1、eZA 蜗杆砂轮修整控制程序开发e（ee）指导教师：ee摘要 针对 ZA 型蜗杆磨削加工的精度要求，了解了蜗杆磨削加工的工艺过程，推导了蜗杆截面的数学方程；根据空间啮合原理，建立了磨削时蜗杆和砂轮的空间坐标系，进一步推导出了磨削阿基米德蜗杆时砂轮的数学模型和砂轮截面的方程；利用 MATLAB 软件对推导出的砂轮截面方程进行分析计算，得到了较直观的砂轮截面图形，并使用面向对象语言 VB 开发了刃磨 ZA 蜗杆时的 CNC 砂轮修整器控制程序。该软件能自动生成砂轮修整时的 CNC 程序，从而提高蜗杆的加工精度，操作简单，界面友好。 关键词 ZA 蜗杆；砂轮截形；CNC 代码；VB 编程eWheel
2、 dresser ZA worm control program developmentee（ee）Tutor: eeAbstract：Considering the requirements of grinding machining of ZA type worm, understanding the process of worm grinding worm section, mathematical equations derived; According to the theory of space engagement, established the spatial coordi
3、nates of worm and wheel grinding, deduced the equation mathematical model and grinding wheel grinding wheel grinding section of Archimedes worm; the grinding wheel cross-sectional equation was deduced from the analysis using MATLAB software, the grinding wheel cross-sectional graphics more intuitive
4、, and the use of CNC grinding wheel dressing device control program, the object oriented programming language VB grinding ZA worm. The software can automatically generate the grinding wheel dressing CNC program, so as to improve the machining precision, the worm has the advantages of simple operatio
5、n, friendly interface.Key words：ZA-worm ；Wheel truncate；CNC codes；VB Programe目 录引言 .11 绪论 .21.1 蜗杆传动的发展概况 .21.1.1 ZA 型蜗杆成形磨削技术研究现状 .21.1.2 CNC 砂轮修整器的研究现状 .31.2 本文主要内容 .32 蜗杆介绍 .42.1 蜗杆的分类 .42.1.1 阿基米德蜗杆 .42.1.2 法向直廓蜗杆 .42.1.3 渐开线蜗杆 .42.1.4 锥面包络圆柱蜗杆 .52.2 ZA 蜗杆的精加工 .53 ZA 蜗杆的数学建模 .63.1 蜗杆数学方程的建立 .63.
6、1.1 一般圆柱螺旋面的形成及其表达式 .63.1.2 一般螺旋面的法线表达式 .63.2 ZA 蜗杆啮合方程式的建立 .73.2.1 齿面啮合的计算 .73.3 与阿基米德螺旋面啮合的砂轮轴向截形 .8e4 砂轮修整器的介绍 .104.1 砂轮修整器的基本结构与工作原理 .104.1.1 砂轮修整器的基本结构 .104.1.2 砂轮修整器工作的一般步骤 .104.2 砂轮修整方法的选用 .114.3 修整方法与注意事项 .114.4 砂轮修整器的特点 .115 砂轮截型的 MATLAB 仿真 .125.1 砂轮轴向截型的理论计算 .125.2 砂轮轴线与蜗杆轴线的坐标变换 .135.3 砂轮
7、的轴向截型在 MATLAB 中的仿真 .146 砂轮修整器的自动化程序生成系统软件设计 .156.1 软件系统的开发环境 .156.2 主要模块和控件的添加 .156.2.1 主页进入模块的设计 .15e6.2.2 数据处理模块 .166.2.3 砂轮廓形坐标值的显示模块 .166.2.4 数控程序生成模块 .176.2.5 加工仿真模块 .176.3 加工仿真程序的编辑 .18总结 .19致谢 .20参考文献 .21附录 A .23附录 B.24附录 C.25附录 D .33e引言ZA 型蜗杆( 阿基米德蜗杆) 这种蜗杆，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
8、的平面上的齿廓(即轴向齿廓) 为直线，其齿形角 =20。它可在车床上用直线0刀刃的单刀(当导程角 3 时) 或双刀(当 3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。但 ZA 型蜗杆是目前应用非常广泛的一种等升距圆柱蜗杆，一般用于头数载荷较少转速较低的传动场合，此种蜗杆通常采用车床和铣床进行螺旋面的加工，有制造精度低效率低承载能力低寿命短等缺点，为了适应高精度分度蜗杆所要求的精度高寿命长的市场需求，提高蜗杆的齿面硬度和加工精度是一种有效的改进措施。因此，蜗杆的成形磨削就成为高精度蜗杆加工的最终加工方法。ZA 型蜗杆的精密磨削采用 CNC
9、 砂轮修整器得以实现，砂轮由专用的伺服电机驱动，金刚盘由三相交流电动机带动高速旋转，经过丝杠传递可以实现径向和轴向两个垂直方向的直线进给运动，完成砂轮的修型。CNC 砂轮修整技术的引入使高效精密的 ZA 蜗杆磨削成为可能。砂轮修整器是螺纹磨床的关键部件之一，其结构直接影响螺纹磨床整体结构和加工能力，CNC 砂轮修整器的开发与研制，拓宽了螺纹磨床的应用范围，提升了国产数控螺纹磨床的水平，满足了机加工领域广大用户的不同使用要求。同时，CNC 砂轮修整器也改变了传统螺纹磨床砂轮修整的方法，极大提高了螺纹磨床的加工精度和加工效率，特别是对于复杂螺旋面的磨削成为可能。本文我们主要介绍一种能用于螺纹磨床
10、CNC 砂轮修整器控制软件，能自动生成对应蜗杆的数控加工代码，在具有 CNC 砂轮修整器的螺纹磨床上实现 ZA 蜗杆成形磨削的方法，使整个加工过程更数字化，降低企业的生产成本。该方案对未来企业发展也具有更深远的意义。e1 绪论1.1 蜗杆传动的发展概况 蜗杆传动具有悠久的历史，可以追溯到两千年以前。大致在人类构思一般的齿轮的同一个时期就已构思蜗轮，很多人研究了各种形式的蜗轮蜗杆传动。从本世纪 20 年代起，蜗杆传动技术及其啮合理论得到了迅速发展。国内外广泛研究了蜗杆传动的共轭啮合原理，提示了很多新的矛盾，从而对已有的蜗轮蜗杆副进行了改造，提高了承载能力，使用寿命和传动效率，同时发明了很多新型的
11、蜗杆传动，如二次包络圆柱蜗杆副，偏置蜗杆副，圆弧圆柱蜗杆及其各种变态形式，为蜗杆传动技术的发展开辟了道路。50 年代初西德 Flender 公司把尼曼教授“凹面齿圆柱蜗杆副”的研究成果以“CAVEX”商标投放市场，60 年代日本三菱公司购进西德 “CAVEX”型蜗轮专利，从此两国对“CAVEX”型蜗轮蜗杆不断改进，水平不断提高，在国际市场上有较强的竞争力。 其加工工艺比较简单，大家比较熟悉，设计知识也容易掌握，所以在工农业生产中得到了广泛的应用。根据不完全的统计，目前普通圆柱蜗杆传动装置，大约占整个蜗杆传动装置的 80左右，每年生产的数量相当大，使用场合非常广，但由于普通蜗杆传动存在着一定的缺
12、点，影响使用效果。如何提高普通 圆柱蜗杆传动的承载能力、传动效率、使用寿命，具有非常重要的实际意义。为了进一步挖掘普通圆柱蜗杆传动的潜力，除了在工艺、热处理、材料等方面进行改进外，对普通圆柱蜗杆传动的啮合原理，还应该进行深入的研究。 在我国，从 60 年代初，开始对圆弧圆柱蜗杆传动进行研究，不仅在啮合理论上有了很大的进步，许多研究内容进入了交叉学科研究阶段，研究深度也有了更大的发展， 同时在理论研究和生产实际相结合方面也取得了可喜的成绩。首先是太原工学院、哈尔滨工业大学对该型蜗杆传动作了初步研究和实验。60 年代末，一机部委托天津市蜗轮减速机厂和西安重型机械研究所主办，并请天津市机械研究所、太
13、原工学院和全国有关工厂进行联合设计，完成了这种减速器的系列化工作，1 969 年颁发了一机部标准( 草案) ，在 1979 年颁发了一机部正式标准 JB231879。包络环面蜗杆传动近年来在我国发展十分迅速，其中尤其以平面一次包络和平面二次包络环面蜗杆传动最为突出。60 年代初，首钢在当时一机部机械科学院的协助下，在国内首次研制了“直平面一次包络环面蜗杆传动装置” ，并成功地应用于冶金、机床行业以后首钢又在此基础上研制了“斜平面一次包络环面蜗杆传动” ，1971 年我国冶金等部门又成功创制了平面二次包络环面蜗杆传动。该传动具有承载能力大、传动效率高和蜗杆可以磨削等优点，现已大量应用于冶金设备，
14、并在造船、采矿、机械、建筑、天文等各个行业中使用。80 年代，首钢又成功研制了“锥面二次包络九头环面蜗杆副” 。 现在随着材料技术、润滑技术、计算机技术的发展，大大促进了蜗杆传动技术的进步，诸多新型蜗杆传动相继问世，并在现代工业中广泛应用。目前，蜗杆转速可达 3000rmin，蜗轮转矩可达 2000kNm，圆周力可达 800kN，直径可达 2000mm 以上，中心距可达 1200mm，蜗杆头数可达13，能满足多种设备和不同工况条件的需要。 1.1.1 ZA 型蜗杆成形磨削技术研究现状ZA 型蜗杆的成形磨削常用工艺方法是采用手工靠模或特定的砂轮修整器将砂轮修成理想的截型，再用修整好的砂轮去磨削工
15、件以完成蜗杆的磨削加工与车削和铣削相比，成形磨削法具有以下优点: 具有极高的加工精度和良好的稳定性; 具有深磨削功能，可以实现高效生产和进行表面热处理，但是在磨削工艺中，理想的砂轮截面修型一直以来是制约蜗杆成形磨削精度和效率制约的瓶颈。因此就有学者引入了 CNC 砂轮修整技术，此技术的引用使高效、精密的 ZA 蜗杆磨削成为可能。针对 ZA 蜗杆在具有 CNC 砂轮修整器的螺纹磨床上实现高精度高效磨削加工过程，建立了 ZA 蜗杆磨削的数学模型，推导了砂轮截型的数学计算方法，通过实例计算验证了该方法的可行性该方法在螺纹磨床上实现了蜗杆成形磨削加工，在稳定蜗杆的加工质量，提高加工效率方面具有突出的优
16、点。 1.1.2 CNC 砂轮修整器的研究现状各 CNC 新产品均有各种不同类型及用途的修整器供用户选择,如金刚石滚轮修整器、钢滚轮修整器,单金刚石笔修整器以及 CNC 砂轮修整器。根据发展趋看 ,CNC 螺纹磨床普遍采用的是两坐标金刚石滚轮修整器,如 Matrix 公司、Reishaner 公司、Buderus-Lindner 公司以及 Klinglnberg 公司的最新 CNC 产品都是这样。Khnglnberg 公司 70 年代末开发的 HSS350CNC 蜗杆磨床采用的是三坐标单金刚石笔修整器,但新开发的 HNC35 系列蜗磨床也改用了两坐标 CNC 金刚石滚轮修整器,这样,一e般采用
17、一个六坐标控制系统的 CNC 机床则能将修整器运动一道并入机床自动循环中。Reishauer 公司、Buderus - Lindner。公司加工与修整数据共用一个 CRT，通过按键作用分别变换显示内容。Matrix 公司独特处在于主机与修整器各采用独立的数控系统,主机用 3G 系统,修整器用 Fanuc 系统,加工与修整各用一个 CRT 显示,但各种数据可借助接口实现两个系统之间的传送。Klingelnberg 公司 HNC35 系列蜗杆磨床也类似 Matrix 公司产品,其 CNC 两座标金刚石滚轮修整器有与主机数控系统独立的 CNC 系统,包括有自己的计算机、电机控制单元、外围设备接口、C
18、RT 以及键盘。1.2 本文主要内容下面我将说明本次毕业设计的说明书的主要内容：（1）、收集综合整理资料、系统地学习和研究，对蜗杆的砂轮修整器的软件开发进行了简要的介绍。（2）、介绍目前已经有的一些蜗杆的情况，把他们的分类，各自的特点以及各自的传动方式做了简要的介绍。（3）、对本次课题所要求的 ZA 蜗杆进行数学建模并进行计算分析。（4）、对现有的 CNC 砂轮修整器进行介绍。（5）、对与本课题相符合的砂轮进行建模分析与计算，推导出砂轮的理论廓形，并在MATLAB 中对齐进行仿真。（6）、对砂轮修整器进行自动化编程。e2.电机选择2.1 电动机选择2.1.1 选择电动机类型2.1.2 选择电动
19、机容量电动机所需工作功率为：；wdP工作机所需功率 为：wP；10FvPw传动装置的总效率为：；432传动滚筒 96.01滚动轴承效率 2闭式齿轮传动效率 7.3联轴器效率 4代入数值得： 8.09.09.6024321 所需电动机功率为： kWFvPd 5.118.略大于 即可。d选用同步转速 1460r/min ；4 级 ；型号 Y160M-4.功率为 11kW2.1.3 确定电动机转速取滚筒直径 mD50in/6.12506rvnw1.分配传动比（1）总传动比 62.1.54wmni(2)分配动装置各级传动比e取两级圆柱齿轮减速器高速级传动比 03.4.10ii则低速级的传动比 8.2.6012i2.1.4 电机端盖组装 CAD 截图图 2.1.4 电机端盖2.2 运动和动力参数计算2.2.1 电动机轴mNrkWnPTpmd81.6950i/42.02.2.2 高速轴
