关于C字夹和加工转台的毕业设计论文

目录第一章概述 11.1C字夹及加工转台概述 11.2加工转台的国内外现状 21.2.1国内加工转台的技术状况 21.2.2国外加工转台的技术现状 31.3本次设计主要内容 4第二章设计方案论证 12.1各种方案简述 12.1.1方案一 12.1.2方案二 12.1.3方案三 22.2各种方案比较 32.3本章小结 3第三章设计中的有关计算 13.1电动机的选择 13.2传动装置总传动比的计算及其分配 23.3蜗杆传动系统的设计与校核 23.3.1选择蜗杆传动类型 23.3.2选择材料 23.3.3按齿面接触疲劳强度进行设计 23.3.4蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸 43.3.5校核齿根弯曲疲劳强度 53.3.6验算效率 63.4锥齿轮传动设计及校核 63.4.1选锥齿轮类型、精度等级、材料及齿数 63.4.2按齿面接触疲劳强度设计 73.4.3按齿根弯曲疲劳强度设计 83.5轴的设计及强度校核计算 113.5.1蜗轮传动轴 113.5.2锥齿轮传动轴 133.7总装配图 153.8本章小结 17结论 18参考文献 1致谢 2

摘要C字夹是木工等常用的工具。C字夹螺孔的加工是主要工艺内容，其加工的好坏直接影响夹紧螺杆在夹紧和松开时正常运动。在C字夹的制作过程中，C字夹螺孔的加工作为主要工艺内容，一般均在两台不同的钻床上进行加工，要装、卸两次。而且一次只能加工一个孔。这样，不仅影响加工精度，而且加工效率低，劳动强度也大。于是，就需要设计多主轴钻床，同时需要设计多工位孔加工的工装设备。而转台式多工位钻、攻自动设备的设计中，多工位准停式转台和钻、攻夹具的设计为主要内容。本文首先概述了加工转台的基本定义与国内外一些重要生产商的成果。第二部分论述了所想到的三种方案并对这些方案优缺点作了分析和对比。在彼此比较后决定选第一种方案。第三部分则是说明了加工转台的主要机械传动部分的设计以及对它们的校核过程。加工转台的传动部分主要由蜗轮蜗杆、锥齿轮、主轴三部分组成。经过校核后所有设计均符合要求。用ProE软件完成转台的三维总装图，然后得到了整个转台的二维装配图和蜗轮蜗杆、锥齿轮、轴等二维零件图。在文章的最后简明的介绍了做本次毕业设计的一些心得体会。关键词加工转台；蜗轮蜗杆；锥齿轮；滚珠丝杆；ProE

ABSTRACTCwordclipiscarpenteretccommonlyusedtools.Cwordprocessingisthescrewholeswiththemaintechnologycontent,itsprocessingofadirectimpactontheclampingscrewintheclampingandloosenthenormalmovementwhen.IntheCwordclipoftheproductionprocess,theCwordclampscrewholesasthemaincontentoftheprocessingtechnology,ingeneralaretwosetsofdifferentdrillingontheprocessing,pack,dischargetwice.Andonecanonlyprocessingahole.So,notonlyaffectmachiningprecisionandtheprocessingefficiencyislow,theintensityoflaborisalsobig.So,needtodesignmorespindledrillingmachine,alsoneedtodesignofprogressiveholeprocessingfixturesequipment.Andturnedinthedesktopofprogressivedrilling,tappingthedesignoftheautomaticequipment,progressivemuststoptypeturntableanddrilling,tappingfixturedesignasthemaincontent.Thispapersummarizesthebasicdefinitionandprocessingturntablefordomesticandforeignsomeimportantproducersresults.Thesecondpartofthepaperisthatthethoughtofthreesolutionstothesesolutionsandanalyzesandcomparestheiradvantagesanddisadvantages.Ineachotheraftercomparingdecidedtochoosethefirstplan.Thethirdpartisthattheprocessingofthemainmechanicaltransmissionpartturntableforthedesignandprocessofcheckingonthem.Themaintransmissionpartsprocessingturntablebytheworm,bevelgear,spindleofthreeparts.Aftercheckingalltherequirementsaredesigned.DrawingusingProEsoftwaretable3dassemblydrawing,thenbythewholetable2dassemblydrawingandwormgearandworm,bevelgearandshaftstwo-dimensionaldrawing.Attheendofthearticlesimplyintroducesthegraduationdesigndosomeofthecomments.Keywords:WormGear&Worm，TaperGear，BallScrews,ProEPAGE2 PAGE0第一章概述1.1C字夹及加工转台概述C字夹是木工等常用的工具。C字夹螺孔的加工是主要工艺内容，其加工的好坏直接影响夹紧螺杆在夹紧和松开时正常运动。如图1-1所示。图1-1C字夹产品图设计一台两回转坐标数控转台(由分度圆工作台、摆角体、摆角体支架组成)，安装在三直线坐标数控铣床或加工中心工作台上，可实现五轴联动加工，如图l所示。然而传统的五轴数控机床的两回转坐标与机床滑板制作成一体，这对于用三直线坐标加工的绝大多数场合来说，两回转坐标传动机构，尽管锁紧不动，长时歇置，造成浪费，并且它的刚性往往远不如直线坐标，影响机床加工精度、强力高效加工等。如果能把两回转坐标数控转台做成数控机床附件，在不需要时，工件直接装夹在工作台上加工；在需要时，工件装在数控转台上加工，灵活选用。五轴联动加工还有一个显著特点，多种场合要求五面全部暴露在刀具之下，不与装夹发生干涉，如果在数控转台的分度轴内设置工件拉紧装置，且用户能根据生产需要，随时改制工件定位方式。在C字夹的制作过程中，C字夹螺孔的加工作为主要工艺内容，一般均在两台不同的钻床上进行加工，要装、卸两次。而且一次只能加工一个孔。这样，不仅影响加工精度，而且加工效率低，劳动强度也大。于是，就需要设计多主轴钻床，同时需要设计多工位孔加工的工装设备。1.2加工转台的国内外现状1.2.1国内加工转台的技术状况我国从六十年代开始研制万能转台，最初时长春转台研究所研制的定型产品WD系统，先后移植给宁夏青山转台厂、广州转台厂，目前国内市场生产电子万能转台厂家比较多，主要有济南转台厂生产的WDW,WDS系列，长春转台研究所生产的CSS-1100C,CSS-2200系列，宁夏青山转台厂、广州试验仪器厂生产的WD系列，长春市第二转台厂生产的CMT5000系列等。随着计算机技术的飞速发展，力学性能的自动测试己成为体现测试技术现代化的重要标志。目前，估计国内己拥有数万台国产及进口的各类转台，其中，大部分转台因不具备电测能力而谈不到测试的自动化和现代化；一部分转台虽然具有电测能力或配备了计算机，但因其技术落后或经多年运行而工作己不可靠。这些大量的现有设备如何能跟上时代使其继续发挥效能，己受到广泛关注。中国转台行业从上个世纪80年代以后开始进行电子化、微机化的升级。在80年代初期有一些科研院所和高等院校以课题的方式开始进行转台的升级改造工作。从实现力学性能测试自动化现代化的要求来考虑，转台升级改造的中心环节是将现代计算机技术引入转台，在转台主机或主体系统完好的情况下，配置先进的数据采集测试结果自动处理系统或自动控制系统，从而实现测试自动化，减少人为因素干扰，自动存储数据，提高测试效率。由于国内的工业基础水平限制，在80年代和90年代初国产的电子式和微机式的转台普遍存在电气系统稳定性差、软件实用性不强等问题，直到90年代中期，随着中国IT技术的飞速发展，转台也进入了一个新的发展阶段。在当今新技术革命的浪潮中，转台行业正在摆脱传统产品范畴而迅速向高新技术产业发展。这不仅因其本身与信息、能源和新材料等领域有着密切的关系，而更重要的是它能够直接为众多的高新技术领域及产业提供必不可少的测试设备。目前转台产品的更新换代较快，转台正朝着智能化发展。近几年在国外大约一、二年就推出一代新型产品，国内进行这方面研究的厂家也较多，如上海华龙测试仪器厂(如图1-2所示)等。计算机技术的进步己经为试验过程的自动完成与数据的自动处理提供了条件，研究人员努力将更先进、更可靠的技术应用于转台，保证试验的准确、高效。图1-2上海华龙数控机床产品1.2.2国外加工转台的技术现状国外的转台研究一般以企业为中心展开，目前美国的MTS公司、英国的INSTRON公司、德国申克公司和日本的岛津制作所等通过自己多年的研究，均具有了自己独具特色的转台产品。日本岛津UEH型及美国SATEX公司的HVL型液压万能机均采用电液何服交流控制双向缸，负荷、变形、位移控制由电液伺服闭环控制，同时具有电测和计算机数据数据处理功能。电液伺服系统的优点是动态响应快，工作范围广，适合动态转台，其缺点是用于液压万能转台上未能发挥其特点，且造价高，扰污染能力低，能耗大。德国申克公司的UPM液压万能转台控制原理是由速度控制器控制力矩电机进而带动压力控制阀施加负荷，并具有速度和电流反馈，保证加荷速度，转台还具有计算机数据处理和控制功能，是一种传统的控制方式。日本岛津制作所生产的UDH系列液压万能转台其采用自行设计的电液伺服阀组件控制柱塞缸，可自动和手动两种操作，具有计算机控制和数据处理功能，其系列性能好，机种覆盖广，缺点是自动化程度低。如图1-3所示为日本津岛的AG-X系列立式电子万能转台。英国INSTRON公司的电液伺服转台有1300系列和8500系列。随着计算机技术的不断发展，部分转台正向小型化，便携化发展，以满足人们现场测量的要求。电子转台的软件也随着软件编程手段的进步正向自动化、智能化和可重构化不断发展。从目前国内外转台发展的技术水平分析，国内与国外在转台的性能方面还存在着不少差距。但是我们看到，通过国内科技人员的不懈努力，这种差距在逐步缩小。随着国内材料、电子、芯片产业的不断发展，转台赖以发展的工业基础不断增强，只要投入足够的研发力量，我们必将赶上国际先进水平。1.3本次设计主要内容在C字夹的制作过程中，C字夹螺孔的加工作为主要工艺内容，一般均在两台不同的钻床上进行加工，要装、卸两次。而且一次只能加工一个孔。这样，不仅影响加工精度，而且加工效率低，劳动强度也大。于是，就需要设计多主轴钻床，同时需要设计多工位孔加工的工装设备。主要设计四工位准停转台和C字夹钻、攻夹具。要求装置转台采用内啮合齿轮式结构（同时对伞齿轮啮合、蜗杆传动等进行分析），由电或液驱动控制四工位转台准停。C字夹钻、攻夹具要能实现一次可加工三个，采用气动夹紧，对三个工件采用浮动柔性夹紧。要求整个过程按照顺序有序进行。绘制四工位准停转台总装图、C字夹钻、攻夹具总装图。第二章设计方案论证2.1各种方案简述2.1.1方案一电动机产生动力后输出进入涡轮蜗杆传动系统，进一步减速并改变运动旋转方向后，通过左右锥齿轮传动系统传递到转台主轴。由锥齿轮的转动带动与主轴相连的工作台。从而完成转台的传动系统设计。如图2-1所示。图2-1方案一示意图2.1.2方案二电动机产生动力后输出到蜗杆传动系统，进一步减速并改变运动旋转方向后，通过链传动系统传递到转台主轴。由链轮的转动带动转台主轴转动。从而完成转台的传动系统设计。如图2-2所示。图2-3方案二示意图2.1.3方案三电动机产生动力后输出到蜗杆传动系统，进一步减速并改变运动旋转方向后，通过同步带轮传动系统传递到转台主轴。由同步带轮的转动带动转台主轴转动。从而完成转台的传动系统设计。如图2-3所示。图2-3方案三示意图2.2各种方案比较齿轮传动的特点:①能保证瞬时传动比恒定,平稳性较高,传递运动准确可靠；②传递的功率和速度范围较大；③结构紧凑、工作可靠,可实现较大的传动比；④传动效率高,使用寿命长；⑤齿轮的制造、安装要求较高.齿轮材料一般是铸铁等。链传动的特点:①和齿轮传动比较,它可以在两轴中心相距较远的情况下传递运动和动力；②能在低速、重载和高温条件下及灰土飞扬的不良环境中工作；③和带传动比较,它能保证准确的平均传动比,传递功率较大,且作用在轴和轴承上的力较小；④传递效率较高,一般可达0.95～0.97；⑤链条的铰链磨损后,使得节距变大造成脱落现象；⑥安装和维修要求较高.链轮材料一般是结构钢等。带传动(皮带传动)特点(优点和缺点):①结构简单,适用于两轴中心距较大的传动场合；②传动平稳无噪声,能缓冲、吸振；③过载时带将会在带轮上打滑,可防止薄弱零部件损坏,起到安全保护作用；④不能保证精确的传动比.带轮材料一般是铸铁等。涡轮蜗杆传动最主要的特点就是具有反向自锁的功能，而且相比其它传动具有较大的速比，涡轮蜗杆的输入、输出轴不在同一轴线上，甚至不在同一个平面上。自身的缺点，那就是涡轮蜗杆的传动效率不够高，精度也不是很高。方案一：采用锥齿轮传动,并且蜗杆传动带有自锁作用，可以实现转台自锁，采用锥齿轮驱动工作台，结构紧凑，效率高，工作可靠、寿命长，传动比稳定；方案二：采用了与方案一相似的传动系统，唯一不同的是它采用了链传动驱动工作台运动。链传动与齿轮传动相比，它的制造与安装精度要求较低，成本也低，但运转时不能保持恒定的瞬时传动比；磨损后易发生跳齿；工作时有噪声；不宜用在载荷变化较大、高速和急速反向传动中。方案三：采用了与方案一相似的传动系统，唯一不同的是它采用了同步带轮传动驱动工作台运动。结构简单,适用于两轴中心距较大的传动场合；传动平稳无噪声,能缓冲、吸振；过载时带将会在带轮上打滑,可防止薄弱零部件损坏,起到安全保护作用；不能保证精确的传动比.带轮材料一般是铸铁等。综合上述三种方案的优缺点以及目前市场上主流转台形式，最后决定选择第一种方案为本设计所采取的最终方案。2.3本章小结为了达到高精度转台的目的，可以有很多方法来实现。这次设计只考虑了三种方案，仔细对比三个方案，最后选定方案一为本次设计最终方案。第三章设计中的有关计算3.1电动机的选择由设计要求及已知条件可知，假设转台设计速度为180mm/min，转台所施加的外力为100KN。故(3-1)式中：F——转台输出力，N；V——丝杠速度，m/s。电机功率在传递过程中必然有一定的损失。参阅查文献[3]可知，锥齿轮之间传动效率为0.97，涡轮蜗杆间传动效率为0.7，其他联结件传动效率为0.91。故所以(3-2)上式中P——转台有效功率；——转台总效率。查阅文献[1]结合实际情况选择合适型号为Y801-4，它的额定功率为0.55KW、满载转速为1390r/min。如图3-1所示。图3-1电机三维示意图3.2传动装置总传动比的计算及其分配已知转台速度以此求得主轴转速(3-3)式中：V——速度，m/s；。电动机选定后，按照电动机的满载转速及转台工作部分转速，可计算出传动装置的总传动比。(3-4)再按照常用传动机构性能及适用范围，初步选择各个出动部分传动比如下：。3.3蜗杆传动系统的设计与校核3.3.1选择蜗杆传动类型根据GB/T10085-1988的推荐，采用渐开线式蜗杆（ZI）。3.3.2选择材料考虑到传动效率不大，速度中等，则锅杆用45钢；因希望效率高些，耐磨性好些，帮锅杆螺旋齿面淬火，硬度为45～55HRC；蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSn10P1,金属模铸造；为节约成本,仅齿圈用青铜制造,而轮芯用灰铸铁HT100制造。3.3.3按齿面接触疲劳强度进行设计根据闭式蜗杆传动设计准则查文献[2]，先按齿机接触疲劳强度进行计算，再校核齿根弯曲疲劳强度，由式（3-5）传动中心距（3-5）（1）确定作用在蜗轮上的转矩按=1，估取效率=0.67；r/min（2）确定载荷系数Ｋ因工作载荷较稳定，帮取载荷系数=1，由查文献[2]选取使用系数=1.15；由于转速不高，冲击不大，可取动载荷=1.05；则。（3）确定弹性影响系数因选用青铜蜗轮与钢蜗杆配对，所以。（4）确定接触系数先假设蜗杆分度圆直径和传动中心距的比值=0.35,从查文献[2]中可查得=2.9。（5）确定施用接触应力根据蜗轮材料为铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度>45HRC，可以从查文献[2]中查得蜗轮的基本许用应力。可以令蜗杆传动的寿命为5年（43800H）；应力循环次数；；则。（6）计算中心距取中心距=100mm，因,故从查文献[2]中取模数m=5,蜗杆分度圆直径=80mm。这时=0.5，从图11-18中可查得接触系数，因为，因此以上计算结果可用。3.3.4蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸（1）蜗杆轴向齿距=15.7mm；直径系数=10；齿顶圆直径=60mm；齿根圆直径=48mm；分度圆导程角=；蜗杆轴向齿厚=7.85mm。蜗杆的三维示意图如图3-2所示。图3-2蜗杆三维示意图（2）蜗轮蜗轮齿数=31；变位系数=0.500；验算传动比=31,这时的传动比误差为0，所以成立。蜗轮分度圆直径=155mm；蜗轮喉圆直径=+=160mm；蜗轮齿根直径=-=138mm；蜗轮咽喉母圆半径=20mm。蜗轮三维意图如图3-3所示。图3-3蜗轮三维示意图3.3.5校核齿根弯曲疲劳强度（3-6）当量齿数根据=0.500，=31.051,从查文献[2]中可查得齿形系数=3.34。螺旋角系数=1-=0.9592许用弯曲应力=从查文献[2]中查得由ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力=56Mpa,寿命系数，==33.4Mpa弯曲强度满足要求。3.3.6验算效率（3-7）已知分度圆导程角=；；与相对滑动速度有关。查文献[2]用插值法查得=0.026、=1.65代入式中得大于原估计值0.7，因此符合设计要求。3.4锥齿轮传动设计及校核3.4.1选锥齿轮类型、精度等级、材料及齿数1）选用标准直齿锥齿轮传动；2）由于转台速度不高，故选用7级精度（GB10095-88）由查文献[2]所得；3）选择材料由查文献[2]选用40Cr材料，并经调质及表面淬火，齿面硬度为48～55HRC；4）选用小锥齿轮=25，大锥齿轮齿数=50，3.4.2按齿面接触疲劳强度设计由查文献[2]中的公式（3-8）（1）确定公式内的各计算数值1）选载荷系数KK=使用系数由查文献[2]取=1.0动载荷系数可按查文献[2]中低一级精度线及V（m/s）查取=1.08；齿间载荷分配系数取为1；齿向载荷分布系数；由查文献[2]可得=1.10；K==1.01.0=1.7822)弹性影响系数，查文献[2]可取=189.8；3),通常取=；4）由查文献[2]查得==710Mpa；5)由查文献[2]计算应力循环次数=60=606）由查文献[2]取接触疲劳寿命系数=0.98，=1.04；7)计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1，由式（10-12）得（2）计算1）试算小锥齿轮分度圆直径，代入中较小的值进式（3-8）=79.3Mpa2)计算圆周速度3）计算齿宽b及模数m；4)按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径5）计算模数3.4.3按齿根弯曲疲劳强度设计（3-9）（1）确定式中的各值1）载荷系数K=2）由查文献[2]可查得齿轮弯曲疲劳强度极限为弯曲疲劳寿命系数及安全系数可得S=1.4,,3)计算弯曲疲劳许用应力4）计算大、小锥齿轮并加以比较；，由以上式子，可求得；由查文献[2]查得：齿形系数=2.55=2.17；由查文献[2]查得：齿形系数=1.60=1.8；；；小锥齿轮的数值大。（2）设计计算将数据代入3-9得=对此计算结果可知：齿面接触疲劳强度计算模数m小于齿根弯曲疲劳强度的模数，取m=4.0mm,已满足弯曲强度，但为了同时满足接触疲劳强度，=；；图3-4为小锥齿轮的三维示意图，图3-5为大锥齿轮的三维示意图。图3-4小锥齿轮三维示意图

图3-5大锥齿轮的三维示意图3.5轴的设计及强度校核计算3.5.1蜗轮传动轴图3-6蜗轮传动轴的结构示意图轴的直径由联轴器内径、涡轮内径、轴承内径等决定。如图3-6传动轴的结构示意图。1计算受力此传动轴中间部分与涡轮相连接，。按许用弯曲应力计算法校核。转矩圆周力轴向力径向力2计算支承受力水平面反力垂直面反力3计算弯矩水平面最大弯矩垂直面最大弯矩合成弯矩最大值4计算轴的转矩轴受转矩5校核轴的强度针对某些危险截面（即弯矩和扭矩大而轴径可能不足的截面）做弯扭合成强度校核计算。按第三强度理论，计算应力W=4288因选此输出轴材料为45钢，调质处理，由查文献[2]查得，因此，故安全。该轴的三维示意图如图3-7。

图3-7蜗轮传动轴三维示意图3.5.2锥齿轮传动轴图3-8锥齿轮传动轴的结构示意图轴的直径由联轴器内径、锥齿轮内径、轴承内径等决定。如图3-8传动轴的结构示意图。1.力的计算此传动轴左侧部分与小锥齿轮相连接，按许用弯扭应力计算法校核。转矩圆周力轴向力径向力2.计算支承受力水平面反力垂直面反力3.计算弯矩水平面最大弯矩垂直面最大弯矩合成弯矩最大值4.计算轴的转矩轴受转矩5.校核轴的强度针对某些危险截面（即弯矩和扭矩大而轴径可能不足的截面）做弯扭合成强度校核计算。按第三强度理论，计算应力W=4288因选此输出轴材料为40Cr钢，调质处理，由查文献[2]查得，因此，故安全。该轴的三维示意图如图3-9。图3-9锥齿轮传动轴三维示意图3.7总装配图在上面计算与校核中，按照要求分别设计出了蜗轮蜗杆传动系统、直齿锥齿轮传动系统。现在将他们按照相互关系组装成为装配体。传动路线为：电动机产生动力后输出到蜗杆传动系统，然后由直齿锥齿轮带动主轴转台转动。其示意图如图3-12所示。其蜗杆传动系统装配图如图3-13所示。图3-12转台总装配图图3-13蜗杆传动系统装配图

3.8本章小结本转台设计部分主要有涡轮蜗杆传动系统、直齿锥齿轮传动系统、丝杠传动系统等三部分组成。传动系统受力、弯矩、转矩要发生变形，变形过大就会影响零件的正常工作，影响转台的最终测试结果。所以要对它们进行强度、刚度校核，通过校核，所使用的传动系统均符合要求。

结论C字夹是木工等常用的工具。C字夹螺孔的加工是主要工艺内容，其加工的好坏直接影响夹紧螺杆在夹紧和松开时正常运动。在C字夹的制作过程中，C字夹螺孔的加工作为主要工艺内容，一般均在两台不同的钻床上进行加工，要装、卸两次。而且一次只能加工一个孔。这样，不仅影响加工精度，而且加工效率低，劳动强度也大。于是，就需要设计多主轴钻床，同时需要设计多工位孔加工的工装设备。而转台式多工位钻、攻自动设备的设计中，多工位准停式转台和钻、攻夹具的设计为主要内容。本文首先概述了加工转台的基本定义与国内外一些重要生产商的成果。第二部分论述了所想到的三种方案并对这些方案优缺点作了分析和对比。在彼此比较后决定选第一种方案。第三部分则是说明了加工转台的主要机械传动部分的设计以及对它们的校核过程。加工转台的传动部分主要由蜗轮蜗杆、锥齿轮、主轴三部分组成。经过校核后所有设计均符合要求。用ProE软件完成转台的三维总装图，然后得到了整个转台的二维装配图和蜗轮蜗杆、锥齿轮、轴等二维零件图。在文章的最后简明的介绍了做本次毕业设计的一些心得体会。在这次设计中，查阅了关于转台的一些书刊资料，对转台有了基本的认识。在这种情况下，结合所查阅到的资料，设计出了三种方案，并对这三种方案进行了相互比较，最后选定了第一种方案。方案选定后，随之对转台的传动系统做了设计与校核。这些传动系统有涡轮蜗杆传动系统、直齿锥齿轮传动系统