从Y3180H滚齿机差动机构的特性看一次判断有误的修理
Y8180H型滚为机(参阅附图)的刀架溜板靠一平衡油缸来平衡其重力,当用手正、反向转动手柄3使刀架溜板.上、下运动时,通常是不会出现一个方向的转动比另一个方向的转动更沉重的感觉的。但在加工斜齿轮工件,即启用差动机构时,在加工开始前的调整过程中,我们曾遇到过这样一种现象:油泵电机、」三电机启动,脱开刀架的自动进给(即让手柄1在“手动”位里),用手转动手柄3向上、向下移动刀架溜板时(这是在切齿开始之前调整刀具高度位置时常用的正常操作之一)极明显地感觉到手柄3的转动总是一个方向(顺时针或反时针)比另一个方向要沉重得多,在查找原因的过程中还发现,“沉重”出现的那个方向与主电机的转向有关。比如,当主电机在某一个方向旋转时,手柄3是在顺时针向转动时感到沉重,这时如将主电机的转向改变,再来转动手柄3时,“沉重”出现的方向就会随之变成逆时针方向,刚好与原先相反.起初我们以为手柄3的夕满差异现象是机床出了故降,拆检了每一个与之有关的部位,都未发现...&
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行星差速器具有两个自由度;三个基本构件均承受外力矩而运动,当其中两个基本构件为主动件输入运动和动力,另外一个基本构件为从动件输出运动和动力时,差速器将使输入的运动和动力按某种要求进行合成。图1为无级调速差动机构的组成。x为行星差速器,其输入端为a、声,输出端为护。整个机构的输入端为d,运动和动力分为两路,一路通过变速机构‘,流入刀端,另一路通过无级变速器p和变速机构枯流入a端,再经行星差速器将运动和动力合成,v端输出。调节无级变速器传动比‘,,可连续改变机构的输出转速。,。 在一定的条件下和范围内,此类机构与交、直流电机或液压传动相比有如下优点: l)机械设备简单,成本低; 2)调速效果好,过程稳定,精度高,效率高; 3)为推广机械式无级变速器的应用提供了条件。目前大多数机械无级变速器传递的功率较小,采用此类无级调速差动机构,在一定的条件下,仅有一小部分(10一20%)的功率经过无级变速器。 要有效地利用无级调速差动机构,必须解...&
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笔者在设计“管道冷压合口安装机”时,设计了一套不完全齿轮间歇差动机构(以下简称“间歇差动机构”).此机构是不完全齿轮间歇运动机构阳齿轮差动机构的混合机构,结构简单紧凑,工作可靠。 间歇差动机构的结构简图如图1所示。其结构主要由输入轴1、齿轮2、3、凌,扇齿轮6及棘爪6所组成.其动作原理如下: 经减速后的旋转运动输入轴1,带动齿轮2和4低速旋转,齿轮2与大齿轮3常啮合,齿轮4与扇齿轮5间歇性啮合。扇齿轮6的轮廓空套在大齿轮3的内腔中,其接合面上设置棘爪机构6。当齿花4与扇诌轮5啮合脱开后,由棘爪机构带动扇齿轮6随齿轮3同步旋转到下次啮合,当齿轮4与扇齿轮5啮合时,周齿轮4与齿轮2同轴且齿数不同,扇齿轮5与大齿轮3之间有一转速差,使得扇齿轮与大齿轮之间有一个转角差,从而产生超越运动. 我们利用间歇差动机构所产生的超越运动,把它与各种工作机构有机的连接在一起,可以设计成各补各样的实用机械.总起来说,可分为两大类,其一是,向心运动机械或...&
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1 前 言 在高速飞机上,纵向操纵系统和横向操纵系统要求交联。为保证纵向、横向运动的独立性和交联,在纵向操纵系统中安排了具有特殊功能的差动机构,它是本文所探讨的内容。 2 差 动机构 2.】差幼机钩的作用 差动机构具有的特殊功能是:使纵向操纵的杆系运动能独立的传到平尾;当横向运动需用平尾的差动(左、右平尾运动方向相反)来实现,则该差动机构又能将横向的运动传至平尾,使左、右平尾在该状态下作相反方向的差动。 2.Zt动机钩的实例 2.2.1 结构的外观图,见图1。 2.2.2 工作原理,见图2。 差动机构实际上是一组复合摇臂。NGHCB是平行四边形机构,当纵向操纵(即推、拉驾驶杆)时,FGH摇臂不动,而AGB摇臂绕G点转动,使DBEC摇臂作平行于GH的平行移动。根据平移运动特点,该摇臂上各点移动距离应相等,即8E’=D0’=BB’。此时差动机构的二个输出,其量相等且方向一致。当左、右压驾驶杆移动杆系时,摇臂AGB不转动,且FGH绕G...&
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履带式机器人具备良好的越障能力及地面适应性,适合在非结构地形(天然形成的起伏、崎岖地形,以及人工修建的坡路、阶梯、沟壑等人工地形)中行驶[1],因而国内外现有移动机器人多采用履带式。对于履带机器人的研究,美国起步较早,并已研发出针对不同用途的灾害救援机器人,卡内基梅隆大学机器人研究中心开发的Groundhog探测机器人,主要用于探测井下环境,精确绘制井下立体地图,机械结构采用四轮导向、液压驱动,可实现零半径转弯[2]。美国iRobot公司研制的Packbot系列小型便携式履带机器人了采用鳍状肢结构,可根据任务要求安装于机器人前、后两端,机器人可借助其翻越障碍,可用于战场侦查、未知环境探测等任务[3]。国内对于小型履带式机器人的研发虽落后于欧美等发达国家,但近年来很多高校和科研院所取得了诸多优秀的科研成果,并不断缩小与国外先进技术的差距。中国科学院沈阳自动化研究所研制的“灵蜥-B”型排爆机器人,采用了轮、腿、履带复合移动机构,前、...&
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一种多级差动机构的设计原理和结构特点张世誉（太原工业大学材料工程学院）摘要本文论述了机械化自动生产线上，一种多级差动机构的设计原理、结构特点及其参数的确定，并介绍了多工位、多工件工艺步进传送中工件的间距变换装置。关键词：差动机构设计０引言一条机械化自动生产线通常是由传动机构、自动上料机构、工位步进机构、工艺执行机构以及程序控制系统等组成。工作时，无须人工参与就能自动完成产品的加工工作循环，且能自动地重复加工循环。本文将介绍机械化自动生产线上工位步进传送中工件横向扩距和定位装置的一种多级差动机构。１多级差动机构的设计原理按照图１工位上的工件在ｏｘ轴上的位置，将工件间距扩大前后的两种排列图形重叠起来，见图２。从中看出工位上的工件沿ｏｙ通过多级差动机构Ｃ之后，工件的间距都增大了Δ＝Ｌ２－Ｌ１的一段距离，Δ称为工件的单级差动量；如果工位上工件的总数为Ｎ时，则称为ｎ级差动机构，ｎ＝Ｎ－１，并规定ｎ沿ｏｘ方向依次逐级增加，那么，从坐标原点到...&
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Y3150E型滚齿机的刀架设计
毕业设计说明书题 目：Y3150E 型滚齿机的刀架设计专 学 姓业： 号： 名：指导教师：完成日期：毕业论文（设计）任务书论文（设计）题目： 学号： 指导教师： 一、主要内容及基本要求 研究内容：以 8mm 最大加工模数为基本参数，对滚
齿机刀架进行设计， 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。使设计的刀架可用于齿 轮加工，最后用 CAD 软件生成图纸。具体内容如下： 1.明确设计任务，查阅相关资料，翻译相关外文资料，写出开题报告。 2.完成滚齿机刀架结构设计计算 3.完成刀架结构装配图设计 4.整理图纸，撰写设计说明书。 基本要求： 1．技术指标要求符合设计要求 。 姓名： Y3150E 型滚齿机的刀架设计 专业： 系主任：2．绘制测试台总装配图和主要零件图。要求图纸不少于 2.5 张 A0 图纸。 3．翻译一篇不少于 3000 字的外文文献。 4．撰写毕业设计说明书，要求不少于 1 万字。 二、重点研究的问题 Y3150E 型滚齿机刀架的系统设计。三、进度安排 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 各阶段完成的内容查阅文献，收集资料 确定总体方案完成时间 第1周第 2~3 周 第4周 第 5~8 周 第9周 第 10~12 周 第 13~14 周 第 15 周开题报告主要零部件的设计与计算中期检查 完成所有零部件的设计撰写毕业设计说明书 准备答辩四、应收集的资料及主要参考文献 [1] 吴宗泽. 机械设计课程设计手册.北京：高等教育出版社，2006. [2] 晏初宏. 金属切削机床.北京：机械工业出版社，2007. [3] 李洪. 实用机床设计手册[M]. 北京：辽宁科学技术出版社，1999. [4] 濮良贵. 机械设计.西安：高等教育出版社，2005. [5] 吴良. 机床设计图册.上海：上海科学技术出版社，1979. [6] 张德全.机械制造装备及其设计.天津：天津大学出版社，2003. [7] 赵汝嘉. 机械设计手册(软件版). 北京: 机械工业出版社. 2003. [8] 成大先. 机械设计手册[M]. 北京: 化学工业出版社, 2004. [9] 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. [10] 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. [11] 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. [12] 朱孝录. 机械传动装置选用手册[M]. 北京: 机械工业出版社, 1999. [13] 胡家秀. 机械零件设计实用手册[M].北京: 机械工业出版社, 1999.毕业论文（设计）评阅表学号 姓名 毕业论文（设计）题目： 评价项目 选题 综合训练的目的； 2.难度、份量是否适当； 3.是否与生产、科研、社会等实际相结合。 1.是否有查阅文献、综合归纳资料的能力； 2.是否有综合运用知识的能力； 能力 3.是否具备研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力； 4.是否具备一定的外文与计算机应用能力； 5.工科是否有经济分析能力。 1.立论是否正确，论述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设 论文 质量 计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号是否统一，图表 2.文字是否通顺，有无观点提炼，综合概括能力如何； 3.有无理论价值或实际应用价值，有无创新之处。 综 合 评 价 作者的毕业设计为 Y3150E 型滚齿机的刀架设计， 论文选题符合培养目 标要求，能体现学科专业特点，达到了综合训练的目的。该生具有较强的 文献查阅、资料综合归纳整理的能力，能在设计工作中较熟练运用所学知 识，毕业设计技术方案可行，工作量适当，设计思路较清晰，研究内容具 有一定的实际应用价值，论文质量较好，同意参加答辩 评阅人： 年 月 日 （设计） 图纸是否完备、整洁、正确，引文是否规范； 专业 Y3150E 型滚齿机的刀架设计 评 价 内 容1.是否符合培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到毕业论文（设计）鉴定意见学号： 姓名： 页 专业： 图 表 张 毕业论文（设计说明书）论文（设计）题目：Y3150E 型滚齿机的刀架设计内容提要： 研究内容：以 8mm 最大加工模数为基本参数，对滚齿机刀架进行设计，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。使设计的刀架可用于齿 轮加工，最后用 CAD 软件生成图纸。具体内容如下： 1.明确设计任务，查阅相关资料，翻译相关外文资料，写出开题报告。 2.完成滚齿机刀架结构设计计算 3.完成刀架结构装配图设计 4.整理图纸，撰写设计计算说明书。 主要特色：该滚齿机主要用于单件、小批和成批圆柱齿轮的加工，设计出的刀架系 统结构简单紧凑， 主传动箱中的零件绝大多数采用标准件， 使制造成本大大降低。 能够， 满足强度、刚度、寿命、工艺性与经济性等方面的要求，满足加工要求，保证加工精度 并使机床运行平稳，工作可靠，结构合理，装卸方便，便于维修与调整。指导教师评语曾建主同学在毕业设计期间态度比较认真，其毕业设计的内容为 Y3150E 型滚齿 机的刀架设计，在认真阅读国内外相关参考文献基础上，基本了解相关领域的研究现 状。在毕业设计期间，对 Y3150E 型滚齿机的的刀架部分进行了结构设计及相关的设 计计算。通过毕业设计曾建主同学对机械设计的相关技巧、以及机械设制造相关领域 的基础知识的掌握有了较大的进步，初步掌握了相关制图软件在机械设计中的应用。 论文达到毕业设计要求，同意参加答辩，推荐毕业设计成绩为“ 指导教师： 年 月 日 ” 。答辩简要情况及评语根据答辩情况,答辩小组同意其成绩评定为 。 答辩小组组长： 年 月 日答辩委员会意见经答辩委员会讨论,同意该毕业设计成绩评定为 。答辩委员会主任： 年 月 日目录摘 要------------------------------------------------------------------------------------------------1第一章 绪论------------------------------------------------------------------------------------ 31.1 选题的依据及课题意义-------------------------------------------------------------- 3 1.2 国内外滚齿机的研究发展状况----------------------------------------------------- 3第二章 滚齿机总体设计------------------------------------------------------------------ 62.1 滚齿机的工作原理-------------------------------------------------------------------- 6 2.2 滚齿机的结构设计--------------------------------------------------------------------6 2.3 滚齿机的传动方案设计------------------------------------------------------------- 7 2.4 主传动方案的评定与选择----------------------------------------------------------- 9 2.5 电动机的选择------------------------------------------------------------------------- 11 2.6 滚齿机的技术规格------------------------------------------------------------------- 12第三章 刀架结构设计-------------------------------------------------------------------- 133.1 滚刀刀架的结构介绍---------------------------------------------------------------- 13 3.2 刀架结构的设计计算--------------------------------------------------------------- 14 3.2.1 直齿轮的设计---------------------------------------------------------------- 14 3.2.2 滚刀心轴的结构设计-------------------------------------------------------18第四章 滚刀箱及其余部件设计------------------------------------------------------ 214.1 滚刀箱的设计------------------------------------------------------------------------- 21 4.2 滚刀牙箱设计------------------------------------------------------------------------ 22 4.3 刀架立柱设计------------------------------------------------------------------------ 22 总 结------------------------------------------------------------------------------------------23 参考文献------------------------------------------------------------------------------------------24 致 谢------------------------------------------------------------------------------------------25 附录一---------------------------------------------------------------------------------------------26 附录二---------------------------------------------------------------------------------------------32Y3150E 型滚齿机刀架设计摘 要滚齿机是齿轮滚刀加工齿轮的专用机床，在齿轮加工中应用最广泛。在滚齿机上可切 削直齿、斜齿圆柱齿轮。这种机床使用特制的滚刀时也能加工涡轮、花键和链轮等各种特 殊齿形的工件。 本滚齿机由床身、立柱、刀架及滑板、工作台组成。滚刀箱固定在刀架滑板上，滚刀 心轴插入滚刀主轴并用拉紧螺栓固定在主轴上。为了保证主轴与前轴承的适当间隙，前轴 承是做成外锥并开口。调整轴承上的两个螺母，可以使前轴承做轴向移动，使前轴承孔收 缩便可消除主轴和轴承间过大的间隙。 我的课题主要内容是滚齿机刀架系统设计：以 8mm 最大加工模数为基本参数，对滚齿 机刀架进行设计，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、齿轮1Y3150E Gear Hobbing Machine Cutter Frame DesignAbstract The gear hobbing machine is special purpose machine tools cutting gear with gear hob and it is widely used.It can be used for machining spur cylindrical gears,helical cylindrical gears.With special hobbing cutter,it could machine worm gears multiple spline and sprocket wheels whose tooth profile are special. This gear hobbing machine is composed of bed,column,cutter frame,slider,and machine table.Rob cutter frame is fixed on the slide of cutter rack, the hob shaft is inserted into hob spindle and fixed with the draw-in bolt on the main axle. In order to guarantee the spindle and the suitable front bearing gap, the front bearing has the outer cone and the aperture. Adjusting on the bearing two nuts, it causes bearing movement along the front axle when motion and causes contraction of the front bearing hole then to be possible to eliminate the gap between the main axle and the bearing. The topic main content of topic is hob-cutter frame design as well as the spindle assembly design:8mm maximum machining modulus of the basic parameters,hobbing tool holder to design,develop 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,finally with CAD software to generate drawings. Key words :gear hobbing machine,cutter frame, gear2第一章 绪论1.1 选题的依据及课题意义机械制造业为整个国民经济提供技术装备，其发展水平是国家工业化程度的 主要标志之一，是国家重要的支柱产业。滚齿机基于齿轮广泛应用于汽车、拖拉 机、机床、工程机械、矿山机械、冶金机械、石油、仪表、飞机航天器等各种机 械制造业。它的发展不仅影响整个机械制造业的发展，而且对国民经济各部门的 技术进步有很大的直接影响。 17 世纪末，出现能正确传动的轮齿。18 世纪，欧洲的工业革命进一步推广了 齿轮传动的应用。20 世纪随着汽车和航空工业的发展，渐开线齿轮已在应用中占 于优势。齿轮在机械制造中的作用尤为重要，它是传递运动和动力的重要零件， 齿轮的质量直接影响到机电产品的工作性能、 承载能力、 使用寿命和工作精度等。 齿轮的加工技术和加工能力反映一个国家的工业水平。而滚齿是应用最广的切齿 方法，滚齿加工大多都是在滚齿机上进行的，因此滚齿机在机械加工中占有举足 轻重的作用。 随着机械制造业的的飞速发展，机械自动化的技术改造和技术进步步伐的加 快，机械加工水平直接影响着国家经济的发展，从而齿轮加工的要求更加严密精 确。对产品的要求更加苛刻。为了最大化的提高产品质量和利益获得，要求齿轮 加工机床具有高速、精确、自动化等特点。 在现代机电产品中， 虽然数控技术和液压电气传动技术占有主导的发展地位。 但是由于齿轮传动的传动效率高、传动比准确，在高速重载条件下工作，齿轮传 动体积小，所以应用仍然很广泛。随着科学技术的发展和机电产品精度的不断提 高，相应要求滚齿机的设计也应符合高效率、高精度、低能耗，适应可持续发展 道路，充分解放劳动力的要求。1.2 国内外滚齿机的研究发展状况早在公元前 400 年，中国古代齿轮用手工修锉已成型。1540 年，意大利的 J. 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。 1835 年， 英国的 J.B. 惠特沃思获得蜗轮滚齿机的专利。1858 年，C.席勒取得圆柱齿轮滚齿机的专利。 以后几经改进，直至 1897 年德国人 H.普福特制成带差动机构的滚齿机，才圆满 解决了加工斜齿轮的问题。 制成齿轮形插齿刀后， 美国费洛斯于 1858 年制成了插 齿机。20 世纪初，由于齿轮需求量迅速发展，特别是为了满足汽车工业的生产需3要，又先后出现了插齿机、刨齿机、铣齿机、磨齿机、剃齿机和珩齿机。经过半 个世纪的发展，形成了滚、插、剃、珩、磨的齿轮加工基础。在当前的齿轮制造 业中，各家公司的齿轮加工工艺大致相同。汽车齿轮大多数采用滚齿－剃齿－热 处理－珩齿工艺，少数企业和部分轿车企业采用滚齿－热处理－磨齿工艺，而重 载齿轮传动业则普遍采用滚齿－热处理－磨齿工艺。滚齿在汽车齿轮加工方面占 据了 70%以上的份额，可见滚齿在齿轮加工领域的作用不可替代。 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。传 统的机械传动式滚齿机，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。 随着数控技术的发展， 出现了 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 4 代。 第一代数控滚齿机的工件轴和滚刀轴等采用传统的蜗杆蜗轮副传动，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 年代末期出现， 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.普福特创办了 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 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。 作为齿轮技术和装备的领导者， 近 10 年间， 基于多年的齿轮机床制造经验以 及不断的创新意识，格里森公司又开发出第四代滚齿机 GENESIStm 130H，这也是 当今世界上唯一的第四代数控滚齿机。GENESIStm 130H 采用“三合一”的人造大 理石床身，只有在高精度磨床上才使用的床身被应用于粗加工机床，可见粗加工 对于后续工序的进行影响很大。 同时， GENESIStm 130H 还应用了快速上下料机构、4干切技术、快换夹具、人性化的人机界面、安全集成模块等最新技术。数控滚齿 机朝着超高速、超精度、超可靠性、超数字化方向发展。 我国滚齿机及其自动线总体技术水平比发达国家要相对落后,国内所需的一 些高水平组合机床及自动线几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投 资规模的扩大,并使产品生产成本提高。因此,市场要求我们不断开发新技术、新 工艺,研制新产品,由过去的“刚性”机床结构,向“柔性”化方向发展,满足用户 需求,真正成为刚柔兼备的自动化装备。 2007 年 4 月，中国本土生产的第一台带有人造大理石床身、高速主轴直驱的 滚齿机正式问世。这台滚齿机经过严格测试，各项精度指标和性能完全满足格里 森美国和德国标准， 标志着中国齿轮机床的制造技术从此跨入了一个崭新的高度。5第二章 滚齿机总体设计2.1 滚齿机的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。如图 2.1(a)所示。将其中的一个齿轮的齿数 减少到一个或几个， 螺旋角增大到很大， 呈螺杆状， 就成了蜗杆传动。 如图 2.1(b) 所示。再将蜗杆开槽并铲背，使其具有切削性能，就成了齿轮滚刀。如图 2.1(c) 所示。滚齿加工是根据展成法原理来加工齿轮轮齿的，成形滚刀旋转运动和工件 旋转运动组成的复合运动就是展成运动，再加上滚刀沿工件轴线垂直方向的进给 运动，就可切出整个齿长。图 2.1 滚齿原理图2.2 滚齿机的结构设计本次所设计的 Y3150E 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加工蜗轮。 图 2.2 所示是 Y3150E 型滚齿机床的外形图。 机床由床身、立柱、刀架溜板、刀架、后立柱和工作台等组成。刀架溜板带 动滚刀刀架可沿立柱导轨作垂直进给运动和快速移动；安装滚刀的滚刀杆装在刀 架的主轴上；刀架连同滚刀一起可沿刀具溜板的圆形导轨在 240°范围内调整安 装角度。工件安装在工作台的工件心轴上或直接安装在工作台上，随同工作台一 起作旋转运动。工作台安和后立柱装在同一溜板上，并沿床身的水平导轨作水平 调整移动，以调整工件的径向位置或作手动径向进给运动。后立柱上的支架可通 过轴套或顶尖工件心轴的上端，以提高工件心轴的刚度，使滚切工作平稳。6图 2.2 滚齿机床外形图2.3 滚齿机的传动方案设计Y3150E 型滚齿机传动系统中共有 6 条传动链，它们分别是主运动链、展成 运动链、轴向进给运动链、附加运动链、工作台的水平送进运动链和快速移动刀 架的运动链。 其主要四条传动链的表达式如下： 1) 主运动传动链：电动机(M)―1―2―置换结构(Iv)―3―4―滚刀，是一条 将电动机与滚刀相联系的外联系传动链。其中置换机构用以变换滚刀的转速。 2) 展成运动传动链：滚刀―4―5―置换结构(Ix)―6―7―工作台，是内联系 传动链，实现渐开线齿廓的复合成形运动。其中置换机构用于适应工件齿数和滚 刀头数的变化，其传动比的要求很精确。 3) 轴向进给运动传动链：工件―7―8―置换结构(If)―9―10―刀架升降丝 杠，是一条外联系传动链，实现齿宽方向直线形齿形的运动。其中，置换机构用 于调整轴向进给量的大小和方向，以适应不同加工表面粗糙度的要求。加工直齿 圆柱齿轮时，它需具有以上三条传动链。 图 2.3 所示为滚切直齿圆柱齿轮的传动原理图。7图 2.3 滚切直齿圆柱齿轮的传动原理图 4)附加运动传动链：刀架升降丝杠―12―13―置换结构(Iy)―14―15―I 合成 ―6―7―置换结构（Ix）―8―9―工件，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。 实现滚切斜齿轮所需成形运动的传动原理图如图 2.4 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此附加运动链。图 2.4 滚切斜齿圆柱齿轮的传动原理图82.4 主传动方案的评定与选择对于同一个系统，可以有不一样的传动方案.也可以利用不一样的传动部件， 选择传动系统，不仅要考虑方案的可行性，还要考虑加工工件的经济性等等。所 以就下面关于各部分系统的传动选择与评定，并且列出最优方案。 表 2.1 主传动传动方案表 方案简图 方案说明 定轴轮系方案：由设计题目的主 要技术参数知，滚刀主轴的变速级为 6 级，又依据经验，该传动为降速传 动。越接近电动机的转动件转速越 高，在电动机功率一定的情况下，传 动件和传动轴的几何尺寸就越小。 定轴轮系结构简单、传动结构紧 凑、传动效率较高，制造和操作都比 较方便，价格低廉。在此处若用定轴 轮系，会是进给系统的变数技术较 小。本系统只 适用于变速级数较小 的场合，当变速级数较大时，会使其 结构庞大。 周转轮系有多种类型，类型选择 主要依据不同类型轮系适用的传动 比范围以及对该轮系效率的估算 方 案 二 周 转 轮 系9方 案 一 定 轴 轮 系传动比较大，在以传递运动为主 时，可选择转化轮系为正号机构的行 星轮系。 传动比较大，且以传递动力为主 时，应该选用转化轮系为负号机构的 行星轮系。但因为负号机构传动比不 能很大，可以将多个基本型行星轮系 串联起来，或与定轴轮系组成混合轮 系，以获得较大的传动比和较高的效 率。由设计题目的主要技术参数知， 滚刀主轴的变速级为 6 级，又依据经 验，该传动为降速传动，需要六组不 同传动比的挂轮。 该变速系统原理简单，结构紧 凑，制造和维护比较方便，但操作比 较复杂。用于不同转速时需要不同的 挂轮。在变速级数较多，变化频率较 高时，所需挂轮数目就较多，一台机 床就得配带同样数目的挂轮，很麻 烦。但可给据不同的传动比要求更换 不同的齿轮。 方 案 四 带 传 动 塔 轮 变 速 该变速机构结构简单，可用于两 轴间距较大的场合，如机床。主轴 I 上的塔轮与从动轴 II 上的塔轮其装 置方向恰相反，各级带轮直径之选 取，都以同一带长为基准。通过改变 带与不同直径带轮接触，即可使从动 轴获得不同转速。 方 案 三 挂 轮10依据表 2.1 所示，最佳传动方案为方案三，置换结构为挂轮时，变速系统原 理简单，制造和维护比较方便。可给据不同的传动比要求更换不同的齿轮。2.5 电动机的选择滚齿切削的最大扭矩M max ? 0.91m1.75 f 0.65 A0.81V ?0.26 Z 0.27 k1k2 k3 (kgf ? m) M 平均 ? 0.41m1.75 f 0.65 A0.81V ?0.26 Z 0.27 k1k2 k3 ? kgf ? m ?式中： A ――切削深度系数是切削深度 a 和齿高的比值， A ?（2-1） （2-2）a ； 2.25 mZ ――所要加工齿轮的齿数； k1 ――工件材料修正系数； k 2 ――齿轮螺距角修正系数； k 3 ――为硬度修正系数。当切削铸铁时，模数 m=8mm，进给量取 f=3，A=0.5，切削速度 V ? 60 m/ min ， Z=100，查得 k1 ? 0.48 ， k 2 ? 1.11 ， k 3 ? 1.23 ，代入式(2-1)可得：M max ? 0.91? 81.75 ? 0.250.65 ? 150.81 ? 60?0.26 ? 300.27 ? 0.48 ? 1.11? 1.23 ? kgf ? m ? ? 119.73 ? kgf ? m ?根据滚刀直径 d=160mm，有 M F? ? 2.177 KN d/2 60 P ? FV ? 2.420 ? ? 2.420 KW 60 机床电动机的功率 PE ，主轴箱工作台等传动系统的传动效率为 0.72， 则取效 率 ?总 ? 0.72 ， PE ? P / ?总 ? 2.177 / 0.72 ? 2.95 KW ，选电动机功率 PE ? 3kW 为满足转速和滚齿机结构的要求选择电动机的转速为 n ? 1430 r/ min ，查机械 设计手册，选择的电动机的型号为：Y100L2-4。112.6 滚齿机的技术规格其设计依据如下： 加工圆柱形直齿轮最大直径 加工圆柱形斜齿轮最大直径 最大加工模数 最大工件直径 最大安装刀具直径×长度 滚刀的最大垂直行程长度 滚刀转数范围 轴向进给量范围 主电动机功率 主电动机转速 有外支架 450mm 无外支架 800mm 螺旋角为 30°时 500mm 螺旋角为 60°时 190mm 钢材 6mm，铸铁 8mm； 500mm； 160×160mm； 300mm； 40~250r/min； 0.4~4mm/r 3kW 1430r/min12第三章 刀架结构设计3.1 滚刀刀架的结构介绍图 3.1 Y3150E 滚齿机滚刀刀架 Y3150E 型滚齿机刀架结构如图 3.1 所示。 滚刀刀架由刀架体和刀具溜板两部分组成。滚刀刀架用于支承滚刀主轴，并 带动安装在主轴上的滚刀作垂直运动。滚刀主轴由两个推力球轴承和内锥外圆滑 动轴承，支撑在前轴承座内。轴承磨损后可以修磨垫片，经调整后就可恢复主轴 的回转精度。 刀架体 1 通过六个螺栓 4 固定在刀架溜板的环形 T 形槽上(图中未示 出)。刀架体可相对刀架溜板搬动一定的角度，以调整滚刀安装角。安装滚刀的刀 杆 18(见图 3.1b)右端用莫氏锥体与主轴 14 的莫氏锥孔相配合，并用方头螺杆 7 经主轴通孔从后端拉紧，刀杆的左端支承在后支架 16 的滑动轴承 17 内。主轴与 刀杆的径向圆跳动允差为 0.005mm； 圆度允差为 0.005mm； 其配合部位的接触面积13应大于 85%。后支架 16 可在刀架体上沿主轴轴线方向调整，并用压板将其固定在 所需的位置上。 主轴 14 的前端(左端)用内锥外圆的前滑动轴承 13 支承，以承受径向力。该 轴承为双层金属结构，采用钢料为底层，面衬青铜。其中 1：20 的锥孔用作滚刀 主轴的轴线定位基准。由于对主轴部件的回转精度要求很高，除要求前滑动轴承 内孔与外圆柱面有较高的同轴度外，还必须保证主轴与前滑动轴承的配合间隙保 持在 0.004～0.01mm 内。该轴承在结构上设计有油孔和油槽，通过润滑系统供给 清洁、充足的润滑油。前轴承 13、推力球轴承 11 安装在轴承座 15 内，经螺栓 2 通过两块压板将轴承座 15 紧固在刀架体上。 主轴的轴向力由两个推力球轴承 11 来承受。主轴由后(右)端的花键轴通过铜套 8、花键套筒 9 支承在两个圆锥滚 子轴承 6 上， 由齿轮 5 带动旋转， 为卸荷式主轴结构。 为调整滚刀的轴向位置(常 称为串刀)，可通过串刀机构进行调整。调整时，应先松开压板螺栓 2，用手柄转 动方头轴 3，经小齿轮及轴承座 15 上的齿条，带动轴承座 15、滚刀主轴一起轴向 移动。调整合适后，应将压板螺栓拧紧。3.2 刀架结构的设计计算3.2.1 直齿轮的设计 已知滚刀的最低转数为 47.5r/min，传动效率为 ?总＝0.72 ，选用直齿圆柱齿 轮传动选大齿轮齿数 Z1 =80，传动比为 ? ?20 1 ? 。 80 4 1.根据齿根弯曲疲劳疲劳强度的设计： mnt ? 3 2 KT1 YFa ? YSa ? 2 ?? F ? ? d Z1?3 ? 1?(1)确定公式中的各计算数值 1）试取载荷系数 K t ? 1.56 2）计算大齿轮传递的转矩T1 ? 9.55 ? 10 6 ?p ??总 n?3 ? 2?T1 ? 6.03 ? 10 5 ? 0.72＝4.4 ? 10 5 N ? mm小齿轮传递的转矩 T T2 ? 2＝1.1? 105 N ? mm 4 3）由表 10-7 选取齿宽系数 ? d＝1 。144）由表 10-21d 按齿面硬度查得大小齿轮的接触疲劳强度极限? H lim1 ? ? H lim 2 ? 550MPa5）由图 10-20c 查得大小齿轮的弯曲疲劳强度极限? FE1 ? ? FE 2 ? 380MPa6）由式 ?3 ? 3? 计算应力循环次数 考虑到工作条件工作环境以及总体设计取齿轮寿命为十年，每年 300 个工作 日，每个工作日安 8 个小时计算得N 1 ? 60n1 jLn式中?3 ? 3?min；n ：齿轮的转速，单位为 rj ：齿轮每转一圈时同一齿面的啮合的次数； Lh ：齿轮的工作寿命，单位为 h 。 N 1 ? 60 ? 47.5 ? 1 ? 10 ? 300 ? 8 ? 6.84 ? 10 7再由传动比 ? ?1 得： 4N2 ?N1?? 2.74 ? 1087）由图 10-18 取弯曲疲劳寿命系数： k FN 1 ? k FN 2 ? 0.9 8）计算弯曲疲劳许用弯曲应力。 取弯曲疲劳安全系数 S ? 1.4 ，由式 ?3 ? 4 ? 得?? F1 ? ? k FN 1? FE1S?3 ? 4??? F1 ? ? ?? F 2 ?9）查取齿形系数 由表 10-5 查得 YFa1 ? 2.22 YFa 2 ? 2.80 10）查取应力校正系数 由表 10-5 查得 YSa1 ? 1.77 YSa 2 ? 1.55?0.9 ? 380 MPa ? 244.3MPa 1.41511）计算大小齿轮的YFaYSa?? F ?并加以比较YFa1YSa1?? F1 ??2.22 ? 1.77 ? 0. 2.80 ? 1.55 ? 0.YFa 2YSa 2?? F 2 ??因为YFa 2YS a2?? F 2 ??YFa1YS a1?? F1 ?，故取 Z 2 进行齿根弯曲疲劳强度计算。（2）设计计算 1) 试计算齿轮模数 mntmnt ? 32 ? 1.56 ? 1.1? 105 ? 0. 2mnt ? 2.48mm2) 设计圆周速度 vv?? ? mnt ? z 2 ? n2 ? ? 2.48 ? 20 ?190 ? ? 0.51m / s 60 ? 1000 ? cos ? 60 ? 1000 ? 0.970?3 ? 5?3) 计算载荷系数 由表 10-2 查得使用系数 K A =1.0。 根据 v ? 0.81m / s ，7 级精度，由图 10-8 查得动载系数 KV ? 1.3 。 直齿轮取 K? ? 1 ; 由得 K ? ? 1.318 。则载荷系数K ? K A KV K? K ? ? 1.0 ? 1.3 ? 1.2 ? 1.318 ? 1.71?3 ? 6?式中： K A 为使用系数； K V 为动载系数； K a 为齿间载荷分配系数； K ? 为齿 向载荷分布系数。mn ? mn t ? 3 k则取 mn ? 3mmkt? 3 1.71 ? 2.48 ? 2.56 mm 1.56?3 ? 7 ?162.几何尺寸计算 计算分度圆直径d1 ? mn Z1 ? 3 ? 80 ? 240mm d 2 ? mn Z 2 ? 3 ? 20 ? 60mm计算齿轮宽度b2 ? 1? 60mm ? 60mm?3 ? 8? ?3 ? 9?3.校核齿面接触疲劳强度。? H ? ZH ZE2 KT1 u ? 1 ? ? ?? H ? 2 u bd1?3 ? 10?查图 10-19，得接触疲劳寿命系数 K HN 1 ＝1.15 ， K HN 2 ＝0.95。 计算许用接触应力 取安全系数 S H ? 1 则?? H 1 ? ? K HN1? H lim1 / S H ? 1.15 ?1170 ? 643.5MPa?? H 2 ? ? K HN 2? H lim 2 / S H? 0.95 ? 550 ? 522.5MPa?3 ? 11? ?3 ? 12??? ? ? ??? H 1 ? ? ?? H 2 ?? / 2 ? 583MPa节点区域系数 Z H ? 2.5 材料系数Z E ? 189.8 MPa校核计算得接触疲劳强度满足要求。3.2.2 滚刀心轴的结构设计图 3.2 滚刀心轴装配图171.分度轴的结构设计原则 轴的结构主要取决于轴在机器中的安装位置及形式；轴的毛坯种类；轴上作 用力的大小和分布情况；轴上零件的布置及固定方式；轴承类型及位置；轴的加 工工艺及其它要求。 不论具体情况如何， 轴的结构一般满足以下几个方面的要求： a.轴和轴上的零件要有准确的工作位置； b.轴上零件应便于装拆和调整； c.轴应具有良好的制造工艺性； d.轴的受力合理，有利于提高强度和刚度； e.节省材料，减轻重量； f.形状及尺寸有利于减小应力集中。 2.轴上零件的布置和装配 轴上零件布置得是否合理，直接关系到轴的外形、结构、尺寸及受力状况以 及材料的选择。拟定轴上零件的装配方案是进行轴的结构设计的前提。装配方案 是指轴上零件的装配方向、顺序和相互关系。轴上零件可以从轴的左端、右端或 从轴的两端依次装配。在此选择从左端开始装配。轴的左端固定是通过锁紧螺帽 和圆螺母固定的。然后套在工件心轴底座上，工件心轴底座通过六角螺钉和内螺 纹孔锥销与工作台圆盘固定在一起， 蜗杆和蜗轮的旋转带动了工作台圆盘的转动， 这样工件心轴底座和心轴一起旋转。工件套在工件心轴上，通过六角螺帽和两个 垫圈进行固定。具体结构如上图所示。工件的安装和固定有一定的要求。工件本 身的准确性及安装的正确性直接影响着铣出的齿轮的好坏，因此，要提高工件的 固定精度。此外，应当使工件与工作台中心同心，在夹紧力的作用下不会产生变 形，可用千分表紧固在刀架上来检查工件安装的情况。 3.心轴是只承受弯矩而不受扭矩，其失效形式主要有： a．因疲劳强度不足而产生疲劳断裂； b．因静强度不足而产生塑性变形或脆性断裂 ； c．因刚度不足而产生过大弯曲及扭转变形； d．高速时发生共振破坏等。 拟定轴上零件的装配方案如图 3-2 滚刀心轴装配图所示： 如图所示滚刀心轴上所需要定位的只有滚刀和心轴。所以对于滚刀的径向定 位采用平键定位即可。对于滚刀的轴向定位，左侧采用采用轴肩或套筒，右端采 用用轴套或轴肩即可。将滚刀安装在心轴上后，心轴的左端插入的滚刀主轴的空 心轴中，右端则采用安装轴套后在安装在滚刀架上，使心轴与主轴转动。 心轴尺寸参数的拟定： 如下如图 3.2 所示， 可用的滚刀及心轴直径有 22、 27、 32， 其长度为 40~105mm，18所以初步拟定从心轴左端到右端的长度和直径如图 3-4 所示 选择轴的材料为 45 号调质钢。 材料的安全弯曲应力为 ?? ?1 ? ? 300MPa 弯曲应力 ? b ? M 式中， M 为弯矩， W 为抗弯截面系数。 其中， W ? 0.1d 3 。W?3 ? 13?图 3.3 心轴受弯曲应力作用时简图图 3.4 心轴结构示意图 由于在工作中心轴外面装有齿轮滚刀，齿轮滚刀是加工直齿和斜齿的最常用 的展成法刀具， 利用螺旋齿轮啮合原理来加工齿轮。 它加工范围广， 模数从 0.1mm 到 40mm 的齿轮均可使用滚齿加工。 滚刀一般常用的是齿轮滚刀，其外形相当与一个蜗杆。为了能使这个蜗杆能 起到切削作用，需要在其圆周上开出几个容屑槽，形成很短的刀齿。 在工作过程中滚刀受到切削力的作用。根据总体设计中求出的切削力Fc ? 2.177 kN 和所取的最小直径 27mm ，再由下列近似关系：F f ? ?0.4～0.5?Fc F p ? ?0.3 ~ 0.4 ?Fc查[10]，取 F f ? 0.42 Fc ， F p ? 0.36 Fc 得出 F f ? 0.914kN ， 根据公式?3 ? 14? ?3 ? 15?F p ? 0.78kNF ? Fc ? F p ? F f192 2 2?3 ? 16?其中： FC 为切削力； F p 为背向力； F f 为进给力。 求出合力 F ? 2.5kN 。 根据心轴的固定位置，取心轴的中点作为受力点，则 L 393 l? ? ? 196 .5mm 2 2 由公式 M ? F ? l ， 得 M ? F ? l ? 2500 ? 196.5 ? 491250 N ? mm 。 M 491250 ? ca ? ? MPa ? 250MPa 。 W 0.1 ? 27 3 则? ca ? ?? ?1 ?强度足够。20第四章 滚刀箱及其余部件设计4.1 滚刀箱的设计滚刀箱的结构形状主要取决于其功能要求，以及箱体在床身上的安装连接要 求。滚刀箱首先应该满足运动方面的要求，如滚刀箱的旋转、步进等。此外，还 要求具有较高的传动效率，保证传动件具有足够的强度或刚度，降低噪音，提高 抗振性和耐磨性，操作方便，并有良好的工艺性，便于检修，成本较低，防尘、 防漏，外形美观等。图 4.1 滚刀箱 图 4.1 所示为滚刀箱的结构示意图。 滚刀箱内装有传动轴和齿轮，滚刀箱的绝大多数传动轴上都装有滚动轴承。 传动轴的轴承以圆锥滚子轴承为主。因为圆锥滚子轴承价格较低，噪音和发热量 较小，且装配方便，承载能力较大，还可以承载部分轴向力。滚刀箱作为滚齿机 的重要组成部分，要求传动精确，并且工作稳定。滚刀箱为箱形，装在刀架立柱 上的滚刀滑板上，由刀架立柱的丝杠来调节滚刀箱的运动。滚刀心轴上装有齿轮 滚刀，由滚刀的旋转与垂直运动来切削工件。而滚刀箱通过螺栓固定在刀架立柱 上，并由刀架立柱的锥齿轮通过主运动传动链传递过来的力来驱动滚刀心轴的运 动。21壁厚的大小取决于产品需要承受的外力、是否作为其他零件的支撑、承接数 量、 伸出部分的多少以及选用的材料而定。 一般的铸铁材料以 10 到 15 毫米为准。 滚刀箱的箱体主要是定位轴以及固定零件之用。从经济角度来看，过厚的产品不 但增加物料成本，延长生产过程的冷却时间，增加生产成本；从产品设计角度来 看，过大的壁厚将增加产生空穴和气孔的可能性，大大削弱产品的刚性及强度。 最理想的壁厚分布是在任何一个地方都是均匀一致的，但为了满足功能上的 需求以致壁厚有所改变总是无可避免的。在此情形，有大的转角的地方应尽可能 平滑。因为太突然的壁厚转变会导致应力集中和产生不稳定问题。 壁厚均一的原则在转角的地方也同样需要，在有大的转角的地方应尽量运用 倒角和圆角。因为在大转角处通常会导致部件有缺陷及应力集中，应力集中的地 方会在受负载或撞击的时候破裂。较大的圆角提供了这种缺点的解决方法，减低 了应力集中的程度。建议的最小圆角半径是壁厚的 25%，适当地增大圆角半 径 能明显地减少应力集中现象的发生。4.2 滚刀牙箱设计滚刀牙箱固定在刀架滑板上，滚刀主轴孔为莫氏 5 号锥度，滚刀心轴插入此 孔，用拉紧螺栓将心轴固牢拉紧在主轴上。为了保证主轴与前轴承的适当间隙， 将前轴承做成外锥并开口。调整轴承上的两个螺母，可以使前轴承座轴向移动， 使前轴承孔收缩便可消除主轴与轴承间过大的间隙。 后轴承可与主轴一起沿着轴线移动 40 毫米，以便在滚刀工作部分磨钝时， 把 锋利的部分移到切削部分来工作。移动后轴承是利用与后轴承相连的钳在滚刀牙 箱壳体上的调整紧锁螺栓进行的，因为牙箱上套装后轴承的孔是开口的。调整时 应首先将拉紧开口的锁紧螺栓松开，调整好后并把它拧紧。松开压紧螺钉，摇动 手柄，可以使滚刀牙箱转动一定角度。4.3 刀架立柱设计刀架立柱紧固在床身上方，其中有主传动的花键轴、伞齿轮和垂直进给丝 杆，另外还有平衡刀架滑板的液压油缸。刀架滑板置于 V 型导轨上，前面是操纵 板（电气按钮） 。另装有手柄供手动升降刀架滑板之用。手摇升降刀架时，先将手 柄搬至“开”位置将给合子脱开，使摇动轻便。22总结毕业设计是检查学生综合设计能力的一个重要环节，是对学生独立设计能力 的一次考验。通过理论与实践相结合，找出了我在设计中的不足之处和能力欠缺 之处，加深了我对所学理论知识的理解和掌握，强化了毕业设计中的感性认识， 提高了独立创新设计的能力。通过深入实践，我体会到理论联系实际的必要性， 认识到在学校学过的许多知识与解决实际生产问题还有很大的差距，而缩短差距 的方法只有到实践中去。 只有到实践中去才能真正的锻炼自己。向生产实践学习， 了解与课题有关的生产线、设备、工艺等实际知识，使我对机械设计方面的知识 有了更深一层的了解，奠定了自己走上工作岗位的基础。 我所设计的 Y3150E 型滚齿机刀架系统， 该滚齿机主要用于单件、 小批和成批 圆柱齿轮的加工，设计出的刀架系统结构简单紧凑，主传动箱中的零件绝大多数 采用标准件，使制造成本大大降低。能够满足强度、刚度、寿命、工艺性与经济 性等方面的要求，满足加工要求，保证加工精度，并使机床运行平稳，工作可靠， 结构合理，装卸方便，便于维修与调整。 本次毕业设计所完成的内容有： 1.明确设计任务，查阅相关资料，翻译相关外文资料，写出开题报告。 2.完成滚齿机刀架结构设计计算 3.完成刀架结构装配图设计 4.整理图纸，撰写设计计算说明书。23参考文献[1] [2] [3] [4] [5] [6] 吴宗泽. 机械设计课程设计手册.北京：高等教育出版社，2006. 晏初宏. 金属切削机床.北京：机械工业出版社，2007. 李洪. 实用机床设计手册[M]. 北京：辽宁科学技术出版社，1999. 濮良贵. 机械设计.西安：高等教育出版社，2005. 吴良. 机床设计图册.上海：上海科学技术出版社，1979. 张德全.机械制造装备及其设计.天津：天津大学出版社，2003.[7] 赵汝嘉. 机械设计手册(软件版). 北京: 机械工业出版社. 2003. [8] 成大先. 机械设计手册[M]. 北京: 化学工业出版社, 2004. [9] 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. [10] 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. [11] 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. [12] 朱孝录. 机械传动装置选用手册[M]. 北京: 机械工业出版社, 1999. [13] 胡家秀. 机械零件设计实用手册[M].北京: 机械工业出版社, 1999.24致谢为期三个月的毕业设计即将结束，在张高峰指导老师的悉心指导下，经过自 己的不懈努力，我完成了毕业设计，虽然由于本人理论知识水平有限，缺乏实际 经验，设计成果中难免会留下一些不足，但是回顾整个过程，我觉得收获很大。 在整个毕业设计中，我得到各位老师和同学的热情指导和帮助，使我的毕业设计 能够顺利完成。感谢大家长久以来的帮助，谢谢了！ 通过这次滚齿机的刀架系统设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，学会 了在实际设计中综合运用所学的专业基础知识，来解决实际工程的问题，同时也 提高了我查阅文献资料、 设计手册的能力。我的大学四年生涯即将画上一个句号。 激动之余又有些怅然若失，激动的是自己就要去更广阔的社会天地闯荡，怅然的 是很难再见到敬爱的老师们和亲爱的同学们。希望同学们借毕业设计的机会展翅 高飞，开拓新的天地。诚愿祝福老师身体健康，工作顺利。25附录一PLC 模块控制回转工作台在三轴数控铣床铣削螺旋伞齿轮中的应用S. Mohsen Safavi & S. Saeed Mirian & Reza Abedinzadeh & Mehdi Karimian Received: 25 November 2008 / Accepted: 23 November 2009 # Springer-Verlag London Limited 2009摘要当今，数控机床在机电一体化领域中得到了日益广泛的应用。机械、电气和数据处理 系统与数控技术相结合，引领了新的生产加工理念。近年来，数控技术的发展已将非线性校 正技术在切削弧齿锥齿轮中的应用变为可能。在本文中，我们将尝试采用带有外加 PLC 模块 分度台的三轴数控铣床，运用带有索引工作界面的通用铣床的传统连续多重切削方法来加工 制造出这个螺旋伞齿轮。该研究包括(a)弧齿锥齿轮的几何建模，(b)运用 CAD/CAE 系统进行 传统或新型非传统方案的模拟仿真，(c)数控加工工艺的设计与 PLC 编程，(d)通过三轴数控 铣床的实验切削来探索新方案的正确性。结果表明，开发的螺旋伞齿轮实验切削方案不仅与 先进数控加工相比成本更低，而且相比传统切削，加工齿轮的时间也较短。因此，在螺旋伞 齿轮加工领域，这是一个很经济的方案。 关键词：齿轮加工，螺旋伞齿轮，CAD/CAM/CAE，数控技术，PLC，交流电动机，逆变，接近 传感器，光电传感器，旋转编码器 1 引言 齿轮是工业机械领域中重要的精密机构，在平行轴、横向交叉或非交叉轴之间用于传递 机械功率和机械运动。虽然有时会看不见，但齿轮仍是我们工业文明中最重要的机械元件之 一。在各式各样的条件下，齿轮会以几乎达到无限的速率运转。得到发展的齿轮加工设备与 工艺流程已经非常先进与成熟。无论大批量生产还是小批量生产，无论在小型车间还是分批 处理的加工车间，加工齿轮的流程按顺序都需要以下四步操作 1.下料 2.切齿 3.热处理 4.研磨 根据它们的类型、应用范围及强度和刚度要求，通常经过铸造、挤压、锻造、粉末冶金、 注塑加工和滚齿加工来完成齿轮的加工制造。在这一系列加工流程中，螺旋伞齿轮是最复杂 的一种齿轮，在成角度的横轴之间，它用来传递回转运动。 沿齿长方向，螺旋伞齿轮有径向弯曲的齿廓曲线。这类齿轮之所以能够保证与配合齿轮 有光滑的啮合，主要是因为它们有胜过直齿轮的曲型齿廓，这样它们同一时间接触并啮合的 齿数会更多。螺旋伞齿轮的设计与制造仍然是一个热门的研究课题，在直升机运输齿轮系、26摩托车齿轮减速器及其他工业分支中都得到十分重要的应用。对于制造而言，这种齿轮通常 由一种特殊机床加工而成，如滚齿机、成型机。目前，基于轮齿加工的特种数控加工机床已 运用于工业实践中。这也许就是轮齿加工的相关文献在公开的研究领域稀少的原因所在。最 近，基于齿轮加工的数控加工机床已得到长足发展并逐渐运用于工业实践。然而，它们的运 动结构与工业数控铣床还是有着内在的差异，前者是为一种特种刀具而设计的。 先前对齿轮的研究主要涉及齿轮的设计和分析。在对其几何特征与设计参数进行研究的 同时， Tsai 和 Chin 基于切面方向上的齿轮传动和渐开线齿轮几何学， 提供了一个关于锥齿 （直 齿轮、螺旋伞齿轮）的数学曲面模型。后来，这个方案与 A-daccak 等人和 Shunmugan 等人基 于精密球面渐开线的齿轮曲面模型进行了比较，从而得出了一个截然不同的模型。依据标称 偏差，其精确度（相比运用特种机床加工的螺旋伞齿轮）得到了验证。 对于冠齿轮， 一些结论是可行的。 Litvin 和 Kim 通过改良直齿轮的基圆提出了运用范成法 获得渐开曲线。 运用斜齿轮传动误差的修正测定值， Umeyama 在节圆上设计了一个标准剖面， 在面齿轮的上下表面设计了一个改良剖面。 Tamura 等人对采用平面齿形的锥齿轮研究得出了 一个点接触模型。这些研究都与专为加工齿轮而特殊设计的那些特种齿轮加工机床（如滚齿 机、成型机）返程齿剖面有关。Suh 等人对螺旋伞齿轮加工的雕刻面加工方法的可行性做了 研究，并验证了运用带有回转摆动升降台的四轴数控铣床生成加工轨迹的可能性。同时，一 种螺旋伞齿轮基于模型的验证法也得以提出。 在本文中，对于螺旋伞齿轮我们将尝试采用一种新的加工流程，加工时运用带有可用于 控制分度台的 PLC 模块的三轴铣床。很明显，这种加工方法的生产率不及特种加工机床。可 除了生产率，这种加工方法的优点有以下几个方面：(1) 传统加工方法需要消耗大量投资成本 来获得各种特种机床，所选用刀具加工的齿轮种类、尺寸和几何形状也非常有限；(2) 运用这 种新的加工方法，各种类型的齿轮都可通过工业三轴数控铣床加工而成；(3)相比运用特种加 工机床，采用该方法加工更为经济。一个不同于先前的工作重点是，为了模拟全部加工过程 并获得加工参数，需要开发自动计算机模型。所有先前的研究都在计算复杂的数学方程组和 设计几何模型。鉴于上述情况，我们的重点在于螺旋伞齿轮的加工实验检验，而不在于提供 螺旋伞齿轮的几何或数学模型。这是第一次同时运用机电一体化机床和数控铣床来加工特殊 齿轮，甚至一个机械元件。 2 螺旋伞齿轮的几何规格 通常，一个齿轮的几何参数都由工程图给出。对于定义其几何形状而言，有些参数（主 要参数）是必须有的。为此，我们采用名为“ GearTrax”的驱动元件开发软件来算得这些主 要参数。 螺旋伞齿轮的设计要求高精度的数学计算，并且生产这种齿轮传动机构不仅需要高质量 的设备和加工此类齿轮传动机构的机床，而且还需要拓展适当的机床参数设置。这样的设置 虽然不合乎标准，但也需要由能够保证符合高质量齿轮传动要求的每种情况的设计（根据齿27轮传动的几何参数和展成工具）来确定。 3 加工螺旋伞齿轮 由引言中的讨论， 我们知道所有类型的齿轮都能通过加工手法来获得所需要的所有规格， 其中高精度齿轮的加工手法仍然非常卓越的。成型铣削是加工任意类型齿轮的最常见的加工 工序。所使用的道具都具有类似相邻轮齿间隙的相同形状。标准刀具通常用于齿轮的成型切 削。在美国，这些刀具的每个径节都是原来的 8 倍，用于加工标准表上指示的多齿齿轮。格 利森公司基于为补充冠齿轮范成原理而产生的锥齿轮范成的普遍概念：相互啮合的大小齿轮 可分别考虑，运用了表面滚齿的加工手法。 由公式(1)可知，表面滚齿加工的速率比应取决于工具齿轮与展成齿轮的齿数比：wt N c ? wc N t（ 1）其中，和分别为工具齿轮与展成齿轮的扭转角速度；和分别为工具齿轮和展成齿轮的齿数。 展成齿轮与工具齿轮的基圆半径由公式(2)、(3)确定：Rc ?Nc ?s Nt ? Nc Nt ?s Nt ? Nc（2）Rt ?其中，s 为机床径向设定值。（3）范成的冠齿轮可考虑为螺旋角为 90 度的特殊斜齿轮。因此，出现了“形齿轮”这个通 用术语。当已生成的大小齿轮的配合吃面共轭时，可以考虑对范成冠齿轮的概念进行补充。 在实践中，为了使失配的轮齿表面得以匹配，形齿轮的大小齿可能互不相同。形齿轮的旋转 由戟齿轮上的摇架旋转体现。 用三轴数控铣床加工螺旋伞齿轮，我们首先应该对开发的 CAD/CAM 系统的几何建模和 仿真模块尽享程序测试。 运用商业软件 Solidworks 创建 CAD 模型和 MSC。 运用 Visual NASTRAN 4D 软件（运用 3D 模型的 CAE 机械运动分析系统）模拟齿轮加工并得到分析结果。 对于机床的结构而言，很明显，螺旋伞齿轮的数控机床上，工件的回转运动史必要的。 基于其切削的性能分析，通过一步安装，螺旋伞齿轮的数控加工至少也可达到四轴控制的要 求。因此，对于三轴铣床具备回转工作台是必要的。成型切削或成型铣削都会在测试中用到。 刀具从齿轮毛坯中心想要得到的齿高径向进给，然后穿过齿面，而回转工作台绕其中心旋转 工件来获得所需的齿宽。当加工完成一个齿间时，刀具后退，分度头指示齿轮毛坯，继续切 削下一个齿间。从根本上说，这种方法是一种简易而灵活的螺旋伞齿轮加工方法。所需的设 备和刀具都相对简单，并且只运用标准三轴数控铣床。然而，防止出现任何的工件损坏，就 每一工步为短程的刀具进给而言，我们有必要做到谨慎考虑。28我们在 GearTrax 环境下创建螺旋伞齿轮用以模拟操作工序并估算一些加工参数，如端铣 刀的原始高度、 接近传感器的位置、 电动机转矩、 电动机转速及转动频率。 例如， 在 Solidworks 环境下，端铣刀与螺旋伞齿轮的齿顶间距为 14.7mm，这是我们沿 Z 轴用来垂直定位主轴的。 同时， 根据我们使用的 CAE 系统所提供的图形报告， 电动机的角速度和转矩分别为 1rpm 和 48Nm。 Mastercam 是一种可以生成刀具加工轨迹的机械专业软件。根据齿轮的总深度和表面宽 度，在我们的切削程序中可设计出加工轮廓线为矩形的刀具轨迹。 其它加工参数和刀具的规格也应录入软件的刀具轨迹菜单。在加工轮廓线窗口，我们要 用到以下两个选项： 考虑到对切削量的较大控制，在多通道口允许刀具多工步进给。 2、在没有额外的几何尺寸条件下，在入口/出口位置变动之前，导入/导出拉长的或缩短 的刀具轨迹，这样有助于我们控制加工补偿，并能使短时间编制固定加工轮廓线变为可能。 虽然这种齿轮的成型切削一般运用万能铣床上的分度头来完成，但其加工过程缓慢并需 要技术熟练的工人师傅和操作者。刀具安装在刀柄轴上，运用分度头来旋转（切削轮齿）并 指示齿轮毛坯。工作台设置在螺旋角为 35 度的角度上，并且分度头也应与工作台的纵向丝 杠相适应，以便使齿轮毛坯得以纵向回转运动。 针对上述提供的方法，我们采用了连接了蜗轮蜗杆变速箱的交流电动机。蜗轮蜗杆变速 箱用来减小交流电动机的输出速度，并将齿线也节圆锥面间的角度设置为螺旋角大小。 只要刀具轨迹编制与蜗轮蜗杆变速箱输出轴的旋转运动间的同步性达到要求，机电一体 化系统便可同时控制四根轴（一轴用于工作台的回转运动，三轴用于刀具的切削运动） 。 同时，在机电一体化系统中我们运用梯形图和通用编程语言来操作 PLC。 基于梯形图，PLC 的操作步骤如下： 第一步 读取外部输入信号，例如传感器与旋转编码器的地址。 第二步 根据第一步中的输入信号值，计算输出信号并将其传送给变频器（反相器） ，从 而驱动交流电动机正反转或通过旋转编码器使电动机旋转一定的角度 （齿距） 。 配置数控铣床 的同时，所有系统的程序按以下五个阶段完成： 第一阶段 成型刀抵达第一个接近传感器， 传感器一旦检测到成型刀， 就向 PLC 发送一个 +5V 的信号，正如前面提到的， PLC 接收信号并向变频器发送一个输出信号来驱动电动机正 转。 第二阶段 以 Mastercam 中生成的刀具加工轨迹用成型刀加工旋转的工件。 第三阶段 刀具抵达第二个接近传感器，传感器通过检测刀具来向 PLC 传送第二个信号， 同时 PLC 接收并向变频器发送一个停止指令。 第四阶段 铣刀从停止的工件退刀并回到起始位置。 同时， 变频器驱动电动机反转直到输 出轴回到第一工位，在这个位置，光电传感器的接收器可可通过输出轴的纵向裂纹接收传输29光线。 第五阶段 重复一至四阶段直到第一个齿间切削完成。PLC 根据运行上述四阶段的次数计 数直到达到加工程序中的预设次数。然后，PLC 向变频器发送信号指示齿轮毛坯达到加工直 径尺寸，接着上述所有阶段重复运行。加工直径由 1024 脉/转的旋转编码器测定。 在本次创新的加工方法的有利体现里，加工时间是主要关注的指标之一。例如，加工完 成一个齿间只需 2 分钟。相比较，运用传统方法加工同样的齿间需要花费半个多小时。 在本次创新关于手工切削的深远有利体现里，切削刀头的瞬间角度补偿是在跳转程序结 束之前立即设置的。4 加工策略 工件为木料，通过车削加工将坯料预加工为锥状（齿顶锥角） 。用于实验的 5 号标准刀安 装在机床主轴上，齿轮毛坯安装在蜗轮蜗杆变速箱的输出轴上。随后，刀具向齿轮毛坯的中 心进给以达到所需齿深（围绕 30 条加工程序以避免次品出现） 。加工完成一个齿间，退刀； 根据已编译的程序由交流电动机指引齿轮毛坯接着切削下一个齿间。5 结论 在本文中，我们尝试运用三轴数控铣床通过成形铣削的方法加工螺旋伞齿轮。为了达到 这一目的，我们对 CAD/CAM 模具的切削步骤和刀具轨迹算法做了研究。运用复杂的数学程 序，所有的预先工作都与设计息息相关，并没有依靠经验加工理论。从根本上说，成形切削 用于加工齿轮简单而灵活。所需的设备和刀具相对简单、廉价，一台标准数控铣床即可。因 而， 并不需要技术熟练的操作者来创建加工系统。 与运用专业机床加工齿轮的常规方法相比， 本文所采用的加工方法用于加工各种规格的螺旋伞齿轮或其它类型的齿轮，改进起来也很容 易。与手动切削加工相比，这种加工方法又是一个全自动的，因为所有的加工参量都通过电 脑模块得到。这种加工理念同时也是一个多变的系统（运用机电一体化和数控系统） ，并且会 源源不断地发展下去。参考文献 1. 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In recent years, the development of CNC has made it possible to perform nonlinear correction motions for the cutting of spiral bevel gears. In this paper, we attempt to manufacture the spiral bevel gear using a three-axis CNC milling machine interfaced with an additional PLC module based on traditional discontinuous multi-cutting method accomplished by using a universal milling machine interfaced with an indexing work head. This research consists of (a) geometric modeling of the spiral bevel gear, (b) simulating the traditional and our new nontraditional method using a CAD/CAE system, (c) process planning for CNC machining and PLC Programming, (d) experimental cuts with a three-axis CNC milling machine were made to discover the validity of the presented method. The results demonstrate that invented experimental cutting method of SBGs not only is less expensive than advanced CNC machining but also produces gears in a shorter time in comparison with the traditional cutting. Thereby, it is an economical method in manufacturing of SBGs. Keywords ： Gear manufacturing . Spiral bevel gear .CAD/CAM/CAE . CNC . PLC . AC motor . Inverter .Proximity sensors . Photoelectric sensors . Rotary encoder 1 Introduction Gears are important and precision mechanisms for industrial machinery as a means for mechanical power or motion transmission between parallel, intersecting and nonintersecting cross-axis shafts. Although hidden from sight, gears are one of the most important mechanical elements in our civilization. They operate at almost unlimited speeds under a wide variety of conditions. The machines and processes that have been developed for producing gears are among the most existing ingenious ones. Whether produced in large or small quantities, in cell, or job shop batches, the sequence of processes for gear manufacturing requires four sets of operations: 1. Blanking 2. Gear cutting 3. Heat treatment 4. Grinding Depending on their type and application or required strength and resistance, gears are manufactured by casting, extruding, forging, powder metallurgy, plastic molding, gear rolling, and machining. Among these processes, machining is more frequently used for high-precise gears. Among the various types of gears, the spiral bevel gears (SBG) are the most complex type and are used to transmit the rotational motion between angularly crossed shafts. SBGs have teeth curved longitudinally along the length of the teeth. The main advantage of32these gears over the straight-toothed varieties lies in the fact that more teeth are in contact at the same time because of the curve-shaped contour of the teeth and so a smoother meshing action between the mating pair is ensured. The design and manufacturing of spiral bevel gears is still a hot topic of research that is vital for application of such gears in helicopter transmissions, motorcycle gears, reducers, and in other branches of industry. As far as manufacturing is concerned, the gears are machined by a special type of machine tools, such as gear hobbing and shaping machines. Recently, special CNC-based gear manufacturing machine tools are used in industrial practice. This may be why literature on gear manufacturing is sparse in the open research domain. Recently, CNC-based gear manufacturing machine tools have been developed and increasingly used in industrial practice. However, their kinematic structure is still inherently different from the industrial CNC milling machine, as the former is designed for a special type of cutter. Previous studies on gears have been mainly concerned with the design and analysis of gears. The geometric characteristics and design parameters of gears have been studied. Tsai and Chin presented a mathematical surface model for bevel gears (straight and SBGs) based on basic gearing kinematcis and involute geometry along the tangent planes. Later, this method was compared with another model based on exact spherical involute curves by Al-daccak et al. Shunmugan et al. presented a different model, and its accuracy (compared with the spiral bevel gear manufactured by special machine tools) was verified in terms of nominal deviation. For crown gears, a few results are available. Litvin and Kim suggested a generation method for an involute curve from a modified base circle for a spur gear. Umeyama designed a standard profile at the pitch circle and a modified profile at the top/bottom face gear with a determination of the modification value for transmission error of helical gear. Tamura et al. studied a point contact model for a bevel gear using a flat surface tooth. These studies are concerned with the generation of the tooth profile for special gear machines, such as gear hobbing and shaping machines, which are specially designed for manufacturing gears. Suh et al. investigated the possibility of a sculptured surface-machining method for the manufacture of spiral bevel gears and verified the possibility by presenting tool-path generation using a four-axis CNC milling machine interfaced with a rotary-tilt table. A model-based inspection method for the spiral bevel gears was also presented. In this paper, we attempt to present a new manufacturing procedure of SBGs by using a three-axis milling machine interfaced with a PLC module which operates as an indexing table. In terms of production rate, it is obvious that this method will be lower than that of the special machine tool. Other than production rate, this method is advantageous in the following respects: (1) the conventional method requires a large investment for obtaining various kinds of special machinery and cutters dedicated to a very limited class of gears in terms of gear type, size, and33
(2) by this method, various types of gears can be manufactured with the industrial three-axis CNC (3) this method is more economical than using the special machine tool. One of the main points which separate our work from previous ones is developing an automatic computer model in order to simulate the process entirely and obtain machining parameter. All previous studies have been engaged in calculating complicated mathematical equations and designing geometric models. In view of the above, special attention is given to experimental tests rather than presenting geometrical or mathematical model of SBGs. This is the first time that mechatronic tools and a three-axis CNC milling machine are being used simultaneously in manufacturing a special gear and even a mechanical element. 2 Geometric specifications of the spiral bevel gears Most of the time, the geometric parameters of a gear are provided with an engineering drawing. Some parameters (principal parameters) are required for defining the geometry. To calculate these parameters, we have used “drive component development software” called GearTrax. The design of spiral bevel gear requires high-accuracy mathematical calculations, and the generation of such gear drives requires not only high-quality equipment and tools for manufacturing of such gear drives but also the development of the proper machine-tool settings. Such settings are not standardized but have to be determined for each case of design (depending on geometric parameters of the gear drive and generating tools) to guarantee the required quality of the gear drives. 3 Manufacturing the SBG As it was discussed in the introduction, by machining, all types of gears can be made in all sizes, and machining is still unsurpassed for gears having very high accuracy. Form milling is one of the most common machining processes used to manufacture any types of gears. The cutter has the same form as the space between adjacent teeth. Standard cutters usually are employed in form-cutting gears. In the USA, these cutters come in eight sizes for each diametral pitch and will cut gears having the number of teeth indicated in standard tables. Gleason works used the face hobbing process that is based on the generalized concept of bevel gear generation in which the mating gear and pinion can be considered respectively, generated by the complementary generating crown gears. As it is shown in Eq. 1, velocity ratio of face hobbing process depends on tooth number of tool and generating gear:wt N c ? wc N t34（1）where, wt and wc denote the angular velocities of the tool Nt and Nc denote the number of the blade groups and the tooth number of the generating gear. The radii of the rolling circles of the generating gear and the tool are determined by Eqs. 2 and 3:Rc ?Nc ?s Nt ? Nc Nt ?s Nt ? Nc（2）Rt ?（3）where s is the machine radial setting. The generating crown gear can be considered as a special case of a bevel gear with 90° pitch angle. Therefore, a generic term “generating gear” is used. The concept of complementary generating crown gear is considered when the generated mating tooth surfaces of the pinion and the gear are conjugate. In practice, in order to introduce mismatch of the mating tooth surfaces, the generating gears for the pinion and the gear may not be complementarily identical. The rotation of the generating gear is represented by the rotation of the cradle on a hypoid gear generator. To manufacture the SBGs with the three-axis CNC milling machine, we first test the process by developing a CAD/CAM system composed of geometric modeling and graphic simulation modules. The commercial software Solidworks is used for creating CAD model and MSC. Visual NASTRAN 4D (CAE system of the kinematic analysis of the mechanisms by means of their 3D models) is used for simulating the process of gear manufacturing and its analytical results. As far as machine tool configuration is concerned, it is obvious that a rotational motion of the workpiece is required for NC machining of the SBGs. Based on the machinability analysis, at least four-axis controls are required for NC machining of SBGs by one setup. Thus, a rotary table to be interfaced with the three-axis milling machine is required. Form cutting or form milling is used in our tests. The tool is fed radially toward the center of the gear blank to the desired tooth depth, then across the tooth face, while the rotary table rotates the workpiece around its center to obtain the required tooth width. When one tooth space has been completed, the tool is withdrawn, the gear blank is indexed using a dividing head, and the next tooth space is cut. Basically, this method is a simple and flexible method of machining SBGs. The equipment and cutters required are relatively simple, and standard three-axis CNC milling machine is used. However, considerable care is required on the part of tool feed which should be a small value in each step to prevent any spoil. We used spiral bevel gear created in GearTrax in order to simulate operating sequence and then estimate some machining parameters such as initial height of end mill, location of proximity35sensors, motor torque, motor speed, and rotation frequency. For example, in SolidWorks, distance between end mill and the apex of SBG was 14.7 mm which we used to locate the spindle vertically along the z-axis. Also, according to the graph report of CAE system which we used, motor angular velocity and motor torque are 1 rpm and 48 Nm, respectively. Mastercam is a mechanical software that can be used to generate toolpaths for machining. According to whole depth and face width of the gear, a rectangular contour was designed as toolpath in our cutting procedure. Other machining parameters and tool’s specifications were also submitted to the Tool Path menu of software. In contour window, there are two options which we use: 1. Multipasses which enable multiple stepovers of the tool, allowing for greater control of stock removal. 2. Lead in/out which extend or shorten the toolpath before making entry/exit moves without creating additional geometry, which is helpful when working with control compensation and makes it possible to program solid contours in less time. Although the form cutting of this kind of gears is currently done on universal milling machine, using an indexing head, the process is slow and requires skilled labor and operator. The cutter is mounted on an arbor, and a dividing head is used to revolve (required to cut the gear tooth) and index the gear blank. The table is set at an angle equals to the spiral angle (35°), and the dividing head is geared to the longitudinal feed screw of the table so that the gear blank will rotate as it moves longitudinally. In the presented method, we have used an alternating current (AC) motor interfaced with a worm gearbox. Worm gearbox is used to reduce the output speed of AC motor and also to set the angle between the tooth trace and the element of the pitch cone, known as spiral angle. Since synchronization between tool path planning and rotary motion of outward shaft of worm gearbox is required, a mechatronics system to control all the four axes (one-axis motion for the rotary table and three-axis motion for the cutting tool) was used simultaneously. At the same time we used ladder diagram, common program language to operate the PLC in the mechatronics system. The operation of the PLC based on the ladder diagram is as follows: Step 1 Read the external input signal, such as the status of sensors or rotary encoder. Step 2 Calculate output signal, according to the value of the input signal in step 1 and send it to AC drive (Inverter) to run the AC motor in forward/reverse direction or turn the motor for a special angle (circular pitch) using a rotary encoder. Having set up the CNC milling machine, the36procedure of the whole system is accomplished in five stages: Stage 1 Form cutter reaches the first proximity sensor. As soon as sensor 1 detects the form cutter, it sends a +5-V signal to the PLC. As it is mentioned before, PLC sends out an output signal to the AC drive to run the motor in forward direction. Stage 2 Form cutter machines the rotating workpiece with respect to the toolpath has been generated in Mastercam. Stage 3 Cutting tool reaches the second proximity sensor. Detecting form cutter by sensor 2, it sends the second signal to the PLC and PLC sends a stop command to the inverter. Stage 4 Milling tool withdraws the stopped workpiece and returns to its first place. Simultaneously, AC drive runs the motor in backward direction until the shaft reaches the first position which the receiver of photoelectric sensor sees the transmitted radiation passes through the longitudinal crack on the output shaft. Stage 5 Stages 1 through 4 continue until the first tooth space is cut. PLC counts a number for each of the above four stages until it reaches the predefined number of machining sequences. Then, it sends out a signal to the AC drive to index the gear blank equal to diametral pitch, and all the above stages will be repeated again. The diametral pitch is measured by a1,024-pulse/revolution rotary encoder. In an advantageous embodiment of the method according to the present invention, machining time is one of the most factors which have been greatly noted. For example, it took only 2 min to cut one tooth space completely. While, in traditional method, it took more than half an hour to cut same tooth space. In a further advantageous embodiment of the present invention with respect to manual cutting, the instant for the angular compensation of the cutter head is set shortly before the end of the plunge process. 4 Machining strategy The workpiece is wood, and the blank material is premachined as a conic (face angle of the gear) form by turning operation. Standard cutter No. 5 used in our experiment is mounted on the machine spindle, and the gear blank is mounted on outward shaft of worm gearbox. The tool is fed subsequently (around 30 machining sequences to prevent spoiling work) toward the center of the gear blank to the desired tooth depth. When one tooth space has been completed, t the gear blank is indexed using the AC motor based on explained procedure and then is followed by cutting the next tooth space. 5 Conclusions In this paper, we attempted to manufacture the spiral bevel gear using a three-axis CNC37milling machine based on form milling method. For such a purpose, we investigated a CAD/CAM model of cutting procedure and also tool path computing algorithm. All previous works have been concerned with the design as