加工中心自動(dòng)換刀裝置畢業(yè)論文

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1、洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 加工中心自動(dòng)換刀裝置 摘 要 本課題所設(shè)計(jì)的是小型立式加工中心的自動(dòng)換刀裝置，該型加工中心主要是用來加工各種中、小批量的電子元件或者小型板類零件。該方案在設(shè)計(jì)的過程中牽涉到了刀盤的選取和設(shè)計(jì)、槽輪的選取與設(shè)計(jì)、刀庫的形式和安放位置以及伺服電機(jī)的設(shè)計(jì)等諸多問題。本次設(shè)計(jì)在本著滿足用戶使用要求的前提下，盡量使結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、具有創(chuàng)新觀念。 關(guān)鍵詞：加工中心，自動(dòng)換刀裝置，槽輪機(jī)構(gòu)，伺服電機(jī)  Machining Center Automatic Tool Changer ABSTRACT What the topi

2、c designs is the automatica tool changer for small vertical machining center, which is mainly used for processing in each kind, the electronic component or the small board class components. This plan involved in the design process to the tool carousel selection and designing, the V-belt pulley selec

3、tion and designing, the magazine’s position as well as the stepping motors’s designing and so on many questions. This design in line with satisfies the user operation requirements under the premise, as far as possible enable the structure simply, the performance to be reliable, to have the innovatio

4、n idea. In the design all of data are passed through after the search material calculates repeatedly obtains. KEY WORD： Machining center，Automatica tool changger，Grooved pulley, Servo motor 27 目　錄 前　言 1 第1章刀庫綜述 2 1.1刀庫換刀裝置 2 1.1.1機(jī)械手換刀裝置 2 1.1.2無機(jī)械手換刀裝置 3 1.2刀庫形式的選取 3 1.3刀庫位置的放置 4 1.4

5、 刀庫的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn) 5 1.5 刀庫的回轉(zhuǎn)、分度和轉(zhuǎn)位 5 第2章 設(shè)計(jì)可行性論證 6 第3章 槽輪機(jī)構(gòu) 7 3.1 槽輪機(jī)構(gòu)的工作原理 7 3.2 槽輪結(jié)構(gòu)的形式 8 3.3槽輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn) 8 3.4槽輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 8

6、 第4章 軸的設(shè)計(jì)與校核

7、 10 4.1軸的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu) 10 4.2軸的校核 11 4.2.1 軸的強(qiáng)度校核 11 4.2.2 按彎扭合成強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度 12 4.2.3 按軸的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)校核軸的強(qiáng)度 13 4.3 軸承的選取 13 第5章 刀庫的設(shè)計(jì) 16 5.1 刀庫主要參數(shù)的確定 16 5.1.1 刀庫容量 16 5.1.2 刀盤部分的設(shè)計(jì) 16 5.1.3 刀盤裝配圖 17 第6章 刀庫轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)的選擇 19

8、 第7章 其他部件的設(shè)計(jì)與選取 22 7.1 刀庫支撐部分的設(shè)計(jì) 22 7.2箱體設(shè)計(jì) 22 結(jié)　論 24 謝 辭 25 參考文獻(xiàn) 26 前　言 隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展和普及，加工中心的作用越發(fā)凸顯它的重要性。為進(jìn)一步數(shù)控機(jī)床的加工效率，數(shù)控機(jī)床正向著工件在一臺(tái)機(jī)床一次裝夾即可完成多道工序或全部工序加工的方向發(fā)展，因此出現(xiàn)了各種類型的加工中心機(jī)床，車削中心、鏜銑加工中心、鉆

9、銷中心等等。這類多工序的數(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(dòng)換刀裝置，也就是所說的刀庫，以便選用不同刀具，完成不同工序的加工工藝。自動(dòng)換刀裝置應(yīng)當(dāng)具備換刀時(shí)間短、刀具重復(fù)定位精度高、足夠的刀具儲(chǔ)備量、占地面積小、安全可靠等特性。目前使用非常廣泛 本設(shè)計(jì)題目為《加工中心自動(dòng)換刀裝置》，它是根據(jù)實(shí)際情況，針對(duì)用戶需求而提出的畢業(yè)設(shè)計(jì)，是一次綜合性、應(yīng)用性和實(shí)踐性較強(qiáng)的設(shè)計(jì)過程。該方案在設(shè)計(jì)的過程中牽涉到了刀盤的選取和設(shè)計(jì)、槽輪的選取與設(shè)計(jì)、刀庫的形式和安放位置以及伺服電機(jī)的設(shè)計(jì)等諸多問題。本次設(shè)計(jì)在本著滿足用戶使用要求的前提下，盡量使結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、具有創(chuàng)新觀念。設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)都

10、是經(jīng)過查找資料并且經(jīng)過反復(fù)計(jì)算得到的。 第1章 刀庫綜述 刀庫是加工中心的象征，是加工中心區(qū)別于NC鏜床和NC銑床的本質(zhì)所在，因此來說，刀庫的設(shè)計(jì)是加工中心設(shè)計(jì)的核心。由于本次所要設(shè)計(jì)的加工中心是一個(gè)主要用來加工中小批量電子元件等小型零件的小型加工中心，在滿足加工要求經(jīng)濟(jì)實(shí)用的條件下，應(yīng)盡量使加工中心的結(jié)構(gòu)緊湊，減小加工中心的外型輪廓尺寸，刀庫在滿足使用要求的前提下，盡量結(jié)構(gòu)使其簡單緊湊、易制造，從而降低生產(chǎn)加工中心的成本。因此我們?cè)谶x用刀庫的各項(xiàng)參數(shù)時(shí)本著這個(gè)設(shè)計(jì)原則，以下是我們?cè)O(shè)計(jì)和選用刀庫各個(gè)零部件的過程。 1.1刀庫換刀裝置 刀庫是加工中心的象征，而刀具交換

11、裝置又是加工中心設(shè)計(jì)成敗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。一般帶刀庫的自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床主軸箱內(nèi)只有一個(gè)主軸，設(shè)計(jì)主軸，部件時(shí)就有可能充分增強(qiáng)它的剛度，因而能夠滿足精密加工的要求。另外，刀庫可以存放數(shù)量很大的刀具（可以多達(dá)100把以上），因而能夠進(jìn)行復(fù)雜零件的多工序加工，這樣就明顯地提高了機(jī)床的適應(yīng)性和加工效率。所以帶刀庫的自動(dòng)換刀裝置特別適用于數(shù)控車、數(shù)控鏜、銑床和加工中心。 通過自動(dòng)換刀系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)零件加工時(shí)的換刀。它由刀庫電機(jī)、傳動(dòng)裝置、刀夾等組成。 對(duì)于該加工中心自動(dòng)換刀裝置的設(shè)計(jì)可以有兩類方案： 1.1.1 機(jī)械手換刀方式 加工中心的ATC，大都采用有機(jī)械手換刀方式。它是由機(jī)械手把刀庫上的刀

12、具送到主軸上，再把主軸上已用過的刀具返送到刀庫上。采用機(jī)械手進(jìn)行刀具交換的方式應(yīng)用很廣泛，這是因?yàn)闄C(jī)械手換刀有很大的靈活性，尤其是雙臂機(jī)械手，抓刀、拔刀、回轉(zhuǎn)、插刀以及返回等動(dòng)作一次性完成，可以減少換刀時(shí)間。但其機(jī)械結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。 1.1.2 無機(jī)械手換刀方式 無機(jī)械手換刀方式是直接在刀庫與主軸（或刀架）之間換刀的自動(dòng)換刀方式。這種換刀方式?jīng)]有機(jī)械手，因而結(jié)構(gòu)簡單。換刀時(shí)必須首先將用過的刀具送回刀庫，然后再從刀庫中取出新刀具，這兩個(gè)動(dòng)作不能同時(shí)進(jìn)行，所以換刀過程卻較為復(fù)雜，它的選刀和換刀由三個(gè)坐標(biāo)軸的數(shù)控定位系統(tǒng)來完成，因此換刀時(shí)間較長，影響了機(jī)床的加工效率。但是刀庫回轉(zhuǎn)是在工步與工步

13、之間，即非切削時(shí)進(jìn)行的，因此雖然刀庫設(shè)置在工作臺(tái)上，卻免去刀庫回轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)對(duì)加工精度的影響。 這種換刀方式適用于40號(hào)以下刀柄的小型加工中心或換刀次數(shù)少的用重型刀具的重型機(jī)床。 考慮到所設(shè)計(jì)的加工中心主要用于中小批量生產(chǎn)，且只用來加工小型零件上的孔和平面，刀庫容量較小，無須過多考慮換刀時(shí)間的長短，且采用的是40號(hào)刀柄，又要求加工中心體積小，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，綜合考慮，刀庫宜選擇無機(jī)械手換刀方式. 。 其換刀過程如下： a.上一工步，主軸準(zhǔn)停，主軸箱上升。此時(shí)主軸內(nèi)有刀具，而正對(duì)著主軸的刀庫刀位空位;

14、 b.主軸箱上升到一定位置，刀庫前移，刀柄進(jìn)入刀庫的空位，此時(shí)刀柄被刀庫上的刀爪夾住，主軸內(nèi)自動(dòng)松刀； c.主軸箱上移，刀具從主軸中拔出； d.刀庫轉(zhuǎn)位，把下一工步所需要的刀具轉(zhuǎn)至主軸中心位置，壓縮空氣將主軸錐孔吹凈； e.主軸箱下移，下一工步所需刀具插入主軸孔，同時(shí)主軸內(nèi)的刀柄自動(dòng)拉緊裝置拉緊刀柄； f.刀庫后移至起始位置，主軸啟動(dòng)進(jìn)行下一工步。 1.2 刀庫形式的選取 無機(jī)械手換刀方式中，刀庫可以是圓盤形、直線排列式，也可以是格子箱式等。無機(jī)械手換刀方式中特別需要注意的是刀庫轉(zhuǎn)位定位的準(zhǔn)確度。圓盤形刀庫容量較小，刀庫結(jié)構(gòu)簡單緊湊，刀庫轉(zhuǎn)位，換刀方便，易控制。直線排列式和格

15、子箱式刀庫結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，使用于刀庫容量較大的加工中心。 考慮到所設(shè)計(jì)的加工中心只用來加工小型零件上孔和平面，不必在刀庫里放太多刀具，根據(jù)實(shí)用性進(jìn)行考慮，因此選用結(jié)構(gòu)簡單，容量較小、體積較小的圓盤式刀庫。 1.3刀庫位置的放置 立式加工中心無機(jī)械手換刀方式的圓盤型刀庫的放置有兩種形式： 1.刀庫置于立柱側(cè)面的橫梁上。如圖1-1a所示。 此方案使可工作臺(tái)的尺寸較小，且可采用廠家已生產(chǎn)的合適尺寸的工作臺(tái)，可減小設(shè)計(jì)制造周期。結(jié)構(gòu)簡單，且不會(huì)發(fā)生刀庫和主軸的干涉現(xiàn)象。但刀庫的支承剛性較差，須增加立柱的強(qiáng)度，以減少橫梁彎扭矩的影響。 2.刀庫置于工作臺(tái)上。如圖1-1( b)所示。

16、此方案刀庫的支承剛性好，結(jié)構(gòu)簡單。但影響加工中心主軸y軸方向上的行程，要求工作臺(tái)的尺寸較大，須自行設(shè)計(jì)，且減少了工作臺(tái)的有效使用面積。 綜合分析以上兩種方案，采用b方案，即刀庫置于工作臺(tái)上的布置形式。通過主軸的移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)換刀。 圖1-1 1—主軸箱 2—立柱 3—刀庫 4—工作臺(tái) 5—床身 1.4 刀庫的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn) 刀庫的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)是：時(shí)間短暫的間歇運(yùn)動(dòng)，起停平穩(wěn)無沖擊，定位準(zhǔn)確。任意選刀方式的刀庫有的要能正、反運(yùn)動(dòng)；運(yùn)動(dòng)速度不高。 1.5 刀庫的回轉(zhuǎn)、分度和轉(zhuǎn)位 刀庫的回轉(zhuǎn)、分度和轉(zhuǎn)位，可以有兩種方案：一種是槽輪機(jī)構(gòu)；另一種是單頭雙導(dǎo)程蝸輪蝸桿傳動(dòng)，此傳

17、動(dòng)機(jī)構(gòu)在使用中可隨時(shí)調(diào)整蝸輪蝸桿的傳動(dòng)間隙，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)位分度，保證刀庫工作的可靠性，但此傳動(dòng)機(jī)構(gòu)較復(fù)雜，而且單頭雙導(dǎo)程蝸輪和蝸桿的加工較困難。 槽輪機(jī)構(gòu)具有沖擊小，工作平穩(wěn)性較高，機(jī)械效率高，可以在較高轉(zhuǎn)速下工作，且結(jié)構(gòu)簡單，易制造等優(yōu)點(diǎn)，在目前生產(chǎn)的鼓輪式刀庫上很多采用槽輪機(jī)構(gòu)來驅(qū)動(dòng)刀庫的分度回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。因此設(shè)計(jì)中采用槽輪機(jī)構(gòu)，來實(shí)現(xiàn)刀庫的分度和定位。但此機(jī)構(gòu)定位精度不夠高，為提高其定位精度可采用帶制動(dòng)器的交流伺服電機(jī)，從而可保證較高的定位精度。 第二章 設(shè)計(jì)可行性論證 至于本課題所設(shè)計(jì)的加工中心自動(dòng)換刀裝置設(shè)計(jì)可行與否，我們可以通過對(duì)其整個(gè)換刀過程的分析來得出結(jié)論（換刀

18、過程在前面已經(jīng)涉及到，在此不再贅述）。該加工中心的換刀過程主要是靠主軸的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，刀盤只起到轉(zhuǎn)動(dòng)選刀的作用。刀盤的轉(zhuǎn)動(dòng)和選刀靠電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)和槽輪的傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，刀具的加緊與松開要靠氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。由此可以確定整個(gè)換刀過程所涉及到的動(dòng)作采用該換刀裝置是完全可以實(shí)現(xiàn)的。并且符合換刀裝置所應(yīng)滿足的以下基本要求： 1.刀具換刀時(shí)間短且換刀可靠； 2.刀具重復(fù)定位精度高； 3.具有足夠的刀具儲(chǔ)存量； 4.刀庫占地面積小。 所以采用該種換刀裝置既經(jīng)濟(jì)又方便，設(shè)計(jì)合理完全具備設(shè)計(jì)可行性應(yīng)具備的要求。設(shè)計(jì)可行性如圖2-1換刀裝置所示。 圖2-1換刀裝置所示 第3章 槽輪機(jī)構(gòu)

19、3.1 槽輪機(jī)構(gòu)的工作原理 槽輪機(jī)構(gòu)（又稱馬爾他機(jī)構(gòu)）能把主動(dòng)軸的勻速連續(xù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為從動(dòng)軸的周期性間歇運(yùn)動(dòng)，常用于各種分度轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)中。槽輪機(jī)構(gòu)有三種基本類型：外嚙合槽輪機(jī)構(gòu)、內(nèi)嚙合槽輪機(jī)構(gòu)和球面槽輪機(jī)構(gòu)。此刀庫采用外嚙合槽輪機(jī)構(gòu)。外嚙合槽輪機(jī)構(gòu)的工作原理如圖3-1所示，它由槽輪1 、撥銷2、和鎖止盤3、組成。 圖3-1 外嚙合槽輪機(jī)構(gòu)的工作原理 1—槽輪 2—撥銷 3—鎖止盤 外嚙合槽輪機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)臂回轉(zhuǎn)軸線與槽輪回轉(zhuǎn)軸線平行，通常轉(zhuǎn)臂作等速回轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)臂上的滾子進(jìn)入槽中，就撥動(dòng)槽輪作反向轉(zhuǎn)位運(yùn)動(dòng)，當(dāng)滾子從槽中脫出，槽輪即靜止不動(dòng)，并由鎖止盤定位。當(dāng)只有一個(gè)滾子時(shí)，轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)一

20、周，槽輪作轉(zhuǎn)一個(gè)角度的步進(jìn)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)位、分度和定位。 3.2 槽輪結(jié)構(gòu)的形式 外槽輪可分為整體結(jié)構(gòu)和鑲槽結(jié)構(gòu)，鑲槽結(jié)構(gòu)可使槽輪的加工和熱處理大為簡便，但槽條的裝配調(diào)整較費(fèi)時(shí)。所以，這里選用整體結(jié)構(gòu)槽輪。 3.3 槽輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn) 1) 滾子進(jìn)入和脫出槽口的瞬時(shí)位置時(shí)，轉(zhuǎn)臂中心線與槽的中心線垂直，使槽輪轉(zhuǎn)位起、停瞬時(shí)的角速度，避免了剛性沖擊。 2) 槽輪工作特性系數(shù)（槽輪運(yùn)動(dòng)時(shí)間與停歇時(shí)間比）與結(jié)構(gòu)形式有關(guān)系，對(duì)于外槽輪機(jī)構(gòu) (3-1) 式中：—滾子數(shù)，=1，則 z—槽輪槽數(shù)。Z越少，

21、越小。 3) 槽輪轉(zhuǎn)位起、停時(shí)的角加速度與槽數(shù)z有關(guān)，z越少，越大，即有不同程度的柔性沖擊。 4) 鎖止盤的定位精度低。當(dāng)分度精度要求高時(shí)，必須附加定位裝置。 3.4 槽輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)參數(shù)的選定與計(jì)算 1） 槽數(shù)Z 因刀庫容量為10把刀，所以槽輪槽數(shù)Z=10。 2） 槽輪與鎖止盤間的中心距L 機(jī)構(gòu)的各個(gè)尺寸都將取決于L。L適當(dāng)取大些可以增加機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度，并有利于提高分度的精度。但一般機(jī)床的精度機(jī)構(gòu)受力不大，L過大會(huì)使機(jī)構(gòu)笨重，通?？砂礄C(jī)構(gòu)許用位置大小初步確定機(jī)構(gòu)的最大尺寸，根據(jù)式子 (3-2) （其中

22、L/=0.434），求出，并圓整成標(biāo)準(zhǔn)長度或整數(shù)。必要時(shí)按機(jī)構(gòu)失效原因進(jìn)行校核計(jì)算。為了使轉(zhuǎn)位定位機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)緊湊，采用L=140㎜ 3） 槽間角 4） 槽輪每次轉(zhuǎn)位時(shí)曲柄的轉(zhuǎn)角 。 5） 主動(dòng)曲柄長度 6） 槽輪半徑 7） 圓銷半徑 8） 槽低高 9） 槽深 10）鎖止弧半徑 式中，e=(0.6～0.8)r,且必須大于3～5mm,取e=13㎜ Rx=23㎜ 11）鎖止盤缺口張角 當(dāng)z=10時(shí)，θ=144。 根據(jù)以上參數(shù)查參考資料《機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)3》可設(shè)計(jì)出槽輪和撥盤的尺寸。另見零件圖。

23、 第4章 軸的設(shè)計(jì)與校核 4.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸是機(jī)器中必不可少的重要機(jī)械零件之一。他的主要功能是安裝、固定和支撐機(jī)器中的回轉(zhuǎn)零件，并保證其正確的工作位置，同時(shí)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。 1. 選擇軸的材料，并確定許用應(yīng)力 由于該軸傳遞的功率較小，而且對(duì)重量和尺寸也沒有特殊的要求，故選擇常用的材料45號(hào)鋼，正火處理。 由參考文獻(xiàn)[1]表10—1知： 2. 初步估算軸的最小直徑根據(jù)公式 （4—1） 查表10—

24、2，取C=110， ，綜合考慮軸的最小直徑可取d=20mm. 為了保證位于該軸上的零件便于裝拆，該軸與槽輪和刀盤相連接部分的最小直徑為d。 3.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 擬定軸上零件的裝配方案 根據(jù)圖可以看出，刀盤、上下端軸承，套筒、槽輪裝配和拆卸 4.確定軸的各段直徑和長度 （1）與下面的軸承部相配合的部分的設(shè)計(jì) 該段軸與軸承的配合長度為18，采用軸承套和軸承蓋定位，。 （2）光軸段 此段軸長主要由該機(jī)構(gòu)的尺寸和加工中心Z軸行程來決定，綜合考慮以上兩點(diǎn)初選，取。 （3）上端軸承與軸配合部分Ⅴ的設(shè)計(jì) 為了保證該處軸與軸承的定位，在光軸與下端軸承間采用軸承套來定位，該處軸的長度 , ,

25、而這里用了一個(gè)套筒，則與套筒配合的長度為。則與上軸承配合長度為。 （4）軸與刀盤孔徑相配合部分Ⅷ的設(shè)計(jì) 中間段軸直徑為的長度可有上下軸承的長度和刀盤距箱體的高度可以計(jì)算出。具體的詳見軸零件圖。 4.2 軸的校核 4.2.1 軸的強(qiáng)度校核 1. 選擇軸的材料，并確定許用應(yīng)力 由于該軸傳遞的功率較小，而且對(duì)重量和尺寸也沒有特殊的要求，故選擇常用的材料45號(hào)鋼，正火處理。 由參考文獻(xiàn)[1]表10—1知： 2. 畫軸的計(jì)算簡圖,計(jì)算支反力.如圖4-1所示: 圖4-1軸的計(jì)算簡圖 取換刀具時(shí)通過計(jì)算得到的力,是槽輪中

26、相互作用產(chǎn)生的力. 4.2.2 按彎扭合成強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度 1. 繪制軸的計(jì)算簡圖為上圖 2. 畫出鉛垂面上的彎矩圖 （1）畫鉛垂面上的受力圖,計(jì)算鉛垂面上的支反力 其方向與相反. （2）畫鉛垂面上的彎矩圖,如圖4-2所示: 截面A右側(cè)彎矩: 截面A左側(cè)彎矩: 3. 繪制水平彎矩圖 （1）繪制水平受力圖,計(jì)算水平支反力 （2）繪制水平面彎矩圖,計(jì)算截面B處右側(cè)面彎矩 計(jì)算截面B處左側(cè)面彎矩 4. 繪制合成彎矩圖 計(jì)算合成彎矩值為: 5. 繪制轉(zhuǎn)矩圖 轉(zhuǎn)矩 6. 繪制當(dāng)

27、量彎矩圖 先計(jì)算當(dāng)量彎矩，根據(jù)合成彎矩圖4-1可知： 危險(xiǎn)截面在A 、B之間，靠近B截面處 截面C的當(dāng)量彎矩為 7. 校核軸的強(qiáng)度 所以強(qiáng)度足夠。 4.2.3 按軸的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)校核軸的強(qiáng)度 由軸的當(dāng)量彎矩圖4-2可知，截面A 、B之間且靠近B截面處所受的當(dāng)量彎矩最大 。 4.3 軸承的選取 軸承是用以支撐軸和軸上回轉(zhuǎn)零件的部件。根據(jù)軸承工作時(shí)的摩擦性質(zhì)不同，可以把軸承分為滑動(dòng)摩擦軸承（簡稱滑動(dòng)軸承）和滾動(dòng)摩擦軸承（簡稱滾動(dòng)軸承）兩類。我們?cè)谶x取軸承時(shí)一般按其所能承受的載荷方向或公稱接觸角的不同來確定。 圖4-2

28、彎矩圖 軸承按其所能承受的載荷方向或公稱接觸角不同，可分為向心軸承和推力軸承兩類。（1）向心軸承主要用于承受徑向載荷的軸承，其公稱接觸角從0到45。（2）推力軸承主要用于承受軸向載荷的軸承，其公稱接觸角超過45直至90。 因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的傳動(dòng)軸主要承受軸向載荷和徑向載荷，故該軸承應(yīng)選取角接觸球軸承。其中，軸承的失效形式主要有如下幾種：（1）疲勞點(diǎn)蝕；（2）塑性變形；（3）磨損。 根據(jù)軸承的失效形式不同，其設(shè)計(jì)準(zhǔn)則也就不同。（1）對(duì)于一般運(yùn)轉(zhuǎn)的軸承，為防止疲勞點(diǎn)蝕發(fā)生，以疲勞強(qiáng)度計(jì)算為依據(jù)，稱為軸承的壽命計(jì)算。（2）對(duì)于轉(zhuǎn)速很低或只做低速擺動(dòng)的軸承，要求控制塑性變形，以靜強(qiáng)度計(jì)算為依據(jù)，稱為

29、軸承的靜強(qiáng)度計(jì)算。本次設(shè)計(jì)的軸承的設(shè)計(jì)原則采用第（2）種準(zhǔn)則。 根據(jù)不同的軸承所承受的載荷的大小及性質(zhì)，選取角接觸球軸承7208C。 尺寸：=408018 計(jì)算公式：當(dāng)Fa/Fr≤0.70時(shí), P=； 當(dāng)Fa/Fr>0.70 時(shí), P=0.41+0.85Fa； 當(dāng)Fa/Fr≤1.35時(shí), =； 當(dāng)Fa/Fr＞1.35時(shí), =0.5 Fr+0.3Fa. 額定動(dòng)載荷:C=2880KN ,額定靜載荷=2180KN,重量M=0.36㎏. 第5章 刀庫設(shè)計(jì) 在總體設(shè)計(jì)方案中已確

30、定：自動(dòng)換刀系統(tǒng)采用無機(jī)械手換刀，且刀庫置于工作臺(tái)上。采用盤形刀庫，由槽輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)，分度和定位，由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。刀庫的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)從以下方面進(jìn)行。 5.1 刀庫主要參數(shù)的確定 5.1.1刀庫容量 本加工中心主要用來加工小型零件或多孔零件上的小孔和小平面，所以刀庫上主要安裝一些孔加工刀具（如鉆頭、擴(kuò)孔鉆等）和加工小平面用的立銑刀及小直徑的面銑刀；同時(shí)又考慮到所用電主軸軸端的尺寸及刀盤直徑等的限制；再考慮到主要用于中小批生產(chǎn)及教學(xué)實(shí)驗(yàn)等，刀具的品種不宜過多，以免造成不必要的浪費(fèi)和刀庫尺寸過大，采用10把刀。 1. 刀具最大直徑和長度 立銑刀的最大直徑定為80mm，鉆頭的最大直

31、徑定為20mm,最大工作部分長度定為200mm。 2. 刀具最大重量為3kg. 3. 刀具最大運(yùn)動(dòng)線速度為22m/min～30m/min。 5.1.2 刀盤部分的設(shè)計(jì) 1. 刀盤尺寸的確定 刀盤采用輪輻式結(jié)構(gòu)，這樣既能滿足使用的要求，又能保證刀盤的強(qiáng)度。在整個(gè)設(shè)計(jì)的過程中要保證各個(gè)尺寸再換刀過程中不發(fā)生干涉即可，刀盤直徑為235mm。 2. 刀爪尺寸的設(shè)計(jì) 刀爪的外型尺寸根據(jù)40號(hào)刀柄設(shè)計(jì)。大致如下圖5-1所示。 其主要尺寸φ1、φ2、L1的確定：φ1應(yīng)略小于φA2，而φ2應(yīng)略大于φA2，預(yù)留間隙小于1mm（其預(yù)留間隙尺寸是為了刀爪抓刀方便、省力、并且小于1mm的間隙能保證

32、不會(huì)掉刀）；L1應(yīng)取略大于1/2φA1。查表知φA1＝44.7mm，φA2＝56.25mm，所以取φ1＝54mm，φ2＝64mm，L1＝23mm，符合設(shè)計(jì)要求。 圖5-1 刀爪機(jī)構(gòu) 3.夾塊的設(shè)計(jì) 夾塊在刀爪抓刀時(shí)插入到驅(qū)動(dòng)鍵下半部中，以及刀具在刀庫中時(shí)夾塊一直插在驅(qū)動(dòng)鍵中，起準(zhǔn)確定位的作用。因此來說夾塊的寬度尺寸精度要求很高。夾塊寬度的尺寸主要由驅(qū)動(dòng)鍵的寬度來決定。查成都英格數(shù)控刀具模具有限公司出版的《NC TOOLS》（參考[2]）ISO7388 40號(hào)刀具錐柄的驅(qū)動(dòng)鍵槽寬16.1mm。若我們?nèi)A塊寬度的尺寸為八級(jí)精度，則夾塊的寬度尺寸應(yīng)為mm。 5

33、.1.3 刀盤裝配圖 見附圖5-2刀盤部件圖 . 圖5-2刀盤裝配圖 第6章 刀庫轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)的選擇 刀庫的回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇時(shí)，須考慮由摩擦引起的負(fù)載轉(zhuǎn)矩和各負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 1. 負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JLC和刀庫系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JC JLC=ΣJi Jc=Jmc+JLC 式中Ji、Ni—各轉(zhuǎn)動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kgm2）和轉(zhuǎn)速（r/min）； Jmc、nmc—電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kgm2）和轉(zhuǎn)速（r/min）。 JL

34、C=(JDP+JZ+JCL+JSP) (6-1) 式中JDP、JCL、JSP—分別為刀盤、軸、槽輪和鎖止盤的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kgm2）； nc—刀盤的轉(zhuǎn)速，r/min。 JDP= 式中DDP—刀盤直徑，㎜； LDP—刀盤厚度，㎜； 同理可求得： nc= r/min nmc=3000 r/min JLC= Jmc 初選電機(jī)為MSMA022A1D，其額定轉(zhuǎn)矩為0.64Nm，最大轉(zhuǎn)矩為1.91Nm，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為。 JC= 2. 摩擦引起的負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算 由重力產(chǎn)生的摩擦力矩

35、TFC（Nm）， TFC= (6-2) 式中 μ—槽輪和鎖止盤間的摩擦系數(shù)，取0.15； GC—刀盤、軸、槽輪等的重量，N； GC=25.6+12.6+9.8+20+16=84N RSP—滾子中心到鎖止盤中心的距離，43.26㎜； TFC≈0.158443.2610-3=0.545Nm 0.545Nm<0.64Nm(電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩)，符合要求。 3. 最大加速轉(zhuǎn)矩 Tcam 當(dāng)電機(jī)從靜止升至nmax時(shí)，Tcam= 式中ncmax—電機(jī)最高轉(zhuǎn)速，3000r/mi

36、n； Tca—加速時(shí)間（s），取0.2s； Tcam= 4. 電機(jī)的最大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 Tcr=Tcam+TFC Tcr=0.534+0.545=1.079Nm Tcr=1.079〈1.91Nm（電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩），符合要求。 最終確定電機(jī)型號(hào)為MSMA022A1D，其輸出功率為200W，其相應(yīng)的伺服驅(qū)動(dòng)器選擇與電機(jī)相匹配的MSMA022A1A型號(hào)。 第7章 其他部件的設(shè)計(jì)與選取 7.1 刀庫支承部分的設(shè)計(jì) 刀庫的支承部分包括刀庫箱體、箱蓋、軸、軸承、軸承套

37、等，見刀庫總裝圖。各部分的具體結(jié)構(gòu)尺寸見其圖7-1刀庫總裝圖。 圖7-1 刀庫總裝圖 1— 刀盤部分 2—軸承套 3—撥盤 4—電機(jī) 5—軸承 6—軸 7—槽輪 8—支撐部分 7.2 箱體設(shè)計(jì) 箱體的作用是支承其它零件承受工作載荷、定位其他零件，保持相對(duì)位置，密封其他零件，提高工作性能等。 箱體設(shè)計(jì)的技術(shù)要求： 箱體用于支承其他零件并承受工作載荷。故首先要求其具有一定的強(qiáng)度和剛度，以保證整臺(tái)機(jī)器的正常工作；其次要求箱體的尺寸具有一定的穩(wěn)定性，即熱變形小、磨損小，應(yīng)具有良好的工藝性和經(jīng)濟(jì)性；最后還要求其外型美觀、操作方便等。為了滿足強(qiáng)度和剛度要求，在進(jìn)行箱體的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)

38、注意如下幾點(diǎn)： 1. 截面形狀 絕大多數(shù)的箱體受力情況都比較復(fù)雜，因此要產(chǎn)生拉壓、彎曲、扭轉(zhuǎn)等變形。當(dāng)受到彎曲和扭轉(zhuǎn)時(shí)，截面形狀對(duì)于它們的強(qiáng)度和剛度有著很大的影響。通過合理選擇箱體的截面形狀，在不增大截面面積和材料用量的條件下，來增大截面抗彎（扭）系數(shù)和截面慣性矩，就能提高其強(qiáng)度和剛度。 2. 壁厚 壁厚直接影響箱體的強(qiáng)度和剛度。在滿足剛度和強(qiáng)度的條件下，應(yīng)選用較小的壁厚。以減少材料用量。但由于箱體形狀復(fù)雜，受力狀態(tài)復(fù)雜，故目前尚無精確的強(qiáng)度和剛度計(jì)算公式。一般做法是先按經(jīng)驗(yàn)或者類比法確定壁厚和其他結(jié)構(gòu)尺寸，然后用有限元法等計(jì)算其強(qiáng)度和剛度，經(jīng)過不斷修整，獲得合理尺寸。 鑄造箱體的最

39、小壁厚可由參考文獻(xiàn)[10]表27-2確定。表中N為當(dāng)量尺寸，其計(jì)算公式為 式中，、、分別為箱體的長、寬、高，單位為㎜。 在本次設(shè)計(jì)中 ㎜ 查表可得壁厚應(yīng)為10㎜。 結(jié) 論 本次設(shè)計(jì)，主要完成了加工中心自動(dòng)換刀裝置中刀庫的設(shè)計(jì)工作。刀庫的設(shè)計(jì)主要是刀盤和槽輪的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中通過對(duì)刀盤主要功能和使用價(jià)值的分析，再查閱眾多資料，決定刀盤的設(shè)計(jì)思路，槽輪的設(shè)計(jì)主要是通過刀盤的設(shè)計(jì)思路來決定的。槽輪和刀盤設(shè)計(jì)之后還需其他零件的設(shè)計(jì)，如主軸的設(shè)計(jì)，總之，此次設(shè)計(jì)是通過刀盤的設(shè)計(jì)，導(dǎo)出槽輪的設(shè)計(jì)，再有槽輪和刀盤的設(shè)計(jì)導(dǎo)出其

40、他零件的設(shè)計(jì)。主要實(shí)現(xiàn)了在一道工位中實(shí)現(xiàn)了10道工序連續(xù)進(jìn)行的作用，而且精度高，操作方便。 謝 辭 在這里要特別感謝我的指導(dǎo)老師葛述卿老師給我的悉心指導(dǎo)，并且為我提供了現(xiàn)實(shí)中設(shè)計(jì)的思路和方法，幫我解決了在設(shè)計(jì)過程中遇到許多困難。與此同時(shí)也衷心感謝三年來教過我的所有老師，在他們辛勤的培養(yǎng)和悉心教育下，不僅使我具備了堅(jiān)實(shí)的專業(yè)知識(shí)，還掌握了學(xué)習(xí)的方法。使自己在畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)，能用所學(xué)的知識(shí)完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，為我以后的工作打下了堅(jiān)定的基礎(chǔ)。也謝謝我的同學(xué)在這段時(shí)間里對(duì)我的幫助，沒有他們我的設(shè)計(jì)也不會(huì)這么的順利

41、，最后謝謝我的父母對(duì)我的全力支持，也是他們讓我的人生走入輝煌。 參考文獻(xiàn) [1] 王中發(fā). 加工中心設(shè)計(jì)與應(yīng)用. 機(jī)械工業(yè)出版社，1995:94—103 [2] 編委組. NC TOOLS. 英格有限公司出版，2000:103—109 [3] 薛彥成, 公差配合與技術(shù)測量, 機(jī)械工業(yè)出版社, 1999:5663 [4] 曹琰. 數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用與維護(hù). 電子工業(yè)出版社， 1994:154162 [5] 畢承恩. 數(shù)控機(jī)床.機(jī)械工業(yè)出版社， 1986

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