數(shù)控臥式鏜銑床刀庫結構設計【鏈式刀庫 60把刀】【含CAD圖紙】
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一 設計(論文)進展狀況 1.1 外文翻譯目前已經(jīng)完成對外文Multi-stage optimum design of magazine type automatic tool changer arm(鏈式自動換刀庫的多階段優(yōu)化設計)的翻譯。其中,英文原文兩千七百余字,翻譯完成后漢字五千四百余字。1.2 初步對所要設計的刀庫有所了解數(shù)控機床為了進一步提高生產(chǎn)率,進一步壓縮非切削時間,現(xiàn)代的機床逐步發(fā)展為在一臺機床上一次裝夾中完成多工序或全部工序的加工。數(shù)控機床為了能在工件一次裝夾中完成多個工步,以縮減輔助時間和減少多次安裝工件引起的誤差,通常帶有自動換刀系統(tǒng)。對工件的多工序加工而設置的存儲及更換刀具的裝置稱為自動換刀裝置(Automatic Tool Changer,ATC)。自動換刀(Automatic Tool Change 簡稱ATC)系統(tǒng)由控制系統(tǒng)和換刀裝置組成。自動換刀裝置的功能,對整機的加工效率有很大的影響。本次設計所需要的數(shù)控臥式鏜銑床刀庫由四排帶刀套的鏈條組成,每排鏈條有15把刀套,刀庫最大容量為60把刀。良好的結構設計能夠實現(xiàn)刀庫中刀具的快速移動,提高機床的加工效率。數(shù)控機床的自動換刀裝置的結構形式多種多樣,選擇何種形式,主要取決于機床的種類、工藝范圍以及刀具的種類和數(shù)量等。本課題中的JCS-013型數(shù)控臥式鏜銑床將采用的是帶刀庫的自動換刀形式。其裝配圖如圖所示:圖1 JCS-013刀庫裝配圖1圖2 JCS-013刀庫裝配圖2圖3 JCS-013刀庫裝配圖31.3 短期目標通過對上方三幅裝配圖的觀察,初步了解設計所需,為后期工作做好準備。二 存在問題及解決措施2.1 刀套位置的選擇因刀庫由四排帶刀套的鏈條組成,每排鏈條有15把刀套,刀庫最大容量為60把刀,每一排刀套位置互相一一對應,因此找刀程序分為兩步:一是手架升降找刀排,二是在一排內(nèi)選刀。所以,刀套位置的設計尤其重要,需仔細的考慮好。2.2 鏈條移動速度的設計為了保證正確的自動換刀,鏈條移動找刀時,刀套每次必須停在同一位置上,因此刀套必須有精確地定位,鏈條的移動速度必須精確的設計好,2.3 部分資料的缺乏由于沒有實物的存在,設計部分會異常的辛苦,所以需要多和老師及同學討論研究,多查資料,以求完成本次設計。三 后期工作安排 根據(jù)目前設計的完成情況,后期的10-15周的工作安排如下:(1) 盡快完成數(shù)據(jù)的設計;(2) 根據(jù)得到的數(shù)據(jù)繪出所需要的裝配圖和零件圖;(3) 完成答辯報告及論文;(4) 為最后答辯做好準備。 指導教師簽字: 年 月 日注:1. 正文:宋體小四號字,行距20磅;標題:加粗 宋體四號字2. 中期報告由各系集中歸檔保存,不裝訂入冊。 4一 畢業(yè)設計(論文)綜述(題目背景、研究意義及國內(nèi)外相關研究情況)1 題目背景和意義面對市場競爭的壓力,如何提高機械制造業(yè)的生產(chǎn)效率是為重中之重,而刀庫的出現(xiàn),促使減少了機械加工時換刀具所使用的時間,大大的提高了生產(chǎn)效率。數(shù)控臥式鏜銑床是一種具有自動換刀裝置和任意分度數(shù)控轉臺的數(shù)字控制機床,工件在一次裝夾后能自動完成幾個側面的的多種工序的加工。數(shù)控機床及由數(shù)控機床組成的制造系統(tǒng)是改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、構建數(shù)字化企業(yè)的重要基礎設備,它的一直備受人們關注。數(shù)控機床以其卓越的柔性自動化的性能、優(yōu)異而穩(wěn)定的精度、靈捷而多樣化的給功能引起世人矚目,它開創(chuàng)了機械產(chǎn)品機電一體化發(fā)展的先河,因此數(shù)控技術成為先進制造技術中的一項核心技術。另一方面,通過持續(xù)的研究,信息技術的深化應用促進了數(shù)控機床的進一步提升1。2 國內(nèi)外相關研究情況 近年來自動換刀刀庫的發(fā)展儼然己超越其為綜合切削加工機床配套的角色,在其特有的技術領域中發(fā)展出符合機床高精度、高效能、高可靠度及多任務復合等概念之獨特產(chǎn)品,以其多樣化產(chǎn)品的功能,左右了綜合切削加工機床在生產(chǎn)效能及產(chǎn)品精度的表現(xiàn)。其產(chǎn)品的發(fā)展趨勢為:(1)高效能的產(chǎn)品:發(fā)展符合高荷重、高容量、高速化概念的刀庫產(chǎn)品。(2)輕量化、低成本的產(chǎn)品,發(fā)展符合重量輕、成本低的刀庫產(chǎn)品。在此概念基礎下,刀庫產(chǎn)品的發(fā)展現(xiàn)況為2(l)超重刀具負荷刀庫的發(fā)展發(fā)展出刀鏈系統(tǒng)能承載重量70kg以上的超重刀具,擁有強力鎖刀裝置的穩(wěn)固刀鏈架構,可防止重型刀具于運轉中墜落。(2)高效率且定位精確的驅動及選刀系統(tǒng)的發(fā)展發(fā)展出高精度系統(tǒng)配置日系高質量!高定位精度的伺服電機及減速機,以符合選刀迅速!換刀精確的主要性能需求3。(3)多型式刀具容載刀庫的發(fā)展發(fā)展出同時可容納多種型式刀具(如15050及15060)的刀鏈系統(tǒng),也被視為是必須時常變換使用多種主軸之加工中心的必備裝置。(4)不同型式刀具及任意點之換刀系統(tǒng)的發(fā)展可以同時夾取不同型式刀具(如15050及15060),因應需求必須有不同的刀具為了縮短換刀時間,多點式或任意點式ZMW風電機輪毅加工工藝!專用刀具及刀庫的研究與設計之換刀系統(tǒng)是有必要的4。(5)輕量化低成本架構刀庫的發(fā)展:發(fā)展出輕量化的塑鋼射出刀套架構,整體重量較傳統(tǒng)刀庫減輕100kg以上,成本大幅降低之刀庫。(6)大型及高容量刀庫的發(fā)展在機床多功能之趨勢演化下,大量的刀具被使用在同一臺機床上,刀庫之架構必須兼顧換刀效率及儲刀效能,多變的刀庫型體(可容納120/180/200把以上刀具)及多樣精密之換刀系統(tǒng)(如各種立式!臥式!立臥單點及多點式換刀系統(tǒng)),是其主要之特色5。二 本課題研究的主要內(nèi)容和擬采用的研究方案、研究方法 1)本課題研究的主要內(nèi)容; 2)了解數(shù)控臥式鏜銑床刀庫結構的性能要求; 3)了解數(shù)控臥式鏜銑床刀庫結構的工作原理,進行結構設計和計算分析; 4)設計指標:鏈條快速移動速度為8米/分鐘,慢速移動速度為0.2米/分鐘,刀庫容量為60把刀; 5)擬采用的研究方案、研究方法或措施刀庫是刀具交換系統(tǒng)的一部分,加工中心的刀具交換系統(tǒng)也稱為自動換刀裝置(ATC),它通常是由刀庫和機械手組成。自動換刀裝置是加工中心不可缺少的組成部分,也是加工中心的象征,又是加工中心成敗的關鍵。加工中心有立式、臥式、龍門式幾種,所以這些機床的刀庫和自動換刀裝置也是各種各樣。加工中心上的刀庫類型分類:(1)盤式刀庫;(2)鏈式刀庫;(3)鼓輪式刀庫。 特點(1)盤式刀庫:刀具呈環(huán)行排列,空間利用率低,容量不大但結構簡單。圖1 盤式刀庫(2)鏈式刀庫:結構緊湊,容量大,鏈環(huán)的形狀也可隨機床布局制成各種形式而靈活多變,還可將換刀位突出以便于換刀。圖2 鏈式刀庫(3)鼓輪式刀庫:占地小,結構緊湊,容量大,但選刀、取刀動作復雜。 圖3鼓輪式刀庫換刀機械手分為單臂單手式,單臂雙手式和雙手式機械手。單臂單手式結構簡單,換刀時間較長,適用于刀具主軸與刀庫刀套平行,刀庫刀套軸線與主軸軸線平行,以及刀庫刀套軸線與主軸軸線垂直的場合。單臂雙手機械手可同時抓住主軸和刀庫中的刀具,并進行拔出、插入,換刀時間短,廣泛應用于加工中心上的刀庫刀套軸線與主軸平行的場合。雙手式機械手結構較復雜,換刀時間短,這種機械手除了完成拔刀、插刀外,還起運輸?shù)毒叩淖饔?。結合所給題目,初步?jīng)Q定采用鏈式刀庫雙手式機械手換刀方案。采用系統(tǒng)化設計方法,將設計看成由若干個設計要素組成的一個系統(tǒng),每個設計要素具有獨立性,各個要素間存在著有機的聯(lián)系,并具有層次性,所有的設計要素結合后,即可實現(xiàn)設計系統(tǒng)所需完成的任務。三 完成畢業(yè)論文的工作步驟與時間安排(按周次填寫)(1)13周:調研并收集資料;(2)35周:確定設計方案和整體結構特點;(3)69周:完成結構設計計算;(4)1012周:完成裝配圖、三維建模和仿真;(5)13-15周:完成論文撰寫,準備答辯。 四 指導教師意見(對課題的深度、廣度及工作量的意見) 指導教師: 年 月 日 五 所在系意見: 系主管領導: 年 月 日注:1. 正文:宋體小四號字,行距20磅。2. 開題報告由各系集中歸檔保存。參考文獻1Chang W C, Van Y T. Researching Design Trens for the Redesign of ProductJ. Design Studies(US),2003,24(1):173-1802邱餛城.刀庫之發(fā)展趨勢與未來展望J.制造技術與機床,2007,4:114一115. 3關慧貞,馮辛安等.機械制造裝備設計M.北京:機械工業(yè) 出版社,20074成大先,王德夫,李長順等.機械設計設計手冊M.北京:化學工業(yè)出版社,20075王光斗,王春福.機床夾具設計手冊M.北京:機械工業(yè)出版社6孟憲源.現(xiàn)代機構手冊M.北京:機械工業(yè)出版社,19947葉玉駒,焦永和,張彤等.機械制圖手冊M. 北京:機械工業(yè)出版社, 2008.8孫志禮,冷興聚,魏延剛等.機械設計M. 沈陽:東北大學出版社, 2000.9吳宗澤.機械結構設計M.北京:高等教育出版社, 1986.10劉建彗,鄒彗雪,顏洪森.對加工中心自動換刀裝置時間的探討J. 組合機床和自動 化加工技術, 2004第8期:35-3611宋明寬. 精密刀庫機械手換刀位置調整工具J. 制造技術與機床. 2010,4:30-3112陶松橋. 加工中心刀庫定位控制的改進J. 設備管理與維修, 2008,3:44-4513李體仁,張淳,夏田.立式加工中心刀庫刀套的改進設計J. 機床與液壓,2004,6:12-1314祁平. 加工中心自動換刀過程PLC編程技巧J. 制造技術與機床. 2001,1:22-23 15遲桂純,劉洪瑛,謝培紅.2A637臥式鏜銑床數(shù)控技術改造M.哈爾濱印刷機械廠,200216詹啟賢.自動機械設計M. 北京:中國輕工業(yè)出版社, 1994. 17劉文志.數(shù)控臥式銑床滑枕變形有限元分析及補償技術J.制造技術與機床.2008,11:27-2918劉澄深. 法國TC3型自動換刀數(shù)控臥式鏜銑床J. 組合機床通訊. 1975.19Asfahl, R. Robot and Manufacturing Automation(US). John Wiley&Sons, 1992.20Mou J, Liu C R.An error correction method for CNC machine tools using reference parts(US). Transactions of NAMRE/SME, 1994,3:15-16 5畢業(yè)設計(論文)獨創(chuàng)性聲明畢業(yè)設計(論文)獨創(chuàng)性聲明秉承學校嚴謹?shù)膶W風與優(yōu)良的科學道德,本人聲明所呈交的畢業(yè)設計(論文)是我個人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知,除了文中特別加以標注和致謝的地方外,畢業(yè)設計(論文)中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的成果,不包含他人已申請學位或其他用途使用過的成果。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了致謝。畢業(yè)設計(論文)與資料若有不實之處,本人承擔一切相關責任。 畢業(yè)設計(論文)作者簽名: 指導教師簽名: 日期:2013年 5 月36數(shù)控臥式鏜銑床刀庫結構設計摘 要九十年代以來,數(shù)控加工技術得到迅速的普及發(fā)展,高速加工中心作為新時代數(shù)控機床的代表,已在機床領域廣泛。面對市場競爭的壓力,如何提高機械制造業(yè)的生產(chǎn)效率是為重中之重,而刀庫的出現(xiàn),促使減少了機械加工時換刀具所使用的時間,大大的提高了生產(chǎn)效率。數(shù)控臥式鏜銑床是一種具有自動換刀裝置和任意分度數(shù)控轉臺的數(shù)字控制機床,工件在一次裝夾后能自動完成幾個側面的的多種工序的加工。數(shù)控機床及由數(shù)控機床組成的制造系統(tǒng)是改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、構建數(shù)字化企業(yè)的重要基礎設備,它的一直備受人們關注。數(shù)控機床以其卓越的柔性自動化的性能、優(yōu)異而穩(wěn)定的精度、靈捷而多樣化的給功能引起世人矚目,它開創(chuàng)了機械產(chǎn)品機電一體化發(fā)展的先河,因此數(shù)控技術成為先進制造技術中的一項核心技術。另一方面,通過持續(xù)的研究,信息技術的深化應用促進了數(shù)控機床的進一步提升。數(shù)控機床及由數(shù)控機床組成的制造系統(tǒng)是改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、構建數(shù)字化企業(yè)的重要基礎設備,它的一直備受人們關注。數(shù)控機床以其卓越的柔性自動化的性能、優(yōu)異而穩(wěn)定的精度、靈捷而多樣化的給功能引起世人矚目,它開創(chuàng)了機械產(chǎn)品機電一體化發(fā)展的先河,因此數(shù)控技術成為先進制造技術中的一項核心技術。另一方面,通過持續(xù)的研究,信息技術的深化應用促進了數(shù)控機床的進一步提升在借鑒和參考大量有關刀庫的機械結構后,結合實際情況,決定采用鏈式刀庫雙手式機械手換刀方案,根據(jù)機械設計與機械原理等有關知識對JCS-013型數(shù)控臥式鏜銑床刀庫進行設計,采用AutoCAD 2007中文版對刀庫及關鍵零件進行繪制。關鍵詞:加工中心;刀庫;數(shù)控加工III西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計(論文)CNC horizontal boring and milling machine tool structure designAbstractSince the 1990s,CNC machine technology has made the rapid and universial development,as a new era of the representatives of NC machine tools.Faced with the pressure of market competition, how to improve the mechanical manufacturing industry production efficiency is the priority among priorities, and the knife, to reduce the mechanical processing tool changer used time, greatly improves the production efficiency. CNC horizontal boring and milling machine is a kind of automatic tool changer and arbitrary indexing turntable digital control machine tool, workpiece can automatically complete the various processes in several side in a fixture.CNC machine tools and manufacturing system composed of CNC machine is an important equipment to transform traditional industries, the construction of digital enterprise, it has attracted a lot of attention. CNC machine tools to performance, the flexible automation excellence excellent and stable accuracy, celerity and diversified to the functional attracted worldwide attention, it pioneered the development of mechanical products mechanical and electrical integration precedent, so the numerical control technology is a core technology in advanced manufacturing technology. On the other hand, through continuous research, information technology applications to promote the further deepening of CNC machine tools.According to actual condition,I introduce the chain knife library of robot hands cutter replacement plan after referencing to the vast library mechanical structure of the sword.According to the Mechanical Design,the Mechanical Principle and other relevant knowledge,there are some designs about JCS-013 type nc horizontal boring and milling machine tool store and I have drew the key parts of library using AutoCAD 2007.Keywords: machining center; Tool house;NC目 錄第1章 緒 論1 1.1本課題在國內(nèi)外的研究動態(tài)1 1.1.1刀庫產(chǎn)品目前的水平2 1.1.2刀庫系統(tǒng)的發(fā)展趨勢2 1.1.3刀庫系統(tǒng)的發(fā)展方向3 1.2課題的目的、意義和開展研究工作的設想3 1.2.1課題的目的3 1.2.2開展研究工作的設想3 1.2.3課題設計方案的選擇和設計手段4第2章 刀庫傳動系統(tǒng)設計6 2.1刀庫主要設計參數(shù)6 2.2刀庫驅動液壓馬達的選擇6 2.2.1刀庫負載轉矩TF計算6 2.2.2確定液壓馬達轉數(shù)8 2.3齒輪設計參數(shù)9 2.3.1 選擇齒輪材料、熱處理方法及精度等級9 2.3.2 按齒面接觸疲勞強度設計齒輪9 2.3.3主要參數(shù)選擇和幾何尺寸計算11 2.3.4 齒根校核12 2.3.5 軸的設計13 2.3.6滾動軸承的選擇與校核計算18 2.3.7 鍵聯(lián)接的選擇及其校核計算19第3章 鏈參數(shù)計算21 3.1傳送鏈的設計21 3.2鏈式軸的設計22 3.3軸承的選型及校核24 3.4鏈強度計算26 3.4.1 鏈傳動的運動特性26 3.4.2 鏈傳動的動載荷27 3.4.3 鏈傳動的受力分析28 3.4.4 滾輪接觸強度的計算29第4章 刀庫準停系統(tǒng)的設計30結 論32參考文獻33致 謝34畢業(yè)設計(論文)知識產(chǎn)權聲明35畢業(yè)設計(論文)獨創(chuàng)性聲明361 緒 論1 緒 論1.1本課題在國內(nèi)外的研究動態(tài)隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展,進入21世紀,我國機床制造業(yè)既面臨著提 升機械制造業(yè)水平的需求而引發(fā)的制造裝備發(fā)展的良機,也面臨著加入WTO后激烈的市場競爭的壓力。從技術層面上講,加速推進數(shù)控技術將是解決機床制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個關鍵。數(shù)控機床及由數(shù)控機床組成的制造系統(tǒng)是改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、構建數(shù)字化企業(yè)的重要基礎裝備,它的發(fā)展一直備受人們的關注。數(shù)控機床以其卓越的柔性自動化的性能、優(yōu)異而穩(wěn)定的精度、靈捷而多樣化的功能引起世人矚目,它開創(chuàng)了機械產(chǎn)品機電一體化發(fā)展的先河,因此數(shù)控技術成為先進制造技術中的一項核心技術。另一方面,通過持續(xù)的研究,信息技術的深化應用促進了數(shù)控機床的進一步提升1。隨著數(shù)控技術的發(fā)展,采用數(shù)控系統(tǒng)的機床品種日益增多,有車床、銑床、鏜床、鉆床、磨床、齒輪加工機床和電火花加工機床等。此外還有能自動換刀、一次裝卡進行多工序加工的加工中心、車削中心等。數(shù)控機床主要由數(shù)控裝置、伺服機構和機床主體組成,輸入數(shù)控裝置的程序指令記錄在信息載體上,由程序讀入裝置接收,或由數(shù)控裝置的鍵盤直接手動輸入2。隨著微電子技術、計算機技術和軟件技術的迅速發(fā)展,數(shù)控機床的控制系統(tǒng)日益趨向于小型化和多功能化,具備完善的自診斷功能,可靠性也大大提高,數(shù)控系統(tǒng)本身將普遍實現(xiàn)自動編程。未來數(shù)控機床的類型將更加多樣化,多工序集中加工的數(shù)控機床品種越來越多;激光加工等技術將應用在切削加工機床上,從而擴大多工序集中的工藝范圍;數(shù)控機床的自動化程度更加提高,并具多種監(jiān)控功能,從而形成一個柔性制造單元,更加便于納入高度自動化的柔性制造系統(tǒng)中3。數(shù)控機床為了進一步提高生產(chǎn)率,進一步壓縮非切削時間,現(xiàn)代的機床逐步發(fā)展為在一臺機床上一次裝夾中完成多工序或全部工序的加工。數(shù)控機床為了能在工件一次裝夾中完成多個工步,以縮減輔助時間和減少多次安裝工件引起的誤差,通常帶有自動換刀系統(tǒng)。對工件的多工序加工而設置的存儲及更換刀具的裝置稱為自動換刀裝置;自動換刀系統(tǒng)由控制系統(tǒng)和換刀裝置組成 。在數(shù)控鏜銑床的基礎上,如果再配以刀具和自動換刀系統(tǒng),就構成加工中心。在這類數(shù)控機2畢業(yè)設計(論文)床上,自動換刀裝置是必不可少的4。例如加工中心機床又稱多工序自動換刀數(shù)控機床,它主要是指具有自動換刀及自動改變工件加工位置功能的數(shù)控機床,具有自動換刀裝置是加工中心機床的典型特征,是多工序加工的必要條件。自動換刀裝置的功能,對整機的加工效率有很大的影響5。數(shù)控機床的自動換刀裝置的結構形式多種多樣,選擇何種形式,主要取決于機床的種類、工藝范圍以及刀具的種類和數(shù)量等。本課題中的JCS-013型數(shù)控臥式鏜銑床將采用的是帶刀庫的自動換刀形式。1.1.1刀庫產(chǎn)品目前的水平在此概念基礎下,刀庫產(chǎn)品的發(fā)展現(xiàn)況為:a. 超重刀庫的發(fā)展:發(fā)展出刀鏈系統(tǒng)能承載重量70kg以上之超重刀具,擁有強力鎖刀裝置的穩(wěn)定刀鏈架構,可防止重型刀具于運轉中墜落。b. 高效率且定位精度的驅動及選刀系統(tǒng)的發(fā)展:發(fā)展出高精度系統(tǒng)配置以及高質量、高定位精度的伺服電動機及減速器,以符合選刀迅速、換刀精確的主要性能需求。c. 多型式刀具容載刀庫的發(fā)展:發(fā)展出同時可容納多種型式刀具(如ISO50及ISO60)的刀鏈系統(tǒng),也被視為是必須時常變換使用多種主軸的加工中心的必備裝置。d. 不同型式刀及其任意點換刀系統(tǒng)的發(fā)展:可以同時夾取不同型式刀具(如ISO50及ISO60),因應需求必須有不同的刀具。為了縮短換刀時間,多點式或任意點式換刀系統(tǒng)是有必要的。e. 輕量化、低成本架構刀庫的發(fā)展:發(fā)展出輕量化的塑鋼射出刀套架構,整體重量較傳統(tǒng)刀庫減輕100kg以上,成本大幅降低的刀庫。f. 大型及高容量刀庫的發(fā)展:在機床多功能趨勢演化下,大量的刀具被使用在同一臺機床上,刀庫的架構必須兼顧換刀效率及儲刀效能,多變的刀庫型體(可容納120/180/200把以上刀具)及多樣精密的換刀系統(tǒng)(如各種立式、臥式、立臥單點及多點式換刀系統(tǒng)),是其主要的特色6。1.1.2刀庫系統(tǒng)的發(fā)展趨勢近年來刀庫的發(fā)展儼然已超越其為裝備的角色,在特有的技術領域中發(fā)展出符合工具機高精度、高效能、高可靠度及多任務復合等概念產(chǎn)品,多樣化產(chǎn)品,左右工具機在生產(chǎn)效能及產(chǎn)品精度的表現(xiàn)。刀庫的容量、布局,針對不同的工具機,形式也有所不同。根據(jù)刀庫的容量、外型和取刀的方式可大概分為斗笠式刀庫、圓盤式刀庫、鏈條式刀庫7。其發(fā)展趨勢為:a. 高效能的產(chǎn)品 發(fā)展符合高荷重、高容量、高速化概念的刀庫產(chǎn)品。b. 輕量化、低成本的產(chǎn)品 發(fā)展符合重量輕、成本低概念的刀庫產(chǎn)品。1.1.3刀庫系統(tǒng)的發(fā)展方向刀庫系統(tǒng)作為自動化加工過程中所需的儲刀及換刀需求的一種裝置,為數(shù)控機床縮短機床非切削時間,降低勞動強度提供了必要條件,是數(shù)控機床的重要的功能部件,必將向以下幾個方向發(fā)展。一方面隨著主機的“單機多任務復合化”發(fā)展,刀庫也必將向容量大、結構精、速度快、效率高的方向發(fā)展,以適應主機的高轉速、高精度和強力切削的機械特性。此類刀庫大部分為臥式刀庫,有下面幾個特點:a. 可遠距離傳輸。b. 換刀時可同步打刀,縮短換刀時間。c. 大容量且可擴充。d. 高效且精準的驅動和選刀系統(tǒng)。e. 控制系統(tǒng)復雜。f. 刀具重量大。比如適合五軸聯(lián)動的立臥轉換伺服刀庫。而另一方面,刀庫僅作為單純的儲刀倉功能存在,主軸主動抓刀的“固定地址換刀”刀庫也是發(fā)展的方向之一,此時刀庫好比數(shù)控系統(tǒng)的一個控制軸,僅有旋轉定位功能,如立車刀庫、轉盤刀庫等8。尤其以40盤式刀庫為代表,換刀速度和刀庫重量已經(jīng)成為衡量刀庫性能的主要參數(shù)之一,比如,吉輔40盤式刀庫的換刀速度1.1s,重量已經(jīng)降到295kg。 在選材上更環(huán)保,在制作過程中減少消耗,使用過程智能、安全等也是刀庫發(fā)展的方向之一。1.2課題的目的、意義和開展研究工作的設想1.2.1課題的目的未來工具機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,均以追求高速、高精度、高效率為目標。隨著切削速度的提高,切削時間的不斷縮短,對換刀時間的要求也在逐步提高;換刀的速度已成為高等級工具機的一項重要指標。本課題的目的就是要通過對刀庫 的優(yōu)化設計以提高換刀速度,減少助助時間。1.2.2開展研究工作的設想為了達到減少輔助加工時間目的,綜合考慮工具機的各方面因素,在盡可能短的時間內(nèi)完成刀具交換一般強調換刀速度快的臥式機臺,皆有幾個特點:1.刀臂短 2.刀臂不一定成直線 3.兩刀可能互相垂直 4.凸輪箱小且可移動。其主要目的是要讓換刀時,可動件之轉動慣量小,以達到快速換刀之目的。該技術包括刀庫的設置、換刀方式、換刀執(zhí)行機構和適應高速工具機的結構特點等。a. 提高換刀速度的基本原則工具機的換刀裝置,通常由刀庫和換刀機構組成,有些應用機械手臂換刀,有些換刀方式并不需要機械手臂,刀庫的形式和擺放位置也不一樣。為了適合高速運動的需要,高速工具機在結構上已和傳統(tǒng)的工具機不同。以刀具運動進給為主,減小運動工件的質量,已成為高速工具機設計的主流。因此,設計換刀裝置時,要充分考慮到高速工具機的結構特征9。b. 提高換刀速度的主要技術方法適合于工具機的快速自動換刀技術主要有以下幾個方面:在傳統(tǒng)自動換刀裝置的基礎上提高動作速度,或采用動作速度更快的機構和驅動元件。例如,機械凸輪結構的換刀速度高于液壓和氣動結構。根據(jù)高速工具機的結構特點設計刀庫和換刀裝置的形式和位置。例如,傳統(tǒng)工具機的刀庫和換刀裝置多裝在立柱一側,在高速工具機則多為立柱移動的進給方式,為減輕運動件質量,刀庫和換刀裝置不宜再裝在立柱上。采用新方法進行刀具快速交換,不用刀庫和機械手方式,而改用其它方式換刀。例如不用換刀,用換主軸的方法。使用適合于高速工具機的刀柄。如HSK刀柄質量輕,裝卸刀具的行程短,可以使自動換刀裝置的速度提高??焖僮詣訐Q刀裝置采用HSK空心短錐柄刀是發(fā)展的趨勢。1.2.3課題設計方案的選擇和設計手段a. 設計方案選擇刀庫是刀具交換系統(tǒng)的一部分,加工中心的刀具交換系統(tǒng)也稱為自動換刀裝置(ATC),它通常是由刀庫和機械手組成。自動換刀裝置是加工中心不可缺少的組成部分,也是加工中心的象征,又是加工中心成敗的關鍵。加工中心有立式、臥式、龍門式幾種,所以這些機床的刀庫和自動換刀裝置也是各種各樣。加工中心上的刀庫類型有鼓輪式刀庫,鏈式刀庫,格子箱式刀庫和直線刀庫等。(1)鼓輪式刀庫應用較廣,這種刀庫的結構緊湊,但因刀具單環(huán)排列、定向利用率低,大容量刀庫的外徑較大,轉動慣量大,選刀時運動時間長。因此這種刀庫的容量較小,一般不超過32把刀具。(2)鏈式刀具容量較大,當采用多環(huán)鏈式刀庫時,刀庫的外形較緊湊,占用空間小,適合用于做大容量刀庫。在增加存儲刀具數(shù)目時,可增加鏈條的長度,而不增加鏈輪直徑,因此,鏈輪的圓周速度不會增加,且刀庫的運動慣量不像鼓輪式刀庫增加的那么多。(3)格子箱式刀庫刀庫容量大,結構緊湊,空間利用率高,但布局不靈活,通常將刀庫安放于工作臺上。有時甚至在使用一側的刀具時,必須更換另一側的刀座板。(4)直線式刀庫結構簡單,刀庫容量較小,一般用于數(shù)控車床,數(shù)控鉆床,個別加工中心也有采用。換刀機械手分為單臂單手式,單臂雙手式和雙手式機械手。單臂單手式結構簡單,換刀時間較長,適用于刀具主軸與刀庫刀套平行,刀庫刀套軸線與主軸軸線平行,以及刀庫刀套軸線與主軸軸線垂直的場合。單臂雙手機械手可同時抓住主軸和刀庫中的刀具,并進行拔出、插入,換刀時間短,廣泛應用于加工中心上的刀庫刀套軸線與主軸平行的場合。雙手式機械手結構較復雜,換刀時間短,這種機械手除了完成拔刀、插刀外,還起運輸?shù)毒叩淖饔?。結合所給題目,初步?jīng)Q定采用鏈式刀庫雙手式機械手換刀方案。b. 設計手段 采用系統(tǒng)化設計方法,將設計看成由若干個設計要素組成的一個系統(tǒng),每個設計要素具有獨立性,各個要素間存在著有機的聯(lián)系,并具有層次性,所有的設計要素結合后,即可實現(xiàn)設計系統(tǒng)所需完成的任務。結合本課題實際,根據(jù)機械設計與機械原理等有關知識對JCS-013型數(shù)控臥式鏜銑床刀庫進行設計,采用AutoCAD 2007中文版對刀庫及關鍵零件進行繪制。 2 刀庫傳動系統(tǒng)設計2.1刀庫主要設計參數(shù)安裝形式:鏈式刀庫刀庫容量:60把送刀方式:任意刀具尺寸(最大):長400毫米,直徑120毫米刀具重量(Mj):約10千克鏈條快速移動速度為8米/分,慢速移動速度為0.2米/分。2.2刀庫驅動液壓馬達的選擇刀庫驅動液壓馬達的選擇應同時滿足刀庫運轉時的負載轉矩TF,和起動時的加速轉矩TJ的要求。由于鏈條轉速很低和液壓馬達慣性小、起動轉矩小的特點,為了計算簡便,在計算時,忽略起動加速轉矩TJ,在最后結果上乘以一個工作系數(shù)。2.2.1刀庫負載轉矩TF計算鏈式刀庫負載轉矩TF用來克服刀具不平衡重力FWmax和導向面的摩擦力F,如圖2-1所示。FWmax :不平衡重力;F3:摩擦力圖2-1 鏈條受力分析圖 F1和F3是支承面的摩擦力;F2和F4則是導向面上因刀具下垂而引起的摩擦力。不平衡重力可按刀庫一側裝滿刀、一側不裝刀時的最大重力差值來計算。a. 確定不平衡重力FWmax由圖2-1知,不平衡重力23畢業(yè)設計(論文) M-刀具的質量 g-重力加速度b. 確定摩擦力F3 (2-1)鋼與銅之間的摩擦系數(shù),約取0.2;N垂直作用在導向面上的壓力,包括刀具、刀柄和刀座產(chǎn)生的重力,分別為Wj,Wb,Wt。 R刀座外半徑,取50mm;L刀座長度,取210mm。c. 確定每排刀具負載轉矩Tf d. 確定每排刀具作用在主動輪上的負載轉矩Tz (2-2) 1圓柱齒輪傳動效率,取0.98;2鏈傳動效率,取0.96;3深溝球軸承傳動效率,取0.98。e. 確定作用在液壓馬達上的負載轉矩Ty (2-3) i液壓馬達軸至刀庫軸的速比,取9;傳動效率。考慮到實際情況比計算時所設定的條件復雜,液壓馬達額定轉矩Ts應為負載轉矩Ty的1.5倍,即 2.2.2確定液壓馬達轉數(shù)由刀庫設計參數(shù)知,鏈條快速移動速度為8米/分,即8000mm/min,慢速移動速度為0.2米/分,即200mm/min。a. 確定鏈輪周長S d=272mmb. 確定液壓馬達的轉速范圍 根據(jù)參數(shù),選型為BM-R802.3齒輪設計參數(shù)2.3.1 選擇齒輪材料、熱處理方法及精度等級 a. 齒輪材料、熱處理方法及齒面硬度因為載荷中有輕微振動,傳動速度不高,傳動尺寸無特殊要求,屬于一般的齒輪傳動,故兩齒輪均可用軟齒面齒輪。查機械基礎P322表1410,小齒輪選用45號鋼,調質處理,硬度260HBS;大齒輪選用45號鋼,調質處理,硬度為220HBS。 b. 精度等級初選減速器為一般齒輪傳動,圓周速度不會太大,根據(jù)機械設計學基礎P145表57,初選8級精度。2.3.2 按齒面接觸疲勞強度設計齒輪由于本設計中的減速器是軟齒面的閉式齒輪傳動,齒輪承載能力主要由齒輪接觸疲勞強度決定,其設計公式為: a. 確定載荷系數(shù)K因為該齒輪傳動是軟齒面的齒輪,圓周速度也不大,精度也不高,而且齒輪相對軸承是對稱布置,根據(jù)電動機和載荷的性質查機械設計學基礎P147表58,得K的范圍為1.41.6, 取K1.5。 b. 小齒輪的轉矩接觸疲勞許用應力 (1) 接觸疲勞極限應力由機械設計學基礎P150圖530中的MQ取值線,根據(jù)兩齒輪的齒面硬度,查得45鋼的調質處理后的極限應力為 =600MPa , =560MPa (2) 接觸疲勞壽命系數(shù)ZN 應力循環(huán)次數(shù)公式為 N=60 n jth 工作壽命每年按300天,每天工作8小時,故 th=(300108)=24000h N1=60466.798124000=6.722108 查機械設計學基礎P151圖531,且允許齒輪表面有一定的點蝕 ZN1=1.02 ZN2=1.15 (3) 接觸疲勞強度的最小安全系數(shù)SHmin查機械設計學基礎P151表510,得SHmin1 (4) 計算接觸疲勞許用應力 將以上各數(shù)值代入許用接觸應力計算公式得 (5)齒數(shù)比因為 Z2=iZ1,所以 (6)齒寬系數(shù)由于本設計的齒輪傳動中的齒輪為對稱布置,且為軟齒面?zhèn)鲃樱闄C械基礎P326表1412,得到齒寬系數(shù)的范圍為0.81.1。取 。 )計算小齒輪直徑d1 由于 ,故應將 代入齒面接觸疲勞設計公式,得 c. 圓周速度v 查機械設計學基礎P145表57,v1和N2= ,查機械設計學基礎P156圖534得, YN1=1 , YN2=1 (3) 彎曲疲勞強度的最小安全系數(shù)SFmin 本傳動要求一般的可靠性,查機械設計學基礎P151表510,取SFmin1.2。(4)彎曲疲勞許用應力 將以上各參數(shù)代入彎曲疲勞許用應力公式得 (5)齒根彎曲疲勞強度校核 因此,齒輪齒根的抗彎強度是安全的。2.3.5 軸的設計a.高速軸的設計 (1) 選擇軸的材料和熱處理采用45鋼,并經(jīng)調質處理,查機械基礎P369表161,得其許用彎曲應力 , 。(2)初步計算軸的直徑 由前計算可知:P1=2.09KW,n1=466.798r/min 其中,A取112。 考慮到有一個鍵槽,將該軸徑加大5%,則 查機械基礎P458附錄1,取d=25mm(3)軸的結構設計 高速軸初步確定采用齒輪軸,即將齒輪與軸制為一體。根據(jù)軸上零件的安裝和固定要求,初步確定軸的結構。設有7個軸段。1段:該段是小齒輪的左軸端與帶輪連接,該軸段直徑為25mm,查機械基礎P475附錄23,取該軸伸L160mm。 2段: 參考機械基礎P373,取軸肩高度h為1.5mm,則d2=d1+2h=28mm。 此軸段一部分用于裝軸承蓋,一部分伸出箱體外。3段:此段裝軸承,取軸肩高度h為1mm,則d3=d2+2h=30mm。選用深溝球軸承。查機械基礎P476附錄24,此處選用的軸承代號為6306,其內(nèi)徑為30mm,寬度為19 mm。為了起固定作用,此段的寬度比軸承寬度小12mm。取此段長L3=17mm。4段與6段:為了使齒輪與軸承不發(fā)生相互沖撞以及加工方便,齒輪與軸承之間要有一定距離,取軸肩高度為2mm,則d4=d6=d3+2h=33mm,長度取5mm,則L4= L65mm。5段:此段為齒輪軸段。由小齒輪分度圓直徑d =60mm可知,d6=60mm。因為小齒輪的寬度為70mm,則L5=70mm。7段:此段裝軸承,選用的軸承與右邊的軸承一致,即d7=30mm,L717mm。由上可算出,兩軸承的跨度L mm(4) 按彎矩復合強度計算圓周力: 徑向力: 1)繪制軸受力簡圖 圖2-2 軸的受力簡圖(a)圖2-3 軸的受力簡圖(b)2)繪制垂直面彎矩圖軸承支反力: 由兩邊對稱,知截面C的彎矩也對稱。截面C在垂直面彎矩為 圖2-4 垂直面彎矩圖3)繪制水平面彎矩圖 圖2-5 水平彎矩圖4)繪制合彎矩圖 圖2-6 合彎矩圖5)繪制扭轉圖轉矩產(chǎn)生的扭剪力按脈動循環(huán)變化,取=0.6, 圖2-7 扭轉圖6)繪制當量彎矩圖 截面C處的當量彎矩: 圖2-8 當量彎矩圖7) 校核危險截面C的強度 軸上合成彎矩最大的截面在位于齒輪輪緣的C處,W0.1d43 所以 軸強度足夠。 b. 低速軸的設計(1)選擇軸的材料和熱處理采用45鋼,并經(jīng)調質處理,查機械基礎P369表161,得其許用彎曲應力 , 。(2) 初步計算軸的直徑由前計算可知:P2=2.007KW,n2=116.700r/min計算軸徑公式: 即:其中,A取106。 考慮到有一個鍵槽,將該軸徑加大5%,則 查機械基礎P458附錄1,取d=30mm(3) 軸的結構設計根據(jù)軸上零件得安裝和固定要求,并考慮配合高速軸的結構,初步確定低速軸的結構。設有6個軸段。1段: 此段裝聯(lián)軸器。裝聯(lián)軸器處選用最小直徑d1=32mm,根據(jù)機械基礎P482附錄32,選用 彈性套柱銷聯(lián)軸器,其軸孔直徑為32mm,軸孔長度為60mm。根據(jù)聯(lián)軸器的軸孔長度,又由機械基礎P475附錄23,取軸伸段(即段)長度L158mm。2段:查機械基礎P373,取軸肩高度h為1.5mm,則d2=d1+2h=mm,此軸段一部分長度用于裝軸承蓋,一部分伸出箱體外。3段:取軸肩高度h為2.5mm,則d3=d2+2h=35+2mm。此段裝軸承與套筒。選用深溝球軸承。查機械基礎P476附錄24,此處選用的軸承代號為6208,其內(nèi)徑為40mm,寬度為18mm。為了起固定作用,此段的寬度比軸承寬度小12mm。取套筒長度為10mm,則此段長L3=(18-2)+10+2=28mm。4段:此段裝齒輪,取軸肩高度h為2.5mm,則d4=d3+2h=mm。 因為大齒輪的寬度為60mm,則L4=60-2=58mm5段:取軸肩高度h為2.5mm,則d5=d4+2h=50mm,長度與右面的套筒相同,即L5=10mm。6段:此段裝軸承,選用的軸承與右邊的軸承一致,即d6=40mm,L617mm。由上可算出,兩軸承的跨度L。(4) 低速軸的軸段示意圖如下: 圖2-9 低速軸的軸段示意圖(5) 按彎矩復合強度計算A、圓周力: B、徑向力: 1) 求支反力FAX、FBY、FAZ、FBZ 2) 由兩邊對稱,知截面C的彎矩也對稱。截面C在垂直面彎矩為受力圖: 3) 截面C在水平面上彎矩為: 4) 合成彎矩為: 5) 轉矩產(chǎn)生的扭剪力按脈動循環(huán)變化,取=0.6,截面C處的當量彎矩: 6) 校核危險截面C的強度 軸上合成彎矩最大的截面在位于齒輪輪緣的C處,W0.1d43 所以軸強度足夠。2.3.6滾動軸承的選擇與校核計算根據(jù)機械基礎P437推薦的軸承壽命最好與減速器壽命相同,取10年,一年按300天計算, T h=(300108)=24000ha. 高速軸承的校核選用的軸承是6306深溝型球軸承。軸承的當量動負荷為 由機械基礎P407表186查得,fd1.21.8,取fd=1.2。因為Fa1=0N,F(xiàn)r1= 518.8N,則。 查機械基礎P407表185得,X= 1,Y= 0 。 查機械基礎p406表18-3得:ft=1 ,查機械基礎p405得:深溝球軸承的壽命指數(shù)為3 ,Cr= 20.8KN;則 所以預期壽命足夠,軸承符合要求。b. 低速軸承的校核選用6208型深溝型球軸承。軸承的當量動負荷為 由機械基礎P407表186查得,fd1.21.8,取fd=1.2。因為Fa2=0N,F(xiàn)r2=492N,則 查機械基礎P407表185得,X=1 ,Y=0 。 查機械基礎p406表18-3得:ft=1 ,查機械基礎p405得:深溝球軸承的壽命指數(shù)為3 ,Cr=22.8KN;則 所以預期壽命足夠,軸承符合要求。2.3.7 鍵聯(lián)接的選擇及其校核計算a. 選擇鍵的類型和規(guī)格 軸上零件的周向固定選用A形普通平鍵,聯(lián)軸器選用B形普通平鍵。(1) 高速軸(參考機械基礎p471、附錄17,袖珍機械設計師手冊p835、表15-12a):根據(jù)帶輪與軸連接處的軸徑25mm,軸長為60mm,查得鍵的截面尺寸b8mm ,h7mm 根據(jù)輪轂寬取鍵長L40mm 高速齒輪是與軸共同制造,屬于齒輪軸。(2)低速軸:根據(jù)安裝齒輪處軸徑,查得鍵的截面尺寸,根據(jù)輪轂寬取鍵長。根據(jù)安裝聯(lián)軸器處軸徑,查得鍵的截面尺寸,取鍵長L=50mm。根據(jù)輪轂寬取鍵長L72mm(長度比輪轂的長度小10mm)b. 校核鍵的強度(1) 高速軸軸端處的鍵的校核:鍵上所受作用力: 1)鍵的剪切強度 鍵的剪切強度足夠。2)鍵聯(lián)接的擠壓強度 鍵聯(lián)接的擠壓強度足夠。(2) 低速軸兩鍵的校核1) 低速軸裝齒輪軸段的鍵的校核:鍵上所受作用力: 鍵的剪切強度 鍵的剪切強度足夠。 鍵聯(lián)接的擠壓強度 鍵聯(lián)接的擠壓強度足夠。2) 低速軸軸端處的鍵的校核:鍵上所受作用力 : 鍵的剪切強度 鍵的剪切強度足夠。 鍵聯(lián)接的擠壓強度 鍵聯(lián)接的擠壓強度足夠。3 鏈參數(shù)計算3 鏈參數(shù)計算3.1傳送鏈的設計鏈傳動是一種撓性運動,它由鏈條和鏈輪組成。通過鏈輪輪齒與鏈條鏈節(jié)的嚙合來傳遞運動和動力。鏈傳動按用途不同可以分為傳動鏈、輸送鏈和起重鏈。 圖3-1 鏈傳動滾子鏈的結構如圖3-1所示:它是由內(nèi)鏈板1、外鏈板2、銷軸3、套筒4和滾子5組成。內(nèi)鏈板與套筒之間、外鏈板與銷軸之間為過盈配合,滾子與套筒之間、套筒與銷軸之間為間隙配合。當內(nèi)、外鏈板相對撓曲時,套筒可繞銷軸自由轉動。滾子是活套在套筒上的,工作時,滾子沿鏈輪齒廓滾動,這樣就可減少齒廓的磨損。鏈的磨損主要發(fā)生在銷軸與套筒的接觸面上。因此,內(nèi)、外鏈板間應留少許間隙,以便潤滑油滲入銷軸和套筒的摩擦面間。鏈板一般制成8字形,以使它的各個橫截面具有接近相等的抗拉強度,同時也減少了鏈的質量和運動時的慣性力。4圖3-2 滾子鏈的結構畢業(yè)設計(論文)當傳遞大功率時,可采用雙排鏈或多排鏈。多排鏈的承載能力與排數(shù)成正比。但由于精度的影響,各排鏈承受的載荷不易均勻,故排數(shù)不宜過多。滾子鏈的鏈節(jié)數(shù)為偶數(shù)時,接頭處可用開口銷或彈簧卡片來固定,一般前者用于大節(jié)距,后者用于小節(jié)距;當鏈節(jié)數(shù)為奇數(shù)時,需采用過渡鏈節(jié)。由于過渡鏈節(jié)的鏈板要受附加彎矩的作用,所以在一般情況下最好不用奇數(shù)鏈節(jié)。3.2鏈式軸的設計驅動軸的設計 圖3-3驅動軸受力分析圖由靜力平衡方程 求得支反力為 以梁的左端為坐標原點,選取坐標系如圖4.9a所示。集中力F作用于C點,梁在AC和CB兩段內(nèi)的剪力或彎矩不能用同一方程式來表示,應分段考慮。在AC段內(nèi)取距原點為x的任意截面,截面以左只有外力,根據(jù)剪力和彎矩的計算方法和符號規(guī)則,求得這一截面上的和M分別為 (a) (b)這就是在AC段內(nèi)的剪力方程和彎矩方程。如在CB段內(nèi)取距左端為x的任意截面,則截面以左右 和F兩個外力,截面上的剪力和彎矩是 (c) (d)當然,如用截面右側的外力來計算會得到相同的結果。由(a)式可知,在AC段內(nèi)梁的任意截面上的剪力皆為常數(shù),且符號為正,所以在AC段(0xa)內(nèi),剪力圖是在Xz軸上方且平行于x軸的直線(圖3-4)。同理??梢愿鶕?jù)(c)式作CB段的剪力圖。從剪力圖看出,當a10rmin),可按基本額定動載荷計算值選擇軸承,然后校核其額定靜載荷是否滿足要求。當軸承可靠性為90、軸承材料為常規(guī)材料并在常規(guī)條件下運轉時,取500h作為額定壽命的基準,同時考慮溫度、振動、沖擊等變化,則軸承基本額定動載荷可按下式進行簡化計算。 C基本額定動載荷計算值,N;P當量動載荷,N;fh壽命因數(shù);1fn速度因數(shù);0.822fm力矩載荷因數(shù),力矩載荷較小時取1.5,較大時取2;fd沖擊載荷因數(shù);1.5fT溫度因數(shù);1CT軸承尺寸及性能表中所列徑向基本額定動載荷,N;查表得,fh=1;fn=0.822;fm=1.5;fd=1.5;fT=1。在本輸送裝置中,可以假設軸承只承受徑向載荷,則當量動載荷為:P=XFr+YFa查文獻3的表6-2-18,得,X=1,Y=0;所以,P=Fr=1128N。由以上可得: 本輸送機中的軸承承受的載荷多為徑向載荷,所以選取深溝球軸承,查文獻的附表,并考慮軸的外徑,選取軸承6305-RZ,其具體參數(shù)為:內(nèi)徑d=25mm,外徑D=62mm,基本額定載荷,基本額定靜載荷,極限速度為10000r/min,質量為0.219kg。然后校核該軸承的額定靜載荷。額定靜載荷的計算公式為: 式中: 基本額定靜載荷計算值,N; 當量靜載荷,N; 安全因數(shù); 軸承尺寸及性能表中所列徑向基本額定靜載荷,查文獻3的表6-2-14知,對于深溝球軸承,其當量靜載荷等于徑向載荷。查文獻3的表6-2-14知,安全系數(shù)則軸承的基本額定靜載荷為: 由上式可知,選取的軸承符合要求3.4鏈強度計算3.4.1 鏈傳動的運動特性由于鏈是由剛性鏈節(jié)通過銷軸鉸接而成,當鏈繞在鏈輪上時,其鏈節(jié)與相應的輪齒嚙合后,這一段鏈條將曲折成正多邊形的一部分。該正多邊形的邊長等于鏈條的節(jié)距p,邊數(shù)等于鏈輪齒數(shù)z,鏈輪每轉過一圈,鏈條走過zp長,所以鏈的平均速度v為 = = 式中: z1、z2 分別為主、從動鏈輪的齒數(shù); n1、n2 分別為主、從動鏈輪的轉速,r/min。鏈傳動的平均傳動比 因為鏈傳動為嚙合傳動,鏈條和鏈輪之間沒有相對滑動,所以平均鏈速和平均傳動比都是常數(shù)。但是,仔細考察絞鏈鏈節(jié)隨同鏈輪轉動的過程就會發(fā)現(xiàn),鏈傳動的瞬間傳動比和鏈速并非常數(shù)我們知道,鏈條由剛性鏈板通過鉸鏈連接而成。當鏈條繞在鏈輪上時,其形狀如圖所示:在主動鏈輪上,鉸鏈A正在牽引鏈條沿直線運動,繞在主動鏈輪上的其他鉸鏈并不直接牽引鏈條,因此,鏈條的運動速度完全有鉸鏈A的運動所決定。鉸鏈A隨同主動鏈輪運動的線速度方垂直于AO,與鏈直線運動方向的夾角為。因此,鉸鏈A實際用于牽引鏈條運動的速度為式中。R1為主動鏈輪的分度圓半徑,m。因為是變化的,所以即使主動鏈輪轉速恒定,鏈條的運動速度也是變化的。當=時,鏈速最低;當=0,鏈速最高,是主動鏈輪上的一個鏈節(jié)所對的中心角。鏈速的變化呈周期性,鏈輪轉過一個鏈節(jié),對應鏈速變化的一個周期。鏈速變化的程度與主動鏈輪的轉速和齒數(shù)有關。轉速越高、齒數(shù)越少,則鏈速變化范圍越大。在鏈速變化的同時,鉸鏈A還帶動鏈條上下運動,其上下運動的鏈速也是隨鏈節(jié)呈周期性變化的。在主動鏈輪牽引鏈條變速運動的同時,從動鏈輪上也發(fā)生著類似的過程。從動鏈輪上的鉸鏈C正在被直線鏈條拉動,并由此帶動從動鏈輪以轉動。因為鏈速方向與鉸鏈的C的線速度方向之間的夾角為,所以鉸鏈C沿圓周方向運動的線速度為 式中,為從動鏈輪的分度圓半徑, 由此可知從動鏈輪的轉速為 在傳動過程中因為在內(nèi)不斷變化,加上也是不斷變化,所以即使是常數(shù),也是周期性變化的。從上式中可得鏈傳動的瞬時傳動比為。 可見鏈傳動的瞬時傳動比是變化的。鏈傳動的傳動比變化與鏈條繞在鏈輪上的多邊形特征有關,故以上現(xiàn)象稱為鏈傳動的多邊形效應。3.4.2 鏈傳動的動載荷鏈傳動在工作過程中,鏈速和主從鏈輪的轉速都是變化的,因而會引起變化的慣性力及相應的動載荷。鏈速變化引起的慣性力為Fd1 =ma式中:m緊邊鏈條的質量,kg; 鏈條變速運動的加速度,m /s2 。如果視主動鏈輪勻速轉動,則 當時,(從動鏈輪因角加速度引起的慣性力為 式中:J從動系統(tǒng)轉化到從動鏈輪軸的轉動慣性,;從動鏈輪的角速度,rad/s.鏈輪的轉速越高,節(jié)距越大,齒數(shù)越少,則慣性力就越大,相應的動載荷也就越大。同時,鏈條沿垂直方向也在做變速運動,也會產(chǎn)生一定的動載荷。此外,鏈節(jié)和鏈輪嚙合瞬間的相對速度,也將引起沖擊和振動,當鏈節(jié)和鏈輪輪齒接觸的瞬間,因鏈節(jié)的運動速度和鏈輪輪齒的運動速度在大小和方向上的差別,從而產(chǎn)生沖擊和附加的動載荷。顯然,節(jié)距越大,鏈輪的轉速越高,則沖擊越嚴重。3.4.3 鏈傳動的受力分析鏈傳動在安裝時,應使鏈條受到一定的張緊力。張緊力是通過使鏈條保持適當?shù)拇苟人a(chǎn)生的懸垂拉力來獲得的。鏈傳動張緊的目的主要是使松邊不致過松,以免出現(xiàn)鏈條的不正常嚙合、跳齒或脫鏈。因為鏈傳動為嚙合傳動,所以與帶傳動相比,鏈傳動所需的張緊力要小得多。鏈傳動在工作時,存在緊邊拉力和松邊拉力。如果不計傳動中的動載荷,則緊邊拉力和松邊拉力分別為, 式中: F 有效圓周力,N; F 離心力引起的拉力,N; F 懸垂拉力,N。 有效圓周力為 式中: P 傳動的功率,kW; V 鏈速,m/s。 離心力引起的拉力為 式中: q為鏈條單位長度的質量,kg/m。懸垂拉力Ff為 Ff=max(Ff,Ff)其中:F f =Kfqa F f =(Kf+sina )qa 式中:鏈傳動的中心距,mmKf垂度系數(shù),見下圖。圖中f為下垂度, 為中心線與水平面夾角。 圖3-4 懸垂拉力3.4.4 滾輪接觸強度的計算機械中各零件之間力的傳遞,總是通過兩零件的接觸來實現(xiàn)的。除了共形面相接觸的情況外大量存在著異形曲面相接觸的情況。這些異形曲面在未受外力時的初始接觸情況,不外乎是點接觸和面接觸兩種。已知的原始條件有:軌道的材料: Q235-A =235Mpa b=440Mpa E=206Gpa橇體重G0=250kg 工件重G1=650kg 每輪載荷F=2256.3N 走輪直徑D=125mm走輪有效踏面長L=4800mm 根據(jù)計算公式Pmax=0.418SQRT(F/LE/R)由上面的計算可知P=0.418 =0.52Mpa37刀庫準停系統(tǒng)的設計4 刀庫準停系統(tǒng)的設計為了確保刀座不能準確地停在換刀位置上,需要采取如下措施(1)刀座的精確定位是靠裝在軸上的定位嚙合牙嵌式電磁離合器M實現(xiàn)的,如3-1所示。離合器的磁軛和銜鐵的齒面是不等分的,每間隔不同齒數(shù)有一個寬平齒,銜鐵和磁軛只有在一個位置上才能嚙合。磁軛固定在刀庫法蘭盤上,銜鐵隨軸轉動,通電后,銜鐵轉到固定位置與磁軛嚙合,使軸每次停在固定的方位上,保證了每個刀座的正確定位,如圖3-2所示。為了保證刀座的準停精度和刀座定位的剛性,鏈式刀庫的換刀位置設在主動鏈輪上。如果刀座不能準確地停在換刀位置上,將會使換刀機械手抓刀不住,以致在換刀時容易發(fā)生掉刀現(xiàn)象。因此,刀座的準停問題,將是影響換刀動作可靠性的重要因素之一。 圖4-1 磁軛(左)、銜鐵(右)零件圖(2)鏈式刀庫要選用節(jié)距精度較高的套筒滾子鏈和鏈輪,該設計選用的是鏈號為20A的鏈條。(3)盡量減少刀座孔徑和軸向尺寸的分散度,以保證刀柄槽在換刀位置上的軸向位置精度。(4)要消除反向間隙的影響。刀庫驅動傳動鏈,必然會有傳動間隙,且這種間隙還隨機械磨損而增大,這將影響刀庫的準停精度,所以,必須采用各種辦法減少或消除齒輪間隙。畢業(yè)設計(論文)本設計將采用柔性調整法來消除齒輪間隙。柔性調整法是指調整后齒側間隙可以自動補償?shù)姆椒?。這種調整法在齒輪的齒后和周節(jié)有差異的情況下,仍可始終保持無間隙嚙合。但將影響傳動的平穩(wěn)性,而且這種調整法的結構比較復雜,傳動剛度低, 如圖3-3所示。 圖4-2 壓力彈簧消除間隙結構示意圖1、2薄齒輪;3圓柱銷;4鑲塊;5圓弧槽;6彈簧先將一個大的直齒圓柱齒輪加工成1、2兩個薄齒輪,齒輪的下半部分1上帶有三個周向圓弧槽5,齒輪的上半部分2上鉆有三個銷孔,圓柱銷3依靠微量過盈固定在銷孔中,套裝在圓弧槽內(nèi),彈簧6的兩端分別頂在圓柱銷3和鑲塊4上,使兩個薄齒輪的齒錯位,起到消除間隙的作用。結 論結 論在競爭十分激烈的今天,面對市場的壓力,如何提高機械制造業(yè)的生產(chǎn)效率是為重中之重。減少機械加工時換刀具所使用的時間,就是提高生產(chǎn)效率,提高生產(chǎn)效益。本次設計的刀庫滿載裝刀60把,鏈條快速移動速度為8米/分,慢速移動速度為0.2米分,基本實現(xiàn)了快速換刀的工業(yè)需求,極大地提高了加工速度,降低了產(chǎn)品價格所需的時間,節(jié)約了生產(chǎn)成本。通過這次設計,在辛苦的勞動中,我逐漸擺脫了單純的理論知識學習以及實際操作中的不足,提高了我的規(guī)范設計以及CAD制圖等其他專業(yè)能力水平。而且通過了對整體的掌控,對局部的取舍,以及對細節(jié)的斟酌處理,都使我的能力得到了鍛煉。 參考文獻參考文獻1 謝家瀛.組合機床設計簡明手冊M,北京:機械工業(yè)出版社,1992:111-1152 金振華 .組合機床及其調整與應用M .北京:機械工業(yè)出版社,1990:56-613 李慶余,張佳 .機械裝備設計M .北京:機械工業(yè)出版社,2003:225-2204 顧維邦 .金屬切削機床概論 M.北京:機械工業(yè)出版社,2002:23-335 戴曙 .金屬切削機床設計M .北京:機械工業(yè)出版社,1993:99-1056 華東紡織工學院,哈爾濱工業(yè)大學,天津大學.機床設計圖冊M .上海:上??茖W技術 出版社,1984:86-917 徐景輝 .機床裝配M .四川:四川人民出版社,1982:19-328 儲凱,許斌 .機械工程材料 M.重慶:重慶大學出版社,2002:50-569 邱宣懷 .機械設計M .北京:高等教育出版社,2003:155-16110 吳宗澤 .機械設計實用手冊M .北京:化學工業(yè)出版社,2000:199-20611 龔桂 .機械設計課程設計指導書M 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