数控车床刀架的设计

1、西北工业大学继续教育学院毕业论文摘要数控加工的加工精度高，生产率高，能减轻操作者劳动强度，改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。它的发展和运用，影响着制造业水平高低，实现生产过程的数控化，已经成为当今制造业的发展方向，所以非常值得我们去研究。本设计通过对数控车床六工位自动控制刀架工作原理的分析，综合考虑刀架工作过程的优缺点，确定了设计方案，得到了最终设计的结果，也达到了预先设定的目的。本设计主要包括了数控车床刀架机构的主要部件，其中包括转位机构，刀架的定位机构，驱动伺服电机的选择，蜗轮蜗杆的设计，刀架主轴的结构设计等。最终得到常用的数控车床六工位刀架应满足的要求。关键词：六工

2、位；电动刀架西北工业大学继续教育学院毕业论文ABSTRACTWithitshighworkingaccuracyandproductivity,thenumericalcontrolprocessingcanreducetheoperatorslaborintensity,improvelaborcondition,andisthusadvantageousinthemodernizationofmanufacturingmanagementaswellasimprovementofeconomicbenefit.Hence,thedevelopmentandtheutilizationthe

3、numericalcontrolprocessingplayaroleandbecomethedevelopmentdirectionintheadvancementofmanufacturingindustry.Basedontheanalysisofoperatingprincipleandprocessofsix-stationautomaticcontrolkniferestofnumericallycontrolledlathe,thispaperdeterminesitssolutionapproachandconclusion.Thepaperfirstdiscusseshowt

4、ochoosesuchcriticalpiecesofthekniferestofnumericallycontrolledlatheasindexingmechanism,positioningmechanism,driveservomotors,andthendiscussesthedesignofwormgear,wormdrive,andthestructureofprincipleaxisofthekniferest,etc.Thepaperthenconcludestherequirementsofcommonsix-stationautomaticcontrolcutterofn

5、umericallycontrolledlathe.Keywords:six-location;electronickniferest西北工业大学继续教育学院毕业论文第一章引言1.1 毕业设计的背景及目的。机械制造业是一个国家或地区经济发展的重要支柱，其发展水平标志着该国或地区经济的实力、科技水平、生活水准和国防实力。国际市场的竞争归根到底是各国制造生产能力及机械制造装备的竞争。随着机械制造生产模式的演变，对机械制造装备提出了不同的要求，在50年代“刚性”生产模式下，通过提高效率，自动化程度，进行单一或少品种的大批量生产，以“规模经济”实现降低成本和提高质量的目的。在70年代主要通过改善生产过

6、程管理来进一步提高产品质量和降低成本。在80年代，我国逐渐开始采用数控机床，机器人，柔性制造单元等高技术的集成来满足产品个性化和多样化的要求，以满足社会各消费群体的不同要求。从90年代开始，为了对世界生产进行快速响应，逐步实现社会制造资源的快速集成，要求机械制造装备的柔性化程度更高，采用快速成形制造技术。工业发达国家都非常注重机械制造业的发展，用大量先进技术和工艺装备制造业，机械制造装备工业得到优先发展。对比之下，我国目前机械制造业的装备水平还比较落后，表现在大部分工厂的机械制造装备基本上是通用机床加专用工艺装备，数控机床在机械制造装备中的比重还非常低，导致“刚性”强，更新产品速度慢，生产批量

7、不宜太小，生产品种不宜过多；自动化程度基本上还是“一个工人，一台机床，一把刀”，导致劳动生产率低下，产品质量不稳定。因此,要缩小我国同发达工业国家的差距，我们必须在机械制造装备方面大西北工业大学继续教育学院毕业论文下功夫，其中最重要的一个方面就是增加数控机床在机械制造装备中的比重。通过这次毕业设计，可以达到以下目的：1、培养综合运用专业基础知识和专业技能来解决工程实际问题的能力；2、强化工程实践能力和意识，提高本人综合素质和创新能力；3、使本人受到从事本专业工程技术和科学研究工作的基本训练，提高工程绘图、计算、数据处理、外文资料文献阅读、计算机应用、使用文献资料和技术手册、文字表达等各方面的能

8、力；4、培养正确的设计思想和工程经济观点，理论联系实际的工作作风，严肃认真的科学态度以及积极向上的团队合作精神。1.2 设计内容和研究方法本课题设计一台数控车床CAK6140数控车床回转刀架的结构设计为本次毕业设计的重点内容，同时也是难点。通过广泛查阅文献资料，参观数控车床实物样机以及和生产一线的工人相互讨论等途径，拟定了如下的研究手段：(1)本次研究的数控车床床身采用卧式斜床身结构。因为车床的床身是整个车床的基础支承件，是车床的主体，一般用来放置导轨、主轴箱等重要部件。床身的结构对车床的布局有很大的影响。按照床身导轨面与水平面的相对位置，床身的结构有后斜床身一斜滑板，直立床身一直立滑板，平床

9、身一平滑板，前斜床身一平滑板和平床身一斜滑板等五种，它们各自有自己的优点和局限性，采用什么样的床身要根据实际情况定。一般来说，中、小规格的数控车床采用斜床身和西北工业大学继续教育学院毕业论文平床身斜滑板的居多。只有大型数控车床或小型精密数控车床才采用平床身平滑板结构，而立床身结构采用得较少。平床身工艺性好，易于加工制造，由于车床刀架水平放置，对提高刀架的运动精度有好处，但床身下部空间小，排屑困难。平床身斜滑板结构，再配置向上倾斜导轨防护罩，这样既保持了平床身工艺性好的优点，而且床身宽度也不会太大。斜床身和平床身斜滑板结构在现代数控车床中被广泛采用，是因为这种布局有以下的优点：1)易实现机电一体

10、化；2)机床外观整齐，美观，占地面积小;3)容易设置封闭式防护装置；4)容易排屑和安装自支排屑器；机床床身的五种结构形式图示如下:(d)前斜床身一平滑板(c)平床身一平滑板(e)平床身一斜滑板图1.1床身结构示意图西北工业大学继续教育学院毕业论文5)从工件上切下的炽热切屑不至于堆积在导轨上影响导轨精度；6)宜人性好，便于操作；7)便于安装机械手，实现单机自动化。(2)数控车床的刀架采用回转刀架。回转刀架的换刀分为刀盘抬起、刀架转位和刀盘锁紧三个动作。其中刀盘抬起和刀架锁紧由液压来实现，而刀盘转位则由伺服电机来驱动。刀盘抬起动作的实现须经以下步骤：数控系统发出刀盘抬起命令T液压系统启动T压力油进

11、入液压缸右腔T活塞向左运动T刀架主轴向左移动T端齿盘脱离啮合T刀盘抬起。刀盘转位动作的实现顺经以下步骤：数控系统发出刀盘转位的命令T伺服电机启动T蜗轮蜗杆转动T刀架主轴转动T实现刀盘转位。刀盘锁紧动作的实现顺经以下的步骤：数控系统发出刀盘锁紧命令T液压系统启动T压力油进入液压缸左腔T活塞向右运动T刀架主轴向右移动T端齿盘啮合T实现刀盘锁紧。(3)本车床数控系统选用日本FANU公司的FANU臻统。因为就目前来说，国内各数控机床用得最多的也是FANU互统，因为它具有以下的优点：西北工业大学继续教育学院毕业论文1）高可靠性及完整的质量控制体系。2）采用大规模及超大规模的专用集成电路芯片。3）全自动化

12、工厂生制造。4）良好的控制软件设计。5）数字式进给伺服和数字式主轴驱动。第二章数控车床刀架结构设计及计算2.1数控车床刀架的功能，类型和应满足的要求2. 1.1车床刀架的功能机床上的刀架是安放刀具的重要部件，许多刀架还直接参与切削工作，如卧式车床上的四方刀架，转塔车床的转塔刀架，回轮式转塔车床的回轮刀架，自动车床的转塔刀架和天平刀架等。这些刀架既安放刀具，而且还直接参与切削，承受极大的切削力作用，所以它往往成为工艺系统中的较薄弱环节。随着自动化技术的发展，机床的刀架也有了许多变化，特别是数控车床上采用电（液）换位的自动刀架，有的还使用两个回转刀盘。加工中心则进一步采用了刀库和换刀机械手，实现了

13、大容量存储刀具和自动交换刀具的功能，这种刀库安放刀具的数量从几十把到上百把，自动交换刀具的时间从十几秒减少到几秒甚至零点几秒。这种刀库和换刀机械手组成的自动换刀装置，就成为加工中心的主要特征。2.2.2 机床刀架的类型按换刀方式的不同，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西北工业大学继续教育学院毕业论文作简单的介绍。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。它的结构形式为：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图4所示。这种刀架在刀具布置和机床调整等方面都

14、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CK7620国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

15、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刀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。带刀库的自动换刀西北工业大学继续教育学院毕业论文装置由刀库和刀具交换机构组成。(a)回转刀架(b)排式刀架图2.1机床刀架类型结构图2.2.3 机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

16、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较大的切削用量，所以刀架必须具有足够的

17、刚度，以使切削过程和换刀过程平稳。西北工业大学继续教育学院毕业论文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0.8-6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。2.2数控车床刀架总体方案设计与选择2.2.

18、1 刀架的整体方案设计刀架是车床的重要组成部分，用于夹持切削用的刀具，因此其结构直接影响到车床的切削性能和切削效率。根据前面对机床刀架类型、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，本次设计的数控车床CAK6140以采用回转刀架中的六工位六方刀架。该刀架的换刀动作分为刀盘抬起、刀盘分度转位和刀盘锁紧三个步骤，其中刀盘抬起和刀盘锁紧定位由液压来实现，而刀盘的分度转位由伺服电机驱动。2.2.2 车床刀架的转位机构方案设计一般来说，机床刀架的转位机构主要有以下几种：1、液压（或气动）驱动的活塞齿条齿轮转位机构这种由液动机驱动的转位机构调速范围大、缓冲制动容易，转位10西北工业大学继续教育

19、学院毕业论文速度可调，运动平稳，结构尺寸较小，制造容易，因而应用较广泛。而转位角度大小可由活塞杆上的限位档块来调整。也有采用气动的，气动的优点是结构简单，速度可调，但运动不平稳，有冲击，结构尺寸大，驱动力小。故一般多用于非金属切削的自动化机械和自动线的转位机构中。2、圆柱凸轮步进式转位机构这种转位机构依靠凸轮轮廓强制刀架作转位运动，运动规律完全取决于凸轮轮廓形状。圆柱凸轮是在圆周面上加工出一条两端有头的凸起=轮廓，从动回转盘（相当于刀架体）端面有多个柱销，销子数量与工位数相等。当圆柱凸轮按固定的旋转方向运动时，有的柱销会进入凸轮轮廓的曲线段，使凸轮开始驱动回转盘转位，与此同时有的圆柱销会与凸轮

20、轮廓脱离，当柱销接触的凸轮轮廓由曲线段过渡到直线段时，即使凸轮继续旋转，回转盘也不会转动，即完成了一次刀盘分度转位动作。如此反复下去，就能实现多次的刀架换刀操作。由于凸轮是一个两端开口的非闭合曲线轮廓，所以当凸轮正反转进均可带动刀盘正反两个方向的旋转。这种转位机构转位速度高、精度较低，运动特性可以自由设计选取但制造较困难、成本较高、结构尺寸较大。这种转位机构可以通过控制系统中的逻辑电路或PC程序来自动选择回转方向，以缩短转位辅助时间。3、伺服电机驱动的刀架转位随着现代技术的发展，可以采用直流（或交流）伺服电机驱动蜗杆、蜗轮（消除间隙）实现刀架转位，转位的速度和角位移均可通过西北工业大学继续教育

21、学院毕业论文半闭环反馈进行精确控制加以实现，因而这种转位机构转位速度可以进行精确控制、精度高，结构简单、实现容易。所以在现代数控机床中被广泛采用。结合上述三种转位机构的转位机理和特点，并结合实际情况，本次设计的数控车床CKA614软定采用第三种转位机构-伺服电机驱动的刀架转位。2.2.3 刀架定位机构方案设计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，由于啮齿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。端齿盘定

22、位的特点：(1)定位精度高。由于端齿盘定位齿数多，且沿圆周均布，向心多齿结构，经过研齿的齿盘其分度精度一般可达±3''左右，最高可过0.4''以上，一对齿盘啮合时具有自动定心作用。所以中心轴的回转精度、间隙及磨损对定心精度几乎没有影响，对中心轴的精度要求低，装置容易。(2)重复定位精度好。由于多齿啮合相当于上下齿盘的反复磨合对研，越磨合精度越高，重复定位精度也越好。(3)定位刚性好，承载能力大，两齿盘多齿啮合。由于齿盘齿部强度高，并且一般齿数啮合率不少于90%齿面啮合长度不少于12西北工业大学继续教育学院毕业论文60%故定位刚性好，承载能力大。考虑到端

23、面齿盘具有以上的各种优点，因而本次设计的刀架采用端面齿盘定位。2.3数控车床刀架的工作原理2.3.1. 回转刀架自动换刀装置图2.3所示(见附图1)为经济型数控车床六刀架结构，该刀架可以安装四把不同的刀具，转位信号由加工程序指定。其工作过程为：刀架抬起一刀架转位一刀架定位一夹紧刀架。(1)刀架抬起当数控装置发出换刀指令后，电动机1启动正转，通过套筒联轴器2使蜗杆轴3转动，从而带动涡轮丝杆4转动。刀架体7的内控加工有螺纹，与涡轮丝杆旋合，涡轮与丝杆为整体结构。涡轮丝杆内孔与刀架中心轴是间隙配合，在转位换刀时，中心轴固定不动，涡轮丝杆绕中心轴旋转。当涡轮开始转动时，由于刀架底座5和刀架体7上的端面

24、齿处在齿合状态，且涡轮丝杆轴向固定，因此刀架体7抬起。(2)刀架转位当刀架体抬至一定距离后，刀架底座5和刀架底座7上的端面齿脱开，转位套9用销钉与涡轮丝杆4联接，随涡轮丝杆一同转动，当端面齿完全脱开时，转位套正好转过160(如图2.3c所示)，球头销8在弹簧力的作用下进入转位套9的梢中，带动刀架体转位。(3)刀架定位刀架体7转动时带动电刷座10转动，当转到程序指定的刀号时，13西北工业大学继续教育学院毕业论文粗定位销15在弹簧立的作用下进入粗定位盘6的梢中进行粗定位，同时电刷13接触导体使电动机1反转。由于粗定位梢的限制，刀架体7不能转动，使其在该位置垂直落下，刀架体7和刀架底座5上的端面齿啮

25、合实现精确定位。(4)夹紧刀架电动机继续反转，此时涡轮停止转动，蜗杆轴3自身转动，当两端面齿增加到一定夹紧力时，电动机1停止转动。译码装置由发信体11、电刷13、14组成，电刷13负责发信号，点数14负责位置判断。当刀架定位出现过位或不到位时，可松开螺母12,调好发信体11与电刷14的相对位置。2.4刀架的设计计算2.4.1 驱动刀架的伺服电机的选择计算刀架驱动电动机的选择应同时满足刀架运转的负载扭矩Tf和起动时的加速扭矩Tj的要求。1、刀架负载扭矩Tf的计算回转刀架负载扭矩Tf估算方法如下：由于这种刀架的负载扭矩主要用来克服刀具质量的不平衡，估算按如下的情况进行：用平均重力的刀具插满刀盘的半

26、个圆，根据工艺要求所需的各种刀具，确定每个刀具的(包括刀柄)平均重力Wcp,而其重心则设定为离刀架回转中心2/3半径处。由以上的方法可知，由于该数控车床采用的是电和液换位的6工位六方自动回转刀架，因而插满刀盘的半个圆需要3把刀具。设工艺要求所需的每个刀具的平均重力Wcp=4.9N;刀盘的回转中14西北工业大学继续教育学院毕业论文心直径D=270mm。1212贝（J有tf=4Wp.D=34,90.27=1.764N*mm2322、刀架加速扭矩Tj的估算Tj二2二nm60tjJmJlN*m式中nm-刀架换刀时的电动机转速（r/min）;tj-加速时间，通常取200msJm-电动机转子惯量（kgm2

27、）,可查样本；Jl-负载惯量折算到电动机轴上的惯量（kgm2）3、负载惯量折算到电动机轴上的惯量JL的估算JL八Jh-hJK-ikg*m2式中Jh-各旋转件的转动惯量（kg.m2）;切h-各旋转件的角速度（rad/s）;mi-各直线运动件的质量（kg）;0-各直线运动件的速度（m/s）;8-伺服电机的角速度（rad/s）4、各旋转件的转动惯量Jh的估算由刀架的结构简图可知，刀架在完成换刀动作时，伺服电机带动其旋转的部件共3个，它们分别是蜗轮蜗杆副，刀架主轴和刀盘。因而只需估算这三者的传动惯量即可。（1）刀盘转动惯量的计算刀盘采用烟台环球公司生产的AK31系列数控转塔刀架的配套产品，其主要尺寸如

28、下：刀盘外径D1=320mm;盘也刀架主轴相连的孔15西北工业大学继续教育学院毕业论文径di=40mm;刀盘宽P=56mm。则刀盘的转动惯量Jm2吃I2J一dmaxdmin=Pji-”，=2的"暇*。056但卜段)2)2=0.45kg*m(2)刀架主轴转动惯量的计算刀架主轴的转动惯量从按如下的方法估算:刀架主轴的最大直径dmax=40mm;最小直径dmin=25mm;刀架主轴长度取l=390mm。则刀架主轴的转动惯量1dmax+dmin'Jh2=m22idmax+dminJli213(0.04+0.025)2(0.04+0.025)2=-7.85103.140.392=0.0

29、048kg*m(3)蜗轮蜗杆转动惯量的计算蜗轮蜗杆的转动惯量Jh3的估算方法如下:设蜗轮的分度圆直径Dh3=124mm;其与刀架主轴相连的孔径dh3=32.5mm;蜗轮齿宽bh3=10mm。则蜗轮的转动惯量16西北工业大学继续教育学院毕业论文1idn30.124寸/0.0325门10.0124fJ0.0325f=一父7.85父10父3.14I-(M0.01MI+I2"2/12(12112,2=0.002kg*m设蜗杆的分度圆直径Dh32=35.5mm;蜗杆长l=200mm。则蜗杆的转动惯量Jh32=-M2Dk32?I2)1门/Dk32)DDk32''=PnIlI2I2

30、JV2J1c“3八，7.851033.1420.0355)2(0.0355)2.X0.2M,22J22J=0.00024kg*m2(4)连轴器转动惯量的计算由于连轴器已标准化，查表取连轴器的转动惯量Jh4=0.0003kg*m2对各旋转件的角速度作如下设定：伺服电机的角速度=14002二/60=146.5rad/s蜗杆的角速度h32=14002二/60=146.5rad/s蜗轮的角速度小1i14002二/60=2.44rad/s,60刀架主轴的角速板=心2二/60=2.44rad/s,6017西北工业大学继续教育学院毕业论文刀盘转位时的角速度为豺i=f3M2'/60=2.44rad/s

31、,将以上计I60)算所得的数据代入公式Jl=£Jh热+£mi&Jkgm2则负载惯量折K算到电动机轴上的惯量为：Jl八KJ倒+Zmii22.44)2=0.45：I<2.44：0.0048I0.0021244220.0002414650.00031465146.5146.5=0.00067kg*m2式中：取tj=160ms=0.16s;刀架换刀时伺服电机的转速nm=1400r/min;伺服电动机转子转动惯量Jm=0.00003kgm2则刀架加速扭矩：Tj=2二nm60tjJmJlN，m23.141400600.160.000030.00067=0.32N*m(5)

32、驱动电动机输出扭矩Td的估算驱动电动机的输出扭矩Td应同时满足刀架负载扭矩Tf和加速扭矩Tj之和，将以上计算的刀架负载扭矩和加速扭矩换为驱动电动机轴上的输出扭矩TD的公式为：TdTfTfnN*m式中n-传动效率，取0.75则有TfTfTD二1.7640.320.75=2.78N*m18西北工业大学继续教育学院毕业论文考虑到实际情况比计算时所设定条件复杂，电动机额定转矩Ts应为Td的1.21.5倍。所以取Ts=1.3-Td=1.3X2.78=3.6N，m经查阅西门子电机手册，选项用西门子1FT6交流伺服电动机。该电机的额定转速为1500r/min,额定输出转矩为5Nm,额定功率为0.4kWo2.

33、4.2 蜗轮蜗杆的设计计算2.4.2.1 各参数的取定本刀架的转位机构是采用直流伺服电机驱动蜗杆、蜗轮(消除间隙)实现刀架的转位，其中蜗轮蜗杆副的传动比取i=60,伺服电机的转速取n=1400r/min;刀架的转位速度设计为n1=23r/min=0.4r/s,由于刀盘为6工位刀盘，则该刀架换一次刀的最大耗时不到1s。2.4.2.2 蜗轮蜗杆副的设计计算设计的普通圆柱蜗杆传动的功率为p=0.3kw,蜗杆的转速为n1=1400r/min,传动比为i12=60,传动反向，工作载荷稳定，但有不大的冲击，要求设计寿命为Lh=12000h。对蜗轮蜗杆的设计计算如下；(1)选择蜗杆传动类型根据GB/T100

34、8-1988的推荐，采用渐开线蜗杆(ZI)。(2)选择材料根据库存材料的情况，并考虑到蜗杆传递的功率不大，速度只是中等，故蜗杆用45钢；因希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为40-45HRC蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSn10P1,金19西北工业大学继续教育学院毕业论文属模铸造。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HT100制造。(3)按齿面接触疲劳强度进行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，再校核齿根弯曲疲劳强度。1)确定作用在蜗轮上的转矩T2,则_6PT2=9.5510=98369.1N*mmn1/i12式中：Z1=1,估取效率。

35、=0.8。2)确定载荷系数K因为工作载荷稳定，故取载荷分布不均系数为kb=1；由西北工业大学机械原理及机械零件教研室编著的机械设计教材表11-5选取使用系数Ka=1.15；由于转速不高，冲击不大，可取动载系数Kv=1.05；贝UK=KaK：Kv=1.1511.05：1.2a.确定弹性影响系数Ze1因选用的是铸锡青铜轮和钢蜗杆相配，故ZE=160MPaL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=0.35,从图11-18中可查得ZP=2.9。b.确定许用接触应力Lh根据蜗轮材料为铸锡磷青铜ZCuSn10P1,金属模铸造，蜗杆螺旋20西北工业大学继续教育学院毕业论文齿面硬

36、度45HRC可从表11-7中查得蜗轮的基本许用应力为lcH.1-268MPa应力循环次数寿命系数14007N=60jn2Lh=60112000=1.710760Khn=8107:.0.94.1.7107l-HI-KhnhI-0.94268:250.8MPaC.计算中心距a_31.298369.12/1602.9C250.8j:73.93mm取中心距a=80mm,因i=60,故从表11-2中取模数为m=2mm,蜗杆分度圆直径d1=35.5mm。这时d"a=35.5/80上0.44,从图11-18中可查得接触系数ZP=2.70,因为ZP=2.70ZP,因此以上计算的结果可用(4)蜗杆与蜗

37、轮的主要参数与几何尺寸1)蜗杆轴向齿距pa=nm=3.14M2=6.28mm直径系数q=d1/m=35.5/2=17.75mm齿顶圆直径da1=d12ha*m=35.5-2239.5mm齿根圆直径df1=d1-2(ha*mc)=35.5-22=31.5mm分度圆导程角=tan(z"q)4=tan(1/17.75)"3.22011蜗杆轴向齿厚sa=一二m3.142=3.14mm222)蜗轮蜗轮齿数z2=62;变位系数x2=0.125验算传动比1=卫=丝=62,传动比误差为62-60=0.03333之3.3%,是允Z2160许的。蜗轮分度圆直径d2=mz2=2父62=124mm

38、21西北工业大学继续教育学院毕业论文蜗轮喉圆直径da2=d22m(ha*X2)=12422(10.125)=128.5mm蜗轮齿根圆直df2=d22m(haX2c)=124-22(10.1251)=115.5mm11蜗轮咽喉母圆牛径rg2=a-da2=80-一父128.5=15.75mm22图2.4蜗轮的结构图当量齿数根据X2=0.125,螺旋角系数许用弯曲应力(5)校核齿根弯曲疲劳强度1153KBYFa2Yf】ld1d2mz262-zv2=-=3=62.29cosrcos3.22zv2=62.29,从图11-19中可查得齿形系数YFa2=2.25。r322Y：=10=1一=0.9771401

39、40声=(F'Kfn从表11-8中查得由ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力22西北工业大学继续教育学院毕业论文lcFI-56MPa寿命系数Kfn=9107=0.565,1.7107I-fI-560.565=31.64MPa2.250.977=26.57MPa1.531.298369.135.51242弯曲强度满足要求。(6)精度等级公差和表面粗糙度的确定考虑到所设计的蜗杆传动是动力传动，属于通用机械减速器，从GB/T10089-1988圆柱蜗杆、蜗轮精度中选择8级精度，侧隙种类为f,标注为8fGB/T100891988。然后由有关手册查得要求的公差项目及表面粗糙度，此处从略

40、。2.4.3刀架主轴的结构设计计算由刀架装配图可知，刀架主轴的支承方式为两端游动支承，其一端与刀盘固连，另一端与液压缸的活塞间隙配合，同时起到左端支承作用。而轴的中间部位由刀盘至液压缸的方向分别与圆柱滚子轴承和蜗轮相连，圆柱滚子轴承起右支承作用。已知伺服电机的功率为0.3kW,电机转速m=1400r/min,取经蜗轮蜗杆副传动的效率刈=0.96,蜗轮蜗杆副的传动比i=60。1)先求出刀架主轴上的传递功率P2、转速n3和转矩T3P2=P=0.30.96=0.288kW1n3=n1；=1400/60=23.3r/minP30.288于是T3=9550000=9550000X=118042.9N,mn323.32)初步确定轴的最小直径23西北工业大学继续教育学院毕业论文由式d_Ao3P,可初步估算设计轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表153,取A0=105,于是得P30.288dmin=A031053=24.27mm，n3.23.3式中：A。为系数，轴的材料不同，则A。的值会不同；P为轴传递的功率，单位为kW;d为计算截面处轴的直径，单位为mmn为轴的转速，单位为r/min。最终取轴的最小直径为dmin=25mm;轴的最大直径为dmax二40mm。*o图2.5刀架王轴结构图24西北工业大学继续教育学院毕业论文结论本次论文设计是针对经济型数控车床的刀架部分进行主要