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外 文 翻 譯 專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 生 姓 名 黃 海 班 級(jí) BD 機(jī)制 051 學(xué) 號(hào) 0520110112 指 導(dǎo) 教 師 邢 青 松 1 外文資料名稱(chēng) A standard conical point drill grinding machine 外文資料出處 International journal of machine tools鉆頭刃磨 牙輪鉆機(jī)模型點(diǎn) 麻花鉆磨削 1 前言 現(xiàn)在在調(diào)整現(xiàn)有的簡(jiǎn)單錐形麻花鉆磨削機(jī)器上存在著一些問(wèn)題 操作者要求很 容易就能改變這些機(jī)器不同點(diǎn)的參數(shù) 前提是這些參數(shù)對(duì)鉆削運(yùn)動(dòng)不重要 如點(diǎn)的 角度 同時(shí)不能對(duì)性能有非常大影響的參數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單直截了當(dāng)?shù)恼{(diào)整 例如通過(guò)圖 Tsai and Wu 1 2 描述的斜距d和圖Fugelso 3 4 描述的參數(shù) 大多數(shù)機(jī)器 在調(diào)整 上采用試錯(cuò)方式 直到可以制成被接受的非特性的鉆削才行 這導(dǎo)致不同 分批鉆點(diǎn)的形成 當(dāng)錐形鉆頭的制作完成后 使得很難衡量點(diǎn)和確定其模型參數(shù) 由于很容 易測(cè)出點(diǎn)的角度的兩倍 使得很容易找到 和 但分離 和 是困難的 實(shí)測(cè) 橫刃角包含 參數(shù) 不能夠脫離橫刃角 同時(shí)不能直接測(cè)量參數(shù)d 從Tsai 3 and Wu 1 的表中可以推斷出 如果其他參數(shù)都是知道的話(huà) 橫刃角度可以 從中推導(dǎo)出來(lái) 又因?yàn)殄F體模型參數(shù)很復(fù)雜 使得很難檢查這些點(diǎn) 因此首先 制做出正確的點(diǎn) 這是很重要的 本文介紹了一種麻花鉆磨床 該磨床上所有的錐鉆點(diǎn)參數(shù)都是允許重新設(shè) 置的 并保證這些參數(shù)是常用的 并且重復(fù)性好 這是因?yàn)樗鼈兪侵苯佑脡|片 和蓋奇塊精確定位的一套鉆機(jī) 它可以校準(zhǔn)參數(shù)甚少的磨床零件尺寸且效果很 好 圖1 麻鉆的錐點(diǎn) 圖2 標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆一邊的觀察圖 2 磨床的描述 圖1顯示錐體模型的麻花鉆點(diǎn)與參數(shù)半錐角 的軸線(xiàn) 錐軸角 斜距 s 和錐尖到鉆探的距離 d 如圖Tsai and Wu 1 2 中所描述 圖2顯示了圓錐鉆頭磨床配置標(biāo)準(zhǔn) 軸線(xiàn)AA 是主軸的錐模 是定在30 因 4 為沿著切削刃這可給人一個(gè)均勻分割角的感覺(jué) 但橫刃角不能過(guò)大 見(jiàn)Fugelso 4 一 橫刃角度小于120 角度 固定在29 到標(biāo)準(zhǔn)值為118 的點(diǎn)角度 點(diǎn)角度是 和 的 和的兩倍 如果想要 和 有所不同 上述的數(shù)值應(yīng)該有足夠廣泛的應(yīng)用范圍 斜交距離對(duì)鉆頭的幾何形狀有很大的影響 一個(gè)斜距離的小小改變就會(huì)大大改變 如 5 所定義的一樣的限定的角度 增加斜交距離 將會(huì)導(dǎo)致限定角度按照一定的 角度增長(zhǎng)從而超過(guò)鉆孔的切削邊沿的整個(gè)角度 通常斜距離約等于網(wǎng)邊厚度 如圖 3 斜距中心S能由改變不同墊片的厚度P得到準(zhǔn)確的調(diào)整 在橫量減去一個(gè)墊片的厚 度P后 斜交距離的數(shù)值就等于一臺(tái)機(jī)器的常量 0P 如圖 3 通過(guò)調(diào)整墊片Q可以調(diào)整參數(shù)d 墊片P的位移會(huì)造成墊片Q成直角 位移 以此來(lái)提高或降低鉆機(jī)的空余間隙 該墊片厚度Q是可由包含鉆直徑D和 d參數(shù)以下公式得到 cossin45200 dD 其中d參數(shù)是鉆孔直徑 因?yàn)殂@孔是放在V型槽里的 如果鉆頭被放在一個(gè)夾頭里 d將不是鉆孔直徑 d的數(shù)值將和鉆孔直徑的60 90 相當(dāng) 盡可能小而不使橫刃角度 過(guò)大 即大于 這一結(jié)果使得隨著剪切角度沿著鉆軸進(jìn)行切削 并使得整個(gè)角013 度會(huì)盡可能地增加 大多數(shù)現(xiàn)有的鉆磨不容許調(diào)整這個(gè)參數(shù) 并有一個(gè)固定的d值 即對(duì)大的鉆頭僅可接受 而對(duì)小的鉆頭則過(guò)大 如圖 2 頂部G必須到錐尖處有一個(gè)適當(dāng)?shù)木嚯xJ 此時(shí)的合適角速度為w J可由下式得到 然后R距離可以由 得出 sin2codJ JR 0 5 圖3 標(biāo)準(zhǔn)麻花鉆 圖4顯示由表面G到該基地的距離R 測(cè)量?jī)x必須定位于沿Z軸的出削槽 圖5 表 示的是鉆孔和其出削槽的連接 但是因?yàn)樵摮鱿鞑郯嫉男螤?使得這個(gè)調(diào)整不是很 精確 其中 參數(shù)的調(diào)整由G的寬度w來(lái)進(jìn)行計(jì)算 鉆孔套可沿錐軸AA 旋轉(zhuǎn)90 左 右 在磨削以后 切削邊可達(dá)到外徑測(cè)量?jī)x接觸點(diǎn) 如圖4和5所示 這一結(jié)果在第 一原理下設(shè)定w W是由以下公式得到 tan20DWw 6 W參數(shù)范圍從零到一個(gè)很小的角度 不超過(guò)15度 W增加了1度橫刃角也增加1度 W的 增加有利于角度沿切削刃分配 見(jiàn)fugelso 3 4 但是 這樣做增加也了橫刃 角 而使得橫刃角約小于133 度或橫刃會(huì)太長(zhǎng) 如fugelso 3 往往用參數(shù)W增加 來(lái)作為以參數(shù)d過(guò)大時(shí)的補(bǔ)償 在接觸到如圖4所示蓋頂G后 這個(gè)鉆頭固定在 V 型鉆套內(nèi) 該鉆套可繞錐軸 向后旋轉(zhuǎn)90 度 遇到該砂輪形成半點(diǎn) 接著鉆削變松了同時(shí)可旋轉(zhuǎn)180度 鉆套可 繞向前旋轉(zhuǎn)90度 第二凹槽接觸到蓋頂G并和第二個(gè)半點(diǎn)成直線(xiàn) 此時(shí)鉆頭再次被夾 緊 鉆套又繞回來(lái) 形成第二個(gè)半點(diǎn) 為了清楚地表示夾具和AA 軸的旋轉(zhuǎn) 每個(gè) 停止點(diǎn)沒(méi)有用數(shù)據(jù)表示出來(lái) 3 校準(zhǔn) 沒(méi)有明確認(rèn)識(shí)磨床的層面就來(lái)校準(zhǔn)機(jī)器這是不可取的 因?yàn)闃?biāo)定不會(huì)因不準(zhǔn)確 地形成或衡量部分而受到影響 雖然測(cè)量角尺寸是不容易的 但是在不知道許多線(xiàn) 性尺寸的情況下仍有可能校準(zhǔn) 要找出 很簡(jiǎn)單 同時(shí)要利用普通的計(jì)量工具 0p 校準(zhǔn) 和 的假設(shè)條件是 該砂輪可沿其軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)同時(shí)能準(zhǔn)確地定位回到了以0QR 前的軸位置 通過(guò)用圓錐指出標(biāo)定桿來(lái)取代磨床的旋轉(zhuǎn)部分 便可找出 如圖 0R 2 中的虛線(xiàn)所示 當(dāng)錐接觸到磨削車(chē)輪時(shí) 是基地到尖端的距離 在校準(zhǔn) 時(shí)尖0R0Q 端到基地的距離用 表示 只需要測(cè)量一次 因?yàn)樗c 有一個(gè)恒定的比例 RHR 0 Q坐標(biāo)建立在 V 凹槽上得到的 表示從基地到坐標(biāo)與磨輪交點(diǎn)的距離 7 如圖2所示的虛線(xiàn) 此外 距離L應(yīng)該在重新校準(zhǔn)后才測(cè)量 此時(shí)有 為了在研磨機(jī)上使用很多不同的鉆頭直徑 各種墊片厚度q要求不能太大 如圖 2所示該砂輪左側(cè)可增加L 增加的L 它從最初測(cè)定值增加d 它與這3個(gè)校準(zhǔn)常量有 下列的關(guān)系 公式 6 也可以在磨輪一側(cè)磨削后被用來(lái)校正機(jī)器 砂輪修整是為了產(chǎn) 生一個(gè)小 4 精度 當(dāng) V 凹槽在圖2所示的位置時(shí) 鉆頭和砂輪之間有一個(gè)非常小的差距 缺口 寬度可由下得 Gap width DWS2 當(dāng)斜距離接近其W 2下限時(shí) 缺口寬度約為0 這種差距隨著斜交距離的增大 而增加 忽略這種差距會(huì)在第二個(gè)公式 2 產(chǎn)生的一個(gè)很小的錯(cuò)誤的的 大概為公 式 2 的1 左右 這可能會(huì)導(dǎo)致參數(shù)W的一小部分產(chǎn)生一定程度上的誤差 但這些 是可以接受的 因?yàn)閃是通常是一個(gè)整體而不是一部分 5 討論 這種標(biāo)準(zhǔn)鉆頭磨床所產(chǎn)生的鉆點(diǎn)可以和其他磨床所產(chǎn)生的鉆點(diǎn)可以用許多種方 向來(lái)比較 鉆頭側(cè)表面和其邊沿可以通過(guò)同一個(gè)坐標(biāo)測(cè)量機(jī) CMM 來(lái)測(cè)量 并且 可與帶有標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)的磨床所形成的點(diǎn)比較 這將區(qū)分開(kāi)來(lái) 如果這兩點(diǎn)均是相同的 但是這樣有利于比較 即 通過(guò)CMM 測(cè)量的側(cè)表面再測(cè)量出鉆頭直徑那么磨床可以 旋轉(zhuǎn)形式調(diào)整 這樣產(chǎn)生的點(diǎn)和標(biāo)準(zhǔn)磨床上產(chǎn)生的點(diǎn)一樣 以理性的方式 使生產(chǎn) 點(diǎn) 同時(shí)為標(biāo)準(zhǔn)鉆頭磨床 另一個(gè)比較是將刀具的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)和切點(diǎn)進(jìn)行壽命測(cè)試 但問(wèn)題是 不同的形狀點(diǎn) 的切削性能具有許多相似點(diǎn) 標(biāo)準(zhǔn)磨床生產(chǎn)出來(lái)的點(diǎn)為新鉆尖的幾何形狀提供一個(gè) 測(cè)試基準(zhǔn) 第三個(gè)比較是檢查外徑上二個(gè)點(diǎn)之間的角和接近尾聲的橫刃上的一個(gè)點(diǎn)角度 這 些角度對(duì)鉆削運(yùn)動(dòng)是至關(guān)重要的 接近尾聲的橫刃上的一個(gè)點(diǎn)角度應(yīng)該大于外徑上 8 二個(gè)點(diǎn)之間的角 這樣將產(chǎn)生良好的鉆井性能 但留下的制作形狀仍不固定 6 結(jié)論 凸輪驅(qū)動(dòng)的機(jī)械研磨機(jī)和計(jì)算機(jī)控制的磨床從一個(gè)點(diǎn)的形狀到另一個(gè)點(diǎn)形狀的 形成能產(chǎn)生各種各樣的點(diǎn) 本文提出的磨床 雖然有點(diǎn)繁瑣的設(shè)置 但可以生產(chǎn)大 批量完全相同的且在點(diǎn)形成時(shí)有高精度的錐點(diǎn) 這一點(diǎn)當(dāng)直徑很小時(shí)尤其重要 因 為它們難以檢查 為了與更多的點(diǎn)比較 這些鉆削可以用于共同圓錐面鉆尖的基準(zhǔn) 測(cè)試 未來(lái)的工作將包括鉆頭后刀面的形狀的設(shè)計(jì)測(cè)量技術(shù)同時(shí)為磨床提供第一步 理性的比較 引 言 齒 輪 傳 動(dòng) 應(yīng) 用 廣 泛 對(duì) 齒 輪 制 造 質(zhì) 量 的 要 求 越 來(lái) 越 高 需 求 量 也 日 益 增 加 而 鼓 形 齒 輪 可 改 善 齒 輪 的 嚙 合 狀 況 使 齒 向 載 荷 分 布 均 勻 提 高 齒 輪 的 抗 彎 強(qiáng) 度 降 低 傳 動(dòng) 噪 聲 延 長(zhǎng) 使 用 壽 命 鼓 形 齒 聯(lián) 軸 器 和 直 齒 聯(lián) 軸 器 相 比 具 有 承 載 力 高 使 用 壽 命 長(zhǎng) 維 修 費(fèi) 用 低 機(jī) 械 效 率 高 等 優(yōu) 點(diǎn) 在 起 重 機(jī) 等 方 面 應(yīng) 用 非 常 廣 泛 1 普 通 滾 齒 機(jī) 不 具 備 加 工 鼓 形 齒 輪 的 功 能 部 分 滾 齒 機(jī) 通 過(guò) 加 裝 仿 形 板 并 手 搖 機(jī) 床 立 柱 來(lái) 實(shí) 現(xiàn) 獲 得 鼓 形 齒 輪 加 工 功 能 但 這 種 方 法 存 在 立 柱 進(jìn) 給 靈 敏 度 差 工 件 齒 面 粗 糙 度 高 仿 形 板 規(guī) 格 繁 多 操 作 費(fèi) 力 等 弊 端 特 別 是 機(jī) 床 調(diào) 整 復(fù) 雜 調(diào) 整 周 期 長(zhǎng) 產(chǎn) 品 適 應(yīng) 性 較 差 加 工 質(zhì) 量 較 低 嚴(yán) 重 制 約 了 鼓 形 齒 輪 的 生 產(chǎn) 本 課 題 來(lái) 源 于 生 產(chǎn) 企 業(yè) 對(duì) 鼓 形 齒 輪 加 工 的 實(shí) 際 需 求 根 據(jù) 近 年 來(lái) 數(shù) 控 技 術(shù) 尤 其 是 開(kāi) 放 式 運(yùn) 動(dòng) 控 制 器 快 速 發(fā) 展 的 現(xiàn) 狀 應(yīng) 某 廠 方 要 求 對(duì) 某 廠 的 Y 3 1 5 0 E 滾 齒 機(jī) 進(jìn) 行 數(shù) 控 化 技 術(shù) 改 造 成 功 地 開(kāi) 發(fā) 了 一 套 基 于 H U S T C N C H 3 X 的 開(kāi) 放 式 運(yùn) 動(dòng) 控 制 器 的 數(shù) 控 滾 齒 系 統(tǒng) 并 用 于 實(shí) 際 生 產(chǎn) 改 造 好 的 數(shù) 控 滾 齒 機(jī) 調(diào) 整 簡(jiǎn) 單 機(jī) 械 性 能 穩(wěn) 定 可 靠 使 鼓 形 齒 輪 的 加 工 質(zhì) 量 加 工 精 度 大 大 提 高 同 時(shí) 大 幅 度 提 高 生 產(chǎn) 效 率 1 滾 齒 機(jī) 加 工 原 理 1 1 滾 齒 機(jī) 傳 動(dòng) 鏈 分 析 滾 齒 機(jī) 應(yīng) 具 備 下 列 傳 動(dòng) 鏈 主 運(yùn) 動(dòng) 傳 動(dòng) 鏈 展 成 運(yùn) 動(dòng) 傳 動(dòng) 鏈 垂 直 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 傳 動(dòng) 鏈 軸 向 運(yùn) 動(dòng) 傳 動(dòng) 鏈 徑 向 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 傳 動(dòng) 鏈 2 滾 齒 機(jī) 的 工 作 運(yùn) 動(dòng) 有 1 主 運(yùn) 動(dòng) 主 運(yùn) 動(dòng) 即 滾 刀 的 旋 轉(zhuǎn) 運(yùn) 動(dòng) 2 展 成 運(yùn) 動(dòng) 滾 刀 和 工 件 的 回 轉(zhuǎn) 由 伺 服 電 動(dòng) 機(jī) 分 別 驅(qū) 動(dòng) 滾 刀 和 工 件 的 回 轉(zhuǎn) 伺 服 電 動(dòng) 機(jī) 按 控 制 指 令 運(yùn) 動(dòng) 嚴(yán) 格 保 證 滾 刀 和 工 件 二 者 同 步 該 方 案 投 入 大 成 本 高 對(duì) 運(yùn) 動(dòng) 控 制 器 的 實(shí) 時(shí) 控 制 要 求 較 高 控 制 軟 件 編 程 難 度 大 3 垂 直 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 垂 直 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 即 滾 刀 沿 工 件 軸 向 作 連 續(xù) 的 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 以 切 出 整 個(gè) 齒 寬 上 的 齒 滾 齒 機(jī) 數(shù) 控 化 改 造 設(shè) 計(jì) 俞 鴻 斌 1 金 波 1 舒 柏 和 2 1 金 華 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 浙 江 金 華 3 2 1 0 0 7 2 金 華 漢 生 機(jī) 電 控 制 工 程 有 限 公 司 浙 江 金 華 3 2 1 0 1 7 摘 要 本 文 介 紹 了 運(yùn) 用 基 于 H U S T C N C H 3 X 開(kāi) 放 式 運(yùn) 動(dòng) 控 制 器 對(duì) 滾 齒 機(jī) 進(jìn) 行 數(shù) 控 化 改 造 的 原 理 用 此 方 法 改 造 普 通 滾 齒 機(jī) 可 以 有 效 地 擴(kuò) 大 機(jī) 床 加 工 鼓 形 齒 輪 的 功 能 大 大 提 高 了 機(jī) 床 性 能 獲 得 較 大 的 經(jīng) 濟(jì) 效 益 關(guān) 鍵 詞 滾 齒 機(jī) 改 造 設(shè) 計(jì) 中 圖 分 類(lèi) 號(hào) T G 6 1 2 文 獻(xiàn) 標(biāo) 識(shí) 碼 A 文 章 編 號(hào) 1 6 7 1 3 6 9 9 2 0 0 7 0 2 0 0 1 4 0 3 D e s i g n a n d R e f o r m i n G e a r H o b b i n g M a c h i n e Y U H o n g b i n 1 J I N B o 1 S H U B a i h e 2 1 J i n H u a C o l l e g e o f P r o f e s s i o n 2 J i n h u a H a n g s h e n g M e c h a n i c a l a n d E l e c t r o n i c a l C o n t r o l E n g i n e e r i n g L i m i t e d C o m p a n y J i n h u a 3 2 1 0 1 7 C h i n a A b s t r a c t T h e p a p e r d i s c u s s e s t h e p r i n c i p l e o f t h e g e a r h o b b i n g m a c h i n e C N C R e f o r m u t i l i z i n g H U S T C N C H 3 X o p e n m o t i o n c o n t r o l l e r W i t h t h i s d e s i g n t h e f u n c t i o n o f h o b b i n g m a c h i n e t o m a c h i n e c r o w n g e a r c a n b e e f f e c t i v e l y e x p a n d e d t h e p e r f o r m a n c e a n d p r o c e s s i n g c a p a c i t y o f t h e C N C g e a r h o h h i n g m a c h i n e a r e g r e a t l y e n h a n c e d a n d t h e e c o n o m i c a l b e n f i t c a n b e g a i n e d e c o n o m i c a l l y K e y W o r d s g e a r h o b b i n g m a c h i n e r e f o r m d e s i g n 收 稿 日 期 2 0 0 7 0 3 2 7 作 者 簡(jiǎn) 介 俞 鴻 斌 1 9 7 1 男 浙 江 永 康 人 碩 士 研 究 生 講 師 技 師 主 要 從 事 數(shù) 控 技 術(shù) 機(jī) 械 C A D C A M C A E 研 究 金 華 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 學(xué) 報(bào) 第 7 卷 第 2 期 2 0 0 7 年 4 月 V o l 7 N o 2 A p r 2 0 0 7 形 軸 向 進(jìn) 給 改 造 為 由 伺 服 電 動(dòng) 機(jī) M 1 驅(qū) 動(dòng) 調(diào) 節(jié) M 1 的 轉(zhuǎn) 速 可 以 得 到 需 要 的 進(jìn) 給 速 度 改 造 原 理 如 圖 l 所 示 4 徑 向 進(jìn) 給 工 件 向 滾 刀 方 向 作 徑 向 進(jìn) 給 垂 直 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 和 徑 向 進(jìn) 給 聯(lián) 動(dòng) 加 工 鼓 形 齒 輪 水 平 徑 向 進(jìn) 給 改 造 為 由 伺 服 電 動(dòng) 機(jī) M 2 驅(qū) 動(dòng) 經(jīng) 蝸 桿 副 絲 桿 副 使 滾 刀 切 向 移 動(dòng) 調(diào) 整 伺 服 電 動(dòng) 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 可 以 得 到 需 要 的 切 向 進(jìn) 給 速 度 因 廠 方 要 求 且 受 成 本 限 制 展 成 運(yùn) 動(dòng) 保 留 了 普 通 滾 齒 機(jī) 原 分 齒 傳 動(dòng) 鏈 采 用 兩 臺(tái) 伺 服 電 動(dòng) 機(jī) 進(jìn) 行 數(shù) 控 改 造 1 2 總 體 設(shè) 計(jì) 方 案 根 據(jù) 鼓 形 齒 輪 的 成 形 原 理 綜 合 考 慮 滾 切 中 對(duì) 機(jī) 械 進(jìn) 給 系 統(tǒng) 跟 隨 性 快 速 性 的 要 求 及 改 造 成 本 等 因 素 在 保 留 原 普 通 滾 齒 機(jī) 分 齒 傳 動(dòng) 鏈 的 基 礎(chǔ) 上 按 照 數(shù) 控 理 論 中 兩 坐 標(biāo) 圓 弧 插 補(bǔ) 原 理 對(duì) 機(jī) 床 的 刀 架 垂 直 進(jìn) 給 運(yùn) 動(dòng) 和 水 平 徑 向 進(jìn) 給 進(jìn) 行 數(shù) 控 化 控 制 改 造 實(shí) 現(xiàn) 鼓 形 齒 輪 加 工 按 工 件 精 度 和 切 削 力 的 計(jì) 算 參 考 國(guó) 內(nèi) 外 數(shù) 控 滾 齒 機(jī) 的 拖 動(dòng) 方 式 采 用 伺 服 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 的 半 閉 環(huán) 伺 服 系 統(tǒng) 在 數(shù) 控 滾 齒 機(jī) 上 加 工 鼓 形 齒 輪 要 根 據(jù) 其 工 件 圖 參 數(shù) 夾 具 尺 寸 滾 刀 參 數(shù) 工 藝 要 求 確 定 各 軸 位 置 X Y 兩 坐 標(biāo) 聯(lián) 動(dòng) 用 圓 弧 插 值 法 加 工 對(duì) 稱(chēng) 于 工 件 齒 寬 帶 圓 弧 的 鼓 形 直 齒 和 斜 齒 齒 輪 3 數(shù) 值 計(jì) 算 和 調(diào) 整 原 理 見(jiàn) 圖 2 2 機(jī) 械 部 分 改 造 在 滿(mǎn) 足 實(shí) 際 應(yīng) 用 需 求 的 情 況 下 為 了 降 低 成 本 酌 情 減 少 數(shù) 控 軸 數(shù) 對(duì) 原 機(jī) 械 滾 齒 機(jī) 的 改 動(dòng) 較 少 對(duì) 不 同 尺 寸 的 鼓 形 齒 輪 通 過(guò) 參 數(shù) 化 設(shè) 置 便 可 進(jìn) 行 加 工 操 作 簡(jiǎn) 單 方 便 進(jìn) 給 X 軸 Y 軸 分 別 采 用 伺 服 電 動(dòng) 機(jī) 通 過(guò) 數(shù) 控 系 統(tǒng) 單 獨(dú) 控 制 數(shù) 控 機(jī) 床 的 進(jìn) 給 系 統(tǒng) 應(yīng) 滿(mǎn) 足 無(wú) 間 隙 低 摩 擦 高 剛 度 等 基 本 要 求 需 要 完 成 的 機(jī) 械 改 造 主 要 包 括 滑 動(dòng) 絲 杠 改 為 具 有 預(yù) 緊 消 隙 功 能 的 滾 珠 絲 杠 蝸 桿 蝸 輪 副 改 為 雙 導(dǎo) 程 漸 開(kāi) 線(xiàn) 蝸 桿 副 增 加 軸 向 調(diào) 整 環(huán) 節(jié) 滑 動(dòng) 軸 承 均 改 為 滾 動(dòng) 軸 承 去 掉 垂 直 進(jìn) 給 傳 動(dòng) 鏈 及 調(diào) 整 掛 輪 機(jī) 構(gòu) 使 刀 架 X Y 軸 數(shù) 控 化 使 得 機(jī) 床 各 項(xiàng) 運(yùn) 動(dòng) 精 度 大 大 提 高 機(jī) 床 更 加 柔 性 化 調(diào) 整 更 加 方 便 大 大 降 低 工 人 的 勞 動(dòng) 強(qiáng) 度 3 控 制 軟 件 設(shè) 計(jì) 方 案 3 1 控 制 系 統(tǒng) 方 案 制 定 本 方 案 是 采 用 臺(tái) 灣 億 圖 的 多 軸 運(yùn) 動(dòng) 控 制 器 H U S T C N C H 3 X 的 開(kāi) 放 式 數(shù) 控 系 統(tǒng) 核 心 是 一 塊 具 有 P C 1 0 4 總 線(xiàn) 并 且 自 帶 高 速 D S P 芯 片 的 開(kāi) 放 式 多 軸 運(yùn) 動(dòng) 控 制 卡 與 嵌 入 式 P C 主 機(jī) 構(gòu) 成 多 處 理 器 結(jié) 構(gòu) 卡 上 自 帶 D S P 芯 片 以 實(shí) 現(xiàn) 實(shí) 時(shí) 高 速 插 補(bǔ) 計(jì) 算 功 能 可 完 成 空 間 直 線(xiàn) 圓 弧 插 補(bǔ) 大 大 減 輕 了 主 機(jī) 負(fù) 擔(dān) 還 提 供 了 程 序 緩 沖 區(qū) 該 運(yùn) 動(dòng) 控 制 卡 通 過(guò) P C 1 0 4 總 線(xiàn) 和 計(jì) 算 機(jī) 通 訊 一 方 面 將 從 各 控 制 軸 采 集 到 的 數(shù) 據(jù) 送 給 主 機(jī) 進(jìn) 行 計(jì) 算 另 一 方 面 將 主 機(jī) 根 據(jù) 工 藝 及 數(shù) 學(xué) 模 型 進(jìn) 行 運(yùn) 算 生 成 的 運(yùn) 動(dòng) 控 制 指 令 經(jīng) 過(guò) 進(jìn) 一 步 處 理 送 各 軸 伺 服 驅(qū) 動(dòng) 器 完 成 各 軸 的 運(yùn) 動(dòng) 控 制 加 工 出 滿(mǎn) 足 工 藝 要 求 的 合 格 零 件 圖 1 滾 齒 機(jī) 改 造 原 理 簡(jiǎn) 圖 圖 2 X Y 兩 坐 標(biāo) 聯(lián) 動(dòng) 圓 弧 插 值 法 加 工 鼓 形 齒 輪 俞 鴻 斌 等 滾 齒 機(jī) 數(shù) 控 化 改 造 設(shè) 計(jì)第 2 期 1 5 圖 5 滾 齒 機(jī) 系 統(tǒng) 硬 件 控 制 部 分 及 部 分 電 器 原 理 圖 圖 3 T N C A 3 系 列 控 制 器 L C D 面 板 及 按 鍵 圖 4 滾 齒 機(jī) 數(shù) 控 系 統(tǒng) 單 段 運(yùn) 行 操 作 界 面 下 轉(zhuǎn) 第 1 3 頁(yè) 金 華 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 學(xué) 報(bào) 2 0 0 7 年 3 2 控 制 軟 件 設(shè) 計(jì) 方 法 本 系 統(tǒng) 控 制 軟 件 是 在 純 D O S 下 用 C 語(yǔ) 言 開(kāi) 發(fā) 的 D O S 系 統(tǒng) 的 開(kāi) 放 性 單 任 務(wù) 準(zhǔn) 確 的 時(shí) 鐘 中 斷 管 理 及 其 良 好 的 穩(wěn) 定 性 為 工 業(yè) 化 生 產(chǎn) 提 供 了 可 靠 的 保 證 整 個(gè) 軟 件 系 統(tǒng) 采 用 模 塊 化 設(shè) 計(jì) 它 包 括 主 程 序 模 塊 子 程 序 模 塊 及 加 工 程 序 模 塊 三 大 部 分 控 制 器 L C D 面 板 及 按 鍵 參 見(jiàn) 圖 3 單 段 運(yùn) 行 操 作 界 面 參 見(jiàn) 圖 4 其 中 系 統(tǒng) 初 始 化 包 括 自 制 小 漢 字 字 模 的 裝 入 顯 示 器 圖 形 方 式 的 初 始 化 控 制 器 濾 波 參 數(shù) 的 整 定 等 系 統(tǒng) 診 斷 模 塊 的 作 用 是 監(jiān) 控 各 被 控 軸 的 運(yùn) 動(dòng) 狀 態(tài) 如 各 軸 有 無(wú) 運(yùn) 動(dòng) 誤 差 超 限 伺 服 報(bào) 警 運(yùn) 動(dòng) 完 成 限 位 開(kāi) 關(guān) 動(dòng) 作 等 實(shí) 時(shí) 控 制 模 塊 由 中 斷 服 務(wù) 程 序 實(shí) 現(xiàn) 它 在 每 個(gè) 時(shí) 鐘 中 斷 周 期 內(nèi) 讀 入 各 軸 位 置 根 據(jù) 加 工 對(duì) 象 的 加 工 工 藝 要 求 計(jì) 算 出 新 的 運(yùn) 動(dòng) 控 制 指 令 送 運(yùn) 動(dòng) 器 解 釋 執(zhí) 行 4 硬 件 電 路 本 文 討 論 的 改 造 方 案 采 用 開(kāi) 放 式 運(yùn) 動(dòng) 控 制 卡 去 驅(qū) 動(dòng) 各 軸 電 機(jī) 擺 脫 了 國(guó) 外 進(jìn) 口 的 限 制 充 分 發(fā) 揮 了 P C 平 臺(tái) 上 的 軟 硬 件 優(yōu) 勢(shì) 豐 富 和 改 善 了 開(kāi) 發(fā) 環(huán) 境 硬 件 電 路 由 外 設(shè) 信 號(hào) 變 換 電 路 及 輔 助 電 路 幾 部 分 組 成 構(gòu) 成 一 個(gè) 完 整 的 簡(jiǎn) 易 數(shù) 控 系 統(tǒng) 完 成 程 序 的 輸 入 與 處 理 顯 示 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 等 一 系 列 功 能 滾 齒 機(jī) 系 統(tǒng) 硬 件 控 制 部 分 及 部 分 電 器 原 理 圖 如 圖 5 所 示 1 6 參 考 文 獻(xiàn) 1 陳 伯 時(shí) 電 氣 拖 動(dòng) 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) M 北 京 機(jī) 械 工 業(yè) 出 版 社 1 9 9 7 2 實(shí) 用 數(shù) 控 加 工 技 術(shù) 編 委 會(huì) 實(shí) 用 數(shù) 控 加 工 技 術(shù) M 北 京 兵 器 工 業(yè) 出 版 社 1 9 9 5 3 杜 建 銘 李 富 生 吳 宏 等 基 于 開(kāi) 放 式 運(yùn) 動(dòng) 控 制 器 的 滾 齒 機(jī) 數(shù) 控 改 造 方 案 J 制 造 技 術(shù) 與 機(jī) 床 2 0 0 2 1 0 4 7 4 8 4 調(diào) 試 與 結(jié) 論 在 集 中 器 的 調(diào) 試 過(guò) 程 中 我 們 采 用 了 分 模 塊 調(diào) 試 的 方 法 首 先 在 L C D 顯 示 屏 上 顯 示 存 儲(chǔ) 單 元 中 的 數(shù) 據(jù) 并 能 通 過(guò) 鍵 盤(pán) 來(lái) 選 擇 相 應(yīng) 數(shù) 據(jù) 的 顯 示 第 二 步 調(diào) 試 4 8 5 通 訊 模 塊 根 據(jù) 中 華 人 民 共 和 國(guó) 電 力 行 業(yè) 標(biāo) 準(zhǔn) 多 功 能 電 能 表 通 信 規(guī) 約 D L T 6 4 5 1 9 9 7 中 的 約 定 使 電 表 中 的 數(shù) 據(jù) 能 被 順 利 地 采 集 并 存 儲(chǔ) 到 集 中 器 中 第 三 步 調(diào) 試 數(shù) 據(jù) 發(fā) 送 模 塊 包 括 以 太 網(wǎng) 和 G P R S 兩 個(gè) 部 分 最 后 進(jìn) 行 系 統(tǒng) 的 整 體 聯(lián) 調(diào) 實(shí) 現(xiàn) 了 電 表 數(shù) 據(jù) 的 實(shí) 時(shí) 抄 錄 和 遠(yuǎn) 距 離 發(fā) 送 抄 表 系 統(tǒng) 管 理 中 心 通 過(guò) 集 中 器 對(duì) 電 表 的 遠(yuǎn) 程 控 制 功 能 也 得 到 了 實(shí) 現(xiàn) 該 集 中 器 經(jīng) 過(guò) 適 當(dāng) 的 調(diào) 整 可 以 應(yīng) 用 于 供 水 供 氣 系 統(tǒng) 中 做 到 水 電 氣 三 表 合 一 的 集 中 抄 表 具 有 良 好 的 應(yīng) 用 前 景 參 考 文 獻(xiàn) 1 杜 春 雷 A R M 體 系 結(jié) 構(gòu) 與 編 程 M 北 京 清 華 大 學(xué) 出 版 社 2 0 0 3 2 陳 賾 A R M 9 嵌 入 式 技 術(shù) 及 L i n u x 高 級(jí) 實(shí) 踐 教 程 M 北 京 北 京 航 空 航 天 大 學(xué) 出 版 社 2 0 0 5 3 丁 毓 山 電 子 式 電 能 表 與 抄 表 系 統(tǒng) M 北 京 中 國(guó) 水 利 水 電 出 版 社 2 0 0 5 4 鐘 章 隊(duì) 蔣 文 恰 李 紅 君 等 G P R S 通 用 分 組 無(wú) 線(xiàn) 業(yè) 務(wù) M 北 京 人 民 郵 電 出 版 社 2 0 0 1 5 崔 強(qiáng) 宋 玉 炎 基 于 無(wú) 線(xiàn) 通 信 的 自 動(dòng) 抄 表 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計(jì) 與 實(shí) 現(xiàn) J 現(xiàn) 代 通 信 技 術(shù) 2 0 0 3 2 8 8 1 5 1 8 6 孫 磊 張 崇 巍 以 太 網(wǎng) 控 制 器 芯 片 R T L 8 0 1 9 A S 及 其 遠(yuǎn) 程 抄 表 系 統(tǒng) 中 的 應(yīng) 用 J 儀 器 儀 表 用 戶(hù) 2 0 0 4 1 4 3 7 3 9 開(kāi) 始 網(wǎng) 卡 接 收 標(biāo) 志 位 是 否 為 1 從 網(wǎng) 卡 接 收 數(shù) 據(jù) M C 5 5 接 收 標(biāo) 志 為 是 否 為 1 從 M C 5 5 接 收 數(shù) 據(jù) 數(shù) 據(jù) 處 理 結(jié) 束 是 否 否 是 圖 6 數(shù) 據(jù) 接 收 子 程 序 流 程 圖 上 接 第 1 6 頁(yè) 章 玨 瑞 等 基 于 嵌 入 式 系 統(tǒng) 的 電 能 抄 表 集 中 器 設(shè) 計(jì)第 2 期 5 結(jié) 論 本 設(shè) 計(jì) 已 成 功 地 運(yùn) 用 于 中 型 滾 齒 機(jī) 的 改 造 它 較 好 地 解 決 了 鼓 形 齒 輪 的 滾 齒 加 工 問(wèn) 題 加 工 出 的 鼓 形 齒 輪 齒 面 質(zhì) 量 高 對(duì) 于 不 同 的 鼓 形 齒 輪 產(chǎn) 品 要 根 據(jù) 其 零 件 圖 參 數(shù) 滾 刀 參 數(shù) 工 工 藝 要 求 確 定 各 軸 位 置 只 需 輸 入 相 應(yīng) 的 G 5 4 工 件 坐 標(biāo) 系 等 參 數(shù) 就 能 靈 活 迅 速 地 適 應(yīng) 加 工 零 件 的 變 更 加 工 各 種 鼓 形 齒 輪 因 此 本 設(shè) 計(jì) 具 有 產(chǎn) 品 適 應(yīng) 性 強(qiáng) 加 工 質(zhì) 量 好 生 產(chǎn) 效 率 高 等 特 點(diǎn) 而 且 改 造 費(fèi) 用 低 改 造 周 期 短 操 作 使 用 方 便 等 優(yōu) 點(diǎn) 1 滾 齒 機(jī) 的 數(shù) 控 化 改 造 大 大 提 高 了 齒 輪 加 工 能 力 和 加 工 效 率 改 善 操 作 性 能 問(wèn) 題 2 數(shù) 控 改 造 后 有 效 提 高 工 件 加 工 精 度 和 效 率 機(jī) 床 操 作 簡(jiǎn) 便 加 工 效 率 高 加 工 質(zhì) 量 穩(wěn) 定 效 果 良 好 3 機(jī) 床 可 根 據(jù) 加 工 零 件 的 特 點(diǎn) 進(jìn) 行 編 程 加 工 可 進(jìn) 行 各 種 形 式 的 方 框 循 環(huán) 加 工 程 序 可 通 過(guò) 編 程 實(shí) 現(xiàn) 鼓 形 齒 輪 的 數(shù) 控 加 工 4 相 關(guān) 技 術(shù) 改 造 的 可 在 齒 輪 機(jī) 床 上 推 廣 既 有 廣 闊 的 技 術(shù) 前 景 又 有 顯 著 的 經(jīng) 濟(jì) 效 益 5 如 需 進(jìn) 一 步 提 高 該 滾 齒 機(jī) 的 加 工 能 力 可 對(duì) 其 他 進(jìn) 給 各 軸 和 滾 刀 刀 盤(pán) 角 度 A 軸 等 采 用 單 獨(dú) 的 伺 服 電 機(jī) 控 制 進(jìn) 行 全 面 數(shù) 控 化 改 造 在 技 術(shù) 上 已 不 困 難 但 成 本 較 高 用 戶(hù) 要 根 據(jù) 需 求 和 成 本 進(jìn) 行 取 舍 1 3 X 收 稿 日 期 2008 08 13 基 金 項(xiàng) 目 重 慶 市 科 委 攻 關(guān) 項(xiàng) 目 CSTC 2005AC3033 作 者 簡(jiǎn) 介 陳 碧 楠 1965 女 福 建 人 教 授 級(jí) 高 級(jí) 工 程 師 主 要 從 事 冶 金 設(shè) 備 設(shè) 計(jì) 研 究 高 速 干 式 切 削 滾 齒 機(jī) 刀 架 部 件 滾 刀 軸 優(yōu) 化 設(shè) 計(jì) X 陳 碧 楠 1 宋 2 1 中 冶 賽 迪 工 程 技 術(shù) 股 份 有 限 公 司 重 慶 400013 2 重 慶 工 學(xué) 院 重 慶 汽 車(chē) 學(xué) 院 重 慶 400050 摘 要 分 析 影 響 高 速 干 式 切 削 滾 齒 機(jī) 滾 刀 軸 動(dòng) 態(tài) 特 性 的 因 素 用 ANSYS軟 件 分 別 從 軸 承 支 承 跨 距 和 軸 承 剛 度 兩 個(gè) 方 面 對(duì) 滾 刀 軸 進(jìn) 行 建 模 和 優(yōu) 化 設(shè) 計(jì) 并 對(duì) 優(yōu) 化 結(jié) 果 進(jìn) 行 模 擬 驗(yàn) 證 關(guān) 鍵 詞 滾 齒 機(jī) 滾 刀 軸 優(yōu) 化 設(shè) 計(jì) 有 限 元 中 圖 分 類(lèi) 號(hào) TG721 文 獻(xiàn) 標(biāo) 識(shí) 碼 A 文 章 編 號(hào) 1671 0924 2008 11 0038 04 Optimum Design of Hobbing Shaft of Hob2head Part for High2speed Dry2cutting Gear Hobbing Machine CHEN Bi2Nan1 SONG Kun2 1 CISDI Engineering Co Ltd Chongqing 400013 China 2 Chongqing Institute of Automobile Chongqing Institute of Technology Chongqing 400050 China Abstract This paper analyzes and takes into account the factors which can influence dynamic characteris2 tics of hob shaft By using ANSYS this paper builds the model and completes the optimum design from the aspects of bearing span and bearing rigidity and validates the analysis result with simulation method and comes to a conclusion Key words gear hobbing machine hobbing shaft optimum finite element analysis 隨 著 我 國(guó) 制 造 業(yè) 的 快 速 發(fā) 展 齒 輪 的 需 求 量 日 益 增 加 各 行 業(yè) 對(duì) 齒 輪 加 工 的 效 率 質(zhì) 量 及 加 工 成 本 的 要 求 愈 來(lái) 愈 高 使 得 滾 齒 機(jī) 朝 著 高 速 高 效 化 全 數(shù) 控 化 環(huán) 保 化 智 能 化 以 及 網(wǎng) 絡(luò) 化 的 方 向 發(fā) 展 高 速 干 式 切 削 滾 齒 機(jī) 是 滿(mǎn) 足 上 述 需 求 的 新 一 代 的 滾 齒 機(jī) 它 將 滾 刀 軸 B 軸 與 工 件 軸 C 軸 之 間 的 聯(lián) 動(dòng) 關(guān) 系 交 由 數(shù) 控 系 統(tǒng) 或 者 專(zhuān) 門(mén) 的 電 子 齒 輪 模 塊 處 理 讓 滾 刀 軸 和 工 件 軸 從 冗 長(zhǎng) 的 差 動(dòng) 傳 動(dòng) 鏈 中 解 放 出 來(lái) 分 別 由 內(nèi) 置 主 軸 電 機(jī) 和 內(nèi) 置 力 矩 電 機(jī) 直 接 驅(qū) 動(dòng) 從 而 使 滾 刀 軸 和 工 件 軸 的 轉(zhuǎn) 速 數(shù) 量 級(jí) 得 到 提 升 其 中 滾 刀 軸 的 轉(zhuǎn) 速 可 達(dá) 到 3 000 r min以 上 滿(mǎn) 足 干 式 切 削 的 速 度 要 求 不 僅 極 大 地 提 高 了 生 產(chǎn) 效 率 而 且 由 于 干 式 切 削 不 需 要 任 何 油 液 冷 卻 使 加 工 的 過(guò) 程 更 加 環(huán) 保 刀 架 部 件 是 高 速 干 式 切 削 滾 齒 機(jī) 的 核 心 部 件 之 一 其 設(shè) 計(jì) 的 關(guān) 鍵 在 于 滾 刀 軸 軸 系 的 設(shè) 計(jì) 由 于 滾 刀 轉(zhuǎn) 速 很 高 使 得 加 工 過(guò) 程 中 切 削 力 的 激 振 頻 率 很 高 所 以 設(shè) 計(jì) 的 難 點(diǎn) 不 僅 在 于 靜 剛 度 是 否 能 滿(mǎn) 足 精 度 要 求 如 何 提 高 滾 刀 軸 軸 系 的 動(dòng) 態(tài) 特 性 避 開(kāi) 共 振 區(qū) 更 是 其 設(shè) 計(jì) 的 重 中 之 重 一 般 說(shuō) 來(lái) 一 第 22 卷 第 11 期 Vol 22 No 11 重 慶 工 學(xué) 院 學(xué) 報(bào) 自 然 科 學(xué) Journal of Chongqing Institute of Technology Natural Science 2008 年 11 月 Nov 2008 階 固 有 頻 率 應(yīng) 高 于 切 削 激 振 力 頻 率 的 25 以 上 才 能 保 證 靜 剛 度 成 為 影 響 主 軸 精 度 的 主 要 因 素 本 研 究 以 YKS3610 型 高 速 滾 齒 機(jī) 滾 刀 軸 為 例 采 用 有 限 元 方 法 通 過(guò) ANSYS 對(duì) 刀 架 主 軸 系 統(tǒng) 進(jìn) 行 建 模 和 分 析 以 固 有 頻 率 為 優(yōu) 化 目 標(biāo) 完 成 對(duì) 其 的 優(yōu) 化 設(shè) 計(jì) 1 模 型 建 立 YKS3610 型 滾 齒 機(jī) 刀 架 部 件 主 軸 軸 系 包 含 電 主 軸 刀 桿 以 及 活 動(dòng) 支 承 3 個(gè) 部 分 電 主 軸 由 主 軸 軸 承 電 機(jī) 殼 體 組 成 其 中 殼 體 固 定 不 動(dòng) 電 機(jī) 定 子 固 定 在 殼 體 上 進(jìn) 行 分 析 時(shí) 將 兩 者 看 做 剛 體 可 以 不 加 考 慮 電 主 軸 的 主 軸 是 階 梯 軸 中 空 由 2 組 軸 承 支 承 采 用 一 端 固 定 一 端 游 動(dòng) 的 支 承 方 式 靠 近 加 工 區(qū) 域 的 一 端 固 定 遠(yuǎn) 離 加 工 區(qū) 域 的 一 端 游 動(dòng) 固 定 端 采 用 雙 列 圓 柱 滾 子 軸 承 和 60 接 觸 雙 列 推 力 球 軸 承 配 對(duì) 支 承 浮 動(dòng) 端 采 用 雙 聯(lián) 角 接 觸 球 軸 承 支 承 既 能 保 證 剛 度 和 加 工 精 度 又 為 主 軸 熱 膨 脹 留 下 伸 縮 空 間 主 軸 與 刀 桿 剛 性 聯(lián) 接 可 將 兩 者 看 作 一 體 刀 桿 由 滾 針 軸 承 支 承 這 樣 主 軸 刀 桿 系 統(tǒng) 由 3 組 軸 承 支 承 為 靜 不 定 結(jié) 構(gòu) 要 全 面 地 分 析 主 軸 的 動(dòng) 靜 態(tài) 特 性 必 須 將 主 軸 軸 承 刀 桿 以 及 輔 助 支 承 的 軸 承 看 作 一 個(gè) 系 統(tǒng) 進(jìn) 行 分 析 主 軸 單 元 結(jié) 構(gòu) 對(duì) 稱(chēng) 形 狀 簡(jiǎn) 單 可 作 為 空 間 彈 性 梁 來(lái) 處 理 選 用 ANSYS 程 序 中 空 心 軸 特 征 的 BEAM23 單 元 來(lái) 模 擬 對(duì) 不 同 的 軸 徑 采 用 不 同 的 實(shí) 參 數(shù) 對(duì) 主 軸 刀 桿 系 統(tǒng) 更 為 詳 細(xì) 的 簡(jiǎn) 化 將 軸 承 組 簡(jiǎn) 化 為 單 個(gè) 彈 性 支 撐 根 據(jù) 技 術(shù) 資 料 選 用 的 背 對(duì) 背 雙 聯(lián) 角 接 觸 球 軸 承 的 作 用 點(diǎn) 在 25 3 mm 處 雙 列 圓 柱 滾 子 軸 承 雙 向 推 力 角 接 觸 球 軸 承 組 由 于 前 者 不 能 承 受 徑 向 力 作 用 點(diǎn) 定 在 圓 柱 滾 子 軸 承 的 中 線(xiàn) 處 滾 針 軸 承 的 作 用 點(diǎn) 在 其 中 線(xiàn) 處 認(rèn) 為 軸 承 只 具 備 徑 向 剛 度 不 具 有 角 剛 度 進(jìn) 一 步 將 軸 承 簡(jiǎn) 化 為 徑 向 的 壓 縮 彈 簧 質(zhì) 量 單 元 忽 略 軸 承 負(fù) 荷 及 轉(zhuǎn) 速 對(duì) 軸 承 剛 度 的 影 響 將 軸 承 剛 度 看 成 一 個(gè) 常 數(shù) 用 COMBINE14 彈 簧 單 元 進(jìn) 行 模 擬 將 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 子 和 轉(zhuǎn) 子 套 等 效 為 同 密 度 軸 材 料 將 其 與 主 軸 看 成 一 體 當(dāng) 主 軸 內(nèi) 孔 階 梯 度 不 大 時(shí) 簡(jiǎn) 化 為 當(dāng) 量 內(nèi) 孔 根 據(jù) 上 述 簡(jiǎn) 化 原 則 將 主 軸 單 元 劃 分 為 14 段 15 個(gè) 節(jié) 點(diǎn) 其 中 節(jié) 點(diǎn) 1 10 為 電 主 軸 節(jié) 點(diǎn) 10 15 為 刀 桿 建 立 的 有 限 元 模 型 如 圖 1 所 示 共 15 個(gè) 關(guān) 鍵 點(diǎn) 14 段 圖 1 刀 架 主 軸 單 元 簡(jiǎn) 化 模 型 2 優(yōu) 化 設(shè) 計(jì) 由 于 機(jī) 械 系 統(tǒng) 是 典 型 的 欠 阻 尼 系 統(tǒng) 如 果 發(fā) 生 共 振 即 切 削 激 振 力 的 頻 率 與 機(jī) 械 系 統(tǒng) 的 固 有 頻 率 一 致 或 者 相 當(dāng) 接 近 時(shí) 機(jī) 械 強(qiáng) 度 會(huì) 成 倍 地 下 降 所 以 在 高 速 切 削 的 條 件 下 靜 剛 度 不 再 是 設(shè) 計(jì) 的 焦 點(diǎn) 如 何 提 高 系 統(tǒng) 的 動(dòng) 態(tài) 特 性 避 免 共 振 才 是 設(shè) 計(jì) 的 重 點(diǎn) 干 式 切 削 滾 齒 機(jī) 滾 刀 軸 轉(zhuǎn) 速 很 高 設(shè) 計(jì) 時(shí) 應(yīng) 當(dāng) 采 取 措 施 盡 量 提 高 主 軸 系 統(tǒng) 的 一 階 固 有 頻 率 使 之 至 少 超 過(guò) 切 削 力 頻 率 的 25 以 上 所 以 將 固 有 頻 率 作 為 優(yōu) 化 的 目 標(biāo) 是 合 適 的 固 有 頻 率 跟 系 統(tǒng) 的 剛 度 和 質(zhì) 量 有 關(guān) 隨 著 前 者 的 增 大 和 后 者 的 減 小 而 非 線(xiàn) 性 的 增 大 那 么 軸 系 本 身 的 結(jié) 構(gòu) 質(zhì) 量 剛 度 以 及 支 承 剛 度 都 是 影 響 固 有 頻 率 的 因 素 選 定 合 適 的 內(nèi) 置 主 軸 電 機(jī) 后 主 軸 的 軸 徑 軸 階 的 長(zhǎng) 度 都 根 據(jù) 電 機(jī) 數(shù) 據(jù) 定 出 而 刀 桿 軸 徑 和 長(zhǎng) 度 也 依 據(jù) 滾 刀 數(shù) 據(jù) 定 出 即 軸 系 的 結(jié) 93陳 碧 楠 等 高 速 干 式 切 削 滾 齒 機(jī) 刀 架 部 件 滾 刀 軸 優(yōu) 化 設(shè) 計(jì) 構(gòu) 和 質(zhì) 量 基 本 確 定 對(duì) 軸 系 固 有 頻 率 的 影 響 幾 乎 是 不 可 調(diào) 的 因 此 對(duì) 軸 系 固 有 頻 率 影 響 最 大 的 參 數(shù) 就 是 電 主 軸 軸 承 支 承 的 跨 距 及 軸 承 自 身 的 剛 度 下 面 就 這 兩 個(gè) 因 素 對(duì) 滾 刀 軸 軸 系 固 有 頻 率 的 影 響 加 以 分 析 并 提 出 優(yōu) 化 策 略 2 1 軸 承 支 承 跨 距 的 優(yōu) 化 以 固 有 頻 率 為 目 標(biāo) 的 優(yōu) 化 必 須 在 模 態(tài) 分 析 的 基 礎(chǔ) 上 進(jìn) 行 按 照 圖 1 所 示 模 型 在 ANSYS 軟 件 界 面 建 模 如 圖 2 所 示 圖 2 滾 刀 軸 軸 系 ANSYS分 析 幾 何 模 型 在 設(shè) 計(jì) 中 為 保 證 前 端 懸 伸 量 不 變 固 定 端 軸 承 組 的 支 承 位 置 不 變 通 過(guò) 改 變 游 走 端 雙 聯(lián) 角 接 觸 球 軸 承 的 支 承 位 置 即 圖 1 所 示 的 節(jié) 點(diǎn) 2 的 位 置 來(lái) 改 變 跨 距 按 實(shí) 際 加 工 情 況 施 加 約 束 后 用 子 空 間 法 進(jìn) 行 模 態(tài) 分 析 可 得 到 不 同 跨 距 下 軸 系 的 一 階 固 有 頻 率 如 圖 3 所 示 圖 3 支 承 跨 距 對(duì) 軸 固 有 頻 率 的 影 響 由 圖 3 可 見(jiàn) 跨 距 對(duì) 主 軸 系 統(tǒng) 剛 度 的 影 響 不 是 單 調(diào) 的 在 跨 距 為 343 mm 時(shí) 主 軸 系 統(tǒng) 的 一 階 固 有 頻 率 達(dá) 到 最 大 值 由 于 實(shí) 際 結(jié) 構(gòu) 的 限 制 選 取 跨 距 為 348 mm 在 此 跨 距 下 軸 系 一 階 固 有 頻 率 為 1 018 Hz 該 型 滾 齒 機(jī) 滾 刀 軸 最 高 設(shè) 計(jì) 轉(zhuǎn) 速 為 4 000 r min 滾 刀 有 12 個(gè) 容 屑 槽 則 切 削 力 最 高 激 振 頻 率 為 4 000 12 60 800 Hz 軸 系 一 階 固 有 頻 率 高 于 最 大 激 振 頻 率 25 以 上 滿(mǎn) 足 設(shè) 計(jì) 要 求 2 2 軸 承 預(yù) 緊 剛 度 對(duì) 軸 系 固 有 頻 率 的 影 響 首 先 研 究 固 定 端 雙 列 圓 柱 滾 子 軸 承 對(duì) 固 有 頻 率 的 影 響 確 定 軸 系 跨 距 為 348 mm 維 持 另 外 兩 個(gè) 軸 承 組 剛 度 不 變 改 變 雙 列 圓 柱 滾 子 軸 承 預(yù) 緊 量 使 其 剛 度 變 為 25 24 N m 252 4 N m 2 524 N m 25 240 N m 通 過(guò) ANSYS 軟 件 的 分 析 可 得 到 主 軸 系 統(tǒng) 固 有 頻 率 的 變 化 如 圖 4 圖 4 雙 列 圓 柱 滾 子 軸 承 對(duì) 主 軸 系 統(tǒng) 固 有 頻 率 的 影 響 同 理 改 變 刀 桿 活 動(dòng) 支 承 的 滾 針 軸 承 過(guò) 盈 量 使 之 剛 度 變 為 37 86 N m 378 6 N m 3 786 N m 37 860 N m 其 余 軸 承 剛 度 維 持 不 變 經(jīng) 分 析 得 到 主 軸 系 統(tǒng) 固 有 頻 率 的 變 化 如 圖 5 圖 5 滾 針 軸 承 對(duì) 主 軸 系 統(tǒng) 固 有 頻 率 的 影 響 由 上 面 的 分 析 結(jié) 果 可 以 看 到 主 軸 系 統(tǒng) 的 固 有 頻 率 隨 著 軸 承 剛 度 的 增 加 而 單 調(diào) 增 加 開(kāi) 始 增 長(zhǎng) 很 明 顯 到 后 面 增 長(zhǎng) 則 相 當(dāng) 平 緩 當(dāng) 設(shè) 計(jì) 的 預(yù) 緊 過(guò) 盈 量 為 2 m 時(shí) 兩 種 軸 承 預(yù) 緊 剛 度 分 別 為 2 524 N m和 3 786 N m 此 時(shí) 軸 系 固 有 頻 率 為 1 018 Hz 滿(mǎn) 足 要 求 若 要 進(jìn) 一 步 明 顯 提 升 軸 系 固 有 頻 率 則 需 要 成 數(shù) 量 級(jí) 的 提 高 軸 承 預(yù) 緊 剛 度 這 意 味 著 相 當(dāng) 大 的 軸 承 過(guò) 盈 量 會(huì) 極 大 增 加 裝 配 難 度 得 不 償 失 甚 至 根 本 無(wú) 法 實(shí) 現(xiàn) 此 外 大 的 預(yù) 緊 力 意 味 著 大 的 摩 擦 力 矩 在 高 速 下 極 易 導(dǎo) 致 軸 承 和 主 軸 的 溫 升 不 利 于 主 軸 速 度 的 提 高 共 振 振 幅 04 重 慶 工 學(xué) 院 學(xué) 報(bào) 也 可 能 大 幅 度 增 加 對(duì) 比 兩 圖 可 發(fā) 現(xiàn) 雙 列 圓 柱 滾 子 軸 承 的 剛 度 對(duì) 主 軸 系 統(tǒng) 的 固 有 頻 率 的 影 響 很 大 預(yù) 緊 不 好 會(huì) 使 主 軸 系 統(tǒng) 的 固 有 頻 率 掉 入 共 振 區(qū) 800 Hz 以 下 因 此 認(rèn) 真 調(diào) 整 軸 承 預(yù) 緊 力 對(duì) 保 證 其 剛 度 非 常 重 要 3 模 擬 驗(yàn) 證 根 據(jù) 優(yōu) 化 結(jié) 果 可 以 確 定 最 佳 的 跨 距 和 可 實(shí) 現(xiàn) 的 軸 承 最 佳 預(yù) 緊 剛 度 下 面 通 過(guò) 軸 系 切 削 點(diǎn) 處 對(duì) 切 削 力 的 諧 響 應(yīng) 分 析 對(duì) 優(yōu) 化 結(jié) 果 進(jìn) 行 模 擬 3 1 確 定 加 工 時(shí) 激 振 力 為 了 分 析 簡(jiǎn) 單 可 將 最 大 徑 向 力 與 平 均 徑 向 力 之 差 作 為 簡(jiǎn) 諧 激 振 力 的 幅 值 滾 刀 軸 承 受 的 最 大 徑 向 力 為 402 N 平 均 徑 向 力 為 最 大 徑 向 力 的 45 則 激 振 力 的 幅 值 為 221 N 將 最 大 轉(zhuǎn) 速 下 切 削 力 的 變 化 頻 率 800 Hz 作 為 強(qiáng) 迫 振 動(dòng) 頻 率 相 位 角 近 似 取 為 0 這 樣 就 把 激 振 力 完 全 確 定 了 此 時(shí) 主 軸 系 統(tǒng) 受 到 的 力 可 以 描 述 為 P t P0 P1sin t 181 221sin t 3 2 靜 力 分 析 首 先 對(duì) 切 削 點(diǎn) 處 在 最 大 徑 向 切 削 力 402 N 作 用 下 的 變 形 進(jìn) 行 靜 力 分 析 得 到 變 形 如 圖 6 所 示 此 時(shí) 的 變 形 量 為 0 945 7 m 相 同 的 方 法 在 181 N 徑 向 力 作 用 下 切 削 點(diǎn) 處 變 形 量 為 0 425 8 m 圖 6 主 軸 單 元 靜 力 變 形 3 3 對(duì) 激 振 力 的 諧 響 應(yīng) 分 析 取 激 振 力 的 頻 率 為 700 1500 Hz 載 荷 子 步 為 100 得 出 切 削 點(diǎn) 對(duì) 激 振 力 的 徑 向 響 應(yīng) 位 移 隨 激 振 頻 率 變 化 的 曲 線(xiàn) 如 圖 7 所 示 圖 7 切 削 點(diǎn) 的 位 移 響 應(yīng) 位 移 頻 率 曲 線(xiàn) 由 圖 7 可 知 在 700 Hz 至 1500 Hz 的 頻 率 范 圍 內(nèi) 切 削 點(diǎn) 有 2 個(gè) 位 移 響 應(yīng) 峰 值 分 別 在 1 018 Hz和 1 376 Hz附 近 這 2 個(gè) 頻 率 正 好 是 主 軸 系 統(tǒng) 的 一 階 和 二 階 固 有 頻 率 最 高 工 作 頻 率 為 800 Hz 因 此 能 夠 有 效 避 開(kāi) 共 振 區(qū) 800 Hz 處 切 削 點(diǎn) 的 變 形 為 0 6 m 加 上 穩(wěn) 態(tài) 力 181 N 產(chǎn) 生 的 靜 力 變 形 實(shí) 際 加 工 過(guò) 程 中 變 形 量 為 0 6 0 425 8 1 024 8 m 與 最 大 徑 向 力 作 用 下 的 靜 力 變 形 量 0 945 7 m相 比 僅 僅 增 加 了 8 左 右 可 見(jiàn) 優(yōu) 化 設(shè) 計(jì) 后 的 結(jié) 果 是 可 行 的 4 結(jié) 論 1 支 承 跨 距 對(duì) 軸 系 的 動(dòng) 態(tài) 特 性 影 響 不 是 單 調(diào) 的 選 擇 合 適 的 跨 距 可 以 有 效 地 提 高 整 個(gè) 主 軸 系 統(tǒng) 的 固 有 頻 率 和 剛 度 2 軸 承 自 身 剛 度 對(duì) 軸 系 固 有 頻 率 有 直 接 影 響 并 且 是 單 調(diào) 的 軸 承 預(yù) 緊 剛 度 越 好 軸 系 的 固 有 頻 率 越 高 在 可 能 的 情 況 下 應(yīng) 盡 量 選 用 剛 度 較 高 的 軸 承 但 預(yù) 緊 不 是 無(wú) 限 的 要 考 慮 裝 配 和 發(fā) 熱 3 靠 近 加 工 區(qū) 域 的 軸 承 組 的 剛 度 對(duì) 軸 系 剛 度 和 固 有 頻 率 影 響 最 大 應(yīng) 選 用 較 高 剛 度 軸 承 同 時(shí) 軸 承 支 承 內(nèi) 結(jié) 合 表 面 的 精 度 和 剛 度 要 求 較 高 以 保 證 內(nèi) 徑 均 勻 受 力 4 盡 可 能 減 少 激 振 源 及 激 振 力 的 振 幅 避 免 共 振 現(xiàn) 象 的 產(chǎn) 生 主 軸 單 元 的 激 振 力 除 了 切 削 力 外 還 有 主 軸 自 身 產(chǎn) 生 的 慣 性 力 不 平 衡 力 等 因 此 必 須 采 用 嚴(yán) 格 的 對(duì) 稱(chēng) 設(shè) 計(jì) 原 理 并 對(duì) 其 進(jìn) 行 動(dòng) 平 衡 下 轉(zhuǎn) 第 46 頁(yè) 14陳 碧 楠 等 高 速 干 式 切 削 滾 齒 機(jī) 刀 架 部 件 滾 刀 軸 優(yōu) 化 設(shè) 計(jì) 制 爐 內(nèi) SiC粉 源 的 填 充 密 度 和 透 氣 性 填 充 密 度 與 導(dǎo) 熱 系 數(shù) 及 對(duì) 流 換 熱 系 數(shù) 有 一 定 關(guān) 系 增 加 粉 源 的 透 氣 性 有 利 于 熱 量 的 傳 遞 及 升 華 但 要 求 透 氣 性 的 增 加 不 影 響 到 SiC粉 源 的 填 充 密 度 通 過(guò) 采 用 合 理 的 工 藝 如 采 用 調(diào) SiC粉 源 晶 粒 的 尺 寸 減 少 雜 質(zhì) 含 量 等 措 施 可 以 既 增 加 粉 源 的 透 氣 性 又 增 加 爐 料 的 填 充 密 度 三 是 減 少 生 長(zhǎng) 爐 外 表 的 散 熱 損 失 及 防 止 熱 量 對(duì) 操 作 人 員 的 影 響 應(yīng) 當(dāng) 適 當(dāng) 增 加 保 溫 料 的 厚 度 通 過(guò) 以 上 幾 個(gè) 方 面 的 改 進(jìn) 可 以 改 善 SiC單 晶 生 長(zhǎng) 區(qū) 域 的 溫 度 分 布 從 而 提 高 SiC 單 晶 的 生 長(zhǎng) 率 和 成 品 率 5 結(jié) 論 1 有 限 元 法 計(jì) 算 無(wú) 內(nèi) 熱 源 非 穩(wěn) 態(tài) 溫 度 場(chǎng) 的 基 本 計(jì) 算 方 程 為 9JD 9Tl kD kr 9Wl 9x 9T 9x 9Wl 9r 9T 9r cpWlr 9T 9r d xd r kWlr 9T9nds 0 l 1 2 n 2 改 善 SiC單 晶 爐 生 長(zhǎng) 腔 內(nèi) 溫 度 場(chǎng) 分 布 的 措 施 除 了 改 變 石 墨 坩 堝 的 形 狀 感 應(yīng) 加 熱 線(xiàn) 圈 的 位 置 及 籽 晶 底 座 之 外 還 可 改 變 感 應(yīng) 線(xiàn) 圈 中 的 載 荷 和 石 墨 坩 堝 的 厚 度 參 考 文 獻(xiàn) 1 Cree Cree 是 LED 芯 片 高 功 率 LED LED 背 光 源 開(kāi) 關(guān) 電 源 器 件 和 無(wú) 線(xiàn) 通 信 器 件 的 市 場(chǎng) 領(lǐng) 導(dǎo) 者 EB OL 1996 04 11 www cree com 2 Erwin Schmitt Thomas Straubinger Michael Rasp et al Andreas Wohlfart Polytype stability and defects in differ2 ently doped bulk SiC J Journal of Crystal Growth 2008 310 966 970 3 李 人 憲 有 限 元 法 基 礎(chǔ) M 北 京 國(guó) 防 工 業(yè) 出 版 社 2004 4 Arka Majumdar Bulk Growth Of Silicon2Carbide Crystals Dept of Electronics Electrical Communication Engineer2 ing M Kharagpur Indian Institute of Technology 2002 5 張 國(guó) 智 熱 力 學(xué) 有 限 元 分 析 實(shí) 例 指 導(dǎo) 教 程 M 北 京 機(jī) 械 工 業(yè) 出 版 社 2007 6 孔 祥 謙 有 限 單 元 法 在 傳 熱 學(xué) 中 的 應(yīng) 用 M 北 京 科 學(xué) 出 版 社 1998 責(zé) 任 編 輯 陳 松 上 接 第 41 頁(yè) 參 考 文 獻(xiàn) 1 張 朝 暉 ANSYS8 0 機(jī) 構(gòu) 分 析 及 實(shí) 例 解 析 M 北 京 機(jī) 械 工 業(yè) 出 版 社 2005 2 劉 潤(rùn) 愛(ài) 張 根 保 滾 齒 機(jī) 及 滾 齒 加 工 技 術(shù) 的 發(fā) 展 趨 勢(shì) J 現(xiàn) 代 制 造 工 程 2003 11 84 96 3 胡 愛(ài) 玲 高 速 電 主 軸 動(dòng) 靜 態(tài) 特 性 的 有 限 元 分 析 D 廣 州 廣 東 工 業(yè) 大 學(xué) 2004 4 陳 碧 楠 楊 濤 雙 螺 桿 壓 縮 機(jī) 轉(zhuǎn) 子 型 線(xiàn) 構(gòu) 形 及 計(jì) 算 機(jī) 輔 助 設(shè) 計(jì) J 重 慶 工 學(xué) 院 學(xué) 報(bào) 自 然 科 學(xué) 2008 9 36 39 責(zé) 任 編 輯 陳 松 64 重 慶 工 學(xué) 院 學(xué) 報(bào)