展開圖法優(yōu)化設(shè)計(jì)插齒機(jī)螺旋導(dǎo)軌

郭校姝

摘要：插齒機(jī)的螺旋導(dǎo)軌是為了滿足客戶插斜齒需要而設(shè)計(jì)的部件，當(dāng)?shù)毒邔?dǎo)程很小時(shí)，螺旋導(dǎo)軌需要進(jìn)行特殊的計(jì)算，其結(jié)構(gòu)也需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。文章針對(duì)這種小導(dǎo)程刀具螺旋導(dǎo)軌的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：插齒機(jī)；插斜齒；螺旋導(dǎo)軌；螺旋角；展開圖法 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TG61 文章編號(hào)：1009-2374（2016）21-0037-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.21.018

插齒機(jī)插斜齒時(shí)除具備插直齒的所有運(yùn)動(dòng)外，還需在每沖程的運(yùn)動(dòng)中附加一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)斜齒插刀與被插齒輪的對(duì)嚙關(guān)系，完成斜齒工件插削。插外齒時(shí)刀具旋向與工件相反，插內(nèi)齒時(shí)旋向相同。

1 實(shí)際設(shè)計(jì)中遇到的問題

在螺旋導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)中，主要依據(jù)為用戶提供的刀具參數(shù)，刀具齒數(shù)Z，刀具模數(shù)Mn，刀具螺旋角β。

螺旋導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)過程：

根據(jù)客戶提供的數(shù)據(jù)計(jì)算出刀具導(dǎo)程T刀，所要設(shè)計(jì)的螺旋導(dǎo)軌導(dǎo)程T導(dǎo)要與刀具導(dǎo)程相等，方向相同。

繪制出展開圖如圖2，由公式可見當(dāng)導(dǎo)程T導(dǎo)越小，

β導(dǎo)越小，α也就越小。A尺寸也會(huì)變小，當(dāng)A小到不能滿足結(jié)構(gòu)要求值時(shí)，就需要對(duì)螺旋導(dǎo)軌的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

2 解決方案

上述公式中D尺寸為螺旋導(dǎo)軌外圓直徑，我們?cè)O(shè)計(jì)中常用的為Φ140外圓，當(dāng)遇到小導(dǎo)程螺旋導(dǎo)軌設(shè)計(jì)時(shí)，我們?yōu)樵龃螃恋慕嵌?，通?？紤]使用Φ130外圓設(shè)計(jì)。

圖2中通常情況下取，即180°弧長(zhǎng)，當(dāng)導(dǎo)

程很小時(shí)，D取Φ130仍不能滿足結(jié)構(gòu)需要，就需要將B的值縮小，相應(yīng)的可選取145°弧長(zhǎng)或者其他。

3 優(yōu)化設(shè)計(jì)舉例

通常情況下，我們遇到的導(dǎo)程應(yīng)用Φ140外圓都能夠設(shè)計(jì)出螺旋導(dǎo)軌，但是當(dāng)導(dǎo)程一定時(shí)，α越大，螺旋導(dǎo)軌副對(duì)于沖程力傳動(dòng)效果越好，主運(yùn)動(dòng)切削力的損耗越小，這才我們最終追求的目標(biāo)。

下文以左旋刀具導(dǎo)程為402.5462為例，設(shè)計(jì)螺旋導(dǎo)軌：

3.1 使用Φ140外圓設(shè)計(jì)螺旋導(dǎo)軌

圖3所示右下端出現(xiàn)尖角，通過作圖，可知此設(shè)計(jì)不能滿足結(jié)構(gòu)需要。

同時(shí)α=42.4662°，過小，而理想的α角度不小于44°，可見Φ140外圓的結(jié)構(gòu)不適用于設(shè)計(jì)該導(dǎo)程的螺旋導(dǎo)軌。

3.2 使用Φ130外圓設(shè)計(jì)螺旋導(dǎo)軌

使用Φ130外圓設(shè)計(jì)螺旋導(dǎo)軌，則，左旋：

可見這種設(shè)計(jì)也是不能夠滿足需要的，但是由于插齒機(jī)刀架球頭部分的結(jié)構(gòu)尺寸需要，螺旋導(dǎo)軌外圓不能夠小于Φ130。不過此時(shí)α=44.5859°，接近于45°，在這里我們發(fā)現(xiàn)應(yīng)用Φ130的外圓還是有設(shè)計(jì)的空間的，此時(shí)可使用上述提到的解決方法2，縮小B的長(zhǎng)度，達(dá)到設(shè)計(jì)目的。

3.3 優(yōu)化結(jié)構(gòu)完成設(shè)計(jì)

這里提到的B的長(zhǎng)度，通常情況下都是代表180°對(duì)應(yīng)弧長(zhǎng)，即活動(dòng)的導(dǎo)軌截面看上去外輪廓是一個(gè)半圓。要縮小B，就是要使截面看上去是小于180°的扇形。

如圖5所示，保證安裝尺寸C的前提下，適當(dāng)縮小B尺寸取B=164.1，約為145°角對(duì)應(yīng)弧長(zhǎng)。

3.4 三維驗(yàn)證

優(yōu)化、設(shè)計(jì)的最后一步，就是在三維軟件中按照計(jì)算結(jié)果分別對(duì)三個(gè)相關(guān)零件建模，最終裝配在一起，建立運(yùn)動(dòng)馬達(dá)，觀看效果，分析是否有干涉現(xiàn)象，對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。本例中的三維模型如圖6所示，可見本次優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果正確，優(yōu)化設(shè)計(jì)過程完成。

4 結(jié)語

螺旋導(dǎo)軌在插斜齒的運(yùn)動(dòng)當(dāng)中扮演著重要的角色，它在保證沖程往復(fù)運(yùn)動(dòng)下還提供了圓周轉(zhuǎn)動(dòng)的疊加，因此在其理論計(jì)算階段必須保證它的準(zhǔn)確性。本文上述提到的利用外圓展開圖計(jì)算α角，在實(shí)際設(shè)計(jì)也是行之有效的方法，當(dāng)?shù)毒邔?dǎo)程在500mm以上時(shí)，均可直接使用Φ140外圓結(jié)構(gòu)直接用此方法計(jì)算；而當(dāng)?shù)毒邔?dǎo)程在500mm以下時(shí)，就需要使用優(yōu)化的思想對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步的驗(yàn)證和改進(jìn)了。

在機(jī)床上疊加一套螺旋導(dǎo)軌由于其性價(jià)比高，是目前市場(chǎng)上應(yīng)用較為廣泛的插齒機(jī)加工斜齒輪的方法，但是由于螺旋導(dǎo)軌具有很強(qiáng)的針對(duì)性，通常用戶更換加工品種后就需要重新設(shè)計(jì)螺旋導(dǎo)軌，因此如果用戶只是實(shí)驗(yàn)性加工或者批量很小的零件加工，我們建議選擇帶電子導(dǎo)套的插齒機(jī)。

參考文獻(xiàn)

[1] 張端樂.Y58插齒機(jī)螺旋導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)與制造[J].機(jī)電，1979，（12）.

[2] 朱貴儒.斜齒輪插齒機(jī)傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及其仿真[D].武漢紡織大學(xué)，2012.

[3] 柴寶蓮.YK5120數(shù)控插齒機(jī)設(shè)計(jì)與研究[D].天津大學(xué)，2013.

[4] 汪晟.基于多體系的數(shù)控插齒機(jī)誤差補(bǔ)償技術(shù)的研究[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2013.

[5] 毛國(guó)進(jìn).高速插齒機(jī)靜壓主軸的設(shè)計(jì)及其仿真研究[D].華中科技大學(xué)，2008.

[6] 杜貴軒.插齒機(jī)主動(dòng)精度設(shè)計(jì)方法研究[D].天津大學(xué)，2010.

（責(zé)任編輯：蔣建華）