YK3150滾齒機(jī)滾刀主軸部件設(shè)計(jì)【含20張CAD圖紙、說(shuō)明書】

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 課題內(nèi)容 1、熟悉Y3150E結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)系統(tǒng)； 2、進(jìn)行YK3150主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 課題任務(wù)要求 1、針對(duì)機(jī)床設(shè)計(jì)撰寫文獻(xiàn)綜述； 2、完成一篇與設(shè)計(jì)相關(guān)的英文文獻(xiàn)翻譯； 3、主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)：主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)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(chǔ)上，撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書； 6、畢業(yè)答辯準(zhǔn)備。 主要參考文獻(xiàn)（由指導(dǎo)教師選定） 1、華楚生等. 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)，重慶：重慶大學(xué)出版社； 2、馮辛安等. 機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社； 3、黃勁枝等. 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，沈陽(yáng)：機(jī)械工業(yè)出版社； 4、廖念釗等. 互換性與技術(shù)測(cè)量，中國(guó)計(jì)量出版社； 5、周德儉. 數(shù)控技術(shù)，重慶：重慶大學(xué)出版社； 6、葉偉昌等. 機(jī)械工程及自動(dòng)化簡(jiǎn)明設(shè)計(jì)手冊(cè)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社； 7、（數(shù)控）機(jī)床設(shè)計(jì)相關(guān)手冊(cè)和圖冊(cè)； 8、（數(shù)控）機(jī)床設(shè)計(jì)與改造相關(guān)文獻(xiàn)，重慶工學(xué)院圖書館數(shù)字期刊； 同組設(shè)計(jì)者 注：1、任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫； 2、任務(wù)書在第七學(xué)期期末下達(dá)給學(xué)生。 學(xué)生完成畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作進(jìn)度計(jì)劃表 序號(hào) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作任務(wù) 工 作 進(jìn) 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(bào)告、文獻(xiàn)翻譯、文獻(xiàn)綜述 × × × × 方案設(shè)計(jì)及論證 × × 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) × × × × × × × × 上交設(shè)計(jì)資料及答辯準(zhǔn)備 × × 畢業(yè)論文答辯 × 注：1、此表由指導(dǎo)教師填寫； 2、此表每個(gè)學(xué)生一份，作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）檢查工作進(jìn)度之依據(jù)； 3、進(jìn)度安排用“—”在相應(yīng)位置畫出。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）階段工作情況檢查表 時(shí)間 第 一 階 段 第 二 階 段 第 三 階 段 內(nèi)容 組織紀(jì)律 完 成 任 務(wù) 情 況 組織紀(jì)律 完 成 任 務(wù) 情 況 組織紀(jì)律 完 成 任 務(wù) 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(dǎo)教師認(rèn)真填寫（要求手寫）； 2、“組織紀(jì)律”一欄根據(jù)學(xué)生具體執(zhí)行情況如實(shí)填寫； 3、“完成任務(wù)情況”一欄按學(xué)生是否按進(jìn)度保質(zhì)保量完成任務(wù)的情況填寫； 4、對(duì)違紀(jì)和不能按時(shí)完成任務(wù)者，指導(dǎo)教師可根據(jù)情節(jié)輕重對(duì)該生提出警告或不能參加答辯的建議。 畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告 1、本課題國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀分析 以歐美、日等制造強(qiáng)國(guó)為代表的幾大公司(L1ebherr，Gleason，Mitsubishii)展出數(shù)控高效高速滾齒機(jī)床是幾大公司的主流產(chǎn)品，他們均能進(jìn)行批量化，系列化，標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)，并具有較高的可靠性和市場(chǎng)份額，但在國(guó)內(nèi)同檔次產(chǎn)品尚屬空白，雖然自上世紀(jì)九十年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)的數(shù)控滾齒輪有一個(gè)較大的發(fā)展和提高，但數(shù)控滾齒機(jī)大都是在傳統(tǒng)滾齒機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)控化的改造，無(wú)論是從機(jī)床的整體動(dòng)、靜剛性，還是從整機(jī)的傳動(dòng)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(shè)計(jì)的數(shù)控高效滾齒機(jī)正在起步階段。 2、本人對(duì)課題任務(wù)書提出的任務(wù)要求及實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的可行性分析 1）任務(wù)要求 自20 世紀(jì) 80 年代后期以來(lái)，我國(guó)機(jī)床行業(yè)已朝著數(shù)控方面深入地發(fā)展，特別是進(jìn)入九十年代后，機(jī)床的數(shù)控化標(biāo)志著機(jī)床行業(yè)進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)代。作為齒輪加工機(jī)床的數(shù)控滾齒機(jī)。我國(guó)自八十時(shí)代開發(fā)以來(lái)，無(wú)論從品種的類型上或功能復(fù)合上都得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。特別是近十多年以來(lái)，以汽車工業(yè)為龍頭的相關(guān)支柱型產(chǎn)業(yè)更是把齒輪加工機(jī)床數(shù)控化發(fā)展推向了一個(gè)新的高度。其中尤其對(duì)數(shù)控高效滾齒機(jī)的需求顯得十分突出。然而從我國(guó)制造業(yè)發(fā)展水平來(lái)看，目前一些中小型加工企業(yè)購(gòu)買歐洲等國(guó)生產(chǎn)的全數(shù)控化滾齒機(jī)的能力還不夠， 但又要對(duì)現(xiàn)有的傳統(tǒng)加工能力進(jìn)行提升，這就要求我們進(jìn)行機(jī)床的數(shù)控改造。數(shù)控改造是現(xiàn)代微電子技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合，達(dá)到使機(jī)床具有可靠性高，柔性強(qiáng)，加工精度高，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化，經(jīng)濟(jì)性可觀等優(yōu)勢(shì)。 2）可行性 Y3150E滾齒機(jī)的數(shù)控改造，是為了適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)和教學(xué)等多方面因素而進(jìn)行的一個(gè)重點(diǎn)課題。下面進(jìn)行機(jī)床改造的技術(shù)可行性分析。 機(jī)床改造的技術(shù)可行性論證就是對(duì)機(jī)床改造在技術(shù)上是否能夠保障改造成功以及從改造后維護(hù)角度論證。具體的應(yīng)從機(jī)床本身、加工對(duì)象的要求和市場(chǎng)可供性三方面分析。 a)機(jī)床本身 傳統(tǒng)滾齒機(jī)主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈要經(jīng)過(guò)7對(duì)齒輪，1條帶輪傳動(dòng)，傳動(dòng)路線長(zhǎng)，傳動(dòng)精度低。而進(jìn)行數(shù)控改造后采用電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，省去了中間的傳動(dòng)損失，使加工更加高速高效，且精度提高。在省去了傳動(dòng)鏈中的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的同時(shí)，增加了一個(gè)主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)，改變了主軸部分的機(jī)械結(jié)構(gòu)。 b)加工對(duì)象分析 改造后的數(shù)控機(jī)床，主要用于教學(xué)實(shí)習(xí)。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(chǎng)上出售的一般經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng)其脈沖當(dāng)量為0.005mm~0.01mm，能夠滿足上述型面的加工要求，在技術(shù)上是可行的。 c)市場(chǎng)可供性 所謂市場(chǎng)可供性就是研究市場(chǎng)是否能夠方便及時(shí)地提供改造用的各種備件，以保證備件的供應(yīng)。機(jī)床數(shù)控化改造計(jì)劃實(shí)施應(yīng)有本地區(qū)機(jī)電一體化供應(yīng)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(shù)咨詢服務(wù)。就本機(jī)床改造而言，市場(chǎng)上已建立了一套機(jī)電一體化配套產(chǎn)品代理機(jī)構(gòu)，對(duì)于Y3150E改造而言市場(chǎng)可供性好。 綜上所述，對(duì)原機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造符合技術(shù)可行性要求。 3）經(jīng)濟(jì)性 在機(jī)床數(shù)控化改造中，不僅要考慮到數(shù)控機(jī)床的技術(shù)先進(jìn)性，同時(shí)還必須考慮到它的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。這就要求對(duì)決策方案進(jìn)行嚴(yán)密論證和科學(xué)分析。機(jī)床的數(shù)控化改造是廣義上的設(shè)備更新的一種方法，因此，機(jī)床化改造的方案應(yīng)于機(jī)床大修以及機(jī)床更新作對(duì)比，以確定最佳方案，常用的評(píng)價(jià)方法有：最低成本法、追加投資回收期法和機(jī)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(guò)分析比較，需采用追加投資回收期法進(jìn)行論證。 a) 理論依據(jù) 機(jī)床更新、機(jī)床大修和機(jī)床數(shù)控化改造的經(jīng)濟(jì)性分析所用參數(shù)及符號(hào)如表１所示。機(jī)床數(shù)控化改造與更新、大修理之間有下列關(guān)系： （1）當(dāng)且時(shí)，采用機(jī)床數(shù)控化改造方案最佳。 （2）當(dāng)且時(shí)，用追加投資回收期指標(biāo)進(jìn)行決策。 ……………………………………（1） 式中：T—投資回收期（年）。如果，選擇機(jī)床改造方案最佳；當(dāng)時(shí)，選擇機(jī)床大修方案最佳。其中, 為企業(yè)或部門規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)投資回收期。 （3）當(dāng)且時(shí)，機(jī)床更新是最佳方案。 （4）當(dāng)且時(shí)，同樣采用追加投資回收期進(jìn)行決策。 ……………………………………（2） 如果時(shí)，選擇機(jī)床更新最佳；時(shí)，選擇機(jī)床改造方案最佳。其中，同上為標(biāo)準(zhǔn)投資回收期 b)經(jīng)濟(jì)合理性 針對(duì)原CA6140普通車床，具體各種方案指標(biāo)如表2所示。（1）機(jī)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(jī)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(jì)性分析結(jié)論：按照本行業(yè)來(lái)源的標(biāo)準(zhǔn)投資回收期一般為3年，通過(guò)以上經(jīng)濟(jì)分析發(fā)現(xiàn)，故選擇機(jī)床數(shù)控化改造是最佳方案。 綜上所述，可以得出對(duì)機(jī)床數(shù)控化改造技術(shù)上是可行的，經(jīng)濟(jì)上是合理的。 3、本課題的關(guān)鍵問(wèn)題及解決問(wèn)題的思路 要解決機(jī)床的數(shù)控改造，第一步必須清楚改造后機(jī)床的加工條件及加工能力范圍，再按照這個(gè)條件選好電機(jī)以及各組件，最后對(duì)主軸所有組件進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)。在選擇電機(jī)的過(guò)程中，要了解數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，制定出控制方案。再根據(jù)加工要求設(shè)計(jì)出主軸大致驅(qū)動(dòng)路線，選擇主軸傳動(dòng)各組件，如軸承，剛性主軸等，在選擇這些組件的時(shí)候需要考慮到主軸剛度，強(qiáng)度以及抗震性等要求，通過(guò)反復(fù)驗(yàn)證最后確定最后結(jié)果。選擇出各組件后，根據(jù)之前的傳動(dòng)方案再對(duì)這些組件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)時(shí)要做到結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，傳動(dòng)精度最高，加工高速，高效，磨損最小，加工工藝方案最簡(jiǎn)單等。 1）如何保證主軸的旋轉(zhuǎn)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(diào)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(dāng)?shù)念A(yù)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(jié)構(gòu)，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(dá)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(xì)掌握Y3150E滾齒機(jī)的機(jī)床結(jié)構(gòu)，各傳動(dòng)鏈，以及機(jī)床加工范圍，機(jī)床伺服系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，伺服電機(jī)的選取規(guī)則，機(jī)床結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)，機(jī)床主軸設(shè)計(jì)，機(jī)械設(shè)計(jì)零部件選取規(guī)則等，關(guān)于這些方面的工具書都可在圖書館借到。 要完成機(jī)床設(shè)計(jì)，還少不了要畫圖，這就需要計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)計(jì)。其中二維圖主要以AUTOCAD繪圖軟件為主。要知道本設(shè)計(jì)的完成效果以及市場(chǎng)效應(yīng)，就需要進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)與調(diào)研，這可在學(xué)校專業(yè)實(shí)驗(yàn)室完成。 5、工作方案分析及進(jìn)度計(jì)劃 1）工作方案 本設(shè)計(jì)是立足于已有的Y3150E機(jī)床外型結(jié)構(gòu)進(jìn)行的滾刀主軸部分?jǐn)?shù)控改造，在排出原有的滾刀主軸部分的機(jī)構(gòu)后，重新設(shè)計(jì)新的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。其主要工作可分為以下幾個(gè)部分： a確定改造后機(jī)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(jī) c主軸部件的設(shè)計(jì)，包括主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及主軸旋轉(zhuǎn)精度，靜剛度，抗震性，熱變形，耐磨性的確定。 d主軸設(shè)計(jì)，包括主軸參數(shù)的設(shè)計(jì)及校核，主軸剛度計(jì)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(jìn)度計(jì)劃 1-4周完成文獻(xiàn)綜述、外文翻譯、開題報(bào)告； 5-6周完成方案設(shè)計(jì)及論證 7-14周完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 15-16周上交設(shè)計(jì)資料和答辯準(zhǔn)備 17周畢業(yè)論文答辯 報(bào)告人： 年 月 日 指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師： 　　 年 月 日 開題報(bào)告應(yīng)根據(jù)教師下發(fā)的設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書，在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下由學(xué)生獨(dú)立撰寫。 6 文獻(xiàn)綜述 滾齒機(jī)的發(fā)展從相關(guān)資料顯示主要朝著兩個(gè)方面發(fā)展：一個(gè)方面是傳動(dòng)模式向零傳動(dòng)技術(shù)（又稱直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)［1］）發(fā)展，零傳動(dòng)數(shù)控滾齒機(jī)通過(guò)取消傳統(tǒng)滾齒機(jī)中的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)， 實(shí)現(xiàn)了電機(jī)與滾刀主軸以及電機(jī)與工作臺(tái)的直聯(lián)， 大大縮短了傳動(dòng)鏈， 減少了傳動(dòng)元件的制造誤差以及間隙和裝配誤差對(duì)于齒輪加工的影響， 它不僅可以大幅度提高機(jī)床的加工精度和加工速度, 同時(shí), 由于其機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 在設(shè)計(jì)時(shí)更有利于提高機(jī)床的剛性, 完全解決機(jī)械傳動(dòng)鏈中存在的磨損問(wèn)題， 進(jìn)而保持了精度的穩(wěn)定性。高精度滾齒機(jī)一般可達(dá)到5級(jí)精度。另一個(gè)方面是加工方式上向干式切削［2］制造工藝改變，傳統(tǒng)的齒輪滾齒加工一般都需要使用切削油，耗油多，費(fèi)用高，效率低，而干式切削卻能縮短加工時(shí)間（提高加工速度），延長(zhǎng)工具使用壽命來(lái)降低工具費(fèi)用，降低切削油劑，廢棄費(fèi)用，大大降低對(duì)環(huán)境的污染度。 目前，在滾齒機(jī)的改造上，很大程度圍繞著以上所提到的兩個(gè)方面進(jìn)行可行性的研究，在傳動(dòng)模式和加工方法上實(shí)現(xiàn)在加工精度、加工效率以及對(duì)環(huán)境的影響方面的最優(yōu)化。 零傳動(dòng)技術(shù)在國(guó)外發(fā)展得比較早，技術(shù)一直處于領(lǐng)先地位，而在零傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展歷史里，電主軸就是最早的零傳動(dòng)功能部件。電主軸的出現(xiàn)第一次將高速加工的理論和工程實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，電主軸單元包括動(dòng)力源（定子、轉(zhuǎn)子）、主軸、軸承和機(jī)架四個(gè)主要部分，這四個(gè)部分構(gòu)成了一個(gè)動(dòng)力學(xué)性能良好且穩(wěn)定的系統(tǒng)，在很大程度上決定了機(jī)床所能達(dá)到的切削速度、加工精度和應(yīng)用范圍。 電主軸單元的基本方案是采用內(nèi)裝式電主軸，這種機(jī)構(gòu)完全取消了帶出動(dòng)和齒輪傳動(dòng)等機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，其主軸由內(nèi)置式電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，從而把機(jī)床主傳動(dòng)鏈縮短為零，實(shí)現(xiàn)滾刀主軸的“零傳動(dòng)”。這就是零傳動(dòng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的基本條件。 零傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展的動(dòng)力源自制造業(yè)對(duì)加工效率的永恒追求［3］。基于零傳動(dòng)技術(shù)的刀架部件的加工速度相對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)械式滾齒機(jī)的刀架部件有了數(shù)量級(jí)的提升，最高轉(zhuǎn)速一般達(dá)到3000rpm以上，因此它不僅繼承了傳統(tǒng)機(jī)械式刀架精度高、耐磨性好的特點(diǎn)，同時(shí)，具有更高的主軸固有頻率。而由于缺乏基礎(chǔ)研究及整體設(shè)計(jì)能力不足，我國(guó)一直沒(méi)把零傳動(dòng)技術(shù)應(yīng)用于滾齒機(jī)刀架部件。零傳動(dòng)技術(shù)的運(yùn)用充分實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化，而更側(cè)重于電的體現(xiàn)，是不是只能依靠電才能實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)鏈縮短為零呢？ 提高加工效率的方法通常有兩種：一是直接提高加工效率，即通過(guò)提高切削速度、進(jìn)給速度和進(jìn)給量等手段來(lái)提高加工效率。二是縮短輔助加工時(shí)間，比如零件的上下料、測(cè)量、換刀和調(diào)整機(jī)床等方面的時(shí)間。而由于縮短輔助加工時(shí)間不但在技術(shù)難度很大，而且從經(jīng)濟(jì)上是不合算的。所以只有增加切削時(shí)間在機(jī)械加工總工時(shí)里的比重，來(lái)進(jìn)一步提高機(jī)床的工作效率，所以提高切削速度成了唯一途徑，高速切削理論就提到了研究的前沿了。高速加工的理論最早可追溯到上世紀(jì)30年代， 1931年4月，德國(guó)切削物理學(xué)家薩洛蒙[4]發(fā)表的超高速切削理論中指出，在常規(guī)的切削速度范圍內(nèi)，切削溫度隨著切削速度的增大而升高，但當(dāng)切削速度超過(guò)某一臨界值之后，隨著切削速度的增大，切削速度反而降低，并指出這個(gè)臨界值與材料有關(guān)，它是研究高速切削的理論依據(jù)，也為高速干切削提供強(qiáng)有力的理論可行依據(jù)。 高速干切削制造工藝在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展已然成了一種不可抵擋的潮流，國(guó)外如日本的三菱重工[5]，國(guó)內(nèi)如重慶機(jī)床集團(tuán)，都在努力發(fā)展高速干切削滾齒機(jī)。該類機(jī)床的特點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)七軸數(shù)字控制及四軸聯(lián)動(dòng)干切削，它徹底拋棄了傳統(tǒng)的冷卻液和切削油，加工過(guò)程無(wú)切削液的飛濺和油霧的產(chǎn)生，對(duì)環(huán)境和操作者無(wú)污染和傷害，實(shí)現(xiàn)了綠色環(huán)保加工。床身的對(duì)稱結(jié)構(gòu)和護(hù)罩的防護(hù)結(jié)構(gòu)，使排屑器能從床身中部迅速地將炙熱的切削排除，保證了干式切削的需要，通過(guò)自動(dòng)上下料裝置實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工，每個(gè)操作者可以管理幾臺(tái)機(jī)床的工作，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了效率。該工藝的發(fā)明與普通滾齒機(jī)相比，加工效率是濕式切削的2～3倍。單件成本僅為傳統(tǒng)機(jī)床的60%［6］。高速干切削制造工藝很大程度會(huì)是今后的發(fā)展趨勢(shì)，隨著國(guó)內(nèi)對(duì)環(huán)境污染的要求越來(lái)越嚴(yán)格以及這項(xiàng)技術(shù)所顯示的優(yōu)越性。 滾齒機(jī)刀架部件的設(shè)計(jì)畢然依托于滾齒機(jī)的發(fā)展，提高加工精度和加工效率永遠(yuǎn)是一個(gè)永恒的主題，只要能讓它的確定可以進(jìn)行可行性的改造，也是一種良性的突破。 參考文獻(xiàn) ［1］宋鹍.零傳動(dòng)滾齒機(jī)刀架部件設(shè)計(jì)技術(shù)研究［D］.重慶大學(xué)，2010. ［2］牛瑞春.齒輪滾齒干切技術(shù)應(yīng)用.中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)［N］.2011,(06). ［3］張杰.立式車床垂直刀架滑枕液壓平衡油缸設(shè)計(jì)校驗(yàn)［J］.2011,(11). ［4］趙明. 在滾齒機(jī)上用單刀銑多頭蝸輪的方法[J]. 科技信息(科學(xué)教研),2008,(19):82-83. ［5］韓江, 田藝, 夏鏈, 唐保. 六軸數(shù)控滾齒加工綜合誤差數(shù)學(xué)建模[J]. 機(jī)械制造, 2008,(08): 48-50. ［6］高志強(qiáng), 李寶筏. 滾齒機(jī)數(shù)控改造[J]. 機(jī)床與液壓, 2008,(02):205-207. XX大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 摘 要 本文的課題是滾齒機(jī)的數(shù)控化中滾刀主軸部件的設(shè)計(jì)，首先對(duì)齒輪加工行業(yè)的工藝及制齒設(shè)備和需求進(jìn)行了分析，針對(duì)以汽車工業(yè)為龍頭帶動(dòng)相關(guān)齒輪行業(yè)的企業(yè)由生產(chǎn)型向制造型企業(yè)的轉(zhuǎn)變和提升，而對(duì)制齒設(shè)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(jī)的設(shè)想。 本文對(duì)國(guó)內(nèi)、外數(shù)控滾齒機(jī)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了跟蹤分析，結(jié)合國(guó)內(nèi)現(xiàn)行數(shù)控滾齒機(jī)的發(fā)展水平，較為合理、科學(xué)地制定了數(shù)控滾齒機(jī)滾刀主軸的基本性能參數(shù)。在主軸電機(jī)的選擇，主軸關(guān)鍵技術(shù)如靜剛度，支承件等進(jìn)行了分析。并設(shè)計(jì)計(jì)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(jì)，在對(duì)重要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上突出獨(dú)創(chuàng)和創(chuàng)新點(diǎn)，以最大限度滿足重載、高效的切齒條件。 最后，總結(jié)了本文的設(shè)計(jì)工作，得出了一些有益的結(jié)論。 關(guān)鍵詞：數(shù)控 滾齒機(jī) 滾刀主軸 電機(jī) 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(jī)主運(yùn)動(dòng)總體設(shè)計(jì)…………………………………………6 2.1 設(shè)計(jì)要求……………………………………………………………………6 2.2 數(shù)控滾齒機(jī)加工原理設(shè)計(jì)…………………………………………………6 2.3 主要性能參數(shù)確定…………………………………………………………7 2.4 主傳動(dòng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………………12 3 YK3150E數(shù)控滾齒機(jī)主運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………14 3.1 結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)………………………………………………………………14 3.2 主軸設(shè)計(jì)相關(guān)問(wèn)題分析……………………………………………………15 3.3 本章小結(jié)……………………………………………………………………26 4 YK3150E數(shù)控滾齒機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算…………………………………………………27 4.1 主電機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………………………………27 4.2 主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)組件設(shè)計(jì)計(jì)算…………………………………………………33 4.3 本章小結(jié)……………………………………………………………………43 5 密封與潤(rùn)滑………………………………………………………………………44 5.1 密封…………………………………………………………………………44 5.2 潤(rùn)滑…………………………………………………………………………45 6 結(jié)論………………………………………………………………………………46 致謝…………………………………………………………………………………47 參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………48 文獻(xiàn)綜述……………………………………………………………………………49 1緒論 1.1 YK3150E數(shù)控滾齒機(jī)開發(fā)的背景和問(wèn)題的提出 自20世紀(jì)80年代后期以來(lái)，我國(guó)機(jī)床行業(yè)已朝著數(shù)控方面深入地發(fā)展，特別是進(jìn)入九十年代后，機(jī)床的數(shù)控化標(biāo)志著機(jī)床行業(yè)進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)代。北京國(guó)際機(jī)床博覽會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，80年代末第一屆北京機(jī)床展覽的數(shù)控機(jī)床僅為5%比例，到2003年國(guó)際機(jī)床博覽會(huì)上幾乎除專用設(shè)備外全都為數(shù)控機(jī)床。作為齒輪加工機(jī)床的數(shù)控滾齒機(jī)。我國(guó)自八十時(shí)代開發(fā)以來(lái)，無(wú)論從品種的類型上還是功能復(fù)合上都得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。特別是近十多年以來(lái)，以汽車工業(yè)為龍頭的相關(guān)支柱型產(chǎn)業(yè)更是把齒輪加工機(jī)床數(shù)控化發(fā)展推向了一個(gè)新的高度。其中尤其對(duì)數(shù)控高效滾齒機(jī)的需求顯得十分突出。重慶機(jī)床廠作為我國(guó)齒機(jī)機(jī)床生產(chǎn)的骨干企業(yè)，在2000年，瞄準(zhǔn)這一市場(chǎng)的需求潛力，為填補(bǔ)國(guó)內(nèi)高效，高速、高剛性數(shù)控滾齒機(jī)床的空白，組織人力物力，在國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)，軍工行業(yè)，進(jìn)行了深入細(xì)致的調(diào)查，成功開發(fā)出了YK3150E數(shù)控滾齒機(jī)。 1.2 數(shù)控滾齒機(jī)開發(fā)的意義和必要性 隨著載重汽車，工程機(jī)械，船開發(fā)，電梯及軍工行業(yè)中對(duì)齒輪的加工精度、質(zhì)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(wèn)題，開發(fā)一檔數(shù)控高效全新型滾齒機(jī)床，更好地滿足該行業(yè)對(duì)齒輪的精度和效率的需求，為我國(guó)制齒行業(yè)提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)設(shè)備顯得迫切而必要。其意義和必要性主要有如下幾個(gè)方面： 1、加速數(shù)控高效滾齒機(jī)床向產(chǎn)業(yè)化發(fā)展 目前在國(guó)內(nèi)齒輪行業(yè)中，以輕型，標(biāo)準(zhǔn)類型普通數(shù)控滾齒機(jī)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(dá)到國(guó)標(biāo) 7 級(jí)精度)高效、強(qiáng)力，高剛性，能實(shí)現(xiàn)一刀切削中等模數(shù)的數(shù)控高精度滾齒機(jī)尚為空白，這檔機(jī)床的研制成功，無(wú)疑會(huì)加速數(shù)控滾齒機(jī)的系列化，標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的進(jìn)一步發(fā)展，從而推動(dòng)數(shù)控機(jī)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力和經(jīng)濟(jì)效益 率先將獨(dú)有的數(shù)控高效滾齒機(jī)的產(chǎn)品推向市場(chǎng)，不僅可以占有更大的市場(chǎng)份額，提高競(jìng)爭(zhēng)能力，而且在此制造行業(yè)中帶來(lái)巨大的市場(chǎng)利潤(rùn)，給后續(xù)的數(shù)控高效的發(fā)展帶動(dòng)無(wú)盡的動(dòng)力。 3、進(jìn)一步縮小設(shè)備與國(guó)外的差距 目前國(guó)內(nèi)外齒輪加工機(jī)床行業(yè)目前已朝著高速、高效、高精度、全數(shù)控功能復(fù)合，柔性，智能化，綠色環(huán)保制造網(wǎng)絡(luò)化方面發(fā)展。以德國(guó)的利波海爾公司，美國(guó)的格里森集團(tuán)以及日三菱重工本等為代表世界著名的成套齒輪加工機(jī)床的制造商，均能生產(chǎn)高檔數(shù)控滾齒機(jī)床，且對(duì)直徑 Φ150~Φ320 規(guī)格的數(shù)控高效滾齒機(jī)床已形成批量化生產(chǎn)，我廠此產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)的成功不僅能縮小與國(guó)外滾齒設(shè)備技術(shù)水平的差距，而且也能打破國(guó)內(nèi)制齒設(shè)備無(wú)數(shù)控高效機(jī)床的局面，在一定程度上對(duì)外出口創(chuàng)匯，形成國(guó)產(chǎn)數(shù)控高效制齒機(jī)床自主的核心技術(shù)。 4、體現(xiàn)了我國(guó)機(jī)床數(shù)控化發(fā)展的方向 現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)的朝流是，數(shù)控化、信息化、高效和智能化，技術(shù)創(chuàng)新的方法是機(jī)械技術(shù)與高新技術(shù)的融合創(chuàng)新。對(duì)齒輪別制造技術(shù)裝備來(lái)說(shuō)，表現(xiàn)為工藝與裝置一體化，加工與檢測(cè)一體化，機(jī)械與控制一體化，軟件與硬件一體化。需用信息化帶動(dòng)工業(yè)化，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。數(shù)控高效機(jī)床的發(fā)展，不僅關(guān)系到我國(guó)裝備工業(yè)經(jīng)濟(jì)技術(shù)實(shí)力的增強(qiáng)，更好滿足制齒行業(yè)實(shí)際的需求，打破國(guó)外技術(shù)封鎖的狀態(tài)，同時(shí)也關(guān)系到國(guó)家戰(zhàn)略的安全，擔(dān)負(fù)著我國(guó)機(jī)床數(shù)控化發(fā)展的方向的問(wèn)題。因而對(duì)滾齒行業(yè)來(lái)說(shuō)，發(fā)展和開發(fā)數(shù)控高數(shù)滾齒設(shè)備是當(dāng)前行業(yè)裝備的重要而迫切的任務(wù)之一。 1.3 市場(chǎng)需求性 國(guó)內(nèi)機(jī)械行業(yè)對(duì)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(shè)備只相當(dāng)于國(guó)外 20 世紀(jì) 60~70 年代的水平，雖然少數(shù)企業(yè)也購(gòu)買了進(jìn)口機(jī)床，但價(jià)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(duì)產(chǎn)品變化的需求。目前迫切需要性價(jià)比高的數(shù)控高效滾齒機(jī)床，以解決這些行業(yè)日益發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。據(jù)調(diào)查，齒輪行業(yè)現(xiàn)在有些企業(yè)正在實(shí)施或計(jì)劃進(jìn)行技術(shù)改造，資金投入少則3000萬(wàn)元～5000萬(wàn)元，多則1億～5億元，主要用于購(gòu)置各類齒輪加工專用設(shè)備和通用設(shè)備。據(jù)預(yù)測(cè)，2010年前，齒輪行業(yè)需要添置滾齒機(jī) 3000～3500 臺(tái)，磨齒機(jī) 400～500 臺(tái)，熱處理設(shè)備 500 臺(tái)，齒輪測(cè)量中心 200 臺(tái)。此外在 9 萬(wàn)臺(tái)的齒輪機(jī)床中，約有 5 萬(wàn)臺(tái)服役超過(guò) 20 年，已經(jīng)或?qū)⒁獔?bào)廢；余下的4萬(wàn)臺(tái)普通齒輪機(jī)床其中一部分也將進(jìn)行數(shù)控化改造。 本產(chǎn)品開發(fā)成功主要適宜的對(duì)象有： 1、機(jī)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(jī)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(jí)電梯行業(yè)中的齒輪和蝸輪加工用戶 5、國(guó)防、軍工企業(yè)的齒輪加工用戶 1.4 滾齒機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀分析及發(fā)展趨勢(shì) 1.4.1 滾齒機(jī)國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 齒輪加工機(jī)床是一種技術(shù)含量高且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的機(jī)床系統(tǒng)，由于齒輪使用的量大面廣，齒輪加工機(jī)床已成為汽車、摩托車、工程機(jī)械、船舶等行業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備。特別是隨著汽車工業(yè)的高速發(fā)展對(duì)齒輪的需求量日益增加，對(duì)齒輪加工的效率、質(zhì)量及加工成本的要求愈來(lái)愈高，使齒輪加工機(jī)床在汽車、摩托車等行業(yè)中占有越來(lái)越重要的作用。滾齒機(jī)是齒輪加工機(jī)床中的一種，占齒輪加工機(jī)床擁有量的40%，它主要用來(lái)加工圓柱齒輪和蝸輪等。 我國(guó)生產(chǎn)滾齒機(jī)的歷史始于1953年，經(jīng)過(guò)30年的努力，到80年代初已進(jìn)入世界滾齒機(jī)主要生產(chǎn)國(guó)家行列。目前，國(guó)產(chǎn)滾齒機(jī)以傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)式為主，品種系列齊全，傳統(tǒng)滾齒機(jī)完全依靠機(jī)械內(nèi)聯(lián)傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)滾刀與工件的同步運(yùn)動(dòng)和差動(dòng)運(yùn)動(dòng)，往往需要經(jīng)過(guò)多級(jí)齒輪傳動(dòng)，并且引入蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)，使得機(jī)械結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，調(diào)整維護(hù)非常困難，也降低了加工精度近幾年，我國(guó)在滾齒機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)方面研究的主要經(jīng)歷了從傳統(tǒng)機(jī)械式滾齒機(jī)通過(guò)數(shù)控改造發(fā)展。 目前國(guó)內(nèi)齒輪加工機(jī)床的最高水平如下：在工作臺(tái)直線移動(dòng)方面，采用數(shù)控驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)代替普通滾齒機(jī)的各種交換掛輪，采用交流伺服電機(jī)通過(guò)多對(duì)降速齒輪副和一對(duì)滾珠絲杠副來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件，在滾刀回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方面采用交流伺服電機(jī)通過(guò)2、3對(duì)降速齒輪副來(lái)實(shí)現(xiàn)。在工作臺(tái)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方面，絕大多數(shù)齒輪加工機(jī)床仍然需要采用多對(duì)高精度齒輪副和一對(duì)高精度蝸輪蝸桿副實(shí)現(xiàn)。但由于存在著大量的機(jī)械傳動(dòng)元件，對(duì)機(jī)床的加工精度產(chǎn)生極大的影響，也使得機(jī)械結(jié)構(gòu)變得更為復(fù)雜，調(diào)整維修也極不方便。 1.4.2 滾齒機(jī)國(guó)外研究現(xiàn)狀 國(guó)際上生產(chǎn)滾齒機(jī)的強(qiáng)國(guó)主要是美國(guó)、德國(guó)和日本，美國(guó)的Gleason Pfauter公司德國(guó)的Liebherr公司日本的三菱重工公司堅(jiān)藤清和公司和意大利的SU公司是國(guó)外最具實(shí)力的滾齒機(jī)制造商。這些公司目前生產(chǎn)的滾齒機(jī)均是全數(shù)控式滾齒機(jī)，中小規(guī)格滾齒機(jī)都在朝著高速方向發(fā)展，所有高效機(jī)床均采用了全密封護(hù)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(wèn)題。 國(guó)外滾齒機(jī)研制的熱點(diǎn)是干式切削滾齒機(jī)Liebherr Gleason Pfauter。三菱重工、SU、堅(jiān)藤以及清和均開發(fā)了適用于高速干式切削的滾齒機(jī)產(chǎn)品。國(guó)外制造商由于基礎(chǔ)研究厚實(shí)積累了大量的經(jīng)驗(yàn)。它們對(duì)滾齒機(jī)的研究已經(jīng)達(dá)到比較高的水準(zhǔn)，將滾刀軸驅(qū)動(dòng)，工件軸驅(qū)動(dòng)各直線運(yùn)動(dòng)軸的驅(qū)動(dòng)控制以及控制軟件的開發(fā)等因素作為一體來(lái)考慮，將多個(gè)因素結(jié)合在一起進(jìn)行優(yōu)化。目前國(guó)外滾齒機(jī)研制水平如下： ①為了適應(yīng)干式切削的需要，床身設(shè)計(jì)了大角度的斜坡，利于迅速將高溫切屑排出機(jī)床，同時(shí)在床身內(nèi)部采用循環(huán)水冷卻以保證熱穩(wěn)定性。 ②尾架采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式來(lái)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(dòng)支承的軸承采用水冷，可以達(dá)到更高的速度和最大的熱穩(wěn)定性。 ④標(biāo)準(zhǔn)的熱補(bǔ)償系統(tǒng)能夠根據(jù)機(jī)床溫度的變化自動(dòng)調(diào)整零件的加工尺寸。 ⑤刀架采用機(jī)械方式鎖緊，液壓方式松開。 ⑥滾刀軸旋轉(zhuǎn)由電主軸直接驅(qū)動(dòng)，工件軸旋轉(zhuǎn)由力矩電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，極大提升了加工速度。 1.4.3 滾齒機(jī)研制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 目前國(guó)內(nèi)外數(shù)控高效滾齒機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)是：高速(滾刀主軸8000r/min以上，工作臺(tái)轉(zhuǎn)速 800 轉(zhuǎn)/r)，高精度(可滾齒 5~6 級(jí)齒輪)，全數(shù)控(六軸五聯(lián)動(dòng)以上)，模塊系列化(直徑 Φ200 規(guī)格機(jī)型向 Φ120~350 雙向覆蓋)，綠色制造(干式滾切和冷風(fēng)滾切)，網(wǎng)絡(luò)化(多臺(tái)滾齒機(jī)聯(lián)網(wǎng))。因此，齒輪加工機(jī)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(jìn)。 1.5 本章小結(jié) 本章論述了國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀，以及數(shù)控滾齒機(jī)國(guó)內(nèi)的發(fā)展水平，指出開發(fā)設(shè)計(jì)數(shù)控滾齒機(jī)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(shù)和機(jī)電一體化技術(shù)相結(jié)合的必然產(chǎn)物，是制齒機(jī)床行業(yè)發(fā)展的一個(gè)方向，具有廣闊的技術(shù)發(fā)展前景和市場(chǎng)拓展空間。 2 總體設(shè)計(jì) 2.1 總體設(shè)計(jì)要求 為了使 YK3150數(shù)控高效滾齒機(jī)適合汽車尤其是重型汽車，工程機(jī)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(dá)到 GB10095—2001 的7級(jí)精度要求，YK3150E 數(shù)控機(jī)床主軸的各項(xiàng)性能指標(biāo)必須達(dá)到下列設(shè)計(jì)要求： 1、滾刀主軸速度范圍能適應(yīng)采用單、雙頭或多頭滾刀進(jìn)行高速、高效滾齒加工。 2、為了達(dá)到高速、高效的滾齒要求，滾刀刀桿采用自動(dòng)夾緊，自動(dòng)放松，以及快卸螺母鎖緊滾刀的刀架結(jié)構(gòu)。 3、刀架主軸的軸承結(jié)構(gòu)需采用高剛性，高精度方式，其主軸軸承采用高精度滾動(dòng)軸承，主運(yùn)動(dòng)采用二級(jí)齒輪傳動(dòng)，未端應(yīng)采用消除齒輪副間隙結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)，以保證切削剛性。 2.２ 數(shù)控滾齒機(jī)加工原理方案設(shè)計(jì) 2.2.1 普通滾齒機(jī)加工原理 滾切直齒圓柱齒輪的加工原理圖 普通滾齒機(jī)加工原理可用上圖表示。根據(jù)展成法加工原理，滾刀轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，工件必須嚴(yán)格地轉(zhuǎn) K/Z 轉(zhuǎn)。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(yán)格傳動(dòng)比關(guān)系，這條傳動(dòng)鏈簡(jiǎn)稱滾齒的內(nèi)鏈。在圖中該內(nèi)鏈的傳動(dòng)路線為：B1—4—5—ix—6—7—B2(工件)。而形成直線導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)則是滾刀架沿工件軸線方向的垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，即：工件—7—8—is—9—10—刀架升降絲桿—刀架。此外滾刀的旋轉(zhuǎn)及調(diào)速由主傳動(dòng)鏈電機(jī)—1—2—iv—3—4—B1提供。因而要進(jìn)行加工圓柱齒輪所需傳動(dòng)鏈至少有三個(gè)鏈，即一個(gè)展成運(yùn)動(dòng)內(nèi)鏈，兩個(gè)執(zhí)行簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)的外鏈。 2.2.2 數(shù)控滾齒機(jī)加工原理 數(shù)控滾齒機(jī)的加工原理圖 數(shù)控滾齒機(jī)的加工原理方案如圖所示，其內(nèi)鏈 B1 與 B2 傳動(dòng)比關(guān)系仍然遵循展成法加工原理，但數(shù)控滾齒機(jī)嚴(yán)格傳動(dòng)比關(guān)系不是通過(guò)調(diào)整機(jī)械傳動(dòng)比來(lái)實(shí)現(xiàn)，而是通過(guò)數(shù)控技術(shù)的“電子齒輪箱”來(lái)嚴(yán)格保證，實(shí)現(xiàn)展成運(yùn)動(dòng)?！癆”、“B1”、“B2”運(yùn)動(dòng)分別用單獨(dú)的伺服電機(jī)進(jìn)行控制，它們之間沒(méi)有任何機(jī)械的聯(lián)系，而由數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算控制來(lái)實(shí)現(xiàn)滾齒展成加工。 2.3 主要性能參數(shù)的確定 要設(shè)計(jì)和開發(fā)具有高效性能數(shù)控滾齒機(jī),必須對(duì)數(shù)控滾機(jī)的主要性能參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)選取和科學(xué)的制定，這些參數(shù)包括：主軸最高轉(zhuǎn)速、工作臺(tái)最高轉(zhuǎn)速、加工最大模數(shù)、快速進(jìn)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(jī)先進(jìn)的技術(shù)水平重要指標(biāo)，為此，必須對(duì)目前滾齒行業(yè)齒輪加工工藝進(jìn)行必要的調(diào)研和科學(xué)的分析，并加以合理的確定。 根據(jù)調(diào)查，目前國(guó)內(nèi)，以一汽大眾，二汽東風(fēng)神龍，大同齒輪廠，哈爾濱變速箱廠，杭州前進(jìn)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(gè)別企業(yè)的僅能達(dá)到 70~80m/min內(nèi)，且軸向進(jìn)給量最大均在 2mm/工作臺(tái)轉(zhuǎn)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(dá)到7~8 級(jí)(GB10095—88精度標(biāo)準(zhǔn))，隨著這些龍頭企業(yè)產(chǎn)品不斷升級(jí)，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(lái)越多，齒輪加工的精度要求穩(wěn)定在 6—7 級(jí)需求越來(lái)越多。且工程能力指數(shù)大于 1.33 的要求成為機(jī)床驗(yàn)收的重要指標(biāo)，為此對(duì)機(jī)床的可靠性也提出更高的要求，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的滾齒機(jī)難以達(dá)到這一切齒要求。因而設(shè)計(jì)開發(fā)數(shù)控高效滾齒機(jī)的參數(shù)，必須滿足這一國(guó)內(nèi)機(jī)床新的要求。介于本設(shè)計(jì)只對(duì)主軸部分進(jìn)行設(shè)計(jì),所以只對(duì)主軸最高轉(zhuǎn)速進(jìn)行確定。 2.3.1 主軸最高轉(zhuǎn)速的確定 根據(jù)滾齒原理，滾刀主軸轉(zhuǎn)速可按下式計(jì)算： 式中， n—滾刀的轉(zhuǎn)速 （r/min） v—切削速度 （m/min） D—滾刀的外徑 (mm) 故主軸最高轉(zhuǎn)速為 根據(jù)前述分析，且結(jié)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(guān)于的選取，根據(jù)國(guó)標(biāo)6083—85標(biāo)準(zhǔn)《齒輪滾刀的基本型式和尺寸》，以及德國(guó)DIN3968標(biāo)準(zhǔn)齒輪滾刀的尺寸中（見表），綜合實(shí)際的加工考慮。我們?nèi)　? 將，帶入公式得： 取滾刀主軸最高轉(zhuǎn)速為安全值。 國(guó)標(biāo)GB.6083—85標(biāo)準(zhǔn)齒輪滾刀尺寸參數(shù) 德國(guó)DIN標(biāo)準(zhǔn)滾刀尺寸參數(shù) 2.3.2 模數(shù)確定 數(shù)控高效滾齒機(jī)必須確定它的極限，以便能確定機(jī)床的加工能力，此參數(shù)的確定和適應(yīng)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(dá)到全面7級(jí)精度要求，該機(jī)床的最大加工模數(shù)可根據(jù)數(shù)控滾齒機(jī)技術(shù)條件，以及相應(yīng)數(shù)控滾齒機(jī)的精度標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，由對(duì)機(jī)床的最終工作精度進(jìn)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(jī)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(jī)械及相關(guān)行業(yè)的傳動(dòng)箱中已較少見，最大模數(shù)取最高線值，還會(huì)增加主電機(jī)功率以及加大安裝最大模數(shù)的裝齒刀尺寸，因而實(shí)際最大加工模數(shù)取為10mm。 滾齒機(jī)各大廠家參數(shù)對(duì)照表 續(xù)上表 2.4 主傳動(dòng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.4.1 主軸箱外形方案初定 與傳統(tǒng)普通滾齒機(jī)主軸傳動(dòng)不同，數(shù)控滾齒機(jī)主軸采用主電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，在主電機(jī)與主軸通過(guò)齒輪傳動(dòng)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(dòng)方案初定 主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)由初電機(jī)經(jīng)過(guò)兩級(jí)齒輪傳動(dòng)至主軸，其在刀架體上的安裝模式及傳動(dòng)方案可用下圖表示： 2.5 本章小結(jié) 本章提出了設(shè)計(jì)數(shù)控YK3150E型滾齒機(jī)滾刀主軸部件的總體要求，以及進(jìn)行了普通滾齒機(jī)與數(shù)控滾齒機(jī)加工原理的比較分析，確定了主軸最高轉(zhuǎn)速及工件加工最大直徑和模數(shù)等重要參數(shù)，并對(duì)主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)方案進(jìn)行了初步確定。 3 YK3150E數(shù)控滾齒機(jī)滾刀主軸組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 數(shù)控高效滾齒機(jī)的設(shè)計(jì)不僅要求在參數(shù)的選擇、計(jì)算上應(yīng)科學(xué)合理的，更主要的還應(yīng)合理地設(shè)計(jì)出各主要部件的結(jié)構(gòu)功能，以最優(yōu)的機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)各部件的功能。因而作為最重要的主軸主件的設(shè)計(jì)，必須在結(jié)構(gòu)上有創(chuàng)新的特點(diǎn)，以滿足數(shù)控高效滾齒機(jī)的切齒要求。下面將對(duì)YK3150E數(shù)控高效滾齒機(jī)的主軸部件設(shè)計(jì)進(jìn)行分析說(shuō)明。 3.1 結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 對(duì)于滾齒機(jī)來(lái)講，刀架部件為滾齒機(jī)的關(guān)鍵的部件之一，從滾齒機(jī)的出廠檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)說(shuō)(普通或數(shù)控滾齒機(jī))共有12~16個(gè)檢驗(yàn)項(xiàng)目，而刀架部件就占了1/3的內(nèi)容，從滾齒機(jī)的工作精度來(lái)講，刀架這個(gè)部件對(duì)機(jī)床的精度的影響很大，直接對(duì)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(dòng)，影響被加齒輪的相鄰齒距誤差；刀架主軸的徑向跳動(dòng)，影響著被加工齒輪的齒圈徑向跳動(dòng)誤差；刀架的主軸高速切齒的振動(dòng)(刀架整體剛性的強(qiáng)弱)影響著被加工齒輪的表面粗糙度。因而在進(jìn)行刀架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須充分考慮數(shù)控高效滾齒機(jī)的切齒特點(diǎn)，以便從結(jié)構(gòu)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(dòng)軸 5—高精度斜齒輪 6—專用旋轉(zhuǎn)油缸 7—油缸活塞 數(shù)控滾齒機(jī)利用錐孔為 7﹕24的 BT—50 標(biāo)準(zhǔn)銑削刀桿接口模式，有利于滾刀桿自動(dòng)夾緊與放松，縮短了滾齒機(jī)輔助調(diào)整時(shí)間，通常普通滾齒機(jī)采用莫氏5號(hào)錐度的孔徑定心，且為手動(dòng)的夾緊與放松方式，該錐度的標(biāo)準(zhǔn)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(jī)的刀桿設(shè)計(jì)中，為了確保刀架整體剛性，最小刀桿直徑為Φ40mm，同時(shí)為了滿足高效強(qiáng)力切齒，對(duì)自動(dòng)夾緊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(dòng)夾緊刀桿系統(tǒng)通常在15000N左右(普通數(shù)控滾齒機(jī)或小規(guī)格數(shù)控滾齒機(jī))。刀桿的自動(dòng)夾緊與放松過(guò)程為：油缸往右前推拉桿壓縮碟形彈簧時(shí)，由拉桿推動(dòng)夾爪向前移動(dòng)并張開，此時(shí)為松開刀桿；當(dāng)油缸往后移動(dòng)時(shí)，拉桿在縮碟形彈簧恢復(fù)力作用下帶動(dòng)夾爪向后移動(dòng)，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(jī)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(dòng)的影響。此種刀桿拉緊方式，能更好地適應(yīng)高效滾齒機(jī)的切齒特點(diǎn)。 傳動(dòng)系統(tǒng)中充分利用傳動(dòng)鏈誤差分析理論提出的未端元件高精度原理，以提高傳動(dòng)鏈精度。即在刀架的末端傳動(dòng)元件的大小斜齒輪，其齒輪的精度達(dá)到 3 級(jí)精度，不但減少傳動(dòng)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(nèi)采用大流量循環(huán)潤(rùn)滑的冷卻系統(tǒng)，有效地保證了高速、重載的切齒時(shí)刀架體的熱平衡，從而保證了機(jī)床刀架主軸冷態(tài)和熱態(tài)精度的一致性；而普通滾齒機(jī)在刀架箱體中，多采用油池潤(rùn)滑方式，切齒時(shí)刀架箱體高速旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)件產(chǎn)生的熱量無(wú)法帶走，機(jī)床的主軸冷態(tài)和熱態(tài)精度變化較大。 3.2 主軸設(shè)計(jì)相關(guān)問(wèn)題分析 主軸系統(tǒng)是滾齒機(jī)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(zhuǎn)精度和剛度的提高，而回轉(zhuǎn)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(jī)最高加工速度相對(duì)于普通數(shù)控滾齒機(jī)有成倍的提高，達(dá)到500轉(zhuǎn)/分，要達(dá)到這樣高的轉(zhuǎn)速，軸承的合理選擇，精度、調(diào)整、潤(rùn)滑和軸系的平衡、阻尼特性等都對(duì)此有影響。滾刀軸軸系如何在這樣的高速下保證精度，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中必須對(duì)下面幾個(gè)方面的內(nèi)容進(jìn)行研究： 3.2.1 主軸回轉(zhuǎn)精度分析 1.回轉(zhuǎn)精度的定義 軸件作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，線速度為零的點(diǎn)的連線稱為軸件的回轉(zhuǎn)中心線，軸件回轉(zhuǎn)中心線相對(duì)于某一固定參考系統(tǒng)的空間位置，在理想情況下是不應(yīng)隨時(shí)間變化的。但實(shí)際上由于軸承的誤差，軸件的撓曲和振動(dòng)等原因，軸件的回轉(zhuǎn)中心線的空間位置在每一瞬時(shí)都是變化的，這時(shí)瞬時(shí)回轉(zhuǎn)中心線空間位置的平均中心線稱為理想回轉(zhuǎn)中心線，瞬時(shí)回轉(zhuǎn)中心線相對(duì)于理想回轉(zhuǎn)中心線在空間的位置偏離就是回轉(zhuǎn)軸件的瞬時(shí)誤差，這些瞬時(shí)誤差的范圍就是軸件回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(dòng)體直徑及圓度的不一致性引發(fā)徑向誤差。 3)軸承端面對(duì)軸頸的垂直度及推力軸承的滾道與滾動(dòng)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(dòng)大小和方向的不一致會(huì)引發(fā)擺動(dòng)誤差。 5)滾刀軸的不平衡及其支撐剛度的變化會(huì)引發(fā)徑向誤差和擺角誤差。 6)滾刀軸的振動(dòng)會(huì)引發(fā)徑向誤差。 3.提高零傳動(dòng)滾齒機(jī)滾刀軸部件回轉(zhuǎn)精度的措施 1)裝配時(shí)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(shí)必須在軸承內(nèi)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(shí)按記號(hào)、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(zhǔn)進(jìn)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(duì)軸承適當(dāng)預(yù)緊，減小間隙，保持適當(dāng)過(guò)盈，提高剛度。 5)提高抗振性，一般說(shuō)來(lái)，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(dòng)件，采取隔振措施等方法 。對(duì)于數(shù)控滾齒機(jī)滾刀軸來(lái)說(shuō)，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(jìn)行動(dòng)平衡的措施。 6)保證正確潤(rùn)滑，為軸承選擇正確的潤(rùn)滑方式和潤(rùn)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(jī)床主軸系統(tǒng)的重要性能指標(biāo)，它反映主軸單元抵抗靜態(tài)外力的能力，與負(fù)荷能力及抗振性密切相關(guān)。主軸單元最重要的靜剛度指標(biāo)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(shí)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(shí)，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?jiǎng)偠鹊闹匾笜?biāo)，通常用來(lái)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(guān)。 1.靜剛度近似估算 對(duì)滾齒機(jī)滾刀主軸軸系進(jìn)行簡(jiǎn)化將變截面的主軸，簡(jiǎn)化為單一等效截面的等效主軸，設(shè)其截面抗彎慣性距為I，將前后軸承組簡(jiǎn)化為前后兩個(gè)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(duì)主軸剛度的影響 由式可知，前懸伸越長(zhǎng)，伸出端撓度越大，對(duì)主軸組件的綜合剛度影響越大，應(yīng)該盡量縮短。在實(shí)際設(shè)計(jì)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(méi)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(duì)主軸剛度的影響不是單向的，將式對(duì)跨距L求導(dǎo)并令 dy/dL=0得： 對(duì)式求解就可得到最佳跨距值，實(shí)際上，由于實(shí)際設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)的限制，此最佳跨距值是一個(gè)近似的參考值，若實(shí)際跨距在此附近，則有可能使主軸剛度達(dá)到最大值。若結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中實(shí)際跨距不能等于L時(shí)，則寧大勿小，以較大的實(shí)際跨距為宜。因?yàn)楫?dāng)實(shí)際跨距小于最佳跨距時(shí)，綜合剛度的降低比跨距大于最佳值時(shí)要敏感得多。 3.1.3 主軸組件支承問(wèn)題分析 1.主軸軸承的選擇 數(shù)控滾齒機(jī)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(yùn)轉(zhuǎn)的要求,并且具有高的回轉(zhuǎn)精度和較低的溫升，其次，因?yàn)闈L齒機(jī)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(zhǎng)的使用壽命，特別是保持精度的壽命。 滾動(dòng)軸承的選用，主要看轉(zhuǎn)速、載荷、結(jié)構(gòu)尺寸要求等工作條件。一般來(lái)說(shuō)，線接觸軸承、滾柱、滾錐、滾針承載能力大，同時(shí)摩擦大，則相應(yīng)極限轉(zhuǎn)速較低，點(diǎn)接觸球軸承則反之，但推力球軸承由于對(duì)中性較差，極限轉(zhuǎn)速較低，單個(gè)軸承同時(shí)承受徑向載荷和單雙向軸向載荷，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，但滾動(dòng)體受力不在最優(yōu)方向，使極限轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)復(fù)雜尺寸大。 一般軸系要同時(shí)承受徑向載荷與雙向軸向載荷，需按下列條件選用滾動(dòng)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(huì)使極限轉(zhuǎn)速降低，成對(duì)圓錐滾子軸承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但極限轉(zhuǎn)速較低，空心圓錐滾子軸承的極限轉(zhuǎn)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(shí)，選用推力軸承配深溝球軸承，精度較高時(shí)，選用向心推力軸承。 綜上所述，對(duì)于數(shù)控滾齒機(jī)主軸部件，顯然應(yīng)該以中高速重載的條件來(lái)選擇滾動(dòng)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(yīng)該根據(jù)轉(zhuǎn)速、剛度、承載能力、抗振性和噪聲等要求來(lái)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(dāng)軸向切削分力較大時(shí)，選用接觸角為250的球軸承；當(dāng)軸向切削分力較小時(shí)，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(zhuǎn)速和切削負(fù)載較大要求剛度高的機(jī)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(diǎn)是：外測(cè)的兩個(gè)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(gè)角接觸球軸承則通過(guò)軸套與外測(cè)的兩個(gè)軸承背靠背配置，使三聯(lián)角接觸球軸承有一個(gè)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(jī)加工速度雖然相對(duì)于普通數(shù)控滾齒機(jī)有了很大提高，但絕對(duì)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(diǎn)，它顯然屬于剛度型的結(jié)構(gòu)。 由于YK3150E數(shù)控滾齒機(jī)加工過(guò)程中，主軸前端微小的變形都會(huì)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(yù)緊力以提高剛度。前端必須固定，后端軸承遠(yuǎn)離加工區(qū)域，承受的徑向力比較小，主軸在加工過(guò)程中，軸承熱和轉(zhuǎn)子熱都會(huì)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(dòng)，否則主軸中段會(huì)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(dòng)的結(jié)構(gòu)，靠近加工區(qū)域一端固定，遠(yuǎn)離加工區(qū)域一端浮動(dòng)。這樣的結(jié)構(gòu)使的主軸具有高的剛性，同時(shí)避免溫升變形。 3.主軸軸承的潤(rùn)滑 滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑目的是減少軸承內(nèi)部摩擦及磨損，防止燒結(jié)，延長(zhǎng)疲勞壽命，防止異物進(jìn)入，防銹防腐。 評(píng)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(nèi)外徑的平均值(單位:mm)，n為轉(zhuǎn)速(單位:r/min)，dn值反映了軸承滾動(dòng)體的公轉(zhuǎn)速度，這也是軸承轉(zhuǎn)速的主要限制因素，代表軸承速度性能的dn值同時(shí)表征著相應(yīng)主軸的轉(zhuǎn)速及線速度特性。 我國(guó)主軸單元系列型譜將機(jī)床主軸單元?jiǎng)澐譃閮纱箢悾焊邉偠刃秃透咚俣刃停鋵?duì)應(yīng)的dn值及潤(rùn)滑方式見下表： YE3150E滾齒機(jī)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(rùn)滑，脂潤(rùn)滑時(shí)要注意不同型號(hào)的脂類不能混用，且補(bǔ)充的周期要短于潤(rùn)滑期限，一般情況下為（0.5 ~0.7）倍潤(rùn)滑期限。 4.主軸軸承的預(yù)緊 滾動(dòng)軸承的預(yù)緊又稱為預(yù)加負(fù)荷，是指在安裝軸承時(shí)采用一定的方法，以消除軸承的游隙，并在滾動(dòng)體和內(nèi)外圈接觸處產(chǎn)生預(yù)變形使工作表面的接觸面積增加。 對(duì)軸承進(jìn)行預(yù)緊的目的有以下幾點(diǎn)： 1)在正確決定軸的徑向方向及軸向方向位置的同時(shí)抑制軸的跳動(dòng)。 2)提高軸的剛性。 3)防止軸向方向的振動(dòng)及由于共振而造成的異音。 4)抑制滾動(dòng)體的旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)，公轉(zhuǎn)滑動(dòng)及自轉(zhuǎn)滑動(dòng)，以減小離心力和陀螺力矩并且可以抑制磨損。 軸承的預(yù)緊有兩種方法，一種是定位預(yù)緊，另一種是定壓預(yù)緊。定位預(yù)緊是對(duì)置軸承在軸方向的相對(duì)位置，在使用中也不會(huì)改變的預(yù)緊方法。定壓預(yù)緊是利用螺旋彈簧、碟形彈簧給予軸承適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力的方法，在使用中軸承的相對(duì)位置即使有變化，預(yù)緊力也可以大體保持一致。定位預(yù)緊與定壓預(yù)緊相比較，在預(yù)緊力相等的情況下，定位預(yù)緊有效于增加軸承的剛性。但是，在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，由于軸與外殼的溫度差而造成的軸向延伸率差，內(nèi)外圈溫度差而造成的徑向熱膨脹差及負(fù)荷而造成的變形等影響會(huì)使預(yù)緊力發(fā)生變化。在定壓預(yù)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(yù)緊力的變化。由此可知，一般定位預(yù)緊適合于提高剛性的目的，定壓預(yù)緊適用于高速旋轉(zhuǎn)需要防止軸向振動(dòng)的情況。 定位預(yù)緊與定壓預(yù)緊方式對(duì)剛度的影響 滾動(dòng)軸承的預(yù)緊量應(yīng)該根據(jù)對(duì)剛度和運(yùn)轉(zhuǎn)條件的要求來(lái)決定。較大的預(yù)緊量可以提高軸承的剛度，但是過(guò)大的預(yù)緊量會(huì)增大軸承的工作表面面積，增大摩擦系數(shù)導(dǎo)致溫升增高，潤(rùn)滑條件變壞，軸承的壽命和極限轉(zhuǎn)速降低。因此在預(yù)緊量的選擇上一定要慎重，選擇預(yù)緊量的原則是當(dāng)軸承承受最大工作負(fù)荷時(shí)，軸承始終保持一定的過(guò)盈量而不致于產(chǎn)生間隙。 數(shù)控滾齒機(jī)滾刀主軸前軸承預(yù)緊方式方案為： 主軸前支承預(yù)緊方式 雙列圓柱滾子軸承的預(yù)緊方法是：首先，取掉外圈，用一個(gè)端面平面度和垂直度很高的隔套推其內(nèi)圈，使其沿主軸1：12錐度段軸向移動(dòng)，靠?jī)?nèi)圈的彈性變形將滾子撐開，然后測(cè)量各滾子頂點(diǎn)形成的包絡(luò)圓，在測(cè)量的過(guò)程中修磨調(diào)整片6，直到包絡(luò)圓的圓度非常高，并且直徑要和測(cè)量到的外圈滾道直徑一致，一般情況下，調(diào)整好的圓柱滾子軸承會(huì)有2～3個(gè)微米的過(guò)盈量。 雙向推力角接觸球軸承的預(yù)緊方法是：首先通過(guò)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(dòng)隔套頂其內(nèi)圈，使內(nèi)外圈在軸上的相對(duì)位置對(duì)置，通過(guò)修磨調(diào)整片4調(diào)整預(yù)緊力。 4.主軸騙碼器的選擇 （一）、滾刀軸控制精度分析 滾齒機(jī)通過(guò)滾刀軸與工件軸的展成運(yùn)動(dòng)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(zhuǎn)誤差 --工件軸軸旋轉(zhuǎn)誤差 K—滾刀頭數(shù) Z—工件齒數(shù) 由上式可知工件對(duì)工件軸誤差是非常敏感的，假設(shè)滾刀頭數(shù)為1，加工的工件齒數(shù)為100，則工件軸誤差對(duì)工件誤差的影響程度是滾刀軸誤差對(duì)工件誤差影響程度的100倍，因此，在誤差分配的時(shí)候，應(yīng)該盡可能地提高滾刀軸精度以降低對(duì)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(jī)由主軸電機(jī)經(jīng)兩級(jí)齒輪傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)滾刀軸旋轉(zhuǎn)，選用編碼器為角度編碼器，角度編碼器由測(cè)量輪和感應(yīng)頭組成，測(cè)量輪上有刻線或者做成齒輪的形狀由主軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，感應(yīng)頭通過(guò)光電感應(yīng)，將測(cè)出的位置信號(hào)傳入控制系統(tǒng)，系統(tǒng)再把測(cè)得的信號(hào)按照設(shè)定的倍頻數(shù)細(xì)分以獲得需要的分辨率。 系統(tǒng)所能達(dá)到的分辨率跟編碼器刻線數(shù)或者齒數(shù)感應(yīng)頭自帶倍頻數(shù)以及數(shù)控系統(tǒng)的細(xì)分倍頻數(shù)有關(guān)，其計(jì)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(yīng)頭自帶倍頻數(shù)，DMR為數(shù)控系統(tǒng)設(shè)定的細(xì)分倍頻數(shù)，目前數(shù)控系統(tǒng)最多可以對(duì)編碼器的檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行2048倍細(xì)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(duì)零傳動(dòng)滾齒機(jī)滾刀軸的分辨率應(yīng)該達(dá)到0.005o，即脈沖當(dāng)量應(yīng)該達(dá)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(zhuǎn)速有很大的關(guān)系。當(dāng)滾刀軸轉(zhuǎn)速比較高時(shí)，選擇刻線數(shù)或者齒數(shù)較多的編碼器會(huì)使感應(yīng)頭來(lái)不及響應(yīng)，造成系統(tǒng)振蕩。當(dāng)滾刀軸轉(zhuǎn)速比較低時(shí)，選擇刻線數(shù)或者齒數(shù)較低的編碼器會(huì)使系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)采到的脈沖數(shù)過(guò)少，造成控制誤差較大。另外由于N值是不可調(diào)的，一般為4，若S值過(guò)小則會(huì)造成DMR值過(guò)大，造成信號(hào)質(zhì)量下降。因此，必須根據(jù)主軸轉(zhuǎn)速，選擇合適的編碼器。設(shè)定合適的系統(tǒng)倍頻值，使控制系統(tǒng)的性能達(dá)到最優(yōu)。 根據(jù)以上分析，最終選擇德國(guó)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(jié) 本章主要對(duì)YK3150E數(shù)控滾齒機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分析確定。在已做出的裝配草圖的基礎(chǔ)上分析了傳動(dòng)系統(tǒng)中各組件的設(shè)計(jì)，主要進(jìn)行了主軸組件的機(jī)械性能分析。通過(guò)分析解決了數(shù)控滾齒機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)問(wèn)題。  4 YK3150E數(shù)控滾齒機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1 主電機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1.1 電機(jī)選型 籠型異步交流電機(jī)和永磁同步交流電機(jī)是目前機(jī)床電主軸的主力軍，異步電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，轉(zhuǎn)速高，在變頻調(diào)速下系統(tǒng)有較硬的機(jī)械特性和良好的調(diào)速性能。而永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，矢量控制復(fù)雜，但是與異步電機(jī)相比有下面幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： 1、由于不是靠切割磁力線感生磁場(chǎng)，因此轉(zhuǎn)子能量損失更少，這就意味著轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jī)加工過(guò)程中滾刀軸與工件軸之間是精密的同步展成運(yùn)動(dòng)，因此對(duì)滾刀軸來(lái)說(shuō)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(yīng)速度和精度。滾齒機(jī)刀架要求結(jié)構(gòu)非常緊湊，主軸電機(jī)體積過(guò)大容易引起干涉問(wèn)題。由于同步電機(jī)較異步電機(jī)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?，永磁同步內(nèi)置電機(jī)是最好的選擇。 4.1.2主電機(jī)功率設(shè)計(jì)計(jì)算 數(shù)控滾齒機(jī)最主要功率參數(shù)之一就是主電機(jī)的功率，如果主電機(jī)的功率選擇過(guò)大，將使機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更為困難且機(jī)床過(guò)于笨重，如果主電機(jī)功率選擇過(guò)小，難以滿足高速、高效強(qiáng)力切齒，影響機(jī)床的整體性能。 4.1.2.1 滾齒機(jī)主運(yùn)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的功率 根據(jù)機(jī)床設(shè)計(jì)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(jī)械摩擦損耗功率(KW) 4.1.2.2 的計(jì)算 機(jī)床主運(yùn)動(dòng)空轉(zhuǎn)時(shí)，由于傳動(dòng)件的摩擦，攪油，空氣阻力等原因，電動(dòng)機(jī)要消耗一部分功率，其值隨著傳動(dòng)件轉(zhuǎn)速增大而增加，與傳動(dòng)預(yù)緊程度及裝配質(zhì)量有關(guān)，中型機(jī)床主傳動(dòng)空載功率可按下列實(shí)驗(yàn)公式計(jì)算。 (4.1b) 式中： d平均——主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中除主軸外所有傳動(dòng)軸軸頸的平均直徑(cm) ∑ ni——除主軸外各軸的轉(zhuǎn)速和(r/min) n主 ——主軸轉(zhuǎn)速(r/min) k——潤(rùn)滑修正系數(shù)，k=30~50，潤(rùn)滑情況好時(shí)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(jì)算 機(jī)床切削時(shí)，由于傳動(dòng)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(dòng)系統(tǒng)中各傳動(dòng)副的機(jī)械效率。 將公式(4.1c)代入(4.1a)中得： (4.1d) 式中 ——機(jī)床總機(jī)械效率，= 0.75~0.85(主運(yùn)動(dòng)為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng))或 =0.4~0.7(主運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng))。 顯然從公式(4.1b)中可以看出，在滾齒機(jī)結(jié)構(gòu)尚未確定時(shí)，P空的計(jì)算有較大的難度和不確定性，因而實(shí)際中按照重慶機(jī)床廠所總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算P空。 即 當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速 n＞250(r/min)時(shí)， (4.1e) 當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速 n＜250(r/min)時(shí)， (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(jì)算 （KW） (4.1g) 式中， Fz——最大切削力 V——切削速度 由于滾齒機(jī)的切削力計(jì)算是較為復(fù)雜，主切削 Fm與切削的模數(shù)，切削速度，垂直進(jìn)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(guān)。主切削力計(jì)算公式都是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的試驗(yàn)研究總結(jié)歸納而得，其中德國(guó)普發(fā)特公司提出的主切削力經(jīng)驗(yàn)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(jìn)給量 (mm/轉(zhuǎn)) 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(jī)床廠總結(jié)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(jìn)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(duì)最大滾切力的影響，僅適用于單刀滾刀的切削力計(jì)算。而對(duì)于YK3150E數(shù)控高效滾齒機(jī)而言，要滿足于4—8個(gè)模數(shù)的高效強(qiáng)力切削，必須考慮多頭滾刀的切削要求，也應(yīng)該考慮大模數(shù)滾齒時(shí)刀齒數(shù)對(duì)包絡(luò)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(yàn)公式選擇式(4.1h)更符合此機(jī)床的設(shè)計(jì)計(jì)算科學(xué)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(jī)重切削規(guī)范來(lái)確定。按JB/T8340.2— — 1994《數(shù)控滾齒機(jī)技術(shù)條件》第8條機(jī)床負(fù)荷試驗(yàn)的規(guī)定，確定此數(shù)控高效滾齒機(jī)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(jìn)給量 S=4mm/rp 滾齒轉(zhuǎn)速 N=150r/min 切削速度V=70m/min 強(qiáng)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(nèi)徑 d=50mm 將以上參數(shù)代入公式(4.1h)及式(4.1f)進(jìn)行計(jì)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(jī)在15kw左右為宜。 4.1.3 主電機(jī)與主軸功率特性的匹配設(shè)計(jì) 本數(shù)控高效滾齒機(jī)的主電機(jī)選用交流變頻調(diào)速方式，實(shí)現(xiàn)主軸的無(wú)級(jí)變速的切削要求。對(duì)于交流變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)調(diào)速范圍可達(dá) 1：10，其恒定率調(diào)速范圍可達(dá)1：3，甚至可達(dá)更高的范圍，此數(shù)控滾齒機(jī)應(yīng)滿足的 1：5 的總調(diào)速比要求和恒定率調(diào)速范圍比1：3要求。 在數(shù)控高效滾齒機(jī)的電動(dòng)機(jī)功率設(shè)計(jì)選取中，我們還必須考慮電動(dòng)機(jī)的功率與機(jī)床主軸加工的要求功率匹配的問(wèn)題，一般地講，由于機(jī)床主軸要求的恒功率范圍Rnp遠(yuǎn)大于電動(dòng)機(jī)的恒功率變速范圍，但如果要在此數(shù)控高效滾齒機(jī)主軸無(wú)級(jí)變速范圍實(shí)現(xiàn)恒功率全變速，這樣選擇電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速較低，變頻電機(jī)勢(shì)必造成體積較大、功率浪費(fèi)過(guò)大，也會(huì)給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)不便和造成切削的功率富余，因而對(duì)于本機(jī)床主軸電機(jī)額定轉(zhuǎn)速選取，應(yīng)通過(guò)增加傳動(dòng)比使電機(jī)的最低轉(zhuǎn)速接近電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。 1、主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速(nj)的確定和電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的選取，主軸計(jì)算轉(zhuǎn)速是指?jìng)鬟f全功率的最低轉(zhuǎn)速，對(duì)滾齒機(jī)nj按下式計(jì)算： 將主軸最高轉(zhuǎn)速 nmax=500r/min 及主軸最低轉(zhuǎn)速 nmin=80r/min 代入上式得：nj=126.5 r/min 又設(shè) i總電機(jī)至主軸的總傳動(dòng)比，恒功率 調(diào)速范圍 RnN為： 計(jì)算得：n電 =1265r/min 故電機(jī)應(yīng)適用功率為 15kw，額定功率轉(zhuǎn)速為 1500r/min。綜上所述，選蘭州電機(jī)廠1PH5系列電機(jī)137型號(hào)。電機(jī)額定功率15kw，基本速度1500r/min，轉(zhuǎn)速范圍為6~6300，額定轉(zhuǎn)矩95Nm。 4.2 主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)組件設(shè)計(jì)計(jì)算 4.2.1主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖 由前可知:主軸恒功率功率調(diào)速范圍RnN=4，電動(dòng)機(jī)恒功率調(diào)速范圍為。取=2＜，由下列公式計(jì)算得： ，取Z=1 Ⅰ Ⅱ