YC3180 滾齒機(jī)-無側(cè)隙雙滾子包絡(luò)換面蝸桿加工設(shè)備的改裝設(shè)計(jì)目錄摘要 .11 緒論 22 無側(cè)隙雙滾子包絡(luò)環(huán)面蝸桿副的傳動(dòng)原理 32.1 蝸輪的組成結(jié)構(gòu)及其工作原理 32.2 蝸桿齒面的成形原理 53 無側(cè)隙雙滾子包絡(luò)環(huán)面蝸桿的加工設(shè)備 .63.1 加工設(shè)備的特點(diǎn) 63.2 滾齒機(jī)的基本原理 73.3 滾切直齒 圓柱齒輪 73.3.1 滾切直齒圓柱齒輪的傳動(dòng)原理圖 73.3.2 滾刀的安裝 93.4 滾切斜齒圓柱齒輪 93.4.1 滾切斜齒圓柱齒輪的傳動(dòng)原理圖 93.4.2 工件的附加轉(zhuǎn)動(dòng) 103.4.3 滾刀的安裝 113.5 滾齒機(jī)的分類 .113.6 滾齒機(jī)及其他齒輪加工機(jī)床的應(yīng)用和發(fā)展 .114 YC3180 型滾齒機(jī) 134.1 YC3180 型滾齒機(jī)概述 134.2 YC3180 型滾齒機(jī)的傳動(dòng)和運(yùn)動(dòng)分析 134.2.1 滾切直齒圓柱齒輪 134.2.2 滾切斜齒圓柱齒輪 165 改裝 YC3180176 簡(jiǎn)析無側(cè)隙雙滾子包絡(luò)環(huán)面蝸桿的工藝 256.1 工藝流程 .266.2 切齒 .267 PRO/E 概述及零件建模 .277.1 PRO/E 的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì) .287.2 PRO/E 的主要模塊及其功能 .297.2.1 Pro/Engineer 307.2.2 Pro/ASSEMBLY 307.2.3 Pro/DETAIL .307.2.4 Pro/INTERFACE 327.3 改裝后的 YC3180 的主要零件建模舉列 33致謝詞 40參考文獻(xiàn) 411摘要無側(cè)隙雙滾子包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)是一種綜合了精密傳動(dòng)和動(dòng)力傳動(dòng)的新型蝸桿傳動(dòng)裝置，提出者期望利用該傳動(dòng)裝置中雙滾子的特殊傳動(dòng)以消除蝸桿傳動(dòng)的回程誤差，從而使傳動(dòng)更加平穩(wěn)，并提高傳動(dòng)精度。這種新型傳動(dòng)在諸多領(lǐng)域中具有較廣的應(yīng)用前景，然而這種傳動(dòng)目前還處于前期的試驗(yàn)階段，因此針對(duì)這一新型無側(cè)隙雙滾子包絡(luò)環(huán)面蝸桿進(jìn)行加工的研究具有重要意義，且對(duì)于推廣這種新型傳動(dòng)也具有重要的作用。為此，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)以無側(cè)隙雙滾子包絡(luò)環(huán)面蝸桿的加工設(shè)備為主要對(duì)象，簡(jiǎn)要介紹了滾齒機(jī)的原理，并依據(jù)已有的環(huán)面蝸桿制造技術(shù)制定了相應(yīng)的加工方案，對(duì)蝸桿齒面加工中的工件裝夾、對(duì)刀進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析，制定了無側(cè)隙雙滾子包絡(luò)環(huán)面蝸桿副的制造工藝和解決了相關(guān)的關(guān)鍵制造技術(shù)，根據(jù)制造工藝要求，對(duì) YC3180 型滾齒機(jī)進(jìn)行了改裝，并對(duì)改裝后的 YC3180的主要零部件利用 Pro/E 軟件進(jìn)行三維建模，再將其組裝?！娟P(guān)鍵詞】無 側(cè) 隙 ， 蝸 桿 傳 動(dòng) ， 制 造 工 藝 ， YC3180， 改 裝 ， 三 維 建 模AbstractThe anti-backlash double-roller enveloping hourglass worm gearing is a new kind of worm drive equipment which integrates precision drive with dynamic drive, this is a new promising drive with eliminated the backlash, improved bearing contact, reduced level of transmission errors and lessened sensitivity to errors of alignment, driving reposefully and accurately, however it has been in pilot phase. For generalizing this worm drive, the paper study mainly the manufacturing technics of the anti-backlash double-roller enveloping hourglass worm gearing, especially for the principle of the worm gearing, the theory of the YC3180 gear hobbling machine, etc. According to the machining technology of existing enveloping hourglass worm gearing, this paper investigates the corresponding craft and vital machining technology of the anti-backlash double-roller enveloping hourglass worm gearing to ascertain the appropriate machining method, and moreover ,the author advanced the re-equipment of the YC3180 gear hobbling machine and investigates the key manufacture technology of the anti-backlash double-roller enveloping hourglass worm gearing .Finally, the paper also introduce the synopsis of Pro/E and its three-dimension modeling , further more, assemble the aforementioned three-dimension parts.【Key words】anti-backlash, worm gearing, manufacturing technics,YC3180, re-equipment, three-dimension modeling21 緒論蝸桿傳動(dòng)是在空間交錯(cuò)的兩軸間傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的一種傳動(dòng)，兩軸線間的夾角可為任意值，常用的為 90°（如圖 1） 。蝸桿傳動(dòng)由蝸桿和蝸輪組成，一般蝸桿為主動(dòng)件。蝸桿和螺紋一樣有右旋和左旋之分，分別稱為右旋蝸桿和左旋蝸桿。蝸桿上只有一條螺旋線的稱為單頭蝸桿，即蝸桿轉(zhuǎn)一周，蝸輪轉(zhuǎn)過一齒，若蝸桿上有兩條螺旋線，就稱為雙頭蝸桿，即蝸桿轉(zhuǎn)一周，蝸輪轉(zhuǎn)過兩個(gè)齒 [1]。圖 1 普通蝸桿傳動(dòng)蝸桿傳動(dòng)具有如下特點(diǎn)：1.傳動(dòng)比大，結(jié)構(gòu)緊湊。蝸桿頭數(shù)用 Z1表示（一般Z1=1～4） ，蝸輪齒數(shù)用 Z2表示。從傳動(dòng)比公式 i=Z2/Z1可以看出，當(dāng) Z1=1，即蝸桿為單頭，蝸桿須轉(zhuǎn) Z2轉(zhuǎn)蝸輪才轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，因而可得到很大傳動(dòng)比，一般在動(dòng)力傳動(dòng)中，取傳動(dòng)比 i=10～80；在分度機(jī)構(gòu)中，i 可達(dá) 1000。這樣大的傳動(dòng)比如用齒輪傳動(dòng)，則需要采取多級(jí)傳動(dòng)才行，所以蝸桿傳動(dòng)結(jié)構(gòu)緊湊，體積小、重量輕。 2. 傳動(dòng)平穩(wěn)，無噪音。因?yàn)槲仐U齒是連續(xù)不間斷的螺旋齒，它與蝸輪齒嚙合時(shí)是連續(xù)不斷的，蝸桿齒沒有進(jìn)入和退出嚙合的過程，因此工作平穩(wěn)，沖擊、震動(dòng)、噪音小。 3. 具有自鎖性。蝸桿的螺旋升角很小時(shí)，蝸桿只能帶動(dòng)蝸輪傳動(dòng)，而蝸輪不能帶動(dòng)蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)。 4. 蝸桿傳動(dòng)效率低，一般認(rèn)為蝸桿傳動(dòng)效率比齒輪傳動(dòng)低。尤其是具自鎖性的蝸桿傳動(dòng)，其效率在 0.5 以下，一般效率只有0.7～0.9。因?yàn)樯鲜鎏攸c(diǎn)，使得蝸桿傳動(dòng)作為機(jī)械傳動(dòng)中的重要傳動(dòng)方式在國(guó)防、冶金、造船、建筑、化工等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用 [1]。但是普通蝸桿傳動(dòng)具有以下顯著缺點(diǎn)：普通蝸桿傳動(dòng)為了在嚙合齒廓之間形成潤(rùn)滑油膜，避免因輪齒摩擦發(fā)熱膨脹而卡死，其共軛的兩個(gè)非工作齒廓之間必須留有間隙，此間隙稱為齒間間隙，簡(jiǎn)稱側(cè)隙。為了保證蝸桿副正常嚙合和傳動(dòng)此側(cè)隙通常用以儲(chǔ)藏潤(rùn)滑油并用來補(bǔ)償3傳動(dòng)所產(chǎn)生的熱變性、彈性變形、制造和安裝誤差等。但是，齒側(cè)間隙的存在會(huì)產(chǎn)生齒間沖擊，同時(shí)影響傳動(dòng)的平穩(wěn)性，其最大的缺陷在于明顯降低了普通蝸桿的傳動(dòng)精度。普通蝸桿傳動(dòng)在傳動(dòng)過程中容易發(fā)生磨損，其原因在于傳動(dòng)副在共軛齒面處相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度總大于蝸桿的圓周速度或者蝸輪的圓周速度，因此在任何位置接觸點(diǎn)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度都不會(huì)為零且始終處于滑動(dòng)摩擦狀態(tài)，即嚙合齒輪間有較大的相對(duì)滑動(dòng)速度，從而會(huì)導(dǎo)致齒面的磨損、發(fā)熱和能量的消耗，這就使得普通蝸桿傳動(dòng)的摩擦損耗功率較大，傳動(dòng)效率降低，齒面磨損快，精度壽命降低。為了減少齒面磨損，蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)經(jīng)常使用昂貴的材料和良好的潤(rùn)滑裝置，顯然這樣大大增加了成本。由此可見，普通蝸桿傳動(dòng)的以上這些缺點(diǎn)使其很難滿足現(xiàn)代工業(yè)中高精度、高效率傳動(dòng)的要求，尤其又是在一些需要頻繁正反轉(zhuǎn)的蝸桿傳動(dòng)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，嚙合間隙的存在將會(huì)引起較大的累積誤差，嚴(yán)重影響整個(gè)系統(tǒng)的傳動(dòng)精度、位置精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。與此同時(shí)，普通蝸桿傳動(dòng)嚙合齒面間的滑動(dòng)摩擦，不可避免地存在齒面磨損較嚴(yán)重的問題。由于這種問題的存在，導(dǎo)致機(jī)器正常使用一段時(shí)間后，其嚙合間隙明顯增大、傳動(dòng)精度降低，甚至整個(gè)系統(tǒng)無法使用。因此，這些系統(tǒng)特別需要一種傳動(dòng)間隙為零，最好是一種能自動(dòng)消除由齒面磨損產(chǎn)生的齒側(cè)間隙的新型蝸桿傳動(dòng)裝置，并期望有較高精度壽命及高嚙合效率的優(yōu)點(diǎn)。為了解決蝸桿傳動(dòng)中的側(cè)隙問題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做出大量研究，本文所涉及蝸桿是由王進(jìn)戈教授提出的一種無側(cè)隙雙滾子包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)。而本次畢業(yè)設(shè)計(jì)旨在根據(jù)王進(jìn)戈教授等學(xué)者的研究，進(jìn)一步拓展對(duì)無側(cè)隙雙滾子包絡(luò)環(huán)面蝸桿的加工制造，并將現(xiàn)成的滾齒機(jī) YC3180 進(jìn)行合理的改裝，使其能磨削加工無側(cè)隙雙滾子包絡(luò)環(huán)面蝸桿的齒面，以期為這種新型蝸桿傳動(dòng)方式的推廣起一定的促進(jìn)作用。2 無側(cè)隙雙滾子包絡(luò)環(huán)面蝸桿副的傳動(dòng)原理無側(cè)隙雙滾子包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)副其主要特征之一就是蝸桿齒面是以兩個(gè)滾子面為原始母面一次包絡(luò)而形成的環(huán)面蝸桿，而蝸輪輪齒為兩個(gè)能繞自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的滾子，滾子的形狀可以為滾柱、滾錐、球狀等，在滾子間可以加入回轉(zhuǎn)軸，從而使嚙合面間的相對(duì)滑動(dòng)基本上全部轉(zhuǎn)換成相對(duì)滾動(dòng) [3]。2.1 蝸輪的組成結(jié)構(gòu)及其工作原理無側(cè)隙雙滾子包絡(luò)環(huán)面蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的蝸輪由兩半個(gè)蝸輪組成，滾子均勻分布在每半個(gè)蝸輪的周向，滾子可繞自身軸線轉(zhuǎn)動(dòng)（如圖 2 和圖 3 所示）；雙排滾子錯(cuò)位布置，其中一排滾子與蝸桿左側(cè)齒面嚙合，另一排滾子與蝸桿右側(cè)齒面接觸；蝸桿左右齒面分別由位于主平面上方和下方適當(dāng)位置 C2處滾子包絡(luò)f 而成；通過調(diào)節(jié)兩半個(gè)蝸輪輪體的安裝位置，使?jié)L子與蝸桿齒面始終保持接觸，4從而實(shí)現(xiàn)無側(cè)隙傳動(dòng)（如圖 4 和圖 5） 。就單排滾子齒而言，工作過程中存在側(cè)隙，從而保證了傳動(dòng)的正常工作和良好的潤(rùn)滑，但對(duì)整體而言，通過采用雙排錯(cuò)位布置該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)消除了傳動(dòng)的回程誤差，使傳動(dòng)平穩(wěn)，提高了傳動(dòng)精度，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于加工制造，成本低，經(jīng)濟(jì)性好，能夠用于精密分度、精密傳動(dòng)和精密動(dòng)力傳動(dòng)。所謂滾子是泛指回轉(zhuǎn)體，可采用深溝球軸承、滾針軸承等 [4]。圖 2 兩 個(gè) 半 蝸 輪 組 成 的 蝸 輪圖 3 蝸 輪 整 體雙 滾 子 包 絡(luò) 環(huán) 面 蝸 桿 傳 動(dòng) 的 工 作 原 理 ， 如 圖 3所 示 。 該 傳 動(dòng) 中 蝸 輪 采 用 雙排 滾 子 錯(cuò) 位 布 置 ， 其 中 一 排 滾 子 與 蝸 桿 左 側(cè) 齒 面 嚙 合 ， 另 —排 滾 子 與 蝸 桿 右側(cè) 齒 面 接 觸 ， 蝸 桿 左 右 齒 面 分 別 是 由 位 于 中 間 平 面 上 方 和 下 方 適 當(dāng) 位 置 C2處的 滾 子 包 絡(luò) f而 成 ， 通 過 調(diào) 節(jié) 蝸 輪 輪 體 的 安 裝 位 置 ， 在 蝸 桿 的 齒 槽 內(nèi) ， 使 滾 子與 蝸 桿 齒 面 始 終 保 持 接 觸 ， 從 而 實(shí) 現(xiàn) 無 側(cè) 隙 傳 動(dòng) 。 就 單 排 滾 子 齒 而 言 ， 工 作 過程 中 存 在 側(cè) 隙 ， 從 而 保 證 了 傳 動(dòng) 的 正 常 工 作 和 良 好 的 潤(rùn) 滑 ， 但 對(duì) 整 體 而 言 ， 通過 采 用 雙 排 錯(cuò) 位 布 置 ， 消 除 了 傳 動(dòng) 的 回 程 誤 差 ， 使 傳 動(dòng) 平 穩(wěn) ， 提 高 了 傳 動(dòng) 精 度 。5圖 4 嚙 合 原 理圖 5 雙 滾 子 包 絡(luò) 環(huán) 面 蝸 桿 蝸 輪 的 傳 動(dòng) 配 合2.2 蝸桿齒面的成形原理無側(cè)隙雙滾子包絡(luò)環(huán)面蝸桿齒面可以根據(jù)選擇蝸輪齒形的不同分為圓柱砂輪磨削、圓錐砂輪磨削、球形砂輪磨削等，但其成形原理都一樣，其蝸桿右齒面由一個(gè)與中間平面相距為 C2的工具母面包絡(luò)而成，左側(cè)齒面由一個(gè)與中間平面相距為- C 2的工具母面包絡(luò)而成 [4]。參看圖 6 。6圖 6 蝸桿齒面成形原理如圖 6 所示，蝸桿左側(cè)齒面與右側(cè)齒面的成形原理基本相同，其不同之處在于其工作母面相對(duì)于中間平面的位置發(fā)生了變化，一個(gè)在中間的上方，一個(gè)在中間平面的下方，偏距都為 C2，組成蝸輪輪齒的雙滾子在其周向具有一個(gè)夾角 β，而定義 α=β/2 為蝸輪雙滾子的齒周夾角，簡(jiǎn)稱蝸輪齒距角。3 無側(cè)隙雙滾子包絡(luò)環(huán)面蝸桿的加工設(shè)備針對(duì)無側(cè)隙雙滾子包絡(luò)環(huán)面蝸桿的齒面的特殊情況：蝸桿齒面以兩個(gè)滾子面為原始母面一次包絡(luò)而形成，為環(huán)面蝸桿，且蝸桿的左右齒面與滾子始終接觸，配合精度較高。故針對(duì)其蝸桿齒面的加工，宜采用磨削加工方式 [5]。經(jīng)對(duì)比研究以及結(jié)合現(xiàn)有的設(shè)備條件，可選用四軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床和 YC3180 型滾齒機(jī)進(jìn)行加工，但如果選用四軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床對(duì)蝸桿齒面進(jìn)行加工，由于蝸桿齒面的程序較為復(fù)雜，且很難檢測(cè)數(shù)控機(jī)床所做的插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)是否滿足設(shè)計(jì)要求，若要對(duì)齒面進(jìn)行修形也較困難，這就不易保證無側(cè)隙雙滾子包絡(luò)環(huán)面蝸桿齒面的加工質(zhì)量 [4]。故本次畢業(yè)設(shè)計(jì)采用滾齒機(jī) YC3180 進(jìn)行加工蝸桿齒面，并對(duì)其進(jìn)行改裝以符合蝸桿齒面的設(shè)計(jì)要求和工藝要求。3.1 加工設(shè)備的特點(diǎn)滾齒機(jī)(Gear hobbing machine)是齒輪加工機(jī)床中應(yīng)用最廣泛的一種機(jī)床，在滾齒機(jī)上可切削直齒、斜齒圓柱齒輪，還可加工蝸輪、鏈輪等。 用滾刀按展成法加工直齒、斜齒和人字齒圓柱齒輪以及蝸輪的齒輪加工機(jī)床。這種機(jī)床使用特制的滾刀時(shí)也能加工花鍵和鏈輪等各種特殊齒形的工件。普通滾齒機(jī)的加工精度為 7～6 級(jí)(JB179-83),高精度滾齒機(jī)為 4～3 級(jí)。最大加工直徑達(dá) 15 米。滾齒機(jī)具有如下特點(diǎn)：1、適用于成批，小批及單件生產(chǎn)圓柱斜齒輪和蝸輪，尚可滾切一定參數(shù)范圍的花健軸；2、調(diào)整方便，具有自動(dòng)停車機(jī)構(gòu) ；3、具有可靠的安全裝置以及7自動(dòng)潤(rùn)滑。滾齒機(jī)(gear hobbing machine)是齒輪加工機(jī)床中應(yīng)用最廣泛的一種機(jī)床，在滾齒機(jī)上可切削直齒、斜齒圓柱齒輪，還可加工蝸輪、鏈輪等；4、經(jīng)過稍微改裝還可以對(duì)蝸桿進(jìn)行加工 [6]。用滾刀按展成法加工直齒、斜齒和人字齒圓柱齒輪以及蝸輪的齒輪加工機(jī)床。這種機(jī)床使用特制的滾刀時(shí)也能加工花鍵和鏈輪等各種特殊齒形的工件。普通滾齒機(jī)的加工精度為 7～6 級(jí)(JB179-83),高精度滾齒機(jī)為 4～3 級(jí)。最大加工直徑達(dá) 15m。3.2 滾齒機(jī)的基本原理滾齒機(jī)加工原理是根據(jù)展成法（Generation）原理加工齒輪輪齒的。用齒輪滾刀加工齒輪的過程，相當(dāng)于一對(duì)螺旋齒輪嚙合滾動(dòng)的過程（圖 7-a） 。將其中的一個(gè)齒數(shù)減少到一個(gè)或者幾個(gè)，齒輪的螺旋傾角很大(圖 7-b)。開槽并鏟背后，就成了齒輪滾刀(圖 7-c)。當(dāng)機(jī)床使用滾刀和工件嚴(yán)格地按照一對(duì)螺旋齒輪的傳動(dòng)關(guān)系作相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，就可以在工件上連續(xù)不斷地切出齒來。圖 7 滾齒原理齒輪表面可分解為母線和導(dǎo)線。母線和導(dǎo)線形成了，表面也就形成了，因此可以把表面的運(yùn)動(dòng)分析轉(zhuǎn)化為對(duì)母線和導(dǎo)線形成的運(yùn)動(dòng)分析，并由此確定所需要的傳動(dòng)鏈 [7]。 3.3 滾切直齒圓柱齒輪3.3.1 滾切直齒圓柱齒輪的傳動(dòng)原理圖圖 8 為滾直齒的傳動(dòng)原理圖，圖中標(biāo)“A”為直線運(yùn)動(dòng)、標(biāo)“B”為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，滾刀、工件、電機(jī)、進(jìn)給傳動(dòng)的絲杠螺母副及刀架均畫成示意簡(jiǎn)圖，而菱形小塊則是一種可變傳動(dòng)比的換置器官符號(hào)。8圖 8 滾切直齒圓柱齒輪的傳動(dòng)原理圖1、形成母線（漸開線）的運(yùn)動(dòng)和傳動(dòng)鏈需要滾刀和工件之間的復(fù)合運(yùn)動(dòng)（圖 1 中 B1+B2）,稱展成運(yùn)動(dòng)。由動(dòng)力源（電機(jī)）到刀具主軸的傳動(dòng)鏈稱為外聯(lián)系傳動(dòng)鏈，即電機(jī)-1-2-iv-3-4-滾刀。由于滾刀的旋轉(zhuǎn) B1是主運(yùn)動(dòng)，故這條傳動(dòng)鏈稱為主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈。聯(lián)系滾刀和工件之間的傳動(dòng)鏈，稱展成傳動(dòng)鏈。它用以保持 B1和 B2之間的嚴(yán)格傳動(dòng)比關(guān)系，故稱內(nèi)聯(lián)傳動(dòng)鏈，設(shè)滾刀的頭數(shù)為 K，工件的齒數(shù)為 Z，則滾刀每轉(zhuǎn) 1/K 轉(zhuǎn)，工件應(yīng)轉(zhuǎn) 1/Z 轉(zhuǎn)。圖 1 中，這條傳動(dòng)鏈?zhǔn)牵簼L刀（B 1）-4-5-ix-6-7-工件（B 2）。2、形成導(dǎo)線（直線）的運(yùn)動(dòng)和傳動(dòng)鏈 形成直線導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)是滾刀的旋轉(zhuǎn)和滾刀（刀架）沿工件軸線方向的豎直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。為了保證加工工件表面粗糙度要求，操作者真正關(guān)心的是工件每轉(zhuǎn)時(shí)刀架的軸向移動(dòng)量（mm/r）。因此，進(jìn)給傳動(dòng)鏈為：工件-7-8-is-9-10-刀架升降絲杠-刀架。 綜上所述，滾切直齒圓柱齒輪所需要的傳動(dòng)鏈為：兩個(gè)外鏈-主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈；一個(gè)內(nèi)鏈-展稱運(yùn)動(dòng)鏈。外鏈的功能是實(shí)現(xiàn)執(zhí)行件的簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)，或把動(dòng)力源接通到內(nèi)鏈。內(nèi)鏈唯一功能是實(shí)現(xiàn)執(zhí)行件之間的復(fù)合（嚴(yán)格的傳動(dòng)比關(guān)系）運(yùn)動(dòng)。3.3.2 滾刀的安裝 9a) b） 圖 9 滾切直齒圓柱齒輪時(shí)安裝角滾刀刀齒是沿螺旋線分布的，螺旋升角為 ∞。加工直齒圓柱齒輪時(shí)，為了使?jié)L刀刀齒方向與被切齒輪的齒槽方向一致，滾刀軸線與被切齒輪端面之間應(yīng)傾斜一個(gè)角度 δ，稱為滾刀的安裝角。它在數(shù)量上等于滾刀的螺旋升角∞。用右旋滾刀加工直齒的安裝角如圖 9-a 所示，用左旋滾刀時(shí)傾斜相反，如圖 9-b。圖中虛線表示滾刀與齒坯接觸一側(cè)的滾刀螺旋線方向。 3.4 滾切斜齒圓柱齒輪3.4.1 滾切斜齒圓柱齒輪的傳動(dòng)原理圖 斜齒圓柱齒輪與直齒圓柱齒輪相比，端面齒廓均為漸開線，但齒長(zhǎng)方向不是直線，而是螺旋線。由于斜齒的齒長(zhǎng)一般只是大導(dǎo)程螺旋線的一小段，故看上去輪齒是斜著排列，但不可忘記每個(gè)斜齒的導(dǎo)線都屬于一條螺旋線。形成母線（漸開線）的運(yùn)動(dòng)和傳動(dòng)鏈與滾切直齒時(shí)相同（僅展成傳動(dòng)鏈中的合成機(jī)構(gòu)有變化）。由于形成的導(dǎo)線是螺旋線，即刀架的下降運(yùn)動(dòng) A 和工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) B3復(fù)合成螺旋運(yùn)動(dòng)。此前工件因參與展成運(yùn)動(dòng)與具有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) B2，而工件只有一個(gè)自由度，所以 B2和 B3必須合成一個(gè)運(yùn)動(dòng)之后再傳給工件才行，B 3稱為附加運(yùn)動(dòng)。刀架和工件之間的復(fù)合運(yùn)動(dòng)保證刀架直線移動(dòng)一個(gè)螺旋線的導(dǎo)程 T 時(shí)，工件的附加轉(zhuǎn)動(dòng)為一轉(zhuǎn)。這條內(nèi)鏈即：刀架-絲杠-12-13-iy-14-15-合成-6-7-ix-8-9-工件，習(xí)慣上稱它為差動(dòng)傳動(dòng)鏈。當(dāng)它與另一條內(nèi)鏈（展成鏈）要同時(shí)把兩個(gè)運(yùn)動(dòng)傳給工件時(shí)，將發(fā)生干涉。因此，必須在傳動(dòng)系統(tǒng)的恰滾齒機(jī)的合成機(jī)構(gòu)是為一差動(dòng)輪系，圖中來自滾刀的運(yùn)動(dòng)和來自刀架的運(yùn)動(dòng)分別由 5、15 兩點(diǎn)輸入合成機(jī)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)合成后由點(diǎn) 6 輸出，傳給工件。當(dāng)位置設(shè)一合成機(jī)構(gòu)，如圖 10 所示。10圖 10 滾切斜齒圓柱齒輪的傳動(dòng)原理圖如上所述，滾切斜齒圓柱齒輪時(shí)，除了滾切直齒的 3 個(gè)傳動(dòng)鏈外，只增加了1 個(gè)差動(dòng)鏈。滾齒機(jī)既要能加工直齒，又要能加工斜齒圓柱齒輪。因此，滾齒機(jī)是根據(jù)滾切斜齒輪的傳動(dòng)原理圖設(shè)計(jì)的。當(dāng)滾切直齒圓柱齒輪時(shí)，要將差動(dòng)鏈斷開（其換置器官 iy 不掛掛輪）使其不起作用；對(duì)合成機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)上稍作變動(dòng)，把機(jī)構(gòu)自由度由二變?yōu)橐唬浜铣晒δ?，只起?lián)軸器的作用即可。總之，由于滾齒機(jī)運(yùn)動(dòng)復(fù)雜，故傳動(dòng)系統(tǒng)的組成也較復(fù)雜。它既含有外鏈、內(nèi)鏈，又含有合成機(jī)構(gòu)。這比某些傳動(dòng)系統(tǒng)只含外鏈的機(jī)床（如普通銑床、鉆床），或雖含外鏈、內(nèi)鏈，但不含合成機(jī)構(gòu)的機(jī)床（如普通車床），更具有運(yùn)動(dòng)分析的代表性。3.4.2 工件的附加轉(zhuǎn)動(dòng) 滾切斜齒圓柱齒輪時(shí)，為了獲得螺旋線齒線，要求工件附加轉(zhuǎn)動(dòng) B22與滾刀軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng) A21之間必須保持確定的關(guān)系，即滾刀移動(dòng)一個(gè)工件螺旋線導(dǎo)程 T時(shí)，工件應(yīng)準(zhǔn)確地附加轉(zhuǎn)過 1 轉(zhuǎn)，對(duì)此，設(shè)工件螺旋線為右旋，當(dāng)?shù)都軒е鴿L刀沿工件軸向進(jìn)給 Δf，滾刀由 a 點(diǎn)到 b 點(diǎn)時(shí)，為了能切出螺旋線齒線，應(yīng)使工件的 b’點(diǎn)轉(zhuǎn)到 b 點(diǎn)，即在工件原來的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) B12的基礎(chǔ)上，再附加轉(zhuǎn)動(dòng) bb’。當(dāng)滾刀進(jìn)給至 c 點(diǎn)時(shí)，工件應(yīng)附加轉(zhuǎn)動(dòng) cc’。依此類推，當(dāng)滾刀進(jìn)給一個(gè)工件螺旋線導(dǎo)程 T 時(shí)，工件應(yīng)附加轉(zhuǎn) 1 轉(zhuǎn)。附加運(yùn)動(dòng) B22的方向，與工件在展成運(yùn)動(dòng)中的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) B12方向或者相同，或者相反，這取決于工件螺旋線方向、滾刀螺旋方向及滾刀進(jìn)給方向。當(dāng)滾刀向下送給時(shí)，如果工件與滾刀螺旋線方向相同時(shí)（即二者都是右旋，或都是左旋） ，B 22和 B12同向，計(jì)算時(shí)附加運(yùn)動(dòng)取+1 轉(zhuǎn)。反之，若工件與滾刀螺旋線方向相反時(shí)，B 22和 B12方向相反，則取-1 轉(zhuǎn)。 113.4.3 滾刀的安裝 就像滾切直齒圓柱齒輪那樣，為了使?jié)L刀的螺旋線方向和被加工齒輪的輪齒方向一致，加工前，要調(diào)整滾刀的安裝角。它不僅與滾刀的螺旋線方向及螺旋升角 ω 有關(guān)，而且還與被加工齒輪的螺旋線方向及螺旋角 β 有關(guān)。當(dāng)滾刀與齒輪的螺旋線方向相同（即二者都是右旋，或者都是左旋）時(shí)，滾刀的安裝角 δ=β-ω；當(dāng)滾刀與齒輪的螺旋線方向相反時(shí)，滾刀的安裝角 δ=β+ω。 3.5 滾齒機(jī)的分類滾齒機(jī)按布局分為立式（圖 11-a）和臥式（圖 11-b）兩類。大中型滾齒機(jī)多為立式，小型滾齒機(jī)和專用于加工長(zhǎng)的軸齒輪的滾齒機(jī)皆為臥式。立式滾齒機(jī)又分為工作臺(tái)移動(dòng)和立柱移動(dòng)兩種。立式滾齒機(jī)工作時(shí)，滾刀裝在滾刀主軸上，由主電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，刀架可沿立柱導(dǎo)軌垂直移動(dòng)，還可繞水平軸線調(diào)整一個(gè)角度。工件裝在工作臺(tái)上，由分度蝸輪副帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，與滾刀的運(yùn)動(dòng)一起構(gòu)成展成運(yùn)動(dòng)。滾切斜齒時(shí),差動(dòng)機(jī)構(gòu)使工件作相應(yīng)的附加轉(zhuǎn)動(dòng)。工作臺(tái)(或立柱)可沿床身導(dǎo)軋移動(dòng),以適應(yīng)不同工件直徑和作徑向進(jìn)給。有的滾齒機(jī)的刀架還可沿滾刀軸線方向移動(dòng)，以便用切向進(jìn)給法加工蝸輪。大型滾齒機(jī)還設(shè)有單齒分度機(jī)構(gòu)、指形銑刀刀架和加工人字齒輪的差動(dòng)換向機(jī)構(gòu)等。a 立式滾齒機(jī) b 臥式滾齒機(jī)圖 11 兩類滾齒機(jī)3.6 滾齒機(jī)及其他齒輪加工機(jī)床的應(yīng)用和發(fā)展?jié)L齒機(jī)用滾刀按展成法粗、精加工直齒、斜齒、人字齒輪蝸輪等，加工范圍廣，可達(dá)到高精度或高生產(chǎn)率；插齒機(jī)用插齒刀按展成法加工直齒、斜齒齒輪其他齒形件，主要用于加工多聯(lián)齒輪內(nèi)齒輪；銑齒機(jī)用成形銑刀按分度法加工，主要用于加工特殊齒形儀表齒輪；剃齒機(jī)用齒輪式剃齒刀精加工齒輪一種高效機(jī)床；磨齒機(jī)用砂輪，精加工淬硬圓柱齒輪或齒輪刀具齒面高精度機(jī)床；珩齒機(jī)利用珩輪與被加工齒輪自由嚙合，消除淬硬齒輪毛刺其他齒面缺陷機(jī)床；擠齒機(jī)利用高硬度無切削刃擠輪與工件自由嚙合，將齒面上微小不平碾光，以提高精度光潔程12度機(jī)床；齒輪倒角機(jī)對(duì)內(nèi)外嚙合滑移齒輪齒端部倒圓機(jī)床，生產(chǎn)齒輪變速箱其他齒輪移換機(jī)構(gòu)不可缺少加工設(shè)備。圓柱齒輪加工機(jī)床還包括齒輪熱軋機(jī)齒輪冷軋機(jī)等。故滾齒機(jī)廣泛應(yīng)用汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床、工程機(jī)械、礦山機(jī)械、冶金機(jī)械、石油、儀表、飛機(jī)航天器等各種機(jī)械制造業(yè)。 齒輪加工機(jī)床加工各種圓柱齒輪、錐齒輪其他帶齒零件齒部機(jī)床。齒輪加工機(jī)床品種規(guī)格繁多，有加工幾毫米直徑齒輪小型機(jī)床，加工十幾米直徑齒輪大型機(jī)床，還有大量生產(chǎn)用高效機(jī)床加工精密齒輪高精度機(jī)床 [6]。 古代齒輪用手工修銼成形。1540 年，意大利托里亞諾制造鐘表時(shí)，制成一臺(tái)使用旋轉(zhuǎn)銼刀切齒裝置；1783 年，法國(guó)勒內(nèi)制成了使用銑刀齒輪加工機(jī)床，并有切削齒條內(nèi)齒輪附件；1820 年前后，英國(guó)懷特制造出第一臺(tái)既能加工圓柱齒輪又能加工圓錐齒輪機(jī)床。具有這一性能機(jī)床到 19 世紀(jì)后半葉又有發(fā)展。 1835 年，英國(guó)惠特沃思獲得蝸輪滾齒機(jī)專利；1858 年，席勒取得圓柱齒輪滾齒機(jī)專利；以后經(jīng)多次改進(jìn)，至 1897 年德國(guó)普福特制成帶差動(dòng)機(jī)構(gòu)滾齒機(jī)，才圓滿解決了加工斜齒輪問題。制成齒輪形插齒刀后，美國(guó)費(fèi)洛斯于 1897 年制成了插齒機(jī)。二十世紀(jì)初由于汽車工業(yè)需要，各種磨齒機(jī)相繼問世。1930 年左右美國(guó)制成剃齒機(jī)；1956 年制成珩齒機(jī)。60 年代以后，現(xiàn)代技術(shù)一些先進(jìn)圓柱齒輪加工機(jī)床上獲得應(yīng)用，比如大型機(jī)床上采用數(shù)字顯示指示移動(dòng)量切齒深度；滾齒機(jī)、插齒機(jī)磨齒機(jī)上采用電子伺服系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)代替機(jī)械傳動(dòng)鏈交換齒輪；用設(shè)有故障診斷功能可編程序控制器，控制工作循環(huán)變換切削參數(shù)；發(fā)展了數(shù)字控制非圓齒輪插齒機(jī)適應(yīng)控制滾齒機(jī)；滾齒機(jī)上用電子傳感器檢測(cè)傳動(dòng)鏈運(yùn)動(dòng)誤差，并自動(dòng)反饋補(bǔ)償誤差等。 1884 年美國(guó)比爾格拉姆發(fā)明了采用單刨刀按展成法加工直齒錐齒輪刨齒機(jī)；1900 年，美國(guó)比爾設(shè)計(jì)了雙刀盤銑削直齒錐齒輪機(jī)床。 由于汽車工業(yè)需要，1905 年美國(guó)制造出帶有兩把刨刀直齒錐齒輪刨齒機(jī)，又于 1913 年制成弧齒錐齒輪銑齒機(jī)；1923 年，出現(xiàn)了準(zhǔn)漸開線齒錐齒輪銑齒機(jī)；30 年代研制成能把直齒錐齒輪一次拉削成形拉齒機(jī)，主要用于汽車差動(dòng)齒輪制造。40 年代為適應(yīng)航空工業(yè)需要，發(fā)展了弧齒錐齒輪磨齒機(jī)。1944 年，瑞士厄利康公司制成延長(zhǎng)外擺線齒錐齒輪銑齒機(jī)；從 50 年代起，又發(fā)展了用雙刀體組合式端面銑刀盤，加工延長(zhǎng)外擺線齒錐齒輪銑齒機(jī)。 4 YC3180 型滾齒機(jī)4.1 YC3180 型滾齒機(jī)概述YC3180 型滾齒機(jī)能加工的工件最大直徑為 800mm，最大模數(shù)為 10mm，最小工13件齒數(shù)為 8。這種滾齒機(jī)除具備普通滾齒機(jī)的全部功能外，還能采用硬質(zhì)合金滾刀對(duì)高硬度齒面齒輪用滾切工藝進(jìn)行半精加工或精加工，以部分地取代磨齒。為此，機(jī)床工作精度較高，有較好的剛度和抗振性。圖 12 是 YC3180 的外形圖。圖中立柱固定在床身上。刀架可沿立柱上的導(dǎo)軌上下移動(dòng)，還可以繞自己的水平軸線轉(zhuǎn)位，以調(diào)整滾刀和工件間相對(duì)位置（安裝角） ，使其相當(dāng)于一對(duì)軸線交叉的交錯(cuò)軸斜齒輪副嚙合，滾刀安裝在滾刀主軸上，作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。工件安裝在工件心軸上，隨同工作臺(tái)一起旋轉(zhuǎn)。后立柱和工作臺(tái)裝在同一溜板上，可沿床身的導(dǎo)軌作水平方向移動(dòng)，用于調(diào)整工件的徑向位置或作徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng) [7]。 圖 12 YC3180 外形4.2 YC3180 型滾齒機(jī)的傳動(dòng)和運(yùn)動(dòng)分析4.2.1 滾切直齒圓柱齒輪 YC3180 型滾齒機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)如圖 13 所示。分析一個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)，首先分析其運(yùn)動(dòng)的組成，有幾個(gè)簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)，幾個(gè)復(fù)合運(yùn)動(dòng)，需要幾條傳動(dòng)鏈。每一條傳動(dòng)鏈應(yīng)按下列次序分析：①確定末端件。②列出計(jì)算位移，即兩末端件的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。③對(duì)照傳動(dòng)系統(tǒng)圖，列出運(yùn)動(dòng)平衡式。④計(jì)算換置式。14圖 13 YC3180 型滾齒機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)（1）主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈 ① 兩末端件 電動(dòng)機(jī)（電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)）——滾刀主軸（滾刀轉(zhuǎn)動(dòng)） 。 ② 計(jì)算位移 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 n 電 （1500r／min） ，滾刀主軸轉(zhuǎn)速 nη （r／min） 。記作 :1500r／min（電動(dòng)機(jī)）——n η （主軸） ③ 運(yùn)動(dòng)平衡式 1500?17690?vu8023253????u v 是傳動(dòng)鏈中 9 速變速箱的傳動(dòng)比。 ④ 導(dǎo)出換置公式 80?nv?轉(zhuǎn)速調(diào)整可由 9 速變速箱來實(shí)現(xiàn)，9 速變速箱的可變傳動(dòng)比為： ??????????24836420vu滾刀的轉(zhuǎn)速選定后，可以由換置公式計(jì)算出 uv的值，并由此確定變速箱中變15速齒輪的嚙合位置，即可得到所需的滾刀轉(zhuǎn)速。 （2）展成運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈 ① 兩末端件 滾刀主軸（滾刀轉(zhuǎn)動(dòng)）——工作臺(tái)（工件轉(zhuǎn)動(dòng)） 。 ② 計(jì)算位移 滾刀主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)，工件轉(zhuǎn) k/z 轉(zhuǎn)。k 為滾刀頭數(shù)，z 為工件齒數(shù)，記作 :1（滾刀）——k/z（工件） ③ 運(yùn)動(dòng)平衡式 4523081??1合 成u??961cdbafezku 合成 1是合成機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比。加工直齒圓柱齒輪時(shí)，合成機(jī)構(gòu)被鎖住，故 u 合成 1=1。 ④ 換置公式 24 ??dbafeuxczk即 zf24上式中 e/f 掛輪，用于工件齒數(shù) z 在較大范圍內(nèi)變化時(shí)調(diào)整 ux 的數(shù)值，使其數(shù)值適中，以便于選取掛輪，根據(jù)值 k/z，e/f 可以有如下三種選擇：通常取 k=l或 2。 當(dāng)工件齒輪 8≤z≤20 時(shí)，24 k/z 有可能大于 1，為避免在掛輪架處升速，增加噪聲，取 e=56， f=28，這時(shí):；zdbak2c??當(dāng)工件齒數(shù) 21≤z≤161 時(shí)，取 e=f=42，這時(shí):24 ；xu當(dāng)工件齒數(shù) z＞161 時(shí)，掛輪架的被動(dòng)輪太大。取 2=28，f=56。這時(shí):。zdbak48c??(3）軸向進(jìn)給傳動(dòng)鏈 ① 兩末端件工作臺(tái)（工件轉(zhuǎn)動(dòng)）——刀架（滾刀移動(dòng)） 。 ② 計(jì)算位移工作臺(tái)每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)，刀架進(jìn)給移動(dòng)量 f(mm)，記作 :1（工作臺(tái)）——f(滾刀架） ③ 運(yùn)動(dòng)平衡式 16f??????????????????????? ?324035240394020431632719④ 換置公式 ?45.0329403fuf ?????????????????軸向進(jìn)給量 f 是根據(jù)工件材料、加工精度及表面粗糙度等條件選定。 4.2.2 滾切斜齒圓柱齒輪 滾切斜齒圓柱齒輪時(shí)，機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈和軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈與加工直齒圓柱齒輪時(shí)相同 [7]。 (1）展成運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈 展成運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈與滾切直齒圓柱齒輪相同，但合成機(jī)構(gòu)不被鎖住。展成運(yùn)動(dòng)從行星輪傳入，從另一行星輪傳出。兩行星輪轉(zhuǎn)速相同，但轉(zhuǎn)向相反，故傳動(dòng)比為-1。其換置公式為 zedba24kfc???由于使用合成機(jī)構(gòu)后軸的旋轉(zhuǎn)方向改變，所以在安裝展成運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈掛輪時(shí)，必須按機(jī)床說明書規(guī)定配加惰輪。 (2）差動(dòng)傳動(dòng)鏈 滾切斜齒圓柱齒輪時(shí)，進(jìn)給是復(fù)合運(yùn)動(dòng)，需要一條內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈來保證螺旋線的導(dǎo)程。即差動(dòng)傳動(dòng)鏈（或稱附加運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈） 。 ① 兩末端件 滾刀刀架（滾刀移動(dòng)）——工作臺(tái)（工作臺(tái)附加轉(zhuǎn)動(dòng)） ② 計(jì)算位移 當(dāng)滾刀刀架沿工件軸向移動(dòng)一個(gè)螺旋線導(dǎo)程 T 時(shí)，工件應(yīng)附加轉(zhuǎn)±1 轉(zhuǎn)。 記作： T（滾刀刀架）——±1（工件） ③ 運(yùn)動(dòng)平衡式 196e402213041 22 ?????? dcbafudcba合 成?式中 3π——軸向進(jìn)給絲杠的導(dǎo)程，單位為 mm； u 合成 2——運(yùn)動(dòng)合成機(jī)構(gòu)在附加運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈中的傳動(dòng)比，u 合成 2； 17——展成運(yùn)動(dòng)掛輪傳動(dòng)比, ；dbac? zedba24kfc???T——被加工齒輪螺旋線的導(dǎo)程，單位為 mm:；??sinmTm——法向模數(shù)，單位為 mm； β——被加工齒輪螺旋角，單位為度。 ④ 換置公式 合成機(jī)構(gòu)是一個(gè)錐齒輪差動(dòng)機(jī)構(gòu)。差動(dòng)鏈中，系桿為主動(dòng)，行星輪為被動(dòng)，將 u 合成 2代入運(yùn)動(dòng)平衡式，得換置公式： kmdbauny ?si6c2???5 改裝 YC3180根據(jù)前面對(duì) YC3180 型滾齒機(jī)的介紹，不難看出 YC3180 對(duì)于加工直齒、斜齒、人字齒輪、蝸輪等，不論粗加工還是精加工都具有一定的優(yōu)勢(shì)，比較經(jīng)濟(jì)，效率也較高。但是對(duì)于蝸桿的加工，又特別是對(duì)無側(cè)隙雙滾子包絡(luò)環(huán)面蝸桿的加工卻不適合。對(duì)于無側(cè)隙雙滾子包絡(luò)環(huán)面蝸桿的加工，針對(duì)蝸桿既成的環(huán)面加工齒面，主要是磨削加工方式，因此我們必須對(duì) YC3180 型滾齒機(jī)進(jìn)行改裝。首先，我們必須要將滾齒機(jī)的轉(zhuǎn)速降下來以適應(yīng)磨削的需要，所以我們?cè)陔姍C(jī)與滾齒機(jī)間連接有一傳動(dòng)比為 1/40 的蝸輪減速器及一級(jí) V 帶傳動(dòng)，使?jié)L齒機(jī)的轉(zhuǎn)速降為 36r/min 左右，其結(jié)構(gòu)如下（圖 15）所示：其次，需要在滾齒機(jī)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上加相應(yīng)的工裝，其工裝要求如下圖 16 所示：蝸桿的回轉(zhuǎn)中心軸線 L1必須與 YC3180 型滾齒機(jī)的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)中心軸線 L2垂直相交，且同時(shí)滿足經(jīng)過蝸桿喉部的水平線 L3同時(shí)與蝸桿的回轉(zhuǎn)中心軸線 L1和滾齒機(jī)的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)中心軸線 L2兩兩垂直相交。其中經(jīng)過蝸桿喉部的水平線的長(zhǎng)度 L3應(yīng)等于蝸桿與蝸輪的中心距。圖 15 蝸輪減速器的連接位置18圖 16 改裝后的 YC3180 的工裝要求最后，根據(jù)前面所敘述的原理和加工方法，為了確保加工質(zhì)量，使改裝后的滾齒機(jī)能準(zhǔn)確完整地磨削蝸桿的齒面，那么改裝時(shí)，需要在 YC3180 型滾齒機(jī)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上加一分度盤來調(diào)整磨頭的周向進(jìn)給，再在電主軸的支承體上安裝一絲杠滑板磨頭作為軸向進(jìn)給裝置，砂輪磨頭裝在電主軸（如圖 17）的可旋轉(zhuǎn)端。a 整體b 接電和接地端 c 電主軸裝配圖 17 電主軸蝸桿齒面按滾柱包絡(luò)環(huán)面的成形原理在 YC3180 型滾齒機(jī)上進(jìn)行加工，砂輪頭采用鍍立方氮化硼（CBN） ，其粒度為 120，本處采用了不同外徑的砂輪，例如19對(duì)于設(shè)計(jì)滾柱半徑為 5mm 的蝸桿，則采用半徑為 3.5mm，4.5mm，5.0mm 的砂輪進(jìn)行粗磨、半精磨、精磨。由于磨削時(shí)，電主軸的轉(zhuǎn)速很高，最高可達(dá)30000r/min，因此對(duì)其運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性以及與其支承箱體的同軸度必須嚴(yán)格保證，為了磨頭的回轉(zhuǎn)軸中心線的水平和電主軸高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)位置精度，我們對(duì)支承電主軸的箱體上蓋、下箱體支座采用如下工藝（圖 18）：在半圓箱體內(nèi)側(cè)中部再加深一段 2mm 深的圓弧凹槽，以保證上述要求，同時(shí)保證無側(cè)隙雙滾子包絡(luò)環(huán)面蝸桿的加工質(zhì)量。a 箱體上蓋b 下箱體支座圖 18 支承箱體同時(shí)，考慮加工時(shí)，電主軸所連接的磨頭在高速轉(zhuǎn)動(dòng)，在加工不同規(guī)格、不同傳動(dòng)比的蝸桿時(shí)，電主軸需要在水平面內(nèi)略微調(diào)整一點(diǎn)角度，故電主軸的下箱體支座采取燕尾槽造型與下面基部連接，同時(shí)還使用楔形鑲條(圖 19-a)與調(diào)整螺栓配合以調(diào)節(jié)不同的加工需求，如下圖 19 所示。20a 楔形鑲條b 抽出表示c 整體表示圖 19 楔形鑲條的位置和作用根據(jù)前述可以得知，磨削時(shí)，電主軸的轉(zhuǎn)速很高。故電主軸發(fā)熱量較大，需要散熱和潤(rùn)滑。所以，我們?cè)谙潴w上蓋鉆了一個(gè)小的散熱孔（如圖 20） ，又在連接箱體上蓋和下箱體支座的右端蓋切了一個(gè)方形槽以便插入潤(rùn)滑油管道，如圖21。磨削潤(rùn)滑液使用優(yōu)質(zhì) 5 號(hào)油，其運(yùn)動(dòng)粘度（40 o）為：4.5～5.5mm 2/s,傾點(diǎn)為-40o，閃點(diǎn)為 140o，電主軸與之配套的專用變頻器驅(qū)動(dòng)，在磨削過程中可以根據(jù)實(shí)際情況控制電主軸的轉(zhuǎn)速。21圖 20 箱體上蓋圖 21 右端蓋前面敘述過：為了保證蝸桿的加工符合要求，必須使得蝸桿的回轉(zhuǎn)中心軸線與 YC3180 型滾齒機(jī)的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)中心軸線垂直相交，且同時(shí)滿足經(jīng)過蝸桿喉部的水平線同時(shí)與蝸桿的回轉(zhuǎn)中心軸線和滾齒機(jī)的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)中心軸線兩兩垂直相交。此外，還必須滿足砂輪磨頭的回轉(zhuǎn)中心線 L3與蝸桿工件的回轉(zhuǎn)中心線 L1在同一水平面內(nèi)(圖 22)，這就必須滿足裝配好的電主軸體與下面整個(gè)連接基體有精準(zhǔn)的定位和精密的配合，所以，本次采用了定位鍵連接燕尾導(dǎo)軌和下面的工字型基體，下圖 23 中，可以看出為了達(dá)到前述目的，我們?cè)谘辔矊?dǎo)軌與工字型基體的兩端均安裝了定位鍵。22圖 22 L1 和 L3 都在 DTM1 平面內(nèi)定位鍵圖 23 定位鍵的安裝位置其實(shí)，在正式加工之前還必須用百分表檢測(cè)滾齒機(jī)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)中心線和無側(cè)隙雙滾子包絡(luò)環(huán)面蝸桿的回轉(zhuǎn)中心線，看兩線是否在同一水平面內(nèi)，再利用 YC3180 自身的手柄調(diào)節(jié)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)在機(jī)床導(dǎo)軌方向（X 方向）的運(yùn)動(dòng)來調(diào)整蝸輪蝸桿的中心距，利用刀具工作臺(tái)在豎直方向（Y 方向）的距離來調(diào)整砂輪滾子的偏距 C2。待一切都檢測(cè)、調(diào)整好以后，便可以對(duì)無側(cè)隙雙滾子包絡(luò)環(huán)面蝸桿的齒面進(jìn)23行磨削加工了。但是加工過程中需要對(duì)砂輪磨頭進(jìn)行軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和周向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，為了解決這種問題，本次改裝中，采取了在分度頭上安裝一絲杠來保證磨頭的軸向進(jìn)給，再在滾齒機(jī)的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上安裝了一分度盤以調(diào)整磨頭的周向進(jìn)給，下圖 24 所示。圖 24-a 絲杠的作用及其布置圖 24-b 絲杠和分度盤的布置對(duì)無側(cè)隙雙滾子包絡(luò)環(huán)面蝸桿進(jìn)行磨齒面加工之前，還需要對(duì)其進(jìn)行高精度的定位和夾緊，因?yàn)榇饲耙呀?jīng)對(duì)蝸桿進(jìn)行了車、切、銑、鉗等加工，若要保證蝸桿的回轉(zhuǎn)中心線與水平面平行，我們必須采取一定的措施。針對(duì)此次無側(cè)隙雙滾子包絡(luò)環(huán)面蝸桿的特殊情況：蝸桿的兩端外環(huán)面已經(jīng)精車加工，一端平面已經(jīng)鉆了螺紋孔（圖 25-a） ，我們采取了在蝸桿一端加高精度銅套（圖 25-b）配合固定，另一端利用其螺紋孔與拉桿上的螺紋配合（圖 25-c） ，以保證蝸桿與其的同軸度從而達(dá)到使蝸桿回轉(zhuǎn)軸線平行于水平面的目的。24a 蝸桿端面螺紋孔 b 銅套位置及整體配合c 蝸桿與拉桿的配合圖 25 蝸桿的裝夾根據(jù)前述 YC3180 型滾齒機(jī)各部分細(xì)節(jié)的改良，以及無側(cè)隙雙滾子包絡(luò)環(huán)面蝸桿加工精度的保證，綜合現(xiàn)有的設(shè)備和各種狀況，現(xiàn)將 YC3180 型滾齒機(jī)改裝如下圖 26 所示（因頁(yè)面限制部分細(xì)節(jié)和零件無法全部展示） 。25圖 26 改裝后的 YC3180 型滾齒機(jī)6 簡(jiǎn)析無側(cè)隙雙滾子包絡(luò)環(huán)面蝸桿的工藝本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，針對(duì)無側(cè)隙雙滾子包絡(luò)環(huán)面蝸桿的具體情況，并結(jié)合現(xiàn)有26的加工設(shè)備，且參照滾錐包絡(luò)環(huán)面蝸桿副的制造技術(shù)，可確定出加工蝸桿的方案大致如下：蝸桿的外環(huán)面采用車削加工，先粗車加工后再進(jìn)行表面熱處理，使工件獲得良好的綜合機(jī)械性能（如強(qiáng)度、塑性和韌性） ，本次可以采用淬火和高溫回火雙重?zé)崽幚矸绞郊凑{(diào)質(zhì)處理，工件有了良好的性能后再進(jìn)行半精加工和精加工其環(huán)面，然后再磨削出高精度的工藝基準(zhǔn)以便后續(xù)加工，后面便可以繼續(xù)諸如切齒、銑齒、磨齒面、滲氮、拋光、銑鍵槽等加工。6.1 工藝流程由于蝸桿軸向齒廓呈弧形分布，同時(shí)接觸多個(gè)蝸輪輪齒（滾子） ，而且蝸桿齒面必須經(jīng)表面硬化處理后再精磨而成，使得齒面硬度：HRC≥50，粗糙度Ra≤0.8 ，加工工藝過程如果和其成形過程保持完全一致，便能夠可靠地保證無側(cè)隙雙滾子包絡(luò)環(huán)面蝸桿的制造精度和嚙合的理論狀態(tài)。 根據(jù)前述情況，綜合各種因素，制定加工無側(cè)隙雙滾子包絡(luò)環(huán)面蝸桿的工藝流程為：下料→粗車環(huán)面→調(diào)質(zhì)→半精車、精車環(huán)面→磨工藝基準(zhǔn)→在滾齒機(jī)上粗切齒→銑齒面→銑去不完整齒→鉗修進(jìn)出端口→齒部輝光離子淡化→修整工藝基準(zhǔn)→粗磨、半精磨、精磨齒面→對(duì)研檢測(cè)→精車各軸頸及軸向尺寸→滲氮處理、齒面拋光→打磨齒底部→銑鍵槽→磨各軸頸→入庫(kù)。6.2 切齒在無側(cè)隙雙滾子包絡(luò)環(huán)面蝸桿切齒之前需要將其毛坯加工成圖 27 中形狀，該工序的主要目的是加工出蝸桿的初始形狀以及加工齒面時(shí)所需的工藝基準(zhǔn)。圖 27 蝸桿蝸桿的切齒，必須搞清楚其蝸桿副的成形原理，在蝸桿副傳動(dòng)中，任何一個(gè)瞬時(shí)，在蝸桿同一齒槽內(nèi)均同時(shí)有兩個(gè)滾子與蝸桿兩個(gè)齒面相嚙合，前面已經(jīng)提過，蝸桿的左右齒面實(shí)際上分別由位于中間平面上方和下方適當(dāng)位置 C2處的滾子包絡(luò)而成，蝸桿實(shí)則是以滾子為原始母面一次包絡(luò)形成的環(huán)面蝸桿。而無側(cè)隙雙滾子包絡(luò)環(huán)面蝸桿的切齒與直廓環(huán)面蝸桿齒面的成形原理相似：一條與成形圓相切、位于蝸桿軸線平面內(nèi)的直線，在繞成形圓中心軸線作等角速度的周周運(yùn)動(dòng)的27同時(shí)，又與一起圍繞蝸桿軸線作等角速度的旋轉(zhuǎn)，這條直線在空間形成軌跡曲面，就是環(huán)面蝸桿的齒面。 根據(jù)現(xiàn)有的試驗(yàn)設(shè)備，對(duì)蝸桿的切齒主要在滾齒機(jī)上進(jìn)行，加工原理圖如下圖 28 所示，切蝸桿的車刀根據(jù)其形狀，環(huán)形分布三把，分別是左車刀、右車刀、中間車刀。加工時(shí)，蝸桿同樣低速回轉(zhuǎn)，三把車刀在滾齒機(jī)的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上，輪流對(duì)其切齒加工。圖 28 蝸桿粗切齒原理示意圖7 PRO/E 概述及零件建模PRO/E 是美國(guó) PTC 公司旗下的產(chǎn)品 Pro/Engineer 軟件的簡(jiǎn)稱。Pro/E（Pro/Engineer 操作軟件）是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司（Parametric Technology Corporation，簡(jiǎn)稱 PTC）的重要產(chǎn)品。是一款集 CAD/CAM/CAE 功能一體化的綜合性三維軟件，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位，并作為當(dāng)今世界機(jī)械 CAD/CAE/CAM 領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣，是現(xiàn)今最成功的CAD/CAM 軟件之一 [11]。在中國(guó)也有很多用戶直接稱 PRO/E 為“破衣” 。1985 年，PTC 公司成立于美國(guó)波士頓，開始參數(shù)化建模軟件的研究。1988 年，V1.0 的 Pro/ENGINEER 誕生了。經(jīng)過 10 余年的發(fā)展，Pro/ENGINEER 已經(jīng)成為三維建模軟件的領(lǐng)頭羊。目前已經(jīng)發(fā)布了 Pro/ENGINEER WildFire6.0（中文名野火 6)。PTC 的系列軟件包括了在工業(yè)設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)等方面的多項(xiàng)功能，還包括對(duì)大型裝配體的管理、功能仿真、制造、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等等。Pro/ENGINEER 還提供了全面、集成緊密的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)28境。是一套由設(shè)計(jì)至生產(chǎn)的機(jī)械自動(dòng)化軟件，是新一代的產(chǎn)品造型系統(tǒng)，是一個(gè)參數(shù)化、基于特征的實(shí)體造型系統(tǒng)，并且具有單一數(shù)據(jù)庫(kù)功能的綜合性 MCAD 軟件。7.1 PRO/E 的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)經(jīng)過 20 多年不斷的創(chuàng)新和完善，pore 現(xiàn)在已經(jīng)是三維建模軟件領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊之一，它具有如下特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)： 參數(shù)化設(shè)計(jì)和特征功能：Pro/Engineer 是采用參數(shù)化設(shè)計(jì)的、基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計(jì)人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設(shè)計(jì)者提供了在設(shè)計(jì)上從未有過的簡(jiǎn)易和靈活。 單一數(shù)據(jù)庫(kù)：Pro/Engineer 是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫(kù)上，不象一些傳統(tǒng)的 CAD/CAM 系統(tǒng)建立在多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)上。所謂單一數(shù)據(jù)庫(kù)，就是工程中的資料全部來自一個(gè)庫(kù)，使得每一個(gè)獨(dú)立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個(gè)部門的。換言之，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程的任何 一處發(fā)生改動(dòng)，亦可以前后反應(yīng)在整個(gè)設(shè)計(jì)過程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。例如，一旦工程詳圖有改變，NC（數(shù)控）工具路徑也會(huì)自動(dòng)更新；組裝工程圖如有任何變動(dòng)，也完全同樣反應(yīng)在整個(gè)三維模型上。這種獨(dú)特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計(jì)的完整的結(jié)合，使得一件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)結(jié)合起來。這一優(yōu)點(diǎn)，使得設(shè)計(jì)更優(yōu)化，成品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場(chǎng)，價(jià)格也更便宜。全相關(guān)性：Pro/ENGINEER 的所有模塊都是全相關(guān)的。這就意味著在產(chǎn)品開發(fā)過程中某一處進(jìn)行的修改，能夠擴(kuò)展到整個(gè)設(shè)計(jì)中，同時(shí)自動(dòng)更新所有的工程文檔，包括裝配體、設(shè)計(jì)圖紙，以及制造數(shù)據(jù)。全相關(guān)性鼓勵(lì)在開發(fā)周期的任一點(diǎn)進(jìn)行修改，卻沒有任何損失，并使并行工程成為可能，所以能夠使開發(fā)后期的一些功能提前發(fā)揮其作用。 基于特征的參數(shù)化造型：Pro/ENGINEER 使用用戶熟悉的特征作為產(chǎn)品幾何模型的構(gòu)造要素。這些特征是一些普通的機(jī)械對(duì)象，并且可以按預(yù)先設(shè)置很容易的進(jìn)行修改。例如：設(shè)計(jì)特征有弧、圓角、倒角等等，它們對(duì)工程人員來說是很熟悉的，因而易于使用。裝配、加工、制造以及其它學(xué)科都使用這些領(lǐng)域獨(dú)特的特征。通過給這些特征設(shè)置參數(shù)（不但包括幾何尺寸，還包括非幾何屬性） ，然后修改參數(shù)很容易的進(jìn)行多次設(shè)計(jì)疊代，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)。 數(shù)據(jù)管理：加速投放市場(chǎng)，需要在較短的時(shí)間內(nèi)開發(fā)更多的產(chǎn)品。為了實(shí)現(xiàn)這種效率，必須允許多個(gè)學(xué)科的工程師同時(shí)對(duì)同一產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)。數(shù)據(jù)管理模塊的開發(fā)研制，正是專門用于管理并行工程中同時(shí)進(jìn)行的各項(xiàng)工作，由于使用了Pro/ENGINEER 獨(dú)特的全相關(guān)性功能，因而使之成為可能。 29裝配管理：Pro/ENGINEER 的基本結(jié)構(gòu)能夠使您利用一些直觀的命令，例如“嚙合” 、 “插入” 、 “對(duì)齊”等很容易的把零件裝配起來，同時(shí)保持設(shè)計(jì)意圖。高級(jí)的功能支持大型復(fù)雜裝配體的構(gòu)造和管理，這些裝配體中零件的數(shù)量不受限制。易于使用：菜單以直觀的方式聯(lián)級(jí)出現(xiàn)，提供了邏輯選項(xiàng)和預(yù)先選取的最普通選項(xiàng)，同時(shí)還提供了簡(jiǎn)短的菜單描述和完整的在線幫助，這種形式使得容易學(xué)習(xí)和使用。7.2 PRO/E 的主要模塊及其功能Pro/E 之所以能高效率地完成各項(xiàng)復(fù)雜的任務(wù)，因?yàn)樗哂泻芏嗤晟频墓δ苣K。各模塊之間的相互配合協(xié)作，最終幫助用戶解決各種問題 [12]。其大致流程如下圖 29 所示：圖 29 分析流程圖7.2.1 Pro/EngineerPro/Engineer 是軟件包，并非模塊，它是該系統(tǒng)的基本部分，其中功能包括參數(shù)化功能定義、實(shí)體零件及組裝造型，三維上色實(shí)體或線框造型棚完整工程圖產(chǎn)生及不同視圖（三維造型還可移動(dòng)，放大或縮小和旋轉(zhuǎn)） 。Pro/Engineer 是一個(gè)功能定義系統(tǒng)，即造型是通過各種不同的設(shè)計(jì)專用功能來實(shí)現(xiàn)，其中包括：筋（Ribs） 、槽（Slots） 、倒角（Chamfers）和抽空（Shells）等，采用這種手段