說(shuō)明書(shū)正文數(shù)控加工中心的自動(dòng)換刀裝置.doc

第一章 緒 論本設(shè)計(jì)是帶行星輪傳動(dòng)與定位裝置的刀架轉(zhuǎn)臺(tái)，用來(lái)支承刀架板上許多刀具之一進(jìn)入操作位置。本設(shè)計(jì)涉及采用電機(jī)機(jī)械操作之高速車床所用刀架。在對(duì)大量工件進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)，需要按照預(yù)定的和自動(dòng)控制的周期對(duì)同一工件順序的使用若干刀具。此外，機(jī)械加工中的一項(xiàng)基本要求就是速度，是要減少?gòu)囊环N刀具加工完畢至下一種刀具開(kāi)始加工之間，轉(zhuǎn)臺(tái)使新的刀具轉(zhuǎn)至相應(yīng)操作位置的全部動(dòng)作所需的空載時(shí)間。為此目的，我們?cè)O(shè)計(jì)此轉(zhuǎn)塔刀架，轉(zhuǎn)塔上有許多中刀具，它們能根據(jù)需要進(jìn)入操作位置，并在電子裝置控制下，對(duì)工件進(jìn)行所需要的機(jī)械加工。轉(zhuǎn)臺(tái)從某一操作位置上脫開(kāi)，必須沿最短路程按不同方向轉(zhuǎn)動(dòng)，直至新的刀具進(jìn)入操作位置上才停止轉(zhuǎn)動(dòng)并回到鎖緊狀態(tài)。在通常已知的情況下，以上操作是靠機(jī)械裝置進(jìn)行的。后者將一轉(zhuǎn)動(dòng)馬達(dá)傳遞給刀架板，同時(shí)控制這鎖定與松開(kāi)的裝置動(dòng)作，其中采用了結(jié)構(gòu)特別和價(jià)格昂貴的構(gòu)件。本產(chǎn)品是高性能機(jī)床的附件，是數(shù)控車削中中心的必備附件，而且特別適宜于全功能數(shù)控車窗，也是該機(jī)床的核心部分。可多刀夾持，雙向轉(zhuǎn)位和任意到位就近換刀，以實(shí)現(xiàn)加工程序的自動(dòng)化，高效化。TOER系列數(shù)控刀架是高級(jí)系列數(shù)控車床和車削中心的核心配件，可保證零件通過(guò)一次裝架自動(dòng)完成車，銑，鉆，鉸，鏜，攻螺紋和曲面加工等加工程序。其特點(diǎn)為：1. 結(jié)構(gòu)緊湊，定位精度高。2. 轉(zhuǎn)位時(shí)間短。3. 可雙向轉(zhuǎn)位和任意到位就近換刀。4. 適應(yīng)與各種數(shù)控系統(tǒng)聯(lián)接，接口簡(jiǎn)單。5. 刀具回轉(zhuǎn)傳動(dòng)鏈不妨礙元件動(dòng)作軸向尺寸。6. 高剛性，高可靠性。7. 可承受大切削力矩。8. 大扭矩伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)式轉(zhuǎn)為平穩(wěn)可靠。9. 伺服電機(jī)有頂裝和側(cè)裝兩種安裝方式。它采用多齒盤(pán)作為分度定位元件，分度工位由二進(jìn)制絕對(duì)編碼識(shí)別，刀架轉(zhuǎn)位與鎖緊由接近開(kāi)關(guān)發(fā)出信號(hào)，接近開(kāi)關(guān)與編碼器均可直接與PLC（可編程程序控制器）聯(lián)接；刀架分度為伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)內(nèi)部自帶制動(dòng)機(jī)構(gòu)，故具有定位精度高，動(dòng)作迅速，穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)緊湊，剛性好，應(yīng)用范圍廣，維修方便等特點(diǎn)，是當(dāng)代具有國(guó)際先進(jìn)水平的高性能產(chǎn)品。 縱觀轉(zhuǎn)塔刀架發(fā)展?fàn)顩r：1. 螺母升降臺(tái)：零件多，加力可靠，精度較好，比某些簡(jiǎn)易型成本高，難度更大;2. 十字槽輪刀架轉(zhuǎn)塔：體積大，零件多，目前使用較少；3. 電磁式：目前已能應(yīng)用，但多一套電路，并要有斷電保護(hù)；4. 液壓擺動(dòng)油缸：轉(zhuǎn)位可靠，力量可以再加大，但液壓件難制造，還多一套液壓系統(tǒng)，有泄油及發(fā)熱現(xiàn)象；5. 行星傳動(dòng)與普通齒輪傳動(dòng)比較具有重量輕，體積小，傳動(dòng)比大及效力高等優(yōu)點(diǎn)，單結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造比較困難。行星減速器的重量?jī)H為普通減速器的1/2-1/6。 本設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)塔刀架具有可靠的結(jié)構(gòu)，并能減少有關(guān)機(jī)械部件的數(shù)量。它有一個(gè)固定件，用以支承一旋轉(zhuǎn)件，在旋轉(zhuǎn)件上可安裝一個(gè)用來(lái)支承許多刀具的刀架板，轉(zhuǎn)動(dòng)此旋轉(zhuǎn)件能使每個(gè)刀具到達(dá)操作位置，此外還配有一個(gè)傳動(dòng)馬達(dá)，轉(zhuǎn)塔刀架的特點(diǎn)：此馬達(dá)連接到一具有三部件的齒輪差速傳動(dòng)裝置上，其中的第一部件稱作驅(qū)動(dòng)件，它與此馬達(dá)相連，一方面控制著轉(zhuǎn)塔的開(kāi)關(guān)，另外一方面控制著旋轉(zhuǎn)件的轉(zhuǎn)動(dòng)；差動(dòng)裝置的第三個(gè)部件則通過(guò)一環(huán)形體傳動(dòng)裝置連接至一鎖定不轉(zhuǎn)而殼沿軸向移動(dòng)的部件，用以結(jié)合上述鎖定件與旋轉(zhuǎn)件，這兩個(gè)部件中之一備有旋轉(zhuǎn)鎖定裝置，并可由差動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)，而將運(yùn)動(dòng)傳給另一部件以及與其有關(guān)的部件，用來(lái)順序控制鎖緊件與旋轉(zhuǎn)件的重新接合，同時(shí)還設(shè)有與軸向移動(dòng)且鎖定不動(dòng)的部件相關(guān)聯(lián)的動(dòng)作機(jī)構(gòu)，用來(lái)將運(yùn)動(dòng)傳給處在操作位置上的旋轉(zhuǎn)刀具的裝置。近幾年來(lái)，數(shù)控車床加工中心逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的車，銑，刨，鏜類機(jī)床，特別是柔性加工單元FMU已成為展覽會(huì)上的主體，還有各種類型的柔性制造系統(tǒng)FMS不斷涌現(xiàn)，因此轉(zhuǎn)塔刀架相應(yīng)地產(chǎn)生了許多類型，適應(yīng)現(xiàn)代加工技術(shù)水平的不斷發(fā)展。刀架可分為：立式、臥式、抬起式、不抬起式，又可分為：四方式、轉(zhuǎn)塔式。立式四方刀架一般電機(jī)右置，轉(zhuǎn)塔式刀架一般電機(jī)上置。由于立式刀架工位少、便宜，目前國(guó)內(nèi)使用較多，由于數(shù)控機(jī)床具有可變性大、工藝范圍廣、改變加工品種靈活、效率高等特點(diǎn)，越來(lái)越被用戶所認(rèn)識(shí)。因此轉(zhuǎn)塔刀架也向多品種、多功能、高效化發(fā)展。第二章 方案論證-數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架工作原理2.1 十字槽輪轉(zhuǎn)塔刀架工作原理十字槽輪轉(zhuǎn)塔刀架工作原理是利用槽輪原理轉(zhuǎn)位及鎖定（加定位銷）的，銷釘每轉(zhuǎn)一周刀架轉(zhuǎn)90度（也可使銷釘轉(zhuǎn)一周刀架轉(zhuǎn)60度，即設(shè)計(jì)成大工位轉(zhuǎn)塔刀架）。2.2 凸臺(tái)棘爪式轉(zhuǎn)塔刀架工作原理凸臺(tái)棘爪式轉(zhuǎn)塔刀架工作原理：該機(jī)構(gòu)有兩個(gè)凸臺(tái)1和2，蝸輪帶動(dòng)凸臺(tái)2相對(duì)于凸臺(tái)1轉(zhuǎn)動(dòng)，使其上下兩個(gè)齒盤(pán)分離、繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，從而棘輪機(jī)構(gòu)推動(dòng)刀架轉(zhuǎn)90度，然后利用接觸式開(kāi)關(guān)或霍爾元件發(fā)出電機(jī)反轉(zhuǎn)信號(hào)，從新鎖緊刀架。2.3電磁式轉(zhuǎn)塔刀架電磁式轉(zhuǎn)塔刀架是利用一個(gè)有1000kgf左右拉緊力的線圈使刀架定位鎖緊，液壓擺動(dòng)油缸也有一個(gè)產(chǎn)生向下拉緊力的銷油缸，它也可以產(chǎn)生1000kgf以上的拉緊力。2.4立式四方刀架工作原理立式四方刀架（螺母升降轉(zhuǎn)位）工作原理：當(dāng)微機(jī)控制程序發(fā)出信號(hào)，通過(guò)放大線路驅(qū)動(dòng)繼電器使電機(jī)旋轉(zhuǎn)（正轉(zhuǎn)），通過(guò)減速機(jī)構(gòu)和螺母升降機(jī)構(gòu)將上刀體升起一定位置后，離合轉(zhuǎn)盤(pán)起作用，帶動(dòng)上刀體旋轉(zhuǎn)到所選刀位，刀位發(fā)訊盤(pán)發(fā)出信號(hào)，刀架控制器（繼電器）使電機(jī)反轉(zhuǎn)，通過(guò)反靠電機(jī)機(jī)構(gòu)使刀體下降，鼠牙盤(pán)嚙合，完成精定位，并通過(guò)蝸桿、鎖緊蝸輪，使刀架固緊，當(dāng)夾緊力達(dá)到預(yù)先調(diào)好的狀態(tài)后，過(guò)留繼電器動(dòng)作，切斷電流、電機(jī)停轉(zhuǎn)，并向微機(jī)發(fā)出換刀答復(fù)信號(hào)，加工開(kāi)始執(zhí)行，刀架動(dòng)作順序?yàn)椋?電機(jī)減速機(jī)構(gòu)升降機(jī)構(gòu)上刀體上升轉(zhuǎn)位信號(hào)符合粗定位機(jī)構(gòu)上刀體下降精定為機(jī)構(gòu)刀體鎖緊電機(jī)停轉(zhuǎn)換刀答復(fù)信號(hào)加工順序執(zhí)行。其中主要是雙插銷機(jī)構(gòu)，重復(fù)定位精度0.005mm，工作可靠性3000次，換刀時(shí)間：90：3秒3.5秒；180：3.5秒4秒；270：4秒4.5秒。2.5 行星輪不抬起自動(dòng)刀架工作原理行星輪不抬起自動(dòng)刀架工作原理：其中的馬達(dá)通過(guò)行星齒輪減速后帶動(dòng)一帶有滾柱的環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，后者通過(guò)鎖定環(huán)的凸輪開(kāi)口使鎖定環(huán)本身作軸向移動(dòng)，而鎖定環(huán)是與刀架一起轉(zhuǎn)動(dòng)的，因此使刀架板松開(kāi)，此連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的帶滾柱的環(huán)通過(guò)與這些滾柱結(jié)合的相應(yīng)形狀的凹坑驅(qū)動(dòng)刀架板；當(dāng)?shù)竭_(dá)了所需位置且刀架板停轉(zhuǎn)時(shí)，該馬達(dá)即反轉(zhuǎn)而通過(guò)前述的凸輪開(kāi)口使鎖定環(huán)返回刀鎖定位置。 工作結(jié)構(gòu)：在外支承體內(nèi)有一傳動(dòng)馬達(dá)，此馬達(dá)通過(guò)一級(jí)減速器減速，其中大齒輪通過(guò)銷釘與行星輪架作剛性連接，行星輪架沿周邊配置三個(gè)行星輪均布，將轉(zhuǎn)動(dòng)傳給行星輪架，后者又通過(guò)一滾針軸承可繞角度變位齒輪筒形部分轉(zhuǎn)動(dòng)，此齒輪借助于鍵與主軸剛性連接而旋轉(zhuǎn)，行星齒輪與帶滾柱環(huán)行體（高變位）齒輪嚙合，此齒輪與主軸共軸線且可繞主軸轉(zhuǎn)動(dòng)。由行星齒輪和角度變位齒輪共同構(gòu)成一種行星差動(dòng)裝置，其中傳給行星齒輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)兩個(gè)齒輪中一個(gè)靜止時(shí)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)就能傳遞給兩個(gè)齒輪中的一個(gè)。角度變位齒輪使連接有關(guān)刀架板的圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣使預(yù)選刀具進(jìn)入操作位置。 高度變位齒輪軸向承載在角度變位齒輪上中間夾有止推軸承，而角度變位齒輪有抵壓在止環(huán)上，中間介有一碟形彈簧，止環(huán)通過(guò)螺紋與主軸剛性連接。主軸前端部加寬部分在其外圈上有一圈徑向缺口，它們的個(gè)數(shù)與轉(zhuǎn)臺(tái)位置停止個(gè)數(shù)一致，預(yù)定位盤(pán)上對(duì)著這些缺口位置設(shè)有可插入缺口中的徑向制動(dòng)銷，對(duì)著制動(dòng)銷的外面作滾動(dòng)。預(yù)定位盤(pán)上還配有帶彈簧緩沖墊的減震部件，是為了減輕因制動(dòng)銷插入與預(yù)選刀具相關(guān)的缺口而引起撞擊，借助于彈性件之變形，在兩個(gè)方向上減少?zèng)_擊。由于上述減震部件是設(shè)置在預(yù)定位盤(pán)上有最大直徑的部位，就能借助相應(yīng)彈性件的變形而有效的減震，這種變形在轉(zhuǎn)動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍內(nèi)，齒盤(pán)兩相鄰齒間距離，就足以將有限的止動(dòng)作用傳遞給相應(yīng)的結(jié)構(gòu)。刀架動(dòng)作順序：當(dāng)微機(jī)程序發(fā)出換刀信號(hào)，通過(guò)編碼器使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)與小齒輪一起使大齒輪與行星輪架轉(zhuǎn)動(dòng)。由于在初始狀態(tài)下變位齒輪與主軸連在一起轉(zhuǎn)動(dòng)。而滾柱在高度變位齒輪凸輪輪廓上以特別可靠的方式來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)臺(tái)的松開(kāi)，定齒盤(pán)則在壓縮彈簧作用下，壓向滾柱。當(dāng)三個(gè)多齒盤(pán)嚙合時(shí)，變位齒輪鎖定，另一變位齒輪與剛性連接的主軸、轉(zhuǎn)動(dòng)齒盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，刀架板轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣始于選刀具進(jìn)入操作位置。當(dāng)編碼器探測(cè)的結(jié)果表明已經(jīng)到達(dá)操作位置時(shí)，致動(dòng)器即操縱鎖定螺栓向前進(jìn)給，后者即插入加寬部分的凹槽中，同時(shí)停止與加寬部分剛性連接的圓盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)；接著傳感器探測(cè)出鎖定螺栓完成的前向進(jìn)給，而使馬達(dá)停轉(zhuǎn)。然后電機(jī)反轉(zhuǎn)，將滾柱帶回到各個(gè)滾柱相關(guān)的兩溝槽之間的居中位置上，由此使代有齒圈的環(huán)頂著彈簧，壓向兩個(gè)齒圈、使三個(gè)多齒盤(pán)嚙合并連接在一起。當(dāng)滾柱來(lái)到凸輪輪廓的表面上時(shí)，近程傳感器探測(cè)出凸起的出現(xiàn)而使馬達(dá)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。完成換刀過(guò)程并繼續(xù)加工。滾柱工作原理如下圖所示： 圖2-1轉(zhuǎn)臺(tái)鎖定件操作圖，處于鎖定位置圖2-2轉(zhuǎn)臺(tái)鎖定件操作圖，處于松開(kāi)位置變位齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，將滾柱帶到與其相對(duì)應(yīng)的凹槽上，上面沒(méi)有溝槽的定位盤(pán)在彈簧作用下沿F方向作軸向進(jìn)給，滾柱插入槽中，變位齒輪凸爪卡在定位盤(pán)邊沿，變位齒輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)，完成松開(kāi)動(dòng)作，如圖2-2所示。鎖定時(shí)，變位齒輪反轉(zhuǎn)，把滾柱帶到中間位置，定位盤(pán)后退，三齒盤(pán)嚙合，如圖2-1所示。第三章 技術(shù)數(shù)據(jù)3.1 刀架的選擇（SELECTION OF TURRRET） 切削速度（With cutting speed）：Vt=200m/min對(duì)于不同的切削速度（For different cutting speeds）：Px=PVtx/Vt200（KW）鋼材的抗拉強(qiáng)度極限（Material steel with ultimate tensile strength）：R=66kg/剪切載荷（Tearing load）：Ks=220kg/對(duì)于不同的材料（For other material）： Ax（）=A220/Ksx3.2 數(shù)據(jù)Data機(jī)床功率（Power of the machine）： P=50kw切削量（Section of the chip）：A=8從刀具到主軸的距離（Distance of the tool form the axis of the turret）：a=300mm 切削速度（Cutting speed）：Vt=200/min剪切力（Tearing force）：Ks=220kg/3.3技術(shù)參數(shù) 表 3-1 技術(shù)參數(shù) 型號(hào)TOER2501中心高（mm）1252工位數(shù)（個(gè)）83動(dòng)力工具工位數(shù)（個(gè)）64最大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg）7.504.50530轉(zhuǎn)位并剎緊時(shí)間（s）0.950.80630轉(zhuǎn)為時(shí)間（s）0.320.27745轉(zhuǎn)位并剎緊時(shí)間（s）1.100.95845轉(zhuǎn)位時(shí)間（s）0.470.409180轉(zhuǎn)位并剎緊時(shí)間（s）2.502.1510最大不平衡力矩（Nm）6011分度頻數(shù)（n/h）75012動(dòng)力輸出速比0.83013定位分度精度614重復(fù)定位精度215凈重（kg）6016最大切削力矩（Nm）690017壓力方向的最大傾覆力矩（Nm）1100018抬起方向的最大傾覆力矩（Nm）460019分度啟動(dòng)功率1.63.4信號(hào)波形圖：（見(jiàn)圖紙） 其中：A編碼器 B預(yù)分度接近開(kāi)關(guān) C鎖緊接近開(kāi)關(guān) D預(yù)分度 E剎緊裝置 F伺服電機(jī) 2-第一位 - 第二位 -第三位 -第四位 =50ms =200ms 允許延遲為60ms 工作過(guò)程如下：松開(kāi)轉(zhuǎn)位夾緊1. 受到啟動(dòng)信號(hào)，電機(jī)正轉(zhuǎn)，剎車松開(kāi)。2. 鎖緊齒輪正轉(zhuǎn)，移動(dòng)齒盤(pán)移動(dòng)松開(kāi)定位裝置，齒輪轉(zhuǎn)到停止面擋住凸起，此時(shí)，移動(dòng)齒盤(pán)與轉(zhuǎn)動(dòng)齒盤(pán)和定齒盤(pán)完全松開(kāi)。3. 鎖緊開(kāi)關(guān)發(fā)出放松信號(hào)。4. 電機(jī)繼續(xù)正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)位齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，開(kāi)始轉(zhuǎn)位。5. 轉(zhuǎn)位到位（編碼器信號(hào)和轉(zhuǎn)位信號(hào)相同）后發(fā)出選通信號(hào)，使電磁鐵動(dòng)作，開(kāi)始預(yù)定位。6. 電磁鐵吸合，轉(zhuǎn)位齒輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)等候制動(dòng)銷對(duì)準(zhǔn)定位槽。7. 分度到位，預(yù)定位開(kāi)關(guān)發(fā)出信號(hào)，使電機(jī)停轉(zhuǎn)，延時(shí)后，電機(jī)反轉(zhuǎn)。8. 制動(dòng)銷插入與定位盤(pán)。9. 電機(jī)反轉(zhuǎn)，鎖緊齒輪反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)鎖緊動(dòng)作，移動(dòng)齒盤(pán)合上。10. 鎖緊后，發(fā)出鎖緊信號(hào)，使電機(jī)停轉(zhuǎn)，并接通剎車。11. 延時(shí)200ms后，電磁鐵斷電，制動(dòng)銷退出扥度盤(pán)，同時(shí)，時(shí)預(yù)定位開(kāi)關(guān)復(fù)位。3.5元件分類詳細(xì)說(shuō)明（Eletrical Component specification） a. 編碼器：OBC型，10MHz，24V直流電；脈沖發(fā)生器用對(duì)應(yīng)的選通脈沖控制產(chǎn)生二進(jìn)制編碼，嚴(yán)禁極性反向和輸出短路。Encoder type OBC 10MHz 24 Volts DC ；PNP outputs in binary code with parity and strbe control ，F(xiàn)ully protected against polarity inversions and output shprt-dircuits。 b.預(yù)分度接近開(kāi)關(guān)：24直流電，無(wú)輸出功率，直徑12mm，嚴(yán)禁輸出短路。Poximity 24 VOC: PNP-NO outputs，diamer 12mm，protected against output short-circuits。 c.預(yù)分度電磁鐵：24V直流電，60瓦，電偶極子：50%。Electromagnet：24 VDC 60 Watt ED5O% d.剎緊裝置：24V直流電，15瓦。Brake：24VDC,15 Watt。第四章 主要參數(shù)4.1電機(jī)的選擇 A轉(zhuǎn)位用伺服電機(jī)： 由于本設(shè)計(jì)為數(shù)控轉(zhuǎn)塔刀架的設(shè)計(jì)，需要實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，所以應(yīng)用伺服電機(jī)。根據(jù)功率要求P0.5kw，選用專用伺服電機(jī)SJ-11A型。參數(shù)如下表： 表 4-1 電機(jī)參數(shù)電機(jī)型號(hào)速度連續(xù)轉(zhuǎn)矩kgfmkgfm重量kg徑向負(fù)荷kg噪音Db基底速度（rpm）最高速度（rpm）SJ-11A150060004.870.1710030075=Tn=4.87=764.98（w）0.5kw滿足要求。 B. 加工用三相電機(jī)： 由于本設(shè)計(jì)為數(shù)控轉(zhuǎn)塔動(dòng)力刀架的設(shè)計(jì)，尺寸受安裝的限制，因此受用驅(qū)動(dòng)用微型三相異步電機(jī)y280s-2.去掉后蓋、風(fēng)扇、前殼，用電機(jī)側(cè)裝、內(nèi)六角螺釘固定，以減小刀架尺寸。參數(shù)如下表： 表 4-2 三相電機(jī)參數(shù)電機(jī)型號(hào)功率KW滿載時(shí)堵轉(zhuǎn)電流堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩電流轉(zhuǎn)速效率功率因數(shù)額定電流額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩Y280-s75140.1297091.40.897.02.02.0因?yàn)?0kw4.2減速器齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算4.2.1齒輪齒數(shù)及傳動(dòng)比確定：由于刀架轉(zhuǎn)位30時(shí)間為0.270.32S，轉(zhuǎn)位45時(shí)間為0.400.47S?？扇〉都苻D(zhuǎn)位30時(shí)間為0.30S，轉(zhuǎn)位45時(shí)間為0.45S。刀架轉(zhuǎn)速為 (4-1) rad/s4.2.2減速器齒輪計(jì)算： 根據(jù)圓柱齒輪一級(jí)減速器傳動(dòng)比為36，且17，則取小齒輪齒數(shù)=20，大齒輪=80，故一級(jí)減速器齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比i。 大小齒輪幾何尺寸計(jì)算如下： 模數(shù)m=2，壓力角=20 分度圓直徑： 齒頂高： 齒根高： 齒全高： 齒頂圓直徑： 齒根圓直徑： 基圓直徑： 周節(jié)齒距： p=3.14m=6.28 基圓齒距： 齒厚： 齒槽寬： 中心距： 頂隙： 齒寬系數(shù)： 4.2.3材料選擇及熱處理： 減速齒輪材料選擇以不太貴重和易于加工為宜，由于本設(shè)計(jì)中載荷不大，沖擊較小可選用大齒輪為45號(hào)鋼調(diào)質(zhì)處理至HB217255.又由于傳動(dòng)比不大于2而小于8，小齒輪硬度應(yīng)比大齒輪硬度高40HBS。所以小齒輪選用40Cr，調(diào)質(zhì)至HB241286.一般機(jī)床傳動(dòng)中齒輪精度等級(jí)選用7級(jí)精度。4.2.4齒輪強(qiáng)度校核： 轉(zhuǎn)矩： (4-2)(a) 按齒面接觸強(qiáng)度校核：對(duì)于直齒圓柱齒輪，應(yīng)以小齒輪材料所決定的許用接觸力應(yīng)為準(zhǔn)。對(duì)于40Cr，調(diào)質(zhì)后為HBS241286，取HBS250，查表取較低極限應(yīng)力值，取安全系數(shù)s=1.0。材料的彈性影響系數(shù)，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為： 所以接觸疲勞壽命系數(shù) 故： 試選載荷系數(shù)， 傳動(dòng)比i=3.95 d=40滿足要求。 （b）按齒根彎曲強(qiáng)度校核： 查表取齒形系數(shù)：。 對(duì)小齒輪平均取HB=260, 大齒輪HB=235。 彎曲疲勞極限應(yīng)力為：, 彎曲疲勞壽命系數(shù)：,。 。七級(jí)精度 動(dòng)載荷系數(shù)： 查表得：,使用系數(shù)。 。 故：載荷系數(shù)。 其中K=1.25,，, m=2滿足要求。4.3變位齒輪傳動(dòng)原理4.3.1變位的目的： 標(biāo)準(zhǔn)齒輪具有互換性號(hào)、設(shè)計(jì)計(jì)算簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但也存在許多不足之處，主要有：（a） 受根切的限制，通常不宜采用的齒輪。因此，在一定條件下限制了齒輪機(jī)構(gòu)的尺寸和重量的減少。（b） 小齒輪的強(qiáng)度比大齒輪低，而磨損有較大齒輪嚴(yán)重，小齒輪易損壞，因此限制了齒輪機(jī)構(gòu)承載能力和壽命的提高。（c） 受標(biāo)準(zhǔn)安裝的限制，不適用于實(shí)際中心距a和標(biāo)準(zhǔn)中心距a不等的場(chǎng)合。如外嚙合時(shí)，若aa，則無(wú)法安裝；若aa雖能安裝，但重合度減小，而且又出現(xiàn)過(guò)大的側(cè)隙，影響傳動(dòng)的平穩(wěn)性。 由于上述缺點(diǎn)，需要對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪進(jìn)行變位修正。由于本設(shè)計(jì)中兩個(gè)齒輪同時(shí)與行星輪嚙合，齒數(shù)不同，中心距不同，所以要用變位齒輪。4.3.2變位齒輪與標(biāo)準(zhǔn)齒輪的區(qū)別： （a）模數(shù)、分度圓壓力角、分度圓直徑和基圓直徑與標(biāo)準(zhǔn)齒輪相同。 （b）齒廓仍是原基圓的漸開(kāi)線，但選取部位不同，正變位時(shí)齒廓平均曲率半徑增大，負(fù)變位時(shí)齒廓平均曲率半徑減少。 （c）分度圓上的齒盤(pán)不等于齒間，齒頂厚和齒根厚也相應(yīng)變化。 （d）正變位時(shí)，齒頂圓直徑和齒根圓直徑增大，負(fù)變位時(shí)，齒頂圓直徑和齒根圓直徑都減小。4.3.3高度變位齒輪： 行星輪系數(shù)和大齒輪變位系數(shù)絕對(duì)值相等，符號(hào)相反，即，變位數(shù)之和。兩齒輪嚙合時(shí)，中心距與未變位時(shí)的中心距相同，因而嚙合線和節(jié)都不改變；嚙合角等于分度圓壓力角；兩分度圓仍相切，節(jié)圓和分度圓重合，齒輪的全齒高不變。4.3.4變位齒輪的特點(diǎn)： （a）齒厚：正變位齒輪的齒厚為：。若為負(fù)變位，則前 式中的x為負(fù)值。與標(biāo)準(zhǔn)齒輪比較，正變位時(shí)，齒厚增大；負(fù)變位時(shí)，齒厚減小。對(duì)防止齒頂變尖或齒頂過(guò)厚過(guò)薄，一般建議 。 （b）齒頂高和齒根高：正變位齒輪的齒根高比相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)齒輪減小了，即： 負(fù)變位時(shí)情況相反，齒根高比標(biāo)準(zhǔn)齒輪增進(jìn)了。因此，正變位齒輪 的齒根圓半徑為： 其相應(yīng)的齒頂高為： 負(fù)變位時(shí)，其齒頂圓半徑為： 4.4行星輪系傳動(dòng)設(shè)計(jì) 圖4-1 行星輪傳動(dòng)示意圖 其中：1刀盤(pán)主軸 2行星輪 3電機(jī) 4轉(zhuǎn)臂齒輪 5轉(zhuǎn)位傳動(dòng)齒輪 6滾輪架傳動(dòng)齒輪4.4.1行星輪系計(jì)算： 電機(jī)轉(zhuǎn)速為為3000r/min，即311.02rad/s。刀架轉(zhuǎn)速為10745rad/s，一級(jí)齒輪減速器傳動(dòng)比為4，則行星輪的傳動(dòng)比為： （4-3） 又 對(duì)于少齒差行星輪系傳動(dòng)可取,所以（a） 對(duì)于行星齒輪取m=2，當(dāng)m=2.5時(shí)尺寸太大。齒數(shù)取Z=20。采用正變位，變位系數(shù)可取y=0，行星輪幾何參數(shù)計(jì)算如下： 分度圓半徑： 齒頂圓半徑： 齒根圓半徑： 齒頂高： 齒根高： 齒全高： 嚙合角： 周節(jié)齒距： 齒槽寬： （b） 滾輪架傳動(dòng)齒輪6的幾何參數(shù)如下： 模數(shù)，齒數(shù)Z=44，變位系數(shù) 。 實(shí)際中心距： 根據(jù)，可得y=0 齒高變動(dòng)系數(shù)： 分度圓半徑： 齒頂圓半徑： 齒根圓半徑： 齒頂高： 齒根高： 齒全高： （c） 轉(zhuǎn)位齒輪5的幾何參數(shù)計(jì)算：模數(shù)，齒數(shù)。給定中心距，而 故：又解得：=根據(jù) 轉(zhuǎn)位齒輪5的幾何參數(shù)如下： 模數(shù)m=2, 齒數(shù)=43，變位系數(shù)=0.283318 分度圓半徑： 齒頂圓半徑： 齒根圓半徑： 齒頂高： 齒全高： 齒高變動(dòng)系數(shù)： 根據(jù)傳動(dòng)速度： 以上齒輪均選用7級(jí)精度即可。4.5多齒盤(pán)分度定位裝置設(shè)計(jì)4.5.1工作原理與特點(diǎn)： 多齒盤(pán)（熟稱鼠牙盤(pán)）分度定位裝置由兩個(gè)齒數(shù)相同的端面齒盤(pán)對(duì)合而成。通常，一個(gè)齒盤(pán)固定不動(dòng)，另一個(gè)齒盤(pán)與分度回轉(zhuǎn)部件固連。分度時(shí)，動(dòng)齒盤(pán)抬起，與定位盤(pán)脫開(kāi)，然后轉(zhuǎn)位。當(dāng)轉(zhuǎn)至要求位置后，動(dòng)齒盤(pán)落下與定位盤(pán)嚙合并壓緊。其轉(zhuǎn)位可用手動(dòng)、液動(dòng)、氣動(dòng)、電動(dòng)等機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，定位夾緊可用螺栓、凸輪、液壓、氣動(dòng)等機(jī)構(gòu)完成。多齒盤(pán)裝置可自動(dòng)定心并獲得很高的定位精度（通?？蛇_(dá)3），且定位精度不受軸承間隙和正、反轉(zhuǎn)、齒面磨損等因素的影響；承載能力強(qiáng)，剛性好；齒數(shù)的所有因數(shù)都可作為分度定位工位數(shù)，且容易得到不等分分度。4.5.2設(shè)計(jì)計(jì)算： 本設(shè)計(jì)中多齒盤(pán)時(shí)三個(gè)多齒盤(pán)嚙合，它們的齒數(shù)和齒形相同，只是兩個(gè)多齒盤(pán)童心套在一起，相當(dāng)于一個(gè)多齒盤(pán)，同另一個(gè)多齒盤(pán)嚙合。 設(shè)計(jì)多齒盤(pán)裝置的主要依據(jù)時(shí)分度工位數(shù)、定位精度、結(jié)構(gòu)位置大小和工作載荷。轉(zhuǎn)化到多齒盤(pán)的工作載荷（如圖）有扭矩Mn、傾覆力Mr、軸向力Fo、徑向力Fr。 圖4-2 多齒盤(pán)原理 （1） 結(jié)構(gòu)參數(shù) 多齒盤(pán)的結(jié)構(gòu)參數(shù)有齒形角、齒數(shù)、齒盤(pán)直徑、模數(shù)、齒根槽寬和槽深。 （）齒形角 當(dāng)槽數(shù)面間隙EF一定時(shí)，齒形角越小，EG越小，即定位精度越高。但過(guò)小會(huì)削弱齒部剛性。通常取=、。 （）齒數(shù)Z 齒數(shù)應(yīng)是分度工位的倍數(shù)，或所有需要的工位數(shù)的最小公倍數(shù)。齒數(shù)數(shù)越多，分度精度越高，但加工越困難。 （）齒盤(pán)直徑D 齒盤(pán)直徑可按扭矩Mn估算。一般D宜取大些，以提高定位精度和穩(wěn)定性。 （）模數(shù)m 齒盤(pán)的模數(shù)m=D/Z，它僅起到表示齒形大小的作用，不須選取標(biāo)準(zhǔn)值。M的常用范圍2mm。（）齒寬按載荷大小選取，一般為mm，太大不利于提高分度定位精度。 表 4-3外徑/mm1002002003003005005008008001200齒寬B/mm8121020152520302540許用扭矩Mn/kNm1.58.77.63.5258067270205700()齒根槽寬b 一般取b=0.81mm 其他有關(guān)幾何參數(shù)按以下公式計(jì)算： 具體參數(shù)如下表： 表 4-4 多齒盤(pán)參數(shù)序號(hào)名稱符號(hào)確定原則或計(jì)算公式結(jié)果1齒盤(pán)外徑D按扭矩Mn估算D,D應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)取大些，以利于提高分度定位精度。220mm2齒寬BB大利于提高齒盤(pán)承載能力，但不利于提高分度精度。15mm3齒數(shù)ZZ是工位數(shù)的倍數(shù)，精度要求高時(shí)宜取大，但加工費(fèi)時(shí)。964模數(shù)mM=D/Z,常用26。2.295外徑上節(jié)距tt=m7.2mm6齒形角載荷小精度高時(shí)宜取小值607理論齒高h(yuǎn)見(jiàn)公式6.234mm8齒根槽寬b見(jiàn)公式1mm9齒頂傾角 a見(jiàn)公式3.24610齒頂高 見(jiàn)公式3.117mm11見(jiàn)公式3.75 （2）夾緊力計(jì)算 夾緊力應(yīng)保證在最大工作載荷下仍能保持兩齒盤(pán)的緊密嚙合，但過(guò)大的夾緊力會(huì)引起齒盤(pán)變形。夾緊力W可按下式計(jì)算： (4-4)式中：W為夾緊力（N） Mn為齒盤(pán)承受的扭矩（Nm）Mn=3000Nm Mr 為齒盤(pán)承受的傾覆力矩（Nm） Fr為齒盤(pán)承受的徑向力（嚙合截平面內(nèi)）（N）為齒盤(pán)承受的軸向力（N），方向與W同向時(shí)，式中取“-”號(hào)，與W反向 時(shí)，取“+”號(hào)。這里 D為齒盤(pán)直徑（m） 齒形角（） 為摩擦角（）一般取 S為安全系數(shù)，一般取S=11.5,安全系數(shù)S取1.0 所以， (3) 驗(yàn)算齒面擠壓應(yīng)力 齒面擠壓應(yīng)力的驗(yàn)算公式： (4-5) 式中，為齒面擠壓應(yīng)力（Pa） 為計(jì)算齒數(shù)， B為齒寬（m） 為齒的嚙合高度 W為夾緊力（N） S安全系數(shù)，取S=1.3 為許用擠壓應(yīng)力（Pa），齒面淬硬的取 所以，滿足要求 （4）材料選擇：齒盤(pán)的齒面要求有較高的硬度，內(nèi)部有一定的韌性，要求材料的熱變形較小，精密齒盤(pán)要求齒寸穩(wěn)定性好，齒盤(pán)材料選用35CnMo表面淬火處理。熱處理齒部T265。 （5）技術(shù)要求： 1)相鄰齒距誤差和累積誤差：按回轉(zhuǎn)部件的分度精度要求確定，根據(jù)刀具的精度要求，相鄰齒距誤差和累積誤差不大于2. 2)安裝基準(zhǔn)孔軸線分度中心的位置度：精密齒盤(pán)應(yīng)在0.01mm以內(nèi)。 3)安裝基準(zhǔn)端面對(duì)分度平面的平行度：精密齒盤(pán)應(yīng)在0.005mm以內(nèi)。 4)齒面接觸精度：齒面接觸精度不僅影響分度精度，而且影響剛性，承載能力及穩(wěn)定性。齒盤(pán)的各個(gè)單項(xiàng)的幾何誤差因素，如齒距誤差，齒形半角誤差，齒傾角誤差都影戲那個(gè)齒面接觸精度。齒距誤差同時(shí)影響接觸最小齒數(shù)和接觸齒的分布。齒形半角影響齒高的方向的接觸率：齒向誤差影響齒寬方向的接觸率。齒傾誤差對(duì)齒高和齒寬方向的接觸率均有影響。因?yàn)榻佑|精度能綜合標(biāo)志上述各項(xiàng)誤差的影響，實(shí)踐中通常作為主要精度檢驗(yàn)項(xiàng)目。 推薦指標(biāo)為： 齒寬接觸率：接觸寬度為齒寬的50%（精密齒盤(pán)為70%）。 齒高接觸率：接觸高度為嚙合高度的75%以上（精密齒盤(pán)為90以上）。 接觸齒數(shù)分布：兩齒盤(pán)在任意位置嚙合時(shí)的接觸齒數(shù)應(yīng)在85%以上（精密齒盤(pán)應(yīng)在90%以上），接觸不良的齒不應(yīng)比連。 5)面光潔度：精密齒盤(pán)為0.2，一般經(jīng)磨齒或研齒的為0.4.但考慮刀實(shí)際加工條件，本設(shè)計(jì)采用0.8，在研齒過(guò)程中，總時(shí)誤差最大的齒首先接觸研磨。結(jié)果使誤差逐漸減小并均化（所謂均化效應(yīng)）。因此，研磨的齒不僅可以提高齒面光潔度，同時(shí)還可以提高精度。4.6同步帶傳動(dòng)同步帶傳動(dòng)綜合了帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，同步帶通常是以鋼絲繩或波動(dòng)纖維繩等為抗拉層、氯丁橡膠或聚氨酯橡膠為基體、工作面上的帶齒的環(huán)裝帶。工作時(shí)，帶的凸齒與帶輪外圓上的齒槽進(jìn)行嚙合傳動(dòng)，由于抗拉層承載后變形小，能保持同步帶的周節(jié)不變，故帶與帶輪間沒(méi)有相對(duì)滑動(dòng)，從而保證了同步傳動(dòng)。同步帶傳動(dòng)時(shí)的線速度可達(dá)56m/s（有時(shí)允許80m/s），傳動(dòng)功率可達(dá)300KW，傳動(dòng)比可達(dá)10（有時(shí)允許20）傳動(dòng)效率可達(dá)0.98.同步帶傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是：（a）無(wú)滑動(dòng)，能保持固定的傳動(dòng)比（b）預(yù)緊力較小，軸和軸承上所受的載荷?。╟）帶的厚度小，單位長(zhǎng)度的質(zhì)量小，故允許的線速度較高（d）帶的柔性好，故所用的帶輪直徑可以較小，其主要缺點(diǎn)是安裝時(shí)中心距的要求嚴(yán)格，且價(jià)格較高。同步帶傳動(dòng)主要用于要求傳動(dòng)比準(zhǔn)確的中小功率傳動(dòng)中，如電子計(jì)算機(jī)、放映機(jī)、錄音機(jī)、磨床、紡織機(jī)械等。同步帶的最基本參數(shù)是節(jié)距P（帶上相鄰兩齒中心軸線沿節(jié)線度量的距離）由于抗拉層在工作時(shí)長(zhǎng)度不變，所以就以其中心線位置定為帶的界線，并以接線周長(zhǎng)作為其公稱長(zhǎng)度。設(shè)計(jì)計(jì)算：（a） 查表得：工作情況系數(shù)=1.1，所以Pca=KAP=1.15.50.8520.88=1.589(KW) =2970r/m根據(jù)Pca，確定為模數(shù)m=3. （b） 查表確定Z16，取Z=25 所以小帶輪節(jié)圓直徑=75mm 根據(jù)傳動(dòng)比，大帶輪節(jié)圓直徑=275=150mm 驗(yàn)算帶的速度，=11.78<35m/s 帶的速度合適（c） 確定同步帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度和傳動(dòng)中心距 根據(jù)0.7（）<<2(),初步確定=125mm 計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 （d） 由表初選帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld=630mm 計(jì)算實(shí)際中心距a （e）驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角 主動(dòng)輪上的包角合適。 （f）計(jì)算V帶的根數(shù)Z 查表得 取 （g）計(jì)算預(yù)緊力 (h)計(jì)算作用在軸上的壓軸力Q (i)帶輪的設(shè)計(jì)（略）4.7彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核4.7.1制動(dòng)銷處彈簧： A.材料選擇： 根據(jù)彈簧工作情況類負(fù)荷彈簧，選用碳素彈簧鋼，強(qiáng)度高，彈性好，適用于做d8的彈簧。 B.確定彈簧直徑： 查表得： （許用應(yīng)力） 旋繞比，取 （曲度系數(shù)） 按強(qiáng)度確定彈簧絲直徑： 取 彈簧中徑： 彈簧內(nèi)徑： 彈簧外徑： 有效圈數(shù)： 其中 G切變模量 查表得：G=800 -最大工作負(fù)荷下的變形量 -最小工作負(fù)荷 彈簧剛度 代入得 總?cè)?shù) 自由高度：當(dāng)時(shí)， 節(jié)距： 取標(biāo)準(zhǔn)值 壓并變形量： 螺旋倒角： 滿足的要求 展開(kāi)長(zhǎng)度： C.校核： 穩(wěn)定性：高徑比 滿足要求 疲勞強(qiáng)度： 其中：-彈簧材料的脈動(dòng)疲勞極限 查表：當(dāng)時(shí)， 代入得 滿足要求共振：彈簧的自振頻率為：-強(qiáng)迫機(jī)械振動(dòng)頻率 校核可省。此彈簧滿足要求.鼠牙盤(pán)處彈簧：它與制動(dòng)銷處彈簧計(jì)算及校核方法相同。其主要尺寸為：彈簧絲直徑：mm 彈簧中徑： =40mm 彈簧內(nèi)徑： =-d=40-5=35mm 彈簧外徑： =+d=40+5=45mm 節(jié)距： mm 經(jīng)校核此彈簧滿足要求。.碟形彈簧：.碟形彈簧是用鋼板沖壓成型的截錐形薄板壓縮彈簧.具有以下特點(diǎn): (a) 剛度大,緩沖吸震能力強(qiáng),適用于負(fù)荷大,軸向空間要求小的地方. (b) 具有變剛度的特點(diǎn),根據(jù)設(shè)計(jì)選用的 內(nèi)錐高度(單個(gè)A型碟形彈簧的極限行程)與碟形彈簧厚度t的比值,可得到不同的碟形彈簧特性曲線.當(dāng)需要近似于線性時(shí),可選用/t=0.40.8的碟簧片,當(dāng)要求隨著變形的增加,壓力變化很小時(shí),選用與h的比值大于1.4的碟簧片為合適. (c) 為滿足大負(fù)荷或大變形的要求,碟簧可按不同方式組合,可得到不同的負(fù)荷變形特性曲線. B. 分類: 碟形彈簧按結(jié)構(gòu)形式分為A、B兩種。 A型-無(wú)支撐面彈簧 B型-有支撐面彈簧 本設(shè)計(jì)利用碟形彈簧的壓縮作用，確保鼠牙盤(pán)的鎖定而不發(fā)生竄動(dòng)，故選用A型彈簧。 C組合彈簧： 由于摩擦力的阻尼作用，對(duì)組合彈簧各片的變形量一次遞減，因此，組合彈簧的片數(shù)不宜過(guò)多，本設(shè)計(jì)采用兩片。 設(shè)計(jì)中，碟簧屬于靜載荷（總工作時(shí)間內(nèi)載荷變化次數(shù)在次以下） D. 料選擇： 碟簧一般用50CrVA及60或機(jī)械性能與此相近的彈簧剛制造，彈簧的許用應(yīng)力，應(yīng)按負(fù)荷的性質(zhì)選取。a） 當(dāng)受靜負(fù)荷或負(fù)荷變化次數(shù)N<時(shí)， 計(jì)算應(yīng)力：受靜載荷的碟形彈簧，其最大應(yīng)力產(chǎn)生在彈簧內(nèi)徑的上表面I處，其應(yīng)力計(jì)算按： (4-6) 許用應(yīng)力：當(dāng)f=0.75時(shí)，=200240(kg/) 當(dāng)f=時(shí),=260300(kg/) 靜載荷作用下碟形彈簧的許用應(yīng)力以為準(zhǔn).計(jì)算得到的,在f=0.75時(shí),許用應(yīng)力不得超過(guò)19602350Mpa:在f=時(shí), 不得超過(guò)25502940Mpa.超過(guò)此值,在壓強(qiáng)處理和工作中易出現(xiàn)尺寸不穩(wěn)定現(xiàn)象.b) 當(dāng)負(fù)荷變化次數(shù)N>或受變載荷時(shí): 碟形彈簧的計(jì)算應(yīng)力是以錐面最大拉應(yīng)力和力副（對(duì)于之間的應(yīng)力差）為基準(zhǔn)。最大拉應(yīng)力在II點(diǎn)還是在III點(diǎn)，取決于值。 受變載荷的碟簧必須有預(yù)壓變形量，一般=（0.150.2）。次預(yù)壓變形量能防止I點(diǎn)附近產(chǎn)生徑向小裂紋，對(duì)提高壽命也有作用。變載荷作用下單片碟形彈簧的疲勞強(qiáng)度根據(jù)壽命要求、碟簧厚度、計(jì)算得到的最大工作應(yīng)力（對(duì)應(yīng)于工作變形量）和最小工作應(yīng)力（對(duì)應(yīng)于工作變形量）進(jìn)行校核。 E碟形彈簧的設(shè)計(jì)及校核： 根據(jù)刀架轉(zhuǎn)位后的鎖緊力要求（13）N選用碟形彈簧如下： 選用A型中的系列一：18，0.4 碟形彈簧外徑：D=125mm，內(nèi)徑d=65.8mm，厚度=7mm A型碟簧的極限行程：，自由高度H=9.6mm，工作載荷: 。時(shí)最大計(jì)算拉應(yīng)力。 注：（a）支承面寬度 （b）導(dǎo)向面導(dǎo)向表面硬度應(yīng)高于碟簧厚度，導(dǎo)向面粗糟度Ra不得大于1.6um。 （c）碟簧與導(dǎo)向件間的直徑差由d決定。根據(jù)d=65.8介于50.870.8mm之間，取直徑差值0.8mm。 當(dāng)作用力如下圖所示時(shí)，單片碟形彈簧按下式計(jì)算： 圖4-3 碟簧受力與變形曲線 由于碟簧加載和諧振特性曲線不重合，在工作過(guò)程有能量消耗，緩沖和減震性能強(qiáng)，多用于要求緩沖和減震能力強(qiáng)的場(chǎng)合。 極限行程： 彈簧負(fù)荷： (4-7) 當(dāng)時(shí)， 當(dāng)時(shí)， 根據(jù)，查得碟簧的特性曲線如圖4.4： 當(dāng)時(shí)： 計(jì)算應(yīng)力：其中： r=1.338， 帶入上式得： 所以碟簧滿足要求。4.8軸的設(shè)計(jì)校核 常用的軸是圓截面階梯形狀、設(shè)計(jì)中主要考慮的問(wèn)題時(shí)軸的材料、強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)與剛度。4.8.1軸的材料： 軸的材料主要是經(jīng)過(guò)軋制或鍛造的碳鋼或合金鋼，通常用的是碳鋼，其中最廣泛的是45號(hào)鋼，不重要的軸或受力較小的軸，也可以用A3鋼或A5鋼制造。對(duì)于受力較大并要求限制軸的尺寸與重量，或需提高軸頸的耐磨性以及處于高溫、腐蝕等條件下的軸，可采用合金鋼。在一般溫度下，碳鋼合金剛的彈性模量相差很小，故采用合金鋼不能提高軸的強(qiáng)度及剛度。高強(qiáng)度鑄鐵和球墨鑄鐵易得到復(fù)雜的形狀，而且抗振性較高，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低，適用于制造外形復(fù)雜的軸，如曲軸和凸輪軸等。 為了提高軸的強(qiáng)度和耐磨性，可對(duì)軸進(jìn)行多種熱處理和化學(xué)熱處理，以及表面強(qiáng)化處理等。本設(shè)計(jì)中采用45號(hào)鋼軸，調(diào)質(zhì)處理后硬度為HB217255.4.8.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要考慮軸上的零件布置與固定方式，軸承的類型與尺寸，軸的加工與裝配工藝要求，提高最后的強(qiáng)度和高度等。軸的結(jié)構(gòu)采用階梯式，這樣可以使軸上的零件定位可靠、裝拆方便。軸的截面變化（如軸肩、環(huán)槽等），要引起應(yīng)力集中，是多數(shù)軸產(chǎn)生疲勞破壞的部位。為了不致過(guò)分削弱軸的疲勞強(qiáng)度，截面變化不要太大，過(guò)渡圓角半徑不應(yīng)太小。（a） 軸上零件的裝配圖方案，如裝配圖所示：（b） 根據(jù)軸上零件裝拆、軸向定位等要求，確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度。如下圖所示： 圖4-4 軸的結(jié)構(gòu)4.8.3初步估算軸徑： 45號(hào)鋼調(diào)質(zhì)后，。 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件初步確定軸直徑，作為軸的最小直徑。軸在承受扭矩作用下時(shí)，其扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件表示為： (4-8) (4-9) 其中： 扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力 T 軸所傳遞的扭矩， 軸的抗扭剖面模量， N軸的轉(zhuǎn)速，P軸所傳遞的功率，KWD 計(jì)算剖面處軸的直徑， 許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力，查表得：=3040,取35MPa式中：，查表得：，取=110 故：設(shè)計(jì)軸的最小直徑為30mm4.8.4軸的校核：扭矩：同步帶輪產(chǎn)生的壓軸力：Q=650.9N加工時(shí)軸端齒輪對(duì)軸的作用力： 軸的受力分析如圖：豎直方向：水平方向： 其中：A、B均為軸承支承點(diǎn)，E為同步帶輪對(duì)軸的作用點(diǎn)。豎直方向上： 水平方向上： 彎矩圖如下：水平方向： 扭矩： 合成彎矩： (4-10)由此可知：A點(diǎn)為最危險(xiǎn)的點(diǎn)。 (4-11) (4-12)4.9其他零件結(jié)構(gòu)4.9.1行星輪架：材料：45 a) 這種行星輪架主要特點(diǎn)是受載后的變形小，及剛性較好，這一特點(diǎn)有利于行星輪上載荷沿齒寬方向的均勻分布，減小震動(dòng)和噪聲，行星輪軸承安裝在行星齒輪內(nèi)。 b）技術(shù)要求： 1）在行星輪傳動(dòng)中，中心距偏差數(shù)值和方向可能增加行星輪孔距相對(duì)誤差和行星輪架偏心，因此對(duì)中心距偏差要嚴(yán)加限制。 2）各行星輪軸孔的孔距相對(duì)個(gè)行星輪件載荷分配的均勻型影響很大。4.9.2減震部分：由于制動(dòng)銷插入與預(yù)選刀具相關(guān)的缺口而引起撞擊，我們?cè)O(shè)有減震部件，它借助于一些相應(yīng)的彈性元件，如：矩形橡膠墊圈，在兩個(gè)方向上減弱沖擊，由于上述減震部件設(shè)置在定位盤(pán)最大直徑的部位，就能借助于相應(yīng)彈性元件變形而有效地減震，這種變形在轉(zhuǎn)動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍小于三齒盤(pán)圈中兩相鄰間距離時(shí)，就足以將有限的動(dòng)作用力傳遞給相應(yīng)的結(jié)構(gòu)，減震栓與機(jī)壁的配合見(jiàn)裝配圖。減震栓頭部作的斜度，防止突變，使沖擊緩和。4.9.3刀盤(pán)： 材料：45 刀盤(pán)上設(shè)有8個(gè)動(dòng)力刀具安裝孔，刀夾夾緊塊為楔型塊。刀盤(pán)上可安裝各種輔助刀夾，可完成各種復(fù)雜工序的加工。刀盤(pán)是刀架必備配套附件，在加工中易發(fā)熱，所以其上設(shè)有冷卻油通孔。4.9.4制動(dòng)銷： 制動(dòng)銷與缺口配合間隙相當(dāng)小，以便鎖緊刀盤(pán)，使之不可轉(zhuǎn)動(dòng)，制動(dòng)銷下端部銳平面，與缺口配合，依靠壓縮彈簧的彈力，制動(dòng)銷在電磁鐵斷電時(shí)可推出預(yù)定位盤(pán)，鎖緊時(shí)依靠的是電磁鐵的吸合作用。4.9.5嚙合定位介紹： 嚙合定位是一種精密定位方法，通常采用的時(shí)鼠牙盤(pán)定位器，或稱為端面齒盤(pán)定位器，鼠牙盤(pán)定位器的缺點(diǎn)是制造困難，成本高。 在各種型式的步進(jìn)機(jī)構(gòu)中，不可避免的有制造和裝配誤差，摩擦表面的磨損以及運(yùn)動(dòng)慣性等都直接影響機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)精度。為了保證確定的位置精度，通過(guò)在機(jī)構(gòu)中設(shè)置定位機(jī)構(gòu)。對(duì)于位置精度，要求高或工作載荷較大的步進(jìn)式機(jī)械設(shè)備，定位機(jī)構(gòu)更是必須設(shè)置的部件。 設(shè)計(jì)定位機(jī)構(gòu)時(shí)應(yīng)滿足以下要求：（a） 應(yīng)有足夠的定位精度和剛度。（b） 定位精度能夠長(zhǎng)期保持，定位元件小，壽命高。（c） 定