(wo)數(shù)控刀架的設(shè)計(jì)

(wo)數(shù)控刀架的設(shè)計(jì),wo,數(shù)控,刀架,設(shè)計(jì) 機(jī)電05-1班 哈爾濱理工大學(xué) 課程設(shè)計(jì)說明書 設(shè)計(jì)題目：數(shù)控車床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 班級(jí)： 學(xué)號(hào)： 姓名： 指導(dǎo)老師： 日期：2008.9.24 設(shè)計(jì)任務(wù) 題目：數(shù)控車床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 任務(wù)：設(shè)計(jì)一臺(tái)四工位立式回轉(zhuǎn)刀架，適用于C616或C6132經(jīng)濟(jì)型數(shù)空車床。要求繪制自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖。推薦刀架所用電動(dòng)機(jī)的額定功率為 90W，額定轉(zhuǎn)速1480r/min，換刀時(shí)要求刀架轉(zhuǎn)動(dòng)的速度為40r/min，減速裝置的傳動(dòng)比為i=37。 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1、 減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 普通的三項(xiàng)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)，采用蝸桿副減速時(shí)最佳選擇。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。 2、 上刀體鎖緊與精定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 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)上刀體的鎖進(jìn)玉定位機(jī)構(gòu)選用端面齒盤，將上刀體和下刀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)，上下端面齒相互嚙合，這時(shí)上刀體不能繞刀架的中心軸旋轉(zhuǎn)；換刀時(shí)電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，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。 3、 刀架抬起機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 要想使上、下刀體的兩個(gè)端面齒脫離，就必須設(shè)計(jì)適合的機(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-渦輪帶動(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嚙合，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)端面齒脫離嚙合時(shí)，上刀體就與螺桿一起轉(zhuǎn)動(dòng)。 設(shè)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)一定的角度時(shí)，使得上刀梯與下刀體的端面齒能夠完全脫離嚙合狀態(tài)。 下圖為自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖，詳細(xì)的裝配圖在一號(hào)圖紙上。 三、自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的工作原理 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的換刀流程如下圖。 圖上表示自動(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嚙合狀態(tài)（上下端面齒在圖中未畫出）。 需要換刀時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出刀架轉(zhuǎn)位信號(hào)，三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)正向旋轉(zhuǎn)，通過蝸桿副帶動(dòng)蝸桿正向轉(zhuǎn)動(dòng)，與螺桿配合的上刀體4逐漸抬起，上刀體4與下刀體之間的端面齒慢慢脫開；與此同時(shí)，上蓋圓盤1也隨著螺桿正向轉(zhuǎn)動(dòng)（上蓋圓盤1通過圓柱銷與螺桿聯(lián)接），當(dāng)轉(zhuǎn)過約1700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)端面齒已完全脫開）。 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)。 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。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的銷空內(nèi)，之后，上蓋圓盤1是下表面開始與圓柱銷2的頭部滑動(dòng)。再次期間，上、下刀體的端面齒逐漸嚙合，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。 由于蝸桿副具有自鎖功能，所以刀架可以穩(wěn)定地工作。 蝸桿-渦輪減速 銷連接 上蓋圓盤旋轉(zhuǎn) 螺桿正轉(zhuǎn) 刀架電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn) 上刀體抬起 螺桿-螺母 端面齒錯(cuò)開 霍爾元件觸發(fā) 上刀體旋轉(zhuǎn) 到位回答 圓柱銷落入上蓋圓盤 蝸桿-渦輪減速 反靠銷反靠端面齒嚙合 螺桿反轉(zhuǎn) 刀架電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn) 上刀體下降，粗定位 精定位 延時(shí)鎖緊 電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn) 圖：自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的換刀流程 主要傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì) 1. 蝸桿副的設(shè)計(jì)計(jì)算 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的動(dòng)力源是三相異步電動(dòng)機(jī)。其中蝸桿與電動(dòng)機(jī)直聯(lián)，刀架轉(zhuǎn)位時(shí)蝸輪與上刀體直聯(lián)。已知電動(dòng)機(jī)額定功率p1=90W。,額定轉(zhuǎn)速n1=1480r/min，上刀體設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速n2=40r/min，蝸桿副的傳動(dòng)比i=n1/n2=37。刀架從轉(zhuǎn)位到鎖緊時(shí)，需要蝸桿反向，工作載荷不均勻，啟動(dòng)時(shí)沖擊較大，今要求蝸桿副的使用壽命Lh=10000h。 （1） 蝸桿的選型 GB/T10085-1988推薦采用漸開線蝸桿和錐面包絡(luò)蝸桿。本設(shè)計(jì)采用結(jié)構(gòu)簡單，制造方便的漸開線型圓柱蝸桿。 （2） 蝸桿副的材料 刀架中的蝸桿副傳動(dòng)的功率不大，但蝸桿轉(zhuǎn)速干，一次，蝸桿的材料選用45鋼，其螺旋齒面要淬火，硬度為45～55HRC,以提高其表面耐磨行；蝸輪的轉(zhuǎn)速較低，其材料主要考慮耐磨性，選用鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，采用金屬模制造。 （3） 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì) 刀架中的蝸桿副采用閉式傳動(dòng)，多因齒面膠合或點(diǎn)蝕而失效。因此，進(jìn)行載荷計(jì)算時(shí)，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，再按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核。 按蝸輪接觸疲勞強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)計(jì)算的公式 a≥3 KT2( ZEZPσH )2 (4-1) 式中 a——蝸桿副的傳動(dòng)中心距，單位mm； K——載荷系數(shù)； T2——作用在渦輪上的轉(zhuǎn)矩T2，單位N.mm； ZE——彈性影響系數(shù)ZE； [σH]——許用接觸應(yīng)力，單位為MPa。 從式4-1算出蝸桿副的中心距a之后，根據(jù)已知的傳動(dòng)比i=35， 查表選擇一個(gè)合適的中心距a值，以及相應(yīng)的蝸桿，蝸輪參數(shù)。 1） 確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩T2, 設(shè)蝸桿頭數(shù)Z1=1，蝸桿副的傳動(dòng)效率η=0.8，由電動(dòng)機(jī)的額定功率p1=90W，可以算出蝸輪傳動(dòng)的功率p2=p1η，再由蝸輪的轉(zhuǎn)速n2=40r/min求得作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 T2=9.55p2n2=9.55p1ηn2=25.47N·m=22923N·mm 2） 確定載荷系數(shù)K 載荷系數(shù)K= KA KB K。其中KA為使用系數(shù)，有表6-3查得， 由于工作載荷不均勻，啟動(dòng)時(shí)沖擊較大，因此取KA=KA1.15； Kβ為齒向分布系數(shù)，因工作載荷在啟動(dòng)和停止時(shí)有變化，故取KBKβ=1.15；KV 為動(dòng)載系數(shù)，由于轉(zhuǎn)數(shù)不高。沖擊不大，可取KKV=1.05。則載荷系數(shù)K=KA KB K ≈1.39 使用系數(shù)KA 工作類型 I II III 載荷性質(zhì) 均勻，無沖擊 不均勻，小沖擊 不均勻，大沖擊 每小時(shí)起動(dòng)次數(shù) <25 25-50 >50 起動(dòng)載荷 小 較大 大 KA 1 1.15 1.2 3） 確定彈性影響系數(shù)ZEZE，鑄錫磷青銅蝸輪與鋼蝸桿相配時(shí)，從有關(guān)手冊(cè)查的彈性影響系數(shù) ZE=160Mpa 1/2； 4） 確定接觸系數(shù)ZP 先假設(shè)蝸桿分度圓直徑d1 和傳動(dòng)中心距a的比值d1d1/a=0.35。查表的ZpZρ=2.9 鑄錫青銅蝸輪的基本許用接觸應(yīng)力[σ]H'(MPa) 蝸輪材料 鑄造方法 蝸桿螺旋面的硬度 ≤45HRC >45HRC 鑄錫磷青銅ZCuSn10P1 砂模鑄造 150 180 金屬模鑄造 220 268 鑄錫鋅鉛青銅ZCuSn5Pb5Zn5 砂模鑄造 113 135 金屬模鑄造 128 140 5）確定許用接觸應(yīng)力[σH] 根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅ZCuSn10P1金屬模制造蝸桿螺旋齒面硬度大于45HRC可查表的蝸輪的基本許用應(yīng)力[σH] ‘=268MPa已知蝸桿為單頭，蝸輪每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)每個(gè)輪齒嚙合的次數(shù)j=1；蝸輪轉(zhuǎn)數(shù)n2=40r/min；蝸桿副的使用壽命Lh=10000h。 則應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： N=60j n2 Lh =2.4 ×10 7 壽命系數(shù)： KHN =KHN0.693 許用接觸應(yīng)力： [σ ]=KHN× [σH] ‘KHN=186MPa 6）計(jì)算中心距 將以上各參數(shù)帶入4-1，求得中心距： a = 47.1 mm 查表取a=63，已知蝸桿頭數(shù)z1=1，設(shè)模數(shù)m=1.6mm，得蝸桿分度圓直徑d1d1=28mm。這時(shí)d1d1/a=0.59，查表得接觸系數(shù)Z`P=2.35。因?yàn)閆`P2.4mm，今取螺桿的螺距P=6mm。 （2） 確定其他參數(shù) 采用單頭梯形螺桿，頭數(shù)n=1，牙側(cè)角β= 150，外螺紋大徑d1=50mm，牙頂間隙ac=0.5mm，基本牙型高度H1=0.5P=3mm，外螺紋牙高h(yuǎn)3=3.5mm，外螺紋中徑d2=47mm，外螺紋小徑d3=43mm，螺桿螺紋部分長度H=50mm。 （3） 自鎖性能校核 螺桿-螺母材料均用45鋼，查表取摩擦系數(shù)f=0.11；再求得梯形螺旋副的當(dāng)量摩擦角： φV=tan-1fcosβ≈6.50 6.50 而螺紋升角： Ψ=tan-1nPπd2= 2.33 小于當(dāng)量摩擦角。因此滿足自鎖條件。