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数控
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数控刀柄拆卸工具的设计,数控,刀柄,拆卸,工具,设计
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一 选题背景在实际加工中，数控刀柄在主轴上经常会出现拆不下来的情况，操作者经常采用橡皮榔头敲打刀柄等手段取下刀柄。长期采用敲打刀柄拆卸刀柄势必严重影响数控机床主轴及刀柄工具系统精度，也存在诸多安全操作隐患。因此有必要设计数控刀柄的专用工具。此次毕业设计的目的是培养学生运用机械制造工艺学及有关课程的知识，结合生产实习中实践知识，独立地分析和解决数控刀柄拆卸工具的问题，初步具备设计一个零件使用的能力。而且学生还能学会拟定设计方案，完成机械结构设计，提高结构设计能力。学生应在教师指导下，按设计任务书的规定，认真地、有计划地按时完成设计任务。必须以负责的态度对待自己所作的技术决定、数据和计算结果。注意理论与实践的结合，以期使整个设计在技术上是先进的，在经济上是合理的，在生产上是可行的。二 毕业设计（论文）主要内容：本设计的内容可分为机械过程设计和拆装工具的工作原理两大部分。在仔细勘察分析和测量数控40刀柄零件的尺寸大小，合理的选择和确定设计工具的尺寸和规格，经过查阅与机械相关的参考资料、设计零件尺寸的国家标准、图表、规格和材料选用方面等技术资料，确定各个零件的尺寸大小和规格设计标准、机械传动原理，最终设计出满足拆装数控刀柄要求的工具。根据被拆装刀柄的加工要求，参考机床夹具设计书籍及相关方面的资料，充分利用机械传动原理和机械设计方法，拟定最佳的设计方案，设计出低成本、高效率并且能保证工作质量的数控刀柄拆装工具。具体内容如下： 完成拆卸工具的零件图、三维图； 简述设计零件的工作原理； 对设计拆装工具的零件画出装配图； 预期成果：拆装工具的设计原理、零件装配图、设计图。三计划进度：第 1-2 周 查阅资料，拟定题目，产品调研第 3-4周 拟定初步方案第 5-6周 产品详细设计、图纸绘制第 7-8周 毕业论文撰写第9- 10 周 修改完善设计第 11-13周 完成毕业设计全部资料 第14周 毕业答辩四毕业设计（论文）结束应提交的材料： 1、工具装配总图一张和三维立体图一份。2、主要零件零件图三至五张和零件装配图一份。3、数控刀柄拆卸工具的加工工艺设计论文、加工工序和工艺卡。指导教师 教研室主任 年 月 日年 月 日论文真实性承诺及指导教师声明学生论文真实性承诺本人郑重声明：所提交的作品是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，内容真实可靠，不存在抄袭、造假等学术不端行为。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。如被发现论文中存在抄袭、造假等学术不端行为，本人愿承担本声明的法律责任和一切后果。毕业生签名： 日 期： 指导教师关于学生论文真实性审核的声明本人郑重声明：已经对学生论文所涉及的内容进行严格审核，确定其内容均由学生在本人指导下取得，对他人论文及成果的引用已经明确注明，不存在抄袭等学术不端行为。指导教师签名： 日 期： 目录摘要7ABSTRACT8第一章 绪论91.1 机械设计的意义与概述91.2机械设计的发展方向101.3机械设计技术的应用101.4课题研究的价值意义11第二章 方案设计122.1数控40刀柄拆装工具设计122.2结构组成及工作原理122.2.1零件的组成122.2.2拆装工具的工作原理122.2.3产品的使用方法及实现功能12第三章 详细设计143.1产品的整体设计143.1.1零件的处理工艺与选材143.1.2柱销螺栓3的计算与选型143.1.3联轴器5的计算与选型163.1.3 直流电机6的选用193.2拆卸工具的工程图213.2.1零件的工程图213.2.2零件的装配图253.3直流电机的电路图263.4拆卸工具的三维造型图27第四章 拆卸工具的性能与应用前景284.1性能分析284.2成本分析284.3产品的应用前景28第五章 总结29参考文献30致谢31摘要毕业设计是对学生在大学期间学习的一个整体综合素质的一次检验，它有助于学生加深对专业知识的认识和了解并且也有助于培养学生独立分析和解决问题的能力。老师事先拟定课题，学生根据自己的专业知识与能力选择与专业相关的课题选择指导老师并对所选的课题进行研究分析，通过查找参考相关资料完成老师所给的课题任务，最后进行答辩的一个过程。本人此次作的设计是针对数控铣床的刀柄在零件加工完成后刀柄卡死在主轴上的一种现象，提出一种解决方案。在设计过程中对被拆卸刀柄进行尺寸的精确测量。确保所设计的工具能与被拆卸件能够相互配合，并且计算出拆卸刀柄所需要的力，在根据所需的力选用直流电机大小的选用型号等。在设计过程中所使用的零件尽量按照国家标准选用标准件。减少后期的工作量，降低生产成本，提高生产率。使整个生产工艺更加合理化，标准化。关键词：数控刀柄 拆卸工具 计算数据ABSTRACTThe graduation design is a test to the students at the University during a comprehensive quality, it is helpful for students to deepen knowledge and understanding of professional knowledge and help to cultivate students ability to analyze and solve problems independently. The teacher prepared in advance according to the subject, students subject specialty related professional knowledge and ability to choose their own choice of teachers and research and analysis of the selected topic, subject teachers to complete tasks by searching the reference data, a process finally to reply. The design of this work is aimed at the phenomenon that the hilt of CNC milling machine is jammed on the spindle after the machining of the parts, and a solution is proposed. In the design process, the size of the disassembled handle is measured accurately. Make sure that the designed tool can cooperate with the disassembled parts, and calculate the force needed to remove the tool holder, and select the type of DC motor size according to the required force. In the design process, the parts used are selected according to the national standard. Reduce the late workload, reduce production costs, improve productivity. Make the whole production process more reasonable and standardized.Keywords: NC tool holder，Disassembling tool，Calculation data第一章 绪论1.1 机械设计的意义与概述机械设计制造及自动化专业是我在大学三年建所学的所有理论知识与实践能力的一个综合性的专业，大学期间这门专业很好的将理论和实践有机的结合起来，将专业的理论知识通过实践来加深理解，能让学生尽快适应将来所学专业相关工作岗位的一些素质要求和管理。作为机械工程它有一个重要组成部分就是机械设计。机械设计是运用机械生产的首要条件和步骤，决定机械性能因素中也有它的一份子，其一直努力的方向和目标是在一定条件下能够做出最优化的设计最大程度满足所使用人的要求。机械设计属于设计学。它是根据所使用者的要求对机械的传动原理、设计结构、表达的运动方式与能量的传递过程以及各个零件的设计材料、选用型号和设计大小尺寸、添加润滑方式和方法等进行分析、设计、计算和图纸绘制等方式将其转化或演变能够描述的很明确具体的可作为设计制造依据的工作过程。它可分为三类新型设计和变型设计以及继承设计。而本次拆卸数控刀柄的内容设计是属于实用型新型设计其主要任务是：（1）完成拆卸工具的制定；（2）；实现拆卸工具的传动原理；（3）对拆卸工具的零件进行选型；（4）计算拆卸工具的尺寸所需的力以及直流电机的大小；通过对数控铣床40刀柄的初步分析，了解其刀柄的主要尺寸，在刀柄加工完成后的刀柄卡死导致拆卸的难易程度，数控铣床刀柄难以拆卸下来的因素有多种有的是数控铣床主轴内部的打刀缸问题，比如打刀缸可能损坏或者是故障当然也有可能是打刀缸下降的行程不够到位的原因，也有可能是气缸问题，还有可能是加工工件时受到的挤压力太大。此次毕业设计是解决加工工件时受到的挤压力太大卡死在主轴上，而设计出拆卸数控铣床刀柄的工具；一般的数控铣床是有多种刀柄这次解决的是经常使用的40刀柄。对于铣床专用的拆装设计，首先选取零件尽量使用国家标准的标准件，然后再根据扭转力的大小、选取直流电机的型号，从而设计出数控铣床40刀柄专用的拆装工具。1.2机械设计的发展方向机械设计未来的发展方向是需要跟上时代的脚步，随着社会的不断发展越来越深入研究先进的科学技术。机械设计方式和想法在不停的前进，新的设计技术不断涌现绵绵不绝，掌握最科学最先进的设计技术，做机械设计发展领路人，不断摸索与实践。一个国家的发展速度机械占有很大的比例。机械设计贯穿许多行业，其中有重工业的机械制造还有轻工业的制造成本都有很大的关系，一个好的设计不仅要节省工人的劳动强度而且还要减少占地空间、能源浪费和降低成本。 机械设计的未来发展方向有多种，如数字化、并行化、智能化等多方面发展。随着社会的发展与进步，在对机械设计中，采用数字化技术在一定的程度上是可以运用相关的技术，充分的运用数字管理方式对设计过程进行高效合理的管理，进而保证资源可以实现最大化。而目前最大的发展趋势是并行化。能够尽可能实现资源共享，打破了时间与空间上的限制，能够使得在不同地区工作的设计人员可以是同一个平台中来进行工作。同时在设计过程中可以得到多方面技术的支持，进而达到各方面优势的互补，不断的提高机械设计工具的质量与操作水平。与传统机械设计中所采用的是单方的设计相比资源利用率更高。这是需要多个设计人员共同来设计与解决的，通过相关的平台来实现资源优势的互补，进而实现资源最佳化。在机械管理中发展的必然要求是智能化。在一定的程度上能够降低机械设计人员的工作量，进而提高了整体的工作效率。机械设计技术发展趋势有系统化、精英化、商品化。在当前时代发展中，由于各种技术的出现，其机械设计产品科技含量也在不断的提高。在市场竞争力为了能够处于不败的地位，就应该要不断的改进技术。1.3机械设计技术的应用 随着社会的发展与进步，尤其是网络技术的普及，在一定的程度上也就使得机械设计在一定的程度得到了广泛的应用。 机械设计技术中有限元设计较为常用主要应用于比较复杂的静态结构中。可以十分准确的计算出形状结构的变化与分布情况，是当前复杂构建的计算主要方式。有限元法具有相应的灵活度，能够根据实际的情况来改变节点之间的数目，进而完成精确度。目前设计是朝着最优化的方向一直前行，这是一个比较新颖的设计方式，将问题抽象化通过数学模型的建立来选择最佳的设计方案。这种设计方式在一定的程度上能改善产品性能，降低生产成本。还有一些模糊化设计和可靠性设计等。1.4课题研究的价值意义现在的自动化技术发展越来越快，机械渐渐能够代替了人在生产过程中的位置，降低了劳动强度并且使产品的性能更稳定和节约劳动时间和降低生产成本。数控铣床工作效率很高并且能加工复杂型零件，数控加工越来越被人们重视，随着时间的更替机床的出现的问题越来越多，大大降低生产速率。所以解决数控刀柄的拆装问题是很有必要的。第二章 方案设计2.1数控40刀柄拆装工具设计数控铣床的刀柄是衔接数控机床与刀具的工具的数控控制系统，通过数控机床主轴与刀柄724锥度接口和拉钉实现连接。数控铣床刀柄的拉钉的作用将刀柄拉紧。拉钉又称为抽芯铆钉抽芯拉钉是一类单面铆接用的，但须利用专用工具拉钉枪（手动、电动、汽动）来设计和铆接。这类铆钉特别适用于铆接场合，因此普遍应用于修筑、汽车、船舶、飞机、机器、电器、家具等产品上。其中以开口型扁圆头抽芯拉钉应用最广，沉头抽芯拉钉适用于表现需要平滑的铆接场合，封闭型抽芯拉钉适用于要求随较高载荷和具有一定密封性能的铆接场合。在数控铣床刀柄卡死在主轴上的方式有多种，有可能是在卸刀柄的时候打刀缸行程不到位或者是气压不足也有可能是拉钉的问题与可能有在加工时或加工完成后因加工工艺的需要开始换刀但刀柄可能在加工过程中，受到刀具切削加工过程中刀具与工件存在摩擦、碰撞、刀柄锥的吸附作用，招致数控铣床的刀柄加工工件过后会在主轴上呈现卡死现象。操作者经又没有合理的拆卸方法经常用敲打数控铣床的刀柄甚至有时刀柄卡死太过严重需要拆装主轴才能取下。这种操作会影响数控机床主轴及刀柄工具加工精度。所以需要设计一个自动拆卸数控铣床刀柄的工具，本次设计就是对数控刀柄卡死在机床主轴上的一个现象作出解决方案。2.2结构组成及工作原理2.2.1零件的组成本设计的零件组成由五个分别由支撑环1、升降台2、柱销螺栓 3、卡爪4、联轴器5、直流电机6组成。拆装工具零件的选用尽量使用标准件，以便于工具后期的完全配合，减少生产成本，优化机械设计。2.2.2拆装工具的工作原理拆装工具是卡爪4卡住数控铣床的刀柄再由直流电机6驱动，通过联轴器5带动螺栓3转动，螺栓3与升降台2是螺纹连接，升降台3是通过直流电机6的正反转来实现上下移动有旋转运动变换为滑动。2.2.3产品的使用方法及实现功能当数控铣床的刀柄卡死在机床主轴上首先拿掉被加工的工件，使用拆装工具的卡爪4先卡住数控铣床40的刀柄的上层的凹槽，并将机床主轴降下同时卡爪卡住刀柄的凹槽，这时机床的主轴Z轴开始慢慢上下波动，直到调试到升降台2在支撑环1的中间部位能够拆装数控铣床刀柄的合适位置为止。完成准备工作后开启直流电机6使其开始工作，通过联轴器5与螺栓3使升降台开始下降用电机的扭转力使数控铣床的刀柄与机床主轴分离完成刀柄的拆装工作。第三章 详细设计3.1产品的整体设计3.1.1零件的处理工艺与选材根据资料查询得到拆卸数控刀柄需要的力大概是N。所以本设计工具是为了拆装数控铣床的刀柄而设计所以零件需要根据拆卸刀柄需求的力来计算和选用，有很大的工艺强度要求。支撑环1不仅起到了支撑固定的作用而且还对刀具起到了一定的保护的作用。所以支撑环要最低能承受10公斤的压力。钢度是含碳量与热处理的工艺与钢材的硬度息息相关。钢材的含碳量越高则材料的硬度加大。经过淬火后的钢材硬度虽然高但是抗疲劳强度不行，材料太脆，必须在经过一次回火来减小或消除淬火时钢材所产生的应力，提高其延性或韧性，降低强度和硬度。淬火后的工件应及时回火，通过淬火和回火的相配合，才可以获得支撑环所需要抗压的强度。合金元素加入在含碳量低时主要与铁基体形成间隙或置换固溶体，提高钢的强度，对硬度影响不大。在含碳量高时，可形成分布在铁基体上的弥散金属碳化物，有助于提高硬度,但提高幅度很小。 所以要想有较高的强度和硬度支撑环选用经过淬火的低碳钢。至于卡爪4是卡住刀柄凹槽时，在经过柱销螺栓的带动使升降台下降同时刀柄也在下降，刀柄下降的速度很快，支撑架住刀柄在由螺栓中心定位。所以卡爪4的承受能力与支撑环相同，在选材和处理工艺方面应该和支撑环一样。升降台2螺纹与柱销螺栓相配合也需要承受较大的载荷加工的处理工艺都是一致的。可以减少工序，减低生产成本。3.1.2柱销螺栓3的计算与选型 弹性柱销螺栓以及弹性件参数型号型号弹性套垫圈柱销d5d6L1d7Sd8L2Md9L3L4L5d10BLT1168101238.240M6LT2LT319101515410.455M6LT4LT5LTZ526142820514.572M1213221432224LT6LTZ6LT7LTZ7LT8LTZ835183625618.688M1616231744254LT9LTZ9LT10LTZ1045244432824.8110M2022292352304LT11LTZ11563056401030.8140M2428452566384LT12LTZ12713872501239170M3035503580505LT13LTZ13854588601446210M36由于拆卸卡死的数控铣床的需要的力约为90牛顿所以需要选用的柱销螺栓的承受扭力要远远大于90N.M20的柱销螺栓普通的性能等级为8.8,10.9 .性能等级前的小数点有着不同的作用，它代表材料公称抗拉强度b的1%,小数点后的数字代表材料的屈服强度s与公称抗拉强度之比的10倍M20螺栓8.8性能等级公称抗拉强度b=800MPa，最小抗拉强度b=830MPa公称屈服强度s=640 ,最小屈服强度s=660 。F=sA，F为拉力（许用载荷），s为材料抗拉强度，A为有效面积，有效面积为螺栓有效长度上直径最小处的横截面积M20的有效直径为17，M20的有效横截面积为227mm2 。所以M20螺栓8.8性能等级最小抗拉力为188.41KN，远远大于拆卸刀柄所需的扭力，最终根据计算可选用柱销螺栓3的型号为LT10。3.1.3联轴器5的计算与选型LZ型弹性柱销齿式联轴器适用于同轴线的传动轴系，利用尼龙棒纵断面剪切强度。可传递很大的转矩，0.1122800KN.m。工作温度-2070，可有一定的部分替代齿型式联轴器。具有一定的便宜能力用来补偿轴向，和普通的减震性能。普通圆柱轴孔用LZ型，圆锥孔用LZD型。选型时需要注意。许用的补偿量有轴向0.55mm、径向0.31.5mm、角向0.5LZ型弹性柱销齿式联轴器的主要参数与尺寸 单位：mm型号公称转矩TnKN.m许用转速nr/min轴孔直径d轴孔长度DD1BS转动惯量kgm2重量kgY型、J1型LLZ10.1125000122427527640422.50.0011.67LZ20.255000163244829050502.50.0033.00LZ30.63450025424411211865703.00.0127.31LZ41.84200406084142158909040.04516.20LZ54.540005080841721921209040.10827.02LZ683300609510717223013011250.24240.89LZ711.229007011010721226016011250.44359.60LZ81825008013013225230019012860.90894.67LZ92523009015013225233522015071.733138.1LZ1031.5210010017016730235524515282.422169.3LZ1140200011018016730238026017283.369203.1LZ1263170013020020235244529018286.524296.6LZ131001500150240202410515345218814.19469.2LZ141251400170260242410560390218821.67621.7LZ1516013001903002824705904202401029.52730.5LZ1625010002203402825506954902651062.471144LZ1735595024038033055077055028510106.01557LZ1845085025042033065086060530013175.42062LZ1963075028045038065097069532214323.23068LZ201120650320500380650116080035515669.44715LZ211800530380630450800144010203601818808599LZ222240500420750540800152011004051925969473LZ2328004604808505408801640124044020398212095注：1：重量、转动惯量是按Y/J1轴孔组合型式和最小轴孔的计算值。2：短时过载不得超过公称转矩Tn值的2倍。LZ型弹性柱销齿式联轴器本联轴器适用于同轴线的传动轴系，操纵尼龙棒纵断面剪切强度。可传递很大的转矩，0.1122800KN.m。工作比较适宜温度为-2070之间，在这期间工作效率是最好，对联轴器的损坏也降到了最低。可在一定程度上部分的的替代齿型联轴器的工作。具有一定便宜能力补偿轴向，和一定的减震性能。 普通圆柱轴孔用LZ型，圆锥孔用LZD型。选型时望注意。 许用补偿量轴向0.55mm径向0.31.5mm角向0.5。因此，根据国家标准规定与柱销螺栓LT10相配合的联轴器的尺寸选用为LZ1。所以联轴器5的选用型号是LZ1。3.1.3 直流电机6的选用在拆卸数控铣床40刀柄是电机的转速一定要慢，而且能够正反转调节升降台2上下移动达到拆卸刀柄的目的。在刀柄被电机扭转拆下的时候给使用者留有一定的反应时间。拆卸时要以人生安全和设备安全为主，所以转速一般在40到60转每分钟。根据有力学公式：9.55P=Tn(功率P，单位为W) (转矩T，单位为N.m) （每分钟转速n）因为柱销螺栓长度为110mm换算单位为0.11m可计算出：转矩（扭矩）=（9.5560）/50/0.11=104.2N.m=10.42kg.m。测量转动物体时所需的多大的力，一般用会用转矩来测量，电机扭转需要力为10.42公斤/米。电机选用型号：5D60-24相数：三相级数：两级功率：60 W材质：铝合金适用范围：机械设备29徐州工业职业技术学院3.2拆卸工具的工程图3.2.1零件的工程图3.2.2零件的装配图3.3直流电机的电路图3.4拆卸工具的三维造型图第四章 拆卸工具的性能与应用前景4.1性能分析拆装数控刀柄的工具使用寿命长，强度和硬度较好，能适应恶劣的工作环境。温度对其的影响较小，易于存储。4.2成本分析此次设计拆卸数控铣床40刀柄的拆装工具，共有6个部分组成。本次设计的零件尽量采用的是标准件，减少加工的工作量，降低生产成本。4.3产品的应用前景目前市场上还没有出现专门拆卸数控铣床刀柄的零件，但是刀柄卡死在主轴上的现象是存在的，一个数控铣床拆卸卡死的刀柄通常用是榔头敲，或者是找一个铁棒卡在刀柄的凹槽内用杠杠原理去翘。这不仅会影响刀柄的系统精度，而且有可能会伤到人。所以一个专门拆卸刀柄的工具出现还是
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