數(shù)控車床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架及其PLC控制設(shè)計(jì).doc

目 錄 摘摘 要要 4 4 ABSTACTABSTACT 5 5 第一章第一章 引言引言 6 6 第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 6 第二節(jié)第二節(jié) 數(shù)控車床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的發(fā)展趨勢數(shù)控車床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的發(fā)展趨勢 6 第三節(jié)第三節(jié) 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 7 第二章第二章 回轉(zhuǎn)刀架方案選擇回轉(zhuǎn)刀架方案選擇 8 8 第一節(jié)第一節(jié) 數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架的基本要求數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架的基本要求 8 第二節(jié)數(shù)控車床立式回轉(zhuǎn)刀架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)第二節(jié)數(shù)控車床立式回轉(zhuǎn)刀架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 8 第三節(jié)第三節(jié) 刀架參數(shù)的確定刀架參數(shù)的確定 9 第四節(jié)第四節(jié) 動(dòng)力源的選擇及方案選擇結(jié)果動(dòng)力源的選擇及方案選擇結(jié)果 9 第三第三章章 回轉(zhuǎn)刀架的工作原理及過程回轉(zhuǎn)刀架的工作原理及過程 1111 第一節(jié)第一節(jié)回轉(zhuǎn)刀架的構(gòu)成回轉(zhuǎn)刀架的構(gòu)成 11 第二節(jié)第二節(jié)回轉(zhuǎn)刀架的工作過程回轉(zhuǎn)刀架的工作過程 11 第四章第四章 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)件的選取傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)件的選取 1313 第一節(jié)第一節(jié)初擬傳動(dòng)方案初擬傳動(dòng)方案 13 第二節(jié)第二節(jié) 選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 13 第三節(jié)第三節(jié) 蝸桿蝸輪的設(shè)計(jì)蝸桿蝸輪的設(shè)計(jì) 14 第四節(jié)第四節(jié) 蝸桿軸的設(shè)計(jì)蝸桿軸的設(shè)計(jì) 17 第五節(jié)第五節(jié) 中心軸的設(shè)計(jì)中心軸的設(shè)計(jì) 22 第六節(jié)第六節(jié) 齒盤的設(shè)計(jì)齒盤的設(shè)計(jì) 23 第七節(jié)第七節(jié) 聯(lián)軸器的選擇聯(lián)軸器的選擇 26 第五章第五章 安裝調(diào)試和精度檢驗(yàn)安裝調(diào)試和精度檢驗(yàn) 2727 第一節(jié)第一節(jié)安裝調(diào)試安裝調(diào)試 27 第二節(jié)第二節(jié)精度檢驗(yàn)精度檢驗(yàn) 27 第三節(jié)第三節(jié) 維護(hù)與保養(yǎng)維護(hù)與保養(yǎng) 29 第四節(jié)第四節(jié) 故障及排除故障及排除 29 第六章第六章 總總 結(jié)結(jié) 3131 致致 謝謝 3232 參參 考考 文文 獻(xiàn)獻(xiàn) 3333 0 摘摘 要要 數(shù)控車床的發(fā)展與應(yīng)用 大大降低了零件加工的輔助時(shí)間 極大的提高了生產(chǎn) 效率 隨著數(shù)控車床的發(fā)展 數(shù)控刀架開始向快速換刀 電液組合驅(qū)動(dòng)和伺服驅(qū)動(dòng) 方向發(fā)展 根據(jù)加工對(duì)象不同 有四方刀架 六角刀架和八或更多工位的圓盤式軸 向裝刀刀架等多種形式 回轉(zhuǎn)刀架上分別安裝四把 六把或更多刀具 并按數(shù)控裝 置的指令換刀 自動(dòng)換刀裝置應(yīng)當(dāng)滿足換刀時(shí)間短 安全可靠等基本要求 本課題主要對(duì)四工 位立式自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的機(jī)械設(shè)計(jì)和用 PLC 編程對(duì)控制部分的設(shè)計(jì) 并對(duì)以上部分運(yùn) 用 ATUOCAD 作圖 對(duì)自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架有更直觀的了解 關(guān)鍵詞 數(shù)控車床 自動(dòng)回轉(zhuǎn) PLC AUTOCAD 1 Abstract With the development of CNC lathes the automatic tool changer system is more and more important in the modern advanced manufacture because the automatically circumrotating tool can shorten the cycle time of product manufacturing improve the precision of product machining CNC turret began to fasten tool change electro hydraulic combination of drive and servo drive direction According to processing there are four knife hexagonal turret and eight or more station of the disc cutter knife and other forms of axial loading Were installed on the rotary turret 4 6 or more tools numerical control device in according with ATC instructions Automatic tool changer in order to meet the changing time should be short safe and reliable basic requirements This issue mainly four station vertical automatically circumrotating turret for mechanical design and application of relay access control system for the design of control section Some of the above as well as the use of AUTOCAD to do maps electric tool has a more intuitive understanding Keywords CNC lathe automatically circumrotating PLC AutoCAD 2 第一章第一章 引言引言 1 11 1 概述概述 數(shù)控車床的刀架是機(jī)床的重要組成部分 刀架用于夾持切削用的刀具 因此其 結(jié)構(gòu)直接影響機(jī)床的切削性能和切削效率 在一定程度上 刀架的結(jié)構(gòu)和性能體現(xiàn) 了機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)水平 隨著數(shù)控車床的不斷發(fā)展 刀架結(jié)構(gòu)形式也在不斷 翻新 其中按換刀方式的不同 數(shù)控車床的刀架系統(tǒng)主要有回轉(zhuǎn)刀架 排式刀架和 帶刀庫的自動(dòng)換刀裝置等多種形式 其中 帶刀庫的數(shù)控加工中心自動(dòng)換刀裝置自 1958 年研制成功以來 其機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制方式不斷得到改進(jìn)和完善 自動(dòng)換刀裝置 時(shí)加工中心的重要執(zhí)行機(jī)構(gòu) 它的形式多種多樣 目前常見的有更換主軸頭換刀以 及帶刀庫的自動(dòng)換刀系統(tǒng) 1 21 2 數(shù)控車床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的發(fā)展趨勢數(shù)控車床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的發(fā)展趨勢 數(shù)控刀架的發(fā)展趨勢是 隨著數(shù)控車床的發(fā)展 數(shù)控刀架開始向快速換刀 電 液組合驅(qū)動(dòng)和伺服驅(qū)動(dòng)方向發(fā)展 目前國內(nèi)數(shù)控刀架以電動(dòng)為主 分為立式 如圖 1 1 和臥式 如圖 1 2 兩種 立式主要用于簡易數(shù)控車床 臥式刀架有八 十 十二等工位 可正 反方向旋轉(zhuǎn) 就近選刀 用于全功能數(shù)控車床 另外 臥式刀架還有液動(dòng)刀架和伺服驅(qū)動(dòng)刀架 3 電動(dòng)刀架是數(shù)控車床重要的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu) 合理地選配電動(dòng)刀架 并正確實(shí)施控制 能 夠有效的提高勞動(dòng)生產(chǎn)率 縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間 消除人為誤差 提高加工精度與加 工精度的一致性等等 另外 加工工藝適應(yīng)性和連續(xù)穩(wěn)定的工作能力也明顯提高 尤其是在加工幾何形狀較復(fù)雜的零件時(shí) 除了控制系統(tǒng)能提供相應(yīng)的控制指令外 很重要的一點(diǎn)是數(shù)控車床需配備易于控制的電動(dòng)刀架 以便一次裝夾所需的各種刀 具 靈活方便地完成各種幾何形狀的加工 數(shù)控刀架的市場分析 國產(chǎn)數(shù)控車床將向中高檔發(fā)展 中檔采用普及型數(shù)控刀 架配套 高檔采用動(dòng)力型刀架 兼有液壓刀架 伺服刀架 立式刀架等品種 圖 1 1 立式回轉(zhuǎn)刀架 圖 1 2 臥式回轉(zhuǎn)刀架 1 31 3 刀架的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則刀架的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 我們?cè)O(shè)計(jì)主過程 本著一下幾條設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 1 創(chuàng)造性的利用所需要的物理性能和控制 2 預(yù)測意外載荷 3 創(chuàng)造有利的載荷條件 4 提高合理的應(yīng)力分布和剛度面 5 辨別功能載荷及其意義 6 重量盡量輕 7 應(yīng)用基本公式求相稱尺寸和最佳尺寸 4 8 根據(jù)性能組合選擇材料 9 在儲(chǔ)備零件與整體零件之間進(jìn)行選擇 10 進(jìn)行功能設(shè)計(jì)以適應(yīng)制造工藝和降低成本的要求 第二章第二章 數(shù)控車床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的設(shè)計(jì)數(shù)控車床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的設(shè)計(jì) 2 12 1 數(shù)控車床刀架應(yīng)滿足的要求數(shù)控車床刀架應(yīng)滿足的要求 1 滿足工藝過程所提出的要求 機(jī)床依靠刀具和工件間相對(duì)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 2 在刀架以要能牢固地安裝刀具 在刀架上安裝刀具進(jìn)還應(yīng)能精確地調(diào)整刀具的 位置 采用自動(dòng)交換刀具時(shí) 應(yīng)能保證刀具交換前后都能處于正確位置 以保證刀 具和工件間準(zhǔn)確的相對(duì)位置 刀架的運(yùn)動(dòng)精度將直接反映到加工工件的幾何形狀精 度和表面粗糙度上 為此 刀架的運(yùn)動(dòng)軌跡必須準(zhǔn)確 運(yùn)動(dòng)應(yīng)平穩(wěn) 刀架運(yùn)轉(zhuǎn)的終 點(diǎn)到位應(yīng)準(zhǔn)確 面且這種精度保持性要好 以便長期保持刀具的正確位置 3 刀架應(yīng)具有足夠的剛度 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 考慮到采用新 型刀具材料和先進(jìn)的切削用量 所以刀架必須具有足夠的剛度 以使切削過程和換 刀過程平穩(wěn) 4 可靠性高 由于刀架在機(jī)床工作過程中 使用次數(shù)很多 而且使用頻率也高 所以必須充分重視它的可靠性 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 目前自動(dòng)換刀裝置的換刀時(shí)間在 0 8 6 秒之間不等 而且還在進(jìn)一 步縮短 6 操作方便和安全 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) 刀架上應(yīng)便于工人裝刀和調(diào)刀 切屑 流出方向不能朝向工人 而且操作調(diào)整刀架的手柄 或手輪 要省力 應(yīng)盡量設(shè)置 在便于操作的地方 5 2 1 12 1 1 動(dòng)力刀架的整體方案設(shè)計(jì)動(dòng)力刀架的整體方案設(shè)計(jì) 刀架是車床的重要組成部分 加工中心的動(dòng)力刀架可安裝各種非動(dòng)力輔助刀 夾和動(dòng)力刀夾進(jìn)行加工 用于夾持加工用的刀具 因此其結(jié)構(gòu)直接影響到車床的加工 性能和加工效率 刀架采用端齒分度 轉(zhuǎn)位由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 刀位由二進(jìn)制絕對(duì) 編碼器識(shí)別 動(dòng)力刀具由變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng) 通過同步齒形帶等將動(dòng)力傳遞到刀夾 各類數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)換到裝置的結(jié)構(gòu)取決于機(jī)床的類型 工藝范圍 使用刀 具種類和數(shù)量 數(shù)控機(jī)床常用的自動(dòng)換刀裝置的類型 特點(diǎn) 適用范圍見表 1 1 6 第三節(jié)第三節(jié) 刀架參數(shù)的確定刀架參數(shù)的確定 刀尖高是數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架的主要參數(shù) 國內(nèi)生產(chǎn)的立式數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架的 中心高一般有 51 245mm 共計(jì)八個(gè)規(guī)格 具體參見參考文獻(xiàn) 1 表 3 15 4 因此 參照煙臺(tái)機(jī)床附件廠生產(chǎn)的 AK21110 4M 型回轉(zhuǎn)刀架 初選刀尖高為 110mm 其型號(hào) 及具體規(guī)格如表 2 1 表 2 1 刀架參數(shù) 型 號(hào)中心 高 mm 工 位 數(shù) 單工 位 時(shí) 間 s 刀 架轉(zhuǎn) 速 r min 最大 切力 矩 N m 電 動(dòng) 機(jī) 功 率 W 電動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn) 速 r min 最 大 載 重 Kg 重 復(fù) 定 位 精 度 mm 外形 尺寸 mm AK21110 4M11042 525 4450120140028 2 367200 230 第四節(jié)第四節(jié) 動(dòng)力源的選擇及方案選擇結(jié)果動(dòng)力源的選擇及方案選擇結(jié)果 驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的動(dòng)力可分為電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)兩大類 一般情況下只在臥 式數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)刀架中使用液壓傳動(dòng) 而其余均為電動(dòng)刀架 故對(duì) CK6140 在選用時(shí) 應(yīng)取電動(dòng)機(jī)作為回轉(zhuǎn)刀架的動(dòng)力源 通過對(duì)數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架的基本要求 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 動(dòng)力源及基本參數(shù)的分析 可以得出 CK6140 回轉(zhuǎn)刀架的設(shè)計(jì)方案如下 立式簡易型 伺服電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng) 刀尖高為 110mm 工位數(shù)為 4 7 外形尺寸為 200 200 252 長 寬 高 采用霍爾開關(guān)作為信號(hào)傳輸控制元件 轉(zhuǎn)位時(shí)刀架需要抬起 高度為 5mm 第三章第三章 回轉(zhuǎn)刀架的工作原理及過程回轉(zhuǎn)刀架的工作原理及過程 8 第一節(jié)第一節(jié) 回轉(zhuǎn)刀架的構(gòu)成回轉(zhuǎn)刀架的構(gòu)成 立式數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架由固定部分 刀架基座或下刀體 轉(zhuǎn)動(dòng)部分 刀架座或 上刀體 和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)三部分組成 并采用了臥軸外露式電動(dòng)機(jī)布局 第二節(jié)第二節(jié) 回轉(zhuǎn)刀架的工作過程回轉(zhuǎn)刀架的工作過程 本設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)刀架的工作原理為機(jī)械螺母升降轉(zhuǎn)位式 工作過程可分為刀架抬起 刀架轉(zhuǎn)位 刀架定位并壓緊等幾個(gè)步驟 如圖3 1所示 其工作過程如下 刀架抬起 當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀指令后 通過接口電路使電機(jī)正轉(zhuǎn) 經(jīng)傳動(dòng)裝置2 驅(qū)動(dòng)蝸 桿蝸輪機(jī)構(gòu)1 蝸輪帶動(dòng)絲桿螺母機(jī)構(gòu)8逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) 此時(shí)由于齒盤3 4處于嚙合狀 態(tài) 在絲桿螺母機(jī)構(gòu)8轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) 使上刀架體產(chǎn)生向上的軸向力將齒盤松開并抬起 直 至兩定位齒盤3 4 脫離嚙合狀態(tài) 從而帶動(dòng)上刀架和齒盤產(chǎn)生 上臺(tái) 動(dòng)作 刀架轉(zhuǎn)位 當(dāng)圓套8逆時(shí)針轉(zhuǎn)過150 時(shí) 齒盤3 4完全脫開 此時(shí)銷釘準(zhǔn)確進(jìn)入圓套8中的 凹槽中 帶動(dòng)刀架體轉(zhuǎn)位 刀架定位 當(dāng)上刀架轉(zhuǎn)到需要到位后 旋轉(zhuǎn)90 180 或270 數(shù)控裝 置發(fā)出的換刀指令使霍爾開關(guān)9 中的某一個(gè)選通 當(dāng)磁性板10 與被選通的霍爾開關(guān) 對(duì)齊后 霍爾開關(guān)反饋信號(hào)使電機(jī)反轉(zhuǎn) 插銷7在彈簧力作用下進(jìn)入反靠盤 5地槽中進(jìn) 行粗定位 上刀架體停止轉(zhuǎn)動(dòng) 電機(jī)繼續(xù)反轉(zhuǎn) 使其在該位置落下 通過螺母絲桿 機(jī)構(gòu)7使上刀架移到齒盤3 4 重新嚙合 實(shí)現(xiàn)精確定位 刀架壓緊 刀架精確定位后 電機(jī)及許反轉(zhuǎn) 夾緊刀架 當(dāng)兩齒盤增加到一定夾緊力時(shí) 電機(jī)由數(shù)控裝置停止反轉(zhuǎn) 防止電機(jī)不停反轉(zhuǎn)而過載毀壞 從而完成一次換刀過程 9 圖3 1 回轉(zhuǎn)刀架 第四章第四章 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)件的選取傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)件的選取 10 第一節(jié)第一節(jié) 初擬傳動(dòng)方案初擬傳動(dòng)方案 參考煙臺(tái)機(jī)床附件廠生產(chǎn)的AK21110 4M電動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的刀架轉(zhuǎn)速n 25 4r min 電 動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為1400r min 初步確定傳動(dòng)比 故選用具有較大傳動(dòng)比的蝸 1400 55 25 4 i 輪蝸桿傳動(dòng) 第二節(jié)第二節(jié) 選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 一 電動(dòng)機(jī)所需要的功率一 電動(dòng)機(jī)所需要的功率 查參考文獻(xiàn) 1 表 3 15 4 的 AK21110 4M 電動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的電動(dòng)機(jī)功率 P 120W 轉(zhuǎn) 速 n 1400r min 二 確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)二 確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 由 P 120W 可查參考文獻(xiàn) 1 表 4 8 16 可得以下幾種型號(hào)電動(dòng)機(jī)的主要指標(biāo) 如下表 4 1 所示 表 4 1 電動(dòng)機(jī)主要技術(shù)指標(biāo) 主要技術(shù)數(shù)據(jù) 外型尺寸 mm 型 號(hào) 齒 距 角 最大靜 轉(zhuǎn) 矩 kg cm 最高空 載啟動(dòng) 頻 率 步 秒 運(yùn)行 頻率 步 秒 相 數(shù) 電 壓 v 電 流 A 外 徑 長 度 軸 徑 重 量 45BF003 3 6231001200360245824 0 3 8 70BF0011 5 34400016005603 5709061 6 90BF0031 5 3201500800036059012594 2 11 考慮到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與聯(lián)軸器的配合及合理的安裝尺寸 在其滿足功率的前提下 優(yōu)先選擇尺寸較小便于安裝 拆卸 清理 維護(hù)的型號(hào) 比較三個(gè)型號(hào)的功率如下 45BF003 P 120W 70BF001 P 210W 90BF003 P 300W 考慮三者的外徑和安裝 尺寸 45BF003 型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)明顯優(yōu)越于后者 故綜合考慮選擇 45BF003 型步進(jìn)電 動(dòng)機(jī)比較合適 查參考文獻(xiàn) 1 表 4 8 17 選取 45BF003 型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)配用的驅(qū)動(dòng)電 源型號(hào)為 BQG1 002 第三節(jié)第三節(jié) 蝸桿蝸輪的設(shè)計(jì)蝸桿蝸輪的設(shè)計(jì) 一 選擇蝸桿傳動(dòng)類型 精度等級(jí)一 選擇蝸桿傳動(dòng)類型 精度等級(jí) 由于傳動(dòng)的功率不大 速度也不高 故選用阿基米德圓柱蝸桿傳動(dòng) 精度為 8C GB10089 88 二 選擇蝸桿蝸輪材料二 選擇蝸桿蝸輪材料 考慮到蝸桿傳動(dòng)功率不大 速度中等 故蝸桿用 45 號(hào)鋼表面淬火 硬度為 45 55HRC 蝸輪邊緣采用 ZCuSn10P1 金屬模鑄造 三 初選幾何參數(shù)三 初選幾何參數(shù) 查參考文獻(xiàn) 2 表 8 4 4 初定中心距 傳動(dòng)比時(shí) 50a 51i 1 1Z 21 51ZZi r 4 34 26 1 6m 1 20d 四 確定許用接觸應(yīng)力四 確定許用接觸應(yīng)力 查參考文獻(xiàn) 2 表 8 4 9 知 當(dāng)蝸輪材料為鑄青銅時(shí) 12 HHbSN ZZss 由表 8 4 10 查得 220 Hb Mpas 滑動(dòng)速度 3 1 1400 20 3 14 10 1 47 60 m su 1 1 47 1 47 coscos4 34 26 s m s r u u 采用浸油潤滑 由參考文獻(xiàn) 2 圖 8 4 2 查得 0 93 S Z 根據(jù)參考文獻(xiàn) 2 表 8 4 4 設(shè)計(jì)工作壽命t 12000 小時(shí) 求得 2 60Nn t 7 2 1400 6060120001 97 10 51 Nn t 根據(jù) 由圖 8 4 4 查得 許用接觸應(yīng)力為 7 1 97 10N 0 91 N Z 220 0 93 0 91 186 HHbSN ZZMpass 五 計(jì)算蝸輪輸出轉(zhuǎn)矩五 計(jì)算蝸輪輸出轉(zhuǎn)矩 T T2 2 估算傳動(dòng)效率 1 2 1 0 12 0 75 51 9550955031 31 1400 P i TN m n h 六 確定模數(shù)六 確定模數(shù)m m和蝸桿分度圓直徑和蝸桿分度圓直徑d d1 1 由公式可得 2 2 12 2 15150 m dkT ZHs 因載荷較平穩(wěn) 取載荷系數(shù) k 1 1 則 2 2 23 12 2 1515015150 1 1 31 3187 51 186 m dkTmm ZHs 查參考文獻(xiàn) 2 表 8 4 2 得 取 23 1 89 6m dmm 13 m 2mm d1 22 4mm q 11 2 r 5 6 8 七 主要尺寸計(jì)算七 主要尺寸計(jì)算 蝸桿 分度圓直徑 d1 22 4mm 齒頂圓直徑 11 222 42 1 226 4 aa ddh mmm 齒根圓直徑 11 2 22 42 1 0 2 217 6 fa ddhc mmm 蝸輪 分度圓直徑 22 2 51 102dmZmm 齒頂圓直徑 22 21022 1 2106 aa ddh mmm 齒根圓直徑 22 2 1022 1 0 2 297 2 fa ddhc mmm 蝸輪外圓直徑 取 de2 108mm 22 1 5106 1 5 2109 ea ddmmm 蝸輪齒寬 取 b2 18mm 21 0 750 75 26 419 8 a bd 中心距 122 11 2 22 4 1022 60 2 22 addmmmc 八 蝸輪齒面接觸強(qiáng)度校核八 蝸輪齒面接觸強(qiáng)度校核 由參考文獻(xiàn) 2 表 8 4 9 可得 2 21 14783 HH kT dd ss 由于幾何參數(shù)已經(jīng)確定 故 k 與 T2可按已知的幾何參數(shù)重新計(jì)算 11 22 4 1400 1 65 19100cos19100cos5 6 8 s dn m s r n 由參考文獻(xiàn) 2 表 8 4 15 用插值法查得 則蝸輪副嚙合效率為212 6 g r 1 tantan5 6 8 100 100 69 5 tan tan 5 6 8 212 6 r r g h r 取軸承效率 攪油及濺油效率 則蝸桿傳動(dòng)的總效率為 2 99 h 3 97 5 h 14 123 69 5 99 97 5 65 36 hh h h 由此可得 1 2 1 0 12 0 6536 51 9550955027 28 1400 P i TN m n h 由于 由參考文獻(xiàn) 2 表 8 4 9 取 k1 1 k2 1 k3 1 k4 1 52 k5 1 15 sm s 3 k6 0 75 則 123456 1 1 1 1 52 1 15 0 751 311kk k k k k k 將此時(shí)的k與T2代入蝸輪齒面接觸強(qiáng)度校核公式 得 2 21311 27 28 183 10222 4 H kT Mpa dd s 顯然 所以滿足接觸強(qiáng)度要求 HH ss 九 散熱計(jì)算九 散熱計(jì)算 由公式得 傳動(dòng)損耗的功率為 1 1000 1 s pph 1 1000 1 1000 0 12 1 0 6536 41 6 s ppWh 由公式和設(shè)計(jì)要求可推出 12 c pkA tt cs pp 12 s p A k tt 考慮到通風(fēng)良好 取 t1 95 t2 20 則CmWk 2 15 2 41 6 0 036 15 9520 Am 若蝸桿減速部分散熱的計(jì)算面積A不滿足以上條件 可以采用強(qiáng)迫冷卻方法或 增加散熱計(jì)算面積的方法來滿足散熱要求 第四節(jié)第四節(jié) 蝸桿軸的設(shè)計(jì)蝸桿軸的設(shè)計(jì) 15 一 蝸桿軸的材料選擇及確定許用應(yīng)力一 蝸桿軸的材料選擇及確定許用應(yīng)力 考慮蝸桿軸主要傳遞我輪的轉(zhuǎn)矩 為普通用途中小功率減速傳動(dòng)裝置 因此 蝸桿材料選用 45 鋼 正火處理 600 b Mpas 1 54 b Mpas 二 初步估算軸的最小直徑二 初步估算軸的最小直徑 由公式得 33 P0 12 1101104 85 n 1400 dmm 取 dmin 6mm 三 確定各軸段的直徑和長度三 確定各軸段的直徑和長度 根據(jù)各個(gè)零件在軸上的定位和裝拆方案確定軸的形狀及直徑和長度 如圖 4 1 所 示 圖圖 4 14 1 蝸桿軸蝸桿軸 D1 D5段 D1 D5 段軸徑由軸承內(nèi)圈孔來決定 考慮到軸所傳遞功率不大 轉(zhuǎn) 速較低 選用推力球軸承 型號(hào)為 51100 d 10mm d1 11mm D 24mm D1 24mm T 9mm 因此 軸徑 d1 d5 10mm L1 20mm L5 70mm D2 D4段 D2段左端對(duì)軸承起軸向固定作用 D2段右端對(duì)軸承起軸向固定作用 由于兩處軸承型號(hào)相同 考慮到加工安裝的方便 取 d2 d4 16mm L2 55mm L4 55mm 16 D3段 D3段為蝸桿蝸輪嚙合部分 取d3 22mm L3 50mm 兩軸承的中心跨度為174mm 軸的總長為250mm 四 蝸桿軸的校核四 蝸桿軸的校核 作用在蝸桿軸上的載荷 由公式得 1 1 2 t T F d 66 1 0 12 9 55 109 55 10818 57 1400 P TN mm n 2 T27 2827285 96N mN mm 則圓周力 1 1 1 22 818 57 73 07 22 4 t T FN d 軸向力 2 12 2 22 27285 9 535 102 at T FFN d 徑向力 2tan 535tan20194 7 rt FFNa 17 圖圖 4 24 2 蝸桿軸向受力分析蝸桿軸向受力分析 切向力 2 535 517 6 coscoscos20 cos5 6 8 t n n F FN ra 計(jì)算支反力 圖圖 4 34 3 軸的水平面支反力軸的水平面支反力 水平面支反力 如圖 4 3 12 12 73 07 84 5 36 54 169 t BHAH Fl RRN ll 垂直面支反力 如圖 4 4 194 757 17137 53 AVrBV RFRN 111 12 2194 7 84 5 535 22 4 2 57 17 169 ra BV F lFd RN ll 彎矩計(jì)算 水平面彎矩 如圖 4 5 2 36 54 84 53087 63 cHAH RRlN mm 18 圖圖 4 54 5 水平彎矩圖水平彎矩圖 圖圖 4 64 6 垂直彎矩圖垂直彎矩圖 圖圖 4 74 7 合成彎矩圖合成彎矩圖 垂直面彎矩 如圖 4 6 11 137 53 84 511621 29 CVAV MRlN mm 22 57 17 84 54830 87 CVBV MRlN mm 合成彎矩 如圖 4 7 2222 11 3087 6311621 2912024 CCHCV MMMN mm 19 2222 22 3087 634830 875733 CCHCV MMMN mm 彎扭合成強(qiáng)度校核 截面 C 處當(dāng)量彎矩 2222 1 2 12024 0 6 818 57 12034 eC MMTN mm 由參考文獻(xiàn) 3 公式 17 5 可得 2 1 3 12034 11 3 54 0 1 22 4 e eb M N mmMpa W ss 故蝸桿軸的強(qiáng)度足夠 第五節(jié)第五節(jié) 中心軸的設(shè)計(jì)中心軸的設(shè)計(jì) 一 中心軸的材料選擇及確定許用應(yīng)力一 中心軸的材料選擇及確定許用應(yīng)力 由于中心軸速度較低 傳動(dòng)力矩不大 為空心軸 故選用一般鋼材 45 號(hào)鋼 調(diào) 質(zhì) 硬度為 217 255HBS 637 b Mps 1 59 b Mps 二 計(jì)算軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩二 計(jì)算軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩 軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩為 660 12 0 75 9 55 109 55 1031311 48 27 45 P TN mm n 三 初步估算軸的最小直徑三 初步估算軸的最小直徑 由公式可得 20 3 110 P d n 式中 d 危險(xiǎn)斷面處的軸徑 mm P 計(jì)算軸傳動(dòng)的額定功率 KW n 軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速 r min 33 0 12 0 75 11011016 34 27 45 P dmm n 取軸的直徑 d 17mm 四 確定各軸段的直徑和長度四 確定各軸段的直徑和長度 根據(jù)各個(gè)零件在軸上的定位和裝拆方案 確定軸的形狀及直徑和長度 如圖 4 8 所示 圖圖 4 84 8 中心軸中心軸 D1 段 根據(jù)安裝要求和估算最小直徑 取 d1 17mm L1 50mm D2 段 D2 段與軸承配合 其直徑由軸承內(nèi)徑?jīng)Q定 結(jié)合實(shí)際工作情況 選擇推 力球軸承 型號(hào)為 511404 d 20mm d1 21mm D 35mm D1 35mm T 10mm 因此 d2 20mm L2 65mm D3 段 取 d3 22mm L3 93mm D4 段 D4 段與軸承配合 其直徑由軸承內(nèi)徑?jīng)Q定 結(jié)合實(shí)際工作情況 選擇推 力球軸承 型號(hào)為 511405 d 25mm d1 26mm D 42mm D1 42mm T 11mm 因此 d4 25mm L4 30mm 21 第六節(jié)第六節(jié) 齒盤的設(shè)計(jì)齒盤的設(shè)計(jì) 一 齒盤的材料選擇和精度等級(jí)一 齒盤的材料選擇和精度等級(jí) 上下齒盤均選用 45 號(hào)鋼 淬火 180HBS 初選 7 級(jí)精度等級(jí) 二 確定齒盤參數(shù)二 確定齒盤參數(shù) 考慮齒盤主要用于精確定位和夾緊 齒形選用三角齒形 上下齒盤需相互嚙合 可選相同參數(shù) 當(dāng)蝸輪軸旋轉(zhuǎn) 150 時(shí) 上刀架上升 5mm 齒盤的齒高取 4mm 由公式得 2 a hhc m 4 2 a m hc 取 ha 1 0 c 0 25 則 44 1 78 22 1 0 0 25 a mmm hc 取標(biāo)準(zhǔn)值 m 2mm 齒盤齒全高 2 2 1 0 25 24 5 a hhc mmm 齒盤內(nèi)圓直徑 d1 140mm 齒盤外圓直徑 d2 160mm 齒頂高 1 22 aa hh mmm 齒根高 1 0 25 22 5 fa hhc mmm 齒數(shù) z 100 齒寬 b 10mm 齒厚 22 3 14 2 3 14 22 m smm p 齒盤高為 10mm 三 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度三 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 校核公式為 1 2 FFaSaF kT Y Y bd m ss 確定有關(guān)計(jì)算參數(shù)和許用應(yīng)力 660 12 0 75 9 55 109 55 1033838 58 25 4 P TN mm n h 取載荷系數(shù) k 1 5 齒形系數(shù) 查參考文獻(xiàn) 3 表 13 7 取 12 2 63 FaFa YY 應(yīng)力修正系數(shù) 查參考文獻(xiàn) 3 表 13 7 取 12 1 65 SaSa YY 彎曲疲勞強(qiáng)度極限 查參考文獻(xiàn) 3 圖 13 7 得 lim1lim2 160 FF Mpass 彎曲疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù) 查參考文獻(xiàn) 3 圖 13 9 查得 12 1 NN YY 彎曲疲勞強(qiáng)度安全系數(shù) 取彎曲疲勞強(qiáng)度最小安全系數(shù) SF 1 4 計(jì)算許用彎曲應(yīng)力 23 lim11 12 160 1 114 23 1 4 FN FF F Y Mpa S s ss 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 121112 1 22 1 5 33838 58 36 23 10 140 2 FFFaSaFF kT YYMpa bd m ssss 滿足彎曲疲勞強(qiáng)度要求 第七節(jié)第七節(jié) 聯(lián)軸器的選擇聯(lián)軸器的選擇 常用聯(lián)軸器已標(biāo)準(zhǔn)化 在選用時(shí)可以根據(jù)載荷特點(diǎn) 工作情況和條件合適的類 型 再根據(jù)軸傳遞的轉(zhuǎn)矩及參數(shù)選擇 由參考文獻(xiàn) 1 公式 3 13 1 得 9550 n Pk T n 式中 Tn 聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩 N m T 軸傳遞理論轉(zhuǎn)矩 N m P 驅(qū)動(dòng)功率 KW 工作轉(zhuǎn)速 r min k 工作系數(shù) 取 k 2 0 12 2 955095501 64 1400 n Pk TN m n 由于聯(lián)軸器是連接步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和蝸桿的 在工作過程中可能有輕微振動(dòng) 且頻 繁啟動(dòng) 故選用彈性套柱銷聯(lián)軸器 如 TL HL ZL 型 查參考文獻(xiàn) 1 表 3 13 8 選 擇 TL1 型彈性套柱銷聯(lián)軸器 其標(biāo)記為 9 14 4323 84 10 20 ZC GB JB 24 第五章第五章 安裝調(diào)試和精度檢驗(yàn)安裝調(diào)試和精度檢驗(yàn) 第一節(jié)第一節(jié) 安裝調(diào)試安裝調(diào)試 在安裝時(shí)請(qǐng)參閱本說明并認(rèn)真核對(duì)與本說明相應(yīng)的裝配圖 另外在安裝過程中 還應(yīng)注意 1 刀架需要安裝在配套的中拖板 其安裝刀架上平面的平面度誤差允許值 為 0 006 mm 上 安裝應(yīng)保證刀架刀盤上的刀具刀尖與機(jī)床主軸中心等高 一般可 以在刀架與中拖板間加墊板來調(diào)整 墊板的厚度由實(shí)際中心高測定 2 刀具和機(jī)床用 4 個(gè)螺釘和 2 個(gè)圓銷連接 中間沒有過渡墊板 在刀架剎 緊狀態(tài)下 應(yīng)調(diào)整轉(zhuǎn)塔軸線與機(jī)床主軸軸線平行度在 0 02mm 以內(nèi) 3 在刀盤上安裝刀夾和刀具時(shí) 應(yīng)最大限度的保護(hù)重量平衡 使刀架轉(zhuǎn)動(dòng) 平穩(wěn)和防止刀盤過沖 4 刀架發(fā)調(diào)裝置在出廠前已調(diào)好 在安裝時(shí)其參數(shù)一般情況下不可隨意調(diào) 整 5 數(shù)控系統(tǒng)與發(fā)調(diào)系統(tǒng)連接時(shí) 必須注意并嚴(yán)格分清線號(hào)及顏色 不可將 線接錯(cuò) 6 刀架安裝調(diào)試完畢后 應(yīng)首先接線試機(jī) 電源接通后如發(fā)現(xiàn)電動(dòng)刀架不 能轉(zhuǎn)動(dòng)等異?，F(xiàn)象應(yīng)立即關(guān)閉電源 調(diào)換電機(jī)電源相序 然后再通電試機(jī) 25 第二節(jié)第二節(jié) 精度檢驗(yàn)精度檢驗(yàn) 本說明嚴(yán)格參照 JB2670 82 并執(zhí)行數(shù)控臥 式車床標(biāo)準(zhǔn) JB4369 86 本設(shè)計(jì)主要針對(duì)電動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架 所以在精度檢測這一環(huán)節(jié) 中僅針對(duì)與本設(shè)計(jì)相關(guān)的精度進(jìn)行檢測 表表 5 15 1 回轉(zhuǎn)刀架的精度檢驗(yàn)回轉(zhuǎn)刀架的精度檢驗(yàn) 允許誤差 序 號(hào) 檢測項(xiàng)目 D 800 800 D 15 00 檢驗(yàn) 工具 檢驗(yàn)方法 參照 JB2670 有 關(guān)條文 a 和 b G11 轉(zhuǎn)塔工具孔軸 線與與主軸軸 線的重合度 a 在平面內(nèi) b 在次平面內(nèi) 0 030 04 專用 指示 器和 專用 夾具 將指示器固定在主軸端專 用檢具上 使其測頭觸及 轉(zhuǎn)塔工具孔表面 或觸及 緊密插入工具孔中檢測棒 表面 G12 轉(zhuǎn)塔附屬工具 安裝在基準(zhǔn)端 面對(duì)主軸軸線 的垂直度 a 和 b 同上 a 和 b 0 075 100 指示 器 指示器固定在主軸端步專 用檢具上 使其測頭觸及 專轉(zhuǎn)塔基面 使主軸旋轉(zhuǎn) 并檢測 檢測時(shí)應(yīng)接近主 軸端部 a 和 b G13 轉(zhuǎn)塔工具孔軸 線對(duì)溜板移動(dòng) 的平行度 a b 同上 0 02 0 0 030 指示 器和 檢測 棒 將檢測棒緊密裝入轉(zhuǎn)塔工 具孔中 固定指示器 使 測頭觸及檢驗(yàn)棒表面 將 檢驗(yàn)棒旋轉(zhuǎn) 180 度再同樣 測一次 26 G14 轉(zhuǎn)塔附具定位 面的精度 a 定位面對(duì)溜板 移動(dòng)的平行度 b 定位面的同 一度 a 在 100 測量 長度上 0 020 b 0 025 指示 器 固定指示器 使其測頭觸 及轉(zhuǎn)塔安裝基面 每個(gè)工 序需檢測一次 G15 轉(zhuǎn)塔附具安裝 基面的精度 a 安裝基面對(duì) 溜板移動(dòng)的平 行度 b 定位面 的同一度 a 在 100 測量 長度上 0 020 b 0 025 指示 器 固定指示器使其測頭觸及 轉(zhuǎn)塔安裝基面 每個(gè)工序 均需檢測 G22 回轉(zhuǎn)刀架的重復(fù) 定位精度 0 010 指示器 和檢測 棒 檢測棒在回轉(zhuǎn)刀架的工具孔或 附孔其中 固定指示器 使其 測頭沿回轉(zhuǎn)刀架切線方向觸及 檢驗(yàn)棒表面上 記下指示器讀 數(shù) 將轉(zhuǎn)塔由測試位置移出 轉(zhuǎn)位 360 度再移至測試位置 記錄讀數(shù) 至少檢驗(yàn) 7 次 每 個(gè)工位均需檢驗(yàn) G11 G15 是回轉(zhuǎn)刀架體的刀 夾具安裝基準(zhǔn)的位置對(duì)主軸旋轉(zhuǎn)軸線 導(dǎo)軌之間 的關(guān)系 也影響刀具 夾具的正確安裝 G22 是回轉(zhuǎn)刀架的重復(fù)定位精度 也影響被 加工零件 批量 的尺寸分散度 根據(jù)回轉(zhuǎn)刀架的特征 采用了檢測棒與指示器配 合 在現(xiàn)場易于實(shí)施的檢驗(yàn)方法 誤差計(jì)算也規(guī)定位易于計(jì)算的極值法 即位置偏 差的最大值與最小值之差值 它與數(shù)理統(tǒng)計(jì)法比較 同一次測量 其計(jì)算結(jié)果前者 反映的誤差值較后者較小 計(jì)算方法 前者簡單 后者復(fù)雜 若按數(shù)理統(tǒng)計(jì)的計(jì)算 關(guān)系式 他們之中存在著一定的關(guān)系 各有特點(diǎn) 根據(jù)用途 這兩種計(jì)算方法均應(yīng) 用 27 第三節(jié)第三節(jié) 維護(hù)與保養(yǎng)維護(hù)與保養(yǎng) 1 為了保持機(jī)床工作時(shí)的安全 應(yīng)定期對(duì)刀架做精度檢查 一般一年一次為 好 2 定期對(duì)刀架各運(yùn)動(dòng)部位添加足夠的潤滑脂 一年添加一次為宜 3 一年保養(yǎng)電機(jī)一次 其中包括檢查 潤滑和更換軸承等 4 刀具切削力不應(yīng)超過額定值 否則 會(huì)引起刀架變形 使加工精度降低 甚至損壞刀具和刀架 5 每班清掃刀盤上的鐵屑 第四節(jié)第四節(jié) 故障及排除故障及排除 一 刀架無法啟動(dòng)一 刀架無法啟動(dòng) 1 檢查電源是否接通 2 檢查電機(jī)電源相序是否接對(duì)