數(shù)控加工中心刀庫設(shè)計(jì)

濟(jì)南大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)PAGE21-1前言1.1數(shù)控加工中心簡介加工中心是一種可以對工件進(jìn)行多工序加工的數(shù)字控制機(jī)床，它裝備有刀庫，并可以自動更換里面的刀具。工件經(jīng)過一次裝夾之后，數(shù)字控制系統(tǒng)能控制機(jī)床按照不同的工序，自動選擇刀具或者更換刀具，自動地改變機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量和刀具相對工件的運(yùn)動軌跡，并且可以完成很多其他輔助機(jī)能，依次完成工件幾個(gè)面上多工序的加工。減少了工同時(shí)也減少了工序之間的工件周轉(zhuǎn)、搬運(yùn)和存放的時(shí)間，大大縮短了生產(chǎn)的周期，具有顯明經(jīng)濟(jì)效益。一種功能較全的數(shù)控加工機(jī)床就是數(shù)控加工中心。目前數(shù)控加工中心是世界上生產(chǎn)產(chǎn)出的數(shù)量最高、最廣的應(yīng)用數(shù)控類機(jī)床之一。它綜合加工的能力特別強(qiáng)，工件一次裝夾后能夠完成很多的加工內(nèi)容，加工工件質(zhì)量比較高，就要求中等加工難度和批量生產(chǎn)的工件，其加工效率是普通類機(jī)床的6～10倍，特別的是：它還能夠完成許多普通機(jī)床所不能完成的加工，對要求精度高，單件加工或中小批量多品種生產(chǎn)形狀較復(fù)雜的尤為適和。它把削銑、鉆、攻等功能加在一個(gè)裝置上，使其具有多種工藝手段。加工中心設(shè)置有儲存刀具的刀庫，刀庫中存放著各種不同數(shù)量和規(guī)格的刀具或量具，在加工過程中利用程序來實(shí)現(xiàn)自動地更換和選用。這就是加工中心與數(shù)控銑、鏜的差異。加工中心是一種綜合的加工能力比較強(qiáng)的設(shè)備，工件一次裝夾之后就能完成很多的工步，加工精度很高，就批量的中等的工件而言，其加工效率是普通制造機(jī)器和設(shè)備的7～12倍多，尤其是它能夠?qū)崿F(xiàn)很多普通機(jī)床所不能完成的加工，就像一些特別的行面等。這將會使新產(chǎn)品的研制和更新?lián)Q代節(jié)省大量的人力和物力，從而使得企業(yè)具有特別強(qiáng)的競爭力。1.2數(shù)控加工中心刀庫系統(tǒng)簡介刀庫系統(tǒng)是一種可以提供自動化加工過程中所需的換刀及儲刀需求的裝置。藉由電腦程式（PLC）的控制，可以實(shí)現(xiàn)各種不同的加工的需求，如攻、削、銑、搪、鉆洞等。儲存刀具的位置主要是刀庫來提供，并依電腦的控制，正確選擇刀具，并且定好位置，以便進(jìn)行刀具的交換；如果沒有機(jī)構(gòu)用來自動換刀，則無法自刀庫依序更換加工所需刀具，從而達(dá)不到減少時(shí)間的目的。換刀機(jī)構(gòu)則是執(zhí)行的是刀具的交換動作。刀庫必須與換刀機(jī)構(gòu)同時(shí)存在，若無刀庫則加工所需刀具無法事先儲備。此兩者在功用和運(yùn)行上是缺一不可，相輔相成的。大幅度的縮減了加工的時(shí)間，降低了生產(chǎn)中過程的成本；這便是刀庫系統(tǒng)的最大特點(diǎn)之一。1.3本設(shè)計(jì)數(shù)控加工中心刀庫簡介本次設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)際條件要求選用圓盤式刀庫，所謂的固定地址的換刀刀庫就是圓盤式刀庫，即每個(gè)刀位上都有編號，即為刀號地址。不管這個(gè)刀具更換多少次，當(dāng)操作人員可以把一把刀放進(jìn)一個(gè)刀位后，它永遠(yuǎn)在該刀位內(nèi)。其主要的部件是刀庫體及分度盤，只要這兩樣零件加工精度得到保證即可以達(dá)到很高的精度要求，運(yùn)動部件中刀庫的分度使用的是非常經(jīng)典的“馬氏機(jī)構(gòu)（凸輪機(jī)構(gòu)）”，前后、上下運(yùn)動需要選用液壓缸。裝配調(diào)整也比較方便，維護(hù)也十分的簡單。一般機(jī)床制造廠家都能自幾制造。在更換刀具時(shí)，一般按旋轉(zhuǎn)最短角度的原則，刀號編號按逆時(shí)針方向排序的，如果刀庫數(shù)量是10，當(dāng)前刀號位10，要換8號刀，按最短角度的換刀原則，刀庫是逆時(shí)針轉(zhuǎn)。如要換6號刀，刀庫則是順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。圓盤式刀庫的總刀具數(shù)量受到限制，不能太多，一般40#刀柄的不超過24把，50#的刀超不過20把，大型龍門機(jī)床上，為了增加刀具的數(shù)量就把圓盤轉(zhuǎn)變?yōu)殒準(zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)了，這樣一來刀量可達(dá)60把。

本次設(shè)計(jì)的是帶有機(jī)械手的立式加工中心的刀庫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，根據(jù)實(shí)際的要求：刀庫容量：24把，隨機(jī)選刀方式，換刀時(shí)間為6秒，最大刀具長度為300mm，最大刀具直徑為100mm，刀柄型號是BT40。根據(jù)以上已知的參數(shù)選擇使用圓盤式的刀庫，利用伺服電機(jī)作為轉(zhuǎn)動的動力，同時(shí)利用伺服電機(jī)作為準(zhǔn)確定位的儀器，利用液壓缸來實(shí)現(xiàn)刀具的轉(zhuǎn)動，從而到達(dá)準(zhǔn)確的換刀的位置，本次設(shè)計(jì)的換刀機(jī)械手的控制也是有電液伺服系統(tǒng)來綜合控制的。它是由回轉(zhuǎn)體和分布其上面的刀夾單元及驅(qū)動伺服電機(jī)等組成的。這是一種新型的刀庫系統(tǒng)，綜合了電子、伺服、液壓等，是一種尤其適應(yīng)與當(dāng)今追求的高速大功率切削的需要。2數(shù)控加工中心刀庫設(shè)計(jì)方案的確定2.1選題背景與意義2.1.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀伴隨著數(shù)控科技的迅猛發(fā)展和普及，加工中心的作用更加突顯出了它的重要性。為進(jìn)一步提高數(shù)控機(jī)床的加工效率，工件在一臺機(jī)床只進(jìn)行一次裝夾即可完成多道工序的加工是未來機(jī)床的的發(fā)展方向，因此出現(xiàn)了各種類型的加工中心裝置，如車削中心、鉆削中心、銑鏜加工中心等等。這類多工序加工的數(shù)控機(jī)床在加工過程中要使用多種刀具，因此必須有自動換刀的裝置，也就是所說的刀庫系統(tǒng)，以便選用不同的刀具時(shí)，完成不同工序的加工工序時(shí)，加工中心可以自動加工完成，避免換刀等的工序占用時(shí)間降低加工效率。此外，加工中心還有帶立、臥兩個(gè)主軸的復(fù)合式形式的，和主軸可調(diào)整成臥軸或立軸的臥立可調(diào)樣式的加工中心，它們能對工件進(jìn)行多個(gè)（一般是五個(gè)）面的加工。近年來刀庫行業(yè)的發(fā)展已經(jīng)慢慢超越其以前的為工具機(jī)陪件的角色，在其特有的技術(shù)領(lǐng)域中發(fā)展出符合工具機(jī)高可靠度、高效能、高精度及多工位復(fù)合加工等概念之產(chǎn)品。工具機(jī)的整體效能表現(xiàn)關(guān)乎到其生產(chǎn)的產(chǎn)品品質(zhì)的好壞。追求高速、高精度、高效率的目標(biāo)，已經(jīng)成為未來工具機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展的一大趨勢。隨著不斷提高的切削速度，不斷縮短的切削時(shí)間，對換刀時(shí)間的要求也在逐步提高；換刀的速度已成為高級別的刀庫系統(tǒng)的一項(xiàng)重要指標(biāo)?？焖僮詣訐Q刀技術(shù)把減少輔助加工時(shí)間做為主要目的，綜合考慮工具機(jī)的各方面因素，在盡可能少的時(shí)間里完成刀具交換的技術(shù)方法。2.1.2選題目的及意義數(shù)控加工中心是綜合的高新技術(shù)產(chǎn)品。它柔和了機(jī)械、電子電工、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制工程等技術(shù)于一身。對刀庫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)對工件表面進(jìn)行連續(xù)加工的必要設(shè)備之一，配備了刀庫之后可以自動進(jìn)行鏜、擴(kuò)、鉸、攻、銑、削、鉆等多工步的加工工步的加工，使加工中心集中多工序加工成為了可能，而刀庫為加工中心的自動化換刀、多工位的加工提供了刀具的支持。刀庫是換刀系統(tǒng)的核心部件之一，其主要作用在于減少加工過程中的非切削時(shí)間，以提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本，進(jìn)而提升機(jī)床乃至整個(gè)生產(chǎn)線的生產(chǎn)力。隨著來加工心的發(fā)展，國家企業(yè)對高速，大功率，高效率的要求，以及ATC的設(shè)計(jì)的去向和系統(tǒng)化走向，刀庫的設(shè)計(jì)所以顯得尤為關(guān)建和重要了。2.2設(shè)計(jì)內(nèi)容2.2.1設(shè)計(jì)內(nèi)容研究（1）具體技術(shù)參數(shù)刀庫容量：24把；選刀方式：隨機(jī)；換刀時(shí)間：6秒；最大刀具長度：300mm；最大刀具直徑：100mm；刀柄型號：BT40；（2）刀庫系統(tǒng)的主要構(gòu)件刀庫主要是提供儲放刀具的位置，并能依程式（PLC）的控制，正確選擇刀具加以定位，以進(jìn)行刀具交換；換刀機(jī)構(gòu)則是執(zhí)行刀具交換的動作。刀庫必須與換刀機(jī)構(gòu)同時(shí)存在，若無刀庫則加工所需刀具無法事先儲備；若沒有專門的換刀機(jī)構(gòu)來換刀，則就無法自刀庫依次序來更換加工所需要的刀具，從而失去了減少用時(shí)量，提高效率的目的。此二者在運(yùn)用及功能上相輔相成不可缺一。（3）刀庫系統(tǒng)的分類近年來刀庫技術(shù)的迅猛發(fā)展，工具機(jī)配件的角色已經(jīng)不適合刀庫了，符合工具機(jī)高可靠度、高效能、高精度及多工位復(fù)合加工是在其特有的技術(shù)領(lǐng)域中發(fā)展趨勢。其產(chǎn)品品質(zhì)的好壞，關(guān)乎到工具機(jī)的整體性能的外在表現(xiàn)。刀庫的布局、容量，針對于不同類型的工具機(jī)，其形式也會不同，依據(jù)刀庫的取刀的方式、外部形狀和容積可大約分為以下幾種類別：①斗笠式的刀庫②圓盤式的刀庫③鏈條式的刀庫2.3設(shè)計(jì)方案2.3.1刀庫的總體布局本次設(shè)計(jì)的是帶有機(jī)械手的立式加工中心的刀庫系統(tǒng)，根據(jù)已知的參數(shù)選擇使用圓盤式的刀庫，利用伺服電機(jī)作為轉(zhuǎn)動的動力，同時(shí)利用伺服電機(jī)作為準(zhǔn)確定位的儀器。它的結(jié)構(gòu)如圖1所示，它是由回轉(zhuǎn)體和分布其上面的刀夾單元及驅(qū)動伺服電機(jī)等組成的。[8]圖1總體結(jié)構(gòu)圖2.3.2刀庫的鎖緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)在沒有刀的情況下，緊裝置的彈簧使的兩刀夾處在夾緊的狀態(tài)下。在收到來自計(jì)算機(jī)的換刀命令時(shí)，刀庫的圓盤式刀盤將位于其上的空刀夾單元旋轉(zhuǎn)到刀庫換刀點(diǎn)位置上，在這個(gè)時(shí)候刀具釋放塊跟隨主軸快速移動到刀庫需要換刀地點(diǎn)，由于刀具釋放塊的指引作用，安裝在刀庫旋轉(zhuǎn)圓盤上的刀夾單元的解鎖銷釘子被打開，所需換刀的刀具在主軸的夾持下，與主軸一同移動到換刀位置。這時(shí)兩刀夾在夾緊彈簧的作用下，把刀具夾得很緊。此時(shí)主軸松開刀柄向后邊移動，解鎖銷釘位于刀夾單元后端，解鎖銷釘在鎖刀彈簧的作用下，將解鎖銷釘上的斜面緊緊推靠在刀夾后端的兩側(cè)斜面上，完成鎖刀動作(如圖2所示)。刀庫回轉(zhuǎn)體將所需要的刀具轉(zhuǎn)至刀庫換刀點(diǎn)，主軸向前移動，刀庫回轉(zhuǎn)體將所需要的刀具轉(zhuǎn)至刀庫換刀點(diǎn)，主軸向前移動，主軸前端的刀具釋放塊將解鎖銷釘打開，同時(shí)主軸夾緊刀柄。主軸上裝夾上所要的刀具后，刀庫回轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)回刀庫原位，刀庫完成一次換刀循環(huán)[8]。 [8]圖2鎖緊機(jī)構(gòu)工作原理2.3.3刀庫的刀夾單元設(shè)計(jì)夾持力和夾爪的設(shè)計(jì)是刀夾最關(guān)鍵的設(shè)計(jì)。換刀時(shí)，夾持力過大，換刀機(jī)械手承載過大力，且對刀柄的磨損也大，如果夾持力不夠，會造成掉刀危險(xiǎn)。因此，彈簧設(shè)計(jì)便很重要了，且24個(gè)夾持用的彈簧特性盡量一致。使夾持力最好相同，夾爪硬度低于刀柄硬度。我們知道刀夾要安裝在刀庫的回轉(zhuǎn)體上的，同時(shí)回轉(zhuǎn)體是刀庫的重要部件之一，回轉(zhuǎn)體安裝和制造精度直接影響到整個(gè)刀庫性能發(fā)揮，對刀夾的壽命以及裝夾的精度都有影響。24組刀夾單元及刀具分布在回轉(zhuǎn)體上，在保證其運(yùn)動剛度要求為前提，使其重量應(yīng)越輕，這幾可使刀庫的回轉(zhuǎn)特性良好，又降低了加工費(fèi)用。因此，回轉(zhuǎn)體采用了平板開孔的方法，大大減輕刀盤重量。刀夾結(jié)構(gòu)如圖3所示[8]。[8]圖3刀夾單元3刀庫機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及部件校核3.1刀盤設(shè)計(jì)計(jì)算在本次設(shè)計(jì)中刀盤采用45鋼，刀盤上安裝有各種刀具，在加工中心工作時(shí)其相對于工件的位置直接影響著加工中心的加工精度，所以在設(shè)計(jì)過程中尤其要注意把安裝刀具的位置和加工中心加工主要的設(shè)計(jì)參數(shù)結(jié)合起來，確保加工過程中各刀具之間在換刀或者加工時(shí)互不影響，做出完善的刀具干涉圖，下面主要把刀具的干涉圖作簡要分析，如圖3.1所示，在刀盤的上同時(shí)安裝有二十四把刀具，滿足技術(shù)參數(shù)：刀庫容量：24把；選刀方式：隨機(jī)；換刀時(shí)間：6秒；最大刀具長度：300mm;；最大刀具直徑：100mm；刀柄型號：BT40。就必須使刀盤在轉(zhuǎn)動到每一個(gè)刀位是都能夠順利加工工件。根據(jù)已知的要求初步選定載刀刀盤的直徑為620mm。托刀刀盤的直徑為580mm。螺栓安裝處距離邊緣20mm，兩把刀具的安裝中心弧段長度為39mm，托刀刀盤和載刀刀盤的厚度均為30mm.在兩盤的盤腹部位開一系列的圓孔來減輕盤的重量。圖3.1刀具干涉圖3.2刀庫傳動軸的設(shè)計(jì)計(jì)算軸是組成刀庫機(jī)械系統(tǒng)的主要零部件之一，起著支撐安裝在其上面的零件和做回轉(zhuǎn)運(yùn)動,傳遞動力和運(yùn)動的作用。帶動刀具的刀盤必須安裝在軸上才可以旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。作回轉(zhuǎn)運(yùn)動的傳動零件蝸輪蝸桿，必須安裝在軸上才能傳遞運(yùn)動和動力。在這里，軸的作用主要是傳遞運(yùn)動和動力，以帶動其上零件——刀盤轉(zhuǎn)動，完成送刀，換刀動作。設(shè)計(jì)參數(shù)為：刀庫容量：24把；選刀方式：隨機(jī)；換刀時(shí)間：6秒；最大刀具長度：300mm；最大刀具直徑：100mm；刀柄型號：BT40。3.2.1軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1．軸上零件的裝配方案軸上零件有套筒、推力軸承、軸承擋圈、蝸輪蝸桿。根據(jù)傳動的需要確定刀庫系統(tǒng)蝸桿傳動軸的各個(gè)零部件的位置。初步確定布置的方案是：從左端伺服電機(jī)開始由膜片式的聯(lián)軸器與傳動軸相連，其后安裝一對相配合使用的推力球軸承，中間用套筒隔開，后面一段軸肩上安裝一只角接觸球軸承起支撐軸的作用。再往后是與軸配做在一起的蝸桿，最后是一只角接觸球軸承起支撐軸的作用，其由軸端的端蓋固定。2.軸上的轉(zhuǎn)矩及功率按最大刀具重量（并考慮刀座及其輔助零件的重量）計(jì)算轉(zhuǎn)矩由式3-2-1求得：（N·mm）（3-2-1）3．作用于蝸桿上的力蝸桿的直徑126mm，由公式（3-2-2），求得其上的力為：（N）（3-2-2）選取軸的材料為45鋼，其最小直徑為,22mm，起著帶動蝸輪蝸桿運(yùn)動，連接伺服電機(jī)與刀盤之間的傳動。4.根據(jù)軸向定位要求及運(yùn)動要求確定軸的各段直徑和長度。（1）軸的最左端用聯(lián)軸器與伺服電機(jī)相連接來傳遞動力，與聯(lián)軸器相連的這一段軸長60其上留有安裝端蓋的長度。后一段軸的長度是20mm,直徑是30mm其上安裝一型號為51206的推力球軸承，外徑D=52mm寬度T=16mm。后一段軸端長度為50mm，直徑是40mm，其上安裝一對型號是51208的推力球軸承，其間用套筒隔開定位，推力球軸承的外徑D=68mm寬度T=19mm。后面又是一段軸段，長度為20mm直徑是60mm。（2）蝸桿與軸是配做在一起的，蝸桿段軸的長度為72mm總體的直徑是126mm。其后是一段直徑是60mm的軸段，長度為30mm其后是一段直徑為30mm長度是30mm的軸，其上安裝有一深溝球軸承起支撐的作用，深溝球軸承在軸上由軸端擋圈來定位固定，最后由端蓋的左端對其外圈固定。3.2.2軸的校核在進(jìn)行軸的校核計(jì)算時(shí)應(yīng)根據(jù)具體的受載及受力情況，采取相應(yīng)的計(jì)算方法，并恰當(dāng)?shù)倪x取其需用應(yīng)力。對于傳動軸，應(yīng)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算。對于心軸，應(yīng)按彎曲強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算。對于既受扭轉(zhuǎn)又受彎曲的軸，應(yīng)該按照彎扭組合強(qiáng)度條件進(jìn)行校核，在精確要求的條件下還要按照疲勞強(qiáng)度條件進(jìn)行校核。并且對于瞬時(shí)載荷過大或者應(yīng)力循環(huán)不對稱性較嚴(yán)重時(shí)，還要對軸按突變載荷校核其靜強(qiáng)度。按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件進(jìn)行校核計(jì)算軸的材料Q235-A、204540Cr、35SiMn38SiMnMo3Cr13Q275、35（1Cr18Ni9Ti）切應(yīng)力15-2525-4535-5520-35截面積149-126126-103112-97135-112由以上的公式知道軸的直徑為：由計(jì)算結(jié)果可知實(shí)際的軸直徑大于計(jì)算出的軸最小直徑，所以說按照扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核該軸，該軸是安全的[10]。3.3刀庫蝸輪蝸桿傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算蝸輪蝸桿傳動是在空間交錯(cuò)軸間傳遞運(yùn)動和動力的一種機(jī)構(gòu)，兩軸交線可以是任意的的角度，一般為90度。蝸輪蝸桿傳動較其他的機(jī)構(gòu)有以下特點(diǎn)：傳動比可以做的非常的大。蝸輪轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距時(shí)蝸桿轉(zhuǎn)過一周。蝸輪蝸桿可以傳遞動力和運(yùn)動，一般在動力的傳動中，其傳動比可以達(dá)到300。在只傳遞運(yùn)動的機(jī)構(gòu)中蝸輪蝸桿傳動可以傳遞的傳動比達(dá)1000.蝸輪蝸桿傳動的傳動比大，而且構(gòu)件很少，所以它的結(jié)構(gòu)非常緊湊。是一般的機(jī)械機(jī)構(gòu)中非常常用到的機(jī)構(gòu)，因?yàn)槲佪單仐U傳遞可以有效的簡化機(jī)構(gòu)，減少機(jī)械的總體體積。蝸輪蝸桿在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的時(shí)候是逐漸進(jìn)入嚙合，逐漸退出嚙合的。所以說傳動非常平穩(wěn)，沒有噪聲和振動。蝸輪蝸桿傳動中當(dāng)螺旋升角小于當(dāng)量摩擦角時(shí)具有自鎖性。這種性能在建筑用的升降機(jī)以及電梯等需要安全性能很高或者用在機(jī)器在突然失去動力（如停電，停機(jī)等特殊的情況下）時(shí)，使機(jī)構(gòu)運(yùn)動保持不動，決對不可以倒轉(zhuǎn)的情況下。但是，蝸輪蝸桿傳動中蝸輪蝸桿在嚙合的過程中相對滑動很大，所受到的摩擦力大，產(chǎn)生的熱量很大，容易使?jié)櫥瑒┑恼扯冉档?，造成潤滑性能降低，從而有可能使蝸輪蝸桿在運(yùn)動中過度磨損或者卡死。所以一般蝸輪蝸桿傳動的效率往往很低,且一般要求進(jìn)行熱平衡計(jì)算[10]。3.3.1蝸輪蝸桿強(qiáng)度校核（1）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核根據(jù)已經(jīng)選擇的蝸輪的材料為鑄造錫青銅，蝸桿的材料為45號鋼，查表知許用接觸應(yīng)力為250MPa<250MPa由以上的計(jì)算結(jié)果可以知道，按照齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核該蝸輪蝸桿傳動是安全的。按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核對于齒數(shù)較多以及開式的蝸輪蝸桿傳動中，由于可能受到灰塵等的影響，使得蝸輪蝸桿可能加快磨損，但是當(dāng)前關(guān)于蝸輪蝸桿磨損的定量計(jì)算還不是很成熟，所以一般按照齒根彎曲強(qiáng)度進(jìn)行校核。大多數(shù)情況下蝸輪齒根彎曲應(yīng)力可能存在風(fēng)險(xiǎn)，所以說對于齒數(shù)較多以及開式的蝸輪蝸桿傳動要進(jìn)行對齒根的彎曲疲勞強(qiáng)度的校核。由于蝸輪的齒形比較復(fù)雜，精確的計(jì)算蝸輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度是很困難的，一般把蝸輪等效為斜齒圓柱齒輪來計(jì)算。蝸輪齒根彎曲應(yīng)力為：式中： 將上面的參數(shù)帶入上式：查閱手冊可知鑄造錫青銅的蝸輪的許用應(yīng)力為56MPa所以由以上的計(jì)算可以知道實(shí)際的彎曲應(yīng)力小于鑄造錫青銅蝸輪的許用彎曲應(yīng)力，因此該蝸輪是安全的[10]。4典型零部件的選型4.1液壓缸的選型1．液壓缸特點(diǎn)本次設(shè)計(jì)中液壓缸主要用來帶動刀具上下轉(zhuǎn)動，之所以選用的液壓傳動，因?yàn)樗腥缦绿攸c(diǎn)：（1）和電動機(jī)相比較，在同等體積條件下，液壓器件能夠產(chǎn)生更大的動力，也就是說，在同等功率下，液壓裝置的體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。（2）液壓設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)無級調(diào)速，而且調(diào)速范圍比較大。（3）液壓設(shè)備工作平穩(wěn)，換向沖擊小，便于實(shí)現(xiàn)頻繁換向和制動。（4）液壓設(shè)備有很強(qiáng)的過載保護(hù)作用，能實(shí)現(xiàn)自潤滑，使用壽命長。（5）液壓設(shè)備便于自動化的實(shí)現(xiàn)，易與電氣、電子控制或氣壓傳動控制有機(jī)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動和操作。（6）由于液壓傳動中的泄漏和液體的可壓縮性使這種傳動無法保證嚴(yán)格的傳動比。另外液壓傳動的效率比較低，有時(shí)候還會出現(xiàn)難以排除的故障等的特點(diǎn)[14]。2．液壓缸的選擇根據(jù)已知的條件，查閱相關(guān)的產(chǎn)品菜單，選取缸徑D=40mm的液壓缸。由于液壓缸要安裝和固定，所以應(yīng)該選擇尾部帶有法蘭固定式的缸，即是HSG型工程用液壓缸。推桿的直徑為20mm，最大的行程是320mm。4.2伺服電機(jī)的選用根據(jù)前面所計(jì)算的功率和轉(zhuǎn)矩，所以得選用2KW左右的伺服電動機(jī)，在綜合考慮了經(jīng)濟(jì)性和使用性的要求，在參考了大量的伺服電動機(jī)產(chǎn)品材料的情況下，最終選定了130系列交流伺服電機(jī)。所選伺服電機(jī)的具體參數(shù)為：型號為130L2M19N，三相220伏電壓，額定功率是2.0KW，額定轉(zhuǎn)速1000r/min，最高轉(zhuǎn)速1300r/min，額定轉(zhuǎn)矩19Nm，最大轉(zhuǎn)矩57Nm，額定電流9.3A，轉(zhuǎn)子慣量44kgcmcm電機(jī)長度313mm。4.3標(biāo)準(zhǔn)件的選型與設(shè)計(jì)4.3.1軸承的選擇在這次刀庫的設(shè)計(jì)的中必須用到兩根軸，其中一根起著支撐蝸輪蝸桿的作用，另一根起著支撐刀庫的圓盤式刀庫體的作用。第一根軸的載荷比較小，而且還有雙向的軸向力的存在。所以在此用到了角接觸球軸承和推力球軸承，角接觸球軸承國標(biāo)GB/T292-1994，7010C型，內(nèi)徑為50，外徑為80，寬度為16。推力球軸承，國標(biāo)GB/T301-1995，一個(gè)型號為51208，內(nèi)徑=40mm，外徑D=68mm，寬度T=19mm。另一個(gè)型號為51206，內(nèi)徑=30mm，外徑D=52mm，寬度T=16mm。4.3.2軸承的校核軸承的壽命與所受的載荷有成負(fù)相關(guān)的關(guān)系。一般把使軸承的壽命恰好為轉(zhuǎn)時(shí)候所能承受的載荷叫做基本額定動載荷，用C來表示。本設(shè)計(jì)中的7010C軸承進(jìn)行校核，其主要參數(shù)有：基本額定動載荷C=26500N,基本額定靜載荷C=22000N。當(dāng)量動載荷P=由查表可以知=1.2估計(jì)=500N所以當(dāng)量動載荷P=1.2×500=600N由壽命的計(jì)算公式：式中：f溫度影響系數(shù)C額定動載荷，26500N；ε指數(shù)，對于球軸承，ε=3n額定轉(zhuǎn)速，1000r/min；.所以代入數(shù)據(jù)得：由以上的計(jì)算結(jié)果可以知道計(jì)算的壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于我們期望的壽命，所以此軸承是安全的[10]。4.3.3鍵的選擇這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的軸與軸上安裝零件的連接用到了鍵，此處由于傳遞的動力不大，同時(shí)從實(shí)際制造和設(shè)計(jì)簡單方便的角度著手考慮，最終決定選用普通平鍵連接。平鍵連接的設(shè)計(jì)是根據(jù)被連接軸的直徑的大小決定的。本次設(shè)計(jì)第一個(gè)鍵用在軸與一個(gè)定位套筒之間，此鍵的選?。阂?yàn)楸贿B接軸的直徑是100，所以選取了b×l=28×16鍵。5結(jié)論持續(xù)了近三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)此刻已經(jīng)順利完成了，這是畢業(yè)前的一次大練兵，是對四年所學(xué)知識的一次大總結(jié)。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我對所學(xué)的知識有了比較系統(tǒng)的了解，對設(shè)計(jì)工作有了一個(gè)全新的認(rèn)識，尤其是對數(shù)控加工中心的刀庫系統(tǒng)進(jìn)行了一次全面、詳細(xì)對的學(xué)習(xí)和研究。徹底明白了刀庫的工作原理并了解到了刀庫的未來發(fā)展趨勢。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)成功對設(shè)計(jì)出一款由伺服電機(jī)驅(qū)動刀盤，靠液壓缸控刀的數(shù)控加工中心刀庫系統(tǒng)?，F(xiàn)在對所完成任務(wù)及對本次設(shè)計(jì)的體會總結(jié)如下：（1）對數(shù)控加工中心刀庫系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。在這次設(shè)計(jì)中將機(jī)械式的圓盤式刀庫融入了電液伺服控制技術(shù)。刀盤由伺服電機(jī)帶動，準(zhǔn)確定位每把刀具的位置。換刀刀具的轉(zhuǎn)位時(shí)刀具的轉(zhuǎn)動靠液壓缸控制。電液伺服控制技術(shù)使本次設(shè)計(jì)的刀庫成為適應(yīng)現(xiàn)代數(shù)字化要求，并且能滿足多工位精確加工的加工中心需要的的數(shù)控設(shè)備。（2）對關(guān)鍵部件的校核計(jì)算。充分考慮了刀庫系統(tǒng)的工作原理、運(yùn)動狀況以及工作時(shí)可靠性的要求，對刀庫主軸、蝸輪蝸桿、關(guān)鍵部位的螺栓、鍵、滾動軸承進(jìn)行了校核。從而保證了數(shù)控加工中心在工作過程中安全可靠，精確緊湊。（3）對液壓元件在工程中的應(yīng)用有了系統(tǒng)了解。本次設(shè)計(jì)中換刀時(shí)的刀位控制由液壓缸實(shí)現(xiàn)，對這些部件的設(shè)計(jì)選擇校核的過程中，了解了它們的工作原理和設(shè)計(jì)方法。（4）對伺服電機(jī)的選用有了深刻的認(rèn)識。設(shè)計(jì)中的刀庫的運(yùn)動和轉(zhuǎn)位精度的控制由伺服電機(jī)來實(shí)現(xiàn)，這樣大大簡化了機(jī)械部分設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，使得整體的結(jié)構(gòu)緊湊，體積減小了，而且設(shè)備的工作精度和可靠性大大提高了。伺服電機(jī)每接收一個(gè)電脈沖信號就轉(zhuǎn)動一個(gè)角度，這樣角位移可以數(shù)字化精確控制。（5）對機(jī)械設(shè)計(jì)工作有了全新的認(rèn)識。通過這次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)訓(xùn)練使我對機(jī)械設(shè)計(jì)工作有了全新的認(rèn)識，感覺到只有通過實(shí)踐的環(huán)節(jié)才可以將我們學(xué)到的知識融會貫通，使這四年所學(xué)到的知識成為一個(gè)大的體系，這樣才能更好的利用所學(xué)的知識。設(shè)計(jì)的過程也需要科學(xué)方法和思維方式，善于收集資料、耐心整理，嚴(yán)謹(jǐn)計(jì)算，順序漸進(jìn)，尊重規(guī)律，進(jìn)而完成一整套設(shè)計(jì)。參考文獻(xiàn)[1]華紅芳,鄒曄,嚴(yán)勇,韋志強(qiáng).圓盤式刀庫加工中心隨機(jī)換刀系統(tǒng)的研究[J].機(jī)床與液壓,2010,8(6):6-12[2]廉元國.加工中心設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995:305-350[3]曹秋霞，馬國亮.小型立式加工中心圓盤式刀庫的設(shè)計(jì)[J]．機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新,2005,23(1):53-60[4]王茜.基于Fanuc系統(tǒng)的四軸加工中心刀庫電氣控制[J].機(jī)床設(shè)計(jì),2003,6(9):40-42[5]彭文.槽輪機(jī)構(gòu)在加工中心鼓輪式刀庫上的應(yīng)用[J]．機(jī)械工程師,2004,1(9):67-69[6]穆塔里夫·阿赫邁德,尼加提·依米提,鄭力.基于I-DEAS的加工中心換刀機(jī)械手運(yùn)動仿真[J].現(xiàn)代制造工程,2003,(9):40-42[7]楊可森,艾長勝,侯志堅(jiān).數(shù)控鏜銑加工中心自動換刀系統(tǒng)中的機(jī)-液機(jī)械手[J].機(jī)床與液壓,2003,(3):216-217[8]周建東.加工中心刀庫設(shè)計(jì)[J].工藝與設(shè)備,2007,8:83-85[9]杜君文,谷祖強(qiáng),林樹忠,劉金聲.機(jī)械制造技術(shù)裝備及設(shè)計(jì)[M].天津:天津大學(xué)出版社,2003.4:305-350[10]蒲良貴，紀(jì)明剛．機(jī)械設(shè)計(jì)[M]．北京：高等教育出版社,2000.4:65-89[11]韓進(jìn)宏．互換性與技術(shù)測量[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2001.8:25-49[12]徐東元.車銑復(fù)合式加工中心專用刀庫之發(fā)展[J].機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新,2005,9(7):68-69[13]韓越梅.加工中心自動換刀裝置的研究進(jìn)展[J].裝備制造技術(shù),2010,3(5):32-51[14]高德文,劉延俊主編.液壓與氣壓傳動[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.12：1-100[15]邵名建.一種新結(jié)構(gòu)的立臥刀庫設(shè)計(jì)[J].機(jī)械傳動,1998,22(3):46-47[16]ToshiharuKajitaandAkihikoIshikawa．NoiseLevelofPrecisionBallScrews[J].MotionControlNSK,1996,1(3):37-41[17]Joong-HoShin，Ho-EopYoonandYuhuaZhang．StudyonProfileGenerationofConjugatePlateCamsforaRollerGearCamMechanism[J].InternationalJournaloftheKoreanSocietyofPrecisionEngineering,2002,3(6):50-55[18]MichiharuHIROSE.TURRETTOOLRESTANDMACHINETOO.UniteStatesPatengtApplicationPublication.2008.8基于C8051F單片機(jī)直流電動機(jī)反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機(jī)MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機(jī)的通用控制模塊的研究基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機(jī)控制的二級倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強(qiáng)型51系列單片機(jī)的TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的蓄電池自動監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機(jī)的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機(jī)的交流伺服電機(jī)運(yùn)動控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機(jī)的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機(jī)的自動找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機(jī)的液壓動力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機(jī)實(shí)現(xiàn)一種基于單片機(jī)的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機(jī)的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機(jī)的噴油泵試驗(yàn)臺控制器的研制基于單片機(jī)的軟起動器的研究和設(shè)計(jì)基于單片機(jī)控制的高速快走絲電火花線切割機(jī)床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機(jī)的機(jī)電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機(jī)的智能手機(jī)充電器基于單片機(jī)的實(shí)時(shí)內(nèi)核設(shè)計(jì)及其應(yīng)用研究基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機(jī)的液體點(diǎn)滴速度自動檢測儀的研制基于單片機(jī)系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機(jī)的電能采集終端的設(shè)計(jì)和應(yīng)用基于單片機(jī)的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)的研制基于單片機(jī)的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機(jī)的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機(jī)的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機(jī)控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機(jī)的多生理信號檢測儀基于單片機(jī)的電機(jī)運(yùn)動控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)Pico專用單片機(jī)核的可測性設(shè)計(jì)研究基于MCS-51單片機(jī)的熱量計(jì)基于雙單片機(jī)的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機(jī)構(gòu)建機(jī)器人的實(shí)踐研究基于單片機(jī)的輪軌力檢測基于單片機(jī)的GPS定位儀的研究與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機(jī)系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機(jī)的時(shí)控和計(jì)數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機(jī)和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機(jī)控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用能力的探究基于單片機(jī)控制的自動低頻減載裝置研究基于單片機(jī)控制的水下焊接電源的研究基于單片機(jī)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機(jī)的氚表面污染測量儀的研制基于單片機(jī)的紅外測油儀的研究96系列單片機(jī)仿真器研究與設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機(jī)的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基于MSP430單片機(jī)的電梯門機(jī)控制器的研制基于單片機(jī)的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機(jī)的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機(jī)和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術(shù)研究基于單片機(jī)的膛壁溫度報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于AVR單片機(jī)的低壓無功補(bǔ)償控制器的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)船舶電力推進(jìn)電機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)的振動信號的采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的大容