開題報告一，綜述磨床是金屬切削機床的一個重要分支，隨著加工精度的逐漸提高，磨床需求將逐漸增長。“十五”期間主要開發(fā)的產(chǎn)品有：數(shù)控外圓磨床（含端面外圓磨）、數(shù)控凸輪軸磨床、數(shù)控曲軸磨床、數(shù)控軋輥磨床、數(shù)控齒輪磨床、數(shù)控雙端磨床、數(shù)控平面磨床、數(shù)控無心磨床及大量的各類專用磨床。環(huán)面蝸桿傳動的蝸桿齒面是不可展的螺旋面，根據(jù)齒面成形方法的不同，環(huán)面蝸桿可以分為直廓環(huán)面蝸桿，平面包絡環(huán)面蝸桿，錐面包絡環(huán)面蝸桿和漸開面包絡環(huán)面蝸桿等四種類型。環(huán)面蝸桿作為傳遞運動和動力的介質(zhì),具有傳動比大、承載能力強、傳動平穩(wěn)、低噪聲、自鎖性等優(yōu)點,得到了日益廣泛的應用。環(huán)面蝸桿副傳動,是多齒雙線接觸,齒面誘導法曲率較小,接觸應力小;潤滑角接近90°,有利于齒面間的彈性流體動力潤滑;是一種承載能力大,使用壽命長,傳動效率高的傳動裝置。1、 研究意義蝸輪蝸桿傳動是機械傳動的基礎件，是用來傳遞空間交錯軸的運動和動力的運動機構，屬于齒輪傳動的范疇，其傳動平穩(wěn)，振動、沖擊、噪聲均很小，傳動速比大，應用廣泛，是機械傳動的一種主要形式，它具有傳動比范圍寬（通常一級傳動比即可達5一100）、結(jié)構緊湊、體積小、、運動平穩(wěn)、噪聲低等優(yōu)點。此外，在運動傳動中，它具有對傳動系統(tǒng)上游誤差縮斂作用，因而除被廣泛應用于作動力傳動外，一直是機床及精密儀器精密圓分度機構的首選部件，所以國內(nèi)外許多機械韋糙廠和使用單位都非常重視對其的研究應用和發(fā)展。環(huán)面蝸桿的磨削加工對蝸桿的精度、強度等都有著重要意義。在平面二包傳動中，需要一一對應制作蝸輪滾刀，限制了該傳動的廣泛應用。車削成形的漸開線包絡環(huán)面蝸桿的一包傳動已經(jīng)具有優(yōu)良的性能，若能解決其環(huán)面蝸桿齒面的磨削問題，將使該傳動的性能得到進一步提高。所以發(fā)展并改進環(huán)面蝸桿磨削機床勢在必行。另一方面,目前國內(nèi)許多廠礦加工環(huán)面蝸桿大都采用改裝滾齒機或普通車床的方法,很少采用專用機床,對于設計簡單經(jīng)濟的數(shù)控環(huán)面蝸桿磨床;具有不言而喻的優(yōu)越性.2、 研究現(xiàn)狀和成果（1）、國外研究現(xiàn)狀和成果直齒平面蝸桿傳動是由美國格里森公司wildharber于1922年發(fā)明的，適用于大傳動比場合;斜齒平面蝸桿傳動是由日本的佐藤于1952年發(fā)明的，適用于中、小傳動比，最小傳動比i=10。該平面包絡蝸桿的形成過程稱為第一次包絡，如果以此包絡環(huán)面蝸桿為產(chǎn)形輪再展成一個蝸輪，其過程稱為第二次包絡;平面包絡環(huán)面蝸桿與由它展成的蝸輪構成的傳動，稱為平面二次包絡環(huán)面蝸桿傳動（曾稱SG-71型蝸桿傳動）。現(xiàn)在有很多四軸、五軸聯(lián)動的環(huán)面蝸桿數(shù)控機床在國外使用。如美國德拉克公司五軸聯(lián)動蝸桿磨床、美國（格里森）公司的TAG400蝸桿砂輪磨齒機、日本Kashifuji公司的KF200蝸桿砂輪磨齒機、日本OKMOTO公司的SHG400蝸桿砂輪磨齒機等。、國內(nèi)研究現(xiàn)狀和成果1960年左右，首鋼公司開始在很多冶金設備上裝備了各種規(guī)格的直廓環(huán)面蝸桿副和普通圓柱蝸桿等重載蝸桿減速器，由于普通圓柱蝸桿壽命短、易損壞，而直廓環(huán)面蝸桿無備件，直接影響了冶金企業(yè)的連續(xù)生產(chǎn)。1970年?1971年，首鋼機械廠張德華等同志在總結(jié)研制直齒平面蝸桿副的經(jīng)驗基礎上，先后解決了兩項關鍵問題，一是利用舊皮帶車床改裝出一臺能加工中心距250mm的環(huán)面蝸桿專用車床，一是設計制造出專用磨頭。1971年，在制造斜齒平面蝸輪副的基礎上，制造了我國第一套平面二次包絡環(huán)面蝸桿副。冶金部和北京市于1971年命名這種蝸桿副為“首鋼(SG)—71型蝸桿副”；1979年獲得國家科委頒發(fā)的“二等發(fā)明獎”；幾乎與首鋼的發(fā)明同時，日本出現(xiàn)過與之相同的技術，但沒有象首鋼是在1971年就制造出產(chǎn)品。1985年為了解決多頭小速比蝸桿傳動，在北京冶金設備研究所合作下，首鋼機械廠又研制成功了錐面包絡環(huán)面蝸桿傳動磨削裝置，并獲國家專利，產(chǎn)品獲北京市科技進步獎。平面包絡環(huán)面蝸桿傳動在我國問世以后，受到各方面的重視，許多高等院校、科研單位、工礦企業(yè)開展了對這種傳動的研究、實驗和試制工作，取得了很大成果。1993年首鋼機械廠與重慶大學合作進行了錐面包絡環(huán)面蝸桿失配嚙合傳動的研究，該研究解決了包絡環(huán)面蝸桿對制造誤差的敏感性，消除由制造誤差造成的齒面邊緣接觸，以期獲得對制造誤差的不敏感，易于加工裝配，經(jīng)短期運行后能實現(xiàn)理想接觸的新型環(huán)面蝸桿傳動。在精度檢測方面，首鋼機械廠與成都工具研究所于1989年合作研制成功蝸桿精度測量儀，可以實現(xiàn)蝸桿分頭誤差、運動誤差、螺旋線誤差、周節(jié)累積誤差、接觸斑點等項目的檢測。平面二次包絡環(huán)面蝸桿傳動是在美國"Cone"蝸桿(俗稱球面蝸桿)和美國的威氏蝸桿及日本東京工業(yè)大學佐藤申一教授改進的＂斜平面蝸輪＂的基礎上發(fā)展而來的。1974年由重慶大學與首鋼機械廠合作研究，1976年正式獲得成功，并公開發(fā)表。該傳動比國際王牌產(chǎn)品美國"ConeDrive"性能工藝性更好，蝸桿齒面可以用常規(guī)方法淬火并用砂輪磨削。蝸輪滾刀可以制作和重磨，蝸輪可以用滾刀直接滾切，不需人工鏟刮，嚙合質(zhì)量高。再之，由于該蝸輪副齒面嚙合瞬時呈雙線接觸，接觸點的法向速度大，綜合曲率半徑大，接觸應力小，易形成油膜，具有承載能力大、效率高，使用壽命長、好制造四大優(yōu)點。經(jīng)美國"ConeDrive"公司測試承載能力為他們相應產(chǎn)品的2.2倍。在經(jīng)濟導報出版的《世界制造技術與裝備市場》中被譽為“當代最優(yōu)越的蝸桿傳動”。二、研究內(nèi)容1、 研究方向設計一個加工環(huán)面蝸桿的專用機床，完成環(huán)面蝸桿磨削機床總裝、主軸及工作臺系統(tǒng)結(jié)構設計；能夠加工工件最大長度600mm,最大直徑120mm,轉(zhuǎn)速6?20rpm，模數(shù)2?8。要求砂輪轉(zhuǎn)臺直徑不小于500mm,在已有的磨削機床上應用數(shù)控技術，解決環(huán)面蝸桿加工中存在的問題。2、 研究內(nèi)容環(huán)面蝸桿在工業(yè)中發(fā)揮著越來越重要的功能，而加工蝸桿的設備起著重大的作用。在研究傳統(tǒng)加工環(huán)面蝸桿磨床的基礎上，提出了一種由伺服電機控制主軸和回轉(zhuǎn)臺，實現(xiàn)聯(lián)動的數(shù)控磨床，對環(huán)面蝸桿進行磨削加工。圍繞這個任務，本課題主要完成以下幾方面的內(nèi)容：(1)、機床總體結(jié)構設計首先設計整體框架結(jié)構，通過計算分析，運動及受力分析，強度及尺寸計算，保證整體剛度和強度，以及穩(wěn)定性，經(jīng)濟合理適用，畫出總體裝配圖。以下提供了數(shù)控近代專用機床基本結(jié)構示意圖，如圖1所示。機床總體布局是采用整體底座和床身，床身前端安裝主軸箱，床身中部安裝工作臺，床身后端安裝尾座，蝸桿副安裝在工作臺底部，中部回轉(zhuǎn)工作臺上安置砂輪。根據(jù)各部件間的運作要求，該數(shù)控磨削機床的總體方案可有以下兩種可供選擇：單導軌副機床：主軸箱、回轉(zhuǎn)工作臺、尾座均分布在同一導軌副床身上。雙導軌副機床：主軸箱和尾座分布在其中一個導軌副上，而回轉(zhuǎn)工作臺單獨置于另一導軌副上。橫向和縱向進給、主軸的回轉(zhuǎn)以及回轉(zhuǎn)工作臺的旋轉(zhuǎn)。均由獨立的伺服電機驅(qū)動，回轉(zhuǎn)工作臺和工件也就是主軸的聯(lián)動由數(shù)控編程實現(xiàn)。1.大拖板2.小拖板3.工用臺4、5.小拖板6.動力磨頭圖1數(shù)控近代專用機床基本結(jié)構示意圖、主軸系統(tǒng)結(jié)構設計主軸是數(shù)控機床的重要部件之一。它的回轉(zhuǎn)精度，影響工件的加工精度；它的功率大小與回轉(zhuǎn)速度，影響加工的效率；它的自動變速，影響機床的自動化程度。主軸的結(jié)構，根據(jù)數(shù)控機床的規(guī)格，精度而采用不同的主軸軸承而異。設計主要解決的問題是在保證技術要求的前提下，盡量使結(jié)構簡化，保證經(jīng)濟實用性設計主軸尺寸及傳動裝置。畫出主軸裝配圖。回轉(zhuǎn)工作臺結(jié)構設計工作臺是數(shù)控機床的重要部件。其形式尺寸往往表征數(shù)控機床的規(guī)格和性能。工作臺的形式采用數(shù)控回轉(zhuǎn)式，以便達到加工環(huán)面蝸桿的要求。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的功能有：使工作臺進行圓周進給，以完成磨削工作，并使工作臺進行分度。數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺的結(jié)構(見圖2)特點有：沒有鼠牙盤和定位銷，其定位精度完全由控制系統(tǒng)決定。開環(huán)系統(tǒng)中的數(shù)控轉(zhuǎn)臺的傳動系統(tǒng)、間隙消除裝置及蝸輪夾緊裝置等組成。數(shù)控轉(zhuǎn)臺接到回轉(zhuǎn)指令后，首先松開蝸輪，然后按指令的方向速度位移量回轉(zhuǎn)，最后將蝸輪夾緊定位。椎觀丁瞄幵2. 』?ft養(yǎng)枝厘頭列犧占亠砂輪工件血久*冏工作首 工浮訂-.aw.圖2平面包絡蝸桿加工原理圖機床采用整體底座和床身，床身前端安裝主軸箱，床身中部安裝有工作臺，床身后端安裝尾座，蝸桿副安裝在工作臺底部。減小了機床整體尺寸，提高了加工工藝性，又保證了機床具有足夠的強度和剛度。從根本上解決了環(huán)面蝸桿發(fā)展的一大障礙。另外，對于環(huán)面蝸桿來說，它兩端入口出口處的齒輪比較薄，若單純靠機械實現(xiàn)整個蝸桿的磨削還是比較困難的，所以用數(shù)控來解決這個問題，更好更方便地實現(xiàn)了環(huán)面蝸桿的磨削加工。成果形式：總體裝配圖一張；主軸系統(tǒng)裝配圖一張；砂輪回轉(zhuǎn)工作臺裝配圖一張；機架、箱體、軸、齒輪類零件圖若干漲。英文翻譯5000漢字；調(diào)研報告、開題報告5000字；設計說明書：包括總體結(jié)構設計、機構原理，結(jié)構方案，運動及受力分析，強度及尺寸計算。3、技術要求(1).工件最大長度600mm,最大直徑120mm,轉(zhuǎn)速6?20rpm,模數(shù)2?8。⑵．砂輪轉(zhuǎn)臺直徑不小于500mm。⑶.主軸轉(zhuǎn)動由交流伺服電機驅(qū)動，砂輪轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)由伺服電機驅(qū)動，砂輪轉(zhuǎn)臺移動由人工驅(qū)動。主軸與轉(zhuǎn)臺的聯(lián)動由數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)。三、實現(xiàn)方法及預期目標實現(xiàn)方法

原理分析：(a)(b)圖3環(huán)面蝸桿形成原理(1).環(huán)面蝸桿形成原理由環(huán)面蝸桿的形成原理可知，蝸桿繞其軸心線O1以角速度31自轉(zhuǎn)，同時，在其軸心線平面內(nèi)直線L以角速度32繞02旋轉(zhuǎn)，直線L在空間形成包絡跡面，即環(huán)面蝸桿的螺旋齒面。當螺旋齒面的母線為直線時，是直廓環(huán)面蝸桿(見圖3(a))，稱為球面蝸桿或圓弧面蝸桿;當螺旋齒面的母線是平面時，稱為平面包絡環(huán)面蝸桿(見圖3(b))，簡稱包絡環(huán)面蝸桿。環(huán)面蝸桿副傳動，是多齒雙線接觸，齒面誘導法曲率較小，接觸應力小;潤滑角接近90°有利于齒面間的彈性流體動力潤滑;是一種承載能力大，使用壽命長，傳動效率高的傳動裝置。直廓環(huán)面蝸桿用直線刀刃車刀加工而成，其軸向截面齒廓為直線，是不可展直紋面，難以用砂輪作符合形成原理的精確磨削加工。因此，蝸桿齒面淬火后，無法進行齒面磨削，影響其制造精度和使用壽命。平面包絡而形成的平面包面包絡蝸桿，可進行熱處理淬火后精確磨削。所以，國內(nèi)許多廠礦普遍采用平面包絡環(huán)面蝸桿。近幾年出現(xiàn)用錐面砂輪精磨蝸桿一側(cè)螺旋面或用雙錐面砂輪精磨蝸桿齒槽兩側(cè)螺旋面現(xiàn)象，前者稱錐面包絡環(huán)面蝸桿，后者稱雙錐面包絡環(huán)面蝸桿。筆者討論的專用機床，是以包絡環(huán)面蝸桿加工原理為基礎進行的。圖4加工環(huán)面蝸輪副磨床的基本運動(2).環(huán)面蝸桿磨床的運動分析環(huán)面蝸桿加工的核心問題是螺旋齒面加工,設計專用環(huán)面蝸桿加工機床,必須能滿足螺旋齒面的車削、銑削和磨削。根據(jù)環(huán)面蝸桿的形成原理,環(huán)面蝸桿加工機床必須具備以下基本運動:（加工環(huán)面蝸輪副磨床的基本運動如圖4所示）1） .工件的回轉(zhuǎn)運動，即蝸桿的回轉(zhuǎn)運動312） ．尾架的調(diào)整運動s2，3） ．分齒運動32：隨著蝸桿以31旋轉(zhuǎn),刀盤也要以32的速度相應旋轉(zhuǎn),并要求31和32之間有準確的傳動比關系。31和32也可統(tǒng)一稱齒廓形成運動（展成運動）。這兩個運動是切削環(huán)面蝸桿齒面或滾切蝸輪齒面的最基本運動,由速度掛輪和分齒掛輪來調(diào)整。4） ．刀架的橫向進給運動s35） ．刀架的縱向進給s16） ．砂輪繞自身的回轉(zhuǎn)運動34如前研究內(nèi)容中所述，按照保證以上機床運動原則，進行設計總體設計，工作臺設計和主軸系統(tǒng)等的設計。預期目標在規(guī)定時間內(nèi)，完成環(huán)面蝸桿數(shù)控磨床相關的調(diào)研、設計，完成環(huán)面蝸桿磨削機床總裝、主軸及工作臺系統(tǒng)結(jié)構設計；能夠加工工件最大長度600mm,最大直徑120mm,轉(zhuǎn)速6~20rpm,模數(shù)2~8。要求砂輪轉(zhuǎn)臺直徑不小于500mm，在已有的磨削機床上應用數(shù)控技術，解決環(huán)面蝸桿加工中存在