本科毕业论文---数控车床六角旋转刀架三维设计.doc

教务处 毕业设计(论 文) GRADUATE DESIGN (THESIS)设计（论文）题目 数控车床六角旋转刀架三维设计学 生 学习中心 专 业 机械工程及自动化指导教师 二一四年 八 月 五 日摘 要国际上数控机床的发展日新月异，我国数控转塔刀架行业亦发生了根本性的改变，但是，产能只是满足量的一面，低档次产品价格低廉、功能不齐、适应性差，其生命力亦不会太强。只有满足质的方面、满足数控机床性能要求方面的产品才是最重要的。我国的数控机床行业与世界先进制造行业相比，存在很大的差距，而重要的原因是功能部件行业赶不上数控机床的发展。数控车床是数控机床的主要品种之一，它在数控机床中占有非常重要的位置，几年来受到世界各国的普遍重视并得到了迅速的发展。本课题研究的是数控车床最重要的部件之一：旋转刀架。数控车床的刀架是机床的重要组成部分。刀架用于夹持切削用的刀具，因此其结构直接影响机床的切削性能和切削效率。在某种程度上，刀架的结构和性能体现了机床的设计和制造技术水平。关键词：数控机床 数控车床 旋转刀架47目 录1.绪论41.1 选题的目的和意义41.2 数控刀架的发展现状及发展趋势51.3 我国数控刀架的发展现状61.4 本文主要研究内容62.总体结构设计52.1 机床刀架的基本要求与功用72.2 总体方案的确定82.3 刀架基本结构、工作原理及动作顺序102.4 刀架转位机构设计122.5 刀架定位机构设计142.6 电动机选择及安装形式的确定172.7 本章小结193.运动设计及刀架主参数确定203.1 运动设计203.2 刀架主参数确定213.3 本章小结214.刀架零件设计、计算及校核234.1 蜗杆蜗轮选用及校核224.2 蜗杆轴结构设计及校核284.2.1 蜗杆轴材料选择284.2.2 初算轴径284.2.3 蜗杆轴结构设计294.2.4 轴的受力分析314.2.5 校核轴的强度364.2.6 校核见链接的强度374.3 齿盘结构设计384.4 本章小结43结论471. 绪论1.1 选题的目的和意义 数控机床是集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化产品。是机械制造设备中具有高精度、高效率、高自动化和高柔性化等优点的工作母机。数控机床的技术水平高低及其在金属切削加工机床产量和总拥有量的百分比是衡量一个国家国民经济发展和工业制造整体水平的标志之一。数控车床是数控机床的主要品种之一，它在数控机床中占有非常重要的位置，几年来受到世界各国的普遍重视并得到了迅速的发展。本课题研究的是数控车床最重要的部件之一：旋转刀架。数控车床的刀架是机床的重要组成部分。刀架用于夹持切削用的刀具，因此其结构直接影响机床的切削性能和切削效率。在某种程度上，刀架的结构和性能体现了机床的设计和制造技术水平。1.2 数控刀架的发展现状及发展趋势近30年的发展，数控刀架逐渐演变为电动和液动两大类别。电动刀架以欧洲为代表。由力矩电动机驱动，凸轮控制齿盘的松开和刹紧，与定位动作由电磁铁完成，位置信号由编码器发出，采用齿轮减速完成分度、松开、刹紧动作。液动刀架以日本技术为基础，日本、韩国和我国台湾省为代表。采用液压马达驱动，采用间歇分度机构品行共扼凸轮分度和预定位，液压松开刹紧，位置信号用组合传感器发出。随着主机技术向高速、复合方向发展，数控刀架技术也向高速化、复合方向发展。主要表现在：（1）高速化 开放式伺服电机及驱动技术的发展，使伺服电机驱动刀架技术发展成为现实。伺服电机代替了预定位置装置、发信装置，简化了刀架结构，松开、刹紧采用液压。伺服刀架提高了换刀速度。（2）复合化 车削中心的出现，使刀架技术向复合化更高层次发展。带铣削功能的动力刀架，一般采用普通刀架外加伺服主轴电机驱动动力刀具，刀盘采用VDI（Virtual Device Interface）刀盘，钻铣主轴最高转速可达12000r/min，功率22Kw。近几年出现B轴、Y轴联动带铣削头刀架，从而使机床达到五轴联动。1.3 我国数控刀架的发展现状在各大机床厂家的不懈努力下，我国在数控刀架生产开发方面有了较大突破，特别是在及时跟踪国外先进技术，不断开发推出新品，满足主机配套发展的需要等方面有了长足发展。作为数控车床的核心功能部件之一，数控刀架虽然取得了较大进步，但与国外的水平相比，仍有一定的差距，成为制约主机发展的瓶颈因素之一。1.4 本文主要研究内容本课题为数控车床六角旋转刀架三维设计，该刀架能够在一次装夹中完成多道工序，使加工范围扩大，大大提高了加工精度和生产效率。本次设计的主要内容为：1.刀架总体结构设计 2.传动结构设计 3.分度机构设计 4.典型零部件设计 5.生成二维截面图、爆炸图 6.翻译外文资料。其中分度机构设计和传动机构设计为本次设计重点，决定了数控刀架的整体精度。2. 总体结构设计2.1 机床刀架的基本要求与功用2.1.1 数控车床刀架的基本要求（1）满足工艺过程所提出的要求 机床依靠刀具和工件间相对运动形成工件表面，而工件的表面形状和表面位置的不同。为了要求刀架上能布置足够多的刀具，而且能够方便而正确的加工各工件表面。为例实现工件的一次安装中完成多工序加工，所以要求刀架可以方便转位。（2）在刀架上要能牢固的安装刀具 在刀架撒谎能够安装刀具时还应能精确的调整刀具的位置，以保证刀具和工件间精确的相对位置。刀架的运动精度将直接反应到被加工工价的几何形状精度和表面粗糙度上，为此，刀架的运动轨迹必须准确，运动应平稳，刀架运转的终点到位应准确。而且这种精度保持性要好，以便于长期保持刀具的正确位置。（3）刀架应有足够的刚度 由于刀具的类型、尺寸各异，质量相差较大，刀具在自动转向过程中方向变化较复杂，而且有些刀架还直接承受切削力，考虑到采用新型刀具材料和先进的切削用量，所以刀架必须有足够的刚度，以使切削过程和换刀过程平稳。（4）可靠性高 由于刀架和自动换刀装置在机床工作过程中，使用次数很多，而且使用频率也很高，所以必须充分重视它的可靠性。（5）刀架换刀时间尽量短，以利于提高生产效率。（6）操作方便安全。2.1.2 数控车床刀架的功用数控车床刀架是各类数控车床的核心配套附件之一。它大多采用步进电机（或伺服电机，或液压马达）驱动，通过减速机构（液压马达驱动的刀架除外）、行星机构、马氏机构或凸轮机构来完成刀架的松开、抬起、转位、定位和夹紧动作；它可按主机的编程要求完成刀架的自动换刀动作，以实现数控车床加工程序的自动化和高效化。因此，刀架的性能和结构往往直接影响到机床的切削性能、切削效率和体香了机床的设计和制造技术水平。2.2 总体方案的确定数控车床刀架大体上可分为转塔式刀架和直排式刀架两大类。转塔式刀架又分立式数控转塔刀架和卧式数控转塔刀架。立式数控转塔刀架是回转轴线与安装基准面垂直、可装夹多把刀具或工具，采用数字信息指令控制转位的刀架。他通过常用4工位和6工位两种，按性能可分为简易和全功能两类，是经济型数控车床和将普通车床改造为简易数控车床的重要配套附件。该刀架即可与数控车床的数控系统接口相连，又可配置简易的数控系统，辅助主机完成轴类和盘类等零件的车外圆、端面、圆弧、切槽、切断、车螺纹、镗孔和攻螺丝等加工工序。卧式数控转塔式刀架为一种回转轴线与安装几面平行的、可装夹多把刀具或工具，采用数字信息指令控制的刀架。它利用装夹于刀盘上的非动力刀架和动力刀夹来夹持各种不同用途的刀具或工具，刀盘根据机床编程的指令转过若干个工位，是下一道工序所用的刀具达到指定的工位，来实现主机的自动换刀动作。其驱动转塔刀架的动力源有电机传动和液压传动两大类。根据两种转塔刀架的特点和本次设计任务的要求选定设计的转塔刀架为立式简易数控刀架（图2-1）。图2-1 立式简易数控刀架2.3 刀架基本结构、工作原理及动作顺序2.3.1 数控刀架基本结构图2-2 立式简易数控刀架结构数控车床刀架基本结构有：（1）驱动装置 有电机驱动或液压驱动（2）分度装置 主要分间歇分度机构和连续分度机构（3）预定位装置 到达所需工位后停止分度运动，以便于齿盘正确啮合。电动驱动刀架，利用霍尔元件发出信号控制电机反转实现预定位（4）松开刹紧装置 齿盘的松开刹紧，为了完成快速刹紧和得到足够大的刹紧力，松开和刹紧一般选用液压和机械等来实现。（5）精定位装置 刀具切削时需要很高的刚性和定位精度，因此刀架都选用齿盘副为精定位元件。（6）发信号装置 发信号装置为霍尔元件（7）装刀装置 包括刀盘、刀架及夹刀装置2.3.2 电动刀架基本工作原理（1）电机启动正转，驱动蜗轮蜗杆转过一个角度，是安装蜗轮的轴向前运动，使两端齿盘分离，刀架升起（2）电机继续旋转时，拨动涡轮轴突起部分，完成转位分度（3）到达预选位时，发令让电机停止正转并立即反转（4）电机反转，蜗轮轴后移，两端齿盘啮合（5）夹紧到一定程度，蜗杆克服弹簧作用轴向移动，同时推动开关挡铁做轴向移动。是关车开关发令使电机停转2.3.3 刀架动作顺序立式数控车床旋转刀架的动作顺序如流程图2-3图2-3 刀架动作流程图2.4 刀架转位机构设计本设计采用小功率异步电机驱动蜗杆、蜗轮实现刀架转位，转为的速度和角位移均可通过半闭环反馈进行精确控制加以实现， 如图2-4所示图2-4 交流电机驱动的刀架转位机构（a） （b） （c） （d）图2-5 刀架转位抬起的动作示意图为了结构需要，有时还在蜗杆后再加一对齿轮。对于本设计，考虑的机构简化及成本降低，没有采用齿轮结构。在旋转刀架上，为了提高到家的转位分度精度，采用了单头双导程蜗杆，以便在使用中随时调整蜗杆蜗轮的传动间隙，实现准确的转位分度，保证刀架工作的可靠性。图2-5为刀架转为师的动作顺序示意图(a)刀架刹紧状态或转位开始，转位销的位置；(b)到家抬起5mm即将转位时，转位销和定位销的位置；(c)刀架转位90霍尔开关发出电机反转信号时，转位销和定位销的位置；(d)刀架反靠到位和落下刹紧时，转位销和定位销的位置2.5 刀架定位机构设计目前在刀架的定位机构中多采用锥销定位和端齿盘定位。由于圆柱销和斜面销定位是容易出现间隙，圆锥销定位精度高。它进入定位孔时一般靠弹簧力或液压、气动，圆锥销磨损后仍可以消除间隙，以获得较高的定位精度。本设计用销定位实现粗定位，端齿盘机构实现精定位。2.5.1 端齿盘的应用 端齿盘又称多齿盘、细齿盘、鼠牙盘，实际有自动定心功能的精密分度定位元件，广泛应用与加工中心、柔性单元、数控机床、测量仪器、各种高精度间歇式圆周分度装置、多工位定位机构、以及其他需要精密分度的各种设备上。如数控车床中的多工位自动回转刀架，铣床及加工中心用的回转工作台及其他分度装置中都采用端齿盘作为精定位元件。端齿盘的齿形有直齿和弧齿两种，直齿端齿盘由于加工方便、定位精度及重复定位精度高而最受欢迎。端齿盘实际上相当于一堆齿数相等同的离合器，其啮合过程与离合器的啮合类似。2.5.2 端齿盘的特点在分度及定位装置中，一般利用端齿盘作为其精确定位元件。它具有以下特点：（1）分度精度高 在一副端齿盘中，实际分度误差等于所有齿单个分度误差的平均值的平均值。即： （2-1）此为端齿分度的“误差平均效应”。由于误差平均效应，使分度精度大大提高，是端齿盘的分度精度可高达0.1。且齿数越多分度越高。端齿盘啮合齿是沿圆周向心分布的，一对齿盘啮合时具有自动定心作用，所以回转轴的精度及其在使用中的磨损对定心精度几乎没有影响。（2）分度范围大 端齿盘的分度大小与齿数有关。端齿盘的齿数可任意确定，以适应各种分度需要。例如齿为360齿的端齿盘，最小分度值为1。用差动端齿分度装置，即利用两副齿数不同的端齿盘叠在一起并作相对分度运动时，分度范围更大。（3）精度的重复性和持久性好 精度的重复性和持久性好重复定位精度可达0.02。一般的机械分度装置的精度，随着分度装置的使用而出现磨损，将逐渐降低分度精度。但端齿盘在使用过程中，却相当于上下齿盘在不断地对研，因此使用越久，齿面接触面积越大，上下齿盘啮合越好，分度精度的重复性和持久性也就越好而且有可能提高精度。（4）刚性好 因所有齿形沿圆周方向均匀分布，上下齿盘啮合时齿面无间隙，故啮合时能自动定中心，不论承受的是切向力、径向力还是轴向力，整个分度装置形成一个良好的刚性整体。1）机构紧凑，使用方便 2）维护方便 3）不能进行任意连续分度端齿盘定位由两个齿形相同的端齿面齿盘相啮合而成，由于啮合时各个齿的误差相互抵偿，起着均化误差的作用，定位精度高。齿盘的齿形角一般有等于90和60两种，齿盘的齿数选择应根据所要求的分度数以及齿盘外径D的大小来确定。齿形半角和齿数Z与齿顶半角的关系满足 （2-2）例如=45，=150， =36，=45，=120，=45，一般齿盘外径均在100-800mm之间，且，定位基准外径，重合厚度均已标准化。本设计中齿盘参数的确定见第四章零件设计部分。2.6 电动机选择及安装形式的确定2.6.1 电动机型号选择六角回转刀架所需驱动功率非常小，仅需克服螺纹传动阻力，并能提供一定程度的夹紧力，电机负载平稳，对启动、制动屋特殊要求，为长期运行的机械装置，因此可以选择小功率一般异步电机。2.6.2 电动机电压和转速的选择有机械设计手册单行本减（变）速器电机与电器表16-1-19，小功率电机选用380V电压。电机转速的确定。电动机的额定转速是根据生产机械的要求而选定的，在确定电动机的额定转速时，必须考虑传动机构的传动比值，两者互相配合，经过技术、经济全面比较才能确定。通常，电机的转速不低于500r/min。因为当功率一定时，电动机转速越低，则其尺寸越大，价格越高，而且效率也越低，如选择高速电动机，势必加大机械减速机构的传动比，致使机械传动部分变得复杂。对于要求快速频繁启动、制动的机械，电动机的转动惯量与额定转速的平方乘积最小时，能获得最好的启动制动效果。综合考虑，选择电动机额定转速为1400r/min。根据以上分析，并参考相关数控车床到家厂家电机型号，确定本设计的电动机为小功率三相异步电动机，其具体参数为：A02-6314，额定功率120W，额定电压380V。额定转速1400r/min，额定效率0.6，启动转矩2.2Nm，启动电流6.0A。2.6.3 电动机结构及安装形式的确定对于要求传动精确，工作可靠的机械，要求采用卧式安装形式，此结构端盖上有凸缘，凸缘有螺孔，并有止口，凸缘在D端，借凸缘平面安装。采用FF115凸缘。如图2-6所示 图2-6 电动机外形及安装尺寸2.7 本章小结本章为总体结构设计部分，主要讲了机床刀架基本要求及功用，以及总体方案的确定。阐述了刀架定位机构和转位机构的原理并选定了定位销与齿盘结合定位的方案。最后说明了电动机的选用原则并最终选择了A02-6314电机作为本次设计的驱动的电动机。3. 运动设计及刀架主参数确定3.1 运动设计 本设计的数控车床六角回转刀架采用A02-6314小功率异步电动机驱动，蜗轮蜗杆传动，电动机额定转速为1400r/min。首先，确定转位时间及传动比分配。为满足一定的加工效率，单工位转位时间不超过3秒钟，设计刀架上升、下降各转150，刀架转位至少需要60，最多300，所以蜗轮转角s则蜗轮最小转速 （3-1）带入数据，可得 又知电动机转速 则总降速比 （3-2）代入数据得 采用单头双导程涡轮传动。一般，因此不必在蜗杆端加齿轮加速机构，使用单蜗轮传动就能满足降速比要求，取。3.2 刀架主参数确定3.2.1 中心高确定中心高指主轴轴线至刀架底面的垂直距离，国内的立式刀架中心高一般有mm，共计8个规格，根据设计中型数控车床，选择中心高150mm。3.2.2刀架工位数确定 刀架工位数是数控车床用刀架的第二主参数，应根据数控车床上所加工零件的工序数量来选择，若加工零件越复杂，工序数量越多，一般选择的刀架的工位数也越多，本设计为数控车床六角旋转刀架设计，选择六工位。3.3 本章小结数控车床六角旋转刀架的传动非常简单，通过电动机驱动蜗杆机构，再通过螺纹机构传递动力，用端面销粗定位，端齿盘精定位。传动比的确定要满足转位时间要求。根据这些要求，确定蜗杆机构传动比为56，并根据中型数控机床确定了本次设计数控车床刀架的主参数。4. 刀架零件设计、计算及校核4.1 蜗杆蜗轮选用及校核4.1.1蜗杆副材料选择考虑到传递功率不大，转速也不高，蜗杆选用45#钢制造，调质处理，齿面硬度HBS，假设相对滑动速度m/s，故蜗轮轮缘选用铝青铜，金属模铸造。4.1.2 确定蜗杆头数，蜗轮齿数由3表9.2，选取 4.1.3 按齿面接触疲劳强度确定模数m和蜗杆分度圆直径 （4-1）式中 蜗轮端面模数，=2mm； 蜗轮分度圆直径，=56mm； 作用在蜗轮上的转矩； 蜗轮材料的许用应力，MPa； 材料弹性系数。（1） 确定作用于蜗轮上的转矩，按，初取，则 （4-2）蜗杆输入功率，则 Nm（2）确定载荷系数 （4-3）式中 使用系数； 动载荷系数； 工作载荷系数。由3表9.4，查取使用系数；假设蜗轮圆周速度，取动载荷系数，工作载荷系数，故 （3）确定许用接触应力由3表9.6查取许用接触应力（4）确定材料弹性系数 对于青铜或铸铁蜗轮与钢制蜗杆配对时，取（5）确定模数m和蜗杆分度圆直径将数据代入式4-1，得 由3表9.1，按mm，选取=2mm，=22.4mm4.1.4 计算传动中心距蜗轮分度圆直径 （4-4）代入数据，得mm中心距 （4-5）则 mm4.1.5 验算蜗轮圆周速度、相对滑动速度及传动效率 蜗轮圆周速度 显然，与原假设相符，取合适。 （4-6）代入数据，得，得，所以 显然m/s，与原假设相符，选用做蜗轮材料合适。由 m/s，查3表9.2，得当量摩擦角 （4-7）所以 与原来初值取0.56相符4.1.6 蜗杆和蜗轮主要几何尺寸计算（1）蜗杆几何尺寸计算分度圆直径： =22.4mm，直径系数：q=11.2，蜗杆头数：，分度圆导程角 （4-8）代入数据，得 蜗杆轴向齿距 mm，蜗杆齿顶圆直径 mm，蜗杆齿根圆直径：mm，蜗杆轴向齿厚：mm，蜗杆轴向齿距：mm （2）蜗轮齿数计算变位系数：验算传动比：，蜗轮分度圆直径：mm，蜗轮齿顶圆直径：mm，蜗轮齿根圆直径：mm，蜗轮齿宽：mm，取mm蜗轮三维建模如图4-1：图4-1 蜗轮模型4.2 蜗杆轴结构设计及校核4.2.1 蜗杆轴材料选择因传递功率不大，并对质量及结构尺寸无特殊要求，故选用45#钢，调制处理。4.2.2 初算轴径对于转轴，按钮转强度确定轴的最小直径，由材料力学可知，轴受转矩作用时，其强度条件为 mm （4-9）式中 轴的直径，mm； 轴剖面中最大扭转剪应力，MPa； 轴传递的功率，kW； 轴的转速，r/min； 许用扭转剪应力，MPa； 抗扭剖面模量。对于45#钢，/MPa=，按电机所能提供的最大功率=0.12kW，则 mm考虑键槽的影响，取mm。4.2.3 蜗杆轴结构设计图4-2 蜗杆轴结构设计草图（1）轴承部件的结构形式 刀架体采用整体式结构。因传递功率不大，刀架发热小，轴长度不会超过300mm，故轴承部件的固定方式可采用两端固定方式。然后，可以按轴上零件的安装顺序，从处开始设计。（2）联轴器及轴端 在本设计中就是轴段的直径，又考虑到轴段上安装联轴器，因此，轴段的设计应和联轴器的设计同时进行。因结构简单，联轴器采用套筒式刚性联轴器。考虑到A02-6314电机伸出轴轴径mm，由机械设计手册差的平键套筒联轴器的内径为12mm，轴段的长度应符合联轴器的安装要求，故取mm。（3）密封圈与轴段及轴段 在确定轴段和轴段直径时，应考虑联轴器的固定及密封圈的尺寸和轴承型号几个方面。选用30302圆锥滚子轴承，轴承内径d为12mm，取mm时，可以满足联轴器轴肩固定要求，同时有相应的密封圈与之配合，所以确定mm，为满足结构要求，取mm，mm。（4）蜗杆与轴段及轴段 蜗杆齿根圆直径为17.6mm，为使加工方便，取mm。为满足结构要求，取mm，mm。（5）键连接 联轴器与轴用A型普通平键连接，为键GB/T1095-2003。完成的结构设计草图如图4-2，三维模型如图4-3。图4-3 蜗杆模型图4.2.4 轴的受力分析 （1）蜗杆传动受力分析如图4-4图4-4 蜗杆传动的受力分析蜗杆蜗轮传动的力矩 （4-10） （4-11）式中 蜗杆轴的传递功率，120W； 蜗杆轴的转速，1400r/min； 蜗轮蜗杆传动的效率，=0.6。代入数据，得 蜗轮蜗杆受力： （4-12） （4-13） （4-14）则 N N N（2） 计算支撑反力，如图4-5（a）、（b）在水平面上 （4-15）则 （4-16）则 在垂直平面上， 轴承I的总支撑反力 （4-17）则 （4-18）(3) 画弯矩图，如图4-5（c）、（d）、（e）在水平面上 剖面左侧 剖面右侧 在垂直平面上 剖面左侧 剖面右侧 合成弯矩 剖面左侧 剖面右侧 （4）画转矩图，如图4-5（f）图4-5 蜗杆轴受力4.2.5 校核轴的强度 剖面右侧，因弯矩大，还有转矩，故剖面右侧为危险剖面。由3表10.1抗弯剖面模量 抗扭剖面模量 弯曲应力 扭剪应力 按弯扭联合强度进行校核，蜗杆轴单向转动，转矩可按脉动循环处理，取折合系数，则当量应力 已知轴的材料为45#钢，调质处理，由3表10.1 查得MPa。显然，故轴的剖面右侧满足要求。4.2.6 校核键连接的强度套筒联轴器处键连接的挤压应力 （4-19）式中 联轴器处轴段直径，mm； 平键尺寸，mm。 考虑到连接处轴径mm，结合联轴器的尺寸，选取A型普通平键，由GB/1905-79选取键的尺寸mm。可得 取轴、键及联轴器的材料为钢，查机械设计手册得MPa，显然，故强度足够。4.3 齿盘结构设计4.3.1 齿数Z的确定齿数可根据分度要求，即需要分度的最小分度值来确定。 （4-20）例如最小分度角度，则齿。本设计中，数控车床旋转刀架采用六工位，安装六把刀，最小分度值为60，为满足精度要求，设计，可以实现最小值为5整数倍的分位。故可以实现分度要求。4.3.2 端齿盘外径端齿盘的外径主要由设计结构所允许的空间范围来确定。在结构允许的情况下，外径越大越好，这样可以增强分度或定位机构的稳定性。本次设计中，由于结构限制，取齿盘最大外径mm。4.3.3 齿根角（啮合斜角）对于直齿端齿盘，为例保证在齿宽方面上的啮合质量，加工端齿时必须调整分度盘回转轴心线和工作谈倾斜斜角，即齿根角或啮合斜角（如图4-6），以保证齿盘大端和小端的齿厚与齿槽宽度相等。图4-6 端齿盘剖视图图4-7 单齿俯视示意图 图4-8 单齿外径展开示意图由以上分析可知 由图4-7得 mm 图4-9 端齿盘剖面及受力分析由图4-9得 可知齿根角 4.3.4 端齿盘齿形角端齿盘的齿形角已标准化，通常取40、60、90等。齿形角的选取，应考虑作用在端齿盘上的负荷力矩及锁紧力的大小，如图4-9所示。将作用于齿盘上每齿的切向外力和轴向锁紧力沿着齿面方向进行分解，如图4-10所示，应满足一下条件：图4-10 齿面受力分析 （4-21）即 可以得出，在外载不变时，齿形角越小，所需锁紧力也越小，即自锁性越强，但齿相应变深，齿厚变小；齿形角越大，需要的锁紧力也越大，即承受力外扭矩的能力下降，但齿高变低，端齿啮合的高度下降，可使端齿抬起量减小，结构紧凑。同时也说明了加大外径有利于提高端齿盘的承载能力。 因此，在选取齿形角时，应考虑作用在端齿盘上的负荷（力矩）及锁紧力的大小，同时受齿形加工刀具的限制，本设计采用90齿形角。端齿盘三维建模见图4-11： 图4-11 端齿盘模型4.4 本章小结本章为本次设计中最重要的章节，进行了主要零部件的设计计算及校核。包括蜗轮蜗杆的设计及校核、蜗杆轴的设计校核、连接键的设计校核以及齿盘的参数的设计校核。结 论本文在参考大量文献的基础上，对数控车床刀架工作原理、动作顺序、常见问题进行了分析。并用UG软件完成了数控车床六角旋转刀架的三维建模。本文的主要研究成果如下：1.运动分析 分析了数控车床刀架的基本结构和工作原理，对比了液动刀架和电动刀架各自优劣，进行了方案总体设计。2.六角回转刀架零部件设计 完成了数控车床刀架传动机构和定位机构的设计，对比数控刀架常见故障，对关键零部件进行了计算校核，保证了数控刀架有较高的精度和可靠性。3.结构设计，三维建模 完成了数控车床六角回转刀架各零部件的结构设计和UG三维建模，包括标准件的选取和非标准件的设计，在建模时考虑了零件加工工艺性和经济适用性，然后对数控刀架的各零部件进行了装配，完成了装配体建模。4.二维图生成 从UG中装配体生成二维图，主要包括装配图、爆炸图、外观图以及复杂零件的零件图。参考文献1 冯辛安.机械制造装备设计，机械工业出版社，2005：230-4002 韩荣第.机械制造技术基础，哈尔滨工业大学出版社，2008：85-1003 陈铁鸣.机械设计，哈尔滨工业大学出版社，2006.7：51-2694 刘福佑,实习先,陶兆荣.机械设计手册，化学工业出版社，2002：4-785 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