2202 Y3150E滾齒機滾齒刀架設計,y3150e,滾齒機滾齒,刀架,設計 齒輪整合的相關不確定性的應用摘要：計量學總的目的是在一個合格評定的決定的基礎上提供可靠的信息。這些決定受到測量不確定度的影響（測量不確定度表達指南介紹了測量不確定度評定）和相關的不確定性，它刻畫了預期的功能和特性，可能不完全相關的事實。關于合格評定相關的不確定性由于一個錯誤的決定，以評估風險，這方面的貢獻，提出了基于公理化設計矩陣和蒙特卡羅模擬的相關不確定性的表達和評價方法的模型。1 引言公差工藝是由幾何產(chǎn)品變化管理涉及的所有活動所決定的：公差設計，制造公差分析，公差核定。公差核定允許關閉工藝循環(huán)過程，檢查產(chǎn)品的合格性，驗證由設計者作出的假設。計量學總的目的是在一個合格評定的決定的基礎上提供可靠的信息。這些決定受到測量不確定度的影響，從而導致工業(yè)企業(yè)存在技術和經(jīng)濟風險。通過評估風險和連接的決定的后果（符合核查） ，對測量結果的意義進行評估。功能鏈的合格評定模擬生成的測量，在測量的不確定性和不確定性的其他類型的依賴意義的估計。事實上，不確定性是目前在所在的設計，制造和計量領域。目前不確定性的概念能較好的由計量學來確定。在 ISO TS17450-2 中表達的規(guī)范和驗證是廣義的不確定性概念。通過產(chǎn)品生命周期的跨度從設計意圖至檢驗實踐。不確定性可分為相關的不確定性，規(guī)范的不確定性和測量不確定度的不確定性。 （圖 1 上面部分）事實上，相關的不確定性的特點是預期的功能和特性可能不完全相關。這種不確定性特征的規(guī)范了表達中的歧義。并且計量學家所考慮的測量不確定性能很好用 GUM 來表述。測量的不確定性，包括所有用來衡量的檢驗結果的質量變化的原因。計量學家的標準和研究活動，更多的集中在測量不確定度。Srinivassan 說：“相關的不確定性，尤其是一個未知的領域，不會告訴我們是如何找到標準的。本文提出了一種形式來表達和評估相關的不確定性，并闡述齒輪合格的評定。2 闡述齒輪的不確定性這部分重點闡述在 AGMA 2009-B01 中定義的螺距誤差。為了解釋測量的不確定性，可以以螺距誤差的定義來作為一個例子：錐齒輪的螺距被定義為一個一個齒輪所有連續(xù)的左側面或右側面的之間的弧長，在螺桿的直徑 d 通過測量參考錐頂點之間的距離 R。提出了一些計量策略來估計這些偏差，包括通過使用一個探測裝置或兩個探頭設備探測所有側面的一個特定點。這些策略提供質量檢驗時間短，但對測量不確定度非常敏感。事實上，實際檢驗的周長與理論上周長之間的螺距，是與測量基準圓的螺距會有所不同。為了計算螺距誤差，在測量的基礎上，需要建立一些數(shù)學模型和計算步驟。為了減少這些測量的不確定性，Guenther 提出了一種新的計量方法?？梢杂孟旅娴睦觼斫忉尣淮_定性的規(guī)范：AGMA 2009-B01 是這樣表述的：“單一螺距的變化，螺距變化的總和是根據(jù)公差直徑的測量指數(shù)變化來確定的，相對于齒輪基準軸線旋轉，直徑公差與旋轉平面相切。直徑公差（DT） ，是 “平均直徑是圓錐與轉動深度相交中點的距離'' 。此外， “Rm 是從節(jié)錐頂點到中心面的寬度 ”。但它沒有解釋如何獲取中心面寬度的中間點：齒是隨機選擇的，是所有的齒平均數(shù)，面的中心寬度是如何計算的，所以計量的方法是否適合？在這種情況下是不明確的規(guī)范。但它規(guī)范了這種不確定性。相關的不確定性預期的功能和特性，可能與實際特征不完全一致。以齒輪為例，傳輸錯誤（車輪轉動的瞬時角度的理論和實際之間的差異）的幾何結構影響的偏差。例如，螺距誤差會導致下一步的傳輸錯誤[如圖 3]。在實際中，設計者限制螺距誤差的目的是為了限制傳輸誤差。事實上，即使一個齒輪的速率相對變化很微小的，其引起加速度也不可忽略，而且必須避免角速度的變化，從而降低水平噪聲和振動。不幸的是，傳輸誤差與特定的幾何特征（如螺距誤差，偏轉，形式偏差等）之間沒有明確的關系。在這種情況下存在傳輸錯誤或運動特性之間的偏差的相關不確定性。3 相關不確度的規(guī)范化在 GUM 中，測量的不確定性是一個可計算的數(shù)，可根據(jù)其的概率分布特征來測量。在擬定的規(guī)范中，相關不確定性是可計算的數(shù)字：CU 采取的是置信區(qū)間的概率分布特征的預期功能，并指定特性之間關系的知識。為了規(guī)范相關不確定性，這是有必要確定預期的功能和產(chǎn)品的規(guī)定的特性之間的關系的相關性。眾所周知，SUH 公理化設計矩陣的技術可用來處理這些關系。事實上，人們可以正式使用 SUH 的設計矩陣來表達（FRS ）的功能要求和設計參數(shù)（DPS）之間的關系。這些關系可以用數(shù)學中的矩陣方程的相關性來表示：其{FR}是一個獨立需求功能的向量，{DP}是一個設計參數(shù)的向量。 表示的靈敏系數(shù)。公理設計中功能需求（FRS）的定義，根據(jù)一個完全獨立需求的特點，在產(chǎn)品的功能域中作為功能需求的最小集合。一個功能需求是根據(jù)其標稱值的允許變化或所需的精度（設計范圍） 。所有可能的值（或概率密度函數(shù)值）的選擇系統(tǒng)，以滿足功能需求被稱為系統(tǒng)的范圍。功能需求只要在設計范圍和系統(tǒng)范圍內就是合格的，有且公有一個共同的區(qū)域或范圍。當系統(tǒng)范圍不完全包含設計范圍，可能不會滿足特定不確定性的功能需求。在產(chǎn)品合格評定和相關的不確定性的背景下，功能需求（FRS）即是預期的功能；設計參數(shù)（DPS）是指定或測量的特征。第一種方法是采用正式間隔矩陣來規(guī)范每個組件的相關不確定性：CU ij 是 Bij 模型的系數(shù)，B ij 是相關不確定性的置信區(qū)間。其中 表示一個獨立的預定功能的向量，{SC} P 表示指定的特征向量， 是靈敏度系數(shù)。數(shù)學矩陣 B 代表 和 之間的線性關系。這種線性化的關系引入一種誤差。第二種方法是規(guī)范測量指定的功能和預期的功能之間的相關性。被測的指期的功能并沒有通過直接測量獲得，而是通過估計的預期功能來獲得。它是由指定特性的功能SC1，SC2。。。 SCN 的關系決定的。其中 表示一個獨立的被測量的預定功能的載體，{SC}表示指定的特征向量，函數(shù) f 表示的不是一個單獨的物理定律，但功能鏈。如果沒有相關不確定性，一種產(chǎn)品合格評定是比較麻煩的。如果預期的功能與被測值相關性用于定于功能需求，則采用一致性就足夠了。然后，預定的功能與其被測量量之間的相關性可以用數(shù)學式來表示，簡化的標識矩陣為：在現(xiàn)實中，被測量的預定功能始終受相關不確定性影響。因此，他們沒有預期的功能的完美圖像。預期的功能與其被測量值之間的關系可以用數(shù)學中的矩陣方程來表示：相關的不確定性是仿照一個區(qū)間或一個矩陣的每個組件的概率分布。CU ij 表示 Cij 相關系數(shù)的置信區(qū)間，它表示模型 Cij 相關不確定性。如果測量結果是接近的規(guī)格限制而且 Cij 的相關系數(shù)小于 1，則存在拒絕一個好產(chǎn)品的風險，如果 Cij 的相關系數(shù)大于 1，存在接受不良產(chǎn)品的風險。此外，相關的不確定性范圍的增加，這與檢測區(qū)的一致性與非一致性均不相符。這第二個方法，可以模擬線性非預期的功能和指定的特性之間相互關聯(lián)的不確定性。蒙特卡羅方法（MCM）一種用評價不確定性的完美工具，不受任何限制。既不是對模型的形式，也不輸出值的數(shù)量。 MCM 和軟件建模與仿真功能鏈的規(guī)范用于計算相關不確定性。因此，根據(jù)這個方案的途徑和測量不確定度傳播的經(jīng)典方法能夠一致評定，它是可能計算的正確或錯誤的決定（圖 1，下部） 。4 闡述齒輪相關不確定性的評估為了說明相關的不確定性影響的合格評定，對比 4 種規(guī)格型號：以錐齒輪為例，螺距角誤差可以定義每個側面兩點之間或兩個擬合特征點（每個側面） ，其使用標準（最小的面積，最小或最大值，切比雪夫）的定義 [10]。兩個預期的功能和兩個指定的特性應當考慮：IFFi0：傳輸誤差的最大范圍，IFfi0：齒與齒傳輸誤差的最大范圍，SCcpe：累積角螺距誤差，SCPE：角螺距誤差。圖 4 顯示了整個相關的不確定性評價方法：1、在第一步中，將會產(chǎn)生隨機偏差替換幾何圖形。替換模型是一個真正的齒輪的輪廓。它的幾何圖形可解析為一種多項式曲面：平滑的 Bezier 曲面。2、執(zhí)行一種替代模型的虛擬采集。每個 Bezier 曲面離散成一系列等距點。3、執(zhí)行第 2 步中獲得的一系列點組成的虛擬積分計量學過程。估計每個配件標準的螺距誤差。根據(jù)計量學創(chuàng)建一個數(shù)學模型， 。2’和 4、使用齒面接觸分析法（TCA）來模擬嚙合過程和估計引起的傳輸錯誤 [8]。3’和 5、評價運動學特征?？捎妹商乜澹ú襟E 6）模擬重現(xiàn) 1 至 5 的所有步驟，并得到由一組特征組成的研究標準。在研究報告中所提到的三種質量等級的齒輪已通過測試：10，7 和 4。對于每一類，已生成和模擬 100 種幾何結構：對于每個標準及每個類，計算其所有研究的運動學特征。因此，獲得了預期的功能和預期的功能相關的被測量值。對于每一個標準和每個預期的功能，下面的關系和數(shù)量可用于計算（第 7 步）：預期功能和預期功能的被測量值之間的線性回歸：線性回歸方程表示了其相關性的趨勢，估計線性回歸斜率的置信區(qū)間：，在調查研究后，可以申明在一個區(qū)間內的暴露值允許 5％的風險。它能夠估計相關不確定性，線性相關系數(shù) R 提供相關的質量信息。下面的公式顯示在每個標準所獲得 ISO 10 級，7 級及在 4 個齒輪上執(zhí)行的成果1、 點2、 最小的面積3、 輸出信號的最小或最大值切比雪夫切比雪夫準則提供了有關功能方面最好的相關性。相關性最差的一個點也適合。最小二乘準則接近一個標準點的相關性，而且在切比雪夫準則后提供第二個最好的最大最小值標準。的相關系數(shù)較小。事實上，這個預期功能取決于螺距誤差和齒輪側面的形式偏差。但是，評估相關的不確定性不考慮形式的偏差作為指定的特征。5 結論本文基于一種成熟和綜合功能、規(guī)范、驗證的角度而提出的方法。產(chǎn)品合格評定過程中作出的決定不僅影響測量的不確定性，而且影響相關不確定性和規(guī)范不確定性?；诠砘O計矩陣，這種相關不確定性的規(guī)范化方法，可在預期的功能和特性之間可以模擬它們線性或非線性的關系。為了說明規(guī)范化方法的效率，已經(jīng)完成對比不同接頭標準的螺距誤差的定義。不確定性的整體視角，可以選擇最好的規(guī)格型號，合格的決策，從而降低測量不確定性和相關不確定性的累積效應。參考文獻[1] Kunzmann H, Pfeifer T, Schmitt R, Schwenke H, Weckenmann A (2005)Productive Metrology—Adding Value to Manufacture, Keynote Paper. CIRPAnnals 54(2):155–168.[2] ISO/TS 17450-2. (2002) Geometric Product Specification (GPS) – General Concepts– Part 2: Operators and Uncertainties. International Organization ofStandardization.[3] GUM. (1995) Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement. InternationalOrganization of Standardization.[4] Srinivassan V (2001) An Integrated View of Geometrical Product Specification and Verification. Proceedings of the CIRP Seminar on Computer Aided Tolerancing, Cachan, France, 7–17.[5] ANSI/AGMA 2009-B01. (2005) Bevel Gear Classification, Tolerances, and Measuring Methods. .[6] Goch G (2003) Gear Metrology. CIRP Annals 52(2):659–695.[7] Guenther A (2006) Evaluation of Runout Deviation at Bevel Gears Based on Pitch Measurements. CIRP Annals 55(1):539–542.[8] Bruyere J, Dantan JY, Bigot R, Martin P (2007) Statistical Tolerance Analysis of Bevel Gear by Tooth Contact Analysis and Monte Carlo Simulation. Mechanism and Machine Theory 42(10):1326–1351.[9] Suh NP (2005) Complexity in Engineering, keynote paper. CIRP Annals 54(2): 581–598.[10] Dantan JY, Bruyere J, Baudouin C, Mathieu L (2007) Geometrical Specification for Gear-Expression, Metrology and Analysis. Annals CIRP 56(1):517–520.0目錄摘 要 .........................................................................................................................................3第一章 緒論 .............................................................................................................................11.1 滾齒機國內外研究現(xiàn)狀現(xiàn)狀 ......................................................................................11.2 滾齒機研制技術的發(fā)展趨勢 .....................................................................................2第二章 滾齒機總體設計 .........................................................................................................42.1 滾齒機總體方案設計 ..................................................................................................42.2 擬定傳動方案設計 .....................................................................................................42.3 確定詳細傳動方案 .....................................................................................................62.4 滾齒機各部件方案設計 .............................................................................................72.4.1 床身設計 ..........................................................................................................72.4.2 主傳動箱設計 ..................................................................................................72.4.3 刀架立柱設計 ..................................................................................................82..4.4 滾刀牙箱設計 .................................................................................................82..4.5 工作臺設計 .....................................................................................................82..4.6 外支架設計 .....................................................................................................8第三章 滾刀箱結構設計 .........................................................................................................93.1 滾刀箱的特性 ..............................................................................................................93.2 滾刀箱的結構設計 ......................................................................................................93.2.1 滾刀箱的功能結構分析 ..................................................................................93.2.2 滾刀箱的壁厚 ..................................................................................................93.3 滾刀箱的設計計算 ...................................................................................................103.3.1 斜齒輪的設計 ................................................................................................103.3.2 滾刀心軸的結構設計 ....................................................................................14第四章 刀架底座部件設計 ...................................................................................................174.1 工作要求 ...................................................................................................................174.2 竄刀運動與工件軸旋轉的聯(lián)動關系 ........................................................................174.3 刀架底座部件的結構特點 ........................................................................................184.4 動力參數(shù)設計 ............................................................................................................184.4.1 滾齒機切削力的關系及坐標變換 .................................................................184.4.2 等效負載轉矩計算 ........................................................................................214.4.3 等效轉動慣量的計算 ..................................................................................234.4.4 加速度扭矩的計算 ......................................................................................244.5 滾柱絲杠副支承設計技術研究 ................................................................................264.5.1 滾動軸承的選擇 ............................................................................................264.5.2 支承形式設計 ................................................................................................264.5.3 絲杠的預拉伸設計 .........................................................................................274.6 滾刀軸部件鎖緊的實現(xiàn) .........................................................................................29第五章 滾刀箱形狀和尺寸的確定 ........................................................................................33第六章 結束語 .......................................................................................................................34參考文獻 .................................................................................................................................35致 謝 .................................................................................................................................36附 錄 1 ..............................................................................................................................37附 錄 2 ..............................................................................................................................38摘 要齒輪加工正朝著環(huán)保、高效、高精度及無屑加工方向發(fā)展，齒輪加工機床正朝著全數(shù)控、功能復合、柔性、自動化、安全性及網(wǎng)絡化方向發(fā)展。傳統(tǒng)機械式滾齒機傳動結構異常復雜、傳動效率低、傳動精度差、磨損嚴重、切削速度低，在各方面都不能滿足現(xiàn)代滾齒機的性能要求；普通全數(shù)控滾齒機雖然具有全數(shù)控化、柔性好、安全的特點，但是機械傳動環(huán)節(jié)的存在始終限制其加工速度的提升，不能適應干式切削的需要。因此，國外的部分廠家從最近幾年才開始研制“零傳動”齒輪加工機床。零傳動滾齒機突破了傳統(tǒng)齒輪加工機床的結構設計原理，采用電主軸和內置力矩電機直接驅動滾刀旋轉運動和工件軸旋轉運動，是齒輪機床設計技術的重大變革。但國外零傳動機床的售價很高（是一般數(shù)控機床的 2～ 3 倍） ，設計原理和技術資料嚴格保密，形成了技術壟斷的局面。為了打破國外的技術壟斷，盡快提高我國齒輪加工機床的設計/制造水平，研究和開發(fā)高速、高精度零傳動滾齒機是十分必要的。零傳動滾齒機的研制基于零傳動功能部件，由電主軸直接驅動的零傳動刀架部件是研發(fā)的核心之一。我的課題主要內容是滾齒機刀架系統(tǒng)設計。滾刀箱固定在刀架滑板上，滾刀心軸插入滾刀主軸并用拉緊螺栓固定在主軸上。為了保證主軸與前軸承的適當間隙，前軸承是做成外錐并開口。調整軸承上的兩個螺母，可以使前軸承做軸向移動，使前軸承孔收縮便可消除主軸和軸承間過大的間隙。關鍵詞：滾齒機、刀架、動靜態(tài)特性ABSTRACTThe gear processing is developed an environment protecting, high-efficiency,high-precision and chipless machining mode, meanwhile the gear machine tools developed the completely-digital-control, function-complex, flexible, automatic, secure and network mode. Traditional gear hobbing machine can not satisfy performance demand of modern gear hobbing machine, because of its disadvantages, such as complex drive structure, low drive efficiency, low drive precision, bad abrasion, low cutting speed, and etc. normal NC gear hobbing machine has characteristics of CNC,good flexible and safety, but because the mechanical drive limit the cutting speed , it also can not fit for the demand of dry cutting.so ,some overseas companies have started to study zero-chain gear hobbing machine . zero-chain gear hobbing machine breaks through structure design principle of traditional gear cutting machine ,in which motorized spindle and built-in torque motor have been applied to realize rotary of hobbing cutter and workpiece-shaft.it is an important technological innovation of the design of gear machine tool. But the foreign Nought-Drive machine tools are expensive(2-3 times as much as the common digital-control machine tool), the design theory and the pertinent technical data are all kept absolutely secret that formed a situation of monopoly technology.In order to break the technology monopoly and improve the level of designing/manufacturing rapidly in our country’s gear cutting machine, it's very necessary to study and develop high-speed and high-precision direct drive gear hobbing machine, one key of the research is the direct drive hobhead.The topic main content of topic is hob-cutter frame design as well as the spindle assembly design. Rob cutter frame is fixed on the slide of cutter rack, the hob shaft is inserted into hob spindle and fixed with the draw-in bolt on the main axle. In order to guarantee the spindle and the suitable front bearing gap, the front bearing has the outer cone and the aperture. Adjusting on the bearing two nuts, it causes bearing movement along the front axle when motion and causes contraction of the front bearing hole then to be possible to eliminate the gap between the main axle and the bearing. Key words ： Direct-drive, Gear Hobbing Machine, hobhead, dynamic-static performance0第一章 緒論1.1 滾齒機國內外研究現(xiàn)狀現(xiàn)狀齒輪加工機床是一種技術含量高且結構復雜的機床系統(tǒng)，由于齒輪使用的量大面廣，齒輪加工機床已成為汽車、摩托車、工程機械、船舶等行業(yè)的關鍵設備。特別是，隨著汽車工業(yè)的高速發(fā)展，對齒輪的需求量日益增加，對齒輪加工的效率、質量及加工成本的要求愈來愈高，使齒輪加工機床在汽車、摩托車等行業(yè)中占有越來越重要的作用。滾齒機是齒輪加工機床中的一種，其占齒輪加工機床擁有量的40%～50%。它主要用來加工圓柱齒輪和蝸輪等。隨著重型車市場的高速擴張和產(chǎn)銷量的迅速增長，變速箱和齒輪制造行業(yè)的內部競爭必將進一步加劇，為齒輪機床行業(yè)增加了良性發(fā)展的大好機會，各生產(chǎn)廠商大規(guī)模技改投資齒輪加工機床。目前國際上生產(chǎn)滾齒機的強國———美國、德國和日本，也是世界經(jīng)濟強國和汽車生產(chǎn)大國。美國Gleason-pfauter公司，德國的Liebherr 公司，日本的三菱重工公司、堅藤、清和公司和意大利的SU公司是國外最具實力的滾齒機制造商。這些公司目前生產(chǎn)的滾齒機都是全數(shù)控式的，中小規(guī)格滾齒機都在朝著高速方向發(fā)展，所有高效機床均采用了全密封護罩加油霧分離器及磁力排屑器的方式部分地解決環(huán)保問題。近年來，為更好地滿足滾齒加工中的綠色制造，德國Liebherr 公司早在十幾年前就開始研究高速干式切削滾齒機。日本三菱重工則是最早將高速干式切削滾齒機商品化的制造商，它們的成功還得益于滾刀制造技術的提高。目前，Liebherr、Gleason-pfauter、三菱重工、SU 、堅藤和清和均開發(fā)了適用于高速干式切削的滾齒機產(chǎn)品。在特別重視環(huán)保的世界著名齒輪制造商中，如德國ZF公司、美國Ford汽車公司等使用高速干式滾齒已成為主流。在我國上海汽車齒輪公司及陜西發(fā)士特公司也已開始采購三菱重工公司生產(chǎn)的干式切削滾齒機。近幾年，我國在滾齒機設計技術方面研究的主要內容經(jīng)歷了從傳統(tǒng)機械式滾齒機通過數(shù)控改造發(fā)展為2-3軸（直線運動軸）實用型數(shù)控高效滾齒機，到全新的六軸四聯(lián)動數(shù)控高速滾齒機的開發(fā)。滾齒機加工（鋼件）全部采用濕式滾齒方式。目前，國內主要滾齒機制造商重慶機床廠及南京二機床有限責任公司生產(chǎn)的系列數(shù)控高效滾齒機已采取全密封護罩加油霧分離器和磁力排屑器的方式部分地解決環(huán)保問題。世界上滾齒機產(chǎn)量最大的制造商——重慶機床廠從2001年開始研究面向綠色制造的高速干切滾齒技術，2002年初研制成功既能干切又能濕切的YKS3112六軸四聯(lián)動數(shù)控高速滾齒機，2003年初又開始研制面向綠色制造的YE3116CNC7高速干式切削滾齒機，即將進入商品化階段。傳統(tǒng)滾齒機在加工過程中有以下特點：(1)滾削齒輪時，應用切削液可提高刀具壽命，改善加工表面質量和利于排出切削熱而不致引起機床的熱變形。但是，在高速切削過程中切削液的飛濺和形成的油霧對生態(tài)環(huán)境和人類特別有害，1變質切削液的排放也會嚴重污染環(huán)境。(2)機床漏、混油嚴重。(3)加工成本高。機床的材料用量、能耗、油耗及附加費大，濕式齒輪加工中消耗的切削液及切削液附加裝置的費用占加工成本的 20%左右。(4)生產(chǎn)效率低下，加工質量差，難以滿足現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)的要求。開發(fā)研制新的滾齒機可以使公司擁有更大的市場份額，創(chuàng)造更好的經(jīng)濟效益和社會效益，同時在技術上達到一個新的高度。1.2 滾齒機研制技術的發(fā)展趨勢① 高速、高效化 [17,24,34-35]綜合上面的分析比較，我們可以看到，具有國際先進水平的滾齒機充分利用了高速切削的原理，滾刀最高轉速均在 3000r/min 以上，Liebherr 的 LC80立式滾齒機甚至達到了 9000r/min[7]，不僅提高了生產(chǎn)效率，而且由于切屑帶走了 90%以上的切削熱，既能保證工件的精度又省去了冷卻工件的切削液，避免了環(huán)境污染。② 全數(shù)控化 [11-18,24]通過對機床各運動軸的 CNC 控制及部分軸間的聯(lián)動，可增加機床功能，使?jié)L削小錐度及鼓形齒輪變得簡單；可縮短傳動鏈，提高各軸精度和重復定位精度；可省去計算及更換分齒掛輪和差動掛輪、進給及主軸換檔時間，從而減少輔助加工時間，增加機床柔性；由于機械結構變得簡單，可在設計時更有利于提高機床的剛性及把熱變形降到更低。各軸間沒有機械聯(lián)系，結構設計變得更加典型，有利于實施模塊化設計及制造。③ 零傳動化及高速干式切削 [17,33]國外先進滾齒機已經(jīng)廣泛采用了零傳動功能部件，最常見的是刀架由電主軸直接驅動，部分廠家工作臺由力矩電機直接驅動。零傳動滾齒機滾刀軸速度一般在 3000 轉/分以上，能夠達到干式切削的速度要求，實現(xiàn)了機床的環(huán)保化。干式切削滾齒機使齒輪加工徹底擺脫了切削液，從根本上解決了環(huán)境污染問題，還能提高 2 倍以上的加工效率，提高刀具 1～4 倍的壽命，大大降低單件齒輪加工的成本。④ 網(wǎng)絡化 [17]由于計算機技術的高速發(fā)展，現(xiàn)在的高檔數(shù)控系統(tǒng)已具備通訊聯(lián)網(wǎng)的功能，數(shù)控機床正朝著網(wǎng)絡化方向發(fā)展，實現(xiàn)遠程監(jiān)控和加工的功能，減少工人負擔，提高加工效率。⑤ 智能化 [19]由于計算機技術及數(shù)控技術的發(fā)展，智能技術也逐漸應用于高性能數(shù)控齒輪機中，具體表現(xiàn)在：1) 完成加工質量與加工過程智能控制。根據(jù)對工件在線檢測的結果和實時采集的機床狀態(tài)，預測工件的加工質量，并及時調整加工過程的工藝參數(shù)，以保證機床的加工精度。2) 智能診斷。故障診斷的智能化表現(xiàn)在兩方面：一方面是機床會對曾經(jīng)產(chǎn)2生的故障作記錄，當下次碰到該故障時，它會首先提示可能的原因；另一方面，現(xiàn)場信息經(jīng)過壓縮，存貯在機床的“黑匣子”中，一旦機床發(fā)生的故障超出其自身的診斷能力，就可以通過 Internet 從網(wǎng)上專家系統(tǒng)獲得支持，進行交互式的遠程協(xié)同診斷。3第二章 滾齒機總體設計2.1 滾齒機總體方案設計滾齒加工是依照交錯軸螺旋齒輪嚙合原理進行的。用齒輪滾刀加工的過程，就相當于一對螺旋齒輪嚙合的過程。將其中的一個齒輪的齒數(shù)減少到一個或幾個，螺旋角增大到很大，呈螺桿狀，再開槽并鏟背，使其具有切削性能，就成了齒輪滾刀。機床使?jié)L刀和工件保持一對螺旋齒輪副嚙合關系作相關旋轉運動時，就可在工件上滾切出具有漸開線齒廓的齒槽。滾齒時，切出的齒廓是滾刀切削刃運動軌跡的包絡線。滾齒時齒廓的成形方法是展成法，成形滾刀旋轉運動和工件旋轉運動組成的復合運動就是展成運動，再加上滾刀沿工件軸線垂直方向的進給運動，就可切出整個齒長。其設計依據(jù)如下：a) 最大切削模數(shù) 8mm；b) 銑削圓柱齒輪最大外徑 500mm；c) 銑刀最大直徑 160mm；d) 銑刀最大垂直行程長度 300mm；e) 滾刀轉數(shù)范圍 40~250r/min。2.2 擬定傳動方案設計加工直齒圓柱齒輪時，滾刀軸線與齒輪端面傾斜一個角度，其值等于滾刀螺旋升角，使?jié)L刀螺紋方向與被切齒輪齒向一致。它需具有以下三條傳動鏈： a) 主運動傳動鏈：電動機—1—2—iv—3—4—滾刀，是一條外聯(lián)系得傳動鏈，實現(xiàn)滾刀的旋轉運動。其中，iv 為置換機構，用以變換滾刀的轉速。b) 展成運動傳動鏈：滾刀—4—5—ix—6—7—工作臺，是內聯(lián)系傳動鏈，實現(xiàn)漸開線齒廓的復合成形運動。對單頭滾刀而言，滾刀轉一轉，工件應轉過一個齒，所以要求滾刀與工作臺之間必須保持嚴格的傳動比關系。其中換置機構為 ix，用于適應工件齒數(shù)和滾刀頭數(shù)的變化，其傳動比的要求很精確。由于工作臺的旋轉方向與滾刀螺旋角的旋向有關，故在這條傳動鏈中，還設有工作臺變向機構。c) 軸向進給運動傳動鏈：工件—7—8—if—9—10—刀架升降絲杠，是一條外傳動鏈，實現(xiàn)齒寬方向直線形齒形的運動。其中，換置機構為 if，用于調整軸向進給量的大小和方向，以適應不同加工表面粗糙度的要求，軸向進給運動是一個獨立的簡單運動，作為外聯(lián)系傳動鏈它可以使用獨立的運動源來驅動，這里所以用工作臺作為間接運動源，是因為滾齒時的進給量通常以工件每轉 1轉時，刀架的位移量來計量，且刀架運動速度較低，采用這種傳動方案，不僅滿足了工藝上的需要，還能簡化機床的結構。圖 2-1 所示為滾切直齒圓柱齒輪齒輪的傳動原理圖。4圖 2-1 滾切直齒圓柱齒輪的傳動原理圖斜齒圓柱齒輪在齒長方向為一條螺旋線，為了形成螺旋線齒線，在滾刀作軸向進給運動的同時，工件還應作附加旋轉運動 B22（簡稱附加運動） ，且這兩個運動之間必須保持確定的關系：滾刀移動一個螺旋線導程 S 時工件應準確地附加轉過 1 轉，因此，加工斜齒輪時的進給運動是一個螺旋運動，是一個復合運動。實現(xiàn)滾切斜齒輪所需成形運動的傳動原理圖如圖 2-2 所示。其中，主運動、展成運動以及軸向運動傳動鏈與加工直齒輪時相同，只是在刀架與工作臺之間增加了一條附加運動鏈：絲杠-12-13-iy-14-15-i 合成-6-7-ix-8-9-工件。在保證刀架沿工作臺軸線方向移動一個螺旋導程 s 時，工件附加轉過±1轉，形成螺旋線齒線。5圖 2-2 滾切斜齒圓柱齒輪的傳動原理圖2.3 確定詳細傳動方案本次所設計的 Y3150E 型滾齒機，它主要用于加工直齒和斜齒圓柱齒輪，也可用于手動徑向進給加工蝸輪。因此，傳動系統(tǒng)中共有 6 條傳動鏈，它們分別是主運動鏈、展成運動鏈、軸向進給運動鏈、附加運動鏈、工作臺的水平送進運動鏈和快速移動刀架的運動鏈。其主要四條傳動鏈的表達式如下：a．主運動：電動機 → 滾刀主電動機 → （帶輪）→ → → → → → → 16542137548282→ 滾刀208b．展成運動：滾刀 → 工作臺滾刀 → → → → → → 合成機構 → → 208285642FEdcba?→ → 工作臺71c．進給運動：工作臺 → 刀架工作臺 → → → → → →u 進→ → 刀架1725391ba692325d．附加運動：刀架 → 工作臺6刀架→ → → → → → →u 合→ →ux ?3T252badc7236FE→ →工件721Y3150E 型機床的傳動系統(tǒng)圖如圖 2-3 所示。圖 2-3 Y3150E 型機床的傳動系統(tǒng)圖2.4 滾齒機各部件方案設計2.4.1 床身設計床身為箱型結構，與底座鑄成一個整體，左上部是方形導軌安放工作臺，右上部固定刀架立柱，床身內部安裝有差動機構，床身后端連出分齒掛輪架背面為主傳動箱，主電動機及冷卻電動機都裝在床身上，方形導軌中間裝一絲杠作移動工作臺之用，在分度掛輪架處的手柄，供銑正齒輪或斜齒輪時操縱使用。2.4.2 主傳動箱設計主傳動箱緊固在床身的背面，其內裝有主傳動進給差動機構機件，主傳動進給與差動掛輪架均在其中。主傳動箱的第一根軸的端部連接葉片泵，主電動7機開動后，葉片泵被帶動輸出油，供給機床各部位自動潤滑點的潤滑油及刀架立柱的液壓缸壓力油。2.4.3 刀架立柱設計刀架立柱緊固在床身上方，其中有主傳動的花鍵軸、傘齒輪和垂直進給絲桿，另外還有平衡刀架滑板的液壓油缸。刀架滑板置于 V 型導軌上，前面是操縱板（電氣按鈕） 。另裝有手柄供手動升降刀架滑板之用。手搖升降刀架時，先將手柄搬至“開”位置將給合子脫開，使搖動輕便。2..4.4 滾刀牙箱設計滾刀牙箱固定在刀架滑板上，滾刀主軸孔為莫氏 5 號錐度，滾刀心軸插入此孔，用拉緊螺栓將心軸固牢拉緊在主軸上。為了保證主軸與前軸承的適當間隙，將前軸承做成外錐并開口。調整軸承上的兩個螺母，可以使前軸承座軸向移動，使前軸承孔收縮便可消除主軸與軸承間過大的間隙。后軸承可與主軸一起沿著軸線移動 40 毫米，以便在滾刀工作部分磨鈍時，把鋒利的部分移到切削部分來工作。移動后軸承是利用與后軸承相連的鉗在滾刀牙箱殼體上的調整緊鎖螺栓進行的，因為牙箱上套裝后軸承的孔是開口的。調整時應首先將拉緊開口的鎖緊螺栓松開，調整好后并把它擰緊。松開壓緊螺釘，搖動手柄，可以使?jié)L刀牙箱轉動一定角度。2..4.5 工作臺設計工作臺為箱形，裝在床身的方形導軌上，工作臺殼體以其環(huán)形表面支承工作臺，并以其錐孔來定工作臺中心。分度蝸輪與工作臺殼體連在一起，分度蝸桿與工作臺座連在一起。內殼體油室可提供潤滑油潤滑分度蝸輪副。2..4.6 外支架設計外支架固定在工作臺殼體上，它上面有燕尾形導軌。支承工件心軸的支臂，可沿導軌移動。支臂上有一專用手柄，供支臂夾緊在支架上之用。當使用外支架時，最大加工直徑為 450 毫米。超過 450 毫米，就應取下外支架，才可以加工。8第三章 滾刀箱結構設計3.1 滾刀箱的特性 圖 3－1 滾刀箱箱體圖3.2 滾刀箱的結構設計滾刀箱的結構形狀主要取決于其功能要求，以及箱體在床身上的安裝連接要求。滾刀箱首先應該滿足運動方面的要求，如滾刀箱的旋轉、步進等。此外，還要求具有較高的傳動效率，保證傳動件具有足夠的強度或剛度，降低噪音，提高抗振性和耐磨性，操作方便，并有良好的工藝性，便于檢修，成本較低，防塵、防漏，外形美觀等。圖 3－1 為滾刀箱的結構示意圖。3.2.1 滾刀箱的功能結構分析滾刀箱內裝有傳動軸和齒輪，滾刀箱的絕大多數(shù)傳動軸上都裝有滾動軸承。傳動軸的軸承以圓錐滾子軸承為主。因為圓錐滾子軸承價格較低，噪音和發(fā)熱量較小，且裝配方便，承載能力較大，還可以承載部分軸向力。滾刀箱作為滾齒機的重要組成部分，要求傳動精確，并且工作穩(wěn)定。滾刀箱為箱形，裝在刀架立柱上的滾刀滑板上，由刀架立柱的絲杠來調節(jié)滾刀箱的運動。滾刀心軸上裝有齒輪滾刀，由滾刀的旋轉與垂直運動來切削工件。而滾刀箱通過螺栓固定在刀架立柱上，并由刀架立柱的錐齒輪通過主運動傳動鏈傳遞過來的力來驅動滾刀心軸的運動。3.2.2 滾刀箱的壁厚壁厚的大小取決于產(chǎn)品需要承受的外力、是否作為其他零件的支撐、承接數(shù)量、伸出部分的多少以及選用的材料而定。一般的鑄鐵材料以 10 到 15 毫米9為準。滾刀箱的箱體主要是定位軸以及固定零件之用。從經(jīng)濟角度來看，過厚的產(chǎn)品不但增加物料成本，延長生產(chǎn)過程的冷卻時間，增加生產(chǎn)成本；從產(chǎn)品設計角度來看，過大的壁厚將增加產(chǎn)生空穴和氣孔的可能性，大大削弱產(chǎn)品的剛性及強度。最理想的壁厚分布是在任何一個地方都是均勻一致的，但為了滿足功能上的需求以致壁厚有所改變總是無可避免的。在此情形，有大的轉角的地方應盡可能平滑。因為太突然的壁厚轉變會導致應力集中和產(chǎn)生不穩(wěn)定問題。壁厚均一的原則在轉角的地方也同樣需要，在有大的轉角的地方應盡量運用倒角和圓角。因為在大轉角處通常會導致部件有缺陷及應力集中，應力集中的地方會在受負載或撞擊的時候破裂。較大的圓角提供了這種缺點的解決方法，減低了應力集中的程度。建議的最小圓角半徑是壁厚的 25%，適當?shù)卦龃髨A角半徑 能明顯地減少應力集中現(xiàn)象的發(fā)生。3.3 滾刀箱的設計計算由于齒輪在轉速最小的時候可以求得它們的最大扭矩，所以要選用適當?shù)奈佪喓臀仐U就必須求出齒輪的最小轉速。3.3.1 斜齒輪的設計根據(jù)齒根彎曲疲勞疲勞強度的設計： ??321cos4FSadnt YZKTm????????13?確定公式中的各參數(shù)值，取載荷系數(shù) K=1.93， =60，已知滾刀的最低轉1數(shù)為 47.5r/min。則：傳動效率為 ，72.0＝總?大齒輪傳遞的轉矩總????npT6105.9??23?則 mN104.72103.6551 ????＝T傳動比為 ?大小齒輪的彎曲疲勞強度極限10查圖 6.9 得： MPa302lim1li?F?應力循環(huán)次數(shù)考慮到工作條件工作環(huán)境以及總體設計取齒輪壽命為十年，每年 300 個工作日，每個工作日安 8 個小時計算得njLN160? ??3?式中 ：齒輪的轉速，單位為 ；nmir：齒輪每轉一圈時同一齒面的嚙合的次數(shù)；j：齒輪的工作壽命，單位為 。hLh71 1084.63015.4760????N再由傳動比 得：3?81074.2?N查表 6.6 得彎曲疲勞壽命系數(shù)： .1?FNk9.2FNk計算許用彎曲應力取彎曲疲勞安全系數(shù) 4.?Fs應力修正系數(shù) 則2STY= ??1F?FSTNYk1lim???43???aFMP4.1230???a6.8?同理 = / ＝385.7??2F?2limSTNYk9P查取齒形系數(shù)和應力校正系數(shù)根據(jù)當量齒輪43.716.9cos/0cs/331 ????Zv??5?8.2.cs/2cs/32 ?v11??63?計算大小齒輪的 并加以比較??FSaY?24.1?a75.1?SaY69FY由表 6.4 查取齒形系數(shù)和應力校正系數(shù) ??0915.6.42871??FSa?8..3592?FSaY因為 ，故取 進行齒根彎曲疲勞強度計算。??2FSaY??1FSa2Z重合度系數(shù) ， 。7.0??86.?Y設計計算如下：A．試計算齒輪模數(shù) ntm??3 252 0198.07.4.869456.12 ?????ntnt5.4B．設計圓周速度 vs/m74.095.10628.cos1061 ?????????nzmt ??3?C．計算載荷系數(shù)查表 6.2 得 =1.0。AK根據(jù) ，7 級精度，查圖 6.10，得 。smv/4.0? 08.1?VKD．斜齒輪傳動取 ;查圖 6.13 得 。則載荷系數(shù)2.1??24?1293.124.3.10??????KVA ??8?式中： 為使用系數(shù)； 為動載系數(shù)； 為齒間載荷分配系數(shù)； 為AKVKa ?K齒向載荷分布系數(shù)。mm 02.86.1593.3 ????ttnkm??93?則取 m3?n計算齒輪傳動得幾何尺寸a．中心距 mm ????9.1260945.23cos21 ??????Zn? ??103?則取中心距為 127mmab．螺旋角 ''1509cosar?????Zmn ??13?c．兩分度圓直徑m4.1905.6cos11????Zmdn??23?5.694.0cos22????Zdn??13?d．齒寬 mm51?b下面校核齒面接觸疲勞強度。??HEHubdKTZ????????12??43?其中，大小齒輪得接觸疲勞強度極限 　 MPa1702lim1li?H?13??153?查圖 6.6，得接觸疲勞壽命系數(shù) ＝1.15 ， ＝0.95 。1HNK2HN計算許用接觸應力取安全系數(shù) 則1?HSMPa ?? 5.134705.1/1lim??HNS? ??163?MPa 92li2HK 7??????MPa.8/1??查圖 6.19，得節(jié)點區(qū)域系數(shù) ＝2.44。HZ重合度系數(shù)　 8.0?Z螺旋角系數(shù) 　　　 972.045.cos??????183?材料系數(shù) MPa8.19EZ校核計算得接觸疲勞強度滿足要求。3.3.2 滾刀心軸的結構設計圖 3－2 滾刀心軸裝配圖心軸是只承受彎矩而不受扭矩，其失效形式主要有：a．因疲勞強度不足而產(chǎn)生疲勞斷裂；b．因靜強度不足而產(chǎn)生塑性變形或脆性斷裂 ；c．因剛度不足而產(chǎn)生過大彎曲及扭轉變形；d．高速時發(fā)生共振破壞等。選擇軸的材料為 45 號調質鋼。 14材料的安全彎曲應力為 ??MPa301???彎曲應力 Wb????9式中， 為彎矩， 為抗彎截面系數(shù)。MW其中， 。31.0d?圖 3－3 心軸受彎曲應力作用時簡圖圖 3－4 心軸結構示意圖由于在工作中心軸外面裝有齒輪滾刀，齒輪滾刀是加工直齒和斜齒的最常用的展成法刀具，利用螺旋齒輪嚙合原理來加工齒輪。它加工范圍廣，模數(shù)從到 的齒輪均可使用滾齒加工。m1.04滾刀一般常用的是齒輪滾刀，其外形相當與一個蝸桿。為了能使這個蝸桿能起到切削作用，需要在其圓周上開出幾個容屑槽，形成很短的刀齒。在工作過程中滾刀受到切削力的作用。根據(jù)總體設計中求出的切削力和所取的最小直徑 ，再由下列近似關系：kNFc17.2?m27??cf F5.04～? ??203?p~3 1查[10]，取 ， cfF2.0c6.得出 ， kN914.?fFk78?p根據(jù)公式 　　　　　　　　 22fc?15??23?其中： 為切削力； 為背向力； 為進給力。CFpfF求出合力 。kN5.2?根據(jù)心軸的固定位置，取心軸的中點作為受力點，則由公式 ， 得lFM?。m491250.6250?????l。MPa71.493acaW?則 ??1???ca強度足夠。.139Ll16第四章 刀架底座部件設計4.1 工作要求刀架底座部件在功能上主要實現(xiàn)竄刀運動，調整滾刀軸（B 軸）與工件軸（C 軸）在滾刀軸軸向的相對位置，避免滾刀在同一部位過分磨損。在干切削加工的時候，滾刀軸部件需要在滾刀長度范圍內連續(xù)運動，保證滾刀的均勻磨損。竄刀運動加入到聯(lián)動軸系中相當于一個附加的展成運動,它使 C 軸必須增加一個附加轉動與之相協(xié)調。滾齒機的切削過程是典型的斷續(xù)切削，滾刀軸要承受很大的沖擊載荷，使整個 B 軸部件產(chǎn)生振動，零傳動滾齒機在進行干式切削的時候，由于轉速提高，振動問題更加不能小視，必須采取措施控制滾刀軸部件的振動，這也是對刀架底座部件的要求之一。4.2 竄刀運動與工件軸旋轉的聯(lián)動關系當滾齒機進行干式切削時，其竄刀運動加入到了聯(lián)動軸系中，相當于一個附加的展成運動，工件軸必須有附加的旋轉與之匹配。兩軸之間的耦合關系是滾刀的切向速度在工件軸切向方向上的速度分量與工件軸附加旋轉產(chǎn)生的工件線速度相同。即：(4.1)(4.2)式中：17——工件軸的附加轉動速度（轉/分） ；——刀架切向竄刀速度（mm/分） ；——刀架安裝角；——工件模數(shù)。4.3 刀架底座部件的結構特點在進行滾齒機刀架部件的設計時，刀架與工件軸的干涉是必須考慮的問題，刀架部件的結構應當非常緊湊。刀架底座的尺寸，特別是其在滾齒機的軸向進給方向的尺寸對干涉的影響是很大的，過大的刀架底座尺寸會導致工件軸懸伸量過大，降低工件軸的剛度，同時限制了刀架的安裝角旋轉范圍，降低工件的加工范圍，使?jié)L齒機的性能受到很大的影響。因此，采用伺服電機直連絲杠的傳動方案，結構緊湊，能最大可能地壓縮刀架底座部件的尺寸。導軌選用窄形圓柱滾子導軌，既能良好地承受沖擊載荷，保證足夠的剛度，又能控制在滾齒機軸向進給方向的尺寸。采用 INA 公司的鎖緊單元將滾刀軸部件的切向運動置于鎖緊狀態(tài)，或者在連續(xù)竄刀時給予一定的摩擦力，增加阻尼，減弱其振動。4.4 動力參數(shù)設計4.4.1 滾齒機切削力的關系及坐標變換由于滾齒過程復雜，分析切削力時需要建立一個與工件坐標軸18重合的機床坐標系（0, x, y, z）和一個滾刀坐標系（ 0, x’, y’, z’）,如圖 4.1 所示?？梢?y 軸與 y’軸重合。將機床坐標系繞 y 軸轉動ω，就能得到滾刀坐標系。ω ＝β＋λ式中 ω——滾刀安裝角；β——工件螺旋角；λ——滾刀螺旋升角。圖 4.1 切削力的分解眾多切削力研究者都是在滾刀坐標系中測量各切削分力的。我國學者陳鼎昌在滾刀坐標系中得到下列結果（見圖 4.1） 。Pt——滾刀切向分力，由實測扭矩得出Pr——徑向分力，Pr＝0.3 PtPy——水平分力，逆銑時 ，順銑時Px——滾刀軸向分力，19要計算 Y 軸電機功率，必須求出機床坐標系中的 Px －作用于工件的切向分力，Py－作用于工件的徑向分力， Pz－作用于工件的軸向分力。因此，必須進行坐標變換。首先，在滾刀坐標系中確定 Pt 與 y’軸的夾角，如圖 3.2 所示，在逆銑時，當 時則則當 時，同樣可算出 θ≈81°。由此可見，逆銑時刀齒從切入到切出的過程中，由于 Py’的幅值在交替變化，使 Pt 力的方向也發(fā)生變化。為簡化計算，規(guī)定 θ＝65°。在順銑時，，按照同樣的方法可算出 θ＝119 °。20圖 4.2 切削力的分解下面進行坐標變換，如圖 4.1 所示，首先將 Px’、Pt、Pr 繞 x’軸順時針旋轉 θ 角，再繞 y 軸旋轉 ω 角，求得機床坐標系中的分力 Px、 Py、Pz。代入數(shù)值，得出 Px、 Py、Pz 與 Pt 的關系如下表逆銑 θ=65° 順銑 θ＝119°β 0° 30° 45° 0° 30° 45°Px 0.09Pt 0.6Pt 0.79Pt 0.09Pt 0.45Pt 0.58PtPy 0.15Pt 0.15Pt 0.15Pt -0.74Pt -0.74Pt -0.74PtPz 1.04Pt 0.85Pt 0.67Pt 0.73Pt 0.58Pt 0.45Pt根據(jù)上表以及第 3.2.3 節(jié)的計算，可知課題設計的零傳動臥式數(shù)控滾齒機在最危險情況下的切向力 Py＝0.79Pt ＝429N, 徑向力 Px＝0.74Pt＝402N。4.4.2 等效負載轉矩計算① 負載轉矩的種類零傳動滾齒機刀架底座部件系統(tǒng)具有三種性質的轉矩：驅動轉21矩、負載轉矩和動態(tài)轉矩（慣性轉矩） 。其中慣性轉矩為：(4.3)負載轉矩根據(jù)其特性可分為工作負載、摩擦轉矩和制動轉矩。零傳動滾齒機刀架底座部件驅動系統(tǒng)負載轉矩有下面幾種：1) 滾刀軸承受的軸向切削力。2) 滾刀軸承受的徑向力和滾動導軌的預壓力引起的摩擦力。3) 滾刀軸部件的重力。② 等效負載轉矩的計算選取最危險的情況，即當滾齒機逆銑直齒輪，并且由下往上竄刀時的情況進行計算。此時電機的負載力為：F = Py + W＋μ(fg + Px) (4.4)式中 Py——滾刀軸承受的軸向力Px——滾刀軸承受的徑向力W——B 軸部件的重量Fg——導軌預壓力μ——滾動導軌摩擦系數(shù)此時加在電機軸上的負載力為：(4.5)式中——加在電機軸上得扭矩負載F——沿著軸向移動活動部分所需要的力22L——絲杠導程——滾珠絲桿或軸承加載在電機軸上的磨擦扭矩（在需要輸入時）η——驅動系統(tǒng)效率③ 案例計算題設計的臥式數(shù)控滾齒機滾刀軸部件重量 W＝1280N；4.3.1 節(jié)計算了最危險條件下的切削力各分量，Px＝ 402N, Py＝429N；選取 INA 公司 RUE 系列窄形圓柱滾子導軌的導軌類型，查得 fg＝0.1 ×134000＝13400N ；滾動導軌摩擦系數(shù)取 0.005。代入式(4.4) 得 F＝1755N；設機械效率為 0.9，查閱相應技術資料， Tf＝ 0.10+0.17＝0.27Nm，代入式（4.5）得：Tm＝1.44Nm。4.4.3 等效轉動慣量的計算① 計算方法工作臺換算到電機軸上的等效轉動慣量為：(4.6)式中 W——直線移動部件的重量（kg）L——絲杠導程（cm）若絲杠轉動慣量為 JS,則電機軸轉動慣量為：(4.7)絲杠轉動慣量一般可由生產(chǎn)商的技術手冊上查得精確的數(shù)值。23若不能查得，可由下式求得：(4.8)式中 ρ ——絲杠材料密度；D1——絲杠外徑；D2——絲杠內徑；l——絲杠長度。② 案例計算課題設計的臥式數(shù)控滾齒機滾刀軸部件重量 W 為 1280N 選取的 Y 軸絲杠導程為 5mm，根據(jù)技術手冊，查得選擇的滾珠絲杠轉動慣量為 0.000028815 。將數(shù)據(jù)代入式（4.6）和式（4.7 ）得絲杠軸轉動慣量 。4.4.4 加速度扭矩的計算① 計算方法24圖 4.3 （4.9）（4.10）式中 Ta——加速度扭矩；Vm——快速進給時的電機速度；Ta——加速時間；JM——電機慣量；JL——負載慣量；Vr——加速度扭矩開始減少的點；Ks——伺服位置閉環(huán)增益；Η——機床效率。② 案例計算課題設計的臥式數(shù)控滾齒機刀架底座部件設定的進給加速度為 1g，最大轉速為 2000r/min,機床效率為 0.9。代入數(shù)據(jù)計算得：254.5 滾柱絲杠副支承設計技術研究4.5.1 滾動軸承的選擇滾齒機的 Y 軸進給系統(tǒng)是一種高精度、高剛度的滾珠絲杠副，因此必須重視滾珠絲杠支承的設計。滾珠絲杠主要承受軸向載荷，其軸向精度和剛度要求較高。進給系統(tǒng)要求運動靈活，對微小位移（絲杠微小轉角）響應要靈敏，因此，軸承的摩擦力矩應該盡量小。滾珠絲杠轉速不高，且高轉速時間很短，因而發(fā)熱不是主要問題。為此，應選用運轉精度高、軸向剛度高、摩擦力矩小的滾動軸承。目前，各制造商均生產(chǎn)有機床用接觸角為 60°的滾珠絲杠專用推力角接觸球軸承，是零傳動滾齒機刀架底座部件絲杠支承的最好選擇。4.5.2 支承形式設計滾珠絲杠根據(jù)不同的應用場合，一般有四種典型的支承形式。即：① 一端固定一端自由，它的特點是結構簡單，但是剛度、臨界轉速和壓桿穩(wěn)定性低。② 一端固定一端游動，它的特點是壓桿穩(wěn)定性和臨界轉速比同長度的一端固定一端自由的支撐形式要高，絲杠有熱膨脹的余地，但是剛度沒有明顯改善。26③ 兩端簡支，它可以進行預拉伸，但剛度不高。④ 兩端固定，它的剛度很高，只要軸承無間隙，絲杠軸向剛度為一端固定的 4 倍；絲杠一般不會受壓，無壓桿穩(wěn)定問題，固有頻率比一端固定要高；可以進行預拉伸；但是兩端固定的支承方式結構復雜，工藝困難，成本比較高。Y 軸精度要求很高，它的誤差會 1：1 完全地反映到工件上，需要非常好的剛度和位移精度。顯然應該選擇兩端固定的方式，前后軸承組均采用背靠背的組合方式。4.5.3 絲杠的預拉伸設計① 預拉伸結構設計及預拉伸力的確定由于刀架和工件軸易干涉的原因，刀架底座部件的設計要求結構