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本科畢業(yè)論文(設計)開題報告 論 文 題 目： 齒輪磨床分度機構設計學 院： 機械工程學院 專 業(yè) 、班 級： 學 生 姓 名 ： 指導教師（職稱）： （教授） 年 11 月 26 日填 一、選題依據 1. 論文（設計）題目 齒輪磨床分度機構設計。 2. 研究領域 機械設計 3. 論文（設計）工作的理論意義和應用價值 齒輪傳動是機械傳動的主要形式。齒輪是機器的基礎件，其質量、性能、壽命直接影響整機的技術經濟指標，齒輪因其形狀復雜、技術問題多，制造難度較大，所以齒輪制造水平在較大程度上反映一個國家機械工業(yè)的水平。隨著各種機械精度和功率的不斷提高,高速、重載、高精度、硬齒面齒輪的使用越來越普遍,特別是隨著火車、汽車等交通工具的提速,齒輪的加工精度直接影響到機械傳動性能的提高。 齒輪按其外形分為圓柱齒輪、錐齒輪、非圓齒輪、齒條、蝸桿蝸輪，本次設計主要是圓柱齒輪磨床分度機構的設計。圓柱齒輪加工機床主要有滾齒機、插齒機、剃齒機、珩齒機和磨齒機。磨齒是現有齒再加工方法中加工精度最高的一種方法。它適用于硬齒輪的精加工。它對磨前齒輪誤差找熱處理變形具有較強的修正能力。磨齒工藝能獲得高精度的齒廓。其精度可達 3～5 級。表面粗糙度 Ra 值可達 0.80～0.20um。磨齒按加工原理分為成形法和展成法兩種。展成法磨齒又分為連續(xù)分度展成法磨齒和單齒分度展成法磨齒。 影響磨齒精度的因素很多,如展成運動精度、分度精度、砂輪質量、磨削吃刀量等,其中又以分度精度的影響最大。所以,提高磨齒機的分度精度是提高磨齒機加工質量的關鍵。 4. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢 端齒盤分度裝置具有分度準確、重復定位精度高、能自動定心、無角位移空程、分度精度不受正反轉影響、使用壽命長等其他分度裝置不具備的獨特優(yōu)勢，在精密測角和分度領域中占有特殊重要的地位。 （1）.國外端齒盤分度裝置的現狀及發(fā)展： 1956 年，美國 A.A 量規(guī)公司研制成 z=360，分度精度為 0.25″的剛性齒端分度 臺后，端齒盤作為高精度分度裝置而引起了人們的重視。 60 年代初期，該端齒盤分度臺經美國國建標準局檢定確認分度精度為 0.25″。在這期間，美國的端齒盤分度裝置的研制得到了較大的發(fā)展。 同時，美國對端齒盤加工系統(tǒng)進行了精化，采用了立方化硼砂輪磨削端齒盤齒形，然后用逐齒易位對研的加工工藝，研制出 1440 齒，分度精度為 0.1″端齒盤分度臺。美國利用 1440 齒、分度精度為 0.1″端齒盤分度太檢驗精密轉臺。端齒盤分度裝置開始應用于精密角分度測量和精密機械加工。 60 年代末，國外開始進行端齒盤細分度的研究。1969 年美國穆爾工具公司研制成功 1440 齒小角度分度器。美國生產的齒數為 360、720、1440、2160 的各種規(guī)格端齒盤分度太均具有正弦尺細分裝置。 日本三井精機 H5B 和 H6B 鼓形齒端齒盤分度臺，用±0.25″端齒盤和自準直儀檢定，分度精度在±1″以內。日本安田工業(yè)鼓形齒端齒盤分度臺，用美國穆爾工具公司±0.1″端齒盤和自準直儀檢定，最大分度誤差為 1.7″。日本津田駒工業(yè)分度臺分度精度實測為 2″。日本廣島精制作所 MPA-10 型分度工作臺，分度精度在±0.25″ 以內。 由此可見，各國對端齒盤分度裝置是十分重視的。雖然，生產端齒盤的國家不少，但生產水平較高的是美國三個公司，穆爾工具公司端齒盤的加工水平處于領先地位。 （2）.國內端齒盤分度裝置的現狀及發(fā)展： 1965 年，我國引進了 A.A.量規(guī)公司生產的 MOX-3600 型端齒盤，以及可作水平， 垂直方向使用的直徑為 300 端齒盤分度臺。而后又引進了密執(zhí)安工具公司 MOX-3600-5 型端齒盤分度臺。與此同時開始研制精密端齒盤分度臺，并對端齒盤的加工工藝進行了研究，研制出分度精度為 0.1″剛性齒端齒盤分度臺，為我國端齒盤分度裝置的研制、推廣、應用起到了促進作用。 60 年代末 70 年代初，我國端齒盤分度裝置的研究試制工作普遍展開。首先是在機床、工具行業(yè)取得了十分可喜的成果。端齒盤分度裝置成功的應用于齒輪磨床代替了磨齒機的分度板；應用于螺紋磨床上的分度夾具，高精度移位夾具；并利用端齒盤測量插齒刀、精密蝸輪，設計研制成功 3A 級插齒刀自動調節(jié)檢查儀、3 級精度齒輪半自動調節(jié)檢查儀（分度精度為 0.5″）。 70 年代，我國研制成功外徑 d=180mm，齒數 z=360 的彈性吃端齒盤分度臺，并 經中國計量科學研究院等單位抽查，分度精度小于 0.2″。我國的端齒盤分度裝置得到了普遍的應用。 目前，我國的端齒盤加工技術已達到了國際先進水平，已能生產 360 齒、391 齒、420 齒、421 齒、720 齒、1440 齒系列精密端齒盤分度臺，最高分度精度達到 0.1″。1440 齒分度精度為 0.2″磨制端齒盤試制成功，使齒形磨削工藝又有了新的突破。 二、論文（設計）研究的內容 1. 重點解決的問題 本次設計中，首先應該強調的一個問題就是分度精度問題。 齒輪作為傳遞運動或動力的基本元件，其使用要求有以下四個方面：1，傳遞運動的準確性；2，傳動的平穩(wěn)性；3；載荷分布的均勻性；4，齒側間隙的合理性。 上述前三項要求為對齒輪本身的精度要求，有相應的偏差項目對其控制。而第四項要求不同，它是設計者根據齒輪副的工作條件和使用條件，對齒輪輪齒尺寸而規(guī)定的公差要求，就像孔軸配合中為確保既定的配合性質而對孔，軸規(guī)定尺寸公差一樣。本課題中分度機構的設計直接對被加工齒輪的單個齒距偏差，齒距累積總偏差造成影響。單個齒距偏差以及齒距累積總偏差都需要靠分度精度來保證。 本次設計的任務是對 Y7063 系列齒輪磨床工作參數進行分析，做 Y7063 系列齒輪磨床分度機構的結構設計和參數計算，所以本次設計的難點就在于如何通過設計保證分度機構的精度從而保證被加工齒輪的精度。 2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路） （1） 、擬對 Y7063 系列齒輪磨床工作參數進行分析。 （2） 、擬對現有分度機構進行研究和分析，重點為對端齒盤分度機構的研究和分度頭的研究和分析。 （3） 、擬對 Y7063 分度機構進行結構設計和參數計算，繪制分度機構裝配圖和三維造型圖。 （4） 、擬對 Y7063A 分度機構進行結構設計和參數計算，繪制分度機構裝配圖。 （5） 、擬對 Y7063B 分度機構進行結構設計和參數計算，繪制分度機構裝配圖。 3. 本論文（設計）預期取得的成果 做齒輪磨床分度機構設計，提交 Y7063 分度機構裝配圖一套、Y7063A 分度機構裝配圖一套、Y7063B 分度機構裝配圖一套、畢業(yè)設計說明書一份。 三、論文（設計）工作安排 技術規(guī)格 Y7063 雙砂輪磨齒機 工件的節(jié)圓直徑/mm 70~630 工件的模數/mm 2~12（法向） 工件的齒數 10~180 工件的螺旋角 ±45° 工件的寬度（直齒輪）/mm — 工作臺最大行程/mm: 縱向 500 橫向 — 工作臺縱向進給速度/（mm/min） 100~900 工作臺直徑/mm ― 砂輪尺寸/mm:外徑 220~280 內徑 40 1.擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數） YA7063 磨齒機主要參數如圖： 擬根據設計參數，通過閱讀大量相關文獻資料,教材及新聞背景資料；以及掌握的知識、資料來確定正確的設計方案，對確定的方案進行論證；對主體結構設計及計算；然后對其繪圖；最后檢驗設計的可行性。 2.論文（設計）進度計劃 第 1-4 周：查找資料，進行調研及翻譯，完成開題報告。 第 5-6 周：擬研究工作原理，確定大致方案。 第 7-8 周：擬確定設計方案，完成相關計算。 第 9-10 周：擬繪制裝配圖。 第 11-12 周：擬繪制零件圖。 第 13-14 周：擬進行誤差修正、圖紙檢查、論文編寫。 第 15 周：擬整理畢業(yè)設計說明書，準備資料和進行答辯準備。 四、需要閱讀的參考文獻 [1]盧秉桓.機械制造技術基礎[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007. [2]濮良貴.機械設計第九版[M].北京：高等教育出版社，2013. [3]金令誠.端齒盤分度裝置[M].北京：國防工業(yè)出版社,1995.09. [4] 王樹強.金屬切削機床[M].北京：北京理工大學出版社，2014.02 [5] 王先逵.齒輪、蝸輪蝸桿、花鍵加工[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008. [6]鄭江.Y38 滾齒機單齒分度機構的設計[J].華北工學院學報，1995，16（1）：24-28. [7]劉繼勝，羅姜.常見齒輪加工誤差問題分析[J].機械與電子，2008（12）：67-70. [8]馬艷，李聚波.齒輪成型磨削的分度補償技術研究[J].傳動技術， 2009, 18(3):93-96. [9]羅國鑫，柏鴻文.國內外分度盤發(fā)展概況[J]. 磨床與磨削 ，2007（3）：114—117 . [10] 施湧潮，沈耀明.國內外多齒分度技術概況[J]. 磨床與磨削 ，2007（3）：3—10. [11] 李聚波，張洛平.數控齒輪分度機構傳動鏈的誤差分析[J]. 組合機床與自動化加工技術，2005(12):30-31. [12] 岳奎，楊玉虎.圓柱凸輪分度機構的優(yōu)化設計[J]. 機械設計,1994(1):15-18. [13] 《齒輪制造工藝手冊——滾、插、磨、剃、刨》編委會，齒輪制造工藝手冊—— 滾、插、磨、剃、刨[M] .北京：機械工業(yè)出版社 ,2010.02. [14]王輝，成形法磨齒[J] . 汽車工藝與材料 , 2008（1）:56—58. [15]遇立基，磨齒工藝與磨齒機的技術發(fā)展概況[J] . 現代制造工程 ,2008（2）1—4 . [16]丘巧衛(wèi)，端齒盤分度裝置在機械加工中的應用[J] . 煤礦機械, 1999（11）24—25. [17]Fangyan Zheng，Synthesis of indexing mechanisms with non-circular gears[J] . Mechanism & Machine Theory, 2016, 105:108-128. 附：文獻綜述 本次開題過程中，共研究查閱了含國內外書籍和期刊在內的 17 篇文獻，其 中文獻[1]、[2]、[3]、[4]、[5]、[10]為書籍，在此不予贅述。除此之外的 11 篇文獻，以下將一一總結。 文獻[6] 《Y38 滾齒機單齒分度機構的設計》就Ｙ３８滾齒機單齒分度機構的設計進行了分析和研究。單齒范成和單齒分度運動是滾齒機加工ＣＡＴＴ齒輪所必需的，而單齒分度機構的設計則是實現以上運動的關鍵。其中提到，不同的齒輪輪齒嚙合時產生的轉位誤差不同，如果能保證分度機構中所有的齒輪分度一次時都與同樣的齒輪輪齒嚙合，則分度機構中齒輪的制造誤差對分度精度的影響就可以消除。因此使分度機構中的齒輪齒數成整數倍關系，且分度機構中設置一個每分度一次轉一整周的大齒輪作為定位盤，用定位銷來定位，能夠得到較高的分度精度。 文獻[7] 《常見齒輪加工誤差問題分析》對常見的齒輪加工誤差問題做出了系統(tǒng)的探討和分析，包括對齒輪誤差的不同項目分類、齒輪誤差的主要來源及問題分析，并最終將它們歸結為幾何偏心和運動偏心的 2 類問題。最后給出了消除幾何偏心和運動偏心的誤差策略和一些日常的方法和注意點。齒輪制造時由于工藝系統(tǒng)的各種誤差引起齒輪的制造誤差一般具有四種形式：徑向誤差、切向誤差、軸向誤差、展成面誤差。其中切向誤差行程的主要原因為刀具和被切齒輪間的展成運動的破壞或分度不準確。如齒輪機床分度傳動鏈誤差，滾刀軸向跳動或斷續(xù)分度切齒時，分度機構的分度誤差等所造成的誤差。因此，提高分度精度對于齒輪的精細制造具有重要意義。 文獻[8] 《齒輪成型磨削的分度補償技術研究》以分度理論為基礎 ,分析了齒輪成型磨削時 , 分度機構的工作原理和分度誤差產生的機理 ,找出了影響分度機構傳動精度的主要誤差源, 確立了完整的在機分度誤差補償方案 , 進行了控制系統(tǒng)的設計和控制程序的編制 , 通過試驗驗證了分度誤差理論分析的正確性和整個誤差補償系統(tǒng)的實用性 。 文獻[9] 《國內外分度盤發(fā)展概況》、[10] 《國內外多齒分度技術概況》介紹了國內外分度盤的發(fā)展現狀，國外以瑞士馬格公司為代表，國內則以編者所在的秦川機床廠作為代表。從發(fā)展過程、按定位及齒槽形狀分類、規(guī)格與精度、加工簡況、測量和存在問題六個方面進行比較說明，最后總結了該廠的不 足。 文獻[11] 《數控齒輪分度機構傳動鏈的誤差分析》通過深入分析齒輪加工誤差的來源和齒輪誤差對傳動性能的影響, 得出了齒輪副的切向綜合誤差是評定運動誤差的主要標準。 提出了采取補償齒輪副的切向綜合誤差的辦法來提高齒輪分度機構的分度精度, 為齒輪分度機構傳動誤差的降低和改善提出了新的思路。 文獻[12] 《圓柱凸輪分度機構的優(yōu)化設計》應用離散優(yōu)化技術對圓柱凸輪分度機構進行優(yōu)化設計,根據該機構常見的失效形式建立目標函數,在深入研究機構的內在特性的基礎上建立約束條件,使機構的設計達到最優(yōu)。優(yōu)化結果表明本文的優(yōu)化軟件可靠性高、優(yōu)化效果顯著。 文獻[14] 《成形法磨齒》主要講述了磨齒與剃齒工藝，成型法磨齒的基本原理，成型法磨齒的工藝分析三個方面，得出與剃齒工藝相比,磨齒工藝提高了齒輪接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度,并大幅度提高了齒輪精度,有效地解決了硬齒面齒輪熱處理時的變形問題。 文獻[15] 《磨齒工藝與磨齒機的技術發(fā)展概況》綜述了 CNC 磨齒機（主要是 CNC 成形磨齒機）產品技術發(fā)展概況。論述了磨齒工藝的重要性和 CNC 成型砂輪磨齒機的優(yōu)勢，隨后又介紹了幾種典型的 CNC 磨齒機，如 Liebherr（利勃海爾）公司的 LCS 系列 CNC 磨齒機、Sanputensili（桑普坦斯利）公司的 S-G 系列 CNC 磨齒機、霍夫勒公司的 RAPID 系列 CNC 成型磨齒機、卡普-納爾斯公司的 ZE 系列和 KX 系列 CNC 磨齒機以及國內秦川機械發(fā)展公司的 YK73125 型 CNC 成型砂輪磨齒機。 文獻[16] 《端齒盤分度裝置在機械加工中的應用》介紹了端齒分度裝置的結構、特點及應用，為普通機械廠觖高精度圓周分度困難問題，提供了一種實用有效的加工方法 。端齒盤分度裝置具有分度準確、重復定位精度高、能自動定心、無角位移空程、分度精度不受正反轉影響、使用壽命長等其他分度裝置不具備的獨特優(yōu)勢。 文獻[17] 《Synthesis of indexing mechanisms with non-circular gears》為國外文獻非圓形齒輪的分度機構的合成，系統(tǒng)引入分度運動定律和三種類型的非圓形行星齒輪系，綜合了非圓形齒輪的齒輪比和節(jié)圓面。 隨后，用計算機化設計和仿真三個例子說明，展示了這些機制的適用性。 綜合以上文獻，做出以下總結： 齒輪是各種機器設備中常用的一種重要的傳動零件。由于科學技術和生產的發(fā)展 ,對其工作精度的要求也越來越高。由于漸開線圓柱齒輪具有許多優(yōu)點 ,所以在齒輪傳動中應用得最為廣泛。齒輪傳動的作用主要是在一定速度下傳遞運動和負荷 ,而評定齒輪傳動的精度標準主要有傳遞運動的準確性、工作的平衡性、載荷分布的均勻性等幾個方面。鑒于齒輪傳動的用途不同 ,對齒輪要求的側重點也有所不同 ,對于精密(數控) 機床的分度齒輪來說要求其必須有高的運動精度 , 即運動的準確性。 傳遞的準確性主要是指在齒輪每轉一轉的過程中 ,主動齒輪轉過某一角度時 ,從動齒輪應按傳動比關系準確地轉過相應的轉角。但是由于齒輪的加工誤差 ,齒輪在傳動過程中的瞬時傳動比是變化的 ,所以不可避免地出現轉角誤差 ,即實際轉角與理論轉角有一差值。而齒輪在其每一圈的轉角誤差應不超過正常工作情況下所允許的范圍 ,因此隨著圓柱齒輪的廣泛應用 ,為滿足其傳動要求 ,在設法減少齒輪的加工誤差 ,提高齒輪的加工精度的基礎上 ,從根本上分析產生齒輪傳動誤差的成因 ,采取有效的措施來提高齒輪的傳動精度逐漸成為齒輪研究的重要方向之一。 齒輪按其外形分為圓柱齒輪、錐齒輪、非圓齒輪、齒條、蝸桿蝸輪，本次設計主要是圓柱齒輪磨床分度機構的設計。圓柱齒輪加工機床主要有滾齒機、插齒機、剃齒機、珩齒機和磨齒機。磨齒是現有齒再加工方法中加工精度最高的一種方法。它適用于硬齒輪的精加工。它對磨前齒輪誤差找熱處理變形具有較強的修正能力。磨齒工藝能獲得高精度的齒廓。其精度可達 3～5 級。表面粗糙度 Ra 值可達 0.80～0.20um。磨齒按加工原理分為成形法和展成法兩種。展成法磨齒又分為連續(xù)分度展成法磨齒和單齒分度展成法磨齒。 影響磨齒精度的因素很多,如展成運動精度、分度精度、砂輪質量、磨削吃刀量等,其中又以分度精度的影響最大。所以,提高磨齒機的分度精度是提高磨齒機加工質量的關鍵。 本課題中分度機構的設計直接對被加工齒輪的單個齒距偏差，齒距累積總偏差造成影響。單個齒距偏差以及齒距累積總偏差都需要靠分度精度來保證。端齒盤分度裝置具有分度準確、重復定位精度高、能自動定心（有固定的 嚙合中心）、無角位移空程、分度精度不受正反轉影響、使用壽命長等其他分 度機構不具備的獨特優(yōu)點，在精密測角和分度領域中占有特殊重要的地位，并迅速地得到了應用和推廣。 端齒盤分度裝置的嚙合分度精度大大地高于齒盤的加工分度精度。端齒盤分度裝置的使用過程似端齒盤的對研過程，正確的良好的使用可以不斷的改變端齒盤嚙合面的接觸精度，逐漸減小嚙合分度誤差（在一定范圍內），磨損不但不會降低其精度，反而可能有所提高，這是其他分度裝置不具有的獨特優(yōu)點。可見，端齒分度裝置時一種用途廣泛又有發(fā)展前途的高精度分度裝置，深入研究、努力開發(fā)端齒分度裝置，對于趕超世界先進水平，解決科研生產關鍵有著一定的現實意義。 另一種分度裝置為萬能分度頭，利用分度刻度環(huán)和游標、定位銷和分度盤以及交換齒輪，將裝卡在頂尖間或卡盤上的工件分成任意角度，可將圓周分成任意等份，輔助機床利用各種不同形狀的刀具進行各種溝槽﹑正齒輪﹑螺旋正齒輪﹑阿基米德螺線凸輪等的加工工作。萬能分度中心是簡單型的萬能分度中心且能被用于直、間接的分度法。 因此，本次設計擬選用端齒盤分度裝置和萬能分度裝置。 本次設計的任務是對 Y7063 系列齒輪磨床工作參數進行分析，做 Y7063 系列齒輪磨床分度機構的結構設計和參數計算，所以本次設計的難點就在于如何通過設計保證分度機構的精度從而保證被加工齒輪的精度。 綜合了上述文獻，決定從成型磨以及分度機構兩方面進行研究學習，并且對齒輪的材料的選擇以及熱處理等方面進行學習分析，在學習分度機構的過程中，對于各種分都機構的結構、應用以及原理都要有大概的了解。著重學習端齒盤分度機構，尤其是 Y7063 系列的分度機構。對 Y7063 系列齒輪磨床工作參數進行分析，并對 Y7063 系列齒輪磨床分度機構進行結構設計和參數計算，繪制出裝配圖。 這些文獻確定了本次設計的方向，希望能夠綜合這些文獻中提到的各種有關齒輪磨床分度機構的知識，確定設計方案，設計一種實用有效的齒輪磨床分度機構，并對照著文獻中的知識對確定的方案進行論證，如果能夠解決一些上述文獻中提到的問題或能夠做到一點改進，本次設計就更有意義了。 指導教師評閱意見（對選題情況、研究內容、工作安排、文獻綜述等方面進行評閱） 審 核 簽字： 年 月 日 意 見 教研室主任意見 簽字： 年 月 日 學院教學指導委員會意見 簽字： 年 月 日公章：