摘要

　　齒條是非常重要的傳動部件，被廣泛地應(yīng)用于機械、航空、儀表等行業(yè)。齒條傳動與帶、鏈、摩擦、液壓等其他機械傳動形式相比，具有傳動精度和效率高、傳動平穩(wěn)、承載能力高、功率范圍大、可靠性好、結(jié)構(gòu)緊湊、成本低和使用壽命長等特點。因此應(yīng)用非常廣泛，成為多數(shù)機械產(chǎn)品不可或缺的傳動部件。由于齒條是機械產(chǎn)品的重要基礎(chǔ)零件，其質(zhì)量、性能、壽命直接影響到整機的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。齒條制造工藝的發(fā)展很大程度上表現(xiàn)在精度等級的提高和生產(chǎn)效率。

　　關(guān)鍵字：齒條傳動精度效率

　　1．前言

　　目前的機械裝備行業(yè)對齒條應(yīng)用的要求越來越高，齒條的精度一直以來都困擾著工程技術(shù)人員。在很多工程領(lǐng)域，因為國內(nèi)生產(chǎn)的齒條精度不夠，工程技術(shù)人員都不得不選用國外的精密齒條產(chǎn)品。這樣做不但成本高、周期長，而且極大的限制了我國的技術(shù)裝備制造業(yè)的發(fā)展。而傳統(tǒng)意義上的齒條加工方式又很難保障齒條的加工精度，所以新型高精度齒條加工設(shè)備的研制與生產(chǎn)已迫在眉睫。

　　該項目的出現(xiàn)填補了國內(nèi)在該領(lǐng)域的空白，成功解決了精密齒條的加工及批量生產(chǎn)問題。目前國外的的高端齒條磨削加工設(shè)備，在國內(nèi)市場上處于主導(dǎo)地位，長此以往將對我國在該領(lǐng)域的發(fā)展造成不良影響，。所以我們在意識到這一問題的同時，針對國內(nèi)現(xiàn)有的國產(chǎn)齒條加工設(shè)備所存在的問題進行調(diào)研，并從中得出了精度齒條加工設(shè)備的研制與生產(chǎn)已迫在眉睫的結(jié)論。

　　本設(shè)備的出現(xiàn)不但完成了對進口精密齒條加工設(shè)備的替代，還解決了我國傳統(tǒng)齒條磨削設(shè)備精度差、效率低的缺點。對推動我國的裝備制造業(yè)發(fā)展具有深遠的意義。

　　2.項目概述:

　　SYJRSKMC高精度齒面專用數(shù)控磨床是我公司為適應(yīng)高精度齒條的生產(chǎn)加工而自主研發(fā)的高剛性、高效率的產(chǎn)品，是高精密度、高自動化的設(shè)備。本設(shè)備主軸采用靜壓軸承主軸，剛性好、精度高（0.4μm），同時配有砂輪平衡器（隨時對主軸進行平衡）可實現(xiàn)高精度磨削。該主軸能安裝的砂輪最大直徑為500mm，回轉(zhuǎn)半徑大、切削線速度高，能夠有效的提高工件光潔度和精度。加工方式為：成型砂輪對齒條進行加工，采用剛玉砂輪時，配有砂輪修整器，可對砂輪進行實時數(shù)控精確修裁，也可采用CBN成型砂輪進行加工。垂直軸采用氣動式平衡，增加了絲杠的剛性，實現(xiàn)立軸的精確定位，有效提高了齒槽的加工精度。所有運動軸采用滾珠式直線導(dǎo)軌，剛性好，承載能力大，具有較高的精度穩(wěn)定性。三軸的驅(qū)動方式相同，伺服電機與滾珠絲杠用彈性聯(lián)軸器連接，電機帶動滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)進給運動，滾珠絲杠螺母是經(jīng)過預(yù)緊的。裝配時進行預(yù)拉伸，提高了滾珠絲杠的剛度減少了熱變形。該機采用數(shù)控系統(tǒng)，具有主軸轉(zhuǎn)速可變、自動修整砂輪、三座標(biāo)自動定位和三軸聯(lián)動功能。并且各軸均配有光柵尺，能夠確保設(shè)備高效率地加工高精度齒條。在主電機上配備的電流監(jiān)控傳感器、電壓穩(wěn)壓器、溫度傳感器以及主軸上配備的靜壓傳感器等精密監(jiān)控反饋儀器，與系統(tǒng)的閉環(huán)監(jiān)控。與高靈敏性的氣動平衡系統(tǒng)，主軸靜壓系統(tǒng)等高精度執(zhí)行單元等構(gòu)成了一套完整的閉環(huán)反饋監(jiān)測系統(tǒng)，極大的保障了設(shè)備的加工精度。該機具有自動精確進給、工作臺精確定位、主軸自動實時平衡、砂輪冷卻，自動修正砂輪等功能。在一次裝夾工件的情況下，完成多個齒條的粗、精磨削等工序。

　　該機適用于中小批量、多種規(guī)格的齒條生產(chǎn)加工，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期、確保加工質(zhì)量、提高工效、降低成本、提高經(jīng)濟效率。

　　設(shè)備總體結(jié)構(gòu)如圖一所示：

　　圖一高精度齒面專用數(shù)控磨床結(jié)構(gòu)圖

　　1.氣動平衡單元；2.主軸單元；3.立柱；4.磨削加工單元；5.工件；6.工作臺；7.床身

　　3.主要結(jié)構(gòu)

　　該設(shè)備主要用于進行與高精度齒條齒面有關(guān)的加工生產(chǎn)工作，包括精密、超精密加工技術(shù)、硬脆材料的高效精密加工技術(shù)，以及針對不同材料的精密齒條齒面磨削加工技術(shù)等。切削單元采用靜壓技術(shù)，通過其加工過程中震動的抵消，研究其對整機性能的影響。Z軸單元（既主軸帶動單元）的氣動平衡技術(shù)的應(yīng)用，對齒條加工的積極影響。砂輪動平衡技術(shù)可以實時準(zhǔn)確的對砂輪進行動態(tài)平衡，該技術(shù)的應(yīng)用極大的降低了砂輪旋轉(zhuǎn)及加工過程中所產(chǎn)生的震動。針對不同材料及規(guī)格的齒條，應(yīng)用了不同的成型砂輪對齒條進行加工，采用剛玉砂輪時，配有砂輪修整器，可對砂輪進行實時精確修裁，也可采用CBN成型砂輪進行加工。各軸均配有光柵尺，實現(xiàn)了對整個系統(tǒng)的閉環(huán)控制，提高了整機的運行精度。綜上所述，該設(shè)備應(yīng)用了多種先進的減震、穩(wěn)態(tài)、智能化的技術(shù)，最大限度的保證了齒條齒面磨削的表面光潔度及精度。

　　3.1加工件齒條：

　　1.尺寸長寬高：1000x100x100

　　a)模數(shù)：M=1-10

　　2.精度3級齒條：最大斜角=22度

　　3.2Y軸

　　1直線導(dǎo)軌:施耐博格-2*BM45-B2-2145-22.5-22.5-G2-V2+BRK

　　2導(dǎo)軌型號為：KUVE45-B-L-W2-G2-V2/2145-22.5/22.5

　　3絲杠:億孚VE040-06-1480-1720-5C3-0-0

　　4聯(lián)軸節(jié)：LX6-C65-22-32

　　5光柵尺精度：±0.005GOPML=1340mm（FAGOR）

　　6Y軸快移V=10.5米/分

　　7Y軸行程L=1250mm

　　8Y軸精度定位精度±0.005/1000mm

　　9Y電機1FT6082J=30kgcm2相對編碼器2048

　　轉(zhuǎn)速2000轉(zhuǎn)/分(分辨率±2.9u)

　　10絲杠軸承:前25TAC62BDBDC9PN7A

　　后25TAC62BDBC9PN7A

　　11拖鏈滄州利達TKB025.77-25X77X1400(回轉(zhuǎn)半徑100)

　　12絲杠螺母普奇?zhèn)I(yè)R-M24X1.5

　　3.3X軸

　　1.直線導(dǎo)軌:KUVE45-B-L-W2-G2-V2/1410-22.5/22.5

　　2.絲杠:億孚VE040-10-883-1120-5C3-0-0

　　3.聯(lián)軸節(jié)LX6-C65-22-32

　　4.X軸快移V=17.5米/分

　　5.X軸行程L=660mm

　　6.X軸精度定位精度±0.012/300mm

　　7.X電機1FT6082J=30kgcm2絕對編碼器4096

　　轉(zhuǎn)速2000轉(zhuǎn)/分（分辨率±2.5u）

　　8.絲杠軸承:前25TAC62BDBDC9PN7A后25TAC62BDBC9PN7A

　　9.絲杠螺母普奇?zhèn)I(yè)R-M24X1.5

　　10.拖鏈滄州利達TKB025.25-25X25X1000(回轉(zhuǎn)半徑75)

　　3.4Z軸

　　1.直線導(dǎo)軌:施耐博格-2*BM45-B2-885-22.5-22.5-G2-V2+BRK

　　2.絲杠:億孚VE040-06-530-748-5C3-0-0

　　3.聯(lián)軸節(jié)LX6-C65-22-32

　　4.電機1FT6081J=21kgcm2相對編碼器2048

　　轉(zhuǎn)速2000轉(zhuǎn)/分（分辨率±2.9u）

　　5.光柵尺精度±0.005GOPML=1340mm（FAGOR）

　　6.Z軸快移V=6米/分

　　7.Z軸行程L=200mm

　　8.Z軸精度定位精度±0.005/1000mm

　　9.絲杠軸承:前25TAC62BDBDC9PN7A

　　后6305T1X-ZZ-VVC3P4

　　10.絲杠螺母普奇?zhèn)I(yè)R-M24X1.5

　　11.拖鏈滄州利達TKB025.57-25X57X400(回轉(zhuǎn)半徑75)

　　12.平衡氣缸:FA-XQGA125X250(活塞桿32)，

　　平衡11460kg*f。

　　3.5主軸箱（外購）

　　1.軸承為靜壓式

　　2.平衡為自動式

　　3.主軸徑￠120mm

　　4.主軸電機調(diào)頻、22kw型號YVP160M2-75-A

　　5.電機和主軸連接方式：皮帶i=1:2

　　6.砂輪：￠500X50X200mm

　　7.機上測量：（可選）

　　8.主軸精度：徑向0.001mm端0.001mm

　　3.6機床

　　1.床身HT250T型結(jié)構(gòu)2700X1810mm

　　2.機床冷卻水在第一層

　　3.X軸滑鞍尺寸1350x680mmHT250

　　4.Y軸滑鞍尺寸1410x902mmHT250

　　5.電磁吸盤：粗目600x1000x120

　　6.同時加工齒條數(shù)量：m=10x1000時2根(斜齒)

　　7.水冷卻系統(tǒng)1套

　　8.潤滑系統(tǒng)1套

　　9.電氣系統(tǒng)1套：西門子802DSL系統(tǒng)，精度0.001mm

　　10.電磁吸盤上面距地面H=1400mm

　　11.主軸中心距電磁吸盤上面H=123-323mm

　　12.減震墊鐵S78-9-06

　　13.脹緊套:KTR250-42-55

　　4.創(chuàng)新內(nèi)容

　　4.1背景技術(shù)：

　　當(dāng)前，磨齒加工是齒條加工的一種重要方法，其主要是作為淬火后硬度較高齒條的最終加工工序，并且全面糾正齒輪磨前誤差，得以獲得較高的加工精度，。但是由于傳統(tǒng)磨床的加工方式以及機床自身性能的原因，造成了傳統(tǒng)磨床機床效率低、精度差、成本高等缺點，其加工出的齒條也很難達到理想的精度。

　　4.2發(fā)明內(nèi)容：

　　為了克服已有技術(shù)存在的缺點，本數(shù)控磨床提出一種結(jié)構(gòu)鋼性好、減震性能好，且具有較強的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的齒條齒面磨削加工設(shè)備。

　　為了解決上述已有技術(shù)的問題，本磨床采用如下技術(shù)方案：齒條齒面數(shù)控磨床,包括：磨床、工作臺、工件、立柱、主軸平衡儀、砂輪修整器、砂輪、垂直軸平衡氣缸、垂直軸滑板、主軸、下滑板、減震墊鐵、Z軸電機、Z軸聯(lián)軸器、Z軸絲杠、Z軸導(dǎo)軌、Y軸聯(lián)軸器、Y軸絲杠、Y軸導(dǎo)軌、Y軸電機、X軸聯(lián)軸器、X軸絲杠、X軸導(dǎo)軌。該磨床整體床身采用C字型結(jié)構(gòu)；另外采用X、Y、Z軸三軸向聯(lián)動機構(gòu)，其中Z軸電機通過Z軸聯(lián)軸器與Z軸絲杠相直連，Z軸導(dǎo)軌通過螺絲連接到Z軸滑板上；Y軸電機通過Y軸聯(lián)軸器與Y軸絲杠直連，Y軸導(dǎo)軌通過螺絲連接到下滑板上；X軸電機通過X軸聯(lián)軸器與X軸絲杠直連，X軸導(dǎo)軌通過螺絲連接到工作臺上

　　床身的底部通過螺栓與螺母安裝減震墊鐵，下滑板通過滾珠導(dǎo)軌以及滾珠絲杠組成驅(qū)動機構(gòu)，有伺服電機安裝在兩個垂直軸平衡氣缸中間。由磁力洗盤和滑板用螺栓連接組成工作臺，砂輪修整器由螺絲固定在工作臺上。立柱通過加強螺栓固定在床身上，垂直軸平衡氣缸缸體部分通過支架用螺栓固定在立柱，活塞桿連接在Z軸滑板上，砂輪通過的錐面砂輪架固定在主軸上。主軸平衡儀安裝在主軸外端頭上。

　　此種新型設(shè)計的有益效果是：由于床身整體采用C字形結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)剛性好、減震性能優(yōu)良，具有較強的結(jié)果穩(wěn)定性。由于采用了主軸靜壓、主軸動平衡及數(shù)控齒形修整等技術(shù)，并配以三軸向聯(lián)動的閉環(huán)控制數(shù)控驅(qū)動系統(tǒng)。從而有效避免了傳統(tǒng)加工設(shè)備的震動及傳動系統(tǒng)復(fù)雜而造成的加工誤差，使數(shù)控俢裁的成型砂輪方式保障了齒形的精度。可實現(xiàn)對多批工件進行連續(xù)加工，不但可以對砂輪進行數(shù)控成型俢裁，還可以對機床空間進行有效規(guī)劃，增大了工作臺面積，能夠?qū)Χ喔X條的多個齒同時加工。該機床可以勝任3級(DIN標(biāo)準(zhǔn))以上的精度齒條的磨削加工。

　　4.3附圖說明：

　　圖二結(jié)構(gòu)示意圖

　　圖三三軸聯(lián)動示意圖

　　4.4具體實施方式：

　　下面結(jié)合附圖和實施例對機床做進一步說明。

　　圖2所示：床身1、工作臺2、工件3、立柱4、主軸平衡儀5、砂輪修整器6、砂輪7、垂直軸平衡氣缸8、Z軸滑板9、主軸10、下滑板11、減震墊鐵12。

　　圖3所示：Z軸電機13、Z軸聯(lián)軸器14、Z軸絲杠15、Z軸導(dǎo)軌16、Y軸電機17、Y軸聯(lián)軸器18、Y軸絲杠19、Y軸導(dǎo)軌20、Z軸電機21、X軸聯(lián)軸器22、X軸絲杠23、X軸導(dǎo)軌24。

　　床身(1)與減震墊鐵(12)通過螺栓與螺母連接在一起，作為機床的一個整體基礎(chǔ)部件。床身(1)通過Y軸導(dǎo)軌(20)與Y軸滑板(11)連接，其中Y軸導(dǎo)軌(20)的導(dǎo)軌體用螺栓把合在床身(1)上，滑塊用螺栓把合在Y軸滑板(11)上，X軸電機(21)通過X軸聯(lián)軸器(22)與X軸絲杠(23)直連。Y軸滑板(11)通過Y軸滾珠導(dǎo)軌(20)以及Y軸滾珠絲杠(19)組成的驅(qū)動機構(gòu)由Y軸伺服電機(17)帶動在床身(1)上做直線往復(fù)運動。Y軸滑板(11)通過X軸導(dǎo)軌(24)與工作臺(2)連接，其中X軸導(dǎo)軌(24)的導(dǎo)軌體通過螺栓把合在Y軸滑板(11)上，滑塊用螺栓把合在工作臺(2)上。X軸電機(21)通過X軸聯(lián)軸器(22)與X軸絲杠(23)直連。由磁力吸盤和滑板用螺栓組成的工作臺(2)通過X軸滾珠導(dǎo)軌(24)以及X軸滾珠絲杠(23)組成的驅(qū)動機構(gòu)由X軸伺服電機(21)帶動在Y軸滑板(11)上做直線往復(fù)運動。砂輪修整器(6)由螺栓固定在工作臺上。通電后，工件(3)將被吸附在工作臺(2)上。立柱(4)通過加強螺栓固定在床身(1)上，并且下方也配有由螺栓連接的減震墊鐵(12)。垂直軸平衡氣缸(8)缸體部分通過支架用螺栓固定在立柱(4)活塞桿連接在垂直軸滑板(9)上。Z軸滑板(9)通過Z軸導(dǎo)軌(16)連接在立柱(4)上，其中Z軸導(dǎo)軌(16)的導(dǎo)軌體用螺栓把合在Z軸滑板(9)上，滑塊用螺栓把合在立柱(4)上。Z軸電機(13)通過Z軸聯(lián)軸器(14)與Z軸絲杠(15)相直連。Z軸滑板(9)上通過Z軸滾珠絲杠以及Z軸滾主導(dǎo)軌組成的驅(qū)動機構(gòu)由伺服電機帶動在立柱(4)上做直線往復(fù)運動。主軸(10)安裝在Z軸滑板(9)上，砂輪(7)通過帶有1：10的錐面砂輪架固定在主軸上。主軸平衡儀(5)有螺栓安裝在主軸鼻端上。

　　4.5操作過程：

　　4.5.1前期準(zhǔn)備：

　　將合適的砂輪安裝在主軸上，開動機床用數(shù)控程序及砂輪修整器6對砂輪進行修整。俢裁完成之后機床會零點，將待加工的工件3放置在工作臺2上并找正。

　　4.5.2工作方式：

　　準(zhǔn)備好后開始對刀，因為此時的齒條為毛坯件對刀要求不高，所以使用涂色發(fā)即可。對刀完成之后，工作臺2在伺服電機帶動下做與砂輪軸線垂直的往復(fù)運動。同時，根據(jù)進給量垂直軸滑板9帶動主軸及砂輪進行上下運動。需要注意的是，垂直軸平衡氣缸8無論垂直軸滑板9是否工作均對其進行重力平衡。

　　4.5.3工件檢測：

　　齒條加工到最后，可以利用齒條專用檢具或設(shè)備對齒條進行機上檢測。如果加工不到位，可對工件3進行修正

　　5.結(jié)論

　　高精度齒面專用數(shù)控磨床由我公司研發(fā)以后，已經(jīng)用于生產(chǎn)，取得了良好的經(jīng)濟效益，已加工各種齒條超萬余條，為企業(yè)創(chuàng)造上百萬元的資產(chǎn)，受到用戶的歡迎。獲得了國家實用新型專利。該項成果填補了我國高精度磨床的空白。

　　本文來自：精銳沈陽數(shù)控機床有限公司   徐錄  劉聰  轉(zhuǎn)載請聯(lián)系原作者。侵權(quán)請聯(lián)系刪除。

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