1、1高等教育自学考试毕业论文封面市地： 年 月 日专 业 姓 名 联系电话准考证号通讯地址 邮 编论文题目论文页数指导教师签 名指导教师评估签 名评 审 意 见签 名答辩评估毕业考核成绩主考院校签章年 月 日2摘要 4第一章 绪论 61.1 课题研究的背景 .61.2 课题研究的目的 .71.3 课题研究的意义 .7第二章 设计要求 82.1 总体设计方案要求 .82.2 设计参数 .82.3 实施方案 .9第三章 机械部分改造 93.1 CA6041 型普通车床简介 .93.2 滚珠丝杠的选择 .103.3 步进电动机的选择 .153.4 减速箱体设计 .213.5 自动回转刀架设计 .273
2、.5.1 刀架工作原理 .273.5.2 刀架体设计 283.5.3 中心轴的设计 .28第四章 电气部分改造 304.1 CA6041 型车床电气原理图分析 .304.1.1 CA6041 型车床主电路分析 304.1.2 CA6041 型车床控制电路分析 .314.1.3 指示及照明电路分析 324.1.4 保护和联锁电路分析 324.2 CA6041 型车床电气控制电路的 PLC 改造 324.2.1 PLC 输入 输出点分配表 .324.2.2 主电路分析 334.2.3 控制电路分析 3434.2.4 程序设计 34第五章 结论 36参考文献 37致谢 384摘要针对大多数企业,具有
3、数量众多和较长使用寿命的普通机床，其加工精度较低、不能批量生产，自动化程度不高，自适应性差，但考虑投资成本，产业的连续性，又不能马上被淘汰。数控机床作为机电液气一体化的典型产品，能解决机械制造中结构复杂、精密、批量、零件多变的问题，加工质量稳定，生产效率较高。购买新的数控机床是提高产品质量和效率的重要途径,但是成本高，许多企业在短时间内无法实现，这严重阻碍企业设备更新的步伐。因此本文以普通车床 CA6140 数控化改造为案例，从普通车床数控改造的经济性进行评价入手，对数控技术在普通车床 CA6140 数控化改造应用作了深入研究与探索，形成相应的技术方案及要点。主要内容为：1对普通车床数控化改造
4、进行分析其改造的意义以及改造的必要性和优越性2对普通车床 CA6041 机械结构进行设计其包括滚珠丝杠的选择及计算，自动回转刀架的设计等。3根据普通车床 CA6041 的电气原理图进行电气控制电路的 PLC 改造。 关键词: 车床 数控化 必要性 改造AbstractMost enterprises still have large amounts general-purpose machine tools which have longevity of service, low precision can not adapt to mass production, low automatiz
5、ation and adaptability, but can not be washed out because of its low cost and continuity of enterprises production. As a representative production of mechanical, electronic，hydraulic and pneumatic integration, numerically controlled machines have a stabilization quality and high efficiency, and can
6、solve problems such as complex structure, high precision, mass production, part variety in machining. Purchasing new numerically controlled machines is an important way to improve production precision and efficiency, but it may not come true to many enterprises because it cost much .Enterprises equi
7、pment updating step are counteracted severly. The economical efficiency of the reform and the application of NC 5technology in General purpose lathe CA6140s numerically controlled reforming is researched in this paper according to our practice of CA6140s numerically controlled reforming. And there f
8、orming scheme and main points are formed. The main contents is:1. For ordinary lathe numerical control transformation analysis the significance of the transformation and the necessity of reform and superiority.2. For ordinary lathe CA6041 mechanical structure design including the ball screw selectio
9、n and calculation, automatic rotary head design, etc.3. According to the ordinary lathe CA6041 electrical schematic diagram for electrical control circuit PLC reform.Key word: Lathe Numerical control Necessity Reform6第一章 绪论1.1 课题研究的背景我国目前机床总量 380 余万台，而其中数控机床总数只有 11.34 万台，即我国机床数控化率不到 3。近 10 年来，我国数控机床
10、年产量约为 0.60.8 万台，年产值约为 18 亿元。机床的年产量数控化率为 6。我国机床役龄 10 年以上的占 60以上；10 年以下的机床中，自动/半自动机床不到20，FMC/FMS 等自动化生产线更屈指可数（美国和日本自动和半自动机床占 60以上） 。可见我们的大多数制造行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床，而且半数以上是役龄在 10 年以上的旧机床。用这种装备加工出来的产品普遍存在质量差、品种少、档次低、成本高、供货期长，从而在国际、国内市场上缺乏竞争力，直接影响一个企业的产品、市场、效益，影响企业的生存和发展。所以必须大力提高机床的数控化率。我国自改革开放以来，很多企业从国
11、外引进技术、设备和生产线进行技术改造。据不完全统计，从19791988 年 10 年间，全国引进技术改造项目就有 18446 项，大约 165.8 亿美元。这些项目中，大部分项目为我国的经济建设发挥了应有的作用。但是有的引进项目由于种种原因，设备或生产线不能正常运转，甚至瘫痪，使企业的效益受到影响，严重的使企业陷入困境。一些设备、生产线从国外引进以后，有的消化吸收不好，备件不全，维护不当，结果运转不良；有的引进时只注意引进设备、仪器、生产线，忽视软件、工艺、管理等，造成项目不完整，设备潜力不能发挥；有的甚至不能启动运行，没有发挥应有的作用；有的生产线的产品销路很好，但是因为设备故障不能达产达标
12、；有的因为能耗高、产品合格率低而造成亏损；有的已引进较长时间，需要进行技术更新。种种原因使有的设备不仅没有创造财富，反而消耗着财富。这些不能使用的设备、生产线是个包袱，也是一批很大的存量资产，修好了就是财富。只要找出主要的技术难点，解决关键技术问题，就可以最小的投资盘活最大的存量资产，争取到最大的经济效益和社会效益。这也是一个极大的改造市场。71.2 课题研究的目的数控机床具有广泛的适应性，加工对象改变时只需要改变输入的程序指令；加工性能比一般自动机床高，可以精确加工复杂型面，因而适合于加工中小批量、改型频繁、精度要求高、形状又较复杂的工件，并能获得良好的经济效果。随着数控技术的发展，采用数控
13、系统的机床品种日益增多，有车床、铣床、镗床、钻床、磨床、齿轮加工机床和电火花加工机床等。此外还有能自动换刀、一次装卡进行多工序加工的加工中心、车削中心等。数控机床对零件的加工相比普通机床有着很多的优点：（1）自动化程度高；（2）加工精度、加工质量稳定可靠；（3）对零件加工的适应性强灵活性好，能加工形状复杂的零件；（4）加工生产率高；（5）有利于生产管理的现代化。因此进行普通车床的数控化改造是十分有必要的。1.3 课题研究的意义数控机床是一种典型的机电一体化产品，它集精密、柔性和集成与一身，它可以较好的解决形状复杂、精密、小批多变的零件加工问题，能够稳定加工质量和提高生产效率，是一种高度自动化机
14、床。 可以加工出传统车床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确的算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统铣床提高(37)倍。由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控车床只要更换一个程序，就8可实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批生产得以自动化，故被称为实现了“柔性自动化” 。加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配” 。可实现多工序的集中，减少零件在车床间的频繁搬运。第二章 设计
15、要求2.1 总体设计方案要求对现有普通车床 CA6140 进行功能分析，提出对其进行数控改造，选取合适的数控系统并进行分析，并分别对主运动和进给运动机构进行改造。如有必要需对相应机械结构进行改装设计，并对所选用数控系统及电气系统进行分析。具体的主要目标和要求：1对进给系统进行机械部分设计与计算；2对 CA6140 普通车床电气主电路、控制电路、信号、照明电路以及保护和联锁电路进行分析。3根据对普通车床 CA6140 的电路分析进行电气控制电路的 PLC 改造。2.2 设计参数最大加工直径（mm）： 在床身上：400 在床鞍上：210最大加工长度（mm）： 1000快速进给(m/min): 纵向
16、：2.4 横向：1.2最大切削进给速度（m/min）： 纵向：0.5 横向：0.25重复定位精度: 0.016/全行程定位精度（mm）： 0.04/全行程主电机功率（KW ）： 7.5脉冲当量（mm）： 纵向：0.01/脉冲 横向：0.005/脉冲控制坐标数：292.3 实施方案进给系统数控化改造的主要部位有：挂轮架、进给箱、溜板箱、溜板、刀架等。现拟定以下改造方案。1. 挂轮架系统：全部拆除，在原挂轮主动轴处安装光电脉冲编码器。2. 进给箱部分：全部拆除，在该处安装纵向进给步进电动机与齿轮减速箱总成。丝杠、光杠和操纵杠拆去，齿轮箱连接滚珠丝杠。滚珠丝杠的另一端支撑座安装在车床尾座端原来装轴承
17、座的部位。3. 溜板箱部分：全部拆除，在原处安装滚珠丝杠的螺母座，丝杠螺母固定在其上。在该处还可以安装部分操作按钮。4. 刀架部分：拆除原刀架，在该处安装自动回转刀架。第三章 机械部分改造3.1 CA6140 型普通车床简介CA6140 车床的工艺范围很广，它能完成车削内外圆柱面、圆锥面、车削端面、各种螺纹、成形回转面和环形槽等多种多样的加工工序。也可以进行钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹、套螺纹和滚花等工作。CA6140 车床主运动由工件随主轴旋转来实现，而进给运动由刀架的横向运动来完成。由于机械产品中回转表面的零件很多。车床的工艺范围又较广泛，因此 CA6140 车床使用十分广泛。其特点为：1.
18、加工范围较大。 2. 加工时，主运动是工件和旋转运动，进给运动是刀具的纵向和横向移动。3. 正常情况下，在车削加工过程中，切削力比较稳定，加工比较平稳。4.在车削加工过程中切屑和刀具之间的剧烈挤压和摩擦，以及刀具与10工件之间的摩擦，产生了大量的切削热，但大部分热量被切屑带走，所以CA6140 在加工过程中一般可以不使用切削液。 5. 在一般情况下，这种机床多用于粗加工和半精加工。以下为 CA6140 型普通车床主要部件图：图 3-13.2 滚珠丝杠的选择（一） 纵向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核步骤(1)最大工作载荷计算 滚珠丝杠上的工作载荷 Fm (N) 是指滚珠丝杠副在驱动工作台时滚珠丝
19、杠所承受的轴向力，也叫做进给牵引力。它包括滚珠丝杠的走刀抗力及与移动体重力和作用在导轨上的其他切削分力相关的摩擦力。由于原普通 CA6140 车床的纵向导轨是三角形导轨，则用公式 3-1 计算工作载荷的大小。11)(GFvfKlm （3-1）1）车削抗力分析 车削外圆时的切削抗力有 Fx、Fy 、Fz，主切削力 Fz与切削速度方向一致，垂直向下，是计算车床主轴电机切削功率的主要依据。且深抗力 Fy 与纵向进给方向垂直，影响加工精度或已加工表面质量。进给抗力Fx 与进给方向平行且相反指向，设计或校核进给系统是要用它。纵切外圆时，车床的主切削力 Fz 可以用下式计算：（3-2）FzFzXynzpC
20、f=5360(N)由 知:Fz:Fx:Fy=1:0.25:0.4 (3-3)得 Fx=1340(N)Fy=2144(N)因为车刀装夹在拖板上的刀架内，车刀受到的车削抗力将传递到进给拖板和导轨上，车削作业时作用在进给拖板上的载荷 Fl、Fv 和 Fc 与车刀所受到的车削抗力有对应关系，因此，作用在进给拖板上的载荷可以按下式求出：拖板上的进给方向载荷 Fl=Fx=1340(N)拖板上的垂直方向载荷 Fv=Fz=5360(N)拖板上的横向载荷 Fc=Fy=2144(N)因此，最大工作载荷 )(GFvfKlm=1.15 1340+0.04 (5360+90 9.8)=1790.68(N)对于三角形导轨
21、 K=1.15 ， =0.030.05,选 =0.04(因为是贴塑导轨)，ffG 是纵向、横向溜板箱和刀架的重量，选纵向、横向溜板箱的重量为 75kg,刀架重量为 15kg.(2) 最大动载荷 C 的计算 滚珠丝杠应根据额定动载荷 Ca 选用，可用式3-5 计算：C= fmFL3 (3-4)12L 为工作寿命，单位为 10 r,L=60nt/10 ;n 为丝杠转速（r/min ）,66n= ;v 为最大切削力条件下的进给速度（m/min ）,可取最高进给速度的。 v101/21/3;L。为丝杠的基本导程，查资料得 L。=12mm ；fm 为运转状态系数，因为此时是有冲击振动，所以取 fm=1.
22、5。V 纵向=1.59mm/r 1400r/min=2226mm/minn 纵向=v 纵向 1/2 /L。=2226 1/2 /12=92.75r/minL=60nt/10 =60 92.75 15000 /10 =83.56 6则 C= = 1.5 1790.68=11740(N) fmFL335.8初选滚珠丝杆副的尺寸规格，相应的额定动载荷 Ca 不得小于最大动载荷 C:因此有CaC=11740N.另外假如滚珠丝杠副有可能在静态或低速运转下工作并受载，那么还需考虑其另一种失效形式-滚珠接触面上的塑性变形。即要考虑滚珠丝杠的额定静载荷 Coa 是否充分地超过了滚珠丝杠的工作载荷 Fm,一般使
23、 Coa/Fm=23.初选滚珠丝杠为：外循环，因为内循环较外循环丝杠贵，并且较难安装。考虑到简易经济改装，所以采用外循环。因此初选滚珠丝杠的型号为 CD638-3.5-E 型，主要参数为Dw=4.763mm,L。=8mm,dm=63mm,=219 ，圈数 列数：3.5 1 (3) 纵向滚珠丝杠的校核1)传动效率计算 滚珠丝杠螺母副的传动效率为 =tg/tg(+)=tg219/tg(219+10)=92% (3-5)2)刚度验算 滚珠丝杠副的轴向变形将引起导程发生变化，从而影响其定位精度和运动平稳性，滚珠丝杠副的轴向变形包括丝杠的拉压变形，丝杠与螺母之间滚道的接触变形，丝杠的扭转变形引起的纵向变
24、形以及螺母座的变形和滚珠丝杠轴承的轴向接触变形。1.丝杠的拉压变形量 11= （3-6） FmLA= 1790.68 2280 / 20.6 10 (31.5) = 0.0064mm132.滚珠与螺纹滚道间的接触变形量 2采用有预紧的方式，因此用公式 2= 0.0013 (3-7)32DwFyjZm= 3 236.1458.7906.401. =0.0028mm在这里 =1/3Fm=1/3 1790.68=597NyjFZ= dm/Dw=3.14 63/4.763=41.53Z=41.53 3.5 1=145.36丝杠的总变形量 =1+2=0.0064+0.0028=0.0092mm4所以丝杠
25、很稳定。（二） 横向滚珠丝杠螺母副的型号选择与校核步骤(1)型号选择1) 最大工作载荷计算 由于导向为贴塑导轨，则：k=1.4 =0.05 f，Fl 为工作台进给方向载荷， Fl=2144N ， Fv=5360N ， Fc=1340N ，G=60kg ， t=15000h，最大工作载荷：F m=kFl+ (Fv+2Fc+G)f=1.4 2144+0.05(5360+2 1340+9.8 75)=3452.6N2)最大动负载的计算 v 横=1400r/min 0.79mm/r = 1106 mm/minn 横丝= v 横 1/2 / L。纵=1106 1/2 / 5 =110.6r/minL=6
26、0nt/10 =1106 110.6 15000 /10 =99.546 6C = fm Fm=99.54 1.5 3352.6=23283.8 N3L初选滚珠丝杠型号为:CD506-3.5-E其基本参数为 Dw =3.969mm ，=211，L。=6mm，dm=50mm，圈数 列数:3.5 1(2)横向滚珠丝杠的校核1)传动效率 计算= tg /tg (+)=tg211/tg(211+10)=93%2)刚度验算151 丝杠的拉压变形量1=Fm L/EA = 3352.6 320/20.6 10 25 = 0.0026mm42 滚珠与螺纹滚道间的接触变形量2=0.0013 32DwFyjZm=
27、0.00133 248.136.59.= 0.0099mm在这里 Fyj= = =1118N3Fm.Z=dm/Dw=3.14 50/3.969=39.56Z=39.56 3.5 1=138.48丝杠的总变形量=1+2=0.0026+0.0099=0.0125mm0.015mm查表知 E 级精度丝杠允许的螺距误差为 0.015mm,故所选丝杠合格。3.3 步进电动机的选择1 . 计算步进电机负载转矩 Tm（3-9） (/180)mmFT23160475(.9/8)N式中: 脉冲当量 (mm/step);进给牵引力 (N);mF步距角,初选双拍制为 0.9;b2 . 初选步进电机型号根据 =1.4
28、75N.m 在网上查混合式步进电机技术数据表初选步进电机型号mT16为 56BYG250E-SASSBL-0601，其中， ,保持转矩为 2.5N.m20.75mJKgc3 . 等效转动惯量计算 GJmZ12L12图 3-2根据简图，传动系统折算到电机轴上的总的转动惯量 J运动件的转动惯量 可由下式计算: J2 2011M LZWJJg式中 ， 齿轮 , 的转动惯量 ( )12122.kcm滚珠丝杠转动惯量 ( )SJ2.34341100.78.785.61.3dL2kgc=2J227mS3453.kgc0.75MJ2kgcm式中 D圆柱体直径(cm);L圆柱体长度 (cm); 代入上式: 2
29、 2011 220.75.3(8/4)(7.3.5)1/9.80.6/2M LZWJJJg4 . 电机转矩计算17机床在不同的工况下,在,下面分别按各阶段计算:1) 快速空载起动惯性矩 QM在快速空载起动阶段，加速力矩所占的比例较大，具体计算公式如下：（3-10）max0Qf（3-11）maxax26nJtA又： 003maxa/32/.1.9/61pbnV（3-12）50inr3.ats代入得： 2maxmax22507.15.4606.3MJ NcmtA A折算到电机轴上的摩擦力矩 :f（3-|0021().(2910)5.2/.8ZfFLfWLciA13）式中：传动链总效率,一般可取 0
30、.70.85 此处取 0.8;i传动比;附加摩擦力矩 ：0M（3-14）200(1)pFLi2 2021/39.6/3190.6()(.9).70/ 85NcmZ式中：传动链总效率,一般可取 0.70.85 此处取 0.8;i传动比;Fpo滚珠丝杠预加负荷 ,一般取 1/3Fm,Fm 为进给牵引力(N);o滚珠丝杠未预紧时的传动效率,一般取0.9,此处取 o=0.9所以： max015.49.715.QfMNcm182) 快速移动所需力矩 KM（3-15） 0Kf=50+9.7=59.7N.cm 3) 最大切削载时所需力矩 切（3-16）02XfFLMi切 1467.509.15.8Ncm从上
31、面计算可以看出 、 、 三种工况下,以最大切削载时所QMK切需转矩最大,即以此项作为校核步进电机转矩的依据.查得：当步进电机为两相四拍时， =0.707/jmax切故最大静力矩 Mjmax=175.5/0.707=2.48 Nm，而电机保持转矩为 2.5N.m 最大静力矩 Mjmax，大于所以满足要求！但还必须进一步考核步进电机起动矩频特性和运转矩频特性。计算步进电机空载起动频率和切削时的工作频率max100236.1kvf HZp100.616ttvf HZp当快速运动和切削进给时，56BYG250E-SASSBL-0601 型混合式步进电机运行矩频完全可以满足要求。（二） 、横向机构初选步
32、进电机：1 . 计算步进电机负载转矩 Tm(/180)mmFT190.5.6(./8)34N式中: 脉冲当量 (mm/step);进给牵引力 (N);mF步距角,初选双拍制为 0.9;b2 . 初选步进电机型号19根据 =0.611N.m 在网上查混合式步进电机技术数据表初选步进电机mT型号为 56BYG250D-SASSBL-0241，其中， ,保持转矩为20.46mJKgc1.72N.m3 . 等效转动惯量计算 GJmL图 3-3根据简图，计算传动系统折算到电机轴上的总的转动惯量 J运动件的转动惯量 可由下式计算: J42 23 012424()()()M sZLZwJJJJg 式中 、
33、、 、 齿轮 、 、 、 的转动惯量 ( )1341234Z2.kcm滚珠丝杠转动惯量 ( )SJ.kgcm34341100.78.780.dL2kgc=2J2621343432kcm44078107819JdLgS34.25.62kc.6MJ2kgcm式中 D圆柱体直径(cm);L圆柱体长度 (cm); 20代入上式: 42 23 012424()()()3.51.M sZLZwJJJJgkgcm 4. 电机转矩计算机床在不同的工况下,在,下面分别按各阶段计算:1) 快速空载起动惯性矩 Q在快速空载起动阶段，加速力矩所占的比例较大，具体计算公式如下：又：max0QfM maxmax260nM
34、JtA0maxa/361/.5.9/3pbnV50inr.ats代入得： 2maxmax22503.115.606.3MJ NcmtA A折算到电机轴上的摩擦力矩 :f0021().4(750)1.962/.8ZfFLfWLciA式中：传动链总效率,一般可取 0.70.85 此处取 0.8;i传动比;贴塑导轨摩擦系数，取 =0.04f f附加摩擦力矩 ：0M200(1)pFLi2 2021/39.5/3190.5()(.9)4.8/ 8NcmZ式中：传动链总效率,一般可取 0.70.85 此处取 0.8;i传动比;21Fpo滚珠丝杠预加负荷 ,一般取 1/3Fm,Fm 为进给牵引力(N);o滚
35、珠丝杠未预紧时的传动效率,一般取0.9,此处取 0.9所以： max052.1964.853QfMNcm2) 快速移动所需力矩 K0Kf=1.96+4.84=6.8N.cm 3) 最大切削载时所需力矩 M切02XfFLMi切 734.51.9686.2Ncm从上面计算可以看出 、 、 三种工况下,以快速空载起动惯QMK切性矩 最大,即以此项作为校核步进电机转矩的依据.Q查得：当步进电机为两相四拍时， =0.707/Qjmax故最大静力矩 Mjmax=59.3/0.707N.m=0.839N.cm，而电机保持转矩为 1.72N.m，大于最大静力矩 Mjmax， 所以满足要求！但还必须进一步考核步
36、进电机起动矩频特性和运转矩频特性。计算步进电机空载起动频率和切削时的工作频率max100136.5kvf HZp100.3165ttvf HZp当快速运动和切削进给时，56BYG250EASSBL0241 型混合式步进电机运行矩频完全可以满足要求。3.4 减速箱体设计一般机床数控改造后，经济型数控车床的脉冲当量是一不可改变的值，为了实现多脉冲当量的任意选择，我们可在步进电机与滚珠丝杠间加一个减速机构，下面即是对减速机构的设计过程。22通过査书可知纵向和横向的脉冲当量分别为：纵向 0.01 0.008 0.005横向 0.005 0.004 0.0025为减少减速机构的体积设定中心距 A=(z1
37、+z2)m/2=67.5其中 m=1.5 z1+z2=90(齿)则以横向脉冲计算为例i=z1/z2=45/45 时，则脉冲当量为 0.005mmi=z1/z2=40/50 时，则脉冲当量为 0.004mmi=z1/z2=30/60 时，则脉冲当量为 0.0025mm因此纵向与横向的减速机构可以相同，为了降低成本将横纵减速器结构设置为一样。（1） 轴的计算：（纵向输入轴）由公式：d =A （3-17）35T3np可初选轴的直径由于 T=5N.m,由于采用的是 45 号钢，正火硬度 为 170-217HBS,扭曲疲劳极限 -1=124，轴材料的许用切应力为 45MPa则对于纵向输入轴： D 输入=
38、 （3-18）35T= 3450=8.2mm在这里，d 为轴的直径(mm),T 为轴传递的转矩（N.mm）, 为轴材料的许用切应力（MPa）,则纵向输入轴轴径取 18mm,输出轴轴径取 25mm对于横向输入轴： D 输入= （3-19）35T23= 345160=12mm横向输入轴轴径可取 18mm，输出轴轴径可取 25mm。综上可知：纵向与横向可用一种减速机构。轴材料为 45 号钢，精度 5 级。（2）减速器箱体尺寸a=67.5mm 下箱体壁厚 =0.025a+38 则 =8上箱盖壁厚 =0.03a+38 则 =81 1地角螺钉数目 n 由于 a250mm n=4地角螺钉直径 df=0.03
39、6a+12 取 df=M8齿轮端面与内箱壁最小距离 2= =8mm（3）减速齿轮第一对齿 n45 与 n45 啮合计算公式为：=1.6d1D=0.5(D2+D1) 0L=(1.21.5)d一般取 l=bC=0.2b 但是不小于 10R=0.5lN=0.5mn mn 为模数。=（ 2.54）mn 但是不小于 8mm24图 3-4 齿轮结构图因此输入轴齿轮 d=18mm=1.6d=28.8mm1D=67.5-3-7.5=57mm2=0.5(57+28.8)=42.9mm0=3.75mmda=67.5mmd。=0.25 （57-28.8）=7.05mm=1.2d=21.6mmlc=0.2 21.6=
40、4.32mmr=0.5 =2.16mmln=0.5 1.5=0.75为了更好得使输入轴与输出轴啮合且因 D1=28.8 d=18 的原因会导致齿轮的刚度下降，采用图 3-5 形状，以下输出轴与输入轴均采用这种图 B 结构。25图 3-5 齿轮结构图则由上列数据可知=21.6mmlda=67.5mmd=18mmha=mn=1.5mmhf=1.2mn=1.8mm输出轴用图 3-5 结构则由公式得d=25mm=1.6d=40mm1D=0.5(57+40)=48.5mm0=2.5 1.5=3.75mmda=67.5mmd。=0.25(57-40)=4.25mm=1.2 25=30mmlc=0.2b 3
41、0=10mmr=0.5c=5mmn=0.5 1.5=0.75mm第二对齿 n=40 与 n=50 啮合则输出齿轮d=25mm26=1.5d=40mm1D=da-2mn-2 。=75-2 1.5-2 3.75=64.52m=0.5(D2+D1)=0.5 (64.5+40)=52.250=(2.5-4) =2.5 1.5=3.75mnda= Z=1.5 50=75=1.2 d=1.2 25=30lr=0.5c=5c=0.2b =10(不小于 10)ln=0.5 1.5=0.75输入齿轮d=18mha=1.5hf=1.8 =1.2d=21.6lda= 2=1.5 40=60mn第三对齿 n=30 与
42、 n=60 啮合时，输出齿轮d=25D1=1.6d=40Da= Z=60 1.5=90mnD2=Da-1.5 2-2 。=90-3-7.5=79.5m。=2.5 1.5=3.75D。=0.5(D2+D1)=0.5(40+79.5)=59.75d。=0.25(D2-D1)=(79.5-40) 0.25=9.875=1.2d=1.2 25=30lc=0.2b=0.2 30=10(不小于 10)r=0.5c=527n=0.5mn=0.5 1.5=0.75输入齿轮d=18mha=1.5hf=1.8=1.2d=21.6lda= Z=1.5 30=45mnm齿轮精度按：GB10095-88 6 级精度 ，
43、其适应于高速度下平稳回转并要求有最高效率和低噪音，传动效率为 99%。减速器简图图 3-6 减速器简图283.5 自动回转刀架设计3.5.1 刀架工作原理图 3-7回转刀架的工作原理为机械螺母升降转位式。工作过程可分为刀架抬起、刀架转位、刀架定位并压紧等几个步骤。螺旋升降式四方刀架，其工作过程如下：刀架抬起 当数控系统发出换刀指令后, 通过接口电路使电机正转, 经传动装置 2、驱动蜗杆蜗轮机构 1、蜗轮带动丝杆螺母机构 8 逆时针旋转 ,此时由于齿盘 4、5 处于啮合状态，在丝杆螺母机构 8 转动时，使上刀架体产生向上的轴向力将齿盘松开并抬起,直至两定位齿盘 4、5 脱离啮合状态,从而带动上刀
44、架和齿盘产生“上台”动作。刀架转位 当圆套 9 逆时针转过 150时，齿盘 4、5 完全脱开，此时销钉准确进入圆套 9 中的凹槽中，带动刀架体转位。刀架定位 当上刀架转到需要到位后（旋转 90、180或 270） ，数控装置发出的换刀指令使霍尔开关 10 中的某一个选通,当磁性板 11 与被选通的霍尔开关对齐后,霍尔开关反馈信号使电机反转,插销 7 在弹簧力作用下进入反靠盘 6 地槽中进行粗定位，上刀架体停止转动，电机继续反转，使其在该位置落下，通过螺母丝杆机构 8 使上刀架移到齿盘 4、5 重新啮合, 实现精确定位。29刀架压紧 刀架精确定位后，电机及许反转，夹紧刀架，当两齿盘增加到一定夹紧
45、力时， 电机由数控装置停止反转，防止电机不停反转而过载毁坏，从而完成一次换刀过程。3.5.2 刀架体设计刀架体设计首先要考虑刀架体内零件的布置及与刀架体外部零件的关系，应考虑以下问题： (a) 满足强度和刚度要求。因为刀架体的刚度不仅影响传动零件的正常工作，而且还影响部件的工作精度。 (b) 结构设计合理。如支点的安排、开孔位置和连接结构的设计等均要有利于提高刀架体的强度和刚度。 (c) 工艺性好。包括毛坯制造、机械加工及热处理、装配调整、安装固定、吊装运输、维护修理等各方面的工艺性。 (d) 造型好、质量小。 刀架体的常用材料有： 铸铁，多数刀架体的材料为铸铁，铸铁流动性好，收缩较小，容易获
46、得形状和结构复杂的箱体。铸铁的阻尼作用强，动态刚性和机加工性能好，价格适度。加入合金元素还可以提高耐磨性。 铸造铝合金，用于要求减小质量且载荷不太大的箱体。多数可通过热处理进行强化，有足够的强度和较好的塑性。 3.5.3 中心轴的设计（1） 中心轴的材料选择,确定许用应力考虑到轴主要起定位作用，只承受部分弯矩，为空心轴，因此只需校核轴的刚度即可。选用 45 号钢，正火处理， ， -1=55MPa60bMPa（2）确定各轴段的直径和长度根据各个零件在轴上的定位和装拆方案确定轴的形状及直径和长度d1=15mm,d2 与轴承配合，轴承类型为推力球轴承，型号为3051203，d=17mm,d1=19,T=12mm,D=35mm所以 d2=17mmd3 与轴承配合，轴承类型为推力球轴承，型号为 51204，d=25mm,d1=27mm,T=15mm,D=47mm图 3-7 中心轴受力图分配各轴段的长度L1=80mm,L2=93mm,L3=20mm（3） 轴的校核轴横截面的惯性矩4()193.66IDdm车床切削力 F=2KN,E=210GPa(3-20)33 4205.91061.6BqlEI 3 3 34(4)(5)8.4102.ayl mI(3-21)因此 BByy中心轴满足刚度条件第四章 电气部分改造
