四工位机床毕业设计

1、四工位可转专用机床是四个工位上分別完成工件的装卸、钻孔、扩孔、狡孔工作的 专用加工设备。为实现对工件的一套完整的加工工序，当主轴箱向左移送进一次，在四个工位上完 成相应的装卸工件、钻孔、扩孔、狡孔工作。当主轴箱向右移（退回）到刀具离开工件 后，工作台旋转90 。主轴箱再次向左移（进给）。对每个工件来说，它进入了下一个工 位的加工。由于主轴箱往复一次在四个工位同时进行工作，所以主轴箱的每一次进给都 有一个工件完成上述全部工序。关键词：四工位；可转：专用机床:ABSTRACTFour position rotaiy special macliine is the four station are

2、respectively finished workpiece loading and unloading, drilling, reamins, work of the special processing equipment.As tlie workpiece to acliieve a complete set of processing steps, when the spindle box left to feed once, in the four station completes the corresponding loading and unloading work, chi

3、lling, reaming, work. Wlien tlie spindle box to tlie riglit (rehini) to the tool fiom the workpiece, the rotary table90headstock again left sliift ( feed ). Each of the workpiece, it enters the next station processing. As a result of a reciprocating spindle box in four stations work simultaneously,

4、so the headstock every feed has a work piece to complete the above all processesKeywords：Four position; turn; dedicated macliine tools摘要IABSTRACTII第一章绪论11.1 专用机床的特点11.2 工作原理11.3 设计要求2第二章专用机床传动设计32.1功能分解32.2运动分析42.3根据运动分析和协调要求拟定运动循环图42.4执行机构选型52. 5传动机构选型62. 6机械运动方案的选择72. 7画出机械运动方案简图72. 8对传动机构和执行机构进行运

5、动尺寸计算102. 8. 1机器整体轮廓大小的确定102. 8.2电机的选型112. 8.3槽轮机构设计112. 8. 4传动链设计13第三章主要零件设计1531直齿圆柱齿轮的传动设计153.1.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数163. 1.2按齿面接触强度设计173. 1.3按齿根弯曲强度设计203.1.4结构设计及绘制齿轮零件图2232轴的设计253.2. 1轴的概述263.2.2轴一的设计方案263.2.3轴二的设计方案303.2.2. 1材料的选择3033工作台的设计3434带传动的设计363. 4.1带传动基本分类363.4.2平型带传动373.4.3带传动的功率373.4.4带

6、传动的特点383. 4. 5 带传动的设计38第四章结论40致谢错误！未定义书签。参考文献41第一章绪论本次毕业设计的基本耍求是：1. 既要完成任务，乂要培养学生独立动手的操作能力，而且把对学生的培养放在 第一位。在指导老师的指导下，根据所选定的设计课题，通过实习，结合工程实际，独 立完成设计工作，受到一次机械工程师应该如何解决工程实际问题的一次初步训练。2. 通过毕业设计，使学生受到综合运用知识，解决实际问题的能力，提高白身技 术水平，运算能力及运用计算机识图、制图和查阅手册，使用国家标准和信息资料的能 力，文字表达能力和一般组织管理能力。3. 培养自己独立工作的能力，巩固和扩大专业知识面，

7、有较强的自学能力及工作 适应能力，提高运用科研成果和新技术的能力及对现有设备和生产过程进行技术改造的 能力。4. 培养学生严谨求实，理论联系实际的工作作风和严肃认真，一丝不苟的科学态 度，使学生树立正确的生产观点和技术经济观点。1.1专用机床的特点专用机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生 产效率比通用机床高几倍至儿十倍。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需 要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此专用机床兼有低成本和高效率的优点， 在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。专用机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。加工时，工件一般不旋转， 由刀具的旋

8、转运动和刀具与工件的相对进给运动，來实现钻孔、扩孔、锂孔、狡孔、 镇孔、铳削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削 头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件（如飞轮、汽 车后桥半轴等）的外関和端面加工1.2工作原理四工位专用机床是在四个工位上分别完成相应的装卸工件、钻孔、扩孔、绞孔工 作。它的执行动作有两个：一是装有四工位工件的回转台转动；二是装有由专用电动机 带动的三把专用刀具的主轴箱的刀具转动和移动。第一章绍论13设计要求1）工件厚度不小于45mm,回程和工作行程的平均速度之比K %2）刀具匀速进给速度为2 mm/s,工件装、卸时间不超过10 s

9、。3）生产率为每小时约60件。第二章专用机床传动设计2.1功能分解通过对工作原理和设计要求的详细分析可知，半白动四工位专用机床的总功能可以 分解为如下几个工艺动作：1）安装工件的工作台要求间歇转动。2）安装刀具的主轴箱能实行静止、快进、进给、快退的工艺动作。3）刀具转动来切削工件。由此可以画出如图1的四工位专用机床的动作要求图。其中4位置为装卸位置，1 位置为钻孔位置，2位置为扩孔位置，3位置为绞孔位置。图2T四工位专用机床动作要求图同时也可得到四工位专用机床的树状功能图如图2-2所示:第二章 专用机床传动设计图2-2四工位专用机床树状功能图2. 2运动分析设选定电动机型号为Y160M2-8,

10、其转速n=72O r/min,功率=5. 5kw,则四工位专用 机床的一个周期内的详细运动情况为：1）电动机作为驱动，通过减速器与其他轮系传动将符合要求的转速传递给工作回 转台上的间歇机构，使其间歇转动。2）在间歇机构开始一次循环时，安装并夹紧工件，间歇机构从0。转至90。3）间歇机构从90。转至180,主轴箱完成一次工作循环（快进、刀具匀速送进和快 退）。4）间欧机构从180。转至270,主轴箱完成一次工作循环（快进、刀具匀速送进和 快退）。5）间歇机构从270。转至360。，主轴箱完成一次工作循环（快进、刀具匀速和快退）， 并将加工好的工件取下。2. 3根据运动分析和协调要求拟定运动循坏图

11、对于四匸位专用机床，其运动循环图主要是确定回转台的间歇转动机构和主轴箱进、 退刀的控制机构的先后动作顺序，用以协调各执行构件的动作关系，便于机器的设计、 安装和调试。下面用矩形图的表示方法对其运动循环图进行拟定，如表2-1：表2T四工位专用机床执行机构的运动循环图时间（秒）01-1818-3030-4242-60间歇机构运动情匀速旋转90度静止况（0到18秒（18到60秒）主轴箱运动情况快进匀速送进60mm （18到54秒）快退18秒6秒2. 4执行机构选型根据回转台间歇转动机构、主轴箱刀具移动机构的执行动作和结构特点，可选择如 下的常用执行机构。表2-2执行机构的形态学矩阵功能元功能元解（匹

12、配机构）1234工作台间歇运圆柱凸轮间歇机蜗杆凸轮间歇机曲柄摇杆棘轮机构不完全齿轮机构动A构构主轴箱移动B移动推杆圆柱凸移动推杆盘形圆摆动推杆盘形凸轮与曲柄滑块机构轮柱凸轮摆杆滑块机构由排列组合的原理可以计算得到，共有:Nx = 4 X 4 = 16第二章专用机床传动设计种执行机构选择方案。对于工作台间歇机构的选择，为了保持传动的平稳和精度，可以选择槽轮机构和不 完全齿轮机构；而对于主轴箱移动机构的选择，为了保持运动的精度和尽最减少冲击, 可选择移动推杆圆柱凸轮机构和摆动推杆盘形凸轮与摆动滑块机构。2. 5传动机构选型选定电动机的的转速n=720r/niin,而槽轮机构的转速nlr/niin,

13、整个传动机构的 传动比为k=576,故需要分别引入减速机构来满足工作台间隙运动和主轴箱移动的运动 要求。根据减速动作的精度和平稳行要求，列出営用的减速机构:表2-3减速机构的形态学矩阵功能元减速器C带传动链传动蜗杆传动齿轮传动行星传动减速器D带传动链传动蜗杆传动齿轮传动行星传动由排列组合的原理可以计算得到，共有：N2 = 5 X 5 = 25D 种减速机构选择方案。对丁传动机构的选型，考虑到传动的精确性和机构制造工艺的难度高低，减速器常 选带传动、蜗杆传动和齿轮传动。2. 6机械运动方案的选择四工位专用机床的运动机构主要由三部分组成：驱动机构、传动机构和执行机构。 当驱动机构确定的情况下，其机

14、械运动方案类型由传动机构的类型和执行机构的类型决 定。由前面计算及排列组合原理可得，共有：N = Nx X N2 = 400口 种运动方案选择。从这些方案中剔除明显不合理的，再进行综合评价。综合评价的指标为：1）足否满足预定的运动耍求：2）运动链机构的顺字安排是否合理：3）运动精确度；4）制造难易；5）成本高低;6）是否满足环境、动力源、生产条件等限制条件根据以上综合评价指标，最后选择出以下两个较好的方案：方案I :槽轮机构+移动推杆圆柱凸轮机构+带传动+行星传动方案【I :不完全齿轮机构+摆动推杆盘形凸轮与摆动导杆机构+带传动+行星传动2. 7画出机械运动方案简图根据上网査询的资料和文件初步

15、拟定四匸位专用机床的外形尺寸，并用AutoCAD分 别画出方案方案一和方案二的机械运动方案示意图。第二章专用机床传动设计=E a(A + cosp 1) + r = 77.1nini 取 h=78min10）运动系数(2-6)（n=l, n为园销数）11）轮槽轴直径d2 2 （R2-h）可得d258根据实际情况取ci? = 2512）曲柄轴直径dl/2 + R2 V a可得山、3吐丄ZeZhZdi r x（-）1 寸 9hJ 丿3.121确定公式内的各计算数值（1）试选载荷系数为=130(2) 计算齿轮传递的扭矩1； =297.7x10+210.5 xl0 = 5082N mm (3.2)（3

16、）由机械设计第七版表107选取齿宽系数d=i。（4）由机械设计第七版表10-6查得材料的弹性影响系数Ze = 189.8MPa 2（5）由机械设计第七版图10-21d按齿面硬度査得小齿轮的接触疲劳强度极 限Hhmi = 600MPa :大齿轮的接触疲劳强度极限1x2 = 55CMPa :（6）计算应力循环次数，由于机床回转工作台的旋转速度较低，因此循环次数也 较低。（7）由机械设计第七版图10-9查得接触疲劳系数Khni=L6, Khn2=1-6o第三帝主耍零件设计（8）计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%,安全系数1由机械设计第七版式（1012）得Qd =陷忖=1.6x600= 960MPa

17、S(3-3)aH2 = KHN2Hlim 2 = 1.6 X 550 = 880MPa (3-4)3.1.2.2尺寸计算:（1）试算小齿轮分度圆直径代入2h中较小的值竺 (-)2 = 2.32x3 13x582x 兰 x(1)2 mm= 5 (hiiii)crH YV 12.5880(3-5) （2）计算齿宽b(3-6)b =力 4t = lx 3 5inin= 3 5mm （3）计算齿宽与齿高之比%模数叫=%】 =5020 = 0.25齿高h = 225叫=%浮“2.25x0.25= 5mm（4）计算载荷系数根据U和7级精度，由机械设计第七版图10-8査得动载荷系数Kv = 1.1直齿轮，假

18、设KAFt/b32x1.814x5082lx202x 0.006= 2.451DH1(3-9)对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计 算的模数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿而接 触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮胃径（即模数与齿数的乘积）有关，所取 模数应当大于2.45,为了符合设计要求，使精度更高，特选模数为2.5,小齿轮齿数 为20,大齿轮齿数为80。这样设计的齿轮即满足了齿而接触疲劳强度和弯曲疲劳强度，乂符合了设计要求 确保了精度。3.13.3儿何尺寸计算（1）计算分度圆戌径第三帝主要零件设计dj = 111= 20x2 =

19、40111111=Zm = 8 Ox = 16(Mnm(2)计算中心距a = (di + d3)/2 = (40 + 100)/2 = 12 5inm3.13.4计算齿宽厚度匕二观厲=0.5x40= 20inin取 B = 20mm,B? = 25mm3.13.5验算2Tdl= 2x-N = 254.1N40(3-10)瓦孙 =1 *4.1 “ /mm= 6.35N/mm 100N/mm(3-11)b40可知设计合适3. 1. 4结构设计及绘制齿轮零件表3-1齿轮参数表名称代号备注(mm)模数mm=2.5压力角aa = 20。分度圆直径ddt = Zin= 20x2.5 = 50mm d3 =

20、 Z2m= 80x2.5 = 200iiim齿顶高Kh =1*111=2.5齿根高hrhf = (ha* + c*)m= (1 + 0.25) x 2.5 = 3全齿高hh =+ hf = 2.5 + 3 = 5.5齿顶圆直径dddal = d + 21 = 50+5 = 55da：二山+2山=200+5 = 205齿根鬪直径dfdfi = d 2h f= 506 = 44df2 = d2 -2hf= 200-6 = 194中心距aa = (d + 4)/2 = (50+200/2 =12$nm齿数比zz = = 4 Z小齿轮零件图如图3-2第三帝主要零件设计图3-2小直齿轮大齿轮零件图如图3

21、3图3-3大直齿轮3.2轴的设计第三帝主耍零件设计3.2.1轴的概述轴是组成机器的主要零件之一。一切作回转运动的传动零件，都必须安装在轴上才 能进行运动及动力的传递，因此轴的主要功能是支撑回转零件及传递运动和动力。按照承受载荷的不同，轴可分为转轴、心轴和传动轴3类。工作中既承受弯矩乂承 受扭矩的轴称为转轴。这类轴在各种机器中最为常见。只承受弯矩而不承受扭矩的轴称 为心轴。心轴乂分为转动心轴和固定心轴两种。只承受扭矩而不承受而不承受弯矩的轴 称为传动轴。轴还可按照轴线形状的不同，分为曲轴和直轴两大类，曲轴通过连杆可以 将旋转运动转变为往复直线运动，或作相反的运动变换。直轴根据外形的不同，可分为

22、光轴和阶梯轴两种。光轴形状简单，加工容易，应力集中源少，但轴上的零件不易装配 及定位；阶梯轴则正好与光轴相反。因此光轴主要用于心轴和传动轴，阶梯轴则常用于 转轴。3.2.2轴一的设计方案3-2.11材料的选择对此回转工作台未提出特殊要求，功率不大，因此，选择常用的材料45钢，调质 处理3.2.1.2初步估算轴的直径由机械设计（高等教育出版社）表16.2按45钢査得C=112,轴直径为:*2x3.14x100 一 0.25 /60 = 53.25mm在这里取d=56mm.3.2.13轴的结构设计为了装拆方便，将轴设计成阶梯状。考虑到轴上只收到径向载荷乂考虑到成本问题, 现暂取深沟球轴承61816

23、内经为80mm.外径是100mm,宽度是10mm,与轴承相配合的 轴径取79.75mnio,槽轮机构与轴采用平键连接的方式，其轴向固定采用六角头螺母和 平垫圈组合键根据以上所述，现画出轴的结构草图：Taor一109 一70 寸 cotn图3-4轴一结构草图3.2.13按疲劳强度的安全系数校核第三帝主耍零件设计（1）作轴的受力简图：（2）求作用在轴上的力轴传递的转矩T=1OON/111分度轴在工作过程中，可知满载切削时受到的力E是最大的，E由切削阻力耳部分组成的。Fl = 3FC则经受力分析有Fi = 3 X 1200N = 3600N（1）画轴的空间受力图将分度盘所受载荷简化为集中力，并通过轮

24、毂中截面作用于轴上。轴的支点反力也简化为集中力通过载荷中心作用于轴上；（2）作垂直平面受力图和水平半面受力图求出作用于轴上的载荷。并确定可能的危险截面。图3-6轴一各危险面的载荷图Fi = 3600NT=100000N.mmMh = Fxx = 3600 X (135 + 82) = 50400N. mm(3) 按弯扭合成应力校核轴的强度已知材料为45钢调质，由文献12表151查得T_J=60MPa,由己知条件，对轴 上承受最大弯矩和扭矩的截而的强度进行校核。根据文献12式155以上表中的数据，并IRa = 0.6,轴的计算应力：_ j2604002+(06xl00000)，W _O.lxll

25、O3=46.52 S J (3-10)结论：按弯矩合成应力校核轴的强度，轴的强度足够。第三帝主耍零件设计3.2.1.4轴一结构图0B4图37轴一结构图3.2.3轴二的设计方案3.2.2.1材料的选择对此回转工作台未提出特殊要求，功率不大，因此，选择常用的材料45钢，调质 处理。3.2.2.2初步估算轴二的最小直径转矩Me二100Nm圆周力Ft=2T/d径向力 Fr=Fttan20珥二2X100000/90二731. INFr=731. 1 Xtan20=266. IN画转矩图，水平弯矩垂直弯矩图据M Mxy2+Mxz2画合成弯矩图根据第三强度理论，电丁2+“2恥(3-11)D 2 护2&2+m

26、2 =陛J77.032+3：92 视 6mm 兀93.14x60x106按上面的计算把轴的直径取D二40mm第三帝主要零件设计yAAT/N.n32.910 倔mwomMxy/N.m72.477.03M/N.m伽 WlWMnTnWnmllllfellia图38轴二的受力及转矩、弯矩322.3轴二的结构设计为了装拆轴承齿轮方便，将轴设计成阶梯状。对于同一个轴上的两端轴承，通常 选用同一型号，现暂取深沟球轴承61808内经为4011U11,宽度是7mm,与轴承相配合的 轴径取40mmo在这里齿轮与轴采用间隙配合，而轴承与齿轮之间应采用过盈配合的方 式，齿轮与轴均采用平键连接的方式，其轴向固定采用轴肩

27、轴用钢丝挡圈3.2.2 4轴二的校核受转矩T的实心圆轴，其切应力T 9.5SxlO6P/n0.2 d39.SSx106xS.S02x603xl=28.95(3-12)由机械设计（北京理工大出版社）表122查的TT=35MPa可知tT V tt可以知道，设计的轴适合要求第三帝主耍零件设计3.2.2.5轴二的结构图图3-9轴二的结构图3.3工作台的设计机床工作台分为开槽工作台，焊接工作台，铿铳床工作台等机床工作台用途：主要用于机床加工工作平面使用，上面有孔和T型槽，用 來固定工件，和清理加工时产生的铁屑。按JB/T7974-99标准制造，产品制成筋 板式和箱体式，工作面采用刮研工艺，工作面上可加工

28、V形、T型、U型槽和圆孔、 长孔。此次设计由于在车床上，且在工作台上还要加装4个三爪卡盘，故省去T型 憎。在固定位置转螺纹孔和销孔，用来安装三抓卡盘，具体情况如图3-10：图3-10工作台俯视图此外，为减少回转台的重最，在背面取一段沟槽，宽100mm深40mim具体情况如图311：第三帝主耍零件设计COOCIJIW 超C0O+OOS0图3T1回转台左视图3.4带传动的设计341带传动基本分类根据用途不同，有一般工业用传动带、汽车用传动带、农业机械用传动带和 家用电器用传动带。摩擦型传动带根据其截面形状的不同乂分平带、v带和特殊 带（多楔带、圆带）等。传动带的种类通常是根据工作机的种类、用途、使

29、用环境和各种带的特性等综 合选定。若有多种传动带满足传动需要时，则可根据传动结构的紧凑性、生产成 本和运转费用，以及市场的供应等因素，综合选定最优方案。342平型带传动平型带传动工作时带套在平滑的轮面上，借带与轮面间的摩擦进行传动。传 动型式有开口传动、交义传动和半交叉传动等，分别适应主动轴与从动轴不同相 对位置和不同旋转方向的需要。平型带传动结构简单，但容易打滑，通常用于传 动比为3左右的传动。平型带有胶带、编织带、强力锦纶带和高速环形带等。胶带是平型带中用得 最多的一种。它强度较高，传递功率范围广。编织带挠性好，但易松弛。强力锦 纶带强度高，且不易松弛。平型带的截面尺寸都有标准规格，可选取

30、任意长度， 用胶合、缝合或金属接头联接成环形。高速环形带薄而软、挠性好、耐磨性好， 且能制成无端环形，传动平稳，专用于高速传动。3.4.3带传动的功率带传动的功率损失有：（1）滑动损失摩擦型带传动工作时，由于带轮两边的拉力差及其相应的变形 差形成弹性滑动，导致带与从动轮的速度损失。弹性滑动率通常在1%2%之间。 严重滑动，特别是过载打滑，会使带的运动处于不稳定状态，效率急剧降低，磨 损加剧，严重影响带的寿命。滑动损失随紧、松边拉力差的增大而增大，随带体 弹性模最的增大而减小。（2）内摩擦损失带在运行中的反复伸缩，在带轮上的挠曲会使带体内部产生 摩擦引起功率损失。内摩擦损失随预紧力、带厚与带轮直

31、径比的增加而增大。减 小带的拉力变化，可减小其内摩擦损失。（3）带与带轮工作面的粘附性以及V带楔入、退出轮槽的侧面摩擦损失。（4）第三帝主耍零件设计空气阻力损失高速运行时，运行风阻引起的功率损失。其损失与速度的平方成正 比。因此设计高速带传动时，应减小带的表面积，尽最用厚而窄的带：带轮的轮 辐表面应平滑（如用椭圆轮辐）或用辐板以减小风阻。（4）轴承摩擦损失轴承受带拉力的作用，是引起功率损失的重要因素之一。综合上述损失，带传动的效率约在80%98%范围内，进行传动设计时，根据带的 种类选取。344带传动的特点（1）优点：能缓和载荷冲击、运行平稳，无噪音、制造和安装精度不像啮合 转动那样严格、过载

32、时将引起带在带轮上打滑，因而可防止其他零件的损坏。可 增加带长以适应中心距较大的工作条件（可达15m）。（2）缺点：有弹性滑动和打滑，使效率降低和不能保持准确的转动比、传 递同样大的圆周力时，轮廓尺寸和轴上的压力都比啮合传动大、带的寿命短因此，带传动常适用于大中心距、中小功率、带速v=525m/s,i7的情况。3.4.5带传动的设计由机械设计第四版式表11.5查得工作情况系数Ka = 1.3（1）计算功率比=KaP = 5.5 X 1.3 = 7.15KW（2）型号选择查机械设计第四版图11.15可知选用A型带，小带轮转速:nx = 720r/m（3）最小带轮直径查机械设计第四版表11.6可知Dniin = 75 mm在这里取小轮直径。縈=100mm大轮直径= i ,. Ddl = 100 X 2.813 = 281.3mm(4)