Y3150型滚齿机设计毕业论文摘要 (1)Y3150E型滚齿机刀架系统 (1)第一章绪论 (3)1.1滚齿机国外研究现状 (3)1.2 滚齿机研制技术的发展趋势 (4)第二章滚齿机总体设计 (6)2.1滚齿机总体方案设计 (6)2.2 拟定传动方案设计 (6)2.3 确定详细传动方案 (8)2.4 滚齿机各部件方案设计 (9)2.4.1 床身设计 (9)2.4.2 主传动箱设计 (9)2.4.3 刀架立柱设计 (10)2..4.4 滚刀牙箱设计 (10)2..4.5 工作台设计 (10)2..4.6 外支架设计 (10)第三章滚刀箱结构设计 (11)3.1滚刀箱的特性 (11)3.2滚刀箱的结构设计 (11)3.2.1 滚刀箱的功能结构分析 (11)3.2.2 滚刀箱的壁厚 (12)3.3 滚刀箱的设计计算 (12)3.3.1 斜齿轮的设计 (12)3.3.2 滚刀心轴的结构设计 (17)第四章刀架底座部件设计 (19)4.1 工作要求 (19)4.2窜刀运动与工件轴旋转的联动关系 (19)4.3刀架底座部件的结构特点 (19)4.4动力参数设计 (20)4.4.1滚齿机切削力的关系及坐标变换 (20)4.4.2 等效负载转矩计算 (22)4.4.3 等效转动惯量的计算 (23)4.4.4 加速度扭矩的计算 (24)4.5滚柱丝杠副支承设计技术研究 (25)4.5.1 滚动轴承的选择 (25)4.5.2 支承形式设计 (25)4.5.3丝杠的预拉伸设计 (25)4.6 滚刀轴部件锁紧的实现 (27)第五章滚刀箱形状和尺寸的确定 (30)第六章结束语 (31)参考文献 (32)致谢 (33)附录1 (34)第一章绪论1.1滚齿机国外研究现状齿轮加工机床是一种技术含量高且结构复杂的机床系统，由于齿轮使用的量大面广，齿轮加工机床已成为汽车、摩托车、工程机械、船舶等行业的关键设备。

特别是，随着汽车工业的高速发展，对齿轮的需求量日益增加，对齿轮加工的效率、质量及加工成本的要求愈来愈高，使齿轮加工机床在汽车、摩托车等行业中占有越来越重要的作用。

滚齿机是齿轮加工机床中的一种，其占齿轮加工机床拥有量的40%～50%。

它主要用来加工圆柱齿轮和蜗轮等。

随着重型车市场的高速扩和产销量的迅速增长，变速箱和齿轮制造行业的部竞争必将进一步加剧，为齿轮机床行业增加了良性发展的大好机会，各生产厂商大规模技改投资齿轮加工机床。

目前国际上生产滚齿机的强国———美国、德国和日本，也是世界经济强国和汽车生产大国。

美国Gleason-pfauter公司，德国的Liebherr 公司，日本的三菱重工公司、坚藤、清和公司和意大利的SU公司是国外最具实力的滚齿机制造商。

这些公司目前生产的滚齿机都是全数控式的，中小规格滚齿机都在朝着高速方向发展，所有高效机床均采用了全密封护罩加油雾分离器及磁力排屑器的方式部分地解决环保问题。

近年来，为更好地满足滚齿加工中的绿色制造，德国Liebherr 公司早在十几年前就开始研究高速干式切削滚齿机。

日本三菱重工则是最早将高速干式切削滚齿机商品化的制造商，它们的成功还得益于滚刀制造技术的提高。

目前，Liebherr、Gleason-pfauter、三菱重工、SU、坚藤和清和均开发了适用于高速干式切削的滚齿机产品。

在特别重视环保的世界著名齿轮制造商中，如德国ZF公司、美国Ford汽车公司等使用高速干式滚齿已成为主流。

在我国上海汽车齿轮公司及发士特公司也已开始采购三菱重工公司生产的干式切削滚齿机。

近几年，我国在滚齿机设计技术方面研究的主要容经历了从传统机械式滚齿机通过数控改造发展为2-3轴（直线运动轴）实用型数控高效滚齿机，到全新的六轴四联动数控高速滚齿机的开发。

滚齿机加工（钢件）全部采用湿式滚齿方式。

目前，国主要滚齿机制造商机床厂及二机床有限责任公司生产的系列数控高效滚齿机已采取全密封护罩加油雾分离器和磁力排屑器的方式部分地解决环保问题。

世界上滚齿机产量最大的制造商——机床厂从2001年开始研究面向绿色制造的高速干切滚齿技术，2002年初研制成功既能干切又能湿切的YKS3112六轴四联动数控高速滚齿机，2003年初又开始研制面向绿色制造的YE3116CNC7高速干式切削滚齿机，即将进入商品化阶段。

传统滚齿机在加工过程中有以下特点：(1)滚削齿轮时，应用切削液可提高刀具寿命，改善加工表面质量和利于排出切削热而不致引起机床的热变形。

但是，在高速切削过程中切削液的飞溅和形成的油雾对生态环境和人类特别有害，变质切削液的排放也会严重污染环境。

(2)机床漏、混油严重。

(3)加工成本高。

机床的材料用量、能耗、油耗及附加费大，湿式齿轮加工中消耗的切削液及切削液附加装置的费用占加工成本的20%左右。

(4)生产效率低下，加工质量差，难以满足现代企业生产的要求。

开发研制新的滚齿机可以使公司拥有更大的市场份额，创造更好的经济效益和社会效益，同时在技术上达到一个新的高度。

1.2 滚齿机研制技术的发展趋势①高速、高效化[17,24,34-35]综合上面的分析比较，我们可以看到，具有国际先进水平的滚齿机充分利用了高速切削的原理，滚刀最高转速均在3000r/min以上，Liebherr的LC80立式滚齿机甚至达到了9000r/min[7]，不仅提高了生产效率，而且由于切屑带走了90%以上的切削热，既能保证工件的精度又省去了冷却工件的切削液，避免了环境污染。

②全数控化[11-18,24]通过对机床各运动轴的 CNC 控制及部分轴间的联动，可增加机床功能，使滚削小锥度及鼓形齿轮变得简单；可缩短传动链，提高各轴精度和重复定位精度；可省去计算及更换分齿挂轮和差动挂轮、进给及主轴换档时间，从而减少辅助加工时间，增加机床柔性；由于机械结构变得简单，可在设计时更有利于提高机床的刚性及把热变形降到更低。

各轴间没有机械联系，结构设计变得更加典型，有利于实施模块化设计及制造。

③零传动化及高速干式切削[17,33]国外先进滚齿机已经广泛采用了零传动功能部件，最常见的是刀架由电主轴直接驱动，部分厂家工作台由力矩电机直接驱动。

零传动滚齿机滚刀轴速度一般在 3000 转/分以上，能够达到干式切削的速度要求，实现了机床的环保化。

干式切削滚齿机使齿轮加工彻底摆脱了切削液，从根本上解决了环境污染问题，还能提高 2 倍以上的加工效率，提高刀具 1～4 倍的寿命，大大降低单件齿轮加工的成本。

④网络化[17]由于计算机技术的高速发展，现在的高档数控系统已具备通讯联网的功能，数控机床正朝着网络化方向发展，实现远程监控和加工的功能，减少工人负担，提高加工效率。

⑤智能化[19]由于计算机技术及数控技术的发展，智能技术也逐渐应用于高性能数控齿轮机中，具体表现在：1) 完成加工质量与加工过程智能控制。

根据对工件在线检测的结果和实时采集的机床状态，预测工件的加工质量，并及时调整加工过程的工艺参数，以保证机床的加工精度。

2) 智能诊断。

故障诊断的智能化表现在两方面：一方面是机床会对曾经产生的故障作记录，当下次碰到该故障时，它会首先提示可能的原因；另一方面，现场信息经过压缩，存贮在机床的“黑匣子”中，一旦机床发生的故障超出其自身的诊断能力，就可以通过 Internet 从网上专家系统获得支持，进行交互式的远程协同诊断。

第二章滚齿机总体设计2.1滚齿机总体方案设计滚齿加工是依照交错轴螺旋齿轮啮合原理进行的。

用齿轮滚刀加工的过程，就相当于一对螺旋齿轮啮合的过程。

将其中的一个齿轮的齿数减少到一个或几个，螺旋角增大到很大，呈螺杆状，再开槽并铲背，使其具有切削性能，就成了齿轮滚刀。

机床使滚刀和工件保持一对螺旋齿轮副啮合关系作相关旋转运动时，就可在工件上滚切出具有渐开线齿廓的齿槽。

滚齿时，切出的齿廓是滚刀切削刃运动轨迹的包络线。

滚齿时齿廓的成形方法是展成法，成形滚刀旋转运动和工件旋转运动组成的复合运动就是展成运动，再加上滚刀沿工件轴线垂直方向的进给运动，就可切出整个齿长。

其设计依据如下：a) 最大切削模数8mm；b) 铣削圆柱齿轮最大外径500mm；c) 铣刀最大直径160mm；d) 铣刀最大垂直行程长度300mm；e) 滚刀转数围40~250r/min。

2.2 拟定传动方案设计加工直齿圆柱齿轮时，滚刀轴线与齿轮端面倾斜一个角度，其值等于滚刀螺旋升角，使滚刀螺纹方向与被切齿轮齿向一致。

它需具有以下三条传动链：a) 主运动传动链：电动机—1—2—iv—3—4—滚刀，是一条外联系得传动链，实现滚刀的旋转运动。

其中，iv为置换机构，用以变换滚刀的转速。

b) 展成运动传动链：滚刀—4—5—ix—6—7—工作台，是联系传动链，实现渐开线齿廓的复合成形运动。

对单头滚刀而言，滚刀转一转，工件应转过一个齿，所以要求滚刀与工作台之间必须保持严格的传动比关系。

其中换置机构为ix，用于适应工件齿数和滚刀头数的变化，其传动比的要求很精确。

由于工作台的旋转方向与滚刀螺旋角的旋向有关，故在这条传动链中，还设有工作台变向机构。

c) 轴向进给运动传动链：工件—7—8—if—9—10—刀架升降丝杠，是一条外传动链，实现齿宽方向直线形齿形的运动。

其中，换置机构为if，用于调整轴向进给量的大小和方向，以适应不同加工表面粗糙度的要求，轴向进给运动是一个独立的简单运动，作为外联系传动链它可以使用独立的运动源来驱动，这里所以用工作台作为间接运动源，是因为滚齿时的进给量通常以工件每转1转时，刀架的位移量来计量，且刀架运动速度较低，采用这种传动方案，不仅满足了工艺上的需要，还能简化机床的结构。

图2-1所示为滚切直齿圆柱齿轮齿轮的传动原理图。

图2-1 滚切直齿圆柱齿轮的传动原理图斜齿圆柱齿轮在齿长方向为一条螺旋线，为了形成螺旋线齿线，在滚刀作轴向进给运动的同时，工件还应作附加旋转运动B22（简称附加运动），且这两个运动之间必须保持确定的关系：滚刀移动一个螺旋线导程S时工件应准确地附加转过1转，因此，加工斜齿轮时的进给运动是一个螺旋运动，是一个复合运动。

实现滚切斜齿轮所需成形运动的传动原理图如图2-2所示。

其中，主运动、展成运动以及轴向运动传动链与加工直齿轮时相同，只是在刀架与工作台之间增加了一条附加运动链：丝杠-12-13-iy-14-15-i合成-6-7-ix-8-9-工件。

在保证刀架沿工作台轴线方向移动一个螺旋导程s时，工件附加转过±1转，形成螺旋线齿线。

图2-2 滚切斜齿圆柱齿轮的传动原理图2.3 确定详细传动方案本次所设计的Y3150E 型滚齿机，它主要用于加工直齿和斜齿圆柱齿轮，也可用于手动径向进给加工蜗轮。

因此，传动系统中共有6条传动链，它们分别是主运动链、展成运动链、轴向进给运动链、附加运动链、工作台的水平送进运动链和快速移动刀架的运动链。