【正文】 控制機(jī)床，其主要特點(diǎn)是具有自動(dòng)換刀的刀具庫(kù)，工件經(jīng)一次裝夾后，通過(guò)更換各種刀具，在同一臺(tái)機(jī)床，對(duì)工件各加工面連續(xù)進(jìn)行銑（車）、鏜、鉆、攻螺紋等各種工序。有利于提高主軸的剛度；獨(dú)立的刀庫(kù)，大大增加了刀具的存儲(chǔ)熟量，有利于擴(kuò)大機(jī)床的功能，并能較好的隔離各種影響加工精度的干擾因素。在機(jī)械手換刀的過(guò)程中，使用一個(gè)機(jī)械手將加工完畢的刀具從主軸拔出，與此同時(shí)，另一個(gè)機(jī)械手將在刀具庫(kù)中待命的刀具從刀庫(kù)拔出，然后兩者交換位置，完成換刀過(guò)程。換刀時(shí)，主軸箱移到刀庫(kù)換刀位置的上方，利用主軸 Z 方向?qū)⒓庸ね戤叺毒卟迦氲稁?kù)中要求的空位處，然后刀庫(kù)待命換刀具轉(zhuǎn)到待命位置， Z 方向運(yùn)動(dòng)將待命的刀具從刀庫(kù)中取出，并將刀具插入主軸。無(wú)機(jī)械手方式結(jié) 果簡(jiǎn)單，只是換刀時(shí)間更長(zhǎng)。 盤式結(jié)構(gòu)中，刀具可以沿著主軸的軸向、徑向、斜向按放，刀具軸向的按裝的結(jié)構(gòu)最為緊密，但為了換到時(shí)與主軸同向，有的刀具庫(kù)中刀具需要在換刀位作 90 度翻轉(zhuǎn)。 鏈?zhǔn)降稁?kù)存放刀具容量比盤式大，設(shè)計(jì)題目刀具較多，為 32 把刀，所以特選用鏈?zhǔn)降稁?kù)設(shè)計(jì)。 對(duì)加工中心刀庫(kù)管理、運(yùn)行，這些功能是 PLC 來(lái)完成的，通過(guò)接口與主控裝置進(jìn)行信息交換，以達(dá)到協(xié)調(diào)一致。 由于 PLC 使用方便，操作靈活，價(jià)格低 廉，在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛的工作實(shí)踐性的訓(xùn)練。 徐州工程學(xué)院 07 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 6 （圖 3 . 1 ） 徐州工程學(xué)院 07 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 7 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力參數(shù) 各軸的轉(zhuǎn)速 1390IVnn== r/min 1390 3 9 7 .1 43 .5IIAnn i= = = r/min 3 9 7 .1 4 1 1 3 .53 .5IIIBnn i= = = r/min 1 1 3 .5 3 2 .43 .5IIIICnn i= = = r/min 各軸的輸入功率（整個(gè)減速器的效率 η =） 200Ip = kw 2 0 0 0 .9 6 0 .1 9 2I I Ipp h= ? ?kw 0 .1 9 2 0 .9 6 0 .1 8 4I I I I Ipp h= ? ? kw 0 .1 8 4 0 .9 6 0 .1 7 6I V I I Ipp h= ? ?kw 個(gè)軸的輸入轉(zhuǎn)矩 電動(dòng)機(jī)輸入轉(zhuǎn)矩： 9 5 5 0 9 5 5 0 0 .2 1 .3 81390d W PT n 180。因?yàn)槭羌庸ぶ行牡毒邘?kù)減速器，由表 選用 7級(jí)精度，要求齒面粗糙度為 aR ≤ ～ μ m. 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 因齒輪均為剛質(zhì)齒輪，可以運(yùn)用式 求出大小齒輪的分度圓直徑，確定有關(guān)參數(shù)及系數(shù)。= = = ? 徐州工程學(xué)院 07 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 9 3 6 0 6 0 3 9 7 . 1 4 1 ( 2 0 5 2 4 0 ) 1 1 0 9N n j L h== 創(chuàng)創(chuàng) ?? 34 1 1 0 9 3 1 0 83 .5BNN i 180。= = = ? 由圖 得接觸疲勞壽命系數(shù)為： 1 = 2 = 3 = 4 = 5 = 6 = 由式 可得： 111[ ] 1 .0 5 6 0 5 6 0N L im nHHZHSs 180。= = ? Mpa 333[ ] 1 . 0 5 6 0 5 6 0N L im nHHZHSs 180。= = ? Mpa 555[ ] 1 . 0 4 5 6 0 5 8 2 . 4N L i m nHHZHSs 180。= = ? Mpa 由于齒輪材 料都選用鋼，由公式 得： 1 331 2( 1 ) 1 1 . 3 8 ( 3 . 5 1 )7 6 . 4 3 7 6 . 4 3 1 3 . 6[ ] 1 5 6 0dHKTd mys + 創(chuàng) +炒 =? 180。㎜ 3 335 2( 1 ) 1 1 5 . 8 ( 3 . 5 1 )7 6 . 4 3 7 6 . 4 3 3 0[ ] 1 5 8 2 . 4dHKTd mys + 創(chuàng) +炒 =? 180。 則校核合格 確定有關(guān)參數(shù)與系數(shù)： 齒形系數(shù) FY ： 由表 得 1 3 52 . 1 9F F FY Y Y= = = 246 2. 30F F FY Y Y= = = 應(yīng)力修正系數(shù) SY ： 由表 得 1 3 5 1 .5 4S S SY Y Y= = = 徐州工程學(xué)院 07 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 11 246 1. 75S S SY Y Y= = = 許用彎曲應(yīng)力 []Fs ： 由表 得 lim 1 lim 3 lim 5 220F F Fs s s= = = Mpa lim 2 lim 4 lim 6 190F F Fs s s= = = Mpa 由表 得： = 由圖 得1 2 3 4 5 6 1 . 0N N N N N NY Y Y Y Y Y= = = = = = 由公式 得齒根彎曲疲勞許用應(yīng)力公式為： lim[] NFF FY S ss 180。= = = = = Mpa 6 l i m 62466190[ ] [ ] [ ] 1 4 6 . 21 . 3NFF F FFY S ss s s 180。 Mpa 23 2432 2 1 4 . 6 1 0 0 0 2 . 9 1 1 . 5 4 1 1 4 . 62 0 1 1 8F F SKT YYb m zs 創(chuàng) ?== 創(chuàng) =創(chuàng) Mpa 3 2 24111 1 4 . 6 2 . 3 1 . 7 5 1 0 2 . 42 . 9 1 1 . 5 4F F SFFSYYYYss 創(chuàng)創(chuàng)= = =180。 Mpa 故 徐州工程學(xué)院 07 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 12 113 4 .4 M p a [ ] 1 6 2 .2 M p aFFss=? 223 0 .8 M p a [ ] 1 4 6 .2 M p aFFss=? 331 1 4 .6 M p a [ ] 1 6 2 .2 M p aFFss=? 441 0 2 .4 M p a [ ] 1 4 6 .2 M p aFFss=? 554 9 .2 M p a [ ] 1 6 2 .2 M p aFFss=? 664 4 M p a [ ] 1 4 6 .2 M p aFFss=? 即齒根彎曲強(qiáng)度校核合格 驗(yàn)算齒輪的圓周速率 v 111 3 .1 4 1 8 1 3 9 0 1 .3 16 0 0 0 0 6 0 0 0 0dnv p 創(chuàng)= = =m/s 333 3 . 1 4 1 8 3 9 7 . 1 4 0 . 1 46 0 0 0 0 6 0 0 0 0dnv p 創(chuàng)= = = m/s 555 3 .1 4 1 8 1 1 3 .5 0 .2 06 0 0 0 0 6 0 0 0 0dnv p 創(chuàng)= = = m/s 由表 可得， 10v163。 徐州工程學(xué)院 07 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 13 軸的設(shè)計(jì) （根據(jù)參考文獻(xiàn) [1]） 軸Ⅰ的設(shè)計(jì) 選擇軸的材料，確定許用應(yīng)力 由以上條件知減速器傳遞的功率屬小功率，對(duì)材料無(wú)特殊要求，故選用 45 號(hào)鋼并調(diào)質(zhì)處理。 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸的直徑 根據(jù)表 得 C=118～ 107. 又由式（ ）得軸的最小直徑 33 0. 2( 10 7 10 8 ) 5. 6 61390pdc n炒 =?::㎜ 考慮到軸的最小直徑處要按裝制動(dòng)器，會(huì)有鍵槽的存在，故將估算直徑加大3%～ 5%，取 179。 設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)并繪制結(jié)構(gòu)草圖 確定軸上零件的位置和固定方式 要確定軸的結(jié)構(gòu)形狀，必須先確定周上零件的裝拆順序和固定方式。軸上制動(dòng)器從軸的左端裝入，軸的左端尺寸為最小直徑，制動(dòng)器的軸采用平鍵作軸向固定，采用軸套與右軸肩作周向固定。由參考文獻(xiàn) [2]表 6—1 選用 6002 型深溝球滾子軸承，軸承與軸向采用過(guò)盈配合固定，軸向采用彈性擋圈固定。 由于該軸所受的彎矩較小故不需要進(jìn)行彎曲合成強(qiáng)度校核軸徑 軸Ⅱ的設(shè)計(jì)與計(jì)算 選擇軸的材料確定許用應(yīng)力 由已知條件知減速器傳遞的功率屬于小功率，對(duì)材料無(wú)特殊要求，故選用 45號(hào)鋼并調(diào)質(zhì)處理。 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸的直徑 根據(jù)表 得 C=118～ 117。 : ㎜。 設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)并 繪制結(jié)構(gòu)草圖（ a） 徐州工程學(xué)院 07 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 15 確定軸上零件的位置和固定方式 要確定軸的結(jié)構(gòu)形狀，必須先確定軸上零件的裝拆順序和固定方式。這樣齒輪在軸上的軸向位置被完全確定。軸承對(duì)稱安裝于齒輪的兩側(cè)，其軸向用軸肩固定。由參考文獻(xiàn) [2]表 6— 1 選用 6202 型 深溝球滾子軸承，軸承與軸周向采用過(guò)盈配合固定，軸向采用彈性擋圈固定。 該軸段最右端是齒輪軸，其齒寬為 25 ㎜。= = =N 23 32 0 0 0 2 4 6 0 0 5 1 1 .118t TF d 180。㎜ Ⅱ — Ⅱ截面的彎矩為： 5 8 7 .8 1 4 8 2 2 9 .2HIM =? N㎜ Ⅰ — Ⅰ截面右側(cè)彎矩為： 2 8 1 1 4 2 8 3 1 9 2HBVIMF= ? ? 右 N㎜ 合成彎矩 22HVM M M=+ Ⅰ — Ⅰ截面： 2 2 2 27 8 4 2 1 4 7 . 6 2 1 5 5 . 5HII V IM M M= + = + =左 左N㎜ Ⅱ — Ⅱ截面 : 2 2 2 21 5 9 6 8 2 2 9 . 2 8 3 8 2 . 5I I V I I HIM M M= + = + =N㎜ 求當(dāng)量彎矩 取修正系數(shù)α為 Ⅰ — Ⅰ 截 面 ： 右 （ ） （ ）2 2 2 23 8 4 7 . 2 0 . 6 4 8 1 2 4 8 1 0eI IM M Ta= + = + ? N㎜ 確定危險(xiǎn)截面及校核強(qiáng)度 Ⅰ — Ⅰ截面：334 8 1 0 4 8 1 0 1 4 .30 .1 0 .1 1 5eIeI MWds = = = =180。 Mpa 查表 得 [ ]1 60bs = Mpa，滿足 [ ]1ebss163。 修改軸的結(jié)構(gòu) 因?yàn)樗O(shè)計(jì)軸的強(qiáng)度裕度不大，此軸不必在做修改。由表 查得強(qiáng)度極限 650Bs = Mpa，再由表 得許用彎曲應(yīng)力 [ ]1 60bs = Mpa。又由式（ ）得軸的最小直徑 ( ) 33 0. 18 410 7 10 8 12 . 33 1411 3. 5pdc n炒 =?::㎜ 考慮到軸的最小直徑處會(huì)有鍵槽的存在，故將估算直徑加大 3%～ 5%，取為13 179。由參考文獻(xiàn) [3]表 — 4取標(biāo)準(zhǔn)直徑 1 15d = ㎜ 。參考圖，齒輪從軸的左端裝入，齒輪的左端用軸套與墊片定位，左端用彈性擋圈固定，這樣齒輪在軸上的位置被完全確定，齒輪的周向固定采用平鍵聯(lián)接。軸兩端最小直徑（軸①）處安裝軸承，其軸向均用軸套固定，周向采用過(guò)盈配合固定。 確定各軸段的長(zhǎng)度 左端齒輪輪轂的寬度為 30㎜，為了保證齒輪的端面與箱體內(nèi)壁不相碰，齒輪端面間與箱體內(nèi)壁間應(yīng)留有一定的距離，該間距為 10 ㎜，為了軸承安裝在箱體軸承座孔中（軸承寬度為 9 ㎜），并考慮軸承的潤(rùn)滑，取軸承端面幾距箱體內(nèi)壁的距離為 5㎜，取軸段②長(zhǎng)度為 62 ㎜，軸段①長(zhǎng)度為 20 ㎜。 按彎曲合成強(qiáng)度校核軸徑 畫出軸的受力圖，如圖（ b）所示： 圓周力為： 243 32021 5 1 1 .1tt TFF d= = =N 356 52 0 0 0 2 1 5 8 0 0 8 7 7 . 836tt TFF d 180。 45 0t r H A H BF F F F + + = 0XF =229。 452 8 1 0 8 1 4 1 0t t B XF F R ? ? ? () 0XFM =229。 Mpa Ⅱ — Ⅱ截面：3331 4 8 7 4 . 4 1 7 8 7 4 . 4 9 . 5 20 . 1 0 . 1 2 5eI IeI I MWds = = = =180。 Mpa 查表 得 [ ]1 60bs = Mpa，滿足 [ ]1ebss163。 修改軸的結(jié)構(gòu) 因?yàn)樗O(shè)計(jì)軸的強(qiáng)度裕度不大，此軸不必在做修改。由表 查得強(qiáng)度極限 650Bs = Mpa，在由表 地許用彎曲應(yīng)力 [ 1bs ]=60Mpa 。又由式（ ）得軸的最小直徑 ( ) 33 0 . 1 7 61 0 7 1 0 8 1 8 . 5 2 13 2 . 4pdc n炒 =?::㎜ 考慮到軸的最小直徑處會(huì)有鍵槽存在，故將估算直徑擴(kuò)大 3%～ 5%，取為 22d 179。由參考文獻(xiàn) [3]表 — 4去標(biāo)準(zhǔn)直徑 1 20d = ㎜ 。參考圖，軸段（ 1）上的齒輪從軸的左端裝入，齒輪的左端均用軸套定位，右端采用軸肩固定，這樣齒輪在軸上的軸向位置被完全確定。軸承對(duì)稱安裝與齒輪兩側(cè)（齒輪右端軸承安裝與軸段（ 2）