螺旋錐齒輪因其具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動平穩(wěn),承載能力大等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于航空、汽車,機(jī)床等各個領(lǐng)域。但由于螺旋錐齒輪齒形復(fù)雜,制造工藝繁瑣,加工精度很難滿足要求。在工程實(shí)際中采用的近似齒形法加工出來的齒輪存在原理性誤差,不能獲得理想的球面漸開線齒形,因此缺乏互換性、傳動精度差,不具備瞬時傳動比恒定等性能要求。針對這一問題,本文設(shè)計了一種新型的齒輪切削加工機(jī)床,采用一種新的切削理論與加工方法,有效地解決了近似齒形加工法存在的問題。
1 機(jī)床總體設(shè)計
1.1 機(jī)床主要技術(shù)參數(shù)
設(shè)計過程中,在保證機(jī)床良好工作性能、合理結(jié)構(gòu)及經(jīng)濟(jì)性的前提下,充分考慮了被加工零件的形狀、尺寸等問題對機(jī)床作了詳細(xì)的分析,并確定機(jī)床的主要技術(shù)規(guī)格和參數(shù)。
1.2 主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計
主軸是機(jī)床最主要的部件之一,其工作性能直接影響著零件質(zhì)量和機(jī)床效率。因此主軸應(yīng)具有良好的回轉(zhuǎn)精度、較高的承載能力以及優(yōu)越的抗振性。根據(jù)機(jī)床結(jié)構(gòu)以及使用要求選取皮帶式主軸結(jié)構(gòu),并考慮到主軸速度和結(jié)構(gòu)剛度,采用主軸前端固定,后端浮動的支承方式,如圖1所示。
1.3 擺動頭結(jié)構(gòu)設(shè)計
機(jī)床通過手動實(shí)現(xiàn)分度,擺頭可以在±120°范圍內(nèi)自由擺動,擺動頭的結(jié)構(gòu)如圖2所示。
1.4.1 導(dǎo)軌選取
機(jī)床導(dǎo)軌的質(zhì)量優(yōu)劣直接影響著機(jī)床的使用壽命和零件的加工精度。所以要求導(dǎo)軌具有導(dǎo)向精度高、摩擦阻力小,耐磨性好等特點(diǎn)。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況,本機(jī)床選擇滾動導(dǎo)軌。
1.4.2 滾珠絲杠的設(shè)計
根據(jù)機(jī)床工作條件以及絲杠相關(guān)參數(shù)的計算方法,求出各軸所選滾珠絲杠的規(guī)格參數(shù)。
1.5 機(jī)床的特點(diǎn)
(1)加工精度高。各驅(qū)動軸的運(yùn)動都采用閉環(huán)控制,從而提高了控制精度,減少了機(jī)床部件本身的加工誤差對齒輪精度的影響。
(2)進(jìn)給系統(tǒng)響應(yīng)時間短,速度快。進(jìn)給系統(tǒng)采用滾柱直線型導(dǎo)軌,絲杠與伺服進(jìn)給電機(jī)采用聯(lián)軸器直聯(lián),縮短了響應(yīng)時間,最大移動速度可達(dá)40mm/s。
(3)適用范圍大。通過對機(jī)床數(shù)控轉(zhuǎn)臺的不同組合,以及對主軸箱角度調(diào)整變換,該機(jī)床可以加工出大、小模數(shù)不同的螺旋錐齒輪,如果更換特殊刀具,還可以加工出特殊用途的齒輪。比如格利森制齒輪、準(zhǔn)雙曲線齒輪等。
2 機(jī)床有限元分析
2.1 建立三維模型
利用Solidworks軟件繪制機(jī)床各部分模型,并按連接關(guān)系組建機(jī)床的三維模型。
2.2 有限元分析
首先進(jìn)行網(wǎng)格劃分,為符合整機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn),有限元各單元采用殼單元。然后對整機(jī)分別進(jìn)行一階、二階、三階、四階和五階模態(tài)分析。模態(tài)分析結(jié)果表明,所設(shè)計的機(jī)床結(jié)構(gòu)合理,安全系數(shù)較大,強(qiáng)度能夠滿足在復(fù)雜工況下的加工要求。圖3為該機(jī)床所加工的螺旋錐齒輪,符合技術(shù)要求。
3 結(jié)語
本文通過對螺旋錐齒輪加工機(jī)床的研究,設(shè)計了一種新型的數(shù)控機(jī)床,以克服傳統(tǒng)機(jī)床存在的問題。
(1)優(yōu)化了機(jī)床結(jié)構(gòu),合理布局,在滿足其工作要求的前提下,降低了成本,提高了工作效率。
(2)進(jìn)給系統(tǒng)采用閉環(huán)控制,減小了誤差,提高了機(jī)床的加工精度。
(3)通過對虛擬樣機(jī)的仿真分析,表明本機(jī)品精度高,滿足使用要求,具有一定的實(shí)用價值。
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