伺服转塔刀架设计【机械毕业设计说明书论文CAD图纸】.zip
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转塔刀架设计
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!【包含文件如下】【机械类设计类】CAD图纸+word设计说明书.doc【需要咨询购买全套设计请企鹅97666224】.bat主轴.dwg伺服转塔刀架设计说明书.docx刀盘.dwg分水盘.dwg定位套.dwg油缸座.dwg油缸筒.dwg活塞.dwg箱体.dwg装配图.dwg轴承盖.dwg齿轮.dwg齿轮.dwg齿轮轴.dwg齿轮轴.dwg齿轮轴.dwg摘要对于加工人员来说，耗时最多，费力最多的就是将工件进行装夹定位，所以他们更愿意能在一次装夹定位中完成所有的加工步骤，但是因加工要求的不同，一个产品的加工难以采用一把刀完成，所以，相关人员就针对机床的刀架系统进行研究，最终设计了可以更换刀具的刀架系统，能有效的降低因换刀过程中造成的生产效率低，加工精度下降等问题。具有回转功能的转塔刀架，配合卧式结构的数控机床，可以在工件装夹以后，可以实现多刀多工序加工。这种加工方式可以适应不同规格的工件，在市场应用性方面也比较广，得到了广大机械加工人员的欢迎。本次毕业设计的目的是设计一款具有8位盘型的伺服转塔刀架，它采用伺服电机为刀盘提供转位动力，大大提高换刀速度，所以在可靠性方面比较高。本次设计工作如下：首先，完成转塔刀架的结构，选定电机型号，确定转塔刀架的传动形式；其次，确定刀盘的样式；再次，对端齿盘子系统、锁紧装置进行设计，确定刀盘转换功能的设计；最后，完成相关辅助设计，包括冷却系统，刀盘内部结构等部分的设计。关键词转塔刀架；刀盘；伺服电机；锁紧装置；端齿盘目录摘要1Abstract2第一章绪论41.1本课题研究的背景及其意义41.2国内发展现状41.3本次设计研究内容6第二章伺服转塔刀架的方案设计72.1伺服转塔刀架功能部件的介绍及工作原理72.1.1伺服转塔刀架各部分功能介绍72.1.2伺服转塔刀架工作原理72.2传动系统方案设计82.3分度装置的方案设计92.4端齿盘锁紧方案设计92.5冷却系统方案设计102.6伺服转塔刀架设计要求10第三章伺服转塔刀架转位机构的设计与计算113.1伺服电机的选型计算113.2齿轮传动部分各轴的转速、功率、扭矩的计算。133.3齿轮部分设计与计算。143.3.1第一级齿轮的传动计算143.3.2第二级齿轮的传动计算183.3.3第三级齿轮的传动计算21第四章 端齿盘结构选型与设计254.1端齿盘主要参数的设计计算254.2锁紧力的校核284.3液压缸的行程29第五章 冷却系统的设计305.1箱体管道的设计305.2出水盘设计315.3分水盘设计325.4刀盘冷却孔的设计33总结34参考文献35致谢36摘要对于加工人员来说，耗时最多，费力最多的就是将工件进行装夹定位，所以他们更愿意能在一次装夹定位中完成所有的加工步骤，但是因加工要求的不同，一个产品的加工难以采用一把刀完成，所以，相关人员就针对机床的刀架系统进行研究，最终设计了可以更换刀具的刀架系统，能有效的降低因换刀过程中造成的生产效率低，加工精度下降等问题。具有回转功能的转塔刀架，配合卧式结构的数控机床，可以在工件装夹以后，可以实现多刀多工序加工。这种加工方式可以适应不同规格的工件，在市场应用性方面也比较广，得到了广大机械加工人员的欢迎。本次毕业设计的目的是设计一款具有8位盘型的伺服转塔刀架，它采用伺服电机为刀盘提供转位动力，大大提高换刀速度，所以在可靠性方面比较高。本次设计工作如下：首先，完成转塔刀架的结构，选定电机型号，确定转塔刀架的传动形式；其次，确定刀盘的样式；再次，对端齿盘子系统、锁紧装置进行设计，确定刀盘转换功能的设计；最后，完成相关辅助设计，包括冷却系统，刀盘内部结构等部分的设计。关键词转塔刀架；刀盘；伺服电机；锁紧装置；端齿盘AbstractFor processing staff, the most time-consuming, laborious most is the workpiece clamping position, so they are more willing to complete all processing steps in a clamping position, but because of the different requirements of the processing, processing of a product is difficult to use a knife, so that relevant personnel for carriage system the machine tool is studied, the final design of the turret system can replace the tool, can effectively reduce the tool change process due to low production efficiency, machining precision down.Turret turret with rotary function, with the horizontal structure of CNC machine tools, you can work in the workpiece after clamping, you can achieve multi - knife, multi - process processing. This method of processing can adapt to different specifications of the workpiece, in the market application is also relatively wide, has been welcomed by the vast number of machining personnel.The purpose of this graduation project is to design a servo turret turret with 8 disk type. It uses servo motors to provide power for the cutter to transfer gears, and greatly improves the speed of tool changing, so it is relatively high in reliability. This design work is as follows: firstly, to complete the structure of turret, the selected motor model, determine the transmission form of the turret; secondly, to determine the cutter style; again, the end tooth plate system, locking device design, determine the cutter conversion function design; the most complete, aided design the cooling system, including design, cutter and other parts of the internal structure.Key wordsTurret; cutter head; servo motor; locking device; end gear disc目录摘要1ABSTRACT2第一章绪论41.1本课题研究的背景及其意义41.2国内发展现状41.3本次设计研究内容6第二章伺服转塔刀架的方案设计72.1伺服转塔刀架功能部件的介绍及工作原理72.1.1伺服转塔刀架各部分功能介绍72.1.2伺服转塔刀架工作原理72.2传动系统方案设计82.3分度装置的方案设计92.4端齿盘锁紧方案设计92.5冷却系统方案设计102.6伺服转塔刀架设计要求10第三章伺服转塔刀架转位机构的设计与计算113.1伺服电机的选型计算113.2齿轮传动部分各轴的转速、功率、扭矩的计算。133.3齿轮部分设计与计算。143.3.1第一级齿轮的传动计算143.3.2第二级齿轮的传动计算183.3.3第三级齿轮的传动计算21第四章 端齿盘结构选型与设计254.1端齿盘主要参数的设计计算254.2锁紧力的校核284.3液压缸的行程29第五章 冷却系统的设计305.1箱体管道的设计305.2出水盘设计315.3分水盘设计325.4刀盘冷却孔的设计33总结34参考文献35致谢364第一章绪论1.1 本课题研究的背景及其意义工业的发展，从本质上讲就是制造技术的发展，机床作为现代制造业的重要加工设备，更是日新月异的发展，随着计算机技术的发展，现代机床的发展方向也趋于自动化、高速化、高精度。刀架是机床的重要组成部分，随着上个世纪五十年代初，麻省理工学院在一台铣床上研发了一款可以控制三轴运动的数控系统，到了五十年代末，美国的卡奈特雷克公司就在数控机床的基础上研发出具有自动换刀装置的刀架。随着数控机床技术的发展，具有自动换刀装置的刀架也相应得到了发展。与数控机床一样，刀架系统也使用数控系统，所以采用高性能的刀架系统对于数控机床的加工精度与加工稳定性有着重要的意义。目前，国内已经有许多公司可以生产数控机床上专用的转塔刀架，但是其生产技术与生产工艺大部分都来自于欧美等先进工业国家，所以所生产的产品在性能方面与原装进口产品有一定的差距，这些差距主要体现在设计理念与加工工艺方面，从技术水平来看，存在一到两代的差距，由于进口转塔刀架在价格上远高于国内产品，所以市场上迫切希望国内能生产出性能比较优秀的转塔刀架，能代替一部分进口产品，有效降低企业的生产成本。1.2 国内发展现状目前，我国数控刀架起点较低，存在一定的缺点，其产品种类单一，在生产上也存在一定的不可靠性，其相关配套厂家也比较少，所以与世界上先进的制造业国家相比较，存在一定的差距。近年来，我国数控机床等相关产品也将出现井喷式的发展，其发展方向必然为趋向中高档方向，特别是高档机床，将采用具有动力源型的刀架，所以在此基础上对数控刀架技术的研究就有了重要的意义。在分类上，数控转塔刀架主要分为两种形式，分别是非动力刀架和动力刀架，其中非动力刀架主要有电动刀架、液压刀、以及伺服刀架等几种形式，而动力刀架主要分为双动力刀架、单动力刀架以及复合型刀架几种形式。非动力刀架的划分一般根据其驱动形式来进行的，其中电动刀架的驱动力来源自普通电机，液压刀架的驱动力来源自液压马达，伺服刀架的驱动力来源自伺服刀架，直驱刀架的的驱动力来源自直驱电机。其中伺服刀架广泛应用在高档数控机床之上，它采用液压系统锁紧，响应时间迅速且锁紧可靠，受到用户的广泛好评。伺服刀架的机械部分主要由伺服电机、传动系统、液压锁紧系统等部分构成，由电气控制系统操作，可迅速完成刀盘的转位、定位以及锁紧等操作步骤。其外形图如图1-1所示。图1-1 伺服转塔刀架随着我国对高档数控机床的需求量越来越多，对伺服转塔刀架的需求量也越来越大，由于我国目前在相关转塔刀架的研发水平与先进制造国家有差距，导致市场上的伺服转塔刀架大多是进口产品，且价格都比较高，这也价格最终会转化的产品的成本上，所以迫切需要我国的研发设计人员能设计出达到，或者接近进口转塔刀架的产品，进而增强产品的市场竞争力，本次设计就是在这一需求的基础上提出的。1.3 本次设计研究内容本次设计的目的是完成任务书要求的伺服转塔刀架的结构设计，由于伺服转塔刀架分为机械系统和数控系统两部分，本次设计的内容是完成机械系统的设计以及部分零部件的选型工作，其步骤如下：1. 完成伺服转塔刀架的方案设计，分析伺服转塔刀架的各部分功能，对相关部分进行初步方案设计；2. 完成伺服转塔刀架主体结构的设计，完成伺服电机的选型，初步完成齿轮、轴及键的强度校核。3. 完成锁紧装置的设计，包括锁紧力的校核，液压缸的选型与设计。4. 对伺服转塔刀架的辅助系统进行设计，主要是刀盘的冷却系统。第二章伺服转塔刀架的方案设计高档数控机床普遍使用伺服转塔刀架，它采用伺服电机和液压驱动的方式对刀盘进行旋转和锁紧。从换刀动作进行分析，换刀过程可以分为刀盘的抬起、分度转位、锁紧三个步骤，其中刀盘分度转位由伺服电机提供动力，而刀盘的抬起和刀盘的锁紧功能由液压缸提供动力。以上工作步骤为伺服转塔刀架的工作过程，下面将根据以上工作内容，对伺服转塔的各个部件进行选型和设计，对整机方案进行设计。2.1 伺服转塔刀架功能部件的介绍及工作原理2.1.1伺服转塔刀架各部分功能介绍1. 刀盘用于安装刀具，因设计要求采用8工位，所以刀盘结构设计采用8工位设计，为了在切削加工时对切削刀进行冷却，刀盘内部设计有润滑通道；2. 动力转动部分这部分的功能是完成刀盘的分度转位，由伺服电机提供动力，经多级齿轮传动后实现刀具的转动，由于采用多级齿轮减速，可以实现刀盘的精度定位；3. 液压控制系统这部分的作用是完成刀盘的抬起和刀盘的锁紧功能，通过液压系统，控制端齿盘结构的锁紧与分离。4. 其它辅助部件这两面包括箱体结构，分水盘等部件，主要为伺服转塔刀架的正常工作而存在的。2.1.2伺服转塔刀架工作原理伺服转塔刀架的换刀工作过程简单来说可以分为三个步骤，分别是端齿盘分离，刀盘接受指令转到预定位置，以及端齿盘重新在液压系统的作用下锁紧。但是实际操作过程中，因涉及多个部件的工作，需要一个精确的数控系统才能实现，其工作原理可以见图2-1。如图2-1所示，其换刀工作通过数控系统和机械系统的操作共同完成的。2.2 传动系统方案设计工业上常用的传动形式有两种，分别是圆柱齿轮传动和涡轮蜗杆传动两种形式，圆柱齿轮传动和涡轮蜗杆传动在传递动力上都有精度高、传动稳定等特点。但是它们之间又有一定的区别。圆柱齿轮传动是最常用的传递形式，齿轮传动减速比配比比较自由，可以通过多级减速实现所需要的传递转速，制造成本也比较高。涡轮蜗杆传动的特点是采用空间交错的方式进行传递运动，其空间交错的夹角可以任意调节。与圆柱齿轮相比较，具有单级速比比较大，特别是涡轮材料需要使用减磨青铜材料，具有加工难度大，造价比较高的缺点。特别是传动效率比较低。根据两种传动方式的比较，本次设计所选择的传动方式为圆柱齿轮传动。2.3 分度装置的方案设计在转塔刀架换刀过程中，换刀位置的精确与否主要由分度装置来掌握，对于转塔刀架装置，端齿盘，也叫做鼠牙盘，是最为常用的分度装置，由于其特殊的结构形式，端齿盘具有分度精确度高、重复定位精度高以及能够自动定心等优点。特别是其在使用寿命方面是其它分度装置所不能媲美的，所以本身设计的分度装置选择的也是端齿盘结构。2.4 端齿盘锁紧方案设计当换刀工作到位后，需要对端齿盘进行锁紧，使端齿盘重新啮合，才能进行下一步的加工工作，在转塔刀架装置中，常用的锁紧装置有两种，分别采用的是液压锁紧和电磁铁锁紧。液压锁紧装置采用的方法是液压缸驱动的方式进行锁紧，将要锁紧的端齿盘与液压锁紧装置中的活塞部件通过螺栓进行连接，在液压油的作用下，活塞可以在一个行程内进行前进或者后退，当活塞后退时，两个端齿盘进行分离，当活塞前进时，两个端齿盘重新啮合。电磁铁锁紧装置采用电磁铁通电或者断电的方式进行锁紧，锁紧时电磁铁的磁力线圈通电产生磁场，这样楔形铁块在磁力的作用下做轴向运动，楔形磁铁进而推动端齿盘进行前进，从而实现端齿盘的锁紧工作；换刀时电磁铁的磁力圈失电，这样楔形铁块在弹簧的作用下后退，带动端齿盘后退。通过两种方式的对比，液压锁紧装置具有相应时间迅速，运行平稳，且设计比较自由，制造也比较容易，所以本次设计锁紧装置选用液压锁紧。2.5 冷却系统方案设计由于刀具在切削加工过程中产生大量的热，所以需要冷却液对其进行降温处理，在本次设计中，冷却液通过转塔刀架壳体两端的输入口进入出水盘，出水盘固定在箱体上，出水盘上有四个孔，分别与刀架课题的四个输入孔对应，当使用一端的输入口时，另一端的输入口采用水堵堵住，分水盘与刀盘一起转动，分水盘上一共有16个孔，当刀盘转动到工作位置时，分水盘上的孔与输入口的孔对应，这样冷却液通过分水盘进入刀盘，然后从刀盘的流道流出，进而对刀具尽心降温处理。2.6 伺服转塔刀架设计要求通过以上方案的设计，可以初步完成伺服转塔刀架的整体结构方案设计，下面对伺服转塔刀架的各部分进行设计计算。其设计要求见表2-1：表2-1 伺服转塔刀架性能参数中心高100转45时间（s）0.2转45并锁紧时间（s）0.35转180并锁紧时间（s）0.76最大携带转动惯量（Kg.m2）3最大不平衡力矩（N.m）30重复定位精度1.6”分度精度4”工作压力（MPa）3.50.2最大切向力矩（N.m）3200最大轴向力矩（N.m）4000第三章伺服转塔刀架转位机构的设计与计算在完成伺服转塔刀架总体方案设计后，下一步需要进行的工作是需要对伺服转塔刀架各部分进行设计计算，根据已知设计条件，对各部分进行选型与设计计算。3.1伺服电机的选型计算在伺服电机的选择上，需要同时满足转塔刀具在工作时的负载扭矩和启动过载中克服自身阻力产生的扭矩。根据设计任务书说明，负载扭矩为3N.m，所以根据设计参数，对伺服转塔刀架的电机进行选型。1.伺服转塔刀架相关技术参数工位数：8减速齿轮比：36负载扭矩：3N.m2.伺服电机扭矩计算伺服转塔刀架在运转过程中需要克服的扭矩有以下几个1）.刀盘在启动过程中的加速扭矩TZ；2）.刀盘在完成刀具安装后所产生的不平衡，这个不平衡所引起的扭矩TP，转塔刀架在实际应用中一般采用满载状态，所以产生的偏载扭矩很小，此处取0；3）.伺服转塔刀架在工作过程中产生的摩擦扭矩TM，由于伺服转塔刀架内部结构比较复杂，所以在对摩擦扭矩的计算一般选用经验法，在本次设计中取TM=30N.m；首先是计算刀盘在启动过程的加速扭矩TJ式中nm在换刀过程中电动机转速(r/min)； tj加速时间，通常取0.05s； Jm电动机转子惯量(kg.m2)； TL负载扭矩，3N.m；负载惯量折算到电动机轴上的惯量的JL估算式中 Jh各个旋转部件的转动惯量(kg.m2)； 各个旋转部件的角速度(rad/s)；电机的角速度(rad/s)；其中各个旋转部件的转动惯量包括齿轮、轴、刀盘等各个部分的旋转部件的旋转惯量，在设计中，对于齿轮、轴等部件。由于其在转动过程中所产生的转动惯量很小，远小于刀盘和刀盘上负载的转动惯量，所以在本次计算中，对于这一步的转动惯量不予考虑，在本次设计中，刀盘的转动惯量的计算方法采用三维建模的方式得到，在完成刀盘的三维建模后，以自身旋转轴为中心，计算刀盘的转动惯量。JL仅代表刀盘的转动惯量，经建模后验算，刀盘转动惯量为3.6kg.m2。而刀盘上最大负载的转动惯量作用在电机的负载扭矩为3N.m。将刀盘的转动惯量数值带入公式，可得N.m所以可以求得转塔刀架在启动过程中的加速扭矩TZTZ= Tj +TP +TM=303+0+30=333N.m根据计算，伺服电机在输出端所输出的最大扭矩为333N.m，因此扭矩是电机经多级齿轮减速后得到的，所以伺服电机所输出的最大扭矩应该为333/36=9.25N.m。查询电机样本，最终选择的伺服电机的型号为ECMA-E1310S(DELTA)，输出功1Kw，额定扭矩4.77，最大输出扭矩14.3N.m，额定转速2000r/min，最高转速3000r/min。3.2齿轮传动部分各轴的转速、功率、扭矩的计算。在完成伺服电机的选型以后，需要齿轮传动系统进行设计，本次齿轮传动的减速比为36，采用三级减速，在减速比的分配上，减速器的第一级、第二级、第三级速比分别是i1=2.5，i2=3.2,，i3=4.5。1. 齿轮传动各轴的理论转速电机轴：nd=2000 r/min轴：n1=2000 r/min轴：轴：输出轴：2. 齿轮传动各根轴的理论输入功率电机轴：轴：轴：轴：输出轴：2.各根轴的理论输入扭矩电机轴：轴：轴：轴：输出轴：在完成以上数值的计算后，然后再进进行汇总，可得到表3-1表3.1 各轴运动和动力参数汇总表(理论值)轴号理论转速（）输入功率（）理论转矩（）理论传动比电机轴200014775/轴120000.9947272.5轴28000.95113413.2轴32500.91347624.5输出轴55.60.871494333.3齿轮部分设计与计算。在完成传动系统速比的分配后，可以对齿轮传动系统中的齿轮进行设计，由于转塔刀架在工作时传递的扭矩不大，本次设计齿轮选择圆柱直齿轮，这样齿轮在传递过程中不承受轴向力，且轴承可以选用深沟球轴承。下面将对三级齿轮传动系统一一进行计算。3.3.1第一级齿轮的传动计算两个齿轮的具体材料属性如下：小齿轮：20CrMnTi热处理方式：渗碳淬火，齿面硬度58-62HRC，齿轮芯部35-40HRC接触疲劳强度极限：弯曲疲劳强度极限：大齿轮：20CrMnTi热处理方式：渗碳淬火，齿面硬度58-62HRC，齿轮芯部35-40HRC接触疲劳强度极限：弯曲疲劳强度极限：初步选取小齿轮的模数1.5，齿数 Z1=24，则大齿轮的齿数：Z2=iZ1=2.524=601.按齿面接触强度进行校核确定公式内的各计算值1） Kt：载荷系数；取1.3。2） 计算许用接触应力应力循环次数小齿轮：大齿轮：接触疲劳寿命系数查机械设计图10-19得，KHN1=0.88；KHN2=0.9。计算许用接触应力设失效概率1%，安全系数S=1;小齿轮：大齿轮：其中取数值较小的，所以3） T1:小齿轮转矩；T1=4721N.mm。4） ：齿宽系数；查表10-7，由于传递的扭矩不大，取。5） ZE：材料弹性影响系数；查表10-6得，Mpa1/26） u：传动比；u=2.5。将以上各值带入计算7）试算小齿轮分度圆直径根据前文所选取的模数与齿数，小齿轮的分度圆d1t=36mm，所以选取的模数与齿数合适。8）计算圆周速度9）计算齿宽b10）计算载荷系数，公式： KA：使用系数；查表10-2,得 KV：动载系数；查图10-8，得KV=1. ：齿间载荷分布系数；查表10-3，得。 ：齿向载荷分布系数；查表10-4，得。将载荷系数带入下式：根据齿面接触强度设计，所选择的模数与齿数符合设计要求。2. 按齿根弯曲强度进行校核1）计算载荷系数弯曲疲劳安全系数S=1.4。弯曲疲劳寿命系数：查图10-18，得，。2）计算两个齿轮的并加进行对比对比：故取0.01572。将以上各值带入进行计算所选取的齿轮模数为1.5mm，所以所选取的齿轮模数满足齿根弯曲强度设计要求。3.几何尺寸计算1）计算中心距2）计算大小齿轮的分度圆直径3)计算齿轮宽度圆整后b=15mm。3.3.2第二级齿轮的传动计算两个齿轮的具体材料属性如下：小齿轮：20CrMnTi热处理方式：渗碳淬火，齿面硬度58-62HRC，齿轮芯部35-40HRC接触疲劳强度极限：弯曲疲劳强度极限：大齿轮：20CrMnTi热处理方式：渗碳淬火，齿面硬度58-62HRC，齿轮芯部35-40HRC接触疲劳强度极限：弯曲疲劳强度极限：初步选取小齿轮的模数1.5，齿数 Z1=20，则大齿轮的齿数：Z2=iZ1=3.220=641.按齿面接触强度进行校核确定公式内的各计算值1） Kt：载荷系数；取1.3。2）计算许用接触应力应力循环次数小齿轮：大齿轮：接触疲劳寿命系数查机械设计图10-19得，KHN1=0.9；KHN2=0.92。计算许用接触应力设失效概率1%，安全系数S=1;小齿轮：大齿轮：其中取数值较小的，所以3） T1:小齿轮转矩；T1=11341N.mm。4） ：齿宽系数；查表10-7，由于传递的扭矩不大，取。5） ZE：材料弹性影响系数；查表10-6得，Mpa1/26）u：传动比；u=3.2。将以上各值带入计算7）试算小齿轮分度圆直径根据前文所选取的模数与齿数，小齿轮的分度圆d1t=30mm，所以选取的模数与齿数合适。8）计算圆周速度9）计算齿宽b10）计算载荷系数，公式： KA：使用系数；查表10-2,得 KV：动载系数；查图10-8，得KV=1.06 ：齿间载荷分布系数；查表10-3，得。 ：齿向载荷分布系数；查表10-4，得。将载荷系数带入下式：根据齿面接触强度设计，所选择的模数与齿数符合设计要求。2. 按齿根弯曲强度进行校核1）计算载荷系数弯曲疲劳安全系数S=1.4。弯曲疲劳寿命系数：查机械设计图10-18，得，。7）计算两个齿轮的并加进行对比对比：故取0.01536。将以上各值带入进行计算所选取的齿轮模数为1.5mm，所以所选取的齿轮模数满足齿根弯曲强度设计要求。3.几何尺寸计算1）计算中心距2）计算大小齿轮的分度圆直径4)计算齿轮宽度3.3.3第三级齿轮的传动计算两个齿轮的具体材料属性如下：小齿轮：20CrMnTi热处理方式：渗碳淬火，齿面硬度58-62HRC，齿轮芯部35-40HRC接触疲劳强度极限：弯曲疲劳强度极限：大齿轮：20CrMnTi热处理方式：渗碳淬火，齿面硬度58-62HRC，齿轮芯部35-40HRC接触疲劳强度极限：弯曲疲劳强度极限：初步选取小齿轮的模数1.75，齿数 Z1=18，则大齿轮的齿数：Z2=iZ1=4.518=811.按齿面接触强度进行校核确定公式内的各计算值1）Kt：载荷系数；取1.3。2）计算许用接触应力应力循环次数小齿轮：大齿轮：接触疲劳寿命系数查图10-19得，KHN1=0.92；KHN2=0.96。计算许用接触应力设失效概率1%，安全系数S=1;小齿轮：大齿轮：其中取数值较小的，所以3）T1:小齿轮转矩；T1=34762N.mm。4）：齿宽系数；查表10-7，由于传递的扭矩不大，取。5）ZE：材料弹性影响系数；查表10-6得，Mpa1/26）u：传动比；u=4.5。将以上各值带入计算7）试算小齿轮分度圆直径根据前文所选取的模数与齿数，小齿轮的分度圆d1t=31.5mm，所以选取的模数与齿数合适。8）计算圆周速度9）计算齿宽b10）计算载荷系数，公式： KA：使用系数；查表10-2,得 KV：动载系数；查图10-8，得KV=1.04 ：齿间载荷分布系数；查表10-3，得。 ：齿向载荷分布系数；查表10-4，得。将载荷系数带入下式：根据齿面接触强度设计，所选择的模数与齿数符合设计要求。2. 按齿根弯曲强度进行校核1）计算载荷系数弯曲疲劳安全系数S=1.4。弯曲疲劳寿命系数：查图10-18，得，。7）计算两个齿轮的并加进行对比对比：故取0.01523。将以上各值带入进行计算所选取的齿轮模数为1.75mm，所以所选取的齿轮模数满足齿根弯曲强度设计要求。3.几何尺寸计算1）计算中心距2）计算大小齿轮的分度圆直径4)计算齿轮宽度圆整后取b=15mm将以上各部分进行计算后，其相关几何尺寸见表3.2表3.2 齿轮参数表第一级第二级第三极mn5a636386.6精度777齿轮123456246020641881(mm)3690309631.5141.75(mm)151515151515第四章 端齿盘结构选型与设计端齿盘又叫做鼠牙盘，是常用在加工中心、数控机床等需要精密分度的设备上的精密分度定位元件。在使用上，它具有以下优点：1. 分度精度高；2. 分度范围大；3. 精度重复性和持久性好；4. 刚度好；5. 结构紧凑，使用方便；6. 便于维护虽然端齿盘具有以上优点，但是在使用时，还具有以下缺点。1. 需要设计升降结构，由于端齿盘在工作时需要脱开或者啮合，需要有一定的机构完成此部分工作；2. 需要有锁紧机构，防止因外力而产生脱开，在设计时一般将此部分的设计与升降结构同时完成；3. 需要有严格的密封环境，防止因杂物进入影响精度；4. 不能任意连续分度。4.1端齿盘主要参数的设计计算1. 齿数的确定端齿盘的齿数按下式进行计算：式中，所以齿数Z=1202. 齿盘外径d端齿盘的外景主要由安装空间决定，在安装空间许可的范围，外径越大，结构的稳定性就会越好。3端齿盘齿形角端齿盘的齿形角与最大切向力矩M和轴向的锁紧力N有关，把作用在端齿盘齿的切向外力Q和锁紧力进行分解，如图4-1所示。图4-1 受力分析图由图4-1可知，所以上面的不等式可以变为， 最后得从上式可以看出，齿形角与锁紧力成正比关系。所以在齿形角的设计时，要综合考虑切向力矩和锁紧力的平衡，通常齿形角有，之分，本次选取。4端齿盘齿根角齿根角如图4-2所示，端齿盘在啮合时齿宽方向的啮合质量与齿根角有关。图4-2 端齿盘剖视图图4-3 单齿俯视图与轴向展开图在图4-3中，可以根据三角关系，得出以下两式最终可得，将式带入下图三角关系中。图4-4 齿面啮合剖视图可得当时，上式可以变为5. 最大周节和最大齿厚端齿盘齿厚的会向内沿着中心线方向缩小，将齿形沿圆周方向展开，最大周节t和最大齿厚B为：图4-5 沿周长方向展开齿形6. 齿顶高和啮合高度齿顶高是指啮合平面与齿顶的最大距离，如图4-5所示，齿顶高为h，h一般为三角形高度的1/2.5，所以当时，。上下端齿的啮合高度为2h，所以脱离高度应大于2h。7. 齿宽由于端齿盘啮合时所有的齿同时啮合，所以可按经验公式取8. 齿底槽宽和齿顶宽齿槽宽是齿底上加工的一定宽度和深度的槽，图4-5所示b就为齿槽宽 齿顶宽在确定齿顶高的时候自然形成，所以在这里不需要另行计算。4.2锁紧力的校核根据设计书要求，轴向锁紧力矩为M=4000N.m，最大的切向力矩为3200 N.m，所设计的齿盘的齿面最大外径为170mm，齿面的内径为110mm。可以计算出齿盘的周向力：轴向力：预紧力可以根据下式求得：式中K为安全悉数，在这里取1.84.3液压缸的行程液压缸行程的就散与齿的啮合高度有关，为了保证端齿盘能脱开，脱离高度应大于啮合高度，啮合高度：这里定液压缸的行程为5mm。第五章 冷却系统的设计机床在进行切削加工的时候，需要有冷却液。冷却液主要是为了降低加工区域的温度、清理加工时产生的碎屑以及防止产生腐蚀等功能，冷却液一般根据加工工件的不同而使用的种类也不相同。由于转塔刀架在使用过程中需要经常的旋转，所以使用常规的冷却方法很难实现，在本次设计中，冷却液通过转塔刀架壳体两端的输入口进入出水盘，出水盘固定在箱体上，出水盘上有四个孔，分别与刀架课题的四个输入孔对应，当使用一端的输入口时，另一端的输入口采用水堵堵住，分水盘与刀盘一起转动，分水盘上一共有16个孔，当刀盘转动到工作位置时，分水盘上的孔与输入口的孔对应，这样冷却液通过分水盘进入刀盘，然后从刀盘的流道流出。下面伺服转塔刀架的冷却系统进行设计。图5-1冷却系统设计5.1箱体管道的设计在伺服转塔刀架工作过程中，因冷却管道的需要，输入端最好保持在静止状态，在伺服转塔刀架系统中，有足够的空间，又保持静止状态的直邮箱体了，所以本次设计中冷却管道的设计在箱体上，在结构上靠近刀盘端。图5-2 箱体管道设计如图5-2所示，冷却液的进入口在箱体的两端，在使用时根据工件的位置不同，采用一个堵住，另一个通冷却液；图5-2所示的上下四个孔以及中间的两个孔为工艺孔，作用是将进入刀盘的孔串联起来，以便冷却液进入，这六个工艺孔在装配时需要用丝堵堵住。5.2出水盘设计出水盘如图5-3所示，出水盘采用四个沉头螺钉固定在箱体上，冷却液可以在左右四个通孔进入分水盘。从图5-1可知，出水盘固定在箱体上，冷却液通过水嘴进入分水盘，水嘴采用PTFE材料，在弹簧的作用下，具有一定密封性能，使冷却液到达分水盘不泄露。出书盘冷却液有四个通道，图5-1所示为流通通道，采用的是水嘴，另一端是不流通通道，采用的是水堵，可根据现场加工条件调整冷却液流通的方向。图5-3 出水盘设计5.3分水盘设计分水盘与旋转的端齿盘通过销固定在一起，所以在转塔刀架转动时与刀盘一起转动，分水盘一共有16个冷却液通道，当刀盘旋转到加工工位时，分水盘中的16个冷却液通道中的两个正好转到出水盘所对应的通道商行，这样冷却液就可以通过分水盘进入到刀盘之内。图5-1所示，分水盘与刀盘接触面通过O型密封圈进行防水处理，保证冷却液不会泄漏在外。图5-4 分水盘设计5.4刀盘冷却孔的设计冷却液最终是从刀盘流出的，所以刀盘的内部需要有相应的冷却通
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