【文章內(nèi)容簡介】 內(nèi)容的畫面中進(jìn)行，而在程序目錄北京 KND 銑床主軸系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為內(nèi)齒輪銑齒機(jī)床動(dòng)力頭系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 5 畫面下不能完成。以新建程序?yàn)槔渚唧w操作過程為：選擇編輯方式，按【程序】軟體鍵顯示程序，再通過按 鍵輸入程序號(hào)（如 Oxxxx），最后按【插入】鍵來完成此項(xiàng)操作。 這里需要特別注意是使用【插入】按鍵，而不用【輸入】按鍵，對(duì)于初學(xué)者，容易出現(xiàn)此類錯(cuò)誤操作。 另外，對(duì)于 KND的程序編輯，有一個(gè)快速有效的程序字檢索功能。對(duì)于一般操作者習(xí)慣用按上、下光標(biāo)箭的方法來定位，但是如果當(dāng)前光標(biāo)距離要修改的地方比較遠(yuǎn)的話，那么要按好多次才能定位到指定位置，比較麻煩。對(duì)于 KND，可以利用程序字檢索功能，把想要修改的程序字輸入到緩沖區(qū)內(nèi)，然后按向上或向下光標(biāo)鍵來定位到我們想要的位置，這樣可以節(jié)省時(shí)間，提高手工編程效率。 KND使用的是 A類宏程序。 A類宏程序相比較 B類宏程序，由于需要記憶宏程序功能代碼，對(duì)于初學(xué)者不容易掌握；而 B類宏程序由于是基于計(jì)算機(jī)語言的基礎(chǔ)，更接近用戶的使用習(xí)慣，對(duì)于有一些計(jì)算機(jī)語言基礎(chǔ)的用戶來說，較為容易掌握。至于 A類宏程序的使用可參閱 KND用戶手冊(cè)。 目前普遍用的內(nèi)齒輪加工的方法 之前研究了一些關(guān)于內(nèi)齒輪加工方法的研究 [4]，加深了對(duì)內(nèi)齒輪加工方法的認(rèn)識(shí)。在齒輪類零件中，內(nèi)齒輪零件雖較外齒輪零件應(yīng)用范圍窄，但也是汽車、儀器、儀表等行業(yè)領(lǐng)域不可缺少的重要零件；在機(jī)械傳動(dòng)中，特別是減速器的設(shè)計(jì)上，結(jié) 構(gòu)的緊湊和重量的減輕是很重要的因素，內(nèi)齒輪在這方面有絕對(duì)的優(yōu)越性，因此目前在減速器的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上，內(nèi)齒輪的應(yīng)用更為廣泛。由于內(nèi)齒輪零件幾何形狀復(fù)雜、加工難度較大、材料利用率低、生產(chǎn)效率極低，因此在如何保證內(nèi)齒輪強(qiáng)度和傳動(dòng)性能的前提下著重提高內(nèi)齒輪精度，實(shí)現(xiàn)內(nèi)齒輪加工技術(shù)的突破性進(jìn)步，一直是生產(chǎn)企業(yè)和科研人員非常關(guān)注的問題。 內(nèi)嚙合齒輪常用的加工方法有插齒、拉削、片銑刀銑齒、擠齒、線切割切齒等。內(nèi)齒輪由于其特殊結(jié)構(gòu)和加工方式的局限性，插齒是內(nèi)齒輪加工的主要方法，是加工有底內(nèi)齒輪的唯一方法，多用于汽車變速箱多聯(lián)齒 輪的插齒 [5]。 內(nèi)齒輪采用插齒加工時(shí)，存在很多不足之處：內(nèi)齒輪插齒比外齒輪插齒容易引起干涉，因此可加工的內(nèi)齒輪齒數(shù)范圍和插齒刀具設(shè)計(jì)方法都受到約束：若插齒刀不沿北京 KND 銑床主軸系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為內(nèi)齒輪銑齒機(jī)床動(dòng)力頭系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 6 內(nèi)齒輪中心方向退出時(shí)，返回行程中有時(shí)會(huì)產(chǎn)生根切，在刀具表面產(chǎn)生傷痕；插齒時(shí)齒輪圓周上容易出現(xiàn)誤差，特別是插齒刀和齒輪偏心的影響較大，使齒輪精度大大降低。 內(nèi)齒輪加工有以下幾種方法： （ 1）插齒加工 插齒加工的齒輪齒面硬度不高，一般為 HB≤350。且由于插齒加工運(yùn)動(dòng)要求，將產(chǎn)生各種干涉（如展成頂切，切入頂切、讓刀頂切等），使被加工內(nèi)斜齒輪的尺寸受到限 制，加工標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)齒輪時(shí)，不產(chǎn)生展成頂切的插齒刀最少齒數(shù)為 Zmin =34，加工變位齒輪時(shí)， Zmin =20。 （ 2）磨削加工 磨削加工可加工較高硬度的內(nèi)斜齒面，加工精度也較高（可加工 7級(jí)精度的齒輪）。但磨削加工只能加工尺寸較大的內(nèi)斜齒輪，而對(duì)于較小尺寸的內(nèi)斜齒輪 （ d≤40mm） ，由于砂輪直徑的限制就無法加工。 （ 3）電火花加工 是一種非接觸式的直接利用電能進(jìn)行加工的加工方法，其特點(diǎn)是加工時(shí)無切削力，對(duì)材料的硬度無要求，可加工高硬度的材 料。其三大特點(diǎn)：精密微細(xì)、仿形逼真，在加工各種復(fù)雜表面有突出的優(yōu)勢。因此，內(nèi)斜齒輪電火花加工是一種理想的加工方法。 實(shí)現(xiàn)內(nèi)齒輪的電火花成形加工，就必須要解決兩個(gè)難題。首先，由于電火花加工中工具電極所做的運(yùn)動(dòng)是進(jìn)給、擊穿介質(zhì)放電、抬刀、再進(jìn)給的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，每次抬刀的距離為 ～ ，而一般內(nèi)斜齒輪的螺旋角都小于 20176。，由于步進(jìn)電機(jī)是直接驅(qū)動(dòng)工具電極，因此步距角就相當(dāng)?。ㄈ绻筮_(dá)到步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量，若內(nèi)斜齒輪的螺旋角為 176。，則步距角為 176。）。這給步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)方 式的選擇提出了很高的要求。其次，要使工具電極的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與主軸的直線運(yùn)動(dòng)相協(xié)調(diào)：即當(dāng)電火花機(jī)床的主軸向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，工具電極正轉(zhuǎn)，反之工具電極反轉(zhuǎn)；且兩種運(yùn)動(dòng)的速度必須精確匹配。 （ 4）擠齒加工 齒輪擠齒加工也稱齒輪冷精擠。它是擠輪與工件之間在一定壓力下按圓柱齒輪無側(cè)隙嚙合的自由對(duì)滾過程 , 屬于按展成原理的無切削加工。擠輪實(shí)質(zhì)上是一個(gè)高精度北京 KND 銑床主軸系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為內(nèi)齒輪銑齒機(jī)床動(dòng)力頭系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 7 的具有修形的漸開線齒形的圓柱齒輪 , 有時(shí)還有一定的變位量 , 擠輪與工件成平行軸旋轉(zhuǎn)。由于擠輪的寬度超過工件的寬度 , 所以在精擠過程中 , 擠輪與工件不需沿軸線相對(duì)移動(dòng) , 只需徑向 進(jìn)給 , 直到要求尺寸。擠齒具有生產(chǎn)率高、經(jīng)濟(jì)性好的特點(diǎn) , 擠后齒輪精度高、表面粗糙度低。另外 , 擠齒由于齒面的均勻塑性變形 , 產(chǎn)生冷作硬化層 ,從而工件耐磨性、疲勞強(qiáng)度和使用壽命有明顯的提高。 （ 5）旋壓技術(shù) 旋壓是借助旋輪等工具的進(jìn)給運(yùn)動(dòng) ,加壓于待成形的金屬毛坯 , 使其產(chǎn)生連續(xù)的局部塑性變形而成為所需要空心零件的一種少無切削的先進(jìn)制造工藝。旋壓是一種古老的無屑環(huán)形空心部件的成形技術(shù) ,二戰(zhàn)以前只有普通旋壓技術(shù)。 普通旋壓是一種只改變毛坯的形狀、尺寸和性能 ,而毛坯厚度不變或有少許變化的成形方法。常用的有拉深旋壓 、縮頸旋壓、擴(kuò)徑旋壓、翻邊旋壓、卷邊旋壓、切邊旋壓、壓筋旋壓及表面精整旋壓等。借助旋輪等工具的進(jìn)給運(yùn)動(dòng) , 加壓于待成形的金屬毛坯 ,使其產(chǎn)生連續(xù)的局部塑性變形而成為所需要空心零件的一種少無切削的先進(jìn)制造工藝。在普通旋壓基礎(chǔ)上 ,后來發(fā)展了強(qiáng)力旋壓技術(shù)。強(qiáng)力旋壓是一種，不但改變毛胚的形狀、尺寸，和性能而且顯著改變工件壁厚 (減薄 )的成形方法。強(qiáng)力旋壓包括錐形件剪切旋壓和筒形件流動(dòng)旋壓 , 按照變形金屬流動(dòng)方向與旋輪進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向是否一致 ,筒形件旋壓又分為正旋和反旋兩種。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，旋壓技術(shù)水平逐步提高。與焊接或 切削等金屬加工方法相比 ,旋壓時(shí)毛坯受三向變形力的作用 ,使工件中的夾渣、夾層、裂縫、砂眼等缺陷暴露出來 ,起到自檢作用 ,變形區(qū)沿滑移錯(cuò)移 ,得到連續(xù)完整的纖維組織 ,材料具有各向同性 ,工件的硬度、抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度得到提高。帶芯模強(qiáng)力旋壓 ,由于工件厚度均一 ,內(nèi)外尺寸準(zhǔn)確度高 ,可得到較高精度和表面粗糙度。尺寸精度可達(dá)～ , Ra值達(dá)到 ～ 。 內(nèi)齒旋壓成形技術(shù)屬于塑性無切削成形技術(shù) ,制齒過程只涉及工件的材料流動(dòng) , 金屬流線不被切斷 , 成為沿著擠壓件輪廓連續(xù)分布的金屬流線。因此 , 齒輪旋壓工藝不但提高了金屬的綜合性能 ,而且齒面磨損均勻 ,精度高 ,工件耐磨性、 疲勞強(qiáng)度和使用壽命都顯著提高。 其他齒輪加工方法：對(duì)于 6級(jí)精度以上的齒輪或者淬火后的硬齒面加工 [6], 往往要在滾齒或插齒后進(jìn)行熱處理 ,再進(jìn)行齒面的精加工 ,有剃齒、珩齒和磨齒等方法。剃齒一般用于未淬火圓柱齒輪的精加工 ,生產(chǎn)率很高 ,有很強(qiáng)的誤差糾正能力 ,是軟齒面精加工最常用的加工方法之一。磨齒加工適用于淬硬齒輪的精加工。磨齒加工工藝成北京 KND 銑床主軸系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為內(nèi)齒輪銑齒機(jī)床動(dòng)力頭系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 8 本高 ,加工效率較低 ,機(jī)床結(jié)構(gòu)復(fù)雜。珩齒是齒輪光整加工工藝中應(yīng)用最廣泛的方法。一般主要用來減少齒輪熱 處理后表面粗糙度值。 北京 KND 銑床主軸系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為內(nèi)齒輪銑齒機(jī)床動(dòng)力頭系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 9 2 初擬設(shè)計(jì)方案 設(shè)計(jì)思路的擬定： 若使 KND立式銑床完成內(nèi)齒輪的加工，必須使主軸方向改變，在所有的機(jī)械零件中，唯一能實(shí)現(xiàn)這一功能的只有錐齒輪，根據(jù)機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速范圍確定錐齒輪的參數(shù) [7]。 由于課題要求重點(diǎn)討論在銑床上銑削內(nèi)齒輪，在銑床上銑齒時(shí)，工件要完成如下運(yùn)動(dòng)： （ 1）隨工作臺(tái)縱向進(jìn)給作勻速直線運(yùn)動(dòng)； （ 2）裝夾在分度卡盤內(nèi)作勻速旋轉(zhuǎn)； （ 3）銑完一個(gè)齒后要作分度分齒； 因此，機(jī)床縱向工作臺(tái)和分度頭的傳動(dòng)系統(tǒng)要作相應(yīng)的調(diào)整，使縱 向進(jìn)給絲杠帶動(dòng)縱向工作臺(tái)移動(dòng)的同時(shí)。又經(jīng)掛輪帶動(dòng)分度頭使工件作勻速旋轉(zhuǎn)。以實(shí)現(xiàn)刀具與工件的相對(duì)螺旋運(yùn)動(dòng)，最終在工件上加工出斜齒。為此．工件的轉(zhuǎn)動(dòng)與移動(dòng)就要協(xié)調(diào)進(jìn)行，以得到準(zhǔn)確的斜齒導(dǎo)程，即工件在繞自已的軸線轉(zhuǎn)一圈的同時(shí)，必須相對(duì)于銑刀移動(dòng)一個(gè)導(dǎo)程，而這一點(diǎn)正是通過分度頭側(cè)軸與銑床縱向進(jìn)給絲杠之間適當(dāng)?shù)膾燧唩肀ＷC的。 用圓柱立銑刀在數(shù)控銑床上銑齒：使用數(shù)控銑床加工內(nèi)齒輪的方法，毫無疑問，它較之前兩種方法更為合理，但應(yīng)指出。此時(shí)立銑刀直徑大可不必等于活齒傳動(dòng)的滾子直徑，應(yīng)選擇盡可能大的立銑刀，只要銑刀半徑小于或 等于內(nèi)齒輪齒形曲線的最小曲率半徑。就可銑出完全正確的齒形，銑刀直徑加大后。有利于提高生產(chǎn)率和加工精度 [8]。 數(shù)控內(nèi)齒輪銑齒機(jī)有電氣控制部分和機(jī)械裝置部分。機(jī)械裝置由銑削動(dòng)力頭、平行于齒輪軸線運(yùn)動(dòng)的數(shù)控滑臺(tái)和數(shù)控分度盤、垂直于齒輪回轉(zhuǎn)軸線的工作臺(tái)和機(jī)械式移動(dòng)滑臺(tái)組成。銑削頭安裝在滑臺(tái)上，由三速交流異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過一對(duì)準(zhǔn)雙曲面齒輪使銑刀平行齒輪軸線高速回轉(zhuǎn)，銑刀靠垂直于自身回轉(zhuǎn)軸線的端面 “ 成形 ” 銑削齒面。此種傳動(dòng)轉(zhuǎn)速高，扭矩大，抗震動(dòng)能力強(qiáng)?；_(tái)平行于齒輪軸線運(yùn)動(dòng)，使整個(gè)齒寬得到銑削。在銑床的工作臺(tái)上安裝 一數(shù)控分度盤，銑刀盤每銑削齒輪的一個(gè)齒，北京 KND 銑床主軸系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為內(nèi)齒輪銑齒機(jī)床動(dòng)力頭系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 10 離開齒面時(shí)，分度盤實(shí)時(shí)分度帶動(dòng)齒輪，輪轉(zhuǎn)過一齒，直到全部齒銑削完成，分度盤的分度精度足以保證齒距誤差。銑刀柄工裝的調(diào)整可以控制齒厚和齒形角。移動(dòng)滑臺(tái)可以控制齒的銑削高度（即齒槽深度）。銑削不同的齒輪時(shí)，只需要更換銑刀和刀柄工裝即可，齒輪裝在分度盤上，由計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)控制分度盤旋轉(zhuǎn)，直到銑削完全部齒 [9]。 齒輪的支撐部分用軸和軸承來固定，接著就是解決這些部件怎么連接在機(jī)器上的問題，考慮到銑刀在機(jī)床的固定方法，把固定豎直的齒輪的那個(gè)軸的上端部加工成銑刀頭部的形狀，用裝夾 銑刀的方法把這些部件連接到機(jī)器主軸上，再用一個(gè)套筒將這些零件固定，兩根拉桿將這部分連接在機(jī)器上，使這個(gè)部件可以隨著機(jī)器升降，達(dá)到銑削內(nèi)齒輪的目的。 北京 KND 銑床主軸系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為內(nèi)齒輪銑齒機(jī)床動(dòng)力頭系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 11 3 齒輪傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì) 錐齒輪主要參數(shù)的選擇 由于設(shè)計(jì)對(duì)尺寸的要求較高，在滿足使用條件下盡量使用較小尺寸的齒輪 [10]，所以選擇了 1 模 20 齒的傘狀齒輪，用 GearTrax20xx 計(jì)算生成的錐齒輪，具體尺寸如下圖所示： 表 31 齒輪參數(shù) 節(jié)距 其它數(shù)據(jù) 齒輪數(shù)據(jù) 模數(shù) 輪轂表面 中徑 模 節(jié)錐頂至安裝端面 外徑 模數(shù) 腹板厚度 附錄 齒根高 螺旋方向 右旋 相交角度 90176。 壓力角 176。 齒高 K 系數(shù) 齒距 齒數(shù) 圓角半徑 小齒輪 齒輪 齒數(shù) 20 齒厚 齒面寬度 20 20 齒輪 面角 齒數(shù)比為 根角 數(shù)據(jù)來源：《機(jī)械設(shè)計(jì)》 20xx 年，機(jī)械工業(yè)出版社。 北京 KND 銑床主軸系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為內(nèi)齒輪銑齒機(jī)床動(dòng)力頭系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 12 配合尺寸： 圖 31 齒輪各部分參數(shù) 錐齒輪的受力分析 直齒錐齒輪齒面上所受的法向載荷 Fn 通常都視為集中作用在平均分度圓上，即在齒寬中作用在平均分度圓上，即在齒寬中點(diǎn)的法向截面 NN 內(nèi)（如圖 32 所示）[11]，將法向載荷 Fn分解為切于分度圓錐面的軸向分力 Ft及垂直于分度圓錐母線的分力 F1，再將力 F1 分解為徑向分力 Fa1 及軸向分力 Fr1，齒輪的受力方向如圖 32所示： 北京 KND 銑床主軸系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為內(nèi)齒輪銑齒機(jī)床動(dòng)力頭系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 13 Fa1Fr1NFt1FnFbbc1ca1a PFa1Fr1Fne法向截面32 直齒錐齒輪的輪齒受力 112tmTF d? 1 1 2ta n c osr t aF F F???? 1 1 2ta n sina t rF F F???? （ 31） costn FF ?? 式中， Fr1 與 Fa2 及 Fr2 與 Fa1 大小相等，方向相反。 直齒錐齒輪的校核 直齒錐齒輪傳動(dòng)是以大端參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)值的 [12]。在強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，則以齒寬中點(diǎn)處的當(dāng)量齒輪作為計(jì)算的依據(jù)。對(duì) 軸交角∑ =90176。的直齒錐齒輪傳動(dòng)，其齒數(shù)比 u、錐距 R、分度圓直徑 1d 、 2d 、平均分度圓直徑 1md 、 2md 、當(dāng)量齒輪的分度圓直徑 1vd 、北京 KND 銑床主軸系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為內(nèi)齒輪銑齒機(jī)床動(dòng)力頭系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 14 2vd 之間的關(guān)系分別為： 212121 t a nc ot ?????? ddzzu (32) 2 121 ?? udR