内齿轮铣齿机的铣削动力头设计.doc

徐州工程学院毕业设计（论文）图书分类号：密 级：摘要内齿轮铣齿机铣削动力头通过安装在改进的数控磨削铣齿机上，用来加工一定系列的直齿内齿轮。动力头采用双头盘形铣刀来加工不同齿廓的齿面，通过数控回转台以及数控上下滑台实现全齿的铣削，当回转一周即完成一内齿轮的铣削工作。 主要研究内容如下：铣削动力头的驱动电机的选型。传动使用的螺旋锥齿轮选择，设计和计算。铣刀安装与调整方式等的选择。运用AutoCAD绘制铣削动力头的整体装配图、整体零件图、齿轮装配结构图、铣刀安装和调整结构图等。关键词：铣削动力头；螺旋锥齿轮；内齿轮；铣齿机ABSTRACTInner gear cutter milling power head through installs on the improvement numerical control milling machine bed, using for certain series the straight tooth annular gear. The power head uses the double headed disc cutter to process the different tooth profile the tooth face, the sliding table realizes the entire tooth milling through about the numerical control rotary abutment as well as the numerical control, when rotates a week namely to complete an milling annular gear.Main research content as follows:Choosing for Milling power head actuation electrical machinery The transmission use spiral bevel gear chooses, design and computation.The milling cutter installs the way and so on the choice.Using AutoCAD plan milling power head overall assembly drawing, overall detail drawing, gear assembly structure drawing, milling cutter installment and adjustment structure drawing and so onThis topic development inner gear cutter milling power head through installs on the improvement numerical control milling machine bed, uses for certain series the straight tooth annular gear. The power head uses the double headed disc cutter to process the different tooth profile the tooth face, the sliding table realizes the entire tooth milling through about the numerical control rotary abutment as well as the numerical control, when rotates a week namely to complete an milling annular gear.KEY WORDS：Milling power head spiral bevel gear annular gear numerical control milling machine bed目录1 绪论11.1计算机辅助设计概述11.2计算机辅助设计的现状及发展趋势21.3铣齿机简介41.3.1转盘螺旋锥齿轮切削方法41.3.2转盘螺旋锥齿轮加工用刀盘51.3.3调整计算51.3.4试制51.3.5转盘锥齿轮副接触区的修正61.3.6刀具的刃磨61.3.7 检验标准61.3.8 检验项目71.3.9 主要生产厂及输往国家和地区71.3.10 包装及储运71.3.11 齿轮加工数控系统体系结构81.4 本课题完成的主要工作102 内齿轮铣齿机总体结构方案的选定112.1 我国铣齿机设计现状和存在的问题112.2 铣齿机总体布局的基本要求122.3 传动的方案分析和设计122.4 电动机的选择和传动装置运动和动力参数计算142.4.1 电动机的概述142.4.2 结构及各部分的作用142.4.3 原理152.4.4 分类152.4.5 检验标准152.4.6 检验162.4.7 包装及储运162.4.8选择电动机的类型和结构型式172.5 铣齿机基础的选择212.6 铣齿机在基础上的固定和调整222.6.1 固定方式的选择223 动力头的结构及零部件的设计243.1 动力头的总体结构243.1.1箱体243.1.2螺旋锥齿轮243.2.联轴器263.3轴承293.4 轴承盖303.5 齿轮轴303.6轴的计算323.7花键联接的选用364 内齿轮铣齿机箱体的设计394.1铣齿机箱体概述394.2箱体的材料和时效处理394.2.1 箱体的材料选择394.2.2 箱体的时效处理404.3 箱体的截面形状及肋板布置404.3.1截面形状404.3.2 肋板布置404.5 方案的选定425 总结43参 考 文 献44致谢45附录469徐州工程学院毕业设计（论文）1 绪论1.1计算机辅助设计概述计算机辅助设计(computer aided design,CAD)是一种用计算机硬、软件系统辅助人们对产品或工程进行设计的方法与技术，包括设计，绘图、工程分析与文档制作等设计活动，它是一种新的设计方法，也是一门多学科综合应用的新技术。从技术角度看，CAD技术把产品的物理模型转化为存储在计算机中的数字化模型，从而为后续的工艺，制造，管理等环节提供了共享的信息源。现在CAD技术已不仅仅用于自动绘图或三维建模，而已成为一种广义的、综合性的关于设计的新技术，它涉及以下基础技术(1)图形处理技术。如二维交互图形技术、三维几何造型技术及其他图形输入输出技术(2)工程分析技术。如有有限元分析、优化设计方法、物理特性计算（如面积、体积、惯性矩等计算）、模拟仿真以各行各业中的工程分析等。(3)数据管理与数据交换技术。如产品数据管理(PDM)、数据库、异构系统间的数据交换和接口等。(4) 文档处理技术。如文档制作、编辑及文字处理等。(5) 界面开发技术。如图形用户界面、网络用户界面、多通道多媒体智能用户界面等。(6) 基于Web的网络应用和开发技术。任何设计都表现为一种过程，每个过程都由一系列设计活动组成。活动间既有串行的设计活动，也有并行的设计活动，目前设计中的大多数活动都可以用CAD技术来实现，但也有一些活动目前尚很难用CAD技术来实现，如设计的需求分析、设计的可行性研究等。将设计的过程中能用CAD技术实现的活动集合在一起就构成了CAD过程，图（1）说明了设计过程与CAD过程的关系。随着CAD技术的发展，设计过程中越来越多的活动都能用CAD工具加以实现，因此，CAD技术的覆盖面将越来越宽，以至整个设计过程就是CAD过程。 图1 设计过程与CAD过程的关系在过去50多年中，CAD技术经历了五个主要发展时期(1)世纪50年代。美国麻省理工学院（MIT）于1950年在它研制的名为“旋风”的计算机上采用了阴极射线管（CRT）做成的图形终端，并能被动地显示图形。(2) 20世纪60年代。这是交互式计算机图形学发展的最重要时期。1962年美国学者Ivan Sutherland研究出了名为Sketchpad的系统，这是一个交互式图形系统，能在屏幕上进行图形设计与修改，开始出现CAD术语。(3) 20世纪70年代。计算机交互图形技术和三维几何造型技术(线框、曲面和实体模型)为CAD技术的发展奠定了基础。总的说，70年代是CAD单元技术的发展和应用阶段，个功能模块渐趋完善，但数据结构尚不统一，应用主要集中在计算机绘图和有限元分析方面，集成性差。(4) 20世纪80年代。随着超级微型机和32位字长的工程工作站迅速占领市场，各CAD厂商将原来在大型机和小型机上的CAD/CAM系统纷纷向新的硬件平台移植或重新开发。这一阶段的应用特点是从二维绘图发展为三维建模，实现了CAD/CAE/CAM的集成，应用取得了显著效益(5) 20世纪90年代。随着世界市场的多变与激烈竞争，随着各种先进设计理论和先进制造模式的发展，随着高档微机、操作系统和编程软件的发展，随着因特网的迅速发展，CAD技术正在经历着前所未有的发展机遇与挑战，正向集成化、网络化、智能化和标准化方向发展。1.2计算机辅助设计的现状及发展趋势CAD技术推动了几乎一切领域的设计革命，对加速工程建设和缩短产品开发周期、提高产品质量、降低成本、增强企业的市场竞争能力与创新能力发挥着重要作用。CAD技术已成为衡量国家科技与工业现代化的重要标志之一，成为企业信息化的重要技术基础。分析CAD技术的发展趋势，主要表现在四个方面 1集成化 在一个由多种软件组成的复杂系统中，例如计算机集成制造（CIMS）、并行工程（CE）等，集成的含义有多种，一般有功能集成、信息集成 过程集成及动态联盟中企业的集成此处所说的集成是指信息集成。由于设计是产品开发的首要环节，因此，CAD信息处于产品生命周期中信息链的源头。为了提高系统的集成水平，CAD技术必须在以下几个方面提高水平(1) 数字化产品建模。必须提供针对产品全生命周期的统一的产品模型，该模型应该符合某种标准或者规范，其内容应该包括产品结构形状、设计过程以及设计所用的知识；在建模技术上，应该能提供性能优良的特征建模、参数化设计、变量化设计等方法。(2) 产品数据交换。除了提供按目前已有的交换规范或者标准所开发 中性交换文件及其接口（如DXF,IGES,STEP文件）外，还需要发展新的交换思想和规范（如VRML,XML文件等）。(3) 产品数据管理。应继续改进与提高PDM软件性能，有效管理与产品相关的所有数据以及与产品相关的所有过程。(4) 继续改进与开发各种CAx(CAD,CAE,CAPP)以及DFx(DFA,DFM,DFT)并使它们有机地集成起来。2网络化因特网及Web技术的发展，迅速将设计工作推向网络协同的模式，因此，CAD技术必须在以下几个方面提高水平能够提供基于因特网的完善的协同设计环境。提供网上多种CAD应用服务，例如设计任务规划，设计冲突检测与消解、网上虚拟装配等工具。 3智能化现有的CAD技术在机械设计中只能处理数值型的工作，包括计算，分析与绘图。然而在设计活动中存在另一类符号推理型工作，包括方案构思与拟定、最佳方案选择、结构设计、评价、决策以及参数选择等。这些工作赖于一定的知识模型，采用符号推理方法才能获得圆满解决。因此将人工智能技术，特别是专家系统技术，与传统CAD技术结合起来，形成智能化CAD系统是机械CAD发展的必然趋势。以下几个问题应该给予更多的注意(1) 发展新的设计理论与方法。例如并行设计的理论，概念设计的理论，创新设计的理论等。(2)继续深入研究机械设计型专家系统的一些基本理论与技术问题。例如设计知识模型的表示与建模、知识获取、工具系统的技术等。4标准化随着CAD技术的发展，工业标准化问题越来越显出它的重要性。迄今已制定了不少标准，随着技术进步，新标准还会出现，基于这些标准推出的有关软件是一批宝贵的资源，用户的应用开发常常离不开它。1.3铣齿机简介铣齿机可使用于重型机器制造、造船、矿业、石油和冶金工业中, 用来少量或成批加工大模数的螺旋锥齿轮。其主要参数如下:加工锥齿轮最大直径1 600 mm加工锥齿轮的平均法向模数8 22加工锥齿轮最大外齿高(大端) 60 mm加工锥齿轮最大齿面宽250 mm加工锥齿轮的齿数范围10 50加工锥齿轮的节锥角5 80切齿最大传动比101最大双曲线位移260 mm1.3.1转盘螺旋锥齿轮切削方法转盘螺旋锥齿轮切削方法的选择取决于齿型参数、生产特点、对接触区的质量要求等因素。a) 粗切通过三面或双面刀盘在一个切削行程内完成, 采用双面刀盘同时切出大小齿槽的两侧齿面。b) 精切按照精切大小齿轮同时加工的数目和铣齿机重新调整的次数分为普通双面法、旋转单面法、普通单面法、双重双面法。综合各种具体因素, 选择普通双面法进行加工。所谓普通双面法就是在加工大齿轮时一次调整同时加工齿的凸面和凹面, 而加工小齿轮时对齿的凸面和凹面采用不同的调整状态单独完成切削过程。由于切削大齿轮同时加工齿的凹凸面, 显著提高了劳动效率, 适用于批量生产, 但所用刀盘刀具错刀量必须保证获得应有齿厚。1.3.2转盘螺旋锥齿轮加工用刀盘a) 粗切刀盘用于粗切的刀盘通常有双面刀盘和三面刀盘。双面刀盘具有外刀和内刀。三面刀盘有外刀、内刀和中刀。双面刀盘主要用于滚切法粗切节锥角50以内的齿轮; 三面刀盘则是用切入法粗切节锥角大于50的齿轮。采用切入法粗切大齿轮, 应该使用3 面刀盘, 带外、中、内3 种刀具, 由于不具备条件, 只好改为双面刀盘, 其结果可导致生产效率下降。b) 精切刀盘精切刀盘通常有双面和单面刀盘。前者具有外刀、内刀2 种刀具型式, 可同时加工齿的凹、凸面, 用于切制大轮。单面精切刀盘用于精切小轮, 它只有内刀或外刀, 用于切齿的凸面或凹面。1.3.3调整计算a) 计算过程建立在厂家提供的公式之上并根据计算原理对其进行了校核。b) 了解计算过程、方法, 对调整数据进行手算。c) 准确编制5A 284 苏联铣齿机调整计算程序。d) 利用计算程序, 对示范齿轮进行计算, 结果完全符合资料所给出的结果(包括中间、最后结果)。计算程序编制准确。e) 计算时需确认系数F e 和F h。F e为接触区长度系数, F h 为接触区高度系数, 选取如表1。鉴于F e, F h 的选取对计算结果影响较大, 程序对F e, F h每隔0. 01 取值, 同时监测几个主要的数据, 如假想冠轮齿数, 径向调整数值, 刀具形成直径, 工作台横向移动, 准双曲线移动。通过计算发现在F e= 0. 58,F h= 0. 87 时, 最为符合要求。表1F e 和F h 的选取加工精度等级齿长系数Fe 齿高系数Fh4 5 0. 65 0. 80 0. 75 0. 906 7 0. 60 0. 75 0. 75 0. 907 9 0. 50 0. 70 0. 70 0. 8510 12 0. 45 0. 65 0. 60 0. 801.3.4试制a) 进刀先将根锥角加到尺寸, 安装距留余量, 粗切后逐渐将安装距加到尺寸。b) 刀高考虑铣齿机结构的特殊性, 兼顾刀具的重磨, 从刀尖到铣齿机刀具心轴的距离h 发生变化。理论上要求h= 0, 但采用测高量具测量h= 19 mm ,对相关数据进行了调整, 保证根锥角及安装距离增加到尺寸后所切齿深准确。c) 铣齿机前后铣齿机排削出口处规定在铣齿机后面, 其对面为铣齿机前面。在工作物架底板装有调整铣齿机是工作物架横向移动的机构。移向摇台前, 工件与刀盘间距缩小, 所切齿深增大, 相反则减少。d) 垂直轮位粗切时垂直轮位应处于零位,否则所切齿形有误。1.3.5转盘锥齿轮副接触区的修正锥齿轮副接触区的大小、形状、位置对转盘的平稳转动、使用寿命和噪声有直接影响。齿面接触区是衡量转盘锥齿轮质量的重要标志之一。采用以大轮为基准, 小轮精铣各面后分别在锥齿轮检查机上检查齿面接触区, 然后, 再上铣齿机根据实际情况修正小轮。1.3.6刀具的刃磨刀具有2 种刃磨方式, 湿磨时, 将苏制磨齿胎具稍加改进后使之可在M 7130 型平面磨床上使用, 所磨刀具锋利, 耐用。一次装夹可磨6 把刀具, 效率高。干磨时, 可重新设计干磨胎具, 一次可磨1 把, 效率低, 但符合已有工艺习惯, 所磨刀具质量较好, 可满足生产需要。1.3.7 检验标准齿轮加工铣齿机主要采用国家标准、行业标准，个别产品尚有企业标准。国家标准均等效目前国际标准或工业先进国家标准，此外尚有50多个相关标准。所有产品均有质量分等标准，出口产品不得低于一等品。主机的专业标准有：GB4686-84插齿机精度，JB/T3193-92插齿机技术条件，JB/T54458-94插齿机产品质量分等，GB9059-88精密插齿机精度，ZBnJ56006-88精密插齿机制造与验收技术条件，JB5571-91齿条插齿机精度，JB/T6343-92齿条插齿机技术条件，JB/T6606-93高速插齿机技术条件，JB/T6342-92数控插齿机技术条件，GB8064-98滚齿机精度，JB/T6344-92滚齿机技术条件，JB/T54468-94滚齿机产品分等规定，JB5569-91精密滚齿机精度，JB/T54505-94精密滚齿机质量分等规定，JB/T6345-92重型滚齿机技术条件，JB/T5570-91卧式滚齿机精度，JB/T6346-92卧式滚齿机技术条件，ZBJ56005.2-88、JB/T6597-93小模数齿轮滚齿机精度，ZBJ56005.3-88小模数齿轮滚齿机制造验收技术要求，JB/T4177-93直齿锥齿轮刨齿机技术条件，JB4176-86直齿锥齿轮刨齿机精度，JB/T54457-94直齿锥齿轮刨齿机产品质量分等，JB6095-92直齿拉齿机精度，JB/T54011-93直齿锥齿轮拉齿机技术条件，JB2267-86弧齿锥齿轮铣齿机精度，JB/T3192-93弧齿锥齿轮铣齿机技术条件，JB/T54450-94弧齿锥齿轮铣齿机质量分等，JB/T3732-94剃齿机精度，JB/T3865-92剃齿机技术条件，JB/T5451-94剃齿机质量分等，JB3953-85弧齿锥齿轮磨齿机精度，JB/T3954-96弧齿锥齿轮磨齿机技术条件，JB3988-85蝶形砂轮磨齿机精度，JB3991-85锥形砂轮磨齿机精度，JB3993-85蜗杆砂轮磨齿机精度，JB3990-85成形砂轮磨齿机精度，JB3992-85大平面砂轮磨齿机精度，JBn3989-85渐开线圆柱齿轮磨齿机制造验收技术要求，ZBJ56007-88齿轮导角机精度，JB/T6347-92齿轮导角机技术条件等。1.3.8 检验项目检验时除按相关标准和产品技术条件要求检查外，主要进行精度和性能检验，各类齿轮加工铣齿机的精度，检验项目均在10项以上。几何精度：包括安装加工件的主轴(心轴)及工作台等项的有关精度，安装刀具的主轴(心轴)及刀架等项的有关精度，以及两者间的相关和相互位置精度。传动精度：包括长周期误差和短周期误差。工作精度：是指对加工件进行测量的检验项目，包括周节偏差、周节累积误差、齿向误差和齿面粗糙度等。 精度检验时还须参照JB2670-82金属切削铣齿机精度检验通则进行。1.3.9 主要生产厂及输往国家和地区目前生产出口齿轮加工铣齿机的主要厂家有：天津第一铣齿机总厂、重庆铣齿机厂、秦川铣齿机厂、南京铣齿机厂、南京第二铣齿机厂、上海第一铣齿机厂等，其产品主要销往美国、香港、东南亚、巴基斯坦、孟加拉、中东及欧洲等30余个国家和地区。1.3.10 包装及储运齿轮加工铣齿机多采用木箱包装，各木箱生产厂家在制造木箱时，依据GB7284-98框架木箱，GB/T13384-92机电产品包装通用技术条件及相关标准。上述标准对包装箱的材质、结构、含水率等项目做了具体规定。包装箱检验抽样判定时还须参照SN/T0275-93出口商品运输包装木箱检验规程。箱内铣齿机应进行有效的固定和衬垫，其电器及加工未涂漆表面应做防锈防潮处理，其防锈有效期为两年。在存放及滞港期间铣齿机类产品应库内保管，暂时露天存放时应垫高并加苫盖防止雨淋、水浸。箱面重心、防雨、勿倒置、轻放等标识应齐全，以保证运输时产品完好、安全运抵目的地。1.3.11 齿轮加工数控系统体系结构传统齿轮加工铣齿机的运动关系复杂，以滚齿机(或蜗杆砂轮磨齿机)为例，在齿轮铣齿机中存在着展成分度链、差动链、进给传动链等。调整既复杂又费时。快速趋近、工进、快退的位置和距离都需要精心调试或试切才能完成，且需要的辅件多。 为了提高齿轮加工精度和加工效率，到了20世纪80年代以后，国内外开始对齿轮加工铣齿机进行数控化改造和生产数控齿轮加工铣齿机。特别是近年来，由于微电子技术的迅速发展和以现代控制理论为基础的高精度、高速响应交流伺服系统的出现，为齿轮加工数控系统的发展提供了良好的条件和机遇。我们将齿轮加工系统分为全功能和非全功能两大类。1）非全功能齿轮加工数控系统的结构 配这类数控系统的铣齿机进给轴为数控轴，多采用伺服系统。由于80年代齿轮加工数控化刚开始起步，当时数控技术无法满足齿轮加铣齿机展成分度链的高同步性的要求,因此展成分度链和差动链仍为传统的机械传动。这种数控加工方式，调整比机械式齿轮加工铣齿机要方便的多。它们可以通过几个坐标轴的联动来实现齿向修形齿轮的加工，省去了传统加工修形齿轮所需要的靠模等装置，提高了生产率和加工精度。但是这类齿轮加工数控系统属经济型数控系统，由于其展成分度链和差动链仍为传统的机械式，齿轮加工精度取决于机械传动链的精度。目前这种齿轮加工数控系统多用于对现有机械式齿轮加工铣齿机的数控改造。 2）全功能齿轮加工数控系统的结构 近年来，由于计算机技术的迅猛发展和高精度、高速响应的伺服系统的出现，全功能数控齿轮加工铣齿机已成为国际市场上的主流产品。全功能数控指不仅齿轮铣齿机的各轴进给运动是数控的，而且铣齿机的展成运动和差动运动也是数控的。目前展成分度链和差动链的数控处理方法不尽相同，有基于软件插补以及基于硬件控制的两种类型。3）基于软件差补的齿轮加工数控系统 这类数控系统的刀具主轴一般采用变频装置控制，工件主轴通过数控指令经伺服电动机直接驱动。目前国产数控齿轮加工铣齿机所配置的数控系统大多为国外知名品牌的通用数控系统，因而都是采用这种基于软件插补的数控加工方式。 基于软件插补方法的优点是工件主轴的转速完全由数控系统的软件控制，因此，可以通过编制适当的软件，用通用的刀具来高精度快速地加工非圆齿轮、修形齿轮，且加工精度远远高于传统的机械靠模加工方法。目前，由于控制精度、动态响应等方面的原因，基于软件插补的齿轮加工数控系统还不能胜任高速高精度磨齿机的要求。随着计算机速度的不断提高、新控制方法的出现和控制精度的提高，这种方法的应用面越来越广。基于硬件控制的齿轮加工数控系统在传统齿轮铣齿机的展成分度链中，刀具和工件是由同一个电动机来拖动的，传动链很长，并常需要采用精度不易提高的传动元件(如锥齿轮、万向联轴节等)，所以提高铣齿机精度受到限制制。 目前多采用光电盘脉冲分频分度传动链。砂轮主轴以固定转速旋转，并带动发信元件(如光电盘)，光电盘信号经数字分频后，控制工件轴伺服电机以一定的转速旋转以实现精确分度传动关系。同时把铣齿机的差动链也纳入控制系统。 基于硬件控制的齿轮加工数控系统的优点：采用硬件控制，特别是采用高同步精度的锁相伺服控制时，精度高，响应速度快。缺点：机构上比较复杂，比软件插补的方式多一个硬件控制电路部分。硬件控制的电子齿轮比(差动系数、主传动比)，目前还不能做到实时修改，即不能实时改变工件主轴的转速，因而不能用于加工非圆齿轮等。 非全功能数控系统由于加工精度取决于机械传动链，仍存在交换挂轮，操作较繁，已较少使用。目前多用于现有机械式齿轮加工铣齿机的数控化改造；基于软件插补的齿轮加工数控系统具有柔性大的优点，可以很方便地通过程序控制，能加工非圆齿轮和各种修形齿轮，因而在加工精度不高的滚齿机和插齿机中有广泛的应用；基于硬件控制的齿轮加工数控系统，由于展成运动是直接采用硬件控制，特别是采用跟踪精度极高的锁相伺服技术时，能很好地保证齿轮铣齿机差动和展成运动精度，响应速度快，但柔性差，适于加工精度要求高的磨齿机。 全功能的齿轮加工数控系统在国际上已是主流产品，也必将在国内成为主流产品1.4 本课题完成的主要工作本课题运用CAD技术对内齿轮铣齿机动力铣削头进行设计能够缩短产品设计周期、减轻设计人员的工作强度、降低设计成本、增强企业的市场竞争能力。(1) 广泛查阅资料，了解国内外CAD技术的发展现状；深入分析研究铣齿机的结构。(2) 对内齿轮铣齿机铣削头进行方案的论证。(3) 对电动机的选择和参数进行设计。(4) 完成铣削头的总体的装配图和零件图的设计。(5) 完成内齿轮铣齿机的论文编写工作。徐州工程学院毕业设计（论文）2 内齿轮铣齿机总体结构方案的选定2.1 我国铣齿机设计现状和存在的问题我国是世界上铣齿机产量最多的国家，但在国际市场竞争中仍处于较低水平；即使国内市场也面临着严峻的形势，一方面国内市场对各类铣齿机产品特别是数控铣齿机有大量的需求，而另一方面却有不少国产铣齿机滞销积压，国外铣齿机产品充斥市场。90年国外数控铣齿机在我国市场的占有率仅达15%左右，而95年已达77%。严重影响我国数控铣齿机自主发展的势头。 这种现象的出现，除了有经营上、产品制造质量上和促销手段上等原因外，一个主要的原因是我国生产的数控铣齿机品种、性能和结构不够先进，新产品(包括基型、变型和专用铣齿机)的开发周期长，从而不能及时针对用户的需求提供满意的产品。具体地说，这个问题反映在下列五个方面：(1) 我国铣齿机厂目前开发基型产品的周期约为1518个月，其中设计时间约为58个月，占总周期的40%左右。而国外一些先进铣齿机厂同类基型产品的开发周期为69个月，其中设计约1.52个月，只占25%。因此无论是产品开发的总周期还是设计所占的时间比例均与国外先进水平有很大的差距。 (2) 我国工厂由于缺乏设计的科学分析工具(如分析和评价软件、整机结构有限元分析方法以及铣齿机性能测试装置等)，自行开发的新产品大多基于直观经验和类比设计，使设计一次成功的把握性降低，往往需要反复试制才能定型，从而可能错过新产品推向市场的良机。 (3) 用户根据使用需要，在订货时往往提出一些特殊要求，甚至在产品即将投产时有的用户临时提出一些要求，这就需要迅速变型设计和修改相应的图纸及技术文件。在国外，这项修改工作在计算机的辅助下一般仅需数天至一周，而在我国铣齿机厂用手工操作就至少需12个月，且由于这些图纸和文件涉及多个部门，常会出现漏改和失误的现象，影响了产品的质量和交货期。 (4) 现在我国工厂设计和工艺人员中青年占多数，他们的专业知识和实际经验不足，又担负着开发的重任。 (5)由于长期以来形成的设计、工艺和制造部门分立，缺乏有效的协同开发的模式，不能从制订方案开始就融入各方面的正确意见，容易造成产品的反复修改，延长了开发的周期。 为解决这些问题，必须对产品开发的整个过程综合应用计算机技术，发展优化和仿真技术，提高产品结构性能，并建立起基于并行工程(Concurrent Engineering)的使设计、工艺和制造人员协同工作和知识共享的产品虚拟开发环境，使用相应的产品虚拟开发软件，这样才能有效地解决产品开发的落后局面，使企业取得良好的经济效益。 2.2 铣齿机总体布局的基本要求(1) 铣齿机布局首先必须满足用户提出的各种要求。如铣齿机的加工范围、工作精度、生产率、和经济性等等。(2) 确保实现即定工艺方法所要求的工件和刀具的相对位置与相对运动。在经济、合理的条件下，尽量采用较短的传动链，以简化机构，提高传动精度和传动效率。(3) 确保铣齿机具有与所要求的加工精度相适应的刚度、抗震性、热变形及噪声水平。(4) 通用铣齿机必须满足参数标准和系列型谱中关于铣齿机布局方面的规定。同时，还应最大限度地考虑铣齿机的系列化和部件的通用话程度。(5) 对于生产率和自动化程度较高的铣齿机或专用铣齿机，应力求便于自动上下料及纳入自动线。(6) 应便于观察加工过程；便于操作、调整和维修铣齿机，便于输送、装卸工件和排除切屑；注意铣齿机防护，确保安全生产。(7) 铣齿机结构简单，合理可靠，便于加工和装配，并注意采用新技术。(8) 体积小，重量轻，节省原材料，降低制造成本，缩小铣齿机占地面积，外形美观大方。2.3 传动的方案分析和设计一般工作机器通常由原动机，传动装置和工作装置三个基本职能部分及其操作控制装置组成。传动装置传送原动机的动力，变换及其运动，以实现工作装置预定的工作要求，它是机器的主要组成部分。实践证明，传动装置的重量成本通常在整台机器中占有很大的比重；机器的工作性能和运转费用在很大程度上也取决于传动装置的性能，质量及设计布局的合理性。由此可见，在内齿轮铣齿机中合理拟定传动方案具有重要意义。分析和选择传动装置的类型及其组合是拟定传动方案的重要一环，这时应综合考虑工作装置的载荷，运动及其机器的其他要求，再结合各种传动机构的特点和适用范围，加以分析比较，合理选择。为便于选择，将常用减速器的型式进行筛选。传动系统应有合理的顺序和布局。除必须考虑各级传动机构所适应的速度范围外，下列几点可供参考。传动承载能力较低，在传递相同转矩时结构尺寸较啮合传动大；但带传动平稳，能缓冲吸震，应尽量置于传动系统的高速级。一般滚子链传动不均匀，有冲击，宜布置在低速级。蜗杆传动的传动比大，承载能力较齿轮低，常布置在传动系统的高速级，以获得较小的结构尺寸；同时，由于有较高的齿面相对滑动速度，易于形成液体动压润滑油膜，也有利于提高承载能力和效率。锥齿轮的加工比较困难，一般宜置于高速级，以减少其直径和模数。但需注意，当锥齿轮的速度过高时，其精度也需相应提高，此时还应考虑能否达到所需制造精度及其成本问题。斜齿轮传动较直齿轮传动平稳，相对应用于高速级。开齿轮传动一般工作环境较差，润滑条件不良外廓紧凑性可低于闭式传动，应布置于在低速处。制动器通常设在高速轴。传动系统中位于自动装置后面不应出现带传动。摩擦传动和摩擦离合器等重载时可能出现摩擦打滑的装置。为简化传动装置，一般总是将改变运动形式的机构布置在传动系统的末端或低速处。对于许多传动装置也是如此，以免造成大的累积误差和降低传动精度。传动装置的布局应该紧凑，均匀，强度和刚度好，并且应该适用与工厂工人操作和便于装拆和维修。在传动装置的布局中，必须注意防止因过载或疏忽儿造成机器损坏和人员伤亡，可视具体情况装安全保险装置。在一台机器中可能有几个彼此之间必须严格协调运动的工作构件。由于本设计中的铣齿机对传动装置的转速要求不高，但是必须保证其传动的稳定性，很耐用性，以及的一定高的转速。因此在这个方案中采用了锥齿轮传动。使整个设计方案变得紧凑，均匀，刚度和强度也比较强。如图2-1： 图2-1内齿轮铣齿机的传动方案设计图2.4 电动机的选择和传动装置运动和动力参数计算2.4.1 电动机的概述原动机是机器中运动和动力的来源，其种类很多，有电动机，内燃机，蒸汽机，水轮机，汽轮机，液动机等。电动机构造简单，工作可靠，控制简便，维护方便，一般生产机器上都采用电动机驱动。电动机已经系列化，通常有专门工厂按标准系列成批或大量生产。机械设计中应该根据载荷（大小，特性及其变化情况），工作要求（转速高低，允许差值，调速要求，起动和反转频繁程度），工作环境（尘土，金属屑，油，水，高温及爆炸气体等），安装要求及其尺寸，重量有无特殊限制等条件，从产品目录中选择电动机的类型和结构型式，容量和转速，确定具体型号。2.4.2 结构及各部分的作用一般电动机主要由两部分组成：固定部分称为定子，旋转部分称为转子。另外还有端盖、风扇、罩壳、机座、接线盒等。定子的作用是用来产生磁场和作电动机的机械支撑。电动机的定子由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成。定子绕组镶嵌在定子铁心中，通过电流时产生感应电动势，实现电能量转换。机座的作用主要是固定和支撑定子铁心。电动机运行时，因内部损耗而发生的热量通过铁心传给机座，再由机座表面散发到周围空气中。为了增加散热面积，一般电动机在机座外表面设计为散热片状。电动机的转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。转子铁心也是作为电动机磁路的一部分。转子绕组的作用是感应电动势，通过电流而产生电磁转矩。转轴是支撑转子的重量，传递转矩，输出机械功率的主要部件。2.4.3 原理电动机的工作原理是建立在电磁感应定律、全电流定律、电路定律和电磁力定律等基础上的。三相交流异步电动机转子转动的原理图(图中只示出两根导条)，当磁极沿顺时针方向旋转，磁极的磁力线切割转子导条，导条中就感应出电动势。电动势的方向由右手定则来确定。因为运动是相对的，假如磁极不动，转子导条沿逆时针方向旋转，则导条中同样也能感应出电动势来。在电动势的作用下，闭合的导条中就产生电流。该电流与旋转磁极的磁场相互作用，而使转子导条受到电磁力F，电磁力的方向可用左手定则确定。由电磁力进而产生电磁转矩，转子就转动起来。2.4.4 分类按其功能可分为驱动电动机和控制电动机；按电能种类分为直流电动机和交流电动机；从电动机的转速与电网电源频率之间的关系来分类可分为同步电动机与异步电动机；按电源相数来分类可分为单相电动机和三相电动机；按防护型式可分为开启式、防护式、封闭式、隔爆式、防水式、潜水式；按安装结构型式可分为卧式、立式、带底脚、带凸缘等；按绝缘等级可分为E级、B级、F级、H级等。2.4.5 检验标准电动机的检验标准在国际上广泛采用的是国际电工委员会(IEC)的现行有效标准。我国电动机生产的国内标准主要是国家标准和行业标准。常用的标准有：GB755旋转电机基本技术要求；GB10068旋转电机振动测定方法及限值；GB10069旋转电机噪声测定方法及限值；GB1032三相异步电动机试验方法；GB1029三相同步电机试验方法；GB5171小功率电动机通用技术要求；JB1136微型单相交流串激电动机和试验方法；ZBK22007-88Y系列三相异步电动机技术条件等。2.4.6 检验电动机的性能检验分为检查试验和型式试验两大类。(1)检查试验项目包括：A.绕组对接地端及绕组相互之间的绝缘电阻的测定；B.耐电压试验；C.绕组在实际冷态下直流电阻的测定；D.电动机的空载试验；E.电动机的堵转试验；F.空载特性及运行平滑程度检查(轴承应平稳轻快，无停滞现象，声音均匀和谐而无有害杂音)；G.相序检查；H.直流，单相串激，交流整流子电机的火花试验；I.直流电动机固有转速调整率的测定；J.铭牌和接地标志检查；K.外观及外部装配质量检查(油漆、吊环、螺栓、接线盒等)；L.包装检查(内外包装强度，防潮措施，包装内的定位措施，随机文件及附件，中性包装因素的考核)；M.各类电机产品技术条件规定的其他检查试验项目。N.各类电机产品技术条件规定的其他检查试验项目。(2)遇到下述情况之一者,必须进行型式试验：制造厂家首次试制或小批量生产时；电动机设计或工艺发生重大变动时；当出厂试验结果与从前进行的型式试验结果发生不可容许的偏差时；成批的电动机定期抽试,至少每年一次。(3)产品型式试验内容：温升负载试验；噪声、振动的测定；防护等级报告检查；产品技术条件要求的其他型式试验项目。2.4.7 包装及储运出口电动机为适合长途运输,应采用坚固的包装,目前出口电动机使用的包装有纸箱、木箱、木笼箱等,均应符合相关的出口包装要求。电动机应存放在通风良好、场地干燥的仓库内,避免潮湿、雨淋和曝晒。搬运时应注意文明装卸,避免摔砸。工业上一般用三相交流电源，无特殊要求一般应选三相交流异步电动机。最常用的电动机是Y系列笼型三相异步交流电动机。其效率高、工作可靠、维护方便、价格低，适用于不易燃、不易爆，无腐蚀性气体和无特殊要求的场合。由于起动性能较好，也适用于某些要求较高起动转矩的机械。另外一种选择就是带有减速装置的齿轮电机，其输出转矩较大，但转速较低。如安吉富齿轮电机有限公司生产的U系列，MNGW系列减速电机。在选型时应考虑其工作状况，比如需要经常起动、制动和反转的机械，要求电动机有较小转动惯量和较强的过载能力，应选用起重及冶金用的YZ（笼型）系列或YZR（绕线型）系列异步电动机。电动机的结构型式，按安装位置不同，有卧式和立式两类；按防护方式不同有开启式、防护式（防滴式）、封闭式及防爆式等。可根据安装需要和防护要求选择电动机结构型式。常用结构型式为卧式封闭型电动机。2.4.8选择电动机的类型和结构型式生产单位一般用三相交流电源，如无特殊要求通常都采用三相交流异步电动机。我国已经制定统一标准的Y系列是一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相交流异步电动机，适用于不易燃，不易爆，无腐蚀性气体和无特殊要求的机械，如金属切削铣齿机，风机，输送机，搅拌机，农业机械和食品机械等。由于Y系列电动机还具有较好的启动性能，因此也适用于某些启动要求高的机械。在经常启动，制动，反转的场合，要求电动机转动惯量小和过载能力大，此时宜选用起重及冶金用的YZ型或YZR型三相异步电动机。因此要设计内齿轮铣齿机的电动机我们必须假定一些参数。现在假设：电动机的有效拉力F=2500N，齿轮的线速度V=1.6m/s。齿轮直径D=450mm，在室内常温下长期连续工作，载荷平稳，单向运转，环境有灰尘，无其他特殊要求。（1）在这种情况下我们选择Y系列一般用途的全封闭自扇冷鼠笼三相异步电动机。（2）确定电动机功率工作装置所需功率P按式（为传动力，为转速）.式(2-2)式中，工作装置的效率本例考虑锥齿轮及其轴承的效率取。代入上式得：=4.17kw电动机的输出效率按式（2-1）计算：.式(2-1)式中为电动机轴至锥齿轮的传动装置总效率。为工作装置的功率。有式.式(2-4)由表2-4.取圆锥齿轮传动效率=0.98，滚动轴承效率=0.995，8级精度齿轮传动效率=0.97。弹性联轴器效率=0.99，则=0.93故 =4.48 kw因载荷平稳，电动机额定功率只需略大于即可。查表得Y系列电动机技术数据，选电动机的额定功率为5.5kw。（3）确定电动机转速电动机的齿轮，其转速为：运用公式（D为直径，为转速）.式(2-3)得查表推荐的各传动机构传动比范围：单级圆锥齿轮传动的范围i=2-3，单级圆柱齿轮传动的范围为i=3-5，可见电动机转速的可选范围n=i*n=(6-15)*67.91=407.46-1018.65 r/min符合这个范围的同步转速有750r/min和1000r.min两种，为减少电动机的重量和价格，差标得常用的Y系列电动机Y132M2-6，其满载转速=960r/min。电动机的中心高，外形尺寸，轴伸尺寸等均可由表查得。计算传动装置的总传动比和分配各级传动比.式(2-6)分配传动装置各级传动比由式式(2-5)取传动比=3，则齿轮传动比计算传动装置的运动和动力参数（1）各轴的转速由式式(2-7)1轴 =960r/min2轴 工作轴 各轴输入功率由式式(2-8)得1轴 2轴 工作轴 各轴输入转矩由式.式(2-9)得1轴 2轴 工作轴电动机输出转矩表2-1将以上算得的运动和动力参数列表如下： 轴名参数电动机轴1轴2轴工作轴转速（r/min）96096067.9167.91功率P（kw）4.484.434.324.20转矩T（N.m）44.5744.07607.51590.63传动比i1114.141效率0.9950.9740.9860.9852.5 铣齿机基础的选择铣齿机的全部载荷都由其下面的地层承受。受铣齿机影响的那部分地层称为地基，铣齿机向地基传递载荷的混凝土结构就是基础。铣齿机基础必须具有足够的强度、刚度和稳定性，并能满足控制振动的要求，以保证铣齿机良好运转。铣齿机在切削加工时，通过铣齿机各部件将切削力、传动力和惯性力等传给床身和箱体紧固在基础上，则基础可起下述作用承受负荷并吸收振动，保持铣齿机的精度和寿命。提高铣齿机床身和立柱等大件的刚度。增加铣齿机系统的动刚度，消减和隔离外界振源的影响。保证各分离部件间相对位置精度，如落地式、坑式等重型铣齿机。常用的铣齿机基础可分为