本章论述了国内外数控机床的发展现状，以及数控滚齿机国内的发展水平，指出开发设计数控滚齿机不仅是齿轮加工行业发展的的一种需求，而且也是数控技术和机电一体化技术相结合的必然产物，是制齿机床行业发展的一个方向，具有广阔的技术发展前景和市场拓展空间。
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2 总体设计
2.1 总体设计要求
为了使 YK3150数控高效滚齿机适合汽车尤其是重型汽车，工程机械，船舶工业等齿轮行业的需要,以满足 4—8 模数，一刀全齿深切削，稳定达到 GB10095—2001 的7级精度要求，YK3150E 数控机床主轴的各项性能指标必须达到下列设计要求：
1、滚刀主轴速度范围能适应采用单、双头或多头滚刀进行高速、高效滚齿加工。 2、为了达到高速、高效的滚齿要求，滚刀刀杆采用自动夹紧，自动放松，以及快卸螺母锁紧滚刀的刀架结构。
3、刀架主轴的轴承结构需采用高刚性，高精度方式，其主轴轴承采用高精度滚动轴承，主运动采用二级齿轮传动，未端应采用消除齿轮副间隙结构的传动，以保证切削刚性。
2.２ 数控滚齿机加工原理方案设计 2.2.1 普通滚齿机加工原理
滚切直齿圆柱齿轮的加工原理图
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普通滚齿机加工原理可用上图表示。根据展成法加工原理，滚刀转一转，工件必须严格地转 K/Z 转。其中 Z 为被加工齿轮的齿数，k 为滚刀的头数。从图 3.1中可以看出，必须保证 B1和 B2之间的严格传动比关系，这条传动链简称滚齿的内链。在图中该内链的传动路线为：B1—4—5—ix—6—7—B2(工件)。而形成直线导线的运动则是滚刀架沿工件轴线方向的垂直进给运动，即：工件—7—8—is—9—10—刀架升降丝杆—刀架。此外滚刀的旋转及调速由主传动链电机—1—2—iv—3—4—B1提供。因而要进行加工圆柱齿轮所需传动链至少有三个链，即一个展成运动内链，两个执行简单运动的外链。
2.2.2 数控滚齿机加工原理
数控滚齿机的加工原理图
数控滚齿机的加工原理方案如图所示，其内链 B1 与 B2 传动比关系仍然遵循展成法加工原理，但数控滚齿机严格传动比关系不是通过调整机械传动比来实现，而是通过数控技术的“电子齿轮箱”来严格保证，实现展成运动。“A”、“B1”、“B2”运动分别用单独的伺服电机进行控制，它们之间没有任何机械的联系，而由数控系统进行计算控制来实现滚齿展成加工。
2.3 主要性能参数的确定
要设计和开发具有高效性能数控滚齿机,必须对数控滚机的主要性能参数进行适当选取和科学的制定，这些参数包括：主轴最高转速、工作台最高转速、加工最大模数、快速进给速度等。合理选择和确定主要性能参数是决定数控高效滚
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齿机先进的技术水平重要指标，为此，必须对目前滚齿行业齿轮加工工艺进行必要的调研和科学的分析，并加以合理的确定。
根据调查，目前国内，以一汽大众，二汽东风神龙，大同齿轮厂，哈尔滨变速箱厂，杭州前进齿轮箱厂为代表的汽车制造厂家，因种种原因在齿轮加工工艺上仍较为落后，通常切齿速度大都在 60m/min 以下，个别企业的仅能达到 70~80m/min内，且轴向进给量最大均在 2mm/工作台转左右。难以满足因产品种数多，产品增加的需求，而且滚齿加工的单向精度和综合精度也仅能达到7~8 级(GB10095—88精度标准)，随着这些龙头企业产品不断升级，以及载重汽车和客车的需求量不断增加，以直径在 Φ200~Φ350mm、模数为 4～8 的齿轮需求量越来越多，齿轮加工的精度要求稳定在 6—7 级需求越来越多。且工程能力指数大于 1.33 的要求成为机床验收的重要指标，为此对机床的可靠性也提出更高的要求，国内现有的滚齿机难以达到这一切齿要求。因而设计开发数控高效滚齿机的参数，必须满足这一国内机床新的要求。介于本设计只对主轴部分进行设计,所以只对主轴最高转速进行确定。
2.3.1 主轴最高转速的确定
根据滚齿原理，滚刀主轴转速可按下式计算：
1000v ?D n?式中， n—滚刀的转速 （r/min） v—切削速度 （m/min） D—滚刀的外径 (mm) 故主轴最高转速nmax为
nmax?1000vmax
?Dmin根据前述分析，且结合目前齿轮滚刀湿式加工的最高切削速度范围80~120m/min，取Vmax?120m/min。
关于Dmin的选取，根据国标6083—85标准《齿轮滚刀的基本型式和尺寸》，以及德国DIN3968标准齿轮滚刀的尺寸中（见表），综合实际的加工考虑。我们取Dmin?70mm。
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