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轮有许多共同点，但椰油很多不同点，这些特点是：①齿轮滚刀的基本蜗杆没有严格的规定，可以采用阿基米德型，法向直廓型或渐升线型， 按工作条件由自己选择，基本蜗杆的直径也可由自己决定。

但蜗轮滚刀的基本蜗杆相当于一 般加工蜗轮相啮合的蜗杆，不但蜗杆的类型应相同，而且主要尺寸（如轴向模数，分度圆直 径，头数，螺旋方向，螺旋升角等）均须一致，只是外径比工作蜗杆稍大一些，以便使加工 后的螺轮与蜗杆啮合时有齿顶间隙。

坛大量通常为径向间隙的两倍， 即2×0.2m =0.4m （m 。

为轴向模数）②蜗轮滚刀水平安装，不需要象加工圆柱齿轮那样刀架要搬角度，同时蜗轮滚刀轴心线 应和蜗轮蜗杆传动啮合状态一样，应在蜗轮中心平面内。

③工件的分齿运动应符合蜗杆蜗轮传动速比的关系，即蜗轮滚刀一转，被加工蜗轮应转 一个齿（单头滚刀）或几个齿（多头滚刀）。

滚齿机分齿蜗轮的计算与加工圆柱齿轮的计算 或相同。

例如Y38滚齿机：当Z≤161时，i 分齿=a/b*c/d=24k/z当Z>161时, i 分齿=a/b*c/d=48k/z但滚切蜗轮时，不能忽视蜗轮滚刀的头由文K。

④进给方向，加工圆柱齿轮时，滚刀相对被切齿轮由上向下或由下向上作垂直进给运动。

但加工蜗轮时，蜗轮滚刀要保持在蜗轮中心平面内，因此蜗轮滚刀相对工件只能作径向进给 或切向进给。

a）径向进给法：这时蜗轮滚刀向被加工蜗轮作径向进刀，逐渐切至全齿深为止。

这种方 法在生产中应用较广， 因为生产率高， 而且不需要切向刀架 （许多滚齿机往往没有这种附件）。

径向进给运动是滚切过程中被加工蜗轮转一转，滚刀在水平面没被切蜗轮半径方向移动 S 径毫米，运动是通过径向丝杆来实现的。

Y38滚齿机径向供给传动关系。

工作台—蜗轮付 Z96/K—蜗杆蜗轮 K1/Z30—进给挂轮 i 进给—接通离合器 M1—齿轮 Z45/Z36—锥齿轮Z17/Z17—锥齿轮Z17/Z17—蜗杆蜗轮K4/Z20—接通M2—螺旋齿轮X10/Z20 —脱落蜗杆 K4/Z20—蜗杆蜗轮 K4/Z16—锥齿轮 Z20/Z25—径向进给丝杆（t=10 毫米）—刀 架立柱水平移动。

列成计算式：S 径=（工作台转一转）*（96/1）*（1/30）*i 进给*（45/36）*（17/17）* （17/17）*（4/20）*（10/20）*（4/20）*（4/16）*（20/25）*10经简化和整理得到径向进给挂轮调整公式：i 进给（径）=（a1/b1）*(c1/d1)=25/4*S 径b)切向进给法：此时用一端为锥形的蜗轮滚刀（也有叫玉米滚刀的），沿被加工蜗轮位切 向进给，滚刀和被加工蜗轮的中心距，予先调整到蜗轮蜗杆的中心距 A，加工时保持不变， 依滚刀齿高由小到大，逐渐切至全齿架。

滚刀圆锥部分刀齿依切入和粗加工用，圆锥部分刀 齿位精加工和最后修整用。

用切向进给法加工蜗轮时，由于需要滚刀在刀架上作轴向移动，故必须用切向刀架。

这时 刀具和工件之间的相互运动关系，除了分齿运动外，还需要切向进给运动和差动运动。

切向进给运动：指滚刀沿蜗轮切向（即滚刀本身轴线方向）移动，以实现连续进给的目的。

Y38 滚齿机是由专用切向刀架来完成的，其传动关系是工作台或工作转一转，滚刀沿切向移 动S切毫米。

工作台—蜗轮蜗杆 Z96/K1—蜗杆蜗轮 K1/Z30—进给挂轮 i 进给—接通离合器 M1—齿轮 Z45/Z36—锥齿轮 Z17/Z17—锥齿轮 Z17/Z17—（进入切向刀架）—锥齿轮 Z17/Z17—齿轮 Z35/Z35—蜗杆蜗轮K1/Z50—切向进给丝杆（t=5毫米）—切向进给。