實(shí)現(xiàn)，而刀盤的分度轉(zhuǎn)位于伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。 數(shù)控車床刀架總體方案設(shè)計(jì)與選擇 刀架的整體方案設(shè)計(jì) 刀架是車床的重要組成部分，用于夾持切削用的刀具，因此其結(jié)構(gòu)直接影響到車床的切削性能和切削效率。刀架是工人經(jīng)常操作的機(jī)床部件之一，因此它的操作是否方便和安全，往往是評(píng)價(jià)刀架設(shè)計(jì)好壞的指標(biāo)。而且還在進(jìn)一步縮短。 5） 刀架是為了提高機(jī)床自動(dòng)化而出現(xiàn)的，因而它的換刀時(shí)間應(yīng)盡可能縮短，以利于提高生產(chǎn)率。 4） 可靠性高。由于刀具的類型、尺寸各異，重量相差很大，刀具在自動(dòng)轉(zhuǎn)換過程中方向變換較復(fù)雜，而且有些刀架還直接承受切削力。面且這種精度保持性要好 ，以便長期保持刀具的正確位置。以保證刀具和工件間準(zhǔn)確的相對位置。機(jī)床依靠刀具和工件間相對運(yùn)動(dòng)形成工件 表面，而工件的表面形狀和表面位置的不同，要求刀架能夠布置足夠多的刀具，而且能夠方便而正確地加工各工件表面， 為了實(shí)現(xiàn)在工件的一次安裝中完成多工序加工，所以要求刀架可以方便地轉(zhuǎn)位。帶刀庫的自動(dòng)換刀裝置由刀庫和刀具交換機(jī)構(gòu)組成。 3， 帶刀庫的自動(dòng)換刀 裝置 上述排刀式刀架和回轉(zhuǎn)刀架所安裝的刀具都不可能太多，即使是裝備兩個(gè)刀架，對刀具的數(shù)目也有一定限制。它的動(dòng)作是由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令完成的。 2， 回轉(zhuǎn)刀架 回轉(zhuǎn)刀架是數(shù)控車床最常用的一種典型換刀刀架， 一般 通過 液壓系統(tǒng)或電氣來實(shí)現(xiàn)機(jī)床的自動(dòng)換刀動(dòng)作，根據(jù)加工要求可設(shè)計(jì)成四方、六方刀架或圓盤式刀架，并相應(yīng)地安裝 4 把、 6 把或更多的刀 具 。 這種換刀方式迅速省時(shí)，有利于提高機(jī)床的生產(chǎn)效率。刀具的典型布置方式如圖 4 所示。 1， 排式刀架 排式刀架一般用于小規(guī)格數(shù)控車床，以加工棒料或盤類零件為主。這種刀庫和換刀機(jī)械手組成的自動(dòng)換刀裝置，就成為加工中心的主要特征 [5]。隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，機(jī)床的刀架也有了許多變化，特別是數(shù)控車床上采用電 (液 )換位的自動(dòng)刀架，有的還使用兩個(gè)回轉(zhuǎn)刀盤。 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 7 頁 2 數(shù)控車床刀架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算 車床刀架的功能 ,類型和應(yīng)滿足的要求 車床刀架的功能 機(jī)床上的刀架是安放刀具的重要部件，許多刀架還直接參與切削工作，如臥式車床上的四方刀架，轉(zhuǎn)塔車床的轉(zhuǎn)塔刀架，回輪式轉(zhuǎn)塔車床的回輪刀架，自動(dòng)車床的轉(zhuǎn)塔刀架和天平刀架等。 (4)，尾座套筒及主軸夾盤的控制亦采用液壓來實(shí)現(xiàn)。 4） 良好的控制軟件設(shè)計(jì)。 2） 采用大規(guī)模及超大規(guī)模的專用集成電路芯片。刀盤轉(zhuǎn)位動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)順經(jīng)以下步驟：數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出刀盤轉(zhuǎn)位的命令 ?伺服電機(jī)啟動(dòng) ?蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng) ?刀架主軸轉(zhuǎn)動(dòng) ?實(shí)現(xiàn)刀盤轉(zhuǎn)位 .刀盤鎖緊動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)順經(jīng)以下的步驟： 數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出刀盤鎖緊命令 ?液壓系統(tǒng)啟動(dòng) ?壓力油進(jìn)入液壓缸左腔 ?活塞向右運(yùn)動(dòng) ?刀架主軸向右移動(dòng) ?端齒盤嚙合 ?實(shí)現(xiàn)刀盤鎖緊。其中 刀盤抬起和刀架鎖緊由液壓來實(shí)現(xiàn)，而刀盤轉(zhuǎn)位則由伺服電機(jī)來驅(qū)動(dòng)。 機(jī)床床身的五種結(jié)構(gòu)形式圖示如下： (a) 斜床身 —斜滑板 (b) 直立床身 —直立滑板 (c) 平床身 —平滑板 (d) 前斜床身 —平滑板 (e) 平床身 —斜滑板 圖 床身結(jié)構(gòu)示意圖 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 6 頁 (2)，數(shù)控車床的刀架采用回轉(zhuǎn)刀架。平床身斜滑板結(jié)構(gòu)，再配置向上 傾 斜導(dǎo)軌防護(hù)罩，這樣既保持 湖南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 5 頁 了平床身工藝性好的優(yōu)點(diǎn)，而且床身寬度也不會(huì)太大。只有大型數(shù)控車床或小型精密數(shù)控車床才采用平床身平滑板結(jié)構(gòu)，而立床身結(jié)構(gòu)采用得較少。按照床身導(dǎo)軌面與水平面的相對位置，床身的結(jié)構(gòu)有 后斜床身—斜滑板，直立床身 —直立滑板，平床身 —平滑板，前斜床身 —平滑板和平床身 —斜滑板等五種，它們各自有自己的優(yōu)點(diǎn)和局限性，采用什么樣的床身要根據(jù)實(shí)際情況定。因?yàn)檐嚧驳拇采硎钦麄€(gè)車床的基礎(chǔ)支承件，是車床的主體，一般用來放置導(dǎo)軌、主軸箱等重要部件。