毕业设计--jcs-013型数控卧式镗铣床刀库设计

毕业设计--jcs-013型数控卧式镗铣床刀库设计内容摘要：

卸刀具的行 5 程短，可以使自动换刀装置的速度提高。 快速自动换刀装置采用 HSK 空心短锥柄刀是发展的趋势。 I 设计方案选择 刀库是刀具交换系统的一部分，加工中心的刀具交换系统也称为自动换刀装置（ ATC） ,它通常是由刀库和机械手组成。 自动换刀装置是加工中心不可缺少的组成部分，也 是加工中心的象征，又是加工中心成败的关键。 加工中心有立式、卧式、龙门式几种，所以这些机床的刀库和自动换刀装置也是各种各样。 加工中心上的刀库类型有鼓轮式刀库，链式刀库，格子箱式刀库和直线刀库等。 （ 1）鼓轮式刀库： 应用较广，这种刀库的结构紧凑，但因刀具单环排列、定向利用率低，大容量刀库的外径较大，转动惯量大，选刀时运动时间长。 因此这种刀库的容量较小，一般不超过 32 把刀具。 （ 2）链式刀具 容量较大，当采用多环链式刀库时，刀库的外形较紧凑，占用空间小，适合用于做大容量刀库。 在增加存储刀具数目时，可增加链条的 长度，而不增加链轮直径，因此，链轮的圆周速度不会增加，且刀库的运动惯量不像鼓轮式刀库增加的那么多。 （ 3）格子箱式刀库 刀库容量大，结构紧凑，空间利用率高，但布局不灵活，通常将刀库安放于工作台上。 有时甚至在使用一侧的刀具时，必须更换另一侧的刀座板。 （ 4）直线式刀库 结构简单，刀库容量较小，一般用于数控车床，数控钻床，个别加工中心也有采用。 换刀机械手分为单臂单手式，单臂双手式和双手式机械手。 单臂单手式结构简单，换刀时间较长，适用于刀具主轴与刀库刀套平行，刀库刀套轴线与主轴轴线平行，以及刀库刀套轴线与主轴轴 线垂直的场合。 单臂双手机械手可同时抓住主轴和刀库中的刀具，并进行拔出、插入，换刀时间短，广泛应用于加工中心上的刀库刀套轴线与主轴平行的场合。 双手式机械手结构较复杂，换刀时间短，这种机械手除了完成拔刀、插刀外，还起运输刀具的作 6 用。 结合所给题目，初步决定采用链式刀库双手式机械手换刀方案。 II 设计手段 采用 系统化设计方法 ， 将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统，每个设计要素具有独立性，各个要素间存在着有机的联系，并具有层次性，所有的设计要素结合后，即可实现设计系统所需完成的任务。 结合本课题实际，根据机械设 计与机械原理等有关知识对 JCS013 型数控卧式镗铣床刀库进行设计，采用 AutoCAD 2020 中文版对刀库及关键零件进行绘制。 7 第 2章 刀库 传动系统设计 主要设计参数 安装形式：链式刀库 刀库容量： 60 把 送刀方式：任意 刀具尺寸（最大）：长 400 毫米，直 径 φ 125 毫米 刀具重量 （ Mj） ：约 12 千克 链条快速移动速度为 16 米 /分，慢速移动速度为 4 米 /分。 刀库驱动液压马达的选择应同时满足刀库运转时的负载转矩 TF， 和起动时的加速转矩 TJ 的要求。 由于链条转速很低 和 液 压马达惯性小 、 起动转矩小的特点 ，为了计算简便，在计算时，忽略起动加速转矩 TJ，在最后结果上乘以一个工作系数。 TF 计算 链式刀库负载转矩 TF用来克服刀具不平衡重力 FWmax和导向面的摩擦力F，如图 21 所示。 FWmax ：不平衡重力； F3：摩擦力 图 21 链条受力分析图 8 F1和 F3是支承面的摩擦力。 F2和 F4则是导向面上因刀具下垂而引起的摩擦力。 不平衡重力可按刀库一侧装满刀、一侧不装刀时的最大重力差值来计算。 （ 1） 确定不平衡重力 FWmax 由图 21 知 ,不平衡重力 3max  GMF dW  N353 （ 2）确定摩擦力 F3 NF 3 (21) μ —— 钢与 铜之间的摩擦系数，约取 ； N—— 垂直作 用在导向面上的压力，包括刀具、刀柄和 刀座 产生的重力，分别为 Wj， Wb， Wt。 N747)1000(3)(3)(32 LRMWWWNdtbj  NF R—— 刀座 外半径，取 50mm； L—— 刀座 长度，取 218mm。 （ 3）确定每排刀具负载转矩 Tf mN44mN)1 503 53(0 )( m a x3 WLf FFRT （ 4）确定每排刀具 作用在主动轮上的负载转矩 Tz 9 2321/ fz TT  (22) 44 2 zT mN49  η 1—— 圆柱齿轮传动效率，取 ； η 2—— 链传动效率 ,取 ； η 3—— 深沟球轴承传动效率，取。 （ 5） 确定作用在液压马达上的负载 转矩 Ty 4321 \4i TT fy  (23) mN25 494 42 yT i—— 液压马达轴至刀库轴的速比 ，取 9； η —— 传动效率。 考虑到实际情况比计算时所设定的条件复杂，液压马达额定转矩 Ts 应为负载转矩 Ty的 倍 ，即 ys TT   mN38  由刀库设计参数知，链条快速移动速度为 16 米 /分，即 16000mm/min 慢速移动速度为 4 米 /分，即 4000mm/min。 （ 1） 确定链轮周长 S mm5 4 7  ds  （ 2） 确定液压马达的转速范围 10 r / m / m i542 916000m a x  nn r / m / m in5 42 94 00 0m i n n 根据计算数据选定 BM2200 摆线马达。 液压马达参数 型号： BM2200 摆线马达 排量： 200ml/r 压力：额定 10MPa 最高 转矩：额定 mN240 最高 mN240 转速：额定 320r/min 最高 400r/min 质量 ： 、精度等级、材料及齿数 （ 1）按图 22 所示的传动方案。 11 图 22 刀库驱动系统结构布局 （ 2）由于机器速度较低，故选用 7 级精度（ GB1009588）。 （ 3）查机械手册选择小齿轮材料为 40Cr（调质），硬度为 280HBS，大齿轮材料为 45钢（调质），硬度为 240HBS，二者材料硬度差为 40HBS。 （ 4）选小齿轮齿数为 Z1=28，大齿轮齿数为 Z2==84。 由设计计算公式 24 进行试算，即 12 td3 221][ )1( Hd EZKT   (24) （ 1） 确定公式内的各计算数值 1)试选载荷系数为 K= 2)确定小轮传递的扭矩 2214i TT zy (25) 494 2  yT 4   3)由于两支承相对于小齿轮做不对称布置，所以齿宽系数 d =1。 4)由机械设计手册查得材料的弹性影响系数 ZE=。 5)按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 MPa600lim H。 大齿轮的接触疲劳强度极限 MPa550lim H。 6） 计算应力循环次数 估计应力循环次数应该低于 107 转。 7)取接触疲劳寿命系数 KHN。 =； KHN2=。 8)计算接触疲劳许用应力。 取失效概率为 1℅ ,安全系数 S=1，由公式 26 得  1H = SKHN 1lim1 M P a840M P a1  (26)  2H = SKHN 2lim2 M P a825M P a1  13 （ 2） 计算 1）计算小齿轮分度圆直径 td1 ，代入  H 中较小的值。 3 2211 ][ )1( Hd Et ZKTd   (27) 2 241  td  考虑到外部零件要保证互相不产生干涉的条件下， d1t≧ 74mm。 2）计算圆周速度 v。 m m / s605 42 60 0 0m a x  v mm/s343 m/ m m /s6054 2 00m a x  v mm/ m/ 3）计算齿宽 b 与齿高之比 b/h。 b=φ d d1t=1 =，取 b=48mm。 4)计算模数 和齿高  zdm t (28) 11  mh (29) hb 5）计算载荷系数。 14 根据 v=， 7 级精度，查机械设计手册得动载系数 Kv=； 直齿轮， HK ； 查得使用系数。 AK 用插值法查得 7 级精度、小齿轮相对支承非对称布置时， HK。 4 4   HHvA KKKKK (210) 6）按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径，由公式 211 得 3311 tt KKdd (211) 由于 ﹤ 72mm ，故 mm721 d。 7）确定模数 模数 3m 8）计算大齿轮齿数 8432812 izz。