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零传动滚齿机刀架部件设计技术研究

宋鹍  
【摘要】: 齿轮加工正朝着环保、高效、高精度及无屑加工方向发展,齿轮加工机床正朝着全数控、功能复合、柔性、自动化、安全性及网络化方向发展。传统机械式滚齿机传动结构异常复杂、传动效率低、传动精度差、磨损严重、切削速度低,在各方面都不能满足现代滚齿机的性能要求;普通全数控滚齿机虽然具有全数控化、柔性好、安全的特点,但是机械传动环节的存在始终限制其加工速度的提升,不能适应干式切削的需要。因此,国外的部分厂家从最近几年才开始研制“零传动”齿轮加工机床。零传动滚齿机突破了传统齿轮加工机床的结构设计原理,采用电主轴和内置力矩电机直接驱动滚刀旋转运动和工件轴旋转运动,是齿轮机床设计技术的重大变革。但国外零传动机床的售价很高(是一般数控机床的2~3倍),设计原理和技术资料严格保密,形成了技术垄断的局面。 为了打破国外的技术垄断,尽快提高我国齿轮加工机床的设计/制造水平,研究和开发高速、高精度零传动滚齿机是十分必要的。零传动滚齿机的研制基于零传动功能部件,由电主轴直接驱动的零传动刀架部件是研发的核心之一。 本文对刀架部件设计的关键技术进行了深入地研究,重点分析了影响主轴轴系性能的回转精度、静刚度、动态特性、温升和热变形四大因素。 在理论分析的基础上,对刀架部件进行设计。包括B轴电机和Y轴电机的动力参数设计,编码器选择,主轴支承的选用和配置设计,轴承刚度计算,轴承的润滑和预紧设计,电主轴转子和主轴过盈量设计,电主轴定子冷却系统设计,滚刀轴轴系动平衡设计,窜刀轴预拉伸结构设计、滚刀轴部件的锁紧设计等。 采用有限元方法,利用ANSYS软件对设计结果进行了有限元建模,并在此基础上对刀架部件进行了定量的静态特性分析,得到刀架部件滚刀轴轴系的静刚度,并定量分析了轴承刚度对轴系静刚度的影响。 采用有限元方法,在静态特性分析建立的模型的基础上进行了定量的动态特性分析。着重分析了滚刀轴轴系固有频率和振型以及对切削力的响应。定量分析了轴承刚度及支承跨距对固有频率的影响,设计出了最合适的支承跨距。


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