零前角阿基米德齿轮滚刀的齿形误差检测.doc
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1、目录摘要IABSTRACTII第1章 绪论11.1 课题分析1第2章 齿轮滚刀概述32.1 齿轮刀具的主要类型、工作原理和选用32.2 齿轮滚刀基本蜗杆42.3 齿轮滚刀的原理误差52.4 齿轮滚刀的重磨误差8第3章 课题分析与检测装置总体方案设计113.1 检测装置总体方案设计113.1.1系统运动方式的确定113.1.2伺服系统的选择113.1.5设计方案的可行性分析13第四章 机械部分设计144.1 步进电机的选用144.1.1 步进电机的计算144.1.2步进电机的选用144.2 滚动导轨的设计与尺寸确定154.2.1 滚珠导轨的选择164.2.2.滚动导轨的预紧184.2.3.额定寿
2、命的计算184.2.4.载荷计算194.2.5.滚动体确定204.2.6 许用负荷验算204.2.7.滚动导轨的材料和热处理214.3 滚珠丝杠螺母副的设计与尺寸确定214.3.1滚珠丝杠螺母副的选用224.3.2滚珠丝杠螺母副的计算234.3.3 滚珠丝杠螺母副的验算264.4变速机构中齿轮的设计284.4.1 齿轮参数计算29结论34致谢35参考文献36附录138附录243摘要在工业化发展的今天,各种机械产品层出不穷,精度要求不断提高。齿轮传动作为传动机构的重要组成部分,其精度高低直接影响产品质量。因此,提高齿轮传动精度成为了提高产品质量的一种方法。齿轮传动精度的高低主要受装配精度、齿轮制
3、造精度两方面的影响齿轮制造精度是由加工刀具来保证。而齿轮滚刀是加工齿轮的重要刀具,尤其是阿基米德齿轮滚刀在加工各种齿轮的过程中得到了广泛的应用。所以,对阿基米德齿轮滚刀精度的分析检测是非常有必要的。本设计主要任务是对零前角阿基米德齿轮滚刀的齿形误差进行检测。主要设计内容包括:检测装置总装配图,纵向进给装配图,箱体零件图,横向进给工作台零件图,立柱导轨零件图。关键词 齿轮滚刀 齿形误差 检查仪 齿轮AbstractIn industrialized development today, endless variety of mechanical products, the accuracy im
4、proved. Gear drive as a major component of its accuracy will directly affect the quality of products. Therefore, improving the precision gear drive into improving the quality of products of a rational design. Precision Gear mainly by the level of two aspects : the assembly of precision, the gear man
5、ufacturing precision. Gear manufacturing precision machining tool is to be guaranteed. And Hob processing gear is an important tool, Archimedes is particularly Hob in the processing of various gear the process to be widely used. Therefore, Archimedes Hob accuracy of detection is very necessary. The
6、design is in this particular period of birth, Its main task is to zero angle before the Archimedes Hob profile error was detected. Keywords Hob profile error Tester Gear 第1章 绪论随着国内工业化的飞速发展,如汽车制造业,航空航天工业、造船业、机械装备制造业以及IT行业等的飞速发展,对各种工业产品的质量提出了更高的要求,特别是各行业生产设备。而衡量这些生产设备的质量的好坏最重要的一点就是其性能。性能的好坏主要又是由构成设备的零
7、部件精度决定的。所以,对零部件精度的掌握在一定程度上就体现出了公司对产品质量把握,决定了公司的效益。齿轮作为机械产品传动机构的重要组成部分,对机械产品的性能有很重要的影响。所以,各大齿轮制造商在扩大齿轮产量、增加齿轮品种的同时,更加注重提高齿轮质量。影响齿轮质量的因数很多,最直接的因数就是齿轮的加工刀具。齿轮滚刀是加工齿轮的重要刀具,尤其是阿基米德齿轮滚刀在加工各种齿轮的过程中得到了广泛的应用。因此,研究阿基米德齿轮滚刀的测量技术和研制相应的检测仪器是非常必要的。在早期的生产中,检测齿轮加工刀具是否达到自己所希望的精度,通常用的是手动测量装置。不仅检测精度很难保证,而且工作效率低,越来越难满足
8、人们生产需要。随着机械工业和电子信息技术的发展与融合,我们把传感器、脉冲电机等电子设备与机械机构相结合得到了检测更精确,工作效率更高的齿轮加工刀具误差测量仪。本设计主要是对零前角阿基米德齿轮滚刀的齿形误差进行检测。由于在设计中采用了先进的机械电子技术,提高了设备检测精度与生产效率。所以,我们相信本设计的产品一定会比早期的产品更适合工业化生产。1.1 课题分析1.1.1设计目标研制、改进一台齿轮滚刀检测装置。设计参数:模数m6、齿形角a20、前角0、加工齿轮精度8级1.1.2拟解决的关键问题1、拆装方便、灵活;2、精度高,从简化结构方面提高精度。1.1.3研究内容1、检测装置的横向和纵向运动的实
9、现;2、检测装置精度如何保证;3、被测滚刀定位夹紧装置的确定。第2章 齿轮滚刀概述2.1 齿轮刀具的主要类型、工作原理和选用齿轮刀具是用于加工齿轮齿形的刀具。由于齿轮的种类很多,其生产批量和质量的要求以及加工方法有各不相同,所以齿轮刀具的种类也很多,通常按下列的方法来分类:2.1.1按被加工的齿轮类型分,有三类刀具:1、圆柱齿轮刀具(1)渐开线圆柱齿轮滚刀如盘形齿轮铣刀、指形齿轮铣刀、齿轮拉刀、插齿刀盘、齿轮滚刀、插齿刀、梳齿刀和剃齿刀等(2)非渐开线圆柱齿轮刀具如圆弧齿轮滚刀、摆线齿轮滚刀和花键滚刀等。2、蜗轮刀具如蜗轮滚刀、蜗轮飞刀、蜗轮剃齿刀等3、锥齿轮刀具(1)直齿锥齿轮刀具如成对刨刀
10、、成对盘铣刀、拉铣刀盘等(2)曲线齿锥齿轮刀具如弧齿锥齿轮铣刀盘、摆线齿锥齿轮铣刀盘等2.1.2按刀具的工作原理分,有两类刀具1、成形齿轮刀具这类刀具的切削刃廓形与被加工的直齿齿轮端剖面内的槽形相同。这类刀具中有盘形齿轮铣刀、指形齿轮铣刀、齿轮拉刀、插齿刀盘等。用盘形或指形齿轮铣刀加工斜齿齿轮时,工件齿槽任何剖面中的形状都不和刀具的廓形相同,工件的齿形是由刀具的切削刃在相对于工件运动过程中包络而成的,这种加工方法称为无瞬心包络法。但由于这些刀具的结构和成形齿轮刀具相同,所以也将它们归纳在成形齿轮刀具一类之中。2、展成齿轮刀具这类刀具加工齿轮时,刀具本身好像也是一个齿轮,它和被加工的齿轮各自按啮
11、合关系要求的速比传动,而由刀具齿形包络出齿轮的齿形。这类刀具中有齿轮滚刀、插齿刀、梳齿刀、剔齿刀、加工非渐开线齿形的各种滚刀、蜗轮刀具和锥齿轮刀具等,展成齿轮刀具的一个基本特点是通用性比成形齿轮刀具好,也就是说:用同一把展成齿轮刀具,可以加工模数和齿形角相同而齿数不同的齿轮,也可用标准刀具加工不同变位系数的变位齿轮。根据不同的生产要求和条件,选用结合市的齿轮刀具是很重要的。在以上所说的各类齿轮刀具中,要数加工渐开线圆柱齿轮的刀具应用最广泛;而在这类刀具中,又以齿轮滚刀最为常用;因为他的加工效率较高,也能保证一般齿轮的精度要求,而且他既能加工外啮合的直齿齿轮,也能加工外啮合的斜齿齿轮。2.2 齿
12、轮滚刀基本蜗杆齿轮滚刀一般是指加工渐开线齿轮所用的滚刀。它是按螺旋齿轮啮合原理加工齿轮的。由于被加工的齿轮是渐开线齿轮,所以它本身应具有渐开线齿轮的几何特征。齿轮滚刀从其外貌看来并不像齿轮,实际上它是仅有一个齿(或两、三个齿)、但齿痕长而螺旋角很大(一般为80以上,接近90)的斜齿圆柱齿轮。因为他的齿很长而螺旋角又很大,可以绕滚刀轴线转好几圈,因此从外貌上看,它很像一个螺杆,如图2-1中所示。为了使这个蜗杆能起切削作用,需沿其长度方向开出好多容屑槽(直槽或螺旋槽),因此把蜗杆上的螺纹割成许多较短的刀齿,并产生了前刀面2和切削刃3。每个刀齿有一个顶刃和两个侧刃。为了使刀齿有后角,还要用铲齿方法铲
13、出后刀面4和顶后刀面1。但是各个刀齿的切削刃必须位于这个相当于斜齿圆柱齿轮的蜗杆的螺纹表面上,因此这个螺杆就称为滚刀的基本蜗杆。基本蜗杆的螺纹通常做成右螺旋的,有时也做成左螺旋的。基本蜗杆的螺纹表面若是渐开螺旋面,则称为渐开线基本蜗杆,而这样的滚刀称为渐开线滚刀。用这种滚刀可以切出理论上完全理想的渐开线齿轮。但这种滚刀制造困难,生产中很少采用,而是采用易于制造的近似齿形滚刀,如阿基米德滚刀和法向直廓螺旋面。这两种螺纹表面在端剖面中的截形不是渐开线,而是阿基米德螺线和延长渐开线。当滚刀的分圆柱导程角较小时,这种蜗杆与渐开线蜗杆非常近似,所以用近似齿形滚刀切出的齿轮齿形虽然理论上不是渐开线,但误差
14、是很小的。1-顶后面 2-前刀面3-切削刃 4-侧后刀面图2-1 齿轮滚刀的基本蜗杆2.3 齿轮滚刀的原理误差生产中普遍使用的齿轮滚刀是阿基米德滚刀。但是它与渐开线滚刀相比,其齿形是有误差的。这个误差就是由于其基本蜗杆是阿基米德蜗杆,而不是渐开线蜗杆。当这两种蜗杆的模数、螺纹头数、分圆柱直径、法向齿形角、导程、齿厚和齿高等都分别相同时,那么唯一不同的就是齿形。以轴向齿形来说,渐开线蜗杆的轴向齿形是曲线(图2-2中的虚线),而阿基米德蜗杆的轴向齿形是直线(图2-2中实线)。这两种齿形相切于分圆柱面上。由此可知,若以渐开线滚刀为基准,则阿基米德滚刀的齿形在分圆柱面上的误差为零,但越到齿顶盒齿根误差
15、越大。图中的和分别为齿顶和齿根处的最大轴向齿形误差。图2-2 两种轴向齿形的比较用滚刀加工齿轮时,滚刀和工件相当于一对螺旋齿轮啮合,滚刀的齿形误差试验奇迹圆柱且平面内的啮合线方向传递到工件上去的。这个切平面与渐开线基本螺杆螺纹表面的交线是一条直线A(图2-3),它与蜗杆端面的夹角等于基圆柱导程角;而这个切平面与阿基米德基本蜗杆螺纹表面的交线是一条曲线B,它与直线A在分圆柱面上相切。图中的和分别为阿基米德滚刀在齿顶盒齿根处的最大法向齿形误差。由图2-2可知,大于,所以通常就把称为阿基米德滚刀的齿形误差。阿基米德滚刀基本蜗杆的分圆柱导程角越小,则其齿形误差越小,如图2-4的曲线所示,所以精加工用的
16、阿基米德齿轮滚刀通常做成较大的分圆柱直径,目的就是使其导程角较小,从而减少滚刀的齿形误差。有图2-2和图2-3可以看出,阿基米德蜗杆的螺纹在齿顶和齿根处都比渐开线蜗杆的螺纹宽一些,所以用阿基米德滚刀切出的齿轮齿形与正确的渐开线齿轮齿形相比,在齿顶和齿根处就窄一些,这就使得齿轮的齿顶部分以及齿根部分得到轻微的修形,因而对于高速重载齿轮能啮合时的干涉和噪音。图2-3 阿基米德滚刀齿形误差图2-4 齿形误差与导程角的关系2.4 齿轮滚刀的重磨误差1.滚刀重磨齿轮滚刀使用久了就会磨损。使用磨损了的齿轮滚刀加工齿轮时,会降低被加工齿轮的齿形精度和恶化表面质量,还会加剧机床的震动。滚刀的磨损量在粗切时超过
17、0.81mm或精切时超过0.20.5mm,就需要重磨前刀面。滚刀的重磨精度对于滚刀的齿形精度有很大影响,必须十分重视。直槽滚刀的前刀面是平面,可以用直母线的锥形砂轮来重磨。图2-5是重磨滚刀时砂轮的位置,需要样板来对准,使砂轮的锥面母线方向通过滚刀轴线。图2-5 零前角滚刀刃磨时砂轮的相对位置2.重磨误差重磨或刃磨滚刀时可能产生的误差主要有三项:(1)前刀面径向误差 这是因为砂轮和滚刀的相对位置调整不准确而引起的。由于前刀面不通过滚刀轴线,使刀齿的齿形发生了畸变,而加工出来的齿轮齿形也产生了误差。(2)前刀面与滚刀轴线的平行性误差 这是因为滚刀在磨刀机床上的安装误差引起的。这种误差会使滚刀各刀
18、面的侧刃依次而逐渐地离开正确的基本蜗杆表面,而顶刃的外径也形成锥度。这样的滚刀切出的齿轮齿形会向一侧歪斜,使牙齿的两侧齿形不对称。(3)圆周齿距误差 这是因为磨刀机床的分度机构不准确而引起的。滚刀的侧后刀面是经过铲磨的,当圆周齿距不相等时,各刀齿的齿厚就大小不均匀,因而各侧刃就在同一个基本蜗杆的螺纹表面上,这样就造成工件上不规则的齿形误差。第3章 检测装置总体方案设计3.1 检测装置总体方案设计系统总体方案设计内容包括: 系统运动方式的确定。 伺服系统的选择。 执行机构得结构及传动方式的确定。3.1.1系统运动方式的确定数控系统按运动方式可分点位控制系统、点位直线系统、连续控制系统。点位控制系
19、统是指被控制件由一点到另一点快速准确定位,却不能在两点之间工作的系统;点位直线系统是指被控制件沿平面内平行于导轨作直线工作的系统;连续控制系统是指被控制件沿平面内任何曲线都能工作的系统。点位控制系统造价低廉,适用于两点之间快速点位的系统;连续控制系统造价高,适用于连续工作的系统;点位直线系统造价介于前两者之间,适用于简单直线运动。由于齿轮滚刀齿形是直线,检测齿形误差只需沿直线运动,所以选择点位直线控制系统。3.1.2伺服系统的选择开环伺服系统在负荷不大时多采用功率步进电机作为伺服电机,开环控制系统由于没有检测反馈部件,因而不能纠正系统的传动误差,但开环系统结构简单、调整维修容易、在速度和精度要
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