畢業(yè)設(shè)計(jì)數(shù)控車(chē)床四方刀架的設(shè)計(jì)

1、 摘 要數(shù)控車(chē)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(pán)定位型和三齒盤(pán)定位型等。其中斷齒盤(pán)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(pán)定位型又叫免抬型，其特點(diǎn)是換刀時(shí)刀架不抬起，因此換刀時(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

2、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(lái)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) I 目 錄第1章 緒論11.1 課題綜述11.1.1 科學(xué)意義和應(yīng)用前景11.1. 2 設(shè)計(jì)思路3第2章總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)32.1減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)32.2 上刀體鎖緊與精定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)32.3 刀架抬起機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)3第3章自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的工作原理4第4章 主要傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)計(jì)算74.1 蝸桿副的設(shè)計(jì)計(jì)算74.2 螺桿的設(shè)計(jì)計(jì)算11第5章 電氣控制部分設(shè)計(jì)125.1 硬件電路設(shè)計(jì)125.2 控制軟件設(shè)計(jì)14致 謝16參考文獻(xiàn)1

3、7數(shù)控車(chē)床四方刀架的設(shè)計(jì)第1章 緒論1.1 課題綜述1.1.1 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(lái)看，1956年日本富士通研究成功數(shù)控轉(zhuǎn)塔式?jīng)_床，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。1

4、967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(wèn)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

5、寸過(guò)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(méi)有足夠的換刀空

6、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(pán)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(lái)越大。在現(xiàn)有的各種類(lèi)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

7、從現(xiàn)有加工中心的制造模式中分離出來(lái)，把它作為加工中心的標(biāo)準(zhǔn)件或附件組織專(zhuān)門(mén)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(lái)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代碼描述如何（how）加工，其本質(zhì)特征是面向加工過(guò)程，顯然，他已越來(lái)越不能滿足現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)高速發(fā)展的需要

8、。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(lài)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(guò)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(kāi)放式、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的方向。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

9、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(lái)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(kāi)發(fā)者，他已經(jīng)開(kāi)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(guò)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)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

10、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(guò)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(zhuān)業(yè)課之后，通過(guò)這次課題的考驗(yàn)，除了要求掌握好本專(zhuān)業(yè)的課程外，還要求對(duì)本專(zhuān)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2章總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1減速傳動(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(guò)適當(dāng)?shù)臏p速。根據(jù)立式轉(zhuǎn)位刀

11、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。 2.2 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(pán)，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)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。 2.3

12、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(guò)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?，以便?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(jiàn)總裝配圖。       &

13、#160;             第3章自動(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(guò)程中有關(guān)銷(xiāo)的位置。其中上部的圓柱銷(xiāo)2和下部的反靠銷(xiāo)6起著重要的作用。 當(dāng)?shù)都芴幱阪i緊狀態(tài)時(shí)，兩銷(xiāo)的情況如圖a所示，此時(shí)反靠銷(xiāo)6落在反靠圓盤(pán)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(guò)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

14、刀體之間的端面齒慢慢脫開(kāi)；于此同時(shí)，上蓋圓盤(pán)1也隨著螺桿正向轉(zhuǎn)動(dòng)(上蓋圓盤(pán)1通過(guò)圓柱銷(xiāo)與螺桿連接)當(dāng)轉(zhuǎn)過(guò)約170時(shí)，上蓋圓盤(pán)1直槽的另一端轉(zhuǎn)到圓柱銷(xiāo)2的正上方，由于彈簧3的作用，圓柱銷(xiāo)2落入直槽內(nèi)，于是上蓋圓盤(pán)1就通過(guò)圓柱銷(xiāo)2使得上刀體4轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)（此時(shí)端面齒已經(jīng)完全脫開(kāi)）如圖b所示 上蓋圓盤(pán)1，圓柱銷(xiāo)2以及上刀體4在正轉(zhuǎn)的過(guò)程中，反靠銷(xiāo)6能夠從反靠圓盤(pán)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(pán)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(pán)1通過(guò)圓柱銷(xiāo)2帶動(dòng)上上刀體4開(kāi)

15、始反轉(zhuǎn)，反靠銷(xiāo)6馬上就會(huì)落入反靠圓盤(pán)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(xiāo)6從反靠圓盤(pán)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(pán)1繼續(xù)反轉(zhuǎn)，其直槽的左側(cè)斜坡將圓柱銷(xiāo)2的頭部壓入上刀體4的銷(xiāo)孔內(nèi)，之后，上蓋圓盤(pán)1的下表面開(kāi)始與圓柱銷(xiāo)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(kāi)關(guān)使刀架電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，整個(gè)換刀過(guò)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(pán)正轉(zhuǎn)上刀體抬起端面齒錯(cuò)開(kāi)圓柱銷(xiāo)落入上蓋圓盤(pán)反靠端面齒嚙合上刀體下降 粗定位上刀

16、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(guò)程中銷(xiāo)的位置a)換刀開(kāi)始時(shí)，圓柱銷(xiāo)2與上蓋圓盤(pán)1可以相對(duì)滑動(dòng)。b)上刀體4完全抬起后，圓柱銷(xiāo)2落入上蓋圓盤(pán)1的槽內(nèi)，上蓋圓盤(pán)1將帶動(dòng)圓柱銷(xiāo)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(xiāo)6可以從反靠圓盤(pán)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(xiāo)6反靠，上刀體停轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)粗定位。1.上蓋圓盤(pán) 2. 圓柱銷(xiāo) 3.彈簧 4.上刀體 5.圓柱銷(xiāo) 6.反靠銷(xiāo) 7.反靠圓盤(pán)第4章 主要傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)計(jì)算4.1 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

17、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 。    4.1.1 蝸桿的選型      GB/T10085-1988推薦采用漸開(kāi)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(kāi)線型圓

18、柱蝸桿(Z1型)。4.1.2 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。 4.1.3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

19、勞強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)計(jì)算的公式為：        a                                         &

20、#160;      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;       &#

21、160;      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P

22、2 =P 1 ,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.mm 2）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)         &

23、#160;      K=KAKBKV=1.39表1使用系數(shù)KA工作類(lèi)型載荷性質(zhì)均勻，無(wú)沖擊不均勻，小無(wú)沖擊不均勻，大無(wú)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=2.9 5)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45H

24、RC，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=60×1×30×10000=1.8×107 壽命系數(shù)：KHN=0.929表2 鑄錫磷青銅蝸輪的基本許用接觸應(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1501

25、80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 ×268Mpa249Mpa 6）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p<Zp ，所以上述計(jì)算結(jié)構(gòu)可用。4.1.4 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寸和主要參數(shù)，算得蝸桿和渦輪的主要幾何

26、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 = 3.14×m=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)=4°3426.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+2ha×m=20mm+2×1×1.6mm=23.2mm,根圓直徑df1=d1-2m(ha+c)=d1-2m(ha+c)=20-2×1.6×(1+0.2)mm

27、=16.16mm                2）蝸輪參數(shù)與尺寸齒數(shù)z2=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

28、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

29、0;則渦輪的當(dāng)量齒數(shù)：ZV2=Z2/cos3r=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)：  

30、                 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：       

31、;             =37.4 可見(jiàn)， <  ,渦輪齒根的彎曲強(qiáng)度滿足要求。 表3 蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力 （單位：Mpa）  蝸輪材料鑄造方法單側(cè)工作雙側(cè)工作鑄錫青銅ZCuSn10P砂模鑄造4029金屬模鑄造5640鑄錫鋅鉛青銅ZcuSn5Pb5Zn5砂模鑄造2622金屬模鑄造3226鑄鋁鐵青銅ZcuAl10Fe3砂模鑄造8057金屬模鑄造9064HT150砂模鑄造4028HT200砂模鑄造48344.2 螺桿的設(shè)計(jì)計(jì)算 

32、; 4.2.1螺距的確定     刀架轉(zhuǎn)位時(shí)，要求蝸桿在轉(zhuǎn)到約170°的情況下，上刀體的斷面齒與下刀體的斷面齒完全脫離；在鎖緊的時(shí)候，要求上下端面齒的咬合深度達(dá)2mm.因此，螺桿的螺距P應(yīng)滿足P×170/360>2mm,即P>4.24mm.今取蝸桿的渦距P=6mm.   4.2.2  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

33、 =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   4.2.3 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 0.08-0.103.011-186-127-10151-2淬火銅-青銅6-1210-13006-008銅-鑄鐵2.413-180.12-0.156-124-7銅-銅低速7.5-13

34、0.11-0.17而螺紋升角 =2.33º小于當(dāng)量摩擦角 .因此,所選幾何參數(shù)滿足自鎖條件.第5章 電氣控制部分設(shè)計(jì)5.1 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(pán)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)5.1.1  收信電路  圖a中，發(fā)信盤(pán)上的4只霍爾開(kāi)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(kāi)關(guān)時(shí)，其輸出端第3角輸出低電平；當(dāng)磁鐵離開(kāi)時(shí)，

35、第3角輸出高電平。4只霍爾開(kāi)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(guò)光電隔離的信號(hào)再送給I/O接口芯片8255的PC4PC7.  5.1.2 發(fā)信電路   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

36、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(guò)電網(wǎng)影響控制系統(tǒng)的正常工作，為此，在圖d中布置了3對(duì)R-C阻容用來(lái)滅弧，以抑制火花的產(chǎn)生。 5.2 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(lái)說(shuō)，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。&

37、#160;  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

38、    A,      DPTR       ；讀取PC口的內(nèi)容       JNB       ACC.4,  TEND         ；測(cè)試PC4=0?若是，則說(shuō)明1#已在工作     

39、0;                                    位置，程序轉(zhuǎn)到TEND       MOV     DPTR, 

40、   #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  

41、60;             ;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(wú)效     

42、  MOVX    DPTR,  A           ;刀架電動(dòng)機(jī)開(kāi)始正轉(zhuǎn)       CALL     DE20MS              ;延時(shí)20msYT01:  MOVX  

43、  DPTR,#2FFEH         ;指向8255的PC口       MOVX    A,  DPTR           ;第二次讀取PC口內(nèi)容       JB      &#

44、160; ACC.4.  YT11         PC4=0?       CALL     DE20MS              ;延時(shí)20msYT21  MOV      DPTR,  #2FFEH&#

45、160;      ;指向8255的PC口       MOVX    A,    DPTR         ;第三次讀取PC口內(nèi)容       JB        ACC.4,  YT21 

46、0;        ;PC4=0？       MOV      DPTR,#2FFCH         ;指向PC口       MOVX     A,DPTR      

47、60;     ;讀取PA口鎖存器內(nèi)容       SETB      ACC.6               ;令PA6=1，刀架電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)無(wú)效       SETB      ACC.7 

48、;              ;令PA7=1，刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)無(wú)效      MOVX      DPTR,A            ;刀架電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)      CALL   

49、60;   DE150MS            ;延時(shí)150ms      CLR        ACC.7               令PA7=0,刀架電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)無(wú)效      SETB   ACC.6               ;令PA6=1,刀架電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)無(wú)效      MOVX      DPTR, A