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YK3150滾刀主軸主件設(shè)計(jì)
2 總體設(shè)計(jì)
2.1 總體設(shè)計(jì)要求
為了使 YK3150數(shù)控高效滾齒機(jī)適合汽車尤其是重型汽車，工程機(jī)械，船舶工業(yè)等齒輪行業(yè)的需要,以滿足 4—8 模數(shù)，一刀全齒深切削，穩(wěn)定達(dá)到 GB10095—2001 的7級(jí)精度要求，YK3150E 數(shù)控機(jī)床主軸的各項(xiàng)性能指標(biāo)必須達(dá)到下列設(shè)計(jì)要求：
1、滾刀主軸速度范圍能適應(yīng)采用單、雙頭或多頭滾刀進(jìn)行高速、高效滾齒加工。
2、為了達(dá)到高速、高效的滾齒要求，滾刀刀桿采用自動(dòng)夾緊，自動(dòng)放松，以及快卸螺母鎖緊滾刀的刀架結(jié)構(gòu)。
3、刀架主軸的軸承結(jié)構(gòu)需采用高剛性，高精度方式，其主軸軸承采用高精度滾動(dòng)軸承，主運(yùn)動(dòng)采用二級(jí)齒輪傳動(dòng)，未端應(yīng)采用消除齒輪副間隙結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)，以保證切削剛性。
2.２ 數(shù)控滾齒機(jī)加工原理方案設(shè)計(jì)
2.2.1 普通滾齒機(jī)加工原理
滾切直齒圓柱齒輪的加工原理圖
普通滾齒機(jī)加工原理可用上圖表示。根據(jù)展成法加工原理，滾刀轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，工件必須嚴(yán)格地轉(zhuǎn) K/Z 轉(zhuǎn)。其中 Z 為被加工齒輪的齒數(shù)，k 為滾刀的頭數(shù)。從圖 3.1中可以看出，必須保證 B1和 B2之間的嚴(yán)格傳動(dòng)比關(guān)系，這條傳動(dòng)鏈簡(jiǎn)稱滾齒的內(nèi)鏈。在圖中該內(nèi)鏈的傳動(dòng)路線為：B1—4—5—ix—6—7—B2(工件)。而形成直線導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)則是滾刀架沿工件軸線方向的垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，即：工件—7—8—is—9—10—刀架升降絲桿—刀架。此外滾刀的旋轉(zhuǎn)及調(diào)速由主傳動(dòng)鏈電機(jī)—1—2—iv—3—4—B1提供。因而要進(jìn)行加工圓柱齒輪所需傳動(dòng)鏈至少有三個(gè)鏈，即一個(gè)展成運(yùn)動(dòng)內(nèi)鏈，兩個(gè)執(zhí)行簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)的外鏈。
2.2.2 數(shù)控滾齒機(jī)加工原理
數(shù)控滾齒機(jī)的加工原理圖
數(shù)控滾齒機(jī)的加工原理方案如圖所示，其內(nèi)鏈 B1 與 B2 傳動(dòng)比關(guān)系仍然遵循展成法加工原理，但數(shù)控滾齒機(jī)嚴(yán)格傳動(dòng)比關(guān)系不是通過(guò)調(diào)整機(jī)械傳動(dòng)比來(lái)實(shí)現(xiàn)，而是通過(guò)數(shù)控技術(shù)的“電子齒輪箱”來(lái)嚴(yán)格保證，實(shí)現(xiàn)展成運(yùn)動(dòng)?！癆”、“B1”、“B2”運(yùn)動(dòng)分別用單獨(dú)的伺服電機(jī)進(jìn)行控制，它們之間沒(méi)有任何機(jī)械的聯(lián)系，而由數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算控制來(lái)實(shí)現(xiàn)滾齒展成加工。
2.3 主要性能參數(shù)的確定
要設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)具有高效性能數(shù)控滾齒機(jī),必須對(duì)數(shù)控滾機(jī)的主要性能參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)選取和科學(xué)的制定，這些參數(shù)包括：主軸最高轉(zhuǎn)速、工作臺(tái)最高轉(zhuǎn)速、加工最大模數(shù)、快速進(jìn)給速度等。合理選擇和確定主要性能參數(shù)是決定數(shù)控高效滾齒機(jī)先進(jìn)的技術(shù)水平重要指標(biāo)，為此，必須對(duì)目前滾齒行業(yè)齒輪加工工藝進(jìn)行必要的調(diào)研和科學(xué)的分析，并加以合理的確定。
根據(jù)調(diào)查，目前國(guó)內(nèi)，以一汽大眾，二汽東風(fēng)神龍，大同齒輪廠，哈爾濱變速箱廠，杭州前進(jìn)齒輪箱廠為代表的汽車制造廠家，因種種原因在齒輪加工工藝上仍較為落后，通常切齒速度大都在 60m/min 以下，個(gè)別企業(yè)的僅能達(dá)到 70~80m/min內(nèi)，且軸向進(jìn)給量最大均在 2mm/工作臺(tái)轉(zhuǎn)左右。難以滿足因產(chǎn)品種數(shù)多，產(chǎn)品增加的需求，而且滾齒加工的單向精度和綜合精度也僅能達(dá)到7~8 級(jí)(GB10095—88精度標(biāo)準(zhǔn))，隨著這些龍頭企業(yè)產(chǎn)品不斷升級(jí)，以及載重汽車和客車的需求量不斷增加，以直徑在 Φ200~Φ350mm、模數(shù)為 4～8 的齒輪需求量越來(lái)越多，齒輪加工的精度要求穩(wěn)定在 6—7 級(jí)需求越來(lái)越多。且工程能力指數(shù)大于 1.33 的要求成為機(jī)床驗(yàn)收的重要指標(biāo)，為此對(duì)機(jī)床的可靠性也提出更高的要求，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的滾齒機(jī)難以達(dá)到這一切齒要求。因而設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)數(shù)控高效滾齒機(jī)的參數(shù)，必須滿足這一國(guó)內(nèi)機(jī)床新的要求。介于本設(shè)計(jì)只對(duì)主軸部分進(jìn)行設(shè)計(jì),所以只對(duì)主軸最高轉(zhuǎn)速進(jìn)行確定。
2.3.1 主軸最高轉(zhuǎn)速的確定
根據(jù)滾齒原理，滾刀主軸轉(zhuǎn)速可按下式計(jì)算：
式中， n—滾刀的轉(zhuǎn)速 （r/min）
v—切削速度 （m/min）
D—滾刀的外徑 (mm)
故主軸最高轉(zhuǎn)速為
根據(jù)前述分析，且結(jié)合目前齒輪滾刀濕式加工的最高切削速度范圍80~120m/min，取。
關(guān)于的選取，根據(jù)國(guó)標(biāo)6083—85標(biāo)準(zhǔn)《齒輪滾刀的基本型式和尺寸》，以及德國(guó)DIN3968標(biāo)準(zhǔn)齒輪滾刀的尺寸中（見(jiàn)表），綜合實(shí)際的加工考慮。我們?nèi) ?
將，帶入公式得：
取滾刀主軸最高轉(zhuǎn)速為安全值。
國(guó)標(biāo)GB.6083—85標(biāo)準(zhǔn)齒輪滾刀尺寸參數(shù)
德國(guó)DIN標(biāo)準(zhǔn)滾刀尺寸參數(shù)
2.3.2 模數(shù)確定
數(shù)控高效滾齒機(jī)必須確定它的極限，以便能確定機(jī)床的加工能力，此參數(shù)的確定和適應(yīng)的加工范圍，為了一刀切齒直徑在Φ200~Φ500，模數(shù)在4—8mm，穩(wěn)定達(dá)到全面7級(jí)精度要求，該機(jī)床的最大加工模數(shù)可根據(jù)數(shù)控滾齒機(jī)技術(shù)條件，以及相應(yīng)數(shù)控滾齒機(jī)的精度標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，由對(duì)機(jī)床的最終工作精度進(jìn)行重切和精切的切削規(guī)范所決定。即精切試坯參數(shù)：
式中： d—最大加工直徑
m—最大加工模數(shù)
—試件的分度圓直徑
—試件的加工模數(shù)
重切試坯的加工模數(shù)一般取最大加工模數(shù)的4/5：
由上述分析綜合確定，10~12模數(shù)為此數(shù)控機(jī)床的最大加工模數(shù)，考慮到 m=10以上的模數(shù)在重型汽車和重型機(jī)械及相關(guān)行業(yè)的傳動(dòng)箱中已較少見(jiàn)，最大模數(shù)取最高線值，還會(huì)增加主電機(jī)功率以及加大安裝最大模數(shù)的裝齒刀尺寸，因而實(shí)際最大加工模數(shù)取為10mm。
滾齒機(jī)各大廠家參數(shù)對(duì)照表
續(xù)上表
2.4 主傳動(dòng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.4.1 主軸箱外形方案初定
與傳統(tǒng)普通滾齒機(jī)主軸傳動(dòng)不同，數(shù)控滾齒機(jī)主軸采用主電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)，在主電機(jī)與主軸通過(guò)齒輪傳動(dòng)聯(lián)接，全部裝置安裝在刀架體上。圖為刀架體外形三維圖：
2.4.2 主軸箱傳動(dòng)方案初定
主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)由初電機(jī)經(jīng)過(guò)兩級(jí)齒輪傳動(dòng)至主軸，其在刀架體上的安裝模式及傳動(dòng)方案可用下圖表示：
2.5 本章小結(jié)
本章提出了設(shè)計(jì)數(shù)控YK3150E型滾齒機(jī)滾刀主軸部件的總體要求，以及進(jìn)行了普通滾齒機(jī)與數(shù)控滾齒機(jī)加工原理的比較分析，確定了主軸最高轉(zhuǎn)速及工件加工最大直徑和模數(shù)等重要參數(shù)，并對(duì)主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)方案進(jìn)行了初步確定。
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