北京knd160铣床主轴系统转换为内齿轮铣齿机床动力头系统的(编辑修改稿)

北京knd160铣床主轴系统转换为内齿轮铣齿机床动力头系统的(编辑修改稿)内容摘要：

内容的画面中进行，而在程序目录北京 KND 铣床主轴系统转换为内齿轮铣齿机床动力头系统的设计 5 画面下不能完成。 以新建程序为例，其具体操作过程为：选择编辑方式，按【程序】软体键显示程序，再通过按 键输入程序号（如 Oxxxx），最后按【插入】键来完成此项操作。 这里需要特别注意是使用【插入】按键，而不用【输入】按键，对于初学者，容易出现此类错误操作。 另外，对于 KND的程序编辑，有一个快速有效的程序字检索功能。 对于一般操作者习惯用按上、下光标箭的方法来定位，但是如果当前光标距离要修改的地方比较远的话，那么要按好多次才能定位到指定位置，比较麻烦。 对于 KND，可以利用程序字检索功能，把想要修改的程序字输入到缓冲区内，然后按向上或向下光标键来定位到我们想要的位置，这样可以节省时间，提高手工编程效率。 KND使用的是 A类宏程序。 A类宏程序相比较 B类宏程序，由于需要记忆宏程序功能代码，对于初学者不容易掌握；而 B类宏程序由于是基于计算机语言的基础，更接近用户的使用习惯，对于有一些计算机语言基础的用户来说，较为容易掌握。 至于 A类宏程序的使用可参阅 KND用户手册。 目前普遍用的内齿轮加工的方法 之前研究了一些关于内齿轮加工方法的研究 [4]，加深了对内齿轮加工方法的认识。 在齿轮类零件中，内齿轮零件虽较外齿轮零件应用范围窄，但也是汽车、仪器、仪表等行业领域不可缺少的重要零件；在机械传动中，特别是减速器的设计上，结 构的紧凑和重量的减轻是很重要的因素，内齿轮在这方面有绝对的优越性，因此目前在减速器的传动机构上，内齿轮的应用更为广泛。 由于内齿轮零件几何形状复杂、加工难度较大、材料利用率低、生产效率极低，因此在如何保证内齿轮强度和传动性能的前提下着重提高内齿轮精度，实现内齿轮加工技术的突破性进步，一直是生产企业和科研人员非常关注的问题。 内啮合齿轮常用的加工方法有插齿、拉削、片铣刀铣齿、挤齿、线切割切齿等。 内齿轮由于其特殊结构和加工方式的局限性，插齿是内齿轮加工的主要方法，是加工有底内齿轮的唯一方法，多用于汽车变速箱多联齿 轮的插齿 [5]。 内齿轮采用插齿加工时，存在很多不足之处：内齿轮插齿比外齿轮插齿容易引起干涉，因此可加工的内齿轮齿数范围和插齿刀具设计方法都受到约束：若插齿刀不沿北京 KND 铣床主轴系统转换为内齿轮铣齿机床动力头系统的设计 6 内齿轮中心方向退出时，返回行程中有时会产生根切，在刀具表面产生伤痕；插齿时齿轮圆周上容易出现误差，特别是插齿刀和齿轮偏心的影响较大，使齿轮精度大大降低。 内齿轮加工有以下几种方法： （ 1）插齿加工 插齿加工的齿轮齿面硬度不高，一般为 HB≤350。 且由于插齿加工运动要求，将产生各种干涉（如展成顶切，切入顶切、让刀顶切等），使被加工内斜齿轮的尺寸受到限 制，加工标准内齿轮时，不产生展成顶切的插齿刀最少齿数为 Zmin =34，加工变位齿轮时， Zmin =20。 （ 2）磨削加工 磨削加工可加工较高硬度的内斜齿面，加工精度也较高（可加工 7级精度的齿轮）。 但磨削加工只能加工尺寸较大的内斜齿轮，而对于较小尺寸的内斜齿轮 （ d≤40mm） ，由于砂轮直径的限制就无法加工。 （ 3）电火花加工 是一种非接触式的直接利用电能进行加工的加工方法，其特点是加工时无切削力，对材料的硬度无要求，可加工高硬度的材 料。 其三大特点：精密微细、仿形逼真，在加工各种复杂表面有突出的优势。 因此，内斜齿轮电火花加工是一种理想的加工方法。 实现内齿轮的电火花成形加工，就必须要解决两个难题。 首先，由于电火花加工中工具电极所做的运动是进给、击穿介质放电、抬刀、再进给的往复直线运动，每次抬刀的距离为 ～ ，而一般内斜齿轮的螺旋角都小于 20176。 ，由于步进电机是直接驱动工具电极，因此步距角就相当小（如果要求达到步进电机的脉冲当量，若内斜齿轮的螺旋角为 176。 ，则步距角为 176。 ）。 这给步进电机及其驱动方 式的选择提出了很高的要求。 其次，要使工具电极的旋转运动与主轴的直线运动相协调：即当电火花机床的主轴向下运动时，工具电极正转，反之工具电极反转；且两种运动的速度必须精确匹配。 （ 4）挤齿加工 齿轮挤齿加工也称齿轮冷精挤。 它是挤轮与工件之间在一定压力下按圆柱齿轮无侧隙啮合的自由对滚过程 , 属于按展成原理的无切削加工。 挤轮实质上是一个高精度北京 KND 铣床主轴系统转换为内齿轮铣齿机床动力头系统的设计 7 的具有修形的渐开线齿形的圆柱齿轮 , 有时还有一定的变位量 , 挤轮与工件成平行轴旋转。 由于挤轮的宽度超过工件的宽度 , 所以在精挤过程中 , 挤轮与工件不需沿轴线相对移动 , 只需径向 进给 , 直到要求尺寸。 挤齿具有生产率高、经济性好的特点 , 挤后齿轮精度高、表面粗糙度低。 另外 , 挤齿由于齿面的均匀塑性变形 , 产生冷作硬化层 ,从而工件耐磨性、疲劳强度和使用寿命有明显的提高。 （ 5）旋压技术 旋压是借助旋轮等工具的进给运动 ,加压于待成形的金属毛坯 , 使其产生连续的局部塑性变形而成为所需要空心零件的一种少无切削的先进制造工艺。 旋压是一种古老的无屑环形空心部件的成形技术 ,二战以前只有普通旋压技术。 普通旋压是一种只改变毛坯的形状、尺寸和性能 ,而毛坯厚度不变或有少许变化的成形方法。 常用的有拉深旋压 、缩颈旋压、扩径旋压、翻边旋压、卷边旋压、切边旋压、压筋旋压及表面精整旋压等。 借助旋轮等工具的进给运动 , 加压于待成形的金属毛坯 ,使其产生连续的局部塑性变形而成为所需要空心零件的一种少无切削的先进制造工艺。 在普通旋压基础上 ,后来发展了强力旋压技术。 强力旋压是一种，不但改变毛胚的形状、尺寸，和性能而且显著改变工件壁厚 (减薄 )的成形方法。 强力旋压包括锥形件剪切旋压和筒形件流动旋压 , 按照变形金属流动方向与旋轮进给运动方向是否一致 ,筒形件旋压又分为正旋和反旋两种。 随着数控技术的发展，旋压技术水平逐步提高。 与焊接或 切削等金属加工方法相比 ,旋压时毛坯受三向变形力的作用 ,使工件中的夹渣、夹层、裂缝、砂眼等缺陷暴露出来 ,起到自检作用 ,变形区沿滑移错移 ,得到连续完整的纤维组织 ,材料具有各向同性 ,工件的硬度、抗拉强度和屈服强度得到提高。 带芯模强力旋压 ,由于工件厚度均一 ,内外尺寸准确度高 ,可得到较高精度和表面粗糙度。 尺寸精度可达～ , Ra值达到 ～。 内齿旋压成形技术属于塑性无切削成形技术 ,制齿过程只涉及工件的材料流动 , 金属流线不被切断 , 成为沿着挤压件轮廓连续分布的金属流线。 因此 , 齿轮旋压工艺不但提高了金属的综合性能 ,而且齿面磨损均匀 ,精度高 ,工件耐磨性、 疲劳强度和使用寿命都显著提高。 其他齿轮加工方法：对于 6级精度以上的齿轮或者淬火后的硬齿面加工 [6], 往往要在滚齿或插齿后进行热处理 ,再进行齿面的精加工 ,有剃齿、珩齿和磨齿等方法。 剃齿一般用于未淬火圆柱齿轮的精加工 ,生产率很高 ,有很强的误差纠正能力 ,是软齿面精加工最常用的加工方法之一。 磨齿加工适用于淬硬齿轮的精加工。 磨齿加工工艺成北京 KND 铣床主轴系统转换为内齿轮铣齿机床动力头系统的设计 8 本高 ,加工效率较低 ,机床结构复杂。 珩齿是齿轮光整加工工艺中应用最广泛的方法。 一般主要用来减少齿轮热 处理后表面粗糙度值。 北京 KND 铣床主轴系统转换为内齿轮铣齿机床动力头系统的设计 9 2 初拟设计方案 设计思路的拟定： 若使 KND立式铣床完成内齿轮的加工，必须使主轴方向改变，在所有的机械零件中，唯一能实现这一功能的只有锥齿轮，根据机床的主轴转速范围确定锥齿轮的参数 [7]。 由于课题要求重点讨论在铣床上铣削内齿轮，在铣床上铣齿时，工件要完成如下运动： （ 1）随工作台纵向进给作匀速直线运动； （ 2）装夹在分度卡盘内作匀速旋转； （ 3）铣完一个齿后要作分度分齿； 因此，机床纵向工作台和分度头的传动系统要作相应的调整，使纵 向进给丝杠带动纵向工作台移动的同时。 又经挂轮带动分度头使工件作匀速旋转。 以实现刀具与工件的相对螺旋运动，最终在工件上加工出斜齿。 为此．工件的转动与移动就要协调进行，以得到准确的斜齿导程，即工件在绕自已的轴线转一圈的同时，必须相对于铣刀移动一个导程，而这一点正是通过分度头侧轴与铣床纵向进给丝杠之间适当的挂轮来保证的。 用圆柱立铣刀在数控铣床上铣齿：使用数控铣床加工内齿轮的方法，毫无疑问，它较之前两种方法更为合理，但应指出。 此时立铣刀直径大可不必等于活齿传动的滚子直径，应选择尽可能大的立铣刀，只要铣刀半径小于或 等于内齿轮齿形曲线的最小曲率半径。 就可铣出完全正确的齿形，铣刀直径加大后。 有利于提高生产率和加工精度 [8]。 数控内齿轮铣齿机有电气控制部分和机械装置部分。 机械装置由铣削动力头、平行于齿轮轴线运动的数控滑台和数控分度盘、垂直于齿轮回转轴线的工作台和机械式移动滑台组成。 铣削头安装在滑台上，由三速交流异步电动机驱动，通过一对准双曲面齿轮使铣刀平行齿轮轴线高速回转，铣刀靠垂直于自身回转轴线的端面 “ 成形 ” 铣削齿面。 此种传动转速高，扭矩大，抗震动能力强。 滑台平行于齿轮轴线运动，使整个齿宽得到铣削。 在铣床的工作台上安装 一数控分度盘，铣刀盘每铣削齿轮的一个齿，北京 KND 铣床主轴系统转换为内齿轮铣齿机床动力头系统的设计 10 离开齿面时，分度盘实时分度带动齿轮，轮转过一齿，直到全部齿铣削完成，分度盘的分度精度足以保证齿距误差。 铣刀柄工装的调整可以控制齿厚和齿形角。 移动滑台可以控制齿的铣削高度（即齿槽深度）。 铣削不同的齿轮时，只需要更换铣刀和刀柄工装即可，齿轮装在分度盘上，由计算机数控系统控制分度盘旋转，直到铣削完全部齿 [9]。 齿轮的支撑部分用轴和轴承来固定，接着就是解决这些部件怎么连接在机器上的问题，考虑到铣刀在机床的固定方法，把固定竖直的齿轮的那个轴的上端部加工成铣刀头部的形状，用装夹 铣刀的方法把这些部件连接到机器主轴上，再用一个套筒将这些零件固定，两根拉杆将这部分连接在机器上，使这个部件可以随着机器升降，达到铣削内齿轮的目的。 北京 KND 铣床主轴系统转换为内齿轮铣齿机床动力头系统的设计 11 3 齿轮传动方案的设计 锥齿轮主要参数的选择 由于设计对尺寸的要求较高，在满足使用条件下尽量使用较小尺寸的齿轮 [10]，所以选择了 1 模 20 齿的伞状齿轮，用 GearTrax20xx 计算生成的锥齿轮，具体尺寸如下图所示： 表 31 齿轮参数 节距 其它数据 齿轮数据 模数 轮毂表面 中径 模 节锥顶至安装端面 外径 模数 腹板厚度 附录 齿根高 螺旋方向 右旋 相交角度 90176。 压力角 176。 齿高 K 系数 齿距 齿数 圆角半径 小齿轮 齿轮 齿数 20 齿厚 齿面宽度 20 20 齿轮 面角 齿数比为 根角 数据来源：《机械设计》 20xx 年，机械工业出版社。 北京 KND 铣床主轴系统转换为内齿轮铣齿机床动力头系统的设计 12 配合尺寸： 图 31 齿轮各部分参数 锥齿轮的受力分析 直齿锥齿轮齿面上所受的法向载荷 Fn 通常都视为集中作用在平均分度圆上，即在齿宽中作用在平均分度圆上，即在齿宽中点的法向截面 NN 内（如图 32 所示）[11]，将法向载荷 Fn分解为切于分度圆锥面的轴向分力 Ft及垂直于分度圆锥母线的分力 F1，再将力 F1 分解为径向分力 Fa1 及轴向分力 Fr1，齿轮的受力方向如图 32所示： 北京 KND 铣床主轴系统转换为内齿轮铣齿机床动力头系统的设计 13 Fa1Fr1NFt1FnFbbc1ca1a PFa1Fr1Fne法向截面32 直齿锥齿轮的轮齿受力 112tmTF d 1 1 2ta n c osr t aF F F 1 1 2ta n sina t rF F F （ 31） costn FF  式中， Fr1 与 Fa2 及 Fr2 与 Fa1 大小相等，方向相反。 直齿锥齿轮的校核 直齿锥齿轮传动是以大端参数为标准值的 [12]。 在强度计算时，则以齿宽中点处的当量齿轮作为计算的依据。 对 轴交角∑ =90176。 的直齿锥齿轮传动，其齿数比 u、锥距 R、分度圆直径 1d 、 2d 、平均分度圆直径 1md 、 2md 、当量齿轮的分度圆直径 1vd 、北京 KND 铣床主轴系统转换为内齿轮铣齿机床动力头系统的设计 14 2vd 之间的关系分别为： 212121 t a nc ot  ddzzu (32) 2 121  udR。