高相云

齒面展成及加工精度控制的方法一直是該領(lǐng)域的研究重點。本文將基于螺旋錐齒輪齒面結(jié)構(gòu)及其工藝特點，結(jié)合齒面展成技術(shù)及理論進行分析，探討齒面質(zhì)量的檢測與修正措施，進一步研究齒面精度中數(shù)字化閉環(huán)控制。

關(guān)鍵詞：螺旋錐齒輪;齒面展成;加工精度;

螺旋錐齒輪的齒面精度是保證機械產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵，對于產(chǎn)品效率、傳動精度、噪聲及使用壽命等性能都有重大影響。而其齒形復(fù)雜且精度要求較高，加工工作較為困難，因此改善螺旋錐齒輪齒面加工精度以及嚙合質(zhì)量成為了制造齒輪的關(guān)鍵問題。

1.齒面結(jié)構(gòu)及相關(guān)工藝特點

螺旋錐齒輪的齒面幾何特性是極其復(fù)雜的，工藝性非常強。從數(shù)學(xué)理論層面而言，即使已知錐齒輪的模數(shù)、壓力角、螺旋角及齒面接觸區(qū)等要求，錐齒輪的齒形也無法完全確定。因為在一定空間內(nèi)，錐齒輪的齒面可以有無數(shù)種嚙合情況，所以加工參數(shù)復(fù)雜。由此可見，螺旋錐齒輪的幾何計算參數(shù)、加床結(jié)構(gòu)等都十分復(fù)雜、繁瑣。而與之相應(yīng)產(chǎn)生的齒面展成技術(shù)、檢測技術(shù)、修正技術(shù)等都比一般類型的齒輪要落后的多。制造螺旋錐齒輪的相關(guān)工藝有以下幾個特點：

（1）參數(shù)的設(shè)計過程類似于數(shù)學(xué)計算，需要許多的假設(shè)、預(yù)設(shè)及兩層迭代計算為求解基礎(chǔ)，且求解過程極其復(fù)雜，難以理解。

（2）螺旋錐齒輪的節(jié)錐線呈圓弧縮齒形，因此加工齒輪所需的刀盤軸線是無法平行的，只能采取“局部共軛原理”進行加工。

（3）輪坯與銑刀盤之間除了有傳動鏈、展成鏈和分齒機構(gòu)以外，還具有變性、刀傾等機構(gòu)，因此機床結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。

（4）加工輪齒的方法有兩種形式，第一種是大齒輪進行雙面法加工、小齒輪進行單面法加工;第二種是大小齒輪都進行單面法加工。當(dāng)采用第一種方法時，大齒輪的輪齒兩側(cè)刀盤半徑不同，且中心點處的螺旋角不同，大齒輪的底槽會導(dǎo)致小齒輪底槽的刀盤錯刀距離過小，影響刀具的強度和壽命;第二種方法加工齒輪不會出現(xiàn)以上情況，但是加工效率比較低，并且要經(jīng)過各種切齒修正計算，才能保證嚙合正確。

（5）刀盤軸線只有垂直于被加工齒輪的根錐，才能使齒根曲面展成正確，因此修正刀齒的齒形角，使其對稱于節(jié)線，但這也會導(dǎo)致刀盤的規(guī)格和數(shù)量增多。

2.齒面展成技術(shù)及理論

隨著螺旋錐齒輪加工機床制造技術(shù)的不斷提高，螺旋錐齒輪齒面展成技術(shù)及成形理論也不斷完善，因此螺旋錐齒輪加工機床的發(fā)展與其齒面展成技術(shù)是密切相關(guān)的。當(dāng)前，螺旋錐齒輪加工機床及其齒面展成技術(shù)分為傳統(tǒng)機械銑齒機床及其加工技術(shù)與現(xiàn)代數(shù)控銑齒機床及其加工技術(shù)兩個階段。我國從1954年開始就將格里森公司推出的NO.116型機床作為齒輪制造企業(yè)的主要設(shè)備。傳統(tǒng)加工機床的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，由于傳動鏈較長，容易導(dǎo)致在齒輪加工的過程中產(chǎn)生質(zhì)量問題;并且其加工批量小，在加工參數(shù)不同的輪坯時還需要經(jīng)過反復(fù)調(diào)整，加工周期較長。隨著計算機技術(shù)、齒輪加工及成形技術(shù)、數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展，螺旋錐齒輪的齒面展成技術(shù)及加工精度控制技術(shù)逐漸得到較大進步。其加工機床也由傳統(tǒng)的機械銑齒機床換成了現(xiàn)代數(shù)控銑齒機床。格里森公司為精確加工弧齒錐齒輪和準(zhǔn)雙曲面齒輪，研發(fā)出Phoneix Ⅰ、Ⅱ系列的數(shù)控銑齒機和磨齒機，我國天津精誠機床股份有限公司、湖南中大創(chuàng)遠數(shù)控裝備有限公司等企業(yè)也相繼研制出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的CNC螺旋錐齒輪數(shù)控銑齒機和磨齒機。

現(xiàn)代數(shù)控銑齒機床的水平導(dǎo)軌和垂直導(dǎo)軌代替了傳統(tǒng)機械銑齒加床的搖臺和偏心機構(gòu)，并以伺服電動機中的直接驅(qū)動代替了原來的傳動鏈、傳動齒輪、交換齒輪，使機床結(jié)構(gòu)更為精簡。其數(shù)字系統(tǒng)更能夠有效控制各軸的精確度，使齒形精度和齒面質(zhì)量都得到提高，實現(xiàn)了齒面加工精度控制。數(shù)字化的切齒加工能夠?qū)X面幾何精度與數(shù)控的高精運動結(jié)合起來，有效控制加工精度與嚙合質(zhì)量。

3.齒面質(zhì)量檢測、修正

隨著機械制造技術(shù)的不斷發(fā)展，具有速度快、可靠性強、噪聲小、成本低、重載等高品質(zhì)的螺旋錐齒輪制造成為了齒輪制造行業(yè)的追求目標(biāo)。齒面質(zhì)量的檢測是控制螺旋錐齒輪齒面幾何精度的關(guān)鍵，目的是依據(jù)齒面檢測信息反調(diào)修正數(shù)控機床運動參數(shù)，將齒面偏差達到最小化。20世紀(jì)90年代末期，出現(xiàn)了錐齒輪測量中心，能精密測量螺旋錐齒輪等各種復(fù)雜形狀工件，實現(xiàn)了齒面幾何精度的數(shù)字化控制螺旋錐齒輪的加工精度及質(zhì)量。通過數(shù)字化測量及分析螺旋錐齒輪齒面幾何偏差，并根據(jù)偏差信息對機床的運動參數(shù)進行修正，并依據(jù)其修正數(shù)據(jù)對數(shù)控機床進行加工修正，通過調(diào)整機床誤差降低機床加工對螺旋錐齒輪齒面幾何精度造成的影響，能有效提高螺旋錐齒輪的齒面加工質(zhì)量。

4.齒面精度中數(shù)字化閉環(huán)控制

國內(nèi)許多齒輪制造企業(yè)為了使齒面加工質(zhì)量和精度能夠得到提高并縮短加工周期，除了引進國外先進的銑齒和檢測等設(shè)備以外，還自主研發(fā)了發(fā)亮數(shù)控加工設(shè)備和檢測設(shè)備，并靈活應(yīng)用于螺旋錐齒輪的生產(chǎn)中。為了節(jié)省昂貴的設(shè)備進口費用，充分利用國內(nèi)現(xiàn)有的齒輪加工和檢測設(shè)備，利用數(shù)字化閉環(huán)控制系統(tǒng)，以齒面偏差的數(shù)字化檢測和修正為基礎(chǔ)，實現(xiàn)齒面加工精度的有效控制以及成為了現(xiàn)代螺旋錐齒輪制造技術(shù)的關(guān)鍵問題。從齒輪制造技術(shù)的現(xiàn)狀來看，螺旋錐齒輪的加工是集“輪坯設(shè)計—加工—檢測—調(diào)整修正—再加工—合格齒輪產(chǎn)品”的數(shù)字化閉環(huán)制造全過程。數(shù)字化閉環(huán)制造控制技術(shù)，就是通過中心計算機，將螺旋錐齒輪的數(shù)字化檢測與加工技術(shù)有效結(jié)合，組成具有自動反饋、修正等功能的螺旋錐齒輪齒面閉環(huán)加工控制技術(shù)。該技術(shù)能充分利用計算機精密的檢測功能與數(shù)控機床高效的加工及修正功能，將齒面加工精度、嚙合質(zhì)量及生產(chǎn)效率大大提高。

5.結(jié)束語

現(xiàn)代化螺旋錐齒輪的制造技術(shù)能將數(shù)控展成、數(shù)字化檢測及修正等技術(shù)有效結(jié)合，構(gòu)建出數(shù)字化閉環(huán)制造控制技術(shù)，避免了傳統(tǒng)制造模式的繁瑣過程，大大提高了齒面加工效率及進度。

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