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數控插齒機傳動鏈誤差對齒輪加（jiā）工精度的影響分析與研究

2019-9-9 來源：宜昌長（zhǎng）機科技有（yǒu）限責任公司作者：王曉麗

摘要:分析數控插齒機（jī）傳動（dòng）鏈誤差（chà）對齒輪（lún）加工精度的影響,對諸因素中傳動鏈產生的傳動誤（wù）差進行了具體的分析,對各種傳動誤（wù）差的產生來源及其傳（chuán）動鏈精度（dù）影響的大小進行了分（fèn）析從而找出減少加工誤差的措施, 提（tí）出（chū）了避免和減少誤差、提高插齒機傳（chuán）動鏈精度的方法和改進齒輪加工精度的措施（shī）。

關鍵詞:數控插齒機;傳動鏈誤差;加工精（jīng）度（dù）

0　引言

隨著機械工業的發展,目（mù）前各行各業對插齒機加工（gōng）精度的要（yào）求愈（yù）來愈高,插齒機傳動鏈精度（dù）問題亦就成（chéng）了數（shù）控插齒機設計與（yǔ）研究的重要課題（tí）之一。筆者就（jiù）數控插齒機的傳動鏈（liàn）精度對（duì）加工齒輪精度的影響方麵（miàn）來進行分析研（yán）究。

1　、數（shù）控插齒（chǐ）機傳動鏈誤差的概念與來源

齒輪的加工精度主要由傳動元件的運動精（jīng）度即插齒（chǐ）機的傳動鏈精度來實現。傳動鏈（liàn）是插齒機的重要組成部分,它具有傳遞運動、傳遞動力和傳遞（dì）誤差等功能。如何減少各種因素對加工精度的影響,就需提前考慮分析（xī）。

插齒機傳動（dòng）鏈一般由圓柱齒輪、錐齒輪、蝸輪、蝸杆、刀軸、絲杠與螺母等傳動元件組成,它們也是傳動誤差的來源,每一傳動鏈精度及其合成運動（dòng）精（jīng）度是齒輪加工精度的保證。數控插齒機內部傳動鏈中的傳動齒輪,一般均要求達到 6 級或更高精度等級,兩套蝸輪副的（de）精度一般均要求四級或更高精度等級。

用（yòng）漸開線法加工（gōng）齒輪等工件時,必須保（bǎo）證（zhèng）工件（jiàn）與刀具間有嚴格的運動關係,這種運動關係是由刀具與工件間（jiān）的傳動鏈來保證的,這種方法的加（jiā）工精度和生（shēng）產率（lǜ）都（dōu）較高。插齒機的主運動(刀具往複)是由主電動機的（de）轉動通過各傳動件傳給主軸,並帶動裝在主軸上的刀具上下往複運動,通過變頻器控製,改變主電機的（de）頻（pín）率，從而獲得（dé）不同的主（zhǔ）運動速（sù）度,實現主運動(如圖 1 所示)。主運動鏈的兩端件是主（zhǔ）電動機和主軸。可以用如下的傳動係統結構式,來表（biǎo）示（shì）主運動的傳動（dòng）路線：

圖 1　主運動的傳動路線圖

傳動鏈中的（de）各（gè）傳動元件,如齒輪、蝸輪,蝸杆、刀軸、絲杠等,因有製造誤差(主要是影響運動精度的誤差)、裝配誤差(主要（yào）是裝配偏心（xīn）)和磨損而破壞正確（què）的運動關係,使工件產生誤（wù）差。傳動鏈的傳動誤差是指內部傳動（dòng）鏈中首末兩端傳動元件（jiàn）之間相對運動的誤差。它是按展成原理加工齒輪時影響加工精度的主要因素。

2　、數控插齒機傳動鏈誤差分析

傳（chuán）動鏈誤差（chà）一（yī）般可用傳動鏈末端元件的轉角誤差來衡量。由於各傳動件在傳動鏈中所處的位（wèi）置是不同的,其影響傳動精度的大小也不同。例如,當傳動（dòng）鏈是（shì）升速傳動,則（zé）傳動元件的轉角（jiǎo）誤差將被擴大;反之轉（zhuǎn）角誤差將被縮小。

(1) 數控插（chā）齒（chǐ）機主要是由各種傳動傳動元件組成（chéng）不同的傳動鏈,再由幾個傳（chuán）動（dòng）鏈的合成運動實現齒輪加工,最終通過（guò）末端（duān）刀具與工件間的運動來保證齒輪加工精度。假設插齒（chǐ）機 C1 軸(工（gōng）作台) 傳（chuán）動鏈（liàn）的末端轉角誤差（chà）為△ ¢ 1,C2 軸(刀（dāo）架體) 的末（mò）端轉角誤差為△ ¢ 2,則根（gēn）據△ ¢ 1、△ ¢ 2 誤差的大小與（yǔ）正負,所得的合成運動誤差（chà）是不相同（tóng）的,當△ ¢ 1、△ ¢ 2誤差方向相（xiàng）反時,則對齒輪加工精度的影響（xiǎng）最大。

機床傳動鏈傳動誤差的檢測方法（fǎ）有間接法和直接法兩（liǎng）種,下麵（miàn）是用直（zhí）接法（fǎ）利用傳動（dòng）鏈檢測儀（yí）模擬加工狀（zhuàng）態對某台插齒機刀（dāo）架體、工作台蝸輪副傳動鏈（liàn）進行檢測的檢測圖形,如（rú）圖（tú） 2

所示。

圖 2　蝸輪副傳動誤差圖

由圖可見在（zài） 120 采樣點處有一固定高點,將兩套蝸（wō）輪副(刀架、工作台蝸輪副)拆下後, 利用 HS-900對工作台蝸輪進行檢測,檢測結（jié）果,如圖 3 所示。

圖 3　蝸（wō）輪檢（jiǎn）測圖

C1 軸(工作（zuò）台) 回轉精度蝸（wō）輪表現有一個（gè）齒的偏差較大,在周節累積、偏差曲線上明顯呈周期性波形誤差（chà）。通過特征（zhēng）頻率查找傳動鏈中各誤差源的部位,經過分析,此台插齒機短周期（qī）誤（wù）差的誤差源（yuán）為工作台（tái）蝸輪,蝸（wō）輪齒麵有高點和磕傷,蝸輪下端有毛刺。

(2) 在加工（gōng）齒輪（lún）的循環過程中,伺服電（diàn）機的（de）聯動是（shì）按照加工程序裏所寫的步驟一步一步的來（lái）實現的C2 軸(刀架體刀軸)旋轉的度（dù）數等（děng）於 C1 軸(工作（zuò）台)旋轉（zhuǎn）的度數乘以工件齒數與刀（dāo）具齒數的比值。

但（dàn）在實際的加工過程中,伺服電機本身的運動特（tè）性就（jiù）存在誤差,電機旋轉帶動工作台的旋轉和刀軸的（de）旋轉會出（chū）現偏差或不穩定,這樣會形成在加工過程中加工精度有切削振紋或（huò）表現為單齒距偏差比較大,齒輪綜合精（jīng）度達不到要求。

利用英國（guó）雷（léi）尼紹(Renishaw) ML10 激光幹涉儀分別對 C1 軸(工作台)、C2 軸(刀架刀軸) 兩套傳動鏈分別進行測量,從而分析整個傳動鏈上各元件的綜合誤差。

如圖 4 所示為激光幹涉儀對（duì）刀架（jià）體的檢測結果、其定位誤差較大,由圖可看出在 0° ~ 360°區間,分別出現一個高點( 在 90° 時)、一個低（dī）點( 在 150°時),根據（jù）曲線（xiàn）呈現出的規律分析,由於裝配誤差造成刀架蝸（wō）輪副轉動偏心或（huò）蝸輪（lún）副本身（shēn）存在誤差。

圖 4　利用 ML10 激光幹涉（shè）儀對（duì） C2 軸的檢測圖

(3) 在齒輪加工（gōng）完成退刀的過（guò）程中,由（yóu）於前麵的因素,另外還有電機在加工完畢時,是（shì）一個運動減速的過程, C2 軸(刀軸)和 C1 軸(工作台)停止旋轉是否同時進行,假若停止的（de）時間或是停止的位置（zhì）不同步(比如某個軸的阻力偏大),從而（ér）造（zào）成一個軸旋轉的度數在實際過程中相（xiàng）應的與另一（yī）個軸的旋轉度數比例有細小（xiǎo）的差別,即前麵提到的傳動鏈轉角（jiǎo）誤差,從而也會導（dǎo）致切（qiē）削精度誤差,影響齒輪的加工精度。

3　、減少數控插齒機傳動（dòng）鏈誤差的措施

從上麵的分析可以看出傳動鏈的兩個末（mò）端（duān）的轉角誤差對加工（gōng）精度至關重要（yào）。數控插齒機（jī）主要是由幾（jǐ）個傳動鏈的（de）合成運動實（shí）現齒輪加工的,通過刀具與工件間的傳動鏈來保證齒輪加工精度（dù）,為了獲得正確的分齒精度,必須保證每一傳動鏈精度及其（qí）合成運動精度。這就為我們（men）研究如何（hé）減少插齒機傳（chuán）動鏈誤差,提高（gāo）加工精度指明了方向。

(1) 盡可能減少傳動（dòng）元件的數量,縮短傳動鏈,盡量采（cǎi）用直聯,即主運動電機、蝸（wō）輪副直聯的形式進行驅動。

(2) 提高每個（gè）關鍵傳動元件的精度,減少各傳動元件裝配（pèi）時的幾何偏心,完善蝸輪副的裝（zhuāng）配工藝和作業指導書,提高裝配精度（dù）。

(3) 提高傳動鏈關鍵部（bù）件及末（mò）端件的製造（zào）精度（dù）。在一般降速傳動鏈中（zhōng）,末端（duān）元件的誤差（chà）影響最大,特別對於數控插齒（chǐ）機來說本身屬於內聯係傳動（dòng）鏈,傳動鏈的兩個末端轉角之（zhī）間有嚴格的比例關係要求,工作（zuò）台(或刀架) 蝸輪不（bú）能存在較大累積誤差,故插齒機的分度蝸輪、刀軸（zhóu）的精度就應最高。也可采用轉台軸承減少摩（mó）擦力,提高工作（zuò）台壽命和傳動（dòng）平穩性。

(4) 從優化電（diàn）機運動特性入手,采取誤差補償（cháng）。調整電機運動參數（shù）,從而使電機的運動定位和電機間的聯動（dòng）性能得到更（gèng）好的提升。在確（què）保插齒機幾何精度合格,裝配完整的情況下（xià）利用英國雷尼紹( Ren-ishaw) ML10 激光幹涉儀自動誤差補償軟件進行（háng）自動誤差（chà）補償。

誤（wù）差補償的（de）實質就是在原（yuán）傳（chuán）動鏈中人為地加入一誤差,其大（dà）小與傳動鏈本身的誤差相等而方向相反，使之相互抵消,從而提高傳動鏈的合成運動（dòng）精（jīng）度,到提（tí）高齒輪加工精度的目的。

4　、結論

在分析數控插齒機傳動鏈影響齒（chǐ）輪加工精度的（de）基（jī）礎上,通過數控（kòng）插齒機傳（chuán）動鏈誤差對齒輪加工精度的影響,找出進一步改善單個傳動鏈與傳動鏈合成運動精度的一些方法與措施,

達到了提高齒輪加工精度的目的,對解決齒輪實際加工精度的問（wèn）題有重（chóng）要意（yì）義。

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