數(shù)控車床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、哈爾濱理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)說(shuō)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：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?？傮w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(guò)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)

2、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(kāi)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

3、加工出內(nèi)螺紋，當(dāng)電動(dòng)機(jī)通過(guò)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(guò)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

4、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(guò)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(kāi)；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(guò)圓柱銷與螺桿聯(lián)接），當(dāng)轉(zhuǎn)過(guò)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(guò)圓柱銷2使得上刀體4轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)（此時(shí)端面齒已完全脫開(kāi)）。上蓋圓盤1、圓柱銷2以及上刀體4在正轉(zhuǎn)的過(guò)程中，反靠銷6能

5、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(guò)圓柱銷2帶動(dòng)上刀體4開(kāi)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(lái)，于是上刀體4停止轉(zhuǎn)動(dòng)，開(kāi)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(kāi)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(guò)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(guò)程結(jié)束

6、。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=10000%(1)蝸桿的選型GB/T10085-1988推薦采用漸開(kāi)線蝸桿和錐面包絡(luò)蝸桿。本設(shè)計(jì)采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便的漸開(kāi)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

7、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4555HRC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ZeZpbH)2(4-1)式中a蝸桿副的傳動(dòng)中心距，單位mmK載荷系數(shù)；T2作用在渦輪上的轉(zhuǎn)矩丁2,單位；Ze彈性影響系數(shù)ZE;中許用接觸應(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=3

8、5,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)乙=1,蝸桿副的傳動(dòng)效率”二,由電動(dòng)機(jī)的額定功率Pi=90W可以算出蝸輪傳動(dòng)的功率P2=Pi4，再由蝸輪的轉(zhuǎn)速n2=40r/min求得作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩2=注=.m=22923Nmmn2n22)確定載荷系數(shù)K載荷系數(shù)K=KAKBK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=ka；Kb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KBKb=；KV為動(dòng)載系數(shù)，由于轉(zhuǎn)數(shù)不高。沖擊不大，可取KKv=o則載荷系數(shù)K=KAKBK使用系數(shù)Ka工作類型IIIIII

9、載荷性質(zhì)均勻，無(wú)沖擊不均勻，小沖擊不均勻，大沖擊每小時(shí)起動(dòng)次數(shù)50起動(dòng)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(shí)，從有關(guān)手冊(cè)查的彈性影響系數(shù)ZE=160Mpa1/24)確定接觸系數(shù)Zp先假設(shè)蝸桿分度圓直徑di和傳動(dòng)中心距a的比值d1d1/a=。查表的ZpZ=鑄錫青銅蝸輪的基本許用接觸應(yīng)力(dH(MPa)蝸輪材料鑄造方法蝸桿螺旋面的硬度045HRC45HRC鑄錫磷青銅ZCuSn10P1砂模鑄造150180金屬模鑄造220268J鑄錫鋅鉛青銅ZCuSn5Pb5Zn砂模鑄造113135金屬模鑄造1281405)確定許用接觸應(yīng)力(7h根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅ZCuSn

10、IOP僉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(yīng)力、，、,(TH=268MP犯知蝸桿為單頭，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=10000hio則應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：N=60jn2Lh=X107壽命系數(shù)：KHN=Khn許用接觸應(yīng)力：(T=KHNX(rHKhn=186MPa6)計(jì)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)4=1,設(shè)模數(shù)m=得蝸桿分度圓直徑d1d1=28mm這時(shí)d1d1/a=,查表得接觸系數(shù)Z、P=。因?yàn)閆PZP較大，所以上述計(jì)算結(jié)果可用。(4)蝸桿和渦輪的主要參數(shù)與幾何尺

11、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二28,直徑系數(shù)q=d1？m=,分度圓導(dǎo)程角丫=tan-1紅二301614：q取齒頂高系數(shù)ha?=1,徑向間隙系數(shù)C?二，則齒頂圓直徑da1=d1+2ha?m=齒根圓直徑df1=d1-2m(ha?+c?)=o2)渦輪參數(shù)與尺寸齒數(shù)z2=60,模數(shù)m=分度圓直徑為d2=mz2=96mm變位系數(shù)x2=a-(d1+d2)/m二,渦輪喉圓直徑為da2=d2+2m(ha?+X2)二，渦輪齒根圓直徑df2=d2-2m(ha?-X2+c?)=,渦輪咽喉母圓半徑rg2=a-da2/2=。即檢驗(yàn)下式是否成立:YFa2Y ,今取螺才f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,