高光明

（漢中市第一職業(yè)中等專業(yè)學(xué)校，陜西 漢中 723099）

引言

數(shù)控機床的出現(xiàn)對提高生產(chǎn)率、改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量以及改善勞動條件等已經(jīng)發(fā)揮了重要的作用。為了進(jìn)一步壓縮非加工時間，數(shù)控機床正朝著一臺機床在一次裝夾中完成多道工序加工的方向發(fā)展。在這些一次可以加工多道工序的機床中，刀架的設(shè)計是至關(guān)重要的。數(shù)控機床為了能在工件一次裝夾中完成多種甚至所有加工工序，以縮短輔助時間，減少多次安裝工件所引起的誤差，必須帶有自動換刀裝置。自動換刀裝置應(yīng)滿足換刀時間短、刀具重復(fù)定位精度高、具有足夠的刀具儲存量、刀庫占地面積小以及安全可靠等要求。這就要求我們所設(shè)計的刀架能夠?qū)崿F(xiàn)多個工位的加工，減少換夾具和換刀的時間，這也就是我們要設(shè)計的多功能刀架。數(shù)控刀架最新技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r和發(fā)展趨勢：主機技術(shù)向高速、復(fù)合方向發(fā)展，從而使數(shù)控刀架技術(shù)也向高速、復(fù)合方向發(fā)展。

1 整體方案的擬定

刀架按其動力來分，大體可分為電機傳動和液壓傳動兩大類。

1）液壓式：這類刀架用液壓缸實現(xiàn)刀盤鎖緊，低速大扭拒液壓馬達(dá)驅(qū)動刀盤轉(zhuǎn)位。

2）電動式：這類刀架以電機為動力源，使用方便，應(yīng)用較多，主要有以下三種形式：單面凸抓鎖緊式、雙插銷反靠式、雙向滾子端面凸輪鎖緊式。

液壓刀架雖然在廣泛應(yīng)用，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使其在設(shè)計時困難很多；而電動刀架現(xiàn)在也在廣泛使用，因為電動的最大優(yōu)點是可以使機械結(jié)構(gòu)簡單，省去大量的液壓管路，結(jié)構(gòu)也容易設(shè)計，所以本設(shè)計采用電機刀架系統(tǒng)。由電動機提供動力，經(jīng)齒輪嚙合傳動實現(xiàn)刀架的運動[1]。

2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算

2.1 切削力的計算

由《機械設(shè)計手冊》可知：

式中，N為電動機功率，查機床說明書N=3 kW；η為主傳動系統(tǒng)總效率，一般為0.6～0.7，取0.65；K為進(jìn)給系統(tǒng)功率系數(shù)，取K=0.96；則Nc=3×0.65×0.96=2.496 kW。

2.2 電機的選擇

同一類型的電動機，相同的額定功率有多種轉(zhuǎn)速可供選擇。如選用低轉(zhuǎn)速電動機，因級數(shù)較多而外輪廓尺寸及重量較大，故價格較高，但可使傳動裝置總傳動比及尺寸較小，選用高轉(zhuǎn)速電機則相反。因此應(yīng)全面分析比較其利弊來選用電動機轉(zhuǎn)速。

由切削功率Nc=2.496 kW可查《械設(shè)計簡明手冊》。

取電機為Y100L2-4，額定功率為3 kW，額定轉(zhuǎn)矩為2.2 kN/m。

2.3 圓錐齒輪的設(shè)計與計算

圓錐齒輪傳動是用來傳遞空間兩相交軸之間運動和動力的一種齒輪傳動，其輪齒分布在節(jié)圓錐體上，齒形從大端到小端逐漸變小。圓柱齒輪中的有關(guān)圓柱均變成了圓錐。為計算和測量方便，通常取大端參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值。一對圓錐齒輪兩軸線間的夾角Σ稱為軸角。其值可根據(jù)傳動需要任意選取，在一般機械中，多取Σ＝90°[2]。

2.4 傳動零件的設(shè)計計算

進(jìn)行刀架裝配圖設(shè)計時，必須先求得各級傳動件的尺寸、參數(shù)，并選好聯(lián)軸器的類型和尺寸。

2.4.1 選擇聯(lián)軸器類型和型號

聯(lián)軸器通常用來聯(lián)結(jié)兩軸，并在其間傳遞運動和轉(zhuǎn)矩。有時也可以作為一種安全裝置用來防止被聯(lián)結(jié)基件承受過大的載荷，起到過載保護(hù)的作用。用聯(lián)軸器聯(lián)結(jié)軸時只有在機器停止運轉(zhuǎn)且經(jīng)過拆卸后才能使兩軸分離[3]。

聯(lián)軸器除聯(lián)接兩軸并傳遞轉(zhuǎn)矩外，有些還有補充兩軸因制造和安裝誤差而造成的軸線偏移的功能，以及具有緩沖、吸振、安全保護(hù)等功能。因此要根據(jù)傳動裝置工作要求來選定聯(lián)軸器類型。

由于軸的轉(zhuǎn)速較高，為了減少啟動載荷，緩和沖擊，應(yīng)選用具有較小轉(zhuǎn)動慣量和具有彈性的聯(lián)軸器。根據(jù)我們電機的轉(zhuǎn)速，在滿足要求的情況下，選擇圓錐銷聯(lián)軸器。由于考慮尺寸問題，聯(lián)軸器圖形省略，但設(shè)計時應(yīng)該考慮到[4]。

2.4.2 離合器的選擇

離合器在機器運轉(zhuǎn)中可將傳動系統(tǒng)隨時分離或接合。對離合器的要求有：接合平穩(wěn)、分離迅速而徹底、調(diào)節(jié)和修理方便、外廓尺寸小、質(zhì)量小、耐磨性好和有足夠的散熱能力、操縱方便省力。離合器的類型很多，常用的可分牙嵌式與摩擦式兩大類。牙嵌離合器由兩個端面上有牙的半離合器組成(如圖1)。其中1個（圖的左部）半離合器固定在主動軸上；另一個半離合器用導(dǎo)鍵（或花鍵）與從動軸聯(lián)接，并可由操縱機構(gòu)使其作軸向移動，以實現(xiàn)離合器的分離與接合。牙嵌離合器是借牙的相互嵌合來傳遞運動和轉(zhuǎn)矩的。為使兩半離合器能夠?qū)χ?，在主動軸端的半離合器上固定1個對中環(huán)，從動軸可在對中環(huán)內(nèi)自由轉(zhuǎn)動。

用離合器聯(lián)結(jié)的兩軸可在機器運轉(zhuǎn)過程中隨時進(jìn)行結(jié)合和分離。在滿足要求的條件下，選用較簡單的結(jié)構(gòu)，所以選用牙嵌式離合器[5]。

牙嵌式離合器有兩個端面帶牙的半離合器1、2組成。從動半離合器用導(dǎo)向平鍵與軸聯(lián)接，另一半離合器1用平鍵與軸聯(lián)接，對中環(huán)用來使兩軸對中，滑環(huán)可操縱離合器的分離與結(jié)合。牙嵌式離合器結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 牙嵌式離合器結(jié)構(gòu)圖

3 結(jié)語

本文主要介紹了數(shù)控鉆床多功能自動刀架的總體設(shè)計思路，重點討論了刀架的結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算，為今后解決相關(guān)領(lǐng)域的問題奠定了一定的理論基礎(chǔ)。

[1]上海編織工學(xué)院,哈爾濱工業(yè)大學(xué),天津大學(xué),主編.機床設(shè)計圖冊[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,1979.

[2]龔桂義.機床設(shè)計課程設(shè)計圖冊[M].北京:高等教育出版社,1989.

[3]吳宗澤,羅圣國.機械設(shè)計課程設(shè)計手冊[M].北京:高等教育出版社,1999.

[4]上海柴油機廠工藝設(shè)備研究所.金屬切削機床夾具設(shè)計手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,1984.

[5]上海市金屬切削技術(shù)協(xié)會主編.金屬切削手冊[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,1984.