數(shù)控車床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 陜西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 2 1 緒論 國(guó)內(nèi)發(fā)展情況 我國(guó)的刀架生產(chǎn)還處在發(fā)展階段，品種、規(guī)格、可靠性等方面還需要有一個(gè)完善的過(guò)程，遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到成熟?；旧喜捎脗鹘y(tǒng)材料和傳統(tǒng)，加上部分外購(gòu)配套件的可靠性較差造成產(chǎn)品整體的可靠性與外國(guó)的差距。 國(guó)內(nèi)部分刀架回轉(zhuǎn)原理為電機(jī)經(jīng)彈簧理合器帶動(dòng)蝸桿，再由蝸輪帶動(dòng)蝸桿旋轉(zhuǎn)，當(dāng)?shù)都苻D(zhuǎn)體時(shí)，由霍爾元件不斷檢測(cè)刀架轉(zhuǎn)體是否到位，到位后霍爾元件發(fā)出信號(hào)，然后反轉(zhuǎn)鎖緊。主要采用有銷盤、內(nèi)齒盤，外齒盤組成的三端齒定位機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位。其控制部分主要選用 司的 煙臺(tái)機(jī)床附件廠是目前我國(guó)生產(chǎn)刀架水平最高的廠家，特別是可以生產(chǎn)帶刀頭的刀架。該廠家全套引進(jìn)意大利的生產(chǎn)線，產(chǎn)品屬于高檔型。 國(guó)外發(fā)展情況 國(guó)外數(shù)控機(jī)床附件產(chǎn)品的開發(fā)應(yīng)用比較早，經(jīng)驗(yàn)豐富，再由于技術(shù)進(jìn)步，新材料，新結(jié)構(gòu)的不斷出現(xiàn)與應(yīng)用，使得其產(chǎn)品的可靠性比較高。 國(guó)外主要分為日本和歐美兩大流派。其產(chǎn)品的特點(diǎn)是夾緊力大，采用專用電機(jī)，體積小，轉(zhuǎn)矩大，可靠性高，耐磨，可靠性較高。比如，日本日研公司部分回轉(zhuǎn)刀架的核心部件蝸桿副，蝸輪采用氮化鋼，齒部表面采用氮化處理，硬度高； 蝸桿為硬質(zhì)合金蝸桿；整個(gè)蝸桿副為硬齒面接觸，耐磨。既實(shí)現(xiàn)了高速又保證了高可靠性。還有德國(guó)的肖特（ 意大利的杜普洛馬蒂克（ 巴魯法迪（ ，他們都有自己的系列、規(guī)格和專利。像肖特（ 刀架，采用行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)方向均為同一方向，沒(méi)有像蝸桿副的降速機(jī)構(gòu)的交叉軸設(shè)計(jì)，易于一體化布置。采用牙嵌式齒行離合器的升起和加緊，空行程轉(zhuǎn)角、小效率高，且自鎖功能可靠。其控制部分大都與機(jī)床一起采用 前國(guó)際比較好的系統(tǒng)有西門子，法拉克，三 菱等。 結(jié)構(gòu)組成與動(dòng)作循環(huán) 典型的數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架一般有動(dòng)力源（電極或油缸，液壓馬達(dá)）、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、預(yù)分度機(jī)構(gòu)、定位機(jī)構(gòu)、鎖緊機(jī)構(gòu)、檢測(cè)裝置、接口電路、刀具安裝臺(tái)（刀盤）、動(dòng)力刀座等組成。 數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的動(dòng)作循環(huán)為： 刀指令） 刀盤放松（抬起） 轉(zhuǎn)位 刀位檢測(cè) 預(yù)分度 精確定位 刀具鎖緊 結(jié)束，答復(fù)信號(hào)。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 技術(shù)性能與發(fā)展趨勢(shì) 數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的技術(shù)發(fā)展很快，現(xiàn)正逐步形成標(biāo)準(zhǔn)定型產(chǎn)品。我國(guó)數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架標(biāo)準(zhǔn)草案中所規(guī)定的主要技術(shù)性能如下： 精度 定位精度要求高，一般要求工位目標(biāo)位置重復(fù)定位精度在 4 10 ，刀槽的工作位置定位精度在 各種形位公差為 0 0 。因此定位機(jī)構(gòu)均采用精密多齒盤。先進(jìn)工藝用浮硬齒面對(duì)研 ,重復(fù)定位精度可高達(dá) 1 另外 ,刀盤加工趨向用淬火硬磨削 ,以獲得刀槽精度的長(zhǎng)期保持性及高的剛度。 運(yùn)轉(zhuǎn)性能 主要是轉(zhuǎn)位時(shí)間和轉(zhuǎn)位頻率。先進(jìn)水平一次轉(zhuǎn)位周期 快己達(dá) 度頻率為 600 1000次 /h 。 雙向轉(zhuǎn)位就近換刀 (最短路程換刀 )的結(jié)構(gòu)正在開發(fā)應(yīng)用 ,如雙向滾子端面凸輪機(jī)構(gòu) , 可顯著縮短換到周期。為了克服刀盤高速轉(zhuǎn)位引起的慣性沖擊 ,使用恰當(dāng)?shù)木彌_元件是其發(fā)展趨勢(shì)。 潤(rùn)滑與密封 目前趨向于開發(fā)能終生潤(rùn)滑的產(chǎn)品 ,即在使用全過(guò)程中 ,不需要用戶再采取任何潤(rùn)滑措施。 因工作環(huán)境惡劣 ,對(duì)密封性能要求很高 ,通常規(guī)定在刀架體內(nèi)棋道壓力 105,浸入裝有防銹液的試驗(yàn)箱內(nèi) ,在規(guī)定時(shí)間內(nèi) ,不得有漏氣現(xiàn)象。 負(fù)載能力與剛度 數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的負(fù)載能力與剛度 ,除了與有關(guān)零件的尺寸、形狀、結(jié)構(gòu)等有關(guān)外 , 受刀盤鎖緊力影響也很大。一般小型產(chǎn)品鎖緊力為 310N 左右 ,高性能產(chǎn)品可達(dá) 46 10 N 以上。 對(duì)數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的靜剛度目前尚無(wú)規(guī)范要求 ,有的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)提出測(cè)詳見(jiàn)定 , 但缺乏數(shù)據(jù)指示。對(duì)動(dòng)剛度 ,動(dòng)態(tài)性能 ,在生產(chǎn)實(shí)踐中反映出其影響明顯 ,但也無(wú)可靠數(shù)據(jù)指示提出 ,這些方面是今后研究開發(fā)中的重要方向。 靠性方面 可靠性是產(chǎn)品性能的綜合反映。對(duì)轉(zhuǎn)塔刀架目前一般要求平均無(wú)故障時(shí)間 ( 45 10 N 次 ,高級(jí)的已經(jīng)達(dá)到 42 10 N 次以上 ,國(guó)內(nèi)產(chǎn)品在設(shè)方面亟待提高。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 4 代典型數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的結(jié)構(gòu)分析 液壓式 這類刀架用液壓缸實(shí)現(xiàn)刀盤鎖緊 ,低速大扭矩液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)刀盤轉(zhuǎn)位。液壓缸可獲得很大的鎖緊力 ,故刀架剛性很好。該機(jī)構(gòu)適用于重負(fù)荷切削 ,且易雙向轉(zhuǎn)位就近換刀 ,大型數(shù)控車床應(yīng)用較多。 近年已開發(fā)出將液壓馬達(dá)和滾珠式預(yù)分度機(jī)構(gòu)合為一體的液壓分度馬達(dá) (?？墒沟都芎?jiǎn)化 ,重復(fù)定位精度可達(dá) 。刀盤加 速時(shí)間僅為 較好的應(yīng)用前景。 液壓機(jī)械式 這類刀架用液壓缸鎖緊刀盤 ,轉(zhuǎn)位和預(yù)分度則用點(diǎn)電機(jī)通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn) , 如槽輪機(jī)構(gòu)。目前趨向采用動(dòng)態(tài)性能較好的間歇凸輪轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)。 電動(dòng)勢(shì) 這類刀架以電機(jī)為動(dòng)力源 ,使用方便 ,應(yīng)用最多。主要形式有以下幾種： （ 1）單面凸爪鎖緊式 是我國(guó)自行開發(fā)的小型產(chǎn)品刀盤主軸上固聯(lián)有單向凸爪離合器的右半。電機(jī)經(jīng)蝸輪傳動(dòng)使主動(dòng)凸爪 (離合器左半 )正向旋轉(zhuǎn) ,兩個(gè)半離合器結(jié)合 ,兩定位多齒盤覺(jué)分開嚙合 ,刀盤轉(zhuǎn)位。到位后反向旋轉(zhuǎn) ,刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)被預(yù)分度機(jī)構(gòu) 的定位銷阻止 ,由于凸爪斜面作用使離合器左右兩半分離 ,使刀盤右移實(shí)現(xiàn)定位鎖緊。 此形式結(jié)構(gòu)緊湊 ,但鎖緊力靠機(jī)構(gòu)的彈性變形產(chǎn)生 ,調(diào)整較難 ,主軸剛度不宜大 ,適用于低速低載 ,如儀表及床上使用。 （ 2）雙插銷反靠式 這類刀架以 T 形絲杠螺母機(jī)構(gòu)產(chǎn)生鎖緊力。電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)絲杠移動(dòng)使兩多齒盤分離，再由反靠盤及插銷帶動(dòng)刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)到位 ,檢測(cè)裝置發(fā)訊時(shí)電機(jī)反轉(zhuǎn) ,插銷向預(yù)分度糟反靠實(shí)現(xiàn)預(yù)分度。由于另一端插銷斜面作用 ,反靠盤與之分離 ,電機(jī)繼續(xù)反轉(zhuǎn)則使絲杠連同刀盤反向位移至多齒盤嚙合鎖緊。 該刀架轉(zhuǎn)位周期為 12S , 不能雙向轉(zhuǎn)位。因只用一個(gè)傳動(dòng)鏈實(shí)現(xiàn)動(dòng)作循環(huán) ,各動(dòng)作協(xié)調(diào)由一特殊雙插銷機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn) ,故結(jié)構(gòu)緊湊 ,鎖緊可靠 ,成為國(guó)內(nèi)中、低檔數(shù)控車床采用的主要機(jī)型。 （ 3）雙向滾子端面凸輪鎖緊式 這類刀架采用正反方向均可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)位鎖緊的滾子端面凸輪機(jī)構(gòu) ,能就近換刀?？刂婆c接口 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 刀位檢測(cè)元件多用無(wú)觸點(diǎn)的霍爾元件或接近開關(guān)以及光電編碼器。鎖緊電機(jī)一般采用三相交流電機(jī) ,但開發(fā)應(yīng)用體積小扭矩大 ,能頻繁換向的專用電機(jī)對(duì)提高電動(dòng)式刀架性能十分重要。動(dòng)力刀具驅(qū)動(dòng)用可無(wú)級(jí)調(diào)速的伺服電機(jī)。數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架與系統(tǒng)接口 方式常有如下兩種 : 接與數(shù)控系統(tǒng)接口 視不同系統(tǒng)給出的換刀控制信號(hào) ,應(yīng)設(shè)計(jì)相應(yīng)的接口電路。通常由如下功能 ：方式選擇、刀位檢測(cè)發(fā)訊、驅(qū)動(dòng)功能 (驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器件完成轉(zhuǎn)位鎖緊等動(dòng)作 )、保護(hù)功能 (以脆如機(jī)械電氣故障 )其邏輯電路一般可用繼電器實(shí)現(xiàn)。 過(guò)可編程序控制器 (數(shù)控系統(tǒng)接口 用 現(xiàn)接口可提高柔性和可靠性。 種 刀架 簡(jiǎn)介 易 經(jīng)濟(jì)型 數(shù)控刀架 目前主要為立式四工位 ,通常采用雙插銷機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)位和預(yù)定位 ,電機(jī)采用右置式或轉(zhuǎn)塔式。一般只能單向轉(zhuǎn)位 ,采用齒輪 ,蝸桿傳動(dòng) ,螺旋副加緊 ,多齒盤精定位。此種刀架價(jià)格便宜 ,適用于要求不高的數(shù)控機(jī)床 ,在我國(guó)應(yīng)用最為廣泛。但是 ,該刀架工位少 ,回轉(zhuǎn)空間大 ,易發(fā)生干涉 ,所以正向工序長(zhǎng) ,回轉(zhuǎn)空間小的臥式刀架過(guò)渡。 精度型數(shù)控刀架 目前一般多為臥式八工位到十二工位。分為抬起式和不抬起式。抬起式仿意大利巴羅法蒂公司的 架 ,其缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)阻塞度不能過(guò)高 ,只能單向回轉(zhuǎn)；不抬起式仿意大利 刀架 ,采用行星齒輪機(jī)構(gòu)。或仿美國(guó)的三聯(lián)分齒盤精定位 ,轉(zhuǎn)位采用平行分度凸輪(又叫共輒凸輪 )或槽輪機(jī)構(gòu)此種刀架目前正逐漸 推廣。 動(dòng)力刀具的數(shù)控刀架 此種刀架只有煙臺(tái)機(jī)床附件廠生產(chǎn) ,全套引進(jìn)意大利的生產(chǎn)線和專利 ,一般用于車削加工中心。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 6 2 方案選擇及論證 動(dòng)方案的分析和擬定 術(shù)關(guān)鍵 （ a）合理的整體布局及夾緊機(jī)構(gòu) ,以保證有足夠的剛性。 （ b）定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。雙插銷配合多齒盤定位。 （ c）發(fā)訊元件的選擇。采用霍爾元件。 控立式四工位抬起式自動(dòng)刀架傳動(dòng)方案的分析和擬定 （ 1）傳動(dòng)方案的擬定 采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)和螺旋副加緊、雙插銷預(yù)定位、端面多齒盤精定位、霍爾元件發(fā)訊。 （ 2）傳動(dòng)方案簡(jiǎn)圖 圖 2動(dòng)方案簡(jiǎn)圖 （ 3）傳動(dòng)方案分析 a. 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)： 降速比大 ,結(jié)構(gòu)緊湊 ,工作平穩(wěn)無(wú)噪聲。能阻滯扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。當(dāng)蝸桿螺旋升角小于摩擦角時(shí) ,有反向自鎖作用。 其主要缺點(diǎn)是 : 發(fā)熱大 ,加工復(fù)雜 ,需要有與蝸桿參數(shù)相同的渦輪滾刀 ,對(duì)裝配誤差較為敏感。 螺旋副加緊采用絲杠螺母機(jī)構(gòu)傳動(dòng) ,其特點(diǎn)是： 用較小的扭矩轉(zhuǎn)動(dòng)絲杠 (或螺母 ),可使螺母 (或絲杠 )獲得較大的軸向牽引力。 可達(dá)到很大的降速傳動(dòng)比 ,使降速機(jī)構(gòu)大為簡(jiǎn)化 ,傳動(dòng)鏈得以縮短。能達(dá)到較高的傳買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 動(dòng)精度。傳動(dòng)平穩(wěn) ,無(wú)噪聲。 在一定條件下能自鎖 ,即絲杠螺母不能進(jìn)釘逆向傳動(dòng)。此特點(diǎn)特別適用 于作部件升降傳動(dòng)。由于蝸桿傳動(dòng)和絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)均能自鎖 ,即夾緊機(jī)構(gòu)雙重自鎖，不必再配置制動(dòng)器。 b. 定位機(jī)構(gòu) 雙差銷預(yù)定位 雙差銷定位 ,一般稱為反靠定位。具有較高的定位精度和可靠性 ,并能在有沖擊和振動(dòng)的情況下穩(wěn)定工作。磨損少 ,定位附加沖擊小。定位精度保持性強(qiáng)。 端面齒盤精定位 優(yōu)點(diǎn) : 由于采用了多齒結(jié)構(gòu) ,所以定位精度高 ,一般可達(dá) 3 ，最高可達(dá) 4 ； 能自動(dòng)定心 ,定位精度不受軸承間隙和正反轉(zhuǎn)的影響 (也稱自由定心 )； 齒面磨損對(duì)定位精度影響不大 ,隨著不斷使用磨合 ,定位精度有可能改善 ,精度保持性好； 承載能力強(qiáng) ,定位剛性好。其齒面嚙合長(zhǎng)度一般不小于 60%,齒數(shù)嚙合率一般不低于90%； 適應(yīng)性強(qiáng) ,齒數(shù)的所有因數(shù)都可作為分度工位數(shù) ,容易得到不等的分度； 重復(fù)定位精度穩(wěn)定。 缺點(diǎn) : 齒形加工較為復(fù)雜 ,轉(zhuǎn)位、定位時(shí)動(dòng)齒盤需要升降 ,并要有夾緊裝置 ,成本高。 c. 數(shù)控轉(zhuǎn)塔式四工位自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架傳動(dòng)方案的確定 : 采用蝸輪 : 螺旋副加緊 ； 電磁離合器制動(dòng) : 雙插銷機(jī)構(gòu)預(yù)定位 ； 端面齒盤精定位 : 霍爾元件發(fā)訊。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 8 3 主要參數(shù)的計(jì)算 架的設(shè)計(jì)參數(shù) : （ 1） 定位精度 ： （ 2） 重復(fù)定位精度 : 土 （ 3） 適用機(jī)床： （ 4） 多齒盤直徑： 175(72 齒左右 ); （ 5） 刀架工位數(shù)：四工位 ; （ 6） 定位控制元件：霍爾元件 ; （ 7） 電機(jī)的選用：電機(jī)的轉(zhuǎn)速與設(shè)計(jì)刀架的回轉(zhuǎn)速度有關(guān) 500 8）刀座尺寸： 200*192 刀盤尺寸： 200*110 力參數(shù)的確定 選擇電機(jī)類型 : 根據(jù)工作要求和條件 : 功率小 ,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩低 ,運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)等 ,無(wú)需調(diào)速、長(zhǎng)期反復(fù)工作，故選用 N 系列異步電動(dòng)機(jī)。取轉(zhuǎn)速為 1400r/ 電機(jī)容量的設(shè)計(jì)計(jì)算 : 由要求 :自鎖力 Q=1000 500 處取 Q=1000 螺旋副傳動(dòng)的牙型為梯形螺紋 ,可通過(guò)較小的扭矩獲得較大的軸向力 ,并要求自鎖。梯形螺紋的牙型角 =30o ,則牙型半角 P=15o ,且有 f=于本刀架鎖緊系統(tǒng)中的摩擦是由封閉系統(tǒng)彈性變形力所引起的 ,壓力通常超過(guò) 3摩擦系數(shù)比一般2 3倍 ,取螺桿中徑 d=85: / c o f ， / c o s 1 1 . 7a r c tg f 為保證電機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩消失后刀盤仍處于鎖緊狀態(tài) ,絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)必須滿足自鎖條件 : ) , 所以 實(shí)驗(yàn)表明 =4 6 有滿意效果 ,故取 =5 。 8r/計(jì)任務(wù)書給出） 可得出傳動(dòng)比：01/ 1 4 0 0 / 2 8 5 0I n n （ 3 計(jì)算電機(jī)容量 ： /d w （ 3 其中 ,電機(jī)所需功率 :工作機(jī)所需工作功率 ；a是由電動(dòng)機(jī)至工作 機(jī) 主動(dòng)端的總效率： 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 1* / 9 5 5 0 n（ 3 41 2 3 4 5a （ 3 其中 1 2 3 4 ， ， ， ，分別為軸承、蝸輪蝸桿、聯(lián)軸器、滑動(dòng)絲杠的傳動(dòng)效率。取1=自鎖時(shí)傳動(dòng)效率 ),3 ,4 120 （設(shè)計(jì)任務(wù)書給出） 4/ 1 2 0 / 0 . 9 8 0 . 4 5 0 . 9 9 0 . 6 4 8 2w d W （ 3 c. 計(jì)算螺桿上的扭矩 : 19 5 5 0 / 9 5 5 0 0 . 4 8 2 / 1 4 0 0 3 . 3 n N m （ 3 d. 120選取型號(hào) 相微型感應(yīng)電機(jī)，其技術(shù)參數(shù)如下： e. 各軸的運(yùn)動(dòng)動(dòng)力參數(shù) 各軸轉(zhuǎn)速 I 軸 ( 蝸桿軸 )1n=1400(r/ ( 絲杠螺母、刀盤 )2n=1400/28=50(r/ 各軸輸入功率 I 軸 1 2 0 0 . 9 9 1 1 8 . 8 w （ 3 212* 1 1 8 . 8 0 . 9 8 0 . 4 5 5 1 . 3 5 w （ 3 輸出功率 I 軸 2* 0 . 9 8 1 1 4 . 1 w（ 3 2 2* 0 . 9 8 5 1 . 3 5 0 . 9 8 4 9 . 3 2I I I w （ 3 電壓 輸出功率 轉(zhuǎn)速 輸入功率 質(zhì)量 380V 120w 1400r/50w 定電流 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 /:額定轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩 /額定轉(zhuǎn)矩 起動(dòng)電流 ) 6 表 3機(jī)參數(shù) 陜西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 10 4 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 : 擇蝸桿傳動(dòng)類型 : 根據(jù) 10085用漸開線（ 桿，這種蝸桿的端面齒廓是漸開線，所以相當(dāng)于少一個(gè)齒數(shù)。 擇材料 由于蝸桿傳動(dòng)效率不高，速度也只是中等 ,故蝸桿用 45鋼 ;因希望效率高些 ,耐磨性好些 ,故蝸桿螺旋要求淬火硬度為 45屬模鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬 ,僅齒圈用青銅制造 ,而輪芯用灰鑄鐵 齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) : 根據(jù)閉式蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 ,先根據(jù)齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) , 再校核齒根彎 曲強(qiáng)度應(yīng)有 : 23 2 T (4 1） Z，取效率 則 36 6 42221 1 8 . 8 0 . 7 1 09 . 5 5 1 0 9 . 5 5 1 0 2 . 8 4 1 01 4 0 0 / 5 0 m (4 2) ： 因工作載荷較穩(wěn)定 ,所以取齒向載荷分布系數(shù) 1K 由表 11機(jī)械設(shè)計(jì)第七版 ) 中選取使用系數(shù) 于轉(zhuǎn)速不高 ,沖擊不大 ,取動(dòng)載荷系數(shù) 則 1 . 2 1 K K （ 4 故 160 P(4 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 先假設(shè)蝸桿分度圓直徑為1a 的比值1 / 圖 11機(jī)械設(shè)計(jì)第七版 ) 中可查得 H根據(jù)蝸桿材料為鑄錫磷青銅 蝸桿硬度大于 4511機(jī)械設(shè)計(jì)第六版 ) 中查得渦輪的基本許用應(yīng)力 H=268nN 設(shè)計(jì)要求壽命為 12000h 則 (渦輪每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn) ,每個(gè)輪齒嚙合的次數(shù) ) 714006 0 1 1 2 0 0 0 1 . 9 8 1 051N (4壽命系數(shù)： 78 710 0 . 9 1 81 . 9 8 1 0則 0 . 9 1 8 * 2 6 8 2 4 6 . 1H N P (4: 243 1 6 0 3 . 01 . 2 1 3 . 9 2 1 0 5 0 . 7 32 4 6 . 1a m m (4所以取中心距為 5因 i=50， 故從表 11m=度圓直徑 1d =20 1 ，從圖 11 2 . 7 4 3 . 0 ，故以上計(jì)算結(jié)果可用。輪蝸桿的主要參數(shù)及尺寸 : 根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果 ,從機(jī)械設(shè)計(jì)第七版第 242 頁(yè)查得一組數(shù)據(jù) : 軸向齒距： a m 1 . 6 5 . 0 2 7P 直徑系數(shù)： 齒頂圓直徑： a 1 1d 2 m 2 0 2 1 . 6 2 3 . 2d m m 齒根圓直徑： f 1 1d 2 m 2 0 2 1 . 6 1 6 . 2d m m 分度圓導(dǎo)程角： 1t a n 4 . 5 7 3 9 4 3 4 2 6Za r 蝸桿的軸向齒厚： . 5 2 . 5 1 3 3m m m 5 0; 1 .6; 1 1 2 22 0 ; 1 ; 1 2 . 5 ; 4 3 4 2 6 ; 5 1 ; 0 . 5 0 0d m m Z q z X : 軸向距： 1 . 6 5 . 0 2 7aP m m m 陜西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 12 直徑 系數(shù)： 齒根圓直徑： 11 2 . 4 2 0 2 . 4 1 . 6 1 6 . 2fd d m m m 齒頂圓直徑： 11 2 2 0 2 1 . 6 2 3 . 2ad d m m m 導(dǎo)程角： 4 34 26 軸向齒厚： 1 2 . 62aS m m m 齒數(shù)： 2 51Z 變位系數(shù)： 2 分度圓直徑： 2 1 . 6 5 1 8 1 . 6d m z m m 喉圓直徑： 2 2 22 8 1 . 6 2 1 . 6 2 0 . 0 5 1 . 6 8 3 . 2d h m m 齒根圓直徑： 2 2 22 8 1 . 6 2 1 . 2 1 . 6 7 6 . 1 6d h m m 喉圓母圓半徑： 22115 0 8 3 . 2 8 . 422d m m 核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 : 2 2121 . 5 3 c o a Y M Pd d m(4當(dāng)量齒數(shù)：22 3 3 51 5 1 . 4 9c o s c o s 4 3 4 2 6v (4根據(jù) 2 2圖 11 機(jī)械設(shè)計(jì)第七版 ) 可查得齒形系數(shù) 2 螺 旋 角 系 數(shù) 4 3 4 2 61 1 0 . 9 6 7 3 ,1 4 0 1 4 0Y 許用彎曲應(yīng)力 從表 11機(jī)械設(shè)計(jì)第七版 ) 查得 56P 。 壽命系數(shù)： 69 710 0 . 7 1 72 . 0 2 1 0(4 5 6 0 . 7 2 4 0 . 1 9P (4 41 . 5 3 1 . 2 1 2 . 8 4 1 0 2 . 7 5 2 0 . 9 6 7 3 5 3 . 6 0 4 0 . 3 22 0 8 1 . 6 1 . 6F a F M P (4故彎曲強(qiáng)度不滿足要求。改用鑄鋁鐵青銅 (模鑄造， 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 其許用應(yīng)力： 80P （ 4 則 8 0 0 . 7 1 7 5 7 . 3 6P （ 3 所以強(qiáng)度滿足。 度等級(jí)和表面粗糙度的確定 : 考慮到所設(shè)計(jì)的蝸桿傳動(dòng)是動(dòng)力傳動(dòng) ,屬于通用機(jī)械減速器 ,從 柱蝸桿、蝸輪精度中 ,選擇 8級(jí)精度 ,側(cè)隙種類為 f，標(biāo)注為 8f 輪蝸桿的結(jié)構(gòu) : 蝸桿的結(jié)構(gòu) :由于蝸桿螺旋部分的尺寸不大，蝸桿與軸制成一體。 蝸輪的結(jié)構(gòu) : 由于 D 10采用整體式鑄造 . 桿傳動(dòng)的熱平衡計(jì)算 : 蝸桿傳動(dòng)效率低 ,所以工作時(shí)發(fā)熱量大 如果產(chǎn)生的熱量不能及時(shí)發(fā)散 ,將因溫度不斷升高 ,而使?jié)櫥拖♂?,從而增大摩擦損失 ,甚至發(fā)生膠合 必須根據(jù)單位時(shí)間的發(fā)熱量 H 等于同時(shí)間內(nèi)的散熱量 條件進(jìn)行熱平衡計(jì)算 在規(guī)定條件下 ,保持正常的工作溫度所需要的散熱能力 ,面積為： 20 )()1(1000 (4 為蝸桿傳遞的效率；d為箱體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)取 （ ./10 2 ） 0 700 溫情況取 C20 223 7 2 00 7 070(10 )01 2 01 0 0 0 (4 1 ，所以熱平衡條件滿足。 桿螺母?jìng)鲃?dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算： 桿材料的選擇： 由于機(jī)床絲桿螺母的主要失效形式是磨損，以及切削細(xì)長(zhǎng)螺紋時(shí)時(shí)刀具磨損使絲杠產(chǎn)生表面缺陷和較大的內(nèi)應(yīng)力，所以選擇絲桿材料及熱處理，應(yīng)從高的耐磨性，良好陜西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 14 的加工性能及長(zhǎng)期的尺寸穩(wěn)定性來(lái)進(jìn)行考慮。選擇合金鋼 40級(jí)精度，淬硬，熱處理使之具 有相當(dāng)?shù)哪湍バ浴?母材料的選擇： 螺母材料選用鑄鋅鉛青銅 然 成本太高 桿螺母幾何尺寸的計(jì)算： a. 選用 距 t=12b. 絲桿螺母尺寸： 大徑： d=46 小徑： 1d =40徑： 3)4046(21)(21 12 螺母外徑： 710 螺母小徑： 151 螺母中徑： 4)4147(21)(21 12 線速 n=1。由于連接螺紋要求自鎖性。故多用單線螺紋，若要求傳動(dòng)效率高則采用雙線或三線螺紋。 導(dǎo)程： S=P=12紋升角： a g 當(dāng)量摩擦角： ，由于選用的是 30 的梯形螺紋， 302 因而 15 。當(dāng) f= o ， ， 此絲桿能自鎖。 c. 絲桿螺母的傳動(dòng)效率和驅(qū)動(dòng)扭矩的計(jì)算： 效率： ( 驅(qū)動(dòng)扭矩 M：設(shè)所受的軸向力 P,則螺紋中徑 2d 的圓周力為 )( 驅(qū)動(dòng)扭矩 2)( 2 ， 2， 2)( （ (4 16) d. 校核滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)： 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 滑動(dòng)螺旋工作時(shí)，主要承受轉(zhuǎn)矩及軸向拉力（或壓 力）的作用，同時(shí)在螺旋和螺母的旋合紋間較大的相對(duì)滑動(dòng)。主要的失效形式是螺紋磨損。因此滑動(dòng)螺旋的基本尺寸 (即螺桿直徑和螺母高度 )，通常是根據(jù)耐磨性條件確定的。對(duì)于受力較大的傳動(dòng)螺旋，還應(yīng)校核螺桿的危險(xiǎn)截面以及螺母紋牙的強(qiáng)度，以防止發(fā)生塑性變形和斷裂。對(duì)于精密傳動(dòng)螺紋還應(yīng)該校核螺桿的剛度。 耐磨性校核： 圖 4盤齒形圖 作用于螺桿的軸向力 )(要是刀盤重力。 螺紋的承壓面積（指螺紋工作投影到 垂直于軸向力的平面上的面積）為 A( 2,螺紋中徑 2d （ 紋工作高度 h，螺紋螺距為 P(螺母高度 H(螺紋的工作圈數(shù)n=H/p. 2d =43 h=25 P=12=64 n=H/P=5 則螺紋工作面的耐磨性條件為： M p （ 4 e. 強(qiáng)度計(jì)算： 空心軸工作時(shí)，承受軸向力 的作用，螺桿切應(yīng)力的作用。螺桿危險(xiǎn)截面上既有壓縮應(yīng)力，又有切應(yīng)力。在校核時(shí)根據(jù)第四強(qiáng)度理論，求出危險(xiǎn)截面的應(yīng)力 212 )4(31 (4 2221 (434331 r (4陜西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 16 2)( 2v (4 o o s a r c r c ， (432 ， Q=( 43/2= (4M (31 22212 (4 M p 6 046 4 04 , 位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)： 銷的設(shè)計(jì)計(jì)算： 刀盤反靠時(shí)，刀盤與定位銷受到定位槽的阻止，轉(zhuǎn)速突然變?yōu)?0，定位銷受沖擊載荷。可以用能量法近似計(jì)算插銷的直徑。下圖給出的插銷的力學(xué)模型。 圖 4銷的力學(xué)模型 對(duì)直徑為 644 ，323D ，沖擊時(shí)刀盤的動(dòng)能： 221 I，沖擊過(guò)程中，銷子獲得的彈性變形能：22 ，令 21 ，并且)(2 ，即 可得： W 式中： 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 I 刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； 沖擊瞬間刀盤角速度； E 插銷材料彈性摸量； J 插銷截面慣性矩； W 插銷截面抗彎摸數(shù)； 插銷材料許用應(yīng)力。 最后可得： 選取最小的定位超程角： 刀盤反靠時(shí)，角速度 愈小，收沖擊也愈小。根據(jù)預(yù)定定位盤槽的幾何形狀與尺寸，利用調(diào)整檢測(cè)元件可獲得很小的定位超程角，從而減小反向啟動(dòng)后的加速時(shí)間 ， 明顯減小。 設(shè)定定位超程角與插銷長(zhǎng)度： 當(dāng)銷子處于反靠定位狀態(tài)時(shí)，即反靠銷與定位分別插入各自的槽中，若此時(shí)刀盤進(jìn)行反轉(zhuǎn)，則在慣性力矩作用下反靠銷極易沿周向滑動(dòng)，使刀盤不能與反靠盤同步轉(zhuǎn)動(dòng)。所以應(yīng)嚴(yán)格設(shè)定超程角 。 的大小應(yīng)保證換向時(shí)定位銷不在定位槽內(nèi)。則插銷尺寸應(yīng)滿足 ,21 1l ：反靠銷長(zhǎng)度 ， 2l ：定位銷長(zhǎng)度， L：反靠盤與預(yù)定位盤的間距， h：銷槽與預(yù)定位槽的深度。其中 償間隙 ，用修配可獲得。 定位機(jī)構(gòu)與反靠機(jī)構(gòu)： 預(yù)定位銷中間采用彈簧，使之與銷配合起來(lái)起定位作用。同時(shí)，預(yù)定位銷的頭部采用單斜面，由斜面作用使預(yù)定位銷從槽中脫出。預(yù)定位銷傾角 所以預(yù)定位盤的 槽的 傾角也是 與之相配。 反靠盤上槽兩邊都有傾角，這是為了使反靠銷能從兩個(gè)方向脫出。 預(yù)定位盤和反靠盤的結(jié)構(gòu)尺寸由零件圖給出。 定位機(jī)構(gòu)多齒盤的設(shè)計(jì)： 1）原理與特點(diǎn)： 多齒盤定位由兩個(gè)齒數(shù)和齒形相同的端面齒盤嚙合而成。通常，一個(gè)齒盤固定不動(dòng)。另一個(gè)齒盤與分度回轉(zhuǎn)部件固定連接。分度時(shí)，動(dòng)齒盤抬起，與定位盤脫開，然后轉(zhuǎn)位，當(dāng)轉(zhuǎn)位至要求位置后，動(dòng)齒盤與定齒盤嚙合并壓緊。 本設(shè)計(jì)中，我們將定齒盤在刀體外殼上之固定，而動(dòng)齒盤和絲 桿，刀盤裝在一起，絲桿移動(dòng)時(shí)，動(dòng)齒盤隨之脫開嚙合，刀盤同時(shí)也移動(dòng)，齒盤轉(zhuǎn)位。到位后刀盤不再回轉(zhuǎn)，往相反方向移動(dòng)，從而夾緊工位。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 18 圖 4齒盤原理 2）設(shè)計(jì)計(jì)算： 設(shè)計(jì)多齒盤裝置的主要依據(jù)是分度工位數(shù)，定位精度，結(jié)構(gòu)位置大小和工作載荷。 轉(zhuǎn)化到齒盤上的工作載荷有扭矩 覆力矩 向離0F，徑向力 結(jié)構(gòu)參數(shù) 、 、 多齒盤的結(jié)構(gòu)參數(shù)有齒形角，齒數(shù) ，齒盤直徑，模數(shù)，齒根槽寬和槽深等。 、 圖 4齒盤的結(jié)構(gòu) （ a）齒形角 當(dāng)槽面間隙 形角 越小， 定位精度夜高。但 過(guò)小會(huì)削弱齒部剛性。通常 = 90,60 。 （ b） 齒數(shù) Z 齒數(shù)應(yīng)是分度工位數(shù)的倍數(shù)，或所有需要的工位數(shù)的最小公倍數(shù)。買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 齒數(shù)越多，分度精度越高。但加工夜復(fù)雜。 （ c）齒盤直徑 D 齒盤直徑可按扭矩 般 提高定位精度和穩(wěn)定性。 （ d）模數(shù) m 齒盤的模數(shù) m=D/Z，它僅起到表示齒形大小的作用，不須選取標(biāo)準(zhǔn)值。 6（ e）齒寬按載荷大小選取，一般為 8 25精度。 (f ) 齒根槽寬 b 一般取 b 1 其他有關(guān)幾何參數(shù)按以下公式計(jì)算： Z360 8 0s (41 8 0s (4221 2表 4體參數(shù)如下表： 序號(hào) 名稱 符號(hào) 確定原則或計(jì)算公式 結(jié)果 1 齒盤外徑 D 按扭矩 ,利于提高分 度定位精度。 175 2 齒寬 B 不利于提高分度精度。 10 3 齒數(shù) Z 度要求高時(shí)宜放大，但加工困難 72 4 模數(shù) M M=V/Z,常用 2 6。 2 5 外徑上 節(jié)矩 T T= m 齒形角 載荷小精度高時(shí)宜取小值。 60 7 理論齒高 H 見(jiàn)公式 齒根槽寬 B 見(jiàn)公式 齒頂角 2 見(jiàn)公式 0592 10 齒頂高 1 齒頂傾角 1 見(jiàn)公式 9923 夾緊力計(jì)算 陜西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 20 夾緊力應(yīng)保證在最大工作載荷下仍能保持兩齒盤的緊密嚙合，但過(guò)大的夾緊力會(huì)引起齒盤變形。 夾緊力 )2(2)2(2 0FF r (4式中： W 為夾緊力（ N） 為齒盤承受的扭矩（ 為齒盤承受的傾覆力矩（ 為齒盤承受的徑向力（ N） 0N），方向與 中取“ -”號(hào)，與 +” . D 為齒盤直徑（ m） 為齒形角（ ） 為摩擦角（ ）， 一般取 65 S 為安全系數(shù)，一般取 S=1 4緊力 切削力 F=1000分力 1: 得 :1 所以， 21)21)FF x 所以， F=10001F =覆力矩 g 4 6 5又 121)，可得y ， z 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 驅(qū)動(dòng)力矩 g 3 6 2 2安全系數(shù) 以， k g 39)5260(260(75 驗(yàn)算齒面擠壓應(yīng)力 齒面擠壓應(yīng)力的驗(yàn)算公式： 0222c r (4式中，為齒面擠壓應(yīng)力（ Z 為計(jì)算齒數(shù)， Z 為齒寬（ m） 0W 為夾緊力（ N） S 為安全系數(shù)，去 S= 為許用擠壓應(yīng)力（ ,齒面淬硬的取 = 7104 g fc t g/ 3 6 所以，滿足要求 材料選擇： 齒盤的齒面要求有較高的硬度，內(nèi)部有一定的韌性，要求材料的熱變形較小，精密齒盤要求尺寸穩(wěn)定性好，齒盤材料選用 40處理齒部 700 技術(shù)要求： (a) 相鄰齒矩誤差和累積誤差：按回轉(zhuǎn)部件的分度精度要求確定，根據(jù)刀具的精度要求，相 鄰齒矩誤差和累積誤差不 2 (b) 安裝基準(zhǔn)孔軸線分度中心的位置度：精密齒盤應(yīng)該在 （ c）安裝基準(zhǔn)端面對(duì)分度平面的平行度：精密齒盤應(yīng)在 ( ) 齒面接觸精度：齒面接觸精度不僅影響風(fēng)度精度，而且影響剛性，承載能力及穩(wěn)定度。齒矩誤差同時(shí)影響接觸最小齒數(shù)和接觸齒的分布。齒形半角影響高的方向的接觸率；齒向誤差影響齒寬方向的接觸率。齒傾誤差對(duì)齒高和齒寬方向的接觸率均有影響。因?yàn)榻佑|精度能綜合標(biāo)志上述各項(xiàng)誤差的影響，實(shí)踐中通常作為主要精度檢 驗(yàn)項(xiàng)目。 推薦指標(biāo)為： 陜西科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 22 齒寬接觸率：接觸寬度為齒寬的 50%（精密齒盤為 70%以上）。 齒高接觸率：接觸高度為嚙合高度的 75%以上（精密齒盤為 90%以上）。 接觸齒數(shù)及分布：兩齒盤在任意位置嚙合時(shí)的接觸齒數(shù)應(yīng)在 85%以上（精密齒盤應(yīng)在 90%以上）。接觸不良的齒不應(yīng)比連。 ( ) 面光潔度：精密齒盤為 般經(jīng)磨齒和研齒的為 考慮到實(shí)際加工條件，本設(shè)計(jì)采用 研齒過(guò)程中，總是誤差最大的齒首先接觸研磨。結(jié)果使誤差逐漸減小并均化。因此，研磨的齒不僅可以提高齒 面光潔度，同時(shí)還可以提高精度。 簧的設(shè)計(jì)計(jì)算： (1）材料的選擇： 根據(jù)彈簧的工作情況，選擇類型符合彈簧，選用碳素彈簧鋼，強(qiáng)度高，性能好，適用于做 8d 的彈簧。 (2）計(jì)算彈簧鋼的直徑： 2F ：最大工作載荷 22 查表得： 2/ g 假定繞旋比 c=5 9, 取 c=7 4 (曲度系數(shù) ) (4按強(qiáng)度確定彈簧絲直徑： ， 取 d=2效圈數(shù)：42