可任意分度的插齿机齿轮加工回转工作台的设计【4张CAD图纸和说明书】

 摘要插齿机作为齿轮加工机床的一种，已逐步体现出其加工的优越性，在滚齿机、铣齿机上无法加工的一些齿轮，如双联齿轮和内齿轮，在插齿机上可加工制造出来。在本课题的设计中，采用步进电机控制回转工作台的转角。在单片机的控制下，步进电机每秒钟发出的脉冲数决定了工作台的转位角度，使该插齿机成为真正意义上的可任意分度加工，进而可实现加工任意齿数的齿轮。本课题所设计的回转工作台是用单片机作为控制系统来控制步进电机的转速，动力由步进电机发出，通过齿轮传动和蜗轮蜗杆传动，将动力传递到蜗轮上，蜗轮的转动再带动主轴转动，从而实现与主轴夹紧的工件的转动。所设计的回转工作台实用、简单、可靠、效率高。关键词 步进电机；回转工作台；单片机；任意分度AbstractAs one kind of the gear finishing lathes, the gear shaper has manifested the superiority in processing gradually, on the gear-hobbing machine, the gear cutter cannt be true, for exampl- e,the twin gear and the annular gear, but they can be processed on the gear shaper. In this design, I use a step-by-step the electrical machinery to control the corner of rotary table. Under the control of monolithic integrated circuit, the number of pulse of the step-by-step electrical machinery each second can be sent out to decide the rotary tables indexing angle, making the gear shaper to become the random indexing processing in the true sense .And then, the gear processing which is mentioned willfully might be realized.The rotary table designed in this topic is controled by the monolithic integrated circuit to control the rotational speed of step-by-step electrical machinery, the step-by-step electrical machinery  send out the power firstly, through the gear drive and the worm gear worm drive, then the power is transmisted to worm gear , and worm gear-rotating makes the main axle rotate the same time, and then,it comes to be realized that the work piece clamped with main axle come to rotate.In my opinion，this design of the rotary table is practical, simple, reliable, and the efficiency is high.Keywords  step-by-step the electrical machinery  the rotary table  the monolithic integrated circuit  random indexing目       录1 绪论 11.1 本课题的背景及应解决的主要问题 11.2 本课题的研究目的和现实意义 11.3 插齿概述 21.4 插齿机类型与适用范围 21.4.1 插齿机类型 21.4.2 各种插齿机的适用范围 31.5插齿机的工作原理及其参数 31.5.1 插齿机的外观图 31.5.2 插齿机的工作原理 41.5.3 插齿机的参数 52 设计方案选择 62.1 分度工作台 62.2 数控回转工作台 62.2.1 开环数控转台 62.2.2 闭环数控回转工作台 73 工作台设计 83.1 步进电机的选择与控制 83.1.1 步进电动机的特点与种类 83.1.2 步进电动机的选择 93.1.3 步进电动机的控制 93.2 蜗轮蜗杆设计计算 143.2.1 蜗杆传动输入参数 143.2.2 接触疲劳强度计算 153.2.3 确定蜗轮蜗杆的主要尺寸 163.2.4 确定蜗轮蜗杆的传动效率 163.2.5 选择蜗轮蜗杆的精度等级 173.2.6 蜗轮蜗杆传动的热平衡计算 173.3 齿轮设计计算 183.3.1 齿轮设计输入参数 183.3.2 齿轮的材料及热处理 183.3.3 齿轮的基本参数 183.3.4 齿面接触疲劳强度校核 203.3.5 齿根弯曲强度校核 213.4 轴承设计计算 213.4.1 轴承方案选择 213.4.2 轴承动载荷和寿命计算 223.5 箱体设计计算 234 控制系统设计 244.1 单片机 244.2 驱动电路的设计 244.3 电源电路设计 254.4 程序设计 26结论 32致谢 33参考文献 34附录 35附录1 35附录2 421 绪论1.1本课题的背景及应解决的主要问题齿轮是重要的基础传动元件。近年来，随着技术的发展，尽管采用电气、液压传动装置日益增多，对齿轮的需求仍有增无减。目前，中国齿轮市场的年销售额超过了800亿元。而齿轮加工机床也是结构复杂、制造难度大的机床产品之一。世界进入20世纪，齿轮的需求量迅速增长，从而促进了齿轮加工机床的开发和生产。20世纪70年代以后，由于现代机械设备的功率、速度、噪声与结构尺寸等工作参数的提高，以及对加工可靠性的进一步要求，目前齿轮装置的制造精度和内在质量都提高了。齿轮加工技术在高精度、高效率、自动化和柔性化等方面提出更高的要求。当前齿轮机床的发展趋势是：提高精度；提高刚度；提高效率；应用数控技术增加柔性和扩展工艺性能。插齿机作为齿轮加工机床的一种，已逐步体现出其加工的特殊性，在滚齿机、铣齿机上无法加工的一些齿轮，如双联齿轮和内齿轮，在插齿机上可加工制造出来。为了插齿机工作的可靠性、工艺适应性，增强机床的柔性和自动化程度、简化机械传动结构，特别是为满足一些特殊齿轮加工需要，如各种非圆异形的内啮合齿轮加工，国外先进工业国家的插齿机产品早在80年代末就已全部数控化，近年来我国已开发了不同品种的数控插齿机，推向市场，逐步向机电一体化产品发展。在保证产品质量的前提下,如何扩大插齿机的加工范围和降低制造成本是提高产品竞争力的关键所在。产品成本一般包括原材料、工具损耗、机床折旧、工人工资等各项管理费用。他们与劳动生产效率密切相关,因此,扩大机床加工范围,提高产品加工效率是降低产品成本的有效途径。1.2本课题的研究目的和现实意义在本课题的设计中，采用步进电机控制回转工作台的转角。在单片机的控制下，步进电机每秒钟发出的脉冲数决定了工作台的转位角度，使该插齿机成为真正意义上的可任意分度加工，进而可实现加工任意齿数的齿轮。为了扩大插齿机的加工性能，适应某些齿轮加工的需要，插齿机的进给运动，除了X、Y、Z三个坐标轴的直线进给运动之外，还可以绕X、Y、Z三个坐标轴的圆周进给运动，分别称A、B、C轴。插齿机的圆周进给运动，一般由回转工作台来实现。插齿机除了可以实现圆周进给运动之外，还可以完成分度运动，一次装夹即可多次加工，大大提高生产率。一般插齿机等加工设备都配有回转工作台等标准附件。标准附件的普通回转工作台不能调整中心,使用很不方便,在操作过程中必须把中心与回转工作台中心重合装夹后,才能进行加工。若如工件有多个中心位置需要加工,一次装夹就无法完成。只能是逐个装夹、调整和加工,这样做使安装和调整的时间大幅度增加,不但影响了加工的效率,也降低了工件的加工精度,增加产品的制造成本。本课题设计的回转工作台，在加工多个中心的工件时,显示出它的优越性,调整中心十分方便,省去了多次找正、调整和装夹的麻烦。由于一次装夹后实现了多个中心位置的加工,明显地减少了因多次调整安装所造成的积累误差,所加工零件的尺寸精度比原先有大幅度的提高,工效提高3倍以上。1.3插齿概述插齿加工（如图1-1所示）是由插齿刀具与工件齿轮之间作无间隙的啮合运动，插齿刀具作往复运动，并绕本身轴线转动，在展成运动中加工出工件齿形。插齿是广泛采用的切齿方法，用形状为齿轮或齿条的插齿刀具，与被加工齿轮按一定的速比作啮合运动的同时，刀具沿齿宽方向作往复运动形成切削加工。插齿运动包括：往复运动、圆周运动、径向进给运动、分度运动和让刀运动。插齿，能加工滚齿、铣齿等无法加工的一些齿轮，如双联齿轮和内齿轮。插齿方法最常见的是用齿轮型插齿刀插齿，其次是用齿条型插齿刀插齿。以上两种方法为滚切法，此外还有成形法插齿。图1-1 插齿刀和插齿运动1插齿刀     2齿坯1.4插齿机类型与适用范围1.4.1插齿机类型插齿机按其工件轴线的空间位置分为立式插齿机和卧式插齿机。立式插齿机又可分为工件（工作台）让刀和插齿刀（刀架）让刀两种。卧式插齿机又可分为单插齿刀和双插齿刀两种。卧式插齿机的刀具轴线与工件主轴轴线是水平布置的。插齿机按其刀具形状分为齿条刀插齿机和圆盘刀插齿机两种型式。齿条刀插齿机也分立式和卧式两种。立式齿条刀插齿机以一把齿条刀作为切削工具；卧式齿条刀插齿机以两把齿条刀作为切削工具。齿条刀插齿机的生产厂家为数不多，主要以瑞士马格公司为代表，绝大多数厂家都生产圆盘刀插齿机。目前生产和使用得最多的是立式插齿机。立式插齿机与卧式插齿机的加工原理是相同的，但结构形式差别很大。1.4.2各种插齿机的适用范围插齿是加工范围最广的制齿方法之一。和滚齿机一样，插齿机加工也采用展成原理，但插齿的主运动采用往复运动形式，因此圆盘插齿刀轴不仅可在工件的外部加工外齿轮，也可伸入到工件的内部加工内齿轮；由于插齿刀切出工件端面只需很小的空间，所以它是加工台阶齿轮双联或多联齿轮的主要方法；此外，它还是目前加工齿条、尤其是7级精度以上齿条的最重要的方法。但是，当用圆盘刀加工斜齿轮时，相应于每一种螺旋角和旋向的斜齿轮需要一特定的斜齿插齿刀，并且在一般情况下，还需要设计专用的插斜齿附件螺旋导轨。齿条刀插齿机加工外齿轮时，由于齿条刀的长度有限，当插销到一定齿数时工件必须自动退回到原始位置，同时完成分齿动作，因而滚切过程不是连续的，而是周期性的。用同一把齿条刀既可加工直齿又可加工斜齿，但螺旋角越大，刀具切出时需要的空间越大。齿条刀插齿机只有一对分度蜗轮副，并且齿条刀形状简单容易达到高精度，所以加工精度较圆盘刀插齿机高。特别是当切制大模数大直径的外齿轮时，齿条刀插齿机的刀架和齿条刀的刚性都可得到加强，因而可获得较高的加工精度和生产率。圆盘刀插齿机主要用于加工内、外啮合直齿圆柱齿轮，当刀架换装上螺旋导轨时，还可以加工相应的斜齿圆柱齿轮。特别适宜于加工带有台阶的双联或多联齿轮。如采用特殊刀具和专用附件时，可加工各种多边轮廓的工件：无声链轮、棘轮、内外花键、齿形带轮、扇形齿轮、非完整齿齿轮和特殊齿形的离合器、齿条、端面齿轮和锥齿轮等。