一、前言
現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展, 對齒輪加工精度提出了愈來愈高的要求。為使我國齒輪加工達(dá)到世界先進(jìn)水平, 必須首先提高加工機(jī)床的精度。滾齒加工由于具有高的生產(chǎn)效率, 是齒輪加工中 最常用的方法之一, 因此對滾齒機(jī)精度檢驗(yàn)實(shí)施國際標(biāo)準(zhǔn)勢在必行。在過去的滾齒機(jī)精度驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)(JB 2 4 9 3-78 ) 中由于沒有對齒向精度提出要求, 所以無論是在滾齒機(jī)的設(shè)計(jì)制造, 還是滾齒機(jī)試驗(yàn)研究中一直都忽視了對這一指標(biāo)的控制。近年來通過對國內(nèi)部分滾齒機(jī)進(jìn)行的摸底試驗(yàn)發(fā)現(xiàn), 普通和精密滾齒機(jī)的齒向加工猜度一般僅能達(dá)到8 級左右(精度等級均指現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)JB 17 9 -81, 以下同).很難達(dá)到（ISO -5 79 )國際標(biāo)準(zhǔn)的7 級精度要求。
在國外, 普通滾齒機(jī)產(chǎn)品以英國H·S系列及西德席士公司產(chǎn)品的齒向精度最高,可達(dá)7 級以上, 其它多數(shù)國家及公司的同類產(chǎn)品其齒向精度都不高于這一水平。在滾齒機(jī)的各項(xiàng)精度指標(biāo)中, 齒向精度比其它加工精度要低1 ~2 級, 對精密滾齒機(jī)1 SO 尚未制訂精度標(biāo)準(zhǔn), 但以下各國的某些標(biāo)準(zhǔn)可供參考, 如英國的B ·S1 4 98 : 62 標(biāo)準(zhǔn)的B 級,其齒向精度檢驗(yàn)公差大致為7 級; 而英國B· S1 4 9 8 的人級, 其公差值約在5 ~6 級之間, 西德席士公司透平滾齒機(jī)的齒向精度檢驗(yàn)公差級在5~4 之間, 蘇聯(lián)廠O C T 65 9 -76標(biāo)準(zhǔn)C級的齒向檢驗(yàn)公差級偏4 級, 這些則相當(dāng)高精度( 透平) 滾齒機(jī)的齒向精度標(biāo)準(zhǔn)。事實(shí)上, 英國M H 系列達(dá)平滾齒機(jī)齒向加工精度實(shí)際出廠一般為5 ~4 級, 西德席士公司R F 系列透平滾齒機(jī)實(shí)際出廠的齒向加工精度可達(dá)4 級。
總之, 國外滾齒機(jī)已注意提高齒向加工精度的問題, 而我國在這方面才剛開始起步, 因此對滾齒機(jī)加工齒輪齒向誤差進(jìn)行深入仔細(xì)的分析研究乃當(dāng)務(wù)之急。這無論對提高我國齒輪加工精度, 還是改進(jìn)滾齒機(jī)加工性能都具有非常重要的實(shí)際價(jià)值。
二、齒向誤差及影響因素
1齒向誤差的概念
所謂齒問誤差就是齒搶實(shí)際齒向線和理論齒向線之間的偏差。誤差大小在輪齒總有齒寬范圍內(nèi)垂直于軸線的平面上評定(圖1 ),齒向誤差( △Fβ) 由兩部分組成, 一部分是在節(jié)圓柱上齒向線的線性偏差( △Fβ1)另一部分是同一圓柱上的縱向形狀誤差(△F戶: ) 一微觀波度。
即: △Fβ=△E β1 + △Fβ2
齒輪的齒向誤差大小直接影響齒輪承載的均勻性, 同時(shí)也是噪聲的來源之一。
2 . 滾斜齒時(shí)齒向線的形成原理
( 滾刀在圖中工件的前面, 未畫出)。圖中a c 是直齒輪齒向線, a 。‘是斜齒輪齒向線。滾刀在位置I時(shí), 切削點(diǎn)正好是a 點(diǎn), 當(dāng)滾刀下降△s 距離后( 到達(dá)位置互) , 對于直齒輪, 切削點(diǎn)在b 點(diǎn), 而對于斜齒輪, 切削點(diǎn)則應(yīng)在b, 點(diǎn)。
因此, 要求在滾刀直線下降△s 的過程中, 工件的轉(zhuǎn)速應(yīng)比滾切直齒輪時(shí)快一些, 以便把要切削的b’ 點(diǎn)轉(zhuǎn)到圖中的b點(diǎn)位置上, 可見滾切斜齒輪時(shí)螺旋角p 是靠一個(gè)附加運(yùn)動(dòng)B , 形成的。
由滾齒機(jī)傳動(dòng)原理圖(圖3 ) 可知, 附加運(yùn)動(dòng)的首末端件是走刀絲杠和工作臺(tái), 傳動(dòng)鏈路線為12 -13 -u , -14 -15 -合成機(jī)構(gòu)-6-7 –u-8 -9 -工作臺(tái), 這就是滾齒機(jī)傳動(dòng)鏈中的差動(dòng)鏈部分。
差動(dòng)鏈?zhǔn)啄┒思倪\(yùn)動(dòng)聯(lián)系( 內(nèi)聯(lián)系) 如下:
如果這個(gè)關(guān)系不能準(zhǔn)確保證, 就會(huì)導(dǎo)致形成的繃旋角偏離理論值, 從而造成齒向誤差。
3.影響齒向誤差的因素
( 1) 機(jī)床幾何精度
理論及實(shí)踐表明, 滾齒機(jī)自身的幾何精度對滾齒加工精度有著直接的影響, 就齒向誤差而言, 影響最大的則是滾齒機(jī)工件心軸與大立柱導(dǎo)軌在X·Y 方向的平行度(圖4 )
圖5 給出當(dāng)工件心軸相對于大立柱導(dǎo)軌沿Y 負(fù)方向在齒寬b 上傾斜一個(gè)距離△時(shí)的情況, 此時(shí), 齒坯在實(shí)際切削中處于虛線所示的位置, 而差動(dòng)鏈仍按理論螺旋角日。:
附加轉(zhuǎn)動(dòng), 因此齒輪實(shí)際螺旋角就比βt1:大。
Βo=βt=θ
從而1: 1.
也形成齒向誤差: △Fβ=△
如果工件心軸相對于大立柱導(dǎo)軌向X 正向傾斜, 那么滾刀在切削過程中, 吃刀深度愈來愈大, 造成輪齒上端厚、下端薄( 圖6a )。輪齒厚度的變化反映到齒向線上如圖6 b所示。這時(shí), 圖中右齒向線角度βo 2 偏小, 左齒向線角度βe1偏大。從而形成齒向誤差。定量地計(jì)算如下( 圖7 )。
若在齒輪寬度b 上工件心軸傾斜(X 正向) △, 齒向誤差為:
F B=△t gαr
其中α1—分圓壓力角
( 2 ) 齒坯安裝精度
如同機(jī)床幾何精度對齒向誤差的影響一樣, 齒坯的安襲倩度一齒坯X·Y 方向傾斜也直接影響滾齒齒向誤差(圖5 、6 、7 )。
( 3 ) 機(jī)床熱變形
機(jī)床在切削過程中, 由于傳動(dòng)元件的摩攘和切削帶來的切削熱等使機(jī)床溫度升高,而且由于機(jī)床各部位溫升不一致, 因而各部位的熱變形就不相同, 從而破壞了機(jī)床在靜態(tài)下的兒何精度。如( l )、 ( 2 ) 所述,如果熱變形使工件心軸相對于大立往導(dǎo)軌在X·Y方向發(fā)生傾斜, 那么它將直接影響齒向誤差。從實(shí)際切齒試驗(yàn)中也證實(shí)了這一結(jié)論的正確性。
( 4 ) 差動(dòng)鏈精度
由滾齒原理可知, 斜齒掄齒向線(螺旋線) 的形成是靠差動(dòng)鏈來保證的, 如果差動(dòng)鏈精度不高, 必然會(huì)影響齒向精度。
通過分析不難發(fā)現(xiàn)影響差動(dòng)鏈精度的有如下環(huán)節(jié):工)垂直絲桿, 互) 走刀蝸輪付, 1 ) 差動(dòng)掛輪, 萬) 合成機(jī)構(gòu), 若以上四個(gè)環(huán)節(jié)的運(yùn)動(dòng)誤差疊加起來使得在滾刀下降過程中工作臺(tái)多( 或少) 附加轉(zhuǎn)動(dòng), 差動(dòng)鏈累積誤差會(huì)造成螺旋線的偏斜, 運(yùn)動(dòng)周期誤差就會(huì)造成齒向線的波峰波谷(·圖8 )
圖中, 理論上當(dāng)滾刀下降s 從a 點(diǎn)到達(dá)。點(diǎn)時(shí), 被切削點(diǎn)應(yīng)是b , 但由于差動(dòng)鏈的運(yùn)動(dòng)累積誤差, 在工作臺(tái)附加轉(zhuǎn)過△T 弧長時(shí), 滾刀實(shí)際下降的距離是s , 而非5 . 即以工作臺(tái)為基準(zhǔn), 差動(dòng)鏈存在△s 大小的累積誤差. 從而使得實(shí)際螺旋角p。比理論螺旋角p. 大, 造成齒向誤差△F日。
( 5 ) 刀架工作臺(tái)Y 方向振動(dòng)
在切削過程中, 刀架和工作臺(tái)的振動(dòng)將直接影響齒輪精度, 就齒向誤差而言, 則主要取決于刀架和工作臺(tái)Y 方向振動(dòng)。如果由于機(jī)床傳動(dòng)元件存在制造和安裝誤差或切削力變化的激勵(lì), 都將使刀架和工作臺(tái)發(fā)生振動(dòng)了, Y 向振動(dòng)直接造成齒向曲線的波峰、波谷。即造成輪齒寬度方向不平度(微觀),從而形成齒向誤差。
( 6 ) 工件材料
如果工件材料組織不均勻或存在某種缺陷, 將使齒向誤差發(fā)生變化, 圖9 a) 是材料組織比較均勻, 細(xì)密的情形, b ) 是材料組織較為琉松的情形。顯然同樣的加工條件, 如果工件材料不一樣, 齒向誤差也不會(huì)相同。因此, 在評價(jià)機(jī)床的齒向加工精度時(shí),為了避免帶入由于工件材料組織缺陷引起的齒向誤差曲線許多(高頻) 尖峰的影響, 應(yīng)該使用材料組織情況良好的工件。同時(shí), 在檢測時(shí)應(yīng)選用較低的上限截止頻率。達(dá)到真實(shí)、客觀地評價(jià)機(jī)床加工精度的目的, ( 目前齒向精度考核標(biāo)準(zhǔn)未規(guī)定檢測儀器—SP60 的上限截止頻率)
三、結(jié)論
根據(jù)對影響齒向誤差各因素的分析和叨齒試驗(yàn), 得到以下結(jié)論:
1 . 以前由于要求檢查滾齒機(jī)走刀絲杠的均勻性, 而把絲杠制造成負(fù)螺距累積, 這對于齒向精度是不利的, 為貫徹15 0 一57 9 標(biāo)準(zhǔn)。建議將絲杠做為零累積或正累積, 以補(bǔ)償其它因素對齒向精度的影響。
2 . 差動(dòng)鏈精度直接決定了齒向精度的高低, 而差動(dòng)鏈中的末端件—走刀絲杠又是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié), 從齒向誤差曲線得知, 絲杠的螺距相鄰誤差( 周期誤差) 是齒向曲線波度大小的主要部份, 應(yīng)設(shè)法提高絲杠的運(yùn)動(dòng)精度, 另外走刀蝸桿由于和絲杠有著緊密的聯(lián)系, 也是一個(gè)影響齒向曲線波度的重要環(huán)節(jié)。
3 . 由于滾齒機(jī)結(jié)構(gòu)方面的原因, 熱變形后工件心軸相對于大立柱導(dǎo)軌向Y 負(fù)方向傾斜, 走刀絲杠向Z 正方向伸長。前者使左旋螺旋角減小, 后者使左旋螺旋角增大; 但兩者都使右旋螺旋角增大。因此, 建議在滾齒機(jī)總裝檢查幾何精度時(shí), 工件心軸對大立柱導(dǎo)軌的平行度規(guī)定為單向公差。不允許心軸向Y 負(fù)方向傾斜, 以補(bǔ)償熱變形對精度的影響。對于絲杠Y 方向伸長使螺旋角偏大的影響, 可通過增大絲杠螺距來補(bǔ)償。
4.試驗(yàn)發(fā)現(xiàn), 滾刀箱滑動(dòng)軸承和推力球軸承的間隙將引起齒向曲線的崎變。如果間晾過大, 在切削過程中, 滾刀將發(fā)生移位(.俗稱: “掉刀” )現(xiàn)象, 造成齒寬方向出現(xiàn)凹凸面。同時(shí)也將直接影響切齒粗糙度,因此在裝滾刀箱時(shí), 必須嚴(yán)格控制滑動(dòng)軸承間隙和推力球軸承的預(yù)緊程度。
5 . 分度蝸輪付嚙合間隙的大小要影響齒向精度。滾齒屬斷續(xù)切削, 而且因工件螺旋角的旋向和大小的不同, 切削力距要發(fā)生變化, 引起工作臺(tái)產(chǎn)生扭振, 齒寬方向出現(xiàn)波度, 同時(shí)也使切齒表面粗糙度變壞。這種現(xiàn)象在用右旋滾刀切左旋齒輪時(shí)特別嚴(yán)重。我們這次對滾齒機(jī)加工齒輪齒向誤差的研究, 著重于減小齒向誤差曲線的線性偏差, 使普通滾齒機(jī)齒向加工精度達(dá)到了6 . 5級, 少數(shù)達(dá)到了6 級。但是對齒向誤差曲線的波度部分還未存細(xì)深入地分析, 這對于精密滾齒機(jī)和高精度滾齒機(jī)是不容忽視的一大問題, 也是進(jìn)一步提高齒向加工精度的難關(guān)。
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