盧剛

（陜西法士特集團(tuán)公司 陜西寶雞 722409）

數(shù)控滾齒機(jī)順銑掉角問題探討

盧剛

（陜西法士特集團(tuán)公司 陜西寶雞 722409）

在滾齒加工中常常會(huì)因?yàn)楦鞣N各樣的原因使加工出來的齒輪產(chǎn)生各種誤差，包括齒圈徑向跳動(dòng)誤差（幾何偏心）、公法線長(zhǎng)度偏差（運(yùn)動(dòng)偏心）、齒形誤差、齒向誤差和齒面粗糙度誤差等。本文通過對(duì)重慶YKX3132M型數(shù)控滾齒機(jī)滾齒時(shí)的受力情況進(jìn)行探討，解決其順銑掉角的缺陷。

數(shù)控滾齒機(jī)；逆銑與順銑；受力分析；掉角

1 問題的提出

公司生產(chǎn)的一種片齒輪在滾齒時(shí)出現(xiàn)掉角現(xiàn)象，而其他精度均符合工藝要求，通過更換十幾臺(tái)同型號(hào)設(shè)備加工此齒輪均不能解決，具體表現(xiàn)如圖1所示（三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)所測(cè)齒向）：齒輪的一個(gè)角明顯有多切除現(xiàn)象。加工時(shí)所用機(jī)床為重慶機(jī)床廠生產(chǎn)YKX3132M型數(shù)控滾齒機(jī)，齒輪參數(shù)為齒數(shù)44、模數(shù)4.8，壓力角20°的直齒圓柱齒輪。

圖1 齒向誤差

2 原因分析

掉角缺陷是一種加工誤差，那么首先分析加工誤差產(chǎn)生的原因：零件加工精度的誤差涉及整個(gè)工藝系統(tǒng)的精度問題，主要來自兩個(gè)方面：①工藝系統(tǒng)本身的誤差，包括加工原理誤差，機(jī)床夾具、刀具的制造誤差，工件的測(cè)量誤差等；②加工過程中出現(xiàn)的載荷和各種干擾，包括工藝系統(tǒng)的受力變形、熱變形、振動(dòng)、磨損等引起的誤差[1]。我們從滾齒加工的原理來分析產(chǎn)生掉角問題的原因，滾齒加工是按照展成法原理來加工齒輪的，其加工過程由三條傳動(dòng)鏈組成（圖2所示）：

圖2 滾切直齒圓柱齒輪的傳動(dòng)原理圖

（1）由滾刀主軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和工件旋轉(zhuǎn)聯(lián)系成為展成運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈：這條傳動(dòng)鏈保證工件和刀具的嚴(yán)格運(yùn)動(dòng)關(guān)系，通過交換掛輪保證了齒輪的齒形和齒數(shù)，由于除齒向外其他誤差都在工藝要求范圍內(nèi)所以排除此傳動(dòng)鏈的問題。

（2）主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈：主電機(jī)通過皮帶輪副和兩對(duì)弧齒錐齒輪副經(jīng)過消隙輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)滾刀轉(zhuǎn)動(dòng)。主運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈?zhǔn)锹?lián)系動(dòng)力源和滾刀主軸的傳動(dòng)鏈，滾刀轉(zhuǎn)速保證了齒輪漸開線齒廓的成形速度，與齒向精度無關(guān)。

（3）滾刀垂直運(yùn)動(dòng)形成的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈：為了切出整個(gè)齒寬，滾刀在自身旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，必須沿工件軸線方向作直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，由滾刀刀架沿立柱導(dǎo)軌移動(dòng)實(shí)現(xiàn)。齒輪的齒向誤差由進(jìn)給運(yùn)動(dòng)精度保證，包括立柱導(dǎo)軌與工件軸線的平行度、工作臺(tái)與尾座頂尖的同軸度、工作臺(tái)的軸向竄動(dòng)及徑向跳動(dòng)、走刀絲杠的螺距誤差、工件安裝的徑向跳動(dòng)等，文中提到的掉角問題就是齒向問題，那么一定可以通過提高進(jìn)給運(yùn)動(dòng)精度來解決。

3 解決方法

分析滾齒加工程序可知此齒輪由兩次走刀完成滾切過程（如圖3所示）。第一刀滾刀順時(shí)針切入并沿立柱向下完成粗切，留精切余量1mm，此過程滾刀旋轉(zhuǎn)方向與工件送入方向相反為逆銑；第二刀滾刀繼續(xù)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)切入并向上運(yùn)動(dòng)完成精切，此過程滾刀旋轉(zhuǎn)方向與工件送入方向相同為順銑。分析順銑和逆銑的受力情況如圖4所示，圖中F為切削合力，分解為主切削力Fv和進(jìn)給力Fr。可以看出進(jìn)給力Fr將工件向工作臺(tái)方向壓緊，增強(qiáng)了工件夾緊可靠性，有利于提高加工精度，而主切削力Fv將工件向芯軸方向壓緊，引起刀桿和工件芯軸的變形，不利于加工精度提高，而在順銑過程中主切削力遠(yuǎn)大于進(jìn)給力，所以可以初步判斷順銑時(shí)的刀桿、芯軸變形大于逆銑，這就造成順銑時(shí)加工精度比逆銑時(shí)差。此判斷剛好符合文中提到的順銑時(shí)產(chǎn)生掉角現(xiàn)象，下面驗(yàn)證此判斷是否正確。

圖3 滾切加工過程圖

圖4 順銑和逆銑受力分析

在第一次走刀（逆銑）完成后將工件取下到三坐標(biāo)去測(cè)量齒向，發(fā)現(xiàn)沒有掉角現(xiàn)象，說明粗切時(shí)沒有產(chǎn)生掉角；改變第二次走刀進(jìn)給方向，在第一次走刀完成后滾刀退回，第二次走刀仍然從上向下采用逆銑加工，經(jīng)測(cè)量齒輪也沒有產(chǎn)生掉角現(xiàn)象。由此可以說明前面的判斷是正確的，只有在順銑時(shí)由于主切削力過大，引起了工藝系統(tǒng)較大的受力變形，加工快完成時(shí)切削力趨近于零，刀桿和芯軸受力變形變小造成了切入深度變大，形成掉角缺陷。

針對(duì)掉角缺陷產(chǎn)生的原因提出如下兩種解決方案：①增強(qiáng)工藝系統(tǒng)的剛性：通過減小工件與夾具間隙、縮短刀桿長(zhǎng)度、增大刀桿預(yù)緊力、減小刀桿與托架之間的間隙、增大尾座夾緊力等方法提升工藝系統(tǒng)的剛性，可以大大減小掉角現(xiàn)象，使工件精度達(dá)到工藝要求。②改變滾齒加工的走刀方式：在不影響加工效率的前提下將兩次走刀順序調(diào)換，粗銑時(shí)從下到上采用順銑，精細(xì)時(shí)從上往下逆銑，粗銑時(shí)產(chǎn)生的掉角誤差在精銑中得到修正，基本消除了掉角現(xiàn)象。

4 總結(jié)

這個(gè)掉角問題困擾我們很久，換了十多臺(tái)機(jī)床一直無法解決，而通過加工原理的分析完美解決了這個(gè)難題。這就告訴我們所有的問題都是有跡可循的，只要勤于思考、善于分析，就一定能夠找到解決辦法。

[1]周 琴.加工誤差產(chǎn)生的原因及分析[J].現(xiàn)代機(jī)械，2011（2）：8～13.

TG659

A

1004-7344（2016）07-0232-02

2016-2-8

盧 剛（1982-），男，助理工程師，本科，主要從事金屬切削機(jī)床大項(xiàng)修及設(shè)備改造方面的工作。