姚敏茹 羅希 韓小偉 袁佳麗

摘要：為解決金屬切削加工實(shí)驗(yàn)中展成法加工綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)備的不足，設(shè)計(jì)出一種齒條展成法加工與多種機(jī)構(gòu)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，其總體機(jī)械結(jié)構(gòu)主要分為三部分，主軸部分，刀具回轉(zhuǎn)部分和XY工作臺(tái)。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)簡單，適用于機(jī)械相關(guān)專業(yè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

Abstract： In order to solve the shortage of the comprehensive experimental bench equipment for generating method machining in metal cutting experiments.A rack generating method processing and a variety of mechanisms combined experimental teaching platform was designed. The overall mechanical structure of the platform is mainly divided into three parts， the spindle part， the tool rotary part and XY table. The experimental platform has the advantages of simple structure， convenient operation and relatively stable performance. The experimental platform has simple structure and is suitable for the experimental teaching of students majoring in mechanical engineering.

關(guān)鍵詞：齒條;實(shí)驗(yàn)臺(tái);傳動(dòng);齒輪

Key words： rack;the experiment platform;transmission;gear

中圖分類號(hào)：TG659? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）20-0077-02

0? 引言

齒條作為重要的傳動(dòng)部件，在機(jī)械、航空、儀表等行業(yè)廣泛應(yīng)用。齒條加工，在工業(yè)生產(chǎn)中非常重要，目前用于齒條加工的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備較少，利用教學(xué)設(shè)備僅能開設(shè)演示性的認(rèn)知實(shí)驗(yàn)，而使用工業(yè)生產(chǎn)的機(jī)床用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)達(dá)不到加工原理教學(xué)的目的。目前國內(nèi)用于教學(xué)的齒條加工實(shí)驗(yàn)臺(tái)有王柱人[1]等研發(fā)的齒條展成法數(shù)控加工實(shí)驗(yàn)臺(tái)，陳夢思[2]等研發(fā)的齒條數(shù)控加工工藝教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，王成[3]對漸開線斜齒輪展成加工的虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行了研究，劉媛[4]等對展成法齒輪加工進(jìn)行了模擬仿真研究，牟萍[5]等利用舊插齒機(jī)改進(jìn)設(shè)計(jì)了多個(gè)實(shí)驗(yàn)，滿足了實(shí)際教學(xué)需求。這些研究有的是虛擬仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)備，有的是理論上的研究，有的實(shí)物停留在實(shí)驗(yàn)室研究階段，設(shè)備沒有在全國大面積推廣應(yīng)用。因此開發(fā)一套以齒條加工為主要研究對象的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中有著非常重要的價(jià)值。

齒條展成法加工綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)是以齒條展成法加工原理為基礎(chǔ)，通過對典型或特定空間機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究分析，設(shè)計(jì)出能夠加工不同參數(shù)齒條的綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)集合了直齒輪、錐齒輪、蝸輪蝸桿以及凸輪，帶傳動(dòng)，鏈傳動(dòng)等機(jī)構(gòu)，以便于學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握展成法加工原理以及機(jī)械基本傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。齒條展成法加工綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)可演示加工原理，用于機(jī)電一體化課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，同時(shí)也可以作為機(jī)電類學(xué)生的課程設(shè)計(jì)及畢業(yè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)備;也可以為教師和相關(guān)科技人員開發(fā)機(jī)電產(chǎn)品提供實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。內(nèi)聯(lián)系傳動(dòng)鏈組成的傳動(dòng)系統(tǒng)可進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析實(shí)驗(yàn)、機(jī)構(gòu)簡圖繪制實(shí)驗(yàn)、運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)、運(yùn)動(dòng)合成與分解實(shí)驗(yàn)。通過實(shí)際加工齒條實(shí)驗(yàn)，并對所加工的齒條參數(shù)測試實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生復(fù)雜零件加工工藝的能力。利用該實(shí)驗(yàn)臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了齒條結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算及測量、加工工藝、機(jī)電控制等綜合實(shí)驗(yàn)的要求。

1? 工作原理

展成法的工作原理其實(shí)跟齒輪嚙合息息相關(guān)，等待被加工的那個(gè)齒條被稱為齒條毛坯，而另一個(gè)與之互相嚙合的齒輪被稱之為插齒刀，插齒刀運(yùn)動(dòng)方式是在齒條毛坯作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到切削齒條毛坯的目的。在切削過程中，插齒刀的主運(yùn)動(dòng)沿齒坯齒向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，經(jīng)由偏心輪的曲柄對其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，通過調(diào)整曲柄偏距來改變插齒刀的插齒運(yùn)動(dòng);驅(qū)動(dòng)插齒刀旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)鏈選用確定圓周進(jìn)給量的圓周進(jìn)給鏈。齒條安裝在XY工作臺(tái)上，進(jìn)行直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。

2? 實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)方案

為了有利于讓學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握展成法加工原理以及機(jī)械基本傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，確定實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)方案簡圖如圖1所示。電機(jī)驅(qū)動(dòng)帶輪，經(jīng)齒輪傳動(dòng)、錐齒輪傳動(dòng)、蝸輪蝸桿傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)將動(dòng)力傳遞到各個(gè)機(jī)構(gòu)中，偏心輪和曲柄滑塊完成插齒刀的主運(yùn)動(dòng)——沿齒坯齒向的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，蝸輪蝸桿完成插齒刀的旋轉(zhuǎn)。

選擇了型號(hào)為Y802-4的電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源，其額定功率和額定轉(zhuǎn)速分別為0.75kW和1390r/min。電機(jī)通過帶、直齒輪、錐齒輪把動(dòng)力傳遞到各級(jí)，其傳動(dòng)路線圖如圖2所示。從而實(shí)現(xiàn)各個(gè)機(jī)構(gòu)的功能。刀架是本實(shí)驗(yàn)臺(tái)核心的部分，實(shí)現(xiàn)插齒刀的循環(huán)運(yùn)動(dòng)和讓刀運(yùn)動(dòng)。

3? 實(shí)驗(yàn)臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

齒條展成法加工綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)傳動(dòng)鏈，實(shí)現(xiàn)插齒往復(fù)來去、插齒回轉(zhuǎn)、工作臺(tái)反轉(zhuǎn)、工作臺(tái)切向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的X軸和徑向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的Y軸。通過對傳動(dòng)鏈的合理布置，實(shí)現(xiàn)齒條展成法加工綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)的功能，其二維裝配圖如圖3所示。

插刀軸的切削運(yùn)動(dòng)主要是快速往復(fù)的上下運(yùn)動(dòng)，利用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)原理，帶動(dòng)插刀軸的上下運(yùn)動(dòng)。圓周進(jìn)給傳動(dòng)是步進(jìn)電機(jī)通過蝸輪蝸桿傳動(dòng)減速，帶動(dòng)主軸做圓周運(yùn)動(dòng)。

4? 試驗(yàn)臺(tái)的XY工作平臺(tái)設(shè)計(jì)

圖4所示為工作臺(tái)主要結(jié)構(gòu)，裝夾齒條毛坯的夾具裝夾在Y工作臺(tái)上，夾具在XY工作平臺(tái)驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)X軸和Y軸方向運(yùn)動(dòng)。其中X軸方向?qū)崿F(xiàn)分齒運(yùn)動(dòng)，分齒運(yùn)動(dòng)與主軸刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)插齒的展成運(yùn)動(dòng)，此處X軸運(yùn)動(dòng)速度和插齒刀刀刃處的線速度相等。X、Y軸采用滾珠絲桿螺母副，X、Y軸滑板采用線性滾動(dòng)導(dǎo)軌支撐。

5? 結(jié)論

齒條展成法加工綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)以插齒加工展開設(shè)計(jì)，設(shè)備的總體機(jī)械結(jié)構(gòu)主要分為三個(gè)部分：主軸部分，刀具回轉(zhuǎn)部分和兩軸工作臺(tái)。教學(xué)實(shí)驗(yàn)把帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)等機(jī)構(gòu)都設(shè)計(jì)在綜合實(shí)驗(yàn)臺(tái)內(nèi)部，以便于實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王柱人.齒條展成法數(shù)控加工實(shí)驗(yàn)臺(tái)的研究[D].華中科技大學(xué)，2009.

[2]陳夢思.齒條數(shù)控加工工藝教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的研究[D].華中科技大學(xué)，2013.

[3]王成.漸開線斜齒輪展成加工虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].化工高等教育，2020，37（06）：112-115.

[4]劉媛，李龍.基于OpenGL的展成法齒輪加工模擬仿真研究[J].通化師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2017，38（10）：68-70，74.

[5]牟萍，文亦驍，謝曉梅，俸培福.插齒原理機(jī)改進(jìn)及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2020，37（04）：110-113.