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摘 要

近年来，我国数控机床技术高速发展的同时，也带动了其功能部件尤其是数控刀架向高速、高精度的方向发展。而齿轮传动系是动力刀架的核心部件，齿轮传动系在刀架工作过程中可能会发生脱齿，振动，以及发出噪音，这会影响刀架的性能和可靠性。

本文以某Y轴数控动力刀架为研究对象，以研究其齿轮传动系的结构为目标，在综述了国内外数控动力刀架的研究现状的基础上，对其齿轮基本参数进行计算和强度校核，使用PRO/E对齿轮进行精确的参数化建模与齿轮传动系的运动仿真，可以使产品设计者及早发现问题并及时处理，提高产品设计效率，有着积极的现实意义。

关键词：齿轮传动系；PRO/E;参数化建模；运动仿真

Structure Design And Motion Simulation Of Servo Turret Carriage Gear System

Abstract

In recent years, with the development of CNC machine tools, its functional components, especially NC tool rest turret to high-speed, high accuracy of the direction of development. The gear transmission system is the core component of the NC tool carrier, When the turret is running, the gear transmission system may Take off, vibration, and noise, which will affect the tool performance and reliability.

This topic study on a Y axis servo turret and the research target is to study the structure of the gear transmission system , on research status were reviewed at home and abroad NC power tool based, calculation and strength check of the basic parameters of gear, using Pro / E accurate parametric modeling of gear and motion simulation of gear transmission system ,it can make product designers for the early detection of problems and timely treatment, improve the efficiency of product design, there is positive realistic meaning and economic value.

Key words: gear transmission system; PRO/E; parametric modeling; motion simulation

目 录

摘要 I

Abstract II

第1章绪论 1

1.1课题背景及意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.2.1国外动力刀架发展 1

1.2.2国内动力刀架发展 2

1.3动力传动系统研究现状 2

1.3.1机械动力传动概述 2

1.3.2齿轮传动系统概述 3

1.4本文设计的主要内容 3

第2章动力刀架传动系统整体设计 5

2.1初选传动方案 5

2.2动力刀架传动系统齿轮参数计算 5

2.3齿轮强度校核 6

2.3.1齿面接触强度疲劳校核 6

2.3.2齿根弯曲疲劳强度校核 9

2.4本章小结 11

第3章齿轮的参数化建模 12

3.1 PRO/E三维实体建模基础 12

3.1.1 PRO/E三维实体建模概况 12

3.1.2常用程序关系式 12

3.2齿轮的参数化设计 12

3.2.1直齿圆柱齿轮的建模 12

3.2.2直齿圆柱齿轮建模过程 13

3.3本章小结 22

第4章动力刀架传动系统运动仿真 23

4.1 PRO/E运动仿真概述 23

4.2齿轮传动系统运动仿真 23

4.2.1齿轮传动系统运动仿真设计思路 23

4.2.2齿轮传动系统运动仿真设计步骤 23

4.3本章小结 28

第5章结论与展望 29

5.1结论 29

5.2展望 29

致谢 30

参考文献 31

第1章绪论

1.1课题背景及意义

随着数控机床的发展，我国机械制造业发生了巨大变化。特别是高档数控机床，它的加工功能和加工质量都是普通机床无法超越的，它能促进我国现代化的进程 ^[1]。机床的性能及其在制造业中所占比例会影响一个国家的工业水平和综合国力 ^[2]。随着经济的发展，我国成为了数控机床的应用大户，我国数控机床的制造技术得到了长足进步 ^[3]。从2002 年起持续10 年我国成为机床消费的第一大国，工厂对中高档数控机床的需求量越来越多^[4]。数控机床由主机部分、控制部分和驱动部分等构成，其功能部件会左右数控机床的加工性能及可靠性^[5]。

数控刀架是数控机床的重要组成部件，其性能会影响机床的切削能力 ^[6]。数控刀架分为动力和非动力刀架。其中非动力刀架在国内成熟运用于普通车床。而我国对动力伺服刀架的研究尚处于起步阶段,因此设计生产出的产品不如国外。据统计,车削加工中心发生的大多数故障中都与刀架有关,因此,对动力伺服刀架进行可靠性设计就显得很是重要 ^[7-8]。

1.2国内外研究现状

1.2.1国外动力刀架发展

伺服刀架已经发展了三十多年 ^[9]。目前,德国、日本、意大利、英国等一些发达国家对动力伺服的发展已经成熟,如:德国的肖特、意大利的巴拉法等世界著名的刀架生产商,这些刀架生产厂家产品齐全，并且拥有世界一流的科研团队。例如德国肖特生产的刀架质量位列世界前茅 ^[10-12],其产品包括双伺服刀架、单电动刀架、动力刀架以及 B 轴刀架等^[13-15],可以满足绝大部分数控机床的要求。其皇冠刀架,能仅用一台高性能同步马达来驱动换刀与动力头旋转,刀盘可进行双向选刀,30°换刀时间可达 0.2 s,最多可以安装 8 个独立的动力头,动力头的最高转速为18000rpm,刀架的定位精度±0.002mm,重复定位精度±0.0008mm,由于采用液压三片齿离合器机构确保锁紧, 皇冠刀架换刀时没有刀盘抬起的动作,刀盘回转中心线与工作轴成 45°,保证了相邻刀具之间具有最大的空间。

20世纪80年代，美国，英国等国家开始对数控机床可靠性技术相关的研究。他们首先是对数控机床进行现场跟踪，收集大量的数控机床故障数据，从而建立了数据库，同时进行数控机床可靠性评价及故障数据分析软件的开发，对故障数据进行现场采集和分析处理，找到数控机床故障分布规律以及数控机床的薄弱环节，然后提高数控机床可靠性设计，从而实现数控机床的可靠性增长^[16]。在德国这个工业强国中，数控机床制造企业高度重视数控机床产品在售后的维修信息反馈和数控机床产品的故障数据分析，同时在数控机床产品的设计、制造及装配等过程中都有相应的可靠性保障体系，这些保障措施对提高数控机床的可靠性水平有着重要的意义。在英国，布拉德福大学的数控机床可靠性研究人员运用模糊数学理论对数控机床的故障数据进行相应分析和处理，解决了可靠性技术中的不确定性问题 ^[17-18];伯明翰大学的研究人员对机床进行跟踪试验，采集到l大量故障信息，为数控机床可靠性研究提供了数据信息^[19-20]。近年来，国外数控机床的可靠性技术发展迅速，逐渐从定性分析转变为定量计算，同时随着可靠性的计算机辅助分析技术的出现，使数控机床的可靠性和维修水平得到了大幅度提高^[21]。

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