大型數控滾齒機加工誤差及補償探究

摘 要：大型數控滾齒機主要針對大型的齒輪結構進行工程加工，使用領域對齒輪結構要求尺寸大、精度高、質量高，但是有存在很大的加工風險，高質量、高精度要求對數控滾齒機的加工誤差和補償也提出了高要求。又由于大型數控滾齒機自身結構大、機械復雜、加工零件種類數量多、系統配置程序繁瑣等問題使得大型數控滾齒機很難保證加工的精度，這種矛盾對提高大型數控滾齒機的加工精度和降低加工誤差有著高要求、高需求和實際意義。本文通過對大型數控滾齒機加工概述，介紹了加工精度的影響因素，并提出科學可靠的誤差補償技術，以提高、改善、保證機床的加工精度。

關鍵詞：新型數控滾齒機；加工誤差；加工補償

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.005

我國大型數控滾齒機主要的應用領域有航空航天、船舶車輛、風力發電等工程機械重要領域的齒輪加工。大型數控滾齒機應用領域針對大尺寸齒輪進行結構加工，其精度要求很高，為了保證加工齒輪的質量符合工程應用標準，因此，需要對大型數控滾齒機的加工誤差進行深入研究并加以改進補償，重視細節，借鑒國外，讓我國的大型數控滾齒機能夠加工出高質量、高精度、低誤差的齒輪零件，為經濟建設和科技進步提供技術保證。

1 大型數控滾齒機加工概述

齒輪是輪緣上有齒且能連續嚙合傳遞運動和動力的機械元件，它是制造裝備業及各種機械傳動系統的重要基礎零部件，在制造工程中應用范圍及其廣泛。齒輪的優勢明顯，傳動平穩、傳動比精確、恒定功率輸出、載荷承受能力強、傳動效率高、耐磨耐受性強、使用時間長、工作可靠、噪音相對較小等，齒輪廣泛存在于各個領域的制造使用，因此對齒輪加工工藝的要求很高，避免出現工程問題。齒輪的加工方法主要有切削法，如滾齒、插齒、剃齒、磨齒及銑齒等；按齒廓形成原理可分為成形法和展成法兩大類。成形法是用刃部形狀與被切齒輪槽形狀相同的成形刀具來加工齒輪；展成法加工時切削刀具與工件作相對展成運動，刀具和工件的瞬心線相互作純滾動，兩者之間保持確定的速比關系，所獲得加工表面就是刀刃在這種運動中的包絡面。這兩種方法各有優點，也各受限制。

目前針對大型高精度的齒輪加工使用的是展成法，該方法效率高、精度高、應用廣，加工設備就是數控滾齒機。滾齒機滾削加工齒輪、蝸輪蝸桿時，滾齒機滾刀與工件是根據交錯軸斜齒輪嚙合原理進行加工，滾齒精度可達6到8級甚至更高。然而，當前我國的大型數控滾齒機加工中還存在一些問題，誤差較大且難以穩定，不可確定因素較多，在大型數控滾齒機的發展道路上還有很長的路要走。

2 大型數控滾齒機加工精度影響因素

2.1 滾削力對加工精度的影響

滾齒切削力是齒輪加工的基本物理參數，在大型數控滾齒機使用過程中，大型滾齒機主軸功率很大，切削力很容易導致整個系統不穩定，甚至產生變形失穩。滾刀和工件的中心距由于主軸不可避免的變形發生位移，很大程度上影響了加工精度。在滾齒過程中，切屑力不斷變化使得滾刀各齒的受力不同不停變化，而切削力受到了很多因素的影響，包括切削工藝、齒輪材料、熱處理加工技術、滾刀與齒坯參數、冷卻潤滑程度等。由于這些不確定因素的存在，就會使得齒輪機的加工主軸彎曲變形難以確定，需要通過數學建模，全面考慮各種可能存在的誤差問題進行補償。可以提高滾刀轉速、小滾切深度分刀次切削等降低切屑力，降低滾齒機主軸的變形，降低加工誤差。

2.2 熱變形對加工精度的影響

齒輪加工過程是一個金屬的切削過程，又由于是大型的滾齒機，加工過程的發熱量可想而知，在加工的過程中，機床成為熱源作為主要的發熱件，同時還會存在立柱的熱變形，這些都會使得主軸的中心距發生相對位移，影響了齒輪的加工精度。加工過程電機發熱難以避免，切削摩擦也會生熱而且是大量的熱量，同時環境和加工工藝也會起到一定程度的影響。

3 大型數控滾齒機加工誤差補償技術

很多情況下，大型數控滾齒機在高速度、高負荷、高功率運行時，想要降低加工誤差是非常困難的一件事，金屬加工切削力很大，整個機械振動很強，主軸中心距位置幾乎不可能保證，這就需要進行一定的合理加工誤差補償，這也是降低加工誤差的一個重要舉措。大型數控滾齒機加工誤差的補償方法主要分為硬件結構補償和軟件控制補償兩類。硬件結構補償是在使用各種誤差檢測手段和技術進行誤差評定，直接或間接的測量出加工誤差，并通過建立起的數學模型進行誤差補償計算，以盡可能的消除誤差。可以使用一種滾齒機誤差差動螺旋補償裝置，包括絲杠螺母傳動系統、蝸輪蝸桿補償系統、套筒、支撐軸承及墊圈等部件。軟件控制補償就是研發出科學高效的加工自動編程系統，使用各種傳感器采集加工過程中的數據，并反饋給數據處理核心，進行實時的檢測和控制，使用負反饋系統，讓加工的輸出得到時刻的修正，更加準確。需要注意的是，軟硬件誤差補償都需要以系統模型為基礎，在此基礎上進行計算，建立修正補償算法模型，開發出更加科學、高效、精確的自動控制系統。綜合使用軟硬補償，建立起補償系統平臺，進行誤差補償實驗，不斷優化改進，以實現加工齒輪的高精度目的。

4 小結

目前，隨著科技的飛速發展和社會的不斷進步，世界制造業也進入了發展的黃金期，加上計算機和信息技術的日益成熟，自動控制理論的不斷完善，數控機床已經成為工業制造不可缺少的重要工具。不同的傳統的齒輪加工，數控滾齒機讓齒輪加工進入了批量生產，大規模生產的新時代，而新興的在線監測和自動控制，讓大型數控滾齒機擁有了廣闊的應用前景和無盡的發展潛力。未來的大型數控滾齒機將更加呈現智能化、自動化、人性化、高效化、高精度化和多功能化的發展模式。為實現這一目標，需要所有的科研人員清楚大型滾齒機加工精度的影響因素，深入研究，不斷嘗試、探索、實驗，最大限度的提升加工齒輪的精度，減少加工誤差并及時、合理的進行誤差補償，保證加工齒輪的工程質量。

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作者簡介：倪雪如（1969-），女，江蘇南通人，大專，研究方向：機械制造。