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

數(shù)控車床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),數(shù)控車床,自動(dòng),回轉(zhuǎn),刀架,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)電05-1班哈爾濱理工大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書設(shè)計(jì)題目：數(shù)控車床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名： 指導(dǎo)老師： 日期：2008.9.24設(shè)計(jì)任務(wù)題目：數(shù)控車床自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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)型數(shù)空車床。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?？傮w結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、 減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)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。2、 上刀體鎖緊與精定位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)由于刀具直接安裝在上刀體上，所以上刀體要承受全部的切削力，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，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。3、 刀架抬起機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)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)。設(shè)計(jì)螺桿時(shí)要求選擇適當(dāng)?shù)穆菥啵员惝?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)。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。三、自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的工作原理自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的換刀流程如下圖。圖上表示自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架在換刀過程中有關(guān)銷的位置。其中上部的圓柱銷2和下部的反靠銷6起著重要作用。當(dāng)?shù)都芴幱阪i緊狀態(tài)時(shí)，兩銷的情況如圖A所示，此時(shí)反靠銷6落在圓盤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出）。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4與下刀體之間的端面齒慢慢脫開；與此同時(shí)，上蓋圓盤1也隨著螺桿正向轉(zhuǎn)動(dòng)（上蓋圓盤1通過圓柱銷與螺桿聯(lián)接），當(dāng)轉(zhuǎn)過約時(shí)，上蓋圓盤1直槽的另一端轉(zhuǎn)到圓柱銷2的正上方，由于彈簧3的作用，圓柱銷2落入直槽內(nèi)，于是上蓋圓盤1就通過圓柱銷2使得上刀體4轉(zhuǎn)動(dòng)起來（此時(shí)端面齒已完全脫開）。上蓋圓盤1、圓柱銷2以及上刀體4在正轉(zhuǎn)的過程中，反靠銷6能夠從反靠圓盤7中十字槽的左側(cè)斜坡滑出，而不影響上刀體4尋找刀位時(shí)的正向轉(zhuǎn)動(dòng)。上刀體4帶動(dòng)磁鐵轉(zhuǎn)到需要的刀位時(shí)，發(fā)信盤上對(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1通過圓柱銷2帶動(dòng)上刀體4開始反轉(zhuǎn)，反靠銷6馬上就會(huì)落入反靠圓盤7的十字槽內(nèi)，至此，完成粗定位。此時(shí)，反靠銷6從反靠圓盤7的十字槽內(nèi)爬不上來，于是上刀體4停止轉(zhuǎn)動(dòng)，開始下降，而上蓋圓盤1繼續(xù)反轉(zhuǎn)，其直槽的左側(cè)斜坡將圓柱銷2的頭部壓入上刀體4的銷空內(nèi)，之后，上蓋圓盤1是下表面開始與圓柱銷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)換刀過程結(jié)束。由于蝸桿副具有自鎖功能，所以刀架可以穩(wěn)定地工作。 蝸桿-渦輪減速 銷連接上蓋圓盤旋轉(zhuǎn)螺桿正轉(zhuǎn)刀架電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn) 上刀體抬起 螺桿-螺母 端面齒錯(cuò)開 霍爾元件觸發(fā) 上刀體旋轉(zhuǎn)到位回答圓柱銷落入上蓋圓盤 蝸桿-渦輪減速 反靠銷反靠端面齒嚙合螺桿反轉(zhuǎn)刀架電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)上刀體下降，粗定位 精定位延時(shí)鎖緊電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn) 圖：自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架的換刀流程主要傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)1. 蝸桿副的設(shè)計(jì)計(jì)算自動(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，今要求蝸桿副的使用壽命=10000h。（1） 蝸桿的選型 GB/T10085-1988推薦采用漸開線蝸桿和錐面包絡(luò)蝸桿。本設(shè)計(jì)采用結(jié)構(gòu)簡單，制造方便的漸開線型圓柱蝸桿。（2） 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4555HRC,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，選用鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，采用金屬模制造。（3） 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。按蝸輪接觸疲勞強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)計(jì)算的公式 a (4-1)式中 a蝸桿副的傳動(dòng)中心距，單位mm； K載荷系數(shù)； 作用在渦輪上的轉(zhuǎn)矩，單位N.mm； 彈性影響系數(shù)ZE； 許用接觸應(yīng)力，單位為MPa。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，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)。1） 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=0.8，由電動(dòng)機(jī)的額定功率=90W，可以算出蝸輪傳動(dòng)的功率=，再由蝸輪的轉(zhuǎn)速=40r/min求得作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)矩=9.55=9.55=25.47Nm=22923Nmm2） 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使用系數(shù)工作類型IIIIII載荷性質(zhì)均勻，無沖擊不均勻，小沖擊不均勻，大沖擊每小時(shí)起動(dòng)次數(shù)50起動(dòng)載荷小較大大KA11.151.23） 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；4） 確定接觸系數(shù) 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鑄錫青銅蝸輪的基本許用接觸應(yīng)力H(MPa)蝸輪材料鑄造方法蝸桿螺旋面的硬度45HRC45HRC鑄錫磷青銅ZCuSn10P1砂模鑄造150180金屬模鑄造220268鑄錫鋅鉛青銅ZCuSn5Pb5Zn5砂模鑄造113135金屬模鑄造1281405）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)輪齒嚙合的次數(shù)j=1；蝸輪轉(zhuǎn)數(shù)=40r/min；蝸桿副的使用壽命=10000h。則應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：N=60j n2 =2.4 10 7壽命系數(shù)： KHN =0.693許用接觸應(yīng)力： =KHN=186MPa6）計(jì)算中心距 將以上各參數(shù)帶入4-1，求得中心距： a = 47.1 mm查表取a=63，已知蝸桿頭數(shù)=1，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)檩^大，所以上述計(jì)算結(jié)果可用。（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。 1）蝸桿的參數(shù)與尺寸 頭數(shù)=1，模數(shù)m=1.6mm，軸向齒距=m=5.027mm軸向齒厚=0.5m=2.514mm，分度圓直徑=28，直徑系數(shù)q=17.5，分度圓導(dǎo)程角=。 取齒頂高系數(shù)=1，徑向間隙系數(shù)=0.2，則齒頂圓直徑=+2m=31.2mm，齒根圓直徑=-2m（+）=24.314mm。 2）渦輪參數(shù)與尺寸 齒數(shù)=60，模數(shù)m=1.6mm，分度圓直徑為=m=96mm，變位系數(shù)=a-()/2/m=0.6，渦輪喉圓直徑為=+2m（）=101.12mm，渦輪齒根圓直徑=-2m（-+）=94.08mm，渦輪咽喉母圓半徑=a-/2=12.44mm。（5）校核渦輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 即檢驗(yàn)下式是否成立： = 由蝸桿頭數(shù)=1，傳動(dòng)比i=35，可以計(jì)算出渦輪齒數(shù)=i=35則渦輪的當(dāng)量齒數(shù)： =35.17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)=2.08螺旋角影響系數(shù) =1-=0.977 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： =56MPa 渦輪的壽命系數(shù)： =0.702 渦輪的許用彎曲應(yīng)力： = =39.3MPa 將數(shù)據(jù)帶入得： 可見， ，渦輪齒根的彎曲強(qiáng)度滿足要求。蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力（MPa）蝸輪材料鑄造方法單側(cè)工作雙側(cè)工作鑄錫青銅ZCuSn10P1砂模鑄造4029金屬模鑄造5640鑄錫鋅鉛青銅ZCuSn5Pb5Zn5砂模鑄造2622金屬模鑄造3226鑄鋁鐵青銅ZCuAl10Fe3砂模鑄造8057金屬模鑄造9064灰鑄鐵HT150砂模鑄造4028HT200砂模鑄造48342.螺桿的設(shè)計(jì)計(jì)算（1） 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P2.4mm，今取螺桿的螺距P=6mm。（2） 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，螺桿螺紋部分長度H=50mm。（3） 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： = 6.50而螺紋升角： = 2.33 小于當(dāng)量摩擦角。因此滿足自鎖條件。