jcs-013型數控臥式鏜銑床刀庫設計

1、<p>　　JCS-013型數控臥式鏜銑床刀庫設計</p><p>　　JCS-013 Type NC Horizontal Boring And Milling Machine Tool Store Design</p><p><b>　　學 院： </b></p><p>　　專業(yè)班級： 機械設計制造及其自動化</

2、p><p><b>　　學 號： </b></p><p><b>　　學生姓名： </b></p><p><b>　　指導教師： </b></p><p><b>　　2013年 5月</b></p><p><b>

3、;　　摘 要</b></p><p>　　90年代以來，數控加工技術得到迅速的普及發(fā)展，高速加工中心作為新時代數控機床的代表，已在機床領域廣泛。自動換刀刀庫的發(fā)展儼然已超越為數控加工中心配套的角色，在其特有的技術領域發(fā)展出符合機床高精度、高效率、高可靠度及多任務復合等概念的獨特產品。本課題是鏈式刀庫的總體設計、傳動設計、結構設計以及傳動部分的運動和動力設計。這種刀庫在數控加工中心上應用非常廣泛,

4、其換刀過程簡單，換刀時間短；總體結構簡單、緊湊，動作準確可靠；維護方便，成本低。本課題的目的就是要通過對JCS-013型數控臥式鏜銑床刀庫的優(yōu)化設計以提高換刀速度，減少助助時間。</p><p>　　在進行設計時，采用了系統(tǒng)化設計方法，將設計看成由若干個設計要素組成的一個系統(tǒng)，每個設計要素具有獨立性，各個要素間存在著有機的聯系，并具有層次性，所有的設計要素結合后，即可實現設計系統(tǒng)所需完成的任務。</p>

5、;<p>　　在借鑒和參考大量有關刀庫的機械結構后，結合實際情況，決定采用鏈式刀庫雙手式機械手換刀方案，根據機械設計與機械原理等有關知識對JCS-013型數控臥式鏜銑床刀庫進行設計，采用AutoCAD 2004中文版對刀庫及關鍵零件進行繪制。</p><p>　　關鍵詞：加工中心；刀庫；數控加工</p><p><b>　　Abstract</b><

6、;/p><p>　　Since the 1990s,CNC machine technology has made the rapid and universial development,as a new era of the representatives of NC machine tools.High-speed processing center has been widely used in the fi

7、eld of machine tools.The development of automatic Tool Chane,tool house in recent years seems to have gone beyond the NC Center for supporting the role of technology in their unique areas of development to meet the high-

8、precision machine tools,high efficiency and reliability,and more complex tasks,s</p><p>　　The purpose of this project is to improve the speed of the tools change and reduce auxiliary time through the optimi

9、zation design of the JCS-013 type NC horizontal boring and milling machine tool store. </p><p>　　In developing the design, I have adopted the systematic design method.The design is regarded as a system which

10、 is consisted of several design elements. Each design elements is independ ,but there is the organic relation between them and they are of different levels. The system can realize the required task after that all the des

11、ign elements combined.</p><p>　　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 swor

12、d.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 li

13、brary using AutoCAD 2004.</p><p>　　Keywords: machining center; Tool house;NC</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII

14、</p><p><b>　　第1章 緒 言1</b></p><p>　　1.1本課題在國內外的研究動態(tài)1</p><p>　　1.1.1刀庫產品目前的水平2</p><p>　　1.1.2刀庫系統(tǒng)的發(fā)展趨勢3</p><p>　　1.1.3刀庫系統(tǒng)的發(fā)展方向3</p>

15、<p>　　1.2課題的目的、意義和開展研究工作的設想4</p><p>　　1.2.1課題的目的4</p><p>　　1.2.2開展研究工作的設想4</p><p>　　1.2.3課題設計方案的選擇和設計手段5</p><p>　　第2章 刀庫傳動系統(tǒng)設計7</p><p>　　2.1刀庫主要設

16、計參數7</p><p>　　2.2刀庫驅動液壓馬達的選擇7</p><p>　　2.2.1刀庫負載轉矩TF計算7</p><p>　　2.2.2確定液壓馬達轉數9</p><p>　　2.3傳動齒輪的設計10</p><p>　　2.3.1選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數10</p>&l

17、t;p>　　2.3.2按齒面接觸強度設計11</p><p>　　2.3.3幾何尺寸的計算14</p><p>　　2.3.4按齒根彎曲強度進行校核15</p><p>　　2.4傳動軸的設計16</p><p>　　2.4.1初步確定最小軸頸及所用材料16</p><p>　　2.4.2軸的結構設計

18、16</p><p>　　2.4.3軸的強度校核17</p><p>　　2.4軸承壽命校核24</p><p>　　第3章 刀庫準停系統(tǒng)的設計26</p><p>　　第4章 鏈傳動系統(tǒng)的設計29</p><p>　　4.1鏈輪、鏈條的計算及鏈輪中心距的確定29</p><p>　　

19、4.2刀庫鏈條的張緊31</p><p>　　第5章 結 論32</p><p><b>　　參考文獻33</b></p><p><b>　　致 謝34</b></p><p><b>　　第1章 緒 言</b></p><p>　　1.1本課

20、題在國內外的研究動態(tài)</p><p>　　隨著中國經濟的快速發(fā)展，進入21世紀，我國機床制造業(yè)既面臨著提升機械制造業(yè)水平的需求而引發(fā)的制造裝備發(fā)展的良機，也面臨著加入WTO后激烈的市場競爭的壓力。從技術層面上講，加速推進數控技術將是解決機床制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個關鍵。</p><p>　　數控機床及由數控機床組成的制造系統(tǒng)是改造傳統(tǒng)產業(yè)、構建數字化企業(yè)的重要基礎裝備，它的發(fā)展一直備受人們關注

21、。數控機床以其卓越的柔性自動化的性能、優(yōu)異而穩(wěn)定的精度、靈捷而多樣化的功能引起世人矚目，它開創(chuàng)了機械產品機電一體化發(fā)展的先河，因此數控技術成為先進制造技術中的一項核心技術。另一方面，通過持續(xù)的研究，信息技術的深化應用促進了數控機床的進一步提升【1】。</p><p>　　隨著數控技術的發(fā)展，采用數控系統(tǒng)的機床品種日益增多，有車床、銑床、鏜床、鉆床、磨床、齒輪加工機床和電火花加工機床等。此外還有能自動換刀、一次裝卡

22、進行多工序加工的加工中心、車削中心等。</p><p>　　數控機床主要由數控裝置、伺服機構和機床主體組成，輸入數控裝置的程序指令記錄在信息載體上，由程序讀入裝置接收，或由數控裝置的鍵盤直接手動輸入[2]。</p><p>　　隨著微電子技術、計算機技術和軟件技術的迅速發(fā)展，數控機床的控制系統(tǒng)日益趨向于小型化和多功能化，具備完善的自診斷功能，可靠性也大大提高，數控系統(tǒng)本身將普遍實現自動編程

23、。</p><p>　　未來數控機床的類型將更加多樣化，多工序集中加工的數控機床品種越來越多；激光加工等技術將應用在切削加工機床上，從而擴大多工序集中的工藝范圍；數控機床的自動化程度更加提高，并具多種監(jiān)控功能，從而形成一個柔性制造單元，更加便于納入高度自動化的柔性制造系統(tǒng)中[3]。</p><p>　　數控機床為了進一步提高生產率，進一步壓縮非切削時間，現代的機床逐步發(fā)展為在一臺機床上一次

24、裝夾中完成多工序或全部工序的加工。數控機床為了能在工件一次裝夾中完成多個工步，以縮減輔助時間和減少多次安裝工件引起的誤差，通常帶有自動換刀系統(tǒng)。對工件的多工序加工而設置的存儲及更換刀具的裝置稱為自動換刀裝置（Automatic Tool Changer，ATC）；自動換刀（Automatic Tool Change 簡稱ATC）系統(tǒng)由控制系統(tǒng)和換刀裝置組成。在數控鏜銑床的基礎上，如果再配以刀具和自動換刀系統(tǒng)，就構成加工中心（Machin

25、ing center 簡稱MC）。在這類數控機床上，自動換刀裝置（ATC）是必不可少的[4]。例如加工中心機床又稱多工序自動換刀數控機床，它主要是指具有自動換刀及自動改變工件加工位置功能的數控機床，具有自動換刀裝置是加工中心機床的典型特征，是多工序加工的必要條件。自動換刀裝置的功能，對整機的加工效率有很大的影響[5]。</p><p>　　數控機床的自動換刀裝置的結構形式多種多樣，選擇何種形式，主要取決于機床的種

26、類、工藝范圍以及刀具的種類和數量等。本課題中的JCS-013型數控臥式鏜銑床將采用的是帶刀庫的自動換刀形式。</p><p>　　1.1.1刀庫產品目前的水平</p><p>　　在此概念基礎下，刀庫產品的發(fā)展現況為：</p><p>　　超重刀庫的發(fā)展：發(fā)展出刀鏈系統(tǒng)能承載重量70kg以上之超重刀具，擁有強力鎖刀裝置的穩(wěn)定刀鏈架構，可防止重型刀具于運轉中墜落。&l

27、t;/p><p>　　高效率且定位精度的驅動及選刀系統(tǒng)的發(fā)展：發(fā)展出高精度系統(tǒng)配置以及高質量、高定位精度的伺服電動機及減速器，以符合選刀迅速、換刀精確的主要性能需求。</p><p>　　多型式刀具容載刀庫的發(fā)展：發(fā)展出同時可容納多種型式刀具（如ISO50及ISO60）的刀鏈系統(tǒng)，也被視為是必須時常變換使用多種主軸的加工中心的必備裝置。</p><p>　　不同型式刀及

28、其任意點換刀系統(tǒng)的發(fā)展：可以同時夾取不同型式刀具（如ISO50及ISO60），因應需求必須有不同的刀具。為了縮短換刀時間，多點式或任意點式換刀系統(tǒng)是有必要的。</p><p>　　輕量化、低成本架構刀庫的發(fā)展：發(fā)展出輕量化的塑鋼射出刀套架構，整體重量較傳統(tǒng)刀庫減輕100kg以上，成本大幅降低的刀庫。</p><p>　　大型及高容量刀庫的發(fā)展：在機床多功能趨勢演化下，大量的刀具被使用在同一

29、臺機床上，刀庫的架構必須兼顧換刀效率及儲刀效能，多變的刀庫型體（可容納120/180/200把以上刀具）及多樣精密的換刀系統(tǒng)（如各種立式、臥式、立臥單點及多點式換刀系統(tǒng)），是其主要的特色[6]。</p><p>　　1.1.2刀庫系統(tǒng)的發(fā)展趨勢</p><p>　　近年來刀庫的發(fā)展儼然已超越其為裝備的角色，在特有的技術領域中發(fā)展出符合工具機高精度、高效能、高可靠度及多任務復合等概念產品，多

30、樣化產品，左右工具機在生產效能及產品精度的表現。刀庫的容量、布局，針對不同的工具機，形式也有所不同。根據刀庫的容量、外型和取刀的方式可大概分為斗笠式刀庫、圓盤式刀庫、鏈條式刀庫[7]。其發(fā)展趨勢為：</p><p><b>　?。?）高效能的產品</b></p><p>　　發(fā)展符合高荷重、高容量、高速化概念的刀庫產品。</p><p>　?。?/p>

31、2）輕量化、低成本的產品</p><p>　　發(fā)展符合重量輕、成本低概念的刀庫產品。</p><p>　　1.1.3刀庫系統(tǒng)的發(fā)展方向</p><p>　　刀庫系統(tǒng)作為自動化加工過程中所需的儲刀及換刀需求的一種裝置，為數控機床縮短機床非切削時間，降低勞動強度提供了必要條件，是數控機床的重要的功能部件，必將向以下幾個方向發(fā)展。一方面隨著主機的“單機多任務復合化”發(fā)展，

32、刀庫也必將向容量大、結構精、速度快、效率高的方向發(fā)展，以適應主機的高轉速、高精度和強力切削的機械特性。此類刀庫大部分為臥式刀庫，有下面幾個特點：</p><p><b>　　可遠距離傳輸。</b></p><p>　　換刀時可同步打刀，縮短換刀時間。</p><p><b>　　大容量且可擴充。</b></p>

33、<p>　　高效且精準的驅動和選刀系統(tǒng)。</p><p><b>　　控制系統(tǒng)復雜</b></p><p>　　刀具重量大。比如適合五軸聯動的立臥轉換伺服刀庫。而另一方面，刀庫僅作為單純的儲刀倉功能存在，主軸主動抓刀的“固定地址換刀”刀庫也是發(fā)展的方向之一，此時刀庫好比數控系統(tǒng)的一個控制軸，僅有旋轉定位功能，如立車刀庫、轉盤刀庫等[8]。</p&g

34、t;<p>　　尤其以40盤式刀庫為代表，換刀速度和刀庫重量已經成為衡量刀庫性能的主要參數之一，比如，吉輔40盤式刀庫的換刀速度1.1s，重量已經降到295kg。</p><p>　　在選材上更環(huán)保，在制作過程中減少消耗，使用過程智能、安全等也是刀庫發(fā)展的方向之一。</p><p>　　1.2課題的目的、意義和開展研究工作的設想</p><p>　　1

35、.2.1課題的目的</p><p>　　未來工具機產業(yè)的發(fā)展，均以追求高速、高精度、高效率為目標。隨著切削速度的提高，切削時間的不斷縮短，對換刀時間的要求也在逐步提高；換刀的速度已成為高等級工具機的一項重要指標。本課題的目的就是要通過對刀庫的優(yōu)化設計以提高換刀速度，減少助助時間。</p><p>　　1.2.2開展研究工作的設想</p><p>　　為了達到減少輔助

36、加工時間目的，綜合考慮工具機的各方面因素，在盡可能短的時間內完成刀具交換一般強調換刀速度快的臥式機臺，皆有幾個特點：1.刀臂短 2.刀臂不一定成直線 3.兩刀可能互相垂直 4.凸輪箱小且可移動。其主要目的是要讓換刀時，可動件之轉動慣量小，以達到快速換刀之目的。該技術包括刀庫的設置、換刀方式、換刀執(zhí)行機構和適應高速工具機的結構特點等。</p><p>　　（1）提高換刀速度的基本原則</p><

37、p>　　工具機的換刀裝置，通常由刀庫和換刀機構組成，有些應用機械手臂換刀，有些換刀方式并不需要機械手臂，刀庫的形式和擺放位置也不一樣。為了適合高速運動的需要，高速工具機在結構上已和傳統(tǒng)的工具機不同。以刀具運動進給為主，減小運動工件的質量，已成為高速工具機設計的主流。因此，設計換刀裝置時，要充分考慮到高速工具機的結構特征[9]。</p><p>　?。?）提高換刀速度的主要技術方法</p>&l

38、t;p>　　適合于工具機的快速自動換刀技術主要有以下幾個方面：在傳統(tǒng)自動換刀裝置的基礎上提高動作速度，或采用動作速度更快的機構和驅動元件。例如，機械凸輪結構的換刀速度高于液壓和氣動結構。根據高速工具機的結構特點設計刀庫和換刀裝置的形式和位置。例如，傳統(tǒng)工具機的刀庫和換刀裝置多裝在立柱一側，在高速工具機則多為立柱移動的進給方式，為減輕運動件質量，刀庫和換刀裝置不宜再裝在立柱上。采用新方法進行刀具快速交換，不用刀庫和機械手方式，而改用

39、其它方式換刀。例如不用換刀，用換主軸的方法。使用適合于高速工具機的刀柄。如HSK刀柄質量輕，裝卸刀具的行程短，可以使自動換刀裝置的速度提高。快速自動換刀裝置采用HSK空心短錐柄刀是發(fā)展的趨勢。</p><p>　　1.2.3課題設計方案的選擇和設計手段</p><p><b>　　I設計方案選擇</b></p><p>　　刀庫是刀具交換系統(tǒng)的

40、一部分，加工中心的刀具交換系統(tǒng)也稱為自動換刀裝置（ATC）,它通常是由刀庫和機械手組成。自動換刀裝置是加工中心不可缺少的組成部分，也是加工中心的象征，又是加工中心成敗的關鍵。</p><p>　　加工中心有立式、臥式、龍門式幾種，所以這些機床的刀庫和自動換刀裝置也是各種各樣。加工中心上的刀庫類型有鼓輪式刀庫，鏈式刀庫，格子箱式刀庫和直線刀庫等。</p><p><b>　?。?）

41、鼓輪式刀庫：</b></p><p>　　應用較廣，這種刀庫的結構緊湊，但因刀具單環(huán)排列、定向利用率低，大容量刀庫的外徑較大，轉動慣量大，選刀時運動時間長。因此這種刀庫的容量較小，一般不超過32把刀具。</p><p><b>　?。?）鏈式刀具</b></p><p>　　容量較大，當采用多環(huán)鏈式刀庫時，刀庫的外形較緊湊，占用空間

42、小，適合用于做大容量刀庫。在增加存儲刀具數目時，可增加鏈條的長度，而不增加鏈輪直徑，因此，鏈輪的圓周速度不會增加，且刀庫的運動慣量不像鼓輪式刀庫增加的那么多。</p><p><b>　　（3）格子箱式刀庫</b></p><p>　　刀庫容量大，結構緊湊，空間利用率高，但布局不靈活，通常將刀庫安放于工作臺上。有時甚至在使用一側的刀具時，必須更換另一側的刀座板。<

43、;/p><p><b>　　（4）直線式刀庫</b></p><p>　　結構簡單，刀庫容量較小，一般用于數控車床，數控鉆床，個別加工中心也有采用。</p><p>　　換刀機械手分為單臂單手式，單臂雙手式和雙手式機械手。單臂單手式結構簡單，換刀時間較長，適用于刀具主軸與刀庫刀套平行，刀庫刀套軸線與主軸軸線平行，以及刀庫刀套軸線與主軸軸線垂直的場合

44、。單臂雙手機械手可同時抓住主軸和刀庫中的刀具，并進行拔出、插入，換刀時間短，廣泛應用于加工中心上的刀庫刀套軸線與主軸平行的場合。雙手式機械手結構較復雜，換刀時間短，這種機械手除了完成拔刀、插刀外，還起運輸刀具的作用。</p><p>　　結合所給題目，初步決定采用鏈式刀庫雙手式機械手換刀方案。</p><p><b>　　II設計手段</b></p>&

45、lt;p>　　采用系統(tǒng)化設計方法，將設計看成由若干個設計要素組成的一個系統(tǒng)，每個設計要素具有獨立性，各個要素間存在著有機的聯系，并具有層次性，所有的設計要素結合后，即可實現設計系統(tǒng)所需完成的任務。結合本課題實際，根據機械設計與機械原理等有關知識對JCS-013型數控臥式鏜銑床刀庫進行設計，采用AutoCAD 2004中文版對刀庫及關鍵零件進行繪制。</p><p>　　第2章 刀庫傳動系統(tǒng)設計</p&

46、gt;<p>　　2.1刀庫主要設計參數</p><p><b>　　安裝形式：鏈式刀庫</b></p><p><b>　　刀庫容量：60把</b></p><p><b>　　送刀方式：任意</b></p><p>　　刀具尺寸（最大）：長400毫米，直徑φ1

47、25毫米</p><p>　　刀具重量（Mj）：約12千克</p><p>　　鏈條快速移動速度為16米/分，慢速移動速度為4米/分。</p><p>　　2.2刀庫驅動液壓馬達的選擇</p><p>　　刀庫驅動液壓馬達的選擇應同時滿足刀庫運轉時的負載轉矩TF，和起動時的加速轉矩TJ的要求。由于鏈條轉速很低和液壓馬達慣性小、起動轉矩小的特點

48、，為了計算簡便，在計算時，忽略起動加速轉矩TJ，在最后結果上乘以一個工作系數。</p><p>　　2.2.1刀庫負載轉矩TF計算</p><p>　　鏈式刀庫負載轉矩TF用來克服刀具不平衡重力FWmax和導向面的摩擦力F，如圖2-1所示。</p><p>　　FWmax ：不平衡重力；F3：摩擦力</p><p>　　圖2-1 鏈條受力分析

49、圖</p><p>　　F1和F3是支承面的摩擦力;F2和F4則是導向面上因刀具下垂而引起的摩擦力。不平衡重力可按刀庫一側裝滿刀、一側不裝刀時的最大重力差值來計算。</p><p>　?。?）確定不平衡重力FWmax</p><p>　　由圖2-1知,不平衡重力</p><p>　　（2）確定摩擦力F3</p><p>

50、;<b>　　(2-1)</b></p><p>　　μ——鋼與銅之間的摩擦系數，約取0.2；</p><p>　　N——垂直作用在導向面上的壓力，包括刀具、刀柄和刀座產生的重力，分別為Wj，Wb，Wt。</p><p>　　R——刀座外半徑，取50mm；</p><p>　　L——刀座長度，取218mm。</p&

51、gt;<p>　?。?）確定每排刀具負載轉矩Tf</p><p>　?。?）確定每排刀具作用在主動輪上的負載轉矩Tz</p><p><b>　　(2-2)</b></p><p>　　η1——圓柱齒輪傳動效率，取0.98；</p><p>　　η2——鏈傳動效率,取0.96；</p><

52、;p>　　η3——深溝球軸承傳動效率，取0.98。</p><p>　?。?）確定作用在液壓馬達上的負載轉矩Ty</p><p><b>　　(2-3)</b></p><p>　　i——液壓馬達軸至刀庫軸的速比，取9；</p><p><b>　　η——傳動效率。</b></p>

53、<p>　　考慮到實際情況比計算時所設定的條件復雜，液壓馬達額定轉矩Ts應為負載轉矩Ty的1.5倍，即</p><p>　　2.2.2確定液壓馬達轉數</p><p>　　由刀庫設計參數知，鏈條快速移動速度為16米/分，即16000mm/min慢速移動速度為4米/分，即4000mm/min。</p><p>　?。?）確定鏈輪周長S</p>

54、<p>　?。?）確定液壓馬達的轉速范圍</p><p>　　根據計算數據選定BM2-200擺線馬達。</p><p><b>　　液壓馬達參數</b></p><p>　　型號：BM2-200擺線馬達</p><p>　　排量：200ml/r</p><p>　　壓力：額定10MP

55、a 最高12.5MPa</p><p><b>　　轉矩：額定 最高</b></p><p>　　轉速：額定320r/min 最高400r/min</p><p><b>　　質量：10.5kg</b></p><p>　　2.3傳動齒輪的設計</p><p>　　2.

56、3.1選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數</p><p>　　（1）按圖2-2所示的傳動方案。</p><p>　　圖2-2 刀庫驅動系統(tǒng)結構布局</p><p>　　（2）由于機器速度較低，故選用7級精度（GB10095-88）。</p><p>　?。?）查機械手冊選擇小齒輪材料為40Cr（調質），硬度為280HBS，大齒輪材料為45#鋼

57、（調質），硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。</p><p>　?。?）選小齒輪齒數為Z1=28，大齒輪齒數為Z2==84。</p><p>　　2.3.2按齒面接觸強度設計</p><p>　　由設計計算公式2-4進行試算，即</p><p><b>　　(2-4)</b></p><

58、p>　　（1）確定公式內的各計算數值</p><p>　　1)試選載荷系數為K=1.3</p><p>　　2)確定小輪傳遞的扭矩</p><p><b>　　(2-5)</b></p><p>　　3)由于兩支承相對于小齒輪做不對稱布置，所以齒寬系數=1。</p><p>　　4)由機械設

59、計手冊查得材料的彈性影響系數ZE=。</p><p>　　5)按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限;大齒輪的接觸疲勞強度極限。</p><p>　　6）計算應力循環(huán)次數</p><p>　　估計應力循環(huán)次數應該低于107轉。</p><p>　　7)取接觸疲勞壽命系數KHN！=1.4；KHN2=1.5。</p><p&g

60、t;　　8)計算接觸疲勞許用應力。</p><p>　　取失效概率為1℅,安全系數S=1，由公式2-6得</p><p>　　= (2-6)</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　?。?）計算</b></p><p>

61、　　1）計算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值。</p><p><b>　　(2-7)</b></p><p>　　考慮到外部零件要保證互相不產生干涉的條件下，d1t≧74mm。</p><p>　　2）計算圓周速度v。</p><p>　　3）計算齒寬b與齒高之比b/h。</p><p>　　b

62、=φd·d1t=1×42.795mm=42.795mm，取b=48mm。</p><p><b>　　4)計算模數和齒高</b></p><p><b>　　(2-8)</b></p><p><b>　　(2-9)</b></p><p><b>

63、;　　5）計算載荷系數。</b></p><p>　　根據v=0.171m/s，7級精度，查機械設計手冊得動載系數Kv=1.01；</p><p><b>　　直齒輪，；</b></p><p><b>　　查得使用系數</b></p><p>　　用插值法查得7級精度、小齒輪相對支承非

64、對稱布置時，。</p><p><b>　　(2-10)</b></p><p>　　6）按實際載荷系數校正所算得的分度圓直徑，由公式2-11得</p><p><b>　　(2-11)</b></p><p>　　由于44.253﹤72，故。</p><p><b&g

65、t;　　7）確定模數</b></p><p><b>　　模數</b></p><p><b>　　8）計算大齒輪齒數</b></p><p><b>　　(2-12)</b></p><p>　　2.3.3幾何尺寸的計算</p><p>　

66、?。?）計算分度圓直徑</p><p><b>　　(2-13)</b></p><p><b>　?。?）計算中心距</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　確定齒寬，取齒寬，取。</p><p>　　2.3.4按齒根彎曲強

67、度進行校核</p><p>　　1）由機械設計手冊查得，。</p><p>　　小齒輪的彎曲疲勞強度極限；大齒輪的彎曲疲勞強度極限。</p><p>　　2）由應力循環(huán)次數取彎曲疲勞壽命系數KFN1=0.98，KFN2=0.99。</p><p>　　3）計算彎曲疲勞許用應力</p><p>　　取彎曲疲勞安全系數S=

68、1.5，由公式得</p><p><b>　　(2-14)</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　4）計算齒根彎曲應力</p><p><b>　　(2-15)</b></p><p><b>　　=</b&

69、gt;</p><p><b>　　，安全。</b></p><p><b>　　2.4傳動軸的設計</b></p><p>　　2.4.1初步確定最小軸頸及所用材料</p><p>　　（1）求軸上轉速n、轉矩T和功率P</p><p><b>　　(2-16)&

70、lt;/b></p><p><b>　　(2-17)</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　?。?）按扭轉強度條件初步確定軸上的最小直徑</p><p><b>　　(2-18)</b></p><p>　　由于結構設

71、計需要，取，材料為45#鋼（正火）。</p><p>　　2.4.2軸的結構設計</p><p>　　擬定軸上零件的裝配方案，根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度，如圖2-3所示。</p><p>　　圖2-3 軸的結構與裝配</p><p>　　2.4.3軸的強度校核</p><p>　?。?）求作用在齒輪上的力

72、</p><p>　　先將作用于直齒圓柱齒輪上的嚙合力分解為圓周力和徑向力。</p><p>　　計算大齒輪的圓周力和徑向力</p><p>　　=N=573.7N (2-19)</p><p><b>　　(2-20)</b></p><p>　　—標準直齒

73、圓柱齒輪的壓力角，取=20°</p><p>　　計算小齒輪的圓周力和徑向力</p><p>　　=N=1721N (2-21)</p><p>　　=626.4N (2-22)</p><p>　　圓周力軸線簡化后，得到作用于軸線上的橫向力和力偶矩T。力偶矩T引起軸的扭轉變形，而橫向力FrH

74、及徑向力FrV引起軸在水平面內和垂直面內的彎曲變形，軸的計算簡圖如圖2-4、2-5所示。</p><p>　　圖2-4 軸在垂直面內的受力簡圖</p><p>　　圖2-5 軸在水平面內的受力簡圖</p><p>　?。?）計算圖中各個力的大小</p><p><b>　　1）計算徑向力</b></p>

75、<p><b>　　2)計算橫向力</b></p><p><b>　　3）計算軸承支反力</b></p><p><b>　　由靜力學方程</b></p><p><b>　　得，</b></p><p><b>　　代入數值計算，得

76、</b></p><p><b>　　由靜力程學方</b></p><p><b>　　得，</b></p><p><b>　　代入數值計算，得</b></p><p><b>　　由靜力學方程</b></p><p>

77、;<b>　　得， </b></p><p><b>　　代入數值計算，得</b></p><p><b>　　由靜力學方程</b></p><p><b>　　得，</b></p><p><b>　　代入數值計算，得</b><

78、;/p><p>　　4）列出剪力方程及彎矩方程</p><p>　　以軸的左端為坐標原點，選取坐標系如圖2-6所示。</p><p>　　圖2-6 坐標系示意圖</p><p>　　垂直面內的剪力方程為</p><p><b>　　代入數值得，</b></p><p>　　垂直

79、面內的彎矩方程為</p><p><b>　　代入數值得，</b></p><p>　　水平面內的剪力方程為</p><p><b>　　代入數值得</b></p><p>　　水平面內的彎矩方程為</p><p><b>　　代入數值得，</b><

80、;/p><p>　?。?）作剪力圖和彎矩圖</p><p>　　在垂直面內，剪力圖和彎矩圖如圖2-7、2-8所示。</p><p>　　圖2-7 垂直面內的剪力圖</p><p>　　圖2-8 垂直面內的彎矩圖</p><p>　　在水平面內，剪力圖和彎矩圖如圖2-9、2-10所示。</p><p&

81、gt;　　圖2-9 水平面內的剪力圖</p><p>　　圖2-10 水平面內的彎矩圖</p><p>　?。?）作扭矩圖，如圖2-11所示。</p><p><b>　　圖2-11 轉矩圖</b></p><p>　　由扭矩圖和彎矩圖分析得，軸上C點處的截面是最危險截面，因此，在此截面上，按彎扭合成強度條件對軸進行校核

82、。</p><p>　　（6） 計算危險截面上的合成彎矩</p><p><b>　　(2-23)</b></p><p>　　確定危險截面上的計算彎矩</p><p><b>　　(2-24)</b></p><p>　　—根據轉矩所產生應力的性質而定的應力校正系數，對頻繁

83、正反轉變化的轉矩，取=1。</p><p><b>　　確定計算彎曲應力</b></p><p><b>　　(2-25)</b></p><p>　　由45#鋼（正火）抗拉強度極限，查得軸的許用彎曲應力。</p><p><b>　　，安全。</b></p>&

84、lt;p><b>　　2.4軸承壽命校核</b></p><p>　?。?）受力簡圖如圖2-4、2-5。</p><p>　?。?）計算軸承的支反力R1和R2</p><p>　?。?）計算軸承的當量動載荷P1 和P2 。</p><p><b>　　(2-26)</b></p>

85、<p>　　—沖擊載荷系數，查手冊取=1.1。</p><p>　　—力矩載荷系數，因軸承不承受力矩載荷，故。</p><p><b>　　X—徑向系數；</b></p><p><b>　　Y—軸向系數。</b></p><p>　　由于軸承幾乎不承受軸向力，所以。</p>

86、<p><b>　　因此。</b></p><p><b>　?。?）校核軸承壽命</b></p><p><b>　　因，故按P2計算</b></p><p><b>　　(2-27)</b></p><p>　　壽命足夠長，故6008軸承

87、適用。</p><p>　　第3章 刀庫準停系統(tǒng)的設計</p><p>　　如果刀座不能準確地停在換刀位置上，將會使換刀機械手抓刀不住，以致在換刀時容易發(fā)生掉刀現象。因此，刀座的準停問題，將是影響換刀動作可靠性的重要因素之一。</p><p>　　為了確保刀座不能準確地停在換刀位置上，需要采取如下措施：（1）刀座的精確定位是靠裝在Ⅰ軸上的定位嚙合牙嵌式電磁離合器M實

88、現的，如3-1所示。離合器的磁軛和銜鐵的齒面是不等分的，每間隔不同齒數有一個寬平齒，銜鐵和磁軛只有在一個位置上才能嚙合。磁軛固定在刀庫法蘭盤上，銜鐵隨Ⅰ軸轉動，通電后，銜鐵轉到固定位置與磁軛嚙合，使Ⅰ軸每次停在固定的方位上，保證了每個刀座的正確定位，如圖3-2所示。為了保證刀座的準停精度和刀座定位的剛性，鏈式刀庫的換刀位置設在主動鏈輪上。</p><p>　　圖3-1 刀庫準停系統(tǒng)結構圖</p>&

89、lt;p>　　圖3-2磁軛（左）、銜鐵（右）零件圖</p><p>　?。?）鏈式刀庫要選用節(jié)距精度較高的套筒滾子鏈和鏈輪，該設計選用的是鏈號為20A的鏈條。</p><p>　?。?）盡量減少刀座孔徑和軸向尺寸的分散度，以保證刀柄槽在換刀位置上的軸向位置精度。</p><p>　　（4）要消除反向間隙的影響。刀庫驅動傳動鏈，必然會有傳動間隙，且這種間隙還隨機

90、械磨損而增大，這將影響刀庫的準停精度，所以，必須采用各種辦法減少或消除齒輪間隙。</p><p>　　本設計將采用柔性調整法來消除齒輪間隙。柔性調整法是指調整后齒側間隙可以自動補償的方法。這種調整法在齒輪的齒后和周節(jié)有差異的情況下，仍可始終保持無間隙嚙合。但將影響傳動的平穩(wěn)性，而且這種調整法的結構比較復雜，傳動剛度低，如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3 壓力彈簧消除間隙結構示

91、意圖</p><p>　　1、2—薄齒輪；3—圓柱銷；4—鑲塊；5—圓弧槽；6—彈簧</p><p>　　先將一個大的直齒圓柱齒輪加工成1、2兩個薄齒輪，齒輪的下半部分1上帶有三個周向圓弧槽5，齒輪的上半部分2上鉆有三個銷孔，圓柱銷3依靠微量過盈固定在銷孔中，套裝在圓弧槽內，彈簧6的兩端分別頂在圓柱銷3和鑲塊4上，使兩個薄齒輪的齒錯位，起到消除間隙的作用。</p><p

92、>　　第4章 鏈傳動系統(tǒng)的設計</p><p>　　4.1鏈輪、鏈條的計算及鏈輪中心距的確定</p><p>　?。?）本刀庫由四排帶刀座的鏈條組成，每排鏈條裝有15把刀，考慮刀庫的運轉精度選用鏈號為20A的滾子鏈。由于刀具的最大直徑為125，結合鏈條型號確定刀座與刀座之間的中心距為127，如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1 刀套刀座之間的距離&l

93、t;/p><p>　?。?）確定鏈條總長為。</p><p>　　確定兩鏈輪中心距為1905-3.14×161×2mm≈447，如圖5-2所示。</p><p>　?。?）確定鏈輪的基本尺寸</p><p><b>　　選取鏈輪齒數為。</b></p><p><b>　

94、　1）確定分度圓直徑</b></p><p><b>　　(4-1)</b></p><p><b>　　= </b></p><p><b>　　P——滾子鏈的節(jié)距</b></p><p><b>　　2）確定齒頂圓直徑</b></p&

95、gt;<p><b>　　(4-2)</b></p><p><b>　　——鏈條滾子外徑</b></p><p><b>　　3）確定齒根圓直徑</b></p><p><b>　　確定鏈輪齒寬</b></p><p><b>　

96、　(4-3)</b></p><p>　　圖4-2 鏈輪之間的距離</p><p>　　4.2刀庫鏈條的張緊</p><p>　　為了避免在鏈條的松邊垂度過大時產生嚙合不良和鏈條的振動現象，同時也為了增加鏈條和鏈輪的嚙合包角，要對鏈條進行張緊。本刀庫張緊結構如圖5-3所示。</p><p>　　圖4-3 鏈條張緊結構示意圖<

97、/p><p>　　刀庫鏈條的張緊是在后鏈輪座處。松開后鏈輪導板鎖緊螺釘1，轉動尾部調整螺桿2，可調整鏈條松緊。</p><p><b>　　第5章 結 論</b></p><p>　　在傳統(tǒng)的制造業(yè)中，大量的時間用于更換刀具、裝卸零件、測量和搬運零件等非切削時間上，切削加工的時間僅占整個工時中較小的比例，而刀庫即由此“工序集中”的特點及功能，也就說

98、刀庫的發(fā)展極大左右了加工中心的發(fā)展，而鏈式刀庫的結構解決了刀庫容量，機床加工范圍等眾多問題。</p><p>　　本次設計的刀庫滿載裝刀60把，鏈條快速移動速度為16米/分，慢速移動速度為4米\分。滿足實際加工中節(jié)省時間的目的，提高了加工效率。通過這次比較完整的鏈式刀庫設計，我擺脫了單純的理論知識學習狀態(tài)，和實際設計的結合鍛煉了我的綜合運用所學的專業(yè)知識，解決實際工程問題的能力，同時也提高了我查閱文獻資料、設計手

99、冊、設計規(guī)范以及CAD制圖等其他專業(yè)能力水平，而且通過了對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]Chang W C, Van Y T. Researching Design Trens for the Redesign of Product. Design St

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109、號，而于我的人生卻只是一個逗號，我將面對又一次爭車位征程的開始。四年的窮學生涯在師長、親友的大力支持下，走得辛苦卻也收獲滿囊，在論文即將付梓之際，思緒萬千，心情久久不能平靜。偉人、名人為我所崇拜，可是我更要把我的敬意和贊美獻給我的導師，您治學嚴謹，學識淵博，思想深邃，視野開闊，為我營造了一種良好的精神氛圍。授人以魚不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹立了遠大的學術目標，領會了基本的思考方式，您嚴肅

110、的教學態(tài)度，嚴謹的治學精神，精益求精的工作作風深深地感染和激勵著我。在您悉心的點撥后，再經思考后的領悟，使我受益匪淺。從選定題目到準備答辯，幾個月來您耐心又仔細地指導并督促我們按進度完成設計工作，對于每張圖紙每個零件都有細致的要求檢查，這對我今后的發(fā)展有著極大的幫助。</p><p>　　感謝我的父母，焉得諼草，言樹之背，養(yǎng)育之恩，無以回報，你們永遠健康快樂是我最大的心愿。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從