滾齒機(jī)測控式精化技術(shù)分析

大批量生產(chǎn)的齒輪普遍采用滾-剃-珩的加工工藝，若滾齒機(jī)誤差大，齒輪質(zhì)量將難以保證。為此人們不斷探索簡便實(shí)效的滾齒機(jī)誤差修正補(bǔ)償技術(shù)，使陳舊機(jī)床得到精化改造。

　　一、測控式精化技術(shù)

　　此方案采用實(shí)時(shí)測試、實(shí)時(shí)修正的原理進(jìn)行工作。在滾齒機(jī)刀桿和工作臺上各安裝一個(gè)傳感器(光柵等)，與計(jì)算機(jī)(單片機(jī))構(gòu)成測試系統(tǒng)；另在差動(dòng)軸上安裝一步進(jìn)電機(jī)，與計(jì)算機(jī)構(gòu)成控制系統(tǒng)。在機(jī)床加工運(yùn)動(dòng)的同時(shí)進(jìn)行測量和補(bǔ)償控制。計(jì)算機(jī)根據(jù)測量的傳動(dòng)誤差大小，換算成相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電源脈沖數(shù)，使步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)差動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使工作臺得到一個(gè)與傳動(dòng)誤差相反的附加補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)，達(dá)到修正機(jī)床誤差，提高工件加工精度的目的。

　　此方案的優(yōu)點(diǎn)在于工作方式靈活，變換齒數(shù)方便；缺點(diǎn)在于：(1)費(fèi)用高，每臺機(jī)床改造都需要全套檢測控制系統(tǒng)；(2)可靠性差，要保證全套系統(tǒng)一刻不停地伴隨生產(chǎn)的進(jìn)行而長期不出差錯(cuò)，這在車間惡劣的環(huán)境下幾乎是不可能的；(3)傳感器等的安裝、位置和屏蔽等很麻煩。因此，這種方案未能在生產(chǎn)中得到普及推廣。

　　二、機(jī)械式精化技術(shù)

　　這種方案采用一次性測試，根據(jù)測試結(jié)果加工偏心凸輪，加入傳動(dòng)鏈而使傳動(dòng)誤差得到修正補(bǔ)償。其優(yōu)點(diǎn)在于每臺被改造機(jī)床只增加1～2只凸輪，費(fèi)用低，工作可靠、簡便，不用維護(hù)；缺點(diǎn)在于靈活性較差，每次精化改造只能針對一種或少數(shù)幾種齒數(shù)的齒輪，若要改變齒數(shù)，就要重測和重做凸輪。因此，這種方法適合于批量大、品種少的齒輪如汽車、摩托車齒輪的生產(chǎn)廠采用。此方案的具體實(shí)現(xiàn)有以下幾種形式。

　　1.雙向雙偏心齒輪。將一個(gè)偏心輪橫切為二，其偏心量分別按修正軸的正反兩個(gè)方向的誤差值設(shè)計(jì)。在正反向運(yùn)動(dòng)測試時(shí)，在儀器監(jiān)視下選配相位，打上標(biāo)記，找到各自誤差補(bǔ)償?shù)淖罴盐恢貌⑶邢蝈e(cuò)位，轉(zhuǎn)過一個(gè)距離以保證正反向回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)分別只由一個(gè)齒輪承擔(dān)，同時(shí)保證一定齒隙，最后用銷子將兩齒與軸固定。這樣，兩偏心齒輪實(shí)際占據(jù)原來一個(gè)齒輪位置。這種裝置可解決正反方向運(yùn)動(dòng)的誤差修正。

　　2.e輪偏心修正。如下圖所示，有些機(jī)床從滾刀后的齒輪開始直到差動(dòng)機(jī)構(gòu)一共5對錐齒輪全是1∶1傳動(dòng)比，這種情況下，它們各自的誤差合成為同一個(gè)頻率的單項(xiàng)誤差，只要將e輪加工成偏心，并靠儀器測試找準(zhǔn)相位，即可抵消。

滾齒機(jī)傳動(dòng)鏈圖

　　3.d輪偏心修正。這時(shí)針對的修正對象是蝸桿副的周期誤差，原理和方法與上述2一樣。這種方法將使d輪(或e輪)固定不動(dòng)，從而減小了分齒掛輪搭配的選擇余地，即限制了加工齒數(shù)變化范圍。

　　4.利用差動(dòng)鏈進(jìn)行修正。這種方法與前述測控式方案原理有相似之處，即利用機(jī)床差動(dòng)系統(tǒng)，根據(jù)誤差大小去提供一個(gè)附加的相反運(yùn)動(dòng)進(jìn)行抵消。但這里只需增加一只凸輪即可。如圖1所示。a′，b′，c′，d′4只齒輪為差動(dòng)掛輪，此處a′換成凸輪，b′被當(dāng)作擺桿，c′、d′為放大比調(diào)整齒輪。a″～b″為進(jìn)給掛輪組，a～e為分齒掛輪組。調(diào)整進(jìn)給掛輪，使差動(dòng)掛輪a′的軸與機(jī)床工作臺同步回轉(zhuǎn)，在a′軸上安裝凸輪，在b′軸上安裝一擺桿，用彈簧來保證擺桿與凸輪單向貼緊，凸輪的增高量將使b′軸增加一個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)通過c′、d′，差動(dòng)機(jī)構(gòu)e、f、a、b、c、d和蝸桿給工作臺帶來一個(gè)附加運(yùn)動(dòng)，以抵消早先測出的傳動(dòng)誤差。

　　凸輪的加工是根據(jù)測試誤差曲線而定的，凸輪包絡(luò)線的形狀就是測試曲線的形狀。早期限于加工手段，只是根據(jù)長周期誤差測試曲線進(jìn)行凸輪加工，并且需要先留有一定余量，然后裝上凸輪再進(jìn)行測試，根據(jù)測試結(jié)果，再用銼刀對凸輪進(jìn)行修正(凸輪材料采用有機(jī)玻璃以便于加工)，如此反復(fù)幾次。這種方法主要是修正機(jī)床的長周期誤差。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的和數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)已開始根據(jù)傳動(dòng)誤差(包括長周期誤差和短期周期誤差)曲線進(jìn)行修正。采用FMT測試系統(tǒng)^{［1］［2］}得到的測試曲線是由一周1024個(gè)測試點(diǎn)組成的，將這些點(diǎn)換算后輸入數(shù)控銑床，即可加工出形狀相當(dāng)精確的凸輪。于是，機(jī)床的長周期誤差和大部分短周期誤差(少數(shù)高頻誤差由于擺桿上的靠輪與凸輪發(fā)生干涉而得不到反映)都能得到補(bǔ)償修正，提高精度更為顯著。

　　三、結(jié)論

　　實(shí)現(xiàn)機(jī)械式精化的前提是精密測量，并且在測量以后，應(yīng)先根據(jù)測量分析結(jié)果，把傳動(dòng)鏈中一些粗大誤差環(huán)節(jié)，如軸彎了，孔偏了，齒缺了，軸套松了……等先進(jìn)行更換，這項(xiàng)工作采用FMT測試系統(tǒng)是很容易做到的。在此基礎(chǔ)上，再針對不便更換的環(huán)節(jié)，如蝸桿副引起的累積誤差和錐齒輪引起周期誤差等進(jìn)行精化修正處理，可以達(dá)到很好的效果。

　　另外注意，機(jī)床一經(jīng)調(diào)好，就不要隨意拆卸，否則一旦齒輪相位錯(cuò)亂，精度立即變壞。

　　筆者曾對某廠一臺舊滾齒機(jī)進(jìn)行改造，兩天時(shí)間使其累積誤差由13.6″降到5.2″，該廠立即將機(jī)床搬到恒溫車間當(dāng)作母機(jī)精心維護(hù)�？梢姶朔桨负啽阋仔�，很受用戶歡迎，并且這項(xiàng)技術(shù)也容易推廣到其它齒輪加工機(jī)床的改造上去。