弧面蜗杆加工专用数控机床及控制系统设计
89页 35000字数+说明书+任务书+6张CAD图纸【详情如下】
A0主轴箱装配图.dwg
A0变速箱.dwg
A0回转工作台.dwg
A0总装图.dwg
A0纵向进给.dwg
A1主轴.dwg
弧面蜗杆加工专用数控机床及控制系统设计说明书.doc
电路图2张.DDB
设计封皮.doc
弧面蜗杆加工专用数控机床及控制系统设计
摘 要
根据设计任务书的要求，本设计说明书针对球面蜗杆专用数控机床的加工及控制系统进行设计说明。主要内容包括三种球面蜗杆传动原理和加工特点，球面蜗杆专用数控机床的机械结构及控制系统的总体设计方案，进给系统的机械结构设计和数控系统的电路设计。
关键字: 球面蜗杆 数控系统 设计
Arc-worm the numerical control processing of special tools and control system design
Abstract
According to the requirement of the design,this design aims at the machining of Arc-worm numerical control machine and the control system. The main contents include the transmission theory and machining characteristic of three kinds of Arc-worm ,the blue print of the engine configuration of Arc-worm numerical control machine and control system, the design of the feed system’s transmission theory and the circuit design of numerical control system.
目 录
任务书·i
中文摘要·ii
ABSTRACT ii
第1章 绪论·4
第2章 球面蜗杆涡轮的特点·5
2.1 蜗杆蜗轮的形成、类型及其结构5
2.2蜗杆传动的特点及其应用·7
2.3球面蜗杆的加工·8
2.4球面蜗轮的加工9
第3章球面蜗杆蜗轮数控专用机床13
3.1加工球面蜗杆蜗轮传统机床13
3.1．1在滚齿机上加工球面蜗杆和蜗轮·13
3.1.2在改装车床上加工球面蜗杆14
3.2球面蜗杆加工专用机床设计·15
第4章球面蜗杆数控专用机床总体结构方案设计16
4.1加工机床运动的基本要求16
4.2球面蜗杆数控专用机床总体方案·17
4.3专用球面蜗杆数控车床的基本结构18
第5章球面蜗杆数控专用机床的主传动系统设计19
5.1传动结构式和结构网的选择·19
5.1.1主传动的确定，和公比Ф的确定·19
5.1.2确定变速组和传动副数目19
5.1.3确定传动顺序方案·20
5.1.3确定扩大顺序方案20
5.1.4结构网图·20
5.2转速图的拟订·20
5.3传动方案的拟订 ·21
5.4齿轮传动部分的设计· ·23
5.5轴的设计计算· 28
5.5.1轴Ⅱ的设计计算29
5.5.2轴Ⅶ的设计计算· ·29
5.5.3主轴的设计计算· ·35
第6章球面蜗杆数控专用机床的进给系统设计·36
6.1进给系统传动方案拟订36
6.2纵向进给系统的设计计算·36
6.2.1纵向进给系统的设计36
6.2.2纵向进给系统的设计计算 ·37
6.3横向进给系统的设计计算41
6.4齿轮传动间隙的消除 48
第7章球面蜗杆数控专用机床回转工作台设计·49
第8章球面蜗杆数控专用机床控制系统的设计·51
8.1控制系统总体方案的拟定51
8．2总控制系统硬件电路设计·51
8．2．1单片机的设计51
8．2．2系统的扩展54
8．2．3键盘、显示器接口设计·59
8．2．4步进电机控制电路设计61
8．2．5光电隔离电路设计63
8．2．6其他接口电路设计·64
8．2．7部分控制程序65
8．2．8控制系统的软件设计 69
第9章球面蜗杆蜗轮主要参数与润滑油的选用·74
9．1蜗杆与蜗轮主要参数及几何计算 74
9.2 数控机床的润滑油· 78
结束语80
参考文献·81
致 谢·82
这种蜗杆按其蜗旋面的形成特征可分为阿基米德螺线蜗杆、法向直廓蜗杆和渐开线蜗杆，通常都采用前面两种。
蜗杆的技术要求与轴类零件相同，只是增加了蜗杆螺牙的制造程度和光洁度。
在车床上用车刀加工蜗杆是最普通的方法。车蜗杆和车梯形螺纹的方法相类似，所用的车刀刃是直线型的，刀尖角等于2e=40°。一般在蜗杆时将车刀刀刃放于水平位置，并且与蜗杆轴线在同一水平面内，这样加工出来的蜗杆在垂直于轴心线的截面内齿形是阿基米德螺线，所以叫阿基米德蜗杆，它的轴向截面齿形是直线的，法向截面齿形不是直线的。当螺旋线升角较大时，如果仍把车刀刀刃放置在水平位置上，车刃的两个刀刃的前后角就很不理想，总会有一个刀刃是没前角，为了使车刀获得合理的前角和后角，常用的把车刀分别加工蜗杆的两个侧面，或者将车刀刀刃放在蜗杆齿面的法向位置来加工蜗杆，这样加工出来的蜗杆，轴向截面齿形不是直线的，而法向截面齿形才是直线的。所以叫法向直廓蜗杆，也有叫延长渐升线蜗杆的，正因为如此，小螺旋线升角（小于5°）常用阿基米德蜗杆，大螺旋线升角常用法向直廓蜗杆，也是由加工方法而决定的。
当批量较大时，可以在专用铣床或车床改装成专用铣床上，采用长状铣刀和指状铣刀来精铣蜗杆，然后再用车刀来进行精加工，可提高生产率。
如果蜗杆精度要求不太高，通常用车削就可完成加工。但对于高精度的分度蜗杆，或较高精度的高转速传动蜗杆，由于需经淬火处理，故车削只能作为淬火前的加工，而需采用启削作为终加工，用来启削蜗杆的机床，可以用车床改装，也可以用铲启车床，还有专门设计的蜗杆启床（例如S7712蜗杆启床）和精密螺母启床（如S7520W万能螺丝启床）。
2.4弧面蜗轮的加工
普通蜗轮的技术要求与圆柱齿轮基本相同，主要包括三个方面：（1）齿形的加工精度和齿侧；（2）蜗轮胚基准孔，喉结部分的尺寸精度和几何形状精度，基准孔与喉结轴心线的不同轴度，基准端面对基准孔轴心线的不垂直度，如果是嵌入轮圈式蜗轮，还必须对组装的配合表面提出一定的精度要求；（3）装面光洁度。
与圆柱齿轮加工相似，蜗轮加工也是经过蜗轮胚加工和齿形加工两个阶段。齿胚加工与圆柱齿轮齿胚加工基本上相同，但胚加喉结部分的加工，如果是嵌入轮圈式的，首先将轮壳和轮圈分别进行加工，然后组装在一起时进行轮胚的精加工，在进行精加工时，应将喉结，基准孔和基准端面在一次安装下加工出来，或首先加工好基准孔，用心轴定位安装来加工喉结和基准端面，以保证喉结、基准孔的不同轴度，以及基准端面和轴心线的不垂直度。
螺轮齿形的加工是蜗轮整个加工过程中的关键工序，也是加工中的主要矛盾。齿形加工方法有滚齿、飞刀切齿、剃齿等。冶金矿山机械和重型机械厂主要采用滚齿和飞刀切齿。
1.用蜗轮滚刀加工蜗轮
在滚齿机上用蜗轮滚刀加工蜗轮齿形是加工蜗轮的一种基本方法，滚动蜗轮与滚切圆柱齿轮有许多共同点，但椰油很多不同点，这些特点是：
①齿轮滚刀的基本蜗杆没有严格的规定，可以采用阿基米德型，法向直廓型或渐升线型，按工作条件由自己选择，基本蜗杆的直径也可由自己决定。但蜗轮滚刀的基本蜗杆相当于一般加工蜗轮相啮合的蜗杆，不但蜗杆的类型应相同，而且主要尺寸（如轴向模数，分度圆直径，头数，螺旋方向，螺旋升角等）均须一致，只是外径比工作蜗杆稍大一些，以便使加工后的螺轮与蜗杆啮合时有齿顶间隙。坛大量通常为径向间隙的两倍，即2×0.2m =0.4m （m 为轴向模数）。
②蜗轮滚刀水平安装，不需要象加工圆柱齿轮那样刀架要搬角度，同时蜗轮滚刀轴心线应和蜗轮蜗杆传动啮合状态一样，应在蜗轮中心平面内。
③工件的分齿运动应符合蜗杆蜗轮传动速比的关系，即蜗轮滚刀一转，被加工蜗轮应转一个齿（单头滚刀）或几个齿（多头滚刀）。滚齿机分齿蜗轮的计算与加工圆柱齿轮的计算或相同。例如Y38滚齿机：
当Z≤161时，i分齿=a/b*c/d=24k/z
当Z>161时, i分齿=a/b*c/d=48k/z
但滚切蜗轮时，不能忽视蜗轮滚刀的头由文K。
④进给方向，加工圆柱齿轮时，滚刀相对被切齿轮由上向下或由下向上作垂直进给运动。但加工蜗轮时，蜗轮滚刀要保持在蜗轮中心平面内，因此蜗轮滚刀相对工件只能作径向进给或切向进给。
a）径向进给法：这时蜗轮滚刀向被加工蜗轮作径向进刀，逐渐切至全齿深为止。这种方法在生产中应用较广，因为生产率高，而且不需要切向刀架（许多滚齿机往往没有这种附件）。
径向进给运动是滚切过程中被加工蜗轮转一转，滚刀在水平面没被切蜗轮半径方向移动S径毫米，运动是通过径向丝杆来实现的。Y38滚齿机径向供给传动关系。
工作台—蜗轮付Z96/K—蜗杆蜗轮K1/Z30—进给挂轮i进给—接通离合器M1—齿轮Z45/Z36—锥齿轮Z17/Z17—锥齿轮Z17/Z17—蜗杆蜗轮K4/Z20—接通M2—螺旋齿轮X10/Z20—脱落蜗杆K4/Z20—蜗杆蜗轮K4/Z16—锥齿轮Z20/Z25—径向进给丝杆（t=10毫米）—刀架立柱水平移动。
列成计算式：S径=（工作台转一转）*（96/1）*（1/30）*i进给*（45/36）*（17/17）*（17/17）*（4/20）*（10/20）*（4/20）*（4/16）*（20/25）*10
经简化和整理得到径向进给挂轮调整公式：
i进给（径）=（a1/b1）*(c1/d1)=25/4*S径
b)切向进给法：此时用一端为锥形的蜗轮滚刀（也有叫玉米滚刀的），沿被加工蜗轮位切向进给，滚刀和被加工蜗轮的中心距，予先调整到蜗轮蜗杆的中心距A，加工时保持不变，依滚刀齿高由小到大，逐渐切至全齿架。滚刀圆锥部分刀齿依切入和粗加工用，圆锥部分刀齿位精加工和最后修整用。
用切向进给法加工蜗轮时，由于需要滚刀在刀架上作轴向移动，故必须用切向刀架。这时刀具和工件之间的相互运动关系，除了分齿运动外，还需要切向进给运动和差动运动。
切向进给运动：指滚刀沿蜗轮切向（即滚刀本身轴线方向）移动，以实现连续进给的目的。Y38滚齿机是由专用切向刀架来完成的，其传动关系是工作台或工作转一转，
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