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    淺談螺旋傘齒輪齒面展成及加工精度控制分析

    2020-05-24

    為使螺旋傘齒輪(螺旋錐齒輪)副工作正常,兩齒輪必須有良好的齒面接觸區和適當的嚙合間隙。其中,齒面接觸區更為重要。所謂齒面接觸區,是指一對螺旋錐齒輪在嚙合運轉中輪齒齒面實際的接觸部位,俗稱“嚙合印痕”。齒面接觸區的形狀、大小和位置對螺旋傘齒輪的平衡運轉、使用壽命及噪聲有直接影響。

    根據試驗和長期實踐結果,在齒輪加工后選配時,是把齒面接觸區域選在輪齒齒面中間略靠小端,并均布在節線的兩側,長度為齒長的40%-60%,高度為齒高的60%-80%,形狀呈橢圓形。這樣,在負荷作用下,接觸區逐漸移向大端,其長度和高度均有擴展,從而保證了接觸區有較大的接觸面。


    螺旋錐齒輪的齒面精度是保證機械產品質量的關鍵,對于產品效率、傳動精度、噪聲及使用壽命等性能都有重大影響。而其齒形復雜且精度要求較高,加工工作較為困難,因此改善螺旋錐齒輪齒面加工精度以及嚙合質量成為了制造齒輪的關鍵問題。

    螺旋傘齒輪

    1.齒面結構及相關工藝特點

          螺旋錐齒輪的齒面幾何特性是極其復雜的,工藝性非常強。從數學理論層面而言,即使已知錐齒輪的模數、壓力角、螺旋角及齒面接觸區等要求,錐齒輪的齒形也無法完全確定。因為在一定空間內,錐齒輪的齒面可以有無數種嚙合情況,所以加工參數復雜。由此可見,螺旋錐齒輪的幾何計算參數、加床結構等都十分復雜、繁瑣。而與之相應產生的齒面展成技術、檢測技術、修正技術等都比一般類型的齒輪要落后的多。制造螺旋錐齒輪的相關工藝有以下幾個特點:

    (1)參數的設計過程類似于數學計算,需要許多的假設、預設及兩層迭代計算為求解基礎,且求解過程極其復雜,難以理解。

    (2)螺旋錐齒輪的節錐線呈圓弧縮齒形,因此加工齒輪所需的刀盤軸線是無法平行的,只能采取“局部共軛原理”進行加工。

    (3)輪坯與銑刀盤之間除了有傳動鏈、展成鏈和分齒機構以外,還具有變性、刀傾等機構,因此機床結構十分復雜。

    (4)加工輪齒的方法有兩種形式,首先是大齒輪進行雙面法加工、小齒輪進行單面法加工;第二種是大小齒輪都進行單面法加工。當采用一種方法時,大齒輪的輪齒兩側刀盤半徑不同,且中心點處的螺旋角不同,大齒輪的底槽會導致小齒輪底槽的刀盤錯刀距離過小,影響刀具的強度和壽命;第二種方法加工齒輪不會出現以上情況,但是加工效率比較低,并且要經過各種切齒修正計算,才能保證嚙合正確。

    (5)刀盤軸線只有垂直于被加工齒輪的根錐,才能使齒根曲面展成正確,因此修正刀齒的齒形角,使其對稱于節線,但這也會導致刀盤的規格和數量增多。

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    2.齒面展成技術及理論

          隨著螺旋錐齒輪加工機床制造技術的不斷提高,螺旋錐齒輪齒面展成技術及成形理論也不斷完善,因此螺旋錐齒輪加工機床的發展與其齒面展成技術是密切相關的。當前,螺旋錐齒輪加工機床及其齒面展成技術分為傳統機械銑齒機床及其加工技術與現代數控銑齒機床及其加工技術兩個階段。我國從1954年開始就將格里森公司推出的NO.116型機床作為齒輪制造企業的主要設備。傳統加工機床的結構十分復雜,由于傳動鏈較長,容易導致在齒輪加工的過程中產生質量問題;并且其加工批量小,在加工參數不同的輪坯時還需要經過反復調整,加工周期較長。隨著計算機技術、齒輪加工及成形技術、數控技術的不斷發展,螺旋錐齒輪的齒面展成技術及加工精度控制技術逐漸得到較大進步。其加工機床也由傳統的機械銑齒機床換成了現代數控銑齒機床。

          格里森公司為精準加工弧齒錐齒輪和準雙曲面齒輪,研發出Phoneix Ⅰ、Ⅱ系列的數控銑齒機和磨齒機,我國天津精誠機床股份有限公司、湖南中大創遠數控裝備有限公司等企業也相繼研制出具有自主知識產權的CNC螺旋錐齒輪數控銑齒機和磨齒機?,F代數控銑齒機床的水平導軌和垂直導軌代替了傳統機械銑齒加床的搖臺和偏心機構,并以伺服電動機中的直接驅動代替了原來的傳動鏈、傳動齒輪、交換齒輪,使機床結構更為精簡。其數字系統更能夠有效控制各軸的精準度,使齒形精度和齒面質量都得到提高,實現了齒面加工精度控制。數字化的切齒加工能夠將齒面幾何精度與數控的高精運動結合起來,有效控制加工精度與嚙合質量。

    3.齒面質量檢測、修正

          隨著機械制造技術的不斷發展,具有速度快、可靠性強、噪聲小、成本低、重載等高品質的螺旋錐齒輪制造成為了齒輪制造行業的追求目標。齒面質量的檢測是控制螺旋錐齒輪齒面幾何精度的關鍵,目的是依據齒面檢測信息反調修正數控機床運動參數,將齒面偏差達到Z小化。20世紀90年代末期,出現了錐齒輪測量中心,能精密測量螺旋錐齒輪等各種復雜形狀工件,實現了齒面幾何精度的數字化控制螺旋錐齒輪的加工精度及質量。通過數字化測量及分析螺旋錐齒輪齒面幾何偏差,并根據偏差信息對機床的運動參數進行修正,并依據其修正數據對數控機床進行加工修正,通過調整機床誤差降低機床加工對螺旋錐齒輪齒面幾何精度造成的影響,能有效提高螺旋錐齒輪的齒面加工質量。

    4.齒面精度中數字化閉環控制

          國內許多齒輪制造企業為了使齒面加工質量和精度能夠得到提高并縮短加工周期,除了引進國外先進的銑齒和檢測等設備以外,還自主研發了發亮數控加工設備和檢測設備,并靈活應用于螺旋錐齒輪的生產中。為了節省昂貴的設備進口費用,充分利用國內現有的齒輪加工和檢測設備,利用數字化閉環控制系統,以齒面偏差的數字化檢測和修正為基礎,實現齒面加工精度的有效控制以及成為了現代螺旋錐齒輪制造技術的關鍵問題。從齒輪制造技術的現狀來看,螺旋錐齒輪的加工是集“輪坯設計―加工―檢測―調整修正―再加工―合格齒輪產品”的數字化閉環制造全過程。數字化閉環制造控制技術,就是通過中心計算機,將螺旋錐齒輪的數字化檢測與加工技術有效結合,組成具有自動反饋、修正等功能的螺旋錐齒輪齒面閉環加工控制技術。該技術能充分利用計算機精密的檢測功能與數控機床高效的加工及修正功能,將齒面加工精度、嚙合質量及生產效率大大提高。


       現代化螺旋錐齒輪的制造技術能將數控展成、數字化檢測及修正等技術有效結合,構建出數字化閉環制造控制技術,避免了傳統制造模式的繁瑣過程,大大提高了齒面加工效率及進度。

       大鵬機械擁有20多年螺旋傘齒輪齒輪行業經驗,一直以來以工匠精神鑄造品質,竭誠廣大客戶朋友前來洽談考察,大鵬將以Z熱忱的態度為您服務!

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