插齒機(jī)維修改造升級(jí)

■宜昌長(zhǎng)機(jī)科技有限責(zé)任公司 （湖北 443000） 羅 成 盧 宇 姜 雨張全林 陳曉莉

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我公司經(jīng)常接到用戶要求，希望對(duì)以前出廠的插齒機(jī)進(jìn)行維修并升級(jí)，恢復(fù)機(jī)床精度的同時(shí)提高機(jī)床的加工效率以及穩(wěn)定性。特別是目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)存在大量的我公司生產(chǎn)的小型數(shù)控插齒機(jī)，且使用了一定的年限，機(jī)床的各項(xiàng)精度有所下降，可對(duì)機(jī)床進(jìn)行返廠維修改造升級(jí)，大大減輕廠家對(duì)新機(jī)床的投入，提升廠家的生產(chǎn)效率，降低物質(zhì)資源的浪費(fèi)。

1.改造存在的技術(shù)問(wèn)題

圖1 插齒機(jī)結(jié)構(gòu)1.工作臺(tái) 2.刀軸 3.碟簧 4.連桿5.偏心軸 6.配重塊 7.主電動(dòng)機(jī)8.主運(yùn)動(dòng)皮帶 9.讓刀運(yùn)動(dòng)皮帶10.讓刀凸輪 11.導(dǎo)軌12.導(dǎo)軌壓板 13.機(jī)床墊鐵

如圖1所示，插齒機(jī)主運(yùn)動(dòng)利用曲柄連桿滑塊機(jī)構(gòu)原理，將主電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為刀軸的往復(fù)切削運(yùn)動(dòng)。主電動(dòng)機(jī)通過(guò)主運(yùn)動(dòng)皮帶帶動(dòng)曲柄軸旋轉(zhuǎn)，曲柄通過(guò)連桿帶動(dòng)刀軸作上下往復(fù)切削運(yùn)動(dòng)，完成對(duì)齒輪毛坯的切削。其中讓刀同步帶帶動(dòng)讓刀凸輪同步旋轉(zhuǎn)，特殊的讓刀凸輪與碟簧共同作用，使刀具回程時(shí)遠(yuǎn)離工件，達(dá)到讓刀的目的。以往我公司生產(chǎn)的小型數(shù)控插齒機(jī)刀軸，最大往復(fù)切削速度為1 250次/min，用戶現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用最大速度在800次/min左右。改造過(guò)程中很快將機(jī)床的各項(xiàng)精度進(jìn)行恢復(fù)，在低速時(shí)齒輪加工精度達(dá)到GB/T 10095－2008中6級(jí)要求。但在現(xiàn)場(chǎng)將速度提升超過(guò)800次/min以后，機(jī)床的振動(dòng)加劇，齒輪齒向精度超差，出現(xiàn)振紋，滿足不了用戶的要求。

2.機(jī)床高速振紋產(chǎn)生的問(wèn)題分析

（1）主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)：插齒機(jī)主運(yùn)動(dòng)原理決定了它存在著強(qiáng)迫與沖擊振動(dòng)兩個(gè)振源，曲柄速度加快后機(jī)床就會(huì)出現(xiàn)明顯的振動(dòng)，影響齒輪切削精度。

（2）讓刀機(jī)構(gòu)：插齒機(jī)讓刀運(yùn)動(dòng)過(guò)程伴隨每個(gè)切削過(guò)程，直接決定了刀具的切削軌跡，在高速切削時(shí)表現(xiàn)為一個(gè)強(qiáng)大的振源，影響齒輪切削精度。

（3）刀具斷續(xù)切削：刀具切削時(shí)產(chǎn)生沖擊力，刀具回程時(shí)不受力，高速切削產(chǎn)生一個(gè)對(duì)應(yīng)的沖擊頻率，特別是傳統(tǒng)的切削方式，在齒輪循環(huán)切削過(guò)程中，切削力大小不斷變化，使振動(dòng)沖擊變得更加復(fù)雜，影響齒輪的切削精度。

3.改造方法

（1）對(duì)整機(jī)進(jìn)行模態(tài)測(cè)試。如圖2所示，插齒機(jī)刀具切削速度在900～1 200次/min范圍內(nèi)有兩次出現(xiàn)共振的情況，影響齒輪的加工精度。由于機(jī)床的整體結(jié)構(gòu)已經(jīng)定型，不能做大的改動(dòng)，所以解決辦法首先考慮切削速度避開(kāi)共振區(qū)，用1 400～1 600次/min的速度切削。原始的設(shè)計(jì)主電動(dòng)機(jī)最高速度達(dá)不到要求，改造時(shí)更換主電動(dòng)機(jī)，提高主電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，最高速度達(dá)到2 000次/min。

（2）對(duì)曲柄機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。如圖3、圖4所示，插齒機(jī)的主運(yùn)動(dòng)引起的振動(dòng)最明顯，進(jìn)一步高速切削表明，X軸方向即連桿擺動(dòng)方向的振動(dòng)對(duì)齒輪的精度影響最大，而Z方向即刀軸上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)方向的振動(dòng)對(duì)齒輪的精度影響相對(duì)小一些。改造時(shí)針對(duì)用戶固定零件在曲柄上連桿的反方向進(jìn)行配重，設(shè)計(jì)安裝配重塊，用于平衡連桿方向的擺動(dòng)，消除X方向的振動(dòng)。Z方向的振動(dòng)因?yàn)榈遁S的質(zhì)量大，高速時(shí)整機(jī)上下振動(dòng)幅度大，對(duì)地基的損害比較大，同時(shí)要求機(jī)床的剛性好，所以一方面我們將機(jī)床的墊鐵改為減振墊鐵，減輕Z方向的振動(dòng)，另一方面我們對(duì)機(jī)床各接觸面特別是滑動(dòng)面進(jìn)行精細(xì)刮研處理，如增加導(dǎo)軌本身平衡精度，要求其在0.005mm以內(nèi)，配刮導(dǎo)軌壓板要求與導(dǎo)軌無(wú)間隙，增加機(jī)床的接觸剛性。

圖2 插齒機(jī)頻響

圖3 連桿方向各工況振動(dòng)量統(tǒng)計(jì)

（3）對(duì)讓刀機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。如圖5、圖6所示，讓刀機(jī)構(gòu)直接控制刀具切削軌跡，對(duì)齒輪的精度影響非常大。插齒機(jī)讓刀機(jī)構(gòu)采用碟簧復(fù)位，碟簧的數(shù)量比較少，彈簧的剛性大，凸輪受到的沖擊明顯。改造機(jī)床時(shí)，重新設(shè)計(jì)更換適合高速運(yùn)動(dòng)的凸輪，通過(guò)優(yōu)化凸輪曲線，使在高速時(shí)讓刀的擺動(dòng)沒(méi)有沖擊，同時(shí)增加碟簧的數(shù)量，讓碟簧在讓刀行程內(nèi)力量變化平穩(wěn)，使讓刀運(yùn)動(dòng)更加準(zhǔn)確。

（4）優(yōu)化切削方式。如圖7所示，插齒機(jī)采用等切削力切削減少刀具的沖擊和磨損，提升了刀具切削時(shí)的穩(wěn)定性，提高了齒輪加工精度。

4.結(jié)語(yǔ)

普通插齒機(jī)的維修改造需要對(duì)機(jī)床的結(jié)構(gòu)參數(shù)、性能原理非常的熟悉，每臺(tái)機(jī)床由于整體使用情況以及加工工況不一樣，需要相關(guān)的檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行整體的分析，然后進(jìn)行改造，優(yōu)化設(shè)計(jì)，達(dá)到提升效率的目的，滿足用戶改造要求。

圖4 刀具方向各工況的振動(dòng)量統(tǒng)計(jì)

圖5 高速時(shí)刀具讓刀軌跡

圖6 低速時(shí)刀具讓刀軌跡

圖7 切削力