基于數(shù)控車床的平面二次包絡(luò)蝸桿專用磨頭設(shè)計

1、加09年第43卷“基于數(shù)控車床的平面二次包絡(luò)蝸桿專用磨頭設(shè)計 57代曉會,陳守強(qiáng),楊傳貴西華大學(xué)摘要:介紹了一種基于數(shù)控車床的平面二次包絡(luò)蝸桿專用磨床的磨頭設(shè)計。根據(jù)平面二次包絡(luò)蝸桿的磨削原 理及參數(shù)調(diào)整要求,在對專用磨頭進(jìn)行詳細(xì)功能分析的基礎(chǔ)上完成了結(jié)構(gòu)設(shè)計,并對專用磨頭的具體結(jié)構(gòu)設(shè)計及 調(diào)整方法做了詳細(xì)說明。保證了在數(shù)控車床上實現(xiàn)平面二次包絡(luò)蝸桿的磨削,取得了較好的效果。關(guān)鍵詞:平面二次包絡(luò)蝸桿;結(jié)構(gòu)設(shè)計;專用磨頭中圖分類號:7I磷19.1;1睨 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:ABa疵伽NC La掄Desi驢Special G訂nding H唿d蚰na鵬-qU哦h缸-蛐velopA圳ar Wb珊D撕Xiao

2、hui,Cheng shouqiaIlg,Yang Chu肌guiAIlst眥t:paper iInrocluces a酬of面IldiIlg lllachi鵬,wllich蜮c the NC bthe,desi印a special加Ildillg h朗d 岫gI刪蛔融env e:Iop盯吼】lar w咖.Acc叫dillg to山e萌nding衄iple aIld adjust re甲IireIlle眥0f pl冊繆刪|棚c-哪el叩an-Iml肛舢,and ba畫c tIle fuIlcaIlalys0f孕indillg蒯6Ilish the smlctu豫desi疹.Dcplaill d

3、etaily about the畫礎(chǔ)119headsmlcture desi驢and adjust metho珂.IIlsum to finish pl鋤e_目衄掘c-er咖孤ml盯w唧刪ngNC lat:Ile and obtaill a p哦槲ly抵t.1(卵砌nds:燦qu枷c.即velop硼rlu】虹腳陀l叩ing wo冊;structure des酒;special出r逋119鼢d1引言平面二次包絡(luò)蝸桿傳動與圓柱蝸桿傳動相比, 具有以下優(yōu)點:傳動時接觸齒數(shù)多,潤滑條件好,齒 面接觸應(yīng)力小,傳動承載能力大,傳動效率高,是目 前大功率傳動推廣應(yīng)用的新型蝸桿傳動。目前國內(nèi) 對于平面二次包絡(luò)

4、蝸桿磨削加工多數(shù)停留在對滾齒 機(jī)、車床、螺紋磨床等設(shè)備上增加一些磨削附件來實 現(xiàn)蝸桿的磨削,這些方式使蝸桿的加工范圍受到很 大限制,調(diào)整磨削參數(shù)困難、費時、調(diào)整精度低,而且 加工精度不高,生產(chǎn)效率低等,不能滿足市場需求。 國外雖有可以磨削平面二次包絡(luò)蝸桿的設(shè)備,但價 格昂貴,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,很難在國內(nèi)大批量生產(chǎn)使用,因 此根據(jù)實際需要提出了在數(shù)控車床上改造平面二次 包絡(luò)蝸桿專用磨床的研究。2磨頭磨削原理及磨頭功能分析平面二次包絡(luò)蝸桿的磨削是采用平面包絡(luò)法進(jìn) 行蝸桿齒面磨削的,實際上就是用砂輪平面分別磨 出蝸桿齒的兩個側(cè)面。磨削蝸桿齒面的砂輪平面是 形成蝸桿齒面的母平面,即其母平面也就是磨削的 砂輪平

5、面。在磨削過程中母平面必須與蝸桿的主基 圓錐相切,如圖l所示?；鶊A錐的錐角為盧(即蝸桿收稿日期:2009年2月的螺旋角,砂輪平面應(yīng)是一個精確平面,這個平面 代表相配的一個齒面,加工前應(yīng)根據(jù)蝸輪蝸桿副的 嚙合要求調(diào)整砂輪加工面與主基圓相切。同時保證 磨削平面回轉(zhuǎn)中心位于蝸桿喉頸圓弧中心線上,同 時還要保證磨削平面回轉(zhuǎn)中心與蝸桿中心的距離n 等于蝸輪蝸桿嚙合副的中心距。在保證了這些要求 后,為使砂輪正確磨削蝸桿,還需考慮砂輪的上下調(diào) 整,保證砂輪中心通過蝸桿軸線,砂輪的前后左右調(diào) 整,保證磨削起始位置及磨削進(jìn)給要求。確保砂輪 工作面形成一個基圓錐,如圖1所示。只有當(dāng)磨頭 在設(shè)計中達(dá)到上述要求后,才

6、能磨削出滿足要求的 平面二次包絡(luò)蝸桿。3專用磨頭的功能分析及結(jié)構(gòu)組成根據(jù)磨削原理在數(shù)控車床上用四周四聯(lián)動加工 原理實現(xiàn)平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿的磨削,必須設(shè) 計專用磨頭來滿足特殊磨削要求。根據(jù)分析專用磨 頭必須具有以下功能:(1砂輪平面與基圓相切的調(diào)整功能;(2砂輪螺旋角p的調(diào)整功能;(3砂輪磨損后,砂輪平面與基圓相切的調(diào)整修 正功能;(4砂輪中心高調(diào)整功能;(5砂輪中心位置調(diào)整功能;(6砂輪主軸高速磨削功能; 萬 方數(shù)據(jù)58圖1砂輪加工面形成基圓錐圖3磨頭總體結(jié)構(gòu)針對以上功能要求,在數(shù)控車床上通過結(jié)構(gòu)設(shè) 計來實現(xiàn)蝸桿磨削專用磨頭的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計,如圖 3所示。結(jié)構(gòu)方案設(shè)計專用磨頭主要由修正器、磨

7、頭上下調(diào)整滑臺、磨頭主軸回轉(zhuǎn)臺、電機(jī)座、電機(jī)、磨 頭座、三角帶、橫向調(diào)整滑臺、橫向絲桿、縱向調(diào)整滑 臺、縱向滑座、縱向絲桿、磨頭主軸座等組成。調(diào)整 鎖緊裝置,使整個磨頭安裝在精度高的回轉(zhuǎn)工作臺 t。4專用磨頭功能結(jié)構(gòu)設(shè)計及調(diào)整方法 4.1砂輪平面與基圓相切的設(shè)計及調(diào)整方法 如圖4所示,為使砂輪架的回轉(zhuǎn)中心D,在蝸桿 喉頸線上,當(dāng)蝸桿被裝夾后,先調(diào)整直線DDl與蝸 桿喉頸線重合,為了滿足磨削時砂輪平面與基圓相 切,在磨頭座下設(shè)計橫向調(diào)整滑臺,通過轉(zhuǎn)動橫向絲 桿可調(diào)整砂輪平面與基圓相切。圈工具技術(shù)圖4點Dl在蝸桿喉頸線上時的情況4.2砂輪螺旋角盧的調(diào)整桿.o lL廠【 圖5磨頭的原點位置首先用千分

8、表打出磨頭主軸的水平位置即00D。位置,如圖5所示。在磨頭座上有兩個主軸回 轉(zhuǎn)鎖緊螺釘(見圖6,擰松兩個主軸回轉(zhuǎn)鎖緊螺釘, 傳動磨頭升降滑座。即可使磨頭主軸偏轉(zhuǎn)一個角 度,通過刻在磨頭上的刻度,就可調(diào)整磨頭升降滑座 旋轉(zhuǎn)的角度,但這個刻度盤只能大致調(diào)整出所要求 的蝸桿螺旋角p值,一般這個螺旋角度值要求精確 到幾分或幾秒,但這樣的精度很難通過手動方式確 定。轉(zhuǎn)釘圖6螺旋角調(diào)整結(jié)構(gòu)為了精確地調(diào)整出蝸桿的螺旋角,在結(jié)構(gòu)設(shè)計 上磨頭座中心是空心的,并在其中安裝了一個編碼 器,編碼器伸出一個軸端,與磨頭主軸回轉(zhuǎn)臺相聯(lián), 當(dāng)磨頭主軸回轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)時,就會給編碼器一個轉(zhuǎn)過 角度的信號,經(jīng)過信號處理與標(biāo)定,偏轉(zhuǎn)角

9、度會直接 顯示在機(jī)床的顯示器上,這樣就可以調(diào)整出所要求 的螺旋角口的精確值。4.3砂輪平面與基圓相切結(jié)構(gòu)設(shè)計及砂輪修 正調(diào)整砂輪磨損后需要修正。在磨削過程中金屬鐵屑 萬 方數(shù)據(jù)2009年第43卷ll會沾在砂輪的微孔里,使砂輪微孔附滿,這樣就降低 了砂輪的磨削效率。在高速磨削情況下還會造成工 件表面的燒傷,降低磨削質(zhì)量。另一方面砂輪在磨 削過程中的磨損會造成砂輪位置發(fā)生改變,砂輪平面不能準(zhǔn)確與主基圓相切,這時就需要修正裝置修 正砂輪,恢復(fù)其砂輪平面與主基圓相切的位置。在 最后一道精磨工序時要修整砂輪平面來保證磨削質(zhì) 量。鞍| -疑砂輪修正結(jié)構(gòu)主要由修正結(jié)構(gòu)、磨削主軸微調(diào) 結(jié)構(gòu)、主軸的鎖緊結(jié)構(gòu)組成

10、。其具體結(jié)構(gòu)如圖7所 示。其調(diào)整過程是,首先要保正砂輪修正器上的金 剛筆的筆尖與基圓相切。當(dāng)砂輪磨損后就不再與基 圓相切,這時就要將砂輪主軸向前移動。移動的方 法是先將主軸鎖緊螺釘擰松,如圖7所示,將砂輪主 軸放松,然后通過部分嵌入在砂輪主軸上的軸向微 調(diào)螺釘?shù)男D(zhuǎn)來移動主軸的前后位置。如圖8所 示,當(dāng)調(diào)整到一定的位置后,將修正器手柄壓下用金 剛筆修正磨損的砂輪平面。最后將鎖緊螺釘鎖緊即 將砂輪主軸抱緊,砂輪修整完成。因為金剛筆與基 圓相切,所以當(dāng)金剛筆修整完砂輪的磨削平面后,可 以保證修整的砂輪平面與主基圓相切。4.4砂輪中心高結(jié)構(gòu)及調(diào)整方法為了使磨頭上砂輪回轉(zhuǎn)中心磨削的蝸桿中心在 同一水平

11、面上,即加工時砂輪中心始終是與蝸桿軸 線在同一水平面上,保證正確磨削。然而砂輪平面 旋轉(zhuǎn)螺旋角盧后,在偏轉(zhuǎn)后砂輪中心與蝸桿軸線不 在同一水平面上,就需要進(jìn)行砂輪中心高度的調(diào)整。 專用磨頭在結(jié)構(gòu)功能上需要設(shè)計砂輪中心高調(diào)整結(jié) 構(gòu)裝置。砂59圈9砂輪中心高調(diào)整結(jié)構(gòu)所設(shè)計砂輪中心高調(diào)整結(jié)構(gòu)如圖9所示,磨頭 移動滑臺,選用燕尾槽滑動導(dǎo)軌,采用絲桿移動磨頭 主軸座的上下移動調(diào)整高度位置。這時就要用壓緊 螺釘來調(diào)整間隙。首先是擰松鎖緊螺釘,用扳手?jǐn)Q 動磨頭升降滑座上的絲桿來個調(diào)整磨頭主軸座的上 下移動來保證砂輪中心高,調(diào)整完成后擰緊鎖緊螺 釘,固定磨頭主軸座,使偏轉(zhuǎn)后砂輪中心與蝸桿軸線 仍在同一水平面上。

12、由于磨頭在工作的時候其磨頭 主軸座應(yīng)該保持相對靜止,為防止磨削過程中因振 動等原因使調(diào)整好的位置發(fā)生變化,調(diào)整完成后在 結(jié)構(gòu)設(shè)計上用壓緊鑲條的辦法把磨頭滑臺固定鎖 緊,其結(jié)構(gòu)如圖10所示。尾I下舔 軌上導(dǎo)軌圖加燕尾槽導(dǎo)軌夾緊方式4.5砂輪中心位置調(diào)整當(dāng)砂輪偏轉(zhuǎn)一個角度盧后,砂輪的磨削平面就 不能與蝸桿的母平面相切(見圖11,這時就需要設(shè) 計一個可以調(diào)整磨頭中心位置的結(jié)構(gòu),如圖3所示。 縱向滑座就是調(diào)整砂輪中心沿蝸桿長度方向的結(jié) 構(gòu),其結(jié)構(gòu)與高度的調(diào)整結(jié)構(gòu)完全相同,采用絲桿傳 動。首先擰松縱向滑座上的鑲條螺釘,然后用扳手 擰動橫向調(diào)整滑臺上的縱向絲桿左右旋轉(zhuǎn)就可以帶 動磨頭的縱向移動,當(dāng)調(diào)整好縱

13、向中心位置后再擰 緊鑲條螺釘完成調(diào)整。同理,擰松橫向調(diào)整滑臺上 的鑲條螺釘,用扳手左右擰動橫向絲桿,帶動磨頭沿 蝸桿徑向運動。當(dāng)調(diào)整到要求位置后,擰緊鑲條螺 釘完成調(diào)整。如圖11所示,當(dāng)磨頭由虛線位置轉(zhuǎn)過p角后, 到實線位置即為所要調(diào)整的距離。對應(yīng)的蝸桿長度 方向和高度方向上需要調(diào)整的距離分別是址和 |Il?；鶊A半徑為r。計算得:=,sinp址=r(1一c0印 萬 方數(shù)據(jù)60,一一一、I ÷j . 一一 .一一一一_r j;、 戈 L N 對 、/ T =1?一,一 弋 .廠 圖11中心距調(diào)整結(jié)構(gòu)4.6主軸設(shè)計的特點平面二次包絡(luò)蝸桿的磨削屬于高速精密磨削, 其磨削速度對磨削質(zhì)量影響很

14、大,對砂輪主軸要求 較高,在結(jié)構(gòu)設(shè)計上根據(jù)磨削工藝要求主軸設(shè)計的 轉(zhuǎn)速為10000mclIlin,為了保證砂輪主軸的高速磨 削,砂輪主軸采用四個C級精度的球軸承支撐,彈 簧預(yù)緊、脂潤滑、迷宮密封等。其具體結(jié)構(gòu)如圖12圖12砂輪主軸具體結(jié)構(gòu)圖圖13專用磨頭在機(jī)床上的工作狀態(tài)圖圖14專用磨頭外觀結(jié)構(gòu)圖工具技術(shù)所示。專用磨頭在機(jī)床上的工作狀態(tài)見圖13,外觀 結(jié)構(gòu)見圖14。5結(jié)語本設(shè)計完成的平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿專用磨 頭,經(jīng)實際生產(chǎn)使用,證明設(shè)計方案正確結(jié)構(gòu)合理, 磨頭具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、通用性強(qiáng)等特點,能 完全滿足在數(shù)控車床上實現(xiàn)平面二次包絡(luò)蝸桿的加 工。成功開發(fā)后已投產(chǎn)運行,并順利通過國家21

15、1工程驗收。參考文獻(xiàn)1龍宇.平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿數(shù)控磨床的開發(fā)及磨削研 究D.西華大學(xué)學(xué)位論文,2006.2皺慧君.機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計原理M.北京:科學(xué)出版社。200B. 3龍振宇.機(jī)械設(shè)計M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002. 4黃純穎,高志,等.機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計M.北京:高等教育出 版社,2000.第一作者:代曉會,碩士研究生,西華大學(xué)機(jī)械學(xué)院, 610039成都市脅A婦:Dai Xi枷,脅酬uate,sc酬0f Meccal E119hleering,Xihlla U拓刪哆,Ckmgdu 610039,CIim 奧巴馬宣布投資34億美元發(fā)展美國智能電網(wǎng) 美國總統(tǒng)奧巴馬27號前往佛羅罩達(dá)州,參觀即將投

16、入 使用的美國最大太陽能發(fā)電站德索托下一代太陽能中 心。奧巴馬當(dāng)天宣布,政府將撥款34億美元,用于發(fā)展國內(nèi) 的智能電網(wǎng),以減少輸電過程中的能量損失,促進(jìn)節(jié)能減排。 智能電網(wǎng)是用于改善傳統(tǒng)供電系統(tǒng)的一套自動化系統(tǒng), 可根據(jù)用戶每天不同時段的用電量,自動減少或增加供電。 智能電網(wǎng)還可用于長距離輸送由太陽能、風(fēng)能、地?zé)岙a(chǎn)生的 再生電力,配合智能儀表和數(shù)碼科技的使用,在輸電過程中 流失的電能非常少。德索托下一代太陽能中心位于佛羅里達(dá)州西南部,占地 面積約為73公頃,是佛羅里達(dá)電力及照明公司旗下的項目。 27號正式投入使用后,這一太陽能中心與公司旗下另外兩 個太陽能發(fā)電項目每年的總發(fā)電量將達(dá)到110兆瓦,由此減 排溫室氣體超過350萬噸,相當(dāng)于從公路上減少2.5萬輛汽 車。奧巴馬在參觀時說:“我很高興地宣布,我們正在進(jìn)行一 項史無前例的大投資,用于發(fā)展更靈活更有用更安全的電 網(wǎng)。這筆投資共計34億美元,將以100筆政府撥款的方式 發(fā)放給私人企業(yè)、發(fā)電站、城市以及那些在該地區(qū)申請并計 劃安裝智能電網(wǎng)的合作伙伴?！备鶕?jù)奧巴馬的計劃,這34億美元將用于100項有關(guān)智 能電網(wǎng)的項目,其中包括安裝智