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滚齿机床身部件结构设计【13张图/10000字】【优秀机械毕业设计论文】

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滚齿机床身部件结构设计【】【优秀机械毕业设计论文】.rar

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外文翻译--黄海 2009.doc---(点击预览)

A standard conical point drill grinding machine.PDF---(点击预览)

过程性材料

毕业设计课题申报表-黄海 2009.doc---(点击预览)

文献资料-黄海 2009.doc---(点击预览)

实习报告-黄海 2009.doc---(点击预览)

文献资料附件-黄海 2009

高速干式切削滚齿机刀架部件滚刀轴优化设计.pdf---(点击预览)

滚齿机数控化改造设计.pdf---(点击预览)

A0-Y38滚齿机差动机构装配图.dwg

A0-Y38滚齿机床身装配图1.dwg

A0-Y38滚齿机床身装配图2.dwg

A0-Y38滚齿机床身装配图3.dwg

A0-Y38滚齿机总图.dwg

A3-Y38滚齿机传动系统图.dwg

A3-差动蜗轮.dwg

A3-轴.dwg

A3-马达座.dwg

A4-圆柱直齿轮.dwg

A4-皮带轮.dwg

A4-盖板.dwg

A4-轴.dwg

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关键词：: 机床部件结构设计优秀优良机械毕业设计论文

资源描述：

文档包括:
说明书一份,29页,10000字左右.
任务书一份.
开题报告一份.
翻译一份.

图纸共13张:
A0-Y38滚齿机差动机构装配图.dwg
A0-Y38滚齿机床身装配图1.dwg
A0-Y38滚齿机床身装配图2.dwg
A0-Y38滚齿机床身装配图3.dwg
A0-Y38滚齿机总图.dwg
A3-Y38滚齿机传动系统图.dwg
A3-差动蜗轮.dwg
A3-马达座.dwg
A3-轴.dwg
A4-盖板.dwg
A4-皮带轮.dwg
A4-圆柱直齿轮.dwg
A4-轴.dwg

目录
1 前言 1
2 总体设计 3
2.1滚齿机工作原理 3
2.1.1加工直齿轮时机床的运动和传动原理 3
2.1.2加工斜齿圆柱齿轮时的运动和传动原理 3
2.2拟定选择传动方案 4
2.3 主切削力的估算及电动机的选择 8
3 机床床身装配结构设计 9
3.1 滚齿机床身的特性 9
3.2 滚齿机床身的结构分析 9
3.3 床身材料的选择 10
3.4 床身导轨及机床的润滑 11
4 差动机构设计 13
4.1 总传动比的计算 13
4.2 传动比的分配 13
4.3 设计计算 14
4.3.1 螺旋伞齿轮的设计 14
4.3.2 运动合成机构设计 15
4.3.3差动蜗轮设计 16
4.3.4圆柱直齿轮的设计 20
5 结束语 25
参考文献 26
致谢 27
附件清单 28

滚齿机床身部件结构设计
摘要：齿轮加工机床是一种技术含量高且结构复杂的机床。滚齿机又是齿轮加工机床中应用最为广泛的一种，滚齿机主要是用于加工圆柱齿轮和蜗轮的。
滚齿机床身为箱形结构，与底座铸成一个整体，左上部是方形导轨，留安放工作台之用；右上部是用来固定刀架、立柱；床身内部安装差动机构；床身后端连出分齿挂轮架；背面为主传动牙箱；左面底盘为冷却箱；右面底盘为润滑油箱；主电动机和冷却电动机都安装在床身上，方形导轨中间装一丝杆供移动工作台之用，分度挂轮架处的手柄供铣正齿轮或者斜齿轮时操纵使用。
差动机构是用来加工斜齿轮的，分析了差动机构的组成原理，并进行了相应的设计计算，确定了其结构形状与参数。
这次设计是在传统的设计思路上对原有产品的改造，力求满足强度、刚度、经济性、工艺性等方面的要求。

关键词：滚齿机；床身装配结构；差动机构

Design of the Lathe Bed Cellular Construction of the Gear-hobbing Machine
Abstract: The gear finishing lathe is one kind of technical content high also the structure complex engine bed. The gear-hobbing machine also is a machine equipment which is applies the most widespread, the gear-hobbing machine mainly is uses in processing the cylindrical gears and the worm gear.
The body of gear-hobbing machine is box shape structure, casts a whole with the foundation upside, the left is the square shape of guide rail, remains places using of the work table; Right upside is uses for the immovable support of the column; The interior of the body installs the differential motion organization; Behind the body is main transmission gear-box; Back transmission is tooth box, in left side of it is a cooling tank; the right side of it is lubricating-oil tank; The main motor and the cooling electric motor all are installed on the lathe bed, among the square shape guide rail installs a lead screw to move the work table, divides the swing frame gear place handle for when milling spur gear or the helical gear operates the use.
The differential device is uses for to process the helical gear, analyzed the differential device composition principle, carried on the corresponding design calculation, and determined its structure shape and the parameter.
This design improves product transformation on the basic of traditional design, makes effort to satisfy the request as intensity, rigidity, efficiency, process.

Key words: Gear-hobbing machine; assembling structure of the body; Differential motion mechanism

任务书

一、设计内容
根据设计要求，进行课题的调研和资料的收集，熟悉滚齿机的工作原理，与同组
同学一起分析讨论滚齿机的设计方案和机床的传动与调整情况，并最终确定机床总体
结构和传动方案。主要设计内容包括：
1、机床总体设计，绘制机床总图；
2、机床传动系统设计，绘制机床传动系统图；
3、床身部件结构设计；
4、零件的结构设计。

二、设计依据
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。在正常情况下，其加工精度达7－8级精度，表面粗糙度Ra
达3.2μm。
1、最大切削模数6mm(钢材)、8mm(铸铁)；
2、铣削圆柱齿轮最大外径800mm；
3、铣刀最大直径120mm；
4、铣刀最大垂直行程长度275mm；
5、滚刀转数范围47.5~192rpm。

三、设计要求
1、机床应能满足加工要求，保证加工精度；
2、机床应能满足强度、刚度、寿命、工艺性与经济性等方面的要求；
3、机床应运转平稳，工作可靠，结构简单，装卸方便，便于维修、调整；
4、设计图样总量：折合成A0幅面在3张以上；工具要求：应用计算机软件绘图。
过程要求：装配图。
5、到相关单位进行毕业实习，撰写不少于3000字实习报告；
6、查阅文献资料10篇以上，并有不少于3000汉字的外文资料翻译；
7、撰写开题报告，不少于3000字；
8、毕业设计说明书按照学校规定的格式规范统一编排、打印，字数不少于1万字。

四、毕业设计物化成果的具体内容及要求
1、设计成果要求
1）毕业设计说明书 1 份
2）机床总图 1 张
3）机床传动系统总图 1 张
4）床身部件结构装配图 1 张
5）相关零件图不少于7张

2、外文资料翻译（英译中）要求
1）外文翻译材料中文字不少于3000字；
2）内容必须与毕业设计课题相关；
3）所选外文资料应是近10年的文章，并标明文章出处。

五、毕业设计（论文）进度计划
起讫日期工作内容备注
2月26日～2月28日布置任务
3月1日～3月14日调查研究，毕业实习
3月15日～3月31日方案论证，总体设计
4月1日～4月14日技术设计（部件设计）
4月14日～5月14日工作设计（零件设计）
5月15日～5月31日撰写毕业设计说明书
6月1日～6月2日毕业设计预答辩
6月3日～6月9日修改资料
6月10日～6月11日评阅材料
6月12日～6月13日毕业答辩
6月14日～6月15日材料整理装袋

六、主要参考文献：
[1] 赵汝嘉. 机械设计手册(软件版). 北京: 机械工业出版社. 2003.
[2] 成大先. 机械设计手册[M]. 北京: 化学工业出版社, 2004.
[3] 机械设计手册编委会. 机械设计手册[M]. 北京: 机械工业出版社, 2004.
[4] 徐灏. 机械设计手册[M]. 北京: 机械工业出版社, 2001.
[5] 杨叔子. 机械加工工艺师手册[M]. 北京: 机械工业出版社, 2002.
[6] 王健石. 机械加工常用刀具数据速查手册[M]. 北京: 机械工业出版社, 2005.
[7] 蔡学熙. 现代机械设计方法实用手册[M]. 北京: 化学工业出版社, 2004.
[8] 手册编委会. 机械加工工艺装备设计手册[M]. 北京: 机械工业出版社, 1998.
[9] 手册编委会. 现代机械传动手册[M]. 北京: 机械工业出版社, 2002.
[10] 朱孝录. 机械传动装置选用手册[M]. 北京: 机械工业出版社, 1999.
[11] 机床设计手册编写组. 机床设计手册[M]. 北京: 机械工业出版社, 1986.
[12] 胡家秀. 机械零件设计实用手册[M].北京: 机械工业出版社, 1999.
[13] 叶伟昌. 机械工程及自动化简明设计手册[M]. 北京: 机械工业出版社, 2001.
[14] 李益民. 机械制造工艺设计手册[M]. 北京: 机械工业出版社, 1995.
[15] 范云涨, 陈兆年. 金属切削机床设计简明手册[M]. 北京: 机械工业出版社, 1994 .
[16] 吴圣庄. 金属切削机床概论[M]. 北京: 机械工业出版社, 1985 .
[17] 黄鹤汀. 金属切削机床设计[M]. 北京: 机械工业出版社, 1997.
[18] 上海纺织工学院. 机床设计图册[M]. 上海: 科学技术出版社, 1979.
[19] 成大先. 机械设计图册[M]. 北京: 化学工业出版社, 2000.
[20] 李洪. 实用机床设计手册[M]. 北京: 机械工业出版社, 1999.

滚齿机床身部件结构设计

内容简介：: 1 (2001) 915922A 176 5812,3 999; in 000; 3 000a is by to in of is in of of to as as is as at do of a as d u 1,2 3,4. w in a is to in of a it is to It is to of q f q f is w w be d be u 1 it be +916 1 (2001) 915922of of to of of of a of to a to d=0 on a of =0of in 0to of to of of to w of up in 2W of if of it to it is to in a of of to it be as of of 1 of a q),to f), S) to d)u 12 of A9 is q is 0 as a of a 4; a 20 f is 9 to a 1 (2001) 9159221. of a 2. of 18 , of f q. If q f be a of a on A in as 5 a An in in a 1 (2001) 915922in of of is to be of , 3. of is to a d be , 3. to by , is by is a of d 55 q+f)2q. (1)d is a of is in a V in a d be a of of d 090% of as as 33 . in as do of a d is of be at a to w, 2.J is 5q2 q+f). (2) 5(3)3. of 1 (2001) 9159224. , 0 4 to be of 5, so it of is a of of w is by w) of . 0 on 4 . in w w is by 5. w 1 (2001) 915922w. (4)w to a 15 . . w a on 3,4. be 33 or be w is to a d is 3on as 4, is in is 0 on is is 0 . is on up of is is of A9 on is to of is by or no to it is to of 0is be 00be to a be by of a 2. to of of of to be to in 0. to it a be by a on V to of of 2. be at 05(5)In a to a of of be be to , 2. d to L/02 q, q, q, ) 1 (2001) 9159225DL 02(6) be to of of is to a V is in 2, is a is ap - (W/2)2D. (7).0 as (2) of %. in a of a in is w is in by be in a of of be a to by a a if it if of be by be in so it as be to of is be by to a of be to of at at a of to be at D. of of to 1 (2001) 915922in to in is to of of of 9 (2) (1979) 95108.2 A 01 (1979) 330340.3 05 (1983) 183186.4 0 (2)(1990) 291295.5 002/e): of : 外文翻译专业机械设计制造及其自动化学生姓名黄海班级制 051 学号 0520110112 指导教师邢青松 1 外文资料名称： A 外文资料出处： of 附件：指导教师评语：签名：年月日 (用外文写 ) 2 一个标准的圆锥点钻磨床海译摘要：本文介绍了一种钻头磨床能产生锥形麻花钻点并带有非常准确的点的形状。该机器通过精确正交动作用垫片来调整，这样是为了确保钻削参数设定准确。在这一点形状制作上有足够的精度，以至于要点制作的检查都是没有必要的。关键词：钻头磨削 ;钻头刃磨 ;牙轮钻机模型点 ;麻花钻磨削。 1 前言现在在调整现有的简单锥形麻花钻磨削机器上存在着一些问题，操作者要求很容易就能改变这些机器不同点的参数，前提是这些参数对钻削运动不重要，如点的角度，同时不能对性能有非常大影响的参数进行简单直截了当的调整，例如通过图 u 1,2 描述的斜距 3,4 描述的参数。大多数机器在调整上采用试错方式，直到可以制成被接受的非特性的钻削才行，这导致不同分批钻点的形成。当锥形钻头的制作完成后，使得很难衡量点和确定其模型参数。由于很容易测出点的角度的两倍，使得很容易找到和，但分离和是困难的。实测横刃角包含参数，不能够脱离横刃角，同时不能直接测量参数 d ，从 u 1 的表中可以推断出：如果其他参数都是知道的话，横刃角度可以从中推导出来。又因为锥体模型参数很复杂，使得很难检查这些点，因此首先制做出正确的点，这是很重要的。本文介绍了一种麻花钻磨床，该磨床上所有的锥钻点参数都是允许重新设置的，并保证这些参数是常用的，并且重复性好。这是因为它们是直接用垫片和盖奇块精确定位的一套钻机，它可以校准参数甚少的磨床零件尺寸且效果很好。 3 图 1 麻钻的锥点图 2 标准麻花钻一边的观察图 2 磨床的描述图 1显示锥体模型的麻花钻点与参数半锥角（）的轴线，锥轴角（），斜距（ s）和锥尖到钻探的距离（ d）如图 u 1,2中所描述。图 2显示了圆锥钻头磨床配置标准。轴线是主轴的锥模。是定在 30，因为沿着切削刃这可给人一个均匀分割角的感觉，但横刃角不能过大，见 4 ;一横刃角度小于 120，角度固定在 29到标准值为 118的点角度，点角度是和的和的两倍。如果想要和有所不同，上述的数值应该有足够广泛的应用范围。斜交距离对钻头的几何形状有很大的影响 ,一个斜距离的小小改变就会大大改变如 5 所定义的一样的限定的角度。增加斜交距离，将会导致限定角度按照一定的角度增长从而超过钻孔的切削边沿的整个角度。通常斜距离约等于网边厚度。如图距中心变不同垫片的厚度在横量减去一个垫片的厚度 P 4 后，斜交距离的数值就等于一台机器的常量0P。如图过调整垫片 d。垫片造成垫片以此来提高或降低钻机的空余间隙。该垫片厚度由包含钻直径 D和到： c o ss 0 其中为钻孔是放在如果钻头被放在一个夹头里，孔直径。孔直径的 60相当，尽可能小而不使横刃角度过大，即大于 0133 。这一结果使得随着剪切角度沿着钻轴进行切削，并使得整个角度会尽可能地增加。大多数现有的钻磨不容许调整这个参数，并有一个固定的对大的钻头仅可接受，而对小的钻头则过大。如图必须到锥尖处有一个适当的距离 J，此时的合适角速度为 w。后 0得出：图 3 标准麻花钻 5 图 4显示由表面距离 R，测量仪必须定位于沿削槽。图 5，表示的是钻孔和其出削槽的连接，但是因为该出削槽凹的形状，使得这个调整不是很精确。其中参数的调整由度孔套可沿锥轴旋转 90 左右。在磨削以后，切削边可达到外径测量仪接触点，如图 4和 5所示。这一结果在第一原理下设定 w，到： ta 很小的角度，不超过 15度。度横刃角也增加 1度。角度沿切削刃分配，见 3,4 。但是，这样做增加也了横刃角。而使得横刃角约小于 133 度或横刃会太长。如 3 往往用参数作为以参数的补偿。在接触到如图 4所示盖顶这个钻头固定在 “ V”型钻套内轴向后旋转 90 度，遇到该砂轮形成半点，接着钻削变松了同时可旋转 180度，钻套可绕向前旋转 90度。第二凹槽接触到盖顶时钻头再次被夹紧。钻套又绕回来，形成第二个半点。为了清楚地表示夹具和轴的旋转，每个停止点 6 没有用数据表示出来。 3 校准没有明确认识磨床的层面就来校准机器这是不可取的，因为标定不会因不准确地形成或衡量部分而受到影响。虽然测量角尺寸是不容易的，但是在不知道许多线性尺寸的情况下仍有可能校准。要找出0同时要利用普通的计量工具。校准0砂轮可沿其轴线旋转同时能准确地定位回到了以前的轴位置。通过用圆锥指出标定杆来取代磨床的旋转部分，0 图 2 中的虚线所示。当锥接触到磨削车轮时，0 尖端的距离。在校准0端到基地的距离用示。需要测量一次，因为它与0 V”凹槽上得到的，表示从基地到坐标与磨轮交点的距离，如图 2所示的虚线。此外，距离重新校准后才测量。此时有：为了在研磨机上使用很多不同的钻头直径，各种垫片厚度太大。如图 2所示该砂轮左侧可增加 L，增加的 L 它从最初测定值增加 d ，它与这 3个校准常量有下列的关系：公式（ 6 ），也可以在磨轮一侧磨削后被用来校正机器。砂轮修整是为了产生一个小。 4 精度当“ V”凹槽在图 2所示的位置时，钻头和砂轮之间有一个非常小的差距。缺口宽度可由下得： 2 当斜距离接近其 W/2下限时，缺口宽度约为 0。这种差距随着斜交距离的增大而增加。忽略这种差距会在第二个公式（ 2）产生的一个很小的错误的的，大概为公式（ 2）的 1左右。这可能会导致参数小部分产生一定程度上的误差。但这些是可以接受的，因为一个整体而不是一部分。 7 5 讨论这种标准钻头磨床所产生的钻点可以和其他磨床所产生的钻点可以用许多种方向来比较。钻头侧表面和其边沿可以通过同一个坐标测量机（来测量，并且可与带有标准点的磨床所形成的点比较。这将区分开来，如果这两点均是相同的。但是这样有利于比较，即：通过量的侧表面再测量出钻头直径那么磨床可以旋转形式调整，这样产生的点和标准磨床上产生的点一样。以理性的方式，使生产点，同时为标准钻头磨床。另一个比较是将刀具的标准点和切点进行寿命测试，但问题是，不同的形状点的切削性能具有许多相似点。标准磨床生产出来的点为新钻尖的几何形状提供一个测试基准。第三个比较是检查外径上二个点之间的角和接近尾声的横刃上的一个点角度，这些角度对钻削运动是至关重要的。接近尾声的横刃上的一个点角度应该大于外径上二个点之间的角。这样将产生良好的钻井性能，但留下的制作形状仍不固定 6 结论凸轮驱动的机械研磨机和计算机控制的磨床从一个点的形状到另一个点形状的形成能产生各种各样的点，本文提出的磨床，虽然有点繁琐的设置，但可以生产大批量完全相同的且在点形成时有高精度的锥点，这一点当直径很小时尤其重要，因为它们难以检查。为了与更多的点比较，这些钻削可以用于共同圆锥面钻尖的基准测试，未来的工作将包括钻头后刀面的形状的设计测量技术同时为磨床提供第一步理性的比较。引言齿轮传动应用广泛 , 对齿轮制造质量的要求越来越高 , 需求量也日益增加 , 而鼓形齿轮可改善齿轮的啮合状况 , 使齿向载荷分布均匀 , 提高齿轮的抗弯强度 , 降低传动噪声 , 延长使用寿命。鼓形齿联轴器和直齿联轴器相比 , 具有承载力高、使用寿命长、维修费用低、机械效率高等优点 , 在起重机等方面应用非常广泛 1 。普通滚齿机不具备加工鼓形齿轮的功能 , 部分滚齿机通过加装仿形板并手摇机床立柱来实现获得鼓形齿轮加工功能 , 但这种方法存在立柱进给灵敏度差、工件齿面粗糙度高、仿形板规格繁多、操作费力等弊端 , 特别是机床调整复杂 ,调整周期长 , 产品适应性较差 , 加工质量较低 , 严重制约了鼓形齿轮的生产。本课题来源于生产企业对鼓形齿轮加工的实际需求 , 根据近年来数控技术 , 尤其是开放式运动控制器快速发展的现状 , 应某厂方要求 , 对某厂的Y 3 1 5 0 E 滚齿机进行数控化技术改造 , 成功地开发了一套基于 H U S T C N C - H 3 X 的开放式运动控制器的数控滚齿系统并用于实际生产。改造好的数控滚齿机调整简单 , 机械性能稳定可靠 , 使鼓形齿轮的加工质量、加工精度大大提高 , 同时大幅度提高生产效率。1 滚齿机加工原理1 . 1 滚齿机传动链分析滚齿机应具备下列传动链 : 主运动传动链、展成运动传动链、垂直进给运动传动链、轴向运动传动链、径向进给运动传动链 2 。滚齿机的工作运动有 :( 1 ) 主运动 : 主运动即滚刀的旋转运动。( 2 ) 展成运动 : 滚刀和工件的回转 , 由伺服电动机分别驱动滚刀和工件的回转 , 伺服电动机按控制指令运动 , 严格保证滚刀和工件二者同步。该方案投入大 , 成本高 , 对运动控制器的实时控制要求较高 , 控制软件编程难度大。( 3 ) 垂直进给运动 : 垂直进给运动即滚刀沿工件轴向作连续的进给运动 , 以切出整个齿宽上的齿滚齿机数控化改造设计俞鸿斌1, 金波1, 舒柏和2( 1 . 金华职业技术学院 , 浙江金华 3 2 1 0 0 7 ; 2 . 金华汉生机电控制工程有限公司 , 浙江金华 3 2 1 0 1 7 )摘要 : 本文介绍了运用基于 H U S T C N C - H 3 X 开放式运动控制器对滚齿机进行数控化改造的原理 , 用此方法改造普通滚齿机 , 可以有效地扩大机床加工鼓形齿轮的功能 , 大大提高了机床性能 , 获得较大的经济效益。关键词 : 滚齿机 ; 改造 ; 设计中图分类号 : T G 6 1+2 文献标识码 : A 文章编号 : 1 6 7 1 - 3 6 9 9 ( 2 0 0 7 ) 0 2 - 0 0 1 4 - 0 3D e s i g n a n d R e f o r m i n G e a r H o b b i n g M a c h i n H o n g - b i J I N B S H U B a i - h 1 . J i n H u a C o l l e g e o f P r o f e s s i o n & T e c h n o l o g y , J i n h u a 3 2 1 0 0 7 , C h i n a ; 2 . J i n h u a H a n g s h e n gM e c h a n i c a l a n d E l e c t r o n i c a l C o n t r o l E n g i n e e r i n g L i m i t e d C o m p a n y , J i n h u a 3 2 1 0 1 7 , C h i n a )A b s t r a c t : T h e p a p e r d i s c u s s e s t h e p r i n c i p l e o f t h e g e a r h o b b i n g m a c h i n e C N C R e f o r m u t i l i z i n S T C N C - H 3 X o p e n m o t i o n c o n t r o l l e r . W i t h t h i s d e s i g n , t h e f u n c t i o n o f h o b b i n g m a c h i n e t o m a c h i n ec r o w n g e a r c a n b e e f f e c t i v e l y e x p a n d e d , t h e p e r f o r m a n c e a n d p r o c e s s i n g c a p a c i t y o f t h e C N C g e a rh o h h i n g m a c h i n e a r e g r e a t l y e n h a n c e d . a n d t h e e c o n o m i c a l b e n f i t c a n b e g a i n e d e c o n o m i c a l l y .K e y W o r d s : g e a r h o b b i n g m a c h i n e ; r e f o r m ; d e s i g 日期 : 2 0 0 7 - 0 3 - 2 7作者简介 : 俞鸿斌 ( 1 9 7 1 - ) , 男 , 浙江永康人 , 硕士研究生 , 讲师 , 技师 , 主要从事数控技术、机械 C A D / C A M / C A E 研究。金华职业技术学院学报第 7 卷第 2 期2 0 0 7 年 4 月V o l . 7 N o . 2A p r . 2 0 0 7形。轴向进给改造为由伺服电动机 M 1 驱动 , 调节M 1 的转速可以得到需要的进给速度 , 改造原理如图l 所示。( 4 ) 径向进给 : 工件向滚刀方向作径向进给 , 垂直进给运动和径向进给联动加工鼓形齿轮。水平径向进给改造为由伺服电动机 M 2 驱动 , 经蜗杆副、丝杆副使滚刀切向移动 , 调整伺服电动机转速可以得到需要的切向进给速度。因厂方要求 , 且受成本限制 , 展成运动保留了普通滚齿机原分齿传动链 , 采用两台伺服电动机进行数控改造。1 . 2 总体设计方案根据鼓形齿轮的成形原理 , 综合考虑滚切中对机械进给系统跟随性、快速性的要求及改造成本等因素 , 在保留原普通滚齿机分齿传动链的基础上 ,按照数控理论中两坐标圆弧插补原理 , 对机床的刀架垂直进给运动和水平径向进给进行数控化控制改造 , 实现鼓形齿轮加工。按工件精度和切削力的计算 , 参考国内外数控滚齿机的拖动方式 , 采用伺服电机驱动的半闭环伺服系统。在数控滚齿机上加工鼓形齿轮 , 要根据其工件图参数、夹具尺寸、滚刀参数、工艺要求 , 确定各轴位置 ,X Y 两坐标联动 , 用圆弧插值法 , 加工对称于工件齿宽、带圆弧的鼓形直齿和斜齿齿轮 3 。数值计算和调整原理见图 2 。2 机械部分改造在满足实际应用需求的情况下 , 为了降低成本 , 酌情减少数控轴数 , 对原机械滚齿机的改动较少。 , 对不同尺寸的鼓形齿轮通过参数化设置便可进行加工 , 操作简单、方便。进给 X 轴、 Y 轴分别采用伺服电动机通过数控系统单独控制 , 数控机床的进给系统应满足无间隙、低摩擦、高刚度等基本要求 , 需要完成的机械改造主要包括滑动丝杠改为具有预紧、消隙功能的滚珠丝杠 , 蜗杆 - 蜗轮副改为双导程渐开线蜗杆副。增加轴向调整环节 , 滑动轴承均改为滚动轴承 , 去掉垂直进给传动链及调整挂轮机构。使刀架 X Y 轴数控化 , 使得机床各项运动精度大大提高 , 机床更加柔性化 , 调整更加方便 , 大大降低工人的劳动强度。3 控制软件设计方案3 . 1 控制系统方案制定本方案是采用台湾亿图的多轴运动控制器H U S T C N C - H 3 X 的开放式数控系统。核心是一块具有 P C 1 0 4 总线并且自带高速 D S P 芯片的开放式多轴运动控制卡 , 与嵌入式 P C 主机构成多处理器结构 , 卡上自带 D S P 芯片以实现实时高速插补、计算功能 , 可完成空间直线、圆弧插补 , 大大减轻了主机负担 , 还提供了程序缓冲区 , 该运动控制卡通过P C 1 0 4 总线和计算机通讯 , 一方面将从各控制轴采集到的数据送给主机进行计算 , 另一方面 , 将主机根据工艺及数学模型进行运算生成的运动控制指令经过进一步处理送各轴伺服驱动器 , 完成各轴的运动控制 , 加工出满足工艺要求的合格零件。图 1 滚齿机改造原理简图图 2 X Y 两坐标联动圆弧插值法加工鼓形齿轮俞鸿斌等 : 滚齿机数控化改造设计第 2 期1 5图 5 滚齿机系统硬件控制部分及部分电器原理图图 3 T N C - A 3 系列控制器 L C D 面板及按鍵图 4 滚齿机数控系统单段运行操作界面( 下转第 1 3 页 )金华职业技术学院学报 2 0 0 7 年3 . 2 控制软件设计方法本系统控制软件是在纯 D O S 下用 C 语言开发的 , D O S 系统的开放性、单任务、准确的时钟中断管理及其良好的稳定性 , 为工业化生产提供了可靠的保证。整个软件系统采用模块化设计 , 它包括主程序模块、子程序模块及加工程序模块三大部分。控制器 L C D 面板及按键参见图 3 。单段运行操作界面参见图 4 。其中系统初始化包括自制小汉字字模的装入、显示器图形方式的初始化、控制器滤波参数的整定等。系统诊断模块的作用是监控各被控轴的运动状态 , 如 : 各轴有无运动误差超限、伺服报警、运动完成、限位开关动作等。实时控制模块 , 由中断服务程序实现 , 它在每个时钟中断周期内读入各轴位置 , 根据加工对象的加工工艺要求计算出新的运动控制指令送运动器解释执行。4 硬件电路本文讨论的改造方案采用开放式运动控制卡去驱动各轴电机 , 摆脱了国外进口的限制 , 充分发挥了 P C 平台上的软硬件优势 , 丰富和改善了开发环境。硬件电路由外设、信号变换电路及辅助电路几部分组成 , 构成一个完整的简易数控系统 , 完成程序的输入与处理、显示、电机驱动等一系列功能。滚齿机系统硬件控制部分及部分电器原理图如图 5所示。1 6参考文献 : 1 陈伯时 . 电气拖动自动控制系统 M . 北京 : 机械工业出版社 , 1 9 9 7 . 2 实用数控加工技术编委会 . 实用数控加工技术 M . 北京 : 兵器工业出版社 , 1 9 9 5 . 3 杜建铭 , 李富生 , 吴宏 , 等 . 基于开放式运动控制器的滚齿机数控改造方案 J . 制造技术与机床 , 2 0 0 2 ( 1 0 ) : 4 7 - 4 8 试与结论在集中器的调试过程中 , 我们采用了分模块调试的方法 , 首先在 L C D 显示屏上显示存储单元中的数据 , 并能通过键盘来选择相应数据的显示 ; 第二步调试 4 8 5 通讯模块 , 根据中华人民共和国电力行业标准 : 多功能电能表通信规约 ( D L / T 6 4 5 1 9 9 7 ) 中的约定 , 使电表中的数据能被顺利地采集并存储到集中器中 ; 第三步调试数据发送模块 , 包括以太网和 G P R S 两个部分。最后进行系统的整体联调 , 实现了电表数据的实时抄录和远距离发送 ;抄表系统管理中心通过集中器对电表的远程控制功能也得到了实现。该集中器经过适当的调整 , 可以应用于供水、供气系统中 , 做到水、电、气三表合一的集中抄表 , 具有良好的应用前景。参考文献 : 1 杜春雷 . A R M 体系结构与编程 M . 北京 : 清华大学出版社 , 2 0 0 3 . 2 陈赜 . A R M 9 嵌入式技术及 L i n u x 高级实践教程 M . 北京 : 北京航空航天大学出版社 , 2 0 0 5 . 3 丁毓山 . 电子式电能表与抄表系统 M . 北京 : 中国水利水电出版社 , 2 0 0 5 . 4 钟章队 , 蒋文恰 , 李红君 , 等 . G P R S 通用分组无线业务 M . 北京 : 人民邮电出版社 , 2 0 0 1 . 5 崔强 , 宋玉炎 . 基于无线通信的自动抄表系统的设计与实现 J . 现代通信技术 , 2 0 0 3 , 2 8 ( 8 ) : 1 5 - 1 8 . 6 孙磊 , 张崇巍 . 以太网控制器芯片 R T L 8 0 1 9 A S 及其远程抄表系统中的应用 J . 仪器仪表用户 , 2 0 0 4 , 1 ( 4 ) : 3 7 - 3 9 网卡接收标志位是否为 1从网卡接收数据M C 5 5 接收标志为是否为 1从 M C 5 5 接收数据数据处理结束是否否是图 6 数据接收子程序流程图!( 上接第 1 6 页 )章珏瑞等 : 基于嵌入式系统的电能抄表集中器设计第 2 期5 结论本设计已成功地运用于中型滚齿机的改造。它较好地解决了鼓形齿轮的滚齿加工问题 , 加工出的鼓形齿轮齿面质量高。对于不同的鼓形齿轮产品 ,要根据其零件图参数、滚刀参数工工艺要求 , 确定各轴位置 , 只需输入相应的 G 5 4 工件坐标系等参数 , 就能灵活、迅速地适应加工零件的变更 , 加工各种鼓形齿轮。因此 , 本设计具有产品适应性强 , 加工质量好 , 生产效率高等特点 , 而且改造费用低、改造周期短、操作使用方便等优点。( 1 ) 滚齿机的数控化改造 , 大大提高了齿轮加工能力和加工效率 , 改善操作性能问题。( 2 ) 数控改造后有效提高工件加工精度和效率。机床操作简便 , 加工效率高 , 加工质量稳定 , 效果良好。( 3 ) 机床可根据加工零件的特点进行编程加工 ,可进行各种形式的方框循环加工程序 , 可通过编程实现鼓形齿轮的数控加工。( 4 ) 相关技术改造的可在齿轮机床上推广 , 既有广阔的技术前景 , 又有显著的经济效益。( 5 ) 如需进一步提高该滚齿机的加工能力可对其他进给各轴和滚刀刀盘角度 A 轴等采用单独的伺服电机控制 , 进行全面数控化改造。在技术上已不困难但成本较高 , 用户要根据需求和成本进行取舍。1 3 X 收稿日期 :2008 - 08 - 13基金项目 :重庆市科委攻关项目 (2005 简介 :陈碧楠 (1965 ) ,女 ,福建人 ,教授级高级工程师 ,主要从事冶金设备设计研究干式切削滚齿机刀架部件滚刀轴优化设计楠 1 ,宋 2(1. 中冶赛迪工程技术股份有限公司 ,重庆 400013 ; 2. 重庆工学院重庆汽车学院 ,重庆 400050)摘要 :分析影响高速干式切削滚齿机滚刀轴动态特性的因素 ,用分别从轴承支承跨距和轴承刚度两个方面对滚刀轴进行建模和优化设计 ,并对优化结果进行模拟验证键词 :滚齿机 ;滚刀轴 ;优化设计 ;有限元中图分类号 : 文献标识码 :A 文章编号 :1671 - 0924 (2008) 11 - 0038 - 04 . o. , 00013 , 2. 00050 , of By of to a 我国制造业的快速发展 ,齿轮的需求量日益增加 ,各行业对齿轮加工的效率、质量及加工成本的要求愈来愈高 ,使得滚齿机朝着高速高效化、全数控化、环保化、智能化以及网络化的方向发展 . 高速干式切削滚齿机是满足上述需求的新一代的滚齿机 ,它将滚刀轴 ( B 轴 ) 与工件轴 ( 之间的联动关系交由数控系统或者专门的电子齿轮模块处理 ,让滚刀轴和工件轴从冗长的差动传动链中解放出来 ,分别由内置主轴电机和内置力矩电机直接驱动 ,从而使滚刀轴和工件轴的转速数量级得到提升 ,其中滚刀轴的转速可达到3 000 r/ ,满足干式切削的速度要求 ,不仅极大地提高了生产效率 ,而且由于干式切削不需要任何油液冷却 ,使加工的过程更加环保部件是高速干式切削滚齿机的核心部件之一 ,其设计的关键在于滚刀轴轴系的设计 . 由于滚刀转速很高 ,使得加工过程中切削力的激振频率很高 ,所以设计的难点不仅在于静刚度是否能满足精度要求 ,如何提高滚刀轴轴系的动态特性 ,避开共振区更是其设计的重中之重 . 一般说来 ,一第 22 卷第 11 期22 11重庆工学院学报 (自然科学 )008 年 11 月2008阶固有频率应高于切削激振力频率的 25 %以上才能保证静刚度成为影响主轴精度的主要因素 . 本研究以高速滚齿机滚刀轴为例 ,采用有限元方法 ,通过刀架主轴系统进行建模和分析 ,以固有频率为优化目标 ,完成对其的优化设计模型建立滚齿机刀架部件主轴轴系包含电主轴、刀杆以及活动支承 3 个部分 . 电主轴由主轴、轴承、电机、壳体组成 ,其中壳体固定不动 ,电机定子固定在壳体上 ,进行分析时将两者看做刚体 ,可以不加考虑 . 电主轴的主轴是阶梯轴 ,中空 ,由 2 组轴承支承 ,采用一端固定一端游动的支承方式 ,靠近加工区域的一端固定 ,远离加工区域的一端游动 ,固定端采用双列圆柱滚子轴承和 60 接触双列推力球轴承配对支承 ,浮动端采用双联角接触球轴承支承 ,既能保证刚度和加工精度 ,又为主轴热膨胀留下伸缩空间 . 主轴与刀杆刚性联接 ,可将两者看作一体 . 刀杆由滚针轴承支承 ,这样 ,主轴 - 刀杆系统由 3 组轴承支承 ,为静不定结构面地分析主轴的动静态特性 ,必须将主轴、轴承、刀杆以及辅助支承的轴承看作一个系统进行分析 . 主轴单元结构对称、形状简单 ,可作为空间弹性梁来处理 ,选用序中空心轴特征的元来模拟 ,对不同的轴径采用不同的实参数 . 对主轴 - 刀杆系统更为详细的简化 : 将轴承组简化为单个弹性支撑 ,根据技术资料 ,选用的背对背双联角接触球轴承的作用点在 25. 3 双列圆柱滚子轴承 - 双向推力角接触球轴承组由于前者不能承受径向力 ,作用点定在圆柱滚子轴承的中线处 ,滚针轴承的作用点在其中线处 ; 认为轴承只具备径向刚度 ,不具有角刚度 ,进一步将轴承简化为径向的压缩弹簧质量单元 ; 忽略轴承负荷及转速对轴承刚度的影响 ,将轴承刚度看成一个常数 ,用簧单元进行模拟 ; 将电机转子和转子套等效为同密度轴材料 ,将其与主轴看成一体 ; 当主轴内孔阶梯度不大时 ,简化为当量内孔上述简化原则 ,将主轴单元划分为 14段 ,15 个节点 ,其中节点 1 10 为电主轴 ,节点10 15 为刀杆 . 建立的有限元模型如图 1 所示 ,共15 个关键点 ,14 段刀架主轴单元简化模型2 优化设计由于机械系统是典型的欠阻尼系统 ,如果发生共振 ,即切削激振力的频率与机械系统的固有频率一致或者相当接近时 ,机械强度会成倍地下降 ,所以在高速切削的条件下 ,静刚度不再是设计的焦点 ,如何提高系统的动态特性 ,避免共振才是设计的重点 . 干式切削滚齿机滚刀轴转速很高 ,设计时应当采取措施尽量提高主轴系统的一阶固有频率 ,使之至少超过切削力频率的 25 %以上 ,所以将固有频率作为优化的目标是合适的频率跟系统的刚度和质量有关 ,随着前者的增大和后者的减小而非线性的增大 . 那么 ,轴系本身的结构、质量、刚度以及支承刚度都是影响固有频率的因素 . 选定合适的内置主轴电机后 ,主轴的轴径、轴阶的长度都根据电机数据定出 ,而刀杆轴径和长度也依据滚刀数据定出 ,即轴系的结93陈碧楠 ,等 :高速干式切削滚齿机刀架部件滚刀轴优化设计构和质量基本确定 ,对轴系固有频率的影响几乎是不可调的 . 因此 ,对轴系固有频率影响最大的参数就是电主轴轴承支承的跨距及轴承自身的刚度就这两个因素对滚刀轴轴系固有频率的影响加以分析 ,并提出优化策略 1 轴承支承跨距的优化以固有频率为目标的优化必须在模态分析的基础上进行 ,按照图 1 所示模型 ,在件界面建模 ,如图 2 所示滚刀轴轴系几何模型在设计中 ,为保证前端悬伸量不变 ,固定端轴承组的支承位置不变 ,通过改变游走端双联角接触球轴承的支承位置 ,即图 1 所示的节点 2 的位置来改变跨距 . 按实际加工情况施加约束后 ,用子空间法进行模态分析 ,可得到不同跨距下轴系的一阶固有频率 ,如图 3 所示支承跨距对轴固有频率的影响由图 3 可见 ,跨距对主轴系统刚度的影响不是单调的 ,在跨距为 343 ,主轴系统的一阶固有频率达到最大值 . 由于实际结构的限制 ,选取跨距为 348 在此跨距下 ,轴系一阶固有频率为1 018 该型滚齿机滚刀轴最高设计转速为4 000 r/ 滚刀有 12 个容屑槽 ,则切削力最高激振频率为 4 000 12/ 60 = 800 轴系一阶固有频率高于最大激振频率 25 %以上 ,满足设计要求 2 轴承预紧刚度对轴系固有频率的影响首先研究固定端双列圆柱滚子轴承对固有频率的影响 . 确定轴系跨距为 348 维持另外两个轴承组刚度不变 ,改变双列圆柱滚子轴承预紧量 ,使其刚度变为 25. 24 N/ m、 252. 4 N/ m、 2 524N/ m、 25 240 N/ m ,通过件的分析 ,可得到主轴系统固有频率的变化 ,如图双列圆柱滚子轴承对主轴系统固有频率的影响同理 ,改变刀杆活动支承的滚针轴承过盈量 ,使之刚度变为 37. 86 N/ m、 378. 6 N/ m、3 786 N/ m、 37 860 N/ m ,其余轴承刚度维持不变 ,经分析得到主轴系统固有频率的变化 ,如图滚针轴承对主轴系统固有频率的影响由上面的分析结果可以看到 ,主轴系统的固有频率随着轴承刚度的增加而单调增加 ,开始增长很明显 ,到后面增长则相当平缓 . 当设计的预紧过盈量为 2 m 时 ,两种轴承预紧刚度分别为2 524 N/ 786 N/ m ,此时轴系固有频率为1 018 满足要求 . 若要进一步明显提升轴系固有频率则需要成数量级的提高轴承预紧刚度 ,这意味着相当大的轴承过盈量 ,会极大增加装配难度 ,得不偿失 ,甚至根本无法实现 . 此外 ,大的预紧力意味着大的摩擦力矩 ,在高速下极易导致轴承和主轴的温升 ,不利于主轴速度的提高 ,共振振幅04 重庆工学院学报也可能大幅度增加两图可发现 ,双列圆柱滚子轴承的刚度对主轴系统的固有频率的影响很大 ,预紧不好 ,会使主轴系统的固有频率掉入共振区 (800 下 ) . 因此认真调整轴承预紧力 ,对保证其刚度非常重要模拟验证根据优化结果 ,可以确定最佳的跨距和可实现的轴承最佳预紧刚度 ,下面通过轴系切削点处对切削力的谐响应分析对优化结果进行模拟 1 确定加工时激振力为了分析简单 ,可将最大径向力与平均径向力之差作为简谐激振力的幅值 ,滚刀轴承受的最大径向力为 402 N ,平均径向力为最大径向力的45 % ,则激振力的幅值为 221 N ,将最大转速下切削力的变化频率 800 为强迫振动频率 ,相位角近似取为 0 ,这样就把激振力完全确定了 . 此时主轴系统受到的力可以描述为P( t) = t + ) = 181 + 221 t + )3. 2 静力分析首先对切削点处在最大径向切削力 402 N 作用下的变形进行静力分析 ,得到变形如图 6 所示 ,此时的变形量为 0. 945 7 m. 相同的方法 ,在 181 力作用下 ,切削点处变形量为 0. 425 8 主轴单元静力变形3. 3 对激振力的谐响应分析取激振力的频率为 700 1500 载荷子步为100 ,得出切削点对激振力的径向响应位移随激振频率变化的曲线 ,如图 7 所示切削点的位移响应位移 - 频率

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