環(huán)形蝸桿磨削機(jī)床開題報(bào)告

開題報(bào)告一，綜述磨床是金屬切削機(jī)床的一個(gè)重要分支，隨著加工精度的逐漸提高，磨床需求將逐漸增長。“十五”期間主要開發(fā)的產(chǎn)品有：數(shù)控外圓磨床（含端面外圓磨）、數(shù)控凸輪軸磨床、數(shù)控曲軸磨床、數(shù)控軋輥磨床、數(shù)控齒輪磨床、數(shù)控雙端磨床、數(shù)控平面磨床、數(shù)控?zé)o心磨床及大量的各類專用磨床。環(huán)面蝸桿傳動(dòng)的蝸桿齒面是不可展的螺旋面，根據(jù)齒面成形方法的不同，環(huán)面蝸桿可以分為直廓環(huán)面蝸桿，平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿，錐面包絡(luò)環(huán)面蝸桿和漸開面包絡(luò)環(huán)面蝸桿等四種類型。環(huán)面蝸桿作為傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的介質(zhì),具有傳動(dòng)比大、承載能力強(qiáng)、傳動(dòng)平穩(wěn)、低噪聲、自鎖性等優(yōu)點(diǎn),得到了日益廣泛的應(yīng)用。環(huán)面蝸桿副傳動(dòng),是多齒雙線接觸,齒面誘導(dǎo)法曲率較小,接觸應(yīng)力小;潤滑角接近90°,有利于齒面間的彈性流體動(dòng)力潤滑;是一種承載能力大,使用壽命長,傳動(dòng)效率高的傳動(dòng)裝置。1、 研究意義蝸輪蝸桿傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)的基礎(chǔ)件，是用來傳遞空間交錯(cuò)軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，屬于齒輪傳動(dòng)的范疇，其傳動(dòng)平穩(wěn)，振動(dòng)、沖擊、噪聲均很小，傳動(dòng)速比大，應(yīng)用廣泛，是機(jī)械傳動(dòng)的一種主要形式，它具有傳動(dòng)比范圍寬（通常一級傳動(dòng)比即可達(dá)5一100）、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、噪聲低等優(yōu)點(diǎn)。此外，在運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)中，它具有對傳動(dòng)系統(tǒng)上游誤差縮斂作用，因而除被廣泛應(yīng)用于作動(dòng)力傳動(dòng)外，一直是機(jī)床及精密儀器精密圓分度機(jī)構(gòu)的首選部件，所以國內(nèi)外許多機(jī)械韋糙廠和使用單位都非常重視對其的研究應(yīng)用和發(fā)展。環(huán)面蝸桿的磨削加工對蝸桿的精度、強(qiáng)度等都有著重要意義。在平面二包傳動(dòng)中，需要一一對應(yīng)制作蝸輪滾刀，限制了該傳動(dòng)的廣泛應(yīng)用。車削成形的漸開線包絡(luò)環(huán)面蝸桿的一包傳動(dòng)已經(jīng)具有優(yōu)良的性能，若能解決其環(huán)面蝸桿齒面的磨削問題，將使該傳動(dòng)的性能得到進(jìn)一步提高。所以發(fā)展并改進(jìn)環(huán)面蝸桿磨削機(jī)床勢在必行。另一方面,目前國內(nèi)許多廠礦加工環(huán)面蝸桿大都采用改裝滾齒機(jī)或普通車床的方法,很少采用專用機(jī)床,對于設(shè)計(jì)簡單經(jīng)濟(jì)的數(shù)控環(huán)面蝸桿磨床;具有不言而喻的優(yōu)越性.2、 研究現(xiàn)狀和成果（1）、國外研究現(xiàn)狀和成果直齒平面蝸桿傳動(dòng)是由美國格里森公司wildharber于1922年發(fā)明的，適用于大傳動(dòng)比場合;斜齒平面蝸桿傳動(dòng)是由日本的佐藤于1952年發(fā)明的，適用于中、小傳動(dòng)比，最小傳動(dòng)比i=10。該平面包絡(luò)蝸桿的形成過程稱為第一次包絡(luò)，如果以此包絡(luò)環(huán)面蝸桿為產(chǎn)形輪再展成一個(gè)蝸輪，其過程稱為第二次包絡(luò);平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿與由它展成的蝸輪構(gòu)成的傳動(dòng)，稱為平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)（曾稱SG-71型蝸桿傳動(dòng)）?，F(xiàn)在有很多四軸、五軸聯(lián)動(dòng)的環(huán)面蝸桿數(shù)控機(jī)床在國外使用。如美國德拉克公司五軸聯(lián)動(dòng)蝸桿磨床、美國（格里森）公司的TAG400蝸桿砂輪磨齒機(jī)、日本Kashifuji公司的KF200蝸桿砂輪磨齒機(jī)、日本OKMOTO公司的SHG400蝸桿砂輪磨齒機(jī)等。、國內(nèi)研究現(xiàn)狀和成果1960年左右，首鋼公司開始在很多冶金設(shè)備上裝備了各種規(guī)格的直廓環(huán)面蝸桿副和普通圓柱蝸桿等重載蝸桿減速器，由于普通圓柱蝸桿壽命短、易損壞，而直廓環(huán)面蝸桿無備件，直接影響了冶金企業(yè)的連續(xù)生產(chǎn)。1970年?1971年，首鋼機(jī)械廠張德華等同志在總結(jié)研制直齒平面蝸桿副的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，先后解決了兩項(xiàng)關(guān)鍵問題，一是利用舊皮帶車床改裝出一臺能加工中心距250mm的環(huán)面蝸桿專用車床，一是設(shè)計(jì)制造出專用磨頭。1971年，在制造斜齒平面蝸輪副的基礎(chǔ)上，制造了我國第一套平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿副。冶金部和北京市于1971年命名這種蝸桿副為“首鋼(SG)—71型蝸桿副”；1979年獲得國家科委頒發(fā)的“二等發(fā)明獎(jiǎng)”；幾乎與首鋼的發(fā)明同時(shí)，日本出現(xiàn)過與之相同的技術(shù)，但沒有象首鋼是在1971年就制造出產(chǎn)品。1985年為了解決多頭小速比蝸桿傳動(dòng)，在北京冶金設(shè)備研究所合作下，首鋼機(jī)械廠又研制成功了錐面包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)磨削裝置，并獲國家專利，產(chǎn)品獲北京市科技進(jìn)步獎(jiǎng)。平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)在我國問世以后，受到各方面的重視，許多高等院校、科研單位、工礦企業(yè)開展了對這種傳動(dòng)的研究、實(shí)驗(yàn)和試制工作，取得了很大成果。1993年首鋼機(jī)械廠與重慶大學(xué)合作進(jìn)行了錐面包絡(luò)環(huán)面蝸桿失配嚙合傳動(dòng)的研究，該研究解決了包絡(luò)環(huán)面蝸桿對制造誤差的敏感性，消除由制造誤差造成的齒面邊緣接觸，以期獲得對制造誤差的不敏感，易于加工裝配，經(jīng)短期運(yùn)行后能實(shí)現(xiàn)理想接觸的新型環(huán)面蝸桿傳動(dòng)。在精度檢測方面，首鋼機(jī)械廠與成都工具研究所于1989年合作研制成功蝸桿精度測量儀，可以實(shí)現(xiàn)蝸桿分頭誤差、運(yùn)動(dòng)誤差、螺旋線誤差、周節(jié)累積誤差、接觸斑點(diǎn)等項(xiàng)目的檢測。平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)是在美國"Cone"蝸桿(俗稱球面蝸桿)和美國的威氏蝸桿及日本東京工業(yè)大學(xué)佐藤申一教授改進(jìn)的＂斜平面蝸輪＂的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。1974年由重慶大學(xué)與首鋼機(jī)械廠合作研究，1976年正式獲得成功，并公開發(fā)表。該傳動(dòng)比國際王牌產(chǎn)品美國"ConeDrive"性能工藝性更好，蝸桿齒面可以用常規(guī)方法淬火并用砂輪磨削。蝸輪滾刀可以制作和重磨，蝸輪可以用滾刀直接滾切，不需人工鏟刮，嚙合質(zhì)量高。再之，由于該蝸輪副齒面嚙合瞬時(shí)呈雙線接觸，接觸點(diǎn)的法向速度大，綜合曲率半徑大，接觸應(yīng)力小，易形成油膜，具有承載能力大、效率高，使用壽命長、好制造四大優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)美國"ConeDrive"公司測試承載能力為他們相應(yīng)產(chǎn)品的2.2倍。在經(jīng)濟(jì)導(dǎo)報(bào)出版的《世界制造技術(shù)與裝備市場》中被譽(yù)為“當(dāng)代最優(yōu)越的蝸桿傳動(dòng)”。二、研究內(nèi)容1、 研究方向設(shè)計(jì)一個(gè)加工環(huán)面蝸桿的專用機(jī)床，完成環(huán)面蝸桿磨削機(jī)床總裝、主軸及工作臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；能夠加工工件最大長度600mm,最大直徑120mm,轉(zhuǎn)速6?20rpm，模數(shù)2?8。要求砂輪轉(zhuǎn)臺直徑不小于500mm,在已有的磨削機(jī)床上應(yīng)用數(shù)控技術(shù)，解決環(huán)面蝸桿加工中存在的問題。2、 研究內(nèi)容環(huán)面蝸桿在工業(yè)中發(fā)揮著越來越重要的功能，而加工蝸桿的設(shè)備起著重大的作用。在研究傳統(tǒng)加工環(huán)面蝸桿磨床的基礎(chǔ)上，提出了一種由伺服電機(jī)控制主軸和回轉(zhuǎn)臺，實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)的數(shù)控磨床，對環(huán)面蝸桿進(jìn)行磨削加工。圍繞這個(gè)任務(wù)，本課題主要完成以下幾方面的內(nèi)容：(1)、機(jī)床總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首先設(shè)計(jì)整體框架結(jié)構(gòu)，通過計(jì)算分析，運(yùn)動(dòng)及受力分析，強(qiáng)度及尺寸計(jì)算，保證整體剛度和強(qiáng)度，以及穩(wěn)定性，經(jīng)濟(jì)合理適用，畫出總體裝配圖。以下提供了數(shù)控近代專用機(jī)床基本結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示。機(jī)床總體布局是采用整體底座和床身，床身前端安裝主軸箱，床身中部安裝工作臺，床身后端安裝尾座，蝸桿副安裝在工作臺底部，中部回轉(zhuǎn)工作臺上安置砂輪。根據(jù)各部件間的運(yùn)作要求，該數(shù)控磨削機(jī)床的總體方案可有以下兩種可供選擇：單導(dǎo)軌副機(jī)床：主軸箱、回轉(zhuǎn)工作臺、尾座均分布在同一導(dǎo)軌副床身上。雙導(dǎo)軌副機(jī)床：主軸箱和尾座分布在其中一個(gè)導(dǎo)軌副上，而回轉(zhuǎn)工作臺單獨(dú)置于另一導(dǎo)軌副上。橫向和縱向進(jìn)給、主軸的回轉(zhuǎn)以及回轉(zhuǎn)工作臺的旋轉(zhuǎn)。均由獨(dú)立的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，回轉(zhuǎn)工作臺和工件也就是主軸的聯(lián)動(dòng)由數(shù)控編程實(shí)現(xiàn)。1.大拖板2.小拖板3.工用臺4、5.小拖板6.動(dòng)力磨頭圖1數(shù)控近代專用機(jī)床基本結(jié)構(gòu)示意圖、主軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主軸是數(shù)控機(jī)床的重要部件之一。它的回轉(zhuǎn)精度，影響工件的加工精度；它的功率大小與回轉(zhuǎn)速度，影響加工的效率；它的自動(dòng)變速，影響機(jī)床的自動(dòng)化程度。主軸的結(jié)構(gòu)，根據(jù)數(shù)控機(jī)床的規(guī)格，精度而采用不同的主軸軸承而異。設(shè)計(jì)主要解決的問題是在保證技術(shù)要求的前提下，盡量使結(jié)構(gòu)簡化，保證經(jīng)濟(jì)實(shí)用性設(shè)計(jì)主軸尺寸及傳動(dòng)裝置。畫出主軸裝配圖?；剞D(zhuǎn)工作臺結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作臺是數(shù)控機(jī)床的重要部件。其形式尺寸往往表征數(shù)控機(jī)床的規(guī)格和性能。工作臺的形式采用數(shù)控回轉(zhuǎn)式，以便達(dá)到加工環(huán)面蝸桿的要求。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的功能有：使工作臺進(jìn)行圓周進(jìn)給，以完成磨削工作，并使工作臺進(jìn)行分度。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的結(jié)構(gòu)(見圖2)特點(diǎn)有：沒有鼠牙盤和定位銷，其定位精度完全由控制系統(tǒng)決定。開環(huán)系統(tǒng)中的數(shù)控轉(zhuǎn)臺的傳動(dòng)系統(tǒng)、間隙消除裝置及蝸輪夾緊裝置等組成。數(shù)控轉(zhuǎn)臺接到回轉(zhuǎn)指令后，首先松開蝸輪，然后按指令的方向速度位移量回轉(zhuǎn)，最后將蝸輪夾緊定位。椎觀丁瞄幵2. 』?ft養(yǎng)枝厘頭列犧占亠砂輪工件血久*冏工作首 工浮訂-.aw.圖2平面包絡(luò)蝸桿加工原理圖機(jī)床采用整體底座和床身，床身前端安裝主軸箱，床身中部安裝有工作臺，床身后端安裝尾座，蝸桿副安裝在工作臺底部。減小了機(jī)床整體尺寸，提高了加工工藝性，又保證了機(jī)床具有足夠的強(qiáng)度和剛度。從根本上解決了環(huán)面蝸桿發(fā)展的一大障礙。另外，對于環(huán)面蝸桿來說，它兩端入口出口處的齒輪比較薄，若單純靠機(jī)械實(shí)現(xiàn)整個(gè)蝸桿的磨削還是比較困難的，所以用數(shù)控來解決這個(gè)問題，更好更方便地實(shí)現(xiàn)了環(huán)面蝸桿的磨削加工。成果形式：總體裝配圖一張；主軸系統(tǒng)裝配圖一張；砂輪回轉(zhuǎn)工作臺裝配圖一張；機(jī)架、箱體、軸、齒輪類零件圖若干漲。英文翻譯5000漢字；調(diào)研報(bào)告、開題報(bào)告5000字；設(shè)計(jì)說明書：包括總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)原理，結(jié)構(gòu)方案，運(yùn)動(dòng)及受力分析，強(qiáng)度及尺寸計(jì)算。3、技術(shù)要求(1).工件最大長度600mm,最大直徑120mm,轉(zhuǎn)速6?20rpm,模數(shù)2?8。⑵．砂輪轉(zhuǎn)臺直徑不小于500mm。⑶.主軸轉(zhuǎn)動(dòng)由交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，砂輪轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，砂輪轉(zhuǎn)臺移動(dòng)由人工驅(qū)動(dòng)。主軸與轉(zhuǎn)臺的聯(lián)動(dòng)由數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。三、實(shí)現(xiàn)方法及預(yù)期目標(biāo)實(shí)現(xiàn)方法

原理分析：(a)(b)圖3環(huán)面蝸桿形成原理(1).環(huán)面蝸桿形成原理由環(huán)面蝸桿的形成原理可知，蝸桿繞其軸心線O1以角速度31自轉(zhuǎn)，同時(shí)，在其軸心線平面內(nèi)直線L以角速度32繞02旋轉(zhuǎn)，直線L在空間形成包絡(luò)跡面，即環(huán)面蝸桿的螺旋齒面。當(dāng)螺旋齒面的母線為直線時(shí)，是直廓環(huán)面蝸桿(見圖3(a))，稱為球面蝸桿或圓弧面蝸桿;當(dāng)螺旋齒面的母線是平面時(shí)，稱為平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿(見圖3(b))，簡稱包絡(luò)環(huán)面蝸桿。環(huán)面蝸桿副傳動(dòng)，是多齒雙線接觸，齒面誘導(dǎo)法曲率較小，接觸應(yīng)力小;潤滑角接近90°有利于齒面間的彈性流體動(dòng)力潤滑;是一種承載能力大，使用壽命長，傳動(dòng)效率高的傳動(dòng)裝置。直廓環(huán)面蝸桿用直線刀刃車刀加工而成，其軸向截面齒廓為直線，是不可展直紋面，難以用砂輪作符合形成原理的精確磨削加工。因此，蝸桿齒面淬火后，無法進(jìn)行齒面磨削，影響其制造精度和使用壽命。平面包絡(luò)而形成的平面包面包絡(luò)蝸桿，可進(jìn)行熱處理淬火后精確磨削。所以，國內(nèi)許多廠礦普遍采用平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿。近幾年出現(xiàn)用錐面砂輪精磨蝸桿一側(cè)螺旋面或用雙錐面砂輪精磨蝸桿齒槽兩側(cè)螺旋面現(xiàn)象，前者稱錐面包絡(luò)環(huán)面蝸桿，后者稱雙錐面包絡(luò)環(huán)面蝸桿。筆者討論的專用機(jī)床，是以包絡(luò)環(huán)面蝸桿加工原理為基礎(chǔ)進(jìn)行的。圖4加工環(huán)面蝸輪副磨床的基本運(yùn)動(dòng)(2).環(huán)面蝸桿磨床的運(yùn)動(dòng)分析環(huán)面蝸桿加工的核心問題是螺旋齒面加工,設(shè)計(jì)專用環(huán)面蝸桿加工機(jī)床,必須能滿足螺旋齒面的車削、銑削和磨削。根據(jù)環(huán)面蝸桿的形成原理,環(huán)面蝸桿加工機(jī)床必須具備以下基本運(yùn)動(dòng):（加工環(huán)面蝸輪副磨床的基本運(yùn)動(dòng)如圖4所示）1） .工件的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，即蝸桿的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)312） ．尾架的調(diào)整運(yùn)動(dòng)s2，3） ．分齒運(yùn)動(dòng)32：隨著蝸桿以31旋轉(zhuǎn),刀盤也要以32的速度相應(yīng)旋轉(zhuǎn),并要求31和32之間有準(zhǔn)確的傳動(dòng)比關(guān)系。31和32也可統(tǒng)一稱齒廓形成運(yùn)動(dòng)（展成運(yùn)動(dòng)）。這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)是切削環(huán)面蝸桿齒面或滾切蝸輪齒面的最基本運(yùn)動(dòng),由速度掛輪和分齒掛輪來調(diào)整。4） ．刀架的橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)s35） ．刀架的縱向進(jìn)給s16） ．砂輪繞自身的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)34如前研究內(nèi)容中所述，按照保證以上機(jī)床運(yùn)動(dòng)原則，進(jìn)行設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)，工作臺設(shè)計(jì)和主軸系統(tǒng)等的設(shè)計(jì)。預(yù)期目標(biāo)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，完成環(huán)面蝸桿數(shù)控磨床相關(guān)的調(diào)研、設(shè)計(jì)，完成環(huán)面蝸桿磨削機(jī)床總裝、主軸及工作臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；能夠加工工件最大長度600mm,最大直徑120mm,轉(zhuǎn)速6~20rpm,模數(shù)2~8。要求砂輪轉(zhuǎn)臺直徑不小于500mm，在已有的磨削機(jī)床上應(yīng)用數(shù)控技術(shù)，解決環(huán)面蝸桿加工中存在