吉林大学机械科学与工程学院

毕业设计开题报告

设计题目： GSM齿轮切削机床设计

题目背景和意义：

在现代机械工业生产中，齿轮传动系统是传动系统中最重要的传动装置，它在机械工业中起着非常重大的作用，而且应用相当普遍，在汽车、机床及各类机器中广泛使用。可以说，齿轮是机械工业的最基本象征。16xx年，渐开线齿轮研制成功，并且沿用至今。其作用不言而喻。而且，在齿轮的发展与应用中，也出现了其他更为复杂形状的齿轮。螺旋锥齿轮就是其中之一。

螺旋锥齿轮的发现与推出可以说是齿轮发展史上的一个里程碑。它的应用设计，加工制作等工艺过程便成为各国齿轮专家研究的焦点，并由此引发了现代齿轮啮合理论的讨论。我们都知道，直齿锥齿轮是锥齿轮中应用最广泛的，因为，直齿锥齿轮比较容易加工，但是直齿锥齿轮在传动过程中也有很多缺点，比如，传动不够平稳，承载能力不够高，传动噪音也很大，而且还容易引起传动冲击，因为在传动过程中直齿锥齿轮啮合齿数较少。针对直齿锥齿轮的这些弱点，螺旋锥齿轮应运而生。螺旋锥齿轮的齿是螺旋的，所以其啮合是从一端到另一端连续啮合的，同时轮齿的啮合重叠系数也增加，因此，在传动过程中对比直齿锥齿轮，传动更加平稳，有更高的承载能力，传动噪音也相对较小，传动冲击和振动也得到了很好的改善，大大提高了齿轮的传动寿命和可靠度。因此，在当今很多领域里，像飞机、船舶、坦克、汽车、机床等机密机械系统中，直齿锥齿轮被更为优势的螺旋锥齿轮所渐渐代替。所以说，螺旋锥齿轮在当今的精密机械系统中起着极其重要的角色，提高其加工精度和改善其制造工艺对现代机械工业有十分重要的意义。

国内外研究现状：

螺旋锥齿轮最早是由美国格里森公司提出的。后来螺旋锥齿轮的应用优势得到了很大的体现，在传动系统中，其良好的传动动态性能起着非常重要的作用。但是，其设计和制造技术一直以来是制造业的难点，同时也是各国齿轮专家讨论的热点。实现对螺旋锥齿轮高速、高效、高精度、数控化和柔性化加工是螺旋锥齿轮的发展方向。也就是说，如何提高数控螺旋锥齿轮机床的加工精度是目前研究的热点。但是，螺旋锥齿轮的几何特征，及其机床结构和加工过程都非常复杂，同时，加工所用的刀具，机床的参数等各种因素都会导致齿轮性能的改变，使得螺旋锥齿轮在设计和生产过程中的质量性难以保证。目前，在国外，也只有美国的格里森公司、瑞士奥利康公司拥有螺旋锥齿轮的加工技术，但是，两家公司都是技术保密不公开，因而也就形成了格里森、奥利康两种齿制。格里森齿制主要是双曲面圆弧收缩齿，采用单齿分度法加工；奥利康齿制是延伸外摆线等高齿，采用连续分度法加工。现在美日产品都装配格里森制齿轮，欧洲都装配奥利康制齿轮。随着科学技术的快速发展，计算机及微电子技术在齿轮设计，制造过程中广泛应用，效果显著。目前美国格里森公司采用的是自制的凤凰II型系列机床加工螺旋锥齿轮，这种全数控螺旋锥齿轮加工机床是一种五轴联动万能机床，可以加工各种齿制的螺旋锥齿轮，自动化程度和加工精度都非常高。与凤凰齿轮加工机床配套，格里森公司提出了先进的数字化螺旋锥齿轮制造技术——GEMS（格里森锥齿轮制造专家系统），它是一种基于计算机网络的一体化制造系统。

我国对螺旋锥齿轮的加工研究起步很晚，主要集中在格里森机床方面，仿造格里森螺旋锥齿轮。我国自制的螺旋锥齿轮加工机床大多都是仿造国外的先进机床，技术不够过关，使得机床传动系统复杂，误差大，各运动之间的调整复杂，严重导致齿轮加工质量和加工效率。先进的机床主要依靠进口，但价格昂贵，还对我国实行技术封锁。对我国的机床发展十分不利。所以说，我们国家的机床技术还十分落后，还需要很大的发展。这需要我们中华儿女的共同努力。

所选资料：1.《数控螺旋锥齿轮加工机床空间精度与加工精度关系的研究》 TH113.2 20xx年x月第36卷第4期

2.《螺旋锥齿轮技术的历史、现状和展望》 TG156 20xx年第3期（总第51期）

3.《先进螺旋锥齿轮弧齿加工工艺的探讨》 TG61 20xx年x月第525期

4.《新型螺旋锥齿轮加工机床》 宋金生

主要内容与待解决的问题：

随着计算技术在螺旋锥齿轮加工的应用，在齿轮设计、加工和检测等方面还有一些问题需要解决：

1.大型机械设备上用于传递大功率的巨型螺旋锥齿轮的设计和加工技术。这种大型的齿轮直径大多超过2米，对于传统刀具加工，不但不经济，而且刀具对机床本身的刚度、稳定性等方面有很大的要求。这类螺旋锥齿轮的设计和加工是必须研究的课题。

2.齿轮修型方面的研究。齿面在理论上的线接触对安装误差是很敏感的，并导致边缘接触，产生大应力集中和传动噪声。为克服这一缺点，螺旋锥齿轮的修型研究也必不可少。

3.误差补偿技术的研究。螺旋锥齿轮设计的局部共轭齿很难通过制造过程精度保证，各种加工误差和热处理变形等因素使得实际得到的齿轮和理论上的齿轮产生一定误差。因此需要对误差进行补偿，误差补偿技术的研究亟待解决。

4.齿面加载接触分析（LTCA）是齿面结构优化设计的重要依据。但是现有LTCA中齿面几何模型和接触力学模型的精确性和实用性还需要进一步明确和改善。

5.随着螺旋锥齿轮朝着高速、重载的方向发展，其传动系统的震动、噪声等问题日益突出，急需在螺旋锥齿轮震动与噪声的产生机理和消除方法上取得新的突破。所以，其研究也是必须研究的课题。

毕业设计主要的内容为设计用于新型螺旋锥齿轮齿面切削加工的机床。内容包括查阅资料，总体方案确定，选择运动机构，进行机械结构设计，完成运动和动力计算，绘制总装配图，零件工作图，设计电控原理图。本题目主要工作内容为工件轴与动力头设计计算。预期解决的问题很多，比如资料的收集与查阅问题、螺旋锥齿轮加工运动问题，方案确定问题，任务时间分配问题等等。

设计方法与实施方案：

首先尽量多的收集相关资料，查阅相关的知识文献，了解螺旋锥齿轮的加工过程和发展情况，确定出齿轮的加工原理，包括齿轮加工过程有几个运动及运动过程的相对性等，确定出最终的整体加工方案。然后选择各个运动的运动机构和机构设计，再通过参数要求计算出各个机构零件的动力计算。接着画出零件图、装配图、工作过程图，电控原理图等，最后写出设计计算说明书。

进度计划：

按照毕业设计的要求，进度计划安排的大体时间如下：

10/10/01—11/03/10 翻译外国英文专利 熟悉题目 收集资料 调研 钻写开题报

告

11/03/21—11/04/10 确定总体方案

11/04/11—11/04/30 确定各部分参数并绘制草图

11/05/01—11/05/30 绘制零件图和计算机绘图

11/05/31—11/06/10 撰写说明书

11/06/11-------- 准备答辩 答辩

参考资料：1.《数控螺旋锥齿轮加工机床空间精度与加工精度关系的研究》 TH113.2 20xx年x月第36卷第4期

2.《螺旋锥齿轮技术的历史、现状和展望》 TG156 20xx年第3期（总第51期）

3.《先进螺旋锥齿轮弧齿加工工艺的探讨》 TG61 20xx年x月第525期

4.《新型螺旋锥齿轮加工机床》 宋金生

5.《螺旋锥齿轮设计与制造的研究现状与展望》 TH123.421 樊红卫 谷雾红

6.《螺旋锥齿轮六轴五联动数控加工模型》 TG596 20xx年x月第39卷第10期

7．《螺旋锥齿轮设计与加工》 曾韬 哈尔滨工业大学出版社

8.《数控螺旋锥齿轮铣齿机床身设计》 王超俊 王卓亚 20xx年第17期

9.《CNC机床加工螺旋锥齿轮的展成原理分析》 TH132 20xx年第17卷第3期