齒輪自動(dòng)倒角機(jī)設(shè)計(jì)
齒輪自動(dòng)倒角機(jī)設(shè)計(jì),齒輪自動(dòng)倒角機(jī)設(shè)計(jì),齒輪,自動(dòng),倒角,設(shè)計(jì)
大大連大大學(xué)學(xué)2017屆屆學(xué)學(xué)生生畢業(yè)論文文(設(shè)計(jì))中中期期檢查表表題目齒輪自動(dòng)倒角機(jī)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師辛士珍職稱副教授學(xué)生姓名莫潔閱讀文獻(xiàn)數(shù)10初稿完成時(shí)間2017-04-20工 作 量較少 適中較多 出勤情況較好 一般較差 工作進(jìn)度快 按進(jìn)度進(jìn)行慢 任 務(wù) 書有開題報(bào)告有中期工作結(jié)論中調(diào)整情況無教研室主任意見同意教研室主任(簽名):賈衛(wèi)平日期:2017-04-24學(xué)院意見同意教學(xué)院長(zhǎng)(簽名):賈衛(wèi)平日期:2017-04-24 大 連 大 學(xué) 本科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) )開題報(bào)告 論 文 題 目: 齒輪自動(dòng)倒角機(jī) 學(xué) 院: 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) 、班 級(jí): 機(jī)英 132 班 學(xué) 生 姓 名: 莫潔 學(xué) 生 學(xué) 號(hào): 13431128 指導(dǎo)教師(職稱): 辛士珍(高級(jí)工程師) 2016 年 12 月 29 日填 一、選題依據(jù) 1論文(設(shè)計(jì))題目 齒輪自動(dòng)倒角機(jī) 2研究領(lǐng)域 非標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械設(shè)計(jì) 3論文(設(shè)計(jì))工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值 齒輪作為 機(jī)械中 重要的傳動(dòng)零件,其加工可分為粗加工和精加工。粗加工有滾齒、 插齒等,精加工有剃齒、磨齒等。在經(jīng)過粗 加工后,齒的端部會(huì) 產(chǎn)生飛邊,且 通常伴 隨著毛刺。 由于鋒利的棱角和毛刺的存在,影響其外觀、傳動(dòng)精度、再加工和裝配,并產(chǎn)生 傳動(dòng)噪音,以至使齒輪的性能可靠性、壽命和潤(rùn)滑效果下降,更主要的是降低了齒輪 的質(zhì)量 ,還 會(huì)導(dǎo)致整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)不能正常工作 , 使可靠性、穩(wěn)定性降低 。 當(dāng)存在毛刺 的機(jī)器作機(jī)械運(yùn)動(dòng)或振動(dòng)時(shí) , 脫落的毛刺會(huì)造成機(jī)器滑動(dòng)表面 過早磨損、噪音增大 。 因此我們必須考慮給齒輪倒角。 過去, 沒有 齒輪倒角 設(shè)備,該工藝都是通過工人的手 工進(jìn)行的 ,工作環(huán)境惡劣,不但 勞動(dòng)效率低下,對(duì)工人的操作要求高,而且加工質(zhì)量 不高,嚴(yán)重影響生產(chǎn)進(jìn)度。 以前 ,用戶對(duì)倒角的質(zhì)量要求不高,齒輪倒角不作為很重 要的工藝,并且生產(chǎn)任務(wù)量少,手工倒角 可以滿足質(zhì)量和效率的要求,但是隨著科學(xué) 技術(shù)的發(fā)展和市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大, 用戶對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來越高,齒輪倒角 不再 是可 粗可精可有可無的工藝,已經(jīng)成為很重要的生產(chǎn)工藝,甚至因?yàn)榈菇?質(zhì)量達(dá)不到要求 導(dǎo)致產(chǎn)品不合格,并且生產(chǎn)任務(wù)量也越來越大,手工生 產(chǎn)已滿足不了生產(chǎn)的需要。 因此有必要對(duì)齒輪 倒角工藝的原理進(jìn)行分析并設(shè)計(jì)出相應(yīng)的機(jī)床。以適應(yīng)現(xiàn)代對(duì) 齒輪倒角加工的生產(chǎn)需要。 齒輪倒角機(jī) 是一種很好的用于給齒輪倒角去除毛刺,去飛邊的自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備, 它 采用雙刀分離結(jié)構(gòu),刀具進(jìn)給,一齒切削完畢,刀軸讓刀、工件分度并開始下一次 的切削。從開始切削起,工件轉(zhuǎn)一周即可完成一個(gè)零件的倒角加工。進(jìn)給方式一般采 用刀具進(jìn)給也可根據(jù)需要采用工件進(jìn)給方式。 同時(shí) 極大的提高齒輪的嚙合精度,有效 地降低了傳動(dòng)過程中的振動(dòng)和噪音,提高了齒輪的工作壽命??傊?,該機(jī)床為機(jī)械行 業(yè)提供了可靠的傳動(dòng)零部件 。 齒輪倒角機(jī)是用于變速箱滑移齒輪齒端倒圓角 、 倒尖角以及倒尖拱形角的齒輪加 工機(jī)床 , 是汽車 、 拖拉機(jī) 、 機(jī)床齒輪的批量生產(chǎn)必不可缺的設(shè)備 。 齒輪倒角機(jī)的類型 有指狀銑刀型和端面銑刀型 。 齒輪倒角機(jī)總體結(jié)構(gòu)為臥式布局 , 采用模塊化設(shè)計(jì) ,具有調(diào)整操作方便 ,穩(wěn)定性 好等優(yōu)點(diǎn)。齒輪倒角機(jī)采用用硬質(zhì)合金機(jī)夾刀 (刀具形式根據(jù)加工件選定 )。此機(jī)床具 有高效、加工質(zhì)量好 ,操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn) ,因此它即能滿足小批量新產(chǎn)品的試制加工 ,又 能適合于大批量規(guī)?;a(chǎn)的需要,是汽車齒輪加工的理想設(shè)備。 4目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì) 隨著生產(chǎn)幾十年發(fā)展 和使用要求的提高,齒輪正朝著高精度、高強(qiáng)度、高承載、 低噪聲、輕量化及長(zhǎng)壽命方向發(fā)展。對(duì)齒輪輪齒進(jìn)行倒角是控制齒輪噪聲等的一個(gè)十 分重要的工藝措施,已引起國(guó)內(nèi)外齒輪加工制造普遍的關(guān)注和重視。 4.1 國(guó)內(nèi)概況 中國(guó)的齒輪 倒角機(jī) 床研究制造已有 幾 十 年歷史,從 九 十年代初至今近二十多年間 發(fā)展較快 。 目前有三種系列,分別是臥式指形銑刀倒角機(jī)、立式指形銑刀倒角機(jī)、端 面銑刀倒角機(jī)。共有四種品種,分別是最大工件直徑 200mm、 320mm、 500mm、 800mm。 從手工到半自動(dòng)再到自動(dòng), 隨著科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,齒輪加工業(yè)對(duì)于齒輪加 工機(jī) 床的性能要求不斷提高,反之,齒輪加工機(jī)床制造業(yè)對(duì)于齒輪加工又具有導(dǎo)向作用, 形成有機(jī)的聯(lián)動(dòng)發(fā)展。為此,一批能適應(yīng)社會(huì)科技和經(jīng)濟(jì)發(fā)展節(jié)拍的新產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生 。 安徽六安金城機(jī)械有限公司、 溫嶺市美日機(jī)床有限公司、重慶機(jī)床有限公司、陜西秦 川機(jī)床有限公司、天津第一機(jī)床總廠 、天津市達(dá)鑫 精密機(jī)械設(shè)備有限公司 等眾多廠家 都對(duì)齒輪 倒角 機(jī)研發(fā)和生產(chǎn)。 YKD9320C 數(shù)控齒輪倒角機(jī)是天津第一機(jī)床總廠開發(fā)的 數(shù)控齒輪倒角機(jī), 該機(jī)床 采用四軸數(shù)控系統(tǒng) , 即兩個(gè)倒角軸 , 一個(gè)倒棱軸及一個(gè)工件 分度軸 , 完成切削進(jìn)給 , 讓刀運(yùn)動(dòng)和工件圓周分度運(yùn)動(dòng) , 主要用于汽車 、 摩托車 、 拖 拉機(jī)變速箱換擋齒輪的倒角加工 , 可加工盤狀齒輪 、 齒圈等的齒部倒尖角和圓弧角并 有專門機(jī)構(gòu)可倒棱 , 可在完成輪齒一側(cè)倒角的同時(shí)加工另一側(cè)的倒棱 。 南京第二機(jī)床 廠經(jīng)過對(duì) Y9380 型齒輪倒角機(jī)的改進(jìn),使得它成為了可倒高低齒圓角的倒角機(jī)。 同時(shí) 還生產(chǎn)了 YX9332 端面銑刀型高效齒輪倒角機(jī) ,新一代端面銑刀型高效齒輪倒角機(jī) , 其目的主要用于變速箱滑移齒輪 , 便于引導(dǎo)兩齒輪進(jìn)入相互嚙合。 還如 天津精誠(chéng)機(jī)床 廠制造的 YH9325F 和 YH9332G 型倒角機(jī),最近一種新式的旋風(fēng)式齒輪倒角機(jī)也開始 應(yīng)用于生產(chǎn)之中, 這種機(jī)床采用工件與刀具的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)來進(jìn)行加工,生產(chǎn)效率得到進(jìn) 一步提高。 4.2 國(guó)外概況 國(guó)外 的 齒輪倒角機(jī)床 自動(dòng)化程度、精密度較高。發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)廣泛的將齒輪倒角 工序同其他的齒輪加工工序組合在一起,形成多功能加工機(jī)床,能夠滿足多工位、多 工序的機(jī)械加工要求。生產(chǎn)廠家可根據(jù)倒角的設(shè)計(jì)圖紙,迅速的進(jìn)行調(diào)整并進(jìn)行加工。 例如 德國(guó)的 Prawema 數(shù)控倒角機(jī) , 除可高效倒角外 , 機(jī)床還可配齊自動(dòng)上下料部件 。 此類機(jī)床運(yùn)用數(shù)控旋分原理 , 除作倒角外還可作多面體 、 端面齒和端面槽的高效加 工 。 4.3 倒角機(jī)床發(fā)展趨勢(shì) 與不足 目前,倒角 機(jī)床 的發(fā)展日新月異,高速化、高精度化、復(fù)合化、智能化、開放化、 并聯(lián)驅(qū)動(dòng) 化、網(wǎng)絡(luò)化、極端化、綠色化已成為倒角機(jī)床 發(fā)展的趨勢(shì)和方向。 我們應(yīng)看清形勢(shì),充分認(rèn)識(shí)國(guó)產(chǎn)倒角機(jī)床 的不足,努力發(fā)展先進(jìn)技術(shù),加大技術(shù) 創(chuàng)新與培訓(xùn)服務(wù)力度,以縮短與發(fā)達(dá)國(guó)家之間的差距。 ( 1)不斷加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新是提高國(guó)產(chǎn)倒角機(jī)床 水平的關(guān)鍵 。 國(guó)產(chǎn)倒角機(jī)床 缺乏核心技術(shù),從高性能倒角機(jī)床系統(tǒng)到關(guān)鍵功能部件基本都依賴 進(jìn)口,即使近幾年有些國(guó)內(nèi)制造商艱難地創(chuàng)出了自己的品牌,但其產(chǎn)品的功 能、性能 的可靠性仍然與國(guó)外產(chǎn)品有一定差距。近幾年國(guó)產(chǎn)倒角機(jī)床 制 造商通過技術(shù)引進(jìn)、海 內(nèi)外并購(gòu)重組以及國(guó)外采購(gòu)等獲得了一些先進(jìn)倒角機(jī)床技術(shù),但缺乏對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)與精 度、可靠性、人性化設(shè) 計(jì)等基礎(chǔ)性技術(shù)的研究,忽視了自主開發(fā)能力的培育,國(guó)產(chǎn)倒 角機(jī)床 的技術(shù)水平、性能和質(zhì)量與國(guó)外還有較大差距,同樣難以得到大多數(shù)用戶的認(rèn) 可。 ( 2)制造水平與管理手段依然落后 。 一些國(guó)產(chǎn)倒角機(jī)床 制造商不夠重視整體工藝與制造水平的提高,加工手段基本以 普通機(jī)床與低效刀具為主,裝配調(diào)試完全靠手工,加工質(zhì) 量在生產(chǎn)進(jìn)度的緊逼下不能 得到穩(wěn)定與提高。另外很多國(guó)產(chǎn)倒角機(jī)床 制造商的生產(chǎn)管理依然沿用原始的手工臺(tái)賬 管理方式,工藝水平和管理效率低下使得企業(yè)無法形成足夠生產(chǎn)規(guī)模。如國(guó)外機(jī)床制 造商能做到每周裝調(diào)出產(chǎn)品,而國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)周期過長(zhǎng)且很難控制。因此我們?cè)谝M(jìn)技 術(shù)的同時(shí)應(yīng)注意加強(qiáng)自身工藝技術(shù)改造和管理水平的提升。 ( 3)服務(wù)水平與能力欠缺也是影響國(guó)產(chǎn)倒角機(jī)床 占有率的一個(gè)重要因素 。 由于倒角機(jī) 床產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,一部分企業(yè)不顧長(zhǎng)遠(yuǎn)利益,對(duì)提高自身的綜合服務(wù) 水平不夠重視,甚至對(duì)服務(wù)缺乏真正的理解,只注重 推銷而不注重售前與售后服務(wù)。 有些企業(yè)派出的人員對(duì)生產(chǎn)的倒角機(jī)床缺乏足夠了解,不會(huì)使用或使用不好倒角機(jī) 床 ,更不能指導(dǎo)用 戶使用好機(jī)床;有的對(duì)先進(jìn)高效刀具缺乏基本了解,不能提供較好 的工藝解決方案,用戶自然對(duì)制造商缺乏信心。制造商的服務(wù)應(yīng)從研究用戶的加工產(chǎn) 品、工藝、生產(chǎn)類型、質(zhì)量要求入手,幫助用戶進(jìn)行設(shè)備選型,推薦先進(jìn)工藝與工輔 具,配備專業(yè)的培訓(xùn)人員和良好的培訓(xùn)環(huán)境,幫助用戶發(fā)揮機(jī)床的最大效益、加工 出 高質(zhì)量的最終產(chǎn)品,這樣才能逐步得到用戶的認(rèn)同,提高國(guó)產(chǎn)倒角 機(jī)床的市場(chǎng)占有率。 ( 4)加大倒角機(jī)床專業(yè)人才的培養(yǎng)力度 。 從我國(guó)倒角機(jī) 床的發(fā)展 形式來看需要三種層次的倒角機(jī)床技術(shù)人才:第一種是熟 悉倒角機(jī)床 的操作及加工工藝、懂得簡(jiǎn) 單的機(jī)床維護(hù)、能夠進(jìn)行手工或自動(dòng)編程的車 間技術(shù)操作人員;第二 種是熟悉倒角機(jī)床 機(jī)械結(jié)構(gòu)及倒角機(jī)床系統(tǒng)軟硬件知識(shí)的中級(jí) 人才,要掌握復(fù)雜模具的設(shè)計(jì)和制造知識(shí),能夠熟練應(yīng)用 UG、 PRO/E等 CAD/CAM軟件, 同時(shí)有扎實(shí)的專業(yè)理論知識(shí) 、較高的英語水平并積累了大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn);第三種是精 通倒角機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及倒角機(jī)床系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)、能夠進(jìn)行倒角 機(jī)床產(chǎn)品開發(fā)及技術(shù) 創(chuàng)新的倒角機(jī)床技術(shù)高級(jí)人 才。我國(guó)應(yīng)根據(jù)需要有目標(biāo)的加大人才培養(yǎng)力度,為我國(guó) 的倒角機(jī)床 產(chǎn)業(yè)提供強(qiáng)大的技術(shù)人才支撐。 二、論文(設(shè)計(jì))研究的內(nèi)容 1.重 點(diǎn)解決的問題 ( 1) 齒輪自動(dòng)倒角機(jī)運(yùn)動(dòng)參數(shù)設(shè)計(jì) ( 2) 齒輪自動(dòng)倒角機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 2.擬開展研究的幾個(gè)主要方面(論文寫作大綱或設(shè)計(jì)思路) ( 1)設(shè)計(jì)齒輪 自動(dòng) 倒角機(jī)的意義; ( 2)分析 目前國(guó)內(nèi)外齒輪 倒角相關(guān)技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn) ,找出該領(lǐng)域所存在的問題; ( 3) 倒角方法的選擇 ( 4)齒輪 自動(dòng) 倒角機(jī)的總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì); ( 5)齒輪 自動(dòng) 倒角機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì); ( 6)齒輪 自動(dòng) 倒角機(jī)主要零部件的設(shè)計(jì)。 3.本論文(設(shè)計(jì))預(yù)期取得的成果 ( 1) 通過所查閱的相關(guān)資料和文獻(xiàn),了解齒輪倒角意義,以及目前國(guó)內(nèi)外的相關(guān) 技術(shù)。 ( 2) 最終提交設(shè)計(jì)說明書一份 ; ( 3) 外文參考文獻(xiàn)翻譯一份; ( 4) 繪制齒輪 自動(dòng) 倒角機(jī)的總裝配圖; ( 5) 主要零部件圖紙。 三、論文(設(shè)計(jì))工作安排 1.擬采用的主要研究方法(技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù)) ( 1) 調(diào)查、收集相關(guān)的資料。 ( 2)國(guó)內(nèi)外不同齒輪 倒角方法的認(rèn)識(shí)和比較。 ( 3)齒輪 自動(dòng) 倒角機(jī)運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)的選擇。 ( 4)齒輪 自動(dòng) 倒角機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 2.論文(設(shè)計(jì))進(jìn)度計(jì)劃 第 1 周:收集 齒輪 自動(dòng)倒角機(jī) 相關(guān)資料,準(zhǔn)備撰寫開題報(bào)告 第 2 周:閱讀整理所收集資料 第 3 周:完成開題報(bào)告,交指導(dǎo)老師修改 第 4 周:完成開題報(bào)告并進(jìn)行答辯 第 5 周:齒輪自 動(dòng)倒角機(jī)總體方案設(shè)計(jì) 第 6 周:齒輪自動(dòng)倒角機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)分析和計(jì)算 第 7 周:齒輪自動(dòng)倒角機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì),進(jìn)行中期撿查。 第 8 周:齒輪自動(dòng)倒角機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) -繪制裝配圖 第 9 周:齒輪自動(dòng)倒角機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) -修改完善裝配圖 第 10 周:齒輪自動(dòng)倒角機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) -繪制零件圖 第 11 周:撰寫齒輪自動(dòng)倒角機(jī)設(shè)計(jì)說明書 第 12 周 : 完成 齒輪自動(dòng)倒角機(jī)設(shè)計(jì)說明書 ,上交老師 第 13 周:修改完善齒輪自動(dòng)倒角機(jī)設(shè)計(jì)說明書 第 14 周:翻譯外文資料 第 15 周:修改完善所有設(shè)計(jì)內(nèi)容 ,準(zhǔn)備 答辯 四 、需要閱讀的參考文獻(xiàn) 1.柯建宏 .機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì) M.華中科技大學(xué)出版社 ,2013 2.成大先 .機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本 S.北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2004 3.韓澤光 .機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) M.北京:北京航空航天大學(xué)出版社 ,2013 4.石榮 .在滾齒機(jī)上進(jìn)行齒輪倒角 J.機(jī)械工程師 ,2011 5.程進(jìn) .齒輪倒角專機(jī)與刀具的設(shè)計(jì) J.機(jī)械工藝師 ,1993,03:8-10. 6.趙高明 .齒輪倒角夾具 J.機(jī)床與工具 ,1997,06:17. 7.臧福海 .高速自動(dòng)倒角機(jī)研制 D.合肥工業(yè)大學(xué) ,2012 8.陳 軍 .YX9332 端面銑刀型高效齒輪倒角機(jī)的分析與應(yīng)用 J.機(jī)械制造與自動(dòng) 化 ,1994,02:8-11. 9.姚祖揚(yáng) .YB9332D 型半 自動(dòng)齒輪倒角機(jī) J.機(jī)械制造與自動(dòng)化 ,1993,02:5-6. 10.胡運(yùn)林 .大模數(shù)齒輪倒角機(jī)的研制 J.機(jī)械制造 ,2003,02:29-30. 11.楊鐘勝 .齒輪的倒角技術(shù) J.現(xiàn)代零部件 ,2011,07:82-84. 12.張艷冬 , 金陽陽 , 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Int J Paediatr Dent,2014,245 附:文獻(xiàn)綜述或報(bào)告 一、 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀 最近幾十年,我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速,加入到 WTO后,以其市場(chǎng)和資源優(yōu)勢(shì)逐漸變成 全球制造中心,也使我國(guó)數(shù)十萬大、中、小型企業(yè)面對(duì)著前所未有的挑戰(zhàn)。目前,我 國(guó)在某些制造行業(yè),例如紡織、輕工業(yè)等等具有競(jìng)爭(zhēng)活力,發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁,入世后能 夠發(fā)揮比較優(yōu)勢(shì),獲得較多發(fā)展機(jī)遇,而在高新技術(shù)制造領(lǐng)域,最近幾年雖也有所發(fā) 展,但在技術(shù)等方面基本上依靠境外投資,在多數(shù)領(lǐng)域尚未完成自主發(fā)展。 近幾年我國(guó)汽車領(lǐng)域發(fā)展很快,汽車產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的第四大支柱產(chǎn)業(yè), 我國(guó)也成為第四大汽車生產(chǎn)國(guó)。隨著汽車 產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,其機(jī)械換檔裝置中重要的零一 同步器的要求也越來越高,而國(guó)內(nèi)制造廠家對(duì)其內(nèi)外花鍵齒端倒角的加工一直存在困 難,表現(xiàn)就是該工序的準(zhǔn)備時(shí)間即調(diào)整機(jī)床的時(shí)間過長(zhǎng),根據(jù)倒角的不同形式,準(zhǔn)備 時(shí)間少則半天,多則幾天甚至更長(zhǎng),而且精度也很難保證,不僅同步器的內(nèi)外花鍵, 其他齒輪的倒角加工也面 I臨著同樣的問題,例如變速箱中齒輪倒角的加工。造成這 種情況的主要原因有: 國(guó)內(nèi)對(duì)齒輪倒角的設(shè)計(jì)原理和制造方法不很了解,國(guó)內(nèi)沒有針對(duì)齒輪倒角的研發(fā) 機(jī)構(gòu),只能靠國(guó)外的圖紙進(jìn)行仿造。 齒輪倒角加工歷史雖然很長(zhǎng),但是由于汽車行業(yè)的興起 以及齒輪倒角樣式的不斷 更新,所以目前的齒輪倒角加工可以算上新興制造行業(yè)??傮w來說,國(guó)內(nèi)對(duì)齒輪倒角 加工方面的研究還是不多,目前倒角加工的重點(diǎn)已經(jīng)從以前單一的平面倒角加 -FN現(xiàn) 在各式各樣的異型倒角加工,國(guó)內(nèi)從技術(shù)、設(shè)備等方面都欠缺。 齒輪倒角機(jī)雖然是輔助機(jī)床,但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜,以國(guó)內(nèi)倒角機(jī)為例,一臺(tái)臥式倒角 機(jī)共有 15個(gè)左右的軸, 3 4個(gè)數(shù)控軸,比一般主要機(jī)床要復(fù)雜的多,這就造成了其制 成本較高,國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家對(duì)輔機(jī)的重視不夠,不愿意花高價(jià)購(gòu)買。鑒于復(fù)雜程度、利 潤(rùn)等等方面的考慮,使得國(guó)內(nèi)機(jī)床制造廠家對(duì)倒角機(jī)床的制造和研發(fā) 熱情不高,目前 國(guó)內(nèi)僅有數(shù)家制造廠家能夠制造數(shù)控倒角機(jī)床,間接導(dǎo)致國(guó)內(nèi)倒角機(jī)床的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)落 后于國(guó)外機(jī)床,特別是對(duì)于異性倒角的理論計(jì)算和調(diào)整十分困難。 無論是倒角形式、倒角機(jī)床還是檢測(cè)倒角的方法,目前國(guó)內(nèi)的情況是: 國(guó)家沒有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),行業(yè)也沒有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),甚至企業(yè)沒有企業(yè)標(biāo)準(zhǔn),導(dǎo)致企業(yè)、 用戶、機(jī)床制造廠家之間交流與合作比較困難。鑒于倒角加工存在的問題,國(guó)內(nèi)很多 學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了研究,天津大學(xué)機(jī)械學(xué)院結(jié)合天津某同步器廠對(duì)于同步器內(nèi)外花鍵齒 端倒角加工的問題,開發(fā)了一套參數(shù)計(jì)算與仿真系統(tǒng) (在本文以下內(nèi)容中稱為原系 統(tǒng) ),在 一定程度上解決了部分倒角形式的加工問題。本文將以其為基礎(chǔ),對(duì)其作進(jìn) 一步補(bǔ)充和完善,并從機(jī)床本身出發(fā),設(shè)計(jì)解決該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)未能解決的一些 難題最后將該系統(tǒng)應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中,建立基于 web的計(jì)算仿真系統(tǒng),力圖在現(xiàn)有的 技術(shù)條件下,進(jìn)一步提高加工精度,縮短機(jī)床調(diào)整時(shí)間,提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。 二、 國(guó)外現(xiàn)狀 對(duì) 美 國(guó) 產(chǎn) 齒 輪 的 研 究 發(fā) 現(xiàn) , 美 國(guó) 無 論 是 通 用 公 司 , 還 是 博 格 華 納 , GE.BUCYRUS,ALLISON, TEREX,CAT,等公司,生產(chǎn)的無論是閉式或開式的齒輪,均對(duì)其 經(jīng)行 倒角 ,雖然美國(guó)尚沒有統(tǒng)一的齒輪 倒角 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),但是各 公司對(duì)齒輪 倒角 有著相 同的共識(shí) 必須 倒角 ,并按各自公司的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行實(shí)施。國(guó)外對(duì)這一技術(shù)的應(yīng)用 十分重視,足以表明齒輪 倒角 的重要性和必要性。 近 4 5年來國(guó)際上齒輪加工機(jī)床行業(yè)已逐步形成 Gleason/Pfauter/Hugh集團(tuán)、 Kapp/Niles集團(tuán)、 Sigma Pool集團(tuán)、 Samputensili/Modul集團(tuán)等幾大跨國(guó)集團(tuán)???向用戶提供成套齒輪加工技術(shù)與裝備。 三、 目前趨勢(shì) 進(jìn)入 21 世紀(jì),我國(guó)經(jīng)濟(jì)與國(guó)際全面接軌,進(jìn)入了一個(gè)蓬勃發(fā)展的新時(shí)期。機(jī)床 制造業(yè)既面臨著機(jī)械制造業(yè)需求水平提升而引發(fā) 的制造裝備發(fā)展的良機(jī),也遭遇 到加 入世界貿(mào)易組織后激烈的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的壓力,加速推進(jìn)倒角機(jī)床的發(fā)展是解決機(jī)床 制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵。隨著制造業(yè)對(duì)倒角機(jī)床的大量需求以及計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn) 代設(shè)計(jì)技術(shù)的飛速進(jìn)步,倒角機(jī)床 的應(yīng)用范圍還在不斷擴(kuò)大 ,并且不斷發(fā)展以更適應(yīng) 生產(chǎn)加工的需要。本文簡(jiǎn)要分析了倒角機(jī)床 高速化、高精度化、復(fù)合化、智能化、開 放化、網(wǎng)絡(luò)化、多軸化、綠色化等發(fā)展趨勢(shì),并提出了我國(guó)倒角機(jī)床 發(fā)展中存在的一 些問題。 1.高速化 隨著汽車、國(guó)防、航 空、航天等工業(yè)的高速發(fā)展以及鋁合金等新材料的應(yīng)用,對(duì) 倒角機(jī) 床 加工的高速化要求越來越高。 ( 1)主軸轉(zhuǎn)速:機(jī)床采用電主軸(內(nèi)裝式主軸電機(jī)),主軸最高轉(zhuǎn)速達(dá) 200000r/min; ( 2)進(jìn)給率:在分辨率為 0.01m 時(shí),最大進(jìn)給率達(dá)到 240m/min 且可獲得復(fù)雜 型面的精確加工; ( 3)運(yùn)算速度:微處理器的迅速發(fā)展為倒角機(jī)床系統(tǒng)向高速、高精度方向發(fā)展提 供了保障,開發(fā)出 CPU 已發(fā)展到 32 位以及 64 位的倒角機(jī)床系統(tǒng),頻率提高到幾百兆 赫、上千兆赫。由于運(yùn)算速度的極大提高,使得當(dāng)分辨率為 0.1m 、 0.01m 時(shí)仍能 獲得高達(dá) 24 240m/min 的進(jìn)給速度; ( 4)換刀速度:目前國(guó)外先進(jìn)加工中心的刀具交換時(shí)間普遍已在 1s 左右,高的 已達(dá) 0.5s。德國(guó) Chiron 公司將刀庫(kù)設(shè)計(jì)成籃子樣式,以主軸為軸心,刀具在圓周布 置,其刀到刀的換刀時(shí)間僅 0.9s。 2 高精度化 倒角機(jī)床 精度的要求現(xiàn)在已經(jīng)不局限于靜態(tài)的幾何精度,機(jī)床的運(yùn)動(dòng)精度、熱變 形以及對(duì)振動(dòng)的監(jiān)測(cè)和補(bǔ)償越來越獲得重視。 ( 1)提高 CNC 系統(tǒng)控制精度:采用高速插補(bǔ)技術(shù),以微小程序段實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)給, 使 CNC 控制單位精細(xì)化,并采用高分辨率位置檢測(cè)裝置,提高位置檢測(cè)精度(日本已 開發(fā)裝有 106 脈沖 /轉(zhuǎn)的內(nèi)藏 位置檢測(cè)器的交流伺服電機(jī),其位置檢測(cè)精度可達(dá)到 0.01m/ 脈沖),位置伺服系統(tǒng)采用前饋控制與非線性控制等方法; ( 2)采用誤差補(bǔ)償技術(shù):采用反向間隙補(bǔ)償、絲桿螺距誤差補(bǔ)償和刀具誤差補(bǔ)償 等技術(shù),對(duì)設(shè)備的熱變形誤差和空間誤差進(jìn)行綜合補(bǔ)償。研究結(jié)果表明,綜合誤差補(bǔ) 償技術(shù)的應(yīng)用可將加工誤差減少 60% 80%; ( 3)采用網(wǎng)格解碼器檢查和提高加工中心的運(yùn)動(dòng)軌跡精度,并通過仿真預(yù)測(cè)機(jī)床 的加工精度,以保證機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度,使其性能長(zhǎng)期穩(wěn)定,能夠在不 同運(yùn)行條件下完成多種加工任務(wù),并保證零件的加工質(zhì)量。 3 功能復(fù)合化 復(fù)合機(jī)床的含義是指在一臺(tái)機(jī)床上實(shí)現(xiàn)或盡可能完成從毛坯至成品的多種要素 加工。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為工藝復(fù)合型和工序復(fù)合型兩類。工藝復(fù)合型機(jī)床如鏜銑 鉆復(fù)合 加工中心、車銑復(fù)合 車削中心、銑鏜鉆車復(fù)合 復(fù)合加工中心等; 工序復(fù)合型機(jī)床如多面多軸聯(lián)動(dòng)加工的復(fù)合機(jī)床和雙主軸車削中心等。采用復(fù)合機(jī)床 進(jìn)行加工,減少了工件裝卸、更換和調(diào)整刀具的輔助時(shí)間以及中間過程中產(chǎn)生的誤差, 提高了零件加工精度,縮短了產(chǎn)品制造周期,提高了生產(chǎn)效率和制造商的市場(chǎng)反應(yīng)能 力,相對(duì)于傳統(tǒng)的工序分散的生產(chǎn)方法具有明顯 的優(yōu)勢(shì)。 加工過程的復(fù)合化也導(dǎo)致了機(jī)床向模塊化、多軸化發(fā)展。德國(guó) Index 公司最新 推出的車削加工中心是模塊化結(jié)構(gòu),該加工中心能夠完成車削、銑削、鉆削、滾齒、 磨削、激光熱處理等多種工序,可完成復(fù)雜零件的全部 加工。隨著現(xiàn)代機(jī)械加工要求 的不斷提高,大量的多軸聯(lián)動(dòng)倒角機(jī)床 越來越受到各大企業(yè)的歡迎。 在 2005 年中國(guó)國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)( CIMT2005)上,國(guó)內(nèi)外制造商展出了形式各異 的多軸加工機(jī)床(包括雙主軸、雙刀架、 9 軸控制等)以及可實(shí)現(xiàn) 4 5 軸聯(lián)動(dòng)的五軸 高速門式加工中心、五軸聯(lián)動(dòng)高速銑削中心等。 4 控制智能化 隨著人工智能技術(shù)的發(fā) 展,為了滿足制造業(yè)生產(chǎn)柔性化、制造自動(dòng)化的發(fā)展需求, 倒角機(jī)床 的智能化程度在不斷提高。具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面: ( 1)加工過程自適應(yīng)控制技術(shù):通過監(jiān)測(cè)加工過程中的切削力、主軸和進(jìn)給電機(jī) 的功率、電流、電壓等信息,利用傳統(tǒng)的或現(xiàn)代的算法進(jìn)行識(shí)別,以辯識(shí)出刀具的受 力、磨損、破損狀態(tài)及機(jī)床加工的穩(wěn)定性狀態(tài),并根據(jù)這些狀態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)整加工參數(shù)(主 軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度)和加工指令,使設(shè)備處于最佳運(yùn)行狀態(tài),以提高加工精度、降低 加工表面粗糙度并提高設(shè)備運(yùn)行的安全性; ( 2)加工參數(shù)的 智能優(yōu)化與選擇:將工藝專家或技師的經(jīng)驗(yàn)、零件加工的一般與 特殊規(guī)律,用現(xiàn)代智能方法,構(gòu)造基于專家系統(tǒng)或基于模型的 “ 加工參數(shù)的智能優(yōu)化 與選擇器 ” ,利用它獲得優(yōu)化的加工參數(shù),從而達(dá)到提高編程效率和加工工藝水平、 縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間的目的; ( 3)智能故障自診斷與自修復(fù)技術(shù):根據(jù)已有的故障信息,應(yīng)用現(xiàn)代智能方法實(shí) 現(xiàn)故障的快速準(zhǔn)確定位; ( 4)智能故 障回放和故障仿真技術(shù):能夠完整記錄系統(tǒng)的各種信息,對(duì)倒角機(jī)床 發(fā)生的各種錯(cuò)誤和事故進(jìn)行回放和仿真,用以確定錯(cuò)誤引起的原因,找出解決問題的 辦法,積累生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn); ( 5) 智能化交流伺服驅(qū)動(dòng)裝置:能自動(dòng)識(shí)別負(fù)載,并自動(dòng)調(diào)整參數(shù)的智能化伺服 系統(tǒng),包括智能主軸交流驅(qū)動(dòng)裝置和智能化進(jìn)給伺服裝置。這種驅(qū)動(dòng)裝置能自動(dòng)識(shí)別 電機(jī)及負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,并自動(dòng)對(duì)控制系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整,使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)獲得最 佳運(yùn)行; ( 6)智能 4M 倒角機(jī)床系統(tǒng):在制造過程中,加工、檢測(cè)一體化是實(shí)現(xiàn)快速制造、 快速檢測(cè)和快速響應(yīng)的有效途徑,將測(cè)量( Measurement)、建模( Modelling)、加工 ( Manufacturing)、機(jī)器操作( Manipulator)四者(即 4M)融合在一個(gè)系統(tǒng)中,實(shí) 現(xiàn)信息共享,促 進(jìn)測(cè)量、建模、加工、裝夾、操作的一體化。 5 體系開放化 ( 1)向未來技術(shù)開放:由于軟硬件接口都遵循公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議,只需少量的重新 設(shè)計(jì)和調(diào)整,新一代的通用軟硬件資源就可能被現(xiàn)有系統(tǒng)所采納、吸收和兼容,這就 意味著系統(tǒng)的開發(fā)費(fèi)用將大大降低而系統(tǒng)性能與可靠性將不斷改善并處于長(zhǎng)生命周 期; ( 2)向用戶特殊要求開放:更新產(chǎn)品、擴(kuò)充功能、提供硬軟件產(chǎn)品的各種組合以 滿足特殊應(yīng)用要求; ( 3)倒角機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)的建立:國(guó)際上正在研究和制定一種新的 CNC 系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn) ISO14649( STEP-NC),以提供一種不依 賴于具體系統(tǒng)的中性機(jī)制,能夠描述產(chǎn)品整個(gè) 生命周期內(nèi)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型,從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)制造過程乃至各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品信息的標(biāo) 準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)化的編程語言,既方便用戶使用,又降低了和操作效率直接有關(guān)的勞動(dòng)消 耗。 6 驅(qū)動(dòng)并聯(lián)化 并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床克服了傳統(tǒng)機(jī)床串聯(lián)機(jī)構(gòu)移動(dòng)部件質(zhì)量大、系統(tǒng)剛度低、刀具只能 沿固定導(dǎo)軌進(jìn)給、作業(yè)自由度偏低、設(shè)備加工靈活性和機(jī)動(dòng)性不夠等固有缺陷,在機(jī) 床主軸(一般為動(dòng)平臺(tái))與機(jī)座(一般為靜平臺(tái))之間采用多桿并聯(lián)聯(lián)接機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng), 通過控制桿系中桿的長(zhǎng)度使桿系支撐的平臺(tái)獲得相應(yīng)自由度的運(yùn)動(dòng),可實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo) 聯(lián) 動(dòng)倒角機(jī)床加工、裝配和測(cè)量多種功能,更能滿足復(fù)雜特種零件的加工,具有現(xiàn)代機(jī) 器人的模塊化程度高、重量輕和速度快等優(yōu)點(diǎn)。 并聯(lián)機(jī)床作為一種新型的加工設(shè)備,已成為當(dāng)前機(jī)床技術(shù)的一個(gè)重要研究方向, 受到了國(guó)際機(jī)床行業(yè)的高度重視,被認(rèn)為是 “ 自發(fā)明倒角機(jī)床技術(shù)以來在機(jī)床行業(yè)中 最有意義的進(jìn)步 ” 和 “21 世紀(jì)新一代倒角機(jī)床加工設(shè)備 ” 。 7 極端化(大型化和微型化) 國(guó)防、航空、航天事業(yè)的 發(fā)展和能源等基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)裝備的大型化需要大型且性能良 好的倒角機(jī)床 的支撐。而超精密加工技術(shù)和微納米技術(shù)是 21 世紀(jì)的戰(zhàn)略技術(shù),需 發(fā) 展能適應(yīng)微小型尺寸和微納米加工精度的新型制造工藝和裝備,所以微型機(jī)床包括微 切削加工(車、銑、磨)機(jī)床、微電加工機(jī)床、微激光加工機(jī)床和微型壓力機(jī)等的需 求量正在逐漸增大。 8 信息交互網(wǎng)絡(luò)化 對(duì)于面臨激烈競(jìng)爭(zhēng)的企業(yè)來說,使倒角機(jī)床 具有雙向、高速的聯(lián)網(wǎng)通訊功能,以 保證信息流在車間各個(gè)部門間暢 通無阻是非常重要的。既可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享,又 能實(shí)現(xiàn)倒角機(jī)床 的遠(yuǎn)程監(jiān)視、控制、培訓(xùn)、教學(xué)、管理,還可實(shí)現(xiàn)倒角機(jī)床裝備的數(shù) 字化服務(wù)(倒角機(jī)床機(jī)床故障的遠(yuǎn)程診斷、維護(hù)等)。例如,日本 Mazak 公司推出新 一代的加工中心 配備了一個(gè)稱為信息塔( e-Tower)的外部設(shè)備,包括計(jì)算機(jī)、手機(jī)、 機(jī)外和機(jī)內(nèi)攝像頭等,能夠?qū)崿F(xiàn)語音、圖形、視像和文本的通信故障報(bào)警顯示、在線 幫助排除故障等功能,是獨(dú)立的、自主管理的制造單元。 9 新型功能部件 為了提高倒角機(jī)床 各方面的性能,具有高精度和高可靠性的新型功能部件的應(yīng)用 成為必然。具有代表性的新型功能部件包括: ( 1)高頻電主軸:高頻電主軸是高頻電動(dòng)機(jī)與主軸部件的集成,具 有體積小、轉(zhuǎn) 速高、可無級(jí)調(diào)速等一系列優(yōu)點(diǎn),在各種新型倒角機(jī)床 中已經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用; ( 2)直線電動(dòng)機(jī):近年來 ,直線電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用日益廣泛,雖然其價(jià)格高于傳統(tǒng)的 伺服系統(tǒng),但由于負(fù)載變化擾動(dòng)、熱變形補(bǔ)償、隔磁和防護(hù)等關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用,機(jī)械 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化,機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能有了提高。如:西門子公司生產(chǎn)的 1FN1 系列三 相交流永磁式同步直線電動(dòng)機(jī)已開始廣泛應(yīng)用于高速銑床、加工中心、磨床、并聯(lián)機(jī) 床以及動(dòng)態(tài)性能和運(yùn)動(dòng)精度要求高的機(jī)床等;德國(guó) EX-CELL-O 公司的 XHC 臥式加工中 心三向驅(qū)動(dòng)均采用兩個(gè)直線電動(dòng)機(jī); ( 3)電滾珠絲桿: 電滾珠絲桿是伺服電動(dòng)機(jī)與滾珠絲桿的集成,可以大大簡(jiǎn)化倒 角機(jī)床 的結(jié)構(gòu),具有傳動(dòng)環(huán)節(jié)少、結(jié)構(gòu)緊湊等一系列 優(yōu)點(diǎn)。 中國(guó)作為一個(gè)制造大國(guó),主要還是依靠勞動(dòng)力、價(jià)格、資源等方面的比較優(yōu)勢(shì), 而在產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新與自主開發(fā)方面與國(guó)外同行的差距還很大。中國(guó)的倒角機(jī)床產(chǎn)業(yè) 不能安于現(xiàn)狀,應(yīng)該抓住機(jī)會(huì)不斷發(fā)展,努力發(fā)展自己的先進(jìn)技術(shù),加大技術(shù)創(chuàng)新與 人才培訓(xùn)力度,提高企業(yè)綜合 服務(wù)能力,努力縮短與發(fā)達(dá)國(guó)家之間的差距。力爭(zhēng)早日 實(shí)現(xiàn)倒角機(jī)床 產(chǎn)品從低端到高端、從初級(jí)產(chǎn)品加工到高精尖產(chǎn)品制造的轉(zhuǎn)變,實(shí)現(xiàn)從 中國(guó)制造到中國(guó)創(chuàng)造、從制造大國(guó)到制造強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變。 作為一名大學(xué)生,我還不具備設(shè)計(jì)出以上那么先進(jìn)的倒角機(jī)床,所以我設(shè) 計(jì)的是簡(jiǎn)易齒輪自動(dòng) 倒角機(jī) ,以 達(dá)到齒輪倒角目的。 審 核 意 見 指導(dǎo)教師評(píng)閱意見 (對(duì)選題情況、研究?jī)?nèi)容、工作安排、文獻(xiàn)綜述等方面進(jìn)行評(píng) 閱) 簽字: 年 月 日 教研室主任意見 簽字: 年 月 日 學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)意見 簽字: 年 月 日 公章:
開題報(bào)告
論 文 題 目: 齒輪自動(dòng)倒角機(jī)
學(xué) 院:
專 業(yè) 、班 級(jí):
學(xué) 生 姓 名:
學(xué) 生 學(xué) 號(hào):
指導(dǎo)教師(職稱):
2016 年 12 月 29 日填
一、選題依據(jù)
1.論文(設(shè)計(jì))題目
齒輪自動(dòng)倒角機(jī)
2.研究領(lǐng)域
非標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械設(shè)計(jì)
3.論文(設(shè)計(jì))工作的理論意義和應(yīng)用價(jià)值
齒輪作為機(jī)械中重要的傳動(dòng)零件,其加工可分為粗加工和精加工。粗加工有滾齒、插齒等,精加工有剃齒、磨齒等。在經(jīng)過粗加工后,齒的端部會(huì)產(chǎn)生飛邊,且通常伴隨著毛刺。
由于鋒利的棱角和毛刺的存在,影響其外觀、傳動(dòng)精度、再加工和裝配,并產(chǎn)生傳動(dòng)噪音,以至使齒輪的性能可靠性、壽命和潤(rùn)滑效果下降,更主要的是降低了齒輪的質(zhì)量,還會(huì)導(dǎo)致整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)不能正常工作, 使可靠性、穩(wěn)定性降低。當(dāng)存在毛刺的機(jī)器作機(jī)械運(yùn)動(dòng)或振動(dòng)時(shí), 脫落的毛刺會(huì)造成機(jī)器滑動(dòng)表面過早磨損、噪音增大。因此我們必須考慮給齒輪倒角。過去,沒有齒輪倒角設(shè)備,該工藝都是通過工人的手工進(jìn)行的,工作環(huán)境惡劣,不但勞動(dòng)效率低下,對(duì)工人的操作要求高,而且加工質(zhì)量不高,嚴(yán)重影響生產(chǎn)進(jìn)度。以前,用戶對(duì)倒角的質(zhì)量要求不高,齒輪倒角不作為很重要的工藝,并且生產(chǎn)任務(wù)量少,手工倒角可以滿足質(zhì)量和效率的要求,但是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大,用戶對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來越高,齒輪倒角不再是可粗可精可有可無的工藝,已經(jīng)成為很重要的生產(chǎn)工藝,甚至因?yàn)榈菇琴|(zhì)量達(dá)不到要求導(dǎo)致產(chǎn)品不合格,并且生產(chǎn)任務(wù)量也越來越大,手工生產(chǎn)已滿足不了生產(chǎn)的需要。
因此有必要對(duì)齒輪倒角工藝的原理進(jìn)行分析并設(shè)計(jì)出相應(yīng)的機(jī)床。以適應(yīng)現(xiàn)代對(duì)齒輪倒角加工的生產(chǎn)需要。
齒輪倒角機(jī)是一種很好的用于給齒輪倒角去除毛刺,去飛邊的自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備,它采用雙刀分離結(jié)構(gòu),刀具進(jìn)給,一齒切削完畢,刀軸讓刀、工件分度并開始下一次的切削。從開始切削起,工件轉(zhuǎn)一周即可完成一個(gè)零件的倒角加工。進(jìn)給方式一般采用刀具進(jìn)給也可根據(jù)需要采用工件進(jìn)給方式。同時(shí)極大的提高齒輪的嚙合精度,有效地降低了傳動(dòng)過程中的振動(dòng)和噪音,提高了齒輪的工作壽命??傊?,該機(jī)床為機(jī)械行業(yè)提供了可靠的傳動(dòng)零部件。
齒輪倒角機(jī)是用于變速箱滑移齒輪齒端倒圓角、倒尖角以及倒尖拱形角的齒輪加工機(jī)床, 是汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床齒輪的批量生產(chǎn)必不可缺的設(shè)備。齒輪倒角機(jī)的類型有指狀銑刀型和端面銑刀型。
齒輪倒角機(jī)總體結(jié)構(gòu)為臥式布局, 采用模塊化設(shè)計(jì),具有調(diào)整操作方便,穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。齒輪倒角機(jī)采用用硬質(zhì)合金機(jī)夾刀(刀具形式根據(jù)加工件選定)。此機(jī)床具有高效、加工質(zhì)量好,操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn),因此它即能滿足小批量新產(chǎn)品的試制加工,又
能適合于大批量規(guī)?;a(chǎn)的需要,是汽車齒輪加工的理想設(shè)備。
4.目前研究的概況和發(fā)展趨勢(shì)
隨著生產(chǎn)幾十年發(fā)展和使用要求的提高,齒輪正朝著高精度、高強(qiáng)度、高承載、低噪聲、輕量化及長(zhǎng)壽命方向發(fā)展。對(duì)齒輪輪齒進(jìn)行倒角是控制齒輪噪聲等的一個(gè)十分重要的工藝措施,已引起國(guó)內(nèi)外齒輪加工制造普遍的關(guān)注和重視。
4.1 國(guó)內(nèi)概況
中國(guó)的齒輪倒角機(jī)床研究制造已有幾十年歷史,從九十年代初至今近二十多年間發(fā)展較快。目前有三種系列,分別是臥式指形銑刀倒角機(jī)、立式指形銑刀倒角機(jī)、端
面銑刀倒角機(jī)。共有四種品種,分別是最大工件直徑 200mm、320mm、500mm、800mm。
從手工到半自動(dòng)再到自動(dòng),隨著科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,齒輪加工業(yè)對(duì)于齒輪加工機(jī)床的性能要求不斷提高,反之,齒輪加工機(jī)床制造業(yè)對(duì)于齒輪加工又具有導(dǎo)向作用,形成有機(jī)的聯(lián)動(dòng)發(fā)展。為此,一批能適應(yīng)社會(huì)科技和經(jīng)濟(jì)發(fā)展節(jié)拍的新產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生。安徽六安金城機(jī)械有限公司、溫嶺市美日機(jī)床有限公司、重慶機(jī)床有限公司、陜西秦川機(jī)床有限公司、天津第一機(jī)床總廠、天津市達(dá)鑫精密機(jī)械設(shè)備有限公司等眾多廠家
都對(duì)齒輪倒角機(jī)研發(fā)和生產(chǎn)。YKD9320C 數(shù)控齒輪倒角機(jī)是天津第一機(jī)床總廠開發(fā)的數(shù)控齒輪倒角機(jī),該機(jī)床采用四軸數(shù)控系統(tǒng), 即兩個(gè)倒角軸, 一個(gè)倒棱軸及一個(gè)工件分度軸, 完成切削進(jìn)給, 讓刀運(yùn)動(dòng)和工件圓周分度運(yùn)動(dòng),主要用于汽車、摩托車、拖拉機(jī)變速箱換擋齒輪的倒角加工, 可加工盤狀齒輪、齒圈等的齒部倒尖角和圓弧角并有專門機(jī)構(gòu)可倒棱, 可在完成輪齒一側(cè)倒角的同時(shí)加工另一側(cè)的倒棱。南京第二機(jī)床廠經(jīng)過對(duì) Y9380 型齒輪倒角機(jī)的改進(jìn),使得它成為了可倒高低齒圓角的倒角機(jī)。同時(shí)還生產(chǎn)了 YX9332 端面銑刀型高效齒輪倒角機(jī),新一代端面銑刀型高效齒輪倒角機(jī),其目的主要用于變速箱滑移齒輪, 便于引導(dǎo)兩齒輪進(jìn)入相互嚙合。還如天津精誠(chéng)機(jī)床廠制造的 YH9325F 和 YH9332G 型倒角機(jī),最近一種新式的旋風(fēng)式齒輪倒角機(jī)也開始應(yīng)用于生產(chǎn)之中,這種機(jī)床采用工件與刀具的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)來進(jìn)行加工,生產(chǎn)效率得到進(jìn)一步提高。
4.2 國(guó)外概況
國(guó)外的齒輪倒角機(jī)床自動(dòng)化程度、精密度較高。發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)廣泛的將齒輪倒角工序同其他的齒輪加工工序組合在一起,形成多功能加工機(jī)床,能夠滿足多工位、多工序的機(jī)械加工要求。生產(chǎn)廠家可根據(jù)倒角的設(shè)計(jì)圖紙,迅速的進(jìn)行調(diào)整并進(jìn)行加工。例如德國(guó)的 Prawema 數(shù)控倒角機(jī), 除可高效倒角外, 機(jī)床還可配齊自動(dòng)上下料部件。此類機(jī)床運(yùn)用數(shù)控旋分原理, 除作倒角外還可作多面體、端面齒和端面槽的高效加工。
4.3 倒角機(jī)床發(fā)展趨勢(shì)與不足
目前,倒角機(jī)床的發(fā)展日新月異,高速化、高精度化、復(fù)合化、智能化、開放化、并聯(lián)驅(qū)動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、極端化、綠色化已成為倒角機(jī)床發(fā)展的趨勢(shì)和方向。
我們應(yīng)看清形勢(shì),充分認(rèn)識(shí)國(guó)產(chǎn)倒角機(jī)床的不足,努力發(fā)展先進(jìn)技術(shù),加大技術(shù)創(chuàng)新與培訓(xùn)服務(wù)力度,以縮短與發(fā)達(dá)國(guó)家之間的差距。
(1)不斷加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新是提高國(guó)產(chǎn)倒角機(jī)床水平的關(guān)鍵。
國(guó)產(chǎn)倒角機(jī)床缺乏核心技術(shù),從高性能倒角機(jī)床系統(tǒng)到關(guān)鍵功能部件基本都依賴進(jìn)口,即使近幾年有些國(guó)內(nèi)制造商艱難地創(chuàng)出了自己的品牌,但其產(chǎn)品的功能、性能的可靠性仍然與國(guó)外產(chǎn)品有一定差距。近幾年國(guó)產(chǎn)倒角機(jī)床制造商通過技術(shù)引進(jìn)、海內(nèi)外并購(gòu)重組以及國(guó)外采購(gòu)等獲得了一些先進(jìn)倒角機(jī)床技術(shù),但缺乏對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)與精度、可靠性、人性化設(shè)計(jì)等基礎(chǔ)性技術(shù)的研究,忽視了自主開發(fā)能力的培育,國(guó)產(chǎn)倒角機(jī)床的技術(shù)水平、性能和質(zhì)量與國(guó)外還有較大差距,同樣難以得到大多數(shù)用戶的認(rèn)可。
(2)制造水平與管理手段依然落后。
一些國(guó)產(chǎn)倒角機(jī)床制造商不夠重視整體工藝與制造水平的提高,加工手段基本以普通機(jī)床與低效刀具為主,裝配調(diào)試完全靠手工,加工質(zhì)量在生產(chǎn)進(jìn)度的緊逼下不能得到穩(wěn)定與提高。另外很多國(guó)產(chǎn)倒角機(jī)床制造商的生產(chǎn)管理依然沿用原始的手工臺(tái)賬管理方式,工藝水平和管理效率低下使得企業(yè)無法形成足夠生產(chǎn)規(guī)模。如國(guó)外機(jī)床制造商能做到每周裝調(diào)出產(chǎn)品,而國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)周期過長(zhǎng)且很難控制。因此我們?cè)谝M(jìn)技術(shù)的同時(shí)應(yīng)注意加強(qiáng)自身工藝技術(shù)改造和管理水平的提升。
(3)服務(wù)水平與能力欠缺也是影響國(guó)產(chǎn)倒角機(jī)床占有率的一個(gè)重要因素。
由于倒角機(jī)床產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,一部分企業(yè)不顧長(zhǎng)遠(yuǎn)利益,對(duì)提高自身的綜合服務(wù)水平不夠重視,甚至對(duì)服務(wù)缺乏真正的理解,只注重推銷而不注重售前與售后服務(wù)。有些企業(yè)派出的人員對(duì)生產(chǎn)的倒角機(jī)床缺乏足夠了解,不會(huì)使用或使用不好倒角機(jī)床,更不能指導(dǎo)用戶使用好機(jī)床;有的對(duì)先進(jìn)高效刀具缺乏基本了解,不能提供較好的工藝解決方案,用戶自然對(duì)制造商缺乏信心。制造商的服務(wù)應(yīng)從研究用戶的加工產(chǎn)品、工藝、生產(chǎn)類型、質(zhì)量要求入手,幫助用戶進(jìn)行設(shè)備選型,推薦先進(jìn)工藝與工輔具,配備專業(yè)的培訓(xùn)人員和良好的培訓(xùn)環(huán)境,幫助用戶發(fā)揮機(jī)床的最大效益、加工出高質(zhì)量的最終產(chǎn)品,這樣才能逐步得到用戶的認(rèn)同,提高國(guó)產(chǎn)倒角機(jī)床的市場(chǎng)占有率。
(4)加大倒角機(jī)床專業(yè)人才的培養(yǎng)力度。
從我國(guó)倒角機(jī)床的發(fā)展形式來看需要三種層次的倒角機(jī)床技術(shù)人才:第一種是熟悉倒角機(jī)床的操作及加工工藝、懂得簡(jiǎn)單的機(jī)床維護(hù)、能夠進(jìn)行手工或自動(dòng)編程的車間技術(shù)操作人員;第二種是熟悉倒角機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)及倒角機(jī)床系統(tǒng)軟硬件知識(shí)的中級(jí)人才,要掌握復(fù)雜模具的設(shè)計(jì)和制造知識(shí),能夠熟練應(yīng)用UG、PRO/E等CAD/CAM軟件,同時(shí)有扎實(shí)的專業(yè)理論知識(shí)、較高的英語水平并積累了大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn);第三種是精通倒角機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及倒角機(jī)床系統(tǒng)電氣設(shè)計(jì)、能夠進(jìn)行倒角機(jī)床產(chǎn)品開發(fā)及技術(shù)創(chuàng)新的倒角機(jī)床技術(shù)高級(jí)人才。我國(guó)應(yīng)根據(jù)需要有目標(biāo)的加大人才培養(yǎng)力度,為我國(guó)的倒角機(jī)床產(chǎn)業(yè)提供強(qiáng)大的技術(shù)人才支撐。
二、論文(設(shè)計(jì))研究的內(nèi)容
1.重點(diǎn)解決的問題(1)齒輪自動(dòng)倒角機(jī)運(yùn)動(dòng)參數(shù)設(shè)計(jì)
(2)齒輪自動(dòng)倒角機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)
2.擬開展研究的幾個(gè)主要方面(論文寫作大綱或設(shè)計(jì)思路)(1)設(shè)計(jì)齒輪自動(dòng)倒角機(jī)的意義;
(2)分析目前國(guó)內(nèi)外齒輪倒角相關(guān)技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn),找出該領(lǐng)域所存在的問題;(3)倒角方法的選擇(4)齒輪自動(dòng)倒角機(jī)的總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì);
(5)齒輪自動(dòng)倒角機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);(6)齒輪自動(dòng)倒角機(jī)主要零部件的設(shè)計(jì)。
3.本論文(設(shè)計(jì))預(yù)期取得的成果
(1) 通過所查閱的相關(guān)資料和文獻(xiàn),了解齒輪倒角意義,以及目前國(guó)內(nèi)外的相關(guān)
技術(shù)。
(2) 最終提交設(shè)計(jì)說明書一份;(3) 外文參考文獻(xiàn)翻譯一份;
(4) 繪制齒輪自動(dòng)倒角機(jī)的總裝配圖;(5) 主要零部件圖紙。
三、論文(設(shè)計(jì))工作安排
1.擬采用的主要研究方法(技術(shù)路線或設(shè)計(jì)參數(shù))
(1)調(diào)查、收集相關(guān)的資料。
(2)國(guó)內(nèi)外不同齒輪倒角方法的認(rèn)識(shí)和比較。
(3)齒輪自動(dòng)倒角機(jī)運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)的選擇。
(4)齒輪自動(dòng)倒角機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
2.論文(設(shè)計(jì))進(jìn)度計(jì)劃
第 1 周:收集齒輪自動(dòng)倒角機(jī)相關(guān)資料,準(zhǔn)備撰寫開題報(bào)告
第 2 周:閱讀整理所收集資料
第 3 周:完成開題報(bào)告,交指導(dǎo)老師修改
第 4 周:完成開題報(bào)告并進(jìn)行答辯
第 5 周:齒輪自動(dòng)倒角機(jī)總體方案設(shè)計(jì)
第 6 周:齒輪自動(dòng)倒角機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)分析和計(jì)算
第 7 周:齒輪自動(dòng)倒角機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì),進(jìn)行中期撿查。
第 8 周:齒輪自動(dòng)倒角機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-------繪制裝配圖
第 9 周:齒輪自動(dòng)倒角機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-------修改完善裝配圖
第 10 周:齒輪自動(dòng)倒角機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)----繪制零件圖
第 11 周:撰寫齒輪自動(dòng)倒角機(jī)設(shè)計(jì)說明書
第 12 周:完成齒輪自動(dòng)倒角機(jī)設(shè)計(jì)說明書,上交老師
第 13 周:修改完善齒輪自動(dòng)倒角機(jī)設(shè)計(jì)說明書
第 14 周:翻譯外文資料
第 15 周:修改完善所有設(shè)計(jì)內(nèi)容,準(zhǔn)備答辯
四、需要閱讀的參考文獻(xiàn)
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附:文獻(xiàn)綜述或報(bào)告一、國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀
最近幾十年,我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速,加入到WTO后,以其市場(chǎng)和資源優(yōu)勢(shì)逐漸變成全球制造中心,也使我國(guó)數(shù)十萬大、中、小型企業(yè)面對(duì)著前所未有的挑戰(zhàn)。目前,我國(guó)在某些制造行業(yè),例如紡織、輕工業(yè)等等具有競(jìng)爭(zhēng)活力,發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁,入世后能夠發(fā)揮比較優(yōu)勢(shì),獲得較多發(fā)展機(jī)遇,而在高新技術(shù)制造領(lǐng)域,最近幾年雖也有所發(fā)展,但在技術(shù)等方面基本上依靠境外投資,在多數(shù)領(lǐng)域尚未完成自主發(fā)展。
近幾年我國(guó)汽車領(lǐng)域發(fā)展很快,汽車產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的第四大支柱產(chǎn)業(yè),我國(guó)也成為第四大汽車生產(chǎn)國(guó)。隨著汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,其機(jī)械換檔裝置中重要的零一同步器的要求也越來越高,而國(guó)內(nèi)制造廠家對(duì)其內(nèi)外花鍵齒端倒角的加工一直存在困難,表現(xiàn)就是該工序的準(zhǔn)備時(shí)間即調(diào)整機(jī)床的時(shí)間過長(zhǎng),根據(jù)倒角的不同形式,準(zhǔn)備時(shí)間少則半天,多則幾天甚至更長(zhǎng),而且精度也很難保證,不僅同步器的內(nèi)外花鍵,其他齒輪的倒角加工也面I臨著同樣的問題,例如變速箱中齒輪倒角的加工。造成這種情況的主要原因有:
國(guó)內(nèi)對(duì)齒輪倒角的設(shè)計(jì)原理和制造方法不很了解,國(guó)內(nèi)沒有針對(duì)齒輪倒角的研發(fā)機(jī)構(gòu),只能靠國(guó)外的圖紙進(jìn)行仿造。
齒輪倒角加工歷史雖然很長(zhǎng),但是由于汽車行業(yè)的興起以及齒輪倒角樣式的不斷更新,所以目前的齒輪倒角加工可以算上新興制造行業(yè)??傮w來說,國(guó)內(nèi)對(duì)齒輪倒角加工方面的研究還是不多,目前倒角加工的重點(diǎn)已經(jīng)從以前單一的平面倒角加-FN現(xiàn)
在各式各樣的異型倒角加工,國(guó)內(nèi)從技術(shù)、設(shè)備等方面都欠缺。
齒輪倒角機(jī)雖然是輔助機(jī)床,但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜,以國(guó)內(nèi)倒角機(jī)為例,一臺(tái)臥式倒角機(jī)共有15個(gè)左右的軸,3—4個(gè)數(shù)控軸,比一般主要機(jī)床要復(fù)雜的多,這就造成了其制成本較高,國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家對(duì)輔機(jī)的重視不夠,不愿意花高價(jià)購(gòu)買。鑒于復(fù)雜程度、利潤(rùn)等等方面的考慮,使得國(guó)內(nèi)機(jī)床制造廠家對(duì)倒角機(jī)床的制造和研發(fā)熱情不高,目前國(guó)內(nèi)僅有數(shù)家制造廠家能夠制造數(shù)控倒角機(jī)床,間接導(dǎo)致國(guó)內(nèi)倒角機(jī)床的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國(guó)外機(jī)床,特別是對(duì)于異性倒角的理論計(jì)算和調(diào)整十分困難Ⅲ。
無論是倒角形式、倒角機(jī)床還是檢測(cè)倒角的方法,目前國(guó)內(nèi)的情況是:
國(guó)家沒有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),行業(yè)也沒有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),甚至企業(yè)沒有企業(yè)標(biāo)準(zhǔn),導(dǎo)致企業(yè)、用戶、機(jī)床制造廠家之間交流與合作比較困難。鑒于倒角加工存在的問題,國(guó)內(nèi)很多學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了研究,天津大學(xué)機(jī)械學(xué)院結(jié)合天津某同步器廠對(duì)于同步器內(nèi)外花鍵齒端倒角加工的問題,開發(fā)了一套參數(shù)計(jì)算與仿真系統(tǒng)(在本文以下內(nèi)容中稱為原系統(tǒng)),在一定程度上解決了部分倒角形式的加工問題。本文將以其為基礎(chǔ),對(duì)其作進(jìn)一步補(bǔ)充和完善,并從機(jī)床本身出發(fā),設(shè)計(jì)解決該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)未能解決的一些難題最后將該系統(tǒng)應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中,建立基于web的計(jì)算仿真系統(tǒng),力圖在現(xiàn)有的技術(shù)條件下,進(jìn)一步提高加工精度,縮短機(jī)床調(diào)整時(shí)間,提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。
二、國(guó)外現(xiàn)狀
對(duì)美國(guó)產(chǎn)齒輪的研究發(fā)現(xiàn),美國(guó)無論是通用公司,還是博格華納,
GE.BUCYRUS,ALLISON,TEREX,CAT,等公司,生產(chǎn)的無論是閉式或開式的齒輪,均對(duì)其
經(jīng)行倒角,雖然美國(guó)尚沒有統(tǒng)一的齒輪倒角國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),但是各公司對(duì)齒輪倒角有著相
同的共識(shí)——必須倒角,并按各自公司的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行實(shí)施。國(guó)外對(duì)這一技術(shù)的應(yīng)用
十分重視,足以表明齒輪倒角的重要性和必要性。
近4~5年來.國(guó)際上齒輪加工機(jī)床行業(yè)已逐步形成Gleason/Pfauter/Hugh集團(tuán)、
Kapp/Niles集團(tuán)、SigmaΣPool集團(tuán)、Samputensili/Modul集團(tuán)等幾大跨國(guó)集團(tuán)??上蛴脩籼峁┏商X輪加工技術(shù)與裝備。
三、目前趨勢(shì)
進(jìn)入 21 世紀(jì),我國(guó)經(jīng)濟(jì)與國(guó)際全面接軌,進(jìn)入了一個(gè)蓬勃發(fā)展的新時(shí)期。機(jī)床制造業(yè)既面臨著機(jī)械制造業(yè)需求水平提升而引發(fā)的制造裝備發(fā)展的良機(jī),也遭遇到加入世界貿(mào)易組織后激烈的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的壓力,加速推進(jìn)倒角機(jī)床的發(fā)展是解決機(jī)床制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵。隨著制造業(yè)對(duì)倒角機(jī)床的大量需求以及計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的飛速進(jìn)步,倒角機(jī)床的應(yīng)用范圍還在不斷擴(kuò)大,并且不斷發(fā)展以更適應(yīng)生產(chǎn)加工的需要。本文簡(jiǎn)要分析了倒角機(jī)床高速化、高精度化、復(fù)合化、智能化、開放化、網(wǎng)絡(luò)化、多軸化、綠色化等發(fā)展趨勢(shì),并提出了我國(guó)倒角機(jī)床發(fā)展中存在的一些問題。
1.高速化
隨著汽車、國(guó)防、航空、航天等工業(yè)的高速發(fā)展以及鋁合金等新材料的應(yīng)用,對(duì)倒角機(jī)床加工的高速化要求越來越高。
(1)主軸轉(zhuǎn)速:機(jī)床采用電主軸(內(nèi)裝式主軸電機(jī)),主軸最高轉(zhuǎn)速達(dá) 200000r/min;
(2)進(jìn)給率:在分辨率為 0.01μm 時(shí),最大進(jìn)給率達(dá)到 240m/min 且可獲得復(fù)雜型面的精確加工;
(3)運(yùn)算速度:微處理器的迅速發(fā)展為倒角機(jī)床系統(tǒng)向高速、高精度方向發(fā)展提供了保障,開發(fā)出 CPU 已發(fā)展到 32 位以及 64 位的倒角機(jī)床系統(tǒng),頻率提高到幾百兆赫、上千兆赫。由于運(yùn)算速度的極大提高,使得當(dāng)分辨率為 0.1μm、0.01μm 時(shí)仍能獲得高達(dá) 24~240m/min 的進(jìn)給速度;
(4)換刀速度:目前國(guó)外先進(jìn)加工中心的刀具交換時(shí)間普遍已在 1s 左右,高的已達(dá) 0.5s。德國(guó) Chiron 公司將刀庫(kù)設(shè)計(jì)成籃子樣式,以主軸為軸心,刀具在圓周布置,其刀到刀的換刀時(shí)間僅 0.9s。
2 高精度化
倒角機(jī)床精度的要求現(xiàn)在已經(jīng)不局限于靜態(tài)的幾何精度,機(jī)床的運(yùn)動(dòng)精度、熱變形以及對(duì)振動(dòng)的監(jiān)測(cè)和補(bǔ)償越來越獲得重視。
(1)提高 CNC 系統(tǒng)控制精度:采用高速插補(bǔ)技術(shù),以微小程序段實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)給,使 CNC 控制單位精細(xì)化,并采用高分辨率位置檢測(cè)裝置,提高位置檢測(cè)精度(日本已
開發(fā)裝有 106 脈沖/轉(zhuǎn)的內(nèi)藏位置檢測(cè)器的交流伺服電機(jī),其位置檢測(cè)精度可達(dá)到
0.01μm/脈沖),位置伺服系統(tǒng)采用前饋控制與非線性控制等方法;
(2)采用誤差補(bǔ)償技術(shù):采用反向間隙補(bǔ)償、絲桿螺距誤差補(bǔ)償和刀具誤差補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù),對(duì)設(shè)備的熱變形誤差和空間誤差進(jìn)行綜合補(bǔ)償。研究結(jié)果表明,綜合誤差補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用可將加工誤差減少 60%~80%;
(3)采用網(wǎng)格解碼器檢查和提高加工中心的運(yùn)動(dòng)軌跡精度,并通過仿真預(yù)測(cè)機(jī)床的加工精度,以保證機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度,使其性能長(zhǎng)期穩(wěn)定,能夠在不同運(yùn)行條件下完成多種加工任務(wù),并保證零件的加工質(zhì)量。
3 功能復(fù)合化
復(fù)合機(jī)床的含義是指在一臺(tái)機(jī)床上實(shí)現(xiàn)或盡可能完成從毛坯至成品的多種要素加工。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為工藝復(fù)合型和工序復(fù)合型兩類。工藝復(fù)合型機(jī)床如鏜銑鉆復(fù)合——加工中心、車銑復(fù)合——車削中心、銑鏜鉆車復(fù)合——復(fù)合加工中心等;工序復(fù)合型機(jī)床如多面多軸聯(lián)動(dòng)加工的復(fù)合機(jī)床和雙主軸車削中心等。采用復(fù)合機(jī)床進(jìn)行加工,減少了工件裝卸、更換和調(diào)整刀具的輔助時(shí)間以及中間過程中產(chǎn)生的誤差,提高了零件加工精度,縮短了產(chǎn)品制造周期,提高了生產(chǎn)效率和制造商的市場(chǎng)反應(yīng)能力,相對(duì)于傳統(tǒng)的工序分散的生產(chǎn)方法具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
加工過程的復(fù)合化也導(dǎo)致了機(jī)床向模塊化、多軸化發(fā)展。德國(guó) Index 公司最新推出的車削加工中心是模塊化結(jié)構(gòu),該加工中心能夠完成車削、銑削、鉆削、滾齒、磨削、激光熱處理等多種工序,可完成復(fù)雜零件的全部加工。隨著現(xiàn)代機(jī)械加工要求的不斷提高,大量的多軸聯(lián)動(dòng)倒角機(jī)床越來越受到各大企業(yè)的歡迎。
在 2005 年中國(guó)國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)(CIMT2005)上,國(guó)內(nèi)外制造商展出了形式各異的多軸加工機(jī)床(包括雙主軸、雙刀架、9 軸控制等)以及可實(shí)現(xiàn) 4~5 軸聯(lián)動(dòng)的五軸高速門式加工中心、五軸聯(lián)動(dòng)高速銑削中心等。
4 控制智能化
隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展,為了滿足制造業(yè)生產(chǎn)柔性化、制造自動(dòng)化的發(fā)展需求,倒角機(jī)床的智能化程度在不斷提高。具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
(1)加工過程自適應(yīng)控制技術(shù):通過監(jiān)測(cè)加工過程中的切削力、主軸和進(jìn)給電機(jī)的功率、電流、電壓等信息,利用傳統(tǒng)的或現(xiàn)代的算法進(jìn)行識(shí)別,以辯識(shí)出刀具的受力、磨損、破損狀態(tài)及機(jī)床加工的穩(wěn)定性狀態(tài),并根據(jù)這些狀態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)整加工參數(shù)(主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度)和加工指令,使設(shè)備處于最佳運(yùn)行狀態(tài),以提高加工精度、降低加工表面粗糙度并提高設(shè)備運(yùn)行的安全性;
(2)加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇:將工藝專家或技師的經(jīng)驗(yàn)、零件加工的一般與特殊規(guī)律,用現(xiàn)代智能方法,構(gòu)造基于專家系統(tǒng)或基于模型的“加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇器”,利用它獲得優(yōu)化的加工參數(shù),從而達(dá)到提高編程效率和加工工藝水平、縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間的目的;
(3)智能故障自診斷與自修復(fù)技術(shù):根據(jù)已有的故障信息,應(yīng)用現(xiàn)代智能方法實(shí)
現(xiàn)故障的快速準(zhǔn)確定位;
(4)智能故障回放和故障仿真技術(shù):能夠完整記錄系統(tǒng)的各種信息,對(duì)倒角機(jī)床發(fā)生的各種錯(cuò)誤和事故進(jìn)行回放和仿真,用以確定錯(cuò)誤引起的原因,找出解決問題的辦法,積累生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn);
(5)智能化交流伺服驅(qū)動(dòng)裝置:能自動(dòng)識(shí)別負(fù)載,并自動(dòng)調(diào)整參數(shù)的智能化伺服系統(tǒng),包括智能主軸交流驅(qū)動(dòng)裝置和智能化進(jìn)給伺服裝置。這種驅(qū)動(dòng)裝置能自動(dòng)識(shí)別電機(jī)及負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,并自動(dòng)對(duì)控制系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整,使驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)獲得最佳運(yùn)行;
(6)智能 4M 倒角機(jī)床系統(tǒng):在制造過程中,加工、檢測(cè)一體化是實(shí)現(xiàn)快速制造、快速檢測(cè)和快速響應(yīng)的有效途徑,將測(cè)量(Measurement)、建模(Modelling)、加工(Manufacturing)、機(jī)器操作(Manipulator)四者(即 4M)融合在一個(gè)系統(tǒng)中,實(shí)現(xiàn)信息共享,促進(jìn)測(cè)量、建模、加工、裝夾、操作的一體化。
5 體系開放化(1)向未來技術(shù)開放:由于軟硬件接口都遵循公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議,只需少量的重新
設(shè)計(jì)和調(diào)整,新一代的通用軟硬件資源就可能被現(xiàn)有系統(tǒng)所采納、吸收和兼容,這就意味著系統(tǒng)的開發(fā)費(fèi)用將大大降低而系統(tǒng)性能與可靠性將不斷改善并處于長(zhǎng)生命周期;
(2)向用戶特殊要求開放:更新產(chǎn)品、擴(kuò)充功能、提供硬軟件產(chǎn)品的各種組合以滿足特殊應(yīng)用要求;
(3)倒角機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)的建立:國(guó)際上正在研究和制定一種新的 CNC 系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)
ISO14649(STEP-NC),以提供一種不依賴于具體系統(tǒng)的中性機(jī)制,能夠描述產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型,從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)制造過程乃至各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品信息的標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)化的編程語言,既方便用戶使用,又降低了和操作效率直接有關(guān)的勞動(dòng)消耗。
6 驅(qū)動(dòng)并聯(lián)化
并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床克服了傳統(tǒng)機(jī)床串聯(lián)機(jī)構(gòu)移動(dòng)部件質(zhì)量大、系統(tǒng)剛度低、刀具只能沿固定導(dǎo)軌進(jìn)給、作業(yè)自由度偏低、設(shè)備加工靈活性和機(jī)動(dòng)性不夠等固有缺陷,在機(jī)床主軸(一般為動(dòng)平臺(tái))與機(jī)座(一般為靜平臺(tái))之間采用多桿并聯(lián)聯(lián)接機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng),通過控制桿系中桿的長(zhǎng)度使桿系支撐的平臺(tái)獲得相應(yīng)自由度的運(yùn)動(dòng),可實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)倒角機(jī)床加工、裝配和測(cè)量多種功能,更能滿足復(fù)雜特種零件的加工,具有現(xiàn)代機(jī)器人的模塊化程度高、重量輕和速度快等優(yōu)點(diǎn)。
并聯(lián)機(jī)床作為一種新型的加工設(shè)備,已成為當(dāng)前機(jī)床技術(shù)的一個(gè)重要研究方向,受到了國(guó)際機(jī)床行業(yè)的高度重視,被認(rèn)為是“自發(fā)明倒角機(jī)床技術(shù)以來在機(jī)床行業(yè)中最有意義的進(jìn)步”和“21 世紀(jì)新一代倒角機(jī)床加工設(shè)備”。
7 極端化(大型化和微型化)
國(guó)防、航空、航天事業(yè)的發(fā)展和能源等基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)裝備的大型化需要大型且性能良
好的倒角機(jī)床的支撐。而超精密加工技術(shù)和微納米技術(shù)是 21 世紀(jì)的戰(zhàn)略技術(shù),需發(fā)展能適應(yīng)微小型尺寸和微納米加工精度的新型制造工藝和裝備,所以微型機(jī)床包括微切削加工(車、銑、磨)機(jī)床、微電加工機(jī)床、微激光加工機(jī)床和微型壓力機(jī)等的需求量正在逐漸增大。
8 信息交互網(wǎng)絡(luò)化
對(duì)于面臨激烈競(jìng)爭(zhēng)的企業(yè)來說,使倒角機(jī)床具有雙向、高速的聯(lián)網(wǎng)通訊功能,以保證信息流在車間各個(gè)部門間暢通無阻是非常重要的。既可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源共享,又能實(shí)現(xiàn)倒角機(jī)床的遠(yuǎn)程監(jiān)視、控制、培訓(xùn)、教學(xué)、管理,還可實(shí)現(xiàn)倒角機(jī)床裝備的數(shù)字化服務(wù)(倒角機(jī)床機(jī)床故障的遠(yuǎn)程診斷、維護(hù)等)。例如,日本 Mazak 公司推出新一代的加工中心配備了一個(gè)稱為信息塔(e-Tower)的外部設(shè)備,包括計(jì)算機(jī)、手機(jī)、機(jī)外和機(jī)內(nèi)攝像頭等,能夠?qū)崿F(xiàn)語音、圖形、視像和文本的通信故障報(bào)警顯示、在線幫助排除故障等功能,是獨(dú)立的、自主管理的制造單元。
9 新型功能部件
為了提高倒角機(jī)床各方面的性能,具有高精度和高可靠性的新型功能部件的應(yīng)用成為必然。具有代表性的新型功能部件包括:
(1)高頻電主軸:高頻電主軸是高頻電動(dòng)機(jī)與主軸部件的集成,具有體積小、轉(zhuǎn)速高、可無級(jí)調(diào)速等一系列優(yōu)點(diǎn),在各種新型倒角機(jī)床中已經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用;
(2)直線電動(dòng)機(jī):近年來,直線電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用日益廣泛,雖然其價(jià)格高于傳統(tǒng)的伺服系統(tǒng),但由于負(fù)載變化擾動(dòng)、熱變形補(bǔ)償、隔磁和防護(hù)等關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用,機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)得到簡(jiǎn)化,機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能有了提高。如:西門子公司生產(chǎn)的 1FN1 系列三相交流永磁式同步直線電動(dòng)機(jī)已開始廣泛應(yīng)用于高速銑床、加工中心、磨床、并聯(lián)機(jī)床以及動(dòng)態(tài)性能和運(yùn)動(dòng)精度要求高的機(jī)床等;德國(guó) EX-CELL-O 公司的 XHC 臥式加工中心三向驅(qū)動(dòng)均采用兩個(gè)直線電動(dòng)機(jī);
(3)電滾珠絲桿:電滾珠絲桿是伺服電動(dòng)機(jī)與滾珠絲桿的集成,可以大大簡(jiǎn)化倒角機(jī)床的結(jié)構(gòu),具有傳動(dòng)環(huán)節(jié)少、結(jié)構(gòu)緊湊等一系列優(yōu)點(diǎn)。
中國(guó)作為一個(gè)制造大國(guó),主要還是依靠勞動(dòng)力、價(jià)格、資源等方面的比較優(yōu)勢(shì),而在產(chǎn)品的技術(shù)創(chuàng)新與自主開發(fā)方面與國(guó)外同行的差距還很大。中國(guó)的倒角機(jī)床產(chǎn)業(yè)不能安于現(xiàn)狀,應(yīng)該抓住機(jī)會(huì)不斷發(fā)展,努力發(fā)展自己的先進(jìn)技術(shù),加大技術(shù)創(chuàng)新與人才培訓(xùn)力度,提高企業(yè)綜合服務(wù)能力,努力縮短與發(fā)達(dá)國(guó)家之間的差距。力爭(zhēng)早日實(shí)現(xiàn)倒角機(jī)床產(chǎn)品從低端到高端、從初級(jí)產(chǎn)品加工到高精尖產(chǎn)品制造的轉(zhuǎn)變,實(shí)現(xiàn)從中國(guó)制造到中國(guó)創(chuàng)造、從制造大國(guó)到制造強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變。
作為一名大學(xué)生,我還不具備設(shè)計(jì)出以上那么先進(jìn)的倒角機(jī)床,所以我設(shè)計(jì)的是簡(jiǎn)易齒輪自動(dòng)倒角機(jī),以達(dá)到齒輪倒角目的。
審 核意見
指導(dǎo)教師評(píng)閱意見(對(duì)選題情況、研究?jī)?nèi)容、工作安排、文獻(xiàn)綜述等方面進(jìn)行評(píng)閱)
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教研室主任意見
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學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)意見
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