基于成型法加工大尺寸齒輪對x5032機床的改造

1、畢業(yè)設計（論文）題 目:基于成型法加工大尺寸齒輪對x5032機床的改造學生姓名:學 號:所在學院：機械與電子工程學院專業(yè)班級：機械100班屆另0：指導教師：2014 屆皖西學院本科畢業(yè)設計（論文）創(chuàng)作誠信承諾書1 本人鄭重承諾：所提交的畢業(yè)設計（論文），題目基于成型 法加工大尺寸齒輪對x5032機床的改造是本人在指導教師指導下獨 立完成的，沒有弄虛作假，沒有抄襲、剽竊別人的內(nèi)容；2畢業(yè)設計（論文）所使用的相關資料、數(shù)據(jù)、觀點等均真實可 靠,文中所有引用的他人觀點、材料、數(shù)據(jù)、圖表均已標注說明來源；3. 畢業(yè)設計（論文）中無抄襲、剽竊或不正當引用他人學術觀 點、思想和學術成果，偽造、篡改數(shù)據(jù)的情

2、況；4本人已被告知并清楚：學校對畢業(yè)設計（論文）中的抄襲、剽 竊、弄虛作假等違反學術規(guī)范的行為將嚴肅處理，并可能導致畢業(yè)設 計（論文）成績不合格，無法正常畢業(yè)、取消學士學位資格或注銷并 追回已發(fā)放的畢業(yè)證書、學士學位證書等嚴重后果；5若在省教育廳、學校組織的畢業(yè)設計（論文）檢查、評比中， 被發(fā)現(xiàn)有抄襲、剽竊、弄虛作假等違反學術規(guī)范的行為，本人愿意接 受學校按有關規(guī)定給予的處理，并承擔相應責任。學生（簽名）: 日期：2014年05月 日摘要1前言21 x5032的介紹和可行性探究311機床改造的目的及意義31.2 x5032的基礎介紹31.3x5032機床改造的內(nèi)容及要求514改造的可行性研究6

3、15本次設計的總體方案616銃削力的計算72. 刀具的選擇82. 1齒輪銃刀的概述82. 2被加工齒輪的基本參數(shù)82. 3銃刀類型的選擇82. 4盤形銃刀的主要類型92. 5刀具參數(shù)的選擇103 銃齒輪夾具的設計123. 1機床夾具的基本組成123. 2夾緊原理及齒輪加工要求分析123. 3確定夾具的定位及類型133.4確定齒輪夾緊方案1435三爪卡盤的選擇173. 6頂尖的選擇183. 7夾具精度分析及計算1938各部分零件及其設計214. 支架軸承的選擇264. 1初步選擇滾動軸承264. 2軸承的校核265步進電機的選擇275. 1進給伺服驅動電機的選擇275. 2x向步進電機的計算與選

4、擇285. 3y向步進電機的計算與選擇305. 4齒輪分度電機的選擇326. 刀具行程的設計337銃齒輪夾具裝配圖348.plc的控制358. 1 plc 的 i/o 分配368.2 plc程序的設計37，總結38參考文獻:39致謝基于成型法加工大尺寸齒輪對x5032機床的改造學生：趙孟平（指導老師：李鴻賓）皖西學院機械與電子工程學院摘要：本次畢業(yè)設計主耍探討的是對x5032立式升降臺銃床的改造。在認真研究和比對x5032銃 床及其說明書后對x5032銃床進行了 了解。初步了解了 x5032立式升降臺銃床的慕木結構特點及 技術參數(shù)，以及對成型法加工齒輪的進給運動進行了分析，対其可行性做了探究。

5、在查閱大量資 料后決定對x5032做出數(shù)控化改造，改造分為機械部分和控制部分。機械部分改造需要改造的有 夾貝、滾珠絲桿副、步進電機；控制部分對刀具走刀的行程進行了設計、plc的選擇和程序的設計。 關鍵詞：x5032;plc;改造;銃齒輪improvement of the x5032 milling machine based on themolding in machining of large size gearwest anhui university of mechanical and electronic engineering instituteabstract: the grad

6、uation design mainly discusses the transfonnation of x5032 vertical milling machine after careful study and comparison x5032 milling machine and its specifications x5032 milling machine for the understanding. a preliminaiy understanding of the x5032 vertical milling machine characteristic and techni

7、cal parameters, basic structure and feed movement of molding in gear machining is analyzed, the feasibility for inquiry. on consulting a large number of data after the decision to x5032 numerical control transformation, transformation can be divided into mechanical part and control part reconstructi

8、on of mechanical parts need to be a fixture, ball screw pair, step motor; control section cutter feeding schedule for the design, selection of plc and program designkey words: x5032; plc; transform;milling gear刖吞目前隨著國民經(jīng)濟的增長國內(nèi)機床需求的日益擴大，在這種消費背景下，機床的 生產(chǎn)購進在加大對精密數(shù)控機床的購進的同時，需對現(xiàn)有的機床進行升級改造。事實 上在我國機床市場上普通機床占

9、據(jù)絕大部分。普通機床數(shù)量的龐大其精度和安全問題 就顯得尤為突出。操作的安全，精度的保持。由于這些問題的存在對普通機床的改造 就顯得尤為重耍。近年來我國對機床改造已經(jīng)逐漸形成一個產(chǎn)業(yè)，其中絕大部分是對 普通機床的簡單的數(shù)控化改造。改造后可實現(xiàn)機床的簡單的數(shù)控控制，制造業(yè)是國民 經(jīng)濟的基礎性產(chǎn)業(yè)因此對普通機床數(shù)控化改造是必耍的。1 x5032的介紹和可行性探究1.1機床改造的目的及意義數(shù)控機床的生產(chǎn)效率高和加工精度高，在機械行業(yè)中的應用范圍越來越廣范，在 有效地確保產(chǎn)品產(chǎn)量和質量的情況下，購買新型數(shù)控機床可有效地提高機床數(shù)控化效 率，但是由于普通機床數(shù)量的龐大，對普通機床的改造亦是一種重耍的途徑。

10、機床的 數(shù)控化改造可冇效降低成本。進行普通機床的數(shù)控化改造的優(yōu)點：1）提高機床的安全水平；2）降低機床成木，提高加工效率；3）節(jié)能環(huán)保，符合可持續(xù)發(fā)展的要求；4）改造成專用銃齒輪機床后可以提高加工效率，機床只對大模數(shù)齒輪進行加工;5）改造成專用銃床可有效地降低成本機加工時間；6）適合大批量生產(chǎn)。1.2 x5032的基礎介紹圖1-2 x5032機床的傳動系統(tǒng)圖1.2.1機床的技術參數(shù)和主要規(guī)格1）工作臺工作臺面積（寬x長）：320x1250 mm工作臺最大縱向行程（手動/機動）:700/680 mm工作臺最大橫向行程（手動/機動）：245/230 mm工作臺最大升降行程（手動/機動）：370/3

11、50 mmt型槽數(shù)：3個t型槽寬：18 mmt型椚間距離：70 mm2）主軸主軸錐度：7： 24主軸孔徑：29mm刀桿直徑：32mm；50毫米主軸軸向移動距離：85mm立銃頭最大回轉角度：±45。3）部件間主要尺寸主軸端面到工作臺臺面間的距離：最?。?5 mm最大：415 mm床身垂直導軌到主軸中心線的距離：350 mm4）機動性能主軸轉速種數(shù)：18種主軸轉速范圍：30-1500 r/min工作臺進給量范圍：18種工作臺縱向進給量范圍：23.5-1180 mm/min工作臺橫向進給量范圍：15-786 mm/min工作臺升降進給量范圍：8-394 mm/min工作臺縱向快速移動量：2

12、300 mm/min工作臺橫向快速移動量：1540 mm/min工作臺升降快速移動量：770 mm/min5）動力、體積及重量主傳動電動機功率：7.5 kw主傳動電動機轉速：1440 r/min進給電動機功率：2.2 kw進給電動機轉速：1420 r/min冷卻泵電動機功率：0.125 kw冷卻泵電動機轉速：2790 r/min機床外形尺寸（長x寬x高）：2272x1770x2094 mm機床重量：2800 kg1.3x5032機床改造的內(nèi)容及要求1.3.1設計內(nèi)容基于成形法加工大尺寸齒輪的x5032機床的改造總休方案優(yōu)化選擇，對成形法加 工大尺寸齒輪的x5032機床的改造機械結構設計及其優(yōu)化

13、，基于成形法加工大尺寸齒 輪的x5032機床的改造控制電路設計及其優(yōu)化，寫岀設計論文并繪制岀基丁成形法加 工大尺寸齒輪的x5032機床的改造設計圖紙。1.3.2設計的要求1）專用機床設計需求分析；2）專用機床設計總體方案確定；3）專用機床設計結構設計；4）專用機床控制系統(tǒng)設計。1.4改造的可行性研究銃床銃齒輪的特點：1）不需專用設備，刀具成本低。2）銃刀每銃一次，都要重復一次分度、切入、退刀的過程，因此生產(chǎn)效率較低。3）加工精度低，一般加工精度為79級。因此，對于課題的加工大尺寸齒輪要求并不是很高，銃床足以滿足其精度要求, 所以用銃床銃齒是可行的。由于經(jīng)濟和精度考慮在改造后的系統(tǒng)中可用開壞控制

14、系統(tǒng)。數(shù)控化改造的可行性：在改造后可以實現(xiàn)加工精度以及效率的提高，且木次改造只是在原有的基礎之上 加以小幅改造，不會影響機床的性能及參數(shù)。所以是可行的。銃床數(shù)控化改造后仍然 屬于經(jīng)濟型數(shù)控機床，在保證對改造后機床加工工件精度滿足的前捉下，盡量使用原 有機構以降低成本。在控制方而可選用步進電機的開環(huán)控制系統(tǒng)足以滿足要求。1.5本次設計的總體方案本次設計是改造x5032立式升降臺銃床為專用銃齒輪機床，我是從機械和電氣兩 個部分對其進行了改造，第一個方而就是從機械部分進行了改造，機械部分改造分為: 刀具的設計選擇；夾具的設計；軸承的選擇；步進電機的計算及選擇。刀具部分主 要是對盤形銃刀的設計和選擇。

15、對其參數(shù)度細化選擇。夾具是我本次設計的重點，重 點涉及了心軸，尾架的設，和軸承的選擇。步進電機部分我對工作臺縱橫的進給電機 進行了計算選擇，對齒輪分度屯機的選擇。而第二部分就是在屯氣部分的改造包括：刀 具行程的設計；plc控制設計。機械部分是此次改造的重點，在機械部分改造后使 精度達到要求。電氣再實現(xiàn)控制。1.6銃削力的計算曲于考慮到現(xiàn)實的是簡單的經(jīng)濟化的改造，要在數(shù)控改造后滿足使用要求的前提 下，盡可能的減小改動量，以降低成本。因此，保留x5032立式銃床的大部分原有參 數(shù)，在此我們規(guī)定以下參數(shù)：脈沖當量:x、y向0.01mm/步銃削寬度：ae = 16mm精銃銃削厚度:az=0.12mm/

16、za銃削深度： =12mm銃刀直徑：° =32mm銃刀齒數(shù)：z=3杳現(xiàn)代機床設計手冊得銃削力計算公式為，fc=981c嚴;；72儀芯0煦血僦齒輪可用近似計算可得式中5系數(shù)，差得c/=68；叭銃削寬度，取=16mm；af銃削厚度（每齒進給量），取af=0.12mm/z；銃削深度，取 =12mm；d。銃刀直徑，取“=32mm；z銃刀齒數(shù)，取"3；所以根據(jù)以上參數(shù)，可以求得銃削力的大小為：fc=9.81czaf-8672a/-86z=9.81x68x160-86 x0.12°'72xl2x32-086 x3= 28752故機床足以滿足其要求。2刀具的選擇2.1齒

17、輪銃刀的概述圓柱齒輪銃刀是按仿形法和無瞬心包絡法原理進行工作的刀具。齒輪銃刀刀具結 構簡單，制造簡單，銃齒時無需專用機床，因此雖然加工精度不高但述是被廣泛使用。 2.2被加工齒輪的基本參數(shù)本次設計是針對銃床專用夾具設計，改造后的x5032為專用大尺寸齒輪專用銃床, 先初確定齒輪的模數(shù)為3,即m=3；齒數(shù)為54,即z=54o則 d=mz=3 x 54= 162mm加工精度為9級名稱代號計算公式計算結果齒數(shù)z5454模數(shù)m33壓力角a選擇標準值20°分度1員1直徑dmz162齒頂高haham3齒根高hf(ha + c)m3.75齒頂圓直徑da(z + 2/?"168齒根圓直徑d

18、f(z _ 2ha - 2c)m154.8齒厚s7rm! 24.71齒槽寬e7vm / 24.71齒距p7im9.422.3鐵刀類型的選擇加工中小模數(shù)時，常用盤形齒輪銃刀；加工大模數(shù)或人字齒時，多用指狀銃刀。 但是此次設計要求銃刀的強度較大，一次成型。而盤形銃刀強度較大可以滿足要求, 故選擇盤形銃刀。2.4盤形銃刀的主要類型齒輪性刀伙形底部瑪輪股端的距離圖2-1齒輪盤形銃刀序號名妝簡小魏敢齒輪鐵刀i 型齒輪鐵刀1. 齒尖85分為鐵刀告乃2. 測709適用于棋數(shù)巾=03、0.81.整個刀也為輕刀吿形2槽底為玄越，前角亍03.適用于樓數(shù)處1認5序號名稱制ii齒ft刀怕加工用齒耗m刀1-整個刀齒為色

19、刀農(nóng)刁2.槽底為rt-o*8< 適用于1. 刀也上開分m電2. 舸角y 8】0.刀齒傾翹為3. 適用于大桃數(shù)£輪的粗加工圖2-225刀具參數(shù)的選擇銃刀齒形應與齒輪槽完全相同，而齒槽曲線則隨齒數(shù)變化而變化。因此為了減少 到具規(guī)格起見，標準齒輪銃刀都成套供應。當模數(shù)mw8時，由8把銃刀組成一套。 每套銃刀可加工模數(shù)相同、齒數(shù)z=12a的齒輪。曲金屬機械加工工藝人員手冊 有如下表所示8把銃刀組成一套刀號12345678被加工齒輪 齒數(shù)范圍121314161720212526343554551341358表2-1圖2-3查金屈機械加工工藝人員手冊可知如卜參數(shù)模數(shù)mddb齒數(shù)z銃削深度銃

20、刀號123456783702710.710.410.09.69.28.98.58.1126.6表2-2綜上所述齒輪銃刀選擇【型齒輪銃刀，為8把銃刀組成一套。刀號為6號，齒數(shù)為12,切削深度為6.63.銃齒輪夾具的設計3.1機床夾具的基本組成機床夾具分很多種類型，但主要都是由六大部分組成，他們是：定位元件及定位 裝置；夾緊元件及夾緊裝置；導向件；夾具體；對刀元件及定向元件；其他元件裝置。 不同的夾貝可在這個基礎z上門行增加或減少元件。3.2夾緊原理及齒輪加工要求分析木次設計是針對銃床專用夾具設計，改造后的x5032為專用大尺寸齒輪專用銃床, 先初確定齒輪的模數(shù)為3,即m=3；齒數(shù)為54,即z=5

21、4o則 d=mz=3 x 54= 162mm加工精度為9級名稱代號計算公式計算結果齒數(shù)z5454模數(shù)m33壓力角a選擇標準值20°分度1員1直徑dmz162齒頂高haham3齒根高h/(ha + c)m3.75齒頂圓直徑da(z + 2/j)加168齒根圓直徑df(z - 2ha - 2c)m154.8齒厚s7rm! 24.71齒槽寬e7vm / 24.71齒距p7im9.42表3-1椅度矣求為8慫由于是對其齒輪進行銃削故只耍設計一個可以定位在銃床上的銃夾具。又因為不 與刀具發(fā)生干涉，則選用中心的軸孔定位。即心軸定位。3.3確定夾具的定位及類型曲上分析工件選擇心軸定位，選用心軸頂尖定

22、位心軸可有效地定位齒輪，也是在 木次設計屮較為簡單的設計。選用同軸間隙心軸的定位方式，如下圖：（町圖3-2定位基準圖本次設計是在銃床上對齒輪進行成型銃削，工件以孔為定位基準時，常用的定位元件是心軸和定位銷。查現(xiàn)代夾具設計手冊有下圖工件定位基準面 定位元件孑位方式簡圖定位元件特點由度定位銷（心0紬短銷（短心軸）圓長鎧（長心軸圖3-3由于對齒輪的加工精度要求不高故可采用間隙配合心軸當間隙較小時心軸定位限 制了 x軸方向的轉動和移動同時還限制了 z軸方向的轉動和移動。切削力矩靠端部的 螺旋夾緊產(chǎn)生的夾緊力傳遞。由于銃齒輪只需限定四個自由度，故只需用一個心軸定 位即可。3.4確定齒輪夾緊方案工件的夾緊

23、是指工件定位以后或同時，述需要采用一定的裝置把工件裝置、夾緊 在定位元上，使工件在加工過程中，不會由于切削力、重力或慣性力等的作用而發(fā)生 位置變化，以保證加工質量和生產(chǎn)安全。341對夾緊裝置的基本要求（1）夾緊過程中，夾緊裝置不改變工件位置；（2）夾緊力的犬小適當；（3）加緊可靠，手動夾緊要保證自鎖;（4）工藝性好，使用性好。3.4.2夾緊力的確定心軸定位后用螺旋夾緊固定，查現(xiàn)代夾具設計手冊螺旋夾緊機構的夾緊轉矩 的計算公式為：t = qrtan（屮+ 4） + 譏'1式中t為應加在螺旋夾緊機構上的夾緊轉矩（n m）q為夾緊力（n）np屮為螺紋升角，也門屮=石n為螺紋線數(shù)p為螺紋螺距為

24、螺紋摩擦角，tan =f, 一般的取"0.178,則=10。為支承面的摩擦因數(shù)，一般的取=0.15-0.3t為支承表面摩擦力矩的計算力臂（皿），隨支承表面的形式而改變，其值注：采用有滾動釉承支承的螺僚夾緊時，<7=0。圖3-4 t的數(shù)值表為了計算方便,令k = rtanw + <|） +昉,則t=kq 當采用公制螺紋時，夾緊情況的=值見下表棊于成型法加工人尺寸齒輪對x5032的改造« jtp =螺紋大徑4i-56s10121620243036螺紋勢竝p/tiun0.70.811.251.51.75422.533.54螺紋平均半徑"mm1.772.24z

25、6753. 594.515.437.359. 1911.0313. 8616. 70螺紋升角03%'3°15r3吆4,3t03°o2r2°562°29f2。292°29'2°18f2°ir型式夾緊螺¥j代號ajb/t 8006.1 _8006.4gb/t 83tgb/t83otgb/t 834k0. 42«0 5270. 6370. 8401 0441.247l6272 0352 4423.0223. 606rgb/t 75 , gr/t 79,gb 85z mm34.56791215ib

26、k0. 7270. 9371. 2401.5111.8472. 4273.0353.642cjbzt 8006.1 8006.4(b)r/nun3456791216181818k0.7750.8981.2151.5331.8522 28&3.0133.刪4. 5205, 1005.6也jb/t 8006.1 -8006.4(c)r/rxm456810121620252525k0.8901. 105l33o1.7642. 1992. 6333.4754. 3445. 3295.909& 492gb/t h04 jb/t 8om 2r/mm101216202532364050k2.

27、 2252 8913.5564.5145 7306.5997.6419 379圖3-5 k的數(shù)值表則夾緊力為：t _ 2875 _95i 3n7 k 3.022由于工件采用同軸間隙心軸的定位方式，所以夾緊使用專門設計的心軸夾緊。 邊采用軸肩另一端用螺母加以緊固。具體方案如圖所示，序尖圖3-6夾具具體方案圖3.5三爪卡盤的選擇心軸一端使用頂尖定位，而另一端使用三爪卡盤進行夾持，由于三爪卡盤是機床 通用夾具，故可查表進行選擇?？ūP是機床上的夾緊工件的機械裝置，卡盤中常見的 是三爪卡盤和四爪卡盤，除此z外述有動力卡盤和電動卡盤。351三爪卡盤的工作原理卡盤是用扳手旋轉錐齒輪帶動卡盤內(nèi)的平面矩形螺紋，

28、矩形螺紋再帶動卡爪向心 運動。有自定心的作用。但是定心精度不高在0.05到0.15mm之間。3.5.2三爪自定心卡盤參數(shù)的選擇圖3-7卡盤尺寸圖由金屬機械加工工藝人員手冊可查的選用如下尺寸的卡盤卡盤直徑dd1d2d3dhlzsb80556616m645143812. a1圖3-8k盤直徑d正爪夾緊尺寸范圍撐緊尺寸范圍aa1bb18022225 703.6頂尖的選擇頂尖是機械加工中的機床的通用部件之一，分為固定頂尖和活動頂尖兩種。固定頂尖可對端而復雜的零件和不允許打中心孔的零件進行支承。頂尖由夾緊裝置固定。由于頂尖是通用部件可直接進行選擇，查金屬機械加工工藝人員手冊得選擇莫氏錐度為0度參數(shù)如卜表

29、：mm （莫氏錐度為0度）參數(shù)dlhel尺寸9.04570615表3-2圖3-10頂尖零件圖3.7夾具精度分析及計算由于定位心軸是水平放置，工件自重作用工件與心軸一-直在素線處接觸。此吋的 徑向基準位移誤差僅在z軸方向，且向下。如圖圖3-11定位誤差圖固定單邊接觸定位謀差計算£ + t)+ td =fz 2式中£為定位副間的最小配合間隙(mm)td為工件圓孔直徑公差(mm)td為心軸外鬪直徑公并(mm)尺寸公差即上式中的公差，是最大極限尺寸減最小極限尺寸z差?？椎墓钣脦妆硎?，軸的公差則用7；,其關系表示為td =|£>max-£>min|

30、= |£5-£/|曲于心軸與被加工齒輪之間是間隙配合定位，又齒輪的精度等級為8級，以被加 工齒輪為基準，選擇基孔制配合方案。即為h8。查互換性與技術測量表>9基孔制優(yōu)先、常用配合表得間隙配合常用配合方 案為學。門查得互換性與技術測量表3-2it8標準公差為33 pmit7標準公差為21pm最小間隙 s = dmn-d max = el -es查互換性與技術測量表3-6孔的基礎偏差數(shù)值ei=o |im查互換性與技術測量表35軸的基礎偏差數(shù)值es=-20 pme = pmin-d max| = el -es =20 pma£ + t）+7w 20 + 33 +

31、21 “=12= 37 |im% 2 23.8各部分零件及其設計3.8.1聯(lián)軸器的選擇聯(lián)軸器是機械傳動中常用的部件。它主要是用來連接軸與軸，以傳遞運動與轉矩; 有時可用作安全裝置。聯(lián)軸器根據(jù)對各種相對位移有無補償能力，可分為剛性聯(lián)軸器 和撓性聯(lián)軸器兩人類。剛性聯(lián)軸器結構簡單，成木低，可傳遞轉矩較大。但是當兩軸有相對位移時，就 會在機件內(nèi)引起附加載荷，使工作情況惡化。故當?shù)娃D速，無沖擊，軸的剛性大，對 中性較好吋常釆用。撓性聯(lián)軸器具有撓性可補償兩軸z間的和對位移。具有緩沖減震的作用聯(lián)軸器的選擇可從以下幾點考慮：1、所需傳遞的傳矩大小和性質以及對緩沖功能 的要求；2、聯(lián)軸器的工作轉速的高低和引起的

32、離心力的大??；3、兩軸相對位移的大 ??；4、聯(lián)軸器的制造、安裝、維護和成本。在滿足使用性能的前捉下，應選用拆裝方 便、維護簡單、成本低的聯(lián)軸器。曲于齒輪分度傳遞的轉矩不人，要實現(xiàn)更精確的分度可選擇lt型彈性套柱銷聯(lián) 軸器。出于電機已選，電機軸的直徑已確定d為9mm可選擇lt1型彈性套柱銷聯(lián)軸器，其公稱轉矩6.3n-r1o半聯(lián)軸器的孔徑為9mm, 半聯(lián)軸器長度20mm3.8.2心軸的設計初步確定軸的直徑，選取軸的材料為45鋼，調(diào)制處理。根據(jù)給定的齒輪的尺寸可 得心軸與齒輪之間的配合的基木尺寸為30mm。而另一端用三爪卡盤進行夾持?？稍O 計軸肩對齒輪進行定位。故心軸方案可設計為第一段長為30mm便

33、于三爪卡盤夾持， 直徑為30mm不變，第二段為軸肩長為12mm,直徑為40mm«第三段為配合部分和 螺紋擰緊部分長為100mm,直徑為30mmo圖3-13心軸3.8.3尾架的設計尾架是用來放置頂尖，頂尖可固定心軸。由于頂尖的直徑為9.045mm所以尾架的 孔徑是9.045mm尾架的高度的確定：尾架在不干涉齒輪加工的情況下，可以盡量減小尺寸以降低 成木。尾架通過頂尖頂起齒輪，齒輪不能與工作臺發(fā)生接觸，其之間要保持一定的安 全距離。由于齒輪的直徑是162mm,故尾架軸孔屮心到底座的距離應大于齒輪半徑。 尾架用于加工不同的齒輪故確定高度為170mm。尾架的寬度由于頂尖長為70mm,所以尾架

34、的寬要大于頂尖的長度便于安裝頂尖 和手輪其零件圖如下1 11 150a0圖3-14頂尖尾架3.8.4支架的設計支架是用來固定分度電機和軸的軸承，根據(jù)軸承已選可確定軸承孔的宜徑為2447mm。而軸孔直徑為20mm,為了軸不與支架發(fā)生摩擦故支架的軸孔略大于軸的直徑 我們確定它為22mm。支架的高度是由加工齒輪大小不與底板發(fā)生接觸，為170mmo 電機與底座的高度為29mm,可保持其同軸度。支架與工作臺用螺栓緊固，故設計四 個螺紋孔以方便緊固螺紋孔的公稱直徑為16mm。同吋為了定位要加工兩個銷孔?？讖綖?2mm。x0164. 支架軸承的選擇滾動軸承是現(xiàn)代機械屮常見的廣泛應用的通用部件。滾動軸承是依靠

35、滾珠間的滾動接 觸來支承零件的轉動。在現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)屮絕大多數(shù)滾動軸承都已經(jīng)標準化，滾動軸承 的優(yōu)點有摩擦力小，功率消耗少，容易啟動等，所以0得到廣泛的應用。4.1初步選擇滾動軸承曲于選取的三爪卡盤的尺寸已定，所以只需要對軸承進行選擇即可。因軸承同時受軸 向力和徑向力，故選用角接觸軸承。參照工作耍求并根據(jù)軸徑可選擇滾動軸承7210ac gb/t 296代號7204c其參數(shù)如下軸承代號ddbcrcor極限轉速7204c20471414.58.2213000180004.2軸承的校核由丁齒輪加工時是固定不動的所以受的徑向力很小可忽略不計。而承受的軸向力 就是切削力即fr = 28757v根據(jù) p =

36、 fp(xfr+yfa)由于不受徑向力則p = fpxfr查機械設計表13-6,齊=1.01.2,取1.2查機械設計表13-5, x=0.56則 p = fpxfr =1.2*0.56*2875 = 1925.28n則基木額定動載荷為j60叱v 106= 1925.28x160x1250x5000v 10"= 138812小于7204c的額定動載荷14500n故軸承是可靠的。5. 步進電機的選擇5.1進給伺服驅動電機的選擇5.1.1進給驅動伺服系統(tǒng)進給伺服驅動系統(tǒng)是由功率放大器、伺服控制電路和伺服電機組成，進給伺服驅 動系統(tǒng)的驅動電機是有：步進電機，直流伺服電機，交流伺服電機和直線電

37、機。而常 用于開環(huán)伺服驅動系統(tǒng)中的就是步進電機。此次設計只實現(xiàn)簡單的改造，故選擇步進 電機即可。5.1.2開環(huán)伺服系統(tǒng)對于此次設計采用開環(huán)伺服系統(tǒng)控制結構如圖所示。開環(huán)控制沒有反饋，它主耍 是由步進電機和驅動電路組成步進電機接收數(shù)控裝置發(fā)出的信號，通過齒輪副和絲杠 副帶動工作臺運動。其精度是由步距角精度、齒輪傳動間隙和絲杠的精度決定的。圖5-15.3步進電機工作原理步進電機是將電脈沖信號轉換成機械角位移或線位移的開環(huán)元件。即給電機輸入 一個電脈沖就轉動一步，轉了就轉過一個和應的步距角。只要控制輸入電脈沖的數(shù)量、 頻率以及電動機繞組通電相序即可獲得所需的轉角、轉速及轉向。步進電機的特點：（1）步

38、進電機加驅動才會運轉，且必須為脈沖信號。適當?shù)拿}沖信號就會使電機 轉動一定角度。且速度和脈沖成正比。（2）步進電機的步矩角是7.5度，一圈360度分48個脈沖完成。（3）步進電機具冇瞬間啟動和急速停止的特性。（4）改變脈沖的順序可以方便轉動方向。步進電機的工作原理圖5-2三相反應式步進電動機的剖面示意圖1一定子2轉子3定子繞組上圖所示是最常見的三相反應式步進電動機的剖面示意圖。反應式步進電動機的 步距角可按卜式計算：% = 360。ine (1)式中er轉子齒數(shù)；n運行拍數(shù)，n=km, m為步進電動機的繞組相數(shù)，k=l或2。5.2 x向步進電機的計算與選擇521初選步進電機(1) 計算步進電機

39、的負載轉矩匚：根據(jù)公式t”式中q為脈沖當量，,=0.01mm/步；$為步距角，=0.75° ；樣為x向進給牽引力，取原始計算值£”=2000n；77為步進電機滾珠絲杠的傳動效率，其中：齒輪的傳動效率取0.98,軸承的傳動效率取0.99,滾珠絲杠的傳動效率取0.94；由丁 x向齒輪減速器為二級傳動，則：7 = 0.94 x 0.982 x 0.994 = 0.7048那么:360x0.01x20002x0.75x0.7048= 2168-mm（2）計算步進電機啟動轉矩人：t =九一=耳坐=4336"加加 q 0.3 0.50.5此處為了電機運行可靠，選擇了最大值計算

40、。（3）計算步進電機的最大靜轉矩幾站翌西= 4559nnw?0.9510.951（4）計算步進電機的運行頻率厶和最高啟動頻率厶:f 二 1000«f 匸 1000仏人 60叭，jk 605“式中 匕為x向最大切削進給速度，vv=1.32m/min；vmax為x向最大快移速度，vniax=2.5m/min；6p為脈沖當量，耳=0.01 mm/step；那么 型坐ooox132 =22oohz爪 60（.60x0.01/ 1222= 1000x2.5 "167hzk 60560x0.01（5）選擇步進電機：根據(jù)以上計算7；ax=4.559n - m, £=2200hz

41、, /,=4167h乙 選取x向步進相數(shù)3；相屯流：6a電機的型號為:110byg350bh-0501,其相關參數(shù)為:步距角：4=0.75。； 最大靜轉矩：&5n m；最高空載頻率:1500hz；質量：6.6kg；長度：182mm；轉子轉動慣量：jm =9720g 肋2；分配方式：三相六拍；外徑：0=110mm； 軸徑：0=11mm從上述參數(shù)可以看tb, 110byg350bh-0501型步進電機最高空載頻率為1500h乙 不能滿足=7667hz的使用要求可使用升降速程序來解決。步進電機相數(shù)三相四相五相六相拍數(shù)3648510612 = m 起/"max0.50.8660.70

42、70.7070.8090.9510.8660.866表5-1步進電機啟動轉矩和最大靜轉矩的關系5.3 丫向步進電機的計算與選擇5.3.1初選步進電機（1）計算步進電機的負載轉矩7；二根據(jù)公式360毎 fm式中8*為脈沖當量,s* =0.01 mm/步；礦為步距角,莎=0.75。；f：為x向進給牽引力，f,；=945n；h為步進電機滾珠絲杠的傳動效率，其中:齒輪的傳動效率取0.98,軸承的傳動效率取0.99,滾珠絲杠的傳動效率取0.94；由于y向齒輪減速器為一級傳動，貝= 0.94 x 0.98 x 0.992 = 0.902那么：t：= 360/ = 360x0.005x945 =40052兀

43、 2兀 x 0.75 x 0.902（2）計算步進電機啟動轉矩7；：rp t 400p = 1333?/ mmq 0.3 0.50.3此處為了電機運行可靠，選擇了最大值計算。（3）計算步進電機的最大靜轉矩人癲：t 1333t*max =- = 1402n mm0.9510.951（4）計算步進電機的運行頻率/；和最高啟動頻率/；:fe =1000v*60心fk =looovax60町式中v；為x向最大切削進給速度，v；=1.18m/min：v*max為x向最大快移速度，曠max =2.3 m/min；5*為脈沖當量，巧：=0.01mm/步;那么fe =1000v；1000x1.1860x0.0

44、05二 3933hzfk =looovlx605,_ 1000x2.3-60x0.005=7667hz（5）選擇步進電機：根據(jù)以上計算t*max=140.2n - cm, /；=3933hz, /=7667h乙 選取 y 向步進電機的型號為:110byg260c-0402,其相關參數(shù)為：相數(shù)：2步距角：陽=0.75。電壓：30v相電流：4a最大靜轉矩：2.4n m最咼空載頻率：1500hz運行頻率：7000hz傳子傳動慣量：jn* =11000g - cm2分配方式：兩相四拍質量：11.1kg外徑：0=110mm110mm表5-2從上述參數(shù)可以看出，110byg260g0402型步進電機最高空

45、載頻率為1500h乙 不能滿足a =7667hz的使用要求，可使用升降速程序來解決。經(jīng)過計算，該步進電機的傳矩滿足使用的要求。5.4齒輪分度電機的選擇由于齒輪分度電機是對齒輪實行分度故需要的轉矩和轉動慣量都比較小，可以不 加計算。故為了經(jīng)濟起見可選用較小的電機。但是要選擇較小的步距角較小的電機。 查實用數(shù)控機床技術手冊可選擇三相混合式步進電機57byg350bl-0601其參數(shù)如 下規(guī)格型號相數(shù)步距角/（0）和電流/a保持轉矩/n m轉動慣量/g cm2質量/kg外形尺寸7mm57byg350bl-060130磯26.00.451000.557x57x41表5-36. 刀具行程的設計走刀時的一

46、般性原則：先粗后精，先近后遠，先而后孔，先內(nèi)后外；刀具最少調(diào) 用原則；走刀路徑最短原則。零件的加工走刀路徑的設計原則：走刀路線是指切削加工過程中刀具相對于被加 工零件的運動軌跡和運動方向，即指刀具從對刀點開始運動起，直至返回該點并11結 束加工程序所經(jīng)過的路徑。此次設計中是成型法加工大模數(shù)齒輪，故只需一刀成型。走到路徑可設計為對：對刀工作臺快速進給刀位點進給到一個齒高加工分度電機自動分度 f工作臺反向進給f循環(huán)加工結束停車進給方向圖6-1這樣來回實現(xiàn)進給符合走刀路徑最短原則。只要齒輪分度電機實現(xiàn)精確分度即口j。7銃齒輪夾具裝配圖在各部分設計完成后，裝配圖如下夾具裝配圖底朋和尾架固定在銃床的工作

47、臺上，用鍵定位，螺栓緊固。齒輪用心軸定位，心 軸一端用三爪卡盤夾緊，另一端用頂尖支承。齒輪用螺母旋緊，旋緊力夾緊。三爪卡 盤安裝在支架上。軸安于軸承上與軸承配合。整個夾具設計相對簡單，符合設計原則?？珊芎玫赝瓿摄|齒的定位夾緊。1-支架2-分度電機3-聯(lián)軸器電機部分4-聯(lián)軸器卡盤部分5-軸承6-三爪卡盤7-被加工齒輪8-墊片9-螺母10-心軸11-鎖緊螺栓12-尾架13-頂尖8.plc的扌空制改造后的機床即可以保留原有的手動操作方式，又兼顧到自動進給運動。改造后 實現(xiàn)機床進給運動的h動進給和齒輪的h動分度。因此改造后進給運動實現(xiàn)面板控制。 在z前機械部分的改造后為實現(xiàn)plc控制提供了可能。plc控制系統(tǒng)的結構框圖如下圖7-1控制系統(tǒng)的結構框圖機床的硬件電路包括：主控制器(cpu)；總線；儲存器；接ii；外設。圖7-3分度電動機的工作主耍由接觸器km1來控制。進給電動機的工作由接觸器km3、km4來控制其正反轉8.1 plc的i/o分配根據(jù)x5032立式銃床的控制要求及原理圖可以知選的plc的輸入端必須大丁 13 個而輸出端必須大于7個。但是機床控制線路的電壓等級比較多。所以在選plc時必 須注意plc的輸出。所以選用三菱fx2n-32mrpl