摘要 數(shù)控車床今后將向中高當(dāng)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(yù)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。 本部分主要對四工位立式電動刀架的機械設(shè)計和應(yīng)用繼電-接觸控制系統(tǒng)控制部分的設(shè)計。并對以上部分運用AUTOCAD做圖，對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 Abstract Numerical control there is in the future lathe to in will develop,the middle-grade to adopt popular numerical control knife rest form a complete set, adopt the motive force type knife rest top-gradly, have such varieties as knife rest of hydraulic pressure , servo knife rest , vertical knife rest ,etc. concurrently, it is estimated that will increase to numerical control knife rest demand greatly in recent years. The development trend of the numerical control knife rest is: With the development of numerical control lathe, numerical control knife rest begin to change one hundred sheets , electric liquid is it urge and urge direction develop while being servo to make up fast. Some originally design and is it continue electricity to use to four worker location vertical electronic machinery of knife rest mainly- exposed to control system control some designs. And use AUTOCAD to pursue to the above part , have an more ocular knowledge of electronic knife rest. The last proposition has put forward the suggestion and measure to the electronic knife rest. Keyword： Numerical control knife rest ； Electronic knife rest ；Four engineering location 28 目錄 緒 論 1 第1章 數(shù)控自動刀架總體介紹 2 1.1 數(shù)控自動刀架的設(shè)計背景 2 1.2 設(shè)計準(zhǔn)則 2 1.3 主要技術(shù)參數(shù) 2 1.4 本章小結(jié) 3 第2章 自動刀架電氣說明書 4 2.1 電動刀架系統(tǒng) 4 2.1.1 電動刀架及其工作原理 4 2. 1. 2 電動刀架動作過程 4 2.1.3 技術(shù)說明 5 2.1.4 接口注意事項 6 2.1.5 在裝調(diào)中，可能出選的異?，F(xiàn)象及原因 6 2.1.6 PLC控制說明 11 2.2 本章小結(jié) 14 第3章 電動刀架機械說明書 15 3.1 工作原理 15 3.2 刀架動作順序 15 3.3 步進電機的選用 15 3.4 蝸輪及蝸桿的選用與校核 16 3.4.1 選擇蝸桿傳動類型 16 3. 4. 2 選擇材料 16 3.4.3 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計 16 3.5 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 18 3. 5. 1 蝸桿 18 3. 5. 2 蝸輪 18 3. 5. 3 校核齒根彎曲疲勞強度 18 3.6 軸的校核與計算 19 3.6.1 畫出受力簡圖 19 3. 6. 2 畫出扭矩圖 19 3. 6. 3 彎矩圖 20 3.7 彎矩組合圖 20 3.8 根據(jù)最大危險截面處的扭矩確定最小軸徑 20 3.9 連軸器的選擇 21 3.9.1 類型選擇 21 3.9.2 載荷計算 21 3.9.3 型號選擇 21 3.10 鍵聯(lián)接的類型和尺寸 21 3.11 蝸桿上鍵的選取與校核 22 3.12 軸承的選用 22 3. 12. 1 軸承的類型 22 3. 12. 2 軸承的游隙及軸上零件的調(diào)配 23 3. 12. 3 滾動軸承的配合 23 3.12.4 滾動軸承的潤滑 23 3. 12. 5 滾動軸承的密封裝置 23 3.13 本章小結(jié) 23 第4章 總結(jié) 24 致謝 26 參考文獻 27 緒 論 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。? 　　目前國內(nèi)數(shù)控刀架以電動為主，分為立式和臥式兩種。立式刀架有四、六工位兩種形式，主要用于簡易數(shù)控車床；臥式刀架有八、十、十二等工位，可正、反方向旋轉(zhuǎn)，就近選刀，用于全功能數(shù)控車床。另外臥式刀架還有液動刀架和伺服驅(qū)動刀架。電動刀架是數(shù)控車床重要的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，合理地選配電動刀架，并正確實施控制，能夠有效的提高勞動生產(chǎn)率，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時間，消除人為誤差，提高加工精度與加工精度的一致性等等。另外，加工工藝適應(yīng)性和連續(xù)穩(wěn)定的工作能力也明顯提高：尤其是在加工幾何形狀較復(fù)雜的零件時，除了控制系統(tǒng)能提供相應(yīng)的控制指令外，很重要的一點是數(shù)控車床需配備易于控制的電動刀架，以便一次裝夾所需的各種刀具，靈活 方便地完成各種幾何形狀的加工。 數(shù)控刀架的市場分析：國產(chǎn)數(shù)控車床今后將向中高檔發(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，近年來需要量可達1000～1500臺。? 數(shù)控刀架的高、中、低檔產(chǎn)品市場數(shù)控刀架作為數(shù)控機床必需的功能部件，直接影響機床的性能和可靠性，是機床的故障高發(fā)點。 這就要求設(shè)計的刀架具有具有轉(zhuǎn)位快，定位精度高，切向扭矩大的特點。它的原理采用蝸桿傳動，上下齒盤嚙合，螺桿夾緊的工作原理。 第1章 數(shù)控自動刀架總體介紹 1.1 數(shù)控自動刀架的設(shè)計背景 電動刀架是數(shù)控車床重要的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)控刀架的高、中、低檔產(chǎn)品市場數(shù)控刀架作為數(shù)控機床必需的功能部件，直接影響機床的性能和可靠性，是機床的故障高發(fā)點。 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。 ????目前國內(nèi)數(shù)控刀架以電動為主，分為立式和臥式兩種。立式刀架有四、六工位兩種形式，主要用于簡易數(shù)控車床；臥式刀架有八、十、十二等工位，可正、反方向旋轉(zhuǎn)，就近選刀，用于全功能數(shù)控車床。另外臥式刀架還有液動刀架和伺服驅(qū)動刀架。 在本次設(shè)計中我主要負責(zé)設(shè)計一只四工位立式電動刀架的機械設(shè)計和應(yīng)用繼電-接觸控制系統(tǒng)控制部分的設(shè)計。 1.2 設(shè)計準(zhǔn)則 我們的設(shè)計過程中，本著以下幾條設(shè)計準(zhǔn)則 1） 創(chuàng)造性的利用所需要的物理性能和控制不需要的物理性能 2） 判別功能載荷及其意義 3） 預(yù)測意外載荷 4） 創(chuàng)造有利的載荷條件 5） 提高合理的應(yīng)力分布和剛度而重量達到最輕 6） 應(yīng)用基本公式求相稱尺寸和最佳尺寸 7） 根據(jù)性能組合選擇材料 8） 在儲備零件與整體零件之間精心的進行選擇 9） 進行功能設(shè)計以適應(yīng)制造工藝和降低成本的要求 1.3 主要技術(shù)參數(shù) （1）最大許用力矩（Nm）Mq 100 Mx 200 Ms 100 （2）重復(fù)定位精度：（mm）<0.005 （3）電機功率(w) 20 （4）電機轉(zhuǎn)速（rpm）1250 1.4 本章小結(jié) 初步了解了設(shè)計題目（電動刀架）及發(fā)展概況，設(shè)計背景，對刀架有了一些印象，對整理設(shè)計思路 安排設(shè)計時間有很好的輔助作用。對一些參數(shù)的進行了解 同時按準(zhǔn)則要求來完成設(shè)計。 1-1第2章 自動刀架電氣說明書 2.1 電動刀架系統(tǒng) 現(xiàn)結(jié)合圖2-1來討論電動刀架的相關(guān)問題。 圖2-1電氣原理圖 2.1.1 電動刀架及其工作原理 電動刀架的機械部分類似于蝸輪機構(gòu)，實現(xiàn)刀具的抬升、旋轉(zhuǎn)（交換刀具位置）及下降鎖緊，這里著重討論實現(xiàn)上述動作所必須的硬件條件和電路原理。 在圖2-1中，繼電器KA1,KA2實現(xiàn)電動刀架的動作切換控制，主要完成刀架 電機的正、反轉(zhuǎn)切換。在刀架旋轉(zhuǎn)過程中，每個工位上的霍爾元件會依次切換為有效狀態(tài)，系統(tǒng)根據(jù)T1,T2,T3及T4狀態(tài)的變化，可以推斷出目前的刀號，并判斷是否為當(dāng)前所選用刀具，一旦符合，則電機反向旋轉(zhuǎn)，鎖緊刀具。電動刀架各時序的切換及間隔是系統(tǒng)控制的關(guān)鍵，反向鎖緊所用時間取決于電動刀架生產(chǎn)廠家有推薦指標(biāo)，過長會引起電機發(fā)熱甚至燒毀。為保證電動刀架安全運動，在電動刀架交流380V進線處加裝快速熔斷器和熱繼電器。 2. 1. 2 電動刀架動作過程 數(shù)控系統(tǒng)調(diào)刀代碼開始執(zhí)行時，或行動調(diào)刀時，首先輸出刀架正轉(zhuǎn)信號，使刀架旋轉(zhuǎn)，當(dāng)接收到指定的刀具的到位信號后，關(guān)閉刀架正轉(zhuǎn)信號，延遲50ms時間后，刀架開始反轉(zhuǎn)而進行鎖緊，并開始檢查鎖緊信號，當(dāng)接收到該信號后，關(guān)閉刀架反轉(zhuǎn)信號，延遲時間，并對電機制動。換刀結(jié)束。程序轉(zhuǎn)入下一程序段繼續(xù)執(zhí)行。如執(zhí)行的刀號與現(xiàn)在的刀號（自動記錄）一致時，則換刀指令立刻結(jié)束，并轉(zhuǎn)入下一程序段執(zhí)行。 我根據(jù)上述描述的換刀動作過程，做了如下動作流程圖2-2 圖2-2自動換刀流程圖 動作流程圖2-2 2.1.3 技術(shù)說明 在設(shè)計過程中要求自動刀架能夠按事先編定的程序動作，也能按照手動脈沖信號的給定依次動作。 這次設(shè)計的是四工位刀架，其動作如下： 1， 微機要刀： 要刀信號——PLC 設(shè)備響應(yīng)—— 電機正轉(zhuǎn)- 刀架上升——旋轉(zhuǎn)——霍爾元件發(fā)出信號——電機反轉(zhuǎn)——刀架鎖緊——電機過流——發(fā)出中斷信號——應(yīng)答——加工——ΩCP 其中應(yīng)用8位單片機實現(xiàn)PLC的控制，其它有關(guān)技術(shù)要求，規(guī)范在其它章節(jié)有詳細說明 2 ，手動要求 ΩCP——電機正轉(zhuǎn)——刀架上升——刀架旋轉(zhuǎn)——霍爾元件發(fā)出信號——電機反轉(zhuǎn)——刀架下降鎖緊——電機過流——發(fā)出中斷信號——應(yīng)答——加工——ΩCP 程序調(diào)試 1） 按文字標(biāo)記記在電氣箱插頭上電動刀架插頭和接口電源插頭。所接的2根電纜管內(nèi)有4根線。3根線接車床總開關(guān)后的 三相電源。一根黃綠線接系統(tǒng)地線，另管內(nèi)7根導(dǎo)線定義如下： 棕：1#絕對要刀 藍：2#絕對要刀 紅：3#絕對要刀 黃：4#絕對要刀 綠：微機柜+12~24V 白：回刀信號 黑：微機柜+12~24V5 橙：5#絕對要刀 紫：6#絕對要刀 2） 刀架電氣箱固定在車床操作人員可能觸及的部位，先將SA2置于手控位，按一下按鈕，SB3刀架轉(zhuǎn)位90度，如刀架不動，紅燈長亮，表示電源反相序了，需要到正相序再次試車，用戶要求將代暖氣箱安裝雜機床內(nèi)部，參看2#電路原理圖 2.1.4 接口注意事項 使用絕對要刀時，如微機不具備收到回答信號再啟動下道程序功能，編程信號寬度應(yīng)大于最大可能運動時間 2.1.5 在裝調(diào)中，可能出選的異?，F(xiàn)象及原因 1孔殼帶電，燒斷保險絲 原因：火地線反。插頭松動，電機短路 2．紅燈亮 ，不動作 原因：三相電源反相序或缺相 3.手動或微機信號，刀架不動 原因：檢查開關(guān)位置是否準(zhǔn)確 4.刀架定位不準(zhǔn) 原因：刀架發(fā)訊盤松動，移動 5 刀架運轉(zhuǎn)不停 原因：開關(guān)位置錯誤，按鈕短路，探頭斷線 6 某刀位不動 原因：接口燒壞或接口斷線 7 綠燈不亮 原因：保險絲斷或未擰緊，或插頭插反 8 電氣控制失靈 原因：夾刀過緊，刀臺變形 霍爾元件的選取 根據(jù)工作所需要及其它方面的具體要求： 選型： HK831 其工作電壓：4.4V~9V 截止電源電流：〈6MA 輸出低電壓：〈0.4V 高電平輸出電流：〈10A 其工作溫度范圍：-20~55 如下： 圖 2-3 微機送出信號控制手控硅二極管的控制級 圖2-4 電機過流時信號采集電路 表2-1 元件明細表： 序號 名稱 型號 圖表 數(shù)量 備注 1 繼電器 JQX-11F-002 KA7，KA8 2 無座 2 繼電器 HF4098DCDV KA1~ KA6 7 3 保險管座 BH003-5 4 4 保險管 5X20MM12.5A FU1 3 5 保險管 5X20MM11.0A FU2 1 6 鈕子開關(guān) KN6-102 SA1，SA2 2 7 按鈕 AN4 SB3 1 8 穩(wěn)壓器 LM7812 IC 1 9 發(fā)光二極管 BT325PG H1 1 綠色 10 二極管 BT225 H2 1 紅色 11 二極管 IN4002 V9~V12 7 12 雪崩二極管 BZX8.2 V13 1 13 電容器 01F/40V C4 1 14 全橋整流器 PB151M V14~V17 1 400V/1A 15 全橋整流器 WO4 VAa,Vab 2 16 電阻器 RX20-16T R4 1 17 電阻器 RJ-2W R1~R3，R5 4 18 電阻器 RJ114W R6~R8 3 19 電容器 DC11B C1 1 20 電容器 CJ-01F/16V C3 1 21 電容器 CD11B C4 1 22 電容器 CL C7~C9 3 23 接叉件 CA-14JZ2/KA X1 1 24 接叉件 CA-14JWKA X2 1 25 霍爾元件 HK831 BM1~4 4 2.1.6 PLC控制說明 （1）技術(shù)說明 在設(shè)計中要求自動刀架能夠按預(yù)先編定的程序動作，也按照手動脈沖技術(shù)信號的給定而依次動作。 其控制的T功能過程可以如圖來表示 圖2-5 過程圖 其工作過程如下： 微機要刀： 要刀信號——PLC設(shè)備響應(yīng)——電機正轉(zhuǎn)——刀架上升——刀架旋轉(zhuǎn)——旋轉(zhuǎn)到霍爾元件發(fā)出信號——電機反轉(zhuǎn)——刀架鎖緊——電機過流——發(fā)出中斷信號——應(yīng)答——加工 其中應(yīng)用8位單片機實現(xiàn)PLC的控制，其它有關(guān)技術(shù)要求，規(guī)范另詳 手動要刀 手動按鈕壓下——電機正轉(zhuǎn)——刀架上升——刀架旋轉(zhuǎn)——到位霍爾元件發(fā)訊——電機反轉(zhuǎn)——刀架下降鎖緊——電機過流——發(fā)出中斷信號——應(yīng)答——加工 在設(shè)計中采用OMRON公司系列編程控制器：C40P 表2-2 I/O地址分配表： I/O 口 作用說明 0000 手動機控選擇開關(guān) 0001 手動換刀按鈕 0002 機控，相對絕對要刀開關(guān) 0003 1號刀位霍爾元件 0004 2號刀位霍爾元件 0005 3號刀位霍爾元件 0006 4號刀位霍爾元件 0007 1號刀位機控信號 0008 2號刀位機控信號 0009 3號刀位機控信號 0010 4號刀位機控信號 0011 過流 1000 手動1號刀保持繼電器 1001 手動2號刀保持繼電器 1002 手動3號刀保持繼電器 1003 手動4號刀保持繼電器 1004 機控刀位保持繼電器 1005 機控絕對要刀保持繼電器 1006 定時準(zhǔn)備保持繼電器 0500 電機正轉(zhuǎn)輸出 0501 電機反轉(zhuǎn)輸出 0502 綠色發(fā)光二極管輸出 0503 紅色發(fā)光二極管輸出 0504 換刀完畢輸出應(yīng)答信號 表2-3 PLC 程序語句表： 地址 指令 數(shù)據(jù) 地址 指令 數(shù)據(jù) 0000 LD 0000 0016 LD 0000 0001 AND 0001 0017 AND 0001 0002 LD 0002 0018 LD 0002 0003 AND 1004 0019 AND 1004 0004 OR-LD 0020 OR-LD 0005 AND-NOT 0003 0021 AND-NOT 0005 0006 LD-NOT 0004 0022 LD-NOT 0006 0007 KEEP 1000 0023 KEEP 1002 0008 LD 0000 0024 LD 0000 0009 AND 0001 0025 AND 0001 0010 LD 0002 0026 LD 0002 0011 AND 1004 0027 AND 1004 0012 OR-LD 0028 OR-LD 0013 AND-NOT 0004 0029 AND-NOT 0006 0014 LD-NOT 0005 0030 LD-NOT 0003 0015 KEEP 1001 0031 KEEP 1003 地址 指令 數(shù)據(jù) 地址 指令 數(shù)據(jù) 0032 LD-NOT 0000 0048 LD-NOT 0500 0033 AND 0007 0049 AND 1006 0034 AND 0008 0050 TIM 00 0035 AND 0009 #0010 0036 AND 0010 0051 LD 1000 0037 DIFD 1004 0052 OR 1001 0038 LD 1004 0053 OR 1002 0039 AND-NOT 0002 0054 OR 1003 0040 LD-NOT 0003 0055 OR 1005 0041 OR-NOT 0004 0056 AND-NOT 0501 0042 OR-NOT 0005 0057 OUT 0500 0043 OR-NOT 0006 0058 LD T00 0044 KEEP 1005 0059 OR 0501 0045 LD 0500 0060 AND-NOT 0011 0046 LD T00 0061 AND-NOT 0500 0047 KEEP 1006 0062 OUT 0501 0063 LD-NOT 1006 0064 AND-NOT 0500 0068 OUT 0503 0065 AND-NOT 0501 0069 LD-NOT 0011 0066 OUT 0502 0070 OUT 0504 0067 LD 0011 2.2 本章小結(jié) 介紹了電動刀架的電器控制原理及其換刀過程，了解可能出現(xiàn)的異常現(xiàn)象和原因，提出問題選取元件 編寫程序 對刀架進行控制。 第3章 電動刀架機械說明書 3.1 工作原理 當(dāng)微機程序發(fā)出換刀信號，通過放大線路驅(qū)動，繼電器使電機正轉(zhuǎn)，通過減速器機構(gòu)和升降螺母機構(gòu)將上刀體升起至一定位置后離合轉(zhuǎn)盤起作用，帶動上刀體旋轉(zhuǎn)到送刀位，刀位發(fā)訊盤發(fā)出訊號，刀架控制器繼電器使電機反轉(zhuǎn)，通過發(fā)訊機構(gòu)使上刀體下降，齒牙盤嚙合，完成精定位，并通過蝸桿鎖緊蝸輪，使刀架鎖緊，當(dāng)夾緊力達到預(yù)先調(diào)好的狀態(tài)時，過流繼電器動作，切斷源， 電機反轉(zhuǎn)停轉(zhuǎn)，并向微機發(fā)出換刀信號答復(fù)信號，加工順序開始執(zhí)行。 3.2 刀架動作順序 電機——減速機構(gòu)——升降機構(gòu)——上刀體上升轉(zhuǎn)位——信號符合——粗定位機構(gòu)——上刀體下降——精定位——刀體鎖緊——電機停轉(zhuǎn)——換刀應(yīng)答——加工順序執(zhí)行安裝去掉車床小拖板，置刀架于拖板上，卸掉電機風(fēng)蓋，逆時針方向轉(zhuǎn)動電機，活用內(nèi)六角板手轉(zhuǎn)動軸承處之內(nèi)六角，使刀架轉(zhuǎn)動到45度左右時，打壓裝螺孔，然后固定刀架即可根據(jù)上述描述的換刀動作過程，做了如下動作。 3.3 步進電機的選用 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(zhǔn)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(dāng)量；但由于其脈沖當(dāng)量一般較大，如0.01mm，在數(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)。 步進電機的選用一般通過估算負載轉(zhuǎn)距來選用： 負載轉(zhuǎn)距的估算公式為： (3-1) 根據(jù)電機所帶負載的具體情況： F——蝸桿軸向力 ——蝸桿徑向力 P——蝸桿的導(dǎo)程 i ——減速比 ——摩擦系數(shù) ——傳動效率 參數(shù)的具體計算： 代入數(shù)值計算得： 根據(jù)查手冊《機械產(chǎn)品目錄》選出伺服電機的型號：4IK25RGN-A 3.4 蝸輪及蝸桿的選用與校核 由于前述所選電機可知T=0.1472N.M傳動比設(shè)定為i=60，效率η=0.4工作日安排每年300工作日計，壽命為7年。 3.4.1 選擇蝸桿傳動類型 根據(jù)GB/T10085—1988的推薦，采用漸開線蝸桿。 3. 4. 2 選擇材料 開率到蝸桿傳動效率不大，速度只是中等，故蝸桿用45號鋼；為達到更高的效率和更好的耐磨性，要求蝸桿螺旋齒面淬火，硬度為45~55HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅Zcusn10p1，金屬鑄造。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HT100制造。 3.4.3 按齒面接觸疲勞強度設(shè)計 根據(jù)閉式蝸桿傳動的設(shè)計準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強度進行設(shè)計，在校核齒根彎曲疲勞強度。傳動中心距： (3-2) （1）確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)距T2 按Z1=2，估取效率η=0.8，則 T2=T*η*i=3.5382N.M (3-3) （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)Kβ=1；由使用系數(shù)KA表從而選取KA=1.15；由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動載系數(shù)KV=1.1；則 K=KA*Kβ*KV=1*1.15*1.1=1.265≈1.27(3-4) （3）確定彈性影響系數(shù)ZE 因選用的鑄錫磷青銅蝸輪和蝸桿相配，故 （4）確定接觸系數(shù)Zρ 先假設(shè)蝸桿分度圓直徑d1和傳動中心距a的比值=0.30，從而可查出Zρ=3.12。 （5）確定許用應(yīng)力[σH] 根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅zcusn10p1，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度＞45HRC，從而可查得蝸輪的基本許用應(yīng)力[σH]‘=268MPA。 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KHN=0.92，則 [σH]= KHN[σH]‘=0.92×268=246.56≈247MPA(3-5) （6）計算中心距 (3-6) 取中心距a=50mm，m=1.25mm，蝸桿分度圓直徑d1=22.4mm，這時=0.448，從而可查得接觸系數(shù)=2.72，因為＜Zρ，因此以上計算結(jié)果可用。 3.5 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸 3. 5. 1 蝸桿 直徑系數(shù)q=17.92；分度圓直徑d1=22.4mm，蝸桿頭數(shù)Z1=1；分度圓導(dǎo)程角γ=3°11′38″ 蝸桿軸向齒距：PA==3.94mm；(3-7) 蝸桿齒頂圓直徑：(3-8) 蝸桿齒根圓直徑：=16.4mm(3-9) 蝸桿軸向齒厚：=1.97mm(3-10) 3. 5. 2 蝸輪 蝸輪齒數(shù)：Z2 =62，變位系數(shù)Χ=0 驗算傳動比：i=/=62/1=62(3-11) 這是傳動比誤差為：（60-62）/60=2/60=0.033=3.3%(3-12) 蝸輪分度圓直徑：d2=mz2=(3-13) 蝸輪喉圓直徑：da2=d2+2ha2=93.5(3-14) 蝸輪齒根圓直徑：df2= d2- 2hf2= 58.3(3-15)(3-16) 蝸輪喉母圓直徑rg2=a-1/2 da2 =50-1/293.5=3.25(3-17) 3. 5. 3 校核齒根彎曲疲勞強度 (3-18) 當(dāng)量齒數(shù) (3-19) 根據(jù)Χ2=0，ZV2=62，可查得齒形系數(shù)=2.31，螺旋角系數(shù) Yβ=1-γ/140°=0.9773；(3-20) 許用彎曲應(yīng)力[δF]= KFN 由資料可查得Zcusn10p1制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力=56MPa，壽命系數(shù) =0.72，則 [δF]=56×0.72=40.32MPa(3-21) =×2.31×0.9773=4.29MPa(3-22) 所以彎曲強度是滿足要求的。 3.6 軸的校核與計算 3.6.1 畫出受力簡圖 計算出：R1=46.6N R2=26.2N 圖 3-1受力簡圖 3. 6. 2 畫出扭矩圖 T=η.i.T電機 =0.36×60×0.98 =21.2 N.M （3-33） 圖3-2扭矩圖 3. 6. 3 彎矩圖 M=72.8×180×10-3 =13.1N. （3-34） 圖3-3彎矩圖 3.7 彎矩組合圖 由此可知軸的最大 危險截面所在。 組合彎矩 （3-35） 圖3-4彎矩組合圖 3.8 根據(jù)最大危險截面處的扭矩確定最小軸徑 （3-36） 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，取α=0.6 抗彎截面系數(shù)W=0.1d3 軸的材料為45號鋼：=60MPa 帶入相關(guān)數(shù)據(jù)可計算得： d≥5.45mm 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小 3.9 連軸器的選擇 3.9.1 類型選擇 為了隔離振動與沖擊，選用彈性套柱銷連軸器。 3.9.2 載荷計算 公稱轉(zhuǎn)距：T=N。M 計算轉(zhuǎn)距：Tca=RA*T=1.25×0.71≈0.184N。M（3-37） 3.9.3 型號選擇 因其主動端直徑為16mm，從動端軸徑為18mm。 從（GB4323—84）中查到TL2型彈性套柱銷。連軸器的許用轉(zhuǎn)距為16N.M 許用最大轉(zhuǎn)速為7600r/min，軸徑在12~19之間，故合用。 所以選擇的型號為：TL2連軸器 GB4323—8 3.10 鍵聯(lián)接的類型和尺寸 因其軸上鍵的作用是傳扭矩，應(yīng)用平鍵連接即可，經(jīng)分析，為了傳動精確，應(yīng)用單圓平鍵。 由資料可查出鍵的截面尺寸為：寬度b=5mm，高度h=5mm，由連軸器的寬度并參與鍵的長度系列，從而取得鍵長L=28mm（比連軸器寬度小一些）。 校核鍵連接的強度 鍵、軸和連軸器的材料都是鋼，因而可查得許用橋壓力[δP] =120～150Pma，取其平均值[δP]=135MPa。 鍵的工作長度l=L-b=28-5=23mm。 鍵與連軸器的鍵槽的接觸高度k=0.5h=2.5mm 從而可得： δp==1.54MPa＜[δp]=135MPa（3-37） 可見滿足要求。此鍵的標(biāo)記為：鍵C5×28 GB/T 1096—1979 3.11 蝸桿上鍵的選取與校核 （1）取鍵連接的類型好尺寸 因其軸上鍵的作用是傳遞扭矩，應(yīng)用平鍵連接就可以了。在此用平鍵。由資料可查出鍵的截面尺寸為：寬度b=6mm，高度h=6mm，由連軸器的寬度并參考鍵的長度系列，從而取鍵長L=40mm（此連軸器寬度小一些）。 （2） 鍵連接的強度 鍵、軸和連軸器的材料都是鋼，因而可查得許用橋壓力[δp]=120～150MPa，取其平均值[δp]=135MPa。 鍵的工作長度l=L-b=40-6=34mm，鍵與連軸器的鍵槽的接觸高度k=0.5h=3mm，從而可得： δp=（3-38） 可見滿足要求。 此鍵的標(biāo)記為：鍵B6×40 GB/T 1096—1979。 3.12 軸承的選用 滾動軸承是現(xiàn)代機器中廣泛應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(shè)計”問題。 3. 12. 1 軸承的類型 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)心性能比較好的圓錐滾子軸承。此類軸承可以同時承受徑向載荷及軸向載荷，外圈可分離，安裝時可調(diào)整軸承的游隙。其機構(gòu)代碼為3000，然后根據(jù)安裝尺寸和使用壽命選出軸承的型號為：30216E 3. 12. 2 軸承的游隙及軸上零件的調(diào)配 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。 3. 12. 3 滾動軸承的配合 滾動軸承是標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)；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(zhǔn)。 3.12.4 滾動軸承的潤滑 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(yīng)采用粘度越低的潤滑油；載荷越大，應(yīng)選用粘度越高的。 3. 12. 5 滾動軸承的密封裝置 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(shè)置的。密封裝置可分為接觸式及非接觸式兩大類。此處，采用接觸式密封，唇形密封圈。 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(yīng)朝內(nèi)；如果主要是為了防止外物浸入，蜜蜂唇應(yīng)朝外。 3.13 本章小結(jié) 對電動刀架的主要零件及傳動系統(tǒng)的零件進行設(shè)計 選型 零件校核，按照機械設(shè)計一書進行設(shè)計 ，完成機械部分 第4章 總結(jié) 總結(jié) 經(jīng)過近3個月的不懈努力，專科教育中最重要的也是最后一個環(huán)節(jié)——畢業(yè)設(shè)計，終于完成在即。首先，我要衷心的感謝我的指導(dǎo)老師，是他們的悉心指導(dǎo)，讓我比較順利的完成了這次畢業(yè)設(shè)計。勤于并善于總結(jié)過去，才能更好更快的進步。為啟示自己更好的獲得別人的幫助，現(xiàn)將這一大學(xué)期間戰(zhàn)線最長的考試中所獲得的點滴體會及收獲簡介如下，與師長及同學(xué)共享，并渴求指正。 1， 在工作中要有嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和循序漸進，刨根問底的韌勁： 在整個設(shè)計過程中，有幸獲得與指導(dǎo)老師一起討論問題的機會。羅老師及各位師兄弟在討論問題中所體現(xiàn)出來的一絲不茍的精神讓我深受感動。我想這些精神的體現(xiàn)在很大程度上源于他們在平時養(yǎng)成的良好的治學(xué)習(xí)慣，循序漸進，不斷積累，決不放過任何一個含糊的問題，以高度的責(zé)任感面對所有細節(jié)。 2， 接受了先進的設(shè)計思想及理念的熏陶 能力，精力及知識儲備的限制使我們的實際工作只能促及皮毛，但多少也對涉及的宏觀理念有了一定程度的了解和體會，我想這是從書本上不可能學(xué)到的，其正面引導(dǎo)作用又是更寶貴的甚至可能影響我們的一生。以開闊的眼界緊跟科技發(fā)展的最新動向，抓緊先進科技脈搏跳動的主旋律，并以足夠的勇氣在自己的工作中從精神到現(xiàn)實行為兩方面均予以體現(xiàn)，這是我在設(shè)計過程中多次涌現(xiàn)的感知和認識。 3， 在市場經(jīng)濟條件下在一味以精神為秤桿來要求自己和他人是不現(xiàn)實的 堅持用較遠的眼光在十字路口進行選擇是明智的。環(huán)顧四周，人們都在不停的學(xué)習(xí)，不學(xué)習(xí)就不能跟上時代的發(fā)展。毫無疑問，在選擇課題時，我們要以國家和社會的發(fā)展為重，并結(jié)合自身的實際條件。 4， 書到用時方恨少，學(xué)以致用才能起到事半功倍的效果 在設(shè)計過程中一個很深的體會是，知識掌握的很不扎實，設(shè)計比普通考試綜合性更強，考試丟掉的只是分數(shù)，而知識掌握不牢固對設(shè)計的影響要大的多。因此對于用到的每一方面的知識往往因為不確信而不得不重新進行考證，進度因此大大降低，隱含問題的不斷出現(xiàn)使很多工作反復(fù)徘徊。我個人認為為用而學(xué)由于具有明顯的目的性，比起以前枯燥的學(xué)習(xí)課本上的理論知識有趣的多，而且效果也要好很多的。所以，在今后的學(xué)習(xí)過程中我要以此為學(xué)習(xí)思路，努力為自己創(chuàng)造良好的實踐環(huán)境。知不足然后知進取，畢業(yè)設(shè)計是迄今為止帶給我危機意識最強烈，伴隨之產(chǎn)生學(xué)習(xí)激情最強烈的一次自我測驗。 5， 會很好的利用書籍及相關(guān)資料，善于借他人之長以補己之短 雖然我們學(xué)了3年的專業(yè)基礎(chǔ)課程，但客觀的講，我對于專業(yè)知識的了解還很膚淺，真正可用的知識及能力儲備都十分有限，在這種情況下，我們的目標(biāo)更多的側(cè)重于邊干邊學(xué)，其中學(xué)會查閱和使用相關(guān)資料可為將來真正的自我學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。毫無疑問，設(shè)計過程中用到的部分知識必須是現(xiàn)用現(xiàn)學(xué)，尤其是電氣控制方面的知識非常薄弱。此外，每個人都有每個人的長處，師長們十幾年甚至幾十年的經(jīng)驗積累是單純的書本知識所不可替代的，他們的思維慣式和學(xué)術(shù)風(fēng)格可以幫助我們更快的入門。在通過與師長們的討論和交談中發(fā)現(xiàn)自己的不足，并加以彌補，使自己獲得更大的進步無疑是最重要的大事。 致謝 終于完成了畢業(yè)設(shè)計了，在幾個月的緊張生活中，首先我要感謝我的指導(dǎo)老師吳紅老師，沒有他的指點和教誨，就沒有這次設(shè)計的完成，他在我無能為力的時候給我提出了很多建設(shè)性的意見和建議，開拓了我的思路 ，同時也感謝其它的各科老師。此次設(shè)計要求把以前所學(xué)到的專業(yè)課知識貫通起來，我不時的向各位老師請教過，他們都很負責(zé)的幫我解釋我提出的問題 還要感謝圖書館 閱覽室 的老師 每次都很熱情的幫我介紹資料，提供方便，我衷心的希望各位老師身體健康 家庭幸福~ 工作順利！ 參考文獻 【1】孫淑婷，楊旺利。經(jīng)濟型數(shù)控機床發(fā)展探討。科技情報開發(fā)與經(jīng)濟，1997（1） 【2】鄭傳禮。數(shù)控的現(xiàn)狀與發(fā)展。兵工自動化，1997（3） 【3】章富安，等。對我國數(shù)控技術(shù)發(fā)展的思考。中國機械工程，1999（10） 【4】胡俊，等。主從式數(shù)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)通訊。機床與液壓，2000（1） 【5】黃勇，等。機床數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。機械，1997（1） 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