數(shù)控機(jī)床刀庫(kù)換刀裝置畢業(yè)論文

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1、 .畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目：數(shù)控機(jī)床刀庫(kù)與換刀裝置設(shè)計(jì) 摘要 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越大。換刀機(jī)械手的主要任務(wù)是，完全模擬人手的換刀動(dòng)作，給機(jī)床主軸與彈簧夾頭提供相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)夾緊、放松刀具的動(dòng)作。機(jī)械手應(yīng)具備足夠的轉(zhuǎn)矩，該轉(zhuǎn)矩還必須恒定(可調(diào))。同時(shí)還應(yīng)使機(jī)械手具備結(jié)構(gòu)緊湊、占據(jù)空間小的特點(diǎn)，以適應(yīng)不同類型機(jī)床的換刀空間。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工中心主軸豎直放置，刀架軸線水平，刀庫(kù)的刀軸垂直情況下利用機(jī)械手實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀的動(dòng)作。其中，機(jī)械手手臂可轉(zhuǎn)90。使加工中心功能有所提升，更能滿足生產(chǎn)加工的需要，進(jìn)一步提高加工的自動(dòng)化程度，提高生產(chǎn)效率。論

2、文第二部分工作是討論設(shè)計(jì)整體與傳動(dòng)方案，并對(duì)方案進(jìn)行分析優(yōu)化；選擇最佳的方案，接下來進(jìn)行相關(guān)的干涉與強(qiáng)度校核計(jì)算。自動(dòng)換刀系統(tǒng)采用單片機(jī)或PLC控制，它通過幾條與主控機(jī)的聯(lián)絡(luò)信號(hào)線以與系統(tǒng)設(shè)置的自診斷、自適應(yīng)功能實(shí)現(xiàn)對(duì)換刀系統(tǒng)的全自動(dòng)控制管理。加工中心具有自動(dòng)換刀裝置，能做到一次裝夾，多工序加工，把許多相關(guān)的分散工序集中在一起，形成一個(gè)以工件為中心的多工序自動(dòng)加工系統(tǒng)，從而大大縮短了機(jī)床上零件的裝卸時(shí)間和更換刀具的時(shí)間，改變了過去小批量生產(chǎn)中一人、一機(jī)、一刀的局面。關(guān)鍵詞：換刀機(jī)械手，換刀空間，PLC，自適應(yīng)AbstractWith machinery and processing indus

3、tries developing, the manufacturing industry with an automatic blade system for the efficient growing demand for high-performance processing center become more and more. Blade mechanical hand main task is complete simulation manpower blade moves to the main axis of machine tools and equipment and pr

4、ovide powerfor movements. Mechanical hand should have sufficient torque, the torque must be constant (scale). At the same time, they should also have the structure to mechanical hand tight, a small space characteristics to meet different types of machine tools condition. To achieve digital processin

5、g center axis vertical placement, tool carrier axis level, the knives use mechanical hand vertical axis achieve automatic blade moves. The manipulator arm can turn 90.The processing center functions have been enhanced so that it can better meet production processing needs, and further enhance the de

6、gree of automation of processing and improve production efficiency. The second part of paper is the discussion overall of the design and the programme of translation. Analysis the programme andchoose the best option, followed associated with the calculation accuracy and intensity. PC or PLC system u

7、sing automatic blade control it through several signal lines and liaison with centre computer system established since diagnosis, adaptive function to achieve the fully automatic control system for blade management. Processing center with automatic changer devices, a place can do more work processin

8、g, put many related to decentralization processes together to form a working center for the multi-processing system automatically processes, thereby greatly reducing the machine tools, spare parts handling time and the replacement of cutlery time, changed the production of a small, one plane, cut si

9、tuation. Key words:Blade mechanical hand, The blade space, Process control logic目 錄摘 要IABSTRACT（英文摘要）II目 錄III第一章 引言11.1 課題的目的和意義11.2自動(dòng)換刀系統(tǒng)歷史、現(xiàn)狀和前景1第二章方案的分析論證與確定42.1 方案的提出42.1.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)方案的提出42.1.2 傳動(dòng)方案的提出42.2 方案的可行性分析42.2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)方案的可行性分析42.2.2 傳動(dòng)方案的可行性分析52.3 方案的確定52.3.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)方案的確定52.3.2 傳動(dòng)方案的確定52.3.3 換刀工作

10、流程62.4本章小結(jié)7第三章設(shè)計(jì)計(jì)算83.1 各部分設(shè)計(jì)參數(shù)的確定83.1.1 設(shè)計(jì)參數(shù)83.1.2 機(jī)械手取刀干涉計(jì)算93.2 電機(jī)的選擇103.2.1 小臂電機(jī)的選擇103.2.2 大臂電機(jī)的選擇103.2.3 刀庫(kù)電機(jī)的選擇113.3小臂校核計(jì)算123.3.1 蝸輪蝸桿校核123.3.2蝸桿軸與軸承校核133.3.2.1 蝸桿軸校核133.3.2.2 軸承校核163.3.3 蝸輪軸與軸承校核183.3.3.1 蝸輪軸校核183.3.3.2 軸承校核24 3.4 大臂校核計(jì)算273.4.1 蝸輪蝸桿校核273.4.2蝸桿軸與軸承校核283.4.2.1 蝸桿軸校核283.4.2.2 軸承校核

11、313.4.3 蝸輪軸與軸承校核323.4.3.1 蝸輪軸校核323.4.3.2 軸承校核363.4.4 汽缸校核373.5 刀庫(kù)校核計(jì)算383.5.1 蝸輪蝸桿校核383.5.2蝸桿軸與軸承校核393.5.2.1 蝸桿軸校核393.5.2.2 軸承校核423.5.3 蝸輪軸與軸承校核433.5.3.1 蝸輪軸校核433.5.3.2 軸承校核473.6鍵校核計(jì)算483.6.1 小臂校核計(jì)算483.6.2 大臂校核計(jì)算493.6.2.1 蝸桿軸校核493.6.2.2 蝸輪軸校核493.6.3 刀庫(kù)校核計(jì)算493.6.3.1 蝸桿軸校核493.6.3.2 蝸輪軸校核503.7本章小結(jié)50結(jié)論51參

12、考文獻(xiàn)52致53第一章 引 言1.1 課題的目的和意義隨著制造業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)機(jī)床特別是高精度和高效率數(shù)控機(jī)床的要求也越來越高，而數(shù)控機(jī)床刀庫(kù)與換刀裝置作為機(jī)床的主要構(gòu)件又直接影響到機(jī)床的加工效率，因此數(shù)控機(jī)床刀庫(kù)與換刀裝置設(shè)計(jì)又顯得特別重要。為此，設(shè)計(jì)了一種數(shù)控機(jī)床刀庫(kù)與換刀裝置。實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工中心主軸豎直放置，刀架軸線水平，刀庫(kù)的刀軸垂直情況下利用機(jī)械手實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換的動(dòng)作，其中機(jī)械手手臂可轉(zhuǎn)90。該裝置能使加工中心功能有所提升，更能足生產(chǎn)加工的需要，進(jìn)一步提高加工的自動(dòng)化程度，提高生產(chǎn)效率。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)特性與它與機(jī)床主軸滿的聯(lián)結(jié)方式，將直接影響機(jī)床的

13、加工性能。刀庫(kù)結(jié)構(gòu)形式與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)本身與相關(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。 自動(dòng)換刀系統(tǒng)采用單片機(jī)或PLC控制，它通過幾條與主控機(jī)的聯(lián)絡(luò)信號(hào)線以與系統(tǒng)設(shè)置的自診斷、自適應(yīng)功能實(shí)現(xiàn)對(duì)換刀系統(tǒng)的全自動(dòng)控制管理。采用高性能彈簧夾頭夾持刀具，使用外驅(qū)動(dòng)機(jī)械手完成刀具的夾緊、放松，系統(tǒng)配置擴(kuò)展型鏈?zhǔn)降稁?kù)和刀具交換裝置，整機(jī)采用電磁機(jī)械傳動(dòng)、PLC控制，換刀系統(tǒng)具有夾緊力大、夾緊力恒定(可調(diào))、自動(dòng)復(fù)位以與各種自檢保護(hù)功能，同時(shí)具有占據(jù)空間小的特點(diǎn)。研究的最終目標(biāo)是，期望能夠形成一種結(jié)構(gòu)緊湊、工作穩(wěn)定可靠、造價(jià)低廉、可供不同類型數(shù)控機(jī)床

14、選型配套的智能型高性能自動(dòng)換刀系統(tǒng)系列產(chǎn)品。1.2 自動(dòng)換刀系統(tǒng)歷史、現(xiàn)狀和前景從換刀系統(tǒng)發(fā)展的歷史來看，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。1967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)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

15、夾緊放松機(jī)構(gòu)與驅(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，主軸軸向尺寸過大，加上它的液壓驅(qū)動(dòng)裝置與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)壓夾頭以與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

16、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一樣的結(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、沒有足夠的換刀空間的微細(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)

17、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越大。在現(xiàn)有的各種類型的加工中心中，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)制造從現(xiàn)有加工中心的制造模式中分離出來，把它作為加工中心的標(biāo)準(zhǔn)件或附件組織專門化的生產(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

18、造廠商帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了人機(jī)對(duì)話式編制程序的數(shù)控裝置，并具有了自動(dòng)檢測(cè)工件等功能。CAD/CAM（CAD指計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，CAM指計(jì)算機(jī)輔助制造）的出現(xiàn)，使數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化水平進(jìn)一步提高，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)生成程序控制數(shù)控機(jī)床。開辟了無紙全自動(dòng)制造這一機(jī)械加工制造的新途徑，從而節(jié)省了大量的材料、資金和人力，給機(jī)械設(shè)計(jì)和加工帶來了革命性變革。第二章 方案的分析論證與確定2.1 方案的提出2.1.1機(jī)械結(jié)構(gòu)方案的提出方案一：直接在刀庫(kù)與主軸之間換刀方案二：用機(jī)械手在刀庫(kù)與主軸之間換刀方案三：用機(jī)械手和轉(zhuǎn)塔頭配合刀庫(kù)進(jìn)行換刀2.1.2傳動(dòng)方案的提出 方案一：轉(zhuǎn)動(dòng)用步進(jìn)電機(jī)

19、帶傳動(dòng)，移動(dòng)用氣壓或液壓傳動(dòng)方案二：轉(zhuǎn)動(dòng)用步進(jìn)電機(jī)帶傳動(dòng)，移動(dòng)用絲杠傳動(dòng)方案三：轉(zhuǎn)動(dòng)用步進(jìn)電機(jī)齒輪傳動(dòng)，移動(dòng)用氣壓或液壓傳動(dòng)方案四：轉(zhuǎn)動(dòng)用步進(jìn)電機(jī)蝸輪蝸桿傳動(dòng)，移動(dòng)用氣壓傳動(dòng)2.2 方案的可行性分析2.2.1機(jī)械結(jié)構(gòu)方案的可行性分析方案一：直接在刀庫(kù)與主軸之間換刀這種換刀裝置只有一個(gè)刀庫(kù)，刀庫(kù)中儲(chǔ)存著加工過程中需要使用的刀具，利用機(jī)床本身與刀庫(kù)的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)換刀過程。它的刀庫(kù)需要整體運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，而且刀庫(kù)容量較小。主要運(yùn)用在需要刀具較少的數(shù)控車床中。方案二：用機(jī)械手在刀庫(kù)與主軸之間換刀這是目前用的最普遍的一種自動(dòng)換刀裝置，其布局結(jié)構(gòu)多種多樣。它利用機(jī)械手在刀庫(kù)和機(jī)床之間實(shí)現(xiàn)換刀過程。由于這種結(jié)

20、構(gòu)有一個(gè)中間介質(zhì)機(jī)械手，因此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較靈活，也比較簡(jiǎn)單。方案三：用機(jī)械手和轉(zhuǎn)塔頭配合刀庫(kù)進(jìn)行換刀這種換刀裝置實(shí)際上是轉(zhuǎn)塔頭式換刀裝置和刀庫(kù)換刀裝置的結(jié)合。這種換刀裝置轉(zhuǎn)塔頭上有兩個(gè)刀具主軸，當(dāng)一個(gè)刀具主軸上的刀具進(jìn)行加工時(shí)，可由機(jī)械手將下一工步需用的刀具換到不工作的主軸上，待上一工步加工完畢后，轉(zhuǎn)塔頭回轉(zhuǎn)180度，即完成換刀工作。這種裝置換刀效率較高，但是兩個(gè)刀具主軸的結(jié)構(gòu)嚴(yán)重限制了它的使用圍。2.2.2傳動(dòng)方案的可行性分析方案一：轉(zhuǎn)動(dòng)用步進(jìn)電機(jī)帶傳動(dòng)，移動(dòng)用氣壓或液壓傳動(dòng)步進(jìn)電機(jī)可精確控制轉(zhuǎn)動(dòng)的角度和轉(zhuǎn)向，但是價(jià)格比伺服電機(jī)便宜的多。由于換刀不需要反饋系統(tǒng)，因此不必要選伺服點(diǎn)電機(jī)。帶傳動(dòng)可

21、以降低對(duì)電機(jī)的沖擊，雖然可以配合齒輪傳動(dòng)達(dá)到較大的傳動(dòng)比，但是機(jī)構(gòu)所占空間大，在要求機(jī)構(gòu)緊湊的數(shù)控機(jī)床上顯然不適合。氣壓和液壓傳動(dòng)都有快的優(yōu)勢(shì)，但是相比之下，在需要的力并不大的地方選用價(jià)格更便宜的氣壓傳動(dòng)更經(jīng)濟(jì)一些。方案二：轉(zhuǎn)動(dòng)用步進(jìn)電機(jī)帶傳動(dòng)，移動(dòng)用絲杠傳動(dòng)絲杠雖然可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)，但是在力較小、并且需要快速移動(dòng)的地方就不如氣壓傳動(dòng)適合了。方案三：轉(zhuǎn)動(dòng)用步進(jìn)電機(jī)齒輪傳動(dòng)，移動(dòng)用氣壓或液壓傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)和帶傳動(dòng)一樣能達(dá)到的一級(jí)降速傳動(dòng)比小，不能自鎖。方案四：轉(zhuǎn)動(dòng)用步進(jìn)電機(jī)蝸輪蝸桿傳動(dòng)，移動(dòng)用氣壓傳動(dòng)蝸輪蝸桿傳動(dòng)不僅傳動(dòng)大，而且可以自鎖。2.3 方案的確定2.3.1機(jī)械結(jié)構(gòu)方案的確定經(jīng)過綜合分析確定選

22、擇方案二，即用機(jī)械手在刀庫(kù)與主軸之間換刀的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。機(jī)械手兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)和一個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)。2.3.2傳動(dòng)方案的確定經(jīng)過綜合分析確定選擇方案四，即轉(zhuǎn)動(dòng)用步進(jìn)電機(jī)蝸輪蝸桿傳動(dòng)，移動(dòng)用氣壓傳動(dòng)。2.3.3換刀工作流程換刀工作流程，如圖所示：圖2-1、機(jī)械手工作流程圖 機(jī)械手初始位置、。 1、小臂電機(jī)工作，小臂轉(zhuǎn)動(dòng)90度到； 2、汽缸活塞桿縮回到； 3、小臂電機(jī)反轉(zhuǎn)到取刀； 4、汽缸活塞桿伸出到； 5、小臂轉(zhuǎn)動(dòng)到； 6、大臂電機(jī)工作，大臂轉(zhuǎn)到水平位置； 7、小臂電機(jī)反轉(zhuǎn)到； 8、汽缸活塞桿縮回到，將刀放好； 9、小臂轉(zhuǎn)動(dòng)到，同時(shí)刀庫(kù)轉(zhuǎn)到指定位置； 10、小臂電機(jī)反轉(zhuǎn)到； 11、汽缸活塞桿伸出到，將刀取

23、出； 12、小臂轉(zhuǎn)動(dòng)到； 13、大臂電機(jī)工作，大臂反轉(zhuǎn)到初始位置； 14、小臂電機(jī)反轉(zhuǎn)到； 15、汽缸活塞桿縮回到放刀； 16、小臂轉(zhuǎn)動(dòng)到； 17、汽缸活塞桿伸出到；18、小臂電機(jī)反轉(zhuǎn)到初始位置，換刀完成。2.4 本章小結(jié)分析設(shè)計(jì)題目，提出一系列機(jī)械結(jié)構(gòu)與傳動(dòng)方案，并對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)與傳動(dòng)方案的綜合分析，確定最終的設(shè)計(jì)方案，為下一階段的工作作好準(zhǔn)備第三章 設(shè)計(jì)計(jì)算3.1 各部分設(shè)計(jì)參數(shù)的確定3.1.1 設(shè)計(jì)參數(shù)蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)參數(shù)：蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)參數(shù)表 單位：mm小臂大臂刀庫(kù)中心距 a80160250傳動(dòng)比 i628381模數(shù) m23.155蝸桿分度圓直徑 d135.55690蝸桿頭 z1111蝸輪齒數(shù)

24、z2628381蝸桿分度圓導(dǎo)程(度)3.2245233.2194953.17983變位系數(shù) x0.1250.40480.5蝸輪分度圓直徑 d2124261.45405蝸桿節(jié)圓直徑 d13658.55792.5蝸輪節(jié)圓直徑 d2124261.45405蝸桿齒頂圓直徑 da139.562.3100蝸輪齒頂圓直徑 da2128.5270.3420蝸桿齒根圓直徑 df130.748.4478蝸輪齒根圓直徑 df2119.7256.45398蝸桿齒寬 b1355275蝸輪齒寬 b2304270刀庫(kù)直徑1000mm ，刀具重量12Kg/把 ，機(jī)械手大臂長(zhǎng)度550 mm ，小臂長(zhǎng)度300mm ，刀庫(kù)容量20

25、把刀汽缸參數(shù)：工作氣壓P=1 MPa ，活塞桿直徑d=25mm，汽缸徑D=34mm，工作行程L=160 mm，汽缸長(zhǎng)370mm，寬120mm，高50mm。3.1.2 機(jī)械手取刀干涉計(jì)算 圖3-1，取刀時(shí)的間隙為：，因此間隙足夠不會(huì)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。其中，是機(jī)械手小臂半徑。3.2 電機(jī)的選擇3.2.1 小臂電機(jī)的選擇小臂重量：12，長(zhǎng)度：300mm，蝸輪減速比：i=621、刀具轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J=mR2=12=1.08 2、小臂轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J=1.25 3、折算到電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J= （J+ J）/i=6.06 4、電機(jī)啟動(dòng)加速力矩 Ma= Jn/T=0.77265式中：n-電機(jī)所需達(dá)到的轉(zhuǎn)速，T-電機(jī)的

26、升速時(shí)間 5、折算到電機(jī)軸的靜力距 M= 6、選電機(jī)：90BF002 J=1.764 ，Tmax=3.92 ， 式中：T-電機(jī)輸出總力矩 Tmax-電機(jī)輸出最大扭矩 Jm-電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 因此所選電機(jī)滿足要求。3.2.2 大臂電機(jī)的選擇大臂重量：35，長(zhǎng)度：550mm，蝸輪減速比：i=831、小臂的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J=md=27 2、大臂的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J= 3、蝸桿軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J 4、折算到電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jt= 5、電機(jī)啟動(dòng)加速力矩 Ma= Jtn/T=1.0 6、折算到電機(jī)軸的靜力矩 M 7、選電機(jī)：150BF003 Jm=102.9 ， Tmax=15.68 ， 因此所選電機(jī)滿足要求。3.2.

27、3 刀庫(kù)電機(jī)的選擇 刀庫(kù)重量：3001、大小輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J= J2、刀、刀盤與軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J J J3、折算到電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Jt=4、電機(jī)啟動(dòng)加速力矩 Ma= Jtn/T=14.515、選電機(jī)：160BC380A Tmax=30 ， 因此所選電機(jī)滿足要求。3.3 小臂校核計(jì)算3.3.1 蝸輪蝸桿校核受力計(jì)算：T ，T Ft Ft Frtan校核： ， MPa MPa 式中：K-使用系數(shù) Y-齒形系數(shù) 查手冊(cè)得：K=1.4，Y=0.47 因此此蝸輪蝸桿傳動(dòng)可行。3.3.2 蝸桿軸與軸承校核3.3.2.1 蝸桿軸校核軸的結(jié)構(gòu)圖： 圖3-2軸的受力圖： 圖3-3X方向受力圖： 圖3-4X方向

28、彎矩圖： 圖3-5Y方向受力圖： 圖3-6Y方向彎矩圖： 圖3-7合成彎矩圖： 圖3-8轉(zhuǎn)矩圖： 圖3-9當(dāng)量彎矩圖： 圖3-10計(jì)算支承反力X方向反力 Y方向反力 X方向受力圖 見圖 3-4Y方向受力圖 見圖 3-6畫彎矩圖X方向彎矩圖 見圖 3-5Y方向彎矩圖 見圖 3-7合成彎矩圖見圖 3-8 合成彎矩 畫軸轉(zhuǎn)矩圖軸受轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)矩圖見圖 3-9許用應(yīng)力許用應(yīng)力值 材料40Cr是合金鋼，查手冊(cè)得： ，應(yīng)力校正系數(shù) 畫當(dāng)量彎矩圖當(dāng)量轉(zhuǎn)矩 當(dāng)量彎矩 當(dāng)量彎矩圖 見圖 3-10校核軸徑軸徑 故此軸強(qiáng)度足夠。3.3.2.2 軸承校核推力軸承 51204 Ca=22.2KN ，Ca=37.5KN壽命計(jì)

29、算： Fa=1256.55N， Fr=0N 查手冊(cè)得：X=0，Y=1，X，Y 當(dāng)量動(dòng)載荷 P=f 壽命計(jì)算Lh 當(dāng)量靜載荷 PN額定靜載荷計(jì)算 CPa,只計(jì)算軸承C)查手冊(cè)得： X， Y當(dāng)量靜載荷 PP PP額定靜載荷計(jì)算 C Cr=3.72KN（因P，只計(jì)算軸承C）綜上所述，兩對(duì)軸承均滿足要求。3.3.3 蝸輪軸與軸承校核3.3.3.1 蝸輪軸校核當(dāng)大臂處于水平位置時(shí)，小臂的重力將是軸承的徑向力：軸的結(jié)構(gòu)圖：圖3-11軸的受力圖：圖3-12X方向受力圖： 圖3-13X方向彎矩圖：圖3-14Y方向受力圖：圖3-15Y方向彎矩圖：圖3-16合成彎矩圖：圖3-17轉(zhuǎn)矩圖： 圖3-18當(dāng)量彎矩圖：

30、圖3-19計(jì)算支承反力X方向反力 Y方向反力 X方向受力圖 見圖 3-13Y方向受力圖 見圖 3-15畫彎矩圖X方向彎矩圖 見圖 3-14Y方向彎矩圖 見圖 3-16合成彎矩圖見圖 3-17 合成彎矩 畫軸轉(zhuǎn)矩圖軸受轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)矩圖見圖 3-18許用應(yīng)力許用應(yīng)力值 材料40Cr是合金鋼，查手冊(cè)得： ，應(yīng)力校正系數(shù) 畫當(dāng)量彎矩圖當(dāng)量轉(zhuǎn)矩 當(dāng)量彎矩 當(dāng)量彎矩圖 見圖 3-19校核軸徑軸徑 當(dāng)大臂處于豎直位置時(shí)，小臂的重力將是軸承的軸向力： 軸的受力圖： 圖3-20X方向受力圖： 圖3-21X方向彎矩圖： 圖3-22Y方向受力圖： 圖3-23Y方向彎矩圖： 圖3-24合成彎矩圖： 圖3-25轉(zhuǎn)矩圖： 圖

31、3-26當(dāng)量彎矩圖： 圖3-27計(jì)算支承反力X方向反力 Y方向反力 X方向受力圖 見圖 3-21Y方向受力圖 見圖 3-23畫彎矩圖X方向彎矩圖 見圖 3-22Y方向彎矩圖 見圖 3-24合成彎矩圖見圖 3-25 合成彎矩 畫軸轉(zhuǎn)矩圖軸受轉(zhuǎn)矩 Nmm轉(zhuǎn)矩圖見圖 3-26許用應(yīng)力許用應(yīng)力值 材料40Cr是合金鋼， 查手冊(cè)得： ，應(yīng)力校正系數(shù) 畫當(dāng)量彎矩圖當(dāng)量轉(zhuǎn)矩 Nmm當(dāng)量彎矩 當(dāng)量彎矩圖 見圖 3-27校核軸徑軸徑 故此軸強(qiáng)度足夠。3.3.3.2 軸承校核當(dāng)大臂處于水平位置時(shí)，小臂的重力將是軸承的徑向力：軸承：7207AC Cr=27KN C =18.8KN壽命計(jì)算： 徑向力 附加軸向力 軸向

32、力 因，所以軸承C壓緊 F=387.68+71=458.68NFFX、Y值 FF查手冊(cè)得：X=1 ，Y=0 ，X，Y=0.87當(dāng)量動(dòng)載荷 P=P=1.5N(因P，只計(jì)算軸承C)壽命計(jì)算Lh查手冊(cè)得： X， Y當(dāng)量靜載荷 PNNPN PPN額定靜載荷計(jì)算 C Cr18.8KN（因P，只計(jì)算軸承A）當(dāng)大臂處于豎直位置時(shí)，小臂的重力將是軸承的軸向力：壽命計(jì)算： 徑向力 附加軸向力 N軸向力 因，所以軸承C壓緊 FF=FX、Y值 F F查手冊(cè)得：X=1 ，Y=0 ，X，Y=0.87當(dāng)量動(dòng)載荷 PP1.5N(因P，只計(jì)算軸承A)壽命計(jì)算Lh查手冊(cè)得： X， Y當(dāng)量靜載荷 PNNPN PPN額定靜載荷計(jì)算

33、 C Cr18.8KN（因P，只計(jì)算軸承A）綜上所述，軸承7207AC滿足要求。3.4 大臂校核計(jì)算3.4.1 蝸輪蝸桿校核受力計(jì)算：T Nm，T Nm Ft FtN FrtanN校核： ， MPa MPa 式中：K-使用系數(shù) Y-齒形系數(shù) 查手冊(cè)得K=1.4，Y=0.47 因此此蝸輪蝸桿傳動(dòng)可行。3.4.2 蝸桿軸與軸承校核3.4.2.1 蝸桿軸校核軸的受力圖： 圖3-28Y方向受力圖： 圖3-29Y方向彎矩圖： 圖3-30X方向受力圖： 圖3-31X方向彎矩圖： 圖3-32合成彎矩圖： 圖3-33轉(zhuǎn)矩圖： 圖3-34當(dāng)量彎矩圖： 圖3-35計(jì)算支承反力X方向反力Y方向反力X方向受力圖見圖

34、3-31Y方向受力圖見圖 3-29畫彎矩圖X方向彎矩圖見圖 3-32Y方向彎矩圖見圖 3-30合成彎矩圖見圖3-33合成彎矩畫軸轉(zhuǎn)矩圖軸受轉(zhuǎn)矩Nmm轉(zhuǎn)矩圖見圖 3-34許用應(yīng)力許用應(yīng)力值材料40Cr是合金鋼，查手冊(cè)得：， 應(yīng)力校正系數(shù)畫當(dāng)量彎矩圖當(dāng)量轉(zhuǎn)矩 Nmm當(dāng)量彎矩當(dāng)量彎矩圖見圖 3-35校核軸徑軸徑故此軸強(qiáng)度足夠。3.4.2.2 軸承校核圓錐滾子軸承 31305 Cr ，Cre Y=0.7 Y壽命計(jì)算： 徑向力 附加軸向力 軸向力 因，所以軸承A壓緊 FF=FX、Y值 FF查手冊(cè)得： X，Y當(dāng)量動(dòng)載荷 PP1.5(因P，只計(jì)算軸承A)壽命計(jì)算Lh查手冊(cè)得： X， Y當(dāng)量靜載荷 PP PP

35、額定靜載荷計(jì)算 C Cr（因P，只計(jì)算軸承A）式中：綜上所述，軸承31305滿足要求。3.4.3 蝸輪軸與軸承校核3.4.3.1 蝸輪軸校核軸的結(jié)構(gòu)圖： 圖3-36軸的受力圖： 圖3-37Y方向受力圖： 圖3-38Y方向彎矩圖： 圖3-39X方向受力圖： 圖3-40X方向彎矩圖： 圖3-41合成彎矩圖： 圖3-42轉(zhuǎn)矩圖： 圖3-43當(dāng)量彎矩圖： 圖3-44計(jì)算支承反力X方向反力 Y方向反力X方向受力圖 見圖 3-41Y方向受力圖 見圖 3-38畫彎矩圖X方向彎矩圖 見圖 3-42Y方向彎矩圖 見圖 3-40合成彎矩圖見圖 3-42 合成彎矩 畫軸轉(zhuǎn)矩圖軸受轉(zhuǎn)矩 Nmm轉(zhuǎn)矩圖見圖 3-43許用

36、應(yīng)力許用應(yīng)力值 材料40Cr是合金鋼，查手冊(cè)得： ，應(yīng)力校正系數(shù) 畫當(dāng)量彎矩圖當(dāng)量轉(zhuǎn)矩 Nmm當(dāng)量彎矩 當(dāng)量彎矩圖 見圖 3-44校核軸徑軸徑 故此軸強(qiáng)度足夠。3.4.3.2 軸承校核軸承 7211AC Cr=50.5KN ， Cr=38.5KN徑向力 附加軸向力 N 因，所以軸承C壓緊軸向力 FNFFX、Y值 FF查手冊(cè)得：X=1 ，Y=0 ，X，Y=0.87當(dāng)量動(dòng)載荷 P=P=1.5(因P，只計(jì)算軸承B)壽命計(jì)算Lh查手冊(cè)得： X， Y當(dāng)量靜載荷 PNNPN PPN額定靜載荷計(jì)算 C Cr38.5KN（因P，只計(jì)算軸承B）綜上所述，軸承7211AC滿足要求。3.4.4 汽缸校核汽缸校核計(jì)算

37、：活塞桿受力圖： 圖3-45對(duì)A點(diǎn)的彎矩： Nm 當(dāng)量轉(zhuǎn)矩： Nm 式中：當(dāng)量彎矩： Nm 校核軸徑： 活塞桿強(qiáng)度足夠。3.5 刀庫(kù)校核計(jì)算3.5.1 蝸輪蝸桿校核受力計(jì)算：T，T Ft Ft Frtan校核： ，MPa MPa 式中：K-使用系數(shù) Y-齒形系數(shù)查手冊(cè)得K=1.4，Y=0.47因此此蝸輪蝸桿傳動(dòng)可行。3.5.2 蝸桿軸與軸承校核3.5.2.1 蝸桿軸校核軸的受力圖： 圖3-46X方向受力圖： 圖3-47X方向彎矩圖： 圖3-48Y方向受力圖： 圖3-49Y方向彎矩圖： 圖3-50合成彎矩圖： 圖3-51轉(zhuǎn)矩圖： 圖3-52當(dāng)量彎矩圖： 圖3-53計(jì)算支承反力X方向反力Y方向反力

38、X方向受力圖見圖 3-47Y方向受力圖見圖 3-49畫彎矩圖X方向彎矩圖見圖 3-48Y方向彎矩圖見圖 3-50合成彎矩圖見圖3-51合成彎矩畫軸轉(zhuǎn)矩圖軸受轉(zhuǎn)矩Nmm轉(zhuǎn)矩圖見圖 3-52許用應(yīng)力許用應(yīng)力值材料40Cr是合金鋼，查手冊(cè)得：，應(yīng)力校正系數(shù)畫當(dāng)量彎矩圖當(dāng)量轉(zhuǎn)矩 Nmm當(dāng)量彎矩當(dāng)量彎矩圖見圖 3-53校核軸徑軸徑故此軸強(qiáng)度足夠。3.5.2.2 軸承校核圓錐滾子軸承 32208 Cr ，Cre Y Y壽命計(jì)算： 徑向力 附加軸向力 軸向力 因，所以軸承C壓緊 FF=FX、Y值 FF 查手冊(cè)得：X=1 ，Y=0 ，X，Y當(dāng)量動(dòng)載荷 PP1.5(因P，只計(jì)算軸承C)壽命計(jì)算Lh查手冊(cè)得： X

39、， Y當(dāng)量靜載荷 PP PP額定靜載荷計(jì)算 C Cr（因P，只計(jì)算軸承C）式中：綜上所述，軸承332208滿足要求。3.5.3 蝸輪軸與軸承校核3.5.3.1 蝸輪軸校核軸的受力圖： 圖3-54X方向受力圖： 圖3-55X方向彎矩圖： 圖3-56Y方向受力圖： 圖3-57Y方向彎矩圖： 圖3-58合成彎矩圖： 圖3-59轉(zhuǎn)矩圖： 圖3-60當(dāng)量彎矩圖： 圖3-61計(jì)算支承反力X方向反力 Y方向反力X方向受力圖 見圖 3-55Y方向受力圖 見圖 3-57畫彎矩圖X方向彎矩圖 見圖 3-56Y方向彎矩圖 見圖 3-58合成彎矩圖見圖 3-59 合成彎矩 畫軸轉(zhuǎn)矩圖軸受轉(zhuǎn)矩 Nmm轉(zhuǎn)矩圖見圖 3-6

40、0許用應(yīng)力許用應(yīng)力值 材料高強(qiáng)度合金鋼，查手冊(cè)得： ，應(yīng)力校正系數(shù) 畫當(dāng)量彎矩圖當(dāng)量轉(zhuǎn)矩 Nmm當(dāng)量彎矩 當(dāng)量彎矩圖 見圖 3-61校核軸徑軸徑 花鍵 式中：D-花鍵大徑， d-花鍵小徑， z-花鍵齒數(shù)， b-花鍵齒寬 故此軸強(qiáng)度足夠。3.5.3.2 軸承校核深溝球軸承6202 Cr ， C壽命計(jì)算： 徑向力 F=F軸向力 Fa查手冊(cè)得： X=1 , Y=0查手冊(cè)，由插值法得：eX、Y值 FF查手冊(cè)得：X=1 ，Y=0 ， X，Y當(dāng)量動(dòng)載荷 P=P1.5(因P，只計(jì)算軸承C)壽命計(jì)算Lh查手冊(cè)得： X， Y當(dāng)量靜載荷 PNP PP額定靜載荷計(jì)算 C Cr（因P，只計(jì)算軸承C） 綜上所述，軸承6

41、311滿足要求。3.6 鍵校核計(jì)算3.6.1 小臂校核計(jì)算T Nm ， 120MPa 鍵A： 鍵能傳遞的扭矩是：T 式中：h-鍵的高度，-鍵的接觸長(zhǎng)度，d-軸的直徑，-鍵的許用擠壓應(yīng)力 鍵B： 鍵能傳遞的扭矩是：T 因此此軸上的兩鍵強(qiáng)度足夠。3.6.2 大臂校核計(jì)算3.6.2.1 蝸桿軸校核 Nm， 120MPa 鍵A： 鍵能傳遞的扭矩是：T 因此此軸上的鍵強(qiáng)度足夠。3.6.2.2 蝸輪軸校核 Nm 鍵B： ， 80MPa 鍵能傳遞的扭矩是：T 鍵B： ， 100MPa 鍵能傳遞的扭矩是：T 因此此軸上的兩鍵強(qiáng)度足夠。3.6.3 刀庫(kù)校核計(jì)算3.6.3.1 蝸桿軸校核 Nm， 120MPa 鍵

42、A： 鍵能傳遞的扭矩是：T 因此此軸上的鍵強(qiáng)度足夠。3.6.3.2 蝸輪軸校核 Nm ， 80MPa 兩花鍵：，長(zhǎng)度：L 花鍵能傳遞的扭矩是：T 式中：k-載荷不均系數(shù)，z-齒數(shù)，h，r C-齒頂?shù)牡箞A半徑 因此此軸上的兩花鍵強(qiáng)度足夠。3.7 本章小結(jié)本章對(duì)設(shè)計(jì)中所涉與的軸、軸承與鍵進(jìn)行強(qiáng)度校核。通過計(jì)算各個(gè)部件都能滿足設(shè)計(jì)要求。其中所有的公式都是引用于參考資料。聯(lián)軸器是根據(jù)其公稱扭矩進(jìn)行選擇的，因此不用進(jìn)行強(qiáng)度校核。螺栓螺釘選用時(shí)有較大的安全系數(shù)，因此不用進(jìn)行校核。結(jié) 論該課題的主要目的是數(shù)控機(jī)床刀庫(kù)與換刀裝置設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工中心主軸豎直放置，刀架軸線水平，刀庫(kù)的刀軸垂直情況下利用機(jī)械手實(shí)

43、現(xiàn)自動(dòng)換刀的動(dòng)作。其中，機(jī)械手手臂可轉(zhuǎn)90度 。預(yù)期目標(biāo)是達(dá)到一次換刀時(shí)間在0.8到2分鐘之間，刀具重量為每把十二公斤。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)熟悉掌握機(jī)電產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制定方案、元器件購(gòu)置、檢測(cè)、外協(xié)加工、裝配和到成品的全部生產(chǎn)過程。提高機(jī)床換刀效率，同時(shí)滿足多種機(jī)床的要求，即經(jīng)濟(jì)又實(shí)用。利用機(jī)械手轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)換刀過程，使結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，維護(hù)和安裝方便。傳動(dòng)采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)，不僅可以自鎖，而且還可以使結(jié)構(gòu)緊湊。步進(jìn)電機(jī)的采用使位置控制更方便和準(zhǔn)確，而不需要更多的傳感器等檢測(cè)裝置，降低了控制的難度，使操作過程更簡(jiǎn)單。雙活塞桿汽缸的使用大大的降低了機(jī)械手的結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度，因?yàn)閮筛叫械幕钊麠U可以抗扭。氣缸的制動(dòng)靠

44、電磁卡環(huán)實(shí)現(xiàn)的，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單工作平穩(wěn)沖擊小。通過兩個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我們受到了全方面的鍛煉，包括調(diào)查和研究、查閱文獻(xiàn)和檢索資料的能力，數(shù)據(jù)處理、綜合分析、理論聯(lián)系實(shí)際的能力與計(jì)算機(jī)繪圖和文字處理的能力。在畢業(yè)設(shè)計(jì)中使我們熟悉并正確運(yùn)用有關(guān)的技術(shù)資料、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)等。并且綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)理論和基礎(chǔ)技能來分析解決工程實(shí)際問題的能力也得到很大的提高。不僅鞏固了所學(xué)知識(shí)，而且擴(kuò)大專業(yè)知識(shí)面，為以后的工作打下了良好的基礎(chǔ)。通過本次設(shè)計(jì), 我深刻的體會(huì)到理論聯(lián)系實(shí)際的重要性。意識(shí)到在工作要不斷地用理論來指導(dǎo)實(shí)踐,用實(shí)踐來深化理論，并且深入掌握理論知識(shí)。參考文獻(xiàn)1 成大先，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，機(jī)械工業(yè)，20

45、022 機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組，機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)， 19863 洪，機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)， 19994 數(shù)控機(jī)床技術(shù)手冊(cè)編寫組，數(shù)控機(jī)床技術(shù)手冊(cè)，1996。5 成大先，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，機(jī)械傳動(dòng)單行本，化學(xué)工業(yè)，20046 邱宣懷，機(jī)械設(shè)計(jì)，高等教育，19977 殷際英，何廣平，關(guān)節(jié)型機(jī)器人，化學(xué)工業(yè)，20038 王蘭美，畫法幾何與工程制圖，機(jī)械工業(yè)，20029 培剛，蓋玉先，機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，機(jī)械工業(yè)， 200310 玉剛，宋現(xiàn)春，數(shù)控技術(shù)，機(jī)械工業(yè)， 200311 王大康，盧頌峰，機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)，工業(yè)大學(xué) ，200512 賈亞洲，金屬切削機(jī)床概論，機(jī)械工業(yè)，200413 鴻文，材料力學(xué)，高等教育，1991

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