畢業(yè)設計---sk05-xc銑齒機的設計與試制

1、<p>　　SK05-XC銑齒機的設計與試制</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　SK05-XC主要是用來銑鑰匙的，加工工序通過數控技術來控制，是機械與電子結合的典型。</p><p>　　該設備的主要組成系統(tǒng)分為控制系統(tǒng)、加工系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)?？刂撇糠钟沙绦騺韺崿F。加工系統(tǒng)由夾具和動力頭組成，夾具是

2、用來固定待加工的半成品，夾緊完畢后對其進行銑齒，直至完成產品的加工制造。加工時使用的動力源是電力，整個工作中由于加工工藝的要求，動力頭部件必須是步進電機。冷卻環(huán)節(jié)中，由于加工時，刀頭和待加工金屬頻繁和劇烈的相對運動，會產生局部高溫，為了保證產品的性能，必須要設有冷卻系統(tǒng)，以冷卻高溫地帶。</p><p>　　關鍵詞：數控技術 冷卻 控制系統(tǒng) 夾具</p><p>　　SK05-XC ma

3、chine lock design with billiards Trial</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　SK05-XC machine lock the main work is manufacturing the key, through CNC technology to control. It’s the Comb

4、ination of mechanical and electrical models.</p><p>　　The main components of the equipment system is divided into control systems, processing systems and cooling systems ,.It’s Controlled by the proces

5、s to achieve. Processing systems and power from the first fixture of the fixture is fixed to be used for processing semi-finished products，After clamping, it’s drilling until the completion of product manufacturing 

6、. The use of processing power source is electric . As a result of the entire work process requirements, must be the driving force for the</p><p>　　Keywords：CNC technology cooling system Control Syst

7、em Fixture </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要i</b></p><p>　　Abstractii</p><p><b>　　目 錄iii</b></p><p>&l

8、t;b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1 鎖文化發(fā)展簡介1</p><p>　　1.2 鎖的分類1</p><p>　　1.3 鎖的工作原理2</p><p>　　1.4 未來制鎖機的發(fā)展趨勢4</p><p>　　1.5 論文內容概述4<

9、;/p><p>　　第二章 SK05-XC型數控鑰匙牙花銑齒機的結構組成與工作原理6</p><p>　　2.1 SK05-XC的工作原理6</p><p>　　2.2 動力頭結構6</p><p>　　2.3 夾具結構8</p><p>　　2.4 工作臺機構10</p><

10、;p>　　2.5 冷卻系統(tǒng)11</p><p>　　2.6 控制面板11</p><p>　　第三章 總體設計方案14</p><p>　　3.1 動力傳動設計方案14</p><p>　　3.2 帶動動力電機以及銑刀左右運動的方案設計 .....................................

11、..............15</p><p>　　第四章 主要部件的設計及計算17</p><p>　　4.1 動力電機參數要求,型號以及啟動方法17</p><p>　　4.1.1 動力電機的選擇...........................................................................

12、....................17</p><p>　　4.1.2 三相異步電動機的啟動特性...........................................................................18</p><p>　　4.2 普通V帶設計20</p><p>　　4.3 銑刀軸的結構設計21&

13、lt;/p><p>　　第五章 整體布置及效果圖24</p><p>　　第六章 畢業(yè)設計小結...............................................................................................................26</p><p><b>　　參考文

14、獻27</b></p><p><b>　　致謝28</b></p><p><b>　　附圖紙</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 鎖文化發(fā)展簡史 </p><p>　　鎖具不僅僅

15、是人類的生活用品，而且是文化物，它代表著一個國家和民族不同歷史時期的文化。我國鎖具已綿延了數千年，它和人類的私有制幾乎同時誕生。最初，人類只是簡單地把個人貴重財物用獸皮包起來，外面用繩索牢牢捆縛，最后在開啟處打上特殊的繩結。這種緊緊捆死的繩結，只能用一個叫“錯”的工具才能挑開。錯，又叫“肖”、“刀”、“起子”。它用獸牙或獸骨制成，形狀像把鐮刀狀的鉤子，實際上繩結就是最早的鎖具，“錯”就是最早的鑰匙，這就是我國鎖具的雛形。</p&g

16、t;<p>　　到了距今5000年的仰韶文化時期，我國先民創(chuàng)造了裝在木結構框架建筑上的木鎖。這是世界上最古老的鎖具，可稱得是“世界第一鎖”。這種木鎖一直在民間傳承，如明代的白木鎖，就曾在浙江地域的建筑上使用。在如今昆明彝族山寨里也有類似的木鎖。殷商雖然已進入青銅時代，但主要用銅來制作大型飲器、食器和祭器，尚未用來制鎖。  其發(fā)展期為春秋戰(zhàn)國經秦漢魏晉南北朝直至隋唐宋元時期。繼殷商青銅時代之后，春秋時期

17、進入鐵器時代，考古證明，在這一時期人們大量的是使用鐵鎖、銅鎖，還有銀鎖、鎏金鎖等，其中有代表性的如西周的青銅鎖、東漢的金屬鎖，唐代的蝦尾銀鎖和宋代的方身鎖等，都具有相當高的技術水平。  特別是漢代的鐵制三簧鎖，在我國前后沿用了1000多年。其繁榮期為明清時期，各種質材的鎖具同步發(fā)展，以銅鎖、鐵鎖居多，工藝更加精巧，在開鎖難度和外形制造上有很大創(chuàng)新。如明代的三色銅鎖、清代的白鶴鎖、密碼鎖、暗門鎖、四開鎖、倒拉鎖以及各

18、種人物、動物和文字造型的鎖具，琳瑯滿目，美不勝收。有的鎖具結構復雜，設計巧妙，機關奇特，一般人很難打開。</p><p>　　1.2 鎖的分類</p><p>　　現代社會鎖的種類很多，其工作原理不盡相同或相似。目前，一般常耳聞的鎖有密碼鎖、電子鎖、普通鎖等。其中，每一個分類中又不一樣。比如密碼鎖，有純機械的密碼鎖和智能密碼鎖。純機械的密碼鎖工作原理和制造工藝及材料均是機械的，這種鎖一

19、般都是靠機械式來加鎖解鎖的，其安全度取決于材料和工藝（相同原理下）；智能的則不一樣。智能的是通過其他的伺服控制系統(tǒng)來加鎖和解鎖的，比如，通過微機的控制鎖的運動部件的涌動，進而來控制鎖的工作。目前，先進的智能型是指紋識別系統(tǒng)。</p><p>　　電子鎖一般不是實體的，而是程序的，比如，電腦開機畫面設置密碼的話，那登陸和使用電腦就要輸密碼。雖然這種“鎖”和傳統(tǒng)上的鎖有不同：傳統(tǒng)的鎖是用來保護實體財物的，而這種鎖則是

20、用來保護數據的。</p><p>　　當然，用得最多的是普通鎖。普通鎖一般也是機械的，它在實際生活中應用很廣泛。不同的型號用于不同的場合。普通鎖也分為單排鎖和多排鎖，他們的工作原理相似，差別是他們的安全可靠性有差異。從字面就可了解到，多排的鎖藥比單排的安全、可靠。</p><p>　　當然，鎖的分類是基于標準的，例如，鎖根據鎖孔外觀分類的話可以這樣分：</p><p&g

21、t;　　一字型:(定義:廣義上說 鎖孔外觀為一條線的為一字鎖,包括普通的一字鎖,還有電腦鎖) 我們通常所說的一字鎖是不包含電腦鎖在內的. </p><p>　　兩面型: (定義:鑰匙孔里面有兩排彈子的鎖,這種鎖都是電腦鎖 顧名思義,就是鑰匙是用電腦打孔作出的鑰匙,這種鑰匙表面有點的均為電腦鎖,包括卡巴鎖也是電腦鎖的一種.) </p><p>　　三面型: (定義:鑰匙孔里面有兩排彈子的鎖,

22、這種鎖都是電腦鎖 顧名思義,就是鑰匙是用電腦打孔作出的鑰匙,這種鑰匙表面有點的均為電腦鎖,包括卡巴鎖也是電腦鎖的一種.) </p><p>　　四面型: (定義:鎖孔四面有彈子,如十字鎖,圓柱鎖等,包含部分電腦鎖)</p><p>　　圓柱型: (定義;鎖孔為圓柱型,周圍分布四排彈子,有的沒有彈子,如圓柱磁性鎖)</p><p>　　半圓型: (鎖外觀為半圓型,如月

23、牙型的保德安鎖等) </p><p>　　多面型: (鎖孔周圍分布四排以上的彈子,如梅花鎖等) </p><p>　　密碼鎖: (定義:通過數字組合達到開啟的鎖為密碼鎖)</p><p>　　異型鎖: (定義:鎖孔外觀為不常見的鎖)</p><p>　　俗話說“殺雞焉用宰牛刀”，雖然當今社會鎖有這么多，但是人們的活動都是經濟活動，正常人不可能

24、黃金當鐵使。鎖的使用也是如此，根據不同的要求，決定配上什么類型的鎖，有點類似前人的觀念“門當戶對”。鎖放有貴重物品的地點使用高級地、可靠度高地鎖，次要的使用次等鎖，以實現利益的最大化和成本的最低化。</p><p>　　1.3 鎖的工作原理</p><p>　　這里主要是以單排彈子孔鎖來進行說明。</p><p>　　關鍵是鎖芯中的彈子, 它有長有短, 鎖芯上有

25、一排小孔,每個小孔中裝一顆彈子, 鑰匙放入鎖芯后, 每孔中的彈子露出量剛好跟鎖芯外表一樣, 不高不低, 這時, 將鎖芯裝入鎖中, 再由對應的孔分別裝入一顆彈子和小彈簧, 封住孔, 鎖就成了. 如果換一把鑰匙, 鑰匙上的口深淺不一樣, 剛才鎖芯上的彈子高矮就不一樣了, 所以, 鎖芯就被彈子卡住了而轉不動, 起到了保險的作用。</p><p><b>　　具體如下：</b></p>

26、<p>　　圖1.1 鎖未開狀態(tài)</p><p>　　未放入鑰匙的時候，鎖內的藍色的平頭彈子(driver pins，亦稱上鎖簧或上珠)往下推，令鎖芯(plug)不能轉動。</p><p><b>　　圖1.2 插入鑰匙</b></p><p>　　放入正確的鑰匙，藍色的平頭彈子、紅色的下彈子(key pins, 亦稱下鎖簧或下珠)

27、之間空位成一直線，與黃色的鎖芯對齊。</p><p><b>　　圖1.3 打開鎖</b></p><p>　　當彈子之間的空位與轉線對齊，黃色的鎖芯便可轉動。 </p><p>　　1.4 未來制鎖機的發(fā)展趨勢</p><p>　　現在市場上的制鎖機雖然自動化的水平還是比較高的，但是還都局限于實現了一部分功能的自動

28、化，比如自動牙花銑齒機，自動裝彈子孔機等。而當今制鎖行業(yè)里，新的發(fā)展方向是及鉆孔，裝上下彈子，裝彈簧，封塊，以及檢測于一身的多功能的數控機器。自動化水平更高，功能更加強大，能夠大幅度的減少人的勞動量。而且向小型化，智能化方向發(fā)展。制鎖機的體積逐漸減小，性能更加穩(wěn)定，廢品率也降低了許多。如現在公司在研發(fā)的一款多功能的制鎖機就是一個很好的例子。該機器首先通過一個傳感器，自動檢測出插進去的鑰匙的牙花的孔的每個型號，該傳感器是利用了位移傳感器的

29、功能。將檢測數據輸送到PLC里面的CPU，CPU通過數據分析，控制旋轉工作臺的旋轉，依次運動到裝下彈子，上彈子，檢測器，彈簧，封子工位。檢測器能夠檢測出是否裝配成功。</p><p>　　1.5 論文內容概述</p><p>　　SK05-XC型數控鑰匙牙花銑齒機控制器采用單片機為主機，十字拖板工作臺由高精度絲桿和滾動導軌組成，體積小、重量輕、運行穩(wěn)定可靠?？刂破鳌⑹滞习骞ぷ髋_和氣

30、動執(zhí)行機構等共同構成完整的銑齒設備明顯地提高了密鑰量，而且降低了勞動強度，減少了輔助操作時間，提高了生產效率和產品質量，對材曲線槽鑰匙尤為適合。 該設備的機械特點是主軸通過同步帶輪與動力電機輸出軸相連，從而有效的避免了因為一些意外狀況時銑刀發(fā)生卡死，從而導致電機燒毀的危險；工作臺機構采用了高精度的絲桿螺母副和滾動導軌傳動，傳動精度高，運行平穩(wěn)可靠；裝夾機構采用了氣動夾緊裝置，鑰匙坯裝夾方便、安全可靠。控制器采用國際先進的單片機為主

31、機，具有參數設置、邏輯運算、存儲顯示、檢測控制等功能，不僅能存儲、修改、查看牙花編碼，而且與步進電機驅動器、步進電機組合成一個完善的步進電機控制系統(tǒng)。按照牙花編碼數據，驅動并控制步進電機運動，使鑰匙能準確的到達計算機預定設計的位置，從而能夠準確完成鑰匙牙花的銑制。該控制器采用人性化設計，結構新穎合理、功能齊全先進、操作直觀簡便、控制平穩(wěn)快速。</p><p>　　論文框架如圖1.4所示。</p>&

32、lt;p>　　圖1.4 論文框架</p><p>　　本課題理論結合實際，將學校的畢業(yè)設計環(huán)節(jié)靈活地結合到實際企業(yè)上，為以后走上社會提前作好準備。</p><p>　　SK05-XC型數控鑰匙牙花銑齒機的 結構組成與工作原理</p><p>　　2.1 SK05-XC的工作原理</p><p>　　SK05-XC型數控鑰匙牙

33、花銑齒機控制器以單片機為主機，十字拖板工作臺由高精度絲桿和滾動導軌組成，單片機控制步進電機和氣缸的運動，從而實現控制工作臺的上下和前后運動，而銑刀頭是由動力電機提供其動力的。控制器、十字拖板工作臺和氣動執(zhí)行機構等共同構成完整的銑齒設備。以數控技術應用在銑齒機上，使得該設備不但明顯地提高了密鑰量，而且降低了勞動強度，減少了輔助操作時間，提高了生產效率和產品質量，對材曲線槽鑰匙尤為適合。</p><p>　　在氣缸的

34、推動下，壓塊可以沿著導柱移動，壓塊的一頭與鑰匙夾具接觸。當壓塊在氣缸的帶動下向夾具方向移動時，夾具被推著向左擋板移動，當移動到左擋板時，夾具就被壓塊和左擋板夾死在中間。夾緊力是很大的，所以完全使鑰匙在銑的過程中保持穩(wěn)定，提高了銑鑰匙的精度。當鑰匙銑制好了后，氣缸的活塞帶著壓塊向右擋板方向移動，從而可以取出夾具和夾具里面的鑰匙。夾具根據制造商的要求，可以是3到6片不等。</p><p>　　該銑齒機的銑刀動力源是一

35、個三相異步交流電動機，電動機的輸出軸與一個大帶輪通過鍵相連，大帶輪通過V型帶與小帶輪相連。小帶輪與動力主軸相連，主軸的一端與銑刀相連，這樣電機就能帶動銑刀旋轉，從未銑鑰匙了。</p><p>　　銑刀和動力電機是由三個氣缸共同作用帶動左右運動的。一個大氣缸是主要的動力源，兩個小氣缸是起著緩沖作用的。當大氣缸的左腔排除空氣，右腔充入空氣，右邊的小氣缸的左腔沖入空氣，右腔排出空氣；需要執(zhí)行向右運動時，大氣缸的左腔充入

36、空氣，右腔排除空氣，左邊的小氣缸的右腔充入空氣，左腔排除空氣。由于氣缸的運動有緩沖作用，使運動平穩(wěn)，噪音小，而且動力足夠，運動迅速。即使銑刀頭由于一些原因而卡死，也能起到保護設備的作用。</p><p>　　2.2 動力頭結構</p><p>　　動力電機必須提供給銑刀所需要的切削力，是這個設備的重要結構。要是不能提供足夠的切削力，則必然會影響鑰匙的質量。根據需要，我們選擇的動力電機是

37、Y132S1-2籠型三相異步電動機，定子繞組為星型，額定電壓為380V，額定功率為5.5KW，額定電流為11.1A，轉速2700r/min，效率:85.5%，功率因數：0.88，最大額定轉矩為2.3N.M，完全能夠滿足對其轉矩的要求。其結構如圖2.1：</p><p>　　圖2.1 動力頭結構</p><p>　　它通過電機法蘭固定在主軸箱體上，主軸通過S7203角接觸球軸承固定在主軸箱體

38、上。動力頭部件的組成比較復雜，其零件包含如下：固定柱、帶輪、電機板、電機、電機軸、主軸箱、導桿、絲桿、導桿座、連接板、滑塊、絲桿螺母、軸承座、電機法蘭、步進電機、主軸套、前防屑蓋、銑刀。電機出來的電機軸連接一個大帶輪，大帶輪通過V型帶連接小帶輪連接動力主軸。主軸一端可直接帶動銑刀。這樣，在電機的轉動通過皮帶的拖動下，就使得銑刀旋轉，如此就實現了銑牙花。動力電機下的氣缸在單片機的控制下，帶動整個動力電機以及銑刀左右移動，而十字托盤的兩個步

39、進電機使托盤上下，前后運動，從而可以實現在電腦預定的控制下，實現銑出不同的牙花。</p><p>　　一般的鑰匙由電腦控制能銑出6種不同深淺的牙花，排除了幾種特別的深淺一致的幾種，然后就可以通過電腦隨機控制，達到很多種組合。</p><p><b>　　圖2.2電機法蘭</b></p><p><b>　　2.3 夾具</b&

40、gt;</p><p>　　夾具的由許多部件組成，包括夾具座、中心定位塊、定位頭、導桿、壓腳固定座、活動板、汽缸連接塊、汽缸固定板、壓塊。設備再加工鎖芯時，通過中心定位塊和定位頭，將鎖芯定位，為了限制其在加工時可能的旋轉，故設置了限制它轉動的結構-壓腳固定板和壓腳。壓塊由氣缸連接桿推動，可以沿著導柱滑動，從而可以實現對鑰匙夾具的夾緊和放松。裝夾機構采用了氣動夾緊裝置，鑰匙坯裝夾方便、安全可靠。在Y軸和Z軸方向上一

41、定范圍內可進行的調節(jié)，它通過氣缸連接在工作臺機構中，活塞桿和氣缸螺母連接在裝夾機構新壓板上，加工時將鑰匙放在舌頭片中，通過氣缸的小絲桿帶動新壓板夾緊，以實現氣動夾緊鑰匙的功能。夾具整體外形如圖2.3所示。</p><p><b>　　圖2.3 夾具外形</b></p><p><b>　　其優(yōu)點如下：</b></p><p&g

42、t;　　保證了工件的加工精度。保證加工精度的關鍵，首先在于正確地選定定位基準、定位方法和定位元件，必要時還需進行定位誤差分析，還要注意夾具中其他零部件的結構對加工精度的影響，該氣動夾具提供的夾緊力能夠滿足銑齒的要求，能滿足工件的加工精度要求。</p><p>　　提高了生產效率。其該氣動夾具快速高效，保證操作方便，縮短輔助時間，提高生產效率。</p><p>　　工藝性能好。該氣動夾具簡單

43、、合理，由于該氣動夾具制造屬于標準件，便于制造、裝配、調整、檢驗、維修等。</p><p>　　1.4使用性能好。專用夾具的操作應簡便、省力、安全可靠。在客觀條件允許且又經濟適用的前提下，應盡可能采用氣動、液壓等機械化夾緊裝置，以減輕操作者的勞動強度。專用夾具還應排屑方便。必要時可設置排屑結構，防止切屑破壞工件的定位和損壞刀具，防止切屑的積聚帶來大量的熱量而引起工藝系統(tǒng)變形。</p><p&g

44、t;　　鑰匙夾具是根據鑰匙的結構設計的，當鑰匙的大小長短變化時，夾具也應該跟著變化。下圖就是鑰匙夾具的形狀示意圖。</p><p><b>　　圖2.4 鑰匙夾具</b></p><p>　　2.4 工作臺機構</p><p>　　工作臺機構下接機座，上接主軸電動機的箱體，直接與夾具固定。由十字托盤的前后上下的移動，以及銑齒刀的左右移動，便可

45、將牙花銑出。兩個步進電機組合而成一個十字托盤，將步進電機的旋轉帶動絲桿的旋轉，絲桿的旋轉轉變成滑塊的直線運動，來實現該工作臺機構在X軸和Y軸方向上的運動，確保了工作臺的前后上下的移動。工作臺機構采用了高精度的絲桿螺母副和滾動導軌傳動，傳動精度高，運行平穩(wěn)可靠，按照牙花編碼數據，驅動并控制步進電機運動，使工作臺實現鑰匙牙花級差和中心距的位移，完成鑰匙牙花的銑齒。</p><p>　　圖2.5 托盤工作臺面</

46、p><p>　　2.5 冷卻系統(tǒng)</p><p>　　一般地，刀具在高速運轉時，會與周圍的物質產生高頻率的摩擦，摩擦會產生大量的熱。但是這種熱是我們不希望有的。刀具是高精密的工具，刀具的刀刃的鋒利程度決定著一把刀的好壞與是否還可以繼續(xù)使用。倘若在加工時使用磨損嚴重的刀具，那么加工就達不到所要求或所希望的精度等要求，簡而言之，就是加工好了也是廢品。</p><p>　

47、　假如使用冷卻水冷卻，流過需要降溫的生產設備使其降溫，而冷水溫度上升。冷卻水系統(tǒng)分為直流冷卻水系統(tǒng)和循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。如果冷水降溫生產設備后即排放，此時冷水只用一次，稱直流冷卻水系統(tǒng)。但是冷卻水冷卻時，會使鑰匙發(fā)生一定程度的偏移，導致牙花的變形，加上切割鑰匙的牙花，切削量不大，所以采用空冷比較合適。設備在加工時，采用了步進電機，即，加工一段時間，后退一段時間，在這個時間差控制好加工進給可以 用空冷來冷卻。另外，空冷相對于另外兩種冷卻方法，

48、即經濟又環(huán)保。</p><p>　　2.6 控制面板</p><p>　　控制器面板示意圖如圖2.6所示。</p><p>　　圖2.2 控制器面板</p><p><b>　　圖2.6 控制面板</b></p><p>　　這個控制面板很容易看，簡單，以下就簡單介紹下：</p>

49、<p><b>　　按鍵Ⅰ如圖2.6：</b></p><p><b>　　圖2.6 按鍵Ⅰ</b></p><p>　　復位鍵：用于系統(tǒng)復位；</p><p>　　設置鍵：用于參數設置；在參數設置狀態(tài)下直接進行翻頁；</p><p>　　確認鍵：對已設定的參數予以確定及查看參數；光標位

50、置的下移；</p><p>　　←：刪除鍵，用于參數設置中錯誤數據的剔除；</p><p>　　↑：用于設置時光標位置的上移；</p><p>　　夾緊鍵：用手動于切換工件的夾緊或松開兩種狀態(tài)；</p><p>　　清零鍵：用于當前計數清零；</p><p>　　模擬鍵：用于模擬加工，不需要放鎖體，可直接觀看機器的加工

51、動作；</p><p><b>　　●：小數點；</b></p><p>　　執(zhí)行鍵：按鍵系統(tǒng)自動校正工作原點并進入鎖體機器工作狀態(tài)；</p><p>　　數字鍵：0-9：用于輸入相應數值。 </p><p><b>　　按鍵Ⅱ如圖2.7：</b></p><p><b

52、>　　圖2.7 按鍵Ⅱ</b></p><p>　　主軸：用于控制主軸開、關。</p><p>　　調整：用于工作原點的調整。</p><p>　　X：按鍵選擇X向工作原點的調整；</p><p>　　Y：按鍵選擇Y向工作原點的調整；</p><p>　　Z：按鍵選擇Z向工作原點的調整；</p&

53、gt;<p>　　U/W：按鍵選擇U/W向工作原點的調整；</p><p>　　↑：按鍵(點動)拖板沿對應坐標軸方向位移0.02mm。</p><p>　　↑↑：按鍵(點動)拖板沿對應坐標軸方向位移0.10mm。</p><p>　　↑↑↑：按鍵(點動)拖板沿對應坐標軸方向位移0.50mm。</p><p>　　↓：按鍵(點動)

54、拖板沿對應坐標軸反方向位移0.02mm。</p><p>　　↓↓：按鍵(點動)拖板沿對應坐標軸反方向位移0.10mm。</p><p>　　第三章 總體設計方案</p><p>　　本章介紹主要結構的方案設計和比較選擇，分析方案的利弊以及對設備的貢獻或帶來的不足。</p><p>　　3.1 動力傳遞設計方案</p>&

55、lt;p>　　動力頭結構主要考慮是動力電機直接連接銑刀頭，還是要通過帶輪的作用，間接連接銑刀的問題。 </p><p>　　方案一：將刀具直接安裝到步進電機的電機軸上，采用1級傳動。</p><p>　　圖3.1 動力傳遞方案一</p><p>　　方案二：設計一個主軸箱，將步進電機的動力通過帶傳動傳遞

56、到主軸箱。將刀具安裝到主軸箱的主軸上，用主軸來帶動刀具的轉動。</p><p>　　圖3.2 動力傳遞方案二</p><p>　　如果采用動力電機輸出軸直接連接銑刀的話，那么在銑刀頭意外遇到阻力而卡死的情況下,將極有可能使動力電機產生的熱量過多而發(fā)生電機的燒毀。所以我們選擇動力電機的輸出軸先連接大帶輪，然后大帶輪通過同步帶連接小帶輪，小帶輪再連接主軸帶動銑刀旋轉的方案。由于銑刀的轉速直接影

57、響到銑出鑰匙的質量，轉速越高，鑰匙牙花的粗糙度越好，質量越高，精度也越高。由我們選擇的動力電機的轉速是2700r/min，我們希望能再高點。所以我們選擇了大帶輪的直徑是小帶輪的2倍，從而銑刀的轉速是5400r/min，能更好的滿足工作要求。</p><p>　　3.2 帶動動力電機以及銑刀左右運動的方案設計</p><p>　　左右運動方案的設計主要考慮動力能否足夠，以及運行是否平穩(wěn)的問

58、題。</p><p>　　方案一：運用步進電機，在單片機的控制下，定時給其脈沖，使其左右運動。</p><p>　　方案二：一個大氣缸用來帶動氣動托盤的左右運動，兩個小氣缸用來起緩沖作用。 </p><p>　　兩者都有其各自的優(yōu)缺點，對于方案一，由于用到了步進電機，單片機容易對其控制，運動執(zhí)行準確，調速也容易。但是考慮到在銑刀左右運動的情況下，可能會產生銑刀卡

59、死的情況，容易導致步進電機燒毀，所以方案一不合理。</p><p>　　對于方案二，由于運用了兩個小氣缸的緩沖作用，需要執(zhí)行向左運動時，只需大氣缸的左腔排除空氣，右腔充入空氣，右邊的小氣缸的左腔沖入空氣，右腔排出空氣；需要執(zhí)行向右運動時，大氣缸的左腔充入空氣，右腔排除空氣，左邊的小氣缸的右腔充入空氣，左腔排除空氣。由于氣缸的運動有緩沖作用，使運動平穩(wěn)，噪音小，而且動力足夠，運動迅速。即使銑刀頭由于一些原因而卡死，

60、也能起到保護設備的作用，所以方案二更優(yōu)。下圖是氣缸的三維模型。</p><p>　　圖3.3 氣缸的三維模型 </p><p>　　第四章 主要部件的設計及計算</p><p>　　本章主要介紹重要部件的選用，以及使用的方法。包括尺寸的數值和標準件的強度驗證等。</p><p>　　4.1 動力電機參數要求,型號以及啟動方法<

61、/p><p>　　4.1.1 動力電機的選擇</p><p>　　要選擇所需要或合適的電機，必須得先了解下電機的一些基本知識。電機再工作時涉及到的物理參數有轉矩、轉速、轉差率（交流電機）。</p><p>　　電機工作時的輸出轉矩記為TM，生產機械所產生的轉矩為TL，轉速為n0，則TM-TL=Td。其中，</p><p>　　Td=

62、 （4.1）</p><p><b>　　示意圖如圖4.1：</b></p><p>　　圖4.1 電機輸出動力</p><p>　　設備在加工時，當步進電機處于工進狀態(tài)時，TM>TL，電機轉子不斷加速，它所產生的切削力也就越大，自然切削的效率就高了，同時，加工成本也提高了。根據能量守恒定律，我們給予電機的電信號脈

63、沖，當脈沖電最強時，電機的轉速就最大。</p><p>　　當實際拖動為多軸拖動系統(tǒng)時，為了列出系統(tǒng)的運動方程，必須先將各轉動部分的轉矩和轉動慣量或直線運動部分的質量都折算到某一根軸上，一般折算到電動機軸上，折算成最簡單的典型單軸系統(tǒng)。折算的基本原則是，折算前的多軸系統(tǒng)在能量關系上或者功率關系上保持不變。</p><p>　　我們正確選用電機主要考慮的問題是1. 根據電源電壓、使用條件、拖

64、動對象選擇電動機，要求電源電壓與電動機額定電壓相符。2. 根據安裝地點和工作環(huán)境選擇不同型式的電動機。3. 根據容量、效率、功率因數、轉數選擇電動機。如果容量選擇過小,就會發(fā)生長期過載現象,影響電動機壽命甚至燒毀。如果容量選擇過大,電動機的輸出機械功率不能充分利用,功率因數也不高。因為電動機的功率因數和效率是隨著負載變化的。4. 電動機在恒定負載運行下,功率計算公式如下:</p><p>　　P1　　　　　　　

65、　　　　　　　 P＝---------　　　　　　　　　　　　　　　　　η1η　式中:　　P－－－－-電動機的功率(KW);　　P1－－－－生產機械功率(KW);　　η1－－－－生產機械本身效率;　　η －－－－電動機效率.　　上式計算出的功率不一定與產品規(guī)格相同,所以選擇電動機的額定功率(P1)應等于或稍大于計算所得的</p><p>　　下面來計算下生產機械功率。</p><

66、p>　　假設道具的直徑為D，刀具工作時的即時速度為n，根據圓周運動知識可知，切削點在這個時刻所產生的力為F=m*a，這里，m為選取的參考點的質量。于是，F=m*=m* （4.2）</p><p>　　只要電機在工作時能保證刀具能獲得足夠的切削力和轉矩時，刀具就能正常進行作業(yè)。綜合考慮刀具的工作環(huán)境要求和加工的成本，我們選用Y2-71M2-2籠型三相異步電動機，定子繞組為

67、星型，額定電壓為380V，額定功率為5.5KW，同步轉速為2740r/min。這里的額定轉速不能直接作用于刀具。因為在動力頭的設計中，刀具不是直接安裝在電機軸上的，而是通過一帶傳動來進行傳遞動力的。一般地，帶傳動是有能量損耗，正常地，它的傳遞效率為0.94～0.98.雖然傳遞動力有損失，但是刀具所得到的力和轉矩仍然足夠保證其正常的作業(yè)。</p><p>　　4.1.2 三相異步電動機的啟動特性：</p>

68、;<p>　　采用電動機拖動生產機械時，對電動機啟動的主要要求如下。</p><p>　　有足夠大的啟動轉矩，保證生產機械能正常啟動。一般場合下希望啟動速度越快越好，以提高生產效率。電動機的啟動轉矩必須大于負載轉矩，否則電動機不能啟動。</p><p>　　在滿足啟動轉矩要求的前提下，啟動電流越小越好。因為過大的啟動電流沖擊，對電網和電動機本身是不利的。</p>

69、<p>　　要求啟動平穩(wěn)，即要求啟動時平滑加速，以減少對生產機械的沖擊。啟動設備安全可靠，力求結構簡單，操作方便。</p><p>　　籠型異步電動機的啟動方法主要有</p><p><b>　　1、直接啟動</b></p><p>　　直接啟動的優(yōu)點是所需設備少，啟動方式簡單，成本低。電動機直接啟動的電流是正常運行的5倍左右，理論

70、上來說，只要向電動機提供電源的線路和變壓器容量大于電動機容量的5倍以上的，都可以直接啟動。這一要求對于小容量的電動機容易實現，所以小容量的電動機絕大部分都是直接啟動的，不需要降壓啟動。對于大容量的電動機來說，一方面是提供電源的線路和變壓器容量很難滿足電動機直接啟動的條件，另一方面強大的啟動電流沖擊電網和電動機，影響電動機的使用壽命，對電網不利，所以大容量的電動機和不能直接啟動的電動機都要采用降壓啟動。</p><p&

71、gt;<b>　　2、Y－△啟動</b></p><p>　　Y－△啟動適用與定子繞組為△連接的電動機，采用這種方式啟動時，可使每相定子繞組降低到電源電壓的58％，啟動電流為直接啟動時的33％，啟動轉矩為直接啟動時的33％。啟動電流小，啟動轉矩小。 </p><p>　　3、三相電阻降壓啟動</p><p>　　電阻減壓啟動一般用于輕載啟動的

72、籠型電動機，且由于其缺點明顯而很少采用。定子回路接入對稱電阻，這種啟動方式的啟動電流較大而啟動轉矩較小。如啟動電壓降至額定電壓的65％，其啟動電流為全壓啟動電流的65％，而啟動轉矩僅為全壓啟動轉矩的42%,且啟動過程中消耗的電能較大。</p><p>　　4、自耦變壓器降壓啟動</p><p>　　這種方式通常用于要求啟動轉矩較大而啟動電流較小的場合，采用自耦變壓器降壓啟動，電動機的啟動

73、電流及啟動轉矩與其端電壓的平方成比例降低，相同的啟動電流的情況下能獲得較大的啟動轉矩。如啟動電壓降至額定電壓的65％，其啟動電流為全壓啟動電流的42％，而啟動轉矩僅為全壓啟動轉矩的42%。</p><p>　　5、軟啟動器降壓啟動</p><p>　　其特點是啟動平穩(wěn)，對電網沖擊少；不必考慮對被啟動電動機的加強設計；啟動裝置功率適度，一般只為被啟動電動機功率的5～25%；允許啟動的次數較

74、高；但目前設備造價昂貴；主要用于大型機組及重要場所。 </p><p>　　SK05-XC型數控銑齒機有獨立的變壓器供電，雖然電動機啟動頻繁，但是電動機功率小于變壓器容量的20%，則允許直接啟動。</p><p>　　4.2 普通V帶的設計</p><p>　　由上文討論可得，如果采用動力電機輸出軸直接連接銑刀的話，那么在銑刀頭意外遇到阻力而卡死的情況下,將極有

75、可能使動力電機產生的熱量過多而發(fā)生電機的燒毀。所以我們選擇動力電機的輸出軸先連接大帶輪，然后大帶輪通過V帶連接小帶輪，小帶輪再連接主軸帶動銑刀旋轉的方案。</p><p><b>　　確定設計功率。</b></p><p>　　選取帶型。根據、，由圖查取，選A型帶。</p><p>　　確定帶輪的基準直徑。初選小帶輪直徑，則大帶輪直徑為<

76、/p><p>　　其傳動比誤差，故可用。</p><p><b>　　驗算帶的速度。</b></p><p><b>　　故符合要求。</b></p><p>　　確定V帶長度和中心距。根據初步確定中心距</p><p><b>　　初選。</b></

77、p><p><b>　　計算V帶基本長度</b></p><p><b>　　選V帶基準長度為。</b></p><p><b>　　計算實際中心距</b></p><p><b>　　計算小輪包角。</b></p><p>　　確定V

78、帶根數。查得單根V帶所能傳遞的功率為，彎曲影響系數，傳動比系數，計算功率增量。</p><p>　　查得，，則帶的根數為</p><p><b>　　取根。</b></p><p><b>　　計算初拉力</b></p><p><b>　　查得，初拉力</b></p&g

79、t;<p><b>　　9．材料的選擇。</b></p><p>　　帶輪材料選擇45#。</p><p>　　4.3 銑刀軸的結構設計</p><p>　　已知傳遞的功率P=5.5kw，轉速n=5400r/min,傳遞的轉矩T=400Nm</p><p>　　1.選擇軸的材料確定許用應力</p>

80、;<p>　　由已知條件知減速器傳遞的功率屬于中小功率，材料無特殊要求，故選用45#鋼調質處理，查得強度極限σB=650Mpa，許用彎曲應力【σ-1b】=60Mpa</p><p>　　2.按扭矩強度估算最小直徑</p><p>　　考慮到軸的最小直徑處會有鍵槽存在，故將計算直徑加3%～5%取14,由設計手冊取標準直徑d1=14mm</p><p>　

81、　3.軸上零件的定位，固定和裝配</p><p>　　選用45#，輸出軸安排在箱體中央。由于在軸向會受到推力作用，所以選用角接觸球軸承。聯(lián)接以平鍵作過渡配合固定，兩軸承分別以軸承蓋和套筒定位，采用過渡配合固定。</p><p>　　4.確定軸各段直徑和長度</p><p>　　小帶輪孔徑為14mm,該軸的最小直徑為14mm。與小帶輪孔用平鍵相連接。軸承是在第二段軸段

82、上的，第二段軸段的長為70mm。第三段軸段是在主軸箱之外的，與銑刀通過螺紋固定相連。軸的總的長度是219mm。圖4.2是動力主軸的三維圖模型。 </p><p>　　圖4.2 動力主軸三維圖</p><p>　　5.初步選擇滾動軸承型號</p><p>　　刀具在作業(yè)時，根據它的受力分析可知，主軸會受到軸向的力的作用，因此，必須要平衡這個力，故采用角接觸球軸承來

83、平衡這個軸向力。選擇軸的型號為7010C.其中內徑d為50mm.角接觸球軸承結構圖如圖4.3。 </p><p>　　圖4.3 角接觸球軸承</p><p>　　選擇了軸承型號后，要對其進行使用壽命的校驗，看是否符合使用要求。查設計手冊可知，這個設備對軸承壽命的要求LA為20000～30000h，校驗的結果必須是計算的使用壽命要不低于這個預期壽命，否則軸承不合格。</p>

84、<p><b>　　軸承的使用壽命，</b></p><p>　　L10h=（） </p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　C-----軸承的基本額定動載荷值，查表知，這里C取26.5KN；</p><p>　　P-----軸承所受的當量動

85、載荷；</p><p>　　w-----軸承的壽命指數，這里w取3（球軸承）；</p><p>　　L10-----可靠度為90%時軸承的基本額定壽命（r）。</p><p>　　軸承所受的當量載荷P=XFr+YFa,查機械設計手冊知，取X=1,Y=0。故P=Fr，即徑向載荷量。由于主軸箱采用帶傳動，非齒輪的嚙合傳動，故，它的徑向力（不多于100N）很小，因而軸承的

86、使用壽命很大，完全比它的預期壽命大很多，故軸承的使用壽命合格的。</p><p>　　L10h=106*26.53*103/(60*980*1003)=31650h>30000h，故，使用壽命是有保障的。</p><p>　　第五章 整機布置及效果圖</p><p>　　通過前幾張的方案設計與設計計算過程，我們已經初步掌握了本次設計中的重要結構的布局和尺寸關

87、系，以及所要滿足的條件。為了加深對設計產品的印象和以后更高層次的改進，有必要給出設計的整體布局圖，這樣對設計是有側面的幫助的，而且也可以即時發(fā)現和改正設計中的缺陷和不足。設計的整機布置裝配</p><p>　　如圖5.1裝配圖所示。</p><p>　　圖5.1 整機裝配圖</p><p>　　由上圖可以看出，夾具底部有一個步進電機，前面也有一個步進電機。兩個步進電

88、機由單片機控制，從而可以實現托盤的前后上下運動。而后面的動力電機則通過V帶輪控制銑刀的旋轉。三個氣缸的組合，能夠平穩(wěn)的實現銑刀和動力電機的左右運動。只要開始時單片機通過控制兩個步進電機時托盤夾具達到預定的位置，銑刀銑過的時候，就可以實現銑齒。如圖5.2整機三維造型所示效果圖。</p><p>　　圖5.2 整機三維造型</p><p>　　第六章 畢業(yè)設計小結</p>&l

89、t;p>　　本論文主要是基于杭州新智遠數控設備有限公司的的銑齒機機械結構進行設計計算SK05-XC數控銑齒機的機械結構。制鎖機結構很多，其中涉及知識復雜，很多都是以前沒有遇見過的，對于鞏固已學知識和拓展新知識和深化專業(yè)知識的學習起了很好的幫助作用。該款銑齒機是機械與電子技術結合的產物，在國內的銑齒行業(yè)里是領先的，基于該款銑齒機的結構分析以及后期的優(yōu)化處理，對于企業(yè)來說，是一個發(fā)現問題，解決問題，精益求精的過程。對于自己，是一次將自

90、己學到的知識運用到平時的實際工作中去，在實習中不斷的磨練自己，增加一些實踐經驗的過程。在這個過程里，我從中找出自己的不足之處，虛心學習一些實用知識，在實習工作中不斷學習，反復推敲，事事總結，增加自己的經驗。讓我對與如何設計開發(fā)一款機電類產品有了深刻的認識，更重要的是，通過實習，我深刻認識到自己關于電方面知識的不足，在以后的學習中，一定要加強電工電子的學習，而且要學習一些三維軟件。</p><p><b>

91、;　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 馮清秀.機電傳動控制 . 華中科技大學出版社.2011</p><p>　　[2] 董景新、趙長德、熊沈蜀、郭美鳳 .控制工程基礎. 清華大學出版社.2003.8</p><p>　　[3] 周明衡.聯(lián)軸器選用手冊 [M].周明衡.化學工業(yè)出版社.2003</p><p>　　[

92、4] 楊明盅，朱家誠.機械設計（第二版）.武漢理工大學出版社.2001</p><p>　　[5] 朱龍根.機械設計簡明手冊.機械工業(yè)出版社.2005</p><p>　　[6] 趙家新.機械設計與制造.遼寧省機械研究院.1963</p><p>　　[7] 于永泗、劉民.機械工程材料.機械工業(yè)出版社.2003</p><p>　　[8] 賀

93、石中.潤滑與密封.廣州機械科學研究院.2008</p><p>　　[9] J.E.Shigley. Mechanical Engineering Design.2001</p><p>　　[10] Arthur.H.Burr. mechanical Analysis And Design.2006</p><p>　　[11] P.C.Sharma. Mach

94、ine Design. 1998</p><p>　　[12] Dr.Jaodish.LAl. Theory of Machines &Mashines.2000</p><p>　　[13] R.K.Rajput. Mechanical Engineering.1999</p><p><b>　　致 謝</b></p>

95、<p>　　經過幾個月的忙碌和工作，本次畢業(yè)設計已經接近尾聲，作為一個本科生的畢業(yè)設計，由于經驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導師的督促指導，以及一起工作的同學們的支持，想要完成這個設計是難以想象的。 在這里首先要感謝我的導師陳冰老師。陳老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設計的每個階段，從查閱資料到設計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設計，裝配草圖等整個過程中都給予了我悉心的指導。其次要感謝杭州新智遠數控設