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机械毕业设计全套

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JX01-190@滚齿机差动机构、分度轴及走刀挂轮架设计,机械毕业设计全套

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毕业实习报告 专 业 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名 卞 文 超 班 级 BD 机 制 051 班 学 号 0520110128 指 导 教 师 邢 青 松 日 期 2009 年 3 月 14 日 nts 实习报告 这次 从 3 月 1 日到 3 月 14 日 的实习是我参与实践活动的很重要的一 部 分， 通过在长江牛奶公司的实习 ,我了解了 ISO9002质量体系认证 和 整条全自动化的生产 流水线 ， 作为检测员的我 增强了责任意识和质量意识 ,出厂前 进行 严格检验 。 本次实习使我第一次亲身感受了知识与实际的应用，理论与实际的相结合，让我大开眼界，也算是对以前所学知识的一个初审吧！这次生产实习对于我们以后学习、找工作也 有很大的帮助 。在短短的一个星期中，让我们初步让理性回到感性的重新认识，也让我们初步的认识了这个社会， 培养了自己的综合能力、自学能力，从而适应未来社会的需要与科学技术的发展需要 。 对于以后做人所应把握的方向也有 所启发 。 在这 2周的实习中学到了很多在课堂没学到的知识 ,受益匪浅。 1.实习目的 生产实习是我们知识结构中不可缺少的组成部分，并作为一个独立的项目列入专业教学计划中的。其目的在于通过实习使 我们 获得基本生产的感性知识，理论联系实际，扩大知识面；同时专业实习又是锻炼和培养 我们 业务能力及素质的重要渠道，培养 我们 具有吃苦耐劳的精神，也是 我们 接触社会、了解产业状况、了解国情的一个重要途径，逐步实现由学生到社会的转变，培养我们初步担任技术工作的能力、初步了解企业管理的基本方法和技能 ， 体验企业工作的内容和方法。这些实际知识 ，对我们学习后面的课程乃至以后的工作，都是十分必要的基础。 2 实习 内容 镇江市长江乳业有限公司是镇江市菜篮子工程重点企业和重点农业龙头企业。公司集牧业生产、乳 品加工、产品销售于一体，位于镇江市效四摆渡，周围环境优美无污染 。公司固定资产 5000 多万元，注册资金 2994 万元，现拥有各类专业技术人才近百人，注册商标为 “ 长江 ” ，主要产品有瓶装、袋装、塑杯装鲜牛奶系列产品，近 20 个品种，并以 “ 新鲜、自然、纯真 ” 的鲜明特色赢得消费者的青睐，在 当地市场占有率达 75%。 “ 长江 ” 牛奶在全省乳品行业中首家通过 ISO9002 质 量体系认证和 “ 安全奶 ” 的评审验收，被评为江苏省首批无公害食品、镇江市知名标志等荣誉。 牧场布局合理，共分为四个区：一是奶牛饲养生产区，设有成乳牛舍、后备牛舍、产乳牛舍、康复牛舍、犊牛舍、挤奶厅、兽医室等；二是饲料仓储加工区，设有青贮区、饲料加工间、精料库、粗料库；三是粪污处理区，设有沼气生产区、有机肥生产区；四是牧场生活管理区。新牧场三面丘陵环绕，环境优美，为奶牛提供了良好的休养生息环境和防疫的天然屏障。 nts 牧场设计理念很先进，设计中采用了沼气发酵技术，利用奶牛粪水进行沼气发酵和发电，并引进日本牛粪处理技术， 利用奶牛粪便制作有机肥。沼气发电可用于牧场生产中所需的供热和供电，有机肥可作为有机生态农业的有机肥料。从而形成了“奶牛饲养 沼气 发电 有机肥 饲料种植”的农业清洁生产循环经济的新模式。 整个生产流程中，只有包装车间才看到比较多的员工，其它室都是一两个员工负责的，整条生产线都是全自动化，有条不紊的。 牧场科技含量很高，在工艺设计中积极采用了国外先进的奶牛饲养技术，提高了牧业生产的科学化和机械化程度。引进德国韦斯伐利亚 48 位转盘挤奶机。该设备采用人工智能化管理，挤奶时能够对牛奶质量和数量、奶牛个体的健康状况、奶 牛发情鉴定等进行动态监控。挤奶后牛奶通过挤奶机的管路系统立即泵送贮奶罐迅速冷却贮藏，整个过程均在密闭的不锈钢管道和容器中进行，不仅提高了挤奶效率，而且能够避免了挤奶过程中牛奶与手、空气、昆虫等外界因素的接触，减少了细菌和灰尘对牛奶的污染机会。更重要的是该挤奶设备配备了低温冷却系统，能够避免牛奶在贮藏和运送途中因温度升高而造成牛奶新鲜度的下降，确保了牛奶的品质。其次采用了 CIP 清洗技术，对转盘式挤奶机、管道、贮奶罐等设备进行机械化清洗和消毒。此外还引进了以色列 TMR 全混合日粮设备，对奶牛实行机械化自动饲喂。 我了解到一瓶 长江牛奶 是怎么样 出来的，也明白了为什么一小瓶就这么贵，原来他们都追求质量的优质 。 长江 牛奶 的生产被分为了二大过程：原料制作过程和包装过程 。 酸奶 制作过程包括 ： 1， 到牧场挤取新鲜牛奶，灌装到容器里送到工厂 。 2，过滤，把原 液里面 的渣质 过滤掉，避免堵塞原料输送的管道。 3，液压杀菌机杀菌，把过滤后的原料液输送经过液压杀菌机，进行巴氏杀菌。 4，制作发酵液，把在种菌 瓶 里面的 有益菌 和原料液都送进培养 瓶 ，进行几天的发酵 。 5，匀质机匀质，由于经过几天的发酵，会造成发酵液里面的物质沉淀分层，所以要把发酵液均匀一下，避 免沉淀。 6，冷却器冷却，把发酵液进行冷却。 7，液体调和，把糖浆 瓶 里面的糖浆与发酵液体都输送进调和液储存 瓶 ，进行均匀调和。经过以上 7 个步骤后， 长江酸奶 就制作好了。包装过程 为 ： 1，无菌灌装，在无菌环境内，利用灌装机把溶液注入 牛奶 瓶子。 2，无菌封盖，在无菌环境内，利用封盖机把装有 牛奶 的瓶子用铝箔封好，然后印刷标签。 当然消毒工作也很重要 , 牛奶的消毒在生产过程中，一般把刚挤下的奶先放进奶罐，迅速进行冷却，以抑制微生物的繁殖，延长牛奶的抗菌性的持续时间。冷却过的奶，需要及时送到工厂加工处理。即经过滤、净化、冷却、均 质、杀菌和包装等工艺，便成为人们日常饮用的消毒牛奶。杀菌是生产消毒牛奶的一项重要工艺。一般都是采取巴氏消毒法（德国微生物学家路易巴氏德于 19 世纪 50 年代发明的，故以此命名）。这种方法分低温和高温两种消毒法。低温消毒法是将牛奶放入专门的巴氏消毒器中，将牛奶加热至 62 65，维持 30 分钟；高温消毒法是加热至73.8 76.6，持续时间 1 10 分钟，或 82.2，时间不超过 5 分钟。然后迅速冷却到 10。冷却的目的是防止残留的芽胞繁殖，并保持奶的品质。另外，使用土nts 法也可达到消毒的目的。即用旺火煮后，在奶的 表面迅速形成奶脂膜 (以牛奶不溢出为准 )，犹如一块布盖在海浪上一样。从形成脂膜时计算，再煮 15 分钟，就能达到巴氏消毒法的效果。牛奶的消毒必须严格掌握好温度和时间。不然，既达不到消毒的目的，还破坏了牛奶的营养成分。这是因为：一是长时间高温煮沸会使牛奶中蛋白质由溶胶状态转变成凝胶状态，从而造成蛋白质大量凝结和沉淀；二是鲜奶中的钙是以静电方式与酪蛋白相结合，形成人体可以消化吸收的酪蛋白钙，而长时间煮沸的牛奶与消毒牛奶相比，酪蛋白大约要减少 20%，钙质多变为难以被人体消化吸收的钙盐；三是长时间煮沸还会使乳糖焦化分解， 营养价值低；四是破坏了包括维生素 A 等多种维生素。因此，消毒牛奶原则上就直接饮用，不必再进行煮沸。如果需要加温的话，只要把袋装的奶牛放在 50 60的热水中加热片刻，就可以了。 消毒牛奶不易在常温下保存。牛奶最怕太阳光。在太阳光照射下，牛奶含的维生素 A、胡萝卜素、维生素 B1、维生素 B12 均会受到破坏，所以最好是避光冷藏。一般情况下 ，牛奶冷却到 13，可保存 12 小时，因此，把暂时不饮用的袋装消毒牛奶，可放到电冰箱冷藏柜中，但不要放到冷冻柜中。因为牛奶一经冷冻，再加热化解，就会发生脂肪与蛋白质分离，出现凝固、沉淀 ，此时油脂上浮，奶味变谈，营养价值也有 所降低。 3 实习体会 通过这次在 长江牛奶的 实习，使我真正了解流水生产线的真正意义。 明白自己的工作岗位是多么的重要 ,学会了 如何与别人处理好关系 。 高效，卫生，节余资源 和自动化将会是以后所有生产工具企业面对的关键问题，自动化程度越高，成本就越低，那么在市场的竞争力就越强。产品是企业的第一生命线，所以要企业获得在市场的优势，还必须注意产品的开发。 ntsntsntsnts 文 献 资 料 专 业 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名 卞 文 超 班 级 BD 机制 051 学 号 0520110128 指 导 教 师 邢 青 松 nts文 献 资 料 1王志伟 YKJ3630 数控高效滚齿机 J 齿轮加工机床与测试仪器专栏 ， 2006，(9)： 65-66 2马国亮，曹秋霞 . 滚齿机差动挂轮计算方法 J. 煤矿机电 ， 2005， (3)： 66-67. 3吴坤 . 滚动轴承铣削机床的设计与实现 J. 柳州职业技术学院学报 ， 2008，(4)： 71-74. 4徐支凤 . 基于 Vb6.0 的滚齿机挂轮选配系统开发 J. 工艺与检测 ， 2008，(10)： 100-102. 5张子良 .普通滚齿机上利用划线法加工人字齿轮 J.汽车齿轮 .2007，(1):25-26. 6 舒 畅 ， 任 延 明 ， 李 凯 峻 ， 等 . 滚 齿 机 的 改 造 J. 机 械 制 造 与 研究 ,2008,(2):34-36. 7 赵明 . 在 滚 齿 机 上 用 单 刀 铣 多 头 蜗 轮 的 方 法 J. 机械与电子 ,2008,(19):82-84. 8钟晓琴 ,朱贤达 .双重差动机构在滚齿机分齿上的分析与研究 J.上海冶金高等专科学校学报 ,2000，（ 1） :21-24. 9王惠卿 .一种新型分度轴精度分析 J.机械 设计与制造 ， 2007，（ 8） :96-97. 10龚建春 .用普通计算机选择机床精密机床挂轮 J.攀枝花学院学报 ， 2006，（ 3） :109-110. ntsntsntsnts滚 齿 机 差 动 挂 轮 计 算 方 法马 国 亮 ,曹 秋 霞(河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 , 河 南 新 乡 453002)摘 要 : 滚 切 斜 齿 圆 柱 齿 轮 时 ,传 统 的 人 工 查 表 方 法 往 往 不 易 找 到 能 满 足 精 度 要 求 的 挂 轮 。 本 文介 绍 了 一 套 比 较 实 用 的 挂 轮 计 算 方 法 ,可 方 便 地 计 算 出 高 精 度 挂 轮 的 优 化 齿 数 。关 键 词 : 滚 齿 机 ; 差 动 挂 轮 ; 计 算 方 法中 图 分 类 号 : TH132. 41 文 献 标 识 码 : B 文 章 编 号 : 1001 - 0874 (2005) 03 - 0066 - 03Ca lcula ting Me thod on Change D iffe rentia l Gea rs of Hobbing MachineMA Guo2liang, CAO Q iu2xia(Henan Mechanical and Electrical Engineering College, Xinxiang 453002, China)Ab s trac t: For hobbing helical spur gears, sometimes it is not easy to find out the change gears that satisfy therequired p recision by means of the traditional manual look2up2table. This paper introduces a set of p racticalcalculation method of change differential gears, which can conveniently calculate the op timum teeth number ofchange gears with high accuracy.Keywo rd s: hobbing machine; change differential gear; calculating method1 前 言滚 切 斜 齿 圆 柱 齿 轮 时 ,要 用 到 差 动 运 动 传 动 链 。而 滚 齿 机 说 明 书 中 一 般 只 给 出 了 分 齿 运 动 传 动 链 的分 齿 挂 轮 表 ,没 有 现 成 的 差 动 挂 轮 表 可 供 利 用 。 差动 挂 轮 的 计 算 只 能 根 据 工 件 参 数 、 滚 刀 头 数 和 机 床特 性 计 算 出 差 动 挂 轮 的 传 动 比 、 确 定 挂 轮 近 似 齿 数 ,以 满 足 齿 轮 的 加 工 要 求 。差 动 挂 轮 理 论 传 动 比 u与 实 际 传 动 比 u实 之 间的 误 差 u = | u - u实 |会 直 接 影 响 传 动 链 的 传 动 精度 ,从 而 影 响 被 加 工 齿 轮 的 齿 向 误 差 123 。 因 此 , u必 须 控 制 在 传 动 比 允 差 u范 围 内 。 选 取 滚 齿 机 差动 挂 轮 一 般 按 以 下 步 骤 计 算 :(1) 计 算 差 动 挂 轮 理 论 传 动 比 u及 允 差 u ;(2) 将 理 论 传 动 比 u转 化 为 满 足 精 度 要 求 的 近似 分 数 ;(3) 将 此 分 数 的 分 子 、 分 母 分 解 为 2个 整 数 之积 ,作 为 挂 轮 齿 数 ;(4) 对 大 质 数 分 数 进 行 必 要 修 正 。下 面 按 上 述 步 骤 介 绍 两 种 差 动 挂 轮 的 计 算 方法 ,依 此 可 方 便 地 计 算 出 高 精 度 挂 轮 的 优 化 器 齿 数 。2 计 算 差 动 挂 轮 理 论 传 动 比 u及 允 差 u滚 齿 机 差 动 挂 轮 理 论 传 动 比 u为 123 :u = A sinmn K 1 式 中 : A - 滚 齿 机 差 动 传 动 链 常 数 ; - 被 加 工 齿 轮 螺 旋 角 ;m n - 被 加 工 齿 轮 法 向 模 数 , mm;K - 滚 刀 头 数 。滚 齿 机 差 动 挂 轮 传 动 比 允 差 u为 3 : u = 0. 1F A cos2bm n K 2 式 中 : F - 被 加 工 齿 轮 齿 向 公 差 ;b - 被 加 工 齿 轮 宽 度 。3 将 理 论 传 动 比 u化 成 近 似 分 数(1) 整 商 法 (辗 转 相 除 法 )如 表 1 ( u 1)所 示 ,计 算 整 商 B和 近 似 分 数 的 分 子 E、 分 母 F及 传 动 比 误 差 u,直至 u 1)整 商 B 余 数 C 分 子 E 分 母 F 误 差 uB 1 = int( u /1) C1 = u - 1 B 1 E1 =B 1 F1 =1 | u - E1 / F1 |B 2 = int(1 /C1 ) C2 =1 - C1B 2 E2 =B 2 E1 +1 F2 =B 2 F1 | u - E2 / F2 |B 3 = int( C1 /C2 ) C3 = C1 - C2B 3 E3 =B 3 E2 + E1 F3 =B 3 F2 + F1 | u - E3 / F3 | B i = int( C i - 2 /C i - 1 ) C i =C i - 2 - C i - 1B i Ei =B i Ei - 1 + Ei - 2 Fi =B i Fi - 1 + Fi - 2 | u - E i / Fi |例 1:在 Y3150E滚 齿 机 上 用 单 头 滚 刀 加 工 m n=3mm, =15 ,齿 宽 b =36mm的 斜 齿 圆 柱 齿 轮 (齿向 公 差 F =0. 011mm )。u =A sinmn K=9 sin153 1 =0. 776457 u =0. 1F A cos2bm n K =0. 000085由 于 u = 0. 776457 1时 取 “ +”号 , P u不 能 满 足 加 工 精 度 要求 ,则 从 步 骤 ( 2 )对 E / F 再 逼 近 一 次 , 直 至 u u ,满 足 精 度 要 求 为 止 。例 2:在 Y3150E滚 齿 机 上 用 单 头 滚 刀 加 工 m n=2. 5mm、 =22 30、 齿 宽 b = 36mm的 斜 齿 圆 柱 齿轮 (齿 向 公 差 F =0. 011mm )。u =A sinmn K=9 sin22 302. 5 1 =1. 377660 u =0. 1F A cos2bm n K =0. 000094(1) u =1. 377660,取 E / F =69 /50;(2) P =1. 377660 (50 /69) =0. 9983043 1;(3) N = int(1 / |0. 9983043 - 1 | ) =589;(4) u = (69 /50) (588 /589) =1. 377657;(5) u =0. 000003 u ,能 满 足 精 度 要 求 ;(6) 则 E = 69 588 = 40572, F = 50 589 =29450,用 快 速 逼 近 法 所 得 近 似 分 数 为 40572 /29450。4 将 近 似 分 数 的 分 子 、 分 母 分 解 为 2个 整 数 之 积 作为 挂 轮 齿 数例 1中 得 到 的 分 数 66 /85,可 分 解 为 ( 2 33) /(5 17) ,但 因 机 床 挂 轮 齿 数 大 都 在 20 100之 间 ,所 以 分 解 的 分 数 应 在 这 个 范 围 内 。 而 2、 5、 17数 太小 ,机 床 无 此 齿 数 挂 轮 ,故 将 分 子 分 母 同 时 扩 大 变 为(40 33) / (50 34)。 这 样 就 确 定 了 机 床 差 动 挂 轮分 别 为 a =40, b =50, c =33, d =34。(下 转 第 70页 )762005年 第 3期 煤 矿 机 电 nts接 。 电 抗 器 L1由 接 触 器 并 接 到 开 口 三 角 的 两 端 ,接触 器 的 通 断 实 现 补 偿 电 流 的 在 线 粗 调 。 电 抗 器 L2通 过 可 控 硅 相 控 调 节 该 电 感 支 路 电 流 的 大 小 ,实 现补 偿 电 流 的 在 线 细 调 。表 1 各 种 消 弧 线 圈 主 要 性 能调 感 方 式性 能线 性 度 调 感连 续 性 补 偿效 果 补 偿 电流 波 形 发 热损 耗 噪 声 维 护可 调 气 隙 式 好 好 好 好 小 大 难带 载 抽 头 好 差 较 好 好 小 小 易可 控 饱 和 电 抗 器 差 好 差 差 大 较 大 较 难三 相 互 柱 式 好 好 好 较 好 小 小 易图 1 三 相 五 柱 式 消 弧 线 圈 结 构 图4 装 置 特 点(1) 安 全 运 行该 成 套 装 置 的 电 流 调 节 和 控 制 均 在 二 次 侧 ,其消 弧 线 圈 控 制 回 路 具 备 完 善 的 过 压 、 短 路 、 闭 锁 等 保护 功 能 ,充 分 保 证 消 弧 线 圈 安 全 、 可 靠 运 行 。(2) 性 能 可 靠消 弧 线 圈 在 其 额 定 电 流 范 围 内 ,可 以 通 过 可 控硅 调 节 电 感 电 流 ,实 现 对 电 网 对 地 电 容 电 流 的 自 动跟 踪 补 偿 。 调 感 线 性 度 好 ,性 能 可 靠 ,调 节 精 度 高 。消 弧 线 圈 采 用 三 相 五 柱 式 结 构 ,将 消 弧 线 圈 和 接 地变 压 器 合 二 为 一 ,既 有 消 弧 线 圈 、 又 有 接 地 变 压 器 的作 用 。 消 弧 线 圈 无 机 械 传 动 部 分 ,因 此 反 应 速 度 快 ,工 作 可 靠 ,维 护 量 小 ,噪 声 低 。 消 弧 线 圈 为 干 式 结构 ,可 以 安 装 在 高 压 室 内 。(3) 接 口 方 便自 动 跟 踪 控 制 装 置 具 有 电 网 电 容 电 流 值 显 示 、补 偿 脱 谐 度 显 示 、 电 网 电 压 值 显 示 、 电 网 零 序 电 压 值显 示 、 自 动 跟 踪 补 偿 状 态 指 示 及 故 障 追 忆 等 功 能 ,同时 还 具 有 RS232、 RS485通 信 功 能 ,便 于 今 后 与 变 电站 自 动 化 系 统 的 连 接 。5 结 语自 动 跟 踪 补 偿 线 圈 成 套 装 置 于 2004年 9月 安装 后 进 行 了 调 试 ,其 补 偿 后 无 功 接 地 电 流 经 测 试 小于 5A。 实 际 运 行 证 明 ,华 丰 煤 矿 所 选 方 案 是 正 确的 ,已 达 到 了 预 定 的 目 标 。参 考 文 献 : 1 要 焕 年 ,曹 月 梅 . 电 力 系 统 谐 振 接 地 M . 北 京 :中 国 电 力 出 版社 , 2000 2 唐 轶 ,牟 龙 华 ,王 崇 林 . 单 相 接 地 电 容 电 流 自 动 跟 踪 补 偿 成 套装 置 J . 高 电 压 技 术 , 1996 (3)作 者 简 介 :王 振 ( 1962 - ) ,男 ,高 级 工 程 师 。 1986年 毕 业 于 山 东 科技 大 学 ,现 任 华 丰 煤 矿 机 电 矿 长 ,发 表 文 章 多 篇 。(收 稿 日 期 : 2004 - 12 - 17;责 任 编 辑 :姚 克 )(上 接 第 67页 )5 对 大 质 数 分 数 进 行 必 要 修 正有 的 时 候 得 到 的 分 数 是 大 质 数 ,或 分 解 后 变 为大 质 数 ,而 一 般 机 床 又 无 大 质 数 挂 轮 ,此 时 就 必 须 对分 数 进 行 修 正 。 在 整 商 法 中 ,可 以 继 续 计 算 高 阶 近似 分 数 ,并 在 其 分 子 、 分 母 上 同 加 (或 同 减 )一 个 次高 阶 分 数 ,这 种 方 法 计 算 较 烦 琐 ,但 熟 练 掌 握 后 使 用还 是 很 方 便 的 ;在 快 速 逼 近 法 中 ,可 以 修 正 (N 1) /N 中 的 N 值 。 如 例 2中 所 得 近 似 分 数 40572 /29450就 无 法 分 解 为 100以 内 的 两 个 分 数 ,这 时 可 修 正 N值 ,令 N = 585,这 时 分 数 变 为 6716 /4875,可 容 易 地分 解 为 ( 92 73) / ( 65 75)。 验 算 u = 6716 /4875= 1. 377641, u = 1. 377660 - 1. 377641 = 0. 000019 u ,满 足 精 度 要 求 。 这 样 就 确 定 了 机 床 差 动 挂 轮分 别 为 a =92, b =65, c =73, d =75。参 考 文 献 : 1 哈 尔 滨 工 业 大 学 ,上 海 工 业 大 学 . 圆 柱 齿 轮 加 工 M . 上 海 :上 海 科 技 出 版 社 , 1980 2 李 华 . 机 械 制 造 技 术 M . 北 京 :机 械 工 业 出 版 社 , 1997 3 马 国 亮 ,曹 秋 霞 . 滚 齿 机 差 动 挂 轮 引 起 齿 向 误 差 的 实 验 研 究 J . 煤 矿 机 械 , 2004 (10)作 者 简 介 :马 国 亮 (1964 - ) ,男 ,副 教 授 。 1986年 毕 业 于 洛 阳 工 学院 ,现 主 要 从 事 齿 轮 技 术 、 机 械 制 造 工 艺 等 方 面 的 教 学 与 研 究 。(收 稿 日 期 : 2005 - 01 - 04;责 任 编 辑 :陈 锡 强 )07 煤 矿 机 电 2005年 第 3期 nts机械工程学院毕业设计（论文）选题申报表 指导教师 邢青松 职称 副教 授 所在专业（系） 机械设计制造及其自 动化 课 题 名 称 滚齿机差动机构、分度轴及走刀挂轮架设计 课 题 来 源 课 题 性 质 题目类别 科研 课题 生产 实际 课程或实验室建设 其它 技术 研究 工程 设计 软件 开发 理论 研究 其它 毕业 设计 毕业 论文 适用专业 机械设计制造及其自动化 选 题 理由 所设计的机床为 Y38 系列普通型滚齿机， 机床 主要用于 单件 、 小批 和成批 圆 柱齿轮 与 蜗轮 的铣削加工。 滚齿机 作为 一种典型的机械加工设备， 包含大量的标准件、通用件和专用件，涉及机械加工、机械传动、机床控制、工艺夹具、切削刀 具等方面的知识。所涉及的内容与本专业的主要学习内容和培养目标 一致，因此本课题比较适合本专业学生的毕业设计。 主要内容 1机床总体 方案 设计； 2机床传动系统设计； 3 差动机构设计 ； 4 分度轴及走刀挂轮架设计 ； 5 零件 设计； 6编写设计说明书。 成果要求 开题报告： 3 千 字 说 明 书： 1 万 字 图 纸： 折合 A0 号 3 张 译 文： 3 千个汉字 论 文： 其 它 ： 专业系审查意见： 专业系主任（签名）： 学院审批意见： 院 长（签名）： ntshobbingfor these failures, an FEM simulation of the cutting process was developed, supported byadvanced software tools able to determine the chip formation and the cutting forcesduring gear hobbing. The computational results explain sufficiently the failure mecha-nisms and they are quite in line with the experimental findings. The first part of this paperapplies the verified parametric FEM model for various cutting cases, indicating the mostrisky cutting teeth with respect to their fatigue danger. In a step forward, the second partof the paper illustrates the effect of various technological and geometric parameters tothe expected tool life. Therefore, the optimization of the cutting process is enabled,through the proper selection of cutting parameters, which can eliminate the failure dangerof cemented carbide cutting tools, thus achieving satisfactory cost effectiveness.1 IntroductionThe application of High Speed Cutting HSC! was proved to bethe most powerful manufacturing strategy, considering the in-crease in productivity and the achievement of the desired costefficiency. However, in spite of the evolution of highly sophisti-cated CNC hobbing machining tools, the claim for HSC in gearmanufacturing has not yet been attained. The main reason for thisis the almost exclusive utilization of High Speed Steel HSS! asthe hobbing cutting tool material, as a consequence of its complexgeometry. The application of the coating technology in HSS hobsimproved significantly the cutting performance of the tool. Nev-ertheless, the upper cutting speed limit of HSS, even coated, is upto 100150 m/min, which is low for modern production require-ments. In addition, dry cutting is not applicable for coated oruncoated HSS tools, which is not in agreement with the currentworld wide environmental trends. Even in cases, where dry cut-ting with coated HSS tools is applied, the selection of the permit-ted cutting parameters restricts the efficiency, the exploitation andthe cutting possibilities of the hobbing machine tools.The most promising alternative material for cutting hobs comesfrom the evolution of cemented carbides, which are widely usedin massively produced cutting inserts. Despite the complex geom-etry of hobbing tools, their construction by cemented carbides isnowadays possible. The increased cost of cemented carbides toolsis quite amortized by the doubtless wear superiority when com-pared to HSS. However the brittleness of hardmetals may causefatigue failures in an early stage, due to the discontinuous chipproduction occurring in gear hobbing. Such phenomena were thor-oughly detected in special cutting experiments 1,2#. These fail-ures yield to a poor exploitation of the wear performance of ce-mented carbide tools, since their appearance makes the entirehobbing tool out of order. Brittle fatigue failures are normallycaused by high stress levels occurring at various cutting toolsand usually are consequences of wrong selection of cuttingparameters.This paper illustrates a quantitative analysis of the stressescourse in hobbing tools, aiming at interpreting the early tool fa-tigue failures computationally. In order to accomplish this task,special well-proved software tools were used, which render thechip formation mechanisms and calculate accurately the cuttingforce components. Finally, the development of a parametric FEMsimulation of the cutting teeth yields the description of the toolsstress field, for various cutting cases and technological param-eters. The stress results are compared to existing mechanical prop-erties of the tool materials, explaining in this way quantitativelytheir fatigue expectations. As it will be presented, the computa-tional results are in line with the experimental ones, proving thevalidity of the utilized analytical and FEM models. Furthermore, aContributed by the Manufacturing Engineering Division for publication in theJOURNAL OF MANUFACTURING SCIENCE AND ENGINEERING. Manuscript receivedMay 2000. Associate Editor: M. Elbestawi.784 Vol. 124, NOVEMBER 2002A. AntoniadisProfessor,Technological Educational Institute of Crete,Chania, Greecee-mail: antoniadischania.teiher.grN. VidakisTeaching Fellow,Technological Educational Institute of Crete,Heraclion, Greecee-mail: vidakisebeh.grN. BilalisAssociate Professor,Technical University of Crete,Chania, Greecee-mail: bilalisdpem.tuc.grFatigue FractureCementedHobbing,Fly HobbingInterpretationResultsGear hobbing is a highlyexternal gears. Howeveralmost exclusive utilizationcutting performance ofspeeds and restricts theapplication of cementedproduction requirements.bing, the so-called flycemented carbide toolscracks, which were notearly failure of the entirInvestigation ofCarbide Tools in GearPart 1: FEM Modeling ofand Computationalof Experimentalutilized flexible manufacturing process for massive production of, the complex geometry of cutting hobs is responsible for theof high-speed steel (HSS) as cutting tool material. The limitedHSS, even coated HSS, restricts the application of high cuttingfull exploitation of modern CNC hobbing machine tools. Thecarbide tools was considered as a potential alternative to modernIn former investigations an experimental variation of gear hob-was applied, in order to specify the cutting performance ofin gear production. These thorough experiments indicated thatexpected, might occur in specific cutting cases, leading to thee cutting tool. In order to interpret computationally the reasonsntsating Positions GP!, is of complicated kinematics, and it is diffi-cult to be modeled.each penetrationare used to describecisive factor thattion mechanism,cutting kinematics.certain cutting forcecutting loads. Thisinserted in the bottomating positions.Mathematicalindividual generatingwidely used 31course of the cuttinginfluence to thewith the aid of thefor each revolutionmanufacturing, geometricalcutting tool, the workpiecethis paper a newhas been addedmodule FRSFEMdata are interactivelyment, enabling thenematics for specificsections over themined for everyposition of a certain manufacturing case are presented in Fig 3. Onof the specificis shown. Thetool, which isshown in thein variousdiagram in thechip distribu-the successivepositions is alsocomputationalin the tool co-part of Fig. 3.of the el-along the cut-files for everygap.can bemodel, the ex-each cuttingto everysubsequently,Therefore,with increasedloads andtool utiliza-becomes evenJournal of Manufacturing ol. 124 785In addition, based on the tool position duringinto a gear gap, a number of revolving positionsthe corresponding generating position. A de-determines the tool behavior is the chip forma-which is also complicated, due to the complexTherefore, each chip type is responsible forcomponents that contribute to the overallbehavior is described by the chip forms that arepart of the same figure for various gener-models that quantify the chip formation for eachposition are nowadays well established and0#. These models are further used to predict theforce components that exhibit a remarkabletool lifetime. The simulation of gear hobbing,FRSWEAR model, yields the chip dimensionsof every generating position, considering theand technological specification of theand the cutting kinematics 1113#.Inmodule for the FEM Simulation of gear hobbingto FRSWEAR model. The structure of this newis presented in Fig. 2. The above mentionedinserted using a modern software environ-mathematical description of gear hobbing ki-cutting cases. The unreformed chip crossdevelopment of the cutting edge are then deter-generating position. The cutting force compo-the left part of this figure the entire penetrationcutting tooth into the examined generating positionmodel assumes special coordinate systems for therotating and moving following the tool paths, asfigure. The discretization of this generating positionrevolving positions is evident in this graph. Themiddle of the same figure illustrates the unreformedtion over the development of the cutting edge forrevolving positions. The number of the revolvinga variable parameter, depending on the requiredaccuracy. The cutting force components calculatedordinate system are also presented in the rightThese loads are overall values and they are composedementary forces produced by the chip dimensionsting edge. All these results are stored in propergenerating position that is required to form a gearDespite the fact that the complicated hobbing kinematicstreated analytically with the aid of the FRSFEMperimental procedure is laborious. The reason is thattooth cuts a certain generating position and penetratesworkpiece teeth for each workpiece revolution andowing to the axial feedrate repeats the same procedure.some of the cutting teeth cut generating positionschip dimensions and they are subjected to high cuttingwear. Due to this reason, besides the problem of poortion, the experimental study of this cutting processScience and Engineering NOVEMBER 2002, Vparametric analysis presented in the second part of this paper il-lustrates the effect of various cutting parameters on the predictionof the tool life, allowing the optimization of nearly every specificcutting case.2 Chip Geometry and Cutting Force Components inGear HobbingThe principles of gear hobbing are presented in Fig. 1. Thisgear manufacturing method, where each gear tooth is produced bysuccessive penetrations of the tool teeth in the individual Gener-Fig. 1 Chip formation and typical chips at variousnents can be determined at this stage, as they depend on the un-deformed chip dimensions and on experimentally determinedconstants 1417#. Using these cutting forces, the critical stressesoccurring in gear hobbing tools can be determined. Besides theseoutputs, the FRSWEAR model is able to predict the progress ofthe tool wear and to propose proper hob tangential feed amounts,in order to achieve an even wear progress over the successivecutting teeth 18#. The whole software has an open and modularstructure, offering a user-friendly graphical interface with interac-tive communication for data input and results output.Typical outputs of the FRSFEM model for a specific generatingtool-generating positions in gear hobbingntsof each generating position from the others and the ability to studycomprehensivelyreproducible model. The cutting teeth modeling strategy is pre-terms, by786 Vol. 124, of the ASMEtheir effect on the tool wear failure initiation and sented in Fig. 4. The model was built in parametricFig. 3 Determination of the cutting force components at individual generating position in gearhobbingNOVEMBER 2002 Transactionsmore difficult. On the other hand, the complexity of tools withcomplete geometry makes their dismounting from the machinetool spindle and the subsequent evaluation of the experimentalstatus difficult.For those reasons, in order to increase the experimental effi-ciency and to facilitate the evaluation of the test results, advancedexperiments with one cutting tooth, the so-called fly hobbing,were used. In this manufacturing technique, the cutting tool isreplaced with a cylindrical holder, on which one cutting tooth caneasily be mounted and dismounted. The tooth geometry corre-sponds strictly to the DIN 3972 regulations 19#. This approachaccurately simulates gear hobbing with tool having one origin. Avariation of this method with two cutting teeth simulates completetools with two origins. The aim of this procedure is the separationFig. 2 The flow chart diagram toprogress. Consequently, each tool cuts every generating positionand this is taken into account in the present analysis, as it will befurther explained.3 FEM Modeling and Mechanical Properties of theCutting TeethIn order to determine the stress field occurring in gear fabrica-tion using gear hobbing, modern CAE calculations were per-formed. The reason for selecting FEM software to compute thestresses and strains is the complicated tool geometry and processkinematics, as well as the highly variable cutting force compo-nents. Taking into account the volume of the involved parameters,a parametric approach was used, in order to produce a flexible andthe developed FRSFEM programntsmeans of the APDLof the ANSYS FEAtool is standardizedule and diameter. Therefore, the modeling routine was written inanalysis thewere used inpropertiesof this material. The left diagram of this figure exhibits the bulkJournal of Manufacturing ol. 124 787Fig. 5 Static and fatigue properties of cemented carbide tool materialScience and Engineering NOVEMBER 2002, Vterms of such parameters, considering also the tool clearanceangles and thickness. Owing to the complex teeth geometry, abottom up modeling strategy was utilized, as it is presented in themiddle diagram of the same figure. Hereby keypoints, lines, areasand volumes were determined sequentially, forming in this way a3-D solid model.This model consists of six volumes, in order to perform a finermeshing near the tool-workpiece contact areas and a coarser netaway from these regions. This way, the available computer re-sources are properly allocated, thus increasing the accuracy of theFEM calculations. The nodes density was also set as a variableparameter for optimization purposes. The optimized model con-sists of 23105eight-noded brick elements, performing in thisway a mapped meshing see the right part of Fig. 4!. More ele-ments in a denser mesh did not manage to increase the computa-tional accuracy, whereas the CPU solution time was unacceptablyincreased. The cutting force components explained in Fig. 3 areproperly distributed to the rake nodes, using a special APDL rou-tine that takes into account the chip compression ratio, besides thegeometric location of each node 20#. The model is pure elastic, sothat it requires only the tool elasticity modulus and Poissonsconstant.The above-mentioned mechanical properties of the finite ele-ments are also variables, allowing the applicability of the modelhardness of cemented carbides versus their cobalt content 21#.Further calculations of the present analysis correspond to experi-mental data performed by using fine-grained P 40 cemented car-bide. For this reason, the Vickers hardness for this material wasfound from this diagram to be 1430 HV. This value, besides theresistance of this material to plastic deformation, may be used todetermine its static stress limit, considering that this value forbrittle materials equals to the one third of their pyramid hardness22,23#. On the other hand, the right diagram of the same figureillustrates the fatigue limits for cemented carbides, also as func-tion of their cobalt content 21#. For fine-grained P 40 hardmetalthe value for continuous endurance, i.e., 108loading cycles,equals to 83 N/mm2.The static and the fatigue stress limits can be used to elaboratethe Woehler diagram for the specific material, as it is illustrated inthe diagram in the middle of Fig. 5 24#. Considering the purposeof the present analysis, the abscissa of this diagram was reason-ably transformed from loading cycles to number of successivecuts. When the level of the occurring stresses is known, this dia-gram can be used to determine the number of loading cycles, i.e.,the number of successive cuts, which a certain tool made of P 40hardmetal is expected to develop a fatigue failure mechanism.This is also a great tool to examine the FEM model sufficiency.When the number of cuts required to cause tool failures in aAnsys Parametric Design Language! modulecode. The entire geometry of the cuttingby DIN 3792 norm, as a function of its mod-for HSS and cemented carbide tools. In the presentmechanical properties of ISO-P 40 cemented carbidethe model. Figure 5 summarizes the static and fatigueFig. 4 FEM modeling of hob teeth developed by FRSFEM programntsregion is the cutting tooth head, which fits to the experimentalobservations, asstress contours followconsequently the4 CorrelationsultsThe FEM modelcutting stressespresented before.left diagram ofstresses in threegenerating positions.tween the leadingtively and the middleas the most hazardousThe variation ofuneven chip dimensionsbetween the chipstively, a behaviordetected 1#. As icedure was examinednumber of cuts corresponds to a representative equivalent stress of4% higher.expected ar-that cannot bethe deter-of hob versusin a counterequals 710comparisonstates that theequiva-one iscases, which9 illustratescase of climbone. Each partdifferent rep-For each ofthe re-components,788 Vol. 124, of the ASMEit will be explained. It is also obvious that thethe distribution of the chip thickness anddevelopment of the cutting force components.of Computational and Experimental Re-was further used to calculate the course of thein every generating position of the cutting caseThe computational results are summarized in theFig. 7, which presents the maximum von Misesendangered rake regions versus the successiveThese regions are the transient regions be-a