數(shù)控車床四工位回轉(zhuǎn)刀架機(jī)電設(shè)計(jì)

1、題目：數(shù)控車床四工位回轉(zhuǎn)刀架機(jī)電設(shè)計(jì) 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 譚海樂 學(xué)歷層次： 專 業(yè)： 班 級(jí)： 指導(dǎo)老師： 完成日期： 2010-01-01 摘 要數(shù)控車床為了能在工件的 一次裝夾中完成多工序加工，縮短輔助時(shí)間，減少多次安裝所引起的 加工誤差，必須帶有自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架。根據(jù)裝刀數(shù)量的 不同，自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架分有四工位六工位和八工位等多種形式。根據(jù)安裝方式的 不同，自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架可分為立式和 臥式兩種。根據(jù)機(jī)械定位方式的 不同，自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架又可分為端齒盤定位型和三齒盤定位型等。其中斷齒盤定位型換刀時(shí)刀架需抬起，換刀速度較慢且密封性較差，但其結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單。三齒盤定位型又叫免抬型，其特點(diǎn)是換刀時(shí)刀架不抬起，因

2、此換刀時(shí)速度快且密封性好，但其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架在結(jié)構(gòu)上必須具有良好的 強(qiáng)度和剛性，以承受粗加工時(shí)的 切削抗力。為了保證轉(zhuǎn)位具有高的重復(fù)定位精度，自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架還 要選擇可靠的定位方案和 合理的 定位 結(jié)構(gòu)。自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架自動(dòng)換刀時(shí) 由控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)電路來實(shí)現(xiàn)。 關(guān)鍵詞：自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架，蝸輪蝸桿副，機(jī)電系統(tǒng)Abstract CNC lathe work order to be able to complete a fixture in many processes processing aids to reduce time, reduce installation time and agai

3、n caused by processing errors, we must turn with automatic tool. Installed in accordance with the number of different knives, automatic revolving turret at position four of six and eight-station work spaces and other forms. According to the different installation methods, automatic rotary tool can b

4、e divided into two types of vertical and horizontal. Positioning means according to the different mechanical, automatic rotary tool set can be divided into client positioning tooth and three teeth, such as disk-based positioning. The interruption of tooth plate-type tool change position to be lifted

5、 when the tool carrier, tool change a slow and poor sealing, but its relatively simple structure. Tridentate known disk-based location-free lift-type, characterized by ATC when the tool is not lifted, so when the tool change is fast and good seal, but its more complicatestructure. Automatic rotary t

6、ool in the structure must have good strength and rigidity to bear the rough at the time of cutting resistance. In order to ensure a high transposition of the repeat positioning accuracy, automatic rotary tool holder of the position would also like to choose a reliable and reasonable positioning prog

7、ram structure. Rotary Tool Automatic Tool Changer automatically by the control system and the drive circuit to achieve. Keywords: automatic rotary tool, vice worm, Electromechanical system目 錄第1章 緒論21.1 課題綜述21.1.1 科學(xué)意義和應(yīng)用前景21.1. 2 設(shè)計(jì)思路3第2章總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)41.1減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)41.2 上刀體鎖緊與精定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)41.3 刀架抬起機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)4第3章自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架

8、的工作原理5第4章 主要傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)計(jì)算81.1 蝸桿副的設(shè)計(jì)計(jì)算81.2 螺桿的設(shè)計(jì)計(jì)算12第5章 電氣控制部分設(shè)計(jì)131.1 硬件電路設(shè)計(jì)131.2 控制軟件設(shè)計(jì)15致 謝17參考文獻(xiàn)18數(shù)控車床四工位回轉(zhuǎn)刀架機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 一 章第1節(jié) 緒論1.1 綜述 科學(xué)意義和應(yīng)用前景自動(dòng)換刀系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。刀具夾持元件的結(jié)構(gòu)特性及它與機(jī)床主軸的聯(lián)結(jié)方式，將直接影響機(jī)床的加工性能。刀庫(kù)結(jié)構(gòu)形式及刀具交換裝置的工作方式，則會(huì)影響機(jī)床的換刀效率。自動(dòng)換刀系統(tǒng)本身及相關(guān)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，又會(huì)對(duì)整機(jī)的成本造價(jià)產(chǎn)生直接影響。從換刀系統(tǒng)發(fā)展的歷史來看，1956年日本富士通研究成功數(shù)控轉(zhuǎn)塔式?jīng)_床，

9、美國(guó)IBM公司同期也研制成功了“APT”(刀具程序控制裝置)。1958年美國(guó)K&T公司研制出帶ATC(自動(dòng)刀具交換裝置)的加工中心。1967年出現(xiàn)了FMS(柔性制造系統(tǒng))。1978年以后，加工中心迅速發(fā)展，帶有ATC裝置，可實(shí)現(xiàn)多種工序加工的機(jī)床，步入了機(jī)床發(fā)展的黃金時(shí)代。1983年國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定了數(shù)控刀具錐柄的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)換刀系統(tǒng)便形成了統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)模式。目前國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床自動(dòng)換刀系統(tǒng)中，刀具、輔具多采用錐柄結(jié)構(gòu)，刀柄與機(jī)床主軸的聯(lián)結(jié)、刀具的夾緊放松機(jī)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)方式幾乎都采用同一種結(jié)構(gòu)模式。在這種模式中，機(jī)床主軸常采用空心的帶有長(zhǎng)拉桿、碟形彈簧組的結(jié)構(gòu)形式，由液壓或氣動(dòng)裝置提供動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)夾

10、緊放松刀柄的動(dòng)作。利用這種機(jī)構(gòu)夾持刀具進(jìn)行數(shù)控加工的最大問題是，它不能同時(shí)獲得高的夾持剛度和刀具振擺精度，而且主軸結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主軸軸向尺寸過大，加上它的液壓驅(qū)動(dòng)裝置及刀具輔具錐柄的制造成本，使得自動(dòng)換刀系統(tǒng)的造價(jià)在機(jī)床整機(jī)中占有較大的比重。據(jù)有關(guān)資料介紹，在刀具采用錐柄夾頭、側(cè)壓夾頭以及彈簧夾頭夾緊性能的對(duì)比實(shí)驗(yàn)中，采用彈簧夾頭夾持刀具是唯一可同時(shí)獲得高的夾持剛度和振擺精度的理想元件。采用這種夾持元件，刀具或刀具輔具可作成圓柱柄，其制造成本低，精度易保證，這對(duì)大容量刀庫(kù)降低刀具輔具的制造成本，意義更為顯著。在現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床上亦有采用彈簧夾頭作為刀具的夾持元件，但機(jī)床的主軸結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)方式仍然采用與上

11、述錐柄刀具完全相同的結(jié)構(gòu)形式。采用這種結(jié)構(gòu)模式，在實(shí)際數(shù)控加工中，尤其是在需要超高速主軸、主軸的徑向、軸向尺寸都很小、沒有足夠的換刀空間的微細(xì)加工場(chǎng)合中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀將會(huì)是很困難的，如果實(shí)施自動(dòng)換刀那將使機(jī)床成本大幅度提高。如在CNC控制磨削球面銑刀的數(shù)控磨削機(jī)床上，直接由高速電機(jī)驅(qū)動(dòng)主軸，使用小直徑盤形砂輪和指形砂輪加工球面銑刀，換刀空間很小，在這種條件下，將難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀。國(guó)外最新研制的內(nèi)圓磨床上采用的彈簧夾頭自動(dòng)換刀裝置售價(jià)昂貴。 隨著機(jī)械加工業(yè)的發(fā)展，制造行業(yè)對(duì)于帶有自動(dòng)換刀系統(tǒng)的高效高性能加工中心的需求量越來越大。在現(xiàn)有的各種類型的加工中心中，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的自動(dòng)換刀系統(tǒng)的造價(jià)在機(jī)床整機(jī)造

12、價(jià)中總是占著很大比重，這是加工中心價(jià)格居高不下、應(yīng)用不普遍的重要原因。如果把自動(dòng)換刀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造從現(xiàn)有加工中心的制造模式中分離出來，把它作為加工中心的標(biāo)準(zhǔn)件或附件組織專門化的生產(chǎn)，同時(shí)由于該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用簡(jiǎn)化了機(jī)床主軸結(jié)構(gòu)、采用彈簧夾頭和外驅(qū)動(dòng)機(jī)械手等關(guān)鍵技術(shù)、采用圓柱柄刀具和輔具，這不僅使數(shù)控機(jī)床工作性能有所提高，而且使得由它配套構(gòu)成的加工中心的總體造價(jià)大幅度下降。低造價(jià)高性能的加工中心將會(huì)被中小廠廣泛接收，這樣必將給自動(dòng)換刀系統(tǒng)生產(chǎn)廠商和加工中心制造廠商帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益 數(shù)控標(biāo)準(zhǔn)是制造業(yè)信息化發(fā)展的一種趨勢(shì)。數(shù)控技術(shù)誕生后的50年間的信息交換都是基于ISO6983標(biāo)準(zhǔn)，即采用G，M代碼描

13、述如何（how）加工，其本質(zhì)特征是面向加工過程，顯然，他已越來越不能滿足現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)高速發(fā)展的需要。為此，國(guó)際上正在研究和制定一種新的CNC系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)ISO14649（STEPNC)，其目的是提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中性機(jī)制，能夠描述產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)制造過程，乃至各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品信息的標(biāo)準(zhǔn)化。 STEP-NC的出現(xiàn)可能是數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域的一次革命，對(duì)于數(shù)控技術(shù)的發(fā)展乃至整個(gè)制造業(yè)，將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。首先，STEP-NC提出一種嶄新的制造理念，傳統(tǒng)的制造理念中，NC加工程序都集中在單個(gè)計(jì)算機(jī)上。而在新標(biāo)準(zhǔn)下，NC程序可以分散在互聯(lián)網(wǎng)上，這正是數(shù)控技術(shù)開放式、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的

14、方向。其次，STEP-NC數(shù)控系統(tǒng)還可大大減少加工圖紙（約75）、加工程序編制時(shí)間（約35）和加工時(shí)間（約50）。 目前，歐美國(guó)家非常重視STEP-NC的研究，歐洲發(fā)起了STEP-NC的IMS計(jì)劃(1999.1.12001.12.31)。參加這項(xiàng)計(jì)劃的有來自歐洲和日本的20個(gè)CAD/CAM/CAPP/CNC用戶、廠商和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)。美國(guó)的STEP Tools公司是全球范圍內(nèi)制造業(yè)數(shù)據(jù)交換軟件的開發(fā)者，他已經(jīng)開發(fā)了用作數(shù)控機(jī)床加工信息交換的超級(jí)模型(Super Model)，其目標(biāo)是用統(tǒng)一的規(guī)范描述所有加工過程。目前這種新的數(shù)據(jù)交換格式已經(jīng)在配備了SIEMENS、FIDIA以及歐洲OSACA-NC數(shù)

15、控系統(tǒng)的原型樣機(jī)上進(jìn)行了驗(yàn)證。1.1. 2 設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)采用三相異步交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，控制部分設(shè)計(jì)主要采用plc控制包括收信和發(fā)信電路兩部分。設(shè)計(jì)好自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電器控制電路后，就可以編制刀架自動(dòng)轉(zhuǎn)位的控制軟件。 通過此次設(shè)計(jì)，不僅是對(duì)四年學(xué)習(xí)生活的一個(gè)總結(jié)，更是對(duì)今后繼續(xù)學(xué)習(xí)的一次鍛煉。在學(xué)習(xí)了四年的基礎(chǔ)課、專業(yè)課之后，通過這次課題的考驗(yàn)，除了要求掌握好本專業(yè)的課程外，還要求對(duì)本專業(yè)相關(guān)的知識(shí)有足夠的認(rèn)識(shí)。這次設(shè)計(jì)就要用到機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)知識(shí)，不僅是對(duì)自己的一次考驗(yàn)，更是對(duì)自己所學(xué)知識(shí)的一個(gè)補(bǔ)充。逐步鍛煉自己獨(dú)立完成工作的能力，以適應(yīng)今后真正的考驗(yàn)。 第 二 章第1節(jié)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.1減

16、速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)普通的 三相異步電動(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)，采用蝸桿副減速是最佳選擇。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)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。1.2 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)上刀體的鎖緊與定位機(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)，上下端面齒相互咬合，這時(shí)上刀體不能繞刀架的中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)；換刀時(shí)電動(dòng)機(jī)正傳，抬起機(jī)構(gòu)

17、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(zhuǎn)動(dòng)，完成轉(zhuǎn)位動(dòng)作。1.3 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)合適的機(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)部加工出內(nèi)螺紋，當(dāng)電動(dòng)機(jī)通過蝸桿-蝸輪帶動(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咬合，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)端面齒脫離咬合時(shí)，上刀體就與螺桿一同轉(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)計(jì)螺桿時(shí)要求選擇適當(dāng)?shù)穆菥啵员惝?dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度時(shí)，使得上刀體與下刀體的端面齒能夠完全脫離咬合狀態(tài)。傳動(dòng)結(jié)構(gòu)見總裝配圖。

18、 第 三 章第1節(jié)自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的工作原理自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的換刀流程圖如下圖 1所示圖2表示自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架在換刀過程中有關(guān)銷的位置。其中上部的圓柱銷2和下部的反靠銷6起著重要的作用。當(dāng)?shù)都芴幱阪i緊狀態(tài)時(shí)，兩銷的情況如圖a所示，此時(shí)反靠銷6落在反靠圓盤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咬合狀態(tài)需要換刀時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出刀架轉(zhuǎn)位信號(hào)，三相異步電動(dòng)機(jī)正向旋轉(zhuǎn)，通過蝸桿副帶動(dòng)螺桿正向轉(zhuǎn)動(dòng)，與蝸桿配合的上刀體4逐漸抬起，上刀體4與下刀體之間的端面齒慢慢脫開；于此同時(shí)，上蓋圓盤1也隨著螺桿正向轉(zhuǎn)動(dòng)(上蓋圓盤1通過圓柱銷與螺桿連接)當(dāng)轉(zhuǎn)過約170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

19、3的作用，圓柱銷2落入直槽內(nèi)，于是上蓋圓盤1就通過圓柱銷2使得上刀體4轉(zhuǎn)動(dòng)起來（此時(shí)端面齒已經(jīng)完全脫開）如圖b所示上蓋圓盤1，圓柱銷2以及上刀體4在正轉(zhuǎn)的過程中，反靠銷6能夠從反靠圓盤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)，如圖c所示上刀體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通過圓柱銷2帶動(dòng)上上刀體4開始反轉(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，如圖d所示。此時(shí)，反靠銷6從反靠圓盤7的十字槽內(nèi)爬不上來，于是上刀體4停止轉(zhuǎn)動(dòng)，開始下降，而上蓋圓盤1繼續(xù)反轉(zhuǎn)，其直槽的左側(cè)

20、斜坡將圓柱銷2的頭部壓入上刀體4的銷孔內(nèi)，之后，上蓋圓盤1的下表面開始與圓柱銷2的頭部滑動(dòng)。在此期間，上，下刀體的端面齒逐漸咬合，實(shí)現(xiàn)精定位。當(dāng)蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生軸向位移，壓縮彈簧，套筒的外圓壓縮開關(guān)使刀架電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，整個(gè)換刀過程結(jié)束。由于蝸桿副有自鎖功能，所以刀架可以穩(wěn)定的工作。刀架電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)螺桿正轉(zhuǎn)上蓋圓盤正轉(zhuǎn)上刀體抬起端面齒錯(cuò)開圓柱銷落入上蓋圓盤反靠端面齒嚙合上刀體下降 粗定位上刀體旋轉(zhuǎn)到位回答電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)螺桿反轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)自動(dòng)鎖緊精定位 圖1自動(dòng)換刀流程 a b c d圖2刀架轉(zhuǎn)位過程中銷的位置a)換刀開始時(shí)，圓柱銷2與上蓋圓盤1可以相對(duì)滑動(dòng)。b)上刀體4完全抬起后，圓柱銷2落入上蓋圓盤1的槽

21、內(nèi)，上蓋圓盤1將帶動(dòng)圓柱銷2及上刀體一起轉(zhuǎn)動(dòng)。c)上刀體4連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，反靠銷6可以從反靠圓盤7的槽左側(cè)斜坡滑出。d)找到刀位時(shí)，刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)反靠銷6反靠，上刀體停轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)粗定位。1.上蓋圓盤 2. 圓柱銷 3.彈簧 4.上刀體 5.圓柱銷 6.反靠銷 7.反靠圓盤 第 四 章第1節(jié) 主要傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)計(jì)算1.1 蝸桿副的設(shè)計(jì)計(jì)算自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的動(dòng)力源時(shí)三相異步電動(dòng)機(jī)，其中蝸桿與電動(dòng)機(jī)直連，刀架轉(zhuǎn)位時(shí)渦輪與上刀體直連。已知電動(dòng)機(jī)額定功率P 1=90W，額定轉(zhuǎn)速n1 =1440r/min，上刀體設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速 n2 =30r/min，則蝸桿副的傳動(dòng)比i =n1/n2 =1440 /30=48.刀架從轉(zhuǎn)位

22、刀鎖緊時(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 =10000h 。 1.1.1蝸桿的選型 GB/T10085-1988推薦采用漸開線蝸桿（Z1蝸桿）和錐面包絡(luò)蝸桿（ZK蝸桿）。本設(shè)計(jì)采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便的漸開線型圓柱蝸桿(Z1型)。1.1.2 蝸桿副的材料 刀架中的蝸桿副傳遞的功率不大，但蝸桿轉(zhuǎn)速較高，因此蝸桿的材料選擇45鋼，其螺旋齒面要求淬火，硬度為4555HRC，以提高表面耐磨性；渦輪的轉(zhuǎn)速較低，其材料主要考慮耐磨性，選用鑄錫磷青銅ZcuSn10P1,采用金屬模鑄造。1.1.3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

23、而失效。因此，在進(jìn)行承載能力計(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。按渦輪接觸疲勞強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)計(jì)算的公式為： a 式中 a-蝸桿副的傳動(dòng)中心距，單位為mm； K-載荷系數(shù)； T2-作用在渦輪上的轉(zhuǎn)矩T ，單位N.mm; ZE-彈性影響系數(shù)，單位為MPa； Z -接觸系數(shù) 【 】-許用接觸應(yīng)力，單位為MPa；從式中算出蝸桿副的中心距a之后，根據(jù)已知的傳動(dòng)比i=48，可以選擇合適的中心距a值，以及相應(yīng)的蝸桿，渦輪參數(shù)。1）確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩T 設(shè)蝸桿頭數(shù)z1 =1,蝸桿副的傳動(dòng)效率取 =0.8。由電動(dòng)機(jī)的額定功率P1 =90W,可以算出渦輪傳遞的功率P2 =P 1

24、,再由渦輪的轉(zhuǎn)速n2 =30r/min,求得作用在渦輪上的轉(zhuǎn)矩： T2=9.55P2/n2=9.55P1 /n2=22920N.mm2）確定載荷系數(shù)K載荷系數(shù)K=KA K BKV .其中KA為使用系數(shù)，由于工作載荷分布步均勻，啟動(dòng)時(shí)沖擊較大，因此取KA =1.15;K 為齒向載荷分布系數(shù)，因工作載荷在啟動(dòng)和停止時(shí)有變化，故取KB =1.15；KV 為動(dòng)載系數(shù)，由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取KV=1.05,則載荷系數(shù) K=KAKBKV=1.39表1使用系數(shù)KA工作類型載荷性質(zhì)均勻，無沖擊不均勻，小無沖擊不均勻，大無沖擊每小時(shí)起動(dòng)次數(shù)2525-5050起動(dòng)載荷小較大大KA11.151.23）確定彈性

25、影響系數(shù)ZE 鑄錫磷青銅渦輪與鋼蝸桿相配時(shí)，從參考文獻(xiàn)中差得彈性影響系數(shù)ZE =160MPa4)確定接觸系數(shù)Zp 先假設(shè)蝸桿分度圓直徑d1 和傳動(dòng)中心距a的比值d 1/a=0.35,可得系數(shù)ZP=2.95)確定許用接觸力【 】 根據(jù)渦輪材料為鑄錫磷青銅ZCuSn10P1,金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度大于45HRC，渦輪的基本許用力 【】=268MPa，已知蝸桿為單頭，渦輪每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)每個(gè)輪齒咬合的次數(shù)j=1;渦輪轉(zhuǎn)速n =30r/min;蝸桿副的使用壽命L =10000h。則應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N=60jn2Lh=6013010000=1.8107壽命系數(shù)：KHN=0.929表2 鑄錫磷青銅蝸輪的基本

26、許用接觸應(yīng)力蝸輪材料鑄造方法蝸桿螺旋面的硬度45HRC45HRC鑄錫磷青銅ZCuSn10P砂模鑄造150180金屬模鑄造220268鑄錫鋅鉛青銅ZcuSn5Pb5Zn5砂模鑄造113135金屬模鑄造128140許用接觸應(yīng)力：【 】= KHN【 】=0.929 268Mpa249Mpa6）計(jì)算中心距a 將以上各參數(shù)代入式 ，求得中心距：a 48mm取中心距a=50mm,已知蝸桿頭數(shù)z1 =1,設(shè)模數(shù)m=1.6mm,得直徑d1 =20mm,這時(shí)d 1/a=0.4,可得接觸系數(shù)Z p =2.74。因?yàn)閆pZp ，所以上述計(jì)算結(jié)構(gòu)可用。1.1.4 蝸桿和渦輪的主要計(jì)算參數(shù)和幾何尺寸由蝸桿和渦輪的基本尺

27、寸和主要參數(shù)，算得蝸桿和渦輪的主要幾何尺寸后，即可繪制蝸桿副的工作圖了。1）蝸桿參數(shù)及尺寸頭數(shù)z1 =1,模數(shù)m=1.6mm,軸向齒距Pa = 3.14m=5.027mm,軸向齒厚sa=0.5 m=2.514mm,分度圓直徑d1 =20mm,直徑系數(shù)q =d1 /m=12.5,分度圓導(dǎo)程腳r=Y=arctan(z1/q)=43426.取齒頂高系數(shù)ha=1,徑向間隙系數(shù)c=0.2,則齒頂圓直徑da1=d1+2ham=20mm+211.6mm=23.2mm,根圓直徑df1=d1-2m(ha+c)=d1-2m(ha+c)=20-21.6(1+0.2)mm=16.16mm 2）蝸輪參數(shù)與尺寸齒數(shù)z2=

28、48,模數(shù)m=1.6mm,分度圓直徑為d 2=mz 2=1.6 48mm=76.8mm,變位系數(shù)x =a-(d 1+d2 )/2/m=50-(20+76.8)/2/1.6=1,蝸輪喉圓直徑為da2=d2+2m(ha+x2)=83.2mm,渦輪齒根圓直徑df2=d2-2m(ha-x2+c)=76.16mm(5)校核蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，即校驗(yàn)下式是否成立：式中 .渦輪齒根彎曲應(yīng)力，單位為Mpa; Yfa2 .渦輪齒形系數(shù)； YB . 螺旋角影響系數(shù) .渦輪的許用彎曲應(yīng)力，單位為MPa由蝸桿頭數(shù)Z1=1，傳動(dòng)比i=48,可以算出渦輪齒數(shù)Z2=iz1=48則渦輪的當(dāng)量齒數(shù)：ZV2=Z2/cos3r=

29、48.46根據(jù)渦輪變位系數(shù)x2=1和當(dāng)量齒數(shù)ZV2=48.46,得齒形系數(shù) Yfa2=1.95旋轉(zhuǎn)角影響系數(shù); YB =1-r/140=0.967根據(jù)渦輪的材料和制造方法，可得渦輪基本許用彎曲應(yīng)力： =56MPa渦輪的壽命系數(shù)： KF=1.725渦輪的許用彎曲應(yīng)力： =40.6Mpa將以上參數(shù)帶入上式中，得渦輪齒根彎曲應(yīng)力： =37.4可見， 2mm,即P4.24mm.今取蝸桿的渦距P=6mm. 1.2.2 其它參數(shù)的確定 采用單頭梯形螺桿，頭數(shù)n=1,牙側(cè)角b=15，外螺紋達(dá)徑d1=50mm,牙頂間隙ac=0.5mm,基本牙形高度H1=0.5P=3mm,外螺紋牙高h(yuǎn)1=h3= H1 + ac

30、 =3.5mm,外螺紋中經(jīng)d2=47mm,外螺紋校徑d3=43mm,螺桿螺紋部分長(zhǎng)度H=50mm 1.2.3 自鎖性能校核 螺桿螺母材料均用45鋼,查表,取二者的摩擦因數(shù)f=0.11;再求得梯形螺旋副的當(dāng)量摩擦角 : 滑動(dòng)螺旋材料的許用壓力【p】及摩擦因數(shù)f螺桿-螺母的材料滑行速度(m.min-1)許用應(yīng)力Mp摩擦因數(shù)f銅-青銅低速18-25 3.011-186-127-10151-2淬火銅-青銅6-1210-13006-008銅-鑄鐵2.413-186-124-7銅-銅低速7.5-13而螺紋升角 =2.33小于當(dāng)量摩擦角 .因此,所選幾何參數(shù)滿足自鎖條件. 第 五 章第1節(jié) 電氣控制部分設(shè)計(jì)

31、1.1 硬件電路設(shè)計(jì)自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的電氣控制部分主要包括收信電路和發(fā)信電路兩達(dá)塊，如圖 所示 電氣化原理圖a)發(fā)信盤上的霍爾元件 b）刀位信號(hào)的處理c)刀架電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制 d）刀架電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)1.1.1 收信電路 圖a中，發(fā)信盤上的4只霍爾開關(guān)（型號(hào)為UGN3120U），都有3個(gè)引腳，第1+12V電源，第2角接+12V地，第3角輸出。轉(zhuǎn)位時(shí)刀臺(tái)帶動(dòng)磁鐵旋轉(zhuǎn)，當(dāng)磁鐵對(duì)準(zhǔn)某一個(gè)霍爾開關(guān)時(shí)，其輸出端第3角輸出低電平；當(dāng)磁鐵離開時(shí)，第3角輸出高電平。4只霍爾開關(guān)輸出的4個(gè)刀位信號(hào)T1T4分別送到圖b的4只光耦合進(jìn)行處理，經(jīng)過光電隔離的信號(hào)再送給I/O接口芯片8255的PC4PC7.1.1.2 發(fā)信電路

32、圖c為刀架電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路，I/O接口芯片8255的PA6與PA7分別控制刀架電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)。其中KA1為正轉(zhuǎn)繼電器的線圈，KA2的反轉(zhuǎn)繼電器的線圈。因刀架電動(dòng)機(jī)的功率只有90W，所以圖d中刀架電動(dòng)機(jī)與380V市電的接通可以選用達(dá)功率直流繼電器，而不必采用繼電器-接觸器電路，以節(jié)省成本，降低故障率。圖c中，正轉(zhuǎn)繼電器的線圈KA1與反轉(zhuǎn)繼電器的一組常閉觸點(diǎn)串聯(lián)，而反轉(zhuǎn)繼電器的線圈KA2又與正轉(zhuǎn)繼電器的一組常閉觸點(diǎn)串聯(lián)，這樣就構(gòu)成了正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)的互鎖電路，以防止系統(tǒng)失控時(shí)導(dǎo)致短路現(xiàn)象。當(dāng)KA1或KA2的觸點(diǎn)接通喔80V電壓時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的火花，并通過電網(wǎng)影響控制系統(tǒng)的正常工作，為此，在圖d中

33、布置了3對(duì)R-C阻容用來滅弧，以抑制火花的產(chǎn)生。1.2 控制軟件設(shè)計(jì)在清楚了自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣控制電路后，就可以著手編制刀架自動(dòng)轉(zhuǎn)位的控制軟件了。對(duì)于四工位自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架來說，它最多裝有4把刀具，設(shè)計(jì)控制軟件的任務(wù)，就是選中任意一把刀具，讓其回轉(zhuǎn)到工作位置。圖 表示讓1#刀轉(zhuǎn)到工作位置的程序流程，2#4#刀的轉(zhuǎn)位流程與1#刀相似。 設(shè)控制系統(tǒng)的CPU為AT89C51單片機(jī)，擴(kuò)展8255芯片作為回轉(zhuǎn)刀架的收信與發(fā)信控制，已知8255芯片的控制口地址為2FFFH，則基于圖 和圖 的匯編程序清單如下：T01 MOV DPTR, #2FFEH ;指向8255的PC口 MOVX A, DPTR

34、；讀取PC口的內(nèi)容 JNB ACC.4, TEND ；測(cè)試PC4=0?若是，則說明1#已在工作 位置，程序轉(zhuǎn)到TEND MOV DPTR, #2FFCH ;指向8255的PA口地址 MOVX A, DPTR ;讀取PA口鎖存器的內(nèi)容 CLR ACC.6 ;令PA6=0,刀架電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)有效 SETB ACC.7 ;令PA7=1,刀架電動(dòng)機(jī)無效 MOVX DPTR, A ;刀架電動(dòng)機(jī)開始正轉(zhuǎn) CALL DE20MS ;延時(shí)20msYT01: MOVX DPTR,#2FFEH ;指向8255的PC口 MOVX A, DPTR ;第二次讀取PC口內(nèi)容 JB ACC.4. YT11 ;PC4=0? CALL DE20MS ;延時(shí)20msYT21 MOV DPTR, #2FFEH ;指向8255的PC口 MOVX A, DPTR ;第三次讀取PC口內(nèi)容 J