【正文】 致謝 ....................................................................................................... 53 附件 1.................................................................................................... 54 附件 2.................................................................................................... 61 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 1 第 1 章 緒論 齒輪加工的重要地位 各個(gè)國(guó)家之所以都非常的重視齒輪的加工是因?yàn)辇X輪是工業(yè)生產(chǎn)中的重要基礎(chǔ)零件，其加工技術(shù)和加工能力能夠反映一個(gè)國(guó)家的工業(yè)水平。齒輪作為機(jī)械傳動(dòng)中最常見(jiàn)，最重要的傳動(dòng)零件， 被廣泛地應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備的傳動(dòng)系統(tǒng)中 。作為機(jī)械制造業(yè)的基礎(chǔ)裝備的金屬 切削機(jī)床，也因此在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。 17 世紀(jì)末，人們才開(kāi)始研究，能正確傳遞運(yùn)動(dòng)的輪齒形狀。 18 世紀(jì)，歐洲工業(yè)革命以后，齒輪傳動(dòng)的應(yīng)用日益廣泛；先是發(fā)展擺線齒輪，而后是漸開(kāi)線齒輪，一直到20 世紀(jì)初，漸開(kāi)線齒輪已在應(yīng)用中占了優(yōu)勢(shì)。 齒輪在各種機(jī)械、儀器、儀表中應(yīng)用廣泛，它是傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的重要零件，齒輪的質(zhì)量直接影響到機(jī)電產(chǎn)品的工作性能、承截能力、使用壽命和工作精度等。常用的齒輪副有圓柱齒輪、圓錐齒輪及蝸桿蝸輪等 ，其加工技術(shù)和加工能力反映一個(gè)國(guó)家的工業(yè)水平。 齒輪被廣泛地應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備的傳動(dòng)系統(tǒng)中，滾齒是應(yīng) 用最廣的切齒方法， 滾齒加工 大多都 是在滾齒機(jī)上進(jìn)行的 ，因此滾齒機(jī)在機(jī)械加工中占有舉足輕重的作用。 在當(dāng)前的齒輪制造業(yè)中，齒輪加工工藝大致相同。 齒輪加工的方法很多，但最基本的是切削加工方法， 齒輪機(jī)床按加工原理分為兩類，仿形法和范成法 (或稱展成法 )。仿形法是用刀具的刀刃形狀來(lái)保證齒輪齒形的準(zhǔn)確性，用單分齒來(lái)保證分齒的均勻。范成法是按照齒輪嚙合原理進(jìn)行加工，假想刀具為齒輪的牙形，它在切削被加工齒輪時(shí)好似一對(duì)齒輪嚙合傳動(dòng)，被加工齒輪就是在類似嚙合傳動(dòng)的過(guò)程中被范成成形的范成法具有加工精度高，粗糙度值低，生產(chǎn)率高等特點(diǎn) ，因而得到廣泛應(yīng)用 。 齒輪加工機(jī)床的種類繁多，但一般可以劃分為圓柱齒輪加工機(jī)床和錐齒齒輪加工機(jī)床兩大類。圓柱齒輪加工機(jī)床主要有滾齒機(jī)、插齒機(jī)車齒機(jī)等；錐齒齒輪加工機(jī)床除加工直齒錐齒輪的刨齒機(jī)、銑齒機(jī)、拉齒機(jī)和加工弧齒錐齒輪銑齒機(jī)外，還有加工齒長(zhǎng)方向?yàn)閿[線或漸開(kāi)線外擺線和準(zhǔn)漸開(kāi)線的銑齒機(jī)。研齒機(jī)、剃齒機(jī)、磨齒機(jī)等齒輪加工機(jī)床，則屬于齒輪齒面精度加工用的機(jī)床。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 2 滾齒機(jī)的發(fā)展 滾齒機(jī)是用滾刀按展成法加工直齒、斜齒和人字齒圓柱齒輪以及蝸輪的齒輪加工機(jī)床。 傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)式滾齒機(jī)，其特征為各主軸采用機(jī)械式的傳動(dòng) 形式，包括差動(dòng)、分齒、工件軸、滾刀軸和進(jìn)給等。由于傳動(dòng)鏈固有的理論誤差和安裝間隙，造成速度很慢，精度很低。 在齒輪加工中應(yīng)用最廣泛 .這種機(jī)床使用特制的滾刀時(shí)也能加工花鍵和鏈輪等各種特殊齒形的工件。 滾齒機(jī)按布局分為立式和臥式兩類。大中型滾齒機(jī)多為立式，小型滾齒機(jī)和專用于加工長(zhǎng)的軸齒輪的滾齒機(jī)皆為臥式。立式滾齒機(jī)又分為工作臺(tái)移動(dòng)和立柱移動(dòng)兩種。立式滾齒機(jī)工作時(shí)，滾刀裝在滾刀主軸上，由主電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，刀架可沿立柱導(dǎo)軋垂直移動(dòng)，還可繞水平軸線調(diào)整一個(gè)角度。工件裝在工作臺(tái)上，由分度蝸輪副帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，與滾刀的運(yùn)動(dòng) 一起構(gòu)成展成運(yùn)動(dòng)。滾切斜齒時(shí) ,差動(dòng)機(jī)構(gòu)使工件作相應(yīng)的附加轉(zhuǎn)動(dòng)。工作臺(tái) (或立柱 )可沿床身導(dǎo)軋移動(dòng) ,以適應(yīng)不同工件直徑和作徑向進(jìn)給。有的滾齒機(jī)的刀架還可沿滾刀軸線方向移動(dòng)，以便用切向進(jìn)給法加工蝸輪。大型滾齒機(jī)還設(shè)有單齒分度機(jī)構(gòu)、指形銑刀刀架和加工人字齒輪的差動(dòng)換向機(jī)構(gòu)等。 隨著時(shí)代發(fā)展，各公司對(duì)滾齒機(jī)的效率和質(zhì)量要求越來(lái)越高，有些用戶要求 CPK≥ 以及 fα、 fβ、 Fp 達(dá) DIN 6 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。另外，高可靠性和高數(shù)字化程度也是各公司的重點(diǎn)考慮范圍。目前，滾齒機(jī)一般有粗、精加工兩種，粗加工精度低于 8 級(jí)，一般精加工為 7～ 6級(jí)，高精度精加工則高于 6級(jí)。 滾齒機(jī)制造技術(shù)的發(fā)展可劃分為機(jī)械式滾齒機(jī)和數(shù)控滾齒機(jī)兩個(gè)階段 。 傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)式滾齒機(jī)，其特征為各主軸采用機(jī)械式的傳動(dòng)形式，包括差動(dòng)、分齒、工件軸、滾刀軸和進(jìn)給等。由于傳動(dòng)鏈固有的理論誤差和安裝間隙，造成速度很慢，精度很低。工作時(shí)，滾刀裝在滾刀主軸上，由主電動(dòng)機(jī)通過(guò)齒輪副和蝸輪副驅(qū)動(dòng)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；刀架可沿立柱導(dǎo)軋垂直移動(dòng)，還可繞水平軸線調(diào)整一個(gè)角度。工件裝在工件軸上，由分度蝸輪副帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，與滾刀的運(yùn)動(dòng)一起構(gòu)成展成運(yùn)動(dòng)。滾切斜齒時(shí)，差動(dòng)機(jī)構(gòu)使工件作相應(yīng)的附加轉(zhuǎn)動(dòng)。工作臺(tái) (或立柱 )可沿床身導(dǎo)軌移動(dòng)，以適應(yīng)不同工件直徑和作徑向進(jìn)給。 本說(shuō)明書重點(diǎn)介紹的 Y38 滾齒機(jī)的工作原理是利用范成法來(lái)加工齒輪的，其主要工作工程有： 切削運(yùn)動(dòng)（主運(yùn)動(dòng)） ， 即滾刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其切削速度由變速齒輪的傳動(dòng)比決定。分齒運(yùn)動(dòng) ， 即工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)的速度必須和滾刀的旋轉(zhuǎn)速度保持本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 3 齒輪與齒條的嚙合關(guān)系。其運(yùn)動(dòng)關(guān)系由分齒掛輪的傳動(dòng)比來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于單線滾刀，當(dāng)滾刀每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)，齒坯需轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒的分度角度，即 1/z 轉(zhuǎn)。垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng) ， 即滾刀沿工件軸線自上而下的垂直移動(dòng)，這是保證切出整個(gè)齒寬所必須的運(yùn)動(dòng)，由進(jìn)給掛輪的傳動(dòng)比再通過(guò) 與滾刀架相連接的絲桿螺母來(lái)實(shí)現(xiàn) 。 隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了 1～ 3 個(gè)軸數(shù)控化的滾齒機(jī)，其中的一部分軸采用伺服電機(jī)數(shù)字化控制。直到 20 世紀(jì) 80 年代，世界上才出現(xiàn)真正意義上的六軸數(shù)控滾齒機(jī)。在過(guò)去的 20 年中，數(shù)控滾齒機(jī)的發(fā)展可以劃分為 4 代。 第一代數(shù)控滾齒機(jī)的工件軸和滾刀軸等采用傳統(tǒng)的蝸桿蝸輪副傳動(dòng)，速度依然較低，但精度有所提高。隨著刀具技術(shù)的發(fā)展，切削線速度有了很大的提高，原來(lái)的滾齒機(jī)已不能滿足刀具的高速切削要求，于是更快的第二代數(shù)控滾齒機(jī)誕生。其工件軸和滾刀軸采用齒輪副傳動(dòng)，速度有很大的提高。 第三代數(shù)控滾 齒機(jī)于 90 年代末期出現(xiàn)，它與世界上兩大齒輪裝備巨頭的合并不無(wú)干系。差動(dòng)機(jī)構(gòu)滾齒機(jī)發(fā)明人 創(chuàng)辦了 PFAUTER 公司， 100 多年來(lái)，PFAUTER 公司不斷探索，使?jié)L齒機(jī)制造技術(shù)始終處于世界領(lǐng)先地位。 1997 年，世界著名錐齒輪制造商 ——美國(guó)格里森公司成功收購(gòu)德國(guó) PFAUTER 公司。通過(guò)技術(shù)的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手，第三代數(shù)控滾齒機(jī) GP 系列誕生。其以全直驅(qū)技術(shù)的利用為特征，工件軸和滾刀軸的直接驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了真正意義的全閉環(huán)控制。直驅(qū)技術(shù)的使用，保證了高速度；電子齒輪箱和機(jī)械間隙的數(shù)控補(bǔ)償，保證了高精度。這時(shí)，數(shù)控滾齒機(jī) 似乎進(jìn)入頂峰 。 作為齒輪技術(shù)和裝備的領(lǐng)導(dǎo)者，近 10 年間，基于多年的齒輪機(jī)床制造經(jīng)驗(yàn)以及不斷的創(chuàng)新意識(shí)，格里森公司又開(kāi)發(fā)出第四代滾齒機(jī) GENESIStm 130H，這也是當(dāng)今世界上唯一的第四代數(shù)控滾齒機(jī)。 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應(yīng)用于粗加工機(jī)床，可見(jiàn)粗加工對(duì)于后續(xù)工序的進(jìn)行影響很大。同時(shí)， GENESIStm 130H 還應(yīng)用了快速上下料機(jī)構(gòu)、干切技術(shù)、快換夾具、人性化的人機(jī)界面、安全集成模塊等最新技術(shù)。數(shù)控滾齒機(jī)朝著超高速、超精度、超可靠性、超 數(shù)字化方向發(fā)展 格里森 GENESIStm 130H 立式滾齒機(jī)具備突破性的新設(shè)計(jì)，可以優(yōu)化干切程序，顯著減少占地面積，大大改善節(jié)拍時(shí)間。床身采用先進(jìn)的人造大理石的整體性框形結(jié)構(gòu)，將傳統(tǒng)的床身和機(jī)床立柱、尾架立柱鑄造為一體，兩立柱上部用橫桿共同組成整體框架。采用人造大理石的優(yōu)點(diǎn)在于，它不會(huì)因?yàn)闀r(shí)間的推移、溫度的變化而降低精度。另外，它比常規(guī)鑄鐵床身的制成速度更快、更精確，具有更高的剛度。這既本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 4 保證了優(yōu)越的減振效果和熱穩(wěn)定性，也保證了更小、更緊湊的機(jī)床占地面積，只有7m2，使用戶只需叉車就可以安裝和搬遷機(jī)床。 20xx 年 4 月，中國(guó)本土生產(chǎn)的第一臺(tái)帶有人造大理石床身、高速主軸直驅(qū)的滾齒機(jī)正式問(wèn)世。這臺(tái)滾齒機(jī)經(jīng)過(guò)嚴(yán)格測(cè)試，各項(xiàng)精度指標(biāo)和性能完全滿足格里森美國(guó)和德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)志著中國(guó)齒輪機(jī)床的制造技術(shù)從此跨入了一個(gè)嶄新的高度。 格里森公司首先在中國(guó)投產(chǎn)的就是當(dāng)今世界最先進(jìn)的數(shù)控滾齒機(jī) GENESIStm 130H。機(jī)床采用 西門子 840D 數(shù)控系統(tǒng)，具有 7 個(gè)數(shù)控軸（ X 軸是徑向軸， Y 軸是切向軸， Z 軸是軸向軸， A 是刀架旋轉(zhuǎn)軸， B 是滾刀主軸， C 是工件軸， Z2 是尾架軸），其中， 4 個(gè)為聯(lián)動(dòng)軸（ X、 Z、 B 和 C）；采用干切技術(shù)，高速鋼滾刀切削 ；轉(zhuǎn)速達(dá)955r/min，線速度達(dá) 180m/min，完成單件全部（包括上下料）過(guò)程僅需 19s；精度高于DIN Class 7；用于精密加工時(shí)可達(dá)到 DIN Class 5 甚至更高，真正達(dá)到高精度、高速度。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 5 論文主要研究?jī)?nèi)容 本次論文主要是 Y38 滾齒機(jī)的設(shè)計(jì) ，應(yīng)用了采用黑箱功能分析設(shè)計(jì)法對(duì)機(jī)構(gòu)的功能分析。對(duì)滾齒機(jī)的各個(gè)部分：差動(dòng)，分齒，進(jìn)給，主傳動(dòng)進(jìn)行了各種情況的討論，最后優(yōu)化組合確定出最佳的方案。我主要設(shè)計(jì)的部分是進(jìn)給部分的設(shè)計(jì)。 圖 如上圖所示，本部分主要的是 1 液壓 缸， 2 絲杠， 3 蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)，計(jì)算選擇及其校核。 1 2 3 本科