演講人：,加工中心24刀盤式刀庫(kù)及自動(dòng)換刀裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),2,,2019/4/26,3,刀套翻轉(zhuǎn)過(guò)程： 待換刀具轉(zhuǎn)到換刀位置時(shí)，刀套尾部的滾子10轉(zhuǎn)入撥叉8的槽內(nèi)。這時(shí)，液壓缸5的下腔通入液壓油，活塞帶動(dòng)撥叉上升，同時(shí)松開(kāi)行程開(kāi)關(guān)7，用以斷開(kāi)相應(yīng)電路，防止主軸、刀庫(kù)等出現(xiàn)錯(cuò)誤動(dòng)作。撥叉上升帶動(dòng)刀套下翻90度，使刀具軸線與主軸軸線平行，同時(shí)壓下行程開(kāi)關(guān)6，發(fā)出信號(hào)使機(jī)械手抓刀。反之，撥叉下降帶動(dòng)刀套上翻90度。,,4,5,機(jī)械手： 機(jī)械手是自動(dòng)換刀裝置中交換刀具的主要工具，它擔(dān)負(fù)著把刀庫(kù)上的刀具送到主軸上，再把主軸上已用過(guò)的刀具返回刀庫(kù)上的任務(wù)。 機(jī)械手的轉(zhuǎn)動(dòng)有回轉(zhuǎn)液壓缸運(yùn)來(lái)實(shí)現(xiàn) 這次設(shè)計(jì)采用單臂雙爪式機(jī)械手 機(jī)械鎖刀手爪——彈簧銷式手爪，使用這種形式的抓持機(jī)構(gòu)，手爪不需要設(shè)置專門的傳遞裝置，因而結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用廣泛。,6,7,,為了使機(jī)械手的活動(dòng)手爪18在這時(shí)能從自鎖狀態(tài)下松開(kāi)，在機(jī)床床身立柱上設(shè)有固定桿35，在機(jī)械臂的一側(cè)有擋塊裝置。擋塊13、錐孔盤4（在端面上周向均勻分布有4個(gè)錐孔）和軸9固定相連，軸9裝于支架12內(nèi)，其右端又與一端蓋10用螺紋固定。當(dāng)擋塊13未與固定桿35相碰時(shí)，錐孔盤4處于與鋼球5相對(duì)位置，彈簧銷11頂著端蓋10，使錐孔盤4緊靠于支架12的端面上，此時(shí)機(jī)械臂的彈簧頂桿3自由伸出，活動(dòng)手爪1處8于鎖死狀態(tài)。當(dāng)機(jī)械手軸向向右移動(dòng)后，固定桿35迫使擋塊13轉(zhuǎn)動(dòng)，由于此時(shí)錐孔盤4端面上的錐孔與鋼球5錯(cuò)開(kāi)，這樣錐孔盤4即連同擋塊13向右移動(dòng)。擋塊13即將機(jī)械臂上的彈簧頂桿3壓入，將活動(dòng)手爪18自鎖緊狀態(tài)下松開(kāi)。,8,,當(dāng)機(jī)械爪伸出抓住刀柄后，機(jī)械手軸向向左伸出，此時(shí)擋塊13亦同時(shí)離開(kāi)固定桿35，借彈簧1的作用，將擋塊13拉回原來(lái)的錐孔盤4上錐孔與鋼球5相對(duì)的原始位置，由彈簧銷11的作用，使擋塊13又向左移動(dòng)至錐孔盤4與支架12端面壓緊的位置。這時(shí)機(jī)械臂上的彈簧頂桿3又自由伸出，將活動(dòng)手爪18鎖死，保證機(jī)械手將刀具拔出后，機(jī)械手能將刀具可靠地夾緊。,謝謝！,摘 要隨著社會(huì)發(fā)展和科技的進(jìn)步，產(chǎn)品加工由手工制造轉(zhuǎn)變?yōu)榘胱詣?dòng)加工制造和全自動(dòng)加工制造。由此帶動(dòng)了機(jī)床產(chǎn)業(yè)的飛快發(fā)展，數(shù)控加工中心應(yīng)運(yùn)而生并且發(fā)展迅速，但是如何提高定位精度、重復(fù)精度及減少自動(dòng)換刀時(shí)間以提高加工效率一直是人們研究的重要課題。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的是加工中心 24 刀盤式刀庫(kù)及自動(dòng)換刀機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用機(jī)械手在刀庫(kù)與刀具主軸之間換刀的自動(dòng)換刀裝置，刀庫(kù)安裝在機(jī)床立柱的頂端，用于一般中等容量刀庫(kù)的機(jī)床。單盤式的刀庫(kù)，刀具與刀盤垂直，采用液壓馬達(dá)和伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)刀庫(kù)，使其可以進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并且使用蝸輪蝸桿傳動(dòng)作為一種減速裝置。本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)部分在于蝸輪、蝸桿和主要軸的設(shè)計(jì)計(jì)算及其校核，控制刀庫(kù)運(yùn)刀的部分使用液壓及 PLC 來(lái)操縱。抓刀的機(jī)械手設(shè)計(jì)部分是采用單臂雙爪式。關(guān)鍵字：加工中心；盤式刀庫(kù)；機(jī)械手；PLCAbstractWith the progress of social development and science technology, product processing is transformed from manual manufacturing to semi-automatic processing and automatic processing. Thus driving the rapid development of the machine tool industry, CNC machining center came into being and developed quickly, but how to improve the positioning accuracy and repeat precision and reduce the automatic tool change time in order to improve the machining efficiency has been the important topic studied by people.This graduation design is design of machining center 24 disc knife library and automatic tool change of mechanical structure design, the manipulator in the knife tool change between library and tool spindle automatic tool change device, knife library is installed on the top of the machine tool column, used in general machine tool of intermediate size knife library. Single disc knife library, vertical cutter and cutting wheel, driven by hydraulic motor and servo motor knife library, making it possible to rotary motion, and use the worm gear and worm drive as a kind of speed reducer.The key part of this design is the design and calculation of worm gear, worm and main shaft, and the control of the part of the operation knife, which is controlled by hydraulic and PLC. The design part of the manipulator is a single arm double claw.Key words: machining center；disc cutter base；manipulator；PLC目 錄引 言 .1第一章 加工中心的簡(jiǎn)介 .21.1 加工中心的發(fā)展歷史 21.2 加工中心的組成結(jié)構(gòu) .31.3 加工中心的類型 .41.3.1 立式加工中心 .41.3.2 臥式加工中心 .51.3.3 五坐標(biāo)加工中心 .51.4 加工中心的多個(gè)優(yōu)點(diǎn) .61.5 加工中心的未來(lái)發(fā)展勢(shì)態(tài) .6第二章 刀庫(kù)種類 .92.1 刀庫(kù)總體類型介紹 .92.2 加工中心常用刀庫(kù)類型 102.3 刀庫(kù)傳動(dòng)原理 122.3.1 刀庫(kù)結(jié)構(gòu)和傳動(dòng) 122.4 刀庫(kù)相關(guān)參數(shù)設(shè)定 132.4.1 計(jì)算電機(jī)的傳動(dòng)比 132.4.2 電動(dòng)機(jī)的校核 14第三章 刀庫(kù)傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì) 163.1 刀庫(kù)部分設(shè)計(jì) 163.1.1 確定蝸桿和蝸輪的基礎(chǔ)尺寸參數(shù) 163.1.2 相關(guān)校核驗(yàn)算 173.2 傳動(dòng)軸部分的設(shè)計(jì) 183.2.1 蝸桿部分的尺寸設(shè)計(jì) 183.2.2 蝸輪部分的尺寸設(shè)計(jì) 19第四章 各設(shè)計(jì)尺寸及零件的驗(yàn)算校核 214.1 蝸桿軸驗(yàn)算 214.2 蝸輪軸驗(yàn)算 234.3 軸承校核 24第五章 其它主要部分設(shè)計(jì) 265.1 刀套結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 265.2 刀具的識(shí)別裝置 265.3 設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng) 275.3.1 液壓缸載荷的有關(guān)計(jì)算 275.3.2 確定液壓缸的相關(guān)尺寸 275.3.3 初步設(shè)定液壓系統(tǒng) 295.3.4PLC 控制原理 .30結(jié) 論 .31參考文獻(xiàn) 32致 謝 .331引 言數(shù)控技術(shù)是人操作電腦，在電腦中輸進(jìn)可以讓機(jī)床自動(dòng)加工產(chǎn)品的程序的一項(xiàng)先進(jìn)的技術(shù)，其中可以輸入程序并自動(dòng)加工的機(jī)器就是數(shù)控機(jī)床。世界上的第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)在 1952 年，這臺(tái)數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)使各種各樣品種的、中小批量的產(chǎn)品制造機(jī)器設(shè)備在加工效率、生產(chǎn)自動(dòng)化和柔性制造方面引發(fā)了巨大的制造產(chǎn)業(yè)的革命。在 1958 年間第一臺(tái)加工中心的問(wèn)世，它讓鉆、鉸、鏜、銑、攻絲等多道加工工序集中于一體。加工中心具備普通機(jī)床沒(méi)有的特點(diǎn)，其一是可以進(jìn)行種類繁多的和生產(chǎn)數(shù)量較多的零件的加工操作；其二是它能夠增加機(jī)床的功能，例如自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)換刀、自動(dòng)轉(zhuǎn)換零件等。加工中心的出現(xiàn)是一場(chǎng)使加工制造業(yè)更加完善、更加精密、更加高效的技術(shù)革命。高效率的完成產(chǎn)品作業(yè)任務(wù)依賴于各方面的協(xié)調(diào)運(yùn)作，加工中心的自動(dòng)換刀裝置能夠快速、精準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)定位并換刀就是其中重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。所以在進(jìn)行刀庫(kù)設(shè)計(jì)及自動(dòng)換刀裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮多方面的影響精度的因素。數(shù)控機(jī)床的典型代表就是加工中心，加工中心具有數(shù)控機(jī)床可以自動(dòng)加工零件的能力。它的定義就是使用了晶體管元件和印刷電路板的數(shù)控裝置，出現(xiàn)于 1959 年，是一種本身就帶有自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床，加工中心的問(wèn)世標(biāo)志著數(shù)控裝置進(jìn)入了第二代。由于加工中心集多工序與一身，所以提高了加工效率，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械自動(dòng)化。它是高技術(shù)、高效率、高精度的機(jī)械制造自動(dòng)化加工設(shè)備，受到世界上各國(guó)的高度關(guān)注，德國(guó)、美國(guó)、日本等國(guó)家的數(shù)控機(jī)床的質(zhì)量和精度是處于世界領(lǐng)先水平的，我國(guó)還在發(fā)展中階段，要向擁有高端技術(shù)水平的國(guó)家學(xué)習(xí)，不斷完善我國(guó)的數(shù)控機(jī)床精度和質(zhì)量，最終擁有一流水平，這就需要眾多研究者的不斷努力。我們相信隨著中國(guó)科技力量的不斷提高，經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，國(guó)民創(chuàng)新能力逐步加強(qiáng)，最終實(shí)現(xiàn)由進(jìn)口高精度數(shù)控機(jī)床向出口高精度機(jī)床的轉(zhuǎn)變。2第一章 加工中心的簡(jiǎn)介1.1 加工中心的發(fā)展歷史世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)于 1952 年，它的出現(xiàn)使種類多樣的、中小批量的加工制造機(jī)器設(shè)備在高效率生產(chǎn)、自動(dòng)化生產(chǎn)和柔性生產(chǎn)上發(fā)生了一次舉世矚目的變革。操作人員在數(shù)控機(jī)床的自帶的電腦中輸人程序，使用便于修改操作的計(jì)算機(jī)加工程序?qū)?shù)控機(jī)床進(jìn)行控制，以此完成工件的生產(chǎn)加工。所以比生產(chǎn)大批量工件的組合機(jī)床和專門生產(chǎn)特定零件的專用機(jī)床更加能夠適應(yīng)因生產(chǎn)不同工件而產(chǎn)生的各種各樣的變化，具有更高的柔性化，非常容易進(jìn)行種類多樣的工件的加工生產(chǎn)。該數(shù)控機(jī)床通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)全數(shù)字控制，同時(shí)控制機(jī)床主軸及刀具的幾何圖形運(yùn)動(dòng)功能，并且還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床工藝、工序、工步等步驟和輔助功能的控制功能。這臺(tái)數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)的機(jī)械加工方式，因其生產(chǎn)高效和便捷，減少了部分勞動(dòng)力，降低了生產(chǎn)成本，使整個(gè)行業(yè)都開(kāi)始使用數(shù)控機(jī)床來(lái)加工零件，尤其是改變了中小批量的生產(chǎn)情況，其中普通機(jī)床占有比例大大降低。但是因?yàn)閿?shù)控機(jī)床較之普通機(jī)床結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜、價(jià)格較高、維修更是繁復(fù)，所以在一些小型企業(yè)中數(shù)控機(jī)床并沒(méi)有被很廣泛應(yīng)用，甚至不被使用。1958 年數(shù)控技術(shù)升級(jí)第二代，以此技術(shù)為基礎(chǔ)的第一臺(tái)加工中心在美國(guó)卡尼特雷克公司誕生。那么人們不禁發(fā)問(wèn)：加工中心到底有什么功能，可以在哪種情況應(yīng)用呢？首先，加工中心是數(shù)控銑床或者說(shuō)成是數(shù)控鏜床的二次升級(jí)版本。它是在數(shù)控鏜、銑床的原定基礎(chǔ)上又增加了機(jī)械手及自動(dòng)換刀結(jié)構(gòu)裝置，使工件在裝夾完成后，不必有拆裝刀具的換刀步驟，大大節(jié)省了時(shí)間。工件和刀具僅一次裝夾動(dòng)作就可以完成鉆孔、鏜孔、車螺紋、鉸孔等車床、銑床和鏜床的工作任務(wù)，更重要的是，加工程序儲(chǔ)存于加工中心或與之連接的電腦中，查找、修改錯(cuò)誤或不完善的程序更加方便快速。其次，加工中心假若帶有可以自動(dòng)回旋轉(zhuǎn)動(dòng)的工作臺(tái)或者可以旋轉(zhuǎn)到各個(gè)范圍的主軸箱，那么零件裝夾完成后，加工中心可以實(shí)現(xiàn)在多平面、多角度完成操作。最后，設(shè)想在兩臺(tái)加工中心之間設(shè)有中轉(zhuǎn)站，那么在一臺(tái)機(jī)器故障的時(shí)候不影響其它機(jī)器繼續(xù)工作，提高了柔性化程度。另外，單獨(dú)的裝卸臺(tái)也是增強(qiáng)柔性的方法，工件在一臺(tái)加工中心被加工時(shí)，其它的工件在裝卸臺(tái)裝卸，不使加工過(guò)程受到任何影響。3綜上所述，加工中心的出現(xiàn)是一場(chǎng)使機(jī)械制造業(yè)更加完善、更加精密、更加高效的技術(shù)革命。加工中心具備普通機(jī)床沒(méi)有的特點(diǎn)，其一是可以進(jìn)行種類繁多的和生產(chǎn)數(shù)量較多的零件的加工操作；其二是它能夠增加機(jī)床的功能，例如自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)換刀、自動(dòng)轉(zhuǎn)換零件等。世界上并沒(méi)有定義加工中心的標(biāo)準(zhǔn)，但是我們可以了解掌握的是加工中心使用數(shù)控技術(shù)利用數(shù)控系統(tǒng)對(duì)加工過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控檢測(cè)保證加工順利完成?？梢宰詣?dòng)換刀的數(shù)控鏜、銑床就可以被稱之為加工中心。1.2 加工中心的組成結(jié)構(gòu)機(jī)床的功能、參數(shù)、類別不同，加工中心的結(jié)構(gòu)組成也會(huì)有所差別。機(jī)床由基本零件和選擇零件組成，數(shù)控系統(tǒng)有基本功能和選用功能兩類，機(jī)床參數(shù)也有主參數(shù)和其它參數(shù)，所以加工中心的結(jié)構(gòu)組成更是多樣。但是在實(shí)際生活中，生產(chǎn)機(jī)床的工廠會(huì)根據(jù)客戶的要求來(lái)生產(chǎn)適用不同工件的機(jī)床。大致來(lái)講，同一種類的機(jī)床的功能和組成部件是沒(méi)有太大的差異，加工中心的組成基本有以下幾個(gè)部分：1、基礎(chǔ)部件基礎(chǔ)部件主要由機(jī)床床體、立柱和工作臺(tái)等部分組成，是加工中心的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。在加工工件時(shí)主要承載切削載荷和加工中心本身的靜載荷，所以這些部件本身的剛度要非常高，足以承受負(fù)載。制作這部分基礎(chǔ)部件時(shí)，要合理選擇工藝，可以是鑄造也可以是焊接。材料選擇同樣重要，因?yàn)榛A(chǔ)部件是加工中心體積最大、質(zhì)量最重的部分。2、主軸系統(tǒng)主軸系統(tǒng)主要由主軸箱、主軸、主軸處軸承、傳遞系統(tǒng)動(dòng)力的電動(dòng)機(jī)等零部件組成。數(shù)控系統(tǒng)控制主軸運(yùn)動(dòng)的開(kāi)始、結(jié)束和變速轉(zhuǎn)動(dòng)等動(dòng)作，刀具切削加工零件，是主運(yùn)動(dòng)，輸出切削加工的功率，刀具是安裝在主軸上的。主軸系統(tǒng)在整個(gè)加工中心中起著至關(guān)重要的作用，它是加工中心的關(guān)鍵之處，其結(jié)構(gòu)優(yōu)劣決定了加工中心性能的好壞。3、數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)主要由 PLC、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、CNC 裝置和動(dòng)力裝置組成的。這個(gè)組成部4分負(fù)責(zé)使加工中心能夠按程序指令完成加工順序，實(shí)現(xiàn)對(duì)加工過(guò)程的操縱。4、自動(dòng)換刀系統(tǒng)自動(dòng)換刀系統(tǒng)是由刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置組成。儲(chǔ)存加工過(guò)程中所有的工序會(huì)用到的刀具的倉(cāng)庫(kù)就是刀庫(kù)。當(dāng)發(fā)出換刀指令時(shí)，通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)命令自動(dòng)換刀系統(tǒng)由液壓缸操縱機(jī)械手同時(shí)將主軸完成加工步驟的和被選定的刀盤刀座中的刀具拔出，然后旋轉(zhuǎn) 90 度，再同時(shí)將刀具插入主軸孔和刀座中。刀庫(kù)的類型是多種多樣的，有刀具呈單環(huán)排列的單盤式刀庫(kù)、雙盤式刀庫(kù)、重疊雙盤式刀庫(kù)、三盤式刀庫(kù)、行星盤式刀庫(kù)、單環(huán)鏈?zhǔn)降稁?kù)、多環(huán)鏈?zhǔn)降稁?kù)、單面格子箱式刀庫(kù)和多面格子箱式刀庫(kù)多種。根據(jù)它們不同的適用范圍和特點(diǎn)進(jìn)行選用，它們的刀庫(kù)容量也各不相同，有的可以容納上百把，有的僅僅可以容納十幾把。完成換刀動(dòng)作的機(jī)械手根據(jù)主軸與刀庫(kù)相對(duì)位置的不同分為回轉(zhuǎn)式、單臂式、雙臂式和軌道式。5、輔助系統(tǒng)輔助系統(tǒng)主要是由液壓、潤(rùn)滑、冷卻、防護(hù)、排屑和隨時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)等部分組成。雖然輔助部分不是直接參加到切削動(dòng)作中，但是輔助系統(tǒng)對(duì)加工中心執(zhí)行指令的精度、可靠性、安全性以及重要的加工效率方面起著不可磨滅的重要作用，它是加工中心的保護(hù)屏障。此外，為了達(dá)成更加快速地完成加工，減少不必要的非加工時(shí)間，一些加工中心安裝有自動(dòng)托盤交換系統(tǒng)。比如，已經(jīng)裝夾在工作臺(tái)的工件可以在另一個(gè)地方進(jìn)行拆卸，全部動(dòng)作完成后托盤交換，這種做法愈加減少非切削時(shí)間，有效提高工作效率。1.3 加工中心的類型1.3.1 立式加工中心根據(jù)加工中心形體樣式的不同，將其分為臥式、立式和五坐標(biāo)加工中心三種類型。如圖 1-1 所示，立式加工中心安裝有長(zhǎng)方形工作臺(tái)，立柱一般是固定不可移動(dòng)的，適合加工體積不大的盤類、板類、殼體類工件。立式加工中心主軸軸向線始終5呈垂直狀。圖 1-1 立式加工中心1.3.2 臥式加工中心如圖 1-2 所示，臥式加工中心的主軸軸向線始終處于水平狀態(tài)。臥式加工中心的結(jié)構(gòu)與立式加工中心相較有所不同，臥式加工中心的工作臺(tái)是正方形的，并且可以進(jìn)行分角度回旋轉(zhuǎn)動(dòng)。臥式加工中心的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)通常為 3-5 個(gè)，其中我們最為常見(jiàn)，了解比較多的是 X-Y-Z 直線運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系。這種模式能夠在零件裝夾好后，一次完成不包括零件與工作臺(tái)的重疊面和最上方的平面外剩余平面的切削工作，所以適用于加工箱體類零件。 [1]圖 1-2 臥式加工中心1.3.3 五坐標(biāo)加工中心五坐標(biāo)加工中心的功能更加齊全，它包含了立式加工中心與臥式加工中心所涵蓋的一切功能。一次性裝夾好工件后，五坐標(biāo)加工中心可以很順利地實(shí)現(xiàn)切削除零6件本身與工作臺(tái)重和面與頂端平面外的所有平面的功能。因?yàn)槟軌蛞淮渭庸の鍌€(gè)平面，所以被人們叫做五坐標(biāo)工中心。五坐標(biāo)加工中心有兩種常見(jiàn)結(jié)構(gòu)類型，第一種是工作臺(tái)能夠 90 度角旋轉(zhuǎn)，第二種是主軸能夠旋轉(zhuǎn) 90 度。1.4 加工中心的多個(gè)優(yōu)點(diǎn)（1）提高加工質(zhì)量 加工中心使工件完成一次裝夾后，不必有二次裝卸，就是實(shí)現(xiàn)了多道工序在一臺(tái)機(jī)器上就可以完成的任務(wù)。這樣做保證了工件的加工精度，很大程度地減小了加工誤差。較為重要的是，加工中心依靠的是數(shù)控系統(tǒng)而不是人工操作，減少了由于人為原因造成的失誤，大大增加了穩(wěn)定性和精度。（2）縮短加工準(zhǔn)備時(shí)間 普通機(jī)床在加工零件時(shí)所需要的準(zhǔn)備時(shí)間是加工中心所需要時(shí)間的數(shù)倍。加工中心可以加工多種工序而不需要多次拆裝工件，這就大大節(jié)省了時(shí)間。（3）減少在制品數(shù)目 過(guò)去傳統(tǒng)的加工方法是一個(gè)工件在完成一種加工工序后會(huì)被傳遞到完成下一道工序的機(jī)床操作臺(tái)上，可以想像這會(huì)有較多的正在加工中的產(chǎn)品。但是加工中心就改變了這一現(xiàn)狀，充分發(fā)揮它“集多工序于一體”的優(yōu)勢(shì)，有效減少在制產(chǎn)品的數(shù)目。（4）減少刀具費(fèi)用 加工中心本身就帶有可以容納刀具的刀庫(kù)，容納程度大小不一。而普通機(jī)床沒(méi)有刀庫(kù)裝置，需要另設(shè)刀架盛放刀具，這就增加了購(gòu)買刀架的費(fèi)用。加工中心使用刀庫(kù)在空間利用率方面上大大節(jié)省了空間，降低了刀具的成本。（5）較少的直接勞務(wù)費(fèi) 利用數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制加工過(guò)程的加工中心由一名工作人員操作和管理，或者是一名工作人員操作管理多臺(tái)加工中心，而且加工中心的工作臺(tái)自動(dòng)托盤交換裝置和一些其它的輔助交換裝置在夜晚照常工作，不會(huì)像人一樣疲勞，這都是減少了聘用工人而花費(fèi)的直接勞動(dòng)費(fèi)用。（6）較少的間接勞務(wù)費(fèi) 因?yàn)榧庸ぶ行氖苟嗟拦ば蚣谝慌_(tái)設(shè)備完成，從而不需要工人將完成一道加工工序的零件搬至另一臺(tái)設(shè)備來(lái)完成另一道加工工序，所以使間接勞動(dòng)費(fèi)用很大程度地降低，節(jié)省人工成本。7（7）增加設(shè)備利用率 使用普通機(jī)床加工工件的效率僅僅是加工中心的幾分之一，使用加工中心加工能夠大大地提高加工效率。此外，加工中心的適用范圍大多是小批量或中批量零件和品種多樣的零件的加工生產(chǎn)。1.5 加工中心的未來(lái)發(fā)展勢(shì)態(tài)立式加工中心主要面向發(fā)展態(tài)勢(shì)良好的汽車零件企業(yè)、模具制造業(yè)、民用飛機(jī)企業(yè)、醫(yī)學(xué)設(shè)備、電子設(shè)備、物理光學(xué)設(shè)備等產(chǎn)業(yè)。由于在制造飛機(jī)時(shí)，組成飛機(jī)的零部件大多是品種多樣、生產(chǎn)批量很小的產(chǎn)品，所以飛機(jī)制造業(yè)更傾向于使用五軸加工中心來(lái)制造零部件。那么以后的精密零件、電子零件、半導(dǎo)體有關(guān)零件等相關(guān)企業(yè)也會(huì)需要使用制造更加精密的五軸加工中心生產(chǎn)零件。 生產(chǎn)有關(guān)飛機(jī)、半導(dǎo)體、模具等精密零件、電子零件的制造企業(yè)，正面臨著加緊開(kāi)發(fā)五軸加工中心以達(dá)到擴(kuò)大市場(chǎng)占有率，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的目的。在過(guò)去的幾年間，制造零件大都使用立式加工中心，較之現(xiàn)在，越來(lái)越多的制造廠更加注重以模具制造為第一目標(biāo)的提案不斷涌現(xiàn)。據(jù)此能夠清晰地看出目前需求不斷向高效率、高品質(zhì)、高速度靠近。 根據(jù)高精制造的生產(chǎn)目標(biāo)，有些制造企業(yè)較為重視研究開(kāi)發(fā)能夠適應(yīng)新加工環(huán)境的加工中心，例如可以加工不便于被切削制造材料的加工中心。還有一些新加工技術(shù)也在制造產(chǎn)品的同時(shí)被開(kāi)發(fā)出來(lái)，比如減少工件裝入和拆除加工中心的時(shí)間和更加集中加工工序的制造技術(shù)。但是研發(fā)人員并不滿足于此，他們?cè)谕晟萍庸ぶ行牡穆飞显阶咴竭h(yuǎn)。一些廠商不斷在試著將立式加工中心的控制軸再加上 1-2 個(gè)軸以此進(jìn)一步提高工作效率，由于改良后是五軸同時(shí)控制，所以這樣更加適用于復(fù)雜形狀、曲面自由等零件的裝夾。 [2]因?yàn)榭蛻魧?duì)產(chǎn)品要求愈加嚴(yán)格，在研究開(kāi)發(fā)方面不得不加大力度，規(guī)定在降低成本或者不增加成本的同時(shí)保證產(chǎn)品高品質(zhì)。這需要更加先進(jìn)的制造技術(shù)及制造設(shè)備，更加催促?gòu)S商要不斷更新、創(chuàng)新，研究出柔性制造設(shè)備?，F(xiàn)在干式切削也在研究中，例如已經(jīng)投入使用的高純度氮?dú)獾母墒郊庸は到y(tǒng)。干式加工系統(tǒng)是通過(guò)氧化來(lái)控制精度變化，與此同時(shí)，為了不污染環(huán)境、提高材料利用率，把排屑集中處理便于回收二次利用。8由于臥式加工中心加工面是垂直的，切屑容易掉落，較適應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人操作。它可以在較短時(shí)間內(nèi)輸入最適用規(guī)模的系統(tǒng)得益于它的模塊結(jié)構(gòu)。重要的是，臥式加工中心可以長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人操作，降低了成本?？蛻魧?duì)臥式加工中心的要求更加趨向多品種、小批量的生產(chǎn)，要求生產(chǎn)設(shè)備能夠靈活適應(yīng)多工序工件的生產(chǎn)變化。根據(jù)汽車廠家的設(shè)備投資不斷上升的態(tài)勢(shì)，可見(jiàn)需求有望進(jìn)一步擴(kuò)大。除此之外，人們對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)的認(rèn)知和對(duì)制造體系的看法正在發(fā)生本質(zhì)的改變，于是因此而出現(xiàn)的新的制造體系大概會(huì)對(duì)小型設(shè)備形成的柔性制造線有潛在需求。放眼望去，生產(chǎn)這些機(jī)器設(shè)備的企業(yè)不斷追求高品質(zhì)、高精度、高速度，同時(shí)也下手控制著生產(chǎn)成本，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。通俗來(lái)講就是這些企業(yè)的立足根本是如何研制小型設(shè)備、提高柔性化程度。從開(kāi)發(fā)技術(shù)的趨勢(shì)來(lái)看，如何在提高主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度、提高精度的同時(shí)將模塊化、有效應(yīng)對(duì)熱變位等目的集中表現(xiàn)出來(lái)是重點(diǎn)。其實(shí)，將機(jī)床高速化的研究課題一直在取得引人注目的優(yōu)秀成績(jī)。因?yàn)橹鬏S進(jìn)給速度對(duì)加工時(shí)間有著直接影響，所以為了提高加工效率，利用高速進(jìn)給技術(shù)通過(guò)安裝直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)備類型不斷增加。于此同時(shí)也有一些制造企業(yè)使用導(dǎo)程大的滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)進(jìn)給軸而不是采用直線電機(jī)。高速臥式加工中心進(jìn)給速度為 120mm/min，進(jìn)給加速度 1.5G-2G，它是在主軸上使用雙面約束刀具，從而減少重復(fù)定位、節(jié)省時(shí)間。為防止精度降低就要解決因高速引起的熱變位問(wèn)題，通常都利用單獨(dú)的補(bǔ)正裝置、冷卻裝置或主軸冷卻結(jié)構(gòu)。數(shù)控立式車床適用于大體積、大質(zhì)量、大直徑工件的加工。雖然其也被各制造業(yè)使用，但是具有市場(chǎng)局限性。由于產(chǎn)品的市場(chǎng)占有率很大程度地反映了用戶的需求意向，所以數(shù)控立式車床大多是根據(jù)客戶要求專門訂做的，增加了客戶和廠商的親密度。近期，向中國(guó)出售機(jī)床設(shè)備的廠商大量需要數(shù)控立式車床的情況引人注目，好似制船業(yè)對(duì)數(shù)控立式車床的需求進(jìn)入暗淡期。大約從去年開(kāi)始，生產(chǎn)數(shù)控車床的企業(yè)就在期待著高性能發(fā)電機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、飛機(jī)業(yè)的訂單，期盼這些行業(yè)會(huì)活躍于各社會(huì)行業(yè)中以此提高數(shù)控車床的需求量。市場(chǎng)在交貨期、質(zhì)量、價(jià)格方面的要求不斷提高，催發(fā)一些使用中小規(guī)模設(shè)備的企業(yè)為縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，更青睞一次裝夾、適合多種加工的復(fù)合型加工設(shè)備。由于要考慮到環(huán)境要求，采用半干式加工的需要也在增長(zhǎng)。據(jù)此類客戶的需求，企業(yè)以產(chǎn)學(xué)協(xié)作方法研究出了氣化熱半干式加工技術(shù)，這種技術(shù)能夠節(jié)省能源、控制9電力使用。如今的市場(chǎng)對(duì)高度通用性、價(jià)格低廉的立式數(shù)控車床的需求量仍然持續(xù)增加，與數(shù)控臥式車床相似的附帶同加工中心功能一樣的復(fù)合數(shù)控車床的研發(fā)始終處于高度活躍狀態(tài)。眾所周知，現(xiàn)今對(duì)形狀復(fù)雜、曲面自由的工件的制造要求越來(lái)越嚴(yán)格，催生了眾多研制帶有鏜、銑、鉆等功能的車床的企業(yè)。大體介紹加工中心的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)后，下面將著重介紹本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)--加工中心的刀庫(kù)。10第二章 刀庫(kù)種類2.1 刀庫(kù)總體類型介紹自動(dòng)換刀裝置中最重要部分之一有刀庫(kù)，它能容納的刀具數(shù)和布置結(jié)構(gòu)對(duì)加工中心整體性能有重要影響。刀庫(kù)主要用來(lái)存放刀具，大多數(shù)的加工中心都在某一固定點(diǎn)取刀、送刀，所以設(shè)計(jì)刀庫(kù)時(shí)必須要有定位機(jī)構(gòu)和可回轉(zhuǎn)裝置來(lái)保障換刀的可靠性。刀庫(kù)的動(dòng)力裝置使用伺服電動(dòng)機(jī)，同時(shí)還配有蝸輪蝸桿減速裝置。為了使刀庫(kù)定位更加精準(zhǔn)，每一把刀都可以準(zhǔn)確停在固定位置換刀，可以使用定位控制器，也可以使用由液壓缸控制的銷定位，其定位精度一般可以達(dá)到 0.1-0.5mm。 [3]由于不同種類的刀庫(kù)容量不同，取刀方式更是多種多樣，所以在設(shè)計(jì)刀庫(kù)時(shí)可供參考的方案更加繁多。如圖 2-1 所示，這些是幾種常見(jiàn)刀庫(kù)類型。a）軸向式 b）徑向式 c）斜向式 d）刀具翻轉(zhuǎn)式 e）鼓筒彈夾式 f）鏈?zhǔn)?g）多盤h）格子式a-d 是單盤式刀庫(kù)，將刀具的軸線按不同方向、不同角度布置可以更好地適應(yīng)主軸的布置。其中，d 所示為刀具可以旋轉(zhuǎn) 90 度的盤式刀庫(kù)，這種刀庫(kù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要可以方便取刀，應(yīng)用范圍比較廣，但是有一個(gè)缺點(diǎn)，那就是受到刀盤尺寸局限，該形式的刀庫(kù)容量比較小，只可容納 15-30 把刀。采用圖 2-1 中 e-h 所示刀庫(kù)時(shí)，就不必考慮刀庫(kù)結(jié)構(gòu)尺寸的限制，它們可以容納較多數(shù)量的刀具并且不會(huì)使用過(guò)多空間，大大提高加工中心的空間利用率。圖 2-2-e 所列的鼓筒彈夾式刀庫(kù)，雖然它的刀庫(kù)容量大，結(jié)構(gòu)緊湊，但其較為復(fù)雜的選刀、取刀操作使其使用帶來(lái)一些困難。11如圖 2-1-f，鏈?zhǔn)降稁?kù)的結(jié)構(gòu)與盤式刀庫(kù)相比是比較靈活的，能容納較多刀具，容易選刀和取刀。當(dāng)?shù)毒邤?shù)目過(guò)多而需要較長(zhǎng)的鏈條時(shí)，同時(shí)也要考慮節(jié)省空間，將鏈條折疊盤繞。圖 2-1-g 的多盤式刀庫(kù)和圖 2-1-h 的格子箱式刀庫(kù)雖然也具有結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)，但是由于選刀和取刀動(dòng)作不簡(jiǎn)單，所以很少使用。2.2 加工中心常用刀庫(kù)類型刀庫(kù)類型較為豐富，但是不是每一種都可以廣泛使用，盤式刀庫(kù)和鏈?zhǔn)降稁?kù)是在加工中心上使用廣泛的兩種類型。（1）盤式刀庫(kù) 盤式刀庫(kù)又分為鼓輪彈夾式、雙鼓式、重疊雙鼓式、行星鼓輪式等多種類型。由于多數(shù)刀具是在刀盤上單環(huán)形排列的，浪費(fèi)了較多空間，為了減少浪費(fèi)，出現(xiàn)了雙環(huán)形和多環(huán)形排列的盤式刀庫(kù)，這種排列方式可使刀庫(kù)容納更多數(shù)量的刀具。但是這種結(jié)構(gòu)也有缺點(diǎn)，它會(huì)使刀庫(kù)直徑增大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量隨之增大，選刀時(shí)間增長(zhǎng)的問(wèn)題也相伴而來(lái)。因此當(dāng)?shù)毒邤?shù)目較少時(shí)，選用盤式刀庫(kù)會(huì)更為合適。圖 2-2-1 盤式刀庫(kù)的不同形式a）徑向取刀形式 b）軸向取刀形式 c）刀具徑向安裝 d）刀具斜向安裝（2）鏈?zhǔn)降稁?kù) 如圖 2-2-2 所示，結(jié)構(gòu)緊湊、容納量大的鏈?zhǔn)降稁?kù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更為靈活，因?yàn)殒準(zhǔn)降稁?kù)的鏈條可以折疊盤繞，能夠適應(yīng)多種機(jī)床的布置格局。換刀刀位可以設(shè)計(jì)成凸起的，這樣有利于換刀。鏈?zhǔn)降稁?kù)的刀座不足以容納更多的刀具時(shí)僅需增加鏈條便可而不需要改變刀庫(kù)結(jié)構(gòu)及尺寸。在不超過(guò)額定范圍時(shí)，線速度和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也是不需要更改的。鏈?zhǔn)降稁?kù)的這些特點(diǎn)使其在加工中心應(yīng)用方面具有12很大優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用廣泛，可以滿足不同條件的使用要求。圖 2-2-2 鏈?zhǔn)降稁?kù)此次設(shè)計(jì)的是加工中心 24 刀盤式刀庫(kù)及自動(dòng)換刀裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，下面將接一下設(shè)計(jì)過(guò)程。要想弄懂刀庫(kù)的結(jié)構(gòu)原理，就必須先明白如何換刀。換刀過(guò)程：（1）刀套下翻 換刀之前，刀庫(kù) 2 先轉(zhuǎn)動(dòng)，等到被換刀具 5 轉(zhuǎn)到定點(diǎn)，刀套4 向下翻轉(zhuǎn) 90 度。（2）機(jī)械手爪刀 機(jī)械手 1 在原位置上旋轉(zhuǎn) 90 度，手爪分別抓住主軸 3 和刀座上的刀具。（3）刀具松開(kāi) 主軸上的夾緊機(jī)構(gòu)松開(kāi)刀具。（4）手爪拔刀 機(jī)械手下降后，一同拔出刀具。（5）換刀 機(jī)械手抓著交換后的刀具旋轉(zhuǎn) 180 度。（6）手爪插刀 機(jī)械手向上升，將兩把刀具分別插入主軸孔和刀座中。（7）刀具夾緊 主軸上的夾緊機(jī)構(gòu)自動(dòng)夾緊刀具。（8）液壓缸的活塞復(fù)位 使機(jī)械手逆向旋轉(zhuǎn) 180 度的液壓缸的活塞復(fù)位。（9）機(jī)械手松開(kāi)刀具 從 k 向觀察，機(jī)械手 1 會(huì)逆向轉(zhuǎn)動(dòng) 75 度，放開(kāi)刀具并且回到原位。（10）刀套上翻 刀具伴隨刀套向上翻轉(zhuǎn) 90 度。13圖 2-2-3 換刀過(guò)程的示意圖1—機(jī)械手 2—刀庫(kù) 3—主軸 4—刀套 5—刀具2.3 刀庫(kù)傳動(dòng)原理2.3.1 刀庫(kù)結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)（1）刀庫(kù)組成 如圖 2-3-1，是盤式刀庫(kù)大體結(jié)構(gòu)組成，主要有電動(dòng)機(jī)、刀盤、刀座刀套、撥叉等部件組成。更詳細(xì)部分可參考圖 2-3-2。（2）刀庫(kù)如何選刀 數(shù)控系統(tǒng)下達(dá)選刀命令，伺服電機(jī) 1 通過(guò)連軸器 2、蝸桿 3 及蝸輪 4 傳遞動(dòng)力，使刀盤 12 轉(zhuǎn)動(dòng)到指定地點(diǎn)。（3）刀套向下翻動(dòng) 等到待換刀具到達(dá)換刀地點(diǎn)時(shí)，刀套尾端的滾子 10 轉(zhuǎn)進(jìn)撥叉 8 的槽孔內(nèi)。由此，液壓缸 5 下腔內(nèi)通進(jìn)液壓油，活塞使撥叉上升，同時(shí)放開(kāi)行程開(kāi)關(guān)，以達(dá)到斷開(kāi)電路的目的，防止發(fā)生錯(cuò)動(dòng)作。撥叉上升，連帶刀套向下翻轉(zhuǎn) 90 度，讓刀具軸線和主軸軸線處于平行狀態(tài)，同時(shí)按下開(kāi)關(guān) 6，發(fā)出信號(hào)讓機(jī)械手爪刀。相反，撥叉下降，刀套隨之上翻 90 度。 [4]14圖 2-3-2 刀庫(kù)結(jié)構(gòu)圖1—電動(dòng)機(jī) 2—聯(lián)軸器 3—蝸桿 4—蝸輪 5—液壓缸 6、7—行程開(kāi)關(guān) 8—撥叉 9—擋標(biāo) 10—滾子 11—刀套 12—刀盤圖 2-3-2 刀庫(kù)結(jié)構(gòu)圖1—電動(dòng)機(jī) 2—聯(lián)軸器 3—蝸輪 4—蝸桿 5—液壓缸 6—活塞桿 7—撥叉 8—擋標(biāo) 9、10—行程開(kāi)關(guān) 11—滾子 12—銷軸 13—刀套 14—刀盤152.4 刀庫(kù)相關(guān)參數(shù)設(shè)定目前常見(jiàn)的驅(qū)動(dòng)方式有使用液壓機(jī)和伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩種，現(xiàn)如今我國(guó)的加工中心大都使用伺服電機(jī)，所以此次設(shè)計(jì)也采用伺服電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)。主要參數(shù)設(shè)定：側(cè)掛式刀庫(kù)、24 把刀具、最大刀具直徑 40mm、換刀時(shí)間 2.8s、平均重量7kg、最大線速度 22-30m/min、刀具規(guī)格 BT45。2.4.1 計(jì)算電機(jī)的傳動(dòng)比選取交流伺服電動(dòng)機(jī)：型號(hào) Parker SMH 115、額定功率 1.5kw、額定轉(zhuǎn)矩 9Nm、最大輸出轉(zhuǎn)矩 18Nm、滿載轉(zhuǎn)速 1600r/min、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 900kgmm2、刀盤轉(zhuǎn)速60r/min。1、計(jì)算總傳動(dòng)比：（2-1）i=nmn=160060=26.7由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》中選擇標(biāo)準(zhǔn)傳動(dòng)比 i=20。 [5]2、計(jì)算各軸的轉(zhuǎn)速、功率、轉(zhuǎn)矩電機(jī)輸入轉(zhuǎn)矩：（2-2）Td=9.55×106Pdnm=9.55×106×1.51600=8.95×103N?mm軸 I（蝸桿軸）：（2-3）nI=nm=1600r/min16（2-4）PI=Pd??1??2=1.5×0.72×0.98=1.0584kw （2-5）TI=Td??1=8950×0.98=8771N?mm軸 II（蝸輪軸）：（2-6）nII=nmi=160020=80r/min（2-7）PII=PI??2=1.0584×0.98=1.037kw（2-8）TII=TI??2??1i=8771×0.98×0.72×20=1.24×105N?mm表 2-2 傳動(dòng)比的分配軸名 功率 kw 轉(zhuǎn)矩 Nmm 轉(zhuǎn)速 r/min 傳動(dòng)比 i 效率 ?電機(jī)軸 1.5 8950 1600 1 0.98軸 I 1.0584 8771 1600 20 0.98軸 II 1.037 124000 80 20 0.722.4.2 電動(dòng)機(jī)的校核1、按負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（2-9）JLC=∑Ji(ninm)2JLC—負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Ni—各旋轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)速Nm—電機(jī)轉(zhuǎn)速（2-10）JLC=(601600)2+(16001600)2+(801600)2=1040kg?mm2由于：17（2-11）Jmc≥JLC3900≥10403 =347Jmc—電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量所以：符合要求。2、按由重力引起的摩擦力矩 TFc（2-12）TFc≈??GcRsp=0.15×118×0.309=0.267N?mμ--槽輪與鎖止盤之間的摩擦系數(shù)，取 0.15Gc—刀盤重量Rsp—滾子中心距鎖止盤中心距離因?yàn)?TFc≤電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩 9Nm，所以符合要求。3、按最大加速轉(zhuǎn)矩 Tcam當(dāng)電動(dòng)機(jī)由開(kāi)始啟動(dòng)到加速于最大轉(zhuǎn)速時(shí)：=0.87Nm （2-13）Tcam=Jc2??ncmax60tca=1.04×10-3×2×3.14×160060×0.2ncmax—電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速tca--加速時(shí)間，取 0.2 秒電動(dòng)機(jī)的最大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩：（2-14）Tcr=TFc+Tcam=0.267+0.87=1.137N?m由于 Tcr≤電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩 18Nm，所以符合要求。18第三章 刀庫(kù)傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)3.1 刀庫(kù)部分設(shè)計(jì)選刀效率會(huì)受到刀套的線速度的影響，所以要選擇合適的線速度來(lái)保證刀庫(kù)工作的高效率和可靠性。在這次設(shè)計(jì)中，選擇線速度為 25m/min。同時(shí)保證交流伺服電動(dòng)機(jī)在最佳的狀態(tài)時(shí)高質(zhì)完成工作，大都不會(huì)選擇使用交流伺服電動(dòng)機(jī)的低速度時(shí)段，所以要采用蝸輪蝸桿裝置降速。蝸桿的傳動(dòng)類型：漸開(kāi)線蝸桿，45 號(hào)鋼，淬火處理。蝸輪：鑄造錫青銅，金屬模鑄造。 [6]3.1.1 確定蝸桿和蝸輪的基礎(chǔ)尺寸參數(shù)表 3-1 尺寸參數(shù)表模數(shù) m 軸向齒距 px 分度圓直徑d1頭數(shù) z1 直徑系數(shù)q=d1/m3.15 9.896 35.5 2 11.270齒頂圓直徑da齒根圓直徑df分度圓導(dǎo)程角γ法向壓力角 α nm2d141.8 27.9 10°03'48“ 20? 352.25中心距 a a=80mm 按規(guī)定選擇齒頂高系數(shù) ha* ha*=1頂隙系數(shù) ca* ca*=0.2頂隙 c c=2 按規(guī)定選擇蝸桿齒頂高h(yuǎn)a ha=4 按規(guī)定選擇蝸桿齒根高 hf1 hf1=619蝸桿齒高 h1 h1=28蝸輪齒數(shù) 2Z=402Z分度圓直徑 2d=1262d齒頂圓直徑 2a =132.32a齒根圓直徑 fd=121.32fd蝸輪咽喉母圓半徑2gr=162gr3.1.2 相關(guān)校核驗(yàn)算1、滑移速度 Vs（3-1）Vs=V1cos??= ??d1n160×1000cos??= ??×35.5×160060×1000×cos10°03'48“=3.02m/s2、蝸輪齒面接處疲勞強(qiáng)度K=KAK??Kv=1.15×1×1.05=1.21N=60jn2Lh=60×1×80×365×5×24=2.02×107（3-2）[??H]=KHN[??H]'=8107N×268=8 1072.02×107×268=245.45（3-3）??H=480kT2d2m2Z21= 1.21×110.68×100035.5×3.152×402 =212.7[??H]經(jīng)計(jì)算，符合要求。3、蝸輪齒根的彎曲皮勞強(qiáng)度（3-4）x2=am-d1+d22m= 803.15?35.3+1262×3.15= -0.220（3-5）ZV2=Z2cos??= 40cos10°03'48“=41.67（3-6）KFN=9106N（3-7）[??F]=[??F]'KFN=56×9106109=43.36（3-8）????=1.53????2??1??2????????2????=1.53×1.21×110.68×100035.5×126×3.15×2.62×(1?10°03'48“140° )=29.28[??F]經(jīng)計(jì)算，符合要求。4、驗(yàn)算 m2d1（3-9）m2d1≥1.53KT2Z2[??F]YFa2Y??=1.53×1.21×110.68×100040×43.36×2.62×0.93=237.90mm3因?yàn)?m2d1=352.25mm3，所以符合要求。5、蝸桿剛度的校核蝸桿所受圓周力：（3-10）Ft1=2T2d1=6235.49蝸桿所受徑向力：（3-11）Fr1=2T2d2tan20°=639.43E=200GPa（3-12）I=??df1464=??×27.9464 =2.97×104（3-13）??'=0.9??2=0.9×126=113.4（3-14）[??]=??11000=0.0355（3-15）??=????12+????1248??????'3= 6235.492+639.43248×2×105×2.97×104×113.43=0.032[??]21經(jīng)驗(yàn)算，符合要求。6、蝸桿傳動(dòng)的熱平衡記算（1）由磨損產(chǎn)生的熱量（3-16）??1=tan??tan(??+??v)=0.9（3-17）??1=1000P(1-??)=1000×1.4406×(1?0.9×0.95)=208.89??/??（2）自然冷卻散發(fā)的熱量??1=??2（3-18）??0=????+1000??(1???)?????? =20°+1000×1.4406×(1?0.9×0.95)15.45×1.253=10.79°經(jīng)計(jì)算，符合要求。3.2 傳動(dòng)軸部分的設(shè)計(jì)加工中心的重要零部件之一就是傳動(dòng)軸，在本次設(shè)計(jì)中,蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是作為一種減速裝置安置在刀庫(kù)系統(tǒng)中。其中各個(gè)軸既會(huì)受到彎矩作用又會(huì)受到扭矩作用。所以應(yīng)該認(rèn)真仔細(xì)地選擇各個(gè)軸的材料，仔細(xì)估算軸最小直徑，一絲不茍地校核軸的強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。3.2.1 蝸桿部分的尺寸設(shè)計(jì)1、根據(jù)教材《機(jī)械設(shè)計(jì)》 ，蝸桿的最小軸徑 [7]：（3-19）??≥??03????=115×31.05841600=10.02????A0—材料相關(guān)系數(shù)P—軸能傳遞的功率n—軸的轉(zhuǎn)速因?yàn)樵撦S上有一個(gè)鍵槽，并且 d≤100mm，所以將計(jì)算值增大 6%，d min此時(shí)為2210.62mm。2、擬用連軸器根據(jù)工作環(huán)境，選定彈性套柱銷連軸器。計(jì)算載荷：（3-20）T=9.55×106????=9.55×106×1.05841600=6.32×103???????（3-21）Tca=KAT=1.3×6.32×103=8.216×103???????T—公稱轉(zhuǎn)矩Tca—計(jì)算轉(zhuǎn)矩KA--工作情況系數(shù)，查表取 1.3由此可確定，選用型號(hào) LT4 的彈性套柱銷連軸器，J 1型軸孔L=44mm，D=106mm，A=35mm。3、軸承的選擇蝸桿既承受軸向力，又承載徑向力，所以選擇使用角接觸求軸承 7007C。4、蝸桿各軸段的尺寸各段的大致尺寸：L1=L3=25mm，d1=d3=35mm，L2=250mm，d2=42mm，L4=50mm，d4=30mm，L5=100mm，d5=25mm。普通平鍵 b×h=8×7，l=50mm。233.2.2 蝸輪部分的尺寸設(shè)計(jì)1、最小軸徑計(jì)算??≥??03????=115×31.03780 =27.014????A0—材料相關(guān)系數(shù)P—軸能傳遞的功率n—軸的轉(zhuǎn)速因?yàn)樵撦S上有兩個(gè)鍵槽，并且 d≤100mm，所以將計(jì)算值增大 13%，d min此時(shí)為30.53mm。2、確定軸承該軸既承受軸向力，又承載徑向力，所以選擇使用角接觸求軸承 7010C。3、確定各軸段的尺寸各軸段尺寸：L2=L6=60mm，d2=d6=50mm，L3=50mm，L5=60mm，d3=d5=60mm，L1=100mm，d1=40mm，L4=10mm，d4=80mm。兩個(gè)普通平鍵 b×h=14×9，l=80mm；18×11，l=40mm。24第四章 各設(shè)計(jì)尺寸及零件的驗(yàn)算校核4.1 蝸桿軸驗(yàn)算1、垂直方向軸向力：（4-1）????1=????2=2??2??2=2×124000126=1968.25??圓周力：（4-2）????1=????2=????2tan??=1968.25×tan11.31°=393.65??徑向力：（4-3）F??1=F??2=F??2tan??=1968.25×tan20°=716.38??垂直受力圖： ''12100yRrFF????? '12345ArRM? '108.RFN?'26.325垂直彎矩圖：2、水平方向 “115040tRF??“13.978.RN???“24500tF??“2356.tR水平彎矩圖：263、彎矩圖、轉(zhuǎn)矩圖a.合成彎矩圖 b.轉(zhuǎn)矩圖c.當(dāng)量彎矩圖 '33106472.9.0847.25Md m?????ⅣⅣ -b0.[]'335.6.3?? ?Ⅰ ⅡⅠ Ⅱ -1.[]經(jīng)計(jì)算，危險(xiǎn)截面處符合要求。4.2 蝸輪軸驗(yàn)算 236958.241.6tTFNd???2tan41.tan09.r??526.35826at????1、垂直方向