斗笠式刀库换刀装置设计中心

单位代码 学 号 分 类 号 密 级

毕业论文

斗笠式刀库换刀装置设计中心

院（系）名称 专业名称 学生姓名 指导教师

工学院机械系 数控技术

2011 年 4月 8日

黄河科技学院毕业论文开题报告表

课题名称 课题来源 学生姓名 一、调研资料的准备 本课题是理论研究类的题型，在做本课题时，已查阅了数控车床说明书等资料。 二、论文要求 大学毕业设计，是提高学生综合应用所学的理论知识来处理实际问题的能力，是培养学生理论与实践相结合的一个重要的实践性环节，是对大学三年所学知识总结与运用。因此，本环节在教学过程中有着特别重要的意义。本课题在此基础上拟定而成的。 本课题要求写出斗笠式换刀装置设计中心进行了详细阐述。 三、论文的思路与预期成果 1、论文的思路 根据任务书中的要求写篇关于斗笠式换刀装置设计中心的论文。 （1）斗笠式换刀装置设计中心的封面 （2）斗笠式换刀装置设计中心的摘要及目录 （3）斗笠式换刀装置设计中心的正文 2、预期的成果论文应满足以下几点： （1）封面一份。 （2）摘要及目录一份。 （3）正文一份，字数不少于五千字 四、任务完成的阶段内容及时间安排 1-4 周 完成开题报告、文献翻译、文献摘要 5-6 周 完成正文 五、完成论文所具备的条件因素 本人已修完机械设计、机械制图等课程，借助图书馆的相关文献资料，以及相关的网络等资源。 指导教师签名： 日期： 教师拟订 课题类型 专 业 斗笠式刀库换刀装置设计中心 DY 数控技术 指导教师 学 号 课题来源：（1）教师拟订；（2）学生建议；（3）企业和社会征集；（4）科研单位提供

课题类型：（1）A—工程设计（艺术设计）；B—技术开发；C—软件工程；D—理论研究；E—调研报告

（2）X—真实课题；Y—模拟课题；Z—虚拟课题 要求（1）、（2）均要填，如AY、BX等。

斗笠式刀库换刀装置设计中心

摘 要

90年代以来，数控加工技术得到迅速的普及及发展，高速加工中心作为新时代数控机床的代表，已在机床领域广泛使用。自动换刀刀库的发展俨然已超越其为数控加工中心配套的角色，在其特有的技术领域中发展出符合机床高精度、高效率、高可靠度及多任务复合等概念的独特产品。刀库作为加工中心最重要的部分之一，它的发展也直接决定了加工中心的发展。

斗笠式刀库一般只能存16~24把刀具，斗笠式刀库在换刀时整个刀库向主轴移动。当主轴上的刀具进入刀库的卡槽时，主轴向上移动脱离刀具，这时刀库转动。当要换的刀具对正主轴正下方时主轴下移，使刀具进入主轴锥孔内，夹紧刀具后，刀库退回原来的位置。

关键词：数控加工中心，斗笠式刀库

Rain hat type knife knife device design center library change

Author :XXX Tutor :XX

ABSTRACT

Since the 1990s, CNC machining technology made the rapid and universal development, as a new era of the representatives of NC machine tools, High-speed processing center has been widely used in the field of machine tools. The development of automatic Tool Change,s tool house in recent years seems to have gone beyond the NC Center for supporting the role of technology in their unique areas of development to meet the high-precision machine tools, high efficiency and reliability, and more complex tasks, such as the concept of unique products . The tool house as a processing center one of the most important part, it has a direct bearing on the development of the processing center's development.

Rain hat type knife library normally only save 16 to 24 knife sword rain hat type, change cutters in the library in the sword to the spindle mobile library. Rain hat type knife library normally only save 16 to 24 knife sword rain hat type, change cutters in the library in the sword to the spindle mobile when spindle library on the library card slot cutter into the knife, spindle, when moving upwards from cutter knife library rotation. When to change tool to align the spindle, when spindle moves directly into the spindle cone hole cutter, clamping tool, return the original position knife library.

Keywords: CNC processing center, rain hat type knife library

目 录

1 引言 ........................................................................................................... 1

1.1数控加工中心概述...................................................................................... 7 1.2 数控加工中心的分类................................................................................. 7 1.2.1 按照机床形态分类.................................................................................. 7 1.2.2按换刀形式分类....................................................................................... 8 1.2.3按数控系统功能分类............................................................................... 8 1.2.4按工作台的数量和功能分类................................................................... 8 1.2.5按加工精度分类....................................................................................... 9 1.3 加工中心的主要加工对象......................................................................... 9 1.3.1箱体类零件............................................................................................... 9 1.3.2复杂曲面................................................................................................... 9 1.3.3异形件..................................................................................................... 10 1.3.4盘、套、板类零件................................................................................. 10 1.3.5特殊加工................................................................................................. 10 1.4加工中心的特点........................................................................................ 10 1.4.1工序集中................................................................................................. 10 1.4.2对加工对象的适应性强......................................................................... 11 1.4.3加工精度高............................................................................................. 11 1.4.4加工生产率高......................................................................................... 11 1.4.5操作者的劳动强度减轻......................................................................... 11 1.4.6经济效益高............................................................................................. 11 1.4.7有利于生产管理的现代化..................................................................... 12 1.5换刀装置的形式........................................................................................ 12 2

斗笠式刀库 ...........................................................................................

2.1 刀库主要参数........................................................................................... 12 2.2主轴的定位精度........................................................................................ 13 2.3机的初选.................................................................................................... 13

2.4定传动装置的总传动比和分配传动比.................................................... 14 2.5定各轴转速、转矩和功率........................................................................ 15 2.6动机的校核................................................................................................ 16 2.7轮传动的计算............................................................................................ 17 3

斗笠式刀库的换刀................................................................. 21

3.1刀库动作简介............................................................................................ 22 3.2Z轴的定位精度 ......................................................................................... 22 3.3PLC与NC程序的配合 ............................................................................. 22

致谢 ....................................................................................................................... 19 参考文献 ............................................................................................................... 20

1 引 言

1.1数控加工中心概述

数字控制是20世纪中期发展起来的一种自动控制技术，是用数字化信号进行控制的一种方法[1]。采用数控技术进行控制的机床，称为数控机床[2]。加工中心（Machining Center,简称MC）是一种备有刀库并能自动更换刀具对工件进行多工序加工的数控机床。它是适应省力、省时和节能的时代要求而发展起来的，它综合了机械技术、电子技术、计算机软件技术、气动技术、拖动技术、现在控制理论、测量及传感技术以及通讯诊断、刀具和应用编程技术的高技术产品，将数控铣床、数控镗床、数控钻床的功能聚集在一台加工设备上，且增设有自动换刀装置和刀库，可以在一次安装工件后，数控系统控制机床按不同工序自动选择和更换刀具，自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其他辅助功能；依次完成多面和多工序的端平面、孔系、内外倒角、环形槽及攻螺纹等加工[3]。

随着电子技术的迅速发展，以及各种性能良好的传感器的出现和运用，加工中心的功能日趋完善，这些功能包括：刀具寿命的监视功能，刀具磨损和损伤的监视功能，切削状态的监视功能，切削异常的监视、报警和自动停机功能，自动检测和自我诊断功能及自适应控制功能等[4]。加工中心还与载有随行夹具的自动托板进行有机连接，并能进行切屑自动处理，使得加工中心成为柔性制造系统、计算机集成制造系统合自动化工厂的关键设备和基本单元。

1.2 数控加工中心的分类 1.2.1 按照机床形态分类

（1）卧式加工中心 指主轴轴线为水平状态设置的加工中心。卧式加工中心一般具有3-5个运动坐标。常见的有三个直线运动坐标(沿X、Y、Z轴方向)加一个回转坐标(工作台)，它能够使工件一次装夹完成除安装面和顶面以外的其余四个面的加工。卧式加工中心较立式加工中心应用范围广，适宜复杂的箱体类零件、泵体、阀体等零件的加工。但卧式加工中心占地面积大，重量大；结构复杂，价格较高。

（2）立式加工中心 指主轴轴心线为垂直状态设置的加工中心。立式加工

中心一般具有三个直线运动坐标，工作台具有分度和旋转功能，可在工作台上安装—个水平轴的数控转台用以加工螺旋线零件。立式加工中心多用于加工筒单箱体、箱盖、板类零件和平面凸轮的加工。立式加工中心具有结构简单、占地面积小、价格低的优点。

（3）龙门加工中心 与龙门铣床类似，适应于大型或形状复杂的工件加工。 （4）万能加工中心 万能加工中心也称五面加工中心小工件装夹能完成除安装面外的所有面的加工；具有立式和卧式加工中心的功能。常见的万能加工中心有两种形式：一种是主轴可以旋转900既可象立式加工中心一样，也可象卧式加工中心一样；另一种是主轴不改变方向，而工作台带着工件旋转900完成对工件五个面的加工。在万能加工中心安装工件避免了由于二次装夹带来的安装误差，所以效率和精度高，但结构复杂、造价也高。

1.2.2按换刀形式分类

（1）带刀库机械手的加工中心 加工中心换刀装置由刀库、机械手级组成，换刀动作由机械手完成。

（2）机械手的加工中心 这种加工中心的换刀通过刀库和主轴箱配合动作来完成换刀过程。

（3）转塔刀库式加工中心 一般应用于小型加工中心，主要以加工孔为主。 加工中心常按主轴在空间所处的状态分为立式加工中心和卧式加工中心，加工中心的主轴在空间处于垂直状态的称为立式加工中心，主轴在空间处于水平状态的称为卧式加工中心。主轴可作垂直和水平转换的，称为立卧式加工中心或五面加工中心，也称复合加工中心。按加工中心立柱的数量分；有单柱式和双柱式（龙门式） 。

1.2.3按数控系统功能分类

加工中心根据数控系统控制功能的不同分：有三轴二联动、三轴三联动、四轴三联动、五轴四联动、六轴五联动等。三轴、四轴是指加工中心具有的运动坐标数，联动是指控制系统可以同时控制运动的坐标数，从而实现刀具相对工件的位置和速度控制[5]。

1.2.4按工作台的数量和功能分类

有单工作台加工中心、双工作台加工中心，和多工作台加工中心。 1.2.5按加工精度分类

（1）普通加工中心 普通加工中心，分辨率为1μm，最大进给速度15～25m/min，定位精度l0 μm左右。

（2）高精度加工中心 高精度加工中心，分辨率为0.1μm，最大进给速度为15～100m/min，定位精度为2μm左右。介于2～l0 μm之间的，以±5 μm较多，可称精密级。

1.3 加工中心的主要加工对象

加工中心适宜于加工复杂、工序多、要求较高、需用多种类型的普通机床和众多刀具夹具，且经多次装夹和调整才能完成加工的零件。其加工的主要对象有箱体类零件、复杂曲面、异形件、盘套板类零件和特殊加工等五类。

1.3.1箱体类零件

箱体类零件一般是指具有一个以上孔系，内部有型腔，在长、宽、高方向有一定比例的零件。这类零件在机床、汽车、飞机制造等行业用的较多[6]。箱体类零件一般都需要进行多工位孔系及平面加工，公差要求较高，特别是形位公差要求较为严格，通常要经过铣、钻、扩、镗、铰、锪，攻丝等工序，需要刀具较多，在普通机床上加工难度大，工装套数多，费用高，加工周期长，需多次装夹、找正，手工测量次数多，加工时必须频繁地更换刀具，工艺难以制定，更重要的是精度难以保证。

加工箱体类零件的加工中心，当加工工位较多，需工作台多次旋转角度才能完成的零件，一般选卧式镗铣类加工中心。当加工的工位较少，且跨距不大时，可选立式加工中心，从一端进行加工。

1.3.2复杂曲面

复杂曲面在机械制造业，特别是航天航空工业中占有特殊重要的地位。复杂曲面采用普通机加工方法是难以甚至无法完成的。在我国，传统的方法是采用精密铸造，可想而知其精度是低的。复杂曲面类零件如：各种叶轮，导风轮，球面，

各种曲面成形模具，螺旋桨以及水下航行器的推进器，以及一些其它形状的自由曲面。这类零件均可用加工中心进行加工。铣刀作包络面来逼近球面。复杂曲面用加工中心加工时，编程工作量较大，大多数要有自动编程技术。

1.3.3异形件

异形件是外形不规则的零件，大都需要点、线、面多工位混合加工。异形件的刚性一般较差，夹压变形难以控制，加工精度也难以保证，甚至某些零件的有的加工部位用普通机床难以完成[7]。用加工中心加工时应采用合理的工艺措施，一次或二次装夹，利用加工中心多工位点、线、面混合加工的特点，完成多道工序或全部的工序内容。

1.3.4盘、套、板类零件

带有键槽，或径向孔，或端面有分布的孔系，曲面的盘套或轴类零件，如带法兰的轴套，带键槽或方头的轴类零件等，还有具有较多孔加工的板类零件，如各种电机盖等。端面有分布孔系、曲面的盘类零件宜选择立式加工中心，有径向孔的可选卧式加工中心。

1.3.5特殊加工

在熟练掌握了加工中心的功能之后，配合一定的工装和专用工具，利用加工中心可完成一些特殊的工艺工作，如在金属表面上刻字、刻线、刻图案；在加工中心的主轴上装上高频电火花电源，可对金属表面进行线扫描表面淬火；用加工中心装上高速磨头，可实现小模数渐开线圆锥齿轮磨削及各种曲线、曲面的磨削等。

1.4加工中心的特点

加工中心（Machining Center）是典型的集高新技术于一体的机械加工设备，它的发展代表了一个国家设计、制造的水平，因此在国内外企业界都受到高度重视[8]。如今，加工中心已成为现代机床发展的主流方向，加工广泛应用于机械制造中。与普通数控机床相比，它具有以下几个突出特点：

1.4.1工序集中

加工中心备有刀库并能自动更换刀具，对工件进行多工序加工，使得工件在一次装夹后，数控系统能控制机床按不同工序，自动选择和更换刀具，自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹，以及其他辅助功能，现代加工中心更大程度地使工件在一次装夹后实现多表面、多特征、多工位的连续、高效、高精度加 工，即工序集中，这是加工中心最突出的特点。

1.4.2对加工对象的适应性强

加工中心生产的柔性不仅体现在对特殊要求的快速反应上．而且可以快速实现批量生产，提高市场竞争能力

1.4.3加工精度高

加工中心同其他数控机床一样具有加工精度高的特点，而且加工中心由于加工工序集中，避免了长工艺流程，减少了人为千扰，故加工精度更高，加工质量更加稳定。

1.4.4加工生产率高

零件加工所需要的时间包括机动时间与辅助时间两部分。加工中心带有刀库和自动换刀装置，在一台机床上能集中完成多种工序，因而可减少工件装夹、测量和机床的调整时间，减少工件半成品的周转、搬运和存放时间，使机床的切削利用率（切削时间和开动时间之比）高于普通机床3～4倍，达80％以上。

1.4.5操作者的劳动强度减轻

加工中心对零件的加工是按事先编好的程序自动完成的，操作者除了操作键盘、装卸零件、进行关键工序的中间测量以及观察机床的运行之外，不需要进行繁重的重复性手工操作，劳动强度和紧张程度均可大为减轻，劳动条件也得到很大的改善。

1.4.6经济效益高

使用加工中心加工零件时，分摊在每个零件上的设备费用是较昂贵的，但在单件、小批生产的情况下，可以节省许多其他方面的费用，因此能获得良好的经济效益。例如，在加工之前节省了划线工时，在零件安装到机床上之后可以减少

调整、加工和检验时间，减少了直接生产费用。另外，由于加工中心加工零件不需手工制作模型、凸轮、钻模板及其他工夹具，省去了许多工艺装备，减少了硬件投资．还由于加工中心的加工稳定，减少了废品率，使生产成本进一步下降。

1.4.7有利于生产管理的现代化

用加工中心加工零件，能够准确地计算零件的加工工时，并有效地简化了检验和工夹具、半成品的管理工作。这些特点有利于使生产管理现代化。当前有许多大型CAD/CAM集成软件已经开发了生产管理模块，实现了计算机辅助生产管理。

1.5换刀装置的形式

换刀装置的形式有回转刀架换刀、更换主轴换刀、更换主轴箱换刀、带刀库的自动换刀系统。

2斗笠式刀库

2.1 刀库主要参数

载刀量：20把

主轴鼻端：刀具形式BT40 换刀时间：最大换刀时间6.5s 邻刀换刀时间0.63s；

相邻刀位的刀具最大直径：Φ100mm； 刀具最大长度：500mm； 刀具最大重量：8kg； 初选刀库直径：?660mm 刀盘最低转速：60r/min 选刀电机功率：0.04Kw；

由于刀具形式为BT40，其刀具直径为?100mm选的刀库直径?660mm来排列可知每把刀之间的间隔约为6mm。

2.2主轴的定位精度

斗笠式刀库在换刀的过程中对主轴的定位精度的要求非常高，这是有标准刀具和主轴的结构决定的。标注刀具有两个对称的定位键槽，应主轴上有两个配合键，这就要求主轴在换刀过程中始终定位到同一位置。只用PLC是不能实现上述要求，还需要主轴和NC程序配合才能实现。当系统检测到该程序执行M06TXX信号时，NC程序发出换刀准备和主轴定位信号，PLC控制主轴变频使主轴定位，使主轴编码器反馈主轴位置给NC程序，由于NC程序检测主轴是否定位到要求范围内，定位完成后NC程序发出换刀开始信号并输给PLC。

2.3电动机的初选 （1） 选择电动机类型

按工作要求和条件，选用三相异步电动机，电压380V，Y型。 （2） 选择电动机的容量

初选电动机型号为Y2—712—2，其主要参数如下表2-1：

表2-1 电机参数表

型号 Y2－712－2 额定功率 0.55 满载转速 2820 额定转矩 2.2 最大转矩 2.3 质量 电动机输出转矩：

Td?9550=9550?Pd N?m nm0.55 N?m 2820=1.86 N?m

在此论文中?1、?2分别为轴承、齿轮传动（包括蜗轮蜗杆）的传动效率。 取?1=0.98(滚子轴承), ?2=0.97(齿轮精度为8级,不包括轴承效率)。 （3） 确定电动机转速

刀库工作刀库转盘所必需满足的转速最低为：

n = 60min

根据传动比合理取值，取一级齿轮的传动比i?2,二级涡轮蜗杆减速器传动比i?20，则总传动比合理范围为i?40，故电动机转速约为

r?60n= i?n=40=2400min

'd'a'2r'1'a

2.4定传动装置的总传动比和分配传动比

由选定电动机满载转速nm和工作机主动轴转速n,可得传动装置总传动比为

ia?nmn （2-1）

总传动比为各级传动比的乘积，即

电动机型号为Y2－712－2，满载转速nm=2820rmin。 （1） 总传动比 由式(2-1)

ia?nm2820??47 n60（2） 分配减速器的各级传动比

按展开式布置。考虑润滑条件，得i1?2，i2=19.5 则此时的输出转速为n?nmi?2820?72.31r/mina2?19.5 2.5定各轴转速、转矩和功率 （1） 各轴转速

n1?nmir/min 0式中：nm——电动机满载转速；

i0——电动机至?轴的传动比。 以及 nII=

nIni?m?r/min 1i0?i1nnIIIII?i?nmir/min 20?i1?i2由式（2-3）~（2-4）得 I轴 nnm1?i?2820?1410r/min

02II轴 nII= nrI= 1410 min

III轴 nnIIIII?i?nmi?2820.5?72.31r/min 20?i12?19（2） 各轴输入功率

PI?Pd??3 kW PII?PI??12 kW , ?12??2??3 PIII?PII??23 kW,?23??2??3 式中?2、?3分别为轴承、齿轮传动的传动效率。

（2-2）（2-3）（2-4）2-5）

2-6）

2-7） （（（

由式（2-5）~（2-7）得

I轴 PI?Pd?01= 0.55 ×0.98 =0.54kW

II轴 PII?PI??12 = Pd??2??3 = 0.539?0.98?0.97 =0.51kW III轴 PIII?PII??23?PII??2??3?0.51?0.98?0.80? 0.40 kW

I—III轴的输出功率则分别为输入功率乘轴承效率0.98,例如I轴输出功率

为P'I?PI?0.98?0.53kW,其余类推。

（3） 各轴输入转矩

TI?Td?i0?01 N?m 其中Td为电动机的输出转矩，按下式计算：

Td?9550Pdn N?m m所以

T?T?iPId0?01 = 9550dn?i0??01 N?m

mTPdII?TI?i1??12= 9550n?i0?i1??01??12 N?m mTPdIII?TII?i2??23 = 9550n?i0?i1?i2??01??12??23 N?m m由式（2-8）~（2-12） 电动机轴输出转矩 TPdd=9550n=9550?0.55= 1.86 N?m

m28202.6动机的校核 （1）转矩校核

加载在刀盘转轴上的重力为

刀库旋转刀架的重力，其中刀架厚度为15mm：

2-8） （2-9）

（2-10） （2-11）

（2-12）

（322?G1=??g=5.6×10×[4×0.015×0.16×0.06+?（0.6-0.55）

422?×0.03?×（0.2-0.12）×0.03]×10=150N

4刀库转盘的重量，其中转盘厚度为30mm： G2=??g+70×24=5.6×10×0.15?32?×0.66=4560N 4则可得刀库作用在轴3上的转矩

T/3 =?Gd3=0.004×(4560+150)×0.06 N?m =1.13 N?m 可得T/3?TIII,故此电动机的转矩符合刀库的设计要求。

（2）转速校核

由上述计算可知电动机要满足刀库最低每分钟60转的要求，则此电动机转速应不低于n= i

rm'd'ar?60?n=40=2400min，而此次选的电动机的转速为

'n=2820min，即nm> nd，故此电动机的转速也满足刀库的转速要求。

综合考虑电动机和传动装置的尺寸、转矩、价格和带传动、减速器的传动比，可见此电动机比较合适。因此选定电动机型号为Y2-112-2。

2.7轮传动的计算

1、选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数 选用直齿轮

加工中心为一般工作机器且轻质载荷，故选用7级精度（GB10095－88） 材料选择。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。

选小齿轮齿数z1?20，传动比为i?2, 大齿轮齿数z2?40 由设计计算公式d1t?2.323KT1u?1ZE2?() ?du[?H]确定公式内的各计算数值 试选载荷系数Kt?1.3。 计算小齿轮传递的转矩。

95.5?105?0.5495.5?105P1N?mm T1??1410n1 =0.3657?10 N?mm 3)选取齿宽系数?d?1。

4)材料的弹性影响系数ZE? 189.8MPa

5)按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限?Hlim1=600MPa;大齿轮的接触疲劳强度极限?Hlim2=550MPa。

6）计算应力循环次数。

124N1? 60n1jLh = 60?1410?1?（2?8?365?8）= 1.441?101.441?109?0.251?109 N2?5.759

7)取接触疲劳寿命系数KHN1?0.95;KHN2?0.96。 8）计算接触疲劳许用应力。 可靠程度 高可靠性 一般可靠性 低可靠性

取失效概率为100，有上表得S = 1得 [?H]1=

SH 1.25 1.00 0.8 SF 1.5 1.00 0.7 KHN1?lim1?0.95?600MPa=570MPa SKHN2?lim2?0.96?550MPa=528MPa S [?H]2?计算

试算小齿轮分度圆直径d1t，代入[?H]中较小的值。

KT1u?1ZE2d1t?2.323?() ?du[?H]1.3?0.3657?1042?1189.82=2.32?()mm

125283=22.6mm

由于机床实际的尺寸关系，这里小齿轮的分度圆直径取为d1t?40mm 2)计算圆周速度v。 v??d1tn1??40?514?m/s=1.08m

s60?100060?10003)计算齿宽b。

根据机床经验公式，齿宽为模数的6～8倍，这里模数先试取2，故b =（6～8）m = 16mm , 这里取b=20mm

b4)计算齿宽与齿高之比h。

模数 mt?d1t?40/20 mm = 2 mm z1齿高 h = 2.25mt = 2.25?2 mm = 4.5 mm 5)计算载荷系数。

根据v = 1.46m, 7级精度，动载系数Kv? 1.06

s直齿轮，KH??KF??1 使用系数KA?1.25；

用插值法得7级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，KH??1.420。 由

b?10.67, KH??1.420KF??1.35； hb54.353?10.67 ?h5.096故载荷系数

K=KA?Kv?KH??KH?=1.25?1.06?1?1.420 = 1.8815

6）计算模数m m ?d145.246?mm = 2.26mm

20z13、按齿根弯曲强度设计 得弯曲强度的设计公式为 m?32KT1YFaYSa() 2?dz1[?F]确定公式内的各计算数值

小齿轮的弯曲疲劳强度极限?FE1?500MPa大齿轮的弯曲强度极限

?FE2=380MP

a取弯曲疲劳寿命系数KFN1?0.88,KFN2?0.90； 计算弯曲疲劳许用应力。 取弯曲疲劳安全系数S=1.4得： [?F]1?[?F]2?KFN1?FE10.88?500MPa?=314.29MPa S1.4KFN2?FE20.90?380MPa?=244.29MPa S1.4计算载荷系数K。

K=KA?Kv?KF??KF?=1.25?1.06?1?1.35 =1.789

查取齿形系数。

YFa1?2.80;YFa2?2.40。 查取应力校正系数。 YSa1?1.55;YSa2?1.67。

YFaYSa计算大、小齿轮的[?F]并加以比较。

YFa1YSa12.80?1.55??0.01381

314.29[?F]1YFa2YSa22.40?1.67??0.01640

244.29[?F]2大齿轮的数值大。 设计计算

42?1.789?0.3657?10 m?3?0.01640 mm

1?202=0.81 mm

故可知上面所预选的模数m=2符合设计要求。

z1 ?d1t?40?20

m2大齿轮齿数 z2?40 4、几何尺寸计算 （1）计算分度圆直径

d1=z1m=20?2=40 mm d2=z2m=40?2=80 mm （2）计算中心距 a?d1?d240?80mm?60mm =

22（3）计算齿轮宽度

根据机床实际设计取值，取B1=20mm,B2=15mm。

3斗笠式刀库的换刀

3.1刀库动作简介

刀库的换刀动作如下：1刀库转到换刀坐标处如图3.1（a）所示；2主轴准停；3刀库前进抓旧刀，如图3.1（b）所示；4主轴松刀5Z轴向上移动（让出刀库旋转尺寸），如图3.1（c）所示；6刀库旋转（选刀）。如图3.1（d）所示7Z轴向下移动（移动至换刀位置）如图3.1（e）所示；8主轴紧刀（抓新刀）；9刀库后退（换刀结束），如图3.1（f）

图3.1斗笠式刀库换刀过程动作图

3.2Z轴的定位精度

Z轴的定位精度指的是Z轴准确定位到图3.1（c）和图3.1（e）所示位置，NC程序是通过Raipid命令快速定位到换刀点和上升点，坐标值是通过多次实验检测出来的。定位完成后接近开关的信号传输给PLC，PLC将顺序执行下一动作。

3.3PLC与NC程序的配合

PLC在整个换刀过程中主要控制刀库的正/反转，刀库的前进/后退，松刀/紧刀阀的动作以及换刀动作顺序。主轴的的上升，下降和定位都是由NC程序配合

在整个换刀过程中动作顺序是由PLC控制的，利用PLC控制的，应用PLC中的D储存器，D储存器放置的不同数字代表换的不同动作（参见表3.1）。

表3.1换刀动作与数字

D800 1 2 换刀动作顺序 换刀开始 气缸前进到位 3 4 5 6 7 8 松刀完成 刀位信号读取完毕 刀库回转到位 Z轴换刀点到位 紧刀完成 换刀完成 从表3.1和图3.1中可以知道，NC程序和PLC的配合应该在D800=3和D800=5的动作。当D800=3是，动作如图3.1（b）所示，下一动作如图3.1（c），Z轴上升，这就要求NC程序在PLC的配合，所以当松刀完成后，PLC会发出一个信号给NC程序，NC程序将控制Z轴上升。当D800=5，动作如图3.1（d）所示下一动作如图3.1（e），Z轴下降到换刀点，这就要求NC程序和PLC配合，所以当刀盘回转到位后，PLC会发出一个信号给NC程序，NC程序将控制Z轴下降到换刀点。当D800=8时，环岛完成，PLC会发出一个信号给NC程序，NC程序将执行M06TXX后的命令。

PLC和NC程序的配合体现在当换刀过程中需要Z轴动作时，PLC就会提前告诉NC程序，NC程序会根据PLC所给的条件判断执行什么命令，PLC将顺序执行下一动作。PLC和NC程序的配合在整个换刀过程中至关重要，之后配合恰到好处才能顺利完成整个换刀过程。

致 谢

从十二月份接受课题到现在完成毕业设计论文，我的本科毕业设计论文一直是在我的导师的悉心指导下进行的，衷心的感谢我的指导老师给予了精心的指导和热情的帮助，尤其在课题设计的前期准备阶段和本人的总体的设计阶段，导师提出许多宝贵的设计意见，在最后的修改阶段老师在百忙之中抽出时间为我提供了必要的帮助，这样使得我得以顺利的完成毕业设计开发工作，在短暂的几个月的相处时间里，老师渊博的知识，敏锐的思路和实事求是的工作作风给我留下了深刻的印象，这将使得我终身受益。

常老师治学态度严谨，学识渊博，为人和蔼可亲，在机械及自动化方面具有丰富的实践经验，对我的实验工作给予了很多的指导和帮助，使我能够将理论中的结果与实际相结合。并且在整个毕业设计过程中，老师不断对我得到的结论进行总结，并提出新的问题，使得我的毕业设计课题能够深入地进行下去，也使我接触到了许多理论和实际上的新问题，使我做了许多有益的思考。另外，他对待问题的严谨作风也给我留下了深刻的印象。在此表示深深的谢意！

参考文献

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