數(shù)控車床自動回轉(zhuǎn)刀架結(jié)構(gòu)設(shè)計
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機電05-1班哈爾濱理工大學(xué)課程設(shè)計說明書設(shè)計題目:數(shù)控車床自動回轉(zhuǎn)刀架結(jié)構(gòu)設(shè)計班級:學(xué)號:姓名: 指導(dǎo)老師: 日期:2008.9.24設(shè)計任務(wù)題目:數(shù)控車床自動回轉(zhuǎn)刀架結(jié)構(gòu)設(shè)計任務(wù):設(shè)計一臺四工位立式回轉(zhuǎn)刀架,適用于C616或C6132經(jīng)濟型數(shù)空車床。要求繪制自動回轉(zhuǎn)刀架的機械結(jié)構(gòu)圖。推薦刀架所用電動機的額定功率為90W,額定轉(zhuǎn)速1480r/min,換刀時要求刀架轉(zhuǎn)動的速度為40r/min,減速裝置的傳動比為i=37??傮w結(jié)構(gòu)設(shè)計1、 減速傳動機構(gòu)的設(shè)計普通的三項異步電動機因轉(zhuǎn)速太快,不能直接驅(qū)動刀架進行換刀,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,采用蝸桿副減速時最佳選擇。蝸桿副傳動可以改變運動的方向,獲得較大的傳動比,保證傳動精度和平穩(wěn)性,并且具有自鎖功能,還可以實現(xiàn)整個裝置的小型化。2、 上刀體鎖緊與精定位機構(gòu)的設(shè)計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)計上刀體的鎖進玉定位機構(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,上下端面齒相互嚙合,這時上刀體不能繞刀架的中心軸旋轉(zhuǎn);換刀時電動機正轉(zhuǎn),抬起機構(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,完成轉(zhuǎn)位動作。3、 刀架抬起機構(gòu)的設(shè)計要想使上、下刀體的兩個端面齒脫離,就必須設(shè)計適合的機構(gòu)使上刀體抬起。本設(shè)計選用螺桿-螺母副,在上刀體內(nèi)部加工出內(nèi)螺紋,當(dāng)電動機通過蝸桿-渦輪帶動蝸桿繞中心軸轉(zhuǎn)動時,作為螺母的上刀體要么轉(zhuǎn)動,要么上下移動。當(dāng)?shù)都芴幱阪i緊狀態(tài)時,上刀體與下刀體的端面齒相互嚙合,因為這時上刀體不能與螺桿一起轉(zhuǎn)動,所以螺桿的轉(zhuǎn)動會使上刀體向上移動。當(dāng)端面齒脫離嚙合時,上刀體就與螺桿一起轉(zhuǎn)動。設(shè)計螺桿時要求選擇適當(dāng)?shù)穆菥?,以便?dāng)螺桿轉(zhuǎn)動一定的角度時,使得上刀梯與下刀體的端面齒能夠完全脫離嚙合狀態(tài)。下圖為自動回轉(zhuǎn)刀架的傳動機構(gòu)示意圖,詳細的裝配圖在一號圖紙上。三、自動回轉(zhuǎn)刀架的工作原理自動回轉(zhuǎn)刀架的換刀流程如下圖。圖上表示自動回轉(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,兩銷的情況如圖A所示,此時反靠銷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,控制系統(tǒng)發(fā)出刀架轉(zhuǎn)位信號,三項異步電動機正向旋轉(zhuǎn),通過蝸桿副帶動蝸桿正向轉(zhuǎn)動,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,上蓋圓盤1也隨著螺桿正向轉(zhuǎn)動(上蓋圓盤1通過圓柱銷與螺桿聯(lián)接),當(dāng)轉(zhuǎn)過約時,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)動起來(此時端面齒已完全脫開)。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尋找刀位時的正向轉(zhuǎn)動。上刀體4帶動磁鐵轉(zhuǎn)到需要的刀位時,發(fā)信盤上對應(yīng)的霍爾元件輸出低電平信號,控制系統(tǒng)收到后,立即控制刀架電動機反轉(zhuǎn),上蓋圓盤1通過圓柱銷2帶動上刀體4開始反轉(zhuǎn),反靠銷6馬上就會落入反靠圓盤7的十字槽內(nèi),至此,完成粗定位。此時,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,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。再次期間,上、下刀體的端面齒逐漸嚙合,實現(xiàn)精定位,經(jīng)過設(shè)定的延時時間后,刀架電動機停轉(zhuǎn),整個換刀過程結(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)刀架電動機正轉(zhuǎn) 上刀體抬起 螺桿-螺母 端面齒錯開 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)刀架電動機旋轉(zhuǎn)上刀體下降,粗定位 精定位延時鎖緊電動機停轉(zhuǎn) 圖:自動回轉(zhuǎn)刀架的換刀流程主要傳動部件的設(shè)計1. 蝸桿副的設(shè)計計算自動回轉(zhuǎn)刀架的動力源是三相異步電動機。其中蝸桿與電動機直聯(lián),刀架轉(zhuǎn)位時蝸輪與上刀體直聯(lián)。已知電動機額定功率=90W。,額定轉(zhuǎn)速=1480r/min,上刀體設(shè)計轉(zhuǎn)速=40r/min,蝸桿副的傳動比i=/=37。刀架從轉(zhuǎn)位到鎖緊時,需要蝸桿反向,工作載荷不均勻,啟動時沖擊較大,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) 按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計 刀架中的蝸桿副采用閉式傳動,多因齒面膠合或點蝕而失效。因此,進行載荷計算時,先按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計,再按齒根彎曲疲勞強度進行校核。按蝸輪接觸疲勞強度條件設(shè)計計算的公式 a (4-1)式中 a蝸桿副的傳動中心距,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)已知的傳動比i=35,查表選擇一個合適的中心距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,蝸桿副的傳動效率=0.8,由電動機的額定功率=90W,可以算出蝸輪傳動的功率=,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,啟動時沖擊較大,因此取KA=1.15; 為齒向分布系數(shù),因工作載荷在啟動和停止時有變化,故取KB=1.15; 為動載系數(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,大沖擊每小時起動次數(shù)50起動載荷小較大大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,從有關(guān)手冊查的彈性影響系數(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)時每個輪齒嚙合的次數(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d1/a=0.59,查表得接觸系數(shù)=2.35。因為較大,所以上述計算結(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度 即檢驗下式是否成立: = 由蝸桿頭數(shù)=1,傳動比i=35,可以計算出渦輪齒數(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)計計算(1) 螺距的確定 刀架轉(zhuǎn)位時,要求螺桿在轉(zhuǎn)動約 的情況下,上刀體的端面齒與下刀體的端面齒完全脫離;在鎖緊的時候,要求上下端面的嚙合深度達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。
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類型:共享資源
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數(shù)控車床
自動
回轉(zhuǎn)
刀架
結(jié)構(gòu)設(shè)計
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