弧面蜗杆加工专用数控机床设计

弧面蜗杆加工专用数控机床设计

目 录

设计说明书中英文摘要

第一章 弧面蜗杆蜗轮的特点 (1)

1-1 蜗杆蜗轮的形成、类型及其结构 (1)

1-2 蜗杆传动的特点及其应用 (3)

1-3 弧面蜗杆的加工 (4)

1-4 弧面蜗轮的加工 (5)

第二章 弧面蜗杆数控专用机床总体结构方案设计 (12)

2-1 加工机床运动的基本要求 (12)

2-2 弧面蜗杆数控专用机床总体方案 (13)

2-3 专用球面蜗杆数控车床的基本结构 (14)

第三章 弧面蜗杆数控专用机床的主传动系统设计 (15)

3-1 传动结构式和结构选择 (15)

（1）主传动的确定 n max ， n min 和公比Ф的确定 (15)

（2）确定变速组和传动副数目 (15)

（3）确定传动顺序方案 (16)

3-2 传动方案的拟订 (18)

3-3 齿轮传动部分的设计 (19)

3-4 轴的设计计算 (25)

（1）轴Ⅱ的设计计算 (25)

（2）轴Ⅶ的设计计算 (26)

（3）主轴的设计计算 (32)

第四章 弧面蜗杆数控专用机床的进给系统设计 (32)

5-1 进给系统传动方案拟订 (32)

5-2 纵向进给系统的设计计算 (33)

（1） 纵向进给系统的设计 (33)

（2） 纵向进给系统的设计计算 (33)

5-3 横向进给系统的设计计算 (39)

5-4 齿轮传动间隙的消除 (46)

第五章 弧面蜗杆数控专用机床回转工作台设计 (52)

第六章 弧面蜗杆数控专用机床控制系统总体方案拟定 (54)

第七章 润滑油的选用 (54)

结 束 语

第一章 弧面蜗杆蜗轮的特点

1-1 蜗杆蜗轮的形成、类型及其结构

1、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 绕一周以上，这样的小齿轮外形像一根螺杆，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：

其一，它是一种特殊的交错轴斜齿轮传动，交错角为∑＝90°，z1很少，一般z1＝1～4；

其二，它具有螺旋传动的某些特点，蜗杆相当于螺杆，蜗轮相当于螺母，蜗轮部分地包容 蜗杆。

2、蜗杆传动的类型

杆形状的不同可分：

① 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 ② 环面蜗杆传动

环面蜗杆

③ 锥蜗杆传动

锥蜗杆动

3、蜗轮蜗杆结构

① 蜗杆结构：

蜗杆通常与轴为一体，采用车制或铣制，结构分别见下图

② 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。

1-2 蜗杆传动的特点及其应用

1、蜗杆传动的特点

在动力传动中，一般传动比i＝5-80；在分度机构或手动机构的传动中，传动比可达300； 若只传递运动，传动比可达1000。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0．4左右。为保证有一定使用寿命，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。

2、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z1＝2～4。此外，由于当γ1 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。

1-3 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 2ð=40°。一般在蜗杆时将车刀刀刃放于水平位置，并且与蜗 杆轴线在同一水平面内， 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 会有一个刀刃是没前角，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 5°）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S7712蜗杆启床）和精密螺母启床（如S7520W万能螺丝启床）。

1-4 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：（1）齿形的加工精度和齿 （2）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 侧；

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 表面提出一定的精度要求；

（3）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，然后组装在一起时进行轮胚的精加工，在进行精加工时，应将喉结，基 准孔和基准端面在一次安装下加工出来，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。

1.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一种基本方法， 滚动蜗轮与滚切圆柱齿