加工中心八位通用圓盤刀庫的設(shè)計含7張CAD圖,加工,中心,八位,通用,圓盤,設(shè)計,cad XX設(shè)計 題 目 八位通用圓盤刀庫的設(shè)計 學生姓名 學 號 系 部 專 業(yè) 班 級 指導教師 二〇XX年X月 摘要 加工中心是一種備有刀庫并能自動換刀對工件進行多工序加工的數(shù)控機床。它是適應省力、省時和節(jié)能的時代要求發(fā)展起來的，它綜合了機械技術(shù)、電子技術(shù)、計算機軟件技術(shù)、氣動技術(shù)、拖動技術(shù)、現(xiàn)代控制理論、測量及傳感技術(shù)以及通訊診斷、刀具和應用編程技術(shù)為一身的高科技產(chǎn)品。而刀庫是一臺加工中心關(guān)鍵的、必不可少的組成部分，刀庫的功能是儲存加工工序所需的各種刀具，并按程序T指令，把將要用的刀具準確地送到換刀位置，并接受從主軸送來的已用刀具。刀庫的儲存量一般在8—64把范圍內(nèi)，多的可達100～200把。加工中心刀庫的形式很多，結(jié)構(gòu)也各不相同，最常用的有圓盤式刀庫、鏈式刀庫和格子盒式刀庫。 圓盤刀庫為最常用的一種形式，每一刀座均可存放一把刀具。。圓盤刀庫的種類葚多，刀庫的刀具軸線可以按不同的方向配置。單盤式刀庫的結(jié)構(gòu)簡單，取刀也較方便，因此應用最為廣泛。本設(shè)計是八位通用圓盤刀庫的設(shè)計。其整體思路為：利用一個氣缸實現(xiàn)刀庫的水平運動和伺服電機實現(xiàn)刀庫的回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動，伺服電機經(jīng)不完全齒輪機構(gòu)帶動圓盤的轉(zhuǎn)動，氣缸帶動整個圓盤刀庫的水平運動。 關(guān)鍵詞：加工中心 圓盤刀庫 不完全齒輪機構(gòu)  Abstract The machining center is a CNC machine tool equipped with a tool magazine and can automatically change the tool to process the workpiece. It is developed in the era of energy saving, time saving and energy saving. It combines mechanical technology, electronic technology, computer software technology, pneumatic technology, drag technology, modern control theory, measurement and sensing technology, communication diagnosis, tool and application programming technology as a high-tech product. The tool library is the key and essential component of a processing center. The function of the tool library is to store all kinds of tools needed for the processing procedure, and the tool used in the tool is accurately delivered to the tool changing position according to the program T instruction, and the used tool sent from the spindle is accepted. The storage of knife magazine is generally in the range of 8 - 64, and many can reach 100~200. There are many different forms of tool magazine in the machining center, and the structure is also different. The disc magazine is the most commonly used form, and each cutter holder can store a cutter. There are many kinds of disc magazine, and the cutter axis can be configured in different directions. The single disc magazine has the advantages of simple structure and convenient cutting, so it is the most widely used. This design is the design of eight - bit general disk knife library. The whole idea is as follows: using a cylinder to realize the horizontal movement of the knife library and the rotary rotation of the tool library by the servo motor, the servo motor is driven by the incomplete gear mechanism, and the cylinder drives the horizontal movement of the whole disk knife library. Key words: machining center disc cutter magazine incomplete gear mechanism 目錄 摘要 １ Abstract ２ 第一章 緒論 ５ 1.1課題研究的意義 ５ 1.2 數(shù)控機床的發(fā)展 ５ 1.3刀庫類型 ８ 1.4 課題完成的內(nèi)容 ９ 第二章 八位通用圓盤刀庫的總體設(shè)計方案 １０ 2.1 設(shè)計思路 １０ 2.2 驅(qū)動方案的確認 １０ 2.2.1 液壓驅(qū)動 １０ 2.2.2 氣壓驅(qū)動 １０ 2.2.3 電動機驅(qū)動 １１ 2.2.4 方案的確認 １１ 2.3 刀庫轉(zhuǎn)盤間歇運動機構(gòu)選擇 １１ 2.3.1 槽輪機構(gòu) １１ 2.3.2 不完全齒輪機構(gòu) １２ 2.3.3 凸輪式間歇運動機構(gòu) １３ 2.3.3 運動機構(gòu)方案確定 １３ 2.4 總體方案擬定 １４ 第三章 八位通用圓盤刀庫整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算 １５ 3.1 擬定設(shè)計參數(shù) １５ 3.2 水平移動氣缸的設(shè)計計算 １５ 3.2.1 負載分析 １５ 3.2.2 氣缸效率分析 １６ 3.2.3 氣缸缸徑的確認 １７ 3.2.4活塞寬度的確定 １７ 3.2.5 缸體長度的確定 １７ 3.2.6缸筒壁厚的計算 １８ 3.3不完全齒輪傳動機構(gòu)的設(shè)計與計算 １９ 3.3.1選定齒輪材料，類型及精度等級 １９ 3.3.2 按齒根彎曲強度設(shè)計 １９ 3.3.3 計算大小齒輪的幾何尺寸參數(shù) ２１ 3.3.4不完全齒輪的周節(jié)數(shù)值與首，末齒齒頂高系數(shù)的確定 ２２ 3.3.5 鎖止弧的設(shè)計 ２３ 3.3.6主動輪在相鄰兩鎖止弧之間的齒數(shù) ２６ 3.3.7 不完全齒輪靜止時間和運動時間的確定 ２６ 3.3.8 繪制工作圖 ２７ 3.4 電動機的選擇 ２７ 3.5軸承的選擇及驗算 ２８ 3.6 轉(zhuǎn)盤軸的設(shè)計及強度校核計算 ２９ 3.6.1 軸校核安全系數(shù) ３０ 3.6.2軸的靜強度安全系數(shù)校核 ３１ 結(jié)論 ３３ 參考文獻 ３４ 致謝 ３５ ３６ 第一章 緒論 1.1課題研究的意義 加工中心是一種備有刀庫并能自動換刀對工件進行多工序加工的數(shù)控機床。它是適應省力、省時和節(jié)能的時代要求發(fā)展起來的，它綜合了機械技術(shù)、電子技術(shù)、計算機軟件技術(shù)、氣動技術(shù)、拖動技術(shù)、現(xiàn)代控制理論、測量及傳感技術(shù)以及通訊診斷、刀具和應用編程技術(shù)為一身的高科技產(chǎn)品。而刀庫是一臺加工中心關(guān)鍵的、必不可少的組成部分，刀庫的功能是儲存加工工序所需的各種刀具，并按程序T指令，把將要用的刀具準確地送到換刀位置，并接受從主軸送來的已用刀具。刀庫的儲存量一般在8—64把范圍內(nèi)，多的可達100～200把。加工中心刀庫的形式很多，結(jié)構(gòu)也各不相同，最常用的有圓盤式刀庫、鏈式刀庫和格子盒式刀庫。圓盤刀庫作為是刀庫的典型產(chǎn)品，其設(shè)計及應用對機電一體化、機械結(jié)構(gòu)工藝、機械制造、自動化、電子信息等專業(yè)的教學及研究都有著很重要的意義。 該課題不僅需要設(shè)計機械結(jié)構(gòu)和機構(gòu)，還需要涉及到自動化裝配等問題。該課題涉及到設(shè)計、繪圖、控制等各方面的知識，可以培養(yǎng)學生綜合運用所學知識解決具體工程項目的能力。 1.2 數(shù)控機床的發(fā)展 20世紀中期，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，自動信息處理、數(shù)據(jù)處理以及電子計算機的出現(xiàn)，給自動化技術(shù)帶來了新的概念，用數(shù)字化信號對機床運動及其加工過程進行控制，推動了機床自動化的發(fā)展，于是便產(chǎn)生了數(shù)控機床這個新興的加工設(shè)備。 CNC(數(shù)控機床)是計算機數(shù)字控制機床(Computer?number?control)的簡稱，是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動化機床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規(guī)定的程序，并將其譯碼，從而使機床動作并加工零件。1952年，麻省理工學院在一臺立式銑床上，裝上了一套試驗性的數(shù)控系統(tǒng)，成功地實現(xiàn)了同時控制三軸的運動。這臺數(shù)控機床被大家稱為世界上第一臺數(shù)控機床。這臺機床是一臺試驗性機床，到了1954年11月，在派爾遜斯專利的基礎(chǔ)上，第一臺工業(yè)用的數(shù)控機床由美國本迪克斯公司（Bendix-Cooperation）正式生產(chǎn)出來。在此以后，從1960年開始，其他一些工業(yè)國家，如德國、日本都陸續(xù)開發(fā)、生產(chǎn)及使用了數(shù)控機床。 最近幾年，我國數(shù)控產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，1998～2004年國產(chǎn)數(shù)控機床產(chǎn)量和消費量的年平均增長率分別為39.3%和34.9%。盡管如此，進口機床的發(fā)展勢頭依然強勁，從2002年開始，中國連續(xù)三年成為世界機床消費第一大國、機床進口第一大國，2004年中國機床主機消費高達94.6億美元，國內(nèi)數(shù)控機床制造企業(yè)在中高檔與大型數(shù)控機床的研究開發(fā)方面與國外的差距更加明顯，70%以上的此類設(shè)備和絕大多數(shù)的功能部件均依賴進口。由此可以看出國產(chǎn)數(shù)控機床特別是中高檔數(shù)控機床仍然缺乏市場競爭力，究其原因主要在于國產(chǎn)數(shù)控機床的研究開發(fā)深度不夠、制造水平依然落后、服務(wù)意識與能力欠缺、數(shù)控,系統(tǒng)生產(chǎn)應用推廣不力及數(shù)控人才缺乏等。我們應看清形勢，充分認識國產(chǎn)數(shù)控機床的不足，努力發(fā)展先進技術(shù)，加大技術(shù)創(chuàng)新與培訓服務(wù)力度，以縮短與發(fā)達國家之問的差距。? 目前我們國家內(nèi)承認的大致是四種體系：德國VDI標準、日本JIS標準、國際標準ISO標準、國標GB，國標和國際標準差不多?？匆慌_機床水平的高低，要看它的重復定位精度，一臺機床的重復定位精度如果能達到0.005mm(ISO標準.、統(tǒng)計法),就是一臺高精度機床，在0.005mm(ISO標準.、統(tǒng)計法)以下，就是超高精度機床，高精度的機床，要有最好的軸承、絲杠。加工出高精度零件，不只要求機床精度高，還要有好的工藝方法、好的夾具、好的刀具。目前世界著名機床廠商紛紛在我國的投資建立機床生產(chǎn)線。?2000年，世界最大的專業(yè)機床制造商馬扎克（MAZAK）在寧夏銀川投資建了名為“寧夏小巨人機床公司”的機床公司，生產(chǎn)數(shù)控車床、立式加工中心和車銑復合中心。機床質(zhì)量不錯，目前效益良好，年產(chǎn)600臺，目前正在建2期工程，建成后可以年產(chǎn)1200臺。?2003年，德國著名的機床制造商德馬吉在上海投資建廠，目前年組裝生產(chǎn)數(shù)控車床和立式加工中心120臺左右。?2002年，日本著名的機床生產(chǎn)商大隈公司和北京第一機床廠合資建廠，年生產(chǎn)能力為1000臺，生產(chǎn)數(shù)控車床、立式加工中心、臥式加工中心。?韓國大宇在山東青島投資建廠，目前生產(chǎn)能力不知。?臺灣省的著名機床制造商友嘉在浙江蕭山投資建廠，年生產(chǎn)能力800臺。民營機床企業(yè)也在快速發(fā)展。?浙江日發(fā)公司，2000年投產(chǎn)，生產(chǎn)數(shù)控車床、加工中心。年生產(chǎn)能力300臺。2004年，浙江寧波著名的鑄塑機廠商海天公司投資生產(chǎn)機床，主要是從日本引進技術(shù)，目前剛開始，起點比較高。?2002年，西安北村投產(chǎn)，名字象日本的，其實老板是中國人，采用日本技術(shù)。生產(chǎn)小型儀表數(shù)控車床，水平相當不錯。我國正在由機床大國向機床強國邁進。 為了滿足我國市場對經(jīng)濟型產(chǎn)品的需求，西門子自動化與驅(qū)動集團運動控制部在第八屆中國國際機床展覽會上，展出了以“西門子－推進生產(chǎn)力的動力”為主題的基礎(chǔ)數(shù)控產(chǎn)品、高端數(shù)控產(chǎn)品、車間應用軟件及完整的IT解決方案等。在此次展會中特別推出SINUMERIK802Se/Ce，它是專門針對中國數(shù)控機床市場而開發(fā)的新一代經(jīng)濟型CNC控制系統(tǒng)。同臺展出的還有SINUMERIK802D數(shù)控系統(tǒng)，及高端數(shù)控產(chǎn)品，其中主要為SINUMERIK810D及840D控制系統(tǒng)。???西門子自動化與驅(qū)動集團運動控制部在數(shù)控系統(tǒng)方面，此前主要從事高端控制系統(tǒng)的研發(fā)，為更貼近中國市場的需求，西門子數(shù)控也逐漸開始關(guān)注中低端產(chǎn)品的研發(fā)與市場，并與中國北方工業(yè)集團公司/中國東方數(shù)控公司合資建立西門子數(shù)控（南京）有限公司（SNC），從事本地化的研發(fā)與生產(chǎn)。如今該公司已實現(xiàn)了產(chǎn)品生產(chǎn)和開發(fā)的本地化，為國內(nèi)的中小企業(yè)及多元化的市場提供經(jīng)濟型數(shù)控產(chǎn)品，同時也將其優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品出口國際市場。? 世界經(jīng)濟形勢將有所好轉(zhuǎn)，對全球總的設(shè)備生產(chǎn)和需求將有所增加。據(jù)美國、日本、歐盟三大主要經(jīng)濟體的近期經(jīng)濟報告分析，美國的經(jīng)濟回升從2006年將轉(zhuǎn)為高速增長的態(tài)勢，增長達到3-5%；而日本也渡過了疲軟區(qū)，進入恢復期，多年來不斷呈現(xiàn)正增長，為2-3%；歐盟也將有3%左右的增長。?? 國內(nèi)需求將不會減弱。從2006年市場發(fā)展的幾個要素來看，這些要素在2007年將不會減弱。在各個主要市場看，轎車、重型汽車等重要車型的銷售量從東向西逐步擴展，轎車個人購買已成為主流，其次是軍工等需求也不會減緩，在航空、兵器等領(lǐng)域，2007年的改造將繼續(xù)增加，設(shè)備需求將進一步深化和擴大，民營企業(yè)將進一步滲透到制造業(yè)和輕工業(yè)，其技術(shù)水平和加工能力的提高依賴于其裝備的改善。?? 因此，機床在世界的需求只會有增無減，并且高性能高精度高自動化的機床需求會更大。 1.3刀庫類型 根據(jù)刀庫的容量和存取刀具的方式，刀庫可設(shè)計成多種形式。目前常見的刀庫類型如下： （1） 盤式刀庫 圖1.1 盤式刀庫 此刀庫結(jié)構(gòu)簡單，應用較多。如圖1.1所示，由于刀庫呈環(huán)形排列，空間利用率低，因此出現(xiàn)了刀具在盤中進行雙環(huán)和多環(huán)排列，以增加空間的利用率的設(shè)計。但這樣一來，刀庫的外徑較大，轉(zhuǎn)動慣量也很大，選刀時間也較長。因此，盤式刀庫一般適用于刀具容量較小的刀庫。 （2） 鏈式刀庫 如圖1.2所示，此鐘刀庫結(jié)構(gòu)緊湊，刀庫容量較大，鏈環(huán)的形狀可根據(jù)機床的布局制成各種形狀，也可將換刀位突出以便于換刀，能充分利用機床的占地空間，通常為軸向取刀，位置精度較低，造價也較高。 圖1.2 鏈式刀庫 （3）格子箱式刀庫 1.4 課題完成的內(nèi)容 本畢業(yè)設(shè)計課題來源于實際運用，主要針對某加工中心自動換刀刀庫的設(shè)計，即可以提高機床的工作效率，又可以節(jié)約人力。 設(shè)計的主要內(nèi)容：八位通用圓盤刀庫的設(shè)計 工作量：主要零件的零件圖，刀庫裝配圖。。設(shè)計說明書1份。 本文首先確認設(shè)計方案，然后然后對整機關(guān)鍵部件進行設(shè)計計算，并通過CAD軟件對刀庫的工程圖紙進行繪制。 第二章 八位通用圓盤刀庫的總體設(shè)計方案 2.1 設(shè)計思路 本設(shè)計是八位通用圓盤刀庫的設(shè)計。要求能夠?qū)崿F(xiàn)刀庫的水平移動和旋轉(zhuǎn)移動。 2.2 驅(qū)動方案的確認 設(shè)備的驅(qū)動方式有液壓式、氣動式、和電動式。下面將三種驅(qū)動方式進行分析比較。 2.2.1 液壓驅(qū)動 設(shè)備的驅(qū)動系統(tǒng)采用液壓驅(qū)動，有以下幾個優(yōu)點： (1)液壓容易達到較高的壓力（常用液壓為2.5～6.3MPa），體積較小，可以獲得較大的推力或轉(zhuǎn)矩； (2)液壓系統(tǒng)介質(zhì)的可壓縮性小，工作平穩(wěn)可靠，并可得到較高的位置精度； (3)液壓傳動中，力、速度和方向比較容易實現(xiàn)自動控制； (4)液壓系統(tǒng)采用油液作介質(zhì)，具有防銹性和自潤滑性能，可以提高機械效率，使用壽命長。 液壓傳動系統(tǒng)的不足之處是： (1)油液的粘度隨溫度變化而變化，影響工作性能，高溫容易引起燃爆炸等危險； (2)液體的泄漏難于克服，要求液壓元件有較高的精度和質(zhì)量，故造價較高； (3)需要相應的供油系統(tǒng)，尤其是電液伺服系統(tǒng)要求嚴格的濾油裝置，否則引起故障。 液壓驅(qū)動方式的輸出力和功率更大，能構(gòu)成伺服機構(gòu)，常用于大型設(shè)備的驅(qū)動。 2.2.2 氣壓驅(qū)動 與液壓驅(qū)動相比，氣壓驅(qū)動的特點是： (1)壓縮空氣粘度小，容易達到高速； (2)利用工廠集中的空氣壓縮站供氣，不必添加動力設(shè)備； (3)空氣介質(zhì)對環(huán)境無污染，使用安全，可直接應用于高溫作業(yè)； (4)氣動元件工作壓力低，故制造要求也比液壓元件低。 它的不足之處是： (1)壓縮空氣常用壓力為0.4～0.6MPa，若要獲得較大的力，其結(jié)構(gòu)就要相對增大； (2)空氣壓縮性大，工作平穩(wěn)性差，速度控制困難，要達到準確的位置控制很困難； (3)壓縮空氣的除水問題是一個很重要的問題，處理不當會使鋼類零件生銹，導致設(shè)備失靈。此外，排氣還會造成噪聲污染。 氣動式驅(qū)動多用于點位控制、抓取、開關(guān)控制和順序控制的設(shè)備。 2.2.3 電動機驅(qū)動 電動機驅(qū)動可分為普通交、直流電動機驅(qū)動，交、直流伺服電動機驅(qū)動和步進電動機驅(qū)動。 普通交、直流電動機驅(qū)動需加減速裝置，輸出力矩大，但控制性能差，慣性大，適用于中型或重型設(shè)備。伺服電動機和步進輸出力矩相對小，控制性能好，可實現(xiàn)速度和位置的精確控制，適用于中小型設(shè)備。交、直伺服電動機一般用于閉環(huán)控制系統(tǒng)，而步進電動機則主要用于開環(huán)控制系統(tǒng)，一般用于速度和位置精度要求不高的場合。 2.2.4 方案的確認 綜合上述三個方式的優(yōu)缺點，本文利用一個氣缸實現(xiàn)刀庫的水平運動和伺服電機實現(xiàn)刀庫的回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動，伺服電機經(jīng)不完全齒輪機構(gòu)帶動圓盤的轉(zhuǎn)動，氣缸帶動整個圓盤刀庫的水平運動。 2.3 刀庫轉(zhuǎn)盤間歇運動機構(gòu)選擇 2.3.1 槽輪機構(gòu) 槽輪機構(gòu)如圖2.1所示。結(jié)構(gòu)簡單，外形尺寸小，其效率高，并能平穩(wěn)地，間歇地進行轉(zhuǎn)位，但因傳動時尚存在柔性沖擊，故常用于速度不太高的場合。普通槽輪機構(gòu)有外槽輪機構(gòu)和內(nèi)槽輪機構(gòu)。內(nèi)槽輪機構(gòu)中運動時間大于靜止時間，外槽輪機構(gòu)運動時間小于靜止時間。 圖2.1 槽輪機構(gòu) 2.3.2 不完全齒輪機構(gòu) 不完全齒輪機構(gòu)如圖2.2所示。設(shè)計靈活，很容易實現(xiàn)一周中的多次不同動，停時間的間歇運動。但在進入嚙合和退出嚙合時使速度有突變，產(chǎn)生沖擊，不宜用于高速傳動。 圖2.2 不完全齒輪機構(gòu) 2.3.3 凸輪式間歇運動機構(gòu) 凸輪式間歇運動機構(gòu)如圖2.3所示。一般由帶有特殊廓線的主動凸輪和做簡諧運動的從動件組成。其傳動結(jié)構(gòu)簡單，不僅可傳遞平行軸還可以傳遞交錯軸間的間歇運動，只要合理設(shè)計廓線，選擇合適的運動規(guī)律，可使從動件運動平穩(wěn)，減少沖擊，得到較好的運動特征，以適應高速運動的需求。 圖2.3 凸輪式間歇運動機構(gòu) 2.3.3 運動機構(gòu)方案確定 考慮到加工成本和設(shè)計靈活性，本次設(shè)計選用不完全齒輪結(jié)構(gòu)作為本次設(shè)計的間隙運動機構(gòu)。 2.4 總體方案擬定 圖2.4 整體方案 如圖2-1所示，水平運動采用氣缸和導軌的結(jié)構(gòu)，保證運動的精度，回轉(zhuǎn)采用不完全齒輪間隙結(jié)構(gòu)。 第三章 八位通用圓盤刀庫整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算 3.1 擬定設(shè)計參數(shù) 刀庫左右行程：130mm 刀庫上下行程 ：75mm 工作氣壓：0.3MPA 3.2 水平移動氣缸的設(shè)計計算 3.2.1 負載分析 圖3-1 氣缸工作原理簡圖 氣缸實際推力公式： F= Fw + +Fa (3-1) 式中Fw-----工作負載； Fa------運動部件速度變化時的慣性負載; ------導軌摩擦阻力負載，啟動時為靜摩擦阻力。啟動后為動摩擦阻力 摩擦負載計算公式： = f( G + FRn ) (3-2) 式中G------重力，估算整個機構(gòu)總重量50KG ----垂直于導軌的工作負載，本系統(tǒng)中為零； f-------導軌摩擦系數(shù)，靜摩擦系數(shù)取0.2，動摩擦系數(shù)為0.1。 得出摩擦負載為忽略不計 慣性負載計算公式： (3-3) 式中 —重力加速度 —加速或減速時間，一般△t取0.1s—0.5s —時間內(nèi)的速度變化量暫定0.8。 求的： = = =81.6N 根據(jù)上述計算結(jié)果，列出各工作階段所受的外負載 求的 F= Fw + +Fa≈581.6N 3.2.2 氣缸效率分析 氣缸的效率由以下三種效率組成： A.機械效率，由各運動件摩擦損失所造成，在額定壓力下，通?？扇?0.9 B.容器效率，由各密封件泄露所造成，通常容積效率為： 裝彈性體密封圈時 1 裝活塞環(huán)時 0.98 C.作用力效率，由出油口背壓所產(chǎn)生的反作用力而造成。 一般取=0.9 所以 =0.9 =1 =0.9 總效率為。 3.2.3 氣缸缸徑的確認 (3-4) =55mm 按設(shè)計手冊取d/D 為0.3 ， 故 得d≈16.5mm 表3-1 氣缸內(nèi)徑尺寸系列（GB2348-80） 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 (90) 100 (110) 125 (140) 160 (180) 200 (220) 250 表3-2 活塞桿直徑系列（GB2348-80） 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 25 28 32 36 40 45 50 56 63 70 80 90 100 110 125 140 根據(jù)表3-1和表3-2將這些直徑圓整成進標準值時得：氣缸有：D=63mm 和活塞d=20mm 3.2.4活塞寬度的確定 活塞的寬度一般取=（0.3-0.6） 即=（0.3-0.6）×63=（18.9-37.8）mm 取=20mm 3.2.5 缸體長度的確定 氣缸缸體內(nèi)部的長度應等于活塞的行程L與活塞寬度B的和。缸體外部尺寸還要考慮到兩端端蓋的厚度，一般氣缸缸體的長度不應大于缸體內(nèi)徑的20-30倍。 即：缸體內(nèi)部長度150+20=170mm 3.2.6缸筒壁厚的計算 在中、低壓系統(tǒng)中，氣缸的壁厚基本上由結(jié)構(gòu)和工藝上的要求確定，壁厚通常都能滿足強度要求，一般不需要計算。但是，當氣缸的工作壓力較高和缸筒內(nèi)徑較大時，必須進行強度校核。 當時，稱為薄壁缸筒，按材料力學薄壁圓筒公式計算，計算公式為 （3-5） 式中，—缸筒內(nèi)最高壓力； —缸筒材料的許用壓力。=, 為材料的抗拉強度，n為安全系數(shù)，當時，一般取。 當時，按式（3-6）計算 (該設(shè)計采用無縫鋼管) （3-6） 根據(jù)缸徑查手冊預取=30 此時 最高允許壓力一般是額定壓力的1.5倍，根據(jù)給定參數(shù)P=0.3MPA，所以： =0.61.5=0.9MP []=100～110（無縫鋼管），取[]=100，其壁厚按公式（3-6）計算為 滿足要求，就取壁厚為2mm。 3.3不完全齒輪傳動機構(gòu)的設(shè)計與計算 3.3.1選定齒輪材料，類型及精度等級 1）根據(jù)間歇機構(gòu)的運動需要，選用直齒圓柱不完全齒輪傳動； 2）齒輪的旋轉(zhuǎn)速度并不高，故選用7級精度（GB10095—88）; 3）齒輪材料的選擇，由機械設(shè)計手冊選擇大齒輪材料為35SiMn，調(diào)制處理,小齒輪的材料為40Cr，調(diào)制處理，使兩者材料硬度差為30HBS，以滿足設(shè)計要求。 4）齒輪的使用壽命為15年，設(shè)每年工作300天，每天工作8小時。 3.3.2 按齒根彎曲強度設(shè)計 設(shè)計公式為 （3-7） （1）先試計算大齒輪的直徑， 其計算公式為 （3-8） 1）試選載荷系數(shù)=1.2; 2）大齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 == 3）由于小齒輪做懸臂布置，所以根據(jù)手冊選齒寬系數(shù)為=0.6； 4）根據(jù)手冊查得所選材料的彈性影響系數(shù)=188.9MPa； 5）根據(jù)手冊按齒輪的齒面硬度查得大小齒輪的接觸疲勞強度極限分別為=510Mpa ，=560Mpa; 6）小齒輪和大齒輪的應力循環(huán)次數(shù) =60=60*2*1*（2*8*300*15）=8.64* == 7）根據(jù)手冊取大齒輪和小齒輪的接觸疲勞壽命系數(shù)分別為。 8）取齒輪安全系數(shù)S=1.1，則接觸疲勞許用應力 9）將中較小的值代入計算公式得 10）大齒輪的圓周速度 11）齒輪寬度 模數(shù) 齒高 則小齒輪齒寬與齒高比為 （2）.計算齒輪模數(shù) 1）根據(jù)手冊查得大小齒輪的彎曲疲勞強度極限，，； 2）根據(jù)機械設(shè)計手冊取彎曲疲勞壽命系數(shù); 3）取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.3，則由得彎曲疲勞許用應力 4)根據(jù)小齒輪的圓周速度v=0.01632m/s,齒輪精度為7級精度，由手冊查得動載系數(shù)對于直齒輪，;依據(jù)手冊查得使用系數(shù);根據(jù)手冊用插值法查得精度為7級的齒輪傳動，并且小齒輪懸臂布置時；由齒寬與齒高比，查手冊得; 可得載荷系數(shù) 5)根據(jù)手冊通過直接查或用插值法球的得齒形系; 應力校正系數(shù)。 6)大齒輪的 小齒輪的 所以大齒輪的數(shù)值大 7）代入設(shè)計計算公式得 將計算所得的模數(shù)就近圓整為標準值m=4mm,根據(jù)以上計算所得大齒輪的的分度圓直徑189.57mm，算出大齒輪齒數(shù) 則小齒輪齒數(shù) 3.3.3 計算大小齒輪的幾何尺寸參數(shù) （1）分度圓直徑 （2）齒頂圓直徑和齒根圓直徑 （3）中心距 （4）齒輪寬度取 3.3.4不完全齒輪的周節(jié)數(shù)值與首，末齒齒頂高系數(shù)的確定 從動輪的齒頂壓力角 則 從動輪齒頂高系數(shù)時從動輪齒頂圓齒槽所對中心角 假定，得從動輪具有標準齒頂高，主動輪為修正齒 頂高時，兩齒頂圓交點所對從動輪中心角的一半為， 則可知從動輪轉(zhuǎn)過的角度范圍內(nèi)包含的周節(jié)數(shù) 由于K為整數(shù)，所以取， 查手冊由插值法得時，不產(chǎn)生齒頂干涉的主 動輪末齒的齒頂高系數(shù) 在理論上，可使，但實際上考慮加工精度的影響， 為了保證進入嚙合時不發(fā)生齒頂干涉，取因此取 3.3.5 鎖止弧的設(shè)計 1）從動輪鎖止弧的設(shè)計（如下圖3-2所示） 鎖止凹弧要留有0.5模數(shù)的齒頂厚，才能保證開始嚙合點不會因磨損而有所變動，凹弧所對的中心角為 當凹弧圓心在主動輪圓心時，凹弧半徑為 圖3-2 從動鎖止弧 2)主動輪鎖止凸弧的設(shè)計 主動輪上鎖止凸弧的終點S落在兩齒輪的連心線上（如圖3-3所示），主動輪上鎖止凸弧的起點T也落在兩齒輪的連心線上，鎖止凸弧的半徑，其圓心在。 圖3-3主動鎖止弧 ①確定鎖止凸弧終點S，即確定通過S點的向徑與剛開始的那個齒的中線之間的夾角，如圖3-4所示 由于 所以，，則開始嚙合點E與點重合，落在段上（如下圖示）。 圖3-4 鎖止凸弧終點 從動輪轉(zhuǎn)過的角度，而動輪轉(zhuǎn)過的角度，則 ②確定鎖止凸弧起點T：即確定通過T點的向徑與最后一個齒的中線之間的夾角，如圖1所示 兩輪在F點嚙合時，主動輪上向徑與之間的夾角 主動輪上齒頂圓的齒厚所對中心角的一半為 ， 主動輪最后一個齒的齒頂圓的壓力角 則 那么 3.3.6主動輪在相鄰兩鎖止弧之間的齒數(shù) ①當從動輪轉(zhuǎn)過時，則在一次間歇運動中，從動輪轉(zhuǎn)過角度內(nèi)包含的周節(jié)數(shù)； ②當從動輪轉(zhuǎn)過時，則。 3.3.7 不完全齒輪靜止時間和運動時間的確定 不完全齒輪機構(gòu)從動輪的靜止時間和運動時間是設(shè)計的主要參數(shù)之一。根據(jù)工作要求，取主動輪每轉(zhuǎn)一周，從動輪完成間歇運動的次數(shù)N=8。 ①當從動輪轉(zhuǎn)過時， ②當從動輪轉(zhuǎn)過時， 3.3.8 繪制工作圖 圖3-5 工作圖 3.4 電動機的選擇 刀具最大重量為8Kg； 分度盤與刀庫輪轂質(zhì)量估計為15Kg； 刀盤及圓盤罩蓋等總質(zhì)量估計為7Kg； 故刀庫旋轉(zhuǎn)部件的總質(zhì)量M=30Kg； 估算最高轉(zhuǎn)速為80RPM 將整個旋轉(zhuǎn)部件等效為質(zhì)量均勻、半徑R為140mm的圓盤，則其轉(zhuǎn)動慣量 J = 0.5MR2 = 0.3 Kg·m2； T = J×α=0.3×54.8Nm ≈ 16.88 Nm 所需電動機的功率可用如下公式計算： Pd為工作機的實際電動機輸出功率KW， Pw為工作機所需要的輸入功率KW， n為電動機只工作機之間的總效率。 因此，選擇額定功率為400W的電動機 3.5軸承的選擇及驗算 因為軸承承受的徑向力和軸向力都比較到，所以選用圓錐滾子軸承。軸承承受的軸向載荷P=300N，裝軸承處的軸頸為25 mm，考慮運轉(zhuǎn)時有沖擊，預期計算壽命。軸承型號為：30205 一、求比值 因為，承受的軸向載荷很小。 所以，，取X=1。 二、初步計算當量動載荷 查機械設(shè)計手冊，，取 三、起軸承應有的基本額定動載荷值 式中: —— 為指數(shù)。對于球軸承=3，對于滾子軸承=10/3。 五、驗算軸承的壽命 經(jīng)驗算軸承的壽命足夠 3.6 轉(zhuǎn)盤軸的設(shè)計及強度校核計算 主軸：軸是組成機械的重要部件之一。它用來安裝各種傳動零件，使之繞其軸線傳動，傳遞轉(zhuǎn)矩或回轉(zhuǎn)運動，通過軸承與機架或機座聯(lián)結(jié)。軸與其上的零件組成一個組合體——軸系部件，在軸的設(shè)計時，不能只考慮軸本身，必須和軸系零部件的整個結(jié)構(gòu)密切聯(lián)系起來。 應用于軸的材料種類很多，主要根據(jù)軸的使用條件，對軸的強度、剛度和其它機械性能等的要求，采用的熱處理方式，同時考慮制造加工工藝，并力求經(jīng)濟合理，通過設(shè)計計算來選擇主軸的材料。 本次設(shè)計中，主軸既要支承主軸和剛卷的重量又要傳遞電動機的轉(zhuǎn)矩，即同時承受彎矩和扭矩的作用。由于同樣的材料，在熱處理工藝不同時，所得到的靜強度、硬度和疲勞極限也會不同，所以在選擇主軸時還應確定其熱處理方法。主軸受載荷大，應選用調(diào)質(zhì)鋼（含碳量在0.30%-0.60%范圍內(nèi)的碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼），調(diào)質(zhì)鋼能進行調(diào)質(zhì)處理。調(diào)質(zhì)處理后得到的是索氏體組織，它比正火或退火所得到的鐵素體混合組織具有更好的綜合力學性能（例如：更高的強度、較高的沖擊韌度，較低的脆性轉(zhuǎn)變溫度和較高的疲勞強度）。調(diào)質(zhì)鋼的鋼種很多，常用的有35、45、40Cr、45Mn、40MB等。主軸的鋼種我們選取45，45鋼調(diào)質(zhì)后的硬度為HB217——255。 軸的設(shè)計應滿足下列幾方面的要求：在結(jié)構(gòu)上要受力合理，盡量避免或減少應力集中，足夠的強度（靜強度和疲勞強度），必要的剛度，特殊情況下的耐腐蝕性和耐高溫性，高速軸的振動穩(wěn)定性及良好的加工工藝性，并應使零件的軸上定位可靠、裝備適當和裝拆方便等。 3.6.1 軸校核安全系數(shù) 圖3-6 受力分析 彎矩圖，在上面，＝46743.2Nm 易知在頂端處為最危險截面，校核此處的安全系數(shù) 旋轉(zhuǎn)軸的校核公式 ， []=1.3~1.5 式中 ——為材料的彎曲疲勞極限 MPa 根據(jù)調(diào)質(zhì) 40 d=25mm 可以知道： =335N/mm， =685N/mm M——軸危險截面上的彎矩 N.mm T——軸危險截面的轉(zhuǎn)矩 N.mm W——軸危險截面上的抗彎截面模數(shù) W——軸危險截面上的抗扭截面模數(shù) W= W= ——彎曲和剪切疲勞極限的綜合影響系數(shù)，由=685N/mm， 在表中標準化為700，由配合H7/m6 選=3.39 =2.44 則==2.133>[s]＝1.5 滿足要求。 3.6.2軸的靜強度安全系數(shù)校核 該校核的目的在于校核軸對塑性變形的抵抗能力，軸的強度是根據(jù)軸所受的最大 瞬時載荷（包括動載荷和沖擊載荷）來計算的 =[] 式中： ——軸危險截面上的最大彎矩和扭矩 ——作用于軸上的最大軸向載荷 W ——軸危險截面的抗彎和抗扭截面系數(shù)。 A——軸危險截面的面積 ——屈服極限為 =490 []=1.7~2.2 且/=190/685=0.72屬于低塑材料 ==5.354[]＝2.2 也滿足要求。 結(jié)論 此次畢業(yè)設(shè)計是我們從大學畢業(yè)生走向未來工程師重要的一個轉(zhuǎn)折點。從最初的選題，開題到計算、繪圖直到完成設(shè)計。其間，查找資料、老師指導、與同學交流、找相關(guān)人士咨詢、反復修改圖紙，每一個過程都是對自己能力的一次檢驗和知識的運用。 通過這次設(shè)計，我了解了的八位通用圓盤刀庫的的用途及工作原理，熟悉了產(chǎn)品的設(shè)計步驟，鍛煉了工程設(shè)計實踐能力，培養(yǎng)了自己的獨立設(shè)計能力。此次畢業(yè)設(shè)計是對我專業(yè)知識和專業(yè)基礎(chǔ)知識一次實際檢驗和鞏固，同時也是走向工作崗位前的一次熱身。 畢業(yè)設(shè)計收獲很多，比如學會了查找相關(guān)資料相關(guān)標準，分析數(shù)據(jù)，提高了自己的繪圖能力，懂得了許多經(jīng)驗公式的獲得，是不懈努力的結(jié)果。同時，仍有很多課題需要在以后的工作中去努力去完善。但是畢業(yè)設(shè)計也暴露出自己專業(yè)基礎(chǔ)的很多不足之處。比如缺乏綜合應用專業(yè)知識的能力，對材料的不了解等等。這次實踐是對自己大學四年所學的一次大檢閱，使我明白自己知識還很淺薄，雖然馬上要畢業(yè)了，但是自己的求學之路還很長，以后更應該在工作中不斷努力學習，努力使自己成為一個對社會有所貢獻的人，為中國機械行業(yè)添上自己的微薄之力。  參考文獻 [1] 王科社.楊慶東，孫志永.淺談快速自動換刀裝置 [J].新技術(shù)新工藝2002 [2] 梁楚華.彈簧夾頭自動換刀系統(tǒng)研究[J].機械工藝師，2001 [3] 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