數(shù)控車(chē)床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、設(shè)計(jì)任務(wù)題目：數(shù)控車(chē)床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)一臺(tái)四工位立式回轉(zhuǎn)刀架，適用于C616或C6132經(jīng)濟(jì)型數(shù)空車(chē)床。要求繪制自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖。 推薦刀架所用電動(dòng)機(jī)的額定功率為 90W，額定轉(zhuǎn)速1480r/min，換刀時(shí)要求刀架轉(zhuǎn)動(dòng)的速度為 40r/min，減速裝置的 傳動(dòng)比為i=37。總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)普通的三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)因轉(zhuǎn)速太快，不能直接驅(qū)動(dòng)刀架進(jìn)行換刀，必須經(jīng)過(guò) 適當(dāng)?shù)臏p速。根據(jù)立式轉(zhuǎn)位刀架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用蝸桿副減速時(shí)最正確選擇。蝸桿 副傳動(dòng)可以改變運(yùn)動(dòng)的方向，獲得較大的傳動(dòng)比，保證傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性，并且 具有自鎖功能，還可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置的小型化。2、上刀體鎖緊

2、與精定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)由于刀具直接安裝在上刀體上，所以上刀體要承受全部的切削力，其鎖緊與 定位的精度將直接影響工件的加工精度。本設(shè)計(jì)上刀體的鎖緊與定位機(jī)構(gòu)選用端 面齒盤(pán)，將上刀體和下刀體的配合面加工成梯形端面齒。 當(dāng)?shù)都芴幱阪i緊狀態(tài)時(shí)， 上下端面齒相互嚙合，這時(shí)上刀體不能繞刀架的中心軸旋轉(zhuǎn)；換刀時(shí)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)， 抬起機(jī)構(gòu)使上刀體抬起，等上下端面齒脫開(kāi)后，上刀體才可以繞刀架中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)， 完成轉(zhuǎn)位動(dòng)作。3、刀架抬起機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要想使上、下刀體的兩個(gè)端面齒脫離，就必須設(shè)計(jì)適合的機(jī)構(gòu)使上刀體抬起。 本設(shè)計(jì)選用螺桿-螺母副，在上刀體內(nèi)部加工出內(nèi)螺紋，當(dāng)電動(dòng)機(jī)通過(guò)蝸桿-渦輪帶動(dòng)蝸桿繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，作為螺母的上刀體

3、要么轉(zhuǎn)動(dòng)，要么上下移動(dòng)。當(dāng)?shù)都?處于鎖緊狀態(tài)時(shí)，上刀體與下刀體的端面齒相互嚙合，因?yàn)檫@時(shí)上刀體不能與螺 桿一起轉(zhuǎn)動(dòng)，所以螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)使上刀體向上移動(dòng)。當(dāng)端面齒脫離嚙合時(shí)，上刀體就與螺桿一起轉(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)計(jì)螺桿時(shí)要求選擇適當(dāng)?shù)穆菥啵员惝?dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度時(shí)，使得上刀 梯與下刀體的端面齒能夠完全脫離嚙合狀態(tài)。下列圖為自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖，詳細(xì)的裝配圖在一號(hào)圖紙上。三、自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的工作原理自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的換刀流程如下列圖。圖上表示自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架在換刀過(guò)程中有關(guān)銷(xiāo)的位置。其中上部的圓柱銷(xiāo)2和下部的反靠銷(xiāo)6起著重要作用。當(dāng)?shù)都芴幱阪i緊狀態(tài)時(shí)，兩銷(xiāo)的情況如圖 A所示，此時(shí)反靠銷(xiāo)6落在圓盤(pán)7 的十字槽內(nèi)，

4、上刀體4的端面齒和下刀體的端面齒處于嚙合狀態(tài) 上下端面齒在 圖中未畫(huà)出。需要換刀時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出刀架轉(zhuǎn)位信號(hào)，三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)正向旋轉(zhuǎn)，通過(guò) 蝸桿副帶動(dòng)蝸桿正向轉(zhuǎn)動(dòng)，與螺桿配合的上刀體4逐漸抬起，上刀體4與下刀體 之間的端面齒慢慢脫開(kāi)；與此同時(shí)，上蓋圓盤(pán)1也隨著螺桿正向轉(zhuǎn)動(dòng)上蓋圓盤(pán) 1通過(guò)圓柱銷(xiāo)與螺桿聯(lián)接，當(dāng)轉(zhuǎn)過(guò)約織*時(shí)，上蓋圓盤(pán)1直槽的另一端轉(zhuǎn)到圓 柱銷(xiāo)2的正上方，由于彈簧3的作用，圓柱銷(xiāo)2落入直槽內(nèi)，于是上蓋圓盤(pán)1 就通過(guò)圓柱銷(xiāo)2使得上刀體4轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)此時(shí)端面齒已完全脫開(kāi)。上蓋圓盤(pán)1、圓柱銷(xiāo)2以及上刀體4在正轉(zhuǎn)的過(guò)程中，反靠銷(xiāo)6能夠從反靠 圓盤(pán)7中十字槽的左側(cè)斜坡滑出，而不影響上刀體 4尋找刀

5、位時(shí)的正向轉(zhuǎn)動(dòng)。上刀體4帶動(dòng)磁鐵轉(zhuǎn)到需要的刀位時(shí)，發(fā)信盤(pán)上對(duì)應(yīng)的霍爾元件輸出低電平 信號(hào)，控制系統(tǒng)收到后，立即控制刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，上蓋圓盤(pán)1通過(guò)圓柱銷(xiāo)2帶動(dòng)上刀體4開(kāi)始反轉(zhuǎn)，反靠銷(xiāo)6馬上就會(huì)落入反靠圓盤(pán)7的十字槽內(nèi)，至此， 完成粗定位。此時(shí)，反靠銷(xiāo)6從反靠圓盤(pán)7的十字槽內(nèi)爬不上來(lái)，于是上刀體 4 停止轉(zhuǎn)動(dòng)，開(kāi)始下降，而上蓋圓盤(pán)1繼續(xù)反轉(zhuǎn)，其直槽的左側(cè)斜坡將圓柱銷(xiāo) 2 的頭部壓入上刀體4的銷(xiāo)空內(nèi)，之后，上蓋圓盤(pán)1是下外表開(kāi)始與圓柱銷(xiāo)2的頭 部滑動(dòng)。再次期間，上、下刀體的端面齒逐漸嚙合，實(shí)現(xiàn)精定位，經(jīng)過(guò)設(shè)定的延 時(shí)時(shí)間后，刀架電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，整個(gè)換刀過(guò)程結(jié)束。由于蝸桿副具有自鎖功能，所以刀架可以穩(wěn)定地

6、工作。蝸桿-渦輪減速銷(xiāo)連接圖：自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的換刀流程1-上蓋圓盤(pán)2-圓柱銷(xiāo)3-彈簧 4- 上刀體5-上蓋圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)方向b)圓柱銷(xiāo)6-反靠銷(xiāo)7-反靠圓盤(pán)主要傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)1. 蝸桿副的設(shè)計(jì)計(jì)算自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的動(dòng)力源是三相異步電動(dòng)機(jī)。 其中蝸桿與電動(dòng)機(jī)直聯(lián)，刀架轉(zhuǎn)位時(shí)蝸輪與上刀體直聯(lián)。電動(dòng)機(jī)額定功率斷=90W ,額定轉(zhuǎn)速!旳=1480r/min，上刀體設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速二=40r/min，蝸桿副的傳動(dòng)比i=山/=37。刀架從轉(zhuǎn)位到鎖緊時(shí)，需要蝸桿反向，工作載荷不均勻，啟動(dòng)時(shí)沖擊較大，今要求蝸桿副的使用壽命=100001%1蝸桿的選型 GB/T10085-1988推薦采用漸開(kāi)線(xiàn)蝸桿和錐面包絡(luò)蝸桿。本 設(shè)計(jì)采用結(jié)構(gòu)

7、簡(jiǎn)單，制造方便的漸開(kāi)線(xiàn)型圓柱蝸桿。2 蝸桿副的材料 刀架中的蝸桿副傳動(dòng)的功率不大，但蝸桿轉(zhuǎn)速干，一次，蝸桿的材料選用45鋼，其螺旋齒面要淬火，硬度為4555HRC以提高其 外表耐磨行；蝸輪的轉(zhuǎn)速較低，其材料主要考慮耐磨性，選用鑄錫磷青銅 ZCuS n10P1采用金屬模制造。3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)刀架中的蝸桿副采用閉式傳動(dòng)，多因齒 面膠合或點(diǎn)蝕而失效。因此，進(jìn)行載荷計(jì)算時(shí)，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn) 行設(shè)計(jì)，再按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核。按蝸輪接觸疲勞強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)計(jì)算的公式a 門(mén)弧儘羅4-1式中a蝸桿副的傳動(dòng)中心距，單位 mmK 載荷系數(shù)；作用在渦輪上的轉(zhuǎn)矩，單位N.mm彈性影響系數(shù)ZE;-

8、許用接觸應(yīng)力，單位為 MPa從式4-1算出蝸桿副的中心距a之后，根據(jù)的傳動(dòng)比i=35 ,查表選擇一個(gè)適宜的中心距a值，以及相應(yīng)的蝸桿，蝸輪參數(shù)。1) 確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩，設(shè)蝸桿頭數(shù)=1,蝸桿副的傳動(dòng)效率n=0.8，由電動(dòng)機(jī)的額定功率=900可以算出蝸輪傳動(dòng)的功率=n，再由蝸輪的轉(zhuǎn)速=40r/min求得作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩T P： 叭*=9.55丄=9.55一=25.47N m=22923N mm% %2) 確定載荷系數(shù)K載荷系數(shù)K= KA KB K其中KA為使用系數(shù)，有表 6-3查得，由于工作載荷不均勻，啟動(dòng)時(shí)沖擊較大，因此取KA= 1.15;為齒向分布系數(shù)，因工作載荷在啟動(dòng)和停止時(shí)有變化，

9、故取KB =1.15;為動(dòng)載系數(shù)，由于轉(zhuǎn)數(shù)不高。沖擊不大，可取 K =1.05。那么載荷系數(shù) K=KA KB KM.39使用系數(shù).工作類(lèi)型IIIIII載荷性質(zhì)均勻，無(wú)沖擊不均勻，小沖擊不均勻，大沖擊每小時(shí)起動(dòng)次數(shù)<2525-50>50 二起動(dòng)載荷小較大大KA11.151.23) 確定彈性影響系數(shù)ZE ，鑄錫磷青銅蝸輪與鋼蝸桿相配時(shí)，從有關(guān)手冊(cè)查的彈性影響系數(shù) ZE=160Mpa 1/24) 確定接觸系數(shù)先假設(shè)蝸桿分度圓直徑d1和傳動(dòng)中心距a的比值 d1 /a=0.35。查表的 Zp =2.9鑄錫青銅蝸輪的根本許用接觸應(yīng)力(7 H'(MPa)蝸輪材料鑄造方法蝸桿螺旋面的硬度&

10、lt; 45HRC>45HRC鑄錫磷青銅ZCuSn10P1砂模鑄造150180金屬模鑄造220268鑄錫鋅鉛青銅砂模鑄造113135ZCuSn5Pb5Zn金屬模鑄造128140|5確定許用接觸應(yīng)力>根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅ZCuSn10P1金 屬模制造蝸桿螺旋齒面硬度大于 45HRC可查表的蝸輪的根本許用應(yīng)力 | - ,J =268MPaE知蝸桿為單頭，蝸輪每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)每個(gè)輪齒嚙合的次數(shù)j=1 ;蝸輪轉(zhuǎn)數(shù)7=40r/min ;蝸桿副的使用壽命一=10000ho那么應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：N=60j n2 =2.4 X 10 7壽命系數(shù)：KHN =0.693許用接觸應(yīng)力：c=KHNX=186MP

11、a6計(jì)算中心距將以上各參數(shù)帶入4-1，求得中心距：a = 47.1 mm查表取a=63,蝸桿頭數(shù) =1,設(shè)模數(shù)m=1.6mm得蝸桿分度圓直徑d1 =28mm這時(shí) d1/a=0.59 ,查表得接觸系數(shù)=2.35。因?yàn)?_ _較大，所以上述計(jì)算結(jié)果可用。4蝸桿和渦輪的主要參數(shù)與幾何尺寸由蝸桿和渦輪的根本尺寸和主要參數(shù)，算的蝸桿和渦輪的主要幾何尺寸后，即可繪制蝸桿副的工作圖。1蝸桿的參數(shù)與尺寸頭數(shù)珂=1,模數(shù)m=1.6mm軸由向齒距他|=m=5.027mm軸向齒厚鼻=0.5耳m=2.514mm分度圓直徑d訐28,直徑系數(shù)q=廠(chǎng)=17.5，分度圓導(dǎo)程角'=一- oq取齒頂高系數(shù)I =1，徑向間

12、隙系數(shù)_ =0.2，那么齒頂圓直徑也j=£+2 m=31.2mm齒根圓直徑 £ =-2m (I + ) =24.314mm分度圓直徑為：=m =96mm,變位系數(shù) I =a-中 4 復(fù)/2/m=0.6 ,渦輪喉圓直徑為 丄=+2m - 7 =101.12mm渦輪齒根圓直徑 令=勺-2m I八賀+ =94.08mn，渦輪咽喉母圓半徑6gj=a- . /2=12.44mm。5校核渦輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度即檢驗(yàn)下式是否成立:= ._ 由蝸桿頭數(shù) =1，傳動(dòng)比i=35，可以計(jì)算出渦輪齒數(shù)=1=35那么渦輪的當(dāng)量齒數(shù)：Z =35.17ME V根據(jù)渦輪變位系數(shù)1=0.6和當(dāng)量齒數(shù)：_ =3

13、5.17，查表的齒形系數(shù)-謹(jǐn)滬2.°8螺旋角影響系數(shù)v ¥=1=0.977根據(jù)渦輪的材料和制造方法，查表得渦輪根本許用彎曲應(yīng)力:； =56MPa渦輪的壽命系數(shù)：T7 5 0®十=0.702渦輪的許用彎曲應(yīng)力:i.屜=39.3MPa將數(shù)據(jù)帶入得:可見(jiàn)，】、，渦輪齒根的彎曲強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。蝸輪的根本許用彎曲應(yīng)力MPa蝸輪材料鑄造方法單側(cè)工作啜雙側(cè)工作鑄錫青銅ZCuSn10P1砂模鑄造4029金屬模鑄 造5640鑄錫鋅鉛青銅ZCuSn5Pb5Zn5砂模鑄造2622金屬模鑄 造3226鑄鋁鐵青銅ZCuAI10Fe3砂模鑄造8057金屬模鑄 造9064灰鑄鐵HT150砂模鑄造4028HT200砂模鑄造48342. 螺桿的設(shè)計(jì)計(jì)算1 螺距確實(shí)定 刀架轉(zhuǎn)位時(shí)，要求螺桿在轉(zhuǎn)動(dòng)約 的情況下，上刀體的端 面齒與下刀體的端面齒完全脫離；在鎖緊的時(shí)候，要求上下端面的嚙合 深度達(dá)2mm因此，螺桿的螺距P應(yīng)滿(mǎn)足P>2.4mm今