畢業(yè)設(shè)計JCS013型數(shù)控臥式鏜銑床刀庫設(shè)計

1、密級：內(nèi)部jcs-013型數(shù)控臥式鏜銑床刀庫設(shè)計jcs-013 type nc horizontal boring and milling machine tool store design學(xué) 院：機械工程學(xué)院專業(yè)班級：機械設(shè)計制造及其自動化0705班學(xué) 號：070101152學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 2011年 6月33摘 要90年代以來，數(shù)控加工技術(shù)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(lǐng)域廣泛。自動換刀刀庫的發(fā)展儼然已超越為數(shù)控加工中心配套的角色，在其特有的技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展出符合機床高精度、高效率、高可靠度及多任務(wù)復(fù)合等概念的獨特產(chǎn)品。本課題是鏈?zhǔn)降稁斓目傮w設(shè)計、傳

2、動設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計以及傳動部分的運動和動力設(shè)計。這種刀庫在數(shù)控加工中心上應(yīng)用非常廣泛,其換刀過程簡單，換刀時間短；總體結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，動作準(zhǔn)確可靠；維護方便，成本低。本課題的目的就是要通過對jcs-013型數(shù)控臥式鏜銑床刀庫的優(yōu)化設(shè)計以提高換刀速度，減少助助時間。在進行設(shè)計時，采用了系統(tǒng)化設(shè)計方法，將設(shè)計看成由若干個設(shè)計要素組成的一個系統(tǒng)，每個設(shè)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(shè)計要素結(jié)合后，即可實現(xiàn)設(shè)計系統(tǒng)所需完成的任務(wù)。在借鑒和參考大量有關(guān)刀庫的機械結(jié)構(gòu)后，結(jié)合實際情況，決定采用鏈?zhǔn)降稁祀p手式機械手換刀方案，根據(jù)機械設(shè)計與機械原理等有關(guān)知識對jcs-013型

3、數(shù)控臥式鏜銑床刀庫進行設(shè)計，采用autocad 2004中文版對刀庫及關(guān)鍵零件進行繪制。關(guān)鍵詞：加工中心；刀庫；數(shù)控加工abstractsince the 1990s,cnc machine technology has made the rapid and universial development,as a new era of the representatives of nc machine tools.high-speed processing center has been widely used in the field of machine tools.the develop

4、ment of automatic tool chane,tool house in recent years seems to have gone beyond the nc center for supporting the role of technology in their unique areas of development to meet the high-precision machine tools,high efficiency and reliability,and more complex tasks,such as the concept of unique pro

5、ducts.the tool house as a processing center one of the most important part,it has a direct bearing on the development of the processing centers development.this paper completed the overall design,transmission design,structure design and the transmission parts movement and dynamic design of the sword

6、 library.such a tool house in the cnc machine center is widely used,the tool change is simple,tool change time is short;overall structure is simple and compact.action is accurate and reliable;convenient maintenance and low cost.the purpose of this project is to improve the speed of the tools change

7、and reduce auxiliary time through the optimization design of the jcs-013 type nc horizontal boring and milling machine tool store. in developing the design, i have adopted the systematic design method.the design is regarded as a system which is consisted of several design elements. each design eleme

8、nts is independ ,but there is the organic relation between them and they are of different levels. the system can realize the required task after that all the design elements combined.according to actual condition,i introduce the chain knife library of robot hands cutter replacement plan after refere

9、ncing 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 20

10、04.keywords: machining center; tool house;nc目 錄摘 要iabstractii第1章 緒 言11.1本課題在國內(nèi)外的研究動態(tài)11.1.1刀庫產(chǎn)品目前的水平21.1.2刀庫系統(tǒng)的發(fā)展趨勢31.1.3刀庫系統(tǒng)的發(fā)展方向31.2課題的目的、意義和開展研究工作的設(shè)想41.2.1課題的目的41.2.2開展研究工作的設(shè)想41.2.3課題設(shè)計方案的選擇和設(shè)計手段5第2章 刀庫傳動系統(tǒng)設(shè)計72.1刀庫主要設(shè)計參數(shù)72.2刀庫驅(qū)動液壓馬達的選擇72.2.1刀庫負載轉(zhuǎn)矩tf計算72.2.2確定液壓馬達轉(zhuǎn)數(shù)92.3傳動齒輪的設(shè)計102.3.1選定齒輪類型、精度等級、材料及

11、齒數(shù)102.3.2按齒面接觸強度設(shè)計112.3.3幾何尺寸的計算142.3.4按齒根彎曲強度進行校核152.4傳動軸的設(shè)計162.4.1初步確定最小軸頸及所用材料162.4.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計162.4.3軸的強度校核172.4軸承壽命校核24第3章 刀庫準(zhǔn)停系統(tǒng)的設(shè)計26第4章 鏈傳動系統(tǒng)的設(shè)計294.1鏈輪、鏈條的計算及鏈輪中心距的確定294.2刀庫鏈條的張緊31第5章 結(jié) 論32參考文獻33致 謝34 第1章 緒 言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(jì)，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

12、壓力。從技術(shù)層面上講，加速推進數(shù)控技術(shù)將是解決機床制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個關(guān)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(gòu)建數(shù)字化企業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備，它的發(fā)展一直備受人們關(guān)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(shù)成為先進制造技術(shù)中的一項核心技術(shù)。另一方面，通過持續(xù)的研究，信息技術(shù)的深化應(yīng)用促進了數(shù)控機床的進一步提升【1】。隨著數(shù)控技術(shù)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、

13、車削中心等。數(shù)控機床主要由數(shù)控裝置、伺服機構(gòu)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(shù)、計算機技術(shù)和軟件技術(shù)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(shù)將應(yīng)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)

14、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(shè)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。在數(shù)控鏜銑床的基礎(chǔ)上，如果再配以刀具和自動換刀系統(tǒng)，就構(gòu)成加工中心（machining center 簡稱mc）。在這類數(shù)控機床上，自動換刀裝置（atc）是必不可少的4。例如加工

15、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(jié)構(gòu)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(chǔ)下，刀庫產(chǎn)品的發(fā)展現(xiàn)況為：（1） 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(gòu)，可防止重型刀具于運轉(zhuǎn)中墜落。（2）

16、 高效率且定位精度的驅(qū)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(zhì)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。（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。（4） 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(yīng)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。（5） 輕量化、低成本架構(gòu)刀庫的發(fā)展：發(fā)展出輕量化的塑鋼射出刀套架構(gòu)，整體重量較傳統(tǒng)刀庫減輕100kg以上，成本大幅降

17、低的刀庫。（6） 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(gòu)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(shù)領(lǐng)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(wù)復(fù)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

18、條式刀庫7。其發(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(wù)復(fù)合化”發(fā)展，刀庫也必將向容量大、結(jié)構(gòu)精、速度快、效率高的方向發(fā)展，以適應(yīng)主機的高轉(zhuǎn)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：（1） 可遠距離傳輸。（2） 換刀時可同步打刀，縮短換刀時

19、間。（3） 大容量且可擴充。（4） 高效且精準(zhǔn)的驅(qū)動和選刀系統(tǒng)。（5） 控制系統(tǒng)復(fù)雜（6） 刀具重量大。比如適合五軸聯(lián)動的立臥轉(zhuǎn)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(zhuǎn)定位功能，如立車刀庫、轉(zhuǎn)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(shè)想1.2.1課

20、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(biāo)。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(biāo)。本課題的目的就是要通過對刀庫的優(yōu)化設(shè)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(shè)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(diào)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(zhuǎn)動慣量小，以達到快速換刀之目的。該技術(shù)包括刀庫的設(shè)置、換刀方式、換刀執(zhí)行機構(gòu)和適

21、應(yīng)高速工具機的結(jié)構(gòu)特點等。（1）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(gòu)組成，有些應(yīng)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(jié)構(gòu)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(zhì)量，已成為高速工具機設(shè)計的主流。因此，設(shè)計換刀裝置時，要充分考慮到高速工具機的結(jié)構(gòu)特征9。（2）提高換刀速度的主要技術(shù)方法適合于工具機的快速自動換刀技術(shù)主要有以下幾個方面：在傳統(tǒng)自動換刀裝置的基礎(chǔ)上提高動作速度，或采用動作速度更快的機構(gòu)和驅(qū)動元件。例如，機械凸輪結(jié)構(gòu)的換刀速度高于液壓和氣動結(jié)構(gòu)。根據(jù)高速工具機的結(jié)構(gòu)特點

22、設(shè)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(cè)，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(zhì)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(zhì)量輕，裝卸刀具的行程短，可以使自動換刀裝置的速度提高。快速自動換刀裝置采用hsk空心短錐柄刀是發(fā)展的趨勢。1.2.3課題設(shè)計方案的選擇和設(shè)計手段i設(shè)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

23、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(guān)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?zhǔn)降稁?，格子箱式刀庫和直線刀庫等。（1）鼓輪式刀庫：應(yīng)用較廣，這種刀庫的結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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?zhǔn)降毒呷萘枯^大，當(dāng)采用多環(huán)鏈?zhǔn)降稁鞎r，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

24、式刀庫增加的那么多。（3）格子箱式刀庫刀庫容量大，結(jié)構(gòu)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(cè)的刀具時，必須更換另一側(cè)的刀座板。（4）直線式刀庫結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(yīng)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(jié)構(gòu)較復(fù)雜，換刀時間短，

25、這種機械手除了完成拔刀、插刀外，還起運輸?shù)毒叩淖饔?。結(jié)合所給題目，初步?jīng)Q定采用鏈?zhǔn)降稁祀p手式機械手換刀方案。ii設(shè)計手段 采用系統(tǒng)化設(shè)計方法，將設(shè)計看成由若干個設(shè)計要素組成的一個系統(tǒng)，每個設(shè)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(shè)計要素結(jié)合后，即可實現(xiàn)設(shè)計系統(tǒng)所需完成的任務(wù)。結(jié)合本課題實際，根據(jù)機械設(shè)計與機械原理等有關(guān)知識對jcs-013型數(shù)控臥式鏜銑床刀庫進行設(shè)計，采用autocad 2004中文版對刀庫及關(guān)鍵零件進行繪制。第2章 刀庫傳動系統(tǒng)設(shè)計2.1刀庫主要設(shè)計參數(shù)安裝形式：鏈?zhǔn)降稁斓稁烊萘浚?0把送刀方式：任意刀具尺寸（最大）：長400毫米，直徑125毫米刀

26、具重量（mj）：約12千克鏈條快速移動速度為16米/分，慢速移動速度為4米/分。2.2刀庫驅(qū)動液壓馬達的選擇刀庫驅(qū)動液壓馬達的選擇應(yīng)同時滿足刀庫運轉(zhuǎn)時的負載轉(zhuǎn)矩tf，和起動時的加速轉(zhuǎn)矩tj的要求。由于鏈條轉(zhuǎn)速很低和液壓馬達慣性小、起動轉(zhuǎn)矩小的特點，為了計算簡便，在計算時，忽略起動加速轉(zhuǎn)矩tj，在最后結(jié)果上乘以一個工作系數(shù)。2.2.1刀庫負載轉(zhuǎn)矩tf計算鏈?zhǔn)降稁熵撦d轉(zhuǎn)矩tf用來克服刀具不平衡重力fwmax和導(dǎo)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(dǎo)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

27、側(cè)裝滿刀、一側(cè)不裝刀時的最大重力差值來計算。（1）確定不平衡重力fwmax由圖2-1知,不平衡重力 （2）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(dǎo)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218mm。（3）確定每排刀具負載轉(zhuǎn)矩tf （4）確定每排刀具作用在主動輪上的負載轉(zhuǎn)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。（5）確定作用在液壓馬達上的負載轉(zhuǎn)矩ty (2-3)i液壓馬達軸至刀庫軸的速比，取9；傳動效率?？紤]到實際情況比

28、計算時所設(shè)定的條件復(fù)雜，液壓馬達額定轉(zhuǎn)矩ts應(yīng)為負載轉(zhuǎn)矩ty的1.5倍，即 2.2.2確定液壓馬達轉(zhuǎn)數(shù)由刀庫設(shè)計參數(shù)知，鏈條快速移動速度為16米/分，即16000mm/min慢速移動速度為4米/分，即4000mm/min。（1）確定鏈輪周長s （2）確定液壓馬達的轉(zhuǎn)速范圍根據(jù)計算數(shù)據(jù)選定bm2-200擺線馬達。液壓馬達參數(shù)型號：bm2-200擺線馬達排量：200ml/r壓力：額定10mpa 最高12.5mpa轉(zhuǎn)矩：額定 最高轉(zhuǎn)速：額定320r/min 最高400r/min質(zhì)量：10.5kg2.3傳動齒輪的設(shè)計2.3.1選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)（1）按圖2-2所示的傳動方案。圖2-2

29、刀庫驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局（2）由于機器速度較低，故選用7級精度（gb10095-88）。（3）查機械手冊選擇小齒輪材料為40cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280hbs，大齒輪材料為45#鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240hbs，二者材料硬度差為40hbs。（4）選小齒輪齒數(shù)為z1=28，大齒輪齒數(shù)為z2=84。2.3.2按齒面接觸強度設(shè)計由設(shè)計計算公式2-4進行試算，即 (2-4)（1）確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值1)試選載荷系數(shù)為k=1.32)確定小輪傳遞的扭矩 (2-5)3)由于兩支承相對于小齒輪做不對稱布置，所以齒寬系數(shù)=1。4)由機械設(shè)計手冊查得材料的彈性影響系數(shù)ze=。5)按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限;

30、大齒輪的接觸疲勞強度極限。6）計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 估計應(yīng)力循環(huán)次數(shù)應(yīng)該低于107轉(zhuǎn)。7)取接觸疲勞壽命系數(shù)khn！=1.4；khn2=1.5。8)計算接觸疲勞許用應(yīng)力。取失效概率為1,安全系數(shù)s=1，由公式2-6得= (2-6)=（2）計算1）計算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值。 (2-7)考慮到外部零件要保證互相不產(chǎn)生干涉的條件下，d1t74mm。2）計算圓周速度v。3）計算齒寬b與齒高之比b/h。b=dd1t=142.795mm=42.795mm，取b=48mm。4)計算模數(shù)和齒高 (2-8) (2-9) 5）計算載荷系數(shù)。根據(jù)v=0.171m/s，7級精度，查機械設(shè)計手冊得動載系數(shù)kv=

31、1.01；直齒輪，；查得使用系數(shù)用插值法查得7級精度、小齒輪相對支承非對稱布置時，。 (2-10)6）按實際載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由公式2-11得 (2-11)由于44.25372，故。7）確定模數(shù)模數(shù)8）計算大齒輪齒數(shù) (2-12)2.3.3幾何尺寸的計算（1）計算分度圓直徑 (2-13)（2）計算中心距=確定齒寬，取齒寬，取。2.3.4按齒根彎曲強度進行校核1）由機械設(shè)計手冊查得，。小齒輪的彎曲疲勞強度極限；大齒輪的彎曲疲勞強度極限。2）由應(yīng)力循環(huán)次數(shù)取彎曲疲勞壽命系數(shù)kfn1=0.98，kfn2=0.99。3）計算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù)s=1.5，由公式得 (2-1

32、4) =4）計算齒根彎曲應(yīng)力 (2-15) =，安全。2.4傳動軸的設(shè)計2.4.1初步確定最小軸頸及所用材料（1）求軸上轉(zhuǎn)速n、轉(zhuǎn)矩t和功率p (2-16) (2-17)=（2）按扭轉(zhuǎn)強度條件初步確定軸上的最小直徑 (2-18)由于結(jié)構(gòu)設(shè)計需要，取，材料為45#鋼（正火）。2.4.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計擬定軸上零件的裝配方案，根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度，如圖2-3所示。圖2-3 軸的結(jié)構(gòu)與裝配2.4.3軸的強度校核（1）求作用在齒輪上的力先將作用于直齒圓柱齒輪上的嚙合力分解為圓周力和徑向力。1） 計算大齒輪的圓周力和徑向力=n=573.7n (2-19) (2-20)標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪的壓

33、力角，取=202） 計算小齒輪的圓周力和徑向力=n=1721n (2-21)=626.4n (2-22)圓周力軸線簡化后，得到作用于軸線上的橫向力和力偶矩t。力偶矩t引起軸的扭轉(zhuǎn)變形，而橫向力frh及徑向力frv引起軸在水平面內(nèi)和垂直面內(nèi)的彎曲變形，軸的計算簡圖如圖2-4、2-5所示。圖2-4 軸在垂直面內(nèi)的受力簡圖圖2-5 軸在水平面內(nèi)的受力簡圖（3）計算圖中各個力的大小1）計算徑向力2)計算橫向力3）計算軸承支反力由靜力學(xué)方程 得，代入數(shù)值計算，得由靜力程學(xué)方 得， 代入數(shù)值計算，得 由靜力學(xué)方程 得， 代入數(shù)值計算，得 由靜力學(xué)方程 得， 代入數(shù)值計算，得 4）列出剪力方程及彎矩方程以軸

34、的左端為坐標(biāo)原點，選取坐標(biāo)系如圖2-6所示。圖2-6 坐標(biāo)系示意圖垂直面內(nèi)的剪力方程為 代入數(shù)值得， 垂直面內(nèi)的彎矩方程為代入數(shù)值得， 水平面內(nèi)的剪力方程為 代入數(shù)值得 水平面內(nèi)的彎矩方程為 代入數(shù)值得， （4）作剪力圖和彎矩圖在垂直面內(nèi)，剪力圖和彎矩圖如圖2-7、2-8所示。圖2-7 垂直面內(nèi)的剪力圖圖2-8 垂直面內(nèi)的彎矩圖在水平面內(nèi)，剪力圖和彎矩圖如圖2-9、2-10所示。圖2-9 水平面內(nèi)的剪力圖圖2-10 水平面內(nèi)的彎矩圖（5）作扭矩圖，如圖2-11所示。 圖2-11 轉(zhuǎn)矩圖由扭矩圖和彎矩圖分析得，軸上c點處的截面是最危險截面，因此，在此截面上，按彎扭合成強度條件對軸進行校核。（6）

35、 計算危險截面上的合成彎矩 (2-23) （7） 確定危險截面上的計算彎矩 (2-24) 根據(jù)轉(zhuǎn)矩所產(chǎn)生應(yīng)力的性質(zhì)而定的應(yīng)力校正系數(shù)，對頻繁正反轉(zhuǎn)變化的轉(zhuǎn)矩，取=1。（8） 確定計算彎曲應(yīng)力 (2-25)由45#鋼（正火）抗拉強度極限，查得軸的許用彎曲應(yīng)力。，安全。2.4軸承壽命校核（1）受力簡圖如圖2-4、2-5。（2）計算軸承的支反力r1和r2 （3）計算軸承的當(dāng)量動載荷p1 和p2 。 (2-26) 沖擊載荷系數(shù)，查手冊取=1.1。 力矩載荷系數(shù)，因軸承不承受力矩載荷，故。x徑向系數(shù)；y軸向系數(shù)。由于軸承幾乎不承受軸向力，所以。因此。（4）校核軸承壽命因，故按p2計算 (2-27)壽命足

36、夠長，故6008軸承適用。第3章 刀庫準(zhǔn)停系統(tǒng)的設(shè)計如果刀座不能準(zhǔn)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(zhǔn)停問題，將是影響換刀動作可靠性的重要因素之一。為了確保刀座不能準(zhǔn)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(zhuǎn)動，通電后，銜鐵轉(zhuǎn)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(zhǔn)停

37、精度和刀座定位的剛性，鏈?zhǔn)降稁斓膿Q刀位置設(shè)在主動鏈輪上。圖3-1 刀庫準(zhǔn)停系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖3-2磁軛（左）、銜鐵（右）零件圖（2）鏈?zhǔn)降稁煲x用節(jié)距精度較高的套筒滾子鏈和鏈輪，該設(shè)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(qū)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(zhǔn)停精度，所以，必須采用各種辦法減少或消除齒輪間隙。本設(shè)計將采用柔性調(diào)整法來消除齒輪間隙。柔性調(diào)整法是指調(diào)整后齒側(cè)間隙可以自動補償?shù)姆椒ā＿@種調(diào)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。

38、但將影響傳動的平穩(wěn)性，而且這種調(diào)整法的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，傳動剛度低，如圖3-3所示。圖3-3 壓力彈簧消除間隙結(jié)構(gòu)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。第4章 鏈傳動系統(tǒng)的設(shè)計4.1鏈輪、鏈條的計算及鏈輪中心距的確定（1）本刀庫由四排帶刀座的鏈條組成，每排鏈條裝有15把刀，考慮刀庫的運轉(zhuǎn)精度選用鏈號為20a的滾子鏈。由于刀具的最大直徑

39、為125，結(jié)合鏈條型號確定刀座與刀座之間的中心距為127，如圖4-1所示。圖4-1 刀套刀座之間的距離（2）確定鏈條總長為。確定兩鏈輪中心距為1905-3.141612mm447，如圖5-2所示。（3）確定鏈輪的基本尺寸 選取鏈輪齒數(shù)為。1）確定分度圓直徑 (4-1) = p滾子鏈的節(jié)距2）確定齒頂圓直徑 (4-2) 鏈條滾子外徑3）確定齒根圓直徑 3） 確定鏈輪齒寬 (4-3)圖4-2 鏈輪之間的距離4.2刀庫鏈條的張緊為了避免在鏈條的松邊垂度過大時產(chǎn)生嚙合不良和鏈條的振動現(xiàn)象，同時也為了增加鏈條和鏈輪的嚙合包角，要對鏈條進行張緊。本刀庫張緊結(jié)構(gòu)如圖5-3所示。圖4-3 鏈條張緊結(jié)構(gòu)示意圖刀

40、庫鏈條的張緊是在后鏈輪座處。松開后鏈輪導(dǎo)板鎖緊螺釘1，轉(zhuǎn)動尾部調(diào)整螺桿2，可調(diào)整鏈條松緊。第5章 結(jié) 論在傳統(tǒng)的制造業(yè)中，大量的時間用于更換刀具、裝卸零件、測量和搬運零件等非切削時間上，切削加工的時間僅占整個工時中較小的比例，而刀庫即由此“工序集中”的特點及功能，也就說刀庫的發(fā)展極大左右了加工中心的發(fā)展，而鏈?zhǔn)降稁斓慕Y(jié)構(gòu)解決了刀庫容量，機床加工范圍等眾多問題。本次設(shè)計的刀庫滿載裝刀60把，鏈條快速移動速度為16米/分，慢速移動速度為4米分。滿足實際加工中節(jié)省時間的目的，提高了加工效率。通過這次比較完整的鏈?zhǔn)降稁煸O(shè)計，我擺脫了單純的理論知識學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實際設(shè)計的結(jié)合鍛煉了我的綜合運用所學(xué)的專業(yè)知

41、識，解決實際工程問題的能力，同時也提高了我查閱文獻資料、設(shè)計手冊、設(shè)計規(guī)范以及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1chang w c, van y t. researching design trens for the redesign of product. design studies，2003，24(2):173-180.2mou j, liu c r.an error correction method for cnc machine tools using reference parts. transactions of namre/sme, 1994.3sutton g p. the machine tool task forch. bal harbour bal habour hotel, 1980.4gene f.franklin. feedback control of dynamis . systems, 4e.5asfahl, r. robot and manufacturing automation. john wiley&son