数控铣床外齿铣刀架结构设计【4张CAD图纸+毕业论文】【答辩通过】

数控滚铣一体机铣齿刀架部分的设计

摘要  铣齿是一种常用的机械加工方法，普通铣齿不仅生产效率低、加工质量不稳定，而且齿尺寸变化的适应性差，加工成本较高。为了解决这些问题，使加工过程自动化，设计一种专用的数控机床——数控滚铣一体机。本文介绍了数控铣齿机的刀架以及分度盘的基本结构，工作原理，铣齿机有关部件的计算及控制。该数控滚铣一体机利用展成法原理，加工直、斜圆柱齿轮、蜗轮、小锥度齿轮、鼓形齿轮、及花键,该机床适用于重型汽车制造、起重机械、矿山、船舶制造、电梯、冶金、发电设备、工程机械行业等。

关键词  铣齿，数控，一体机，刀架，减速器

Numerical control hobbing and milling integrated machine

about milling machine carriage

Abstract

The milled tooth is one commonly used machine-finishing method, the ordinary milled tooth production efficiency is not only low, the processing quality is unstable, moreover the tooth size change's compatibility is bad, the processing cost is high. In order to solve these problems, causes the processing process automation, tries to design one special-purpose numerically-controlled machine tool-------numerical control hobbling and milling integrated machine.

     This article introduced the numerical control milling machine carriage and the sub-dial basic structure, working principle, calculation and control about relevant components of milling machine. The machine is designed to cut cylindrical spur&helical gears, worm wheels, crowning or slightly tapered gears,splines,and etc. It is suited for various industries, such as heavy truck, lifting machinery, mine, marine, elevator, metallurgy, power generator, engineering machinery, and etc.

Keywords  Gear mill；numerical control；multifunction machine； a reduction gear

目录

1引言1

2设计任务及参数:1

3设计方案计算说明书2

3.1 传动方案的拟定3

3.2切削传动系统设计4

3.2.1 伺服电机的特点4

3.2.2 切削力的计算以及电机的选择：5

3.3 铣齿机刀架系统图及传动计算7

3.4 伺服进给系统的设计步骤及计算9

3.4.3 修正计算结果11

3.4.4 再修正计算结果12

3.4.5 计算几何尺寸13

3.4.6 校核齿根弯曲疲劳强度14

3.5 低速级齿轮传动的尺寸15

3.5.1 选定低速级齿轮的类型、材料及齿数15

3.5.3 修正计算结果16

3.5.4 再修正计算结果18

3.5.5 计算几何尺寸19

3.5.6 校核齿根弯曲疲劳强度20

3.6 轴的设计25

3.6.1 轴的材料选择和最小直径估算25

3.6.2轴的结构设计25

3.7轴的校核28

3.7.1 轴的力学模型的建立28

3.7.2计算轴上的作用力29

3.7.3计算支反力29

3.7.5弯扭强度校核32

3.8 键的选择与校核32

3.9 滚动轴承的选择与校核32

4液压分度盘的设计和计算34

4.1 齿盘式分度工作台34

4.2水平液压缸的选取36

5 使用说明书（SM）38

5.1 主要参数38

5.1.1 数控铣齿机的结构38

5.1.2 刀架结构38

5.1.3 驱动机构38

5.2 数控铣齿机的工作原理38

6标准化审核报告（BS）39

6.1 产品图样的审查39

6.2 产品技术文件的审查40

6.3 标注件的使用情况40

6.4 审查结论40

7结 论40

参考文献41

致谢语43

1引言

   大模数齿轮在大型工程车辆，工程机械以及矿山煤矿的传送有着广泛的作用。对于模数大于16mm的渐开线直齿圆柱齿轮，受加工范围的限制，在普通铣齿机上跟本无法完成。在数控机床上加工大模数齿轮的前提是数控系统具有渐开线轨迹的加工功能。目前大多数数控系统（除西门子840D、FANUC-Oi的高档数控系统）均不具有渐开线轨迹的加工功能。实际应运中，使用经济数控系统，在普通铣床上采用特殊结构的数控改造，可以使用指状铣刀采用展成法来直接加工齿轮的渐开线齿形，并且加工精度远超出规定要求，使得我国机械加工水平无论在加工质量方面还是在加工效率方面都有提高。

   数控滚铣一体机，主要功能是在一个机床本体上，既能完成工件外齿的滚削任务，又能完成内齿铣削任务。当进行滚削加工时，机床大立柱上安装滚齿刀架，这时候相当于一个数控滚齿机。进行内齿加工时，更换铣刀架[1]。

   该机床是采用成型齿轮铣刀对圆柱内、外齿轮的齿型进行铣削加工的机床，该机床可以加工圆柱直齿内、外齿轮，也可以加工圆柱斜齿内、外齿轮。该机床具有高效，高刚度的特点。

    毕业设计是对大学期间所学知识的一次总的检验和巩固，是一次很好的理论联系实际的锻炼，相比以前的几次课程设计，毕业设计对所学基础知识和专业知识的涉及面更加广泛，是知识与实践的有机结合。做好本次毕业设计可以为以后的工作打下坚实的基础和积累丰富的经验，因此本次毕业设计具有很重要的意义。

2设计任务及参数:

     1. 设计参数如表2-1。

 2-1设计参数

工艺条件及要求

工件直径最大模数30工件材料硬度刀具垂直行程滚刀中心距工作台面距离滚刀转速

3000Hbs2401000mm450--145020--200

工艺条件及要求

铣刀盘最大直径工作台最大承重立柱水平行程内铣齿最小加工直径电机

420mm40000kg17001000mm西门子

2、本次设计是加工30模数齿轮的机床（直齿，斜齿，蜗轮蜗杆）。由于加工时间比较长，刀具磨损严重，要求能在不停机状态下完成，滚刀的自动窜刀（100mm）。本机床可以进行，外齿轮滚削加工，和内齿轮铣削加工，加工时通过更换刀架，刀架上的电机随同刀架一起更换。根据设计要求查阅相关资料，掌握机械设计中减速器和分度盘有关知识，了解各个零件的作用和工艺，在设计中合理运用了解的专业知识，绘制装配图、零件图及剖视图，使所画图纸能清晰的表达设计者思想。

本次的任务是设计外齿铣刀架以及带动刀架转动的分度盘[2]。

3设计方案计算说明书

(1) 设计任何一项设计，在设计前都要经过充分的论证才能确定最优设计方案。该课题设计思路是先设计出刀架部分，根据刀架部分的体积、质量等定出分度盘旋转速度、分度盘大小、驱动力及刚度等，最后和立柱部分能够合理的衔接。

初步讨论，有３种方案可供参考：

1：刀架　铣内齿和铣外齿的设计成一个刀架

　　分度盘　选用液压齿条式的液压缸来驱动

2：刀架　铣内齿和铣外齿设计成两个刀架

　 分度盘　选用步进电机串联一个减速器

3：刀架　铣内齿和铣外齿的设计成两个刀架

分度盘　选用液压齿条式的液压缸来驱动

(2) 设计方案分析

第一种方案刀架铣内外齿用同一个刀架，这样设计的优点是自动化程度高，节省了一定的人力物力，但是这样设计结构比较复杂，会给后期的工作带来不小的麻烦。用液压缸来带动分度盘的方案结构简单，可以得到较高的分度精度，且运行可靠，稳定，角度任意完全符合要求。

第二种方案刀架铣内外齿用两个刀架，这样设计会使结构简单，只需要机械传动达到要求即可，但是这样会浪费一定的材料，而且换取刀架需要人力来帮助完成。分度盘用步进电机来串联一个减速器,这样结构庞大，且比较复杂，后期的计算也比较大，不可取。

第三种方案刀架铣内齿和铣外齿的设计成两个刀架，分度盘选用液压齿条式的液压缸来驱动，这样结合了前两种方案的优点，可以考虑选取第三种方案来设计。