數(shù)控車床四工位電動刀架設計【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 數(shù)控車床四工位電動刀架設計 摘要： 數(shù)控車床今后將向中高當發(fā)展，中檔采用普及型數(shù)控刀架配套，高檔采用動力型刀架，兼有液壓刀架、伺服刀架、立式刀架等品種，預計近年來對數(shù)控刀架需求量將大大增加。數(shù)控刀架的發(fā)展趨勢是：隨著數(shù)控車床的發(fā)展，數(shù)控刀架開始向快速換刀、電液組合驅(qū)動和伺服驅(qū)動方向發(fā)展。根據(jù)加工對象不同，有四方刀架、六角刀架和八（或更多）工位的圓盤式軸向裝刀刀架等多種形式?；剞D(zhuǎn)刀架上分別安裝四把、六把或更多刀具，并按數(shù)控裝置的指令換刀。本部分主要對四工位立式電動刀架的機械設計和應用繼電 設計。并對以上部分運用 電動刀架有更直觀的了解。最后的提出了對電動刀架提出了意見和措施。 關(guān)鍵詞：數(shù)控刀架 ， 電動刀架 ， 四工位 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 in to by nc by in on nc Nc is of of nc to to or or NC of of of AD do a to nc 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 引 言 數(shù)控機床是集機械、電氣、液壓、氣動、微電子和信息等多項技術(shù)為一體的機電一體化產(chǎn)品。是機械制造設備中具有高精度、高效率、高自動化和高柔性化等優(yōu)點的工作母機。數(shù)控機床的技術(shù)水平高低及其在金屬切削加工機床產(chǎn)量和總擁有量的百分比是衡量一個國家國民經(jīng)濟發(fā)展和工業(yè)制造整體水平的重要標志之一。數(shù)控車床是數(shù)控機床的主要品種之一，它在數(shù)控機床中占有非常重要的位置，幾十年來一直受到世界各國的普遍重視并得到了迅速的發(fā)展。 我國數(shù)控車床從 20世紀 70年代初進入市場，至今通過各大機床廠家的不懈努力，通過采取與國外著名 機床廠家的合作、合資、技術(shù)引進、樣機消化吸收等措施，使得我國的機床制造水平有了很大的提高，其產(chǎn)量在金屬切削機床中占有較大的比例。目前，國產(chǎn)數(shù)控車床的品種、規(guī)格較為齊全，質(zhì)量基本穩(wěn)定可靠，已進入實用和全面發(fā)展階段。 盡管近幾年我國機床工具行業(yè)已經(jīng)取得了很大進步，但在當前國內(nèi)外機床市場競爭極其激烈的形勢下，我國的機床工具行業(yè)則顯得競爭力不強，主要表現(xiàn)在我國是機床消費大國還不是機床強國、機床擁有量大但水平低、產(chǎn)品構(gòu)成依然落后、產(chǎn)品創(chuàng)新 能力差、機床可靠性還有待提高等方面。 數(shù)控技術(shù)的應用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應用領域的擴大，它對國計民生的一些重要行業(yè) (車、輕工、醫(yī)療等 )的發(fā)展起著越來越重要的作用。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 架的設計準則 我們的設計過程中，本著以下幾條設計準則 1） 創(chuàng)造性的利用所需要的物理性能和控制不 2） 2） 需要的物理性能 3） 判別功能載荷及其意義 4） 預測意外載荷 5） 創(chuàng)造有利的載荷條件 6） 提高合理的應力分布和剛度而 7） 重 量達到最輕 8） 應用基本公式求相稱尺寸和最佳尺寸 9） 根據(jù)性能組合選擇材料 10）在儲備零件與整體零件之間精心的進行選擇 11）進行功能設計以適應制造工藝和降低成本的要求 （ 1）最大許用力矩（ 100 00 00 （ 2）重復定位精度：（ 3）電機功率 (w) 20 （ 4）電機轉(zhuǎn)速（ 125 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 數(shù)控車床四工位電動刀架設計 電動刀架的工作原理為機械螺母升降轉(zhuǎn)位式。工作過程可分為刀架抬起、刀架轉(zhuǎn)位、刀 架定位并壓緊等幾個步驟。圖 工作過程如下： 刀架抬起 當數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀指令后 , 通過接口電路使電機正轉(zhuǎn) , 經(jīng)傳動裝置 2、驅(qū)動蝸桿蝸輪機構(gòu) 1、蝸輪帶動絲桿螺母機構(gòu) 8逆時針旋轉(zhuǎn) ,此時由于齒盤 4、 5處于嚙合狀態(tài)，在絲桿螺母機構(gòu) 8轉(zhuǎn)動時，使上刀架體產(chǎn)生向上的軸向力 將齒盤松開并抬起 ,直至兩定位齒盤 4、 5 脫離嚙合狀態(tài) ,從而帶動上刀架和齒盤產(chǎn)生“上臺”動作。 刀架轉(zhuǎn)位 當圓套 9逆時針轉(zhuǎn)過 150時，齒盤 4、 5完全脫開，此時銷釘準確進入圓套 9中的凹槽中，帶動刀架體轉(zhuǎn)位。 刀架定位 當 上刀架轉(zhuǎn)到需要到位后（旋轉(zhuǎn) 90、 180或 270），數(shù)控裝置發(fā)出的換刀指令使霍爾開關(guān) 10 中的某一個選通 ,當磁性板 11 與被選通的霍爾開關(guān)對齊后 ,霍爾開關(guān)反饋信號使電機反轉(zhuǎn) ,插銷 7在彈簧力作用下進入反靠盤 6地槽中進行粗定位， 上刀架體停止轉(zhuǎn)動 ， 電機繼續(xù)反轉(zhuǎn) ，使其在該位置落下， 通過螺母絲桿機構(gòu) 8使上刀架移到齒盤 4、 5 重新嚙合 , 實現(xiàn)精確定位。 刀架壓緊 刀架精確定位后，電機及許反轉(zhuǎn)，夾緊刀架，當兩齒盤增加到一定夾緊力時， 電機由數(shù)控裝置停止反轉(zhuǎn)，防止電機不買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 停反轉(zhuǎn)而過載毀壞，從而完成一次換刀過程。 圖 旋升降式四方刀架 進電機的選用 許多機械加工需要微量進給。要實現(xiàn)微量進給，步進電機、直流伺服交流伺服電機都可作為驅(qū)動元件。對于后兩者，必須使用精密的傳感器并構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)，才能實現(xiàn)微量進給。在開環(huán)系統(tǒng)中，廣泛采買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 用步進電機作為執(zhí)行單元。這是因為步進電機具有以下優(yōu)點： 直接采用數(shù)字量進行控制 ; 轉(zhuǎn)動慣量小，啟動、停止方便； 成本低； 無誤差積累； 定位準確； 低頻率特性比較好； 調(diào)速范圍較寬； 采用步進電機作為驅(qū)動單元，其機構(gòu)也比較簡單，主要是變速齒輪副、滾珠絲杠副，以克服 爬行和間隙等不足。通常步進電機每加一個脈沖轉(zhuǎn)過一個脈沖當量；但由于其脈沖當量一般較大，如 數(shù)控系統(tǒng)中為了保證加工精度，廣泛采用步進電機的細分驅(qū)動技術(shù)。 因為刀架上升、下降各轉(zhuǎn) 150，刀架轉(zhuǎn)位至少需 90，所以蝸輪轉(zhuǎn)的角度 =390由課題要求的刀架選位少于 3S n s=便于計算 4r/輪蝸桿傳動比為 45 電動機轉(zhuǎn)速 n =i*5 考慮刀架只需小功率驅(qū)動，為減少生產(chǎn)成本，選用 轉(zhuǎn)速為 1400r/定功率為 60W。 桿及蝸輪的選用與校核 擇傳動的類型 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 考慮到傳遞的功率不大，轉(zhuǎn)速較低，選用 2A 蝸桿，精度 8 級， 選擇材料和確定許用應力 由機械基礎表 175鋼，表面淬火，硬度為45 55輪齒圈用 模鑄造， 為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵 由表 17 h=200 f=51按接觸強度確定主要參數(shù) 根據(jù)閉式蝸桿傳動的設計準則， 先按齒面接觸疲勞強度進行設計，在校核齒根彎曲疲勞強度。傳動中心距： 23 2 ()E k T (2（ 1）確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)距 ，估取效率 = * *i=2（ 2）確定載荷系數(shù) K 因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù) 1；由使用系數(shù)A=由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動載系數(shù) K= *（ 3）確定彈性影響系數(shù) 選用的鑄錫磷青銅蝸輪和蝸桿相配，故 12160 P a （ 4）確定接觸系數(shù) 先假設蝸桿分度圓直徑 而可查出 （ 5）確定許用應力 H 根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅 屬模鑄造，蝸桿螺買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 旋齒面硬度 45而可查得蝸輪的基本許用應力 H =268 因為電動刀架中蝸輪蝸桿的傳動為間隙性的，故初步定位、其壽命系數(shù)為 H= H =268=247（ 6）計算 中心距 23 1 6 0 2 . 71 . 2 7 3 5 3 8 . 2 ( ) 2 4247a m m (2取中心距 a=50m=桿分度圓直徑 時 1而可查得接觸系數(shù) Z =為 Z 因此以上計算結(jié)果可用。 蝸桿和蝸輪主要幾何尺寸計算 蝸桿 分度圓直徑： 徑系數(shù)： q= 蝸桿頭數(shù)： 分度圓導程角： =3 11 38 蝸桿軸向齒距： m =(2蝸桿齒頂圓直徑： *11 2 3 2 . 2d h m m m (2蝸桿齒根圓直徑： 1 1 2 ( * * ) 2 4 . 1 6d f d h a c m m m （ 2 蝸桿軸向齒厚： 1 / 2 =蝸桿軸向齒距： 1 1 . 6 5 . 0 4p a m m m m m （ 2 蝸輪 蝸輪齒數(shù)： 45 變位系數(shù) =0 驗算傳動比： i=2z /1z =45/1=45(2蝸輪分度圓直徑： d2=722蝸輪喉圓直徑： 2蝸輪喉母圓直徑： 50 2蝸輪齒頂圓直徑： 2 2 2 * 7 5 . 2d a d h a m m m （ 2 蝸輪齒根圓直徑： 2 2 2 ( * _ * ) 6 8 . 1 6d f d h a c m m m （ 2 蝸輪外圓直徑：當在 z=1時， 2 2 2 7 8 . 4d e d a m m m （ 2 桿軸的設計 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 桿軸的材料選擇，確定許 用應力 考慮軸主要傳遞蝸輪的轉(zhuǎn)矩，為普通用途中小功率減速傳動裝置。 選用 45號鋼，正火處理， 600b M 扭轉(zhuǎn)強度初步估算軸的最小直徑 221() a （ 2 扭轉(zhuǎn)切應力為脈動循環(huán)變應力，取 =彎截面系數(shù) W= 確定各軸段的直徑和長度 根據(jù)各個零件在軸上的定位和裝拆方案確定軸的形狀及直徑和長度。 d1=同一軸上的軸承選用同一 型號，以便于軸承座孔鏜制和減少軸承類型。 槽徑增大 5% d1=d5= (1+5%)=圓整 d1=7選軸承類型為深溝球軸承，型號為 6203， B=12D=40 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 位載荷高度可在（ d2=a=故 0mm 4mm d4=0于加工和安裝 軸承寬度為 12蓋寬度為 10 則 22尺寸長度與刀架體的設計有關(guān)，蝸桿端面到刀架端面距離為 65 故 33為蝸桿部分長度 11+m=整 04取 5512+8） 出刀架部分通過聯(lián)軸器與電動機相連長度為 50 0軸承的中心跨度為 128的總長為 220蝸桿軸的校核 作用在蝸桿軸上的圓周力 112(21 其中 8 633 徑向力 4 (2買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 切向力 4 o s o s/ (2圖 向受力分析 34 s (243 i i i i n (2求水平方向上的支承反力 圖 平方向支承力 0)( 212 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 H 34 4 1 8 )(34 (2求水平彎矩 ,并繪制彎矩圖 3331 平彎矩圖圖 平彎矩圖 求垂直方向的支承反力 (2查文獻 9表 4， 14273.067.00， ， 00 切 (2買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 切圖 直方向支承反力 0)( 2132 V 333 4 )(333 切 求垂直方向彎矩，繪制彎矩圖 31 V 3切 垂直彎矩圖圖 直彎矩圖 求合成彎矩圖，按最不利的情況考慮 322322 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 (2 44 1 合成彎矩圖圖 成彎矩圖 計算危險軸的直徑 3 (2查文獻 9表 15 1，材料為 38調(diào)質(zhì)的許用彎曲應力 75 1 ，則 3 所以該軸符合要求。 的選取與校核 考慮到 05% 實際直徑為 17以強度足夠 由 寸 b h=5 5， l=20型普通平鍵。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 按公式 進行校核 2070 ， ， 10 ， 2 。查文獻 9表 6 2，取 30 則 07 2 0 7 02102 3 (2該鍵符合要求。 由普通平鍵標準查得軸槽深 t=30槽深 輪軸的設計 輪軸材料的選擇，確定需用應力 考慮到軸主要傳遞蝸輪轉(zhuǎn)矩，為普通中小功率減速傳動裝置 選用 45號鋼，正火處理， 600b M ， 5 按扭轉(zhuǎn)強度，初步估計軸的最小直徑 3 查文獻 9表 15 1，取 45 號調(diào)質(zhì)剛的許用彎曲應力 60 1 ，則 3 0596 33 由于軸的平均直徑為 34此該軸安全。 定各軸段的直徑和長度 根據(jù)各個零件在軸上的定位和裝拆方案確定軸的形狀及直徑和長度 8mm 4mm 形選梯形螺紋，根據(jù)文獻表 8公稱直徑為 4距 P=12H=文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 查表 8螺紋小徑為 31、外螺紋中徑為 38螺紋大徑為 45螺紋小徑為 32合長度取 552尺寸長度為 34輪齒寬 3時， 5心軸的設計 軸的材料選擇 ,確定許用應力 考慮到軸主要起定位作用，只承受部分彎矩，為空心軸，因此只需校核軸的剛度即可。 選用 45號鋼，正火處理， 600b M ， 5 確定各軸段的直徑和長度 根據(jù)各個零件在軸上的定位和裝拆方案確定軸的形狀及直徑和長度 5軸承配合，軸承類型為推力球軸承，型號為 51203，d=17mm,9,T=12=35以 7mm 承類型為推力球軸承，型號為 51204， d=25mm,7=15=47配各軸段的長度 02=933=20 軸的校核 軸橫截面的慣性矩 44( ) 1 9 9 3 . 1 664I D d m m 車床切削力 F=2=210 3 3 432 1 0 1 9 5 5 . 9 1 06 6 2 1 0 1 0 1 9 9 3 . 1 6 (233 32 1 0 1 4 5( 4 ) ( 4 1 9 5 1 4 5 ) 8 . 4 4 1 02 4 2 4 2 1 0 1 9 9 3 . 1 6l a m 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 (2因此 B B y y 中心軸滿足剛度條件 盤的設計 盤的材料選擇和精度等級 上下齒盤均選用 45號鋼，淬火， 180選 7級精度等級 定齒盤參數(shù) 考慮齒盤主要用于精確定位和夾緊，齒形選用三角 齒形，上下齒盤由于需相互嚙合，參數(shù)可相同 當蝸輪軸旋轉(zhuǎn) 150時，上刀架上升 5盤的齒高取 4 ( 2 * * )h ha c m (2得算式 4=（ 2 1+m 標準值 c*=出 m=標準值 m=2齒盤齒全高 h=（ 2c*） m=(2 1+ 2=齒盤內(nèi)圓直徑 20 外圓直徑為 140頂高 ha=ha*m=1 2=2m 齒根高 c*)m= 齒數(shù) z=38 齒寬 b=10文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 齒厚 3 . 1 42ms m m 齒盤高為 5 按接觸疲勞強度進行計算 確定有關(guān)計算參數(shù)和許用應力 3661 6 0 1 0 0 . 7 59 . 5 5 1 0 9 . 5 5 1 0 1 7 9 0 6 . 2 524 m (2取載荷系數(shù) 由文獻表 9齒寬系數(shù) d=由表 9e=189.8 取 =20，故 查圖 980 取 80 0 24 1 (8 300 15) 107 由圖 9疲勞壽命系數(shù) 計算接觸疲勞需用應力 取安全系數(shù) ，由式（ 9 111 362N H l i P (2 112 362N H P 按齒根抗彎強度設計 由式（ 9抗彎強度的設計公式為 3 2121 ()F a S (2_37) 確定公式內(nèi)的各參數(shù)數(shù)值 由文獻圖 9得，抗彎疲勞強度極限 l i m 1 l i m 2 160 P a 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 由文獻圖 9得，抗彎疲勞壽命系數(shù) 查圖取 122 . 6 3 , 2 . 6 31 . 6 5 , 1 . 6 5F a F aS a S 計算抗彎疲勞許用應力，取抗彎疲勞安全系數(shù) 式（ 9 1112 256N F L I P (2彎曲疲勞強度驗算 1 2 1 1 112 2 1 . 5 1 7 9 0 6 . 2 5 2 . 6 3 1 . 6 5 4 61 0 1 2 0 2F F F a S a Y M P ab d m (2故滿足彎曲疲勞強度要求 承的選用 滾動軸承是現(xiàn)代機器中廣泛應用的部件之一。它是依靠主要元件的滾動接觸來支撐轉(zhuǎn)動零件的。與滑動軸承相比，滾動軸承摩擦力小，功率消耗少，啟動容易等優(yōu)點。并且常用的滾動軸承絕大多數(shù)已經(jīng)標準化，因此使用滾 動軸承時，只要根據(jù)具體工作條件正確選擇軸承的類型和尺寸。驗算軸承的承載能力。以及與軸承的安裝、調(diào)整、潤滑、密封等有關(guān)的“軸承裝置設計”問題。 承的類型 考慮到軸各個方面的誤差會直接傳遞給加工工件時的加工誤差，因此選用調(diào)心性能比較好的深溝球軸承。此類軸承可以同時承受徑向載荷及軸向載荷，安裝時可調(diào)整軸承的游隙。然后根據(jù)安裝尺寸和使用壽命選出軸承的型號為： 6203 承的游隙及軸上零件的調(diào)配 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 軸承的游隙和欲緊時靠端蓋下的墊片來調(diào)整的，這樣比較方便。 動軸承的配合 滾動軸承是標準件，為使軸承便于互換和大量生產(chǎn)，軸承內(nèi)孔于軸的配合采用基孔制，即以軸承內(nèi)孔的尺寸為基準；軸承外徑與外殼的配合采用基軸制，即以軸承的外徑尺寸為基準 動軸承的潤滑 考慮到電動刀架工作時轉(zhuǎn)速很高，并且是不間斷工作，溫度也很高。故采用油潤滑，轉(zhuǎn)速越高，應采用粘度越低的潤滑油；載荷越大，應選用粘度越高的。 動軸承的密封裝置 軸承的密封裝置是為了阻止灰塵，水，酸氣和其他雜物進入軸承，并阻止?jié)櫥瑒┝魇ФO置的。密封裝置可分為接觸式及非接觸式兩大類。 唇 形密封圈靠彎折了的橡膠的彈性力和附加的環(huán)行螺旋彈簧的緊扣作用而套緊在軸上，以便起密封作用。唇形密封圈封唇的方向要緊密封的部位。即如果是為了油封，密封唇應朝內(nèi)；如果主要是為了防止外物浸入，密封唇應朝外。 第 3章 刀架體設計 刀架體設計首先要考慮刀架體內(nèi)零件的布置及與刀架體外部零件的關(guān)系，應考慮以下問題： (a) 滿足強度和剛度要求。因為刀架體的剛度不僅影響傳動零件的正常工作，而且還影響部件的工作精度。 (b) 結(jié)構(gòu)設計合理。如支點的安排、開孔位置和連接結(jié)構(gòu)的設計等均要有利于提高刀架體的強度和剛度。 (c) 工藝性好。包括毛坯制造、機械加工及熱處理、裝配調(diào)整、買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 安裝固定、吊裝運輸、維護修理等各方面的工藝性。 (d) 造型好、質(zhì)量小