FZ15S五軸加工中心的自動換刀裝置,fz15s,加工,中心,自動,裝置 摘要 隨著我國國民經(jīng)濟迅速發(fā)展和國防建設的需要，對高檔的數(shù)控機床提出了急迫的大量需求。機床是一個國家制造業(yè)水平的象征。而代表機床制造業(yè)最高境界的是五軸聯(lián)動數(shù)控機床系統(tǒng)，從某種意義上說，反映了一個國家的工業(yè)發(fā)展水平狀況。 長期以來，以美國為首的西方工業(yè)發(fā)達國家，一直把五軸聯(lián)動數(shù)控機床系統(tǒng)作為重要的戰(zhàn)略物資，實行出口許可證制度。特別是冷戰(zhàn)時期，對中國、前蘇聯(lián)等社會主義陣營實行封鎖禁運。愛好軍事的朋友可能知道著名的“東芝事件”：上世紀末，日本東芝公司賣給前蘇聯(lián)幾臺五軸聯(lián)動的數(shù)控銑床，結果讓前蘇聯(lián)用于制造潛艇的推進螺旋槳，上了幾個檔次，使美國間諜船的聲納監(jiān)聽不到潛艇的聲音了，所以美國以東芝公司違反了戰(zhàn)略物資禁運政策，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是：由于切削點有較高的切削速度，周期進給量大，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．五坐標聯(lián)動數(shù)控加工當前和今后研究的重點 所謂線接觸式加工是指加工過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是：由于切削點處切削速度較高，因而可獲得較高的加工精度，同時，由于是線接觸成型，因而具有較高的加工效率，已發(fā)展到對任意曲面線接觸加工的研究。 五軸聯(lián)動機床的使用，讓工件的裝夾變得容易。加工時無需特殊夾具，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)動機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)動機床在加工中能增加刀具的有效切削刃長度，減小切削力，提高刀具使用壽命，降低成本。 采用五軸聯(lián)動機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完成工件的銑削加工。隨著模具制造技術的不斷發(fā)展，立式加工中心本身的一些弱點表現(xiàn)得越來越明顯。現(xiàn)代模具加工普遍使用球頭銑刀來加工，球頭銑刀在模具加工中帶來好處非常明顯，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)動機床加工技術加工模具，可以克服上述不足。 關鍵詞：五軸加工中心機，驅動，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簡介 3 2.1五軸加工中心機發(fā)展狀況 3 2.2刀具庫的類型及結構 5 第三章 設計方案 8 3.1刀具庫結構選擇 8 3.2旋轉機構設計 10 3.3棘輪機構設計 11 第四章 相關設計計算 11 4.1 減速機的設計計算 12 4.1.1研究內容 12 4.1.2擬訂傳動方案 13 4.1.3 電動機的選擇 14 4.1.4 確定傳動裝置的傳動比及其分配 16 4.1.5 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù) 16 4.2 傳動零件的設計計算 17 4.2.1 蝸輪蝸桿傳動設計 17 4.2.2確定傳動的主要尺寸 20 4.2電機選型計算 25 4.3 軸的設計 26 4.3.1 蝸輪軸的設計 26 4.3.2 軸的結構見圖3.3所示 31 4.3.3 蝸桿軸的設計 32 4.4 蝸輪軸的軸承的選擇和計算 33 4.5 減速器鑄造箱體的主要結構尺寸（單位：mm） 34 總結 37 致謝 37 參考文獻 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個范疇的機械五軸加工中心計算機五軸加工中心機，這些兩種大力量和小力量。因為在五軸加工中心機應用的非常寬的范圍，那需要理解機械五軸加工中心的應用的范圍。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。這是一個很大影響的范圍?？梢宰龃蟮碾娏ξ遢S加工中心機機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)值控制工作機器中，電動主軸通常使用速度調節(jié)速度的速度?？刂颇Ｊ降娜N類型，通常的轉換為驅動的矢量控制驅動，控制，及直接扭矩控制。 通常的變換轉換標量驅動，那個驅動控制特性驅動一定的轉矩，輸出功率和轉速的比例。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。但是價格便宜，結構簡單，一般使用的研磨盤和通常的高速銑床等。 對直流馬達控制的矢量控制技術的方向的旋轉磁場矢量驅動和控制的方法，具有良好的動態(tài)性能。在大大的轉矩值的第一次的軸和矢量控制驅動電動主軸本身的質樸的構造，慣性力非常小，因此加速了速度限制。驅動和開放圈和封閉環(huán)的2個。以后者的位置和速度反饋可以達到，具有更好的動態(tài)性能，能夠實現(xiàn)c軸力，原來的運動性能稍微可憐，沒有c軸功能，但是，價格比較便宜。直接轉矩控制是繼矢量控制技術之后發(fā)展起來的又一種新型的高性能交流調速技術，其控制思想新穎，系統(tǒng)結構簡潔明了，更適合于高速電主軸的驅動，更能滿足高速電主軸高轉速、寬調速范圍、高速瞬間準停的動態(tài)特性和靜態(tài)特性的要求，已成為交流傳動領域的一個熱點技術。 1、步進驅動器+步進電機 步進系統(tǒng)是目前市面上使用最多的驅動系統(tǒng)，最受歡迎的是三相混合式步進電機，約占90%以上的市場份額，究其原因是價格便宜，配上雷賽高細分驅動器后效果良好。但缺陷也比較明顯，例如：共振、噪音、轉速提高力矩降低、長時間工作容易丟步、電機溫升過高等。 2、混合伺服驅動器+電機 混合伺服在國內的使用一直沒有普及，究其原因有很多，國外的做混合伺服的廠家不多，而價格相對于交流伺服相比沒有非常大的優(yōu)勢，只能在一些特殊的行業(yè)中使用。改進有：提高高速性能、減少發(fā)熱，減少共振。 3、交流伺服驅動器+交流伺服電機 交流伺服在五軸加工中心機的使用還是比較少的，主要原因是價格比較高，另外交流伺 服的應用對于機床的結構、電器、控制系統(tǒng)、傳動系統(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用于高端 的機型。交流伺服具有：響應快、力矩大、高轉速、高精度、發(fā)熱少，持續(xù)長時間工作，齊全的報警系統(tǒng)等。缺點：不同的設備要用不同的伺服參數(shù)，調節(jié)參數(shù)要求 高水平的技術工程師。 第二章五軸加工中心機簡介 2.1五軸加工中心機發(fā)展狀況 隨著人們對廣告五軸加工中心機的認識和掌握，應用范圍和應用水平也會逐步提高，如廣告業(yè)、 印章業(yè)、工藝禮品業(yè)、藝術模型業(yè)、木器加工業(yè)、模具業(yè)等等?？杉庸さ牟牧习▉喛肆Α㈦p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、各種標志、標簽、大理石、銅矩陣，每一個字體的標記、商標、金屬材料等。 手工業(yè)、工藝品、紀念品，每一次系統(tǒng)的人物、圖形、鐵藝術雕塑、撥號。 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、方便的安裝墊材料，如存儲系統(tǒng)、時間戳。 應用材料與應用 中國剪紙、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)射高強度振鏡，先進控制，軌跡生成各種五軸加工中心織物布，孔引領時尚潮流。它不是同一質量的繡花機刺繡。 首先，從對繡花機的視覺設計的角度出發(fā)，一個一個在不同面料的服裝顏色的結合，色彩模式是結合質量繡花”、“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一無二的，不可能是任何設計師，自然，簡約的風格。 其次，從刺繡機的表現(xiàn)形式和特點出發(fā)，單行定義，不能表達基本上連續(xù)的束細膩的刺繡的設計“，也很高，所以只是互補的繡花和五軸加工中心機。作為一個女人我今年夏天在鏤空圖案，直接影響模型的光學方法，所有的處理單元的成本增加10至20元，而且供不應求。時尚的產品新鮮度，它必須在時尚。目前應用的牛仔加工產業(yè)技術我們是花的牛仔服裝生產，如貓的胡須在各種效果，漂白效率，節(jié)能，相信在不久的將來污染的優(yōu)越性，代替沙道，牛仔。電腦五軸加工中心機 由計算機，五軸加工中心機控制器，五軸加工中心機主機三部分組成。工作原理：是通過計算機內配置的專用五軸加工中心軟件進行設計和排版，并由計算機把設計與排版的信息自動傳送至雕 刻機控制器中，再由控制器把這些信息轉化成能驅動步進電機或伺服電機的帶有功率的信號(脈沖串)，控制五軸加工中心機主機生成X，Y，Z三軸的五軸加工中心走刀路基徑。同 時，五軸加工中心機上的高速旋轉五軸加工中心頭，通過按加工材質配置的刀具，對固定于主機工作臺上的加工材料進行切削，即可五軸加工中心出在計算機中設計的各種平面或立體的浮雕圖 形及文字，實現(xiàn)五軸加工中心自動化作業(yè)。五軸加工中心機多種數(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、英國的ArtCAM、法國的Type3、北京文泰等國內外先進的五軸加工中心軟件，還可以兼容精雕機ENG格式的JD軟件。 五軸加工中心機圓弧優(yōu)化指令能根據(jù)加工工件的特點自動消除速度振紋。傳統(tǒng)的CNC 控制系統(tǒng)常常存在以下問題:曲線速度比直線速度慢，曲線精度比直線差，做三維浮雕時機器抖動非常厲害且速度慢，精度差等。本控制系統(tǒng)的應用徹底解決了這一 難題，既提高了加工效率(加工時間可縮短30%-300%)，又可以消除速度振紋，提高加工質量。 五軸加工中心機采用加寬高精度圓柱形直線導軌，穩(wěn)定性好，精度高。加工行程大于160毫米，高于其他設備，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那樣僅僅局限對PVC，亞克力等加工。 五軸加工中心機在加工過程中，可以動態(tài)調整加工深度。在加工過程中，可以動態(tài)調整加工速度和入刀速度。五軸加工中心機完全由卡特自行設計的嵌入式CNC控制器，可在惡劣環(huán)境中使用。工業(yè)標準的總線結構設計，保證控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。 2.2刀具庫的類型及結構 產業(yè)：五軸加工中心的廣告，簽名，標簽，大理石，黑客帝國的銅，標志，商標的各自字體，作為這樣的金屬材料。 工業(yè)工藝品，工藝品，禮品，時間為系統(tǒng)的文字，圖形，藝術五軸加工中心鐵，拔號。 加工：建筑模型、模具、壓印電動射出成形、鞋、徽章、軋花、餅干、巧克力、甜點。 木：木，塑膠，有機，儲存系統(tǒng)百里香。方便的 應用材料和應用 在中國紙，有一張卡片大理石。 刺繡和煅燒鏡，高度控制振動高強度器的那項工作原理，以各種各樣的織物的軌跡引領時尚和趨勢的大廳。那不是刺繡縫紉刺繡的同樣的品質。 首先，從刺繡機的視覺設計的角度，1個不同的表面質地的禮服的顏色的結合，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地的顏色的表面的顏色。在自然中獨特的，什么設計師，不做的自然，單純的風格。 其次，表現(xiàn)形式和刺繡機的特征，1行的定義，實質地連續(xù)的光束的纖細刺繡的設計不成，又，「互補刺繡和五軸加工中心機。作為女性，我在這個夏季的水印圖案的下，直接影響模式的光學的方法是，所有的處理單元成本的10 - 20元增加，不過，供給不足。時尚產品的新鮮，要成為時尚。牛仔布的加工產業(yè)技術的應用的現(xiàn)狀是牛仔布的服裝的生產的花，影響的各種各樣的貓的胡須的，漂白效率，省能源，近將來的污染的優(yōu)勢性，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．自動換刀過程 上一工序加工完畢，主軸在“準停”位置，由自動換刀，其過程如下： （1）刀套下轉90° 本機床的刀庫位于立柱左側，刀具在刀庫中的安裝方向與主軸垂直。換刀之前，刀庫轉動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90°，使得刀具軸線與主軸線平行。 （2）機械手逆時針轉75° 在機床切削加工時，機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°，該位置為機械手的原始位置。機械手換刀的第一個動作是逆時針轉75°，兩手爪分別抓住刀庫上和主軸上的刀柄。 （3）刀具松開 機械手抓住主軸刀具的刀柄后，刀具的自動夾緊機構松開刀具。 （4）機械手拔刀 機械手下降，同時拔出兩把刀具。 （5）交換兩刀具位置 機械手帶著兩把刀具逆時針轉180°，使主軸刀具與刀庫刀具交換位置。 （6）機械手插刀 機械手上升，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，刀具的自動夾緊機構夾緊刀具。 （8）機械手順時針轉180° 液壓缸返回驅動機械手順時針轉180°。 （9）機械手順時針再轉75° 機械手順時針再轉75°，回到原始位置。 （10）刀套順時針上轉90° 刀套帶著刀具順時針向上轉90°，為下一次選刀做準備。 2．刀庫結構 如刀庫系統(tǒng)圖所示，當數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀指令后，直流伺服電動機接通，其運動經(jīng)過十字聯(lián)軸節(jié)、蝸桿、蝸輪傳到刀盤，刀盤帶動其上面的16個刀套轉動，完成選刀的工作。每個刀套尾部有一個滾子，當待換刀具轉到換刀位置時，滾子進入撥叉的槽內。同時氣缸的下腔通壓縮空氣，活塞桿帶動撥叉上升，放開位置開關，用以斷開相關的電路，防止刀庫、主軸等有誤動作。撥叉在上升的過程中，帶動刀套繞著銷軸逆時針向下翻轉90°，從而使刀具軸線與主軸軸線平行。 刀套下轉90°后，撥叉上升到終點，壓住定位開關，發(fā)出信號使機械手抓刀。通過圖中的螺桿，可以調整撥叉的行程，而撥叉的行程又決定刀具軸線相對主軸軸線的位置。 刀套的錐孔尾部有兩個球頭銷釘。在螺紋套與球頭銷之間裝有彈簧，當?shù)毒卟迦氲短缀?，由于彈簧刀的作用，使刀柄被夾緊。擰動螺紋套，可以調整夾緊力的大小，當?shù)短自诘稁熘刑幱谒轿恢脮r，靠刀套上部的滾子來支承。 第三章 設計方案 3.1刀具庫結構選擇 使用CNC五軸加工中心機加工產品使用的刀具型號多種多樣，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、有機玻璃等。一句話，五軸加工中心什么材質的產品，就要使用什么樣的刀具。加工一個好的產品，只有一把好的刀具是不夠的，還要看看刀具的型號、尺寸、刀具、材質、參數(shù)是否合適。所以用戶需要了解刀具。 目前，五軸加工中心機加工的產品越來越復雜，最終用戶對產品的要求越來越高。要完成一個產品的加工，一般都需要使用多把刀具、多個工序才能實現(xiàn)。因此，用戶需要對許多刀具進行管理。 本設計采用旋轉刀架庫結構，如上圖所示，刀具盤有10個刀位，可以容納10把刀具，刀具通過刀架固定在刀架盤上，刀架結構如下圖所示： 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)從而將刀具進行固定。當?shù)毒弑蝗∽邥r，在彈性力作用下刀具能夠平穩(wěn)地移動，而不需要另外的傳送機構。 3.2旋轉機構設計 刀架盤；2，固定螺栓；3，軸承；4，套筒；5，旋轉軸 如上圖所示，刀架和刀具被固定在刀架盤上，刀架盤通過螺栓固定在旋轉軸上，旋轉軸與套筒之間通過軸承連接，使得旋轉軸可以帶動刀架盤進行自由旋轉。 3.3棘輪機構設計 1棘輪；2，驅動輪 如上圖所示，驅動輪在轉動過程中帶動棘輪旋轉，棘輪帶動3.2節(jié)中旋轉軸進行旋轉，從而實現(xiàn)刀架盤的步進式旋轉運動。棘輪帶有10個運動槽，保證刀架盤的每個刀具能夠步進式運動。 第四章 相關設計計算 本設計的設計要求機械零件的設計是整個機器設計工作中的一項重要的具體內容，因此，必須從機器整體出發(fā)來考慮零件的設計計算，而如果零件的結構不合理，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器工作和維修要求的良好部件，或者根本裝不起來。 機器的經(jīng)濟性是一個綜合性指標，設計機器時應最大限度的考慮經(jīng)濟性。提高設計制造經(jīng)濟性的主要途徑有：①盡量采用先進的現(xiàn)代設計理論個方法，力求參數(shù)最優(yōu)化，以及應用CAD技術，加快設計進度，降低設計成本；②合理的組織設計和制造過程；③最大限度地采用標準化、系列化及通用化零部件；④合理地選擇材料，改善零件的結構工藝性，盡可能采用新材料、新結構、新工藝和新技術，使其用料少、質量輕、加工費用低、易于裝配⑤盡力改善機器的造型設計，擴大銷售量。 提高機器使用經(jīng)濟性的主要途徑有：①提高機器的機械化、自動化水平，以提高機器的生產率和生產產品的質量；②選用高效率的傳動系統(tǒng)和支承裝置，從而降低能源消耗和生產成本；③注意采用適當?shù)姆雷o、潤滑和密封裝置，以延長機器的使用壽命，并避免環(huán)境污染。 機器在預定工作期限內必須具有一定的可靠性。提高機器可靠度的關鍵是提高其組成零部件的可靠度。此外，從機器設計的角度考慮，確定適當?shù)目煽啃运?，力求結構簡單，減少零件數(shù)目，盡可能選用標準件及可靠零件，合理設計機器的組件和部件以及必要時選取較大的安全系數(shù)等，對提高機器可靠度也是十分有效的。 4.1 減速機的設計計算 4.1.1研究內容 （1）蝸輪蝸桿減速器的特點 蝸輪蝸桿減速器的特點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，傳動效率不高，精度不高。 蝸輪蝸桿減速器是以蝸桿為主動裝置，實現(xiàn)傳動和制動的一種機械裝置。當蝸桿作為傳動裝置時，在蝸輪蝸桿共同作用下，使機器運行起來，在此過程中蝸桿傳動基本上克服了以往帶傳動的摩擦損耗；在蝸桿作為制動裝置時，蝸輪，蝸桿的嚙合，可使機器在運行時停下來，這個過程中蝸桿蝸輪的嚙合靜摩擦達到最大，可使運動中的機器在瞬間停止。在工業(yè)生產中既節(jié)省了時間又增加了生產效率，而在工藝裝備的機械減速裝置，深受用戶的美譽，是眼前當代工業(yè)裝備實現(xiàn)大小扭矩，大速比，低噪音，高穩(wěn)定機械減速傳動獨攬裝置的最佳選擇。 （2）方案擬訂 A、箱體 (1)：蝸輪蝸桿箱體內壁線的確定； (2)：軸承孔尺寸的確定； (3)：箱體的結構設計； a.箱體壁厚及其結構尺寸的確定 b. 軸承旁連接螺栓凸臺結構尺寸的確定 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. 輸油溝的結構確定 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構設計 a. 軸的徑向尺寸的確定 b. 軸的軸向尺寸的確定 (2)軸系零件強度校核 a. 軸的強度校核 b. 滾動軸承壽命的校核計算 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擬訂傳動方案 本傳動裝置用于帶式運輸機，工作參數(shù)：運輸帶工作拉力F=3KN，工作速度=1.2m/s，滾筒直徑D=310mm，傳動效率η=0.96，（包括滾筒與軸承的效率損失）兩班制，連續(xù)單向運轉，載荷較平穩(wěn)；使用壽命8年。環(huán)境最高溫度80℃。本設計擬采用蝸輪蝸桿減速器，傳動簡圖如圖6.1所示。 圖6.1 傳動裝置簡圖 1—電動機 2、4—聯(lián)軸器 3—級蝸輪蝸桿減速器 5—傳動滾筒 6—輸送帶 4.1.3 電動機的選擇 （1）選擇電動機的類型 按工作條件和要求，選用一般用途的Y系列三相異步電動機,封閉式結構,電壓380V。 （2）選擇電動機的功率 電動機所需的功率 = / 式中 —工作機要求的電動機輸出功率，單位為KW； η—電動機至工作機之間傳動裝置的總效率； —工作機所需輸入功率，單位為KW； 輸送機所需的功率輸送機所需的功率P=Fv／1000·w =3000×1.2／1000×0.8=4.5 kW 電動機所需的功率= ／ = =0.99×0.99×0.8×0.99×0.99≈0.76 =4.5／0.8=5.92kW 查表，選取電動機的額定功率=7.5kw。 （3）選擇電動機的轉速 傳動滾筒轉速==73.96 r/min由表推薦的傳動比的合理范圍，取蝸輪蝸桿減速器的傳動比=10~40，故電動機轉速的可選范圍為： = n=（10~40）×73.96=740-2959r/min 符合這范圍的電動機同步轉速有750、1000、1500、3000 r/min四種，現(xiàn)以同步轉速1000 r/min和1500 r/min兩種常用轉速的電動機進行分析比較。 綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、重量、價格、傳動比及市場供應情況，選取比較合適的方案，現(xiàn)選用型號為Y132M—4。 4.1.4 確定傳動裝置的傳動比及其分配 減速器總傳動比及其分配： 減速器總傳動比i=／=1440／73.96=19.47 式中i—傳動裝置總傳動比 —工作機的轉速，單位r/min —電動機的滿載轉速，單位r/min 4.1.5 計算傳動裝置的運動和動力參數(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）各軸的轉速 電動機： =1440 r/min 軸Ⅰ：n= =1440 r/min 軸Ⅱ：n==1440／19.47=73.96 r/min （3）各軸的輸入轉矩 電動機軸：=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 上述計算結果匯見表3-1 表3-1傳動裝置運動和動力參數(shù) 輸入功率（kW） 轉速n（r/min） 輸入轉矩（Nm） 傳動比 效率 電動機軸 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 傳動零件的設計計算 4.2.1 蝸輪蝸桿傳動設計 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，整體調質，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級精度，標準保證側隙c。 1.按接觸疲勞強度設計 設計公式≥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）導程角 tan= =0.2 =arctan0.2=11.3° （9）滑動速度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md1的值 md1≥=0.×651559.494×=1820＜2500.47 原選參數(shù)滿足齒面接觸疲勞強度要求 4.2.2確定傳動的主要尺寸 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 導程角 tan=11.30993247° 右旋 軸向齒距 Px1=πm=3.14×6.3=19.78mm 齒輪部分長度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)熱平衡計算 ①估算散熱面積A A= ②驗算油的工作溫度ti 室溫：通常取。 散熱系數(shù)：Ks=20 W/(㎡·℃)。 73.45℃＜80℃ 油溫未超過限度 （4） 潤滑方式 根據(jù)Vs=4.84m/s，查表7.14，采用浸油潤滑，油的運動粘度V40℃=350×10-6㎡/s (5)蝸桿、蝸輪軸的結構設計(單位：mm) ①蝸輪軸的設計 最小直徑估算 dmin≥c× c查《機械設計》表11.3得 c=120 dmin≥=120× =47.34 根據(jù)《機械設計》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《機械設計》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蝸桿軸的設計 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《機械設計》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，并加臺肩和螺釘固定，螺釘選6個 幾何尺寸計算結果列于下表： 名 稱 代號 計算公式 結 果 蝸桿 中 心 距 = a=154.35 傳 動 比 i=19.47 蝸桿分度圓 柱的導程角 蝸桿軸向壓力角 標準值 齒 數(shù) z1=2 分度圓直徑 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 =47.88 蝸桿螺紋部分長度 名 稱 代號 計算公式 結 果 蝸輪 中 心 距 = a=154.35 傳 動 比 i=19.47 蝸輪端面 壓力角 標準值 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電機選型計算 （1）選擇電動機的類型 按工作條件和要求，選用一般用途的Y系列三相異步電動機,封閉式結構,電壓380V。 （2）選擇電動機的功率 電動機所需的功率 = / 式中 —工作機要求的電動機輸出功率，單位為KW； η—電動機至工作機之間傳動裝置的總效率； —工作機所需輸入功率，單位為KW； 輸送機所需的功率輸送機所需的功率P=Fv／1000·w =3000×1.2／1000×0.8=4.5 kW 電動機所需的功率= ／ = =0.99×0.99×0.8×0.99×0.99≈0.76 =4.5／0.8=5.92kW 查表，選取電動機的額定功率=7.5kw。 （3）選擇電動機的轉速 傳動滾筒轉速==73.96 r/min由表推薦的傳動比的合理范圍，取蝸輪蝸桿減速器的傳動比=10~40，故電動機轉速的可選范圍為： = n=（10~40）×73.96=740-2959r/min 符合這范圍的電動機同步轉速有750、1000、1500、3000 r/min四種，現(xiàn)以同步轉速1000 r/min和1500 r/min兩種常用轉速的電動機進行分析比較。 綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、重量、價格、傳動比及市場供應情況，選取比較合適的方案，現(xiàn)選用型號為Y132M—4。 4.3 軸的設計 4.3.1 蝸輪軸的設計 （1）選擇軸的材料 選取45鋼，調質，硬度HBS=230，強度極限=600 Mpa，由表查得其許用彎曲應力=55Mpa 查《機械設計基礎》（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)《機械設計》表11.5，選dmin=63 （3）軸的結構設計 ① 軸上零件的定位、固定和裝配 單級減速器中，可將齒輪按排在箱體中央，相對兩軸承對稱分布，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渡配合。兩軸承分別以軸肩和套筒定位，周向則采用過渡配合或過盈配合固定。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度 Ⅰ段d1=50mm L1=70mm Ⅱ段選30212型圓錐滾子軸承，其內徑為60mm，寬度為22mm。故Ⅱ段直徑d2=60mm。 Ⅲ段考慮齒輪端面和箱體內壁、軸承端蓋與箱體內壁應有一定距離，則取套筒長為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）按彎扭合成應力校核軸的強度 ① 繪出軸的結構與裝配圖 (a)圖 ②繪出軸的受力簡圖 (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 計算彎矩： 截面C右側彎矩 截面C左側彎矩 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 低速軸的彎矩和轉矩 (a)軸的結構與裝配 (b)受力簡圖 (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)轉矩圖 (g)計算彎矩圖 Nm ⑥繪制轉矩圖 (f)圖 ×105 Nmm=586 Nm ⑦繪制當量彎矩圖 (g)圖 轉矩產生的扭剪應力按脈動循環(huán)變化，取0.6，截面C處的當量彎矩為 Nm ⑧校核危險截面C的強度 ＜，安全。 4.3.2 軸的結構見圖3.3所示 圖3.3 蝸輪軸的結構圖 4.3.3 蝸桿軸的設計 （1）選擇軸的材料 選取45鋼，調質處理，硬度HBS=230，強度極限=650 Mpa，屈服極限=360 Mpa，彎曲疲勞極限=300 Mpa，剪切疲勞極限=155 Mpa，對稱循環(huán)變應力時的許用應力=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）軸的結構設計 按軸的結構和強度要求選取軸承處的軸徑d=35mm，初選軸承型號為30207圓錐滾子軸承（GB/T297—94），采用蝸桿軸結構，其中，齒根圓直徑mm，分度圓直徑mm，齒頂圓直徑mm，長度尺寸根據(jù)中間軸的結構進行具體的設計，校核的方法與蝸輪軸相類似，經(jīng)過具體的設計和校核，得該蝸桿軸結構是符合要求的，是安全的，軸的結構見圖3.4所示： 圖3.4 蝸桿軸的結構草圖 4.4 蝸輪軸的軸承的選擇和計算 按軸的結構設計，初步選用30212（GB/T297—94）圓錐滾子軸承，內徑d=60mm,外徑D=110mm,B=22mm. （1）計算軸承載荷 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 無外部軸向力。 因為＜，軸承A被“壓緊”，所以，兩軸承的軸向力為 ③ 計算當量動載荷 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 按軸的結構設計，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。具體的校核過程略。 4.5 減速器鑄造箱體的主要結構尺寸（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； (5) 軸承旁聯(lián)結螺栓直徑： (6) 箱蓋、箱座聯(lián)結螺栓直徑：=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：本減速器為一級傳動減速器，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：，取； (10) 表2.5.2螺栓相關尺寸： 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)結螺栓的距離：以螺栓和螺釘互不干涉為準盡量靠近，一般?。? (12) 軸承旁凸臺半徑：20，根據(jù)而得； (13) 軸承旁凸臺高度：根據(jù)低速軸軸承外徑和扳手空間的要求，由結構確定； (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) 大齒輪頂圓與箱內壁之間的距離：≥，取=16； (17) 鑄造斜度、過渡斜度、鑄造外圓角、內圓角：鑄造斜度=1：10， 過渡斜度=1：20，鑄造外圓角=5，鑄造內圓角=3。 總結 本設計方案，充分考慮了工作過程中各部分的合理性，功能性，安全性。在設計過程中，中分借鑒國內外各種技術，新型技術。在遇到困難時向老師和同學請教，大家一起討論出結果，這是一分大家一起合作出來的成果。經(jīng)過老師的多次點評，我們很有新型，這是一次成果的設計，對這個行業(yè)的前景充滿信心。未來幾年，中國的經(jīng)濟還將發(fā)生大的變化，農業(yè)會進入高速，高科技發(fā)展時期，玉米的需求量供應量都會大量提高，如何對這么多數(shù)量的玉米進行處理就是個大問題，未來智能通過新科技來實現(xiàn)玉米的大批量處理。 致謝 這次畢業(yè)設計，對于作者本人來說，是一次極大的鍛煉，經(jīng)過這次設計學習，對于機械設計這門學科又有了更加深刻的認識。 沒有系統(tǒng)學習過機械理論知識的人，往往會對機械設計有一些片面的認識，認為機械設計精度不高、科技含量較低，其實這完全是一種誤解。雖然這次畢業(yè)設計不能算有多高的精度，或有多高的科技含量，但是設計中的每一個環(huán)節(jié)都必須經(jīng)得住推敲，設計出的作品必須力求簡潔、實用。 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械設計師們在資料中反映出的嚴謹、求實的作風。機械設計不能有半點馬虎，所講究的是對于設計產品的準確把握與了解。 在十個星期的設計中，我深刻感到，忠實于事物的客觀規(guī)律是一名有責任心的機械設計師的基本品質。一個機構的結構不是憑空想象就行的，它必須遵守客觀規(guī)律，否則設計出的作品是毫無意義的。 沒有平時在課堂中學到的知識，沒有平時一點一滴的積累，要想完成一個比較完整的畢業(yè)設計是不可能的。但是僅靠平時的收獲，也是很不夠的。經(jīng)過這次畢業(yè)設計，我還感到有一重要的收獲，那就是在課堂之外，我的自學能力有了很大的提高。除了導師提供的資料，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，獨立思考能力也獲得了進一步的提高。 以前各種設計也做過一些，但總的來說這一次的工作量最大，學到的知識也最多。這與以前打下的基礎是分不開的，如果沒有以前所接受的完整教育，不經(jīng)歷以前的機械設計，要想完成這次機械設計是很困難的。 參考文獻 [1] 劉麗娜。淺談立體刀具庫的特點和應用[J].智能建筑與城市信息， 2007（12）。 [2] 付翠玉。立體刀具庫發(fā)展的現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)[J].機械設計與制造，2005（9）。 [3] 李祥啟。立體刀具庫的選型與應用[J].建筑科技，2008（9）。 ［3］單麗云，強穎懷，張亞非。工程材料。徐州：中國礦業(yè)大學，2000 ［4］張國端，張展等，行星傳動技術。上海：上海交通大學出版社，1989 ［5］胡來，何金國等，行星傳動設計與計算。北京：煤炭工業(yè)出版社，1983 ［6］朱龍根，簡明機械零件設計手冊。北京：機械工業(yè)出版社，1997 ［7］周明衡，離合器、制動器選用手冊。北京：化學工業(yè)出版社，2003 ［8］成大先，機械設計手冊（單行本）機械傳動。北京：化學工業(yè)出版社，2004 ［9］王洪欣等，機械設計工程學Ⅰ，徐州：中國礦業(yè)大學，2001 ［10］唐大放等，機械設計工程學Ⅱ，徐州：中國礦業(yè)大學，2001 ［11］單麗云，強穎懷，張亞非。工程材料。徐州：中國礦業(yè)大學，2000 ［12］尤瑞琳，行星減速器行星架的改造設計。起重運輸機械，2002 ［13］張樹森，機械制造工程學。沈陽：東北大學出版社，2001 ［14］甘永立，幾何量公差與檢測。上?？茖W技術出版社，2003 ［15］劉鴻文，簡明材料力學，北京：高等教育出版社，1997