刀具庫總裝與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[行業(yè)參考]

1、刀具庫總裝與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)DESIGN OF THE TOOLS ASSEMBLY AND CONTROL SYSTEM 摘要隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，世界先進(jìn)制造技術(shù)的興起和不斷成熟，而對作為現(xiàn)代制造業(yè)非常重要的加工中心提出了更高的要求，超高速切削、超精密加工等技術(shù)的應(yīng)用，對加工中心的各種組成部分提出了更高的性能指標(biāo)。由于加工中心備有刀具庫，大大增加了刀具的儲存容量。有利于提高主軸的剛度，獨(dú)立的刀庫，大大增加了刀具的儲存數(shù)量，有利于擴(kuò)大機(jī)床的功能，并能較好的隔離各種影響加工精度的干擾因素。自動換刀裝置應(yīng)當(dāng)具備換刀時間短、刀具重復(fù)定位精度高、足夠的刀具儲備量、占地面積小、安全可靠等特性。刀庫的作用是儲

2、備一定數(shù)量的刀具，刀具庫中的刀具主要用于對工件的切、鉆、銑、鏜等的加工。加工中心的刀具庫主要由電動機(jī)、制動器、減速器、槽輪機(jī)構(gòu)、鏈輪鏈條組成。減速器是三級圓柱齒輪減速器，其結(jié)構(gòu)緊湊、傳動比大，均載效果好。做為動力源的電動機(jī)，要選擇經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的電動機(jī)；減速器中的軸與齒輪均要進(jìn)行強(qiáng)度校核，軸按照計(jì)算彎曲應(yīng)力來校核其強(qiáng)度；槽輪機(jī)構(gòu)要選擇適當(dāng)?shù)牟蹟?shù)與撥銷數(shù)；鏈條鏈輪同樣要選擇好鏈輪的齒數(shù)；控制部分主要研究PLC在選刀方面的作用。關(guān)鍵詞 加工中心；刀具庫；數(shù)控系統(tǒng)；總裝與控制 AbstractWith the development of science and technology, the rise

3、of advanced manufacturing technology and continues to mature, while very important in modern manufacturing processing center a higher demand high-speed cutting， ultra-precision processing technology, the processing center The elements of a higher performance index. As the machining center with tool

4、libraries, greatly increasing the storage capacity of the tool. Help to improve spindle rigidity, independent tool storage, tool storage significantly increased the number of help expand the functions of machine tools, and can better isolate the various factors that affect the machining accuracy of

5、the interference. Automatic tool changer with tool change time should be short, high repeat positioning accuracy tool, adequate reserves tools, small size, security and reliability features. Knife is the role of the Treasury reserves a certain number of tool, cutting tool in the tool used for the ma

6、in part of the cutting, drilling, milling, processing, and so boring. Processing center of the main tool by the motor, brakes, reducer, geneva, sprocket chain formed. Reducer are three cylindrical gear reducer, the compact structure, transmission ratio, are contained good effect. As a power source f

7、or the motor, it is necessary to choose the economic benefits of the motor; reducer in the shaft and gear are required to check for strength, calculated in accordance with the shaft bending stress to check their strength; tank round of institutions to choose the appropriate slot for the number of sa

8、les ; Chain sprocket have to choose the good sprocket teeth; control of the main PLC elections knife in the roleKey words machining centers tool library numerically controlled lathe assembly and control目 錄1 緒論111 加工中心的定義和在國內(nèi)外的發(fā)展情況及趨勢112刀具庫的概述和形式選擇413 鏈?zhǔn)降毒邘煸韴D514本文的主要研究內(nèi)容、意義與前景52 HP型鏈條及鏈?zhǔn)降稁鞕C(jī)械傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)72

9、1 HP型鏈條及鏈?zhǔn)降稁靷鲃酉到y(tǒng)注意問題722 HP型刀庫專用鏈條823 鏈條參數(shù)的選擇924 支承1025系統(tǒng)布置113鏈輪的設(shè)計(jì)124 槽輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)145 電動機(jī)的選擇1751 計(jì)算刀庫的總重量1752 電動機(jī)的選擇176 減速箱的設(shè)計(jì)與計(jì)算2061 確定減速箱的總傳動比及分配傳動比20611 確定總傳動比20612 分配減速箱各級傳動比2062 計(jì)算減速箱的動力參數(shù)20621 各軸的轉(zhuǎn)速21622 各軸的輸入轉(zhuǎn)矩21623 各軸的輸入功率（減速器的效率為0.95）2163 減速箱內(nèi)齒輪的設(shè)計(jì)21631 第一級圓柱齒輪的設(shè)計(jì)22632 第二級圓柱齒輪的設(shè)計(jì)24633 第三級圓柱齒輪的設(shè)計(jì)

10、2564 軸的計(jì)算與校核26641 軸的計(jì)算設(shè)計(jì)26642 軸的計(jì)算設(shè)計(jì)27643 軸的計(jì)算設(shè)計(jì)31644 軸的計(jì)算設(shè)計(jì)3465 軸承的選用與計(jì)算37651 軸與軸上軸承的選用37652 軸上軸承的選用與計(jì)算38653 軸上軸承的選用與計(jì)算397 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)41總結(jié)45致謝46參考文獻(xiàn)47附錄48附錄148附錄259 知識材料+1 緒論11 加工中心的定義和在國內(nèi)外的發(fā)展情況及趨勢加工中心是備有刀庫，并能自動更換刀具，對工件進(jìn)行多工序加工的數(shù)字控制機(jī)床。 工件經(jīng)一次裝夾后，數(shù)字控制系統(tǒng)能控制機(jī)床按不同工序，自動選擇和更換刀具，自動改變機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量和刀具相對工件的運(yùn)動軌跡及其他

11、輔助機(jī)能，依次完成工件幾個面上多工序的加工。加工中心由于工序的集中和自動換刀，減少了工件的裝夾、測量和機(jī)床調(diào)整等時間，使機(jī)床的切削時間達(dá)到機(jī)床開動時間的80左右(普通機(jī)床僅為 1520)；同時也減少了工序之間的工件周轉(zhuǎn)、搬運(yùn)和存放時間，縮短了生產(chǎn)周期，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效果。加工中心適用于零件形狀比較復(fù)雜、精度要求較高、產(chǎn)品更換頻繁的中小批量生產(chǎn)。第一臺加工中心是1958年由美國卡尼-特雷克公司首先研制成功的。它在數(shù)控臥式鏜銑床的基礎(chǔ)上增加了自動換刀裝置，從而實(shí)現(xiàn)了工件一次裝夾后即可進(jìn)行銑削、鉆削、鏜削、鉸削和攻絲等多種工序的集中加工。(1)加工中心的定義擴(kuò)展各國對加工中心的定義并不完全一樣。19

12、92年，德國EMAG公司發(fā)明了被譽(yù)為10年內(nèi)最佳機(jī)床的倒置立車，并在此基礎(chǔ)上相繼開發(fā)了倒立加工中心，即在一臺機(jī)床上能對輕型回轉(zhuǎn)體零件作車、銑、鉸、銼等多工序加工，甚至還可以磨削、滾齒以及激光加工等。20世紀(jì)90年代初，奧地利WFL公司首創(chuàng)了用于凸輪軸及其他復(fù)雜軸類零件加工的車銑復(fù)合中心M100，該類機(jī)床目前發(fā)展勢頭非常迅猛。21世紀(jì)初日本MAZAK公司在JIMTOF上提出了DONEINONE的口號，即力爭在一臺機(jī)床上能進(jìn)行所有工藝加工。我國的加工中心定義還是停留在20年前所制訂的金屬切削機(jī)床術(shù)語上面，即自動換刀的數(shù)控銼銑床，顯得太落后了。(2)加工中心的結(jié)構(gòu)在不斷改進(jìn)加工中心按主軸的布置方式分

13、為立式和臥式兩類。臥式加工中心一般具有分度轉(zhuǎn)臺或數(shù)控轉(zhuǎn)臺，可加工工件的各個側(cè)面；也可作多個坐標(biāo)的聯(lián)合運(yùn)動，以便加工復(fù)雜的空間曲面。立式加工中心一般不帶轉(zhuǎn)臺，僅作頂面加工。此外，還有帶立、臥兩個主軸的復(fù)合式加工中心，和主軸能調(diào)整成臥軸或立軸的立臥可調(diào)式加工中心，它們能對工件進(jìn)行五個面的加工。臥式加工中心是結(jié)構(gòu)花式翻新最多的。起源于主軸箱側(cè)掛的臥式加工中心，在20世紀(jì)80年代初期就逐步向正掛箱方向發(fā)展了，也就是我們目前見得最多的那種主軸箱處于立柱對稱中心位置的那一種。但是，臥式加工中心的工作臺設(shè)置也在變化。較早的臥式加工中心工作臺配置一般采用十字滑板型式，即X、Z兩向運(yùn)動都由滑板實(shí)現(xiàn)。但這種形式對

14、工件交換甚不方便，故20世紀(jì)90年代后所謂的T型與反T型結(jié)構(gòu)就應(yīng)運(yùn)而生了。T型和反T型結(jié)構(gòu)主要用在立柱移動型的臥式加工中心上面，其優(yōu)點(diǎn)是能避免因工件質(zhì)量不均勻而造成的工作臺承載不均勻，乃至在運(yùn)動過程中形成傾覆力矩。立式加工中心結(jié)構(gòu)變化要比臥式加工中心少，但日本安田、牧野等研發(fā)的主軸箱在立柱頂部移動型非常有道理，是高精度加工的佼佼者。立柱傾斜型結(jié)構(gòu)也頗為新鮮，為了改善葉片加工的切削狀態(tài)，增加刀具與葉片的接觸面，瑞士UECHTI公司將機(jī)床的立柱設(shè)計(jì)成與垂直線傾斜一個角度，而葉片加工的名牌瑞士st別汀ag公司則是將銑頭傾斜22.5僅為了避免與夾具的干涉及便于排屑，更是使刀具能夠切削至葉根。(3)多軸

15、聯(lián)動加工中心爭奇斗妍為不斷滿足復(fù)雜工件所提出的加工要求，多軸聯(lián)動加工中心的發(fā)展也日新月異。最初的多軸聯(lián)動加工中心，是在立柱上加一個連續(xù)分度頭(A軸)或連續(xù)轉(zhuǎn)臺(C軸)來實(shí)現(xiàn)四軸聯(lián)動的，但這不能解決復(fù)雜異形件加工的需要，特別是葉片與葉輪。(4)系統(tǒng)和功能部件發(fā)展日新月異當(dāng)今數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展方向，朝著擴(kuò)大控制軸數(shù)、聯(lián)動軸數(shù)、控制通道、運(yùn)動速度以及編程容量等方向發(fā)展。為了適應(yīng)高速、高精度等加工需要，機(jī)床的信息流必須及時指揮刀具與工件作相對運(yùn)動，不得失真與偏差。目前數(shù)控機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度都非常高，而機(jī)床的定位精度也越來越高，因此提高位置精度的增益、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的前饋控制、提高系統(tǒng)的分辨率以及在電動機(jī)與

16、閉饋元件上采取措施等，都是有效的解決方法。為了適應(yīng)復(fù)雜的多軸聯(lián)動加工以及車銑復(fù)合、銑車復(fù)合加工，系統(tǒng)必須增強(qiáng)預(yù)處理能力，必須不斷開發(fā)高檔的插補(bǔ)功能，以滿足不斷提出的復(fù)雜曲面的加工要求。數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展具體表現(xiàn)在硬件的不斷變革，操作系統(tǒng)的更新也十分迅速，軟盤驅(qū)動器與顯示器的分辨率亦同步提高，系統(tǒng)的可靠性更有較大延長。隨著網(wǎng)絡(luò)通信功能的不斷增強(qiáng)，加工中心的應(yīng)用范圍將更加廣泛。加工中心的主要構(gòu)成要素首推刀庫與機(jī)械手。小型或無機(jī)械手的立式加工中心刀庫，大多采用斗笠式，而高速鉆削中心的刀庫則大多采用轉(zhuǎn)塔式了。相比之下臥式加工中心的鏈?zhǔn)降稁炀妥兓芏?，德國的B+w公司的刀庫容量相當(dāng)大，其矩陣式大容量刀庫可擴(kuò)

17、容至數(shù)百把刀;日本豐田工機(jī)FH系列的刀庫也按照矩陣排列最多可設(shè)置326把刀。而德國巨浪Chiton的籃式刀庫和德國恒輪的內(nèi)藏式刀庫均按照自己機(jī)床特點(diǎn)而設(shè)計(jì)。加工中心的高轉(zhuǎn)速、高速進(jìn)給是隨著電主軸、直線電動機(jī)等功能部件的開發(fā)而發(fā)展的，雖然研發(fā)的歷史只有10多年，但電動機(jī)的結(jié)構(gòu)也在不斷改進(jìn)，故性能也不斷提高，所以機(jī)床的高速發(fā)展總是越來越快。加工中心主要的用戶層面為,以看好的汽車零部件行業(yè)為首，還有模具、飛機(jī)、醫(yī)療設(shè)備、IT、光學(xué)設(shè)備等行業(yè)。在飛機(jī)制造業(yè)因絕大多數(shù)加工件為多品種、小批量的產(chǎn)品，因此五軸加工機(jī)為主的立式加工中心有潛在的需求。今后電子零部件、精密機(jī)枝零部件、半導(dǎo)體模具等行業(yè)也具有需求潛力

18、。各生產(chǎn)廠家面對預(yù)期需求擴(kuò)大的飛機(jī)、模具、半導(dǎo)體等行業(yè)，正在抓緊開發(fā)五軸加工機(jī)。和幾年前的以生產(chǎn)一般零部件為主的立式加工中心形成鮮明對比的是，突出以加工模具為主的設(shè)備方案不斷從廠家出現(xiàn)，由此可明顯地看出對高速、高效、高品位加工的需求正在增加。針對高精度加工，一些廠家比較注重研制對不易切削材質(zhì)搞重切削加工的機(jī)型。同時，以減少工件更換時間和集中工序?yàn)槟康牡膹?fù)合化加工技術(shù)也在不斷創(chuàng)新。為進(jìn)一步提高效率，有些廠家正在嘗試在立式加工中心的控制軸方面再加上l2個軸，形成五軸控制，這樣對于形狀復(fù)雜的工件和自由曲面等工件都可完成一次裝卡加工。在產(chǎn)品開發(fā)方面，由于用戶的要求更加嚴(yán)格，不得不在保持低價位的同時不斷

19、追求高性能的技術(shù)。由于正在加快適應(yīng)環(huán)保要求的新技術(shù)開發(fā)，因此，更加需要可以調(diào)整品種、數(shù)量的可形成柔性線結(jié)構(gòu)的設(shè)備。現(xiàn)在干式切削也在研制之中，如已經(jīng)出現(xiàn)的使用高純度氮?dú)獾母墒郊庸は到y(tǒng)，以氧化來控制精度變化。同時為改善作業(yè)環(huán)境、提高經(jīng)濟(jì)效率，對于切屑的處理也采用了易于回收的方式。12刀具庫的概述和形式選擇刀具庫用于存放刀具，它是自動換刀裝置中的主要部件之一。刀具庫由支架、驅(qū)動機(jī)構(gòu)、傳動系統(tǒng)、刀架、護(hù)罩、電氣控制系統(tǒng)等部分組成。刀庫的作用是儲備一定數(shù)量的刀具，機(jī)械手實(shí)現(xiàn)主軸上刀具的互換。刀具庫有多種形式，加工中心常用的有盤式、鏈?zhǔn)絻煞N刀庫。在盤式結(jié)構(gòu)見圖1-1）中，刀具可以沿主軸軸向、徑向、斜向安放

20、，刀具軸向安裝的結(jié)構(gòu)最為緊湊但為了換刀時刀具與主軸同向，有的刀具庫中的刀具需在換刀位置作 90翻轉(zhuǎn)。在刀庫容量較大時，為在存取方便的同時保持結(jié)構(gòu)緊湊，可采取彈倉式結(jié)構(gòu)，目前大量的刀庫安裝在機(jī)床立柱的頂面或側(cè)面。在刀庫容量較大時，也有安裝在單獨(dú)的地基上，以隔離刀庫轉(zhuǎn)動造成的振動，圖11 盤式結(jié)構(gòu)鏈?zhǔn)降稁斓幕窘Y(jié)構(gòu)如圖1一2所示，通常其刀具容量比盤式的要大，結(jié)構(gòu)也比較靈活可以采用加長鏈帶方式加大刀庫的容量，也可采用鏈帶折疊回繞的力式提高空間利用率，在要求刀具容量很大時還可以采用多條鏈帶結(jié)構(gòu)。本文選擇鏈?zhǔn)降稁煸O(shè)計(jì)，本刀具庫儲存系統(tǒng)的電氣控制主要是對其貨架進(jìn)行運(yùn)行控制和位置控制。運(yùn)行控制包括運(yùn)行設(shè)備的

21、啟動、制動控制。位置控制主要是對貨架位置和地址進(jìn)行檢測。圖12 鏈?zhǔn)降稁?3 鏈?zhǔn)降毒邘煸韴D圖13 鏈?zhǔn)降毒邘煸韴D14本文的主要研究內(nèi)容、意義與前景(1) 本課題研究目標(biāo)針對現(xiàn)有加工中心的刀具庫裝置進(jìn)一步減少簡單合理，提高刀庫定位精度。(2) 本課題研究內(nèi)容加工中心可以對零件進(jìn)行多種形式的加工，其刀具庫可提供多種刀具以供選用，本課題設(shè)計(jì)的刀具庫可以容納32把刀具，根據(jù)加工心的加工數(shù)控程序要求，刀具庫可以自動把所需刀具送到加工中心換刀機(jī)械手位置。要求刀具庫在送刀時選最便捷路徑送刀。主要參數(shù)：1.最大刀具直徑：2502.刀具間距：1903.刀具平均質(zhì)量：5 4.刀具庫容刀量：32把刀具(3)

22、本課題提出的研究意義與前景機(jī)床原來的刀庫控制程序是單獨(dú)設(shè)計(jì)的，沒有采用刀具管理系統(tǒng)，功能也比較單一，只實(shí)現(xiàn)了刀庫刀具的找刀、刀庫最短路徑定位、主軸換刀，而且不支持大型刀具。在刀庫自動選刀方面，在計(jì)算機(jī)記憶式選刀的基礎(chǔ)上采用了西門子840D特色功能，使選刀程序更簡潔，并完成空刀套的查找。刀庫快速換刀利用STEP7完成編程，并在實(shí)際中得到驗(yàn)證。在刀庫定位問題上，PLC程序控制采用模塊化設(shè)計(jì)方法，這對今后生產(chǎn)類似機(jī)床將十分有利，很容易將其利用到其他機(jī)床上。自動換刀系統(tǒng)將以較快的速度增長，縮短換刀時間，提高刀具的定位精度是重要的手段，有利于數(shù)控技術(shù)的發(fā)展。2 HP型鏈條及鏈?zhǔn)降稁鞕C(jī)械傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)鏈?zhǔn)降?/p>

23、庫具有容刀量大、結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便以及在換刀位置不變情況下容易改變?nèi)莸读康葍?yōu)點(diǎn)，適合于大、中型加工中心使用。因此，有關(guān)鏈?zhǔn)降稁煜到y(tǒng)刀庫配件的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究以顯得特別急迫。用作刀庫的鏈條稱為ATC鏈條。ATC鏈條可以有多種結(jié)構(gòu)，其中圖2-1所示的HP型鏈條是一種具有中空銷軸結(jié)構(gòu)的輸送鏈，刀套裝在鏈條銷軸內(nèi)部，不需另外配置附件，結(jié)構(gòu)緊湊，因此逐漸在ATC鏈條中占主導(dǎo)地位。 圖21 HP型鏈條16軸用彈簧擋圈 2.刀套組件 3.套筒 4.內(nèi)鏈板 5.外鏈板21 HP型鏈條及鏈?zhǔn)降稁靷鲃酉到y(tǒng)注意問題(1)鏈?zhǔn)降稁煜到y(tǒng)工況鏈?zhǔn)降稁焓且粋€獨(dú)立于機(jī)床之外的鏈輸送系統(tǒng)。它由伺服電機(jī)、減速裝置、鏈輪、

24、鏈條、鏈支撐、鏈導(dǎo)向和張緊機(jī)構(gòu)等組成。工作時系統(tǒng)載荷較小，受力均勻，無動力輸出機(jī)構(gòu) ，電機(jī)功率主要用于克服系統(tǒng)摩擦阻力，系統(tǒng)運(yùn)動速度低 (1ms以下)。鏈條有全支承，系統(tǒng)中僅主動輪是鏈輪 ，其余起導(dǎo)向作用的均是空套的光輪。系統(tǒng)為斷續(xù)工作 ，要求不掉刀，輸送刀具到換刀位置精度較高(士002trim左右)，并要求運(yùn)動流暢。 （2）多邊形效應(yīng)對傳動系統(tǒng)工作性能的影響 鏈條傳動是中間具有撓性件的非共軛嚙合傳動，傳動過程中具有多邊形效應(yīng) 。當(dāng)主動輪勻速轉(zhuǎn)動時 ，鏈條線速度和從動輪角速度周期性變化，鏈條與鏈輪嚙合時有沖擊 ，并且如圖 2-2 所示的鏈條中心線在鏈輪回轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生周期性變化的橫向位移。一般資

25、料中，在鏈傳動的多邊形效應(yīng)中，比較重視速度變化和嚙合沖擊。 而在刀庫傳動系統(tǒng)中則需重視鏈條的橫向位移，因?yàn)樗怯绊懴到y(tǒng)運(yùn)行流暢性的主要原因。鏈條橫向位移最大值r可按下式計(jì)算 ： 式中 P鏈條節(jié)距，mm；Z鏈輪齒數(shù)。圖22 鏈傳動多邊形效應(yīng)引起的橫向位移（3）鏈節(jié)工作過程中承受的最大張力刀庫鏈條既是刀具的載體，又是輸送刀具的牽引構(gòu)件。掌握鏈條工作時作用于鏈節(jié)上的最大張力 Fmax 至關(guān)重要。Fmax是鏈條強(qiáng)度設(shè)計(jì)的基礎(chǔ) 。鏈節(jié)工作張力F隨所處位置而變化，最大張力Fmax出現(xiàn)在驅(qū)動輪嚙進(jìn)處。它與鏈輸送系統(tǒng)布置形式 、鏈條初始張力、摩擦系數(shù)、支承方式、支承與鏈條的間隙大小、鏈條與刀具總重量等因素有關(guān)

26、。鏈節(jié)最大張力可按下式計(jì)算 ：Fmax=K(F0+)式中 n系統(tǒng)區(qū)段數(shù)目；Fo鏈條初始張力 ，N，推薦 Fo：500 800N； K考慮鏈條與鏈輪的嚙入沖擊、鏈條 運(yùn)動軌跡變化等因素引起的附加動載荷的系數(shù)，工程上可取 K=1.15 120；Fi系統(tǒng)各匿段阻力(主要是各區(qū)段摩擦阻力)，N。圖 2-3給出了一種典型結(jié)構(gòu)鏈?zhǔn)降稁戽湽?jié)張力大小分布示意圖。圖2-3 鏈節(jié)張力分布示意圖22 HP型刀庫專用鏈條HP型刀庫專用鏈條是一種大節(jié)距中空銷軸的軸板鏈。國際市場提供的HP型鏈條的具體結(jié)構(gòu)不完全相同。圖2-4匯總了幾種常見結(jié)構(gòu)，圖2-4（e）是改進(jìn)設(shè)計(jì)。圖2-4 HP型鏈條結(jié)構(gòu)比較5種結(jié)構(gòu)，圖2-4（e）

27、鏈條的結(jié)構(gòu)除具有一般鏈條的特性外，還具有如下優(yōu)點(diǎn)：(1) 采用塑料刀套與金屬鏈條可分離式結(jié)構(gòu)，易于調(diào)整維護(hù)和更換刀套。(2) 為提高機(jī)械強(qiáng)度，減輕鏈條重量，刀套采用優(yōu)質(zhì)工程塑料埋鋼整體結(jié)構(gòu)。該刀套尺寸受溫度變化影響小。(3) 內(nèi)鏈板與鋼套采用過盈配合形成固定鏈條框架，保證了內(nèi)節(jié)內(nèi)寬尺寸，使鏈條與鏈輪有良好配合，保證機(jī)械手抓取刀具時所需的軸向位置精度。(4) 塑料刀套與鋼套采用間隙配合，使用過程中二者之間可以相對回轉(zhuǎn)，可防止定向元件損壞和刀柄，拉釘組件的松脫。此結(jié)構(gòu)亦可微量補(bǔ)償機(jī)械手抓刀時的誤差。23 鏈條參數(shù)的選擇HP型鏈條的結(jié)構(gòu)尺寸主要取決于刀柄一拉釘組件結(jié)構(gòu)尺寸，圖2-5為推薦的供主機(jī)廠按

28、刀柄一拉釘尺寸選用的HP型鏈條的型式及尺寸。HP型鏈條的結(jié)構(gòu)尺寸主要取決于刀柄，拉釘組件結(jié)構(gòu)尺寸。本設(shè)計(jì)采用刀柄號為32的鏈條，由附表1選其主要參數(shù)為， ，。圖2-5 HP型鏈條型式及尺寸 （mm）24 支承鏈?zhǔn)降稁觳捎萌С蟹绞?，多?shù)采用支承導(dǎo)軌，也有用滾子直徑大于鏈板高度的鏈條組成的鏈條齒條機(jī)構(gòu)。支承的設(shè)計(jì)對鏈條運(yùn)動時的阻力有較大影響。設(shè)計(jì)時尤其應(yīng)考慮在系統(tǒng)有多邊行效應(yīng)時，鏈條節(jié)線變動的因素。如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，支承部位不妥及鏈條與支承之間的間隙過小，將導(dǎo)致鏈條運(yùn)行阻力增大。支承點(diǎn)應(yīng)盡可能設(shè)在靠近鏈輪、光輪的嚙入，嚙出處，并保證使鏈條受干涉時，仍易于從導(dǎo)軌中通過。圖2-6為上、下支承分別布置在內(nèi)

29、鏈板一側(cè)的布置方式，可以減少鏈條運(yùn)行阻力。圖2-6支承布置25系統(tǒng)布置刀庫的布置與容刀量有關(guān)。換刀位置一般取在鏈輪的圍齒內(nèi)，以利于保證位置精度。系統(tǒng)布置應(yīng)力求占地面積小，節(jié)省空間。確定布置方案后，需通過鏈長及中心距計(jì)算。圖2-7為設(shè)計(jì)刀庫時參考的幾種布置方案。本論文選（b）圖作為設(shè)計(jì)方案。圖2-7 傳動系統(tǒng)布置及支撐部位3鏈輪的設(shè)計(jì) （1）結(jié)構(gòu) 受刀庫系統(tǒng)空間尺寸限制，鏈輪不可能選擇較多的齒數(shù)，為了減少多邊形效應(yīng)，鏈輪齒數(shù)又不能選擇太少。一般最少不宜少于8齒，否則鏈條在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的橫向位移量將對支承導(dǎo)軌設(shè)計(jì)帶來困難。齒數(shù)確定后，鏈輪齒頂圓直徑推薦按下式確定： Da= P(02 06)+ctg(

30、180Z)已知鏈輪的材料為45鋼，鏈的節(jié)距，先設(shè)定齒數(shù) Z=8。由參考文獻(xiàn)3得分度圓直徑齒頂圓直徑 式(3.1)根圓直徑 式(3.2)齒側(cè)槽間直徑 式(3.3) 齒寬 取雙列鏈輪總寬度 =鏈的排距為了滿足在驅(qū)動輪上放置定位用的分度輪的要求，應(yīng)將鏈輪設(shè)計(jì)成如圖3-1所示的三片組合結(jié)構(gòu)。圖3-1 鏈輪結(jié)構(gòu)1.左鏈輪片 2.分度輪3.右鏈輪片4.連接螺栓5.定位銷（2）齒形 鏈輪齒形可采用常規(guī)的三圓弧一直線齒形。但由于刀庫機(jī)械定位過程中要求鏈輪在圓周方向能微量移動（雙向），因此宜采用節(jié)線分離齒形。節(jié)線分離量S=0.07(P-d1)+0.05（P為鏈條節(jié)距，d1為滾子外徑）。（3）鏈輪材料 鏈輪材料應(yīng)

31、保證輪齒有足夠的強(qiáng)度和耐磨性，故鏈輪齒面一般都經(jīng)過熱處理，使之達(dá)到一定硬度。常用材料見表3-1。表3-1鏈輪材料熱處理齒面硬度應(yīng)用范圍15、20滲碳、淬火、回火50-60HRCZ25的鏈輪45、50、ZG310-570淬火、回火40-45HRC無劇烈沖擊振動和要求耐磨損的鏈輪15Cr、20Cr滲碳、淬火、回火50-60HRCZ50的鏈輪夾布膠木P6KW、速度較高、要求傳動平穩(wěn)、噪聲小的鏈輪由于鏈輪材料選擇45鋼，所以熱處理需要淬火、回火，齒面硬度為40-45HRC,應(yīng)用范圍為無劇烈沖擊振動和要求耐磨損。（4）鏈輪的潤滑 鏈輪對于子鏈傳動是十分重要的，合理的潤滑能大大減輕鏈條鉸鏈的磨損，延長其使

32、用壽命。潤滑方式的選擇為油泵潤滑。4 槽輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 槽輪機(jī)構(gòu)(又稱馬爾他機(jī)構(gòu))能把主動軸的勻速連續(xù)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為從動軸的周期性間歇運(yùn)動，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)。加工中心鏈?zhǔn)降稁觳捎猛鈬Ш喜圯啓C(jī)構(gòu)。外嚙合槽輪機(jī)構(gòu)工作原理如圖4-1所示，它由轉(zhuǎn)臂(主動曲柄)1、槽輪2、滾子3和鎖止盤4組成。 圖4-1 外嚙合槽輪機(jī)構(gòu)原理圖外嚙合槽輪機(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，就拔動槽輪作反向轉(zhuǎn)位運(yùn)動，當(dāng)滾子從槽中脫出，槽輪即靜止不動，并由鎖止盤定位。當(dāng)只有一個滾子時，轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)一周，槽輪作一次轉(zhuǎn)

33、停的步進(jìn)運(yùn)動。（1）運(yùn)動系數(shù)與槽數(shù)的確定在一個運(yùn)動循環(huán)中，槽輪的運(yùn)動時間t2與銷輪的運(yùn)動時間t1之比，稱為運(yùn)動系數(shù)，用表示。對于外槽輪機(jī)構(gòu)為了避免或減輕槽輪在開始轉(zhuǎn)動和停止轉(zhuǎn)動時的碰撞或沖擊，圓銷在開始進(jìn)入徑向槽或從徑向槽脫出的瞬時，圓銷中心的線速度方向均沿著徑向槽的中心線方向，以便槽輪在啟動和停止時的瞬時角速度為零。210 + 220 =210 =- 220 =- (2/z)式中z-槽輪的槽數(shù)。主動件以等角速度1轉(zhuǎn)動時，槽輪轉(zhuǎn)動一次所需的時間為 t2 = 210/1 。當(dāng)主動撥盤對稱均布有k個圓銷時，則主動撥盤轉(zhuǎn)過2/k 角度便完成槽輪的一個運(yùn)動循環(huán)，其所需的時間為t1 = 2 / k1。

34、由上式可知，由于外嚙合槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動系數(shù)應(yīng)大于零，因此其槽數(shù) z 應(yīng)大于3。當(dāng) K = 1 時, z 不論多少,總是小于0.5，即外嚙合槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動時間總是小于停歇時間。此外，由于槽輪機(jī)構(gòu)是作間歇運(yùn)動的，故必須有間歇時間，所以運(yùn)動系數(shù)總是小于1，因此 k 與 Z 的關(guān)系應(yīng)為 k40，所以該減速器采用直齒圓柱齒輪三級傳動。傳動布置形式為展開式。展開式最簡單，但由于齒輪兩側(cè)的軸承不是對稱布置，因而將使載荷沿齒寬分布不均勻，且使兩邊的軸承受力不等。為此設(shè)計(jì)這種減速器時應(yīng)注意：1）軸的剛度宜取大些；2）轉(zhuǎn)矩應(yīng)從離齒輪遠(yuǎn)的軸端輸入，以減輕載荷沿齒寬分布的不均勻。減速器示意圖如下1軸2軸3軸4軸Z1Z2

35、Z3Z4Z5Z6圖61減速器齒輪示意圖612 分配減速箱各級傳動比傳動比分配的基本原則是：1）使各級傳動的承載能力近于相等；2）使各級傳動中的大齒輪浸入油中的深度大致相近，從而使?jié)櫥顬楹啽悖?）使減速器獲得最小的外形尺寸或重量等。初步選擇第一級傳動比為=3，第二級傳動比為=3.5，第三級傳動比為,見式(6.2) 式(6.2)62 計(jì)算減速箱的動力參數(shù)621 各軸的轉(zhuǎn)速軸的轉(zhuǎn)速r/min軸的轉(zhuǎn)速r/min軸的轉(zhuǎn)速r/min軸的轉(zhuǎn)速r/min622 各軸的輸入轉(zhuǎn)矩電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩N.m軸的轉(zhuǎn)矩=10.3N.m軸的轉(zhuǎn)矩N.m軸的轉(zhuǎn)矩N.m軸的轉(zhuǎn)矩N.m623 各軸的輸入功率（減速器的效率為0.95）

36、軸的功率kw軸的功率kw軸的功率kw軸的功率kw63 減速箱內(nèi)齒輪的設(shè)計(jì)631 第一級圓柱齒輪的設(shè)計(jì)1材料的選擇： 小齒輪 40Cr（調(diào)質(zhì)處理） 硬度為280HBS 大齒輪 45 （調(diào)質(zhì)處理） 硬度為240HBS2齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算初步計(jì)算轉(zhuǎn)矩N.mm齒寬系數(shù) 由參考文獻(xiàn)5表12.13 取接觸疲勞極限 由參考文獻(xiàn)5圖12.17C 得MPa ，MPa初步計(jì)算的許用接觸應(yīng)力為 ， 由參考文獻(xiàn)5表12.16 取=85初步計(jì)算的小齒輪直徑 見式(6.3) 式(6.3)取 初步計(jì)算齒寬 校核計(jì)算圓周速度 式(6.4)精度等級 由參考文獻(xiàn)5表12.6 選8級精度齒數(shù)和模數(shù)初步取齒數(shù) ， 由參考文獻(xiàn)5表1

37、2.3 取 則 使用系數(shù) 由參考文獻(xiàn)5表12.9 取 動載系數(shù) 由參考文獻(xiàn)5圖12.9 取 齒間載荷分配系數(shù) 由參考文獻(xiàn)5表12.10 先求圓周力 式(6.4) 式(6.5) (直齒圓柱齒輪傳動角 ) 由此得式(6.7)齒向載荷分布系數(shù) 由參考文獻(xiàn)5表12.11 式(6.8)載荷系數(shù) 式(6.9)彈性系數(shù) 由參考文獻(xiàn)5表12.12 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 由參考文獻(xiàn)5圖12.16 接觸最小安全系數(shù) 由參考文獻(xiàn)5表12.14 總工作時間 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 由參考文獻(xiàn)5表12.15,估計(jì)則 指數(shù) 式(6.10)原估計(jì)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)正確 式(6.11)接觸壽命系數(shù) 由參考文獻(xiàn)5圖12.18得 ，許用接觸應(yīng)力 式(6

38、.12) 式(6.13)驗(yàn)算 式(6.14)計(jì)算結(jié)果表明，接觸疲勞強(qiáng)度較為合適，齒輪尺寸無須調(diào)整。3確定傳動主要尺寸分度圓直徑 ，中心距 632 第二級圓柱齒輪的設(shè)計(jì)1材料的選擇： 小齒輪 40Cr（調(diào)質(zhì)處理） 硬度為280HBS 大齒輪 45 （調(diào)質(zhì)處理） 硬度為240HBS2初步計(jì)算轉(zhuǎn)距 N.mm齒寬系數(shù) 由參考文獻(xiàn)5表12.13 取 接觸疲勞極限 由參考文獻(xiàn)5圖12.17C得 MPa ，MPa 初步計(jì)算的需用接觸應(yīng)力 0.9MPa ， 0.9MPa 由參考文獻(xiàn)5表12.16 取 初步計(jì)算小齒輪直徑 式（6.15）圓整取 初步計(jì)算齒寬 3校核計(jì)算圓周速度 齒數(shù)和模數(shù)初步選取 ，由參考文獻(xiàn)5

39、表12.3 取則 ，4確定傳動主要尺寸分度圓直徑 ，中心距 633 第三級圓柱齒輪的設(shè)計(jì)1材料的選擇： 小齒輪 40Cr（調(diào)質(zhì)處理） 硬度為280HBS 大齒輪 45# （調(diào)質(zhì)處理） 硬度為240HBS2初步計(jì)算轉(zhuǎn)距 N.mm 式（6.16）齒寬系數(shù) 由參考文獻(xiàn)5表12.13 取 接觸疲勞極限 由參考文獻(xiàn)5圖12.17C得MPa，MPa初步計(jì)算的需用接觸應(yīng)力 0.9MPa， 0.9MPa 由參考文獻(xiàn)5表12.16 取 初步計(jì)算小齒輪直徑 式（6.17）圓整取 初步計(jì)算齒寬 3校核計(jì)算圓周速度 式(6.18)齒數(shù)和模數(shù)初步選取 則 ，由參考文獻(xiàn)5表12.3 取 則 ，4確定傳動主要尺寸分度圓直徑

40、 , 中心距 64 軸的計(jì)算與校核641 軸的計(jì)算設(shè)計(jì)1選擇軸的材料，確定許用應(yīng)力由以上條件知減速器傳動的功率屬于小功率，對材料無特殊要求，故選擇45號鋼并作調(diào)質(zhì)處理。由參考文獻(xiàn)5表13.4得抗拉強(qiáng)度MPa 屈服點(diǎn)MPa彎曲疲勞極限MPa 扭轉(zhuǎn)疲勞極限MPa 2按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸的直徑由參考文獻(xiàn)5表13.1得A=118107，A為振幅，由公式13.2得軸的最小直徑為 式(6.19)考慮到軸的最小直徑處要安裝制動器，會有鍵槽的存在，故將估算直徑加大3%5% 式(6.20)由參考文獻(xiàn)5表13.34，取標(biāo)準(zhǔn)直徑3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（結(jié)構(gòu)草圖如下）圖62 軸的結(jié)構(gòu)草圖(1) 確定軸上零件的位置和固定方式要確定

41、軸的結(jié)構(gòu)形式，必須先確定軸上零件的裝拆順序和固定方式，如上圖可見，由于齒輪的軸徑較小，所以采用齒輪軸的形式。軸承從軸的左端套入軸段上，采用過盈配合，軸向固定采用軸套和軸肩，再裝上制動器，周向固定采用平鍵作固定，軸向固定采用軸套與軸肩。(2) 確定各軸段的直徑如上圖，軸段的最小直徑。軸段上要安裝軸承，軸段必須滿足軸承的內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)，故軸段的直徑，由參考文獻(xiàn)2表6-1選用6204型深溝球軸承。軸段是作軸肩用，其尺寸為。由于加工齒輪時，為了順利退刀，所以軸段處為退刀槽，其直徑為。(3) 確定各軸段的長度因?yàn)檩S選用的是齒輪軸，所以軸段處的長度為32，退刀槽的寬度為5。為了保證齒輪端面與箱體內(nèi)壁不相碰，齒輪

42、斷面與箱體內(nèi)壁間應(yīng)有一定的距離，取該距離為10，為了保證軸承安裝在箱體軸承座孔中（軸承寬度為12），并考慮軸承的潤滑，取軸承端面距箱體內(nèi)壁的距離為5，制動器的總長，軸段的要確定軸的結(jié)構(gòu)形式，必須先確定軸上零件的裝拆順序和固定方式，如上圖可見，由于齒輪的軸徑較小，所以采用齒輪軸的形式。軸承從軸的左端套入軸段上，采用過盈配合，軸向固定采用軸套和軸肩，再裝上制動器，周向固定采用平鍵作固定，軸向固定采用軸套與軸肩。(4) 由于該軸承受的彎矩較小故不需要進(jìn)行彎矩合成強(qiáng)度校核軸徑。642 軸的計(jì)算設(shè)計(jì)1選擇軸的材料，確定許用應(yīng)力由以上條件知減速器傳動的功率屬于小功率，對材料無特殊要求，故選擇45號鋼并作調(diào)

43、質(zhì)處理。由參考文獻(xiàn)5表13.4得抗拉強(qiáng)度MPa 屈服點(diǎn)MPa彎曲疲勞極限MPa 扭轉(zhuǎn)疲勞極限MPa 2按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸的直徑由參考文獻(xiàn)5表13.1得A=118107，A為振幅，由公式13.2得軸的最小直徑為考慮到軸上會由鍵槽的存在，故將估算直徑加大3%5%由參考文獻(xiàn)5表13.3-4，取標(biāo)準(zhǔn)直徑3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（結(jié)構(gòu)草圖如下）圖63 軸的結(jié)構(gòu)草圖確定軸上零件的位置和固定方式根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理，由兩個滾動軸承支承，齒輪從軸的左端裝入，齒輪的左右端均用軸套做軸向固定，采用鍵作周向固定，軸承對稱安裝在齒輪的兩側(cè)，其周向用軸肩固定。確定各軸段的直徑如上圖所示，軸段處安裝軸承，軸承必須滿足軸承內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)，故取軸段的直徑，由參考文獻(xiàn)2表6-1選用6204型深溝球軸承。軸承周采用過盈配合固定，軸向采用彈性擋圈和軸肩固定，軸段的直徑。軸段的直徑取。確定各軸段的長度因?yàn)檩S中的小齒