錐齒輪銑齒機畢業(yè)論文

1、<p>　　弧齒錐齒輪數(shù)控銑齒機刀軸箱的設計</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　弧齒錐齒輪以其良好的動態(tài)性能，在機械行業(yè)中占有相當重要的地位，在航空、航海、汽車和各種精密機床等行業(yè)應用廣泛。弧齒錐齒輪和準雙曲面齒輪具有重迭系數(shù)大，承載能力高，傳動平穩(wěn)，噪音低，對安裝誤差敏感性低等優(yōu)點，被廣泛應用于飛機、車輛、機床和各種機械產品中。

2、而準雙曲面齒輪普遍應用于汽車的驅動橋主減速傳動。因而弧齒錐齒輪和準雙曲面齒輪的設計與制造在機械行業(yè)中占有相當重要的地位。</p><p>　　但是弧齒錐齒輪的設計加工相當復雜，而且當前擁有該技術的Gleason 公司等搞技術壟斷，促使許多國家對該項技術進行研究和探討，因而對弧齒錐齒輪傳動的設計、制造和檢測技術的研究一直是齒輪制造中非?；钴S的領域。盡管國內有多家企業(yè)研制開發(fā)了不同系列的弧齒錐齒輪數(shù)控加工機床，但是其

3、控制系統(tǒng)都是采用SIEMENS、FANUC 等國外高檔數(shù)控系統(tǒng)，使得國內在弧齒錐齒輪設計、加工等方面仍然受制于國外少數(shù)壟斷企業(yè)，嚴重制約著我國制造業(yè)水平的提高。</p><p>　　本文通過對弧齒錐齒輪的齒面特征的研究，結合國內外可以了解的銑齒機的機構特征，通過對現(xiàn)有機床的鉆研和齒面加工方法的探究，按照齒輪嚙合的原理，完成了弧齒錐齒輪銑齒機刀軸箱部分的運動簡化設計，以及對傳統(tǒng)的數(shù)控弧齒錐齒輪銑齒機機構作出了一些改

4、進。</p><p>　　關 鍵 詞：弧齒錐齒輪,銑齒機,滾珠絲杠,刀軸箱 </p><p>　　THE DESIGN OF CUTTER SPINDLE CASE OF SPIRAL BEVEL GEAR CNC MILLING MACHINE-TOOL</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p&

5、gt;　　Because of the excellent dynamic performances, spiral bevel gears play a very important role in machinery industry, and are primarily applied to aviation, marine,automobile, precision machine tools and other project

6、s. Spiral bevel and hypoid gears have many advantages in transmission as high contact ration and load capacity, smooth transmitting, lower sensitivity to errors of installation, low-noisy and so on; they are widely used

7、in airplanes, automotive vehicles,machine tools and a lot of kind</p><p>　　The processing design of spiral bevel gears is comparatively complicated, and meanwhile, the owners of the technology, such as Gleas

8、on corporation, are engaged in a technological monopolization Therefore, many countries are prompted to the technology research and exploration, and the spiral bevel gear drive in the design, manufacture and testing tech

9、nology has been very active in</p><p>　　the field of gear manufacturing. While domestic enterprises have developed several different series of spiral bevel gear NC Machines, the control kernel is the foreign

10、 NC systems, such as SIEMENS, FANUC and so on. It makes that the domestic spiral bevel gear design, manufacturing and other areas is still subject to few number of foreign monopolies, seriously hindering our manufacturin

11、g development.</p><p>　　Combined with the home and abroad study of the spiral bevel gear tooth surface characteristics to milling machine can understand the mechanism characteristics. through the study of ex

12、isting machine tools and the tooth surface processing methods to explore, in accordance with the principle of meshing gears, I completed to simplify the design part of the movemen of spiral bevel gear milling machine cut

13、ter axlet, as well as make some improvements of the traditional CNC spiral bevel gear milling mac</p><p>　　KEY WORDS: spiral bevel gear，milling machine，ballscrew，cutter spindle case</p><p><b

14、>　　目錄</b></p><p><b>　　前言1</b></p><p><b>　　第1章 緒論2</b></p><p>　　§1.1國內外的發(fā)展狀況2</p><p>　　§1.1.1國內數(shù)控弧齒錐齒輪銑齒機發(fā)展現(xiàn)狀2</p>

15、<p>　　§1.1.2國外數(shù)控弧齒錐齒輪銑齒機發(fā)展現(xiàn)狀2</p><p>　　§1.2 研究的目的與意義3</p><p>　　§1.3 機械式與數(shù)控弧齒錐齒輪銑齒機加工原理4</p><p>　　§1.4弧齒錐齒輪的切齒方法5</p><p>　　§1.4.1成形法5&

16、lt;/p><p>　　§1.4.2 展成法(滾切法)7</p><p>　　第2章 數(shù)控機床的總體結構8</p><p>　　§2.1各種銑齒機總體布局8</p><p>　　§2.1.1數(shù)控機床機械結構的組成9</p><p>　　§ 2.2機械結構要求10</p

17、><p>　　第3章 設計校核11</p><p>　　§3.1刀盤軸系的設計校核11</p><p>　　§3.2軸承的選擇與校核：14</p><p>　　§3.3 伺服電機選擇17</p><p>　　§3.3.1 伺服電機選型依據(jù)17</p><

18、p>　　§3.3.2 搖臺伺服電機選擇17</p><p>　　§3.3.3 刀盤軸伺服電機選擇17</p><p>　　§3.4 絲杠18</p><p>　　§3.4.1 滑臺絲杠的選擇及校核18</p><p>　　§3.4.2 絲杠安裝注意事項23</p>

19、;<p>　　§3.4.3 滾珠絲杠使用的注意事項24</p><p><b>　　結論25</b></p><p><b>　　參考文獻26</b></p><p><b>　　致 謝28</b></p><p><b>　　前言&

20、lt;/b></p><p>　　弧齒錐齒輪因其良好的動態(tài)性能，在機械行業(yè)中占有相當重要的地位，但其設計制造技術從問世以來一直是制造業(yè)的難點和熱點?；↓X錐齒輪用于傳遞相交軸的傳動，與直齒錐齒輪傳動相比，弧齒錐齒輪傳動具有重合度大、承載能力高、傳動效率高、傳動平穩(wěn)、對安裝誤差的敏感性小以及噪聲小等優(yōu)點，因此弧齒錐齒輪傳動越來越受到工程技術人員的重視和青睞，在航空、航海、汽車和各種精密機床等行業(yè)，得到越來越廣泛

21、的應用?；↓X錐齒輪在汽車上的需求非常大，僅我國每年需求量就在上千萬對以上。但是我國的高精度弧齒錐齒輪銑齒機主要依靠進口，不僅價格昂貴，而且維修保養(yǎng)困難，一般的生產廠家無力購置使用。而國產銑齒機的加工精度低、適應性差，加工出來的弧齒錐齒輪無法滿足高速、低噪的使用要求，所以高精度的弧齒錐齒輪仍完全依賴進口，年進口量近千萬只。鑒于上述情況，研制開發(fā)具有自主知識產權的高精度弧齒錐齒輪數(shù)控銑齒機不僅是我國縫制設備和電動工具產業(yè)的迫切需要，也是我國

22、機械工業(yè)發(fā)展的必然要求。</p><p>　　畢業(yè)設計不僅能檢驗我們大學四年所學習知識是否系統(tǒng)連貫的應用，也為我們提供了一個將理論運用到實際的平臺。對于選題的依據(jù)，首先，弧齒錐齒輪在機械領域的各個方面重要性從上述文獻可以看出。其次，希望通過這次畢業(yè)設計能夠對齒輪加工的高精領域能夠有個初步的了解，為以后的工作奠定基礎。在經過實際比較和綜合個人喜好之后，我選擇了這個課題。</p><p>　　

23、這次設計是在魏冰陽老師的指導下與何旸同學共同完成，在此我負責機床刀軸箱部分的設計。由于我們知識淺薄、所知有限，設計中難免有錯誤和不妥之處，希望老師能夠指正和諒解，我們在以后一定會繼續(xù)努力提高。</p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　§1.1國內外的發(fā)展狀況</p><p>　　§1.1.1國內

24、數(shù)控弧齒錐齒輪銑齒機發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　加工能力最大直徑為1250mm、最大加工模數(shù)為20mm的數(shù)控弧齒錐齒輪銑齒機 由天津精誠機床制造有限公司（原天昊幾點開發(fā)有限公司）研制成功。它是為了滿足國內重型機械裝備制造的需求并根據(jù)弧齒錐齒輪嚙合理論和加工原理而研制開發(fā)的全新型坐標式數(shù)控弧齒錐齒輪銑齒機，取代了傳統(tǒng)銑齒機復雜的搖臺偏心鼓輪結構。通過數(shù)控系統(tǒng)直接控制并驅動的四個坐標軸取代了傳統(tǒng)銑齒機的多個手動調整

25、軸，使機床的結構得到極大的簡化。且機床具有精度高、鋼性好、可靠、易維護等優(yōu)點，它是未來柔性化、全數(shù)字化控制及智能化銑齒機的一個雛形。其既可滿足多品種小批量產品的試制生產又可以適應成批大規(guī)模生產需求。該機床運用的數(shù)控技術使機床的調整操作簡單方便，生產效率比機械式機床提高了2-3倍。該產品填補了國內空白，達到了國際先進水平。另外小模數(shù)、小直徑的弧齒錐齒輪數(shù)控銑齒機基本上實現(xiàn)了與國際水平相當。長沙鐵道學院研制成功的YK2212數(shù)控螺旋錐齒輪銑

26、齒機，適合于加工小規(guī)格（最大模數(shù)3mm，最大工件直徑125mm，最大齒面寬15mm）螺旋錐齒輪，最大銑刀盤直徑3.5英寸（89mm）。秦川機床集團公司與西安交通大學聯(lián)合研制的YH2240數(shù)控螺旋</p><p>　　§1.1.2國外數(shù)控弧齒錐齒輪銑齒機發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　美國GLEASON公司率先推出鳳凰系列數(shù)控螺旋錐齒輪銑齒機，開始了螺旋錐齒輪加工機床的重大革新。GL

27、EASON公司的這類數(shù)控銑齒機取消了傳統(tǒng)機床所有的機械傳動鏈和調整環(huán)節(jié)，大大簡化了機床結構，而機床剛性卻顯著提高。這類全數(shù)控螺旋錐齒輪加工機床實際上是一種5軸聯(lián)動的萬能機床，可加工各種齒制的螺旋錐齒輪齒面，除了更換刀盤和夾具、工件外，整個加工過程都是自動的，加工精度比傳統(tǒng)機床可提高1～2級，而且重復精度好。瑞士OERLIKON（奧立康）新開發(fā)出來一臺數(shù)控螺旋錐齒輪銑齒機C28，6軸5聯(lián)動。這種銑齒機的最大特點是可實現(xiàn)干切削。刀盤主軸箱滑

28、鞍安裝在傾斜床身導軌上，切屑可自由落入其下方的排屑槽由排屑器及時排除. C28的加工精度相當高，達5～6級（DIN標準）。</p><p>　　§1.2 研究的目的與意義</p><p>　　弧齒錐齒輪是機械上的關鍵零件，因其重合度高、傳動平穩(wěn)、噪聲低廣泛應用于汽車、拖拉機、工程機械、工業(yè)縫紉機、電動工具、機床等機械設備中。因此提高弧齒錐齒輪的制造技術有利于提高我國機械裝備技術水

29、平，其發(fā)展好壞密切關系著我國機械工業(yè)的發(fā)展。如果能有先進的弧齒錐齒輪制造技術，我國的機械工業(yè)將快速發(fā)展。長期以來，國際上首先研發(fā)出來的美國格里森公司在技術上對我國封鎖，而且嚴禁向我國出口此類機床，進入九十年代國內市場又被美國、瑞士、德國壟斷。因此，我國把弧齒錐齒輪數(shù)控銑齒機科研開發(fā)做為重要的項目實施科研開發(fā)。</p><p>　　數(shù)控弧齒錐齒輪銑齒機是一種涉及多學科（自動控制、計算機技術、數(shù)學、齒輪嚙合原理、機械

30、設計與制造技術等）的高科技產品。不管是“格里森”齒制還是“奧利康”齒制弧齒錐齒輪，其齒面輪廓都是復雜的空間曲面，要通過刀具于工件的相對運動加工出復雜的曲面是相當困難的。機械型弧齒錐齒輪銑齒機是通過復雜的傳動系統(tǒng)來實現(xiàn)刀具于工件的空間運動關系，由于傳動鏈太長，增加了系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，齒輪的精度也就不容易保證。而數(shù)控型是依賴計算機技術能使軟硬件相結合來實現(xiàn)刀具與工件的空間運動關系，可以減少傳動系統(tǒng)復雜帶來的誤差，再加上現(xiàn)代計算機技術的高度發(fā)展

31、可以實現(xiàn)很精確的空間運動。另外，市場對齒輪規(guī)格的多樣化需求越來越大，而數(shù)控銑齒機的柔性更好。所以，數(shù)控弧齒錐齒輪銑齒機的研究是有利于我國機械工業(yè)的發(fā)展，也是機械精密加工的代表。作為即將畢業(yè)的一名大學生，應該以提高我們對該行業(yè)的認識，增加我們在這方面的知識，從而更好的為社會服務，更好地提高我們在這一領域的競爭力。</p><p>　　§1.3 機械式與數(shù)控弧齒錐齒輪銑齒機加工原理 </p>

32、<p>　　不論數(shù)控式還是機械式機床，它們要實現(xiàn)的功能是一樣的，就是加工出弧齒錐齒輪。下面以機械式為例介紹弧齒錐齒輪的加工原理：</p><p>　　對于收縮齒弧齒錐齒輪的加工，通常采用平頂齒輪原理進行加工。就是在切齒的過程中，假想有一個平頂齒輪與機床搖臺同心，它通過機床搖臺的轉動而與被切齒輪做無隙的嚙合。這個假想平頂齒輪的輪齒表面，是由安裝在機床搖臺上的銑刀盤刀片切削刃的相對于搖臺運動的軌跡表面所代替

33、。在這個運動過程中，代表假想平頂齒輪輪齒的刀片切削刃就在被切齒輪的輪坯上逐漸地切出齒形。數(shù)控式也一樣要完成這樣的功能。加工原理圖如圖1.1：</p><p><b>　　圖1.3.1</b></p><p>　　數(shù)控式與機械式的區(qū)別在于實現(xiàn)上述功能的過程方法不同，機械式是通復雜的傳動系統(tǒng)控制搖臺來實現(xiàn)模擬假想齒輪的運動。而數(shù)控式則不同，是通過數(shù)字技術控制幾個軸一起聯(lián)動

34、實現(xiàn)模擬假想齒輪的運動。機械式由于傳動鏈長而復雜，增加了制造時保證精度的困難、也是加工過程中誤差的保證過于困難，還使系統(tǒng)的不穩(wěn)定性增加了許多。數(shù)控式以數(shù)控技術代替復雜的傳動系統(tǒng)，使用簡單的傳動就可以實現(xiàn)應有的功能，主要通過滾珠絲杠和滑臺的使用實現(xiàn)幾個軸的聯(lián)動。其傳動鏈短，使系統(tǒng)減少了傳動過程中的誤差積累，同時也相應地增加了系統(tǒng)的剛度，使系統(tǒng)的制造裝配更加簡單、系統(tǒng)更加穩(wěn)、相對加工出來的齒輪精度更高。</p><p&g

35、t;　　§1.4弧齒錐齒輪的切齒方法</p><p>　　弧齒錐齒輪的單齒切削方法分為成形法和展成法兩大類。</p><p><b>　　§1.4.1成形法</b></p><p>　　用成形法加工的大齒輪齒廓與刀具切削刃的形狀一樣。</p><p>　　漸開線齒廓的曲率和它的基圓大小有關，基圓越大、

36、齒廓曲率就越小，漸開線就直些；當基圓足夠大時，漸開線就接近于直線。而齒輪的基圓大小是由模數(shù)m、齒數(shù)z和壓力角的余弦大小來決定的。模數(shù)和壓力角一定時，齒數(shù)愈多，基圓直徑就越大，相應的齒廓曲率越小，也就是齒廓越接近于直線。對于螺旋錐齒輪，傳動比也是影響因素之一，當傳動比大一些時，大輪的齒廓就更直一些。</p><p>　　小輪齒數(shù)(z1)一定時，傳動比越大，大輪齒數(shù)也就越多，這時大輪的當量圓柱齒輪的基圓直徑也越大，其

37、齒廓接近于直線形，采用成形加工比較方便．</p><p>　　當錐齒輪傳動比大于2.5時，大輪的節(jié)錐角往往在700以上，大輪就可采用成形加工。同時，為了保證其正確嚙合，相配小輪的齒廓應加以相應的修正，用展成法加工，這種組合切齒方法叫半滾切法或成形法。</p><p>　　此法生產效率較高，適于大批量生產。</p><p>　　螺旋成形法是半滾切法的特殊形式。在專用機

38、床上，用特殊的圓拉刀盤，精加工傳動比大于2.5齒輪副中的大輪，齒廓是直線形的。如圖1.3。切齒時，刀盤安裝軸線垂直于被切齒輪的面錐母線，刀盤除具有圓周方向的旋轉運動外，還沿其自身軸向作往復運動，每個刀片通過齒槽的同時，刀盤軸向往復一次，而使刀齒頂刃始終沿著被切齒輪齒根切削。由于大齒輪的頂錐母線與小齒輪的根錐母線平行，所以大輪圓盤拉刀與小輪銑刀盤的軸線平行。</p><p>　　圖1.4.1 成形法刀盤位置圖&l

39、t;/p><p>　　圖1.4.2 螺旋成形法刀盤位置圖</p><p>　　螺旋成形法切出的輪齒縱向曲面是一個有規(guī)則的、可展的和同向彎曲的漸開螺旋面，它得到的是收縮齒。采用螺旋成型法加工的大、小齒輪，不僅在齒寬中點處，而且在齒寬任意一點處，相嚙合的凸凹面的壓力角都相等，這樣就提高了大小齒輪的嚙合質量，并且對載荷變化、安裝誤差不敏感。載荷增加時，接觸區(qū)長度不變，其位置移向大端。螺旋成形法是當

40、前弧齒錐齒輪和雙曲線齒輪切齒方法中較完善的一種，但由于螺旋成形法拉齒設備調整較復雜，目前實際生產中并沒有大規(guī)模應用。</p><p>　　§1.4.2 展成法(滾切法)</p><p>　　展成法是被切齒輪與旋轉著的銑刀盤(搖臺)按照一定的比例關系進行滾切運動，加工出來的齒廓是漸開線形的，它是由刀片切削刃順序位置的包絡線形成的，如圖15-5所示,切削時，先切一面(如圖的上側面)的

41、齒頂和另一面(如圖的下側面)的齒根：在滾切過程中，逐漸移向上側面的齒根和下側面的齒頂，最后脫離切削，如同一對輪齒的嚙合運動一樣．</p><p>　　第2章 數(shù)控機床的總體結構</p><p>　　§2.1各種銑齒機總體布局</p><p>　　機械式（搖臺式）機床結構如圖2.1。</p><p>　　圖2.1 搖臺式機床</

42、p><p>　　一般數(shù)控式機床結構如圖2,.2：</p><p><b>　　圖2.2 數(shù)控機床</b></p><p>　　在魏老師的指導下，在對上述數(shù)控機床的結充分了解的情況下，綜合機械式和數(shù)控式的結構特點，對數(shù)控機床刀軸箱部分進行了改進設計，其刀軸箱部分原理圖如圖2.3</p><p>　　圖2.3 畢業(yè)設計總裝圖&l

43、t;/p><p>　　§2.1.1數(shù)控機床機械結構的組成</p><p>　　數(shù)控機床的機械結構主要有以下幾部分組成：</p><p>　　一、 主傳動系統(tǒng) 它包括動力源、傳動件及主運動執(zhí)行件（主軸）等，其功能是將驅動裝置的運動及動力傳給執(zhí)行件，以實現(xiàn)主切削運動。</p><p>　　二、 進給傳動系統(tǒng) 它包括動力源、傳動件及進給運動執(zhí)

44、行件（工作臺、刀架）等，其功用是將伺服驅動裝置的運動與動力傳給執(zhí)行件，以實現(xiàn)進給切削運動。</p><p>　　三、 基礎支撐件 它使之床身、立柱、導軌、滑臺、工作臺等，它支撐機床的各主要部件，并使它們在靜止或運動中保持相對正確的位置[3,4]。</p><p>　　§ 2.2機械結構要求</p><p>　　一 高剛度 機床剛度是指機床抵抗由切削力和其它

45、力引起變形的能力。有標準規(guī)定數(shù)控機床的剛度應比類似的普通機床高50％。本結構通過較粗的絲杠、立柱肋板來保證較高的強度。</p><p>　　二 高抗振性 強迫振動和自激振動是機床工作時可能產生的兩種形式</p><p>　　的振動。機床的抗振性指的是抵抗這兩種震動的能力。本結構通過高精度以及采用優(yōu)良的伺服電機來保證震動穩(wěn)定性。</p><p>　　三 高的低速運動平

46、穩(wěn)性 數(shù)控機床各坐標軸低速進給運動的平穩(wěn)性極大的影響到零件的加工精度。數(shù)控機床的脈沖當量很小，一般為0.01～0.001mm。當?shù)退贂r運動的不平穩(wěn)現(xiàn)象稱為爬行。本結構采用滾動導軌可以減少爬行。</p><p><b>　　第3章 設計校核 </b></p><p>　　§3.1刀盤軸系的設計校核</p><p>　　加工能力為直徑50

47、mm到300mm弧齒錐齒輪，根據(jù)刀盤的內徑及同類設計設計其結構如圖3.1.1：</p><p>　　圖3.1.1 主軸的結構</p><p>　　為了滿足加工要求，特在法蘭盤上加工兩個凸臺，分別用來安裝不同內徑的刀盤，以滿足加工不同尺寸弧齒錐齒輪的要求。</p><p>　　主切削力計算主切削力: </p><p><b>　?。?

48、）</b></p><p>　　≈68×1×1×500×1≈4000N</p><p>　　取 </p><p>　　==2500N , (2)</p><p><

49、b>　　取軸向進給力：</b></p><p><b>　　Fa=3000N</b></p><p>　　軸的扭轉強度條件為：</p><p><b>　　(3)</b></p><p>　　式中： —扭轉切應力，單位為MPa ；</p><p>　　T—軸

50、所受的扭矩，單位為N·mm；</p><p>　　—軸的抗扭截面系數(shù)，單位為；</p><p>　　N —軸的轉速，單位為r/min；</p><p>　　P—軸傳遞的功率，單位為KW；</p><p>　　d—計算截面處的直徑，單位為mm；</p><p>　　[]—許用扭轉切應力，單位為Mpa；<

51、/p><p>　　由上式可得軸的直徑 (4)</p><p>　　其中，查軸機械設計P370表15-3.材料選用40cr調質，估算軸的最小直徑28,又因為有一個鍵槽，軸徑增大5%-7%，令外沒考慮軸受的彎矩，最后定軸的受力處最小直徑d=38mm。</p><p>　　一對軸承初步選用30307，面對面安裝的圓錐滾子軸承，其中a=20mm，根據(jù)所設計的軸各個部分之間的

52、關系畫出該軸的受力圖如圖3.2：</p><p>　　計算Fa=3000N,Ft=4000N； =8064.5N； </p><p><b>　　計算得；</b></p><p><b>　　彎矩計算</b></p><p>　　T=4000×125=500000N·mm；<

53、;/p><p>　　彎矩圖如圖3.1.2；</p><p>　　圖3.1.2 主軸受力和彎矩</p><p><b>　　總彎矩；</b></p><p><b>　?。?） </b></p><p>　　由此可以看出B面是危險截面，有第三強度理論，通常由彎矩產生的彎曲應力σ是

54、對稱循環(huán)變應力，而有扭矩所產生的扭轉切應力則通常不是對稱循環(huán)變應力。為了考慮兩者循環(huán)特性不同的影響，引入折合系數(shù)，則計算應力為式中的彎曲應力為對稱循環(huán)變應力。當扭轉切應力為靜應力時，?。划斉まD切應力為脈動循環(huán)變應力時，??；如扭轉切應力亦為對稱循環(huán)變應力時，取。在這兒取，彎曲應力，扭轉切應力代入上式則有軸的彎扭合成強度條件為</p><p><b>　?。?）</b></p>&

55、lt;p>　　式中： —軸的計算應力，單位為Mpa；</p><p>　　M— 軸所受的彎矩 ，單位為Nmm；</p><p>　　T—軸所受的扭矩，單位為；</p><p>　　W—軸的抗彎截面系數(shù)，單位為,計算公式查機械設計P365表15-4；</p><p>　　[]—對稱循環(huán)變應力時軸的需用彎曲應力，其值可查機械設計P355表

56、15-1（材料選為40cr調質）</p><p><b>　　B處：</b></p><p><b>　　C處：</b></p><p><b>　　B處：</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　所

57、以該軸滿足強度要求。</p><p>　　§3.2軸承的選擇與校核：</p><p>　　刀盤軸軸承的選擇校核及壽命計算：</p><p>　　力學模型如圖3.2.1所示：</p><p>　　圖中B、C處是軸承受力點，由軸校核時的力計算知道：</p><p>　　Fa=3000N, Ft=4000N；<

58、;/p><p><b>　　=8046.5N</b></p><p>　　根據(jù)力矩的平衡分別計算得：</p><p>　　圖3.2.1軸承受力分析</p><p><b>　　總支反力：</b></p><p><b>　?。?）</b></p>

59、<p><b>　?。?）</b></p><p>　　軸承選用的是成對使用的圓錐滾子軸承，其中B端軸承開口向右，C端軸承開口向左，形成面對面軸承，有分析知，兩個軸承均被壓緊。由查機械設計課程設計表10-38知：</p><p>　　Y=1.5， 錯誤!未找到引用源。=67.8kN, 錯誤!未找到引用源。=83.5kN，e=0.4</p>

60、<p>　　由上可得，軸承所受的派生軸向力為：</p><p><b>　　由分析知，</b></p><p><b>　?。?0）</b></p><p>　　其受力圖如圖3.2.3所示：</p><p>　　圖3.2.3軸承的受力分析</p><p>　　則知C

61、軸承壓緊，B軸承放松，所以</p><p><b>　　由計算得：</b></p><p>　　所以由查機械設計表13-5得： </p><p>　　對B軸承 X=1 Y=0</p><p>　　對C軸承 X=0.4 Y=0.4</p><p

62、>　　由查表13-6取 ，則</p><p><b>　　由于</b></p><p><b>　?。?1）</b></p><p>　　所以按照軸承B的受力來校核</p><p><b>　?。?2）</b></p><p>　　因此軸承滿足壽命

63、要求。</p><p>　　§3.3 伺服電機選擇</p><p>　　§3.3.1 伺服電機選型依據(jù) </p><p>　　為了滿足滑臺輕巧,簡便,實用,我采用了交流伺服電機.交流伺服電機與直流伺服電機相比有以下優(yōu)點：</p><p>　　一、無電刷磨損，無火花產生，故壽命長，長期不須維修，工作安全可靠。</p&g

64、t;<p>　　二、輸出轉矩高，包括高速下的制動轉矩能在很寬的范圍內保持較大的轉矩。</p><p>　　三、交流伺服電機慣量小,轉速高；</p><p>　　§3.3.2 搖臺伺服電機選擇</p><p>　　由于搖臺需要以到軸線為回轉中心做旋轉運動,設其速度為，可以根據(jù)同類設計估算，設在最大載荷下最大運動速度約為0.068m/s,P≈40

65、00x0.068=272w.由于要搖臺的效率較低，選擇電機的功率應該有較大的余量。在這兒選擇西門子伺服電機1FT6102-8AB7,額定功率是3.8千瓦，額定轉矩是24.5Nm,額定電流為8.4A，最大轉矩為27Nm,最大電流為8.4A。額定轉速為1500轉。</p><p>　　§3.3.3 刀盤軸伺服電機選擇</p><p>　　根據(jù)同類設計，能加工同樣尺寸弧齒錐齒輪的數(shù)控機

66、床的電機功率大都為10千瓦左右。并估算轉矩，又因為傳動鏈變短了，由電機到刀盤軸只有兩級傳動，所以還要估算轉矩，以轉矩選電機。估算出來的電機軸轉矩是110Nm.為了保證要求選擇稍大的電機，在這兒選擇西門子伺服電機1FT6134-6SB7,額定功率20.4千瓦，額定轉矩130Nm，額定電流是45A，最大轉矩是140Nm,最大電流是48A。額定轉速為1500轉。</p><p><b>　　§3.4

67、 絲杠</b></p><p>　　§3.4.1 滑臺絲杠的選擇及校核</p><p><b>　　一、疲勞強度的計算</b></p><p>　　滾動絲杠應根據(jù)額定動載荷選用，其計算原理與軸承計算相同。額定載荷可以從樣本或手冊中查得。</p><p>　　滾珠絲杠的當量動載荷為</p>

68、;<p><b>　　（13）</b></p><p>　　式中————軸向平均載荷（N）。</p><p>　　所選的絲杠副，其額定動載荷不得小于此值：。若載荷是變化的且其時間分配明顯是周期性的，可取</p><p><b>　?。?4）</b></p><p><b>　

69、　式中：</b></p><p>　　、——絲杠的最大、最小工作載（N）；</p><p>　　L——工作生命，單位為轉。； </p><p><b>　　——平均轉速；</b></p><p>　　h——以小時為單位的工作壽命（h）。一般機床可取h=10000h，數(shù)控機床可取h=15000h；</p&

70、gt;<p>　　——精度系數(shù)。1、2級=1；3、4級取0.9；</p><p>　　——運動狀態(tài)系數(shù)。無沖擊取1～1.2，一般情況取1.2～1.5，有沖擊振動取1.5～2.5。</p><p>　　二、計算主切削力 </p><p>　　由于按照嚴格的經驗公式計算時，太過復雜，因此在這兒參考同類設計估算，大約為</p><p&g

71、t;<b>　　Fc≈4000N</b></p><p>　　取 ==2500N</p><p><b>　　三、計算進給牽引力</b></p><p><b>　?。?5）</b></p><p>　　式中： </p><p>　　--考

72、慮顛覆力矩影響的實驗系數(shù) =1.1</p><p>　　--導軌上的摩擦系數(shù) =0.03</p><p>　　G —移動部件的重量 G=4000 N</p><p>　　所以 =1.1×2500+0.003×(4000+4000)≈2990 N</p><p><

73、;b>　　四．計算最大負載C</b></p><p>　　選用滾珠絲杠副的直徑時，必須保證在一定的軸向負載作用，絲杠在回轉100萬轉后，在它的滾道上不產生點蝕現(xiàn)象這個軸向負載的最大值即稱為滾珠絲杠能承受的最大動負載C</p><p><b>　　(16)</b></p><p><b>　　式中： </b>

74、;</p><p>　　L--使用壽命。以轉為一個單位</p><p><b>　　--運轉系數(shù) </b></p><p><b>　?。?7）</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　T--使用壽命 取1500

75、0h</p><p><b>　?。?8）</b></p><p>　　L0--絲杠導程 =6mm</p><p>　　--為最大切削力條件下的進給速度?？扇∽罡哌M給速度的一半</p><p><b>　　五、計算最大靜負載</b></p><p><b>　　=

76、G≈4000N</b></p><p>　　六、滾珠絲杠螺母副的選型</p><p>　　本系統(tǒng)選擇ND型內循環(huán)螺紋調整的雙螺母滾珠絲杠副 ，型號為ND3212，額定動載荷 27400N ，額定靜載荷 68000N 。</p><p><b>　　七、傳動效率的計算</b></p><p><b>

77、;　　(19)</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　--絲杠螺旋升角； =</p><p>　　--摩擦角；滾珠絲杠副的滾動摩擦系數(shù)=0.003-0.004。其摩擦角約等于</p><p>　　≈0.91 (20)</p

78、><p><b>　　八、剛度驗算</b></p><p>　　滾珠絲杠副的變形包括絲杠與螺母之間的接觸變形和絲杠的拉壓變形。絲杠的扭曲變形較小，對縱向變形的影響更小，可忽略不計。螺母座只要設計機合理，其變形也可忽略不計。上述接觸和拉壓變形之和除軸向載荷，即為絲杠副的軸向剛度。</p><p>　　滾珠絲杠螺母副的接觸剛度可查樣本。有的工廠在樣本上

79、直接給出計算公式。要注意的是接觸剛度是非線性的，不是一個定值。它隨載荷的增加而增加。因此要注意這個數(shù)劇和公式的載荷條件。</p><p>　　絲杠的拉壓剛度也不是一個定值。它隨螺母值軸向固定端的距離而變。一端向固定的絲杠，最小拉壓剛度為</p><p><b>　　(21)</b></p><p><b>　　式中</b>

80、</p><p>　　A————螺紋底徑處的截面面積（）；</p><p>　　E————彈性摸量。鋼的E=（）；</p><p>　　————螺母至固定端的最大距離（m）。</p><p>　　兩端固定的絲杠，最小拉壓剛度產生在螺母處于中間位置時，剛度為</p><p><b>　　(22)</b&g

81、t;</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　————兩固定端的距離（m）</p><p><b>　　九：壓桿穩(wěn)定性</b></p><p>　　滾珠絲杠副的軸向變形會影響進給系統(tǒng)的定位精度及運動的平穩(wěn)性。最大牽引力為2990N，支承間距為350mm。絲杠螺母副及軸承均進行

82、預緊，預緊力為最大軸向負荷的。</p><p>　　1、 絲杠的拉伸或壓縮變形量</p><p>　　查《機床數(shù)控化改造指導手冊》圖3-4。根據(jù) Fm= 2990N D0=28mm</p><p><b>　　查出 ，可算出</b></p><p>　　0.056mm (23)</p>

83、<p>　　由于絲杠進行了預拉伸，故其拉壓剛度可提高2倍。其實際變形量</p><p><b>　　0.028mm</b></p><p>　　2、 滾珠與螺紋滾道接觸變形</p><p>　　查《機床數(shù)控化改造指導手冊》圖3-5，可知滾珠和螺紋滾道接觸變形</p><p><b>　　因此進行了預

84、緊，</b></p><p><b>　　2.3 </b></p><p>　　3、支承滾珠絲杠的軸承的軸向接觸變形</p><p>　　采用推力球軸承。dQ=10.5mm滾動體數(shù)量Z=13</p><p>　　c=0.00052=0.00052=0.0039mm (24)<

85、/p><p><b>　　因進行了預緊，故</b></p><p>　　4、 滾珠絲杠的扭轉變形引起的導程的變化量一般占的比重較小，常忽略不計。</p><p>　　5、螺母座及軸承支座的變形常為滾珠絲杠副系統(tǒng)剛度的薄弱環(huán)節(jié)，但變形量計算較為困難。一般根據(jù)其精度要求，在結構上盡量增強其剛度而不作計算。</p><p>　　6

86、、 根據(jù)以上計算得出總變形量</p><p><b>　　(25)</b></p><p><b>　　十、穩(wěn)定性校驗</b></p><p><b>　?。?6）</b></p><p>　　E--絲杠材料的彈性模量；E= </p><p>　　--

87、截面慣性矩，對于絲杠為(d1為絲杠內徑)</p><p>　　--絲杠兩支承端距離；=2000mm</p><p>　　--絲杠的支承方式系數(shù)；=2</p><p><b>　?。?7）</b></p><p>　　42.51>=2.5～4 （28）</p><

88、;p>　　所以 絲杠不會產生失穩(wěn)。</p><p>　　十一、X向滾珠絲杠副幾何參數(shù)其幾何參數(shù)如3-1表所示： </p><p>　　表3-1 Z向滾珠絲杠副幾何參數(shù) （單位：mm）</p><p>　　§3.4.2 絲杠安裝注意事項 </p><p>　　一、在安裝此滾珠絲杠副時，因為它是外循環(huán)式滾珠絲杠副，所

89、以嚴禁敲擊和拆卸管道，以免造成鋼球堵塞，運動不流暢；</p><p>　　二、在安裝或使用時要避免螺母脫離絲杠表面，因為螺母一旦脫離，滾柱將散落，此時滾珠絲杠副不能正常工作，嚴重時還會引起設備事故，因此在主機上必須配置防止螺母脫出的超程保護裝置，尤其是在高速運轉的場合；</p><p>　　三、在安裝滾珠絲杠副的時候兩端支承座孔與螺母支承座孔要調整到“三點同心”的最佳狀態(tài)，不能在不同心的情

90、況下強迫安裝；</p><p>　　四、由于滾珠絲杠副的傳動效率在90%以上，不能自鎖，在需要自鎖的場合，必須在絲杠軸上配置相應的自鎖裝置；</p><p>　　五、為了使?jié)L柱絲杠副靈活運轉，延長使用壽命，必須考慮充足的潤滑條件；</p><p>　　六、除滾柱絲杠副本身防塵圈外，外露的絲杠軸上也應安裝防護裝置，以免灰塵，雜物進入絲杠副。</p>&l

91、t;p>　　§3.4.3 滾珠絲杠使用的注意事項</p><p>　　一、滾珠絲杠螺母副的設計需考慮絲杠的預緊方式，預緊方式有：雙螺母墊片式，雙螺母螺紋式，雙螺母齒差式，單螺母變導程以及過盈滾珠預緊。在本設計中所選用的南京工藝裝備廠BS型標準滾珠絲杠副其本身內部已經進行了預緊；</p><p>　　二、該絲杠螺母副可消除軸向間隙，提高軸向剛度。滾珠絲杠副因其磨損小，效率高

92、，預緊后仍能輕快的傳動，因此它能通過預緊完全消除間隙，使反向時無空行程，且可通過預緊給予一定的預變形來提高軸向剛度；</p><p>　　三、因其傳動效率很高，滾珠絲杠副一般不能自鎖。因此在不準許產生逆?zhèn)鲃拥牡胤?，如Z方向主軸的升降等，必須增設制動或自鎖機構。</p><p><b>　　結論</b></p><p>　　設計雖然完成，但該設計

93、中還存在很多問題。例如：本次設計僅僅是機械部分，跟本沒有把控制部分加進去。另外本系統(tǒng)的潤滑系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)也還沒有設計進去。更重要的是本設計是參考其它同類設計做出來的，很多東西都沒有經過嚴格的計算。以后，要做設計的話，很多設計計算都應該動手算算，要爬到設計的實踐中去，再從中走出來才能做好設計工作。</p><p>　　本設計的優(yōu)點是它滲透了計算機控制的思想，因此可以簡化掉原來復雜的傳動和機械控制系統(tǒng)，因此也就使機械

94、部分簡單的多了。另外通過閉環(huán)控制可以補償機械系統(tǒng)的不足帶來的精度誤差。其中，最重要的是要使刀盤完成圓弧運動的插補控制，如果伺服電機能夠輸出的運動更細微化、反應更靈敏，則就能合成更精確的圓弧運動。因此，在機械本體的結構、選用的材料一定的情況下，這類機械性能的提高主要靠控制部分的軟硬件。機械本體設計行業(yè)有早已成熟的設計思想、方法可以參考選用，重要的是如何設計控制部分、機電結合部分。還有設計中一定要運用現(xiàn)代先進的設計工具，使設計簡單快捷。 &

95、lt;/p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 樊寧．數(shù)控簡易銑齒裝置上加工螺旋錐齒輪的變性半展成法[J]．新技術新工藝 機械加工與自動化．2004，(8)：25～26．</p><p>　　[2] 陳興強,何華．在弧齒錐齒輪銑齒機中的應用[J]．機電一體 化．2001， (10)：38～39．</

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105、Computer-aided manufacturing of spiral bevel and hypoid gears by applying optimization techniques. Journal of Materials Processing Technology, Volume 114, Issue 1, July 4, 2001.</p><p><b>　　致 謝</b&g

106、t;</p><p>　　為期3個多月的畢業(yè)設計已經結束，當中遇到不少的麻煩和問題，但同時也得到了許多老師和同學不少的幫助。</p><p>　　首先要感謝本次設計的指導老師魏冰陽老師，感謝他在百忙之中抽出時間細心的指導我們。每次向他請教時，總是放下手頭的工作，先幫我們解決設計中遇到的問題，不厭其煩地講解。 </p><p>　　還要感謝在設計過程中幫助過我的各位同

107、學，尤其是本組的同學，在遇到不懂的問題時，他們總是毫無保留地把他們所知道的告訴我，盡量讓我搞明白，弄懂。還有其它組的同學慷慨地把他們的資料借給我。在設計的過程中，無不滲透著魏老師的心血和同組同學的通力合作。設計中的每一點提高都來源于魏老師的悉心教導和同組同學的熱情幫助。</p><p>　　還要感謝四年來關心和幫助過我的所有老師,在他們的教育和指導下，我掌握了不少知識，也明白了許多做人的道理?；叵肫鹨郧暗狞c點滴滴