50#拉刀机构设计说明书

II目录摘要…………………………………………………………………………………………ⅠABSTRACT………………………………………………………………………...............Ⅱ第1章绪论………………………………………………………………………………...1第2章总体结构分析……………………………………………………………………...22.1拉刀机构设计目的………………………………………………………………………..22.2机构原理分析…………………………………………………………………………….2第3章机械零件的设计与计算………………………………………………………….53.1机械零件设计的性质和任务………………………………………………………............53.2机械零件设计步骤和准则…………………………………………………………………53.3主轴主要参数的确定………………………………………………………………….......63.3.1主轴前轴颈D1的选取………………………………………………….63.3.2主轴内孔直径d的确定…………………………………………………73.3.3主轴前端悬伸量a的确定……………………………………………….73.3.4主轴支承跨距L的确定………………………………………………....93.4碟形弹簧的选择与计算……………….…………………………………………………..103.4.1碟形弹簧的特点……………………………………………………….103.4.2碟形弹簧的选取与计算………………………………………………....123.4.3碟形弹簧的技术要求…………………………………………………...123.5拉杆的设计与计算………………………………………………………………………..133.5.1标准钢球的选取……………………………………………………….133.5.2拉杆的尺寸确定及校核…………………………………………………173.6螺纹联接的设计与计算…………………………………………………………………...203.6.1螺纹基本尺寸的确定…………………………………………………...203.6.2螺母的选取…………………………………………………………...233.6.3垫片的选取…………………………………………………………...243.7拉杆套的设计与计算……………………………………………………………………...253.8液压缸的设计与计算……………………………………………………………………...253.8.1液压缸的载荷组成与计算…………………………………………….....253.8.2液压缸主要参数的确定…………………………………………………263.8.3活塞及活塞杆的设计…………………………………………………...27目录II3.8.4缸筒的设计…………………………………………………………....303.8.5缸盖的设计……………………………………………………………33第4章液压系统的设计…………………………………………………...........................354.1液压系统设计概述………………………………………………………………...............354.2液压传动特点………………………………………………………………......................354.3液压传动原理………………………………………………………………………..........364.4液压元件的选择…………………………………………………………………………...374.4.1确定液压泵的最大工作压力Pp……………………………………………374.4.2确定液压泵的流量Qp……………………………………………………384.4.3选择液压泵的规格………………………………………………………384.4.4液压阀的选择……………………………………………………….....384.4.5油箱容量的确定………………………………………………………...394.5液压系统的性能验算………………………………………………………………............394.5.1回路压力损失验算………………………………………………………394.5.2油液温升验算………………………………………………………......39第5章PLC的控制与编程……………………………………………………………........415.1行程程序控制概述………………………………………………………………………....415.2PLC的选型及编程………………………………………………………………….............415.2.1PLC的概述……………………………………………………………415.2.2PLC的编程……………………………………………………………425.2.3PLC的接线图………………………………………………………....44第6章结论………………………………………………………………………………...45参考文献……………………………………………………………………………………...47致谢…………………………………………………………………………………………...481第一章绪论近年来，随着科学技术的迅速发展，机械产品的形状和结构不断的改进，机电产品日趋精密复杂。产品精度要求越来越高、更新换代周期也越来越短，这就要求机床设备具有较好的通用性和较大的灵活性，以适应生产对象频繁变化的需要，特别是对于宇宙航行、航空等部门中的加工批量不大、生产周期要求短、改型短、改进频繁、形状复杂、精度要求又很高的这一类零件的加工。如何提高劳动生产率、提高产品质量、降低产品成本及改善劳动条件已成为目前迫切需要解决的问题。数控机床是综合运用了计算机技术、自动控制、精密测量及机床结构设计等各种技术的最新成就而发展起来的一种新型机床。它具有通用性、灵活性及高度自动化的特点，具有提高劳动生产率和加工精度、缩短生产准备周期、减轻体力劳动强度、减少设备周期、降低生产成本等优点，已被广泛应用于机械制造、航空工业、造船和车辆工业、金属加工部门等。数控机床机构主要由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体四个部分组成。其加工原理是按照零件加工的技术要求和工艺要求，编写零件的加工程序，然后将加工程序输入到数控装置，通过数控装置控制机床的主轴运动、进给运动、更换刀具，以及工件的夹紧与松开、冷却、润滑泵的开与关，使刀具、工件和其他辅助装置严格按照加工程序规定的顺序、轨迹和参数进行工作，从而加工出符合图纸要求的零件。此次设计的课题，就是在拉刀力为12000N、主电机功率为5.5KW的条件下设计一个50#刀柄的拉刀机构。其中主要应用三个原理：机构原理、液压驱动原理、电器控制原理。所以在设计过程中分别应用了与之相对应的知识。一方面加深了对所学理论知识的认识，另一方面在老师的指导下，学会运用所学知识去分析和解决一些实际问题，学会应用手册、标准、规范等资料。做此设计主要解决的问题就是对整个机构工作原理的理解并对各个部分进行设计与计算。通过改造设计使此装置在满足技术性能的前提下又能获得最佳的经济效益。此说明书共分为五大部分：总体结构分析、机械零件的设计与计算、液压系统设计、电气自动控制设计、总结。设计过程中参考了诸多文献，列表附说明书末页第二章总体结构分析2第二章总体结构分析2.1拉刀机构设计的目的机械设计制造及其自动化专业是为了培养从事机械设计、制造行业的人才而开设的专业。而拉刀机构设计不仅培养设计者对机械的认识、运用能力,而且也增进了对机械工业发展的了解和认知。拉刀机构的设计涉及：机械、液压、气压、电气等相关基本理论知识。设计目的：1.培养查阅文献、运用资料的基本能力；2.培养学生的机电产品设计的基本能力；3.扩展学生的知识结构，加强理论与实践相结合的能力；2.2机构原理分析50＃刀柄拉刀机构为大型机床主轴内部刀具自动夹紧机构。油缸接到松刀信号时，将压力油通入主轴尾部的油缸右腔，活塞推动拉杆向左移动，同时使碟形弹簧压紧。拉杆的左移使左端的钢球的分布直径变大，解除了刀杆上的拉力，机械手便取出刀杆。当刀具由机械手或用其他方法装到主轴孔后，其刀柄后部的拉钉便被送到主轴内拉杆的前端，当接到夹紧信号时，将压力油通入主轴尾部的油缸左腔，活塞向右移动，拉杆在碟形弹簧的作用下也向右移动，其前端圆周上的钢球在主轴锥孔的逼迫下收缩分布直径，将刀柄拉钉紧紧拉住。另外，拉杆是空心的，为的是每次换刀时要用压缩空气清洁主轴孔和刀具锥柄，以保证刀具的准确安装。图2-1是该机构的总体结构图。刀杆采用7：24的大锥度锥柄，在锥柄的尾端轴颈被拉紧的同时，通过锥面的定心和摩擦作用将刀杆夹紧于主轴的端部。大锥度的锥柄既利于定心，也为松夹带来了方便。在碟形弹簧5的作用下，拉杆4始终保持约10000N的拉力，并通过拉杆左端的刚球3将刀杆的尾部轴颈拉紧。换刀前必须首先将刀柄松开，即将压力油通入主轴尾部的油缸右腔，活塞11推动拉杆4向左移动，同时使碟形弹簧5压紧。拉杆4的左移使左端的钢球3位于套筒的喇叭口处，解除了刀杆上的拉力。机械手便取出刀杆。当活塞处于左右两个极限位置时，相应的限位行程开关发出松开和夹紧的信号。3图2-1总体结构1-BT型刀柄2-P型拉钉，3-钢球、4-拉杆、5-碟形弹簧、6-拉杆套、7-垫片、8-螺母、9-缸盖、10-缸筒、11-活塞自动清除主轴孔中的切屑和灰尘是换刀操作中的一个不容忽视的问题。如果在主轴锥孔中掉进了切屑或其它污物，在拉紧刀杆时，主轴锥孔表面和刀杆的锥柄就会被划伤，甚至使刀杆发生偏斜，破坏了刀具正确的定位，影响加工零件的精度，甚至使零件报废。为了保持主轴锥孔的清洁，常用压缩空气吹屑。图1.1的活塞11的心部钻有压缩空气通道，当活塞向左移动时，压缩空气经过活塞主轴孔内的空气喷嘴吹喷出。将锥孔清理干净。喷气小孔要有合理的喷射角度，并均匀分布，以提高其吹屑效果。此结构采用的是7：24圆锥刀柄，这种标准的7：24锥联接有许多优点：因为自锁，可实现快速装卸刀具；刀柄的锥体在拉杆轴向拉力的作用下，紧紧地与主轴的内锥面接触，实心的锥体直接在主轴孔内支承刀具，可以减少刀具的悬伸量；这种联结只有一个尺寸即锥角需加工到很高的精度，所以成本较低，而且可靠，多年来应用较广泛。但是，7：24锥联结也有一些缺点：锥度较大，锥炳较长，锥体表面同时要起两个作用，即刀具相对于主轴的精确定位及实现刀具夹紧并提供足够的联结刚度，由于它不能实现与主轴端面和内锥面同时定位。所以标准的7：24刀/轴锥联结在主轴端面和刀柄法兰端面有较大的间隙。7：24锥度联结的刚度对锥角的变化和轴向拉力的变化很敏感，当拉力增第二章总体结构分析4大4～8倍时联结的刚度可提高20%～50%。但是过大的拉力在频繁的换刀过程中，会加速主轴内孔的磨损，使主轴内孔膨胀影响主轴前轴承的寿命。在了解了设计结构的基础上，我将从三方面对起进行设计与计算。首先在机构方面设计相关的零件，如碟形弹簧、拉杆、拉杆套、拉钉、活塞、缸筒等，并对标准件进行选型；其次是对其气、液压部分进行气、液压系统的设计；最后是对PLC控制部分的设计与编程。5第三章机械零件的设计与计算3.1机械零件设计的性质和任务机械是人类用来减轻体力劳动和提高劳动生产率的工具。机械化程度的高低是衡量一个国家社会生产率发展水平的重要标志。在新技术革命中，最大限度的提高劳动生产率和产品质量，为工业、农业、国防、轻工、化工、交通、能源及能源开发以及新的科学实验基地提供更多的先进设备，这是机械工业的伟大历史使命。不论是制造新的机械设备还是改进原有的机械设备，都要进行大量的机械设计工作。“机械”是一个总称，习惯上包括机构和机器。机构是由相对运动的构件组成的。它的作用是传递运动并变换运动形式和改变运动量；机器是由若干基本单元构成的，构成机器的这些单元称为机械零件，如轴、齿轮和螺栓等。通常又把为完成同一使命的零件组合在一起，构成一套