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加工中心40刀刀库(链式刀库)-说明书.doc

加工中心40刀刀库(链式刀库)-说明书

不够成熟的人_
2017-11-14 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《加工中心40刀刀库(链式刀库)-说明书doc》,可适用于高等教育领域

加工中心刀刀库(链式刀库)说明书四川理工学院毕业设计(论文)第一章绪论本章首先从数控机床的发展历程引出加工中心的发展趋势再具体到本次设计针对的刀库的任务要求明确了本设计任务的主要内容。引言年世界上出现了第一台数控机床使多品种、中小批量的机械加工设备在柔性、自动化和效率上产生了巨大变革。年第一台加工中心问世它将多工序(铣、钻、镗、铰、攻丝等)加工集于一身适应加工多品种和大批量的工件增加机床功能(自动换刀、自动换工件、自动检测等)使自动化程度和加工效率上了一个新台阶使无人化(或长时间无人操作)加工成为现实。年代以来数控加工技术得到迅速的普及及发展数控加工中心在制造业得到越来越广泛的应用。目前国内企业生产制造的加工中心主要是面向生产领域其结构复杂、精度高、封闭性强价格昂贵。加工中心已成为柔性制造系统、计算机集成制造系统和自动化工厂的基本单元。加工中心是数控机床的代表是高新技术集成度高的典型机电一体化机械加工设备受到世界各工业发达国家的高度重视技术迅速发展品种和数量大幅度增加成为当今世界机械加工设备中最引人注目的一类产品。加工中心简介加工中心的发展简史年世界上出现第一台数控机床使多品种、中小批量的机械加工设备在柔性、自动化和效率上产生了巨大变革。它用易于修改的数控加工程序进行控制因而比大批量生产重使用组合机床生产线和凸轮、开关控制的专用机床有更大的柔性容易适应加工件品种的变化进行多品种加工。它用数控系统对机床的工艺功能、几何图形运动功能和辅助功能实行全自动的数字控制因为有更高的自动化程度和加工效率大大改变了中小批量生产中普通机床占整个机械加工的状况。数控机床能实现两坐标~以上联动的功能其效率和精度比用手工和样板控制加工复杂零件要高得多。年第一台加工中心在美国卡尼、特雷克(KearneyTrecker)公司问世。现代加工中心的内容是什么,第一它是在数控镗床或数控铣床的基础上增加自动换刀装置可使工件在一次装卡中第一章绪论能够自动更换刀具自动完成工件上的铣削、钻孔、镗孔、铰孔、攻丝等工序的数控机床。第二加工中心上如果带有自动分度回转工作台或自动转角度的主轴箱可使工件在一次装卡中自动完成多个平面和多个角度位置的多工序加工。第三加工中心上如果带有交换工作台工件在工作位置的工作台上进行加工的同时另外的工件在装卸位置的工作台上进行装卸不影响加工的进行。由上述可知加工重心在加工的柔性、自动化程度和加工效率上在一般数控机床的基础上又上了一个新的台阶又是一次新的变革。加工中心的定义是什么,目前世界上并无标准定义但目前普遍认为是指:在工件一次装卡中能够实现自动铣削、钻孔、镗孔、铰孔、攻丝等多工序的数控机床。更为明确的说法是:加工中心就是自动换刀数控镗铣床。这就把加工中心与自动换刀数控车床或车削中心区别开来。加工中心的结构组成加工中心的组成岁机床的类别、功能、参数的不同而有所区别。机床本身分基本部件和选择部件数控系统有基本功能和选用功能机床参数有主参数和其它参数。机床制造厂可根据用户提出的要求进行生产但在同类机床的基本功能和部件组成一般差别不大。从总体上看加工中心基本上由以下几大部分组成。基础部件主要由床身、立柱和工作台等大件组成。它们是加工中心的基础结构要承受加工中心的静载荷以及在加工时的切削负载因此必须是刚度很高的部件。这些大件可以是铸铁件也可以是焊接的刚结构件是加工中心中重量和体积最大的部件。主轴系统主要由主轴箱、主轴电动机、主轴和主轴轴承等零部件组成。主轴的启动、停止和变转速等动作均由数控系统控制并通过装在主轴上的刀具参与切削运动是切削加工的功率输出部件。主轴系统是加工中心的关键部件其结构的好坏对加工中心的性能有很大的影响。数控系统主要由CNC装置、可编程序控制器、伺服驱动装置以及电动机等部分组成它们是加工中心执行顺序控制动作和完成加工过程的控制中心。自动换刀系统主要由刀库、自动换刀装置等部件组成。刀库是存放加工过程所要使用的全部刀具的装置。当需要换刀时根据数控系统的指令由机械手(或通过别的方式)将刀具从刀库取出装入主轴孔中。刀库有盘式、链式和鼓式等多种形式四川理工学院毕业设计(论文)容量从几把到几百把。机械手的结构根据刀库与主轴的相对位置几结构的不痛也有多种形式。如单臂式、双臂式。回转式和轨道式等等。有的加工中心利用主轴箱或刀库的移动来实现换刀。辅助系统包括润滑、冷却、排屑防护、液压和随机检测系统等部分。辅助系统虽不直接参与切削运动。但对加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起到保障作用因此也是加工中心中不可缺少的部分。另外为进一步缩短非切削时间有的加工中心还配备了自动托盘交换系统。例如配有两个自动交换工件托盘的加工中心一个安装工件在工作台上加工另一个则位于工作台外进行工件的装卸。当完成一个托盘上工件的加工后便自动交换托盘进行新零件的加工这样可以减少辅助时间提高加工效率。加工中心的分类按照加工中心形态不同进行分类可分为立式、卧式和五坐标加工中心。立式加工中心(如图)立式加工中心的主轴轴心线为垂直状态配置结构形式多为固定立柱式工作台为长方形适合加工小型板类、盘类、壳体类零件。图立式加工中心第一章绪论卧式加工中心(如图)卧式加工中心是指主轴轴线为水平状态设置的加工中心通常都带有可进行分度回转运动的正方形分度工作台。卧式加工中心一般具有~个运动坐标常见的是三个直线运动坐标(沿X、Y、Z轴方向)加一个回转运动坐标(回转工作台)它能够使工件在一次装夹后完成除安装面和顶面以外的其余四个面的加工最适合箱体类工件的加工。五坐标加工中心五坐标加工中心间距立式和卧式加工中心的功能工件一次装夹后能完成除安装面外的所有侧面和顶面等五个面的加工因此也叫五面加工中心。常见的五坐标加工中心有两种结构形式一种是主轴可以旋转另一种是工作台可以:旋转。:图卧式加工中心加工中心的主要优点提高加工质量工件一次装夹即可实现多工序集中加工大大减少多次装夹所带来的误差。另外由于是数控加工较少依赖操作者的技术水平可得到相当高的稳定精度。缩短加工准备时间加工中心既然可以顶替多台通用机床那么加工一个零件嗦需准备时间是每台加工单元所损耗的准备时间之和。从这个意义上说加工中心的准备时间显然短得多。减少在制品以往的加工方式是工件流动与多台通用机床之间这就要有相当数量的在制品而在加工中心上加工即可发挥其“多工序集中”的优势在一台机床上完成多个工序就能大大减少在制品数量。减少刀具费把分散设置在各通用机床上的刀具集中在加工中心刀库上有可能用最少量的刀具实现公共有效利用。这样既提高刀具利用率又减少了道具数量。最少的直接劳务费由NC装置实现多工序加工的信息集约化和一人多台管四川理工学院毕业设计(论文)理以及用工作台自动托盘交换装置(AutomaticPalletChanger简称APC)等辅助装置实现夜间无人运转。这些都可缩减直接劳务费。最少的简介劳务费由于工序集中工件搬运和质量检查工作量都大为减少这就使间接劳务费最少。设备利用率高加工中心设备利用率为通用机床的几倍。另外由于工序集中容易适应多品种、中小批量生产。加工中心的发展趋势立式加工中心立式加工中心主要的用户层面为,以看好的汽车零部件行业为首还有模具、飞机、医疗设备、IT、光学设备等行业。在飞机制造业因绝大多数加工件为多品种、小批量的产品因此五轴加工机为主的立式加工中心有潜在的需求。今后电子零部件、精密机枝零部件、半导体模具等行业也具有需求潜力。各生产厂家面对预期需求扩大的飞机、模立式加工中心主要的用户层面为,以看好的汽车零部件行业为首还有模具、飞机、医疗设备、IT、光学设备等行业。在飞机制造业因绝大多数加工件为多品种、小批量的产品因此五轴加工机为主的立式加工中心有潜在的需求。今后电子零部件、精密机枝零部件、半导体模具等行业也具有需求潜力。卧式加工中心卧式加工中心因其加工面是垂直的切屑易脱落比较适应时间无操作。又因是模块结构可以短时间内导入最适当规模的系统。因其无人操作时间较长在成本费用方面与单机相比效果更好。从技术开发动向来看是谋求提高主轴转速、进给速度、提高精密度、并将对应热变位、模块化等集中体现出来。其中作为机床基本课题的高速化研究也不断取得成果。由于提高进给速度直接关系到产品的加工时间以利提高生产效率因此在高速进给技术方面驱动装置采用直线电机的机型正在增多。同时也有厂家在开发不使用直线电机采用进给轴以大导程滚珠丝杠为驱动进给加速度G~G、快速进给速度mm,min的高速卧式加工中心。并在主轴上采用双面约束刀具、主轴转速为万rmin、快速进给速度为mmin、以尽量缩短重复定位、刀至刀等的非切削时间。为解决速度提高带来的热变位影响防止精度下降一般都采用独自的补正装置或主轴冷却第一章绪论结构、冷却装置等。刀库刀库简介刀库是自动换刀装置中最主要的部件之一其容量、布局以及具体结构对加工中心的设计有很大影响。刀库是用来储存加工刀具及辅助工具的地方。由于多数加工中心的取送刀位置都是在刀库中的某一固定刀位因此刀库还需要有使刀具运动及定为的机构来保证换刀的可靠。其动力可采用液动机或电动机如果需要还要有减速机构。刀库的定为机构是用来保证更换的每一把刀具或刀套都能准确地停在换到位置上。其控制部分可以采用简易位置控制器或类似半闭环进给系统的伺服位置控制也可以采用电气和机械相结合的销定为方式一般要求综合定为精度达到,mm。根据刀库所需要的容量和取刀方式可以将刀库设计成多种形式。图列出了常用的几种刀库。图是但盘式刀库为适应机床主轴的布局刀库的刀具轴线ad~可以按不同的方向配置图d是刀具可作翻转的圆盘刀库采用这种结构能够:简化取刀动作。单盘式刀库的结构简单取刀也较为方便因此应用最为广泛。但由于圆盘尺寸受限制刀库的容量较小(通常装,把刀)。图刀库的形式a)轴向式b)径向式c)斜向式d)刀具翻转式e)鼓筒弹夹式f)链式g)多盘式h)格子式四川理工学院毕业设计(论文)当需要存放更多数量的刀具时可以采用图形式的刀库它们充分利用了eh~机床周围的有效空间且刀库的外形尺寸又不致过于庞大。图e是鼓筒弹夹式刀库其结构十分紧凑在相同的空间内它的刀库容量较大但选刀和取刀的动作较复杂。图f是链式刀库其结构有较大的灵活性存放刀具的数量也较多选刀和取刀动作十分简单。当链条较长时可以增加支撑链轮的数目使链条折迭回绕提高了空间利用率。图g和h分别为多盘式和格子式刀库它们虽然也具有结构紧凑的特点但选刀和取刀动作复杂较少应用。刀库的类型加工中心上普遍采用的刀库是盘式刀库和链式刀库。密集型的固定刀库目前于用于FMS中的集中供刀系统。盘式刀库盘式刀库结构简单应用较多如图所示。由于刀具环形排列空间利用率低。因此出现了将刀具在盘中采用双环或多环排列以增加空间的利用率。但这样一来使刀库的外径过大转动惯量也很大选刀时间也较长。因此盘式刀图盘式刀库的形式a)径向取刀形式b)轴向取刀形式c)刀具径向安装d)刀具斜向安装库一般适用于刀具容量较少的刀库。链式刀库如图所示链式刀库的结构紧凑刀库容量较大链环的形状可以根据机床的布局配置成各种形状也可将换刀位突出以利换刀。当链式刀库需增加刀具容量时只需增加链条的长度和支承链轮的数目在一定范围内无需变更线速第一章绪论度及惯量。这些特点也为系列刀库的设计与制造带来了很大的方便可以满足不同使用条件。一般刀具数量在~把时多采用链式刀库。图链式刀库的形式换刀位置为保证刀套准停精度和刀套定位刚性链式刀库的换刀位置一般设在主动链轮上如图所示或者设在尽可能靠近主动链轮的刀套处如图所示手爪链轮手爪定位盘定位块定位插销图链式刀库换刀位置图链式刀库换刀位置链条形式我国目前还没有厂家生产加工中心刀库专用链条因而不得不用标准套筒辊子链通过连接器把刀套固定在链条上。这种方式不仅结构复杂装配调试费时而且套筒位置精度亦差我国部分厂家购买日本椿本链条公司(TSUBAKICHAINCo)生产的已转有刀套的刀库专用链条来装备刀库效果颇佳。考虑到刀具重量和刀库工作的平稳性推荐采用:四川理工学院毕业设计(论文)HP型链条这种链条是套筒式链条其辊子本身就是刀套该链条型式及尺寸见表,,,,,,,,,,,,,,,,表链条型号刀具锥柄号POLHWRTHP)HPT型链轮节圆直径Dp,DP,sinpN式中N当量齿数(实际齿数)链轮外径D:,,D,Pcot,,N,,式中P链条节距注:链轮齿数可从个起使用。但是为了增加链条的耐用度和运行效率齿数还是尽可能多为好。链轮之间的中心距以取链条节距整数倍为宜。第一章绪论四川理工学院毕业设计(论文)第二章刀库驱动电机的选定驱动刀库目前常见的方式有伺服电动机驱动和液动机驱动两种我国加工中心都选用伺服电机驱动方式在本设计中也将采用伺服电动机来驱动。刀套线速度选用HP型链条锥柄号链行程S=×P=×=m由选刀时间t=s,可得到链速vs链速v,,,mst刀套线速度v=mmin,查相关资料刀套线速度影响选刀效率但是过快的线速度又影响刀库工作可靠性。一般推荐在,mmin之间。链速适用。链轮参数确定取链轮齿数z=链轮节圆直径DPPD,,,mmp::sinsinN式中N当量齿数(实际齿数)P链条节距链轮外径D,D,Pcot,mm,,N链轮转速nzPnv,vn,,,rminzP负载转矩选电机加在伺服电动机轴上的负载转矩应比电动机额定连续转矩小。TTlS链式式刀库负载转矩计算方法链式刀库的负载转矩T是由刀具不平衡重量第二章刀库驱动电机的选定Wmax和导向面(或支承面)的摩擦力F所组成如图所示。,,,,,,,,,,:最大偏重,:摩擦力,,,图链式刀库力的分布不平衡重量Wmax可按在一个垂直方向刀套上装有刀库容量数的最大刀具重量来计算。F和F是支承面的摩擦力FF则是导向面上因刀具下垂而引起的摩擦力。、计算摩擦力时刀具重量均按刀具平均重量计算。刀库链轮半径为mm刀具最大重量为kg刀具平均重量kg每个方向上把刀刀具重量m=kg刀具不平衡重量W=N。法向约束力F=NmaxN摩擦系数f=。s摩擦力F=fF=×=NsNDP,,,,N,mTTFDp,,,,N,mTTFDP,,,N,mTWmaxmaxW所以T,TTTTT,N,mWmaxTn负载所需功率P,,,kW取传动比i=。传动总效率为:四川理工学院毕业设计(论文),,,,,,,,,式中:η联轴器的功率η蜗杆的功率η轴承的功率η链传动效率。把如上计算的负载转矩转换为电机轴上的转矩T为:LTT,,,N,mLi,考虑到实际情况比计算时所设定条件复杂电机额定转矩Ts应为负载转矩的,倍亦即:T,TSLT,,N,mS根据以上计算结果所选电机型号如下:表所选电机型号输出功率额定转矩最大转矩最高转速工作转速型号PkWTN,mTN,mSmaxnrminnrminmaxFB传动比分配刀库选刀需要低速转动就要求降低传动的速度传动比选为i=。各轴转速nm轴n,,rminin,n轴,,,rmin,i各轴功率轴P,P,,,kW,d轴P,P,,,kW,,第二章刀库驱动电机的选定各轴转矩电动机的输出转矩T为:dPd电机输出轴T,,,N,mdnm轴T,Ti,,,N,md轴T,Ti,,,N,m,表运动和动力参数表轴功率转矩转速传动比效率T(Nmm)n(rmin)iηPkW电机轴轴轴四川理工学院毕业设计(论文)第三章刀库传动方式刀库传动方式设计为使伺服电机在最佳状态下工作一般不采用伺服电机的低速段。刀库需要在伺服电机恒转矩下运转工作并且减速比不能过大否则不能达到刀库需要的转矩这就要求减速装置既要很大的减速比又要保证电机工作在恒转矩下选用蜗杆减速装置。蜗杆蜗轮传动特点和应用蜗杆传动用于传递交错轴之间的回转运动。在绝大多数情况下两轴在空间是互相垂直的轴交角为。它广泛应用在机床、汽车、仪器、起重运输机械、冶金机械以及其他机械制造部门中最大传动功率可达kW通常用在kW以下最高滑动速度可达ms,通常用在ms以下。vs蜗杆传动的主要优点是结构紧凑、工作平稳、无噪声、冲击振动小以及能得到很大的单级传动比。在传递动力时传动比一般为,常用的为,。在机床工作台中传动比可达几百甚至到。这时需采用导程角很小的单头蜗杆但传动效率很低只能用在功率小的场合。在现代机械制造业中正力求提高蜗杆传动的效率多头蜗杆的传动效率已可达到。与多级齿轮传动相比蜗杆传动零件数目少结构尺寸小重量轻。缺点是在制造精度和传动比相同的条件下蜗杆传动的效率比齿轮传动低同时蜗杆一般需用贵重的减摩材料(如青铜)制造。蜗杆传动多用于减速以蜗杆为原动件。也可用于增速齿数比单级为,但应用很少。精度等级的选择蜗杆可以在车床上切制也可以在特种铣床上用圆盘铣刀或指形铣刀铣制。由于蜗杆传动的轴间距离必须与蜗杆滚刀在切制蜗轮时的轴间定位距离相等才能得到正确的啮合所以蜗轮要用与它相捏合的蜗杆同样大小的滚刀来切制。由于蜗杆传动啮合轮齿的刚度较齿轮传动大所以制造精度对传动的影响比齿轮传动更显著。蜗杆传动规定了个精度等级对于动力传动要按照,级精度制造。材料选择考虑到蜗杆传动难于保证高的接触精度滑动速度有较大以及蜗杆变形等因素故蜗杆蜗轮不能都用硬材料制造其中之一(通常为蜗轮)应该用减摩性良好的软材料来制造。蜗轮材料。通常是指蜗轮齿冠部分的材料。主要有以下几种:铸锡青铜是适用于和持续运转的工况离心铸造的可得到致密的细晶粒组织v,ms~mss可取大值砂型铸造的取小值。铸铝青铜适用于的工况抗胶合能力v,mss差蜗杆硬度应不低于HRC。铸铝黄铜点蚀强度高但磨损性能差宜用于低灰铸铁和球墨铸铁使用于的工况前者表面经硫化处理滑动速度场合。v,mss有利于减轻磨损后者若与淬火蜗杆配对能用于重载场合。直径较大的蜗轮常用铸铁。蜗杆材料。蜗轮直径很大时可以采用青铜蜗杆蜗轮则用铸铁。在要求持久性高的动力传动中可选用渗碳钢淬火也可选用中碳钢表面或整体淬火以得到必要的硬度制造时必须磨削。用氮化钢氮处理的蜗杆可以不磨削但需要抛光。只有在缺乏磨削设备是才选用调质蜗杆。受短时冲击载荷的蜗杆不宜用渗碳钢淬火最好用调质钢。铸铁蜗轮与镀铬蜗杆配对时有利于提高传动的承载能力和滑动速度。蜗杆和蜗轮的结构蜗杆通常与轴做成整体很少做成装配式的。蜗轮可指成整体的或组合的。组合蜗轮的齿冠可以铸在或用过盈配合装在铸铁或铸钢的轮心上常用的配合为Hr。为了增加过盈配合的可靠性沿着接合缝还要拧上螺钉螺钉孔中心线偏向轮毂一侧。当蜗轮直径较大时可采用螺栓联接最好采用受剪螺栓联接。蜗杆蜗轮传动设计计算:ZA型蜗杆减速器输入功率P=kW转速n=rmin,传动比i=。工作机载荷平稳动力机有轻微振动。预期寿命h。蜗杆采用钢表面硬度>HRC蜗轮材料采用ZCuSnP砂型铸造计算步骤如下表:计算项目计算内容计算结果初选da值当量摩擦系数设v=ms,ms查《机械设计》μ=sv表取大值ρ=v选da值在《机械设计》图的i=线上选一点查得da=γ=(z=)η=中心距计算四川理工学院毕业设计(论文)P蜗轮转矩T,Ti,,i,n,T,N,mK,A使用系数按题意查《机械设计》表,n,,转速系数Z,,,n,,,,,Z,,,,n,,弹性系数根据蜗轮辐材料查表得Z,MPaEZ,寿命系数hLh,Z,,h接触系数由《机械设计》图线查出Z,,接触疲劳极限由《机械设计》表得σ=MPaHlim接触疲劳最小安全系数由《机械设计手册》查得S=HminZZS,,EH,min,,aKT中心距,A,,ZZ,nhH,lim,,,,,取a=mm,,,,传动基本尺寸蜗杆头数由《机械设计》图查得γ=z=也可用式计算取z=z,au,,蜗轮齿数z=iz=×取z=模数m=(,)az=(,)=,取m=mm蜗杆分度圆直径d=daa=×=查表d=a=×=取d=mm蜗轮分度圆直径d=mz=×d=mm蜗杆导程角tanγ=zmd=×γ=,,d,,b,m蜗轮宽度,,m,,,,,,,,取b=mm,,,,蜗杆圆周速度v,,dn,,v,ms相对滑动速度v,vcos,s,v,ms,coss当量摩擦系数由《机械设计》表查得μ=vρ=v齿面解除疲劳强度验算,Hlim许用接触应力ZZ,,,,HnhSHmin,,,,,MPaHKTAZZ最大接触应力,,,HEa,MPa,MPa,H,合格轮齿弯曲疲劳强度验算齿根弯曲疲劳极限由《机械设计》表查出σ=MPaFlim弯曲疲劳最小安全系根据《机械设计手册》查出S=Fmin,Flim许用弯曲疲劳应力,,FSFmin,,,,,MPaF四川理工学院毕业设计(论文)KTA轮齿最大弯曲应力,,Fmbd,,MPa,F,合格蜗杆轴扰度验算轴惯性矩I,,d,,I,mm允许蜗杆扰度,,,,,,m,,,mm,,Fltan,tan,,EI蜗杆轴扰度ttv,,,mm,,,tantan(此处取)合格lD,温度计算,tantan,,,,v传动啮合效率,,,,,,tantan搅油效率根据蜗杆的润滑条件查《机械设计手册》得:,,轴承效率根据蜗杆传动要求查《机械设计手册》得:,,总效率,,,,,,,,,,Aa散热面积估算A,m,,P,t,t,AtC,,W箱体工作温度合格,,此处取,,Wm,C,中等通风环境W润滑油粘度和润滑方法润滑油粘度根据v,ms由表选取v,mms,sC润滑方法由《机械设计》表可采用浸油润滑所有计算结果如表所示:表普通圆柱蜗杆传动几何尺寸计算名称代号公式及说明中心距aa=(ddxm)=mm蜗杆头数zZ=蜗轮齿数zZ=iZ=齿形角αZA型α=其余α=Xn模数mm=mmdda蜗轮变位系数xx,,,mmmm蜗杆轴向间距pp=πm=mmxx蜗杆分度圆直径dd=mztanγ=mm根据《机械设计》与m匹配*蜗杆齿顶圆直径dd=dham=mmaa**蜗杆齿根圆直径dd=dm(hac)=mmff**蜗杆齿顶高hh=ham=齿顶隙系数一般ha=aa**顶隙cc=cm=一般顶隙系数c=**蜗杆齿根高hh=(hac)m=mmff蜗杆齿高hh=hh=mmaf渐开线蜗杆基圆直径dd=zmtanγ=mmbbb渐开线蜗杆基圆导程角γcosγ=cosγcosαγ=bbnb蜗杆齿宽bb>(z)mb=mm蜗轮分度圆直径dd=mz=mm蜗轮喉圆直径dada=dh=mma蜗轮齿根圆直径dfdf=d,h=mmf*蜗轮齿顶高hh=m(hax)=mmaa**蜗轮齿根高hh=m(ha,xc)=mmff蜗轮齿高hh=hh=mmaf蜗轮顶圆直径dd=dam=mmee四川理工学院毕业设计(论文)名称代号公式及说明蜗轮齿宽bbda=mmd蜗轮齿顶圆弧半径RaR,,m,mmad,a蜗轮齿根圆弧半径RfR,cm,mmf蜗杆轴向齿厚ss=mπ=mmxx蜗杆法向齿厚ss=scosγ=mmnnx蜗杆分度圆齿厚ss=(πxtanα)m=mmx′′蜗杆节圆直径dd=dxm=mm′′蜗轮节圆直径dd=d=mm'aa,注:取齿顶高径向间隙。hm,cm,x,am链传动概述链传动是在两个或多个链轮之间用链作为挠性拉曳元件的一种啮合传动因其经济、可靠故广泛用于农业、采矿、冶金、起重、运输、石油、化工、纺织等各种机械的动力传动中。链传动在传递功率、速度、传动比、中心距等方面都有很广的应用范围。目前最大传递功率达到kW最高速度达到ms,最大传动比达到最大中心距达到m。由于经济及其他原因链传动的传动功率一般小于kW速度小于ms传动比小于。链轮链轮轮齿的齿形应保证链节能自由地进入和退出啮合在啮合是应保证良好的接触同时它的形状应尽可能地简单。滚子链链轮标准只规定链轮的最大齿槽形状和最小齿槽形状。实际齿槽形状在最大、最小范围内都可以用因而链轮齿廓曲线的几何形状可以有很大的灵活性。常用的齿廓为三圆弧一直线齿形。链轮结构小直径链轮可采用实心式腹板式或将链轮与轴做成一体。链轮损坏主要由于齿的磨损。链轮的材料链轮材料应能满足强度和耐磨性的要求。在低速、轻载、平稳传动中链轮可采用中碳钢制造中速、中载时采用中碳钢淬火处理其硬度>HRC,HRC高速、重载、连续工作的传动采用低碳钢、低碳合金钢表面渗碳淬火或中碳钢、中碳合金钢表面淬火。载荷平稳、速度较低、齿数较多时也允许采用的铸铁制造链轮。,,MPaB在工作环境较差、链轮容易磨损的场合铸铁最好经过等温淬火处理或采用优质铸铁。链轮主要尺寸名称符号公式及计算分度圆直径dpd,,mm,sinz,齿顶圆直径,,da,,d,pcot,mma,,z,,齿根圆直径dd,d,d,mmd,,滚子外径ffrr,齿侧凸缘dgd,pcot,h,,mmgzh内链板高度查套筒滚子链相关参数齿宽(单排)bp,b,b,,mmffb内链节内宽倒角宽bb,p,mmaa倒角半径r,p,mmrzx倒角深hh,p,,mm齿侧凸缘圆角半径rr,p,mmaa链轮齿总宽bb,m,pb,mmm排数fmfmtf注:表中相关参数查HP型套筒滚子链。四川理工学院毕业设计(论文)第四章轴的设计轴是机器中的重要零件在设计汇总蜗杆涡轮是作为一种减速装置在减速装置中轴是既要收弯矩又要受扭矩的转轴。在一般情况下轴的工作能力决定与它的强度和刚度对与机床主轴后者尤为重要。高速转轴则决定于它的振动稳定性。在设计轴是除应按工作能力准则进行设计计算或校核计算外在结构设计上还须满足其他一系列的要求。轴的设计共包括如下内容:轴的材料选择轴径的初步估算轴的结构设计按弯扭合成进行轴的强度校核按疲劳强度进行轴的精确交合轴的公差与配合的确定轴的工作图的绘制。轴材料选定轴的材料用碳钢及合金钢减速装置的轴以号钢调质处理应用最为广泛硬度HB~HB。,,MPa,,MPa,,MPa,,MPaBs,,蜗杆轴设计初步估算轴的最小直径轴的直径可根据轴所传递的功率及轴的转速,按下式进行估算:Pkw()nr(min)Pd,C,,mmn该段轴上有一键槽将计算值加大应为dmin式中:C与轴材料有关的系数由《机械设计》表查得根据轴的材料取。联轴器选定根据传动装置的工作条件拟选用YL,YLD型凸缘联轴器(GB摘录)。计算转矩为:T,KT,,N,mc式中:T许用名义转矩k工作情况系数k,第四章轴的设计根据T=Nm查《机械设计课程设计手册》YL,YLD型凸缘联轴器就能满足c传递转矩的要求T=Nm,其轴孔直径范围为d=~mm。n最后确定蜗杆轴轴伸处的直径为d=mm型轴孔长度JJ,minL=mm,D=mm,D=mm,螺栓数量为直径M型L=mm。JJ,确定轴承类型由于采用的是蜗杆传动既受径向力也受轴向力链式刀库传动主要承受径向力选用角接触球轴承(GBT)初步估算蜗杆轴各段尺寸根据轴上零件的受力情况固定和定位的要求初步确定轴的阶梯段该轴有段。初步估计各段尺寸如图所示图蜗杆轴蜗杆轴校核四川理工学院毕业设计(论文)图轴材料选用钢调质。轴的计算步骤列于下表。,,MPa,,,MPaBS计算项目计算内容计算结果计算蜗杆受力P蜗杆转矩T,,T,N,mmnP蜗轮转矩T,i,,T,N,mmn第四章轴的设计T轴向力F,F,NF,F,,atatd,径向力F,F,NF,F,Ftan,,tanrrrrtt,圆周力F,F,NF,F,Ftan,,tantatat画蜗杆轴受力见图b计算支承受力,,水平面反力FF,,N,RR,FF,,N,RR垂直面反力FFF,F,N,,RRRR水平面(xy)受力图见图c垂直面(xz)受力图见图e画轴弯矩图水平面弯矩图见图d垂直面弯矩图见图fM,MM合成弯矩图见图g合成弯矩xyxz画轴转矩图轴受转矩T=TT,N,mm转矩图见图h许用应力,,MPa,,由表查得:b许用应力值,,,,MPab,,,,b,应力校正系数,,,,,,,b画当量弯矩图当量转矩,T,N,mm,T,,见图h各段弯矩见图i当量转矩图见图i校核轴径齿根圆直径d,d,hc,,d,mmfafMd,,轴径d,,mm,,,,b四川理工学院毕业设计(论文)蜗轮轴的设计初步估算轴的最小直径可根据轴所传递的功率及轴的转速,按下式进行估算:估算直径dPkw()nr(min)Pd,C,,mmn该段轴上有一键槽将计算值加大应为mmdmin式中:C与轴材料有关的系数由《机械设计》表查得根据轴的材料取初步估算蜗轮轴各段尺寸根据轴上零件的受力情况固定和定位的要求初步确定轴的阶梯段该轴有段。估计各段尺寸如图所示。图蜗轮轴蜗轮轴校核第四章轴的设计α图轴材料选用钢调质。轴的计算步骤列于下表,,MPa,,,MPaBS四川理工学院毕业设计(论文)计算项目计算内容计算结果计算蜗轮链轮受力蜗轮直径dd,mm链轮直径dd,mmP蜗轮受力:转矩T,i,,T,N,mmn圆周力F,FF,F,N,mmtata径向力F,FF,F,N,mmrrrr轴向力F,FF,F,N,mmatatPF,,链轮受力:工作拉力F,N,mmQQv画受力图见图b计算支承反力,,水平面受力FF,N,RR,,FF,,,RR垂直面受力FFF,F,N,,RRRR水平面(xy)受力图见图c垂直面(xz)受力图见图e画轴弯矩图水平面弯矩图见图d垂直面弯矩图见图fM,MM合成弯矩图见图g合成弯矩xyxz画轴转矩图轴受转矩T,TT,N,mm转矩图见图h许用应力许用应力值由表查得:,,,,,,MPa,,,MPabb,,,,b,应力校正系数,,,,,,,b画当量弯矩图当量转矩,T,N,mm,T,,见图h当量弯矩图见图i校核轴径第四章轴的设计d,d,h,xmcfa齿根圆直径d,mmf,Md,,轴径d,mm,mm,,,,b四川理工学院毕业设计(论文)第五章轴承校核蜗杆轴承效核查《机械手册》C轴承主要性能参数如下:C,kN,C,kN,FC,,rrar用插入法查得:e,FF,,,ear查《机械设计》,X,,Y,当量动载荷P,PXFYFra,,计算额定动载荷C:nCPL,h,轴承满足条件所选轴承合格。,kN,Cr蜗轮轴效核查《机械设计手册》C轴承主要性能参数如下:C,kN,C,kNFC,,rrar用插入法查得:e,FF,,,ear查《机械设计手册》X,,Y,当量动载荷P,PXFYFra,,计算额定动载荷C第五章轴承校核nC,P,:,kN,Cr轴承满足条件所选轴承合格。四川理工学院毕业设计(论文)第六章刀库控制系统刀具的选择方式数控机床采用的是标准化、系列化刀具并主要针对刀柄和刀头两部分规定标准、系列。为使刀具在机床上迅速地定位夹紧。顺序选择将刀具按加工工序的顺序依次放入刀库的每一个刀座内。每次换刀时刀库顺序转动一个刀座的位置并取出所需要的刀具已经使用过的刀具可以放回到原来的刀座内也可以按顺序放入下一个刀座内。采用这种方式不需要刀具识别装置而且驱动控制也比较简单工作可靠可以直接由刀库的分度机械来实现。但由于刀库中刀具在不同工序中不能重复使用必须增加刀具的数量和刀库的容量降低了刀具和刀库的利用率。人工装刀操作必须十分谨慎。任意选择根据程序指令的要求选择可需要的刀具这时必须有刀具识别装置。刀具在刀库中不必按照工件的加工顺序排列可任意存放每把刀具(或刀座)都编上代码自动换刀时刀库旋转每把刀具(或刀座)都经过“刀具识别装置”接受识别。当某把刀具的代码与数控指令的代码相符合时该刀具就被选中并将刀具送到换刀位置等待机械手来抓取。任意选择刀具法的优点是刀库中刀具的排列顺序与工件加工顺序无关相同的刀具可以重复使用。因此刀具数量比较少刀库也相应的比较小。任意选刀法必须对刀具编码以便识别。编码方式主要有以下三种。刀具编码方式。采用特殊的刀柄结构进行编码刀柄后端的拉杆上套装着等间隔的编码环由锁紧螺母固定。编码环直径有大小直径两种分别表示二进制的“”和“”通过这两个圆环的不用排列可以得到一系列代码。例如由六个大小直径的圆环便可组成能区别种刀具的编码。通常全部为的代码不许使用以避免与刀座中没有刀具的状况混淆。刀座编码方式。对刀座编码刀具编号并将刀具放到与其号码相符的刀座中。换刀时刀库旋转使每个刀座位依次经过识刀器找到刀座刀库便停止旋转。这时刀柄上没有编码环使刀柄简化。编码附件方式。这种方式有编码钥匙、编码卡片、编码杆和编码盘等其中应用最多的是编码钥匙。先给刀具都附上一把表示该刀具号的编码钥匙当把各刀具存放到刀库的刀座中时将编码钥匙插进刀座旁边的钥匙孔中这样就把钥匙的号码转记到刀第六章刀库控制系统座中给刀座编上了号码。刀具识别装置接触式刀具识别装置接触式刀具识别装置应用较少特别适应于空间位置较小的刀具编码其识别原理如图所示。在刀柄上装有两种直径不同的编码环规定大直径的环表示二进制的在刀库附近固定一刀具识别装置从中“”小直径的环为“”图中有个编码环伸出几个触针触针数量与刀柄上的编码环个数相等。每个触针与一个继电器相联当编码环是大直径时与触针接触继电器通电其数码为“”。当编码环是小直径时与触针不接触继电器不通电其数码为“”。当各继电器读出的数码与所需刀具的编码一致时由控制装置发出信号使刀库停转等待换刀。图刀柄编码示意图刀柄刀具识别装置触针编码环非接触式刀具识别装置磁性识别法利用磁性材料和非磁性材料的磁感应强弱的不同通过感应线圈读取代码。其编码环的直径相等分别由导磁材料和非导磁材料制成构成“”、“”码。在检测线圈的一次线圈中输入交流电压时能在二次线圈中感应出高低两种电压就能识别刀具的号码。光电识别法利用光导纤维良好的光传感特性采用多束光导纤维构成阅读法。四川理工学院毕业设计(论文)刀库控制系统设计刀库为了实现最短距离选刀就要求刀库电机能正反转。这就需要控制电机的正反转动。根据输入输出选择PLC型号为FXOSMR输入端个接口输出个接口。电动机的正反转控制要求:按下启动按钮SB接触器KM闭合电动机正向投入运行按下停止按钮SB电机运行:按下启动按钮SB接触器KM闭合电动机反向投入运行按下停止按钮SB电机停止运行。IO分配输入XSB(正向启动按钮)XXSB(反向启动按钮)XXSB(停止按钮)XXFR(热继电器)X输出RUNYKMCOMYKMVI接线图如所示XXXXRUNCOMV图IO连接图电机正反转停PLC控制XXXYYYXXXYYYEND图梯形图第六章刀库控制系统PLC程序:LDXORYANIXANDXANIYOUTYLDXORYANIXANDXANIYOUTYEND四川理工学院毕业设计(论文)第七章其它零部件设计回零减速撞块尺寸计算由伺服电机驱动的刀库必须设置回零撞块以保证第号刀套准确地停在初始位置上在初始位置前面设置减速行程开关其回零减速撞块尺寸如图所示按下列公式计算:图回零减速撞块尺寸计算减速撞块长度:T,,RVTVT,,RSLS,,L,DW式中:快速移动速度()VmmminRms快速移动时间常熟()通常取TRms伺服时间常数()TT,SS减速后速度()可在范围内设定一般设在VmmminL左右为好在该设计中取mmminVL。V,mmin,mmminR第七章其它零部件设计:,,,,,,L,DWL,mmDW根据实际应用中L取为mmDW四川理工学院毕业设计(论文)第八章结论加工中心是指带有自动换刀装置的数控机床。自动换刀装置通常由刀库和换刀机械手两部分组成也有将两部分集成在一起组成无机械手自动换刀装置。自动换刀装置的刀库用来贮存加工中心机床在加工过程中所需要的各种刀具。在自动换刀过程中要求刀库能够按照数控装置发出的选刀指令选出所需要的刀具并准确地停在换刀位置上以便于自动更换刀具。加工中心机床的刀库型式种类繁多常见的有鼓轮式、链式、格子箱式等其中鼓轮式刀库由于其结构简单控制方便在加工中心机床上获得了广泛的应用。鼓轮式刀库的回转驱动方式通常有两种一种是由伺服电机通过减速装置进行驱动另一种是采用普通电机经减速后通过外啮合槽轮机构进行驱动。前者结构简单回转速度快定位准确但由于选用了伺服电机电气控制复杂制造成本高。后者采用机械方式分度定位可靠性高虽然定位精度较前者低但完全能够满足加工中心机床的要求。由于选用了普通电机电气控制简单制造成本比前者低。在目前生产的鼓轮式刀库的加工中心机床上很多采用槽轮机构来驱动刀库的分度回转运动。刀库是加工中心的重要组成部分也是独立组成部分。刀库要求结构简单刀库容量大刀库的定位要求精度高。通过这次设计了解刀库结构这还不够要做进一步研究设计操作结构简单功能强大的刀库是目前的发展方向在以后工作中要继续努力做更深入的研究。第八章结论参考文献邱宣怀机械设计北京:高等教育出版社王永章杜君文程国全数控技术北京:高等教育出版社吴宗泽罗圣国机械设计课程设计手册北京:高等教育出版社:上海科学技术出版社,哈尔滨工业大学机床设计图册上海张宝林数控技术北京:机械工业出版社,杨继昌,李金伴数控技术基础北京:化学工业出版社,廉元国张永洪加工中心设计与应用北京机械工业出版社刘朝儒彭福荫高政一机械制图北京:高等教育出版社机械设计手册编委会机械设计手册()北京高等教育出版社四川理工学院毕业设计(论文)致谢经过三个月的忙碌本次毕业设计已经接近尾声作为一个本科生的毕业设计由于经验的匮乏难免有许多考虑不周全的地方如果没有导师的督促指导以及一起学习生活的同学们的支持想要完成这个设计是难以想象的。感谢我的室友们从遥远的家来到这个陌生的城市里是你们和我共同维系着彼此之间兄弟般的感情维系着寝室那份家的融洽。四年了仿佛就在昨天。四年里我们没有红过脸没有吵过嘴没有发生上大学前所担心的任何不开心的事情。只是今后大家就难得再聚在一起吃每年元旦那顿饭了吧没关系各奔前程大家珍重。感谢我的爸爸妈妈焉得谖草言树之背养育之恩无以回报你们永远健康快乐是我最大的心愿。在论文即将完成之际我的心情无法平静从开始进入课题到论文的顺利完成有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助在这里请接受我诚挚的谢意~

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