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1、盐城工学院本科生毕业设计说明书 2009目 录1 前 言.12 总体设计.32.1 滚齿机工作原理.32.2 拟定选择传动方案.32.3 主切削力的估算及电动机的选择.73 差动机构设计.93.1 总传动比的计算.93.2 传动比的分配.93.3 设计计算.103.3.1 螺旋伞齿轮的设计.103.3.2 运动合成机构设计.113.3.3 差动蜗轮设计.123.3.4 圆柱直齿轮的设计.164 分度轴及走刀挂轮架的设计.214.1 轴的设计.214.2 确定分度轴的材料及热处理方法.214.3 分度轴的结构设计.214.4 分度轴强度的校核.234.5 走刀挂轮架的设计.245 结束语.26参
2、考文献.27致 谢.28附件清单.2911 前 言齿轮加工机床指用齿轮切削工具加工齿轮齿面或齿条齿面的机床及其配套辅机。齿轮加工按加工原理分为两类，仿形法和范成法(或称展成法)。仿形法是用刀具的刀刃形状来保证齿轮齿形的准确性，用单分齿来保证分齿的均匀。范成法是按照齿轮啮合原理进行加工，假想刀具为齿轮的牙形，它在切削被加工齿轮时好似一对齿轮啮合传动，被加工齿轮就是在类似啮合传动的过程中被范成成形的，范成法具有加工精度高，粗糙度值低，生产率高等特点，因而得到广泛应用，范成法按其加工方法和加工对象分为：a) 插齿机：多用于粗、精加工内外啮合的直齿圆柱齿轮，特别适用于双联、多联齿轮，当机床上装有专用装
3、置后，可以加工斜齿圆柱齿轮及齿条。b) 滚齿机：可进行滚铣圆柱直齿轮、斜齿轮、蜗轮及花键轴等加工。c) 剃齿机：按螺旋齿轮啮合原理，用剃齿刀带动工件(或工件带动刀具)旋转，剃削圆柱齿轮齿面的齿轮再加工机床。d) 刨齿机：用于外啮合直齿锥齿轮加工。e) 铣齿机：用于加工正交、非正交(轴交角不等于 90)的弧齿锥齿轮、双曲线锥齿轮加工。f) 磨齿机：用于热处理后各种高精度齿轮再加工。随着齿轮加工刀具性能的提高，齿轮加工机床的高速、高效切削得到了飞速发展和成熟，齿轮滚齿切削速度由 m/min，发展到 m/min，切削走刀速度由1050mm/r 发展 mm/r，滚齿机主轴的最高转速可达 r/min，工
4、作台最高转速可320m/min， 机床部件移动速度也高达 m/min；大功率主轴系统使机床可运用直8径和长度均较大的砂轮进行切削，有利于增加砂轮寿命，也有利于操作者选择最优的参数来完成滚齿加工。目前，国内主要滚齿机制造商重庆机床厂及南京二机床有限责任公司生产的系列数控高效滚齿机已采取全密封护罩加油雾分离器和磁力排屑器的方式部分地解决环保问题。世界上滚齿机产量最大的制造商重庆机床厂从2001 年开始研究面向绿色制造的高速干切滚齿技术，2002 年初研制成功既能干切又能湿切的YKS3112 六轴四联动数控高速滚齿机，2003 年初又开始研制面向绿色制造的YE3116CNC7 高速干式切削滚齿机，即
5、将进入商品化阶段。而现今国际上生产滚齿机的强国为美国、德国和日本。这些公司目前生产的滚齿机都是全数控式的，中小规格滚齿机都在朝着高速方向发展，所有高效机床均采用了全密封护罩加油雾分离器及磁力排屑器的方式部分地解决环保问题。为更好地满足滚齿加工中的绿色制造，德国Liebher r公司早在十几年前就开始研究高速干式切削滚齿机。日本三菱重工则是最早将高速干式切削滚齿机商品化的制造商，它们的成功还得益于滚刀制造技术的提高。我所设计的课题来源于生产实践，是滚齿机差动机构分度轴及走刀挂轮架的设计。分度挂轮架处的手柄供铣正齿轮或者斜齿轮时操纵使用。通过市场调查，对滚齿机差动机构分度轴及走刀挂轮架设计2国内现
6、有机型进行对比分析。选择适合于我国目前的生产水平使用的机型作为参考，改进其不足，以达到各方面的要求。床身结构的静、动态特性与机床产品的整体性能有着密切的关系，提高床身的机械特性，对于提高机床产品质量，保证机车的动态加工精度具有重要意义。传统的结构大件设计方法，往往仅注重床身件静态性能、制造工艺性以及外形美观协调等方面的要求，而忽略了它对产品动态性能的影响。结构件的动态特性与其尺寸、形状、材料等有着密切关系。我所设计的滚齿机床身，其技术要求如下：a机床能满足强度、刚度、寿命、工艺性与经济性等方面的要求；b机床要求运行平稳、工件可靠、结构合理、装卸方便、便于维修与调整；c机床应能满足加工要求，保证
7、加工精度。本次设计的滚齿机床身的预期效果是：a能满足机床的基本要求，如强度、刚度、寿命、工艺性与经济性等；b运行可靠，便于维修和装卸；c保证加工质量和精度要求。由于我国的工业水平发展与发达国家相比还有一定的差距，齿轮加工生产在质量、精度等方面还需要进行提高。因此必须对现有机床进行优化改造。当前，齿轮加工行业对制造精度、生产效率、质量及清洁等都有着非常高的要求，所以我们必须集思广益，通过学习、研究来进行机床的设计。从毕业设计布置任务开始，就必须投入全部精力，因为整个设计过程中必须考虑各方面的问题。首先，对滚齿机的形状和工作原理都很陌生，必须要到工厂参观实习；其次，所学的理论知识只是一些最基本的机
8、械常识，根本不能达到设计的要求。因此，还要查阅大量的资料、图纸、说明书等信息来补充自己的不足之处。要顺利完成这次设计，对我们提出了以下要求。扎实的专业知识是设计的基本条件，并且要做到开拓创新、举一反三。整个设计也就是不断复习和学习的过程。其次要有丰富的实践经验，因为只靠资料是不够的，通过指导老师的带领，我们到盐城市机床厂进行参观实习，并且向企业的技术人员询问相关的原理。只有这样，设计的成果在合理性、经济性、工艺性、实用性等方面才能满足要求。32 总体设计2.1 滚齿机工作原理滚齿加工是依照交错轴螺旋齿轮啮合原理进行的。用齿轮滚刀加工的过程，就相当于一对螺旋齿轮啮合的过程。将其中的一个齿轮的齿数
9、减少到几个或一个，螺旋角增大到很大，成螺杆状，再开槽并铲背，使其具有切削性能，就成了齿轮滚刀。机床使滚刀和工件保持一对螺旋齿轮副啮合关系作相关旋转运动时，就可在工件上滚切出具有渐开线齿廓的齿槽。滚齿时，切出的齿廓是滚刀切削刃运动轨迹的包络线。所以，滚齿时齿廓的成形方法是展成法，即成形运动是滚刀旋转运动和工件旋转运动组成的复合运动，这个复合运动称为展成运动。再加上滚刀沿工件轴线垂直进给运动就可切出一个齿长。2.1.1 加工直齿轮时机床的运动和传动原理加工直齿圆柱齿轮时，滚刀轴线与齿轮端面倾斜一个角度，其值等于滚刀螺旋升角，使滚刀螺纹方向与被切齿轮齿向一致。图 2-1 所示为滚切直齿圆柱齿轮齿轮的
10、传动原理图。为了完成滚切直齿圆柱齿轮，它需要三条传动链：a主运动传动链 电动机（M）12 3滚刀（ ） ，是一条将运动vu1B源（电动机）与滚刀相联系的外联系传动链。b展成运动传动链 滚刀（ ）345- 6工作台（ ） ，是一条1Bx2内联系传动链，实现渐开线齿廓的复合成形运动。c轴向进给运动传动链 工作台（ ）612u f11M11087刀2架（ ） ，是一条外联系传动链，实现齿廓方向直线齿形的运动。2A2.1.2 加工斜齿圆柱齿轮时的运动和传动原理斜齿圆柱齿轮在齿长方向为一条螺旋线，为了形成螺旋线齿线，在滚刀作轴向进给运动的同时，工件还应作附加旋转运动 B2（简称附加运动） ，且这两个运动
11、之间必须保持确定的关系：滚刀移动一个螺旋线导程 S 时工件应准确地附加转过 1 转，因此，加工斜齿轮时的进给运动是一个螺旋运动，是一个复合运动。实现滚齿切斜齿轮所需成形运动的传动原理图如图 2-2 所示。其中，主运动，展成运动以及轴向运动传动链与加工直齿轮时相同，只是在刀架与工作台之间增加了一条附加运动链：刀架-8-9-10-11-12-uy-13-14- -5-ux-6-7-工作台。合u在保证刀架沿工作台轴线方向移动一个螺旋导程 s 时，工件附加转过1 转，形成螺旋线齿线。2.2 拟定选择传动方案本次所设计的 Y38 型滚齿机，它主要用于加工直齿和斜齿圆柱齿轮，也可用于手动径向进给及加工蜗轮
12、。因此，传动系统中有主运动、展成运动、轴向进给运动和附加运动 4 条传动链。为了明确各部件之间的传动关系，绘制了机床的传动系统滚齿机差动机构分度轴及走刀挂轮架设计4图，如图 2-3 所示。图 2-1 滚切直齿圆柱齿轮的传动原理图图 2-2 滚切斜齿圆柱齿轮的传动原理图5图 2-3 y38 型机床的传动系统图其传动路线如下：a主运动：由电动机经过三角皮带轮传到轴-轴轴（或者由轴轴）中间经过变速挂轮，由轴轴轴轴轴到滚刀。b展成运动：滚刀主轴传至分齿蜗轮和工作台的动力来源则由轴轴经过差动机构再经轴轴分齿挂轮轴轴而到工作台。c进给运动：是由轴轴经进给挂轮轴轴轴轴到轴的丝杆使刀架滑板上下运动。d差动运动：是由轴轴轴经过差动挂轮架轴而传动差动蜗轮副。e工作台的水平进给：在工作台下面的床身中间安有一根水平丝杆通过手柄用
