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数控卧式镗铣床刀库结构设计【3张图/13000字】【优秀机械毕业设计论文】

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数控卧式镗铣床刀库结构设计【】【优秀机械毕业设计论文】.rar

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链式自动换刀臂的多阶段优化设计.doc---(点击预览)

Multi-stage optimum design of magazine type automatic tool changer arm.pdf---(点击预览)

A0-JCS-013刀库装配图(a).dwg

A0-JCS-013刀库装配图(b).dwg

A0-JCS-013刀库装配图(c).dwg

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关键词：: 数控卧式铣床结构设计优秀优良机械毕业设计论文

资源描述：

文档包括:
说明书一份，34页，13000字左右。
开题报告一份。
中期报告一份。
外文翻译一份。

图纸共3张，如下所示
A0-JCS-013刀库装配图(a).dwg
A0-JCS-013刀库装配图(b).dwg
A0-JCS-013刀库装配图(c).dwg

数控卧式镗铣床刀库结构设计
摘要
九十年代以来，数控加工技术得到迅速的普及发展，高速加工中心作为新时代数控机床的代表，已在机床领域广泛。
面对市场竞争的压力，如何提高机械制造业的生产效率是为重中之重，而刀库的出现，促使减少了机械加工时换刀具所使用的时间，大大的提高了生产效率。数控卧式镗铣床是一种具有自动换刀装置和任意分度数控转台的数字控制机床，工件在一次装夹后能自动完成几个侧面的的多种工序的加工。
数控机床及由数控机床组成的制造系统是改造传统产业、构建数字化企业的重要基础设备，它的一直备受人们关注。数控机床以其卓越的柔性自动化的性能、优异而稳定的精度、灵捷而多样化的给功能引起世人瞩目，它开创了机械产品机电一体化发展的先河，因此数控技术成为先进制造技术中的一项核心技术。另一方面，通过持续的研究，信息技术的深化应用促进了数控机床的进一步提升。
数控机床及由数控机床组成的制造系统是改造传统产业、构建数字化企业的重要基础设备，它的一直备受人们关注。数控机床以其卓越的柔性自动化的性能、优异而稳定的精度、灵捷而多样化的给功能引起世人瞩目，它开创了机械产品机电一体化发展的先河，因此数控技术成为先进制造技术中的一项核心技术。另一方面，通过持续的研究，信息技术的深化应用促进了数控机床的进一步提升在借鉴和参考大量有关刀库的机械结构后，结合实际情况，决定采用链式刀库双手式机械手换刀方案，根据机械设计与机械原理等有关知识对JCS-013型数控卧式镗铣床刀库进行设计，采用AutoCAD 2007中文版对刀库及关键零件进行绘制。

关键词：加工中心；刀库；数控加工

CNC horizontal boring and milling machine tool structure design
Abstract
Since the 1990s,CNC machine technology has made the rapid and universial development,as a new era of the representatives of NC machine tools.
Faced with the pressure of market competition, how to improve the mechanical manufacturing industry production efficiency is the priority among priorities, and the knife, to reduce the mechanical processing tool changer used time, greatly improves the production efficiency. CNC horizontal boring and milling machine is a kind of automatic tool changer and arbitrary indexing turntable digital control machine tool, workpiece can automatically complete the various processes in several side in a fixture.
CNC machine tools and manufacturing system composed of CNC machine is an important equipment to transform traditional industries, the construction of digital enterprise, it has attracted a lot of attention. CNC machine tools to performance, the flexible automation excellence excellent and stable accuracy, celerity and diversified to the functional attracted worldwide attention, it pioneered the development of mechanical products mechanical and electrical integration precedent, so the numerical control technology is a core technology in advanced manufacturing technology. On the other hand, through continuous research, information technology applications to promote the further deepening of CNC machine tools.
According to actual condition,I introduce the chain knife library of robot hands cutter replacement plan after referencing to the vast library mechanical structure of the sword.According to the Mechanical Design,the Mechanical Principle and other relevant knowledge,there are some designs about JCS-013 type nc horizontal boring and milling machine tool store and I have drew the key parts of library using AutoCAD 2007.

Keywords: machining center; Tool house;NC

第1章绪论 1
1.1本课题在国内外的研究动态 1
1.1.1刀库产品目前的水平 2
1.1.2刀库系统的发展趋势 2
1.1.3刀库系统的发展方向 3
1.2课题的目的、意义和开展研究工作的设想 3
1.2.1课题的目的 3
1.2.2开展研究工作的设想 3
1.2.3课题设计方案的选择和设计手段 4
第2章刀库传动系统设计 6
2.1刀库主要设计参数 6
2.2刀库驱动液压马达的选择 6
2.2.1刀库负载转矩TF计算 6
2.2.2确定液压马达转数 8
2.3齿轮设计参数 9
2.3.1 选择齿轮材料、热处理方法及精度等级 9
2.3.2 按齿面接触疲劳强度设计齿轮 9
2.3.3主要参数选择和几何尺寸计算 11
2.3.4 齿根校核 12
2.3.5 轴的设计 13
2.3.6滚动轴承的选择与校核计算 18
2.3.7 键联接的选择及其校核计算 19
第3章链参数计算 21
3.1传送链的设计 21
3.2链式轴的设计 22
3.3轴承的选型及校核 24
3.4链强度计算 26
3.4.1 链传动的运动特性 26
3.4.2 链传动的动载荷 27
3.4.3 链传动的受力分析 28
3.4.4 滚轮接触强度的计算 29
第4章刀库准停系统的设计 30
结论 32
参考文献 33
致谢 34
毕业设计（论文）知识产权声明 35
毕业设计（论文）独创性声明 36

一毕业设计（论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况）
1 题目背景和意义
面对市场竞争的压力，如何提高机械制造业的生产效率是为重中之重，而刀库的出现，促使减少了机械加工时换刀具所使用的时间，大大的提高了生产效率。数控卧式镗铣床是一种具有自动换刀装置和任意分度数控转台的数字控制机床，工件在一次装夹后能自动完成几个侧面的的多种工序的加工。
数控机床及由数控机床组成的制造系统是改造传统产业、构建数字化企业的重要基础设备，它的一直备受人们关注。数控机床以其卓越的柔性自动化的性能、优异而稳定的精度、灵捷而多样化的给功能引起世人瞩目，它开创了机械产品机电一体化发展的先河，因此数控技术成为先进制造技术中的一项核心技术。另一方面，通过持续的研究，信息技术的深化应用促进了数控机床的进一步提升[1]。
2 国内外相关研究情况
近年来自动换刀刀库的发展俨然己超越其为综合切削加工机床配套的角色,在其特有的技术领域中发展出符合机床高精度、高效能、高可靠度及多任务复合等概念之独特产品，以其多样化产品的功能,左右了综合切削加工机床在生产效能及产品精度的表现。其产品的发展趋势为:(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、成本低的刀库产品。在此概念基础下,刀库产品的发展现况为[2]
(l)超重刀具负荷刀库的发展
发展出刀链系统能承载重量70kg以上的超重刀具,拥有强力锁刀装置的稳固刀链架构,可防止重型刀具于运转中坠落。
(2)高效率且定位精确的驱动及选刀系统的发展
发展出高精度系统配置日系高质量!高定位精度的伺服电机及减速机,以符合选刀迅速!换刀精确的主要性能需求[3]。
(3)多型式刀具容载刀库的发展
发展出同时可容纳多种型式刀具(如15050及15060)的刀链系统,也被视为是必须时常变换使用多种主轴之加工中心的必备装置。
(4)不同型式刀具及任意点之换刀系统的发展
可以同时夹取不同型式刀具(如15050及15060),因应需求必须有不同的刀具"为了缩短换刀时间,多点式或任意点式ZMW风电机轮毅加工工艺!专用刀具及刀库的研究与设计之换刀系统是有必要的[4]。
(5)轻量化

低成本架构刀库的发展:发展出轻量化的塑钢射出刀套架构,整体重量较传统刀库减轻100kg以上,成本大幅降低之刀库。
(6)大型及高容量刀库的发展
在机床多功能之趋势演化下,大量的刀具被使用在同一台机床上,刀库之架构必须兼顾换刀效率及储刀效能,多变的刀库型体(可容纳120/180/200把以上刀具)及多样精密之换刀系统(如各种立式!卧式!立卧单点及多点式换刀系统),是其主要之特色[5]。
二本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法
1)本课题研究的主要内容；
2)了解数控卧式镗铣床刀库结构的性能要求；
3)了解数控卧式镗铣床刀库结构的工作原理，进行结构设计和计算分析；
4)设计指标：链条快速移动速度为8米/分钟，慢速移动速度为0.2米/分钟，刀库容量为60把刀；
5)拟采用的研究方案、研究方法或措施
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分类：（1）盘式刀库；（2）链式刀库；（3）鼓轮式刀库。
特点
（1）盘式刀库:刀具呈环行排列，空间利用率低，容量不大但结构简单。

图1 盘式刀库
（2）链式刀库:结构紧凑，容量大，链环的形状也可随机床布局制成各种形式而灵活多变，还可将换刀位突出以便于换刀。

图2 链式刀库
（3）鼓轮式刀库:占地小，结构紧凑，容量大，但选刀、取刀动作复杂。

图3鼓轮式刀库
换刀机械手分为单臂单手式，单臂双手式和双手式机械手。单臂单手式结构简单，换刀时间较长，适用于刀具主轴与刀库刀套平行，刀库刀套轴线与主轴轴线平行，以及刀库刀套轴线与主轴轴线垂直的场合。单臂双手机械手可同时抓住主轴和刀库中的刀具，并进行拔出、插入，换刀时间短，广泛应用于加工中心上的刀库刀套轴线与主轴平行的场合。双手式机械手结构较复杂，换刀时间短，这种机械手除了完成拔刀、插刀外，还起运输刀具的作用[6]。
结合所给题目，初步决定采用链式刀库双手式机械手换刀方案。采用系统化设计方法，将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统，每个设计要素具有独立性，各个要素间存在着有机的联系，并具有层次性，所有的设计要素结合后，即可实现设计系统所需完成的任务。
三完成毕业论文的工作步骤与时间安排（按周次填写）
（1）1—3周：调研并收集资料；
（2）3—5周：确定设计方案和整体结构特点；
（3）6—9周：完成结构设计计算；
（4）10—12周：完成装配图、三维建模和仿真；
（5）13-15周：完成论文撰写，准备答辩。

四指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见）

参考文献

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数控卧式镗铣床刀库结构设计

内容简介：: J. (2012) 19: 174178 1209883 of 41 012 To to be an to a is to be is a of as a of 12, to of by of to It is to an in of by of by in to in it is to be a to As a it is to of in In a on an an to an 4 h. in a to as by TC is to a 1. it an an of is to in to is to or to TC in a in In of to to by 80 in a 2. it is to of of In is of 3. et 4 of by et 5 on 6 to of NC 7 a on 8 be an of of et 9 to on In TC of to 10. It a if it to in a if of 20110426; 20111010 +82552133622; . (2012) 19: 174178 175of is of in is by of 11. In a 11, a 5 in 2 TC of as is a is an by in in a by 80. of TC by 5 1 of he of of of of 12. by in In a in a 1 794 13 496 of 2 of or in at of TC to In a 47 N to at of of 3. of at m at is at of of TC is 3 of (a) (b) of he D/F), be by an of In in it as as to be As of is as of of 12. J. (2012) 19: 174178 176 in is as a is as a By an be is as a on in is by a in 0%. of of n of to of of 4 TC he be by 1315. TC is as X) A, B, C U(=A, B, C) X=A, B, C of , B, 30 mm in to of in on In of 5 of of of in as as of 5 (a) (b) of of of is an of it is to by a 16. of is in in 0% of on in of of is be as Z) rr is of a r, is . (2012) 19: 174178 177to in is in of of As 6, a by on to a of on of 6 of 7 of he is in as as of is 8 of (a) (b) he of is m in m by as at of as as is in by as In is kg in kg by as of of 11 of in of ) B) C) , it be in to 4 ) By it is to an in of 2) In of of 3) By by of by it is is 4) on of it is it be to of J. (2012) 19: 174178 178 1 W, K. TC J. 2006, 23(6): 111118. (2 Y. of M. 1977: 111. (3 , , . in J. 2008, 57: 697715. 4 H, S, G, J. of by J. 2005, 38(4): 403412. (5 , , , . in C/ 2006: 644. 6 , . A NC of J. 2006, 29(9): 940947. 7 . An of J. 2008, 86: 19361953. 8 . of by J. 2009, 22: 691711. 9 D, J, K. to on J. 2010, 47(11): 16181640. (10 , , , . J. 2011, 6523: 492502. 11 H, J, M. of TC of C/ of 2010: 357362. (12 W, G. of 1) J. 2001, 18(11): 155160. (13 J, M. A on of J. 2009, 27(2): 8693. (14 S. to M. 2003: 89. 15 S, S. of by J. 2008, 22(1): 2533. (16 S. A on of in J. of 2007, 16(2): 813. ( 1 链式自动换刀臂的多阶段优化设计韩国昌原国立大学机电学院，昌原 641 中南大学出版社和柏林海德堡施普林格出版社 2012 摘要：为了提高加工效率，刀具更换时间需要有所减少。因此，用于连接到一个自动换刀加工中心的换刀时间将减少。同时自动换刀系统是加工中心的一个重要部分，作为驱动源。使用商业代码 12试图解释自动换刀装置的静态属性，对和自动换刀臂的优化设计进行了多级优化设计。依靠自动换刀的形状的优化建议，并对结果进行了验证，获得可接受的改进。它是能够获得一个与初始模型的比较，最大变形，最大应力和质量分别减少优化模型。同时，实验设计方法也与常规的实验设计方法进行了多级优化比较。关键词：自动换刀装置；优化设计；结构分析；交换臂 1 引言最近，在机械制造行业中，模具和机械零件已经变成了小批量生产系统。同时，需要提高生产率和切割速度。然而，从实践观点看，高质量和低成本是有针对性的实际的立场。因此，对于这样的目标追求实现机床高速加工，实现自动化，缩短交货时间。结果，它是可能的检查状态的工具和工件在机床使用适当的传感器。此外，加工中心的自动换刀装置（和一个托盘自动交换装置（在操作无人值守厂 24 小时，自动换刀装置存储用于加工中心的杂志和变化的工具自动为所需的工具。改变这样的管制的工具正是安装在主轴 1。同时，它代表了一种先进的优势，由于对机床的干扰少，加工中心操作者可以从事其他工作。也就是说，运营商可以控制其他机床或准备下一个工件，从而减少生产时间。在这项研究中使用的链式表着许多工具都存储在一个特征模块。在工具的改变，两个臂移动到旋转 180在直接转换的方式配置工具更改到下一个工具 2。因此，有必要同时确保结构特点和设计轻量化。在实际的工业领域，优化设计是非常重要的。因此，提出了各种机械零件优化各种优化方法 3。宋等人 4 提出的轴承短优化设计提高学报的人工生命算法。阿莱尔等人 5 结合结构优化的拓扑和形状的进行推导。 6 提出田口优化验证数控铣削的最佳表面粗糙度。兰博迪 7 提出了一种基于模拟退火算法的桁架结 2 构优化设计。塞库尔斯基 8 表明，遗传算法是一种有效的多目标优化工具的拓扑结构同时设计优化的设计工具。 9 提出的形状优化和基于在优化空管部门，其结构特点的因素和轻量化是彼此相反 10 。它显示一个权衡，如果追求提高结构轻巧，结构特点，将是一个弱点，如果改进的结构特点，对轻量化的实现是很困难的。因此，为了满足这些相反的因素和优化，以不同方式等臂形状优化是通过实验设计了 11 。在这项研究中，获得更为优化的模型比以前的研究 11 ，一个多阶段进行的优化设计。优化设计是利用商业分析程序， 5和分析的有效性是通过比较初始和传统优化模型在这项研究中实现的优化模型研究。 2 结构杂志，更换部分，和臂部。部分杂志是一种装置，储存大量的工具和修改工具使用伺服电机。该变换器部分配备伺服电机，旋转臂。臂部的啮合工具在加工中心的旋转 180主轴和杂志显示臂形变化的工具。图 1说明了 5 图 1 就手臂的初始模型进行结构分析。在进行有限元分析的参考，使用商业分析程序进行了初步的有限元分析模型，利用 12。分析是通过 3 最小化在臂的附加部分进行。在分析方法上，一个十六进制主导的方法应用于一个有限元分析共 51794个节点和 13496元素。图 2显示了手臂的初始有限元模型。图 2 初始有限元模型的手臂在分析的边界条件，在中心孔的支持，和重力加速度的应用到整个身体。在负载条件下，负载 147 结构分析的结果示于图 3。时，最大应力在截面边缘产生，这推动了空管部门后帕的的手指。图 3 结构分析：（一）臂的变形分布；（ b）的应力分布 3 4 静态顺应性 = D / F）可通过静刚度的得出了。特别是，在一些机械结构的机床和工业机器人要求高精度和加工效率，就成为最重要的静态特性以及结构的重量，这些因素是综合评价，同时。正如上面提到的，静态优化的问题被确定为这两个目标函数的静态特性和重量最小化的问题 12。因此，在这项研究中，优化是为满足每个目标函数的一个多级的方式进行。第一阶段为提高静态特征的阶段。通过定义设计因素，减少变形，可诱导的最佳模型。第二阶段是确定为实现其轻量化的一个阶段。基于第一阶段提出的优化模型，形状优化是针对它的重量减少了 10%行。在第一阶段的优化设计，优化设计的目的是最大限度地减少臂的变形。图 4说明了手臂的设计变量。图 4 臂的尺寸和形状优化设计的一般形式可以通过定义目标函数和约束条件下的函数 13为实现对式化定义如下：其中和显示应力和变形，分别。同时，示的应力和变形的允许值，分别为。一方面， A， B，和 C 的设计变量。设计变量的配置 30毫米，不到目前的碰撞干涉的影响在结构上的设计。在最佳设计，最佳的解决方案可以最大限度地减少臂的变形使用 5的产品工程优化。表 1给出了优化结果。 5 图 5说明了该优化设计的臂的结构分析结果。在分析中的边界条件被配置为作为初始模型同样存在。表 1 优化结果减小变形图 5 减少变形的结构分析优化的 a）变形分布；（ b）的应力分布实现手臂的轻量化是降低工件成本的重要因素。同时，可以通过引入一个轻量级的结构 16 改善经济。因此，实现手臂的轻量化优化设计是在第二阶段进行。在降低质量的目标是 10%的基础上的最佳设计的第一阶段提出的模型的手臂。为 6 减少手臂的质量，形状优化采用优化设计的形式化可以如下：在和显示压力和变形 ,分别和时 ,设计变量置找到所有部分的质量减少可能除了部分 ,它有一些局限性在设计。图 6说明了最佳的解决方案，最大限度地减少臂的变形结果。如图 6所示，提出了 “部分删除 “代表一个质量可部分去除它。根据研究结果，可部分除去到最高水平。图 7显示了基于形状优化结果的臂轻量化提出的最佳形状。图 6 基于图 7臂设计结构分析使用所提出的优化设计进行。同时，在分析中的边界条件被施加作为现有的初始模型相同的。 7 图 8显示了结构分析的结果，这是通过施加的最佳形状进行。图 8结构分析的轻量化优化臂：（ a）变形分布；（ b）的应力分布该模型的最大变形采用优化设计，从少 7M 产生在夹子端作为初始模型相同的。同时，最大应力降低兆帕在初始模型兆帕高达此外，质量从公斤的初始模型，提出了减少到公斤，多达表 2给出了比较的结果的优化设计 11 采用多级优化设计实现了在这项研究中进行的实验设计。表 2 结果比较 8 在本研究中得到的结果与实验设计的结果比较，最大变形，最大应力，和质量的和降低，分别为。因此，可以看出，使用行本研究多级设计使得有可能吸引更多的改进优化设计比现有的研究。 4 结论 1）采用多级优化设计，可以获得一个优化模型，与初始模型的比较最大变形，最大应力和质量分别减少。 2）在多级优化设计和进行实验设计与优化设计的比较，最大变形，最大应力和质量分别减少了 3）通过比较常规方法的结果的实验设计方法，提出了采用多级优化设计，验证了优化设计是否正确进行。 4）基于业软件使用多级优化设计验证，预计可应用于机床的结构优化设计。 9 参考文献 1 W, K. TC J. 2006, 23(6): 111 118. ( 2 Y. of M. 1977: 1 11. ( 3 , , . in J. 2008, 57: 697715. 4 H, S, G, J. of by J. 2005, 38(4): 403 412. ( 5 , , , . in C/ 2006: 644. 6 , . A NC of J. 2006, 29(9): 940 947. 7 . An of J. 2008, 86: 1936 1953. 8 . of by J. 2009, 22: 691 711. 9 D, J, K. on J. 2010, 47(11): 1618 1640. ( 10 , , , . J. 2011, 6523: 492502. 11 H, J, M. of TC of C/ of 2010: 357 362. ( 12 W, G. of 1) J. 2001, 18(11): 155160. ( 13 J, M. A on of J. 2009, 27(2): 86 93. ( 14 S. to M. 2003: 89. 15 S, S. of by J. 10 2008, 22(1): 2533. ( 16 S. A on of in J. of 2007, 16(2): 813. ( 1 一设计（论文）进展状况文翻译目前已经完成对外文 of 式自动换刀库的多阶段优化设计）的翻译。其中，英文原文两千七百余字，翻译完成后汉字五千四百余字。步对所要设计的刀库有所了解数控机床为了进一步提高生产率，进一步压缩非切削时间，现代的机床逐步发展为在一台机床上一次装夹中完成多工序或全部工序的加工。数控机床为了能在工件一次装夹中完成多个工步，以缩减辅助时间和减少多次安装工件引起的误差，通常带有自动换刀系统。对工件的多工序加工而设置的存储及更换刀具的装置称为自动换刀装置（自动换刀（称统由控制系统和换刀装置组成。自动换刀装置的功能，对整机的加工效率有很大的影响。本次设计所需要的数控卧式镗铣床刀库由四排带刀套的链条组成，每排链条有 15 把刀套，刀库最大容量为 60 把刀。良好的结构设计能够实现刀库中刀具的快速移动，提高机床的加工效率。数控机床的自动换刀装置的结构形式多种多样，选择何种形式，主要取决于机床的种类、工艺范围以及刀具的种类和数量等。本课题中的数控卧式镗铣床将采用的是带刀库的自动换刀形式。其装配图如图所示： 2 图 1 库装配图 1 图 2 库装配图 2 3 图 3 库装配图 3 期目标通过对上方三幅装配图的观察，初步了解设计所需，为后期工作做好准备。二存在问题及解决措施套位置的选择因刀库由四排带刀套的链条组成，每排链条有 15 把刀套，刀库最大容量为60 把刀，每一排刀套位置互相一一对应，因此找刀程序分为两步：一是手架升降找刀排，二是在一排内选刀。所以，刀套位置的设计尤其重要，需仔细的考虑好。条移动速度的设计为了保证正确的自动换刀，链条移动找刀时，刀套每次必须停在同一位置上，因此刀套必须有精确地定位，链条的移动速度必须精确的设计好，分资料的缺乏由于没有实物的存在，设计部分会异常的辛苦，所以需要多和老师及同学讨论研究，多查资料，以求完成本次设计。三后期工作安排 4 根据目前设计的完成情况，后期的 10的工作安排如下： (1) 尽快完成数据的设计； (2) 根据得到的数据绘出所需要的装配图和零件图； (3) 完成答辩报告及论文； (4) 为最后答辩做好准备。指导教师签字：年月日注： 1. 正文：宋体小四号字，行距 20 磅；标题：加粗宋体四号字 2. 中期报告由各系集中归档保存，不装订入册。 1 一毕业设计（论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况） 1 题目背景和意义面对市场竞争的压力，如何提高机械制造业的生产效率是为重中之重，而刀库的出现，促使减少了机械加工时换刀具所使用的时间，大大的提高了生产效率。数控卧式镗铣床是一种具有自动换刀装置和任意分度数控转台的数字控制机床，工件在一次装夹后能自动完成几个侧面的的多种工序的加工。数控机床及由数控机床组成的制造系统是改造传统产业、构建数字化企业的重要基础设备，它的一直备受人们关注。数控机床以其卓越的柔性自动化的性能、优异而稳定的精度、灵捷而多样化的给功能引起世人瞩目，它开创了机械产品机电一体化发展的先河，因此数控技术成为先进制造技术中的一项核心技术。另一方面，通过持续的研究，信息技术的深化应用促进了数控机床的进一步提升 1。 2 国内外相关研究情况近年来自动换刀刀库的发展俨然己超越其为综合切削加工机床配套的角色 ,在其特有的技术领域中发展出符合机床高精度、高效能、高可靠度及多任务复合等概念之独特产品，以其多样化产品的功能 ,左右了综合切削加工机床在生产效能及产品精度的表现。其产品的发展趋势为 :(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、成本低的刀库产品。在此概念基础下 ,刀库产品的发展现况为 2 (l)超重刀具负荷刀库的发展发展出刀链系统能承载重量 70上的超重刀具 ,拥有强力锁刀装置的稳固刀链架构 ,可防止重型刀具于运转中坠落。 (2)高效率且定位精确的驱动及选刀系统的发展发展出高精度系统配置日系高质量 !高定位精度的伺服电机及减速机 ,以符合选刀迅速 !换刀精确的主要性能需求 3。 (3)多型式刀具容载刀库的发展发展出同时可容纳多种型式刀具 (如 15050 及 15060)的刀链系统 ,也被视为是必须时常变换使用多种主轴之加工中心的必备装置。 (4)不同型式刀具及任意点之换刀系统的发展可以同时夹取不同型式刀具 (如 15050 及 15060),因应需求必须有不同的刀具为了缩短换刀时间 ,多点式或任意点式电机轮毅加工工艺 !专用刀具及刀库的研究与设计之换刀系统是有必要的 4。 (5)轻量化 2 低成本架构刀库的发展 :发展出轻量化的塑钢射出刀套架构 ,整体重量较传统刀库减轻 100上 ,成本大幅降低之刀库。 (6)大型及高容量刀库的发展在机床多功能之趋势演化下 ,大量的刀具被使用在同一台机床上 ,刀库之架构必须兼顾换刀效率及储刀效能 ,多变的刀库型体 (可容纳 120/180/200 把以上刀具 )及多样精密之换刀系统 (如各种立式 !卧式 !立卧单点及多点式换刀系统 ),是其主要之特色 5。二本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法 1)本课题研究的主要内容； 2)了解数控卧式镗铣床刀库结构的性能要求； 3)了解数控卧式镗铣床刀库结构的工作原理，进行结构设计和计算分析； 4)设计指标：链条快速移动速度为 8 米 /分钟，慢速移动速度为 /分钟，刀库容量为 60 把刀； 5)拟采用的研究方案、研究方法或措施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（ ,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分类：（ 1）盘式刀库；（ 2）链式刀库；（ 3）鼓轮式刀库。特点（ 1）盘式刀库 :刀具呈环行排列，空间利用率低，容量不大但结构简单。图 1 盘式刀库（ 2）链式刀库 :结构紧凑，容量大，链环的形状也可随机床布局制成各种形式而灵活多变，还可将换刀位突出以便于换刀。 3 图 2 链式刀库（ 3）鼓轮式刀库 :占地小，结构紧凑，容量大，但选刀、取刀动作复杂。图 3 鼓轮式刀库换刀机械手分为单臂单手式，单臂双手式和双手式机械手。单臂单手式结构简单，换刀时间较长，适用于刀具主轴与刀库刀套平行，刀库刀套轴线与主轴轴线平行，以及刀库刀套轴线与主轴轴线垂直的场合。单臂双手机械手可同时抓住主轴和刀库中的刀具，并进行拔出、插入，换刀时间短，广泛应用于加工中心上的刀库刀套轴线与主轴平行的场合。双手式机械手结构较复杂，换刀时间短，这种机械手除了完成拔刀、插刀外，还起运输刀具的作用 6。结合所给题目，初步决定采用链式刀库双手式机械手换刀方案。采用系统化设计方法，将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统，每个设计要素具有独立性，各个要素间存在着有机的联系，并具有层次性，所有的设计要素结合后，即可实现设计系统所需完成的任务。三完成毕业论文的工作步骤与时间安排（按周次填写）（ 1） 1 3 周：调研并收集资料；（ 2） 3 5 周：确定设计方案和整体结构特点； 4 （ 3） 6 9 周：完成结构设计计算；（ 4） 10 12 周：完成装配图、三维建模和仿真；（ 5） 13：完成论文撰写，准备答辩。四指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见）指导教师：年月日五所在系意见：系主管领导：年月日注： 1. 正文：宋体小四号字，行距 20 磅。 2. 开题报告由各系集中归档保存。 5 参考文献 1 C, T. . ， 2003,24(1):1732邱馄城 J2007,4:114一 115. 3关慧贞 ,冯辛安等 M械工业出版社， 2007 4成大先 ,王德夫 ,李长顺等计手册 M学工业出版社 ,2007 5王光斗 ,王春福 M械工业出版社 6孟宪源 M械工业出版社， 1994 7叶玉驹 ,焦永和 ,张彤等 M. 北京：机械工业出版社 , 2008. 8孙志礼 ,冷兴聚 ,魏延刚等 M. 沈阳：东北大学出版社 , 2000. 9吴宗泽 M等教育出版社 , 1986. 10刘建彗 ,邹彗雪 ,颜洪森 J. 组合机床和自动化加工技术 , 2004第 8期： 3511宋明宽 . 精密刀库机械手换刀位置调整工具 J. 制造技术与机床 . 2010,4:3012陶松桥 . 加工中心刀库定位控制的改进 J. 设备管理与维修 , 2008,3:4413李体仁 ,张淳 ,夏田 J. 机床与液压 ,2004,6:1214祁平 . 加工中心自动换刀过程 J. 制造技术与机床 . 2001,1:2215迟桂纯 ,刘洪瑛 ,谢培红式镗铣床数控技术改造 M2002 16詹启贤 M. 北京：中国轻工业出版社 , 1994. 17刘文志 J床 1:2718刘澄深 . 法国自动换刀数控卧式镗铣床 J. 组合机床通讯 . 1975. 19R. S). 1992. 20, NC S). 1994， 3:15 I 数控卧式镗铣床刀库结构设计摘要九十年代以来，数控加工技术得到迅速的普及发展，高速加工中心作为新时代数控机床的代表，已在机床领域广泛。面对市场竞争的压力，如何提高机械制造业的生产效率是为重中之重，而刀库的出现，促使减少了机械加工时换刀具所使用的时间，大大的提高了生产效率。数控卧式镗铣床是一种具有自动换刀装置和任意分度数控转台的数字控制机床，工件在一次装夹后能自动完成几个侧面的的多种工序的加工。数控机床及由数控机床组成的制造系统是改造传统产业、构建数字化企业的重要基础设备，它的一直备受人们关注。数控机床以其卓越的柔性自动化的性能、优异而稳定的精度、灵捷而多样化的给功能引起世人瞩目，它开创了机械产品机电一体化发展的先河，因此数控技术成为先进制造技术中的一项核心技术。另一方面，通过持续的研究，信息技术的深化应用促进了数控机床的进一步提升。数控机床及由数控机床组成的制造系统是改造传统产业、构建数字化企业的重要基础设备，它的一直备受人们关注。数控机床以其卓越的柔性自动化的性能、优异而稳定的精度、灵捷而多样化的给功能引起世人瞩目，它开创了机械产品机电一体化发展的先河，因此数控技术成为先进制造技术中的一项核心技术。另一方面，通过持续的研究，信息技术的深化应用促进了数控机床的进一步提升在借鉴和参考大量有关刀库的机械结构后，结合实际情况，决定采用链式刀库双手式机械手换刀方案，根据机械设计与机械原理等有关知识对数控卧式镗铣床刀库进行设计，采用 007 中文版对刀库及关键零件进行绘制。关键词：加工中心；刀库；数控加工 NC 990s,as a of C of to is to is a of in in a NC is an to of it a of to to it of so is a in On to NC to of to of to nc of 007. C 录第 1 章绪论 . 错误 !未定义书签。课题在国内外的研究动态 . 错误 !未定义书签。库产品目前的水平 . 错误 !未定义书签。库系统的发展趋势 . 错误 !未定义书签。库系统的发展方向 . 错误 !未定义书签。题的目的、意义和开展研究工作的设想 . 错误 !未定义书签。题的目的 . 错误 !未定义书签。展研究工作的设想 . 课题设计方案的选择和设计手段 . 错误 !未定义书签。第 2 章刀库传动系统设计 . 错误 !未定义书签。库主要设计参数 . 错误 !未定义书签。库驱动液压马达的选择 . 错误 !未定义书签。库负载转矩算 . 错误 !未定义书签。定液压马达转数 . 错误 !未定义书签。轮设计参数 . 错误 !未定义书签。择齿轮材料、热处理方法及精度等级 . 错误 !未定义书签。齿面接触疲劳强度设计齿轮 . 主要参数选择和几何尺寸计算 . 错误 !未定义书签。根校核 . 错误 !未定义书签。的设计 . 错误 !未定义书签。动轴承的选择与校核计算 . 错误 !未定义书签。联接的选择及其校核计算 . 3 章链参数计算 . 错误 !未定义书签。送链的设计 . 错误 !未定义书签。式轴的设计 . 错误 !未定义书签。承的选型及校核 . 错误 !未定义书签。强度计算 . 错误 !未定义书签。链传动的运动特性 . 错误 !未定义书签。链传动的动载荷 . 链传动的受力分析 . 滚轮接触强度的计算 . 错误 !未定义书签。第 4 章刀库准停系统的设计 . 错误 !未定义书签。结论 . 错误 !未定义书签。参考文献 . 错误 !未定义书签。致谢 . 错误 !未定义书签。毕业设计（论文）知识产权声明 . 错误 !未定义书签。毕业设计（论文）独创性声明 . 错误 !未定义书签。毕业设计（论文）独创性声明 36 毕业设计（论文）独创性声明秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的毕业设计（论文）是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经发表或撰写过的成果，不包含他人已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢。毕业设计（论文）与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。毕业设计（论文）作者签名：指导教师签名：日期： 2013 年 5 月 1 绪论 1 1 绪论课题在国内外的研究动态随着中国经济的快速发展，进入 21 世纪，我国机床制造业既面临着提升机械制造业水平的需求而引发的制造装备发展的良机，也面临着加入激烈的市场竞争的压力。从技术层面上讲，加速推进数控技术将是解决机床制造业持续发展的一个关键。数控机床及由数控机床组成的制造系统是改造传统产业、构建数字化企业的重要基础装备，它的发展一直备受人们的关注。数控机床以其卓越的柔性自动化的性能、优异而稳定的精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目，它开创了机械产品机电一体化发展的先河，因此数控技术成为先进制造技术中的一项核心技术。另一方面，通过持续的研究，信息技术的深化应用促进了数控机床的进一步提升 1。随着数控技术的发展，采用数控系统的机床品种日益增多，有车床、铣床、镗床、钻床、磨床、齿轮加工机床和电火花加工机床等。此外还有能自动换刀、一次装卡进行多工序加工的加工中心、车削中心等。数控机床主要由数控装置、伺服机构和机床主体组成，输入数控装置的程序指令记录在信息载体上，由程序读入装置接收，或由数控装置的键盘直接手动输入 2。随着微电子技术、计算机技术和软件技术的迅速发展，数控机床的控制系统日益趋向于小型化和多功能化，具备完善的自诊断功能，可靠性也大大提高，数控系统本身将普遍实现自动编程。未来数控机床的类型将更加多样化，多工序集中加工的数控机床品种越来越多；激光加工等技术将应用在切削加工机床上，从而扩大多工序集中的工艺范围；数控机床的自动化程度更加提高，并具多种监控功能，从而形成一个柔性制造单元，更加便于纳入高度自动化的柔性制造系统中 3。数控机床为了进一步提高生产率，进一步压缩非切削时间，现代的机床逐步发展为在一台机床上一次装夹中完成多工序或全部工序的加工。数控机床为了能在工件一次装夹中完成多个工步，以缩减辅助时间和减少多次安装工件引起的误差，通常带有自动换刀系统。对工件的多工序加工而设置的存储及更换刀具的装置称为自动换刀装置；自动换刀系统由控制系统和换刀装置组成。在数控镗铣床的基础上，如果再配以刀具和自动换刀系统，就构成加工中心。在这类数控机毕业设计（论文） 2 床上，自动换刀装置是必不可少的 4。例如加工中心机床又称多工序自动换刀数控机床，它主要是指具有自动换刀及自动改变工件加工位置功能的数控机床，具有自动换刀装置是加工中心机床的典型特征，是多工序加工的必要条件。自动换刀装置的功能，对整机的加工效率有很大的影响 5。数控机床的自动换刀装置的结构形式多种多样，选择何种形式，主要取决于机床的种类、工艺范围以及刀具的种类和数量等。本课题中的数控卧式镗铣床将采用的是带刀库的自动换刀形式。库产品目前的水平在此概念基础下，刀库产品的发展现况为： a. 超重刀库的发展：发展出刀链系统能承载重量 70上之超重刀具，拥有强力锁刀装置的稳定刀链架构，可防止重型刀具于运转中坠落。 b. 高效率且定位精度的驱动及选刀系统的发展：发展出高精度系统配置以及高质量、高定位精度的伺服电动机及减速器，以符合选刀迅速、换刀精确的主要性能需求。 c. 多型式刀具容载刀库的发展：发展出同时可容纳多种型式刀具（如刀链系统，也被视为是必须时常变换使用多种主轴的加工中心的必备装置。 d. 不同型式刀及其任意点换刀系统的发展：可以同时夹取不同型式刀具（如因应需求必须有不同的刀具。为了缩短换刀时间，多点式或任意点式换刀系统是有必要的。 e. 轻量化、低成本架构刀库的发展：发展出轻量化的塑钢射出刀套架构，整体重量较传统刀库减轻 100上，成本大幅降低的刀库。 f. 大型及高容量刀库的发展：在机床多功能趋势演化下，大量的刀具被使用在同一台机床上，刀库的架构必须兼顾换刀效率及储刀效能，多变的刀库型体（可容纳 120/180/200 把以上刀具）及多样精密的换刀系统（如各种立式、卧式、立卧单点及多点式换刀系统），是其主要的特色 6。库系统的发展趋势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： a. 高效能的产品毕业设计（论文） 3 发展符合高荷重、高容量、高速化概念的刀库产品。 b. 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。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： a. 可远距离传输。 b. 换刀时可同步打刀，缩短换刀时间。 c. 大容量且可扩充。 d. 高效且精准的驱动和选刀系统。 e. 控制系统复杂。 f. 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 40 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 40 盘式刀库的换刀速度量已经降到 295 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。题的目的、意义和开展研究工作的设想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优化设计以提高换刀速度，减少助助时间。展研究工作的设想为了达到减少辅助加工时间目的，综合考虑工具机的各方面因素，在尽可能短的时间内完成刀具交换一般强调换刀速度快的卧式机台，皆有几个特点：文） 4 刀臂短主要目的是要让换刀时，可动件之转动惯量小，以达到快速换刀之目的。该技术包括刀库的设置、换刀方式、换刀执行机构和适应高速工具机的结构特点等。 a. 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。 b. 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心短锥柄刀是发展的趋势。题设计方案的选择和设计手段 a. 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（ ,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，而不增加链轮毕业设计（论文） 5 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。换刀机械手分为单臂单手式，单臂双手式和双手式机械手。单臂单手式结构简单，换刀时间较长，适用于刀具主轴与刀库刀套平行，刀库刀套轴线与主轴轴线平行，以及刀库刀套轴线与主轴轴线垂直的场合。单臂双手机械手可同时抓住主轴和刀库中的刀具，并进行拔出、插入，换刀时间短，广泛应用于加工中心上的刀库刀套轴线与主轴平行的场合。双手式机械手结构较复杂，换刀时间短，这种机械手除了完成拔刀、插刀外，还起运输刀具的作用。结合所给题目，初步决定采用链式刀库双手式机械手换刀方案。 b. 设计手段采用系统化设计方法，将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统，每个设计要素具有独立性，各个要素间存在着有机的联系，并具有层次性，所有的设计要素结合后，即可实现设计系统所需完成的任务。结合本课题实际，根据机械设计与机械原理等有关知识对数控卧式镗铣床刀库进行设计，采用007 中文版对刀库及关键零件进行绘制。毕业设计（论文） 6 2 刀库传动系统设计库主要设计参数安装形式：链式刀库刀库容量： 60 把送刀方式：任意刀具尺寸（最大）：长 400 毫米，直径 120 毫米刀具重量（约 10 千克链条快速移动速度为 8 米 /分，慢速移动速度为 /分。库驱动液压马达的选择刀库驱动液压马达的选择应同时满足刀库运转时的负载转矩起动时的加速转矩要求。由于链条转速很低和液压马达惯性小、起动转矩小的特点，为了计算简便，在计算时，忽略起动加速转矩最后结果上乘以一个工作系数。库负载转矩算链式刀库负载转矩来克服刀具不平衡重力导向面的摩擦力 F，如图 2示。不平衡重力；擦力图 2条受力分析图支承面的摩擦力 ; 是导向面上因刀具下垂而引起的摩擦力。不平衡重力可按刀库一侧装满刀、一侧不装刀时的最大重力差值来计算。 a. 确定不平衡重力图 2 ,不平衡重力毕业设计（论文） 7 3 b. 确定摩擦力 F 3(2 钢与铜之间的摩擦系数，约取 N 垂直作用在导向面上的压力，包括刀具、刀柄和刀座产生的重力，分别为 0 )(3 2 刀座外半径，取 50 L 刀座长度，取 210 c. 确定每排刀具负载转矩 Tf d. 确定每排刀具作用在主动轮上的负载转矩 321/ T (2 1 圆柱齿轮传动效率，取 2 链传动效率 ,取 3 深沟球轴承传动效率，取 e. 确定作用在液压马达上的负载转矩业设计（论文） 8 4321 422 i 液压马达轴至刀库轴的速比，取 9；传动效率。考虑到实际情况比计算时所设定的条件复杂，液压马达额定转矩为负载转矩，即 T 定液压马达转数由刀库设计参数知，链条快速移动速度为 8 米 /分，即 8000mm/速移动速度为 /分，即 200mm/ a. 确定链轮周长 S d=272mm b. 确定液压马达的转速范围 / m i m 8000m a x m i m 200m i n 型为轮设计参数择齿轮材料、热处理方法及精度等级 a. 齿轮材料、热处理方法及齿面硬度因为载荷中有轻微振动，传动速度不高，传动尺寸无特殊要求，属于一般的齿轮传动，故两齿轮均可用软齿面齿轮。查机械基础 14 10，小齿轮选用 45 号钢，调质处理，硬度 260齿轮选用 45 号钢，调质处理，硬度为 220 b. 精度等级初选毕业设计（论文） 9 减速器为一般齿轮传动，圆周速度不会太大，根据机械设计学基础 7，初选 8 级精度。齿面接触疲劳强度设计齿轮由于本设计中的减速器是软齿面的闭式齿轮传动，齿轮承载能力主要由齿轮接触疲劳强度决定，其设计公式为： 123113 . 5 3() a. 确定载荷系数 K 因为该齿轮传动是软齿面的齿轮，圆周速度也不大，精度也不高，而且齿轮相对轴承是对称布置，根据电动机和载荷的性质查机械设计学基础 5 8，得 K 的范围为取 K b. 小齿轮的转矩 1 1 12 . 0 99 5 5 0 / 9 5 5 0 4 2 . 7 5 8 4 2 7 5 84 6 6 . 7 9 8 / m i n N m N m 接触疲劳许用应力 l i S (1) 接触疲劳极限应力由机械设计学基础 5 30 中的值线，根据两齿轮的齿面硬度，查得 45 钢的调质处理后的极限应力为 600 ， 560 (2) 接触疲劳寿命系数应力循环次数公式为 N=60 n 工作寿命每年按 300 天，每天工作 8 小时，故 300108)=24000h 024000=08 8 812N 6 . 7 2 2 1 0N = 1 . 6 8 1 1 0 查机械设计学基础 5 31，且允许齿轮表面有一定的点蚀 3) 接触疲劳强度的最小安全系数机械设计学基础 5 10，得 1 (4) 计算接触疲劳许用应力毕业设计（论文） 10 将以上各数值代入许用接触应力计算公式得 l i m 1 11m i 0 1 . 0 2 6121Z M P a M P l i m 2 22m i 0 1 . 1 5 6441Z M P a M P (5)齿数比因为 Z2=以 2146)齿宽系数由于本设计的齿轮传动中的齿轮为对称布置，且为软齿面传动，查机械基础 14 12，得到齿宽系数的范围为 1d 。）计算小齿轮直径于21，故应将代入齿面接触疲劳设计公式，得 22 1 3313 . 5 3 1 3 . 5 3 1 8 9 . 8 1 . 5 4 2 7 5 8 4 1( ) 4 5 . 8 0 m 2 1 4 M ud m c. 圆周速度 v 1114 6 6 . 7 9 8 4 5 . 8 0 1 . 1 2 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0m s 查机械设计学基础 5 7， 3 10 和 0 63 10 ，查机械设计学基础 5 34 得， , 毕业设计（论文） 12 (3) 弯曲疲劳强度的最小安全系数传动要求一般的可靠性，查机械设计学基础 5 10，取 (4)弯曲疲劳许用应力将以上各参数代入弯曲疲劳许用应力公式得 F l i m 1F P 1 N 1F m i Y = 1 M P a = 1 5 0 M P . 2 F l i m 2F P 2 N 2F m i Y = 1 M P a = 1 4 1 . 6 7 M P . 2 (5)齿根弯曲疲劳强度校核 11 1 112 2 1 . 5 4 2 7 5 8= 2 . 8 1 M P a = 3 3 . 3 7 M P 3 6 0F F F b m d 12 2 212 2 1 . 5 4 2 7 5 82 . 2 4 2 6 . 6 06 0 3 6 0F F F M P a M P ab m d 因此，齿轮齿根的抗弯强度是安全的。的设计 a. 高速轴的设计 (1) 选择轴的材料和热处理采用 45 钢，并经调质处理，查机械基础 16 1，得其许用弯曲应力 1 60M ， 118 106A : 。 (2) 初步计算轴的直径由前计算可知：中， A 取 112。 13312 . 0 91 1 2 2 0 . 1 0 8 m 6 . 7 9 8 主考虑到有一个键槽，将该轴径加大 5%，则 d = 2 0 . 1 0 8 1 0 5 % = 2 1 . 1 1 m m 2 2 . 4 m m 查机械基础录 1，取 d=253) 轴的结构设计高速轴初步确定采用齿轮轴，即将齿轮与轴制为一体。根据轴上零件的安装和固定要求，初步确定轴的结构。设有 7 个轴段。 1 段：该段是小齿轮的左轴端与带轮连接，该轴段直径为 25机械毕业设计（论文） 13 基础录 23，取该轴伸 60 2 段：参考机械基础轴肩高度 h 为 d2=h=28 此轴段一部分用于装轴承盖，一部分伸出箱体外。 3 段：此段装轴承，取轴肩高度 h 为 1 d3=h=30 选用深沟球轴承。查机械基础录 24，此处选用的轴承代号为 6306，其内径为 30度为 19 了起固定作用，此段的宽度比轴承宽度小12此段长 7 4 段与 6 段：为了使齿轮与轴承不发生相互冲撞以及加工方便，齿轮与轴承之间要有一定距离，取轴肩高度为 2 d4=d6=h=33度取 5 5 5 段：此段为齿轮轴段。由小齿轮分度圆直径 d =60知， 0为小齿轮的宽度为 70 0 7 段：此段装轴承，选用的轴承与右边的轴承一致，即 017 由上可算出，两轴承的跨度 L 1 7 5 2 7 0 9 7L 4) 按弯矩复合强度计算圆周力： 11 12 2 4 2 7 5 8 1 4 2 5 . 360t 径向力： 011 t a n 1 4 2 5 . 3 t a n 2 0 5 1 8 . 8 N 1)绘制轴受力简图图 2的受力简图（ a）毕业设计（论文） 14 图 2的受力简图（ b） 2)绘制垂直面弯矩图轴承支反力： 1 5 1 8 . 8 2 5 9 . 422A Y B Y N 1 1 4 2 5 . 3 7 1 2 . 6 522A z B z N 由两边对称，知截面 C 的弯矩也对称。截面 C 在垂直面弯矩为 1 9 7 9 72 5 9 . 4 1 2 5 8 0 . 922c A N m m 图 2直面弯矩图 3）绘制水平面弯矩图 2 977 1 2 . 6 5 3 4 5 6 3 . 522c A Z N m m 图 2平弯矩图 4）绘制合弯矩图 22 22111 ( ) 1 2 5 8 0 . 9 3 4 5 6 3 . 5 3 6 7 8 2 . 0 1C V C HM c M M N m m 毕业设计（论文） 15 图 2弯矩图 5）绘制扭转图转矩产生的扭剪力按脉动循环变化，取 = 1 0 . 6 4 2 7 5 8 2 5 6 5 4 . 8a M N m m 图 2转图 6）绘制当量弯矩图截面 C 处的当量弯矩： 22 221( ( ) ) 3 6 7 8 2 . 0 1 ( 0 . 6 4 2 7 5 8 ) 4 4 8 4 5 . 1 2cM e c M M N m m 图 2量弯矩图 7) 校核危险截面 C 的强度轴上合成弯矩最大的截面在位于齿轮轮缘的 C 处， W 34 4 8 4 5 . 1 2 1 2 . 4 8 6 00 . 1 3 3 e c M P a M P 所以轴强度足够。 b. 低速轴的设计 (1)选择轴的材料和热处理采用 45 钢，并经调质处理，查机械基础 16 1，得其许用弯曲应力 1 60M ， 118 106A : 。 (2) 初步计算轴的直径由前计算可知：业设计（论文） 16 计算轴径公式： 2322：2 33222 . 0 0 71 0 6 2 7 . 3 61 1 6 . 7 0 0 m 其中， A 取 106。考虑到有一个键槽，将该轴径加大 5%，则 2 2 7 . 3 6 1 . 0 5 2 8 . 7 3d m m 查机械基础录 1，取 d=303) 轴的结构设计根据轴上零件得安装和固定要求，并考虑配合高速轴的结构，初步确定低速轴的结构。设有 6 个轴段。 1 段：此段装联轴器。装联轴器处选用最小直径 2据机械基础录 32，选用弹8232 82326 1 轴孔直径为 32孔长度为 60据联轴器的轴孔长度，又由机械基础录 23，取轴伸段（即段）长度 58 2 段：查机械基础取轴肩高度 h 为则d2=h= 此轴段一部分长度用于装轴承盖，一部分伸出箱体外。 3 段：取轴肩高度 h 为 d3=h=35+2 段装轴承与套筒。选用深沟球轴承。查机械基础录 24，此处选用的轴承代号为 6208，其内径为 40度为 18了起固定作用，此段的宽度比轴承宽度小12套筒长度为 10此段长 18+10+2=28 4 段：此段装齿轮，取轴肩高度 h 为 d4=h= 因为大齿轮的宽度为 60 08 段：取轴肩高度 h 为 d5=h=50度与右面的套筒相同，即 0 6 段：此段装轴承，选用的轴承与右边的轴承一致，即 017上可算出，两轴承的跨度 L 1 8 2 1 0 6 0 9 8 。（ 4）低速轴的轴段示意图如下：毕业设计（论文） 17 图 2速轴的轴段示意图（ 5）按弯矩复合强度计算 A、圆周力： 22 22 M 2 1 6 4 2 4 0 1 3 5 1 . 7 7 0243 B、径向力： 022 t a n 1 3 5 1 . 7 7 0 t a n 2 0 4 9 2 N 1）求支反力 492 24622 B Y N 2 1 3 5 1 . 7 7 0 6 7 5 . 8 8 522tA z B z N 2) 由两边对称，知截面 C 的弯矩也对称。截面 C 在垂直面弯矩为受力图： 1 982 4 6 1 2 0 5 422c A Y N m m 3）截面 C 在水平面上弯矩为： 2 986 7 5 . 8 8 5 3 3 1 1 8 . 3 6 522c A z N m m 4）合成弯矩为： 2 2 2 212( 1 2 0 5 4 3 3 1 1 8 . 3 6 5 3 5 2 4 3 . 7 9c c M N m m 5）转矩产生的扭剪力按脉动循环变化，取 =面 C 处的当量弯矩： 2 2 2 22( ) 4 4 1 3 6 ( 0 . 6 1 6 4 2 4 0 ) 1 0 4 6 5 6 . 8e c a M N m m 6) 校核危险截面 C 的强度轴上合成弯矩最大的截面在位于齿轮轮缘的 C 处， W 31 0 4 6 5 6 . 8 1 1 . 4 8 p a 10r 可按基本额定动载荷计算值选择轴承，然后校核其额定静载荷是否满足要求。当轴承可靠性为 90、轴承材料为常规材料并在常规条件下运转时，取 500h 作为额定寿命的基准，同时考虑温度、振动、冲击等变化，则轴承基本额定动载荷可按下式进行简化计算。 C 基本额定动载荷计算值， N； P 当量动载荷， N；寿命因数； 1 速度因数；力矩载荷因数，力矩载荷较小时取大时取 2；冲击载荷因数； 1.5 温度因数； 1 轴承尺寸及性能表中所列径向基本额定动载荷， N；查表得，；。在本输送装置中，可以假设轴承只承受径向载荷，则当量动载荷为： P=文献 3的表 6， X=1， Y=0；所以， P=128N。由以上可得：本输送机中的轴承承受的载荷多为径向载荷，所以选取深沟球轴承，查文献的附表，并考虑轴的外径，选取轴承 6305具体参数为：内径 d=25径 D=62本额定载荷基本额定静载荷限速度为 10000r/量为毕业设计（论文） 26 然后校核该轴承的额定静载荷。额定静载荷的计算公式为： 000 式中： 0C 基本额定静载荷计算值， N; 0P 当量静载荷， N； 0S 安全因数 ; 轴承尺寸及性能表中所列径向基本额定静载荷，查文献 3的表 6，对于深沟球轴承，其当量静载荷等于径向载荷。查文献 3的表 6，安全系数 000 由上式可知，选取的轴承符合要求强度计算链传动的运动特性由于链是由刚性链节通过销轴铰接而成，当链绕在链轮上时，其链节与相应的轮齿啮合后，这一段链条将曲折成正多边形的一部分。该正多边形的边长等于链条的节距 p，边数等于链轮齿数 z，链轮每转过一圈，链条走过，所以链的平均速度 v 为 v = 100060 11 = 100060 22 式中：分别为主、从动链轮的齿数；分别为主、从动链轮的转速， r/ 链传动的平均传动比 1221 因为链传动为啮合传动，链条和链轮之间没有相对滑动，所以平均链速和平均传动比都是常数。但是，仔细考察绞链链节随同链轮转动的过程就会发现，链传动的瞬间传动比和链速并非常数我们知道，链条由刚性链板通过铰链连接而成。当链条绕在链轮上时，其形状如图所示：在主动链轮上，铰链 A 正在牵引链条沿直线运动，绕在主动链轮上的其他铰链并不直接牵引链条，因此，链条的运动速度完全有铰链 A 的运动所决定。铰链 A 随同主动链轮运动的线速度 111 方垂直于链直线运动方向的毕业设计（论文） 27 夹角为。因此，铰链 A 实际用于牵引链条运动的速度为式中。主动链轮的分度圆半径， m。因为是变化的，所以即使主动链轮转速恒定，链条的运动速度也是变化的。当 =11 1802 z 时，链速最低；当 =0，链速最高， 1 是主动链轮上的一个链节所对的中心角。链速的变化呈周期性，链轮转过一个链节，对应链速变化的一个周期。链速变化的程度与主动链轮的转速 1n 和齿数 1z 有关。转速越高、齿数越少，则链速变化范围越大。在链速 1 变化的同时，铰链 A 还带动链条上下运动，其上下运动的链速 111 y 也是随链节呈周期性变化的。在主动链轮牵引链条变速运动的同时，从动链轮上也发生着类似的过程。从动链轮上的铰链 C 正在被直线链条拉动，并由此带动从动链轮以 2 转动。因为链速 x 方向与铰链的 C 的线速度方向之间的夹角为，所以铰链 C 沿圆周方向运动的线速度为 c o 式中， 2R 为从动链轮的分度圆半径，由此可知从动链轮的转速为 1122 x 在传动过程中因为在22180z内不断变化，加上也是不断变化，所以即使1 是常数， 1 也是周期性变化的。从上式中可得链传动的瞬时传动比为。可见链传动的瞬时传动比是变化的。链传动的传动比变化与链条绕在链轮上的多边形特征有关，故以上现象称为链传动的多边形效应。链传动的动载荷链传动在工作过程中，链速和主从链轮的转速都是变化的，因而会引起变化的惯性力及相应的动载荷。链速变化引起的惯性力为中： m 紧边链条的质量，毕业设计（论文） 28 链条变速运动的加速度， m / 如果视主动链轮匀速转动，则 s in)c 21111 当11 1802 z 时 , (2180s 80s ) 2112111211m a 从动链轮因角加速度引起的惯性力为22 式中： J 从动系统转化到从动链轮轴的转动惯性， 2 从动链轮的角速度， s. 链轮的转速越高，节距越大，齿数越少，则惯性力就越大，相应的动载荷也就越大。同时，链条沿垂直方向也在做变速运动，也会产生一定的动载荷。此外，链节和链轮啮合瞬间的相对速度，也将引起冲击和振动，当链节和链轮轮齿接触的瞬间，因链节的运动速度和链轮轮齿的运动速度在大小和方向上的差别，从而产生冲击和附加的动载荷。显然，节距越大，链轮的转速越高，则冲击越严重。链传动的受力分析链传动在安装时，应使链条受到一定的张紧力。张紧力是通过使链条保持适当的垂度所产生的悬垂拉力来获得的。链传动张紧的目的主要是使松边不致过松，以免出现链条的不正常啮合、跳齿或脱链。因为链传动为啮合传动，所以与带传动相比，链传动所需的张紧力要小得多。链传动在工作时，存

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