FZ15S五軸加工中心的自動(dòng)換刀裝置
FZ15S五軸加工中心的自動(dòng)換刀裝置,fz15s,加工,中心,自動(dòng),裝置
摘要
隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展和國(guó)防建設(shè)的需要，對(duì)高檔的數(shù)控機(jī)床提出了急迫的大量需求。機(jī)床是一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平的象征。而代表機(jī)床制造業(yè)最高境界的是五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)，從某種意義上說(shuō)，反映了一個(gè)國(guó)家的工業(yè)發(fā)展水平狀況。
長(zhǎng)期以來(lái)，以美國(guó)為首的西方工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，一直把五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)作為重要的戰(zhàn)略物資，實(shí)行出口許可證制度。特別是冷戰(zhàn)時(shí)期，對(duì)中國(guó)、前蘇聯(lián)等社會(huì)主義陣營(yíng)實(shí)行封鎖禁運(yùn)。愛好軍事的朋友可能知道著名的“東芝事件”：上世紀(jì)末，日本東芝公司賣給前蘇聯(lián)幾臺(tái)五軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控銑床，結(jié)果讓前蘇聯(lián)用于制造潛艇的推進(jìn)螺旋槳，上了幾個(gè)檔次，使美國(guó)間諜船的聲納監(jiān)聽不到潛艇的聲音了，所以美國(guó)以東芝公司違反了戰(zhàn)略物資禁運(yùn)政策，要懲處東芝公司。所謂面接觸式加工是指以面接觸成型的加工方式，如端面銑削(磨削)加工．這種加工方式的主要特點(diǎn)是：由于切削點(diǎn)有較高的切削速度，周期進(jìn)給量大，因而它具有較高的加工效率和精度．但由于受成型方式和刀具形狀的影響，它主要適合于中凸曲率變化較平坦的曲面的加工．五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工當(dāng)前和今后研究的重點(diǎn)
所謂線接觸式加工是指加工過(guò)程中以線接觸成型的加工方式，如圓柱周銑、圓錐周銑、樟形窿削及砂帶磨削等．這種加工方式的特點(diǎn)是：由于切削點(diǎn)處切削速度較高，因而可獲得較高的加工精度，同時(shí)，由于是線接觸成型，因而具有較高的加工效率，已發(fā)展到對(duì)任意曲面線接觸加工的研究。
五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的使用，讓工件的裝夾變得容易。加工時(shí)無(wú)需特殊夾具，降低了夾具的成本，避免了多次裝夾，提高模具加工精度。采用五軸技術(shù)加工模具可以減少夾具的使用數(shù)量。另外，由于五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床可在加工中省去許多特殊刀具，所以降低了刀具成本。五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床在加工中能增加刀具的有效切削刃長(zhǎng)度，減小切削力，提高刀具使用壽命，降低成本。
采用五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床加工模具可以很快的完成模具加工，交貨快，更好的保證模具的加工質(zhì)量，使模具加工變得更加容易，并且使模具修改變得容易。在傳統(tǒng)的模具加工中，一般用立式加工中心來(lái)完成工件的銑削加工。隨著模具制造技術(shù)的不斷發(fā)展，立式加工中心本身的一些弱點(diǎn)表現(xiàn)得越來(lái)越明顯?，F(xiàn)代模具加工普遍使用球頭銑刀來(lái)加工，球頭銑刀在模具加工中帶來(lái)好處非常明顯，但是如果用立式加工中心的話，其底面的線速度為零，這樣底面的光潔度就很差，如果使用四、五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床加工技術(shù)加工模具，可以克服上述不足。
關(guān)鍵詞：五軸加工中心機(jī)，驅(qū)動(dòng)，控制
Abstract
Carved from the processing principle of speaking is a kind of drilling and milling, engraving machine data input mode according to the needs of ease. Computer engraving machine with laser engraving and mechanical engraving of the two categories, these two categories have a large power and small power of the points. Because the engraving machine is very wide range of applications, it is necessary to understand the most suitable range of engraving machine application. Small power only suitable for double color plate, building model, small signs, three-dimensional crafts. Because the power is too small and greatly affect the scope of its application. Large power engraving machine engraving machine power can do little things. The most suitable for large-scale cutting, relief, sculpture. In the numerical control machine tool, the electric spindle usually uses the frequency conversion speed regulation method. There are three kinds of control modes, which are ordinary frequency conversion drive and control, vector control drive, control and direct torque control.
The ordinary frequency conversion is the scalar drive and the control, its drive control characteristic is the constant torque drive, the output power and the rotational speed is proportional. The dynamic performance of the common variable frequency control is not good enough, the control performance is poor at low speed, the output power is not stable enough, also does not have the C axis function. But the price is cheap, the structure is simple, generally used for grinding machine and ordinary high speed milling machine, etc..
Vector control technology to imitate the DC motor control, rotor field oriented, with the vector transform method to achieve the drive and control, with good dynamic performance. Vector control drive at the beginning of a great torque value, coupled with the simple structure of the electric spindle itself, the inertia is very small, so the acceleration is large, can be achieved immediately after the start to allow limit speed. The drive and open loop and closed loop two. The latter can be achieved with position and velocity feedback, not only has a better dynamic performance, also can realize the C shaft power; and the dynamic performance of the former is a bit poor, also do not have c axis function, but the price is relatively cheap.
Key words: engraving machine, drive, control
目錄
第一章 緒論 2
第二章五軸加工中心機(jī)簡(jiǎn)介 3
2.1五軸加工中心機(jī)發(fā)展?fàn)顩r 3
2.2刀具庫(kù)的類型及結(jié)構(gòu) 5
第三章 設(shè)計(jì)方案 8
3.1刀具庫(kù)結(jié)構(gòu)選擇 8
3.2旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 10
3.3棘輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 11
第四章 相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算 11
4.1 減速機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算 12
4.1.1研究?jī)?nèi)容 12
4.1.2擬訂傳動(dòng)方案 13
4.1.3 電動(dòng)機(jī)的選擇 14
4.1.4 確定傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)比及其分配 16
4.1.5 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 16
4.2 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算 17
4.2.1 蝸輪蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì) 17
4.2.2確定傳動(dòng)的主要尺寸 20
4.2電機(jī)選型計(jì)算 25
4.3 軸的設(shè)計(jì) 26
4.3.1 蝸輪軸的設(shè)計(jì) 26
4.3.2 軸的結(jié)構(gòu)見圖3.3所示 31
4.3.3 蝸桿軸的設(shè)計(jì) 32
4.4 蝸輪軸的軸承的選擇和計(jì)算 33
4.5 減速器鑄造箱體的主要結(jié)構(gòu)尺寸（單位：mm） 34
總結(jié) 37
致謝 37
參考文獻(xiàn) 38
第一章 緒論
五軸加工中心從加工原理上講是一種鉆銑組合加工，五軸加工中心機(jī)多種數(shù)據(jù)輸入模式根據(jù)需要游刃有余。的五軸加工中心和2個(gè)范疇的機(jī)械五軸加工中心計(jì)算機(jī)五軸加工中心機(jī)，這些兩種大力量和小力量。因?yàn)樵谖遢S加工中心機(jī)應(yīng)用的非常寬的范圍，那需要理解機(jī)械五軸加工中心的應(yīng)用的范圍。用小小的力量適合雙排的建筑的模型，小的簽名，三次元技能。這是一個(gè)很大影響的范圍。可以做大的電力五軸加工中心機(jī)機(jī)器功率的五軸加工中心的小東西。最適合的大規(guī)模的切割的浮雕五軸加工中心。在數(shù)值控制工作機(jī)器中，電動(dòng)主軸通常使用速度調(diào)節(jié)速度的速度。控制模式的三種類型，通常的轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)的矢量控制驅(qū)動(dòng)，控制，及直接扭矩控制。
通常的變換轉(zhuǎn)換標(biāo)量驅(qū)動(dòng)，那個(gè)驅(qū)動(dòng)控制特性驅(qū)動(dòng)一定的轉(zhuǎn)矩，輸出功率和轉(zhuǎn)速的比例。一般的變量性能不充分的話，控制性能低，輸出功率不穩(wěn)定，具有c軸功能。但是價(jià)格便宜，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一般使用的研磨盤和通常的高速銑床等。
對(duì)直流馬達(dá)控制的矢量控制技術(shù)的方向的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)矢量驅(qū)動(dòng)和控制的方法，具有良好的動(dòng)態(tài)性能。在大大的轉(zhuǎn)矩值的第一次的軸和矢量控制驅(qū)動(dòng)電動(dòng)主軸本身的質(zhì)樸的構(gòu)造，慣性力非常小，因此加速了速度限制。驅(qū)動(dòng)和開放圈和封閉環(huán)的2個(gè)。以后者的位置和速度反饋可以達(dá)到，具有更好的動(dòng)態(tài)性能，能夠?qū)崿F(xiàn)c軸力，原來(lái)的運(yùn)動(dòng)性能稍微可憐，沒(méi)有c軸功能，但是，價(jià)格比較便宜。直接轉(zhuǎn)矩控制是繼矢量控制技術(shù)之后發(fā)展起來(lái)的又一種新型的高性能交流調(diào)速技術(shù)，其控制思想新穎，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔明了，更適合于高速電主軸的驅(qū)動(dòng)，更能滿足高速電主軸高轉(zhuǎn)速、寬調(diào)速范圍、高速瞬間準(zhǔn)停的動(dòng)態(tài)特性和靜態(tài)特性的要求，已成為交流傳動(dòng)領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)技術(shù)。
1、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器+步進(jìn)電機(jī)
步進(jìn)系統(tǒng)是目前市面上使用最多的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，最受歡迎的是三相混合式步進(jìn)電機(jī)，約占90%以上的市場(chǎng)份額，究其原因是價(jià)格便宜，配上雷賽高細(xì)分驅(qū)動(dòng)器后效果良好。但缺陷也比較明顯，例如：共振、噪音、轉(zhuǎn)速提高力矩降低、長(zhǎng)時(shí)間工作容易丟步、電機(jī)溫升過(guò)高等。
2、混合伺服驅(qū)動(dòng)器+電機(jī)
混合伺服在國(guó)內(nèi)的使用一直沒(méi)有普及，究其原因有很多，國(guó)外的做混合伺服的廠家不多，而價(jià)格相對(duì)于交流伺服相比沒(méi)有非常大的優(yōu)勢(shì)，只能在一些特殊的行業(yè)中使用。改進(jìn)有：提高高速性能、減少發(fā)熱，減少共振。
3、交流伺服驅(qū)動(dòng)器+交流伺服電機(jī)
交流伺服在五軸加工中心機(jī)的使用還是比較少的，主要原因是價(jià)格比較高，另外交流伺 服的應(yīng)用對(duì)于機(jī)床的結(jié)構(gòu)、電器、控制系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)都有一定的要求，就像木桶原理一樣，最短的那塊板決定了木桶盛水的量，因些交流伺服一般都是應(yīng)用于高端 的機(jī)型。交流伺服具有：響應(yīng)快、力矩大、高轉(zhuǎn)速、高精度、發(fā)熱少，持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間工作，齊全的報(bào)警系統(tǒng)等。缺點(diǎn)：不同的設(shè)備要用不同的伺服參數(shù)，調(diào)節(jié)參數(shù)要求 高水平的技術(shù)工程師。
第二章五軸加工中心機(jī)簡(jiǎn)介
2.1五軸加工中心機(jī)發(fā)展?fàn)顩r
隨著人們對(duì)廣告五軸加工中心機(jī)的認(rèn)識(shí)和掌握，應(yīng)用范圍和應(yīng)用水平也會(huì)逐步提高，如廣告業(yè)、 印章業(yè)、工藝禮品業(yè)、藝術(shù)模型業(yè)、木器加工業(yè)、模具業(yè)等等?？杉庸さ牟牧习▉喛肆?、雙色板、PVC、ABS板、石材、仿石材、金屬、鋁塑板等各種材料。
廣告業(yè)：雕塑、各種標(biāo)志、標(biāo)簽、大理石、銅矩陣，每一個(gè)字體的標(biāo)記、商標(biāo)、金屬材料等。
手工業(yè)、工藝品、紀(jì)念品，每一次系統(tǒng)的人物、圖形、鐵藝術(shù)雕塑、撥號(hào)。
模具加工：建筑模型，模型，熱沖壓，電波，微注塑成型，鞋，徽章，壓紋模具，餅干，巧克力和糖果。
密封：角板、木材、塑料、有機(jī)、方便的安裝墊材料，如存儲(chǔ)系統(tǒng)、時(shí)間戳。
應(yīng)用材料與應(yīng)用
中國(guó)剪紙、賀卡、賀卡、花崗巖、大理石、花崗巖、玻璃、水晶、雕塑、裝飾材料等。
刺繡，其工作原理為發(fā)射高強(qiáng)度振鏡，先進(jìn)控制，軌跡生成各種五軸加工中心織物布，孔引領(lǐng)時(shí)尚潮流。它不是同一質(zhì)量的繡花機(jī)刺繡。
首先，從對(duì)繡花機(jī)的視覺(jué)設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，一個(gè)一個(gè)在不同面料的服裝顏色的結(jié)合，色彩模式是結(jié)合質(zhì)量繡花”、“控制系統(tǒng)的服裝面料加工的顏色，以同色面料的深度層次方法繡織物”，“彩色褶皺。這種面料在自然界中是獨(dú)一無(wú)二的，不可能是任何設(shè)計(jì)師，自然，簡(jiǎn)約的風(fēng)格。
其次，從刺繡機(jī)的表現(xiàn)形式和特點(diǎn)出發(fā)，單行定義，不能表達(dá)基本上連續(xù)的束細(xì)膩的刺繡的設(shè)計(jì)“，也很高，所以只是互補(bǔ)的繡花和五軸加工中心機(jī)。作為一個(gè)女人我今年夏天在鏤空?qǐng)D案，直接影響模型的光學(xué)方法，所有的處理單元的成本增加10至20元，而且供不應(yīng)求。時(shí)尚的產(chǎn)品新鮮度，它必須在時(shí)尚。目前應(yīng)用的牛仔加工產(chǎn)業(yè)技術(shù)我們是花的牛仔服裝生產(chǎn)，如貓的胡須在各種效果，漂白效率，節(jié)能，相信在不久的將來(lái)污染的優(yōu)越性，代替沙道，牛仔。電腦五軸加工中心機(jī) 由計(jì)算機(jī)，五軸加工中心機(jī)控制器，五軸加工中心機(jī)主機(jī)三部分組成。工作原理：是通過(guò)計(jì)算機(jī)內(nèi)配置的專用五軸加工中心軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)和排版，并由計(jì)算機(jī)把設(shè)計(jì)與排版的信息自動(dòng)傳送至雕 刻機(jī)控制器中，再由控制器把這些信息轉(zhuǎn)化成能驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的帶有功率的信號(hào)(脈沖串)，控制五軸加工中心機(jī)主機(jī)生成X，Y，Z三軸的五軸加工中心走刀路基徑。同 時(shí)，五軸加工中心機(jī)上的高速旋轉(zhuǎn)五軸加工中心頭，通過(guò)按加工材質(zhì)配置的刀具，對(duì)固定于主機(jī)工作臺(tái)上的加工材料進(jìn)行切削，即可五軸加工中心出在計(jì)算機(jī)中設(shè)計(jì)的各種平面或立體的浮雕圖 形及文字，實(shí)現(xiàn)五軸加工中心自動(dòng)化作業(yè)。五軸加工中心機(jī)多種數(shù)據(jù)輸入模式根據(jù)需要游刃有余。它可以兼容以色列的Castmate、英國(guó)的ArtCAM、法國(guó)的Type3、北京文泰等國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的五軸加工中心軟件，還可以兼容精雕機(jī)ENG格式的JD軟件。
五軸加工中心機(jī)圓弧優(yōu)化指令能根據(jù)加工工件的特點(diǎn)自動(dòng)消除速度振紋。傳統(tǒng)的CNC 控制系統(tǒng)常常存在以下問(wèn)題:曲線速度比直線速度慢，曲線精度比直線差，做三維浮雕時(shí)機(jī)器抖動(dòng)非常厲害且速度慢，精度差等。本控制系統(tǒng)的應(yīng)用徹底解決了這一 難題，既提高了加工效率(加工時(shí)間可縮短30%-300%)，又可以消除速度振紋，提高加工質(zhì)量。
五軸加工中心機(jī)采用加寬高精度圓柱形直線導(dǎo)軌，穩(wěn)定性好，精度高。加工行程大于160毫米，高于其他設(shè)備，特別適合制作吸塑模具，承攬半成品加工等，使得工作不像其他五軸加工中心機(jī)那樣僅僅局限對(duì)PVC，亞克力等加工。
五軸加工中心機(jī)在加工過(guò)程中，可以動(dòng)態(tài)調(diào)整加工深度。在加工過(guò)程中，可以動(dòng)態(tài)調(diào)整加工速度和入刀速度。五軸加工中心機(jī)完全由卡特自行設(shè)計(jì)的嵌入式CNC控制器，可在惡劣環(huán)境中使用。工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的總線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保證控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。
2.2刀具庫(kù)的類型及結(jié)構(gòu)
產(chǎn)業(yè)：五軸加工中心的廣告，簽名，標(biāo)簽，大理石，黑客帝國(guó)的銅，標(biāo)志，商標(biāo)的各自字體，作為這樣的金屬材料。
工業(yè)工藝品，工藝品，禮品，時(shí)間為系統(tǒng)的文字，圖形，藝術(shù)五軸加工中心鐵，拔號(hào)。
加工：建筑模型、模具、壓印電動(dòng)射出成形、鞋、徽章、軋花、餅干、巧克力、甜點(diǎn)。
木：木，塑膠，有機(jī)，儲(chǔ)存系統(tǒng)百里香。方便的
應(yīng)用材料和應(yīng)用
在中國(guó)紙，有一張卡片大理石。
刺繡和煅燒鏡，高度控制振動(dòng)高強(qiáng)度器的那項(xiàng)工作原理，以各種各樣的織物的軌跡引領(lǐng)時(shí)尚和趨勢(shì)的大廳。那不是刺繡縫紉刺繡的同樣的品質(zhì)。
首先，從刺繡機(jī)的視覺(jué)設(shè)計(jì)的角度，1個(gè)不同的表面質(zhì)地的禮服的顏色的結(jié)合，顏色的圖形，大量的刺繡』的組合的組合的組合的顏色，刺繡的織物的顏色，刺繡的fabric，同樣的顏色的表面的質(zhì)地的顏色的表面的顏色。在自然中獨(dú)特的，什么設(shè)計(jì)師，不做的自然，單純的風(fēng)格。
其次，表現(xiàn)形式和刺繡機(jī)的特征，1行的定義，實(shí)質(zhì)地連續(xù)的光束的纖細(xì)刺繡的設(shè)計(jì)不成，又，「互補(bǔ)刺繡和五軸加工中心機(jī)。作為女性，我在這個(gè)夏季的水印圖案的下，直接影響模式的光學(xué)的方法是，所有的處理單元成本的10 - 20元增加，不過(guò)，供給不足。時(shí)尚產(chǎn)品的新鮮，要成為時(shí)尚。牛仔布的加工產(chǎn)業(yè)技術(shù)的應(yīng)用的現(xiàn)狀是牛仔布的服裝的生產(chǎn)的花，影響的各種各樣的貓的胡須的，漂白效率，省能源，近將來(lái)的污染的優(yōu)勢(shì)性，砂之道的地方，牛仔。2：保證刀柄槽在換刀位置上的軸向位置精度。
3：消除反向間隙的影響。
1．自動(dòng)換刀過(guò)程
上一工序加工完畢，主軸在“準(zhǔn)停”位置，由自動(dòng)換刀，其過(guò)程如下：
（1）刀套下轉(zhuǎn)90°
本機(jī)床的刀庫(kù)位于立柱左側(cè)，刀具在刀庫(kù)中的安裝方向與主軸垂直。換刀之前，刀庫(kù)轉(zhuǎn)動(dòng)將待換刀具送到換刀位置，之后把帶有刀具的刀套向下翻轉(zhuǎn)90°，使得刀具軸線與主軸線平行。
（2）機(jī)械手逆時(shí)針轉(zhuǎn)75°
在機(jī)床切削加工時(shí)，機(jī)械手的手臂與主軸中心到換刀位置的刀具中心線的連線成-75°，該位置為機(jī)械手的原始位置。機(jī)械手換刀的第一個(gè)動(dòng)作是逆時(shí)針轉(zhuǎn)75°，兩手爪分別抓住刀庫(kù)上和主軸上的刀柄。
（3）刀具松開
機(jī)械手抓住主軸刀具的刀柄后，刀具的自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)松開刀具。
（4）機(jī)械手拔刀
機(jī)械手下降，同時(shí)拔出兩把刀具。
（5）交換兩刀具位置
機(jī)械手帶著兩把刀具逆時(shí)針轉(zhuǎn)180°，使主軸刀具與刀庫(kù)刀具交換位置。
（6）機(jī)械手插刀
機(jī)械手上升，分別把刀具插入主軸錐孔和刀套中。
（7）刀具夾緊
刀具插入主軸錐孔后，刀具的自動(dòng)夾緊機(jī)構(gòu)夾緊刀具。
（8）機(jī)械手順時(shí)針轉(zhuǎn)180°
液壓缸返回驅(qū)動(dòng)機(jī)械手順時(shí)針轉(zhuǎn)180°。
（9）機(jī)械手順時(shí)針再轉(zhuǎn)75°
機(jī)械手順時(shí)針再轉(zhuǎn)75°，回到原始位置。
（10）刀套順時(shí)針上轉(zhuǎn)90°
刀套帶著刀具順時(shí)針向上轉(zhuǎn)90°，為下一次選刀做準(zhǔn)備。
2．刀庫(kù)結(jié)構(gòu)
如刀庫(kù)系統(tǒng)圖所示，當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀指令后，直流伺服電動(dòng)機(jī)接通，其運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)十字聯(lián)軸節(jié)、蝸桿、蝸輪傳到刀盤，刀盤帶動(dòng)其上面的16個(gè)刀套轉(zhuǎn)動(dòng)，完成選刀的工作。每個(gè)刀套尾部有一個(gè)滾子，當(dāng)待換刀具轉(zhuǎn)到換刀位置時(shí)，滾子進(jìn)入撥叉的槽內(nèi)。同時(shí)氣缸的下腔通壓縮空氣，活塞桿帶動(dòng)撥叉上升，放開位置開關(guān)，用以斷開相關(guān)的電路，防止刀庫(kù)、主軸等有誤動(dòng)作。撥叉在上升的過(guò)程中，帶動(dòng)刀套繞著銷軸逆時(shí)針向下翻轉(zhuǎn)90°，從而使刀具軸線與主軸軸線平行。
刀套下轉(zhuǎn)90°后，撥叉上升到終點(diǎn)，壓住定位開關(guān)，發(fā)出信號(hào)使機(jī)械手抓刀。通過(guò)圖中的螺桿，可以調(diào)整撥叉的行程，而撥叉的行程又決定刀具軸線相對(duì)主軸軸線的位置。
刀套的錐孔尾部有兩個(gè)球頭銷釘。在螺紋套與球頭銷之間裝有彈簧，當(dāng)?shù)毒卟迦氲短缀?，由于彈簧刀的作用，使刀柄被夾緊。擰動(dòng)螺紋套，可以調(diào)整夾緊力的大小，當(dāng)?shù)短自诘稁?kù)中處于水平位置時(shí)，靠刀套上部的滾子來(lái)支承。
第三章 設(shè)計(jì)方案
3.1刀具庫(kù)結(jié)構(gòu)選擇
使用CNC五軸加工中心機(jī)加工產(chǎn)品使用的刀具型號(hào)多種多樣，而且五軸加工中心的材料非常廣泛，硬到各類金屬、大理石，軟到PVC、發(fā)泡板、有機(jī)玻璃等。一句話，五軸加工中心什么材質(zhì)的產(chǎn)品，就要使用什么樣的刀具。加工一個(gè)好的產(chǎn)品，只有一把好的刀具是不夠的，還要看看刀具的型號(hào)、尺寸、刀具、材質(zhì)、參數(shù)是否合適。所以用戶需要了解刀具。
目前，五軸加工中心機(jī)加工的產(chǎn)品越來(lái)越復(fù)雜，最終用戶對(duì)產(chǎn)品的要求越來(lái)越高。要完成一個(gè)產(chǎn)品的加工，一般都需要使用多把刀具、多個(gè)工序才能實(shí)現(xiàn)。因此，用戶需要對(duì)許多刀具進(jìn)行管理。
本設(shè)計(jì)采用旋轉(zhuǎn)刀架庫(kù)結(jié)構(gòu)，如上圖所示，刀具盤有10個(gè)刀位，可以容納10把刀具，刀具通過(guò)刀架固定在刀架盤上，刀架結(jié)構(gòu)如下圖所示：
夾持鉤；2，螺栓組建；3，彈簧
刀架盤由1，2,3三部分組成，在空載狀態(tài)下，彈簧講夾持鉤頂住，使得前部處于加緊狀態(tài)從而將刀具進(jìn)行固定。當(dāng)?shù)毒弑蝗∽邥r(shí)，在彈性力作用下刀具能夠平穩(wěn)地移動(dòng)，而不需要另外的傳送機(jī)構(gòu)。
3.2旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
刀架盤；2，固定螺栓；3，軸承；4，套筒；5，旋轉(zhuǎn)軸
如上圖所示，刀架和刀具被固定在刀架盤上，刀架盤通過(guò)螺栓固定在旋轉(zhuǎn)軸上，旋轉(zhuǎn)軸與套筒之間通過(guò)軸承連接，使得旋轉(zhuǎn)軸可以帶動(dòng)刀架盤進(jìn)行自由旋轉(zhuǎn)。
3.3棘輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
1棘輪；2，驅(qū)動(dòng)輪
如上圖所示，驅(qū)動(dòng)輪在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中帶動(dòng)棘輪旋轉(zhuǎn)，棘輪帶動(dòng)3.2節(jié)中旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)刀架盤的步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。棘輪帶有10個(gè)運(yùn)動(dòng)槽，保證刀架盤的每個(gè)刀具能夠步進(jìn)式運(yùn)動(dòng)。
第四章 相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算
本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求機(jī)械零件的設(shè)計(jì)是整個(gè)機(jī)器設(shè)計(jì)工作中的一項(xiàng)重要的具體內(nèi)容，因此，必須從機(jī)器整體出發(fā)來(lái)考慮零件的設(shè)計(jì)計(jì)算，而如果零件的結(jié)構(gòu)不合理，則不僅不能省工省料，甚至使相互組合的零件不能裝配成合乎機(jī)器工作和維修要求的良好部件，或者根本裝不起來(lái)。
機(jī)器的經(jīng)濟(jì)性是一個(gè)綜合性指標(biāo)，設(shè)計(jì)機(jī)器時(shí)應(yīng)最大限度的考慮經(jīng)濟(jì)性。提高設(shè)計(jì)制造經(jīng)濟(jì)性的主要途徑有：①盡量采用先進(jìn)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論個(gè)方法，力求參數(shù)最優(yōu)化，以及應(yīng)用CAD技術(shù)，加快設(shè)計(jì)進(jìn)度，降低設(shè)計(jì)成本；②合理的組織設(shè)計(jì)和制造過(guò)程；③最大限度地采用標(biāo)準(zhǔn)化、系列化及通用化零部件；④合理地選擇材料，改善零件的結(jié)構(gòu)工藝性，盡可能采用新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝和新技術(shù)，使其用料少、質(zhì)量輕、加工費(fèi)用低、易于裝配⑤盡力改善機(jī)器的造型設(shè)計(jì)，擴(kuò)大銷售量。
提高機(jī)器使用經(jīng)濟(jì)性的主要途徑有：①提高機(jī)器的機(jī)械化、自動(dòng)化水平，以提高機(jī)器的生產(chǎn)率和生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量；②選用高效率的傳動(dòng)系統(tǒng)和支承裝置，從而降低能源消耗和生產(chǎn)成本；③注意采用適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)、潤(rùn)滑和密封裝置，以延長(zhǎng)機(jī)器的使用壽命，并避免環(huán)境污染。
機(jī)器在預(yù)定工作期限內(nèi)必須具有一定的可靠性。提高機(jī)器可靠度的關(guān)鍵是提高其組成零部件的可靠度。此外，從機(jī)器設(shè)計(jì)的角度考慮，確定適當(dāng)?shù)目煽啃运?，力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，減少零件數(shù)目，盡可能選用標(biāo)準(zhǔn)件及可靠零件，合理設(shè)計(jì)機(jī)器的組件和部件以及必要時(shí)選取較大的安全系數(shù)等，對(duì)提高機(jī)器可靠度也是十分有效的。
4.1 減速機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1.1研究?jī)?nèi)容
（1）蝸輪蝸桿減速器的特點(diǎn)
蝸輪蝸桿減速器的特點(diǎn)是具有反向自鎖功能，可以有較大的減速化，輸入軸和輸出軸不在同一軸線上，也不在同一平面上。但是一般體積較大，傳動(dòng)效率不高，精度不高。 蝸輪蝸桿減速器是以蝸桿為主動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)和制動(dòng)的一種機(jī)械裝置。當(dāng)蝸桿作為傳動(dòng)裝置時(shí)，在蝸輪蝸桿共同作用下，使機(jī)器運(yùn)行起來(lái)，在此過(guò)程中蝸桿傳動(dòng)基本上克服了以往帶傳動(dòng)的摩擦損耗；在蝸桿作為制動(dòng)裝置時(shí)，蝸輪，蝸桿的嚙合，可使機(jī)器在運(yùn)行時(shí)停下來(lái)，這個(gè)過(guò)程中蝸桿蝸輪的嚙合靜摩擦達(dá)到最大，可使運(yùn)動(dòng)中的機(jī)器在瞬間停止。在工業(yè)生產(chǎn)中既節(jié)省了時(shí)間又增加了生產(chǎn)效率，而在工藝裝備的機(jī)械減速裝置，深受用戶的美譽(yù)，是眼前當(dāng)代工業(yè)裝備實(shí)現(xiàn)大小扭矩，大速比，低噪音，高穩(wěn)定機(jī)械減速傳動(dòng)獨(dú)攬裝置的最佳選擇。
（2）方案擬訂
A、箱體
(1)：蝸輪蝸桿箱體內(nèi)壁線的確定； (2)：軸承孔尺寸的確定；
(3)：箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
a.箱體壁厚及其結(jié)構(gòu)尺寸的確定 b. 軸承旁連接螺栓凸臺(tái)結(jié)構(gòu)尺寸的確定
c.確定箱蓋頂部外表面輪廓 d. 外表面輪廓確定箱座高度和油面
e. 輸油溝的結(jié)構(gòu)確定 f. 箱蓋、箱座凸緣及連接螺栓的布置
B、軸系部件
(1) 蝸輪蝸桿減速器軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
a. 軸的徑向尺寸的確定 b. 軸的軸向尺寸的確定
(2)軸系零件強(qiáng)度校核
a. 軸的強(qiáng)度校核 b. 滾動(dòng)軸承壽命的校核計(jì)算
C、減速器附件
a.窺視孔和視孔蓋 b. 通氣器 c. 軸承蓋 d. 定位銷
e. 油面指示裝置 f. 油塞 g. 起蓋螺釘 h. 起吊裝置
4.1.2擬訂傳動(dòng)方案
本傳動(dòng)裝置用于帶式運(yùn)輸機(jī)，工作參數(shù)：運(yùn)輸帶工作拉力F=3KN，工作速度=1.2m/s，滾筒直徑D=310mm，傳動(dòng)效率η=0.96，（包括滾筒與軸承的效率損失）兩班制，連續(xù)單向運(yùn)轉(zhuǎn)，載荷較平穩(wěn)；使用壽命8年。環(huán)境最高溫度80℃。本設(shè)計(jì)擬采用蝸輪蝸桿減速器，傳動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖6.1所示。
圖6.1 傳動(dòng)裝置簡(jiǎn)圖
1—電動(dòng)機(jī) 2、4—聯(lián)軸器 3—級(jí)蝸輪蝸桿減速器
5—傳動(dòng)滾筒 6—輸送帶
4.1.3 電動(dòng)機(jī)的選擇
（1）選擇電動(dòng)機(jī)的類型
按工作條件和要求，選用一般用途的Y系列三相異步電動(dòng)機(jī),封閉式結(jié)構(gòu),電壓380V。
（2）選擇電動(dòng)機(jī)的功率
電動(dòng)機(jī)所需的功率 = /
式中 —工作機(jī)要求的電動(dòng)機(jī)輸出功率，單位為KW；
η—電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)之間傳動(dòng)裝置的總效率；
—工作機(jī)所需輸入功率，單位為KW；
輸送機(jī)所需的功率輸送機(jī)所需的功率P=Fv／1000·w
=3000×1.2／1000×0.8=4.5 kW
電動(dòng)機(jī)所需的功率= ／
= =0.99×0.99×0.8×0.99×0.99≈0.76
=4.5／0.8=5.92kW
查表，選取電動(dòng)機(jī)的額定功率=7.5kw。
（3）選擇電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速
傳動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)速==73.96 r/min由表推薦的傳動(dòng)比的合理范圍，取蝸輪蝸桿減速器的傳動(dòng)比=10~40，故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為：
= n=（10~40）×73.96=740-2959r/min
符合這范圍的電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速有750、1000、1500、3000 r/min四種，現(xiàn)以同步轉(zhuǎn)速1000 r/min和1500 r/min兩種常用轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行分析比較。
綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸、重量、價(jià)格、傳動(dòng)比及市場(chǎng)供應(yīng)情況，選取比較合適的方案，現(xiàn)選用型號(hào)為Y132M—4。
4.1.4 確定傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)比及其分配
減速器總傳動(dòng)比及其分配：
減速器總傳動(dòng)比i=／=1440／73.96=19.47
式中i—傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比
—工作機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位r/min
—電動(dòng)機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速，單位r/min
4.1.5 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)
（1）各軸的輸入功率
軸ⅠP= P=5.92×0.99×0.99=5.8kW
軸ⅡP= P=5.8×0.99×0.99×0.8=4.54kW
（2）各軸的轉(zhuǎn)速
電動(dòng)機(jī)： =1440 r/min
軸Ⅰ：n= =1440 r/min
軸Ⅱ：n==1440／19.47=73.96 r/min
（3）各軸的輸入轉(zhuǎn)矩
電動(dòng)機(jī)軸：=9550pd/nm=9550×5.92／1440=39.26Nm
軸Ⅰ：T= 9550p1/n1=9550×5.8/1440=38.46Nm
軸Ⅱ：T= 9550p2/n2=9550×4.54/73.96=586.22Nm
上述計(jì)算結(jié)果匯見表3-1
表3-1傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)
輸入功率（kW）
轉(zhuǎn)速n（r/min）
輸入轉(zhuǎn)矩（Nm）
傳動(dòng)比
效率
電動(dòng)機(jī)軸
5.92
1440
39.26
1
0.98
軸Ⅰ
5.8
1440
38.36
19.47
0.784
軸Ⅱ
4.54
73.96
586.22
4.2 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.2.1 蝸輪蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)
根據(jù)GB/T10085-1988的推薦，采用漸開線蝸桿（ZI）蝸桿材料選用45鋼，整體調(diào)質(zhì)，表面淬火，齒面硬度45~50HRC。蝸輪齒圈材料選用ZCuSn10Pb1，金屬模鑄造，滾銑后加載跑合，8級(jí)精度，標(biāo)準(zhǔn)保證側(cè)隙c。
1.按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)公式≥mm
選z1，z2：
查表7.2取z1=2，
z2= z1×n1／n2=2×1440／73.96=38.94≈39.
z2在30～64之間，故合乎要求。
初估=0.82
（2）蝸輪轉(zhuǎn)矩T2：
T2=T1×i×=9.55×106×5.8×19.47×0.82／1440=614113.55 Nmm
（3）載荷系數(shù)K：
因載荷平穩(wěn)，查表7.8取K=1.1
（4）材料系數(shù)ZE
查表7.9，ZE=156
（5）許用接觸應(yīng)力[0H]
查表7.10，[0H]=220 Mpa
N=60×jn2×Lh=60×73.96×1×12000=5.325×107
ZN===0.81135338
[H]=ZN[0H]= 0.81135338×220=178.5 Mpa
（6）md1：
md1≥ =1.1×614113.55×=2358.75mm
（7）初選m，d1的值：
查表7.1取m=6.3 ，d1=63
md1=2500.47〉2358.75
（8）導(dǎo)程角
tan= =0.2
=arctan0.2=11.3°
（9）滑動(dòng)速度Vs
Vs= =4.84m/s
（10）嚙合效率
由Vs=4.84 m/s查表得 ν=1°16′
1 ==0.2/0.223=0.896
（11）傳動(dòng)效率
取軸承效率 2=0.99 ，攪油效率3=0.98
=1×2×3=0.896×0.99×0.98=0.87
T2=T1×i×=9.55×106×5.8×19.47×0.87／1440=651559.494Nmm
（12）檢驗(yàn)md1的值
md1≥=0.×651559.494×=1820＜2500.47
原選參數(shù)滿足齒面接觸疲勞強(qiáng)度要求
4.2.2確定傳動(dòng)的主要尺寸
m=6.3mm，=63mm，z1=2，z2=39
中心距a
a==154.35mm
(2)蝸桿尺寸
分度圓直徑d1 d1=63mm
齒頂圓直徑da1 da1=d1+2ha1=(63+2×6.3)=75.6mm
齒根圓直徑df1 df1=d1﹣2hf=63﹣2×6.3
(1+0.2)=47.88mm
導(dǎo)程角 tan=11.30993247° 右旋
軸向齒距 Px1=πm=3.14×6.3=19.78mm
齒輪部分長(zhǎng)度b1 b1≥m(11+0.06×z2)=6.3×(11+0.06×39)=84.04mm
取b1=90mm
(2)蝸輪尺寸
分度圓直徑d2 d2=m×z2=6.3×39=245.7mm
齒頂高 ha2=ha*×m=6.3×1=6.3mm
齒根高 hf2= (ha*+c*)×m=(1+0.2)×6.3=7.56mm
齒頂圓直徑da2 da2=d2+2ha2=245.7+2×6.3×1.2=230.58mm
齒根圓直徑df2 df2=d2﹣2m(ha*+c*)=384﹣19.2=364.8mm
導(dǎo)程角 tan=11.30993247° 右旋
軸向齒距 Px2=Px1=π m=3.14×6.3=19.78mm
蝸輪齒寬b2 b2=0.75da1=0.75×75.6=56.7mm
齒寬角 sin(α/2)=b2/d1=56.7／63=0.9
蝸輪咽喉母圓半徑 rg2=a—da2／2=154.35﹣129.15=25.2mm
(3)熱平衡計(jì)算
①估算散熱面積A
A=
②驗(yàn)算油的工作溫度ti
室溫：通常取。
散熱系數(shù)：Ks=20 W/(㎡·℃)。
73.45℃＜80℃
油溫未超過(guò)限度
（4） 潤(rùn)滑方式
根據(jù)Vs=4.84m/s，查表7.14，采用浸油潤(rùn)滑，油的運(yùn)動(dòng)粘度V40℃=350×10-6㎡/s
(5)蝸桿、蝸輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(單位：mm)
①蝸輪軸的設(shè)計(jì)
最小直徑估算
dmin≥c×
c查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表11.3得 c=120 dmin≥=120× =47.34
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》表11.5，選dmin=48
d1= dmin+2a =56 a≥(0.07～0.1) dmin=4.08≈4
d2=d1+ (1～5)mm=56+4=60
d3=d2+ (1～5)mm=60+5=65
d4=d3+2a=65+2×6=77 a≥(0.07～0.1) d3=5.525≈6
h由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表11.4查得 h=5.5
b=1.4h=1.4×5.5=7.7≈8
d5=d4﹣2h=77﹣2×5.5=66
d6=d2=60
l1=70+2=72
②蝸桿軸的設(shè)計(jì)
最小直徑估算
dmin≥c× = 120×=19.09 取dmin=30
d1=dmin+2a=20+2×2.5=35 a=(0.07～0.1)dmin
d2=d1+(1～5)=35+5=40
d3=d2+2a=40+2×2=44 a=(0.07～0.1)d2
d4=d2=40
h查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表11.4
蝸桿和軸做成一體，即蝸桿軸。蝸輪采用輪箍式，青銅輪緣與鑄造鐵心采用H7/s6配合，并加臺(tái)肩和螺釘固定，螺釘選6個(gè)
幾何尺寸計(jì)算結(jié)果列于下表：
名 稱
代號(hào)
計(jì)算公式
結(jié) 果
蝸桿
中 心 距
=
a=154.35
傳 動(dòng) 比
i=19.47
蝸桿分度圓
柱的導(dǎo)程角
蝸桿軸向壓力角
標(biāo)準(zhǔn)值
齒 數(shù)
z1=2
分度圓直徑
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
=47.88
蝸桿螺紋部分長(zhǎng)度
名 稱
代號(hào)
計(jì)算公式
結(jié) 果
蝸輪
中 心 距
=
a=154.35
傳 動(dòng) 比
i=19.47
蝸輪端面
壓力角
標(biāo)準(zhǔn)值
蝸輪分度圓柱螺旋角
o
齒 數(shù)
=
=39
分度圓直徑
齒頂圓直徑
=258.3
齒根圓直徑
蝸輪最大
外圓直徑
4.2電機(jī)選型計(jì)算
（1）選擇電動(dòng)機(jī)的類型
按工作條件和要求，選用一般用途的Y系列三相異步電動(dòng)機(jī),封閉式結(jié)構(gòu),電壓380V。
（2）選擇電動(dòng)機(jī)的功率
電動(dòng)機(jī)所需的功率 = /
式中 —工作機(jī)要求的電動(dòng)機(jī)輸出功率，單位為KW；
η—電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)之間傳動(dòng)裝置的總效率；
—工作機(jī)所需輸入功率，單位為KW；
輸送機(jī)所需的功率輸送機(jī)所需的功率P=Fv／1000·w
=3000×1.2／1000×0.8=4.5 kW
電動(dòng)機(jī)所需的功率= ／
= =0.99×0.99×0.8×0.99×0.99≈0.76
=4.5／0.8=5.92kW
查表，選取電動(dòng)機(jī)的額定功率=7.5kw。
（3）選擇電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速
傳動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)速==73.96 r/min由表推薦的傳動(dòng)比的合理范圍，取蝸輪蝸桿減速器的傳動(dòng)比=10~40，故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為：
= n=（10~40）×73.96=740-2959r/min
符合這范圍的電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速有750、1000、1500、3000 r/min四種，現(xiàn)以同步轉(zhuǎn)速1000 r/min和1500 r/min兩種常用轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行分析比較。
綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸、重量、價(jià)格、傳動(dòng)比及市場(chǎng)供應(yīng)情況，選取比較合適的方案，現(xiàn)選用型號(hào)為Y132M—4。
4.3 軸的設(shè)計(jì)
4.3.1 蝸輪軸的設(shè)計(jì)
（1）選擇軸的材料
選取45鋼，調(diào)質(zhì)，硬度HBS=230，強(qiáng)度極限=600 Mpa，由表查得其許用彎曲應(yīng)力=55Mpa 查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》（表10-1、10-3）
（2）初步估算軸的最小直徑
取C=120，得dmin≥=120× =47.34mm
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》表11.5，選dmin=63
（3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
① 軸上零件的定位、固定和裝配
單級(jí)減速器中，可將齒輪按排在箱體中央，相對(duì)兩軸承對(duì)稱分布，齒輪左面由軸肩定位，右面用套筒軸向固定，周向固定靠平鍵和過(guò)渡配合。兩軸承分別以軸肩和套筒定位，周向則采用過(guò)渡配合或過(guò)盈配合固定。聯(lián)軸器以軸肩軸向定位,右面用軸端擋，圈軸向固定.
鍵聯(lián)接作周向固定。軸做成階梯形，左軸承 從做從左面裝入，齒輪、套筒、右軸承和聯(lián)軸器依次右面裝到軸上。
② 確定軸各段直徑和長(zhǎng)度
Ⅰ段d1=50mm L1=70mm
Ⅱ段選30212型圓錐滾子軸承，其內(nèi)徑為60mm，寬度為22mm。故Ⅱ段直徑d2=60mm。
Ⅲ段考慮齒輪端面和箱體內(nèi)壁、軸承端蓋與箱體內(nèi)壁應(yīng)有一定距離，則取套筒長(zhǎng)為38mm。故L3=40mm，d3=65mm。
Ⅳ段d4=77mm,L4=70mm
Ⅴ段d5=d4+2h=77+2×5.5=88mm,L5=8mm
Ⅵ段d6=65mm,L6=22mm
Ⅶ段 d7=d2=760mm,L7=25
（4）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
① 繪出軸的結(jié)構(gòu)與裝配圖 (a)圖
②繪出軸的受力簡(jiǎn)圖 (b)圖
③繪出垂直面受力圖和彎矩圖 （c）圖
N
N
N
軸承支反力：
N
FRBV=Fr+FRAV =33.88+16.94=50.82N
計(jì)算彎矩：
截面C右側(cè)彎矩
截面C左側(cè)彎矩
④繪制水平面彎矩圖 (d)圖
軸承支反力：
截面C處的彎矩
⑤繪制合成彎矩圖 (e)圖
Nm
圖3.2 低速軸的彎矩和轉(zhuǎn)矩
(a)軸的結(jié)構(gòu)與裝配 (b)受力簡(jiǎn)圖 (c)水平面的受力和彎矩圖
(d)垂直面的受力和彎矩圖 (e)合成彎矩圖 (f)轉(zhuǎn)矩圖 (g)計(jì)算彎矩圖
Nm
⑥繪制轉(zhuǎn)矩圖 (f)圖
×105 Nmm=586 Nm
⑦繪制當(dāng)量彎矩圖 (g)圖
轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的扭剪應(yīng)力按脈動(dòng)循環(huán)變化，取0.6，截面C處的當(dāng)量彎矩為
Nm
⑧校核危險(xiǎn)截面C的強(qiáng)度
＜，安全。
4.3.2 軸的結(jié)構(gòu)見圖3.3所示
圖3.3 蝸輪軸的結(jié)構(gòu)圖
4.3.3 蝸桿軸的設(shè)計(jì)
（1）選擇軸的材料
選取45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度HBS=230，強(qiáng)度極限=650 Mpa，屈服極限=360 Mpa，彎曲疲勞極限=300 Mpa，剪切疲勞極限=155 Mpa，對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)的許用應(yīng)力=60 Mpa。
(2) 初步估算軸的最小直徑
最小直徑估算
dmin≥cx= 120x=19.09 取dmin=20
（3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
按軸的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度要求選取軸承處的軸徑d=35mm，初選軸承型號(hào)為30207圓錐滾子軸承（GB/T297—94），采用蝸桿軸結(jié)構(gòu)，其中，齒根圓直徑mm，分度圓直徑mm，齒頂圓直徑mm，長(zhǎng)度尺寸根據(jù)中間軸的結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)，校核的方法與蝸輪軸相類似，經(jīng)過(guò)具體的設(shè)計(jì)和校核，得該蝸桿軸結(jié)構(gòu)是符合要求的，是安全的，軸的結(jié)構(gòu)見圖3.4所示：
圖3.4 蝸桿軸的結(jié)構(gòu)草圖
4.4 蝸輪軸的軸承的選擇和計(jì)算
按軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，初步選用30212（GB/T297—94）圓錐滾子軸承，內(nèi)徑d=60mm,外徑D=110mm,B=22mm.
（1）計(jì)算軸承載荷
① 軸承的徑向載荷
軸承A：
軸承B：
② 軸承的軸向載荷
軸承的派生軸向力
查表得：30212軸承15°38′32″
所以，=17.173N
=23.89N
無(wú)外部軸向力。
因?yàn)椋?，軸承A被“壓緊”，所以，兩軸承的軸向力為
③ 計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷
由表查得圓錐滾子軸承30211的
取載荷系數(shù)，
軸承A：＜e
取X=1，Y=0，則
軸承B：＜e
取X=1，Y=0，則
按軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，選用30207圓錐滾子軸承（GB/T297—94），經(jīng)校核所選軸承能滿足使用壽命，合適。具體的校核過(guò)程略。
4.5 減速器鑄造箱體的主要結(jié)構(gòu)尺寸（單位：mm）
(1) 箱座（體）壁厚：=≥8，取=15，其中=154.35；
(2) 箱蓋壁厚：=0.85≥8，取=12；
(3) 箱座、箱蓋、箱座底的凸緣厚度：，；
(4) 地腳螺栓直徑及數(shù)目：根據(jù)=154.35，得，取df=18,地腳螺釘數(shù)目為4個(gè)；
(5) 軸承旁聯(lián)結(jié)螺栓直徑：
(6) 箱蓋、箱座聯(lián)結(jié)螺栓直徑：=9～14.4，取=12；
(7) 表2.5.1軸承端蓋螺釘直徑：
高速軸
低速軸
軸承座孔（外圈）直徑
100
130
軸承端蓋螺釘直徑
12
16
螺 釘 數(shù) 目
6
6
(8) 檢查孔蓋螺釘直徑：本減速器為一級(jí)傳動(dòng)減速器，所以取=10；
(9) 軸承座外徑：，其中為軸承外圈直徑，
把數(shù)據(jù)代入上述公式，得數(shù)據(jù)如下：
高速軸：，取，
低速軸：，??；
(10) 表2.5.2螺栓相關(guān)尺寸：
18
=12
锪孔直徑
36
30
26
至箱外壁的距離
24
20
18
至凸緣邊緣的距離
20
18
16
(11) 軸承旁聯(lián)結(jié)螺栓的距離：以螺栓和螺釘互不干涉為準(zhǔn)盡量靠近，一般??；
(12) 軸承旁凸臺(tái)半徑：20，根據(jù)而得；
(13) 軸承旁凸臺(tái)高度：根據(jù)低速軸軸承外徑和扳手空間的要求，由結(jié)構(gòu)確定；
(14) 箱外壁至軸承座端面的距離：，取=48；
(15) 箱蓋、箱座的肋厚：＞0.85，取=12，≥0.85，取=14；
(16) 大齒輪頂圓與箱內(nèi)壁之間的距離：≥，取=16；
(17) 鑄造斜度、過(guò)渡斜度、鑄造外圓角、內(nèi)圓角：鑄造斜度=1：10，
過(guò)渡斜度=1：20，鑄造外圓角=5，鑄造內(nèi)圓角=3。
總結(jié)
本設(shè)計(jì)方案，充分考慮了工作過(guò)程中各部分的合理性，功能性，安全性。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，中分借鑒國(guó)內(nèi)外各種技術(shù)，新型技術(shù)。在遇到困難時(shí)向老師和同學(xué)請(qǐng)教，大家一起討論出結(jié)果，這是一分大家一起合作出來(lái)的成果。經(jīng)過(guò)老師的多次點(diǎn)評(píng)，我們很有新型，這是一次成果的設(shè)計(jì)，對(duì)這個(gè)行業(yè)的前景充滿信心。未來(lái)幾年，中國(guó)的經(jīng)濟(jì)還將發(fā)生大的變化，農(nóng)業(yè)會(huì)進(jìn)入高速，高科技發(fā)展時(shí)期，玉米的需求量供應(yīng)量都會(huì)大量提高，如何對(duì)這么多數(shù)量的玉米進(jìn)行處理就是個(gè)大問(wèn)題，未來(lái)智能通過(guò)新科技來(lái)實(shí)現(xiàn)玉米的大批量處理。
致謝
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，對(duì)于作者本人來(lái)說(shuō)，是一次極大的鍛煉，經(jīng)過(guò)這次設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)，對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)這門學(xué)科又有了更加深刻的認(rèn)識(shí)。
沒(méi)有系統(tǒng)學(xué)習(xí)過(guò)機(jī)械理論知識(shí)的人，往往會(huì)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)有一些片面的認(rèn)識(shí)，認(rèn)為機(jī)械設(shè)計(jì)精度不高、科技含量較低，其實(shí)這完全是一種誤解。雖然這次畢業(yè)設(shè)計(jì)不能算有多高的精度，或有多高的科技含量，但是設(shè)計(jì)中的每一個(gè)環(huán)節(jié)都必須經(jīng)得住推敲，設(shè)計(jì)出的作品必須力求簡(jiǎn)潔、實(shí)用。
從開始查閱第一本參考資料開始，我就開始慢慢吸收那些機(jī)械設(shè)計(jì)師們?cè)谫Y料中反映出的嚴(yán)謹(jǐn)、求實(shí)的作風(fēng)。機(jī)械設(shè)計(jì)不能有半點(diǎn)馬虎，所講究的是對(duì)于設(shè)計(jì)產(chǎn)品的準(zhǔn)確把握與了解。
在十個(gè)星期的設(shè)計(jì)中，我深刻感到，忠實(shí)于事物的客觀規(guī)律是一名有責(zé)任心的機(jī)械設(shè)計(jì)師的基本品質(zhì)。一個(gè)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)不是憑空想象就行的，它必須遵守客觀規(guī)律，否則設(shè)計(jì)出的作品是毫無(wú)意義的。
沒(méi)有平時(shí)在課堂中學(xué)到的知識(shí)，沒(méi)有平時(shí)一點(diǎn)一滴的積累，要想完成一個(gè)比較完整的畢業(yè)設(shè)計(jì)是不可能的。但是僅靠平時(shí)的收獲，也是很不夠的。經(jīng)過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我還感到有一重要的收獲，那就是在課堂之外，我的自學(xué)能力有了很大的提高。除了導(dǎo)師提供的資料，我還參閱了很多參考書。在這些參考書中，我獲得了不少有益的知識(shí)，獨(dú)立思考能力也獲得了進(jìn)一步的提高。
以前各種設(shè)計(jì)也做過(guò)一些，但總的來(lái)說(shuō)這一次的工作量最大，學(xué)到的知識(shí)也最多。這與以前打下的基礎(chǔ)是分不開的，如果沒(méi)有以前所接受的完整教育，不經(jīng)歷以前的機(jī)械設(shè)計(jì)，要想完成這次機(jī)械設(shè)計(jì)是很困難的。
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