复杂ZC蜗杆截面螺杆磨削的技术研究设计说明书.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流复杂ZC蜗杆截面螺杆磨削的技术研究设计说明书.精品文档.复杂截面螺杆的磨削技术研究(ZC蜗杆)作者:ee(ee)指导教师:ee摘要蜗杆的应用越来越广泛,精度要求也越来越高。磨削是提高此类零件加工精度的关键,磨削用砂轮截型的精确计算是保证精度的前提。文中提出一种蜗杆磨削方法,是用CNC砂轮修整器对砂轮先进行修整,然后再用磨削好的砂轮对蜗杆进行磨削。利用matlab计算砂轮的截型数据以得到砂轮的精确截型。蜗杆的应用越来越广泛,精度要求也越来越高。磨削是提高此类零件加工精度的关键,磨削用砂轮截型的精确计算是保证精度的前提。文中提出一种蜗杆磨削方法,
2、是用CNC砂轮修整器对砂轮先进行修整,然后再用磨削好的砂轮对蜗杆进行磨削。利用matlab计算砂轮的截型数据以得到砂轮的精确截型。圆弧圆柱蜗杆(ZC型蜗杆)传动是一种新型圆柱蜗杆传动。圆弧圆柱蜗杆传动与普通的圆柱蜗杆传动相比,具有承载能力大、传动效率高设计灵活等优点。本课题开发主要用于螺纹磨床CNC砂轮修整器控制软件,修整用于磨削ZC型蜗杆的砂轮。进行磨削机理的分析与计算,砂轮修整控制软件设计、开发和调试,分析磨削干涉、理论计算齿形误差等问题,生成数控代码并在现有的数控设备上进行试验分析。关键字砂轮、修整器、CNC砂轮修整器、ZC型蜗杆磨削。Grinding technology and it
3、s research ofcomplex section screw Keywords: grinding wheel CNC grinding wheel dressing ZC worm grinding.Author:ee(ee)Tutor:eeThis topic is development mainly used for CNC grinding wheel dressing screw grinding machine is controlled by the software, dressing for grinding wheel type ZC worm. Grinding
4、 mechanism analysis and calculation, grinding wheel dressing control software design, development and testing, analysis grinding, theoretical calculation interference gear-shape error, code generation and in the existing numerical control equipment on the experimental analysisAbstract: The worm is u
5、sed more and more widely, more and more high accuracy requirements. Grinding is the key to improve the machining precision, accurate calculation of grinding wheel section is the premise of ensuring the accuracy of A worm grinding method is proposed in this paper, CNC is used to grinding wheel correc
6、tor of the grinding wheel grinding wheel first, and then grinding the worm grinding. Precision section to get the wheel by cut data derivation of the MATLAB grinding wheel, while avoiding interference.Circular cylindrical worm (ZC worm) transmission is a new type of cylindrical worm drive. Circular
7、cylindrical worm drive with cylindrical worm drive ordinary, has bigger bearing capacity, high transmission efficiency and flexible design etc.目 录1 绪论11.1 与本课题相关领域国内外研究背景11.1.1 蜗杆成形磨削研究现状11.1.2 砂轮修整技术研究21.1.3 蜗轮蜗杆传动特点21.1.4 蜗杆的分类31.1.5 ZC蜗杆简介51.2 论文研究的目的和意义61.3 课题设计思路及方案62.ZC1蜗杆磨削加工数学模型82.1 加工坐标系设置8
8、2.1.1 加工坐标系设置82.1.2 ZC型蜗杆螺旋面磨削加工数学模型92.2 砂轮直径变化对ZC蜗杆齿形影响112.3 ZC1蜗杆磨削中砂轮廓形修整122.3.1 ZC1蜗杆磨削砂轮廓形修整数学模型132.3.2 砂轮廓形计算原理142.3.3 实例分析162.3.4 程序编写172.4 修型方案193 CNC砂轮修整器设计213.1 引言213.2常见的砂轮修整方法213.3 ZC1蜗杆磨削用CNC砂轮修整器的设计223.3.1 CNC砂轮修整器的结构方案223.3.2 CNC砂轮修整器的数控系统组成233.3.2 CNC砂轮修整器的进给控制策略244 砂轮磨削干涉问题254. 1影响砂
9、轮修整精度的因素分析254.1.1 干涉现象产生的原因254.1.2 不产生干涉现象的校验条件264.1.3 根据校验条件校验干涉275 蜗杆齿形误差分析295.1成形砂轮廓形修形误差引起的齿形误差分析295.2 砂轮与蜗杆的相对位置误差引起的齿形误差分析295.2.1 齿形误差分析原理295.2.2 砂轮截形偏移引起的齿形误差分析305.2.3 砂轮安装角误差、中心距误差与砂轮修整后引起的齿形误差分析31参考文献341 绪论1.1与本课题相关领域的国内外研究背景1.1.1蜗杆成形磨削的研究现状 蜗杆蜗轮机构是机械设备中地重要传动元件,它具有减速比大、结构紧凑等特点,广泛应用在各种传动装置和分
10、度机构中,尤其是近年来随着精密机床的需求不断增多,高精度蜗杆机构的制造越来越受到重视。提高蜗杆机构的工作性能有两个重要的途径,一是采用综合机械性能好的材料和必要的热处理工艺,另一个是提高制造精度,如采用磨削来提高蜗杆齿面的形状精度和表面性能。成形砂轮的修整是成形磨削的重要技术之一,因此当前的高档成形磨床,都配有数控砂轮修整系统。然而在蜗杆成形磨削这一领域,尤其是对齿形修缘蜗杆的高精度磨削,国内的研究与国外相比有明显的差距。 蜗杆成形磨削研究的重点是通过对蜗杆齿面的建模分析和计算,得出成形砂轮的截形。与齿轮类似,蜗杆的成形磨削理论是以空间齿面啮合理论为基础进行研究的。 齿轮啮合理论在近年来不断完
11、善,其中F.L.李特文、吴序堂等利用微分几何的方法对齿面啮合理论进行研究,总结空间齿面啮合的通用理论,并简化了著名的运动学法,即:互为包络的两齿面,在接触点处的相对运动速度矢量v与两齿面的公法线矢量n垂直。Klocke Fritz, Kuan-Yu Chen、刘丰林等对蜗杆曲面数学模型的建立作了进一步的研究,并深入探讨了蜗杆齿形检测与误差分析的方法,为蜗杆齿面的磨削理论研究提供了重要的参考依据很多学者对一些常用类型蜗杆的成形磨削进行了研究。魏静、张光辉等对圆弧圆柱蜗杆(ZC1)蜗杆磨削过程中砂轮直径变化所引起的齿形误差进行分析和研究,提出了适合计算的ZC1蜗杆磨削砂轮修整原理和数学模型。韩云鹏
12、、孟剑锋等通过建立包含砂轮修整参数的ZK蜗杆齿面数学模型,研究砂轮直径变化对蜗杆齿形误差的影响规律,分析了其齿形误差与蜗杆头数、蜗杆模数和蜗杆直径等参数之间的关系。并根据优化设计理论,将计算出的砂轮最佳修整参数加入蜗杆方程的计算中,提出了砂轮廓形的智能化修整的原理,对ZK蜗杆磨削的砂轮智能化修整提供了重要的理论参考,等等。蔡磊、李志明等对法向直廓蜗杆磨削运动的仿真进行了研究,在MATLAB和CATIA中建立蜗杆和砂轮的实体模型,并将模型导入到OpenGL中编程,实现了砂轮磨削蜗杆的运动仿真。1. 1. 2砂轮修整技术的研究 过去常用的砂轮修整方法是用单点金刚石修整笔进行修整,国内外很多学者、对
13、这种方法进行了深入研究,并应用在工程实践中。例如Hong-Tsu Young, Der-JenChenlg等研究了以金刚笔作为修整工具的成形砂轮在线修整技术中设计一种以金刚笔作为修整工具的三轴联动砂轮修整器,研究了砂轮修整器安装高度误差对成型砂轮修整精度的影响。 但是利用金刚石笔修整砂轮的方法对机床的机械系统指标要求较高,且刀具的精度不稳定,易产生修整误差。随着磨削技术的发展,在成型磨削中利用金刚石轮来修整砂轮的方法越来越多地被生产厂家采纳,例如任小中、邓效忠等利用渐开线的插补原理,研制一种利用金刚轮作为修整工具的成形砂轮修整装置,并在数控成形磨齿上完成了砂轮修整实验。 利用金刚石轮作为修整工
14、具,常用于精密成形砂轮的修整,因此需要对金刚石轮的修整效果进行大量的研究。Malkin S、张红霞、陈志同等在进行利用金刚石轮修整陶瓷氧化铝砂轮的实验时,通过改变修整参数,对磨削力、工具表面粗糙度及表面形貌进行测量,研究了不同修整参数对磨削效果的影响,为基于金刚石轮修整砂轮的磨削钦合金修整工艺提供了参考依据。 Aquiar Paulo R利用声发射系统在磨床上对砂轮修整进给运动进行检测,开发了在线实时检测软件系统,对声音与电信号进行检测与分析,提供实时砂轮的状态监控,以实现检测精密砂轮的修整精度。目前安装数控砂轮修整装置的国产成形磨齿机床较少,其中比较有名的是陕西秦川机械发展股份有限公司开发研
15、制的YK73125数控成形砂轮磨齿机。 113蜗轮蜗杆传动特点 可以得到很大的传动比,比交错轴斜齿轮机构紧凑两轮啮合齿面间为线接触,其承载能力大大高于交错轴斜齿轮机构蜗杆传动相当于螺旋传动,为多齿啮合传动,故传动平稳、噪音很小且具有自锁性。当蜗杆的导程角小于啮合轮齿间的当量摩擦角时,机构具有自锁性,可实现反向自锁,即只能由蜗杆带动蜗轮,而不能由蜗轮带动蜗杆。如在其重机械中使用的自锁蜗杆机构,其反向自锁性可起安全保护作用传动效率较低,磨损较严重。蜗轮蜗杆啮合传动时,啮合轮齿间的相对滑动速度大,故摩擦损耗大、效率低。另一方面,相对滑动速度大使齿面磨损严重、发热严重,为了散热和减小磨损,常采用价格较
16、为昂贵的减摩性与抗磨性较好的材料及良好的润滑装置,因而成本较高蜗杆轴向力较大。114蜗杆的分类圆柱蜗杆的齿面为圆柱螺旋面,圆柱蜗杆传动包括普通圆柱蜗杆传动和圆弧圆柱蜗杆传动两类。(1)普通圆柱蜗杆传动 1)阿基米德圆柱蜗杆(ZA型) 如图1-1所示,这种蜗杆,在垂直于蜗杆轴线的平面(端面)上,齿廓为阿基米德螺旋线在包含轴线的平面上的齿廓(轴向齿廓)为直线。图1-1阿基米德圆柱蜗杆 2)法向直廓圆柱蜗杆(ZN型) 法向直廓蜗杆,顾名思义,在法向截面上齿廓是直线,所以把它叫做法向直廓蜗杆,这种蜗杆端面齿廓为延伸渐开线,也是用直线刀刃的单刀或双刀在车床上车削加工。图1-2法向直廓圆柱蜗杆3)渐开线圆
17、柱蜗杆(ZI型) 这种蜗杆的端面齿廓为渐开线,所以它相对于一个少齿数大螺旋角的渐开线圆柱斜齿轮,这种蜗杆也可以用两把直线刀刃的车刀在车床上加工。刀刃顶面应于基圆柱相切,其中一把刀具高于蜗杆轴线,另一把刀具则低于蜗杆轴线,这种蜗杆也可以在专用机床上磨削。 4)锥面包络圆柱蜗杆(ZK型) 这是一种非线性螺旋齿面蜗杆,它不能在车床上加工,只能在铣床上铣制并在磨床上磨削。加工时除工件做螺旋运动外,刀具同时绕其自身的轴线做回转运动。这是铣刀回转曲面的包络面即为蜗杆的螺旋齿面,在端面和法向截面上的齿廓均为曲线,这种蜗杆便于磨削,精度较高,应用比较广泛。 图1-3锥面包络圆柱蜗杆普通圆柱蜗杆的齿面(除ZK型
18、蜗杆外)一般是在车床上用直线刀刃的车刀车制的。根据车刀安装位置的不同,所加工出的期杆齿面在不同截面中的齿廓曲线也不同。根据不同的齿廓曲线,普通圆柱蜗杆可分为阿基米德蜗杆(ZA蜗杆)、渐开线蜗杆(ZI锅杯)、法向直廓蜗杆(ZN蜗杯)和锥面包络蜗杆(ZK蜗杆)等四种。阿基米德蜗杆(ZA蜗杆)这种锅杆,在垂直于蜗杆轴线的平面(即端面)上,齿廓为阿基米德螺旋线,在包含轴线的平面上的齿廓(即轴向齿廓)为直线,其齿形角为20度。它可在车床上用直线刀刃的单刀(当导程角3度时)或双刀(当3度时)车削加工。安装刀具时,切削刃的顶面必须通过蜗杆的轴线。这种蜗杆磨削困难,当导程角较大时加工不便。法向直廓蜗杆(ZN蜗
19、杆)这种蜗杆的端面齿廓为延伸渐开线,法面(N -N)时齿廓为直线。ZN蜗杆也是用直线刀刃的单刀或双刀在车床上车削加工。这种蜗杆磨削起来也比较困难。渐开线蜗杆(ZI蜗杆)这种蜗杆的端面齿廓为渐开线,所以它相当于一个少齿数(齿数等于蜗杆头数)、大螺旋角的渐开线圆柱斜齿轮。ZI蜗杆可用两把直线刀刃的车刀在车床上车削加工。刀刃顶面应与基圆柱相切,其中一把刀具高于蜗杆轴线,另一把刀具则低于蜗杆轴线,刀具的齿形角应等于蜗杆的基圆柱螺旋角。这种蜗杆可以在专用机床上磨削。圆弧圆柱锅杆传动和普通圆柱蜗杆传动相似,只是齿廓形状有所区别。这种蜗杆的螺旋面是用刃边为凸圆弧形的刀具切制的,而蜗轮是用落成法制造的。在中间
20、平面上,蜗杆的齿廓为凹弧形,而与之相配的蜗轮的齿廓则为凸弧形。所以,圆弧圆柱蜗杆传动是一种凹凸弧齿廓相啮合的传动,也是一种线接触的啮合传动。其主要特点为:效率高,一般可达 90以上;承载能力高,一般可较普通圆柱蜗杆传动高出 5O150;体积小;质量小;结构紧凑。这种传动已广泛应用到冶金、矿山、化工、建筑、起重等机械设备的减速机构中。锥面包络圆蜗杆(ZK蜗杆),这是一种非线性螺旋齿面蜗杆。它不能在车床上加工,只能在铣床上铣削在磨床上磨削。加工时,除工件作螺旋运动外,刀具同时绕其自身的轴线作回转运动。这时,铣刀(或砂轮)回转曲面的包络面即为蜗杆的螺旋齿面,在截面上的齿廓均为曲线。这种蜗杆便于磨削,
21、蜗杆的精度较高,应用日渐广泛。(2)圆弧圆柱蜗杆传动(ZC蜗杆)圆弧圆柱蜗杆传动和普通圆柱蜗杆传动相似,只是齿廓形状有所区别。ZC蜗杆是一种非直纹面圆柱蜗杆,其齿面一般为圆弧形凹面。ZC蜗杆传动可分为圆环面包络圆柱蜗杆传动和轴向圆弧齿圆柱蜗杆传动两种类型。1)圆环面包络圆柱蜗杆传动蜗杆齿面是圆环面砂轮(砂轮轴平面上刀具产形线是圆环面母圆上的一段圆弧)与蜗杆作相对螺旋运动时,砂轮陷面族的包络面。圆环面包络圆柱蜗杆传动又分为两种类型:a.ZCl蜗杆传动蜗杆齿面是由圆环面(砂轮)形成的,蜗杆轴线和砂轮轴线的轴交角等于蜗杆分度圆柱导程角,该二轴线的公垂线通过蜗杆齿槽的某一位值。砂轮与蜗杆齿面的瞬时接触
22、线是一条固定的空间曲线。b.ZC2蜗杆传动蜗杆齿面是由圆环面(砂轮)形成的,蜗杆轴线和砂轮轴线的轴交角为某一角度,该二轴线的公垂线通过砂轮齿廓曲率中心。砂轮与蜗杆齿面的瞬时接触线是一条与砂轮的轴向齿廓互相重合的固定的平面曲线。2)轴向圆弧齿圆柱蜗杆(ZC3)传动蜗杆齿面是由蜗杆轴向平面内的一段凹圆弧绕蜗杆轴线作螺旋运动时形成的,也就是将凸圆弧车刀前刃面置于蜗杆轴向平面内,车刀绕蜗杆轴线作相对螺旋运动时所形成的轨迹曲面。115 ZC蜗杆简介 一个圆柱蜗杆,其轴平面或法平面的齿廓是一段圆弧或是圆环面包络面的平面截线时,称这种蜗杆为圆弧圆柱蜗杆,简称ZC蜗杆。圆弧圆柱蜗杆( ZC 型蜗杆) 是目前应
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