小型立式加工中心刀庫虛擬樣機設(shè)計

多道工序或全部工序加工的方向發(fā)展。傳動軸的公式與設(shè)計，對軸的材算、本次設(shè)計也進行介紹；液壓裝置輔助機械化生產(chǎn)，液壓油缸助力機械的正常運關(guān)鍵詞：刀庫液壓系統(tǒng)的設(shè)計刀庫的三維建模傳動軸設(shè)計在1958年，世界首臺集銑、鉆、鏜等工序為一體的數(shù)控機床誕生，只要通過了1000個。我們國家一直重視數(shù)控機床的研究。在1973年，北京機床研究所就完成了臥式加工中心JCS013的研發(fā)工作。到了1980年，又從日本引入了數(shù)控系統(tǒng)制造在當前時期，加工中心的性能、種類以及功能等均實現(xiàn)了長足的發(fā)展。從品航天領(lǐng)域的零件加工需要；為了滿足模具加工的實際需要，高性能加工中心將的電主軸通常是在萬轉(zhuǎn)以上的，通過直線電機能夠確保機床的加速度達到3g至1.1加工中心及刀庫簡介臥式加工中心龍門加工中心五面加工中心加工中心的研發(fā)事物依然在持續(xù)展開，高效率和高精度是發(fā)展的主要方向。在現(xiàn)階段，全球每年制造的加工中心數(shù)量在10萬臺以上，產(chǎn)值在全部機床產(chǎn)值中的占比達到了17%。在加工中心之中，刀庫是不可或缺的組成部分。在進行自動化加工之時，利用刀庫可以實現(xiàn)儲刀以及換刀。在自動換刀機構(gòu)當中，能夠儲放一定量的刀具，形式多樣，可以存放的刀具較多，最多能夠達到60把；鏈式刀庫主要有兩種形刀具交換裝置所起到的主要作用就是確保刀庫和機床主軸能夠真正實現(xiàn)刀自動換刀的數(shù)控機床一般采用的是刀庫式自動換刀裝置。其自動換刀系統(tǒng)的構(gòu)成部分主要是刀庫以及刀具交換機構(gòu)，此種換刀方法的應(yīng)用是十分普遍的。數(shù)控機床換刀之時，可采用的方式主要有兩種：一是無機械換刀，也就是先將已經(jīng)使用完畢的刀具存放到刀庫之中，繼而將所要使用的新刀具取出來，這兩個動作是無法同時完成的，所以說花費的時間較二是機械換刀，也就是通過機械手來完成刀具的交換。通過機械手來進行換1-主軸2-主軸箱3-刀庫4-機械手1.2簡述課題任務(wù)和研究思路轉(zhuǎn)盤刀具的轉(zhuǎn)動和計數(shù)等，最重要的是要和機械手配合完成刀具的交換。研究思路：(1)查閱現(xiàn)有資料，了解加工中心相關(guān)的內(nèi)容以及刀庫的工作計算；(3)對刀庫進行結(jié)構(gòu)設(shè)計；(4)使用三維建模軟件UG建立各個部件的三維模型；(5)繪制部件裝配圖和主要零件零件圖；(6)撰寫畢業(yè)設(shè)計論文(說明書)。第二章刀庫總體傳動方案擬定根據(jù)課題任務(wù)要求，刀庫必須要能實現(xiàn)對刀具的裝夾、存儲以及翻b)圖3-2XKA5032A/C刀庫結(jié)構(gòu)圖13-刀套；14-刀盤(導(dǎo)盤);16-支承板；17-球頭銷釘；18-彈簧；19-滾子銷圓圓式庫用是流服電動機，經(jīng)由套筒聯(lián)軸器、蝸輪以及蝸桿使得刀盤以及刀盤之上的刀套開始旋轉(zhuǎn)。第三章刀庫驅(qū)動電動機的選定在對刀庫予以驅(qū)動之時，常用方式主要包括伺服電動機驅(qū)動和液動機驅(qū)動兩種，我們國家的加工中心一般采用的是伺服電機驅(qū)動，本設(shè)計所采用的也是這種方式。3.1按負載轉(zhuǎn)矩選所采用的計算方法是：所設(shè)定的刀庫半徑是300mm,而刀具的最大重量則是8kg。計算公式T=8kg×9.8N/kg×300mm=23.52Nmm通過計算所得的負載轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換成電機軸轉(zhuǎn)矩T,具體的公式是：在上面的公式當中，i所指的是傳動比；而7所指的是傳動效率。在上面的公式當中，7所指的是聯(lián)軸器傳動功率；72所指的是蝸桿傳動功率；73所指的是軸承傳動功率。從實際的情況來看，其相較于計算之時所設(shè)定的條件是更為復(fù)雜的，電機的額定轉(zhuǎn),也就是：T>T+T.T>T+T.3.3校驗J?<Jm∴該結(jié)果滿足條件。從上面計算所得的結(jié)果出發(fā)，斷定出電機型號是：表3-1選定電機型號型輸入功率額定轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩最高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子慣量號3.4分配傳動比在上一章里已經(jīng)舉薦為了減少傳動的速度，傳動比選擇20.所有軸轉(zhuǎn)速所有軸的輸出功率Pi=Pn?n?=2.475×0.72×0.所有軸的輸出轉(zhuǎn)矩T=Tn?=238750.99236N6mTn=Tn?n?i=23636.25×0.72×0.表3-2分配傳動比軸名轉(zhuǎn)矩傳動比i效率7電機軸1I軸第四章刀庫傳動機構(gòu)的設(shè)計4.1初定刀套線速度刀套線的速度會導(dǎo)致選刀效率，過快線的速度會影響刀庫工作可靠性。一般推薦為20~32m/min,在我本次設(shè)計中，刀套線速度選為25m/min。4.2刀庫傳動方式為使伺服電機能夠最佳狀態(tài)下作業(yè)，所已不采用伺服電機的慢速段。故就要選用蝸輪減速裝置。如下是蝸桿傳動的設(shè)計計算：蝸桿采用45#鋼，表面硬度>45HRC,蝸桿材料采用ZCuSn10P1,砂型鑄造，計算步驟如下：計算項目計算內(nèi)容計算結(jié)果1、量摩擦的系數(shù)(二)中心距計算2、使用系數(shù)4、彈性系數(shù)表13.6,取大值；p=2在《機械設(shè)計》圖13.11的i=20線上任選一點，查得[d?/a]=0.355,y=13°(z?=2),按題意查《機械設(shè)計》表12.9由《機械設(shè)計》查表13.2得T?=415998NmmKA=1.5、壽命系數(shù)6、接觸系數(shù)由《機械設(shè)計》圖13.12I線查出Z=2.8取中心距由《機械設(shè)計手冊第三冊》23-211表25-5-4(GB10085-88)選取而得。(三)傳動基本尺寸1、蝸桿頭數(shù)由《機械設(shè)計》圖13.11查得y=13°z=,也可用式13.22計算2、蝸輪系數(shù)3、模數(shù)m=(1.4～1a取標準值(《機械設(shè)計》表13.4)取7、蝸輪寬度8、蝸桿圓周速度9、相比滑動速度=2×160-63-2×(-0.65)×6.310、當量摩擦系數(shù)由《機械設(shè)計》表13pv=1(四)齒面解除疲勞強度驗算1、可用接觸面應(yīng)力[o,F165M82、最大接觸面應(yīng)力=14×2.合格(五)輪齒彎曲疲勞強度驗算2、彎曲疲勞最小安全系數(shù)由題目要求，根據(jù)《機械設(shè)計手冊》查出SFmin=1.3、許用彎曲疲勞應(yīng)力[op]=8DIPa4、輪齒最大彎曲應(yīng)力σ,=10.96NPl合格(六)蝸桿軸擾度驗算I=0.773×10?mm?3、蝸桿軸擾度(七)溫度計算1、傳動嚙合效率2、攪油效率3、軸承效率4、總效率5、散熱面積估算[δ]=0.0月40.00δ=F?I3Jtan20?+tan合格(此處取l≈D?)合格根據(jù)蝸桿的潤滑條件，查根據(jù)蝸桿傳動要求，查A=9×10a1.88A=1.25nB合格(八)潤滑油粘度和潤滑方法名稱符號計算結(jié)果蝸桿頭數(shù)模數(shù)mm=6.3mm蝸桿分度圓直徑中心距a蝸輪齒數(shù)蝸輪分度圓直徑蝸輪寬度蝸桿軸向齒距蝸桿導(dǎo)程蝸桿齒頂圓直徑蝸桿齒根圓直徑節(jié)圓直徑中圓導(dǎo)程角蝸輪喉圓直徑蝸輪齒根圓直徑蝸輪外徑=35.812Nmm第五章傳動軸的設(shè)計在機器當中，軸是十分關(guān)鍵的零件。蝸輪蝸桿屬于減速裝置，其中的轉(zhuǎn)軸除了要受彎矩以外，同時還要受扭矩。軸的設(shè)計，共包括如下內(nèi)容：軸的材料選擇，把軸徑進行設(shè)定，做出結(jié)構(gòu)設(shè)計，更具彎扭合成后對強度實行校對；更具疲勞強度故開展精確校對，把軸的公差與配合確定下來，落成施工圖繪制。5.1軸的材料217HB~255HB,σp=650MPa,σ,=360MPa,σ?=3005.2蝸桿軸的初步估算對軸的直徑進行估算之時，依據(jù)其傳遞功率P(kw)、轉(zhuǎn)速n(r/min)來予以估算，公式如下：式中：C所表示的是與軸材料有關(guān)的系數(shù)，由《機械設(shè)計》表16.2查得，依照軸承的材質(zhì)得出115。一、依照傳動裝配的施工要求故選定YL,YLD型凸輪聯(lián)軸節(jié)。得出轉(zhuǎn)矩是：T?=kT=1.5×23875N依照T?=35.812Nm,尋求《機械設(shè)計手冊》YL4,YLD4型號的凸緣聯(lián)軸器它二、判斷出蝸桿軸的軸伸位置的直徑為dmin=25mm,J,J?型號軸孔總長等于L=44mm,D=100mm,D=80mi,緊固件數(shù)量為4套，型號為M8,J,J?型L=92mm。軸承編碼裝配尺寸最大轉(zhuǎn)速dDBrn基礎(chǔ)額定基礎(chǔ)額定脂潤滑油潤滑動載荷靜載荷C動載荷C靜載荷C356214131525500Ⅲ[5段4段3段1段2段圖5-1蝸桿軸預(yù)算5段的長度：1、3段由于第一1段與第3段裝配了軸承，他的直徑是d=35mm,所以第一第三段軸直徑為Φ35mm,長度是25mm。2段因為蝸桿齒根圓的直徑達到Φ47.88mm,所以地段軸直徑是Φ42mm,長度是250mm。4段直徑是Φ30mm,長度是50mm。5段直徑是Φ25mm,長度是100mm,鍵8×7(b×h),1=50mm。5.3蝸輪軸的初步估算5.3.1初步估算軸的最小直徑依據(jù)軸傳遞功率P(kw)、轉(zhuǎn)速n(r/min)來對直徑d進行估算，公式如下：該段軸上有一鍵槽將計算值加大3%,dm應(yīng)為38.85mm式中：C為和軸材料相關(guān)的系數(shù)，由《機械設(shè)計》表16.2查得，軸的材料取5.3.2確定軸伸處的最小直徑5.3.3確定滾動軸承的類型表5-2所選軸承型號軸承編碼裝配尺寸最大轉(zhuǎn)速dDBrna基礎(chǔ)額定基礎(chǔ)額定脂潤滑油潤滑靜載荷C動載荷C靜載荷C5080161315000005.3.4初步估計蝸輪軸的各段尺寸依據(jù)軸上零件的具體受力狀況，確定軸為階梯段，共6N4段圖5-2蝸輪軸2、6段由于2段和6段軸上安裝的是軸承，軸承的直徑d=50mm,因此我1段3段4段5段們得出這兩端軸直徑是Φ50mm,長度是60mm;直徑為Φ40mm,長度為100mm,鍵14×9,l=80mm;直徑為Φ60mm,長為50mm;直徑為Φ80mm,長為10mm;直徑為Φ60mm,長為60mm,鍵18×11,l=40mm。5.4軸徑的設(shè)計與校核一、計算蝸桿受力：軸向力：(a)垂直方向的拉力圖：(b)垂直方向力矩圖：(c)水平方向拉力圖：450Fk?-300F,=0(d)水平方向力矩圖：2、應(yīng)力校正系數(shù)3、畫當量彎矩圖4、當量彎矩在蝸桿中間截面處：在左軸頸中間截面處：M=√M2+(aI)2=106475NO當量彎矩圖如圖(g)所示。1、齒根圓直徑d?=d?-2(h+c)m五、算出轉(zhuǎn)軸的強度采取安全系數(shù)發(fā)核算(一)、鑒定危險斷裂截面經(jīng)過計算I、Ⅱ、Ⅲ、IV著四處截面存在較高的應(yīng)力與應(yīng)力的集中，一下以截面I作例開始對安全系數(shù)核算。更具《機械設(shè)計》表3.2所羅列出公式算出疲勞極限；2、脈動循環(huán)疲勞極限σ=1.7σ-1b=1.7×286=486MPa(二)、截面I上的應(yīng)力2、彎曲應(yīng)力幅3、彎曲平均應(yīng)力σ,=04、扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力(三)、應(yīng)力集中系數(shù)1、有效應(yīng)力集中系數(shù)2、表面狀態(tài)系數(shù)因在此截面處，有軸直徑變化，過渡圓角半徑r=2mm,由D/d=35/30=1.17r/d=2/30=0.067和op=650MPa,從《機械設(shè)計》附錄表1中查出(用插值由《機械設(shè)計》附錄表5查得β=0.92(R。=3.2μm,3、尺寸系數(shù)1、彎曲安全系數(shù)2、扭轉(zhuǎn)安全系數(shù)3、復(fù)合安全系數(shù)結(jié)論：根據(jù)校核，截面I足夠安全。5.4.2蝸輪軸的計算圓周力：徑向力：F?=F?tana=2541.26×tan軸向力：Fa?=F??tany=2541.26×tan11(a)垂直方向受力圖：ZF=0F?+F?-FR?=0(b)垂直方向彎矩圖：(d)水平面彎矩圖：2、應(yīng)力校正系數(shù)三、畫當量彎矩圖2、當量彎矩在蝸輪軸的中間截面處；在左軸頸中間截面處；Mi=√M2+(aI)2=√158852?671(一)判斷危險截面初步分析I、Ⅱ、Ⅲ、IV四個截面有較大的應(yīng)力和應(yīng)力集中，下面以截面I為例進行安全系數(shù)校核。1、對稱循環(huán)疲勞極限軸的材料選用45鋼調(diào)質(zhì)，σg=650MPa,σs=360MPa,由《機械設(shè)計》表3.2所列公式可求得疲勞極限：σ-1b=0.4cg=0×44=650MPalt_?=0.3g=0×36-50M92、脈動循環(huán)疲勞極限σo=1.7σ-1=1.7×286=486MPa3、等效系數(shù)2、彎曲應(yīng)力幅Pc3、彎曲平均應(yīng)力σm=04、扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力5、扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力幅和平均切應(yīng)力(三)應(yīng)力集中的系數(shù)1、有效應(yīng)力集中系數(shù)故在截面處，有軸直徑變動，過渡圓角半徑r=2mm,由D/d=60/50=1.2,rld=2/50=0.04和σg=650MPa,《機械設(shè)計》附錄表1中查出(用插值法)k。=1.95,k=1.552、表面狀態(tài)系數(shù)3、尺寸系數(shù)(四)軸的安全系數(shù)1、折彎安全系數(shù)由《機械設(shè)計》附錄表5查得：β=0.92定為無限壽命，kv=1,由《機械設(shè)計》式16.5所得：2、扭轉(zhuǎn)安全系數(shù)斷定：依照校對，截面I為安全。第六章軸承的校核6.1蝸桿軸承查詢機械課程設(shè)計7007C軸承關(guān)鍵性能的參數(shù)如下：查詢《機械課程設(shè)計手冊》X=0.44,Y=核算額定動載荷：∴軸承滿足條件，所選軸承合格。翻閱《機械課程設(shè)計手冊》7010C軸承關(guān)鍵性能參數(shù)如下：Cor=22.0kN,C,=26.5kN,F/C=翻閱《機械課程設(shè)計手冊》X=0.44,Y=1.44,核算額定動載荷：第七章液壓系統(tǒng)的設(shè)計7.1液壓油缸的載荷構(gòu)成與計算=8×9.8N/kg+10×9.8N/7.2液壓缸內(nèi)徑以及其它尺寸的確定P?=0.5MPa。7.2.1核算液壓缸的重點結(jié)構(gòu)尺寸上述的公式里，體現(xiàn)的為無桿腔內(nèi)活塞有用作業(yè)面積m2體現(xiàn)的為有桿腔內(nèi)活塞有效作用面積m2p,體現(xiàn)為液壓缸工作腔壓力Pap?體現(xiàn)為液壓缸回油腔壓力PaD體現(xiàn)為活塞直徑md體現(xiàn)為活塞桿直徑m正常液壓缸在受力狀態(tài)時作業(yè)，其活塞面積是：令桿徑比φ=d/D,因比值可按《機械設(shè)計手冊》表375-6選為φ=0.5由《機械設(shè)計手冊》表375-8,取D=63mm,則根據(jù)液壓缸內(nèi)徑D查《機械設(shè)計手冊》表37·5-9,取活塞桿直徑d=35mm?；钊麠U直徑的強度在高壓系統(tǒng)中需要進行校核：公式里：F表示的是活塞桿上所受的作用力。[o]表示的是活塞桿材料的許用應(yīng)力，初選材料為45號鋼，則許用應(yīng)力為650MPa。即d≥0.76mm7.2.2油缸壁厚的計算所以油缸結(jié)構(gòu)需取δ=8mm7.2.3液壓缸底部厚度推算平形油缸底部沒有油孔時：公式里：h體現(xiàn)為缸底厚度m7.3油缸長度L的確定液最大工作行程對液壓缸缸筒長度起到?jīng)Q定作用，通常要小于缸筒內(nèi)徑的20假設(shè)伸縮行程為100mm,故根據(jù)結(jié)構(gòu)需要取L=120mm動作工進十工退十停止第八章其它零部件的設(shè)計與計算8.1歸零降速撞塊規(guī)格的計算為了能夠讓刀套從新回到坐標零點，需在零點前面設(shè)計一個減速形成限位。推算公式見下：減速開關(guān)減速開關(guān)動作點釋放點進給遠度零點圖8-1歸零降速撞塊規(guī)格計算減速撞塊的行程：T體現(xiàn)的為快速轉(zhuǎn)移時間常熟(ms),通常設(shè)150~200;T,體現(xiàn)的為伺服時間常熟(ms),T?=33;Lpw>64.63mm計為40號，具體的尺寸見零件圖。即圖8-2刀套的主體結(jié)構(gòu)圖1—彈簧2—螺桿套3—圓頭銷子4—刀套體5—滾套6—銷軸7—滾輪8.3刀具(刀座)識別裝置在自動換刀系統(tǒng)當中，刀具(刀座