滚齿机改装插齿机.docx

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滚齿机改装插齿机

太原工业学院

课程设计

课程名称

机械制造技术基础

设计题目

滚齿机的工装改进

系别

机械工程系

专业

机电一体化

学号

082013239

姓名

余彦鹏

指导教师

梁雅琴

日期

2011.7.1

目录

一.课程设计要求…………………………………………………………1

二.课程设计目的…………………………………………………………1

三.课程设计背景…………………………………………………………2

四.课程设计对象以及一些基本介绍……………………………4

4.1设计中的技术性能………………………………………………4

4.2Y3150E型滚齿机床的滚齿原理及实物图……………5

4.3Y54A型插齿机床的插齿原理………………………………9

五.总体方案设计…………………………………………………………11

5.1形成零件表面的方法的基本介绍…………………………11

5.2总体方案选择的加工方法的选择及设计思路……..12

5.3方案确定…………………………………………………………….12

六.Y3150E型滚齿机的工装设计……………………………….13

6.1工装后的传动原理图………………………………………..13

6.2工装后的传动系统图……………………………………..附图

七.工装后的运动传动链计算……………………………………….14

7.1主运动传动链…………………………………………………..14

7.2范成运动传动链………………………………………………..14

7.3圆周进给运动传动链…………………………………………14

八．总结……………………………………………………………………….15

九．参考文献………………………………………………………………..15

一.课程设计要求

1．了解课程设计的一般流程。

2．.掌握机床床原理传动图的分析思路。

3.学会如何去分析并改造原理图，增加它的使用范围

二.课程设计目的

使用滚齿机专用工装，使原滚齿机具有了插齿机的功能，扩大了滚齿机的工艺范围，以最少的投资进行直齿、斜齿、多联齿轮和内齿轮的加工。

通过滚齿机专用工装原理设计，得到设计构思、方案分析、机床改装、机床传动原理设计等方面的综合训练，树立正确的设计思想，掌握基本的设计方法，并树立创新设计的思想和思维。

三.课程设计背景

齿轮是最常用的传动件，在现代各种工业部门得到了广泛的应用。

常用的有：

直齿，斜齿和人字齿的圆柱齿轮，直齿和弧齿圆锥齿轮，涡轮以及应用很少的非圆形齿轮等。

加工这些齿轮轮齿表面的机床称为齿轮加工机床。

随着现代科学技术和工业水平的不断提高，对齿轮制造质量的要求也越来越高。

齿轮的需求量也日益增加。

这就要求机床制造业生产出高精度，高效率和高自动化程度的齿轮加工设备，以满足生产发展的需求。

1954年，苏联某汽车研究所研究出了用插齿刀在滚齿机上滚切外啮合圆柱齿轮的方法，后来在此基础上又研制出高效率的专用机床——3￠-1等型号的车齿机。

日本、联邦德国对此亦有过实验研究。

我国在这方面也做过不少的工作。

例如用插齿刀加工6～9头蜗杆等，也已在生产中应用。

据统计,目前我国机床种类已达到3500余种,其中数控类及高科技类产品已达到1500多种,很多机床产品在技术上已经达到国际先进水平。

我国拥有和使用的机床数量高达378万台,其中金属切削机床为294万台,锻压机床为84万台。

如今,这些机床设备有的已经服役了10多年,有的甚至超过了20年,迫切需要更新或改造。

机床的工装改造,不仅是企业发展的需要,也是市场经济发展的需要,更是国家发展,社会资源再利用,走可持续发展道路的需要。

机床的工装改造即为机床功能增添，通过对旧机床的简单工装改造，可以使其能完成本身不能完成的任务，扩大了该机床的工艺范围。

为企业节省大量开支，带来丰厚的经济效益，为社会节能省材，促进我国现代制造业更加环保。

1）不改变滚齿机原有的性能；2）安装此工装后即可作插齿机用

四.课程设计对象以及一些基本介绍

4.1设计中的技术性能

设计参数包括车床的部分技术参数，现列出Y3150E滚齿机床的技术数据：

主要技术性能参数

最大加工直径……………………………………………500mm

最大加工模数………………………………………………8mm

最大加工宽度…………………………………………250mm

工件最小齿数……………………………………………z=5×k

刀架最大垂直行程………………………………………300mm

刀架最大回转角度…………………………………………240o

主轴转速（９级）…………………………………40-250转/分

刀架垂直进给量（１２级）………………0.4-4mm/工件每转

机床重量………………………………………………4300公斤

机床尺寸……………………………………2439×1272×1770

主电动机功率………………………………………………1.1kw

转速………………………………………………………1410rmin

改装插齿电机：

功率…………………………………………………………960w

转速……………………………………………………1440r/min

4.2Y3150E型滚齿机床的滚齿原理

1．滚齿加工原理

滚齿加工是按照展成法的原理来加工齿轮的。

用滚刀来加工齿轮相当于一对交错轴的螺旋齿轮啮合。

在这对啮合的齿轮副中，一个齿数很少、只有一个或几个，螺旋角很大，就演变成了一个蜗杆状齿轮，为了形成切削刃，在该齿轮垂直于螺旋线的方向上开出容屑槽，磨前、后刀面，形成切削刃和前、后角，于是就变成了滚刀。

滚刀与齿坯按啮合传动关系作相对运动，在齿坯上切出齿槽，形成了渐开线齿面，。

在滚切过程中，分布在螺旋线上的滚刀各刀齿相继切出齿槽中一薄层金属，每个齿槽在滚刀旋转中由几个刀齿依次切出，渐开线齿廓则由切削刃一系列瞬时位置包络而成，因此，滚齿加时齿面的成形方法是展成法，成形运动是由滚刀的旋转运动和工件的旋转运动组成的复合运动，这个复合运动称为展成运动。

当滚刀与工件连续啮合转动时，便在工件整个圆周上依次切出所有齿槽。

在这一过程中，齿面的形成与齿轮分度是同时进行的，因而展成运动也就是分度运动。

滚切直齿圆柱齿轮的传动原理

（1）展成运动传动链联系滚刀主轴的旋转运动B11和工件旋转运动B12的传动链（4—5—ux—6—7—工作台）为展成运动传动链。

由这条传动链保证工件和刀具之间严格的运动关系，其中换置机构ux用来适应工件齿数和滚刀头数的变化。

这是一条内联系传动链，它不仅要求传动比准确，而且要求滚刀和工件两者旋转方向必须符合一对交错轴螺旋齿轮啮合时相对运动方向。

当滚刀旋转方向一定时，工件的旋转方向由滚刀螺旋方向确定。

（2）主运动传动链主运动传动链是联系动力源和滚刀主轴的传动链。

如图2所示，主运动传动链为：

电动机—1—2—uv—3—4—滚刀。

这是一条外联系传动链，其传动链中换置机构uv用于调整渐开线齿廓的成形速度，应当根据工艺条件确定滚刀转速来调整其传动比。

（3）垂直进给运动传动链为了切出整个齿宽，滚刀在自身旋转的同时，必须沿工件轴线作直线进给运动A2，滚刀的垂直进给运动是由滚刀刀架沿立柱导轨移动实现的。

在图2中，将工作台和刀架联系起来的垂直进给运动传动链为：

7—8—uf—9—10，传动链中的换置机构uf用以调整垂直进给量的大小和进给方向，以适应不同加工表面粗糙度的要求。

由于刀架的垂直进给运动是简单运动，所以，这条传动链是外联系传动链。

通常以工作台（工件）每转一转，刀架的位移来表示垂直进给量的大小。

斜齿圆柱齿轮的传动原理

斜齿圆柱齿轮与直齿圆柱齿轮相比，端面齿廓都是渐开线，但齿长方向不是直线，而是螺旋线。

因此，加工斜齿圆柱齿轮也需要两个成形运动：

一个是形成渐开线齿廓的展成运动；另一个是形成齿长螺旋线的运动。

前者与加工直齿圆柱齿轮相同，后者要求当滚刀沿工件轴向移动时，工件在展成法运动B2的基础上再产生一个附加转动，以形成螺旋齿形线轨迹。

综上所述，为了得到渐开线齿廓和齿轮齿数，滚齿时，滚刀和工件间必须保持严格的相对运动关系，即当滚刀转过1转时，工件相应地转过K/Z转（K为滚刀头数，Z为工件齿数）。

Y3150E型滚齿机的组成

Y3150E型滚齿机是一种中型通用滚齿机，主要用于加工直齿和斜齿圆柱齿轮，也可以采用径向切入法加工蜗轮。

可以加工的工件最大直径为500mm，最大模数8mm，该图为该机床的外形图。

立柱2固定在床身1上，刀架溜板3可沿立柱导轨上下移动。

刀架体5安装在刀架溜板3上，可绕自己的水平轴线转位。

滚刀安装在刀杆4上，作旋转运动。

工件安装在工作台9的心轴7上，随工作台一起转动。

后立柱8和工作台9一起装在床鞍10上，可沿机床水平导轨移动。

用于调整工件的径向位置或作径向进给运动。

我们现在在滚刀轴的一端加一个传动链：

在上图所示YC3150的A处（上图画圈的地方）加一个齿轮轴，把滚刀的动力传递出来带动插齿机构，在机床上设计机构插齿机构，这个插齿机构用一个滑移齿轮和滚轴连在一起放在滚刀得正上方，只要求这个工装机构能旋转180度且带动插齿机上下运动；而转盘带动工件做旋转运动，它们可以借用滚刀与工件的内传动，工装原理与滚刀轴相连来确保插出的齿轮的要求。

4.3Y54A型插齿机床的插齿原理

插齿机加工原理类似一对圆柱齿轮相啮合，其中一个是工件，另一个是齿轮形刀具（插齿刀），它的模数和压力角与被加工齿轮相同。

可见，插齿机同样是按展成法来加工圆柱齿轮的。

插齿机用来加工内、外咬合的圆柱齿轮的轮齿面，尤其适合于加工齿轮和多联齿轮中的小齿轮，这是滚齿机无法加工的如图2-1。

图2-1齿轮的插齿

齿轮形插齿刀削直齿圆柱齿轮时机床的传动原理图如图4—21所示。

传动原理图中，仅表示成形运动。

切入运动及让刀运动并不影响加工表面的成形，所以在传动原理图中没有表示出来。

图中B11和B12是一个复合运动，它需要一条内联系传动链和一条外联系传动链，点8到点11之间的传动链是内联系传动链——展成链；点4到点8之间是外联系传动链——圆周进给链。

圆周进给运动一查插齿刀往复一次时齿刀在节圆上所转过的弧长来表示。

因此，这个传动链以插齿刀往复的偏心轮作为间接动源。

插齿刀的往复运动A2是一个简单运动，它只有一个外联系传动链：

由电动机处得点1至曲柄偏心盘处的点4.根据定义，这条运动链是主运动传动链。

由它确定插齿刀每分钟上下往复次数（速度）。

五.总体方案设计

5.1形成零件表面的方法的基本介绍

形成零件表面的方法有：

轨迹法成型法相切法范成法

（1）轨迹法它是利用刀具作一定规律的轨迹运动对工件进行加工的方法。

切削刃与被加工表面为点接触，发生线为接触点的轨迹线。

（2）成形法它是利用成形刀具对工件进行加工的方法。

切削刃的形状和长度与所需形成的发生线（母线）完全重合。

（3）相切法它是利用刀具边旋转边作轨迹运动对工件进行加工的方法。

为了用相切法得到发生线，需要二个成形运动，即刀具的旋转运动和刀具中心按一定规律运动。

（4）展成法它是利用工件和刀具作展成切削运动进行加工的方法。

切削加工时，刀具与工件按确定的运动关系作相对运动（展成运动或称范成运动），切削刃与被加工表面相切（点接触），切削刃各瞬时位置的包络线，便是所需的发生线。

用展成法形成发生线需要一个成形运动（展成运动）。

5.2总体方案选择的零件加工方法的选择及设计思路

在此选择展成法.以Y3150E型滚齿机床为基础，为了使该机床能够加工内齿轮和多联齿轮，并在考虑成本的前提下，对其进行工装改造。

而为了能达到这一目，需：

1、不改变滚齿机床内部结构，以减少成本；

2、在综合考虑和理解滚齿机和插齿机的机构原理之后，认真分析，只拆除滚齿机部分零件，并增加简化的插齿机传动系统而达到目的；

3、注意工装要求，尽量考虑完善外部配件与滚齿机配合，无松动、危险；

4、设计出的装置对加工出的零件应满足精度要求。

5.3方案确定

通过可行性分析，本课程设计的方案可确定为本节中拟定的实施方案，其设计大致概况：

（1）不改变原滚齿机传动系统

（2）压小工装成本

（3）装配精确定位

（4）加工时安全可靠

（5）安装此工装后通过换置齿轮可以做插齿机用，也可以不用卸载刀具做滚齿机用。

本设计基本上从这几方面来对Y3150E型滚齿机床进行扩大加工范围改造设计。

六.Y3150E型滚齿机的工装设计

本设计中只对原滚齿机的刀架轴进行工装改造。

6.1工装后的传动原理图

图3

本次改装的是滚刀轴，即在换置器官3和4后在添加一个换置机构，通过该换置机构可以实现滚刀刀具和插刀刀具之间的互相转换，该转换可以通过人工也可以通过计算机，当齿轮A和齿轮B衔接时，滚到开始工作，可以实现滚齿；当齿轮A和齿轮C衔接时，可以实现插刀到内孔的作用。

以此来实现在一台机床上是滚和插两种功能，而不用卸载刀具。

至于它的调速机构我认为不用换，因为滚齿机的调速机构已经能满足改装后插齿机所需的速度

改装后还要调整刀架绕自己的水平轴线旋转问题，通过旋转可以避免两种刀具碰在一起的可能性，可旋转的角度越大，它们的干扰性就越小。

6.2工装后的传动系统图

具体请看附图，

七.工装后的运动传动链计算

7.1主运动传动链

主运动传动链的传动结构为：

电动机—1—2—U3—3—换置机构—4—5—7—插刀

由原滚齿机和插齿刀具装置合成如下

24/4824/48

1500—Ф90/Ф176—28/44—36/36—33/33—23/23

32/4048/24

—23/23—23/23—23/23—偏心轮—3.25/36X3.25—26X3.25/3.25—N刀

7.2范成运动传动链

传动结构简式

插刀—7—5—4—8—Ux—9—10—Uf—11—12—工件

传动系统图中对应的传动路线为：

N刀—3.25/26X3.25—26X3.25/3.25—23/23—23/23——23/23—23/23—45/45—合成机够—e/f—a/b—c/d—1/96—N工

7.3圆周进给运动传动链

传动结构路线：

40/3440/20

N工—96/1—27/36—36/36—1/24—34/40—30/30

20/40

39/2240/40

——30/30—25/36———30/30——2/40—刀架

35/25—25/35

八总结`

本次设计中，我在参阅了图书馆的资料及其网上的有关介绍，做出了以上的简单设计总结。

会有很多不足和谬误处，但在其中自己真实的学到了很多以前不了解的知识，对普通插齿机和滚齿机的结构也有了更深入的了解，特别是在前期收集资料的过程中，让我发现了机床的神奇和魅力所在。

喜欢机械，更喜欢机械中的这些魅力。

知道现在的自己对于机械的了解还是非常的浅显，但通过自己以后的努力相信自己会有自己的一些更好的见解的。

九参考文献

[1]张世昌.机械制造技术基础.北京:

高等教育出版社,2010.2

[2]曹桄高学满金属切屑机床挂图第一辑缩印本1985.10

[3]Y54A型插齿机使用说明书天津第一机床厂

[4]戴曙.金属切削机床.北京:

机械工业出版社,2009.3

[5]刘文剑.夹具工程师手册.黑龙江科学技术出版社，1992.8

[6]许晓旸专用机床设备设计重庆大学出版社2003.7