數(shù)控車床自動回轉刀架結構設計

1、哈爾濱理工大學課程設計說明書設計題目：數(shù)控車床自動回轉刀架結構設計班級：學號：姓名：指導老師：日期：設計任務題目：數(shù)控車床自動回轉刀架結構設計任務：設計一臺四工位立式回轉刀架，適用于 C616或C6132經(jīng)濟型數(shù)空車床。要 求繪制自動回轉刀架的機械結構圖。推薦刀架所用電動機的額定功率為90W額定轉速1480r/min ,換刀時要求刀架轉動的速度為 40r/min ,減速裝置的傳動比為 i=37 ?？傮w結構設計1、減速傳動機構的設計普通的三項異步電動機因轉速太快，不能直接驅動刀架進行換刀，必須經(jīng)過適當?shù)臏p速。根據(jù)立式轉位刀架的結構特點，采用蝸桿副減速時最佳選擇。蝸桿副傳動可以改變運動的方向，獲得

2、較大的傳動比，保證傳動精度和平穩(wěn)性，并且具有自鎖功能，還可以實現(xiàn)整個裝置的小型化。2、上刀體鎖緊與精定位機構的設計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。本設計上刀體的鎖進玉定位機構選用端面齒盤，將上刀體和下刀體的配合面加工成梯形端面齒。當?shù)都芴幱阪i緊狀態(tài)時，上下端面齒相互嚙合，這時上刀體不能繞刀架的中心軸旋轉；換刀時電動機正轉，抬起機構使上刀體抬起，等上下端面齒脫開后，上刀體才可以繞刀架中心軸轉動，完成轉位動作。3、刀架抬起機構的設計要想使上、下刀體的兩個端面齒脫離，就必須設計適合的機構使上刀體抬起。本設計選用螺桿- 螺母副，在上

3、刀體內部加工出內螺紋，當電動機通過蝸桿-渦輪帶動蝸桿繞中心軸轉動時，作為螺母的上刀體要么轉動，要么上下移動。當?shù)都芴幱阪i緊狀態(tài)時，上刀體與下刀體的端面齒相互嚙合，因為這時上刀體不能與螺桿一起轉動，所以螺桿的轉動會使上刀體向上移動。當端面齒脫離嚙合時，上刀體就與螺桿一起轉動設計螺桿時要求選擇適當?shù)穆菥?，以便當螺桿轉動一定的角度時，使得上刀梯與下 刀體的端面齒能夠完全脫離嚙合狀態(tài)。下圖為自動回轉刀架的傳動機構示意圖，詳細的裝配圖在一號圖紙上。三、自動回轉刀架的工作原理自動回轉刀架的換刀流程如下圖。圖上表示自動回轉刀架在換刀過程中有關銷的位置。其中上部的圓柱銷2和下部的反靠銷6起著重要作用。當?shù)都芴?/p>

4、于鎖緊狀態(tài)時，兩銷的情況如圖 A所示，此時反靠銷6落在圓盤7的十字 槽內，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，控制系統(tǒng)發(fā)出刀架轉位信號，三項異步電動機正向旋轉，通過蝸桿副 帶動蝸桿正向轉動，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，上蓋圓盤 1也隨著螺桿正向轉動（上蓋圓盤 1通過圓柱銷與螺桿 聯(lián)接），當轉過約1700時，上蓋圓盤1直槽的另一端轉到圓柱銷2的正上方，由于彈簧3的作用，圓柱銷2落入直槽內，于是上蓋圓盤1就通過圓柱銷2使得上刀體4轉動起來 （此時端面齒已完全脫開）。上蓋圓盤1、圓柱銷2以及上刀體4

5、在正轉的過程中，反靠銷6能夠從反靠圓盤7中十字槽的左側斜坡滑出，而不影響上刀體 4尋找刀位時的正向轉動。上刀體4帶動磁鐵轉到需要的刀位時，發(fā)信盤上對應的霍爾元件輸出低電平信號， 控制系統(tǒng)收到后，立即控制刀架電動機反轉，上蓋圓盤 1通過圓柱銷2帶動上刀體4開 始反轉，反靠銷6馬上就會落入反靠圓盤7的十字槽內，至此，完成粗定位。此時，反靠銷6從反靠圓盤7的十字槽內爬不上來，于是上刀體 4停止轉動，開始下降，而上蓋 圓盤1繼續(xù)反轉，其直槽的左側斜坡將圓柱銷 2的頭部壓入上刀體4的銷空內，之后， 上蓋圓盤1是下表面開始與圓柱銷2的頭部滑動。再次期間，上、下刀體的端面齒逐漸 嚙合，實現(xiàn)精定位，經(jīng)過設定的

6、延時時間后，刀架電動機停轉，整個換刀過程結束。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-渦輪減速銷連接刀架 電動機-'螺喊難 螺人上蓋圓盤旋1.蝸桿副的設計計算圓柱銷落入上蓋圓反靠銷反靠端面齒嚙合，上刀體下降，粗定位精定位自動回轉刀架的動力源是三相異步電動機。其中蝸桿與電動機直聯(lián)，刀架轉位時蝸輪與 上刀體直聯(lián)。已知電動機額定功率p 1=90W，額定轉速n 1=1480r/min ,上刀體設計轉速 n2=40r/min ,蝸桿副的傳動比i=n"n2=37。刀架從轉位到鎖緊時，需要蝸桿反向，工作 載荷不均勻，啟動時沖擊較大，今要求蝸桿副的使用壽命L h=10000h。

7、(1)蝸桿的選型 GB/T10085-1988推薦采用漸開線蝸桿和錐面包絡蝸桿。本設計采用 結構簡單，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的功率不大，但蝸桿轉速干，一次，蝸桿的 材料選用45鋼，其螺旋齒面要淬火，硬度為4555HRC以提高其表面耐磨行；蝸 輪的轉速較低，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)按齒面接觸疲勞強度進行設計刀架中的蝸桿副采用閉式傳動，多因齒面膠合或點蝕而失效。因此，進行載荷計算時，先按齒面接觸疲勞強度進行設計，再按齒 根彎曲疲勞強度進行校核。按蝸輪接觸疲勞強度條件設計計算的公式zeZp)2(4-1)

8、式中a蝸桿副的傳動中心距，單位 mmK 載荷系數(shù)；T2作用在渦輪上的轉矩T 2,單位；Ze彈性影響系數(shù)ZE;(7 h許用接觸應力，單位為 MPa從式4-1算出蝸桿副的中心距a之后，根據(jù)已知的傳動比i=35 , 查表選擇一個合適的中心距a值，以及相應的蝸桿，蝸輪參數(shù)。1)確定作用在蝸輪上的轉矩T 2,設蝸桿頭數(shù)Z 1=1,蝸桿副的傳動效率q=,由電動機的額定功率p 1=90W可以算出蝸輪傳動的功率p 2=P14，再由蝸輪的轉速 n2=40r/min求得作用在蝸輪上的轉矩P2 P1 TT2=2=K= . m=22923N mm2)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

9、-3查得，由于工作載荷不均勻，啟動時沖擊較大，因此取KAW;心為齒向分布系數(shù)，因工作載荷在啟動和停止時有變化，故取KB<b=; Kv為動載系數(shù)，由于轉數(shù)不高。沖擊不大，可取 KKv=o則載荷系數(shù)K=KA KB K使用系數(shù)KA工作類型IIIIII載荷性質均勻，無沖擊不均勻，小沖擊不均勻，大沖擊每小時起動次數(shù)<2525-50>50起動載荷小較大大KA13) 確定彈性影響系數(shù)ZEZe,鑄錫磷青銅蝸輪與鋼蝸桿相配時，從有關手冊查的 彈性影響系數(shù)ZE=160Mpa "24) 確定接觸系數(shù)Z p先假設蝸桿分度圓直徑di和傳動中心距a的比值d1di/a=。查表的 ZpZp =鑄錫

10、青銅蝸輪的基本許用接觸應力(dH'(MPa)蝸輪材料鑄造方法蝸桿螺旋面的硬度|045HRC>45HRC 二鑄錫磷青銅砂模鑄造150180ZCuSn10P1金屬模鑄造一2202681鑄錫鋅鉛青銅砂模鑄造113135ZCuSn5Pb5Zn5金屬模鑄造1281405)確定許用接觸應力(7H根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅ZCuSnIOP金屬模制 造蝸桿螺旋齒面硬度大于45HRCM查表的蝸輪的基本許用應力uh '=268MP犯知蝸桿為單頭，蝸輪每轉一轉時每個輪齒嚙合的次數(shù)j=1 ;蝸輪轉數(shù)n 2=40r/min ;蝸桿副的使用壽命L h=10000h。則應力循環(huán)次數(shù)：N=60j n2 L

11、h = X10 7壽命系數(shù)：KHN =Khn許用接觸應力：(T =KHNX (th KHN=186MPa6)計算中心距將以上各參數(shù)帶入4-1 ,求得中心距：a = mm查表取a=63,已知蝸桿頭數(shù)z 1=1,設模數(shù)m=得蝸桿分度圓直徑d1d1=28mm 這時d1d1/a=,查表得接觸系數(shù)Z、p=。因為z'pv Zp較大，所以上述計算結果 可用。(4)蝸桿和渦輪的主要參數(shù)與幾何尺寸由蝸桿和渦輪的基本尺寸和主要參數(shù)，算的蝸桿和渦輪的主要幾何尺寸后，即可繪制蝸桿副的工作圖。1 )蝸桿的參數(shù)與尺寸頭數(shù)Z1=1,模數(shù)m=軸向齒距Pa=Ttm*由向齒厚Sa=Tt=,分度圓直徑d 1=28,直徑系數(shù)

12、q=d1?m=,分度圓導程角丫 =tan-1M=301614”。 q取齒頂高系數(shù)h a?=1,徑向間隙系數(shù)C ?=,則齒頂圓直徑d a1=d1 +2ha?m=齒根圓直徑d f1=d1-2m (ha?+c?) =o2 )渦輪參數(shù)與尺寸齒數(shù)z 2=60,模數(shù)m=分度圓直徑為d 2=nz2=96mm變位系數(shù)x 2=a-( d1 + d2)/m二,渦輪喉圓直徑為d a2=d2+2m( ha?+X2)=,渦輪齒根圓直徑 d f2=d2-2m ( ha?-X2+C?)=,渦輪咽喉母圓半徑r g2=a-da2/2二即檢驗下式是否成立:YFa2Yp < (T F(5)校核渦輪齒根彎曲疲勞強度_1.53K

13、T2 F d1d2 m由蝸桿頭數(shù)z 1=1,傳動比i=35 ,可以計算出渦輪齒數(shù)z 2=i zi=35則渦輪的當量齒數(shù)：Z2zv2=cosr=根據(jù)渦輪變位系數(shù)X 2=和當量齒數(shù)Z v2 = ,查表的齒形系數(shù)YFa2=螺旋角影響系數(shù)丫丫6 =1=140根據(jù)渦輪的材料和制造方法，查表得渦輪基本許用彎曲應力:(tf =56MPa渦輪的壽命系數(shù)：9/06_Kfn= iN=渦輪的許用彎曲應力：(T F= CT fKfn=將數(shù)據(jù)帶入得:(rF =25.33MPa可見，«f & bF，渦輪齒根的彎曲強度滿足要求。蝸輪的基本許用彎曲應力(MPa蝸輪材料鑄造方法單側工作雙側工作9一1F鑄錫青銅ZCuSn10P1砂模鑄造4029金屬模鑄造56401鑄錫鋅鉛青銅ZCuSn5Pb5Zn5砂模鑄造2622金屬模鑄造3226鑄鋁鐵青銅砂模鑄造8057 JZCUA門UFe3金屬模鑄造9064 n灰鑄鐵HT150砂模鑄造4028HT2UU砂模鑄造48342.螺桿的設計計算(1) 螺距的確定 刀架轉位時，要求螺桿在轉動約的情況下，上刀體的端面齒與下刀體的端面齒完全脫離；在鎖緊的時候，要求上下端面的嚙合深度達2mm因止匕，螺桿的螺距P應滿足P>,今取螺才f的螺距P=6mm(2) 確定其他參數(shù)采用單