【正文】 ...................................................... 28 聯(lián)軸器的校核 ............................................................... 29 蝸桿蝸輪傳動設(shè)計的一些相關(guān)技術(shù)要求 .................. 29 托架的設(shè)計 .................................................................... 29 結(jié) 論 ..................................................................................................... 30 謝 辭 ....................................................................................................... 31 參考文獻 ................................................................................................. 32 外文資料翻譯 ........................................................................................ 34 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 1 前 言 數(shù)字控制是 20 世紀(jì)中期發(fā)展起來的一種自動控制技術(shù)，是用數(shù)字信號進行 控制的一種方法。加工中心 （ 簡稱 MC）是一種備有刀 庫并能自動更換刀具對工件進行多工序加工的數(shù)控機床。 隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，以及各種性能良好的傳感器的出現(xiàn)和運用，加 工中心的功能日趨 完 善，這些功能包括：刀具壽命的監(jiān)視功能 、 刀具磨損和損傷的監(jiān)視功能 、 切削狀 態(tài) 的監(jiān)視功能 、 切削異常的監(jiān)視、報警和自動停機功能 、 自動檢測和自我診斷功能及自適應(yīng)控制功能等。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 2 第 1 章 數(shù)控機床概述 數(shù)控機床知識 數(shù)字控制機床是用數(shù)字代碼形式的信息 (程序指令 )，控制刀具按給定的工作程序、運動速度和軌跡進行自動加工的機床，簡稱數(shù)控機床。 隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，采用數(shù)控系統(tǒng)的機床品種日益增多，有車床、銑床、鏜床、鉆床、磨床、齒輪加工機床和電火花加工機床等。 數(shù)控機床主要由數(shù)控裝置、伺服機構(gòu)和機床主體組成。 隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和軟件技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)控 機床的控制系統(tǒng)日益趨向于小型化和多功能化，具備完善的自診斷功能；可靠性也大大提高；數(shù)控系統(tǒng)本身將普遍實現(xiàn)自動編程。 數(shù)控銑床的分類 數(shù)控立式銑床是數(shù)控銑 床中數(shù)量最多的一種，應(yīng)用范圍也最為廣泛。 從機床數(shù)控系統(tǒng)控制的坐標(biāo)數(shù)量來看，目前 3 坐標(biāo)數(shù)控立式銑床仍占大多數(shù)。此外 ，還有機床主軸可以繞 X、 Y、 Z 坐標(biāo)軸中其中一個或兩個軸作數(shù)控擺角運動的 4 坐標(biāo)和 5 坐標(biāo)數(shù)控立式銑床。但隨之而來的是機床的結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，對數(shù)控系統(tǒng)的要求更高，編程的難度更大，設(shè)備的價格也更高。 與通用臥式銑床相同，其主軸級平行于水平面?？梢允∪ピS多專用夾具或?qū)Ｓ媒嵌瘸尚豌姷丁? 、臥式兩用數(shù)控銑床 這類銑床目前正在逐漸增多，它的主軸方向可以更換，能達到在一臺機床上既可以進行立式加工，又可以進行臥式加工，其使用范圍更廣，功能更全，選擇加工的對象和余地更大，給用戶帶來了很 多方便，特別是當(dāng)生產(chǎn)批量小，品種較多，又需要立臥兩種方式加工時，用戶只需買一臺這樣的機床就行了。當(dāng)立、臥兩用數(shù)控銑床增加數(shù)控轉(zhuǎn)盤后，就可以實現(xiàn)對工件的“五面加工”。因此，其加工性能非常優(yōu)越。不同的機床其變速功能與范圍也不同。有的采用變頻器調(diào)整，將轉(zhuǎn)速分為幾檔，編程時可任選一檔，在運轉(zhuǎn)中可通過控制面板上的旋鈕，在本檔范圍內(nèi)自由調(diào)節(jié)；有的則不分檔 ,編程時可在整個范圍內(nèi)無級調(diào)速。此外，多坐標(biāo)數(shù)控銑床的主軸可以繞 X、 Y 或 Z 軸作數(shù)控擺動，擴大了主軸自身的運動范圍，但是主軸結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。數(shù)控銑床要控制的坐標(biāo)數(shù)最少是 3 坐標(biāo)中任意兩坐標(biāo)聯(lián)動。若要加工曲線變斜角工件，是要求實現(xiàn)五坐標(biāo)聯(lián)動。 數(shù)控銑床的主要功能及加工對象 數(shù)控銑床的功能分為一般功能和特殊功能。如點位控制功能、刀具半徑自動補償功能、鏡象加工功能、 固定循環(huán)功能等。如刀具長度補償功能、靠模加工功能、自動變換工作臺功能、自適應(yīng)功能、數(shù)控采集功能等。數(shù)控銑床的主要加工對象有：平面類零 件；變斜角類零件；曲面類（立體類）零件。數(shù)控機床為了能在工件一次裝夾中完成多個工步，以縮減輔助時間和減少多次安裝工件引起的誤差，通常帶有自動換刀系統(tǒng)。自動換刀（ Automatic Tool Change 簡稱 ATC）系統(tǒng)由 控制系統(tǒng)和換刀裝置組成。在這類數(shù)控機床上，自動換刀裝置（ ATC）是必不可少的。自動換裝置的功能，對整機的加工效率有很大的影響?？蓽p輕勞動強度，減少換刀時間，既提高了機床的自動化程度，又提高了勞動生產(chǎn)率。 各類數(shù)控機床的自動換刀裝置的結(jié)構(gòu)取決于機床的型式、工藝范圍及刀具的種類和數(shù)量等?；剞D(zhuǎn)刀架上分別安裝著四把、六把或更多的刀具，并按數(shù)控裝置的指令轉(zhuǎn)位換刀。如： CK7815 型數(shù)控車床采用 BA200L 刀架，其工作循環(huán)是：刀架接收數(shù)控裝置的指令一松開一轉(zhuǎn)到指令要求的位置一夾緊一發(fā)出轉(zhuǎn)位結(jié)束的信號。主軸頭通有臥式和立式兩種，而且常用轉(zhuǎn)塔的轉(zhuǎn)位來更換主軸頭以實現(xiàn)自動換刀。 轉(zhuǎn)塔主軸頭換刀方式的主要優(yōu)點是省去了自動松夾、卸刀裝刀、夾緊以及刀具搬運等一系列復(fù)雜的操作，從而顯著地減少了換刀時間，提高了換刀的可靠性，但是由于結(jié)構(gòu)上的原因和空間位置的限制，主軸部件的剛性差且主軸的數(shù)目不可能很多。 帶刀庫的自動換刀形式主要是由刀庫和刀具交換裝置組成。帶刀庫的自動換刀裝置的數(shù)控機床主軸箱和轉(zhuǎn) 塔主軸頭相比較，由于主軸箱內(nèi)只有一個主軸，所以主軸部件具有足夠剛度，因而能夠滿足各種精密加工的要求。這種帶刀庫的自動換刀裝置特別適用于數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床和數(shù)控鏜床。雖然刀庫有多種形式 ，但數(shù)控機床上常用的主要是圓盤式和鏈?zhǔn)絻煞N。其他形式還有擺動式單臂雙爪機械手、單臂單爪回轉(zhuǎn)式機械手、雙機械手等等。 。 。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 8 第 2 章 總體方案的確定 刀庫系統(tǒng)的設(shè)計 確定刀庫容量 決定刀庫容量時，首先要考慮加工工藝的需要，同時還要調(diào)查分析同類型、相近規(guī)格的自 動換刀機床的刀庫容量及其發(fā)展趨勢。例如，對功能較為齊全的加工中心而言，它可承擔(dān)多個工件的切削任務(wù)，因而要配備刀具的種類和規(guī)格較多。 圖 21 為刀庫容量與機床能加工工件的比率統(tǒng)計曲線。因此，刀庫容量 應(yīng)在經(jīng)濟合理的條件下，力圖將一組類似的零件所需的全部刀具裝入刀庫，以縮短每次裝刀所需的裝調(diào)時間。由圖可知， 4 把銑刀可完成加工工件的 95％左右的銑削工藝， 10把孔加工刀具可完成 70％的鉆削工藝， 14 把刀的容量就可完成 70％以上工件的鉆銑工藝，配有 14— 40把刀具的刀庫就能夠滿足 70％95％工件的加工需要。 確定刀庫形式 由以上考慮 XKA5032A/C 數(shù)控立式升降臺銑床的結(jié)構(gòu)布局等原因，決定采用軸向放置的鼓盤式刀庫形式。 刀庫結(jié)構(gòu)設(shè)計 如刀庫裝配圖所示，當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀指令后，直流伺服電動機接通，其運動經(jīng)過十字聯(lián)軸器、波傳動減速器、套筒式聯(lián)軸器、蝸桿、蝸輪后，再經(jīng)花鍵聯(lián)接傳到刀盤上，刀盤帶動刀座上的 6 個刀套轉(zhuǎn)動，完成選刀動作。直流伺服電動機具有體積小，重量輕、伺服性好、力能指標(biāo)高等優(yōu)點，且該電機可用信號電壓進行無級調(diào)速。 m（《袖珍機械師設(shè)計手冊》 P10781079）。 THK6363 型自動換刀數(shù)控鏜銑床的刀庫也是采用軸向放置的鼓盤式刀庫形式，其容量為 36 把刀具，最大刀具重達 10kg，刀庫回轉(zhuǎn)由最大扭矩為 25N現(xiàn)在由于設(shè)計的刀庫容量為 6把刀具，可初估刀庫驅(qū)動轉(zhuǎn)矩 (主要是指直接驅(qū)動刀盤轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)矩 )為T0=8N 刀庫轉(zhuǎn)位機構(gòu)的普通圓柱 蝸桿傳動的設(shè)計 刀庫的主運動是圓周回轉(zhuǎn)運動， 如圖 23 所示 ,直流伺服電動機通過彈性柱銷聯(lián)軸器與諧波傳動減速器聯(lián)接減速后驅(qū)動蝸桿 ,設(shè)計刀庫轉(zhuǎn)位機構(gòu)的普通圓柱蝸桿傳動 ， 由刀庫轉(zhuǎn)位機構(gòu)實現(xiàn)。 洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 13 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。 2FP? =220 MPa。為了提高傳動效率，取Z1=6，傳動比取 6，單向旋轉(zhuǎn)，單工作制，預(yù)計壽命為 5 年。 m2d1? 239。 m 其中 n1 =3000/100=30(r/min) （ 2） 載荷系數(shù) K= （ 3） 許用接觸應(yīng)力 2HP? 2HP? = 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 ）； （ 4） 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。cos28148 = m/s 其中 ? = 1 11( / )tg Z m d? = 1 (6 / )tg ? ? = 39。 驗算公式為 22212666 AVF F S F PT K K K YYd d m ? ????? （ 1） 使用系數(shù) AK =1 （ 2） 動載荷系數(shù) VK = （ 3） 載荷分布系數(shù) K? =1 d1= mm， 2d =m 2Z =?36= mm,其中模數(shù) m=(mm)。 cos 28148 =,由圖 17— 2查得。 =1 39。 2FP? NY =70?= MPa （ 8） 計算彎曲應(yīng)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。28148? ? （ 1） 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； （ 2） 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； （ 3） 蝸輪外圓直徑 2ed = 2ad +m=+=122 mm； （ 4） 蝸桿齒寬 1b 由于 1Z =6，故 1b 按結(jié)構(gòu)設(shè)計，取 1b =64 mm （ 5） 蝸輪齒寬 2b 2b ? 1ad =? =,取 2b =28 mm； （ 6） 蝸輪齒頂圓弧半徑 2aR 2aR = 12d m= = mm （ 7） 蝸輪齒根圓弧半徑 2fR 2fR = 12ad +c= 12ad += +? = mm； （ 8） 蝸桿軸向齒厚 1xs 1xs = xp /2= /2m? =? ? ,其中 xp 為蝸桿軸向齒距； （ 9） 蝸桿法向齒厚 1ns 1ns = 1xs cos? = 39。 蝸桿傳動由于效率低，所以工作時發(fā)熱量大。所以必須根據(jù)單位時間內(nèi)的發(fā)熱量 1H 等于同時間內(nèi)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(nèi)。 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(dǎo)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(nèi)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～ 70C ，最高不能超過 80C ； 0t —— 周圍環(huán)境溫度，一般取室溫 0t =20 C 。 刀庫驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的校核 蝸輪轉(zhuǎn)速 2n =5r/min,所能傳遞的功率為 P=? 800 ?= Kw,此 時 刀 庫 的 驅(qū) 動 轉(zhuǎn) 矩 為 ： T= 9549Nn ??= 5 ?= m，其中 ? = 為外花鍵帶動刀盤回轉(zhuǎn)的傳動效率。 花鍵聯(lián)接的強度計算 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(zhuǎn)動而進行選刀的，花鍵的聯(lián)接屬于動聯(lián)接。計算公式如下： p= 2g g mTzh LD? ? [p]MPa 式中 : T—— 轉(zhuǎn)距（ N m=? 1000N 于是，把數(shù)據(jù)代入計算公式，得p= 2g g mTzh LD? = 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，若洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計