淺析數(shù)控滾齒機(jī)加工精度的影響因素及補(bǔ)償方法

摘 要：數(shù)控滾齒機(jī)主要針對(duì)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，但是又存在很大的加工風(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、加工零件種類數(shù)量多、系統(tǒng)配置程序繁瑣等問題使得數(shù)控滾齒機(jī)很難保證加工的精度，這種矛盾對(duì)提高數(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。南京高速齒輪制造有限公司引進(jìn)了目前使用最為廣泛的德國普法特、霍夫勒、SU等數(shù)控高效滾齒機(jī)，本文通過對(duì)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

中圖分類號(hào)：TG612 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）26-0289-01

我國數(shù)控滾齒機(jī)主要的應(yīng)用領(lǐng)域有航空航天、船舶車輛、風(fēng)力發(fā)電等工程機(jī)械重要領(lǐng)域的齒輪加工。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)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)，借鑒國外，讓我國的數(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 數(shù)控滾齒機(jī)加工概述

隨著全球制造裝備業(yè)的高速發(fā)展，全世界各類生產(chǎn)企業(yè)對(duì)齒輪的需求量不斷增加，并且對(duì)齒輪的質(zhì)量和精確度提出了更高的要求，相應(yīng)的就帶動(dòng)了齒輪生產(chǎn)機(jī)械數(shù)控滾齒機(jī)的發(fā)展，對(duì)于數(shù)控滾齒機(jī)的生產(chǎn)能力較強(qiáng)的國家為美國和德國，而過去我國的數(shù)控滾齒機(jī)主要依賴進(jìn)口，為了打破這種局面，我國將數(shù)控滾齒機(jī)的研發(fā)工作納入到科學(xué)體系當(dāng)中，取得了非常傲人的成績(jī)，我國對(duì)數(shù)控滾齒機(jī)的制造水平大大提高，目前可以自主生產(chǎn)大型數(shù)控滾齒機(jī)，其使用性能大大提高，更好的滿足了用戶的要求。

我國加強(qiáng)對(duì)數(shù)控滾齒機(jī)的研發(fā)以及相關(guān)課題的考慮具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，有利于提高我國工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的水平，打破西方國家在這一工業(yè)上的壟斷地位，在國際競(jìng)爭(zhēng)中獲得更多的主動(dòng)權(quán)，提高競(jìng)爭(zhēng)力，在全球經(jīng)濟(jì)一體化的經(jīng)濟(jì)發(fā)展形勢(shì)下獲得更好的發(fā)展。

影響數(shù)控滾齒機(jī)加工精度的原因有很多，主要包括滾齒機(jī)的滾削力、振動(dòng)以及熱變形，其中熱變形是主要的一種，本文主要對(duì)熱變形進(jìn)行深入的探討。滾齒的加工就是用滾刀和工件的端面傾斜成一定的角度，然后加工成各種形狀的齒輪，滾齒的加工主要包括以下幾種運(yùn)動(dòng)類型：主運(yùn)動(dòng)為滾削運(yùn)動(dòng)、分齒運(yùn)動(dòng)、垂直進(jìn)給運(yùn)動(dòng)等。想要減少這種因素對(duì)加工精度的影響，在機(jī)床進(jìn)行加工時(shí)，需要盡量的提高滾刀轉(zhuǎn)動(dòng)的速度，采用的深度為小滾切深度，并且需要分次進(jìn)行切削，這樣就可以有效的降低滾削力，從而減小滾刀和工件主軸變形的情況，這樣就可以使齒輪加工的誤差減小，提高齒輪加工的精度，降低產(chǎn)品的廢品率，提高生產(chǎn)加工的經(jīng)濟(jì)效益。滾削力振動(dòng)也是影響加工精度的主要因素，并且會(huì)對(duì)機(jī)床的使用壽命造成嚴(yán)重不利的影響。針對(duì)這種情況，需要從機(jī)床的結(jié)構(gòu)入手，對(duì)局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，增加抗振型設(shè)計(jì)，以減輕機(jī)床的震顫問題，提高加工的質(zhì)量。

2 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)使得滾齒機(jī)的加工主軸彎曲變形難以確定，需要通過數(shù)學(xué)建模，全面考慮各種可能存在的誤差問題進(jìn)行補(bǔ)償?？梢蕴岣邼L刀轉(zhuǎn)速、小滾切深度、分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

齒輪加工過程是一個(gè)金屬的切削過程，又由于是大型的滾齒機(jī)，加工過程的發(fā)熱量可想而知，在加工的過程中，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。加工過程電機(jī)發(fā)熱難以避免，切削摩擦也會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，同時(shí)環(huán)境和加工工藝也會(huì)起到一定程度的影響。

3 數(shù)控滾齒機(jī)加工誤差補(bǔ)償技術(shù)

很多情況下，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。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。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)、蝸輪蝸桿傳動(dòng)系統(tǒng)、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)，使用編碼器、光柵尺測(cè)量系統(tǒng)等各種傳感器采集加工過程中的數(shù)據(jù)，并反饋給NC，進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)和控制，使用負(fù)反饋系統(tǒng)，讓加工的輸出得到實(shí)時(shí)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 總 結(jié)

目前，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和社會(huì)的不斷進(jìn)步，世界制造業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)發(fā)展的黃金時(shí)期。隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的日益成熟和自動(dòng)控制理論的不斷完善，數(shù)控機(jī)床已成為工業(yè)生產(chǎn)不可缺少的工具。與傳統(tǒng)的齒輪加工不同，數(shù)控滾齒機(jī)已經(jīng)使齒輪加工成為批量生產(chǎn)、新時(shí)代的大規(guī)模生產(chǎn)、新的在線監(jiān)控和自動(dòng)控制，使大型數(shù)控滾齒機(jī)具有廣闊的應(yīng)用前景和無限的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2018-8-7