双头蜗轮滚齿加工测量与调整.docx

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双头蜗轮滚齿加工测量与调整

目录

摘要

关键词

论文：

双头蜗轮加工测量与调整

一、前言…………………………………………

（1）

二、双头蜗轮精度超差分析……………………

（2）

三、改进措施……………………………………（5）

1.双头蜗轮精度测量方法………………………（5）

2.加工蜗轮时机床的调整……………………（6）

四、结论…………………………………………（7）

五、参考文献……………………………………（8）

六、附图：

1.零件图、

2.双头蜗轮对刀方法示意图一

3.双头蜗轮测量方法示意图二

摘要

在加工小模数双头蜗轮中，出现部分蜗轮精度超差。

整机运动定位达不到设计标准。

我们通过常规技术分析和理论分析，以及实践的证明。

判断了误差的原因，制作简易的测量工具，查出蜗轮具体的误差值，为加工中的调整提供了可靠的数据。

保证了蜗轮的加工精度。

关键词

双头蜗轮、蜗轮滚刀、分度精度、齿距误差

螺旋线、测量、分析、轴向移动

双头蜗轮加工测量与调整

一、前言

蜗杆传动在机械领域中以它独特的传动模式，而被广泛的运用。

它把减速、分度表现的简单而准确，是现代机械工业中一种不可替代的传动机构。

随着科技的发展，在工业生产中对零件的加工标准也随之提高，伴随而来的又是新的问题，老机床，老的加工方法如何面对新形势下高精度零件的加工，通过改进加工方法，解决了问题后，就是一个新的突破，社会的发展就是这样一步一步走的更远。

蜗杆传动离不开蜗轮。

而蜗轮加工主要是以滚齿机为主。

用滚齿机对蜗轮作径向切削或切向切削完成蜗轮齿廓的加工。

蜗轮的精度在很大程度上取决于和它相对应的蜗轮滚刀。

事实上由于制造的误差，切出的齿形不可能与蜗杆齿形精确啮合。

面对双头及多头蜗轮加工时，这种误差值又大大的提高。

怎样克服因刀具制造的误差，带给被切蜗轮超差的现象，成为我们思考和改进的课题。

我们通过圆柱蜗轮副的啮合原理，把蜗轮滚刀看成是一个蜗杆，通过轴向截面，它就像一个齿条。

如果齿条的齿距有误差时，与假设的标准蜗轮作啮合运动。

就会造成齿距短处，间隙大，齿距长处，出现干涉。

再把齿条看回滚刀时，由于制造时齿距的误差，双头分度的误差，加工蜗轮时，就会使蜗轮的齿廓与齿廓之间，齿距形成误差，尤其是蜗轮齿数与头数能被整除时，这种误差就反映在蜗轮上，而不可改变。

我们通过寻找双头蜗轮滚刀分度的误差值，让这个误差值被蜗轮轴线中心平分，降低这种误差。

使被加工蜗轮达到设计的技术参数，在蜗杆传动中增加了分度精度。

满足了整机的设计要求。

蜗杆传动中离不开蜗轮。

蜗轮的加工主要以滚齿机为主，根据蜗轮的外径、模数、技术参数选择不同类型不同精度的滚齿机作径向或切向切削，完成蜗轮齿廓加工。

在生产中我们接到这样一批蜗轮加工订单。

见零件图。

用户介绍，这种蜗轮在整机中与蜗杆啮合后作双向快速分度，随着整机的其他运动，作8点定位。

这8个点的定位误差最大值0.0016mm。

这项精度完全依赖于蜗轮副的精密分度而产生。

用户提供了三把径向切削的蜗轮专用滚刀。

首批蜗轮在正常的加工和检测后向用户交付。

用户在装配试车后，发现有部分蜗轮传动中精度超差，整机工作定位误差最大值超过0.02mm。

超差的蜗轮，用户要求返修或报废。

而我们在对返修蜗轮再一次检测时，并没有查出明显的问题。

有一点可以肯定我们加工这种蜗轮时精度得不到有效的保证。

由于问题的存在，在问题没有得到解决之前，对蜗轮的返修都做不到。

二、蜗轮精度超差分析

回顾我们对本厂产品中的双头蜗轮加工时，除了蜗轮滚刀两齿间中心与蜗轮轴线对刀，见示意图一，进给量和转速降低外，其余和单头蜗轮加工一样。

同一台滚齿机，同一套工装，同一种操作程序，生产出几种不同精度误差的蜗轮。

这个问题需要综合的分析。

首先对加工机床的分析，这是一台Y38A精密滚齿机，也是我们厂精密蜗轮的加工专用机床，除中距标尺准确无误外，整个机床传动链平稳。

对工装检查时，端面基准误差0.004mm,专用心轴两点径向跳动0.005mm，应视为合格。

还有就是零件在工装上受到压紧力时，由于零件内孔与芯棒之间的间隙存在产生位移，也就形成了径向跳动。

在对零件内孔检查时，只有极个别的内孔超差，大部分零件内孔与芯棒的配合紧密。

在对这几种常规造成零件精度超差现象分析后，我们又回到蜗轮的检测上。

在检测仪对双头蜗轮的齿距累积检测时，检查人员把检测仪的两个触点放在蜗轮相隔一齿的二个齿廓面上，随着机床工作台的运转，检查仪的两个触点始终是测量双头蜗轮中一个头的齿廓，得到具体数据后，查另一个头的相邻累积时，又把仪器的两个触头放在了另一个头中的两个齿廓上。

这种检查实际上是对一个头中的所有齿廓做齿距累积检查，查不出双头之间的相对误差。

问其能不能做到真正意义上的周节即齿距误差检查时，回答是目前还不行，过去试验过，得到的图形颤抖，看不出具体数据，误差肯定有。

误差肯定有。

这让我们不得不从蜗杆传动理论中去寻找可能出现误差的原因。

蜗轮滚刀在对蜗轮加工切削时的转动就等同于蜗杆蜗轮在做传动运动。

我们通过蜗杆的轴线截面时看，蜗杆就像一个齿条，再把蜗轮看成齿轮。

如果齿条在齿距上有齿距差的存在，与标准齿轮作无隙啮合时，啮合到齿条齿距差为负值时，啮合出现间隙。

啮合到齿距差为正值时，齿轮根部与齿条顶部产生干涉。

如果有两个齿轮作无间隙啮合，其中一个是标准齿轮，另一个齿轮分度圆径向跳动超差，啮合时，径向跳动超差的齿轮跳动高点挤压标准齿轮，而它的跳动低点与标准齿轮产生间隙。

在这里我们把齿条和径向跳动超差的齿轮看做滚刀，标准齿轮视作蜗轮，这时的蜗轮精度完全依赖于滚刀的切削所给予的。

特别是双头偶数蜗轮，即齿数能被它的头数整除。

在滚切中滚刀的两条螺旋线的刀齿同时滚出各自的齿槽，这两条螺旋线永远不会在蜗轮上重叠，所以滚刀两条螺旋线的分度误差直接反映到蜗轮上。

如果蜗轮齿数不能被头数整除，那么滚刀在滚切中它的两条螺旋线是交替互换对双头蜗轮齿槽切削。

由于两条螺旋线在被切蜗轮的齿槽中不断的分离和重叠。

分度误差在重叠中相互弥补抵消。

最终完成蜗轮齿廓切削。

我们还可以用切向飞刀加工双头蜗轮的方法，直接观察到这种现象。

如果是加工蜗轮的齿数被头数能整除的蜗轮时，机床飞刀始终是在对蜗轮的一个头中的全部齿槽作切削，飞刀走完全程后，需人为的把刀杆移动一个周节的距离，再作第二个头的全部齿槽切削。

如果刀杆移动过程中产生了误差，就会直接反映在蜗轮的第二个头的齿廓中，即周节差的产生。

在用飞刀加工蜗轮齿数不能被头数整除的蜗轮中，这时蜗轮的双头形成是由机床分齿传动链自然产生，先在工作台转动的第一圈中切出一个头内的全部齿，第二圈切出第二个头内的全部齿，第三圈重新切削第一个头内的齿，就这样不断的反复，一个刀头做两条螺旋线的切削。

如果是蜗轮专用滚刀，它具有两条螺旋线的刀齿。

那么，两条螺旋线同时参与切削，就形成了第一圈各切各的蜗轮齿槽，第二圈交换切削齿槽。

第三圈又回到第一圈的位置。

这样不断的反复，螺旋线的误差不断得到互补，最终误差都消除。

通过以上的分析和切向飞刀的演示，可以清楚的判断双头蜗轮滚刀的制造误差可以把误差直接带给齿数被头数能整除的蜗轮，也可以把误差直接抵消在齿数不能被头数整除的蜗轮中。

三、改进措施

1.双头蜗轮精度测量方法

我们现在加工的这种蜗轮就是齿数可以被头数整除的蜗轮。

如果这种误差是不可消除的，那么加工过的蜗轮中也有大部分是合格的，能满足整机的工作精度，这里还有我们没有发现的奥秘。

我们现在必须找到一种方法能查出合格与不合格两种蜗轮的误差数据。

既然本厂还不具备这项精度的检查方法。

我们何不借鉴一下测量齿轮径向跳动的方法，先查一下蜗轮分度圆上两头之间的径向跳动误差。

首先作一90°支架，把一个外圆与蜗轮内孔D／d配合的短轴固定在支架立面上，且短轴垂直于立面。

见示意图二，蜗轮在短轴上可以转动，um表固定在支架上方，um表的触头为平头。

直径近似于蜗轮分度圆处的齿槽宽度。

即1∕2周节。

这样触头的底部外圆与蜗轮的分度圆重合。

um表触头的中心调整在蜗轮的中心高处。

我们把需要返修的蜗轮内孔与固定在支架面上的定位短轴配合，用um表对蜗轮齿槽逐一测量跳动。

检查结果在我们的分析之中，蜗轮两个头的单头分度圆误差0.003~0.005mm之间，而相邻齿分度圆的误差超过0.015mm最高达0.020mm。

我们请求用户把装配试车合格的蜗轮支援我们一下，配合作一次数据测量，用户很合作的送了两个过来。

数据很快出来了，两个头的各个单头分度圆误差为0.003mm、0.005mm两头的相邻分度圆误差一个在0.010mm,一个在0.006mm.

通过这样检查，基本上有了结果。

只要单头分度圆误差不超过0.005mm相邻分度圆即周节误差不超过0.010mm，蜗轮装配在整机上它的传动分度定位就不会超过最大值0.016mm。

2.加工蜗轮机床调整

我们选一个没有滚切过的蜗轮胚，装夹压紧后再检查外圆跳动在0.005mm（说明内孔外圆周心度很好）。

用滚刀两齿间作蜗轮轴线对刀后，留余量粗切削后检查，单头分度圆跳动误差0.005mm，相邻分度圆跳动误差0.015mm。

我提出把滚刀作轴向微量移动。

因为先前的对刀是用目测，也没有对刀规的辅助，不够准确。

在滚刀微量移动后，再作滚切后检查，误差没有变化。

我们把滚刀移动一个周节的距离后，继续实验。

有了新的变化，单头分度圆误差0.005mm，相邻分度圆误差0.020mm，误差增大了。

我却看到了希望，我认为只要有变化，不管是好是差都是好事。

之后我们用丝表控制滚刀的轴向移动量，每次移动0.05~0.10mm，作粗滚切，再作相邻两齿分度圆的测量，随着每次的轴向移动滚刀，留余量滚切测量，两相邻齿分度圆的误差由大变小，再由小变大，大约移动0.30mm为一个周期。

实验进行到这里已经非常明确了。

平时我们用目测对刀不够准确，而且我们厂的产品双头蜗轮大多数都是齿数不能被头数整除，对刀是否完全准确，不是影响蜗轮精度的最大因素。

而是切削原理增加了蜗轮的精度。

前面我们说到蜗轮的齿数被头数能整除时，滚刀的分度误差直接给予蜗轮，使蜗轮也产生同样或更大的误差。

这个判断是准确的。

而我们微量的轴向移动滚刀，改善蜗轮误差的方法是使有分度误差的滚刀在轴向截面上齿距差为正值时的两齿间的中心，也是滚刀两条螺旋线误差为正值的中心，无限接近蜗轮轴线中心，让蜗轮轴线平分了这个误差，而使蜗轮达到精度要求。

如果滚刀的两个头分度误差过大，此方法也改善不了这种误差。

在用户提供的三把滚刀中，有一把滚刀就是用这种方法作多次试验后而被弃用。

返修的蜗轮再滚刀最佳位置修复后，通过用户的装配试车，整机工作精度达到了设计要求。

四、结论

过去加工蜗轮时，由于精度要求不是很高，我们采用的方法，加工各种蜗轮都能满足一般要求。

而在加工高精度齿数能被头数整除的蜗轮时，加工精度不能得到有效控制。

目前我们使用这种检查蜗轮齿廓跳动的方法，为滚刀作轴向微量移动提供了可靠数据，确保了这种双头蜗轮加工精度，质量得到了有效的控制。

也取得了良好的经济效益。

缺点是对刀时把滚刀的齿距正值误差，平分在蜗轮轴线两侧的位置较难找，给对刀换刀带来很大的麻烦。

在蜗杆传动中为了保证蜗轮的制造精度，多头蜗轮的齿数Z2一般与蜗杆齿数Z1，不要构成整除的速比关系。

这样就可以避免精切蜗轮时刀具的分度误差和齿距误差反映到蜗轮上，而影响蜗轮的加工精度。

如果设计的传动比，避免不了蜗轮齿数Z2与蜗杆齿数Z1整除的速比关系，应该在工艺上增加蜗轮副的跑合工序，消除或降低分度误差，提高蜗轮副传动精度。

五、参考文献：

《齿轮手册下册（蜗轮、蜗杆加工部分）》

主编查济瑞，机械工业出版社