淺析數控滾齒機加工精度的影響因素及補償方法

摘 要：數控滾齒機主要針對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，但是又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數控滾齒機很難保證加工的精度，這種矛盾對提高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。南京高速齒輪制造有限公司引進了目前使用最為廣泛的德國普法特、霍夫勒、SU等數控高效滾齒機，本文通過對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

中圖分類號：TG612 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）26-0289-01

我國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。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 數控滾齒機加工概述

隨著全球制造裝備業的高速發展，全世界各類生產企業對齒輪的需求量不斷增加，并且對齒輪的質量和精確度提出了更高的要求，相應的就帶動了齒輪生產機械數控滾齒機的發展，對于數控滾齒機的生產能力較強的國家為美國和德國，而過去我國的數控滾齒機主要依賴進口，為了打破這種局面，我國將數控滾齒機的研發工作納入到科學體系當中，取得了非常傲人的成績，我國對數控滾齒機的制造水平大大提高，目前可以自主生產大型數控滾齒機，其使用性能大大提高，更好的滿足了用戶的要求。

我國加強對數控滾齒機的研發以及相關課題的考慮具有重要的現實意義，有利于提高我國工業生產發展的水平，打破西方國家在這一工業上的壟斷地位，在國際競爭中獲得更多的主動權，提高競爭力，在全球經濟一體化的經濟發展形勢下獲得更好的發展。

影響數控滾齒機加工精度的原因有很多，主要包括滾齒機的滾削力、振動以及熱變形，其中熱變形是主要的一種，本文主要對熱變形進行深入的探討。滾齒的加工就是用滾刀和工件的端面傾斜成一定的角度，然后加工成各種形狀的齒輪，滾齒的加工主要包括以下幾種運動類型：主運動為滾削運動、分齒運動、垂直進給運動等。想要減少這種因素對加工精度的影響，在機床進行加工時，需要盡量的提高滾刀轉動的速度，采用的深度為小滾切深度，并且需要分次進行切削，這樣就可以有效的降低滾削力，從而減小滾刀和工件主軸變形的情況，這樣就可以使齒輪加工的誤差減小，提高齒輪加工的精度，降低產品的廢品率，提高生產加工的經濟效益。滾削力振動也是影響加工精度的主要因素，并且會對機床的使用壽命造成嚴重不利的影響。針對這種情況，需要從機床的結構入手，對局部結構進行優化，增加抗振型設計，以減輕機床的震顫問題，提高加工的質量。

2 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，就會使得滾齒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，切削摩擦也會產生大量的熱量，同時環境和加工工藝也會起到一定程度的影響。

3 數控滾齒機加工誤差補償技術

很多情況下，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。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。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、蝸輪蝸桿傳動系統、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，使用編碼器、光柵尺測量系統等各種傳感器采集加工過程中的數據，并反饋給NC，進行實時的檢測和控制，使用負反饋系統，讓加工的輸出得到實時的修正，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 總 結

目前，隨著科學技術的飛速發展和社會的不斷進步，世界制造業已經進入了一個發展的黃金時期。隨著計算機和信息技術的日益成熟和自動控制理論的不斷完善，數控機床已成為工業生產不可缺少的工具。與傳統的齒輪加工不同，數控滾齒機已經使齒輪加工成為批量生產、新時代的大規模生產、新的在線監控和自動控制，使大型數控滾齒機具有廣闊的應用前景和無限的發展潛力。

參考文獻

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[2]徐彩玲，王國棟.漸開線直齒齒輪軸楔橫軋成形過程優化研究[J].鍛壓技術，2013，38（01）：69～73.

收稿日期：2018-8-7