大型數(shù)控滾齒機(jī)加工誤差及補(bǔ)償探究

摘 要：大型數(shù)控滾齒機(jī)主要針對(duì)大型的齒輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行工程加工，使用領(lǐng)域?qū)X輪結(jié)構(gòu)要求尺寸大、精度高、質(zhì)量高，但是有存在很大的加工風(fēng)險(xiǎn)，高質(zhì)量、高精度要求對(duì)數(shù)控滾齒機(jī)的加工誤差和補(bǔ)償也提出了高要求。又由于大型數(shù)控滾齒機(jī)自身結(jié)構(gòu)大、機(jī)械復(fù)雜、加工零件種類(lèi)數(shù)量多、系統(tǒng)配置程序繁瑣等問(wèn)題使得大型數(shù)控滾齒機(jī)很難保證加工的精度，這種矛盾對(duì)提高大型數(shù)控滾齒機(jī)的加工精度和降低加工誤差有著高要求、高需求和實(shí)際意義。本文通過(guò)對(duì)大型數(shù)控滾齒機(jī)加工概述，介紹了加工精度的影響因素，并提出科學(xué)可靠的誤差補(bǔ)償技術(shù)，以提高、改善、保證機(jī)床的加工精度。

關(guān)鍵詞：新型數(shù)控滾齒機(jī)；加工誤差；加工補(bǔ)償

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.005

我國(guó)大型數(shù)控滾齒機(jī)主要的應(yīng)用領(lǐng)域有航空航天、船舶車(chē)輛、風(fēng)力發(fā)電等工程機(jī)械重要領(lǐng)域的齒輪加工。大型數(shù)控滾齒機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域針對(duì)大尺寸齒輪進(jìn)行結(jié)構(gòu)加工，其精度要求很高，為了保證加工齒輪的質(zhì)量符合工程應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，因此，需要對(duì)大型數(shù)控滾齒機(jī)的加工誤差進(jìn)行深入研究并加以改進(jìn)補(bǔ)償，重視細(xì)節(jié)，借鑒國(guó)外，讓我國(guó)的大型數(shù)控滾齒機(jī)能夠加工出高質(zhì)量、高精度、低誤差的齒輪零件，為經(jīng)濟(jì)建設(shè)和科技進(jìn)步提供技術(shù)保證。

1 大型數(shù)控滾齒機(jī)加工概述

齒輪是輪緣上有齒且能連續(xù)嚙合傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的機(jī)械元件，它是制造裝備業(yè)及各種機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)零部件，在制造工程中應(yīng)用范圍及其廣泛。齒輪的優(yōu)勢(shì)明顯，傳動(dòng)平穩(wěn)、傳動(dòng)比精確、恒定功率輸出、載荷承受能力強(qiáng)、傳動(dòng)效率高、耐磨耐受性強(qiáng)、使用時(shí)間長(zhǎng)、工作可靠、噪音相對(duì)較小等，齒輪廣泛存在于各個(gè)領(lǐng)域的制造使用，因此對(duì)齒輪加工工藝的要求很高，避免出現(xiàn)工程問(wèn)題。齒輪的加工方法主要有切削法，如滾齒、插齒、剃齒、磨齒及銑齒等；按齒廓形成原理可分為成形法和展成法兩大類(lèi)。成形法是用刃部形狀與被切齒輪槽形狀相同的成形刀具來(lái)加工齒輪；展成法加工時(shí)切削刀具與工件作相對(duì)展成運(yùn)動(dòng)，刀具和工件的瞬心線(xiàn)相互作純滾動(dòng)，兩者之間保持確定的速比關(guān)系，所獲得加工表面就是刀刃在這種運(yùn)動(dòng)中的包絡(luò)面。這兩種方法各有優(yōu)點(diǎn)，也各受限制。

目前針對(duì)大型高精度的齒輪加工使用的是展成法，該方法效率高、精度高、應(yīng)用廣，加工設(shè)備就是數(shù)控滾齒機(jī)。滾齒機(jī)滾削加工齒輪、蝸輪蝸桿時(shí)，滾齒機(jī)滾刀與工件是根據(jù)交錯(cuò)軸斜齒輪嚙合原理進(jìn)行加工，滾齒精度可達(dá)6到8級(jí)甚至更高。然而，當(dāng)前我國(guó)的大型數(shù)控滾齒機(jī)加工中還存在一些問(wèn)題，誤差較大且難以穩(wěn)定，不可確定因素較多，在大型數(shù)控滾齒機(jī)的發(fā)展道路上還有很長(zhǎng)的路要走。

2 大型數(shù)控滾齒機(jī)加工精度影響因素

2.1 滾削力對(duì)加工精度的影響

滾齒切削力是齒輪加工的基本物理參數(shù)，在大型數(shù)控滾齒機(jī)使用過(guò)程中，大型滾齒機(jī)主軸功率很大，切削力很容易導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)不穩(wěn)定，甚至產(chǎn)生變形失穩(wěn)。滾刀和工件的中心距由于主軸不可避免的變形發(fā)生位移，很大程度上影響了加工精度。在滾齒過(guò)程中，切屑力不斷變化使得滾刀各齒的受力不同不停變化，而切削力受到了很多因素的影響，包括切削工藝、齒輪材料、熱處理加工技術(shù)、滾刀與齒坯參數(shù)、冷卻潤(rùn)滑程度等。由于這些不確定因素的存在，就會(huì)使得齒輪機(jī)的加工主軸彎曲變形難以確定，需要通過(guò)數(shù)學(xué)建模，全面考慮各種可能存在的誤差問(wèn)題進(jìn)行補(bǔ)償。可以提高滾刀轉(zhuǎn)速、小滾切深度分刀次切削等降低切屑力，降低滾齒機(jī)主軸的變形，降低加工誤差。

2.2 熱變形對(duì)加工精度的影響

齒輪加工過(guò)程是一個(gè)金屬的切削過(guò)程，又由于是大型的滾齒機(jī)，加工過(guò)程的發(fā)熱量可想而知，在加工的過(guò)程中，機(jī)床成為熱源作為主要的發(fā)熱件，同時(shí)還會(huì)存在立柱的熱變形，這些都會(huì)使得主軸的中心距發(fā)生相對(duì)位移，影響了齒輪的加工精度。加工過(guò)程電機(jī)發(fā)熱難以避免，切削摩擦也會(huì)生熱而且是大量的熱量，同時(shí)環(huán)境和加工工藝也會(huì)起到一定程度的影響。

3 大型數(shù)控滾齒機(jī)加工誤差補(bǔ)償技術(shù)

很多情況下，大型數(shù)控滾齒機(jī)在高速度、高負(fù)荷、高功率運(yùn)行時(shí)，想要降低加工誤差是非常困難的一件事，金屬加工切削力很大，整個(gè)機(jī)械振動(dòng)很強(qiáng)，主軸中心距位置幾乎不可能保證，這就需要進(jìn)行一定的合理加工誤差補(bǔ)償，這也是降低加工誤差的一個(gè)重要舉措。大型數(shù)控滾齒機(jī)加工誤差的補(bǔ)償方法主要分為硬件結(jié)構(gòu)補(bǔ)償和軟件控制補(bǔ)償兩類(lèi)。硬件結(jié)構(gòu)補(bǔ)償是在使用各種誤差檢測(cè)手段和技術(shù)進(jìn)行誤差評(píng)定，直接或間接的測(cè)量出加工誤差，并通過(guò)建立起的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行誤差補(bǔ)償計(jì)算，以盡可能的消除誤差?？梢允褂靡环N滾齒機(jī)誤差差動(dòng)螺旋補(bǔ)償裝置，包括絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)系統(tǒng)、蝸輪蝸桿補(bǔ)償系統(tǒng)、套筒、支撐軸承及墊圈等部件。軟件控制補(bǔ)償就是研發(fā)出科學(xué)高效的加工自動(dòng)編程系統(tǒng)，使用各種傳感器采集加工過(guò)程中的數(shù)據(jù)，并反饋給數(shù)據(jù)處理核心，進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)和控制，使用負(fù)反饋系統(tǒng)，讓加工的輸出得到時(shí)刻的修正，更加準(zhǔn)確。需要注意的是，軟硬件誤差補(bǔ)償都需要以系統(tǒng)模型為基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算，建立修正補(bǔ)償算法模型，開(kāi)發(fā)出更加科學(xué)、高效、精確的自動(dòng)控制系統(tǒng)。綜合使用軟硬補(bǔ)償，建立起補(bǔ)償系統(tǒng)平臺(tái)，進(jìn)行誤差補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)，不斷優(yōu)化改進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)加工齒輪的高精度目的。

4 小結(jié)

目前，隨著科技的飛速發(fā)展和社會(huì)的不斷進(jìn)步，世界制造業(yè)也進(jìn)入了發(fā)展的黃金期，加上計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的日益成熟，自動(dòng)控制理論的不斷完善，數(shù)控機(jī)床已經(jīng)成為工業(yè)制造不可缺少的重要工具。不同的傳統(tǒng)的齒輪加工，數(shù)控滾齒機(jī)讓齒輪加工進(jìn)入了批量生產(chǎn)，大規(guī)模生產(chǎn)的新時(shí)代，而新興的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)和自動(dòng)控制，讓大型數(shù)控滾齒機(jī)擁有了廣闊的應(yīng)用前景和無(wú)盡的發(fā)展?jié)摿ΑＮ磥?lái)的大型數(shù)控滾齒機(jī)將更加呈現(xiàn)智能化、自動(dòng)化、人性化、高效化、高精度化和多功能化的發(fā)展模式。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要所有的科研人員清楚大型滾齒機(jī)加工精度的影響因素，深入研究，不斷嘗試、探索、實(shí)驗(yàn)，最大限度的提升加工齒輪的精度，減少加工誤差并及時(shí)、合理的進(jìn)行誤差補(bǔ)償，保證加工齒輪的工程質(zhì)量。

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作者簡(jiǎn)介：倪雪如（1969-），女，江蘇南通人，大專(zhuān)，研究方向：機(jī)械制造。