Y3150E型滾齒機數(shù)控改造及結構設計【含19張CAD圖紙】

資源目錄里展示的全都有，所見即所得。下載后全都有,請放心下載。原稿可自行編輯修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑問可加】 畢業(yè)設計（論文）任務書 課題內容 1、熟悉Y3150E結構及傳動系統(tǒng)； 2、對Y3150E結構及傳動系統(tǒng)進行數(shù)控化改造； 2、進行Y3150E主運動系統(tǒng)傳動及結構設計。 課題任務要求 1、針對機床設計撰寫文獻綜述； 2、完成一篇與設計相關的英文文獻翻譯； 3、主運動系統(tǒng)設計：主運動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)圖、主軸箱展開圖； 4、指定零件圖； 5、在完成上述工作基礎上，撰寫設計說明書； 6、畢業(yè)答辯準備。 主要參考文獻（由指導教師選定） 1、華楚生等. 機械制造技術基礎，重慶：重慶大學出版社； 2、馮辛安等. 機械制造裝備設計，北京：機械工業(yè)出版社； 3、黃勁枝等. 機械設計基礎，沈陽：機械工業(yè)出版社； 4、廖念釗等. 互換性與技術測量，中國計量出版社； 5、周德儉. 數(shù)控技術，重慶：重慶大學出版社； 6、葉偉昌等. 機械工程及自動化簡明設計手冊，北京：機械工業(yè)出版社； 7、（數(shù)控）機床設計相關手冊和圖冊； 8、（數(shù)控）機床設計與改造相關文獻，重慶工學院圖書館數(shù)字期刊； 同組設計者 注：1、任務書由指導教師填寫； 2、任務書在第七學期期末下達給學生。 一、畢業(yè)設計題目Y3150E型滾齒機數(shù)控改造及結構設計 四、畢業(yè)設計內容要求： Y3150E型滾齒機采用純機械的傳動鏈，傳動精度低，調整復雜，無法滿足大批量、多品種、高精度齒輪的加工要求，針對這一問題，對其進行數(shù)控化改造，首先明確Y3150E型滾齒機基本結構及工作過程，理清改造中涉及的驅動電機、傳動副的設計思路和計算方法，其次擬定傳動方案和傳動系統(tǒng)圖；最后利用CAD軟件繪制改造后的整體裝配圖及相關的零件圖?？刂撇糠忠蟛捎每删幊炭刂破鳛楹诵牡臄?shù)控系統(tǒng)，通過三軸聯(lián)動實現(xiàn)主運動、展成運動、徑向進給運動及附加運動的精確數(shù)字控制。 1.可行性分析 (1) 熟悉Y3150E滾齒機的工作原理及結構特點； (2) 對Y3150E滾齒機主傳動路線、范成運動、進給傳動鏈及附加運動傳動鏈進行分析，提出改進思路及方案； (1) 查閱中外文獻結合本課題的設計參數(shù)完成開題報告。 2.總體設計要求 (1) 對Y3150E滾齒機導軌精度進行修正； (2) 對Y3150E滾齒機的絲杠傳動部件進行替換； (3) 搭建新的控制系統(tǒng)，并根據(jù)系統(tǒng)需求選擇系統(tǒng)中的測量、檢測元件的型號； (4) 編寫相關的系統(tǒng)軟件。 3.編制有關文檔及設計說明書 (1) 改造后的Y3150E滾齒機裝配圖一張（A0）及零部件圖若干張。 (2) 機電控制系統(tǒng)控制框架圖、流程圖等若干張。 (3) 編寫說明書（1.5萬字）。要求條理清楚、論述有據(jù)、字跡工整。 (4) 所有資料刻錄光盤一張。 4.翻譯外文資料一篇（外文要求是pdf格式的原始資料）。 5.參考資料(專著、期刊論文、英文參考文獻最少2篇) 學生完成畢業(yè)設計（論文）工作進度計劃表 序號 畢業(yè)設計（論文）工作任務 工 作 進 度 日 程 安 排 周次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 開題報告、文獻翻譯、文獻綜述 × × × × 方案設計及論證 × × 結構設計 × × × × × × × × 上交設計資料及答辯準備 × × 畢業(yè)論文答辯 × 注：1、此表由指導教師填寫； 2、此表每個學生一份，作為畢業(yè)設計（論文）檢查工作進度之依據(jù)； 3、進度安排用“—”在相應位置畫出。 畢業(yè)設計（論文）階段工作情況檢查表 時間 第 一 階 段 第 二 階 段 第 三 階 段 內容 組織紀律 完 成 任 務 情 況 組織紀律 完 成 任 務 情 況 組織紀律 完 成 任 務 情 況 檢 查 情 況 教師簽字 簽字 日期 簽字 日期 簽字 日期 注：1、此表由指導教師認真填寫（要求手寫）； 2、“組織紀律”一欄根據(jù)學生具體執(zhí)行情況如實填寫； 3、“完成任務情況”一欄按學生是否按進度保質保量完成任務的情況填寫； 4、對違紀和不能按時完成任務者，指導教師可根據(jù)情節(jié)輕重對該生提出警告或不能參加答辯的建議。 畢業(yè)設計（論文）任務書 課題內容 1、熟悉Y3150E結構及傳動系統(tǒng)； 2、對Y3150E結構及傳動系統(tǒng)進行數(shù)控化改造； 2、進行Y3150E主運動系統(tǒng)傳動及結構設計。 課題任務要求 1、針對機床設計撰寫文獻綜述； 2、完成一篇與設計相關的英文文獻翻譯； 3、主運動系統(tǒng)設計：主運動系統(tǒng)傳動系統(tǒng)圖、主軸箱展開圖； 4、指定零件圖； 5、在完成上述工作基礎上，撰寫設計說明書； 6、畢業(yè)答辯準備。 主要參考文獻（由指導教師選定） 1、華楚生等. 機械制造技術基礎，重慶：重慶大學出版社； 2、馮辛安等. 機械制造裝備設計，北京：機械工業(yè)出版社； 3、黃勁枝等. 機械設計基礎，沈陽：機械工業(yè)出版社； 4、廖念釗等. 互換性與技術測量，中國計量出版社； 5、周德儉. 數(shù)控技術，重慶：重慶大學出版社； 6、葉偉昌等. 機械工程及自動化簡明設計手冊，北京：機械工業(yè)出版社； 7、（數(shù)控）機床設計相關手冊和圖冊； 8、（數(shù)控）機床設計與改造相關文獻，重慶工學院圖書館數(shù)字期刊； 同組設計者 注：1、任務書由指導教師填寫； 2、任務書在第七學期期末下達給學生。 學生完成畢業(yè)設計（論文）工作進度計劃表 序號 畢業(yè)設計（論文）工作任務 工 作 進 度 日 程 安 排 周次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 開題報告、文獻翻譯、文獻綜述 × × × × 方案設計及論證 × × 結構設計 × × × × × × × × 上交設計資料及答辯準備 × × 畢業(yè)論文答辯 × 注：1、此表由指導教師填寫； 2、此表每個學生一份，作為畢業(yè)設計（論文）檢查工作進度之依據(jù)； 3、進度安排用“—”在相應位置畫出。 畢業(yè)設計（論文）階段工作情況檢查表 時間 第 一 階 段 第 二 階 段 第 三 階 段 內容 組織紀律 完 成 任 務 情 況 組織紀律 完 成 任 務 情 況 組織紀律 完 成 任 務 情 況 檢 查 情 況 教師簽字 簽字 日期 簽字 日期 簽字 日期 注：1、此表由指導教師認真填寫（要求手寫）； 2、“組織紀律”一欄根據(jù)學生具體執(zhí)行情況如實填寫； 3、“完成任務情況”一欄按學生是否按進度保質保量完成任務的情況填寫； 4、對違紀和不能按時完成任務者，指導教師可根據(jù)情節(jié)輕重對該生提出警告或不能參加答辯的建議。 畢業(yè)設計開題報告 1、本課題國內外的研究現(xiàn)狀分析 以歐美、日等制造強國為代表的幾大公司(L1ebherr，Gleason，Mitsubishii)展出數(shù)控高效高速滾齒機床是幾大公司的主流產(chǎn)品，他們均能進行批量化，系列化，標準化的生產(chǎn)，并具有較高的可靠性和市場份額，但在國內同檔次產(chǎn)品尚屬空白，雖然自上世紀九十年代以來，國內的數(shù)控滾齒輪有一個較大的發(fā)展和提高，但數(shù)控滾齒機大都是在傳統(tǒng)滾齒機的基礎上進行數(shù)控化的改造，無論是從機床的整體動、靜剛性，還是從整機的傳動精度，以及數(shù)控系統(tǒng)的可靠性等性能上看，總體水平較為低檔，真正意義上的全新設計的數(shù)控高效滾齒機正在起步階段。 2、本人對課題任務書提出的任務要求及實現(xiàn)目標的可行性分析 1）任務要求 自20 世紀 80 年代后期以來，我國機床行業(yè)已朝著數(shù)控方面深入地發(fā)展，特別是進入九十年代后，機床的數(shù)控化標志著機床行業(yè)進入了一個新的時代。作為齒輪加工機床的數(shù)控滾齒機。我國自八十時代開發(fā)以來，無論從品種的類型上或功能復合上都得到了長足的發(fā)展。特別是近十多年以來，以汽車工業(yè)為龍頭的相關支柱型產(chǎn)業(yè)更是把齒輪加工機床數(shù)控化發(fā)展推向了一個新的高度。其中尤其對數(shù)控高效滾齒機的需求顯得十分突出。然而從我國制造業(yè)發(fā)展水平來看，目前一些中小型加工企業(yè)購買歐洲等國生產(chǎn)的全數(shù)控化滾齒機的能力還不夠， 但又要對現(xiàn)有的傳統(tǒng)加工能力進行提升，這就要求我們進行機床的數(shù)控改造。數(shù)控改造是現(xiàn)代微電子技術與傳統(tǒng)技術相結合，達到使機床具有可靠性高，柔性強，加工精度高，易于實現(xiàn)機電一體化，經(jīng)濟性可觀等優(yōu)勢。 2）可行性 Y3150E滾齒機的數(shù)控改造，是為了適應現(xiàn)代化生產(chǎn)和教學等多方面因素而進行的一個重點課題。下面進行機床改造的技術可行性分析。 機床改造的技術可行性論證就是對機床改造在技術上是否能夠保障改造成功以及從改造后維護角度論證。具體的應從機床本身、加工對象的要求和市場可供性三方面分析。 a)機床本身 傳統(tǒng)滾齒機主運動傳動鏈要經(jīng)過7對齒輪，1條帶輪傳動，傳動路線長，傳動精度低。而進行數(shù)控改造后采用電機直接驅動主軸轉動，省去了中間的傳動損失，使加工更加高速高效，且精度提高。在省去了傳動鏈中的傳動機構的同時，增加了一個主軸驅動電機，改變了主軸部分的機械結構。 b)加工對象分析 改造后的數(shù)控機床，主要用于教學實習。適合于加工直齒和螺旋齒的外嚙合圓柱齒輪與蝸輪，也可滾切短花鍵軸。加工精度要求小于0.01mm，現(xiàn)在市場上出售的一般經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)其脈沖當量為0.005mm~0.01mm，能夠滿足上述型面的加工要求，在技術上是可行的。 c)市場可供性 所謂市場可供性就是研究市場是否能夠方便及時地提供改造用的各種備件，以保證備件的供應。機床數(shù)控化改造計劃實施應有本地區(qū)機電一體化供應的基本條件，這樣不僅改造周期短，而且有利于保證維修及技術咨詢服務。就本機床改造而言，市場上已建立了一套機電一體化配套產(chǎn)品代理機構，對于Y3150E改造而言市場可供性好。 綜上所述，對原機床進行數(shù)控化改造符合技術可行性要求。 3）經(jīng)濟性 在機床數(shù)控化改造中，不僅要考慮到數(shù)控機床的技術先進性，同時還必須考慮到它的經(jīng)濟、社會效益。這就要求對決策方案進行嚴密論證和科學分析。機床的數(shù)控化改造是廣義上的設備更新的一種方法，因此，機床化改造的方案應于機床大修以及機床更新作對比，以確定最佳方案，常用的評價方法有：最低成本法、追加投資回收期法和機床改造效果系數(shù)法。選擇哪一種方法需根據(jù)各參數(shù)的獲取是否方便。經(jīng)過分析比較，需采用追加投資回收期法進行論證。 a) 理論依據(jù) 機床更新、機床大修和機床數(shù)控化改造的經(jīng)濟性分析所用參數(shù)及符號如表１所示。機床數(shù)控化改造與更新、大修理之間有下列關系： （1）當且時，采用機床數(shù)控化改造方案最佳。 （2）當且時，用追加投資回收期指標進行決策。 ……………………………………（1） 式中：T—投資回收期（年）。如果，選擇機床改造方案最佳；當時，選擇機床大修方案最佳。其中, 為企業(yè)或部門規(guī)定的標準投資回收期。 （3）當且時，機床更新是最佳方案。 （4）當且時，同樣采用追加投資回收期進行決策。 ……………………………………（2） 如果時，選擇機床更新最佳；時，選擇機床改造方案最佳。其中，同上為標準投資回收期 b)經(jīng)濟合理性 針對原CA6140普通車床，具體各種方案指標如表2所示。（1）機床大修和數(shù)控化改造方案比較：將數(shù)據(jù)代入式（1）得：（年）；（2）機床數(shù)控化改造和更新比較：將數(shù)據(jù)代入式（2）得：（年）；（3）經(jīng)濟性分析結論：按照本行業(yè)來源的標準投資回收期一般為3年，通過以上經(jīng)濟分析發(fā)現(xiàn)，故選擇機床數(shù)控化改造是最佳方案。 綜上所述，可以得出對機床數(shù)控化改造技術上是可行的，經(jīng)濟上是合理的。 3、本課題的關鍵問題及解決問題的思路 要解決機床的數(shù)控改造，第一步必須清楚改造后機床的加工條件及加工能力范圍，再按照這個條件選好電機以及各組件，最后對主軸所有組件進行結構化設計。在選擇電機的過程中，要了解數(shù)控機床伺服系統(tǒng)的設計方法，制定出控制方案。再根據(jù)加工要求設計出主軸大致驅動路線，選擇主軸傳動各組件，如軸承，剛性主軸等，在選擇這些組件的時候需要考慮到主軸剛度，強度以及抗震性等要求，通過反復驗證最后確定最后結果。選擇出各組件后，根據(jù)之前的傳動方案再對這些組件進行結構設計，在設計時要做到結構最簡單，傳動精度最高，加工高速，高效，磨損最小，加工工藝方案最簡單等。 1）如何保證主軸的旋轉精度？ a選擇最優(yōu)的軸承及軸承精度 b提高主軸自身的制造精度 c提高主軸各組件的裝配精度及調整精度 2）如何保證主軸系統(tǒng)的靜剛度 a合理選擇主軸軸承配置及適當?shù)念A加載荷 b合理選擇主軸的形狀及尺寸 c合理布置主軸主件的結構，前后支承的距離及主軸前端的懸伸量等 3）保證主軸的抗震性，耐磨性，熱變形達到要求 4、完成本課題所需的工作條件及解決辦法 完成本課題需要詳細掌握Y3150E滾齒機的機床結構，各傳動鏈，以及機床加工范圍，機床伺服系統(tǒng)方案設計，伺服電機的選取規(guī)則，機床結構方案設計，機床主軸設計，機械設計零部件選取規(guī)則等，關于這些方面的工具書都可在圖書館借到。 要完成機床設計，還少不了要畫圖，這就需要計算機的輔助設計。其中二維圖主要以AUTOCAD繪圖軟件為主。要知道本設計的完成效果以及市場效應，就需要進行相應的實驗與調研，這可在學校專業(yè)實驗室完成。 5、工作方案分析及進度計劃 1）工作方案 本設計是立足于已有的Y3150E機床外型結構進行的滾刀主軸部分數(shù)控改造，在排出原有的滾刀主軸部分的機構后，重新設計新的傳動機構。其主要工作可分為以下幾個部分： a確定改造后機床加工能力和范圍 b根據(jù)確定的加工范圍選擇伺服電機 c主軸部件的設計，包括主軸結構設計以及主軸旋轉精度，靜剛度，抗震性，熱變形，耐磨性的確定。 d主軸設計，包括主軸參數(shù)的設計及校核，主軸剛度計算等 e主軸主件的選取 f繪制出主軸部分裝配的二維圖 2）進度計劃 1-4周完成文獻綜述、外文翻譯、開題報告； 5-6周完成方案設計及論證 7-14周完成結構設計 15-16周上交設計資料和答辯準備 17周畢業(yè)論文答辯 報告人： 年 月 日 指導教師意見 指導教師： 　　 年 月 日 開題報告應根據(jù)教師下發(fā)的設計（論文）任務書，在指導教師的指導下由學生獨立撰寫。 6 XX大學畢業(yè)設計論文 摘 要 本文的課題是滾齒機的數(shù)控化中滾刀主軸部件的設計，首先對齒輪加工行業(yè)的工藝及制齒設備和需求進行了分析，針對以汽車工業(yè)為龍頭帶動相關齒輪行業(yè)的企業(yè)由生產(chǎn)型向制造型企業(yè)的轉變和提升，而對制齒設備在加工精度和加式效率的更高要求，提出了開發(fā)數(shù)控滾齒機的設想。 本文對國內、外數(shù)控滾齒機技術的發(fā)展進行了跟蹤分析，結合國內現(xiàn)行數(shù)控滾齒機的發(fā)展水平，較為合理、科學地制定了數(shù)控滾齒機滾刀主軸的基本性能參數(shù)。在主軸電機的選擇，主軸關鍵技術如靜剛度，支承件等進行了分析。并設計計算了滾刀主軸主件的配置方案，以及零件的選擇。力求更加合理、經(jīng)濟，在對重要部件的結構設計上突出獨創(chuàng)和創(chuàng)新點，以最大限度滿足重載、高效的切齒條件。 最后，總結了本文的設計工作，得出了一些有益的結論。 關鍵詞：數(shù)控 滾齒機 滾刀主軸 電機 重載 Abstract This article is the subject of the CNC gear hobbing machine hob spindle components in the design, first gear machining technology and manufacturing industry and demand for dental equipment for the analysis, for in order to bring about the automobile industry as the leading industry gear from production-oriented enterprises to changes in manufacturing enterprises and the upgrading of equipment on the system of tooth type in the processing efficiency and processing accuracy higher demands put forward the idea of the development of CNC hobbing machine. In this paper, domestic and foreign technology CNC hobbing a follow-up analysis, combined with the internal level of development of CNC gear hobbing machine, a more reasonable and scientifically formulated hob spindle CNC hobbing the basic performance parameters. The choice of the spindle motor, spindle key technologies such as static stiffness, the bearing parts and so analyzed. And design and calculation of the hob spindle configuration of the main pieces of the program, as well as the choice of components. Seek a more rational, the economy, an important component in the structural design of original and innovative highlight in order to best meet the heavy-duty, high-performance conditions of the tooth. Finally, this article summarizes the design work, to draw some useful conclusions. ? Keywords: CNC hob hobbing machine the spindle motor overloaded 目 錄 摘 要 ……………………………………………………………………………Ⅰ Abstract…………………………………………………………………………Ⅱ 1 緒論………………………………………………………………………………1 2 YK3150E數(shù)控滾齒機主運動總體設計…………………………………………6 2.1 設計要求……………………………………………………………………6 2.2 數(shù)控滾齒機加工原理設計…………………………………………………6 2.3 主要性能參數(shù)確定…………………………………………………………7 2.4 主傳動總體結構設計………………………………………………………12 3 YK3150E數(shù)控滾齒機主運動結構設計…………………………………………14 3.1 結構方案設計………………………………………………………………14 3.2 主軸設計相關問題分析……………………………………………………15 3.3 本章小結……………………………………………………………………26 4 YK3150E數(shù)控滾齒機設計計算…………………………………………………27 4.1 主電機設計計算……………………………………………………………27 4.2 主運動傳動組件設計計算…………………………………………………33 4.3 本章小結……………………………………………………………………43 5 密封與潤滑………………………………………………………………………44 5.1 密封…………………………………………………………………………44 5.2 潤滑…………………………………………………………………………45 6 結論………………………………………………………………………………46 致謝…………………………………………………………………………………47 參考文獻……………………………………………………………………………48 文獻綜述……………………………………………………………………………49 1緒論 1.1 YK3150E數(shù)控滾齒機開發(fā)的背景和問題的提出 自20世紀80年代后期以來，我國機床行業(yè)已朝著數(shù)控方面深入地發(fā)展，特別是進入九十年代后，機床的數(shù)控化標志著機床行業(yè)進入了一個新的時代。北京國際機床博覽會統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，80年代末第一屆北京機床展覽的數(shù)控機床僅為5%比例，到2003年國際機床博覽會上幾乎除專用設備外全都為數(shù)控機床。作為齒輪加工機床的數(shù)控滾齒機。我國自八十時代開發(fā)以來，無論從品種的類型上還是功能復合上都得到了長足的發(fā)展。特別是近十多年以來，以汽車工業(yè)為龍頭的相關支柱型產(chǎn)業(yè)更是把齒輪加工機床數(shù)控化發(fā)展推向了一個新的高度。其中尤其對數(shù)控高效滾齒機的需求顯得十分突出。重慶機床廠作為我國齒機機床生產(chǎn)的骨干企業(yè)，在2000年，瞄準這一市場的需求潛力，為填補國內高效，高速、高剛性數(shù)控滾齒機床的空白，組織人力物力，在國內汽車行業(yè)，軍工行業(yè)，進行了深入細致的調查，成功開發(fā)出了YK3150E數(shù)控滾齒機。 1.2 數(shù)控滾齒機開發(fā)的意義和必要性 隨著載重汽車，工程機械，船開發(fā)，電梯及軍工行業(yè)中對齒輪的加工精度、質量和效率的要求不斷提高，特別是在這些行業(yè)中經(jīng)常遇見 4~8 模數(shù)的直齒、斜齒、花鍵、小錐度、鼓形齒輪等的加工問題，開發(fā)一檔數(shù)控高效全新型滾齒機床，更好地滿足該行業(yè)對齒輪的精度和效率的需求，為我國制齒行業(yè)提供堅實的基礎設備顯得迫切而必要。其意義和必要性主要有如下幾個方面： 1、加速數(shù)控高效滾齒機床向產(chǎn)業(yè)化發(fā)展 目前在國內齒輪行業(yè)中，以輕型，標準類型普通數(shù)控滾齒機的產(chǎn)品占絕大多數(shù)，真正意義上的數(shù)控(穩(wěn)定切削全面達到國標 7 級精度)高效、強力，高剛性，能實現(xiàn)一刀切削中等模數(shù)的數(shù)控高精度滾齒機尚為空白，這檔機床的研制成功，無疑會加速數(shù)控滾齒機的系列化，標準化、模塊化的進一步發(fā)展，從而推動數(shù)控機床在制齒行業(yè)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。 2、提高企業(yè)的市場競爭能力和經(jīng)濟效益 率先將獨有的數(shù)控高效滾齒機的產(chǎn)品推向市場，不僅可以占有更大的市場份額，提高競爭能力，而且在此制造行業(yè)中帶來巨大的市場利潤，給后續(xù)的數(shù)控高效的發(fā)展帶動無盡的動力。 3、進一步縮小設備與國外的差距 目前國內外齒輪加工機床行業(yè)目前已朝著高速、高效、高精度、全數(shù)控功能復合，柔性，智能化，綠色環(huán)保制造網(wǎng)絡化方面發(fā)展。以德國的利波海爾公司，美國的格里森集團以及日三菱重工本等為代表世界著名的成套齒輪加工機床的制造商，均能生產(chǎn)高檔數(shù)控滾齒機床，且對直徑 Φ150~Φ320 規(guī)格的數(shù)控高效滾齒機床已形成批量化生產(chǎn)，我廠此產(chǎn)品設計開發(fā)的成功不僅能縮小與國外滾齒設備技術水平的差距，而且也能打破國內制齒設備無數(shù)控高效機床的局面，在一定程度上對外出口創(chuàng)匯，形成國產(chǎn)數(shù)控高效制齒機床自主的核心技術。 4、體現(xiàn)了我國機床數(shù)控化發(fā)展的方向 現(xiàn)代先進制造技術的朝流是，數(shù)控化、信息化、高效和智能化，技術創(chuàng)新的方法是機械技術與高新技術的融合創(chuàng)新。對齒輪別制造技術裝備來說，表現(xiàn)為工藝與裝置一體化，加工與檢測一體化，機械與控制一體化，軟件與硬件一體化。需用信息化帶動工業(yè)化，實現(xiàn)跨越式發(fā)展。數(shù)控高效機床的發(fā)展，不僅關系到我國裝備工業(yè)經(jīng)濟技術實力的增強，更好滿足制齒行業(yè)實際的需求，打破國外技術封鎖的狀態(tài)，同時也關系到國家戰(zhàn)略的安全，擔負著我國機床數(shù)控化發(fā)展的方向的問題。因而對滾齒行業(yè)來說，發(fā)展和開發(fā)數(shù)控高數(shù)滾齒設備是當前行業(yè)裝備的重要而迫切的任務之一。 1.3 市場需求性 國內機械行業(yè)對中等模數(shù)以上(M4~M8)直徑小于400m的圓柱齒輪需求量很大，而目前各行業(yè)的主要齒輪加設備只相當于國外 20 世紀 60~70 年代的水平，雖然少數(shù)企業(yè)也購買了進口機床，但價格昂貴，數(shù)量極其有限，且使用的成本較高，難以滿足這些行業(yè)對產(chǎn)品變化的需求。目前迫切需要性價比高的數(shù)控高效滾齒機床，以解決這些行業(yè)日益發(fā)展的瓶頸問題。據(jù)調查，齒輪行業(yè)現(xiàn)在有些企業(yè)正在實施或計劃進行技術改造，資金投入少則3000萬元～5000萬元，多則1億～5億元，主要用于購置各類齒輪加工專用設備和通用設備。據(jù)預測，2010年前，齒輪行業(yè)需要添置滾齒機 3000～3500 臺，磨齒機 400～500 臺，熱處理設備 500 臺，齒輪測量中心 200 臺。此外在 9 萬臺的齒輪機床中，約有 5 萬臺服役超過 20 年，已經(jīng)或將要報廢；余下的4萬臺普通齒輪機床其中一部分也將進行數(shù)控化改造。 本產(chǎn)品開發(fā)成功主要適宜的對象有： 1、機車及重型汽車變速箱齒輪加工行業(yè)用戶 2、工程及礦山機械行業(yè)中的齒輪加工用戶 3、船泊工業(yè)中的齒輪加工及維修用戶 4、高級電梯行業(yè)中的齒輪和蝸輪加工用戶 5、國防、軍工企業(yè)的齒輪加工用戶 1.4 滾齒機國內外發(fā)展現(xiàn)狀分析及發(fā)展趨勢 1.4.1 滾齒機國內發(fā)展現(xiàn)狀 齒輪加工機床是一種技術含量高且結構復雜的機床系統(tǒng)，由于齒輪使用的量大面廣，齒輪加工機床已成為汽車、摩托車、工程機械、船舶等行業(yè)的關鍵設備。特別是隨著汽車工業(yè)的高速發(fā)展對齒輪的需求量日益增加，對齒輪加工的效率、質量及加工成本的要求愈來愈高，使齒輪加工機床在汽車、摩托車等行業(yè)中占有越來越重要的作用。滾齒機是齒輪加工機床中的一種，占齒輪加工機床擁有量的40%，它主要用來加工圓柱齒輪和蝸輪等。 我國生產(chǎn)滾齒機的歷史始于1953年，經(jīng)過30年的努力，到80年代初已進入世界滾齒機主要生產(chǎn)國家行列。目前，國產(chǎn)滾齒機以傳統(tǒng)的機械傳動式為主，品種系列齊全，傳統(tǒng)滾齒機完全依靠機械內聯(lián)傳動實現(xiàn)滾刀與工件的同步運動和差動運動，往往需要經(jīng)過多級齒輪傳動，并且引入蝸桿蝸輪機構，使得機械結構非常復雜，調整維護非常困難，也降低了加工精度近幾年，我國在滾齒機設計技術方面研究的主要經(jīng)歷了從傳統(tǒng)機械式滾齒機通過數(shù)控改造發(fā)展。 目前國內齒輪加工機床的最高水平如下：在工作臺直線移動方面，采用數(shù)控驅動系統(tǒng)代替普通滾齒機的各種交換掛輪，采用交流伺服電機通過多對降速齒輪副和一對滾珠絲杠副來驅動機床的運動部件，在滾刀回轉運動方面采用交流伺服電機通過2、3對降速齒輪副來實現(xiàn)。在工作臺回轉運動方面，絕大多數(shù)齒輪加工機床仍然需要采用多對高精度齒輪副和一對高精度蝸輪蝸桿副實現(xiàn)。但由于存在著大量的機械傳動元件，對機床的加工精度產(chǎn)生極大的影響，也使得機械結構變得更為復雜，調整維修也極不方便。 1.4.2 滾齒機國外研究現(xiàn)狀 國際上生產(chǎn)滾齒機的強國主要是美國、德國和日本，美國的Gleason Pfauter公司德國的Liebherr公司日本的三菱重工公司堅藤清和公司和意大利的SU公司是國外最具實力的滾齒機制造商。這些公司目前生產(chǎn)的滾齒機均是全數(shù)控式滾齒機，中小規(guī)格滾齒機都在朝著高速方向發(fā)展，所有高效機床均采用了全密封護罩加油霧分離器及磁力排屑器的方式部分地解決了環(huán)保問題。 國外滾齒機研制的熱點是干式切削滾齒機Liebherr Gleason Pfauter。三菱重工、SU、堅藤以及清和均開發(fā)了適用于高速干式切削的滾齒機產(chǎn)品。國外制造商由于基礎研究厚實積累了大量的經(jīng)驗。它們對滾齒機的研究已經(jīng)達到比較高的水準，將滾刀軸驅動，工件軸驅動各直線運動軸的驅動控制以及控制軟件的開發(fā)等因素作為一體來考慮，將多個因素結合在一起進行優(yōu)化。目前國外滾齒機研制水平如下： ①為了適應干式切削的需要，床身設計了大角度的斜坡，利于迅速將高溫切屑排出機床，同時在床身內部采用循環(huán)水冷卻以保證熱穩(wěn)定性。 ②尾架采用電機驅動的方式來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的液壓方式，不用安裝限位裝置。 ③刀架和活動支承的軸承采用水冷，可以達到更高的速度和最大的熱穩(wěn)定性。 ④標準的熱補償系統(tǒng)能夠根據(jù)機床溫度的變化自動調整零件的加工尺寸。 ⑤刀架采用機械方式鎖緊，液壓方式松開。 ⑥滾刀軸旋轉由電主軸直接驅動，工件軸旋轉由力矩電機直接驅動，極大提升了加工速度。 1.4.3 滾齒機研制技術的發(fā)展趨勢 目前國內外數(shù)控高效滾齒機的發(fā)展趨勢是：高速(滾刀主軸8000r/min以上，工作臺轉速 800 轉/r)，高精度(可滾齒 5~6 級齒輪)，全數(shù)控(六軸五聯(lián)動以上)，模塊系列化(直徑 Φ200 規(guī)格機型向 Φ120~350 雙向覆蓋)，綠色制造(干式滾切和冷風滾切)，網(wǎng)絡化(多臺滾齒機聯(lián)網(wǎng))。因此，齒輪加工機床制造商正不斷地為滿齒輪加工行業(yè)的新需求，提供高效率、高精度、環(huán)保，低成本和高可靠性和穩(wěn)定性的精良齒輪加工裝備方向推進。 1.5 本章小結 本章論述了國內外數(shù)控機床的發(fā)展現(xiàn)狀，以及數(shù)控滾齒機國內的發(fā)展水平，指出開發(fā)設計數(shù)控滾齒機不僅是齒輪加工行業(yè)發(fā)展的的一種需求，而且也是數(shù)控技術和機電一體化技術相結合的必然產(chǎn)物，是制齒機床行業(yè)發(fā)展的一個方向，具有廣闊的技術發(fā)展前景和市場拓展空間。 2 總體設計 2.1 總體設計要求 為了使 YK3150數(shù)控高效滾齒機適合汽車尤其是重型汽車，工程機械，船舶工業(yè)等齒輪行業(yè)的需要,以滿足 4—8 模數(shù)，一刀全齒深切削，穩(wěn)定達到 GB10095—2001 的7級精度要求，YK3150E 數(shù)控機床主軸的各項性能指標必須達到下列設計要求： 1、滾刀主軸速度范圍能適應采用單、雙頭或多頭滾刀進行高速、高效滾齒加工。 2、為了達到高速、高效的滾齒要求，滾刀刀桿采用自動夾緊，自動放松，以及快卸螺母鎖緊滾刀的刀架結構。 3、刀架主軸的軸承結構需采用高剛性，高精度方式，其主軸軸承采用高精度滾動軸承，主運動采用二級齒輪傳動，未端應采用消除齒輪副間隙結構的傳動，以保證切削剛性。 2.２ 數(shù)控滾齒機加工原理方案設計 2.2.1 普通滾齒機加工原理 滾切直齒圓柱齒輪的加工原理圖 普通滾齒機加工原理可用上圖表示。根據(jù)展成法加工原理，滾刀轉一轉，工件必須嚴格地轉 K/Z 轉。其中 Z 為被加工齒輪的齒數(shù)，k 為滾刀的頭數(shù)。從圖 3.1中可以看出，必須保證 B1和 B2之間的嚴格傳動比關系，這條傳動鏈簡稱滾齒的內鏈。在圖中該內鏈的傳動路線為：B1—4—5—ix—6—7—B2(工件)。而形成直線導線的運動則是滾刀架沿工件軸線方向的垂直進給運動，即：工件—7—8—is—9—10—刀架升降絲桿—刀架。此外滾刀的旋轉及調速由主傳動鏈電機—1—2—iv—3—4—B1提供。因而要進行加工圓柱齒輪所需傳動鏈至少有三個鏈，即一個展成運動內鏈，兩個執(zhí)行簡單運動的外鏈。 2.2.2 數(shù)控滾齒機加工原理 數(shù)控滾齒機的加工原理圖 數(shù)控滾齒機的加工原理方案如圖所示，其內鏈 B1 與 B2 傳動比關系仍然遵循展成法加工原理，但數(shù)控滾齒機嚴格傳動比關系不是通過調整機械傳動比來實現(xiàn)，而是通過數(shù)控技術的“電子齒輪箱”來嚴格保證，實現(xiàn)展成運動?！癆”、“B1”、“B2”運動分別用單獨的伺服電機進行控制，它們之間沒有任何機械的聯(lián)系，而由數(shù)控系統(tǒng)進行計算控制來實現(xiàn)滾齒展成加工。 2.3 主要性能參數(shù)的確定 要設計和開發(fā)具有高效性能數(shù)控滾齒機,必須對數(shù)控滾機的主要性能參數(shù)進行適當選取和科學的制定，這些參數(shù)包括：主軸最高轉速、工作臺最高轉速、加工最大模數(shù)、快速進給速度等。合理選擇和確定主要性能參數(shù)是決定數(shù)控高效滾齒機先進的技術水平重要指標，為此，必須對目前滾齒行業(yè)齒輪加工工藝進行必要的調研和科學的分析，并加以合理的確定。 根據(jù)調查，目前國內，以一汽大眾，二汽東風神龍，大同齒輪廠，哈爾濱變速箱廠，杭州前進齒輪箱廠為代表的汽車制造廠家，因種種原因在齒輪加工工藝上仍較為落后，通常切齒速度大都在 60m/min 以下，個別企業(yè)的僅能達到 70~80m/min內，且軸向進給量最大均在 2mm/工作臺轉左右。難以滿足因產(chǎn)品種數(shù)多，產(chǎn)品增加的需求，而且滾齒加工的單向精度和綜合精度也僅能達到7~8 級(GB10095—88精度標準)，隨著這些龍頭企業(yè)產(chǎn)品不斷升級，以及載重汽車和客車的需求量不斷增加，以直徑在 Φ200~Φ350mm、模數(shù)為 4～8 的齒輪需求量越來越多，齒輪加工的精度要求穩(wěn)定在 6—7 級需求越來越多。且工程能力指數(shù)大于 1.33 的要求成為機床驗收的重要指標，為此對機床的可靠性也提出更高的要求，國內現(xiàn)有的滾齒機難以達到這一切齒要求。因而設計開發(fā)數(shù)控高效滾齒機的參數(shù)，必須滿足這一國內機床新的要求。介于本設計只對主軸部分進行設計,所以只對主軸最高轉速進行確定。 2.3.1 主軸最高轉速的確定 根據(jù)滾齒原理，滾刀主軸轉速可按下式計算： 式中， n—滾刀的轉速 （r/min） v—切削速度 （m/min） D—滾刀的外徑 (mm) 故主軸最高轉速為 根據(jù)前述分析，且結合目前齒輪滾刀濕式加工的最高切削速度范圍80~120m/min，取。 關于的選取，根據(jù)國標6083—85標準《齒輪滾刀的基本型式和尺寸》，以及德國DIN3968標準齒輪滾刀的尺寸中（見表），綜合實際的加工考慮。我們取。 將，帶入公式得： 取滾刀主軸最高轉速為安全值。 國標GB.6083—85標準齒輪滾刀尺寸參數(shù) 德國DIN標準滾刀尺寸參數(shù) 2.3.2 模數(shù)確定 數(shù)控高效滾齒機必須確定它的極限，以便能確定機床的加工能力，此參數(shù)的確定和適應的加工范圍，為了一刀切齒直徑在Φ200~Φ500，模數(shù)在4—8mm，穩(wěn)定達到全面7級精度要求，該機床的最大加工模數(shù)可根據(jù)數(shù)控滾齒機技術條件，以及相應數(shù)控滾齒機的精度標準中規(guī)定，由對機床的最終工作精度進行重切和精切的切削規(guī)范所決定。即精切試坯參數(shù)： 　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　式中：　　d—最大加工直徑 　　　　　　　　　m—最大加工模數(shù) 　　　　　　　　　—試件的分度圓直徑 　　　　　　　　　　—試件的加工模數(shù) 重切試坯的加工模數(shù)一般取最大加工模數(shù)的4/5： 　　　　　　　　　　　　　　　 由上述分析綜合確定，10~12模數(shù)為此數(shù)控機床的最大加工模數(shù)，考慮到 m=10以上的模數(shù)在重型汽車和重型機械及相關行業(yè)的傳動箱中已較少見，最大模數(shù)取最高線值，還會增加主電機功率以及加大安裝最大模數(shù)的裝齒刀尺寸，因而實際最大加工模數(shù)取為10mm。 滾齒機各大廠家參數(shù)對照表 續(xù)上表 2.4 主傳動總體結構設計 2.4.1 主軸箱外形方案初定 與傳統(tǒng)普通滾齒機主軸傳動不同，數(shù)控滾齒機主軸采用主電機獨立驅動，在主電機與主軸通過齒輪傳動聯(lián)接，全部裝置安裝在刀架體上。圖為刀架體外形三維圖： 2.4.2 主軸箱傳動方案初定 主運動傳動由初電機經(jīng)過兩級齒輪傳動至主軸，其在刀架體上的安裝模式及傳動方案可用下圖表示： 2.5 本章小結 本章提出了設計數(shù)控YK3150E型滾齒機滾刀主軸部件的總體要求，以及進行了普通滾齒機與數(shù)控滾齒機加工原理的比較分析，確定了主軸最高轉速及工件加工最大直徑和模數(shù)等重要參數(shù)，并對主運動傳動方案進行了初步確定。 3 YK3150E數(shù)控滾齒機滾刀主軸組件結構設計 數(shù)控高效滾齒機的設計不僅要求在參數(shù)的選擇、計算上應科學合理的，更主要的還應合理地設計出各主要部件的結構功能，以最優(yōu)的機械結構實現(xiàn)各部件的功能。因而作為最重要的主軸主件的設計，必須在結構上有創(chuàng)新的特點，以滿足數(shù)控高效滾齒機的切齒要求。下面將對YK3150E數(shù)控高效滾齒機的主軸部件設計進行分析說明。 3.1 結構方案設計 對于滾齒機來講，刀架部件為滾齒機的關鍵的部件之一，從滾齒機的出廠檢驗標準來說(普通或數(shù)控滾齒機)共有12~16個檢驗項目，而刀架部件就占了1/3的內容，從滾齒機的工作精度來講，刀架這個部件對機床的精度的影響很大，直接對加工齒輪的精度第1公差組和第2公差組及齒面粗糙度產(chǎn)生作用。例如：刀架主軸的軸向串動，影響被加齒輪的相鄰齒距誤差；刀架主軸的徑向跳動，影響著被加工齒輪的齒圈徑向跳動誤差；刀架的主軸高速切齒的振動(刀架整體剛性的強弱)影響著被加工齒輪的表面粗糙度。因而在進行刀架結構設計時，必須充分考慮數(shù)控高效滾齒機的切齒特點，以便從結構上最大限度地保證切齒的綜合性能要求。 1—成組軸承 2—拉桿 3—主軸 4—傳動軸 5—高精度斜齒輪 6—專用旋轉油缸 7—油缸活塞 數(shù)控滾齒機利用錐孔為 7﹕24的 BT—50 標準銑削刀桿接口模式，有利于滾刀桿自動夾緊與放松，縮短了滾齒機輔助調整時間，通常普通滾齒機采用莫氏5號錐度的孔徑定心，且為手動的夾緊與放松方式，該錐度的標準的孔位(大端)為Φ 47.75mm，不能為滾刀提供更大的刀桿尺寸。在YKX3140 數(shù)控高效滾齒機的刀桿設計中，為了確保刀架整體剛性，最小刀桿直徑為Φ40mm，同時為了滿足高效強力切齒，對自動夾緊系統(tǒng)的設計夾緊力最低不少于20000N，以充分保證刀桿切齒的剛性要求，而一般自動夾緊刀桿系統(tǒng)通常在15000N左右(普通數(shù)控滾齒機或小規(guī)格數(shù)控滾齒機)。刀桿的自動夾緊與放松過程為：油缸往右前推拉桿壓縮碟形彈簧時，由拉桿推動夾爪向前移動并張開，此時為松開刀桿；當油缸往后移動時，拉桿在縮碟形彈簧恢復力作用下帶動夾爪向后移動，由夾爪夾住并拉緊刀桿。顯然，刀桿的拉緊力為碟形彈簧提供的純機械拉力，油缸的推力僅起著放松刀桿的作用。刀桿的拉緊力不受油壓及電壓波動的影響。此種刀桿拉緊方式，能更好地適應高效滾齒機的切齒特點。 傳動系統(tǒng)中充分利用傳動鏈誤差分析理論提出的未端元件高精度原理，以提高傳動鏈精度。即在刀架的末端傳動元件的大小斜齒輪，其齒輪的精度達到 3 級精度，不但減少傳動鏈的總誤差，而且可有效降低高速切制的噪音。 在刀架箱體內采用大流量循環(huán)潤滑的冷卻系統(tǒng)，有效地保證了高速、重載的切齒時刀架體的熱平衡，從而保證了機床刀架主軸冷態(tài)和熱態(tài)精度的一致性；而普通滾齒機在刀架箱體中，多采用油池潤滑方式，切齒時刀架箱體高速旋轉傳動件產(chǎn)生的熱量無法帶走，機床的主軸冷態(tài)和熱態(tài)精度變化較大。 3.2 主軸設計相關問題分析 主軸系統(tǒng)是滾齒機的核心，它在很大程度上影響著齒輪的加工精度。主軸部件的精度主要體現(xiàn)在主軸的回轉精度和剛度的提高，而回轉精度與剛度又決定于主軸的形式及裝配形式。 數(shù)控滾齒機最高加工速度相對于普通數(shù)控滾齒機有成倍的提高，達到500轉/分，要達到這樣高的轉速，軸承的合理選擇，精度、調整、潤滑和軸系的平衡、阻尼特性等都對此有影響。滾刀軸軸系如何在這樣的高速下保證精度，在設計的過程中必須對下面幾個方面的內容進行研究： 3.2.1 主軸回轉精度分析 1.回轉精度的定義 軸件作回轉運動時，線速度為零的點的連線稱為軸件的回轉中心線，軸件回轉中心線相對于某一固定參考系統(tǒng)的空間位置，在理想情況下是不應隨時間變化的。但實際上由于軸承的誤差，軸件的撓曲和振動等原因，軸件的回轉中心線的空間位置在每一瞬時都是變化的，這時瞬時回轉中心線空間位置的平均中心線稱為理想回轉中心線，瞬時回轉中心線相對于理想回轉中心線在空間的位置偏離就是回轉軸件的瞬時誤差，這些瞬時誤差的范圍就是軸件回轉精度。 軸件誤差分為三種基本形式：軸向漂移、徑向漂移、角向漂移。 2.影響滾刀軸回轉精度的主要因素 1)軸頸的圓度誤差，主要引發(fā)主軸周期性的徑向誤差。 2)軸承誤差，如滾道的圓度，滾動體直徑及圓度的不一致性引發(fā)徑向誤差。 3)軸承端面對軸頸的垂直度及推力軸承的滾道與滾動體誤差引發(fā)軸向誤差。 4)前后軸承的同軸度及其徑向跳動大小和方向的不一致會引發(fā)擺動誤差。 5)滾刀軸的不平衡及其支撐剛度的變化會引發(fā)徑向誤差和擺角誤差。 6)滾刀軸的振動會引發(fā)徑向誤差。 3.提高零傳動滾齒機滾刀軸部件回轉精度的措施 1)裝配時采用定向選配，定向選配的目的是使誤差相互抵消，注意拆卸時必須在軸承內圈和主軸軸頸間，軸承外圈與箱體孔間畫線為記，重新裝配時按記號、裝配，才能保證精度。 2)裝配后精加工，將主軸部件裝配好后，以主軸的安裝基面和定位基面互為基準進行精磨。 3)提高精度要求 選用高精度的軸承，提高軸承配合面比如軸頸和箱體孔的精度要求。 4)對軸承適當預緊，減小間隙，保持適當過盈，提高剛度。 5)提高抗振性，一般說來，提高抗振性的措施除了提高剛度外，還可以采用增加阻尼，采用彈性傳動件，采取隔振措施等方法 。對于數(shù)控滾齒機滾刀軸來說，為了保證精度，主要采取提高主軸和支撐部件剛性以及裝配好后進行動平衡的措施。 6)保證正確潤滑，為軸承選擇正確的潤滑方式和潤滑材料。 3.1.2 主軸靜剛度 主軸的靜剛度又稱主軸剛度，是機床主軸系統(tǒng)的重要性能指標，它反映主軸單元抵抗靜態(tài)外力的能力，與負荷能力及抗振性密切相關。主軸單元最重要的靜剛度指標是彎曲剛度和軸向剛度。 彎曲剛度Kr 的定義是：為使主軸前端產(chǎn)生單位徑向位移δ時所需施加的力Fr，即 主軸單元的軸向剛度Ka，定義為使主軸軸向產(chǎn)生單位位移時，在軸向所需施加的力。一般情況下，彎曲剛度比軸向剛度要重要的多，是衡量主軸單元剛度的重要指標，通常用來代指主軸的剛度，它與主軸單元的懸伸量、跨距、幾何尺寸、金屬的物理性能及軸承剛度有關。 1.靜剛度近似估算 對滾齒機滾刀主軸軸系進行簡化將變截面的主軸，簡化為單一等效截面的等效主軸，設其截面抗彎慣性距為I，將前后軸承組簡化為前后兩個剛度系數(shù)為K1、K2的彈簧支承，確定支反力的合理位置。如圖所示： 主軸本身的彎曲變形引起的軸端位移 ys為 （mm） 式中 F—靜載荷（N） a— 縣伸量（mm） E—彈性模量，鋼的彈性模量為2.1*(N/) L—支承跨距（mm） 前后支承的支反力為： 前后支承的變形為： 由于軸承變形引起的主軸軸端位移為： 主軸軸端總位移y為： 2.懸伸量和跨距對主軸剛度的影響 由式可知，前懸伸越長，伸出端撓度越大，對主軸組件的綜合剛度影響越大，應該盡量縮短。在實際設計中，考慮到軸承的安裝位置及密封等因素，前懸伸量基本上是沒有優(yōu)化余地的，能夠優(yōu)化的是前后軸承組之間的跨距。 由式可求得主軸柔度為 由式可以看出跨距對主軸剛度的影響不是單向的，將式對跨距L求導并令 dy/dL=0得： 對式求解就可得到最佳跨距值，實際上，由于實際設計中結構的限制，此最佳跨距值是一個近似的參考值，若實際跨距在此附近，則有可能使主軸剛度達到最大值。若結構設計中實際跨距不能等于L時，則寧大勿小，以較大的實際跨距為宜。因為當實際跨距小于最佳跨距時，綜合剛度的降低比跨距大于最佳值時要敏感得多。 3.1.3 主軸組件支承問題分析 1.主軸軸承的選擇 數(shù)控滾齒機滾刀軸部件加工速度高，其軸承的選用首先必須滿足高速運轉的要求,并且具有高的回轉精度和較低的溫升，其次，因為滾齒機承受的是斷續(xù)沖擊的切削力，所以其軸承必須具有盡可能高的徑向和軸向剛度。另外，還必須具有較長的使用壽命，特別是保持精度的壽命。 滾動軸承的選用，主要看轉速、載荷、結構尺寸要求等工作條件。一般來說，線接觸軸承、滾柱、滾錐、滾針承載能力大，同時摩擦大，則相應極限轉速較低，點接觸球軸承則反之，但推力球軸承由于對中性較差，極限轉速較低，單個軸承同時承受徑向載荷和單雙向軸向載荷，其結構簡單，尺寸小，但滾動體受力不在最優(yōu)方向，使極限轉速降低。軸系的徑向和軸向載荷分別由不同軸承承受，受力狀態(tài)較好，但結構復雜尺寸大。 一般軸系要同時承受徑向載荷與雙向軸向載荷，需按下列條件選用滾動軸承。 1)中高速重載，雙列圓柱滾子軸承配雙向推力角接觸球軸承，若配推力軸承，會使極限轉速降低，成對圓錐滾子軸承結構簡單，但極限轉速較低，空心圓錐滾子軸承的極限轉速提高，但成本較高。 2)高速輕載，采用成組角接觸球軸承，根據(jù)軸向載荷的大小分別選用250或者150接觸角。 3)軸向載荷為主，精度不高時，選用推力軸承配深溝球軸承，精度較高時，選用向心推力軸承。 綜上所述，對于數(shù)控滾齒機主軸部件，顯然應該以中高速重載的條件來選擇滾動軸承，故選用雙列圓柱滾子軸承配雙向推力角接觸球軸承。 2.主軸軸承的配置 主軸軸承的配置形式應該根據(jù)轉速、剛度、承載能力、抗振性和噪聲等要求來選擇。常見的有以下幾種典型的配置形式：速度型、剛度型和剛度速度型。 1)速度型 主軸前后軸承都采用具有良好高速性能的角接觸球軸承，雙聯(lián)或者三聯(lián)。當軸向切削分力較大時，選用接觸角為250的球軸承；當軸向切削分力較小時，選用接觸角為 150的球軸承載。在相同條件下，前者的軸向剛度比后者大一倍。 2)剛度型 前支承采用雙列圓柱滾子軸承承受徑向載荷和600角接觸雙列推力球軸承承受軸向載荷，后支撐采用雙列短圓柱滾子軸承，這種軸承配置的主軸部件適用于中等轉速和切削負載較大要求剛度高的機床。 3)速度剛度型 前軸承采用三聯(lián)角接觸球軸承，后支撐采用雙列短圓柱滾子軸承，前軸承組的配置特點是：外測的兩個角接觸球軸承大口朝向主軸工作端，承受主要方向的軸向力，第三個角接觸球軸承則通過軸套與外測的兩個軸承背靠背配置，使三聯(lián)角接觸球軸承有一個較大的支承跨距以提高承受顛覆力矩的剛度。 數(shù)控滾齒機加工速度雖然相對于普通數(shù)控滾齒機有了很大提高，但絕對速度與加工中心的主軸相比卻不能算高速，由于其加工特點，它顯然屬于剛度型的結構。 由于YK3150E數(shù)控滾齒機加工過程中，主軸前端微小的變形都會反映到工件的精度上，因此主軸前端必須具有極高的徑向和軸向剛度，因此，前端的雙列圓柱滾子軸承和雙向推力角接觸球軸承都必須施加預緊力以提高剛度。前端必須固定，后端軸承遠離加工區(qū)域，承受的徑向力比較小，主軸在加工過程中，軸承熱和轉子熱都會有一部分傳遞到主軸上，造成主軸溫升變形，因此后端軸承必須浮動，否則主軸中段會產(chǎn)生彎曲變形。 綜上所述，滾刀主軸采用一端固定一端浮動的結構，靠近加工區(qū)域一端固定，遠離加工區(qū)域一端浮動。這樣的結構使的主軸具有高的剛性，同時避免溫升變形。 3.主軸軸承的潤滑 滾動軸承的潤滑目的是減少軸承內部摩擦及磨損，防止燒結，延長疲勞壽命，防止異物進入，防銹防腐。 評定軸承速度性能的是速度參數(shù)dn值(單位:mm.r/min)，其中d為軸承的中徑，等于軸承內外徑的平均值(單位:mm)，n為轉速(單位:r/min)，dn值反映了軸承滾動體的公轉速度，這也是軸承轉速的主要限制因素，代表軸承速度性能的dn值同時表征著相應主軸的轉速及線速度特性。 我國主軸單元系列型譜將機床主軸單元劃分為兩大類：高剛度型和高速度型，其對應的dn值及潤滑方式見下表： YE3150E滾齒機滾刀主軸前軸承的dn值為： 按照上表的規(guī)定，屬于高剛度型，采用脂潤滑，脂潤滑時要注意不同型號的脂類不能混用，且補充的周期要短于潤滑期限，一般情況下為（0.5 ~0.7）倍潤滑期限。 4.主軸軸承的預緊 滾動軸承的預緊又稱為預加負荷，是指在安裝軸承時采用一定的方法，以消除軸承的游隙，并在滾動體和內外圈接觸處產(chǎn)生預變形使工作表面的接觸面積增加。 對軸承進行預緊的目的有以下幾點： 1)在正確決定軸的徑向方向及軸向方向位置的同時抑制軸的跳動。 2)提高軸的剛性。 3)防止軸向方向的振動及由于共振而造成的異音。 4)抑制滾動體的旋轉滑動，公轉滑動及自轉滑動，以減小離心力和陀螺力矩并且可以抑制磨損。 軸承的預緊有兩種方法，一種是定位預緊，另一種是定壓預緊。定位預緊是對置軸承在軸方向的相對位置，在使用中也不會改變的預緊方法。定壓預緊是利用螺旋彈簧、碟形彈簧給予軸承適當?shù)念A緊力的方法，在使用中軸承的相對位置即使有變化，預緊力也可以大體保持一致。定位預緊與定壓預緊相比較，在預緊力相等的情況下，定位預緊有效于增加軸承的剛性。但是，在運轉過程中，由于軸與外殼的溫度差而造成的軸向延伸率差，內外圈溫度差而造成的徑向熱膨脹差及負荷而造成的變形等影響會使預緊力發(fā)生變化。在定壓預緊的情況下，由于軸伸縮造成彈簧變形很小，所以幾乎可以不考慮預緊力的變化。由此可知，一般定位預緊適合于提高剛性的目的，定壓預緊適用于高速旋轉需要防止軸向振動的情況。 定位預緊與定壓預緊方式對剛度的影響 滾動軸承的預緊量應該根據(jù)對剛度和運轉條件的要求來決定。較大的預緊量可以提高軸承的剛度，但是過大的預緊量會增大軸承的工作表面面積，增大摩擦系數(shù)導致溫升增高，潤滑條件變壞，軸承的壽命和極限轉速降低。因此在預緊量的選擇上一定要慎重，選擇預緊量的原則是當軸承承受最大工作負荷時，軸承始終保持一定的過盈量而不致于產(chǎn)生間隙。 數(shù)控滾齒機滾刀主軸前軸承預緊方式方案為： 主軸前支承預緊方式 雙列圓柱滾子軸承的預緊方法是：首先，取掉外圈，用一個端面平面度和垂直度很高的隔套推其內圈，使其沿主軸1：12錐度段軸向移動，靠內圈的彈性變形將滾子撐開，然后測量各滾子頂點形成的包絡圓，在測量的過程中修磨調整片6，直到包絡圓的圓度非常高，并且直徑要和測量到的外圈滾道直徑一致，一般情況下，調整好的圓柱滾子軸承會有2～3個微米的過盈量。 雙向推力角接觸球軸承的預緊方法是：首先通過密封蓋5，雙列圓柱滾子軸承的外圈將其外圈軸向固定，然后用螺母推動隔套頂其內圈，使內外圈在軸上的相對位置對置，通過修磨調整片4調整預緊力。 4.主軸騙碼器的選擇 （一）、滾刀軸控制精度分析 滾齒機通過滾刀軸與工件軸的展成運動切出工件齒形在嚙合節(jié)線上產(chǎn)生的齒距誤差為： 式中 --工件的齒距誤差 --滾刀或工件模數(shù) --滾刀軸旋轉誤差 --工件軸軸旋轉誤差 K—滾刀頭數(shù) Z—工件齒數(shù) 由上式可知工件對工件軸誤差是非常敏感的，假設滾刀頭數(shù)為1，加工的工件齒數(shù)為100，則工件軸誤差對工件誤差的影響程度是滾刀軸誤差對工件誤差影響程度的100倍，因此，在誤差分配的時候，應該盡可能地提高滾刀軸精度以降低對工件軸精度的要求。 （二）、滾刀軸編碼器選擇原則 數(shù)控滾齒機由主軸電機經(jīng)兩級齒輪傳動驅動滾刀軸旋轉，選用編碼器為角度編碼器，角度編碼器由測量輪和感應頭組成，測量輪上有刻線或者做成齒輪的形狀由主軸帶動旋轉，感應頭通過光電感應，將測出的位置信號傳入控制系統(tǒng)，系統(tǒng)再把測得的信號按照設定的倍頻數(shù)細分以獲得需要的分辨率。 系統(tǒng)所能達到的分辨率跟編碼器刻線數(shù)或者齒數(shù)感應頭自帶倍頻數(shù)以及數(shù)控系統(tǒng)的細分倍頻數(shù)有關，其計算公式為： 式中 SC為數(shù)控系統(tǒng)的分辨率，S為編碼器刻線數(shù)或者齒數(shù)，N為感應頭自帶倍頻數(shù)，DMR為數(shù)控系統(tǒng)設定的細分倍頻數(shù)，目前數(shù)控系統(tǒng)最多可以對編碼器的檢測信號進行2048倍細分。 數(shù)控系統(tǒng)的分辨率是由主軸的控制精度決定的，根據(jù)前面的分析，數(shù)控系統(tǒng)對零傳動滾齒機滾刀軸的分辨率應該達到0.005o，即脈沖當量應該達到0.005度/脈沖。 編碼器的刻線數(shù)S的選擇不是任意的，它跟滾刀軸的轉速有很大的關系。當滾刀軸轉速比較高時，選擇刻線數(shù)或者齒數(shù)較多的編碼器會使感應頭來不及響應，造成系統(tǒng)振蕩。當滾刀軸轉速比較低時，選擇刻線數(shù)或者齒數(shù)較低的編碼器會使系統(tǒng)在單位時間內采到的脈沖數(shù)過少，造成控制誤差較大。另外由于N值是不可調的，一般為4，若S值過小則會造成DMR值過大，造成信號質量下降。因此，必須根據(jù)主軸轉速，選擇合適的編碼器。設定合適的系統(tǒng)倍頻值，使控制系統(tǒng)的性能達到最優(yōu)。 根據(jù)以上分析，最終選擇德國海德漢公司的RON886型角度編碼器。其裝配方案如下圖： 3.3 本章小結 本章主要對YK3150E數(shù)控滾齒機進行結構設計的分析確定。在已做出的裝配草圖的基礎上分析了傳動系統(tǒng)中各組件的設計，主要進行了主軸組件的機械性能分析。通過分析解決了數(shù)控滾齒機的結構設計相關問題。 4 YK3150E數(shù)控滾齒機設計計算 4.1 主電機設計計算 4.1.1 電機選型 籠型異步交流電機和永磁同步交流電機是目前機床電主軸的主力軍，異步電機結構簡單，轉動慣量小，動態(tài)響應快，轉速高，在變頻調速下系統(tǒng)有較硬的機械特性和良好的調速性能。而永磁同步電機結構比較復雜，矢量控制復雜，但是與異步電機相比有下面幾個優(yōu)點： 1、由于不是靠切割磁力線感生磁場，因此轉子能量損失更少，這就意味著轉子發(fā)熱量少， 使得軸承和主軸的溫升較小，熱變形較小，有較高的主軸系統(tǒng)剛度。 2、在相同的轉矩下，需要的冷卻能量較少，節(jié)省了冷卻系統(tǒng)的成本。 3、具有更高的功率密度。 4、在相同的慣性矩下具有更好的加速性能。 滾齒機加工過程中滾刀軸與工件軸之間是精密的同步展成運動，因此對滾刀軸來說不僅要求速度匹配，還要求位置同步，這就需要非常高的響應速度和精度。滾齒機刀架要求結構非常緊湊，主軸電機體積過大容易引起干涉問題。由于同步電機較異步電機具有更高的功能密度，因而在相同功率下體積較小?；谏厦娴睦碛桑来磐絻戎秒姍C是最好的選擇。 4.1.2主電機功率設計計算 數(shù)控滾齒機最主要功率參數(shù)之一就是主電機的功率，如果主電機的功率選擇過大，將使機床的結構設計更為困難且機床過于笨重，如果主電機功率選擇過小，難以滿足高速、高效強力切齒，影響機床的整體性能。 4.1.2.1 滾齒機主運動電動機的功率 根據(jù)機床設計理論，有 (4.1a) 式中： —消耗于切削的功率，又稱有效功率（KW） —空載功率 （KW） —載荷附加功率，指隨載荷而增加的機械摩擦損耗功率(KW) 4.1.2.2 的計算 機床主運動空轉時，由于傳動件的摩擦，攪油，空氣阻力等原因，電動機要消耗一部分功率，其值隨著傳動件轉速增大而增加，與傳動預緊程度及裝配質量有關，中型機床主傳動空載功率可按下列實驗公式計算。 (4.1b) 式中： d平均——主運動系統(tǒng)中除主軸外所有傳動軸軸頸的平均直徑(cm) ∑ ni——除主軸外各軸的轉速和(r/min) n主 ——主軸轉速(r/min) k——潤滑修正系數(shù)，k=30~50，潤滑情況好時取小值 d主 ——主軸前后軸頸的平均值(cm) C1——主軸軸承系數(shù) 4.1.2.3 的計算 機床切削時，由于傳動件的正壓力加大，則摩擦損失將增加，因而 P輔隨 P切的變化而變化。 (4.1c) 式中，…….，，……. 為主傳動系統(tǒng)中各傳動副的機械效率。 將公式(4.1c)代入(4.1a)中得： (4.1d) 式中 ——機床總機械效率，= 0.75~0.85(主運動為回轉運動)或 =0.4~0.7(主運動為直線運動)。 顯然從公式(4.1b)中可以看出，在滾齒機結構尚未確定時，P空的計算有較大的難度和不確定性，因而實際中按照重慶機床廠所總結的經(jīng)驗公式來計算P空。 即 當主軸轉速 n＞250(r/min)時， (4.1e) 當主軸轉速 n＜250(r/min)時， (4.1f) 式中， (m/min) Di——分度蝸輪節(jié)圓直徑 (mm) Z——分度蝸輪齒數(shù) 4.1.2.4 切削功率的計算 （KW） (4.1g) 式中， Fz——最大切削力 V——切削速度 由于滾齒機的切削力計算是較為復雜，主切削 Fm與切削的模數(shù)，切削速度，垂直進給量，齒輪材料螺旋角，吃刀深度，滾刀頭數(shù)和齒形修正系數(shù)等因素都有關。主切削力計算公式都是經(jīng)過長期的試驗研究總結歸納而得，其中德國普發(fā)特公司提出的主切削力經(jīng)驗公式較具有代表性和完整性。 (4.1h) 式中，Mn——法向模數(shù) （mm） Sa——軸向進給量 (mm/轉) T——吃刀深度=切削深度×100%/2.25×法向模數(shù) i——滾切深度 T=t/2.25 M V——切削速度 (m/min) I——滾刀溝槽數(shù) Cw——工件材料系數(shù) A——滾刀系數(shù)=滾刀半徑/法向模數(shù) ——齒形修正系數(shù) Z——工件齒數(shù) Z0——滾刀齒數(shù) β——螺旋角 (度) Cg——滾刀頭系數(shù) 滾刀頭數(shù)系數(shù)表 另外重慶機床廠總結的滾刀最大力矩公式如下： (4.1i) 最大切削力 ，取最大靜載力 式中：m——法向模數(shù)(mm) D——滾刀半徑 S——軸向進給量(mm/r) T——吃刀深度(mm) Z——工件齒數(shù) K材 ——工件材料系數(shù)，見下表 K螺 ——螺旋角修正系數(shù) K硬 —— 工件硬度系數(shù)，見下表 比較公式(4.1h)與公式(4.1i)可知，公式(4.1h)較完整包括了影響切削滾切力的所有因素，而公式(4.1i)未考慮滾刀頭數(shù)、刀齒槽數(shù)、齒形修正對最大滾切力的影響，僅適用于單刀滾刀的切削力計算。而對于YK3150E數(shù)控高效滾齒機而言，要滿足于4—8個模數(shù)的高效強力切削，必須考慮多頭滾刀的切削要求，也應該考慮大模數(shù)滾齒時刀齒數(shù)對包絡齒形斷續(xù)切齒切削力沖擊變化大的因素，所以最大滾刀切削力的經(jīng)驗公式選擇式(4.1h)更符合此機床的設計計算科學性和合理性。 在式 (4.1h) 中，各切削參數(shù)可根據(jù)數(shù)控高效滾齒機重切削規(guī)范來確定。按JB/T8340.2— — 1994《數(shù)控滾齒機技術條件》第8條機床負荷試驗的規(guī)定，確定此數(shù)控高效滾齒機的靜載切削規(guī)范的條件是： a.重切齒輪參數(shù)： 模數(shù) M=10 齒數(shù) Z=20 螺旋角 β= 00度 軸向進給量 S=4mm/rp 滾齒轉速 N=150r/min 切削速度V=70m/min 強切深度 t=20mm b.刀具參數(shù)： 滾齒外徑 D=150mm 滾齒刀頭數(shù) z0=1 滾刀齒數(shù) I=10 滾齒刀內徑 d=50mm 將以上參數(shù)代入公式(4.1h)及式(4.1f)進行計算得： Fmax=2114 kgf P空 =2.35 kw 由式(4.1g)算得主切削功率 取 F切 =0.45 Fmax，得：=10.99 kw =15.28 kw 故選擇主電機在15kw左右為宜。 4.1.3 主電機與主軸功率特性的匹配設計 本數(shù)控高效滾齒機的主電機選用交流變頻調速方式，實現(xiàn)主軸的無級變速的切削要求。對于交流變頻調速電動機調速范圍可達 1：10，其恒定率調速范圍可達1：3，甚至可達更高的范圍，此數(shù)控滾齒機應滿足的 1：5 的總調速比要求和恒定率調速范圍比1：3要求。 在數(shù)控高效滾齒機的電動機功率設計選取中，我們還必須考慮電動機的功率與機床主軸加工的要求功率匹配的問題，一般地講，由于機床主軸要求的恒功率范圍Rnp遠大于電動機的恒功率變速范圍，但如果要在此數(shù)控高效滾齒機主軸無級變速范圍實現(xiàn)恒功率全變速，這樣選擇電機的額定轉速較低，變頻電機勢必造成體積較大、功率浪費過大，也會給結構設計帶來不便和造成切削的功率富余，因而對于本機床主軸電機額定轉速選取，應通過增加傳動比使電機的最低轉速接近電機的額定轉速。 1、主軸計算轉速(nj)的確定和電機額定轉速的選取，主軸計算轉速是指傳遞全功率的最低轉速，對滾齒機nj按下式計算： 將主軸最高轉速 nmax=500r/min 及主軸最低轉速 nmin=80r/min 代入上式得：nj=126.5 r/min 又設 i總電機至主軸的總傳動比，恒功率 調速范圍 RnN為： 計算得：n電 =1265r/min 故電機應適用功率為 15kw，額定功率轉速為 1500r/min。綜上所述，選蘭州電機廠1PH5系列電機137型號。電機額定功率15kw，基本速度1500r/min，轉速范圍為6~6300，額定轉矩95Nm。 4.2 主運動傳動組件設計計算 4.2.1主運動傳動系統(tǒng)簡圖 由前可知:主軸恒功率功率調速范圍RnN=4，電動機恒功率調速范圍為。取=2＜，由下列公式計算得： ，取Z=1 Ⅰ Ⅱ