滚齿机专用工装设计

太原工业学院

金属切削机床课程设计

设计题目滚齿机专用工装设计

系别机械工程系

专业机械设计制造及其自动化

学生姓名付民安

班级学号 1120112 设计日期 2014年6月

《《金属切削机床》课程设计任务书

设计题目：滚齿机专用工装设计

系部：机械工程系专业：机械设计制造及其自动化

学号：1120112 学生：付民安

1．设计的主要任务及目标

通过扩大滚齿机的工艺范围，以最少的投资进行直齿、斜齿、多联齿和内齿轮的加工，树立正确的设计思想，掌握基本的改装设计方法，并具有初步的结构分析、结构设计及计算能力。

2．设计的基本要求和内容

基本要求

(1)不改变滚齿机原有的性能；

(2)安装此工装后即可作插齿机用；

(3)装卸方便、快捷

内容

①课程设计说明书一份（设计方案分析，使用说明，结果分析等）；②安装工装后机床的传动原理图，传动系统图各一张

3．主要参考文献

[1] 戴曙.金属切削机床.北京:机械工业出版社,2009.3

[2] 机床设计图册

[3] 吴圣庄.金属切削机床.吉林工业大学

[4] 顾维邦.金属切削机床概论. 北京:机械工业出版社

4．进度安排

目录

1 绪论 (1)

1.1 课题背景 (1)

1.2 机床改造的研究内容及其意义 (1)

1.2.1 机床改造的研究意义 (2)

1.2.2 机床改造的研究内容 (2)

2 设计要求 (3)

3 总体方案设计 (3)

3.1. 分析传动原理 (3)

3.1.1 滚齿机滚齿原理 (3)

3.1.2 插齿机插齿原理 (5)

3.2 结果分析 (6)

3.3 具体方案设计 (7)

3.3.1 运动分析 (7)

3.3.2 运动计算 (8)

4 课程设计总结 (9)

参考文献 (10)

1 绪论

1.1 课题背景

随着我国机床消费迈向世界第一，机床改造在工业装备的份量也加重了筹码。我国近700万台的机床保有量让机床改造潜在的市场商机再现，同时随着生产工艺的不断进步和数控技术的不断发展，我国特殊的机床服役年限架构把大量的早年进口老、旧机床推向了改造的道路上。

机床改造即为机床再制造，通过对旧机床的改造，可以使其精度恢复，功能升级，技术性能达到甚至超过新机床的水准，为企业节省大量开支，带来丰厚的经济效益，为社会节能省材，促进我国现代制造业更加环保。

据统计,目前我国机床种类已达到3500余种,其中数控类及高科技类产品已达到1500多种,很多机床产品在技术上已经达到国际先进水平。我国拥有和使用的机床数量高达378万台,其中金属切削机床为294万台,锻压机床为84万台。

如今,这些机床设备有的已经服役了10多年,有的甚至超过了20年,迫切需要更新或改造。机床的改造,不仅是企业发展的需要,也是市场经济发展的需要,更是国家发展,社会资源再利用,走可持续发展道路的需要。机床改造即为机床再制造，通过对旧机床的改造，可以使其精度恢复，功能升级，技术性能达到甚至超过新机床的水准，为企业节省大量开支，带来丰厚的经济效益，为社会节能省材，促进我国现代制造业更加环保。

在美国、日本和德国等发达国家，它们的机床改造作为新的经济增长行业，生意盎然，正处在黄金时代。由于机床以及技术的不断进步，机床改造是个"永恒"的课题。在美国，机床改造业称为机床再生（Remanufacturing）业。从事再生业的著名公司有：Bertsche工程公司、ayton机床公司、Devlieg-Bullavd（得宝）服务集团、US 设备公司等。美国得宝公司已在中国开办公司。在日本，机床改造业称为机床改装（Retrofitting）业。从事改装业的著名公司有：大隈工程集团、岗三机械公司、千代田工机公司、野崎工程公司、滨田工程公司、山本工程公司等。

1.2 机床改造的研究内容及其意义

1.2.1 机床改造的研究意义

企业要在当前市场需求多变，竞争激烈的环境中生存和发展就需要迅速地更新和开发出新产品，以最低价格、最好的质量、最短的时间去满足市场需求的不断变化。

对原有的机床进行工艺和装备的改造，使旧设备满足生产的需要，这样不仅造价低、上马快，而且还可弥补设备的不足，减少投资。设备是企业生产技术发展和实现经营目标的物质基础。设备性能和技术状况的好坏，直接影响到企业的产品质量和经济效益。为了减少企业的生产投入，利用原有的旧机床进行翻新改造，既得到了性能比改造前甚至比新机床更优越的设备，又减少了资金投入；并且为后期维修费用的降低打下了良好基础，或者可以配套本企业的生产装备扩大加工规模，迅速提升其加工能力，技术经济效益十分明显。

1.2.2 机床改造的研究内容

机床改造主要是指为提升原机床的精度、效率与功能所进行的一系列的活动和工程，因为改造的机床多半都是早年生产的，除严重磨损造成精度下降、或某些零部件年久失修需要更换之外，机床本体的刚度稳定性、抗震性以及精度保持性等相对来说都很好。

通过技术改造对机床的加工范围进行扩大，使改造后的机床既保持了原机床的功能，又增加了新的功能。本设计通过对滚齿机机床结构进行改造设计使滚齿机上安装工装后可以用作插齿机。这样既减少了设备的投入，又充分的利用了现有设备，将为企业带来良好的经济效益。

2 设计要求

在许多的小型工厂里滚齿机是普遍使用的机床，但滚齿机不能加工内齿齿轮具有一定的局限性。为了节省企业开支设计一套滚齿机专用工装，使用滚齿机专用工装，在原机床主要结构布局不变，尽量减少改动量。使原滚齿机具有了插齿机的功能，扩大了滚齿机的工艺范围，以最少的投资进行直齿、斜齿、多联齿轮和内齿轮的加工。

要求：不改变滚齿机原有的性能；安装此工装后即可作插齿机用；装卸方便、快捷

3 总体方案设计

3.1 分析传动原理

3.1.1滚齿机滚齿原理

滚切直齿圆柱齿轮

两个运动：形成渐开线所需的展成运动（11B ，12B ）和形成导线作序的滚刀沿工件轴线的移动(2A )。

（1）展成运动 一个复合的表面成形运动，可分解为两个部分：滚刀的旋转运动11B 和工件的旋转运动12B 。这两部分之间需要一个内联系传动链，用以保持两者之间的相对运动关系。设滚刀的头数为K,工件齿数为Z ，则滚刀每转1/K 转，工件应转1/Z 转。

传动链为：滚刀—4—5—x i —6—7—工件

（2）主运动 展成运动还应有一条外联系传动链与动力源相联系。从切削角度分析，滚刀的旋转是主运动。

传动链为：电动机—1—2—v i —3—4—滚刀

（3）竖直进给运动 为了形成直线，滚刀还需作轴向的直线运动2A ，这是一个简单运动，可以使用独立的动力源驱动。但是，工件转速和刀架移动速度之间的相对关系，会影响到齿面加工的表面粗糙度。因此，滚齿机的进给以弓箭每转时滚刀架的移动量计，单位为mm/r 。

传动链为：工件—7—8—f i —9—10—刀架升降丝杠。

传动原理图：

滚切斜齿圆柱齿轮

两个运动：一个是产生渐开线的展成运动；另一个是产生螺旋线（导线）的运动。前者与加工直齿圆柱齿轮时相同，后者则不同，加工斜齿圆柱齿轮时，进给运动为螺旋运动，是一个复合运动。这个运动分为两部分滚刀架的直线运动21A 和工作台的旋

转运动

B，这两部分需要一条内联系传动链连接，以保证当刀架直线移动距离为螺

22

旋线的一个导程T时，工件的附加转动为一转。这条内联系链习惯上成为差动链。

差动链为：丝杠—10—11—

i—12—7—工件。传动原理图：

y

3.1.2插齿机插齿原理

插齿机加工原理为一对圆柱齿轮的啮合，同样是按展成法加工圆柱齿轮。

插齿机所需的运动

展成运动插齿刀和工件的相对转动时一个复合运动，用以形成渐开线齿廓。展成运动可以被分解成两部分：插齿刀的旋转和工件的旋转。

主运动插齿刀的上下往复运动是一个简单的成形运动，用以形成轮齿齿面的导线直线。这个运动是主运动。

径向进给插齿开始时，插齿刀和工件除做展成运动外，还要作相对的径向切入运动，直到全齿深为止；然后，工件在转过一圈，全部轮齿就切削完毕；插齿刀与工件分开，机床停止。

让刀运动插齿刀在往复运动的回程时不切削。为了减少刀刃的磨损，还需要又让刀运动，及刀具在回程时径向退离工件，切削时复原。

传动原理图：

用齿形插齿刀插削直齿圆柱齿轮时，机床的传动原理图如上图，B和B’是一个复合运动，需要一条内联系传动链和一条外联系传动链。图中8点到11点之间的传动链是内联系传动链即展成连。圆周进给以插齿刀每往复一次，插齿刀所转过得分度圆弧长计。因此，外联系传动链以驱动插齿刀往复的偏心轮为间接动源来联系插齿刀转动，图中为4点到8点。插齿刀的往复运动A 是一个简单运动，它只有一个外联系传动链，即由电动机轴处得点1至曲柄偏心轮处的点4.这条传动链是主运动链。

3.2 结果分析

由以上插齿机与滚齿机切削直齿齿轮的对比可得出他们的共同点：

1.都是按展成法加工圆柱齿轮。

2.都有径向进给运动。

但是，插齿机的主运动为竖直方向的往复运动，而且往复运动速度比滚齿机竖直进给运动快的多。滚齿机无需让刀，故没有让刀机构。

由此可得将滚齿机改装成插齿机需要解决三个方面的问题：

1.如何将主运动改为竖直方向的往复运动。

2.如何安装插齿刀。

3.如何增加让刀机构。

3.3具体方案设计

3.3.1运动设计

1.插齿机的主运动——滚齿机专用工装加入传动比为1:1的直齿轮，从动直齿轮同轴

上加装一个偏心轮，偏心轮带动齿条作往复运动，齿条带动齿轮运动，齿轮带动刀具上的齿条使刀具实现快速竖直往复运动

2.安装专用工装——将滚齿机安装滚刀的主轴拆卸掉，将装用工装的主轴代替安装

滚刀的主轴，专用工装中加入一对传动比为1:100的涡轮蜗杆。

3.增加让刀机构——在如图从动轮的一侧再加装一个偏心轮，偏心轮与一曲柄滑块

机构相连，底下另一偏心轮通过连杆与工作台相连，从而实现刀具往复一次，工作台让刀一次。

4.径向进给——滚齿机在滚切涡轮时径向进给采用的手摇，插齿时，径向进给行程

较短，故也可采用手摇的方式。

安装滚齿机专用工装后的传动原理图：

内传动链展成运动滚刀—11—10—4—5—6—7—工件。

主运动电机—1—2—3—4—8—9—12—滚刀

3.3.2运动计算

滚齿机传动系统图

YC3180滚齿机工装传动系统图：

1. 主运动传动链

（1） 末端件 主运动为刀具的往复运动 一端是电动机，一端是Ⅰ轴

（2） 计算位移 电动机转速为1500r/min, Ⅰ轴往复频率为n 。

1500r/min(电动机)——n(主轴)

（3） 运动平衡式

24/4824/4890mm 3323232320150028/4436/36=176352323232032/4048/24n mm ??????????????????????????????

（4） 换置式

11763523232320=

=1500903323232320723

v n i n ?????? 2. 展成运动传动链

（1） 末端件 展成运动是内联系链。两末端件是插刀和工件。

（2） 计算位移 展成链保证末端件的传动比相当于一对齿轮啮合，即插刀每转一

转，工件转一转。

（3） 运动平衡式 1002323234511=112323234596

e a c i

f b d ?????????合成 （4） 换置式

24==25

x e a c i f b d ?? 总结

本篇论文是关于滚齿机专用工装设计，目的是在滚齿机上实现插齿机的功能。通过这次设计使我对YC3180滚齿机的结构有了更深一步的了解，培养了我运用所学知识来分析和解决机床改造技术中所出现的一系列问题。通过这次设计让我对大学几年所学的知识进行了实际运用，使我明白了在今后的设计过程中的一般步骤和方法。

但是本篇论文还有不尽如意的地方：

1）

所研究的东西只是停留在理论方面，未能将其投入生产实践中； 2） 对YC3180滚齿机的改造还不是很彻底，设计不是很完善，如时间再宽裕

一些，我想可以做的更好。

参考文献

[1] 戴曙.金属切削机床[M]. 北京：机械工业出版社.2011.

[2] 陆凤仪、钟守炎.机械设计[M]. 第二版.机械工业出版社，2011.

[3] 徐灏.机械设计手册［M］. 第二版.北京：机械工业出版社，2001.

[4]孙恒、陈作模、葛文杰。机械原理［M］.高等教育出版社，2010.