【文章內(nèi)容簡介】 業(yè)。 齒輪加工機床加工各種圓柱齒輪、錐齒輪其他帶齒零 件齒部機床。齒輪加工機床品種規(guī)格繁多，有加工幾毫米直徑齒輪小型機床，加工十幾米直徑齒輪大型機床，還有大量生產(chǎn)用高效機床加工精密齒輪高精度機床 [6]。 古代齒輪用手工修銼成形。 1540 年， 意大利 托里 亞諾 制造鐘表時，制成一臺使用旋轉(zhuǎn)銼刀切齒裝置； 1783 年， 法國 勒內(nèi)制成了使用銑刀齒輪加工機床，并有切削齒條內(nèi)齒輪附件； 1820 年前后，英國懷特制造出第一臺既能加工圓柱齒輪又能加工圓錐齒輪機床。具有這一性能機床到 19 世紀(jì)后半葉又有發(fā)展。 1835 年，英國 惠特沃思 獲得蝸輪滾齒機專利； 1858 年， 席勒 取得圓柱齒輪滾齒機專利；以后經(jīng)多次改進，至 1897 年 德國 普福特制成帶差動機構(gòu)滾齒機，才圓滿解決了加工斜齒輪問 題。制成齒輪形插齒刀后，美國費洛斯于 1897 年制成了插齒機。 二十世紀(jì)初由于汽車工業(yè)需要，各種磨齒機相繼問世。 1930 年左右美國制成剃齒機； 1956 年制成珩齒機。 60 年代以后，現(xiàn)代技術(shù)一些先進圓柱齒輪加工機床上獲得應(yīng)用，比如大型機床上采用數(shù)字顯示指示移動量切齒深度；滾齒機、插齒機磨齒機上采用電子伺服系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)代替機械傳動鏈交換齒輪；用設(shè)有故障診斷功能可編程序控制器，控制工作循環(huán)變換切削參數(shù)；發(fā)展了數(shù)字控制非圓齒輪插齒機適應(yīng)控制滾齒機；滾齒機上用電子傳感器檢測傳動鏈運動誤差，并自動反饋補償誤差等。 1884 年美國 比爾 格拉姆 發(fā)明了采用單刨刀按展成法加工直齒錐齒輪刨齒機；1900 年，美國比爾設(shè)計了雙刀盤銑削直齒錐齒輪機床。 由于汽車工業(yè)需要， 1905 年 美國制造 出帶有兩把刨刀直齒錐齒輪刨齒機，又于 1913 年制成弧齒錐齒輪銑齒機； 1923 年，出現(xiàn)了 準(zhǔn)漸開線齒錐齒輪 銑齒機； 30年代研制成能把直齒錐齒輪一次拉削成形拉齒機，主要用于汽車差動齒輪制造。 40年代為適應(yīng)航空工業(yè)需要，發(fā)展了弧齒錐齒輪磨齒機。 1944 年， 瑞士 厄利康公司制成延長外擺線齒錐齒輪銑齒機；從 50 年代起，又發(fā)展了用雙刀體組合式端面銑刀盤，加工延長外擺線齒錐齒輪銑齒機。 4 YC3180 型滾齒機 YC3180型滾齒機 概述 YC3180 型滾齒機能加工的工件最大直徑為 800mm，最大模數(shù)為 10mm，最小工件齒數(shù)為 8。這種滾齒機除具備普通滾齒機的全部功能外，還能采用硬質(zhì)合金滾刀 13 中南 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 對高硬度齒面齒輪用滾切工藝進行半精加工或精加工，以部分地取代磨齒。為此，機床工作精度較高，有較好的剛度和抗振性。 圖 12 是 YC3180 的外形圖。圖中立柱固定在床身上。刀架可沿立柱上的導(dǎo)軌上下移動，還可以繞自己的水平軸線轉(zhuǎn)位，以調(diào)整滾刀和工件間相對位置（安裝角），使其相當(dāng)于一對軸線交叉的交錯軸斜齒輪副嚙合，滾刀安裝在 滾刀主軸上，作旋轉(zhuǎn)運動。工件安裝在工件心軸上，隨同工作臺一起旋轉(zhuǎn)。后立柱和工作臺裝在同一溜板上，可沿床身的導(dǎo)軌作水平方向移動，用于調(diào)整工件的徑向位置或作徑向進給運動 [7]。 圖 12 YC3180外形 YC3180型滾齒機的傳動 和運動分析 滾切直齒圓柱齒輪 YC3180 型滾齒機的傳動系統(tǒng)如圖 13所示。分析一個傳動系統(tǒng)，首先分析其運動的組成，有幾個簡單運動，幾個復(fù)合運動，需要幾條傳動鏈。每一條傳動鏈應(yīng)按下列次序分析： ① 確定末端件。 ② 列出計算位移，即兩末端件的運動關(guān)系。 ③對照傳動系統(tǒng)圖，列出運動平衡式。 ④ 計算換置式。 14 中南 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 圖 13 YC3180型滾齒機傳動系統(tǒng) （ 1）主運動傳動鏈 ① 兩末端件 電動機（電機轉(zhuǎn)動） —— 滾刀主軸（滾刀轉(zhuǎn)動）。 ② 計算位移 電動機轉(zhuǎn)速 n 電 （ 1500r／ min），滾刀主軸轉(zhuǎn)速 nη （ r／ min）。記作 :1500r／ min（電動機） —— nη （主軸） ③ 運動平衡式 1500? 17690?? ? vu ? 80202323232323235533 ???? ? ?n uv 是傳動鏈中 9速變速箱的傳動比。 ④ 導(dǎo)出換置公式 180?nuv ? 轉(zhuǎn)速調(diào)整可由 9速變速箱來實現(xiàn)， 9 速變速箱的可變傳動比為： ??????????????????????????????????????244836364824403244282824vu 滾刀的轉(zhuǎn)速選定后，可以由換置公式計算出 uv 的值，并由此確定變速箱中變 15 中南 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 速齒輪的嚙合位置，即可得到所需的滾刀轉(zhuǎn)速。 （ 2）展成運動傳動鏈 ① 兩末端件 滾刀主軸（滾刀轉(zhuǎn)動） —— 工作臺（工件轉(zhuǎn)動）。 ② 計算位移 滾刀主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時，工件轉(zhuǎn) k/z 轉(zhuǎn)。 k為滾刀頭數(shù)， z為工件齒數(shù)，記作 :1（滾刀） —— k/z（工件） ③ 運動平衡式 45452323232320801 ???? ? 1合成u ????? 961cdbafe zk u 合成 1 是合成機構(gòu)的傳動比。加工直齒圓柱齒輪時，合成機構(gòu)被鎖住，故 u 合成 1=1。 ④ 換置公式 ???? dbafeu x c24 zk 即zfdba k24ec ???? 上式中 e/f 掛輪，用于工件齒數(shù) z 在較大范圍內(nèi)變化時調(diào)整 ux的數(shù)值，使其數(shù)值適中，以便于選取掛輪，根據(jù)值 k/z， e/f 可以有如下三種選擇：通常取 k=l 或 2。 當(dāng)工件齒輪 8≤ z≤ 20時， 24 k/z 有可能大于 1，為避免在掛輪架處升速，增加噪聲，取 e=56， f=28，這時 : zdba k12c ??? ； 當(dāng)工件齒數(shù) 21≤ z≤ 161 時，取 e=f=42， 這時 : ?xu 24 zk ； 當(dāng)工件齒數(shù) z＞ 161 時，掛輪架的被動輪太大。取 2=28， f=56。這時 : zdba k48c ??? 。 (3）軸向進給傳動鏈 ① 兩末端件工作臺（工件轉(zhuǎn)動） —— 刀架（滾刀移動）。 ② 計算位移工作臺每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時，刀架進給移動量 f(mm)，記作 : 1（工作臺） —— f(滾刀架） ③ 運動平衡式 16 中南 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 f????????????????????????????????????????????????????????????????????? ?32424402303035252535404035252239303040203030204040343440241363636271961 ④ 換置公式 ?35252239303040203030204040343440fuf ??????????????????????????????????????????????? 軸向進給量 f 是根據(jù)工件材料、加工精度及表面粗糙度等條件選定。 滾切斜齒圓柱齒輪 時 ，機床的主運動傳動鏈和軸向進給運動傳動鏈與加工直齒圓柱齒輪時相同 [7]。 (1）展成運動傳動鏈 展成運動傳動鏈與滾切直齒圓柱齒輪相同，但合成機構(gòu)不被鎖住。展成運動從行星輪傳入，從另一行星輪傳出。兩行星輪轉(zhuǎn)速相同，但轉(zhuǎn)向相反，故傳動比為 1。其換置公式為 zedba 24kfc ???? 由于使用合成機構(gòu)后軸的旋轉(zhuǎn)方向改變，所以在安裝 展成運動傳動鏈掛輪時，必須按機床說明書規(guī)定配加惰輪。 (2）差動傳動鏈 滾切斜齒圓柱齒輪時，進給是復(fù)合運動，需要一條內(nèi)聯(lián)系傳動鏈來保證螺旋線的導(dǎo)程。即差動傳動鏈（或稱附加運動傳動鏈）。 ① 兩末端件 滾刀刀架（滾刀移動） —— 工作臺（工作臺附加轉(zhuǎn)動） ② 計算位移 當(dāng)滾刀刀架沿工件軸向移動一個螺旋線導(dǎo)程 T 時，工件應(yīng)附加轉(zhuǎn) 177。 1轉(zhuǎn)。 記作： T（滾刀刀架） —— 177。 1（工件） ③ 運動平衡式 1961e4022424212130302403 1 22222 ??????????????? dcbafudcbaT 合成? 式中 3π —— 軸向進給絲杠的導(dǎo)程，單位為 mm； u 合成 2—— 運動合成機構(gòu)在附加運動傳動鏈中的傳動比， u 合成 2； 17 中南 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 dbac?—— 展成運動掛輪傳動比 ,zedba 24kfc ????； T—— 被加工齒輪螺旋線的導(dǎo)程，單位為 mm: ??sinmzT?； m—— 法向模數(shù)，單位為 mm； β —— 被加工齒輪螺旋角，單位為度。 ④ 換置公式 合成機構(gòu)是一個錐齒輪差動機構(gòu)。差動鏈中，系桿為主動，行星輪為被動，將 u 合成 2代入運動平衡式，得換置公式： kmdbau ny ?s in6c 2222 ???? 5 改裝 YC3180 根據(jù)前面對 YC3180 型滾齒機 的介紹，不難看出 YC3180 對于加工 直齒、斜齒、人字齒輪 、 蝸輪 等，不論粗加工還是精加工都具有一定的優(yōu)勢，比較經(jīng)濟，效率也較高。但是對于蝸桿的加工，又特別是對無側(cè)隙雙滾子包絡(luò)環(huán)面蝸桿的加工卻不適合 。對于無側(cè)隙雙滾子包絡(luò)環(huán)面蝸桿的加工， 針對蝸桿既成 的環(huán)面加工齒面 ，主要是磨削 加工方式 ，因此我們必須對 YC3180 型滾齒機 進行改裝。 首先，我們必須要將滾齒機的轉(zhuǎn)速降下來以適應(yīng)磨削的需要，所以我們在電機與滾齒機間連接有一傳動比為 1/40 的蝸輪減速器及一級 V 帶傳動，使?jié)L齒機的轉(zhuǎn)速降為 36r/min 左右，其結(jié)構(gòu)如下（圖 15）所示： 其次，需要在滾齒機回轉(zhuǎn)工作臺上加相應(yīng)的工裝，其工裝 要求如下圖 16 所示：蝸桿的回轉(zhuǎn)中心軸線 L1必須與 YC3180 型滾齒機 的回轉(zhuǎn)工作臺中心軸線 L2垂直相交，且同時滿足經(jīng)過蝸桿喉部的水平線 L3 同時與蝸桿的回轉(zhuǎn)中心軸線 L1 和滾齒機的回轉(zhuǎn)工作臺中心軸線 L2兩兩垂直相交。其中經(jīng)過蝸桿喉部的水平線的長度 L3應(yīng)等于蝸桿與蝸輪的中心距。 圖 15 蝸輪減速器的連接位置 18 中南 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 圖 16 改裝后的 YC3180的工裝要求 最后，根據(jù)前面所敘述 的原理和加工方法，為了 確保 加工質(zhì)量，使改裝后的滾齒機能 準(zhǔn)確完整地 磨削蝸桿的齒面，那么改裝 時， 需要在 YC3180 型滾齒機 回轉(zhuǎn)工作臺上加一分度盤 來 調(diào)整磨頭的周向進給，再在 電主軸的支承體 上安裝一絲杠滑板磨頭 作為 軸向進給 裝置 ，砂輪 磨頭 裝在電主軸（如圖 17）的 可旋轉(zhuǎn) 端 。 a整體 b 接電和接地端 c 電主軸裝配 圖 17 電主軸 蝸桿齒面按滾柱包絡(luò)環(huán)面的成形原理在 YC3180 型滾齒機 上進行加工，砂輪頭采用 鍍立方氮化硼（ CBN），其粒度為 120，本處采用了不同外徑的砂輪，例如對 于 19 中南 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 設(shè)計滾柱半徑為 5mm 的蝸桿，則采用半徑為 ， ， 的砂輪進行粗磨、半精磨、精磨。由于磨削時，電主軸的轉(zhuǎn)速很高，最高可達 30000r/min，因此對其運轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性以及與其支承 箱 體的同軸度必須嚴(yán)格保證，為了磨頭的回轉(zhuǎn)軸 中心 線的水平和電主軸高速轉(zhuǎn)動時位置精度，我們對支承電主軸的 箱體上蓋 、下 箱 體 支座 采用如 下工藝 （ 圖 18） ： 在半圓箱體 內(nèi)側(cè)中部再加深 一段 2mm 深的 圓弧凹槽 ，以保證上述要求，同時保證 無側(cè)隙雙滾子包絡(luò)環(huán)面蝸桿 的加工質(zhì)量。 a 箱體上蓋 b 下箱體支座 圖 18 支承箱體 同時 ， 考慮加工時，電主軸所連接的磨頭在高速轉(zhuǎn)動，在加工不同規(guī)格、不同傳動比的蝸桿時，電主軸需要在水平面內(nèi)略微調(diào)整一點角度，故電主軸的下箱體支座采取燕尾槽造型與下面基部連接，同時 還使用 楔形鑲條 (圖 19a)與調(diào)整螺栓配合以調(diào)節(jié)不同的加工需求，如下圖 19 所示。 20 中南 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 a 楔形鑲條 b抽出表示 c整體表示 圖 19 楔形鑲條的位置和作用 根據(jù)前述可以得知，磨削時，電主