1、a 中文摘要插齿机是一种金属切削机床，是使用插齿刀按照展成法加工内、外直齿和斜齿圆柱齿轮以及其它齿形件的齿轮加工机床。插齿机用来加工内、外啮合圆柱齿轮的轮齿齿面，尤其适合加工内齿轮和多联齿轮中的小齿轮，这是滚齿机无法加工的。它综合了精密机械制造、电机拖动、数字控制等多门学科。针对它在机械设计中遇到的确定尺寸参数、合理布局、降低成本、实用耐用等问题,本设计进行了针对性的思考与改造。论文就课题的来源提出做了详细描述，基于需加工零件的工艺范围、机床的精度、机床改造经济性等因素而提出了较合理的方案，详细论述了机械改造部分设计与计算，包括部件的选择，各零件的选择、设计、计算和校核。改造后的插齿机与原来的
2、相比提高了加工精度及加工效率，更好地保证了零件加工的一致性和产品质量，减轻了劳动强度，有效提高了插齿机的生产效率和切割质量。AbstractThe Pinion gear machine is a kind of metal cutting tools, is to use the knife pinion gear according to recent exhibition processing inside and outside straight tooth and helical gear tooth shape and other pieces of the gear proces
3、sing machine tools. The Pinion gear machine used for processing inside and outside cylindrical gears mesh of gear tooth surface, especially suitable for processing in the gears and split the pinion gear, this is not the gear hobbing process. It synthesizes many disciplines such as precision machiner
4、y manufacturing, electric motor drive, digital control and so on. For it in the mechanical encountered in the design of size parameters determined, rational layout, reduce cost, practical durable such issues, the design thinking and transformation of the targeted.Papers on the source and propose is
5、gave a detailed description, then it puts forward a more reasonable scheme on the basis of the processing of components required 、 the precision of machine tools、the economic factors of Machine transformation and discusses in detail the designing and calculation of the mechanical transformation incl
6、uding the choice of components, the selection, designing, calculation and verification of the components . After transformation gantry Pinion gear machine is used for processing plate cutting and compared with the original machine it improves the machining precision and efficiency and better guarant
7、ees consistency and the quality of their products and reduces the labor intensity;whats more, The mechanism improved production efficiency and cutting quality.引言1.1 课题的来源与提出 本课题来源于某企业，由山东理工大学导师给予。导师希望通过毕业设计，学生能够利用所学的知识，巩固学生的机械制造工艺学、机床夹具、金属切削机床、液压传动及控制、机床电气控制、数控技术等专业知识，提高学生的工作能力。希望能够做出来简单的机电一体化机械的设计。
8、1.2 课题研究的目的意义近些年来，国内外机床工业及其相关技术的发展十分迅速，以计算机数控（CNC）为特征的现代化机床在生产中广泛应用。在现代机械制造工业中加工机器零件的方法有很多种，如铸造、锻造、焊接、切削加工和各种特种加工等，但切削加工是将金属毛胚加工成具有一定形状、尺寸和表面质量的零件的主要加工方法，在加工精密零件时，目前主要是靠切削加工来达到所需要的加工精度和表面质量。所以金属切削机床是完成加工零件的主要设备，它的工作量能够约占机器的总制造工作量的 45%-65%，机床的加工工艺技术和精度直接影响到机械制造行业中的产品的质量保证和劳动生产率保证。我国的机床工业的发展是在新中国成立后开始
9、发展起来的。新中国成立后的 50 十多年来，经过改革开放的努力，我国机床工业在众多学者的帮助下吸收外国的先进技术前提下获得了迅速的发展。目前我国的机床工业布局还是很合理、还是很完整的机床工业体系,我国自从对外贸易开放以来以来，很多企业从国外引进先进设备和生产线进行改造。在借鉴引进技术的基础上发挥主管能动性，形成自己的风格，这些项目中，大部分项目对我国的经济建设有着相当重要的作用。我国的机床工业已经取得了巨大的成就，但与世界先进水平相比还相差很大一段距离在技术水平和性能方面差距差距也很明显，国内的产品质量与可靠性也不够稳定，机床理论和应用技术研究明显落后，人员技术素质还跟不上机床飞速发展的需要。
10、因此，我们机床工业面临着光荣而艰巨的任务，作为当代的大学生，我们是祖国未来的花朵，我们身上肩负着祖国的重任，我们必须发奋图强、努力工作，不断的壮大我们的队伍和提高人员的工作能力，学习国外的先进科学技术转换为自己所有，以便我们能早日赶上世界先进水平。齿轮是最常用的传动件，在现代各种工业部门得到广泛的应用。在科学技术不断发展的现代社会，对齿轮的精度要求也越来越高。齿轮的需求量也日益增加。这就要求机床制造业生产出高精度、高效率和高自动化程度的齿轮加工设备，以满足生产发展的需要。插齿机是用来加工内、外啮合圆柱齿轮的轮齿齿面，尤其适合于加工内齿轮和多联齿轮中的小齿轮，这是滚齿机无法加工的。插齿机广泛应用
11、于机床制造、 造船、 压力容器、 工程机械、 矿山机械、 电力、 桥梁建筑、 钢结构等行业中的齿轮制造。具有很高的效率和切割精度，而且它的操作方便,极大地改善劳动强度和劳动环境 ,广泛适用于各大、 中型企业的齿轮加工。本课题做的是 500mm 插齿机传动链，属于历史插齿机传动链，本课题借鉴吸收了 YM5150A 插齿机的一些技术和结构性能，力求做到本结构的简单合理，性能稳定。1.3 齿轮加工机床的发展现状及其趋势1.31 齿轮加工的方法制造齿轮的方法有很多种，虽然可以热轧、铸造或者冲压，但目前这些方法的加工精度还不够高。精密齿轮现在仍主要靠切削法。按照齿形的原理分类，切削齿轮的方法可分为两大类
12、：成形法和展成法。成形法加工齿轮有一个缺点-那就是精度低。成形法采用单分齿法，就是指加工完一个齿后退回，工件用余量分配盘进行分度，再加工下一齿。因此生产率不高。但是这种加工方法简单，不需要专用的机床，所以适用于单间小批量生产和加工精度要求不高的修配行业中。现在，圆柱齿轮和圆锥齿轮，蜗轮以及应用很少的非圆形齿轮的齿面加工已经成为现代工业生产中的一个重要的工序。齿轮加工工艺已经广泛应用于国民经济的许多领域。最近几年，我国的机械工业飞速发展，我们已经引进很多国外的先进技术，我国切割技术开发了很多新的工艺，甚至也利用了新能源。切割技术的发展早已实现了半自动化和自动化，使得切割技术可以代替许多机械加工，
13、大大节省了劳动力，提高了生产率。还可以提高金属材料的利用率。插齿机加工齿轮的方法是展成法。展成法加工齿轮，只要是相同模数的齿轮，不管齿数有多少都能加工，而且只用一把刀具。生产率和加工精度都比较高，可以将齿查到近轴肩处。在齿轮加工中，展成法应用最广泛。加工方法是刨削法和插削法。本论文介绍的插齿机传动链是在早期齿轮加工机床传动链的基础上结合近年来齿轮加工机床高速发展的技术特点，特别是 YM5150A 插齿机传动链的特点所设计出的一种插齿机传动链。1.32 插齿机的现状国外的先进国家中，齿轮越来越小，转速越来越高.现在已经开始研发特殊齿轮，还有安装齿轮的装置已经越来越先进，震动减小了，噪声也减小了.
14、通过提高渐开线齿轮的承载力，可以使齿轮装置变得越来越小。这些国家采用硬齿面技术，通过提高硬度减小了装置的尺寸值；也可以用特殊齿形，例如圆弧齿轮。现在船舶动力已采用中速柴油机，在许多大型船上采用大功率行星齿轮装置有很高的效率；在大型机械的大型传动装置中，都采用行星齿轮。精度等级与生产效率的提高很大程度上促进了齿轮制造工艺的发展。从1960 年到现在，齿轮的制造精度已经提高了 2 级左右，最高的达到了 3 级。低速齿轮的精度过去是 7 级，现在达到了 9 级。机床传动系统中的齿轮以前是 5级，现在提高到 6 级. 由于高性能滚齿机的出现和刀具的发展，大大提高了小模数中小规格齿轮的滚齿效率。如果用多
15、头的滚齿刀，能够提高窃谑速度到100m/s。假如采用超硬的滚齿刀加工模数 3 的调质钢齿轮，切削速度甚至可以达到度可达 200ms，由于受到插齿机刀具往复运动机构的限制，降低了插齿机的效率。近年来使用了静压轴承，刀架和立柱等新结构刚性得到提高后，提高了插齿机的插翅效率。新型插齿机呢，冲程数已经达到了 2000 多次min。齿轮用钢的发展趋势：一、用含 Ni、Cr 的低合金钢加工齿轮；二是硼钢；三、碳氮共渗用钢；四、易切削的钢。我国呢，很少见到 Ni、Cr，所以用20CrMnTi 渗碳钢和含硼加稀土的钢代替。大型机械就会用 18CrMnNiMo 渗碳钢和中碳合金钢。在机床这一行还是用 40Cr，
16、38CrMoAl 等钢；速度高的齿轮用氮化了的 25Cr2MoV 钢。插齿机分立式和卧式两种前者使用最普遍。立式插齿机又有刀具让刀和工件让刀两种形式。高速和大型插齿机用刀具让刀中小型插齿机一般用工件让刀。在立式插齿机上插齿刀装在刀具主轴上同时作旋转运动和上下往复插削运动工件装在工作台上作旋转运动工作台(或刀架)可横向移动实现径向切入运动。刀具回程时刀架向后稍作摆动实现让刀运动(图 1 立式插齿机(刀具让刀)或工作台作让刀运动。加工斜齿轮时通过装在主轴上的附件(螺旋导轨)使插齿刀随上下运动而作相应的附加转动。20 世纪 60 年代出现高速插齿机其主要特点是采用硬质合金插齿刀刀具主轴的冲程数高达
17、2000 次/分采用静压轴承(见液体静压轴承)和静压滑块由刀架摆动让刀以减少冲击。卧式插齿机具有两个独立的刀具主轴水平布置作交错往复运动主要用来加工无空刀槽人字齿轮和各种轴齿轮等。此外还有使用梳齿刀的插齿机工作时梳齿刀作往复切削运动和让刀运动工件作相应的转动并在平行于梳齿刀节线方向上作直线运动两者构成展成运动(见齿轮加工)工件的分齿是间歇的。1.33 各种类型的齿轮加工机床的特点及其应用情况1、插齿机插齿机由于它的传动系统的特殊性，加工内外啮合的直尺圆柱齿轮会比较方便，而且精度高。对于双联、多联齿轮加工更为方便，如果在插齿机的机床上装用一些特殊的专用装置以后，它也可以加工斜齿圆柱齿轮和齿条等特
18、殊的齿轮。这是目前较为普及的一种齿轮加工机器。2、滚齿机滚齿机(gear hobbing machine)是齿轮加工机床中应用最广泛的一种机床，在滚齿机上可切削直齿、斜齿圆柱齿轮，还可加工蜗轮、链轮等。滚齿机的加工方法是展成法，它可以加工直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、人字齿圆柱齿轮和蜗轮的齿轮加工机床。当使用特制的滚刀时，它也可以用来加工花键、链轮等许多具有特殊形状齿的工件。普通滚齿机的加工精度为 76 级(JB179-83),高精度滚齿机为 43 级。它的最大加工直径为 15.0m。特点：（ 1） 适 用 于 成 批 ， 小 批 及 单 件 生 产 圆 柱 斜 齿 轮 和 蜗 轮 ， 尚 可
19、滚 切 一 定 参 数 范 围 的 花 健 轴 . （ 2） 调 整 方 便 ， 具 有 自 动 停 车 机 构 （ 3） 具 有 可 靠 的 安 全 装 置 以 及 自 动 润 滑 滚 齿 机 (gear hobbing machine)是 齿 轮 加 工 机 床 中 应 用 最 广 泛 的 一 种 机 床 ， 在 滚 齿 机 上 可 切 削 直 齿 、 斜 齿 圆柱 齿 轮 ， 还 可 加 工 蜗 轮 、 链 轮 等 。在 汽 车 、 拖 拉 机 、 机 床 、 工 程 机 械 、 矿 山 机 械 、 冶 金 机 械 、 石 油 、 仪 表 、飞 机 航 天 器 等 各 种 机 械 制 造
20、 业 中 ， 都 有 插 齿 机 的 身 影 。 齿 轮 加 工 机 床 ， 顾 名 思 义 是 加 工 齿 轮 的 机 床 ， 包 括 圆 柱 齿 轮 、 圆 锥 齿 轮和 有 齿 的 工 件 。 由 于 加 工 方 法 有 很 多 种 ， 从 而 机 床 也 有 很 多 种 ， 有 加 工 几毫 米 直 径 的 齿 轮 的 小 型 机 床 ， 也 有 加 工 十 几 米 直 径 的 齿 轮 的 大 型 机 床 ， 还有 批 量 生 产 的 、 用 高 效 机 床 加 工 精 密 齿 轮 的 高 精 度 的 机 床 。3、 磨 齿 机磨齿机常用来对淬硬的齿轮进行齿廓的精加工，但也有直接在齿坏
21、上磨出轮齿的。由于磨齿能纠正齿轮预加工的各项误差，因而加工精度较高。磨齿后，精度一般可以达到 8 级以上。磨齿机通常分为成型砂轮法磨齿和展成法磨齿两大类。成形发磨齿机应用的较少，多说类型的磨齿机均以展成法磨齿。按成 形 法 加 工 的 成 形 砂 轮 磨 齿 机 的 砂 轮 由 成 形 砂 轮 修 整 器 在 轴 向 剖 面 内 修 成 齿形 ， 砂 轮 架 可 作 垂 直 方 向 进 给 。 可 修 整 成 与 工 件 齿 间 的 齿 廓 形 状 相 同 。 因 此这 种 磨 齿 机 的 工 作 精 度 相 当 高 的 。 但 是 这 种 磨 齿 机 通 常 用 来 磨 削 大 模 数 齿
22、轮 。此 机 床 的 运 动 比 较 简 单 。 用 展 成 法 原 理 工 作 的 磨 齿 机 ， 根 据 工 作 方 法 的 不 同可 分 为 连 续 磨 削 和 单 齿 分 度 两 大 类 。 连 续 磨 削 型 磨 齿 机 称 为 蜗 杆 砂 轮 型 磨齿 机 。 它 的 工 作 原 理 和 加 工 过 程 与 滚 齿 机 相 似 。 这 种 磨 齿 机 由 于 砂 轮 转 速 很高 ， 因 此 砂 轮 与 工 件 间 的 展 成 传 动 链 各 传 动 件 的 转 速 也 很 高 ， 采 用 机 械 方 式传 动 ， 则 要 求 传 动 元 件 必 须 有 很 高 的 精 度 ， 因
23、 此 ， 目 前 采 用 两 个 同 步 电 动 机分 别 传 动 砂 轮 和 工 件 ， 不 但 简 化 了 传 动 链 ， 也 提 高 了 传 动 精 度 。 因 为 这 种 机床 连 续 磨 削 ， 在 各 类 磨 齿 机 中 它 的 生 产 率 最 高 。 这 种 机 床 的 缺 点 是 ， 砂 轮 修整 成 蜗 杆 较 困 难 ， 且 不 易 得 到 很 高 的 精 度 。 单 齿 分 度 磨 齿 机 根 据 砂 轮 的 形 状又 可 以 分 为 蝶 形 砂 轮 型 、 大 平 面 砂 轮 型 和 锥 形 砂 轮 型 三 种 。 它 们 的 基 本 工 作原 理 相 同 ， 都 是
24、利 用 齿 条 和 齿 轮 的 啮 合 原 理 来 磨 削 齿 轮 的 。4、 锥 齿 轮 加 工 机 床有两种方法可以加工圆锥齿轮：成形法和展成法。我们把利用单片铣刀或者指状铣刀在卧式铣床上加工圆锥齿轮的方法称为成形法。锥齿轮的基圆直径是变化的，沿着齿线不断变小，从而法向齿形沿着齿线方向的不同位置是不同的，刀具形状是固定的从而导致加工齿形的精度变低。粗加工或精度要求要求高的场合成形法不实用。展成法广泛应用于锥齿轮加工机床中。这种方法可以看作一对啮合的锥齿轮其中一个齿轮当作成平面齿轮。14 总结概述从各种齿轮加工机床的应用情况来看，国内生产的齿轮加工机床的技术水平、整体性能等整体水平都逐渐与世
25、界上先进水平之间的距离越来越小，已经逐步满足的国内用户的需求，甚至部分先进水平的齿轮加工机床已经开始向国外进行出口，从而进一步提高了市场的竞争力度。国内的一些齿轮加工机床在许多方面已经形成了自身独有的特点，实现了自动化、多功能和高可靠性。在某些方面产品的技术性能甚至已经超过了国外的技术水平，达到了世界上一流的水准。从发展趋势上来看，齿轮加工机床的市场上插齿机将保持起独有的基本市场，数控齿轮加工机床市场将会在一定程度上增加。而数控滚齿机、数控插齿机、数控磨齿机、数控锥齿轮加工机床将会成为齿轮加工市场的主要力量。整个齿轮加工机床市场将会不断的扩大。提高齿轮加工机床操作系统的易用性；提高齿轮加工机床
26、的生产效率和产品质量；降低生产使用成本；提高齿轮加工机床的整机自动化水平及系统稳定性成为其技术发展的方向。机械部分的整体结构设计一、插齿机的传动原理图插齿机的加工原理类似一对啮合的圆柱直齿轮，一个是齿坯，另一个是插齿刀（端面具有切削刃的齿轮形刀具） ，按照展成法加工。插齿原理及插齿机传动原理图即下图所示。插齿刀的沿齿坯齿向的往复运动 A2 为主运动，由偏心轮的曲柄驱动，通过调整曲柄偏心距改变插齿刀的插齿行程；插齿刀往复运动 A2为间接动力源，驱动插齿刀旋转运动 B11 的传动链为圆周进给链，圆周进给量为 A2；插齿刀的旋转运动 B11 为间接动力源，驱动齿坯旋转的传动链为展成/r运动链，展成运
27、动链为内联系传动链，其传动联系为 zi0式中: 插齿刀、齿坯的齿数。z、0二、插齿机传动系统a) b)插齿原理及插齿机传动原理图a) 插齿原理 b) 插齿机传动原理图vifii本课题所设计的插齿机是在 Y5150A 基础上通过提高关键零部件的制造精度而成的。主要用于加工内、外齿的直齿圆柱齿轮、多联齿轮、轴齿轮。传动系统如图所示。1. 插齿机主运动链本课题设计的插齿机主电动机为 Y112M-4，额定功率 ，额定转速kW4，运动经同步带 传 递 到 离 合 器 YL1， 经 主 运 动 链 变 速 机 构 至 曲 柄 盘 ，min/140r带 动 插 齿 刀 轴 向 运 动 ； 由 粗 加工 变
28、为 精 加 工 时 ， 离 合 器 YL1 使 插 齿 刀 轴 向 运 动 速度 自 动 提 高 倍 。 主 运 动 链 传 动 路 线 为58.1301min/4rkW曲 柄 盘47/359/218/49插齿刀每分钟的上下往复次数，即冲程数为 47/359/1/2831/49010l大径向进给量粗加工时，离合器 YL1 的传动比 ，插齿刀每分钟的冲0/1Li程数列为 3259014680小径向进给量精加工时，离合器 YL1 的传动比 ，插齿刀每分钟的冲1/491Li程数列为 520302176即主运动链的变速机构共有两个变速组，形成六级插齿刀的轴向往复运动等比数列。2. 插齿机的圆周进给链 圆周进给链为外联系传动链，间接动力源是插齿刀的轴向往复运动，经圆周进给传动链变速组，链传动，交换挂轮 E、F 等，至蜗杆蜗轮副（传动比） ，蜗杆驱动蜗轮转动，实现插齿刀圆周进给。圆周进给传动链变速组可10/使插齿刀双向转动。圆周进给链传动路线为
