机械毕业设计（论文）-加工中心40刀刀库设计(链式刀库)【全套图纸】

河南科技大学毕业设计（论文） - 1 - 河河 南南 科科 技技 大大 学学 毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）文） 题目题目 姓姓 名名 院院 系系 专专 业业 指导教师指导教师 年年 月月 日日 第一章 绪论 - 2 - 目 录 中文摘要中文摘要 英文摘要英文摘要 第第 1 章章 绪论绪论1 1.1 引言引言.1 1.2 加工中心简介加工中心简介.1 1.2.1 加工中心的发展简史.1 1.2.2 加工中心的结构组成.2 1.2.3 加工中心的分类.3 1.2.4 加工中心的主要优点.4 1.2.5 加工中心的发展趋势.4 1.3 刀库刀库.5 1.3.1 刀库简介.5 1.3.2 刀库的类型.6 第第 2 章章 刀库驱动电机的选定刀库驱动电机的选定10 2.1 刀套线速度刀套线速度10 2.2 链轮参数确定链轮参数确定10 2.3 根据负载转矩选电机根据负载转矩选电机10 2.4 传动比分配传动比分配12 2.4.1 各轴转速12 2.4.2 各轴功率12 2.4.3 各轴转矩13 第第 3 章章 刀库传动方式刀库传动方式14 3.1 刀库传动方式设计刀库传动方式设计.14 3.1.1 蜗杆蜗轮传动14 3.1.2 链传动20 第第 4 章章 轴的设计轴的设计22 4.1 轴材料选定轴材料选定22 4.2 蜗杆轴设计蜗杆轴设计22 4.2.1 初步估算轴的最小直径22 4.2.2 联轴器选定.22 河南科技大学毕业设计（论文） - 3 - 4.2.3 确定轴承类型23 4.2.4 初步估算蜗杆轴各段尺寸23 4.2.5 蜗杆轴效核.23 4.3 蜗轮轴效核蜗轮轴效核26 4.3.1 初步估算轴的最小直径26 4.3.2 初步估算蜗轮轴各段的尺寸.26 4.3.3 蜗轮轴效核.27 第第 5 章章 轴承效核轴承效核30 5.1 蜗杆轴承效核蜗杆轴承效核30 5.2 蜗轮轴承效核蜗轮轴承效核30 第第 6 章章 刀库控制系统刀库控制系统32 6.1 刀具的选择方式刀具的选择方式.32 6.1.1 顺序选择顺序选择32 6.1.2 顺序选择顺序选择.32 6.2 刀具识别装置刀具识别装置33 6.3 刀库控制系统设计刀库控制系统设计.34 第第 7 章章 其它零部件设计其它零部件设计36 7.1 回零减速撞快尺寸计算回零减速撞快尺寸计算.36 第第 8 章章 结论结论38 参考文献参考文献39 致谢致谢40 第一章 绪论 - 4 - 摘 要 以加工中心自动换刀装置中的刀库的设计与控制为背景，根据使用的场合和实际 运用的要求，设计了相应的 40 刀的链式刀库，并且对它的控制进行了一定的研究。 论文首先对 40 刀刀库总体设计方案进行阐述，阐述其各部件的工作原理，然后就 刀库的结构设计与控制分章节对各个部分进行计算与设计。 刀库的机构设计是研究的重点，传动部分为蜗杆蜗轮的减速装置，控制部分为刀 库送刀机构，由 PLC 控制刀库的正反转。 关键词：加工中心，刀库，蜗杆蜗轮， PLC。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706153893706 河南科技大学毕业设计（论文） - 5 - Abstract Take the machining center automatically trades in the knife installment the Tool magazine design and the control as a background, according to the use situation and the actual utilizations request, has designed the corresponding forty tools chain Tool magazine, and has conducted certain research to its control. The paper first carries on the elaboration to forty Tool magazine overall project design, elaborated that its various parts principle of work, is divided the chapter on the Tool magazine s structural design and the control to carry on the computation and the design to each part. The Tool magazines organization design is the research key point, the transmission part for the worm bearing adjuster worm gears decelerating device, the control section delivers the knife organization for the Tool magazine, controls the Tool magazine by PLC the reverse. Key words: Machining center, Tool magazine , worm bearing adjuster worm gear, PLC. 第一章 绪论 - 6 - 第一章 绪论 本章首先从数控机床的发展历程引出加工中心的发展趋势，再具体到本次设计针 对的刀库的任务要求，明确了本设计任务的主要内容。 1.1引言引言 1952 年世界上出现了第一台数控机床，使多品种、中小批量的机械加工设备在柔 性、自动化和效率上产生了巨大变革。1958 年第一台加工中心问世，它将多工序（铣、 钻、镗、铰、攻丝等）加工集于一身；适应加工多品种和大批量的工件；增加机床功 能（自动换刀、自动换工件、自动检测等） ，使自动化程度和加工效率上了一个新台阶； 使无人化（或长时间无人操作）加工成为现实。90 年代以来，数控加工技术得到迅速 的普及及发展，数控加工中心在制造业得到越来越广泛的应用。目前国内企业生产制 造的加工中心主要是面向生产领域，其结构复杂、精度高、封闭性强，价格昂贵。加 工中心已成为柔性制造系统、计算机集成制造系统和自动化工厂的基本单元。 加工中心是数控机床的代表，是高新技术集成度高的典型机电一体化机械加工设 备，受到世界各工业发达国家的高度重视，技术迅速发展，品种和数量大幅度增加， 成为当今世界机械加工设备中最引人注目的一类产品。 1.2加工中心简介加工中心简介 1.2.1 加工中心的加工中心的发发展展简简史史 1952 年世界上出现第一台数控机床，使多品种、中小批量的机械加工设备在柔性、 自动化和效率上产生了巨大变革。它用易于修改的数控加工程序进行控制，因而比大 河南科技大学毕业设计（论文） - 7 - 批量生产重使用组合机床生产线和凸轮、开关控制的专用机床有更大的柔性，容易适 应加工件品种的变化，进行多品种加工。它用数控系统对机床的工艺功能、几何图形 运动功能和辅助功能实行全自动的数字控制，因为有更高的自动化程度和加工效率， 大大改变了中小批量生产中普通机床占整个机械加工的状况。数控机床能70% 80% 实现两坐标以上联动的功能，其效率和精度比用手工和样板控制加工复杂零件要高得 多。 1958年第一台加工中心在美国卡尼、特雷克（Kearney刀具不平衡重量 Wmax=800N。法向约束力 FN=1700N， 摩擦系数 fs=0.11。 摩擦力 F=fsFN=0.111700=187N mN 221185 . 0 187 2 14 P D FTT mN 221185 . 0 187 2 32 p D FTT mN 8 .941185 . 0 800 2 maxmax P W D WT 所以 mN 8 . 182 max4321 W TTTTTT 负载所需功率 kW 24 . 0 9549 5 . 12 8 . 182 9549 Tn P 取传动比 i=40。 传动总效率为： F1 F2 F3 F4 W Wmax：最大偏重 F 摩擦力 图 2-1 链式刀库力的分布 第二章 刀库驱动电机的选定 - 18 - 0.73 96 . 0 98 . 0 8 . 099 . 0 2 54 2 321 式中：1联轴器的功率； 2蜗杆的功率； 3轴承的功率； 4链传动效率。 把如上计算的负载转矩，转换为电机轴上的转矩TL为： mN 09 . 6 73 . 0 40 8 . 182 i T TL 考虑到实际情况比计算时所设定条件复杂，电机额定转矩Ts应为负载转矩的 1.21.5倍，亦即： LS TT5 . 12 . 1 mN 9 3 . 709 . 6 5 . 12 . 1TS 根据以上计算结果，所选电机型号如下： 表 2-1 所选电机型号 型 号 输出功率 P kW 额定转矩 mNTS 最大转矩 mNT max 最高转速 max nr/min 工作转速 min/rn FB250.52103091000500 2.4 传动比分配 刀库选刀需要低速转动，就要求降低传动的速度，传动比选为i=40。 2.4.1 各各轴转轴转速速 轴 r/min 500 0 1 i n n m 轴 r/min 5 .12 40 500 i n n 2.4.2 各各轴轴功率功率 轴 kW 51 . 0 99 . 0 52 . 0 01 d PP 轴 kW 41 . 0 8 . 051 . 0 12 PP 河南科技大学毕业设计（论文） - 19 - 2.4.3 各各轴转轴转矩矩 电动机的输出转矩Td为: 电机输出轴 mN 10 500 52 . 0 95509550 m d d n P T 轴 mN 9 . 999 . 0 110 0101 iTT d 轴 mN 8 . 3168 . 0409 . 9 1211 iTT 表 2-2 运动和动力参数表 轴功率 P kW 转矩 T(Nmm) 转速 n(r/min) 传动比 i 效率 电机轴0.521050011 轴0.519.950010.99 轴0.41316.812.5400.8 - 20 - 第三章 刀库传动方式 3.1 刀库传动方式设计 为使伺服电机在最佳状态下工作，一般不采用伺服电机的低速段。刀库需要在伺 服电机恒转矩下运转工作，并且减速比不能过大，否则不能达到刀库需要的转矩，这 就要求减速装置既要很大的减速比，又要保证电机工作在恒转矩下，选用蜗杆减速装 置。 3.1.1 蜗蜗杆杆蜗轮传动蜗轮传动 特点和应用 蜗杆传动用于传递交错轴之间的回转运动。在绝大多数情况下，两轴在空间是互 相垂直的，轴交角为 90。它广泛应用在机床、汽车、仪器、起重运输机械、冶金机械 以及其他机械制造部门中，最大传动功率可达 750 kW，通常用在 50 kW 以下；最高滑 动速度可达 35 m/s,通常用在 15 m/s 以下。 s v 蜗杆传动的主要优点是结构紧凑、工作平稳、无噪声、冲击振动小以及能得到很 大的单级传动比。在传递动力时，传动比一般为 8100，常用的为 1550。在机床工 作台中，传动比可达几百，甚至到 1000。这时，需采用导程角很小的单头蜗杆，但传 动效率很低，只能用在功率小的场合。在现代机械制造业中正力求提高蜗杆传动的效 率，多头蜗杆的传动效率已可达到 98%。与多级齿轮传动相比，蜗杆传动零件数目少， 结构尺寸小，重量轻。缺点是在制造精度和传动比相同的条件下，蜗杆传动的效率比 齿轮传动低，同时蜗杆一般需用贵重的减摩材料（如青铜）制造。 蜗杆传动多用于减速，以蜗杆为原动件。也可用于增速，齿数比单级为 515，但 应用很少。 精度等级的选择 蜗杆可以在车床上切制，也可以在特种铣床上用圆盘铣刀或指形铣刀铣制。由于 蜗杆传动的轴间距离必须与蜗杆滚刀在切制蜗轮时的轴间定位距离相等才能得到正确 的啮合，所以蜗轮要用与它相捏合的蜗杆同样大小的滚刀来切制。 由于蜗杆传动啮合轮齿的刚度较齿轮传动大，所以制造精度对传动的影响比齿轮 传动更显著。蜗杆传动规定了 12 个精度等级，对于动力传动，要按照 69 级精度制 造。 材料选择 考虑到蜗杆传动难于保证高的接触精度，滑动速度有较大，以及蜗杆变形等因素， 河南科技大学毕业设计（论文） - 21 - 故蜗杆，蜗轮不能都用硬材料制造，其中之一（通常为蜗轮）应该用减摩性良好的软 材料来制造。 蜗轮材料。通常是指蜗轮齿冠部分的材料。主要有以下几种：铸锡青铜 是适用于和持续运转的工况，离心铸造的可得到致密的细晶粒组织，m/s 26 m/s 12 s v 可取大值，砂型铸造的取小值。铸铝青铜 适用于的工况，抗胶合能力m/s 10 s v 差，蜗杆硬度应不低于 45 HRC。铸铝黄铜 点蚀强度高，但磨损性能差，宜用于 低滑动速度场合。灰铸铁和球墨铸铁 使用于的工况，前者表面经硫化m/s 2 s v 处理有利于减轻磨损，后者若与淬火蜗杆配对能用于重载场合。直径较大的蜗轮常用 铸铁。 蜗杆材料。蜗轮直径很大时，可以采用青铜蜗杆，蜗轮则用铸铁。在要求持 久性高的动力传动中，可选用渗碳钢淬火，也可选用中碳钢表面或整体淬火以得到必 要的硬度，制造时必须磨削。用氮化钢氮处理的蜗杆可以不磨削，但需要抛光。只有 在缺乏磨削设备是才选用调质蜗杆。受短时冲击载荷的蜗杆，不宜用渗碳钢淬火，最 好用调质钢。铸铁蜗轮与镀铬蜗杆配对时，有利于提高传动的承载能力和滑动速度。 蜗杆和蜗轮的结构 蜗杆通常与轴做成整体很少做成装配式的。 蜗轮可指成整体的或组合的。组合蜗轮的齿冠可以铸在或用过盈配合装在铸铁或 铸钢的轮心上，常用的配合为 H7/r6。为了增加过盈配合的可靠性，沿着接合缝还要拧 上螺钉，螺钉孔中心线偏向轮毂一侧。当蜗轮直径较大时，可采用螺栓联接，最好采 用受剪螺栓联接。 蜗杆蜗轮传动设计计算： ZA 型蜗杆减速器，输入功率 P1=0.52kW，转速 n1=500r/min,传动比 i=40。工作机 载荷平稳，动力机有轻微振动。预期寿命 12000h。 蜗杆采用 45 钢，表面硬度45HRC，蜗轮材料采用 ZCuSn10P1，砂型铸造，计算 步骤如下表： 计算项目 计算内容 计算结果 初选初选d1/a值值 当量摩擦系数 设 vs=1m/s1.5m/s，查机械设计 v=0.05 表 13.6，取大值 v=3 选d1/a值 在机械设计图 13.11 的 i=40 线上 - 22 - 选一点，查得d1/a=0.4，=6 （z1=1） ，1=0.8 中心距计算中心距计算 蜗轮转矩 1 1 16 112 1055 . 9 i n P iTT 8 . 040 500 52 . 0 1055 . 9 6 mN 317824 2 T 使用系数 按题意查机械设计表 12.9 1.1 A K 转速系数 8/1 2 1 8 n Zn 8/1 1 8 500 6 . 0 n Z 弹性系数 根据蜗轮辐材料查表 13.2 得 MPaZE147 寿命系数 6 25000 h h L Z 6 12000 25000 6 . 113 . 1 h Z 接触系数 由机械设计图 13.12线查出 7 . 2 Z 接触疲劳极限 由机械设计表 13.2 得 Hlim=265MPa 接触疲劳最小安全系数 由机械设计手册查得 SHmin=1.3 中心距 3 2 lim min 2 Hhn HE A ZZ SZZ TKa 取 a=160mm142 26513 . 1 6 . 0 3 . 17 . 2147 3178241 . 1 3 2 传动传动基本尺寸基本尺寸 蜗杆头数 由机械设计图 13.11 查得 =6，z1=1; 也可用式 13.22 计算 取 z1 = 1934 . 0 40/1604 . 27/4 . 27 1 uaz 蜗轮齿数 z2=iz1=401 取 z2 = 40 模数 m =(1.41.7)a/z2 河南科技大学毕业设计（论文） - 23 - =(1.41.7)160/40=5.66.8 取 m = 6.3 mm 蜗杆分度圆直径 d1 = d1/aa =0.4160=64 查表 13.4 d1=0.68a0.875 =0.681600.875=58 取 d1 = 63 mm 蜗轮分度圆直径 d2=mz2=6.340 d2 = 252 mm 蜗杆导程角 tan=z1m/d1 =16.3/63 =5.7 蜗轮宽度 15 . 02 1 2 m d mb 取 b2=50 mm089.481 3 . 6 63 5 . 03 . 62 蜗杆圆周速度 100060/ 111 ndv 100060/50063m/s 65 . 1 1 v 相对滑动速度 cos/ 1 vvs 7 . 5cos/65 . 1 m/s 66 . 1 s v 当量摩擦系数 由机械设计表 13.6 查得 v = 0.0408 v=2.17 齿面解除疲劳强度验算齿面解除疲劳强度验算 许用接触应力 min lim H H hnH S ZZ 3 . 1 265 13 . 1 6 . 0MPa 138 H 最大接触应力 3 2 a TK ZZ A EH 3 160 3178241 . 1 7 . 2152 合格 MPa 138MPa 120 H 轮齿弯曲疲劳强度验算轮齿弯曲疲劳强度验算 齿根弯曲疲劳极限 由机械设计表 13.2 查出 Flim = 115MPa 弯曲疲劳最小安全系 根据机械设计手册查出 SFmin=1.4 - 24 - 许用弯曲疲劳应力 lim min F F F S 115 1.4 MPa 82 F 轮齿最大弯曲应力 22 2 2 dmb TKA F 252503 . 6 3178241 . 12 合格 MPa 828 . 8 F 蜗杆轴扰度验算蜗杆轴扰度验算 轴惯性矩 64/6364/ 44 1 dI 46 mm 108 . 0I 允许蜗杆扰度 3 . 6004 . 0 004 . 0 m mm 0252 . 0 蜗杆轴扰度 EIlF vtt 48/tantan 3 22 2 63 22 3 108 . 01020648 17 . 2 7 . 5tan20tan 252 252 3178242 mm 002 . 0 （此处取） 合格 2 lD 温度计算温度计算 传动啮合效率 17 . 2 7 . 5tan/7 . 5tan tan/tan 1 v 723 . 0 1 搅油效率 根据蜗杆的润滑条件，查 机械设计手册得： 2 0.99 轴承效率 根据蜗杆传动要求，查 机械设计手册得： 3 0.98 总效率 98 . 0 99 . 0 723 . 0 321 71 . 0 散热面积估算 88 . 1 5- 88 . 1 5 160109 109 aA 2 m 253. 1A 河南科技大学毕业设计（论文） - 25 - 箱体工作温度 20 1.25315 0.71-10.521000 11000 0 1 1 t A P t W 合格 Ct 40 1 中等通风环境此处取,m W/15 2 C W 润滑油粘度和润滑方法润滑油粘度和润滑方法 润滑油粘度 选取由表根据13.7m/s 66 . 1 s vsv C /mm 680 2 40 润滑方法 由机械设计表 13.7，可采用浸油润滑 所有计算结果如表 2-3 所示： 表 2-3 普通圆柱蜗杆传动几何尺寸计算 名 称代 号公 式 及 说 明 中心距aa=(d1+d2+2x2m)/2=160mm 蜗杆头数z1Z1=1 蜗轮齿数z2Z2=i Z1=40 齿形角ZA 型 X=20，其余 n=20 模数mm=6.3mm 蜗轮变位系数x2 mm 4 . 0 2 21 2 m dd m a x 蜗杆轴向间距pxpx=m=20 mm 蜗杆分度圆直径d1d1=mz1/tan=63mm 根据机械设计与 m 匹配 蜗杆齿顶圆直径da1da1= d1+2ha*m=75.6mm 蜗杆齿根圆直径df1df1= d1-2m(ha*+c*)=47.88mm 蜗杆齿顶高ha1ha1= ha*m=6.3 齿顶隙系数一般 ha*=1 顶隙cc= c*m=1.26 一般顶隙系数 c*=0.2 蜗杆齿根高hf1hf1=( ha*+c*)m=7.56mm 蜗杆齿高h1h1= ha1+ hf1=13.86mm 渐开线蜗杆基圆直径db1db1=z1m/tanb=16.7mm 渐开线蜗杆基圆导程角bcosb=coscosn b=20.7 蜗杆齿宽b1b1(12+0.1z2)m b1=102mm - 26 - 名 称代 号公 式 及 说 明 蜗轮分度圆直径d2d2=m z2=252mm 蜗轮喉圆直径da2da2= d2+2 ha2=269.64mm 蜗轮齿根圆直径df2df2= d22 hf2=241.92mm 蜗轮齿顶高ha2ha2=m(ha*+x2)=8.82mm 蜗轮齿根高hf2hf2=m(ha*x2+c*)=5.04mm 蜗轮齿高h2h2= ha2 +hf2=13.86mm 蜗轮顶圆直径de2de2= da2+2m=382.24mm 蜗轮齿宽b2b20.75 da1=56.7mm 蜗轮齿顶圆弧半径Ra2 mm 2 .25 2 1 2 m d Ra 蜗轮齿根圆弧半径Rf2 mm 06.39 2 1 2 m c d R a f 蜗杆轴向齿厚sx1sx1=m/2=9.9mm 蜗杆法向齿厚sn1sn1= sx1 cos=9.85mm 蜗杆分度圆齿厚s2s2=(0.5+2x2tanx)m=1.86mm 蜗杆节圆直径d1d1=d1+2x2m=68.04 mm 蜗轮节圆直径d2d2= d2=252mm 注：取齿顶高，径向间隙，。 a hm0.2cm aa x m 3.1.2 链传动链传动 概述 链传动是在两个或多个链轮之间用链作为挠性拉曳元件的一种啮合传动，因其经 济、可靠，故广泛用于农业、采矿、冶金、起重、运输、石油、化工、纺织等各种机 械的动力传动中。 链传动在传递功率、速度、传动比、中心距等方面都有很广的应用范围。目前， 最大传递功率达到 5000 kW，最高速度达到 40 m/s,最大传动比达到 15，最大中心距达 到 8 m。由于经济及其他原因，链传动的传动功率一般小于 100 kW，速度小于 15 m/s，传动比小于 8。 链轮 链轮轮齿的齿形应保证链节能自由地进入和退出啮合，在啮合是应保证良好的接 触，同时它的形状应尽可能地简单。 河南科技大学毕业设计（论文） - 27 - 1.滚子链链轮 标准只规定链轮的最大齿槽形状和最小齿槽形状。实际齿槽形状在最大、最小范 围内都可以用，因而链轮齿廓曲线的几何形状可以有很大的灵活性。常用的齿廓为三 圆弧一直线齿形。 2.链轮结构 小直径链轮可采用实心式，腹板式，或将链轮与轴做成一体。链轮损坏主要由 于齿的磨损。 链轮的材料 链轮材料应能满足强度和耐磨性的要求。在低速、轻载、平稳传动中，链轮可 采用中碳钢制造；中速、中载时，采用中碳钢淬火处理，其硬度40HRC45HRC;高 速、重载、连续工作的传动，采用低碳钢、低碳合金钢表面渗碳淬火或中碳钢、中碳 合金钢表面淬火。 载荷平稳、速度较低、齿数较多时，也允许采用的铸铁制造链MPa B 200 轮。在工作环境较差、链轮容易磨损的场合，铸铁最好经过等温淬火处理或采用优质 铸铁。 链轮主要尺寸 名称符号公式及计算 分度圆直径d mm 237 180 sin z p d 齿顶圆直径 a d mm 266 180 cot54 . 0 z pda 齿根圆直径 f d滚子外径 r d mm 169 rf ddd 齿侧凸缘 g d mm 12576 . 0 04 . 1 180 coth z pdg h内链板高度 查套筒滚子链相关参数 齿宽（单排） 1f bmm 8 . 556093. 093 . 0 b 7 . 12 1f1 bp b1内链节内宽 倒角宽 a bmm 91 . 0pba 倒角半径 x rmm 90 prz - 28 - 倒角深 1 hmm 45905 . 05 . 0 1 ph 齿侧凸缘圆角半径 a rmm 6 . 304 . 0 pra 链轮齿总宽 fm b排数m mm 8 . 551 1 ftfm bpmb 注：表中相关参数查 HP 型套筒滚子链。 河南科技大学毕业设计（论文） - 29 - 第四章 轴的设计 轴是机器中的重要零件，在设计汇总，蜗杆涡轮是作为一种减速装置，在减速装 置中轴是既要收弯矩又要受扭矩的转轴。在一般情况下，轴的工作能力决定与它的强 度和刚度，对与机床主轴，后者尤为重要。高速转轴则决定于它的振动稳定性。在设 计轴是，除应按工作能力准则进行设计计算或校核计算外，在结构设计上还须满足其 他一系列的要求。 轴的设计，共包括如下内容：轴的材料选择，轴径的初步估算，轴的结构设计， 按弯扭合成进行轴的强度校核，按疲劳强度进行轴的精确交合，轴的公差与配合的确 定，轴的工作图的绘制。 4.1 轴材料选定 轴的材料用碳钢及合金钢，减速装置的轴以 45 号钢调质处理应用最为广泛，硬度 217HB255HB，。650 B MPa360 s MPa 1 300MPa 1 155MPa 4.2 蜗杆轴设计 4.2.1 初步估算初步估算轴轴的最小直径的最小直径 轴的直径，可根据轴所传递的功率及轴的转速,按下式进行估算：()P kw( /min)n r mm n P Cd 15 500 52 . 0 112 33 该段轴上有一键槽将计算值加大 3%，应为 16 min d 式中：C与轴材料有关的系数，由机械设计表 16.2 查得，根据轴的材料 取 112。 4.2.2 联轴联轴器器选选定定 根据传动装置的工作条件拟选用 YL,YLD 型凸缘联轴器（GB5843-86 摘录） 。 计算转矩为： mNKTTc 153178245 . 1 式中：T许用名义转矩； k工作情况系数，；1.5k 第四章 轴的设计 - 30 - 根据 Tc=15 Nm，查机械设计课程设计手册YL8,YLD8 型凸缘联轴器就能满足 传递转矩的要求 Tn=250 Nm,其轴孔直径范围为 d=3245mm。 最后确定蜗杆轴轴伸处的直径为 dmin=40mm，型轴孔长度 1 ,J J L=84mm,D=130mm,D1=105mm,，螺栓数量为 4，直径 M10，型 L0=173mm。 1 ,J J 4.2.3 确定确定轴轴承承类类型型 由于采用的是蜗杆传动，既受径向力，也受轴向力，链式刀库传动主要承受径向 力，选用角接触球轴承（GB/T 292-94） 4.2.4 初步估算初步估算蜗蜗杆杆轴轴各段尺寸各段尺寸 根据轴上零件的受力情况，固定和定位的要求，初步确定轴的阶梯段，该轴有 8 段。 初步估计各段尺寸如图 41 所示 图 4-1 蜗杆轴 河南科技大学毕业设计（论文） - 31 - 4.2.5 蜗蜗杆杆轴轴校核校核 图 4 3 图 4 2 第四章 轴的设计 - 32 - 轴材料选用 45 钢调质，。轴的计算步骤列于下表。MPa 355, 600 S MPa B 计算项目 计算内容 计算结果 计算蜗杆受力计算蜗杆受力 蜗杆转矩 500 52 . 0 1055 . 9 1055 . 9 66 1 n P TmmN 9932 1 T 蜗轮转矩 8 . 040 500 52 . 0 1055 . 9 1055 . 9 66 2 i n P TmmN 317824 2 T 轴向力 252 31782422 2 2 21 d T FF ta N 4 . 2522 21 ta FF 径向力 20tan 4 . 2522tan 221 ttrr FFFN 918 21 rr FF 圆周力 7 . 5tan 4 . 2522tan 221 tat FFFN 252 21 at FF 画蜗杆轴受力 见图 42b 计算支承受力计算支承受力 水平面反力 248 5 . 31 4 . 2522124918 / 1 R FN 779 / 1 R F 248 5 . 31 4 . 2522124918 / 2 R FN 139 / 2 R F 河南科技大学毕业设计（论文） - 33 - 垂直面反力 248 124252 / 2 / 1 RR FFN 126 / 2 / 1 RR FF 水平面（xy）受力图 见图 42c 垂直面（xz）受力图 见图 42e 画轴弯矩图画轴弯矩图 水平面弯矩图 见图 42d 垂直面弯矩图 见图 42f 合成弯矩图 见图 42g 合成弯矩 22 xzxy MMM 画轴转矩图画轴转矩图 轴受转矩 T=T1 mmN 9932T 转矩图 见图 42h 许用应力许用应力 许用应力值 MPa 55 MPa 95 3 .16 1b- 0b ，查得：由表 应力校正系数 95 55 0 1 b b 58 . 0 画当量弯矩图画当量弯矩图 当量转矩 hT24,993258 . 0 见图mmN 5760T 各段弯矩 见图 42i 当量转矩图 见图 42i 校核轴径校核轴径 齿根圆直径 2 . 012632 11 chdd af mm 6 . 60 1 f d 轴径 3 3 1 / 551 . 0 98020 1 . 0 b M d mm 6 . 6026d 4.3 蜗轮轴的设计 4.3.1 初步估算初步估算轴轴的最小直径的最小直径 估算直径，可根据轴所传递的功率及轴的转速,按下式进行估算：d()P kw( /min)n r mm 36 5 . 12 41 . 0 112 33 n P Cd 该段轴上有一键槽将计算值加大 3%，应为 37mm min d 式中：C与轴材料有关的系数，由机械设计表 16.2 查得，根据轴的材料 第四章 轴的设计 - 34 - 取 112 4.3.2 初步估算初步估算蜗轮轴蜗轮轴各段尺寸各段尺寸 根据轴上零件的受力情况，固定和定位的要求，初步确定轴的阶梯段，该轴有 5 段。 估计各段尺寸如图 43 所示。 4.3.3 蜗轮轴蜗轮轴校核校核 图 4-3 蜗轮轴 图 44 河南科技大学毕业设计（论文） - 35 - 轴材料选用 45 钢调质，。轴的计算步骤列于下表MPa 355, 600 S MPa B 计算项目 计算内容 计算结果 计算蜗轮链轮受力计算蜗轮链轮受力 蜗轮直径 2 dmm 252 2 d 链轮直径 dmm 237d 蜗轮受力：转矩 8 . 040 500 52 . 0 1055 . 9 1055 . 9 66 2 i n P TmmN 317824 2 T 圆周力 12at FFmmN 4 . 2522 12 at FF 第四章 轴的设计 - 36 - 径向力 12rr FFmmN 918 12 rr FF 轴向力 12ta FFmmN 252 12 ta FF 链轮受力：工作拉力 45 . 0 41 . 0 10001000 v P FQmmN 911 Q F 画受力图 见图 44b 计算支承反力计算支承反力 水平面受力 160 14091112625280918 / 1 R FN 140 / 1R F 160 30091112625280918 / 2 R F1969 / 2 R F 垂直面受力 160 80 4 . 2522 / 2 / 1 RR FFN 2 . 1261 / 2 / 1 RR FF 水平面（xy）受力图 见图 44c 垂直面（xz）受力图 见图 44e 画轴弯矩图画轴弯矩图 水平面弯矩图 见图 44d 垂直面弯矩图 见图 44f 合成弯矩图 见图 44g 合成弯矩 22 xzxy MMM 画轴转矩图画轴转矩图 轴受转矩 2 TT mmN 317824 2 T 转矩图 见图 44h 许用应力许用应力 许用应力值 由表 16.3 查得：MPa 55MPa, 95 1b-0 b 应力校正系数 95 55 0 1 b b 58 . 0 画当量弯矩图画当量弯矩图 当量转矩 hT44,31782459. 0见图mmN 184338T 当量弯矩图 见图 44i 校核轴径校核轴径 齿根圆直径 0.26.30.4-6.32-252 2 22 cxmhdd af mm 16.259 2 f d 轴径 3 3 1 / 551 . 0 245568 1 . 0 b M d mm 60mm 5 . 35d 河南科技大学毕业设计（论文） - 37 - 第五章 轴承校核 - 38 - 第五章 轴承校核 5.1 蜗杆轴承效核 查机械手册7009C 轴承主要性能参数如下： ；03 . 0 25800/779/FkN, 8 . 25CkN, 5 . 20 0ar0 rr CC 用插入法查得：，401 . 0 eeFF ra 18 . 6 126/779/ 查机械设计,4 . 1,44 . 0 YX 当量动载荷 P 1146.04 7794 . 112644 . 0 ar YFXFP 计算额定动载荷 C： 轴承满足条件，所选轴承合格。 r 3 3 / CkN 8 . 14 72000 16670 500 1146.04 16670 h L n PC 5.2 蜗轮轴效核 查机械设计手册7012C 轴承主要性能参数如下： ，；kN 2 . 38, 8 . 32 0 rr CkNC06 . 0 32800/1969/ 0 ra CF 用插入法查得：，432 . 0 eeFF ra 06.14140/1969/ 查机械设计手册3 . 1,44 . 0 YX 当量动载荷 P 2621.3 19691.31400.44 ar YFXFP 计算额定动载荷 C 河南科技大学毕业设计（论文） - 39 - ： r 3 3 CkN 9 . 9 72000 16670 12.5 2621.3 72000 16670 n PC 轴承满足条件，所选轴承合格。 第六章 刀库控制系统 - 40 - 第六章 刀库控制系统 6.1 刀具的选择方式 数控机床采用的是标准化、系列化刀具，并主要针对刀柄和刀头两部分规定标准、 系列。为使刀具在机床上迅速地定位夹紧。 6.1.1 顺序选择 将刀具按加工工序的顺序，依次放入刀库的每一个刀座内。每次换刀时，刀库顺 序转动一个刀座的位置，并取出所需要的刀具，已经使用过的刀具可以放回到原来的 刀座内，也可以按顺序放入下一个刀座内。采用这种方式，不需要刀具识别装置，而 且驱动控制也比较简单，工作可靠，可以直接由刀库的分度机械来实现。但由于刀库 中刀具在不同工序中不能重复使用，必须增加刀具的数量和刀库的容量，降低了刀具 和刀库的利用率。人工装刀操作必须十分谨慎。 6.1.2 任意选择 根据程序指令的要求选择可需要的刀具，这时必须有刀具识别装置。刀具在刀库 中不必按照工件的加工顺序排列，可任意存放，每把刀具（或刀座）都编上代码，自 动换刀时，刀库旋转，每把刀具（或刀座）都经过“刀具识别装置”接受识别。当某 把刀具的代码与数控指令的代码相符合时，该刀具就被选中，并将刀具送到换刀位置， 等待机械手来抓取。 任意选择刀具法的优点是刀库中刀具的排列顺序与工件加工顺序无关，相同的刀 具可以重复使用。因此，刀具数量比较少，刀库也相应的比较小。 任意选刀法必须对刀具编码，以便识别。编码方式主要有以下三种。 刀具编码方式。采用特殊的刀柄结构进行编码，刀柄后端的拉杆上套装着等间 隔的编码环，由锁紧螺母固定。编码环直径有大小直径两种，分别表示二进制的“1” 和“0” ，通过这两个圆环的不用排列，可以得到一系列代码。例如由六个大小直径的 圆环便可组成能区别 63 种刀具的编码。通常全部为 0 的代码不许使用，以避免与刀座 中没有刀具的状况混淆。 刀座编码方式。对刀座编码，刀具编号，并将刀具放到与其号码相符的刀座中。 换刀时刀库旋转，使每个刀座位依次经过识刀器，找到刀座，刀库便停止旋转。这时 刀柄上没有编码环，使刀柄简化。 编码附件方式。这种方式有编码钥匙、编码卡片、编码杆和编码盘等，其中应 用最多的是编码钥匙。先给刀具都附上一把表示该刀具号的编码钥匙，当把各刀具存 放到刀库的刀座中时，将编码钥匙插进刀座旁边的钥匙孔中，这样就把钥匙的号码转 河南科技大学毕业设计（论文） - 41 - 记到刀座中，给刀座编上了号码。 6.2 刀具识别装置 接触式刀具识别装置 接触式刀具识别装置应用较少，特别适应于空间位置较小的刀具编码，其识别原 理如图 6-1 所示。在刀柄 1 上装有两种直径不同的编码环，规定大直径的环表示二进 制的“1”，小直径的环为“0”，图中有 5 个编码环 4，在刀库附近固定一刀具识别装置 2，从中伸出几个触针 3，触针数量与刀柄上的编码环个数相等。每个触针与一个继电 器相联，当编码环是大直径时与触针接触，继电器通电，其数码为“1”。当编码环是小 直径时与触针不接触，继电器不通电，其数码为“0”。当各继电器读出的数码与所需刀 具的编码一致时，由控制装置发出信号，使刀库停转，等待换刀。 非接触式刀具识别装置 磁性识别法 利用磁性材料和非磁性材料的磁感应强弱的不同，通过感应线圈读取代码。其编 码环的直径相等，分别由导磁材料和非导磁材料制成，构成“1” 、 “0”码。在检测线 圈的一次线圈中输入交流电压时，能在二次线圈中感应出高低两种电压，就能识别刀 具的号码。 光电识别法 利用光导纤维良好的光传感特性，采用多束光导纤维构成阅读法。 图 61 刀柄编码示意图 1刀柄；2刀具识别装置；3触针；4编码环 第六章 刀库控制系统 - 42 - 6.3 刀库控制系统设计 刀库为了实现最短距离选刀，就要求刀库电机能正反转。这就需要控制电机的正 反转动。 根据输入输出选择 PLC 型号为 FXOS14MR，输入端 8 个接口，输出 6 个接口。 电动机的正反转 控制要求：按下启动按钮 SB1，接触器 KM1 闭合，电动机正向投入运行，按下 停止按钮 SB3，电机运行：按