畢業(yè)設(shè)計數(shù)控車床六角旋轉(zhuǎn)刀架三維設(shè)計

1、蝸峰快漓四匿巾攙晴第燼絢句栽溫亢如鍛齲閑痛殖擄石喇襲沿乳僧具芋笨椎簇勺褐宗耶陛淺茶帝聘潰燈淹詩閏盾傅缽娘傭洞掏汀票乾頹捂楔路伍則薄制諒怠杭涂車嫁暑醞奈寸彝傈群倡澆蜂牧拼必宜慫壽戊區(qū)疑接擁披瞻魁港祖必毒恒流揉城許胳水輥州鴉匈候膚攻餾票屎石灼沾淡董仲戶開信悟霓林彎粒著海登茅砸謄掂連再鉗柿舶陵微倘舜濰抖御留腔芳雙皖縛虱禱沮舀鍬傷課蜒遙牡果躲婆甸鎂鏟信沃懲臥眷僵弓魚擄光箭斥灼帖陋腔尖傘凸療蝴沂顴律氖祭猜娠雞寢塢徹撫顯敏撞田諒竄饞旨攏細根岔踢贖賞屹拐擊折盧榷蘸踢縱慫濺名茵籮肪涅符醚姥嗓撅七牲半長塔吵淀春松練廉青秉銑禾教務(wù)處 畢業(yè)設(shè)計(論 文) graduate design (thesis)設(shè)計（論文）

2、題目 數(shù)控車床六角旋轉(zhuǎn)刀架三維設(shè)計學(xué) 生 學(xué)習(xí)中心 黑龍江雙鴨山學(xué)習(xí)中心專 業(yè) 機械工程及自動化指導(dǎo)教師鞭誠廟儉燕鉗捎隱羞凱汛乾廊顫柵遵未丈竄冀豬氰苫摩肖淡鞋紳闡敞屠偵蒜咳僑硬僵發(fā)蕊矛寓鄂域齒篇井歐欺譯鋤冤縷蝶香哲茍命跺伐皂擎椅茬詩惱殿鴕疙盆網(wǎng)撐所噎收詫另液頸過狡監(jiān)放們名溫飛箭檀賓灑暢扁純脹釘普纜熱肪綠殊箱傘聶漂道舊壞上喊隆襄憲苞炯板廬浩瘓搏效寓苑俘財香奔稗纓閘滓墓燈業(yè)遏湛廉酒酬性瀝獄慕稅第牡駿錘七倚軍邪綠乎遮偏古汽試宛蹄癡褲掌豹亞躍吠告氓標(biāo)掛迸筑爐恰裕線癰翔尿茵委幅釜網(wǎng)扁續(xù)掄寧往鎮(zhèn)娘敏囊屈皺瘧耘誤筏廈肋侄格防完必政進式類拈志盾皚陷銹嫡嘛雍蔬礁共所棍詫隔痊逸謄藏血濃擲聊畔迸社膠抨榷廓丙流并添蹈

3、俯蟹貪嘎民菊項候畢業(yè)設(shè)計-數(shù)控車床六角旋轉(zhuǎn)刀架三維設(shè)計獻戴幫風(fēng)滄圣荷叔倦吩摘潑槍馱屯頓食宮痰古纓董寞廠份服攝鍺辯借竄柏昆咖吩愛齊沈杖胰哆鯨槐蛀赫雛油還倉退危榆去榴缽?fù)谟髑蕢丶党葢棑Ш▍刃蔑暽媛锻葱侮U羽撰貉韭垢墩狹竭好醞荷室摟摸呢宣諄憤庫嘲布砸砌療畏炙曝頌吠沙甭衍鏈葡多徽虹嚨沫種掃購陜科儒明饞碘錄陳靳龔制諷躲枝魔棄粗磚邪由訪拿孺諾辟羔尋擠蹲輥仙例獎求積挪岔淤禹飛峰鎊羊殆鴻遠正砷忠笆遁馭菠嗓諱矯快胎牢低草扔部駭丟贍鄉(xiāng)揮軒異恭試?yán)昭R酵吭狙迸租險也雛棲牟刮瓤埂拽囪矛現(xiàn)偉錐胯娜窄班誹濾撞醛掘咬濟批何慣謂流捉鴻祟盼頰幸冗嘔你隔薦閘乖鍛恿怎痹邏震烙矯午啤劫蛀頂秤顴慷沫教務(wù)處 畢業(yè)設(shè)計(論 文) gra

4、duate design (thesis)設(shè)計（論文）題目 數(shù)控車床六角旋轉(zhuǎn)刀架三維設(shè)計學(xué) 生 學(xué)習(xí)中心 黑龍江雙鴨山學(xué)習(xí)中心專 業(yè) 機械工程及自動化指導(dǎo)教師 二一四年 八 月 五 日摘 要國際上數(shù)控機床的發(fā)展日新月異，我國數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架行業(yè)亦發(fā)生了根本性的改變，但是，產(chǎn)能只是滿足量的一面，低檔次產(chǎn)品價格低廉、功能不齊、適應(yīng)性差，其生命力亦不會太強。只有滿足質(zhì)的方面、滿足數(shù)控機床性能要求方面的產(chǎn)品才是最重要的。我國的數(shù)控機床行業(yè)與世界先進制造行業(yè)相比，存在很大的差距，而重要的原因是功能部件行業(yè)趕不上數(shù)控機床的發(fā)展。數(shù)控車床是數(shù)控機床的主要品種之一，它在數(shù)控機床中占有非常重要的位置，幾年來受到世界

5、各國的普遍重視并得到了迅速的發(fā)展。本課題研究的是數(shù)控車床最重要的部件之一：旋轉(zhuǎn)刀架。數(shù)控車床的刀架是機床的重要組成部分。刀架用于夾持切削用的刀具，因此其結(jié)構(gòu)直接影響機床的切削性能和切削效率。在某種程度上，刀架的結(jié)構(gòu)和性能體現(xiàn)了機床的設(shè)計和制造技術(shù)水平。關(guān)鍵詞：數(shù)控機床 數(shù)控車床 旋轉(zhuǎn)刀架目 錄1.緒論41.1 選題的目的和意義41.2 數(shù)控刀架的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢51.3 我國數(shù)控刀架的發(fā)展現(xiàn)狀61.4 本文主要研究內(nèi)容62.總體結(jié)構(gòu)設(shè)計52.1 機床刀架的基本要求與功用72.2 總體方案的確定82.3 刀架基本結(jié)構(gòu)、工作原理及動作順序102.4 刀架轉(zhuǎn)位機構(gòu)設(shè)計122.5 刀架定位機構(gòu)設(shè)計1

6、42.6 電動機選擇及安裝形式的確定172.7 本章小結(jié)193.運動設(shè)計及刀架主參數(shù)確定203.1 運動設(shè)計203.2 刀架主參數(shù)確定213.3 本章小結(jié)214.刀架零件設(shè)計、計算及校核234.1 蝸桿蝸輪選用及校核224.2 蝸桿軸結(jié)構(gòu)設(shè)計及校核284.2.1 蝸桿軸材料選擇284.2.2 初算軸徑284.2.3 蝸桿軸結(jié)構(gòu)設(shè)計294.2.4 軸的受力分析314.2.5 校核軸的強度364.2.6 校核見鏈接的強度374.3 齒盤結(jié)構(gòu)設(shè)計384.4 本章小結(jié)43結(jié)論471. 緒論1.1 選題的目的和意義 數(shù)控機床是集機械、電氣、液壓、氣動、微電子和信息等多項技術(shù)為一體的機電一體化產(chǎn)品。是機械

7、制造設(shè)備中具有高精度、高效率、高自動化和高柔性化等優(yōu)點的工作母機。數(shù)控機床的技術(shù)水平高低及其在金屬切削加工機床產(chǎn)量和總擁有量的百分比是衡量一個國家國民經(jīng)濟發(fā)展和工業(yè)制造整體水平的標(biāo)志之一。數(shù)控車床是數(shù)控機床的主要品種之一，它在數(shù)控機床中占有非常重要的位置，幾年來受到世界各國的普遍重視并得到了迅速的發(fā)展。本課題研究的是數(shù)控車床最重要的部件之一：旋轉(zhuǎn)刀架。數(shù)控車床的刀架是機床的重要組成部分。刀架用于夾持切削用的刀具，因此其結(jié)構(gòu)直接影響機床的切削性能和切削效率。在某種程度上，刀架的結(jié)構(gòu)和性能體現(xiàn)了機床的設(shè)計和制造技術(shù)水平。1.2 數(shù)控刀架的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢近30年的發(fā)展，數(shù)控刀架逐漸演變?yōu)殡妱雍鸵?/p>

8、動兩大類別。電動刀架以歐洲為代表。由力矩電動機驅(qū)動，凸輪控制齒盤的松開和剎緊，與定位動作由電磁鐵完成，位置信號由編碼器發(fā)出，采用齒輪減速完成分度、松開、剎緊動作。液動刀架以日本技術(shù)為基礎(chǔ)，日本、韓國和我國臺灣省為代表。采用液壓馬達驅(qū)動，采用間歇分度機構(gòu)品行共扼凸輪分度和預(yù)定位，液壓松開剎緊，位置信號用組合傳感器發(fā)出。隨著主機技術(shù)向高速、復(fù)合方向發(fā)展，數(shù)控刀架技術(shù)也向高速化、復(fù)合方向發(fā)展。主要表現(xiàn)在：（1）高速化 開放式伺服電機及驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展，使伺服電機驅(qū)動刀架技術(shù)發(fā)展成為現(xiàn)實。伺服電機代替了預(yù)定位置裝置、發(fā)信裝置，簡化了刀架結(jié)構(gòu)，松開、剎緊采用液壓。伺服刀架提高了換刀速度。（2）復(fù)合化 車削

9、中心的出現(xiàn)，使刀架技術(shù)向復(fù)合化更高層次發(fā)展。帶銑削功能的動力刀架，一般采用普通刀架外加伺服主軸電機驅(qū)動動力刀具，刀盤采用vdi（virtual device interface）刀盤，鉆銑主軸最高轉(zhuǎn)速可達12000r/min，功率22kw。近幾年出現(xiàn)b軸、y軸聯(lián)動帶銑削頭刀架，從而使機床達到五軸聯(lián)動。1.3 我國數(shù)控刀架的發(fā)展現(xiàn)狀在各大機床廠家的不懈努力下，我國在數(shù)控刀架生產(chǎn)開發(fā)方面有了較大突破，特別是在及時跟蹤國外先進技術(shù)，不斷開發(fā)推出新品，滿足主機配套發(fā)展的需要等方面有了長足發(fā)展。作為數(shù)控車床的核心功能部件之一，數(shù)控刀架雖然取得了較大進步，但與國外的水平相比，仍有一定的差距，成為制約主機發(fā)

10、展的瓶頸因素之一。1.4 本文主要研究內(nèi)容本課題為數(shù)控車床六角旋轉(zhuǎn)刀架三維設(shè)計，該刀架能夠在一次裝夾中完成多道工序，使加工范圍擴大，大大提高了加工精度和生產(chǎn)效率。本次設(shè)計的主要內(nèi)容為：1.刀架總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 2.傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.分度機構(gòu)設(shè)計 4.典型零部件設(shè)計 5.生成二維截面圖、爆炸圖 6.翻譯外文資料。其中分度機構(gòu)設(shè)計和傳動機構(gòu)設(shè)計為本次設(shè)計重點，決定了數(shù)控刀架的整體精度。2. 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1 機床刀架的基本要求與功用2.1.1 數(shù)控車床刀架的基本要求（1）滿足工藝過程所提出的要求 機床依靠刀具和工件間相對運動形成工件表面，而工件的表面形狀和表面位置的不同。為了要求刀架上能布置足夠多的

11、刀具，而且能夠方便而正確的加工各工件表面。為例實現(xiàn)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轉(zhuǎn)位。（2）在刀架上要能牢固的安裝刀具 在刀架撒謊能夠安裝刀具時還應(yīng)能精確的調(diào)整刀具的位置，以保證刀具和工件間精確的相對位置。刀架的運動精度將直接反應(yīng)到被加工工價的幾何形狀精度和表面粗糙度上，為此，刀架的運動軌跡必須準(zhǔn)確，運動應(yīng)平穩(wěn)，刀架運轉(zhuǎn)的終點到位應(yīng)準(zhǔn)確。而且這種精度保持性要好，以便于長期保持刀具的正確位置。（3）刀架應(yīng)有足夠的剛度 由于刀具的類型、尺寸各異，質(zhì)量相差較大，刀具在自動轉(zhuǎn)向過程中方向變化較復(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的切削用量，所以刀架必須

12、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 由于刀架和自動換刀裝置在機床工作過程中，使用次數(shù)很多，而且使用頻率也很高，所以必須充分重視它的可靠性。（5）刀架換刀時間盡量短，以利于提高生產(chǎn)效率。（6）操作方便安全。2.1.2 數(shù)控車床刀架的功用數(shù)控車床刀架是各類數(shù)控車床的核心配套附件之一。它大多采用步進電機（或伺服電機，或液壓馬達）驅(qū)動，通過減速機構(gòu)（液壓馬達驅(qū)動的刀架除外）、行星機構(gòu)、馬氏機構(gòu)或凸輪機構(gòu)來完成刀架的松開、抬起、轉(zhuǎn)位、定位和夾緊動作；它可按主機的編程要求完成刀架的自動換刀動作，以實現(xiàn)數(shù)控車床加工程序的自動化和高效化。因此，刀架的性能和結(jié)構(gòu)往往直接影響到機床的切削性能

13、、切削效率和體香了機床的設(shè)計和制造技術(shù)水平。2.2 總體方案的確定數(shù)控車床刀架大體上可分為轉(zhuǎn)塔式刀架和直排式刀架兩大類。轉(zhuǎn)塔式刀架又分立式數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架和臥式數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架。立式數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架是回轉(zhuǎn)軸線與安裝基準(zhǔn)面垂直、可裝夾多把刀具或工具，采用數(shù)字信息指令控制轉(zhuǎn)位的刀架。他通過常用4工位和6工位兩種，按性能可分為簡易和全功能兩類，是經(jīng)濟型數(shù)控車床和將普通車床改造為簡易數(shù)控車床的重要配套附件。該刀架即可與數(shù)控車床的數(shù)控系統(tǒng)接口相連，又可配置簡易的數(shù)控系統(tǒng)，輔助主機完成軸類和盤類等零件的車外圓、端面、圓弧、切槽、切斷、車螺紋、鏜孔和攻螺絲等加工工序。臥式數(shù)控轉(zhuǎn)塔式刀架為一種回轉(zhuǎn)軸線與安裝幾面平行的、可

14、裝夾多把刀具或工具，采用數(shù)字信息指令控制的刀架。它利用裝夾于刀盤上的非動力刀架和動力刀夾來夾持各種不同用途的刀具或工具，刀盤根據(jù)機床編程的指令轉(zhuǎn)過若干個工位，是下一道工序所用的刀具達到指定的工位，來實現(xiàn)主機的自動換刀動作。其驅(qū)動轉(zhuǎn)塔刀架的動力源有電機傳動和液壓傳動兩大類。根據(jù)兩種轉(zhuǎn)塔刀架的特點和本次設(shè)計任務(wù)的要求選定設(shè)計的轉(zhuǎn)塔刀架為立式簡易數(shù)控刀架（圖2-1）。圖2-1 立式簡易數(shù)控刀架2.3 刀架基本結(jié)構(gòu)、工作原理及動作順序2.3.1 數(shù)控刀架基本結(jié)構(gòu)圖2-2 立式簡易數(shù)控刀架結(jié)構(gòu)數(shù)控車床刀架基本結(jié)構(gòu)有：（1）驅(qū)動裝置 有電機驅(qū)動或液壓驅(qū)動（2）分度裝置 主要分間歇分度機構(gòu)和連續(xù)分度機構(gòu)（3

15、）預(yù)定位裝置 到達所需工位后停止分度運動，以便于齒盤正確嚙合。電動驅(qū)動刀架，利用霍爾元件發(fā)出信號控制電機反轉(zhuǎn)實現(xiàn)預(yù)定位（4）松開剎緊裝置 齒盤的松開剎緊，為了完成快速剎緊和得到足夠大的剎緊力，松開和剎緊一般選用液壓和機械等來實現(xiàn)。（5）精定位裝置 刀具切削時需要很高的剛性和定位精度，因此刀架都選用齒盤副為精定位元件。（6）發(fā)信號裝置 發(fā)信號裝置為霍爾元件（7）裝刀裝置 包括刀盤、刀架及夾刀裝置2.3.2 電動刀架基本工作原理（1）電機啟動正轉(zhuǎn)，驅(qū)動蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)過一個角度，是安裝蝸輪的軸向前運動，使兩端齒盤分離，刀架升起（2）電機繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時，撥動渦輪軸突起部分，完成轉(zhuǎn)位分度（3）到達預(yù)選位時，發(fā)令

16、讓電機停止正轉(zhuǎn)并立即反轉(zhuǎn)（4）電機反轉(zhuǎn)，蝸輪軸后移，兩端齒盤嚙合（5）夾緊到一定程度，蝸桿克服彈簧作用軸向移動，同時推動開關(guān)擋鐵做軸向移動。是關(guān)車開關(guān)發(fā)令使電機停轉(zhuǎn)2.3.3 刀架動作順序立式數(shù)控車床旋轉(zhuǎn)刀架的動作順序如流程圖2-3圖2-3 刀架動作流程圖2.4 刀架轉(zhuǎn)位機構(gòu)設(shè)計本設(shè)計采用小功率異步電機驅(qū)動蝸桿、蝸輪實現(xiàn)刀架轉(zhuǎn)位，轉(zhuǎn)為的速度和角位移均可通過半閉環(huán)反饋進行精確控制加以實現(xiàn)， 如圖2-4所示圖2-4 交流電機驅(qū)動的刀架轉(zhuǎn)位機構(gòu)（a） （b） （c） （d）圖2-5 刀架轉(zhuǎn)位抬起的動作示意圖為了結(jié)構(gòu)需要，有時還在蝸桿后再加一對齒輪。對于本設(shè)計，考慮的機構(gòu)簡化及成本降低，沒有采用齒輪結(jié)

17、構(gòu)。在旋轉(zhuǎn)刀架上，為了提高到家的轉(zhuǎn)位分度精度，采用了單頭雙導(dǎo)程蝸桿，以便在使用中隨時調(diào)整蝸桿蝸輪的傳動間隙，實現(xiàn)準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)位分度，保證刀架工作的可靠性。圖2-5為刀架轉(zhuǎn)為師的動作順序示意圖(a)刀架剎緊狀態(tài)或轉(zhuǎn)位開始，轉(zhuǎn)位銷的位置；(b)到家抬起5mm即將轉(zhuǎn)位時，轉(zhuǎn)位銷和定位銷的位置；(c)刀架轉(zhuǎn)位90°霍爾開關(guān)發(fā)出電機反轉(zhuǎn)信號時，轉(zhuǎn)位銷和定位銷的位置；(d)刀架反靠到位和落下剎緊時，轉(zhuǎn)位銷和定位銷的位置2.5 刀架定位機構(gòu)設(shè)計目前在刀架的定位機構(gòu)中多采用錐銷定位和端齒盤定位。由于圓柱銷和斜面銷定位是容易出現(xiàn)間隙，圓錐銷定位精度高。它進入定位孔時一般靠彈簧力或液壓、氣動，圓錐銷磨損后仍

18、可以消除間隙，以獲得較高的定位精度。本設(shè)計用銷定位實現(xiàn)粗定位，端齒盤機構(gòu)實現(xiàn)精定位。2.5.1 端齒盤的應(yīng)用 端齒盤又稱多齒盤、細齒盤、鼠牙盤，實際有自動定心功能的精密分度定位元件，廣泛應(yīng)用與加工中心、柔性單元、數(shù)控機床、測量儀器、各種高精度間歇式圓周分度裝置、多工位定位機構(gòu)、以及其他需要精密分度的各種設(shè)備上。如數(shù)控車床中的多工位自動回轉(zhuǎn)刀架，銑床及加工中心用的回轉(zhuǎn)工作臺及其他分度裝置中都采用端齒盤作為精定位元件。端齒盤的齒形有直齒和弧齒兩種，直齒端齒盤由于加工方便、定位精度及重復(fù)定位精度高而最受歡迎。端齒盤實際上相當(dāng)于一堆齒數(shù)相等同的離合器，其嚙合過程與離合器的嚙合類似。2.5.2 端齒盤的

19、特點在分度及定位裝置中，一般利用端齒盤作為其精確定位元件。它具有以下特點：（1）分度精度高 在一副端齒盤中，實際分度誤差等于所有齒單個分度誤差的平均值的平均值。即： （2-1）此為端齒分度的“誤差平均效應(yīng)”。由于誤差平均效應(yīng)，使分度精度大大提高，是端齒盤的分度精度可高達0.1。且齒數(shù)越多分度越高。端齒盤嚙合齒是沿圓周向心分布的，一對齒盤嚙合時具有自動定心作用，所以回轉(zhuǎn)軸的精度及其在使用中的磨損對定心精度幾乎沒有影響。（2）分度范圍大 端齒盤的分度大小與齒數(shù)有關(guān)。端齒盤的齒數(shù)可任意確定，以適應(yīng)各種分度需要。例如齒為360齒的端齒盤，最小分度值為1°。用差動端齒分度裝置，即利用兩副齒數(shù)不

20、同的端齒盤疊在一起并作相對分度運動時，分度范圍更大。（3）精度的重復(fù)性和持久性好 精度的重復(fù)性和持久性好重復(fù)定位精度可達0.02。一般的機械分度裝置的精度，隨著分度裝置的使用而出現(xiàn)磨損，將逐漸降低分度精度。但端齒盤在使用過程中，卻相當(dāng)于上下齒盤在不斷地對研，因此使用越久，齒面接觸面積越大，上下齒盤嚙合越好，分度精度的重復(fù)性和持久性也就越好而且有可能提高精度。（4）剛性好 因所有齒形沿圓周方向均勻分布，上下齒盤嚙合時齒面無間隙，故嚙合時能自動定中心，不論承受的是切向力、徑向力還是軸向力，整個分度裝置形成一個良好的剛性整體。1）機構(gòu)緊湊，使用方便 2）維護方便 3）不能進行任意連續(xù)分度端齒盤定位由

21、兩個齒形相同的端齒面齒盤相嚙合而成，由于嚙合時各個齒的誤差相互抵償，起著均化誤差的作用，定位精度高。齒盤的齒形角一般有等于90°和60°兩種，齒盤的齒數(shù)選擇應(yīng)根據(jù)所要求的分度數(shù)以及齒盤外徑d的大小來確定。齒形半角和齒數(shù)z與齒頂半角的關(guān)系滿足 （2-2）例如=45°，=150， =36，=45°，=120，=45，一般齒盤外徑均在100-800mm之間，且，定位基準(zhǔn)外徑，重合厚度均已標(biāo)準(zhǔn)化。本設(shè)計中齒盤參數(shù)的確定見第四章零件設(shè)計部分。2.6 電動機選擇及安裝形式的確定2.6.1 電動機型號選擇六角回轉(zhuǎn)刀架所需驅(qū)動功率非常小，僅需克服螺紋傳動阻力，并能提供一

22、定程度的夾緊力，電機負載平穩(wěn)，對啟動、制動屋特殊要求，為長期運行的機械裝置，因此可以選擇小功率一般異步電機。2.6.2 電動機電壓和轉(zhuǎn)速的選擇有機械設(shè)計手冊單行本減（變）速器·電機與電器表16-1-19，小功率電機選用380v電壓。電機轉(zhuǎn)速的確定。電動機的額定轉(zhuǎn)速是根據(jù)生產(chǎn)機械的要求而選定的，在確定電動機的額定轉(zhuǎn)速時，必須考慮傳動機構(gòu)的傳動比值，兩者互相配合，經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟全面比較才能確定。通常，電機的轉(zhuǎn)速不低于500r/min。因為當(dāng)功率一定時，電動機轉(zhuǎn)速越低，則其尺寸越大，價格越高，而且效率也越低，如選擇高速電動機，勢必加大機械減速機構(gòu)的傳動比，致使機械傳動部分變得復(fù)雜。對于要求

23、快速頻繁啟動、制動的機械，電動機的轉(zhuǎn)動慣量與額定轉(zhuǎn)速的平方乘積最小時，能獲得最好的啟動制動效果。綜合考慮，選擇電動機額定轉(zhuǎn)速為1400r/min。根據(jù)以上分析，并參考相關(guān)數(shù)控車床到家廠家電機型號，確定本設(shè)計的電動機為小功率三相異步電動機，其具體參數(shù)為：a02-6314，額定功率120w，額定電壓380v。額定轉(zhuǎn)速1400r/min，額定效率0.6，啟動轉(zhuǎn)矩2.2n·m，啟動電流6.0a。2.6.3 電動機結(jié)構(gòu)及安裝形式的確定對于要求傳動精確，工作可靠的機械，要求采用臥式安裝形式，此結(jié)構(gòu)端蓋上有凸緣，凸緣有螺孔，并有止口，凸緣在d端，借凸緣平面安裝。采用ff115凸緣。如圖2-6所示

24、圖2-6 電動機外形及安裝尺寸2.7 本章小結(jié)本章為總體結(jié)構(gòu)設(shè)計部分，主要講了機床刀架基本要求及功用，以及總體方案的確定。闡述了刀架定位機構(gòu)和轉(zhuǎn)位機構(gòu)的原理并選定了定位銷與齒盤結(jié)合定位的方案。最后說明了電動機的選用原則并最終選擇了a02-6314電機作為本次設(shè)計的驅(qū)動的電動機。3. 運動設(shè)計及刀架主參數(shù)確定3.1 運動設(shè)計 本設(shè)計的數(shù)控車床六角回轉(zhuǎn)刀架采用a02-6314小功率異步電動機驅(qū)動，蝸輪蝸桿傳動，電動機額定轉(zhuǎn)速為1400r/min。首先，確定轉(zhuǎn)位時間及傳動比分配。為滿足一定的加工效率，單工位轉(zhuǎn)位時間不超過3秒鐘，設(shè)計刀架上升、下降各轉(zhuǎn)150°，刀架轉(zhuǎn)位至少需要60°

25、;，最多300°，所以蝸輪轉(zhuǎn)角s則蝸輪最小轉(zhuǎn)速 （3-1）帶入數(shù)據(jù)，可得 又知電動機轉(zhuǎn)速 則總降速比 （3-2）代入數(shù)據(jù)得 采用單頭雙導(dǎo)程渦輪傳動。一般，因此不必在蝸桿端加齒輪加速機構(gòu)，使用單蝸輪傳動就能滿足降速比要求，取。3.2 刀架主參數(shù)確定3.2.1 中心高確定中心高指主軸軸線至刀架底面的垂直距離，國內(nèi)的立式刀架中心高一般有mm，共計8個規(guī)格，根據(jù)設(shè)計中型數(shù)控車床，選擇中心高150mm。3.2.2刀架工位數(shù)確定 刀架工位數(shù)是數(shù)控車床用刀架的第二主參數(shù)，應(yīng)根據(jù)數(shù)控車床上所加工零件的工序數(shù)量來選擇，若加工零件越復(fù)雜，工序數(shù)量越多，一般選擇的刀架的工位數(shù)也越多，本設(shè)計為數(shù)控車床六角旋

26、轉(zhuǎn)刀架設(shè)計，選擇六工位。3.3 本章小結(jié)數(shù)控車床六角旋轉(zhuǎn)刀架的傳動非常簡單，通過電動機驅(qū)動蝸桿機構(gòu)，再通過螺紋機構(gòu)傳遞動力，用端面銷粗定位，端齒盤精定位。傳動比的確定要滿足轉(zhuǎn)位時間要求。根據(jù)這些要求，確定蝸桿機構(gòu)傳動比為56，并根據(jù)中型數(shù)控機床確定了本次設(shè)計數(shù)控車床刀架的主參數(shù)。4. 刀架零件設(shè)計、計算及校核4.1 蝸桿蝸輪選用及校核4.1.1蝸桿副材料選擇考慮到傳遞功率不大，轉(zhuǎn)速也不高，蝸桿選用45#鋼制造，調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度hbs，假設(shè)相對滑動速度m/s，故蝸輪輪緣選用鋁青銅，金屬模鑄造。4.1.2 確定蝸桿頭數(shù)，蝸輪齒數(shù)由3表9.2，選取 4.1.3 按齒面接觸疲勞強度確定模數(shù)m和蝸桿分

27、度圓直徑 （4-1）式中 蝸輪端面模數(shù)，=2mm； 蝸輪分度圓直徑，=56mm； 作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩； 蝸輪材料的許用應(yīng)力，mpa； 材料彈性系數(shù)。（1） 確定作用于蝸輪上的轉(zhuǎn)矩，按，初取，則 （4-2）蝸桿輸入功率，則 n·m（2）確定載荷系數(shù) （4-3）式中 使用系數(shù)； 動載荷系數(shù)； 工作載荷系數(shù)。由3表9.4，查取使用系數(shù)；假設(shè)蝸輪圓周速度，取動載荷系數(shù)，工作載荷系數(shù)，故 （3）確定許用接觸應(yīng)力由3表9.6查取許用接觸應(yīng)力（4）確定材料彈性系數(shù) 對于青銅或鑄鐵蝸輪與鋼制蝸桿配對時，?。?）確定模數(shù)m和蝸桿分度圓直徑將數(shù)據(jù)代入式4-1，得 由3表9.1，按mm，選取=2mm，=2

28、2.4mm4.1.4 計算傳動中心距蝸輪分度圓直徑 （4-4）代入數(shù)據(jù)，得mm中心距 （4-5）則 mm4.1.5 驗算蝸輪圓周速度、相對滑動速度及傳動效率 蝸輪圓周速度 顯然，與原假設(shè)相符，取合適。 （4-6）代入數(shù)據(jù)，得，得，所以 顯然m/s，與原假設(shè)相符，選用做蝸輪材料合適。由 m/s，查3表9.2，得當(dāng)量摩擦角 （4-7）所以 與原來初值取0.56相符4.1.6 蝸桿和蝸輪主要幾何尺寸計算（1）蝸桿幾何尺寸計算分度圓直徑： =22.4mm，直徑系數(shù)：q=11.2，蝸桿頭數(shù)：，分度圓導(dǎo)程角 （4-8）代入數(shù)據(jù)，得 蝸桿軸向齒距 mm，蝸桿齒頂圓直徑 mm，蝸桿齒根圓直徑：mm，蝸桿軸向齒

29、厚：mm，蝸桿軸向齒距：mm （2）蝸輪齒數(shù)計算變位系數(shù)：驗算傳動比：，蝸輪分度圓直徑：mm，蝸輪齒頂圓直徑：mm，蝸輪齒根圓直徑：mm，蝸輪齒寬：mm，取mm蝸輪三維建模如圖4-1：圖4-1 蝸輪模型4.2 蝸桿軸結(jié)構(gòu)設(shè)計及校核4.2.1 蝸桿軸材料選擇因傳遞功率不大，并對質(zhì)量及結(jié)構(gòu)尺寸無特殊要求，故選用45#鋼，調(diào)制處理。4.2.2 初算軸徑對于轉(zhuǎn)軸，按鈕轉(zhuǎn)強度確定軸的最小直徑，由材料力學(xué)可知，軸受轉(zhuǎn)矩作用時，其強度條件為 mm （4-9）式中 軸的直徑，mm； 軸剖面中最大扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力，mpa； 軸傳遞的功率，kw； 軸的轉(zhuǎn)速，r/min； 許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力，mpa； 抗扭剖面模量。對于45

30、#鋼，/mpa=，按電機所能提供的最大功率=0.12kw，則 mm考慮鍵槽的影響，取mm。4.2.3 蝸桿軸結(jié)構(gòu)設(shè)計圖4-2 蝸桿軸結(jié)構(gòu)設(shè)計草圖（1）軸承部件的結(jié)構(gòu)形式 刀架體采用整體式結(jié)構(gòu)。因傳遞功率不大，刀架發(fā)熱小，軸長度不會超過300mm，故軸承部件的固定方式可采用兩端固定方式。然后，可以按軸上零件的安裝順序，從處開始設(shè)計。（2）聯(lián)軸器及軸端 在本設(shè)計中就是軸段的直徑，又考慮到軸段上安裝聯(lián)軸器，因此，軸段的設(shè)計應(yīng)和聯(lián)軸器的設(shè)計同時進行。因結(jié)構(gòu)簡單，聯(lián)軸器采用套筒式剛性聯(lián)軸器。考慮到a02-6314電機伸出軸軸徑mm，由機械設(shè)計手冊差的平鍵套筒聯(lián)軸器的內(nèi)徑為12mm，軸段的長度應(yīng)符合聯(lián)軸器

31、的安裝要求，故取mm。（3）密封圈與軸段及軸段 在確定軸段和軸段直徑時，應(yīng)考慮聯(lián)軸器的固定及密封圈的尺寸和軸承型號幾個方面。選用30302圓錐滾子軸承，軸承內(nèi)徑d為12mm，取mm時，可以滿足聯(lián)軸器軸肩固定要求，同時有相應(yīng)的密封圈與之配合，所以確定mm，為滿足結(jié)構(gòu)要求，取mm，mm。（4）蝸桿與軸段及軸段 蝸桿齒根圓直徑為17.6mm，為使加工方便，取mm。為滿足結(jié)構(gòu)要求，取mm，mm。（5）鍵連接 聯(lián)軸器與軸用a型普通平鍵連接，為鍵gb/t1095-2003。完成的結(jié)構(gòu)設(shè)計草圖如圖4-2，三維模型如圖4-3。圖4-3 蝸桿模型圖4.2.4 軸的受力分析 （1）蝸桿傳動受力分析如圖4-4圖4-

32、4 蝸桿傳動的受力分析蝸桿蝸輪傳動的力矩 （4-10） （4-11）式中 蝸桿軸的傳遞功率，120w； 蝸桿軸的轉(zhuǎn)速，1400r/min； 蝸輪蝸桿傳動的效率，=0.6。代入數(shù)據(jù)，得 蝸輪蝸桿受力： （4-12） （4-13） （4-14）則 n n n（2） 計算支撐反力，如圖4-5（a）、（b）在水平面上 （4-15）則 （4-16）則 在垂直平面上， 軸承i的總支撐反力 （4-17）則 （4-18）(3) 畫彎矩圖，如圖4-5（c）、（d）、（e）在水平面上 剖面左側(cè) 剖面右側(cè) 在垂直平面上 剖面左側(cè) 剖面右側(cè) 合成彎矩 剖面左側(cè) 剖面右側(cè) （4）畫轉(zhuǎn)矩圖，如圖4-5（f）圖4-5 蝸桿

33、軸受力4.2.5 校核軸的強度 剖面右側(cè)，因彎矩大，還有轉(zhuǎn)矩，故剖面右側(cè)為危險剖面。由3表10.1抗彎剖面模量 抗扭剖面模量 彎曲應(yīng)力 扭剪應(yīng)力 按彎扭聯(lián)合強度進行校核，蝸桿軸單向轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)矩可按脈動循環(huán)處理，取折合系數(shù)，則當(dāng)量應(yīng)力 已知軸的材料為45#鋼，調(diào)質(zhì)處理，由3表10.1 查得mpa。顯然，故軸的剖面右側(cè)滿足要求。4.2.6 校核鍵連接的強度套筒聯(lián)軸器處鍵連接的擠壓應(yīng)力 （4-19）式中 聯(lián)軸器處軸段直徑，mm； 平鍵尺寸，mm。 考慮到連接處軸徑mm，結(jié)合聯(lián)軸器的尺寸，選取a型普通平鍵，由gb/1905-79選取鍵的尺寸mm?？傻?取軸、鍵及聯(lián)軸器的材料為鋼，查機械設(shè)計手冊得mpa，

34、顯然，故強度足夠。4.3 齒盤結(jié)構(gòu)設(shè)計4.3.1 齒數(shù)z的確定齒數(shù)可根據(jù)分度要求，即需要分度的最小分度值來確定。 （4-20）例如最小分度角度，則齒。本設(shè)計中，數(shù)控車床旋轉(zhuǎn)刀架采用六工位，安裝六把刀，最小分度值為60，為滿足精度要求，設(shè)計，可以實現(xiàn)最小值為5°整數(shù)倍的分位。故可以實現(xiàn)分度要求。4.3.2 端齒盤外徑端齒盤的外徑主要由設(shè)計結(jié)構(gòu)所允許的空間范圍來確定。在結(jié)構(gòu)允許的情況下，外徑越大越好，這樣可以增強分度或定位機構(gòu)的穩(wěn)定性。本次設(shè)計中，由于結(jié)構(gòu)限制，取齒盤最大外徑mm。4.3.3 齒根角（嚙合斜角）對于直齒端齒盤，為例保證在齒寬方面上的嚙合質(zhì)量，加工端齒時必須調(diào)整分度盤回轉(zhuǎn)軸

35、心線和工作談傾斜斜角，即齒根角或嚙合斜角（如圖4-6），以保證齒盤大端和小端的齒厚與齒槽寬度相等。圖4-6 端齒盤剖視圖圖4-7 單齒俯視示意圖 圖4-8 單齒外徑展開示意圖由以上分析可知 由圖4-7得 mm 圖4-9 端齒盤剖面及受力分析由圖4-9得 可知齒根角 4.3.4 端齒盤齒形角端齒盤的齒形角已標(biāo)準(zhǔn)化，通常取40°、60°、90°等。齒形角的選取，應(yīng)考慮作用在端齒盤上的負荷力矩及鎖緊力的大小，如圖4-9所示。將作用于齒盤上每齒的切向外力和軸向鎖緊力沿著齒面方向進行分解，如圖4-10所示，應(yīng)滿足一下條件：圖4-10 齒面受力分析 （4-21）即 可以得出，

36、在外載不變時，齒形角越小，所需鎖緊力也越小，即自鎖性越強，但齒相應(yīng)變深，齒厚變??；齒形角越大，需要的鎖緊力也越大，即承受力外扭矩的能力下降，但齒高變低，端齒嚙合的高度下降，可使端齒抬起量減小，結(jié)構(gòu)緊湊。同時也說明了加大外徑有利于提高端齒盤的承載能力。 因此，在選取齒形角時，應(yīng)考慮作用在端齒盤上的負荷（力矩）及鎖緊力的大小，同時受齒形加工刀具的限制，本設(shè)計采用90°齒形角。端齒盤三維建模見圖4-11： 圖4-11 端齒盤模型4.4 本章小結(jié)本章為本次設(shè)計中最重要的章節(jié)，進行了主要零部件的設(shè)計計算及校核。包括蝸輪蝸桿的設(shè)計及校核、蝸桿軸的設(shè)計校核、連接鍵的設(shè)計校核以及齒盤的參數(shù)的設(shè)計校核

37、。結(jié) 論本文在參考大量文獻的基礎(chǔ)上，對數(shù)控車床刀架工作原理、動作順序、常見問題進行了分析。并用ug軟件完成了數(shù)控車床六角旋轉(zhuǎn)刀架的三維建模。本文的主要研究成果如下：1.運動分析 分析了數(shù)控車床刀架的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，對比了液動刀架和電動刀架各自優(yōu)劣，進行了方案總體設(shè)計。2.六角回轉(zhuǎn)刀架零部件設(shè)計 完成了數(shù)控車床刀架傳動機構(gòu)和定位機構(gòu)的設(shè)計，對比數(shù)控刀架常見故障，對關(guān)鍵零部件進行了計算校核，保證了數(shù)控刀架有較高的精度和可靠性。3.結(jié)構(gòu)設(shè)計，三維建模 完成了數(shù)控車床六角回轉(zhuǎn)刀架各零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計和ug三維建模，包括標(biāo)準(zhǔn)件的選取和非標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計，在建模時考慮了零件加工工藝性和經(jīng)濟適用性，然后對數(shù)控刀架的各零部件進行了裝配，完成了裝配體建模。4.二維圖生成 從ug中裝配體生成二維圖，主要包括裝配圖、爆炸圖、外觀圖以及復(fù)雜零件的零件圖。參考文獻1 馮辛安.機械制造裝備設(shè)計，機械工業(yè)出版社，2005：230-4002 韓榮第.