滚齿机机械式精化技术

摘要　分析了滚齿机测控式精化技术的优点和不足之处，提出一种基于精密测量的机械凸轮式精化方案，具有较好推广价值，详细介绍了此方案的原理和实现方法。
关键词：滚齿机　精化　测量

　　大批量生产的齿轮普遍采用滚-剃-珩的加工工艺，若滚齿机误差大，齿轮质量将难以保证。为此人们不断探索简便实效的滚齿机误差修正补偿技术，使陈旧机床得到精化改造。

　　一、测控式精化技术

　　此方案采用实时测试、实时修正的原理进行工作。在滚齿机刀杆和工作台上各安装一个传感器(光栅等)，与计算机(单片机)构成测试系统；另在差动轴上安装一步进电机，与计算机构成控制系统。在机床加工运动的同时进行测量和补偿控制。计算机根据测量的传动误差大小，换算成相应的驱动电源脉冲数，使步进电机带动差动轴转动，从而使工作台得到一个与传动误差相反的附加补偿运动，达到修正机床误差，提高工件加工精度的目的。
　　此方案的优点在于工作方式灵活，变换齿数方便；缺点在于：(1)费用高，每台机床改造都需要全套检测控制系统；(2)可靠性差，要保证全套系统一刻不停地伴随生产的进行而长期不出差错，这在车间恶劣的环境下几乎是不可能的；(3)传感器等的安装、位置和屏蔽等很麻烦。因此，这种方案未能在生产中得到普及推广。

　　二、机械式精化技术

　　这种方案采用一次性测试，根据测试结果加工偏心凸轮，加入传动链而使传动误差得到修正补偿。其优点在于每台被改造机床只增加1～2只凸轮，费用低，工作可靠、简便，不用维护；缺点在于灵活性较差，每次精化改造只能针对一种或少数几种齿数的齿轮，若要改变齿数，就要重测和重做凸轮。因此，这种方法适合于批量大、品种少的齿轮如汽车、摩托车齿轮的生产厂采用。此方案的具体实现有以下几种形式。

　　1.双向双偏心齿轮。将一个偏心轮横切为二，其偏心量分别按修正轴的正反两个方向的误差值设计。在正反向运动测试时，在仪器监视下选配相位，打上标记，找到各自误差补偿的最佳位置并切向错位，转过一个距离以保证正反向回转运动分别只由一个齿轮承担，同时保证一定齿隙，最后用销子将两齿与轴固定。这样，两偏心齿轮实际占据原来一个齿轮位置。这种装置可解决正反方向运动的误差修正。

　　2.e轮偏心修正。如下图所示，有些机床从滚刀后的齿轮开始直到差动机构一共5对锥齿轮全是1∶1传动比，这种情况下，它们各自的误差合成为同一个频率的单项误差，只要将e轮加工成偏心，并靠仪器测试找准相位，即可抵消。

滚齿机传动链图

　　3.d轮偏心修正。这时针对的修正对象是蜗杆副的周期误差，原理和方法与上述2一样。这种方法将使d轮(或e轮)固定不动，从而减小了分齿挂轮搭配的选择余地，即限制了加工齿数变化范围。

　　4.利用差动链进行修正。这种方法与前述测控式方案原理有相似之处，即利用机床差动系统，根据误差大小去提供一个附加的相反运动进行抵消。但这里只需增加一只凸轮即可。如图1所示。a′，b′，c′，d′4只齿轮为差动挂轮，此处a′换成凸轮，b′被当作摆杆，c′、d′为放大比调整齿轮。a″～b″为进给挂轮组，a～e为分齿挂轮组。调整进给挂轮，使差动挂轮a′的轴与机床工作台同步回转，在a′轴上安装凸轮，在b′轴上安装一摆杆，用弹簧来保证摆杆与凸轮单向贴紧，凸轮的增高量将使b′轴增加一个回转运动，该运动通过c′、d′，差动机构e、f、a、b、c、d和蜗杆给工作台带来一个附加运动，以抵消早先测出的传动误差。
　　凸轮的加工是根据测试误差曲线而定的，凸轮包络线的形状就是测试曲线的形状。早期限于加工手段，只是根据长周期误差测试曲线进行凸轮加工，并且需要先留有一定余量，然后装上凸轮再进行测试，根据测试结果，再用锉刀对凸轮进行修正(凸轮材料采用有机玻璃以便于加工)，如此反复几次。这种方法主要是修正机床的长周期误差。随着计算机技术的和数控加工技术的发展，现已开始根据传动误差(包括长周期误差和短期周期误差)曲线进行修正。采用FMT测试系统^{［1］［2］得到的测试曲线是由一周1024个测试点组成的，将这些点换算后输入数控铣床，即可加工出形状相当精确的凸轮。于是，机床的长周期误差和大部分短周期误差(少数高频误差由于摆杆上的靠轮与凸轮发生干涉而得不到反映)都能得到补偿修正，提高精度更为显著。}

　　三、结论

　　实现机械式精化的前提是精密测量，并且在测量以后，应先根据测量分析结果，把传动链中一些粗大误差环节，如轴弯了，孔偏了，齿缺了，轴套松了……等先进行更换，这项工作采用FMT测试系统是很容易做到的。在此基础上，再针对不便更换的环节，如蜗杆副引起的累积误差和锥齿轮引起周期误差等进行精化修正处理，可以达到很好的效果。
　　另外注意，机床一经调好，就不要随意拆卸，否则一旦齿轮相位错乱，精度立即变坏。
　　笔者曾对某厂一台旧滚齿机进行改造，两天时间使其累积误差由13.6″降到5.2″，该厂立即将机床搬到恒温车间当作母机精心维护。可见此方案简便易行，很受用户欢迎，并且这项技术也容易推广到其它齿轮加工机床的改造上去。

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