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文檔簡介

1、揚州職業大學畢業設計論文題目: CK0630數控車床刀架及刀架體設計析姓 名 : 指導老師: 院 系: 機械工程系 專業班級: 04機電一體化(2)08號 目錄緒論.1 第一章 機床總體設計.41.1 車床設計應滿足的基本要求.41.2 車床總體布局.51.2.1 車床總體布局的影響因素51.2.2 機床主要參數的確定.71.3 總體局.8第二章數控自動刀架總體介紹.102.1 數控自動刀架的設計背景.102.2 設計準則.11第三章電動機的選擇113.1 工作原理113.2 步進電機的選用.12第四章刀架的設計.134.1 設計簡介134.2 刀盤傳動結構.134.3 蝸輪及蝸桿的選用與校核

2、134.3.1 蝸桿傳動的組成和特點134.3.2 蝸輪、蝸桿的選材原則.144.4 蝸輪蝸桿的計算154.4.1 確定主要參數164.5 蝸桿傳動的潤滑194.6 蝸輪蝸桿傳動204.7 軸的計算.204.8 棘輪轉動.23第五章 軸承的選用.23總結25實習小結.28參考資料29緒論一 選擇背景和意義:我國研制和引進數控機床已有二十多年的歷史, 數控機床的擁有量也相當可觀, 充分發揮這些設備的作用, 會大大促進生產和科研量的發展。但是, 據統計, 無論是國產數控機床還是進口的數控機床, 現在大多數還沒有用起來, 或者用的不夠好, 使用得好的或者機床較好的還是少數。數控機床是先進制造技術和制

3、造信息集成的重要, 是發展機器制造業以至整個工業必不可少的復雜生產工具。元素數控機床的發展和創新在一定程度上映射出加工技術的主要趨向。隨著微電子技術、傳感器技術、精密機械技術、自動控制技術以及微型計算機技術、人工智能技術等新技術的發展, 致使數控機床不斷升級而逐漸成為評價現代工業發展的重要指標。我國在加入WTO參與世界市場激烈競爭中, 國內外市場對數控機床的需求將日益增多, 數控機床的發展前景非常廣闊, 這一點對我國數控機床工業來說既是機遇又是挑戰。根據市場調查科學技術的不斷發展及制造技術的不斷進步,以及社會對產品多樣化的需求愈加強烈 ,產品的更新換代加速,產品品種的多樣化,使得生產規模已由過

4、去的大批量生產方式為主轉向以中、小批量輪番生產占主導地位的局面 ,促進了數控機床的發展。數控機床的發展出現了向兩端擴展的方向 ,即一端是發展高技術、高功能的數控產品 ,另一端是發展簡易、廉價的數控機床及兼有手動功能的手動型數控機床 ,以滿足生產中多層次的要求。簡單的說數控機床也正朝著一臺機床在一次裝夾中完成多工序加工的方向發展。在這類多工序的數控機床中,必須帶有自動換刀裝置。在多工序數控機床出現之后,又逐步發展和完善了各類回轉刀具的自動更換裝置,擴大了換刀數量,以便有可能實現更為復雜的換刀操作。二 課題關鍵問題及難點:在設計刀架過程中,難點是刀架中刀具的重新定位的準確性,同樣還要解決下列問題:

5、1)刀架預緊力過大而導致對刀具的傷害。2)刀架內部機械卡死。3)電源不通、電機不轉。4)電源通,電機反轉。5)手動換刀正常、機控不換刀等。回轉刀架在結構上必須具有良好的強度和剛度,以承受粗加工時的切削抗力。由于車削加工精度在很大程度上取決于刀尖位置,對于數控車床來說,加工過程中刀具位置不進行人工調整,因此更有必要選擇可靠的定位方案和合理的定位結構,以保證回轉刀架在每次轉位之后,具有盡可能高的重復定位精度(一般為0。0010。005mm)。三 調研報告據了解國產數控車床今后將向中高當發展,中檔采用自動換刀刀架,數控轉塔刀架,基夾刀架,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

6、計近年來對數控刀架需求量將大大增加。數控刀架的發展趨勢是:隨著數控車床的發展,數控刀架開始向快速換刀,電液組合驅動和伺服驅動方向發展。不同種類的刀架用途與原理有所不同,目前市場上的刀架大部分分為端蓋組合刀架,動力型刀架,液壓刀架,伺服刀架,立式刀架。端蓋組合刀架 是一種為了產品能夠批量生產而設計的,主要優點為:1 縮短了基本時間; 2 刀具小型化 ,刃磨方便;3 刀具能夠一次性裝夾 ,保證同軸度要求。軸承室與止口直徑的同軸度可達到0.002mm,不會因多刀同時切削而增加切削力 ,引起工件變形。通過同類產品的比較 ,在批量生產中此刀架的優勢更為顯著。另外 ,此刀架不但可以加工電機端蓋 ,而且還可

7、以加工其他類型的薄壁盤類零件 ,在生產中得到過證實。本刀架雖然有很多優勢 ,但也存在缺點 ,比如說止口外圓倒角就加工不了 ,只能采用大滑板和中滑板同時走刀 ,用手動進給加工出倒角 ,這樣加工出的倒角不美觀。自動換刀的形式主要有回轉刀架換刀、主軸頭轉位換刀和帶刀庫的自動換刀系統。傳統的車床例如CA6140的刀架上只能裝一把刀,換刀的速度慢,換刀后還須重新對刀,并且精度不高,生產效率低,不能適應現代化生產的需要,因此有必要對機床的換刀裝置進行改進,數控車床上使用的自動回轉刀架是一種最簡單的換刀裝置,自動回轉刀架是在一定的空間范圍內,能執行自動松開、轉位、精密定位等一系列動作的一種機構。 而在大多數

8、自動回轉刀架中,使端面齒輪產生壓緊力的機構通常為液壓系統,這樣使刀架系統更加復雜,這種設計常采用凸輪機構,杠桿機構和碟型彈簧,通過凸輪在回程運動中滾子下降,經過杠桿機構使壓緊力放大,通過壓縮碟型彈簧產生足夠的壓緊力。采用這種方法使刀架的結構更為簡單,在不要求很大夾緊力的情況下比較適用。數控轉塔刀架是加工中心、數控車床必備的機床附件, 尤其適宜全功能數控車床。當前, 數控機床發展迅猛, 機床面向高速、高效、高精度方面發展。作為關鍵附件,數控轉塔刀架將對于提高機床整體運行的可靠性、穩定性和效率有著重要意義。但是數控轉塔刀架造價高,價格也高,不適宜經濟型車床運用。這次,我們課題設計的基夾結構的刀架結

9、構簡單,成本底,重定位精度一般,刀具裝夾操作簡單,價格便宜,主要由于機床培訓機構,教育單位,還有鐘表儀器加工行業。四 方案論證:在前邊的調研報告中可以看出,中國數控機床總體水平不高。而儀表儀器行業中簡易數控車床比較多,我們設計的刀架結構簡單,成本底,重定位精度一般,刀具裝夾操作簡單,價格便宜,正適用了這個行業的發展。教育部門和培訓機構中簡易數控機床也比較多,我們的產品正適應了這一方面的需求。數控車床刀架要完成刀具的裝夾、對刀、自動按程序指令選刀、參加切削等工作,刀架因此必須滿足以下要求: 1)參與切削的空間太。為了能加工最大規格零件,刀架上兩把相鄰刀具之間要有足夠大的距離,避免刀具對工件、尾座

10、、卡盤等發生干涉和碰撞。2)切削刀具數量最多,可安裝多種形式的刀具,這樣可以減少裝夾刀具的次數,提高生產效率。3)換刀快速準確,在相關的可編程序器及軟件配合下,可實現最短路線邏輯選刀。4)結構簡單,定位夾緊可靠,強度高,能承受機床強力切削和連續長時間正常工作。5)定位精度高,且應具有較高的精度穩定性和保持性。我們設計的刀架基本上滿足以上要求。第一章 機床總體設計1.1 車床設計應滿足的基本要求為了設計和制造技術先進、質量好、效率高、結構簡單、使用方便的機床,設計是應考慮如下的基本要求。1.能適應一定的工藝范圍 一般機床應具有適應不同生產要求的能力,也就是應有一定的工藝范圍。這些工藝范圍是指工序

11、的種類,被加工工件的類型、材料和尺寸,使用的刀具的種類及材料,加工精度及表面粗糙度以及生產的規模等。工藝范圍的大小,主要是由生產類型決定。用于單件、小批量生產的通用機床,應能適應不同部門和完成多種多樣的工作,工藝范圍應寬一些。用于大批、大量生產的機床,往往專用,為提高效率,應盡量減小工藝范圍。所以,機床的工藝范圍必須根據使用要求和制造條件合理確定。 一般來說,傳統的通用機床都具有較寬的工藝范圍,以適合不同工序的需求;數控機床的工藝范圍比傳統機床的工藝范圍還要寬,使其具有良好的柔性;專用機床和專門化機床則應合理縮小工藝范圍,以簡化機床結構、保證質量、降低成本、提高效率。2.保證加工精度和表面粗糙

12、度 機床的加工精度是指被加工零件所能達到的尺寸、形狀和相互位置等方面的精度程度,主要影響因數是機床的精度和剛度。機床的精度包括幾何精度、傳動精度、運動精度和定位精度,是在空載條件下檢測的精度,稱為靜態精度;機床在重力、夾緊力、切削力、各種振動力和溫升作用下主要零部件的行位精度稱為動態精度。為了保證機床的加工精度,要求機床具有一定的動態精度和靜態精度。工件加工表面的表面粗糙度與工件和刀具材料、進給量、刀具的幾何角度和切削時的振動有關,機床的振動和機床的結構剛度、阻尼特性、主要零部件的固有頻率等有關。 被加工零件的表面粗糙度,也是機床應滿足的主要要求之一;它與刀具及加工材料有關,還與機床的進給量、

13、運動平穩性和抗震性有關。3.較高的生產率及自動化程度 機床的生產率,是其單位時間內所加工的零件數目。為了提高生產率,應盡量降低加工一個零件所需的切削時間、輔助時間以及準備時間。切削時間的降低可通過增加切削用量,采用先進刀具,強力切削和多刀切削來實現。輔助時間的降低可通過提高自動化程度,如采用快速自動裝卸、自動換刀以及自動補償等措施來達到。準備時間的減低可采用備用刀架、機外對刀,采用有刀庫的數控機床及加工中心,可通過改變程序、程序仿真、自動顯示等措施來達到。4.操作方便和使用安全可靠 機床應該易于操作、使用方便。這樣,一方面可降低操作者的勞動強度,減少疲勞;另一方面,又可提高勞動生產率。機床可靠

14、性的提高,可降低事故發生的可能性,進一步提高勞動的生產率和設備利用率;也是提高產品質量的有效保證。5、成本低低成本經濟效益好,以較少的投入,獲得最大的經濟效益。要加強機床的三化工作(系列化、通用化和標準化),以便于在提高機床性能的同時又減低了其成本。另外,還要盡量減少嘈聲,注意造型,防止各種污染等。1.2 車床總體布局1.2.1 車床總體布局的影響因素 機床的總體布局設計是按照工藝要求決定機床所需的運動,確定機床的組成部件,確定各個部件的相對運動和相對位置關系,同時也要確定操縱和控制機構在機床中的配置。通用機床的布局已形成傳統的型式,但隨著數控等新技術的應用,傳統的布局也在發生變化。專用機床的

15、布局沒有固定的型式,靈活性較大。車床總體布局是對車床全局性的規劃部署和決策??傮w布局確定后,才能展開機床的具體設計工作。機床總體布局應考慮的主要因數如下所述。1.工藝方法工藝方法不同的加工表面的形式,可以用不同的工藝方法去實現。即使相同的加工表面,也可用不同的工藝方法去加工。由于工藝方法的不同,相對運動關系不同,所用的刀具也不相同。因此,由于工藝方法的不同,加工表面形成所需的運動關系也不同,而構成這種運動關系的主要部件的結構配置和位置關系也必然不同。2.工件的尺寸和重量當工件的尺寸和重量較小時,一般可移動工件來實現加工;而大型工件的鉆孔,往往采用搖臂鉆,既工件固定于工作臺,而移動鉆頭對準工件的

16、鉆孔位置進行鉆孔。3.加工精度和表面粗糙度當工件的加工精度和表面粗糙度要求較高時,在機床的總體布局階段就要采取切實可行的對策,如提高機床的傳動精度和剛度,減少振動和熱變形等。4.生產批量和生產率對于車削加工,單件、小批量生產采用臥式車床和數控機床。而生產批量較大,形狀較復雜,尺寸較小可采用轉塔車床。數控車床可采用大切削量加工,粗、精加工一體,從而進一步提高生產率。5、其他因素若要求機床功能完善,如體積小、重量輕、占地面積小、結構簡單、便于維修和操作以及造型美觀等,則這些因素都將不同程度的影響總體布局1.2.2 機床主要參數的確定1.尺寸參數尺寸參數有主參數、第二主參數和其他一些尺寸參數。機床的

17、主參數是代表機床規格大小及反映機床最大工作能力的一種參數。通用機床的主參數通常都是以機床的最大加工尺寸來表示,專用機床的主參數一般以與通用機床相對應的主參數表示。為了更完整地表示機床的工作能力和加工范圍,可在主參數后面標出第二主參數。 JB1838-85金屬切削機床型號編制方法已對主參數和第二主參數作了規定。如臥式車床,主參數是床身上最大回轉直徑,其第二主參數是最大工件長度。 還有一些其他尺寸參數,它們一般根據主參數來確定。如臥式車床有刀架上工件的最大回轉直徑和主軸孔所允許通過的最大棒料直徑等參數。主參數、第二主參數和其他尺寸參數確定后,就基本上確定了該機床所能加工和安裝的最大工件尺寸。可以說

18、,尺寸參數基本上體現了機床規格的大小。2.運動參數 運動參數是指機床運動部件(主軸、工作臺)的速度。 主運動有回轉運動,主運動參數為主軸轉速,其單位為r/min,主運動為回轉運動的機床,如車床、鏜床和銑床等。主運動也有直線運動,如插床、刨床等。 對于專用機床和組合機床,其主參數往往是按最有利的切削速度確定的,無變速要求。通用機床應滿足多種零件加工要求,主軸需要相應的變速。傳統機床的變速一般采用感應電機配上分級變速箱來實現。3.動力參數 動力參數是指主運動、進給運動和輔助運動的動力消耗,它主要由機床的切削載荷和驅動的工件質量決定。 數控機床的工作情況比普通機床的工作情況更復雜,要認真分析計算。當

19、然,也要通過實驗來確定電機的功率。(1)進給驅動伺服電機的選擇1)原則上應根據負載條件來選擇伺服電機。在電機軸上所加的負載有兩種,即阻尼轉矩和慣量負載。對著兩種負載都要正確計算,以便于合理的選擇電機。2)負載轉矩計算法 3)負載慣量計算 由電機驅動的所有部件,無論是旋轉運動的部件還是直線運動的部件,都成為電機的負載慣量。(2)主軸電機的選擇應按下列幾條原則綜合考慮來選擇主軸電機的功率。1)所選的電動機應能滿足機床設計的切削功率的要求。2)根據要求的主軸加減速時間計算出的電機功率不應超過電動機的最大輸出功率。3)在要求主軸頻繁起、制動的場合,必須計算出平均功率,其值不能超過電機的連續額定輸出功率

20、。 4)在要求有恒表面速度控制的場合,恒表面速度控制所需的切削功率和 1.3總體布局 本系統最基本的要求是連接一車削單元(執行工件端面車削和外圓車削)和一銑削單元(執行工件端面的銑削),使得各種類型的零件在這個不同的單元中可同時區分加工。相對來說,不同類型工藝裝備的連線更加具有一定的難度。首先,不同類型工藝裝備(車削和銑削)對各工件的執行任務各不同;其次,在實際生產中工件一般需同時混流加工,這就要求本系統具有一定的識別裝置;再次,要使得被加工件準確的達到各加工單元的加工位置,這就對系統的單元傳送裝置提出了更高的要求。 由此看來如何更好的布置加工設備是解決上述問題提出的設計要求的重要途徑。圖1即

21、滿足上述要求及特點而布局的總體布局,有圖可見,工件置于隨行工位器上,隨行工位器安裝在傳送帶上,加工單元間通過主傳送裝置連接。由于是車、銑混合組線,加工單元裝載對象一般只能是工件本身(因車削工件旋轉,銑削刀具旋轉),因而加工單元的進出料有單元傳送裝置機載機械手來完成。在本系統中還使用了用于定位檢測的霍爾開關,對機械手的三個位置(抓取工件、工件裝夾、工件加工)進行定位。在傳送帶上分別安裝隨行工位器到位接近開關和物料檢測裝置。 第二章數控自動刀架總體介紹2.1 數控自動刀架的設計背景數控機床為了能在工件一次裝夾中完成多種甚至所有加工工序,以縮短輔助時間和減少多次安裝工件所引起的誤差,必須自動換刀裝置

22、。在自動換刀數控機床上,對自動換刀裝置的基本要求是:換刀時間短,刀具重復定位精度高,有足夠的刀具存儲量,刀架占地面積小及安全可靠等?;剞D刀架換刀是一種最簡單的自動換刀裝置,常用于數控車床。根據加工對象的不同,它可以設計成四方刀架,六角刀架和八角刀架等多種形式?;剞D刀架上分別安裝著四把、六把、八把或更多的刀具,并按數控裝置的指令換刀?;剞D刀架在結構上必須具有良好的強度和剛度,以承受粗加工時的切削抗力。由于車削加工精度在很大程度上取決于刀尖位置,對于數控車床來說,加工過程中刀具位置不進行人工調整,因此更有必要選擇可靠的定位方案和合理的定位結構,以保證回轉刀架在每次轉位之后,具有盡可能高的重復定位精

23、度(一般為0。0010。005mm)。上圖是本次畢業設計的CK0630刀架圖的一部分,2.2 設計準則:數控車床刀架要完成刀具的裝夾、對刀、自動按程序指令選刀、參加切削等工作,所以刀架必須滿足以下要求: 1)切削刀具數量最多, 可安裝多種形式的刀具,至少應能安裝各種車外圓刀具和孔加工刀具,并且刀具易于更換和調正。2)參與切削的空間太。為了能加工最大規格零件,刀架上兩把相鄰刀具之間要有足夠大的距離,避免刀具對工件、卡盤、尾座等發生干涉和碰撞。3)換刀快速準確,在PC可編程序器及其軟件配合下, 可實現最短路線邏輯選刀。4)結構簡單,定位夾緊可靠,強度高,能承受機床強力切削和連續長時間正常工作。5)

24、定位精度高, 且應具有較高的精度穩定性和保持性。2.3 本章小結本節主要介紹了刀架的背景及刀架的性能要求,及才數要求,初步認識本次畢業設計的內容。第三章電動機的選擇3.1 工作原理工作原理為:數控中心或手動按鍵發出刀位信號,如果所選刀體正好對準霍爾元件,那么電機就不用動作,直接向微機發出回答信號。如果所選刀體未對準霍爾元件,那么就開始執行下列動作:控制繼電器動作,電機正轉,通過蝸桿、蝸輪將刀盤上升到一定高度時,擋塊卡死倒盤運轉,霍爾元件接到信號,電機停止運轉。當上刀體轉位轉到所需刀位時,霍爾元件電路發出刀位信號,電機反轉。反靠到檔塊上,完成精確定位,刀架鎖死,繼電器動作,電機停止。向微機發出回

25、答信號,加工程序開始。3.2 步進電機的選用步進電機是一種能將數字輸入脈沖轉換成旋轉或直線增量運動的電磁執行元件。每輸入一個脈沖電機轉軸步進一個步距角增量。電機總的回轉角與輸入脈沖數成正比例,相應的轉速取決于輸入脈沖頻率。 步進電機是機電一體化產品中關鍵部件之一,通常被用作定位控制和定速控制。步進電機慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點。廣泛應用于機電一體化產品中,如:數控機床、包裝機械、計算機外圍設備、復印機、傳真機等。 選擇步進電機時,首先要保證步進電機的輸出功率大于負載所需的功率。而在選用功率步進電機時,首先要計算機械系統的負載轉矩,電機的矩頻特性能滿足機械負載并有一定的余量保

26、證其運行可靠。在實際工作過程中,各種頻率下的負載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內。一般地說最大靜力矩Mjmax大的電機,負載力矩大。選擇步進電機時,應使步距角和機械系統匹配,這樣可以得到機床所需的脈沖當量。在機械傳動過程中為了使得有更小的脈沖當量,一是可以改變絲桿的導程,二是可以通過步進電機的細分驅動來完成。但細分只能改變其分辨率,不改變其精度。精度是由電機的固有特性所決定。選擇功率步進電機時,應當估算機械負載的負載慣量和機床要求的啟動頻率,使之與步進電機的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量,使之最高速連續工作頻率能滿足機床快速移動的需要。選擇步進電機需要進行以下計算:步進電機的選用已知刀盤切削力

27、為2000N;速度為w=1.7m/s 傳動裝置效率: =12式中1=0.98為聯軸器的效率,2=0.8 為蝸輪蝸桿的傳動效率。所以,=0.98=0.79電機所需功率 P=FW=4.3kw選擇電動機型號:根據工作條件,選擇一般用途的Y系列三相電動機,根據電動機所需功率,并考慮到電動機轉速越高,總傳動比越大,所以選用Y132M2-6型電動機。其額定功率為5.5kw,滿載轉速n=960r/min,第四章 刀架的設計 4.1設計簡介 本設計的車床中使用的回轉刀架是一種最簡單的手動換刀裝置。根據不同的加工對象,它可以設計成四方刀架和六方刀架等多種形式?;剞D刀架上分別安裝四把、六把或更多的刀具,并按機床加

28、工的要求來選擇刀具。 回轉刀架在結構上必須具有良好的強度和剛度,以承受粗加工時的切削抗力。由于車削加工的精度在很大程度上取決于刀尖位置,因此必須要選擇可靠的定位方案和合理的定位結構,以保證回轉刀架在每次轉位之后,具有盡可能高的重復定位精度。4.2刀盤傳動結構 CK0630的刀架,是采用電機轉動帶動蝸輪蝸桿傳動,最后由蝸輪蝸桿傳動帶動棘輪轉動使其刀盤轉動的工作原理。具有轉位穩定可靠,換位時間短,切向扭矩大等特點。 4.3蝸輪及蝸桿的選用與校核4.3.1蝸桿傳動的組成和特點如圖1所示為一 級蝸桿傳動減速器的應用實例。蝸桿傳動是由少數齒數、大螺旋角、分度圓直徑很小、齒寬較大、形狀像螺桿的斜齒輪,與齒

29、頂為圓弧形,輪齒為弧齒形的斜齒輪相嚙合組成的,見圖1。主要用于實現兩交錯軸間的運動和動力傳替,通常=90,蝸桿為主動輪。 圖14.3.2蝸輪、蝸桿的選材原則由于蝸桿傳動的失效形式和圓柱齒輪傳動不同,所以材料選擇的原則也不相同。蝸桿。蝸輪的材料不僅要求有足夠的強度,更重的是應該具有良好的減摩性、耐磨性和抗膠合性能。蝸桿一般使用碳素鋼或合金鋼制成。常用材料性能和選用原則見表4-1。 表4-1 蝸桿長用材料材料編號熱處理方法硬度通用場合45調質220250HBS低速、中載不重要的蝸桿表面淬火4555HRC高速、重載、載荷穩定40Cr表面淬火4555HRC20Cr滲碳淬火5863HRC高速、重載、載荷

30、不穩定20CrMnTi滲碳淬火5863HRC蝸輪常用的材料為具有良好抗膠合能力和耐摩性的青銅和鑄鐵,見表4-2。材料編號適用的華東速度/(m/s)適用場合和特點ZCuSn10Pb125抗膠合、耐磨性能好,易加工,價格高,多用于高速、重載的重要蝸輪ZCuSnPb5Zn512抗膠合、耐磨性能好,抗腐蝕性好易加工,價格高,多用于高速、重載的重要蝸輪ZCuAl9Fe310抗膠合、耐磨性能一般,強度高于上兩種材料,易加工,價格高,多用于中速、中載的重要蝸輪HT150(120150HBS)HT200(120150HBS)2抗膠合、耐磨性能好,強度底,價格底,多用于減速、輕載或不重要的蝸輪表4-2 蝸輪常用

31、材料考慮到蝸桿傳遞的功率不大,選用45號鋼,希望效率高些,耐磨性好些,故蝸桿螺旋面要求火,硬度為HRC4555。蝸輪用鑄錫青銅金屬模鑄造。由于蝸桿的齒數很少,所以蝸桿傳動具有很大傳動比,一般可達i=2080,有時甚至達i=1000以上。其結構緊湊、工作平穩、噪聲底,也可實現自鎖。但蝸桿傳動存在效率底、摩擦大、產生熱量大的缺點,故不適用于大功率和長時間連續工作的場合。4.4蝸輪蝸桿的計算此次設計的蝸輪蝸桿的計算方法見表:4.4.1確定主要參數選擇蝸桿頭數z1及蝸輪齒數z2; 按i12=10,取z1=4則z2=i12z1=104=40 按齒面接觸疲勞強度計算蝸輪的模數m及蝸桿特性系數q1)確定作用

32、在蝸輪上的扭矩T2按z1=4,參考表4-3估取=0.8,則 T2=N2/n2=Nmm 名稱傳動方式效率值備注蝸桿傳動自鎖蝸桿.潤滑良好蝸桿傳動單頭蝸桿.潤滑良好蝸桿傳動雙頭蝸桿.潤滑良好蝸桿傳動三頭和四頭蝸桿.潤滑良好蝸桿傳動圓弧面蝸桿.潤滑良好 表4-3 2)確定載荷系數K 因工作載荷較穩定,沖擊不大,取載荷分布不均系數K=1;由表4-4選取工作情況系數K=1.15;由于轉速不高,選動載系數K=1.1;則 K= K K K=1.1511.1=1.26工作類型123載荷性質均勻,無沖擊不均勻,小沖擊不均勻,大沖擊每小時啟動次數以上啟動載荷小較大大Kw11.151.2 表 4-43)確定許用接觸

33、應力H及彈性影響系數ZE由表查4-5得H=196N/mm2;當青銅蝸輪與鋼制蝸桿配對傳動時,取 ZE=160(N/mm2)蝸輪材料鑄造方法蝸桿螺旋面的硬度蝸桿螺旋面的硬度小于或等于大于鑄錫磷青銅砂磨鑄造112132鑄錫磷青銅金屬模鑄造165196鑄錫鋅鉛青銅砂磨鑄造98126鑄錫鋅鉛青銅金屬模鑄造112132鑄錫鋅鉛青銅離心鑄造137171 表 4-5 4) 模數m和壓力角a和蝸桿特性系數q為了方便加工,規定蝸桿的軸向模數為標準模數。蝸輪的端面模數等于蝸桿的軸向模數,因此蝸輪端面模數也應為標準數。標準模數系列見表。壓力角標準值為20。 m(10.6KT2ZE/z2H ZE/z2H )1/3 =

34、6.3由表4-6選模數m=2,蝸桿特性系數q=13m11.522.53456q141413121211109mq1/32.43.64.75.76.98.910.812.5表4-65)驗算蝸輪的 圓周速度2 2=z2mn2/=/60000=2.6m/s所以K=1.1還是合適的。6)求中心距a: a=(d1+d2)/2=(35.5+80)/2=57.75mm7)校核齒根彎曲疲勞強度蝸桿分度圓直徑 d1= 35.5 蝸輪分度圓直徑 d2=Z2m=402=80mm 由表4-7按z1=4,q=13,查到=17.10 齒形系數Y2按z2=40,有表查得.業;由表查得許用彎曲應力b=44N/mm2b=2KT

35、2Y2/d1d2mcos=21.82.32/35.5480cos17.10=23.7N/mm244N/mm2故齒輪的彎曲疲勞強度是足夠的。z22830354050607080Y22.52.42.42.32.22.22.22.14表4-7 8)蝸桿蝸輪個部分尺寸的計算(1)蝸桿齒頂高ha1=m=2齒全高h1=2.2m=2.22=4.4齒頂圓直徑da1=d1+2m=35.5+4=39.5mm齒根圓直徑 df1=d1-2ha*m=35.5-4=31.5mm蝸桿直徑系數 px=m=6.28mm蝸桿導程 pz=z1px=3*6.28=18.84mm蝸桿螺旋部分長度當z1=4時 L (13+0.1z2)m

36、=(13+4)*2=34mm(2)蝸輪蝸輪頂圓:da2=d2+2m=80+4=84mm蝸輪底根圓:df2=d2-2.4m=80-4.8=75.2mm外圓:D2da2+1.5m=84+3=87mm輪寬按表查得B0.75da1=0.7539.5=29.6mm包角 sin=B/ da1-0.5m=29.6/39.5-1=0.7688故 =50.240,則2=100.480 ,取2=1000齒根圓弧面半徑 R1= da1/2+0.2m=39.5+1=18.75mm齒頂圓弧面半徑 R2=df1 +0.2m=16.2mm精度選擇和公差,表面光潔度的確定 由于所設計的蝸桿傳動是用于動力傳動,希望使用壽命長些

37、,另外它屬于通用機械的傳動部分,所以選擇8級精度和標準保證側隙Dc,即按標準為“級8-DcJB-162-60”。至于要求的公差項目及表面光潔度,可參考JB-162-60選取。上述可知,由于蝸桿傳動中蝸桿感與蝸輪齒面間的相對滑動速度較大,效率底,摩擦發熱大,其主要失效形式與圓柱齒輪不同,而是我論齒面產生膠合、點蝕及磨損,在一般閉式傳動中容易出現膠合或點蝕,開式傳動中主要是齒論的磨損和彎曲折斷。因此,對于閉式蝸桿傳動,通常按接觸疲勞強度設計,按齒根彎曲疲勞強度校核蝸輪輪齒。對于連續工作的閉式蝸桿傳動,因摩擦產生的熱量會使蝸桿、蝸輪的溫度不斷升高,材料軟化,從而導致更嚴重的破壞。所以,還需對蝸桿傳動

38、進行熱平衡計算,也就是利用蝸桿減速器箱體表面和一定的散熱措施,使產生的熱量能及時散發出去,保持溫度在75左右不邊。對開式傳動,通常只需按齒根彎曲疲勞強度設計。由于蝸桿分度圓柱直徑較小,軸向尺寸較大,一般要設計為蝸桿軸。由于蝸桿軸細長,受力后產生彎曲變形較大,會影響傳動性能,所以,還需要對蝸桿軸進行強度和剛度計算。4.5蝸桿傳動的潤滑由于蝸桿傳動的相對滑動速度vs大,效率低,發熱量大,因此必須注意蝸桿傳動的潤滑;否則會進一步導致效率顯著降低,并會帶來劇烈的磨損,甚至產生膠合。蝸桿傳動的潤滑方法、潤滑油和粘度可參考表4-8。 滑動速度v1 2.525工作條件重載重載中載運動黏度35022080潤滑

39、方式油地潤滑油地潤滑油地潤滑或噴油潤滑用壓力噴油潤滑用壓力噴油潤滑.0.3 表4-84.6蝸輪蝸桿傳動 蝸桿傳動可用于兩交叉軸間傳遞轉矩,蝸桿相當于螺紋傳動中的螺桿,而蝸輪則相當于回轉運動中的半個螺母;如果是單頭“螺桿”則螺桿回轉一周,“螺母”移動一個齒距P,所以蝸桿傳動可以實現大的傳動比。除其以外,它還傳動平穩,噪音小。當蝸桿導程角小于當量摩擦角v時可以自鎖,傳動效率低,一般為0.70.8,自鎖時小于0.5;因此齒面間有較大的相對滑動速度,因此摩擦較嚴重,易膠合、磨損,所以常要較貴重的銅合金材料,成本較高。4.7軸的計算1)最小直徑的計算dA=(118107) =20.633.5(mm)2)

40、軸的強度計算根據軸的結構設計,取L=80,L/2=40。由前面計算可知Ft1=Fa2=2T1/d1=1120NmFa1=Ft2=2T2/d2=796NFr1=Fr2=Ft2tg=292N3 根據軸系部件結構圖,作出軸系空間力圖4)作出軸的垂直平面受力圖,求支反力Rav,Rbv,繪彎矩圖Mv。Rbv=(dFa2 2+LFr22) L=(30+40292) 2=294.25NRav= Rbv- Fr2=294.25-290=4.25N齒輪中心面左側彎矩Mv1Mv1= RavL2=4.25802=160Nmm齒輪中心面右側彎矩Mv2Mv2= Rbv L2=294.25802=11770 Nmm 5)

41、作出水平受力圖,求支反RAH,RBH.繪彎矩圖MHRAH= RBH=Ft/2=1120/2=560NMH= RAH L2=56040=22400 Nmm支反力RA ,RB,繪彎矩圖M,RA= (Rav2 + Rah2)1/2= (4.252+5602)1/2=560NRB=(Rbv2 + Rbh2)1/2=(294.252+5602) 1/2=632.6N齒輪中心面左側總彎矩M1M1= (Mv12+ Mh2)1/2=(1602+)1/2=22401 Nmm齒輪中心面右側總彎矩M2M2=(Mv22+ Mh2)1/2=(+)=25304 Nmm6)繪當量彎矩圖從安全角度考慮,軸上轉矩T按脈沖循環考

42、慮,故取校正系數=0.6最大當量彎矩為:Mc1=(M12+(T2)2)1/2=(+19099.82)1/2=29438 NmmMc2=(M22+(T2)2)1/2=(+19099.82) 1/2=31703 Nmm取 Mc=31703 Nmm7)選擇危險截面進行強度校核.選取中心面為危險截面.該截面有鍵槽,故應將軸徑放大5%所以d為d1.05Mc/0.1-11/3=1.0531703/0.1601/3=20.6mm由計算結果可知強度滿足要求.4.7棘輪轉動 在某些機械傳動中,須實現周期性的運動和停歇,完成這些運動的機構稱為間隙運動機構。本設計的刀架轉位機構就選用了棘輪機構。如圖(4)所示的棘輪

43、機構,當主動件1順時針擺動時,與其鉸接的棘爪3便借助彈簧力插入與軸固定的齒間內,使棘輪轉過45度;當棘輪轉過兩次時,通過霍爾開關的信號來確定刀架的位置。第五章 軸承的選用角接觸軸承及圓錐滾子軸承由于存在接觸角,即使受純徑向載荷作用,也會在每個滾動體上產生內部軸向力Si,如圖19-11所示。各Si之和構成了內部軸向力S,即S=Si,理論分析表明,軸向力S可用表5-1計算。為使內部軸向力互相抵消一部分,這類軸承一般成對安裝使用,如下圖圖中FA為所受的軸向外力 ,FR為軸所受的徑向外力。Fr1、Fr2為1、2兩軸承所受徑向力,S1、S2為內部軸向力,為分析方便,將內部軸向力與外加軸向力同向的軸承規定

44、為2軸承,另一個為1軸承。以Fa1、Fa2分別表示軸承1和2所受軸向載荷。由軸系力平衡,按下兩式算出后取出的較大值作為該軸承的軸向載荷。軸承1 Fa1=S1,Fa1=S2+FA軸承2 Fa2=S2,Fa2=S1FABIAO 5-1約有半數滾動體接觸時內部軸向力計算公式型號角接觸軸承圓錐滾子軸承70000A70000AC70000BS04Fr07 FrFrFr/2Y軸承壽命計算 采用型號為46206的一對角接觸球軸承,其有關數據為:額定動載荷C=18.2kw,e=0.4,Y=1.5,載荷系數fp=1.1,溫度系數ft=1.0.由前面計算可知RA=560N,RB=632.6N. RA ,RB即為軸

45、承徑向力FrA ,FrB FrA=RA=560NFrB= RB=632.6N計算內部軸向力S SA=FRa/2Y=560/3=186.7N SB= FRb/2Y=632.6/3=210.9N計算實際軸向力FaA=max(SA,SB-Fa2)=168.7NFAb=max(SB,SA+ Fa2)=718.7N取系數X,Y值FaA/ FrA =186.7/560=0.26e由教材查得XA=1,YA=0XB=0.5,YB=1.5計算當量載荷PPA=fp(XAFrA+YAFaA)=1.1(1560+0186.7)=616NPB= fp(XBFrB+YBFaB)=1.1(0.5632.6+1.5718.7

46、)=1533.8N計算軸承額定壽命因為PA PB,.所以按右側軸承計算軸承的額定壽命LhLh=106/60n(ftC/PB)3=106/4860(18200/1533.8)=h總結本文介紹了PFMS的車削單元,是一種型號為CK0630數控車床。其主要內容包括PFMS的總體方案、CK0630型數控車床的總體設計、主軸箱與主軸設計以及刀架的傳動機構。著重闡述了車床主軸箱、主軸和刀架機構的設計。箱體是機器的基礎部件,它將機器中有關部件的軸、套、齒輪、軸承等相關零件連接成一個整體,并使之保持正確的相互位置,以傳遞轉矩或改變轉速來完成規定的運動。CK0630型臥式車床的主軸是一個空心的階梯軸。主軸安裝在

47、兩支承上,前支承為雙列角接觸球軸承主要承受軸向力同時也可承受一定的徑向力。刀架位于床身的刀架導軌上,并可沿此導軌縱向移動。刀架部件有幾層刀架組成,它用于裝夾車刀,并使車刀作縱向、橫向或斜向運動。這次畢業設計使我充分深入到了柔性制造系統中的車削單元系統以及物料系統這一領域。物料系統作為柔性制造的關鍵技術之一越來越多的受到重視。其功能自然是多方面的:原材料和毛坯、外購物、在制品、產品、工藝裝備的搬運及裝載,做到搬運有序、裝載容易,且盡可能實現自動化。加工設備及輔助設備的上下料盡可能實現自動化,以提高勞動生產率。各加工工位間工件的搬運盡可能及時而迅速,減少工件在工序間的無效等待時間。各類物料裝置的調

48、度和控制,物料的運輸方式和路徑能夠及時優化物料流的檢測、判別等監控。 物料裝載系統一般都是根據規定了具體的裝載對象(工件)、裝載內容、裝載精度及價格等主要的原始數據進行設計的。在設計過程中,應盡量做到采用先進的工藝方案和合理的物料裝載結構方案;正確選擇裝載系統通用部件及設備的布局形式;要十分注意保證裝載精度和裝載效率的措施以及操作使用方便性。這樣才能設計出技術先進、經濟合理和工作可靠的物料裝載系統。 通過這次畢業設計使我認識到 一個設計項目在做成功之前對該項目進行全方面的調查研究是十分重要的。調查研究包括市場調研、技術調研和社會環境調研三個部分。(1)市場調研:一般從以下幾個方面進行調研。 用

49、戶需求有關產品功能、性能、質量、使用、保養、維修、外觀、顏色、風格、需求量和價格等方面的要求。產品情況產品在其生命周期曲線中的位置,新老產品交替的動態分析等。同行情況同行產品經營銷售情況和發展趨勢,在企業產品的市場占有率與差距,主要競爭對手在技術、經濟方面的優勢和劣勢及發展趨勢。 供應情況主要原材料、配件、半成品等的質量、品種、價格、供應等方面的情況及變化趨勢等。(2)技術調研:一般包括產品技術的現狀及發展趨勢;行業技術和專業技術發展趨勢;新型元器件、新材料、新工藝的應用和發展動態;競爭產品的技術特點分析;競爭企業的新產品開發動向;環境對研制的產品影響,如使用環境的空氣、濕度、有害物體和粉塵等

50、對產品的影響;為保證產品的正常運轉,研制的產品對環境提出的要求等。(3)社會調研:一般包括企業目的市場所處的社會環境和有關的經濟技術政策,如產品發展政策、投資動向、環境保護和安全等方面的法律、規定和標準;社會的風俗習慣;社會人員的構成狀態、消費水平、消費心理和購買能力;本企業實際情況、發展動向、優勢和不足、發展潛力等。總之,通過調查研究應為柔性制造系統的物料裝載系統總體設計提供必要的大量的數據,資料,作好充分的、全面的技術準備。在設計的過程中由于要達到所設計系統的某些特殊要求或者受研制經費的局限性,往往需要一些突破以往設計思路的創新設計。創新設計就是根據市場需求發展的預測,在沒有樣機可供參考的情況下,根據對新產品預期的功能要求和性能指標,充分發揮設計者的創造力,利用我們已有的技術成果(含理論、方法、技術手段和原理等)進行創造新構思,設計出具有新穎性、創造性及實用性的系統裝備的一種實踐活動。它包括兩個部分:一是改進完善現有裝備的功能、技

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