【正文】 osβ） （21） 其中αt=αφ0,φ0=180et1/d2 砂輪齒頂寬為： (22)其中△S為磨頭工作時(shí)留的側(cè)隙圖 （a）砂輪軸截面Fig. （a）Wheel axial sectionDn/2L 圖 （b）砂輪嚙合位置Fig. （b）Grinding wheel engaging position（3）嚙合方程 蝸桿齒面和砂輪表面的嚙合方程是： (23) : （24）其中r、θ為砂輪的旋轉(zhuǎn)參數(shù)方程（24）所表達(dá)的就是由蝸桿齒面包絡(luò)出蝸輪齒面的過(guò)程，即二次包絡(luò)方程式，其中，加工蝸桿的轉(zhuǎn)角是，蝸輪的旋轉(zhuǎn)角度是，加工的實(shí)際中心距為a，傳動(dòng)比是i12，= i12。圖 Worm tooth surface constituting(1)、蝸桿齒面的加工 是空間固定標(biāo)架1；為空間固定標(biāo)架2；為聯(lián)接蝸桿的標(biāo)架1；是聯(lián)接工作臺(tái)的標(biāo)架2；是工作臺(tái)的轉(zhuǎn)角，是蝸桿的轉(zhuǎn)角；當(dāng)==0176。運(yùn)用功能分析的方法，對(duì)平面二次包絡(luò)蝸桿加工進(jìn)行功能原理設(shè)計(jì)，研究平面二次包絡(luò)蝸桿專用磨床的總體布局設(shè)計(jì)和總體結(jié)構(gòu)方案的分析設(shè)計(jì)；(4)在完成運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)的相關(guān)分析計(jì)算的基礎(chǔ)上對(duì)平面二次包絡(luò)蝸桿專用磨床的關(guān)鍵零部件進(jìn)行分析設(shè)計(jì)研究；(5)根據(jù)平面二次包絡(luò)蝸桿專用磨床的總體布局設(shè)計(jì)和總體結(jié)構(gòu)方案，完成整機(jī)的虛擬樣機(jī)的設(shè)計(jì)； (6)為驗(yàn)證專用磨床采用的加工原理正確性和結(jié)構(gòu)的合理性，對(duì)虛擬樣機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真研究； (7)為保證專用磨床加工精度和工作可靠性，對(duì)關(guān)鍵零部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析研究； (8)為保證平面二次包絡(luò)蝸桿專用磨床完成加工過(guò)程的穩(wěn)定性和安全性，對(duì)整機(jī)的輔助系統(tǒng)（潤(rùn)滑、密封、冷卻、防護(hù)等裝置）進(jìn)行配置研究。本文將在西華大學(xué)數(shù)控研究所前期開發(fā)的數(shù)控蝸桿磨床的基礎(chǔ)之上，結(jié)合西華大學(xué)數(shù)控研究所與上海合縱重工平面二次包絡(luò)蝸桿加工設(shè)備課題，本課題特提出對(duì)平面二次包絡(luò)蝸桿的專用數(shù)控磨床進(jìn)行開發(fā)，為完成高精度、高效率、低成本平面二次包絡(luò)蝸桿的專用數(shù)控磨床的開發(fā)?；谀壳案餍袠I(yè)對(duì)環(huán)面包絡(luò)蝸桿的廣泛需求，要解決平面二次包絡(luò)蝸桿高精度、高效率、低成本的加工問(wèn)題，對(duì)加工的設(shè)備也提出了更高要求。為此，提出了平面二次包絡(luò)蝸桿高效、高精度專用數(shù)控磨床，利用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)的思路對(duì)平面二次包絡(luò)蝸桿的專用磨床進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)。國(guó)外雖有可以磨削平面二次包絡(luò)蝸桿的設(shè)備，但價(jià)格昂貴，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，很難在國(guó)內(nèi)大批量生產(chǎn)使用。 平面二次包絡(luò)蝸桿數(shù)控專用磨床開發(fā)的目的和意義由于平面二次包絡(luò)蝸桿具有良好的嚙合特性以及硬度高、傳動(dòng)效率高、承載能力大等優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于制造加工等行業(yè)，但是由于目前專門加工平面二次包絡(luò)蝸桿的設(shè)備缺乏，造成加工平面二次包絡(luò)蝸桿的成本高、效率低，因此也阻礙了其應(yīng)用推廣。寧江機(jī)床廠也在致力于對(duì)平面二次包絡(luò)蝸桿專用機(jī)床的開發(fā)，于2004年和瑞士的蘭伯特瓦力公司簽署了合作協(xié)議，雙方將致力于數(shù)控蝸桿銑床的開發(fā)。（2）機(jī)床有很多運(yùn)動(dòng)層面，使機(jī)床結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，剛性差，加工精度難以保證，操作很不方便，以及一些相應(yīng)結(jié)構(gòu)問(wèn)題和剛度問(wèn)題，使得機(jī)床的總體結(jié)構(gòu)不合理，同時(shí)由于振動(dòng)帶來(lái)的影響使得加工的精度不高。Y7520W是一種高精度螺紋磨床，可磨削加工最大直徑為φ200mm、最大長(zhǎng)度為500mm的螺紋及圓柱蝸桿等工件，因此用這種磨床來(lái)改裝蝸桿磨床具有較強(qiáng)的改造基礎(chǔ)。45176。45176。該機(jī)床調(diào)整方便，通用性好，但是僅適用于單件小批量生產(chǎn)，不適合大規(guī)模加工，下表21是機(jī)床各種型號(hào)的主要參數(shù)：表21各型號(hào)的參數(shù)型號(hào)NZAAZAAZAKZBRZ300E傳動(dòng)鏈方式機(jī)械傳動(dòng)鏈機(jī)械傳動(dòng)鏈機(jī)械傳動(dòng)鏈機(jī)械傳動(dòng)鏈電控制傳動(dòng)鏈最大直徑（mm）300（330）330（400）330（400）700（770）300最大齒寬（mm）170180180290170最大/最小模數(shù)（mm）5（6）/6（8）/6（8）/7（10）/5/最大/最小齒數(shù)130/12(8)260/12(8)260/12(8)280/16(13)256/7最大螺旋角45176。工件通過(guò)蝸輪、絲桿和交換齒輪完成展成和分度運(yùn)動(dòng),但也有用滾圓盤和鋼帶作展成運(yùn)動(dòng),利用蝸輪副或分度盤作分度運(yùn)動(dòng)的。并且該機(jī)床也不是加工平面二次包絡(luò)蝸桿的專用設(shè)備。 瑞士萊斯豪威爾AZA型蝸桿砂輪磨齒機(jī) 瑞士Reishauer公司在上世紀(jì)70年代在NZA磨齒機(jī)的基礎(chǔ)之上開發(fā)的具有更高自動(dòng)化的蝸桿砂輪磨齒機(jī)。45； 砂輪直徑： 200280mm； 最多自動(dòng)循環(huán)次數(shù)： 15次； 標(biāo)準(zhǔn)滾圓直徑： 45,60,75,100,125,150,175,200,250,300（mm）；機(jī)床重量： 6400kg；砂輪修正機(jī)構(gòu)補(bǔ)償量： ；機(jī)床的最大進(jìn)給量（單齒面）：該機(jī)床精度高，可以達(dá)到德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)DIN3級(jí)，可以安排完整的自動(dòng)磨削程序，關(guān)鍵部件為砂輪修整反補(bǔ)償裝置以及齒形齒腹的修整機(jī)構(gòu)，但是該機(jī)床價(jià)格昂貴，而且加工效率低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不適合目前市場(chǎng)大批量的生產(chǎn)，只適合單件小批量的生產(chǎn)。45176。 國(guó)外加工設(shè)備的研究與開發(fā)早在上世紀(jì)60年代末70年代初，瑞士的馬格公司開發(fā)出了三種SD系列的磨床，其型號(hào)分別為：SD32X,SD62，SD60/B2。畢業(yè)論文平面二次包絡(luò)蝸桿專用數(shù)控磨床的設(shè)計(jì)與開發(fā)目 錄摘 要 IAbstract II目 錄 III緒論 11 平面二次包絡(luò)蝸桿加工設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì) 2 國(guó)外加工設(shè)備的研究與開發(fā) 2 2 瑞士萊斯豪威爾AZA型蝸桿砂輪磨齒機(jī) 3 4 5 5 四軸四聯(lián)動(dòng)磨床的開發(fā) 6 平面二次包絡(luò)蝸桿數(shù)控專用磨床開發(fā)的目的和意義 6 研究課題的來(lái)源、技術(shù)背景、主要內(nèi)容 62 平面二次包絡(luò)蝸桿加工設(shè)備的功能原理分析 8 平面二次包絡(luò)蝸桿齒面加工原理建模分析 8 11 13 13 143平面二次包絡(luò)蝸桿專用數(shù)控磨床運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 20 平面二次包絡(luò)蝸桿齒面的加工運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 20 21 23 254 平面二次包絡(luò)蝸桿專用磨床的總體方案設(shè)計(jì) 26 平面二次包絡(luò)蝸桿專用磨床的設(shè)計(jì)方案 26 總體布局方案的設(shè)計(jì) 27 30 30 床身的設(shè)計(jì) 30 32 33 主軸系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 34 主軸箱傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 345 關(guān)鍵零部件的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì) 35 主軸的設(shè)計(jì) 36 37 X方向滑臺(tái)傳動(dòng)設(shè)計(jì) 38 Y向運(yùn)動(dòng)的部件設(shè)計(jì) 38 磨頭功能結(jié)構(gòu)及調(diào)整方法的設(shè)計(jì)研究 39 磨頭的總體功能設(shè)計(jì) 39 406平面二次包絡(luò)蝸桿專用數(shù)控磨床的運(yùn)動(dòng)和加工過(guò)程分析及仿真 44 零件三維模型的建立 44 仿真時(shí)機(jī)床各軸向調(diào)整過(guò)程 46 仿真初始參數(shù)的確定 49 導(dǎo)入運(yùn)動(dòng)參數(shù) 50 52 本章小結(jié) 537 機(jī)床關(guān)鍵零部件的有限元分析 53 關(guān)鍵零部件的靜力學(xué)分析 53 53 57 本章小結(jié) 618機(jī)床的輔助機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 62 冷卻、潤(rùn)滑和密封系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 62 機(jī)床冷卻系統(tǒng)配置 62 工件的冷卻 63 砂輪主軸系統(tǒng)的冷卻 63 機(jī)床的潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì) 63 主軸的潤(rùn)滑 64 64 砂輪的防護(hù)裝置 65 機(jī)床導(dǎo)軌的防護(hù) 65 絲杠的防護(hù) 66 床身的防護(hù)及整體外部結(jié)構(gòu) 66 67結(jié) 論 68參 考 文 獻(xiàn) 69致 謝 71I1 平面二次包絡(luò)蝸桿加工設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)平面二次包絡(luò)蝸桿的加工設(shè)備在國(guó)內(nèi)的設(shè)計(jì)開發(fā)可以追溯到上世紀(jì)70年代，首鋼機(jī)械廠的研究人員在總結(jié)平面二次包絡(luò)蝸桿副成型原理的基礎(chǔ)之上利用舊車床，于1971年改造出一臺(tái)能加工中心距為250mm的平面二次包絡(luò)蝸桿車床，開創(chuàng)了國(guó)內(nèi)生產(chǎn)平面二次包絡(luò)蝸桿設(shè)備的先河，其中兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，一是車削專用磨頭，二是在車床上增加的工裝，為今后的平面二次包絡(luò)蝸桿專用設(shè)備設(shè)計(jì)做了關(guān)鍵性的技術(shù)指導(dǎo)。為了解決平面二次包絡(luò)蝸桿高效、高精度的加工問(wèn)題，相關(guān)研究單位、高等院校及相關(guān)企業(yè)都在致力于研究開發(fā)平面二次包絡(luò)蝸桿高精度專用設(shè)備。 ： SD32X 瑞士磨齒機(jī) SD32X Switzerland Grinding machine該機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)如下： 可磨削工件的直徑： 20320mm； 齒數(shù)： 10180mm； 展成行程： 08； 螺旋角： 177。； 模數(shù)： 112； 最大托板行程（橫向）： 350mm； 用雙分度機(jī)構(gòu)時(shí)最小齒數(shù)： 5； 在齒向方向上最大砂輪位移量：177。另外，該機(jī)床也不是加工平面二次包絡(luò)蝸桿的專用設(shè)備。 ： NZA 瑞士磨齒機(jī) NZA Switzerland Grinding machine 機(jī)床的主要技術(shù)參數(shù)：最大外圓直徑： 300mm；最小根圓直徑： 10；最大行程長(zhǎng)度： 180；齒數(shù)： 12260；最大模數(shù)： 單線砂輪： m6 雙線砂輪： m3最小模數(shù)： ；最大工件重量（包括夾具）：60kg；蝸桿砂輪尺寸： 最大直徑： 350mm 最小直徑： 270mm 寬度： 62,84,104（mm）砂輪自動(dòng)進(jìn)給： 總量： 工件每次行程進(jìn)給量： ；工件架切向位移： 手調(diào)最大： 90mm 自動(dòng)位移： 4電機(jī)總功率： 30kw；機(jī)床凈重： 5080kg；機(jī)床外形尺寸： 243022802130（mm）該機(jī)床采用蝸桿砂輪連續(xù)磨削的方式進(jìn)行工作，雖然從一定程度上提高了磨削的效率和精度，自動(dòng)化程度也得到的提高，但是也存在一些問(wèn)題，比如：砂輪主軸溫升很高、同時(shí)機(jī)床價(jià)格居高不下、加工成本高。 該機(jī)床的工作過(guò)程是：砂輪的軸向剖面修整成齒條的一個(gè)齒形，并沿齒向作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。砂輪架按工件螺旋角轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度時(shí)可磨削斜齒輪。45176。30176。最大工件重量（kg）50606030040磨削蝸桿單頭單/雙頭單/雙頭單/雙頭單頭保證精度DIN4級(jí)DIN4級(jí)DIN4級(jí)DIN4級(jí)DIN23級(jí)1999年春，重慶大學(xué)機(jī)械傳動(dòng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室作為“211”一期工程項(xiàng)目，利用已有的一臺(tái)閑置螺紋磨床Y7250W，與西華大學(xué)數(shù)控技術(shù)研究所合作，于2002年春開發(fā)了一臺(tái)二軸聯(lián)動(dòng)平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿數(shù)控磨床。 由于是基于原磨床的床身結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，因此該磨床具有一些不足之處，例如：（1）在加工中心距較大的蝸桿時(shí)，機(jī)床的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)必須相對(duì)于工件向后移動(dòng)較大距離，加工較小中心距蝸桿時(shí)，機(jī)床的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)中心必須相對(duì)于工件向前移動(dòng)較大距離，在這種情況下回轉(zhuǎn)工作臺(tái)來(lái)回運(yùn)動(dòng)范圍很大，特別是加工小中心距的工件時(shí)，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)必須與工件靠的很近，由于砂輪及砂輪頭較大，在這種情況下，為獲得正確的加工位置，砂輪頭必須后退較大的距離，這就造成機(jī)床結(jié)構(gòu)龐大。 四軸四聯(lián)動(dòng)磨床的開發(fā)西華大學(xué)與重慶大學(xué)利用一臺(tái)CDK6150數(shù)控車床聯(lián)合開發(fā)出一臺(tái)四軸四聯(lián)動(dòng)加工平面二次包絡(luò)蝸桿車床，該機(jī)床能滿足對(duì)平面二次包絡(luò)蝸桿的磨削，同時(shí)加工范圍也得到擴(kuò)大，但是，由于該機(jī)床是在普通車床上改造而來(lái)的，其結(jié)構(gòu)、性能、精度等不能得到很好的保證，經(jīng)過(guò)實(shí)際生產(chǎn)之后發(fā)現(xiàn)無(wú)論從機(jī)床導(dǎo)軌的精度、剛度上來(lái)說(shuō)都存在很大的局限性，不能夠完全實(shí)現(xiàn)高效、高精度的平面二次包絡(luò)蝸桿的磨削。目前，寧江機(jī)床廠已經(jīng)開發(fā)出數(shù)控蝸桿銑床，但是并未投入大規(guī)模生產(chǎn)。目前平面二次包絡(luò)蝸桿磨削加工仍然不具備專用的加工設(shè)備，很多加工依舊停留在對(duì)車床或者磨床的一些改造上，比如增加一些必要的工裝和磨頭設(shè)備，但如此一來(lái)由于增加的工裝和附件是基于之前專門的車床或磨床之后改造來(lái)的，因此就對(duì)加工蝸桿的精度造成了一定的影響,不能滿足市場(chǎng)需求。基于目前市場(chǎng)大量需求以及平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿高效、高精度加工設(shè)備的缺乏,致使國(guó)內(nèi)該類蝸桿供不應(yīng)求，或者是由于購(gòu)買外國(guó)專用設(shè)備生產(chǎn)以至于成本過(guò)高，無(wú)法得到推廣和普及。 研究課題的來(lái)源、技術(shù)背景、主要內(nèi)容平面二次包絡(luò)蝸桿在機(jī)械相關(guān)的領(lǐng)域和行業(yè)起作非常重要的作用。為此有必要開發(fā)一種能夠解決平面二次包絡(luò)蝸桿高精度、高效率、低成本的加工的專用設(shè)備。本課題主要研究?jī)?nèi)容應(yīng)包括：(1) 對(duì)現(xiàn)有的平面二次包絡(luò)蝸桿的加工方法進(jìn)行分析研究,找出存在的問(wèn)題,論證平面二次包絡(luò)蝸桿加工的專用數(shù)控磨床開發(fā)的必要性和可行性；(2)對(duì)平面二次包絡(luò)蝸桿加工理論進(jìn)行分析, 建立加工原理的數(shù)學(xué)模型，研究平面二次包絡(luò)蝸桿磨削功能要求，提出本專用磨床設(shè)計(jì)的功能目標(biāo)和確定詳細(xì)明確的設(shè)計(jì)要求,為設(shè)計(jì)提供依據(jù)； (3)根據(jù)平面二次包絡(luò)蝸桿齒面成形原理，研究分析確定專用磨床采用的加工原理。73732 平面二次包絡(luò)蝸桿加工設(shè)備的功能原理分析 平面二次包絡(luò)蝸桿齒