基于液壓驅(qū)動的數(shù)控插齒機主運動方案設(shè)計

摘 要：通過使用液壓系統(tǒng)對數(shù)控插齒機主運動進(jìn)行驅(qū)動，該系統(tǒng)可以有效改進(jìn)傳統(tǒng)曲柄連桿系統(tǒng)所產(chǎn)生的急回特性。由于液壓驅(qū)動其本身運轉(zhuǎn)特性，可實現(xiàn)無級調(diào)速功能。由于其輸出扭矩大，大大提升了插齒機刀具變速范圍，可以實現(xiàn)刀具的緩慢進(jìn)給。由于其工作過程中起輸出扭矩恒定，不會因為刀具中途停止而導(dǎo)致扭矩失衡所產(chǎn)生的機械事故。通過三維仿真對其方案進(jìn)行驗證，模擬插齒機運行過程中刀具行走狀況，確定其是否滿足插齒機使用要求。

關(guān)鍵詞：液壓驅(qū)動；數(shù)控插齒機；設(shè)計

1 引言

隨著機械加工業(yè)的蓬勃發(fā)展，機械零件的精度要求逐步提高。高精度加工設(shè)備成為當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)主要需求對象，利用高精度數(shù)控技術(shù)，實現(xiàn)機械加工機械化、自動化，大大降低了人為因素所引入各項加工誤差。傳統(tǒng)機械加工設(shè)備逐步被數(shù)控機械加工設(shè)備取代，插齒機作為當(dāng)前齒輪主要生產(chǎn)設(shè)備，其機械結(jié)構(gòu)與控制原理決定了其所具有的加工精度。針對當(dāng)前插齒機工作特性，本系統(tǒng)從其主軸機械結(jié)構(gòu)設(shè)計出發(fā)設(shè)計一種新型數(shù)控插齒機主運動系統(tǒng)，提高了原有設(shè)備精度及加工效率。

利用三維建模軟件繪制數(shù)控插齒機主運動設(shè)計方案圖，通過對數(shù)控插齒機運動原理進(jìn)行分析，確定了插齒機各項運動參數(shù)與特性。在此基礎(chǔ)上對機械主軸系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，利用三維建模與運動仿真驗證了方案可行性。通過對其運動情況分析，驗證其是否滿足數(shù)控插齒機使用要求。

2 數(shù)控插齒機運動原理

插齒機的成型原理采用展成法來實現(xiàn)，使用專用插齒刀進(jìn)行齒輪加工，該類刀具與齒輪具有相同外形，利用刀具上齒牙部分形成刀口對工件進(jìn)行切割。切割過程中，刀具沿工件軸線方向做直線往復(fù)運動以此實現(xiàn)刀具對工件的切削作用。同過刀具與工件的多次“無間隙嚙合運動”，工件表面逐步形成齒輪外輪廓線。

數(shù)控插齒機其切削運動特性與普通插齒機類似，其組成部分分為主運動、展成運動、切入運動三部分組成。圖1位插齒機運動簡圖，其中Cf1、Cf2表示插齒機進(jìn)給運動，并相互組合形成插齒機展成運動。Zp、Ya為插齒機切入運動。

插齒機運動功能各項參數(shù)關(guān)系表達(dá)式如下：

W/Cf2、Ya、Zp、Cf1/T

式中：W-齒坯；Cf2-齒坯的旋轉(zhuǎn)運動；Ya-齒坯相對于刀具的徑向切入運動；ZP-齒坯相對于刀具的軸向運動；Cf1-刀具的旋轉(zhuǎn)運動；T-插齒刀。

3 數(shù)控插齒機主運動設(shè)計方案

數(shù)控插齒機主運動采用液壓驅(qū)動方案，利用液壓缸的收縮運動代替?zhèn)鹘y(tǒng)曲柄連桿驅(qū)動刀具進(jìn)行上下往復(fù)運動。由于去除了伺服電機，避免了由于電動機所產(chǎn)生的機械故障，相比于傳統(tǒng)曲柄連桿結(jié)構(gòu)，更加穩(wěn)定可靠。并由于液壓缸控制相較于電動機控制更加容易實現(xiàn)無級變速功能，并可以停止于任意位置。圖2為數(shù)控插齒機液壓驅(qū)動方案圖。

4 數(shù)控插齒機主運動系統(tǒng)三維建模

利用PRO.E三維建模軟件對該數(shù)控插齒機主運動系統(tǒng)進(jìn)行三維建模，驗證其是否可以滿足使用要求。首先對插齒機主運動系統(tǒng)各個部件進(jìn)行零件圖繪制，最終采用裝配圖將其裝配完成。將建立完整的三維模型導(dǎo)入ADAMS2005中，通過添加各個零件組合之間的約束條件，利用該軟件的仿真功能對本設(shè)計主運動狀況進(jìn)行各項分析（如圖3）。

4.1 數(shù)控插齒機主軸運動仿真

設(shè)定各個模塊參數(shù)對數(shù)控插齒機進(jìn)行模擬運行仿真，對插齒刀運行狀況進(jìn)行實時監(jiān)測。觀察其運行軌跡是否滿足設(shè)計要求。圖4為插齒刀運行時間與位置關(guān)系，由圖可知插齒機運行周期為4秒。當(dāng)其達(dá)到最高位置時，測試時間為t=2s左右，并不對稱。但由于齒輪在加工過程中，后續(xù)還需對齒端進(jìn)行修復(fù)，由此可見該誤差不會對齒輪加工造成過多的影響。

圖3主軸機械系統(tǒng)運動模型 圖4插齒刀運行時間與位置關(guān)系

5 結(jié)束語

本文所設(shè)計數(shù)控插齒機主運動系統(tǒng)采用了液壓直驅(qū)技術(shù)，該方案有效消除了曲柄連桿機構(gòu)所產(chǎn)生的急回特性。增強了插齒機在插齒過程中穩(wěn)定性，并通過PRO/E三維建模軟件與ADAMS分析軟件對設(shè)計方案進(jìn)行了驗證確定了該方案的可行性，證明該方案可以滿足數(shù)控插齒機主動系統(tǒng)驅(qū)動要求。

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作者簡介：賈蘇書（1974.4-），男，安徽蕭縣人，工程師，1996年畢業(yè)于安徽理工大學(xué)機械專業(yè)，本科學(xué)歷，現(xiàn)工作在安徽淮海實業(yè)發(fā)展集團有限公司淮北供銷分公司，主要從事大型機電設(shè)備技術(shù)工作，已發(fā)表論文1篇。