摘要：直線（xiàn）電動機技術的逐漸成熟，使得直線運動開始實現零轉動（dòng），即直接驅動。齒（chǐ）輪加（jiā）工機床傳動原理異常複雜、“內聯”傳動精（jīng）確度要求非常高，直至20 世紀90 年代以前國內都沒有“零傳（chuán）動”技術在齒輪加工（gōng）機床中（zhōng）成功應用（yòng）的先例。零傳（chuán）動高速滾齒機的關鍵設計技術包括：總體布（bù）局設計技術、速度匹配性設計技術、傳動係統設計技（jì）術、床（chuáng）身及排屑係統技術設（shè）計、滾刀主軸及工件主（zhǔ）軸直接驅動結構設計技（jì）術、直驅滾刀主軸（zhóu）及工件主軸編碼（mǎ）器選取技術，本文主要針對這六項關（guān）鍵技術進行分析（xī）與研（yán）究。
 
 

      前言

      齒輪是機（jī）械產品的重要基礎零件，在機床、汽車、農機、建築機械、工程機械、航空、兵器、工具等領（lǐng）域被廣泛應用，其（qí）質量、性能、壽命等直接影響到各類機械的質量。隨著汽車、機械、航天（tiān）等工業領域（yù）的不斷發展，對齒（chǐ）輪的要求也越來越高，同時齒輪的設計、加工、檢測的要求也相應（yīng）提高，齒輪的相關技（jì）術研究進入新的階段。

      1 、零傳動滾齒機及其關鍵技術的研究進展

      現階段，諸如美國Gleason-Pfauter、德國Liebherr、日本的三菱重工等（děng）國際著名的（de）齒輪加工機床生產廠家（jiā）都投入大量的人力、物力、財力研究零轉動技術在齒輪（lún）加工機床中的應用，這些廠家在自（zì）己新推出的產品中（zhōng）都應用了（le）零傳動技術，使得齒輪加工（gōng）機床的性能達到了新的高度。而目前國內鋸齒（chǐ）加（jiā）工（gōng）機床，在工作台直線移動方麵，采用數控驅動係統代替普通滾齒機的各種交換掛輪，驅動機床的運動部件上采用交（jiāo）流伺服電（diàn）機通過（guò）多對降速齒輪副和一對滾珠絲杠副；采用交（jiāo）流伺服電機通過2-3 對降速齒輪副（fù）來（lái）實現滾刀混轉運動；絕大多數齒輪加工機床仍采用多對高精度（dù）齒輪副和一對高精度蝸輪蝸杆（gǎn）服實現工作台回轉運動。

       2、 零傳動滾齒（chǐ）論機設計關鍵技術研究

      2.1 零傳（chuán）動滾齒機概述

      零傳動滾齒機是在滾齒機（jī）朝著全數控化、高速高精度、零傳動、綠色環（huán）保的發展趨（qū）勢下應運產生的，數控滾齒機（jī）同機械式（shì）傳動機在切削原（yuán）理方（fāng）麵相同，一是利用展成原理（lǐ）來加工，此方法適用於滾刀與工件（jiàn）齒（chǐ）共軛；另一方麵，全（quán）數控滾齒機的（de）各軸均（jun1）獨立伺服驅動，並可檢測反饋，可以加工圓柱體（tǐ）的等分與（yǔ）不等分槽，同時也（yě）可對於徑向進給和（hé）軸向進給實現差補運算控（kòng）製，使機床完成（chéng）小（xiǎo）錐度齒輪、鼓形（xíng）齒輪的加工。

       2.2 零傳動滾齒機需要（yào）研究的關鍵技術

      2.2.1 滾齒機床的（de）轉動係統

      傳統齒輪加（jiā）工機床運動關係複雜，在（zài）齒輪機（jī）床中包括（kuò）主（zhǔ）運動傳動鏈、展成分度鏈、差動傳動鏈、軸向進給傳動鏈（liàn）、徑向進給傳動鏈、切向進（jìn）給轉動鏈、刀架回轉運動鏈等。20 世紀80 年代初數控技術引（yǐn）入齒輪加工機床，使得齒（chǐ）輪加工機床的技術水平有了明顯的提高，同時，計算機（jī）技術的迅猛發展和高（gāo）精度、高速響應伺（sì）服係統的出現，讓全功能數控（kòng）齒輪加工機床已（yǐ）成（chéng）為國際市場上的主流產品。全功（gōng）能數控的齒輪機床的各軸進給運動、展成運動和差動運動均為數控的（de）。在滾刀和工作台之間采用電子齒輪箱，大大簡化了機（jī）械轉動結構，降低了傳動誤差。今年（nián）來國內外（wài）主要齒輪加工機床生產（chǎn）廠家都致力於縮短（duǎn）機（jī）床的傳動鏈。零傳動技術是（shì）機床設計和製（zhì）造技術的一次重大革新，它去掉（diào）一般數控滾（gǔn）齒機的高精度齒輪副或蝸輪副，采用內置主軸電機、內置力矩（jǔ）電機分別驅動，使機床的結構得到最大限度的簡化。

      2.2.2 滾刀（dāo）主軸-工件主軸速度

      衡量滾齒（chǐ）機性能的一（yī）個重要指標就是滾刀主軸和工件主軸速的高低。滾刀主（zhǔ）軸的（de）轉速、工作台主軸（zhóu）的轉（zhuǎn）速、軸向進給（gěi）速度、各直線坐（zuò）標及滾刀角度旋轉調整周的快速運動速度是最能體現（xiàn）高效加工（gōng）的機床參數。近幾年，隨著改善生態環境和實現清潔生產的呼（hū）籲，不使用切削液的幹（gàn）切（qiē）削得到廣泛推崇，國內（nèi）外主要的齒輪加工機床廠（chǎng）家也都大力開發數控高速幹切滾齒（chǐ）機，按目前的工（gōng）藝（yì），滾刀主軸的最高（gāo）轉速一般確定為4000rpm，最低轉速確定為550rpm。工件主軸轉速應與滾刀主（zhǔ）軸轉（zhuǎn）速（sù）相匹配。目前用戶（hù）加工齒輪的齒數範圍在6-100 齒以內，當滾刀主軸最高轉速達到4000rpm，此時的（de）工件主軸轉速應為400-5000rpm. 按加（jiā）工齒輪（lún）數為100，滾刀轉速（sù）為1000-1200rpm，此時的工件主軸轉（zhuǎn）速（sù）為10-12rpm，但（dàn）因為還要受到（dào）其他因素影響，確定工件主軸最低轉速為5rpm。

      2.2.3 床身及排屑係統

      床身是機床的基礎大件，具備高強度和剛度、較好的抗振性和熱穩定性是其結構設（shè）計中（zhōng）必須要做到的，現階段采取的（de）措施（shī）有鑄件采用全封閉截麵，合理布（bù）置內部隔板（bǎn）和肋條，導軌麵加寬等。相對而（ér）言，幹（gàn）切削機床則有更高的要求（qiú），如床身有足夠的剛性，結構簡單，加工方便，重量輕，排屑順暢，減少排屑過（guò）程中切屑傳給機床部件的熱量，保證熱（rè）平衡等。為（wéi）保證排屑暢通，需合理布置內隔熱板和肋條，盡量采用對稱設計，排屑橫槽設計在機床的加工區域左下方，鐵屑直接下落，可快速排出。

      3 、零轉動（dòng）滾（gǔn）齒機（jī）傳動精度研（yán）究

      齒輪加工的精度受加工機床的幾何精度、剛度、熱變（biàn）形、道具質（zhì）量及其安裝精度（dù）、機床傳動鏈條精度以及機床的扭振動力等特性影響，而其中其關鍵性作用的是機床傳動鏈的精度。所謂傳動精度就（jiù）是（shì）指傳動鏈中各環（huán）節精度對（duì）道具和工件間相對運動的（de）均（jun1）勻性和準確性的影響程度。要（yào）加工（gōng）出高（gāo）度精確的（de）齒輪，加工機（jī）床的道具與工作台之間（jiān）必須要有準確的速比關係，而機（jī）床的分度轉動時保證速比關（guān）係準確的重要（yào）因素。隨著數控技術的發展（zhǎn），電氣（qì）轉動代替傳動鏈來實現內聯動，這（zhè）大大縮短了傳動鏈的長度（dù），減少了轉動原件數量，提高了傳動的精確度，實現了齒輪加工機床的數控（kòng）化。在研究傳動（dòng）精度的時候，一定要注意機械傳動機構、伺服機構、數控內聯傳動等等（děng）這些方麵，把（bǎ）握好這些，才能真正提高滾齒機傳動精度。

      4 、零轉動滾齒機剛度研究

      剛度是表征物體抵抗變形能力的物理量。伺服係統有兩種不同的剛度，分別為機械係統（tǒng）的機械剛度和伺服係統的伺服剛度。機械剛度是指，機床彈性體產生單位變形量時所需要的作用力，它反映了機械元件抵抗變形的能力，如作用力為靜力（lì），則是機械靜剛度，如果作用力是交變力，則是機械動剛（gāng）度。伺服剛度是指伺服係統具有彈（dàn）簧那樣的剛性特性，如機械剛度一（yī）樣，伺服剛度也分為（wéi）動剛（gāng）度和靜剛度（dù）。其中提（tí）高驅動係統的動態伺服（fú）製（zhì）度對獲得高的加工精度尤為（wéi）重要。直接驅動電動機直接采用電動機與被驅動載荷相連，避免
了減速係統（tǒng）的彈（dàn）性和摩擦、間隙等因素的（de）影響，從而可以達到高精度的位置控製，另（lìng）一方麵，與傳統的帶有減速裝置的伺（sì）服電動機驅動係（xì）統相比，直接（jiē）驅動電動機驅動（dòng）係統的控製性更容易受到轉矩波動，大的轉矩波動會引起直接驅動伺服係統的控製性（xìng）能下（xià）降。因此在實際（jì）的應用過程中，要盡可能提高控（kòng）製係統的剛度，確保加工的穩定性，減少外界幹擾，保證伺服形同的穩定性。

      5 、結束語

      因傳動原理（lǐ）異常複雜，“內（nèi）聯（lián）”傳動精度要求非常（cháng）高，“零傳動”技術在齒輪加工機床中一直未得到廣泛應（yīng）用（yòng），即便“幹切削”、“高速切削”、“高精度切削”、“硬（yìng）齒麵切削”等現（xiàn）代加工工藝進入齒輪加工（gōng）領域的今天，“零傳動”齒輪加工機床（chuáng）依然售價很高，甚至很多國外的設計原理和技術資料（liào）都嚴格保密，形成技術壟斷。本文通過對零傳動滾齒機的（de）研究，就是希（xī）望能（néng）對國內“零傳動”滾（gǔn）齒機的研究（jiū）設計有所啟示，使國內在此領域的研究中有所突破。