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文档介绍：
本科毕业设计(论文)通过答辩1摘要本文的课题是滚齿机的数控化中滚刀主轴部件的设计,首先对齿轮加工行业的工艺及制齿设备和需求进行了分析,针对以汽车工业为龙头带动相关齿轮行业的企业由生产型向制造型企业的转变和提升,而对制齿设备在加工精度和加式效率的更高要求,提出了开发数控滚齿机的设想。本文对国内、外数控滚齿机技术的发展进行了跟踪分析,结合国内现行数控滚齿机的发展水平,较为合理、科学地制定了数控滚齿机滚刀主轴的基本性能参数。在主轴电机的选择,主轴关键技术如静刚度,支承件等进行了分析。并设计计算了滚刀主轴主件的配置方案,以及零件的选择。力求更加合理、经济,在对重要部件的结构设计上突出独创和创新点,以最大限度满足重载、高效的切齿条件。最后,总结了本文的设计工作,得出了一些有益的结论。关键词:数控滚齿机滚刀主轴电机重载本科毕业设计(论文)ponentsinthedesign,firstgearmachiningtechnologyandmanufacturingindustryanddemandfordentalequipmentfortheanalysis,forinordertobringabouttheautomobileindustryastheleadingindustrygearfromproduction-Chobbingmachine.Inthispaper,Chobbingafollow-Cgearhobbingmachine,Chobbingthebasicperformanceparameters.Thechoiceofthespindlemotor,spindlekeytechnologiessuchasstaticstiffness,thebearingpartsandsoanalyzed.Anddesignandcalculationofthehobspindleconfigurationofthemainpiecesoftheprogram,ponents.Seekamorerational,theeconomy,ponentinthestructuraldesignoforiginalandinnovativehighlightinordertobestmeettheheavy-duty,high-performanceconditionsofthetooth.Finally,thisarticlesummarizesthedesignwork,todrawsomeusefulconclusions.本科毕业设计(论文)hespindlemotoroverloaded本科毕业设计(论文)通过答辩4目录摘要……………………………………………………………………………ⅠAbstract…………………………………………………………………………Ⅱ1绪论………………………………………………………………………………12YK3150E数控滚齿机主运动总体设计…………………………………………62.1设计要求……………………………………………………………………62.2数控滚齿机加工原理设计…………………………………………………62.3主要性能参数确定…………………………………………………………72.4主传动总体结构设计………………………………………………………123YK3150E数控滚齿机主运动结构设计…………………………………………143.1结构方案设计………………………………………………………………143.2主轴设计相关问题分析……………………………………………………153.3本章小结……………………………………………………………………264YK3150E数控滚齿机设计计算…………………………………………………274.1主电机设计计算……………………………………………………………274.2主运动传动组件设计计算…………………………………………………334.3本章小结……………………………………………………………………435密封与润滑………………………………………………………………………445.1密封…………………………………………………………………………445.2润滑…………………………………………………………………………45本科毕业设计(论文)通过答辩56结论………………………………………………………………………………46致谢…………………………………………………………………………………47参考文献……………………………………………………………………………48文献综述……………………………………………………………………………491绪论1.1YK3150E数控滚齿机开发的背景和问题的提出自20世纪80年代后期以来,我国机床行业已朝着数控方面深入地发展,特别是进入九十年代后,机床的数控化标志着机床行业进入了一个新的时代。北京国际机床博览会统计数据表明,80年代末第一届北京机床展览的数控机床仅为5%比例,到2003年国际机床博览会上几乎除专用设备外全都为数控机床。作为齿轮加工机床的数控滚齿机。我国自八十时代开发以来,无论从品种的类型上还是功能复合上都得到了长足的发展。特别是近十多年以来,以汽车工业为龙头的相关支柱型产业更是把齿轮加工机床数控化发展推向了一个新的高度。其中尤其对数控高效滚齿机的需求显得十分突出。重庆机床厂作为我国齿机机床生产的骨干企业,在2000年,瞄准这一市场的需求潜力,为填补国内高效,高速、高刚性数控滚齿机床的空白,组织人力物力,在国内汽车行业,军工行业,进行了深入细致的调查,成功开发出了YK3150E数控滚齿机。1.2数控滚齿机开发的意义和必要性随着载重汽车,工程机械,船开发,电梯及军工行业中对齿轮的加工精度、质量和效率的要求不断提高,特别是在这些行业中经常遇见4~8模数的直齿、斜齿、花键、小锥度、鼓形齿轮等的加工问题,开发一档数控高效全新型滚齿机床,更好地满足该行业对齿轮的精度和效率的需求,为我国制齿行业提供坚实的基础设备显得迫切而必要。其意义和必要性主要有如下几个方面:1、加速数控高效滚齿机床向产业化发展目前在国内齿轮行业中,以轻型,标准类型普通数控滚齿机的产品占绝大多数,真正意义上的数控(稳定切削全面达到国标7级精度)高效、强力,高刚性,能实现一刀切削中等模数的数控高精度滚齿机尚为空白,这档机床的研制成功,本科毕业设计(论文)通过答辩6无疑会加速数控滚齿机的系列化,标准化、模块化的进一步发展,从而推动数控机床在制齿行业的产业化发展。2、提高企业的市场竞争能力和经济效益率先将独有的数控高效滚齿机的产品推向市场,不仅可以占有更大的市场份额,提高竞争能力,而且在此制造行业中带来巨大的市场利润,给后续的数控高效的发展带动无尽的动力。3、进一步缩小设备与国外的差距目前国内外齿轮加工机床行业目前已朝着高速、高效、高精度、全数控功能复合,柔性,智能化,绿色环保制造网络化方面发展。以德国的利波海尔公司,美国的格里森集团以及日三菱重工本等为代表世界1
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滚齿加工的原理
滚齿加工(转载）
&&1．滚齿加工原理
&滚齿加工是按照展成法的原理来加工齿轮的。用滚刀来加工齿轮相当于一对交错轴的螺旋齿轮啮合。在这对啮合的齿轮副中，一个齿数很少、只有一个或几个，螺旋角很大，就演变成了一个蜗杆状齿轮，为了形成切削刃，在该齿轮垂直于螺旋线的方向上开出容屑槽，磨前、后刀面，形成切削刃和前、后角，于是就变成了滚刀。滚刀与齿坯按啮合传动关系作相对运动，在齿坯上切出齿槽，形成了渐开线齿面，如图1a所示。在滚切过程中，分布在螺旋线上的滚刀各刀齿相继切出齿槽中一薄层金属，每个齿槽在滚刀旋转中由几个刀齿依次切出，渐开线齿廓则由切削刃一系列瞬时位置包络而成，如图1b所示。因此，滚齿加时齿面的成形方法是展成法，成形运动是由滚刀的旋转运动和工件的旋转运动组成的复合运动（B11+B12），这个复合运动称为展成运动。当滚刀与工件连续啮合转动时，便在工件整个圆周上依次切出所有齿槽。在这一过程中，齿面的形成与齿轮分度是同时进行的，因而展成运动也就是分度运动。
图1 滚齿加工原理
综上所述，为了得到渐开线齿廓和齿轮齿数，滚齿时，滚刀和工件间必须保持严格的相对运动关系，即当滚刀转过1转时，工件相应地转过K/Z转（K为滚刀头数，Z为工件齿数）。
&2．加工直齿圆柱齿轮的传动原理 &&&&& 在滚齿机上加工直齿圆柱齿轮必须具备两个运动：形成渐开线齿廓的展成运动和形成直线齿面（导线）的运动。 图2为滚切直齿圆柱齿轮的传动原理图。
图2 滚切直齿圆柱齿轮的传动原理图
&（1）展成运动传动链&&& 联系滚刀主轴的旋转运动B11和工件旋转运动B12的传动链（4—5—ux—6—7—工作台）为展成运动传动链。由这条传动链保证工件和刀具之间严格的运动关系，其中换置机构ux用来适应工件齿数和滚刀头数的变化。这是一条内联系传动链，它不仅要求传动比准确，而且要求滚刀和工件两者旋转方向必须符合一对交错轴螺旋齿轮啮合时相对运动方向。当滚刀旋转方向一定时，工件的旋转方向由滚刀螺旋方向确定。 （2）主运动传动链&&& 主运动传动链是联系动力源和滚刀主轴的传动链。如图2所示，主运动传动链为：电动机—1—2—uv—3—4—滚刀。这是一条外联系传动链，其传动链中换置机构uv用于调整渐开线齿廓的成形速度，应当根据工艺条件确定滚刀转速来调整其传动比。&
&（3）垂直进给运动传动链&&& 为了切出整个齿宽，滚刀在自身旋转的同时，必须沿工件轴线作直线进给运动A2，滚刀的垂直进给运动是由滚刀刀架沿立柱导轨移动实现的。在图2中，将工作台和刀架联系起来的垂直进给运动传动链为：7—8—uf—9—10，传动链中的换置机构uf用以调整垂直进给量的大小和进给方向，以适应不同加工表面粗糙度的要求。由于刀架的垂直进给运动是简单运动，所以，这条传动链是外联系传动链。通常以工作台（工件）每转一转，刀架的位移来表示垂直进给量的大小。
&3．加工斜齿圆柱齿轮的传动原理 &&&& 斜齿圆柱齿轮与直齿圆柱齿轮相比，端面齿廓都是渐开线，但齿长方向不是直线，而是螺旋线。因此，加工斜齿圆柱齿轮也需要两个成形运动：一个是形成渐开线齿廓的展成运动；另一个是形成齿长螺旋线的运动。前者与加工直齿圆柱齿轮相同，后者要求当滚刀沿工件轴向移动时，工件在展成法运动B12的基础上再产生一个附加转动，以形成螺旋齿形线轨迹。
图3 滚切斜齿圆柱齿轮的传动原理图
图3b是滚切斜齿圆柱齿轮的传动原理图，其中展成运动传动链、垂直进给运动传动链、主运动传动链与直齿圆柱齿轮的传动原理相同，只是在刀架与工件之间增加了一条附加运动传动链：刀架（滚刀移动A21）—12—13—uy—14—15—合成机构—6—7—ux—8—9—工作台（工件附加转动B22），以保证螺旋齿形线，这条传动链亦称为差动运动传动链，其中换置机构uy适应工件螺旋线导程L和螺旋方向的变化。图3a可以形象说明这个问题：设工件的螺旋线为右旋，当滚刀沿工件轴向进给f（单位为mm），滚刀由a点到b点，这时工件除了作展成运动B12以外，还要再加转动bb′，才能形成螺旋齿形线。同理，当滚刀移至c点时，工件应附加转动cc′。依次类推，当滚刀移至p点时（一个工件螺旋导程L），工件附加转动pp′,正好附加转一转。附加运动B22的旋转方向与工件展成运动B12旋转方向是否相同，取决于工件的螺旋方向及滚刀的进给方向。如图B12和B22同向，计算附加运动取加1转，反之取减1转。在滚切斜齿圆柱齿轮时，要保证B12和B22这两个旋转运动同时传给工件又不发生干涉，需要在传动系统中配置运动合成机构，将这两个运动合成之后，再传给工件。工件的实际旋转运动是由展成运动B12和形成螺旋线的附加运动B22合成的。 4．滚齿加工的工艺特点
&（1）加工精度高&&& 属于展成法的滚齿加工，不存在成形法铣齿的那种齿形曲线理论误差，所以分齿精度高，一般可加工8~7级精度的齿轮。 （2）生产率高&&&& 滚齿加工属于连续切削，无辅助时间损失，生产率一般比铣齿、插齿高。
（3）一把滚刀可加工模数和压力角与滚刀相同而齿数不同的圆柱齿轮。
在齿轮齿形加工中，滚齿应用最广泛，它除可加工直齿、斜齿圆柱齿轮外，还可以加工蜗轮、花键轴等。但一般不能加工内齿轮、扇形齿轮和相距很近的双联齿轮。滚齿适用于单件小批量生产和大批大量生产。
&5．Y3150E型滚齿机的组成 &&&&& Y3150E型滚齿机是一种中型通用滚齿机，主要用于加工直齿和斜齿圆柱齿轮，也可以采用径向切入法加工蜗轮。可以加工的工件最大直径为500mm，最大模数8mm，图4为该机床的外形图。立柱2固定在床身1上，刀架溜板3可沿立柱导轨上下移动。刀架体5安装在刀架溜板3上，可绕自己的水平轴线转位。滚刀安装在刀杆4上，作旋转运动。工件安装在工作台9的心轴7 上，随工作台一起转动。后立柱8和工作台9 一起装在床鞍10上，可沿机床水平导轨移动。用于调整工件的径向位置或作径向进给运动。
1-床身 2-立柱 3-刀架溜板 4-刀杆 5-刀架体6-支架 7-心轴 8-后立柱9-工作台 10-床鞍图4 Y3150E型滚齿机
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3 YK3150E数控滚齿机滚刀主轴组件结构设计
数控高效滚齿机的设计不仅要求在参数的选择、计算上应科学合理的，更主要的还应合理地设计出各主要部件的结构功能，以最优的机械结构实现各部件的功能。因而作为最重要的主轴主件的设计，必须在结构上有创新的特点，以满足数控高效滚齿机的切齿要求。下面将对YK3150E数控高效滚齿机的主轴部件设计进行分析说明。
3.1 结构方案设计
对于滚齿机来讲，刀架部件为滚齿机的关键的部件之一，从滚齿机的出厂检验标准来说(普通或数控滚齿机)共有12~16个检验项目，而刀架部件就占了1/3的内容，从滚齿机的工作精度来讲，刀架这个部件对机床的精度的影响很大，直接对加工齿轮的精度第1公差组和第2公差组及齿面粗糙度产生作用。例如：刀架主轴的轴向串动，影响被加齿轮的相邻齿距误差；刀架主轴的径向跳动，影响着被加工齿轮的齿圈径向跳动误差；刀架的主轴高速切齿的振动(刀架整体刚性的强弱)影响着被加工齿轮的表面粗糙度。因而在进行刀架结构设计时，必须充分考虑数控高效滚齿机的切齿特点，以便从结构上最大限度地保证切齿的综合性能要求。
数控滚齿机利用锥孔为 7s24的 BT―50 标准铣削刀杆接口模式，有利于滚刀杆自动夹紧与放松，缩短了滚齿机辅助调整时间，通常普通滚齿机采用莫氏5号锥度的孔径定心，且为手动的夹紧与放松方式，该锥度的标准的孔位(大端)为Φ 47.75mm，不能为滚刀提供更大的刀杆尺寸。在YKX3140 数控高效滚齿机的刀杆设计中，为了确保刀架整体刚性，最小刀杆直径为Φ40mm，同时为了满足高效强力切齿，对自动夹紧系统的设计夹紧力最低不少于20000N，以充分保证刀杆切齿的刚性要求，而一般自动夹紧刀杆系统通常在15000N左右(普通数控滚齿机或小规格数控滚齿机)。刀杆的自动夹紧与放松过程为：油缸往右前推拉杆压缩碟形弹簧时，由拉杆推动夹爪向前移动并张开，此时为松开刀杆；当油缸往后移动时，拉杆在缩碟形弹簧恢复力作用下带动夹爪向后移动，由夹爪夹住并拉紧刀杆。显然，刀杆的拉紧力为碟形弹簧提供的纯机械拉力，油缸的推力仅起着放松刀杆的作用。刀杆的拉紧力不受油压及电压波动的影响。此种刀杆拉紧方式，能更好地适应高效滚齿机的切齿特点。
传动系统中充分利用传动链误差分析理论提出的未端元件高精度原理，以提高传动链精度。即在刀架的末端传动元件的大小斜齿轮，其齿轮的精度达到 3 级精度，不但减少传动链的总误差，而且可有效降低高速切制的噪音。
在刀架箱体内采用大流量循环润滑的冷却系统，有效地保证了高速、重载的切齿时刀架体的热平衡，从而保证了机床刀架主轴冷态和热态精度的一致性；而普通滚齿机在刀架箱体中，多采用油池润滑方式，切齿时刀架箱体高速旋转传动件产生的热量无法带走，机床的主轴冷态和热态精度变化较大。
3.2 主轴设计相关问题分析
主轴系统是滚齿机的核心，它在很大程度上影响着齿轮的加工精度。主轴部件的精度主要体现在主轴的回转精度和刚度的提高，而回转精度与刚度又决定于主轴的形式及装配形式。
数控滚齿机最高加工速度相对于普通数控滚齿机有成倍的提高，达到500转/
分，要达到这样高的转速，轴承的合理选择，精度、调整、润滑和轴系的平衡、阻尼特性等都对此有影响。滚刀轴轴系如何在这样的高速下保证精度，在设计的过程中必须对下面几个方面的内容进行研究：
3.2.1 主轴回转精度分析
1.回转精度的定义
轴件作回转运动时，线速度为零的点的连线称为轴件的回转中心线，轴件回转中心线相对于某一固定参考系统的空间位置，在理想情况下是不应随时间变化的。但实际上由于轴承的误差，轴件的挠曲和振动等原因，轴件的回转中心线的空间位置在每一瞬时都是变化的，这时瞬时回转中心线空间位置的平均中心线称为理想回转中心线，瞬时回转中心线相对于理想回转中心线在空间的位置偏离就是回转轴件的瞬时误差，这些瞬时误差的范围就是轴件回转精度。
轴件误差分为三种基本形式：轴向漂移、径向漂移、角向漂移。
2.影响滚刀轴回转精度的主要因素
1)轴颈的圆度误差，主要引发主轴周期性的径向误差。
2)轴承误差，如滚道的圆度，滚动体直径及圆度的不一致性引发径向误差。
3)轴承端面对轴颈的垂直度及推力轴承的滚道与滚动体误差引发轴向误差。
4)前后轴承的同轴度及其径向跳动大小和方向的不一致会引发摆动误差。
5)滚刀轴的不平衡及其支撑刚度的变化会引发径向误差和摆角误差。
6)滚刀轴的振动会引发径向误差。
3.提高零传动滚齿机滚刀轴部件回转精度的措施
1)装配时采用定向选配，定向选配的目的是使误差相互抵消，注意拆卸时必须在轴承内圈和主轴轴颈间，轴承外圈与箱体孔间画线为记，重新装配时按记号、装配，才能保证精度。
2)装配后精加工，将主轴部件装配好后，以主轴的安装基面和定位基面互为基准进行精磨。
3)提高精度要求 选用高精度的轴承，提高轴承配合面比如轴颈和箱体孔的精度要求。
4)对轴承适当预紧，减小间隙，保持适当过盈，提高刚度。
5)提高抗振性，一般说来，提高抗振性的措施除了提高刚度外，还可以采用
增加阻尼，采用弹性传动件，采取隔振措施等方法 。对于数控滚齿机滚刀轴来说，为了保证精度，主要采取提高主轴和支撑部件刚性以及装配好后进行动平衡的措施。
6)保证正确润滑，为轴承选择正确的润滑方式和润滑材料。
3.1.2 主轴静刚度
主轴的静刚度又称主轴刚度，是机床主轴系统的重要性能指标，它反映主轴单元抵抗静态外力的能力，与负荷能力及抗振性密切相关。主轴单元最重要的静刚度指标是弯曲刚度和轴向刚度。
弯曲刚度Kr 的定义是：为使主轴前端产生单位径向位移δ时所需施加的力Fr，即
主轴单元的轴向刚度Ka，定义为使主轴轴向产生单位位移时，在轴向所需施加的力。一般情况下，弯曲刚度比轴向刚度要重要的多，是衡量主轴单元刚度的重要指标，通常用来代指主轴的刚度，它与主轴单元的悬伸量、跨距、几何尺寸、金属的物理性能及轴承刚度有关。
1.静刚度近似估算
对滚齿机滚刀主轴轴系进行简化将变截面的主轴，简化为单一等效截面的等效主轴，设其截面抗弯惯性距为I，将前后轴承组简化为前后两个刚度系数为K1、K2的弹簧支承，确定支反力的合理位置。如图所示：
主轴本身的弯曲变形引起的轴端位移 ys为
ys?3EI?L???1?（mm） ?a?
F―静载荷（N）
a― 县伸量（mm）
E―弹性模量，钢的弹性模量为2.1*105(N/mm5) L―支承跨距（mm）
前后支承的支反力为：
RA?F?1?? L??
前后支承的变形为：
?A?a LRA K1
由于轴承变形引起的主轴轴端位移yB为：
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