ZK蜗杆砂轮修整控制程序开发设计项目说明指导书.doc
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1、ZK蜗杆砂轮修整控制程序开发作者:ee(ee)指导老师:ee摘要:依据ZK蜗杆磨削加工精度要求,了解蜗杆磨削加工过程,推导出蜗杆截面数学方程,再依据空间啮合原理,建立磨削时蜗杆砂轮空间坐标系,深入推导出磨削阿基米德蜗杆时砂轮数学模型和砂轮截面方程;再经过对砂轮修正参数优化,得出最优修整轮廓;最终经过VB开发能自动生成砂轮修整时CNC程序,从而降低齿形误差,提升砂轮使用寿命。关键字:ZK蜗杆;砂轮修整;齿形误差;VB编程Control program development and dressing of ZK worm wheelAuthor: ee(ee)Tutor :eeeAbstract
2、: According to the requirements of the ZK worm grinding accuracy, worm grinding process, the mathematical equation of the section, worm is deduced according to the principle of spatial mesh, again to create the grinding worm wheel space coordinate system and further deduce the mathematical model of
3、grinding wheel and grinding wheel when grinding Archimedes worm section equation; Through the optimization of grinding wheel correction parameters again, it is concluded that the optimal trimming contour; Finally through VB development can automatically generate the CNC program when grinding wheel d
4、ressing, thus reducing the tooth profile error and increase the service life of the grinding wheel.Keywords: ZK worm; wheel dressing; tooth profile error; VB programming目 录1绪论11.1课题中国外研究背景11.2研究课题意义11.3 ZK蜗杆传动特征31.4课题研究内容32 ZK蜗杆数学模型42.1建立坐标系42.2砂轮数学建模5 2.2.1砂轮轴截面坐标内参数几何关系5 2.2.2包含修整参数砂轮模型72.3砂轮表面和蜗杆
5、齿面相包络时接触线方程82.4蜗杆数学模型建立9 2.4.1蜗杆齿面方程9 2.4.2蜗杆轴向齿形方程10 2.4.3蜗杆法向齿形方程10 2.4.4蜗杆法向齿形角113 砂轮修整143.1引言143.2砂轮修整14 3.2.1砂轮修整原理14 3.2.2砂轮修整程序主界面15 3.2.3砂轮修整程序步骤图163.3实例17 3.3.1蜗杆轴向齿形误差随砂轮修整参数改变规律17 3.3.2砂轮修整前蜗杆齿顶处轴向齿形误差17 3.3.3不一样砂轮半径修整前后蜗杆轴向齿形误差对比18 3.3.4砂轮修整前后轴向理论齿形对比20 3.3.5轴向齿形误差随导程角改变规律213.4本章小结214砂轮修
6、整控制软件234.1 软件功效23 4.1.1 系统功效模块23 4.1.2 模块功效描述234.2 设计分析24 4.2.1系统数据步骤图24 4.2.2 数据库设计24 4.2.3 访问数据库264.3 用户软件界面29 4.3.1 系统主界面29 4.3.2 新建工件29 4.3.3 修改工件30 4.4.4 删除工件30 4.4.5 齿形修整314.4 运行环境说明31致谢32参考文件331绪论1.1课题中国外研究背景蜗杆副传动自18世纪70年代发明以来一直是重载传动常见形式,其大传动比、紧凑结构、较大承载能力是其它传动形式难于比拟。所以,世界上很多国家,尤其是工业发达欧洲、美国、日本
7、、前苏联等全部主动研究、发展蜗杆副传动。除了早期圆柱蜗杆副外,最有代表性产品是:1922年,美国格里森企业总工程师E.Wildharber发明了平面直齿蜗杆传动,即威氏蜗杆(Wildharber Worm)。威氏蜗杆改变了传统蜗杆传动构型原理,将母面设定为蜗轮廓面,且为平面直齿,成为近代平面包络环面蜗杆传动前身;五十年代,日本人发展了此项技术,就是斜齿平面蜗轮传动(Plane Worm),并由租RIKEI企业成功地应用于减速器生产。1953年,前西德著名学者尼曼(Nieman)教授为蜗杆传动做出了新贡献,发明了凹圆弧齿圆柱蜗杆传动,这就是著名Cavex Worm”,亦称Nieman蜗杆。Nie
8、man蜗杆特点是蜗杆齿廓磨削工艺好,齿面瞬时接触线形状和方向易于形成润滑油膜,所以传动效率高,承载能力大、温升低、寿命长,其缺点是加工蜗轮滚刀制造困难。1975年,日本学者酒井高男、牧充提出了可展齿面环面蜗杆传动;1985年,中国和日本学者韦云隆、酒井高男、大泉哲哉提出了“圆柱面为媒介齿面环面蜗杆传动”;1996年,中国学者程福安、董明、王树人等又提出了一个新型锥面包络圆柱蜗杆传动。回顾蜗杆传动发展历史,能够说齿型研究一直是蜗杆传动研究一个相当活跃方面。从以蜗杆为母面到以蜗轮为母面,从阿基米德蜗杆和渐开线蜗杆到平面、柱面、锥面包络环面蜗杆。这些发展和演变改善了蜗杆传动润滑情况,提升了蜗杆传动性
9、能。多年来,中国蜗杆传动技术也得到了较快发展。1971年,中国原一机部机械科学院齿轮研究室(现郑州机械科学研究所)和首全部钢铁企业机械厂合作,吸收了Plane Worm和Cone Worm优点,用独创专用工具和制造工艺研制成功了中国第一套平面二次包络环面蜗杆传动副(又称SG-71型蜗杆副)并用于生产,经长久实践证实,其啮合性能良好,效果显著,取得国家发明二等奖。1983年,中国学者骆家舜对间接展成法形式平面二次包络环面蜗杆传动关键啮合特征给出了证实,在理论上做了更深入研究。1988年,中国学者谭建平、张光辉提出了球面二次包络弧面蜗杆传动。1990年,中国学者王丽竹、彭琳提出了锥面和平面二次包络
10、环面蜗杆传动。1991年,中国学者王国栋、刘鹊然提出了双自由度和角修正柱面二次包络环面蜗杆传动。1993年中国学者秦大同、张光辉讨论了锥面二次包络环面蜗杆传动齿面接触和运动精度及齿面修形效果。1996年,中国学者刘鹊然提出了以蜗杆为母面二次包络环面蜗杆传动。这些新型蜗杆传动全部是很有生命力高性能蜗杆传动。1.2研究课题意义多年来中国对蜗杆研究通常全部集中在对环面蜗杆研究上。对环面蜗杆传动而言,蜗杆齿面多为以蜗轮面为铲形面包络面,蜗杆、蜗轮面加工过程组成二次包络过程。二次包络环面蜗杆传动因为能实现瞬时双线接触,把蜗轮廓面上因为二类界限限制所造成非接触区变为接触区,从而显著扩展了蜗轮廓面接触域,提
11、升了承载能力。不过,其蜗轮加工制造困难,蜗轮滚刀制造困难、寿命低,是制约二次包络环面蜗杆传动发展关键原因;另外二次包络环面蜗杆传动对制造误差、安装误差、受载变形及热变形等多种误差很敏感,所以影响了其实际传动性能。所以在实际应用中关键还是以一般圆柱蜗杆传动装置为主。现在一般圆柱蜗杆传动装置,每十二个月生产数量相当大,使用场所很广,但因为一般圆柱蜗杆传动存在着承载能力差、传动效率低和使用寿命短等缺点,从而影响其使用效果和适用范围。所以,研究怎样提升一般圆柱蜗杆传动承载能力、传动效率和使用寿命,含有很关键实际意义。在这种情况下,产生了一个新型圆柱蜗杆传动装置即锥面包络圆柱蜗杆传动,简称ZK蜗杆,ZK
12、蜗杆是由锥形刀具(铣刀或砂轮)包络而成锥面包络圆柱蜗杆,其齿面是圆锥面族包络曲面。ZK蜗杆轴线和刀具轴线在空间交错成一个和蜗杆分度圆柱螺旋升角相等角度。刀具高速旋转,它刀刃在旋转中形成一个回转面。工件蜗杆则一面绕自己轴线转动,一面沿轴线平移,并在回转一周过程中前进一个导程。包络形成螺旋面是非线性,齿廓在各个截面均呈曲线形状。ZK蜗杆,按加工蜗杆齿面所采取刀具不一样又能够分为ZK1-蜗杆(盘状锥面包络圆柱蜗杆),ZK2-蜗杆(指状锥面包络圆柱蜗杆)和ZK3-蜗杆(端锥面包络圆柱蜗杆) 本文中ZK蜗杆加工方法采取盘状锥形砂轮磨削加工图1-1所表示。图1-1锥面包络圆柱蜗杆锥面包络圆柱蜗杆和一般圆柱
13、蜗杆最根本区分是:它螺旋面是在锥形砂轮和蜗杆坯件相对运动中所形成包络面,和其它圆柱蜗杆传动类型相比,ZK蜗杆传动含有承载能力大、传动效率高、结构紧凑、工作平稳、大传动比、使用寿命长等优点,在机械设备大功率传动中得到了越来越广泛应用。而且因为锥面砂轮母线是直线,易于修整,磨削工艺比较简单,且可得到较高齿形精度,所以含有良好可加工性。1.3 ZK蜗杆传动特征(1)易磨削,生产效率高。常见四种圆柱型蜗杆传动:ZA型(阿基米德型)、ZN型(法向直廓线型)、ZC型(圆弧线型)和ZI型(渐开线型)。前三种线型蜗杆磨削工艺复杂,磨削时必需将砂轮母线修整成和蜗杆齿廓相共轭曲线,所以这三种蜗杆通常不进行磨削加工
14、,从而制造精度低、承载能力低、寿命短。ZI蜗杆即使能够用直线刃车刀加工,而且能够用母线砂轮来磨削,但磨削需要专用渐开线磨床,而这种磨床专用性太强,中国发展较晚,所以往往需要采取其它方法来磨削。ZK蜗杆磨削时,将砂轮安置在蜗杆齿槽内,使刀具轴线和蜗杆轴线在空间交错成一个等于蜗杆分度圆柱上导程角,在蜗杆和刀具相对运动中所得到砂轮表面包络面即为ZK蜗杆齿面。因为砂轮母线为直线,易于修正,故蜗杆磨削及蜗轮滚刀知道比较轻易。而且磨削时,能同时磨削蜗杆两侧齿面,所以生产效率较高。(2)齿面非线性。ZA蜗杆、ZN蜗杆、ZI蜗杆这三种蜗杆在其齿面上均存在线性截形,而ZK蜗杆齿面在任意方向截形均为曲线,所以起初
15、也有些人将ZK蜗杆称为曲纹面圆柱蜗杆,但这么称谓并不适宜,因为ZC蜗杆传动也属于曲纹面圆柱蜗杆传动。这种齿面非线性给ZK蜗杆砂轮三维数字化造型、检测度量、强度计算及接触分析带来了困难。(3)因为属于二次包络型蜗杆传动,所以ZK蜗杆齿面曲率对于刀具参数改变比较敏感。在实际加工中,因为磨损,刀具参数也在时刻改变。怎样既增加刀具使用寿命,又确保齿形误差符合精度要求,并有利于ZK蜗杆砂轮共轭齿廓曲面间润滑,是ZK蜗杆传动设计及制造一个关键问题。(4)承载能力较高。因为ZK蜗杆易于磨削,所以能够采取渗碳、淬火等工艺,从而确保了该蜗杆传动含有较高承载能力级寿命。1.4课题研究内容蜗轮蜗杆机构是一个关键传动
16、元件,在机械行业有很广泛应用。本课题关键依据砂轮修整器结构,研究ZK蜗杆磨削工艺,了解蜗杆精加工方法,队蜗杆磨削机理进行分析和计算、依据空间齿面啮合原理建立蜗杆磨削模型,推导蜗杆加工时砂轮理论轮廓,并开发关键用于螺纹磨床CNC砂轮修整器控制软件,能自动生成对应蜗杆数控加工代码。2.电机选择2.1电动机选择2.1.1选择电动机类型2.1.2选择电动机容量电动机所需工作功率为:;工作机所需功率为:;传动装置总效率为:;传动滚筒 滚动轴承效率 闭式齿轮传动效率 联轴器效率 代入数值得:所需电动机功率为:略大于 即可。选择同时转速1460r/min ;4级 ;型号 Y160M-4.功率为11kW2.1
17、.3确定电动机转速取滚筒直径1.分配传动比(1)总传动比(2)分配动装置各级传动比取两级圆柱齿轮减速器高速级传动比则低速级传动比2.1.4 电机端盖组装CAD截图 图2.1.4电机端盖2.2 运动和动力参数计算2.2.1电动机轴 2.2.2高速轴2.2.3中间轴2.2.4低速轴2.2.5滚筒轴3.齿轮计算3.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1按传动方案,选择斜齿圆柱齿轮传动。2绞车为通常工作机器,速度不高,故选择7级精度(GB 10095-88)。3材料选择。由表10-1选择小齿轮材料为40Cr(调质),硬度为280 HBS,大齿轮材料为45钢(调质)硬度为240 HBS,二者材料硬度差为
18、40 HBS。4选小齿轮齿数,大齿轮齿数。取5初选螺旋角。初选螺旋角3.2按齿面接触强度设计由机械设计设计计算公式(10-21)进行试算,即3.2.1确定公式内各计算数值(1)试选载荷系数1。(2)由机械设计第八版图10-30选择区域系数。(3)由机械设计第八版图10-26查得,则。(4)计算小齿轮传输转矩。(5)由机械设计第八版表10-7 选择齿宽系数(6)由机械设计第八版表10-6查得材料弹性影响系数(7)由机械设计第八版图10-21d按齿面硬度查得小齿轮接触疲惫强度极限 ;大齿轮接触疲惫强度极限 。13计算应力循环次数。(9)由机械设计第八版图(10-19)取接触疲惫寿命系数; 。(10
19、)计算接触疲惫许用应力。取失效概率为1%,安全系数S=1,由机械设计第八版式(10-12)得(11)许用接触应力3.2.2计算(1)试算小齿轮分度圆直径=49.56mm(2)计算圆周速度(3)计算齿宽及模数 =2mmh=2.252.252=4.5mm49.56/4.5=11.01(4)计算纵向重合度0.318124tan=20.73(5)计算载荷系数K。已知使用系数依据v= 7.6 m/s,7级精度,由机械设计第八版图10-8查得动载系数由机械设计第八版表10-4查得值和齿轮相同,故由机械设计第八版图 10-13查得由机械设计第八版表10-3查得.故载荷系数11.111.41.42=2.2(6
20、)按实际载荷系数校正所算得分度圆直径,由式(10-10a)得(7)计算模数 3.3按齿根弯曲强度设计由式(10-17)3.3.1确定计算参数(1)计算载荷系数。 =2.09(2)依据纵向重合度 ,从机械设计第八版图10-28查得螺旋角影响系数(3)计算当量齿数。(4)查齿形系数。由表10-5查得(5)查取应力校正系数。由机械设计第八版表10-5查得(6)由机械设计第八版图10-24c查得小齿轮弯曲疲惫强度极限 ;大齿轮弯曲强度极限 ;(7)由机械设计第八版图10-18取弯曲疲惫寿命系数 ,;(8)计算弯曲疲惫许用应力。取弯曲疲惫安全系数S1.4,由机械设计第八版式(10-12)得(9)计算大、
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