刀具庫總裝與控制系統(tǒng)設(shè)計樣本

資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)之處，請聯(lián)系改正或者刪除。刀具庫總裝與控制系統(tǒng)設(shè)計DESIGNOFTHETOOL’SASSEMBLYANDCONTROLSYSTEM摘要隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,世界先進制造技術(shù)的興起和不斷成熟,而對作為現(xiàn)代制造業(yè)非常重要的加工中心提出了更高的要求,超高速切削、超精密加工等技術(shù)的應(yīng)用,對加工中心的各種組成部分提出了更高的性能指標(biāo)。由于加工中心備有刀具庫,大大增加了刀具的儲存容量。有利于提高主軸的剛度,獨立的刀庫,大大增加了刀具的儲存數(shù)量,有利于擴大機床的功能,并能較好的隔離各種影響加工精度的干擾因素。自動換刀裝置應(yīng)當(dāng)具備換刀時間短、刀具重復(fù)定位精度高、足夠的刀具儲備量、占地面積小、安全可靠等特性。刀庫的作用是儲備一定數(shù)量的刀具,刀具庫中的刀具主要用于對工件的切、鉆、銑、鏜等的加工。加工中心的刀具庫主要由電動機、制動器、減速器、槽輪機構(gòu)、鏈輪鏈條組成。減速器是三級圓柱齒輪減速器,其結(jié)構(gòu)緊湊、傳動比大,均載效果好。做為動力源的電動機,要選擇經(jīng)濟實惠的電動機;減速器中的軸與齒輪均要進行強度校核,軸按照計算彎曲應(yīng)力來校核其強度;槽輪機構(gòu)要選擇適當(dāng)?shù)牟蹟?shù)與撥銷數(shù);鏈條鏈輪同樣要選擇好鏈輪的齒數(shù);控制部分主要研究PLC在選刀方面的作用。關(guān)鍵詞加工中心;刀具庫;數(shù)控系統(tǒng);總裝與控制AbstractWiththedevelopmentofscienceandtechnology,theriseofadvancedmanufacturingtechnologyandcontinuestomature,whileveryimportantinmodernmanufacturingprocessingcenterahigherdemandhigh-speedcutting,ultra-precisionprocessingtechnology,theprocessingcenterTheelementsofahigherperformanceindex.Asthemachiningcenterwithtoollibraries,greatlyincreasingthestoragecapacityofthetool.Helptoimprovespindlerigidity,independenttoolstorage,toolstoragesignificantlyincreasedthenumberofhelpexpandthefunctionsofmachinetools,andcanbetterisolatethevariousfactorsthataffectthemachiningaccuracyoftheinterference.Automatictoolchangerwithtoolchangetimeshouldbeshort,highrepeatpositioningaccuracytool,adequatereservestools,smallsize,securityandreliabilityfeatures.KnifeistheroleoftheTreasuryreservesacertainnumberoftool,cuttingtoolinthetoolusedforthemainpartofthecutting,drilling,milling,processing,andsoboring.Processingcenterofthemaintoolbythemotor,brakes,reducer,geneva,sprocketchainformed.Reducerarethreecylindricalgearreducer,thecompactstructure,transmissionratio,arecontainedgoodeffect.Asapowersourceforthemotor,itisnecessarytochoosetheeconomicbenefitsofthemotor;reducerintheshaftandgeararerequiredtocheckforstrength,calculatedinaccordancewiththeshaftbendingstresstochecktheirstrength;tankroundofinstitutionstochoosetheappropriateslotforthenumberofsales;Chainsprockethavetochoosethegoodsprocketteeth;controlofthemainPLCelectionsknifeintheroleKeywordsmachiningcenterstoollibrarynumericallycontrolledlatheassemblyandcontrol目錄1緒論 11．1加工中心的定義和在國內(nèi)外的發(fā)展情況及趨勢 11．2刀具庫的概述和形式選擇 41．3鏈式刀具庫原理圖 51．4本文的主要研究內(nèi)容、意義與前景 52HP型鏈條及鏈式刀庫機械傳動系統(tǒng)設(shè)計 72．1HP型鏈條及鏈式刀庫傳動系統(tǒng)注意問題 72．2HP型刀庫專用鏈條 82．3鏈條參數(shù)的選擇 92．4支承 102．5系統(tǒng)布置 113鏈輪的設(shè)計 124槽輪機構(gòu)的設(shè)計 145電動機的選擇 175．1計算刀庫的總重量 175．2電動機的選擇 176減速箱的設(shè)計與計算 206．1確定減速箱的總傳動比及分配傳動比 206．1．1確定總傳動比 206．1．2分配減速箱各級傳動比 206．2計算減速箱的動力參數(shù) 206．2．1各軸的轉(zhuǎn)速 216．2．2各軸的輸入轉(zhuǎn)矩 216．2．3各軸的輸入功率(減速器的效率為0.95) 216．3減速箱內(nèi)齒輪的設(shè)計 216．3．1第一級圓柱齒輪的設(shè)計 226．3．2第二級圓柱齒輪的設(shè)計 246．3．3第三級圓柱齒輪的設(shè)計 256．4軸的計算與校核 266．4．1軸Ⅰ的計算設(shè)計 266．4．2軸Ⅱ的計算設(shè)計 276．4．3軸Ⅲ的計算設(shè)計 316．4．4軸Ⅳ的計算設(shè)計 346．5軸承的選用與計算 376．5．1軸Ⅰ與軸Ⅱ上軸承的選用 376．5．2軸Ⅲ上軸承的選用與計算 386．5．3軸Ⅳ上軸承的選用與計算 397PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計 41總結(jié) 45致謝 46參考文獻 47附錄 48附錄1 48附錄2 591緒論1．1加工中心的定義和在國內(nèi)外的發(fā)展情況及趨勢加工中心是備有刀庫,并能自動更換刀具,對工件進行多工序加工的數(shù)字控制機床。工件經(jīng)一次裝夾后,數(shù)字控制系統(tǒng)能控制機床按不同工序,自動選擇和更換刀具,自動改變機床主軸轉(zhuǎn)速、進給量和刀具相對工件的運動軌跡及其它輔助機能,依次完成工件幾個面上多工序的加工。加工中心由于工序的集中和自動換刀,減少了工件的裝夾、測量和機床調(diào)整等時間,使機床的切削時間達到機床開動時間的80％左右(普通機床僅為15～20％);同時也減少了工序之間的工件周轉(zhuǎn)、搬運和存放時間,縮短了生產(chǎn)周期,具有明顯的經(jīng)濟效果。加工中心適用于零件形狀比較復(fù)雜、精度要求較高、產(chǎn)品更換頻繁的中小批量生產(chǎn)。第一臺加工中心是1958年由美國卡尼-特雷克公司首先研制成功的。它在數(shù)控臥式鏜銑床的基礎(chǔ)上增加了自動換刀裝置,從而實現(xiàn)了工件一次裝夾后即可進行銑削、鉆削、鏜削、鉸削和攻絲等多種工序的集中加工。(1)加工中心的定義擴展各國對加工中心的定義并不完全一樣。1992年,德國EMAG公司創(chuàng)造了被譽為內(nèi)最佳機床的倒置立車,并在此基礎(chǔ)上相繼開發(fā)了倒立加工中心,即在一臺機床上能對輕型回轉(zhuǎn)體零件作車、銑、鉸、銼等多工序加工,甚至還能夠磨削、滾齒以及激光加工等。20世紀90年代初,奧地利WFL公司首創(chuàng)了用于凸輪軸及其它復(fù)雜軸類零件加工的車銑復(fù)合中心M100,該類機床當(dāng)前發(fā)展勢頭非常迅猛。21世紀初日本MAZAK公司在JIMTOF上提出了DONEINONE的口號,即力爭在一臺機床上能進行所有工藝加工。中國的加工中心定義還是停留在20年前所制訂的《金屬切削機床術(shù)語》上面,即自動換刀的數(shù)控銼銑床,顯得太落后了。(2)加工中心的結(jié)構(gòu)在不斷改進加工中心按主軸的布置方式分為立式和臥式兩類。臥式加工中心一般具有分度轉(zhuǎn)臺或數(shù)控轉(zhuǎn)臺,可加工工件的各個側(cè)面;也可作多個坐標(biāo)的聯(lián)合運動,以便加工復(fù)雜的空間曲面。立式加工中心一般不帶轉(zhuǎn)臺,僅作頂面加工。另外,還有帶立、臥兩個主軸的復(fù)合式加工中心,和主軸能調(diào)整成臥軸或立軸的立臥可調(diào)式加工中心,它們能對工件進行五個面的加工。臥式加工中心是結(jié)構(gòu)花式翻新最多的。起源于主軸箱側(cè)掛的臥式加工中心,在20世紀80年代初期就逐步向正掛箱方向發(fā)展了,也就是我們當(dāng)前見得最多的那種主軸箱處于立柱對稱中心位置的那一種?？墒?臥式加工中心的工作臺設(shè)置也在變化。較早的臥式加工中心工作臺配置一般采用十字滑板型式,即X、Z兩向運動都由滑板實現(xiàn)。但這種形式對工件交換甚不方便,故20世紀90年代后所謂的T型與反T型結(jié)構(gòu)就應(yīng)運而生了。T型和反T型結(jié)構(gòu)主要用在立柱移動型的臥式加工中心上面,其優(yōu)點是能避免因工件質(zhì)量不均勻而造成的工作臺承載不均勻,乃至在運動過程中形成傾覆力矩。立式加工中心結(jié)構(gòu)變化要比臥式加工中心少,但日本安田、牧野等研發(fā)的主軸箱在立柱頂部移動型非常有道理,是高精度加工的佼佼者。立柱傾斜型結(jié)構(gòu)也頗為新鮮,為了改進葉片加工的切削狀態(tài),增加刀具與葉片的接觸面,瑞士UECHTI公司將機床的立柱設(shè)計成與垂直線傾斜一個角度,而葉片加工的名牌瑞士st別汀ag公司則是將銑頭傾斜22.5°僅為了避免與夾具的干涉及便于排屑,更是使刀具能夠切削至葉根。(3)多軸聯(lián)動加工中心爭奇斗妍為不斷滿足復(fù)雜工件所提出的加工要求,多軸聯(lián)動加工中心的發(fā)展也日新月異。最初的多軸聯(lián)動加工中心,是在立柱上加一個連續(xù)分度頭(A軸)或連續(xù)轉(zhuǎn)臺(C軸)來實現(xiàn)四軸聯(lián)動的,但這不能解決復(fù)雜異形件加工的需要,特別是葉片與葉輪。(4)系統(tǒng)和功能部件發(fā)展日新月異當(dāng)今數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展方向,朝著擴大控制軸數(shù)、聯(lián)動軸數(shù)、控制通道、運動速度以及編程容量等方向發(fā)展。為了適應(yīng)高速、高精度等加工需要,機床的信息流必須及時指揮刀具與工件作相對運動,不得失真與偏差。當(dāng)前數(shù)控機床的主軸轉(zhuǎn)速和進給速度都非常高,而機床的定位精度也越來越高,因此提高位置精度的增益、實現(xiàn)系統(tǒng)的前饋控制、提高系統(tǒng)的分辨率以及在電動機與閉饋元件上采取措施等,都是有效的解決方法。為了適應(yīng)復(fù)雜的多軸聯(lián)動加工以及車銑復(fù)合、銑車復(fù)合加工,系統(tǒng)必須增強預(yù)處理能力,必須不斷開發(fā)高檔的插補功能,以滿足不斷提出的復(fù)雜曲面的加工要求。數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展具體表現(xiàn)在硬件的不斷變革,操作系統(tǒng)的更新也十分迅速,軟盤驅(qū)動器與顯示器的分辨率亦同步提高,系統(tǒng)的可靠性更有較大延長。隨著網(wǎng)絡(luò)通信功能的不斷增強,加工中心的應(yīng)用范圍將更加廣泛。加工中心的主要構(gòu)成要素首推刀庫與機械手。小型或無機械手的立式加工中心刀庫,大多采用斗笠式,而高速鉆削中心的刀庫則大多采用轉(zhuǎn)塔式了。相比之下臥式加工中心的鏈式刀庫就變化很多,德國的B+w公司的刀庫容量相當(dāng)大,其矩陣式大容量刀庫可擴容至數(shù)百把刀;日本豐田工機FH系列的刀庫也按照矩陣排列最多可設(shè)置326把刀。而德國巨浪Chiton的籃式刀庫和德國恒輪的內(nèi)藏式刀庫均按照自己機床特點而設(shè)計。加工中心的高轉(zhuǎn)速、高速進給是隨著電主軸、直線電動機等功能部件的開發(fā)而發(fā)展的,雖然研發(fā)的歷史只有10多年,但電動機的結(jié)構(gòu)也在不斷改進,故性能也不斷提高,因此機床的高速發(fā)展總是越來越快。加工中心主要的用戶層面為,以看好的汽車零部件行業(yè)為首,還有模具、飛機、醫(yī)療設(shè)備、IT、光學(xué)設(shè)備等行業(yè)。在飛機制造業(yè)因絕大多數(shù)加工件為多品種、小批量的產(chǎn)品,因此五軸加工機為主的立式加工中心有潛在的需求。今后電子零部件、精密機枝零部件、半導(dǎo)體模具等行業(yè)也具有需求潛力。各生產(chǎn)廠家面對預(yù)期需求擴大的飛機、模具、半導(dǎo)體等行業(yè),正在抓緊開發(fā)五軸加工機。和幾年前的以生產(chǎn)一般零部件為主的立式加工中心形成鮮明對比的是,突出以加工模具為主的設(shè)備方案不斷從廠家出現(xiàn),由此可明顯地看出對高速、高效、高品位加工的需求正在增加。針對高精度加工,一些廠家比較注重研制對不易切削材質(zhì)搞重切削加工的機型。同時,以減少工件更換時間和集中工序為目的的復(fù)合化加工技術(shù)也在不斷創(chuàng)新。為進一步提高效率,有些廠家正在嘗試在立式加工中心的控制軸方面再加上l~2個軸,形成五軸控制,這樣對于形狀復(fù)雜的工件和自由曲面等工件都可完成一次裝卡加工。在產(chǎn)品開發(fā)方面,由于用戶的要求更加嚴格,不得不在保持低價位的同時不斷追求高性能的技術(shù)。由于正在加快適應(yīng)環(huán)保要求的新技術(shù)開發(fā),因此,更加需要能夠調(diào)整品種、數(shù)量的可形成柔性線結(jié)構(gòu)的設(shè)備?，F(xiàn)在干式切削也在研制之中,如已經(jīng)出現(xiàn)的使用高純度氮氣的干式加工系統(tǒng),以氧化來控制精度變化。同時為改進作業(yè)環(huán)境、提高經(jīng)濟效率,對于切屑的處理也采用了易于回收的方式。1．2刀具庫的概述和形式選擇刀具庫用于存放刀具,它是自動換刀裝置中的主要部件之一。刀具庫由支架、驅(qū)動機構(gòu)、傳動系統(tǒng)、刀架、護罩、電氣控制系統(tǒng)等部分組成。刀庫的作用是儲備一定數(shù)量的刀具,機械手實現(xiàn)主軸上刀具的互換。刀具庫有多種形式,加工中心常見的有盤式、鏈式兩種刀庫。在盤式結(jié)構(gòu)〔見圖1-1)中,刀具能夠沿主軸軸向、徑向、斜向安放,刀具軸向安裝的結(jié)構(gòu)最為緊湊．但為了換刀時刀具與主軸同向,有的刀具庫中的刀具需在換刀位置作90°翻轉(zhuǎn)。在刀庫容量較大時,為在存取方便的同時保持結(jié)構(gòu)緊湊,可采取彈倉式結(jié)構(gòu),當(dāng)前大量的刀庫安裝在機床立柱的頂面或側(cè)面。在刀庫容量較大時,也有安裝在單獨的地基上,以隔離刀庫轉(zhuǎn)動造成的振動,圖1–1盤式結(jié)構(gòu)鏈式刀庫的基本結(jié)構(gòu)如圖1一2所示,一般其刀具容量比盤式的要大,結(jié)構(gòu)也比較靈活．能夠采用加長鏈帶方式加大刀庫的容量,也可采用鏈帶折疊回繞的力式提高空間利用率,在要求刀具容量很大時還能夠采用多條鏈帶結(jié)構(gòu)。本文選擇鏈式刀庫設(shè)計,本刀具庫儲存系統(tǒng)的電氣控制主要是對其貨架進行運行控制和位置控制。運行控制包括運行設(shè)備的啟動、制動控制。位置控制主要是對貨架位置和地址進行檢測。圖1–2鏈式刀庫1．3鏈式刀具庫原理圖圖1–3鏈式刀具庫原理圖1．4本文的主要研究內(nèi)容、意義與前景(1)本課題研究目標(biāo)針對現(xiàn)有加工中心的刀具庫裝置進一步減少簡單合理,提高刀庫定位精度。(2)本課題研究內(nèi)容加工中心能夠?qū)α慵M行多種形式的加工,其刀具庫可提供多種刀具以供選用,本課題設(shè)計的刀具庫能夠容納32把刀具,根據(jù)加工心的加工數(shù)控程序要求,刀具庫能夠自動把所需刀具送到加工中心換刀機械手位置。要求刀具庫在送刀時選最便捷路徑送刀。主要參數(shù):1.最大刀具直徑:250㎜2.刀具間距:190㎜3.刀具平均質(zhì)量:5㎏4.刀具庫容刀量:32把刀具(3)本課題提出的研究意義與前景機床原來的刀庫控制程序是單獨設(shè)計的,沒有采用刀具管理系統(tǒng),功能也比較單一,只實現(xiàn)了刀庫刀具的找刀、刀庫最短路徑定位、主軸換刀,而且不支持大型刀具。在刀庫自動選刀方面,在計算機記憶式選刀的基礎(chǔ)上采用了西門子840D特色功能,使選刀程序更簡潔,并完成空刀套的查找。刀庫快速換刀利用STEP—7完成編程,并在實際中得到驗證。在刀庫定位問題上,PLC程序控制采用模塊化設(shè)計方法,這對今后生產(chǎn)類似機床將十分有利,很容易將其利用到其它機床上。自動換刀系統(tǒng)將以較快的速度增長,縮短換刀時間,提高刀具的定位精度是重要的手段,有利于數(shù)控技術(shù)的發(fā)展。2HP型鏈條及鏈式刀庫機械傳動系統(tǒng)設(shè)計 鏈式刀庫具有容刀量大、結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便以及在換刀位置不變情況下容易改變?nèi)莸读康葍?yōu)點,適合于大、中型加工中心使用。因此,有關(guān)鏈式刀庫系統(tǒng)刀庫配件的設(shè)計與應(yīng)用研究以顯得特別急迫。用作刀庫的鏈條稱為ATC鏈條。ATC鏈條能夠有多種結(jié)構(gòu),其中圖2-1所示的HP型鏈條是一種具有中空銷軸結(jié)構(gòu)的輸送鏈,刀套裝在鏈條銷軸內(nèi)部,不需另外配置附件,結(jié)構(gòu)緊湊,因此逐漸在ATC鏈條中占主導(dǎo)地位。圖2–1HP型鏈條1﹑6軸用彈簧擋圈2.刀套組件3.套筒4.內(nèi)鏈板5.外鏈板2．1HP型鏈條及鏈式刀庫傳動系統(tǒng)注意問題(1)鏈式刀庫系統(tǒng)工況鏈式刀庫是一個獨立于機床之外的鏈輸送系統(tǒng)。它由伺服電機、減速裝置、鏈輪、鏈條、鏈支撐、鏈導(dǎo)向和張緊機構(gòu)等組成。工作時系統(tǒng)載荷較小,受力均勻,無動力輸出機構(gòu),電機功率主要用于克服系統(tǒng)摩擦阻力,系統(tǒng)運動速度低(1m／s以下)。鏈條有全支承,系統(tǒng)中僅主動輪是鏈輪,其余起導(dǎo)向作用的均是空套的光輪。系統(tǒng)為斷續(xù)工作,要求不掉刀,輸送刀具到換刀位置精度較高(士0．02trim左右),并要求運動流暢。(2)多邊形效應(yīng)對傳動系統(tǒng)工作性能的影響鏈條傳動是中間具有撓性件的非共軛嚙合傳動,傳動過程中具有多邊形效應(yīng)。當(dāng)主動輪勻速轉(zhuǎn)動時,鏈條線速度和從動輪角速度周期性變化,鏈條與鏈輪嚙合時有沖擊,而且如圖2-2所示的鏈條中心線在鏈輪回轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生周期性變化的橫向位移。一般資料中,在鏈傳動的多邊形效應(yīng)中,比較重視速度變化和嚙合沖擊。而在刀庫傳動系統(tǒng)中則需重視鏈條的橫向位移,因為它是影響系統(tǒng)運行流暢性的主要原因。鏈條橫向位移最大值Δr可按下式計算:Δ式中P——鏈條節(jié)距,mm;Z——鏈輪齒數(shù)。圖2–2鏈傳動多邊形效應(yīng)引起的橫向位移(3)鏈節(jié)工作過程中承受的最大張力刀庫鏈條既是刀具的載體,又是輸送刀具的牽引構(gòu)件。掌握鏈條工作時作用于鏈節(jié)上的最大張力Fmax至關(guān)重要。Fmax是鏈條強度設(shè)計的基礎(chǔ)。鏈節(jié)工作張力F隨所處位置而變化,最大張力Fmax出現(xiàn)在驅(qū)動輪嚙進處。它與鏈輸送系統(tǒng)布置形式、鏈條初始張力、摩擦系數(shù)、支承方式、支承與鏈條的間隙大小、鏈條與刀具總重量等因素有關(guān)。鏈節(jié)最大張力可按下式計算:Fmax=K(F0+)式中n——系統(tǒng)區(qū)段數(shù)目;Fo——鏈條初始張力,N,推薦Fo:500～800N;K——考慮鏈條與鏈輪的嚙入沖擊、鏈條運動軌跡變化等因素引起的附加動載荷的系數(shù),工程上可取K=1.15～1．20;Fi——系統(tǒng)各匿段阻力(主要是各區(qū)段摩擦阻力),N。圖2-3給出了一種典型結(jié)構(gòu)鏈式刀庫鏈節(jié)張力大小分布示意圖。圖2-3鏈節(jié)張力分布示意圖2．2HP型刀庫專用鏈條HP型刀庫專用鏈條是一種大節(jié)距中空銷軸的軸板鏈。國際市場提供的HP型鏈條的具體結(jié)構(gòu)不完全相同。圖2-4匯總了幾種常見結(jié)構(gòu),圖2-4(e)是改進設(shè)計。圖2-4HP型鏈條結(jié)構(gòu)比較5種結(jié)構(gòu),圖2-4(e)鏈條的結(jié)構(gòu)除具有一般鏈條的特性外,還具有如下優(yōu)點:采用塑料刀套與金屬鏈條可分離式結(jié)構(gòu),易于調(diào)整維護和更換刀套。為提高機械強度,減輕鏈條重量,刀套采用優(yōu)質(zhì)工程塑料埋鋼整體結(jié)構(gòu)。該刀套尺寸受溫度變化影響小。內(nèi)鏈板與鋼套采用過盈配合形成固定鏈條框架,保證了內(nèi)節(jié)內(nèi)寬尺寸,使鏈條與鏈輪有良好配合,保證機械手抓取刀具時所需的軸向位置精度。塑料刀套與鋼套采用間隙配合,使用過程中二者之間能夠相對回轉(zhuǎn),可防止定向元件損壞和刀柄,拉釘組件的松脫。此結(jié)構(gòu)亦可微量補償機械手抓刀時的誤差。2．3鏈條參數(shù)的選擇HP型鏈條的結(jié)構(gòu)尺寸主要取決于刀柄一拉釘組件結(jié)構(gòu)尺寸,圖2-5為推薦的供主機廠按刀柄一拉釘尺寸選用的HP型鏈條的型式及尺寸。HP型鏈條的結(jié)構(gòu)尺寸主要取決于刀柄,拉釘組件結(jié)構(gòu)尺寸。本設(shè)計采用刀柄號為32的鏈條,由附表1選其主要參數(shù)為,,,,,。圖2-5HP型鏈條型式及尺寸(mm)2．4支承鏈式刀庫采用全支承方式,多數(shù)采用支承導(dǎo)軌,也有用滾子直徑大于鏈板高度的鏈條組成的鏈條齒條機構(gòu)。支承的設(shè)計對鏈條運動時的阻力有較大影響。設(shè)計時特別應(yīng)考慮在系統(tǒng)有多邊行效應(yīng)時,鏈條節(jié)線變動的因素。如果設(shè)計不當(dāng),支承部位不妥及鏈條與支承之間的間隙過小,將導(dǎo)致鏈條運行阻力增大。支承點應(yīng)盡可能設(shè)在靠近鏈輪、光輪的嚙入,嚙出處,并保證使鏈條受干涉時,仍易于從導(dǎo)軌中經(jīng)過。圖2-6為上、下支承分別布置在內(nèi)鏈板一側(cè)的布置方式,能夠減少鏈條運行阻力。圖2-6支承布置2．5系統(tǒng)布置刀庫的布置與容刀量有關(guān)。換刀位置一般取在鏈輪的圍齒內(nèi),以利于保證位置精度。系統(tǒng)布置應(yīng)力求占地面積小,節(jié)省空間。確定布置方案后,需經(jīng)過鏈長及中心距計算。圖2-7為設(shè)計刀庫時參考的幾種布置方案。本論文選(b)圖作為設(shè)計方案。圖2-7傳動系統(tǒng)布置及支撐部位3鏈輪的設(shè)計(1)結(jié)構(gòu)受刀庫系統(tǒng)空間尺寸限制,鏈輪不可能選擇較多的齒數(shù),為了減少多邊形效應(yīng),鏈輪齒數(shù)又不能選擇太少。一般最少不宜少于8齒,否則鏈條在運轉(zhuǎn)過程中的橫向位移量將對支承導(dǎo)軌設(shè)計帶來困難。齒數(shù)確定后,鏈輪齒頂圓直徑推薦按下式確定:Da=P[(0．2～0．6)+ctg(180／Z)]已知鏈輪的材料為45鋼,鏈的節(jié)距,先設(shè)定齒數(shù)Z=8。由參考文獻[3]得分度圓直徑齒頂圓直徑式(3.1)根圓直徑式(3.2)齒側(cè)槽間直徑式(3.3)齒寬取雙列鏈輪總寬度鏈的排距為了滿足在驅(qū)動輪上放置定位用的分度輪的要求,應(yīng)將鏈輪設(shè)計成如圖3-1所示的三片組合結(jié)構(gòu)。圖3-1鏈輪結(jié)構(gòu)1.左鏈輪片2.分度輪3.右鏈輪片4.連接螺栓5.定位銷(2)齒形鏈輪齒形可采用常規(guī)的三圓弧一直線齒形。但由于刀庫機械定位過程中要求鏈輪在圓周方向能微量移動(雙向),因此宜采用節(jié)線分離齒形。節(jié)線分離量S=0.07(P-d1)+0.05(P為鏈條節(jié)距,d1為滾子外徑)。(3)鏈輪材料鏈輪材料應(yīng)保證輪齒有足夠的強度和耐磨性,故鏈輪齒面一般都經(jīng)過熱處理,使之達到一定硬度。常見材料見表3-1。表3-1鏈輪材料熱處理齒面硬度應(yīng)用范圍15、20滲碳、淬火、回火50-60HRCZ<=25有沖擊載荷的鏈輪35正火160-200HBSZ>25的鏈輪45、50、ZG310-570淬火、回火40-45HRC無劇烈沖擊振動和要求耐磨損的鏈輪15Cr、20Cr滲碳、淬火、回火50-60HRCZ<25的大功率傳動鏈輪40Cr、35SiMn、35CrMo淬火、回火40-50HRC要求強度較高和耐磨損的重要鏈輪A3、A5焊接退火140HBS中低速、中等功率的較大鏈輪不低于HT200的灰鑄鐵淬火、回火260-280HBSZ>50的鏈輪夾布膠木P<6KW、速度較高、要求傳動平穩(wěn)、噪聲小的鏈輪由于鏈輪材料選擇45鋼,因此熱處理需要淬火、回火,齒面硬度為40-45HRC,應(yīng)用范圍為無劇烈沖擊振動和要求耐磨損。(4)鏈輪的潤滑鏈輪對于子鏈傳動是十分重要的,合理的潤滑能大大減輕鏈條鉸鏈的磨損,延長其使用壽命。潤滑方式的選擇為油泵潤滑。4槽輪機構(gòu)的設(shè)計槽輪機構(gòu)(又稱馬爾她機構(gòu))能把主動軸的勻速連續(xù)運動轉(zhuǎn)換為從動軸的周期性間歇運動,常見于各種分度轉(zhuǎn)位機構(gòu)中。槽輪機構(gòu)有三種基本類型:外嚙合槽輪機構(gòu)、內(nèi)嚙合槽輪機構(gòu)和球面槽輪機構(gòu)。加工中心鏈式刀庫采用外嚙合槽輪機構(gòu)。外嚙合槽輪機構(gòu)工作原理如圖4-1所示,它由轉(zhuǎn)臂(主動曲柄)1、槽輪2、滾子3和鎖止盤4組成。

圖4-1外嚙合槽輪機構(gòu)原理圖外嚙合槽輪機構(gòu)的轉(zhuǎn)臂回轉(zhuǎn)軸線與槽輪回轉(zhuǎn)軸線平行。一般轉(zhuǎn)臂作等速回轉(zhuǎn),當(dāng)轉(zhuǎn)臂上的滾子進入槽中,就拔動槽輪作反向轉(zhuǎn)位運動,當(dāng)滾子從槽中脫出,槽輪即靜止不動,并由鎖止盤定位。當(dāng)只有一個滾子時,轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)一周,槽輪作一次轉(zhuǎn)—停的步進運動。(1)運動系數(shù)與槽數(shù)的確定在一個運動循環(huán)中,槽輪的運動時間t2與銷輪的運動時間t1之比,稱為運動系數(shù),用τ表示。對于外槽輪機構(gòu)為了避免或減輕槽輪在開始轉(zhuǎn)動和停止轉(zhuǎn)動時的碰撞或沖擊,圓銷在開始進入徑向槽或從徑向槽脫出的瞬時,圓銷中心的線速度方向均沿著徑向槽的中心線方向,以便槽輪在啟動和停止時的瞬時角速度為零。

210+220=π

210=π-220=π-(2π/z)式中z--槽輪的槽數(shù)。主動件以等角速度ω1轉(zhuǎn)動時,槽輪轉(zhuǎn)動一次所需的時間為t2=210/ω1。當(dāng)主動撥盤對稱均布有k個圓銷時,則主動撥盤轉(zhuǎn)過2π/k角度便完成槽輪的一個運動循環(huán),其所需的時間為t1=2π/[kω1]。

由上式可知,由于外嚙合槽輪機構(gòu)的運動系數(shù)τ應(yīng)大于零,因此其槽數(shù)z應(yīng)大于3。當(dāng)K=1時,z不論多少,τ總是小于0.5,即外嚙合槽輪機構(gòu)的運動時間總是小于停歇時間。另外,由于槽輪機構(gòu)是作間歇運動的,故必須有間歇時間,因此運動系數(shù)τ總是小于1,因此k與Z的關(guān)系應(yīng)為k<2z/(z-2),常取z=4～8。圖4-2槽輪機構(gòu)(1)槽輪機構(gòu)的角速度和角加速度槽輪機構(gòu)的運動分析和曲柄導(dǎo)桿機構(gòu)的運動分析完全一樣。下圖4-3分別列出了槽數(shù)為4、6、8的外嚙合槽輪機構(gòu)角速度ω2/ω1和角加速度α2/ω12的變化情況。從圖中能夠看出,槽數(shù)愈少,則角速度、角加速度的變化愈大,由此產(chǎn)生的沖擊和磨損也就愈大。圖4-2槽輪機構(gòu)角速度和角加速度的變化由此可得,槽輪的槽數(shù)應(yīng)選8個。已知槽輪的材料為45鋼,設(shè)槽輪的槽數(shù)為8,撥銷的直徑為中心距。由參考文獻[3]得主動曲柄半徑QUOTEQUOTE式(4.1)槽輪半徑式(4.2)槽輪高QUOTEmm式(4.3)槽深QUOTER2-bQUOTEmm式(4.4)鎖止弧半徑式(4.5)槽輪寬式(4.6)輪轂寬式(4.7)5電動機的選擇5．1計算刀庫的總重量(1)設(shè)定鏈片鏈節(jié)的尺寸結(jié)構(gòu)如下圖:圖5–1鏈片結(jié)構(gòu)圖(2)單個鏈片的體積V=140×80×4＋4×3.14×402－2×3.14×252×4＝49196㎜3(3)單個鏈片的重量材料為45鋼,由參考文獻[2]表1-1得,該材料的密度為ｍ＝V＝49196×7.85＝0.386㎏(4)單個鏈節(jié)的體積V＝3.14×(252-232)×100＝30144㎜3(5)單個鏈節(jié)的重量ｍ＝V＝30144×7.85＝0.237㎏(6)32把刀具鏈節(jié)鏈片的總重量ｍ＝32×(0.386＋0.237)＝19.94㎏(7)32把刀具的總重量ｍ=32×5=160kg(8)刀庫的總重量式中10kg為其它零件和標(biāo)準件的質(zhì)量,ｍ＝19.94＋160＋10＝189.94㎏5．2電動機的選擇選擇電動機應(yīng)考慮以下問題:根據(jù)負載轉(zhuǎn)矩、速度變化范圍和啟動頻繁程度等要求,考慮電動機的升溫限制、過載能力和啟動轉(zhuǎn)矩,選擇電動機功率,并確定冷卻通風(fēng)方式。所選電動機功率應(yīng)留有余量。負荷率一般取0.8-0.9。過大的備用功率會使電機效率降低,對于感應(yīng)電動機,其功率因數(shù)將變壞,并使按電動機最大轉(zhuǎn)矩效驗強度的生產(chǎn)機械造價提高。除此之外,選擇電動機還必須符合節(jié)能要求,考慮運行可靠性,設(shè)備的供貨情況、備品備件的通用性、安裝檢修的難易,以及產(chǎn)品價格、建設(shè)費用、運行和維修費用、生產(chǎn)過程中前后期電動機功率變化關(guān)系等各種因素。由參考文獻[3]得撥銷的轉(zhuǎn)速為設(shè)槽輪的停留時間為5sr／min則槽輪的轉(zhuǎn)速／min槽輪的角速度r／min鏈輪的速度m／s電動機的輸出功率式(5.1)電動機的驅(qū)動載荷為鏈條的速度為m／s刀庫的總效率為式(5.2)式中——軸套傳動效率0.99;——鏈傳動效率0.93;——齒輪傳動效率0.98;——滾動軸承傳動效率0.98。則∴取電動機的額定功率為1.5kw電動機額定轉(zhuǎn)速是根據(jù)生產(chǎn)機械的要求而選定的。在確定電動機額定轉(zhuǎn)速時,必須考慮機械減速機構(gòu)的傳動比值,兩者相互配合,經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟全面比較才能確定。一般,電動機的轉(zhuǎn)速不低于500r/mm,因為當(dāng)功率一定時,電動機的轉(zhuǎn)速愈低,則其尺寸愈大,價格愈貴,而且效率也較低,如選用高速電動機,勢必加大機械減速機的傳動比,致使機械傳動部分復(fù)雜起來。Y系列電動機是全封閉自扇冷卻鼠籠型三相異步電動機,是最新設(shè)計的基本系列,符合IEC標(biāo)準。具有高效、節(jié)能,起動轉(zhuǎn)矩大,噪聲低,振動小,可靠性高,使用維護方便等特點。廣泛應(yīng)用于不含易燃、易爆或腐蝕性氣體的一般場合和特殊要求的機械設(shè)備上,如金屬切削機床、泵、風(fēng)機、運輸機械、攪拌機、農(nóng)業(yè)機械和食品機械等由參考文獻[3]附表選用Y90L—4型電動機,其額定功率為1.5kw,同步轉(zhuǎn)速為r/min,滿載轉(zhuǎn)速r/min6減速箱的設(shè)計與計算6．1確定減速箱的總傳動比及分配傳動比6．1．1確定總傳動比由選定的電動機滿載轉(zhuǎn)速和工作機主動軸轉(zhuǎn)速,可得減速器的傳動比式(6.1)因為減速器的總傳動比>40,因此該減速器采用直齒圓柱齒輪三級傳動。傳動布置形式為展開式。展開式最簡單,但由于齒輪兩側(cè)的軸承不是對稱布置,因而將使載荷沿齒寬分布不均勻,且使兩邊的軸承受力不等。為此設(shè)計這種減速器時應(yīng)注意:1)軸的剛度宜取大些;2)轉(zhuǎn)矩應(yīng)從離齒輪遠的軸端輸入,以減輕載荷沿齒寬分布的不均勻。減速器示意圖如下1軸1軸2軸3軸4軸Z1Z2Z3Z4Z5Z6圖6–1減速器齒輪示意圖6．1．2分配減速箱各級傳動比傳動比分配的基本原則是:1)使各級傳動的承載能力近于相等;2)使各級傳動中的大齒輪浸入油中的深度大致相近,從而使?jié)櫥顬楹啽?3)使減速器獲得最小的外形尺寸或重量等。初步選擇第一級傳動比為=3,第二級傳動比為=3.5,第三級傳動比為,見式(6.2)式(6.2)6．2計算減速箱的動力參數(shù)6．2．1各軸的轉(zhuǎn)速軸Ⅰ的轉(zhuǎn)速r/min軸Ⅱ的轉(zhuǎn)速r/min軸Ⅲ的轉(zhuǎn)速r/min軸Ⅳ的轉(zhuǎn)速r/min6．2．2各軸的輸入轉(zhuǎn)矩電動機輸出轉(zhuǎn)矩N.m軸Ⅰ的轉(zhuǎn)矩==10.3N.m軸Ⅱ的轉(zhuǎn)矩N.m軸Ⅲ的轉(zhuǎn)矩N.m軸Ⅳ的轉(zhuǎn)矩N.m6．2．3各軸的輸入功率(減速器的效率為0.95)軸Ⅰ的功率kw軸Ⅱ的功率kw軸Ⅲ的功率kw軸Ⅳ的功率kw6．3減速箱內(nèi)齒輪的設(shè)計6．3．1第一級圓柱齒輪的設(shè)計1．材料的選擇:小齒輪40Cr(調(diào)質(zhì)處理)硬度為280HBS大齒輪45(調(diào)質(zhì)處理)硬度為240HBS2．齒面接觸疲勞強度計算⑴初步計算轉(zhuǎn)矩N.mm齒寬系數(shù)由參考文獻[5]表12.13取接觸疲勞極限由參考文獻[5]圖12.17C得MPa,MPa初步計算的許用接觸應(yīng)力為[],由參考文獻[5]表12.16取=85初步計算的小齒輪直徑見式(6.3)式(6.3)取初步計算齒寬⑵校核計算圓周速度式(6.4)精度等級由參考文獻[5]表12.6選8級精度齒數(shù)和模數(shù)初步取齒數(shù),,由參考文獻[5]表12.3取則使用系數(shù)由參考文獻[5]表12.9取動載系數(shù)由參考文獻[5]圖12.9取齒間載荷分配系數(shù)由參考文獻[5]表12.10先求圓周力式(6.4)式(6.5)(直齒圓柱齒輪傳動角)由此得式(6.7)齒向載荷分布系數(shù)由參考文獻[5]表12.11式(6.8)載荷系數(shù)式(6.9)彈性系數(shù)由參考文獻[5]表12.12節(jié)點區(qū)域系數(shù)由參考文獻[5]圖12.16接觸最小安全系數(shù)由參考文獻[5]表12.14總工作時間應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由參考文獻[5]表12.15,估計則指數(shù)式(6.10)原估計應(yīng)力循環(huán)次數(shù)正確式(6.11)接觸壽命系數(shù)由參考文獻[5]圖12.18得,許用接觸應(yīng)力式(6.12)式(6.13)驗算式(6.14)計算結(jié)果表明,接觸疲勞強度較為合適,齒輪尺寸無須調(diào)整。3．確定傳動主要尺寸分度圓直徑,中心距6．3．2第二級圓柱齒輪的設(shè)計1．材料的選擇:小齒輪40Cr(調(diào)質(zhì)處理)硬度為280HBS大齒輪45(調(diào)質(zhì)處理)硬度為240HBS2．初步計算轉(zhuǎn)距N.mm齒寬系數(shù)由參考文獻[5]表12.13取接觸疲勞極限由參考文獻[5]圖12.17C得MPa,MPa初步計算的需用接觸應(yīng)力[]≈0.9MPa,[]≈0.9MPa由參考文獻[5]表12.16取初步計算小齒輪直徑式(6.15)圓整取初步計算齒寬3．校核計算圓周速度齒數(shù)和模數(shù)初步選取,,由參考文獻[5]表12.3取則,4．確定傳動主要尺寸分度圓直徑,中心距6．3．3第三級圓柱齒輪的設(shè)計1．材料的選擇:小齒輪40Cr(調(diào)質(zhì)處理)硬度為280HBS大齒輪45#(調(diào)質(zhì)處理)硬度為240HBS2．初步計算轉(zhuǎn)距N.mm式(6.16)齒寬系數(shù)由參考文獻[5]表12.13取接觸疲勞極限由參考文獻[5]圖12.17C得MPa,MPa初步計算的需用接觸應(yīng)力[]≈0.9MPa,[]≈0.9MPa由參考文獻[5]表12.16取初步計算小齒輪直徑式(6.17)圓整取初步計算齒寬3．校核計算圓周速度式(6.18)齒數(shù)和模數(shù)初步選取則,由參考文獻[5]表12.3取則,4．確定傳動主要尺寸分度圓直徑,中心距6．4軸的計算與校核6．4．1軸Ⅰ的計算設(shè)計1．選擇軸的材料,確定許用應(yīng)力由以上條件知減速器傳動的功率屬于小功率,對材料無特殊要求,故選擇45號鋼并作調(diào)質(zhì)處理。由參考文獻[5]表13.4得抗拉強度MPa屈服點MPa彎曲疲勞極限MPa扭轉(zhuǎn)疲勞極限MPa2．按扭轉(zhuǎn)強度估算軸的直徑由參考文獻[5]表13.1得A=118～107,A為振幅,由公式13.2得軸的最小直徑為式(6.19)∵考慮到軸的最小直徑處要安裝制動器,會有鍵槽的存在,故將估算直徑加大3%～5%∴式(6.20)由參考文獻[5]表13.3—4,取標(biāo)準直徑3．軸Ⅰ的結(jié)構(gòu)設(shè)計(結(jié)構(gòu)草圖如下)圖6–2軸Ⅰ的結(jié)構(gòu)草圖(1)確定軸上零件的位置和固定方式要確定軸的結(jié)構(gòu)形式,必須先確定軸上零件的裝拆順序和固定方式,如上圖可見,由于齒輪的軸徑較小,因此采用齒輪軸的形式。軸承從軸的左端套入軸段②上,采用過盈配合,軸向固定采用軸套和軸肩③,再裝上制動器,周向固定采用平鍵作固定,軸向固定采用軸套與軸肩②。(2)確定各軸段的直徑如上圖,軸段①的最小直徑。軸段②上要安裝軸承,軸段②必須滿足軸承的內(nèi)徑標(biāo)準,故軸段②的直徑,由參考文獻[2]表6-1選用6204型深溝球軸承。軸段③是作軸肩用,其尺寸為。由于加工齒輪時,為了順利退刀,因此軸段④處為退刀槽,其直徑為。(3)確定各軸段的長度因為軸Ⅰ選用的是齒輪軸,因此軸段⑤處的長度為32,退刀槽的寬度為5。為了保證齒輪端面與箱體內(nèi)壁不相碰,齒輪斷面與箱體內(nèi)壁間應(yīng)有一定的距離,取該距離為10,為了保證軸承安裝在箱體軸承座孔中(軸承寬度為12),并考慮軸承的潤滑,取軸承端面距箱體內(nèi)壁的距離為5,制動器的總長,軸段①的要確定軸的結(jié)構(gòu)形式,必須先確定軸上零件的裝拆順序和固定方式,如上圖可見,由于齒輪的軸徑較小,因此采用齒輪軸的形式。軸承從軸的左端套入軸段②上,采用過盈配合,軸向固定采用軸套和軸肩③,再裝上制動器,周向固定采用平鍵作固定,軸向固定采用軸套與軸肩②。(4)由于該軸承受的彎矩較小故不需要進行彎矩合成強度校核軸徑。6．4．2軸Ⅱ的計算設(shè)計1．選擇軸的材料,確定許用應(yīng)力由以上條件知減速器傳動的功率屬于小功率,對材料無特殊要求,故選擇45號鋼并作調(diào)質(zhì)處理。由參考文獻[5]表13.4得抗拉強度MPa屈服點MPa彎曲疲勞極限MPa扭轉(zhuǎn)疲勞極限MPa2．按扭轉(zhuǎn)強度估算軸的直徑由參考文獻[5]表13.1得A=118～107,A為振幅,由公式13.2得軸的最小直徑為∵考慮到軸上會由鍵槽的存在,故將估算直徑加大3%～5%∴由參考文獻[5]表13.3-4,取標(biāo)準直徑3．軸Ⅱ的結(jié)構(gòu)設(shè)計(結(jié)構(gòu)草圖如下)圖6–3軸Ⅱ的結(jié)構(gòu)草圖⑴確定軸上零件的位置和固定方式根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,由兩個滾動軸承支承,齒輪從軸的左端裝入,齒輪的左右端均用軸套做軸向固定,采用鍵作周向固定,軸承對稱安裝在齒輪的兩側(cè),其周向用軸肩固定。⑵確定各軸段的直徑如上圖所示,軸段②處安裝軸承,軸承必須滿足軸承內(nèi)徑標(biāo)準,故取軸段②的直徑,由參考文獻[2]表6-1選用6204型深溝球軸承。軸承周采用過盈配合固定,軸向采用彈性擋圈和軸肩固定,軸段③的直徑。軸段④的直徑取。⑶確定各軸段的長度因為軸Ⅱ中的小齒輪選用的是齒輪軸,因此軸段⑤處的長度為44,為了保證齒輪端面與箱體內(nèi)壁不相碰,齒輪斷面與箱體內(nèi)壁間應(yīng)有一定的距離,取該距離為10,為了保證軸承安裝在箱體軸承座孔中(軸承寬度為12),并考慮軸承的潤滑,取軸承端面距箱體內(nèi)壁的距離為5,齒輪左右軸套的長度均為10,左軸承的左軸段伸出15,因此軸段①的長度為15,軸段②的長度為86,軸承支點的距離為,鍵槽的長度比相應(yīng)的輪轂寬度小約5～10。4．按彎曲合成強度校核軸徑⑴畫出軸的受力圖,如下圖所示圖6–4軸的受力圖圓周力式(6.21)式(6.22)式(6.23)式(6.24)⑵計算水平面支承反力和彎矩水平面受力簡圖圖6–5軸的水平受力圖式(6.25)(負號說明假設(shè)方向與實際相反)Ⅰ—Ⅰ截面的彎矩為式(6.26)Ⅱ—Ⅱ截面的彎矩為式(6.27)⑶計算垂直面內(nèi)的支承反力和彎矩垂直面受力簡圖圖6–6軸的垂直受力圖式(6.28)(負號說明假設(shè)方向與實際相反)Ⅰ—Ⅰ截面的彎矩為式(6.29)Ⅱ—Ⅱ截面的彎矩為式(6.30)⑷合成彎矩Ⅰ—Ⅰ截面的合成彎矩為式(6.31)Ⅱ—Ⅱ截面的合成彎矩為式(6.32)⑸計算許用應(yīng)力用插入法參考文獻[5]由表16.3得MPa,MPa應(yīng)力校正系數(shù)式(6.33)⑹計算當(dāng)量彎矩Ⅰ—Ⅰ截面的當(dāng)量彎矩為式(6.34)Ⅱ—Ⅱ截面的當(dāng)量彎矩式(6.35)⑺確定危險截面及校核強度Ⅰ—Ⅰ截面為MPa式(6.36)Ⅱ—Ⅱ截面為MPa式(6.37)軸滿足的條件,故設(shè)計的軸有足夠的強度。6．4．3軸Ⅲ的計算設(shè)計1．選擇軸的材料,確定許用應(yīng)力由以上條件知減速器傳動的功率屬于小功率,對材料無特殊要求,故選擇45號鋼并作調(diào)質(zhì)處理。由參考文獻[5]表13.4得抗拉強度MPa屈服點MPa彎曲疲勞極限MPa扭轉(zhuǎn)疲勞極限MPa2．按扭轉(zhuǎn)強度估算軸的直徑由參考文獻[5]表13.1得A=118～107,A為振幅,由公式13.2得軸的最小直徑為∵考慮到軸上會由鍵槽的存在,故將估算直徑加大4%～5%∴由參考文獻[5]表13.3—4,取標(biāo)準直徑3．軸Ⅲ的結(jié)構(gòu)設(shè)計(結(jié)構(gòu)草圖如下)圖6–7軸Ⅲ的結(jié)構(gòu)草圖⑴確定軸上零件的位置和固定方式根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,軸由兩個滾動軸承支承,參考上圖,齒輪4從軸的左端裝入,齒輪的左端用軸套與墊片定位,右端采用彈性擋圈固定,這樣齒輪在軸上的位置完全固定,齒輪的周向采用平鍵連接固定,軸段②的右段是齒輪軸,軸段①處最小直徑處安裝軸承,其軸向固定采用軸段②與軸套固定,周向采用過盈配合固定。⑵確定各軸段的直徑如上圖所示,軸段①處安裝軸承,軸段①處的直徑必須滿足軸承內(nèi)徑標(biāo)準,故取軸段①的直徑,由參考文獻[2]表6-1選用6205型深溝球軸承。軸段②的直徑。⑶確定各軸段的長度左端齒輪輪轂的寬度為50,為了保證齒輪端面與箱體內(nèi)壁不相碰,齒輪斷面與箱體內(nèi)壁間應(yīng)有一定的距離,取該距離為10,為了軸承安裝在箱體軸承座孔中(軸承寬度為15),并考慮軸承的潤滑,取軸承端面距箱體內(nèi)壁的距離為5,因為軸Ⅲ中的小齒輪選用的是齒輪軸,其寬度為65。取軸段②的長度為210,軸段①的長度為30。軸承支點的距離為,軸段②上的鍵槽的長度比相應(yīng)的輪轂寬度小約5～10。4．按彎曲合成強度校核軸徑⑴畫出軸的受力圖,如下圖所示圖6–8軸的受力圖圓周力式(6.38)式(6.39)徑向力式(6.40)式(6.41)⑵計算水平面支承反力和彎矩水平面受力簡圖圖6–9軸的水平受力圖式(6.42)式(6.43)Ⅰ—Ⅰ截面的彎矩為式(6.44)Ⅱ—Ⅱ截面的彎矩為式(6.45)⑶計算垂直面內(nèi)的支承反力和彎矩垂直面受力簡圖圖6–10軸的垂直受力圖式(6.46)式(6.47)Ⅰ—Ⅰ截面的彎矩為式(6.48)Ⅱ—Ⅱ截面的彎矩為式(6.49)⑷合成彎矩Ⅰ—Ⅰ截面的合成彎矩為式(6.50)Ⅱ—Ⅱ截面的合成彎矩為式(6.51)⑸計算許用應(yīng)力用插入法參考文獻[5]由表16.3得MPa,MPa應(yīng)力校正系數(shù)式(6.52)⑹計算當(dāng)量彎矩Ⅰ—Ⅰ截面的當(dāng)量彎矩為式(6.53)Ⅱ—Ⅱ截面的當(dāng)量彎矩為式(6.54)⑺確定危險截面及校核強度Ⅰ—Ⅰ截面為MPa式(6.55)Ⅱ—Ⅱ截面為MPa式(6.56)軸滿足的條件,故設(shè)計的軸有足夠的強度。6．4．4軸Ⅳ的計算設(shè)計1．選擇軸的材料,確定許用應(yīng)力由以上條件知減速器傳動的功率屬于小功率,對材料無特殊要求,故選擇45號鋼并作調(diào)質(zhì)處理。由參考文獻[5]表13.4得抗拉強度MPa屈服點MPa彎曲疲勞極限MPa扭轉(zhuǎn)疲勞極限MPa2．按扭轉(zhuǎn)強度估算軸的直徑由參考文獻[5]表13.1得A=118～107,A為振幅,由公式13.2得軸的最小直徑為∵考慮到軸上會由鍵槽的存在,故將估算直徑加大4%～5%∴由參考文獻[5]表13.3—4,取標(biāo)準直徑3．軸Ⅳ的結(jié)構(gòu)設(shè)計(結(jié)構(gòu)草圖如下)圖6–11軸Ⅳ的結(jié)構(gòu)草圖⑴確定軸上零件的位置和固定方式根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計原理,軸由兩個滾動軸承支承,參考上圖,齒輪6從軸的左端裝入,齒輪的左端用軸套與墊片定位,右端采用彈性擋圈固定,這樣齒輪在軸上的位置完全固定,齒輪的周向采用平鍵連接固定,軸段①處最小直徑處安裝軸承,其軸向固定采用軸段②與軸套固定,周向采用過盈配合固定。軸段③為輸出端。⑵確定各軸段的直徑如上圖所示,軸段①處安裝軸承,軸段①處的直徑必須滿足軸承內(nèi)徑標(biāo)準,故取軸段①的直徑,由參考文獻[2]表6-1選用6208型深溝球軸承。軸段②的直徑。軸段③的直徑為。⑶確定各軸段的長度齒輪6輪轂的寬度為60,為了保證齒輪端面與箱體內(nèi)壁不相碰,齒輪斷面與箱體內(nèi)壁間應(yīng)有一定的距離,取該距離為10,為了軸承安裝在箱體軸承座孔中(軸承寬度為18),并考慮軸承的潤滑,取軸承端面距箱體內(nèi)壁的距離為5,因此軸段①的長度為23,軸段②的長度為65。軸承支點的距離為,軸段②與③上分別加工出鍵槽使鍵槽處于軸的同一母線上,鍵槽的長度比相應(yīng)的輪轂寬度小約5～10。4．按彎曲合成強度校核軸徑⑴畫出軸的受力圖,如下圖所示圖6–12軸的受力圖圓周力式(6.57)徑向力式(6.58)⑵計算水平面支承反力和彎矩水平面受力簡圖圖6–13軸的水平受力圖式(6.59)Ⅰ—Ⅰ截面的彎矩為式(6.60)Ⅱ—Ⅱ截面的彎矩為式(6.61)⑶計算垂直面內(nèi)的支承反力和彎矩垂直面受力簡圖圖6–14軸的垂直受力圖式(6.62)Ⅰ—Ⅰ截面的彎矩為式(6.63)Ⅱ—Ⅱ截面的彎矩為式(6.64)⑷合成彎矩Ⅰ—Ⅰ截面的合成彎矩為式(6.65)Ⅱ—Ⅱ截面的合成彎矩為式(6.66)⑸計算許用應(yīng)力用插入法參考文獻[5]由表16.3得MPa,MPa應(yīng)力校正系數(shù)⑹計算當(dāng)量彎矩Ⅰ—Ⅰ截面的當(dāng)量彎矩為式(6.67)Ⅱ—Ⅱ截面的當(dāng)量彎矩為式(6.68)⑺確定危險截面及校核強度Ⅰ—Ⅰ截面為MPa式(6.69)Ⅱ—Ⅱ截面為MPa式(6.70)軸滿足的條件,故設(shè)計的軸有足夠的強度。6．5軸承的選用與計算6．5．1軸Ⅰ與軸Ⅱ上軸承的選用軸Ⅰ與軸Ⅱ的軸頸處直徑均為20,由參考文獻[5]附表18.1得,軸承選用6204型深溝球滾子軸承。1．軸Ⅱ上軸承進行計算已知軸的直徑為20,軸速為1390r/min,軸承所受的徑向載荷為,,工作溫度正常,要求軸承的預(yù)期壽命為。2．求當(dāng)量動載荷因為該軸承只承受徑向載荷,由參考文獻[5]表14.12得載荷系數(shù)見式(6.34)式(6.71),3．計算徑向動載荷值式(6.72)式中的為壽命指數(shù),對于球軸承,是溫度系數(shù),,則式(6.73)式(6.74)由參考文獻[5]可知6204型深溝球滾子軸承的基本額定動載荷,,基本額定靜載荷。4．驗算軸承壽命由式(4.38)式(4.39)得式(6.75)式(6.76)即軸承的壽命大于軸承的預(yù)期使用壽命。5．靜強度計算由式(6.40)得,式(6.77)由參考文獻[5]表14.18得滾動軸承的安全系數(shù)由式(6.41)得,式(6.78)因此所用的軸承是合格的。6．5．2軸Ⅲ上軸承的選用與計算軸Ⅲ的軸頸處直徑均為25,由參考文獻[5]附表18.1得,軸承選用6205型深溝球滾子軸承。1．軸Ⅲ上軸承進行計算已知軸的直徑為25,軸速為132.38r/min,軸承所受的徑向載荷為,,工作溫度正常,要求軸承的預(yù)期壽命為。2．求當(dāng)量動載荷因為該軸承只承受徑向載荷,由參考文獻[5]表14.12得載荷系數(shù)由公式得,3．計算徑向動載荷值由公式得式中的為壽命指數(shù),對于球軸承,是溫度系數(shù),,則式(6.79)式(6.80)由參考文獻[5]可知6205型深溝球滾子軸承的基本額定動載荷,,基本額定靜載荷。4．驗算軸承壽命由公式得式(6.81)式(6.82)即軸承的壽命大于軸承的預(yù)期使用壽命。5．靜強度計算由公式得,由參考文獻[5]表14.18得滾動軸承的安全系數(shù),由公式得,因此所用的軸承是合格的。6．5．3軸Ⅳ上軸承的選用與計算軸Ⅳ的軸頸處直徑均為40,由參考文獻[5]附表18.1得,軸承選用6208型深溝球滾子軸承。1．軸Ⅲ上軸承進行計算已知軸的直徑為40,軸速為30r/min,軸承所受的徑向載荷為,工作溫度正常,要求軸承的預(yù)期壽命為。2．求當(dāng)量動載荷因為該軸承只承受徑向載荷,由參考文獻[5]表14.12得載荷系數(shù)由公式得3．計算徑向動載荷值由公式得式(6.83)式中的為壽命指數(shù),對于球軸承,是溫度系數(shù),,則由參考文獻[5]可知6205型深溝球滾子軸承的基本額定動載荷,,基本額定靜載荷。4．驗算軸承壽命由公式得式(6.84)即軸承的壽命大于軸承的預(yù)期使用壽命。5．靜強度計算由公式得由參考文獻[5]表14.18得滾動軸承的安全系數(shù)由公式得因此所用的軸承是合格的。7PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計數(shù)控加工中心的刀具庫用步進電機或直流電機控制,如圖所示加工中心鏈式刀具庫的工作示意圖上面設(shè)有32把刀具,每把刀具都有相應(yīng)的刀號地址,分別為1、2、………、32。刀具由直流小型電機帶動低速轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)動時將有霍爾開關(guān)檢測信號,反映刀號位置。在圖示的刀具庫示意圖中,設(shè)A為換刀位置,分別有控制交流電動機旋轉(zhuǎn)的KM1/KM2即正反轉(zhuǎn)信號輸入端,有刀具到位顯示信號KM3輸入端,有檢測刀具位置的T輸出信號端。假設(shè)將當(dāng)前的信號和所希望取的刀號分別用BCD碼撥碼開關(guān)或從CNC數(shù)控系統(tǒng)送來數(shù)據(jù)到寄存器D0、D1中。經(jīng)比較后,若兩數(shù)相等,則比較出刀位信號,說明希望刀號與當(dāng)前刀號相等。若兩數(shù)不等,則需對數(shù)據(jù)進行處理,使電動機進行正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。當(dāng)D0>D1時,需進行DO-D1處理;當(dāng)D0<D1時,進行(D0+32)-D1的處理。然后再判斷她們處理結(jié)果是否大于16,若大于16則反轉(zhuǎn);若小于16則正轉(zhuǎn)(正轉(zhuǎn)為順時針,反轉(zhuǎn)為逆時針)。每轉(zhuǎn)一個刀號,由T測試端輸出一個脈沖信號給PLC,PLC將進行一次加1或減1操作,然后在判斷D0是否與D1相等,如不等,在繼續(xù)下去,如若相等,則電動機停轉(zhuǎn),見表7-1。表7-1PLC控制刀庫運轉(zhuǎn)的輸入/輸出地址表器件代號說明SB0X0啟動開關(guān)SB1X1自動(閉合)/手動(斷開)開關(guān)SB2X2送數(shù)開關(guān)TX3刀號計數(shù)開關(guān)SB3—SB12X4—X150—9數(shù)字輸入開關(guān)KM3Y0刀位符號KM1Y1刀庫電動機的正轉(zhuǎn)KM2Y2刀庫電動機的反轉(zhuǎn)換刀結(jié)束換刀結(jié)束YNYD0=D1?D0>D1?D10>16?YN刀具正轉(zhuǎn)刀具反轉(zhuǎn)D0>32?D0<1?NNYY用PLC控制刀庫換刀流程圖T0當(dāng)前刀號的刀位(D0)T1待換刀號放入位置(D1)D0+32→D2D2-D1→D10T0→D0T1→D1D0-1→D0D0+1→D0D0-32→D0D0+32→D0ND0-D1→D10圖7-1刀具轉(zhuǎn)動方向流程圖圖7-2刀具轉(zhuǎn)動方向梯形圖根據(jù)梯形圖,編寫的語句表為:LDX0OUTY0ANIM21M6ANIX1MRDOUTY2MPPTKY(FNC70)ANDM2LDM20ANDM6X4ADD(FNC20)ORM21ADD(FNC20)D1D0OUTY1D0M20K30LDY1K30LDX0D2ANDX1D0ANIX1MPPANIX2ENDVRRD(FNC85)ANDM2PLFM9K0SUB(FNC21)LDM9D1D2MPSLDX3D0INC(FNC24)ANDX2D10D0MPSLDX0MRDMOV(FNC12)MPSCMP(FNC10)K10CMP(FNC10)D0DOD10K30MPPK15M3MOV(FNC12)M10MPPK20MRDANDM3D1ANDM10SUB(FNC21)LDX1ANIY0D0MPSANIY2K30CMP(FNC10)ANIM21D0D0OUTM20LDY2D1MRDANIX2M0ANDM11PLFM13MRDANIY0LDM13ANDM0ANIY2MPSSUB(FNC21)ANIM20DEC(FNC25)D0OUTM21D0D1MPPMRDD10ANDM12CMP(FNC10)MRDANIY0K1ANDM1ANIM20