内齿轮铣齿机总体结构设计毕业设计(论文)

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毕业设计(论文)

内齿轮铣齿机总体结构设计

及其虚拟样机构建

ANNULAR GEAR GEAR CUTTER OVERALL STRUCTURE

DESIGN

AND ITS VIRTUAL PROTOTYPE

BUILD

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

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本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

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7）参考文献

8）致谢

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2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

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2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

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摘要

时代飞速发展的今天，齿轮加工机床已经成为现代机械制造业中不可或缺的技术装备。不同类型的机床可以加工出不同种类的齿轮。本课题研究的中心是可以加工直齿锥齿轮的内齿轮铣齿机。本课题主要研究内容如下：

(1)对各种不同机床的总体结构进行深入剖析。

(2)设计机床的各个零部件以及总体结构，对其总体结构进行三维建模、性能仿真。

(3)运用PRO/E绘制机床底座和立柱零件图、机床总体结构装配图和机床底座滑台装配图。

设计时，运用PRO/E仿真技术进行内齿轮铣齿机总体结构的设计，以期缩短产品开发周期，提高产品质量，节约成本，加大企业的市场竞争能力。

关键词内齿轮铣齿机；总体结构；底座；滑台

Abstract

Era of rapid development today, the gear machine tools has become indispensable in modern machinery manufacturing technology and equipment. Different types of machine tools can work out the different types of gears. This topic research center can be processed straight bevel gear in gear milling tooth machine.. This topic main research content is as follows:

(1) Carry on the thorough analysis to each kind of different machine tool overall structure.

(2) Complete the design of machine tool of the various components and the overall structure, the overall structure of 3 d modeling and simulation performance.

(3) Using PRO/E design machine tool foundation,column and the machine tool overall structure , and machine tool foundation assembly drawing

The use of PRO/E for designing the annular gear gear cutter , can shorten the product development cycle, improve product quality, reduce costs and enhance their competitiveness in the market.

Keywords annular gear gear cutter,overall structure, foundation, drawing

目 录

摘要 ....................................................... 错误！未定义书签。 Abstract .................................................. 错误！未定义书签。 1 绪论 ..................................................... 错误！未定义书签。

1.1 齿轮加工机床 ........................................... 错误！未定义书签。

1.2 齿轮加工机床的工作原理 ................................................................ 错误！未定义书签。

1.3 本课题完成的主要工作 .................................................................... 错误！未定义书签。

1.4 国内机床产业现状 ............................................................................. 错误！未定义书签。

1.5 机床总体布局的基本要求 ................................................................ 错误！未定义书签。

1.6 机床基础的选择 ................................................................................ 错误！未定义书签。

1.7 机床在基础上的固定和调整 ............................................................ 错误！未定义书签。

1.7.1 固定方式的选择 .................................... 错误！未定义书签。

1.7.2 机床在基础上的调整 ................................................................. 错误！未定义书签。

1.8 机床底座选择 .................................................................................... 错误！未定义书签。

1.8.1 底座的材料选择 .................................... 错误！未定义书签。

1.8.2 底座的时效处理 .................................... 错误！未定义书签。

1.9 底座相关设计 .................................................................................... 错误！未定义书签。

1.9.1 截面形状 .......................................... 错误！未定义书签。

1.9.2 肋板布置 .......................................... 错误！未定义书签。

1.10 吊装孔的设计和布置 ...................................................................... 错误！未定义书签。

1.11 底座方案的选定 .............................................................................. 错误！未定义书签。

1.12 总体结构方案的选定 ...................................................................... 错误！未定义书签。 图1.3 总体结构 ..................................................................................... 错误！未定义书签。 2 各通用部件的选用及参数计算 ............................... 错误！未定义书签。

2.1 通用部件选用的方法和原则 ............................................................. 错误！未定义书签。

2.1.1 动力部件的选用 .................................... 错误！未定义书签。

2.1.2 其他通用部件的确定 ................................ 错误！未定义书签。

2.2 数控机械滑台的选用 ........................................................................ 错误！未定义书签。

2.2.2 数控机械滑台的特点 ................................ 错误！未定义书签。

2.3 滚珠丝杆的计算与选用 ..................................................................... 错误！未定义书签。

2.4 交流伺服减速电机的参数计算 ......................................................... 错误！未定义书签。

2.4.1 滚珠丝杆副上的转矩计算 ............................ 错误！未定义书签。

2.4.2 负荷及传动系统的转动惯量的参数计算 ................ 错误！未定义书签。

2.4.3 加速转矩a T 和最大加速转矩am T ...................... 错误！未定义书签。

2.4.4 电机的最大启动转矩................................ 错误！未定义书签。

2.4.5 电机连续工作的最大转矩机器处于最大载荷下电机连续均匀的转矩错误！未定义书签。

2.5 进给丝杆与交流伺服电机的连接.................................................... 错误！未定义书签。

2.6立柱的选用............................................. 错误！未定义书签。

2.7 数控回转工作台的选用..................................................................... 错误！未定义书签。

2.8 铣削头的选用..................................................................................... 错误！未定义书签。

2.8.1 电动机的选择...................................... 错误！未定义书签。

2.8.2轴承的选用......................................... 错误！未定义书签。

3三维建模................................................. 错误！未定义书签。

3.1 工作台的建模.................................................................................... 错误！未定义书签。

3.2 底座的建模........................................................................................ 错误！未定义书签。

3.3 绳索的建模........................................................................................ 错误！未定义书签。

3.4 纵向滑台的建模................................................................................ 错误！未定义书签。

3.5 纵向滑台的导轨建模........................................................................ 错误！未定义书签。

3.6 横向滑台的建模................................................................................ 错误！未定义书签。

3.7 立柱的建模........................................................................................ 错误！未定义书签。

4总体装配过程............................................. 错误！未定义书签。

4.1 插入底座............................................................................................ 错误！未定义书签。

4.2 插入横向滑台.................................................................................... 错误！未定义书签。

4.3 插入立柱............................................................................................ 错误！未定义书签。

4.4 导入纵向滑台.................................................................................... 错误！未定义书签。

4.5 插入纵向滑台.................................................................................... 错误！未定义书签。

4.6 插入绳索............................................................................................ 错误！未定义书签。

4.7 分解图................................................................................................ 错误！未定义书签。

4.8 运动仿真............................................................................................ 错误！未定义书签。

5横向滑台的有限元分析..................................... 错误！未定义书签。

结论....................................................... 错误！未定义书签。

致谢....................................................... 错误！未定义书签。

参考文献................................................... 错误！未定义书签。

1 绪论

1.1 齿轮加工机床

在现今社会的生产发展中，齿轮加工机床随处可见而且必不可少，齿轮加工机床品种繁多，作用各异，各种圆柱齿轮、锥齿轮和其他带齿零部件都可以在不同的齿轮加工机床上解决。小到直径几毫米的齿轮，大到十几米直径的齿轮，又

或者是大批量生产或者极其精密的齿轮加工都有与之对应的机床用以实现生产

的自动化。

现如今，无论是在汽车、拖拉机、飞机等交通制造业，还是采矿炼油等采集类重工业都遍及了齿轮加工机床的身影。

1.2 齿轮加工机床的工作原理

齿轮加工机床的工作原理主要有两种，一种是成形法，另一种是范成法。

只有当刀具的切削刃与加工齿轮的齿槽形状相吻合时才可以使用成型法。

成形法优点很明显，机床的设计和构造都很简单，通用机床就可以达到标准。一定程度上节约了成本。

但是缺点也很明显，即使是一样模数的齿轮，若是齿数不同，必然导致齿廓形状不一样，此时就需要频繁的更换成形刀具。加工精度不高，只能做一个近似的模型。甚至每一个齿槽加工结束后，工件需要周期分度一次，这就必然会大大影响生产效率。

范成法利用齿轮的啮合原理完成零件的铸造。

把齿轮啮合副（齿条——齿轮、齿轮——齿轮）中的一个转化为刀具；另一个转化为工件，刀具和工件被强制产生的啮合运动而范成切出齿廓。

所用刀具切削刃的形状取决于齿廓，它与被切齿轮的齿数无关。所以与成型法相比，只要模数相同，无论齿数多少，一把刀具就可以完成所有齿轮的加工；加工精度和生产效率得益于加工时的连续分度而大幅度提高。

范成法的机床局限性较大，加工必须在专门的齿轮机床上，而且机床的调整、刀具的制造和刃磨都比较复杂，若非成批大量生产一般不建议使用。

1.3 本课题完成的主要工作

本课题运用pro/e技术对内齿轮铣齿机总体结构进行设计，以期缩减设计周期和设计人员的工作强度、降低设计成本、增强企业的市场竞争能力。主要任务有：

一查阅资料并分析分析研究机床的总体结构。

二设计机床各零部件和总体结构。

三用三维造型对内齿轮铣齿机总体结构进行论证。

四绘制机床底座、立柱零件图和机床总体结构图

五编写设计过程说明书。

1.4国内机床产业现状

论世界机床产量最高当数中国，但数量的庞大并不足以使中国在国际市场的竞争中确立优势；反而国内市场也已被国外产品霸占了市场，形势不容乐观。

抛开经营、产品质量和促销手段等原因不说，还因为国内的数控机床的性能、结构等各方面距离国际先进水平尚有不小的差距，。主要反映在下面五点：

(1) 在国内产品开发总周期较长，及设计所占时间比均远落后于国际顶尖水平。

(2)缺乏科学分析工具，设计新产品时基本靠直观经验和类比，一次性成功的可能性大大降低，容易错过推出新产品面世的时机。

(3) 用户往往根据其个人具体需要提出一些特殊要求，或者在产品即将问世时临时要求更改，目前国内对于临时改变设计构型及思路等方面尚有欠缺。

(4)专业知识和实际经验不足

(5)设计、工艺和制造部门分别运作，缺乏有效的团队协作与交流，易造成产品的反复修改，降低了开发的效率。

在这个科技迅速发展的社会，只有合理的利用计算机技术和仿真技术，才能提高产品结构性能，使用相应的产品虚拟开发软件，可达到事半功倍的效果。

1.5 机床总体布局的基本要求

机床布局首先以客户的要求为主。在保证精度、效率、安全性的基础上，尽量简化结构，使其易于操作、维修和养护，降低成本。如果是通用机床，还应该遵守系列型谱中关于机床布局方面的规定，满足参数的设计标准。如果机床的生产率和自动化程度较高，还要考虑到自动上下料及纳入自动线的方便快捷程度。此外，机床加工过程的透明度，拆装工件和导出碎屑的方式也应该纳入设计考虑范围。

1.6 机床基础的选择

机床的全部载荷都会传递到下方地层。所谓地基就是受影响的地层。而接受机床传递的载荷的混凝土结构就是基础。机床基础如果不具备足够的强度、刚度和稳定性，并在一定程度上控制振动，机床也是无法良好使用的。

内齿轮铣齿机为立式铣床，外观较大，加工的齿轮精度要求较高，所以机床基础可选为具有隔振措施的单独基础。基础能在机床运转的过程中承受负荷并吸收振动，既保证了寿命，又能很好的提高工作精度和大件的刚度，增加机床系统的动刚度，减弱外界振源给机床带来的影响，保证各分离部件间相对位置精度。

1.7 机床在基础上的固定和调整

1.7.1 固定方式的选择

通常我们选择将床身底座固定在基础或混凝土地面上，这就是用地脚螺栓紧固。固定时，死螺栓、可卸式螺栓及锚固式螺栓都可以。采用地脚螺栓紧固主要是考虑到此种方式的多种优点。比如机床工作时强烈的震动会导致刚性和稳定性的降低。机床和基础被地脚螺栓紧固成一体后，既可以提高机床刚性，而且对于机床和基础的总重心高度的降低以及重心偏移的矫正也很有帮助，振动的减少可以导致工作精度的提高。机床加工时，强大的往复载荷在所难免，只有采用此种紧固方式方可最大限度的避免冲击带来的影响

1.7.2 机床在基础上的调整

机床安装后都会在底座与基础间放置几个可调整导轨水平的垫铁支承来做出相应的调整。常用的垫铁有下列几种∶

(1) 楔铁。调整难度大，且与机床底座是线接触，刚度略低，故只用于尺寸小、要求不高、安装后不需要再调整的机床。

(2) 钩头斜垫铁。重约十至十五吨的或者振动较大的普通中小机床。

(3) 螺杆调整垫铁。调整起来方便快捷，准确。但垫铁滑座与床身之间有相对滑移。多见于精密机床的调整。

(4) HJX81型机床垫铁。上垫铁与床身之间没有相对滑移。

(5) 千斤顶式垫铁。多数情况下只有高精度机床这样不用地脚螺栓固定的才使用此类垫铁。

(6) 带有螺套的安装调整机构。容易调整，有很高的准确度，可调性高，但是必须在底座加工螺孔给实际的生产带来一定的麻烦。

故而最终调整用垫铁采用的是钩头斜垫铁。

1.8 机床底座选择

底座在机器的总质量中占比相当的大，故而对工作精度及抗振性能的影响也是举足轻重的；甚至若兼作运动部件的滑道（导轨）时，还可能响到耐磨性。

1.8.1 底座的材料选择

极少有底座结构不复杂，故而导致其受力情况也相当复杂，刚度要求自然也较高。铸造就成了当仁不让的首选铸造工艺，便于施工又价廉的铸铁就成了材料的首选。一般不考虑铸钢，除非铸件要求高强度和刚度。偶尔也会有分零铸造然后焊成一体的铸造方法，但一般只用于大型机床底座的制造。全面的分析比较才

能让设计出的底座更符合生活生产中的实际情况。

底座材料不是固定的，结构、工艺、成本、生产批量和生产周期的不同也影响着材料的选择，本课题设计的底座的材料选用HT200。

1.8.2 底座的时效处理

铸造的过程。机加工和热处理的过程无可避免的会产生高温，不同部分的冷却速度不同就导致了金属内应力的产生，正确的时效处理可以尽可能的降低内应力对生产造成的影响。综上，自然时效处理较为适合我的设计。

1.9 底座相关设计

1.9.1 截面形状

铸造的过程。机加工和热处理的过程无可避免的会产生高温，不同部分的冷却速度不同就导致了金属内应力的产生，正确的时效处理可以尽可能的降低内应力对生产造成的影响。综合考虑过后，终决定采用自然时效处理的办法。

查阅资料后得知，实际使用中空心矩形截面形状最为常用。主要选中其扭转刚度大的特点，而且在装设其他机件方面还是空心矩形的最为方便。

故而本课题拟采用空心矩形截面形状的底座.

1.9.2 肋板布置

肋板的作用是显而易见的，增大强度和刚度的同时又不会增加过多的质量而对机床产生影响。虽然加大壁厚的方法也可以加大强度和刚度，但是此种方法缺陷太多，比如容易产生铸造的缺陷，影响焊接的品质等。

肋板的作用效果很大程度上取决于其布置和结构形状。

1.10 吊装孔的设计和布置

底座庞大的外观和重量，会对安装精度和安装的难易程度造成很大的影响，在底座上设计吊装孔的想法就是为了最大限度的消除这些影响。出于美观和实用角度考虑，欲使底座的重心位于中间且位于底座的中上部分，吊装孔的位置要尽量对称，或者通过位置的加高加宽来解决。这样我们就可以让底座在安装时就会较为平稳

1.11 底座方案的选定

底座是一个铸件，外观庞大大，结构多样而复杂，被加工面极多，同时对于

加工精度要求严格。充分考虑机床总体布局的要求，综合求证后最终设计的底座如图1.1、1.2所示∶

1.12 总体结构方案的选定

交通和通讯日益发达的今天，市场的开放性和全球化是必然趋势，机床产品的竞争激烈异常，产品的开发时间、质量、成本、性能和售后服务等无一不影响着决定产品竞争力。在保持高质量产品的同时，更低的价格和更短的交货期就成了决胜的关键。如果仍然沿用传统的设计、生产和管理模式，必然会被市场淘汰，为了改变这一局面就必须最大限度地利用先进的设计手段，以提高产品的质量和性能，尽可能节约成本，压缩设计耗时。同时还要能做到高度适应市场和客户的需求变化，抢占先机进入市场。

因此，内齿轮铣齿机设计为数控机床，总体结构的设计如图1.3所示。

图1.1 底座截面形状及肋板布置

图1.2 底座截面形状及肋板布置

图1.3 总体结构

2各通用部件的选用及参数计算

2.1通用部件选用的方法和原则

机床的设计必然要涉及到通用部件的选择问题。原则上，选用动力及其配套的部件时，主要考虑所需的功率进给力、进给速度。具体原则如下：

（1），切削中涉及的功率很多，如切削功率、传动功率等，都必须满足加工前的计算要求.

（2）进给部件应选用时要考虑的因素很多，如加工所需的最大进给力、进给速度和工作行程及工作循环，同时也不可忽略刀具装卸的难易度。

（3）动力箱必须适配于多轴箱尺寸。