数控加工中心自动换刀系统设计机械部分样本

西安航空职业技术学院毕业设计（论文）论文题目：小型数控加工中心自动换刀系统设计所属系部：航空制造工程学院指引教师：职称：学生姓名：班级、学号：专业：西安航空职业技术学院制11月西安航空职业技术学院毕业设计（论文）任务书题目：小型数控加工中心自动换刀系统设计（机械某些）任务与规定：小型数控加工中心自动换刀系统规定针对圆盘式刀库8把刀具，以准停位置为基准通过PLC控制刀盘顺时针和逆时针旋转运用气动装置从而实现换刀，自动换刀过程和自动换刀各某些构成,换刀时间2s，刀盘转速为60r/min。时间：11月18日至1月10日共8周所属系部：航空制造工程学院学生姓名： 学号：专业：指引单位或教研室：指引教师： 职称：西安航空职业技术学院制11月毕业设计(论文)进度筹划表日期工作内容执行情况指引教师

签字第一周通过对课本知识所学和同窗之间互相探讨以及自己在图书馆及网上查阅有关资料后，理解了本次题目重要内容第二周向指引教师报告前段准备状况，并开始着手整顿有关资料第三周依照整顿有关资料，初步建立起论文基本框架，并和指引教师讨论与否适当，修改完善第四周对所掌握资料进行合理筛选后，初步形成论文草稿，并发送给指引教师，接受教师指引第五周就指引教师对草稿指出有关问题，特别是论文格式问题，进行及时修改，并对论电子稿再次发给教师第六周就指引教师对第二稿稿指出有关问题，并对论文所涉及到理论问题进行了认真审查，修改后，将电子稿再次发给教师第七周就指引教师再次提出有关问题进行修改，并通过多次讨论，形成满足学校规定论文接受教师最后修改，打印提交教师对进度筹划实行状况总评签名年月日本表作评估学生平时成绩根据之一。目录【摘要】 -1-1绪论 -2-1.1加工中心简介 -3-1.1.1加工中心发展简史 -3-1.2加工中心发展趋势 -4-2总体方案拟定 -6-2.1加工中心构造构成 -6-2.2刀库类型 -7-2.3刀具自动换刀分析 -8-2.4无机械手换刀装置刀库设计 -8-2.4.1刀库重要参数 -10-2.4.2刀盘某些设计 -10-2.4.3刀盘尺寸拟定 -11-2.4.4刀库转动定位机构选取 -11-3动力装置分析 -11-3.1初选电机 -11-3.1.1拟定传动装置传动比 -11-3.1.2拟定各轴转速、转矩和功率 -12-3.2电动机校核 -13-3.2.1涡轮轴Ⅱ设计计算 -13-3.2.2计算并校核伺服电机扭矩 -13-3.3刀库转位机构普通圆柱蜗杆传动设计 -15-3.3.1选取蜗杆传动类型 -15-3.4蜗轮轴校核 -19-4总结 -22-致谢 -23-参照文献 -24-数控加工中心刀具库自动换刀系统【摘要】本设计简介了加工中心自动换刀装置机械某些设计，最后实现自动换刀动作，简介了当前加工中心惯用刀库，及其在加工中心上应用状况，从而可以看出在数控方面发展趋势。换刀装置作为加工中心重要构成某些，其重要作用在于减少加工过程中非切削时间，提高生产率，减少生产成本，进而提高机床乃至整个生产线生产力。加工中心自动换刀装置是实现多工序持续加工重要装置，其构造设计及其控制是实现加工中心设计制造核心。加工中心换刀过程较为复杂，动作多，动作间互相协调多，进而自动换刀系统好坏直接影响加工效率高低。带有自动换刀系统数控加工中心在当代先进制造业中起着越来越重要作用，它能缩短产品制造周期，提高产品加工精度，适合柔性加工。加工中心是数控中较为复杂加工设备，由于其具备各种加工能力而得到广泛应用，其强大加工能力和效率得益于其配备自动换刀装置。核心字：数控加工中心，无机械手自动换刀，刀库Abstract:Thisdesignintroducedthedesignofmechanicalpartsofautomatictoolchangerformachinecenter，realizetheautomatictoolchangeaction，introducesthemachiningcentertoollibrary，anditsapplicationsinthemachiningcenter，whichcanbeseeninthedevelopmenttrendofnc.Asanimportantpartofthemachiningcentertoolchangedevice，itsmainroleisnoncuttingtime，reducethemachiningprocesstoimproveproductivity，reduceproductioncosts，andenhancetheproductivityofmachinetoolsandthewholeproductionline.Machiningcenterautomatictoolchangedeviceisanimportantdevicetorealizethemultiprocesscontinuousprocess，thestructuredesignandcontrolisthekeyofmanufacturingprocessingcenter.Toolchangingprocessofmachiningcenterismorecomplex，action，coordinatedactionamongmany，andhasautomatictoolchangingsystemdirectlyaffectsthemachiningefficiency.WithNCmachiningcenterautomatictoolchangingsystemplaysamoreandmoreimportantroleinmodernadvancedmanufacturingindustry，itcanshortenthemanufacturingcycle，improveproductprocessingprecision，suitableforflexibleprocessing.MachiningcenterisacomplicatedmachiningCNCequipment，becauseithasmanykindsofprocessingcapacityandwiderangeofapplications，automatictoolchangingdeviceforitspowerfulprocessingcapacityandefficiencyduetoitsconfiguration.Keywords：CNCmachiningcenter，Automatictoolchangewithoutmechanicalhand，Theknife1绪论

1952年世界上浮现了第一台数控机床，使多品种、中小批量机械加工设备在柔性、自动化和效率上产生了巨大变革。1958年第一台加工中心问世，它将多工序（铣、钻、镗、铰、攻丝等）加工集于一身；适应加工多品种和大批量工件；增长机床功能（自动换刀、自动换工件、自动检测等），使自动化限度和加工效率上了一种新台阶；使无人化（或长时间无人操作）加工成为现实。加工中心已成为柔性制造系统、计算机集成制造系统和自动化工厂基本单元。

加工中心是数控机床代表，是高新技术集成度高典型机电一体化机械加工设备，受到世界各工业发达国家高度注重，技术迅速发展，品种和数量大幅度增长，成为当今世界机械加工设备中最引人注目一类产品。1.1加工中心简介

1.1.1加工中心发展简史

1952年世界上浮现第一台数控机床，使多品种、中小批量机械加工设备在柔性、自动化和效率上产生了巨大变革。它用易于修改数控加工程序进行控制，因而比大批量生产重使用组合机床生产线和凸轮、开关控制专用机床有更大柔性，容易适应加工件品种变化，进行多品种加工。它用数控系统对机床工艺功能、几何图形运动功能和辅助功能实行全自动数字控制，由于有更高自动化限度和加工效率，大大变化了中小批量生产中普通机床占整个机械加工状况。数控机床能实现两坐标以上联动功能，其效率和精度比用手工和样板控制加工复杂零件要高得多。1958年第一台加工中心在美国卡尼、特雷克（Kearney&Trecker）公司问世。当代加工中心内容是什么？第一，它是在数控镗床或数控铣床基本上增长自动换刀装置，可使工件在一次装卡中，可以自动更换刀具，自动完毕工件上铣削、钻孔、镗孔、铰孔、攻丝等工序数控机床。第二，加工中心上如果带有自动分度回转工作台或自动转角度主轴箱，可使工件在一次装卡中，自动完毕各种平面和各种角度位置多工序加工。第三，加工中心上如果带有互换工作台，工件在工作位置工作台上进行加工同步，此外工件在装卸位置工作台上进行装卸，不影响加工进行。由上述可知，加工重心在加工柔性、自动化限度和加工效率上，在普通数控机床基本上又上了一种新台阶，又是一次新变革。加工中心定义是什么？当前世界上并无原则定义，但当前普遍以为是指：在工件一次装卡中，可以实现自动铣削、钻孔、镗孔、铰孔、攻丝等多工序数控机床。更为明确说法是：加工中心就是自动换刀数控镗铣床。这就把加工中心与自动换刀数控车床或车削中心区别开来。1.2加工中心发展趋势立式加工中心重要顾客层面为,以看好汽车零部件行业为首，尚有模具、飞机、医疗设备、IT、光学设备等行业。在飞机制造业因绝大多数加工件为多品种、小批量产品，因而五轴加工机为主立式加工中心有潜在需求。此后电子零部件、精密机枝零部件、半导体模具等行业也具备需求潜力。

各生产厂家面对预期需求扩大飞机、模具、半导体等行业，正在抓紧开发五轴加工机。和几年前以生产普通零部件为主立式加工中心形成鲜明对比，突出以加工模具为主设备方案不断从厂家浮现，由此可明显地看出对高速、高效、高品位加工需求正在增长。

针对高精度加工，某些厂家比较注重研制对不易切削材质搞重切削加工机型。同步，以减少工件更换时间和集中工序为目复合化加工技术也在不断创新。为进一步提高效率，有些厂家正在尝试在立式加工中心控制轴方面再加上l~2个轴，形成五轴控制，样对于形状复杂工件和自由曲面等工件都可完毕一次装卡加工。

在产品开发方面，由于顾客规定更加严格，不得不在保持低价位同步不断追求高性能技术。由于正在加快适应环保规定新技术开发，因而，更加需要可以调节品种、数量可形成柔性线构造设备。当前干式切削也在研制之中，如已经浮现使用高纯度氮气干式加工系统，以氧化来控制精度变化。同步为改进作业环境、提高经济效率，对于切屑解决也采用了易于回收方式。卧式加工中心

卧式加工中心因其加工面是垂直，切屑易脱落，比较适应时间无操作。又因是模块构造，可以短时间内导入最恰当规模系统。因其无人操作时间较长，在成本费用方面与单机相比效果更好。

从顾客需求来看，对卧式加工中心规定更加趋向于适应多品种小批量生产，规定加工设备可以灵活地适应工序集中导致生产型加工件变化。当前由于汽车厂家设备投资呈上升趋势，需求可望进一步扩大。此外，因对于产品制造结识和对生产体系看法正在发生主线转变，由此而派生新生产体系也许对能形成柔性线小型机种产生需求。着手生产以上机型厂家在追求高速、高精度同步，还在如何使机体小型化及成本控制方面下功夫。也就是说此类产品开发重点在于机体小型化、适应形成柔性线体系方面。

从技术开发动向来看，是谋求提高主轴转速、进给速度、提高精密度、并将相应热变位、模块化等集中体现出来。其中，作为机床基本课题高速化研究也不断获得成果。

由于提高进给速度直接关系到产品加工时间，以利提高生产效率，因而在高速进给技术方面，驱动装置采用直线电机机型正在增多。同步也有厂家在开发不使用直线电机，采用进给轴以大导程滚珠丝杠为驱动，进给加速度1.5G~

2G、迅速进给速度120mm／min高速卧式加工中心。并在主轴上采用双面约束刀具、主轴转速为2万r/min、迅速进给速度为60m/min、以尽量缩短重复定位、刀至刀等非切削时间。为解决速度提高带来热变位影响，防止精度下降，普通都采用独自补正装置或主轴冷却构造、冷却装置等。数控立式车床适合于加工大直径、大吨位外圆型工件立式车床，也被各行业采用。由于其市场局限性，产品在很大限度上反映了顾客意向，诸多是以专用机形式交货投付使用，

这也是顾客和厂家形成密切联系因素。近来，对中出口看好建设机械厂家对立式车床需求令人瞩目，造船行业订货则似乎暂告一段落。从去年起，数控车床生产厂家期待着在飞机、高性能发电机、风力发电机等方面设备投资比较活跃重电机行业订货。

由于市场在交货期、质量、价格方面规定越来越高，某些中小规模设备顾客为缩短产品生产周期，更青睐一次装卡、可搞各种加工复合型加工机。

考虑到环保规定而采用半干式加工需求也在增长，依照此类顾客规定，OM制作因此产学协作方式开发出采用气化热半干式加工技术，并加强了节约能源办法，控制了电力使用。

当前，市场对于提高了通用性、低价位小型数控立式车床需求仍在扩大，同步，和卧式数控车床同样，带有加工中心意识功能型复合机开发研制比较活跃。例如，随着对复杂形状工件成品加工规定提高，也在研制将立式车床功能加上钻、攻丝、镗等旋转方面加工功能。因配备了C轴，不同复合加工也可通过一次装卡进行。此外，在以切削为主同步，加上采用单刀具双面约束ATC方式后，在铣加工功能方面也见到不少可进行重切加工工序集约型产品。2总体方案拟定2.1加工中心构造构成加工中心构成因机床类别、功能、参数不同而有所区别。机床自身分基本部件和选取部件，数控系统有基本功能和选用功能，机床参数有主参数和其他参数。

机床制造厂可依照顾客提出规定进行生产，但在同类机床基本功能和部件构成普通差别不大。从总体上看，加工中心基本上由如下几大某些构成。1、基本部件重要由床身、立柱和工作台等大件构成。它们是加工中心基本构造，要承受加工中心静载荷以及在加工时切削负载，因而必要是刚性很高部件。这些大件可以是铸铁件也可以是焊接刚构造件，是加工中心中重量和体积最大部件。2、主轴系统重要由主轴箱、主轴电动机、主轴和主轴轴承等零部件构成。主轴启动、停止和变转速等动作均由数控系统控制，并通过装在主轴上刀具参加切削运动，是切削加工功率输出部件。主轴系统是加工中心核心部件，其构造好坏，对加工中心性能有很大影响。3、数控系统

重要由CNC装置、可编程序控制器、伺服驱动装置以及电动机等某些构成，它们是加工中心执行顺序控制动作和完毕加工过程控制中心。4、自动换刀系统

重要由刀库、自动换刀装置等部件构成。刀库是存储加工过程所要使用所有刀具装置。当需要换刀时，依照数控系统指令，由机械手（或通过别方式）将刀具从刀库取出装入主轴孔中。刀库有盘式、链式和鼓式等各种形式，容量从几把到几百把。机械手构造依照刀库与主轴相对位置几构造不痛也有各种形式。如单臂式、双臂式。回转式和轨道式等等。有加工中心运用主轴箱或刀库移动来实现换刀。5、辅助系统

涉及润滑、冷却、排屑防护、液压和随机检测系统等某些。辅助系统虽不直接参加切削运动。但对加工中心加工效率、加工精度和可靠性起到保障作用，因而也是加工中心中不可缺少某些。此外，为进一步缩短非切削时间，有加工中心还配备了自动托盘互换系统。例如，配有两个自动互换工件托盘加工中心，一种安装工件在工作台上加工，另一种则位于工作台外进行工件装卸。当完毕一种托盘上工件加工后，便自动互换托盘，进行新零件加工，这样可以减少辅助时间，提高加工效率。2.2刀库类型刀库是自动换刀装置中最重要部件之一，其容量、布局以及详细构造对加工中心设计有很大影响。刀库是用来储存加工刀具及辅助工具地方。由于多数加工中心取送刀位置都是在刀库中某一固定刀位，因而刀库还需要有使刀具运动及定为机构来保证换刀可靠。其动力可采用液动机或电动机，如果需要还要有减速机构。刀库定为机构是用来保证更换每一把刀具或刀套都能精确地停在换到位置上。其控制某些可以采用简易位置控制器或类似半闭环进给系统伺服位置控制，也可以采用电气和机械相结合销定为方式，普通规定综合定为精度达到0.1~0.5mm。加工中心上普遍采用刀库是盘式刀库和链式刀库。1）盘式刀库

盘式刀库构造简朴，应用较多，如图2-1所示。由于刀具环形排列，空间运用率低。因而浮现了将刀具在盘中采用双环或多环排列，以增长空间运用率。但这样一来使刀库外径过大，转动惯量也很大，选刀时间也较长。因而，盘式刀库普通合用于刀具容量较少刀库。图2-1a）径向取刀形式

b）轴向取刀形式

c）刀具径向安装

d）刀具斜向安装（2）链式刀库

如图2-2所示，链式刀库构造紧凑，刀库容量较大，链环形状可以依照机床布局配备成各种形状，也可将换刀位突出以利换刀。当链式刀库需增长刀具容量时，只需增长链条长度和支承链轮数目，在一定范畴内，无需变更线速度及惯量。这些特点也为系列刀库设计与制造带来了很大以便，可以满足不同使用条件。普通刀具数量在30~120把时，多采用链式刀库。图2-2本文所设计刀库

由于是使用在小型加工中心上，因此采用是圆盘刀库构造形式，如下是简介本设计换刀过程及刀库构造设计2.3刀具自动换刀分析加工中心自动换刀装置有两种形式：有机械手换刀和无机械手换刀。加工中心自动换刀装置，大都采用有机械手换刀方式。它是由机械手将刀库上刀具送到主轴上，再把主轴上已用过刀具返送到刀库上。其长处是换刀时间短，但其机械构造比较复杂。无机械手换刀方式是直接在刀库与主轴（或刀架）之间换刀自动换刀方式。因无机械手，因此构造简朴。换刀时必要先将用过刀具送回刀库，然后再从刀库中取出新刀具，这两个动作不能同步进行，因此换刀过程较为复杂，换届时间较长。但是刀库回转时是在工步与工步之间，即飞切削时进行，因而可以免除刀库回转时振动对加工精度影响。无机械手换刀方式合用于40号如下小型加工中心或换刀次数少用重型刀具重型机床。考虑此机床为教学用品不必考虑换刀时间长短，只针对小型加工中心进行设计，因此采用无机械手换刀方式。2.4无机械手换刀装置刀库设计1.刀库形式选用无机械手换刀方式中，刀库可以是圆盘形、直线排列式、也可以是格子箱式等。直线排列式和格子箱式刀库构造相比较复杂，合用于刀库容量较大加工中心；圆盘形刀库容量较小，刀库构造简朴紧凑，刀库转位、换刀以便，易控制。且所设计加工中心重要用来教学，不必再刀库里放太多刀具，因而选用圆盘式刀库。2.刀库放置立式加工中心无机械手换刀方式圆盘形刀库放置有两种形式：刀库置于立柱侧面横梁上和置于工作台上。由于采用是原则精密数控工作台，因此选用刀库置于立柱侧面横梁上，此构造简朴，且不会发生刀库和主轴干涉现象，但刀库支承刚性较差，须增强立柱刚度，以减小横梁弯扭矩影响。在横梁上有导轨，导轨上安装有滑座，将刀库安装在滑座上，通过气动方式将刀库沿横梁移动到主轴端，由主轴来实现自动换刀。3.刀库构成刀库由刀盘部件、轴承、轴承套、电机、拨销、槽轮、蜗轮蜗杆、气缸等构成。2.4.1刀库重要参数（1）刀库容量本加工中心重要用来加工小型零件或多孔零件和小平面，因此刀库上重要安装某些孔加工刀具（如钻头、扩孔钻等）和加工小平面用立铣刀及小直径面铣刀;同步又考虑到所选用电主轴轴端尺寸及刀盘直径等限制；再考虑到重要用于中小批生产机教学实验等，刀具品种不适当过多，以免导致不必要消费和刀库尺寸过大，采用8把刀。（2）刀具最大直径和长度立铣刀最大直径为40mm，钻头最大直径定为10mm，最大工作某些长度定为150mm。（3）刀具最大重量为1kg。（4）刀具最大运动线速度为22—30m∕min。2.4.2刀盘某些设计2.4.3刀盘尺寸拟定刀盘采用轮辐式构造，这样既能满足使用规定，又能保证刀盘强度。在整个设计过程中要保证各个尺寸在换刀过程中不发生干涉即可，刀盘直径为210mm。（1）刀爪尺寸设计刀爪外型尺寸依照30号刀柄设计。（2）夹块设计夹块在刀爪抓刀时插入到键下半部中，以及刀具在刀库中夹块始终插在键中，起准拟定位作用。因而，夹块宽度尺寸精度规定很高。夹块宽度尺寸重要由键宽度决定。2.4.4刀库转动定位机构选取当前圆盘式刀库大多采用是单头双导程蜗轮蜗杆传动，此传动机构在使用中可随时调节蜗轮蜗杆传动间隙，实现精确转位分度轮和蜗杆加工较困难。槽轮机构具备冲击小，工作平稳性较高，机械效率高，可以在较高转速下工作，且构造简朴，易制造等长处，在当前生产鼓轮式刀库加工中心机床上，普通采用槽轮机构来驱动刀库分度回转运动。但此机构定位精度不够高，为提高其定位精度可采用带制动器交流伺服电机，从而可保证较高定位精度。3动力装置分析3.1初选电机刀库驱动系统中，由于刀库驱动转矩小，因此决定采用直流伺服电动机驱动。直流伺服电动机具备体积小、重量轻、伺服性好、力能指标高等长处，且该电机可用信号电压进行无极调速。采用电磁式交流伺服电动机，其基本参数为：功率1.5KW，额定转速1500r/min，额定扭矩T=6.4N/m；最大输出扭矩T1=19.2N·m；转动惯量J=15Kg·㎝²；刀盘转速N=60r/min。3.1.1拟定传动装置传动比由选定电动机满载转速n1和刀库积极轴转速n，可得传动装置总传动比：i1=（3-1）电机满载转速n1为1500r/min，则传动比i2==25选用蜗轮蜗杆原则传动比i=20.5，则因而刀库输出转速N===73.17（r/min）3.1.2拟定各轴转速、转矩和功率传动装置总效率η=η联η²承η齿（3-2）蜗轮蜗杆传动效率η齿=0.98（齿轮精度为8级）联轴器效率η联=0.99 滚动轴承效率η承=0.99则得传动总效率η=0.99*0.99²*0.98=0.95i——轴m至n传动比；（如电动机轴至I轴之间采用联轴器联接，则i01=1）η——轴m至轴n传动效率。0轴：0轴即电动机轴P0=Pd=1.5Kwn0=n1=1500r/minT0=Td=6.4N·mI轴：I轴即蜗杆轴P1=P0η联=1.5*0.99=1.485（Kw）T0=Td=6.4N·mⅠ轴：Ⅰ轴即蜗杆轴P1=P0η联=1.5*0.99=1.485（kw）n1==1500（r/min）T1=T0i01η01=T0i联η联=6.4*1*0.99=6.336（N·m）Ⅱ轴：Ⅱ轴即蜗轮轴P2=P1η12=P1η承η齿=1.485*0.99*0.98=1.44Kwn2===73.17（r/min）T2=T0iη联η齿η联=6.4*20.5*0.99=126.02（N·m）将上述计算成果汇总列于下表中：轴序号功率P/kw转速n/（r/min）转矩T/（N·m）传动形式传动比效率η01.515006.4联轴器10.99I1.48515006.336Ⅱ1.4473.17126.02蜗轮蜗杆传动20.50.963.2电动机校核3.2.1涡轮轴Ⅱ设计计算选取轴材料为45号钢，正火解决，由《袖珍机械设计师手册》P529表10-2查：当d<100mm时，δb=588MPa，δr=294MPaδ-1=238MPa，τ-1=138MPa（2）初步估算轴端直径，由《袖珍机械设计师手册》P541表10-12得：d2≥A0=150*EQ\R(,3)=40.5mm取d2=44mm其中A0按《袖珍机械设计师手册》P542表10-13取A0=1103.2.2计算并校核伺服电机扭矩伺服电机必要扭矩T：T=T1+T2（3-3）其中T1——传动摩擦扭矩T2——启动扭矩（加速扭矩）计算传动链摩擦扭矩T1：T1=（3-4）式中：G-刀库重量R承——回转半径μ——轴承摩擦系数i——总传动比则由上式得：T1==0.0045（N·m）计算启动扭矩T2：T2=（3-5）式中：J——刀库转动惯量ε——启动角加速度刀库转动惯量估算：依照《袖珍机械设计师手册》P42表2-12得Jy=m刀库R²则J=Jy=*287.5*（）²=11.27（kg·m²）刀库启动加速时间Δt=0.3s则角加速度ε===≈20.9则由式启动扭矩T2==11.4899（N·m）计算伺服电机必要扭矩T由式得伺服电机必要扭矩：T=T1+T2=0.0045+11.4899=11.4944（N·m）由于=1.67≤3，即所选用伺服电机最大输出扭矩在驱动刀库刀盘分度所需最大扭矩三倍以内，符共计算目，满足使用规定。此外所选用电机有足够扭矩储备，可保证刀盘频繁转位时电机不发热，能长期、稳定、安全地使用，此外也有进一步提高刀盘分度转位速度余地。采用交流伺服电机长处：（1）交流伺服电机无电刷和换向器，因而工作可靠，对维护和保养规定低。因而采用交流伺服电机驱动刀库传动，大幅度简化了构造，提高了机械某些易维修性和可靠性；（2）由于伺服电机速度通过参数设定，可人为控制分度启动时加速曲线特性和停止时减速曲线，使分度速度提高同步，动作更平滑、稳定、刀盘定位精度更高；（3）由于伺服电机具备优良过载特性，在刀具重量大或者刀具安装偏载极端状况下也能胜任，正常工作；（4）交流伺服电机惯量小，易于提高系统迅速性；（5）交流伺服电机同功率下有较小体积和重量，因而减轻了系统质量。3.3刀库转位机构普通圆柱蜗杆传动设计刀库主运动是圆周回转运动，如图所示，交流伺服电动机通过弹性柱销联轴器与谐波传动减速器连接减速后驱动蜗杆，设计刀库转位机构普通圆柱蜗杆传动，由刀库转位机构实现。已知直流伺服电动机功率0.092KW，转速为3000R/MIN，谐波传动减速器传动比为100，传动效率为80%，直流伺服电动机经谐波传动减速器减速后驱动蜗杆，蜗杆为积极，蜗轮为从动。3.3.1选取蜗杆传动类型依照GB10085-88推荐，采用渐开线蜗杆。㈠选取材料蜗杆采用45号钢，齿面淬火，硬度为45-50HRC；蜗轮采用铸锡磷青铜ZCuSn10Pb1，金属模锻造。拟定重要参数蜗杆蜗轮传动，以蜗杆为主传动，蜗轮为从传动。依照《袖珍机械设计师手册》P985表18-4，由于i=20.5则Z=2，预测工作寿命为5年，则Zl=5*20.5=41按齿面接触疲劳强度设计计算m²d1≥（）²KT2（mm³）蜗轮轴转矩T2=126.02N·m载荷系数K=1.1许用接触应力σHP2：σHP2=σHPZvsZn（3-6）式中①σHP=220MPa；②估算滑动速度v<5m/s，喷油润滑，由《袖珍机械设计师手册》P995图18-2查得Zvs=0.96；③NL=60an2t=60*1*73.17*5*300*8=5.3*，按《袖珍机械设计师手册》P997图18-3查得ZN=0.8则许用接触应力σHP2=220*0.96*0.8=168.96（MPa）计算m²d1值并选定模数m和蜗杆分度圆直径d1m²d1≥（）²*1.1*126.02=647（mm³）按《袖珍机械设计师手册》P984表18-3查得m=5mm，d1=50mm（m²d1值应不不大于计算值）。验算滑动速度v计算蜗杆速度v1V1==3.925（m/s）计算滑动速度vsvs=（3-6）其中y=arctan（）=arctan（）=11°18′36″则由式得滑动速度vs==4（m/s）则初估vs值适当验算蜗轮轮齿弯曲强度验算公式为σF2=YFSYβ≤σFP2（3-7）由《袖珍机械设计师手册》P995表18-12取如下参数：动载荷系数Kv蜗轮速度v2===0.785（m/s）则蜗轮速度v2=0.785m/s＜3m/s，Kv=1~1.取Kv=1.03载荷分布系数KB载荷平稳，取KB=1蜗轮齿形系数YFS蜗轮当量齿数Zv2===43.48按蜗轮当量齿数Zv2，查《袖珍机械设计师手册》P911图17-2，取蜗轮齿形系数YFS=4.01导程角系数YBYB=1-=1-=0.906许用弯曲应力σFP2系数YN由《袖珍机械设计师手册》P997图18-3查取，YN=0.8，则许用弯曲应力σFP2=σFP2YN=70*0.8=56（MPa）。⑥计算弯曲应力σF2式中d=50mm,d2=mZ2=5*41=205(mm)，m=5mm，则由式（3-7）得σF2==6.74（MPa）则σF2＜σFP2，满足蜗轮轮齿强度条件。计算蜗轮蜗杆重要参数分度圆直径d1d2d1=50mmd2=mZ2=5*41=205（mm）中心距aa=（3-8）-蜗轮变位系数，取=-0.5；则代入式（3-8）中得中心距a==125（mm）。（按《袖珍机械设计师手册》P987表18-7进行匹配）蜗杆导程角γγ=arctan（）=arctan（）=11°18′36″(8)计算其她尺寸（按《袖珍机械设计师手册》P985表18-5进行计算）蜗杆齿顶圆直径da1=d1+2ha1=d1+2m=50+2*5=60(mm)蜗轮齿顶圆直径da2=d2+2ha2=d2+2m(ha+x2)=205+2*5*（1-0.5）=210（mm）其中ha=1蜗轮外圆直径de2≤da2+1.5m=210+1.5*5=217.5(mm),则取de2=215mm。蜗杆齿宽b1：由《袖珍机械设计师手册》P986表18-6得b1≥（8+0.06Z2）m=(8+0.06*41)*5=52.3(mm),取b1=55mm。蜗轮宽度b2：b2≤0.75da1=0.75*60=45（mm），取b2=40mm。蜗杆齿根高hf1：hf1=m+cm=5+0.2*5=6(mm),其中c=0.2蜗轮齿根高hf2：hf2=（ha+c-）m=(1+0.2+0.5)*5=8.5(mm)蜗杆齿根圆直径df1：df1=d1-2hf1=50-2*6=38(mm)蜗轮齿根圆直径df2：df2=d2-2hf2=205-2*8.5=188（mm）蜗轮齿顶圆弧半径Ra2：Ra2=a-=125-=20(mm)蜗轮齿根圆弧半径Rf2:Rf2==+0.2*5=31(mm)蜗杆轴向齿厚sx1:sx1==7.85(mm)蜗杆法向sn1:sn1=sx1cosγ=7.85*cos11°18′36″=7.7（mm）蜗轮分度圆齿厚s2:s2=(0.5π+2tanα)m（3-9）其中变位系数=-0.5，ZA型α=20°，则由式得蜗轮分度圆齿厚：s2=(0.5*3.14-2*0.5*tan20°)*5=6.03（mm）蜗杆齿顶高ha2：ha2=m=5mm3.4蜗轮轴校核蜗轮轴外形图如图所示，总长为287mm，从左至右直径尺寸为40mm，44mm，50mm，44mm，40mm。其上键选取为平键，尺寸为b*h=12*8，t=5；花键为开线花键，尺寸为8*36*40*7。轴两端采用6208型深沟球轴承，重要尺寸参数为d=40，D=80，B=18。按弯扭合成强度条件校核轴画出受力简图并求支反力、扭矩图中(如图3-1)：刀库上压轴力G刀库=2875（N）蜗轮重量估算G蜗轮=Vρg（3-10）体积V=（）h=（）*40=1.4*10（mm³）45钢密度ρ=7.85g/cm³则代入（3-10）式中得G蜗轮=1.4*10*7.85*10*10*10=110（N）③轴承支撑力R1、R2218G刀库+59G蜗轮-121R1=0得R1==5233（N）97G刀库-62G蜗轮+121R2=0得R2=2248（N）扭矩T刀库，T蜗轮T刀库=T蜗轮=126N·m=126000N·mm求轴弯矩M，并画弯矩图(如图3-1)M1=G刀库*97=2875*97=278875（N·mm）M2=R2*59=2248*132632（N·mm）求扭矩T，并画出扭矩图(如图3-1)T1=-T刀库=-126000（N·mm）T2=T蜗轮=126000（N·mm）计算弯矩Mca，并画出弯矩图(如图3-1)弯矩Mca=（3-11）取α=0.6，则由（3-11）式得：Mca0=(N·mm)Mca1=≈288940（N·mm）Mca2=≈152665（N·mm）Mca3==75600（N·mm）图3-14总结在机械加工行业里,由于数控机床有许多长处,已逐渐代替普通车床成为主导机床。按工艺用途它可以分为普通数控机床和数控加工中心两大类,而后者因带有由刀库和机械手构成自动换刀装置,能使工件在一次装夹中完毕大某些甚至所有工序。依照数控系统选刀指令,从刀库中将所需要刀具转到取刀位置,称为自动选刀。本次设计题目是小型数控加工中心自动换刀系统设计，在设计过程中遇到了诸多困难，最重要就是构造设计。这其中涉及了：蜗轮，蜗杆设计，蜗轮，蜗杆轴校核等。随着机械加工业发展，制造行业对于带有自动换刀系统高效高性能加工中心需求量越来越大。在既有各种类型加工中心中，老式构造自动换刀系统造价在机床整机造价中总是占着很大比重，这是加工中心价格居高不下、应用不普遍重要因素。如果把自动换刀系统设计制造从既有加工中心制造模式中分离出来，把它作为加工中心原则件或附件组织专门化生产，同步由于该项技术应用简化了机床主轴构造、采用弹簧夹头和外驱动机械手等核心技术、采用圆柱柄刀具和辅具，这不但使数控机床工作性能有所提高，并且使得由它配套构成加工中心总体造价大幅度下降。低造价高性能加工中心将会被中小厂广泛接受，这样必将给自动换刀系统生产厂商和加工中心制造厂商带来巨大经济效益。在这次设计中得到了很大收获，提高了自己自学能力和独自解决问题能力，也丰富了自己理论知识，这为咱们后来工作打下了坚定基本。致谢在论文写作过程中，我遇到了无数困难和障碍，都在同窗和教师以及工友协助下度过了，特别要强烈感谢我论文指引教师张教师，张教师倾注了大量心血和汗水，无论是在论文选题、构思和资料收集方面，还是在论文研究办法以及成文定稿论文修改和改进方面，我都得到了张教师悉心细致教诲和无私协助，特别是她广博学识、深厚学术素养、严谨治学精神和一丝不苟工作作风使我终身受益。此外，在校图书馆以及公司图书馆查找资料时候，图书馆管理员也给我提供了诸多方面支持与协助。在此向帮我所有人表达由衷感谢，感谢我同窗和朋友，在我写论文过程中提供热情协助。由于我学习水平有限，所写论文难免有局限性之处，恳请教师批评指正。最后，衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩各位教师。参照文献[1]毛谦德《袖珍机械设计师手册》机械工业出版社[2]夏田《数控加工中心设计》化学工业出版社[3]胡育辉《数控铣床加工中心》辽宁科学技术出版社[4]闻邦椿《机械设计手册》机械工业出版社[5]RobertO.Parmley.P.E.（邹平·译）《机械设计零件与实用装置图册》机械工业出版社西安航空职业技术学院毕业设计（论文）审查意见书指引教师对学生所完毕题目为小型数控加工中心自动换刀系统设计毕业设计（论文）进行状况、完毕质量审查意见：成绩：指引教师：