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

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目：數(shù)控車(chē)床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　題目：數(shù)控車(chē)床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　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)

2、型數(shù)空車(chē)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</p><p>　　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。</p><p><b>　　總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)</b></p&

3、gt;<p>　　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)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。</p><p>　　上刀體鎖緊與精定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)</p><p>　　由于刀具直接安裝在上刀體上，所以上刀體要

4、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(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。</p><p><b>　　刀架抬起機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)</b></p

5、><p>　　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)。</p><p&

6、gt;　　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)。</p><p>　　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。</p><p>　　三、自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的工作原理</p><p>　　自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的換刀流程如下圖。</p><p>　　圖上表示自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架在

7、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起著重要作用。</p><p>　　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嚙合狀態(tài)（上下端面齒在圖中未畫(huà)出）。</p><p>　　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

8、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(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)與螺桿聯(lián)接），當(dāng)轉(zhuǎn)過(guò)約 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)端面齒已完全脫開(kāi)）。</p><p>　　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

9、位時(shí)的正向轉(zhuǎn)動(dòng)。</p><p>　　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)上刀體4開(kāi)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。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)空內(nèi)，之后，上

10、蓋圓盤(pán)1是下表面開(kāi)始與圓柱銷(xiāo)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。</p><p>　　由于蝸桿副具有自鎖功能，所以刀架可以穩(wěn)定地工作。</p><p>　　蝸桿-渦輪減速 銷(xiāo)連接</p><p><b>　　螺桿-螺母</b>&l

11、t;/p><p>　　霍爾元件觸發(fā) </p><p><b>　　蝸桿-渦輪減速 </b></p><p>　　圖：自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的換刀流程</p><p><b>　　主要傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)</b>&l

12、t;/p><p><b>　　蝸桿副的設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p><p>　　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 =90W。,額定轉(zhuǎn)速 =1480r/min，上刀體設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速 =40r/min，蝸桿副的傳動(dòng)比i= / =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

13、使用壽命 =10000h。</p><p>　　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。</p><p>　　蝸桿副的材料 刀架中的蝸桿副傳動(dòng)的功率不大，但蝸桿轉(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45～55HRC,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

14、青銅ZCuSn10P1，采用金屬模制造。</p><p>　　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。</p><p>　　按蝸輪接觸疲勞強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)計(jì)算的公式</p><p><b>　　a </b></p&g

15、t;<p><b>　　(4-1)</b></p><p>　　式中 a——蝸桿副的傳動(dòng)中心距，單位mm；</p><p><b>　　K——載荷系數(shù)；</b></p><p>　　——作用在渦輪上的轉(zhuǎn)矩 ，單位N.mm；</p><p>　　——彈性影響系數(shù)ZE；</p>

16、;<p>　　[ ]——許用接觸應(yīng)力，單位為MPa。</p><p>　　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=35，</p><p>　　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)。</p><p>　　確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 , 設(shè)蝸桿頭數(shù) =1，蝸桿副的傳動(dòng)效率η=0.8，由電動(dòng)機(jī)的額定功率 =90W，可以算出蝸輪傳

17、動(dòng)的功率 = η，再由蝸輪的轉(zhuǎn)速 =40r/min求得作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩</p><p>　　=9.55 =9.55 =25.47N·m=22923N·mm</p><p>　　確定載荷系數(shù)K 載荷系數(shù)K= KA KB K 。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= 1.15； 為齒向分布系數(shù)，因工作載荷在啟動(dòng)和停止時(shí)有

18、變化，故取KB =1.15； 為動(dòng)載系數(shù)，由于轉(zhuǎn)數(shù)不高。沖擊不大，可取K =1.05。則載荷系數(shù)K=KA KB K ≈1.39</p><p><b>　　使用系數(shù) </b></p><p>　　確定彈性影響系數(shù)ZE ，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=160Mpa 1/2；</p><p>　　確定接觸系數(shù)

19、 先假設(shè)蝸桿分度圓直徑d1 和傳動(dòng)中心距a的比值d1 /a=0.35。查表的Zp =2.9</p><p>　　鑄錫青銅蝸輪的基本許用接觸應(yīng)力[σ]H'(MPa)</p><p>　　5）確定許用接觸應(yīng)力[ ] 根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅ZCuSn10P1金屬模制造蝸桿螺旋齒面硬度大于45HRC可查表的蝸輪的基本許用應(yīng)力 =268MPa已知蝸桿為單頭，蝸輪每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)每個(gè)輪齒嚙

20、合的次數(shù)j=1；蝸輪轉(zhuǎn)數(shù) =40r/min；蝸桿副的使用壽命 =10000h。</p><p><b>　　則應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：</b></p><p>　　N=60j n2 =2.4 ×10 7 </p><p><b>　　壽命系數(shù)：</b></p><p>　　KHN = 0.69

21、3</p><p><b>　　許用接觸應(yīng)力：</b></p><p>　　[σ ]=KHN× =186MPa</p><p>　　6）計(jì)算中心距 將以上各參數(shù)帶入4-1，求得中心距：</p><p>　　a = 47.1 mm</p><p>　　查表取a=63，已知蝸桿頭數(shù) =1

22、，設(shè)模數(shù)m=1.6mm，得蝸桿分度圓直徑d1 =28mm。這時(shí) d1/a=0.59，查表得接觸系數(shù) =2.35。因?yàn)?較大，所以上述計(jì)算結(jié)果可用。</p><p>　　（4）蝸桿和渦輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 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。</p><p>　　1）蝸桿的參數(shù)與尺寸 頭數(shù) =1，模數(shù)m=1.6mm，軸向齒距 =

23、m=5.027mm軸向齒厚 =0.5 m=2.514mm，分度圓直徑 =28，</p><p>　　直徑系數(shù)q= =17.5，</p><p>　　分度圓導(dǎo)程角 = = 。</p><p>　　取齒頂高系數(shù) =1，徑向間隙系數(shù) =0.2，</p><p>　　則齒頂圓直徑 = +2 m=31.2mm，</p><p>

24、　　齒根圓直徑 = -2m（ + ）=24.314mm。</p><p>　　2）渦輪參數(shù)與尺寸 齒數(shù) =60，模數(shù)m=1.6mm，</p><p>　　分度圓直徑為 =m =96mm，</p><p>　　變位系數(shù) =[a-( )/2]/m=0.6，</p><p>　　渦輪喉圓直徑為 = +2m（ ）=101.12mm，</p&g

25、t;<p>　　渦輪齒根圓直徑 = -2m（ - + ）=94.08mm，</p><p>　　渦輪咽喉母圓半徑 =a- /2=12.44mm。</p><p>　?。?）校核渦輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 即檢驗(yàn)下式是否成立：</p><p><b>　　= [ ]</b></p><p>　　由蝸桿頭數(shù) =1，

26、傳動(dòng)比i=35，可以計(jì)算出渦輪齒數(shù) =i =35</p><p><b>　　則渦輪的當(dāng)量齒數(shù)：</b></p><p><b>　　= =35.17</b></p><p>　　根據(jù)渦輪變位系數(shù) =0.6和當(dāng)量齒數(shù) =35.17，查表的齒形系數(shù)</p><p><b>　　=2.08&l

27、t;/b></p><p>　　螺旋角影響系數(shù) </p><p>　　=1- =0.977</p><p>　　根據(jù)渦輪的材料和制造方法，查表得渦輪基本許用彎曲應(yīng)力：</p><p><b>　　=56MPa</b></p><p><b>　　渦輪的壽命系數(shù)：</b&g

28、t;</p><p><b>　　= =0.702</b></p><p>　　渦輪的許用彎曲應(yīng)力：</p><p>　　= =39.3MPa</p><p><b>　　將數(shù)據(jù)帶入得：</b></p><p>　　可見(jiàn)， ，渦輪齒根的彎曲強(qiáng)度滿足要求。<

29、/p><p>　　蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力（MPa）</p><p><b>　　2.螺桿的設(shè)計(jì)計(jì)算</b></p><p>　　螺距的確定 刀架轉(zhuǎn)位時(shí)，要求螺桿在轉(zhuǎn)動(dòng)約 的情況下，上刀體的端面齒與下刀體的端面齒完全脫離;在鎖緊的時(shí)候，要求上下端面的嚙合深度達(dá)2mm。因此，螺桿的螺距P應(yīng)滿足P>2.4mm，今取螺桿的螺距P=6mm。<

30、/p><p>　　確定其他參數(shù) 采用單頭梯形螺桿，頭數(shù)n=1，牙側(cè)角 = 150，外螺紋大徑 =50mm，牙頂間隙 =0.5mm，基本牙型高度 =0.5P=3mm，外螺紋牙高 =3.5mm，外螺紋中徑 =47mm，外螺紋小徑 =43mm，螺桿螺紋部分長(zhǎng)度H=50mm。</p><p>　　詳細(xì)D=W=G圖=紙：三 二 ③ 1爸 爸 五 四 0 六</p><p&g

31、t;　　全 套 資 料 低 拾10快起</p><p>　　自鎖性能校核 螺桿-螺母材料均用45鋼，查表取摩擦系數(shù)f=0.11；再求得梯形螺旋副的當(dāng)量摩擦角：</p><p><b>　　= 6.50</b></p><p><b>　　而螺紋升角：</b></p><p><b