齒輪自動(dòng)倒角機(jī)的設(shè)計(jì)【含CAD圖紙和說明書】
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本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))開題報(bào)告
論 文 題 目： 齒輪自動(dòng)倒角機(jī)
學(xué) 院：
專 業(yè) 、班 級(jí)：
學(xué) 生 姓 名：
學(xué) 生 學(xué) 號(hào)：
指導(dǎo)教師（職稱）：
一、選題依據(jù)
1．論文（設(shè)計(jì)）題目
齒輪自動(dòng)倒角機(jī)
2．研究領(lǐng)域
非標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械設(shè)計(jì)
3．論文（設(shè)計(jì)）工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值
齒輪作為機(jī)械中重要的傳動(dòng)零件，其加工可分為粗加工和精加工。粗加工有滾齒、
插齒等，精加工有剃齒、磨齒等。在經(jīng)過粗加工后，齒的端部會(huì)產(chǎn)生飛邊，且通常伴
隨著毛刺。
由于鋒利的棱角和毛刺的存在，影響其外觀、傳動(dòng)精度、再加工和裝配，并產(chǎn)生
傳動(dòng)噪音，以至使齒輪的性能可靠性、壽命和潤滑效果下降，更主要的是降低了齒輪
的質(zhì)量，還會(huì)導(dǎo)致整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)不能正常工作, 使可靠性、穩(wěn)定性降低。當(dāng)存在毛刺
的機(jī)器作機(jī)械運(yùn)動(dòng)或振動(dòng)時(shí), 脫落的毛刺會(huì)造成機(jī)器滑動(dòng)表面過早磨損、噪音增大。
因此我們必須考慮給齒輪倒角。過去，沒有齒輪倒角設(shè)備，該工藝都是通過工人的手
工進(jìn)行的，工作環(huán)境惡劣，不但勞動(dòng)效率低下，對工人的操作要求高，而且加工質(zhì)量
不高，嚴(yán)重影響生產(chǎn)進(jìn)度。以前，用戶對倒角的質(zhì)量要求不高，齒輪倒角不作為很重
要的工藝，并且生產(chǎn)任務(wù)量少，手工倒角可以滿足質(zhì)量和效率的要求，但是隨著科學(xué)
技術(shù)的發(fā)展和市場的不斷擴(kuò)大，用戶對產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來越高，齒輪倒角不再是可
粗可精可有可無的工藝，已經(jīng)成為很重要的生產(chǎn)工藝，甚至因?yàn)榈菇琴|(zhì)量達(dá)不到要求
導(dǎo)致產(chǎn)品不合格，并且生產(chǎn)任務(wù)量也越來越大，手工生產(chǎn)已滿足不了生產(chǎn)的需要。
因此有必要對齒輪倒角工藝的原理進(jìn)行分析并設(shè)計(jì)出相應(yīng)的機(jī)床。以適應(yīng)現(xiàn)代對
齒輪倒角加工的生產(chǎn)需要。
齒輪倒角機(jī)是一種很好的用于給齒輪倒角去除毛刺，去飛邊的自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備，
它采用雙刀分離結(jié)構(gòu)，刀具進(jìn)給，一齒切削完畢，刀軸讓刀、工件分度并開始下一次
的切削。從開始切削起，工件轉(zhuǎn)一周即可完成一個(gè)零件的倒角加工。進(jìn)給方式一般采
用刀具進(jìn)給也可根據(jù)需要采用工件進(jìn)給方式。同時(shí)極大的提高齒輪的嚙合精度，有效
地降低了傳動(dòng)過程中的振動(dòng)和噪音，提高了齒輪的工作壽命。總之，該機(jī)床為機(jī)械行
業(yè)提供了可靠的傳動(dòng)零部件。
齒輪倒角機(jī)是用于變速箱滑移齒輪齒端倒圓角、倒尖角以及倒尖拱形角的齒輪加
工機(jī)床, 是汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床齒輪的批量生產(chǎn)必不可缺的設(shè)備。齒輪倒角機(jī)的類型
有指狀銑刀型和端面銑刀型。
齒輪倒角機(jī) 總體結(jié)構(gòu) 為臥式 布局, 采 用模塊化 設(shè)計(jì), 具有調(diào)整 操作方便 ,穩(wěn)定性
好等優(yōu)點(diǎn)。齒輪倒角機(jī)采用用硬質(zhì)合金機(jī)夾刀(刀具形式根據(jù)加工件選定)。此機(jī)床具
有高效、加工質(zhì)量好,操作 簡便等特點(diǎn),因此它即能 滿足小批量新產(chǎn)品的試制加工 ,又
能適合于大批量規(guī)?；a(chǎn)的需要，是汽車齒輪加工的理想設(shè)備。
4．目前研究的概況和發(fā)展趨勢
隨著生產(chǎn)幾十年發(fā)展和使用要求的提高，齒輪正朝著高精度、高強(qiáng)度、高承載、
低噪聲、輕量化及長壽命方向發(fā)展。對齒輪輪齒進(jìn)行倒角是控制齒輪噪聲等的一個(gè)十
分重要的工藝措施，已引起國內(nèi)外齒輪加工制造普遍的關(guān)注和重視。
4.1 國內(nèi)概況
中國的齒輪倒角機(jī)床研究制造已有幾十年歷史，從九十年代初至今近二十多年間
發(fā)展較快。目前有三種系列，分別是臥式指形銑刀倒角機(jī)、立式指形銑刀倒角機(jī)、端
面銑刀倒角機(jī)。共有四種品種，分別是最大工件直徑 200mm、320mm、500mm、800mm。
從手工到半自動(dòng)再到自動(dòng)，隨著科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，齒輪加工業(yè)對于齒輪加工機(jī)
床的性能要求不斷提高，反之，齒輪加工機(jī)床制造業(yè)對于齒輪加工又具有導(dǎo)向作用，
形成有機(jī)的聯(lián)動(dòng)發(fā)展。為此，一批能適應(yīng)社會(huì)科技和經(jīng)濟(jì)發(fā)展節(jié)拍的新產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生。
安徽六安金城機(jī)械有限公司、溫嶺市美日機(jī)床有限公司、重慶機(jī)床有限公司、陜西秦
川機(jī)床有限公司、天津第一機(jī)床總廠、天津市達(dá)鑫精密機(jī)械設(shè)備有限公司等眾多廠家
都對齒輪倒角機(jī)研發(fā)和生產(chǎn)。YKD9320C 數(shù)控齒輪倒角機(jī)是天津第一機(jī)床總廠開發(fā)的
數(shù)控齒輪倒角機(jī)，該機(jī)床采用四軸數(shù)控系統(tǒng), 即兩個(gè)倒角軸, 一個(gè)倒棱軸及一個(gè)工件
分度軸, 完成切削進(jìn)給, 讓刀運(yùn)動(dòng)和工件圓周分度運(yùn)動(dòng)，主要用于汽車、摩托車、拖
拉機(jī)變速箱換擋齒輪的倒角加工, 可加工盤狀齒輪、齒圈等的齒部倒尖角和圓弧角并
有專門機(jī)構(gòu)可倒棱, 可在完成輪齒一側(cè)倒角的同時(shí)加工另一側(cè)的倒棱。南京第二機(jī)床
廠經(jīng)過對 Y9380 型齒輪倒角機(jī)的改進(jìn)，使得它成為了可倒高低齒圓角的倒角機(jī)。同時(shí)
還生產(chǎn)了 YX9332 端面銑刀型高效齒輪倒角機(jī)，新一代端面銑刀型高效齒輪倒角機(jī)，
其目的主要用于變速箱滑移齒輪, 便于引導(dǎo)兩齒輪進(jìn)入相互嚙合。還如天津精誠機(jī)床
廠制造的 YH9325F 和 YH9332G 型倒角機(jī)，最 近一種新式的旋風(fēng)式齒輪倒角機(jī)也開始
應(yīng)用于生產(chǎn)之中，這種機(jī)床采用工件與刀具的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)來進(jìn)行加工，生產(chǎn)效率得到進(jìn)
一步提高。
4.2 國外概況
國外的齒輪倒角機(jī)床自動(dòng)化程度、精密度較高。發(fā)達(dá)國家已經(jīng)廣泛的將齒輪倒角
工序同其他的齒輪加工工序組合在一起，形成多功能加工機(jī)床，能夠滿足多工位、多
工序的機(jī)械加工要求。生產(chǎn)廠家可根據(jù)倒角的設(shè)計(jì)圖紙，迅速的進(jìn)行調(diào)整并進(jìn)行加工。
例如德國的 Prawema 數(shù)控倒角機(jī), 除可高效倒角外, 機(jī)床還可配齊自動(dòng)上下料部件。
此類機(jī)床運(yùn) 用數(shù)控旋 分原理 , 除作倒 角外還可 作多面體 、端面 齒和端面 槽的高效加
工。
4.3 倒角機(jī)床發(fā)展趨勢與不足
目前，倒角機(jī)床的發(fā)展日新月異，高速化、高精度化、復(fù)合化、智能化、開放化、
并聯(lián)驅(qū)動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、極端化、綠色化已成為倒角機(jī)床發(fā)展的趨勢和方向。
我們應(yīng)看清形勢，充分認(rèn)識(shí)國產(chǎn)倒角機(jī)床的不足，努力發(fā)展先進(jìn)技術(shù)，加大技術(shù)
創(chuàng)新與培訓(xùn)服務(wù)力度，以縮短與發(fā)達(dá)國家之間的差距。
（1）不斷加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新是提高國產(chǎn)倒角機(jī)床水平的關(guān)鍵。
國產(chǎn)倒角機(jī)床缺乏核心技術(shù)，從高性能倒角機(jī)床系統(tǒng)到關(guān)鍵功能部件基本都依賴
進(jìn)口，即使近幾年有些國內(nèi)制造商艱難地創(chuàng)出了自己的品牌，但其產(chǎn)品的功能、性能
的可靠性仍然與國外產(chǎn)品有一定差距。近幾年國產(chǎn)倒角機(jī)床制造商通過技術(shù)引進(jìn)、海
內(nèi)外并購重組以及國外采購等獲得了一些先進(jìn)倒角機(jī)床技術(shù)，但缺乏對機(jī)床結(jié)構(gòu)與精
度、可靠性、人性化設(shè)計(jì)等基礎(chǔ)性技術(shù)的研究，忽視了自主開發(fā)能力的培育，國產(chǎn)倒
角機(jī)床的技術(shù)水平、性能和質(zhì)量與國外還有較大差距，同樣難以得到大多數(shù)用戶的認(rèn)
可。
（2）制造水平與管理手段依然落后。
一些國產(chǎn)倒角機(jī)床制造商不夠重視整體工藝與制造水平的提高，加工手段基本以
普通機(jī)床與低效刀具為主，裝配調(diào)試完全靠手工，加工質(zhì)量在生產(chǎn)進(jìn)度的緊逼下不能
得到穩(wěn)定與提高。另外很多國產(chǎn)倒角機(jī)床制造商的生產(chǎn)管理依然沿用原始的手工臺(tái)賬
管理方式，工藝水平和管理效率低下使得企業(yè)無法形成足夠生產(chǎn)規(guī)模。如國外機(jī)床制
造商能做到每周裝調(diào)出產(chǎn)品，而國內(nèi)的生產(chǎn)周期過長且很難控制。因此我們在引進(jìn)技
術(shù)的同時(shí)應(yīng)注意加強(qiáng)自身工藝技術(shù)改造和管理水平的提升。
（3）服務(wù)水平與能力欠缺也是影響國產(chǎn)倒角機(jī)床占有率的一個(gè)重要因素。
由于倒角機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，一部分企業(yè)不顧長遠(yuǎn)利益，對提高自身的綜合服務(wù)
水平不夠重視，甚至對服務(wù)缺乏真正的理解，只注重推銷而不注重售前與售后服務(wù)。
有些企業(yè)派出的人員對生產(chǎn)的倒角機(jī)床缺乏足夠了解，不會(huì)使用或使用不好倒角機(jī)
床，更不能指導(dǎo)用戶使用好機(jī)床；有的對先進(jìn)高效刀具缺乏基本了解，不能提供較好
的工藝解決方案，用戶自然對制造商缺乏信心。制造商的服務(wù)應(yīng)從研究用戶的加工產(chǎn)
品、工藝、生產(chǎn)類型、質(zhì)量要求入手，幫助用戶進(jìn)行設(shè)備選型，推薦先進(jìn)工藝與工輔
具，配備專業(yè)的培訓(xùn)人員和良好的培訓(xùn)環(huán)境，幫助用戶發(fā)揮機(jī)床的最大效益、加工出
高質(zhì)量的最終產(chǎn)品，這樣才能逐步得到用戶的認(rèn)同，提高國產(chǎn)倒角機(jī)床的市場占有率。
（4）加大倒角機(jī)床專業(yè)人才的培養(yǎng)力度。
從我國倒角機(jī)床的發(fā)展形式來看需要三種層次的倒角機(jī)床技術(shù)人才：第一種是熟
悉倒角機(jī)床的操作及加工工藝、懂得簡單的機(jī)床維護(hù)、能夠進(jìn)行手工或自動(dòng)編程的車
間技術(shù)操作人員；第二種是熟悉倒角機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)及倒角機(jī)床系統(tǒng)軟硬件知識(shí)的中級(jí)
人才，要掌握復(fù)雜模具的設(shè)計(jì)和制造知識(shí)，能夠熟練應(yīng)用UG、PRO/E等CAD/CAM軟件，
同時(shí)有扎實(shí)的專業(yè)理論知識(shí)、較高的英語水平并積累了大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)；第三種是精
通倒角機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及倒角機(jī)床系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)、能夠進(jìn)行倒角機(jī)床產(chǎn)品開發(fā)及技術(shù)
創(chuàng)新的倒角機(jī)床技術(shù)高級(jí)人才。我國應(yīng)根據(jù)需要有目標(biāo)的加大人才培養(yǎng)力度，為我國
的倒角機(jī)床產(chǎn)業(yè)提供強(qiáng)大的技術(shù)人才支撐。
二、論文（設(shè)計(jì)）研究的內(nèi)容
1.重點(diǎn)解決的問題
（1）齒輪自動(dòng)倒角機(jī)運(yùn)動(dòng)參數(shù)設(shè)計(jì)
（2）齒輪自動(dòng)倒角機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)
2.擬開展研究的幾個(gè)主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計(jì)思路）
（1）設(shè)計(jì)齒輪自動(dòng)倒角機(jī)的意義；
（2）分析目前國內(nèi)外齒輪倒角相關(guān)技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)，找出該領(lǐng)域所存在的問題；
（3）倒角方法的選擇
（4）齒輪自動(dòng)倒角機(jī)的總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)；
（5）齒輪自動(dòng)倒角機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
（6）齒輪自動(dòng)倒角機(jī)主要零部件的設(shè)計(jì)。
3.本論文（設(shè)計(jì)）預(yù)期取得的成果
（1） 通過所查閱的相關(guān)資料和文獻(xiàn)，了解齒輪倒角意義，以及目前國內(nèi)外的相關(guān)
技術(shù)。
（2） 最終提交設(shè)計(jì)說明書一份；
（3） 外文參考文獻(xiàn)翻譯一份；
（4） 繪制齒輪自動(dòng)倒角機(jī)的總裝配圖；
（5） 主要零部件圖紙。
三、論文（設(shè)計(jì)）工作安排
1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù)）
（1）調(diào)查、收集相關(guān)的資料。
（2）國內(nèi)外不同齒輪倒角方法的認(rèn)識(shí)和比較。
（3）齒輪自動(dòng)倒角機(jī)運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)的選擇。
（4）齒輪自動(dòng)倒角機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
2.論文（設(shè)計(jì)）進(jìn)度計(jì)劃
第 1 周：收集齒輪自動(dòng)倒角機(jī)相關(guān)資料，準(zhǔn)備撰寫開題報(bào)告
第 2 周：閱讀整理所收集資料
第 3 周：完成開題報(bào)告，交指導(dǎo)老師修改
第 4 周：完成開題報(bào)告并進(jìn)行答辯
第 5 周：齒輪自動(dòng)倒角機(jī)總體方案設(shè)計(jì)
第 6 周：齒輪自動(dòng)倒角機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)分析和計(jì)算
第 7 周：齒輪自動(dòng)倒角機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，進(jìn)行中期撿查。
第 8 周：齒輪自動(dòng)倒角機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-------繪制裝配圖
第 9 周：齒輪自動(dòng)倒角機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-------修改完善裝配圖
第 10 周：齒輪自動(dòng)倒角機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)----繪制零件圖
第 11 周：撰寫齒輪自動(dòng)倒角機(jī)設(shè)計(jì)說明書
第 12 周：完成齒輪自動(dòng)倒角機(jī)設(shè)計(jì)說明書，上交老師
第 13 周：修改完善齒輪自動(dòng)倒角機(jī)設(shè)計(jì)說明書
第 14 周：翻譯外文資料
第 15 周：修改完善所有設(shè)計(jì)內(nèi)容，準(zhǔn)備答辯
四、需要閱讀的參考文獻(xiàn)
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附：文獻(xiàn)綜述或報(bào)告
一、國內(nèi)現(xiàn)狀
最近幾十年，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，加入到WTO后，以其市場和資源優(yōu)勢逐漸變成
全球制造中心，也使我國數(shù)十萬大、中、小型企業(yè)面對著前所未有的挑戰(zhàn)。目前，我
國在某些制造行業(yè)，例如紡織、輕工業(yè)等等具有競爭活力，發(fā)展勢頭強(qiáng)勁，入世后能
夠發(fā)揮比較優(yōu)勢，獲得較多發(fā)展機(jī)遇，而在高新技術(shù)制造領(lǐng)域，最近幾年雖也有所發(fā)
展，但在技術(shù)等方面基本上依靠境外投資，在多數(shù)領(lǐng)域尚未完成自主發(fā)展。
近幾年我國汽車領(lǐng)域發(fā)展很快，汽車產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為國民經(jīng)濟(jì)的第四大支柱產(chǎn)業(yè)，
我國也成為第四大汽車生產(chǎn)國。隨著汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，其機(jī)械換檔裝置中重要的零一
同步器的要求也越來越高，而國內(nèi)制造廠家對其內(nèi)外花鍵齒端倒角的加工一直存在困
難，表現(xiàn)就是該工序的準(zhǔn)備時(shí)間即調(diào)整機(jī)床的時(shí)間過長，根據(jù)倒角的不同形式，準(zhǔn)備
時(shí)間少則半天，多則幾天甚至更長，而且精度也很難保證，不僅同步器的內(nèi)外花鍵，
其他齒輪的倒角加工也面I臨著同樣的問題，例如變速箱中齒輪倒角的加工。造成這
種情況的主要原因有：
國內(nèi)對齒輪倒角的設(shè)計(jì)原理和制造方法不很了解，國內(nèi)沒有針對齒輪倒角的研發(fā)
機(jī)構(gòu)，只能靠國外的圖紙進(jìn)行仿造。
齒輪倒角加工歷史雖然很長，但是由于汽車行業(yè)的興起以及齒輪倒角樣式的不斷
更新，所以目前的齒輪倒角加工可以算上新興制造行業(yè)?？傮w來說，國內(nèi)對齒輪倒角
加工方面的研究還是不多，目前倒角加工的重點(diǎn)已經(jīng)從以前單一的平面倒角加-FN現(xiàn)
在各式各樣的異型倒角加工，國內(nèi)從技術(shù)、設(shè)備等方面都欠缺。
齒輪倒角機(jī)雖然是輔助機(jī)床，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，以國內(nèi)倒角機(jī)為例，一臺(tái)臥式倒角
機(jī)共有15個(gè)左右的軸，3—4個(gè)數(shù)控軸，比一般主要機(jī)床要復(fù)雜的多，這就造成了其制
成本較高，國內(nèi)生產(chǎn)廠家對輔機(jī)的重視不夠，不愿意花高價(jià)購買。鑒于復(fù)雜程度、利
潤等等方面的考慮，使得國內(nèi)機(jī)床制造廠家對倒角機(jī)床的制造和研發(fā)熱情不高，目前
國內(nèi)僅有數(shù)家制造廠家能夠制造數(shù)控倒角機(jī)床，間接導(dǎo)致國內(nèi)倒角機(jī)床的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)落
后于國外機(jī)床，特別是對于異性倒角的理論計(jì)算和調(diào)整十分困難Ⅲ。
無論是倒角形式、倒角機(jī)床還是檢測倒角的方法，目前國內(nèi)的情況是：
國家沒有國家標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)也沒有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，甚至企業(yè)沒有企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致企業(yè)、
用戶、機(jī)床制造廠家之間交流與合作比較困難。鑒于倒角加工存在的問題，國內(nèi)很多
學(xué)者對其進(jìn)行了研究，天津大學(xué)機(jī)械學(xué)院結(jié)合天津某同步器廠對于同步器內(nèi)外花鍵齒
端倒角加工的問題，開發(fā)了一套參數(shù)計(jì)算與仿真系統(tǒng)(在本文以下內(nèi)容中稱為原系
統(tǒng))，在一定程度上解決了部分倒角形式的加工問題。本文將以其為基礎(chǔ)，對其作進(jìn)
一步補(bǔ)充和完善，并從機(jī)床本身出發(fā)，設(shè)計(jì)解決該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)未能解決的一些
難題最后將該系統(tǒng)應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，建立基于web的計(jì)算仿真系統(tǒng)，力圖在現(xiàn)有的
技術(shù)條件下，進(jìn)一步提高加工精度，縮短機(jī)床調(diào)整時(shí)間，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。
二、國外現(xiàn)狀
對 美 國 產(chǎn) 齒 輪 的 研 究 發(fā) 現(xiàn) ， 美 國 無 論 是 通 用 公 司 ， 還 是 博 格 華 納 ，
GE.BUCYRUS,ALLISON，TEREX,CAT,等公司，生產(chǎn)的無論是閉式或開式的齒輪，均對其
經(jīng)行倒角，雖然美國尚沒有統(tǒng)一的齒輪倒角國家標(biāo)準(zhǔn)，但是各公司對齒輪倒角有著相
同的共識(shí)——必須倒角，并按各自公司的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行實(shí)施。國外對這一技術(shù)的應(yīng)用
十分重視，足以表明齒輪倒角的重要性和必要性。
近4～5年來．國際上齒輪加工機(jī)床行業(yè)已逐步形成Gleason/Pfauter/Hugh集團(tuán)、
Kapp/Niles集團(tuán)、SigmaΣPool集團(tuán)、Samputensili/Modul集團(tuán)等幾大跨國集團(tuán)?？?
向用戶提供成套齒輪加工技術(shù)與裝備。
三、目前趨勢
進(jìn)入 21 世紀(jì)，我國經(jīng)濟(jì)與國際全面接軌，進(jìn)入了一個(gè)蓬勃發(fā)展的新時(shí)期。機(jī)床
制造業(yè)既面臨著機(jī)械制造業(yè)需求水平提升而引發(fā)的制造裝備發(fā)展的良機(jī)，也遭遇到加
入世界貿(mào)易組織后激烈的國際市場競爭的壓力，加速推進(jìn)倒角機(jī)床的發(fā)展是解決機(jī)床
制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵。隨著制造業(yè)對倒角機(jī)床的大量需求以及計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)
代設(shè)計(jì)技術(shù)的飛速進(jìn)步，倒角機(jī)床的應(yīng)用范圍還在不斷擴(kuò)大，并且不斷發(fā)展以更適應(yīng)
生產(chǎn)加工的需要。本文簡要分析了倒角機(jī)床高速化、高精度化、復(fù)合化、智能化、開
放化、網(wǎng)絡(luò)化、多軸化、綠色化等發(fā)展趨勢，并提出了我國倒角機(jī)床發(fā)展中存在的一
些問題。
1.高速化
隨著汽車、國防、航空、航天等工業(yè)的高速發(fā)展以及鋁合金等新材料的應(yīng)用，對
倒角機(jī)床加工的高速化要求越來越高。
（1）主軸轉(zhuǎn)速：機(jī)床采用電主軸（內(nèi)裝式主軸電機(jī)），主軸最高轉(zhuǎn)速達(dá) 200000r/min；
（2）進(jìn)給率：在分辨率為 0.01μm 時(shí)，最大進(jìn)給率達(dá)到 240m/min 且可獲得復(fù)雜
型面的精確加工；
（3）運(yùn)算速度：微處理器的迅速發(fā)展為倒角機(jī)床系統(tǒng)向高速、高精度方向發(fā)展提
供了保障，開發(fā)出 CPU 已發(fā)展到 32 位以及 64 位的倒角機(jī)床系統(tǒng)，頻率提高到幾百兆
赫、上千兆赫。由于運(yùn)算速度的極大提高，使得當(dāng)分辨率為 0.1μm、0.01μm 時(shí)仍能
獲得高達(dá) 24～240m/min 的進(jìn)給速度；
（4）換刀速度：目前國外先進(jìn)加工中心的刀具交換時(shí)間普遍已在 1s 左右，高的
已達(dá) 0.5s。德國 Chiron 公司將刀庫設(shè)計(jì)成籃子樣式，以主軸為軸心，刀具在圓周布
置，其刀到刀的換刀時(shí)間僅 0.9s。
2 高精度化
倒角機(jī)床精度的要求現(xiàn)在已經(jīng)不局限于靜態(tài)的幾何精度，機(jī)床的運(yùn)動(dòng)精度、熱變
形以及對振動(dòng)的監(jiān)測和補(bǔ)償越來越獲得重視。
（1）提高 CNC 系統(tǒng)控制精度：采用高速插補(bǔ)技術(shù)，以微小程序段實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)給，
使 CNC 控制單位精細(xì)化，并采用高分辨率位置檢測裝置，提高位置檢測精度（日本已
開發(fā)裝有
106
脈沖/ 轉(zhuǎn)的內(nèi)藏 位置檢測 器的交 流伺服電 機(jī)，其位 置檢測精 度可達(dá)到
0.01μm/脈沖），位置伺服系統(tǒng)采用前饋控制與非線性控制等方法；
（2）采用誤差補(bǔ)償技術(shù)：采用反向間隙補(bǔ)償、絲桿螺距誤差補(bǔ)償和刀具誤差補(bǔ)償
等技術(shù)，對設(shè)備的熱變形誤差和空間誤差進(jìn)行綜合補(bǔ)償。研究結(jié)果表明，綜合誤差補(bǔ)
償技術(shù)的應(yīng)用可將加工誤差減少 60%～80%；
（3）采用網(wǎng)格解碼器檢查和提高加工中心的運(yùn)動(dòng)軌跡精度，并通過仿真預(yù)測機(jī)床
的加工精度，以保證機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度，使其性能長期穩(wěn)定，能夠在不
同運(yùn)行條件下完成多種加工任務(wù)，并保證零件的加工質(zhì)量。
3 功能復(fù)合化
復(fù)合機(jī) 床的含義 是指在 一臺(tái)機(jī)床上 實(shí)現(xiàn)或 盡可能完 成從毛坯 至成品的 多種要素
加工。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為工藝復(fù)合型和工序復(fù)合型兩類。工藝復(fù)合型機(jī)床如鏜銑
鉆復(fù)合——加工中心、車銑復(fù)合——車削中心、銑鏜鉆車復(fù)合——復(fù)合加工中心等；
工序復(fù)合型機(jī)床如多面多軸聯(lián)動(dòng)加工的復(fù)合機(jī)床和雙主軸車削中心等。采用復(fù)合機(jī)床
進(jìn)行加工，減少了工件裝卸、更換和調(diào)整刀具的輔助時(shí)間以及中間過程中產(chǎn)生的誤差，
提高了零件加工精度，縮短了產(chǎn)品制造周期，提高了生產(chǎn)效率和制造商的市場反應(yīng)能
力，相對于傳統(tǒng)的工序分散的生產(chǎn)方法具有明顯的優(yōu)勢。
加工過程的復(fù)合化也導(dǎo)致了機(jī)床向模塊化、多軸化發(fā)展。德國 Index 公司最新
推出的車削加工中心是模塊化結(jié)構(gòu)，該加工中心能夠完成車削、銑削、鉆削、滾齒、
磨削、激光熱處理等多種工序，可完成復(fù)雜零件的全部加工。隨著現(xiàn)代機(jī)械加工要求
的不斷提高，大量的多軸聯(lián)動(dòng)倒角機(jī)床越來越受到各大企業(yè)的歡迎。
在 2005 年中國國際機(jī)床展覽會(huì)（CIMT2005）上，國內(nèi)外制造商展出了形式各異
的多軸加工機(jī)床（包括雙主軸、雙刀架、9 軸控制等）以及可實(shí)現(xiàn) 4～5 軸聯(lián)動(dòng)的五軸
高速門式加工中心、五軸聯(lián)動(dòng)高速銑削中心等。
4 控制智能化
隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，為了滿足制造業(yè)生產(chǎn)柔性化、制造自動(dòng)化的發(fā)展需求，
倒角機(jī)床的智能化程度在不斷提高。具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
（1）加工過程自適應(yīng)控制技術(shù)：通過監(jiān)測加工過程中的切削力、主軸和進(jìn)給電機(jī)
的功率、電流、電壓等信息，利用傳統(tǒng)的或現(xiàn)代的算法進(jìn)行識(shí)別，以辯識(shí)出刀具的受
力、磨損、破損狀態(tài)及機(jī)床加工的穩(wěn)定性狀態(tài)，并根據(jù)這些狀態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)整加工參數(shù)（主
軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度）和加工指令，使設(shè)備處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，以提高加工精度、降低
加工表面粗糙度并提高設(shè)備運(yùn)行的安全性；
（2）加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇：將工藝專家或技師的經(jīng)驗(yàn)、零件加工的一般與
特殊規(guī)律，用現(xiàn)代智能方法，構(gòu)造基于專家系統(tǒng)或基于模型的“加工參數(shù)的智能優(yōu)化
與選擇器”，利用它獲得優(yōu)化的加工參數(shù)，從而達(dá)到提高編程效率和加工工藝水平、
縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間的目的；
（3）智能故障自診斷與自修復(fù)技術(shù)：根據(jù)已有的故障信息，應(yīng)用現(xiàn)代智能方法實(shí)
現(xiàn)故障的快速準(zhǔn)確定位；
（4）智能故障回放和故障仿真技術(shù)：能夠完整記錄系統(tǒng)的各種信息，對倒角機(jī)床
發(fā)生的各種錯(cuò)誤和事故進(jìn)行回放和仿真，用以確定錯(cuò)誤引起的原因，找出解決問題的
辦法，積累生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)；
（5）智能化交流伺服驅(qū)動(dòng)裝置：能自動(dòng)識(shí)別負(fù)載，并自動(dòng)調(diào)整參數(shù)的智能化伺服
系統(tǒng)，包括智能主軸交流驅(qū)動(dòng)裝置和智能化進(jìn)給伺服裝置。這種驅(qū)動(dòng)裝置能自動(dòng)識(shí)別
電機(jī)及負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，并自動(dòng)對控制系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)獲得最
佳運(yùn)行；
（6）智能 4M 倒角機(jī)床系統(tǒng)：在制造過程中，加工、檢測一體化是實(shí)現(xiàn)快速制造、
快速檢測和快速響應(yīng)的有效途徑，將測量（Measurement）、建模（Modelling）、加工
（Manufacturing）、機(jī)器操作（Manipulator）四者（即 4M）融合在一個(gè)系統(tǒng)中，實(shí)
現(xiàn)信息共享，促進(jìn)測量、建模、加工、裝夾、操作的一體化。
5 體系開放化
（1）向未來技術(shù)開放：由于軟硬件接口都遵循公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，只需少量的重新
設(shè)計(jì)和調(diào)整，新一代的通用軟硬件資源就可能被現(xiàn)有系統(tǒng)所采納、吸收和兼容，這就
意味著系統(tǒng) 的開發(fā) 費(fèi)用將大 大降低而 系統(tǒng)性能 與可靠性 將不斷改 善并處 于長生命 周
期；
（2）向用戶特殊要求開放：更新產(chǎn)品、擴(kuò)充功能、提供硬軟件產(chǎn)品的各種組合以
滿足特殊應(yīng)用要求；
（3 ） 倒 角 機(jī) 床標(biāo) 準(zhǔn) 的 建 立 ： 國際 上 正 在 研 究 和 制定 一 種 新 的 CNC 系 統(tǒng) 標(biāo) 準(zhǔn)
ISO14649（STEP-NC），以提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中性機(jī)制，能夠描述產(chǎn)品整個(gè)
生命周期內(nèi)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)制造過程乃至各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品信息的標(biāo)
準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)化的編程語言，既方便用戶使用，又降低了和操作效率直接有關(guān)的勞動(dòng)消
耗。
6 驅(qū)動(dòng)并聯(lián)化
并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床克服了傳統(tǒng)機(jī)床串聯(lián)機(jī)構(gòu)移動(dòng)部件質(zhì)量大、系統(tǒng)剛度低、刀具只能
沿固定導(dǎo)軌進(jìn)給、作業(yè)自由度偏低、設(shè)備加工靈活性和機(jī)動(dòng)性不夠等固有缺陷，在機(jī)
床主軸（一般為動(dòng)平臺(tái)）與機(jī)座（一般為靜平臺(tái)）之間采用多桿并聯(lián)聯(lián)接機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，
通過控制桿系中桿的長度使桿系支撐的平臺(tái)獲得相應(yīng)自由度的運(yùn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)
動(dòng)倒角機(jī)床加工、裝配和測量多種功能，更能滿足復(fù)雜特種零件的加工，具有現(xiàn)代機(jī)
器人的模塊化程度高、重量輕和速度快等優(yōu)點(diǎn)。
并聯(lián)機(jī)床作為一種新型的加工設(shè)備，已成為當(dāng)前機(jī)床技術(shù)的一個(gè)重要研究方向，
受到了國際機(jī)床行業(yè)的高度重視，被認(rèn)為是“自發(fā)明倒角機(jī)床技術(shù)以來在機(jī)床行業(yè)中
最有意義的進(jìn)步”和“21 世紀(jì)新一代倒角機(jī)床加工設(shè)備”。
7 極端化（大型化和微型化）
國防、航空、航天事業(yè)的發(fā)展和能源等基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)裝備的大型化需要大型且性能良
好的倒角機(jī)床的支撐。而超精密加工技術(shù)和微納米技術(shù)是 21 世紀(jì)的戰(zhàn)略技術(shù)，需發(fā)
展能適應(yīng)微小型尺寸和微納米加工精度的新型制造工藝和裝備，所以微型機(jī)床包括微
切削加工（車、銑、磨）機(jī)床、微電加工機(jī)床、微激光加工機(jī)床和微型壓力機(jī)等的需
求量正在逐漸增大。
8 信息交互網(wǎng)絡(luò)化
對于面臨激烈競爭的企業(yè)來說，使倒角機(jī)床具有雙向、高速的聯(lián)網(wǎng)通訊功能，以
保證信息流在車間各個(gè)部門間暢通無阻是非常重要的。既可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享，又
能實(shí)現(xiàn)倒角機(jī)床的遠(yuǎn)程監(jiān)視、控制、培訓(xùn)、教學(xué)、管理，還可實(shí)現(xiàn)倒角機(jī)床裝備的數(shù)
字化服務(wù)（倒角機(jī)床機(jī)床故障的遠(yuǎn)程診斷、維護(hù)等）。例如，日本 Mazak 公司推出新
一代的加工中心配備了一個(gè)稱為信息塔（e-Tower）的外部設(shè)備，包括計(jì)算機(jī)、手機(jī)、
機(jī)外和機(jī)內(nèi)攝像頭等，能夠?qū)崿F(xiàn)語音、圖形、視像和文本的通信故障報(bào)警顯示、在線
幫助排除故障等功能，是獨(dú)立的、自主管理的制造單元。
9 新型功能部件
為了提高倒角機(jī)床各方面的性能，具有高精度和高可靠性的新型功能部件的應(yīng)用
成為必然。具有代表性的新型功能部件包括：
（1）高頻電主軸：高頻電主軸是高頻電動(dòng)機(jī)與主軸部件的集成，具有體積小、轉(zhuǎn)
速高、可無級(jí)調(diào)速等一系列優(yōu)點(diǎn)，在各種新型倒角機(jī)床中已經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用；
（2）直線電動(dòng)機(jī)：近年來，直線電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用日益廣泛，雖然其價(jià)格高于傳統(tǒng)的
伺服系統(tǒng)，但由于負(fù)載變化擾動(dòng)、熱變形補(bǔ)償、隔磁和防護(hù)等關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，機(jī)械
傳動(dòng)結(jié)構(gòu)得到簡化，機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能有了提高。如：西門子公司生產(chǎn)的 1FN1 系列三
相交流永磁式同步直線電動(dòng)機(jī)已開始廣泛應(yīng)用于高速銑床、加工中心、磨床、并聯(lián)機(jī)
床以及動(dòng)態(tài)性能和運(yùn)動(dòng)精度要求高的機(jī)床等；德國 EX-CELL-O 公司的 XHC 臥式加工中
心三向驅(qū)動(dòng)均采用兩個(gè)直線電動(dòng)機(jī)；
（3）電滾珠絲桿：電滾珠絲桿是伺服電動(dòng)機(jī)與滾珠絲桿的集成，可以大大簡化倒
角機(jī)床的結(jié)構(gòu)，具有傳動(dòng)環(huán)節(jié)少、結(jié)構(gòu)緊湊等一系列優(yōu)點(diǎn)。
中國作為一個(gè)制造大國，主要還是依靠勞動(dòng)力、價(jià)格、資源等方面的比較優(yōu)勢，
而在產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新與自主開發(fā)方面與國外同行的差距還很大。中國的倒角機(jī)床產(chǎn)業(yè)
不能安于現(xiàn)狀，應(yīng)該抓住機(jī)會(huì)不斷發(fā)展，努力發(fā)展自己的先進(jìn)技術(shù)，加大技術(shù)創(chuàng)新與
人才培訓(xùn)力度，提高企業(yè)綜合服務(wù)能力，努力縮短與發(fā)達(dá)國家之間的差距。力爭早日
實(shí)現(xiàn)倒角機(jī)床產(chǎn)品從低端到高端、從初級(jí)產(chǎn)品加工到高精尖產(chǎn)品制造的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)從
中國制造到中國創(chuàng)造、從制造大國到制造強(qiáng)國的轉(zhuǎn)變。
作 為 一 名 大 學(xué) 生 ，我 還 不具 備 設(shè) 計(jì) 出 以 上 那 么 先 進(jìn) 的 倒 角 機(jī) 床 ， 所 以 我 設(shè)
計(jì)的 是 簡 易齒 輪 自 動(dòng) 倒角 機(jī) ， 以 達(dá) 到齒 輪 倒 角目 的 。
審
核
指導(dǎo)教師評(píng)閱意見（對選題情況、研究內(nèi)容、工作安排、文獻(xiàn)綜述等方面進(jìn)行評(píng)
閱）
簽字： 年 月 日
教研室主任意見
簽字： 年 月 日
學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)意見
簽字： 年 月 日
公章：
摘 要
齒輪作為機(jī)械領(lǐng)域中重要的傳動(dòng)零件，它的加工制造一直受到人們的重視。其加工可分為粗加工和精加工。粗加工有滾齒、插齒等，精加工有剃齒、磨齒等。在經(jīng)過粗加工后，齒的端部會(huì)產(chǎn)生飛邊以及毛刺。由于鋒利的棱角和毛刺的存在，影響其外觀、傳動(dòng)精度、再加工和裝配，并產(chǎn)生傳動(dòng)噪音，以至使齒輪的性能可靠性、壽命和潤滑效果下降，更主要的是降低了齒輪的質(zhì)量，而且還會(huì)導(dǎo)致整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)不能正常工作，因此我們需要考慮給齒輪倒角去毛刺?，F(xiàn)在齒輪加工后的去翻邊毛刺已成為齒輪加工的必要工序。
本設(shè)計(jì)中的倒角并不是指圓柱倒角，而是小倒角，也就是齒廓倒棱，所以我設(shè)計(jì)用磨頭進(jìn)行倒角，即磨棱倒角。由此我設(shè)計(jì)一個(gè)磨棱倒角機(jī)來實(shí)現(xiàn)對齒輪的自動(dòng)倒角。本文對齒輪倒角技術(shù)進(jìn)行了分析，并提出了齒輪自動(dòng)倒角機(jī)的可行性方案。對機(jī)床進(jìn)行了整體工作原理的設(shè)計(jì)和分析。對機(jī)床在工作情況下進(jìn)行受力分析，設(shè)計(jì)出傳動(dòng)方案，并對其傳動(dòng)件進(jìn)行設(shè)計(jì)、計(jì)算。得出了較合理的設(shè)計(jì)方案，解決了大型齒輪磨棱倒角效率低、工時(shí)長的問題，設(shè)計(jì)的齒輪磨棱倒角機(jī)有較為廣闊的使用前景。
關(guān)鍵詞：齒輪加工；機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；傳動(dòng)系統(tǒng)；磨削；磨棱倒角
Abstract
As an important mechanical part of the machinery field, the processing and manufacturing of the gear has always been taken seriously. Its processing can be divided into rough processing and finishing. It has a rolling teeth, inserted teeth, etc. When processed, the end of the tooth produces a flying edge, usually accompanied by a burr. Due to the presence of sharp edges and burrs, affect the appearance, the transmission accuracy and machining and assembly, and transmission noise, so the performance of the gear reliability, life and lubrication effect, more important is to reduce the quality of the gear, but also will cause the whole mechanical system can not work normally, so we need to consider for gear chamfering deburring. Along with the development of science and technology, the processing of the gear has become higher and higher, and the gear processing has become the necessary procedure of gear processing.
This chamfering in the topic does not mean that the gear end chamfering, but a small chamfer, namely tooth profile chamfer, so I design using the chamfering grinding head, grinding chamfer edges. So I design a grinding machine to make the automatic chamfer of gear. In this paper, the technology of gear chamfering Angle is analyzed, and the feasible scheme of gear automatic chamfering machine is put forward. The design and analysis of the whole principle of machine tool. In the working condition of machine tool, the driving plan is designed and the transmission is designed and calculated. The more reasonable design scheme is obtained, solve the low efficiency of large gear grinding chamfer edges, long hours, design of gear grinding edges there are broad prospects for the use of the chamfering machine.
Key words: gear processing; grinding machine structure design;driving system; grinding; edge grinding and chamfering
目 錄
摘 要 I
Abstract II
1 緒論 1
1.1 課題背景 1
1.2齒輪磨棱機(jī)研究目的和意義 1
1.3齒輪磨棱機(jī)國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 2
1.4課題概述 3
1.4.1 齒輪磨棱的實(shí)質(zhì)和種類 3
1.4.2 磨棱的作用 3
1.4.3 齒輪磨棱機(jī)的分類及工作 4
1.5 本課題主要研究內(nèi)容 4
第2章 齒輪磨棱倒角運(yùn)動(dòng)分析 5
2.1 隨動(dòng)系統(tǒng) 5
2.2 磨頭的選擇 5
2.3 磨頭的磨削力分析 8
2.4 磨頭位置及角度分析 9
2.4.1 磨頭位置 9
2.4.2 磨棱角度分析 10
2.5 磨削過程中力平衡分析及調(diào)節(jié) 11
2.6本章小結(jié) 11
第3章 齒輪磨棱機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13
3.1 機(jī)床總體結(jié)構(gòu)分析及設(shè)計(jì)思路 13
3.1.1 待磨削齒輪的規(guī)格 13
3.1.2 預(yù)確定齒輪磨棱機(jī)床的技術(shù)參數(shù) 13
3.1.3 機(jī)床總體機(jī)構(gòu)分析及設(shè)計(jì)思路 13
3.2 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的設(shè)計(jì) 15
3.2.1 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 15
3.2.2 檢測臺(tái)的設(shè)計(jì)及其它部件的介紹 35
3.3 本章小結(jié) 37
結(jié) 論 38
參考文獻(xiàn) 39
附錄1：外文翻譯 43
附錄2：外文原文 39
致 謝 53
- 53 -
齒輪自動(dòng)倒角機(jī)
1 緒論
1.1 課題背景
在大型設(shè)備中的齒輪其模數(shù)和齒數(shù)往往都很大，其質(zhì)量也自然很大，對這樣的齒輪其裝夾和加工通常都很困難，特別是像齒輪齒廓磨棱這樣的特殊工藝將更為困難。因此目前對于大型齒輪的齒廓磨棱國內(nèi)外還沒有專門的設(shè)備進(jìn)行，因此有必要針對大型齒輪的齒廓磨棱的相關(guān)原理進(jìn)行分析并對機(jī)床進(jìn)行設(shè)計(jì)。
目前由于沒有專用的設(shè)備，該工藝都是通過工人的手工進(jìn)行的。先用磨頭手工粗倒棱，然后用油石拋光，這種做法工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作環(huán)境惡劣，勞動(dòng)效率低下，對工人的操作要求高，而且加工質(zhì)量不高。過去，用戶對倒棱的質(zhì)量要求不高，齒輪倒棱不作為很重要的工藝，并且生產(chǎn)任務(wù)量少，手工倒棱可以滿足質(zhì)量和效率的要求，但是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和市場的不斷擴(kuò)大，用戶對產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來越高，齒輪倒棱不再是可粗可精可有可無的工藝，已經(jīng)成為很重要的生產(chǎn)工藝，甚至因?yàn)榈估赓|(zhì)量達(dá)不到要求導(dǎo)致產(chǎn)品不合格，并且生產(chǎn)任務(wù)量也越來越大，手工生產(chǎn)已滿足不了生產(chǎn)的需要。
因此有必要對齒端倒棱工藝的原理進(jìn)行分析并設(shè)計(jì)出相應(yīng)的機(jī)床。以適應(yīng)現(xiàn)代對齒輪倒棱加工的生產(chǎn)需要。
1.2齒輪磨棱機(jī)研究目的和意義
齒輪作為重要的傳動(dòng)零件，由于毛刺的存在，影響其外觀、傳動(dòng)精度、再加工和裝配，并產(chǎn)生傳動(dòng)噪音，以至使齒輪的性能可靠性、壽命和潤滑效果下降，更主要的是降低了齒輪的質(zhì)量[1]。由于毛刺的存在會(huì)導(dǎo)致整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)不能正常工作, 使可靠性、穩(wěn)定性降低。當(dāng)存在毛刺的機(jī)器作機(jī)械運(yùn)動(dòng)或振動(dòng)時(shí), 脫落的毛刺會(huì)造成機(jī)器滑動(dòng)表面過早磨損、噪音增大。因此我們必須考慮去除齒輪的毛刺。而齒輪磨棱機(jī)恰是一種很好的用于給齒輪去除毛刺的設(shè)備，他在齒輪生產(chǎn)中是極為重要的[3]。齒輪磨棱機(jī)是一種用于給齒輪去翻邊毛刺的自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備，它采用氣動(dòng)或電動(dòng)的高速轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)砂輪片進(jìn)行磨削工作，該機(jī)床為汽車、摩托車、工程機(jī)械、減速器、機(jī)器制造等行業(yè)提供了可靠的裝備，極大的提高傳動(dòng)零件的嚙合精度，有效地降低了傳動(dòng)噪音。
1.3齒輪磨棱機(jī)國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r
隨著生產(chǎn)幾十點(diǎn)發(fā)展和使用要求的提高，齒輪正朝著高精度、高強(qiáng)度、高承載、低噪聲、輕量化及長壽命方向發(fā)展。對齒輪輪齒進(jìn)行倒棱是控制齒輪噪聲等的一個(gè)十分重要的工藝措施，已引起國內(nèi)外齒輪加工制造杭寅普遍的關(guān)注和重視[4]。
19世紀(jì)末，為了磨削插齒刀，在美國創(chuàng)制了大平面砂輪磨齒機(jī)。20世紀(jì)初，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，德國研制出錐面砂輪磨齒機(jī)，美國采用成形砂輪磨削汽車齒輪。1914年，為了提高齒輪精度，瑞士制造出碟形砂輪磨齒機(jī)，采取了補(bǔ)償砂輪磨損等措施。30年代后期，瑞士又研制出蝸桿砂輪磨齒機(jī)，提高了效率。對美國產(chǎn)齒輪的研究發(fā)現(xiàn)，美國無論是同應(yīng)公司，還是博格華納、GE、BUCYRUS、AllisonTransmissions、TEREX、CAT等公司，生產(chǎn)地?zé)o論是閉塞式與或是開放式的齒輪，均對其進(jìn)行倒棱。雖然美國商務(wù)通移動(dòng)齒輪倒棱國家標(biāo)準(zhǔn)，但個(gè)公司對齒輪倒棱有著相同的共識(shí)——必修倒棱，并且按各公司的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行實(shí)施。國外對這一技術(shù)的應(yīng)用十分重視，足以表明齒輪倒棱的重要性和必要性[6]。
中國的齒輪磨床研究制造已有四十余年歷史，從八十年代初至今近二十多年間發(fā)展較快，制造出七個(gè)系列60余種規(guī)格的齒輪磨床。其中1997年由秦川機(jī)床集團(tuán)有限公司研制成功的YK7250蝸桿砂輪磨齒機(jī)（數(shù)控八軸五聯(lián)動(dòng)）在國際機(jī)床博覽會(huì)上被有關(guān)專家譽(yù)為“具國際水平的機(jī)床”，標(biāo)志著中國齒輪磨床制造技術(shù)水平跨入世界先進(jìn)行列。 隨著科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，齒輪加工業(yè)對于齒輪加工機(jī)床的性能要求不斷提高，反之，齒輪加工機(jī)床制造業(yè)對于齒輪加工又具有導(dǎo)向作用，形成有機(jī)的聯(lián)動(dòng)發(fā)展。為此，一批能適應(yīng)社會(huì)科技和經(jīng)濟(jì)發(fā)展節(jié)拍的新產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生[6]。溫嶺市美日機(jī)床有限公司、重慶機(jī)床有限公司、寶雞虢西磨棱機(jī)廠、陜西秦川機(jī)床有限公司、天津第一機(jī)床總廠等眾多廠家都對齒輪磨棱機(jī)研發(fā)和生產(chǎn)。其中寶雞虢西磨棱機(jī)廠生產(chǎn)的"YM系列齒輪磨棱倒角機(jī)"是由科技人員經(jīng)多年研發(fā)、精心設(shè)計(jì)而成，主要應(yīng)用于各種齒形零件的磨棱倒角加工。該系列機(jī)床已有三項(xiàng)技術(shù)取得了國家專利，并獲得陜西省優(yōu)秀專利二等獎(jiǎng)。
圖1-1 重慶識(shí)金實(shí)驗(yàn)檢測設(shè)備有限公司生產(chǎn)的SJ-1C2氣動(dòng)雙磨頭齒輪磨棱倒角機(jī)
1.4課題概述
1.4.1 齒輪磨棱的實(shí)質(zhì)和種類
倒棱實(shí)質(zhì)上是小倒角，也就是在齒輪的齒形加工后對所有裸露的尖角再倒一個(gè)小倒角為了與齒輪兩端的大倒角相區(qū)別，故稱為倒棱。倒棱是沿輪齒斷面的倒角，是防止由于小的磕碰造成齒面突起而產(chǎn)生噪聲和損傷嚙合齒面的一項(xiàng)重要措施。倒棱又分為齒頂?shù)估夂妄X廓倒棱[8]。
1.4.2 磨棱的作用
1.降低齒輪嚙合時(shí)的噪聲；
2.提高齒輪嚙合精度，減少嚙合沖擊；
3.減小扒齒，延長齒輪使用壽命；
4.減少熱處理時(shí)的應(yīng)力集中；
5.避免膠合打齒的危險(xiǎn)；
6.在對硬齒面滾、刮、磨以及滾、刮工藝中有利于刮刀切入，有效地避免打刀和刀刃崩缺；
7.齒輪倒棱后不僅外形美觀，而且比較安全，在齒輪的裝配與調(diào)試中，手不易被劃傷[7]。
1.4.3 齒輪磨棱機(jī)的分類及工作
磨齒機(jī)的工作原理分成形法和展成法(見齒輪加工)兩類。按展成法加工的磨齒機(jī)根據(jù)砂輪形狀可分為 4種：①碟形砂輪磨齒機(jī) ②錐面砂輪磨齒機(jī) ③蝸桿砂輪磨齒機(jī) ④大平面砂輪磨齒機(jī)[4]。
齒輪磨棱機(jī)采用錐形砂輪磨齒, 該磨齒是按齒輪齒條嚙合原理進(jìn)行加工的。 砂輪相當(dāng)于假想齒條上的一個(gè)齒, 工件節(jié)圓沿假想齒條節(jié)線作純滾動(dòng)。工件通過展成運(yùn)動(dòng)鏈, 作展成運(yùn)動(dòng)( 往復(fù)移動(dòng)和繞自身軸線的反復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng))。 移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)必須保持一定的相對關(guān)系, 即工件轉(zhuǎn)1 轉(zhuǎn), 其移動(dòng)長度應(yīng)等于磨削節(jié)圓圓周的展開長度。這樣就可磨出所需的漸開線齒形。 砂輪倒角是將工件( 齒輪)固定于旋轉(zhuǎn)軸并與旋轉(zhuǎn)軸一起旋轉(zhuǎn)( 如圖1) , 砂輪片由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn), 砂輪片由于重力的原因作用于齒輪, 齒輪勻速旋轉(zhuǎn), 砂輪片沿著齒輪的邊緣進(jìn)行切削運(yùn)動(dòng), 將齒輪邊緣的棱邊磨成斜角。由于工件在電機(jī)帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn), 當(dāng)磨完一個(gè)齒后, 將自動(dòng)磨下一個(gè)齒。這樣只需工件轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn), 即可完成加工[10]。
1.5 本課題主要研究內(nèi)容
1. 根據(jù)基本技術(shù)參數(shù)，給出齒輪磨棱機(jī)總體結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)方案。
2.進(jìn)行磨削力，功率，運(yùn)動(dòng)行程等方面的計(jì)算，確定各個(gè)零部件的具體外形尺寸并進(jìn)行強(qiáng)度校核。完成總裝圖及部分零件圖。
3.根據(jù)工件所要加工的形狀及尺寸要求，進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。
4.傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)。
5.生產(chǎn)能力、磨削力、傳送功率的計(jì)算。
2 磨棱倒角運(yùn)動(dòng)分析
2.1 隨動(dòng)系統(tǒng)
隨動(dòng)系統(tǒng)是一種反饋控制系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中，輸出量是機(jī)械位移、速度或者加速度。因此隨動(dòng)系統(tǒng)這一術(shù)語，與位置或速度，或加速度控制系統(tǒng)是同義語。在隨動(dòng)系統(tǒng)中，有一類，它的參考輸入不是時(shí)間的解析函數(shù)，如何變化事先并不知道(隨著時(shí)間任意變化)?？刂葡到y(tǒng)的任務(wù)是在各種情況下保證輸出以一定精度跟隨著參考輸入的變化而變化。
微機(jī)位置伺服系統(tǒng)概述在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，把輸出量能夠以一定準(zhǔn)確度跟隨輸入量的變化而變化的系統(tǒng)稱為隨動(dòng)系統(tǒng)，亦稱伺服系統(tǒng)。
在控制系統(tǒng)中若給定的輸入信號(hào)是預(yù)先未知且隨時(shí)間變化的并且系統(tǒng)的輸出量隨輸入量的變化而變化這種系統(tǒng)就稱為隨動(dòng)系統(tǒng)。快速跟蹤和準(zhǔn)確定位是隨動(dòng)系統(tǒng)的兩個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)。
2.2 磨頭的選擇
根據(jù)待加工零件的材料、磨削率以及加工要求的表面粗糙度來選擇砂輪，這是挑選磨具的一般規(guī)律。砂輪的選取一般按照這幾個(gè)分類進(jìn)行選?。杭催x取磨粒，選取粒度，選取硬度，選取結(jié)合劑，選取組織，選取形狀，外徑、厚度、內(nèi)徑。
使用結(jié)合劑將較多微小的磨粒凝結(jié)成一定比例形狀的磨削工具稱為磨具，目前所使用的磨料，它的種類可劃分為以下幾種：
剛玉類，氧化鋁（Al2O3）是它的主要成分。硬度低于SiC類，然而其韌性較好，一般用于磨削屬于抗拉能力較強(qiáng)的工件材料（例如鋼料）。還能劃分成白玉剛和棕剛玉，的顏色呈現(xiàn)為棕褐色，和比較，它的硬度小且韌性較好，適宜碳鋼等材料的磨削；和GZ對比，GB的硬度較高，然而韌性確較低，應(yīng)用于高速鋼精磨淬火鋼等這些工件。另外還存在單晶剛玉，各個(gè)粒子差不多都屬于單晶體，其多面體的形狀為球狀，在進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)會(huì)生成這類單晶體，由于GD因?yàn)閷⑤^多晶體進(jìn)行機(jī)械碾碎，然后在砂粒內(nèi)形產(chǎn)生殘余應(yīng)力，所以和GB與GZ比較，它的硬度和韌性都較高，并且磨削性能也高。適宜成型、不銹鋼、以及精密這三類磨削。當(dāng)機(jī)械工件加工時(shí)，因?yàn)榭焖倮鋮s導(dǎo)致產(chǎn)生極微細(xì)的晶體結(jié)構(gòu)稱為微晶剛玉，很多微小的切削刃存在于各個(gè)砂粒中，GW磨料的韌性比GZ和GB的高且強(qiáng)度也比它們大，并且具有良好的自銳性，這是因?yàn)檫@些微晶穩(wěn)定地結(jié)合在一起。在磨削力很大的情況下，僅失去微小的碎塊，并且在GW處造成刃口，所以磨削效率高以及消耗少是使用砂輪進(jìn)行磨削的特點(diǎn)，對于難度較大的成型磨削以及磨削不銹鋼等這些特別鋼體材料，包括磨削光潔度，GW比較適用。在提煉GB過程中加入的氧化鉻用以增強(qiáng)它的磨削能力，這種剛玉稱為鉻鋼玉，顏色一般為紫紅色或者玫瑰紅，與GB的硬度相似，比GB的韌性好，在磨削加工過程中，難以損壞工件以及產(chǎn)生裂縫，能夠極好的維持砂輪的外形。對于儀表部件、成型磨削、以及磨削精密部件的光潔度，用GG比較適合。除此之外，還可應(yīng)用于冶煉結(jié)剛玉、鈦鋼玉和鋯剛玉等等。
碳化硅（SiC）類，和剛玉比較，它的硬度較高而且脆性也大，在粉碎之后，新的尖銳刃口會(huì)在晶體表面上分化出來，適合磨削硬度大且脆性高的材料，例如鑄鐵。SiC還可以劃分成黑SiC以及綠SiC。其中TH中存在很多的雜質(zhì)，所以純度比TL低，并且價(jià)錢合理，購買它成本低，經(jīng)濟(jì)適用。在磨削鑄鐵等材料時(shí)比較適合用TH，TL中存在的雜質(zhì)較少，它的硬度比TH略高。對于硬度極高且不易磨削的脆性材料，例如tungsten carbide alloy等，比較適合用TL。
金剛石類，其硬度極高，而且價(jià)錢也是這些分類中最高的一種，它可以劃分成人造類和天然類。因?yàn)樗嬖谌丝谳^尖、硬度極強(qiáng)、難以損壞、磨削過程中產(chǎn)生的熱量少，并且精度以及表面光潔度極高等特點(diǎn)，所以該類砂輪可以使用的時(shí)間較長。在硬質(zhì)合金磨削過程中，若是使用TL，那么極易在表面出現(xiàn)裂縫。但是若采用的砂輪是屬于金剛石磨料的，那么這種情況就不會(huì)出現(xiàn)，因此其極其適合磨削的材料是屬于硬度極高的，就如硬質(zhì)合金等。在磨削鋼鐵的過程中，因?yàn)榻饎偸弯撹F之間會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生的化學(xué)親和力較強(qiáng)，所以砂輪會(huì)迅速損壞。
綜上所訴，選取磨料的原則主要是判斷工件屬于何種材料。按照設(shè)計(jì)需求，因?yàn)檫@個(gè)機(jī)床是向剛完成粗加工的大齒輪二次加工，也就是合金鋼沒有進(jìn)行淬火，因此選擇的剛玉類磨具，再按照設(shè)計(jì)需要以及價(jià)格，最終選擇GZ，類型：A。
磨料顆粒的尺寸通過磨料粒度體現(xiàn)出來，要確保其擁有充足的切削刃數(shù)，那么必須選取好磨粒形狀以及尺寸大小，這樣才能足夠確保它擁有對應(yīng)的切削性能。影響選定粒度的因素，主要有兩種，即工件加工的Ra要求以及要確保生產(chǎn)率。普通情況下，普遍應(yīng)用的磨具最多的就是中等磨粒。在精磨、研磨以及拋光過程中一般選擇細(xì)粒度磨具。進(jìn)行批量生產(chǎn)時(shí)，首先要達(dá)到零件粗糙度設(shè)計(jì)要求，其次盡可能選取粒度稍微粗一點(diǎn)的磨具，使之能達(dá)到提升生產(chǎn)率的要求。但是在小批量貨物單件加工情況下，首先側(cè)重思慮零件的加工是否符合質(zhì)量要求，因此選取的磨具其粒度要小，這樣才能有優(yōu)勢。盡管這個(gè)機(jī)床是對齒輪完成去毛刺、飛邊等加工，然而由于齒輪屬于比較精密且關(guān)鍵的零件，因此選取的磨具粒度號(hào)位于區(qū)間，通過查表，粒度號(hào)選定：F40。
磨粒被結(jié)合劑連接的穩(wěn)定水平稱為磨具硬度，當(dāng)有外力時(shí)，若磨具輪廓上的磨粒，極易掉落，那么表示其硬度比較小，相反，硬度比較高。結(jié)合劑是對磨具硬度造成影響的關(guān)鍵成分。它的使用性能受磨具硬度的影響比較大。為了達(dá)到適宜加工各類工件材料以及滿足磨削加工的要求，要求設(shè)有各類硬度等級(jí)的磨具能夠讓其挑選使用。磨具硬度代號(hào)有硬至軟的排序?yàn)椋?
Y，T，S，R，Q，P，N，M，L，K，J，H，G，F(xiàn)，E，D，C，B，A
根據(jù)設(shè)計(jì)需求查選擇中硬度型號(hào)：M。
將若干細(xì)小的磨粒粘合為一體，以達(dá)到擁有指定外形以及需求強(qiáng)度，這是結(jié)合劑的重要功能。在進(jìn)行磨削時(shí)，因?yàn)橛薪Y(jié)合劑輔助，磨?？梢詫?shí)現(xiàn)對零件的磨削。當(dāng)磨粒以及發(fā)生鈍化時(shí)，還可以讓其準(zhǔn)時(shí)破碎或者脫落。這樣就可以使磨具維持優(yōu)良的磨削功能。結(jié)合劑根據(jù)磨削速度、方法和零件Ra要求等，來選取。現(xiàn)在所用齒輪磨齒機(jī)，其使用的結(jié)合劑，大多數(shù)是陶瓷類。按照查表選取陶瓷結(jié)合劑的型號(hào)為：V。
氣孔、結(jié)合劑以及磨料這三個(gè)的容積比例就是磨具組織。通常使用配方的方法來控制。它的表示方法有兩類：第一類：使用磨粒占有的磨具容積%，即普遍所講的磨粒率；第二類：使用氣孔占有%和尺寸，即氣孔率。磨具組織根據(jù)第一類表示，總共劃分為十五個(gè)組織號(hào)，即分類的規(guī)則為：將百分之六十二的磨粒率定為零號(hào)，此后每次降低百分之二，組織號(hào)提高一，依次往后推。根據(jù)磨粒率，磨具組織號(hào)從小至大的排序?yàn)椋?
14，13，12，11，10，9，8，7，6，5，4，3，2，1，0
磨粒占有的體積%數(shù)越大，說明組織號(hào)越小且組織精密，雖然磨具比較容易被切削阻礙，并且磨削效率小，然而確可以承擔(dān)較高的磨削壓力。磨具輪廓較難改變，要求很小的磨削Ra。通常的，對于磨削精度極高且加工壓力較大的工件，適合選用精密組織的磨具。普通的磨削，選用中等組織的磨具就可以了。對于接觸面積多和材料不硬的部件，可以選用松組織的磨具。然而砂輪確適合對工件壓力偏低的條件。按照設(shè)計(jì)需求，查選擇組織號(hào)：6。
為了滿足不同的磨削加工形式以及確保磨削加工能夠在正常條件下進(jìn)行，那么必須要確定磨具確切的幾何形狀和尺寸大小，。按照該機(jī)床的加工需要，且通過查，選擇圓頭錐磨頭，它的型號(hào)是：17b。外徑mm，厚度mm，孔徑mm。
圖2-1 磨頭尺寸視圖
2.3 磨頭的磨削力分析
所謂磨削力，也就是在磨粒對零件磨削過程中，磨粒所受到的力，磨削力能夠分為2個(gè)力，也就是垂直于磨粒的以及與磨粒相切的，它們能夠與結(jié)合力保持穩(wěn)定。當(dāng)某種材料齒輪被磨削時(shí)，首先必須先滿足磨棱角度的要求，在此前提下，影響切削力的重要因素為磨頭的線速度（v），至于其他的因素，都為次要因素。根據(jù)下方圖2.3分析得出，磨削過程中，在磨棱角度被滿足之后，可以經(jīng)過調(diào)整磨頭的v以及磨頭的受力F，就能調(diào)整磨棱寬度，然后成功滿足需要加工的尺寸。
圖2-2 磨頭磨削力分析
2.4 磨頭位置及角度分析
2.4.1 磨頭位置
磨頭的空間布置的目標(biāo)是：和相比，齒頂以及齒根的磨棱角度與其相差的+、-數(shù)值大體相同。
對齒根進(jìn)行加工時(shí)，其示意圖為下圖：
圖2-3齒根加工過程切削點(diǎn)的坐標(biāo)
磨頭對齒根進(jìn)行切削的過程中，切削點(diǎn)坐標(biāo)(X，Y)公式如下：:
（2-1）
對齒漸開線進(jìn)行加工時(shí)，其示意圖為下圖：
圖2-4齒漸開線加工過程切削點(diǎn)的坐標(biāo)
磨頭對齒漸開線進(jìn)行切削加工過程中，切削點(diǎn)坐標(biāo)（X，Y）公式如下：
x=x
y=-x （2-2）
2.4.2 磨棱角度分析
磨削角度滿足下式：
（2-3）
式中：
根據(jù)上面的公式（2-3）可以得出：和是影響磨棱角度的主要因素。
和滿足下式：
（2-4）
根據(jù)（2-4）推論出下式：
（2-5）
根據(jù)（2-5）得出：磨頭軸線與齒輪端面的角度取決于L和x的比值，即L/x，通過此來達(dá)到影響磨削角度的目的。
2.5 磨削時(shí)分析力平衡以及調(diào)整
在磨削過程中，磨頭對自身的固定點(diǎn)關(guān)鍵是受到一個(gè)力的作用，也就是部件對磨頭的切向力Ft ；磨頭固定點(diǎn)受到2個(gè)轉(zhuǎn)矩的作用，第一個(gè)是對應(yīng)的調(diào)節(jié)力F所引起的轉(zhuǎn)矩，第二個(gè)是磨頭主軸重力G所引起的轉(zhuǎn)矩。由于它受到這2個(gè)轉(zhuǎn)矩作用，所以在ZOY平面內(nèi)磨頭能夠恰當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)確定的角度，以使得力矩保持平衡狀態(tài)，以至于完成隨動(dòng)式的加工。分析磨頭的受力得到下圖2-7：
圖2-6 磨頭力平衡分析
通過圖2-7力平衡分析得出，
（2-6）
（2-7）
已經(jīng)完成設(shè)計(jì)的磨頭，它的Lg，Lf這兩個(gè)參數(shù)都為確定值， 僅僅是Ft能夠任意調(diào)整，當(dāng)調(diào)節(jié)Ft時(shí)，F(xiàn)也會(huì)隨著Ft的調(diào)節(jié)而得到調(diào)節(jié)，這就可以實(shí)現(xiàn)對磨削寬度的調(diào)整。
2.6 本章小結(jié)
根據(jù)對理論知識(shí)的分析，能夠讓我們明白，在機(jī)械中，設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)某叽绱笮∫约昂线m的角度，能夠使得磨頭可以隨動(dòng)的加工制造出滿足角度需求的棱角。當(dāng)調(diào)節(jié)Ft時(shí)，F(xiàn)也會(huì)隨著Ft的調(diào)節(jié)而得到調(diào)節(jié)，這就可以實(shí)現(xiàn)對磨削寬度的調(diào)整。
不過呢，這些都只是理論性的知識(shí)分析。在進(jìn)行生產(chǎn)實(shí)踐時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)還有很多的問題需要我們?nèi)ソ鉀Q和高度重視，極有可能有些是不在理論知識(shí)中的。這就要求我們要多實(shí)踐，實(shí)踐才能出真知。舉一個(gè)例子，在現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)過程中，齒輪轉(zhuǎn)速的高低會(huì)改變磨頭的受力大小，然而能夠推測出在磨頭轉(zhuǎn)速較高的情況下，這種影響是較小的。不過如果齒輪轉(zhuǎn)速過于低的話，那么會(huì)特別影響磨頭的受力情況。
第3章 設(shè)計(jì)磨棱機(jī)機(jī)床結(jié)構(gòu)
3.1 機(jī)床總體結(jié)構(gòu)分析及設(shè)計(jì)思路
3.1.1 待磨削齒輪的規(guī)格
加工齒輪直徑（mm） 200～800mm
加工模數(shù)（mm） 2～16mm
3.1.2 預(yù)選定機(jī)床的主要參數(shù)
見表3-1
3.1.3 機(jī)床總體機(jī)構(gòu)分析及設(shè)計(jì)思路
根據(jù)第二章的理論性知識(shí)原理分析，能夠懂得在使用該原理對齒輪進(jìn)行磨削加工的過程中，磨頭的主軸近似垂直于齒輪中心孔軸心。
當(dāng)機(jī)床進(jìn)行磨削加工的時(shí)候，齒輪的寬度會(huì)發(fā)生變化，所以在設(shè)計(jì)磨頭主軸時(shí)，必須使其相對于齒輪端面的位置距離可以進(jìn)行調(diào)節(jié)。為滿足這種需求，該齒輪磨棱機(jī)機(jī)床可以使用人工調(diào)節(jié)的方式，使用這種方式來調(diào)節(jié)磨頭主軸相對與齒輪工作臺(tái)這兩者之間的距離。
因?yàn)楸緳C(jī)床需要加工齒數(shù)與模數(shù)不一樣的齒輪，因此要滿足在機(jī)床Y方向磨頭主軸是可以調(diào)節(jié)的，即要求擁有可調(diào)性能。但是具體條件具體分析，例如當(dāng)齒輪只需要具體加工一次時(shí)，這種調(diào)節(jié)只需要調(diào)節(jié)一次。所以可以使用手動(dòng)調(diào)節(jié)。
此外固定齒輪的工作臺(tái)需要進(jìn)行低速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)在實(shí)際加工齒輪的過程中，必須保持工作臺(tái)的持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，還需要實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速能夠調(diào)節(jié)。綜上所訴，所以電源選擇電動(dòng)機(jī)，同時(shí)為了保證空間大小，節(jié)省空間，選擇帶輪傳動(dòng)。
本機(jī)床設(shè)計(jì)對磨頭的要求是轉(zhuǎn)速必須要高并且功率要小，同時(shí)因?yàn)槭艿浇Y(jié)構(gòu)以及質(zhì)量的約束，所以調(diào)速機(jī)構(gòu)或者變速箱不可以成為被選擇用以進(jìn)行調(diào)速，故選擇馬達(dá)，馬達(dá)極易進(jìn)行調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。
根據(jù)上面的分析，可以確定本次設(shè)計(jì)的機(jī)器一共要求完成四個(gè)運(yùn)動(dòng)。在這四個(gè)運(yùn)動(dòng)中，有兩個(gè)運(yùn)動(dòng)使用手輪進(jìn)行調(diào)節(jié)、其中有一個(gè)運(yùn)用電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)、還有一個(gè)采用馬達(dá)來完成調(diào)節(jié)。磨頭主軸的空間位置通過使用兩個(gè)手輪來進(jìn)行調(diào)整。按照上面的需求，磨棱機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以劃分為兩大部分：一、用于齒輪固定的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)；二、用于固定磨頭主軸的檢測架。第一步是先根據(jù)預(yù)定需求把上訴兩個(gè)部分的結(jié)構(gòu)完全設(shè)計(jì)出來。那么磨棱機(jī)大概結(jié)構(gòu)就可以大致被設(shè)計(jì)出來了，它的結(jié)構(gòu)簡圖見下圖3-1：
表3-1 技術(shù)參數(shù)
技術(shù)參數(shù)
單位
參數(shù)指標(biāo)
工件模數(shù)范圍
mm
2～16
工件直徑范圍
mm
200～800
磨頭主軸轉(zhuǎn)速
rpm
60-100
加工效率
秒 /件
300
磨頭電機(jī)功率
kw
1.5
磨頭主軸的前端面至工件主軸端面的機(jī)動(dòng)距離
mm
大于100
磨頭主軸回轉(zhuǎn)角度
度
10
工作臺(tái)主軸安裝孔徑
mm
500
回轉(zhuǎn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)速
r/min
4--10
工件主軸電動(dòng)機(jī)功率
kw
1.0
電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速
r/min
720
機(jī)床外型尺寸
mm
1200x1200x1500
圖3-1 機(jī)床示意圖
3.2 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)
根據(jù)上面的分析，可以知道回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的驅(qū)動(dòng)裝置選擇電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，通過電機(jī)，可以帶動(dòng)帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而直接使得回轉(zhuǎn)工作臺(tái)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。其傳動(dòng)的示意圖如下圖3-3所示：
圖3-2 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)傳動(dòng)簡圖
通過示意圖可以看出，它的設(shè)計(jì)有三個(gè)部分，一是設(shè)計(jì)其傳動(dòng)系統(tǒng)、二是設(shè)計(jì)工作臺(tái)，三是設(shè)計(jì)其它零部件。
3.2.1 設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)
確定各級(jí)傳動(dòng)比、選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)、設(shè)計(jì)帶輪、兩個(gè)傳動(dòng)齒輪的計(jì)算、軸的計(jì)算以及選取還有計(jì)算蝸輪蝸桿等，這些都是設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)的核心內(nèi)容。傳動(dòng)系統(tǒng)如圖3-4所示：
(a)
(b)
傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖3-3
1. 選擇電動(dòng)機(jī)
機(jī)床進(jìn)行加工過程中，電機(jī)輸出功率計(jì)算公式為： （3-1）
（3-1）中： （3-2）
（3-3）
(1) 確定（3-1）、（3-2）、（3-3）公式中的參數(shù)
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，計(jì)算出磨削力的大小為：
N
在選擇磨頭的直徑時(shí)，按照最大直徑10mm進(jìn)行計(jì)算，這樣可以得出主軸的最高線速度V為：
V=170m/s
下面進(jìn)行、、、的選?。?
：齒輪傳動(dòng)效率， =0.97
：蝸桿傳動(dòng)效率， =0.73
：離合器傳動(dòng)效率，=0.99
：帶傳動(dòng)效率， =0.94
(2) 將上述數(shù)據(jù)依次代入（3-2）和（3-3）得：
(3) 電動(dòng)機(jī)的選擇
根據(jù)，進(jìn)行查表，其額定功率選取，載荷最大時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)速度是 選定型，屬于籠型三相異步電機(jī)
2. 分配傳動(dòng)比
這個(gè)區(qū)間的轉(zhuǎn)速就是使工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)的的速度，根據(jù)已經(jīng)選取了的電機(jī)轉(zhuǎn)速，計(jì)算傳動(dòng)比，選取。圓柱齒輪要求低于，蝸輪蝸桿要求低于，帶輪要求低于，因此大致確定，,,,。由此計(jì)算出總傳動(dòng)比，設(shè)計(jì)合理。3. 齒輪的設(shè)計(jì)
(1) 對齒輪需要進(jìn)行精度、齒數(shù)、熱處理以及材料的選取設(shè)計(jì)。
由于本次設(shè)計(jì)的齒輪磨棱機(jī)速度低，所以選擇8級(jí)精度即可。（這是根據(jù)查表GB/T10095—2000得出的）。
材料選擇。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，按[1]查表，對于小齒輪，選擇鋼，并進(jìn)行調(diào)質(zhì)，其齒面硬度是；大齒輪也是選擇鋼，正火處理， 它的齒面硬度是，它們之間齒面硬度差距是40HBS，選擇恰當(dāng)。齒數(shù)的選擇，先選定小齒輪，那么就可以得出大齒輪。
它們的齒數(shù)比為： ，設(shè)計(jì)合理。
因?yàn)樗鼈兊凝X面硬度都，屬于軟齒面，因此可以按照齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，再使用齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核。
(2) 按照齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算，根據(jù)公式
?。?-4）
1) 設(shè)計(jì)式（3-4）中的各類參數(shù)：
----小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩，單位N·m，
N·m；
----載荷系數(shù)，在計(jì)算設(shè)計(jì)過程中，由于v的值不知道，又未能選定，所以載荷系數(shù)可以先選定為1.8，即
----齒寬系數(shù)，根據(jù)[1]查表8.6得出，取齒寬系數(shù)；
----彈性系數(shù)，根據(jù)[1]查表8.6得出，；
----區(qū)域系數(shù)，根據(jù)[1]查表8.6得出，=2.5
------齒數(shù)比，
----許用接觸應(yīng)力， ，公式中，
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
按照，，根據(jù)[1]查表得，，；選定安全系數(shù).
因此：
所以：
代入公式（3-4）得：
=67.84mm
2)圓周速度v的計(jì)算；
m/s
3) 齒寬b的計(jì)算：
mm
4)齒寬和齒高之比的計(jì)算：
模數(shù)
齒高
所以：
5) 的計(jì)算，按照上述，精度等級(jí)為級(jí)，查表選擇。
直齒輪
查[1]中的表7-6得出；
查[1]中的表7-8并采用插值法查出為8級(jí)精度、當(dāng)非對稱布置作為小齒輪的相對支承的時(shí)候：
根據(jù)，查[1]中的圖7-16得；因此載荷系數(shù)K為：
6)對已算出分度圓直徑按照現(xiàn)實(shí)的K進(jìn)行校核得出：
7) 模數(shù)m的計(jì)算：
,選定標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)
mm
mm
mm
9) 齒寬b的計(jì)算：
mm
選取，
(3)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的校核
其校核的公式為：
1) 確定出式中各個(gè)參數(shù)
載荷系數(shù)：
2) 小齒輪與大齒輪的和分別為：
小齒輪
大齒輪
3) 的計(jì)算，查[1]中圖表得到小齒輪；大齒輪的。
根據(jù)[1]中圖表查得
彎曲疲勞的安全系數(shù)，那么
4) 小齒輪受到的圓周力大小為：
5) 計(jì)算校核
因此大、小齒輪都合理。
4. 帶輪設(shè)計(jì)
(1) 選擇帶型：
按照上面設(shè)計(jì)結(jié)果，可以知道是小帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)速度區(qū)間。
按照設(shè)計(jì)的功率，選擇帶型為B型。
(2) 帶輪的基準(zhǔn)直徑與的確定：
回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的主軸需要安裝上大帶輪，因?yàn)橐庸さ凝X輪比較大，所以工作臺(tái)的直徑也要求很大。對于主軸內(nèi)孔直徑，也需要設(shè)計(jì)成比較大的直徑。按照所需加工的最大齒輪直徑的二分之一進(jìn)行計(jì)算是，那么設(shè)計(jì)大帶輪時(shí)，大帶輪直徑要大于該尺寸大約，即高于。所以選定其直徑：，那么的配對的小帶輪。
(3) 帶速度的驗(yàn)算：
進(jìn)行帶速的設(shè)計(jì)過程中，不能設(shè)計(jì)太高。應(yīng)該要求，其中m/s。
（3-5）
（3-5）式中： ----帶速，單位m/s；
----小帶輪直徑，單位mm；
------小帶輪轉(zhuǎn)速，單位r/min；
將這些參數(shù)帶人（3-5）式中，得到：
m/s
滿足要求，設(shè)計(jì)合理。
(4) V帶基準(zhǔn)長度與中心距的確定：
較小的中心距，能夠保證傳動(dòng)結(jié)構(gòu)能夠緊密的連接在一起，然而若帶的長度過小，就會(huì)造成繞過帶輪的次數(shù)過多在單位時(shí)間內(nèi)，從而會(huì)導(dǎo)致帶的壽命下降。反之，當(dāng)中心距太大時(shí)，在帶輪進(jìn)行高速轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，極易造成帶在工作的時(shí)候發(fā)生顫動(dòng)。進(jìn)行帶輪設(shè)計(jì)的時(shí)候，通常按下式對中心距進(jìn)行初步的選取：.
（3-6）
由此：
初選mm
計(jì)算帶基準(zhǔn)長度時(shí)采用下面的式子
mm
通過查表，選定基準(zhǔn)長度mm .
實(shí)際軸間距：
mm
(5) 小帶輪包角的計(jì)算
可以通過提高小帶輪包角來增強(qiáng)其傳動(dòng)性能，其設(shè)計(jì)式子如下：
(6) 確定V帶根數(shù)：
?。?-7）
式中:
----包角修正系數(shù)，選擇時(shí)，由于包角時(shí)對帶輪的傳動(dòng)性能有一定的影響，根據(jù)[1]查表7.8得出，；
----帶長修正系數(shù)，選擇時(shí)需要想到帶長不確定為特定時(shí)，其壽命會(huì)受到一定的影響，根據(jù)[1]查表7.2得出，；
----- V帶單根傳遞功率，根據(jù)[1]查表7.3得出，kW；
----傳動(dòng)比不為1時(shí)額定功率增量，根據(jù)[2]查表14.1得：
kW；
因此：
?。?。
(7) 初拉力的確定：
為了使帶輪能夠進(jìn)行正常的傳動(dòng)，是關(guān)鍵因素。帶的傳動(dòng)性能以及壽命長短也受影響。當(dāng)過小時(shí)，比較容易發(fā)生打滑，發(fā)揮傳動(dòng)能力比較困難；當(dāng)過大時(shí)，會(huì)減少帶的使用期限，并且會(huì)增加軸承以及軸的受力。對
于單根普通V帶，其初拉力按照下面的式子進(jìn)行計(jì)算：
（3-8）
公式（3-8）中各個(gè)符號(hào)的意思和前面的一樣，其中表示普通V帶kg/m，根據(jù)[1]查表7.1得出kg/m。
N
(8) 軸上壓力的計(jì)算：
（3-9）
（3-9）中個(gè)個(gè)符號(hào)和前面所提的意思一樣 ，因此：
N
5. 蝸輪蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì)
蝸桿以及蝸輪這兩部分構(gòu)成了蝸桿傳動(dòng)，其用以傳輸相交軸之間的動(dòng)力以及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，兩相交軸的交錯(cuò)角普通情況下是。在傳動(dòng)過程中，主動(dòng)件蝸桿一般屬于主動(dòng)件，而蝸輪則屬于從動(dòng)件。蝸桿傳動(dòng)在很多機(jī)器或者儀器中都被普遍應(yīng)用。
在傳動(dòng)過程中，可以得到較大傳動(dòng)比、且傳動(dòng)過程平穩(wěn)、發(fā)生的噪聲很小、結(jié)構(gòu)十分的緊湊等等，這些都是蝸桿傳動(dòng)時(shí)所具有的優(yōu)勢。其傳動(dòng)比極高，當(dāng)它使用于分度機(jī)構(gòu)的時(shí)候，i可以高達(dá)1000。使用于動(dòng)力傳動(dòng)時(shí)，i一般為8~80。傳動(dòng)效率偏低是蝸桿傳動(dòng)存在的關(guān)鍵缺點(diǎn)；在傳動(dòng)時(shí)，為了達(dá)到減少摩擦并且比較扛得住研磨的目的，一般使用青銅來對蝸輪齒圈進(jìn)行制造，因此其價(jià)格過高。
蝸桿根據(jù)形狀分類，可劃分成：環(huán)面蝸桿以及圓柱蝸桿。
根據(jù)螺旋面形狀的不同，圓柱蝸桿還可以劃分成分兩類，一類是阿基米德蝸桿（或稱為蝸桿）；另一類是漸開線蝸桿（或稱為蝸桿）。
ZA蝸桿與梯形螺紋這兩者的車削方式雷同。它所采用的車刀其切削刃夾角，在進(jìn)行加工時(shí)，蝸桿的軸線被切削刃所在平面經(jīng)過。所以齒形被切出來的，在軸線的截面中，其側(cè)邊呈現(xiàn)的齒條為直線；但是蝸桿軸線被垂直的截面中，齒形為ZA螺旋線。
對于ZI蝸桿，它的齒形有兩種，在蝸桿軸線與其垂直的截面中齒形是漸開線；在蝸桿軸線的截面中，齒形呈現(xiàn)為凸廓曲線。該類蝸桿，能夠和圓柱齒輪一樣，使用滾刀進(jìn)行銑切，在成批生產(chǎn)時(shí)比較適合用它。
與螺紋相同，蝸桿也具有左旋與右旋的區(qū)別，普遍使用的為右旋類蝸桿。
通常情況下的動(dòng)力傳動(dòng)，一般根據(jù)9級(jí)精度（）、8級(jí)精度（）以及7級(jí)精度（適合蝸桿圓周速度）來進(jìn)行制造。磨損、點(diǎn)蝕以及膠合等這些都是使用蝸桿傳動(dòng)時(shí)所會(huì)發(fā)生的幾個(gè)重要的失效方式。因?yàn)槭褂梦仐U傳動(dòng)時(shí)，齒面之間會(huì)發(fā)生很大的相對滑動(dòng)，并且伴隨著熱量的產(chǎn)生，這就會(huì)造成潤滑時(shí)，溫度增加導(dǎo)致潤滑劑濃度下降，潤滑條件邊的糟糕，提升了發(fā)生膠合的概率。對于閉式傳動(dòng)，若散發(fā)熱量不及時(shí)，蝸桿傳動(dòng)承受載荷的性能就會(huì)由于膠合從而受到影響。閉式傳動(dòng)中若發(fā)生潤滑密封不緊密或者對于開式傳動(dòng)，那么就會(huì)特別突出顯得蝸輪輪齒的磨損嚴(yán)重。
根據(jù)蝸桿傳動(dòng)的特征，要求蝸桿副材料具有充足的強(qiáng)度，然而具有優(yōu)良的抗膠合性能以及減小摩擦和抗磨能力才是關(guān)鍵要求。所有蝸輪的齒圈一般選擇青銅制造，利用其和鋼制蝸桿（經(jīng)過淬硬磨削的）配對。
合金鋼或者碳素鋼普遍用于制造蝸桿，制造蝸桿時(shí)必須保證硬度較高并且需要齒面光潔。當(dāng)蝸桿用于高速重載時(shí)一般選用（淬火滲碳到）、；或者、45(表面淬火)、等，同時(shí)還應(yīng)進(jìn)行磨削。對于普通的蝸桿，進(jìn)行調(diào)制處理時(shí)選擇 40、45等碳素鋼（硬度為）。對于人工傳動(dòng)或者低速情況，蝸桿允許不用經(jīng)過熱處理，所以可以選擇鑄鐵。
對于蝸桿傳動(dòng)使用于高速傳動(dòng)的情況，一般選擇 錫青銅（）來制造蝸輪，其耐磨能力以及抗膠合性能都很好，它的移動(dòng)速度能夠使用的上限是，使用這種材料比較方便完成切削加工，但它的價(jià)格卻很貴。對于蝸桿傳動(dòng)中滑動(dòng)速度的情況，我們可以選擇含錫量比較少的錫青銅（）。對于鋁青銅（），其特點(diǎn)是鑄造功能較好、價(jià)廉、耐沖擊、并且具有充足的強(qiáng)度，然而它的抗膠合能力卻比不上錫青銅，并且切削能力也比較差，所以通常將其使用在的傳動(dòng)中。對于速度比較小的傳動(dòng)情況，灰鑄鐵或者球墨鑄鐵是比較好的選擇。當(dāng)然還可以選擇提升尼龍或者尼龍材料來制造蝸輪。
由于較多的蝸桿一般都與軸相配，所以可以叫做蝸桿軸。
蝸輪是允許單獨(dú)制造成整體的。然而為了減少珍貴的有色金屬的使用，普通情況下選擇組合式結(jié)構(gòu)來制造尺寸較大的蝸輪，也就有色金屬用于齒圈的制造，鑄鐵或者鋼則用來制造輪芯。對于使用組合結(jié)構(gòu)的情況，使用過盈連接可以將齒圈與輪芯間連接起來。為了保證能夠安全工作，將顆螺釘圓周的安裝到接合面上。為了使鉆孔更加方便，材料相對比較硬的一邊應(yīng)該距離螺孔中心線。工作溫度改變不大并且尺寸比較小的場合適用于該結(jié)構(gòu)。還可以選擇鉸制孔用螺栓將輪芯和輪圈也連接起來，因?yàn)樵摲绞奖阌谘b卸，所以一般適用在破損時(shí)急需更換齒圈或較大尺寸的地方。當(dāng)蝸輪需要大量生產(chǎn)加工時(shí)，青銅齒圈可以普遍在鑄鐵輪芯上通過澆鑄被加工出來。
容易發(fā)熱且發(fā)熱量比較大、以及傳動(dòng)效率小是蝸桿傳動(dòng)的劣勢，所以如果散熱工作不及時(shí)進(jìn)行，就會(huì)影響箱體內(nèi)潤滑效果，使得潤滑失效并且油溫增加，從而加速了輪齒的破損，嚴(yán)重時(shí)更是會(huì)發(fā)生膠合。所以閉式蝸桿傳動(dòng)若有確保能夠連續(xù)工作，熱平衡計(jì)算是必須要進(jìn)行的。
蝸輪的設(shè)計(jì)：
(1) 主要傳動(dòng)尺寸的初步計(jì)算
對于蝸桿傳動(dòng)，根據(jù)齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，按照下式：
?。?-10）
式中 ----蝸輪的轉(zhuǎn)矩，單位N·m，
N·m；
----載荷系數(shù)，在設(shè)計(jì)過程中，由于不知道值，也還未選定，所以可以先選定為.
----齒寬系數(shù)，根據(jù)查表可得，選定；
----彈性系數(shù)，根據(jù)查表可得，；
----齒數(shù)比，，蝸桿頭數(shù)初步選定為1，則有，；
----重合度系數(shù)，的選取是根據(jù)重合度來進(jìn)行的，蝸輪蝸桿選定；
根據(jù)[1]可得，；
(3-10)中----許用接觸應(yīng)力，，公式中，，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，中，表示蝸輪旋轉(zhuǎn)360度，位于相同側(cè)的齒面嚙合次數(shù)，齒輪的工作期限通過表示，因此：
由，，根據(jù)[1]查表選擇，，，安全系數(shù)選定為.
由此：
由此：
----節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)，根據(jù)[1]查表選定；
----螺旋角系數(shù)，根據(jù)蝸輪，選取
由此：
(2) 傳動(dòng)尺寸的選定
1)載荷系數(shù)的計(jì)算：
m/s
根據(jù)[1]查出，
根據(jù)[1]查出，
根據(jù)[1]查出，
根據(jù)[1]查出，
由此：
2) 由于和兩者差距很大，因此要修正，根據(jù)：
mm
選定
3)模數(shù)m的確定：
mm
選定。
蝸輪蝸桿不需要進(jìn)行彎曲強(qiáng)度的校核。
設(shè)計(jì)蝸桿：
(3) 材料以及許用應(yīng)力的確定
對于蝸桿，選擇鋼，表面需經(jīng)過淬火處理，選擇硬度，根據(jù)蝸輪設(shè)計(jì)公式，選定
(4) 蝸桿頭數(shù)Z的確定，傳動(dòng)效率的估計(jì)
因?yàn)?，根?jù)[4]查表，選定，那么
因?yàn)椋鶕?jù)[4]查表，估計(jì)。
(5) 蝸輪轉(zhuǎn)矩的確定
N·m
(6) 使用系數(shù)的選定，表示綜合彈性系數(shù)
選定，
(7) 接觸系數(shù)的選定
假設(shè)，根據(jù)[4]查出，選定
(8) 中心距a的計(jì)算
mm
取
(9) 蝸桿齒數(shù)，蝸桿直徑系數(shù)，蝸輪齒數(shù)，模數(shù)，中心距，蝸桿導(dǎo)程角的確定。
根據(jù)查得：
根據(jù)查得：
取，，，，
取
根據(jù)查出：
取
接觸強(qiáng)度足夠，合理。
導(dǎo)程角
下表為蝸輪蝸桿經(jīng)常使用的尺寸：
表蝸輪蝸桿經(jīng)常使用的尺寸
名 稱
計(jì) 算 公 式
蝸 桿
蝸 輪
蝸桿分度圓直徑，蝸輪分度圓直徑
d1=mq=56mm
d2=mz2=133mm
齒頂高
ha=m=3.15mm
ha=m=3.15mm
齒根高
hf=1.2m=3.78mm
hf=1.2m=3.78mm
蝸桿齒頂圓直徑，蝸輪喉圓直徑
da1=m(q+2)=62.3mm
da2=m(z2+2)=139mm
齒根圓直徑
df1=m(q-2.4)=49mm
df2=m(z2-2.4)=125mm
蝸桿軸向齒距，蝸輪端面齒距
pa1=pt2=px=πm=9.9mm
徑向間隙
c=0.20m=0.63
中心距
a=0.5(d1+d2)=0.5m(q+z2)=100mm
5. 軸的設(shè)計(jì)
（1）軸I的設(shè)計(jì)
軸I連接的是蝸輪并通過離合器連接帶輪
已知參數(shù)：
求作用在齒輪上的力：
因已知蝸輪的分度圓直徑為
而
由受力分析,帶輪上：
，，
2)．初步確定軸的
根據(jù)[1]15-2式初步估算軸的。軸的材料選定為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)[1]表15-3，取，所以得：
為了便于計(jì)算，把軸的各段按照從左到右編號(hào):1、2、3、4、5、6。
軸端直徑=35mm，取， ，
1) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
為達(dá)到小帶輪能夠進(jìn)行軸向定位的要求，左端1-2段選擇雙孔軸端擋圈JB/ZQ ，右端則需求制造出一軸肩，并且要和軸承的尺寸配對，所以取，和軸承32213（GB/T297）的孔徑一樣。因?yàn)檩S承和帶輪這兩者的直徑差別過大，因此要求有過渡段，，，。
每個(gè)軸段的公差配合和Ra如下：軸承處為，，帶輪處是，，Ra=3.2μm，蝸輪處是。
帶輪和蝸輪的軸向固定，選擇軸肩以及雙孔軸端擋圈，反裝角接觸球軸承，2個(gè)支承點(diǎn)相距的大小取=60mm。
軸的結(jié)構(gòu)圖如以及裝配圖如下圖：
圖3-4軸I裝配圖
圖3-5軸I尺寸圖
2) 鍵連接的強(qiáng)度校核
蝸輪處選用A型平鍵，與蝸輪連接處鍵的尺寸，寬度。軸與轂連接緊湊，
與小帶輪連接處鍵的尺寸
因與小帶輪連接處鍵的尺寸及軸徑均較小且受載大，故只需校驗(yàn)此鍵2。
鍵2連接傳遞轉(zhuǎn)矩T為，
驗(yàn)算擠壓強(qiáng)度 鍵的工作長度，查表12-2，取
滿足擠壓強(qiáng)度。
3）軸I的彎矩與扭矩分析
軸I的危險(xiǎn)截面為小帶輪或者蝸輪的中點(diǎn)截面,
圖3-6軸I的彎矩和扭矩圖
表3-3 軸I的危險(xiǎn)截面受力分析
載荷
水平面H
垂直面V
支反力F
彎距M
總彎距
扭距T
按彎矩進(jìn)行對軸的強(qiáng)度校核
在校核過程中，僅僅對軸所受最高彎距以及扭距的截面進(jìn)行校核（也就是校核危險(xiǎn)截面C的強(qiáng)度），根據(jù)[1]查表15-5及上表中的數(shù)據(jù)，以及軸是單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力屬于脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取，軸的計(jì)算應(yīng)力
由[1]查表15-1得。因此，故安全。
(3)主軸的計(jì)算
由于主軸的作用是用于使回轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，所以根據(jù)帶輪，確定直徑為D=560mm，精度級(jí)別為n5,長度為600mm
6. 選擇軸承和潤滑
(1) 求比值：
根據(jù)表16.11查出，,Y=0因此當(dāng)量動(dòng)載荷N
(2) 徑向基本額定動(dòng)載荷值Cr的計(jì)算
根據(jù)查出，，
根據(jù)查出，對于蝸桿軸，采用型角接觸球軸承，其參數(shù)，，所以型角接觸球軸承的,該值和初步估計(jì)值相差不大，合理。
由于本設(shè)計(jì)加工的齒輪為大齒輪，因此回轉(zhuǎn)工作臺(tái)主軸受到很大的軸向力，由此采用圓錐滾子軸承用于安裝在主軸上，檢測架右邊安裝主軸工作臺(tái)。由于回轉(zhuǎn)工作臺(tái)要求進(jìn)行低速轉(zhuǎn)動(dòng)，所以不會(huì)選擇的潤滑油是稀油。綜上選擇干油來完成對主軸的潤滑。
使用蝸輪蝸桿時(shí)，因?yàn)樗a(chǎn)生大量的熱量且發(fā)生較大的摩擦，因此選擇油池來進(jìn)行潤滑，同時(shí)該潤滑方式也用于周圍的其他軸承。
3.2.2 設(shè)計(jì)磨棱機(jī)檢測臺(tái)和簡要介紹其它零件
1. 檢測臺(tái)的設(shè)計(jì)
在進(jìn)行設(shè)計(jì)檢測臺(tái)時(shí)，必須要確保能夠完成3個(gè)主要運(yùn)動(dòng)：第一個(gè)是磨頭主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，其他兩個(gè)是位于XOY平面內(nèi)，在X和Y方向上的直線滑動(dòng)。
在加工齒輪時(shí)，調(diào)節(jié)檢測臺(tái)在X和Y方向上的直線滑動(dòng)，可以在相同尺寸內(nèi)經(jīng)過一次調(diào)定即可。所以絲杠螺母通過使用手柄調(diào)整可以完成這兩個(gè)直線滑動(dòng)。由于人工用于手柄上的力較小，因此無需校核。
2. 氣動(dòng)馬達(dá)
在氣壓進(jìn)行傳輸?shù)倪^程中，把壓力能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，同時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，這類由氣壓形成動(dòng)力的執(zhí)行元件稱為氣動(dòng)馬達(dá)。容積式是普遍使用的氣動(dòng)馬達(dá)，其工作原理是：通過容積在工作腔內(nèi)發(fā)生的改變來完成做功。它主要分為這幾種類型：活塞式、葉片式以及齒輪式。
氣動(dòng)馬達(dá)的功能等同于液壓馬達(dá)或者電機(jī)，都是動(dòng)力來源裝置。也就是利用輸出轉(zhuǎn)矩來造就驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。
(1) 氣動(dòng)馬達(dá)工作原則以及分類
普遍使用的氣動(dòng)馬達(dá)有3類，第一類是活塞式、第二類是葉片式(或叫滑片式)、第三類是薄膜式。
比較活塞式和葉片式這兩者：葉片式具有較高的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，而扭矩稍小，活塞式具有較大的扭矩而轉(zhuǎn)動(dòng)速度偏低。但是它和液壓馬達(dá)進(jìn)行比較的話，它自身的轉(zhuǎn)速較高，扭矩也小。
葉片式類工作原理：當(dāng)氣體從孔進(jìn)入馬達(dá)時(shí)，就開始分成兩種流動(dòng)路線：第一種是氣體通過槽到達(dá)葉片低端，然后推動(dòng)葉片出來，從而使得葉片能夠緊密貼于定子內(nèi)壁。第二種是氣體從孔進(jìn)入其他對應(yīng)工作空間，這些空間是密封的，然后在2個(gè)葉片上面發(fā)生作用。因?yàn)?葉片被推出不同的長度，使得出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩差，導(dǎo)致了轉(zhuǎn)子和葉片能夠逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。氣體在完成做功之后，流出來的位置是定子上的孔，其他殘余氣體通過孔占流出。如果變換輸入氣體的方向，那么轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)方向就可以改變。徑向活塞式類工作原則：氣體通過進(jìn)氣口流到配氣閥，然后流到氣缸，使得連桿和活塞能夠進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，從而造成曲軸發(fā)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在曲軸發(fā)生旋轉(zhuǎn)過程中，也會(huì)造就安裝于曲軸上的配氣閥發(fā)生同步運(yùn)動(dòng)，從而導(dǎo)致了氣體進(jìn)入配氣閥的角度位置的不同，那么進(jìn)入的氣缸也不同，這樣就可以輪
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