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弧面蜗杆加工专用数控机床及控制系统设计

保障。随着人类社会的飞速发展与进步，各种新材料新技术新工艺新结构新配件不断涌现，各个领域不断提出新的要求，这切都使得机床的结构性能千变万化。计算机技术的高速发展又使得机床数控系统正在以更短的周期更新。面对如此的形势，机床制造者在不断努力跟踪时代的步伐，机床的使用者维修者也要努力跟上。为使读者及时了解球面蜗杆专用数控机床及控制系统的技术与知识，加深球面蜗杆专用数控机床及控制系统使用与维修理念上的认识，编辑了此设计说明书，力图对读者有所帮助。本设计说明书以大量图例来说明球面蜗杆专用数控机床及控制系统设计的思路。设计中得到颜竟成教授的悉心指导，在此向他表示诚挚的感谢。由于编者的水平和经验有限，加之设计时间较短资料收集较困难，说明书中难免有缺点和错误，在此恳请读者谅解，并衷心希望广大读者提出批评意见，使本设计说明书能有所改进。编者年月第章弧面蜗杆蜗轮的特点.蜗杆蜗轮的形成类型及其结构蜗轮蜗杆的形成蜗杆蜗轮传动是由交错轴斜齿圆柱齿轮传动演变而来的。小齿轮的轮齿分度圆柱面上缠绕周以上，这样的小齿轮外形像根螺杆，称为蜗杆。大齿轮称为蜗轮。为了改善啮合状况，将蜗轮分度圆柱面的母线改为圆弧形，使之将蜗杆部分地包住，并用与蜗杆形状和参数相同的滚刀范成加工蜗轮，这样齿廓间为线接触，可传递较大的动力。蜗杆蜗轮传动的特征其，它是种特殊的交错轴斜齿轮传动，交错角为，很少，般其二，它具有螺旋传动的些特点，蜗杆相当于螺杆，蜗轮相当于螺母，蜗轮部分地包容蜗杆。蜗杆传动的类型杆形状的不同可分圆柱蜗杆传动普通圆柱蜗杆阿基米德蜗杆渐开线蜗杆法向直廓蜗杆锥面包络蜗杆和圆弧蜗杆。普通圆柱蜗杆圆弧蜗杆环面蜗杆传动环面蜗杆锥蜗杆传动锥蜗杆动蜗轮蜗杆结构蜗杆结构蜗杆通常与轴为体，采用车制或铣制，结构分别见下图蜗轮结构蜗轮常采用组合结构，由齿冠和齿芯组成。联结方式有铸造联结过盈配合联结和螺栓联接，结构分别见下图。蜗轮只有在低速轻载时采用整体式。.蜗杆传动的特点及其应用蜗杆传动的特点在动力传动中，般传动比在分度机构或手动机构的传动中，传动比可达若只传递运动，传动比可达。由于传动比大，零件数目又少，因而结构十分紧凑。在蜗杆传动中，由于蜗杆齿是连续不断的螺旋齿，它和蜗轮齿是逐渐进入啮合及逐渐退出啮合的，同时啮合的齿对又较多，故冲击载荷小，传动平稳，噪声低。当蜗杆的螺旋线升角小于啮合面的当量摩擦角时，蜗杆传动便具有自锁性。这时，只能以蜗杆为主动件带动蜗轮传动，而不能由蜗轮带动蜗杆运动。蜗杆传动与螺旋齿轮传动相似，在啮合处有相对滑动。当滑动速度很大，工作条件不够良好时，会产生较严重的摩擦与磨损，从而引起过分发热，使润滑情况恶化。因此摩擦损失较大，效率低当传动具有自锁性时，效率仅为．左右。为保证有定使用寿命，蜗轮常须采用价格较昂贵的减磨材料，因而成本高。蜗杆轴向力较大，致使轴承摩擦损失较大。蜗杆传动的应用由于蜗杆蜗轮传动具有以上特点，故常用于两轴交错传动比较大传递功率不太大或间歇工作的场合。当要求传递较大功率时，为提高传动效率，常取。此外，由于当较小时传动具有自锁性，故常用在卷扬机等起重机械中，起安全保护作用。它还广泛应用在机床汽车仪器冶金机械及其它机器或设备中利用蜗杆传动传动比大省力的特点，以及它的自锁性能，在起重机械中广泛应用。蜗杆传动由蜗杆相对于蜗轮的位置不同分为上置蜗杆和下置蜗杆传动。.弧面蜗杆的加工这种蜗杆按其蜗旋面的形成特征可分为阿基米德螺线蜗杆法向直廓蜗杆和渐开线蜗杆，通常都采用前面两种。蜗杆的技术要求与轴类零件相同，只是增加了蜗杆螺牙的制造程度和光洁度。在车床上用车刀加工蜗杆是最普通的方法。车蜗杆和车梯形螺纹的方法相类似，所用的车刀刃是直线型的，刀尖角等于。般在蜗杆时将车刀刀刃放于水平位置，并且与蜗杆轴线在同水平面内，这样加工出来的蜗杆在垂直于轴心线的截面内齿形是阿基米德螺线，所以叫阿基米德蜗杆，它的轴向截面齿形是直线的，法向截面齿形不是直线的。当螺旋线升角较大时，如果仍把车刀刀刃放置在水平位置上，车刃的两个刀刃的前后角就很不理想，总会有个刀刃是没前角，为了使车刀获得合理的前角和后角，常用的把车刀分别加工蜗杆的两个侧面，或者将车刀刀刃放在蜗杆齿面的法向位置来加工蜗杆，这样加工出来的蜗杆，轴向截面齿形不是直线的，而法向截面齿形才是直线的。所以叫法向直廓蜗杆，也有叫延长渐升线蜗杆的，正因为如此，小螺旋线升角小于常用阿基米德蜗杆，大螺旋线升角常用法向直廓蜗杆，也是由加工方法而决定的。当批量较大时，可以在专用铣床或车床改装成专用铣床上，采用长状铣刀和指状铣刀来精铣蜗杆，然后再用车刀来进行精加工，可提高生产率。如果蜗杆精度要求不太高，通常用车削就可完成加工。但对于高精度的分度蜗杆，或较高精度的高转速传动蜗杆，由于需经淬火处理，故车削只能作为淬火前的加工，而需采用启削作为终加工，用来启削蜗杆的机床，可以用车床改装，也可以用铲启车床，还有专门设计的蜗杆启床例如蜗杆启床和精密螺母启床如万能螺丝启床。.弧面蜗轮的加工普通蜗轮的技术要求与圆柱齿轮基本相同，主要包括三个方面齿形的加工精度和齿侧蜗轮胚基准孔，喉结部分的尺寸精度和几何形状精度，基准孔与喉结轴心线的不同轴度，基准端面对基准孔轴心线的不垂直度，如果是嵌入轮圈式蜗轮，还必须对组装的配合表面提出定的精度要求装面光洁度。与圆柱齿轮加工相似，蜗轮加工也是经过蜗轮胚加工和齿形加工两个阶段。齿胚加工与圆柱齿轮齿胚加工基本上相同，但胚加喉结部分的加工，如果是嵌入轮圈式的，首先将轮壳和轮圈分别进行加工，然后组装在起时进行轮胚的精加工，在进行精加工时，应将喉结，基准孔和基准端面在次安装下加工出来，或首先加工好基准孔，用心轴定位安装来加工喉结和基准端面，以保证喉结基准孔的不同轴度，以及基准端面和轴心线的不垂直度。螺轮齿形的加工是蜗轮整个加工过程中的关键工序，也是加工中的主要矛盾。齿形加工方法有滚齿飞刀切齿剃齿等。冶金矿山机械和重型机械厂主要采用滚齿和飞刀切齿。.用蜗轮滚刀加工蜗轮在滚齿机上用蜗轮滚刀加工蜗轮齿形是加工蜗轮的种基本方法，滚动蜗轮与滚切圆柱齿轮有许多共同点，但椰油很多不同点，这些特点是齿轮滚刀的基本蜗杆没有严格的规定，可以采用阿基米德型，法向直廓型或渐升线型，按工作条件由自己选择，基本蜗杆的直径也可由自己决定。但蜗轮滚刀的基本蜗杆相当于般加工蜗轮相啮合的蜗杆，不但蜗杆的类型应相同，而且主要尺寸如轴向模数，分度圆直径，头数，螺旋方向，螺旋升角等均须致，只是外径比工作蜗杆稍大些，以便使加工后的螺轮与蜗杆啮合时有齿顶间隙。坛大量通常为径向间隙的两倍，即为轴向模数。蜗轮滚刀水平安装，不需要象加工圆柱齿轮那样刀架要搬角度，同时蜗轮滚刀轴心线应和蜗轮蜗杆传动啮合状态样，应在蜗轮中心平面内。工件的分齿运动应符合蜗杆蜗轮传动速比的关系，即蜗轮滚刀转，被加工蜗轮应转个齿单头滚刀或几个齿多头滚刀。滚齿机分齿蜗轮的计算与加工圆柱齿轮的计算或相同。例如滚齿机当时，分齿当时,分齿但滚切蜗轮时，不能忽视蜗轮滚刀的头由文。进给方向，加工圆柱齿轮时，滚刀相对被切齿轮由上向下或由下向上作垂直进给运动。但加工蜗轮时，蜗轮滚刀要保持在蜗轮中心平面内，因此蜗轮滚刀相对工件只能作径向进给或切向进给。径向进给法这时蜗轮滚刀向被加工蜗轮作径向进刀，逐渐切至全齿深为止。这种方法在生产中应用较广，因为生产率高，而且不需要切向刀架许多滚齿机往往没有这种附件。径向进给运动是滚切过程中被加工蜗轮转转，滚刀在水平面没被切蜗轮半径方向移动径毫米，运动是通过径向丝杆来实现的。滚齿机径向供给传动关系。工作台蜗轮付蜗杆蜗轮进给挂轮进给接通离合器齿轮锥齿轮锥齿轮蜗杆蜗轮接通螺旋齿轮脱落蜗杆蜗杆蜗轮锥齿轮径向进给丝杆毫米刀架立柱水平移动。列成计算式径工作台转转进给经简化和整理得到径向进给挂轮调整公式进给径径切向进给法此时用端为锥形的蜗轮滚刀也有叫玉米滚刀的，沿被加工蜗轮位切向进给，滚刀和被加工蜗轮的中心距，予先调整到蜗轮蜗杆的中心距，加工时保持不变，依滚刀齿高由小到大，逐渐切至全齿架。滚刀圆锥部分刀齿依切入和粗加工用，圆锥部分刀齿位精加工和最后修整用。用切向进给法加工蜗轮时，由于需要滚刀在刀架上作轴向移动，故必须用切向刀架。这时刀具和工件之间的相互运动关系，除了分齿运动外，还需要切向进给运动和差动运动。切向进给运动指滚刀沿蜗轮切向即滚刀本身轴线方向移动，以实现连续进给的目的。滚齿机是由专用切向刀架来完成的，其传动关系是工作台或工作转转，滚刀沿切向移动切毫米。工作台蜗轮蜗杆蜗杆蜗轮进给挂轮进给接通离合器齿轮锥齿轮锥齿轮进入切向刀架锥齿轮齿轮蜗杆蜗轮切向进给丝杆毫米切向进给。列成计算式切工作台转转经简化和整理得到切向进给挂轮调整公式进给切切差动运动切向进给法加工蜗轮时，由于滚刀多了个切向进给运动。这时被加工蜗轮工作台必须随着刀具移动方向，相应地转过定角度，称它为附加运动，因此需要挂差动挂轮。差动挂轮速比的计算，根据滚刀切向轴向移动个轴向齿距л时，被加工蜗轮的附加转动应为转的关系，由刀具与工件的转动关系列出。切向进给丝杆毫米蜗杆蜗轮齿轮锥齿轮锥齿轮锥齿轮齿轮插动挂轮差挂蜗杆蜗轮差动机构差动分齿挂轮分齿蜗杆蜗轮工作台。列成计算式л差挂差动分齿其中差动，分齿当时，代入并化简，得到切向进给时，差动挂轮调整公式差挂л.式中被加工蜗轮轴向模由文蜗轮滚刀头数。必须指出，用切向进给法加工蜗轮挂差动挂轮，与加工斜齿轮时挂差动挂轮的目的不同，斜齿轮主要为了保证螺旋角，而切向进给法是刀具多了个切向移动，故工件工作台必须相应地附加转动以补偿刀具切向的移动。切向进给法的加工精度和光洁度，要比径向进给法高，因为切向进给的滚刀是由不同的刀齿进行粗加工和精加工的。但切向进给时滚齿机必须富有单独的切向刀架，而般中小型滚齿机除专门订货外是不带切向刀架的。因此径向进给法比切向进给法应用要广泛得多。由以上看出，在滚齿机上用蜗轮滚刀加工蜗轮，只要滚刀和滚齿机的精密度较高，就可以加工出程度较高的蜗轮来。但这种无法需要有专门的蜗轮滚刀。在冶金厂或矿山机修车间里，也有用般齿轮滚刀来加工蜗轮的，因为滚刀也是个蜗杆，当加工时若齿轮滚刀的螺旋升角不等于被加工蜗轮的螺旋升角时，可用转动刀架的办法来解决。这种方法当滚刀与蜗杆的直径和螺旋升角相差较大时，加工误差越大。因此，采用这种方法加工，在设计蜗杆时应尽量按齿轮滚刀的形状来设计。.用飞刀加工蜗轮用蜗轮滚刀加工蜗轮比较精确，而且生产率也高，但需要专门蜗轮滚刀。当单件小批生产，特别是个或几个大型蜗轮时，专做蜗轮滚刀就不合算，而且时间要拖久。因此，许多冶金矿山机械厂和重型机械厂经常采用飞刀里加工蜗轮。在滚齿原理和蜗杆蜗轮啮合原理