影響軸齒輪滾齒加工精度的原因分析

楊越 姚鑫 蔣安全

摘要：軸齒輪是減速機(jī)的重要零部件。而滾齒的加工精度是影響軸齒輪工作效率的最重要因素，本文將主要通過對軸齒輪加工精度指標(biāo)進(jìn)行具體分析，重點(diǎn)分析產(chǎn)生這些加工精度不達(dá)標(biāo)的原因，從而為提高整體的加工精度做支撐。

關(guān)鍵詞：軸齒輪滾齒;加工精度;滾齒成形過程裝備

0 ?引言

軸齒輪主要應(yīng)用在減速機(jī)中，并且和減速機(jī)的質(zhì)量和效率有著直接的關(guān)系。如果軸齒輪在工作過程中產(chǎn)生精度等相關(guān)問題就會(huì)影響減速機(jī)的正常工作。對于軸齒輪來說，最難控制的精度就是滾齒加工精度，因?yàn)檩S齒輪的工作部分就是由滾齒來控制的，傳統(tǒng)的加工軸齒輪滾齒的方法就是采用滾齒磨齒相結(jié)合的方法，在這個(gè)過程中容易產(chǎn)生一系列的加工誤差問題，影響最終的成齒精度。因此為了提高軸齒輪的加工質(zhì)量，最先要保證加工的軸齒輪滾齒的加工精度符合要求。因此本文將主要通過對控制軸齒輪滾齒的加工精度的幾個(gè)因素進(jìn)行分析，然后從軸齒輪滾齒加工過程，加工誤差的控制以及設(shè)備影響等多個(gè)方面進(jìn)行原因分析，從而在今后的軸齒輪滾齒加工的過程中可以將加工精度這一標(biāo)準(zhǔn)控制的更加嚴(yán)格，生產(chǎn)出高質(zhì)量的軸齒輪，從而不斷的提高齒輪加工的整體競爭力。

1 ?軸齒輪滾齒加工精度分析

軸齒輪是一個(gè)具有高度互換性的標(biāo)準(zhǔn)零部件。在各個(gè)方面應(yīng)用廣泛，尤其是在減速機(jī)之中，減速機(jī)的組成大致主要有四個(gè)行星齒輪，還有一個(gè)行星齒輪軸，二個(gè)軸齒輪以及減速機(jī)殼體等部分組成。對于精度影響最大的就是軸齒輪的輪齒精度將直接影響減速機(jī)的卞效率，因此在這個(gè)過程中首先需要分析影響軸齒輪滾齒加工精度的幾個(gè)重要的加工精度參數(shù)，下面來分別進(jìn)行討論。

1.1 軸齒輪滾齒徑向跳動(dòng)

滾齒徑向跳動(dòng)的合理性是保證軸齒輪滾齒能夠正常工作的重要參數(shù)之一。徑向跳動(dòng)在滾齒中主要反映的是齒輪的幾何偏心，或者是在齒坯在安裝過程中產(chǎn)生的偏心情況。目前對于軸齒輪滾齒的徑向跳動(dòng)誤差的測量主要是通過圓柱體外徑向跳動(dòng)的測量方法，此套設(shè)備如圖1所示。這套設(shè)備在測量滾齒的徑向跳動(dòng)誤差的過程中可以依據(jù)滾齒的具體型號來進(jìn)行升降的調(diào)節(jié)，并且精度較高，對于測量的誤差是十分小的，但是仍然存在著加工精度的問題，在下文中會(huì)進(jìn)行具體的討論。

1.2 軸齒輪滾齒齒面粗糙度精度

對于軸齒輪滾齒加工過程中，對于齒面的粗糙度控制也是十分嚴(yán)格的，需要嚴(yán)格的控制，一般的粗糙度為0.5C，但是根據(jù)具體的應(yīng)用場景還需要制定不同的加工粗糙度。但是滾齒加工的粗糙度將是影響軸齒輪滾齒加工精度不能忽視的關(guān)鍵問題，需要在制定合理的粗糙度區(qū)間內(nèi)進(jìn)行加工，從而提升滾齒的工作效率，提高齒輪的整體壽命等。

1.3 齒形與齒向誤差

對于軸齒輪滾齒的齒形主要是工作部分的齒形，進(jìn)行齒形確定的方法主要是輪廓線方法，在機(jī)械原理中應(yīng)用理想的齒形輪廓線方法可以描繪出應(yīng)用軸齒輪滾齒齒形的具體形狀，通過輪廓線方法來最終加工出所需要的齒形，一般情況下，對于軸齒輪滾齒來說齒形的選擇大多是選擇漸開線齒形，因?yàn)闈u開線齒形有著良好的傳動(dòng)效率，對于齒輪來說，高傳動(dòng)效率是其他傳動(dòng)方式所不能比的，整體的傳動(dòng)效率有時(shí)候會(huì)超過百分之90，這是非常高的傳動(dòng)效率，并且可以應(yīng)用到大多數(shù)的工程之中。

而對于齒向誤差來說，齒向誤差主要是和齒輪寬度的選擇有關(guān)系，對于處在一定范圍內(nèi)的齒寬，也就相對應(yīng)產(chǎn)生一定范圍的齒向誤差，這一誤差是不可能消除的，需要根據(jù)具體的條件下，將齒向誤差控制在一定的范圍內(nèi)，從而可以有效控制齒向誤差。

2 ?影響軸齒輪滾齒加工的原因分析

2.1 影響軸齒輪滾齒徑向跳動(dòng)誤差原因分析

在前文中提到，滾齒徑向跳動(dòng)誤差主要反映的是齒輪的幾何偏心以及在齒坯安裝的過程中出現(xiàn)的偏心情況，因此歸根結(jié)底還是加工過程中設(shè)備產(chǎn)生的誤差擴(kuò)大化的問題。主要是由于兩個(gè)孔與徑向跳臺(tái)之間不能進(jìn)行安裝上的重合，在對圖1徑向跳動(dòng)設(shè)備進(jìn)行分析的過程中發(fā)現(xiàn)在測量支架在使用的過程中需要手動(dòng)的進(jìn)行調(diào)試，要將被測量件的滾齒，本文主要是軸齒輪滾齒要和下方的兩個(gè)中心孔以及測量支架之間三者要在同一條線上，但是在這個(gè)過程中由于設(shè)備自身存在一定的誤差，導(dǎo)致在測量的過程中不能進(jìn)行完全的安裝重合，并且沒有傳感器進(jìn)行檢測是不是完全的重合，如果不能完全的重合就會(huì)產(chǎn)生一定的徑向跳動(dòng)誤差，從而影響軸齒輪輪齒的加工精度，因此為了能夠盡量的減小軸齒輪滾齒的徑向跳動(dòng)誤差需要在成套設(shè)備上下功夫，從而可以將幾何偏心控制在一定的范圍內(nèi)，提高效率。

2.2 影響軸齒輪滾齒端面跳動(dòng)原因分析

對于軸齒輪滾齒的端面跳動(dòng)誤差主要反映的是運(yùn)動(dòng)偏心的問題。其實(shí)滾齒出現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)偏心的問題主要還是公法線的長度出現(xiàn)問題。由于現(xiàn)階段的生產(chǎn)軸齒輪滾齒過程中，主要是機(jī)械化進(jìn)行生產(chǎn)，整體的生產(chǎn)效率不斷的提高，在生產(chǎn)滾齒的過程中工作圓臺(tái)會(huì)受到一定的磨損，在這個(gè)過程中由于圓臺(tái)的磨損會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)生產(chǎn)出的滾齒端面產(chǎn)生一定的運(yùn)動(dòng)偏離，從而產(chǎn)生較大的端面跳動(dòng)誤差;另外在加工軸齒輪的過程中需要進(jìn)行滾齒的加工，在這個(gè)過程需要蝸輪副的作用，蝸輪副產(chǎn)生回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而進(jìn)行滾齒的加工生產(chǎn)，但是在這個(gè)過程中如果蝸輪副的回轉(zhuǎn)精度達(dá)不到要求將會(huì)直接影響最終的成形滾齒，因此對于蝸輪副的回轉(zhuǎn)精度將是影響運(yùn)動(dòng)偏心最重要的因素。在實(shí)際的過程中需要特別重視蝸輪加工滾齒，需要定期的進(jìn)行檢查，如果發(fā)現(xiàn)回轉(zhuǎn)的精度與實(shí)際加工制定的滾齒精度有差別需要調(diào)好蝸輪副的回轉(zhuǎn)精度，這樣才能在加工的過程時(shí)刻注意運(yùn)動(dòng)偏心產(chǎn)生的端面跳動(dòng)誤差。

2.3 影響粗糙度的軸齒輪滾齒的加工精度原因分析

對于軸齒輪如果滾齒的粗糙度沒有達(dá)到實(shí)際要求的那樣就會(huì)產(chǎn)生崩齒、滾齒的撕裂以及鱗屑等現(xiàn)象。實(shí)際加工中造成軸齒輪滾齒粗糙度達(dá)不到生產(chǎn)要求的最關(guān)鍵因素還是出現(xiàn)在加工設(shè)備中，尤其是成套的設(shè)備，如數(shù)控機(jī)床的加工中，它和回轉(zhuǎn)刀架的精度，機(jī)床的夾具精度以及數(shù)控機(jī)床控制工作系統(tǒng)等都有關(guān)系，并且在成形的過程中還會(huì)綜合考慮這些成套設(shè)備帶來的不可避免的誤差，需要在要求的范圍內(nèi)制定這些不可避免的誤差，然后重點(diǎn)控制數(shù)控機(jī)床成套設(shè)備的精度問題。尤其是出現(xiàn)了滾齒之間間隙較大的情況下，主要是由于加工的滾刀與工件之間的相向的過程中出現(xiàn)一系列的問題，從而造成了滾齒之間間隙增大，粗糙度增大。另外滾刀如果沒有精磨到一定的精度生產(chǎn)加工出來的滾齒也會(huì)產(chǎn)生粗糙度和加工出現(xiàn)的粗糙度產(chǎn)生誤差等。這些都是產(chǎn)生粗糙度影響軸齒輪滾齒加工的原因。

3 ?軸齒輪滾齒加工精度控制措施分析

在前文中對于軸齒輪滾齒加工過程中產(chǎn)生影響加工精度的若干因素進(jìn)行具體分析。本小節(jié)將主要對一種加工精度也就是滾齒徑向跳動(dòng)誤差控制措施進(jìn)行分析，從而可以為其他的影響加工精度的原因提供技術(shù)上的借鑒。

在對軸齒輪滾齒加工過程中產(chǎn)生幾何偏心的原因是兩個(gè)孔與徑向跳臺(tái)之間不能進(jìn)行安裝上的重合。因此采用全新的徑向檢測裝置，通過傳感器的實(shí)時(shí)的控制誤差達(dá)到兩個(gè)孔與徑向跳臺(tái)之間進(jìn)行安裝上的重合，具體的如圖2所示。

從圖2中可以十分清晰的看到，當(dāng)軸齒輪滾齒被送到測量工位的基座上的時(shí)候，由傳感器固定架來實(shí)時(shí)的將零件與測量臺(tái)以及下方的定位孔之間的的垂直方向監(jiān)測是否在一條線上，通過自動(dòng)調(diào)節(jié)基座的位置，將三者固定在一條線上，從而保證精度，另外回轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)精度也會(huì)通過傳感器來進(jìn)行實(shí)時(shí)的傳遞信息，從而保證回轉(zhuǎn)精度控制在要求的范圍內(nèi)。工作控制系統(tǒng)主要采用的是PLC技術(shù)，由于PLC技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)就是靈活多樣化，可以將跳動(dòng)測量數(shù)據(jù)快速的傳遞到總站之中，從而節(jié)約了大量的時(shí)間，并且測量的誤差也是十分準(zhǔn)確的，當(dāng)測量結(jié)束的時(shí)候，滑塊上升回到初始的狀態(tài)，整個(gè)系統(tǒng)也會(huì)回到初始的狀態(tài)，從而準(zhǔn)備下一個(gè)滾齒徑向跳動(dòng)誤差的測量。

4 ?總結(jié)

綜上所述，本文主要通過對軸齒輪滾齒加工中影響加工精度的一些具體指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)的闡述，然后通過這些指標(biāo)在實(shí)際的加工過程中產(chǎn)生的加工精度不達(dá)標(biāo)的原因進(jìn)行重點(diǎn)分析，尤其是對滾齒的徑向跳動(dòng)與端面跳動(dòng)誤差，齒向齒形誤差以及粗糙度等常見的加工精度因素進(jìn)行分析，然后簡述了如何控制滾齒的徑向跳動(dòng)誤差從而為控制其他誤差提供技術(shù)支撐。

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作者簡介：楊越（1999-），男，侗族，湖南懷化人，本科，研究方向?yàn)檫^程裝備與控制工程;姚鑫（1998-），女，重慶人，本科，研究方向?yàn)檫^程裝備與控制工程;蔣安全（1999-），男，四川遂寧人，本科，研究方向?yàn)檫^程裝備與控制工程。