CK0630数控车床设计
第五章 刀架的设计
5.1设计简介
本设计的车床中使用的回转刀架是一种最简单的手动换刀装置。根据不同的加工对象，它可以设计成四方刀架和六方刀架等多种形式。回转刀架上分别安装四把、六把或更多的刀具，并按机床加工的要求来选择刀具。
回转刀架在结构上必须具有良好的强度和刚度，以承受粗加工时的切削抗力。由于车削加工的精度在很大程度上取决于刀尖位置，因此必须要选择可靠的定位方案和合理的定位结构，以保证回转刀架在每次转位之后，具有尽可能高的重复定位精度。
5.2刀盘传动结构
CK0630的刀架,是采用电机转动带动蜗轮蜗杆传动,最后由蜗轮蜗杆传动带动棘轮转动使其刀盘转动的工作原理。具有转位稳定可靠,换位时间短,切向扭矩大等特点。
5.3蜗轮及蜗杆的选用与校核 5.3.1蜗杆传动的组成和特点
如图5-1所示为一 级蜗杆传动减速器的应用实例。蜗杆传动是由少数齿数、大螺旋角、分度圆直径很小、齿宽较大、形状像螺杆的斜齿轮，与齿顶为圆弧形，轮齿为弧齿形的斜齿轮相啮合组成的，见图1。主要用于实现两交错轴间的运动和动力传替，通常∑=90°，蜗杆为主动轮。
图5-1 蜗杆传动图
5.3.2蜗轮、蜗杆的选材原则
由于蜗杆传动的失效形式和圆柱齿轮传动不同，所以材料选择的原则也不相同。蜗杆。蜗轮的材料不仅要求有足够的强度，更重的是应该具有良好的减摩性、耐磨性和抗胶合性能。
16
常州工学院毕业设计
蜗杆一般使用碳素钢或合金钢制成。常用材料性能和选用原则见表5-1。
表 5-1 蜗杆常用材料
材料编号 45 热处理方法 调质 表面淬火 硬度 220~250HBS 45~55HRC 45~55HRC 58~63HRC 58~63HRC 通用场合 低速、中载不重要的蜗杆 高速、重载、载荷稳定 高速、重载、载荷不稳定 40Cr 20Cr 20CrMnTi 表面淬火 渗碳淬火 渗碳淬火 蜗轮常用的材料为具有良好抗胶合能力和耐摩性的青铜和铸铁，见表5-2。
表5-2 蜗轮常用材料
材料编号 ZCuSn10Pb1 适用的华东速度/（m/s） 适用场合和特点 ≤25 抗胶合、耐磨性能好，易加工，价格高，多用于高速、重载的重要蜗轮 抗胶合、耐磨性能好，抗腐蚀性好易加工，价格高，多用于高速、重载的重要蜗轮 ZCuSnPb5Zn5 ≤12 ZCuAl9Fe3 ≤10 抗胶合、耐磨性能一般，强度高于上两种材料，易加工，价格高，多用于中速、中载的重要蜗轮 抗胶合、耐磨性能好，强度底，价格底，多用于减速、轻载或不重要的蜗轮 HT150(120~150HBS) ≤2 HT200(120~150HBS) 考虑到蜗杆传递的功率不大，选用45号钢，希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋面要求火，硬度为HRC45~55。蜗轮用铸锡青铜金属模铸造。
由于蜗杆的齿数很少，所以蜗杆传动具有很大传动比，一般可达i=20~80，有时甚至达i=1000以上。其结构紧凑、工作平稳、噪声底，也可实现自锁。但蜗杆传动存在效率底、摩擦大、产生热量大的缺点，故不适用于大功率和长时间连续工作的场合。
5.4蜗轮蜗杆的计算
此次设计的蜗轮蜗杆的计算方法见表5-3：
17
CK0630数控车床设计
表 5-3 圆柱蜗杆传动几何尺寸计算
5.4.1确定主要参数
选择蜗杆头数z1及蜗轮齿数z2; 按i12=10,取z1=4则z2=i12z1=10?4=40 按齿面接触疲劳强度计算蜗轮的模数m及蜗杆特性系数q 1)确定作用在蜗轮上的扭矩T2
按z1=4，参考表4-3估取?=0.8，则
T2=9550000N2/n2=9550000?5.5?0.8?960?43770.8N?mm
表5-4 蜗杆的扭矩 名称 蜗杆传动 蜗杆传动 蜗杆传动 蜗杆传动 蜗杆传动 传动方式 自锁蜗杆 单头蜗杆 双头蜗杆 三头和四头蜗杆 圆弧面蜗杆 效率值 ０.４０～０.４５ ０.７０～０.７５ ０.７５～０.８２ ０.８０～０.９２ 备注 润滑良好 润滑良好 润滑良好 润滑良好 润滑良好 ０.８５～０.９５ 2)确定载荷系数K
因工作载荷较稳定，冲击不大，取载荷分布不均系数K?=1；由表4-4选取工作情况系数K?=1.15；由于转速不高，选动载系数K?=1.1；则 K= K? K? K?=1.15?1?1.1=1.26 表 5-5 载荷系数 工作类型 载荷性质 1 2 ２５～５０ 18
3 ５０以上 均匀，无冲击 不均匀，小冲击 不均匀，大冲击 每小时启动次数 ＜２５ 常州工学院毕业设计
启动载荷 Kw 小 1 较大 1.15 大 1.2 3）确定许用接触应力???H及弹性影响系数ZE
由表查4-5得???H=196N/mm2;当青铜蜗轮与钢制蜗杆配对传动时，取 ZE=160（N/mm2）
表 5-6 蜗轮的材料 蜗轮材料 铸造方法 蜗杆螺旋面的硬度 蜗杆螺旋面的硬度 ＨＲＣ小于或等于４ＨＲＣ大于４５ ５ 112 132 196 126 132 171 铸锡磷青铜 砂磨铸造 铸锡磷青铜 金属模铸165 造 98 铸锡锌铅青砂磨铸造 铜 铸锡锌铅青金属模铸112 铜 造 铸锡锌铅青离心铸造 铜 137 4） 模数m和压力角?和蜗杆特性系数q
为了方便加工，规定蜗杆的轴向模数为标准模数。蜗轮的端面模数等于蜗杆的轴向模数，因此蜗轮端面模数也应为标准数。标准模数系列见表。压力角标准值为20?。 m?3q?(10.6KT2?ZE/z2???H ? ZE/z2???H )1/3 =6.3 由表4-6选模数m=2，蜗杆特性系数q=13
表 5-7 蜗杆模数特性系数选择 m q mq1/3 1 14 2.4 1.5 14 3.6 2 13 4.7 2.5 12 5.7 3 12 6.9 4 11 8.9 5 10 10.8 6 9 12.5 5）验算蜗轮的 圆周速度?2
?2=?z2mn2/60?1000=??40?13?96/60000=2.6m/s 所以K?=1.1还是合适的。 6）求中心距a:
a=(d1+d2)/2=(35.5+80)/2=57.75mm
7）校核齿根弯曲疲劳强度
蜗杆分度圆直径 d1= 35.5
蜗轮分度圆直径 d2=Z2m=40?2=80mm
由表4-7按z1=4,q=13,查到?=17.10 齿形系数Y2按z2=40，有表查得.业；由表查得许
19
CK0630数控车床设计
用弯曲应力???b=44N/mm2
?b=2KT2Y2/d1d2mcos?=2?1.26?43770.8?2.32/35.5?4?80?cos17.10=23.7N/mm2<44N/mm2
故齿轮的弯曲疲劳强度是足够的。
表 5-8 齿轮的弯曲强度 z2 Y2 28 2.5 30 2.4 35 2.4 40 2.3 50 2.2 60 2.2 70 2.2 80 2.14 8）蜗杆蜗轮个部分尺寸的计算 （1）蜗杆
齿顶高ha1=m=2
齿全高h1=2.2m=2.2?2=4.4
齿顶圆直径da1=d1+2m=35.5+4=39.5mm
齿根圆直径 df1=d1-2ha*m=35.5-4=31.5mm 蜗杆直径系数 px=πm=6.28mm
蜗杆导程 pz=z1px=3*6.28=18.84mm 蜗杆螺旋部分长度当z1=4时
L ?(13+0.1z2)m=(13+4)*2=34mm
（2）蜗轮
蜗轮顶圆：da2=d2+2m=80+4=84mm
蜗轮底根圆：df2=d2-2.4m=80-4.8=75.2mm 外圆：D2≤da2+1.5m=84+3=87mm 轮宽按表查得
B≤0.75da1=0.75?39.5=29.6mm
包角 sin?=B/ da1-0.5m=29.6/39.5-1=0.7688 故 ?=50.240，则2?=100.480 ，取2?=1000 齿根圆弧面半径 R1= da1/2+0.2m=39.5+1=18.75mm
2齿顶圆弧面半径 R2=df1 +0.2m=16.2mm
2精度选择和公差，表面光洁度的确定
由于所设计的蜗杆传动是用于动力传动，希望使用寿命长些，另外它属于通用机械的传动部分，所以选择8级精度和标准保证侧隙Dc，即按标准为“级8-DcJB-162-60”。
至于要求的公差项目及表面光洁度，可参考JB-162-60选取。
上述可知，由于蜗杆传动中蜗杆感与蜗轮齿面间的相对滑动速度较大，效率底，摩擦发热大，其主要失效形式与圆柱齿轮不同，而是我论齿面产生胶合、点蚀及磨损，在一般闭式传动中容易出现胶合或点蚀，开式传动中主要是齿论的磨损和弯曲折断。因此，
20