Y3150E滾齒機滾齒刀架設計可編輯

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1、 目錄 摘 要 3 第一章 緒論 1 11滾齒機國內外研究現狀現狀 1 12 滾齒機研制技術的發(fā)展趨勢 2 第二章 滾齒機總體設計 4 21滾齒機總體方案設計 4 22 擬定傳動方案設計 4 23 確定詳細傳動方案 6 24 滾齒機各部件方案設計 7 com 床身設計 7 com 主傳動箱設計 7 com 刀架立柱設計 8 244 滾刀牙箱設計 8 245 工作臺設計 8 246 外支架設計 8 第三章 滾刀箱結構設計 9 31滾刀箱的特性 9 32滾刀箱的結構設計 9 com 滾刀箱的功能結構分析 9

2、com 滾刀箱的壁厚 9 33 滾刀箱的設計計算 10 com 斜齒輪的設計 10 com 滾刀心軸的結構設計 14 第四章 刀架底座部件設計 17 41 工作要求 17 42竄刀運動與工件軸旋轉的聯動關系 17 43刀架底座部件的結構特點 18 44動力參數設計 18 com切削力的關系及坐標變換 18 com 等效負載轉矩計算 21 com 等效轉動慣量的計算 23 com 加速度扭矩的計算 24 45滾柱絲杠副支承設計技術研究 26 com 滾動軸承的選擇 26 com 支承形式設計 26 com預拉伸設計 27 46 滾刀軸部件鎖緊的實現 29

3、 第五章 滾刀箱形狀和尺寸的確定 33 第六章 結束語 34 參考文獻 35 致 謝 36 附 錄1 37 附 錄2 38 摘 要 齒輪加工正朝著環(huán)保高效高精度及無屑加工方向發(fā)展齒輪加工機床正朝著全數控功能復合柔性自動化安全性及網絡化方向發(fā)展傳統機械式滾齒機傳動結構異常復雜傳動效率低傳動精度差磨損嚴重切削速度低在各方面都不能滿足現代滾齒機的性能要求普通全數控滾齒機雖然具有全數控化柔性好安全的特點但是機械傳動環(huán)節(jié)的存在始終限制其加工速度的提升不能適應干式切削的需要因此國外的部分廠家從最近幾年才開始研制零傳動齒輪加工機床零傳動滾齒機突破了傳統齒輪加工機床的結構設計原

4、理采用電主軸和內置力矩電機直接驅動滾刀旋轉運動和工件軸旋轉運動是齒輪機床設計技術的重大變革但國外零傳動機床的售價很高是一般數控機床的 2～3倍設計原理和技術資料嚴格保密形成了技術壟斷的局面 為了打破國外的技術壟斷盡快提高我國齒輪加工機床的設計制造水平研究和開發(fā)高速高精度零傳動滾齒機是十分必要的零傳動滾齒機的研制基于零傳動功能部件由電主軸直接驅動的零傳動刀架部件是研發(fā)的核心之一 我的課題主要內容是滾齒機刀架系統設計滾刀箱固定在刀架滑板上滾刀心軸插入滾刀主軸并用拉緊螺栓固定在主軸上為了保證主軸與前軸承的適當間隙前軸承是做成外錐并開口調整軸承上的兩個螺母可以使前軸承做軸向移動使前軸承孔收縮便可消

5、除主軸和軸承間過大的間隙 關鍵詞滾齒機刀架動靜態(tài)特性 ABSTRACT The gear processing is developed an environment protecting high-efficiencyhigh-precision and chipless machining mode meanwhile the gear machine tools developed the completely-digital-control function-complex flexible automatic secure and network mode Traditiona

6、l gear hobbing machine can not satisfy performance demand of modern gear hobbing machine because of its disadvantages such as complex drive structure low drive efficiency low drive precision bad abrasion low cutting speed and etc normal NC gear hobbing machine has characteristics of CNCgood flexible

7、 and safety but because the mechanical drive limit the cutting speed it also can not fit for the demand of dry cuttingso some overseas companies have started to study zero-chain gear hobbing machine zero-chain gear hobbing machine breaks through structure design principle of traditional gear cutti

8、ng machine in which motorized spindle and built-in torque motor have been applied to realize rotary of hobbing cutter and workpiece-shaftit is an important technological innovation of the design of gear machine tool But the foreign Nought-Drive machine tools are expensive 2-3 times as much as the co

9、mmon digital-control machine tool the design theory and the pertinent technical data are all kept absolutely secret that formed a situation of monopoly technology In order to break the technology monopoly and improve the level of designingmanufacturing rapidly in our countrys gear cutting machine

10、its very necessary to study and develop high-speed and high-precision direct drive gear hobbing machine one key of the research is the direct drive hobhead The topic main content of topic is hob-cutter frame design as well as the spindle assembly design Rob cutter frame is fixed on the slide of cut

11、ter rack the hob shaft is inserted into hob spindle and fixed with the draw-in bolt on the main axle In order to guarantee the spindle and the suitable front bearing gap the front bearing has the outer cone and the aperture Adjusting on the bearing two nuts it causes bearing movement along the front

12、 axle when motion and causes contraction of the front bearing hole then to be possible to eliminate the gap between the main axle and the bearing Key words Direct-drive Gear Hobbing Machine hobhead dynamic-static performance 第一章 緒論 11滾齒機國內外研究現狀現狀 齒輪加工機床是一種技術含量高且結構復雜的機床系統由于齒輪使用的量大面廣齒輪加工機床已成為汽車

13、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其占齒輪加工機床擁有量的40～50它主要用來加工圓柱齒輪和蝸輪等 隨著重型車市場的高速擴張和產銷量的迅速增長變速箱和齒輪制造行業(yè)的內部競爭必將進一步加劇為齒輪機床行業(yè)增加了良性發(fā)展的大好機會各生產廠商大規(guī)模技改投資齒輪加工機床 目前國際上生產滾齒機的強國美國德國和日本也是世界經濟強國和汽車生產大國美國Gleason-pfauter公司德國的Liebherr 公司日本的三菱重工公司堅藤

14、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的滾齒機都是全數控式的中小規(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環(huán)保問題近年來為更好地滿足滾齒加工中的綠色制造德國Liebherr 公司早在十幾年前就開始研究高速干式切削滾齒機日本三菱重工則是最早將高速干式切削滾齒機商品化的制造商它們的成功還得益于滾刀制造技術的提高目前LiebherrGleason-pfauter三菱重工SU堅藤和清和均開發(fā)了適用于高速干式切削的滾齒機產品在特別重視環(huán)保的世界著名齒輪制造商中如德國ZF公司美國Ford汽車公司等使用高速干式滾齒已成

15、為主流在我國上海汽車齒輪公司及陜西發(fā)士特公司也已開始采購三菱重工公司生產的干式切削滾齒機 近幾年我國在滾齒機設計技術方面研究的主要內容經歷了從傳統機械式滾齒機通過數控改造發(fā)展為2-3軸直線運動軸實用型數控高效滾齒機到全新的六軸四聯動數控高速滾齒機的開發(fā)滾齒機加工鋼件全部采用濕式滾齒方式目前國內主要滾齒機制造商重慶機床廠及南京二機床有限責任公司生產的系列數控高效滾齒機已采取全密封護罩加油霧分離器和磁力排屑器的方式部分地解決環(huán)保問題世界上滾齒機產量最大的制造商重慶機床廠從2001年開始研究面向綠色制造的高速干切滾齒技術2002年初研制成功既能干切又能濕切的YKS3112六軸四聯動數控高速滾齒機2

16、003年初又開始研制面向綠色制造的YE3116CNC7高速干式切削滾齒機即將進入商品化階段 傳統滾齒機在加工過程中有以下特點 1 滾削齒輪時應用切削液可提高刀具壽命改善加工表面質量和利于排出切削熱而不致引起機床的熱變形但是在高速切削過程中切削液的飛濺和形成的油霧對生態(tài)環(huán)境和人類特別有害變質切削液的排放也會嚴重污染環(huán)境 2 機床漏混油嚴重 3 加工成本高機床的材料用量能耗油耗及附加費大濕式齒輪加工中消耗的切削液及切削液附加裝置的費用占加工成本的20左右 4 生產效率低下加工質量差難以滿足現代企業(yè)生產的要求 12 滾齒機研制技術的發(fā)展趨勢 ① 高速高效化[172434-35] 綜合上面的分

17、析比較我們可以看到具有國際先進水平的滾齒機充分利用了高速切削的原理滾刀最高轉速均在3000rmin以上Liebherr的LC80立式滾齒機甚至達到了9000rmin[7]不僅提高了生產效率而且由于切屑帶走了90以上的切削熱既能保證工件的精度又省去了冷卻工件的切削液避免了環(huán)境污染 ② 全數控化[11-1824] 通過對機床各運動軸的 CNC 控制及部分軸間的聯動可增加機床功能使?jié)L削小錐度及鼓形齒輪變得簡單可縮短傳動鏈提高各軸精度和重復定位精度可省去計算及更換分齒掛輪和差動掛輪進給及主軸換檔時間從而減少輔助加工時間增加機床柔性由于機械結構變得簡單可在設計時更有利于提高機床的剛性及把熱變形降到更

18、低各軸間沒有機械聯系結構設計變得更加典型有利于實施模塊化設計及制造 ③ 零傳動化及高速干式切削[1733] 國外先進滾齒機已經廣泛采用了零傳動功能部件最常見的是刀架由電主軸直接驅動部分廠家工作臺由力矩電機直接驅動零傳動滾齒機滾刀軸速度一般在 3000 轉分以上能夠達到干式切削的速度要求實現了機床的環(huán)保化干式切削滾齒機使齒輪加工徹底擺脫了切削液從根本上解決了環(huán)境污染問題還能提高 2 倍以上的加工效率提高刀具 1～4 倍的壽命大大降低單件齒輪加工的成本 ④ 網絡化[17] 由于計算機技術的高速發(fā)展現在的高檔數控系統已具備通訊聯網的功能數控機床正朝著網絡化方向發(fā)展實現遠程監(jiān)控和加工的功能減少

19、工人負擔提高加工效率 ⑤ 智能化[19] 由于計算機技術及數控技術的發(fā)展智能技術也逐漸應用于高性能數控齒輪機中具體表現在 1 完成加工質量與加工過程智能控制根據對工件在線檢測的結果和實時采集的機床狀態(tài)預測工件的加工質量并及時調整加工過程的工藝參數以保證機床的加工精度 2 智能診斷故障診斷的智能化表現在兩方面一方面是機床會對曾經產生的故障作記錄當下次碰到該故障時它會首先提示可能的原因另一方面現場信息經過壓縮存貯在機床的黑匣子中一旦機床發(fā)生的故障超出其自身的診斷能力就可以通過 Internet 從網上專家系統獲得支持進行交互式的遠程協同診斷 第二章 滾齒機總體設計 21滾齒機總體方

20、案設計 滾齒加工是依照交錯軸螺旋齒輪嚙合原理進行的用齒輪滾刀加工的過程就相當于一對螺旋齒輪嚙合的過程將其中的一個齒輪的齒數減少到一個或幾個螺旋角增大到很大呈螺桿狀再開槽并鏟背使其具有切削性能就成了齒輪滾刀機床使?jié)L刀和工件保持一對螺旋齒輪副嚙合關系作相關旋轉運動時就可在工件上滾切出具有漸開線齒廓的齒槽滾齒時切出的齒廓是滾刀切削刃運動軌跡的包絡線滾齒時齒廓的成形方法是展成法成形滾刀旋轉運動和工件旋轉運動組成的復合運動就是展成運動再加上滾刀沿工件軸線垂直方向的進給運動就可切出整個齒長 其設計依據如下 a 最大切削模數8mm b 銑削圓柱齒輪最大外徑500mm c 銑刀最大直徑160m

21、m d 銑刀最大垂直行程長度300mm e 滾刀轉數范圍40250rmin 22 擬定傳動方案設計 加工直齒圓柱齒輪時滾刀軸線與齒輪端面傾斜一個角度其值等于滾刀螺旋升角使?jié)L刀螺紋方向與被切齒輪齒向一致它需具有以下三條傳動鏈 a 主運動傳動鏈電動機12iv34滾刀是一條外聯系得傳動鏈實現滾刀的旋轉運動其中iv為置換機構用以變換滾刀的轉速 b 展成運動傳動鏈滾刀45ix67工作臺是內聯系傳動鏈實現漸開線齒廓的復合成形運動對單頭滾刀而言滾刀轉一轉工件應轉過一個齒所以要求滾刀與工作臺之間必須保持嚴格的傳動比關系其中換置機構為ix用于適應工件齒數和滾刀頭數的變化其傳動比的要求很精確

22、由于工作臺的旋轉方向與滾刀螺旋角的旋向有關故在這條傳動鏈中還設有工作臺變向機構 c 軸向進給運動傳動鏈工件78if910刀架升降絲杠是一條外傳動鏈實現齒寬方向直線形齒形的運動其中換置機構為if用于調整軸向進給量的大小和方向以適應不同加工表面粗糙度的要求軸向進給運動是一個獨立的簡單運動作為外聯系傳動鏈它可以使用獨立的運動源來驅動這里所以用工作臺作為間接運動源是因為滾齒時的進給量通常以工件每轉1轉時刀架的位移量來計量且刀架運動速度較低采用這種傳動方案不僅滿足了工藝上的需要還能簡化機床的結構 圖2-1所示為滾切直齒圓柱齒輪齒輪的傳動原理圖 圖2-1 滾切直齒圓柱齒輪的傳動原理圖 斜齒圓柱齒

23、輪在齒長方向為一條螺旋線為了形成螺旋線齒線在滾刀作軸向進給運動的同時工件還應作附加旋轉運動B22簡稱附加運動且這兩個運動之間必須保持確定的關系滾刀移動一個螺旋線導程S時工件應準確地附加轉過1轉因此加工斜齒輪時的進給運動是一個螺旋運動是一個復合運動實現滾切斜齒輪所需成形運動的傳動原理圖如圖2-2所示其中主運動展成運動以及軸向運動傳動鏈與加工直齒輪時相同只是在刀架與工作臺之間增加了一條附加運動鏈絲杠-12-13-iy-14-15-i合成-6-7-ix-8-9-工件 在保證刀架沿工作臺軸線方向移動一個螺旋導程s時工件附加轉過1轉形成螺旋線齒線 圖2-2 滾切斜齒圓柱齒輪的傳動原理圖 23 確定

24、詳細傳動方案 本次所設計的Y3150E型滾齒機它主要用于加工直齒和斜齒圓柱齒輪也可用于手動徑向進給加工蝸輪因此傳動系統中共有6條傳動鏈它們分別是主運動鏈展成運動鏈軸向進給運動鏈附加運動鏈工作臺的水平送進運動鏈和快速移動刀架的運動鏈 其主要四條傳動鏈的表達式如下 a．主運動電動機 → 滾刀 主電動機 →帶輪→→→ → → → → → 滾刀 b．展成運動滾刀 → 工作臺 滾刀 → → → → → → 合成機構 → → → → 工作臺 c．進給運動工作臺 → 刀架 工作臺 → → → → → →u進→ → 刀架 d．附加運動刀架 → 工作臺 刀架→

25、 → → → → → →u合→→ux →→工件 Y3150E型機床的傳動系統圖如圖2-3所示 圖2-3 Y3150E型機床的傳動系統圖 24 滾齒機各部件方案設計 com 床身設計 床身為箱型結構與底座鑄成一個整體左上部是方形導軌安放工作臺右上部固定刀架立柱床身內部安裝有差動機構床身后端連出分齒掛輪架背面為主傳動箱主電動機及冷卻電動機都裝在床身上方形導軌中間裝一絲杠作移動工作臺之用在分度掛輪架處的手柄供銑正齒輪或斜齒輪時操縱使用 com 主傳動箱設計 主傳動箱緊固在床身的背面其內裝有主傳動進給差動機構機件主傳動進給與差動掛輪架均在其中主傳動箱的第一根軸的端部連接葉片泵主

26、電動機開動后葉片泵被帶動輸出油供給機床各部位自動潤滑點的潤滑油及刀架立柱的液壓缸壓力油 com 刀架立柱設計 刀架立柱緊固在床身上方其中有主傳動的花鍵軸傘齒輪和垂直進給絲桿另外還有平衡刀架滑板的液壓油缸刀架滑板置于V型導軌上前面是操縱板電氣按鈕另裝有手柄供手動升降刀架滑板之用手搖升降刀架時先將手柄搬至開位置將給合子脫開使搖動輕便 244 滾刀牙箱設計 滾刀牙箱固定在刀架滑板上滾刀主軸孔為莫氏5號錐度滾刀心軸插入此孔用拉緊螺栓將心軸固牢拉緊在主軸上為了保證主軸與前軸承的適當間隙將前軸承做成外錐并開口調整軸承上的兩個螺母可以使前軸承座軸向移動使前軸承孔收縮便可消除主軸與軸承間過大的間隙

27、后軸承可與主軸一起沿著軸線移動40毫米以便在滾刀工作部分磨鈍時把鋒利的部分移到切削部分來工作移動后軸承是利用與后軸承相連的鉗在滾刀牙箱殼體上的調整緊鎖螺栓進行的因為牙箱上套裝后軸承的孔是開口的調整時應首先將拉緊開口的鎖緊螺栓松開調整好后并把它擰緊松開壓緊螺釘搖動手柄可以使?jié)L刀牙箱轉動一定角度 245 工作臺設計 工作臺為箱形裝在床身的方形導軌上工作臺殼體以其環(huán)形表面支承工作臺并以其錐孔來定工作臺中心分度蝸輪與工作臺殼體連在一起分度蝸桿與工作臺座連在一起內殼體油室可提供潤滑油潤滑分度蝸輪副 246 外支架設計 外支架固定在工作臺殼體上它上面有燕尾形導軌支承工件心軸的支臂可沿導軌移動支臂上

28、有一專用手柄供支臂夾緊在支架上之用當使用外支架時最大加工直徑為450毫米超過450毫米就應取下外支架才可以加工 第三章 滾刀箱結構設計 31滾刀箱的特性 圖3－1 滾刀箱箱體圖 32滾刀箱的結構設計 滾刀箱的結構形狀主要取決于其功能要求以及箱體在床身上的安裝連接要求滾刀箱首先應該滿足運動方面的要求如滾刀箱的旋轉步進等此外還要求具有較高的傳動效率保證傳動件具有足夠的強度或剛度降低噪音提高抗振性和耐磨性操作方便并有良好的工藝性便于檢修成本較低防塵防漏外形美觀等 圖3－1為滾刀箱的結構示意圖 com 滾刀箱的功能結構分析 滾刀箱內裝有傳動軸和齒輪滾刀箱的絕大多數傳動軸上都裝有滾動

29、軸承傳動軸的軸承以圓錐滾子軸承為主因為圓錐滾子軸承價格較低噪音和發(fā)熱量較小且裝配方便承載能力較大還可以承載部分軸向力 滾刀箱作為滾齒機的重要組成部分要求傳動精確并且工作穩(wěn)定滾刀箱為箱形裝在刀架立柱上的滾刀滑板上由刀架立柱的絲杠來調節(jié)滾刀箱的運動滾刀心軸上裝有齒輪滾刀由滾刀的旋轉與垂直運動來切削工件而滾刀箱通過螺栓固定在刀架立柱上并由刀架立柱的錐齒輪通過主運動傳動鏈傳遞過來的力來驅動滾刀心軸的運動 com 滾刀箱的壁厚 壁厚的大小取決產品需要承受的外力是否作為其他零件的支撐承接數量伸出部的多少以及選用的材料而定一般的從經濟角度來看過厚的產品不但增加物料成本延長生產冷卻時間增加生產成本從產品

30、設計角度來看過增加產生空穴氣孔的可能性大大削弱產品的剛性及強度最理想的壁厚分布是在任何一個地方都是均一的但為滿足功能上的需求以致壁厚有所改變總是無可避免的在此情形的地方應盡可能滑太突然的壁厚轉變會導致和產生不穩(wěn)定問題壁厚均一的在轉角的地方也同樣需要通常會導致部件有缺陷及應力集中應力集中的地方會在受負載或撞擊的時候破裂較大的圓角提供了這種缺點的解決方法減低應力集中的建議的最小圓角半徑是厚的25適當半徑能明顯減應力 確定公式中的各參數值取載荷系數 K 193 60已知滾刀的最低轉數為475rmin則 傳動效率為 大齒輪傳遞的轉矩 則 傳動比為

31、大小齒輪的彎曲疲勞強度極限 查圖69得 應力循環(huán)次數 考慮到工作條件工作環(huán)境以及總體設計取齒輪壽命為十年每年300個工作日每個工作日安8個小時計算得 式中 齒輪的 親由于某些原因沒有上傳完整的畢業(yè)設計完整的應包括畢業(yè)設計說明書相關圖紙CADPROE中英文文獻及翻譯等此文檔也稍微刪除了一部分內容目錄及某些關鍵內容如需要的朋友請聯系我的叩扣2215891151數萬篇現成設計及另有的高端團隊絕對可滿足您的需要 此處刪除XXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXX約5000字需完整說明書聯系Q2215891

32、151 在進行滾齒機刀架部件的設計時刀架與工件軸的干涉是必須考慮的問題刀架部件的結構應當非常緊湊刀架底座的尺寸特別是其在滾齒機的軸向進給方向的尺寸對干涉的影響是很大的過大的刀架底座尺寸會導致工件軸懸伸量過大降低工件軸的剛度同時限制了刀架的安裝角旋轉范圍降低工件的加工范圍使?jié)L齒機的性能受到很大的影響因此采用伺服電機直連絲杠的傳動方案結構緊湊能最大可能地壓縮刀架底座部件的尺寸導軌選用窄形圓柱滾子導軌既能良好地承受沖擊載荷保證足夠的剛度又能控制在滾齒機軸向進給方向的尺寸采用 INA 公司的鎖緊單元將滾刀軸部件的切向運動置于鎖緊狀態(tài)或者在連續(xù)竄刀時給予一定的摩擦力增加阻尼減弱其振動 44動

33、力參數設計 com切削力的關系及坐標變換 由于滾齒過程復雜分析切削力時需要建立一個與工件坐標軸重合的機床坐標系0 x y z和一個滾刀坐標系0 x y z如圖41所示可見 y 軸與 y軸重合將機床坐標系繞 y 軸轉動ω就能得到滾刀坐標系 ω ＝β＋λ 式中 ω滾刀安裝角 β工件螺旋角 λ滾刀螺旋升角 圖41 切削力的分解 眾多切削力研究者都是在滾刀坐標系中測量各切削分力的我國學者陳鼎昌在滾刀坐標系中得到下列結果見圖41 Pt滾刀切向分力由實測扭矩得出 Pr徑向分力Pr＝03 Pt Py水平分力逆銑時順銑時 Px滾刀軸向分力

34、 要計算 Y 軸電機功率必須求出機床坐標系中的 Px －作用于工件的切向分力Py－作用于工件的徑向分力 Pz－作用于工件的軸向分力因此必須進行坐標變換首先在滾刀坐標系中確定 Pt 與 y軸的夾角如圖32所示在逆銑時當時 則 則 當時同樣可算出θ≈81由此可見逆銑時刀齒從切入到切出的過程中由于 Py的幅值在交替變化使 Pt 力的方向也發(fā)生變化為簡化計算規(guī)定θ＝65在順銑時按照同樣的方法可算出θ＝119 圖42 切削力的分解 下面進行坐標變換如圖 41 所示首先將 PxPtPr 繞 x軸順時針旋轉θ角再繞 y 軸旋轉ω角求得機床坐標

35、系中的分力 PxPyPz 代入數值得出 PxPyPz 與 Pt 的關系如下表 逆銑 θ 65 順銑 θ＝119 β 0 30 45 0 30 45 Px 009Pt 06Pt 079Pt 009Pt 045Pt 058Pt Py 015Pt 015Pt 015Pt -074Pt -074Pt -074Pt Pz 104Pt 085Pt 067Pt 073Pt 058Pt 045Pt 根據上表以及第 com 節(jié)的計算可知課題設計的零傳動臥式數控滾齒機在最危險情況下的切向力 Py＝079Pt＝429N徑向力 Px＝074Pt＝402N com 等效負載轉矩計算 ① 負

36、載轉矩的種類 零傳動滾齒機刀架底座部件系統具有三種性質的轉矩驅動轉矩負載轉矩和動態(tài)轉矩慣性轉矩其中慣性轉矩為 43 負載轉矩根據其特性可分為工作負載摩擦轉矩和制動轉矩零傳動滾齒機刀架底座部件驅動系統負載轉矩有下面幾種 1 滾刀軸承受的軸向切削力 2 滾刀軸承受的徑向力和滾動導軌的預壓力引起的摩擦力 3 滾刀軸部件的重力 ② 等效負載轉矩的計算 選取最危險的情況即當滾齒機逆銑直齒輪并且由下往上竄刀時的情況進行計算此時電機的負載力為 F Py W＋μ fg Px 44 式中 Py滾刀軸承受的軸向力 Px滾刀軸承受的徑向力 WB 軸部

37、件的重量 Fg導軌預壓力 μ滾動導軌摩擦系數 此時加在電機軸上的負載力為 45 式中 加在電機軸上得扭矩負載 F沿著軸向移動活動部分所需要的力 L絲杠導程 滾珠絲桿或軸承加載在電機軸上的磨擦扭矩在需要輸入時 η驅動系統效率 ③ 案例計算 題設計的臥式數控滾齒機滾刀軸部件重量 W＝1280Ncom了最危險條件下的切削力各分量Px＝402N Py＝429N選取 INA 公司RUE 系列窄形圓柱滾子導軌的導軌類型查得 fg＝01134000＝13400N滾動導軌摩擦系數取 0005代入式 44 得 F＝1755N設機械效率為 09查閱相應技術資料 Tf＝010

38、017＝027Nm代入式45得Tm＝144Nm com 等效轉動慣量的計算 ① 計算方法 工作臺換算到電機軸上的等效轉動慣量為 46 式中 W直線移動部件的重量kg L絲杠導程cm 若絲杠轉動慣量為 JS則電機軸轉動慣量為 47 絲杠轉動慣量一般可由生產商的技術手冊上查得精確的數值若不能查得可由下式求得 48 式中 ρ 絲杠材料密度 D1絲杠外徑 D2絲杠內徑 l絲杠長度 ② 案例計算 課題設計的臥式數控滾齒機滾刀軸部件重量 W 為 1280N選取的 Y 軸絲杠導程為 5mm根據技術手冊查得選擇的滾珠絲杠轉動慣量為

39、0000028815將數據代入式46和式47得絲杠軸轉動慣量 com 加速度扭矩的計算 ① 計算方法 圖43 49 410 式中 Ta加速度扭矩 Vm快速進給時的電機速度 Ta加速時間 JM電機慣量 JL負載慣量 Vr加速度扭矩開始減少的點 Ks伺服位置閉環(huán)增益 Η機床效率 ② 案例計算 課題設計的臥式數控滾齒機刀架底座部件設定的進給加速度為 1g最大轉速為 2000rmin機床效率為 09代入數據計算得 45滾柱絲杠副支承設計技術研究 com 滾動軸承的選擇 滾齒機的 Y 軸進給系

40、統是一種高精度高剛度的滾珠絲杠副因此必須重視滾珠絲杠支承的設計滾珠絲杠主要承受軸向載荷其軸向精度和剛度要求較高進給系統要求運動靈活對微小位移絲杠微小轉角響應要靈敏因此軸承的摩擦力矩應該盡量小滾珠絲杠轉速不高且高轉速時間很短因而發(fā)熱不是主要問題為此應選用運轉精度高軸向剛度高摩擦力矩小的滾動軸承 目前各制造商均生產有機床用接觸角為 60的滾珠絲杠專用推力角接觸球軸承是零傳動滾齒機刀架底座部件絲杠支承的最好選擇 com 支承形式設計 滾珠絲杠根據不同的應用場合一般有四種典型的支承形式即 ① 一端固定一端自由它的特點是結構簡單但是剛度臨界轉速和壓桿穩(wěn)定性低 ② 一端固定一端游動它的特點是壓桿

41、穩(wěn)定性和臨界轉速比同長度的一端固定一端自由的支撐形式要高絲杠有熱膨脹的余地但是剛度沒有明顯改善 ③ 兩端簡支它可以進行預拉伸但剛度不高 ④ 兩端固定它的剛度很高只要軸承無間隙絲杠軸向剛度為一端固定的4 倍絲杠一般不會受壓無壓桿穩(wěn)定問題固有頻率比一端固定要高可以進行預拉伸但是兩端固定的支承方式結構復雜工藝困難成本比較高 Y 軸精度要求很高它的誤差會 11 完全地反映到工件上需要非常好的剛度和位移精度顯然應該選擇兩端固定的方式前后軸承組均采用背靠背的組合方式 com預拉伸設計 ① 預拉伸結構設計及預拉伸力的確定 由于刀架和工件軸易干涉的原因刀架底座部件的設計要求結構非常緊湊并且滾齒機的

42、刀架部件工作環(huán)境惡劣無論干切還是濕切都會產生切屑或者冷卻液的飛濺為了保證 Y軸精度必須采取措施提高絲杠系統的剛度以及消除熱位移對其進行預拉伸絲杠的預拉伸量一般為絲杠溫度上升 2～3 度的熱位移量其大小可以用以下公式算出 mm 418 式中熱位移量 ρ 熱膨脹系數 θ 絲杠平均溫度上升值 L絲杠長度 典型的絲杠預拉伸結構如圖 46 所示通過擰緊螺母 2 來拉動絲杠通過調整螺母1的位置來設定預拉伸量 需要注意的是這種預拉伸絲杠的方式同時也對軸承進行了預緊若絲杠螺母系統的剛度很大要產生預定的預拉伸變形預拉伸力有可能會超過軸承能夠承受的靜載荷極限或者絲杠

43、許用軸向負載造成軸承或絲杠的損壞因此需要進行驗算 預拉伸力 F 等于絲杠系統的剛度 Ke與變形量δ的乘積因此必須對絲杠系統的剛度進行計算對于兩端固定的支承方式系統剛度計算公式為 圖46 絲桿預拉伸結構 419 式中 KB軸承接觸剛度 KS絲杠本身拉壓剛度 KC螺母剛度 KH螺母座剛度 軸承接觸剛度絲杠拉壓剛度螺母剛度均可根據產品技術手冊查得螺母座剛度可用有限元方法進行計算近似計算中一般取 KH＝1000Nμm ② 絲杠許用負荷驗算 絲杠許用軸向負荷 Fk表現的是絲杠系統的穩(wěn)定性它取決于

44、絲杠的直徑 螺紋內徑 d2mm安裝形式和未受支撐的長度 Lkmm計算公式是 420 式中 fk為與支承形式相關的系數在兩端均由雙聯背靠背角接觸球軸承支撐的情況下 fk取值為 406 46 滾刀軸部件鎖緊的實現 采用滾珠絲杠副作為傳動元件具有傳動效率高運動平穩(wěn)定位精度和重復精度高同步性好可靠穩(wěn)定等等優(yōu)點但是它不能自鎖滾齒機刀架部件是一個典型的垂直升降機構因此必須附加自鎖或者制動的裝置通常選用的電機帶有制動裝置可以拉住滾刀軸部件但是由于絲杠系統裝配時產生的微小間隙或者某個環(huán)節(jié)剛度不夠強等原因制動裝置無法完全抵消振動載荷的影響此時滾刀軸部件可能在 Y 軸方向產生微小的位移振動力很小

45、但是必須采取措施加以消除以保證加工精度 傳統滾齒機由于不實行連續(xù)竄刀它的竄刀機構采用滑動導軌消除振動的措施是在刀架拖板的邊緣的多處地方通過螺釘和碟形彈簧以特制的活塞為中間環(huán)節(jié)將滾刀軸部件壓死在滑動導軌上靠摩擦力防止其在竄刀方向上的振動如圖 47 所示需要竄刀的時候通過輸入液壓油將活塞頂起解除壓力這種機構雖然比較經濟但結構復雜裝配困難并且只適用于摩擦系數比較大的滑動導軌對于摩擦系數僅為滑動導軌二十分之一左右的滾動導軌來說顯然是不合適的 圖47 傳統滾齒機防振動裝置 零傳動滾齒機采用專用鎖緊單元實現滾刀軸部件在竄刀方向的鎖定該產品外形如圖 48 所示

46、圖48 德國 INA 公司 RUKS 鎖緊單元 向鎖緊單元通以液壓油內部的金屬管就會膨脹緊緊的抱住導軌鎖緊單元的產生的抱緊力可以查看圖 49 圖49 鎖緊單元的抱緊力 采用鎖緊單元為滾齒機刀架部件的設計帶來了非常大的好處首先它的體積小從外觀看就相當于一個滑塊與碟簧機構相比可以大大減小刀架部件的橫向尺寸避免與工件軸部件的干涉其次它與滾刀軸部件的連接方式與滑塊完全一樣不僅安裝方便而且剛性非常高當其通過液壓力抱住導軌后就提高了整個刀架部件的剛性再次根據圖 46若在連續(xù)竄刀的過程中通以低壓油產生較小的摩擦力則可以增加絲杠系統的阻尼減弱其振動 第五章 滾刀箱形狀和尺寸的確定

47、根據前面所計算出的軸選定的軸承尺寸以及滿足功能美觀實用等特點確定滾刀箱的形狀尺寸為下圖圖d所示 圖d 第六章 結束語 所設計的機床為Y3150E系列普通型滾齒機機床單件小批成批柱齒 為期三個月的畢業(yè)設計即將結束回顧整個過程我覺得收獲很大畢業(yè)設計是檢查學生綜合設計能力的一個重要環(huán)節(jié)是對學生獨立設計能力的一次考驗通過理論與實踐相結合找出了我在設計中的不足之處和能力欠缺之處加深了我對所學理論知識的理解和掌握強化了畢業(yè)設計中的感性認識提高了獨立創(chuàng)新設計的能力通過深入實踐我體會到理論聯系實際的必要性認識到在學校學過的許多知識與解決實際生產問題還有很大

48、的差距而縮短差距的方法只有到實踐中去只有到實踐中去才能真正的鍛煉自己向生產實踐學習了解與課題有關的生產線設備工藝等實際知識使我對機械設計方面的知識有了更深一層的了解 參考文獻 [1] 吳宗澤 機械設計課程設計手冊北京高等教育出版社2006 [2] 晏初宏 金屬切削機床北京機械工業(yè)出版社2007 [3] 李洪實用機床設計手冊 [4] 濮良貴 機械設計西安高等教育出版社2005 [5] 吳良 機床設計圖冊上海上?？茖W技術出版社1979 [6] com天津大學出版社2003 [7] 趙汝嘉機械設計手冊軟件版機械工業(yè)出版社2003 [8] 成大先機械設計手冊化學工業(yè)出版社 2004

49、 [9] 王健石機械加工常用刀具數據速查手冊機械工業(yè)出版社2005 [10] 蔡學熙現代機械設計方法實用手冊化學工業(yè)出版社2004 [11] 手冊編委會機械加工工藝裝備設計手冊機械工業(yè)出版社1998 [12] 朱孝錄機械傳動裝置選用手冊機械工業(yè)出版社1999 [13] 胡家秀 機械零件設計實用手冊[M]北京 機械工業(yè)出版社 1999 致 謝 本次畢業(yè)設計任務已經順利完成但由于本人理論知識水平有限缺乏實際經驗設計成果中難免會留下一些不足在此懇請各位專家老師以及同學批評與指正 在畢業(yè)設計期間十分感謝XXX指導老師自始至終認真負責的指導督促引導和幫助我克服了種種困難給了我很大的幫

50、助同時還得到了其他老師和同組同學們的幫助也在此深表謝意 附 錄1 序號 圖 名 圖 號 圖幅 張數 1 滾齒機刀架裝配圖 　　　gcj-dj-01 A0 1 2 刀架體 　　 gcj-dj-02 A1 1 3 圓錐齒輪 　　　　　 gcj-dj-03 A4　　　 1 4 軸vii gcj-dj-04 A2

51、 1 5 直齒圓柱齒輪-20 gcj-dj-05 A4 1 6 直齒圓柱齒輪-80 gcj-dj-06 A4 1 7 花鍵套筒 gcj-dj-07 A4 1 8 主軸 gcj-dj-08 A4 1 9 軸承座 gcj-dj-09 A4 1

52、 10 滾刀桿 gcj-dj-10 A2 1 附 錄2 齒輪整合的相關不確定性應用 事實上相關的不確定性的特點是預期的功能和特性可能不完全相關 這種不確定性特征的規(guī)范了表達中的歧義 并且計量學家所考慮的測量不確定性能很好用GUM來表述測量的不確定性包括所有用來衡量的檢驗結果的質量變化的原因 計量學家的標準和研究活動更多的集中在測量不確定度Srinivassan說相關的不確定性尤其是一個未知的領域不會告訴我們是如何找到標準的本文提出了一種形式來表達和評估相關的不確定性并闡述齒輪合格的評定 闡述齒輪的不確定

53、性 這部分重點闡述在AGMA 2009-B01中定義的螺距誤差Guenther提出了一種新的計量方法 可以用下面的例子來解釋不確定性的規(guī)范AGMA 2009-B01是這樣表述的單一螺距的變化螺距變化的總和是根據公差直徑的測量指數變化來確定的相對于齒輪基準軸線旋轉直徑公差與旋轉平面相切直徑公差DT是平均直徑是圓錐與轉動深度相交中點的距離此外Rm是從節(jié)錐頂點到中心面的寬度但它沒有解釋如何獲取中心面寬度的中間點齒是隨機選擇的是所有的齒平均數面的中心寬度是如何計算的所以計量的方法是否適合在這種情況下是不明確的規(guī)范但它規(guī)范了這種不確定性 相關的不確定性預期的功能和特性可能與實際特征不完全一致以齒輪

54、為例傳輸錯誤車輪轉動的瞬時角度的理論和實際之間的差異的幾何結構影響的偏差例如螺距誤差會導致下一步的傳輸錯誤[如圖3] 在實際中設計者限制螺距誤差的目的是為了限制傳輸誤差事實上即使一個齒輪的速率相對變化很微小的其引起加速度也不可忽略而且必須避免角速度的變化從而降低水平噪聲和振動不幸的是傳輸誤差與特定的幾何特征如螺距誤差偏轉形式偏差等之間沒有明確的關系在這種情況下存在傳輸錯誤或運動特性之間的偏差的相關不確定性 3 相關不確度的規(guī)范化 在GUM中測量的不確定性是一個可計算的數可根據其的概率分布特征來測量在擬定的規(guī)范中相關不確定性是可計算的數字CU采取的是置信區(qū)間的概率分布特征的預期功能并指定特

55、性之間關系的知識 為了規(guī)范相關不確定性這是有必要確定預期的功能和產品的規(guī)定的特性之間的關系的相關性眾所周知SUH公理化設計矩陣的技術可用來處理這些關系 事實上人們可以正式使用SUH的設計矩陣來表達FRS的功能要求和設計參數DPS之間的關系 這些關系可以用數學中的矩陣方程的相關性來表示 其 FR 是一個獨立需求功能的向量 DP 是一個設計參數的向量表示的靈敏系數 公理設計中功能需求FRS的定義根據一個完全獨立需求的特點在產品的功能域中作為功能需求的最小集合一個功能需求是根據其標稱值的允許變化或所需的精度設計范圍所有可能的值或概率密度函數值的選擇系統以滿足功能需求被稱為系統的范圍功能需求

56、只要在設計范圍和系統范圍內就是合格的有且公有一個共同的區(qū)域或范圍當系統范圍不完全包含設計范圍可能不會滿足特定不確定性的功能需求 在產品合格評定和相關的不確定性的背景下功能需求FRS即是預期的功能設計參數DPS是指定或測量的特征第一種方法是采用正式間隔矩陣來規(guī)范每個組件的相關不確定性CUij是Bij模型的系數Bij是相關不確定性的置信區(qū)間 其中表示一個獨立的預定功能的向量 SC P表示指定的特征向量是靈敏度系數數學矩陣B代表和之間的線性關系這種線性化的關系引入一種誤差 第二種方法是規(guī)范測量指定的功能和預期的功能之間的相關性被測的指期的功能并沒有通過直接測量獲得而是通過估計的預期功能來獲得

57、它是由指定特性的功能SC1SC2 SCN的關系決定的 其中表示一個獨立的被測量的預定功能的載體 SC 表示指定的特征向量函數f表示的不是一個單獨的物理定律但功能鏈 如果沒有相關不確定性一種產品合格評定是比較麻煩的如果預期的功能與被測值相關性用于定于功能需求則采用一致性就足夠了然后預定的功能與其被測量量之間的相關性可以用數學式來表示簡化的標識矩陣為 在現實中被測量的預定功能始終受相關不確定性影響因此他們沒有預期的功能的完美圖像預期的功能與其被測量值之間的關系可以用數學中的矩陣方程來表示 相關的不確定性是仿照一個區(qū)間或一個矩陣的每個組件的概率分布CUij表示Cij相關系數的置信區(qū)間它表示模型

58、Cij相關不確定性 如果測量結果是接近的規(guī)格限制而且Cij的相關系數小于1則存在拒絕一個好產品的風險如果Cij的相關系數大于1存在接受不良產品的風險此外相關的不確定性范圍的增加這與檢測區(qū)的一致性與非一致性均不相符 這第二個方法可以模擬線性非預期的功能和指定的特性之間相互關聯的不確定性 蒙特卡羅方法MCM一種用評價不確定性的完美工具不受任何限制既不是對模型的形式也不輸出值的數量 MCM和軟件建模與仿真功能鏈的規(guī)范用于計算相關不確定性 因此根據這個方案的途徑和測量不確定度傳播的經典方法能夠一致評定它是可能計算的正確或錯誤的決定圖1下部 闡述齒輪相關不確定性的評估 為了說明相關的不確定性

59、影響的合格評定對比4種規(guī)格型號以錐齒輪為例螺距角誤差可以定義每個側面兩點之間或兩個擬合特征點每個側面其使用標準最小的面積最小或最大值切比雪夫的定義[10]兩個預期的功能和兩個指定的特性應當考慮 IFFi0傳輸誤差的最大范圍 IFfi0齒與齒傳輸誤差的最大范圍 SCcpe累積角螺距誤差 SCPE角螺距誤差 圖4顯示了整個相關的不確定性評價方法 1在第一步中將會產生隨機偏差替換幾何圖形替換模型是一個真正的齒輪的輪廓它的幾何圖形可解析為一種多項式曲面平滑的Bezier曲面 2執(zhí)行一種替代模型的虛擬采集每個Bezier曲面離散成一系列等距點 3執(zhí)行第2步中獲得的一系列點組成的虛擬積

60、分計量學過程估計每個配件標準的螺距誤差根據計量學創(chuàng)建一個數學模型 2和4使用齒面接觸分析法TCA來模擬嚙合過程和估計引起的傳輸錯誤[8] 3和5評價運動學特征 可用蒙特卡洛步驟6模擬重現1至5的所有步驟并得到由一組特征組成的研究標準在研究報告中所提到的三種質量等級的齒輪已通過測試107和4對于每一類已生成和模擬100種幾何結構對于每個標準及每個類計算其所有研究的運動學特征 因此獲得了預期的功能和預期的功能相關的被測量值對于每一個標準和每個預期的功能下面的關系和數量可用于計算第7步 預期功能和預期功能的被測量值之間的線性回歸線性回歸方程表示了其相關性的趨勢估計線性回歸斜率的置信區(qū)間在調

61、查研究后可以申明在一個區(qū)間內的暴露值允許5％的風險它能夠估計相關不確定性 線性相關系數R提供相關的質量信息 下面的公式顯示在每個標準所獲得ISO 10級7級及在4個齒輪上執(zhí)行的成果 點 最小的面積 輸出信號的最小或最大值 切比雪夫 切比雪夫準則提供了有關功能方面最好的相關性相關性最差的一個點也適合最小二乘準則接近一個標準點的相關性而且在切比雪夫準則后提供第二個最好的最大最小值標準 的相關系數較小事實上這個預期功能取決于螺距誤差和齒輪側面的形式偏差但是評估相關的不確定性不考慮形式的偏差作為指定的特征 5 結論 本文基于一種成熟和綜合功能規(guī)范驗證的角度而提出的方法產品合格評定過程

62、中作出的決定不僅影響測量的不確定性而且影響相關不確定性和規(guī)范不確定性基于公理化設計矩陣這種相關不確定性的規(guī)范化方法可在預期的功能和特性之間可以模擬它們線性或非線性的關系為了說明規(guī)范化方法的效率已經完成對比不同接頭標準的螺距誤差的定義不確定性的整體視角可以選擇最好的規(guī)格型號合格的決策從而降低測量不確定性和相關不確定性的累積效應 參考文獻 [1] Kunzmann H Pfeifer T Schmitt R Schwenke H Weckenmann A 2005 Productive MetrologyAdding Value to Manufacture Keynote Paper CI

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