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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告
課 題 名 稱(chēng)： 鏈?zhǔn)降毒邘?kù)總成及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
學(xué) 生 姓 名：
指 導(dǎo) 教 師：
所 在 學(xué) 院：
專(zhuān) 業(yè) 名 稱(chēng)：
說(shuō) 明
1．根據(jù)《徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)管理規(guī)定》，學(xué)生必須撰寫(xiě)《畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告》，由指導(dǎo)教師簽署意見(jiàn)、教研室審查，學(xué)院教學(xué)院長(zhǎng)批準(zhǔn)后實(shí)施。
2．開(kāi)題報(bào)告是畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。學(xué)生應(yīng)當(dāng)在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期內(nèi)完成，開(kāi)題報(bào)告不合格者不得參加答辯。
3．畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告各項(xiàng)內(nèi)容要實(shí)事求是，逐條認(rèn)真填寫(xiě)。其中的文字表達(dá)要明確、嚴(yán)謹(jǐn)，語(yǔ)言通順，外來(lái)語(yǔ)要同時(shí)用原文和中文表達(dá)。第一次出現(xiàn)縮寫(xiě)詞，須注出全稱(chēng)。
4．本報(bào)告中，由學(xué)生本人撰寫(xiě)的對(duì)課題和研究工作的分析及描述，沒(méi)有經(jīng)過(guò)整理歸納，缺乏個(gè)人見(jiàn)解僅僅從網(wǎng)上下載材料拼湊而成的開(kāi)題報(bào)告按不合格論。
5. 課題類(lèi)型填：工程設(shè)計(jì)類(lèi)；理論研究類(lèi)；應(yīng)用（實(shí)驗(yàn)）研究類(lèi)；軟件設(shè)計(jì)類(lèi)；其它。
6、課題來(lái)源填：教師科研；社會(huì)生產(chǎn)實(shí)踐；教學(xué)；其它
課題
名稱(chēng)
刀具庫(kù)的總裝與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
課題來(lái)源
社會(huì)生產(chǎn)實(shí)踐
課題類(lèi)型
工程設(shè)計(jì)類(lèi)
選題的背景及意義
機(jī)床原來(lái)的刀庫(kù)控制程序是單獨(dú)設(shè)計(jì)的，沒(méi)有采用刀具管理系統(tǒng)，功能也比較單一，只實(shí)現(xiàn)了刀庫(kù)刀具的找刀、刀庫(kù)最短路徑定位、主軸換刀，而且不支持大型刀具。
在刀庫(kù)自動(dòng)選刀方面，在計(jì)算機(jī)記憶式選刀的基礎(chǔ)上采用了西門(mén)子840D特色功能，使選刀程序更簡(jiǎn)潔，并完成空刀套的查找。刀庫(kù)快速換刀利用STEP一7完成編程，并在實(shí)際中得到驗(yàn)證。在刀庫(kù)定位問(wèn)題上，PLC程序控制采用模塊化設(shè)計(jì)方法，這對(duì)今后生產(chǎn)類(lèi)似機(jī)床將十分有利，很容易將其利用到其他機(jī)床上。自動(dòng)換刀系統(tǒng)將以較快的速度增長(zhǎng)，縮短換刀時(shí)間，提高刀具的定位精度是重要的手段，有利于數(shù)控技術(shù)的發(fā)展。
研究?jī)?nèi)容擬解決的主要問(wèn)題
加工中心可以對(duì)零件進(jìn)行多種形式的加工，其刀具庫(kù)可提供多種刀具以供選用，本課題設(shè)計(jì)的刀具庫(kù)可以容納32把刀具，根據(jù)加工心的加工數(shù)控程序要求，刀具庫(kù)可以自動(dòng)把所需刀具送到加工中心換刀機(jī)械手位置。要求刀具庫(kù)在送刀時(shí)選最便捷路徑送刀。
研究方法技術(shù)路線
本設(shè)計(jì)的刀庫(kù)的作用是儲(chǔ)備一定數(shù)量的刀具，刀具庫(kù)中的刀具主要用于對(duì)工件的切、鉆、銑、鏜等的加工。XHAD—765加工中心的刀具庫(kù)主要由電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器、減速器、槽輪機(jī)構(gòu)、鏈輪鏈條組成。減速器是三級(jí)圓柱齒輪減速器，其結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)比大，均載效果好。做為動(dòng)力源的電動(dòng)機(jī)，要選擇經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的電動(dòng)機(jī)；減速器中的軸與齒輪均要進(jìn)行強(qiáng)度校核，軸按照計(jì)算彎曲應(yīng)力來(lái)校核其強(qiáng)度；槽輪機(jī)構(gòu)要選擇適當(dāng)?shù)牟蹟?shù)與撥銷(xiāo)數(shù)；鏈條鏈輪同樣要選擇好鏈輪的齒數(shù)；控制部分主要研究PLC在選刀方面的作用。
研究的總體安排和進(jìn)度計(jì)劃
第1周 《中型加工中心刀具系統(tǒng)》進(jìn)行相關(guān)調(diào)研，寫(xiě)出調(diào)研報(bào)告。
第2周 確定自己的設(shè)計(jì)方案，畫(huà)出工作原理圖。
第3周 根據(jù)設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行有關(guān)計(jì)算。
第4周 根據(jù)設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行有關(guān)計(jì)算。
第5周 繪制刀具庫(kù)總裝配圖（機(jī)械部分）
第6周 繪制刀具庫(kù)總裝配圖（機(jī)械部分）
第7周 根據(jù)自己設(shè)計(jì)的刀具庫(kù)總裝配圖，繪制指導(dǎo)老師指定零件的零件圖。
第8周 編制自己設(shè)計(jì)的零件的加工工藝規(guī)程。
第9周 編制自己設(shè)計(jì)的零件的加工工藝規(guī)程。
第10周 某道工序工裝設(shè)計(jì)。
第11周 某道工序工裝設(shè)計(jì)。
第12周 繪制零件的機(jī)械加工工藝過(guò)程卡片。
第13周 進(jìn)行控制系統(tǒng)部分的設(shè)計(jì)，繪制電氣接線圖及PLC程序圖。
第14周 進(jìn)行控制系統(tǒng)部分的設(shè)計(jì)，繪制電氣接線圖及PLC程序圖。
第15周 編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。
第16周 準(zhǔn)備答辯。
主要參考
文獻(xiàn)
[1]吳登橋、單寶忠、王義行，HP型鏈條及鏈?zhǔn)降稁?kù)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
[2]吳蹤澤、羅圣國(guó).機(jī)械課程設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]。
[3]楊黎明、楊志勤，機(jī)構(gòu)選型與運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)。
[4]朱龍根.簡(jiǎn)明機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)。
[5]邱宣懷.機(jī)械設(shè)計(jì)[M]。
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[9]王兆義.小型可編程控制器實(shí)用技術(shù)[M]。
[10]東北重型機(jī)械學(xué)院、洛陽(yáng)工學(xué)院.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]。
[11]白成軒. 機(jī)床夾具設(shè)計(jì)原理[M].機(jī)械工業(yè)出版社。
[12]王炳實(shí). 機(jī)床電氣控制[M].機(jī)械工業(yè)出版社。
指導(dǎo)教師
意 見(jiàn)
指導(dǎo)教師簽名：
年 月 日
教研室意見(jiàn)
學(xué)院意見(jiàn)
教研室主任簽名：
年 月 日
教學(xué)院長(zhǎng)簽名：
年 月 日
鏈?zhǔn)降毒邘?kù)總成及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
摘要
刀具庫(kù)作為加工中心的輔助設(shè)備，在制造業(yè)中起著舉足輕重的作用。刀具庫(kù)由支架、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)、刀架、護(hù)罩、電氣控制系統(tǒng)等部分組成。刀具的類(lèi)型有盤(pán)式刀庫(kù)、鏈?zhǔn)降稁?kù)等多種形式，刀庫(kù)的形式和容量要根據(jù)機(jī)床的工藝范圍來(lái)確定。本刀具儲(chǔ)存系統(tǒng)的電氣控制主要是對(duì)其貨架進(jìn)行運(yùn)行控制和位置控制。運(yùn)行控制包括運(yùn)行設(shè)備的啟動(dòng)、制動(dòng)控制。位置控制主要是對(duì)貨架位置和地址進(jìn)行檢測(cè)。
本設(shè)計(jì)的刀庫(kù)的作用是儲(chǔ)備一定數(shù)量的刀具，刀具庫(kù)中的刀具主要用于對(duì)工件的切、鉆、銑、鏜等的加工。XHAD—765加工中心的刀具庫(kù)主要由電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器、減速器、槽輪機(jī)構(gòu)、鏈輪鏈條組成。減速器是三級(jí)圓柱齒輪減速器，其結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)比大，均載效果好。做為動(dòng)力源的電動(dòng)機(jī)，要選擇經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的電動(dòng)機(jī)；減速器中的軸與齒輪均要進(jìn)行強(qiáng)度校核，軸按照計(jì)算彎曲應(yīng)力來(lái)校核其強(qiáng)度；槽輪機(jī)構(gòu)要選擇適當(dāng)?shù)牟蹟?shù)與撥銷(xiāo)數(shù)；鏈條鏈輪同樣要選擇好鏈輪的齒數(shù)；控制部分主要研究PLC在選刀方面的作用。
關(guān)鍵詞 加工中心；刀具庫(kù)；總裝與控制
Abstract
Tool as a processing center for the support equipment in the manufacturing sector plays a pivotal role. Tool from the stent, drive, drive system, Turret, shielding, control systems and other electrical components. Tool is the type of disc the knife, the knife chain, and other means, in the form of the knife and capacity according to the machine to determine the scope of the process. This tool storage of electrical control system is mainly for operational control of its shelf and position control. Operational control equipment, including the start-up operation, the brake control. Position Control is the main location and address of the shelves for testing.
The design of the knife is the role of reserve a certain number of knives, cutting tool in the tool used for the main part of the cutting, drilling, milling, processing, and so boring. XHAD-765 processing center of the main tool by the motor, brakes, reducer, geneva, sprocket chain formed. Reducer are three cylindrical gear reducer, the compact structure, transmission ratio, are contained good effect. As a power source for the motor, it is necessary to choose the economic benefits of the motor; reducer in the shaft and gear are required to check for strength, calculated in accordance with the shaft bending stress to check their strength; tank round of institutions to choose the appropriate slot for the number of sales ; Chain sprocket have to choose the good sprocket teeth; control of the main PLC elections knife in the role.
Key words machining centers tool library assembly and control
目 錄
1 緒論 1
1．1 國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展情況 1
1．2 國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀 1
1．3 數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢(shì) 2
1．4 刀具庫(kù)的概述 3
1．5 鏈?zhǔn)降毒邘?kù)原理圖 3
1．6 本文的主要研究?jī)?nèi)容、意義與前景 3
2 鏈條的選擇 5
2．1 HP型刀庫(kù)專(zhuān)用鏈條 5
2．2 鏈條參數(shù)的選擇 6
3 電動(dòng)機(jī)的選擇 7
3．1 計(jì)算刀庫(kù)的總重量 7
3．2 電動(dòng)機(jī)的選擇 8
4 減速器的設(shè)計(jì)與計(jì)算 9
4．1 確定減速器的總傳動(dòng)比及分配傳動(dòng)比 9
4．1．1 確定總傳動(dòng)比 9
4．1．2 分配減速器各級(jí)傳動(dòng)比 9
4．2 計(jì)算減速器的動(dòng)力參數(shù) 9
4．2．1 各軸的轉(zhuǎn)速 9
4．2．2 各軸的輸入轉(zhuǎn)矩 10
4．2．3 各軸的輸入功率 10
4．3 減速器內(nèi)齒輪的設(shè)計(jì) 11
4．3．1 第一級(jí)圓柱齒輪的設(shè)計(jì) 11
4．3．2 第二級(jí)圓柱齒輪的設(shè)計(jì) 13
4．3．3 第三級(jí)圓柱齒輪的設(shè)計(jì) 15
4．4 軸的計(jì)算與校核 16
4．4．1 軸Ⅰ的計(jì)算設(shè)計(jì) 16
4．4．2 軸Ⅱ的計(jì)算設(shè)計(jì) 17
4．4．3 軸Ⅲ的計(jì)算設(shè)計(jì) 21
4．4．4 軸Ⅳ的計(jì)算設(shè)計(jì) 25
4．5 軸承的選用與計(jì)算 28
4．5．1 軸Ⅰ與軸Ⅱ上軸承的選用 28
4．5．2 軸Ⅲ上軸承的選用與計(jì)算 29
4．5．3 軸Ⅳ上軸承的選用與計(jì)算 31
5 槽輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 32
6 鏈輪的設(shè)計(jì) 33
7 箱體加工工藝與工裝的設(shè)計(jì) 34
7．1 箱體工藝設(shè)計(jì) 34
7．1．1 箱體的工藝分析 34
7．1．2 選擇毛坯 34
7．1．3 定位基準(zhǔn)的選擇 34
7．1．4 箱體加工工藝路線的制定 35
7．1．5 確定各工序的切削用量及基本工時(shí) 35
7．2 夾具的設(shè)計(jì) 52
7．2．1 定位方案設(shè)計(jì) 52
7．2．2 對(duì)刀裝置設(shè)計(jì) 53
7．2．3 夾緊裝置設(shè)計(jì) 53
8 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 55
總結(jié) 56
致謝 57
參考文獻(xiàn) 58
附錄 59
英文 59
中文翻譯 67
54
1 緒論
1．1 國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展情況
隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，帶有自動(dòng)換刀系統(tǒng)的加工中心在現(xiàn)代制造業(yè)中起著愈來(lái)愈重要的作用，它能縮短產(chǎn)品的制造周期，提高產(chǎn)品的加工精度，適合柔性加工。自動(dòng)換刀系統(tǒng)一般由刀庫(kù)、機(jī)械手和驅(qū)動(dòng)裝置組成。刀庫(kù)容量可大可小，其裝刀數(shù)在20～180把之間。刀庫(kù)的功能是存儲(chǔ)刀具并把下一把即將要用的刀具準(zhǔn)確地送到換刀位置，供換刀機(jī)械手完成新舊刀具的交換。當(dāng)?shù)稁?kù)容量大時(shí)，常遠(yuǎn)離主軸配置且整體移動(dòng)不易，這就需要在主軸和刀庫(kù)之間配置換刀機(jī)構(gòu)來(lái)執(zhí)行換刀動(dòng)作。完成此功能的機(jī)構(gòu)包括送刀臂、擺刀站和換刀臂，總稱(chēng)為機(jī)械手。具體來(lái)說(shuō)，它的功能是完成刀具的裝卸和在主軸頭與刀庫(kù)之間的傳遞。驅(qū)動(dòng)裝置則是使刀庫(kù)和機(jī)械手實(shí)現(xiàn)其功能的裝置，一般由步進(jìn)電機(jī)或液壓(或氣液機(jī)構(gòu))或凸輪機(jī)構(gòu)組成。機(jī)械手完成刀庫(kù)里的刀(新刀)與主軸上的刀(舊刀)的交換工作。由于數(shù)控加工中心的刀庫(kù)容量、換刀可靠性及換刀速度直接影響到加工中心的效率，而自動(dòng)換刀就是進(jìn)一步壓縮非切削時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，改善勞動(dòng)條件。所以數(shù)控機(jī)床為了能在工件一次裝夾中完成多道加工工序，縮短輔助時(shí)間，減少多次安裝工件所引起的誤差，必須帶有自動(dòng)換刀裝置。
1．2 國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的現(xiàn)狀
當(dāng)今世界，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)機(jī)床工業(yè)高度重視，競(jìng)相發(fā)展機(jī)電一體化、高精、高效、自動(dòng)化先進(jìn)機(jī)床，以加速工業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。長(zhǎng)期以來(lái)，歐、美、亞在國(guó)際市場(chǎng)上相互展開(kāi)激烈競(jìng)爭(zhēng)，己形成一條無(wú)形戰(zhàn)線，特別是隨微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)控機(jī)床在20世紀(jì)80年代以后加速發(fā)展，各方用戶提出更多需求，早己成為四大國(guó)際機(jī)床展上各國(guó)機(jī)床制造商競(jìng)相展示先進(jìn)技術(shù)、爭(zhēng)奪用戶、擴(kuò)大市場(chǎng)的焦點(diǎn)。中國(guó)加入WTO后，正式參與世界市場(chǎng)激烈競(jìng)爭(zhēng)，今后如何加強(qiáng)機(jī)床工業(yè)實(shí)力、加速數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展，實(shí)是緊迫而又艱巨的任務(wù)。
自從1952年美國(guó)麻省理工學(xué)院研制出世界上第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床以來(lái)，數(shù)控機(jī)床在制造工業(yè)，特別是在汽車(chē)、航空航天、以及軍事工業(yè)中被廣泛地應(yīng)用，數(shù)控技術(shù)無(wú)論在硬件和軟件方面，都有飛速發(fā)展。1956年，日本富士通研究成功數(shù)控轉(zhuǎn)塔式?jīng)_床，美國(guó)IBM公司同期研制成功了“APT”(刀具程序控制裝置)的加工中心。1958年美國(guó)K&T公司研制出帶ATC(自動(dòng)刀具交換裝置)的加工中心。1967年出現(xiàn)了FMS，1978年以后，加工中心迅速發(fā)展，帶有ATC裝置。可實(shí)現(xiàn)多工序加工的機(jī)床步入了機(jī)床發(fā)展的黃金時(shí)代。
中國(guó)1958年研制出第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床以來(lái)，發(fā)展過(guò)程大致可分為兩大階段161。在1958~1979年間為第一階段，從1979年至今為第二階段。第一階段中對(duì)數(shù)控機(jī)床特點(diǎn)、發(fā)展條件缺乏認(rèn)識(shí)，在人員素質(zhì)差、基礎(chǔ)薄弱、配套件不過(guò)關(guān)的情況下，無(wú)法用于生產(chǎn)而停頓。主要存在的問(wèn)題是盲目性大，缺乏實(shí)事求是的科學(xué)精神。在第二階段從日、德、美、西班牙先后引進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)，從美、日、德等引進(jìn)數(shù)控機(jī)床先進(jìn)技術(shù)和合作、合資生產(chǎn)，解決了可靠性、穩(wěn)定性問(wèn)題，數(shù)控機(jī)床開(kāi)始正式生產(chǎn)和使用，并逐步向前發(fā)展。在20余年間，數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)有較大提高，主要表現(xiàn)在三大方面:培訓(xùn)了一批設(shè)計(jì)、制造、使用和維護(hù)的人才;通過(guò)合作生產(chǎn)先進(jìn)數(shù)控機(jī)床，使設(shè)計(jì)、制造、使用水平大大提高，縮小了與世界先進(jìn)技術(shù)的差距；通過(guò)利用國(guó)外先進(jìn)零部件、數(shù)控系統(tǒng)配套，開(kāi)始能自行設(shè)計(jì)及制造高速、高性能、五面或五軸聯(lián)動(dòng)加工的數(shù)控機(jī)床，供應(yīng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求，但對(duì)關(guān)鍵技術(shù)的試驗(yàn)、消化、掌握及創(chuàng)新卻較差。至今許多重要功能部件、自動(dòng)化刀具、數(shù)控系統(tǒng)依靠國(guó)外技術(shù)支撐，不能獨(dú)立發(fā)展，基本上處于從仿制走向自行開(kāi)發(fā)階段，與日本數(shù)控機(jī)床的水平差距很大。存在的主要問(wèn)題包括:缺乏各方面專(zhuān)家人才和熟練技術(shù)工人；缺少深入系統(tǒng)的科研工作；零部件和數(shù)控系統(tǒng)不配套:企業(yè)和專(zhuān)業(yè)間缺乏合作，基本上孤軍作戰(zhàn)，雖然廠多人眾，但形成不了合力。
1．3 數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢(shì)
(1) 高速化、高精度化、高可靠性
質(zhì)量、效率是先進(jìn)制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。
高速化：(1)提高進(jìn)給速度：采用直線滾珠式導(dǎo)軌等；(2)提高主軸轉(zhuǎn)速:采用直線電機(jī)技術(shù)，直接將電機(jī)與主軸連接成一體后，裝入主軸部件，可以在1.8秒從0到15000r/min。
高精度化：精密化是為了適應(yīng)高新技術(shù)發(fā)展的需要，隨著高新技術(shù)的發(fā)展和對(duì)機(jī)電產(chǎn)品性能與質(zhì)量要求的提高，機(jī)床用戶對(duì)機(jī)床加工精度的要求也越來(lái)越高。數(shù)控機(jī)床的加工精度提高了一倍，達(dá)到巧微米。
高可靠性：一般數(shù)控系統(tǒng)的可靠性要高于數(shù)控設(shè)備的可靠性在一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。
(2) 復(fù)合化
數(shù)控機(jī)床的功能復(fù)合化的發(fā)展，以其復(fù)合加工實(shí)現(xiàn)了一次裝夾后完成各種復(fù)雜零件的全部加工，從而減少了不創(chuàng)造價(jià)值的輔助時(shí)間，提高了機(jī)床的效率和加工精度，降低了生產(chǎn)制造成本，提高了生產(chǎn)的柔性。復(fù)合功能的機(jī)床是近年來(lái)發(fā)展很快的機(jī)種，其核心是在一臺(tái)機(jī)床上要完成車(chē)、銑、鉆、銼、攻絲、鉸孔和擴(kuò)孔等多種操作工序。
(3) 智能化
智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個(gè)方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量的智能化，如自適應(yīng)控制、工藝參數(shù)自動(dòng)生成等；為提高驅(qū)動(dòng)性能的智能化，如：前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適用運(yùn)算、自動(dòng)識(shí)別負(fù)載、自動(dòng)選定模型、自整定等；簡(jiǎn)化編程、簡(jiǎn)化操作方面的智能化；還有如智能化的自動(dòng)編程、智能化的人機(jī)界面等，及智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容，方便系統(tǒng)的診斷及維修等。
(4) 柔性化、集成化
為適應(yīng)制造自動(dòng)化的發(fā)展，向FMC、FMS、CIMS提供基礎(chǔ)設(shè)備，要求數(shù)控系統(tǒng)不僅能完成通常的加工功能，而且還能夠具備自動(dòng)測(cè)量自動(dòng)上、下料，自動(dòng)換刀，自動(dòng)誤差補(bǔ)償、自動(dòng)診斷、進(jìn)線和聯(lián)網(wǎng)功能，依據(jù)用戶的不同的要求，可方便地靈活配置及集成。
1．4 刀具庫(kù)的概述
刀具庫(kù)由支架、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)、刀架、護(hù)罩、電氣控制系統(tǒng)等部分組成。刀庫(kù)的作用是儲(chǔ)備一定數(shù)量的刀具，機(jī)械手實(shí)現(xiàn)主軸上刀具的互換。刀具的類(lèi)型有盤(pán)式刀庫(kù)、鏈?zhǔn)降稁?kù)等多種形式，刀庫(kù)的形式和容量要根據(jù)機(jī)床的工藝范圍來(lái)確定。本刀具儲(chǔ)存系統(tǒng)的電氣控制主要是對(duì)其貨架進(jìn)行運(yùn)行控制和位置控制。運(yùn)行控制包括運(yùn)行設(shè)備的啟動(dòng)、制動(dòng)控制。位置控制主要是對(duì)貨架位置和地址進(jìn)行檢測(cè)。
1．5 鏈?zhǔn)降毒邘?kù)原理圖
圖1–1 鏈?zhǔn)降毒邘?kù)原理圖
1．6 本文的主要研究?jī)?nèi)容、意義與前景
(1) 本課題研究目標(biāo)
針對(duì)現(xiàn)有加工中心的刀具庫(kù)裝置進(jìn)一步減少簡(jiǎn)單合理，提高刀庫(kù)定位精度。
(2) 本課題研究?jī)?nèi)容
加工中心可以對(duì)零件進(jìn)行多種形式的加工，其刀具庫(kù)可提供多種刀具以供選用，本課題設(shè)計(jì)的刀具庫(kù)可以容納32把刀具，根據(jù)加工心的加工數(shù)控程序要求，刀具庫(kù)可以自動(dòng)把所需刀具送到加工中心換刀機(jī)械手位置。要求刀具庫(kù)在送刀時(shí)選最便捷路徑送刀。
主要參數(shù)：
1.最大刀具直徑：250㎜
2.刀具間距：190㎜
3.刀具平均質(zhì)量：5 ㎏
4.刀具庫(kù)容刀量：32把刀具
(3) 本課題提出的研究意義與前景
機(jī)床原來(lái)的刀庫(kù)控制程序是單獨(dú)設(shè)計(jì)的，沒(méi)有采用刀具管理系統(tǒng)，功能也比較單一，只實(shí)現(xiàn)了刀庫(kù)刀具的找刀、刀庫(kù)最短路徑定位、主軸換刀，而且不支持大型刀具。
在刀庫(kù)自動(dòng)選刀方面，在計(jì)算機(jī)記憶式選刀的基礎(chǔ)上采用了西門(mén)子840D特色功能，使選刀程序更簡(jiǎn)潔，并完成空刀套的查找。刀庫(kù)快速換刀利用STEP—7完成編程，并在實(shí)際中得到驗(yàn)證。在刀庫(kù)定位問(wèn)題上，PLC程序控制采用模塊化設(shè)計(jì)方法，這對(duì)今后生產(chǎn)類(lèi)似機(jī)床將十分有利，很容易將其利用到其他機(jī)床上。自動(dòng)換刀系統(tǒng)將以較快的速度增長(zhǎng)，縮短換刀時(shí)間，提高刀具的定位精度是重要的手段，有利于數(shù)控技術(shù)的發(fā)展。
2 鏈條的選擇
鏈?zhǔn)降稁?kù)具有容刀量大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便以及在換刀位置不變情況下容易改變?nèi)莸读康葍?yōu)點(diǎn)，適合于大、中型加工中心使用。因此，有關(guān)鏈?zhǔn)降稁?kù)系統(tǒng)刀庫(kù)配件的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究以顯得特別急迫。用作刀庫(kù)的鏈條稱(chēng)為ATC鏈條。ATC鏈條可以有多種結(jié)構(gòu)，其中圖1所示的HP型鏈條是一種具有中空銷(xiāo)軸結(jié)構(gòu)的輸送鏈，刀套裝在鏈條銷(xiāo)軸內(nèi)部，不需另外配置附件，結(jié)構(gòu)緊湊，因此逐漸在ATC鏈條中占主導(dǎo)地位。
圖2–1 HP型鏈條
1﹑6軸用彈簧擋圈 2.刀套組件
3.套筒 4.內(nèi)鏈板 5.外鏈板
2．1 HP型刀庫(kù)專(zhuān)用鏈條
HP型刀庫(kù)專(zhuān)用鏈條是一種大節(jié)距中空銷(xiāo)軸的軸板鏈。國(guó)際市場(chǎng)提供的HP型鏈條的具體結(jié)構(gòu)不完全相同。圖2匯總了幾種常見(jiàn)結(jié)構(gòu)，圖2e是改進(jìn)設(shè)計(jì)。
圖2–2 HP型鏈條的結(jié)構(gòu)
比較5種結(jié)構(gòu)，圖2e鏈條的結(jié)構(gòu)除具有一般鏈條的特性外，還具有如下優(yōu)點(diǎn)：
(1) 采用塑料刀套與金屬鏈條可分離式結(jié)構(gòu)，易于調(diào)整維護(hù)和更換刀套。
(2) 為提高機(jī)械強(qiáng)度，減輕鏈條重量，刀套采用優(yōu)質(zhì)工程塑料埋鋼整體結(jié)構(gòu)。該刀套尺寸受溫度變化影響小。
(3) 內(nèi)鏈板與鋼套采用過(guò)盈配合形成固定鏈條框架，保證了內(nèi)節(jié)內(nèi)寬尺寸，使鏈條與鏈輪有良好配合，保證機(jī)械手抓取刀具時(shí)所需的軸向位置精度。
(4) 塑料刀套與鋼套采用間隙配合，使用過(guò)程中二者之間可以相對(duì)回轉(zhuǎn)，可防止定向元件損壞和刀柄，拉釘組件的松脫。此結(jié)構(gòu)亦可微量補(bǔ)償機(jī)械手抓刀時(shí)的誤差。
2．2 鏈條參數(shù)的選擇
HP型鏈條的結(jié)構(gòu)尺寸主要取決于刀柄，拉釘組件結(jié)構(gòu)尺寸。本設(shè)計(jì)采用刀柄號(hào)為32的鏈條，由參考文獻(xiàn)[1]選其主要參數(shù)為，， ，，，。
3 電動(dòng)機(jī)的選擇
3．1 計(jì)算刀庫(kù)的總重量
(1) 設(shè)定鏈片鏈節(jié)的尺寸結(jié)構(gòu)如下圖：
圖3–1 鏈片結(jié)構(gòu)圖
(2) 單個(gè)鏈片的體積
V=140×80×4＋4×3.14×402－2×3.14×252×4＝49196㎜3
(3) 單個(gè)鏈片的重量
材料為45鋼，由參考文獻(xiàn)[2]表1-1得，該材料的密度為
ｍ＝V＝49196×7.85＝0.386㎏
(4) 單個(gè)鏈節(jié)的體積
V＝3.14×（252-232）×100＝30144㎜3
(5) 單個(gè)鏈節(jié)的重量
ｍ＝V＝30144×7.85＝0.237㎏
(6) 32把刀具鏈節(jié)鏈片的總重量
ｍ＝32×（0.386＋0.237）＝19.94㎏
(7) 32把刀具的總重量
ｍ=32×5×1=160kg
(8) 刀庫(kù)的總重量
式中10kg為其他零件和標(biāo)準(zhǔn)件的質(zhì)量，ｍ＝19.94＋160＋10＝189.94㎏
3．2 電動(dòng)機(jī)的選擇
由參考文獻(xiàn)[3]得 撥銷(xiāo)的轉(zhuǎn)速為
設(shè)槽輪的停留時(shí)間為4.5s
r／min
則槽輪的轉(zhuǎn)速
／min
槽輪的角速度
r／min
鏈輪的速度
m／s
電動(dòng)機(jī)的輸出功率
式(3.1)
電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)載荷為
鏈條的速度為 m／s
刀庫(kù)的總效率為
式(3.2)
式中 ——軸套傳動(dòng)效率0.99
——鏈傳動(dòng)效率0.93
——齒輪傳動(dòng)效率0.98
——滾動(dòng)軸承傳動(dòng)效率0.98
則
∴
取電動(dòng)機(jī)的額定功率為1.5kw
由參考文獻(xiàn)[3]附表選用Y90L—4型電動(dòng)機(jī)，其額定功率為1.5kw，同步轉(zhuǎn)速為r/min，滿載轉(zhuǎn)速r/min
4 減速器的設(shè)計(jì)與計(jì)算
4．1 確定減速器的總傳動(dòng)比及分配傳動(dòng)比
4．1．1 確定總傳動(dòng)比
由選定的電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速和工作機(jī)主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速，可得減速器的傳動(dòng)比見(jiàn)式(4.1)
式(4.1)
因?yàn)闇p速器的總傳動(dòng)比>40，所以該減速器采用直齒圓柱齒輪三級(jí)傳動(dòng)。減速器齒輪示意圖
圖4–1減速器齒輪示意圖
4．1．2 分配減速器各級(jí)傳動(dòng)比
初步選擇第一級(jí)傳動(dòng)比為=3，第二級(jí)傳動(dòng)比為=3.5，第三級(jí)傳動(dòng)比為,見(jiàn)式(4.2)
式(4.2)
4．2 計(jì)算減速器的動(dòng)力參數(shù)
4．2．1 各軸的轉(zhuǎn)速
軸Ⅰ的轉(zhuǎn)速
r/min
軸Ⅱ的轉(zhuǎn)速
r/min
軸Ⅲ的轉(zhuǎn)速
r/min
軸Ⅳ的轉(zhuǎn)速
r/min
4．2．2 各軸的輸入轉(zhuǎn)矩
電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩
Nm
軸Ⅰ的轉(zhuǎn)矩
==10.3N.m
軸Ⅱ的轉(zhuǎn)矩
N.m
軸Ⅲ的轉(zhuǎn)矩
N.m
軸Ⅳ的轉(zhuǎn)矩
N.m
4．2．3 各軸的輸入功率（減速器的效率為0.95）
軸Ⅰ的功率
kw
軸Ⅱ的功率
kw
軸Ⅲ的功率
kw
軸Ⅳ的功率
kw
4．3 減速器內(nèi)齒輪的設(shè)計(jì)
4．3．1 第一級(jí)圓柱齒輪的設(shè)計(jì)
1．材料的選擇： 小齒輪 40Cr（調(diào)質(zhì)處理） 硬度為280HBS
大齒輪 45# （調(diào)質(zhì)處理） 硬度為240HBS
2．齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算
⑴初步計(jì)算
轉(zhuǎn)矩
N.mm
齒寬系數(shù) 由參考文獻(xiàn)[5]表12.3 取
接觸疲勞極限 由參考文獻(xiàn)[5]圖12.17C 得
MPa ，MPa
初步計(jì)算的許用接觸應(yīng)力為[]
，
由參考文獻(xiàn)[5]表12.16 取=85
初步計(jì)算的小齒輪直徑 見(jiàn)式(4.3)
式(4.3)
取
初步計(jì)算齒寬
⑵校核計(jì)算
圓周速度
式(4.4)
精度等級(jí) 由參考文獻(xiàn)[5]表12.6 選8級(jí)精度
齒數(shù)和模數(shù)
初步取齒數(shù) ，，
由參考文獻(xiàn)[5]表12.3 取
則
使用系數(shù) 由參考文獻(xiàn)[5]表12.9 取
動(dòng)載系數(shù) 由參考文獻(xiàn)[5]圖12.9 取
齒間載荷分配系數(shù) 由參考文獻(xiàn)[5]表12.10 先求圓周力
式(4.4)
式(4.5)
式(4.6)
(直齒圓柱齒輪傳動(dòng)角 )
由此得 式(4.7)
齒向載荷分布系數(shù) 由參考文獻(xiàn)[5]表12.11
式(4.8)
載荷系數(shù)
式(4.9)
彈性系數(shù) 由參考文獻(xiàn)[5]表12.12
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 由參考文獻(xiàn)[5]圖12.16
接觸最小安全系數(shù) 由參考文獻(xiàn)[5]表12.14
總工作時(shí)間
應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 由參考文獻(xiàn)[5]表12.15,估計(jì)
則 指數(shù)
式(4.10)
原估計(jì)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)正確
式(4.11)
接觸壽命系數(shù) 由參考文獻(xiàn)[5]圖12.18得 ，
許用接觸應(yīng)力
式(4.12)
式(4.13)
驗(yàn)算
式(4.14)
計(jì)算結(jié)果表明，接觸疲勞強(qiáng)度較為合適，齒輪尺寸無(wú)須調(diào)整。
3．確定傳動(dòng)主要尺寸
分度圓直徑
，
中心距
4．3．2 第二級(jí)圓柱齒輪的設(shè)計(jì)
1．材料的選擇： 小齒輪 40Cr（調(diào)質(zhì)處理） 硬度為280HBS
大齒輪 45# （調(diào)質(zhì)處理） 硬度為240HBS
2．初步計(jì)算
轉(zhuǎn)距
N.mm
齒寬系數(shù) 由參考文獻(xiàn)[5]表12.13 取
接觸疲勞極限 由參考文獻(xiàn)[5]圖12.17C得
MPa ，MPa
初步計(jì)算的需用接觸應(yīng)力
[]≈0.9MPa ， []≈0.9MPa
由參考文獻(xiàn)[5]表12.16 取
初步計(jì)算小齒輪直徑
圓整取
初步計(jì)算齒寬
3．校核計(jì)算
圓周速度
齒數(shù)和模數(shù)
初步選取 ，，
由參考文獻(xiàn)[5]表12.3 取則
，
4．確定傳動(dòng)主要尺寸
分度圓直徑
，
中心距
4．3．3 第三級(jí)圓柱齒輪的設(shè)計(jì)
1．材料的選擇： 小齒輪 40Cr（調(diào)質(zhì)處理） 硬度為280HBS
大齒輪 45# （調(diào)質(zhì)處理） 硬度為240HBS
2．初步計(jì)算
轉(zhuǎn)距
N.mm
齒寬系數(shù) 由參考文獻(xiàn)[5]表12.13 取
接觸疲勞極限 由參考文獻(xiàn)[5]圖12.17C得
MPa，MPa
初步計(jì)算的需用接觸應(yīng)力
[]≈0.9MPa， []≈0.9MPa
由參考文獻(xiàn)[5]表12.16 取
初步計(jì)算小齒輪直徑
圓整取
初步計(jì)算齒寬
3．校核計(jì)算
圓周速度
齒數(shù)和模數(shù)
初步選取 則 ，
由參考文獻(xiàn)[5]表12.3 取 則
，
4．確定傳動(dòng)主要尺寸
分度圓直徑
,
中心距
4．4 軸的計(jì)算與校核
4．4．1 軸Ⅰ的計(jì)算設(shè)計(jì)
1．選擇軸的材料，確定許用應(yīng)力
由以上條件知減速器傳動(dòng)的功率屬于小功率，對(duì)材料無(wú)特殊要求，故選擇45號(hào)鋼并作調(diào)質(zhì)處理。由參考文獻(xiàn)[5]表13.4得
抗拉強(qiáng)度MPa 屈服點(diǎn)MPa
彎曲疲勞極限MPa 扭轉(zhuǎn)疲勞極限MPa
2．按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸的直徑
由參考文獻(xiàn)[5]表13.1得A=118～107，A為振幅，由公式13.2得軸的最小直徑為
式(4.15)
∵考慮到軸的最小直徑處要安裝制動(dòng)器，會(huì)由鍵槽的存在，故將估算直徑加大3%～5%
∴ 式(4.16)
由參考文獻(xiàn)[5]表13.3—4，取標(biāo)準(zhǔn)直徑
3．軸Ⅰ的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（結(jié)構(gòu)草圖如下）
圖4–2 軸Ⅰ的結(jié)構(gòu)草圖
(1) 確定軸上零件的位置和固定方式
要確定軸的結(jié)構(gòu)形式，必須先確定軸上零件的裝拆順序和固定方式，如上圖可見(jiàn)，由于齒輪的軸徑較小，所以采用齒輪軸的形式。軸承從軸的左端套入軸段②上，采用過(guò)盈配合，軸向固定采用軸套和軸肩③，再裝上制動(dòng)器，周向固定采用平鍵作固定，軸向固定采用軸套與軸肩②。
(2) 確定各軸段的直徑
如上圖，軸段①的最小直徑。軸段②上要安裝軸承，軸段②必須滿足軸承的內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)，故軸段②的直徑，由參考文獻(xiàn)[2]表6-1選用6204型深溝球軸承。軸段③是作軸肩用，其尺寸為。由于加工齒輪時(shí)，為了順利退刀，所以軸段④處為退刀槽，其直徑為。
(3) 確定各軸段的長(zhǎng)度
因?yàn)檩SⅠ選用的是齒輪軸，所以軸段⑤處的長(zhǎng)度為32，退刀槽的寬度為5。為了保證齒輪端面與箱體內(nèi)壁不相碰，齒輪斷面與箱體內(nèi)壁間應(yīng)有一定的距離，取該距離為10，為了保證軸承安裝在箱體軸承座孔中（軸承寬度為12），并考慮軸承的潤(rùn)滑，取軸承端面距箱體內(nèi)壁的距離為5，制動(dòng)器的總長(zhǎng)，軸段①的要確定軸的結(jié)構(gòu)形式，必須先確定軸上零件的裝拆順序和固定方式，如上圖可見(jiàn)，由于齒輪的軸徑較小，所以采用齒輪軸的形式。軸承從軸的左端套入軸段②上，采用過(guò)盈配合，軸向固定采用軸套和軸肩③，再裝上制動(dòng)器，周向固定采用平鍵作固定，軸向固定采用軸套與軸肩②。
(4) 由于該軸承受的彎矩較小故不需要進(jìn)行彎矩合成強(qiáng)度校核軸徑。
4．4．2 軸Ⅱ的計(jì)算設(shè)計(jì)
1．選擇軸的材料，確定許用應(yīng)力
由以上條件知減速器傳動(dòng)的功率屬于小功率，對(duì)材料無(wú)特殊要求，故選擇45號(hào)鋼并作調(diào)質(zhì)處理。由參考文獻(xiàn)[5]表13.4得
抗拉強(qiáng)度MPa 屈服點(diǎn)MPa
彎曲疲勞極限MPa 扭轉(zhuǎn)疲勞極限MPa
2．按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸的直徑
由參考文獻(xiàn)[5]表13.1得A=118～107，A為振幅，由公式13.2得軸的最小直徑為
∵考慮到軸上會(huì)由鍵槽的存在，故將估算直徑加大3%～5%
∴
由參考文獻(xiàn)[5]表13.3-4，取標(biāo)準(zhǔn)直徑
3．軸Ⅱ的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（結(jié)構(gòu)草圖如下）
圖4–3 軸Ⅱ的結(jié)構(gòu)草圖
⑴確定軸上零件的位置和固定方式
根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理，由兩個(gè)滾動(dòng)軸承支承，齒輪從軸的左端裝入，齒輪的左右端均用軸套做軸向固定，采用鍵作周向固定，軸承對(duì)稱(chēng)安裝在齒輪的兩側(cè)，其周向用軸肩固定。
⑵確定各軸段的直徑
如上圖所示，軸段②處安裝軸承，軸承必須滿足軸承內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)，故取軸段②的直徑，由參考文獻(xiàn)[2]表6-1選用6204型深溝球軸承。軸承周采用過(guò)盈配合固定，軸向采用彈性擋圈和軸肩固定，軸段③的直徑。軸段④的直徑取。
⑶確定各軸段的長(zhǎng)度
因?yàn)檩SⅡ中的小齒輪選用的是齒輪軸，所以軸段⑤處的長(zhǎng)度為44，為了保證齒輪端面與箱體內(nèi)壁不相碰，齒輪斷面與箱體內(nèi)壁間應(yīng)有一定的距離，取該距離為10，為了保證軸承安裝在箱體軸承座孔中（軸承寬度為12），并考慮軸承的潤(rùn)滑，取軸承端面距箱體內(nèi)壁的距離為5，齒輪左右軸套的長(zhǎng)度均為10，左軸承的左軸段伸出15，所以軸段①的長(zhǎng)度為15，軸段②的長(zhǎng)度為86，軸承支點(diǎn)的距離為，鍵槽的長(zhǎng)度比相應(yīng)的輪轂寬度小約5～10。
4．按彎曲合成強(qiáng)度校核軸徑
⑴畫(huà)出軸的受力圖，如下圖所示
圖4–4 軸的受力圖
圓周力 式(4.17)
式(4.18)
徑向力 式(4.19)
式(4.20)
⑵計(jì)算水平面支承反力和彎矩
水平面受力簡(jiǎn)圖
圖4–5 軸的水平受力圖
式(4.21)
（負(fù)號(hào)說(shuō)明假設(shè)方向與實(shí)際相反）
Ⅰ—Ⅰ截面的彎矩為
式(4.22)
Ⅱ—Ⅱ截面的彎矩為
式(4.23)
⑶計(jì)算垂直面內(nèi)的支承反力和彎矩
垂直面受力簡(jiǎn)圖
圖4–6 軸的垂直受力圖
式(4.24)
（負(fù)號(hào)說(shuō)明假設(shè)方向與實(shí)際相反）
Ⅰ—Ⅰ截面的彎矩為
式(4.25)
Ⅱ—Ⅱ截面的彎矩為
式(4.26)
⑷合成彎矩
Ⅰ—Ⅰ截面的合成彎矩為
式(4.27)
Ⅱ—Ⅱ截面的合成彎矩為
式(4.28)
⑸計(jì)算許用應(yīng)力
用插入法參考文獻(xiàn)[5]由表16.3得
MPa，MPa
應(yīng)力校正系數(shù)
式(4.29)
⑹計(jì)算當(dāng)量彎矩
Ⅰ—Ⅰ截面的當(dāng)量彎矩為
式(4.30)
Ⅱ—Ⅱ截面的當(dāng)量彎矩
式(4.31)
⑺確定危險(xiǎn)截面及校核強(qiáng)度
Ⅰ—Ⅰ截面為
MPa 式(4.32)
Ⅱ—Ⅱ截面為
MPa 式(4.33)
軸滿足的條件，故設(shè)計(jì)的軸有足夠的強(qiáng)度。
4．4．3 軸Ⅲ的計(jì)算設(shè)計(jì)
1．選擇軸的材料，確定許用應(yīng)力
由以上條件知減速器傳動(dòng)的功率屬于小功率，對(duì)材料無(wú)特殊要求，故選擇45號(hào)鋼并作調(diào)質(zhì)處理。由參考文獻(xiàn)[5]表13.4得
抗拉強(qiáng)度MPa 屈服點(diǎn)MPa
彎曲疲勞極限MPa 扭轉(zhuǎn)疲勞極限MPa
2．按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸的直徑
由參考文獻(xiàn)[5]表13.1得A=118～107，A為振幅，由公式13.2得軸的最小直徑為
∵考慮到軸上會(huì)由鍵槽的存在，故將估算直徑加大4%～5%
∴
由參考文獻(xiàn)[5]表13.3—4，取標(biāo)準(zhǔn)直徑
3．軸Ⅲ的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（結(jié)構(gòu)草圖如下）
圖4–7 軸Ⅲ的結(jié)構(gòu)草圖
⑴確定軸上零件的位置和固定方式
根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理，軸由兩個(gè)滾動(dòng)軸承支承，參考上圖，齒輪4從軸的左端裝入，齒輪的左端用軸套與墊片定位，右端采用彈性擋圈固定，這樣齒輪在軸上的位置完全固定，齒輪的周向采用平鍵連接固定，軸段②的右段是齒輪軸，軸段①處最小直徑處安裝軸承，其軸向固定采用軸段②與軸套固定，周向采用過(guò)盈配合固定。
⑵確定各軸段的直徑
如上圖所示，軸段①處安裝軸承，軸段①處的直徑必須滿足軸承內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)，故取軸段①的直徑，由參考文獻(xiàn)[2]表6-1選用6205型深溝球軸承。軸段②的直徑。
⑶確定各軸段的長(zhǎng)度
左端齒輪輪轂的寬度為50，為了保證齒輪端面與箱體內(nèi)壁不相碰，齒輪斷面與箱體內(nèi)壁間應(yīng)有一定的距離，取該距離為10，為了軸承安裝在箱體軸承座孔中（軸承寬度為15），并考慮軸承的潤(rùn)滑，取軸承端面距箱體內(nèi)壁的距離為5，因?yàn)檩SⅢ中的小齒輪選用的是齒輪軸，其寬度為65。取軸段②的長(zhǎng)度為210，軸段①的長(zhǎng)度為30。軸承支點(diǎn)的距離為，軸段②上的鍵槽的長(zhǎng)度比相應(yīng)的輪轂寬度小約5～10。
4．按彎曲合成強(qiáng)度校核軸徑
⑴畫(huà)出軸的受力圖，如下圖所示
圖4–8 軸的受力圖
圓周力
徑向力
⑵計(jì)算水平面支承反力和彎矩
水平面受力簡(jiǎn)圖
圖4–9 軸的水平受力圖
Ⅰ—Ⅰ截面的彎矩為
Ⅱ—Ⅱ截面的彎矩為
⑶計(jì)算垂直面內(nèi)的支承反力和彎矩
垂直面受力簡(jiǎn)圖
圖4–10 軸的垂直受力圖
Ⅰ—Ⅰ截面的彎矩為
Ⅱ—Ⅱ截面的彎矩為
⑷合成彎矩
Ⅰ—Ⅰ截面的合成彎矩為
Ⅱ—Ⅱ截面的合成彎矩為
⑸計(jì)算許用應(yīng)力
用插入法參考文獻(xiàn)[5]由表16.3得 MPa，MPa
應(yīng)力校正系數(shù)
⑹計(jì)算當(dāng)量彎矩
Ⅰ—Ⅰ截面的當(dāng)量彎矩為
Ⅱ—Ⅱ截面的當(dāng)量彎矩為
⑺確定危險(xiǎn)截面及校核強(qiáng)度
Ⅰ—Ⅰ截面為
MPa
Ⅱ—Ⅱ截面為
MPa
軸滿足的條件，故設(shè)計(jì)的軸有足夠的強(qiáng)度。
4．4．4 軸Ⅳ的計(jì)算設(shè)計(jì)
1．選擇軸的材料，確定許用應(yīng)力
由以上條件知減速器傳動(dòng)的功率屬于小功率，對(duì)材料無(wú)特殊要求，故選擇45號(hào)鋼并作調(diào)質(zhì)處理。由參考文獻(xiàn)[5]表13.4得
抗拉強(qiáng)度MPa 屈服點(diǎn)MPa
彎曲疲勞極限MPa 扭轉(zhuǎn)疲勞極限MPa
2．按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸的直徑
由參考文獻(xiàn)[5]表13.1得A=118～107，A為振幅，由公式13.2得軸的最小直徑為
∵考慮到軸上會(huì)由鍵槽的存在，故將估算直徑加大4%～5%
∴
由參考文獻(xiàn)[5]表13.3—4，取標(biāo)準(zhǔn)直徑
3．軸Ⅳ的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（結(jié)構(gòu)草圖如下）
圖4–11 軸Ⅳ的結(jié)構(gòu)草圖
⑴確定軸上零件的位置和固定方式
根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理，軸由兩個(gè)滾動(dòng)軸承支承，參考上圖，齒輪6從軸的左端裝入，齒輪的左端用軸套與墊片定位，右端采用彈性擋圈固定，這樣齒輪在軸上的位置完全固定，齒輪的周向采用平鍵連接固定，軸段①處最小直徑處安裝軸承，其軸向固定采用軸段②與軸套固定，周向采用過(guò)盈配合固定。軸段③為輸出端。
⑵確定各軸段的直徑
如上圖所示，軸段①處安裝軸承，軸段①處的直徑必須滿足軸承內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)，故取軸段①的直徑，由參考文獻(xiàn)[2]表6-1選用6208型深溝球軸承。軸段②的直徑。軸段③的直徑為。
⑶確定各軸段的長(zhǎng)度
齒輪6輪轂的寬度為60，為了保證齒輪端面與箱體內(nèi)壁不相碰，齒輪斷面與箱體內(nèi)壁間應(yīng)有一定的距離，取該距離為10，為了軸承安裝在箱體軸承座孔中（軸承寬度為18），并考慮軸承的潤(rùn)滑，取軸承端面距箱體內(nèi)壁的距離為5，所以軸段①的長(zhǎng)度為23，軸段②的長(zhǎng)度為65。軸承支點(diǎn)的距離為，軸段②與③上分別加工出鍵槽使鍵槽處于軸的同一母線上，鍵槽的長(zhǎng)度比相應(yīng)的輪轂寬度小約5～10。
4．按彎曲合成強(qiáng)度校核軸徑
⑴畫(huà)出軸的受力圖，如下圖所示
圖4–12 軸的受力圖
圓周力
徑向力
⑵計(jì)算水平面支承反力和彎矩
水平面受力簡(jiǎn)圖
圖4–13 軸的水平受力圖
Ⅰ—Ⅰ截面的彎矩為
Ⅱ—Ⅱ截面的彎矩為
⑶計(jì)算垂直面內(nèi)的支承反力和彎矩
垂直面受力簡(jiǎn)圖
圖4–14 軸的垂直受力圖
Ⅰ—Ⅰ截面的彎矩為
Ⅱ—Ⅱ截面的彎矩為
⑷合成彎矩
Ⅰ—Ⅰ截面的合成彎矩為
Ⅱ—Ⅱ截面的合成彎矩為
⑸計(jì)算許用應(yīng)力
用插入法參考文獻(xiàn)[5]由表16.3得 MPa，MPa
應(yīng)力校正系數(shù)
⑹計(jì)算當(dāng)量彎矩
Ⅰ—Ⅰ截面的當(dāng)量彎矩為
Ⅱ—Ⅱ截面的當(dāng)量彎矩為
⑺確定危險(xiǎn)截面及校核強(qiáng)度
Ⅰ—Ⅰ截面為
MPa
Ⅱ—Ⅱ截面為
MPa
軸滿足的條件，故設(shè)計(jì)的軸有足夠的強(qiáng)度。
4．5 軸承的選用與計(jì)算
4．5．1 軸Ⅰ與軸Ⅱ上軸承的選用
軸Ⅰ與軸Ⅱ的軸頸處直徑均為20 ，由參考文獻(xiàn)[5]附表18.1得，軸承選用6204型深溝球滾子軸承。
1．軸Ⅱ上軸承進(jìn)行計(jì)算
已知軸的直徑為20 ，軸速為1390r/min，軸承所受的徑向載荷為，，工作溫度正常，要求軸承的預(yù)期壽命為 。
2．求當(dāng)量動(dòng)載荷
因?yàn)樵撦S承只承受徑向載荷，由參考文獻(xiàn)[5]表14.12得載荷系數(shù) 見(jiàn)式(4.34)
式(4.34)
，
3．計(jì)算徑向動(dòng)載荷值
式(4.35)
式中的為壽命指數(shù)，對(duì)于球軸承，是溫度系數(shù)，，則
式(4.36)
式(4.37)
由參考文獻(xiàn)[5]可知6204型深溝球滾子軸承的基本額定動(dòng)載荷，，基本額定靜載荷。
4．驗(yàn)算軸承壽命
由式(4.38) 式(4.39)得
式(4.38)
式(4.39)
即 軸承的壽命大于軸承的預(yù)期使用壽命。
5．靜強(qiáng)度計(jì)算
由式(4.40) 得
, 式(4.40)
由參考文獻(xiàn)[5]表14.18得滾動(dòng)軸承的安全系數(shù)
由式(4.41) 得
， 式(4.41)
所以所用的軸承是合格的。
4．5．2 軸Ⅲ上軸承的選用與計(jì)算
軸Ⅲ的軸頸處直徑均為25 ，由參考文獻(xiàn)[5]附表18.1得，軸承選用6205型深溝球滾子軸承。
1．軸Ⅲ上軸承進(jìn)行計(jì)算
已知軸的直徑為25 ，軸速為132.38r/min，軸承所受的徑向載荷為，，工作溫度正常，要求軸承的預(yù)期壽命為 。
2．求當(dāng)量動(dòng)載荷
因?yàn)樵撦S承只承受徑向載荷，由參考文獻(xiàn)[5]表14.12得載荷系數(shù)
由公式得
，
3．計(jì)算徑向動(dòng)載荷值
由公式得
式中的為壽命指數(shù)，對(duì)于球軸承，是溫度系數(shù)，，則
由參考文獻(xiàn)[5]可知6205型深溝球滾子軸承的基本額定動(dòng)載荷，，基本額定靜載荷。
4．驗(yàn)算軸承壽命
由公式得
即 軸承的壽命大于軸承的預(yù)期使用壽命。
5．靜強(qiáng)度計(jì)算
由公式得
，
由參考文獻(xiàn)[5]表14.18得滾動(dòng)軸承的安全系數(shù)，由公式得
，
所以所用的軸承是合格的。
4．5．3 軸Ⅳ上軸承的選用與計(jì)算
軸Ⅳ的軸頸處直徑均為40 ，由參考文獻(xiàn)[5]附表18.1得，軸承選用6208型深溝球滾子軸承。
1．軸Ⅲ上軸承進(jìn)行計(jì)算
已知軸的直徑為40 ，軸速為33r/min，軸承所受的徑向載荷為，工作溫度正常，要求軸承的預(yù)期壽命為 。
2．求當(dāng)量動(dòng)載荷
因?yàn)樵撦S承只承受徑向載荷，由參考文獻(xiàn)[5]表14.12得 載荷系數(shù) 由公式 得
3．計(jì)算徑向動(dòng)載荷值
由公式得
式中的為壽命指數(shù)，對(duì)于球軸承，是溫度系數(shù)，，則
由參考文獻(xiàn)[5]可知6205型深溝球滾子軸承的基本額定動(dòng)載荷，，基本額定靜載荷。
4．驗(yàn)算軸承壽命
由公式得
即 軸承的壽命大于軸承的預(yù)期使用壽命。
5．靜強(qiáng)度計(jì)算
由公式得
由參考文獻(xiàn)[5]表14.18得滾動(dòng)軸承的安全系數(shù)
由公式得
所以所用的軸承是合格的。
5 槽輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
已知槽輪的材料為45鋼，設(shè)槽輪的槽數(shù)為8，撥銷(xiāo)的直徑為
中心距。由參考文獻(xiàn)[3]得
主動(dòng)曲柄半徑
式(5.1)
槽輪半徑
式(5.2)
槽輪高
式(5.3)
槽深
式(5.4)
鎖止弧半徑
式(5.5)
槽輪寬
式(5.6)
輪轂寬
式(5.7)
6 鏈輪的設(shè)計(jì)
已知鏈輪的材料為45鋼，鏈的節(jié)距，先設(shè)定齒數(shù) Z=8。由參考文獻(xiàn)[3]得
分度圓直徑
齒頂圓直徑
式(6.1)
式(6.2)
根圓直徑
式(6.3)
齒側(cè)槽間直徑
式(6.4)
齒寬
取雙列鏈輪總寬度
=
鏈的排距
7 箱體加工工藝與工裝的設(shè)計(jì)
7．1 箱體工藝設(shè)計(jì)
7．1．1 箱體的工藝分析
由圖可知，其材料為 HT200，該材料具有較高的強(qiáng)度﹑耐磨性﹑耐熱性及減振性，適用與承受較大的應(yīng)力，要求耐磨的零件。
該零件主要加工面為 A﹑B﹑C﹑D 面和鏜孔，其中32 和47 的一組通孔的同軸度要求很高，因此在加工它們時(shí)，最好能在一次裝夾下加工出來(lái)。
由以上分析可知，對(duì)加工精度的要求很高，但是一般機(jī)床是可以加工的，我們按照工序集中的原則，力求簡(jiǎn)化工藝過(guò)程，對(duì)其加工機(jī)械進(jìn)行設(shè)計(jì)。
圖7-1 箱體毛胚圖
7．1．2 選擇毛坯
確定機(jī)械加工余量及毛坯尺寸，根據(jù)零件的材料確定毛坯為主見(jiàn)。又由題目一知零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)為中批量，通過(guò)可計(jì)算零件的重量約為 5kg。毛坯的鑄造方式選用金屬鑄造方式，此外為了消除殘余應(yīng)力，鑄造后應(yīng)安排人工時(shí)效處理。由參考文獻(xiàn)[7]表 2.2-4用查表法確定各表面的總余量、加工余量，公差等見(jiàn)工藝卡。
7．1．3 定位基準(zhǔn)的選擇
基面的選則是工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中最重要的工作之一，基面選擇的正確合理，可以使加工質(zhì)量得到可靠的保證，生產(chǎn)率得到提高，否則，不但在工藝規(guī)程中出現(xiàn)問(wèn)題，甚至?xí)斐沙膳膱?bào)廢，使生產(chǎn)無(wú)法正常進(jìn)行。
根據(jù)對(duì)工件的分析，根據(jù)粗基準(zhǔn)選擇原則，選擇孔作為粗基準(zhǔn)，加工箱體的下接合面A，然后以 A 面作為基準(zhǔn)加工其余的面。此外，A 面的面積較大，定位比較穩(wěn)定，夾緊方案也比較簡(jiǎn)單、可靠、操作方便。
7．1．4 箱體加工工藝路線的制定
制定工藝的出發(fā)點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定的大中批生產(chǎn)條件下，可以考慮采用萬(wàn)能性機(jī)床配已專(zhuān)用夾具，并盡量使工序集中來(lái)提高生產(chǎn)率。除此以外，還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。箱體的加工一般是先進(jìn)行面的加工，在進(jìn)行孔的加工。按照先加工基準(zhǔn)面及先粗后精的原則，箱體可按下述方案進(jìn)行加工：
1．工藝路線方案一
工序 10 鑄造
工序 20 時(shí)效
工序 30 油漆
工序 40 粗銑箱體的下接合面（A 面）
工序 50 鉆鉸箱體在下接合面的定位孔
工序 60 精銑箱體的下接合面（A 面）
工序 70 粗精銑箱體兩側(cè)面（C、D 面）和上接合面（B 面）
工序 80 粗鏜32、35、26、28、42、47的孔
工序 90 精鏜32、35、26、28、42、47的孔
工序 100 鏜在47 孔上的彈簧擋圈槽
工序 110 鉆箱體下接合面5.5的通孔并锪孔，鉆3的孔并攻絲
工序 120 鉆箱體左接合面5的孔并攻絲
工序 130 鉆箱體右接合面4孔并攻絲
工序 140 去毛刺
工序 150 檢驗(yàn)
工序 160 清洗
工序 170 入庫(kù)
工序 140 去毛刺
工序 150 檢驗(yàn)
工序 160 清洗
工序 170 入庫(kù)
7．1．5 確定各工序的切削用量及基本工時(shí)
工序 40
粗銑箱體的下接合面（A 面）
1．刀具的選擇 由參考文獻(xiàn)[6]表 12-21 選擇鑲齒套式面銑刀（硬質(zhì)合金刀片）
由表 11-21 銑削深度時(shí)，銑刀的直徑。由參考文獻(xiàn)[7]表 14 得刀具的齒數(shù) Z=16
2．切削用量的選擇
（1）決定銑削深度 由于加工余量不大，故在一次走刀內(nèi)完成，則箱體的低面
（2）進(jìn)給量的確定 由于采用面銑刀由參考文獻(xiàn)[7]表 25 選則X63銑床，功率為 10kw，，由參考文獻(xiàn)[6]表11-22得，由式(7.1)
式(7.1)
由參考文獻(xiàn)[7]表25可取機(jī)床進(jìn)給速度 。
（3）確定切削速度 由參考文獻(xiàn)[6]表 11-28 選 。
（4）計(jì)算銑削力并校驗(yàn)機(jī)床功率 由參考文獻(xiàn)[6]表11-29 銑削力見(jiàn)式(7.2)
式(7.2)
由此得 A 面的切削力見(jiàn)式(7.3)
式(7.3)
由參考文獻(xiàn)[7]表18 當(dāng)鑄鐵的硬度 HB=174～207 時(shí)，，， 。
近似功率為 ，
根據(jù)銑削部份表25可知機(jī)床主軸允許的功率為
故 ，因此所選擇的切削用量可以采用，， ，。
（5）計(jì)算基本的工時(shí)
由參考文獻(xiàn)[6]表 11-14 得 ， ，面銑刀銑平面的機(jī)動(dòng)時(shí)間
式(7.4)
式中 ——工作臺(tái)的進(jìn)給量（）；
——銑刀的每齒進(jìn)給量；
Z——銑刀的齒數(shù)。
N——銑刀的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù) 。
式(7.5)
式中 ——機(jī)動(dòng)時(shí)間（）；
——加工的長(zhǎng)度（）；
——切入長(zhǎng)度（）；
——超出長(zhǎng)度（）。
工序 50
鉆鉸箱體在下接合面的定位孔
1．刀具的選用 選用高速鋼鉆頭
2．切削用量的選擇
（1）確定進(jìn)給量 由參考文獻(xiàn)[7]表11-10 得
（2）選擇切削速度 由參考文獻(xiàn)[7]表11-12 可得
（3）計(jì)算主軸轉(zhuǎn)速
式(7.6)
根據(jù)機(jī)床說(shuō)明書(shū)取主軸的轉(zhuǎn)速
（4）計(jì)算基本時(shí)間
式(7.7)
鉸的孔
（1）刀具的選擇 選用高速鋼鉸刀
（2）確定切削深度及進(jìn)給量
取 由參考文獻(xiàn)[6]表11-16 取
（3）確定切削速度及主軸轉(zhuǎn)速
由參考文獻(xiàn)[7]第二部分孔加工切削用