YK75系列齒輪成形磨削機(jī)床及關(guān)鍵性技術(shù)研究

韓彥科

（陜西秦川精密數(shù)控機(jī)床工程研究有限公司，西安 710018）

0 引言

為滿足市場(chǎng)發(fā)展需求，實(shí)現(xiàn)高精度RV減速器、行星減速器、工程機(jī)械輪邊減速器、汽車輪邊減速器等產(chǎn)品中的高精度硬齒面直齒、斜齒內(nèi)齒輪以及精密外齒輪的成形磨削加工，急需研究并開發(fā)出具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的成形磨齒機(jī)和成形磨削技術(shù)。要提高行星輪系的制造精度，增加它的承載能力，關(guān)鍵要解決硬齒面內(nèi)齒輪的高效率磨削問(wèn)題。依托陜西秦川機(jī)床工具集團(tuán)雄厚的技術(shù)支持和人力資源保證，對(duì)內(nèi)齒輪成形磨削工藝及裝備技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。

1 機(jī)床簡(jiǎn)介

YK75系列內(nèi)齒輪成形磨削機(jī)床主要適用于加工直徑范圍為80～600 mm的高精度直、斜齒內(nèi)齒輪及其它任意齒形工件，如擺線齒輪、漸開線花鍵、矩形花鍵、圓弧齒輪等。該系列機(jī)床的主要技術(shù)指標(biāo)、總體方案概述如下：

1）機(jī)床采用縱向布局，床身、立柱、轉(zhuǎn)盤、工作臺(tái)均具有良好的結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)剛性，保證機(jī)床高精度、高可靠性和低噪聲。

2）機(jī)床工作臺(tái)及螺旋角轉(zhuǎn)盤采用雙導(dǎo)程蝸輪副，并配以高精度角度編碼器，進(jìn)行全閉環(huán)控制，可大大提高分度精度。從而保證齒輪的相鄰及累計(jì)誤差。Z軸、X軸均采用一體式直線編碼測(cè)量系統(tǒng)的高精度直線滾動(dòng)導(dǎo)軌，并配以高剛度精密滾珠絲杠形成全閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)高精度、高剛性的穩(wěn)定進(jìn)給。從而保證齒輪的齒向精度及可進(jìn)行齒向的修形。

3）機(jī)床具有6個(gè)伺服控制軸，可實(shí)現(xiàn)六軸三聯(lián)動(dòng)。

4）機(jī)床的液壓和冷卻均采用單獨(dú)油箱，并配備有磁性分離裝置的紙帶過(guò)濾機(jī)，可及時(shí)帶走切屑和熱量，利于機(jī)床加工精度穩(wěn)定。

5）機(jī)床采用全封閉防護(hù)裝置，并配以靜電吸霧裝置，使機(jī)床工作環(huán)境更加清潔環(huán)保。

2 主要研究?jī)?nèi)容

1）基于模塊化設(shè)計(jì)原理，進(jìn)行了內(nèi)齒輪成形磨齒機(jī)模塊化設(shè)計(jì)。以Pro/E 5.0為開發(fā)平臺(tái)，以骨架模型為建?？蚣埽鸺?jí)研發(fā)。建立了成形磨齒機(jī)各級(jí)模塊的全參數(shù)化三維模型，在此基礎(chǔ)上對(duì)機(jī)床的零部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

圖1

2）對(duì)關(guān)鍵零部件的結(jié)構(gòu)利用ANSYS分析軟件進(jìn)行靜力和動(dòng)態(tài)分析。尤其是對(duì)大立柱的剛性做出了大量的研究和分析工作，大立柱的剛性是齒輪的齒向精度的重要保證，其中筋板的布局形式以及支撐點(diǎn)的選擇是重中之重。另外，砂輪架的結(jié)構(gòu)采用倒C型結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)對(duì)自身剛性和熱穩(wěn)定性要求很高，試驗(yàn)證明不同溫度下砂輪架的最大偏移量在0.08 mm左右，嚴(yán)重影響了齒輪的齒向精度。另外通過(guò)大量的有限元分析和改進(jìn)，優(yōu)化并建立了高剛度的砂輪架結(jié)構(gòu)。

3）高剛度高轉(zhuǎn)速磨削頭的設(shè)計(jì)研發(fā)。由于內(nèi)齒輪自身磨削工藝的局限性，必須使磨頭要置于內(nèi)齒輪內(nèi)腔，這就決定磨頭要具有高剛度、小尺寸特點(diǎn)。通過(guò)反復(fù)的方案評(píng)審最終實(shí)現(xiàn)了適合砂輪高轉(zhuǎn)速下的高剛度結(jié)構(gòu)。

4）研究和探索漸開線廓形砂輪的修整方法，基于漸開線形成原理，采用“U、V軸直線插補(bǔ)”的砂輪數(shù)控修整裝置。各插補(bǔ)軸均配有高精度直線光柵尺，插補(bǔ)精度控制在0.01 mm以內(nèi)。從而保證了齒廓形狀誤差在各精度等級(jí)范圍之內(nèi)。

5）通過(guò)大量的現(xiàn)場(chǎng)試磨工作研究總結(jié)了多套內(nèi)齒輪成形磨削工藝，例如單面磨削、雙面磨削以及跳齒磨削等成形磨削工藝。磨齒工藝的選擇及制定不僅影響磨齒效率，而且影響齒面的輪廓精度和表面粗糙度。本文基于所開發(fā)的YK75系列成形磨齒機(jī)床，主要研究砂輪的截形計(jì)算、砂輪的選擇及修整、雙導(dǎo)程蝸輪副的分度精度以及在U、V軸半閉環(huán)狀態(tài)下的砂輪修形補(bǔ)償?shù)裙に囆詥?wèn)題。

6）分析研究了影響成形磨齒質(zhì)量的因素，主要包括齒形精度、齒向精度、相鄰及累計(jì)誤差、齒面粗糙度、齒面磨削燒傷等。針對(duì)以上問(wèn)題基于西門子840D SL系統(tǒng)開發(fā)了整套內(nèi)齒輪成形磨削軟件、齒向修形軟件、砂輪修整程序以及在半閉環(huán)狀態(tài)下的砂輪截形優(yōu)化軟件等。

3 研究成果展示

1）YK75系列齒輪成形磨削機(jī)床的研制成功可改變我國(guó)成形磨齒機(jī)依靠進(jìn)口的局面，促進(jìn)我國(guó)齒輪制造業(yè)的發(fā)展。此類機(jī)床已得到系列化的開發(fā)，可滿足我國(guó)現(xiàn)有齒輪類零件的加工及精度要求。

2）雙導(dǎo)程消隙蝸輪副的加工、裝配及分度精度已滿足高精度RV減速器、行星減速器、工程機(jī)械輪邊減速器、汽車輪邊減速器等產(chǎn)品中的高精度硬齒面直齒、斜齒內(nèi)齒輪的生產(chǎn)，以及精密外齒輪的成形磨削加工。

3）磨削工藝的多樣化。根據(jù)產(chǎn)品的加工難易程度以及磨削過(guò)程中出現(xiàn)的相鄰及累計(jì)誤差可選擇單面磨削、雙面磨削以及跳齒磨削等成形磨削工藝。

4）砂輪截形的計(jì)算和補(bǔ)償（全閉環(huán)），齒向修形軟件以及半閉環(huán)狀態(tài)下的砂輪截形優(yōu)化軟件等。

5）高效的砂輪修形軟件及智能化操作界面的開發(fā)，使操作者更加高效高質(zhì)量地完成齒輪類零件的加工。

［1］ 任小中，鄧效忠，蘇建新，魏冰陽(yáng).內(nèi)齒輪成形磨削及砂輪修形技術(shù)的研究［ J］.中國(guó)機(jī)械工程，2008，19（ 22） ：2467-2469.

［2］ 鄧效忠.一種內(nèi)齒輪成形磨齒機(jī)：ZL200520030867.8［P］.2006-06-21.

［3］ 西安交通大學(xué)機(jī)制教研室．磨齒工作原理［M］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1977：25-26．