數(shù)控加工中心鏈式刀庫設計-24把刀含開題及8張CAD圖

數(shù)控加工中心鏈式刀庫設計-24把刀含開題及8張CAD圖,數(shù)控加工中心,鏈式,設計,24,開題,cad 設計（XX）任務書 題目：數(shù)控加工中心鏈式刀庫設計 學生姓名： 電話： 專業(yè)：機械設計制造及自動化 任務起至日期： 年 月 日至 年 月 日 共 18 周 一、 課題的任務內(nèi)容： 本設計目的： 1. 掌握機械設計的一般方法，掌握零件及裝配圖的繪制，掌握一種基本的工程繪圖軟件的使用； 2. 綜合運用過去所學理論知識，提高理論聯(lián)系實際和綜合分析能力，培養(yǎng)復雜機械結構設計及分析計算能力； 3. 訓練和提高設計的基本技能，如計算機繪圖，查閱 資料、標準及規(guī)范，編寫設計論文書、計算說明書、技術文件等。 任務主要內(nèi)容： 1． 數(shù)控加工中心鏈式刀庫的結構方案設計； 2． 完成鏈式刀庫的結構裝配圖; 3． 完成關鍵零部件的設計計算及結構繪制. 二、原始條件及數(shù)據(jù)： 鏈式刀庫主要參數(shù)如下： 刀庫滿載容量為24把刀; 換刀時間小于等于3.5秒; 刀具最大重量不超過8kg; 鏈式刀庫刀套線速度為22-35m/min ; 三、設計的技術要求（論文的研究要求）： 研究要求： 1. 鏈式刀庫要求刀具運輸平穩(wěn)，定位準確； 2. 要求運動部分結構緊湊，刀庫容量較大； 3. 選用合適的刀具編碼方式，實現(xiàn)自動換刀。 四、畢業(yè)設計（論文）應完成的具體工作： 本課題以訓練學生的實際機械結構設計為主，同時加工中心刀庫結構設計的主要原理及最新進展。 1. 完成鏈式刀庫傳動部件方案的論證、設計; 2. 完成結構裝配圖的繪制; 3. 完成主要零件的二維CAD繪制； 4. 完成傳動部件關鍵零件的設計計算； 5. 畢業(yè)設計說明書一份； 6. 畢業(yè)設計開題報告一份; 7. 專業(yè)文獻翻譯一分(20000印刷符號); 8. 畢業(yè)設計記錄一份 軟硬件名稱、內(nèi)容及主要的技術指標（可按以下類型選擇）： 計算機軟件 AutoCAD 圖 紙 3張0號圖紙 電 路板 無 機電裝置 無 新材料制劑 無 結構 模 型 無 其 他 五、查閱文獻要求及主要的參考文獻： 根據(jù)畢業(yè)設計課題的內(nèi)容和要求，結合本專業(yè)的最新發(fā)展動態(tài)，查閱中文文獻10～12篇、外文文獻資料2篇，并將外文文獻資料譯成中文（譯文不得少于5000漢字或20000外文印刷符號）。重要參考資料：（推薦） 1. 王越. 現(xiàn)代機械制造裝備. 清華大學出版社，2009,3第一版 2. 馮辛安.機械制造裝備設計（第二版）.北京：機械工業(yè)出版社，2006年3月 3. 吳祖育.數(shù)控機床（第三版）.上海：上海教育出版社，2005.8 4. 劉書華.數(shù)控機床與編程.北京：機械工業(yè)出版社，2010.1 5. 徐錦康.機械設計.高等教育出版社.2004.4 此外建議查閱近三年的以下專業(yè)期刊中與課題相關的論文: 機床設計相關博碩士論文。 六、進度安排：（設計或論文各階段的要求，時間安排）： 2月20日---3月10 日 學習課題內(nèi)容，查閱資料，完成外文資料的翻譯；完成開題報告； 3月11 日---4月10 日 總體傳動部件方案設計，裝配圖草圖設計。 3月26日---5月10 日 完成傳動部件的設計，計算及結構繪制；繪制完整的裝配圖、零件圖。。 5月11日---5月 31 日 編寫、裝訂畢業(yè)設計說明書，完成并提交畢業(yè)設計全部設計內(nèi)容； 6月1日---6月10 日 準備畢業(yè)設計答辯；根據(jù)審核意見，修改、完善畢業(yè)設計內(nèi)容；并將修改、完善后的畢業(yè)設計全部內(nèi)容刻成光盤；參加畢業(yè)設計答辯； 6月11日---6月20日 提交畢業(yè)設計全部設計內(nèi)容和光盤。提交申報優(yōu)秀畢業(yè)設計的有關資料。 6月21日---6月26日 參加畢業(yè)設計答辯。 指導教師： XXX 20XX 年 12 月10日 審核意見： 教研室主任： 年 月 日 XX設計（XX） 說明書 課題名稱 數(shù)控加工中心鏈式刀庫設計 專 業(yè) 專業(yè)方向 班 級 學 號 學生姓名 指導教師 教研室 XXX XXX 20XX年 3 月 2 日 摘要 數(shù)控加工中心是在傳統(tǒng)機床基礎上發(fā)展起來的機械裝備，能用來加工不同形狀的零件。隨著現(xiàn)代制造技術的發(fā)展，越來越多企業(yè)開始選用數(shù)控設備。加工中心是一類具有自動換刀裝置的數(shù)控機床，能對零件進行車、銑、鏜等多工序的高速、高精度的加工。其中刀庫是用來存儲刀具的，刀庫中存儲的多種刀具能使加工中心單獨加工出外形復雜的零件。 本次畢業(yè)設計的主要內(nèi)容是數(shù)控加工中心鏈式刀庫設計。刀庫系統(tǒng)是加工中心必不可少的部件，是加工中心完成其功能的保證。加工中心的刀庫系統(tǒng)的設計是集電、機、氣等為一體的綜合設計。在查閱資料后，對刀庫的總體方案進行選擇、比較與確定，對電機進行選擇，對蝸輪蝸桿等主要零部件進行設計與計算；繪制機構裝配圖及主要零部件圖等。 通過本次設計對自動化加工設備有深入的了解，能在鞏固已學知識的基礎上提高我們自己的實踐能力。 關鍵詞：數(shù)控；加工中心；鏈式；刀庫；設計 II Abstract CNC machining center is based on the traditional machine tool developed mechanical equipment, can be used to process different shapes of parts. With the development of modern manufacturing technology, more and more enterprises began to use CNC equipment. The machining center is a kind of CNC machine tool with automatic tool changer, which can carry out high speed and high precision machining of parts such as car, milling and boring. Which is used to store the tool magazine, knife library stored in a variety of tools can make the processing center alone processing complex parts. The main content of this graduation design is CNC machining center chain magazine design. The magazine system is an indispensable part of the machining center and is a guarantee that the machining center completes its function. Machining center of the magazine system design is the collection, machine, gas, etc. as one of the integrated design. After the access to information, the overall program of the magazine to choose, compare and determine the choice of the motor, the worm and other major components of the design and calculation; drawing the assembly diagram and the main parts and components, and so on. Through this design of the automated processing equipment have in-depth understanding, in the consolidation of knowledge has been based on the improvement of our own practical ability. Key words：CNC; machining center; chain; knife library; design 目 錄 摘要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1 本課題研究的背景和意義 1 1.2 加工中心的組成、分類及發(fā)展方向 2 1.3 加工中心刀庫簡介 4 第2章 總體方案的設計與確定 7 2.1 設計參數(shù)及設計要求的確定 7 2.1.1 設計參數(shù)的確定 7 2.1.2 設計要求的確定 7 2.2 刀庫結構方案的選擇與確定 7 2.3 驅(qū)動刀庫類型的選擇與確定 8 2.4 刀庫傳動方案的選擇與確定 9 第3章 主要參數(shù)的計算及驅(qū)動電機的選擇 10 3.1 刀套線速度的確定 10 3.2 鏈輪形式及參數(shù)確定 10 3.2.1 鏈輪類型的確定 10 3.2.2 鏈輪參數(shù)的確定 10 3.3 驅(qū)動電機的計算與選擇 11 3.4 各軸轉(zhuǎn)速、功率及轉(zhuǎn)矩的計算 12 3.4.1 各軸轉(zhuǎn)速的計算 12 3.4.2 各軸功率的計算 12 3.4.3 各軸轉(zhuǎn)矩的計算 13 第4章 主要零部件的設計、計算與校核 14 4.1 蝸輪蝸桿的設計與計算 14 4.2 鏈傳動的設計與計算 16 4.3 軸的設計與計算 17 4.3.1 蝸桿軸的設計與計算 17 4.3.2 蝸輪軸的設計與計算 18 4.4 主要零件的校核 18 4.4.1 蝸桿軸的校核 18 4.4.2 蝸輪軸的校核 20 4.4.3 蝸桿軸承的校核 21 4.4.4 蝸輪軸承的校核 22 第5章 刀具控制系統(tǒng)的設計 23 5.1 刀具選擇方式的確定 23 5.2 刀具識別裝置的確定 23 5.3 刀庫控制系統(tǒng)的設計 24 結論 26 致謝 27 參考文獻 28 III I 第1章 緒論 1.1 本課題研究的背景和意義 1、本課題研究的背景 自動換刀裝置(Automatic Tool Changer)主要應用于大型及中型數(shù)控加工中心，能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)換刀的功能。工件只需要一次定位，可完成多個表面的加工，提高了整體的加工精度。目前，已成為提高數(shù)控機床效率、精度的決定性因素之一。鏈式刀庫是自動換刀裝置的一種類型，可以使得機床和整個生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力得到改善，減少加工過程中的輔助時間，達到機床理想的效率和經(jīng)濟性。因此，鏈式刀庫的優(yōu)化設計，有利于提高加工中心的各項機械性能，有利于增強機械制造生產(chǎn)力。 高性能、高精度、高速度和高可靠性是當前數(shù)控機床的研究理想化目標，隨著數(shù)控加工中心的不斷發(fā)展，對ATC的經(jīng)濟性和可靠性的要求也越來越高。我國的機床發(fā)展較晚，與發(fā)達國家還有一段距離，提升國產(chǎn)功能部件的產(chǎn)品性能迫在眉睫。因此，應該走裝備制造業(yè)、自行研發(fā)數(shù)控機床各組成部件的道路，通過不斷探索和研究，多學科、多領域的學習，改善和提高數(shù)控系統(tǒng)的各項性能。為了提高數(shù)控加工中心的自主化研發(fā)能力，應該從基本課題入手，可通過校企合作，理論與實踐相結合，不斷改進功能部件的精度和可靠性，對國家制造業(yè)的發(fā)展作出貢獻。 2、本課題研究的意義 一個零件往往需要進行多工序的加工，而單功能的數(shù)控機床，只能完成單工序的加工，如車、鉆、銑等。因此，在制造一個零件的過程中，大量的時間用于更換刀具、裝卸零件、測量和搬運零件等非加工時間上，切削時間僅僅占整個工時中的較小比例。為了縮短非切削時間，提高工作效率，我們便設計了帶有自動換刀系統(tǒng)的加工中心。 加工中心（MC）是適應省力、省時和節(jié)能的時代要求而迅速發(fā)展起來的自動換刀數(shù)控機床，它是綜合了機械技術、電子技術、拖動技術、現(xiàn)代控制理論、測量及傳感技術以及通信診斷、刀具和編程技術的高科技產(chǎn)品。由于加工中心能集中完成多種工序，因而可減少工件裝夾、測量和調(diào)整時間，減少工件周轉(zhuǎn)、搬運存放時間，使機床的切削利用率高于通用機床3倍～4倍，所以說，加工中心不僅提高了工件的加工精度，而且是數(shù)控機床中生產(chǎn)率和自動化程度最高的綜合性機床。 1.2 加工中心的組成、分類及發(fā)展方向 1、加工中心的組成 加工中心的組成隨機床的類型不同而有一定的區(qū)別，但從總體上來看主要由以下幾個部分組成： 1）基礎部件 主要由床身、工作臺、立柱等組成，承受加工中心的載荷。 2）主軸部件 主要由主軸箱、主軸等組成，是加工中心的關鍵部件。 3）數(shù)控系統(tǒng) 主要由數(shù)控裝置、PLC、電機等組成，是加工中心的控制中心，根據(jù)輸入信息進行運算處理，輸出給執(zhí)行件，控制執(zhí)行件的動作。 4）伺服系統(tǒng) 主要由驅(qū)動控制單元、機床、執(zhí)行單元和反饋檢測元件等組成，是聯(lián)系數(shù)控裝置與機床的重要環(huán)節(jié)。 5）刀庫 刀庫中存儲加工中心加工過程中所需的刀具。 6）換刀裝置 主要由機械手組成，能根據(jù)數(shù)控指令將刀庫中刀具與主軸上刀具進行交換，完成工件的加工。 7）輔助裝置 主要由冷卻、潤滑、保護、排屑、液壓等組成，對加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起重要的保障作用。 2、加工中心的分類 按加工中心的結構形式，可將加工中心分為以下幾類： 1）臥式加工中心 臥式加工中心是指主軸軸線為水平設置的加工中心，如圖1-1。 圖1-1 臥式加工中心 1、主軸頭 2、刀庫? 3、立柱? 4、立柱底座? 5、工作臺6、工作臺底座 2）立式加工中心 立式加工中心是指主軸軸線為豎直設置的加工中心，如圖1-2。 圖1-2 立式加工中心 1、X軸的直流伺服電動機 2、換刀機械手 3、數(shù)控柜 4、盤式刀庫 5、主軸箱 6、操作面板 7、驅(qū)動電源柜 8、工作臺 9、滑座 10、床身 3）萬能加工中心 即立臥式加工中心，在一次裝夾中，能對工件的除安裝面外的其余表面進行加工，如圖1-3. 圖1-3 萬能加工中心 3、加工中心的發(fā)展方向 加工中心能提高加工質(zhì)量、縮短加工準備時間、減少在制品、減少刀具費用，能實現(xiàn)最少的直接勞務費用和最少的間接勞務費用，提高了設備的利用率。 目前加工中心正朝著以下幾個方面快速發(fā)展： 1）高精度、高速高效、高可靠性 使加工效率、工件精度和工件的可靠性提高。 2）模塊化、柔性化、智能化 能適應多品種、變批量的生產(chǎn)。 3）復合化 將工件加工時的工序復合在一起，提高了生產(chǎn)效率。 4）開放性體系結構 使加工中心能適應數(shù)控技術的快速發(fā)展。 5）網(wǎng)絡化 能是加工中心滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)和企業(yè)對信息的需求。 6）行業(yè)化 能形成專門生產(chǎn)加工中心各個主要部件的廠商及相應的系列產(chǎn)品。 1.3 加工中心刀庫簡介 1、刀庫的簡述 刀庫是在數(shù)控機床的基礎上發(fā)展起來的加工中心的一個關鍵部件。在數(shù)控機床剛出現(xiàn)的一段時間內(nèi)，數(shù)控機床的應用范圍十分廣泛。隨著數(shù)控技術的發(fā)展，所要求加工零件也變得越來越復雜。對于某些形狀復雜具有自由曲面的零件，一般的數(shù)控機床（具有的刀具數(shù)量不多）已不能加工或需要花費很多時間才能加工出來。數(shù)控機床上需要帶有的刀具數(shù)量也隨著零件復雜而變多，這樣就出現(xiàn)了加工中心，刀庫的概念也隨著加工中心的出現(xiàn)而產(chǎn)生。刀庫中存儲的刀具能保證加工中心完成其相應的加工過程。逐漸地，刀庫系統(tǒng)在加工中心中起著越來越重要的作用?，F(xiàn)在有些廠家已經(jīng)將刀庫當做一個部件來看待，也漸漸的出現(xiàn)了專門生產(chǎn)刀庫的廠家，如德大機械、吉輔公司、臻賞工業(yè)等 刀庫的主要功能是存儲加工工件所需的各種刀具，根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)給定的程序指令，把下一工序要用的刀具準確的送到換刀位置與主軸進行換刀，完成工件的加工。 2、刀庫的形式 現(xiàn)在的刀庫按結構形式可分為以下幾類： 1）轉(zhuǎn)塔式刀庫 如圖1-4，這種刀庫刀具容量小，主要用于小型立式加工中心。 圖1-4 轉(zhuǎn)塔式刀庫 2）圓盤式刀庫 如圖1-5，這種刀庫刀具容量小，一般不多于30把刀，換刀時間較長，制造成本低，但適用于各種形式小型加工中心。 圖1-5 圓盤式刀庫 3）鏈式刀庫 如圖1-6，這種刀庫刀具容量較大，一般在20把刀以上，結構緊湊，布局方便，換刀時間短，適用于各種加工中心。 圖1-6 鏈式刀庫 4）格子式刀庫 如圖1-7，這種刀庫刀具容量大，可單獨安置于機床外，但刀庫選刀與取刀的動作較復雜，應用較少。 圖1-7 格子式刀庫 按設置部位可以分為以下兩類： 1）設置在機床上的刀庫 如上面所述的轉(zhuǎn)塔式刀庫、圓盤式刀庫和部分鏈式刀庫。這些刀庫結構小，可直接安裝在機床側面或上面。 2）設置在機床外的刀庫（落地式刀庫） 如上面所述的部分鏈式刀庫(主要是大型鏈式刀庫)和格子式刀庫。這些刀庫刀具容量大，結構尺寸比較大且整體較重，安置在地面上可以將刀庫的運動與機床隔離開，而且刀庫的重量主要由地面來承受。 3、刀庫的選刀方式 目前刀庫的選刀方式主要有以下兩種： 1）順序選刀 刀具按指定工序的先后順序依次存入刀庫中。換刀時，按工序順序 依次換刀。該方法不需要刀具識別裝置，控制簡單，但由于同一刀具在不同工序中不能使用，這降低了刀具的使用效率。 2）隨機選刀 刀具在刀庫中隨機存放，根據(jù)指令程序選擇所需的刀具。該方法需要刀具識別裝置。換刀時，刀具先經(jīng)過刀具識別裝置識別，當?shù)毒叽a與程序的代碼相同時，將該刀具送到換到位置進行交換。由于刀具能重復使用，大大的提高了刀具的使用效率。 4、刀庫刀具交換形式 加工中心刀庫刀具的交換一般有以下兩種形式： 1、無機械手換刀 利用機床主軸與刀庫間的相對運動來實現(xiàn)刀具的交換。 2、機械手換刀 采用機械手來實現(xiàn)刀具的交換。 5、刀庫的發(fā)展方向 目前刀庫系統(tǒng)正朝著以下幾方面發(fā)展： 1）能承受超重刀具的刀庫系統(tǒng) 研究能承受重量70KG以上的刀具的鏈式刀庫，該刀庫同時帶有強力鎖刀結構的刀架結構，以防止重型刀具在換刀過程中掉落。 2）高效率、高精度的刀庫系統(tǒng)的研究 研究能實現(xiàn)刀具高精度定位且換到時間小的刀庫系統(tǒng)，換刀的快慢直接影響到了加工中輔助時間的多少，換刀速度越快，輔助時間越短，生產(chǎn)效率越高。高的定位精度可以防止換刀過程中產(chǎn)生誤動作。 以滿足數(shù)控加工中心選刀迅速、換刀精確地性能要求。 3）能容納多型式刀具的刀庫系統(tǒng)的研究 研究能容納多型式刀具（如ISO50和ISO60）且能實現(xiàn)不同型式刀具間自動換刀的刀庫系統(tǒng)，而且多型式刀庫是常使用多主軸的數(shù)控加工中心的必要裝置。 4）輕量化、低成本的刀庫系統(tǒng)的研究 研究以輕量化塑鋼為刀架結構的刀庫系統(tǒng)，以降低刀庫生產(chǎn)成本。 5）高容量刀庫系統(tǒng)的研究 研究能容納120/180/200以上刀具的刀庫系統(tǒng)，這樣的刀庫能使生產(chǎn)效率大大提高。 30 第2章 總體方案的設計與確定 2.1 設計參數(shù)及設計要求的確定 2.1.1 設計參數(shù)的確定 1、刀庫滿載容量為24把刀； 2、換刀時間小于等于3.5秒； 3、刀具最大重量不超過8kg； 4、鏈式刀庫刀套線速度為22-35m/min ； 2.1.2 設計要求的確定 1、鏈式刀庫要求刀具運輸平穩(wěn)，定位準確； 2、要求運動部分結構緊湊，刀庫容量較大； 3、選用合適的刀具編碼方式，實現(xiàn)自動換刀。 2.2 刀庫結構方案的選擇與確定 加工中心上普遍采用的刀庫是盤式刀庫和鏈式刀庫。本次設計選用鏈式刀庫，常用的有單排鏈式刀庫和加長鏈條的鏈式刀庫。 1、單排鏈式刀庫 如圖2-1所示。這種刀庫結構簡單，適用于刀具數(shù)量不多的場合。 圖2-1 單排鏈式刀庫 2、加長鏈條的鏈式刀庫 如圖2-2所示。這種刀庫使用加長鏈條，讓鏈條折疊回繞可提高空間利用率，進一步增加存刀量。鏈式刀庫結構緊湊，刀庫容量大，鏈環(huán)的形狀可根據(jù)機床的布局制成各種形狀。同時也可以將換刀位突出以便于換刀。在一定范圍內(nèi)，需要增加刀具數(shù)量時，可增加鏈條的長度，而不增加鏈輪直徑。因此，鏈輪的圓周速度可不增加，刀庫運動慣量的增加可不予考慮。 圖2-2 加長鏈條的鏈式刀庫 通過上面的選擇與比較，權衡后選擇單排鏈式刀庫。 2.3 驅(qū)動刀庫類型的選擇與確定 驅(qū)動刀庫，目前常見的方式有伺服電動機驅(qū)動和液動機驅(qū)動兩種， 1、伺服電動機驅(qū)動 伺服電機可使控制速度，位置精度非常準確，可以將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動控制對象。伺服電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號控制，并能快速反應，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機電時間常數(shù)小、線性度高、始動電壓等特性，可把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。 2、液壓機驅(qū)動 液壓驅(qū)動容易實現(xiàn)無級調(diào)速，調(diào)速范圍較大。容易實現(xiàn)過載保護，一般裝有安全閥便可防止過載。運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，容易吸收沖擊和振動。液壓驅(qū)動能在各種方位傳動，容易實現(xiàn)往復傳動。由于其體積小、傳遞的功率大，可在較小的空間內(nèi)傳遞復雜的運動形式。這些特點使液壓傳動在組合機床和自動線中應用十分普遍。 但由于工作液體不可避免會有漏損、油液具有微小的可壓縮性、管路會產(chǎn)生彈性變形，因此液壓傳動不宜用于傳動要求嚴格的傳動系統(tǒng)中。 通過上面對兩種驅(qū)動方式的比較，加上我國加工中心都選用伺服電機驅(qū)動方式，在本設計中也將采用伺服電動機來驅(qū)動。 2.4 刀庫傳動方案的選擇與確定 1、蝸輪蝸桿傳動 蝸桿傳動用于傳遞交錯軸之間的回轉(zhuǎn)運動。在絕大多數(shù)情況下，兩軸在空間是互相垂直的，軸交角為90°。它廣泛應用在機床、汽車、儀器、起重運輸機械、冶金機械以及其他機械制造部門中，最大傳動功率可達750 kW，通常用在50kW以下；最高滑動速度 可達35m/s,通常用在15m/s以下。 蝸桿傳動的主要優(yōu)點是結構緊湊、工作平穩(wěn)、無噪聲、沖擊振動小以及能得到很大的單級傳動比。在傳遞動力時，傳動比一般為8～100，常用的為15～50。在機床工作臺中，傳動比可達幾百，甚至到1000。 2、齒輪傳動 齒輪傳動的特點是：齒輪傳動平穩(wěn)，傳動比精確，工作可靠、效率高、壽命長，使用功率、速度和尺寸范圍大。優(yōu)點：傳動效率高；傳動比大；傳遞扭矩大；壽命長。 為使伺服電機在最佳狀態(tài)下工作，一般不采用伺服電機的低速段。刀庫需要在伺服電機恒轉(zhuǎn)矩下運轉(zhuǎn)工作，否則不能達到刀庫需要的轉(zhuǎn)矩，這就要求減速裝置既要很大的減速比，又要保證電機工作在恒轉(zhuǎn)矩下工作，齒輪傳動不能實現(xiàn)大的傳動比，因此，選用蝸桿減速裝置。 第3章 主要參數(shù)的計算及驅(qū)動電機的選擇 3.1 刀套線速度的確定 通過上面對設計參數(shù)的確定，能夠知道本次設計的鏈式刀庫，其刀套線速度為22-35m/min，換刀時間小于等于3.5秒（取3.5秒）。通過對機械設計手冊的查閱，能夠知道刀套線速度的快慢將直接影響選刀效率，過快線速度又影響刀庫工作可靠性。 本次刀套線速度選擇v=31m/min（即）。 鏈條行程，取鏈條節(jié)距取75mm。 3.2 鏈輪形式及參數(shù)確定 3.2.1 鏈輪類型的確定 我國目前還沒有廠家生產(chǎn)加工中心刀庫專用鏈條，因而不得不用標準套筒輥子鏈，通過連接器把刀套固定在鏈條上。這種方式不僅結構復雜，裝配調(diào)試費時，而且套筒位置精度亦差。我國部分廠家，購買日本椿本鏈條公司（TSUBAKI CHAIN Co.）生產(chǎn)的已轉(zhuǎn)有刀套的刀庫專用鏈條來裝備刀庫，效果頗佳?？紤]到刀具重量和刀庫工作的平穩(wěn)性，推薦采用：HP型鏈條。該鏈條是套筒式鏈條，其輥子本身就是刀套，該鏈條型式及尺寸見表1-1 表3-1 鏈條型式及尺寸 鏈條型號 刀具錐柄號 P O L H W R T HP 40 75 40 73 70 50 55 3.0 3.2.2 鏈輪參數(shù)的確定 通過上面對鏈輪類型的確定，選擇HP-T型鏈條。其參數(shù)的確定具體如下： 1、鏈輪節(jié)圓直徑DP 式中：N—當量齒數(shù)（實際齒數(shù)/3）取鏈輪齒數(shù)z=24；P—鏈條節(jié)距 2、鏈輪外徑D0 3、鏈輪轉(zhuǎn)速n 通過公式，推出 3.3 驅(qū)動電機的計算與選擇 加在伺服電動機軸上的負載轉(zhuǎn)矩，應比電動機額定連續(xù)轉(zhuǎn)矩小。鏈式式刀庫負載轉(zhuǎn)矩計算方法，鏈式刀庫的負載轉(zhuǎn)矩T1是由刀具不平衡重量Wmax和導向面（或支承面）的摩擦力F所組成，如圖3-1所示。 圖3-1 鏈式刀庫力分布圖 Wmax：最大偏重；F：摩擦力 不平衡重量Wmax，可按在一個垂直方向刀套上裝有1/2刀庫容量數(shù)的最大刀具重量來計算。F1和F3是支承面的摩擦力；F2、F4則是導向面上因刀具下垂而引起的摩擦力。計算摩擦力時，刀具重量均按刀具平均重量計算。 刀庫鏈輪半徑為98mm，刀具最大重量為8kg，假設刀具平均重量6kg，每個方向上12把刀，刀具重量m=72kg；刀具不平衡重量Wmax=960N。法向約束力FN=720N，摩擦系數(shù)fs=0.11。 摩擦力F=fsFN=0.11×720=39.6N 所以 負載所需功率： 取傳動比i=29.4。 傳動總效率為： 式中：η1—聯(lián)軸器的功率；η2—蝸桿的功率；η3—軸承的功率；η4—鏈傳動效率。 把如上計算的負載轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)換為電機軸上的轉(zhuǎn)矩TL為： 考慮到實際情況比計算時所設定條件復雜，電機額定轉(zhuǎn)矩Ts應為負載轉(zhuǎn)矩的1.2～1.5倍，亦即： ， 根據(jù)以上計算結果，所選電機型號如下表3-2： 表3-2 所選電機型號 型號 輸出功率 額定轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩 最高轉(zhuǎn)速 工作轉(zhuǎn)速 FB25 0.52 10 309 1000 500 3.4 各軸轉(zhuǎn)速、功率及轉(zhuǎn)矩的計算 刀庫選刀需要低速轉(zhuǎn)動，就要求降低傳動的速度，傳動比選為i=35.2。 3.4.1 各軸轉(zhuǎn)速的計算 Ⅰ軸： Ⅱ軸： 3.4.2 各軸功率的計算 Ⅰ軸： Ⅱ軸： 3.4.3 各軸轉(zhuǎn)矩的計算 電動機的輸出轉(zhuǎn)矩Td為： Ⅰ軸： Ⅱ軸： 通過上面的計算，現(xiàn)將本次計算結果總結如下表3-3。 表3-3 運動和動力參數(shù)表 軸 功率 轉(zhuǎn)矩T(N·mm) 轉(zhuǎn)速n(r/min) 傳動比i 效率η 電機軸 0.52 10 500 1 1 Ⅰ軸 0.51 9.9 500 1 0.99 Ⅱ軸 0.41 232.8 17 29.4 0.8 第4章 主要零部件的設計、計算與校核 4.1 蝸輪蝸桿的設計與計算 1、蝸輪蝸桿減速器及其材料的確定 本次減速裝置采用ZA型蝸輪蝸桿減速器。輸入功率P1=0.52kW，轉(zhuǎn)速n1=500r/min,傳動比i=35.2。 蝸桿采用45鋼，表面硬度>45HRC，蝸輪材料采用ZCuSn10P1，砂型鑄造。 2、初選[d1/a]值 通過機械設計手冊查得[d1/a]=0.4，γ=6°，（z1=1），η1=0.8 3、中心距計算 通過資料的查閱，本次計算中心距，其公式采用 （1）蝸輪轉(zhuǎn)矩 （2）使用系數(shù) （3）轉(zhuǎn)速系數(shù) （4）彈性系數(shù)：根據(jù)蝸輪輻材料查表13.2得 （5）壽命系數(shù) （6）接觸系數(shù)：由《機械設計》查出 （7）接觸疲勞極限：由《機械設計》得σHlim=265MPa （8）接觸疲勞最小安全系數(shù)：查得SHmin=1.3 中心距 取a=150mm 4、傳動基本尺寸 （1）蝸桿頭數(shù)：取z1=1； （2）蝸輪齒數(shù)z2=iz1=29.4×1=29.4，取z2 =29 （3）模數(shù)m =(1.4～1.7)a/z2=(1.4～1.7)150/29=7.2～8.79，取m = 7.6mm （4）蝸桿分度圓直徑d1 = [d1/a]a=0.4×150=60，取d1=60mm （5）蝸輪分度圓直徑d2=mz2=7.6×29，d2 =220.5mm （6）蝸桿導程角tanγ=z1m/d1=1×7.6/60，γ=5.7° （7）蝸輪寬度 ，取b2=50 mm （8）蝸桿圓周速度 （9）相對滑動速度， （10）當量摩擦系數(shù)：查得μv = 0.0408，ρv=2.17° 5、齒面解除疲勞強度驗算 （1）許用接觸應力， （2）最大接觸應力 6、輪齒彎曲疲勞強度驗算 （1）齒根彎曲疲勞極限：σFlim = 115MPa （2）彎曲疲勞最小安全系數(shù)：SFmin=1.4 （3）許用彎曲疲勞應力 （4）輪齒最大彎曲應力 7、蝸桿軸擾度驗算 （1）軸慣性矩 （2）允許蝸桿擾度 （3）蝸桿軸擾度 8、溫度計算 （1）傳動嚙合效率 （2）攪油效率，取 （3）軸承效率：取 （4）總效率， （5）散熱面積估算 （6）箱體工作溫度 4.2 鏈傳動的設計與計算 1、鏈輪材料的選擇 通過資料的查閱，選擇HT200灰鑄鐵。 2、鏈輪主要尺寸 名稱 符號 公式及計算 分度圓直徑 d 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 齒側凸緣 h——內(nèi)鏈板高度 查套筒滾子鏈相關參數(shù) 齒寬（單排） b1——內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬 倒角寬 倒角半徑 倒角深 齒側凸緣圓角半徑 鏈輪齒總寬 4.3 軸的設計與計算 4.3.1 蝸桿軸的設計與計算 1、軸的最小直徑的確定 其材料選用45號鋼，調(diào)質(zhì)處理。 軸的直徑，可根據(jù)軸所傳遞的功率及軸的轉(zhuǎn)速,按下式進行估算： 該段軸上有一鍵槽將計算值加大3%，應為16 式中：C—與軸材料有關的系數(shù)，取112。 2、聯(lián)軸器的確定 根據(jù)傳動裝置的工作條件擬選用YL,YLD型凸緣聯(lián)軸器。 計算轉(zhuǎn)矩為： 式中：T—許用名義轉(zhuǎn)矩； k—工作情況系數(shù)，； 根據(jù)Tc=10.6N·m，查《機械設計手冊》YL8,YLD8型凸緣聯(lián)軸器就能滿足傳遞轉(zhuǎn)矩的要求Tn=250 N·m,其軸孔直徑范圍為d=32~45mm。 最后確定蝸桿軸軸伸處的直徑為dmin=40mm，型軸孔長度L=84mm,D=130mm,D1=105mm,，螺栓數(shù)量為4，直徑M10，型L0=173mm。 3、軸承類型的確定 由于采用的是蝸桿傳動，既受徑向力，也受軸向力，鏈式刀庫傳動主要承受徑向力，選用角接觸球軸承（GB/T 292-94） 4、蝸桿軸各段尺寸的確定 初步確定軸的階梯段，該軸有8段。 4.3.2 蝸輪軸的設計與計算 1、軸的最小直徑的確定 其材料選用45號鋼，調(diào)質(zhì)處理。 估算直徑，可根據(jù)軸所傳遞的功率及軸的轉(zhuǎn)速，按下式進行估算： 該段軸上有一鍵槽將計算值加大3%，應為37mm 式中：C—與軸材料有關的系數(shù)，根據(jù)軸的材料取112 2、蝸輪軸各段尺寸的確定 初步確定軸的階梯段，該軸有5段。 4.4 主要零件的校核 4.4.1 蝸桿軸的校核 1、蝸桿軸相應參數(shù)的計算 蝸桿轉(zhuǎn)矩 蝸輪轉(zhuǎn)矩 軸向力 徑向力 圓周力 2、計算支承受力 水平面反力 垂直面反力 水平面（xy）受力圖，見圖4—1c，垂直面（xz）受力圖，見圖4—1e 3、畫軸彎矩圖 水平面彎矩圖，見圖4—1d，垂直面彎矩圖，見圖4—1f 合成彎矩圖，見圖4—1g，合成彎矩 4、畫軸轉(zhuǎn)矩圖 軸受轉(zhuǎn)矩，T=T1，轉(zhuǎn)矩圖，見圖4—1h 5、畫當量彎矩圖 當量轉(zhuǎn)矩，各段彎矩，見圖4—1i 6、校核軸徑 齒根圓直徑 軸徑 圖4-1 蝸桿軸的受力圖 4.4.2 蝸輪軸的校核 1、蝸輪軸相應參數(shù)的計算 蝸輪直徑 鏈輪直徑 圓周力 徑向力 軸向力 鏈輪受力：工作拉力 2、計算支承反力 水平面受力， 垂直面受力 水平面（xy）受力圖，見圖4—2c，垂直面（xz）受力圖，見圖4—2e 3、 畫軸彎矩圖 水平面彎矩圖；見圖4—2d，垂直面彎矩圖；見圖4—2f 合成彎矩圖；見圖4—2g 4、畫軸轉(zhuǎn)矩圖 軸受轉(zhuǎn)矩； 轉(zhuǎn)矩圖：見圖4—2h 5、畫當量彎矩圖 當量轉(zhuǎn)矩 當量彎矩圖，見圖4—2i 6、校核軸徑 齒根圓直徑 軸徑 圖4-2 蝸輪軸的受力圖 4.4.3 蝸桿軸承的校核 7009C軸承主要性能參數(shù)如下： ； 查得：，， 當量動載荷 計算額定動載荷 軸承滿足條件，所選軸承合格。 4.4.4 蝸輪軸承的校核 7012C軸承主要性能參數(shù)如下： ，； 查得：，， 當量動載荷 計算額定動載荷 軸承滿足條件，所選軸承合格。 第5章 刀具控制系統(tǒng)的設計 5.1 刀具選擇方式的確定 通過前面對刀具選擇方式的介紹，能夠知道有順序選擇和任意選擇。本次設計采用任意選擇刀具法，其優(yōu)點是刀庫中刀具的排列順序與工件加工順序無關， 5.2 刀具識別裝置的確定 1、接觸式刀具識別裝置 接觸式刀具識別裝置應用較少，特別適應于空間位置較小的刀具編碼，其識別原理如圖5-1所示。在刀柄1上裝有兩種直徑不同的編碼環(huán)，規(guī)定大直徑的環(huán)表示二進制的“1”，小直徑的環(huán)為“0”，圖中有5個編碼環(huán)4，在刀庫附近固定一刀具識別裝置2，從中伸出幾個觸針3，觸針數(shù)量與刀柄上的編碼環(huán)個數(shù)相等。每個觸針與一個繼電器相聯(lián)，當編碼環(huán)是大直徑時與觸針接觸，繼電器通電，其數(shù)碼為“1”。當編碼環(huán)是小直徑時與觸針不接觸，繼電器不通電，其數(shù)碼為“0”。當各繼電器讀出的數(shù)碼與所需刀具的編碼一致時，由控制裝置發(fā)出信號，使刀庫停轉(zhuǎn)，等待換刀。 圖5-1 刀柄編碼示意圖 1、刀柄；2、刀具識別裝置；3、觸針；4、編碼環(huán) 2、非接觸式刀具識別裝置 （1）磁性識別法 利用磁性材料和非磁性材料的磁感應強弱的不同，通過感應線圈讀取代碼。其編碼環(huán)的直徑相等，分別由導磁材料和非導磁材料制成，構成“1”、“0”碼。在檢測線圈的一次線圈中輸入交流電壓時，能在二次線圈中感應出高低兩種電壓，就能識別刀具的號碼。 （2）光電識別法 利用光導纖維良好的光傳感特性，采用多束光導纖維構成閱讀法。 本次設計采用非接觸式刀具識別裝置光電識別法。 5.3 刀庫控制系統(tǒng)的設計 刀庫為了實現(xiàn)最短距離選刀，就要求刀庫電機能正反轉(zhuǎn)。這就需要控制電機的正反轉(zhuǎn)動。根據(jù)輸入輸出選擇PLC型號為FXOS-14MR，輸入端8個接口，輸出6個接口。 電動機的正反轉(zhuǎn) 1、控制要求：按下啟動按鈕SB1，接觸器KM1閉合，電動機正向投入運行，按下停止按鈕SB3，電機運行：按下啟動按鈕SB2，接觸器KM2閉合，電動機反向投入運行，按下停止按鈕SB3，電機停止運行。 2、I/O分配 輸入 X400 SB1（正向啟動按鈕） X401 SB2（反向啟動按鈕） X402 SB3（停止按鈕） X403 FR（熱繼電器） 輸出 Y430 KM1 Y431 KM2 I/0接線圖如5-2所示 圖5-2 I/O接線圖 3、電機正反轉(zhuǎn)停PLC控制 圖5-3 電機正反轉(zhuǎn)停止控制梯形圖 結論 經(jīng)過完成我的畢業(yè)設計，我將課堂上的知識和實際的知識有了一次很好的融合，不僅加深了我這幾年所學習的專業(yè)知識，還在實踐中得到了運用，對將來更好的立足與社會打下扎實的基礎。為總結經(jīng)驗、分析得失?，F(xiàn)將本次設計做如下總結： 1、通過資料的查閱了解和掌握刀庫的類型，特點和使用功能。在了解了刀庫的這些基本情況以后，又比較了一下各種不一樣的刀庫結構及其優(yōu)缺點，最終確定適合本次設計的刀庫類型及其傳動方案。 2、對刀庫傳動方案中涉及到的零件進行強度、剛度的校核，只有這樣，才能確保刀庫在實際工作的過程中開展工作。 3、對刀庫控制系統(tǒng)進行設計和功能的實現(xiàn)。 4、對其裝配圖及主要零件圖進行繪制。 當然，這個設計肯定有不足的地方，畢竟是進行的理論上的設計，能否在實際的生產(chǎn)活動中得到運用，還是個未知數(shù)。除了考慮可行性以外，還要考慮這個制造的成本，為了能夠?qū)崿F(xiàn)這個目標，我知道自己還要不斷的努力。 致謝 在這里我要特別感謝我的指導老師。他為人隨和熱情，治學嚴謹細心。在閑聊中他總是能像知心朋友一樣鼓勵我，在論文的寫作和措辭等方面他也總會以“專業(yè)標準”嚴格要求我，從選題、定題開始，一直到最后論文的反復修改、潤色，指導老師始終認真負責地給予我深刻而細致地指導，幫助我開拓研究思路，精心點撥、熱忱鼓勵。正是老師的無私幫助與熱忱鼓勵，我的說明書才能夠得以順利完成。 還有許多人，也許他們只是我生命中匆匆的過客，但他們對我的支持和幫助依然在我記憶中留底了深刻的印象。在此無法一一羅列，但對他們，我始終心懷感激。最后，我要向在百忙之中抽時間對本文進行審閱、評議和參加本人論文答辯的各位師長表示感謝！ 參考文獻 [1] 邱宣懷，機械設計.北京:高等教育出版社，1997.7 [2] 王永章，杜君文，程國全，數(shù)控技術.北京:高等教育出版社，2005.11 [3] 吳宗澤，羅圣國，機械設計課程設計手冊.北京:高等教育出版社，1999.6 [4] 哈爾濱工業(yè)大學.機床設計圖冊.上海:上海科學技術出版社，1979.6 [5] 張寶林.數(shù)控技術.北京:機械工業(yè)出版社，1997.8 [6] 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