数控车床自动回转刀架的控制设计

目 录第一章 引言 .11.1 概述 .11.2 数控车床自动回转刀架的发展趋势 .11.3 刀架的设计准则 .2第二章 数控车床自动回转刀架的设计 .32.1 数控车床刀架应满足的要求 .32.2 刀架的工作原理 .62.3 步进电机的选用 .72.4 蜗杆及蜗轮的选用与校核 .82.5 蜗杆轴的设计 .102.6 蜗轮轴的设计 .172.7 中心轴的设计 .182.8 齿盘的设计 .202.9 轴承的选择 .23第三章 PLC 控制单元设计 .263.1 PLC 与工业控制计算机（IPC）和集散控制系统（DSC）的比较 .263.2 控制电路硬件接线图 .273.3 PLC 控制流程图 .31总 结 .32参考文献 .331第一章 引言1.1 概述数控车床的刀架是机床的重要组成部分。刀架用于夹持切削用的刀具，因此其结构直接影响机床的切削性能和切削效率。在一定程度上，刀架的结构和性能体现了机床的设计和制造技术水平。随着数控车床的不断发展，刀架结构形式也在不断翻新。其中按换刀方式的不同，数控车床的刀架系统主要有回转刀架、排式刀架和带刀库的自动换刀装置等多种形式。其中，带刀库的数控加工中心自动换刀装置自1958 年研制成功以来，其机械结构和控制方式不断得到改进和完善。自动换刀装置时加工中心的重要执行机构，它的形式多种多样，目前常见的有更换主轴头换刀以及带刀库的自动换刀系统。1.2 数控车床自动回转刀架的发展趋势数控刀架的发展趋势是：随着数控车床的发展，数控刀架开始向快速换刀、电液组合驱动和伺服驱动方向发展。 目前国内数控刀架以电动为主，分为立式（如图 1-1）和卧式（如图 1-2）两种。立式主要用于简易数控车床；卧式刀架有八、十、十二等工位，可正、反方向旋转，就近选刀，用于全功能数控车床。另外，卧式刀架还有液动刀架和伺服驱动刀架。电动刀架是数控车床重要的传统结构，合理地选配电动刀架，并正确实施控制，能够有效的提高劳动生产率，缩短生产准备时间，消除人为误差，提高加工精度与加工精度的一致性等等。另外，加工工艺适应性和连续稳定的工作能力也明显提高：尤其是在加工几何形状较复杂的零件时，除了控制系统能提供相应的控制指令外，很重要的一点是数控车床需配备易于控制的电动刀架，以便一次装夹所需的各种刀具，灵活方便地完成各种几何形状的加工。数控刀架的市场分析：国产数控车床将向中高档发展，中档采用普及型数控刀架配套，高档采用动力型刀架，兼有液压刀架、伺服刀架、立式刀架等品种。2图 1-1 立式回转刀架 图 1-2 卧式回转刀架1.3 刀架的设计准则我们设计主过程，本着以下几条设计准则：1） 创造性的利用所需要的物理性能和控制；2） 预测意外载荷；3） 创造有利的载荷条件；4） 提高合理的应力分布和刚度面；5） 辨别功能载荷及其意义；6） 重量尽量轻；7） 应用基本公式求相称尺寸和最佳尺寸；8） 根据性能组合选择材料；9） 在储备零件与整体零件之间进行选择；10） 进行功能设计以适应制造工艺和降低成本的要求。3第二章 数控车床自动回转刀架的设计2.1 数控车床刀架应满足的要求1） 满足工艺过程所提出的要求。机床依靠刀具和工件间相对运动形成工件表面，而工件的表面形状和表面位置的不同，要求刀架能够布置足够多的刀具，而且能够方便而正确地加工各工件表面， 为了实现在工件的一次安装中完成多工序加工，所以要求刀架可以方便地转位。 2） 在刀架以要能牢固地安装刀具，在刀架上安装刀具进还应能精确地调整刀具的位置，采用自动交换刀具时，应能保证刀具交换前后都能处于正确位置。以保证刀具和工件间准确的相对位置。刀架的运动精度将直接反映到加工工件的几何形状精度和表面粗糙度上，为此，刀架的运动轨迹必须准确，运动应平稳，刀架运转的终点到位应准确。面且这种精度保持性要好，以便长期保持刀具的正确位置。 3） 刀架应具有足够的刚度。由于刀具的类型、尺寸各异，重量相差很大，刀具在自动转换过程中方向变换较复杂，而且有些刀架还直接承受切削力。考虑到采用新型刀具材料和先进的切削用量，所以刀架必须具有足够的刚度，以使切削过程和换刀过程平稳。 4） 可靠性高。由于刀架在机床工作过程中，使用次数很多，而且使用频率也高，所以必须充分重视它的可靠性。 5） 刀架是为了提高机床自动化而出现的，因而它的换刀时间应尽可能缩短，以利于提高生产率。目前自动换刀装置的换刀时间在 0.86 秒之间不等。而且还在进一步缩短。 6） 操作方便和安全。刀架是工人经常操作的机床部件之一，因此它的操作是否方便和安全，往往是评价刀架设计好坏的指标。刀架上应便于工人装刀和调刀，切屑流出方向不能朝向工人，而且操作调整刀架的手柄（或手轮）要省力，应尽量设置在便于操作的地方。2.1.1 动力刀架的整体方案设计刀架是车床的重要组成部分，加工中心的动力刀架可安装各种非动力辅助刀4夹和动力刀夹进行加工，用于夹持加工用的刀具,因此其结构直接影响到车床的加工性能和加工效率。刀架采用端齿分度，转位由步进电动机驱动，刀位由二进制绝对编码器识别，动力刀具由变频电机驱动，通过同步齿形带等将动力传递到刀夹。各类数控机床的自动换到装置的结构取决于机床的类型、工艺范围、使用刀具种类和数量。数控机床常用的自动换刀装置的类型、特点、适用范围见表 2-1表 2-12.1.2 数控机床刀架的类型选择按换刀方式的不同，数控车床的刀架系统主要有回转刀架、排式刀架和带刀库的自动换刀装置等多种形式，下面对这三种形式的刀架作简单的介绍。 1） 排式刀架：排式刀架一般用于小规格数控车床，以加工棒料或盘类零件为主。其类别型式 特点 适用范围回转刀架多为顺序换刀，换刀时间短、结构简单紧凑、容纳刀具较少各种数控车床，数控车削加工中心转塔式转塔头顺序换刀，换刀时间短，刀具主轴都集中在转塔头上，结构紧凑。但刚性较差，刀具主轴数受限制数控钻、镗、铣床刀具与主轴之间直接换刀换刀运动集中，运动不见少。但刀库容量受限刀库式 用机械手配合刀库进行换刀刀库只有选刀运动，机械手进行换刀运动，刀库容量大各种类型的自动换刀数控机床。尤其是对使用回转类刀具的数控镗、铣床类立式、卧式加工中心机床要根据工艺范围和机床特点，确定刀库容量和自动换刀装置类型5结构形式为：夹持着各种不同用途刀具的刀夹沿着机床的 X 坐标轴方向排列在横向滑板上。刀具的典型布置方式如下图所示。这种刀架在刀具布置和机床调整等方面都较为方便，可以根据具体工件的车削工艺要求，任意组合各种不同用途的刀具，一把刀具完成车削任务后，横向滑板只要按程序沿 X 轴移动预先设定的距离后，第二把刀就到达加工位置，这样就完成了机床的换刀动作。这种换刀方式迅速省时，有利于提高机床的生产效率。宝鸡机床厂生产的 CK7620P 全功能数控车床配置的就是排式刀架。2）回转刀架：回转刀架是数控车床最常用的一种典型换刀刀架，一般通过液压系统或电气来实现机床的自动换刀动作，根据加工要求可设计成四方、六方刀架或圆盘式刀架，并相应地安装 4 把、6 把或更多的刀具。回转刀架的换刀动作可分为刀架抬起、刀架转位和刀架锁紧等几个步骤。它的动作是由数控系统发出指令完成的。回转刀架根据刀架回转轴与安装底面的相对位置，分为立式刀架和卧式刀架两种。3）带刀库的自动换刀装置：上述排式刀架和回转刀架所安装的刀具都不可能太多，即使是装备两个刀架，对刀具的数目也有一定限制。当由于某种原因需要数量较多的刀具时，应采用带刀库的自动换刀装置。带刀库的自动换刀装置由刀库和刀具交换机构组成。排式刀架 回转刀架本次设计的刀架是四工位刀架，刀位较少，且要求精度较高，所以可以选择回转刀架和排式刀架，且一次装夹中完成多工序加工，缩短辅助时间，减少多次安装所引起的加工误差保证转位具有高的重复定位精度具有转位快，定位精度高，切向扭矩大的特点。而电动机最低转速为 35r/min，最高转速为 4000r/min，额定转速为ne=2000 r/min 刀具顺利换刀，因此需要很高的稳定性。对于以上三种刀架，排式刀6架加工棒料或盘类零件为主，局限性较大，同时定位精度不高，况且排式刀架往复运动幅度较大，占用空间多。综上，本次设计选用回转刀架作为设计对象，其具有换刀时间短、结构简单紧凑、容纳刀具较少的特点，所以较为合适，对于回转刀架根据安装方式的 不同可分为立式和 卧式两种根据机械定位方式的 不同，自动回转刀架又可分为端齿盘定位型和三齿盘定位型等。其中断齿盘定位型换刀时刀架需抬起，换刀速度较慢且密封性较差，但其结构较简单。三齿盘定位型又叫免抬型，其特点是换刀时刀架不抬起，因此换刀时速度快且密封性好，但其结构较复杂。由于本人初次设计数控刀架，所以选择较为简单的端齿盘定位，结构简单。同时，自动回转刀架在结构上必须具有良好的 强度和刚性，以承受粗加工时的 切削抗力。为了保证转位具有高的重复定位精度，自动回转刀架还 要选择可靠的定位方案和合理的定位结构。自动回转刀架的自动换刀时由控制系统和驱动电路来实现的。发信转位采用霍尔元件，使用寿命长。根据以上对机床刀架类型、性能及其使用场合的综合比较，并结合现有数控车床的实例，本次设计的动力刀架为伺服电机驱动的转塔式自动回转刀架。2.2 刀架的工作原理回转刀架的工作原理为机械螺纹升降转位式。工作过程可分为刀架抬起、刀架转位、刀架定位并压紧等几个步骤。图2.1为自动回转刀架，其工作过程如下：1) 刀架抬起 当数控系统发出换刀指令后, 通过接口电路使电机正转, 经传动装置驱动蜗杆蜗轮机构3、蜗轮螺纹即螺母机构延逆时针旋转 ,此时由于上下齿盘40、6 处于啮合状态，在丝杆螺母机构转动时，使上刀架体产生向上的轴向力将上齿盘40松开并抬起,直至两定位齿盘40、6脱离啮合状态,从而带动上刀架和齿盘产生“上台”动作。2) 刀架转位 当圆套13逆时针转过150时，齿盘40、6完全脱开，此时销钉准确进入圆套13中的凹槽中，带动刀架体转位。3) 刀架定位 当上刀架转到需要到位后（旋转90、180或270） ，数控装置发出的换刀指令使霍尔开关19中的某一个选通,当磁性板18 与被选通的霍尔开关对齐后,霍尔开关反馈信号使电机反转,插销39在弹簧力作用下进入反靠盘7地槽中进行粗定位，上刀架体停止转动，电机继续反转，使其在该位置落下，通过螺母丝杆机构使上刀架移到齿盘40、6 重新啮合, 实现精确定位。74) 刀架压紧 刀架精确定位后，电机及许反转，夹紧刀架，当两齿盘增加到一定夹紧力时， 电机由数控装置停止反转，防止电机不停反转而过载毁坏，从而完成一次换刀过程。图 2.12.3 步进电机的选用动力刀架的转位需要涡轮蜗杆机构来实现，而驱动蜗轮轴旋转是由电机来实现的，电机的选择要满足所需负载和转矩。从而需要我们对电机进一步的选择。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。在开环系统中，广泛采用步进电机作为执行单元。这是因为步进电机具有以下优点：1）直接采用数字量进行控制;82）转动惯量小，启动、停止方便；3）成本低；4）无误差积累；5）定位准确；6）低频率特性比较好；7）调速范围较宽；采用步进电机作为驱动单元，其机构也比较简单，主要是变速齿轮副、滚珠丝杠副，以克服爬行和间隙等不足。通常步进电机每加一个脉冲转过一个脉冲当量；但由于其脉冲当量一般较大，如0.01mm，在数控系统中为了保证加工精度，广泛采用步进电机的细分驱动技术。由于课题要求电动机最低转速为35r/min，最高转速为4000r/min ，额定转速为ne=2000 r/min。要求4把刀更换。因为刀架上升、下降各转150，刀架转位至少需90，所以蜗轮转的角度=390。考虑刀架只需小功率驱动，为减少生产成本，选用JD60电动机，其转速为1400r/min,额定功率为60W。2.4 蜗杆及蜗轮的选用与校核2.4.1 选择传动的类型考虑到传递的功率不大，转速较低，选用 2A 蜗杆，精度 8 级，GB10089-882.4.2 选择材料和确定许用应力由机械设计表6-7查得蜗杆选用45钢，表面淬火，硬度为4555HRC，蜗轮齿圈用ZCuSn10P1 砂模铸造， 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HT150制造。得到 H=200MPa， f=500MPa2.4.3 按接触强度确定主要参数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9根弯曲疲劳强度。传动中心距： 232()EHZakT(2-1)1）确定作用在蜗轮上的转距T 2按Z 1=2，取效率=0.8， 则T2=T*i=3.5382N.M (2-2)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K A表从而选取KA=1.15； 由于转速不高，冲击不大，可取动载系数K V=1.1；则K=KA*K *KV=1*1.15*1.1=1.2651.27 (2-3)3）确定弹性影响系数Z E因选用的铸锡磷青铜蜗轮和蜗杆相配，故1260EZMPa4）确定接触系数Z先假设蜗杆分度圆直径d 1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，从而可查机械设计6-7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= KHN H=0.92268=246.56247MPA (2-4)6）计算中心距23160.71.2758.()4am(2-5)取中心距a=50mm，m=1.6mm，蜗杆分度圆直径d 1=29mm，这时d 1/a =0.448，从而可查得接触系数Z=2.72，因为ZZ ，因此以上计算结果可用。10蜗杆和蜗轮主要几何尺寸计算1）蜗杆分度圆直径：d 1=29mm直径系数：q= d 1 /m =18.125，蜗杆头数：Z 1=1分度圆导程角：=31138蜗杆轴向齿距： PA= m=5.024mm； (2-6)蜗杆齿顶圆直径：*123.2aadhm(2-7)蜗杆齿根圆直径： （2-8）cf 5蜗杆轴向齿厚： /aS=2.512mm (2-9)蜗杆轴向齿距： （2-10）1.6.04pmm2）蜗轮蜗轮齿数：Z 2 =45变位系数=0验算传动比：i= 2z/ 1=45/1=45 (2-11)蜗轮分度圆直径：d 2=mz2= 72mm (2-12)蜗轮喉圆直径：d a2=d2+2ha2=75.2m (2-13)蜗轮喉母圆直径： =50-1/275.2=12.4m (2-14)25.0agdr蜗轮齿顶圆直径： （2-15）*7.h蜗轮齿根圆直径： （2-16）692cfa蜗轮外圆直径：当在 z=1 时， （2-17）28.4de2.5 蜗杆轴的设计2.5.1 蜗杆轴的材料选择，确定许用应力考虑蜗杆轴主要传递蜗轮的转矩，为普通用途中小功率减速传动装置。选用 4511号钢，正火处理， 60bMPa2.5.2 按扭转强度初步估算轴的最小直径 221()caaTW（2-18）扭转切应力为脉动循环变应力，取=0.6，抗弯截面系数W=0.1 3d取 =15.5 mmmind2.5.3 确定各轴段的直径和长度根据各个零件在轴上的定位和装拆方案确定轴的形状及直径和长度。图2.2 蜗杆轴结构d1=d5 同一轴上的轴承选用同一型号，以便于轴承座孔镗制和减少轴承类型。d5轴上有一个键槽，故槽径增大5%d1=d5=d1(1+5%)=15.89mm ,圆整d1=d5=17mm所选轴承类型为深沟球轴承，型号为6203，B=12mm，D=40mm，d2起固定作用，定位载荷高度可在（0.070.1）d1范围内，d2=d1+2a=19.3820.04mm，故d2取20mmd3为蜗杆与蜗轮啮合部分，故d3=24mmd4=d2=20mm,便于加工和安装L1为与轴承配合的轴段，查轴承宽度为12mm，端盖宽度为10mm，12则L1=22mmL2尺寸长度与刀架体的设计有关，蜗杆端面到刀架端面距离为65mm，故L2=43mmL3为蜗杆部分长度L3（11+0.06z2）m=21.92mm圆整L3取30mmL4取55mm，L5在刀架体部分长度为（12+8）mm，伸出刀架部分通过联轴器与电动机相连长度为50mm，故L5=70mm两轴承的中心跨度为128mm，轴的总长为220mm2.5.4 蜗杆轴的校核作用在蜗杆轴上的圆周力(2-19)12dTFtmNNnPT .106.2.467509950 51 其中 d1=28mm则NdTFt 463 1029.2017.径向力 (2-20)tr 346.tan.an切向力 (2-21)Ftn 4107.20cos9.1/ 13图 2.3 轴向受力分析NFFrnBH 434 102.6cos109.3cos107.6cos30cs (2-22)nrBV 343 79.sin7.6sin9.sisi (2-23)求水平方向上的支承反力图 2.4 水平方向支承力 0)(212LFAHB14(2-24)NFAH34104.5185.290(2-25)(8.33BC求水平弯矩,并绘制弯矩图 mNLFMAHB 3331 1059.105.294.5水 平 弯 矩 图图 2.5 水平弯矩图求垂直方向的支承反力(2-26)yFyFyZYXpKvfaCF81.9切查文献9表 2.24， ， ， ，2y 73.0y 67.0y 0yFZ其中 ， ，map6rf/6.0min/v(2-27)NKfaCFyFyFyZYXp 358.148.981.9 67073.0切 切图 2.6 垂直方向支承反力150)(2132 LFLFAVBV切 NAV 33 19.85.945.06107. )(086.206.31.2 333FFBCV 切求垂直方向弯矩，绘制弯矩图 mNLMAVB 1.5.2940.133FC 4163切 垂 直 弯 矩 图图 2.7 垂直弯矩图求合成弯矩图，按最不利的情况考虑 mNMBVHB 322322 1069.1.586)09.1(2-28)mNCV416合 成 弯 矩 图图 2.8 合成弯矩图计算危险轴的直径(2-29)1.03eMd查文献9表 151，材料为 调质的许用弯曲应力 ，则AICr8 751mdB8.60751.0693所以该轴符合要求。2.5.5 键的选取与校核考虑到 d5=105%15.14=15.89mm, 实际直径为 17mm，所以强度足够由 GB1095-79 查得，尺寸 bh=55，l=20mm 的 A 型普通平键。按公式 进行校核kldTp3102， ， ， 。查文献mN07mh7145.l10md929表 62，取 则MPap130(2-30)MPakldTp 704.5892717该键符合要求。由普通平键标准查得轴槽深 t=30mm,毂槽深 t1=2.3mm2.6 蜗轮轴的设计2.6.1 蜗轮轴材料的选择，确定需用应力考虑到轴主要传递蜗轮转矩，为普通中小功率减速传动装置选用 45 号钢，正火处理， ， -1=55MPa60bMPa2.6.2 按扭转强度，初步估计轴的最小直径由公式1.03eMd查文献9表 151，取 45 号调质刚的许用弯曲应力 ，则601mdB3.4860.37C.1.593由于轴的平均直径为 34mm，因此该轴安全。2.6.3 确定各轴段的直径和长度根据各个零件在轴上的定位和装拆方案确定轴的形状及直径和长度，d1 即蜗轮轮芯为 68mmd2 为蜗轮轴轴径最小部分取 34mmd3 轴段与上刀架体有螺纹联接，牙形选梯形螺纹，根据文献表 8-45取公称直径为 d3=44mm，螺距 P=12mm，H=6.5mm18查表 8-46 得，外螺纹小径为 31mm内、外螺纹中径为 38mm内螺纹大径为 45mm内螺纹小径为 32mm旋合长度取 55mmL2 尺寸长度为 34mm，蜗轮齿宽 b2 当 z13 时，b20.75da1=15.6mm 取b2=15mm2.7 中心轴的设计通 过 计 算 来 确 定 刀 架 轴各段的尺寸与受力情况。2.7.1 刀架轴的结构设计及计算轴是组成刀架的重要零部件之一，在设计当中主要考虑的是轴的刚度，而碳钢与合金钢的弹性模数相差很小，所以通常选用轴的材料 35 和 45 钢，这里选用的是45 钢，正火处理， ， -1=55MPa，以改善装配工艺和保证装配60bMPa的精度。2.7.2 确定各轴段的直径和长度根据各个零件在轴上的定位和装拆方案确定轴的形状及直径和长度d1=15mm,d2 与轴承配合，轴承类型为推力球轴承，型号为 51203，d=17mm,d1=19,T=12mm,D=35mm所以 d2=17mmd3 与轴承配合，轴承类型为推力球轴承，型号为 51204，d=25mm,d1=27mm,T=15mm,D=47mm19图2.9 中心轴受力图图2.9 刀架轴示意图分配各轴段的长度 L1=80mm,L2=93mm,L3=20mm2.7.3 轴的校核轴横截面的惯性矩4()193.66IDdm20车床切削力 F=2KN,E=210GPa(4-31) 33 421095.9106.6BqlEI (4-32)3 3 34(4)(5)8.102.ayl mI yy B因此中心轴满足刚度条件。2.8 齿盘的设计本设计上刀体的锁紧与定位机构选用端面齿盘，将上刀体和下刀体的 配合面加工成梯形端面齿。当刀架处于锁紧状态时，上下端面齿相互咬合，这时上刀体不能绕刀架的中心轴转动；换刀时电动机正传，抬起机构使上刀体抬起，等上下端面齿脱开后，上刀体才可以绕刀架中心轴转动，完成转位动作。目前在刀架的定位机构中多采用锥销定位和端面齿盘定位。由于圆柱销和斜面销定位时容易出现间隙，圆锥销定位精度较高，它进入定位孔时一般靠弹簧力或液压力、气动力，圆锥销磨损后仍可以消除间隙，以获得较高的定位精度。端齿盘定位由两个齿形相同的端面齿盘相啮合而成，由于啮合时各个齿的误差相互抵偿，起着误差均化的作用，定位精度高。2.8.1 齿盘的材料选择和精度等级上、下齿盘均选用 45 号钢，淬火，180HBS 初选 7 级精度等级2.8.2 确定齿盘参数考虑齿盘主要用于精确定位和夹紧，齿形选用三角齿形，上下齿盘由于需相互啮合，参数可相同当蜗轮轴旋转 150时，上刀架上升 5mm，齿盘的齿高取 4mm由(2-33)(2*)hacm21得算式 4=（21+0.25）m标准值 ha*=1.0, c*=0.25求出 m=1.78mm,取标准值 m=2mm故齿盘齿全高 h=（2ha*+c*）m=(21+0.25)2=4.5mm取齿盘内圆直径 d 为 120mm，外圆直径为 140mm齿顶高 ha=ha*m=12=2mm齿根高 hf=(ha*+c*)m=2.5mm 齿数 z=38齿宽 b=10mm齿厚 (2-34)3.142ms齿盘高为 5mm2.8.3 按接触疲劳强度进行计算确定有关计算参数和许用应力(2-35)mNnPT25.179065.93取载荷系数 kt=1.5由文献表 9-12 取齿宽系数 d=1.0由表 9-10 查得材料的弹性影响系数 Ze=189.8 ，pa取=20，故 ZH=2.5查图 9-34 取 Hlim1=380取 Hlim2=380Lh=60241(830015)N2=5.18107由图 9-35 查得接触疲劳寿命系数 ZN1=1.1 ，ZN2=1.1计算接触疲劳需用应力取安全系数 SH=1，由式（9-44）得22(2-36)1362NHlinZMPaS12linH按齿根抗弯强度设计由式（9-46）得抗弯强度的设计公式为(2-37)321()FaSYkTmdZ确定公式内的各参数数值1）由文献图 9-37 查得，抗弯疲劳强度极限 lim1li260FMPa2）由文献图 9-38 查得，抗弯疲劳寿命系数 YN1=1.0，YN2=1.03）查图取 12.63,.51FaFaSSY4）计算抗弯疲劳许用应力，取抗弯疲劳安全系数 SF=1.4由式（9-47）得(2-38)1112 256NFLIMFFYPaS5）弯曲疲劳强度验算 121 1.1790.2631.54FFaS FkY Mabdm (2-39)故满足弯曲疲劳强度要求。23图 2.10 齿盘示意图 2.9 轴承的选择轴承一般都为标准件，要根据所设计轴的特点合理选择轴承。2.9.1 轴承内部结构轴承内部一般由内圈、外圈、滚动体和保持架组成-通常称为四大件。对于密封轴承，再加上润滑剂和密封圈（或防尘盖）-又称六大件。2.9.2 轴承分类与特点总的可以分为球轴承和滚子轴承两大类。球轴承分为深沟球轴承、角接触球轴承、调心球轴承、推力球轴承、推力角接触球轴承。滚子轴承分为圆柱滚子轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承、调心滚子轴承、推力圆柱滚子轴承、推力滚子轴承、推力圆锥滚子轴承、推力调心滚子轴承。表 2-2 刀架轴向所选轴承的特点深沟球轴承1.转速高2.精度高3.噪声、振动小4.主要承受径向载荷24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深沟球轴承。此类轴承可以同时承受径向载荷及轴向载荷，安装时可调整轴承的游隙。然后根据安装尺寸和使用寿命选出轴承的型号为：62032.9.3 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。5.也能承受一定轴向载荷6.制造简单，成本低滚针轴承1.转速较高2.能承受较高的径向载荷（比径向尺寸相同的其他轴承承受的径向载荷大）3.不能承受轴向载荷4.刚性较高推力球轴承1.转速低2.只能承受单面轴向载荷3.轴圈和座圈不能倾斜252.9.4 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。2.9.5 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。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，密封唇应朝外。26第三章 PLC 控制单元设计3.1 PLC 与工业控制计算机（IPC）和集散控制系统（DSC）的比较各自技术发展的起源计算机是为了满足快速大量数据处理要求的设备。硬件结构方面，总线标准化程度高，兼容性强，软件资源丰富，特别是有实时操作系统的支持，故对要求快速、实时性强、模型复杂和计算工作量大的工业对象的控制占有优势。 集散系统从工业自动化仪表控制系统发展到以工业控制计算机为中心的集散系统，所以其在模拟量处理、回路调节方面具有一定优势，初期主要用在连续过程控制，侧重回路调节功能。 PLC 是由继电器逻辑系统发展而来，主要用在离散制造、工序控制，初期主要是代替继电器控制系统，侧重于开关量顺序控制方面。 近年来随着微电子技术、大规模集成电路技术、计算机技术和通信技术等的发展，PLC 在技术和功能上发生了飞跃。在初期逻辑运算的基础上，增加了数值运算、闭环调节等功能，增加了模拟量和 PID 调节等功能模块；运算速度提高，CPU 的能力赶上了工业控制计算机；通信能力的提高发展了多种局部总线和网络(LAN)，因而也可构成为一个集散系统。特别是个人计算机也被吸收到 PLC 系统中。 PLC 在过程控制的发展将是一智能变送器和现场总线，暨向下拓展功能，开放总线。 27相同点在微电子技术发展的背景下，从硬件的角度来看，PLC、工业计算机、集散系统(DCS)之间的差别正在缩小，都将由类似的一些微电子元件、微处理器、大容量半导体存储器和 I/O 模件组成。编程方面也有很多相同点。 区别点由于 PLC 和计算机属于两类产品，经过几十年的发展都形成了自身的装置特点和软件工具。实际上的区别继续存在。 PLC 用编程器或计算机编程，编程语言是梯形图、功能块图、顺序功能表图和指令表等。集散系统自身或用计算机结构形成组态构成开发系统环境。 特别提出的是与 STD 总线工控机的区别，无论从维修、安装和模件功能都很相似。PLC 更适用于黑模式下运行，但在线运行时若要进行较大的程序修改，其能力略逊