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畢業(yè)實習報告
學院： 機電工程學院
專業(yè)： 機械設計制造及其自動化
班級：
姓名：
學號：
實習時間：
指導老師：
1、 實習目的
1、 通過畢業(yè)實習，將理論高度上升到實踐高度，更好的實現(xiàn)將大學期間所學的理論和實踐的結合，更進一步加深對理論知識的理解，了解和掌握實際生產(chǎn)中的生產(chǎn)流程、工藝原理和技術要求，為今后學習和實際工作打下良好基礎。
2、 培養(yǎng)自己善于觀察、勤于思考的良好的學習習慣以及嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和實際動手能力，使理論與實踐得到很好的結合。
3、通過本次實習使我能夠親身感受到由一個學生轉變到一個職業(yè)人的過程，進一步了解社會，增強對社會主義現(xiàn)代化建設的責任感、使命感，為離開學校、走向社會、適應社會、融入社會作好充分準備。
4、 本次實習對我完成畢業(yè)設計和實習報告起到很重要的作用。
機械設計制造及其自動化專業(yè)是一門實踐性很強的專業(yè)，畢業(yè)實習是本科教學計劃中非常重要的一個教育環(huán)節(jié)，是學生在校學習期間理論聯(lián)系實際、增長實踐知識、培養(yǎng)自身各方面能力的重要手段和方法。通過實習，了解企業(yè)生產(chǎn)流程、工藝流程、企業(yè)管理和機械應用操作與機械的調(diào)試、機械設備保養(yǎng)維護等相關知識，并了解本專業(yè)發(fā)展前沿，涉獵相關學科知識，使機械設計制造及其自動化專業(yè)的學生初步具有科學研究與解決工程實際問題的能力、較強的實踐動手能力和創(chuàng)新意識的高級應用型人才。畢業(yè)實習是大學本科專業(yè)學習中不可缺少的重要部分，通過一段時間的生產(chǎn)實習后，使自己具備足夠的技能，應付將來市場的挑戰(zhàn)并保持強勁的競爭力，并為下一步的畢業(yè)設計打下堅實的基礎。
實習要求：
1、明確實習任務，認真學習實習大綱，提高對實習的認識，做好思想準備；
2、認真完成實習內(nèi)容，按規(guī)定記實習筆記，收集相關資料,撰寫實習報告;
3、虛心向工人和技術人員學習，尊重知識，敬重他人，甘當小學生。及時整理實習筆記、報告等。不斷提高分析問題、解決問題的能力；
4、自覺遵守學校、實習單位的有關規(guī)章制度，服從指導教師的領導，培養(yǎng)良好的風氣；
2、 實習時間
2015年3月15日 -- 2015年3月25日
三、實習單位和部門
單位：江麓機電科技有限公司
部門：生產(chǎn)部、技術部、制造部、裝配部
4、 實習內(nèi)容
1、 公司簡介
江麓淵源于當年的"漢陽造"，1958年建廠湖南湘潭，成長崛起于偉人故里，是中國兵器工業(yè)集團公司所屬國有大型一類骨干企業(yè)，國家重點保軍企業(yè)，國家火炬計劃湘潭機電一體化產(chǎn)業(yè)基地首批骨干企業(yè)，湖南省高新技術、創(chuàng)新型企業(yè)，工程機械產(chǎn)業(yè)集群核心企業(yè)和湖南省研究生培養(yǎng)基地。公司位于湖南省湘潭市區(qū)湘江河溿，交通便利，地理環(huán)境優(yōu)越，占地面積180多萬平方米，總資產(chǎn)26億多元。公司于2008年批準設立博士后科研工作站，技術中心是國家級認定企業(yè)技術中心。2009年公司"江麓"品牌獲批中國馳名商標，2009年國慶60周年閱兵盛典上，工廠生產(chǎn)的軍用裝甲車輛，作為兩個獨立的整車方陣，順利駛過天安門廣場，接受黨和國家領導人以及全國人民的檢閱，受到了總裝備部、中國兵器工業(yè)集團公司的通令嘉獎。同年，溫家寶、李長春、劉云山等黨和國家領導人先后來廠視察，對工廠所取得的成績給予充分肯定，同時對工廠的后續(xù)發(fā)展寄予了殷切期盼。公司堅持"強軍壯民、持續(xù)創(chuàng)新、跨越發(fā)展、追求卓越"的發(fā)展戰(zhàn)略，通過多年來的創(chuàng)新發(fā)展，形成了集市場調(diào)研、科研開發(fā)、采購配套、生產(chǎn)制造、試驗檢測、營銷服務與戰(zhàn)略管理、投資融資、國際商貿(mào)為一體的企業(yè)價值鏈和軍民結合、產(chǎn)學研結合、內(nèi)外貿(mào)并舉的經(jīng)營發(fā)展格局。"十一五"期間，公司先后圓滿完成了國家"高新工程"、"863"計劃、火炬計劃、省市重大專項等一批高科技項目，共獲國家科技進步獎一等獎等國家、省部級科技成果獎40余項，獲得授權專利80余項。軍品現(xiàn)已發(fā)展成為我國中輕型裝甲車輛、裝甲車輛中輕型綜合傳動裝置、配套電器的研制生產(chǎn)基地。民品方面，公司先后在工程機械、環(huán)保機械、冶金機械、傳動機械等領域，研發(fā)、試制、生產(chǎn)了塔式起重機、施工升降機、壓路機、垃圾壓實機、液壓挖掘機、汽車無級自動變速器、沙漠植被機、森林消防車、滑移式裝載機、風電偏航變漿裝置、搶險救災車等10多個系列的產(chǎn)品結構。公司先后獲“高技術武器裝備發(fā)展建設工程重大貢獻獎”、"全國五一勞動獎狀"、"湖南省文明單位"、"湖南企業(yè)百強"、“全國創(chuàng)先爭優(yōu)先進基層黨組織”等榮譽。“十二五"公司以調(diào)整經(jīng)濟結構、轉變發(fā)展方式、提高自主創(chuàng)新能力和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)為工作主線，努力打造成為我國防務裝備、重型裝備與工程機械、傳動機械重要產(chǎn)業(yè)基地。
人才隊伍建設：公司貫徹執(zhí)行“科技領先，人才先行”的人才戰(zhàn)略，建立了各類人才職業(yè)發(fā)展通道與培養(yǎng)開發(fā)管理制度體系。吸引并匯聚了各個領域的專家和優(yōu)秀人才，目前，公司現(xiàn)有人員5000余人，其中科研人員700余人。公司享受國務院政府特殊津貼專家25人，入選國防科技工業(yè)"511人才工程"12人，省部級優(yōu)秀專家、技術能手、技能大師近30人，兵器集團級、成員單位級科技帶頭人、關鍵技能帶頭人共31人，省市級科技專家近50余人。同時公司聯(lián)和北京理工大學、國防科技大學、中南大學等多個院校實施國家級工程教育實踐中心的建設，探索建立了“卓越工程師”培養(yǎng)模式和培養(yǎng)體系。
新進大學生實行見習期管理，見習期內(nèi)實施“一對一”個性化“傳、幫、帶”崗位指導，見習期滿，執(zhí)行項目工資、績效工資等寬帶薪酬分配形式，實施培訓、晉升職業(yè)發(fā)展。公司建立了生日禮金、餐補、房補、津貼等各種福利政策，公司員工享受五險一金社保待遇，同時，合理化建議、創(chuàng)新大賽、大學生班組長、文體協(xié)會活動等政策提供員工充分展示才華的平臺。
2、 具體內(nèi)容
此次實習的具體要求如下：
1、了解機械制造技術的現(xiàn)狀及其發(fā)展方向；
2、收集和機械制造工藝、機械制造裝備、機械制造系統(tǒng)自動化及計算機輔
助制造有關的資料；
3、仔細觀察典型機械零部件的熱加工、機械加工及裝配和調(diào)試全過程；
以工藝過程卡片、工序卡片形式記錄典型機械零機械加工全過程（特別注意：每一道工序的定位基準選擇、有無欠定位和過定位及工件夾緊方式等）；
4、描繪與畢業(yè)設計有關組合機床總體、夾具、電控及液壓系統(tǒng)草圖；
5、調(diào)查現(xiàn)有機械零部件制造過程、機械制造裝備存在問題及其具體解決問題的設想；
6、學習企業(yè)管理和技術管理的基本知識。
在機械工程類實習中，安全問題始終是擺在第一位的。為了保證實習能順利進行和圓滿結束，安全教育課，對廠里的規(guī)章制度進行了講述，其中嚴格規(guī)定女生必須帶工作帽，不準穿高跟鞋和裙子、男生不許穿背心和短褲、所有同學不能穿暴露出腳丫子的鞋子。車間實習時應適當分散，不要過于集中在一兩臺機床邊以免影響工人師傅正常工作而帶來安全隱患，在車間行走注意頭下腳下，以免磕商絆倒，須在安全區(qū)域站立或行走，以免設備和切屑傷人。不允許穿涼鞋進廠；進廠必須穿長褲；衣服袖子，領口要叩緊；禁止在廠里吸煙，被發(fā)現(xiàn)者罰款；禁止在宿舍私拉私調(diào)電線；進廠后衣服不準敞開，外套不準亂掛在身上，不得背背包進廠；人在廠里不要成堆，不要站在主干道上；注重自身和學校形象；要絕對注意自身安全！最后，培訓老師給我們列舉了二汽建廠以來的一些典型的安全事故，
包括電擊、砸傷、設備傷人等工傷事故，其中的傷者、死者情形慘不忍睹，使觀看者都不寒而栗，而這些工傷大都是工人操作不規(guī)范造成。這樣更加引起了我們對安全的重視！總之，通過入廠前的安全教育，使我們更加意識到安全的重要性，
使我們牢固的樹立了安全第一的思想，同時激勵了我們虛心向工人師傅學習的求知欲，為本次實習的圓滿成功奠定了基礎。在這里可以見到組合機床，一次加工好幾個工位?；蚴菍Ｓ脢A具和雙工機床，一次加工多個零件，譬如銑床一次可銑多個零件的一個面，而這個機床的夾具實體給我們是一個更好的啟發(fā)，也讓我們對夾具的設計有了更深一步的認識。各種各樣的鉆床，鉆大孔、小孔的機床在這里隨處可見，各工序銜接的都很緊密。該廠生產(chǎn)設備主要是普通車床外加專用夾具，這里的夾具都很特別，夾具的結構都與加工零件相匹配，使裝夾更為方便，利于工人操作。這里的萬能升降臺銑床工作效率很高，它可以利用專用夾具進行多個工件同時銑，還有車床、鉆床、磨床都可以辦到。通過觀察發(fā)現(xiàn)大體有三種氣門搖臂架，也可簡稱作前、中、后支座，各種支座的工藝規(guī)程一般為：
1、粗銑上下面。2、粗銑精銑兩側面。
3、鉆豎直孔。4、孔兩端銑倒角。5、鉆兩側面通孔
6、鉆突出孔。7、孔外端銑倒角。8、鏜兩側面通孔
9、通孔兩端車倒角。
?
五、實習體會
經(jīng)過這次實習，我親眼看到并學到了許多曾經(jīng)沒有接觸過或只停留在書本上的知識，并認識到很多自身的不足。通過親手操作機器，我掌握了一定的生產(chǎn)技能，明白了產(chǎn)品的制造過程，理論知識得到了很好的實踐應用。在這樣一個包裝公司，我領略了先進的生產(chǎn)線，一道工序緊接著一道工序，秩序井然，每個人都在車間里有條不紊的分工作業(yè)，這使我更深刻的感到自動化與人工作業(yè)恰當?shù)慕Y合，可以省去很多時間和人力且絲毫不影響生產(chǎn)質(zhì)量。我也感受到現(xiàn)實社會中企業(yè)的生存之道，以市場為導向，不斷為滿足客戶需求而前進。作為一名包裝工程專業(yè)的學生，我也領會到生產(chǎn)企業(yè)中使用的包裝材料和包裝結構的多樣化及包裝機械的自動化，更為包裝領域的日新月異感到自豪。通過生產(chǎn)實習，深刻地明白了包裝機械在包裝行業(yè)的作用和應用情況。在目前，我國包裝行業(yè)的總體的研發(fā)技術水平較低，產(chǎn)品開發(fā)停留在較低層次，知識產(chǎn)權意識薄弱；而發(fā)達國家已經(jīng)將微機控制、激光技術、人工智能、光導纖維、圖像傳感、工業(yè)機器人等高新技術成熟的應用于包裝。這就要求我們包裝工程專業(yè)的大學生要學好專業(yè)知識，為以后投身包裝行業(yè)能夠發(fā)揮自己的專業(yè)技能，為我國的包裝行業(yè)貢獻自己的力量。學校與職場、學習與工作、學生與員工之間存在著巨大的差異。實習使我開始了職業(yè)化角色的轉變，提高自己，使自己能夠適應社會、工作的需要。實習讓我接觸到真實的職場。有了實習的經(jīng)驗，以后我畢業(yè)工作時就可以更快、更好地融入新的環(huán)境，完成學生向職場人士的轉換。在實習中，我總結了幾點主要不足：缺乏工作經(jīng)驗，專業(yè)課知識的欠缺、動手能力不足，動手能力失分欠缺，且不能很好的分清問題的主次；工作態(tài)度仍然不夠積極，懶惰心理常常在作怪，沒能主動請求布置工作；理知識依然欠缺。針對這些，我將繼續(xù)努力，多加鍛煉，將其改正。我也知道這不是一天兩能夠學會的，不過我堅信我能做到這一點。這次實習對我的畢業(yè)設計也有很大的幫助，我想能夠在以后的設計過程中體會到很多東西。從實習我看到了我們包裝的廣闊市場，知道了包裝行業(yè)的現(xiàn)狀，一定程度上了解了包裝行業(yè)的發(fā)展方向。最重要的知道了企業(yè)需要我們具備什么能力，知道我在以后的學習中我們應該學什么，應該怎么學，為我們專業(yè)課的學習打下了良好的基礎；看到了自己專業(yè)學習不夠專的缺點，但也看到我們知識全面的優(yōu)點，我們應該更加廣泛地學習各方面自己的知識，同時也要突出自己某一方面別的專業(yè)所沒有的優(yōu)勢?！凹埳系脕斫K覺淺，絕知此事要躬行”.實習找到了理論與實踐的最佳結合點。通過實踐所學的專業(yè)理論知識得到鞏固和提高。就是緊密結合自身專業(yè)特色，在實踐中檢驗自己的知識和水平。通過實踐，原來理論上模糊和印象不深的得到了鞏固，原先理論上欠缺的在實踐環(huán)節(jié)中得到補償，加深了對基本原理的理解和消化。
總之，這一個十天的實習使即將走上工作崗位的我受益匪淺！
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XX 大 學
開題報告
學 生 姓 名：
學 院： 機電工程學院
專業(yè)及班級： 機械設計制造及其自動化六班
學 號：
指導教師：
年 月 日
XX大學畢業(yè)設計開題報告
題 目
五軸加工中心C軸轉向機構及控制精度設計
作者姓名
學號
所學專業(yè)
機械設計制造及其自動化
1、 研究的意義，同類研究工作國內(nèi)外現(xiàn)狀、存在問題
研究意義：
隨著世界經(jīng)濟的快速發(fā)展，世界對數(shù)控加工機床的需求日益增大，同時日益趨向自動化，從而節(jié)省人們的體力。五軸加工中心優(yōu)點頗多。
1 工作靈活，五軸加工能夠減少加工時間和夾具數(shù)量，提高生產(chǎn)效率。
2 五軸加工能夠用較短的刀具進行加工。
3 能提高加工精度，減少人工拋光時間成本。
4 對樣件或小批量加工快速、經(jīng)濟。
因此設計出國產(chǎn)裝備的五軸加工機床迫在眉睫。此設計意義重大。
作為大四的學生，通過這次畢業(yè)設計，我們可以達到以下目的：
1、 鞏固、擴大和深化我們大學所學的專業(yè)知識
2、 培養(yǎng)我們綜合分析、理論聯(lián)系實際的能力；
3、 培養(yǎng)我們調(diào)查研究，正確熟練運用國家標準、手冊、圖冊等資料、工具的能力；
4、 鍛煉自己的設計計算、數(shù)據(jù)處理、編寫技術資料繪圖等獨立工作的能力
國內(nèi)外研究現(xiàn)狀：
（1） 國外五軸加工中心研究概述：
加工中心的發(fā)展已經(jīng)有40多年了，由于它的作用明顯，各個發(fā)達國家都是極其重視。美國加工中心擁有6萬臺以上，占全國數(shù)控機床的百分五十。德國的加工中心技術最為先進，雖然年產(chǎn)量只為2500，但是產(chǎn)值卻是10億美元，大多都是高精密的機床。而日本是加工中心的第一生產(chǎn)大國，年產(chǎn)量達到了15000，產(chǎn)值達到了30億美元。
（2） 國內(nèi)五軸加工中心研究概述：
70年代我國才開始發(fā)展加工中心，技術和產(chǎn)量上都和世界有著較大的差距。近些年逐漸重視加工中心發(fā)展后我國從種類、技術和產(chǎn)量上都有著極大突破，國家數(shù)控機床種類已經(jīng)達到了1500多種，幾乎涵蓋了所有金屬切削機床的品種。多家國內(nèi)公司都在研究加工中心技術，并且研制出一批高性能的數(shù)控機床，如濟二機床研制的XHS-V25XX 五軸聯(lián)鏜銑加工中心，GMC1230u龍門加工中心順應國際化機床發(fā)展趨勢，龍門框架結構，A、B軸雙擺角銑頭，擺角達（±40°），高速定位、柔性更剛性更好，加工能力更大，加工范圍更廣，全閉環(huán)控制，傳動精度高。北京市機電研究院也研制了以直線電機驅動的大型龍門式銑削加工中心和五軸聯(lián)動銑削加工中心，可以用于高速高效數(shù)控加工。雖然我國對加工中心的發(fā)展可謂是突飛猛進，但是國外的高性能加工中心還是有著明顯的優(yōu)勢。
2、 研究目標、內(nèi)容和擬解決的關鍵問題
研究目標內(nèi)容：
1 對五軸加工中心C軸的轉向機構進行設計，擬訂傳動方案；
2 選取合適的力與運動傳遞路線；
3 選擇合適的動力電機；
4 設計合適的C軸轉動精度控制方案
關鍵問題：
C軸轉動精度控制；傳動方案的設計；渦輪蝸桿參數(shù)的計算以及軸與軸承的校核
3、 特色與創(chuàng)新之處
通過參考《機械設計手冊》，設計出五軸加工中心C軸轉向機構及精度控制。由于五軸加工中心可用于加工復雜曲面，C軸最小分度值一般為0.001度，這樣又可以把工件細分成任意角度，加工出傾斜面、傾斜孔等。因為五軸加工工作靈活，技術要求也比較高，所以我們不能單純的按照書本上的知識和機床設計的經(jīng)驗。我們的設計更加嚴謹，更為超前，很多參數(shù)的選擇不僅僅局限于《機械設計手冊》。此外，由于五軸加工機床的工作環(huán)境，對材料的選擇也有相應的要求，必須有較好的強度和剛度。
4、 擬采取的研究方法、步驟、技術路線
研究方法：
1、在學校圖書館查閱相關資料
2、通過老師的指導
3、通過瀏覽網(wǎng)上相關資料
4、通過對相關資料和數(shù)據(jù)的理論計算和分析
5、利用計算機和CAD繪制相關圖
步驟：
1、 通過所給的條件初步確定整體結構布局方式
2、 確定動力傳動的類型及幾何尺寸
3、 選取合適的電機
4、 選取合適的聯(lián)軸器
5、 設計渦輪蝸桿
6、 設計C軸整體布局
7、 進行和理性分析
5、 擬使用的主要設計、分析軟件及儀器設備
本次主要設計的是五軸加工中心C軸的轉向機構，主要用到的軟件有CAD。由于我們主要是對精度的控制進行設計，所以不需要太多的設備。
6、參考文獻
[1]成大先 .機械設計手冊.北京:化學工業(yè)出版社，2004
[2]蒲良貴，紀名剛.機械設計.第八版.北京：高等教育出版社，2006
[3]孫恒.機械原理.第七版.北京：高等教育出版社,2006
[4]陸啟建，褚輝生.高速切削與五軸聯(lián)動加工技術.北京：機械工業(yè)出版社，2010
[5]關惠貞，馮辛安.機械制造裝備設計.第三版.北京：機械工業(yè)出版社，2009
[6]李斌，李曦.數(shù)控技術.武漢：華中科技大學出版社，2010
[7]蔡春源.機械零件設計手冊（上、下）.北京：冶金工業(yè)出版社，1996
4
XX 大 學
畢 業(yè) 設 計（ 論 文 ）
題目
五軸加工中心C軸轉向機構及控制精度設計
作者
學院
機電工程學院
專業(yè)
機械設計制造及其自動化
學號
指導教師
年 月 日
湖南科技大學本科生畢業(yè)設計
XX 大 學
畢業(yè)設計（論文）任務書
機電工程 學院 機械制造 系（教研室）
系（教研室）主任: （簽名） 年 月 日
學生姓名: 學號: 專業(yè): 機械設計制造及其自動化
1 設計（論文）題目及專題：五軸加工中心C軸轉向機構及控制精度設計
2 學生設計（論文）時間：自 2015 年 3 月 8 日開始至 2015 年 5 月30日止
3 設計（論文）所用資源和參考資料：
1. 搖籃式五軸加工中心的設計；
2. 回轉工作臺的設計及機床設計圖冊；
3. 機械設計手冊及相關資料。
4 設計（論文）應完成的主要內(nèi)容：
1. 對比能實現(xiàn)C軸轉向的傳動機構，比較其優(yōu)缺點，選擇最佳方案；
2. 根據(jù)所選擇的方案，能對角度進行分度；
3. 進行詳細的理論論證與計算。
5 提交設計（論文）形式（設計說明與圖紙或論文等）及要求：
1. 裝配圖、主要零件的零件圖（不少于2.5張A0圖紙）；
2. 設計說明書一份，要求目標明確、原理清晰、計算準確，不少于40頁；
3. 翻譯英文文獻一片，不少于3000漢字。
6 發(fā)題時間： 2015 年 3 月 8 日
指導教師： （簽名）
學 生： （簽名）
XX大 學
畢業(yè)設計（論文）指導人評語
[主要對學生畢業(yè)設計（論文）的工作態(tài)度，研究內(nèi)容與方法，工作量，文獻應用，創(chuàng)新性，實用性，科學性，文本（圖紙）規(guī)范程度，存在的不足等進行綜合評價]
指導人： （簽名）
年 月 日
指導人評定成績：
XX 大 學
畢業(yè)設計（論文）評閱人評語
[主要對學生畢業(yè)設計（論文）的文本格式、圖紙規(guī)范程度，工作量，研究內(nèi)容與方法，實用性與科學性，結論和存在的不足等進行綜合評價]
評閱人： （簽名）
年 月 日
評閱人評定成績：
XX大 學
畢業(yè)設計（論文）答辯記錄
日期：
學生： 學號： 班級：
題目：
提交畢業(yè)設計（論文）答辯委員會下列材料：
1 設計（論文）說明書 共 頁
2 設計（論文）圖 紙 共 頁
3 指導人、評閱人評語 共 頁
畢業(yè)設計（論文）答辯委員會評語：
[主要對學生畢業(yè)設計（論文）的研究思路，設計（論文）質(zhì)量，文本圖紙規(guī)范程度和對設計（論文）的介紹，回答問題情況等進行綜合評價]
答辯委員會主任： （簽名）
委員： （簽名）
（簽名）
（簽名）
（簽名）
答辯成績：
總評成績：
摘 要
C軸是五軸加工中心中的機床附件，用于需要多面轉位加工的工件加工。可提高加工效率，完成更多的工藝，是一種很實用的加工工具。它的傳動系統(tǒng)由原動力、齒輪傳動、蝸桿傳動組成，并可進行間隙消除和蝸輪加緊。
本文依據(jù)機械設計的規(guī)則和步驟，充分借鑒現(xiàn)有各類機床的工作特性、傳動、夾緊結構和調(diào)整技術。首先，進行總體傳動方案設計，傳動方案采用齒輪和蝸桿傳動；其次進行各零件的設計與校核，蝸桿與軸采用整體式結構；然后，對C軸轉向機構的控制精度設計；最后運用AUTOCAD繪制出裝配圖和零件圖。
關鍵詞：C軸；五軸加工中心；齒輪傳動；蝸桿傳動；控制精度設計
ABSTRACT
C axis is used in Five axis machining center machine tool accessories,for need more processing of the work surface trans-location.It can improve processing efficiency,and the completion of more technology,is a very practical processing tools.The drive system is composed of motive power,gear run,worm drive,and gap elimination and worm can be intensified.
This mechanical design based on the rules and steps to fully draw on the work of the existing characteristics of various types of machine tool table, drive, clamping structure and adjustment techniques.First of all, the overall design is using of transmission scheme and worm gear drive;Secondly, we have to continue the each part of the design and verification, the worm and shaft are whole structure;Then,we need design the control precision of the steering mechanism of C axis;Lastly,drawing out the final assembly drawings and parts drawing by using of AUTOCAD.
Keywords: C axis; Five axis machining center; Gear Transmission;Worm drive；design the control precision
XX大學本科生畢業(yè)設計（論文）
目 錄
第一章 緒論 1
1.1 引言 1
1.2加工中心在國內(nèi)外發(fā)展狀況 1
1.3 課題研究的目的和內(nèi)容 2
1.4 五軸加工中心分類及加工特點 3
第二章 C軸轉向機構的傳動方案設計 5
2.1 傳動方案應滿足的要求 5
2.2對能實現(xiàn)C軸轉向的傳動方案分析 5
第三章 C軸轉動控制精度設計 7
3.1 傳動比及參數(shù)確定 7
3.1.1 傳動比設定 7
3.1.2 最大回轉速度 7
3.1.3 步進電機分度精度確定 7
3.2 步進電機的選擇 8
3.2.1 步進電機啟動力矩計算 8
3.2.2步進電機最大轉速 9
3.2.3步進電機最大頻率 10
3.2.4 選取步進電機型號 10
3.3 C軸控制精度的驗證計算 10
3.3.1 C軸轉動角度的驗證 10
3.3.2 傳動過程減少誤差措施 11
第四章 C軸轉向機構設計及校核計算 12
4.1 齒輪傳動設計 12
4.1.1 齒輪的材料及類型 12
4.1.2 按齒面接觸疲勞強度設計尺寸 13
4.1.3 確定齒輪的主要參數(shù)與主要尺寸 14
4.1.4 校核齒根彎曲疲勞強度 14
4.2 蝸桿傳動設計 16
4.2.1 蝸桿傳動類型 17
4.2.2 蝸輪蝸桿的材料 17
4.2.3 按齒面接觸疲勞強度設計 17
4.2.4 蝸輪蝸桿主要參數(shù)與幾何尺寸 19
4.2.5 校核蝸輪輪齒彎曲疲勞強度 19
4.2.6 蝸桿傳動溫度計算 21
4.3 軸的設計計算 21
4.3.1 輸入軸的設計 22
4.3.2 蝸桿軸的設計 27
4.3.3 蝸桿軸的計算 27
ii
4.4 鍵聯(lián)接的選擇 30
4.4.1 鍵聯(lián)接的類型及尺寸 31
4.4.2 鍵聯(lián)接強度驗算 31
4.5 軸承的選擇 32
4.5.1 軸承的類型 33
4.5.2 軸承的尺寸 33
4.5.3 軸承的密封裝置 34
4.6 聯(lián)軸器的選擇 34
4.6.1 聯(lián)軸器的類型 34
4.6.2 聯(lián)軸器的尺寸 35
4.7 C軸轉向機構的箱體設計 36
4.7.1 箱體結構 36
4.7.2 箱體的參數(shù)設計 38
第五章 結論 40
參考文獻 41
致謝 42
ii
第一章 緒論
1.1 引言
五軸加工中心是具備刀庫并且可以自動換刀對工件實行多個工序加工的數(shù)控機床。它是適應時代發(fā)展要求應運而生的高端設備，綜合了電子技術、計算機技術、軟件技術、液壓技術、氣動技術、拖動技術、現(xiàn)代控制理論、測試傳感技術以及刀具和應用編程技術，并將數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控銑床結合到一臺機床上，再配備自動換刀系統(tǒng)，在一次加工中，根據(jù)各工序的需要，自動選擇刀具，改變主軸轉速，進給方式及進給量；可以完成諸如多個面的加工、孔加工、倒角加工、環(huán)形槽加工以及攻螺紋之類的多種加工方式。
1952年第一臺數(shù)控機床問世，是機械加工在自動化上產(chǎn)生一大飛躍。能夠達到兩坐標以上聯(lián)動的數(shù)控機床在精度和效率上都普通機床上加工的復雜零件高出許多。1958年世界上第一臺的數(shù)控加工中心在美國的卡尼特雷克公司宣告誕生。加工中心的出現(xiàn)是數(shù)控加工上的又一次大飛躍，功能上的三個大改進決定了它是人類工業(yè)歷史上的一個重要事件。第一：在數(shù)控銑床和鏜床的基礎上，使用了自動換刀系統(tǒng)，這樣只要通過一次裝夾就可以完成在工件上進行鉆削、銑削、鏜孔、攻螺紋等工序；第二：加工中心上裝有帶有回轉和擺動功能的工作臺或者多轉向的萬向銑頭，這就意味著在一次的裝夾中，可以完成多個方向、多個平面和多個角度的加工；第三，有的加工中心上具有交換工作臺，一個工件在工作位置上進行加工的同時，已經(jīng)加工的工件在拆卸位置進行拆卸，待加工的工件在裝夾位置進行裝夾，一次加工連著一次加工，效率極高。有上述可見，加工中心在又在數(shù)控機床柔性、加工效率和自動化程度上實現(xiàn)了新的變革，又上了一個新臺階。
1.2加工中心在國內(nèi)外發(fā)展狀況
加工中心的發(fā)展已經(jīng)有40多年了，由于它的作用明顯，各個發(fā)達國家都是極其重視。美國加工中心擁有6萬臺以上，占全國數(shù)控機床的百分五十。德國的加工中心技術最為先進，雖然年產(chǎn)量只為2500，但是產(chǎn)值卻是10億美元，大多都是高精密的機床。而日本是加工中心的第一生產(chǎn)大國，年產(chǎn)量達到了15000，產(chǎn)值達到了30億美元。70年代我國才開始發(fā)展加工中心，技術和產(chǎn)量上都和世界有著較大的差距。
雖然我國對加工中心的發(fā)展可謂是突飛猛進，但是國外的高性能加工中心還是有著明顯的優(yōu)勢。在我國的加工中心普遍只具有30m/min快速進給速度的時候，國外的加工中心快進速度已經(jīng)可以達到40m/min，最高的可以到90m/min，直線電機驅動的甚至可以到120m/min。而相較于主軸轉速較慢的國內(nèi)加工中心，國外的高速主軸更有利于對加工精度的保證，國外的主軸轉速已經(jīng)普遍達到12000~25000r/min，最高轉速甚至已經(jīng)可以達到70000r/min。在機床精度方面，國內(nèi)與國外也有著極大的差距，國外加工中心大多都帶有溫度補償系統(tǒng)和機床精度補償系統(tǒng)，加工精度高而且穩(wěn)定，而國內(nèi)尚未研制成功。國外的加工中心都是按照德國標準VDI3441驗收，在1000mm行程范圍內(nèi)，定位精度可以達到0.006到0.01，這是國內(nèi)遠遠不能相比的。
1.3 課題研究的目的和內(nèi)容
本次畢業(yè)設計題目為五軸加工中心C軸轉向機構及控制精度設計，主要研究工作臺回轉的立式五軸加工中心C軸的控制設計。
本次畢業(yè)設計主要解決的問題是C軸回轉工作原理和機械機構的設計與計算，設計思路是先原理后結構，先整體后局部。研究目的是用于控制圍繞Z軸轉動的C軸的旋轉，從而轉換裝在C軸工作臺上的工件的旋轉，就可以加工一些復雜的斜孔、面，得到所需要的復雜零件。
本次設計的主要內(nèi)容對五軸加工中心C軸的設計，運用制圖軟件初步繪制出各個機構，初步得出各個傳動軸上的齒輪嚙合的空間位置關心，然后進行軸和齒輪，渦輪的設計計算，最后用CAD繪制出裝配圖和零件圖。
畢業(yè)設計主要培養(yǎng)學生綜合應用所學專業(yè)的基礎理論、基礎技能和專業(yè)知識能力，培養(yǎng)學生建立正確的設計思想，掌握工程設計的一般程序、規(guī)范和方法。通過畢業(yè)設計，可樹立正確的生產(chǎn)觀點、經(jīng)濟觀點和全局觀點，實現(xiàn)由學生向工程技術人員的過渡。
1.4 五軸加工中心分類及加工特點
五軸加工中心一般分為立式五軸加工中心和臥式五軸加工中心，目前高端的加工中心正朝著五軸控制方向發(fā)展，五軸聯(lián)動加工中心具有高效率、高精度的特點，工作一次裝夾就可以完成五面體的加工。如果配上五軸聯(lián)動的高檔數(shù)控系統(tǒng)，還可以對復雜空間曲面進行高精度加工。立式五軸加工中心的有兩種方式：一種是工作臺回轉五軸加工中心，另一種是依靠立式主軸頭的回轉五軸加工中心。前者結構相對簡單、制造成本較低，尤其是主軸設計不受結構限制，主軸的剛度有保證，設置在床身上的工作臺可以環(huán)繞X軸回轉，定義為A軸，A軸一般工作范圍+30度至-120度。工作臺的中間還設有一個回轉臺，環(huán)繞Z軸回轉，定義為C軸，C軸都是360度回轉。這樣通過A軸與C軸的組合，固定在工作臺上的工件除了底面之外，其余的五個面都可以由立式主軸進行加工。A軸和C軸最小分度值一般為0.001度，這樣又可以把工件細分成任意角度，加工出傾斜面、傾斜孔等。而且，可以配用“標準”的刀庫和換刀機構，但由于回轉工作臺不能設計的太大，承重也較小，特別是當A軸回轉到90°時，工作臺受到很大的偏載力矩，所以適合中、小零件的加工。后一種配置形式由于回轉進給機構集中在主軸端，結構密集，主軸前端是一個回轉頭，能自行環(huán)繞Z軸360度，成為C軸，回轉頭上還帶可環(huán)繞X軸旋轉的A軸，一般可達±90度以上，實現(xiàn)上述同樣的功能。由于回轉進給結構只驅動主軸頭與道具，不受工件重力負荷，所以機構可小巧、靈活，而直線移動的工作臺可以設計的非常大，所以更適合如客機機身，大型發(fā)動機機殼，大型模具等大型、重型零件的加工。根據(jù)課題的研究內(nèi)容與所給定參數(shù)，本次設計所選取的結構是在原立式銑削加工中心的基礎上配置一個可繞Z軸回轉的數(shù)控工作臺和繞X軸回轉搖擺工作臺。實現(xiàn)三軸聯(lián)動到五軸聯(lián)動的改造。
五軸聯(lián)動機床也稱五坐標機床，它是在三個平動軸（沿X、Y、Z軸的直線運動）的基礎上增加了兩個轉動軸（能實現(xiàn)繞X軸、Z軸的旋轉運動，即A軸和C軸），不僅可使刀具相對與工件的位置任意可控，而且刀具軸線相對工件的方向也在一定范圍內(nèi)任意可控，工作時具有以下特點：a.可避免道具干涉，加工普通三坐標機床難以加工的復雜零件，加工適應性廣；b.對于直紋面類零件，可采用側銑方式一刀成型，加工質(zhì)量好、效率高；c.對于一般立體型特別是較為平坦的大型表面，可用大直徑端銑刀端面逼近表面進行加工，走刀次數(shù)少，殘余高度小，可大大提高加工效率和表面質(zhì)量；d.對工件上多個空間表面可一次裝夾進行多面、多工序加工，加工效率高并有利于提高各表面的相互位置精度；e.五軸加工時，刀具相對于工件表面可處于最有效的切削狀態(tài)；f.在某些加工場合，如空間受到限制的通道加工或組合曲面的過渡區(qū)域加工，可采用較大尺寸的刀具避開干涉，刀具剛度好，有利于提高加工效率與精度。
五軸加工中心C軸作為數(shù)控機床中的一個非常重要的部分，研究其設計、制造過程是非常有實際的工程應用價值。C軸的應用非常多，而C軸轉向機構的研究必然有著其實際的意義。
- 43 -
第二章 C軸轉向機構的傳動方案設計
2.1 傳動方案應滿足的要求
傳動裝置在原動機和工作臺之間傳遞運動和動力，并可實現(xiàn)分度運動。本設計中原動機采用步進電機。
合理的傳動方案主要應滿足以下要求：
1 機械的功能要求：應滿足工作臺的功率、轉速和運動形式的要求。
2 工作條件的要求：例如工作環(huán)境、場地、工作制度等。
3 工作性能要求：保證工作可靠、傳動效率高等。
4 結構工藝性要求；如結構簡單、尺寸緊湊、使用維護便利、工藝性和經(jīng) 濟合理等。
2.2對能實現(xiàn)C軸轉向的傳動方案分析
能實現(xiàn)C軸轉向的傳動方案有很多種，現(xiàn)分析對比以下四種常見的傳動方案優(yōu)缺點，得出最佳傳動方案。
方案一：步進電機——齒輪傳動——蝸輪蝸桿傳動——工作臺。即一級為齒輪傳動，二級為蝸輪蝸桿傳動。優(yōu)點：
1 傳動比大，在分度機構中可達1000以上。與其他傳動形式相比，傳動比相同時，機構尺寸小，因而結構緊湊。
2 傳動平穩(wěn)，蝸桿齒是連續(xù)的螺旋齒，與蝸輪的嚙合是連續(xù)的，因此傳動平穩(wěn)，噪聲低。
3 可以自鎖，當蝸桿的導程角小于齒輪間的當量摩擦角時，若蝸桿為主動件，機構將自鎖。
4 相比其它傳動具有較大的速比，渦輪蝸桿的輸入、輸出軸不在同一軸線上，甚至不在同一個平面上。
缺點：齒面滑動速度大，效率低，發(fā)熱量大，容易使齒面磨損；制造成本高，軸向力大，精度不是很高。
方案二：步進電機——齒輪傳動——齒輪傳動——工作臺。即為二級齒輪傳動，它的優(yōu)點是：傳動比精確，傳遞效率高，工作可靠，使用壽命長。但最大的缺點是：總傳動比?。徽加每臻g大，不能實現(xiàn)自鎖。且在傳遞運動時不能實現(xiàn)運動方向的改變。
方案三：步進電機——帶傳動——蝸輪蝸桿傳動——工作臺。即一級為帶傳動，二級為渦輪蝸桿傳動。此方案相比方案一的缺點是：承載能力不高，是和傳動中心距較大的場合；有彈性，傳動比不恒定；不宜高溫、易蝕環(huán)境，帶的壽命較低，傳動效率低；需要張緊裝置對軸壓力比較大；帶傳動易打滑，不能保證固定不變的傳動比；不能保證精確的傳動比。此方案也有許多優(yōu)點：過載打滑，起過載保護作用；結構簡單、成本低廉；傳動平穩(wěn)，帶有彈性，可減緩吸振。
方案四：步進電機通過聯(lián)軸器直接帶動工作臺轉動，形成C軸轉向機構。此方案的缺點是只能用于高速五軸加工中心，對于一般轉動速度的五軸加工中心，此方案具有一定局限性。
對比以上四種方案，綜合分析其優(yōu)缺點可得方案一：步進電機——齒輪傳動——蝸輪蝸桿傳動——工作臺為實現(xiàn)C軸轉向的傳動機構的最佳方案，即由步進電機通過齒輪帶動渦桿、渦輪，再由渦輪帶動工作臺回轉分度。工作臺停止時，通過蝸輪蝸桿的自鎖和步進電機的自鎖保證工作臺的自鎖。該傳動方案分析如下：齒輪傳動承受載能力較高，傳遞運動準確、平穩(wěn)，傳遞功率和圓周速度范圍很大，傳動效率高，結構緊湊?？傮w傳動大致框圖如下圖2-1所示：
圖2-1 傳動總體框圖
第三章 C軸轉動控制精度設計
C軸轉動要實現(xiàn)的參數(shù)設定為：回轉速度最大為20rad/s，每次轉動精度為0.25°。根據(jù)這些參數(shù)，分配設定各級傳動比，從而可算出步進電機轉動精度，即可完成C軸轉動精度的控制設計。
3.1 傳動比及參數(shù)確定
3.1.1 傳動比設定
總傳動比為各級傳動比、的乘積，即分配總傳動比，即各級傳動如何取值，是設計中的重要問題。傳動比分配得合理，可使傳動裝置得到較小的外廓尺寸或較輕的重量，以實現(xiàn)降低成本和結構緊湊的目的；也可以使傳動零件獲得較低的圓周速度以減小動載荷或降低傳動精度等級；還可以得到較好的潤滑條件。要同時達到這幾方面的要求比較困難，因此應按設計要求考慮傳動比分配方案，以滿足某些主要要求。
為了保證C軸的分度精度，傳動比需要很大，同時為了保證結構尺寸，將蝸桿傳動比設定在120，齒輪傳動比設定為3，即傳動系統(tǒng)的總傳動比為360。
3.1.2 最大回轉速度
C軸最大回轉角速度為20rad/s；即：
ω蝸輪=ω工作臺=20rad/s
根據(jù)系統(tǒng)總傳動比為360，可得
n電機=n蝸輪×360=×360=20rad/s
3.1.3 步進電機分度精度確定
C軸的轉動精度保證主要靠步進電機的轉速和系統(tǒng)的總傳動比i來確定，C軸轉動精度為0.25度，既蝸輪最小的轉動單位為0.25度，系統(tǒng)的總傳動比為360，即可得步進電機最小轉動分度精度為0.25×360=90度，即步進電機每次回轉的度數(shù)為90度的倍數(shù)。
3.2 步進電機的選擇
步進電動機是專門工廠批量生產(chǎn)的標準部件，設計時要選出具體型號以購置。選擇步進電動機包括確定型號、結構、步距角、功率和轉速，并在產(chǎn)品目錄中查出其尺寸和型號。
步進電動機又稱脈沖電動機或為階躍電動機，步進電機有三大部分組成：步進電動機本體，步進電動機控制器及步進電動機驅動器。如圖3-1所示。選擇步進電機時，首先要保證步進電機的輸出功率大于負載所需的功率。而在選用功率步進電機時，首先要計算機械系統(tǒng)的負載轉矩，電機的矩頻特性能滿足機械負載并有一定的余量保證其運行可靠。在實際工作過程中，各種頻率下的負載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。應使步距角和機械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到工作臺所需的脈沖當量。
圖3-1 步進電機
3.2.1 步進電機啟動力矩計算
步進電機選用三相步進電動機，初選步進電機步距角θb=3°。設步進電機等效負載力矩為T，負載力為P，根據(jù)能量守恒原理，電機做的功與負載力做的功有如式（3.1）關系：
式（3.1）
式中 Φ— 電機轉角；
S — 轉動部件的相應路程；
η — 機械傳動效率。
若取Φ=θb，則S=δb，且P= Pz +μ（G+W），所以
式（3.2）
式中 G——轉動部件負載，N；
W——轉動部件重量，N；
Pz——與中立方向一致的作用在轉動部件上的負載力，N；
μ——摩擦系數(shù)；
θb——步進電機步距角，rad；
T——電機軸負載力矩，N·cm。
取 μ=0.03，η=0.96，Pz=500N。
可求得
不考慮啟動時運動部件的慣性影響，啟動力矩為
Tm=T/（0.3~0.5）=10N·m（取安全系數(shù)0.5）
步進電機為三相六拍的電機
3.2.2步進電機最大轉速
根據(jù)工作臺最大轉速與系統(tǒng)總傳動比i=360，可得
所以，步進電機的選擇的最大轉速
3.2.3步進電機最大頻率
根據(jù)步進電機的步距角θb=3°與步進電機的最大轉速，可得
所以步進電機選擇最高的頻率
步進電機的功率：P=kw
3.2.4 選取步進電機型號
由于步進電機步距角θb=3°，步進電機最高轉速，步進電機最高頻率，步進電機最大轉矩，選擇的步進電機型號參數(shù)如表3-1所示。
表3-1步進電機參數(shù)
型號
主要技術參數(shù)
外形尺寸/mm
重量/(Kg)
步距角/(°)
保持轉矩/ N·m
相數(shù)
電壓/V
電流/A
外徑
長度
軸徑
130BC3100
3
12
3
27
3
100
168
22
10
3.3 C軸控制精度的驗證計算
3.3.1 C軸轉動角度的驗證
根據(jù)所選電機，有步進電機轉動角度為90度。由于步進電機與小齒輪聯(lián)接，即小齒輪每次轉動角度為90度，根據(jù)傳動比，其中θ1和θ2分別為小齒輪與大齒輪轉動的角度。故。所以當步進電機經(jīng)一級齒輪傳動之后大齒輪轉動角度變?yōu)?0度，由大齒輪用鍵與蝸桿相連，所以蝸桿轉動30度，再由蝸輪蝸桿傳動，因為蝸輪蝸桿傳動比為120，即，其中θ3和θ4分別為蝸桿與蝸輪轉動的角度，所以，即蝸輪轉動角度變?yōu)?.25度，因為工作臺通過定心軸與蝸輪聯(lián)接，故工作臺轉動0.25度，即C軸轉動精度為0.25度，綜上所述，步進電機轉動控制精度為90度時，經(jīng)一級齒輪傳動與二級蝸輪蝸桿傳動之后，C軸的控制精度為0.25度，這與開始時所設定的C軸控制精度是相一致的，故此步進電機符合控制精度要求。
3.3.2 傳動過程減少誤差措施
由于傳動過程，蝸輪副的嚙合側隙對轉動精度影響最大，因此消除蝸輪副的側隙就是減少誤差保證控制精度的關鍵問題。而常見的蝸輪消隙方法是雙螺距蝸桿傳動機構。一般在要求連續(xù)精確分度的機構中為了避免傳動機構因承受脈動載荷而引起扭轉振動的場合往往采用雙螺距漸厚蝸桿,以便調(diào)整嚙合側隙達到最小限度。雙螺距漸厚蝸桿與普通蝸桿的區(qū)別是:雙螺距漸厚蝸桿齒的左、右兩側面具有不同的齒距(導程);而同一側面的齒距(導程)則是相等的。雙螺距漸厚蝸桿副的嚙合原理與一般蝸桿副嚙合原理相同,蝸桿的軸向截面仍相當于基本齒條,蝸輪則相當于同它嚙合的齒輪。由于蝸桿齒左、右兩側面具有不同的齒距,即左、右兩側面具有不同的模數(shù)m(m=t/π)。因而同一側面的齒距相同,故沒有破壞嚙合條件。雙螺距漸厚蝸桿傳動的公稱模數(shù)m可看成普通蝸輪副的軸向模數(shù),一般等于左、右齒面模數(shù)的平均值。此蝸桿齒厚從頭到尾逐漸增厚。但由于同一側的螺距是相同的,所以仍然可以保持正常的嚙合。因此,可用軸向移動蝸桿的方法來消除蝸桿與渦輪的齒側隙。這樣當左邊的齒厚大于右邊的齒厚時，蝸桿向右移動時可以嚙合側隙會逐漸減小，從而減少傳動誤差，保證控制精度。同理右邊大于左邊齒厚時，向左移動會減少誤差。
第四章 C軸轉向機構設計及校核計算
4.1 齒輪傳動設計
齒輪傳動是利用兩齒輪的輪齒相互嚙合傳遞動力和運動的機械傳動。按齒輪軸線的相對位置分平行軸圓柱齒輪傳動、相交軸圓錐齒輪傳動和交錯軸螺旋齒輪傳動。具有結構緊湊、效率高、壽命長等特點。齒輪傳動是指用主、從動輪輪齒直接、傳遞運動和動力的裝置。在所有的機械傳動中，齒輪傳動應用最廣，可用來傳遞相對位置不遠的兩軸之間的運動和動力。
齒輪傳動的特點是：齒輪傳動平穩(wěn)，傳動比精確，工作可靠、效率高、壽命長，使用的功率、速度和尺寸范圍大。例如傳遞功率可以從很小至幾十萬千瓦；速度最高可達300m/s；齒輪直徑可以從幾毫米至二十多米。但是制造齒輪需要有專門的設備，嚙合傳動會產(chǎn)生噪聲。
根據(jù)兩軸的相對位置和輪齒的方向，可分為以下類型：圓柱齒輪傳動；錐齒輪傳動和交錯軸斜齒輪傳動。根據(jù)齒輪的工作條件，可分為：開式齒輪傳動式齒輪傳動，齒輪暴露在外，不能保證良好的潤滑；半開式齒輪傳動，齒輪浸入油池，有護罩，但不封閉；閉式齒輪傳動，齒輪、軸和軸承等都裝在封閉箱體內(nèi)，潤滑條件良好，灰沙不易進入，安裝精確，齒輪傳動有良好的工作條件，是應用最廣泛的齒輪傳動。
4.1.1 齒輪的材料及類型
由于前述所選電機可知:T=5N·m，齒輪傳動比設定為i=3，效率η=0.97工作日安排每年300工作日計，壽命為10年。
根據(jù)整體傳動的要求，傳動效率不大、速度中等和使用壽命長，需要在封閉條件下工作，因此設計為閉式齒輪傳動，采用圓柱直齒輪傳動的形式。
齒輪材料應具備下列條件：1）齒面具有舉個的硬度，以獲得較高的抗點蝕、抗磨粒磨損、抗膠合和抗塑性流動的能力；2）在變載荷和沖擊載荷下有足夠的彎曲疲勞強度；3）具有良好的加工和熱處理工藝性；4）價格較低。
考慮到齒輪傳動效率不大，速度只是中等，故齒輪用45號鋼；為達到更高的效率和更好的耐磨性，進行整體淬火后再低溫回火，使齒輪面硬度達到45-55HRC。
4.1.2 按齒面接觸疲勞強度設計尺寸
先按齒面接觸疲勞強度進行設計，再校核齒根彎曲疲勞強度。按齒面接觸疲勞強度設計公式如式（4.1）。
式（4.1）
式中 d1——小齒輪分度圓直徑；
K ——載荷系數(shù)
T1——小齒輪轉矩；
[σH]——許用接觸應力；
Φd——齒寬系數(shù)；
ZE——彈性系數(shù)；
ZH——節(jié)點區(qū)域系數(shù)；
Zε——重合度系數(shù)。
取：小齒輪轉矩T1=5Nm；
載荷系數(shù) 因載荷平穩(wěn)，取；
齒寬系數(shù) ；
摩擦系數(shù) ；
許用接觸壓力 ；
查圖表得試驗齒輪的接觸疲勞極限；
接觸強度的最小安全系數(shù)；
接觸疲勞強度計算的壽命系數(shù)；
彈性系數(shù) 查表得；
節(jié)點區(qū)域系數(shù) 查表得；
重合度系數(shù) ；
將以上參數(shù)代入公式
4.1.3 確定齒輪的主要參數(shù)與主要尺寸
小齒輪齒數(shù) 取，則大齒輪齒數(shù)。
模數(shù)： 其中取d1=23。則取標準值m=1mm。
中心距：標準中心距
其他主要尺寸
分度圓直徑：
齒頂圓直徑：
齒根圓直徑：
齒寬：取齒寬系數(shù)，
基圓直徑：
齒距：。
4.1.4 校核齒根彎曲疲勞強度
齒根彎曲疲勞強度校核公式如式(4.2)所示。
式(4.2)
式中 K——載荷系數(shù)；
——小齒輪轉矩；
——齒輪齒寬；
——齒形系數(shù)；
——應力修正系數(shù)；
——重合度系數(shù)。
取： 載荷系數(shù) ；
小齒輪轉矩 ；
齒輪齒寬
重合度系數(shù)
齒形系數(shù)
應力修正系數(shù)
所以
許用彎曲應力計算公式如式（4.3）所示。
式（4.3）
式中 σFlim——齒輪的齒根彎曲疲勞極限；
SFmin——彎曲疲勞強度的最小安全極限；
YN——彎曲疲勞強度計算的壽命系數(shù)
YX——尺寸系數(shù)。
?。糊X輪的齒根彎曲疲勞極限σFlim =500MPa
彎曲疲勞強度的最小安全極限SFmin=1.4
彎曲疲勞強度計算的壽命系數(shù)YN=1
尺寸系數(shù)YX=0.8
所以
根據(jù)計算，σF≤[σF]
所以齒輪齒根彎曲強度足夠。
4.2 蝸桿傳動設計
蝸桿傳動是在空間交錯的兩軸間傳遞運動和動力的一種傳動，兩軸線間的夾角可為任意值，常用的為90°。蝸桿傳動用于在交錯軸間傳遞運動和動力。蝸桿傳動由蝸桿和蝸輪組成，一般蝸桿為主動件。蝸桿和螺紋一樣有右旋和左旋之分蝸桿傳動，分別稱為右旋蝸桿和左旋蝸桿。蝸桿上只有一條螺旋線的稱為單頭蝸桿，即蝸桿轉一周，蝸輪轉過一齒，若蝸桿上有兩條螺旋線，就稱為雙頭蝸桿，即蝸桿轉一周，蝸輪轉過兩個齒。按蝸桿形狀的不同可分：圓柱蝸桿傳動、環(huán)面蝸桿傳動和錐蝸桿傳動。
蝸桿傳動特點：傳動比大，結構緊湊。蝸桿頭數(shù)用Z1表示（一般Z1=1~4），蝸輪齒數(shù)用Z2表示。從傳動比公式I=Z2/Z1可以看出，當Z1=1，即蝸桿為單頭，蝸桿須轉Z2轉蝸輪才轉一轉，因而可得到很大傳動比，一般在動力傳動中，取傳動比i=10-80；在分度機構中，i可達1000。這樣大的傳動比如用齒輪傳動，則需要采取多級傳動才行，所以蝸桿傳動結構緊湊，體積小、重量輕。 傳動平穩(wěn)，無噪音。因為蝸桿齒是連續(xù)不間斷的螺旋齒，它與蝸輪齒嚙合時是連續(xù)不斷的，蝸桿齒沒有進入和退出嚙合的過程，因此工作平穩(wěn)，沖擊、震動、噪音小。蝸桿傳動。具有自鎖性。蝸桿的螺旋升角很小時，蝸桿只能帶動蝸輪傳動，而蝸輪不能帶動蝸桿轉動。蝸桿傳動效率低，一般認為蝸桿傳動效率比齒輪傳動低。尤其是具有自鎖性的蝸桿傳動，其效率在0.5以下，一般效率只有0.7～0.9。發(fā)熱量大，齒面容易磨損，成本高。
4.2.1 蝸桿傳動類型
由于前述所選電機可知T=5N·m，蝸桿傳動比設定為i=120，效率η=0.8，工作日安排每年300工作日計，壽命為10年。
根據(jù)本次傳動場合用于機床上的工作臺，整體傳動要求傳動精度高，所以蝸桿采用漸開線蝸桿；根據(jù)整體傳動比需要設計比較大，蝸輪蝸桿的傳動比也需比較大，而且工作臺的在工作中需要有自鎖功能，蝸桿采用單頭蝸桿；為了工作臺在工作中需要受力平衡與工作平穩(wěn)，蝸桿的旋向采用右旋。
4.2.2 蝸輪蝸桿的材料
考慮到蝸桿傳動效率不大，速度只是中等，故蝸桿用45號鋼；為達到更高的效率和更好的耐磨性，要求蝸桿螺旋齒面淬火，硬度為45-55HRC。蝸輪用鑄錫青銅ZCuSn10Zn2，金屬鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵HT100制造。
4.2.3 按齒面接觸疲勞強度設計
根據(jù)閉式蝸桿傳動的設計準則，先按齒面接觸疲勞強度進行設計，在校核齒根彎曲疲勞強度。傳動中心距公式如式（4.4）：
式（4.4）
式中 T2——蝸輪轉矩；
k ——使用系數(shù)；
ZE——彈性系數(shù)；
Zρ——接觸系數(shù)；
[H]——許用應力。
確定作用在蝸輪上的轉距T2。
按Z1=1，估取效率η=0.8，則
確定載荷系數(shù)K
因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù)Kβ=1；見表4-1查得使用系數(shù)KA而選取KA=1.15；由于轉速不高，沖擊不大，可取動載系數(shù)KV=1.2；則
表4-1 使用系數(shù) KA
動力機工作特性
動力機工作特性
均勻平穩(wěn)
輕微沖擊
中等沖擊
嚴重沖擊
均勻平穩(wěn)
1.00
1.25
1.50
1.75
輕微沖擊
1.10
1.35
1.60
1.85
中等沖擊
1.25
1.50
1.75
2.0
嚴重沖擊
1.50
1.75
2.0
≥2.25
確定彈性影響系數(shù)ZE
選用的鑄錫青銅蝸輪和蝸桿相配，見表4-2可查得ZE=152
表4-2 蝸輪材料的力學性能
蝸輪材料
力學性能
ZE
σHlim
σFlim
MPa
MPa
ZCuSn10Zn2
152
350
165
確定接觸系數(shù)Zρ
先假設蝸桿分度圓直徑d1和傳動中心距a的比值=1：11，從而可算
Zρ=3.6。
確定許用應力[σH]
根據(jù)蝸輪材料為鑄錫青銅ZCuSn10Zn2，砂型鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度＞45HRC，從而可查得蝸輪的基本許用應力[σH]=260MPa。
因為電動刀架中蝸輪蝸桿的傳動為間隙性的，故初步定位、其壽命系數(shù)為KHN=0.85，則[σH]= KHN[σH]=0.85×260=221MPa
計算中心距
根據(jù)d1/a=1：11，取蝸輪齒數(shù)Z2=120，
m取標準模數(shù)，，所以中心距。
4.2.4 蝸輪蝸桿主要參數(shù)與幾何尺寸
傳動比：；
蝸輪齒數(shù)：，變位系數(shù)；
蝸輪分度圓直徑： ；
蝸輪喉圓直徑： ；
蝸輪喉母圓直徑：
蝸輪齒根圓直徑：
蝸桿直徑系數(shù)；分度圓直徑，蝸桿頭數(shù)；分度圓導程角，齒形角；
蝸桿軸向齒距：
蝸桿齒頂圓直徑：
蝸桿軸向齒厚：
4.2.5 校核蝸輪輪齒彎曲疲勞強度
蝸輪輪齒的彎曲疲勞強度取決于輪齒模數(shù)的大小，由于輪齒齒形比較復雜，且在距中間平面的不同平面上的齒厚也不同，都相當于具有不同變?yōu)橄禂?shù)的正變位齒。距中間平面愈遠，齒愈厚，變位系數(shù)也愈大。因此蝸輪輪齒的彎曲疲勞強度難于精確計算，只好進行條件性的概略估算。
蝸輪輪齒彎曲疲勞強度條件公式為式（4.5）
式（4.5）
式中 KA——齒形系數(shù)；
T2——蝸輪轉矩；
b2——蝸輪齒寬；
d2——蝸輪直徑；
取齒形系數(shù)KA=1.15；蝸輪轉矩T2=1440N·m，蝸輪齒寬；
所以
許用應力計算公式如式（4.6）所示。
式（4.6）
式中 σFlim——齒根彎曲疲勞極限；
SFmin——彎曲疲勞強度的最小安全極限。
?。簭澢趶姸鹊淖钚“踩珮O限SFmin=1.4；
根據(jù)蝸輪材料鑄錫青銅ZCuSn10Zn2，查得齒根彎曲疲勞極限
σFlim =165MPa。
所以
根據(jù)以上結果得出，
所以彎曲強度是滿足要求的。
4.2.6 蝸桿傳動溫度計算
蝸桿傳動的效率一般比齒輪傳動和其他幾種機械傳動都要低，工作時會產(chǎn)生較多的熱量。閉式箱體若散熱條件不足，則易于造成潤滑油工作溫度過高而導致使用壽命降低，甚至有使蝸輪蝸桿副發(fā)生膠合的危險，因此對蝸桿傳動有必要進行溫度計算。箱體工作溫度計算公式如（4.7）所示。
式（4.7）
式中 P——蝸輪蝸桿功率；
A——箱體的散熱面積，；
t1——箱體工作溫度；
t0——工作環(huán)境溫度，通常取20℃；
αw=表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，系單位箱體面積、單位溫度差時由箱體傳給大 氣的熱量。
取：傳動嚙合效率
攪油效率
軸承效率
總效率
散熱面積
表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 在中等通風環(huán)境，
所以
故郵箱工作溫度合格。
4.3 軸的設計計算
軸是支承轉動零件并與之一起回轉以傳遞運動、扭矩或彎矩的機械零件。一般為金屬圓桿狀，各段可以有不同的直徑。機器中作回轉運動的零件就裝在軸上。根據(jù)軸線形狀的不同，軸可以分為曲軸和直軸兩類。根據(jù)軸的承載情況，又可分為：轉軸，工作時既承受彎矩又承受扭矩，是機械中最常見的軸，如各種減速器中的軸等。心軸，用來支承轉動零件只承受彎矩而不傳遞扭矩，有些心軸轉動，如鐵路車輛的軸等，有些心軸則不轉動，如支承滑輪的軸等。傳動軸，主要用來傳遞扭矩而不承受彎矩，如起重機移動機構中的長光軸、汽車的驅動軸等。軸的材料主要采用碳素鋼或合金鋼，也可采用球墨鑄鐵或合金鑄鐵等。軸的工作能力一般取決于強度和剛度，轉速高時還取決于振動穩(wěn)定性。
功用相同的軸卻有各不相同的結構形狀。因為，影響軸的結構形狀因素很多，這些因素是：載荷的大小、方向、性質(zhì)及其分布狀態(tài)，軸上零件的數(shù)量及安裝位置、定位方法。軸的制造工藝和生產(chǎn)規(guī)模等。
4.3.1 輸入軸的設計
本設計中輸入軸的材料采用45號鋼。通過對軸的受力分析，畫出受力圖及彎矩圖，根據(jù)強度理論分析其強度是否符合要求。并對其強度進行必要的校核計算。
軸上參數(shù)計算：
1) 求輸入軸上的P1、T1
設計中取軸承傳動效率η1=0.99，聯(lián)軸器傳動效率η2=0.99。則：
P1=Pη1η2=kw
T1=
2) 計算作用于齒輪上的力
軸上受力情況如下圖4-1所示
圖4-1 軸受力圖
3) 求軸的最小直徑
因為州的材料為45號鋼，而且是調(diào)制處理，可知A0=112，所以
用輸入軸的最小直徑作為聯(lián)軸器安裝的地方d6，該段與聯(lián)軸器相配，根據(jù)聯(lián)軸器的型號故取d6=10mm。從動端半聯(lián)軸器L=22mm，為保證軸段的擋圈有安放空間，6的長度要取比L略小的值，故取L6=18mm。因為6左端需制夷軸肩，故取d5=15mm。
4) 軸的設計
1 本設計擬定軸上零件的結構情況如圖4-2所示
2 本設計中軸承初步選為滾動軸承。由于軸承同時受徑向力和軸向力作用，所以選用圓錐滾子軸承。根據(jù)需要，且d5=15mm，查參考文獻初步選定圓錐滾子軸承30204.其尺寸為。所以d4=d1=20mm，L4=15.25mm。
3 按照軸向定位來確定軸的各段參數(shù)
如圖4-2的軸的結構。
圖4-2 輸入軸結構
d1=20mm L1=25mm
d2=25mm L2=46mm
d3=30mm L3=15mm
d4=20mm L4=15.25mm
d5=15mm L5=30mm
d6=10mm L6=18mm
4 軸上的周向定位
半聯(lián)軸器、齒輪與軸三者的周向定位都是采用平鍵連接。按d2由參考文獻得。同時設計中為了確保齒輪與軸的配合有較好的對中性，故取齒輪與軸的配合為,同樣在半聯(lián)軸器與軸的連接中，取平鍵為，選取半聯(lián)軸器與軸的配合為。同時滾動軸承與軸的周向定位設計中采用過度配合，為。
5 倒角、圓角
查表選軸兩端的倒角為45。各軸肩出的圓角半徑在圖中可看出。
6 求軸的載荷
如圖4-3所示是輸入軸的受力分析圖；
從設計中軸的工作環(huán)境和結構圖可以得知截面A才是軸的危險截面。下表為截面上的MH、MV及M，如表4-3所示：
各載荷
水平面H
垂直面V
支反力F
軸上彎矩M
20100
7300
軸上總彎矩
M=
軸上扭矩T
T=18340
表4-3 輸入軸的危險截面應力
7 按彎扭組合進行應力校核軸的強度
進行校核時，通常只校核軸上承受的最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面）的強度。根據(jù)公式及上表數(shù)據(jù)，以及軸的雙向旋轉，扭矩切應力為脈動循環(huán)變應力，取α=0.6，軸上計算應力為
前面選定軸的材料為45鋼，調(diào)制處理，查表可得[]=60MPa。因此，故安全。
圖4-3輸入軸受力分析圖
4.3.2 蝸桿軸的設計
軸的結構設計是確定軸的合理外形和全部結構尺寸，為軸設計的重要步驟。它由軸上安裝零件類型、尺寸及其位置、零件的固定方式，載荷的性質(zhì)、方向、大小及分布情況，軸承的類型與尺寸，軸的毛坯、制造和裝配工藝、安裝及運輸，對軸的變形等因素有關。設計者可根據(jù)軸的具體要求進行設計，必要時可做幾個方案進行比較，以便選出最佳設計方案，以下是一般軸結構設計原則：
1）節(jié)約材料，減輕重量，盡量采用等強度外形尺寸或大的截面系數(shù)的截面形狀；
2）易于軸上零件精確定位、穩(wěn)固、裝配、拆卸和調(diào)整；
3）采用各種減少應力集中和提高強度的結構措施；
4）便于加工制造和保證精度。
本次設計的軸用于傳遞扭矩，通過齒輪副到蝸輪蝸桿，不需要承受彎矩，所以用到的為傳動軸。軸的材料的選擇，考慮到軸的材料的經(jīng)濟性，一般使用45碳素鋼，碳素鋼對應力集中的敏感性較小，而且使用廣泛；為保證其力學性能，會進行調(diào)制或正火處理。本次設計選用軸的材料為正火處理的45鋼。
4.3.3 蝸桿軸的計算
蝸桿上軸受力： 軸向力
徑向力
圓周力
大齒輪上軸受力：圓周力
徑向力
根據(jù)結構上的考慮及軸上零件的布置給出支承間跨距L=181mm，蝸桿中央截面至左支承的距離L1=110mm，大齒輪中央截面距離右支承的距離L2=90mm，形狀如圖4-4所示。
圖4-4 蝸桿軸
對蝸桿軸做簡要分析，作出受力圖如圖4-5所示。根據(jù)以上分析及所學相關公式可求出各受力的大小，對軸畫出彎矩和扭矩圖，分析可求出危險截面，并對危險截面進行校核，檢驗是否符合強度剛度要求。
圖4-5 軸的受力圖
根據(jù)上圖有 Fa1產(chǎn)生的力矩為：
根據(jù)給定條件作軸在xoy平面的受力圖，如圖4-6a所示，支反力及彎矩圖如圖4-6b所示。分別對支承點1及2取矩可求得xoy平面的支反力
做xoz平面的受力圖，如圖4-6c所示，求支反力，做彎矩圖，如圖4-6d所示，分別向兩支點取矩得：
作合成彎矩圖，如圖4-6e所示；合成彎矩的計算結果示于圖4-6f所示，其中截面1和2的合彎矩為
軸的最小直徑計算公式如下式(4-8)
式(4-8)
式中 ——當量彎矩
[σ-1b] ——對稱循環(huán)應力狀態(tài)下的許用彎曲應力。
?。簩ΨQ循環(huán)應力狀態(tài)下的許用彎曲應力[σ-1b]=90MPa；
當扭轉應力對稱循環(huán)變化時，?=1
當量彎矩
所以
蝸桿軸最小直徑
圖4-6 蝸桿軸的彎矩、扭矩及合成圖
4.4 鍵聯(lián)接的選擇
設計鍵聯(lián)接時，通常被聯(lián)接件的材料、構造和尺寸已初步?jīng)Q定，聯(lián)接的載荷也已求得。因此可根據(jù)聯(lián)接的結構特點、使用要求和工作條件來選出鍵的類型，再根據(jù)軸徑從標準中選出鍵的截面尺寸，并參考輪轂長選出鍵的長度，然后用適當?shù)男：擞嬎愎阶鲝姸闰炈恪?
4.4.1 鍵聯(lián)接的類型及尺寸
鍵主要用于軸和帶轂零件（如齒輪、蝸輪等），實現(xiàn)周向固定以傳遞轉矩的軸轂連接。其中，有些還能實現(xiàn)軸向固定以傳遞軸向力；有些則能構成軸向動聯(lián)接。鍵的類型有平鍵、半圓鍵、斜鍵和花鍵，其各有特點。因其軸上鍵的作用是傳遞扭矩，并要一定的定心性，因此平鍵連接就可以。
根據(jù)小齒輪上軸徑，小齒輪輪轂長度為，見表4-4表可查得當時，鍵截面尺寸為：寬，高。參考轂長選鍵長。則鍵的接觸長度
軸徑
鍵
鍵 槽
d
b×h
寬 度
深 度
半徑
b
偏 差
軸
轂
較松
一般
較緊
軸H9
轂D10
軸N8
轂JS9
軸轂P9
t
偏差
t1
偏差
最大
最小
6~8
2×2
2
+0.025
0
+0.060
+0.020
-0.004
-0.029
±0.0125
-0.006
-0.031
1.2
+0.1
0
1
+0.1
0
0.08
0.16
＞8~10
3×3
3
1.8
1.4
＞10~12
4×4
4
+0.030
0
+0.078
+0.030
0
-0.030
±0.015
-0.012
-0.042
2.5
1.8
＞12~17
5×5
5
3.0
2.3
0.16
0.25
＞17~22
6×6
6
3.5
2.8
4.4.2 鍵聯(lián)接強度驗算
對于平鍵聯(lián)接，如果忽略摩擦，則當聯(lián)接傳遞轉矩時鍵軸一體的受力時，可能的實效有：較