滾齒機(jī)刀架及其工作臺部件設(shè)計

1、 南 京 工 程 學(xué) 院畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)作 者： 張曉文 學(xué) 號： 240070146 院(系)部： 機(jī) 械 工 程 學(xué) 院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化（機(jī)械設(shè)計） 題 目： 滾齒機(jī)刀架及其工作臺部件設(shè)計 指導(dǎo)者： 李鋼 講師 評閱者： 2010 年 6 月 南 京畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）中文摘要滾齒機(jī)是用來加工各種齒輪的機(jī)器，工作臺和刀架是它必不可少的部件。以500mm最大加工直徑為基本參數(shù)，對滾齒機(jī)刀架和工作臺部件進(jìn)行設(shè)計，擬定總體方案，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，對主要的零件進(jìn)行設(shè)計計算和強(qiáng)度校核。使設(shè)計的刀架和工作臺可用于齒輪加工，最后用cad軟件生成圖紙。關(guān)鍵詞：滾齒機(jī)，刀架，工作臺，齒

2、輪，蝸桿，cad畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）外文摘要title hobbing tool holder and part design workbench abstracthobbing machines is used to process a variety of gears, table and tool holder is its essential parts.500mm maximum machining diameter of the basic parameters, hobbing tool holder and bench components to design, develo

3、p the overall program, structural design, the main parts of the design calculation and strength check. make the design of the turret and the table can be used for gear cutting, and finally with cad software to generate drawingskeywords: hobbing machine, knife, table, gear, worm, cad automatic tool c

4、hanger. 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）目 錄前 言1第一章 概述21.1立式加工中心簡介21.2加工中心的國內(nèi)外發(fā)展21.3加工中心的原理31.4課題的目的及內(nèi)容31.5主軸部件的研究進(jìn)展4第二章 主軸箱總體方案擬定52.1加工中心主軸組件的組成52.2主軸箱機(jī)械系統(tǒng)總體方案的確定52.2.1主軸傳動機(jī)構(gòu)方案擬定52.2.2主軸準(zhǔn)停機(jī)構(gòu)方案擬定62.2.3刀具自動夾緊機(jī)構(gòu)方案擬定72.2.4切削清除機(jī)構(gòu)方案擬定92.3伺服驅(qū)動系統(tǒng)方案的確定92.4加工中心主軸組件總體設(shè)計方案的確定10第三章 主軸組件的關(guān)鍵部件設(shè)計123.1主軸電動機(jī)的選用123.1.1主電機(jī)功率估算123.1.2

5、主電機(jī)選型133.2主軸133.2.1主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計133.2.2主軸受力分析163.2.3主軸的強(qiáng)度校核213.2.4主軸的剛度校核223.3主軸組件的支承223.3.1主軸軸承的類型223.3.2主軸軸承的配置233.3.3主軸軸承的預(yù)緊243.3.4主軸支承方案的確定263.3.5軸承的配合273.3.6主軸軸承設(shè)計計算273.4普通v帶的設(shè)計計算293.5主軸組件的潤滑與密封303.5.1潤滑與密封的簡介303.5.2本課題的潤滑與密封方案的確定313.6鍵的設(shè)計計算313.6.1主軸上的鍵313.6.2主電機(jī)上的鍵323.7液壓缸的設(shè)計計算33第四章 自動換刀裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計354.1

6、刀庫的設(shè)計354.1.1刀庫的種類及簡介354.1.2確定刀庫容量及形式354.1.3刀庫結(jié)構(gòu)設(shè)計364.1.4刀庫轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)的傳動方案374.1.5確定刀具的選擇方式374.2 換刀機(jī)械手及其驅(qū)動裝置的設(shè)計384.2.1機(jī)械手的種類384.2.2手爪的選擇404.2.3刀具的夾持414.2.4換刀機(jī)械手抓刀部分的結(jié)構(gòu)424.2.5機(jī)械手的驅(qū)動裝置42第五章 結(jié)論45第六章 小結(jié)46參考文獻(xiàn)47致謝48第一章 緒 論1.1課題的來源、研究的意義及現(xiàn)狀分析1.1.1 課題的來源本課題來源于生產(chǎn)實(shí)際。齒輪是工業(yè)生產(chǎn)中的重要基礎(chǔ)零件，其加工水平和能力反映了一個國家的工業(yè)水平。隨著社會生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的

7、發(fā)展，企業(yè)對齒輪的質(zhì)量要求越來越高。對產(chǎn)品的更新速度要求越來越快。為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量，提高生產(chǎn)率和降低成本，要求齒輪加工機(jī)床不僅具有較好的通用性和靈活性，而且加工過程要盡可自動化。y3150e型滾齒機(jī)采用純機(jī)械的傳動鏈，傳動精度低、調(diào)整復(fù)雜，無法滿足大批量、多品種、高精度齒輪的加工要求，且機(jī)床電氣故障比較突出，有些機(jī)床甚至無法使用，如淘汰了重新購置則投資太大。由于潤滑充分，該機(jī)床的導(dǎo)軌、絲杠、絲母，滑臺及工作臺的蝸輪蝸桿等磨損不大，機(jī)床機(jī)械精度保持較好，具備進(jìn)行改造的基本條件，且改造投資少、見效快，因此對普通滾齒機(jī)進(jìn)行數(shù)控改造是經(jīng)濟(jì)可行的。據(jù)統(tǒng)計，現(xiàn)在全國大約有五萬臺已陳舊滾齒機(jī)，加工不出gb

8、10095-88標(biāo)準(zhǔn)的7級齒輪 。對舊滾齒機(jī)進(jìn)行數(shù)控改造，一方面能充分利用企業(yè)自身資源，為企業(yè)節(jié)約資本，另一方面也能有效提高齒輪的生產(chǎn)水平，滿足要求。非常適合我們國家企業(yè)的實(shí)際情況。滾齒是應(yīng)用最廣的切齒方法，滾齒機(jī)是應(yīng)用最普遍的一種齒輪加工設(shè)備，在此情況下，本課題應(yīng)運(yùn)而生。1.1.2 課題的研究意義齒輪作為一種重要的傳動零件，其作用主要有兩個，一個是傳遞運(yùn)動，另一個是傳遞動力，它廣泛用于各類機(jī)器、儀表中。中國齒輪專業(yè)協(xié)會副會長王聲堂這樣來評價齒輪的重要性：“中國國徽上有一個齒輪和一根麥穗，分別象征工業(yè)與農(nóng)業(yè)。齒輪是工業(yè)的象征，這就充分說明了齒輪在工業(yè)中的核心地位?！?另外，齒輪加工在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)

9、展中也占有重要位置，據(jù)統(tǒng)計：“十一五”期間，中國齒輪行業(yè)總產(chǎn)值由250億元增長到500億元，平均增長速度接近20%，五年間上升了一倍，排名世界第四，銷售規(guī)模上億元企業(yè)超50家，行業(yè)集中度明顯提高。2006年中國齒輪行業(yè)的年產(chǎn)值是590億。綜上所述，滾齒機(jī)需要數(shù)控改造，能有效的擴(kuò)大加工范圍，提高加工精度，提高機(jī)床的自動化程度以及生產(chǎn)效率，縮短生產(chǎn)和生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，并減輕工人勞動強(qiáng)度，改善勞動條件。1.1.3 課題現(xiàn)狀分析滾齒機(jī)制造技術(shù)的發(fā)展可劃分為機(jī)械式滾齒機(jī)和數(shù)控滾齒機(jī)兩個階段。機(jī)械傳動式滾齒機(jī)，其特征為各主軸采用機(jī)械式的傳動形式，包括差動、分齒、工件軸、滾刀軸和進(jìn)給等。由于傳動鏈固有的理論誤差

10、和安裝間隙，造成速度很慢，精度很低。工作時，滾刀裝在滾刀主軸上，由主電動機(jī)通過齒輪副和蝸輪副驅(qū)動作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；刀架可沿立柱導(dǎo)軋垂直移動，還可繞水平軸線調(diào)整一個角度。工件裝在工件軸上，由分度蝸輪副帶動旋轉(zhuǎn)，與滾刀的運(yùn)動一起構(gòu)成展成運(yùn)動。滾切斜齒輪時，差動機(jī)構(gòu)使工件作相應(yīng)的附加轉(zhuǎn)動。工作臺（或立柱）可沿床身導(dǎo)軌移動，以適應(yīng)不同工件直徑和作徑向進(jìn)給（如圖1-1所示）。圖1-1傳統(tǒng)的機(jī)械傳動式滾齒機(jī)隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)1-3個軸數(shù)控化的滾齒機(jī)，其中的一部分軸采用伺服電機(jī)數(shù)字化控制。直到20世紀(jì)80年代，世界上才出現(xiàn)真正意義上的六軸數(shù)控滾齒機(jī)。在過去的20年中，數(shù)控滾齒機(jī)的發(fā)展可以劃分為四代：第一代數(shù)

11、控滾齒機(jī)的工件軸和滾刀軸等采用傳統(tǒng)的蝸桿蝸輪副傳動，速度依然較低，但精度有所提高。隨著刀具技術(shù)的發(fā)展，切削線速度有了很大的提高，原來的滾齒機(jī)已不能滿足刀具的高速切削要求，于是更快的第二代數(shù)控滾齒機(jī)誕生。其工件軸和滾刀軸采用齒輪副傳動，速度有很大的提高。格里森鳳凰牌125gh是第二代數(shù)控滾齒機(jī)的代表。第三代數(shù)控滾齒機(jī)于90年代末出現(xiàn)， 它與世界上兩大齒輪裝備巨頭的合并不無干系。差動機(jī)構(gòu)滾齒機(jī)發(fā)明人h.pfaute創(chuàng)辦了pfauter公司，100多年來，pfauter公司不斷探索，使?jié)L齒機(jī)制造技術(shù)始終處于世界領(lǐng)先地位。1997年，世界著名錐齒輪制造商美國格里森公司成功收購德國pfauter公司，通

12、過技術(shù)的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手，第三代數(shù)控滾齒機(jī)gp系列誕生，其以全直驅(qū)技術(shù)的利用為特征，工件軸和滾刀軸的直接驅(qū)動實(shí)現(xiàn)了真正意義的全封閉環(huán)控制。直驅(qū)技術(shù)的使用，保證了高速度；電子齒輪箱和機(jī)械間隙的數(shù)控補(bǔ)償，保證了高精度。這時數(shù)控滾齒機(jī)似乎進(jìn)入頂峰。近10年間，格里森公司有開發(fā)出第四代滾齒機(jī)genesistm 130h（如圖1-2所示），genesistm 130h比普通數(shù)控滾齒機(jī)的性能有了很大提升（見表1-1），這也是當(dāng)今世界上唯一的第四代數(shù)控滾齒機(jī)。機(jī)床采用西門子840d數(shù)控系統(tǒng)，具有7個數(shù)控軸（x軸式徑向軸，y軸是切向軸，z軸式軸向軸，a是刀架旋轉(zhuǎn)軸，b是滾刀主軸，c是工件軸，z2是尾架軸，如圖1-3所

13、示），其中，4個為聯(lián)動軸（x、z、b和c）；采用干切技術(shù)，高速鋼滾刀切削；轉(zhuǎn)速達(dá)955r/min，線速度達(dá)180m/min，完成單件全部（包括上下料）過程僅需19s；精度高于din class7；用于精密加工時可達(dá)到din class5甚至更高，真正達(dá)到高精度、高速度。隨著微處理機(jī)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床已向機(jī)電一體化方向發(fā)展，近年世界各發(fā)達(dá)國家競相發(fā)展數(shù)控技術(shù)，集中了雄厚的資金和大批力展高級機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)高度自動化和柔性化幅度提高勞動生產(chǎn)率，降低產(chǎn)品成本，加速產(chǎn)品更新?lián)Q代，從而適應(yīng)市場激烈競爭的需要。歷經(jīng)幾代進(jìn)化，計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)不僅比原有的數(shù)控系統(tǒng)使用范圍廣、功能全、精度高，而且還有

14、相當(dāng)大的通用性，改善了對機(jī)床操作的控制，并開始向人工智能化發(fā)展。而現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，又促使機(jī)械加工行業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu) 、生產(chǎn)方式、管理體制和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生深刻的變化，也將促使人類勞動方式發(fā)生根本性的變化 。因此，目前世界上各工業(yè)發(fā)達(dá)國家，都把發(fā)展數(shù)控技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)機(jī)械工業(yè)技術(shù)革新的戰(zhàn)略重點(diǎn)，各種加工機(jī)械都朝著數(shù)控化的方向發(fā)展。但齒輪加工機(jī)床的數(shù)控化進(jìn)展卻非常緩慢，一個主要原因是數(shù)控系統(tǒng)本身滿足不了齒輪加工機(jī)床所要求的嚴(yán)格速比關(guān)系?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的新趨勢為加速實(shí)現(xiàn)齒輪加工機(jī)床數(shù)控化提供了可能?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)具有以下新趨勢：(1) 采用交流數(shù)字伺服系統(tǒng) 伺服系統(tǒng)的質(zhì)量，直接關(guān)系到 cnc機(jī)床的加工精

15、度?，F(xiàn)代的數(shù)控系統(tǒng)，采用交流數(shù)字伺服系統(tǒng)。伺服電機(jī)的位置、速度及電流環(huán)路都實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，實(shí)現(xiàn)了幾乎不受機(jī)械負(fù)荷波動影響的高速響應(yīng)伺服系統(tǒng)。并且系統(tǒng)采用的交流伺服電機(jī)沒有電刷，避免了滑動摩擦，運(yùn)轉(zhuǎn)時沒有火花，堅固耐用，幾乎不用維修，可用于惡劣環(huán)境，它的調(diào)速范圍與寬調(diào)速直流伺服系統(tǒng)相近。由于現(xiàn)代控制技術(shù)的不斷提高，系統(tǒng)內(nèi)采用的數(shù)字脈寬調(diào)速裝置可以以極低轉(zhuǎn)速驅(qū)動電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，而這一點(diǎn)正是齒輪加工機(jī)床所追求的 適合于滾齒機(jī)伴隨工件軸向進(jìn)給，要求工件軸疊加一個附加運(yùn)動 (速度較低)的需求。從交流伺服系統(tǒng)的發(fā)展趨勢來看，它的控制精度和可靠性不斷提高，調(diào)節(jié)性能和適應(yīng)性不斷增強(qiáng)，真正實(shí)現(xiàn)了全軟件結(jié)構(gòu)，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)

16、數(shù)控加工的自動化和柔性化提供可能。從市場調(diào)查來看，在日本市場上交流伺服系統(tǒng)和直流伺服系統(tǒng)的所占比例為3：1還強(qiáng)，在1996年在北京 “第四屆中國國際機(jī)床展覽會”上幾乎所有制造數(shù)控機(jī)床的日本廠商都推出了采用交流數(shù)字伺服系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床。又如，美國辛辛那提州的米拉克龍 (milacron)公司生產(chǎn)的代表當(dāng)今世界領(lǐng)先水平的a-2100系統(tǒng)就是采用了科爾摩根公司提供的交流伺服系統(tǒng)。國內(nèi)也在交流伺服系統(tǒng)的研究方面作了大量工作 “八五”期間，國家主要大力扶植交流伺服系統(tǒng)，“九五”又相應(yīng)地制定了有利于交流伺服系統(tǒng)發(fā)展的計劃。由此可見，數(shù)字化和采用交流伺服系統(tǒng)是機(jī)床數(shù)控化的發(fā)展趨勢。所以將數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)引人

17、到滾齒機(jī)的數(shù)控改裝上是對國際領(lǐng)先技術(shù)的跟蹤 也是對進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)滾齒機(jī)的數(shù)控化尋求途徑。(2) 實(shí)現(xiàn)了多軸控制曲線、曲面及特殊型面的加工，刀庫的控制，多刀加工都要求數(shù)控機(jī)床能實(shí)現(xiàn)多軸聯(lián)動控制。而滾齒機(jī)在加工齒輪時需要滾刀回轉(zhuǎn)、工作臺回轉(zhuǎn)、滾刀的垂直進(jìn)給走刀、工作臺進(jìn)給及滾刀沿刀具軸向移位等五個運(yùn)動的協(xié)調(diào)運(yùn)動，相當(dāng)于控制系統(tǒng)對五根軸進(jìn)行同時控制?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)一般可控制軸數(shù)為3-15軸，同時控制軸數(shù)為3-6軸。這樣就為解決滾齒機(jī)以連續(xù)展成法加工齒輪時所需保證的兩個基本要求提供了有效對策，為實(shí)現(xiàn)滾齒機(jī)數(shù)控化提供了另一個有力的保障。(3) cnc的智能化在現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)中，引進(jìn)了適應(yīng)控制技術(shù)。數(shù)控系統(tǒng)能檢測

18、對自己影響的信息。并通過軟件控制自動連續(xù)調(diào)整有關(guān)系統(tǒng)參數(shù)，形成新的優(yōu)化組合，達(dá)到改進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)動狀態(tài)的目的，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的高度自動化。另外，通過改變系統(tǒng)控制參數(shù)以適應(yīng)各種加工的需求，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的柔性化。而要實(shí)現(xiàn)滾齒加工的集成化，這兩點(diǎn)也是它所需求的。(4) 有很強(qiáng)的通訊功能現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng) 還能與其它 cnc系統(tǒng)通信，或者與上級計算機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)fms進(jìn)線的要求。所以除了rs-232接口外，還有rs-422和dnc等多種通信接口。隨著柔性自動化技術(shù)的發(fā)展，齒輪加工機(jī)床也將逐步地由單機(jī)走向柔性線( fms )，進(jìn)而形成自動化工廠 (fa)或者計算機(jī)集成制造系統(tǒng) (cims)。這樣就要求控制系統(tǒng)有較高的通信功能，

19、而現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)具有的較強(qiáng)通信功能，為滾齒機(jī)與上位計算機(jī)通信實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制提供了可能，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)齒輪加工的cims奠定基礎(chǔ)。(5) 不斷的提高可靠性現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的平均無故障工作時間已達(dá)到ntbf=3000-36000h (5個月)。表明現(xiàn)代控制系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性已顯著提高，節(jié)約了系統(tǒng)的故障維修時間，提高了加工效率。綜上所述，現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展為滾齒機(jī)的數(shù)控改造提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持 。在本課題中我所選用的是sinumerik 802d數(shù)控系統(tǒng)，它將所有cnc、plc、hmi 和通訊任務(wù)集成于一身。免維護(hù)的硬件集成了profibus接口用于驅(qū)動和i/o模塊并具有速裝結(jié)構(gòu)的超薄操作面板；可控制最多

20、4個數(shù)字進(jìn)給軸和1個主軸。802d 配備simodrive 611ue 和帶編碼器的1fk7伺服電機(jī)作為進(jìn)給驅(qū)動和1ph7主軸電機(jī)。1.2 設(shè)計部件工作原理該機(jī)床的刀架體主要由三個框形結(jié)構(gòu)組成，具體可以參照cad圖紙的剖視圖，剛性好。滾刀主軸由兩個推力球軸承和內(nèi)錐外圓滑動軸承，支承在前軸承座內(nèi)。當(dāng)軸承磨損后，修磨墊片，經(jīng)過調(diào)整以后就可以恢復(fù)主軸的回轉(zhuǎn)精度。滾刀主軸由裝在花鍵處的大齒輪帶動，兒大齒輪是支承在刀架體上的一對圓錐滾子軸承上，這樣主軸在傳動過程中只受扭矩作用兒不受彎矩作用，即主軸卸荷。主軸右端有一銅套和主軸外圓配合定心，支承主軸在大齒輪中。另外轉(zhuǎn)動方頭手柄可通過齒輪-齒條傳動，使主軸帶

21、動滾刀一起做軸向移動。刀架部件利用主軸前支承、末級齒輪和圓錐齒輪等三處油池進(jìn)行飛濺潤滑。這樣保證刀架板扳轉(zhuǎn)角度后仍能夠得到可靠的潤滑。該機(jī)床的工作臺采用雙圓環(huán)導(dǎo)軌支承和長椎體的定心結(jié)構(gòu)形式。它的軸向負(fù)荷主要由工作臺座的兩個環(huán)形導(dǎo)軌來承受。徑向的負(fù)荷主要由長椎體滑動軸承來承受。當(dāng)機(jī)床導(dǎo)軌磨損后，修磨和調(diào)整墊片即可恢復(fù)精度。工作臺導(dǎo)軌與支承均采用壓力噴射潤滑，壓力大概為3公斤/平方厘米。傳動工作臺的蝸桿副速比1/72，模數(shù)為5.5毫米，有比較高的精度，渦輪直徑和最大加工齒輪直徑之比為0.792。渦輪和工作臺用螺釘與圓錐銷緊固，蝸桿就由兩種滾動軸承支承在托架上，托架裝在工作臺底座側(cè)面，配磨墊片保證蝸

22、桿與渦輪的嚙合間隙。渦輪副也采用了壓力噴油來潤滑，這樣不僅僅能夠充分可靠的潤滑，并且可以散熱，減少機(jī)床因為發(fā)熱引起的變形程度。轉(zhuǎn)動帶動有刻度的方頭手柄，經(jīng)過渦輪副和齒輪副轉(zhuǎn)動螺母，是工作臺得到手動。用油缸可以使工作臺得到快速的移動。第二章 總體方案設(shè)計滾齒加工是用滾齒刀在滾齒機(jī)上加工齒輪的方法。滾齒加工原理是滾齒刀和齒坯模擬一對螺旋齒輪作嚙合運(yùn)動。滾齒刀好比一個齒數(shù)很少（一至二齒）齒很長的齒輪，形似蝸桿，經(jīng)刃磨后形成一排排齒條刀齒。因此，可把滾齒看成是齒條刀對齒坯的加工。滾切齒輪過程可分解為：前一排刀齒切下一薄層材料之后，后一排刀齒切下時，由于旋轉(zhuǎn)的滾刀為螺旋形，所以使刀齒位置向前移動了一小段

23、距離，而齒輪坯則同時轉(zhuǎn)過相應(yīng)角度。后一排刀齒便切下另一薄層材料。正如齒條刀向前移動，齒輪坯作轉(zhuǎn)動。就這樣，齒坯被一刀刀地切出整個齒槽，齒側(cè)的齒形則被包絡(luò)而成。所以，這種方法可用一把滾齒刀加工相同模數(shù)不同齒數(shù)的齒輪。不存在理論齒形誤差。滾切直齒圓柱齒輪時有以下運(yùn)動： （1）主運(yùn)動是滾刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。（2）展成運(yùn)動（又稱分齒運(yùn)動）是保證滾齒刀和被切齒輪的轉(zhuǎn)速必須符合所模擬的一對齒輪的嚙合運(yùn)動關(guān)系。即滾刀轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，工件轉(zhuǎn)k/z轉(zhuǎn)。其中：k是滾刀的頭數(shù)，z為齒輪齒數(shù)。（3）垂直進(jìn)給運(yùn)動 要切出齒輪的全齒寬，滾刀須沿工件軸向作垂直進(jìn)給運(yùn)動。2.1 刀架傳動系統(tǒng)2.1.1 刀架主運(yùn)動刀架的主運(yùn)動即為滾刀的旋轉(zhuǎn)

24、運(yùn)動，其切削速度由變速齒輪的傳動比決定。主電動機(jī)的運(yùn)動通過帶輪傳給減速器，從減速器輸出的運(yùn)動再經(jīng)過錐齒輪，傳到花鍵軸上，然后由花鍵軸上的滑動錐齒輪把運(yùn)動傳到刀架上。2.1.2 刀架移動刀座的移動則是通過齒輪系傳動的。2.2 工作臺傳動系統(tǒng)2.2.1 工作臺的主運(yùn)動工作臺的主運(yùn)動即是工作臺的旋轉(zhuǎn)，即帶動工件旋轉(zhuǎn)。利用渦輪蝸桿傳動副，并采用墊片徑向調(diào)隙結(jié)構(gòu)。通過主電動機(jī)經(jīng)過變速齒輪帶動渦輪蝸桿的旋轉(zhuǎn)。蝸輪蝸桿副圖2-3 工作臺轉(zhuǎn)動的傳動示意圖2.2.2 工作臺的進(jìn)給圖2-4 500mm滾齒機(jī)傳動原理圖工作臺的進(jìn)給主要分為快進(jìn)和手工慢進(jìn)。快進(jìn)是由液壓缸產(chǎn)生動力進(jìn)行快速的調(diào)整，而手工慢進(jìn)則是用來對刀。

25、它采用的螺紋傳動。整個機(jī)床的傳動原理圖：滾齒機(jī)的傳動系統(tǒng)有五條傳動鏈：主運(yùn)動傳動鏈、范成運(yùn)動傳動鏈、軸向進(jìn)給傳動鏈、附加運(yùn)動傳動鏈、快速空行程傳動鏈。這些傳動使?jié)L齒機(jī)只具有滾切圓柱齒輪、渦輪的加工能力、其工作范圍不僅較窄，而且機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，切傳動鏈上的工作元件多。這些傳動鏈不僅傳動元件多，積累誤差大，而且誤差還交替?zhèn)鬟f、尤其是范成運(yùn)動鏈和附加運(yùn)動鏈有一部分重復(fù)使用，這樣就已形成誤差的交替?zhèn)鬟f，從而將附加運(yùn)動的傳動誤差，傳入到要求分度運(yùn)動準(zhǔn)確性很高的范成運(yùn)動上。第三章 刀架結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1 主軸最高轉(zhuǎn)速的確定根據(jù)滾齒原理，滾刀主軸轉(zhuǎn)速可按下式計算：n=式中，n=滾動轉(zhuǎn)速（r/min）v=切削速度（

26、m/min）d=滾刀的外徑(mm)所以主軸最高轉(zhuǎn)速n為n=根據(jù)前述分析，且結(jié)合目前齒輪滾刀濕式加工的最高切削速度范圍80120m/min，取v=120m/min。關(guān)于d的選取，根據(jù)國標(biāo)6083-85標(biāo)準(zhǔn)齒輪滾刀的基本形式和尺寸，并且結(jié)合實(shí)際的加工考慮。取d=70mm。將d=70mm，v=120m/min代入式中n=547.6r/min取滾刀主軸最高轉(zhuǎn)速n=500r/min為安全值。影響滾齒機(jī)切削力的因素是多種多樣的，主要有如下一些因素：(1) 齒輪每轉(zhuǎn)一周的進(jìn)給量mm/r(2) 被加工齒輪模數(shù) m(3) 被加工齒輪材料(4) 滾刀頭數(shù)g(5) 滾刀切削速度m/min(6) 齒輪螺旋角度(7)

27、被切齒輪的齒數(shù)z(8) 刀刃磨損(9) 冷卻潤滑加工斜齒輪時，如果滾刀頭數(shù)g 1，而被切齒數(shù)又很多，則滾刀就有較多的刀齒參加切削，因而切削力必然增大，除了作用在工作軸向的切削力外，徑向力顯然也增大，切削力的增大和滾刀頭數(shù)的增加近似的假定為直線關(guān)系，而被切齒輪齒數(shù)的影響用z0.43表示。下面，我們以鋼為材料來進(jìn)行切削力和動力功率的計算，設(shè)強(qiáng)度為60mp ，模數(shù)為滾齒機(jī)的最大加工模數(shù)，齒數(shù)為63，螺旋角為45度，選用切削規(guī)范：進(jìn)給 =0.4mm/r （滾齒機(jī)刀架的軸向進(jìn)給量是0.44.0mm/工件每轉(zhuǎn)），切削速度 =20m/min ,查文獻(xiàn)【1】 p114可得，平均切削力（平均圓周力）：=64 (

28、kgf) (3.1)其中：=1滾刀頭數(shù) =1.72螺旋角影響系數(shù)=1.1切削速度影響修正系數(shù)所以：=6411.721.1=390.9 kgf切削功率： (3.2)電機(jī)功率： (3.3)其中=0.5，表示效率，3.2 電動機(jī)的選擇(1) 滾齒機(jī)主運(yùn)動電動機(jī)的功率p：根據(jù)機(jī)床設(shè)計理論，有p=p+p+p式中：p-消耗于切削的功率，又稱有效功率（kw）p-空載功率（kw）p-載荷附加功率，指隨載荷而增加的機(jī)械摩擦磨損功率（kw）機(jī)床主運(yùn)動空轉(zhuǎn)時，由于傳動件的摩擦，空氣阻力等原因，電動機(jī)要消耗一部分功率，其值隨著傳動件轉(zhuǎn)速增大兒增大，與傳動預(yù)緊程度及裝配質(zhì)量有關(guān)，中型機(jī)床主傳動空載功率可按下列實(shí)驗公式計

29、算。p=c=c式中：d-主運(yùn)動系統(tǒng)中除主軸外所有傳動軸軸頸的平均直徑（cm）-除主軸外各軸的轉(zhuǎn)速和（r/min）n-主軸轉(zhuǎn)速（r/min）k-潤滑修正系數(shù)，k=3050，潤滑情況好時取小值d-主軸前后軸頸的平均值c1-主軸承系數(shù)機(jī)床切削時，由于傳動件的正壓力加大，則摩擦損失將增加，因而p隨p的變化而變化。 p=-p式中，=，為主傳動系統(tǒng)中各傳動副的機(jī)械效率p=（kw）式中，f-最大切削力（n）v-切削速度（m/min）f另外，滾刀最大例句的計算公式：m=9.1m最大切削力f=2:取得最大靜載力f=2/3 f比較之前幾個公式可以知道，能較完整的包括了影響切削滾切里的所有因素。最后，取電機(jī)功率為3

30、.7kw滾齒機(jī)的主切削力就是切削合力在切削方向上的投影，切削功率就是主切削力與切削速度的乘積。由于滾齒機(jī)的受力相當(dāng)復(fù)雜，到目前還沒有公式來精確地計算滾刀的各種力，同時考慮到它的力受多種因素影響，在本文中，把在各種假設(shè)條件下得到的滾齒機(jī)主切削力乘上一個系數(shù)2作為滾齒機(jī)滾刀所受的垂直方向的力，其他的力都用主切削力來近似代替。所以，滾刀所受的垂直方向的力是，其它的力如作用力（切削合力在工作平面內(nèi)的投影）、進(jìn)給抗力等都是390.9 kgf。(2) 選擇電動機(jī)的容量從前面的計算中我們知道主電機(jī)的功率為；因為滾刀所受的圓周力為，由機(jī)床的技術(shù)資料可知：滾刀的最大直徑為，所以所需的扭矩為 nmm，運(yùn)動從電機(jī)輸

31、出到傳給滾刀架經(jīng)過了傳動比為2的齒輪減速和傳動比為15的蝸桿蝸輪減速，所以電機(jī)所需的扭矩為nmm，因為這只是一個粗略的計算，所以選取16 nm的電機(jī)；因為加工工件的最大尺寸是由機(jī)床的結(jié)構(gòu)等決定的，其中，所以工作臺轉(zhuǎn)動時所需要的扭矩為nmm，蝸輪蝸桿的傳動比為72，所以電機(jī)所需扭矩為nmm，所以在西門子電機(jī)里選取16nm的電機(jī)是完全足夠的。同時輔助進(jìn)給所需的扭矩更小，但為了安全起見，仍用16nm的電機(jī)。3.3 錐齒輪的設(shè)計計算和強(qiáng)度校核3.3.1 初步計算此處所設(shè)計的錐齒輪是主傳動系統(tǒng)中的錐齒輪，主電機(jī)功率為3.7kw，經(jīng)過帶輪、減速器、到錐齒輪時的最高轉(zhuǎn)速為160r/min，查文獻(xiàn)【5】可知，

32、帶輪的傳動效率一般為0.95，齒輪的傳動效率一般為0.99，因為減速器是兩級減速，所以傳到錐齒輪的功率為：p=3.70.950.990.99=3.445 kw可得出錐齒輪所受的最大扭矩為： (3.13)齒面粗糙度為=3.2，主從動輪均采用20cr經(jīng)滲碳、淬火，5863hrc。大端分度圓直徑de1 (3.14)其中：k載荷系數(shù)，查文獻(xiàn)【6】p35-171可知：k=1.5齒數(shù)比 =1.5查文獻(xiàn)【6】圖35.2-16可得：試驗齒輪的接觸疲勞極限=1500n/，取安全系數(shù)=1.1，則可得齒輪的許用接觸應(yīng)力：= (3.15)= = =1363.64n/估算結(jié)果： 3.3.2 幾何計算查文獻(xiàn)【6】表35.

33、4-3，可得：取=22， =1.522=33分錐角:= (3.16)=大端模數(shù)： = (3.17) = = =4.68mm, 查文獻(xiàn)【6】表35.4-3，取=5mm大端分度圓直徑：= (3.18)=225=110mm=445=220mm齒寬系數(shù)，查文獻(xiàn)【6】表35.4- 4可得： =0.3平均分度圓直徑：=（1-0.5） (3.19)=（1-0.5）=110（1-0.50.3）=93.5mm=（1-0.5）=220（1-0.50.3）=187mm平均模數(shù)：=（1-0.5） (3.20)=（1-0.5）=5（1-0.50.3）=4.25mm外錐距：= (3.21)=99.153mm齒寬：b= (

34、3.22)b=0.399.153=29.746mm大端齒頂高：=（1+） (3.23)=（1+）=（1+0）5=5mm ,其中=0是變位系數(shù)。=（1+）=（1+0）5=5 mm，其中=0是變位系數(shù)。大端齒根高： =（1+-） (3.24) =（1+-）=（1+0.2-0）5=6mm =（1+-）=（1+0.2-0）5=6mm齒頂角：，齒根角： (3.25) 頂錐角： (3.26)根錐角： (3.27) 大端齒頂圓直徑： (3.28)安裝距：a1=52mm，a2=60mm冠頂距： (3.29)大端分度圓齒厚： (3.30) (3.31)大端分度圓弦齒高： (3.32)當(dāng)量齒數(shù)： (3.33)端面

35、重合度： (3.34)其中： (3.35)所以：3.3.3 接觸強(qiáng)度校核 (3.36)ft分度圓切向力，查文獻(xiàn)【6】表35.4-21可得： (3.37)ka使用系數(shù)，查文獻(xiàn)【6】表35.4-4可得：ka=1.5kv動載荷系數(shù) (3.38)查文獻(xiàn)【6】表35.4-23可得：=10.11 ，=0.019vmt中點(diǎn)圓周速度 (3.39)所以：載荷分布系數(shù)，=1.51.5=2.25查文獻(xiàn)【5】表14-3-34可得：=1.5載荷分配系數(shù)，查文獻(xiàn)【6】表35.4-25可得：=1節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)，=2.5彈性系數(shù)，查文獻(xiàn)【6】表35.4-29可得：=189.8n/重合度螺旋角系數(shù)，錐齒輪系數(shù)，=1所以：齒輪許用

36、接觸應(yīng)力= (3.40)試驗齒輪接觸疲勞極限，查文獻(xiàn)【6】圖35.2-16d，=1500n/壽命系數(shù)，取=1潤滑油膜影響系數(shù)，取=0.985最小安全系數(shù)，取=1工作硬化系數(shù)，取=1則許用接觸應(yīng)力值為結(jié)論：，符合條件3.3.4 彎曲強(qiáng)度校核 (3.41)其中：符合齒形系數(shù)，=4.79，=4.6重合度和螺旋角系數(shù)：=0.68，=，=許用彎曲應(yīng)力： (3.42)齒根基本強(qiáng)度，=1000壽命系數(shù)，=1相對齒根圓角敏感系數(shù)，=1相對齒根表面狀況系數(shù)，=1尺寸系數(shù)，=1最小安全系數(shù)，=1.4所以：結(jié)論：，45 hrc，查文獻(xiàn)【10】表11-7可得，蝸輪的基本許用應(yīng)力=135 應(yīng)力循環(huán)系數(shù) (3.45)壽命

37、系數(shù) 則(6) 計算中心距查文獻(xiàn)【10】表11-2可得：取中心距=200 ，因=15，故取模數(shù)m=4，蝸桿分度圓直徑，這時，查文獻(xiàn)【10】圖11-18，可得：，因為，因此以上結(jié)果可用。4.1.2 渦輪渦桿的主要參數(shù)計算(1) 蝸桿軸向齒距：直徑系數(shù)：=10齒頂圓直徑： (3.46)；分度圓導(dǎo)程角：= 蝸桿軸向齒厚： (3.47) (2) 蝸輪蝸輪齒數(shù)=31，變位系數(shù)= ；驗算傳動比，這時，傳動比誤差為，是允許的。蝸輪分度圓直徑： (3.48) (3.49)蝸輪喉圓直徑: (3.50) (3.51)蝸輪齒根圓直徑: (3.52)蝸輪咽喉圓直徑: (3.53)校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 (3.54)當(dāng)量

38、齒數(shù)： 根據(jù)= ，=31.2，查文獻(xiàn)【10】從圖11-19中可查得齒形系數(shù)螺旋角系數(shù)許用彎曲應(yīng)力查文獻(xiàn)【10】表11-8可得：由鑄錫鋅鉛青銅zcusn5pb5zn5制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力= 壽命系數(shù) 所以滿足要求4.1.3 驗算效率 (3.55)已知= ；與相對滑動系數(shù)有關(guān)。 (3.56)查文獻(xiàn)【10】，從表11-18中用插值法查的，；帶入式中，得=0.84，大于原估計值，因此不用重算。第五章 導(dǎo)軌的設(shè)計5.1 導(dǎo)軌的選擇導(dǎo)軌的作用是使運(yùn)動部件能沿一定的軌跡運(yùn)動（導(dǎo)向），并承受運(yùn)動部件及工件的重量和切削力。導(dǎo)軌應(yīng)滿足如下要求：精度高；壽命長；剛度及承載能力大；摩擦阻力小，運(yùn)動平穩(wěn)；結(jié)構(gòu)簡

39、單，便于加工、裝配、調(diào)整、維修；成本低。下面，我們就以以上要求為準(zhǔn)則，來選擇導(dǎo)軌的形式。導(dǎo)軌分滑動導(dǎo)軌，靜壓導(dǎo)軌，滾動導(dǎo)軌?；瑒訉?dǎo)軌靜摩擦系數(shù)相差較大，面接觸，剛度高，經(jīng)磨削和刮削，可達(dá)到高精度，低速時易爬行，減震性好，結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，維護(hù)簡便，成本低，廣泛用于普通精度機(jī)床經(jīng)給運(yùn)動的導(dǎo)軌。靜壓導(dǎo)軌又分為液體靜壓導(dǎo)軌和氣體靜壓導(dǎo)軌。剛性較高，但不及滑動導(dǎo)軌，油膜剛度不隨速度變化，運(yùn)動平穩(wěn)，低速無爬行，吸震性好，能長期保持制造精度，但制造復(fù)雜，需要一套可靠的油壓和氣壓系統(tǒng)，調(diào)試麻煩，主要應(yīng)用與大重型機(jī)床，精密機(jī)床等。滾動導(dǎo)軌對導(dǎo)軌面、滾動體精度要求均高，剛體接觸，高速無油膜浮升現(xiàn)象，低速無爬行

40、，預(yù)加載荷過大和制造低劣時會出現(xiàn)爬行，有預(yù)加載荷的滾動導(dǎo)軌垂直與運(yùn)動方向的吸震性近似于滑動導(dǎo)軌，沿運(yùn)動方向吸震性差，防護(hù)良好時壽命長，制造復(fù)雜，導(dǎo)軌尺寸越大成本越高，使用維護(hù)方便，一般對潤滑要求不高，用于坐標(biāo)鏜床工作臺，磨床砂輪架等。綜上所述，在此，刀架在運(yùn)動時速度不高，受力不大，主要考慮到經(jīng)濟(jì)性的要求，選擇滑動導(dǎo)軌。刀架所做的運(yùn)動是垂直直線運(yùn)動，所以除要求限制運(yùn)動部件的轉(zhuǎn)動和橫向移動，還要固定刀架?？紤]到刀架的尺寸較大，還要受力均勻，所以選擇雙導(dǎo)軌，雙導(dǎo)軌有很多形式，比如：矩形導(dǎo)軌，雙三角形導(dǎo)軌，矩形和三角形導(dǎo)軌，矩形和燕尾槽導(dǎo)軌，燕尾槽導(dǎo)軌等。其中矩形導(dǎo)軌承載能力大，制造簡單，側(cè)導(dǎo)向面用鑲

41、條調(diào)整間隙，接觸剛度低，而且必須留有間隙，降低了導(dǎo)向精度。而滾齒機(jī)刀架的垂直經(jīng)給運(yùn)動是要求有很高的精度的。因此不滿足要求。矩形三角形導(dǎo)軌不需要鑲條調(diào)整間隙，導(dǎo)向精度好，加工裝配比較方便，但兩條導(dǎo)軌磨損不同，對位置精度有影響。因此也不夠好。而燕尾槽導(dǎo)軌一般是用在有較大的顛覆力矩的情況下的，它的加工測量麻煩，都不太好?？偨Y(jié)以上各個方圖4-1 垂直進(jìn)給系統(tǒng)導(dǎo)軌設(shè)計圖面，選擇雙三角形導(dǎo)軌（見圖4-1），它接觸剛度好，導(dǎo)向無間隙，導(dǎo)向精度高，磨損后響度位置變化小，對機(jī)床精度影響小。工作臺徑向進(jìn)給的導(dǎo)軌則采用三角形-矩形導(dǎo)軌（見圖4-2）。4-2徑向進(jìn)給系統(tǒng)導(dǎo)軌第六章 結(jié)論和展望該機(jī)床的刀架體主要由三個框

42、形結(jié)構(gòu)組成，具體可以參照cad圖紙的剖視圖，剛性好。滾刀主軸由兩個推力球軸承和內(nèi)錐外圓滑動軸承，支承在前軸承座內(nèi)。當(dāng)軸承磨損后，修磨墊片，經(jīng)過調(diào)整以后就可以恢復(fù)主軸的回轉(zhuǎn)精度。滾刀主軸由裝在花鍵處的大齒輪帶動，兒大齒輪是支承在刀架體上的一對圓錐滾子軸承上，這樣主軸在傳動過程中只受扭矩作用兒不受彎矩作用，即主軸卸荷。主軸右端有一銅套和主軸外圓配合定心，支承主軸在大齒輪中。另外轉(zhuǎn)動方頭手柄可通過齒輪-齒條傳動，使主軸帶動滾刀一起做軸向移動。刀架部件利用主軸前支承、末級齒輪和圓錐齒輪等三處油池進(jìn)行飛濺潤滑。這樣保證刀架板扳轉(zhuǎn)角度后仍能夠得到可靠的潤滑。該機(jī)床的工作臺采用雙圓環(huán)導(dǎo)軌支承和長椎體的定心結(jié)

43、構(gòu)形式。它的軸向負(fù)荷主要由工作臺座的兩個環(huán)形導(dǎo)軌來承受。徑向的負(fù)荷主要由長椎體滑動軸承來承受。當(dāng)機(jī)床導(dǎo)軌磨損后，修磨和調(diào)整墊片即可恢復(fù)精度。工作臺導(dǎo)軌與支承均采用壓力噴射潤滑，壓力大概為3公斤/平方厘米。傳動工作臺的蝸桿副速比1/72，模數(shù)為5.5毫米，有比較高的精度，渦輪直徑和最大加工齒輪直徑之比為0.792。渦輪和工作臺用螺釘與圓錐銷緊固，蝸桿就由兩種滾動軸承支承在托架上，托架裝在工作臺底座側(cè)面，配磨墊片保證蝸桿與渦輪的嚙合間隙。渦輪副也采用了壓力噴油來潤滑，這樣不僅僅能夠充分可靠的潤滑，并且可以散熱，減少機(jī)床因為發(fā)熱引起的變形程度。轉(zhuǎn)動帶動有刻度的方頭手柄，經(jīng)過渦輪副和齒輪副轉(zhuǎn)動螺母，是工作臺得到手動。用油缸可以使工作臺得到快速的移動。在科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和市場需求的引導(dǎo)下，未來，機(jī)床還會朝以下幾個方向繼續(xù)發(fā)展。首先，新型刀具材料的出現(xiàn)，如陶瓷、金屬陶瓷、氮化硅陶瓷、pcbn、pcd等刀具材料，為高速切削提供了廣闊的空間，為提高切削效率也提供了基礎(chǔ)，朝著更高的速度發(fā)展。其次，用于高精密機(jī)床的材料和技術(shù)在滾齒機(jī)上的應(yīng)用，滾齒技術(shù)將朝著更精密的方向發(fā)展。再次，數(shù)控進(jìn)一步智能化，內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如：加工過程的自適應(yīng)控制、工藝參數(shù)自動生成；為提高驅(qū)動性能及使用連接方便的智能化，如：前饋控制