自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架課程設(shè)計(jì)

1、徐州工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書機(jī)電工程學(xué)院綜合訓(xùn)練課程設(shè)計(jì)說 明 書課題名稱： 數(shù)控車床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架機(jī)械裝置設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 周華東 學(xué)號(hào)： 20110611112 專 業(yè)： 機(jī)械電子工程 班級(jí)： 11機(jī)電 成 績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年月日19目 錄1 引言11.1概述11.2數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架的發(fā)展趨勢(shì)11.3設(shè)計(jì)要求22 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架總體設(shè)計(jì)32.1總體方案的確定32.2減速機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定42.3刀體鎖緊與精定位機(jī)構(gòu)的確定52.4抬起機(jī)構(gòu)的確定53 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的工作原理64 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì)及計(jì)算84.1刀架的設(shè)計(jì)參數(shù)84.2電動(dòng)機(jī)的參數(shù)計(jì)算及選取84.2.1電動(dòng)機(jī)

2、的選型84.2.2電動(dòng)機(jī)容量的計(jì)算84.3傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)95 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)及計(jì)算105.1蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算105.1.1 選擇蝸桿傳動(dòng)類型105.1.2 選擇材料105.1.3 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)105.1.4 蝸輪蝸桿的主要參數(shù)及尺寸115.1.5 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度125.2 絲桿螺母?jìng)鲃?dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算135.2.1 絲桿材料的選擇135.2.2 螺母材料的選擇135.2.3 絲桿螺母幾何尺寸的計(jì)算135.3 蝸桿軸的校核156 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)186.1 控制系統(tǒng)電路硬件接線圖186.2 PLC控制流程圖187 總結(jié)201 引言1.1概述數(shù)控車床的刀架是機(jī)床的重要組成部分。

3、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(kù)的自動(dòng)換刀裝置等多種形式。其中，帶刀庫(kù)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，形式多種多樣，目前常見的有更換主軸頭換刀以及帶刀庫(kù)的自動(dòng)換刀系統(tǒng)。1.2數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架的發(fā)展趨勢(shì)數(shù)控刀架的發(fā)展趨勢(shì)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(guó)內(nèi)

4、數(shù)控刀架以電動(dòng)為主，分為立式和臥式兩種（如圖1-2）。立式主要用于簡(jiǎn)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。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)

5、控刀架的市場(chǎng)分析：國(guó)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。 （a）立式回轉(zhuǎn)刀架 （b）臥式回轉(zhuǎn)刀架圖 1-21.3設(shè)計(jì)要求1) 設(shè)計(jì)數(shù)控車床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架，實(shí)現(xiàn)：2) 刀架采用電機(jī)帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)4把刀具自動(dòng)回轉(zhuǎn)換刀3) 帶卡位裝置，換刀后位置自動(dòng)卡死，刀具切削過程中不會(huì)擺動(dòng)4) 可以實(shí)現(xiàn)傾斜切削5) 機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)裝配一張（A1幅畫)2 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架總體設(shè)計(jì)2.1總體方案的確定在自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床上，自動(dòng)換刀裝置應(yīng)滿足換刀時(shí)間短，刀具重復(fù)定位精度高，足夠的刀具儲(chǔ)存量，換刀安全可靠等要求。目前為止應(yīng)用最廣的刀架為回轉(zhuǎn)刀架。回轉(zhuǎn)刀架是

6、一種最簡(jiǎn)單的自動(dòng)換刀裝置，常用于數(shù)控車床?？梢栽O(shè)計(jì)成四方刀架、六角刀架或圓盤式軸向裝刀刀架等多種形式?；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)控裝置的指令換刀?；剞D(zhuǎn)刀架在結(jié)構(gòu)上必須具有良好的強(qiáng)度和剛度，以承受粗加工時(shí)的切削抗力。由于車削加工精度在很大程度上取決于刀尖位置，對(duì)于數(shù)控車床來說，加工過程中刀具位置不進(jìn)行人工調(diào)整，因此更有必要選擇可靠的定位方案和合理的定位結(jié)構(gòu)，以保證回轉(zhuǎn)刀架在每次轉(zhuǎn)位之后，具有盡可能高的重復(fù)定位精度（一般為0.0010.005mm）。圖2 回轉(zhuǎn)刀架的類型及原理一般情況下，回轉(zhuǎn)刀架的換刀動(dòng)作包括刀架抬起、刀架轉(zhuǎn)位及刀架壓緊等?；剞D(zhuǎn)刀架按其工作原理分為若干類型，

7、如圖2所示。圖2.a所示為螺母升降轉(zhuǎn)位刀架，電動(dòng)機(jī)經(jīng)彈簧安全離合器到蝸輪副帶動(dòng)螺母旋轉(zhuǎn)，螺母舉起刀架使上齒盤與下齒盤分離，隨即帶動(dòng)刀架旋轉(zhuǎn)到位，然后給系統(tǒng)發(fā)信號(hào)螺母反轉(zhuǎn)鎖緊。使刀架換位，進(jìn)行切削加工。螺母升降式零件多，但加力可靠，精度較高，許多刀架都利用這種原理設(shè)計(jì)。圖2.b所示為利用十字槽輪來轉(zhuǎn)位及鎖緊刀架（還要加定位銷），銷釘每轉(zhuǎn)一周，刀架便轉(zhuǎn)1/4轉(zhuǎn)（也可設(shè)計(jì)成六工位等）。十字槽輪式體積大，零件多，目前使用較少。圖2.c所示為凸臺(tái)棘爪式刀架，蝸輪帶動(dòng)下凸輪臺(tái)相對(duì)于上凸輪臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，使其上、下端齒盤分離，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，則棘輪機(jī)構(gòu)推動(dòng)刀架轉(zhuǎn)90º，然后利用一個(gè)接觸開關(guān)或霍爾元件發(fā)出電動(dòng)機(jī)反

8、轉(zhuǎn)信號(hào)，重新鎖緊刀架。凸臺(tái)棘爪式重復(fù)定位精度相對(duì)較低。圖2.d所示為電磁式刀架，它利用了一個(gè)有10kN左右拉緊力的線圈使刀架定位鎖定。電磁式目前已能實(shí)用，但多一套電路，并要有斷電保護(hù)。圖2.e所示為液壓式刀架，它利用擺動(dòng)液壓缸來控制刀架轉(zhuǎn)位，圖中有擺動(dòng)閥芯、撥爪、小液壓缸；撥爪帶動(dòng)刀架轉(zhuǎn)位，小液壓缸向下拉緊，產(chǎn)生10kN以上的拉緊力。這種刀架的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)位可靠，拉緊力可以再加大，但其缺點(diǎn)是液壓件難制造，還需多一套液壓系統(tǒng)，有液壓油泄漏及發(fā)熱問題。經(jīng)過參考幾種經(jīng)典的刀架設(shè)計(jì)類型后，決定在本設(shè)計(jì)中采用螺母升降轉(zhuǎn)位刀架，電動(dòng)機(jī)經(jīng)彈簧安全離合器到蝸輪副帶動(dòng)螺母旋轉(zhuǎn)，螺母舉起刀架使上齒盤與下齒盤分離以及利

9、用十字槽輪來轉(zhuǎn)位及鎖緊刀架（還要加定位銷）來實(shí)現(xiàn)刀架抬起和精確定位。2.2減速機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定在本設(shè)計(jì)中由于采用了三相異步電動(dòng)機(jī)，三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速低于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組因與磁場(chǎng)間存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng)而感生電動(dòng)勢(shì)和電流，并與磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)能量變換。與單相異步電動(dòng)機(jī)相比，三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能好，并可節(jié)省各種材料。在普通的三相異步電動(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)，采用蝸桿副減速是最佳選擇。蝸輪蝸桿傳動(dòng)有以下特點(diǎn)：1、傳動(dòng)平穩(wěn)。蝸桿傳動(dòng)同時(shí)嚙合的齒對(duì)數(shù)多，且蝸桿為連續(xù)的螺旋曲面，嚙合過程是連續(xù)的，振動(dòng)、沖擊和噪聲較小。

10、2、具有自鎖性。當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于嚙合摩擦角時(shí)，蝸桿傳動(dòng)具有自鎖性。此時(shí)，只能蝸桿帶動(dòng)蝸輪，反之則不能轉(zhuǎn)動(dòng)。3、傳動(dòng)比大。單級(jí)傳動(dòng)可獲得傳動(dòng)比為5-80，在分度機(jī)構(gòu)中可達(dá)600或更大。和齒輪傳動(dòng)相比實(shí)現(xiàn)相同的傳動(dòng)比時(shí)結(jié)構(gòu)較緊湊。所以說蝸桿副傳動(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。使得刀架在是有過程中更加輕便，方便機(jī)床的加工作業(yè)。2.3刀體鎖緊與精定位機(jī)構(gòu)的確定在本設(shè)計(jì)中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，將上刀體和下刀

11、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)，上下端面齒相互咬合，這時(shí)上刀體不能繞刀架的中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)；換刀時(shí)電動(dòng)機(jī)正傳，抬起機(jī)構(gòu)使上刀體抬起，等上下端面齒脫開后，上刀體才可以繞刀架中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，完成轉(zhuǎn)位動(dòng)作。2.4抬起機(jī)構(gòu)的確定要想使上、下刀體的兩個(gè)端面齒脫離，就必須設(shè)計(jì)合適的機(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)通過蝸桿-蝸輪帶動(dòng)蝸桿繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，作為螺母的上刀體要么轉(zhuǎn)動(dòng)，要么上下移動(dòng)。當(dāng)?shù)都芴幱阪i緊狀態(tài)時(shí)，上刀體與下刀體的端面齒相互咬合，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)端面齒脫離咬合時(shí)，上刀體就與螺桿一同轉(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)

12、計(jì)螺桿時(shí)要求選擇適當(dāng)?shù)穆菥?，以便?dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度時(shí)，使得上刀體與下刀體的端面齒能夠完全脫離咬合狀態(tài)。 3 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的工作原理自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的換刀流程圖如圖3.a所示，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)如圖3.b所示。3.a自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架換刀流程1-發(fā)信盤 2-推力球軸承3-螺桿螺母副4-端面齒盤5-反靠圓盤 6-三相異步電機(jī)7-聯(lián)軸器 8-蝸桿副 9-反靠銷 10-圓柱銷 11-上蓋圓盤 12-上刀體 3.b自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖刀架抬起：需要換刀時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出刀架轉(zhuǎn)位信號(hào)，三相異步電動(dòng)機(jī)正向旋轉(zhuǎn)，通過蝸桿副帶動(dòng)螺桿正向轉(zhuǎn)動(dòng)，與螺桿配合的上刀體逐漸抬起，下刀體與下刀體之間的端面齒慢慢脫開；刀架轉(zhuǎn)位：當(dāng)轉(zhuǎn)過17

13、0度時(shí)，兩端面完全脫開，圓柱銷由于彈簧的作用壓在螺桿上端的臺(tái)階內(nèi)側(cè)，于是螺桿帶動(dòng)上刀體轉(zhuǎn)動(dòng)起來。刀架定位：上刀體帶動(dòng)磁鐵轉(zhuǎn)到需要的刀位時(shí)，粗定位銷在彈簧的作用下進(jìn)入粗定位槽，同時(shí)發(fā)信盤上對(duì)應(yīng)的霍爾元件輸出高電平信號(hào)，控制系統(tǒng)收到后，立即控制刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，由于粗定位銷的作用，上刀體不會(huì)隨螺桿的反轉(zhuǎn)而反轉(zhuǎn)，所以開始下降，上下刀體的端面逐漸嚙合，實(shí)現(xiàn)精定位。刀架夾緊：上下刀體的端面齒緊密嚙合后.螺桿不再轉(zhuǎn)動(dòng)，而電機(jī)繼續(xù)帶動(dòng)蝸輪向螺桿加力，經(jīng)過設(shè)定的延時(shí)時(shí)間后，刀架電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，整個(gè)換刀過程結(jié)束。由于蝸桿副有自鎖功能，所以刀架可以穩(wěn)定的工作。圖3-3 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架在換刀過程中有關(guān)銷的位置圖3-3表示自

14、動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架在換刀過程中有關(guān)銷的位置。其中上部的圓柱銷2和下部的反靠銷6起著重要的作用。當(dāng)?shù)都芴幱阪i緊狀態(tài)時(shí)，兩銷的情況如圖a所示，此時(shí)反靠銷6落在反靠圓盤7的十字槽內(nèi)，上刀體4的端面齒和下刀體的端面齒處于咬合狀態(tài)。需要換刀時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出刀架轉(zhuǎn)位信號(hào)，三相異步電動(dòng)機(jī)正向旋轉(zhuǎn)，通過蝸桿副帶動(dòng)螺桿正向轉(zhuǎn)動(dòng)，與蝸桿配合的上刀體4逐漸抬起，上刀體4與下刀體之間的端面齒慢慢脫開；于此同時(shí)，上蓋圓盤1也隨著螺桿正向轉(zhuǎn)動(dòng)(上蓋圓盤1通過圓柱銷與螺桿連接)當(dāng)轉(zhuǎn)過約170度時(shí)，上蓋圓盤1直槽的另一端轉(zhuǎn)到圓柱銷2的正上方，由于彈簧3的作用，圓柱銷2落入直槽內(nèi)，于是上蓋圓盤1就通過圓柱銷2使得上刀體4轉(zhuǎn)動(dòng)起來（此時(shí)

15、端面齒已經(jīng)完全脫開）如圖b所示。上蓋圓盤1，圓柱銷2以及上刀體4在正轉(zhuǎn)的過程中，反靠銷6能夠從反靠圓盤7中十字槽的左側(cè)斜坡滑出，而不影響上刀體4尋找刀位時(shí)的正向轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖c所示。上刀體4帶動(dòng)磁鐵轉(zhuǎn)到需要的刀位時(shí)，發(fā)信盤上對(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1通過圓柱銷2帶動(dòng)上上刀體4開始反轉(zhuǎn)，反靠銷6馬上就會(huì)落入反靠圓盤7的十字槽內(nèi)，至此。完成粗定位，如圖d所示。此時(shí)，反靠銷6從反靠圓盤7的十字槽內(nèi)爬不上來，于是上刀體4停止轉(zhuǎn)動(dòng)，開始下降，而上蓋圓盤1繼續(xù)反轉(zhuǎn)，其直槽的左側(cè)斜坡將圓柱銷2的頭部壓入上刀體4的銷孔內(nèi)，之后，上蓋圓盤1的下表面開始與圓柱銷2

16、的頭部滑動(dòng)。在此期間，上、下刀體的端面齒逐漸咬合，實(shí)現(xiàn)精定位。經(jīng)過設(shè)定的延時(shí)時(shí)間后，刀架電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，整個(gè)換刀過程結(jié)束。4 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì)及計(jì)算4.1刀架的設(shè)計(jì)參數(shù)1) 定位精度：0.05mm;2) 重復(fù)定位精度: 土 0.002mm;3) 適用機(jī)床：C6140;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)，先預(yù)定為1500/min8) 刀座尺寸：200*1929) 刀盤尺寸：200*1104.2電動(dòng)機(jī)的參數(shù)計(jì)算及選取4.2.1電動(dòng)機(jī)的選型按照設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)電機(jī)進(jìn)行選型，經(jīng)過

17、查取有關(guān)資料，選取N系列三相異步電機(jī)。能滿足功率小,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩低,運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)等，無需調(diào)速、長(zhǎng)期反復(fù)工作的條件。4.2.2電動(dòng)機(jī)容量的計(jì)算設(shè)計(jì)刀架自鎖力Q=1000N，螺桿的轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)為 n1=28r/min 則工作裝置所需的功率Pw = n * T / 9.55 = 30W電動(dòng)機(jī)的輸出功率Po = Pw / 其中 ,Po 為電機(jī)輸出功率；Pw為工作裝置所需工作功率；是由電動(dòng)機(jī)至工作裝置主動(dòng)端的總效率：其中分別為蝸輪蝸桿、軸承、聯(lián)軸器、滑動(dòng)絲杠的傳動(dòng)效率。取=0.45( 自鎖時(shí)傳動(dòng)效率 )，=0.98,，則Po = 30 / 0.25 = 120W傳動(dòng)機(jī)構(gòu)總傳送比范圍 i =10 80，則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的

18、范圍為：n=（10 80）* 28 = 280 2240 r/min查資料選取型號(hào)為JW-5264的三相微型感應(yīng)電機(jī)，其技術(shù)參數(shù)如下：電壓輸出功率轉(zhuǎn)速輸入功率質(zhì)量380V120W1400r/min150W3.0kg額定電流額定轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)電流0.47A> 2.2< 64.3傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 各軸轉(zhuǎn)速I 軸 ( 蝸桿軸 )=1400(r/min)II 軸 ( 絲杠螺母、刀盤 )=1400/28=50(r/min) 各軸輸入功率I 軸 PI = Po * =120 * 0.99 = 118.8W II 軸 PII = PI * 12 =118.8 * 0.98*0.98 * 0.45

19、 = 51.35W 輸出功率 I 軸 II 軸 5 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)及計(jì)算5.1蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 5.1.1 選擇蝸桿傳動(dòng)類型 根據(jù)GB/T10085-1988的推薦，采用漸開線（ZI）蝸桿，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)。5.1.2 選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45-55HRC且心部調(diào)制蝸輪用鑄錫青銅ZcusnlOP1,金屬模鑄造。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HT100制造。5.1.3 按齒面接觸疲勞強(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

20、強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) , 再校核齒根彎 曲強(qiáng)度應(yīng)有 : (4 1）a.用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩：按，取效率則 (4 2)b.確定載荷系數(shù)K：因工作載荷較穩(wěn)定,所以取齒向載荷分布系數(shù)，選取使用系數(shù)=1.15，由于轉(zhuǎn)速不高,沖擊不大,取動(dòng)載荷系數(shù)則 （4-3）c.確定彈性影響系數(shù)：由選用鑄錫磷青銅渦輪和鋼蝸桿相配合, 故 d.確定接觸系數(shù):先假設(shè)蝸桿分度圓直徑為和中心距 a 的比值，從資料中可查得 =2.75e.確定許用接觸應(yīng)力：根據(jù)蝸桿材料為鑄錫磷青銅ZCuSn10Pi金屬模鑄造,蝸桿硬度大于45HRC可以從資料中查得渦輪的基本許用應(yīng)力=268應(yīng)力循環(huán)次數(shù)設(shè)計(jì)要求壽命為 12000h 則(渦輪每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn),每個(gè)輪齒

21、嚙合的次數(shù)) (4-5)壽命系數(shù)： 則 (4-6)f.計(jì)算中心距 : (4-7)所以取中心距為 5Omm ；因i=50，故從表11-12中取模數(shù)m=1.6mm 分度圓直徑=20mm，則，從圖11-18中可查得接觸系數(shù) ，故以上計(jì)算結(jié)果可用。5.1.4 蝸輪蝸桿的主要參數(shù)及尺寸根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果,從資料中查得一組數(shù)據(jù) :軸向齒距：直徑系數(shù)： 齒頂圓直徑：齒根圓直徑：分度圓導(dǎo)程角：蝸桿的軸向齒厚：a.蝸桿的幾何尺寸及參數(shù) :軸向距： 直徑系數(shù)： 齒根圓直徑： 齒頂圓直徑： 導(dǎo)程角： 軸向齒厚： b.蝸輪尺寸及幾何參數(shù):齒數(shù)： 變位系數(shù)： 分度圓直徑： 喉圓直徑： 齒根圓直徑： 喉圓母圓半徑： 5.1

22、.5 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 (4-8)當(dāng)量齒數(shù)： (4-9)根據(jù) 從資料中可查得齒形系數(shù) ，螺旋角系數(shù)許用彎曲應(yīng)力 從資料查得ZcuSn10Pi制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力 壽命系數(shù)： (4-11) (4-12)故彎曲強(qiáng)度不滿足要求。改用鑄鋁鐵青銅(ZcuAl10Fe3)砂模鑄造，其許用應(yīng)力： 則 （3-24）所以強(qiáng)度滿足。5.2 絲桿螺母?jìng)鲃?dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算5.2.1 絲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，良好的加工性能及長(zhǎng)期的尺寸穩(wěn)定性來進(jìn)行考慮。選擇合金鋼40Cr,8級(jí)精度，淬

23、硬，熱處理使之具有相當(dāng)?shù)哪湍バ浴?.2.2 螺母材料的選擇螺母材料選用鑄鋅鉛青銅ZQSn6-6-3,雖然ZQSn10-1非常耐磨，但成本太高ZQSn6-6-3已經(jīng)能滿足要求。5.2.3 絲桿螺母幾何尺寸的計(jì)算a. 選用T55梯形螺紋絲桿，螺距t=12mm;b. 絲桿螺母尺寸： 大徑：d=46mm 小徑：=40mm 中徑： 螺母外徑： 螺母小徑： 螺母中徑：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=12mm 螺紋升角： 當(dāng)量摩擦角：，由于選用的是的梯形螺紋， ，因而。當(dāng)f=0.1時(shí)，此絲桿能自鎖。 c. 絲桿螺母的傳動(dòng)效率和驅(qū)動(dòng)扭矩

24、的計(jì)算：效率：驅(qū)動(dòng)扭矩M：設(shè)所受的軸向力P,則螺紋中徑的圓周力為，驅(qū)動(dòng)扭矩 ， （kgfcm） (4 16)d. 校核滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)：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5-2-3 刀盤齒形圖作用于螺桿的軸向力主要是刀盤重力。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(

25、),螺紋中徑（mm）螺紋工作高度h，螺紋螺距為P(mm),螺母高度H(mm),螺紋的工作圈數(shù)n=H/p. =43mm h=25mm P=12mm H=64mm n=H/P=5 則 （4-17）e. 強(qiáng)度計(jì)算：空心軸工作時(shí)，承受軸向力Q和扭矩T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。 (4-18） (4-19) (4-20) (4-21) ， (4-22) ， Q=216.86N T=216.86(5.08+8.82)43/2=1153.85Nmm (4-24) ,故強(qiáng)度滿足要求。5.3 蝸桿軸的校核電機(jī)轉(zhuǎn)速n=1500r/min P=120W 設(shè)電機(jī)與蝸桿連接的傳動(dòng)功率為0.95，則，由引起的在a處的彎矩為：由引起的在a處的彎矩為：由引起的在a處的彎矩為：所以在垂直面內(nèi)a處引起的彎矩為： 在a處引起的總彎矩：查表可知：，所以軸的強(qiáng)度在a處滿足要求，在b、c 處只受扭矩。所以該蝸桿軸滿足要求。6 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)6.1 控制系統(tǒng)電路硬件接線圖刀架電氣控制部分如圖3-1所示。圖3-1中的(a)是刀架控制的主電路，主要是通過控制刀架電機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)來控制刀架的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)；圖(b)是刀架控制的PLC輸入輸出控制回路。每把刀具都有一固定刀號(hào)，通過霍爾開關(guān)(一般