數(shù)控車床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的PLC控制設(shè)計(jì)

目錄

摘要.......................................................................4

ABSTACT........................................................................5

第一章引言.....................................................................6

第一節(jié)概述....................................................................6

第二節(jié)數(shù)控車床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的發(fā)展趨勢.........................................6

第三節(jié)本設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容........................................................7

第二章回轉(zhuǎn)刀架方案選擇..........................................................8

第一節(jié)數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架的基本規(guī)定.............................................8

第二節(jié)數(shù)控車床立式回轉(zhuǎn)刀架的構(gòu)造特點(diǎn)..........................................8

第三節(jié)刀架參數(shù)確實(shí)定..........................................................9

第四節(jié)動(dòng)力源的選擇及方案選擇成果.............................................9

第三章回轉(zhuǎn)刀架的工作原理及過程.................................................11

第一節(jié)回轉(zhuǎn)刀架的構(gòu)成........................................................11

第二節(jié)回轉(zhuǎn)刀架時(shí)工作過程....................................................11

第四章傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和原則件的選用............................................13

第一節(jié)初擬傳動(dòng)方案..........................................................13

第二節(jié)選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī).........................................................13

第三節(jié)蝸桿蝸輪時(shí)設(shè)計(jì).........................................................14

第四節(jié)蝸桿軸的設(shè)計(jì)...........................................................17

第五節(jié)中心軸的設(shè)計(jì)...........................................................22

第六節(jié)齒盤的設(shè)計(jì).............................................................23

第七節(jié)聯(lián)軸器的選擇...........................................................26

第五章安裝調(diào)試和精度檢查.......................................................27

第一節(jié)安裝調(diào)試..............................................................27

第二節(jié)精度檢查..............................................................27

第三節(jié)維護(hù)與保養(yǎng).............................................................29

第四節(jié)故障及排除.............................................................29

第六章總結(jié).................................................................31

致謝......................................................................32

參考文獻(xiàn).................................................................33

摘要

數(shù)控車床H勺發(fā)展與應(yīng)用，大大減少了零件加工H勺輔助時(shí)間，極大日勺提高了牛產(chǎn)效

率。伴隨數(shù)控車床的發(fā)展，數(shù)控刀架開始向迅速換刀，電液組合驅(qū)動(dòng)和伺服驅(qū)動(dòng)方向

發(fā)展。根據(jù)加工對(duì)象不一樣，有四方刀架，六角刀架和八或更多工位日勺圓盤式軸向裝

刀刀架等多種形式?；剞D(zhuǎn)刀架上分別安裝四把，六次或更多刀具，并按數(shù)控裝置的指

令換刀。

自動(dòng)換刀裝置應(yīng)當(dāng)滿足換刀時(shí)間短、安全可靠等基本規(guī)定。本課題重要對(duì)四工位

立式自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架口勺機(jī)械設(shè)計(jì)和用PLC編程對(duì)控制部分的設(shè)計(jì)。并對(duì)以上部分運(yùn)用

ATUOCAD作圖，對(duì)自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架有更直觀口勺理解。

關(guān)鍵詞：數(shù)控車床自動(dòng)回轉(zhuǎn)PLCAUTOCAD

Abstract

WiththedevelopmentofCNClathes,theautomatictoolchangersystemismoreand

moreimportantinthemodernadvancedmanufacturc;becausetheautomatically

circumrotatingtoolcanshortenthecycletimeofproductmanufacturing,improvethe

precisionofproductmachiningCturretbegantofastentoolchange,electro-hydraulic

combinationofdriveandservodrivedirection.Accordingtoprocessing,therearefour

knife,hexagonalturret,andeightormorestationofthedisccutterknifeandotherformsof

axialloading.Wereinstalledontherotaryturret4,6ormoretools,numericalcontroldevice

inaccordingwithATCinstructions.

Automatictoolchangerinordertomeetthechangingtimeshouldbeshort,safeand

reliablebasicrequirements.Thisissuemainlyfour-stationverticalautomatically

circumrotatingturretformechanicaldesignandapplicationofrclay-acccsscontrolsystem

forthedesignofcontrolsection.SomeoftheaboveaswellastheuseofAUTOCADtodo

maps.electrictoolhasamoreintuitiveunderstanding.

Keywords:

CNClatheautomaticallycircumrotatingPLCAutoCAD

第一章引言

1.1概述

數(shù)控車床的刀架是機(jī)床的重要構(gòu)成部分。刀架用于夾持切削用的刀具，因此其構(gòu)

造直接影響機(jī)床的切削性能和切削效率。在一定程度上，刀架的構(gòu)造和性能體現(xiàn)了機(jī)

床的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)水平。伴隨數(shù)控車床日勺不停發(fā)展，刀架構(gòu)造形式也在不停翻新。

其中按換刀方式的不一樣，數(shù)控車床的刀架系統(tǒng)重要有回轉(zhuǎn)刀架、排式刀架和帶刀庫

日勺自動(dòng)換刀裝置等多種形式。其中，帶刀庫的數(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)械構(gòu)造和控制方式不停得到改善和完善。自動(dòng)換刀裝置時(shí)加工中

心的重要執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它日勺形式多種多樣，目前常見的有更換主軸頭換刀以及帶刀庫的

自動(dòng)換刀系統(tǒng)。

1.2數(shù)控車床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的發(fā)展趨勢

數(shù)控刀架的發(fā)展趨勢是：伴隨數(shù)控車床的發(fā)展，數(shù)控刀架開始向迅速換刀、電液

組合驅(qū)動(dòng)和伺服驅(qū)動(dòng)方向發(fā)展。

目前國內(nèi)數(shù)控刀架以電動(dòng)為主，分為立式（如圖1-1）和臥式（如圖1-2）兩種。

立式重要用于簡易數(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。此外，臥式刀架尚有液動(dòng)刀架和伺服驅(qū)動(dòng)刀架。電

動(dòng)刀架是數(shù)控車床重要的老式構(gòu)造，合理地選配電動(dòng)刀架，并對(duì)的實(shí)行控制，可以有

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

H勺一致性等等。此外，加工工藝適應(yīng)性和持續(xù)穩(wěn)定H勺工作能力也明顯提高；尤其是在

加工幾何形狀較復(fù)雜日勺零件時(shí)，除了控制系統(tǒng)能提關(guān)對(duì)應(yīng)的控制指令外，很重要的一

點(diǎn)是數(shù)控車床需配置易于控制日勺電動(dòng)刀架，以便一次裝夾所需的多種刀具，靈活以便

地完畢多種幾何形狀的加工。

數(shù)捽刀架的市場分析：國產(chǎn)數(shù)控車床將向中高檔發(fā)展.中等采用普及型數(shù)捽刀架

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。

圖17立式回轉(zhuǎn)刀架圖1-2臥式回轉(zhuǎn)刀架

1.3刀架的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

我們?cè)O(shè)計(jì)主過程，本著一下幾條設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：

1）發(fā)明性歐J運(yùn)用所需要日勺物理性能和控制;

2）預(yù)測意外載荷；

3）發(fā)明有利的載荷條件；

4）提高合理口勺應(yīng)力分布和剛度面;

5）辨別功能載荷及其意義；

6）重量盡量輕；

7）應(yīng)用基本公式求相稱尺寸和最佳尺寸；

8）根據(jù)性能組合選擇材料;

9）在儲(chǔ)備零件與整體零件之間進(jìn)行選擇；

10）進(jìn)行功能設(shè)計(jì)以適應(yīng)制造工藝和減少成本歐I規(guī)定。

第二章數(shù)控車床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的設(shè)計(jì)

2.1數(shù)控車床刀架應(yīng)滿足的規(guī)定

1）滿足工藝過程所提出日勺規(guī)定。機(jī)床依托刀具和工件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成工件表面，而

工件日勺表面形狀和表面位置的不一樣，規(guī)定刀架可以布置足夠多日勺刀具，并且可以以

便而對(duì)日勺地加工各工件表面，為了實(shí)目前工件日勺一次安裝中完畢多工序加工，因此

規(guī)定刀架可以以便地轉(zhuǎn)位。

2）在刀架以要能牢固地安裝刀具，在刀架上安裝刀具進(jìn)還應(yīng)能精確地調(diào)整刀具的位

置，采用自動(dòng)互換刀具時(shí)，應(yīng)能保證刀具互換前后都能處在對(duì)日勺位置。以保證刀具和

工件間精確的I相對(duì)位置。刀架H勺運(yùn)動(dòng)精度將直接反應(yīng)到加工工件的I幾何形狀精度和表

面粗糙度上，為此，刀架的運(yùn)動(dòng)軌跡必須精確，運(yùn)動(dòng)應(yīng)平穩(wěn)，刀架運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)終點(diǎn)到位應(yīng)

精確。面且這種精度保捋性要好，以便長期保持刀具的I對(duì)日勺位置。

3）刀架應(yīng)具有足夠口勺剛度。由于刀具的類型、尺寸各異，重量相差很大，刀具在自

動(dòng)轉(zhuǎn)換過程中方向變換較復(fù)雜，并且有些刀架還直接承受切削力?？紤]到采用新型刀

具材料和先進(jìn)的切削用量，因此刀架必須具有足夠的剛度，以使切削過程和換刀過程

平穩(wěn)。

4）可靠性高。由于刀架在機(jī)床工作過程中，使用次數(shù)諸多，并且使用頻率也高，因

此必須充足重視它的可靠性。

5）刀架是為了提高機(jī)床自動(dòng)化而出現(xiàn)的，因而它的換刀時(shí)間應(yīng)盡量縮短，以利于提

高生產(chǎn)率。目前自動(dòng)換刀裝置口勺換刀時(shí)間在0.8—6秒之間不等。并且還在深入縮短。

6）操作以便和安全。刀架是工人常常操作的機(jī)床部件之一，因此它日勺操作與否以便

和安全，往往是評(píng)價(jià)刀架設(shè)計(jì)好壞的指標(biāo)。刀架上應(yīng)便于工人裝刀和調(diào)刀，切屑流出

方向不能朝向工人，并且操作調(diào)整刀架的手柄（或手輪）要省力，應(yīng)盡量設(shè)置在便于

操作的J地方。

動(dòng)力刀架的整體方案設(shè)計(jì)

刀架是車床口勺重要構(gòu)成部分，加工中心的動(dòng)力刀架可安裝多種非動(dòng)力輔助刀夾

和動(dòng)力刀夾進(jìn)行加工，用于夾持加工用的刀具，因此其構(gòu)造直接影響到車床的加工性

能和加工效率。刀架采用端齒分度，轉(zhuǎn)位由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，刀位由二進(jìn)制絕對(duì)編碼

器識(shí)別，動(dòng)力刀具由變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過同步齒形帶等將動(dòng)力傳遞到刀夾。

各類數(shù)控機(jī)床日勺自動(dòng)換到裝置日勺構(gòu)造取決于機(jī)床的類型、工藝范圍、使用刀具

種類和數(shù)量。數(shù)控機(jī)床常用的自動(dòng)換刀裝置的類型、特點(diǎn)、合用范圍見表1T

第三節(jié)刀架參數(shù)確實(shí)定

刀尖高是數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架的重要參數(shù)。國內(nèi)生產(chǎn)的立式數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架的中

心高一般有51?245〃皿合計(jì)八個(gè)規(guī)格（詳細(xì)參見參照文獻(xiàn)［1］表3.15-4）。因此，參

照煙臺(tái)機(jī)床附件廠生產(chǎn)的AK21110-4M型回轉(zhuǎn)刀架，初選刀尖高為110〃〃"。其型號(hào)及

詳細(xì)規(guī)格如表27：

表27刀架參數(shù)

型號(hào)中心工反

電

高位單工最復(fù)

刀最大動(dòng)電動(dòng)

mtn數(shù)位大定外形

架轉(zhuǎn)切力機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)

時(shí)載位尺寸

速矩功速

間重精nun

r/niinNin率r/min

SKg度

W

mm

±

AK21110-4M11042.525.4450120140028367倉如0230

2〃

第四節(jié)動(dòng)力源的選擇及方案選擇成果

驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的動(dòng)力可分為電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)兩大類。一般狀況下只在臥式

數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)刀架中使用液壓傳動(dòng)，而其他均為電動(dòng)刀架，故對(duì)CK6Mo在選用時(shí)應(yīng)

取電動(dòng)機(jī)作為回轉(zhuǎn)刀架的動(dòng)力源。

通過對(duì)數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架的基本規(guī)定，構(gòu)造特點(diǎn)，動(dòng)力源及基本參數(shù)的分析，可

以得出CK6140回轉(zhuǎn)刀架的設(shè)計(jì)方案如下：

⑴立式簡易型；

⑵伺服電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)；

⑶刀尖高為110〃〃刀，工位數(shù)為4；

(4)外形尺寸為200X200X252(長X寬義高);

⑸采用霍爾開關(guān)作為信號(hào)傳播控制元件;

（6）轉(zhuǎn)位時(shí)刀架需要抬起，高度為5m加。

第三章回轉(zhuǎn)刀架的工作原理及過程

第一節(jié)回轉(zhuǎn)刀架的構(gòu)成

立式數(shù)控車床回轉(zhuǎn)刀架由固定部分（刀架基座或下刀體），轉(zhuǎn)動(dòng)部分（兀架座或

上刀體）和驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)三部分構(gòu)成，并采用了臥軸外露式電動(dòng)機(jī)布局。

第二節(jié)回轉(zhuǎn)刀架的工作過程

本設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)刀架日勺工作原理為機(jī)械螺母升降轉(zhuǎn)位式。工作過程可分為刀架抬起、

刀架轉(zhuǎn)位、刀架定位并壓緊等幾種環(huán)節(jié)，如圖3T所示，其工作過程如下：

⑴刀架抬起

當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀指令后，通過接口電路使電機(jī)正轉(zhuǎn)，經(jīng)傳動(dòng)裝置2、驅(qū)動(dòng)蝸

桿蝸輪機(jī)構(gòu)1、蝸輪帶動(dòng)絲桿螺母機(jī)構(gòu)8逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，此時(shí)由于齒盤3、4處在嚙合狀態(tài),

在絲桿螺母機(jī)構(gòu)8轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，使上刀架體產(chǎn)生向上日勺軸向力將齒盤松開并抬起,直至兩定

位齒盤3、4脫離嚙合狀態(tài)，從而帶動(dòng)上刀架和齒盤產(chǎn)生“上臺(tái)”動(dòng)作。

⑵刀架轉(zhuǎn)位

當(dāng)圓套8逆時(shí)針轉(zhuǎn)過150°時(shí),齒盤3、4完全脫開,此時(shí)銷釘精確進(jìn)入圓套8中的

凹槽中，帶動(dòng)刀架體轉(zhuǎn)位。

⑶刀架定位當(dāng)上刀架轉(zhuǎn)到需要到位后（旋轉(zhuǎn)90°、180°或270。）,數(shù)控裝置

發(fā)出日勺換刀指令使霍爾開關(guān)9中的某一種選通，當(dāng)磁性板10與被選通歐J霍爾開關(guān)對(duì)

齊后，霍爾開關(guān)反饋信號(hào)使電機(jī)反轉(zhuǎn)，插銷7在彈簧力作用下進(jìn)入反靠盤5地槽中進(jìn)行

粗定位，上刀架體停止轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)繼續(xù)反轉(zhuǎn)，使其在該位置落下，通過螺母絲桿機(jī)構(gòu)

7使上刀架移到齒盤3、4重新嚙合，實(shí)現(xiàn)精確定位.

⑷刀架壓緊

刀架精確定位后，電機(jī)及許反轉(zhuǎn)，夾緊刀架，當(dāng)兩齒盤增長到一定夾緊力時(shí)，電

機(jī)由數(shù)控裝置停止反轉(zhuǎn)，防止電機(jī)不停反轉(zhuǎn)而過載毀壞，從而完畢一次換刀過程。

圖37回轉(zhuǎn)刀架

第四章傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和原則件的選用

第一節(jié)初擬傳動(dòng)方案

參照煙臺(tái)機(jī)床附件廠生產(chǎn)的AK21110-4M電動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的刀架轉(zhuǎn)速n=25.4%加〃，電

動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為1400歷〃加，初步確定傳動(dòng)比i?剪55o故選用品有較大傳動(dòng)比的蝸

25.4

輪蝸桿傳動(dòng)。

第二節(jié)選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

一、電動(dòng)機(jī)所需要的功率

查參照文獻(xiàn)［1］表3.15-4的AK21110-4M電動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架口勺電動(dòng)機(jī)功率片120k轉(zhuǎn)

速n=1400r/rnino

二、確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

由P二120W可查參照文獻(xiàn)［1］表4.8T6,可得如下幾種型號(hào)電動(dòng)機(jī)的重要指標(biāo)，

如下表4-1所示。

表47電動(dòng)機(jī)重要技術(shù)指標(biāo)

重要技術(shù)數(shù)據(jù)外型尺寸（勿加

齒最大靜最高空運(yùn)行相電電外長軸

型距轉(zhuǎn)矩載啟動(dòng)頻率重

角頻率（步/數(shù)壓流徑度徑

kgXc〃7

號(hào)（步/秒）VA量

秒）

45BF0030.3

3/6231001200360245824

II8

70BF0011.5/344000160()5603.5709061.6

90BF0031.5/3201500800036059012594.2

考慮到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與聯(lián)軸器的配合及合理日勺安裝尺寸，在其滿足功率日勺前提下優(yōu)

先選擇尺寸較小便于安裝、拆卸、清理、維護(hù)H勺型號(hào)，比較三個(gè)型號(hào)H勺功率如下：

45BF003II,6120W；70BF001,6210。90BF003,6300?？紤]三者的J外徑和安裝尺

寸45BF003II型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)明顯優(yōu)越于后者，故綜合考慮選擇45BF003n型步進(jìn)電動(dòng)

機(jī)比較合適，查參照文獻(xiàn)口］表4.877選用45BF003n型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)配用口勺驅(qū)動(dòng)電源

型號(hào)為BQG1-002。

第三節(jié)蝸桿蝸輪的設(shè)計(jì)

一、選擇蝸桿傳動(dòng)類型、精度等級(jí)

由于傳動(dòng)日勺功率不大，速度也不高，故選用阿基米德圓柱蝸桿傳動(dòng)，精度為：

8C-GB10089-88o

二、選擇蝸桿蝸輪材料

考慮到蝸桿傳動(dòng)功率不大，速度中等，故蝸桿用45號(hào)鋼表面淬火，硬度為45、

55HRC,蝸輪邊緣采用ZCuSnlOPl,金屬模鑄造。

三、初選幾何參數(shù)

查參照文獻(xiàn)⑵表8-4-4,初定中心距。二50,傳動(dòng)比;51時(shí),

Z,=1Z2=Z)?/51

/〃=1.64=20r=4034,26"

四、確定許用接觸應(yīng)力

查參照文獻(xiàn)［2］表8-4-9知，當(dāng)蝸輪材料為鑄青銅時(shí)，

［SH1=［SH/J累Z1V

由表8-4-10查得

［sHb］=220Mpa

滑動(dòng)速度：

1400倉加3.14?103一),

U.=------------------=1.47/71/5

60

u="=--------------=\A7m/s

5cosrcos43426”

采用浸油潤滑，由參照文獻(xiàn)［2］圖8-4-2查得：Zs=0.93

根據(jù)參照文獻(xiàn)［2］表8-4-4N=60/V，，設(shè)計(jì)工作壽命1=12023小時(shí)，求得

、=60〃/=60倉1］^12000=1.97?107

-51

根據(jù)N=1.97?l()7,由圖8-4-4查得Z”=0.91,許用接觸應(yīng)力為

Z)v=220&D.930.91=1863加

五、計(jì)算蝸輪輸出轉(zhuǎn)矩T2

估算傳動(dòng)效率

7；=9550?型9550?0」2倉“不》31.31N?〃z

-%1400

六、確定模數(shù)R和蝸桿分度圓直徑4

由公式可得：

因載荷較平穩(wěn)，取載荷系數(shù)k=L1,則

>4?艇也%好廣創(chuàng)」31.31=87〃加

1-BTI86

查參照文獻(xiàn)［2］表8-4-2得，=89.6機(jī)W,取〃?=2〃〃〃，di-22.4mm,q-11.2,

r=5。6'8〃。

七、重要尺寸計(jì)算

蝸桿：

分度圓直徑：di=22,4mm；

齒頂圓直徑：4“=4+2h；m=22.4+2創(chuàng)2=26.4"〃〃；

齒根圓直徑：df［=dr2(/?：+c)m=22A-2(1+0.2)?217.6mm；

蝸輪：

分度圓直徑：d2=mZ2=2?51102〃〃〃；

齒頂圓直徑：=d?+=102+2創(chuàng)2=106/zz/n；

齒根圓直徑42二4?2(九：+?)m=102-2(1+0.2)?297.2mm：；

蝸輪外圓直徑：de2?da21.5/zz=106+1.5?2109mm,取de2=/08mm

蝸輪齒寬：b2?0.75<fl0.75?26.419.8,取歷=/8〃〃幾

中心距:

a+d2+2c2m)=^(22.4+102-2)=60.2mm

八、蝸輪齒面接觸強(qiáng)度校核

由參照文獻(xiàn)［2］表8-4-9,

由于幾何參數(shù)已經(jīng)確定，故女與乃可按已知的幾何參數(shù)重新計(jì)算

_22.4f1400

=1.65/77/s

191()()cos1191()()cos568‘

由參照文獻(xiàn)［2］表8-475用插值法查得人A=2I26L則蝸輪副嚙合效率為

tan568'

/?,=———?100%??？100%69.5%

tan(r+r)tan(56'8"+212'61J

0

取軸承效率〃2=99%,攪油及濺油效率力3=97.5%,則蝸桿傳動(dòng)的總效率為:

h=h、黑/?3=69.5%倉巾9%97.5%=65.36%

由此可得：

7；=9550?則9550?012倉辦65365127.2SN?m

~%14(X)

由于匕<3〃z/s,由參照文獻(xiàn)［2］表8-4-9取ki=1,k2=1,k3=1,k4=1.52,ks=1.15,

起=0.75,則

k=k&k3k4k及=T例1&J.521.15?0.751.311

將此時(shí)的女與。代入蝸輪齒面接觸強(qiáng)度校核公式，得:

14783徑147831.311，27.28

二183%。

22.4

〃d2\&102

顯然因此滿足接觸強(qiáng)度規(guī)定。

九、散熱計(jì)算

由公式ps=1000/7](1-由得,傳動(dòng)損耗口勺功率為:

P=1000/7,(1-/0=1000&1).12(1-0.6536)=41.6W

由公式J%二加6I?)和設(shè)計(jì)規(guī)定P,￡P(guān)$可推出:

A3―區(qū)—

咐—2)

考慮到通風(fēng)良好，取左=15卬/蘇?℃"尸95c忻20℃,則

A?———0.036病

15?(9520)

若蝸桿減速部分散熱的計(jì)算面積力不滿足以上條件，可以采用強(qiáng)迫冷卻措施或增

長散熱計(jì)算面積口勺措施來滿足散熱規(guī)定。

第四節(jié)蝸桿軸的設(shè)計(jì)

一、蝸桿軸的材料選擇及確定許用應(yīng)力

考慮蝸桿軸重要傳遞我輪日勺轉(zhuǎn)矩，為一般用途中小功率減速傳動(dòng)裝置。因此，蝸

桿材料選用45鋼，正火處理，[s〃]=600Mpa,[$_1,=54Mpa。

二、初步估算軸的最小直徑

由公式得:

d?11=4.85/〃，〃

V1400

取cLnin=6mm

三、確定各軸段的I直徑和長度

根據(jù)各個(gè)零件在軸上日勺定位和裝拆方案確定軸的形狀及直徑和長度，如圖4-1所

不0

D2D3

D4

L4

圖4-1蝸桿軸

DkD5段：DI、D5段軸徑由軸承內(nèi)圈孔來決定，考慮到軸所傳遞功率不大，轉(zhuǎn)

速較低,選用推力球軸承，型號(hào)為51100,d=10rmn,d尸11〃〃〃，。二24〃加，。尸24〃〃〃,

因此，軸徑力="5=10〃?〃?，Lr20mnbLN0mm。

D2、D4段：D2段左端對(duì)軸承起軸向固定作用，D2段右端對(duì)軸承起軸向固定作用,

由于兩處軸承型號(hào)相似，考慮到加工安裝的J以便，取d2=d4=16〃〃〃，￡2巧Lj巧5〃〃*

D3段：D3段為蝸桿蝸輪嚙合部分，取力=22〃〃"，Lj=50mmo

兩軸承歐I中心跨度為174,軸日勺總長為250〃?加o

四、蝸桿軸的校核

⑴作用在蝸桿軸上的載荷

由公式得：

4

pn12

T.=9.55?106-9.55創(chuàng)（/?^―=818.57N

1n1400

T2=27.287V?,?27285.96N?〃如

則圓周力：

2T\T818.57

Fr八=--=-------=73.07N

"d122.4

軸向力：

?萬27；2'27285.9.....

F=----------二535N

m‘2d102

徑向力:

Fr=Ft2tan^=535tan20?194.7N

圖4-2蝸桿軸向受力分析

切向力：

p535

Fa=----金——=--------......=517.6N

lcosartcosrcos20°cos5618"

⑵計(jì)算支反力

4-3軸的水平面支反力

水平面支反力（如圖4-3）：

F"X%_73.07,84.5

-=36.54N

/,+/2169

垂直面支反力（如匡4-4）：

RAV=Fr-RliV=\94.7-57.17=137.53N

工“%？&/2_194.7?84.5535?22.4/2___

--------------------------=--------------------------------------------=57?17/V

169

⑶彎矩計(jì)算

水平面彎矩（如圖4-5）:

R.H=Rw?/,36.54?84.53087.63N?加，〃

M=11621.29

M=4830.87

垂直面彎矩（如圖4-6）：

Mcvl=RAV?/,137.53?84.511621.29N?〃〃”

MCV2=RHV?/257.17?84.5483O.87N?m〃2

合成彎矩(如圖4-7)：

Mcl=jMcJ=J3087.63-+11621.292=12024N?mm

22

MC2=J%/=V3087.63+4830.87=5733N?〃〃〃

⑷彎扭合成強(qiáng)度校核

截面C處當(dāng)量彎矩：

Me=4Md+(27)2=J120242+(0.6?818.57,12034N?加〃

由參照文獻(xiàn)［3］公式(17-5)可得

s,==—⑵"41=11.3N//77/272<［s.|,=54Mpa

ewo.r22.43b1

故蝸桿軸的強(qiáng)度足夠。

第五節(jié)中心軸的設(shè)計(jì)

一、中心軸的材料選擇及確定許用應(yīng)力

由于中心軸速度較低，傳動(dòng)力矩不大，為空心軸，故選用一般鋼材45號(hào)鋼，調(diào)

質(zhì)，硬度為217?255/7AS,[sJ=637M〃，。[s.J,=59Mp

二、計(jì)算軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩

軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩為

p()I2Z075

7=9.55?106-9.55?106-----—31311.48

n27.45

三、初步估算軸的最小直徑

由公式可得

cP11

式中：d一危險(xiǎn)斷面處的軸徑，nim

P一計(jì)算軸傳動(dòng)日勺額定功率；KW

〃一軸的計(jì)算轉(zhuǎn)速，/加山

一八0.12'0.75…

"?111101---------=16.34〃?〃?

V27.45

取軸的直徑417〃〃〃

四、確定各軸段的直徑和長度

根據(jù)各個(gè)零件在軸上H勺定位和裝拆方案，確定軸的形狀及直徑和長度，如圖4-8

所示。

1)4D3

L4

圖4-8中心軸

D1段：根據(jù)安裝規(guī)定和估算最小直徑，取dl=17mm,Ll=50mm。

D2段：D2段與軸承配合，其直徑由軸承內(nèi)徑?jīng)Q定，結(jié)合實(shí)際工作狀況，選擇推

力球軸承，型號(hào)為:511404,力20mm,dl=21mm,D=35mm,Dl=35mm,T=10mmo因此,

d2=20mm,L2=65mmo

D3段：取d3=22rmn,L3=93mmo

D4段：D4段與軸承配合，其直徑由軸承內(nèi)徑?jīng)Q定，結(jié)合實(shí)際工作狀況，選擇推

力球軸承,型號(hào)為：511405,d=25mm,d1=26mm,D=42mm,Dl=42mm,T=11mm。因此,

d4=25mm,L4=30mmo

第六節(jié)齒盤的設(shè)計(jì)

一、齒盤的材料選擇和精度等級(jí)

上下齒盤均選用45號(hào)鋼，淬火，180HBS,初選7級(jí)精度等級(jí)。

二、確定齒盤參數(shù)

考慮齒盤重要用于精確定位和夾緊，齒形選用三角齒形，上下齒盤需互相嚙合,

可選相似參數(shù)。當(dāng)蝸輪軸旋轉(zhuǎn)150。時(shí)，上刀架上升5〃7〃Z,齒盤的齒高取

由公式〃=（2〃：+c）m得：

4

fn=——；——r

24+c

取總*=1.0,c*=0.25,貝ij

44

m=——；——r=1.78〃〃〃

2兒+c2?1.00.25

取原則值m=2mm

齒盤齒全高：

h=(2h；+c)m=(2?10.25)?24.5"z〃z

齒盤內(nèi)圓直徑di=140mmf齒盤外圓直徑42=160〃〃〃。

齒頂高：

%=h：m=\?22mm

齒根高

〃/=(h；+(/)/%=(1+0.25)?22.5〃〃蟹

齒數(shù):z=100

齒寬:b=10mm

齒厚：

pm3.14'2

s=--=------3.147ww

22

齒盤高為10〃〃〃

三、校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度

校核公式為：

2kT

bdytn

（1）確定有關(guān)計(jì)算參數(shù)和許用應(yīng)力

T=9.55?106—9.55?我-二經(jīng)33838.58N?〃如

n25.4

⑵取載荷系數(shù)右1.5

⑶齒形系數(shù)

查參照文獻(xiàn)［3］表13-7,取

^>=^2=2.63

⑷應(yīng)力修正系數(shù)

查參照文獻(xiàn)［3］表13-7,取

L=%2=L65

⑸彎曲疲勞強(qiáng)度極限

查參照文獻(xiàn)［3］圖13-7,得：

⑹彎曲疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)

查參照文獻(xiàn)［3］圖13-9查得：

⑺彎曲疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)

取彎曲疲勞強(qiáng)度最小安全系數(shù)S尸1.4

⑻計(jì)算許用彎曲應(yīng)力

[5FJ=[5F2]=匕&ml”.=1^2_1=114.23%。

SF1.4

⑼校核內(nèi)根彎曲疲勞強(qiáng)度

2kTV2創(chuàng).533838.58一】「

v=

%J如=-10創(chuàng)402-36?23M〃a<[sfl]=[sF2

滿足彎曲疲勞強(qiáng)度規(guī)定。

第七節(jié)聯(lián)軸器的選擇

常用聯(lián)軸器已原則化，在選用時(shí)可以根據(jù)載荷特點(diǎn)、工作狀況和條件合適的類型,

再根據(jù)軸傳遞日勺轉(zhuǎn)矩及參數(shù)選擇。

由參照文獻(xiàn)［1］公式(3.13-1)得

TJ9550—

n

式中：Tn—聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩；N又〃1；

T一軸傳遞理論轉(zhuǎn)矩；Nx/〃；

P一驅(qū)動(dòng)功率；KW；

〃一工作轉(zhuǎn)速；r/tnin,

上一工作系數(shù)，取k2

Pk012'2

T?9550——9550?-----1.64N?m

“n1400

由于聯(lián)軸器是連接步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和蝸桿H勺，在工作過程中也許有輕微振動(dòng)，旦頻繁

啟動(dòng),故選用彈性套柱俏聯(lián)軸器，如TL、HL、ZL型。查參照文獻(xiàn)［1］表3.13-8選擇

TL1型彈性套柱銷聯(lián)軸器，其標(biāo)識(shí)為：7c1144GB4323-84

JB\020

第五章安裝調(diào)試和精度檢查

第一節(jié)安裝調(diào)試

在安裝時(shí)請(qǐng)參閱本闡明并認(rèn)真查對(duì)與本闡明對(duì)應(yīng)的I裝配圖。此外在安裝過程中

還應(yīng)注意：

（1）刀架需要安裝在配套的中拖板（其安裝刀架上平面日勺平面度誤差容許值為

0.006mm）上。安裝應(yīng)保證刀架刀盤上的J刀具刀尖與機(jī)床主軸中心等高：一般可以

在刀架與中拖板間加墊板來調(diào)整，墊板的厚度由實(shí)際中心高測定。

（2）刀具和機(jī)床用4個(gè)螺釘和2個(gè)圓銷連接，中間沒有過渡墊板。在刀架剎緊

狀態(tài)下，應(yīng)調(diào)整轉(zhuǎn)塔軸線與機(jī)床主軸軸線平行度在0.02mm以內(nèi)。

（3）在刀盤上安裝刀夾和刀具時(shí)，應(yīng)最大程度的保護(hù)重量平衡，使刀架轉(zhuǎn)動(dòng)平

穩(wěn)和防止刀盤過沖。

（4）刀架發(fā)調(diào)裝置在出廠前已調(diào)好，在安裝時(shí)其參數(shù)一般狀況下不可隨意調(diào)整。

（5）數(shù)控系統(tǒng)與發(fā)調(diào)系統(tǒng)連接時(shí)，必須注意并嚴(yán)格分清線號(hào)及顏色，不可將線

接錯(cuò)。

（6）刀架安裝調(diào)試完畢后，應(yīng)首先接線試機(jī)。電源接通后如發(fā)現(xiàn)電動(dòng)刀架不能

轉(zhuǎn)動(dòng)等異?，F(xiàn)象應(yīng)立即關(guān)閉電源，調(diào)換電機(jī)電源相序，然后再通電試機(jī)。

第二節(jié)精度檢查

本闡明嚴(yán)格參照J(rèn)B2670—82Z金屬切削機(jī)床一精度檢查通則》，并執(zhí)行數(shù)控臥式

車床原則川4369—86。本設(shè)計(jì)重要針對(duì)電動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架，因此在精度檢測這一環(huán)節(jié)中僅

針對(duì)與本設(shè)計(jì)有關(guān)的精度進(jìn)行檢測。

表5-1回轉(zhuǎn)刀架的精度檢查

容許誤差檢查檢查措施（參照J(rèn)B2670有

序檢測項(xiàng)目D<=800<=工具關(guān)條文）

號(hào)800D<=15

00

G11轉(zhuǎn)塔工具孔軸a和b專注將指示器固定在主軸端專

線與與主軸軸指示用檢具上，使其測頭觸及轉(zhuǎn)

0.030.04

線的重疊度：a,器和塔工具孔表面，或觸及緊密

在平面內(nèi)；b,專用插入工具孔中檢測棒表面。

在次平面內(nèi)夾具

G12轉(zhuǎn)塔附屬工具a和b指Z5指示器固定在主軸端步專

安裝在基準(zhǔn)端0.075/100器用檢具上，使其測頭觸及專

面對(duì)主軸軸線轉(zhuǎn)塔基面；使主軸旋轉(zhuǎn)并檢

的I垂直度.a和測。檢測時(shí)應(yīng)靠近主軸端部

b同上

G13轉(zhuǎn)塔工具孔軸a和b指示將檢測棒緊密裝入轉(zhuǎn)塔工

線對(duì)溜板移動(dòng)0.020.030器和具孔中。固定指示器，使測

的平行度.a,b0檢測頭觸及檢查棒表面，將檢查

同上棒棒旋轉(zhuǎn)180度再同樣測一次

G14轉(zhuǎn)塔附具定位a：在100測量指示固定指示器，使其測頭觸及

面的精度：a,長度上器轉(zhuǎn)塔安裝基面，每個(gè)工序需

定位面對(duì)溜板0.020檢測一次

移動(dòng)的平行b：0.025

度;b,定位面J

同一度

G15轉(zhuǎn)塔附具安裝a：在100測量指示固定指示潛使其測頭觸及

基面的I精度：a,長度上器轉(zhuǎn)塔安裝基面，每個(gè)工序均

安裝基面對(duì)溜0.020需檢測

板移動(dòng)的平行b：0.025

度b,定位面的

同一度

G22回轉(zhuǎn)刀架的J反復(fù)0.010指示器檢測棒在回轉(zhuǎn)刀架的工具孔或

定位精度和檢測附孔其中，固定指示器，使其測

棒頭沿回轉(zhuǎn)刀架