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立式高速铣削加工中心圆盘刀库机构设计【全套8张CAD图纸+毕业论文】【原创资料】

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关键词：: 立式高速铣削加工中心圆盘机构设计全套 cad 图纸毕业论文原创资料

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摘要

课题是加工中心刀具库结构设计。刀库容量—20把刀，最大（临空刀）空刀刀具直径160mm，最大刀具直径（满刀）Ф80,刀具库由电机传动。这种刀库在数控加工中心上应用非常广泛,其换刀过程简单，换刀时间短；总体结构简单、紧凑，动作准确可靠；维护方便，成本低。本课题的目的就是要通过对加工中心刀库的优化设计以提高换刀速度，减少助助时间。

关键词：加工中心，刀具库，电机，数控

Abstract

Subject is to design the structure of machining center tool library. Tool storage capacity of 20 knife, the maximum (air knife) air cutter diameter 160mm, diameter of cutter (Man Dao) 80, the machine tool library. This knife is widely used in CNC machining center tool change, its process is simple, tool change time is short; the overall structure is simple, compact, reliable action and convenient maintenance, low cost. The purpose of this paper is to through the optimization design of the machining center to improve the tool change speed, reduce the time to help.

Keywords: processing center, CNC machine tool library.

摘要II

AbstractI

目录2

第1章绪言4

1.1课题的目的4

1.2课题设计方案的选择和设计手段4

1.3刀库系统的发展趋势5

1.4刀库系统的发展方向6

第2章方案论证7

2.1 圆盘刀库方案7

2.1.1 步进电机的原理7

2.1.2.传动方案传动时应满足的要求7

2.1.3.传动方案及其分析8

2.1.4 伺服电机选择8

2.2 变速机构设计11

第3章圆盘刀库结构设计13

3.1 传动部分的设计13

3.1.1 选择齿轮传动的类型13

3.1.2 选择材料13

3.1.3 按齿面接触疲劳强度设计13

3.1.4 确定齿轮的主要参数与主要尺寸13

3.1.5 校核齿根弯曲疲劳强度13

3.1.6 确定齿轮传动精度14

3.1.7 齿轮结构设计14

3.2 电机的选择及运动参数的计算14

3.3 蜗轮及蜗杆的选用与校核15

3.3.1 选择蜗杆传动类型15

3.3.2 选择材料15

3.3.3 按齿面接触疲劳强度设计15

3.4 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸16

3.4.1蜗杆16

3.4.2 蜗轮16

3.4.3 校核齿根弯曲疲劳强度16

3.5 轴的校核与计算17

3.5.1 画出受力简图17

3.5.2 画出扭矩图17

3.5.3 弯矩图18

3.6 弯矩组合图18

3.7 根据最大危险截面处的扭矩确定最小轴径18

3.8 齿轮上键的选取与校核19

3.9 轴承的选用19

3.9.1 轴承的类型19

3.9.2 轴承的游隙及轴上零件的调配19

3.9.3 滚动轴承的配合19

3.9.4 滚动轴承的润滑19

3.9.5 滚动轴承的密封装置20

第4章刀库转动定位机构设计21

结束语22

致谢23

参考文献24

第1章绪言

1.1课题的目的

未来工具机产业的发展，均以追求高速、高精度、高效率为目标。随着切削速度的提高，切削时间的不断缩短，对换刀时间的要求也在逐步提高；换刀的速度已成为高等级工具机的一项重要指标。本课题的目的就是要通过对刀库的设计以提高换刀速度，减少助助时间。

（1）提高换刀速度的基本原则

工具机的换刀装置，通常由刀库和换刀机构组成，有些应用机械手臂换刀，有些换刀方式并不需要机械手臂，刀库的形式和摆放位置也不一样。为了适合高速运动的需要，高速工具机在结构上已和传统的工具机不同。以刀具运动进给为主，减小运动工件的质量，已成为高速工具机设计的主流。因此，设计换刀装置时，要充分考虑到高速工具机的结构特征[9]。

（2）提高换刀速度的主要技术方法

适合于工具机的快速自动换刀技术主要有以下几个方面：在传统自动换刀装置的基础上提高动作速度，或采用动作速度更快的机构和驱动元件。例如，机械凸轮结构的换刀速度高于液压和气动结构。根据高速工具机的结构特点设计刀库和换刀装置的形式和位置。例如，传统工具机的刀库和换刀装置多装在立柱一侧，在高速工具机则多为立柱移动的进给方式，为减轻运动件质量，刀库和换刀装置不宜再装在立柱上。采用新方法进行刀具快速交换，不用刀库和机械手方式，而改用其它方式换刀。例如不用换刀，用换主轴的方法。使用适合于高速工具机的刀柄。如HSK刀柄质量轻，装卸刀具的行程短，可以使自动换刀装置的速度提高。快速自动换刀装置采用HSK空心短锥柄刀是发展的趋势。

驱动装置装配图.png

装配图.png

大齿轮.png

刀柄.png

定心轴.png

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蜗轮轴.png

内容简介：: 本科毕业论文（设计）题目：立式高速铣削加工中心圆盘刀库机构学院：姓名：（小二宋体加粗）学号：（小二宋体加粗）专业：（小二宋体加粗）班级：（小二宋体加粗）指导教师：（小二宋体加粗）职称：（小二宋体加粗）二0 年月摘要课题是加工中心刀具库结构设计。刀库容量20把刀，最大（临空刀）空刀刀具直径160mm，最大刀具直径（满刀）80,刀具库由电机传动。这种刀库在数控加工中心上应用非常广泛,其换刀过程简单，换刀时间短；总体结构简单、紧凑，动作准确可靠；维护方便，成本低。本课题的目的就是要通过对加工中心刀库的优化设计以提高换刀速度，减少助助时间。关键词：加工中心，刀具库，电机，数控25AbstractSubject is to design the structure of machining center tool library. Tool storage capacity of 20 knife, the maximum (air knife) air cutter diameter 160mm, diameter of cutter (Man Dao) 80, the machine tool library. This knife is widely used in CNC machining center tool change, its process is simple, tool change time is short; the overall structure is simple, compact, reliable action and convenient maintenance, low cost. The purpose of this paper is to through the optimization design of the machining center to improve the tool change speed, reduce the time to help.Keywords: processing center, CNC machine tool library.目录摘要IIAbstractI目录2第1章绪言41.1课题的目的41.2课题设计方案的选择和设计手段41.3刀库系统的发展趋势51.4刀库系统的发展方向6第2章方案论证72.1 圆盘刀库方案72.1.1 步进电机的原理72.1.2.传动方案传动时应满足的要求72.1.3.传动方案及其分析82.1.4 伺服电机选择82.2 变速机构设计11第3章圆盘刀库结构设计133.1 传动部分的设计133.1.1 选择齿轮传动的类型133.1.2 选择材料133.1.3 按齿面接触疲劳强度设计133.1.4 确定齿轮的主要参数与主要尺寸133.1.5 校核齿根弯曲疲劳强度133.1.6 确定齿轮传动精度143.1.7 齿轮结构设计143.2 电机的选择及运动参数的计算143.3 蜗轮及蜗杆的选用与校核153.3.1 选择蜗杆传动类型153.3.2 选择材料153.3.3 按齿面接触疲劳强度设计153.4 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸163.4.1蜗杆163.4.2 蜗轮163.4.3 校核齿根弯曲疲劳强度163.5 轴的校核与计算173.5.1 画出受力简图173.5.2 画出扭矩图173.5.3 弯矩图183.6 弯矩组合图183.7 根据最大危险截面处的扭矩确定最小轴径183.8 齿轮上键的选取与校核193.9 轴承的选用193.9.1 轴承的类型193.9.2 轴承的游隙及轴上零件的调配193.9.3 滚动轴承的配合193.9.4 滚动轴承的润滑193.9.5 滚动轴承的密封装置20第4章刀库转动定位机构设计21结束语22致谢23参考文献24 第1章绪言1.1课题的目的未来工具机产业的发展，均以追求高速、高精度、高效率为目标。随着切削速度的提高，切削时间的不断缩短，对换刀时间的要求也在逐步提高；换刀的速度已成为高等级工具机的一项重要指标。本课题的目的就是要通过对刀库的设计以提高换刀速度，减少助助时间。（1）提高换刀速度的基本原则工具机的换刀装置，通常由刀库和换刀机构组成，有些应用机械手臂换刀，有些换刀方式并不需要机械手臂，刀库的形式和摆放位置也不一样。为了适合高速运动的需要，高速工具机在结构上已和传统的工具机不同。以刀具运动进给为主，减小运动工件的质量，已成为高速工具机设计的主流。因此，设计换刀装置时，要充分考虑到高速工具机的结构特征9。（2）提高换刀速度的主要技术方法适合于工具机的快速自动换刀技术主要有以下几个方面：在传统自动换刀装置的基础上提高动作速度，或采用动作速度更快的机构和驱动元件。例如，机械凸轮结构的换刀速度高于液压和气动结构。根据高速工具机的结构特点设计刀库和换刀装置的形式和位置。例如，传统工具机的刀库和换刀装置多装在立柱一侧，在高速工具机则多为立柱移动的进给方式，为减轻运动件质量，刀库和换刀装置不宜再装在立柱上。采用新方法进行刀具快速交换，不用刀库和机械手方式，而改用其它方式换刀。例如不用换刀，用换主轴的方法。使用适合于高速工具机的刀柄。如HSK刀柄质量轻，装卸刀具的行程短，可以使自动换刀装置的速度提高。快速自动换刀装置采用HSK空心短锥柄刀是发展的趋势。1.2课题设计方案的选择和设计手段I设计方案选择刀库是刀具交换系统的一部分，加工中心的刀具交换系统也称为自动换刀装置（ATC）,它通常是由刀库和机械手组成。自动换刀装置是加工中心不可缺少的组成部分，也是加工中心的象征，又是加工中心成败的关键。加工中心有立式、卧式、龙门式几种，所以这些机床的刀库和自动换刀装置也是各种各样。加工中心上的刀库类型有鼓轮式刀库，链式刀库，格子箱式刀库和直线刀库等。（1）鼓轮式刀库：应用较广，这种刀库的结构紧凑，但因刀具单环排列、定向利用率低，大容量刀库的外径较大，转动惯量大，选刀时运动时间长。因此这种刀库的容量较小，一般不超过32把刀具。（2）链式刀具容量较大，当采用多环链式刀库时，刀库的外形较紧凑，占用空间小，适合用于做大容量刀库。在增加存储刀具数目时，可增加链条的长度，而不增加链轮直径，因此，链轮的圆周速度不会增加，且刀库的运动惯量不像鼓轮式刀库增加的那么多。（3）格子箱式刀库刀库容量大，结构紧凑，空间利用率高，但布局不灵活，通常将刀库安放于工作台上。有时甚至在使用一侧的刀具时，必须更换另一侧的刀座板。（4）直线式刀库结构简单，刀库容量较小，一般用于数控车床，数控钻床，个别加工中心也有采用。结合所给题目，初步决定采用链式刀库换刀方案。1.3刀库系统的发展趋势1958年，美国卡尼，特雷克（Kearney&Trecker）公司首次把铣、钻、镗等多种工序集中于一台数控机床上，通过换刀方式实现连续加工，成为世界上第一台加工中心。该产品出现后，销路惊人，引起了日、德、美、英、法、意等先进工业国家的高度重视，竞相开发生产，不断扩大和完善机床的功能，成为数控机床中发展最快、需求量最大的商品之一。如今，世界上出现了立式、卧式、龙门式、落地式等各种加工中心，据不完全统计，大约有1000多个品种规格。未来加工中心的发展动向是高速化、进一步提高精度和愈发完善的机能。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，我国的加工中心从70年代开始，已有很大发展，但技术、品种和数量上都还远不能适应我国经济、技术发展的需要。随着我国工业的不断发展，推动了模具制造业、机械加工业的巨大发展，使得数控机床的使用越来越普遍，而加工中心更是以其高自动化程度得到广泛应用。然而，目前市场上生产和销售的都是以大、中型的加工中心为主，小型加工中心几乎是空白，而机械加工业、小型模具的制造、工科院校、技工学校等对小型加工中心存在着大量的需求。为加速我国加工中心的发展，需进一步加强对加工中心的研究、设计、制造和应用。在加工中心中，刀库和机械手组成自动换刀装置（AutomaticToolChanger,简称ATC），而自动换刀装置的好坏，将直接影响加工中心的好坏，从目前情况看，加工中心的主机部分基本定型，变化不大，但自动换刀装置种类繁多，五花八门，是最难搞好的部分。它是加工中心的象征，又是加工中心成败的关键环节。因此各加工中心制造厂家都在下大力研制动作迅速、可靠性高的自动换刀装置，以求在激烈的竞争中取得好效益，正因为自动换刀装置是加工中心的核心内容，各厂家都在保密，极少公开有关资料，尤其机械手这部分更是如此。近年来刀库的发展俨然已超越其为装备的角色，在特有的技术领域中发展出符合工具机高精度、高效能、高可靠度及多任务复合等概念产品，多样化产品，左右工具机在生产效能及产品精度的表现。刀库的容量、布局，针对不同的工具机，形式也有所不同。根据刀库的容量、外型和取刀的方式可大概分为斗笠式刀库、圆盘式刀库、链条式刀库7。其发展趋势为：（1）高效能的产品发展符合高荷重、高容量、高速化概念的刀库产品。（2）轻量化、低成本的产品发展符合重量轻、成本低概念的刀库产品。1.4刀库系统的发展方向刀库系统作为自动化加工过程中所需的储刀及换刀需求的一种装置，为数控机床缩短机床非切削时间，降低劳动强度提供了必要条件，是数控机床的重要的功能部件，必将向以下几个方向发展。一方面随着主机的“单机多任务复合化”发展，刀库也必将向容量大、结构精、速度快、效率高的方向发展，以适应主机的高转速、高精度和强力切削的机械特性。此类刀库大部分为卧式刀库，有下面几个特点：（1）可远距离传输。（2）换刀时可同步打刀，缩短换刀时间。（3）大容量且可扩充。（4）高效且精准的驱动和选刀系统。（5）控制系统复杂（6）刀具重量大。比如适合五轴联动的立卧转换伺服刀库。而另一方面，刀库仅作为单纯的储刀仓功能存在，主轴主动抓刀的“固定地址换刀”刀库也是发展的方向之一，此时刀库好比数控系统的一个控制轴，仅有旋转定位功能，如立车刀库、转盘刀库等8。尤其以20盘式刀库为代表，换刀速度和刀库重量已经成为衡量刀库性能的主要参数之一，比如，吉辅20盘式刀库的换刀速度1.1s，重量已经降到295kg。在选材上更环保，在制作过程中减少消耗，使用过程智能、安全等也是刀库发展的方向之一。第2章方案论证2.1 圆盘刀库方案2.1.1 步进电机的原理步进电机是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件。每输入一个脉冲电机转轴步进一个步距角增量。电机总的回转角与输入脉冲数成正比例，相应的转速取决于输入脉冲频率。步进电机是机电一体化产品中关键部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步进电机惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点。广泛应用于机电一体化产品中，如：数控机床、包装机械、计算机外围设备、复印机、传真机等。选择步进电机时，首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率。而在选用功率步进电机时，首先要计算机械系统的负载转矩，电机的矩频特性能满足机械负载并有一定的余量保证其运行可靠。在实际工作过程中，各种频率下的负载力矩必须在矩频特性曲线的范围内。一般地说最大静力矩Mjmax大的电机，负载力矩大。选择步进电机时，应使步距角和机械系统匹配，这样可以得到机床所需的脉冲当量。在机械传动过程中为了使得有更小的脉冲当量，一是可以改变丝杆的导程，二是可以通过步进电机的细分驱动来完成。但细分只能改变其分辨率，不改变其精度。精度是由电机的固有特性所决定。选择功率步进电机时，应当估算机械负载的负载惯量和机床要求的启动频率，使之与步进电机的惯性频率特性相匹配还有一定的余量，使之最高速连续工作频率能满足机床快速移动的需要2.1.2.传动方案传动时应满足的要求数控圆盘刀库一般由原动机、传动装置和工作台组成，传动装置在原动机和工作台之间传递运动和动力，并可实现分度运动。在本课题中，原动机采用电液脉冲马达，工作台为T形槽工作台，传动装置由齿轮传动和蜗杆传动组成。合理的传动方案主要满足以下要求：（1）机械的功能要求：应满足工作台的功率、转速和运动形式的要求。（2）工作条件的要求：例如工作环境、场地、工作制度等。（3）工作性能要求：保证工作可靠、传动效率高等。（4）结构工艺性要求；如结构简单、尺寸紧凑、使用维护便利、工艺性和经济合理等。2.1.3.传动方案及其分析该传动方案分析如下：齿轮传动承受载能力较高，传递运动准确、平稳，传递功率和圆周速度范围很大，传动效率高，结构紧凑。蜗杆传动有以下特点：1传动比大在分度机构中可达1000以上。与其他传动形式相比，传动比相同时，机构尺寸小，因而结构紧凑。2传动平稳蜗杆齿是连续的螺旋齿，与蜗轮的啮合是连续的，因此，传动平稳，噪声低。3可以自锁当蜗杆的导程角小于齿轮间的当量摩擦角时，若蜗杆为主动件，机构将自锁。这种蜗杆传动常用于起重装置中。4效率低、制造成本较高蜗杆传动是，齿面上具有较大的滑动速度，摩擦磨损大，故效率约为0.7-0.8，具有自锁的蜗杆传动效率仅为0.4左右。为了提高减摩擦性和耐磨性，蜗轮通常采用价格较贵的有色金属制造。由以上分析可得：将齿轮传动放在传动系统的高速级，蜗杆传动放在传动系统的低速级，传动方案较合理。同时，对于数控圆盘刀库，结构简单，它有两种型式：开环圆盘刀库、闭环圆盘刀库。两种型式各有特点：开环圆盘刀库开环圆盘刀库和开环直线进给机构一样，都可以用点液脉冲马达、功率步进电机来驱动。闭环圆盘刀库闭环圆盘刀库和开环圆盘刀库大致相同，其区别在于：闭环圆盘刀库有转动角度的测量元件（圆光栅）。所测量的结果经反馈与指令值进行比较，按闭环原理进行工作，使转台分度定位精度更高。2.1.4 伺服电机选择根据经验和现有其他形式刀库参数给定情况，并充分考虑实际情况的影响，技术参数：名称规格刀库规格BT40 刀库容量20最大刀具直径（满刀）80最大刀具直径（临空刀）160最大刀具长度300mm最大刀具重量7kg刀库重量220kg刀架水平运动行程240mm尤其是转动惯量转动速度之间的关系，给定转速范围在每分钟 416 转之间。我们设定刀盘转速为15转/分钟。以下计算按此转速进行，实际使用时可根据具体情况适当调整。（1）确定电动机转速根据传动比合理取值，取一级齿轮的传动比i2.78,二级涡轮蜗杆减速器传动比i35，则总传动比合理范围为i97，故电动机转速约为 n= in=97=1455 （2-1）故选取转速为1500的电机。初选SM130-100-15LFB伺服电机，其规格参数如下：（2）各轴转速（2-2）式中：电动机满载转速；电动机至轴的传动比。以及 = （2-3）（2-4）由式（2-3）（2-5）得I轴 =1500 II轴 = = 540 III轴 = = 15.4 （3）各轴输入功率（2-5） kW , （2-6） kW, （2-7）式中、分别为轴承、齿轮传动的传动效率。由式（5）（7）得I轴 = 1.5kWII轴 = = 1.50.980.97 =1.4259kW III轴 1.4259 1.3555 kWII、III轴的输出功率则分别为输入功率乘轴承效率0.98, 分别为1.3974kW和1.3284kW，I轴为电机轴，输出功率为1.5kW。（4）各轴输入转矩9550Nm （2-8）其中为电动机的输出转矩，按下式计算： 9550 Nm （2-9）所以 = 9550=9.55Nm （2-10） 9550=25.2173Nm （2-11） 9550Nm （2-12）II、III轴的输出转矩则分别为输入转矩乘轴承效率0.98, 分别为24.7130 Nm和823.7743 Nm，I轴为电机轴，输出转矩为9.55 Nm。运动和动力参数计算结果如下表2-2：表2-2轴名转矩TNm功率PkW转速n传动比i效率输入输出输入输出I轴9.559.551.51.515002.780.93II轴25.217324.71301.42591.3974540350.95III轴840.5860823.77431.35551.328415.4（5）校核电动机转矩校核加载在刀盘转轴上的重力为刀库旋转刀架的重力，其中刀盘厚度为40mm，直径为430mm，刀具平均重量5kg，共有24把刀。G=5.60.0410+24510=1525N 则可得刀库作用在轴III上的转矩T/3 =Gd3=15250.025=38.1 Nm可得T/3 n，故此电动机的转速也满足刀库的转速要求。综合考虑电动机和传动装置的尺寸、转矩、转速等各方面，可见此电动机比较合适。因此选定电动机型号为SM130-100-15LFB。2.2 变速机构设计（1）齿轮变速机构齿轮传动平稳，传动比精确，工作可靠、效率高、寿命长，使用的功率、速度和尺寸范围大。由于电机转速较高，在这里，我选用直齿轮变速机构作为第一级变速，设计传动比为2.78。齿轮1模数m=2，齿数Z=18，d=36，=20度，齿轮厚度B=20mm；齿轮2模数m=2，齿数Z=50，d=100，=20度，齿轮厚度B=20mm。(2)蜗轮蜗杆变速机构蜗轮蜗杆传动是用来传递运动和动力的传动机构，在工业生产领域中有很普遍的应用。蜗轮蜗杆是两个交错轴之间的传动，在中间平面内的状态相当于齿轮和齿条，而蜗杆的构造和形状与螺杆相类似。蜗轮蜗杆传动作为诸多传动方式的一种，有着自身独特的优点，从而开拓了广泛的使用空间，涡轮蜗杆传动有很大的传动比和轴向力，比交错轴斜齿轮的结构更为紧凑，更适用于两轴交错传动的状态。涡轮蜗杆传动的两轮啮合齿面间为线接触，能获得比交错轴斜齿轮机构更好的啮合效果，传动比和承载能力也更高。蜗轮蜗杆传动是异种螺旋式传动，传动中主要形式为齿啮合传动，因此传动更为平稳、振动小、噪音低，适合需要稳固状态的机械使用。蜗轮蜗杆传动机构比其他传动机构突出的优点在于其自锁功能，蜗轮蜗杆机构的蜗杆导程角小于啮合轮齿间当量摩擦角时，蜗轮蜗杆传动机构就会反向自锁，这时只能是蜗杆带动蜗轮，而蜗轮无法带动蜗杆，即可实现对机械的安全保护。第3章圆盘刀库结构设计3.1 传动部分的设计3.1.1 选择齿轮传动的类型根据GB/T100851988的推荐，采用直齿轮传动的形式。3.1.2 选择材料考虑到齿轮传动效率不大，速度只是中等，故蜗杆用45号钢；为达到更高的效率和更好的耐磨性，要求齿轮面，硬度为45-55HRC。3.1.3 按齿面接触疲劳强度设计先按齿面接触疲劳强度进行设计，在校核齿根弯曲疲劳强度。传递转矩T1=9.55106P1/N1=（9.55X1060.75/3000）=2.39N.M载荷系数K：因载荷平稳，由表6-6取K=1.2齿宽系数d:由表6-7取d=1许用接触压力H：H=H2=220Mpa传动比i:i=3将以上参数代入公式D13（671/h）2（6-21）KT1(i+1)/diD132.88mm3.1.4 确定齿轮的主要参数与主要尺寸1）齿数取Z1=22，则Z2=iZ1=322=66,取Z2=66。2）模数 m=d1/Z1=32.88/22=1.49mm,取标准值m=1.5。3）中心距标准中心距 =m/2(Z1+Z2)=60.5mm4）其他主要尺寸分度圆直径：d1=mZ1=1.5x22=33mm, d2=mZ2=1.5x66=99mm齿顶圆直径：da1=d1+2m=33+2x1.5=36mm, da2=d2+2m=99+2x1.5=102mm齿宽：b= dd1=0.6x33=19.8mm, 取b2=20。 b2= b1+(5-10)=20-30mm,取b1=20mm。3.1.5 校核齿根弯曲疲劳强度F=22KT1YFS/bmd1F复合齿形系数Ys：由x=0（标准齿轮）及Z1 Z2查图6-29得YFS1=4.12，YFS2=3.96则f1=2kT1YFS1/bmd1=2x1.2x2.39x103x4.12/(19.8x1.5x33)=74.6MpaF1f2=f1YFS2/YFS1=(74.6x3.96/4.12)Mpa=71.70MPaF2弯曲强度足够。3.1.6 确定齿轮传动精度齿轮圆周速度v=d1n/(60x1000)=3.14x72.5x970/(600x1000)=3.68m/s由表6-4确定第公差组为8级。第、公差组也定为8级，齿厚偏差选HK3.1.7 齿轮结构设计小齿轮 da1 =33mm 采用实心式齿轮大齿轮 da2 =99mm 采用腹板式齿轮3.2 电机的选择及运动参数的计算许多机械加工需要微量进给。要实现微量进给，步进电机、直流伺服交流伺服电机都可作为驱动元件。对于后两者，必须使用精密的传感器并构成闭环系统，才能实现微量进给。在闭环系统中，广泛采用电液脉冲马达作为执行单元。 1）电机电机的选择按照工作要求和条件选Y系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电机。2）选择电机的额定功率马达的额定功率应等于或稍大于工作要求的功率。额定功率小于工作要求，则不能保证工作机器正常工作，或使马达长期过载、发热大而过早损坏；额定功率过大，则马达价格高，并且由于效率和功率因素低而造成浪费。工作所需功率为：Pw=FwVw/1000w KW Pw=Tnw/9950w KW 式中T=150N.M, nw=36r/min,电机工作效率w=0.97，代入上式得Pw=15036/（99500.97）=0.56 KW电机所需的输出功率为：P0= Pw/式中：为电机至工作台主动轴之间的总效率。由表2.4查得：齿轮传动的效率为w=0.97；一对滚动轴承的效率为w=0.99；蜗杆传动的效率为w=0.8。因此，=1233=0.970.9930.8=0.75P0= Pw/=0.56/0.75=0.747 KW一般电机的额定功率Pm=(1-1.3)P0=(1-1.3)0.747=0.747-0.97 KW则由表2.1取电机额定功率为：Pm=0.75 KW。确定电机转速按表2.5推荐的各种机构传动范围为，取：齿轮传动比：3-5，蜗杆传动比：15-32，则总的传动范围为：i=i1i2=315-532=45-160电机转速的范围为N= inw=(45-160)36=1620-5760 r/min为降低电机的重量和价格，由表2.1中选取常用的同步转速为3000r/min的Y系列电机，型号为Y801-2，其满载转速nm=3000r/min,此外，电机的安装和外形尺寸可查表2.23.3 蜗轮及蜗杆的选用与校核由于前述所选电机可知T=6.93N.M传动比设定为i=27.5，效率=0.8工作日安排每年300工作日计，寿命为10年。3.3.1 选择蜗杆传动类型根据GB/T100851988的推荐，采用渐开线蜗杆。3.3.2 选择材料考虑到蜗杆传动效率不大，速度只是中等，故蜗杆用45号钢；为达到更高的效率和更好的耐磨性，要求蜗杆螺旋齿面淬火，硬度为45-55HRC。蜗轮用铸锡磷青铜Zcusn10p1，金属铸造。为了节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁HT100制造。3.3.3 按齿面接触疲劳强度设计根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，在校核齿根弯曲疲劳强度。传动中心距： (3-2) （1）确定作用在蜗轮上的转距T2按Z1=2，估取效率=0.8，则T2=T*i=153.4N.M (3-3)（2）确定载荷系数K因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均系数K=1；由使用系数KA表从而选取KA=1.15；由于转速不高，冲击不大，可取动载系数KV=1.1；则K=KA*K*KV=1*1.15*1.1=1.2651.27 (3-4)（3）确定弹性影响系数ZE选用的铸锡磷青铜蜗轮和蜗杆相配。（4）确定接触系数Z先假设蜗杆分度圆直径d1和传动中心距a的比值d1/a=0.30，从而可查出Z=3.12。（5）确定许用应力H根据蜗轮材料为铸锡磷青铜zcusn10p1，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度45HRC，从而可查得蜗轮的基本许用应力H=268MPA。因为电动刀架中蜗轮蜗杆的传动为间隙性的，故初步定位、其寿命系数为KHN=0.92，则H= KHNH=0.92268=246.56247MPA (3-5)（6）计算中心距 (3-6)取中心距a=50mm，m=1.25mm，蜗杆分度圆直径d1=22.4mm，这时=0.448，从而可查得接触系数=2.72，因为Z，因此以上计算结果可用。3.4 蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸3.4.1蜗杆直径系数q=17.92；分度圆直径d1=22.4mm，蜗杆头数Z1=1；分度圆导程角=31138蜗杆轴向齿距：PA=3.94mm；(3-7)蜗杆齿顶圆直径：(3-8)蜗杆轴向齿厚：=1.97mm(3-10)3.4.2 蜗轮蜗轮齿数：Z2 =62，变位系数=0验算传动比：i=/=62/1=62(3-11)这是传动比误差为：（60-62）/60=2/60=0.033=3.3%(3-12)蜗轮分度圆直径：d2=mz2=(3-13)蜗轮喉圆直径：da2=d2+2ha2=93.5 (3-14)蜗轮喉母圆直径rg2=a-1/2 da2 =50-1/293.5=3.25 (3-17)3.4.3 校核齿根弯曲疲劳强度(3-18)当量齿数 (3-19)根据2=0，ZV2=62，可查得齿形系数=2.31，螺旋角系数Y=1-/140=0.9773；(3-20)许用弯曲应力F= KFN F=560.72=40.32MPa(3-21)=2.310.9773=4.29MPa(3-22)所以弯曲强度是满足要求的。3.5 轴的校核与计算3.5.1 画出受力简图图 3-1受力简图计算出：R1=46.6N R2=26.2N 3.5.2 画出扭矩图 T=.i.T电机 =0.36600.98 =21.2 N.M （3-33）图3-2扭矩图3.5.3 弯矩图M=72.818010-3 =13.1N. （3-34）图3-3弯矩图3.6 弯矩组合图由此可知轴的最大危险截面所在。组合弯矩（3-35）3.7 根据最大危险截面处的扭矩确定最小轴径（3-36）扭转切应力为脉动循环变应力，取=0.6抗弯截面系数W=0.1d3根据各个零件在轴上的定位和装拆方案确定轴的形状及小3.8 齿轮上键的选取与校核取键连接的类型好尺寸因其轴上键的作用是传递扭矩，应用平键连接就可以了。在此用平键。由资料可查出键的截面尺寸为：宽度b=5mm，高度h=5mm，由连轴器的宽度并参考键的长度系列，从而取键长L=10mm。（2）键连接的强度键、轴和连轴器的材料都是钢，因而可查得许用挤压力p= 5060MPa，取其平均值p=135MPa。键的工作长度l=L-b=10-5=5mm，键与连轴器的键槽的接触高度k=0.5h=2.5mm，从而可得：p=2000T/(kld)=127p可见满足要求。此键的标记为：键B510 GB/T 10961979。3.9 轴承的选用滚动轴承是现代机器中广泛应用的部件之一。它是依靠主要元件的滚动接触来支撑转动零件的。与滑动轴承相比，滚动轴承摩擦力小，功率消耗少，启动容易等优点。并且常用的滚动轴承绝大多数已经标准化，因此使用滚动轴承时，只要根据具体工作条件正确选择轴承的类型和尺寸。验算轴承的承载能力。以及与轴承的安装、调整、润滑、密封等有关的“轴承装置设计”问题。3.9.1 轴承的类型考虑到轴各个方面的误差会直接传递给加工工件时的加工误差，因此选用调心性能比较好的圆锥滚子轴承。此类轴承可以同时承受径向载荷及轴向载荷，外圈可分离，安装时可调整轴承的游隙。其机构代码为3000，然后根据安装尺寸和使用寿命选出轴承的型号为：30208。3.9.2 轴承的游隙及轴上零件的调配轴承的游隙和欲紧时靠端盖下的垫片来调整的，这样比较方便。3.9.3 滚动轴承的配合滚动轴承是标准件，为使轴承便于互换和大量生产，轴承内孔于轴的配合采用基孔制，即以轴承内孔的尺寸为基准；轴承外径与外壳的配合采用基轴制，即以轴承的外径尺寸为基准。3.9.4 滚动轴承的润滑考虑到电动刀架工作时转速很高，并且是不间断工作，温度也很高。故采用油润滑，转速越高，应采用粘度越低的润滑油；载荷越大，应选用粘度越高的。 3.9.5 滚动轴承的密封装置轴承的密封装置是为了阻止灰尘，水，酸气和其他杂物进入轴承，并阻止润滑剂流失而设置的。密封装置可分为接触式及非接触式两大类。此处，采用接触式密封，唇形密封圈。唇形密封圈靠弯折了的橡胶的弹性力和附加的环行螺旋弹簧的紧扣作用而套紧在轴上，以便起密封作用。唇形密封圈封唇的方向要紧密封的部位。即如果是为了油封，密封唇应朝内；如果主要是为了防止外物浸入，蜜蜂唇应朝外。第4章刀库转动定位机构设计为了确保刀座不能准确地停在换刀位置上，需要采取如下措施：（1）刀座的精确定位是靠装在轴上的定位啮合牙嵌式电磁离合器M实现的，如3-1所示。离合器的磁轭和衔铁的齿面是不等分的，每间隔不同齿数有一个宽平齿，衔铁和磁轭只有在一个位置上才能啮合。磁轭固定在刀库法兰盘上，衔铁随轴转动，通电后，衔铁转到固定位置与磁轭啮合，使轴每次停在固定的方位上，保证了每个刀座的正确定位，如图3-2所示。为了保证刀座的准停精度和刀座定位的刚性，链式刀库的换刀位置设在主动链轮上。如果刀座不能准确地停在换刀位置上，将会使换刀机械手抓刀不住，以致在换刀时容易发生掉刀现象。因此，刀座的准停问题，将是影响换刀动作可靠性的重要因素之一。图3-2磁轭（左）、衔铁（右）零件图（2）链式刀库要选用节距精度较高的套筒滚子链和链轮，该设计选用的是链号为20A的链条。（3）尽量减少刀座孔径

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