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平面二次包络环面蜗杆数控磨床研发

韩凯凯  
【摘要】:平面二次包络环面蜗杆是我国自主研发的新产品,具有较大的承载能力、较高的传动效率、较好的啮合特性等优点,被广泛的应用于高速、重载等场合。平面二次包络环面蜗杆的设计和制造十分复杂,生产过程中一些专用的机床设备也较为缺乏。因此导致了平面二次包络环面蜗杆较低的生产效率和较高的生产成本,这也进一步使得平面二次包络环面蜗杆副的推广和应用面临着诸多困难。目前,就平面二次包络环面蜗杆磨削加工设备的应用而言,还远没有达到较为普及的程度,国外虽然也有加工平面二次包络环面蜗杆的设备,但其结构复杂、价格昂贵,不利于平面二次包络环面蜗杆加工设备的推广;国内的很多加工设备还依然停留在对车床和磨床的改造上,专用设备十分匮乏,这也造成了在加工平面二次包络环面蜗杆时,经常出现加工精度较低、加工效率较低、设备故障率较高的情况,根本不能满足市场的需求。因此,平面二次包络环面蜗杆数控磨床的研发,对于改善平面二次包络环面蜗杆的加工现状,以及平面二次包络环面蜗杆副的推广和应用,都有着十分重要的应用价值和现实意义。本文在对平面二次包络环面蜗杆传统加工方法以及虚拟中心距加工原理分析的基础上,结合齐次坐标变换矩阵,建立了虚拟中心距加工原理的数学模型,并在此模型的基础上对平面二次包络环面蜗杆的啮合原理进行了研究,论证了平面二次包络环面蜗杆数控磨床研发的可行性;在前期理论分析的基础上,运用机械设计的理论和方法提出了平面二次包络环面蜗杆数控磨床的结构配置和运动配置方案,并在此基础上进一步提出了机床的总体布局和机床的总体结构设计方案,完成了机床虚拟样机的详细设计。在对机床的关键零部件进行详细设计时,着重对影响机床性能的主要零部件运用了有限元分析的理论和方法进行了优化设计,进一步提高了机床研发的可靠性。在平面二次包络环面蜗杆数控磨床的研发过程中,针对产形面到摆头回转工作台中心轴线距离过大,以及砂轮产形面上的磨削点到联动回转工作台中心轴线距离过大的两类难题,本文首次提出了砂轮倾角式磨头设计配合磨头内藏式的设计方案;对于砂轮修整及补偿方式提出了主轴平移修砂的设计方案。这些方案的提出,在理论上将产形面到摆头回转工作台中心轴线的最短距离降至为“零”,同时也使得砂轮产形面上的磨削点到联动回转工作台中心轴线的最短距离大大降低,解决了在磨削过程中,因联动回转工作台回转误差所造成的砂轮磨削区域形位超差的问题。本文研发的平面二次包络环面蜗杆数控磨床,在结构和功能上都实现了高精、高效的磨削要求,而且该磨床的结构紧凑、外形美观、操作容易、生产制造成本较低,加工能力上也能够满足企业生产磨削的需求。相信这款平面二次包络环面蜗杆数控磨床的研发一定会对平面二次包络环面蜗杆副的推广、应用和普及起到重要的作用!


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