畢業(yè)論文數(shù)控加工中心刀庫(kù)設(shè)計(jì)說明

1、 . PAGE19 / NUMPAGES19畢業(yè)設(shè)計(jì)論文-數(shù)控加工中心刀庫(kù)設(shè)計(jì)1前言1.1數(shù)控加工中心簡(jiǎn)介加工中心是一種可以對(duì)工件進(jìn)行多工序加工的數(shù)字控制機(jī)床，它裝備有刀庫(kù)，并可以自動(dòng)更換里面的刀具。工件經(jīng)過一次裝夾之后，數(shù)字控制系統(tǒng)能控制機(jī)床按照不同的工序，自動(dòng)選擇刀具或者更換刀具，自動(dòng)地改變機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量和刀具相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)軌跡，并且可以完成很多其他輔助機(jī)能，依次完成工件幾個(gè)面上多工序的加工。減少了工同時(shí)也減少了工序之間的工件周轉(zhuǎn)、搬運(yùn)和存放的時(shí)間，大大縮短了生產(chǎn)的周期，具有顯明經(jīng)濟(jì)效益。一種功能較全的數(shù)控加工機(jī)床就是數(shù)控加工中心。 目前數(shù)控加工中心是世界上生產(chǎn)產(chǎn)出的數(shù)量最高、最廣

2、的應(yīng)用數(shù)控類機(jī)床之一。它綜合加工的能力特別強(qiáng)，工件一次裝夾后能夠完成很多的加工容，加工工件質(zhì)量比較高，就要求中等加工難度和批量生產(chǎn)的工件，其加工效率是普通類機(jī)床的610倍，特別的是：它還能夠完成許多普通機(jī)床所不能完成的加工，對(duì)要求精度高，單件加工或中小批量多品種生產(chǎn)形狀較復(fù)雜的尤為適和。它把削銑、鉆、攻等功能加在一個(gè)裝置上，使其具有多種工藝手段。加工中心設(shè)置有儲(chǔ)存刀具的刀庫(kù)，刀庫(kù)中存放著各種不同數(shù)量和規(guī)格的刀具或量具，在加工過程中利用程序來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)地更換和選用。這就是加工中心與數(shù)控銑、鏜的差異。加工中心是一種綜合的加工能力比較強(qiáng)的設(shè)備，工件一次裝夾之后就能完成很多的工步，加工精度很高，就批量的

3、中等的工件而言，其加工效率是普通制造機(jī)器和設(shè)備的712倍多，尤其是它能夠?qū)崿F(xiàn)很多普通機(jī)床所不能完成的加工，就像一些特別的行面等。這將會(huì)使新產(chǎn)品的研制和更新?lián)Q代節(jié)省大量的人力和物力，從而使得企業(yè)具有特別強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。 1.2數(shù)控加工中心刀庫(kù)系統(tǒng)簡(jiǎn)介刀庫(kù)系統(tǒng)是一種可以提供自動(dòng)化加工過程中所需的換刀與儲(chǔ)刀需求的裝置。藉由電腦程式（PLC）的控制，可以實(shí)現(xiàn)各種不同的加工的需求，如攻、削、銑、搪、鉆洞等。儲(chǔ)存刀具的位置主要是刀庫(kù)來提供，并依電腦的控制，正確選擇刀具，并且定好位置，以便進(jìn)行刀具的交換；如果沒有機(jī)構(gòu)用來自動(dòng)換刀，則無法自刀庫(kù)依序更換加工所需刀具，從而達(dá)不到減少時(shí)間的目的。換刀機(jī)構(gòu)則是執(zhí)行的是刀

4、具的交換動(dòng)作。刀庫(kù)必須與換刀機(jī)構(gòu)同時(shí)存在，若無刀庫(kù)則加工所需刀具無法事先儲(chǔ)備。此兩者在功用和運(yùn)行上是缺一不可，相輔相成的。大幅度的縮減了加工的時(shí)間，降低了生產(chǎn)中過程的成本；這便是刀庫(kù)系統(tǒng)的最大特點(diǎn)之一。1.3本設(shè)計(jì)數(shù)控加工中心刀庫(kù)簡(jiǎn)介 本次設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)際條件要求選用圓盤式刀庫(kù)，所謂的固定地址的換刀刀庫(kù)就是圓盤式刀庫(kù)，即每個(gè)刀位上都有編號(hào)，即為刀號(hào)地址。不管這個(gè)刀具更換多少次，當(dāng)操作人員可以把一把刀放進(jìn)一個(gè)刀位后，它永遠(yuǎn)在該刀位。其主要的部件是刀庫(kù)體與分度盤，只要這兩樣零件加工精度得到保證即可以達(dá)到很高的精度要求，運(yùn)動(dòng)部件中刀庫(kù)的分度使用的是非常經(jīng)典的“馬氏機(jī)構(gòu)（凸輪機(jī)構(gòu)）”，前后、上下運(yùn)動(dòng)需要選

5、用液壓缸。裝配調(diào)整也比較方便，維護(hù)也十分的簡(jiǎn)單。一般機(jī)床制造廠家都能自幾制造。在更換刀具時(shí)，一般按旋轉(zhuǎn)最短角度的原則，刀號(hào)編號(hào)按逆時(shí)針方向排序的，如果刀庫(kù)數(shù)量是10，當(dāng)前刀號(hào)位10，要換8號(hào)刀，按最短角度的換刀原則，刀庫(kù)是逆時(shí)針轉(zhuǎn)。如要換6號(hào)刀，刀庫(kù)則是順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。 圓盤式刀庫(kù)的總刀具數(shù)量受到限制，不能太多，一般40#刀柄的不超過24把，50#的刀超不過20把，大型龍門機(jī)床上，為了增加刀具的數(shù)量就把圓盤轉(zhuǎn)變?yōu)殒準(zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)了，這樣一來刀量可達(dá)60把。 本次設(shè)計(jì)的是帶有機(jī)械手的立式加工中心的刀庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，根據(jù)實(shí)際的要求：刀庫(kù)容量：24把，隨機(jī)選刀方式，換刀時(shí)間為6秒，最大刀具長(zhǎng)度為300mm，最大刀

6、具直徑為100mm，刀柄型號(hào)是BT40。根據(jù)以上已知的參數(shù)選擇使用圓盤式的刀庫(kù)，利用伺服電機(jī)作為轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力，同時(shí)利用伺服電機(jī)作為準(zhǔn)確定位的儀器，利用液壓缸來實(shí)現(xiàn)刀具的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而到達(dá)準(zhǔn)確的換刀的位置，本次設(shè)計(jì)的換刀機(jī)械手的控制也是有電液伺服系統(tǒng)來綜合控制的。它是由回轉(zhuǎn)體和分布其上面的刀夾單元與驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)等組成的。這是一種新型的刀庫(kù)系統(tǒng)，綜合了電子、伺服、液壓等，是一種尤其適應(yīng)與當(dāng)今追求的高速大功率切削的需要。2數(shù)控加工中心刀庫(kù)設(shè)計(jì)方案的確定2.1選題背景與意義2.1.1國(guó)外研究現(xiàn)狀伴隨著數(shù)控科技的迅猛發(fā)展和普與，加工中心的作用更加突顯出了它的重要性。為進(jìn)一步提高數(shù)控機(jī)床的加工效率，工件在一臺(tái)機(jī)

7、床只進(jìn)行一次裝夾即可完成多道工序的加工是未來機(jī)床的的發(fā)展方向，因此出現(xiàn)了各種類型的加工中心裝置，如車削中心、鉆削中心、銑鏜加工中心等等。這類多工序加工的數(shù)控機(jī)床在加工過程中要使用多種刀具，因此必須有自動(dòng)換刀的裝置，也就是所說的刀庫(kù)系統(tǒng)，以便選用不同的刀具時(shí)，完成不同工序的加工工序時(shí)，加工中心可以自動(dòng)加工完成，避免換刀等的工序占用時(shí)間降低加工效率。此外，加工中心還有帶立、臥兩個(gè)主軸的復(fù)合式形式的，和主軸可調(diào)整成臥軸或立軸的臥立可調(diào)樣式的加工中心，它們能對(duì)工件進(jìn)行多個(gè)（一般是五個(gè)）面的加工。 近年來刀庫(kù)行業(yè)的發(fā)展已經(jīng)慢慢超越其以前的為工具機(jī)陪件的角色，在其特有的技術(shù)領(lǐng)域中發(fā)展出符合工具機(jī)高可靠度、

8、高效能、高精度與多工位復(fù)合加工等概念之產(chǎn)品。工具機(jī)的整體效能表現(xiàn)關(guān)乎到其生產(chǎn)的產(chǎn)品品質(zhì)的好壞。追求高速、高精度、高效率的目標(biāo)，已經(jīng)成為未來工具機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展的一大趨勢(shì)。隨著不斷提高的切削速度，不斷縮短的切削時(shí)間，對(duì)換刀時(shí)間的要求也在逐步提高；換刀的速度已成為高級(jí)別的刀庫(kù)系統(tǒng)的一項(xiàng)重要指標(biāo)?？焖僮詣?dòng)換刀技術(shù)把減少輔助加工時(shí)間做為主要目的，綜合考慮工具機(jī)的各方面因素，在盡可能少的時(shí)間里完成刀具交換的技術(shù)方法。 2.1.2選題目的與意義數(shù)控加工中心是綜合的高新技術(shù)產(chǎn)品。它柔和了機(jī)械、電子電工、計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制工程等技術(shù)于一身。對(duì)刀庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)對(duì)工件表面進(jìn)行連續(xù)加工的必要設(shè)備之一，配備了刀庫(kù)之后可

9、以自動(dòng)進(jìn)行鏜、擴(kuò)、鉸、攻、銑、削、鉆等多工步的加工工步的加工，使加工中心集中多工序加工成為了可能，而刀庫(kù)為加工中心的自動(dòng)化換刀、多工位的加工提供了刀具的支持。刀庫(kù)是換刀系統(tǒng)的核心部件之一，其主要作用在于減少加工過程中的非切削時(shí)間，以提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本，進(jìn)而提升機(jī)床乃至整個(gè)生產(chǎn)線的生產(chǎn)力。隨著來加工心的發(fā)展，國(guó)家企業(yè)對(duì)高速，大功率，高效率的要求，以與ATC的設(shè)計(jì)的去向和系統(tǒng)化走向，刀庫(kù)的設(shè)計(jì)所以顯得尤為關(guān)建和重要了。2.2設(shè)計(jì)容2.2.1設(shè)計(jì)容研究（1）具體技術(shù)參數(shù) 刀庫(kù)容量：24把；選刀方式：隨機(jī)；換刀時(shí)間：6秒；最大刀具長(zhǎng)度：300mm；最大刀具直徑：100mm；刀柄型號(hào)：BT40；

10、（2）刀庫(kù)系統(tǒng)的主要構(gòu)件 刀庫(kù)主要是提供儲(chǔ)放刀具的位置，并能依程式（PLC）的控制，正確選擇刀具加以定位，以進(jìn)行刀具交換； 換刀機(jī)構(gòu)則是執(zhí)行刀具交換的動(dòng)作。刀庫(kù)必須與換刀機(jī)構(gòu)同時(shí)存在，若無刀庫(kù)則加工所需刀具無法事先儲(chǔ)備；若沒有專門的換刀機(jī)構(gòu)來換刀，則就無法自刀庫(kù)依次序來更換加工所需要的刀具，從而失去了減少用時(shí)量，提高效率的目的。此二者在運(yùn)用與功能上相輔相成不可缺一。（3）刀庫(kù)系統(tǒng)的分類 近年來刀庫(kù)技術(shù)的迅猛發(fā)展，工具機(jī)配件的角色已經(jīng)不適合刀庫(kù)了，符合工具機(jī)高可靠度、高效能、高精度與多工位復(fù)合加工是在其特有的技術(shù)領(lǐng)域中發(fā)展趨勢(shì)。其產(chǎn)品品質(zhì)的好壞，關(guān)乎到工具機(jī)的整體性能的外在表現(xiàn)。刀庫(kù)的布局、容量

11、，針對(duì)于不同類型的工具機(jī)，其形式也會(huì)不同，依據(jù)刀庫(kù)的取刀的方式、外部形狀和容積可大約分為以下幾種類別：斗笠式的刀庫(kù) 圓盤式的刀庫(kù)鏈條式的刀庫(kù)2.3設(shè)計(jì)方案 2.3.1刀庫(kù)的總體布局 本次設(shè)計(jì)的是帶有機(jī)械手的立式加工中心的刀庫(kù)系統(tǒng)，根據(jù)已知的參數(shù)選擇使用圓盤式的刀庫(kù)，利用伺服電機(jī)作為轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力，同時(shí)利用伺服電機(jī)作為準(zhǔn)確定位的儀器。它的結(jié)構(gòu)如圖1所示，它是由回轉(zhuǎn)體和分布其上面的刀夾單元與驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)等組成的。 8 圖1 總體結(jié)構(gòu)圖2.3.2刀庫(kù)的鎖緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 在沒有刀的情況下，緊裝置的彈簧使的兩刀夾處在夾緊的狀態(tài)下。在收到來自計(jì)算機(jī)的換刀命令時(shí)，刀庫(kù)的圓盤式刀盤將位于其上的空刀夾單元旋轉(zhuǎn)到刀庫(kù)換刀

12、點(diǎn)位置上，在這個(gè)時(shí)候刀具釋放塊跟隨主軸快速移動(dòng)到刀庫(kù)需要換刀地點(diǎn)，由于刀具釋放塊的指引作用，安裝在刀庫(kù)旋轉(zhuǎn)圓盤上的刀夾單元的解鎖銷釘子被打開，所需換刀的刀具在主軸的夾持下，與主軸一同移動(dòng)到換刀位置。這時(shí)兩刀夾在夾緊彈簧的作用下，把刀具夾得很緊。此時(shí)主軸松開刀柄向后邊移動(dòng)，解鎖銷釘位于刀夾單元后端，解鎖銷釘在鎖刀彈簧的作用下，將解鎖銷釘上的斜面緊緊推靠在刀夾后端的兩側(cè)斜面上，完成鎖刀動(dòng)作(如圖2所示)。刀庫(kù)回轉(zhuǎn)體將所需要的刀具轉(zhuǎn)至刀庫(kù)換刀點(diǎn)，主軸向前移動(dòng)，刀庫(kù)回轉(zhuǎn)體將所需要的刀具轉(zhuǎn)至刀庫(kù)換刀點(diǎn)，主軸向前移動(dòng)，主軸前端的刀具釋放塊將解鎖銷釘打開，同時(shí)主軸夾緊刀柄。主軸上裝夾上所要的刀具后，刀庫(kù)回轉(zhuǎn)

13、體轉(zhuǎn)回刀庫(kù)原位，刀庫(kù)完成一次換刀循環(huán)8。8圖2 鎖緊機(jī)構(gòu)工作原理2.3.3刀庫(kù)的刀夾單元設(shè)計(jì) 夾持力和夾爪的設(shè)計(jì)是刀夾最關(guān)鍵的設(shè)計(jì)。換刀時(shí)，夾持力過大，換刀機(jī)械手承載過大力，且對(duì)刀柄的磨損也大，如果夾持力不夠，會(huì)造成掉刀危險(xiǎn)。因此，彈簧設(shè)計(jì)便很重要了，且24個(gè)夾持用的彈簧特性盡量一致。使夾持力最好一樣，夾爪硬度低于刀柄硬度。我們知道刀夾要安裝在刀庫(kù)的回轉(zhuǎn)體上的，同時(shí)回轉(zhuǎn)體是刀庫(kù)的重要部件之一，回轉(zhuǎn)體安裝和制造精度直接影響到整個(gè)刀庫(kù)性能發(fā)揮，對(duì)刀夾的壽命以與裝夾的精度都有影響。24組刀夾單元與刀具分布在回轉(zhuǎn)體上，在保證其運(yùn)動(dòng)剛度要求為前提，使其重量應(yīng)越輕，這幾可使刀庫(kù)的回轉(zhuǎn)特性良好，又降低了加工

14、費(fèi)用。因此，回轉(zhuǎn)體采用了平板開孔的方法，大大減輕刀盤重量。刀夾結(jié)構(gòu)如圖3所示8。 8圖3刀夾單元3 刀庫(kù)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與部件校核3.1 刀盤設(shè)計(jì)計(jì)算在本次設(shè)計(jì)中刀盤采用45鋼，刀盤上安裝有各種刀具，在加工中心工作時(shí)其相對(duì)于工件的位置直接影響著加工中心的加工精度，所以在設(shè)計(jì)過程中尤其要注意把安裝刀具的位置和加工中心加工主要的設(shè)計(jì)參數(shù)結(jié)合起來，確保加工過程中各刀具之間在換刀或者加工時(shí)互不影響，做出完善的刀具干涉圖，下面主要把刀具的干涉圖作簡(jiǎn)要分析，如圖3.1所示，在刀盤的上同時(shí)安裝有二十四把刀具，滿足技術(shù)參數(shù)：刀庫(kù)容量：24把；選刀方式：隨機(jī)；換刀時(shí)間：6秒； 最大刀具長(zhǎng)度：300mm;；最大刀具直

15、徑：100mm；刀柄型號(hào)：BT40。就必須使刀盤在轉(zhuǎn)動(dòng)到每一個(gè)刀位是都能夠順利加工工件。根據(jù)已知的要求初步選定載刀刀盤的直徑為620mm。 托刀刀盤的直徑為580mm。螺栓安裝處距離邊緣20mm，兩把刀具的安裝中心弧段長(zhǎng)度為39mm，托刀刀盤和載刀刀盤的厚度均為30mm.在兩盤的盤腹部位開一系列的圓孔來減輕盤的重量。圖3.1 刀具干涉圖3.2 刀庫(kù)傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 軸是組成刀庫(kù)機(jī)械系統(tǒng)的主要零部件之一，起著支撐安裝在其上面的零件和做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的作用。帶動(dòng)刀具的刀盤必須安裝在軸上才可以旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)零件蝸輪蝸桿，必須安裝在軸上才能傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。在這里，軸的作用主要是傳

16、遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，以帶動(dòng)其上零件刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)，完成送刀，換刀動(dòng)作。 設(shè)計(jì)參數(shù)為：刀庫(kù)容量：24把；選刀方式：隨機(jī)；換刀時(shí)間：6秒；最大刀具長(zhǎng)度：300mm；最大刀具直徑：100mm；刀柄型號(hào)：BT40。3.2.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1軸上零件的裝配方案軸上零件有套筒、推力軸承、軸承擋圈、蝸輪蝸桿。根據(jù)傳動(dòng)的需要確定刀庫(kù)系統(tǒng)蝸桿傳動(dòng)軸的各個(gè)零部件的位置。初步確定布置的方案是：從左端伺服電機(jī)開始由膜片式的聯(lián)軸器與傳動(dòng)軸相連，其后安裝一對(duì)相配合使用的推力球軸承，中間用套筒隔開，后面一段軸肩上安裝一只角接觸球軸承起支撐軸的作用。再往后是與軸配做在一起的蝸桿，最后是一只角接觸球軸承起支撐軸的作用，其由軸端的端蓋固定。

17、2.軸上的轉(zhuǎn)矩與功率 按最大刀具重量（并考慮刀座與其輔助零件的重量）計(jì)算轉(zhuǎn)矩由式3-2-1求得：（Nmm） （3-2-1）3作用于蝸桿上的力 蝸桿的直徑126mm，由公式（3-2-2），求得其上的力為：（N） （3-2-2）選取軸的材料為45鋼，其最小直徑為,22mm，起著帶動(dòng)蝸輪蝸桿運(yùn)動(dòng)，連接伺服電機(jī)與刀盤之間的傳動(dòng)。4.根據(jù)軸向定位要求與運(yùn)動(dòng)要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度。（1）軸的最左端用聯(lián)軸器與伺服電機(jī)相連接來傳遞動(dòng)力，與聯(lián)軸器相連的這一段軸長(zhǎng)60 其上留有安裝端蓋的長(zhǎng)度。后一段軸的長(zhǎng)度是20mm,直徑是30mm 其上安裝一型號(hào)為51206的推力球軸承，外徑D=52mm 寬度T=16mm。

18、后一段軸端長(zhǎng)度為50mm，直徑是40mm，其上安裝一對(duì)型號(hào)是51208的推力球軸承，其間用套筒隔開定位，推力球軸承的外徑D=68mm 寬度T=19mm。后面又是一段軸段，長(zhǎng)度為20mm 直徑是60mm。（2）蝸桿與軸是配做在一起的，蝸桿段軸的長(zhǎng)度為72mm 總體的直徑是126mm 。其后是一段直徑是60mm 的軸段，長(zhǎng)度為30mm 其后是一段直徑為30mm 長(zhǎng)度是30mm的軸，其上安裝有一深溝球軸承起支撐的作用，深溝球軸承在軸上由軸端擋圈來定位固定，最后由端蓋的左端對(duì)其外圈固定。3.2.2 軸的校核 在進(jìn)行軸的校核計(jì)算時(shí)應(yīng)根據(jù)具體的受載與受力情況，采取相應(yīng)的計(jì)算方法，并恰當(dāng)?shù)倪x取其需用應(yīng)力。對(duì)

19、于傳動(dòng)軸，應(yīng)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于心軸，應(yīng)按彎曲強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算。對(duì)于既受扭轉(zhuǎn)又受彎曲的軸，應(yīng)該按照彎扭組合強(qiáng)度條件進(jìn)行校核，在精確要求的條件下還要按照疲勞強(qiáng)度條件進(jìn)行校核。并且對(duì)于瞬時(shí)載荷過大或者應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱性較嚴(yán)重時(shí)，還要對(duì)軸按突變載荷校核其靜強(qiáng)度。按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件進(jìn)行校核計(jì)算軸的材料Q235-A、204540Cr、35SiMn38SiMnMo 3Cr13Q275、35（1Cr18Ni9Ti）切應(yīng)力15-2525-4535-5520-35截面積149-126126-103112-97135-112由以上的公式知道軸的直徑為： 由計(jì)算結(jié)果可知實(shí)際的軸直徑大于計(jì)算出的軸最小直徑，所以說按照扭轉(zhuǎn)強(qiáng)

20、度校核該軸，該軸是安全的10。3.3 刀庫(kù)蝸輪蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 蝸輪蝸桿傳動(dòng)是在空間交錯(cuò)軸間傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的一種機(jī)構(gòu)，兩軸交線可以是任意的的角度，一般為90度。蝸輪蝸桿傳動(dòng)較其他的機(jī)構(gòu)有以下特點(diǎn)：傳動(dòng)比可以做的非常的大。蝸輪轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距時(shí)蝸桿轉(zhuǎn)過一周。蝸輪蝸桿可以傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)，一般在動(dòng)力的傳動(dòng)中，其傳動(dòng)比可以達(dá)到300。在只傳遞運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)中蝸輪蝸桿傳動(dòng)可以傳遞的傳動(dòng)比達(dá)1000.蝸輪蝸桿傳動(dòng)的傳動(dòng)比大，而且構(gòu)件很少，所以它的結(jié)構(gòu)非常緊湊。是一般的機(jī)械機(jī)構(gòu)中非常常用到的機(jī)構(gòu)，因?yàn)槲佪單仐U傳遞可以有效的簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)，減少機(jī)械的總體體積。蝸輪蝸桿在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的時(shí)候是逐漸進(jìn)入嚙合，逐漸退出嚙合的。所以說

21、傳動(dòng)非常平穩(wěn)，沒有噪聲和振動(dòng)。蝸輪蝸桿傳動(dòng)中當(dāng)螺旋升角小于當(dāng)量摩擦角時(shí)具有自鎖性。這種性能在建筑用的升降機(jī)以與電梯等需要安全性能很高或者用在機(jī)器在突然失去動(dòng)力（如停電，停機(jī)等特殊的情況下）時(shí)，使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)保持不動(dòng)，決對(duì)不可以倒轉(zhuǎn)的情況下。但是，蝸輪蝸桿傳動(dòng)中蝸輪蝸桿在嚙合的過程中相對(duì)滑動(dòng)很大，所受到的摩擦力大，產(chǎn)生的熱量很大，容易使?jié)櫥瑒┑恼扯冉档停斐蓾?rùn)滑性能降低，從而有可能使蝸輪蝸桿在運(yùn)動(dòng)中過度磨損或者卡死。所以一般蝸輪蝸桿傳動(dòng)的效率往往很低,且一般要求進(jìn)行熱平衡計(jì)算10。3.3.1蝸輪蝸桿強(qiáng)度校核（1）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核根據(jù)已經(jīng)選擇的蝸輪的材料為鑄造錫青銅，蝸桿的材料為45號(hào)鋼，查

22、表知許用接觸應(yīng)力為250 MPa250MPa由以上的計(jì)算結(jié)果可以知道，按照齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核該蝸輪蝸桿傳動(dòng)是安全的。按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核對(duì)于齒數(shù)較多以與開式的蝸輪蝸桿傳動(dòng)中，由于可能受到灰塵等的影響，使得蝸輪蝸桿可能加快磨損，但是當(dāng)前關(guān)于蝸輪蝸桿磨損的定量計(jì)算還不是很成熟，所以一般按照齒根彎曲強(qiáng)度進(jìn)行校核。大多數(shù)情況下蝸輪齒根彎曲應(yīng)力可能存在風(fēng)險(xiǎn)，所以說對(duì)于齒數(shù)較多以與開式的蝸輪蝸桿傳動(dòng)要進(jìn)行對(duì)齒根的彎曲疲勞強(qiáng)度的校核。由于蝸輪的齒形比較復(fù)雜，精確的計(jì)算蝸輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度是很困難的，一般把蝸輪等效為斜齒圓柱齒輪來計(jì)算。 蝸輪齒根彎曲應(yīng)力為：式中：將上面的參數(shù)帶入上式： 查閱手冊(cè)

23、可知鑄造錫青銅的蝸輪的許用應(yīng)力為56 MPa所以由以上的計(jì)算可以知道實(shí)際的彎曲應(yīng)力小于鑄造錫青銅蝸輪的許用彎曲應(yīng)力，因此該蝸輪是安全的10。4 典型零部件的選型4.1液壓缸的選型1液壓缸特點(diǎn)本次設(shè)計(jì)中液壓缸主要用來帶動(dòng)刀具上下轉(zhuǎn)動(dòng)，之所以選用的液壓傳動(dòng)，因?yàn)樗腥缦绿攸c(diǎn)：（1）和電動(dòng)機(jī)相比較，在同等體積條件下，液壓器件能夠產(chǎn)生更大的動(dòng)力，也就是說，在同等功率下，液壓裝置的體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。（2）液壓設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)無級(jí)調(diào)速，而且調(diào)速圍比較大。（3）液壓設(shè)備工作平穩(wěn)，換向沖擊小，便于實(shí)現(xiàn)頻繁換向和制動(dòng)。（4）液壓設(shè)備有很強(qiáng)的過載保護(hù)作用，能實(shí)現(xiàn)自潤(rùn)滑，使用壽命長(zhǎng)。（5）液壓設(shè)備便于自動(dòng)化的實(shí)

24、現(xiàn)，易與電氣、電子控制或氣壓傳動(dòng)控制有機(jī)結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)和操作。（6）由于液壓傳動(dòng)中的泄漏和液體的可壓縮性使這種傳動(dòng)無法保證嚴(yán)格的傳動(dòng)比。另外液壓傳動(dòng)的效率比較低，有時(shí)候還會(huì)出現(xiàn)難以排除的故障等的特點(diǎn)14。2液壓缸的選擇根據(jù)已知的條件，查閱相關(guān)的產(chǎn)品菜單，選取缸徑D=40mm的液壓缸。由于液壓缸要安裝和固定，所以應(yīng)該選擇尾部帶有法蘭固定式的缸，即是HSG型工程用液壓缸。推桿的直徑為20mm，最大的行程是320mm。4.2 伺服電機(jī)的選用根據(jù)前面所計(jì)算的功率和轉(zhuǎn)矩，所以得選用2 KW左右的伺服電動(dòng)機(jī)，在綜合考慮了經(jīng)濟(jì)性和使用性的要求，在參考了大量的伺服電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品材料的情況下，最終選定了1

25、30系列交流伺服電機(jī)。所選伺服電機(jī)的具體參數(shù)為：型號(hào)為130L2M19N，三相220伏電壓，額定功率是2.0KW，額定轉(zhuǎn)速1000r/min，最高轉(zhuǎn)速1300r/min，額定轉(zhuǎn)矩19Nm，最大轉(zhuǎn)矩57Nm，額定電流9.3A，轉(zhuǎn)子慣量44kgcmcm電機(jī)長(zhǎng)度313mm。4.3標(biāo)準(zhǔn)件的選型與設(shè)計(jì)4.3.1 軸承的選擇在這次刀庫(kù)的設(shè)計(jì)的中必須用到兩根軸，其中一根起著支撐蝸輪蝸桿的作用，另一根起著支撐刀庫(kù)的圓盤式刀庫(kù)體的作用。第一根軸的載荷比較小，而且還有雙向的軸向力的存在。所以在此用到了角接觸球軸承和推力球軸承，角接觸球軸承國(guó)標(biāo)GB/T 292-1994，7010C型，徑為50，外徑為80，寬度為1

26、6。 推力球軸承，國(guó)標(biāo)GB/T 301-1995，一個(gè)型號(hào)為51208，徑=40mm，外徑D=68mm，寬度T=19mm。另一個(gè)型號(hào)為51206，徑=30mm，外徑D=52mm，寬度T=16mm。4.3.2 軸承的校核軸承的壽命與所受的載荷有成負(fù)相關(guān)的關(guān)系。一般把使軸承的壽命恰好為轉(zhuǎn)時(shí)候所能承受的載荷叫做基本額定動(dòng)載荷，用C來表示。本設(shè)計(jì)中的7010C軸承進(jìn)行校核，其主要參數(shù)有：基本額定動(dòng)載荷C=26500N,基本額定靜載荷C=22000N。當(dāng)量動(dòng)載荷P= 由查表可以知=1.2 估計(jì)=500N所以當(dāng)量動(dòng)載荷P=1.2500=600N由壽命的計(jì)算公式：式中：f溫度影響系數(shù)C額定動(dòng)載荷，26500

27、N；指數(shù)，對(duì)于球軸承，=3n額定轉(zhuǎn)速，1000r/min；.所以代入數(shù)據(jù)得：由以上的計(jì)算結(jié)果可以知道計(jì)算的壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于我們期望的壽命，所以此軸承是安全的10。4.3.3 鍵的選擇這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的軸與軸上安裝零件的連接用到了鍵，此處由于傳遞的動(dòng)力不大，同時(shí)從實(shí)際制造和設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單方便的角度著手考慮，最終決定選用普通平鍵連接。平鍵連接的設(shè)計(jì)是根據(jù)被連接軸的直徑的大小決定的。本次設(shè)計(jì)第一個(gè)鍵用在軸與一個(gè)定位套筒之間，此鍵的選取：因?yàn)楸贿B接軸的直徑是100，所以選取了bl=2816鍵。5結(jié) 論持續(xù)了近三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)此刻已經(jīng)順利完成了，這是畢業(yè)前的一次大練兵，是對(duì)四年所學(xué)知識(shí)的一次大總結(jié)。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使

28、我對(duì)所學(xué)的知識(shí)有了比較系統(tǒng)的了解，對(duì)設(shè)計(jì)工作有了一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)，尤其是對(duì)數(shù)控加工中心的刀庫(kù)系統(tǒng)進(jìn)行了一次全面、詳細(xì)對(duì)的學(xué)習(xí)和研究。徹底明白了刀庫(kù)的工作原理并了解到了刀庫(kù)的未來發(fā)展趨勢(shì)。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)成功對(duì)設(shè)計(jì)出一款由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)刀盤，靠液壓缸控刀的數(shù)控加工中心刀庫(kù)系統(tǒng)?，F(xiàn)在對(duì)所完成任務(wù)與對(duì)本次設(shè)計(jì)的體會(huì)總結(jié)如下： （1）對(duì)數(shù)控加工中心刀庫(kù)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。 在這次設(shè)計(jì)中將機(jī)械式的圓盤式刀庫(kù)融入了電液伺服控制技術(shù)。刀盤由伺服電機(jī)帶動(dòng)，準(zhǔn)確定位每把刀具的位置。換刀刀具的轉(zhuǎn)位時(shí)刀具的轉(zhuǎn)動(dòng)靠液壓缸控制。電液伺服控制技術(shù)使本次設(shè)計(jì)的刀庫(kù)成為適應(yīng)現(xiàn)代數(shù)字化要求，并且能滿足多工位精確加工的加工中心需要的的數(shù)

29、控設(shè)備。（2）對(duì)關(guān)鍵部件的校核計(jì)算。充分考慮了刀庫(kù)系統(tǒng)的工作原理、運(yùn)動(dòng)狀況以與工作時(shí)可靠性的要求，對(duì)刀庫(kù)主軸、蝸輪蝸桿、關(guān)鍵部位的螺栓、鍵、滾動(dòng)軸承進(jìn)行了校核。從而保證了數(shù)控加工中心在工作過程中安全可靠，精確緊湊。（3）對(duì)液壓元件在工程中的應(yīng)用有了系統(tǒng)了解。本次設(shè)計(jì)中換刀時(shí)的刀位控制由液壓缸實(shí)現(xiàn)，對(duì)這些部件的設(shè)計(jì)選擇校核的過程中，了解了它們的工作原理和設(shè)計(jì)方法。（4）對(duì)伺服電機(jī)的選用有了深刻的認(rèn)識(shí)。 設(shè)計(jì)中的刀庫(kù)的運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)位精度的控制由伺服電機(jī)來實(shí)現(xiàn)，這樣大大簡(jiǎn)化了機(jī)械部分設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，使得整體的結(jié)構(gòu)緊湊，體積減小了，而且設(shè)備的工作精度和可靠性大大提高了。伺服電機(jī)每接收一個(gè)電脈沖信號(hào)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)

30、角度，這樣角位移可以數(shù)字化精確控制。（5）對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)工作有了全新的認(rèn)識(shí)。通過這次系統(tǒng)的設(shè)計(jì)訓(xùn)練使我對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)工作有了全新的認(rèn)識(shí)，感覺到只有通過實(shí)踐的環(huán)節(jié)才可以將我們學(xué)到的知識(shí)融會(huì)貫通，使這四年所學(xué)到的知識(shí)成為一個(gè)大的體系，這樣才能更好的利用所學(xué)的知識(shí)。設(shè)計(jì)的過程也需要科學(xué)方法和思維方式，善于收集資料、耐心整理，嚴(yán)謹(jǐn)計(jì)算，順序漸進(jìn)，尊重規(guī)律，進(jìn)而完成一整套設(shè)計(jì)。參 考 文 獻(xiàn)1 華紅芳, 鄒曄, 嚴(yán)勇, 韋志強(qiáng). 圓盤式刀庫(kù)加工中心隨機(jī)換刀系統(tǒng)的研究J. 機(jī)床與液壓, 2010,8(6):6-122 廉元國(guó). 加工中心設(shè)計(jì)與應(yīng)用M：機(jī)械工業(yè)，1995:305-3503 秋霞，馬國(guó)亮. 小型立式加工中心圓盤式刀庫(kù)的設(shè)計(jì)J機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新, 2005,