球面蜗杆加工专用数控机床及控制系统设计.docx

弧面蜗杆加工专用数控机床设计目录设计说明书中英文摘要第一章弧面蜗杆蜗轮的特点11-1蜗杆蜗轮的形成、类型及其结构11-2蜗杆传动的特点及其应用31-3弧面蜗杆的加工41-4弧面蜗轮的加工5第二章弧面蜗杆数控专用机床总体结构方案设计122-1加工机床运动的基本要求122-2弧面蜗杆数控专用机床总体方案132-3专用球面蜗杆数控车床的基本结构14第三章弧面蜗杆数控专用机床的主传动系统设计153-1传动结构式和结构选择15(1)主传动的确定力，11和公比中的确定15<Mnax*<mn(2)确定变速组和传动副数目15(3)确定传动顺序方案163-2传动方案的拟订183-3齿轮传动部分的设计193-4轴的设计计算25(1)轴11的设计计算25(2)轴Vll的设计计算26(3)主轴的设计计算32第四章弧面蜗杆数控专用机床的进给系统设计325-1进给系统传动方案拟订325-2纵向进给系统的设计计算33(1)纵向进给系统的设计33(2)纵向进给系统的设计计算335-3横向进给系统的设计计算395-4齿轮传动间隙的消除46第五章弧面蜗杆数控专用机床回转工作台设计52第六章弧面蜗杆数控专用机床控制系统总体方案拟定54第七章润滑油的选用54结束语第一章弧面蜗杆蜗轮的特点1-1蜗杆蜗轮的形成、类型及其结构1、蜗轮蜗杆的形成蜗杆蜗轮传动是由交错轴斜齿圆柱齿轮传动演变而来的。小齿轮的轮齿分度圆柱面上缠绕一周以上，这样的小齿轮外形像一根螺杆，称为蜗杆。大齿轮称为蜗轮。为了改善啮合状况，将蜗轮分度圆柱面的母线改为圆弧形，使之将蜗杆部分地包住，并用与蜗杆形状和参数相同的滚刀范成加工蜗轮，这样齿廓间为线接触，可传递较大的动力。蜗杆蜗轮传动的特征：其一，它是一种特殊的交错轴斜齿轮传动，交错角为Z=90°,Zl很少，一般Zl=l4;其二，它具有螺旋传动的某些特点，蜗杆相当于螺杆，蜗轮相当于螺母，蜗轮部分地包容蜗杆。2、蜗杆传动的类型杆形状的不同可分：圆柱蜗杆传动-普通圆柱蜗杆（阿基米德蜗杆、渐开线蜗杆、法向直廓蜗杆、锥面包络蜗杆）和圆弧蜗杆。普通圆柱蜗杆圆弧蜗杆环面蜗杆传动环面蜗杆锥蜗杆传动锥蜗杆动3、蜗轮蜗杆结构蜗杆结构:蜗杆通常与轴为一体，采用车制或铳制，结构分别见下图乍制铳制蜗轮结构:蜗轮常采用组合结构，由齿冠和齿芯组成。联结方式有：铸造联结、过盈配合联结和螺栓联接，结构分别见下图。蜗轮只有在低速轻载时采用整体式。铸造联接过盈配合联接受煎螺栓联接1-2蜗杆传动的特点及其应用1、蜗杆传动的特点在动力传动中，一般传动比i=5-80;在分度机构或手动机构的传动中，传动比可达300；若只传递运动，传动比可达1000。由于传动比大，零件数目又少，因而结构十分紧凑。在蜗杆传动中，由于蜗杆齿是连续不断的螺旋齿，它和蜗轮齿是逐渐进入啮合及逐渐退出啮合的，同时啮合的齿对又较多，故冲击载荷小，传动平稳，噪声低。当蜗杆的螺旋线升角小于啮合面的当量摩擦角时，蜗杆传动便具有自锁性。这时，只能以蜗杆为主动件带动蜗轮传动，而不能由蜗轮带动蜗杆运动。蜗杆传动与螺旋齿轮传动相似，在啮合处有相对滑动。当滑动速度很大，工作条件不够良好时，会产生较严重的摩擦与磨损，从而引起过分发热，使润滑情况恶化。因此摩擦损失较大，效率低；当传动具有自锁性时，效率仅为0.4左右。为保证有一定使用寿命，蜗轮常须采用价格较昂贵的减磨材料，因而成本高。蜗杆轴向力较大，致使轴承摩擦损失较大。2、蜗杆传动的应用由于蜗杆蜗轮传动具有以上特点，故常用于两轴交错、传动比较大、传递功率不太大或间歇工作的场合。当要求传递较大功率时，为提高传动效率，常取zl=24°此外，由于当YI较小时传动具有自锁性，故常用在卷扬机等起重机械中，起安全保护作用。它还广泛应用在机床、汽车、仪器、冶金机械及其它机器或设备中；利用蜗杆传动传动比大省力的特点，以及它的自锁性能，在起重机械中广泛应用。蜗杆传动由蜗杆相对于蜗轮的位置不同分为上置蜗杆和下置蜗杆传动。1-3弧面蜗杆的加工这种蜗杆按其蜗旋面的形成特征可分为阿基米德螺线蜗杆、法向直廓蜗杆和渐开线蜗杆,通常都采用前面两种。蜗杆的技术要求与轴类零件相同，只是增加了蜗杆螺牙的制造程度和光洁度。在车床上用车刀加工蜗杆是最普通的方法。车蜗杆和车梯形螺纹的方法相类似，所用的车刀刃是直线型的，刀尖角等于2=40oo一般在蜗杆时将车刀刀刃放于水平位置，并且与蜗杆轴线在同一水平面内，这样加工出来的蜗杆在垂直于轴心线的截面内齿形是阿基米德螺线,所以叫阿基米德蜗杆，它的轴向截面齿形是直线的，法向截面齿形不是直线的。当螺旋线升角较大时，如果仍把车刀刀刃放置在水平位置上，车刃的两个刀刃的前后角就很不理想，总会有一个刀刃是没前角，为了使车刀获得合理的前角和后角，常用的把车刀分别加工蜗杆的两个侧面，或者将车刀刀刃放在蜗杆齿面的法向位置来加工蜗杆，这样加工出来的蜗杆，轴向截面齿形不是直线的，而法向截面齿形才是直线的。所以叫法向直廓蜗杆，也有叫延长渐升线蜗杆的，正因为如此，小螺旋线升角（小于5°）常用阿基米德蜗杆，大螺旋线升角常用法向直廓蜗杆，也是由加工方法而决定的。当批量较大时，可以在专用铳床或车床改装成专用铳床上，采用长状铳刀和指状铳刀来精铳蜗杆，然后再用车刀来进行精加工，可提高生产率。如果蜗杆精度要求不太高，通常用车削就可完成加工。但对于高精度的分度蜗杆，或较高精度的高转速传动蜗杆，由于需经淬火处理，故车削只能作为淬火前的加工，而需采用启削作为终加工，用来启削蜗杆的机床，可以用车床改装，也可以用铲启车床，还有专门设计的蜗杆启床（例如S7712蜗杆启床）和精密螺母启床（如S7520W万能螺丝启床）。1-4弧面蜗轮的加工普通蜗轮的技术要求与圆柱齿轮基本相同，主要包括三个方面：（1）齿形的加工精度和齿侧；（2）蜗轮胚基准孔，喉结部分的尺寸精度和几何形状精度，基准孔与喉结轴心线的不同轴度，基准端面对基准孔轴心线的不垂直度，如果是嵌入轮圈式蜗轮，还必须对组装的配合表面提出一定的精度要求；（3）装面光洁度。与圆柱齿轮加工相似，蜗轮加工也是经过蜗轮胚加工和齿形加工两个阶段。齿胚加工与圆柱齿轮齿胚加工基本上相同，但胚加喉结部分的加工，如果是嵌入轮圈式的，首先将轮壳和轮圈分别进行加工，然后组装在一起时进行轮胚的精加工，在进行精加工时，应将喉结，基准孔和基准端面在一次安装下加工出来，或首先加工好基准孔，用心轴定位安装来加工喉结和基准端面，以保证喉结、基准孔的不同轴度，以及基准端面和轴心线的不垂直度。螺轮齿形的加工是蜗轮整个加工过程中的关键工序，也是加工中的主要矛盾。齿形加工方法有滚齿、飞刀切齿、剃齿等。冶金矿山机械和重型机械厂主要采用滚齿和飞刀切齿。1 .用蜗轮滚刀加工蜗轮在滚齿机上用蜗轮滚刀加工蜗轮齿形是加工蜗轮的一种基本方法，滚动蜗轮与滚切圆柱齿轮有许多共同点，但椰油很多不同点，这些特点是：齿轮滚刀的基本蜗杆没有严格的规定，可以采用阿基米德型，法向直廓型或渐升线型，按工作条件由自己选择，基本蜗杆的直径也可由自己决定。但蜗轮滚刀的基本蜗杆相当于一般加工蜗轮相啮合的蜗杆，不但蜗杆的类型应相同，而且主要尺寸（如轴向模数，分度圆直径，头数，螺旋方向，螺旋升角等）均须一致，只是外径比工作蜗杆稍大一些，以便使加工后的螺轮与蜗杆啮合时有齿顶间隙。坛大量通常为径向间隙的两倍，即2X0.2m=0.4m（m为轴向模数）。蜗轮滚刀水平安装，不需要象加工圆柱齿轮那样刀架要搬角度，同时蜗轮滚刀轴心线应和蜗轮蜗杆传动啮合状态一样，应在蜗轮中心平面内。工件的分齿运动应符合蜗杆蜗轮传动速比的关系，即蜗轮滚刀一转，被加工蜗轮应转一个齿（单头滚刀）或几个齿（多头滚刀）。滚齿机分齿蜗轮的计算与加工圆柱齿轮的计算或相同。例如Y38滚齿机：当ZW161时，i分齿二ab*cd=24kz当Z>161时，i分齿=ab*cd=48kz但滚切蜗轮时，不能忽视蜗轮滚刀的头由文K。进给方向，加工圆柱齿轮时，滚刀相对被切齿轮由上向下或由下向上作垂直进给运动。但加工蜗轮时，蜗轮滚刀要保持在蜗轮中心平面内，因此蜗轮滚刀相对工件只能作径向进给或切向进给。a)径向进给法：这时蜗轮滚刀向被加工蜗轮作径向进刀，逐渐切至全齿深为止。这种方法在生产中应用较广，因为生产率高，而且不需要切向刀架(许多滚齿机往往没有这种附件)。径向进给运动是滚切过程中被加工蜗轮转一转，滚刀在水平面没被切蜗轮半径方向移动S径毫米，运动是通过径向丝杆来实现的。Y38滚齿机径向供给传动关系。工作台一蜗轮付Z96/K蜗杆蜗轮K1/Z30一进给挂轮i进给一接通离合器Ml齿轮Z45/Z36一锥齿轮Z17/Z17一锥齿轮Z17/Z17蜗杆蜗轮K4/Z20一接通M2螺旋齿轮X10/Z20一脱落蜗杆K4/Z20蜗杆蜗轮K4/Z16一锥齿轮Z20/Z25一径向进给丝杆(t=10毫米)一刀架立柱水平移动。列成计算式：S径二(工作台转一转)*(96/1)*(1/30)*i进给*(45/36)*(17/17)*(17/17)*(4/20)*(10/20)*(4/20)*(4/16)*(20/25)*10经简化和整理得到径向进给挂轮调整公式：i进给(径)=(albl)*(cldl)=254*S径b)切向进给法：此时用一端为锥形的蜗轮滚刀(也有叫玉米滚刀的)，沿被加工蜗轮位切向进给，滚刀和被加工蜗轮的中心距，予先调整到蜗轮蜗杆的中心距A,加工时保持不变，依滚刀齿高由小到大，逐渐切至全齿架。滚刀圆锥部分刀齿依切入和粗加工用，圆锥部分刀齿位精加工和最后修整用。用切向进给法加工蜗轮时，由于需要滚刀在刀架上作轴向移动，故必须用切向刀架。这时刀具和工件之间的相互运动关系，除了分齿运动外，还需要切向进给运动和差动运动。切向进给运动：指滚刀沿蜗轮切向(即滚刀本身轴线方向)移动，以实现连续进给的目的。Y38滚齿机是由专用切向刀架来完成的，其传动关系是工作台或工作转一转，滚刀沿切向移动S切毫米。工作台一蜗轮蜗杆Z96/K1一蜗杆蜗轮K1/Z30一进给挂轮i进给一接通离合器MI齿轮Z45/Z36一锥齿轮Z17/Z17一锥齿轮Z17/Z17(进入切向刀架)一锥齿轮Z17/Z17一齿轮Z35/Z35蜗杆蜗轮K1/Z50一切向进给丝杆(t=5毫米)一切向进给。列成计算式：S切二(工作台转一转)*(96/1)*(1/30)*(albl*cldl)*(45/36)*(17/17)*(17/17)*(17/17)*(35/35)*(1/50)*5经简化和整理得到切向进给挂轮调整公式：i进给(切)=(albl)*(cldl)=52*S切差动运动：切向进给法加工蜗轮时，由于滚刀多了一个切向进给运动。这时被加工蜗轮(工作台)必须随着刀具移动方向，相应地转过一定角度，称它为附加运动，因此需要挂差动挂轮。差动挂轮速比的计算，根据滚刀切向(轴向)移动一个轴向齿距Jims时，被加工蜗轮的附加转动应为1/Z转的关系，由刀具与工件的转动关系列出。切向进给丝杆(t=5毫米)一蜗杆蜗轮Z50/K1一齿轮Z35/Z35一锥齿轮Z17/Z17一锥齿轮Z17/Z17一锥齿轮Z17/Z17一齿轮Z36/Z45插动挂轮i差挂一蜗杆蜗轮K1/Z30差动机构i差动2一分齿挂