滚齿机刀架及其工作台部件设计

1、南 京 工 程 学 院毕业设计说明书(论文)作 者： 张晓文 学 号： 240070146 院(系)部： 机 械 工 程 学 院 专 业： 机械设计制造及其自动化（机械设计） 题 目： 滚齿机刀架及其工作台部件设计 指导者： 李钢 讲师 评阅者： 2010 年 6 月 南 京毕业设计说明书（论文）中文摘要滚齿机是用来加工各种齿轮的机器，工作台和刀架是它必不可少的部件。以500mm最大加工直径为基本参数，对滚齿机刀架和工作台部件进行设计，拟定总体方案，进行结构设计，对主要的零件进行设计计算和强度校核。使设计的刀架和工作台可用于齿轮加工，最后用cad软件生成图纸。关键词：滚齿机，刀架，工作台，齿轮

2、，蜗杆，cad毕业设计说明书（论文）外文摘要title hobbing tool holder and part design workbench abstracthobbing machines is used to process a variety of gears, table and tool holder is its essential parts.500mm maximum machining diameter of the basic parameters, hobbing tool holder and bench components to design, develop

3、 the overall program, structural design, the main parts of the design calculation and strength check. make the design of the turret and the table can be used for gear cutting, and finally with cad software to generate drawingskeywords: hobbing machine, knife, table, gear, worm, cad automatic tool ch

4、anger.目 录前 言1第一章 概述21.1立式加工中心简介21.2加工中心的国内外发展21.3加工中心的原理31.4课题的目的及内容31.5主轴部件的研究进展4第二章 主轴箱总体方案拟定52.1加工中心主轴组件的组成52.2主轴箱机械系统总体方案的确定52.2.1主轴传动机构方案拟定52.2.2主轴准停机构方案拟定62.2.3刀具自动夹紧机构方案拟定72.2.4切削清除机构方案拟定92.3伺服驱动系统方案的确定92.4加工中心主轴组件总体设计方案的确定10第三章 主轴组件的关键部件设计123.1主轴电动机的选用123.1.1主电机功率估算123.1.2主电机选型133.2主轴133.2.1

5、主轴的结构设计133.2.2主轴受力分析163.2.3主轴的强度校核213.2.4主轴的刚度校核223.3主轴组件的支承223.3.1主轴轴承的类型223.3.2主轴轴承的配置233.3.3主轴轴承的预紧243.3.4主轴支承方案的确定263.3.5轴承的配合273.3.6主轴轴承设计计算273.4普通v带的设计计算293.5主轴组件的润滑与密封303.5.1润滑与密封的简介303.5.2本课题的润滑与密封方案的确定313.6键的设计计算313.6.1主轴上的键313.6.2主电机上的键323.7液压缸的设计计算33第四章 自动换刀装置的结构设计354.1刀库的设计354.1.1刀库的种类及简

6、介354.1.2确定刀库容量及形式354.1.3刀库结构设计364.1.4刀库转位机构的传动方案374.1.5确定刀具的选择方式374.2 换刀机械手及其驱动装置的设计384.2.1机械手的种类384.2.2手爪的选择404.2.3刀具的夹持414.2.4换刀机械手抓刀部分的结构424.2.5机械手的驱动装置42第五章 结论45第六章 小结46参考文献47致谢48第一章 绪 论1.1课题的来源、研究的意义及现状分析1.1.1 课题的来源本课题来源于生产实际。齿轮是工业生产中的重要基础零件，其加工水平和能力反映了一个国家的工业水平。随着社会生产力和科学技术的发展，企业对齿轮的质量要求越来越高。对

7、产品的更新速度要求越来越快。为了保证产品的质量，提高生产率和降低成本，要求齿轮加工机床不仅具有较好的通用性和灵活性，而且加工过程要尽可自动化。y3150e型滚齿机采用纯机械的传动链，传动精度低、调整复杂，无法满足大批量、多品种、高精度齿轮的加工要求，且机床电气故障比较突出，有些机床甚至无法使用，如淘汰了重新购置则投资太大。由于润滑充分，该机床的导轨、丝杠、丝母，滑台及工作台的蜗轮蜗杆等磨损不大，机床机械精度保持较好，具备进行改造的基本条件，且改造投资少、见效快，因此对普通滚齿机进行数控改造是经济可行的。据统计，现在全国大约有五万台已陈旧滚齿机，加工不出gb10095-88标准的7级齿轮 。对旧

8、滚齿机进行数控改造，一方面能充分利用企业自身资源，为企业节约资本，另一方面也能有效提高齿轮的生产水平，满足要求。非常适合我们国家企业的实际情况。滚齿是应用最广的切齿方法，滚齿机是应用最普遍的一种齿轮加工设备，在此情况下，本课题应运而生。1.1.2 课题的研究意义齿轮作为一种重要的传动零件，其作用主要有两个，一个是传递运动，另一个是传递动力，它广泛用于各类机器、仪表中。中国齿轮专业协会副会长王声堂这样来评价齿轮的重要性：“中国国徽上有一个齿轮和一根麦穗，分别象征工业与农业。齿轮是工业的象征，这就充分说明了齿轮在工业中的核心地位。” 另外，齿轮加工在国民经济发展中也占有重要位置，据统计：“十一五”

9、期间，中国齿轮行业总产值由250亿元增长到500亿元，平均增长速度接近20%，五年间上升了一倍，排名世界第四，销售规模上亿元企业超50家，行业集中度明显提高。2006年中国齿轮行业的年产值是590亿。综上所述，滚齿机需要数控改造，能有效的扩大加工范围，提高加工精度，提高机床的自动化程度以及生产效率，缩短生产和生产准备周期，并减轻工人劳动强度，改善劳动条件。1.1.3 课题现状分析滚齿机制造技术的发展可划分为机械式滚齿机和数控滚齿机两个阶段。机械传动式滚齿机，其特征为各主轴采用机械式的传动形式，包括差动、分齿、工件轴、滚刀轴和进给等。由于传动链固有的理论误差和安装间隙，造成速度很慢，精度很低。工

10、作时，滚刀装在滚刀主轴上，由主电动机通过齿轮副和蜗轮副驱动作旋转运动；刀架可沿立柱导轧垂直移动，还可绕水平轴线调整一个角度。工件装在工件轴上，由分度蜗轮副带动旋转，与滚刀的运动一起构成展成运动。滚切斜齿轮时，差动机构使工件作相应的附加转动。工作台（或立柱）可沿床身导轨移动，以适应不同工件直径和作径向进给（如图1-1所示）。图1-1传统的机械传动式滚齿机随着数控技术的发展，出现1-3个轴数控化的滚齿机，其中的一部分轴采用伺服电机数字化控制。直到20世纪80年代，世界上才出现真正意义上的六轴数控滚齿机。在过去的20年中，数控滚齿机的发展可以划分为四代：第一代数控滚齿机的工件轴和滚刀轴等采用传统的蜗

11、杆蜗轮副传动，速度依然较低，但精度有所提高。随着刀具技术的发展，切削线速度有了很大的提高，原来的滚齿机已不能满足刀具的高速切削要求，于是更快的第二代数控滚齿机诞生。其工件轴和滚刀轴采用齿轮副传动，速度有很大的提高。格里森凤凰牌125gh是第二代数控滚齿机的代表。第三代数控滚齿机于90年代末出现， 它与世界上两大齿轮装备巨头的合并不无干系。差动机构滚齿机发明人h.pfaute创办了pfauter公司，100多年来，pfauter公司不断探索，使滚齿机制造技术始终处于世界领先地位。1997年，世界著名锥齿轮制造商美国格里森公司成功收购德国pfauter公司，通过技术的强强联手，第三代数控滚齿机gp

12、系列诞生，其以全直驱技术的利用为特征，工件轴和滚刀轴的直接驱动实现了真正意义的全封闭环控制。直驱技术的使用，保证了高速度；电子齿轮箱和机械间隙的数控补偿，保证了高精度。这时数控滚齿机似乎进入顶峰。近10年间，格里森公司有开发出第四代滚齿机genesistm 130h（如图1-2所示），genesistm 130h比普通数控滚齿机的性能有了很大提升（见表1-1），这也是当今世界上唯一的第四代数控滚齿机。机床采用西门子840d数控系统，具有7个数控轴（x轴式径向轴，y轴是切向轴，z轴式轴向轴，a是刀架旋转轴，b是滚刀主轴，c是工件轴，z2是尾架轴，如图1-3所示），其中，4个为联动轴（x、z、b和

13、c）；采用干切技术，高速钢滚刀切削；转速达955r/min，线速度达180m/min，完成单件全部（包括上下料）过程仅需19s；精度高于din class7；用于精密加工时可达到din class5甚至更高，真正达到高精度、高速度。随着微处理机的发展，数控机床已向机电一体化方向发展，近年世界各发达国家竞相发展数控技术，集中了雄厚的资金和大批力展高级机电一体化技术和产品，实现生产高度自动化和柔性化幅度提高劳动生产率，降低产品成本，加速产品更新换代，从而适应市场激烈竞争的需要。历经几代进化，计算机数控系统不仅比原有的数控系统使用范围广、功能全、精度高，而且还有相当大的通用性，改善了对机床操作的控制

14、，并开始向人工智能化发展。而现代数控系统的广泛应用，又促使机械加工行业的产品结构 、生产方式、管理体制和产业结构发生深刻的变化，也将促使人类劳动方式发生根本性的变化 。因此，目前世界上各工业发达国家，都把发展数控技术作为实现机械工业技术革新的战略重点，各种加工机械都朝着数控化的方向发展。但齿轮加工机床的数控化进展却非常缓慢，一个主要原因是数控系统本身满足不了齿轮加工机床所要求的严格速比关系。现代数控系统发展的新趋势为加速实现齿轮加工机床数控化提供了可能。现代数控系统具有以下新趋势：(1) 采用交流数字伺服系统 伺服系统的质量，直接关系到 cnc机床的加工精度。现代的数控系统，采用交流数字伺服系

15、统。伺服电机的位置、速度及电流环路都实现了数字化，实现了几乎不受机械负荷波动影响的高速响应伺服系统。并且系统采用的交流伺服电机没有电刷，避免了滑动摩擦，运转时没有火花，坚固耐用，几乎不用维修，可用于恶劣环境，它的调速范围与宽调速直流伺服系统相近。由于现代控制技术的不断提高，系统内采用的数字脉宽调速装置可以以极低转速驱动电机运转，而这一点正是齿轮加工机床所追求的 适合于滚齿机伴随工件轴向进给，要求工件轴叠加一个附加运动 (速度较低)的需求。从交流伺服系统的发展趋势来看，它的控制精度和可靠性不断提高，调节性能和适应性不断增强，真正实现了全软件结构，为进一步实现数控加工的自动化和柔性化提供可能。从市

16、场调查来看，在日本市场上交流伺服系统和直流伺服系统的所占比例为3：1还强，在1996年在北京 “第四届中国国际机床展览会”上几乎所有制造数控机床的日本厂商都推出了采用交流数字伺服系统的数控机床。又如，美国辛辛那提州的米拉克龙 (milacron)公司生产的代表当今世界领先水平的a-2100系统就是采用了科尔摩根公司提供的交流伺服系统。国内也在交流伺服系统的研究方面作了大量工作 “八五”期间，国家主要大力扶植交流伺服系统，“九五”又相应地制定了有利于交流伺服系统发展的计划。由此可见，数字化和采用交流伺服系统是机床数控化的发展趋势。所以将数字式交流伺服系统引人到滚齿机的数控改装上是对国际领先技术的

17、跟踪 也是对进一步实现滚齿机的数控化寻求途径。(2) 实现了多轴控制曲线、曲面及特殊型面的加工，刀库的控制，多刀加工都要求数控机床能实现多轴联动控制。而滚齿机在加工齿轮时需要滚刀回转、工作台回转、滚刀的垂直进给走刀、工作台进给及滚刀沿刀具轴向移位等五个运动的协调运动，相当于控制系统对五根轴进行同时控制。现代数控系统一般可控制轴数为3-15轴，同时控制轴数为3-6轴。这样就为解决滚齿机以连续展成法加工齿轮时所需保证的两个基本要求提供了有效对策，为实现滚齿机数控化提供了另一个有力的保障。(3) cnc的智能化在现代数控系统中，引进了适应控制技术。数控系统能检测对自己影响的信息。并通过软件控制自动连

18、续调整有关系统参数，形成新的优化组合，达到改进系统运动状态的目的，实现生产的高度自动化。另外，通过改变系统控制参数以适应各种加工的需求，实现生产的柔性化。而要实现滚齿加工的集成化，这两点也是它所需求的。(4) 有很强的通讯功能现代数控系统 还能与其它 cnc系统通信，或者与上级计算机通信，实现fms进线的要求。所以除了rs-232接口外，还有rs-422和dnc等多种通信接口。随着柔性自动化技术的发展，齿轮加工机床也将逐步地由单机走向柔性线( fms )，进而形成自动化工厂 (fa)或者计算机集成制造系统 (cims)。这样就要求控制系统有较高的通信功能，而现代数控系统具有的较强通信功能，为滚

19、齿机与上位计算机通信实现远程控制提供了可能，为进一步实现齿轮加工的cims奠定基础。(5) 不断的提高可靠性现代数控系统的平均无故障工作时间已达到ntbf=3000-36000h (5个月)。表明现代控制系统的可靠性与稳定性已显著提高，节约了系统的故障维修时间，提高了加工效率。综上所述，现代数控系统的发展为滚齿机的数控改造提供了强有力的技术支持 。在本课题中我所选用的是sinumerik 802d数控系统，它将所有cnc、plc、hmi 和通讯任务集成于一身。免维护的硬件集成了profibus接口用于驱动和i/o模块并具有速装结构的超薄操作面板；可控制最多4个数字进给轴和1个主轴。802d 配

20、备simodrive 611ue 和带编码器的1fk7伺服电机作为进给驱动和1ph7主轴电机。1.2 设计部件工作原理该机床的刀架体主要由三个框形结构组成，具体可以参照cad图纸的剖视图，刚性好。滚刀主轴由两个推力球轴承和内锥外圆滑动轴承，支承在前轴承座内。当轴承磨损后，修磨垫片，经过调整以后就可以恢复主轴的回转精度。滚刀主轴由装在花键处的大齿轮带动，儿大齿轮是支承在刀架体上的一对圆锥滚子轴承上，这样主轴在传动过程中只受扭矩作用儿不受弯矩作用，即主轴卸荷。主轴右端有一铜套和主轴外圆配合定心，支承主轴在大齿轮中。另外转动方头手柄可通过齿轮-齿条传动，使主轴带动滚刀一起做轴向移动。刀架部件利用主轴

21、前支承、末级齿轮和圆锥齿轮等三处油池进行飞溅润滑。这样保证刀架板扳转角度后仍能够得到可靠的润滑。该机床的工作台采用双圆环导轨支承和长椎体的定心结构形式。它的轴向负荷主要由工作台座的两个环形导轨来承受。径向的负荷主要由长椎体滑动轴承来承受。当机床导轨磨损后，修磨和调整垫片即可恢复精度。工作台导轨与支承均采用压力喷射润滑，压力大概为3公斤/平方厘米。传动工作台的蜗杆副速比1/72，模数为5.5毫米，有比较高的精度，涡轮直径和最大加工齿轮直径之比为0.792。涡轮和工作台用螺钉与圆锥销紧固，蜗杆就由两种滚动轴承支承在托架上，托架装在工作台底座侧面，配磨垫片保证蜗杆与涡轮的啮合间隙。涡轮副也采用了压力

22、喷油来润滑，这样不仅仅能够充分可靠的润滑，并且可以散热，减少机床因为发热引起的变形程度。转动带动有刻度的方头手柄，经过涡轮副和齿轮副转动螺母，是工作台得到手动。用油缸可以使工作台得到快速的移动。第二章 总体方案设计滚齿加工是用滚齿刀在滚齿机上加工齿轮的方法。滚齿加工原理是滚齿刀和齿坯模拟一对螺旋齿轮作啮合运动。滚齿刀好比一个齿数很少（一至二齿）齿很长的齿轮，形似蜗杆，经刃磨后形成一排排齿条刀齿。因此，可把滚齿看成是齿条刀对齿坯的加工。滚切齿轮过程可分解为：前一排刀齿切下一薄层材料之后，后一排刀齿切下时，由于旋转的滚刀为螺旋形，所以使刀齿位置向前移动了一小段距离，而齿轮坯则同时转过相应角度。后一

23、排刀齿便切下另一薄层材料。正如齿条刀向前移动，齿轮坯作转动。就这样，齿坯被一刀刀地切出整个齿槽，齿侧的齿形则被包络而成。所以，这种方法可用一把滚齿刀加工相同模数不同齿数的齿轮。不存在理论齿形误差。滚切直齿圆柱齿轮时有以下运动： （1）主运动是滚刀的旋转运动。（2）展成运动（又称分齿运动）是保证滚齿刀和被切齿轮的转速必须符合所模拟的一对齿轮的啮合运动关系。即滚刀转一转，工件转k/z转。其中：k是滚刀的头数，z为齿轮齿数。（3）垂直进给运动 要切出齿轮的全齿宽，滚刀须沿工件轴向作垂直进给运动。2.1 刀架传动系统2.1.1 刀架主运动刀架的主运动即为滚刀的旋转运动，其切削速度由变速齿轮的传动比决定

24、。主电动机的运动通过带轮传给减速器，从减速器输出的运动再经过锥齿轮，传到花键轴上，然后由花键轴上的滑动锥齿轮把运动传到刀架上。2.1.2 刀架移动刀座的移动则是通过齿轮系传动的。2.2 工作台传动系统2.2.1 工作台的主运动工作台的主运动即是工作台的旋转，即带动工件旋转。利用涡轮蜗杆传动副，并采用垫片径向调隙结构。通过主电动机经过变速齿轮带动涡轮蜗杆的旋转。蜗轮蜗杆副图2-3 工作台转动的传动示意图2.2.2 工作台的进给图2-4 500mm滚齿机传动原理图工作台的进给主要分为快进和手工慢进。快进是由液压缸产生动力进行快速的调整，而手工慢进则是用来对刀。它采用的螺纹传动。整个机床的传动原理图

25、：滚齿机的传动系统有五条传动链：主运动传动链、范成运动传动链、轴向进给传动链、附加运动传动链、快速空行程传动链。这些传动使滚齿机只具有滚切圆柱齿轮、涡轮的加工能力、其工作范围不仅较窄，而且机械结构复杂，切传动链上的工作元件多。这些传动链不仅传动元件多，积累误差大，而且误差还交替传递、尤其是范成运动链和附加运动链有一部分重复使用，这样就已形成误差的交替传递，从而将附加运动的传动误差，传入到要求分度运动准确性很高的范成运动上。第三章 刀架结构设计3.1 主轴最高转速的确定根据滚齿原理，滚刀主轴转速可按下式计算：n=式中，n=滚动转速（r/min）v=切削速度（m/min）d=滚刀的外径(mm)所以

26、主轴最高转速n为n=根据前述分析，且结合目前齿轮滚刀湿式加工的最高切削速度范围80120m/min，取v=120m/min。关于d的选取，根据国标6083-85标准齿轮滚刀的基本形式和尺寸，并且结合实际的加工考虑。取d=70mm。将d=70mm，v=120m/min代入式中n=547.6r/min取滚刀主轴最高转速n=500r/min为安全值。影响滚齿机切削力的因素是多种多样的，主要有如下一些因素：(1) 齿轮每转一周的进给量mm/r(2) 被加工齿轮模数 m(3) 被加工齿轮材料(4) 滚刀头数g(5) 滚刀切削速度m/min(6) 齿轮螺旋角度(7) 被切齿轮的齿数z(8) 刀刃磨损(9)

27、 冷却润滑加工斜齿轮时，如果滚刀头数g 1，而被切齿数又很多，则滚刀就有较多的刀齿参加切削，因而切削力必然增大，除了作用在工作轴向的切削力外，径向力显然也增大，切削力的增大和滚刀头数的增加近似的假定为直线关系，而被切齿轮齿数的影响用z0.43表示。下面，我们以钢为材料来进行切削力和动力功率的计算，设强度为60mp ，模数为滚齿机的最大加工模数，齿数为63，螺旋角为45度，选用切削规范：进给 =0.4mm/r （滚齿机刀架的轴向进给量是0.44.0mm/工件每转），切削速度 =20m/min ,查文献【1】 p114可得，平均切削力（平均圆周力）：=64 (kgf) (3.1)其中：=1滚刀头数

28、 =1.72螺旋角影响系数=1.1切削速度影响修正系数所以：=6411.721.1=390.9 kgf切削功率： (3.2)电机功率： (3.3)其中=0.5，表示效率，3.2 电动机的选择(1) 滚齿机主运动电动机的功率p：根据机床设计理论，有p=p+p+p式中：p-消耗于切削的功率，又称有效功率（kw）p-空载功率（kw）p-载荷附加功率，指随载荷而增加的机械摩擦磨损功率（kw）机床主运动空转时，由于传动件的摩擦，空气阻力等原因，电动机要消耗一部分功率，其值随着传动件转速增大儿增大，与传动预紧程度及装配质量有关，中型机床主传动空载功率可按下列实验公式计算。p=c=c式中：d-主运动系统中除

29、主轴外所有传动轴轴颈的平均直径（cm）-除主轴外各轴的转速和（r/min）n-主轴转速（r/min）k-润滑修正系数，k=3050，润滑情况好时取小值d-主轴前后轴颈的平均值c1-主轴承系数机床切削时，由于传动件的正压力加大，则摩擦损失将增加，因而p随p的变化而变化。 p=-p式中，=，为主传动系统中各传动副的机械效率p=（kw）式中，f-最大切削力（n）v-切削速度（m/min）f另外，滚刀最大例句的计算公式：m=9.1m最大切削力f=2:取得最大静载力f=2/3 f比较之前几个公式可以知道，能较完整的包括了影响切削滚切里的所有因素。最后，取电机功率为3.7kw滚齿机的主切削力就是切削合力在

30、切削方向上的投影，切削功率就是主切削力与切削速度的乘积。由于滚齿机的受力相当复杂，到目前还没有公式来精确地计算滚刀的各种力，同时考虑到它的力受多种因素影响，在本文中，把在各种假设条件下得到的滚齿机主切削力乘上一个系数2作为滚齿机滚刀所受的垂直方向的力，其他的力都用主切削力来近似代替。所以，滚刀所受的垂直方向的力是，其它的力如作用力（切削合力在工作平面内的投影）、进给抗力等都是390.9 kgf。(2) 选择电动机的容量从前面的计算中我们知道主电机的功率为；因为滚刀所受的圆周力为，由机床的技术资料可知：滚刀的最大直径为，所以所需的扭矩为 nmm，运动从电机输出到传给滚刀架经过了传动比为2的齿轮减

31、速和传动比为15的蜗杆蜗轮减速，所以电机所需的扭矩为nmm，因为这只是一个粗略的计算，所以选取16 nm的电机；因为加工工件的最大尺寸是由机床的结构等决定的，其中，所以工作台转动时所需要的扭矩为nmm，蜗轮蜗杆的传动比为72，所以电机所需扭矩为nmm，所以在西门子电机里选取16nm的电机是完全足够的。同时辅助进给所需的扭矩更小，但为了安全起见，仍用16nm的电机。3.3 锥齿轮的设计计算和强度校核3.3.1 初步计算此处所设计的锥齿轮是主传动系统中的锥齿轮，主电机功率为3.7kw，经过带轮、减速器、到锥齿轮时的最高转速为160r/min，查文献【5】可知，带轮的传动效率一般为0.95，齿轮的传

32、动效率一般为0.99，因为减速器是两级减速，所以传到锥齿轮的功率为：p=3.70.950.990.99=3.445 kw可得出锥齿轮所受的最大扭矩为： (3.13)齿面粗糙度为=3.2，主从动轮均采用20cr经渗碳、淬火，5863hrc。大端分度圆直径de1 (3.14)其中：k载荷系数，查文献【6】p35-171可知：k=1.5齿数比 =1.5查文献【6】图35.2-16可得：试验齿轮的接触疲劳极限=1500n/，取安全系数=1.1，则可得齿轮的许用接触应力：= (3.15)= = =1363.64n/估算结果： 3.3.2 几何计算查文献【6】表35.4-3，可得：取=22， =1.522

33、=33分锥角:= (3.16)=大端模数： = (3.17) = = =4.68mm, 查文献【6】表35.4-3，取=5mm大端分度圆直径：= (3.18)=225=110mm=445=220mm齿宽系数，查文献【6】表35.4- 4可得： =0.3平均分度圆直径：=（1-0.5） (3.19)=（1-0.5）=110（1-0.50.3）=93.5mm=（1-0.5）=220（1-0.50.3）=187mm平均模数：=（1-0.5） (3.20)=（1-0.5）=5（1-0.50.3）=4.25mm外锥距：= (3.21)=99.153mm齿宽：b= (3.22)b=0.399.153=29

34、.746mm大端齿顶高：=（1+） (3.23)=（1+）=（1+0）5=5mm ,其中=0是变位系数。=（1+）=（1+0）5=5 mm，其中=0是变位系数。大端齿根高： =（1+-） (3.24) =（1+-）=（1+0.2-0）5=6mm =（1+-）=（1+0.2-0）5=6mm齿顶角：，齿根角： (3.25) 顶锥角： (3.26)根锥角： (3.27) 大端齿顶圆直径： (3.28)安装距：a1=52mm，a2=60mm冠顶距： (3.29)大端分度圆齿厚： (3.30) (3.31)大端分度圆弦齿高： (3.32)当量齿数： (3.33)端面重合度： (3.34)其中： (3.3

35、5)所以：3.3.3 接触强度校核 (3.36)ft分度圆切向力，查文献【6】表35.4-21可得： (3.37)ka使用系数，查文献【6】表35.4-4可得：ka=1.5kv动载荷系数 (3.38)查文献【6】表35.4-23可得：=10.11 ，=0.019vmt中点圆周速度 (3.39)所以：载荷分布系数，=1.51.5=2.25查文献【5】表14-3-34可得：=1.5载荷分配系数，查文献【6】表35.4-25可得：=1节点区域系数，=2.5弹性系数，查文献【6】表35.4-29可得：=189.8n/重合度螺旋角系数，锥齿轮系数，=1所以：齿轮许用接触应力= (3.40)试验齿轮接触疲

36、劳极限，查文献【6】图35.2-16d，=1500n/寿命系数，取=1润滑油膜影响系数，取=0.985最小安全系数，取=1工作硬化系数，取=1则许用接触应力值为结论：，符合条件3.3.4 弯曲强度校核 (3.41)其中：符合齿形系数，=4.79，=4.6重合度和螺旋角系数：=0.68，=，=许用弯曲应力： (3.42)齿根基本强度，=1000寿命系数，=1相对齿根圆角敏感系数，=1相对齿根表面状况系数，=1尺寸系数，=1最小安全系数，=1.4所以：结论：，45 hrc，查文献【10】表11-7可得，蜗轮的基本许用应力=135 应力循环系数 (3.45)寿命系数 则(6) 计算中心距查文献【10

37、】表11-2可得：取中心距=200 ，因=15，故取模数m=4，蜗杆分度圆直径，这时，查文献【10】图11-18，可得：，因为，因此以上结果可用。4.1.2 涡轮涡杆的主要参数计算(1) 蜗杆轴向齿距：直径系数：=10齿顶圆直径： (3.46)；分度圆导程角：= 蜗杆轴向齿厚： (3.47) (2) 蜗轮蜗轮齿数=31，变位系数= ；验算传动比，这时，传动比误差为，是允许的。蜗轮分度圆直径： (3.48) (3.49)蜗轮喉圆直径: (3.50) (3.51)蜗轮齿根圆直径: (3.52)蜗轮咽喉圆直径: (3.53)校核齿根弯曲疲劳强度 (3.54)当量齿数： 根据= ，=31.2，查文献【

38、10】从图11-19中可查得齿形系数螺旋角系数许用弯曲应力查文献【10】表11-8可得：由铸锡锌铅青铜zcusn5pb5zn5制造的蜗轮的基本许用弯曲应力= 寿命系数 所以满足要求4.1.3 验算效率 (3.55)已知= ；与相对滑动系数有关。 (3.56)查文献【10】，从表11-18中用插值法查的，；带入式中，得=0.84，大于原估计值，因此不用重算。第五章 导轨的设计5.1 导轨的选择导轨的作用是使运动部件能沿一定的轨迹运动（导向），并承受运动部件及工件的重量和切削力。导轨应满足如下要求：精度高；寿命长；刚度及承载能力大；摩擦阻力小，运动平稳；结构简单，便于加工、装配、调整、维修；成本低

39、。下面，我们就以以上要求为准则，来选择导轨的形式。导轨分滑动导轨，静压导轨，滚动导轨。滑动导轨静摩擦系数相差较大，面接触，刚度高，经磨削和刮削，可达到高精度，低速时易爬行，减震性好，结构简单，容易制造，维护简便，成本低，广泛用于普通精度机床经给运动的导轨。静压导轨又分为液体静压导轨和气体静压导轨。刚性较高，但不及滑动导轨，油膜刚度不随速度变化，运动平稳，低速无爬行，吸震性好，能长期保持制造精度，但制造复杂，需要一套可靠的油压和气压系统，调试麻烦，主要应用与大重型机床，精密机床等。滚动导轨对导轨面、滚动体精度要求均高，刚体接触，高速无油膜浮升现象，低速无爬行，预加载荷过大和制造低劣时会出现爬行，

40、有预加载荷的滚动导轨垂直与运动方向的吸震性近似于滑动导轨，沿运动方向吸震性差，防护良好时寿命长，制造复杂，导轨尺寸越大成本越高，使用维护方便，一般对润滑要求不高，用于坐标镗床工作台，磨床砂轮架等。综上所述，在此，刀架在运动时速度不高，受力不大，主要考虑到经济性的要求，选择滑动导轨。刀架所做的运动是垂直直线运动，所以除要求限制运动部件的转动和横向移动，还要固定刀架。考虑到刀架的尺寸较大，还要受力均匀，所以选择双导轨，双导轨有很多形式，比如：矩形导轨，双三角形导轨，矩形和三角形导轨，矩形和燕尾槽导轨，燕尾槽导轨等。其中矩形导轨承载能力大，制造简单，侧导向面用镶条调整间隙，接触刚度低，而且必须留有间

41、隙，降低了导向精度。而滚齿机刀架的垂直经给运动是要求有很高的精度的。因此不满足要求。矩形三角形导轨不需要镶条调整间隙，导向精度好，加工装配比较方便，但两条导轨磨损不同，对位置精度有影响。因此也不够好。而燕尾槽导轨一般是用在有较大的颠覆力矩的情况下的，它的加工测量麻烦，都不太好。总结以上各个方图4-1 垂直进给系统导轨设计图面，选择双三角形导轨（见图4-1），它接触刚度好，导向无间隙，导向精度高，磨损后响度位置变化小，对机床精度影响小。工作台径向进给的导轨则采用三角形-矩形导轨（见图4-2）。4-2径向进给系统导轨第六章 结论和展望该机床的刀架体主要由三个框形结构组成，具体可以参照cad图纸的剖

42、视图，刚性好。滚刀主轴由两个推力球轴承和内锥外圆滑动轴承，支承在前轴承座内。当轴承磨损后，修磨垫片，经过调整以后就可以恢复主轴的回转精度。滚刀主轴由装在花键处的大齿轮带动，儿大齿轮是支承在刀架体上的一对圆锥滚子轴承上，这样主轴在传动过程中只受扭矩作用儿不受弯矩作用，即主轴卸荷。主轴右端有一铜套和主轴外圆配合定心，支承主轴在大齿轮中。另外转动方头手柄可通过齿轮-齿条传动，使主轴带动滚刀一起做轴向移动。刀架部件利用主轴前支承、末级齿轮和圆锥齿轮等三处油池进行飞溅润滑。这样保证刀架板扳转角度后仍能够得到可靠的润滑。该机床的工作台采用双圆环导轨支承和长椎体的定心结构形式。它的轴向负荷主要由工作台座的两

43、个环形导轨来承受。径向的负荷主要由长椎体滑动轴承来承受。当机床导轨磨损后，修磨和调整垫片即可恢复精度。工作台导轨与支承均采用压力喷射润滑，压力大概为3公斤/平方厘米。传动工作台的蜗杆副速比1/72，模数为5.5毫米，有比较高的精度，涡轮直径和最大加工齿轮直径之比为0.792。涡轮和工作台用螺钉与圆锥销紧固，蜗杆就由两种滚动轴承支承在托架上，托架装在工作台底座侧面，配磨垫片保证蜗杆与涡轮的啮合间隙。涡轮副也采用了压力喷油来润滑，这样不仅仅能够充分可靠的润滑，并且可以散热，减少机床因为发热引起的变形程度。转动带动有刻度的方头手柄，经过涡轮副和齿轮副转动螺母，是工作台得到手动。用油缸可以使工作台得到快速的移动。在科学技术的进步和市场需求的引导下，未来，机床还会朝以下几个方向继续发展。首先，新型刀具材料的出现，如陶瓷、金属陶瓷、氮化硅陶瓷、pcbn、pcd等刀具材料，为高速切削提供了广阔的空间，为提高切削效率也提供了基础，朝着更高的速度发展。其次，用于高精密机床的材料和技术在滚齿机上的应用，滚齿技术将朝着更精密的方向发展。再次，数控进一步智能化，内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如：加工过程的自适应控制、工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如：前馈控