螺旋锥齿轮因其具有结构紧凑、传动平稳,承载能力大等特点而被广泛应用于航空、汽车,机床等各个领域。但由于螺旋锥齿轮齿形复杂,制造工艺繁琐,加工精度很难满足要求。在工程实际中采用的近似齿形法加工出来的齿轮存在原理性误差,不能获得理想的球面渐开线齿形,因此缺乏互换性、传动精度差,不具备瞬时传动比恒定等性能要求。针对这一问题,本文设计了一种新型的齿轮切削加工机床,采用一种新的切削理论与加工方法,有效地解决了近似齿形加工法存在的问题。

1 机床总体设计

1.1 机床主要技术参数

      设计过程中,在保证机床良好工作性能、合理结构及经济性的前提下,充分考虑了被加工零件的形状、尺寸等问题对机床作了详细的分析,并确定机床的主要技术规格和参数。

1.2 主轴结构设计

      主轴是机床最主要的部件之一,其工作性能直接影响着零件质量和机床效率。因此主轴应具有良好的回转精度、较高的承载能力以及优越的抗振性。根据机床结构以及使用要求选取皮带式主轴结构,并考虑到主轴速度和结构刚度,采用主轴前端固定,后端浮动的支承方式,如图1所示。

1.3 摆动头结构设计

      机床通过手动实现分度,摆头可以在±120°范围内自由摆动,摆动头的结构如图2所示。

1.4.1 导轨选取

      机床导轨的质量优劣直接影响着机床的使用寿命和零件的加工精度。所以要求导轨具有导向精度高、摩擦阻力小,耐磨性好等特点。根据实际应用情况,本机床选择滚动导轨。

1.4.2 滚珠丝杠的设计

      根据机床工作条件以及丝杠相关参数的计算方法,求出各轴所选滚珠丝杠的规格参数。

1.5 机床的特点

      (1)加工精度高。各驱动轴的运动都采用闭环控制,从而提高了控制精度,减少了机床部件本身的加工误差对齿轮精度的影响。

      (2)进给系统响应时间短,速度快。进给系统采用滚柱直线型导轨,丝杠与伺服进给电机采用联轴器直联,缩短了响应时间,最大移动速度可达40mm/s。

      (3)适用范围大。通过对机床数控转台的不同组合,以及对主轴箱角度调整变换,该机床可以加工出大、小模数不同的螺旋锥齿轮,如果更换特殊刀具,还可以加工出特殊用途的齿轮。比如格利森制齿轮、准双曲线齿轮等。

2 机床有限元分析

2.1 建立三维模型

      利用Solidworks软件绘制机床各部分模型,并按连接关系组建机床的三维模型。

2.2 有限元分析

      首先进行网格划分,为符合整机结构特点,有限元各单元采用壳单元。然后对整机分别进行一阶、二阶、三阶、四阶和五阶模态分析。模态分析结果表明,所设计的机床结构合理,安全系数较大,强度能够满足在复杂工况下的加工要求。图3为该机床所加工的螺旋锥齿轮,符合技术要求。

3 结语

      本文通过对螺旋锥齿轮加工机床的研究,设计了一种新型的数控机床,以克服传统机床存在的问题。

      (1)优化了机床结构,合理布局,在满足其工作要求的前提下,降低了成本,提高了工作效率。

      (2)进给系统采用闭环控制,减小了误差,提高了机床的加工精度。

      (3)通过对虚拟样机的仿真分析,表明本机品精度高,满足使用要求,具有一定的实用价值。