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1、青岛理工大学本科毕业设计说明书第1章 绪论1.1 滚齿机的研究意义及现状滚齿机是用切削的方法将金属毛坯加工成机器零件的机器,它是众多金属切削机床中重要的一种，它是制造机器的机器,所以又称为“工作母机”或工具机，习惯上简称为机床。在现代机械制造工业中，加工机器零件的方法有多种，如铸造、锻造、焊接、切削加工和各种特种加工等。切削加工是将金属毛坯加工成具有较高精度的形状、尺寸和较高表面质量零件的主要加工方法。在加工精密零件时，目前主要还是依靠切削加工来达到所需的加工精度和表面质量。因此，金属切削机床是加工机器零件的主要设备。它所担负的工作量，约占机器总制造工作量的。机床的技术水平直接影响机械制造工业
2、的产品质量和劳动生产率。滚齿机适用于批量或单件加工生产圆柱直齿轮、斜齿轮、蜗轮、链轮等，尚可加工一定参数范围内的短花键轴。该机床具有良好的刚性，能适用较高速及重负荷切削。可采用顺铣或逆铣的加工方法，通过轴向进给或径向进给加工工件。工件完成切削，机床能够自动停车，工作台自动快速移出，下一工件装夹完成无需找正即可快速自动回位。该机床操作使用安全方便，生产效率高，加工同一规格工件只需进行一次调整。全套图纸，加153893706国民经济各主要行业对数控机床的需求呈稳定增长的态势，像汽车、航天、航空、发电设备等产业，其发展之路都不再是要扩大多少规模，而是着重于提高产品的质量和水平。因此，这些行业需要更多
3、的数控机床产品。但传统滚齿机凭借着自身廉价成本的优势仍占据着一定的市场份额。传统滚齿机的用途和特点：1、本机床适用于成批，小批及单件生产圆柱齿轮和蜗轮，尚可滚切一定参数范围的花键轴。2、机床具有良好的刚性和极小的热变形，能进行较高速切削及重负荷切削。具有很高的生产效率。3、机床调整方便，具有自动停车机构。4、机床具有可靠的安全装置以及自动润滑系统。这就是我们为什么还要专门研究设计传统的滚齿机的原因。1.2 滚齿机的发展史和未来发展趋势古代的齿轮是用手工修锉成形的。1540年，意大利的托里亚诺在制造钟表时，制成一台使用旋转锉刀的切齿装置；1783年，法国的勒内制成了使用铣刀的齿轮加工机床，并有切
4、削齿条和内齿轮的附件；1820年前后，英国的怀特制造出第一台既能加工圆柱齿轮又能加工圆锥齿轮的机床。具有这一性能的机床到19世纪后半叶又有发展。 二十世纪初，由于汽车工业的需要，各种磨齿机相继问世。1930年左右在美国制成剃齿机；1956年制成珩齿机。60年代以后，现代技术在一些先进的圆柱齿轮加工机床上获得应用，比如在大型机床上采用数字显示指示移动量和切齿深度；在滚齿机、插齿机和磨齿机上采用电子伺服系统和数控系统代替机械传动链和交换齿轮；用设有故障诊断功能的可编程序控制器，控制工作循环和变换切削参数；发展了数字控制非圆齿轮插齿机和适应控制滚齿机；在滚齿机上用电子传感器检测传动链运动误差，并自动
5、反馈补偿误差等。1905年在美国制造出带有两把刨刀的直齿锥齿轮刨齿机，又于1913年制成弧齿锥齿轮铣齿机；1923年，出现了准渐开线齿锥齿轮铣齿机；30年代研制成能把直齿锥齿轮一次拉削成形的拉齿机，主要用于汽车差动齿轮的制造。 40年代，为适应航空工业的需要，发展了弧齿锥齿轮磨齿机。1944年，瑞士厄利康公司制成延长外摆线齿锥齿轮铣齿机；从50年代起，又发展了用双刀体组合式端面铣刀盘，加工延长外摆线齿锥齿轮的铣齿机。近几年，我国在滚齿机设计技术方面研究的主要内容经历了从传统机械式滚齿机通过数控改造发展为23轴(直线运动轴)实用型数控高效滚齿机，到全新的六轴四联动数控高速滚齿机的开发。滚齿机加工
6、(钢件)全部采用湿式滚齿方式，由于滚刀线速度在大于70m/min后，会产生大量油雾，目前油雾的处理是采用全密封护罩加油雾分离器的方式将油和雾分开，将不含油的雾排向车间，冷凝后的油回到机床内循环使用；夹着油污的铁屑则通过磁力排屑器将铁屑和大部分油污分离。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
7、制造的YE3116CNC7高速干式切削滚齿机，即将进入商品化阶段。提高生产效率、降低制造成本的同时，做到环境保护、清洁加工，这是当前国外先进发达国家对机床研究的最前端技术。在国外发达国家，由于在工业发展过程中大量掠夺性使用资源及只注重生产效率，使其工业已发展到较高的水平，人们的物质生活水平也得到了提高。此时他们已感到早期的掠夺性使用资源及生产过程中不重视对环境的保护造成了对地球环境的极大破坏。因此，目前发达的工业国家如美国、德国及日本等都极其重视对环境的保护，在制造业领域绿色制造的要求提出得较早。目前国际上生产滚齿机的强国美国、德国和日本，也是世界政治大国、经济强国和汽车生产大国。这些国家的主
8、要的滚齿机制造商如美国的Gleason-Pfauter公司，德国的Liebherr公司，日本的三菱重工公司(MITSUBISHI HEAVY INDUSTRY) 生产的滚齿机都是全数控式的，对于中小规格滚齿机都在朝着高速方面发展，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。高速干式切削滚齿机是滚齿机朝着全数控化数控高速化后更进一步发展的结果，它的实现还得益于滚刀制造技术的提高和数控技术、电主轴及力矩电机等技术的发展。随着时代发展，生产方对滚齿机的效率和质量要求越来越高。另外，高可靠性和高数字化程度也是各生产方的重点考虑范围。因为效率是效益的最根本因素，而质量
9、是产品的生命之源，所以更快、更精是滚齿机永恒的发展方向。在科学技术的进步的推动和市场需求的引导下，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、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，数控进一步的智能化，内容包括数控系统中的各个方面：在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；为提高驱动性能和使用连接方便的智能化，如：前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载、自动选定模型等；简
10、化编程、简化操作方面的智能化，如：智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有，智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。从环保生态学和技术经济角度出发，废除切削油，采用干式切削是大势所趋。干式滚齿分为高速干式滚齿和低温冷风干式滚齿两种方式。近年来，随着刀具材料、涂层技术等的发展，现在的滚刀线速度可达到600m/min，这就为高速干式切削滚齿机的应用提供了保障。干式切削与湿式切削相比，高速干式切削滚齿机由于完全不需要切削油及不需要增加低温冷风装置，不但极大的提高了机床的生产效率、降低了工件的加工成本，而且有利于保护环境、节约自然资源。随着环境保护意识的日益提高和人们越来越重视各种各样
11、的节能技术，高速干式切削滚齿机将成为齿轮制造商新购加工设备的目标，近几年国际上各大滚齿机制造商都在集中精力开发高速干式切削滚齿机。所以面向绿色制造的高速干式切削滚齿机将是绿色滚齿机发展的趋势。滚齿机正朝着复合功能的方向迈进，随着数控技术、软件技术、信息技术、可靠性技术的发展，实现构件简约化、结构紧凑化、配置模块化。复合功能滚齿机既会根据用户的加工要求向多样化发展，也会为适合于多品种、单件和小批量生产条件向全功能性发展。而在其他方面，随着全球对环境和安全要求的不断提高，安全无污染的设备也是市场的未来目标。1.3 论文主要内容本论文主要设计计算Y315滚齿机主传动的设计，滚齿机是齿轮滚刀加工齿轮的
12、专用机床，在齿轮加工中应用最广泛，机床主要由床身、大立柱、工作台、小立柱、传动箱、刀架等几部分组成。其床身为箱体结构，内部分隔开两个箱、一个液压箱、一个冷却箱，其右上部的导轨为V平导轨，工作台壳体置于其上，可以沿导轨做直线运动。传动箱、进给箱分别紧固在大立柱的后面和侧面，内装有主运动、进给、分齿、差动机构以及调整各个传动链的挂轮架。 该机床具有主运动、分齿运动、垂直进给运动、径向进给运动及加工斜齿轮的差动运动。全文的主要内容包括：方案设计阶段的功能分解及功能元求解，滚刀速度和功率的计算以及电动机的选择；技术设计阶段的构型、材料的选择，零部件尺寸的计算、评价以及最佳结构方案的确定。第2章 Y31
13、5滚齿机方案设计2.1 功能分析（采用黑箱法）：人们常把一些内部结构尚不清楚的系统叫做黑箱.对某一未知系统(即黑箱)通过实验和推理来研究其内部结构的问题,称为黑箱问题.对于黑箱问题的解决,往往是给黑箱输入某一或某几个信号,观察其输出信息,然后进行推理,最终得出黑箱内部结构信息。输入Y3150E待设计系统进行能量流，物料流，信息流的转换能量物料信息能量图2-1物料输出 2.2功能原理的选择：制造齿轮的方法很多，但铸造，碾压（冷轧，热轧）等方法的加工精度还不够高，精密齿轮现在仍主要靠切削法。按形成齿形的原理分类，切削齿轮的方法可分为两大类：成形法和展成法。成形法（也称仿形法）。成形法加工齿轮所采用
14、的刀具为成形刀具，其切削刃形状与。被切齿轮的齿槽形状相吻合。例如在铣床上用盘形铣刀或指状铣刀铣削齿轮，在刨床或插床上用成形刀具刨削或插削齿轮等。这种方法的优点是不需要专门的齿轮加工机床，而可以在通用机床上进行加工。由于齿轮的齿廓为渐开线，其廓形取决于齿轮的基圆直径，故对于同一模数的齿轮，只有齿数不同，其渐开线齿廓形状就不相同，需采用不同的成形刀具。而在实际生产中，为了减少成形刀具的数量，每一种模数通常只配有8把或15把一套的成形铣刀，每把刀具适用于一定的范围。 标准齿轮铣刀的模数，压力角和加工的齿数范围都标记在铣刀的端面上，由于每种编号的刀齿形状均按加工齿数范围中的最小齿数设计，因此，加工范围
15、内的其他齿数的齿轮时，就会产生一定的齿廓形状误差。 铣加工出来的渐开线齿廓是近似的，加工精度较低。而且，每加工一个齿槽后，工件需要分度一次，生产效率也较低。所以，本方法常用于修配行业中加工精度要求不高的齿轮，或用于重型机器制造业中，以解决缺乏大型齿轮加工机床的问题。 在大批量生产中，也有采用多齿廓成形刀具加工齿轮，如用齿轮拉刀，齿轮推刀或多齿刀盘等刀具，此时，其渐开线齿形可按工件齿廓的要求精确制造。加工时在机床的一个工作循环中即可完成全部齿槽的加工，生产效率较高，但刀具制造比较复杂且成本较高。 展成法（也称范成法或包络法）。展成法加工齿轮是利用齿轮的啮合原理进行的，即把齿轮啮合副（齿条与齿轮，齿轮与齿轮）中的一个转化为刀具，另一个转化为工件，并强制刀具和工件做严格的啮合运动，在工件上切出齿廓。由于齿轮啮合副正常啮合的条件是模数形同，故展成法加工齿轮所用刀具切削刃的渐开线廓形仅与刀具本身的齿数相关，而与被切齿轮的齿数无关。因此，每一种模数，只需用一把刀具就可以加工不同齿数的齿轮。图2-2此外，还可以用改变刀具与工件的中心距来加工变位齿轮。这种方法的加工精度和生产效率一般比较高，因而在齿轮加工机床中应用最为广泛，如插齿，滚齿，剃齿和展成法磨齿等。因此齿轮加工一般采用展成法。2.3 功能分解图总功能范成切齿主传动进给运动差动分齿动力装置主传动
