2731 工业交换器设计
2731 工业交换器设计,工业,交换,交流,设计
工业交换器设计摘 要本设计的目的是要设计出经常用于加工中心的工业交换器设计,简称(APC)。该机构应该实自动交换以及托盘的传输,完成待加工工件和已加工工件之间的自动交换。具体方法是参考资料,对国内外现状进行分析研究及对托盘交换器及其随行夹具的结构设计和计算,最后利用计算出的结果绘制出托盘交换机构的装配图,随行夹具的零件图和输送机构的装配图及一些重要的零件图。本设计最终实现了托板的升起下降和回转进而使托盘带动的夹具和夹紧的已加工和待加工工件之间的交换,实现了回转体对托盘的自动拉紧,以及对滑台在工作台上的固定。本设计的说明书,装配图,零件图和液压图详细的说明了本机构的工作原理和设计的全过程。关键词:柔性;托盘;夹具;随行;系统IABSTRACTThe purpose of this design is to design a tray Automatic switching device ,(APC) which is often used for machining center. The agency should realize the automatic exchange and tray transmission, and complete the exchange between the machining and already machining of automatic. The method is refering material, analysing the domestic and international situation and designing and calculating the tray switch and their accompanying fixture structure design .And finally, using the calculated results rendering the tray of assembly drawings exchange organization, and the accompanying jig drawing and transportation agencies and some important parts of the assembly drawing. This design has finally achieved the raising and decline of the tray so as to make the tray of clamping fixture and drive the exchange between the already processing and unprocessing parts, and realize the automatic tray of axially symmetrical taut and the sliding sets on the fixed. This design specifications, drawings, parts drawing and hydraulic figure have described the institutions of the working principle and the whole design of the shield in detail. Key words: Flexible; Trays; Fixture; Accompanying; System1第 1 章 绪 论1.1 概述 1.1.1 选题背景 本文主要研究了回转式托盘交换其及其随行夹具的设计,此机构可以减少加工时间,提高加工效率。尤其对于小工件,不论是金切加工还是电加工,均可多工件一次装卡加工,节约大量的换刀时间以及刀具快进快退时间,生产工艺节拍大大缩短,在满足生产的基础之上减少了设备数量,对那些前期投入不足或者车间非常狭小的厂家来讲,具有明显的意义。可减少工件装夹次数,避免工作多次定位所产生的积累误差,节省辅助时间,实现高质、高效加工。在科技发达的今天,选择此课题,可以节省加工时间提高效率,为当今机械行业高速发展做点帮助。1.1.2 托盘交换器现在的研究状况由韩国籍李兑浩,金厂镐,催玄珍发明设计的,由李兑浩申请的发明专利自动托盘交换器在一体地形成有叶片的轴和用于限制叶片的旋转的制动器之间提供和收回液压油,以便形成有叶片的轴通过液压油的压力旋转,该自动托盘交换器还在容纳轴和制动器的壳体和轴的上下液压板之间提供和收回液压油,以便轴通过液压油的压力上下运动,由此托盘与轴的运动有机地联系在一起。该自动托盘交换器(APC),包括:可旋转圆柱形中空轴;上液压板和下液压板,其分别设置于轴的上侧和下侧,与轴形成一体;叶片,其设置于上液压板和下液压板之间以包围轴的外表面的一部分,且与轴形成一体;制动器,设置于轴的外表面,以限制轴的旋转;壳体,用于容纳轴和制动器,还具有液压提供口;固定臂,连接到壳体以固定制动器;托盘,与轴互锁以上、下、左、右运动。 由日本人船越晃和藤元明彦发明设计的日本山梨申请的发那科株式会社享有专利的托盘交换器夹紧机构中,一种托盘交换器夹紧机构将工件安装托盘夹紧到工作台和将工件安装托盘从工作台松开,该托盘交换器夹紧机构包括工件安装托盘,工件安装托盘传送到工作台和从工作台移走的方向与其夹紧和松开的移动方向相同。当将其夹紧到工作台或从工作台移走时,工件安装托盘在平行于工作台的平面上移动。托盘交换器在一些机床中的应用:2MC 系列镗铣中心配有三种直径分别为 127mm、152 mm 、178 mm 的伸缩式主轴以提高机床加工范围、多用性及刚性,每一种型号各配置一个内置回转工作台,最小承重达 13608kg。托盘尺寸为 1219mm1219 mm 到 1524 mm2743 mm。工件自动上(下)料能够在机床保持连续切削的状态下完成。MC 系列镗铣中心提供不同规格的回转工作和托盘承载能力;其托盘交换系统对于每一种型号的机床都是标准配置。工件上(下)料在重型双托盘滑台上自动运行。沈阳第一机床厂开发研的 HMC500 高速卧式加工中心是集高速、高精及高可靠性等特点于一体,并具有双托盘交换功能,广泛适用于汽车、摩托车、仪表、液压件等行业,是箱体、壳体、阀体等零部件加工的理想设备,尤其适合汽车发动机缸体、缸盖、变速箱壳体等零件的成套加工生产线。起独特的托盘交换器结构,不但保证了托盘交换的快速性和准确性,也极大的降低了客户将来换件维修的费用。DMC80H 机床强力切削及高精度 - 此为新型 DMC H duoBLOCK 系列的卧式加工范围。机床的长行程达 800 x 800 x 800 mm 并且具有较小的装夹尺寸,快移速度可达 60 m/min,独特刀具设计的托盘交换器,为该机床特色。使用具有 8,000 rpm 及 1,075 Nm 扭矩的传动轴扭矩, DMC 80 H duoBLOCK 符合强力切削所有的要求。DMC80H 机床的自动托盘交换器是旋转式托盘交换器标配两个托盘,旋转式托盘存储选配额外 4 个托盘。1.1.3 研究前景如今机械行业仍旧对人类的生活十分重要,人类离不开机械,生活离不开机械,任何一个行业都需要机械作为保障。科技发展,要求生产效率提高,同样的时间要求加工出更多的零件,同样的零件要求占用的工时尽量缩短,以此才可以适应当今社会的快速发展。本设计研究的课题正是服务于机械行业,更是服务于人类。该机构既减少工人的工作量还可以减少工序,让加工更为简单,操作更为容易。这种适应社会和人类需求的产品一定会有很好的研究前景。1.1.4 研究对象1、托盘 在柔性物流系统中,工件一般是用夹具定位加紧的,而夹具被安装在托盘上。为了使工件在整个 FMS 中有效地完成任务,系统中所有的机床和托盘必须统一接口。托盘结构形状一般类似于加工中心的工作台,通常为正方形结构,它带有大倒角的棱边和 T 型槽,以及用于夹具定位夹紧的凸榫。有的物流系统也使用圆形托盘。2、托盘交换器3托盘交换器是加工中心中最为常见的换料装置,他不仅是加工系统与物流系统间的工件传输上的那个接口,也起到物流系统工件的作用。托盘交换器在机床单机运行时是加工中心的一个辅助件,但在 FMS 的整体功能分析上 ,他完成或协助完成物料(工件)的装卸与交换,并起缓冲作用,因此,从系统分析出发,又可以把它划为物流系统,通常托盘交换器,刀库及换刀机械手都由加工设备数控系统的可编程序控制器控制,驱动源有液压,气压,电能。交换托盘应允许手动操作以适应维修和调整用。托盘交换器一般有回转式托盘交换器和往复式托盘交换器两种。(1)回转式托盘交换器回转式托盘交换器通常与分度工作台相似,有两位,四位和多位形式。多位的托盘交换器可以存储若干工件,所以特称缓冲工作站和起盘库。两位的回转式托盘交换器其上有两条平行的导轨供托盘移动导向用,托盘的移动和交换器的回转通常由液压驱动。这种托盘交换器有两个工作位置,机床加工完毕后,交换器从机床工作台移出装有工件的托盘,然后旋转 180 度,将装有未加工的工件的托盘再送到机床的加工位置。如图 1.1 是回转式托盘交换器。1.托盘 2.托盘压紧装置 3.用于托盘装卸的回转工作台图 1.1 回转托盘交换器(2)往复式托盘交换器往复式托盘交换器的基本形式是一种两托盘的交换装置。有无托盘的往复式托盘交换器,他有一个托盘库和一个托盘交换器组成。当机床加工完毕后,工作台横向移动到卸料位置,将装有已经加工的托盘一直拖到盘库的空位上,然后工作台横向移动到装料机构位置,托盘交换器再将待加工的工件移到工作台上。带有托盘库的交换装置允许在机床前形成一个小的工件队列,起到小型中间储料库的作用,以补偿随机或4非同步生产的节拍差异。由于设置了托盘交换器,使工件的装卸时间大幅度减缩。如图 1.2 是往复式托盘交换器。3、随行夹具随行夹具的特点是灵活多变,可大大缩短生产准备周期;元件可重复使用,制造,管理方便,长期经济性好;易于实现计算机辅助工艺设计。目前使用的随行夹具有两种基本类型,即槽系组合夹具和孔系组合夹具。槽系组合夹具元件间靠键和槽定位,而孔系组合夹具则靠孔与销定位。由于孔系组合夹具与槽系组合夹具相比于有精度高,刚性好,易组装,可便利地提供数控编程原点,在柔性制造系统中得到广泛应用。1.加工中心 2.工作台 3.托盘 4.托盘库图 1.2 往复式托盘交换器5第 2 章 总体方案的确定2.1 工作台驱动机构的选择一台精密卧式加工中心的研制,需要为该加工中心选配一台交换工作台。目前市场上有多种交换工作台驱动机构,能否在这类交换台驱动机构中选择一种适合机床工作要求的型式,很有实际意义。1、 利用回转工作台伺服电机驱动交换台这种交换台采用的是利用回转工作台伺服电机来驱动托板交换的方法,与其它驱动方式相比,省去了一套转动的驱动装置,使设备结构简单化,托板的转动由回转工作台的伺服电机提供动力源,设备成本低,伺服电机定位精准,交换精度高。根据图2.1所示,这种交换台的滑台安装在床身上,通过控制装置驱动在床身上滑动,滑台的侧面固定有伺服电机,上面装有回转工作台,回转工作台上部设有回转体,伺服电机与回转体之间设有传动机构。床身上固定有支撑架,支撑架上装有升降机构,采用液压方式提升。升降机构上装有转动托板,转动托板的两端分别与回转体、托盘1和固定在支撑架上的托架、托盘5相配。待加工工件固定在托盘1上并置于托架上。回转体上装有齿轮6,它与回转体通过螺钉固定联结。在转动托板底面固定有与齿轮3相啮合的齿轮6,当升降机构带动转动托板上升后,两齿轮相互啮合,当升降机带动转动托板下降后,两齿轮纵向错开,相互离开。工作时被加工的工件固定在托盘5上,托盘5置于回转体上并通过回转工作台中的锁紧机构锁定,通过滑台的移动将托盘5及其上的工件移至加工区,加工完成后,回转工作台返回;使回转工作台进入回转托板一端的下方,再通过升降机构使转动托板连同托盘1、5上移,使齿轮3与齿轮6相互啮合,通过齿轮6的传动带动齿轮3、转动托板转动,将托盘5及其上的已加工工件和托盘1及其上的待加工工件交换位置,然后下落,待加工工件与回转体锁定固定,通过滑台移至加工区进行加工,已加工的工件及托盘置于托架上,可取下已加工工件,换为下一个待加工工件,再等待下一次的交换动作。这种装置虽然结构简单,但也有其缺点。由于采用大齿轮传动,制造装配要求高,并且大齿轮暴露在工作台面下,铁屑容易挤入齿面啮合区,造成齿轮磨损。目前这种回转台实际应用不多,但如果能解决好齿轮防护问题,仍不失为一种可供选择的方案。61、5.托盘 2.升降机构 3、6.齿轮 4.转动托板 7.回转体 8.滑台 9.伺服电机 10.床身 11.支撑架 12.托架图2.1 回转式托盘交换机构2、利用液压驱动交换台利用液压来驱动托板的交换台与其它交换台相比,液压装置通过设置溢流阀等易于实现过载保护,同时液压件能自行润滑,使用寿命长,并且液压元件已实现了标准化、系列化和通用化,便于设计、制造和推广使用。这种交换台与上述利用回转工作台伺服电机来驱动的交换台实施方式基本相同。根据图2.1所示,交换台回转时,提升活塞在液压力作用下上升,抬起转动托板,随之也将两托盘抬起。这时,回转油缸筒一端进油,推动活塞即齿条移动,齿条随即驱动与其相啮合的齿轮盘转动,齿轮盘与中心轴连接在一起,这样也就带动交换台实现回转。交换台回转到位后,将两托盘及其工件交换位置后落下,然后与图l所示一样,待加工工件与回转体锁定固定,通过滑台移至加工区进行加工,已加工的工件及托盘置于托架上,可取下已加工工件后再换为下一个待加工工件,等待下一次的交换动作。图2.2中A A旋转视图为交换台的液压驱动装置结构。当交换台需要回转时,液压油通过油缸油管接头开始进油。液压油作用于齿条端部的水平活塞上,使齿条在足够的推力下移动,从而推动工作台回转。齿条的行程是由工作台回转的角度决定的,由于该交换台只有2个工位,每次交换都是旋转180度,这就要求齿条的行程简单但必须十分准确。为此采用了死挡铁,死挡铁采用螺栓形式,旋转死挡铁可以调节其在油缸筒内的伸出长度,使齿条的行程准确达到工作台回转所需的行程要求。当齿条端面碰到死挡铁时,工作台停止回转。工作台在回转与停止时,工作台及其上面安装的工件回转惯量及加、减速度要求具有很大7的回转力,回转力是由齿轮盘传给齿条的,在齿轮盘把动力传给齿条时,齿条与齿轮之间将产生相当大的推力,而齿条上的推力会使油缸筒产生弯曲变形,为了预防此情况产生,采用4根与油缸筒平行的加固铁棒,成90度。均布在油缸筒四周,以便增强油缸筒的刚度防止其弯曲变形。此外,还可通过调节活塞接近运动终点时的供油压力和流量的方法来实现缓冲,活塞运动开始供给全油量,而到活塞运动接近终点时逐渐减少供油流量。这样活塞在大部分的行程中高速运动而当接近运动终点时速度下降为较小的恒定速度,这样既保障了控制过程的迅速和敏捷,也减轻了活塞高速运动对缸体的冲击。液压传动是一种应用广泛的方法,以液压油为工作介质,传动机构众多,可实行远距离传动,但需要配套液压站,一些相对运动表面间易产生漏油。现在,有些加工中心利用伺服电机来驱动交换台,避免了液压漏油。A A回转1.转动托板 2.密封圈 3.提升缸 4.中心轴 5.提升活塞 6.齿条 7.齿轮盘 8.信号圈 9.死挡铁 10.油缸筒 11.水平活塞 12.紧固螺栓 13.油管接头 14.加固铁棒图 2.2 液压驱动台的回转机构83、利用伺服电机驱动交换台这种交换台同其它交换台的工作方式基本相同,具有占地面积小、交换速度快、精度较高等特点,是今后此类产品发展的趋势。根据图2.3所示,交换台通过齿轮箱变速来达到交换台工作的目的。交换台回转时,提升活塞在液压力作用下上升,抬起转动托板,随之也将两托盘抬起,这时,伺服电机根据指令回转,带动齿轮轴旋转。齿轮轴又带动齿轮盘,齿轮盘与中心轴连接在一起,也就带动交换台实现回转。齿轮盘和提升活塞采用销连接,在交换台转动时,只需提升活塞,而齿轮盘的上下自由度被限制,只能同提升活塞一起绕中心轴旋转,这样就提高了传动精度。工作台回转到位后,将两托盘及其工件交换位置后落下,然后同图l所示一样,待加工工件与回转体锁定固定,通过滑台移至加工区进行加工,已加工的工件及托盘置于托架上,可取下已加工工件再换为下一个待加工工件,等待下一次的交换动作。这种交换台由于其优越的性能,已经越来越多地应用于加工中心,但其价格比上述2种驱动机构要高。1.转动托板 2.密封圈 3.提升缸 4.中心轴 5.提升活塞 6.信号圈 7.伺服电机 8.齿轮轴 9.齿轮盘图2.3 伺服电机式回转机构综上所诉选择方案1。2.2 本章小结本章主要介绍了总体方案的选择,对整体设计定个方向,为以后的设计做好铺垫,总体方案一定,设计内容就要围绕此方案来进行设计。总体方案对于一个设计来说非常重要,方案确定了设计的方向,如何去设计,所以在进行设计之前应该首先确定总体方案,并且应该列出多种方案,通过对比论证选择最合适的方案。本设计通过对比三个方案,方案一最适合本设计,接下来的设计内容,计算过程都是围绕方案一来进行的。9第 3 章 机床和加工零件的选择确定3.1 机床的选择选择机床为卧式升降台式铣床:x6042A,工作面积 。主轴转速 18-42501400,级数 20,主电动机 11kw 电动机总功率 14.5kw。如图 3.1 所示为 x6042A 机床。3.2 加工零件确定工件是长:L=300mm,宽: B=80mm,高:h=80mm。材料 35 号钢。530MPab3.3 刀具选择铣削深度取,t=5mm ,铣削宽度为, B=45mm,铣刀直径, D=80mm。刀具为圆柱铣刀,铣削方法为顺铣。铣削力: =PFZBDS切 均其中: a2z: MNm/zpPFDStB切均 单 位 面 积 切 削 分 力 ;圆 周 切 削 力 ;: 切 削 的 平 均 横 截 面 积 ;: 铣 刀 直 径 ;: 每 齿 进 给 量 ;: 铣 削 深 度 ;: 铣 削 宽 度 ;: 接 触 角 ;(3.1)225sin=-0.488tbD(3.2)sinzaS(3.3)0.5m/z取(3.4)=2410根据参考文献6取.a0MP取铣 刀 齿 数 计 算(3.5)12.6cos4Dd。Z=T根据参考文献5取,为 螺 旋 角 0。 , 粗 齿 。(3.6)12.68cos=7.2+45zT。8.z取(3.7)zBtSPFD切 均(3.8)6045.08=1=249.7N3.1切由参考文献6得,顺 铣 , 圆 柱 铣 刀 。(3.9)0.8P:切平=0.8.2149.7=.6NP切平取(3.10)=.750.8P切垂 直 压 向 工 件.75取(3.11)0.2149.6.3NP垂 直3.4 本章小结本章主要介绍了本设计的两大主要内容,机床和零件。机床和零件的确定是本设计的关键,只有确定了机床才可以确定工作台的尺寸,加工功率,切削力,T 型槽的宽度,个数,间距等问题;确定了零件的尺寸,材料,形状才可以确定加工方式,夹具类型,夹紧方法,夹具的大小等一系列问题。本设计选择了 x6042A 机床和长:L=300mm,宽:B=80mm,高:h=80mm,材料为 35 号钢的工件。11第 4 章 托盘随行夹具的选择确定4.1 夹具的选择采用机用老虎钳1、 平 口 钳 的 用 途平口钳又名机用虎钳,是一种通用夹具,常用于安装小型工件。它是铣床、钻床的随机附件。将其固定在机床工作台上,用来夹持工件进行切削加工。2、平 口 钳 的 工 作 原 理用扳手转动丝杠,通过丝杠螺母带动活动钳身移动,形成对工件的加紧与松开。被夹工件的尺寸不得超过 70 毫米。3、平口钳的构造平口钳的装配结构是可拆卸的螺纹连接和销连接;活动钳身的直线运动是由螺旋运动转变的;工作表面是螺旋副、导轨副及间隙配合的轴和孔的摩擦面。由图 4.1 可见,平口钳组成简练,结构紧凑。图 4.1 机用虎钳124、注 意 事 项(1)、工件的被加工面必须高出钳口,否则就要用平行垫铁垫高工件。(2)、为了能装夹得牢固,防止刨削时工件松动,必须把比较干整的平面贴紧在垫铁和钳口上。要使工件贴紧在垫铁上,应该一面夹紧,一面用手锤轻击工件的子面,光洁的平面要用铜棒进行敲击以防止敲伤光洁表面。5、特 点(1)为了不使钳口损坏和保持已加工表面,夹紧工件时在钳口处垫上铜片。用手挪动垫铁以检查夹紧程度,如有松动,说明工件与垫铁之间贴合不好,应该松开平口钳重新夹紧。(2)刚性不足的:工件需要支实,以免夹紧力使工件变形。4.2 夹具的受力分析4.2.1 夹具靠摩擦力固定工件(4.1)=fFP总 切0.2摩 擦 系 数 取(4.2)1-2f P切压 切 压总 垂 垂(4.3)149.7=-6.3=458.N20F压 0D压丝 杠 应 该 分 别 承 受 大 小 的 轴 向 力 , 丝 杠 直 径(4.4)204(4.5)0FD(4.6)1.5.2-6s取紧 连 接 不 控 制 预 紧 力 :(4.7)=bS=b抗 拉 强 度 45s4材 料 : 普 通 碳 素 钢 号 钢 : 取(4.8)a60=15MP1304568.1=3m.0D72-3不 符 合 参 考 文 献 表40=98MPab换 材 料 为 Cr, 0.75244取4.2.2 铣削虎钳与托盘之间连接螺栓受力分析根据参考文5表 2-10, , ,160选 虎 钳 型 号 为 : Q042315外 形 尺 寸, 。16m螺 栓 直 径 螺 栓 强 度 校 核如图 4.2 所示,该图表示虎钳与托盘之间靠螺栓连接,螺栓 1 和 2 收倾覆力矩作用,1 端放松,2 端拉伸。对螺栓进行受力分析。(4.1)maxax221niMLF(4.2)185=79853.6N平(4.3).2F。预 紧 力 :(4.3)fKFm平。, ,=1.fK0.2=1m.179.6=54.7N02F。(4.4)+.381.6。214Fd(4.5),60rMC用 材 料 =785MPas785=4a.s(4.6),1md1.2s取 .2.6853Pa6434合格14图 4.2 受力分析图4.2.3 托盘 T 型槽根据参考文献5表 2-9 得图 4.3 T 型槽尺寸示意图A 取 18,B 取 30,C 取 12,H 取 30根据参考文献715图 4.4 T 型槽用螺栓示意图图 4.5 T 型槽用螺栓示意图查表得K=10,s=24,e=26.75,l=30-150,l 取 504.3 本章小结16确定好加工工件以后,就要确定用什么夹具来夹紧工件,机用虎钳是日常生活中最常见的夹具,为了减少成本我不去重新设计新型的夹具而采用机用老虎钳来夹紧工件。托盘有 T 型槽,用来固定机用虎钳。17第 5 章 控制系统的设计5.1 液压缸型号的选择如图 5.1 所示,选择单活塞液压缸。图 5.1 单活塞液压缸估取 max190NF载荷 kgG5.2 主要参数计算欲取 将钢的无杆腔作为主工工作腔,无杆腔与有杆腔的有效面积1=3MPap即活塞杆直径 d 和液压缸内径 D 间满足 d=0.71D.122.AA与 应 满 足取背压 0a取液压缸机械效率 可得液压缸无杆腔的有效面积.9cm(5.1)6421901 .3.2217.10mcFAp得液压缸内径(5.2)4147.01.97D按 GB/2348-1893(表 7-4),将液压缸内径圆整为 mc因 故活塞杆直径为12,A18(5.3)0.71.071mdD圆整为: c则液压缸实际有效面积为:(5.4)2221078.54A(5.5)22 4.cmDd(5.6)21238.6由于升起速度很低,故:(5.7)min1qAv对钢的结构尺寸进行检验取调速阀的最小稳定流量: min50L/i和活塞最小进给速度:代入min0.2/inv(5.8)2min50cqv可满足要求。液压缸的实际工作压力(5.9)642 61 4190.310. 2.810MPa785cmFpA 单个液压缸需求的最大流量要求活塞升起速度 4/inv(5.10)231min2ax0.160cm/in16.02L/minqA5.3 活塞杆的校核 (5.11)max22494.MPa3.170Fd45 号钢: 30MP合格5.4 电动机型号确定19设计电动机转动一秒钟则转盘转动一圈,选用转速为 720r/min 的电动机,选取电动机型号为 Y160L-8.5.5 键的选择与校核5.5.1 键的选择电动机与小锥齿轮之间靠键来周向固定,需要对键进行选择,发动机的伸出轴的直径 d=42mm.查表 ,电动机伸出轴 110mm,键长取 80mm。128bh对键进行强度校核5.5.2 键强度校核键的校核公式: (5.12)3210ppTkld50.8MPa.4p p5.6 本章小结升起机构用液压系统来实现升降,要求运动精度比较高,能够确保齿轮啮合完全。并且液压系统能够完成计算内的升降范围就可以,升起后停止的时间非常短,只需要托板转动 180 度既可以。本设计在回转台旋转部位需要电动机来提供动力来实现转台的旋转,病带动托盘转动,要求电动机转动一秒钟则转盘转动一圈,于是在设计齿轮时使大锥齿轮与小锥齿轮之间的传动比为 4,小直齿轮与大直齿轮之间的传动比为 3.这样完成 2 级传动,传动比为 12,所以选择电动机的转速 720r/min。这里电动机伸出轴与小锥齿轮之间靠键来周向固定。第 6 章 托盘交换器工作部分设计206.1 锥齿轮的结构设计6.1.1 模数的选择齿轮的模数是根据传动功率、扭矩等选择的。可以用类比法(参照类似的设备、机械装置,传动功率、转速相近,使用条件相近,有可比性)初选齿轮模数,进行齿轮、轴,等零件的总体结构设计,包括选择轴承、齿轮精度等。边进行结构(尺寸)设计边校核齿轮、轴、轴承的强度等。如果,“所有的”强度满足使用条件,则继续完成结构设计;如果,有“一个”不满足的,需要修改设计方案或者重新选择高强度材料,重新校核强度,直到满足为止,继续完成结构设计。我 国 规 定 的 标 准 模 数 系 列 表 :表 6.1 标准模数0.1 0.12 0.15 0.2 0.25 0.3 0.4 0.5 0.60.8 1 0.25 1.5 2 2.5 3 4 5第 一系 列6 8 10 12 16 20 25 32 400.35 0.7 0.9 1.75 2.25 2.75 ( 3.25) 3.5 ( 3.75)第 二系 列 4.5 5.5 7 8 14 18 22 36 45注 :选 用 模 数 时 ,应 优 先 采 用 第 一 系 列 ,其 次 是 第 二 系 列 ,括 号 内 的 模 数 尽 可 能 不 用 。所以估取, 12120,0mzi则 128d6.1.2 锥齿轮参数计算锥距:(6.1)2210841mRd齿宽:(6.2)37Rb分度圆:(6.3)112cott41arir。(6.4)=90-76。 。21齿顶高:(6.5)*=10mah齿根高:(6.6)*.21fac顶隙:(6.7)*0.m分度圆直径:(6.8)12,80dzmdz齿顶圆直径:(6.9)112cos0cos14=29maah。(6.10)2827680.d。齿根圆直径:(6.11)112cos02cos1476mffdh。(6.12)228=8ff 。齿顶角(6.13)121.672af。 。齿根圆(6.14)12arctnarctn1.6742fffhR。齿 顶 圆 锥 角 :(6.15)114.6715.6aa。 。(6.16)22=+78。齿 根 圆 锥 角 :(6.17)114.612.3ff。22(6.18)22761.4.3ff。分 度 圆 齿 厚 :(6.19)3.405.m2ms:当 量 齿 数(6.20)120.621cos4vz。(6.21)28=3.s7vz。结 构 尺 寸 :(6.22)1.6mx6.1.3 锥齿轮齿根弯曲疲劳强度计算一般的直齿锥齿轮制造精度低,因而可以认为在啮合过程中载荷仅有一对相啮合的齿来承担,故可以不考虑齿间载荷分配问题,也可以忽略重合度的影响,即在计算中略去系数 。这样,载荷系数K(6.23)AK式中的 查表,(6.24)1,.,1.65A(6.25)8K扭矩(6.26)555119.09.04.310Nm72pTn 查表得(6.27)1122.6,.5,.6,.97FasaFasaYY小锥齿轮材料选取 40Gr(调质),硬度为 280HBS,大锥齿轮材料为 45 号钢(调质)硬度为 240HBS,二者材料硬度差为 40HBS。取 0.25R23齿根弯曲疲劳强度计算公式为:(6.28)13240.5FasRRYTmzu:FasY计 算 大 小 锥 齿 轮 的 比 较(6.29)12.76150.83Fas(6.30)2.9.6asF,小锥齿轮数值大。0.18.6查 表 得 , 150MPaFE小 锥 齿 轮 弯 曲 疲 劳 强 度 238大 锥 齿 轮 弯 曲 疲 劳 强 度 12.,=0.8FNFNK(6.31)153.57MPa.4ES(6.32)22 8.61.FN则:(6.33)5322.8030.2.790.2541m满足要求。6.2 圆柱齿轮的设计6.2.1 直齿圆柱齿轮的设计计算-传动比:(6.34)213zi模数取 m=10查表,齿宽系数 0.2d中 心 距 :24(6.35)12=+70maz齿 轮 齿 数 :(6.36)1234,5z分 度 圆 直 径 :(6.37)120m,10mddz传 动 效 率 : =0.9转 矩 :(6.38)552130.91N.4310Ti40r,8HBS, 240HBS小 齿 轮 材 料 :C硬 度 为 大 齿 轮 材 料 为 号 钢 调 质 , 硬 度 为查 表 得 , 1.7MPaF, 28.6Pa.F(6.39)12351.AVaKK1.45,.FsaY22879a(6.40)1.60.133Fs(6.41)2.8asFY大 齿 轮 的 数 值 大 5321.5.430.16.78m满足要求6.2.2 直齿圆柱齿轮参数计算齿根系数, 1ah齿高系数, 0.25c分度圆直径(6.42)1350mdz(6.43)2齿根高(6.44)0ah齿根高25(6.45)10.251.mfahcm齿顶高 (6.46)1337aadh(6.47)210520齿根高(6.48)13.3mffdh(6.49)205210ff基圆(6.50)1cos3cos38.9bd。(6.51)2105.7650齿距(6.52)3.41.mpm齿厚(6.53)5.72s齿槽宽(6.54)1.mes中心距 70a顶隙(6.55)2.5c基圆齿距(6.56)os3.1409.30mbp齿厚(6.57)15.27d结构尺寸 0m3718.52ad1.6.496.3 托盘定位拉紧一体化技术266.3.1 定位拉紧机构的设计双交换工作台拉紧、定位一体化机构双交换工作台拉紧、定位一体化机构结构采用四点定位、四点拉紧,拉紧和定位各自复合在一起。在实际应用中,需要4组该机构,并根据一面两销定位的原理,用不同的销套与销体的组合,钢球参与夹紧。双交换工作台拉紧、定位一体化机构工作台交换过程如下:如图6.1所示,工作台准备抬起或准备落下时,气压供给,各喷气口喷气清洁及防止异物侵入,此时油压处于供给状态。工作台在落下(或抬起)过程中,油压、气压保持供给;当工作台与活塞杆在A处接触时,工作台位移停止;在这一过程中,销套与销体的定位锥面及定位平面留有适当的间隙,这样即使在工作台交换频繁的情况下,也不会造成伤痕或因切屑而挤死工作台,长久地保持精度。工作台夹紧时,释放油压,活塞杆在弹簧力的作用下下移,通过钢球的介入,使销套与销体定位面充分接触,定位、夹紧工作台。该机构的特点:结构紧凑,并且通过弹簧力的机械式夹紧,加工过程中,无需担心油温变化或漏油,长时间夹紧状态下也能保持精度,可靠性好,重复定位精度高。图 6.1 拉紧机构6.3.2 夹紧机构强度校核对轴 1 进行弯曲强度校核(6.58)341,2zDdW27(6.59)maxaxmazzMIyIW(6.60)axx3421D60,5,6Ld轴 长 : =179.NM弯 矩 :(6.61) max4332179.01.78MPa5.6满足条件。6.4 托盘输送与夹紧托盘输送的方法有很多种,可以用皮带式输送,链条式输送,辊轮式输送和 T型槽滑动式输送等等。提供动力的方法也有很多种类,有液压推动的,气压推动的,当然还有最简单也最有效的提供动力的方法,手动,手是最好的机械,用手提供动力和方法是最简单最有效的手段。加紧方法也有很多种,比如用偏心轮定位夹紧,等等快速夹紧方法。6.4.1 T 型槽尺寸和螺栓的选择滑台与托盘通过自动拉紧定位机构连接固定,托盘带着工件沿着工作台通过用手动推到加工部位,并用专用夹具夹紧,然后进行加工。工作台上有 T 型槽,滑台在工作台上滑动。加工部位有夹具固定在指定位置作为定位和夹紧作用,滑台抵到固定的夹具则停止前进,跟随滑台的夹具将滑台固定在工作台上。前后两个夹具是同样的夹具,通过特制螺母与夹具轴将夹具固定在 T 型槽上,这样被加工工件就可以稳定的进行被加工。T 型槽的尺寸是有标准的,表 6.2 就是 T 型槽的标准数据,表 6.3列出了卧式升降台铣床 X6042A 的 T 型槽尺寸。由表 6.3 得知 T 型槽的槽宽数量间距是 18390 mm, T 型槽的槽宽是18mm,所以选择直径比槽宽小的螺栓,选择螺栓 M16,S=28,K=10。根据图 6.2 和图6.3 画出结构图。表 6.2 T 型槽规格表格T 形槽 螺栓頭部A B C H E F G d S K基本最小尺寸最大尺寸最小尺寸最大尺寸最小尺寸最大尺寸最大最大最大公稱最大最大尺寸28尺寸尺寸尺寸尺寸尺寸尺寸5 10 11 3.5 4.5 8 10 M4 9 36 11 12.5 5 6 11 13 M5 10 48 14.5 16 7 8 15 18 M6 13 610 16 18 7 8 17 21 M8 15 612 19 21 8 9 20 251 1M10 18 714 23 25 9 11 23 280.6M12 22 818 30 32 12 14 30 36 1.6 M16 28 1022 37 40 16 18 38 45 M20 34 1428 46 50 20 22 48 561.6M24 43 1836 56 60 25 28 61 711 2.5M30 53 2342 68 72 32 36 74 85 1.6 4 M36 64 2848 80 85 36 40 84 95 M42 75 3254 90 95 40 44 94 1062.52 6 M48 85 36图 6.2 T 型槽29图 6.3 T 型槽用螺栓根据表 6.2 和图 6.2,6.3 所示选择, minaxminaxminax18,30,2,1,4,30,6,1,6.ABCHEFG表 6.3 卧式升降台铣床 X6042A项目 X6042A工作台台面尺寸(宽 X 长) 425 X 2000 mmT 型槽(槽宽数量间距) 18390 mm工作台最大承重 800 kg6.4.2 夹具的设计机床夹具可以缩短辅助时间,提高劳动生产率可靠稳定定位,提高了加工精度的稳定性,便于实现工艺过程自动化扩大机床使用范围,降低对工人技术等级要求和减轻工人劳动强度。本设计设计的夹具和定位元件及定位装置如图 6.4 所示 1 为特制螺栓,他的俯视图为 B-B 图所示,它可以在 T 型槽内滑动,还可以通过螺栓 4 来拧紧将夹具夹紧来固定滑台。2 和 3 可以绕着销转动以便可以与工作台和滑台表面接触良好。该结构可以延长升高,适应不同高度的被夹物体。该结构原理简单利用物理学的杠杆原理来设计 1 为中心 2 和 3 为两个支点只要中心轴用力 2 压在工作台上,由于杠杆定理 3 则受力压紧滑台。结构简单,安装简便。 被夹紧工件装卸快捷,操作方便。所有零件经电镀防锈处理,表面光洁美观。 对重负荷的夹具,其关键零件经热处理工艺,使之具有较高的强度和耐磨性。30图 6.4 夹具6.5 回转体6.5.1 滑动轴承的选择回转体通过轴承与轴之间的过盈配合来实现回转运动,图 2.1 中的 2(升起机构)和 7(回转体部分)的内部支撑轴如图 6.5 所示图 6.5 固定轴根据图 6.6 轴的尺寸来选择轴承。31表 6.4 轴承型号表 1外形尺寸轴承型号 d D T 1maxd1axDmaxBC A maxr29412 60 130 42 89 123 15 20 38 1.529413 65 140 45 96 133 16 21 42 229414 70 150 48 103 142 17 23 44 229415 75 160 51 109 152 18 24 47 229416 80 170 54 117 162 19 26 50 2.129417 85 180 58 125 170 21 28 54 2.129418 90 190 60 132 180 22 29 56 2.1表 6.5 轴承型号表 2外形尺寸轴承型号 d D T 1maxd1axDmaxBC A maxr29317 85 150 39 114 143.5 13 19 50 1.529318 90 155 39 117 148.5 13 19 52 229320 100 170 42 129 163 14 20.8 58 229322 110 190 48 143 182 16 23 64 229324 120 210 54 159 200 18 26 70 2.129326 130 225 58 171 215 19 28 76 2.129328 140 240 60 183 230 20 29 82 2.1根据上表,选择轴承根据图 6.6 和表 6.4,6.5 确定轴承,滚动轴承型号为 29412 和 29320. 此轴承特点如下(与 SUJ2 的对比)大温度范围的长寿命轴承,在室温下是普通材料寿命的 3.5 倍,在高下(250 )下是普通材料寿命的 30 倍,防止表面损伤,7 倍的防剥落能力,1.4倍的防擦伤能力,2.5 倍的防磨损能力,高温条件下的尺寸稳定性,在 250时几乎无尺寸的变化,加强破裂疲乏的强度,在高温及紧配合的情况下,增加 2 倍的防破裂疲乏寿命。增加 2 倍的防破裂疲乏强度,简化零件储存管理程序,由室温至 250都可使用单一标准轴承型号,自动调心滚子轴承将逐渐转成 LH 系列。32图 6.6 滚动轴承6.6 本章小结齿轮的设计和参数的计算是本设计的重点部分。由于受重力作用,本设计采用可以承受轴向力的圆柱滚子轴承。通过轴的尺寸确定轴承的各个尺寸。T 型槽的规格已经标准化,经过查表就可以确定 T 型槽的大小个数和间距。夹具也都是经典夹具,也是常见的夹具类型,属于经验类的东西。33结 论本设计内容是一个托盘上面装个夹具,夹具夹紧工件,做到的是将托盘和夹具工件,通过交换机构,送到机床加工部位完成加工,并将已加工工件返回,再将待加工工件输送到加工部位,这样可以省去很多劳动,并且可以达到更高的加工精度和加工效率。此结构应具有操作简单,定位准确,工作可靠等特点。由于这个机构是第一次接触,在此之前对它没有任何了解,网络上的相关信息有少之又少。起初真的是摸不到头脑,后来经过的知道老师李伟教授的悉心指导,对此机构有了初步认识,大概了解了它的工作过程及一些原理。之后通过上网和到学校图书馆搜索相关信息再加上与老师的探讨,知道了这个设计的主旨。通过多种方案的比较选择了此方案,接下来对整体结构进行布局,对每个工作单位进行研究设计,计算。最后将这些表现于图纸。此次毕业设计的主要成果为说明书一份,装配图两张,零件图若干,以及在此过程中对已学知识的归纳和新知识的学习,个人对机械专业的了解显著提高。以往的托盘随行机构都是讲托盘与工作台对齐使夹具带着工件沿着 T 型槽输送到加工部位,而本设计采用的是托盘通过滑台被输送到加工部位,滑台通过夹具被固定到工作台上,工件去回都是通过滑台来完成动作的。34参考文献1申晓龙.数控加工技术M.北京:冶金工业出版社.2008.6.2刘文波.数控机床结构、原理与编程技术M.沈阳:东北大学出版社.2005.8.3张存英,杨锦斌.浅析加工中心多工位托盘定位锁紧机构J.北京:制造技术与机床.2008.1.4肖继德,陈宁平.机床夹具设计M.北京:机械工业出版社.2010.2.5李志乔.铣削加工速查手册S.北京:机械工业出版社.2010.6.6何建民.铣工计算和常用数表M.北京:机械工业出版社.2004.10.7于惠力,向敬忠.机械设计M.北京:科学出版社.2007.8吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册S.2 版.北京:高等教育出版社.1999.9孙玉芹,孟兆新.机械精度设计设计手册S.北京:科学出版社.2003.10潘淑清,几何精度规范学M.北京:北京理工大学出版社.2003.11吴宗泽,机械零件设计M.北京:机械工业出版社.2004.12杜永锋等.卧式加工中心托盘交换装置的驱动机构J.机械制造.2010.6.13薛成明等.一种大型卧式加工中心托盘交换新机构J.新技术新工艺.2006.8.14带快速托盘交换装置的 5 轴加工机床J.模具制造.2002.9.15巩云鹏,田万禄等主编.机械设计课程设计M.沈阳:东北大学出版社.2000.16孙志礼,冷兴聚,魏严刚等主编.机械设计M.沈阳:东北大学出版社.2000.17刘鸿文主编.材料力学M.北京:高等教育出版社.1991.18哈尔滨工业大学理论力学教研组编.理论力学M.北京:高等教育出版社.1997.19大连理工大学工程画教研室编.机械制图M.北京:高等教育出版社.1993.20孙 桓,陈作模主编.机械原理M.北京:高等教育出版社.2000.21高泽远,王 金主编.机械设计基础课程设计M.沈阳:东北工学院出版社.1987.22喻子建,张磊,邵伟平,喻子建主编.机械设计习题与解题分析M.沈阳:东北大学出版社.2000.23张 玉,刘 平主编.几何量公差与测量技术M.沈阳:东北大学出版社.1999.24柔性制造系统.http:/wenku.baidu.com/view/395aadaedd3383c4bb4cd23c.html 25柔性制造系统的加工组成和结构.http:/www.hqew.com/tech/news/229446.html 35致 谢通过这次设计知道自己还有很多提升空间。本次设计能够成功完成最感谢我的指导老师李伟教授,感谢他对我的耐心指导。除此之外好要感谢答辩第二小组的全体老师们能够帮助我答辩为我找出我的设计的不足和对我一些设计内容的肯定。感谢曾经我的专业课老师们,感谢他们可爱可敬的将知识传授于我,没有他们的认真教诲就没有我的对本专业的这些认识。感谢我的同学们,感谢他们在我使用软件和绘图技巧上的热心帮助,感谢他们的鼓励。感谢大家,毕业设计做完,也就是我们分别的时候,感谢你们这四年对我的帮助。36
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