滾齒機機械式精化技術

減速機/變速機2019年12月01日

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

  一、測控式精化技術

  此方案采用實時測試、實時修正的原理進行工作。在滾齒機刀桿和工作臺上各安裝一個傳感器(光柵等),與計算機(單片機)構成測試系統;另在差動軸上安裝一步進電機,與計算機構成控制系統。在機床加工運動的同時進行測量和補償控制。計算機根據測量的傳動誤差大小,換算成相應的驅動電源脈沖數,使步進電機帶動差動軸轉動,從而使工作臺得到一個與傳動誤差相反的附加補償運動,達到修正機床誤差,提高工件加工精度的目的。

  此方案的優點在于工作方式靈活,變換齒數方便;缺點在于:(1)費用高,每臺機床改造都需要全套檢測控制系統;(2)可靠性差,要保證全套系統一刻不停地伴隨生產的進行而長期不出差錯,這在車間惡劣的環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中得到普及推廣。

  二、機械式精化技術

  這種方案采用一次性測試,根據測試結果加工偏心凸輪,加入傳動鏈而使傳動誤差得到修正補償。其優點在于每臺被改造機床只增加1~2只凸輪,費用低,工作可靠、簡便,不用維護;缺點在于靈活性較差,每次精化改造只能針對一種或少數幾種齒數的齒輪,若要改變齒數,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、摩托車齒輪的生產廠采用。此方案的具體實現有以下幾種形式。

  1.雙向雙偏心齒輪。將一個偏心輪橫切為二,其偏心量分別按修正軸的正反兩個方向的誤差值設計。在正反向運動測試時,在儀器監視下選配相位,打上標記,找到各自誤差補償的最佳位置并切向錯位,轉過一個距離以保證正反向回轉運動分別只由一個齒輪承擔,同時保證一定齒隙,最后用銷子將兩齒與軸固定。這樣,兩偏心齒輪實際占據原來一個齒輪位置。這種裝置可解決正反方向運動的誤差修正。

  2.e輪偏心修正。如下圖所示,有些機床從滾刀后的齒輪開始直到差動機構一共5對錐齒輪全是1∶1傳動比,這種情況下,它們各自的誤差合成為同一個頻率的單項誤差,只要將e輪加工成偏心,并靠儀器測試找準相位,即可抵消。

  滾齒機傳動鏈圖

  3.d輪偏心修正。這時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,從而減小了分齒掛輪搭配的選擇余地,即限制了加工齒數變化范圍。

  4.利用差動鏈進行修正。這種方法與前述測控式方案原理有相似之處,即利用機床差動系統,根據誤差大小去提供一個附加的相反運動進行抵消。但這里只需增加一只凸輪即可。如圖1所示。a′,b′,c′,d′4只齒輪為差動掛輪,此處a′換成凸輪,b′被當作擺桿,c′、d′為放大比調整齒輪。a″~b″為進給掛輪組,a~e為分齒掛輪組。調整進給掛輪,使差動掛輪a′的軸與機床工作臺同步回轉,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′軸增加一個回轉運動,該運動通過c′、d′,差動機構e、f、a、b、c、d和蝸桿給工作臺帶來一個附加運動,以抵消早先測出的傳動誤差。

  凸輪的加工是根據測試誤差曲線而定的,凸輪包絡線的形狀就是測試曲線的形狀。早期限于加工手段,只是根據長周期誤差測試曲線進行凸輪加工,并且需要先留有一定余量,然后裝上凸輪再進行測試,根據測試結果,再用銼刀對凸輪進行修正(凸輪材料采用有機玻璃以便于加工),如此反復幾次。這種方法主要是修正機床的長周期誤差。隨著計算機技術的和數控加工技術的發展,現已開始根據傳動誤差(包括長周期誤差和短期周期誤差)曲線進行修正。采用FMT測試系統[1][2]得到的測試曲線是由一周1024個測試點組成的,將這些點換算后輸入數控銑床,即可加工出形狀相當精確的凸輪。于是,機床的長周期誤差和大部分短周期誤差(少數高頻誤差由于擺桿上的靠輪與凸輪發生干涉而得不到反映)都能得到補償修正,提高精度更為顯著。

  三、結論

  實現機械式精化的前提是精密測量,并且在測量以后,應先根據測量分析結果,把傳動鏈中一些粗大誤差環節,如軸彎了,孔偏了,齒缺了,軸套松了……等先進行更換,這項工作采用FMT測試系統是很容易做到的。在此基礎上,再針對不便更換的環節,如蝸桿副引起的累積誤差和錐齒輪引起周期誤差等進行精化修正處理,可以達到很好的效果。

  另外注意,機床一經調好,就不要隨意拆卸,否則一旦齒輪相位錯亂,精度立即變壞。

  筆者曾對某廠一臺舊滾齒機進行改造,兩天時間使其累積誤差由13.6″降到5.2″,該廠立即將機床搬到恒溫車間當作母機精心維護。可見此方案簡便易行,很受用戶歡迎,并且這項技術也容易推廣到其它齒輪加工機床的改造上去。

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