龙门式可换头五轴加工中心3d设计中的刀库和换刀装置部分设计、装配与仿真毕业设计

龙门式可换头五轴加工中心3d设计中的刀库和换刀装置部分设计、装配与仿真毕业设计内容摘要：

处，于是本设计采用非标准链条设计。 节距 P=40 滚子直径 d=14 内链节宽 b1=14 轴销直径 dz=7 内链板高度 h=20 外链节外宽 b2=28 （请见零件图） 初选链轮齿数 Z=16，则分度圆直径 : D=P/（ sin180176。 /z） =40/（ sin180176。 /16） = ㎜ 每一齿占圆心角为 360176。 /z=360176。 /16=176。 一个刀套连在两个链节上，此二节链用二个销轴连在一个链板上，P1=2P=80mm 理论上跨二个链齿，占圆心角为 45176。 ，实际上占的角度 2*sin1(P1/D)=2*sin1(80/)=176。 与 45176。 相差不是很大，基本能保证链条传动刀准确地到达换刀位置，可初选。 滚子链传动的设计 （一）主要失效形式 由于设计、制造、使用等多方面的差异，链传动的失效形式是多种多样的，但主要有以下几种： a、链条疲劳破坏。 在闭式链传动中，链条元件受变应力作用，经过一定的循环次数，链板发生疲劳断裂，滚子套筒发生冲击疲劳破裂。 在润滑得当的条件下，疲劳破坏是决定链传动能力的主要因素。 b、链条铰链磨损。 它是常 见的失效形式之一。 磨损使链条总长伸长， 18 从而使链边垂度变大，增大动载荷，发生振动，引起跳齿，加大噪声以及其它破坏，如打坏链箱、链边互相碰撞、销轴因磨损削弱而断裂等。 开式传动，工作条件恶劣，润滑不良，链条铰链比压过大等均会加剧链条铰链的磨损，降低其使用寿命。 c、链条胶链胶合。 当润滑不当或转速过高时，组成铰链副的销轴和套筒的磨擦表面易发生胶合破坏。 d、链条静强度破坏。 当低速重载的链条过载时，易发生静强度不足而破断。 (二 )滚子链传动的设计计算 确定链长 本设计刀库容量为 40，链板取节距 t=40，每２节链安 一把刀，每一个刀套与一节链联接固定，则链节数 n=2179。 4０ =8０（节），另外，本设计决定选取双排链，一方面双排链易加工，另一方面因刀具较重，可利于平稳运行。 则链条总长 L=40*４０ =1600 ㎜。 确定链轮齿数 由于链条不是很长，刀库可以设计成长圆形，下端相对于两排链条各设一个链轮，两个链轮齿数相同，初选齿数 Z=16，由链条滚子直径 ,则 链轮齿沟圆弧半径 :r1=*d+= 齿沟圆弧直径 :d1=2r1= 分度圆节距 : t0=t*(1+(d1d)/D)=40*(1+()/)= 分度圆直径： D0= t0/（ sin180176。 /z） =（ sin180176。 /16） = 初定传动比 因为刀库的驱动系统采用伺负电动机 ,所以 ,转动角度由伺服电机控制。 传到链条上，移动一个刀位，链轮转动角度即输出角度为 45176。 传动系统 带动链条无间歇传动，从而实现刀位的连续传动，进行选刀。 (三 )滚子链的静强度计算 在低速重载链传动中，链条的静强度占有主要地位。 通常 v＜ 视为低速传动。 如果低速链也按疲劳考虑，用额定功率曲线 上各点其相应的条件性安全系数 n 大于 8~20，比静强度安全系数大。 另外，当进行有限寿命计算时，若所要求的使用寿命过短，使用功率过高，则链条的静强度验算也是必不可少的。 链条的静强度计算式为： n=Q/(kAF+ FC+ Ff)≧ [n] n— 静强度安全系数 19 Q— 链条极限拉伸功载荷，查表 — 1 得单排 Qmin＝ 169000N KA— 工况系数，查表 — 3 得 KA＝ F— 有效拉力（即有效圆周力）据前计算 F= FC— 离心力引起的拉力，计算式为： F＝ qV2， q 为链条每米质量， v为链速， 当 v＜ 4m/s 时， FC可忽略不计。 Ff — 悬垂拉力。 a＝ 1600mm， а ＝ 0176。 ，取 Kf＝ 30。 单排取 q′ ＝ 5kg/m＝ 50kgf/m。 所以 Ff′＝ Kfqa179。 10－ 2 Ff″ ＝ (Kf＋ sinа )qa179。 10－ 2 ∴ Ff′＝ Ff″ ∴ Ff＝ Kfqa＝ 30179。 2179。 50179。 1600179。 10－ 2 ＝ 48000N 所以 n＝ 2*Qmin/(kAF+ FC+ Ff)=2*169000/(*48890+48000)＝ [n]— 许用安全系数。 一般为 4~8；如果按最大尖峰载荷 Fmax 来代替KA178。 F 进行计算 ,则可为 3~6。 对于速度较低，从动系统惯性较小，不太重要的传动或作用力的确定比较准确时， [n]可取较小值。 可见 n＞ [n] 因此链的静强度安全合理。 (四 )滚子链的使用寿命计算 当链传动的传递功率要求超过额定功率，链条的使用寿命要求小于15000h 或者磨损伸长率要求明显小 3%时，有必要进行链条的使用寿命计算。 Po′ =(p/)3— Po″ =上两式中： Z1=16， n1=， p=40mm，代 入公式得 Po′ =4KW Po″ =8637KW（不取） P= Po′ （ KA= 表 ） （ Km= 表 ） 可见要求传递的功率远小于其额定功率，使用寿命也远超出 15000h，因此无需进行使用寿命计算。 同理也需进行滚子链的耐磨损工作能力的计算。 滚子链链轮的设计计算 名称 符号 计算公式 结果说明 20 基 本 参 数 链轮齿数 Z Z1~2=16 配用 链条的 节距 t T=p/(1+(d1d)/D) t= 滚子外径 dr dr=14mm 排距 Pt Pt=60mm(双排 ) 主要尺寸 分度圆直径 d D=t/sin(180176。 /Z) d= 齿顶圆直径 da Damax=d+ dr Damin= d+()t dr damax= damin= 取 da= 齿根圆直径 df df=ddr df= 材料 热处理 齿面硬度 表 20 渗碳淬水回火 HRC50~60 链轮结构 分体式双排轮齿 名称 符号 结构尺寸 图形表示 轮毂厚度 轮毂长度 轮毂孔径 轮毂直径 轮毂半径 h l dk dg R h=64 l=20 dk=32 dg=160 R= 三 刀库的设计计算 1． 刀库驱动电动机的选定 刀库中驱动系统、传动系统的选择与设计 电机的选择： 驱动刀库目前常见的方式有伺服电动机驱动和液动机驱动两种。 根据安装合理性， 我采用的是 日本松下交流伺服电动机 驱动。 参数如下： 功率(KW) 转速(r/min) 额定转矩(N178。 M) 最大转矩 (N178。 M) 转 动惯量(㎏178。 M2) 2020 78 *10－ 3 21 ⑴ 按负栽转矩选 加在伺服电动机轴上的负载转矩 Tl 应比电动机额定连续转矩 Ts 小。 链式刀库的负载转矩计算方法 : 链式刀库的负载转矩 T1 是由刀具不平衡重量 Wmax 和导向面（或支撑面）的摩擦力 F 所组成。 不平衡重量 Wmax 可按在一个垂直方向刀套上装有 1/10 刀库容量数的最大刀具重量来计算。 F1 和 F3 是支撑面的摩擦力； F2 和 F4 则是导向面上因刀具下垂而引起的摩擦力。 计算摩擦力时刀具重量均是按刀具平均重量计算。 把如上计算的负载转矩 转换为电机轴上的转矩 Tl 的公式为 Tl=T1/in 式中 i传动比； n传动效率； 考虑到实际情况比计算时所设定条件复杂，电机额定转矩 Ts 应为负载转矩的 1。 21。 5 倍，即 Ts》（ 1。 21。 5） Tl ⑵ 按加速时的最大转矩选 加速时的最大转矩 T 包括加速转矩 Ta 和负载转矩 Tl， 即 T》 Ta+Tl 负载转矩 Tl 的计算方法 Tl=T1/in 加速转矩 Ta 按下式计算 Ta=2**Nm（ Jm+Jl） /60tTa 式中 Nm 刀库选刀时的电动机转速 (r/min) Ta 加速时间侗常取 150200 (ms) Jm 电动机转子惯量，可从样本中查到 (N178。 m178。 s178。 ) Jl 负载惯量折算到电动机轴上的惯量 加速时的最大转矩 T 应小于电机的最大转矩 Tmax，即 T《 Tmax 22 ⑶ 校验 检验计算结果是否满足下列关系式 Jl〈 Jm 选用能满足上述三项条件的伺服电机。 2． 刀库传动方式及其计算 ⑴ 刀套线速度 刀套线速 度影响选刀效率，但是过快的线速度又影响刀库工作可靠性。 一般推荐下列速度： 刀套线速度 V=2230m/min ⑵ 刀库传动方式 为使伺服电机在最佳状态下工作，一般不采用伺服电机的低速段。 这就要采用蜗轮减速装置。 此外有时为了结构上的原因，还加一对齿轮传动。 对链式刀库来说，因大都采用刀套准停机构，故采用一般蜗轮副即可。 ⑶ 刀库 回零撞块 装置 尺寸计算 由伺服电机驱动的刀库必须设置回零撞块，以保证第 1 号刀套准确地停在初始位置上。 刀库回零时，刀套沿顺时针转动，传感器检测到第 2 号刀套接近回零 位置时，反馈给位置编码器和速度控制器，刀套开始减速，超过回零位置后实现准确停车，此时第 1 号刀套停在换刀位置上。 调整传感器的左右位置，即可调整刀库回零位置。 刀库可正转和反转，找刀时按最近路程转动。 为了准确地回到坐标零点，在零点前面设置减速行程开关，其回零减速撞块尺寸的计算方法如下： ① 减速撞块长度 Ldw（ mm） Ldw》 [Vr（ Tr/2+30+Ts） +40VlTs]/60000 式中 Vr 快速移动速度（ mm/min）； Tr 快速移动时间常数（ ms），通常 取 150200； Ts 伺服时间常数（ ms）， Ts=33； Vl 减速后速度（ mm/min），可在 61500 范围内设定，一般 23 设在 30 左右为好。 待 Ldw 计算后，往大里取整数就是减速撞块的有效工作长度。 ② 由减速行程开关释放点到零点的距离 Lda Lda=电动机转半圈移动量 （四） 刀库的选刀方式 选刀方式是将所需刀具从刀露中准确调出的方法，现代加工中心刀库已不再用刀套编码或刀具编码方式，而是由控制系统根椐最初输入的刀套号与刀具号跟踪记忆刀套与 刀具的对应号，并按称序指令准确地调用所需刀具。 目前使用的刀库的选刀方式有如下二种： ⑴ 刀套号与刀具号随机变换方式 这是目前用的最普遍的方式。 在第一次给刀库装刀时，告诉控制系统刀套号和在该刀套上的刀具号（ T179。 179。 ）的对应关系，控制系统就记住了这个对应关系，而以后该刀具在使用中，不一定送还到原来的刀套上，但是控制系统仍能记住该刀具号所在的新刀套号。 刀库上装有位置检测装置（一般与电机装在一起），可检测出每个刀套位置，这样刀具就可以被任意取出并送回，这有利于缩短换刀选刀时间。 由于这种方式经常改变刀具号与刀套号的 对应关系，所以在重新起动机床时，必须使刀库回零，校验一下 CRT上显示的内容与实际刀具插存情况。 ⑵ 刀具号与刀套号固定对应方式 在这种选刀方式中，插在刀套上的刀具，使用后仍送还到原来的刀套上，即刀具号与刀套号的对应关系始终不变。 这种方式的好处在于，易于掌握刀具情况，一看刀套号就能知道是什么样的刀具。 另一好处是可以安放大直径刀具，只要有意选择相邻刀套上无刀即可。 正是这一方便性，根据有些用户的要求，至今仍有采用这种选刀方式的。 但是，这种方式因为用完的刀具必须送还给原来的刀套上后，才能移动下一个要用的刀具到换刀位置，因此势必会增加换刀时间。 刀库选刀方式的又一特点是采用“近路”移动原则。 就是说，无论上述哪种选刀方式，根据程序指令，把下序要用的刀具移动到换刀位置时，都向小于刀库半圈的方向移动，以节省选刀时间。 24 该机床的选刀方式为计算机记忆式选刀（即任意选刀），前面已详细介绍过其特点，在此不再介绍了。 刀套上贴有刀套标牌，将刀具进行编号必须是两位数，可以是任意两位数，但不能重复，这个编号就是将来编程时使用的刀号。 编好刀号后，将刀具一一插入刀套，插入的刀套是任意的。 然后通过机床操作面板，将刀具号一一设入所插入的 刀套号地址。 （五） 刀套准停措施 如果刀套不能准确地停在换刀位置上，将会使换刀机械手抓刀不准，以致在换刀时容易发生掉刀现象。 因此，刀套的准停问题将是影响换刀动作可靠性的重要因素之一。 为了确保刀套准确地停在换刀位置上，需要采取如下措施： ⑴ 定位盘准停方式。